(57)【要約】【課題】材料が異なる配管であっても、同一超音波吸収体で配管伝搬波を効率よく吸収する。【解決手段】超音波吸収体１４の外側面に設けられたマット状の弾性多孔体からなり、配管３０および超音波吸収体１４の音響インピーダンスの差に起因する、配管３０と超音波吸収体１４との界面における配管伝搬波の反射を緩衝する超音波緩衝体２１を設け、音響整合調整部２３が、超音波緩衝体２１の外側面に設けられた締付部２２の締付力を締付操作に応じて変更して、押圧による超音波緩衝体２１の変形度合を変化させることにより、配管３０、超音波吸収体１４、および超音波緩衝体２１の音響整合状況を左右する、超音波緩衝体の音響インピーダンスを調整する。【選択図】  図１
2018105735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の外周面に設けたトランスデューサにより前記配管内を流れる流体を通過するよう送受信した超音波に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計であって、
前記配管の外周面に設けられたマット状の弾性体からなり、前記超音波のうち前記配管を伝搬する配管伝搬波を吸収する超音波吸収体と、
前記超音波吸収体の外側面に設けられたマット状の弾性多孔体からなり、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する超音波緩衝体と、
前記超音波緩衝体の外側面に設けられて、前記超音波緩衝体を前記配管の方向に押圧して締め付ける締付部と、
操作に応じて前記締付部の締付力を変更して、前記押圧による前記超音波緩衝体の変形度合を変化させて前記超音波緩衝体の音響インピーダンスを変化させることにより、前記界面で反射される前記配管伝搬波の強度を左右する、前記配管、前記超音波吸収体、および前記超音波緩衝体の音響インピーダンスに関する音響整合状況を調整する音響整合調整部と
を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波流量計において、
前記超音波緩衝体は、連続気泡型の耐熱ゴムスポンジからなることを特徴とする超音波流量計。
【請求項３】
配管の外周面に設けたトランスデューサにより前記配管内を流れる流体を通過するよう送受信した超音波に基づいて前記流体の流量を計測するとともに、前記配管の外周面に設けられたマット状の弾性体からなる超音波吸収体により、前記超音波のうち前記配管を伝搬する配管伝搬波を吸収する超音波流量計で用いられて、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する超音波緩衝装置であって、
前記超音波吸収体の外側面に設けられたマット状の弾性多孔体からなる超音波緩衝体と、
前記超音波緩衝体の外側面に設けられて、前記超音波緩衝体を前記配管の方向に押圧して締め付ける締付部と、
操作に応じて前記締付部の締付力を変更して、前記押圧による前記超音波緩衝体の変形度合を変化させて前記超音波緩衝体の音響インピーダンスを変化させることにより、前記界面で反射される前記配管伝搬波の強度を左右する、前記配管、前記超音波吸収体、および前記超音波緩衝体の音響インピーダンスに関する音響整合状況を調整する音響整合調整部と
を備えることを特徴とする超音波緩衝装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波緩衝装置において、
前記超音波緩衝体は、連続気泡型の耐熱ゴムスポンジからなることを特徴とする超音波緩衝装置。
【請求項５】
配管の外周面に設けたトランスデューサにより前記配管内を流れる流体を通過するよう送受信した超音波に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計で用いられる超音波流量計測方法であって、
前記配管の外周面に設けられたマット状の弾性体からなる超音波吸収体が、前記超音波のうち前記配管を伝搬する配管伝搬波を吸収する超音波吸収ステップと、
前記超音波吸収体の外側面に設けられたマット状の弾性多孔体からなる超音波緩衝体が、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する緩衝ステップと、
前記超音波緩衝体の外側面に設けられた締付部が、前記超音波緩衝体を前記配管の方向に押圧して締め付ける締付ステップと、
