(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管表面に着脱自在に装着される支持基台と、配管表面に接触して配管内流体に対する波動の送受を行う一対の送受波部と、前記支持基台に配管の軸方向に沿って移動自在に担持され、前記一対の送受波部のうちの一方を担持する移動体と、を備え、波動の送受に基づいて前記配管内流体の流速を測定する流速測定器用のセンサユニットにおいて、
前記移動体は、送受波部を配管の略半径方向に移動自在に担持し、且つ、この送受波部を前記配管表面から離間させた状態で前記移動体にロック可能な構成を有し、
前記送受波部を配管表面から離間した状態で前記移動体に対してロックすることにより、前記送受波部を配管表面に当接させることなく配管の軸方向への送受波部の位置調整を可能としたことを特徴とする流速測定器用のセンサユニット。
【請求項２】
配管表面に着脱自在に装着される支持基台と、前記配管表面に接触して配管内流体に対する波動の送受を行う一対の送受波部と、前記支持基台に、配管の軸方向に沿って移動自在に担持され、前記一対の送受波部をそれぞれ担持する移動体と、を備え、波動の送受に基づいて前記配管内流体の流速を測定する流速測定器用のセンサユニットにおいて、
前記移動体は、送受波部を配管の略半径方向に移動自在に担持し、且つ、この送受波部を前記配管表面から離間させた状態で前記移動体にロック可能な構成を有し、
前記送受波部を配管表面から離間した状態で前記移動体に対してロックすることにより、前記送受波部を配管表面に当接させることなく配管の軸方向への送受波部の位置調整を可能としたことを特徴とする流速測定器用のセンサユニット。
【請求項３】
前記移動体に担持される送受波部の前記配管の軸方向の移動位置を読み取り可能なスケールを、前記支持基台に着脱自在に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の流体測定器用のセンサユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管内の流体に対する波動の送受に基づいてこの流体の流速測定を行う流速測定器用のセンサユニットに関し、特に、波動の送受を行う送受波部の配管表面への接触位置の調整に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体配管内の流れは、配管形状（例えば曲がり、内径の拡大／縮小など）、配管内壁の表面状態（例えば凹凸、付着堆積物の有無など）、流体の特性（例えば混合物の有無、粘度など）等、様々な要因に依存して変化するため予測が難しく、流体配管内の実際の流速または流量の計測は非常に有益である。しかしながら、流量計を配管系の各所に固定的に設置したのでは、配管系の構成が複雑化する、あるいは設置コスト若しくはメンテナンスコストが増大する等の問題を生じるため、配管表面の所望の位置に着脱自在なセンサユニットを取り付け、これにより配管内部の流速または流量を測定する流速測定器がある。
【０００３】
このような流速測定器用のセンサユニットとして、従来より、図８に示すセンサユニットが知られている。以下図６〜図８を参照して測定原理および従来のセンサユニットの概略構成について説明する。図６は、センサユニットによる超音波の送受を示す説明図を、図７は、配管径が異なる場合の超音波の配管内の伝播を示す模式図を、また図８は、従来のセンサユニットの概略構成図を示す。なお、図８の上段はセンサユニットの平面図を、また下段はセンサユニットの側面図を示す。
【０００４】
まず、この流速測定器による流速の測定原理について図６を参照して説明する。流体中で伝播する波動の伝播速度は媒質としての流体の流速に応じて変化する。すなわち、配管内流体において、流体の流れに沿った方向（順流方向）の波動の伝播速度と、流体の流れに逆らった方向（逆流方向）の波動の伝播速度とには速度差が生じる。すなわちこの伝播速度差を捉えれば、配管内流体の流速を測定することができる。この方法は伝播速度差法と呼ばれる。
【０００５】
センサユニット９０は、配管８０の表面上に接触し配管内流体に対して超音波の送受を行う一対の送受波部９６を備える。これら一対の送受波部９６は、配管８０の軸方向すなわち流体の流動方向に沿って所定距離離間して配置される。各送受波部９６は、それぞれ送波部および受波部を兼用しており、対を成す他方の送受波部９６との間で配管内流体を媒介として超音波の送受を行う。そしてこれら一対の送受波部９６間で流体の順流方向および逆流方向にそれぞれ超音波の送受を行い、例えば順流方向の伝播に要した時間と逆流方向の伝播に要した時間との時間差を検出し、この時間差に基づいて配管内流体の流速を測定する（この方法は伝播速度差法の中で伝播時間差法として分類される）。なお、このセンサユニット９０は、図６に示すように、配管内壁で反射した超音波を受波する方式（Ｖ法）を採用している。
