TW201946763A - 超音波流量計的測量管路部的製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明中，將已軟化熔融的筒狀的型坯配置在用以形成測量管路部10之外形的一對模具內，對型坯內流入氣體使型坯膨張而進行吹氣成型。藉由模具的內模，形成管體11、流體入口部12、流體出口部13的外形，在相對於管體11的中心線位於管體11之斜方向的兩側之兩處形成有往外側密閉狀地膨出的超音波輸出輸入部14a、14b，超音波輸出輸入部14a、14b的一部分係成為用以裝設超音波接收發送部的壁面15a、15b。在型坯的固化後，藉由將流體入口部12的端部、流體出口部13的端部在點線的位置切斷而可獲得測量管路部10。

Description

超音波流量計的測量管路部的製造方法

本發明係有關於一種用以在流體中傳播超音波束(Ultrasonic Beam)而檢測流速的超音波流量計的測量管路部的製造方法。

於一般的超音波流量計中，對於在測量管路部內流動的測量流體於流速方向、反流速方向交互地傳播超音波束且檢測超音波束的傳播時間，藉由時間差法而測量流體的流速亦即流量。

於該情形中，於超音波束對於流體的傳播中，存有Ｚ法、V法、I法等的因一對超音波接收發送部之配置的不同所致的傳播方法。

例如於專利文獻1中，揭示有於一種相對於管體的傾斜方向接收發送超音波束的裝置。該專利文獻1中，如圖24所示，在對於以箭號所示的方向流動測量流體的管體1的斜對向方向配置有一對超音波接收發送部2a、2b。
[先前技術文獻]
[專利文獻]

專利文獻1：日本特開平7-311063號公報。

專利文獻2：日本特開昭60-115810號公報。

[發明所欲解決之課題]

於該專利文獻1中，由於必須在由直管部構成的管體1朝向外方設置有支管3且於該支管3內裝設超音波接收發送部2a、2b，故存有必須實施漏液對策等的問題。

另外，例如圖25所示，專利文獻2係於直管部4的兩側將超音波接收發送部2a、2b對向地裝設，而成為流入管5、流出管6對於直管部4正交並且皆朝向同方向裝設的型式。

於任一種情形中，如上所述的測量管路部較佳係藉由合成樹脂且藉由使用了模具的射出成型而可一體性地製造且廉價。但是，由於測量管路部係構造複雜，故藉由射出成型而一體製造係相當困難。

因此，於製造如圖24、圖25所示的測量管路部的情形中，一般係成為分割成數個構件且射出成型，將這些構件藉由熔接等而接合。

但是，若藉由熔接而接合，則成為於熔接部的內側發生毛邊等而成為管路抵抗，擾亂流體的流速分布且影響測量精度。

另外，於採用射出成型的情形中，由於管體的內表面係接觸模具而成型，故存有於管體內殘留從模具磨下的細微的金屬粉或溶出的金屬離子的情形，亦存有這些金屬粉、金屬離子混入流體中而給流體成分帶來不良影響的問題。

本發明的目的係提供一種超音波流量計的測量管路部的製造方法，可解決上述課題，藉由以吹氣成型(blow molding)形成測量管路部，藉此即使是複雜的形狀仍可一體製造，且不會給流體成分帶來不良影響。
[用以解決課題的手段]

本發明為一種超音波流量計的測量管路部的製造方法，測量管路部係具有：直管狀的管體；流體入口部，係配置於前述管體的單側的端部；流體出口部，係配置於前述管體的另一側的端部；以及一對超音波輸出輸入部，係用以裝設在前述管體內接收發送超音波束的超音波接收發送部；前述超音波流量計的測量管路部的製造方法係使用具有可分割成複數個且形成前述測量管路部之外表面的內模的模具並藉由吹氣成型製造前述測量管路部，且具有：打開前述模具，將已將熱可塑性合成樹脂材料軟化熔融的筒狀的型坯(parison)收納於前述模具內的步驟；閉合前述模具，對前述型坯內注入氣體使前述型坯膨張，使前述型坯的外表面密著於前述模具的內模，藉此將前述測量管路部成型的步驟；在前述型坯的冷卻後，打開前述模具將已固化的前述測量管路部取出的步驟；以及將前述測量管路部的前述流體入口部的端部以及前述流體出口部的端部切斷的步驟。
[發明功效]

