JPH0511465Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、超音波流量計送受波器に係り、特に
高温においても感度が低下しないように改良され
た超音波流量計送受波器に関する。

＜従来技術＞ 超音波流量計は、第１図に示すように流体を導
く導管１に流体の進行方向に互に位置をずらせて
超音波流量計送受波器（以下、送受波器と略称す
る）２ａ，２ｂを配置し、送受波器２ａから放射
された超音波が送受波器２ｂに到達する時間と、
送受波器２ｂから放射された超音波が送受波器２
ａに到達する時間との時間差に基づいて導管１内
の流体の速度Ｖを求め、この速度Ｖから導管１内
の流体の流量を求めるものである。

第２図は、従来の送受波器２ａ，２ｂの構成を
示す縦断面図である。３は円筒状の外筐であり、
その下端３ａは斜めにカツトされている。外筐３
の上部にはその内面にねじ部３ｂが設けられ、外
筐３のねじ部３ｂの下方にはその外端が外筐３の
内径より大きい内径を有する段差部３ｃが形成さ
れている。外筐３の下端３ａと段差部３ｃとの間
には超音波伝達材４が挿入固定されている。超音
波伝達材４の上部は縁４ａを有し、その上面は平
面４ｂとされている。縁４ａの下端は段差部３ｃ
と当接されている。また、超音波伝達材４の下端
４ｃは外筐３の下端３ａとほぼ平行になる様に斜
にカツトされている。超音波伝達材４は円筒状の
保持部材５の外周に形成されたねじ部５ａにより
外筐３のねじ部３ｂと螺合され、超音波伝達材４
の縁４ａが押圧固定されている。超音波振動子６
は矢印７の方向から適当な押圧手段により、超音
波伝達材４の平面４ｂに押圧固定されている。超
音波振動子６が超音波伝達材４に接着されず、圧
着する構成とされているのは超音波振動子６の熱
膨脹率（α₁＝６×10^-6／℃）が超音波伝達材４の
熱膨脹率（α₂＝６×10^-6／℃）と比較して桁違い
に小さいため、一般の接着剤では大きな温度変化
に起因する両者間の歪に耐えられないためであ
る。

ただし、第２図の構成では熱変形による別の問
題が発生した。送受波器は使用時には超音波伝達
材４の下端４ｃは配管１の外面に接して押圧固定
されている。特に、曲率の小さな大口径管または
矩形管等に設置された場合には下端４ｃはほとん
ど全面拘束される。この場合、超音波伝達材４の
上面４ｂを残して全て拘束されていることにな
る。したがつて、流体の温度が100℃程度の高温
になると、第３図に示す様に超音波伝達材４の上
面４ｂが熱膨張により凸形にその中央部でΔだ
け変形し、超音波振動子６と超音波伝達材４との
接触面積が急激に減少するため、両者間の超音波
の伝達が悪くなり、送受波器としての感度が低下
するという問題があつた。

＜考案の目的＞ 本考案は、前記の従来技術に鑑み、高温の使用
に耐える送受波器を提供することを目的とする。

＜考案の構成＞ この目的を達成する本考案の構成は、超音波振
動子とこの超音波振動子によつて発生する超音波
を伝達する超音波伝達材とを有する超音波流量計
送受波器に係り、先の超音波伝達材を円筒状外筐
の中に収容すると同時に先の超音波伝達材の一方
の面に凹部を形成し、先の凹部の底面に先の超音
波振動子の一方の面を密着することを特徴とする
ものである。

＜実施例＞ 以下、本考案の実施例について図面に基づき説
明する。なお、従来技術と同一機能を有する部分
には同一の符号を付し、重複する説明は省略す
る。

第４図は本考案の実施例を示す縦断面図であ
る。外筐３の下端３ａと段差部３ｃとの間の外筐
３の内面３ｄに沿つて超音波伝達材８が挿入固定
され、外筐３の内面３ｄと超音波伝達材８との間
に、第２図に示す外筐３と超音波伝達材４との間
に形成される〓間と同様な、防爆〓間Ｓが作られ
ている。超音波伝達材８の下端８ａは外筐３の下
端３ａと同じく斜にカツトされている。超音波伝
達材８の上部には縁８ｂが設けられ段差部３ｃと
対接している。更に超音波伝達材８の上部中央に
は下端が平面の凹部８ｃが形成されている。凹部
８ｃの下端平面には超音波振動子６が設置されて
いる。超音波振動子６の上にはゴム製の絶縁板１
０が置かれ超音波振動子６は抑え板１１により押
圧されている。抑え板１１の上には抑え板１２が
置かれ、この間に皿バネ１３が介在されている。

