(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送受信が可能な超音波振動子を内蔵し、流体が流れる配管の外壁に当接して前記配管をクランプする一対の超音波センサと、
前記配管に対して超音波が斜めに入射するように、前記一対の超音波センサを前記配管の軸線方向にオフセットして対向配置した状態で支持固定する基体と
を備え、前記一対の超音波センサ間にて超音波の送受信を互いに行い、前記超音波の伝播時間差に応じた前記流体の流量を演算により求める方式の超音波流量計に用いられるセンサクランプ装置であって、
前記基体には、異なる外径サイズの配管をクランプ可能とするべく、前記一対の超音波センサの少なくとも一方を前記配管の軸線方向に対して斜め方向にスライドさせるスライド機構が設けられている
ことを特徴とするセンサクランプ装置。
【請求項２】
前記配管に入射した前記超音波が前記配管内を流れる前記流体中を斜めに進行するときの方向に沿って、前記超音波センサをスライドさせることを特徴とする請求項１に記載のセンサクランプ装置。
【請求項３】
前記配管内を流れる前記流体中を進行する前記超音波の前記配管の軸線方向に対する傾斜角度が、前記配管に入射する際の前記超音波の前記配管の軸線方向に対する傾斜角度よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のセンサクランプ装置。
【請求項４】
前記基体は、前記一対の超音波センサにおける前記超音波振動子の中心を通過する垂線と、前記配管の中心軸線とが交わるように前記配管を位置合わせする位置合わせ機構を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサクランプ装置。
【請求項５】
前記位置合わせ機構は、前記スライド機構による前記一対の超音波センサ同士の間隔調整動作に連動して昇降動作することにより、前記配管の位置合わせを行うことを特徴とする請求項４に記載のセンサクランプ装置。
【請求項６】
前記スライド機構により前記超音波センサをスライドさせて固定するときの推奨位置が前記配管の外径サイズごとに規定されるとともに、前記基体には前記推奨位置を示す表示部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセンサクランプ装置。
【請求項７】
前記スライド機構は、前記基体において前記配管の軸線方向に対して斜め方向に延設されたガイド溝を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセンサクランプ装置。
【請求項８】
前記超音波センサは、
前記超音波振動子としての板状の圧電素子と、
前記配管の外壁に当接する第１面及び前記第１面に対して傾斜しかつ前記圧電素子が設置された第２面を有し、前記圧電素子と前記配管との間で前記超音波を伝播させる音響伝播ガイドと、
前記音響伝播ガイドを保持するとともに前記基体に取り付けられるセンサホルダと
を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセンサクランプ装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサクランプ装置と、
前記超音波の伝播時間差に応じた前記流体の流量を演算により求める流量演算手段と
を備えたことを特徴とするクランプオン型超音波流量計。
【請求項１０】
前記流量演算手段は、前記超音波の伝播時間に基づいて、前記配管の外径サイズを自動で検知し、その外径サイズに応じた流量を演算により求めることを特徴とする請求項９に記載のクランプオン型超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が流れる配管を一対の超音波センサの間にクランプするセンサクランプ装置、及びそのセンサクランプ装置を備え、一対の超音波センサ間にて超音波の送受信を互いに行い、超音波の伝播時間差に応じた流体の流量を演算により求める方式のクランプオン型超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体が流れる配管をクランプして配管の外側から流体の流量を計測するクランプオン型超音波流量計が、例えば特許文献１〜３等に開示されている。これら超音波流量計では、配管を流れる流体に超音波が斜めに入射するように１対の超音波センサを配置している。そして、一対の超音波センサ間で超音波の送受を切り替え、流体を伝播する超音波の伝播時間差を計測することにより、流体の流量を算出している。
【０００３】
特許文献１，２のクランプオン型超音波流量計では、一対の超音波センサを配管の同じ側に配置して反射波を検出する方法を採用している。また、特許文献３のクランプオン型超音波流量計では、一対の超音波センサを配管の反対側に配置して透過波を検出する方法を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８７８６５３号公報
【特許文献２】特許第４９４０３８４号公報
【特許文献３】米抄２００４／１２３６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１，２のクランプオン型超音波流量計では、配管の外径サイズに応じた調整機構が設けられておらず、測定可能な配管の外径サイズの対応範囲が予め設定されている。従って、配管の外径サイズが対応範囲から外れる場合には、配管と超音波センサとの間に隙間が発生し、超音波が良好に伝播できなくなるといった問題が生じる。
【０００６】
特許文献３のクランプオン型超音波流量計では、配管の長手方向（軸線方向）に沿って超音波センサをスライド移動させる位置調整機構に加えて、配管の長手方向に直交する方向（配管の太さ方向）に沿った位置調整機構が設けられている。このクランプオン型超音波流量計では、配管の外径サイズが変わった場合でも位置調整機構によって配管をクランプすることができるため、流量計測が可能である。しかしながら、特許文献３のクランプオン型超音波流量計では、配管の長手方向及び太さ方向の２方向の間隔調整動作をする必要がある。また、配管の外径サイズが変わるのに伴い、配管の長手方向における超音波センサの最適位置が変わる。ここで、最適なセンサ位置関係が保持できない場合には、超音波センサの受信感度が低下してしまう。これを回避するために、超音波センサの受信レベルを見ながら、配管の長手方向における超音波センサの位置調整を行う必要があり、その調整作業には手間がかかってしまう。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、手間のかかるセンサ位置調整作業を伴わずに、異なる外径サイズの配管を迅速にクランプすることができるセンサクランプ装置を提供することにある。また、別の目的は、上記センサクランプ装置を用いて配管をクランプし、配管を流れる流体の流量計測を短時間で行うことができるクランプオン型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】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、超音波の送受信が可能な超音波振動子を内蔵し、流体が流れる配管の外壁に当接して前記配管をクランプする一対の超音波センサと、前記配管に対して超音波が斜めに入射するように、前記一対の超音波センサを前記配管の軸線方向にオフセットして対向配置した状態で支持固定する基体とを備え、前記一対の超音波センサ間にて超音波の送受信を互いに行い、前記超音波の伝播時間差に応じた前記流体の流量を演算により求める方式の超音波流量計に用いられるセンサクランプ装置であって、前記基体には、異なる外径サイズの配管をクランプ可能とするべく、前記一対の超音波センサの少なくとも一方を前記配管の軸線方向に対して斜め方向にスライドさせるスライド機構が設けられていることを特徴とするセンサクランプ装置をその要旨とする。
