(57)【要約】【課題】配管に超音波トランスデューサを正確に設置可能な超音波トランスデューサの設置方法を提供する。【解決手段】超音波トランスデューサを保持可能な保持部であり、一定方向にスライド可能な保持部を備える治具を配管に設置することと、保持部に研磨器を保持させ、研磨器を配管表面に接触させることと、保持部に保持された研磨器を配管上でスライドさせて、配管表面を研磨することと、保持部から研磨器を外し、保持部に超音波トランスデューサを保持させ、超音波トランスデューサを研磨された配管表面に接触させることと、を備える、超音波トランスデューサの設置方法。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサを保持可能な保持部であり、一定方向にスライド可能な保持部を備える治具を配管に設置することと、
前記保持部に研磨器を保持させ、前記研磨器を前記配管表面に接触させることと、
前記保持部に保持された前記研磨器を前記配管上でスライドさせて、前記配管表面を研磨することと、
前記保持部から前記研磨器を外し、前記保持部に前記超音波トランスデューサを保持させ、前記超音波トランスデューサを研磨された前記配管表面に接触させることと、
を備える、超音波トランスデューサの設置方法。
【請求項２】
前記研磨器の前記保持部で保持される部位の形状が、前記超音波トランスデューサの前記保持部で保持される部位の形状と同じである、請求項１に記載の超音波トランスデューサの設置方法。
【請求項３】
前記保持部が前記超音波トランスデューサを前記配管表面に押しつけるクランプネジを備えており、
前記クランプネジによって、前記研磨器が、前記配管上でスライド可能な強さで、前記配管表面に押しつけられる、
請求項１又は２に記載の超音波トランスデューサの設置方法。
【請求項４】
前記研磨器が電動研磨部材を備える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサの設置方法。
【請求項５】
超音波トランスデューサを配管表面に固定する治具であって、前記超音波トランスデューサを保持可能な保持部であり、前記配管上で一定方向にスライド可能な保持部を備える治具と、
前記保持部で保持される研磨器と、
を備える、超音波トランスデューサの設置キット。
【請求項６】
前記研磨器の前記保持部で保持される部位の形状が、前記超音波トランスデューサの前記保持部で保持される部位の形状と同じである、請求項５に記載の超音波トランスデューサの設置キット。
【請求項７】
前記保持部が前記超音波トランスデューサを前記配管表面に押しつけるクランプネジを備えており、
前記クランプネジによって、前記研磨器が、前記配管上でスライド可能な強さで、前記配管表面に押しつけられる、
請求項５又は６に記載の超音波トランスデューサの設置キット。
【請求項８】
前記研磨器が電動研磨部材を備える、請求項５ないし７のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサの設置キット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体計測技術に関し、特に超音波トランスデューサの設置方法及び超音波トランスデューサの設置キットに関する。
【背景技術】
【０００２】
クランプオン式超音波流量計は、配管の外側の上流側と下流側にそれぞれ配置される超音波トランスデューサを備える。クランプオン式の流量計は一般に超音波を利用するため、以下、本明細書においては、「クランプオン式超音波流量計」のことを、単に「クランプオン式流量計」と略す場合がある。クランプオン式流量計は、配管の中を流れる流体に向かって超音波を送り込み、流体の上流から下流方向に従って伝播する超音波の伝播時間と、下流から上流方向に逆らって伝播する超音波の伝播時間と、に基づき、配管内を流れる流体の流速及び流量を算出する（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
クランプオン式流量計は、配管の外側に超音波トランスデューサを押し当てればよいため、設置する際に配管を切断する必要がなく、例えば配管内を流れる流体が毒性を有していても、切断部分からの毒性流体の漏れを心配する必要がないという利点を有する。また、超音波トランスデューサを設置中も配管の利用を停止する必要がないという利点、トランスデューサが配管内の空洞部を流れる流体に触れないため、測定対象の流体が腐食性を有していてもよいという利点、測定対象の流体の純度に影響を与えないという利点、並びに配管内に構造物が挿入されないため、圧力損失が生じない等の利点も有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許第１１７３７３３号明細書
