TWI911586B - 夾鉗式超音波流量計 - Google Patents

Abstract

[課題] 提供夾鉗式超音波流量計，其設有可維持良好的聲學特性，並抑制成型成本的聲耦合器橡膠。 [解決手段] 夾鉗式超音波流量計(1)，使用超音波來測量流動於配管(100)內之流體的流量，使聲耦合器橡膠(40)成為平板構造，其安裝在對於配管(100)來收授超音波的超音波轉換器的超音波收授面。且，在形成有超音波收授面的裝置本體(10)側，形成有豎立設置於超音波收授面之周圍的複數個爪(35)，聲耦合器橡膠(40)，在與爪(35)的位置對應的位置形成有卡合孔，使爪(35)卡合於卡合孔而使聲耦合器橡膠(40)抵接於超音波收授面。

Description

夾鉗式超音波流量計

本發明涉及夾鉗式超音波流量計，其使用超音波來測量流動於配管內之流體的流量。

以往，已知有使用超音波來測量流動於配管內之流體的流量的超音波流量計。該超音波流量計，是在設置於配管之上游側的壓電元件與設置於配管之下游側的壓電元件之間進行超音波的收授，從該傳輸時間差來測量流動於配管內之流體的流量。

作為該超音波流量計，已知有斜角射入方式的超音波流量計(例如參照專利文獻1)。斜角射入方式的超音波流量計，是在設置於配管之上游側的一個小型壓電元件與設置於配管之下游側的一個小型壓電元件之間，對配管進行斜向之超音波的收授，從該傳輸時間差來測量流動於配管內之流體的流量。又，斜角射入方式的超音波流量計，可對於配管以夾鉗方式來安裝壓電元件。夾鉗方式，是可不切斷配管，或是可對於既有的配管來安裝壓電元件的方式。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2021-15090號公報

[發明所欲解決之問題]

夾鉗式超音波流量計，在超音波轉換器收授超音波之際，收授超音波的超音波轉換器是抵接於流動有測量對象之流體的配管，但在該配管表面與超音波轉換器的聲學放射面之間中介有用來確保聲學結合的彈性體橡膠等之聲耦合器(以下稱為「聲耦合器橡膠」)。

在此，以往的夾鉗式超音波流量計的聲耦合器橡膠，是覆蓋超音波轉換器之楔的立體構造。因此，在聲耦合器橡膠的成型，必須使用模具而有較高的成型成本，且難以控制聲耦合器橡膠的表面粗糙度與加硫條件，有著聲學特性不佳的課題。

本發明，是有鑑於上述課題而完成者，其目的在於提供夾鉗式超音波流量計，設有可維持良好的聲學特性，並抑制成型成本的聲耦合器橡膠。 [解決問題之技術手段]

為了解決上述課題來達成目的，本發明的夾鉗式超音波流量計，是使用超音波來測量流動於配管內之流體的流量的夾鉗式超音波流量計，其特徵為，使聲耦合器橡膠成為平板構造，該聲耦合器橡膠是安裝在對於前述配管來收授超音波的超音波轉換器的超音波收授面。

且，本發明之特徵為，在上述發明中，在形成有前述超音波收授面的裝置本體側，形成有豎立設置於前述超音波收授面之周圍的複數個爪，前述聲耦合器橡膠，在與前述爪的位置對應的位置形成有卡合孔，使前述爪卡合於前述卡合孔而使前述聲耦合器橡膠抵接於前述超音波收授面。

且，本發明之特徵為，在上述發明中，前述配管，是被以下構件夾住：形成有前述超音波收授面的裝置本體、將從前述超音波收授面傳送的超音波予以反射之側的外側配管安裝部，前述外側配管安裝部，在超音波訊號的反射部位形成開口部。 [發明之效果]

