JPS62237332A

JPS62237332A - 超音波温度計用プロ−ブ

Info

Publication number: JPS62237332A
Application number: JP8154586A
Authority: JP
Inventors: Koji Murakami; 村上　弘二; Kazuya Higeta; 樋下田　和也
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 1986-04-08
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1987-10-17

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】（産業上の利用分野）本発明は、特に高温の温度計測に適した超音波温度計用
プローブに関するものである。

（従来技術とその問題点）従来、ボイラーあるいは炉内などの高温部の温度計測に
おいては、熱電対あるいは抵抗温度計が一般に使用され
ている。しかし、これらの温度計は、高温にさらされろ
温度感知部の材料が原理的に限定されてしまうため、酸
化その他寿命を縮める原因に対ずろ対策が施しにくく、
長期間の使用には不適当であった。

これに対し、音波の伝播速度の温度依存性を利用した超
音波温度計は、超音波の伝送ラインを構成する材料が、
測定原理により制約されることがないため高温の温度計
測に有望と考えられろ。この超音波温度計は、例えば第
１２図に示すように、プローブ２１は伝送中空部３とセ
ンサー中空部４を同軸に設けるとともに、而記センサー
中空部４の断面を伝送中空部３より小さくして、センサ
ー中空部３に送端面６ａと終端面７ａを形成したもので
ある。また、プローブ２１の伝送中空部３の開口端には
、超音波発振回路１５および超音波受信回路Ｉ６を接続
した超音波の送受信部１４を嵌入させ、この送受信部１
４の超音波受信回路１６に時間差測定装置（カウンター
）１７、さらにこの装置に演算処理回路Ｉ８を介して温
度表示部１９を接続して構成しである。

そして、送受信部１４よりパルス状に周期的に超音波を
プローブ２１の伝送中空部３．センサー中空部４に向け
て発振して、雨中空部の端面６ａ。

７ａで反射させ、望ましくは、第１３図に示すように、
この端面６　ａ、　７　ａからの反射波Ａ、Ｂを明瞭な
状態で送受信部【４により受信しようとしたものである
。この反射波Ａ、Ｂが受信されると、これに基いて、時
間差測定装置Ｉ７により両端面６ａ、７ａの２カ所から
の反射波の時間差△Ｌを測定し、演算処理回路Ｉ８によ
りこの時間差△ｔと両端面６　ａ、　７　ａ間の距Ｍ（
ｌとからセンサー中空部４内の音波速度を算出するとと
乙に、この音波送度から温度を算出して温度表示部１つ
て温度表示するように構成されている。

しかし、実際にはプローブ２Ｉの中空部３．４内には第
１４図に示すような音波の複雑な反射モードが混在し、
しからプローブ２１が同一材質、例えばグラファイトで
形成されているため、中空ｉｎ＜３　、４の側壁面８ａ
部分におけろ反射音のレベルは、端面６　ａ、　７　ａ
部分におけろ反射音と同レベルとなる。このため、送受
信部１４で受信する音波信号は、例えば第１５図のよう
なＳ／Ｎ比の低い信号となってしまう。プローブの寸法
形状、センザ一部の長さあるいは超音波の波長によって
は、Ｓ　／　Ｎ比が１より小さくなってしまうことらあ
る。

そのため、送端面６ａと終端面７ａとで反射されてくる
音波信号を識別し、時間差△Ｌを測定することができな
いという問題がある。

（発明の目的）本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたしので、
高温において高精度の温度計測を可能にする超音波温度
計用プローブを提供しようとするものである。

（発明の構成）面記目的を達成するために、本発明は、伝送中空部とセ
ンサー中空部を同軸に形成する超音波温度計用プローブ
において、前記センサー中空部の送端面と終端面の超音
波反射率を前記伝送中空部およびセンサー中空部の側壁
面の超音波反射率より大きくなるように形成した。

