(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動媒体のための、通過速度法に従って作業する超音波式流量測定器であって、測定管（１）と、少なくとも１つの送信及び／又は受信ヘッド（２）とを有しており、該送信及び／又は受信ヘッド（２）がケーシング（３）と超音波変換器（４）とを有しいて、該超音波変換器（４）によって超音波信号が流動媒体内に送信されるか若しくは流動媒体からの超音波信号が受信されるようになっており、送信及び／又は受信ヘッド（２）のケーシング（３）を側方で取り囲んで、このケーシング（３）に少なくとも部分的に当接する、少なくとも１つの減衰部材（６）を備えた減衰装置（５）が配置されていて、該減衰装置（５）が測定管（１）の切欠（７）内に設けられている形式のものにおいて、
ケーシング（３）が雄ねじ山（１０）を有していて、減衰部材（６）が雌ねじ山（１１）を有しており、ケーシング（３）がその雄ねじ山（１０）で減衰部材（６）の雌ねじ山（１１）にねじ込まれており、測定管（１）とケーシング（３）と減衰部材（６）とが金属より成っていることを特徴とする、超音波式流量測定器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動媒体のための、通過速度法（Ｌａｕｆｚｅｉｔ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）に従って作業する超音波式流量測定器（Ｕｌｔｒａｓｃｈａｌｌ−Ｄｕｒｃｈｆｌｕｓｓｍｅｓｓｇｅｒａｅｔ）であって、測定管と、少なくとも１つの送信及び／又は受信ヘッドとを有しており、該送信及び／又は受信ヘッドがケーシングと超音波変換器とを有しいて、該超音波変換器によって超音波信号が流動媒体内に送信されるか若しくは流動媒体からの超音波信号が受信されるようになっており、送信及び／又は受信ヘッドのケーシングを側方で取り囲んで、このケーシングに少なくとも部分的に当接する、少なくとも１つの減衰部材を備えた減衰装置が配置されていて、該減衰装置が測定管の切欠内に設けられている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
流動媒体つまり流れる液体若しくは流れるガスの流量を測定するために、超音波式流量測定器を使用することが、近年ますます重要になっている。特に、例えば磁気誘導式流量測定器でもそうであるように、構造部を流動媒体の流れの中に入れることなしに流量測定を行うことができるので、流れは測定によって妨害されることはない。
【０００３】
超音波式流量測定器においては、測定方法は、特に通過速度法とドップラー法（Ｄｏｐｐｌｅｒ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）との間で大きな相違がある。通過速度法において得られる精度は、ドップラー法におけるよりも著しく高い。そこで通過速度法に従った、それも特に通過速度差法（Ｌａｕｆｚｅｉｔ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｚ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）に従った有利な超音波式流量測定器が使用される。
【０００４】
超音波信号を発信する超音波変換器から超音波信号を受信する超音波変換器への、液体内での測定レーン上の超音波信号の通過速度は、液体内若しくは液体に連行されたガス内の超音波速度から、並びに液体若しくは液体に連行されたガスの流速から得られる。この超音波信号の通過速度から通過速度法に従って、超音波流量測定の原理が導き出される。通過速度差法においては、液体内若しくはガス内で超音波信号が交互に又は同時に上流に及び下流に送られる。伝播速度が種々異なっているために、同じ長さの幾何学的な測定レーンにおいて信号は、異なる通過速度で、受信機として働く超音波変換器の上流若しくは下流に達する。この際に、２つの音波の通過速度差は、流動媒体の貫流速度に直接比例する。
【０００５】
流動媒体の超音波流量測定のためには、流動媒体をガイドする測定管と、少なくとも１つの超音波変換器有利には流れ方向で互いにずらして配置された２つの超音波変換器と、超音波信号の通過速度を規定するための制御及び評価回路とが必要である。さらにまた制御及び評価回路は、超音波信号の通過速度から流動媒体の流過速度、貫流流量及びその他のパラメータを計算する。
【０００６】
しかしながら、流動媒体の超音波流量測定においては、流動媒体を通過する超音波信号を伝達つまり送信及び受信するだけでなく、超音波信号を送信する超音波変換器から、測定管を介して、超音波信号を受信する超音波信号変換器に達する超音波信号も伝達つまり送信及び受信しなければならない。これによって妨害信号が生じ、この妨害信号は超音波通過測定に場合によっては著しく不都合な影響を与える。この場合、測定管を介して伝達される超音波信号は特に妨害となる。何故ならば、この超音波信号は少なくとも部分的に、通常の雑音を抑制する際に処理できない干渉信号だからである。
【０００７】
