(57)【要約】【課題】ダンピング部材を含むクランプオン式超音波流量計を前提として、配管に対する設置作業を改善する。【解決手段】Ｖ配置方式のクランプオン式超音波流量計100は、第１超音波素子4と第１超音波伝達部8を含み、また、第２超音波素子6と第２超音波伝達部12を含んでいる。配管Pに接した状態でダンピング部材20が設置され、ダンピング部材20は適度な可撓性を備え且つ所定の厚みを有するシート状の成形品でる。また、ダンピング部材20は粘弾性を有し、また、金属製の配管Pに対して密着性と剥離性を有している。ダンピング部材20は、その外周を包囲するダンピング取付具22によって配管Ｐに固定され、また、ダンピング取付具22によって配管Pに対して押圧されている。このダンピング部材20の上に流量センサ本体2が固定されている。【選択図】図1
2020060490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の流体が流れる配管に後付けで設置されるクランプオン式超音波流量計であって、
超音波信号を送受信する超音波素子と、
該超音波素子が発する超音波信号を前記配管に向けて伝達し、前記配管からの超音波信号を前記超音波素子に伝達する超音波伝達部と、
該超音波伝達部を前記配管に接触させた状態で、前記超音波素子及び前記超音波伝達部を前記配管に取り付ける第１の取付具と、
前記配管に直接的に接した状態で設けられる架橋ゴムからなる粘弾性のダンピング部材であって、粘着性及び剥離性の表面性状を有するダンピング部材と、
該ダンピング部材を前記配管に対して押圧した状態で取り付け且つ該押圧した状態を保持する第２の取付具と、を備えることを特徴とするクランプオン式超音波流量計。
【請求項２】
測定対象の流体が流れる配管に後付けで設置されるクランプオン式超音波流量計であって、
超音波信号を送受信する超音波素子と、
該超音波素子が発する超音波信号を前記配管に向けて伝達し、前記配管からの超音波信号を前記超音波素子に伝達する超音波伝達部と、
該超音波伝達部を前記配管に接触させた状態で、前記超音波素子及び前記超音波伝達部を前記配管に取り付ける第１の取付具と、
前記配管に直接的に接した状態で設けられる架橋ゴムからなる粘弾性のダンピング部材であって、前記架橋ゴムに粘着剤を添加することにより発現した粘着性と剥離性を備えたダンピング部材と、
該ダンピング部材を前記配管に対して押圧した状態で取り付け且つ該押圧した状態を保持する第２の取付具と、を備えることを特徴とするクランプオン式超音波流量計。
【請求項３】
測定対象の流体が流れる配管に後付けで設置されるクランプオン式超音波流量計であって、
超音波信号を送受信する超音波素子と、
該超音波素子が発する超音波信号を前記配管に向けて伝達し、前記配管からの超音波信号を前記超音波素子に伝達する超音波伝達部と、
該超音波伝達部を前記配管に接触させた状態で、前記超音波素子及び前記超音波伝達部を前記配管に取り付ける第１の取付具と、
前記配管に直接的に接した状態で設けられる架橋ゴムからなる粘弾性のダンピング部材であって、前記配管に対して密着性を発現するように表面加工されたダンピング部材と、
該ダンピング部材を前記配管に対して押圧した状態で取り付け且つ該押圧した状態を保持する第２の取付具と、を備えることを特徴とするクランプオン式超音波流量計。
【請求項４】
前記ダンピング部材がシート状の成形品である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計。
【請求項５】
前記ダンピング部材は、前記超音波伝達部に対応する部位に空所のダンピング窓を有する、請求項４に記載のクランプオン式超音波流量計。
【請求項６】
前記第１の取付具が、前記超音波伝達部を前記配管に接触させた状態で、前記超音波素子及び前記超音波伝達部を前記配管に取り付ける機能と、前記ダンピング部材を前記配管に対して押圧した状態で取り付け且つ該押圧した状態を保持する前記第２の取付具の機能とを有し、
該第１の取付具によって、前記超音波素子、前記超音波伝達部、前記ダンピング部材が前記配管に取り付けられる、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計。
【請求項７】
前記クランプオン式超音波流量計は、縦波及び横波が共に全反射するように超音波の入射角度を設定し、配管材料を媒体として配管の軸線と平行な方向に伝播するガイド波を発生させ、このガイド波によって配管を振動させて配管の中を流れる流体の流量を計測する、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計。
【請求項８】
前記超音波素子が、第１、第２の超音波素子を含み、
該第１、第２の超音波素子が、前記配管の母線上において、該配管の軸線の方向に離間して配置される、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計。
【請求項９】
前記超音波素子が、第１、第２の超音波素子を含み、
これら第１超音波素子と第２超音波素子が、前記配管を挟んで互いに対抗して配置される、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、超音波を使って配管の中を流れる流体の流速・流量を計測する流量計に関し、より詳しくは、後付けで配管に設置するクランプオン式超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
