(57)【要約】【課題】  音響管式の超音波流量計において、取り扱いや製造運搬更には設置時の作業性にも優れて信頼性の維持と精度の確保が容易な検出部を提供する。【解決手段】  樹脂製の測定管と、前記測定管に密着させた第一超音波振動子と、前記第一超音波振動子から前記被測定管の管軸に沿い所定の距離を隔てた箇所で前記測定管に密着させた第二超音波振動子と、前記第一超音波振動子と前記第二超音波振動子の一方のみに電気信号を与える信号源と、前記電気信号を機械振動に変換して発信された超音波を受信した他方で変換された再生電気信号が前記電気信号から遅延した遅延時間を計測する遅延計測部と、前記一方と前記他方とを交互に入れ換えた際に観測される前記遅延時間の差に基づき前記測定管を流れる被測定流体の流速を演算する演算器を備えた超音波流量計において、前記第一超音波振動子及び前記第二超音波振動子とを、前記測定管との接触面側に高分子圧電膜を備えてシート状に加工したフレキシブルバンドに設けた。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製の測定管と、前記測定管に密着させた第一超音波振動子と、前記第一超音波振動子から前記被測定管の管軸に沿い所定の距離を隔てた箇所で前記測定管に密着させた第二超音波振動子と、前記第一超音波振動子と前記第二超音波振動子の一方のみに電気信号を与える信号源と、前記電気信号を機械振動に変換して発信された超音波を受信した他方で変換された再生電気信号が前記電気信号から遅延した遅延時間を計測する遅延計測部と、前記一方と前記他方とを交互に入れ換えた際に観測される前記遅延時間の差に基づき前記測定管を流れる被測定流体の流速を演算する演算器を備えた超音波流量計において、
前記第一超音波振動子及び前記第二超音波振動子を、前記測定管との接触面側に高分子圧電膜を備えてシート状に加工したフレキシブルバンドに設けたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記フレキシブルバンドは、フレキシブルプリント板を更に備えてその一方の端部に前記高分子圧電膜の電極を収容する第一勘合部を有し、他方の端部に前記信号源及び前記遅延計測部とインタフェースする第二勘合部を有することを特徴とする、請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記フレキシブルバンドは、所定の外周寸法規格内の前記測定管に巻き付けて固定することを特徴とする、請求項１及び請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記フレキシブルバンドは、所定の外周寸法規格内の前記測定管に巻き付けて固定する面ファスナーを更に備えたことを特徴とする、請求項１から請求項３までに記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響管式の超音波流量計の検出部構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
円環状圧電セラミックスに代表される超音波センサを用いた計測機器として、超音波流量計の先行技術として例えば次の文献がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２２９２３号公報
【特許文献２】特開平１１−２６４７５０号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０２２８号公報
【０００４】
図２はこのような従来の音響管式の超音波流量計の一例を示す構成ブロック図である。
【０００５】
図２の従来の超音波流量計は、ストレートのフッ素樹脂パイプである測定管１、測定管１への装着時の形状が一定幅の円環状に成型された圧電セラミックス２Ａ及び２Ｂ，信号源３、遅延計測部４及び４Ｂ、演算回路５、制御スイッチ６Ａ及び７とで構成されている。
【０００６】
被測定流体が流れる測定管１に対して所定の距離を隔て圧電セラミックス２Ａ及び２Ｂを配置する。このとき圧電セラミックス２Ａ及び２Ｂは、測定管１の外周に沿った全周に密着してあり、それぞれの信号入力端には共通の信号源３に対してそれぞれ制御スイッチ６Ａ及び６Ｂを介して接続している。
【０００７】
遅延計測部４Ａおよび４Ｂは、信号源３の他にそれぞれ圧電セラミックス２Ａ及び２Ｂの信号出力端と接続している。
また、遅延計測部４Ａおよび４Ｂが出力する各計測値は、それぞれ演算部５へ接続している。
【０００８】
次に、図２に示す従来例の作用を説明する。
【０００９】
圧電セラミック２Ａおよび２Ｂは電気エネルギーと機械的な振動エネルギーの相互変換作用を持つ素子であり、測定管１内の被測定流体を媒質として超音波を送受する。
【００１０】
このとき圧電セラミックス２Ａおよび２Ｂは、互いに超音波の送信動作を排他的に実行する。すなわち制御スイッチ６Ａと６Ｂの開閉を交互に実行して圧電セラミックスの何れか片方を信号源３と接続し、接続された側の圧電セラミックスのみが超音波を送信する。
一方、受信側となった圧電セラミックスでは、測定管１内の被測定流体を媒質として伝播してきた超音波を電気信号に再生する。
【００１１】