【特許文献２】特開平７−２６０５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、鋭意研究の末、超音波トランスデューサが設置される配管の表面状態が様々であり、配管の表面状態によっては超音波トランスデューサが正確に設置されないことを見出した。そこで、本発明は、配管に超音波トランスデューサを正確に設置可能な超音波トランスデューサの設置方法及び超音波トランスデューサの設置キットを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様によれば、（ａ）超音波トランスデューサを保持可能な保持部であり、一定方向にスライド可能な保持部を備える治具を配管に設置することと、（ｂ）保持部に研磨器を保持させ、研磨器を配管表面に接触させることと、（ｃ）保持部に保持された研磨器を配管上でスライドさせて、配管表面を研磨することと、（ｄ）保持部から研磨器を外し、保持部に超音波トランスデューサを保持させ、超音波トランスデューサを研磨された配管表面に接触させることと、を備える、超音波トランスデューサの設置方法が提供される。
【０００７】
上記の超音波トランスデューサの設置方法において、研磨器の保持部で保持される部位の形状が、超音波トランスデューサの保持部で保持される部位の形状と同じであってもよい。保持部が超音波トランスデューサを配管表面に押しつけるクランプネジを備えており、クランプネジによって、研磨器が、配管上でスライド可能な強さで、配管表面に押しつけられてもよい。研磨器が電動研磨部材を備えていてもよい。
【０００８】
また、本発明の態様によれば、（ａ）超音波トランスデューサを配管表面に固定する治具であって、超音波トランスデューサを保持可能な保持部であり、配管上で一定方向にスライド可能な保持部を備える治具と、（ｂ）保持部で保持される研磨器と、を備える、超音波トランスデューサの設置キットが提供される。
【０００９】
上記の超音波トランスデューサの設置キットにおいて、研磨器の保持部で保持される部位の形状が、超音波トランスデューサの保持部で保持される部位の形状と同じであってもよい。保持部が超音波トランスデューサを配管表面に押しつけるクランプネジを備えており、クランプネジによって、研磨器が、配管上でスライド可能な強さで、配管表面に押しつけられてもよい。研磨器が電動研磨部材を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、配管に超音波トランスデューサを正確に設置可能な超音波トランスデューサの設置方法及び超音波トランスデューサの設置キットを提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係るクランプオン式超音波流量計が設置される配管の模式的上面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向から見た、本発明の実施の形態に係るクランプオン式超音波流量計が設置される配管の模式的断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るクランプオン式超音波流量計を設置するための治具が設けられた配管の模式的上面図である。
【図４】配管の長手方向に対して垂直方向から見た、本発明の実施の形態に係るクランプオン式超音波流量計を設置するための治具が設けられた配管の模式的側面図である。
【図５】配管の長手方向から見た、本発明の実施の形態に係るクランプオン式超音波流量計を設置するための治具の保持部の模式的側面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る配管に設けられた治具に保持された研磨器の模式的上面図である。
【図７】配管の長手方向に対して垂直方向から見た、本発明の実施の形態に係る配管に設けられた治具に保持された研磨器の模式的側面図である。
【図８】配管の長手方向から見た、本発明の実施の形態に係る治具の保持部に保持された研磨器の模式的側面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る研磨器の模式的側面図である。
【図１０】配管の長手方向に対して垂直方向から見た、本発明の実施の形態に係る配管に設けられた治具に保持された研磨器の模式的側面図である。
【図１１】配管の長手方向に対して垂直方向から見た、本発明の実施の形態に係る配管に設けられた治具に保持された研磨器の模式的側面図である。
【図１２】配管の長手方向に対して垂直方向から見た、本発明の実施の形態に係る配管に設けられた治具に保持された超音波トランスデューサの模式的側面図である。
【図１３】本発明の参考例に係る平行ではない研磨面が設けられた配管の模式的断面図である。
【図１４】本発明の参考例に係る配管に設けられた平行ではない研磨面に配置された超音波トランスデューサの模式的断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る平行な研磨面が設けられた配管の模式的断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る配管に設けられた平行な研磨面に配置された超音波トランスデューサの模式的断面図である。
【図１７】本発明の参考例に係る配管に設けられた平行な研磨面に斜めに配置された超音波トランスデューサの模式的断面図である。
【図１８】本発明の比較例に係る超音波信号の強度の波形を示すグラフである。