配管の中を流れる流体の流速・流量を計測するのに超音波を使った計測機器が知られている。この種の計測機器は「超音波流量計」と呼ばれている。
【０００３】
超音波流量計の原理は、配管の中を流れる流体（測定対象流体）に対して超音波を斜めに横断させたときに、流体流れ方向に伝播する往路伝播時間と、流体流れ方向に逆らう方向に伝播する復路伝播時間との間に時間差が生じることを利用している。超音波流量計は、この時間差に基づいて流体の流量・体積を計測する。
【０００４】
超音波流量計における「時間差」の検知方法の一例を説明する。まず、バースト超音波信号を間欠的に出射し、その受信波形をA/D変換して高速でサンプリングする。ここに、バースト超音波信号とは、数MHzの超音波パルス、例えば１０回のパルスが塊となっている信号をいう。往路受信波形と復路受信波形とを、それぞれの出射時点の時刻を原点として位置合わせし、この位置合わせした状態から時間方向に相対的に変位させながら波形形状マッチングを行う。マッチング度が極大になる時間シフト量を伝播時間差として決定し、この伝播時間差に基づいて流速又は流量を算出する。
【０００５】
超音波流量計の一種として、後付けで配管に設置する方式の超音波流量計が知られている。この後付け方式の超音波流量計はクランプオン式超音波流量計と呼ばれている（特許文献１、２）。
【０００６】
クランプオン式超音波流量計に含まれる第１、第２の超音波素子の配置に関し、「Ｖ配置」と「Ｚ配置」とが知られている。「Ｖ配置」は、配管の第１母線上において、配管の軸線方向に離間した第１位置と第２位置に、夫々、第１超音波素子、第２超音波素子を配置することを意味している。「Ｚ配置」は、配管の第１母線上に第１超音波素子を配置し、また、第１母線と直径方向に対抗する第２母線上に第２超音波素子を配置し、そして、第１超音波素子と第２超音波素子とを配管の軸線方向に離間して位置決めすることを意味している。
【０００７】
特許文献２は、Ｖ配置、Ｚ配置に夫々適した取付具の詳細及びこの取付具を使った流量計の設置作業の詳細を開示していることから、特許文献２（特開２０１８−１１９８７８号公報）に開示の内容を、この明細書に組み込む。
【０００８】
クランプオン式超音波流量計は、超音波信号が配管の壁を横断することに伴って伝達ロスが発生するという問題を有している。すなわち、配管と測定対象流体とは、その音響インピーダンスが異なる。この音響インピーダンスの値が大きく異なると、配管と流体との界面での反射によって伝達ロスが発生する。また、これに加えてノイズ成分が生じる。そして、ノイズ成分の強度が大きくなると、正規の経路で伝播する超音波信号の検出が困難になる。
【０００９】
ノイズ成分にはバックグランドノイズが含まれる。バックグランドノイズに対しては超音波の信号強度を高めることで対処できる。しかし、超音波信号の強度を高めた場合、これに伴って、配管の軸線と平行に配管材料を媒体として伝わる、いわゆる回り込み信号（迷信号）や残響信号が増加してしまうという問題が顕著になる。したがって、超音波信号の強度を高めるだけでは所望の検出精度を確保できない。
【００１０】
異なる媒体間の界面では音の屈折現象が発生する。超音波は「縦波」と「横波」を含み、配管材料を媒体として伝播する縦波と横波は伝達速度が異なるため、夫々、異なる角度で屈折する。そして、配管材料を媒体として伝播する音波信号は２経路に分離し、かつ、配管の外壁と内壁とで乱反射するため、迷信号が発生する。
【００１１】
この問題に関して、(1)縦波が全て全反射するように超音波の入射角度を設定して、配管材料を媒体として伝播する音波信号を横波信号だけにする縦波除去入射方式、(2)縦波及び横波が共に全反射するように超音波の入射角度を設定し、配管材料を媒体として配管の軸線と平行な方向に伝播するガイド波を発生させ、このガイド波によって配管を振動させる方式（特許文献３）などが提案されている。
【００１２】
所望の検出精度を確保することに関する困難性は、配管が金属製の場合に顕著になる。金属配管は、音信号伝達速度が速く、音波信号が減衰し難いため、迷信号、残響信号が検出精度に大きな影響を及ぼす。つまり、金属配管では、ノイズ成分と、正規の経路で伝わる超音波信号（正規超音波信号）とが同時刻に受信される可能性が大きく、受信信号から正規超音波信号とノイズ成分とを切り分けるのが難しいという問題がある。特に、この問題は金属配管の口径が小さくなるほど顕著になる。
【００１３】
また、音響インピーダンスは密度に関係することから液体よりも気体の方が音響インピーダンスが小さく、金属配管の音響インピーダンスとの差が大きくなる。このことに起因して、所望の検出精度を確保することに関する困難性は液体よりも気体を測定対象とするときに顕著になる。
【００１４】
この問題に対して配管に「ダンピング部材」又は「超音波吸収部材」と称される部材を配置させることが提案されている。用語を統一するため、本願明細書では「ダンピング部材」という用語を使用する。
【００１５】
特許文献４は、未架橋ゴムを主体としたダンピング部材を提案している。特許文献５は、未架橋ブチルゴムを典型例として含むダンピング部材と配管との間に離型剤を配置することを提案している。特許文献６は、未架橋ブチルゴムを典型例として含む超音波吸収体の上に、超音波緩衝体（典型例：シリコーンゴムスポンジ）を積層させることを提案している。これら特許文献４ないし６から分かるように、未架橋ブチルゴムを主体としたダンピング部材は、クランプオン式超音波流量計の検出精度を高める上で効果的であることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２０１８−７７０７９号公報