（実施例）次に、本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

第１図、第２図は本発明の第１実施例に係る超音波温度
計用プローブＩＡを示す。

このプローブＩＡは、プローブ本体２の一端からプロー
ブ本体２の軸方向に形成した伝送中空部３と、この伝送
中空部３と同軸に、かつ断面を伝送中空部３の断面より
小さく形成したセンサー中空部４の双方の中空部内に、
プローブ本体２の材料よりｌ音波反射率（以下、反射率
という７）が小さい材料からなるパイプ状の部材５を嵌
挿させて形成した乙のである。そして、このように形成
することにより中空部３．４の側壁面の反射率を、セン
サー中空部４の端面６ａ、７ａの部分の反射率より小さ
くしである。

第３図は、このプローブＩＡを炉壁１３に取付けて、炉
内温度を測定するために、適用した超音波温度計を示し
、内面劣化を防ぐために、プローブ内にＡｒガス等の不
活性ガスが封入され、前記第１２図に示す超音波温度計
とはプローブ２１とプローブＩＡとか入れ替った点を除
き、他は実質的に同一であり、互いに対応する部分には
同一番号を付して説明を省略ずろ。

この装置によれば、前述のように中空部３．４内の側壁
面８ｂ部分の反射率が端面６　ａ、　７　ａの反射率に
比較して小さいため、送受信部１４から発振された超音
波信号に対応して、端面Ｇ　ａ、　７　ａから反射され
てくる超音波信号に比べ、側壁面８ｂ部分から反射され
てくる雑・音信号は相対的に小さくなる。したがって、
送受信部１４で受信する波形は第４図に示すように、Ｓ
／Ｎ比が高いものとなり、高精度な温度計測を行うこと
ができる。特に、例えばプローブ本体２の材料をＭｏ、
Ｗとする一方、部材５としてカーボンフェルト、タング
ステンフィラメント、多孔質焼結体（例、セラミック、
Ｗ／Ｍｏ製）を用いることによ°す、プローブＩＡは高
温（２０００℃〜２４００６Ｃ）の温度計測に適したも
のとなる。

なお、第４図は反射音の検出信号出力の時間変化を示し
、ピークＡが送端面６ａからの反射音、ピークＢが終端
面７ａからの反射音を示している。

本実施例によると、プローブ本体２の材料の他にそれよ
りも反射率の低い反射防止用の部材５を選定しなければ
ならず、従来方式に比較して材料の選定が一見難しくな
るようにみえる。しかし、プローブ本体２の材料と反射
防止用の部材５との間には、熱電対の組み合せとは異な
り互いに制約条件はないので材料選定のうえで特に障害
とはならない。

ところで、上記の実施例では、反射率の低い部材５を中
空部３．４内に嵌合するようなパイプとして挿入し、中
空部３．４内の側壁部８ｂ部分での反射を軽減している
が、反射率の低い部材、例えば発心性ベーグライト、デ
ンプン等の糖類を中空部３．４の内側の側壁部にコーテ
ィングし、炭化しても差支えない。また中空部３，４の
内側の側壁部にコーティング以外の何らかの表面処理を
施し反射率を低下させてもよい。

ついで、本発明の他の実施例について説明する。

第５図、第６図は、第２実施例に係るプローブＩＢを示
し、上記同様プローブ本体２に伝送中空部３とセンサー
中空部４を形成しである。しかし、本実施例では、セン
サー中空部４の送端面６ａと終端面７ａにプローブ本体
２の材料より反射率の高い材料からなる反射板９．ＩＯ
を取付けてセンサー中空部４の送端面６ｂと終端面７ｂ
を形成しである。例えば、プローブ本体２の材料を黒鉛
、セラミックとして、反射板９．ＩＯの材料を炭化物焼
結体、高融点金属（Ｗ、Ｍｏ等）とした場合である。

このように反射率の高い反射板９．１０を取付けること
により、中空部３．４内の側壁面８ａ部分での反射等に
起因する雑音に対し、センサー中空部４の送端面６ｂ、
終端面７ｂを形成する反射板９゜１０で反射する超音波
信号の強さの相対的レベルを上げ、Ｓ／Ｎ比を高めるよ
うにしたものである。