【０００９】
従って、請求項１に記載の発明によると、異なる外径サイズの配管をクランプする際に、基体に設けられたスライド機構によって一対の超音波センサの少なくとも一方が配管の軸線方向に対して斜め方向にスライドされる。このようにセンサクランプ装置を構成すると、従来技術のように配管の長手方向及び太さ方向の２方向の間隔調整動作をする必要がなく、１方向のスライド動作で足りることとなる。よって、手間のかかるセンサ位置調整作業を伴わずに、異なる外径サイズの配管を迅速にクランプすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記配管に入射した前記超音波が前記配管内を流れる前記流体中を斜めに進行するときの方向に沿って、前記超音波センサをスライドさせることをその要旨とする。
【００１１】
従って、請求項２に記載の発明によると、超音波が配管内を流れる流体中を斜めに進行するときの方向に沿って超音波センサがスライドされることにより、各超音波センサの位置は常に最適な位置に保持される。このため、超音波センサにおける超音波の受信感度の低下を回避することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記配管内を流れる前記流体中を進行する前記超音波の前記配管の軸線方向に対する傾斜角度が、前記配管に入射する際の前記超音波の前記配管の軸線方向に対する傾斜角度よりも大きくなるように設定されていることをその要旨とする。
【００１３】
計測対象となる流体は液体（例えば、水、アルコール、薬液など）であることが好ましく、一般的にこの種の液体の音速は、超音波センサを構成する音響伝播材（例えば樹脂材）の音速よりも遅くなる。この場合、請求項３に記載のように、配管内を流れる流体中を進行する超音波の配管の軸線方向に対する傾斜角度が、配管に入射する際の超音波の配管の軸線方向に対する傾斜角度よりも大きくなるように設定される。従って、超音波センサがスライドしたときでも各超音波センサの最適位置が確実に保持され、超音波の受信感度の低下を確実に回避することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記基体は、前記一対の超音波センサにおける前記超音波振動子の中心を通過する垂線と、前記配管の中心軸線とが交わるように前記配管を位置合わせする位置合わせ機構を備えることをその要旨とする。
【００１５】
従って、請求項４に記載の発明によると、位置合わせ機構により、超音波振動子の中心を通過する垂線と、配管の中心軸線とが交わるように配管の位置が調整されるため、一対の超音波センサ間で送受信される超音波の伝播経路が配管の中心軸線を通るようになる。この場合、超音波の伝播経路を配管の外径サイズに応じた一定の間隔に保持することができるため、流体の流量計測を精度よく行うことができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記位置合わせ機構は、前記スライド機構による前記一対の超音波センサ同士の間隔調整動作に連動して昇降動作することにより、前記配管の位置合わせを行うことをその要旨とする。
【００１７】
従って、請求項５に記載の発明によると、スライド機構による間隔調整動作に連動して位置合わせ機構が昇降動作することにより、配管の位置合わせが行われる。このように構成すると、スライド機構による間隔調整動作と位置合わせ機構による位置合わせ動作とを別々に行う場合と比較して、センサクランプ装置の設置作業を迅速にかつ比較的簡単に行うことができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項において、前記スライド機構により前記超音波センサをスライドさせて固定するときの推奨位置が前記配管の外径サイズごとに規定されるとともに、前記基体には前記推奨位置を示す表示部が設けられていることをその要旨とする。
【００１９】
従って、請求項６に記載の発明によると、推奨位置を示す表示部を目印として超音波センサをスライドさせることにより、配管の外径サイズに応じた適切な位置に超音波センサを簡単にかつ確実に固定することができ、流体の流量計測を精度よく行うことができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項において、前記スライド機構は、前記基体において前記配管の軸線方向に対して斜め方向に延設されたガイド溝を含むことをその要旨とする。
【００２１】
従って、請求項７に記載の発明によると、比較的簡単な構成でスライド機構を設けることができるため、センサクランプ装置の製造コストを低く抑えることができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項において、前記超音波センサは、前記超音波振動子としての板状の圧電素子と、前記配管の外壁に当接する第１面及び前記第１面に対して傾斜しかつ前記圧電素子が設置された第２面を有し、前記圧電素子と前記配管との間で前記超音波を伝播させる音響伝播ガイドと、前記音響伝播ガイドを保持するとともに前記基体に取り付けられるセンサホルダとを備えることをその要旨とする。
【００２３】
従って、請求項８に記載の発明によると、音響伝播ガイドの第１面が配管の外壁に当接され、第１面に対して傾斜した第２面に超音波振動子としての板状の圧電素子が設置される。この音響伝播ガイドを用いることにより、圧電素子で発生させた超音波を最適な角度で効率よく確実に配管に入射させることができる。また、超音波センサはセンサホルダを介して基体に取り付ける構成であるため、センサクランプ装置の組み付けを比較的容易に行うことができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサクランプ装置と、前記超音波の伝播時間差に応じた前記流体の流量を演算により求める流量演算手段とを備えたことを特徴とするクランプオン型超音波流量計をその要旨とする。
【００２５】
従って、請求項９に記載の発明によると、上記センサクランプ装置を用いることにより、スライド機構による１方向のスライド動作によって、異なる外径サイズの配管に一対の超音波センサを迅速にクランプすることができる。このため、本発明のクランプオン型超音波流量計を用いれば、配管の外径サイズが変更された場合であっても、流体の流量計測を短時間で行うことができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、請求項９において、前記流量演算手段は、前記超音波の伝播時間に基づいて、前記配管の外径サイズを自動で検知し、その外径サイズに応じた流量を演算により求めることをその要旨とする。
【００２７】
従って、請求項１０に記載の発明によると、配管の外径サイズが異なる場合でも、その外径サイズが自動で検知されるため、外径サイズに応じた流量を効率よく正確に測定することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上詳述したように、請求項１〜８に記載の発明によると、手間のかかるセンサ位置調整作業を伴わずに、異なる外径サイズの配管を迅速にクランプすることができるセンサクランプ装置を提供することができる。また、請求項９，１０に記載の発明によると、上記センサクランプ装置を用いて配管をクランプし、配管を流れる流体の流量計測を短時間で行うことができるクランプオン型超音波流量計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施の形態のクランプオン型超音波流量計を示す平面図。
【図２】第１の実施の形態の超音波センサを示す斜視図。
【図３】音響伝播ガイドを示す側面図。
【図４】音響伝播ガイドを示す側面図。
【図５】音響伝播ガイドを示す背面図。
【図６】第１の実施の形態のセンサクランプ装置を示す側面図。