【特許文献２】特開２０１８−１１９８７８号公報
【特許文献３】特開昭６２−３８３５５号公報
【特許文献４】特開２０１４−１５７１２９号公報
【特許文献５】特開２０１６−１０９５５５公報
【特許文献６】特開２０１８−１０５７３５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来採用されていたダンピング部材は、その表面性状がベタベタした粘着性であり、また、粘土のように外力によって容易に千切れ、また、容易に塑性変形してしまう特性を有している。この特性は、クランプオン式超音波流量計を設置する、その作業において支障になっていた。
【００１８】
クランプオン式超音波流量計の設置作業では、上述した第１超音波素子、第２超音波素子の設置位置を位置決めする際あるいはダンピング部材の設置位置を位置決めする際に、何回かダンピング部材を配管から剥がして再度設置し直さなければならない場合が多い。ダンピング部材を配管から引き剥がして設置し直すとき、ダンピング部材の破断、ゴム成分が配管に残る、塑性変形したダンピング部材を元の形に直すなど、ダンピング部材が原因の厄介な作業を伴っていた。
【００１９】
この点に関して具体的に説明すると、取付具を使ってダンピング部材を配管に設置する際、どのような設置であれば適切にダンピング効果が得られるかを予め知ることが難しく、また、第１、第２超音波素子の配置に関しても繊細さが求められることが多い。このことから、何回かダンピング部材の設置位置を変更して最適位置に設置する等の作業が必要になる場合が多い。このようなことから、流量計を熟知した専門家が設置場所に出向いてダンピング部材を含むクランプオン式超音波流量計の設置作業を行っているのが実情である。
【００２０】
本願発明者らは、最も測定が困難な金属配管、気体に対しても効果的に適用可能な且つ専門家でなくても誰でも設置作業を行うことのできるクランプオン式超音波流量計を開発している中で、特に気体を対象とした流量計においてはダンピング部材を含めて改善する必要があるとの認識を持った。
【００２１】
本願発明者らは、千切れ易さ、配管から引き離したときにゴム成分が配管に残ってしまうという剥離性の悪さ等のダンピング部材の特性を見直す必要性がある、との認識の下で、架橋ゴムに着目して検討を加えた。そして、架橋ゴムで作製した複数のダンピング部材を用意して様々な観点から検討したが、期待に反して、多くの架橋ゴム製ダンピング部材で所望の作業性やダンピング性能が得られなかった。
【００２２】
ところで、２物体間における超音波信号の界面透過性は、２物体間の音響インピーダンスの「差」に依存することが知られている。このことから、特許文献４ないし６が明記しているように、配管の音響インピーダンスに近づける又は整合させることを主眼にダンピング部材の設計が行われていた。換言すれば、ダンピング部材を含む従来のクランプオン式超音波流量計は、「配管の壁内部を伝播する壁内伝播波を超音波吸収材の中に進入させ、そして超音波吸収材に入った壁内伝播波を超音波吸収材によって吸収させる。」という設計思想に基づいていると言うことができる。
【００２３】
本願発明者らは、従来の設計思想に基づいて、架橋ゴムからなるダンピング部材の音響インピーダンスを金属配管の音響インピーダンスに近づける又は整合させることを考えた。そして、ダンピング部材の音響インピーダンスを金属配管の音響インピーダンスに近づける又は整合させるには、ダンピング部材の密度を高めれば良いとの発想の下で様々な材料を架橋ゴムに添加したが、所望の結果が得られなかった。また、ダンピング部材の音響インピーダンスの数値を高めて金属配管の音響インピーダンスの数値に整合させるために添加剤を加えれば加えるほどダンピング性能が低下した。
【００２４】
この事実に基づいて、ダンピング部材の音響インピーダンスを金属配管の音響インピーダンスに整合させても所望のダンピング性能が得られない、その主要な要因を探求した。架橋ゴムに添加剤を加えると、これに伴ってダンピング部材が硬くなり過ぎたり、表面に添加剤が浮き出たりすることがある。そして、このことが原因で配管に対するダンピング部材の接触性が悪化し、このことがダンピング性能を悪化させている、ことを突き止めた。
【００２５】
また、別の観点に立って、２物体間の音響インピーダンスの「差」や音響整合とダンピング性能との間の相関関係を調べたところ、強い相関関係は認められないことが分かった。
【００２６】
以上の検討結果から、本願発明者らは、従来の思想の根本をなす「２物体間の音響インピーダンスの整合」に固執する必要はない、との気づきを得て本発明を案出するに至ったものである。
【００２７】
本願発明の目的は、ダンピング部材を含むクランプオン式超音波流量計を前提として、配管に対する設置作業を改善することのできるクランプオン式超音波流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上述した技術的課題は、本発明の第１の観点によれば、
測定対象の流体が流れる配管に後付けで設置されるクランプオン式超音波流量計であって、
超音波信号を送受信する超音波素子と、