依據本發明之超音波流量計的測量管路部的製造方法，由於以吹氣成型進行，故即使是複雜的構造的測量管路部仍可以一體成型，且於內表面不會發生管路抵抗，可獲得良好的流速分布。

另外，由於測量管路部係藉由氣體使型坯膨張而進行吹氣成型，故沒有模具接觸管體的內表面的情形，因此不會有來自模具的細微的金屬粉、金屬離子附著在管體內的情形，亦不會給所測量的流體成分帶來不良影響。

(實施例1)

圖1係實施例1的測量管路部10的立體圖，圖2係剖面圖。

該測量管路部10係由吹氣成型所製造，直管狀的管體11的兩端部係成為流體入口部12與流體出口部13。在對於管體11的長邊方向的中心線位於斜方向的兩側之兩處係形成有往管體11的外側膨出的密閉狀的超音波輸出輸入部14a、14b。該超音波輸出輸入部14a、14b的外形係成為圓柱體朝向斜方向埋入管體11中的形狀。

於超音波輸出輸入部14a、14b設置有相當於圓柱體之兩端面且正對的平面狀的壁面15a、15b。如圖2所示，於這些壁面15a、15b中裝設有超音波接收發送部Sa、Sb，超音波接收發送部Sa、Sb係分別內藏了由壓力(piezo)元件構成的壓電元件。從超音波接收發送部Sa、Sb交互地發送的超音波束係經由連結壁面15a、15b間的斜方向的傳播路徑W而被正對的對手側的超音波接收發送部Sa、Sb接收。

該測量管路部10係藉由適合製造中空的塑料(plastic)製品的吹氣成型法所製造。亦即，如圖3所示，在分割成複數個例如分割成兩個的模具Ma、Mb之內模I內收納所謂的型坯P，所謂的型坯P係已軟化熔融的筒狀之熱可塑性合成樹脂材料。然後，將型坯P的兩前端以模具Ma、Mb挾著且袋狀地密封，並且閉合模具Ma、Mb。

接下來，經由裝設於流體入口部12、流體出口部13之至少一方側的空氣管A，從箭號方向將空氣等的氣體吹入型坯P內使型坯P膨張且使型坯P的外表面密著於模具Ma、Mb的內模I。藉由如此，完成了藉由內模I所成型的例如厚度2mm左右之測量管路部10之吹氣成型。

測量管路部10係在固化後將模具Ma、Mb打開而取出，如圖4所示，將管體11的兩端的流體入口部12、流體出口部13的端部於點線部分切斷，則管體11的兩端成為同徑且連續的流體入口部12、流體出口部13，而獲得如圖1所示的測量管路部10。

另外，超音波輸出輸入部14a、14b中的於圓柱形的外側突出的輪郭線之銳角部分係以不成為尖銳部的方式成為被磨邊的帶有圓角的光滑的稜線部16a、16b。

於吹氣成型時，若用以形成超音波輸出輸入部14a、14b的模具Ma、Mb之內模I存有接近銳角的隅角部分，則如圖5所示，型坯P不會充分地遍及該內模I之內壁部分而導致為銳角部分的隅角部分17成為薄壁構造。

若使用保持原樣之狀態的測量管路部10，則由於具有該薄壁構造的隅角部分17中的耐壓性能低，故視情形亦有隅角部分17因流體的內壓而破損而無法使用之虞。

在此，以超音波輸出輸入部14a、14b的銳角部分成為光滑的稜線部16a、16b的方式，加工模具Ma、Mb之內模I並且進行吹氣成型。藉此，由於沒有了銳角部分，故型坯P均等地遍及於模具Ma、Mb之內模I的內表面，而不會發生薄壁構造部分。