【０００６】
受波部における受波強度が最大となる送受波部９６間の離間距離Ｌ１，Ｌ２は、測定実施環境あるいは条件などに応じて異なるため、測定を実施する度にその調整が行われる。特に配管径Ｄ１，Ｄ２の影響は大きく、例えば図７に示すように、送波部からの超音波の放射方向θが一定であれば、受波強度を最大とする離間距離Ｌ１，Ｌ２は、配管８０の配管径Ｄ１，Ｄ２に応じて変化する。
【０００７】
このため、センサユニット９０は、図８に示すように、配管８０の軸方向に移動自在な移動体９４を備え、一対の送受波部９６のうちの一方を支持基台９２に、また他方を移動体９４にそれぞれ備える。また各送受波部９６はそれぞれスプリング９８により配管８０の表面に押圧される。
【０００８】
このセンサユニット９０は、配管８０に装着されている状態では送受波部９６は配管表面に押圧されているため、この状態で移動体９４を移動させると、これに担持される送受波部９６の当接面または配管８０の表面が損傷してしまうおそれがある。このため、移動体９４の移動による送受波部９６の位置調整は、センサユニット９０を配管８０から取り外した状態で行う。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような位置調整では、一度の調整によっては配管に装着したセンサユニットの受波部において所望の受波強度が得られない場合が多く、この場合、すなわち送受波部の位置調整が再度必要となった場合には、センサユニットを一旦配管より取り外し、送受波部の位置調整を行い、再び配管に装着するという手順となり、多大な労力と時間とを要していた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明によれば、配管表面に着脱自在に装着される支持基台と、配管表面に接触して配管内流体に対する波動の送受を行う一対の送受波部と、前記支持基台に配管の軸方向に沿って移動自在に担持され、前記一対の送受波部のうちの一方を担持する移動体と、を備え、波動の送受に基づいて前記配管内流体の流速を測定する流速測定器用のセンサユニットは、前記移動体が、送受波部を配管の略半径方向に移動自在に担持し、且つ、この送受波部を前記配管表面から離間させた状態で前記移動体にロック可能な構成を有し、前記送受波部を配管表面から離間した状態で前記移動体に対してロックすることにより、前記送受波部を配管表面に当接させることなく配管の軸方向への送受波部の位置調整を可能としている。
【００１１】
このような構成によれば、送受波部が配管表面から離間した状態で移動体を移動させることができるので、センサユニットを配管に装着した状態のまま、より容易かつより迅速に、また送受波部あるいは配管表面を傷つけることなく、送受波部の位置調整を行うことができる。
【００１２】
また、本発明によれば、配管表面に着脱自在に装着される支持基台と、前記配管表面に接触して配管内流体に対する波動の送受を行う一対の送受波部と、前記支持基台に、配管の軸方向に沿って移動自在に担持され、前記一対の送受波部をそれぞれ担持する移動体と、を備え、波動の送受に基づいて前記配管内流体の流速を測定する流速測定器用のセンサユニットは、前記移動体が、送受波部を配管の略半径方向に移動自在に担持し、且つ、この送受波部を前記配管表面から離間させた状態で前記移動体にロック可能な構成を有し、前記送受波部を配管表面から離間した状態で前記移動体に対してロックすることにより、前記送受波部を配管表面に当接させることなく配管の軸方向への送受波部の位置調整を可能としている。
【００１３】
前記従来システムのように送受波部のうち一方が支持基台に固定設置されるものでは、配管に支持基台が装着された時点で、支持基台に固定される送受波部の配管に対する相対的な位置が自動的に定まってしまう。しかし実際の配管系では、配管系の構成上、支持基台の配管への装着位置が制限されたり、送受波部の配管表面への接触位置が制限されたりする場合があり、このような構成ではこれら双方の条件を満たすことができず、良好な測定結果が得られない場合があった。本発明の構成によれば、配管に対する支持基台の装着位置と配管に対する一対の送受波部の接触位置とをそれぞれ独立に設定することができるため、より精度良く流速測定を行うことができる。
【００１４】
また本発明では、前記移動体に担持される送受波部の前記配管の軸方向の移動位置を読み取り可能なスケールを、前記支持基台に着脱自在に備えるのが好適である。
【００１５】
