本发明涉及一种用于各种产业领域中且对配管中的流体流量进行测定的超声波式流量计。
背景技术：
超声波式流量计中，例如在曲柄(crank)型的管路部的两端固定着进行超声波束的发送、接收的压电元件部。分别测量利用这些压电元件部从供流体流动的管路部的一端向另一端、从另一端向一端传播超声波束的时间，根据传播时间之差测定流经管路部的流体的流速。
所述曲柄型的管路部一般来说为合成树脂制，需要直管部、入口管路、出口管路、直管部的两侧的压电元件部的安装部。该管路部因构造复杂，所以难以利用一次射出成型而成型，通过分成几个零件成型并将这些零件组合后接合而制造。
专利文献1中公开了这种超声波式流量计。如图9所示，应测定的流体呈曲柄型通过入口管路1、直管部2、出口管路3，基于直管部2中超声波束的传播速度而测定。在直管部2的两侧安装着压电元件部4a、4b，利用压电元件部4a、4b在直管部2内交替地发送、接收超声波束。
压电元件部4a、4b收纳在与入口管路1、出口管路3一体形成的筒部5a、5b内，且贴附于直管部2的两侧部的内壁6a、6b，压电元件部4a、4b连接着导线7a、7b。而且，为了保护压电元件部4a、4b，盖螺帽(cap nut)状的外罩8a、8b从筒部5a、5b的外侧螺合。
而且，在被测定流体为腐蚀性流体的情况下，供流体通过的入口管路1、直管部2、出口管路3的材料需要高价的耐腐蚀性树脂，例如必须使用作为氟树脂的PTFE(polytetrafluoroethylene；聚四氟乙烯)、PFA(Polyfluoroalkoxy；四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)。筒部5a、5b因与入口管路1、出口管路3一体成型，所以不得不使用耐腐蚀性树脂。
另外，同样地关于安装于筒部5a、5b的外罩8a、8b，由于是旋入构造，因而优选考虑膨胀率等而使用与筒部5a、5b相同的材料。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2013-104838号公报。
技术实现要素：
[发明所要解决的问题]
所述现有例中，构造方面，外罩8a、8b利用旋入以包围收纳压电元件部4a、4b的筒部5a、5b的方式安装，因而外罩8a、8b的容积增大。此外，导线7a、7b在直管部2的延长线方向上抽出，存在超声波式流量计的设置部位受到限制的问题。
而且，对半导体制造设备中使用的超声波式流量计而言，因要对腐蚀性流体进行处理，所以如所述那样，管路部必须使用耐腐蚀性树脂。然而，耐腐蚀性树脂的价格要高于例如聚乙烯、聚丙烯等普通的合成树脂材料，如果将耐腐蚀性树脂甚至用到并不会与液体接触的筒部5a、5b或外罩8a、8b，则制造成本会增高。
此外，现有的超声波式流量计中，存在当在筒部5a、5b内装入压电元件4a、4b后，焊接导线7a、7b等的组装作业变得繁杂的问题。而且，在使用中压电元件等发生故障的情况下，无法在现场简便地仅更换压电元件等。
本发明的目的在于解决所述问题，提供如下的超声波式流量计：将具有由廉价材料构成的外罩部的超声波收发单元与供流体流动的管路部分开地组装，因而成为对管路部的安装容易，压电元件周围紧凑的构造，且价格低廉。
[解决问题的技术手段]
用于达成所述目的的本发明的超声波式流量计由供流体流动的曲柄型的管路部、及装卸自如地安装于该管路部的直管路的两侧的一对超声波收发单元所构成，所述超声波式流量计的特征在于，所述超声波收发单元具备外罩部、配置于该外罩部内且收发超声波束的压电元件部、及与该压电元件部连接而从所述外罩部向外侧抽出的缆线部，从所述压电元件部的收发面向所述直管路内收发超声波束，基于超声波束的传播速度测定流经所述直管路的流体流量。
而且，根据实施例，所述压电元件部的收发面露出设置在所述超声波收发单元的开放端部。
此外，根据其他实施例，所述超声波收发单元的开放端部由内接所述压电元件部的收发面的前面板所覆盖。
[发明的效果]
根据本发明的超声波式流量计，能够在直管路的两侧容易地安装独立个体的超声波收发单元，变得紧凑，进而高价的耐腐蚀性树脂的使用量少即可。
附图说明
图1是实施例1的超声波式流量计的分解立体图。
图2是超声波式流量计的立体图。