在本發明，可提供夾鉗式超音波流量計，其設有可維持良好的聲學特性，並抑制成型成本的聲耦合器橡膠。

以下，參照圖式詳細說明本發明之夾鉗式超音波流量計的實施形態。又，該實施形態並不用來限定本發明。

＜全體構造＞ 圖1，是本發明之實施形態之夾鉗式超音波流量計的立體圖。且，圖2，是圖1所示之夾鉗式超音波流量計1的分解立體圖。此外，圖3，是圖1所示之夾鉗式超音波流量計1的縱剖面圖。如圖1～圖3所示般，夾鉗式超音波流量計1，是藉由安裝於裝置本體10的本體側配管安裝部30與外側配管安裝部20，從兩側夾住流動有流體的配管100，來測量流體的流量等。

夾鉗式超音波流量計1，具有彼此相向的超音波轉換器5、6，超音波轉換器5、6，對配管100內的流體送出超音波訊號，並接收來自配管100內之流體的超音波訊號。超音波轉換器5、6，各自在楔51、61的斜面安裝有壓電元件52、62，從楔51、61的下表面透過聲耦合器橡膠40，朝向配管100斜向送出並接收超音波訊號。

夾鉗式超音波流量計1的流量測量，是在夾住配管100的狀態，例如從超音波轉換器5送出超音波訊號L1，以超音波轉換器6接收在配管100反射之來回一次的超音波訊號L1，測量該超音波訊號L1的傳輸時間。之後，從超音波轉換器6傳送超音波訊號L2，以超音波轉換器5接收在配管100反射之來回一次的超音波訊號L2，測量該超音波訊號L2的傳輸時間。然後，依據超音波訊號L1、L2的傳輸時間差來算出流體的流速，求出每單位時間的流量。且，亦可將流量作為累積流量來求得。此時，是藉由安裝在裝置本體10的溫度計測部7，測量隔著配管100之流體的溫度，進行流速的溫度補正。又，超音波訊號L1、L2，是設定成通過配管100的軸。

裝置本體10，具備操作部2、顯示部3、纜線連接部4，且在裝置本體10內具備未圖示的控制部。操作部2，是輸入各種資訊的輸入介面，選擇事先設定的資訊藉此輸入資訊。顯示部3，是輸出各種資訊的輸出介面，例如進行流量[公升／min]的顯示、累積流量[公升]的顯示、狀況[正常／異常]的顯示等。纜線連接部4，是將纜線予以連接的連接部，該纜線包含外部的電源供給線及與外部裝置之間的訊號線。控制部，依照操作部2的指示，進行超音波轉換器5、6的收授控制，依據傳輸時間差及溫度計測部7所測量的溫度來算出流速，在顯示部3顯示出結果及狀態，並透過纜線連接部4輸出至外部。

＜聲耦合器橡膠＞ 圖4，是從斜下方觀看本體側配管安裝部30的立體圖。且，圖5，是本體側配管安裝部30的俯視圖。此外，圖6，是圖5所示之本體側配管安裝部30的A-A線剖面圖。且，圖7，是表示聲耦合器橡膠40安裝在本體側配管安裝部30之狀態的圖。聲耦合器橡膠40，是作為聲耦合器的彈性體橡膠，其用來確保超音波轉換器5、6的超音波收授面與配管100之間的聲波結合。以往的聲耦合器橡膠，是覆蓋超音波轉換器之楔的三維構造，但在本實施形態是成為平板構造。

如圖4～圖7所示般，本體側配管安裝部30，形成有六個螺絲定位孔34，該等螺絲定位孔是將用來安裝於裝置本體10側的螺絲33予以定位，使用螺絲23而藉由外側配管安裝部20來夾住配管100用的四個螺絲孔31a是形成在四個凸緣31。且，在±Y方向的端部，形成有配管定位凹部32。

在此，在本體側配管安裝部30，於中央側形成有供超音波轉換器5、6的超音波收授面往-Z方向突出的開口36，且在該開口36的周圍形成有朝向-Z方向豎立設置的四個爪35。又，超音波收授面在開口36往-Z方向的突出，是開口36厚度的分量。爪35的前端折曲部，朝向±X方向。