受信側となった圧電セラミックスに対応する遅延計測部４Ａまたは４Ｂでは、送信側で用いられた信号源３の電気信号と、受信された超音波から再生された再生電気信号の時間差を計測する。
【００１２】
しかし、被測定流体の下流側の圧電セラミックスが受信する超音波は、媒質の移動速度が加算される分静止している媒質を伝播した場合に比して早く到着する。逆に、被測定流体の上流側に位置する圧電セラミックスが受信する超音波は、媒質の移動速度が減算される分だけ遅れて到着する。
【００１３】
演算部５では、遅延計測部４Ａと４Ｂでそれぞれ観測して得た互いの超音波が到着までに要した時間差を参照して、媒質移動速度に相当する被測定流体の移動速度を演算する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが図２に示した従来の音響管方式の超音波流量計において、一般に用いられている圧電セラミックスには以下の問題点があった。
【００１５】
第一の問題点は、材質がセラミックスであるため円環状に成型する際には加工が困難であり、多くの手間とコストを要していたことである。
【００１６】
第二の問題点は、測定管への装着の際にはセラミックスは重く嵩張り、現場での取り扱いが不便なことである。例えば超音波流量計の設置のとき、円環状のセラミックスの中央部の穴に測定管を位置させるには、半円状に２分割してから現場に持ち込み測定管を挟んで組立て工事をする場合や、測定管の一部を取り外し円環状の穴に通してから再度管路に戻す手間が必要であった。
【００１７】
この様に、超音波流量計の移設や設置、撤去などの際は工事作業手順が煩雑となり設置後の試験調整や検査にも時間を取られていた。
【００１８】
第三の問題点として、特に測定管の材質が樹脂パイプの場合は、セラミックスとフッ化樹脂との熱膨張係数が大きく異なることである。このため、温度変化に伴う膨張と圧縮の繰り返しストレスにより、圧電セラミックスと測定管との接着面で恒常的な剥離や、温度変化に伴う一時的な接着不良部位の発生などの不具合を生じていた。
【００１９】
この様に、運用中の従来の超音波流量計においては信頼性の確保や精度を維持する必要から定期点検などにメンテナンス工数が多く費やされてきた。
【００２０】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされ、その目的は音響管式の超音波流量計において、取り扱いや製造運搬更には設置時の作業性にも優れて信頼性の維持と精度の確保が容易な検出部を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
樹脂製の測定管と、前記測定管に密着させた第一超音波振動子と、前記第一超音波振動子から前記被測定管の管軸に沿い所定の距離を隔てた箇所で前記測定管に密着させた第二超音波振動子と、前記第一超音波振動子と前記第二超音波振動子の一方のみに電気信号を与える信号源と、前記電気信号を機械振動に変換して発信された超音波を受信した他方で変換された再生電気信号が前記電気信号から遅延した遅延時間を計測する遅延計測部と、前記一方と前記他方とを交互に入れ換えた際に観測される前記遅延時間の差に基づき前記測定管を流れる被測定流体の流速を演算する演算器を備えた超音波流量計において、
前記第一超音波振動子及び前記第二超音波振動子を、前記測定管との接触面側に高分子圧電膜を備えてシート状に加工したフレキシブルバンドに設けたことを特徴とする超音波流量計である。
【００２２】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である超音波流量計において、前記フレキシブルバンドが、フレキシブルプリント板を更に備えてその一方の端部に前記高分子圧電膜の電極を収容する第一勘合部を有し、他方の端部に前記信号源及び前記遅延計測部とインタフェースする第二勘合部を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項３記載の発明は、前記フレキシブルバンドが、所定の外周寸法規格内の前記測定管に巻き付けて固定することを特徴とする、請求項１及び請求項２に記載の超音波流量計である。
【００２４】
請求項４記載の発明は、前記フレキシブルバンドが、所定の外周寸法規格内の前記測定管に巻き付けて固定する面ファスナーを更に備えたことを特徴とする、請求項１から請求項３までに記載の超音波流量計である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，及び請求項４の発明によれば、音響管方式の検出部に相当する超音波流量計の第一超音波振動子と第二超音波振動子とをそれぞれフレキシブルバンド上に搭載した。
【００２６】
従来の円環状に成型加工済みの圧電セラミックスに較べて、やわらかく柔軟性を持った素材で超音波振動子を提供できる。このため測定管の断面形状による制約を受けること無く測定箇所を自在に選定できる。
【００２７】
すなわち、測定管路の外周長が所定の範囲内にあれば、円形断面を有している必要はない。更に、超音波振動子は第二勘合部を有しているので、信号源、遅延測定部などの演算に係る本体部との接続組立て作業が容易に行える。また第一勘合部は、フィルム状で電極を有する同一シリースで他の高分子圧電膜と交換が可能である。
【００２８】