音響整合調整部が、操作に応じて前記締付部の締付力を変更して、前記押圧による前記超音波緩衝体の変形度合を変化させて前記超音波緩衝体の音響インピーダンスを変化させることにより、前記界面で反射される前記配管伝搬波の強度を左右する、前記配管、前記超音波吸収体、および前記超音波緩衝体の音響インピーダンスに関する音響整合状況を調整する音響整合調整ステップと
を備えることを特徴とする超音波流量計測方法。
【請求項６】
配管の外周面に設けたトランスデューサにより前記配管内を流れる流体を通過するよう送受信した超音波に基づいて前記流体の流量を計測するとともに、前記配管の外周面に設けられたマット状の弾性体からなる超音波吸収体により、前記超音波のうち前記配管を伝搬する配管伝搬波を吸収する超音波流量計で用いられて、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する超音波緩衝方法であって、
前記超音波吸収体の外側面に設けられたマット状の弾性多孔体からなる超音波緩衝体が、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する緩衝ステップと、
前記超音波緩衝体の外側面に設けられた締付部が、前記超音波緩衝体を前記配管の方向に押圧して締め付ける締付ステップと、
音響整合調整部が、操作に応じて前記締付部の締付力を変更して、前記押圧による前記超音波緩衝体の変形度合を変化させて前記超音波緩衝体の音響インピーダンスを変化させることにより、前記界面で反射される前記配管伝搬波の強度を左右する、前記配管、前記超音波吸収体、および前記超音波緩衝体の音響インピーダンスに関する音響整合状況を調整する音響整合調整ステップと
を備えることを特徴とする超音波緩衝方法。
【請求項７】
配管の外周面に設けたトランスデューサにより前記配管内を流れる流体を通過するよう送受信した超音波に基づいて前記流体の流量を計測するとともに、前記配管の外周面に設けられたマット状の弾性体からなる超音波吸収体により、前記超音波のうち前記配管を伝搬する配管伝搬波を吸収する超音波流量計で用いられて、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する超音波緩衝体を取り付けるための超音波緩衝体取付方法であって、
マット状の弾性多孔体からなり、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する超音波緩衝体を、前記超音波吸収体の外側面に取り付けるステップと、
前記超音波緩衝体の外側面に設けられた締付部により、前記超音波緩衝体を前記配管の方向に押圧して締め付けるステップと、
操作に応じて前記締付部の締付力を変更する音響整合調整部により、前記押圧による前記超音波緩衝体の変形度合を変化させて前記超音波緩衝体の音響インピーダンスを変化させることにより、前記界面で反射される前記配管伝搬波の強度を左右する、前記配管、前記超音波吸収体、および前記超音波緩衝体の音響インピーダンスに関する音響整合状況を調整するステップと
を備えることを特徴とする超音波緩衝体取付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量計測時に配管から伝搬する超音波のノイズ成分を超音波吸収体で効率よく低減するための超音波流量計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、クランプオン式の超音波流量計は、配管の外側に取り付けられた一方のトランスデューサから配管内に向けて超音波を送信するとともに、同じく配管の外側に取り付けられた他方のトランスデューサにより、配管内を流れる流体を通過した超音波を受信し、その受信結果に応じて流体の流速および流量を計測するものとなっている。
この際、超音波送信器で得られる受信結果には、配管内を流れる流体を伝搬した流体伝搬波からなる信号成分のほか、配管の外周面、内周面、あるいは壁部内を伝搬した配管伝搬波からなるノイズ成分が含まれる。このため、このノイズ成分により、流量の計測精度が低下することになる。
【０００３】
従来、このようなノイズ成分を低減する技術として、配管の外周面にマット状の超音波吸収体を取り付けて、配管の外周面、内周面、あるいは壁部内を伝搬する配管伝搬波を吸収する技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