【図７】音響伝播ガイド及び配管を進行する超音波の配管の軸線方向に対する傾斜角度を示す説明図。
【図８】配管の軸線方向に対するガイド溝の傾斜角度を示す説明図
【図９】超音波センサのスライド方向を示す説明図。
【図１０】クランプオン型超音波流量計の電気的構成を示すブロック図。
【図１１】第２の実施の形態のセンサクランプ装置を示す平面図。
【図１２】第２の実施の形態のセンサクランプ装置を示す斜視図。
【図１３】管壁の厚みが同じで、内径サイズ及び外径サイズが異なる配管を示す断面図。
【図１４】管壁の厚みが異なり、外径サイズが異なる配管を示す断面図。
【図１５】外径が異なる配管内での超音波の伝播経路を示す説明図。
【図１６】配管を太くした場合の超音波センサのスライド方向を示す説明図。
【図１７】外径が異なる配管内での超音波の伝播経路を示す説明図。
【図１８】配管を太くした場合の超音波センサのスライド方向を示す説明図。
【図１９】別の実施の形態のガイド溝が形成された固定板を示す平面図。
【図２０】別の実施の形態のガイド溝が形成された固定板を示す平面図。
【図２１】別の実施の形態の音響伝播ガイドを示す平面図。
【図２２】別の実施の形態の音響伝播ガイドを示す平面図。
【図２３】別の実施の形態の音響伝播ガイドを示す平面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
［第１の実施の形態］
以下、本発明をクランプオン型超音波流量計に具体化した第１の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００３１】
図１に示されるように、クランプオン型超音波流量計１は、センサクランプ装置２と、流量演算手段としての計測制御装置３とを備える。クランプオン型超音波流量計１は、配管４を流れる流体Ｗ１(例えば血液)の流量を超音波伝播時間差方式で測定する流量計であり、例えば医療現場における輸血などの流量計測を行うために用いられる。センサクランプ装置２は、超音波Ｓｏの送受信が可能な超音波振動子としての圧電素子１０を内蔵し、配管４の外壁５に当接してクランプする一対の超音波センサ１１，１２を備える。一対の超音波センサ１１，１２は、配管４の反対側に配置され、配管４を透過した超音波（透過波）を検出する。計測制御装置３は、センサクランプ装置２における各超音波センサ１１，１２に電気的に接続されており、超音波センサ１１，１２で送受信される超音波Ｓｏの伝播時間差に応じた流体Ｗ１の流量を演算により求める。
【００３２】
詳述すると、図１及び図２に示されるように、超音波センサ１１，１２は、円板状の圧電素子１０と、超音波Ｓｏを伝播させる音響伝播ガイド１４と、音響伝播ガイド１４を保持するセンサホルダ１５とを備えている。一対の超音波センサ１１，１２は、ともに同じ構造を有するセンサである。圧電素子１０は、例えばＰＺＴなどの圧電セラミックスを用いて形成されている。
【００３３】
図２〜図５に示されるように、音響伝播ガイド１４は、例えば樹脂材料により略円筒状に形成され、配管４の外壁５に当接する当接面２１（第１面）及びその当接面２１に対して傾斜しかつ圧電素子１０が設置される設置面２２（第２面）を有する。音響伝播ガイド１４において、配管４の当接面２１は先端側に設けられるとともに圧電素子１０の設置面２２は基端側に設けられており、設置面２２の圧電素子１０と当接面２１の配管４との間で超音波Ｓｏを伝播させる。より詳しくは、音響伝播ガイド１４において、当接面２１は、円筒の先端側の一部を斜めに切り欠くことで形成されている。また、音響伝播ガイド１４において、設置面２２が設けられている基端側は正方形状に形成されている。そして、圧電素子１０の設置面２２における４つの角部には、圧電素子１０を保護する支柱２３が突設されており、各支柱２３の内側に圧電素子１０が配置されている。
【００３４】
図１及び図２に示されるように、本実施の形態のセンサホルダ１５は、樹脂材料を用いて四角ボックス状に形成されており、センサホルダ１５には、圧電素子１０が装着された音響伝播ガイド１４を収容するための凹部２５が形成されている。センサホルダ１５において、凹部２５の一部が表面２７に開口するよう設けられている。このセンサホルダ１５の凹部２５に音響伝播ガイド１４が収容された状態では、センサホルダ１５の表面２７と音響伝播ガイド１４の当接面２１（第１面）とが平行となり、かつセンサホルダ１５の表面２７よりも当接面２１が若干突出するように音響伝播ガイド１４が配置されている。そして、センサクランプ装置２では、音響伝播ガイド１４の当接面２１と平行なセンサホルダ１５の表面２７に沿って配管４が配置される。本実施の形態では、配管４は、可撓性を有する柔軟な樹脂材料からなる輸液チューブである。配管４として、例えば外径サイズが２ｍｍ〜１０ｍｍ程度のチューブが用いられる。
【００３５】
図１及び図６に示されるように、本実施の形態のセンサクランプ装置２は、一対の超音波センサ１１，１２に加えて、一対の超音波センサ１１，１２を支持固定する固定板３０（基体）と、各超音波センサ１１，１２を覆うように設けられた断面コ字状の蓋部材３１とを備える。固定板３０において、一対の超音波センサ１１，１２は、配管４に対して超音波Ｓｏが斜めに入射するように、配管４の軸線方向において上流側と下流側とでオフセットして対向配置した状態で支持固定されている。
【００３６】
また、固定板３０には、異なる外径サイズの配管４をクランプ可能とするべく、一対の超音波センサ１１，１２のうちの一方の超音波センサ１１を配管４の軸線方向に対して斜め方向にスライドさせるスライド機構３３が設けられている。本実施の形態のスライド機構３３は、固定板３０において配管４の軸線方向に対して斜め方向に延設された２本のガイド溝３４と、各ガイド溝３４に挿通された状態で超音波センサ１１を固定する固定ボルト３５とを含む。本実施の形態では、超音波センサ１１のセンサホルダ１５にボルト用の固定穴３６（図２参照）が上下方向に貫通形成されており、その固定穴３６に固定ボルト３５が嵌め込まれることで、超音波センサ１２が固定板３０に固定される。
【００３７】
各ガイド溝３４は、配管４に入射した超音波Ｓｏが配管４内を流れる流体Ｗ１中を斜めに進行するときの方向と平行な方向に延びるように設けられている。つまり、図７に示されるように、配管４の軸線方向を基準とした場合、ガイド溝３４の傾斜角度θ０は、流体Ｗ１中における超音波Ｓｏの進行方向Ｄ１を示す角度θ１と等しくなっている（θ０＝θ１）。なお、図７では、説明の便宜上、センサホルダ１５を省略して各超音波センサ１１，１２を示している。このように、本実施の形態のスライド機構３３では、流体Ｗ１中にて超音波Ｓｏが斜めに進行するときの方向Ｄ１に沿って、一方の超音波センサ１１をスライドさせるように各ガイド溝３４が設けられている。
【００３８】
また、一対の超音波センサ１１，１２のうちスライド機構３３側の反対側に固定される他方の超音波センサ１２は、固定板３０において移動不能に固定されている。具体的には、固定板３０においてセンサ固定用の２つの貫通穴３８が形成されており、各貫通穴３８に固定ボルト３５を挿通しその固定ボルト３５をセンサホルダ１５の固定穴３６（図５等参照）に嵌め込む。これにより、超音波センサ１２が固定板３０において移動不能に固定されている。
【００３９】
そして、ガイド溝３４において配管４の外径サイズに応じた所定の位置に一方の超音波センサ１１をスライドさせ、その位置で超音波センサ１１を固定ボルト３５により固定する。この結果、センサクランプ装置２において、一対の超音波センサ１１，１２の間の間隔が配管４の外径サイズに応じて調整されるため、異なる外径サイズの配管４が一対の超音波センサ１１，１２によりクランプ可能となる。
【００４０】
