(57)【要約】【課題】導管への取付けに簡単な構造の低価格のベルトを使用でき、導管への取付け工数が少なく、且つ長期安定性に優れた超音波流量測定装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】ベルト通し孔３１ａに通して導管１に巻き掛けたベルト５と導管１と案内フレーム３ａとで形成されるくさび形の隙間の大きさおよび形状を、その中に無歪状態のくさび形の板ばね６がくさびの先端をベルト５と導管１との接触部側に向けた状態で挿入できるものとし、隙間に挿入された板ばね６をベルト５と導管１の接触部側へ移動させて歪ませ、その歪に対応する張力をベルト５に発生させて所定の締付け力を得る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が内部を流れる導管の上流および下流の外周面に配置され、且つ、一方から送信されて導管の内周面で反射された超音波を他方が受信する一対の超音波送受信器と、これらが送受信する超音波の伝播経路がつくる伝播平面を、導管の軸線を含む平面に合致させるように前記超音波送受信器を案内し装着させる案内手段と、案内手段を導管の外周面に巻き掛けて固定するベルトと、案内手段に案内される超音波送受信器を導管の軸線方向の所望の位置に固定する固定手段と、を有し、超音波送受信器が送受信する超音波によって導管内を流れる流体の速度を測定する超音波流量測定装置であって、
前記導管と前記ベルトと前記案内手段とで形成される隙間として、ベルトの長手方向に移動可能な弾性部材を挿入することができるくさび状の隙間を有し、
導管とベルトとの間に受歪状態で挿入・固定された前記弾性部材を備えている、
ことを特徴とする超音波流量測定装置。
【請求項２】
前記弾性部材として、移動方向側がくさびの先端となるくさび状の板ばねを備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波流量測定装置の製造方法であって、
ベルトを巻き掛けて案内手段を導管の外周面に取り付ける工程と、
前工程によってベルトと案内手段と導管とで形成されたくさび状の隙間に、前記弾性部材をベルトの長手方向に移動可能な状態且つ無歪状態で挿入する工程と、
弾性部材をベルトの長手方向に移動させて弾性部材を受歪状態とし、ベルトに所定の張力を与える工程と、を有する、
ことを特徴とする超音波流量測定装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導管に外設された一対の超音波送受信器（以下では単に「送受信器」と略称する）を用いて導管内を流れる流体の速度を測定する超音波流量測定装置であって、送受信器の取付けの精度および作業性の向上が図られたクランプオン形の超音波流量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
はじめに、超音波流量測定装置の測定原理について説明する。
【０００３】
図３は、超音波流量測定装置の基本構成を示す流路に平行方向の断面図である。この超音波流量測定装置１００においては、測定対象となる流体が導管１の中を矢印ＦＤの方向に流れている。導管１の外周面には、超音波振動子（図３では単に振動子）２１およびプラスチック製の台座２２からなる送受信器２の一対が、所定の距離をあけて配置されている。台座２２と導管１の外周面との間には、超音波の伝播効率を良くするために、不図示の音響整合媒体が塗られている。一方の送受信器２から送信された超音波は、導管１の内周面で反射され、他方の送受信器２に到達して受信される。このような超音波の伝播経路が含まれる平面を「伝播平面」と呼ぶことにすると、この伝播平面が導管１の軸線を含む平面に一致していることが望ましい。このような条件を満たして、一対の送受信器２が超音波を正確に授受できる正規の方向および位置に配置されている場合には、導管１の中を流れている流体の速度をＶ、伝播経路長をＬ、流体中の音速をｃとすると、流れ方向に対する順方向の超音波の到達時間と逆方向の超音波の到達時間との時間差（伝播時間差）Δｔは、近似的に、次式で表される。
【０００４】
Δｔ＝２ＬＶ／ｃ２
この式から分かるように、測定によって伝播時間差Δｔが得られれば、流体の速度Ｖを算出することができ、この流体の速度Ｖおよび導管１の断面積の積として流量が算出される。
【０００５】
上式から流量を求めるための必要条件は、上述したように、伝播平面が導管１の軸線を含む平面となっていることであるので、この条件を満たしながら、一対の送受信器２を導管１の外周面に所定の距離をおいて位置決めし且つしっかりと固定することが重要である。
【０００６】
図４は、上記の原理に基づいて構成された従来例の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図であり、図５はこれの流路に垂直方向の断面図である。
【０００７】
図４および図５に示した従来例の超音波流量測定装置２００は、上記の条件を満たすために、一対の送受信器２を導管１の軸線に平行に直進移動させるための案内手段としての案内フレーム３と、所定の距離をおいて位置決めされた一対の送受信器２のそれぞれをしっかりと導管１の外周面に密着固定させるためのそれぞれの固定手段としての固定部材４と、案内フレーム３を導管１に固定するためのベルト５と、を備えており、ベルト５によって導管１への着脱が可能なクランプオン形の超音波流量計である。
【０００８】