この超音波吸収体は、例えば、未架橋のブルチゴムなど、ゴムや高分子材料を主材料とする、弾性を有するマット状の弾性体からなる。
【０００４】
超音波（音波）は、異なる媒質を伝搬する場合、媒質間の音響インピーダンスの差の大小によって、媒質界面における透過率および反射率が変化する。一般的には、配管とその外側の大気との音響インピーダンス差が大きいため、配管を伝搬する配管伝搬波が大気に伝搬する割合は小さい。一方、上記超音波吸収体は、大気と比較して音響インピーダンスが大きいため、配管との音響インピーダンス差は、配管とその外側の大気との音響インピーダンス差に比べて小さくなる。これにより、配管の外周面に超音波吸収体を取り付けることにより、配管伝搬波からなるノイズ成分を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１５７１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来技術では、配管の外周面に取り付けた超音波吸収体により、配管伝搬波からなるノイズ成分を低減できるものの、配管の材料によっては効率的にノイズ成分を低減できないという問題点があった。
【０００７】
前述したように、配管とダンピング材との音響インピーダンス差は、配管の音響インピーダンスと超音波吸収体の音響インピーダンスとの差からなり、配管の音響インピーダンスは、配管の材質によって変化するため、配管の材質が異なれば配管の音響インピーダンスとダンピング材の音響インピーダンス差も変化する。
【０００８】
例えば、ゴムを主材料とした超音波吸収体の音響インピーダンス（特性インピーダンス）は、２ｅ＋０６［Ｐａ・ｓ／ｍ］程度であり、アルミニウム配管の音響インピーダンス（特性インピーダンス）は、約１７ｅ＋０６［Ｐａ・ｓ／ｍ］である。このため、両者の音響インピーダンス差は、約１５ｅ＋０６［Ｐａ・ｓ／ｍ］となる。
一方、ステンレス配管やＳＧＰ配管の音響インピーダンス（特性インピーダンス）は、約４５ｅ＋０６［Ｐａ・ｓ／ｍ］であり、超音波吸収体の音響インピーダンス差は、約４３ｅ＋０６［Ｐａ・ｓ／ｍ］となる。
【０００９】
これにより、ステンレス配管やＳＧＰ配管の場合には、アルミニウム配管の場合と比較して、音響インピーダンス差が約３倍まで増大し、配管と超音波吸収体との媒質界面における超音波の反射率も３倍程度まで増大することになる。このため、ステンレス配管やＳＧＰ配管の場合には、上記超音波吸収体により配管伝搬波を効率よく吸収できず、結果としてノイズ成分が増大して流量の計測精度が低下することになる。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、材料が異なる配管であっても、同一超音波吸収体で配管伝搬波を効率よく吸収できる超音波流量計測技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、本発明にかかる超音波流量計は、配管の外周面に設けたトランスデューサにより前記配管内を流れる流体を通過するよう送受信した超音波に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計であって、前記配管の外周面に設けられたマット状の弾性体からなり、前記超音波のうち前記配管を伝搬する配管伝搬波を吸収する超音波吸収体と、前記超音波吸収体の外側面に設けられたマット状の弾性多孔体からなり、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する超音波緩衝体と、前記超音波緩衝体の外側面に設けられて、前記超音波緩衝体を前記配管の方向に押圧して締め付ける締付部と、操作に応じて前記締付部の締付力を変更して、前記押圧による前記超音波緩衝体の変形度合を変化させて前記超音波緩衝体の音響インピーダンスを変化させることにより、前記界面で反射される前記配管伝搬波の強度を左右する、前記配管、前記超音波吸収体、および前記超音波緩衝体の音響インピーダンスに関する音響整合状況を調整する音響整合調整部とを備えている。
【００１２】
また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記超音波緩衝体が、連続気泡型の耐熱ゴムスポンジからなるものである。
【００１３】
