(57)【要約】【課題】弾性を有する管体に対して、着脱を容易に行い管体内の流体の流量を測定する。【解決手段】第１本体１、左側面板２、第２本体３、右側面板４は連結軸を介して回動自在に連結され、第２本体３の端部に連結軸を介して錠止板５から成るクランプ機構が設けられ、固定板６が左側面板２に重ねて回動自在とされている。第１本体１、左側面板２、第２本体３、右側面板４を折り畳むことにより、管体Ｐを挟着する正方形の挟着孔１６が形成され、第１本体１、第２本体３の内面部には管体の長さ方向に位置を違えてそれぞれ超音波送受信器が埋設されている。  挟着孔１６により管体Ｐを挟着し、錠止板５、固定板６を用いて挟着孔１６を保持すると、管体Ｐは変形して挟着孔１６にほぼ密着する。流量測定に際し一方の超音波送受信器から、管体Ｐ内の流体中に超音波ビームを送信すると、管体Ｐの他面に配置した他方の超音波送受信器において受信される。【選択図】図８
2013186069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定すべき流体を流し弾性を有する柔軟な材料から成る管体に対して着脱自在とする超音波流量測定装置において、前記管体を挟着するためにヒンジ機構により折り畳み自在に連結し、内面部を有する４個の板体部材を備え、前記これらの板体部材により前記管体を囲む四角形の挟着孔を組立て、クランプ機構により錠止し前記挟着孔を保持する構造とし、前記４個の板体部材のうち挟着孔について対向する一対の板体部材の内面部に前記管体の長手方向の位置を違えて超音波送受信器をそれぞれ配置し、前記管体を変形させて前記挟着孔の各内面部に密着させることにより挟着し、前記管体内に前記一方の超音波送受信器からの超音波ビームを送信し、対向する位置の前記他方の超音波送受信器により超音波ビームを受信するようにしたことを特徴とする超音波流量測定装置。
【請求項２】
前記ヒンジ機構は連結軸とした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】
前記クランプ機構は爪部を有し軸を中心に回動する錠止板を用いて前記挟着孔を錠止するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波流量測定装置。
【請求項４】
前記錠止の保持に固定板を用いて、前記錠止板による錠止を固定したことを特徴とする請求項３に記載の超音波流量測定装置。
【請求項５】
前記挟着孔は正方形としたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の超音波流量測定装置。
【請求項６】
前記挟着孔の内周は前記管体の外周よりも大きくしたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つの請求項に記載の超音波流量測定装置。
【請求項７】
前記本体及び面板の内面部に前記管体を滑り易くする処理を施したことを特徴とする請求項１〜６の何れか１つの請求項に記載の超音波流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管体内の流体に超音波ビームを伝播させて、流体の流量を測定するクランプオン型の超音波流量測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波流量測定装置は大別し超音波ビームの伝播経路により、図１３（ａ）に示す所謂Ｖ方式と図１３（ｂ）に示す所謂Ｚ方式とがある。Ｖ方式では、一対の超音波送受信器ａ、ｂを管体Ｐの同じ側に配置して、一方の超音波送受信器ａ又はｂから発信した超音波ビームＢを管体Ｐ内で反射させて他方の超音波送受信器ｂ又はａで受信する。またＺ方式では、超音波送受信器ａ、ｂを管体Ｐを挟んだ対向する位置に配置して、管体Ｐを横切る超音波ビームＢを送受信する。何れの方式においても、超音波送受信器ａ、ｂは管体Ｐを流れる流体Ｆの上流側と下流側に配置され、超音波ビームＢは流体Ｆの流れを横切るように伝播することになる。
【０００３】