【図１９】本発明の実施例に係る超音波信号の強度の波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態を説明する。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。但し、図面は模式的なものである。したがって、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。
【００１３】
実施の形態に係るクランプオン式超音波流量計の超音波トランスデューサの配管への設置方法は、超音波トランスデューサを保持可能な保持部であり、一定方向にスライド可能な保持部を備える治具を配管に設置することと、保持部に研磨器を保持させ、研磨器を配管表面に接触させることと、保持部に保持された研磨器を配管上でスライドさせて、配管表面を研磨することと、保持部から研磨器を外し、保持部に超音波トランスデューサを保持させ、超音波トランスデューサを研磨された配管表面に接触させることと、を備える。
【００１４】
図１及びＩＩ−ＩＩ方向から見た図２に示すように、クランプオン式超音波流量計が設置される配管１０は、断面形状が円である。上面図である図３及び側面図である図４に示すように、実施の形態に係るクランプオン式超音波流量計を設置するための治具３０は、第１のフレーム３１Ａ及び第２のフレーム３１Ｂを備える。第１のフレーム３１Ａ及び第２のフレーム３１Ｂは、それぞれ、配管１０と勘合する部位を備える。第１のフレーム３１Ａ及び第２のフレーム３１Ｂは、配管１０の中心軸に対して、対称的に配置される。
【００１５】
第１のフレーム３１Ａ及び第２のフレーム３１Ｂには、配管１０の長手方向に対して垂直方向に穴が設けられている。これらの穴には、連結棒４１、４２が通され、配管１０の長手方向における、第１のフレーム３１Ａ及び第２のフレーム３１Ｂの相対位置が固定される。さらに、連結棒４１の一方の端部において、第１のフレーム３１Ａの上方からナット４３が締め付けられ、連結棒４１の他方の端部において、第２のフレーム３１Ｂの下方からナット４５が締め付けられる。また、連結棒４２の一方の端部において、第１のフレーム３１Ａの上方からナット４４が締め付けられ、連結棒４２の他方の端部において、第２のフレーム３１Ｂの下方からナットが締め付けられる。これにより、第１のフレーム３１Ａ及び第２のフレーム３１Ｂが配管１０に押しつけられ、配管１０上に固定される。
【００１６】
第１のフレーム３１Ａの枠内には、２本の棒状のレール３２Ａ、３３Ａが固定されている。レール３２Ａ、３３Ａ上を、超音波トランスデューサを保持可能な保持部３４Ａが、配管１０の長手方向にスライド可能である。第２のフレーム３１Ｂの枠内にも、２本の棒状のレールが固定されており、レール上を、超音波トランスデューサを保持可能な保持部３４Ｂが、配管１０の長手方向にスライド可能である。保持部３４Ａがスライドする方向と、保持部３４Ｂがスライドする方向は、平行である。
【００１７】
保持部３４Ａは、配管１０の長手方向から見た側面図である図５に示すように、逆溝型部材１３４Ａを備える。逆溝型部材１３４Ａの側壁には、スライドブロック１３５Ａ、１３７Ａが固定されている。スライドブロック１３５Ａには、図３で示したレール３３Ａが貫通する穴１３６Ａが設けられており、図５に示すスライドブロック１３７Ａには、図３で示したレール３２Ａが貫通する穴１３８Ａが設けられている。図５に示す逆溝型部材１３４Ａの上面には、超音波トランスデューサを配管１０表面に押しつけるためのクランプネジ３６Ａが設けられている。また、逆溝型部材１３４Ａの両側の側壁を、位置決め棒３５Ａが貫通している。位置決め棒３５Ａは、例えば、クランプネジ３６Ａに押されて、配管１０の長手方向に対して垂直方向に移動可能である。図４で示した保持部３４Ｂの構造は、保持部３４Ａと同様である。
【００１８】
実施の形態においては、保持部３４Ａ、３４Ｂで超音波トランスデューサを保持する前に、図６ないし図８に示すように、保持部３４Ａ、３４Ｂで研磨器５０Ａ、５０Ｂを保持する。研磨器５０Ａ、５０Ｂはアルミニウム等の金属からなるブロックを備える。例えば、研磨器５０Ａ、５０Ｂの幅は、保持部３４Ａ、３４Ｂの逆溝型部材の内側の幅と同じであり、研磨器５０Ａ、５０Ｂは、保持部３４Ａ、３４Ｂの逆溝型部材の内側に挿入される。
【００１９】
配管１０の長手方向に対して垂直な方向から見た側面図である図９に示すように、研磨器５０Ａの底面にヤスリ等の研磨部材が固定された研磨面５１Ａが設けられている。研磨部材としては、ダイヤモンド研磨部材、及び紙ヤスリ等が使用可能である。研磨部材は例えば交換可能であり、配管１０の表面状態に応じて、ヤスリの粗さや材質を変更してもよい。また、研磨器５０Ａの上面には、図８に示した逆溝型部材１３４Ａの両側の側壁を貫通する位置決め棒３５Ａと勘合する図９に示す窪み５２Ａが設けられている。図７に示した研磨器５０Ｂの構造は、研磨器５０Ａと同様である。研磨器５０Ａ、５０Ｂのそれぞれ保持部３４Ａ、３４Ｂで保持される部位の形状は、例えば、後述する超音波トランスデューサの保持部３４Ａ、３４Ｂで保持される部位の形状と同じである。
【００２０】
研磨器５０Ａは、クランプネジ３６Ａによって、位置決め棒３５Ａを介して、配管１０上でスライド可能な程度の強さで、配管１０表面に押しつけられる。また、研磨器５０Ｂは、クランプネジ３６Ｂによって、位置決め棒３５Ｂを介して、配管１０上でスライド可能な程度の強さで、配管１０表面に押しつけられる。