また、本発明にかかる超音波緩衝装置は、配管の外周面に設けたトランスデューサにより前記配管内を流れる流体を通過するよう送受信した超音波に基づいて前記流体の流量を計測するとともに、前記配管の外周面に設けられたマット状の弾性体からなる超音波吸収体により、前記超音波のうち前記配管を伝搬する配管伝搬波を吸収する超音波流量計で用いられて、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する超音波緩衝装置であって、前記超音波吸収体の外側面に設けられたマット状の弾性多孔体からなる超音波緩衝体と、前記超音波緩衝体の外側面に設けられて、前記超音波緩衝体を前記配管の方向に押圧して締め付ける締付部と、操作に応じて前記締付部の締付力を変更して、前記押圧による前記超音波緩衝体の変形度合を変化させて前記超音波緩衝体の音響インピーダンスを変化させることにより、前記界面で反射される前記配管伝搬波の強度を左右する、前記配管、前記超音波吸収体、および前記超音波緩衝体の音響インピーダンスに関する音響整合状況を調整する音響整合調整部とを備えている。
【００１４】
また、本発明にかかる上記超音波緩衝装置の一構成例は、前記超音波緩衝体が、連続気泡型の耐熱ゴムスポンジからなるものである。
【００１５】
また、本発明にかかる超音波流量計測方法は、配管の外周面に設けたトランスデューサにより前記配管内を流れる流体を通過するよう送受信した超音波に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計で用いられる超音波流量計測方法であって、前記配管の外周面に設けられたマット状の弾性体からなる超音波吸収体が、前記超音波のうち前記配管を伝搬する配管伝搬波を吸収する超音波吸収ステップと、前記超音波吸収体の外側面に設けられたマット状の弾性多孔体からなる超音波緩衝体が、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する緩衝ステップと、前記超音波緩衝体の外側面に設けられた締付部が、前記超音波緩衝体を前記配管の方向に押圧して締め付ける締付ステップと、音響整合調整部が、操作に応じて前記締付部の締付力を変更して、前記押圧による前記超音波緩衝体の変形度合を変化させて前記超音波緩衝体の音響インピーダンスを変化させることにより、前記界面で反射される前記配管伝搬波の強度を左右する、前記配管、前記超音波吸収体、および前記超音波緩衝体の音響インピーダンスに関する音響整合状況を調整する音響整合調整ステップとを備えている。
【００１６】
また、本発明にかかる超音波緩衝方法は、配管の外周面に設けたトランスデューサにより前記配管内を流れる流体を通過するよう送受信した超音波に基づいて前記流体の流量を計測するとともに、前記配管の外周面に設けられたマット状の弾性体からなる超音波吸収体により、前記超音波のうち前記配管を伝搬する配管伝搬波を吸収する超音波流量計で用いられて、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する超音波緩衝方法であって、前記超音波吸収体の外側面に設けられたマット状の弾性多孔体からなる超音波緩衝体が、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する緩衝ステップと、前記超音波緩衝体の外側面に設けられた締付部が、前記超音波緩衝体を前記配管の方向に押圧して締め付ける締付ステップと、音響整合調整部が、操作に応じて前記締付部の締付力を変更して、前記押圧による前記超音波緩衝体の変形度合を変化させて前記超音波緩衝体の音響インピーダンスを変化させることにより、前記界面で反射される前記配管伝搬波の強度を左右する、前記配管、前記超音波吸収体、および前記超音波緩衝体の音響インピーダンスに関する音響整合状況を調整する音響整合調整ステップとを備えている。
【００１７】
また、本発明にかかる超音波緩衝体取付方法は、配管の外周面に設けたトランスデューサにより前記配管内を流れる流体を通過するよう送受信した超音波に基づいて前記流体の流量を計測するとともに、前記配管の外周面に設けられたマット状の弾性体からなる超音波吸収体により、前記超音波のうち前記配管を伝搬する配管伝搬波を吸収する超音波流量計で用いられて、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する超音波緩衝体を取り付けるための超音波緩衝体取付方法であって、マット状の弾性多孔体からなり、前記配管と前記超音波吸収体との界面における前記配管伝搬波の反射を緩衝する超音波緩衝体を、前記超音波吸収体の外側面に取り付けるステップと、前記超音波緩衝体の外側面に設けられた締付部により、前記超音波緩衝体を前記配管の方向に押圧して締め付けるステップと、操作に応じて前記締付部の締付力を変更する音響整合調整部により、前記押圧による前記超音波緩衝体の変形度合を変化させて前記超音波緩衝体の音響インピーダンスを変化させることにより、前記界面で反射される前記配管伝搬波の強度を左右する、前記配管、前記超音波吸収体、および前記超音波緩衝体の音響インピーダンスに関する音響整合状況を調整するステップとを備えている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、締付操作により締付部の締付力を変更するという極めて簡単な作業で、配管、超音波吸収体、および超音波緩衝体の音響整合状況を向上させることができ、超音波吸収体を取り換えることなく同一超音波吸収体で、配管を伝搬する配管伝搬波、すなわちノイズ成分を効率よく吸収することが可能となる。
したがって、流体を伝搬する流体伝搬波に相当する信号成分に対するノイズ成分の割合を示すＳ／Ｎ比を向上させることができ、結果として、材料が異なる配管であっても、良好な計測精度を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】超音波流量計の外観図である。
【図２】配管径方向に関する超音波流量計の断面図である。
【図３】配管の長手方向に関する超音波流量計の断面図である。
【図４】音響整合の原理を示す説明図である。
【図５】音響整合特性を示すグラフである。
【図６】ノイズ成分の吸収を示す信号波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［超音波流量計］
まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施の形態にかかる超音波流量計１について説明する。図１は、超音波流量計の外観図である。図２は、配管径方向に関する超音波流量計の断面図である。図３は、配管の長手方向に関する超音波流量計の断面図である。
【００２１】
この超音波流量計１は、全体としてクランプオン超音波流量計からなり、配管３０の外周面３１に取り付けられた一方のトランスデューサ１３Ａ（１３Ｂ）から配管３０内に向けて超音波を送信するとともに、配管３０の外周面３１に取り付けられた他方のトランスデューサ１３Ｂ（１３Ａ）により、配管３０内を流れる蒸気などの流体Ｘを通過した超音波を受信し、その受信結果に応じて流体Ｘの流量を計測する機能を有している。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態にかかる超音波流量計１には、主な構成として、流量計本体１０、トランスデューサ１３Ａ，１３Ｂ、超音波吸収体１４、超音波緩衝体２１、締付部２２、および音響整合調整部２３が設けられている。これら構成のうち、超音波緩衝体２１、締付部２２、および音響整合調整部２３が、超音波緩衝装置２０を構成している。
【００２３】
流量計本体１０は、超音波流量計測のための各種回路部が収容される筐体からなり、主な回路部として、切替部１１と計測処理部１２が設けられている。
【００２４】
切替部１１は、計測処理部１２から出力された切替信号に応じて、計測処理部１２とトランスデューサ１３Ａ，１３Ｂとを切替接続する回路部である。これにより、トランスデューサ１３Ａから超音波を送信する場合には、計測処理部１２からの電気送信信号がトランスデューサ１３Ａへ出力されるとともに、トランスデューサ１３Ｂからの電気受信信号が計測処理部１２へ出力され、トランスデューサ１３Ｂから超音波を送信する場合には、計測処理部１２からの電気送信信号がトランスデューサ１３Ｂへ出力されるとともに、トランスデューサ１３Ａからの電気受信信号が計測処理部１２へ出力される。
【００２５】
計測処理部１２は、全体としてＣＰＵおよび信号処理回路からなり、一定周波数で変調されたパルス信号からなる電気送信信号を生成する機能と、生成した電気送信信号を切替部１１によりトランスデューサ１３Ａ，１３Ｂに切替出力することにより、トランスデューサ１３Ａ，１３Ｂ間で上り方向および下り方向に超音波をやり取する機能と、これにより得られた上り電気受信信号と下り電気受信信号とから得られた伝搬時間差に基づき、配管３０内を流れる流体の速度さらには流量を計算する機能とを有している。
【００２６】
