(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換器軸（２８）を有する超音波変換器（１２）用の振動減衰器（１０）であって、
振動減衰材料を含む圧縮性のスリーブ（１６）であって、前記軸（２８）に装着可能なスリーブ（１６）と、
前記スリーブ（１６）を収納する直径と内部円筒壁（２２）とを有する円筒体形状のハウジング（１４）であって、前記軸（２８）上に装着されたスリーブ収納用のハウジング（１４）と、
前記ハウジングに取付けられて、前記スリーブ（１６）を圧縮するための押圧装置と、を含み、
前記ハウジング（１４）が、雌ネジ面を備えた開端部（２０）を有する円筒体であり、前記押圧装置は、前記ハウジングの前記開端部及びネジ面にねじ込まれるスクリュープラグ（１８）を含むことにより、前記スリーブが、前記押圧装置により圧縮されて前記軸に圧接することを特徴とする振動減衰器。
【請求項２】
前記スリーブ（１６）は、変形可能な複数のリングによりスタック状に形成されていることを特徴とする請求１記載の振動減衰器。
【請求項３】
前記スリーブ（１６）が、バルブステムパッキン材料を含むことを特徴とすることを特徴とする請求１または２に記載の振動減衰器。
【請求項４】
前記ハウジング（１４）、スリーブ（１６）及び押圧装置が各々、前記軸（２８）と同軸になっていることを特徴とする請求１乃至３に記載の振動減衰器。
【請求項５】
軸（２８）を有する超音波変換器（１２）用の振動減衰装置（１０）であって、
内部円筒面（２２）と開口を備えた閉端部（２４）と前記閉端部に対向する開端部（２０）とを有し、前記内部円筒面が前記開端部に隣接したネジ山を有する円筒形ハウジング（１４）と、
前記ハウジングと同軸になるように該ハウジングの内部円筒面内にスタックの形態で配置された圧縮性の複数のリングと、
前記ハウジングの前記ネジ山にねじ込まれるネジ山と、前記ハウジング（１４）内の前記圧縮性リングのスタックに当接する端部と、前記円筒型ハウジング及び複数のリングと同軸の管路とを有するスクリュープラグ（１８）であって、前記円筒型ハウジング（１４）にねじ込まれると、スタック状の前記複数のリングを圧縮するようになったスクリュープラグ（１８）と、
を含み、
前記変換器（１２）の前記軸（２８）が、前記円筒形ハウジング（１４）、複数のリング及びスクリュープラグ（１８）を貫通しており、前記複数のリングは、該リングが前記ハウジング内で圧縮されたとき前記軸に圧接することを特徴とする振動減衰装置。
【請求項６】
前記複数のリングが、バルブステムパッキン材料で形成されていることを特徴とする請求５記載の振動減衰装置。
【請求項７】
前記ハウジング（１４）、複数のリング（１６）及びスクリュープラグ（１８）が各々、前記変換器の前記軸（２８）と同軸になっていることを特徴とする請求５または６に記載の振動減衰装置。
【請求項８】
前記スクリュープラグ（１８）は、スタック状の前記複数のリングを、該スタック状リングの非圧縮時全長の少なくとも３０％ほど圧縮するように、前記ハウジング内で伸張可能であることを特徴とする請求５乃至７に記載の振動減衰装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
超音波流量計は、一般的にプロセス流体と直接接触する一対の変換器を有する。この種の流量計の構成は、「ウェット式」用法と呼ばれる。各変換器は、管又はその他の流路（本明細書ではひとまとめにフローセルと呼ぶ）のノズル又はポートに取付けられた変換器ホルダ上に装着される。流量計は、フローセル内にかつ該フローセルを通って流れる流動流れを貫通して超音波パルスを送信する。流動流れにより、送信パルスは例えば送信機及び受信機間のパルスの移動（走行）時間が変化するなどの影響を受ける。受信パルスにおける影響を測定することによって、流量計は流れの流量を求めることができる。
【０００２】
超音波走行時間型流量計は、一般的に超音波信号パルスの発信及び受信の両方を行うデュアル変換器を有する。デュアル変換器には、上流側変換器と下流側変換器とが含まれ、これら変換器は、超音波信号パルスすなわちビームがフローセルの軸線に対して傾斜した角度になるように配置される。上流側変換器は、フローセル及び流動流れを貫通してほぼ下流方向に伝搬する超音波信号パルスを発信する。信号パルスは、下流側変換器によって受信される。また、下流側変換器は、上流方向に超音波パルスを発信し、この超音波パルスは上流側変換器によって受信される。流量計は、下流方向に通過する超音波パルスと上流方向に通過する超音波パルスとの間の走行時間差を測定する。パルスの走行時間差を用いて、流動流れの流量を求めることができる。