【００２１】
その後、図１０及び図１１に示すように、クランプネジ３６Ａで研磨器５０Ａを配管１０表面に押しつけながら、研磨器５０Ａを配管１０表面上でスライドさせ、配管１０表面を研磨する。また、クランプネジ３６Ｂで研磨器５０Ｂを配管１０表面に押しつけながら、研磨器５０Ｂも配管１０表面上でスライドさせ、研磨器５０Ｂが保持された側の配管１０表面を研磨する。研磨器５０Ａ、５０Ｂを配管１０表面上で往復させる回数は、配管１０表面状態に応じて適宜決定される。配管１０は、例えば、平面部分が形成されるまで、研磨器５０Ａ、５０Ｂで研磨される。研磨器５０Ａで研磨されて形成される配管１０表面の平面部分と、研磨器５０Ｂで研磨されて形成される配管１０表面の平面部分と、は、平行である。
【００２２】
配管１０表面の研磨が終了した後、保持部３４Ａ、３４Ｂから研磨器５０Ａ、５０Ｂを外す。次に、第１及び第２のフレーム３１Ａ、３１Ｂを配管１０に固定したまま、図１２に示すように、保持部３４Ａで第１の超音波トランスデューサ１０１を保持し、保持部３４Ｂで第２の超音波トランスデューサ１０２を保持する。その後、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２をスライドさせて、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２の相対位置を調整し、クランプネジ３６Ａで第１の超音波トランスデューサ１０１を配管１０表面の研磨面に押しつけて密着固定し、クランプネジ３６Ｂで第２の超音波トランスデューサ１０２を配管１０表面の研磨面に押しつけて密着固定する。第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２は、配管１０の中心軸に対して対称的に配置され、それぞれの底面は平行である。
【００２３】
例えば、第１の超音波トランスデューサ１０１は配管１０内を流れる気体又は液体を含む流体の上流側に配置され、第２の超音波トランスデューサ１０２は下流側に配置される。第１の超音波トランスデューサ１０１は、流体が流れる配管１０に対して所定の角度で第１の超音波信号を斜入射する。第２の超音波トランスデューサ１０２は、第１の超音波信号を受信可能な位置に配置され、配管１０に対して第１の超音波信号の入射角度と同じ角度で第２の超音波信号を斜入射する。
【００２４】
第１の超音波トランスデューサ１０１から発せられた第１の超音波信号は、配管１０を経て第２の超音波トランスデューサ１０２で受信される。第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２の超音波信号は、配管１０を経て第１の超音波トランスデューサ１０１で受信される。例えば、第１の超音波トランスデューサ１０１と第２の超音波トランスデューサ１０２は、交互に駆動信号が印加され、交互に超音波信号を発する。
【００２５】
第１の超音波トランスデューサ１０１から発せられた第１の超音波信号は、配管１０内の空洞部を流体の流れに従って伝播する。これに対し、第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２の超音波信号は、配管１０内の空洞部を流体の流れに逆らって伝播する。よって、配管１０内の空洞部において、第１の超音波信号の伝播時間と、第２の超音波信号の伝播時間と、の間に、流体の流速による差が生じる。したがって、第１及び第２の超音波信号の伝搬時間の差を計測することにより、配管１０内の空洞部を流れる流体の流速及び流量を算出可能である。
【００２６】
以上説明した、実施の形態に係るクランプオン式超音波流量計の超音波トランスデューサの配管への設置方法によれば、当初配管１０の表面が粗かったり、錆びていたりしていても、配管１０の表面を研磨することにより、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２と配管１０との密着性を向上させることが可能となる。また、配管１０の表面を研磨しなかった場合、円形の配管１０に対し、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２が線接触しかしない場合があるが、配管１０の表面を、平面が形成されるまで研磨することにより、底面が平面である第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２と、配管１０の表面と、の接触面積が広がり、配管１０の研磨面に、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２を、隙間無く密着させることが可能となる。そのため、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２から配管１０内に効率的に超音波信号を送り込むことが可能となり、流体の流速及び流量の測定範囲や測定精度を向上させることが可能となる。
【００２７】