於測量時，於流體入口部12、流體出口部13連接流體管路，於測量管路部10中藉由超音波束對欲測量的流體進行測量。亦即，使流體從流體入口部12流入管體11內，在管體11內實施測量且從流體出口部13流出。

另外，於實施例1中，超音波輸出輸入部14a、14b係形成為朝向管體11的外側。但是，超音波輸出輸入部14a、14b的至少一方亦可形成為朝向管體11的內側。

(實施例2)

圖6係實施例2的測量管路部20的立體圖，圖7係剖面圖。

若考慮到超音波流量計的測量精度、易於使用，則期望測量管路部20的管體21為包含流體入口部22、流體出口部23的長的直管狀且增加傳播路徑W的長度。

藉由與實施例1的同樣的吹氣成型而得的測量管路部20係為了該目的而使管體21充分地延長，且一端為流體入口部22，另一端為流體出口部23。在管體21內，超音波束係成為經由相對於管體21的中心線為接近平行的斜方向之傳播路徑W而傳播。

傳播路徑W的兩端係與實施例1同樣地成為管體21的一部分往外側分別膨出的超音波輸出輸入部24a、24b。如圖7所示，超音波輸出輸入部24a、24b的一部分係成為可裝設一對超音波接收發送部Sa、Sb的平面狀的壁面25a、25b，壁面25a、25b彼此係配置成隔著傳播路徑W而正對的方式。然後，往超音波輸出輸入部24a、24b的外側突出的銳角部分係與實施例1同樣地成為帶有圓角的光滑的稜線部26a、26b。

另外，例如如圖8所示的變形例般，超音波輸出輸入部24a、24b亦可以不形成銳角部分的形狀於超音波輸出輸入部24a、24b的外側設置與管體21的表面成為略平行的平坦部27a、27b，以取代帶有圓角的光滑的稜線部26a、26b。

於該變形例中，藉由設置平坦部27a、27b可使隅角部分幾乎消失，故可防止因型坯P所致的薄壁構造部分的形成。另外，於實施例1以及後述的實施例3中亦同樣可設置平坦部。

(實施例3)

圖9為實施例3的測量管路部30的立體圖，圖10係剖面圖。

該實施例3的測量管路部30亦與先前的實施例同樣地藉由吹氣成型所製造。直管狀的管體31的兩端部成為流體入口部32與流體出口部33。在平行於管體31之單側之中心線且分開間隔配置的兩處係形成有往管體31的外側膨出的超音波輸出輸入部34a、34b。

如圖10所示，於超音波輸出輸入部34a、34b設置有裝設了超音波接收發送部Sa、Sb的壁面35a、35b，往超音波輸出輸入部34a、34b的外側突出的隅角部分係與實施例1同樣地成為光滑的稜線部36a、36b。另外，壁面35a、35b係面向管體31之內壁面的一處的反射部37。

如圖10所示，從裝設於壁面35a、35b的超音波接收發送部Sa、Sb交互地發送的超音波束係在管體31內的反射部37被反射，經由V字狀的傳播路徑W而被對手側之超音波接收發送部Sa、Sb接收。

該實施例3即使在管體31短的情形中，仍可藉由使超音波束在管體31內反射而增加傳播路徑W的長度。

(實施例4)

圖11係實施例4的測量管路部40的立體圖，圖12係剖面圖。

於藉由吹氣成型而得的測量管路部40中，管體41的兩端部係成為流體入口部42與流體出口部43。在相對於沿著管體41的長邊方向的中心線位於管體41之斜方向的兩側之兩處形成有往管體41的外側突出的超音波輸出輸入部44a、44b。該超音波輸出輸入部44a、44b的外形係成為圓筒體朝斜方向埋入管體41的形狀，於超音波輸出輸入部44a、44b的前端的圓筒端部45a、45b之外側形成有螺紋溝46a、46b。

如圖13所示，於分割成複數個例如分割成兩個的對稱形狀的模具Mc、Md（模具Md未圖示）的空間狀的內模I內收納了已軟化熔融的筒狀的型坯P，將型坯P的兩前端以模具Mc、Md挾著且袋狀地密封，並且閉合模具Mc、Md。