上流側の超音波送受信器ａから下流側の超音波送受信器ｂに至る超音波ビームＢの伝播時間と、下流側の超音波送受信器ｂから上流側の超音波送受信器ａに至る伝播時間には差が生ずる。これらの超音波ビームＢの伝播時間差を基に流体Ｆの流速が算出され、管体Ｐの断面積を乗ずることにより流体Ｆの流量が求められる。
【０００４】
特許文献１〜３には、既設の管体に外部から取り付けて、管体内の流量を測定するためのクランプオン型の超音波流量測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３６５１０６号公報
【特許文献２】特開２００３−７５２１９号公報
【特許文献３】特開２００３−２６２５４５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、これらのクランプオン型の超音波流量測定装置では、複雑な機構を用いて管体の形状に合わせた一対の超音波送受信器を一体に取り付ける必要がある。そのため、測定が必要な際に、簡便に管体に超音波流量測定装置を着脱することはなかなか困難である。
【０００７】
また、これらの超音波流量測定装置は複数の金属のブロック体を使用しているために、管体の径が大きくなると重量が大きくなって、取り扱いが厄介となる問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、管体に対してクランプ機構により着脱が容易で、軽量化したＺ方式のクランプオン型の超音波流量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る超音波流量測定装置は、測定すべき流体を流し弾性を有する柔軟な材料から成る管体に対して着脱自在とする超音波流量測定装置において、前記管体を挟着するためにヒンジ機構により折り畳み自在に連結し、内面部を有する４個の板体部材を備え、前記これらの板体部材により前記管体を囲む四角形の挟着孔を組立て、クランプ機構により錠止し前記挟着孔を保持する構造とし、前記４個の板体部材のうち挟着孔について対向する一対の板体部材の内面部に前記管体の長手方向の位置を違えて超音波送受信器をそれぞれ配置し、前記管体を変形させて前記挟着孔の各内面部に密着させることにより挟着し、前記管体内に前記一方の超音波送受信器からの超音波ビームを送信し、対向する位置の前記他方の超音波送受信器により超音波ビームを受信するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る超音波流量測定装置は、管体に対しクランプオン式に着脱が容易であり、既設の管体内の流体の流量を容易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の超音波流量測定装置の使用前の斜視図である。
【図２】第１本体の断面図である。
【図３】第２本体の断面図である。
【図４】左側面板、右側面板を立ち上げた状態の斜視図である。
【図５】挟着孔を形成する過程の側面図である。
【図６】組立状態の側面図である。
【図７】管体を挟着し始める状態の側面図である。
【図８】管体を挟着した状態の斜視図である。
【図９】超音波流量測定装置の原理的説明図である。
【図１０】変形例の超音波流量測定装置の原理的説明図である。
【図１１】実施例２の超音波流量測定装置の使用前の斜視図である。
【図１２】実施例２の組立状態の側面図である。
【図１３】超音波流量測定装置の測定方式の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を図１〜図１２に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は弾性を有する管体の外側に着脱自在に取り付けて使用する超音波流量測定装置の使用前の斜視図である。４個の板体部材としての第１本体１、左側面板２、第２本体３、右側面板４、及び錠止板５、固定板６がヒンジ機構により折り畳み自在に連結されている。即ち、第１本体１の端部１ａには左側面板２、固定板６が共通の連結軸７を介して左側面板２を内側として重ね合わせて連結され、更に左側面板２の他端部に連結軸８を介して第２本体３が順次に連結され、更に第２本体３の他端には連結軸９を介して錠止板５が連結されている。また、第１本体１の他方の端部１ｂには連結軸１０を介して右側面板４が連結されている。
【００１４】
第１本体１、第２本体３は合成樹脂材により例えば射出成型して形成され、左側面板２、右側面板４、錠止板５、固定板６は金属板をプレスにより打抜きして、面部、両側部を有するように折曲されている。そして、これらの部材は連結軸７、８、９、１０を各両側部に設けた孔部に挿通することにより連結されている。第１本体１、左側面板２、第２本体３、右側面板４の内面部は平面とされ、これらの内面部には、必要に応じて管体の滑りを良好にするために例えばテフロン（登録商標）樹脂がコーティングされたり、鍍金が施されている。
【００１５】
錠止板５の連結軸９側の両側部には爪部５ａが形成され、これらの爪部５ａに係合するための錠止軸１１が右側面板４の端部に設けられている。また、錠止板５の自由端にはその辺部に平行にスリット溝５ｂが形成されている。更に、固定板６の両側部の自由端には、固定板６の面部の辺６ａに平行に回転軸１２が回転自在に軸支されており、回転軸１２の中央部は稍々径が大きい嵌合部１２ａとされ、錠止時にはこの嵌合部１２ａの一部が、錠止板５のスリット溝５ｂに嵌合するようにされている。
【００１６】
図２、図３に示すように、第１本体１、第２本体３の内部には、超音波送受信器１３ａ、１３ｂがそれぞれ埋設され、これらの超音波送受信器１３ａ、１３ｂはリード線１４ａ、１４ｂを介して後述する測定回路部に接続されている。そして、超音波送受信器１３ａと超音波送受信器１３ｂは第１本体１、第２本体３の長手方向に位置を違えて配置されている。また、超音波送受信器１３ａ、１３ｂは合成樹脂材から成るビーム伝達体１５ａ、１５ｂを介して第１本体１、第２本体３の各内面部に面している。
【００１７】
図４は左側面板２、右側面板４を立ち上げた状態の斜視図である。左側面板２は固定板６と共に連結軸７を介して第１本体１の端部１ａに対して回動可能とされているが、左側面板２の面部の辺２ａが第１本体１の内面部に当接することにより、左側面板２は第１本体１に対して略９０度よりも内側に回動しないようにされている。また、左側面板２よりも立ち上げた場合の高さが高い右側面板４も同様に連結軸１０を介して第１本体１の端部１ｂに対して回動可能とされ、右側面板４の面部の辺４ａが第１本体１の内面部に当接することにより、右側面板４は第１本体１に対して略９０度よりも内側に回動しないようにされている。
【００１８】
更に、第２本体３は連結軸８を介して左側面板２に対して回動可能とされているが、左側面板２の面部の辺２ｂに第２本体３の辺部が当接することにより、第２本体３は左側面板２に対して略９０度よりも内側に回動しないようにされている。
【００１９】
図５に示すように、左側面板２、右側面板４が立ち上がり、更に第２本体３が略９０度内側に回動した状態において、錠止板５の爪部５ａを右側面板４の端部に設けられた錠止軸１１に係合し、錠止板５を連結軸９を中心に矢印のように折り返す。これにより、爪部５ａは錠止軸１１に噛み込み、爪部５ａが錠止軸１１を引き寄せるクランク機構によって、第２本体３の面部の先端面は右側面板４の面部上端に当接し、第２本体３と右側面板４は略９０度の関係に保たれる。
【００２０】
このように、第１本体１、左側面板２、第２本体３、右側面板４を折り畳むことにより、これらの部材による管体に対する四角形、例えば正方形の挟着孔１６が形成されることになる。この挟着孔１６の形態を維持するために、図６に示すように固定板６を左側面板２の背面に重ねるように回動して立ち上げ、その端部に設けた回転軸１２を回転させながら、回転軸１２の嵌合部１２ａの表面部を錠止板５のスリット溝５ｂに嵌合させる。
【００２１】
本実施例の超音波流量測定装置を使用するに際しては、必要に応じて、例えば第１本体１の裏側に設けた図示しない複数のビス穴にボルトをねじ込むことにより固定すべきフレームに取り付ける。次いで、図７に示すように第１本体１上に、流体を流すための例えばテフロン（登録商標）等の合成樹脂製で、弾性を有する柔軟な材料から成る管体Ｐを載置し、左側面板２、第２本体３、右側面板４を折り畳んで管体Ｐの周囲を取り囲む。次いで、錠止板５の爪部５ａを錠止軸１１に当てがい、連結軸９を中心に錠止板５を回動して錠止軸１１を引き寄せクランプ機構による錠止がなされる。