案内フレーム３は、平行に対向する２つの部材を主構成部材とし、両部材の中心線が導管１の軸線と平行になるように構成され、一対の送受信器２を両部材の間に収容する。また、案内フレーム３の両端部には、ベルト５を通すためのベルト通し孔３１があけられている。
【０００９】
ベルト５は、例えばホースバンドのような構造のベルトであって、ベルト通し孔３１に通されて導管１の外周にまわされ、案内フレーム３を導管１の外周面に、しっかりと固定する。
【００１０】
なお、この種の超音波流量計に関連する従来技術を開示している特許文献としては、特許文献１〜３が挙げられる。特許文献１は案内フレームに関するものであり、特許文献２は全体の構成に関するものであり、特許文献３は送受信器の位置決め固定に関するものである。
【００１１】
【特許文献１】
特開平２００３−５０１４４号公報
【特許文献２】
特開平２００３−６５８１８号公報
【特許文献３】
特開平２００３−８３７８６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
案内手段である案内フレームを導管に固定するベルトとしてホースバンドのような構造のベルトを使用すれば、十分な締付け力を得ることができる。しかし、ホースバンドのような構造のベルトを使用する場合には、ベルトの価格が高く、取付け作業の工数も多くかかるので、コストが高くなる。より簡単な構造の低価格なベルトを使用する場合には、取付け工数は少なくなるが、十分な締付け力が得られなくなり、超音波の伝達効率が低くなって、感度が低下し、測定不能となることもある。また、導管やバンドの僅かな変形によってもバンドの締付け力が低下し、長期的には測定精度が低下したり測定不能になることもある。
【００１３】
この発明の課題は、導管への取付けに簡単な構造の安価なベルトを使用でき、取付け工数が少なく、且つ長期安定性に優れた超音波流量測定装置およびその製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、流体が内部を流れる導管の上流および下流の外周面に配置され、且つ、一方から送信されて導管の内周面で反射された超音波を他方が受信する一対の送受信器と、これらが送受信する超音波の伝播経路がつくる伝播平面を、導管の軸線を含む平面に合致させるように前記送受信器を案内し装着させる案内手段と、案内手段を導管の外周面に巻き掛けて固定するベルトと、案内手段に案内される送受信器を導管の軸線方向の所望の位置に固定する固定手段と、を有し、送受信器が送受信する超音波によって導管内を流れる流体の速度を測定する超音波流量測定装置であって、前記導管と前記ベルトと前記案内手段とで形成される隙間として、ベルトの長手方向に移動可能な弾性部材を挿入することができるくさび状の隙間を有し、導管とベルトとの間に受歪状態で挿入・固定された前記弾性部材を備えている。
【００１５】
ベルトと案内手段と導管とで形成される隙間として、ベルトの長手方向に移動可能な弾性部材を挿入することができるくさび状の隙間を備えているので、この隙間に弾性部材を挿入することは容易である。この弾性部材が、この位置からベルトの長手方向に移動させられて、導管とベルトとの間に挿入されて受歪状態となると、その変形量に対応する張力がベルトに発生する。
【００１６】
請求項２の発明は、前記弾性部材として、移動方向側がくさびの先端となるくさび状の板ばねを備えている。くさび状の板ばねは、簡単な構造で安価であり、くさびの先端を移動方向とすることによって、導管とベルトとの間に容易に挿入させることができる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１に記載の超音波流量測定装置の製造方法であって、ベルトを巻き掛けて案内手段を導管の外周面に取り付ける工程と、前工程によってベルトと案内手段と導管とで形成されたくさび状の隙間に、前記弾性部材をベルトの長手方向に移動可能な状態且つ無歪状態で挿入する工程と、弾性部材をベルトの長手方向に移動させて弾性部材を受歪状態とし、ベルトに所定の張力を与える工程と、を有する。
【００１８】
くさび状の隙間に弾性部材をベルトの長手方向に移動可能な状態且つ無歪状態で挿入した後で、弾性部材をベルトの長手方向に移動させて弾性部材を受歪状態とし、ベルトに所定の張力を与えるので、簡単な構造の低価格なベルトを使用しても、確実に且つ容易にベルトに所定の張力を発生させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明による超音波流量測定装置およびその製造方法の実施の形態について実施例を用いて説明する。
【００２０】
なお、従来技術と同じ機能の部分には同じ符号を付ける。
【００２１】
図１は、この発明による超音波流量測定装置の実施例の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図であり、図２は、実施例の流路に垂直方向の断面図である。
【００２２】
この実施例の超音波流量測定装置２０１は、一対の送受信器２を導管１の軸線に平行に直進移動させるための案内手段としての案内フレーム３ａと、所定の距離をおいて位置決めされた一対の送受信器２のそれぞれをしっかりと導管１の外周面に密着固定させるためのそれぞれの固定手段としての固定部材４と、案内フレーム３ａを導管１に固定するためのベルト５ａと、導管１とベルト５ａとの間に挿入されているくさび状の板ばね６と、を備えており、ベルト５ａおよび板ばね６によって導管１へしっかりと固定されており、従来例の超音波流量測定装置２００と同様に導管１への着脱が可能なクランプオン形の超音波流量計である。