接下來，與上述實施例1同樣地從流體入口部42、流體出口部43之任一方或雙方對型坯P內吹入空氣等的氣體，使型坯P膨張，且使型坯P的外表面密著於模具Mc、Md之內模I。

藉此，施行了測量管路部40的吹氣成型，管體41、超音波輸出輸入部44a、44b的圓筒端部45a、45b、螺紋溝46a、46b被一體成型。

然後，於所成型的測量管路部40固化後打開模具Mc、Md取出，則可獲得如圖14所示的測量管路部40。進一步地，若將藉由流體入口部42、流體出口部43之端部以及圓筒端部45a、45b的點線所示之位置的計四處切斷，則可獲得如圖11、圖12所示的測量管路部40。

如圖15所示，超音波接收發送部Sa、Sb係插入且裝設於超音波輸出輸入部44a、44b的圓筒端部45a、45b內。已裝設於袋螺帽Sc內的超音波接收發送部Sa、Sb係藉由袋螺帽Sc之螺入並使用O形環等密閉且固定於圓筒端部45a、45b的外側的螺紋溝46a、46b。

亦即，超音波接收發送部Sa、Sb係使圓筒體的內徑被前壁、後壁閉塞而收納，於前壁的內部裏側貼附壓電元件。另外，超音波接收發送部Sa、Sb對於超音波輸出輸入部44a、44b的裝設即使以袋螺帽Sc的螺入以外的其他手段進行亦無妨。

從超音波接收發送部Sa、Sb交互地發送的超音波束係經由連結管體41內的超音波輸出輸入部44a、44b間的斜方向的傳播路徑W而被正對的對手側的超音波接收發送部Sa、Sb接收。

(實施例5)

圖16係實施例5的測量管路部50的立體圖，圖17係剖面圖。

於以吹氣成型而得的測量管路部50中，直管狀的管體51的兩端部係成為流體入口部52與流體出口部53。在沿著管體51的外側之長邊方向而分開間隔的兩處朝向斜對稱方向形成有圓筒狀的超音波輸出輸入部54a、54b。於超音波輸出輸入部54a、54b設置有圓筒端部55a、55b、螺紋部56a、56b。

該測量管路部50係與實施例4的圖14同樣地藉由切斷流體入口部52、流體出口部53之端部並且切斷超音波輸出輸入部54a、54b的圓筒端部55a、55b而獲得。

如圖18所示，在超音波輸出輸入部54a、54b的圓筒端部55a、55b係與實施例4同樣地可藉由袋螺帽Sc裝設有超音波接收發送部Sa、Sb。所裝設的超音波接收發送部Sa、Sb係面向管體51內的反射部57。

從超音波接收發送部Sa、Sb交互地發送的超音波束係在管體51內的反射部57被反射，經由V字狀的傳播路徑W而被對手側的超音波接收發送部Sa、Sb接收。

(實施例6)

圖19係實施例6的測量管路部60的立體圖，圖20係剖面圖。

於由吹氣成型而得的測量管路部60中，在直管狀的管體61之兩管端的附近，管狀的流體入口部62與流體出口部63係相對於管體61分別正交且朝向同方向連接。管體61的長邊方向的兩管端成為超音波輸出輸入部64a、64b，於管體61的一部分形成用以裝設超音波接收發送部的壁面65a、65b，壁面65a、65b彼此係對向且正對。另外，於壁面65a、65b的外表面形成有成為超音波接收發送部的引導的圓環狀的導引(guide)部66a、66b。

如圖21所示，沿著分割成複數個例如分割成兩個對稱形狀的模具Me、Mf（模具Mf係未圖示）的內模Ia、內模Ib、內模Ic收納已軟化熔融的筒狀的型坯P，內模Ia係用以成型管狀的流體入口部62，內模Ib係用以成型管體61，內模Ic係用以成型管狀的流體出口部63。將型坯P的兩前端以模具Me、Mf挾著且袋狀地密封並且閉合模具Me、Mf。