上記のように、受波強度が最大となる送受波部の軸方向位置は配管径の大きさに応じて異なるため、別に準備したスケールにより配管径を測定し、測定した配管径に合わせて位置調整を行っていた。本発明の構成によれば、支持基台に着脱自在なスケールを備え、これにより、配管の外径と送受波部の配管の軸方向位置とを測定することができるので、スケールを別途準備する手間が不要となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態にかかる流速測定器用のセンサユニットの概略構成図を、図２は、移動体と送受波部とを示す側面図を、図３は、ロック機構を示す斜視図を、それぞれ示す。なお、図１の（ａ）は、図１（ｂ）における矢視Ａを、図１（ｃ）は、図１（ｂ）における矢視Ｂを示す図である。また以下の説明では、便宜上、配管の半径方向において配管の外側へ向かう方向を「上」、配管の内側へ向かう方向を「下」とする。
【００１７】
本実施形態にかかるセンサユニット１０は、配管８０の表面に着脱自在に装着される支持基台１２と、この支持基台１２に配管８０の軸方向の移動を自在に担持される移動体２０とを備える。
【００１８】
支持基台１２は、移動体２０を配管８０の軸方向の移動を自在に支持案内する案内部としての機能を備える天板１２ａと、配管表面に立接され天板１２ａを支持する支持部材１２ｂとを備える。本実施形態では天板１２ａは長方形の板状に構成され、また支持部材１２ｂは、この天板１２ａの一対の対向する長辺部にそれぞれ垂設され、この天板１２ａと一長辺をそれぞれ共有する長方形状の板状部材として構成される。また、二つの支持部材１２ｂは同じ高さに構成される。案内部としては、天板１２ａの中央部に長手方向に延びる長穴１４を備える。また、支持部材１２ｂの長手方向端部近傍にはそれぞれベルト通し穴１６が設けられ、このベルト通し穴１６を通したベルト７０を配管８０に巻回することにより、配管８０に支持基台１２を装着する。
【００１９】
移動体２０は、支持基台１２において、配管８０の軸方向における往復移動を自在に担持され、かつ配管８０の半径方向（配管８０への近接／離間方向）への移動を規制される。本実施形態では、移動体２０は、天板１２ａの上側の第一部材２２と天板１２ａの下側の第二部材２４とを備える。これら第一部材２２および第二部材２４は長穴１４を上下に貫通する貫通部２６を介して締結される。この第一部材２２と第二部材２４との締結はねじ締結であり、移動体２０を支持基台１２に固定する固定機構として機能する。すなわち、第一部材２２を回動してねじを締め込んだ場合には、第一部材２２および第二部材２４により天板１２ａの長穴１４の周辺部が挟み込まれて移動体２０が天板１２ａに固定され、ねじを弛めた場合には、第一部材２２および第二部材２４による長穴１４の周辺部の挟み込みが緩んで軸方向の移動が自在となる。ただしこの場合にも移動体２０自体の配管８０の半径方向への移動はこれら第一部材２２および第二部材２４により規制される。なお、この移動体２０は、貫通部２６において上下に貫通する貫通孔２８を備える。この貫通孔２８の機能については後述する。
【００２０】
またセンサユニット１０は、配管表面に接触して配管内流体に対する波動例えば超音波等の送受を行う一対の送受波部３０を備える。本実施形態では、一対の送受波部３０は双方ともそれぞれ別の移動体２０に配管表面との接触／離間を自在に担持される。
【００２１】
送受波部３０は、第二部材２４の下側に位置し送波部および受波部を内蔵する送受波部本体３２と、第一部材２２の上側に位置し送受波部３０の下方への抜け落ちを防止する係止部材３４と、移動体２０に設けられた貫通孔２８に嵌挿されて上下方向に案内され、送受波部本体３２と係止部材３４とを締結する案内ロッド３６と、を備える。移動体２０と送受波部３０との間には、移動体２０に対して送受波部３０を下方すなわち配管表面側に付勢するスプリング４２を備える。本実施形態では、このスプリング４２は、第二部材２４と送受波部本体３２との間に設けられる。なお、係止部材３４は案内ロッド３６に対して案内ロッド３６の軸方向に回動自在に担持される。
【００２２】
各送受波部３０は、送波部と受波部とを兼用する送受波素子例えば超音波振動子を内蔵し、送受波部３０における波動例えば超音波の送受を図示しない制御器により切り替えられ、一対の送受波部３０間で順流方向および逆流方向の波動の送受を行う。送受波素子は配線３８を介してこの制御器に接続され、送波の際には制御器からの送信信号を波動に変換して送波し、受波の際には受け取った波動を受信信号に変換して制御器に送信する。制御器では、送信信号あるいは受信信号に基づいて流速が算出される。本実施形態では、送信タイミング、受信タイミング、および制御器に別途入力された送受波部３０間の離間距離に基づいて、順流方向および逆流方向の伝播速度、これらの速度差、およびこの速度差に基づいた流速あるいは流量が算出され、図示しない表示部によりこれらが表示される。