本実施の形態のセンサクランプ装置２では、配管４内を流れる流体Ｗ１中を進行する超音波Ｓｏの配管４の軸線方向に対する傾斜角度θ１が、配管４に入射する際の超音波Ｓｏの配管４の軸線方向に対する傾斜角度θ２よりも大きくなるように設定されている（θ１＞θ２）。なお、配管４に入射する際の傾斜角度θ２とは、音響伝播ガイド１４における超音波Ｓｏの進行方向を示す角度であり、配管４の軸線方向に対する円板状の圧電素子１０の中心軸の傾斜角度（圧電素子１０の法線ベクトルの角度）と等しい角度である。
【００４１】
ここで、図８に示されるように圧電素子１０の法線ベクトルＮ１と配管４内の流路の法線ベクトルＮ２との交差角度をθ３[ｒａｄ]、音響伝播ガイド１４を伝播する音速をｃ１、流体Ｗ１中の音速をｃ２としたとき、配管４内の入射角度θ４[ｒａｄ]は次式（１）のようになる。
【数１】
0005927394.tif 000002
【００４２】
本実施の形態では、図８に示す交差角度θ３を６０°としている。また、音響伝播ガイド１４を伝播する音速ｃ１を、例えば２２００ｍ／ｓ、流体Ｗ１（血液）の音速ｃ２を、例えば１６００ｍ／ｓとする。この場合、超音波Ｓｏの配管４内の入射角度θ４は３９°となる。なお、配管４の管壁中での音速は流体の音速ｃ２と等しく、管壁での超音波Ｓｏの入射角度と流体Ｗ１での超音波Ｓｏの入射角度とが同じ角度θ４となる。このため、図８では、配管４の管壁を省略して示している。
【００４３】
なお、図８に示される交差角度θ３を、図７で示される配管４の軸線方向に対する傾斜角度θ２で表すと、θ３＝９０°−θ２となる。また、図８に示される超音波Ｓｏの配管４内の入射角度θ４を、図７で示される配管４の軸線方向に対する傾斜角度θ１で表すと、θ４＝９０°−θ１となる。本実施の形態では、超音波Ｓｏの配管４内の入射角度θ４の３９°（超音波Ｓｏが流体Ｗ１中を進行するときの配管４の軸線方向に対する傾斜角度θ１の５１°）と等しい傾斜角度θ０でガイド溝３４が形成されている。
【００４４】
このような傾斜角度θ０でガイド溝３４を形成したセンサクランプ装置２において、例えば図９に示されるように外径サイズが小さい配管４ａから大きい配管４ｂに変更する場合には、一方の超音波センサ１１がガイド溝３４に沿って斜めにスライドされる。この場合、超音波センサ１１のスライド方向Ｄ２は、外径サイズが大きくなった配管４内での超音波Ｓｏの進行方向Ｄ１と一致する。つまり、配管４ｂのサイズ変更に伴い、配管４ｂ内において長くなった超音波Ｓｏの伝播経路に対応して、その伝播経路の延長線上であって長くなった距離分だけ超音波センサ１１がスライドされることとなる。このように、本実施の形態のセンサクランプ装置２では、スライド機構３３によって一方の超音波センサ１１をスライドさせることで、超音波センサ１１，１２間における超音波Ｓｏの受信感度の低下が抑えられている。
【００４５】
なお、ガイド溝３４の傾斜角度θ０を、傾斜角度θ１の角度方向に対して±１０°の角度に設定し、超音波Ｓｏが流体Ｗ１中を進行するときの方向Ｄ１に対して±１０°の角度で超音波センサ１１をスライドさせるようにスライド機構３３を形成してもよい。
【００４６】
本実施の形態のセンサクランプ装置２では、スライド機構３３により超音波センサ１１をスライドさせて固定するときの推奨位置が配管４の外径サイズごとに規定されている。固定板３０において、ガイド溝３４の近傍には、外径サイズごとの推奨位置を示す表示部が設けられている。具体的には、表示部として、例えば配管４の型番や外径サイズに応じた推奨位置のマークＭ１，Ｍ２,Ｍ３,Ｍ４,Ｍ５が固定板３０の表面に印字されている（図１，図７等参照）。一方、超音波センサ１１のセンサホルダ１５の表面には、位置合わせの基準位置を示す基準マークＭ０が印字されている（図２参照）。そして、スライド機構３３により超音波センサ１１をスライドさせ、配管４の外径サイズに対応した推奨位置のマークＭ１〜Ｍ５に、センサホルダ１５側の基準マークＭ０が一致するように超音波センサ１１をスライドさせた後、超音波センサ１１を固定ボルト３５で固定する。これにより、配管４の外径サイズに対応した推奨位置に超音波センサ１１が固定される。このため、一対の超音波センサ１１，１２の間には、配管４の外径サイズに応じた適切な距離が確保され、配管４が確実にクランプされる。またこの場合、超音波Ｓｏの伝播経路が外径サイズに応じた規定の長さとなるため、流量計測の誤差が抑えられる。
【００４７】
図６に示されるように、本実施の形態のセンサクランプ装置２には、一対の超音波センサ１１，１２が対向する方向に対して直交する方向（図６では上下方向）の両側から配管４を付勢して配管４の位置合わせを行う位置合わせ機構４０が設けられている。具体的には、固定板３０の上面において、配管４の下方となる位置に付勢部材４１（例えばスポンジなどの弾性体）が配置される。また、蓋部材３１の内面において、配管４の上方となる位置に付勢部材４２（例えばスポンジなどの弾性体）が配置される。
【００４８】
固定板３０において、付勢部材４１は、超音波センサ１１，１２のセンサホルダ１５間に配置されている。スライド機構３３によって超音波センサ１１をスライドさせて超音波センサ１１，１２間の間隔を調整する際には、センサホルダ１５の押圧力によって付勢部材４１の厚みが変わるようになっている。具体的には、超音波センサ１１，１２間の間隔が狭くなると付勢部材４１が厚くなり、逆に超音波センサ１１，１２間の間隔が広くなると付勢部材４１が薄くなる。本実施の形態では、この付勢部材４１の厚みの変化に応じて、上下方向の配管４の位置は、一対の超音波センサ１１，１２における圧電素子１０の中心を通過する垂線Ｌ１と、配管４の中心軸線Ｌ０とが交わるように調整される。
【００４９】
また、断面コ字状をなす蓋部材３１の下端部には爪部４５が形成されており、その爪部４５が固定板３０の端部に係止することで、各超音波センサ１１，１２を覆うように蓋部材３１が装着される。この蓋部材３１を装着した状態では、蓋部材３１の内側であって配管４の上方となる位置に配置された付勢部材４２が上方から配管４を押し付けるようになっている。この結果、配管４は、付勢部材４１，４２により上下方向から挟み込まれた状態で固定され、上下方向にずれないようになっている。
【００５０】
図１０に示されるように、計測制御装置３は、信号処理部５０、演算処理部５１、入力装置５２、及び表示装置５３等を備える。信号処理部５０は、各超音波センサ１１，１２を駆動するための駆動信号を出力する回路や、超音波Ｓｏの伝播時間を検出する回路などを含む。演算処理部５１は、従来周知のＣＰＵ５５やメモリ５６等を含んで構成された処理回路である。演算処理部５１において、メモリ５６には、制御プラグラムやデータが記憶されており、ＣＰＵ５５はそのメモリ５６の制御プログラムに従って流量の演算処理や表示処理を行う。
【００５１】
より詳しくは、信号処理部５０は、各超音波センサ１１，１２を駆動して、相互に超音波Ｓｏを送受信させる。このとき、信号処理部５０は、一対の超音波センサ１１，１２において上流側の超音波センサ１１から送信され下流側の超音波センサ１２で受信された超音波Ｓｏの正方向の伝播時間（流体Ｗ１の流れに対して正方向に伝播した超音波Ｓｏの伝播時間）を検出する。また、信号処理部５０は、下流側の超音波センサ１２から送信され上流側の超音波センサ１１で受信された超音波Ｓｏの逆方向の伝播時間（流体Ｗ１の流れに対して逆方向に伝播した超音波Ｓｏの伝播時間）を検出する。そして、信号処理部５０は、正方向の伝播時間と逆方向の伝播時間とを演算処理部５１に出力する。演算処理部５１は、信号処理部５０から出力された正方向の伝播時間と逆方向の伝播時間とを取り込み、伝播時間に応じた流体Ｗ１の流量を演算により求める。
【００５２】
入力装置５２は、各種の操作ボタンを含み、測定の開始・終了、表示モードの設定などを行う。表示装置５３は、例えば液晶ディスプレイであり、演算処理部５１で求められた流量を表示する。
【００５３】
本実施の形態のクランプオン型超音波流量計１において、計測制御装置３は、センサクランプ装置２でクランプした配管４の外径サイズを自動で検出し、その外径サイズに応じた流量を求める機能を有している。以下、本実施の形態のクランプオン型超音波流量計１における流量の具体的な算出方法について説明する。
