(57)【要約】【課題】超音波流量計の配管への取付作業を格段に容易にする。【解決手段】内部を流体が流れる配管Ａの上流側の外周に設けられ超音波の送受信を行う第１超音波送受信部２０Ａと、配管Ａの下流側の外周に設けられ超音波の送受信を行う第２超音波送受信部２０Ｂと、第１超音波送受信部２０Ａから送信された超音波が第２超音波送受信部２０Ｂに受信されるまでの時間と第２超音波送受信部２０Ｂから送信された超音波が第１超音波送受信部２０Ａに受信されるまでの時間とに基づいて流体の流量を算出する流量算出部と、配管Ａの外周に設けられ超音波の配管伝搬波Ｗ2を吸収する超音波吸収体１０と、を備える超音波流量計１の取付方法であって、第１・第２超音波送受信部２０Ａ・２０Ｂと配管Ａとの間に超音波吸収体１０を配置し外側から押圧力を作用させることにより、第１・第２超音波送受信部２０Ａ・２０Ｂを超音波吸収体１０を介して配管Ａに押し付けて固定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を流体が流れる配管における上流側の外周に設けられ超音波の送信及び受信を行う第１超音波送受信部と、前記配管における下流側の外周に設けられ超音波の送信及び受信を行う第２超音波送受信部と、前記第１超音波送受信部から送信された前記超音波が前記第２超音波送受信部に受信されるまでの時間と前記第２超音波送受信部から送信された前記超音波が前記第１超音波送受信部に受信されるまでの時間とに基づいて前記流体の流量を算出する流量算出部と、前記配管の外周に設けられ前記超音波の配管伝搬波を吸収する超音波吸収体と、を備える超音波流量計を取り付ける方法であって、
前記超音波送受信部と前記配管との間に前記超音波吸収体を配置する配置工程と、
前記超音波送受信部の外側から前記配管に向けた押圧力を作用させることにより、前記超音波送受信部を前記超音波吸収体を介して前記配管に押し付けて固定する押圧工程と、を含む、超音波流量計の取付方法。
【請求項２】
内部を流体が流れる配管における上流側の外周に設けられ超音波の送信及び受信を行う第１超音波送受信部と、前記配管における下流側の外周に設けられ超音波の送信及び受信を行う第２超音波送受信部と、前記第１超音波送受信部から送信された前記超音波が前記第２超音波送受信部に受信されるまでの時間と前記第２超音波送受信部から送信された前記超音波が前記第１超音波送受信部に受信されるまでの時間とに基づいて前記流体の流量を算出する流量算出部と、前記配管の外周に設けられ前記超音波の配管伝搬波を吸収する超音波吸収体と、を備える超音波流量計であって、
前記超音波送受信部と前記配管との間に前記超音波吸収体が配置された状態で前記超音波送受信部の外側から前記配管に向けた押圧力が作用することにより、前記超音波送受信部が前記超音波吸収体を介して前記配管に押し付けられて固定されている、超音波流量計。
【請求項３】
前記超音波吸収体は、未架橋ブチルゴム又はシリコーンゴムを含む、請求項２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、超音波流量計及び超音波流量計の取付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種流体の流量を計測するための超音波流量計が提案され、実用化されている。現在においては、超音波振動子と斜角くさびとによって構成した１対（乃至複数対）の超音波送受信部を流体の流れる配管の外壁に設置し、流体の流れ方向及び逆方向に超音波を伝搬させたときのそれぞれの伝搬時間を計測し、これら伝搬時間の差に基づいて流体の流量を算出する、伝搬時間差方式を使ったクランプオン型の超音波流量計が提案されている。
【０００３】
このような伝搬時間差方式を使ったクランプオン型の超音波流量計においては、ノイズとなる配管伝搬波（超音波振動子から発せられた超音波のうち、配管の管壁で反射して配管を伝搬する伝搬波）を抑制するために、配管の周囲にダンピング材（超音波吸収材）を設置する必要がある。近年においては、円弧型のダンピング材を配管に取り付ける方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６６２６０４９号明細書
【特許文献２】米国特許第７０００４８５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、気体計測用の超音波流量計においては、低圧の気体流量の計測が求められている。計測対象となる気体の圧力が低い場合には通過信号成分のエネルギーも小さくなることから、ダンピング材によるノイズ減衰効果があること、超音波送受信部の配置及び固定化を実施して振動子間で超音波信号が伝えられること、等が要求される。
【０００６】
ここで、ダンピング材の配管への装着や振動子の固定化は、振動子が配管を通して送受信する超音波信号が十分であるかどうかを見極めながら決定する必要がある。配管寸法により超音波の送受信位置はある程度計算により求めることができるが、配管内外の表面状態や材料特性等の影響があるためである。