このような問題点を解決するために、従来では、送信側の超音波変換器から測定管を通って、受信側の超音波変換器に超音波信号が伝達されるのを避けるために種々異なる提案がなされている。この場合例えば、振動する超音波変換器を例えばゴムシール又はこれと類似の装置を用いて、測定管に対してできるだけ良好に振動絶縁することが提案されている。同様の試みは、超音波変換器が配置されているスペースを、減衰材料例えばワックス、ゴム又はプラスチックによってできるだけ十分に満たすことによって行われている。このような試みについては、例えばアメリカ合衆国特許第４４１０８２５号明細書、同第４９４５２７６号明細書、同第５５１５７３３号明細書に記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、公知の超音波式流量測定器を改良して、測定管を通って伝達される超音波信号による、流動媒体における超音波式流量測定の妨害が、可能な限り十分に避けられるようなものを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決した本発明によれば、ケーシングが雄ねじ山を有していて、減衰部材が雌ねじ山を有しており、ケーシングがその雄ねじ山で減衰部材の雌ねじ山にねじ込まれており、測定管とケーシングと減衰部材とが金属より成っている。
【００１０】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、振動する超音波変換器が配置されている送信及び／又は受信ヘッドのケーシングが、測定管に直接結合されているのではなく、減衰装置を介在して結合されているので、超音波信号は、減衰装置だけを通って測定管内で励振される。本発明によれば、ケーシングから減衰装置（この減衰装置はケーシングに機械的に結合されているが本発明によればこのケーシングと一体的に構成されてはいない）への伝達部によって、ケーシングと減衰装置との間の境界面を通って超音波信号が通過する際に超音波信号は著しく減少される。また付加的に、境界面（Ｇｒｅｎｚｆｌａｅｃｈｅ）における音響の散乱によって、信号の干渉性も著しく減少される。
【００１１】
ケーシングを減衰部材に接触させ、また減衰部材を測定管と接触させたことによって、既に、周囲に対する測定管内部の十分なシールが得られる。しかしながら超音波流量測定器のシール性には高い要求は課されないので、本発明による超音波流量測定器は有利には、ケーシングと減衰装置との間に第１のシールを設け、減衰装置と測定管との間に第２のシールを設けることによって、有利な変化実施例を得ることができる。
【００１２】
例えば減衰装置の切欠をケーシングの外側に相応して円錐形に構成することによって、ケーシングは減衰装置内に差込むか又は挿入することができる。ケーシングは、有利には雄ねじ山を有していて、減衰装置が雌ねじ山を有しているので、ケーシングはその雄ねじ山で減衰装置の雌ねじ山にねじ込むことができる。これによって、ケーシング内で減衰装置を特に堅固に着座させることができ、この場合ねじ込み部を付加的にシールすることができる。またねじ込みによって、ケーシングと減衰装置との間の境界面は著しく増大され、これは境界面を通る超音波信号の減衰に好都合な影響を与え、超音波信号の干渉を減少させるように作用する。
【００１３】
また、超音波変換器から測定管に達する超音波信号が通過する境界面の大きさは、減衰装置が、互いに入れ子式に入り込んだ少なくとも部分的に互いに当接し合う多数の減衰部材を有していることによってさらに増大される。このような形式で、超音波信号は、測定管内に達するために、超音波変換器から相前後して配置された多数の境界層を相次いで通らなければならない。
【００１４】
減衰部材は、例えば互いに堅固に差し込まれているか又は互いにねじ込まれていれば、減衰部材自体でシール作用を有することができる。しかしながら有利には減衰部材間にそれぞれ１つのシールが設けられている。
【００１５】
測定管、ケーシング、減衰部材を備えた減衰装置は、多くの材料から製造することができる。これらの材料は、流動媒体に対する、相応の圧縮強さ（圧縮に対する強さ）及び化学的な耐性に関する要求だけを有しているだけでよい。しかしながら有利には、測定管とケーシングと少なくとも１つの減衰部材とは、金属有利には特殊鋼より成っている。
【００１６】
互いに隣接し合う構成部材つまり測定管、ケーシング又は減衰部材（どちらも金属より構成されている）は、互いに溶接されていることによって、シールを備えている
しかしながらまた、少なくとも１つの減衰部材をプラスチックから製造してもよい。これによって、プラスチック内で超音波信号が強く吸収されることに基づいて、超音波信号を付加的に減衰することができる。さらにまた、２つの金属構成部間に密接して設けられた、プラスチックより構成された減衰部材は、同時にシールとして使用することができる。
【００１７】
特に少なくとも１つの、プラスチックより成る減衰部材を使用した場合、複数のシールのうちの１つがプラスチック又はゴムより成っている。この場合特に、複数のシールとして、ビトン（Ｖｉｔｏｎ）のＯ−リングが使用される。
【００１８】
減衰装置が、その超音波変換器とは反対側だけで測定管に固定されていれば、減衰装置を通って測定管に超音波信号を特に良好に伝達することができる。このような構造においては、超音波は、測定管内に侵入する前に、ケーシング若しくは減衰装置の全長を通過するようになっており、これによってより高い音響減衰が得られる。
【００１９】