聲耦合器橡膠40，在與爪35對應的位置形成有四個卡合孔41。爪35的前端折曲位置，是對應於聲耦合器橡膠40之厚度的位置。使爪35卡合於卡合孔41，藉此使聲耦合器橡膠40安裝在本體側配管安裝部30。該情況時，使聲耦合器橡膠40與超音波轉換器5、6的超音波收授面成為抵接。又，聲耦合器橡膠40，藉由夾住配管100，而密接於超音波轉換器5、6的超音波收授面。

具體之聲耦合器橡膠40的安裝，例如使+X方向的兩個爪35卡合於聲耦合器橡膠40之+X方向的兩個卡合孔41，之後，將聲耦合器橡膠40的-X方向予以拉動，來使-X方向的兩個爪35卡合於聲耦合器橡膠40之-X方向的兩個卡合孔41。藉此，使聲耦合器橡膠40與超音波轉換器5、6的超音波收授面抵接。

本實施形態的聲耦合器橡膠40，是平板構造，故表面粗糙度或加硫條件的控制較容易，不必使用模具，難以發生材料的不均勻，可確保良好的聲學特性。且，由於沒有使用模具，故可抑制成本。此外，聲耦合器橡膠40，是平板構造而容易操作，且只要使爪35卡合於卡合孔41就能完成安裝，故裝卸等之安裝作業較容易。

＜外側配管安裝部的開口部＞ 在此，配管100為樹脂的情況，超音波訊號亦會藉由外側配管安裝部20來反射。因此，如圖8(a)所示般，在配管100反射的超音波訊號L1與在外側配管安裝部20反射的超音波訊號L1'重疊而成的超音波訊號會到達超音波轉換器6。藉此，會導致流速測量的精度降低。

對此，在本實施形態，是在外側配管安裝部20之超音波訊號的反射部位形成開口部22(參照圖2)。開口部22，是與配管形狀對應的U字型，設置在接觸於配管100來夾住的配管抵接部21。其結果，如圖8(b)所示般，在外側配管安裝部20反射的超音波訊號L1'會消失，超音波轉換器6只會接收到在配管100反射的超音波訊號L1，故可提高流速測量的精度。又，開口部22的形狀為任意，只要超音波訊號的反射位置為開口即可。

＜超音波轉換器＞ 以往，在將壓電元件安裝於超音波轉換器之楔的情況，是使用接著劑。該接著構造，會因低溫與高溫而產生熱應力，導致接著被剝離。因此，考慮到使用聲學膏來將壓電元件安裝於楔的斜面，但由於安裝是用聲學膏，故會因組裝後的振動或衝擊導致壓電元件錯位，會使超音波的收授特性惡化。

圖9，是超音波轉換器6的前視圖。圖10，是超音波轉換器6的分解立體圖。圖11，是超音波轉換器6的縱剖面圖。且，圖12，是圖11所示之超音波轉換器6的B-B線剖面圖。

如圖9～圖12所示般，超音波轉換器6，在安裝有壓電元件62的楔61的斜面，形成有用來定位壓電元件62的定位凹部66。定位凹部66，是與壓電元件62的形狀對應地設有凹陷，可將壓電元件62定位於楔61之斜面的設定位置。在壓電元件62的安裝面，塗抹有聲學膏，配置於定位凹部66。塗抹在壓電元件62之安裝面的聲學膏溢出的情況是擦掉。

在此，定位凹部66的側面，具有朝向外周擴張的傾斜。具體來說，如圖11及圖12所示般，定位凹部66的側面，是對於與定位凹部66的底面S呈垂直的平面，朝向外周方向傾斜。因此，壓電元件62的側面與楔61不會接觸，壓電元件62的振動特性不會惡化。但是，壓電元件62是透過聲學膏來安裝於楔61，故有發生錯位的可能性。因此，在壓電元件62的背面配置海綿等之具有緩衝功能的背面層來作為背面層構件63，透過該背面層構件63，藉由固定件64來按壓壓電元件62。固定件64，是藉由螺絲65安裝於楔61，藉此，使壓電元件62固定於定位凹部66。