【００２３】
またセンサユニット１０は、送受波部３０を配管表面から離間した状態で移動体２０にロックするロック機構を備え、移動体２０は、送受波部３０がロック機構によりロックされた状態で、配管８０の軸方向に移動自在となるよう構成される。
【００２４】
本実施形態では、ロック機構５０として、移動体２０に設けられ送受波部３０の下方への移動を規制する規制部材５２を備える。また送受波部３０にはこの規制部材５２を逃げて規制部材５２による規制を解除する逃げ部５４が設けられる。より具体的には、例えば、第一部材２２にはその上面から上方に突出する規制部材５２例えばピンが複数例えば二個設けられる。また送受波部３０例えば係止部材３４には、ピン５２を緩挿することによりピン５２を逃げ、ピン５２による規制を解除する逃げ部５４例えば解除孔が設けられる。
【００２５】
図２（ａ）に示すように係止部材３４が規制部材５２を逃げる場合（すなわちピン５２が解除孔５４に緩挿される回動位置に係止部材３４がある場合；ロック解除状態）には、送受波部３０はスプリング４２により下方に付勢されているため、送受波部３０（送受波部本体３２）は配管表面に押圧される。一方、図２（ｂ）に示すように係止部材３４が規制部材５２に規制される場合（すなわちピン５２が解除孔５４に緩挿される回動位置に係止部材３４がない場合；ロック状態）には、係止部材３４の下面は第一部材２２の上面より上方に位置するピン５２の上端に当接し、これにより、送受波部３０の下方への移動が規制され、送受波部３０（送受波部本体３２）が配管８０に接触する手前の上方位置に保持されることとなり、送受波部３０が配管表面に接触しない状態にロックされる。
【００２６】
このような構成により、移動体２０は、送受波部３０を配管表面から離間保持した状態で配管８０の軸方向に沿って移動自在である。このため、送受波部３０を配管表面に当接させることなく移動させ、センサユニット１０を配管８０に装着したまま、より迅速に送受波部３０の位置調整を行うことができる。
【００２７】
なお、ロック解除状態（図２（ａ），図３（ａ））をロック状態（図２（ｂ），図３（ｂ））に変更するには、係止部材３４をピン５２が解除孔５４から抜け出る位置まで引き上げ、係止部材３４を所定角度α回動させ、係止部材３４を解放すればよい。また係止部材３４には鍔部３４ａが設けられており、この鍔部３４ａを把持して係止部材３４の引き上げを容易に行うことができる。
【００２８】
また本実施形態では、支持基台１２に着脱自在に設けられ、移動体２０に担持される送受波部３０の配管軸方向の位置を読み取り可能なスケール６２を備える。移動体２０にはこのスケールを指示する指示針２９が固定され、移動体２０の配管軸方向の位置を容易に測定することができる。またこのスケール６２は磁性体例えば永久磁石を備え、磁性体例えば鉄からなる支持部材１２ｂに対して着脱自在に構成される。支持部材１２ｂには、スケール６２の貼付姿勢を案内するガイド部１８例えばガイド突起が設けられる。このガイド部１８は、当接面が配管８０の軸方向に平行となるように延設され、この当接面にスケール６２の端辺を当接させることによりスケール６２を配管８０の軸方向に平行に装着することができる。このような構成により、送受波部３０の配管軸方向の位置をより精度良く調整することができる。また、スケール６２を支持部材１２ｂから取り外して配管８０の外径を測定することができるので、この測定結果に基づいて移動体２０に担持される送受波部３０の配管軸方向の位置あるいは一対の送受波部３０間の配管軸方向の離間距離を、配管８０の外径に応じたより適切な値に設定することができる。
【００２９】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図４は、本実施形態にかかるセンサユニットの移動体および送受波部の概略構成を示す断面図である。なお本実施形態はロック機構に関する構成以外は第一の実施形態と同様であるため、ロック機構以外についての説明は省略する。
【００３０】
本実施形態では、送受波部３０の下方への移動を規制する規制部材５２１が送受波部３０に設けられる。一方、この規制部材５２１を逃げて規制部材５２１による規制を解除する逃げ部５４１が、移動体２０に設けられる。より具体的には、例えば、案内ロッド３６に回動自在に担持される係止部材３４１にはその下面から下方に突出する規制部材５２１例えばピンが複数例えば二個設けられる。また移動体２０例えば第一部材２２１には、ピン５２１を緩挿することによりピン５２１を逃げ、ピン５２１による規制を解除する逃げ部５４１例えば解除孔が設けられる。