【００２２】
この錠止板５による締め付けに際しては、管体Ｐの弾性に抗して管体Ｐを変形させることになるので、錠止板５の回動には若干の抵抗が生ずるが、爪部５ａによる係止が確実になされる。
【００２３】
錠止軸１１による錠止に続いて、図８に示すように固定板６を立ち上げ回転軸１２の嵌合部１２ａをスリット溝５ｂに嵌合させることにより、錠止板５が固定される。この嵌合は回転軸１２が回転自在とされているため、嵌合部１２ａを錠止板５上を回転させながら移動できるので、比較的容易に嵌合させることができる。
【００２４】
このようにして、対向する第１本体１、第２本体３と、対向する２個の面板つまり左側面板２、右側面板４とによる例えば断面正方形の挟着孔１６内に管体Ｐを挟着する。弾性を有する管体Ｐは、挟着孔１６の内面部により周囲から押圧されて変形し、管体Ｐは部分的にこの内面部に密着し、挟着孔１６の形状に従って略正方形状となる。このとき、第１本体１、第２本体３にそれぞれ設けた一対の超音波送受信器１３ａ、１３ｂは、管体Ｐの長手方向に沿って位置を違えて配列されることになる。
【００２５】
第１本体１、左側面板２、第２本体３、右側面板４の内面部は合成樹脂や鍍金により滑り易いように処理しておけば、この挟着に際して管体Ｐと挟着孔１６との摩擦が低減され、管体Ｐを内面部に沿って速やかに密着させることができ、測定に適した安定な形態に移行することができる。なお、グリス等を内面部に塗布することも効果的であり、管体Ｐの変形を容易とすることができる。
【００２６】
断面円形の管体Ｐを四角形に変形させる理由は、第１本体１、第２本体３に設けた超音波送受信器１３ａ、１３ｂ、ビーム伝達体１５ａ、１５ｂの内面部に管体Ｐの一部をそれぞれ密着させ、超音波ビームの送受信を効率良くかつ確実に行うためである。しかし、左側面板２、右側面板４においても、管体Ｐを密着させることが必要である。つまり、管体Ｐの形状を規制して管体Ｐの断面積を所定の大きさにしておかなければ、流速と管体Ｐの断面積を乗じて演算する流量値が正確に得られないからである。
【００２７】
第１本体１、左側面板２、第２本体３、右側面板４による挟着孔１６の内周は、管体Ｐの外周よりも大きくされ、管体Ｐは挟着孔１６の隅部においては円弧状となる。この関係が逆で、挟着孔１６の内周が管体Ｐの外周よりも小さいと、管体Ｐを挟着して押圧した際に、管体Ｐに皺が寄ったり、管体Ｐが内側に凹んで内面部との間に隙間が生ずることになる。しかし、挟着孔１６の内周が管体Ｐの外周よりもあまりにも大き過ぎると、管体Ｐを押圧して挟着孔１６の内面部に密着させることができなくなる。
【００２８】
図９は流量測定時の説明図であり、超音波送受信器１３ａ、１３ｂはリード線１４ａ、１４ｂを介して、演算制御手段２１に接続され、更に演算制御手段２１の出力は表示手段２２に接続されている。
【００２９】
流量測定に際しては、管体Ｐに測定すべき流体Ｆを流し、演算制御手段２１の信号により一方の超音波送受信器１３ａ、１３ｂから、ビーム伝達体１５ａ、１５ｂを介して管体Ｐ内の測定すべき流体Ｆ中に斜め方向に超音波ビームＢを送信する。この超音波ビームＢは流体Ｆ中を伝播して管体Ｐの反対面において、Ｚ方式として他方の超音波送受信器１３ｂ、１３ａにおいて受信される。
【００３０】
このようにして、超音波送受信器１３ａ、１３ｂにより超音波ビームＢの送信、受信を交互に繰り返す。超音波ビームＢが流体Ｆの上流側から下流側に到達する往きの伝播時間と、下流側から上流側に到達する戻りの伝播時間との伝播時間差を演算制御手段２１により平均的に求める。この伝播時間差を基に、演算制御手段２１において公知の方法により流体Ｆの流速が算出される。
【００３１】
演算制御手段２１は流体Ｆの流速を算出し、この流速を管体Ｐの内部断面積に乗じて流量値を求める。なお、管体Ｐは挟着孔１６により円形から四角形に変形させているために、その内部断面積の大きさは不明であることが多く、予めこの状態において、管体Ｐに所定の流量を流して校正すれば内部断面積を推定できるので、この校正値を用いて流量を求めればよい。そして、得られた流量値は表示手段２２に表示される。