【０００７】
このため、従来の超音波流量計の取付作業においては、図５に示すように、（１）配管１００へのダンピング材２００の装着、（２）ダンピング材２００の振動子取付部分２１０の切り抜き、（３）振動子への信号透過強度を増加させるためのカップラント材３００の塗布、（４）固定部材による振動子４００の取付け、の各工程を順次実施する必要がある。そして、信号強度が十分でない場合には、（２）以降の工程を再度繰り返す必要があった。
【０００８】
しかし、取付作業に上記のような煩雑な工程を経る必要があると、配管の切断作業等が不要で取付・取外作業が容易であることが求められるクランプオン型の超音波流量計のメリットが相殺されてしまうという問題があった。また、天井付近に設置された配管に超音波流量計を取り付ける際に上記のような煩雑な工程を実施すると、重量物である振動子や固定部材が落下することも考えられ、安全面においても懸念があった。
【０００９】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、超音波流量計としての超音波送受信信号を確保する構造としつつ、超音波流量計の配管への取付作業や保守作業を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る取付方法は、内部を流体が流れる配管における上流側の外周に設けられ超音波の送信及び受信を行う第１超音波送受信部と、配管における下流側の外周に設けられ超音波の送信及び受信を行う第２超音波送受信部と、第１超音波送受信部から送信された超音波が第２超音波送受信部に受信されるまでの時間と第２超音波送受信部から送信された超音波が第１超音波送受信部に受信されるまでの時間とに基づいて流体の流量を算出する流量算出部と、配管の外周に設けられ超音波の配管伝搬波を吸収する超音波吸収体と、を備える超音波流量計を取り付ける方法であって、超音波送受信部と配管との間に超音波吸収体を配置する配置工程と、超音波送受信部の外側から配管に向けた押圧力を作用させることにより、超音波送受信部を超音波吸収体を介して配管に押し付けて固定する押圧工程と、を含むものである。
【００１１】
また、本発明に係る超音波流量計は、内部を流体が流れる配管における上流側の外周に設けられ超音波の送信及び受信を行う第１超音波送受信部と、配管における下流側の外周に設けられ超音波の送信及び受信を行う第２超音波送受信部と、第１超音波送受信部から送信された超音波が第２超音波送受信部に受信されるまでの時間と第２超音波送受信部から送信された超音波が第１超音波送受信部に受信されるまでの時間とに基づいて流体の流量を算出する流量算出部と、配管の外周に設けられ超音波の配管伝搬波を吸収する超音波吸収体と、を備える超音波流量計であって、超音波送受信部と配管との間に超音波吸収体が配置された状態で超音波送受信部の外側から配管に向けた押圧力が作用することにより、超音波送受信部が超音波吸収体を介して配管に押し付けられて固定されているものである。
【００１２】
かかる構成及び方法を採用すると、超音波送受信部と配管との間に超音波吸収体を配置した状態で超音波送受信部の外側から配管に向けた押圧力を作用させることにより、超音波送受信部を、超音波吸収体を介して配管に押し付けて固定することができる。従って、超音波送受信部を配管に固定する際に従来必要であった煩雑な作業（超音波吸収体の一部を切り抜く作業や、切り抜いた部分にカップラント材を塗布する作業等）を省くことができるので、超音波送受信部の取付け・取外しによる調整作業が格段に容易になる。この結果、配管の切断作業等が不要であるクランプオン型の超音波流量計のメリットが相殺されることがない。また、超音波送受信部を配管に固定する際に従来必要であった煩雑な作業を省くことができるので、天井付近に設置された配管にも安全に取り付けることができる。さらに、流体の計測最適化を図る際の超音波送受信部の配置変更や、超音波送受信部が破損した際の交換作業において、超音波送受信部の取り外しが容易にできるため、保守作業を簡易にすることもできる。
【００１３】
なお、配管伝搬波を減衰させる機能は、配管伝搬波が超音波吸収体中に透過し、吸収体内での反射と吸収を繰り返すことにより発揮される。今回、発明者は、配管に対向して取り付けた超音波送受信部の間において、その超音波受信部と配管との間に密着させて超音波吸収体を配置することにより、配管及び流体を経て反射と吸収を繰り返さずに超音波が伝搬する場合、超音波流量計としての超音波信号を確保できることを発見した。本発明は、このような超音波吸収体の性能を有効利用したものである。
【００１４】
本発明に係る超音波流量計において、未架橋ブチルゴム又はシリコーンゴムを含む超音波吸収体を採用することができる。
【００１５】