トランスデューサ１３Ａ，１３Ｂは、全体として超音波送受信器からなり、流量計本体１０から出力された電気送信信号を超音波に変換し、配管３０の管壁３２を介して配管３０内の量体Ｘに向けて送信する機能と、管壁３２を介して配管３０内から届いた超音波を受信して電気受信信号に変換し、流量計本体１０へ出力する機能とを有している。これらトランスデューサ１３Ａ，１３Ｂは、配管３０の外周面３１のうち、例えば配管３０内側の中央位置に設けられた基準となる測定点Ｐを挟んで流体Ｘの上流側位置と下流側位置とに、斜めに対向配置されている。
【００２７】
一般に、トランスデューサ１３Ａ，１３Ｂ間で流体Ｘの流れ方向Ｆに対する上り方向Ｕおよび下り方向Ｄに超音波を送受信した際、このような斜め対向配置により、流体Ｘの流速に応じて流体を伝搬した流体伝搬波に伝搬時間差が生じる。したがって、この伝搬時間差と流体Ｘに対する超音波の角度とから流体Ｘの流量を計算することができる。本実施の形態では、前述した特許文献１と同様に、このような伝搬時間差方式により流量を計測する場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、ドップラー方式の場合にも本実施の形態を同様にして適用することができる。
【００２８】
超音波吸収体１４は、例えば、未架橋のブルチゴムなど、ゴムや高分子材料を主材料とする、マット状の弾性体からなり、配管３０の外周面３１に設けられて、トランスデューサ１３Ａ，１３Ｂから送信された超音波のうち、配管３０の外周面３１、内周面３２、あるいは壁部３３内など、配管３０自体を伝搬する配管伝搬波を吸収する機能を有している。
【００２９】
超音波緩衝体２１は、例えばシリコーンゴムスポンジなどのように、シリコーン樹脂などの有機材料を主材料とする、連続気泡型のマット状の弾性多孔体からなり、超音波吸収体１４の外側面に設けられて、配管３０と超音波吸収体１４との界面における配管伝搬波の反射を緩衝する機能を有している。
流体Ｘが蒸気などのように高い温度である場合には、耐熱性のシリコーン樹脂を用いればよく、それ以外にも例えばポリイミド樹脂からなるスポンジを用いれば、より高い温度の流体Ｘにも対応できる。
【００３０】
締付部２２は、超音波緩衝体２１の外側面に設けられて、超音波緩衝体２１を配管３０の方向に押圧して締め付ける機能を有しており、押さえ板２２Ａと締付バンド２２Ｂとから構成されている。
【００３１】
押さえ板２２Ａは、例えばステンレスなどの金属板からなり、超音波緩衝体２１の外側面に設けられて、締付バンド２２Ｂの締付力を分散させる機能を有している。
締付バンド２２Ｂは、例えばステンレスなどの金属板からなり、押さえ板２２Ａの外側面を周回するように設けられて、押さえ板２２Ａを締め付けることにより、押さえ板２２Ａを介して超音波緩衝体２１さらには超音波吸収体１４の全体を、配管３０の外側面に対して均等に押圧する機能を有している。
【００３２】
音響整合調整部２３は、作業者の締付操作により締付部２２の締付バンド２２Ｂによる締付力を変更して、押圧による超音波緩衝体２１の変形度合を変化させることにより、配管３０と超音波吸収体１４との界面で反射される配管伝搬波の強度を左右する、配管３０、超音波吸収体１４、および超音波緩衝体２１の音響インピーダンスに関する音響整合状況を左右する、超音波緩衝体２１の音響インピーダンスを調整する機能を有している。
【００３３】
［超音波緩衝体の取付方法］
次に、図１〜図３を参照して、超音波流量計１に対する超音波緩衝体２１の取付方法について説明する。
ここでは、前述した特許文献１のように、すでに超音波吸収体１４が配管３０に設けられている超音波流量計１に対して、超音波緩衝装置２０を後から取り付ける場合を例として説明する。
【００３４】
まず、超音波吸収体１４の外側面に、巻き付けさらには接着などの工程により超音波緩衝体２１を取り付けた後、超音波緩衝体２１の外側面に設けられた締付部２２により、超音波緩衝体２１を配管３０の方向に押圧して締め付ける。この際、締付部２２については、超音波緩衝体２１の外側面に押さえ板２２Ａを巻き付けた後、締付バンド２２Ｂを押さえ板２２Ａの外側面を周回させる。
【００３５】
その後、音響整合調整部２３を操作して、締付部２２の締付バンド２２Ｂの締付力を変更する。これにより、締付部２２の押圧による超音波緩衝体２１の変形度合が変化して超音波緩衝体２１の音響インピーダンスが変化することになる。このため、配管３０、超音波吸収体１４、および超音波緩衝体２１の音響インピーダンスに関する音響整合状況が調整されて、配管３０と超音波吸収体１４との界面で反射される配管伝搬波の強度が低減される。
