JPH0716977Y2 - 超音波プローブ及びそれを用いた超音波流量計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、超音波プローブ及びそ
れを用いた超音波流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波を利用した計測装置として
は、超音波量計及び超音波距離等が一般に広く知られて
いる。これらの計測装置は、その計測手段として、超音
波を超音波プローブから送受信して、これらの伝播時間
の差を基にして演算を行ない測定値を表示するものと成
っている。

【０００３】図６に従来より知られている超音波流量計
を示す。この図６において、符号２０は被測定物質を通
過させる測定管を示し、符合２１及び符号２２はそれぞ
れ超音波を授受する超音波プローブを示す。また符号２
３及び符号２４は超音波プローブ２１，２２を装着する
筒体である。超音波プローブ２１，２２は、筒体２３，
２４とによって測定管２０の軸線上にそれぞれ向けて所
定傾斜角度θをもって装着されている。

【０００４】配管内の流量測定は、配管２０の内に被測
定物に対し、ブローブ２１，２２の間で超音波パルスを
Ａ，Ｂ方向に交互に繰り返して送受信し、それぞれ発信
する超音波パルスの方向と被測定物質の流れる方向に対
して、順方向の伝播時間と、逆方向の伝播時間を測定す
ることにより行なわれる。そして、それぞれの伝播時間
の差から被測定物の流速Ｖを求め、さらに配管２０の断
面積を用いることにより、単位時間当たりの流量が算定
される。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の超音波流量計おいて、図７に示すように超音波プ
ローブ２１、２２から発信された超音波パルスは、本来
の伝播経路Ａ，Ｂの他に、超音波プローブ２１，２２の
取付け接触部分２５，２６から配管２０の管壁中等を伝
って伝播する伝播経路ａ，ｂが存在する。ここで、本来
の伝播経路Ａ，Ｂにおける超音波の伝播速度は被測定物
が空気の場合で約３５０［ｍ／Ｓ］であるのに対し、伝
播経路ａ，ｂにおける伝播速度は配管が鋼管の場合で約
５０００［ｍ／Ｓ］である。これらの音速の差は、超音
波の通る媒体によって固有の超音波の伝播速度を有して
いるため生ずるものであり、経路ａ，ｂを伝播してくる
パルス波の方が、本来の経路Ａ，Ｂを伝播してくるパル
ス波より早く受信側の超音波プローブに到達するという
現象が生じてしまう。また、この経路ａ，ｂを伝播する
パルス波は、複数の経路が存在する上に、複数の部品の
中を伝播していくため、部品同士の接触部の境界におけ
る反射や、この残響が重畳される。このため、著しく長
い尾を引いたパルスとなり、本来情報として欲しい経路
Ａのパルス波と重なる。このため、この受信波の検出
が、困難になるという不都合があった。さらに、伝播時
間の測定誤差を生じ、従って流量測定そのものの精度も
著しく低下するという不都合があった。

【０００６】図８にこれら従来例における各状態の受信
波形を示す。図８（ａ）は経路Ａを伝播する本来の受信
波、（ｂ）は測定管を伝播する妨害波を示す。一般に伝
播時間の測定はゼロクロス点において行うため、その点
の拡大図を同図（ｃ）および（ｄ）に示す。本来の受信
波（実線）と妨害波（点線）の位相関係は、伝播経路
長，伝播媒体の音速，被測定流体の流速等の条件によっ
て変化するため、種々条件が考えられるが、ゼロクロス
点における妨害波がプラス（＋）の最大値になる場合を
（ｃ）、妨害波がマイナス（−）の最大値になる場合を
（ｄ）に示す。この場合、（ｃ）では、時間軸に対して
本来の受信時刻ｔよも測定点ｔ’が遅くなり、同図右方
にずれる。また（ｄ）では、時間軸に対して本来の受信
時刻ｔよりも測定点ｔ’が早くなり、同図左方にずれ
る。これらの結果として図９に示すように、正規の受信
波の他に妨害波が重畳され、このため、伝播時間の測定
が不正確になり測定精度が低下する、という不都合があ
った。一方、同様の事態が、他の計測装置、例えば送受
信プローブを別々に装備した反射形の超音波距離測定装
置においても生じていた。