接下來，從流體入口部62或流體出口部63之任一方或雙方經由空氣管A對型坯P內吹入空氣等的氣體，使型坯P膨張，使型坯P的外表面密著於模具Me、Mf的內模Ia、Ib、Ic。藉由如此而施行測量管路部60的吹氣成型。

然後，藉由內模Ia、Ib、Ic所成型的測量管路部60固化後，打開模具Me、Mf取出，則可獲得如圖22所示的測量管路部60。進一步地，分別將閉塞的流體入口部62、流體出口部63的端部在以點線所示的位置切斷。藉此，獲得如圖19、圖20所示的測量管路部60。

如圖23之箭號所示，欲測量的流體係從流體入口部62流入直角方向的管體61且被施行由超音波束所進行的測量，然後從直角方向的流體出口部63流出。在位於管體61之兩側的超音波輸出輸入部64a、64b的壁面65a、65b經由油脂(grease)裝設超音波接收發送部Sa、Sb。此時，超音波接收發送部Sa、Sb可被導引部66a、66b引導而裝設於正確的位置。然後，經由超音波接收發送部Sa、Sb間的傳播路徑W而交互接收發送超音波束。

於上述實施例1至6中，在測量時，於流體入口部、流體出口部分別連接流體管路，在測量管路部內流動欲測量的流體，在超音波接收發送部Sa、Sb間交互地經由傳播路徑W接收發送超音波束，求得在管體內流動的流體之速度，乘以管體的剖面積而算出流量。另外，流體的速度雖可基於由超音波束的到達時間差而求得，但因此流量測量原理係廣為習知，故在此省略該流量測量原理之說明。

由於測量管路部係藉由吹氣成型所製造，故即使是複雜的形狀仍可一體成型，且可不需要構件彼此的接合即能製造，故可不會在測量管路部的內表面產生成為管路抵抗的毛邊，而可獲得良好的流速分布。

藉由吹氣成型所製造的測量管路部與藉由射出成型所製造的情形不同，由於內表面形狀、壁厚並未嚴密限制，故例如在管體的內徑、超音波輸出輸入部的壁面的厚度等會產生參差不齊，而可推想各個的測量管路部的特性不同，會發生測量誤差。但是，測量管路部可藉由分別流動實際流量來進行校正並附加所獲得的補正資料，藉此可確保測量精度。