このためフレキシブルバンドに収納する高分子圧電膜は、第一勘合部の部分から必要に応じて切り離し、別の定格値の高分子圧電膜と交換することができる。すなわち検出部のグレードアップや、メンテナンス等が容易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を図面によって説明する。図１は本発明に係る超音波流量計の検出部の一実施例を示す構成図である。図１Ａは、測定管の表側に相当する面を示し、図１Ｂは、測定管との接触面すなわち裏側の面を示している。
【００３０】
図１においてフレキシブルシート１０は、超音波流量計の検出部である第一または第二超音波振動子の本体部を構成している。高分子圧電膜１１はシート状に加工された長方形のフィルムであり一組の電極１２を備えている。
【００３１】
フレキシブルプリント板１３は、第一勘合部１５を介して２箇所の電極１２と電気的及び機械的に固定されている。高分子圧電膜１１、フレキシブルシート１０及びフレキシブルプリント板１３とは３個のリベット１８を用いている。
【００３２】
フレキシブルプリント板の他端にはコネクタである第二勘合部１６を備えている。また、フレキシブルシート１０は、フレキシブルプリント板１３の反対側に通し穴１４を設けている。更に表側面の両端には面ファスナー１７を備えている。
【００３３】
次に、図１に示す実施例の作用について説明する。
【００３４】
フレキシブルシート１０は、耐久性が高く曲げや捻りが可能で温湿度による極端な形状変化を来たさない低剛性の素材を使用し、その裏側すなわち測定管との接触面では高分子圧電膜１１を機械的に保持して、フレキシブルシート１０の形状変化に追随し一体化させる作用をもつ。
【００３５】
このため、シートフィルム状の高分子圧電膜１１のみを必要に応じて交換して修理、メンテナンスを施すことや、交換によって振動子である高分子圧電膜１１の定格値を容易に変更することができる。このような効果は、円環状に加工された圧電セラミックの振動子を用いる従来技術では望めなかった。
【００３６】
コネクタである第二勘合部１６は、図示していない外部の遅延計測部及び演算部と電気的に一括してインタフェースする作用をもつ。従って、測定管に超音波流量計を設置する際は、検出部との電気的インタフェースが容易に行えて組立ての作業性を向上させる効果をもたらす。
【００３７】
フレキシブルシート１０に設けた通し穴１４は、測定管に巻き付けて装着する際に、第二勘合部１６側を穴に通して全体を締め付けマジックテープ（登録商標）等の面ファスナー１７同士を接着する。
【００３８】
更に必要に応じ、フレキシブルシート１０の外側から固定バンド等で締め付け固定して、測定管との密着度を向上させると共に併せて測定管からの脱落や位置ずれを防止する。
【００３９】
このような構成とした実施例１によれば、円環状の圧電セラミックスの替わりに柔らかい帯状のフレキシブルシートを測定管に巻き付けて超音波振動子を装着できる。このため測定管の断面形状が例えセラミックス内径と完全適合する円形でなくても、測定管断面の形状に従い自在に曲率を変化させる結果、全周表面を密着させた状態で超音波振動子を装着できる効果がある。
【００４０】
また、測定管であるフッ化樹脂パイプと高分子圧電膜とは熱膨張係数が近く温度サイクル等に曝された場合も、接触面での剥離を防止できる。このため従来は圧電セラミックスを測定管に装着する際に補填していた、パッキンやグリース等の充填剤を接触面に追加する必要が無い。
【００４１】
更に、体積があり嵩張っていた従来の圧電セラミックスに比して、本発明の実施例１はシートフィルム状の超音波振動子を採用していることから、持ち運びや組立て時の取り扱いは極めて容易である。
【００４２】
加えて、超音波振動子の材質を圧電セラミックから高分子圧電膜としたことから、音響インピーダンス値が樹脂配管及び測定流体と近くなり検出感度が向上する利点と、機械的Ｑ値が極めて小さくパッキング部材等の挿入を必要とせずに歯切れの良い単発パルス送受信波形が得られ、演算部の信号処理が簡素化できる利点が得られる。
【００４３】
以上説明した様に、本発明によれば、音響管式の超音波流量計において、高分子圧電膜の活用したことにより取り扱いや製造、運搬さらには設置時の作業性にも優れてなおかつ信頼性の確保と精度向上が可能な超音波流量計を提供できる。
【００４４】
更に、本発明によれば測定管の断面が円形でなく不規則な形状であってもフレキシブルに形状を変更させて設置できる。
【００４５】
なお、本発明の超音波流量計の設置に際してフレキシブルシートを測定管に巻き付けた状態の外周から、更に金属またはプラスチック製の固定バンド等で締め付ける処置を施すことにより、測定管との接触面を外周から付加する機械的圧力で確実に固定し、必要かつ十分な耐久性を担保できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例を示す２面図である。
【図２】従来の音響管式の超音波流量計の一例を示す構成ブロック図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  フレキシブルシート
１１  高分子圧電膜
１２  電極
１３  フレキシブルプリント板
１７  面ファスナー
１８  リベット
【図１】
2006105706.tif 000003
【図２】
2006105706.tif 000004