【００３２】
なお、実際には流体Ｆを流し始めると、流体Ｆの圧力により管体Ｐは更に挟着孔１６の内面部に接するように変形し、断面積が拡がる傾向にあるので、正確な流量は流体Ｆを流し始めてから、若干の時間が経過した後に得られる。
【００３３】
測定が終了し、この超音波流量測定装置を管体Ｐから取り外す際には、図８の状態において、固定板６を錠止板５から外し、更に錠止板５を引き起こして錠止軸１１から爪部５ａを外すことによりクランプ機構を解除する。これにより図７に示すように、第１本体１、左側面板２、第２本体３、右側面板４同士の折り畳みが開離される。
【００３４】
図１０はＺ方式の変形例を示し、超音波送受信器１３ａ、１３ｂの入出射角を変えて、超音波ビームＢの管体Ｐでの２度の反射を経て、相手側の超音波送受信器１３ａ、１３ｂに到達させている。
【００３５】
この変形例では、超音波ビームＢの伝播経路長を大きくすることができるので、測定感度を高めることができる。この場合の超音波ビームＢの反射は、管体Ｐを平坦に変形させた部分において得られるので、従来の円形のままの管体よりも反射効率の良い反射波が得られる。
【実施例２】
【００３６】
図１１は実施例２の使用前の斜視図、図１２は組立状態の側面図であり、実施例１と同一の符号は同一の部材を示している。
【００３７】
実施例２において、図１に示す左側面板２の位置に超音波送受信器１３ａ、ビーム伝達体１５ａが設けられた合成樹脂材から成る第１本体３１が配置され、右側面板４の位置に超音波送受信器１３ｂ、ビーム伝達体１５ｂが設けられた同様の第２本体３２が配置されている。また、図１に示す第１本体１の位置に金属製の下面板３３が配置され、第２本体３の位置に同様の上面板３４が配置され、第１本体３１、第２本体３２からはそれぞれリード線１４ａ、１４ｂが引き出されている。
【００３８】
これらの連結機構は実施例１の場合とほぼ同様とされているが、第１本体３１、第２本体３２は合成樹脂製であるので、それぞれ金属板により形成された保持部材３５、３６によって保持され、連結軸等の取り付けは保持部材３５、３６に設けた両側部によりなされている。そして、第１本体３１、第２本体３２、下面板３３、上面板３４により、実施例１と同様に四角形の挟着孔１６が形成される。
【００３９】
この実施例２においても、流量測定については実施例１と原理的に同じであり、その作用効果も殆ど同様である。
【００４０】
なお、上述の実施例１、２においては、クランプ機構の保持のために固定板６を用いたが、固定板６を用いることなく、例えば爪部５ａの位置、形状の工夫、管体Ｐの弾性を利用することにより、錠止板５による締め付けと同時に、錠止板５自体が固定されるクランプ機構としてもよい。或いは、固定板６に代えた他のクランプ固定機構を適用できる。
【００４１】
また、非使用時には全ての部材を予め連結しておくのではなく、使用に際してヒンジ機構により適宜に連結して組立てるような構成とすることも可能である。更に、全ての部材をヒンジ機構により連結するのではなく、一部の部材同士を予め直角方向に固定しておくことも考えられる。
【００４２】
更に、第１本体１、３１、第２本体３、３２は金属製であってもよく、また左側面板２、右側面板４、下面板３３、上面板３４は実施例１、２では金属製としているが、合成樹脂製又は要部に金属を用いた合成樹脂製とすることもできる。
【００４３】
なお、実施例１、２においては内面板を有する部材を、左側面板２、右側面板４、下面板３３、上面板３４として説明したが、左右、上下は説明の都合上のことであり、左右が反対、上下が反対、又は左右を上下、上下を左右としてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００４４】
１、３１  第１本体
２  左側面板
３、３２  第２本体
４  右側面板
５  錠止板
６  固定板
１３ａ、１３ｂ  超音波送受信器
１４ａ、１４ｂ  リード線