かかる構成を採用すると、取扱い易い未架橋ブチルゴム又はシリコーンゴムを含む超音波吸収体を採用するため、取付作業が一層容易となる。また、未架橋ブチルゴムやシリコーンゴムは比較的高い超音波透過性能を有するため、カップラント材を採用した場合と遜色のない信号強度を得ることができる。
【００１６】
本発明に係る超音波流量計において、タングステン、硫酸バリウム、酸化鉄及びアルミナの少なくとも何れか一つからなる粒子を含む超音波吸収体を採用することができる。
【００１７】
かかる構成を採用すると、密度の大きい材料（タングステン、硫酸バリウム、酸化鉄、アルミナ）からなる粒子を含む超音波吸収体を採用するため、超音波吸収体の音響インピーダンスを配管の音響インピーダンスに近づけることができる。この結果、超音波吸収体の透過性能を高めることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、超音波流量計としての超音波送受信信号を確保する構造としつつ、超音波流量計の配管への取付作業や保守作業を容易にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波流量計の概略構成を示す構成図である。
【図２】図１に示す超音波流量計の第１超音波送受信部の構成を説明する拡大断面図である。
【図３】図１に示す超音波流量計を用いて配管の内部を流れる気体の流量を算出する方法を説明するための説明図である。
【図４】図１に示す超音波流量計の第１超音波送受信部から送信された超音波が第２超音波送受信部に受信される様子を説明するための説明図である。
【図５】従来の超音波流量計の取付作業を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。なお、図面は実際の寸法を示すものではなく、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。
【００２１】
まず、図１〜図４を用いて、本発明の実施形態に係る超音波流量計１の構成について説明する。本実施形態に係る超音波流量計１は、図１に示すように、配管Ａの内部を流れる気体（ガス）の流量を測定するためのものである。超音波流量計１の測定対象である気体は、図１において白抜き矢印で示す方向（図１における左から右の方向）に流れている。超音波流量計１は、第１超音波送受信部２０Ａと、第２超音波送受信部２０Ｂと、本体部５０と、超音波吸収体１０と、を備える。
【００２２】
第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂは、それぞれ配管Ａの外周に設けられる。図１に示す例では、第１超音波送受信部２０Ａが配管Ａにおける上流側に、第２超音波送受信部２０Ｂは配管Ａにおける下流側に、それぞれ配置される。第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂは、それぞれ超音波の送信及び受信を行い、相互に超音波を送受信する。すなわち、第１超音波送受信部２０Ａが送信した超音波は、第２超音波送受信部２０Ｂによって受信され、第２超音波送受信部２０Ｂが送信した超音波は、第１超音波送受信部２０Ａによって受信される。
【００２３】
第１超音波送受信部２０Ａは、図２に示すように、くさび２１と、圧電素子２２と、を備える。
【００２４】
くさび２１は、配管Ａに対して所定の鋭角で超音波を入射させるためのものであり、樹脂製又は金属製の部材である。くさび２１は、底面２１ａが超音波吸収体１０の外周面に接触するように設置される。また、くさび２１は、底面２１ａに対して所定の角度を有する斜面２１ｂが形成されている。斜面２１ｂには、圧電素子２２が設置される。
【００２５】
圧電素子２２は、超音波を送信するとともに、超音波を受信するためのものである。圧電素子２２には、リード線（図示省略）が電気的に接続されている。リード線を介して所定周波数の電気信号が印加されると、圧電素子２２は、当該所定周波数で振動して超音波を発する。これにより、超音波が送信される。図２において破線の矢印で示すように、圧電素子２２から送信された超音波は、斜面２１ｂの角度でくさび２１を伝搬する。くさび２１を伝搬する超音波は、くさび２１と超音波吸収体１０との界面及び超音波吸収体１０と配管Ａの外壁との界面で屈折して入射角が変化し、配管Ａの内壁と配管Ａの内部を流れる気体との界面でさらに屈折して入射角が変化し、当該気体を伝搬する。界面における屈折は、スネルの法則に従うので、配管Ａを伝搬するときの超音波の速度、気体を伝搬するときの超音波の速度に基づいて、斜面２１ｂの角度をあらかじめ設定することにより、超音波を所望の入射角で気体に入射させ、伝搬させることができる。
【００２６】
一方、圧電素子２２に超音波が到達すると、圧電素子２２は、当該超音波の周波数で振動して電気信号を発生させる。これにより、超音波が受信される。圧電素子２２に発生した電気信号は、リード線を介して後述する本体部５０で検出される。
【００２７】
なお、第２超音波送受信部２０Ｂは、第１超音波送受信部２０Ａと同様の構成を備える。すなわち、第２超音波送受信部２０Ｂも、くさび２１と、圧電素子２２と、を備える。よって、前述した第１超音波送受信部２０Ａの説明をもって、第２超音波送受信部２０Ｂの詳細な説明を省略する。
【００２８】
図１に示す本体部５０は、超音波が配管Ａの内部を流れる気体を伝搬する時間に基づいて当該気体の流量を測定するためのものである。本体部５０は、切替部５１と、送信回路部５２と、受信回路部５３と、計時部５４と、演算制御部５５と、入出力部５６と、を備える。
【００２９】
切替部５１は、超音波の送信及び受信を切り替えるためのものである。切替部５１は、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂに接続されている。切替部５１は、例えば、切替スイッチ等を含んで構成することが可能である。演算切替部５１は、演算制御部５５から入力される制御信号に基づいて切替スイッチを切り替え、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂのうちの一方を送信回路部５２に接続させるとともに、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂのうちの他方を受信回路部５３と接続させる。これにより、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂのうちの一方が超音波を送信し、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂのうちの他方が当該超音波を受信することができる。
【００３０】
送信回路部５２は、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂに超音波を送信させるためのものである。送信回路部５２は、例えば、所定周波数の矩形波を生成する発振回路、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂを駆動する駆動回路等を含んで構成することが可能である。送信回路部５２は、演算制御部５５から入力される制御信号に基づいて、駆動回路が発振回路により生成された矩形波を駆動信号として第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂのうちの一方の圧電素子２２に出力する。これにより、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂの一方の圧電素子２２が駆動され、当該圧電素子２２が超音波を送信する。
【００３１】
受信回路部５３は、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂが受信した超音波を検出するためのものである。受信回路部５３は、例えば、信号を所定の利得（ゲイン）で増幅する増幅回路、所定周波数の電気信号を取り出すためのフィルタ回路等を含んで構成することが可能である。受信回路部５３は、演算制御部５５から入力される制御信号に基づいて、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂのうちの一方の圧電素子２２から出力された電気信号を増幅し、フィルタリングして受信信号に変換する。受信回路部５３は、変換した受信信号を演算制御部５５に出力する。
【００３２】
計時部５４は、所定の期間における時間を計測するためのものである。計時部５４は、例えば、発振回路等で構成することが可能である。なお、発振回路は、送信回路部５２と共有するようにしてもよい。計時部５４は、演算制御部５５から入力されるスタート信号及びストップ信号に基づいて、発振回路の基準波の数をカウントして時間を計測する。計時部５４は、計測した時間を演算制御部５５に出力する。
【００３３】
演算制御部５５は、配管Ａの内部を流れる気体の流量を演算により算出するためのものである。演算制御部５５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ、入出力インターフェース等で構成することが可能である。また、演算制御部５５は、切替部５１、送信回路部５２、受信回路部５３、計時部５４、及び、入出力部５６等の本体部５０の各部を制御する。なお、演算制御部５５が気体の流量を算出する方法については、後述する。
【００３４】
入出力部５６は、ユーザ（利用者）が情報を入力し、かつ、ユーザに対して情報を出力するためのものである。入出力部５６は、例えば、操作ボタン等の入力手段、表示ディスプレイ等の出力手段等で構成することが可能である。ユーザが操作ボタン等を操作することにより、設定等の各種の情報が入出力部５６を介して演算制御部５５に入力される。また、入出力部５６は、演算制御部５５により算出された気体の流量、気体の速度、所定期間における積算流量等の情報を、表示ディスプレイ等に表示して出力する。
【００３５】