【０００３】
変換器は、超音波パルスを受信して該パルスを受信した時を示す電気信号を発生する。変換器は、送信パルスの周波数と同じ周波数をもつ受信パルスだけを電気信号に変換することができる。受信側変換器によって受信された超音波信号は、もともと送信側変換器よって発信されたパルスを含む。受信された信号はまた、「音響短絡」ノイズとも呼ばれる超音波ノイズを含み、このノイズは、変換器が検出する周波数の範囲内の周波数をもつ望ましくない非流体伝搬信号から成る。短絡ノイズは、一般的に送信側変換器によって発生され、変換器支持体及び/又はフローセルに機械的に伝達又は結合された振動により生じる。これらの振動は、送信側変換器から変換器軸、変換器ホルダ、変換器ノズル及びフローセルの金属壁を経由して伝わる。これらの振動は、流体流動流れを貫通して送信された超音波パルスの周波数と同一の周波数を有している。しかしながら、これらの振動は、変換器及びフローセル壁に関連した中実の構造体を通して伝わることによって流体流を「短絡」し、流動流れを通しては伝わらない。変換器が受けた短絡振動は、測定システム内における電気信号ノイズの一因となる。短絡ノイズは、高精度を得るのを阻害し、流動流れを通過する超音波パルスからの受信信号によるデータをあいまいなものにするおそれがある。
【０００４】
管を通る流体流量を検出するために、超音波流量計は、一般的に２０ｋＨｚ（キロヘルツ）以上の周波数をもつ音響波すなわち振動を利用する。これらの流量計は、２０デシベル（ｄＢ）以上の高ＳＮＲ（信号対ノイズ比）をもつのが好ましい。高いＳＮＲにより、信号検出の信頼性、流量計の性能の安定性（ロバスト性）及び流量計による流量の読み取りの精度が向上する。従来の走行時間型超音波流量計は、大部分の液体流用途及び一部の高圧ガス流用途においては２０ｄＢ以上のＳＮＲになっている。従来の走行時間型超音波流量計によって、例えば気流のような低圧ガス流、高流量でのガス体、高温耐性のある変換器を必要とする高温ガス流及び凝縮水が混在した飽和蒸気を含むガス流を測定する場合には、ＳＮＲは低く、例えば１０ｄＢ以下になる傾向がある。
【特許文献１】特表平１１−５０７７２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、低圧のガス流、高ガス温度のガス流、高ガス流量のガス流及び飽和蒸気を含むガス流を感知する場合に高ＳＮＲをもつ走行時間型超音波流量計に対する長年の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の実施形態では、本発明は変換器軸を有する超音波変換器用の振動減衰器であって、本減衰器は、振動減衰材料を含みかつ前記軸上に装着可能な圧縮性スリーブと、軸上に装着可能なスリーブ用のハウジングと、ハウジングに取付け可能でありかつスリーブを圧縮するための押圧装置とを含み、スリーブが、圧縮されたとき軸に対してぴったり接触するようになっている。
【０００７】
第２の実施形態では、本発明は、軸を有する超音波変換器用の振動減衰装置であって、本減衰装置は、内部円筒面と開口を備えた閉端部と閉端部に対向する開端部とを有し、内部円筒面が開端部に隣接したネジ山を有する円筒形ハウジングと、ハウジングと同軸になるように該ハウジングの内部円筒面内にスタックの形態で配置された複数の圧縮性リングと、ハウジングのネジ山にねじ込まれるネジ山と、ハウジング内のリングのスタックに当接する端部と、ハウジング及びリングと同軸の管路とを有し、ハウジングにねじ込まれたときリングのスタックを圧縮するようになったスクリュープラグとを含み、変換器軸が、ハウジング、リング及びプラグを貫通しており、リングは、該リングがハウジング内で圧縮されたとき軸に対してぴったり嵌合するようになっている。
【０００８】
