JPH02132327A - 高温用超音波センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば超音波を用いた超音波流量計の送・受
波器に係り、特に火力発電や原子力発電におけるボイラ
ーまわりの流量測定、あるいは高速増殖炉で冷却剤とし
て用いられる液体Ｎａの流量測定に適した高温用超音波
センサーに関する。

（従来の技術） 従来の高温用超音波流量計用センサーの例を第４図に示
す（引用文献実公昭５５−７２１６０号）。超音波振動
子（１）で発生した超音波を効率良く被測定対象側、こ
の場合くさび（３）に伝搬させるために、超音波振動子
（１）とくさび（３）の接合面にグリースなどの液状物
を用いる。しかし、被測定対象が高温の場合は、グリー
スなどの伝搬媒体は、耐熱性の点で使用できず、第３図
に示すように、耐高温性のオイル（１１）と金箔（１２
）を伝搬媒体として用いたものがあった。

（発明が解決しようとする問題点） 従来技術では伝搬媒体としてオイルを用いているが、オ
イルの場合耐熱性はせいぜい２５０℃位までであり、高
速増殖炉でのＮａ流量測定に要求される６００℃には程
遠いものであった。そこで本発明は、Ｎａ流量測定にも
十分使用可能な耐熱性の高い伝搬媒体を備えた高温用超
音波センサーを実現することを課題とし、本発明の目的
もそこにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の高温用超音波センサーは、超音波振動子とくさ
びの接合面に、この接合面の周辺を残して前記くさびに
形成された微小深さの凹部による空隙部を設け、この空
隙部に液体金属を封入した構成である。

（作　用） 本発明の高温用超音波センサーでは、空隙部に封入する
液体金属として例えばＮａＫ　（ＮａとＫの合金で常温
で液体）を用いれば、７００’Ｃ程度までの高温域で伝
搬媒体として機能し、効率良く超音波を伝搬することが
できる。

（実施例） 以下．図面に示した実施例に基いて本発明を詳細に説明
する。

第１図および第２図に本発明一実施例の高温用超音波セ
ンサーを示す。第２図は第１図のＡ部の拡大図である。

超音波振動子（１）は、耐高温材（例えばステンレスな
どの金属材）で作られたくさび（３）に接合されている
。くさび（３）の接合面には、接合面の周辺を残して形
成された微小深さの凹部による空隙部（６）が設けられ
、この空隙部（６）には伝搬媒体として液体のＮａＫ（
２）が封入されている。

超音波振動子（１）は、一般にチタン酸バリウムやジル
コンチタン酸鉛などの電歪素子（４）を円板状にし、そ
の両端面に銀などの導体の蒸着などにより形成された電
極（５）を有する構造である。

空隙部（６）に封入する伝搬媒体としては、水銀（融点
−３８．８７℃、沸点３５６．６℃），ナトリウム（融
点９８℃、沸点８８９℃）、カリウム（融点６３．４℃
、沸点７５７℃）およびＮａとＫとの合金ＮａＫ　（例
えばＫ７８％、Ｎａ２２％の場合、融点−１１℃，沸点
７８４℃）などがあるが、常温で液体で且つ沸点の高い
ＮａＫが最も適している，しかし，前記の各物質は、い
ずれも空気や水に触れると化学反応を起し物性が変って
しまうため、空気や水に触れないようにしなければなら
ない。

したがって、空隙部（６）を外部と気密に隔離するため
、超音波振動子（１）とくさび（３）とはその全周縁の
接触部（７）をろう付などにより接合する。

そして空隙部（６）内を真空に引いた後、ＮａＫ（２）
を気泡等が残らないように空隙部（６）に注入し、注４
一 入口を封止する。

上記のように構成された本発明一実施例の高温用超音波
センサーの作用を以下に述べる。超音波振動子（１）の
両端の電極（５）に電圧をかけると、電歪素子（４）が
振動し、その振動は、封入されてぃるＮａＫ（２）を介
してくさび（３）に伝搬される。

第３図に本実施例の高温用超音波センサーを用いた超音
波流量計の例を示す。配管（８）内を高温流体（９）、
例えばＮａが矢印方向に流れている。配管（８）には、
１対のくさび（３），（３’）が図示のように設けられ
ており、くさび（３）　．　（３’）にはそれぞれ超音
波振動子（１），（１’）が接合されている。超音波振
動子（１）で発生した超音波は伝搬媒体のＮａＫを介し
てくさび（３）に伝わり、さらに配管（８）外壁を経由
して流体（９）中を伝搬し、受波側の配管壁，くさび，
ＮａＫを介して超音波振動子（１）に伝達される。

このときの超音波の伝搬時間は、高温流体（９）が流れ
ている場合はその流速に応じて変化する。この流速によ
る超音波伝搬時間の変化から流体の流速を検出し、流量
を算出する。超音波流量計の場合、流体の温度変化によ
る影響をなくすため、超音波の発信は、振動子（１）→
（１′）と（１′）→（１）とを交互に繰返し行なうと
いうように送波と受波を同じ振動子で交互に切換えて行
なう。つまり、１対設けられた超音波振動子（１），（
１’）およびくさび（３）　，　（３’）は同一形状の
ものでよい。

上述したように、本発明一実施例の高温用超音波センサ
ーにおいては、超音波振動子（１）とくさび（３）の間
に伝搬媒体として液体のＮａＫ　（沸点７８４℃）を気
密封入しているので、超音波の伝搬効率が良く、約７０
０℃までの高温で使用できるとともに、ＮａＫを気密封
入しているためＮａＫの劣化が起らず、長期間の使用に
耐えることができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、超音波振動子とく
さびの接合面に伝搬媒体としてＮａＫなどの液体金属を
気密封入した高温用超音波センサーを実現したことから
、超音波の伝搬効率が良く、しかも、約７００℃までの
高温で使用可能であるとともに長期間の使用に耐える高
温用超音波センサーを提供できる。

また、現在はオリフィス流量計が用いられている火力発
電の高温高圧の給水流量測定に、本発明の高温用超音波
センサーを用いた超音波流量計を使用すれば、測定精度
を約２％前後から１％程度に向上できる。また、現在は
電磁流量計が用いられている高速増殖炉のＮａ流量測定
にも本発明の高温用超音波センサーを用いた超音波流景
計の使用が可能となり、大幅なコストダウンが見込まれ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の高温用超音波センサーを示す
概略断面図、第２図は第１図のＡ部の拡大図、第３図は
第１図の高温用超音波センサーを用いた超音波流量計を
示す概略図、第４図は従来の高温用超音波流量計用セン
サーの一例を示す概略図である。 １・・・超音波振動子　　２・・・封入された液体金属
３・・・くさび　　　　　４・・・電歪素子５・・・電
極　　　　　　６・・・空隙部７・・接触部 代理人　弁理士　大　胡　典　夫

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波振動子とくさびの接合面に、この接合面の
   周辺を残して前記くさびに形成された微小深さの凹部に
   よる空隙部を設け、この空隙部に液体金属を封入して成
   る高温用超音波センサー。
2. （２）封入する液体金属にＮａＫを用いた請求項１記載
   の高温用超音波センサー。