【０００７】

【考案の目的】本考案の目的は、かかる従来例の有する
不都合を改善し、特に雑音の混入を有効に排除するとと
もに、測定精度の向上を図った超音波プローブ及びそれ
を用いた超音波流量計を提供することを、その目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案では、超音波振動
子を一端部に装備した振動子保持体と、この振動子保持
体を支持する支持部材とを備えた超音波プローブを設
け、この超音波プローブが備えている振動子保持体と支
持部材との間に、吸振部材を介装する、という構成を採
っている。

【０００９】さらに、本考案では、配管を介して所定距
離を隔てて配設された流量測定用の一対の超音波プロー
ブと、この超音波プローブを配管の軸線に対して所定の
傾斜角をもって着脱自在に且つ密封状態に装備するプロ
ーブホルダとを備えている。そして、超音波プローブ
を、振動子保持体とこれを支持する支持部材とを有し且
つ当該振動子保持体と支持部材との間に吸振部材を備え
たものを使用する、という構成を採っている。これらに
よって前述した目的を達成しようとするものである。

【００１０】

【作用】超音波振動子が振動すると、その振動波（超音
波）は振動子保持体内にも伝播し、続いて支持部材側へ
伝播する状態となる。一方、この支持部材と振動子保持
体との間には吸収部材が介装されていることから、この
吸収部材の作用により支持部材側へ伝播する超音波成分
は有効に遮断される。

【００１１】

【第１実施例】以下、本考案の第１実施例を図１に基づ
いて説明する。この図１において、符号２０は配管を示
し、符合２１は超音波プローブ用のプローグホルダを示
す。このプローブホルダ２１は、配管２０の内壁に一端
部を開口した開口部２７を有するとともに、この配管２
０の軸線上に、所定の傾斜角度をもってそれぞれに対向
して配設されている。

【００１２】一方、このプローブホルダ２１には、振動
子保持部材１，支持部材２及び制御部８から成るプロー
ブ全体が装着されている。振動子保持部材１の配管２０
側一端部には、超音波発振源となる振動子６が装着され
ており、またこの振動子保持部材１の中央部と他端部に
は、該振動子保持部材１の外径に沿って突出された鍔部
１ａ，１ｂがそれぞれ設けられいる。そして、この鍔部
１ａと１ｂに囲まれた軸部１ｃの当該鍔部１ａと１ｂと
が交わる角部に、弾性部材から成る平リング状のタンパ
ー５およびＯリング３，４（吸振部材）がそれぞれ組み
込まれている。これらの吸振部材が組み込まれた軸部１
ｃは、筒状の支持部材２の内径部に貫入される。そし
て、この様に振動子保持部材１を装着した支持部材の鍔
部２ａはプローブホルダ２１の終端部へフクロナット３
０でネジ止めされるとともに、Ｏリング２８によりシー
ルされる。また、超音波振動子６への信号の送受は、支
持部材２の終端部にネジ止め係止された制御部８から、
振動子保持部材１とを連結する（図示せず）ケーブルに
よって行われる。

【００１３】この様な構成によって振動子保持部材１は
組み込まれているので、振動子保持部材１の軸部１ｃ
は、適度に離れた長手方向に２箇所にＯリング３，４を
介して支持部材２の内径部に間隙を持って保持されてい
る。このため、振動子保持部材１は軸線長手方向（超音
波振動子の振動方向）のみの自由度が生じる。また、振
動子保持部材の鍔部１ａと支持部材２との長手方向での
接触点には、ダンパー５が装備されている。これによ
り、振動子保持部材１と支持部材２との絶縁が可能とな
っている。

【００１４】次に、上記実施例の動作について説明す
る。図１において、超音波振動子６は、制御部８により
ケーブル（図示せず）を介して信号を受けるとともに超
音波振動を開始する。そして、これにより生じた超音波
９は、測定管の開口部２７を通り被測定物中を通過す
る。そして、配管２０の同軸上に所定の傾斜角度を持っ
て互いに対向する他方に配設された図１と同様の超音波
振動子（図示せず）との間で、この超音波の送受が行わ
れる。この時、超音波振動子６を保持する振動子保持部
材１も超音波振動子６とともに振動する。この超音波振
動は振動子保持部材１の軸線長手方向と同一の前後振動
であるので、振動子保持部材１は、保持部材中央部の軸
部１ｃを所定の間隔をもって長手方向に２箇所弾性部材
のＯリング３，４を介して支持部材２の内径部に間隙を
持って保持されているため、軸線長手方向（超音波振動
方向）に従動した柔軟的な動きが行なえる。