減衰装置は、測定管の切欠内に直接配置することができるが、有利には、測定管はスリーブを有していて、このスリーブ内に減衰装置が配置されている。この場合、減衰装置がスリーブ内で、このスリーブの内壁に対して間隔を保って配置されていて、それによって上記作用が得られる。つまり超音波がスリーブ内に若しくは測定管内に侵入する前に、ケーシング若しくは減衰装置の全長を通過しなければならないようになっている。これに関連して、減衰装置が、スリーブの自由端部だけでこのスリーブと結合されていることによって、特に有利な配置が得られる。スリーブ及び少なくとも外側の減衰部材がどちらも金属より成っていれば、有利な形式で、最も外側の減衰装置とスリーブとを溶接継ぎ目によって有利に結合することができ、これは同時にシールとして役立つ。
【００２０】
以上のように本発明によれば、流動媒体のための本発明による超音波式流量測定器を構成し、さらに変化実施例を提供するための多くの可能性が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に示した実施例を用いて具体的に説明する。
【００２２】
図１には、本発明の第１の有利な実施例による構成の断面図が示されている。概略的に示された測定管１には送信及び／又は受信ヘッド２が取り付けられており、該送信及び／又は受信ヘッド２はケーシング３と超音波変換器４とを有している。超音波変換器４は、この実施例では圧電クリスタルより形成されている。送信及び／又は受信ヘッド２のケーシング３の側方若しくは側面を取り囲む減衰装置５が設けられており、この減衰装置５は、本発明の有利な第１実施例によれば１つの減衰部材６を有している。送信及び／又は受信ヘッド２は、減衰装置５と共に測定管１の切欠７内に配置されている。切欠７を通って、超音波信号が流動媒体に発信されるか又は流動媒体から受信される。
【００２３】
本発明の有利な第１の実施例による構成は、ケーシング３と減衰装置５との間のシール８によって、また減衰装置５と測定管１との間のシール９によってシールされている。ケーシング３と、減衰部材６より成る減衰装置５と測定管１とは、この実施例では特殊鋼（Ｅｄｅｌｓｔａｈｌ）より製造されているので、シール８及びシール９は溶接継ぎ目として構成することができる。ケーシング３は雄ねじ山１０を有していて、減衰部材６は雌ねじ山１１を有している。雄ねじ山１０によってケーシング３は減衰部材６の雌ねじ山１１にねじ込まれ、それによってケーシング３と減衰部材６との間の大きい境界面が得られ、また減衰部材６内でのケーシング３の堅固な着座が得られる。
【００２４】
本発明の有利な第１の実施例によれば、測定管１がスリーブ１３を有していて、このスリーブ１３内に送信及び／又は受信ヘッド２が減衰装置５と共に挿入されている。測定管１のスリーブ１３は、送信及び／又は受信ヘッド２が流動媒体の流れの中に突入しないので、この送信及び／又は受信ヘッド２は超音波流量測定によって妨害されずひいては測定器による測定結果に間違えが生じることがないという利点を提供する。
【００２５】
図１に示されているように、減衰部材６は、その超音波変換器４とは反対側の端部だけがスリーブ１３に結合されており、つまり溶接継ぎ目９によって溶接されており、この溶接継ぎ目９は同時にシールとして働く。スリーブ１３の内周面と減衰部材６とは、互いに間隔を保って配置されているので、減衰部材６は、超音波変換器４とは反対側の、減衰装置５の端部で、超音波信号を減衰装置５から測定管１内若しくはスリーブ１３内に伝達するためだけに用いられる。この減衰部材６は、上述のように、測定管１内で励振された超音波信号を付加的に減衰するように働く。
【００２６】
図２には本発明による第２の有利な実施例が断面図で示されている。この第２の有利な実施例による送信及び／又は受信ヘッド２の構造は、図１に示した第１の有利な実施例による送信及び／又は受信ヘッド２にほぼ相当する。しかしながら図１に示した構成とは異なり、減衰装置５は多数のつまり２つの減衰部材６を有していて、この場合、減衰装置５とケーシング３とは、これらを互いに螺合することができるねじ山を有していない。その代わり、互いに入れ子式に入り込み合う２つの減衰部材６とケーシング３とが円錐形に構成されている。このような形式でケーシング３と減衰部材６とは互いに簡単に嵌め込まれるので、一方では減衰装置５内でケーシング３は良好に保持され、他方では所定のシールが既に得られる。
【００２７】
ケーシング３と減衰部材６と、スリーブ１３を備えた測定管１とは、前記本発明の第１実施例のものと同様に、特殊鋼より構成されているので、ケーシング３と内側の減衰部材６との間のシール８として、外側の減衰部材６と測定管１のスリーブ１３との間のシール９として、また２つの減衰部材６間のシール１２としてそれぞれ１つの溶接継ぎ目が形成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による超音波式流量測定器の概略的な断面図である。
【図２】本発明の第２実施例による超音波式流量測定器の概略的な断面図である。
【符号の説明】
１  測定管、  ２  送信及び／又は受信ヘッド、  ３  ケーシング、  ４  超音波変換器、  ５  減衰装置、  ６  減衰部材、  ７  切欠、  ８，９  シール、  １０  雄ねじ山、  １１  雌ねじ山、  １２  シール、  １３  スリーブ
【図１】
0003761399.tif 000002
【図２】
0003761399.tif 000003