第３の実施形態では、本発明は、超音波変換器及び変換器軸を有する超音波装置における振動を減衰する方法であって、本方法は、軸の周りに圧縮性材料のスリーブを締付ける段階と、スリーブで振動を減衰することによって軸を通って伝わる超音波振動を減衰させる段階とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１及び図２は、それぞれガス用超音波変換器１２の軸２８上にスリーブとして装着される減衰機構１０の分解図及び組立図である。減衰機構は、独立型の円筒形ハウジング１４と、減衰リング１６のスタックと、リングをハウジング内に保持するためのプラグスクリュー１８とを含む。プラグスクリューは、該プラグを受ける雌ネジを有するハウジングの開端部２０内に嵌合される。
【００１０】
円筒形ハウジング１４は、円筒壁２２と開端部に対向する閉端部２４とを有し、該閉端部２４は、変換器軸２８を摺動可能に受ける開口２６を備える。ハウジングの環状壁２２の内面３０は、該ハウジングの開端部２０に隣接したネジ付き面を除いては比較的に滑らかな円筒面とすることができる。内部壁面３０は、リング１６の直径とほぼ同一か又はそれより僅かに大きい一定の直径を有している。円筒壁３０は、ハウジング内でリングが圧縮されたときリング１６の外周の周りにぴったり嵌合する。円筒形ハウジング１４は、スクリュープラグ１８を該ハウジング内に締付けるために使用するレンチを受ける一対の外部平坦面３２を有することができる。
【００１１】
プラグ１８は、円筒形ハウジング１４の開端部２０に隣接した雌ネジ面に係合するネジ付き外面３３を備えた円筒体とすることができる。プラグはまた、締付けレンチ用のグリップを形成する六角形キャップ３４を有することができる。プラグをハウジング内にねじ込む深さは、リング１６に加える圧縮量に応じて決まる。スクリュープラグ１８は、変換器軸を摺動可能に受ける軸方向管路３６を有する。
【００１２】
複数のリング、例えば７つのリング１６が、円筒形ハウジング内に積み重ねられ（スタックされ）る。各リングは、ハウジング１４の内壁３０の内径とほぼ同一の外径をもつ環形体である。リングは、変換器軸の外径よりも僅かに大きい内径をもつ。リングは変形可能であり、パッキン材料、例えばニューヨーク州パルミラ所在のＧａｒｌｏｃｋ製の９０００ＥＶＳＰ簡易型の予備成形スタックなどで形成できる。リングはまた、他のバルブステムパッキン材料、ハウジング内にらせん状に配置したロープ材料或いは高周波数振動吸収性及び減衰性を備えた他の変形可能な材料で形成できる。
【００１３】
減衰機構は、独立型ハウジング、ネジ付きプラグ及び減衰リング１６のスタックを含むことができる。減衰リングは、振動ノイズを軽減する。リングは、パッキン材料の予備成形スタックとするか或いはらせん状に配置又は切断されかつハウジング２０内にリング１６の形態で形成されたバルブステムロープ材料とすることができる。リング１６は、ハウジング２０の内側で軸方向に圧縮されたとき、半径方向内向きに膨出して変換器軸２８の周りをきつく圧搾する。変換器軸における振動ノイズ軽減は、パッキン材料の変換器軸への圧搾作用よって実現される。
【００１４】
図２に示すように、減衰機構１０は、リング１６の内部開口３８が円筒形ハウジング１４と同軸になるように該円筒形ハウジング内にリングをスタックすることによって組立てられる。変換器軸２８もまた、ハウジングと同軸であり、ハウジング、リング及びプラグを貫通して延びる。軸２８は、プラグをハウジングに締付ける前に、該ハウジング内にかつパッキン材料１６を貫通して挿入される。
【００１５】
プラグ１８がハウジング１４にねじ込まれると、プラグの端部４０がハウジング内でリング１６を圧縮する。リングが圧縮されると、該リングは半径方向内向きに膨出して変換器軸の周りをきつく圧搾する。パッキングランド材料は、通常３０パーセント（３０％）ほど圧縮される。このような圧縮をリングスタックに加えると、圧縮されたリングのスタックの全長は、該スタックの非圧縮時全長のほぼ７０パーセント（７０％）になる。例えば、１インチ（２．４５ｃｍ）の非圧縮時全長をもつリングスタックは、０．７インチ（１．８ｃｍ）まで圧縮されることになる。従って、プラグ上のネジ山３３の全長は、リングスタックに対して所望の圧縮量を加えるのに十分なもの、例えば０．５インチ（１．２５ｃｍ）にしなければならない。
【００１６】
減衰機構１０は、変換器軸２８上に装着した独立型のスリーブとすることができる。この機構は、変換器軸以外のいかなる構造体にも接続されていない。デュアル変換器型流量計では、減衰機構１０は、片方又は両方の変換器軸上に装着できる。
【００１７】