【００５４】
先ず、超音波Ｓｏの伝播時間から配管４の外径サイズを検知する手法について説明する。一対の超音波センサ１１，１２において、超音波Ｓｏの送信から受信までの到達時間は、配管４の流路内を伝播する時間の他に、音響伝播ガイド１４や配管４の管壁内を伝播する時間、電気回路上の時間的な遅れなどを含む。本実施の形態では、計測の初期設定として、各超音波センサ１１，１２間にて配管４を完全に押し潰して流路を含まない状態での超音波Ｓｏの計測し、これをゼロ点伝播時間ｔ０とする。このゼロ点伝播時間ｔ０のデータは、計測制御装置３における演算処理部５１のメモリ５６に記憶される。
【００５５】
次に、配管４の外径サイズに応じた推奨位置に一方の超音波センサ１１を固定し、一対の超音波センサ１１，１２間に配管４を挟み込むことで、流量測定が可能な状態にセンサクランプ装置２をセッティングする。そして、センサクランプ装置２における一対の超音波センサ１１，１２間で超音波Ｓｏの送受信を行わせる。このとき、計測制御装置３の演算処理部５１は、信号処理部５０で計測した伝播時間ｔからゼロ点伝播時間ｔ０を引いた時間Δｔを次式（２）の演算により求め、流路内伝播時間としてメモリ５６に記憶する。
【数２】
0005927394.tif 000003
【００５６】
なおここでは、一対の超音波センサ１１，１２において上流側の超音波センサ１１から送信され下流側の超音波センサ１２で受信された超音波Ｓｏの正方向の伝播時間ｔ１と下流側の超音波センサ１２から送信され上流側の超音波センサ１１で受信された超音波Ｓｏの逆方向の伝播時間ｔ２とを求め、それらの平均値（（ｔ１＋ｔ２）／２）を伝播時間ｔとしている。
【００５７】
また、演算処理部５１は、流路内伝播時間Δｔと、流体Ｗ１の音速ｃ２と、超音波Ｓｏの流路内の入射角度θ４とを用い、配管４内に形成されている流路の面間隔ｄを、次式（３）の演算により求める。
【数３】
0005927394.tif 000004
【００５８】
演算処理部５１は、式（３）の演算により求めた面間隔ｄに基づいて、センサクランプ装置２でクランプしている配管４の種類を判断し、その配管４の外径サイズを自動で検知する。また、演算処理部５１は、面間隔ｄにより、超音波センサ１１，１２間の距離や超音波Ｓｏの伝播経路の長さ、流路断面積などの測定環境の情報を判別する。
【００５９】
次に、流量を計測するための演算方法について説明する。
【００６０】
演算処理部５１は、信号処理部５０で計測された正方向及び逆方向の伝播時間ｔ１，ｔ２からゼロ点伝播時間ｔ０を減算することにより、流路内での正方向の伝播時間Δｔ１と流路内での逆方向の伝播時間Δｔ２とを求める。そして、演算処理部５１は、これら伝播時間Δｔ１，Δｔ２と、上式（３）で求めた流路の面間隔ｄと、超音波Ｓｏの流路内の入射角度θ４とを用いて、流体Ｗ１の流速Ｖを次式（４）の演算により求める。
【数４】
0005927394.tif 000005
【００６１】
その後、演算処理部５１は、面間隔ｄにより判別した流路の断面積Ｓと流体Ｗ１の流速Ｖとを用い、流体Ｗ１の体積流量Ｑを次式（５）の演算により求める。
【数５】
0005927394.tif 000006
【００６２】
演算処理部５１は、体積流量Ｑの演算値のデータを表示装置５３に送る。表示装置５３は、そのデータに基づいて、流体Ｗ１の体積流量を表示する。このように、本実施の形態のクランプオン型超音波流量計１を用いて、配管４を流れる流体Ｗ１の体積流量Ｑが計測される。
【００６３】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００６４】
（１）本実施の形態のセンサクランプ装置２には、一方の超音波センサ１１を配管４の軸線方向に対して斜め方向にスライドさせるスライド機構３３が設けられている。このスライド機構３３を設けることにより、従来技術のように配管４の長手方向及び太さ方向の２方向の間隔調整動作をする必要がなく、１方向（斜め方向Ｄ２）のスライド動作で足りることとなる。よって、手間のかかるセンサ位置調整作業を伴わずに、異なる外径サイズの配管４（４ａ，４ｂ）を迅速にクランプすることができる。
【００６５】
（２）本実施の形態のセンサクランプ装置２では、超音波Ｓｏが配管４内を流れる流体Ｗ１中を斜めに進行するときの方向Ｄ１に沿って一方の超音波センサ１１がスライドされることにより、各超音波センサ１１，１２の位置は常に最適な位置に保持される。このため、超音波センサ１１，１２における超音波Ｓｏの受信感度の低下を回避することができる。
【００６６】
（３）本実施の形態のセンサクランプ装置２では、配管４内を流れる流体Ｗ１中を進行する超音波Ｓｏの配管４の軸線方向に対する傾斜角度θ１が、配管４に入射する際の超音波Ｓｏの配管４の軸線方向に対する傾斜角度θ２よりも大きくなるように設定されている（図７参照）。従って、超音波センサ１１がスライドしたときでも各超音波センサ１１，１２の最適位置が確実に保持され、超音波Ｓｏの受信感度の低下を確実に回避することができる。
【００６７】
（４）本実施の形態のセンサクランプ装置２において、配管４をクランプする際に、位置合わせ機構４０により、圧電素子１０の中心を通過する垂線Ｌ１と、配管４の中心軸線Ｌ０とが交わるように配管４の位置が調整される。この結果、一対の超音波センサ１１，１２間で送受信される超音波Ｓｏの伝播経路が配管４の中心軸線Ｌ０を通るようになる。この場合、超音波Ｓｏの伝播経路を配管４の外径サイズに応じた一定の間隔に保持することができるため、流体Ｗ１の流量計測を精度よく行うことができる。
【００６８】
（５）本実施の形態のセンサクランプ装置２では、配管４の種類を示す型番や外径サイズに応じた推奨位置を示すマークＭ１〜Ｍ５（表示部）が固定板３０に設けられている。このため、マークＭ１〜Ｍ５を目印として超音波センサ１１をスライドさせることにより、配管４の外径サイズに応じた適切な位置に超音波センサ１１を簡単にかつ確実に固定することができ、流体Ｗ１の流量計測を精度よく行うことができる。
【００６９】
（６）本実施の形態のセンサクランプ装置２では、固定板３０において配管４の軸線方向に対して斜め方向に延設されたガイド溝３４を含んでスライド機構３３が構成されている。このようすると、比較的簡単な構成でスライド機構３３を設けることができるため、センサクランプ装置２の製造コストを低く抑えることができる。
【００７０】
（７）本実施の形態のセンサクランプ装置２では、円筒状の音響伝播ガイド１４を備え、先端側の当接面２１（第１面）が配管４の外壁５に当接され、当接面２１に対して傾斜した設置面２２（第２面）に超音波振動子としての円板状の圧電素子１０が設置されている。この音響伝播ガイド１４を用いることにより、圧電素子１０で発生させた超音波Ｓｏを最適な角度で効率よく確実に配管４に入射させることができる。また、超音波センサ１１，１２はセンサホルダ１５を介して固定板３０に取り付ける構成であるため、センサクランプ装置２の組み付けを比較的容易に行うことができる。
【００７１】
（８）本実施の形態のクランプオン型超音波流量計１では、センサクランプ装置２でクランプする配管４の外径サイズが異なる場合でも、計測制御装置３において配管４（４ａ，４ｂ）の外径サイズが自動で検知される。このため、クランプオン型超音波流量計１では、配管４の外径サイズに応じた流量を迅速かつ正確に測定することができる。
［第２の実施の形態］
【００７２】
次に、本発明をクランプオン型超音波流量計１に具体化した第２の実施の形態を図１１及び図１２に基づき説明する。本実施の形態のクランプオン型超音波流量計１では、センサクランプ装置２Ａの構成が異なり、計測制御装置３の構成は上記第１の実施の形態と同じである。以下、センサクランプ装置２Ａの構成について詳述する。
【００７３】