【００３６】
なお、本実施の形態では、押さえ板２２Ａを用いる場合を例として説明したが、超音波緩衝体２１が締付バンド２２Ｂにより部分的に変形しないのであれば、押さえ板２２Ａを省いて、締付バンド２２Ｂにより超音波緩衝体２１を直接締め付けるようにしてもよい。
また、本実施の形態では、締付バンド２２Ｂを用いる場合を例として説明したが、音響整合調整部２３により押さえ板２２Ａを直接締め付けるようにしてもよい。
【００３７】
［本実施の形態の動作］
次に、図４を参照して、本実施の形態にかかる超音波流量計１の動作として、配管３０を伝搬する配管伝搬波の吸収作用について説明する。図４は、音響整合の原理を示す説明図である。
【００３８】
超音波が任意の媒質内を伝搬する場合、一定の音圧で媒質粒子が振動する速度が媒質よって異なる。一般に、このような媒質粒子の振動のし易さ（し難さ）を音響インピーダンスといい、音響インピーダンスＺは、媒質の密度ρと媒質内を超音波が伝搬する音速ｃとの積、Ｚ＝ρ・ｃで表される。
【００３９】
超音波が異なる媒質間を伝搬する場合、それぞれの媒質の音響インピーダンス差に応じて、媒質界面における超音波の透過率や反射率が変化し、音響インピーダンス差が大きいほど反射率が高くなる。
このような音響インピーダンス差が大きい媒質間を伝搬させる場合、２つの媒質間に音響整合層という第３の媒質を挿入することにより、音響インピーダンスを整合させる方法がある。
【００４０】
図４に示すように、音響インピーダンスＺ1の媒質Ｍ1と音響インピーダンスＺ2の媒質Ｍ2との間に、幅Ｌで音響インピーダンスＺ3の媒質Ｍ3を挿入した場合、媒質Ｍ1，Ｍ3，Ｍ2全体で音響インピーダンスが整合する音響整合条件は、次の式（１）および式（２）で表される。
Ｌ＝λ3／４  …（１）
Ｚ3＝√Ｚ1Ｚ2  …（２）
なお、λ3は媒質Ｍ3の固有波長であり、媒質Ｍ3内での音速をＣ3とし媒質Ｍ3の密度をρ3とした場合、λ3＝Ｃ3／ρ3で求められる。
【００４１】
このような音響整合条件が成立した場合、音響整合状況が整合状態となって、各媒質界面Ｒ13，Ｒ23における反射率がゼロとなり、媒質Ｍ1に入射した超音波に対する反射波の強度Ｉ3がセロとなる。これにより、反射損失がゼロとなって、媒質Ｍ1に入射した超音波の強度Ｉ1と、媒質Ｍ２から出射される超音波の強度Ｉ2とが等しくなる。
【００４２】
本発明は、このような３つの媒質Ｍ1，Ｍ3，Ｍ2の音響インピーダンスＺ1，Ｚ3，Ｚ2がそれぞれ異なる場合でも、音響整合状況を向上させることにより、超音波の良好な伝搬特性が得られることに着目し、これら媒質Ｍ1，Ｍ3を配管３０の壁部３３および超音波吸収体１４に見立てるとともに、媒質Ｍ2に相当する超音波緩衝体２１を超音波吸収体１４の外側面に設けて、配管３０を伝搬する配管伝搬波を効率よく吸収するようにしたものである。
【００４３】
また、シリコーンゴムスポンジなどの弾性多孔体は、押圧変形させることにより気泡の体積が縮小して密度が変化して、音響インピーダンスも変化することに着目し、弾性多孔体からなる超音波緩衝体２１の外側面に締付部２２を設け、音響整合調整部２３により超音波緩衝体２１に対する締付力すなわち押圧力を調整することにより、管材料により異なる配管３０の音響インピーダンスに応じて、配管３０、超音波吸収体１４、および超音波緩衝体２１の音響整合状況を左右する、超音波緩衝体２１の音響インピーダンスを調整するようにしたものである。
【００４４】
図５は、音響整合特性を示すグラフであり、横軸が配管音響インピーダンスＺ1を示し、縦軸が超音波緩衝体音響インピーダンスＺ2を示している。図５において、音響整合特性Ｑは、超音波吸収体１４の音響インピーダンスＺ3を１．９ｅ＋０６［Ｐａ・ｓ／ｍ］に固定した場合に、音響整合自要件が成立する配管音響インピーダンスＺ1と超音波緩衝体音響インピーダンスＺ2との関係を示している。
【００４５】
例えば、配管３０がアルミニウム配管（ＡＬ）からなる場合、その音響インピーダンスＺ1は約１７ｅ＋０６［Ｐａ・ｓ／ｍ］となる。したがって、この配管３０と良好な音響整合状況が得られる超音波緩衝体音響インピーダンスＺ2は、音響整合特性Ｑから、約０．２２ｅ＋０６［Ｐａ・ｓ／ｍ］であることが分かる。