該超音波素子が発する超音波信号を前記配管に向けて伝達し、前記配管からの超音波信号を前記超音波素子に伝達する超音波伝達部と、
該超音波伝達部を前記配管に接触させた状態で、前記超音波素子及び前記超音波伝達部を前記配管に取り付ける第１の取付具と、
前記配管に直接的に接した状態で設けられる架橋ゴムからなる粘弾性のダンピング部材であって、粘着性及び剥離性の表面性状を有するダンピング部材と、
該ダンピング部材を前記配管に対して押圧した状態で取り付け且つ該押圧した状態を保持する第２の取付具と、を備えることを特徴とするクランプオン式超音波流量計を提供することにより達成される。ここに、剥離性とは、基本的には、ダンピング部材を配管から剥離させたときに、粘着成分が配管に残らないことを意味する。
【００２９】
上述した技術的課題は、本発明の第２の観点によれば、
測定対象の流体が流れる配管に後付けで設置されるクランプオン式超音波流量計であって、
超音波信号を送受信する超音波素子と、
該超音波素子が発する超音波信号を前記配管に向けて伝達し、前記配管からの超音波信号を前記超音波素子に伝達する超音波伝達部と、
該超音波伝達部を前記配管に接触させた状態で、前記超音波素子及び前記超音波伝達部を前記配管に取り付ける第１の取付具と、
前記配管に直接的に接した状態で設けられる架橋ゴムからなる粘弾性のダンピング部材であって、前記架橋ゴムに粘着剤を添加することにより発現した粘着性と剥離性を備えたダンピング部材と、
該ダンピング部材を前記配管に対して押圧した状態で取り付け且つ該押圧した状態を保持する第２の取付具と、を備えることを特徴とするクランプオン式超音波流量計を提供することにより達成される。ここに、剥離性とは、基本的には、ダンピング部材を配管から剥離させたときに、粘着成分が配管に残らないことを意味する。
【００３０】
上述した技術的課題は、本発明の第３の観点によれば、
測定対象の流体が流れる配管に後付けで設置されるクランプオン式超音波流量計であって、
超音波信号を送受信する超音波素子と、
該超音波素子が発する超音波信号を前記配管に向けて伝達し、前記配管からの超音波信号を前記超音波素子に伝達する超音波伝達部と、
該超音波伝達部を前記配管に接触させた状態で、前記超音波素子及び前記超音波伝達部を前記配管に取り付ける第１の取付具と、
前記配管に直接的に接した状態で設けられる架橋ゴムからなる粘弾性のダンピング部材であって、前記配管に対して密着性を発現するように表面加工されたダンピング部材と、
該ダンピング部材を前記配管に対して押圧した状態で取り付け且つ該押圧した状態を保持する第２の取付具と、を備えることを特徴とするクランプオン式超音波流量計を提供することにより達成される。
【００３１】
本発明は、架橋ゴムが備える粘弾性だけでなく配管に対する密着性が重要であるとの観点から、ダンピング部材の表面特性に注目して構成されている。そして、配管に対する密着性という特性に剥離性を付加することで、配管に対する設置作業性を改善できる。
【００３２】
本発明の作用効果及び他の目的は、図面を参照した、本発明の好ましい実施の形態の説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施例のクランプオン式超音波流量計の概念図である。
【図２】第１実施例に含まれる流量センサ本体を配管に設置するための第１工程としてダンピング部材を配管に設置することを説明するための図である。
【図３】第１実施例に含まれる流量センサ本体を配管に設置するための第２工程としてダンピング部材の上にダンピング取付具を設置して、このダンピング取付具でダンピング部材を配管に押圧した状態にすることを説明するための図である。
【図４】第１実施例に含まれる流量センサ本体を配管に設置するための第３工程として流量センサ本体を配管に固定する準備工程を説明するための図である。
【図５】図４を参照して説明した第３工程によって、流量センサ本体に内蔵された第１、第２超音波素子が所定位置に位置決めされることを説明するための図である。
【図６】第１実施例に含まれる流量センサ本体を配管に固定した状態を説明するための図である。
【図７】第１実施例に含まれる流量センサ本体を配管に固定した状態を概念的に説明するための断面図である。
【図８】配管に取り付けた第２実施例のクランプオン式超音波流量計の斜視図である。
【図９】第２実施例に含まれる第２センサユニットを配管に取り付けるための第２の金属製薄板部材の斜視図である。
【図１０】第１センサユニット５０を配管に取り付けた後の状態を説明するための平面図である。
【図１１】第２実施例に含まれる第１、第２のセンサユニットを配管に設置するための第１工程としてダンピング部材を配管に設置することを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００３４】
以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。
【００３５】
第１実施例（図１ないし図７）：
図１ないし図７は第１実施例のクランプオン式超音波流量計１００に関する図面である。図１を参照して、クランプオン式超音波流量計１００の概要を説明する。流量計１００は、配管Ｐに設置される流量センサ本体２を有する。この流量センサ本体２は、超音波を送受信する第１、第２の超音波素子４、６を内蔵している。第１、第２の超音波素子４、６は典型的には圧電素子で構成される。
【００３６】