図１１及び図１２に示されるように、本実施の形態のセンサクランプ装置２Ａには、一方の超音波センサ１１Ａを配管４に対して斜めにスライドさせるスライド機構としてリニアスライダ６０が設けられている。リニアスライダ６０は、基体としての固定板３０Ａ上に固定される本体固定部６１と、本体固定部６１の後方側に設けられる回転操作部６２と、本体固定部６１の前方側に設けられるスライド駆動部６３とを備える。リニアスライダ６０において、回転操作部６２の回転方向及び回転量に応じて、本体固定部６１から軸線方向にスライド駆動部６３が伸縮するようにスライドする。
【００７４】
センサクランプ装置２Ａにおいて、リニアスライダ６０のスライド駆動部６３に一方の超音波センサ１１Ａが固定されているとともに、固定板３０Ａ上であってその超音波センサ１１Ａと対向する位置に他方の超音波センサ１２Ａが固定されている。各超音波センサ１１Ａ,１２Ａは、円板状の圧電素子１０と、円筒状の音響伝播ガイド１４と、センサホルダ１５Ａ,１５Ｂとを備えている。各超音波センサ１１Ａ,１２Ａを構成する圧電素子１０及び音響伝播ガイド１４は、上記第１の実施の形態と同じ形状であり、センサホルダ１５Ａ,１５Ｂの形状が異なっている。
【００７５】
一方の超音波センサ１１Ａを構成するセンサホルダ１５Ａはブロック状に形成され、そのセンサホルダ１５Ａの基端側がリニアスライダ６０のスライド駆動部６３に固定されている。また、センサホルダ１５Ａの先端側には、他方の超音波センサ１２Ａ（センサホルダ１５Ｂ）と対向する表面であって、リニアスライダ６０の軸線方向に対して傾斜した表面６５が形成されている。そして、センサホルダ１５Ａの先端側における上部の中央部分に、圧電素子１０が装着された音響伝播ガイド１４を収容するための凹部２５が形成されている。センサホルダ１５Ａにおいて、凹部２５の一部が表面６５に開口するよう設けられている。センサホルダ１５Ａの凹部２５に音響伝播ガイド１４が収容された状態では、センサホルダ１５の先端側の表面６５と音響伝播ガイドの当接面２１（第１面）とが平行となり、かつセンサホルダ１５Ａの表面６５よりも当接面２１が若干突出するように音響伝播ガイド１４が配置されている。また、固定板３０Ａの上面は、センサホルダ１５Ａをスライドさせる部分に沿って、金属板６７が貼設されている。この固定板３０Ａの上面に金属板６７を設けることで、スライド時におけるセンサホルダ１５Ａの摩擦抵抗が低減されるようになっている。
【００７６】
他方の超音波センサ１２Ａを構成するセンサホルダ１５Ｂは矩形板状に形成され、固定板３０Ａの上面に対して直交する方向に立設した状態でセンサホルダ１５Ｂが固定されている。センサホルダ１５Ｂの上部の中央部分に、圧電素子１０が装着された音響伝播ガイド１４を収容するための凹部２５が形成されている。センサホルダ１５Ｂにおいて、センサホルダ１５Ａの表面６５と対向する表面６８に凹部２５の一部が開口するよう設けられている。センサホルダ１５Ｂの凹部２５に音響伝播ガイド１４が収容された状態では、センサホルダ１５Ｂの表面６８と音響伝播ガイド１４の当接面２１とが平行となり、かつセンサホルダ１５Ｂの表面６８よりも当接面２１が若干突出するように音響伝播ガイド１４が配置されている。
【００７７】
一対の超音波センサ１１Ａ,１２Ａにおいて、固定板３０Ａの上面に対する各センサホルダ１５Ａ,１５Ｂの高さは同じ高さとなっている。また、一対のセンサホルダ１５Ａ,１５Ｂは、対向する各表面６５，６８が所定の間隔をあけて平行となるよう配置される。そして、各ホルダ１５Ａ,１５Ｂの表面６５，６８の間に配管４が挟み込まれるようになっている。本実施の形態のセンサクランプ装置２Ａにおいても、超音波Ｓｏが配管４内を流れる流体Ｗ１中を斜めに進行するときの方向Ｄ１に沿って、一方の超音波センサ１１Ａがスライドされる。
【００７８】
さらに、本実施の形態のセンサクランプ装置２Ａでは、固定板３０Ａにおいて、一対の超音波センサ１１Ａ,１２Ａの間となる位置には、配管４の位置合わせ機構７０を構成する昇降部材７１が配置されている。昇降部材７１は、センサホルダ１５Ａを介してリニアスライダ６０に接続されており、リニアスライダ６０が超音波センサ１１Ａをスライドさせる水平方向（固定板３０Ａの面方向）に対して直交する上下方向に配管４を昇降させる。昇降部材７１は、リニアスライダ６０による一対の超音波センサ１１Ａ,１２Ａ同士の間隔調整動作に連動して昇降動作することにより、配管４の位置合わせを行う。
【００７９】
詳しくは、昇降部材７１は、略板状をなし一方の表面７２がセンサホルダ１５Ｂの表面６８に面接触した状態で上下方向に移動可能に配置されるとともに、センサホルダ１５Ｂと同様に固定板３０Ａの上面に対して直交する方向に立設した状態で配置される。本実施の形態において、昇降部材７１は、各センサホルダ１５Ａ,１５Ｂと同じ樹脂材料からなり、各センサホルダ１５Ａ,１５Ｂよりも低くなるよう形成されている。昇降部材７１の上端部は、各センサホルダ１５Ａ,１５Ｂの上面よりも低く窪んだ位置にあり、その上端部に配管４が当接して配置されるようになっている。
【００８０】
昇降部材７１において、上端部の中央には第１凹部７４が形成されるとともに、下端部の中央には第２凹部７５が形成されている。センサホルダ１５Ａの先端側は圧電素子１０及び音響伝播ガイド１４が収容されている上部側が突出しており、その突出した部分が昇降部材７１の第１凹部７４に配置されようになっている。また、昇降部材７１の下端部において、第２凹部７５を挟んで両端となる位置にそれぞれ非貫通の収納穴７６が形成されている。そして、これら収納穴７６には、一端が収納穴７６の底面（図１２では上端面）に固定されるとともに他端が固定板３０Ａの上面に固定されたバネ部材７７が収納されている。このバネ部材７７を設けることによって、昇降部材７１を固定板３０Ａ側に引っ張る方向の張力が作用している。
【００８１】
さらに、リニアスライダ６０によってスライドされるセンサホルダ１５Ａの先端側の下部には、昇降部材７１の第２凹部７５に入り込んで昇降部材７１を押し上げる突起部７８が設けられている。突起部７８には、先端側に行くに従って低くなるように形成された傾斜面７９が設けられている。一対の超音波センサ１１Ａ,１２Ａ同士の間隔調整動作時に、その間隔を狭くするべくリニアスライダ６０によってセンサホルダ１５Ａをスライドすると、突起部７８が昇降部材７１の第２凹部７５に入り込む。このとき、突起部７８の傾斜面７９が昇降部材７１の第２凹部７５に接触して昇降部材７１を押し上げる。逆に、超音波センサ１１Ａ,１２Ａ同士の間隔を広くするべくリニアスライダ６０によってセンサホルダ１５Ａをスライドすると、突起部７８が昇降部材７１の第２凹部７５から抜き出される。このとき、バネ部材７７により昇降部材７１が下方に引っ張られるため、突起部７８の傾斜面７９に沿って昇降部材７１が下がる。
【００８２】
このように、本実施の形態の位置合わせ機構７０は、昇降部材７１、バネ部材７７、及びセンサホルダ１５Ａの突起部７８により構成されている。そして、外径が小さな配管４をクランプするべくリニアスライダ６０をスライドさせて各超音波センサ１１Ａ,１２Ａの間隔を狭くする際には、位置合わせ機構７０は、配管４を上方に移動させて配管４の位置合わせを行う。一方、外径が大きな配管４をクランプするべくリニアスライダ６０をスライドさせて各超音波センサ１１Ａ,１２Ａの間隔を広くする際には、位置合わせ機構７０は配管４を下方に移動させて配管４の位置合わせを行う。この位置合わせ機構７０を設けることにより、一対の超音波センサ１１Ａ,１２Ａにおける圧電素子１０の中心を通過する垂線Ｌ１と、配管４の中心軸線Ｌ０とが交わるように配管４の位置が調整される。
【００８３】
また、本実施の形態のセンサクランプ装置２Ａには、上記第１の実施の形態のセンサクランプ装置２と同様に、断面コ字状の蓋部材３１Ａが装着されるようになっている。そして、蓋部材３１Ａの内側であって配管４の上方となる位置に付勢部材（例えばスポンジなどの弾性体）が配置されており、蓋部材３１Ａの装着時には付勢部材が配管４を上方から押し付けるようになっている。この結果、付勢部材と昇降部材７１とにより上下方向から配管４が挟み込まれた状態で固定されるため、配管４が上下方向にずれないようになっている。