一方、保持部材５の中央部には座ぐり部５ａが
形成され、その中央部には貫通したネジ部５ｂが
設けられている。押しねじ１４の下端外周にはね
じ部１４ａが形成され、保持部材５のネジ部５ｂ
と螺合し抑え板１２等を介して超音波振動子６を
凹部内に押圧するようになつている。ねじ部１４
ａとネジ部５ｂとが螺合された後、ネジ部１４ａ
をナツト１５で締め付け、ゆるみ止めが行なわれ
る。押しねじ１４の内部は中空となつており、こ
の中にチユーブ１６が挿入され、超音波振動子６
からのリード線１７ａ，１７ｂが引き出されてい
る。更に、押しねじ１４からのリード線１７ａ，
１７ｂの引出し部１８とナツト１５が締めつけら
れている座ぐり部５ａは共にポツテイングされて
いる。

この様に構成された超音波伝達材８をとり出し
て示した常温における形状は第５図の様に中央が
凹部となつたコツプ状となつているが、温度が上
がると第６図に示す様に超音波伝達材８の周囲は
外筐３、保持部材５で囲まれ、その底部８ａは導
管１（図示せず）で拘束されているため超音波伝
達材８の凹部８ｃの中央部は矢印Ａで示す方向に
膨脹し伸びる。しかし、同時に凹部８ｃの周辺部
も矢印Ｂの如く伸び、かつ超音波伝達材８の体積
の減少もあるので、全体としての変形量ΔLは第
３図に示す従来の変形量Δに比べて小さな値と
なる。この結果、超音波振動子６と超音波伝達材
８との密着度は温度上昇によつても大きく変化し
ないことが判る。

以上の点を第３図の従来の場合と比較して示し
たものが第７図である。これは、温度変化を20℃
から100℃として近似モデルで有限要素法を用い
て計算した結果である。横軸は半径Ｒ（＝20mm）
の超音波振動子６の中心からの距離、縦軸は変形
量δy（mm）を示す。従来の実施例の場合を三角
印、第４図の実施例の場合を黒丸印で現わしてあ
る。この図から判る様に本考案の実施例の場合に
は従来の0.25mmに対して0.11mmと約1/2の変形量
である。

以上は、超音波伝達材８の凹部８ｃの変形量と
して計算したものであるが、これを送受波器の感
度として実験により比較すると、20℃から100℃
の温度変化に対して従来は約1/10の感度の低下が
あつたのに対し、本考案の実施例によれば感度の
低下はほとんど認められなかつた。なお、現実に
は送受波器の感度は超音波伝達材８の温度により
伝音特性の変化の影響も受けるが、この実験に用
いられた超音波伝達材８の材質としてポリサルホ
ンを使用しているので、温度の上昇と共に伝音特
性も若干ながら向上する特性を示すため、第７図
に示す0.11mm程度の変形量では総合的に見て感度
の低下はみられない結果となつている。

＜考案の効果＞ 以上、実施例と共に具体的に説明した様に、本
考案によれば、超音波伝達材の一方の面の中央部
に凹部を形成し、この凹部の底面に超音波振動子
を密着固定する構成としたので、温度が上昇して
も凹部とその周辺部とが共に膨張し、このため超
音波伝達材と超音波振動子との密着度の低下が少
なくなり、さらに凹部の形成による超音波伝達材
の体積の減少ともあいまつて全体として従来に比
べて大幅に感度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波流量計の測定原理を説明するた
めの説明図、第２図は従来の送受波器の構成を説
明する縦断面図、第３図は第２図の送受波器の高
温状態の形状を示す縦断面図、第４図は本考案の
一実施例を示す縦断面図、第５図は第４図におけ
る超音波伝達材の常温における形状を示す縦断面
図、第６図は第４図の超音波伝達材の高温状態の
形状を示す縦断面図、第７図は超音波伝達材の温
度による形状の変化を示す特性図である。 １……導管、２ａ，２ｂ……超音波流量計送受
波器、３……外筐、５……保持部材、６……超音
波振動子、８……超音波伝達材、８ｂ……縁、８
ｃ……凹部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 超音波振動子とこの超音波振動子によつて発生
   する超音波を伝達する超音波伝達材とを有する超
   音波流量計送受波器において、前記超音波伝達材
   を円筒状外筐の中に収容すると同時に前記超音波
   伝達材の一方の面に凹部を形成し、前記凹部の底
   面に前記超音波振動子の一方の面を密着すること
   を特徴とする超音波流量計送受波器。