クランプオン式超音波流量計１００にあっては、第１、第２の超音波素子４、６が、配管Ｐの母線上において、配管Ｐの軸線Ａxの方向に離間して配置される。すなわち、第１実施例の超音波流量計１００は、いわゆるＶ配置方式あるいは反射配置のクランプオン式流量計である。図１の符号Ｕsは、第１、第２の超音波素子４、６間で送受される超音波信号の経路を模式的に表したものである。例えば、測定対象となる流体が圧縮空気等の気体である場合、超音波信号は、配管Ｐの管壁においてガイド波を形成させることが好ましく、この場合の超音波信号の経路は必ずしも図１のとおりとはならない。
【００３７】
流量センサ本体２は、第１超音波素子４に隣接して、第１超音波伝達部８としての第１くさび部材１０を含み、また、第２超音波素子６に隣接して、第２超音波伝達部１２としての第２くさび部材１４を含んでいる。また、流量センサ本体２は、第１、第２のくさび部材１０、１４に、夫々、隣接して、第１、第２のカプラント１６、１８を好ましくは含み、この第１、第２のカプラント１６、１８は、第１、第２の超音波伝達部８、１２の一部を構成すると共に、配管Ｐに対する接触部を構成している。設置作業性を向上する上で、好ましくは、第１、第２のカプラント１６、１８を固体のカプラントで構成するのが良い。
【００３８】
図１において、参照符号２０はダンピング部材を示す。ダンピング部材２０は、適度な可撓性を備え且つ、好ましくは、所定の厚みを有するシート状の成形品である。ダンピング部材２０は粘弾性を有し、また、金属製の配管Ｐに対して密着性と剥離性を有している。ダンピング部材２０は、作業者が手でなぞることで配管Ｐの周囲に沿って容易に変形可能である。
【００３９】
ダンピング部材２０は、流量センサ本体２に隣接して配置され、配管Ｐに接した状態で配管Ｐの周囲を取り囲むようにして配置されている。そして、ダンピング部材２０は、その外周を包囲するダンピング取付具２２によって配管Ｐに固定され、また、ダンピング取付具２２によって配管Ｐに対して押圧されている。そして、流量センサ本体２を配管Ｐに設置した後、ダンピング取付具２２はダンピング部材２０を押圧した状態を維持する。すなわち、ダンピング取付具２２は、ダンピング部材２０の全域を覆う大きさを有し、ダンピング部材２０を全体的に配管Ｐに押しつける押圧力を保ち続ける。すなわち、ダンピング取付具２２は、ダンピング部材２０に対する保圧機能を維持し続ける。
【００４０】
図示の配管Ｐは、具体的には、工場設備の一部を構成するコンプレッサを圧縮空気生成源とする比較的小さな或いは中程度の外径、例えば約25mmないし約230mm）の外径の金属配管（典型的には鉄製又はステンレス鋼製の配管）であるが、クランプオン式超音波流量計１００が適用可能な金属配管Ｐの直径及び金属材料はこれに限定されない。配管Ｐの直径は、上記に例示した数値範囲を越えていていもよく、また、配管Ｐの金属材料は鉄又はステンレス鋼（SUS）に限定されない。配管Ｐの材料は銅であってもよい。
【００４１】
クランプオン式超音波流量計１００は、第１、第２の超音波素子４、６間で送受信される超音波信号に基づいて配管Ｐを流れる流体の流量を測定するものであり、例えば、超音波信号の伝播時間差に応じた瞬時流量や積算流量を測定するものである。対象流体が気体である場合、気体の温度や圧力に応じて予め定められた条件での換算流量を出力するようにしてもよい。
【００４２】
図２ないし図５は、クランプオン式超音波流量計１００を配管Ｐに設置する手順を説明するための図である。流量センサ本体２を配管Ｐに設置する前に、第１工程として、シート状のダンピング部材２０を配管Ｐの周りに巻き付ける。図２は、ダンピング部材２０を配管Ｐの周りに配置した後の状態を示す。図２に図示の参照符号２４、２６は、第１、第２のカプラント１６、１８（図１）に対応した位置に配置されたダンピング窓を示す。第１、第２のカプラント１６、１８を通過する超音波は、空所の第１、第２のダンピング窓２４、２６を通過する。また、図２に図示の参照符号２８、３０はクランプオン式超音波流量計１００を配管に取り付けた際に配管Ｐに突き当てるための突き当て窓を示す。この突き当て窓２８、３０は空所である。
【００４３】
なお、例えば、測定対象となる流体が圧縮空気等の気体である場合、超音波信号は、配管Ｐの管壁においてガイド波を形成させることが好ましく、この場合、空所の第１、第２のダンピング窓２４、２６を一体化し、第１、第２のカプラント１６、１８（図１）に対応した位置の間をダンピング窓とすることで、配管Ｐ固有のガイド波を発生させることを優先させることもできる。
【００４４】
ダンピング部材２０は、その配管Ｐの周方向の長さ寸法が配管Ｐの外周寸法に適合しているのが好ましいが、配管Ｐの外周寸法よりも長くてもよい。この場合には、配管Ｐの周方向においてダンピング部材２０の一端部と他端部とが重複した状態になる。また、ダンピング部材２０は、その配管Ｐの周方向の長さ寸法が配管Ｐの外周寸法よりも短くてもよい。この場合には、配管Ｐの周方向においてダンピング部材２０の一端部と他端部とが離れた状態になる。
【００４５】
図３は、第２工程として、ダンピング部材２０の外周にダンピング取付具２２を設置した状態を示す。ダンピング取付具２２は、金属製シートからなる取付具本体２２０と、その両端に配置した一対の肉厚フランジ２２２、２２４とを有し、この肉厚フランジ２２２、２２４に形成された複数の透孔２２６に相通したボルト及びナットの締結具２２８を締め付けて取付具本体２２０の直径を小さくすることでダンピング部材２０を配管Ｐに圧着させることができる。締結具２２８は、配管Ｐの長手方向に等間隔に配置するのが好ましい。