本実施例は、プローブ本体２の材料の反射率が比較的小
さい場合に、特に有効である。

また、本実施例は、Ｓ／Ｎ比を高めるという本来の効果
の他に加工を容易にするという面でも有利である。すな
わち−通常の穴あけ加工により形成した中空部の底部端
面は平面ではなく円錐形となる。第７図は、プローブ本
体２にこのような形状の中空部３．４を形成した状態を
示し、このままではセンサー中空部４の端面６　ａ、　
７　ａから反射音を得ろことは難しい。しかし、この場
合でも、送端面６ａおよび終端面７ａに反射板９．ｌＯ
を取付けることにより、本実施例に係るプローブＩＢが
形成され、すなわちこの反射板９．１０により平面の端
面６　ｂ、　７　ｂが形成されるので、中空部形なお、
センサー中空部４の送端面６ａおよび終端面７ａを下面
に加工しておけば、この端面に反射率の高い材料をコー
ティングするなり、あるいはその部分に何らかの表面処
理をするなりして、端面６ａ、７ａでの反射率を高める
ようにしてもよい。

第９図は、第３実施例に係るプローブＩＣを示し、プロ
ーブ本体２に形成した中空部３．４内に前述のように異
物を挿入するのではなく、中空部３．４内の側壁部８ｃ
に、凹凸を設けたものである。

なお、この凹凸の具体的形状は種々のものがあるが、例
えば第１０図に示すように側壁面８０部分に幅の小さい
環状の溝１１を小刻みに多数設けることにより、あるい
は第１１図に示すように、小穴１２を多数設けることに
より形成できる。そして、これらのいずれの形状のらの
においても、中空部３．４の側壁部８０部分からの反射
を抑制できるので、他の実施例と同様に面記送受信部１
４にて反射音を高いＳ／Ｎ比で受信することができる。

−中空部４を断面円形としたが、本考案はこれに限るも
のでなく、この他例えば矩形、楕円形にしてもよい。

（発明の効果）以上の説明より明らかなように、本発明によれば、伝送
中空部とセンサー中空部を同軸に形成する超音波温度計
用プローブにおいて、前記センサー中空部の送端面と終
端面の超音波反射率を前記伝送中空部およびセンサー中
空部の側壁面の超音波反射率より大きくなるように形成
しである。

このため、プローブの中空部内の側壁面部分での超音波
の反射による雑音の影響を受けることなく、高精度の温
度計測、特に高温での温度計測が可能となり超音波温度
計の実用化に寄与し得るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明に係るプローブの第１実施例の
断面図、一部破断分解斜視図、第３図は第１図のプロー
ブを適用した超音波温度計の機器構成図、第４図は第１
図のプローブを用いたときの超音波の受信信号の一例を
示す図、第５図、第６図は本発明の第２実施例の１断面
図、一部破断分解斜視図、第７図は棒に一般的な穴を形
成した状態を示す断面図、第８図は第７図の棒に適用し
た第２実施例の断面図、第９図は本発明の第３実施例の
端面図、第１Ｏ図、第１１図は第９図の具体例を示す一
部破断分解斜視図、第１２図は従来のプローブを適用し
た超音波温度計の機器構成図、第１３図はプローブでの
超音波の受信信号の理想的な状態を示す図、第１４図は
従来のプローブでの超音波の反射状態を示すプローブの
断面図、第１５図は第１４図に示すプローブを用いたと
きの超音波の受信信号の一例を示す図である。ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ・・・プローブ、２・・プローブ本体
、３・・伝送中空部、４・・・センサー中空部、５・・
・パイプ状の部材、６　ａ、　６　ｂ・・・送端面、７
ａ、７ｂ・・・終端面、８　ａ、　８　ｂ、　８　ｃ−
側壁面、９．１０−・・反射板、ｌＩ−・・溝、１２・
・・小穴。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）伝送中空部とセンサー中空部を同軸に形成する超
音波温度計用プローブにおいて、前記センサー中空部の
送端面と終端面の超音波反射率を前記伝送中空部および
センサー中空部の側壁面の超音波反射率より大に形成し
たことを特徴とする超音波温度計用プローブ。
（２）前記側壁面部に、前記プローブ本体の材料より超
音波反射率が小さい材料を装着して形成したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の超音波温度計用プ
ローブ。
（３）前記端面部に、前記プローブ本体の材料より超音
波反射率が大きい材料を装着して形成したことを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の超音波温度計用プロ
ーブ。
（４）前記側壁面部を、凹凸を設けて形成したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超音波温度計用
プローブ。