【００８４】
本実施の形態のセンサクランプ装置２Ａでも、上記第１実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、位置合わせ機構７０は、スライド機構としてのリニアスライダ６０による一対の超音波センサ１１Ａ,１２Ａ同士の間隔調整動作に連動して昇降動作することにより、配管４の位置合わせを行っている。このように構成すると、リニアスライダ６０による間隔調整動作と位置合わせ機構７０による位置合わせ動作とを別々に行う場合と比較して、センサクランプ装置２Ａの設置作業（配管４のクランプ作業）を迅速にかつ比較的簡単に行うことができる。
【００８５】
なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００８６】
・上記第１の実施の形態のセンサクランプ装置２において、スライド機構３３は、固定板３０において配管４の軸線方向に対し斜めに方向に延設された２つのガイド溝３４を含み、一方の超音波センサ１１を斜めにスライドさせるものであったが、これに限定されるものではない。配管４を流れる流体Ｗ１の種類が変更され、流体Ｗ１中での音速が変化する場合、超音波Ｓｏが流体Ｗ１中を進行するときの方向Ｄ１も変化する。このような場合には、固定板３０において配管４の軸線方向に対して角度の異なる複数の斜め方向に複数のガイド溝３４を延設し、それらガイド溝３４に沿って複数の方向に超音波センサ１１，１２をスライドさせるようにスライド機構３３を構成してもよい。なお、このスライド機構３３では、使用が想定される複数種類の流体Ｗ１の音速に基づいて、適切な傾斜角度で各ガイド溝３４を形成することにより、超音波センサ１１，１２のスライド方向が設定される。またこの場合、スライド機構３３の各ガイド溝３４は、１つの超音波センサ１１を複数の斜め方向にスライドさせるように形成してもよいし、一対の超音波センサ１１，１２のそれぞれを複数の斜め方向にスライドさせるように形成してもよい。さらには、異なる方向にスライドさせるための直線状の２本のガイド溝３４の一端を連結したＶ字状のガイド溝等を形成してもよい。
【００８７】
・上記各実施の形態のセンサクランプ装置２，２Ａでは、超音波Ｓｏが流体Ｗ１中を斜めに進行するときの方向Ｄ１に沿って、超音波センサ１１,１１Ａをスライドさせるようにスライド機構３３のガイド溝３４を形成したりリニアスライダ６０を配置したりしていたが、これに限定されるものではない。配管４に入射した超音波Ｓｏが配管４の管壁内を斜めに進行するときの方向に沿って、超音波センサ１１，１１Ａをスライドさせるようにスライド機構３３やリニアスライダ６０を形成してもよい。
【００８８】
具体的には、上記第１の実施の形態において、配管４の管壁中の音速が流体Ｗ１中の音速ｃ２と等しいものとして、ガイド溝３４の傾斜角度θ０を求めていた。実際に使用される配管４には、管壁中の音速が流体Ｗ１中の音速ｃ２と異なる場合がある。さらに、異なる外径サイズＸ１，Ｘ２の配管４として、図１３に示すように、管壁８１ａの厚みＹ１が同じで流路８２ａ，８２ｂの幅Ｚ１，Ｚ２（配管４ａ，４ｂの内径）が異なるタイプの配管４ａ，４ｂや、図１４に示すように、流路８２ａの幅Ｚ１（配管４ａ，４ｃの内径）が同じで管壁８１ａ，８１ｂの厚みＹ１，Ｙ２が異なるタイプの配管４ａ，４ｃがある。
【００８９】
ここで、音響伝播ガイド１４中の音速ｃ１、流体Ｗ１中の音速をｃ２、配管４ａ，４ｃの管壁８１ａ，８１ｂ中の音速ｃ３との関係をｃ１＞ｃ３＞ｃ２とし、流路８２ａの幅Ｚ１（配管４ａ，４ｃの内径）が同じで管壁８１ａ，８１ｂの厚みＹ１，Ｙ２が異なるタイプの配管４ａ，４ｃを一対の超音波センサ１１，１２でクランプする場合を想定する。この場合の超音波Ｓｏの伝播経路を図１５に示す。図１５に示されるように、異なる外径サイズの配管４ａ，４ｃ内での超音波Ｓｏの伝播経路は、管壁８１ａ，８１ｂ中の経路分が変更される。この場合、図１６に示されるように、例えば、超音波Ｓｏが管壁８１，８１ｂ内を斜めに進行するときの方向Ｄ０に沿って一方の超音波センサ１１を斜めにスライドさせることで、超音波Ｓｏの受信感度が維持される。
【００９０】
また、管壁８１ａの厚みＹ１が同じで流路８２ａ，８２ｂの幅Ｚ１，Ｚ２（配管４ａ，４ｂの内径）が異なるタイプの配管４ａ，４ｂを一対の超音波センサ１１，１２でクランプする場合を想定する。この場合の超音波Ｓｏの伝播経路を図１７に示す。図１７に示されるように、異なる外径サイズの配管４ａ，４ｂ内での超音波Ｓｏの伝播経路は、流路８２ａ，８２ｂ内（流体Ｗ１中）の経路分が変更される。この場合、図１８に示されるように、超音波Ｓｏが流体Ｗ１中を斜めに進行するときの方向Ｄ１に沿って一方の超音波センサ１１を斜めにスライドさせることで、超音波Ｓｏの受信感度が維持される。
【００９１】
従って、図１９に示される固定板３０Ｂのように、一方の超音波センサ１１をスライドさせるガイド溝３４Ａを、超音波Ｓｏが流体Ｗ１中を斜めに進行するときの方向Ｄ１に沿うように形成する。そして、他方の超音波センサ１２をスライドさせるガイド溝３４Ｂを、超音波Ｓｏが管壁８１ａ，８１ｂ内を斜めに進行するときの方向Ｄ０に沿うように形成する。このように、傾斜の異なる複数のガイド溝３４Ａ,３４Ｂを設けることにより、センサクランプ装置２において、配管４（４ａ〜４ｃ）の種類や外径サイズに応じた適切な位置で一対の超音波センサ１１，１２により配管４をクランプすることができる。
【００９２】
・上記各実施の形態では、配管４（４ａ〜４ｃ）として、可撓性を有する柔軟な樹脂材料からなる輸液チューブを用いるものであったが、これに限定されるものではなく、金属製の配管を用いてもよい。ここで、外径サイズ及び管壁８１ａの厚みが同じ配管４であっても管壁８１ａの材質が樹脂材と金属材とで異なる場合、管壁８１ａ中の音速が大きく異なる。このため、外径サイズ及び管壁８１ａの厚みが同じであっても材質が異なる配管４を一対の超音波センサ１１，１２でクランプする場合には、超音波Ｓｏが管壁８１ａ中を斜めに進行するときの傾斜角度が異なり、超音波Ｓｏの最適な送受信位置は、配管４の軸線方向にずれてしまう。従って、配管４の材質変更がある場合、図２０に示されるように、固定板３０Ｃにおいて、一方の超音波センサ１１，１２を配管４に対して斜めにスライドさせる第１のガイド溝３４Ａ（第１のスライド機構）と他方の超音波センサ１２を配管４に対して平行にスライドさせる第２のガイド溝３４Ｃ（第２のスライド機構）とを設けてもよい。そして、配管４の外径サイズが変わった場合には、一方の超音波センサ１１を第１のガイド溝３４Ａに沿って配管４に対して斜めにスライドさせて配管４をクランプする。また、配管４の材質が変わった場合には、他方の超音波センサ１２を第２のガイド溝３４Ｃに沿って配管４に対して平行にスライドさせて配管４をクランプする。このようにセンサクランプ装置を構成しても、配管４の種類や外径サイズに応じた適切な位置で一対の超音波センサ１１，１２により配管４をクランプすることができる。
【００９３】
・上記各実施の形態のセンサクランプ装置２，２Ａにおいて、超音波センサ１１，１１Ａ,１２，１２Ａを構成する音響伝播ガイド１４は、円筒状に形成されていたが、配管４の外壁５に当接する当接面２１（第１面）及び当接面２１に対して傾斜しかつ圧電素子１０が設置された設置面２２（第２面）を有する構造であれば、適宜変更してもよい。その音響伝播ガイド１４Ａ,１４Ｂ,１４Ｃの変形例を図２１〜図２３に示している。図２１の音響伝播ガイド１４Ａは１つの角部が面取りされた四角ボックス形状をなし、音響伝播ガイド１４Ａにおいて、面取り面が圧電素子１０の設置面２２Ａとなり、その設置面２２Ａの反対側にある表面が配管４の当接面２１Ａとなっている。図２２の音響伝播ガイド１４Ｂは、三角形状をなし、音響伝播ガイド１４Ｂにおいて、１つの表面が圧電素子１０の設置面２２Ｂとなり、他の１つの表面が配管４の当接面２１Ｂとなっている。図２３の音響伝播ガイド１４Ｃは、平板状部材８５から斜めに突起８６が突設された形状をなし、突起８６の端面が圧電素子１０の設置面２２Ｃとなり、突起８６の反対側にある平板状部材８５の表面が配管４の当接面２１Ｃとなっている。このような各音響伝播ガイド１４Ａ〜１４Ｃを用いて超音波センサを構成しても、配管４に対して超音波Ｓｏを斜めに入射させることができる。