【００４６】
ダンピング取付具２２は、ダンピング部材２０の全域を覆う大きさを有し、また、第１、第２のダンピング窓２４、２６に整合する第１、第２の取付具窓３４、３６を有し、この第１、第２の取付具窓３４、３６は空所である。また、ダンピング取付具２２（取付具本体２２０）は、ダンピング部材２０の突き当て窓２８、３０に対応した第３、第４の取付具窓３８、４０を有し、この第３、第４の取付具窓３８、４０は空所である。
【００４７】
図４は、第３工程として流量センサ本体２を配管Ｐに固定する準備工程を示す。配管Ｐに対する流量センサ本体２の固定は、配管Ｐを挟んで対抗する板状のセンサ本体取付具３２を用いて行われる。流量センサ本体２を位置決めしたときに、図５に示すように、第１、第２の超音波素子４、６及び第１、第２の超音波伝達部８、１２が所望の位置に位置決めされた状態となる。
【００４８】
図６は、流量センサ本体２を配管Ｐに固定した状態を示す。配管Ｐを挟んで互いに対抗して位置する流量センサ本体２とセンサ本体取付具３２とは、複数本の締結ボルト４４を締め付けることにより互いに固定され、これにより配管Ｐは流量センサ本体２とセンサ本体取付具３２とによって挟持された状態になる。複数本の締結ボルト４４は、少なくとも、平面視矩形の流量センサ本体２の４つの角部に配置するのが好ましい。
【００４９】
流量センサ本体２を配管Ｐに設置した後の状態を図７に概念的に図示してある。図７を参照して、ダンピング部材２０は、配管Ｐの外周面に直接的に接触した状態で配管Ｐの外周を包囲し、このダンピング部材２０は、その外周側に配置されたダンピング取付具２２によって配管Ｐの軸線Ａxに向けて押圧された状態に保たれる。この状態の下で、第１、第２の超音波素子４、６は、第１、第２の超音波伝達部８、１２を通じて、また、ダンピング部材２０のダンピング窓２４、２６等を通じて、配管Ｐを流れる気体との間の超音波の授受が行われる。
【００５０】
超音波流量計１００の動作は従来と同様であるので、その概要説明にとどめる。第１超音波素子４が発生した超音波は配管Ｐの中を通る測定対象の気体（例えば圧縮空気）に入射される。図１において、矢印Ｆは測定対象の気体の流れ方向を示す。測定対象の気体が伝播する超音波は第２超音波素子６によって受信され、第２超音波素子６は、受信した超音波に基づくアナログ信号を出力する。次いで、第２超音波素子６から出力されたアナログ信号はA/D変換される。
【００５１】
他方、第２超音波素子６が発生した超音波は、配管Ｐの中を通る気体に入射される。そして、この気体が伝播する超音波は第１超音波素子４によって受信され、第１超音波素子４は、受信した超音波に基づくアナログ信号を出力する。次いで、第１超音波素子４から出力されたアナログ信号はA/D変換される。
【００５２】
流量センサ本体２は流量演算部を有し、流量演算部は、第１、第２の超音波素子４、６が出力した信号に基づいて時間差ΔＴを測定する。この時間差ΔＴは、第１超音波素子４が出力した超音波が第２超音波素子６によって受信されるまでの時間Ｔ1と、第２超音波素子６が出力した超音波が第１超音波素子４によって受信されるまでの時間Ｔ2との「差」である。そして、求めた時間差ΔＴに基づいて、配管Ｐの中を流れる流体の速度を所定の式に基づいて算出すると共に、当該流体の流量を別の所定の式に基づいて算出する。
【００５３】
特許文献３（特開昭６２−３８３５５号公報）を参照してガイド波を前述したが、第１実施例の流量計１００においても、ガイド波を使って上記時間差ΔＴを測定してもよい。
【００５４】
ダンピング部材２０は、好ましくは、均一な肉厚のシート状に成形された成形品で構成される。ダンピング部材２０は架橋ゴム、例えばブチルゴム（イソブチエン・イソプレンゴム（IIR））、エチレン（エチレン-プロピレンゴム（EPDM））、ニトリルゴム（NBR）（アクリロニトリル・ブタジエンゴム（BR））、フッ素ゴム（FKM）、エピクロルヒドリンゴム（ECO）、ノルボルネンゴム（NOR）等を主体に作られている。
【００５５】
ダンピング部材２０は「架橋」によって千切れ難い特性を有している。また、シート状の成形品であれば作業者が設置作業を行うときにダンピング部材２０の取り扱いが容易である。
【００５６】
超音波流量計１００においては、配管Ｐに対するダンピング部材２０の密着性を次の２つの方法のいずれか、またはその組み合わせによって実現することが可能である。
【００５７】
（１）粘着性：
ダンピング部材２０が粘着性を備えていれば、配管Ｐに対して密着性を確保することができる。架橋ゴムは一般的に粘着性を有していない。ダンピング部材２０に適度な粘着性を付与させるには増粘剤を適度に添加すればよい。ここに、「適度な粘着性」とは、剥離性を含めて粘着性を調整することを意味している。「適度な粘着性」について更に具体的に説明すると、ダンピング部材２０を配管Ｐから剥離させたときに、ダンピング部材２０が破断しないで且つ配管Ｐにゴム成分が残留しないのは勿論であるが、設置作業性の容易さを念頭に置いたときには、例えば付箋紙のような粘着性及び剥離性が好ましい。ダンピング取付具２２によりダンピング部材２０は押圧された状態で維持されることで、付箋紙のような微粘着性であったとしても配管Ｐに対して密着性を確保することができ、ダンピング部材２０が有する粘弾性の特性による十分なダンピング効果を発揮させることができる。