ここで、図３を用いて、配管Ａの内部を流れる気体の流量の算出方法について説明する。図３に示すように、配管Ａの内部を所定の方向（図３において左側から右側への方向）に流れる気体の速度（以下、流速という）をＶ［ｍ／ｓ］、当該気体中を超音波が伝搬するときの速度（以下、音速という）をＣ［ｍ／ｓ］とし、当該気体を伝搬する超音波の伝搬経路長をＬ［ｍ］とし、配管Ａの管軸と超音波の伝搬経路とのなす角度をθとする。ここで、配管Ａの上流側（図３において左側）に設置された第１超音波送受信部２０Ａが超音波を送信し、配管Ａの下流側（図３において右側）に設置された第２超音波送受信部２０Ｂが当該超音波を受信するときに、当該超音波が配管Ａの内部の気体を伝搬する伝搬時間ｔ12は、以下の式（１）で表される。
ｔ12＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）  …（１）
【００３６】
一方、配管Ａの下流側に設置された第２超音波送受信部２０Ｂが超音波を送信し、配管Ａの上流側に設置された第１超音波送受信部２０Ａが当該超音波を受信するときに、当該超音波が配管Ａの内部の気体を伝搬する伝搬時間ｔ21は、以下の式（２）で表される。
ｔ21＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）  …（２）
【００３７】
式（１）及び式（２）から、気体の流速Ｖは、以下の式（３）で表される。
Ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・｛（１／ｔ12）−（１／ｔ21）｝  …（３）
【００３８】
式（３）において、伝搬経路長Ｌ及び角度θは、流量の測定前に既知の値であるから、流速Ｖは、伝搬時間ｔ12及び伝搬時間ｔ21を計測することで、式（３）から算出することができる。
【００３９】
そして、配管Ａの内部を流れる気体の流量Ｑ［ｍ3／ｓ］は、流速Ｖ［ｍ／ｓ］と、補数係数Ｋ及び配管Ａの断面積Ｓ［ｍ3／ｓ］と、を用いて以下の式（４）で表される。
Ｑ＝ＫＶＳ  …（４）
【００４０】
従って、演算制御部５５は、伝搬経路長Ｌ、角度θ、補数係数Ｋ及び配管Ａの断面積Ｓをあらかじめメモリ等に記憶しておく。そして、演算制御部５５は、受信回路部５３から入力される受信信号に基づいて、計時部５４により伝搬時間ｔ12及び伝搬時間ｔ21を計測することで、式（３）及び式（４）から、配管Ａの内部を流れる気体の流量Ｑを算出することができる。すなわち、演算制御部５５は、本発明における流量算出部として機能するものである。
【００４１】
本実施計形態では、図３と式（１）〜（４）とを用いて、伝搬時間逆数差法により気体の流量を算出する例を示したが、これに限定されない。演算制御部５５は、他の方法、例えば、周知の伝搬時間差法により気体の流量を算出するようにしてもよい。
【００４２】
なお、図１では、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂが互いに対向するように、図１において配管Ａの上側に第１超音波送受信部２０Ａを配置し、配管Ａの下側に第２超音波送受信部２０Ｂを配置する例を示したが、これに限定されない。第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂは、配管Ａの上流側と下流側との外周に設けられていればよい。
【００４３】
また、本実施計形態では、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ａの一方が送信した超音波が、配管Ａの内部の気体を伝搬し、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ａの他方で直接受信する例を示したが、これに限定されない。配管Ａの内部の気体を伝搬する超音波は、配管Ａの内壁において反射し得る。よって、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ａの他方は、配管Ａの内壁で２ｎ回（ｎは正の整数）反射した超音波を受信してもよい。
【００４４】
一般に、超音波は、２０ｋＨｚ以上の周波数帯の音波を意味する。よって、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂが送信する超音波は、２０ｋＨｚ以上の周波数帯の音波である。好ましくは、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂが送信する超音波は、１００ｋＨｚ以上であって２．０ＭＨｚ以下の周波数帯の超音波である。より好ましくは、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂが送信する超音波は、０．５ＭＨｚ以上であって１．０ＭＨｚ以下の周波数帯の超音波である。なお、いずれの場合であっても、第１超音波送受信部２０Ａが送信する超音波と第２超音波送受信部２０Ｂが送信する超音波とは、同一周波数であってもよいし、異なる周波数であってもよい。