【００１５】図５に従来例の場合と同一の条件で送受信
した場合の受信側で測定した受信波も測定結果を示す。
これによると妨害波部分が大幅に少なくなっていること
がわかる。

【００１６】

【第２実施例】図２に第２実施例を示す。この図２に示
す第２実施例は、前述した振動子保持部材１の終端部を
延長して、制御部８のケース１０と直接ネジ止め係止し
たものである。このため、振動子保持部材１とプローブ
ホルダ２１とが配管２０と直接接触している支持部材２
を介さずに接続されるので、配管２０を伝播媒体とする
妨害波から振動子保持部材１に装着された超音波振動子
６を隔離することができる。なお、他の構成は、第１実
施例と同様のものと成っている。

【００１７】

【第３実施例】図３ないし図４に第３実施例を示す。こ
の図３ないし図４に示す第３実施例は、前述した振動子
保持部材１とこの保持部材１を貫入保持する支持部材２
との嵌合部に、合対向する軸線長手方向に溝部１３，１
３ａ，１４，１４ａを設けている。そして、この溝部に
は鋼球１１，１１ａ，１２，１２ａをそれぞれ配設した
構成となっている。このため、支持部材との間隙部にリ
ニアベアリング状の摺動機構部を設けた振動子保持部材
１は、軸線長手方向（超音波振動方向）に対して自由に
従動した動きが行なえる。一方、この振動子保持部材１
の終端部には空間部７を通して、弾性部材等から成るス
プリング１３を装着することにより、上述した振動子保
持部材１の軸線長手方向（超音波振動方向）の動きに対
応した柔軟的な動きが行なわれている。

【００１８】ここで、上述した各実施例では、超音波プ
ローブを超音波流量計について本考案を実施した場合の
実施例であるが、この超音波プローブは超音波距離計等
について実施したものであってもよい。

【００１９】

【考案の効果】本考案は以上のように構成され機能する
ので、これによると、超音波振動子とともに共振する振
動子保持部材の振動を支持部材から外部への伝達を防止
できるため、送信時に超音波プローブと接触した配管へ
超音波振動の伝播を有効に遮断することができ、受信時
には配管壁内を伝播してくる妨害波を超音波プローブ部
分で遮断できる。このため、妨害波が重畳されることが
防止されることとなる。このため、流量測定にあって
は、ノイズの同時受信を有効に防止することができ、従
って、妨害波の重畳されない安定した精度の高い流量測
定が可能になる。また、プローブホルダ内部に装着され
た超音波プローブとの間隙に、ダスト等が堆積すること
によってホルダ内部と超音波プローブとの間に音響的カ
ップリングが生じた場合においても、超音波プローブの
振動子保持部材は外部との絶縁が保たれるため、妨害波
の影響を防ぐことが可能となり、かかる点においても精
度を著しく向上させることができるという従来例にない
実用的な超音波プローブ及びそれを用いた超音波流量計
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例を示す横断面図

【図２】第２実施例を示す横断面図

【図３】第３実施例を示す縦断面図

【図４】図３内のＡ−Ａ’線に沿った断面図

【図５】図１の実施例における受信波の状態を示す線図

【図６ないし図７】従来例を示す一部切り欠いた説明図

【図８】従来例の受信波のゼロクロス点に対する妨害波
の干渉例を示す説明用線図

【図９】従来例の受信波の状態を示す線図

【符号の説明】

１ 振動子保持部材 ２ 支持部材 ３ 弾性部材 ４ 弾性部材 ６ 超音波振動子 ２０ 配管 ２１ フローブホルダ

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波振動子を一端部に装備した振動子
   保持体と、この振動子保持体を支持する支持部材とを備
   えた超音波プローブにおいて、前記振動子保持体と支持
   部材との間に、吸振部材を介装したことを特徴とする超
   音波プローブ。
2. 【請求項２】 前記吸振部材が、少なくとも前記超音波
   振動子の振動方向に沿った方向の吸振機能を備えている
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
3. 【請求項３】 配管を介して所定距離を隔てて配設され
   た流量測定用の一対の超音波プローブと、この超音波プ
   ローブを前記配管の軸線に対して所定の傾斜角をもって
   着脱自在に且つ密封状態に装備するプローブホルダとを
   備え、前記超音波プローブを、振動子保持体とこれを支
   持する支持部材とを有し且つ当該振動子保持体と支持部
   材との間に吸振部材を備えたものを使用することを特徴
   とする超音波流量計。