【００２３】
案内フレーム３ａは、平行に対向する２つの部材を主構成部材とし、両部材の中心線が導管１の軸線と平行になるように構成され、一対の送受信器２を両部材の間に収容する。また、案内フレーム３ａの両端部には、ベルト５ａを通すためのベルト通し孔３１ａがあけられている。このベルト通し孔３１ａは、図２に示すように、ベルト５ａと導管１と案内フレーム３ａとで形成される隙間が、無歪状態の板ばね６（図６に破線で示す）を収容できる隙間とするため、図５に示した従来技術の場合より高い位置に形成されている。
【００２４】
ベルト５ａは、ホースバンドのような締め付け手段を備えたベルトではなく、単純な構造のベルトであって、ベルト通し孔３１ａに通されて導管１の外周にまわされただけでは、案内フレーム３ａを導管１の外周面にしっかりと固定することができないものであり、下記のように、板ばね６を併用することによって所定の締付け力を得る。
【００２５】
まず、案内フレーム３ａを導管１の外周面にセットして、ベルト５ａで所定の位置に固定する。次に、ベルト５ａと導管１と案内フレーム３ａとで形成される隙間に、図２に破線で示したように、板ばね６を無歪状態で挿入する。すなわち、板ばね６のくさびの先端をベルト５ａと導管１との接触部側に向けて挿入する。続いて、板ばね６をベルト３ａの長さ方向に移動させて、板ばね６をベルト３ａと導管１との間に挟み込ませて受歪状態とし、必要な締付け状態が得られた位置に板ばね６を止める。図２の状態においては、板ばね６はベルト５ａと導管１との間に完全に挟み込まれた状態（板ばね６の前後ともにベルト５ａと導管１とが接触している状態）となっているが、必要な締付け状態が得られれば、板ばね６の後方ではベルト５ａと導管１とが接触していなくても良い。また、１個の板ばね６では必要な締付け状態が得られない場合には、その数を増やせばよい。
【００２６】
以上の説明から明らかなように、この実施例によれば、簡単な構造の安価なベルト３ａを使用しても、安価なくさび形の板ばね６を併用することによって、簡単な作業で案内フレーム３ａを導管１の外周面に所定の締付け力で取り付けることができる。更に、板ばね６を変形させることによって、ベルト５ａに張力を与え締付け力を得ているので、導管の僅かな変形やベルト５ａ自身の変形等に対しても、板ばね６の弾性変形がこれらを吸収し、締付け力が経時的あるいは熱的に問題になるほど低下することを抑制でき、長期的に安定した締付け力を維持できる。その結果、ベルト３ａの緩みに伴う送受信器２の位置ずれや送受信器２と導管１との接触不良によって発生する測定精度の低下や測定不能を回避することができる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、ベルトと案内手段と導管とで形成される隙間として、ベルトの長手方向に移動可能な弾性部材を挿入することができるくさび状の隙間を備えているので、この隙間に弾性部材を挿入することは容易である。この弾性部材が、この位置からベルトの長手方向に移動させられて、導管とベルトとの間に挿入されて受歪状態となると、その変形量に対応する張力をベルトに発生させる。
【００２８】
したがって、この発明によれば、ベルトを導管の外周面に巻き掛けた段階においては、ベルトに所定の張力をかける必要がなく、弾性部材をベルト方向へ移動させることでベルトに必要な張力が得られる。その結果、導管への取付けに簡単な構造の安価なベルトを使用でき、取付け工数が少なく、且つ長期安定性に優れた超音波流量測定装置を提供することができる。
【００２９】
請求項２の発明においては、弾性部材として、移動方向側がくさびの先端となるくさび状の板ばねを備えている。くさび状の板ばねは、簡単な構造で安価であり、くさびの先端を移動方向とすることによって、導管とベルトとの間に容易に挿入させることができる。したがって、くさび状の板ばねは、請求項１の弾性部材として最適である。
【００３０】
請求項３の発明においては、くさび状の隙間に弾性部材を無歪状態で挿入した後で、弾性部材をベルトの長手方向に移動させて弾性部材を受歪状態とし、ベルトに所定の張力を与えるので、簡単な構造の低価格なベルトを使用しても、確実に且つ容易にベルトに所定の張力を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による超音波流量測定装置の実施例の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図
【図２】実施例の流路に垂直方向の断面図
【図３】超音波流量測定装置の基本構成を示す流路に平行方向の断面図
【図４】超音波流量測定装置の従来例の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図
【図５】従来例の流路に垂直方向の断面図
【符号の説明】
１  導管
２  送受波器
２１  振動子                      ２２  台座
３、３ａ  案内フレーム
３１、３１ａ  ベルト通し孔
４  固定部材
５、５ａ  ベルト
６  板ばね
１００、２００、２０１  超音波流量測定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005030897.tif 000006
【図５】
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