图3是组装状态的超声波式流量计的剖视图。
图4是在管路部将超声波收发单元安装的过程的立体图。
图5是实施例2的超声波式流量计的分解立体图。
图6是组装状态的超声波式流量计的剖视图。
图7是超声波收发单元的放大剖视图。
图8是在管路部将超声波收发单元安装的过程的立体图。
图9是现有例的超声波式流量计的剖视图。
具体实施方式
基于图1至图8中图示的实施例对本发明进行详细说明。
[实施例1]
图1是实施例1的超声波式流量计的分解立体图，图2是已组装的状态下的立体图，图3是剖视图，图4是在管路部安装超声波收发单元的过程的立体图。
本实施例1的超声波式流量计主要由如下构成：供流体流过的管路部10，及安装于该管路部10的两侧的一对超声波收发单元20。
管路部10由如下构成：直管路11；入口管路12，利用热熔接等呈L字状结合于该直管路11的一端部，使流体从直角方向流入直管路11；及出口管路13，呈L字状结合于直管路11的另一端部，从直管路11朝向直角方向排出流体。而且，入口管路12、出口管路13相对于直管路11配置成所谓曲柄型。
管路部10例如由PTFE、PFA等耐腐蚀性树脂构成，利用热熔接等接合通过射出成型等个别成型的直管路11、入口管路12、出口管路13。另外，通过在管路部10中采用透明体，而能够通过目视来确认流体的流动。
入口管路12、出口管路13例如设内径为4mm，直管路11也设内径为4mm。另外，直管路11的两端的内径随着朝向入口管路12、出口管路13的主体部12a、13a而呈锥状扩大，从而不会产生流路阻力。
入口管路12与出口管路13使用相同形状的构件，由具有剖面L字状的流路的主体部12a、13a及相对于这些主体部12a、13a连结于上游侧及下游侧的管体部12b、13b所构成。
这些主体部12a、13a及管体部12b、13b利用热熔接等接合，在管体部12b、13b的前端分别连结流体管路而使用。
在配置于直管路11的两侧的主体部12a、13a设置着壁面12c、13c，该壁面12c、13c处于剖面L字状的流路的角部附近，呈与直管路11的轴方向正交的平面状且相互对向。
在这些对向的壁面12c、13c的外侧分别装卸自如地安装着内部有压电元件部的超声波收发单元20。
在主体部12a、13a的外周部，沿着直管路11的轴方向分别设置着一对螺杆插通孔12d、13d及供超声波收发单元20的引导片抵接的各一对引导接收部12e、13e。
两个超声波收发单元20设为相同形状，且由如下构成：合成树脂制的外罩部21，由FRP(Fiber Reinforced Plastics；纤维增强塑料)等构成；收发部22，固定于该外罩部21内；以及缆线部23，连接于该收发部22且从外罩部21的一部分向外侧的流量运算测定部抽出。
外罩部21为利用一般使用的廉价且硬质的合成树脂材料成型的大致筒状，向管路部10的安装侧即前部为开放端部，后部封闭。
在外罩部21设置着：收纳部21a，收容收发部22；及一对螺孔21b，分别供插通入口管路12、出口管路13的螺杆插通孔12d、13d的2根螺杆31、32的前端旋入。
而且，在将外罩部21向入口管路12及出口管路13安装时，将具有针对引导接收部12e、13e的引导功能的一对引导片21c朝向主体部12a、13a设置于外罩部21的外侧部。进而，在外罩部21的外端部穿设着不通过收纳部21a内的小孔21d。
收纳部21a内的收发部22由压电元件部22a、保持部22b、导线22c、调整螺杆22d构成。压电元件部22a进行超声波束的发送、接收，保持部22b供压电元件部22a嵌合，且保持为相对于收纳部21a无法旋转且无法前后移动，导线22c连接于压电元件部22a且从设置于保持部22b的孔部抽出，调整螺杆22d例如由合成树脂材料构成，螺合于设置在保持部22b的中央的螺孔，推压并调整压电元件部22a。
压电元件部22a呈薄型圆板状，视需要在其表面贴附相同形状的音响整合板22e。以该音响整合板22e露出于外侧的方式利用保持部22b来保持压电元件部22a。
另外，在所连结的主体部12a、13a与外罩部21之间插入O型环24，从而具有防止水从它们之间向收纳部21a内浸入的防水功能。