另外，於不需要高精度的大概流量測量的情形中，亦可不進行校正地直接使用。

1、11、21、31、41、51、61‧‧‧管體

2a、2b、Sa、Sb‧‧‧超音波接收發送部

3‧‧‧支管

4‧‧‧直管部

5‧‧‧流入管

6‧‧‧流出管

10、20、30、40、50、60‧‧‧測量管路部

12、22、32、42、52、62‧‧‧流體入口部

13、23、33、43、53、63‧‧‧流體出口部

14a、14b、24a、24b、34a、34b、44a、44b、54a、54b、64a、64b‧‧‧超音波輸出輸入部

15a、15b、25a、25b、35a、35b、65a、65b‧‧‧壁面

16a、16b、26a、26b、36a、36b‧‧‧稜線部

17‧‧‧隅角部分

27、27a、27b‧‧‧平坦部

37、57‧‧‧反射部

45a、45b、55a、55b‧‧‧圓筒端部

46a、46b、56a、56b‧‧‧螺紋溝

66a、66b‧‧‧導引部

A‧‧‧空氣管

I、Ia、Ib、Ic‧‧‧內模

P‧‧‧型坯

Sc‧‧‧袋螺帽

W‧‧‧傳播路徑

Ma、Mb、Mc、Md、Me、Mf‧‧‧模具

圖1係實施例1的測量管路部的立體圖。

圖2係測量管路部的剖面圖。

圖3係吹氣成型的說明圖。

圖4係藉由吹氣成型所製造的測量管路部的剖面圖。

圖5係藉由吹氣成型而成的銳角部分的說明圖。

圖6係實施例2的測量管路部的立體圖。

圖7係測量管路部的剖面圖。

圖8係實施例2的變形例的剖面圖。

圖9係實施例3的測量管路部的立體圖。

圖10係測量管路部的剖面圖。

圖11係實施例4的測量管路部的立體圖。

圖12係測量管路部的剖面圖。

圖13係吹氣成型的說明圖。

圖14係藉由吹氣成型所製造的測量管路部的剖面圖。

圖15係裝設了超音波接收發送部之狀態的測量管路部的剖面圖。

圖16係實施例5之測量管路部的立體圖。

圖17係測量管路部的剖面圖。

圖18係裝設了超音波接收發送部之狀態的測量管路部的剖面圖。

圖19係實施例6的測量管路部的立體圖。

圖20係測量管路部的剖面圖。

圖21係吹氣成型的說明圖。

圖22係藉由吹氣成型所製造的測量管路部的剖面圖。

圖23係裝設了超音波接收發送部之狀態的測量管路部的剖面圖。

圖24係習知例的測量管路部的剖面圖。

圖25係其他的習知例的測量管路部的剖面圖。

Claims (9)

1. 一種超音波流量計的測量管路部的製造方法，測量管路部係具有：直管狀的管體；流體入口部，係配置於前述管體的單側的端部；流體出口部，係配置於前述管體的另一側的端部；以及一對超音波輸出輸入部，係用以裝設在前述管體內接收發送超音波束的超音波接收發送部； 前述超音波流量計的測量管路部的製造方法係使用具有可分割成複數個且形成前述測量管路部之外表面的內模的模具並藉由吹氣成型製造前述測量管路部，且具有： 打開前述模具，將已將熱可塑性合成樹脂材料軟化熔融的筒狀的型坯收納於前述模具內的步驟； 閉合前述模具，對前述型坯內注入氣體使前述型坯膨張，使前述型坯的外表面密著於前述模具的內模，藉此將前述測量管路部成型的步驟； 在前述型坯的冷卻後，打開前述模具將已固化的前述測量管路部取出的步驟；以及 將前述測量管路部的前述流體入口部的端部以及前述流體出口部的端部切斷的步驟。
2. 如請求項1所記載之超音波流量計的測量管路部的製造方法，其中前述流體入口部以及前述流體出口部係分別成為前述管體的端部。
3. 如請求項1或2所記載之超音波流量計的測量管路部的製造方法，其中向前述型坯內的氣體的注入係從前述流體入口部以及前述流體出口部的至少一方側進行。
4. 如請求項1或2所記載之超音波流量計的測量管路部的製造方法，其中前述一對超音波輸出輸入部係密閉狀地膨出形成在相對於前述管體的中心線位於斜方向的管體側面之兩處或平行於前述管體的中心線且於管體側面分開間隔配置的兩處，於前述超音波輸出輸入部的一部分具有用以裝設前述超音波接收發送部的壁面。
5. 如請求項4所記載之超音波流量計的測量管路部的製造方法，其中前述超音波輸出輸入部的對外側突出的部分係以成為帶有圓角的光滑的稜線部或成為與前述管體的表面幾乎平行的平坦部的方式形成。
6. 如請求項1所記載之超音波流量計的測量管路部的製造方法，其中具有以下步驟：前述一對超音波輸出輸入部係在相對於前述管體的中心線位於斜方向的管體側面之兩處或平行於前述管體的中心線且分開間隔配置的兩處圓筒狀地突出形成有用以固定前述超音波接收發送部的筒狀端部，並將前述筒狀端部的前端切斷。
7. 如請求項6所記載之超音波流量計的測量管路部的製造方法，其中於前述超音波輸出輸入部的圓筒狀端部的外側形成用以供裝設了前述超音波接收發送部的袋螺帽固定用的螺紋部。
8. 如請求項1所記載之超音波流量計的測量管路部的製造方法，其中前述流體入口部以及前述流體出口部係分別成為從前述管體的端部附近相對於前述管體正交且連接的管部。
9. 如請求項8所記載之超音波流量計的測量管路部的製造方法，其中於前述管體的端部設置作為前述超音波輸出輸入部而相對向的一對外壁面，於這些壁面的外表面形成作為前述超音波接收發送部的引導部而發揮作用的導引部。