一方、配管３０がステンレス配管（ＳＵＳ）からなる場合、その配管音響インピーダンスＺ1は約４５〜４６ｅ＋０６［Ｐａ・ｓ／ｍ］となり、ＳＧＰ配管（ＳＧＰ）からなる場合、その配管音響インピーダンスＺ1は約４６ｅ＋０６［Ｐａ・ｓ／ｍ］となる。したがって、これら配管３０と良好な音響整合状況が得られる超音波緩衝体音響インピーダンスＺ2は、音響整合特性Ｑから、約０．０８ｅ＋０６［Ｐａ・ｓ／ｍ］であることが分かる。
【００４６】
これに対して、気泡のないシリコーンゴム（ＳＧ）自体の超音波緩衝体音響インピーダンスＺ2は約０．２ｅ＋０６［Ｐａ・ｓ／ｍ］であるから、アルミニウム配管の場合には、気泡のないシリコーンゴムを超音波緩衝体２１とすることにより、良好な音響整合状況が得られることになる。
一方、空気（Ａｉｒ）の超音波緩衝体音響インピーダンスＺ2は約０．０３ｅ＋０６［Ｐａ・ｓ／ｍ］であるから、シリコーンゴムスポンジを超音波緩衝体２１とすることにより、良好な音響整合状況が得られることになる。
【００４７】
したがって、超音波緩衝体２１としてシリコーンゴムスポンジを用いて、これを押圧変形させることにより、アルミニウム配管からステンレス配管やＳＧＰ配管までの各種配管と良好な音響整合状況が得られる超音波緩衝体音響インピーダンスＺ2を得ることができる。
これにより、締付操作により締付部２２の締付力を変更するという極めて簡単な作業で、配管３０、超音波吸収体１４、および超音波緩衝体２１の音響整合状況を向上させることができ、配管３０を伝搬する配管伝搬波、すなわちノイズ成分を効率よく吸収することが可能となる。
【００４８】
図６は、ノイズ成分の吸収を示す信号波形図であり、図６（ａ）は超音波緩衝体なしの場合の受信超音波波形（電気受信波形）を示し、図６（ｂ）は超音波緩衝体を設けて音響インピーダンスを調整した場合における受信超音波波形（電気受信波形）を示している。この際、流体Ｘは０．５ＭＰａＧの圧力で配管３０内を流れる空気とし、配管３０は５０ＡのＳＧＰ配管を用い、超音波吸収体１４および超音波緩衝体２１の厚さは２ｍｍおよび１０ｍｍであり、超音波の周波数は１ＭＨｚとした。
【００４９】
図６のうち、信号成分が流体Ｘを伝搬した流体伝搬波に相当し、ノイズ成分が配管３０自体を伝搬した配管伝搬波に相当している。
これら図６（ａ）と図６（ｂ）とを比較すると、超音波緩衝体２１を設けて音響インピーダンスを調整したことにより、配管伝搬波すなわちノイズ成分の振幅が大幅に減衰しており、超音波吸収体１４に対して効果的に吸収されていることが分かる。
【００５０】
［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、超音波吸収体１４の外側面に設けられたマット状の弾性多孔体からなり、配管３０および超音波吸収体１４の音響インピーダンスの差に起因する、配管３０と超音波吸収体１４との界面における配管伝搬波の反射を緩衝する超音波緩衝体２１を設け、音響整合調整部２３が、超音波緩衝体２１の外側面に設けられた締付部２２の締付力を締付操作に応じて変更して、押圧による超音波緩衝体２１の変形度合を変化させることにより、配管３０、超音波吸収体１４、および超音波緩衝体２１の音響整合状況を左右する、超音波緩衝体２１の音響インピーダンスを調整するようにしたものである。
【００５１】
これにより、締付操作により締付部２２の締付力を変更するという極めて簡単な作業で、配管３０、超音波吸収体１４、および超音波緩衝体２１の音響整合状況を向上させることができ、超音波吸収体１４を取り換えることなく同一超音波吸収体１４で、配管３０を伝搬する配管伝搬波、すなわちノイズ成分を効率よく吸収することが可能となる。
したがって、流体Ｘを伝搬する流体伝搬波に相当する信号成分に対するノイズ成分の割合を示すＳ／Ｎ比を向上させることができ、結果として、材料が異なる配管３０であっても、良好な計測精度を得ることが可能となる。
【００５２】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…超音波流量計、１０…流量計本体、１１…切替部、１２…計測処理部、１３Ａ，１３Ｂ…トランスデューサ、１４…超音波吸収体、２０…超音波緩衝装置、２１…超音波緩衝体、２２…締付部、２２Ａ…押さえ板、２２Ｂ…締付バンド、２３…音響整合調整部、３０…配管、３１…外周面、３２…内周面、３３…壁部。
【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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