在外罩部21的后方侧，设置着相对于压电元件部22a的面方向平行且向上方向延伸的筒状的缆线抽出部21e，导线22c在收纳部21a内焊接于缆线部23。缆线部23经由该缆线抽出部21e从收纳部21a内抽出，其另一端能够连接于未图示的流量运算测定部。
防水衬套23a插通至缆线部23，使得水不会从缆线抽出部21e浸入收纳部21a内。另外，实施例1中，将缆线抽出部21e朝向上方设置，但也可朝向下方或者侧方形成。
而且，支撑具33能够安装于直管路11，利用支撑具33中设置的安装孔来支撑超声波式流量计。
组装时，将管路部10与超声波收发单元20分开地组装。超声波收发单元20中，将导线22c连接于收纳部21a内的缆线部23后，将螺合着调整螺杆22d的保持部22b从收纳部21a的开放端部侧插入，利用未图示的固定机构将保持部22b在收纳部21a内固定而无法旋转且无法前后移动。
接下来，将前表面贴附着音响整合板22e而一体化的收发部22从前部的开放侧插入到收纳部21a内，以卡在外罩部21的前方而收发面朝向前方的方式加以固定。
在将如所述那样组装的超声波收发单元20连结于管路部10的两侧时，如图4所示，在音响整合板22e与壁面12c、13c之间，插入由超声波容易传递的柔软物质所构成的传递介质即例如片状的硅胶或者配置润滑脂。经由这些传递介质而管路部10与超声波收发单元20之间的超声波的传播成为可能。
进而，使引导片21c沿入口管路12、出口管路13的引导接收部12e、13e滑动，而成为将外罩部21向主体部12a、13a的外侧压入的状态。
然后，将螺杆31、32分别插通到螺杆插通孔12d、13d中，进而将螺杆31、32旋入固定于螺孔21b，由此，超声波收发单元20的安装面抵接于管路部10的壁面12c、13c。然后，超声波收发单元20连结于管路部10的直管路11的两侧而一体化。
同时，外罩部21与壁面12c、13c之间利用O型环24而成为防水状态，硅胶或润滑脂以稳定的状态得以保持。
接下来，对压电元件部22a的输出进行调整。将两个缆线部23的端部连接于流量运算测定部，一边使一压电元件部22a的超声波束输出由对向的另一压电元件部22a接收，一边从外罩部21的小孔21d插入螺丝刀，使调整螺杆22d相对于保持部22b旋转。
调整螺杆22d的前端对压电元件部22a的背面进行按压，使收发面相对于壁面12c、13c的密接度发生变化，由此，各个超声波收发单元20的压电元件部22a的收发性能被调整为预定的值。
另外，此时，也能够视需要，使基准流量的液体实际在管路部10中流动，从压电元件部22a向直管路11内交替地收发超声波束，而校正压电元件部22a相对于实际流量的收发性能。
当该调整结束时，将硬化性的硅树脂25等从外罩部21的小孔21d填充到收纳部21a内而使其硬化。由此，调整螺杆22d的紧固量固定，并且防止水浸入收纳部21a内，收纳部21a内的电气绝缘性得以确保。另外，即便不填充硅树脂25，也能够通过利用其它构件的密封材料来密封小孔21d，从而将收纳部21a内设为防水构造。
如所述那样组装的超声波式流量计中，使被测定流体在管路部10中流动，利用连接于压电元件部22a的流量测定运算部，分别测量出在壁面12c、13c间利用一对压电元件部22a交替地收发的超声波束在直管路11内的传播速度，从而能够测定出流体的流速，即流体流量。
本实施例1中，通过将超声波收发单元20相对于直管路11安装于两侧，而比起如现有例这样一体地组装压电元件部的超声波式流量计更为小型，缆线部23也能够朝向侧方抽出，组装也容易。而且，能够使用直径比现有例大的压电元件部22a，能够增大压电元件部22a的输出，因而精度进一步提高。
而且，超声波收发单元20的外罩部21因能够使用价格比管路部10低廉的合成树脂材料，所以能够更廉价地制造超声波式流量计。
此外，在超声波收发单元20发生了故障的情况下，也能够将螺杆31、32卸下从而将超声波收发单元20从管路部10卸下，更换新的超声波收发单元20。
[实施例2]
图5是实施例2的超声波式流量计的分解立体图，图6是剖视图，图7是超声波收发单元的放大剖视图，图8是在管路部安装超声波收发单元的过程的立体图。而且，外观立体图与实施例1大致相同。另外，与实施例1相同的符号表示相同的构件。