【００４５】
図４は、第１超音波送受信部２０Ａから送信された超音波が第２超音波送受信部２０Ｂに受信される様子を説明するための断面図である。図４に示すように、例えば、第１超音波送受信部２０Ａから送信された超音波は、配管Ａを通過（透過）して配管Ａの内部の気体を伝搬する気体伝搬波Ｗ1と、配管Ａの管壁で反射して配管Ａを伝搬する配管伝搬波Ｗ2と、に分けられる。気体伝搬波Ｗ1は、再び配管Ａを通過して第２超音波送受信部２０Ｂに到達する。一方、配管伝搬波Ｗ2も、配管Ａの内壁及び外壁を複数回反射しながら第２超音波送受信部２０Ｂに到達し得る。図示及びその詳細な説明を省略するが、第１超音波送受信部２０Ａから送信された超音波と同様に、第２超音波送受信部２０Ａから送信された超音波も、気体伝搬波Ｗ1と配管伝搬波Ｗ2とに分けられ、気体伝搬波Ｗ1は配管Ａを通過して第１超音波送受信部２０Ａに到達するとともに、配管伝搬波Ｗ2も配管Ａの内壁及び外壁を複数回反射しながら第１超音波送受信部２０Ａに到達し得る。
【００４６】
一般に、一方の媒質を伝搬する音波が、他方の媒質との界面で透過（通過）するか、反射するかは、一方の媒質と他方の媒質との音響インピーダンスの差によって決まる。すなわち、音響インピーダンスの差が小さいほど、一方の配質を伝搬する音波は他方の媒質に透過し、音響インピーダンスの差が大きいほど、一方の配質を伝搬する音波は他方の媒質との界面で反射する傾向がある。
【００４７】
配管Ａの内部を流れる流体が、例えば液体である場合、液体の音響インピーダンスと、配管の材料、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）等の金属や合成樹脂等の高分子化合物の音響インピーダンスと、の差が相対的に小さいので、超音波は、配管Ａを透過（通過）して内部を流れる液体を伝搬する割合（透過率）が多く（大きく）、つまり、配管Ａの管壁で反射する割合（反射率）が少なく（小さく）、配管伝搬波Ｗ2のエネルギー（大きさ、又は強度）は小さい。これに対し、気体の音響インピーダンスは、液体の音響インピーダンスと比較して小さい。そのため、配管Ａの内部を流れる流体が気体である場合、気体の音響インピーダンスと、配管Ａの音響インピーダンスと、の差が相対的に大きくなるので、超音波は、配管Ａを透過（通過）して内部を流れる液体を伝搬する割合（透過率）が少なく（小さく）、つまり、配管Ａの管壁で反射する割合（反射率）が多く（大きく）、配管伝搬波Ｗ2のエネルギー（大きさ、又は強度）は大きい。
【００４８】
ここで、超音波の気体伝搬波Ｗ1を受信して伝搬時間を計測し、当該伝搬時間に基づいて流量を測定する超音波流量計において、気体伝搬波Ｗ1は検出すべき信号（信号成分）であり、配管伝搬波Ｗ2は信号に対するノイズ（ノイズ成分）である。本実施形態においては、このようなノイズ成分としての配管伝搬波Ｗ2を抑制するために、図１〜図４に示すように配管Ａの外周面に超音波吸収体１０を設けている。
【００４９】
超音波吸収体１０は、配管Ａの外周面において、少なくとも第１超音波送受信部２０Ａと第２超音波送受信部２０Ｂとの間の領域を覆うように配置され、配管Ａの外周面に密着して固定される。本実施形態においては、図４に示すように、第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）と配管Ａとの間にも超音波吸収体１０を配置している。そして、このように第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）と配管Ａとの間に超音波吸収体１０を配置した状態で、図示していない固定部材を用いて第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）の外側から配管Ａに向けて押圧力を作用させることにより、第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）が超音波吸収体１０を介して配管Ａに押し付けられて固定されている。
【００５０】
配管伝搬波Ｗ2を減衰させる機能は、超音波吸収体１０により発揮される。一方で、第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）と配管Ａとの間で対向して超音波吸収体１０を配置することにより、気体伝搬波Ｗ1が伝搬される。本実施形態においては、このような超音波吸収体１０の性能を有効利用すべく、従来採用していたカップラント材の代わりに、超音波吸収体１０を第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）と配管Ａとの間に配置したものである。
【００５１】