１５ａ、１５ｂ  ビーム伝達体
１６  挟着孔
２１  演算制御手段
２２  表示手段
３３  下面板
３４  上面板
３５、３６  保持部材
Ｂ  超音波ビーム
Ｐ  管体
Ｆ  流体
【図１】
2013186069.tif 000003
【図２】
2013186069.tif 000004
【図３】
2013186069.tif 000005
【図４】
2013186069.tif 000006
【図５】
2013186069.tif 000007
【図６】
2013186069.tif 000008
【図７】
2013186069.tif 000009
【図８】
2013186069.tif 000010
【図９】
2013186069.tif 000011
【図１０】
2013186069.tif 000012
【図１１】
2013186069.tif 000013
【図１２】
2013186069.tif 000014
【図１３】
2013186069.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月12日(2012.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定すべき流体を流し弾性を有する柔軟な材料から成る管体に対して着脱自在とする超音波流量測定装置において、前記管体を挟着するためにヒンジ機構により折り畳み自在に連結し、内面部を有する４個の板体部材を備え、これらの板体部材により前記管体を囲む四角形の挟着孔を組立て、クランプ機構により錠止し前記挟着孔を保持する構造とし、前記４個の板体部材のうち挟着孔について対向する一対の板体部材の内面部に前記管体の長手方向の位置を違えて超音波送受信器をそれぞれ配置し、前記管体を変形させて前記挟着孔の各内面部に密着させることにより挟着し、前記管体内に前記一方の超音波送受信器からの超音波ビームを送信し、対向する位置の前記他方の超音波送受信器により超音波ビームを受信するようにしたことを特徴とする超音波流量測定装置。
【請求項２】
前記ヒンジ機構は連結軸とした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】
前記クランプ機構は爪部を有し軸を中心に回動する錠止板を用いて前記挟着孔を錠止するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波流量測定装置。
【請求項４】
前記錠止の保持に固定板を用いて、前記錠止板による錠止を固定したことを特徴とする請求項３に記載の超音波流量測定装置。
【請求項５】
前記挟着孔は正方形としたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の超音波流量測定装置。
【請求項６】
前記挟着孔の内周は前記管体の外周よりも大きくしたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つの請求項に記載の超音波流量測定装置。
【請求項７】
前記板体部材の内面部に前記管体を滑り易くする処理を施したことを特徴とする請求項１〜６の何れか１つの請求項に記載の超音波流量測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る超音波流量測定装置は、測定すべき流体を流し弾性を有する柔軟な材料から成る管体に対して着脱自在とする超音波流量測定装置において、前記管体を挟着するためにヒンジ機構により折り畳み自在に連結し、内面部を有する４個の板体部材を備え、これらの板体部材により前記管体を囲む四角形の挟着孔を組立て、クランプ機構により錠止し前記挟着孔を保持する構造とし、前記４個の板体部材のうち挟着孔について対向する一対の板体部材の内面部に前記管体の長手方向の位置を違えて超音波送受信器をそれぞれ配置し、前記管体を変形させて前記挟着孔の各内面部に密着させることにより挟着し、前記管体内に前記一方の超音波送受信器からの超音波ビームを送信し、対向する位置の前記他方の超音波送受信器により超音波ビームを受信するようにしたことを特徴とする。