【００５８】
添加可能な増粘剤として、クマロンインデン樹脂、アルキルフェノール樹脂、テンペンフェノール、ロジンを例示的に挙げることができる。
【００５９】
（２）平滑性：
ダンピング部材２０の表面、特に配管Ｐと接触する表面の平滑度を高めることで配管Ｐに対する密着性を確保することができる。ダンピング部材２０をシート状に成形するときに、金型の形状面を平滑にすることで、ダンピング部材２０の表面を平滑にすることができる。平滑度は、好ましくは、ダンピング部材２０を配管Ｐに対して押し付けることにより真空吸着するような平滑度であるのが良い。ダンピング部材２０の平滑度を、表面摩擦力（静止摩擦係数）で規定すれば、静止摩擦係数が0.8以上、好ましくは1.3以上であるのが良い。
【００６０】
前述したダンピング取付具２２は、ダンピング部材２０に押圧力を与え、そしてこれを維持する機能を有していることから、このダンピング取付具２２とダンピング部材２０の上記粘着性及び／又は平滑性の表面特性との組み合わせによって、配管Ｐに対するダンピング部材２０の密着性を高めることができる。また、この密着性を高めることにより、振動する配管Ｐと一緒にダンピング部材２０を振動させてこの振動をダンピング部材２０で吸収・減衰・緩衝あるいは位相を変化させることができる。
【００６１】
ダンピング取付具２２によるダンピング部材２０の押圧力は、例えば、0.05MPa〜0.8MPaの指で強く押さえつけた程度の押し圧力である。好ましくは0.1MPa〜0.6MPa。より好ましくは0.2MPa〜0.4MPa。押圧力が弱すぎるとダンピング効果は低くなる。一定以上の押圧力でダンピング効果は安定する。押圧力が大きすぎるとダンピング部材２０の劣化を招く。ダンピング取付具２２によるダンピング部材２０の押圧力は、締結具２２８の締付トルクにより調整可能である。
【００６２】
架橋ゴムは基本的に粘弾性の特性を備えている。粘弾性は損失正接（tanδ:Loss tangent）という観点から規定することができる。粘弾性はダンピング部材２０のダンピング効果に関係し、基本的に損失正接の数値が大きいほどダンピング性能は高い。このことから、ダンピング部材２０の損失正接は0.5以上であるのが良く、好ましくは1.0以上であるのが良い。
【００６３】
第２実施例（図８ないし図１１）：
図８、図１０において、参照符号２００は第２実施例のクランプオン式超音波流量計を示す。この超音波流量計２００は、第１、第２の２つのセンサユニット５０、５２を含み（図８）、第１センサユニット５０は、前述した第１超音波素子４及び第１超音波伝達部８が内蔵されている。第２センサユニット５２は、前述した第２超音波素子６及び第２超音波伝達部１２が内蔵されている。
【００６４】
第２実施例のクランプオン式超音波流量計２００はＺ配置方式の流量計である。すなわち、第１センサユニット５０と第２センサユニット５２とは配管Ｐを挟んで互いに対抗して配置される。より具体的に説明すると、第２実施例のクランプオン式超音波流量計２００は、配管Ｐの第１母線上に第１超音波素子４が配置され、また、第１母線と直径方向に対抗する第２母線上に第２超音波素子６が配置される。そして、第１超音波素子４と第２超音波素子６とが配管Ｐの軸線方向に離間して位置決めされる。
【００６５】
この第２実施例のクランプオン式超音波流量計２００にあっては、第１センサユニット５０と第２センサユニット５２とが複数のバンドＢを使って配管Ｐに固定される。具体的には、第１センサユニット５０は、その両側に取り付けられた第１の金属製薄板部材５４を有し、この第１薄板部材５４の長手方向両端部に第１のバンドＢ(1)が取り付けられている。第１センサユニット５０は、第１の薄板部材５４を配管Ｐに沿って配置させ、そして、第１のバンドＢ(1)を巻き締めることにより、第１センサユニット５０が配管Ｐに固定される。
【００６６】
同様に、第２センサユニット５２は、その両側に取り付けられた第２の金属製薄板部材５６を有し（図８、図９）、この第２薄板部材５６の長手方向両端部に第２のバンドＢ(2)が取り付けられている。なお、図９では、第２のバンドＢ(2)の図示が省略されている。第２センサユニット５２は、第２の薄板部材５６を配管Ｐに沿って配置させ、そして、第２のバンドＢ(2)を巻き締めることにより、第２センサユニット５２が配管Ｐに固定される。
【００６７】
上記の説明から分かるように、第１、第２の薄板部材５４、５６及び第１、第２のバンドＢ(1)、Ｂ(2)は、第１、第２のセンサユニット５０、５２を配管Ｐに固定するためのセンサ本体取付具として機能する。
【００６８】
図８及び図１０には、先ず第２センサユニット５２を配管Ｐに組み付け、次いで第１センサユニット５０を組み付ける手順で設置作業を行った状態が図示されている。図１０は、第１センサユニット５０を配管に取り付けた後の状態を説明するための平面図である。この手順により作業を行った結果、図面には、第１薄板部材５４が第２薄板部材５６の上に位置している。もちろん、第１センサユニット５０を先に配管Ｐに組み付け、その後で第２センサユニット５２を配管Ｐに組み付けてもよい。
【００６９】
図示の第１、第２の薄板部材５４、５６は、その全域に複数の孔６０を備えた、いわゆるパンチングメタルで構成されているが、このことは必須ではない。
【００７０】