【００３１】
図４（ａ）に示すように規制部材５２１が係止部材３４１を逃げる場合（すなわちピン５２１が解除孔５４１に緩挿される回動位置に係止部材３４１がある場合；ロック解除状態）には、送受波部３０はスプリング４２により下方に付勢されているため、送受波部３０（送受波部本体３２）は配管表面に押圧される。一方、図４（ｂ）に示すように規制部材５２１が第一部材２２１に規制される場合（すなわちピン５２１が解除孔５４１に緩挿される回動位置に係止部材３４１がない場合；ロック状態）には、ピン５２１の下端は第一部材２２１の上面に当接し、これにより、送受波部３０の下方への移動が規制され、送受波部３０（送受波部本体３２）が配管８０に接触する手前の上方位置に保持されることとなり、送受波部３０が配管表面に接触しない状態にロックされる。
【００３２】
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。図５は、本実施形態にかかるセンサユニットの移動体の概略構成を示す断面図である。なお本実施形態もロック機構の構成以外は第一の実施形態と同様であるため、ロック機構以外についての説明は省略する。
【００３３】
前記第一および第二の実施形態では、送受波部３０の下方への移動を規制する規制部材５２，５２１を設けたが、本実施形態では、移動体２０に対する送受波部３０の上下方向の係止位置が変化するように構成する。より具体的には案内ロッド３６２に雄ねじ部３６２ａを設け、また係止部材３４２に雌ねじ部３４２ａを設け、これらを螺合させる。本実施形態では、移動体２０に対する送受波部３０の係止位置は、係止部材３４２の下面である。係止部材３４２をねじ込み方向に回動させた場合には案内ロッド３６２および送受波部本体３２が上昇し、送受波部３０（送受波部本体３２）が配管表面に接触しない状態となり（図５（ｂ））、逆に係止部材３４２をねじの弛緩方向に回動させた場合には案内ロッド３６２および送受波部３０本体が下降して送受波部３０（送受波部本体３２）が配管表面に接触する（図５（ａ））。
【００３４】
なお、上記実施形態ではいずれも、一対の送受波部は双方ともそれぞれ別の移動体に配管表面との接触／離間を自在に担持されるものであったが、一対の送受波部のうちの一方が少なくとも移動体に配管表面との接触／離間を自在に担持されるセンサユニットにおいても、移動体に担持される送受波部を配管表面から離間した状態でロックするロック機構を備えることにより、この送受波部の位置調整において同様の効果を奏することは自明である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、配管表面に接触しない状態で送受波部を移動体にロックするロック機構を備え、送受波部が移動体にロックされた状態で配管軸方向に移動自在となるよう構成されるので、より迅速またはより精度良く配管流速あるいは流量の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる流速測定器用のセンサユニットの概略構成図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態にかかる流速測定器用のセンサユニットの移動体および送受波部の側面図（一部断面図）である。
【図３】本発明の第一の実施の形態にかかる流速測定器用のセンサユニットの移動体の斜視図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態にかかる流速測定器用のセンサユニットの移動体および送受波部の側面図（一部断面図）である。
【図５】本発明の第三の実施の形態にかかる流速測定器用のセンサユニットの移動体および送受波部の側面図（一部断面図）である。
【図６】波動の送受による配管内流体の流速測定を示す説明図である。
【図７】配管径が異なる場合の超音波の配管内の伝播を示す模式図である。
【図８】従来の流速測定器用のセンサユニットの概略構成図である。
【符号の説明】
１０  センサユニット、１２  支持基台、１４  長穴（案内部）、２０  移動体、３０  送受波部、５０  ロック機構、５２，５２１  ピン（規制部材）、５４，５４１  解除孔（逃げ部）、６２  スケール、７０  ベルト、８０  配管。
【図１】
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【図２】
0003595247.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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