又，對應於壓電元件62之導線L10的位置，在背面層構件63形成有切口63a，在固定件64形成有切口64a。又，雖針對超音波轉換器6進行了說明，但超音波轉換器5也是一樣。

在本實施形態，由於不是藉由接著劑來接著壓電元件，故不會有接著剝離，可藉由聲學膏來維持聲學特性，並藉由定位凹部來進行壓電元件的定位。且，由於是藉由固定件來固定壓電元件，故之後亦不會發生錯位。此外，由於定位凹部的側面是成為朝向外周擴張的傾斜，故壓電元件的振動特性亦不會惡化。又，雖然在本實施形態使用了聲學膏，但亦可使用接著劑。

且，在上述實施形態，雖將超音波轉換器5、6設置在一個裝置本體10側，但亦可在可適用的範圍，使超音波轉換器5、6分離，隔著配管對向配置來進行流量測定。

本發明，並不限定於上述實施形態，在不超脫本發明之主旨的範圍當然可自由變更。

1:夾鉗式超音波流量計 2:操作部 3:顯示部 4:纜線連接部 5,6:超音波轉換器 7:溫度計測部 10:裝置本體 20:外側配管安裝部 21:配管抵接部 22:開口部 23,33,65:螺絲 30:本體側配管安裝部 31:凸緣 31a:螺絲孔 32:配管定位凹部 34:螺絲定位孔 35:爪 36:開口 40:聲耦合器橡膠 41:卡合孔 51,61:楔 52,62:壓電元件 66:定位凹部 63:背面層構件 63a,64a:切口 64:固定件 100:配管 L1,L1',L2:超音波訊號 L10:導線 S:底面

[圖1]本發明之實施形態之夾鉗式超音波流量計的立體圖。 [圖2]圖1所示之夾鉗式超音波流量計的分解立體圖。 [圖3]圖1所示之夾鉗式超音波流量計的縱剖面圖。 [圖4]從斜下方觀看本體側配管安裝部的立體圖。 [圖5]本體側配管安裝部的俯視圖。 [圖6]圖5所示之本體側配管安裝部的A-A線剖面圖。 [圖7]表示聲耦合器橡膠安裝在本體側配管安裝部之狀態的圖。 [圖8]說明開口部的有無所致之超音波訊號之反射的圖。 [圖9]超音波轉換器的前視圖。 [圖10]超音波轉換器的分解立體圖。 [圖11]超音波轉換器的縱剖面圖。 [圖12]圖11所示之超音波轉換器的B-B線剖面圖。

10:裝置本體

20:外側配管安裝部

21:配管抵接部

22:開口部

23,33:螺絲

30:本體側配管安裝部

31:凸緣

31a:螺絲孔

32:配管定位凹部

35:爪

40:聲耦合器橡膠

41:卡合孔

100:配管

Claims (2)

1. 一種夾鉗式超音波流量計，是使用超音波來測量流動於配管內之流體的流量的夾鉗式超音波流量計，其特徵為，將聲耦合器橡膠設計成平板構造，該聲耦合器橡膠是安裝在對於前述配管來收授超音波的超音波轉換器的超音波收授面，在形成有前述超音波收授面的裝置本體側，形成有豎立設置於前述超音波收授面之周圍的複數個爪，前述聲耦合器橡膠，在與前述爪的位置對應的位置形成有卡合孔，使前述爪卡合於前述卡合孔而使前述聲耦合器橡膠抵接於前述超音波收授面。
2. 如請求項1所述之夾鉗式超音波流量計，其中，前述配管，是被以下構件夾住：形成有前述超音波收授面的裝置本體、將從前述超音波收授面傳送的超音波予以反射之側的外側配管安裝部，前述外側配管安裝部，在超音波訊號的反射部位形成有開口部。