本実施形態においては、取扱い易くかつ比較的高い超音波透過性能を有する材料（例えば、未架橋ブチルゴムやシリコーンゴム等）を含む超音波吸収体１０を採用している。また、超音波吸収体１０には、超音波吸収体１０の音響インピーダンスを配管Ａの音響インピーダンスに近づけるために、密度の大きい粒子材料（例えば、タングステン等の金属の粒子、フェライト等の有機化合物の粒子、硫酸バリウム、酸化鉄、アルミナ等の無機化合物の粒子等）を混合させることもできる。
【００５２】
次に、本発明の実施形態に係る超音波流量計１の取付方法について説明する。
【００５３】
まず、超音波流量計１を構成する第１超音波送受信部２０Ａ、第２超音波送受信部２０Ｂ及び超音波吸収体１０を準備し、第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）と配管Ａとの間に超音波吸収体１０を配置する（配置工程）。なお、配置工程においては、第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）と配管Ａとの間の領域だけではなく、配管Ａの外周面のうち少なくとも第１超音波送受信部２０Ａと第２超音波送受信部２０Ｂとの間の領域を覆うように超音波吸収体１０を配置する。
【００５４】
次いで、図示していない固定部材を用いて、第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）の外側から配管Ａに向けた押圧力を作用させることにより、第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）を、超音波吸収体１０を介して配管Ａに押し付けて固定する（押圧工程）。固定部材としては、配管Ａを挟んで対向する位置に配置された一対の挟持部を配管Ａ側に相互に近付けて押圧力を作用させる「クランプ型」の固定部材を採用することができる。この「クランプ型」の固定部材によって加えられるトルクは、例えば１００ｃＮ・ｍ程度に設定することができる。
【００５５】
以上説明した実施形態に係る超音波流量計１においては、第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）と配管Ａとの間に超音波吸収体１０を配置した状態で第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）の外側から配管Ａに向けた押圧力を作用させることにより、第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）を、超音波吸収体１０を介して配管Ａに押し付けて固定することができる。従って、第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）を配管Ａに固定する際に従来必要であった煩雑な作業（超音波吸収体１０の一部を切り抜く作業や、切り抜いた部分にカップラント材を塗布する作業等）を省くことができるので、第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）の取付け・取外しによる調整作業が格段に容易になる。この結果、配管Ａの切断作業等が不要であるクランプオン型の超音波流量計１のメリットが相殺されることがない。また、第１超音波送受信部２０Ａ（第２超音波送受信部２０Ｂ）を配管Ａに固定する際に従来必要であった煩雑な作業を省くことができるので、天井付近に設置された配管にも安全に取り付けることができる。さらに、カップラント材を採用するとその塗布量によっては信号強度が変化してしまう場合があるが、本実施形態に係る取付方法を採用すると、カップラント材を塗布する必要がなくなるため、信号強度の安定化にも寄与することが可能となる。
【００５６】
また、以上説明した実施形態に係る超音波流量計１においては、取扱い易い材料（例えば未架橋ブチルゴムやシリコーンゴム）を含む超音波吸収体１０を採用するため、取付作業が一層容易となる。また、未架橋ブチルゴムやシリコーンゴムでは、本発明における伝搬性能を実現でき、かつ、カップラント材を採用した場合と遜色のない信号強度を得ることができる。
【００５７】
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、この実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。すなわち、上記実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、上記実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５８】
１…超音波流量計
１０…超音波吸収体
２０Ａ…第１超音波送受信部
２０Ｂ…第２超音波送受信部
５５…演算制御部（流量算出部）
Ａ…配管
Ｗ2…配管伝搬波
【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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