【００９４】
・上記第１の実施の形態のセンサクランプ装置２では、位置合わせ機構４０において、配管４を上下に付勢する付勢部材４１，４２としてスポンジを用いて構成したが、スポンジ以外にバネ部材などの付勢部材を用いて構成してもよい。また、位置合わせ機構は、カニのはさみのような形状を有する挟持部材を備え、一対の超音波センサ１１，１２によるクランプ位置とは異なる位置にて配管４を挟み込んで配管４の位置合わせを行うように構成してもよい。
【００９５】
・上記各実施の形態のセンサクランプ装置２，２Ａにおいて、基体として固定板３０，３０Ａ〜３０Ｃを用いたが、一対の超音波センサ１１，１１Ａ,１２，１２Ａを支持固定できるものであれば、枠体や複数の棒材等を用いてもよい。また例えば、複数の棒材によって基体を構成する場合、棒材の一部をスライド機構として用いてもよい。
【００９６】
・上記各実施の形態のクランプオン型超音波流量計は、医療現場における輸血の流量計測を行うために用いたが、工場配管の流量確認などに用いてもよい。
【００９７】
・上記各実施の形態のクランプオン型超音波流量計１は、配管４の外径サイズを計測制御装置３が自動で検知する機能を有していたが、これに限定されるものではない。例えば、作業者が計測制御装置３の入力装置５２を操作して配管４の外径サイズや配管の種類などを手入力で設定し、計測制御装置３がその設定情報に応じて流体の流量を求めるようにクランプオン型超音波流量計１を構成してもよい。
【００９８】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した各実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００９９】
（１）請求項１において、前記配管に入射した前記超音波が前記配管の管壁内を斜めに進行するときの方向に沿って、前記超音波センサをスライドさせることを特徴とするセンサクランプ装置。
【０１００】
（２）請求項２において、前記スライド機構は、前記超音波が前記流体中を進行するときの角度方向に対して±１０°の角度で前記超音波センサをスライドさせることを特徴とするセンサクランプ装置。
【０１０１】
（３）請求項４または５において、前記スライド機構は、前記一対の超音波センサのうちの一方を保持して前記配管に対して斜めにスライドさせるリニアスライダを備え、前記位置合わせ機構は、前記リニアスライダに接続されており、そのスライド動作に連動して前記配管の中心の位置合わせを行うことを特徴とするセンサクランプ装置。
【０１０２】
（４）技術的思想（３）において、外径が小さな前記配管をクランプするべく前記リニアスライダをスライドさせて各超音波センサの間隔を狭くする際に、前記位置合わせ機構は前記配管を上方に移動させて位置合わせを行う一方、外径が大きな前記配管をクランプするべく前記リニアスライダをスライドさせて各超音波センサの間隔を広くする際には、前記位置合わせ機構は前記配管を下方に移動させて位置合わせを行うことを特徴とするセンサクランプ装置。
【０１０３】
（５）請求項４または５において、前記位置合わせ機構は、前記一対の超音波センサが対向する方向に対して直交する方向の両側から前記配管を付勢して前記配管の位置合わせを行う付勢部材を備えることを特徴とするセンサクランプ装置。
【０１０４】
（６）請求項４または５において、前記位置合わせ機構は、前記一対の超音波センサによるクランプ位置とは異なる位置にて前記配管を挟み込んで前記配管の位置合わせを行う挟持部材を備えることを特徴とするセンサクランプ装置。
【０１０５】
（７）請求項４または５において、前記基体は固定板であり、前記スライド機構は、前記固定板の面方向に前記超音波センサをスライドさせるとともに、前記位置合わせ機構は、前記面方向と直交する方向に前記配管を昇降させることを特徴とするセンサクランプ装置。
【０１０６】
（８）請求項７において、前記スライド機構は、前記基体において前記配管の軸線方向に対して角度の異なる複数の斜め方向に延設された複数のガイド溝を含むことを特徴とするセンサクランプ装置。
【０１０７】
（９）請求項７において、前記基体には、一方の超音波センサを前記配管に対して斜めにスライドさせる第１のスライド機構と他方の超音波センサを前記配管に対して平行にスライドさせる第２のスライド機構とが設けられていることを特徴とするセンサクランプ装置。
【０１０８】
（１０）請求項７において、前記スライド機構は、前記ガイド溝に挿通された状態で前記超音波センサを固定する固定ボルトを含むことを特徴とするセンサクランプ装置。
【０１０９】
（１１）請求項８において、前記圧電素子は円板状に形成され、前記音響伝播ガイドは円筒状に形成され、前記音響伝播ガイドにおける先端側に前記第１面が設けられるとともに、基端側に前記第２面が設けられることを特徴とするセンサクランプ装置。
【０１１０】
（１２）請求項１乃至８のいずれか１項において、前記流体での音速に基づいて、前記超音波センサのスライド方向が設定されることを特徴とするセンサクランプ装置。
【０１１１】
（１３）請求項１乃至８のいずれか１項において、前記配管は、可撓性を有する柔軟な材料からなるチューブであることを特徴とするセンサクランプ装置。
【符号の説明】
【０１１２】
１…クランプオン型超音波流量計
２，２Ａ…センサクランプ装置
３…流量演算手段としての計測制御装置
４，４ａ，４ｂ，４ｃ…配管
５…外壁
１０…超音波振動子としての圧電素子
１１，１１Ａ,１２，１２Ａ…超音波センサ
１４，１４Ａ,１４Ｂ,１４Ｃ…音響伝播ガイド
１５,１５Ａ、１５Ｂ…センサホルダ
２１,２１Ａ,２１Ｂ,２１Ｃ…第１面としての当接面
２２,２２Ａ,２２Ｂ,２２Ｃ…第２面としての設置面
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…基体としての固定板
３３…スライド機構
３４，３４Ａ，３４Ｂ…スライド機構を構成するガイド溝
３５…スライド機構を構成する固定ボルト
４０，７０…位置合わせ機構
４１，４２…位置合わせ機構を構成する付勢部材
６０…スライド機構としてのリニアスライダ
７１…位置合わせ機構を構成する昇降部材
７７…位置合わせ機構を構成するバネ部材
７８…位置合わせ機構を構成する突起
Ｄ１…超音波が流体を進行するときの方向
Ｌ０…中心軸線
Ｌ１…垂線
Ｓｏ…超音波
Ｗ１…流体
Ｘ１，Ｘ２…外径サイズ
θ１…流体中を進行する超音波の傾斜角度
θ２…配管に入射する際の超音波の傾斜角度
【要約】
手間のかかるセンサ位置調整作業を伴わずに、異なる外径サイズの配管を迅速にクランプすることができるセンサクランプ装置を提供する。
センサクランプ装置２は、超音波Ｓｏの送受信が可能な超音波振動子１０を内蔵した一対の超音波センサ１１，１２と、スライド機構３３が設けられた固定板３０とを備える。一対の超音波センサ１１，１２は、流体Ｗ１が流れる配管４の外壁５に当接して配管４をクランプする。固定板３０は、配管４に対して超音波Ｓｏが斜めに入射するように、一対の超音波センサ１１，１２を配管４の軸線方向にオフセットして対向配置した状態で支持固定する。スライド機構３３は、異なる外径サイズの配管４をクランプ可能とするべく、一方の超音波センサ１１を配管４の軸線方向に対して斜め方向にスライドさせる。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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