また、例えば、治具を用いずに配管１０を研磨すると、図１３に示すように、第１の研磨面１１Ａと第２の研磨面１１Ｂとが、平行にならない場合がある。平行でない第１及び第２の研磨面１１Ａ、１１Ｂ上に、図１４に示すように、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２を配置すると、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２も平行にならない。この場合、第１の超音波トランスデューサ１０１から発せられた第１の超音波信号の伝播経路と、第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２の超音波信号の伝播経路が異なるものとなり、流体の流速又は流量を正確に計測できない場合がある。
【００２８】
これに対し、実施の形態に係るクランプオン式超音波流量計の超音波トランスデューサの配管への設置方法によれば、図６ないし図１１に示したように、互いに平行にスライドする保持部３４Ａ、３４Ｂに保持された研磨器５０Ａ、５０Ｂによって、配管１０表面が研磨される。そのため、図１５に示すように、研磨器５０Ａで研磨された配管１０の研磨面１１Ａと、研磨器５０Ｂで研磨された配管１０の研磨面１１Ｂと、が、平行になる。したがって、図１６に示すように、研磨面１１Ａ上に配置された第１の超音波トランスデューサ１０１から発せられた第１の超音波信号の伝播経路と、研磨面１１Ｂ上に配置された第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２の超音波信号の伝播経路が一致し、流体の流速又は流量を正確に計測可能である。
【００２９】
また、例えば、研磨器を保持する治具と、超音波トランスデューサを保持する治具が別であると、仮に配管の表面を平行に研磨できても、研磨器を保持する治具を配管から外して、超音波トランスデューサを保持する治具を配管の同じ位置に正確に設置するのは困難な場合がある。そのため、図１７に示すように、配管１０の研磨面の角に対して、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２が斜めに点接触して、配管１０の研磨面と、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２と、の間に隙間が生じ、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２から配管１０内に効率的に超音波信号を送り込めない場合がある。
【００３０】
これに対し、実施の形態に係るクランプオン式超音波流量計の超音波トランスデューサの配管への設置方法によれば、図１１に示した第１及び第２のフレーム３１Ａ、３１Ｂを配管１０に固定したまま、研磨器５０Ａ、５０Ｂを図１２に示す第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２に交換することにより、配管１０の研磨面と、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２の底面と、が平行になる。そのため、配管１０の研磨面に確実に第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２を配置することが可能となる。
【００３１】
（実施例）
研磨していない５０Ａステンレス鋼配管に超音波トランスデューサを配置し、配管を伝播した超音波信号の強度を計測した結果のグラフを図１８に示す。次に、実施の形態で説明した治具で、５０Ａステンレス鋼配管に幅９ｍｍの研磨面を形成し、当該研磨面に超音波トランスデューサを配置し、配管を伝播した超音波信号の強度を計測した結果のグラフを図１９に示す。図１８と図１９の縦軸と横軸のスケールは同じである。図１８及び図１９から、研磨により配管と超音波トランスデューサの接触面積が増えると、配管を伝播した超音波信号の強度が上昇することが示された。
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図６ないし図１１に示した研磨器５０Ａ、５０Ｂが、電動研磨部材を備えていてもよい。例えば、電動研磨部材は、研磨器５０Ａ、５０Ｂが配管１０上をスライドする間、振動したり回転したりしてもよい。電動研磨部材の電源は、超音波トランスデューサの電源を使用してもよい。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００３２】
１０   配管
１１Ａ、１１Ｂ       研磨面
３０   治具
３１Ａ、３１Ｂ       フレーム
３２Ａ、３３Ａ       レール
３４Ａ、３４Ｂ       保持部
３５Ａ、３５Ｂ       位置決め棒
３６Ａ、３６Ｂ       クランプネジ
４１、４２    連結棒
４３、４４、４５     ナット
５０Ａ、５０Ｂ       研磨器
５１Ａ 研磨面
１０１ 第１の超音波トランスデューサ
１０２ 第２の超音波トランスデューサ
１３４Ａ      逆溝型部材
１３５Ａ、１３７Ａ   スライドブロック
１３６Ａ、１３８Ａ   穴
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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