第１、第２の薄板部材５４、５６は、夫々のバンドＢ(1)、Ｂ(2)を締め付けることにより、配管Ｐの断面円形の外周面に沿った形状に変形して第１、第２センサユニット５０、５２を配管Ｐに対して固定できるだけでなく、配管Ｐとの間に配置されているダンピング部材７０の全域に対して押圧力を付与することができる。したがって、第１、第２の薄板部材５４、５６及びバンドＢ(1)、Ｂ(2)は、第１、第２センサユニット５０、５２を配管Ｐに固定するためのセンサ本体取付具として機能するだけでなく、ダンピング部材７０を配管Ｐに固定するためのダンピング取付具としても機能する。
【００７１】
この第２実施例のクランプオン式超音波流量計２００にあっても、第１、第２のセンサユニット５０、５２を配管Ｐに設置する前に、第１工程として、作業者の手で配管Ｐの周りにダンピング部材７０が巻き付けられる。
【００７２】
図１１は、クランプオン式超音波流量計２００に含まれるダンピング部材７０を配管Ｐの周りに配置した後の状態を示し、前述した第１実施例で参照した図２に対応している。図１１に図示のダンピング部材７０は、第１実施例で説明したダンピング部材２０と実質的に同じであるが、第２実施例のクランプオン式超音波流量計２００は第１、第２の超音波素子４、６が配管Ｐを挟んで配置されることから、第１、第２のダンピング窓２４、２６は、ダンピング部材７０を配管Ｐに取り付けたときに配管Ｐを挟んで配置されている。なお、図１１では作図上の理由から第２ダンピング窓２６は図面に現れていない。
【００７３】
以上、本発明の好ましい第１、第２実施例を説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、例えば以下の変形例を包含する。
【００７４】
（１）第１、第２実施例において、第１、第２の超音波伝達部８、１２の近傍にダンピング部材２０、７０を配置したが、ダンピング部材２０、７０を第１、第２の超音波伝達部８、１２から離れた位置に配置してもよい。ダンピング部材２０、７０の配置に関し、流量センサ本体２や第１、第２センサユニット５０、５２の配置位置が配管Ｐの継ぎ目（端面）に近い場合に、配管Ｐの継ぎ目（端面）からの反射ノイズを防ぐ目的で、配管Ｐの継ぎ目（端面）から流量センサ本体２や第１、第２センサユニット５０、５２までの間にダンピング部材２０、７０を配置してもよい。
【００７５】
（２）ガイド波を使ったクランプオン式超音波流量計に本発明を適用できるのは勿論である。すなわち、本発明のクランプオン式超音波流量計は、縦波及び横波が共に全反射するように超音波の入射角度を設定し、配管材料を媒体として配管の軸線と平行な方向に伝播するガイド波を発生させ、このガイド波によって配管を振動させて配管の中を流れる流体の流速・流量を計測する流量計であってもよい。
【００７６】
（３）クランプオン式超音波流量計は測定した流量、例えば、瞬時流量や積算流量を表示するための表示装置を備えていてもよい。クランプオン式超音波流量計は、超音波信号の強度および迷信号の強度を検出する信号強度検出部を備え、信号強度検出部により検出された超音波信号の強度に基づいて超音波伝達部の適切設置状態に関する情報を表示装置に表示し、信号強度検出部により検出された超音波信号の強度と迷信号の強度の比率に基づいてダンピング部材の適切設置状態に関する情報を表示装置に表示するようにしてもよい。クランプオン式超音波流量計の表示装置に、ダンピング部材の適切設置状態に関する情報を表示することで、ダンピング部材が適切に設置されていること、又は、締結具の再調整・ダンピング部材の再取付等を促すことができる。
【符号の説明】
【００７７】
１００    第１実施例のクランプオン式超音波流量計（Ｖ配置方式）
Ｐ    配管
Ｆ    測定対象の気体の流れ方向
Ａx    配管の軸線
２    流量センサ本体
４    第１超音波素子
６    第２超音波素子
８    第１超音波伝達部
１０  第１くさび部材（超音波伝達部）
１２  第２超音波伝達部
１４  第２くさび部材（超音波伝達部）
１６  第１カプラント（超音波伝達部）
１８  第２カプラント（超音波伝達部）
２０  ダンピング部材
２２  ダンピング取付具
２４  第１カプラント用のダンピング窓
２６  第２カプラント用のダンピング窓
３２  センサ本体取付具
３４  第１取付具窓
３６  第２取付具窓
４４  締結ボルト
２００  第２実施例のクランプオン式超音波流量計（Ｚ配置方式）
５０  第１センサユニット
５２  第２センサユニット
５４  第１のパンチングメタル(センサ本体取付具＆ダンピング取付具）
５６  第２のパンチングメタル(センサ本体取付具＆ダンピング取付具）
６０  孔
７０  第２実施例に含まれるダンピング部材
B(1)  第１のバンド(センサ本体取付具＆ダンピング取付具）
B(2)  第２のバンド(センサ本体取付具＆ダンピング取付具）
【図１】
2020060490.tif 000003
【図２】
2020060490.tif 000004
【図３】
2020060490.tif 000005
【図４】
2020060490.tif 000006
【図５】
2020060490.tif 000007
【図６】
2020060490.tif 000008
【図７】
2020060490.tif 000009
【図８】
2020060490.tif 000010
【図９】
2020060490.tif 000011
【図１０】
2020060490.tif 000012
【図１１】
2020060490.tif 000013