リング１６と変換器軸２８との間のぴったりした嵌合により、リングは軸を通して伝わる振動を減衰させることができる。リング１６は、送信側変換器から変換器軸を通して受信側変換器に伝わる振動を減衰する。変換器軸における振動を減衰することにより、該軸からフローセルの壁に伝わる振動が減少する。減衰機構１０をデュアル変換器型流量計の両方の軸に用いた場合、送信側変換器の軸２８上の機構１０は、ノイズがフローセル壁に伝わる前に短絡ノイズを減衰させることになる。受信側変換器の軸２８上の機構１０は、フローセル壁から受信側変換器に伝わる振動を減衰させることになる。減衰機構１０を一方の軸のみに用いた場合、機構１０は、依然として短絡ノイズを減衰させることになるが、２つの減衰機構がある場合よりもそれだけ低いものとなる。
【００１８】
減衰機構は次のような分野、すなわち気体及び液体用超音波流量計、逆伝搬型振動減衰器、非破壊試験に用いる他の超音波変換器、音響レベル検出装置及び高温度の用途で作動する他の振動感知装置に適用できる。減衰機構の構成部品は、例えば５００°Ｆのような高温に耐えることができる。
【００１９】
図３は、円筒形流路４４を有するフローセル４２を示し、この流路４４は、セルの内部に位置しかつフローセルの流路の両端部に入口及び出口ポート４６を有する。フローセルは、流路４４の両側に一対の変換器ノズル取付台４８を有する。ノズル取付台は、上流側変換器５０が下流側変換器５２の上流側に位置するようにして、流路に対してある角度で配置される。上流側変換器は、ノズル取付台４８に取付けた状態で示している。下流側変換器は、変換器１２、減衰機構１０及び軸２８をより良好に示すために分解図で示しており、これら変換器１２、減衰機構１０及び軸２８は、ノズル取付台４８の端部に対するエンドキャップとして取付けられた変換器ホルダによってノズル内に保持される。ガスケット５６は、変換器ホルダとノズル取付台との間のシールを形成する。
【００２０】
減衰機構１０は、送信側変換器１０の軸上の外部に装着されて変換器軸上を変換器ヘッド１２から変換器ホルダ５４に伝搬する振動ノイズを軽減する。同様に、減衰機構１０は、受信側変換器の軸上の外部に装着されて変換器軸上を変換器ホルダから変換器ヘッドに伝搬する振動ノイズを軽減する。
【００２１】
減衰機構１０は、例えばガス用超音波変換器１２に適用できる短絡ノイズ軽減装置である。この機構は、独立型円筒形ハウジング１４、減衰リング１６のスリーブ及びネジ付きプラグ１８を含み、これらは全て変換器軸を受ける内径を有する。ネジ付きプラグが円筒形ハウジングにねじ込まれると、減衰リング１６のスリーブは圧縮される。リングが圧縮されると、該リングは、半径方向内向きに膨出して変換器軸２８の周りをきつく圧搾する。その結果、変換器軸における振動ノイズが軽減される。本短絡ノイズ軽減装置は、送信側及び/又は受信側変換器の軸上に適用できる。最適な結果を得るためには、減衰機構は、一方を送信側変換器上にまた他方を受信側変換器上に位置させて、両方の変換器軸に適用すべきである。
【００２２】
一対の減衰機構１０を、デュアル変換器式走行時間型超音波流量計における両方の変換器軸に用いた。減衰機構があることによって、流量計のＳＮＲが５．３ｄＢ以上ほど増大した。具体的には、減衰機構１０を備えた流量計は、２２．５ｄＢのＳＮＲを有し、該機構ない場合にはＳＮＲが僅か１７．２ｄＢであった。この試験条件は、大気圧（０  ｐｓｉｇ）及び室温のガス流を含んでいた。ＳＮＲが５．３ｄＢだけ向上することにより、実信号対ノイズの変換器出力電圧比がほぼ倍増した。
【００２３】
現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきた。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の減衰機構の分解図。
【図２】図１に示す実施形態の組立状態の斜視図。
【図３】各々が減衰機構を備えた一対のノイズ軽減式変換器を有するフローセルの一部切取側面図。
【符号の説明】
【００２５】
１０  減衰機構
１２  ガス用超音波変換器
１４  円筒形ハウジング
１６  減衰リング
１８  プラグスクリュー
２０  ハウジングの開端部
２２  ハウジングの円筒壁
２４  ハウジングの閉端部
２６  閉端部の開口
２８  変換器軸
３０  ハウジングの内部壁面
【図１】
0004647944.tif 000002
【図２】
0004647944.tif 000003
【図３】
0004647944.tif 000004