实施例1中，在超声波收发单元20的外罩部21的开放端部侧直接配置着压电元件部22a，与此相对，在实施例2的两个超声波收发单元20’的外罩部21的开放端部侧配置着合成树脂制的前面板26，而使外罩部21内封闭。
该前面板26是由FRP等构成的能够传播超声波的合成树脂板，呈一端封闭的短圆筒形状，压入到前部开放的外罩部21内。而且，包含压电元件部22a的收发部22内接在前面板26的里侧。
收纳部21a内的构造与实施例1大致相同，收发部22的主零件固定于保持部22b。而且，前面板26嵌合于保持部22b，得到固定而不会拔出，在前面板26的筒状部的外周配置着O型环27，液体不会从外罩部21的内壁与前面板26的外周之间浸入收纳部21a内。
在进行超声波收发单元20’的组装时，将导线22c从外罩部21的开口部拉入到收纳部21a内，并将导线22c连接于从缆线抽出部21e拉入的缆线部23。接下来，将安装着调整螺杆22d的保持部22b插入到收纳部21a内，将保持部22b在收纳部21a内固定而无法前后移动且无法转动。
然后，将一体化着音响整合板22e而成的压电元件部22a压入到收纳部21a内。使压电元件部22a的里侧抵接于已安装的调整螺杆22d的前端，从而决定该压入位置。
此外，将前面板26压入到收纳部21a内，利用保持部22b将前面板26固定而使其无法前后移动。该状态下，音响整合板22e与压电元件部22a以重叠于前面板26的圆板部的背面的方式定位。
如所述那样组装的超声波收发单元20’中，将缆线部23连接于流量测定运算部而进行压电元件部22a的收发调整。该调整是在将与应测定的流体同等的流体填充到直管路的示意性的管路部单元中安装超声波收发单元20’，利用一压电元件部22a及配置在直管路的对向侧的压电元件部22a，一边交替地收发超声波束一边进行调整。
与实施例1同样地，从外罩部20的小孔21d插入螺丝刀而使调整螺杆22d旋转，通过调整前面板26对压电元件部22a的按压力来进行收发调整。由此，使经由缆线部23的压电元件部22a的收发性能成为预定的值。
这样，在结束了压电元件部22a的收发性能的调整的超声波收发单元20’中，与实施例1同样地视需要向收纳部21a内填充硅树脂25等，而确保零件的固定及电气绝缘性。
经组装的超声波收发单元20’在已得到调整的状态下保管或搬运，由于利用O型环27、防水衬套23a而进一步防止从小孔21d向收纳部21a内浸入的水，所以并无水会进入到内部的担心，经调整的性能得以维持。
使用时，将超声波收发单元20’如图8所示那样相对于管路部10配置，为了使超声波容易传递而在前面板26与壁面12c、13c之间插入片状的硅胶或润滑脂的介质，且与实施例1同样地利用螺杆31、32进行固定。由此，在直管路11的两侧安装超声波收发单元20’并一体化，前面板26与壁面12c、13c之间利用防水用的O型环24封闭，而防止润滑脂等的漏出。
该实施例2的超声波收发单元20’是预先如所述那样进行组装并已调整了压电元件部22a，能够视需要与故障的超声波收发单元进行更换而应急地使用。然而，如果时间充裕，则当然能够与实施例1同样地，相对于实际的管路部10安装而进行调整。
而且，在心脏手术等中利用超声波流量计测定血流量的情况下，为了防止感染症等，多数情况下是对每个患者更换流量计而一次性使用。然而，因该情况下会将不与血液接触的压电元件部等作为一次性使用而造成经济上的损失。因此，仅将供血液流通的管路部10作为一次性使用的部分，而使超声波收发单元20’相对于新的管路部10重复安装，由此，不需要使超声波流量计全部为一次性使用。
图中：
1、12 入口管路
2 直管部
3、13 出口管路
4a、4b、22a 压电元件部
5a、5b 筒部
6a、6b 内壁
7a、7b、22c 导线
8a、8b 外罩
10 管路部
11 直管路
12a、13a 主体部
12b、13b 管体部
12c、13c 壁面
12d、13d 螺杆插通孔
12e、13e 引导接收部
20、20’ 超声波收发单元
21 外罩部
21a 收纳部
21b 螺孔
21c 引导片
21d 小孔
21e 缆线抽出部
22 收发部
22b 保持部
22d 调整螺杆
22e 音响整合板
23 缆线部
23a 防水衬套
24、27 O型环
25 硅树脂
26 前面板
31、32 螺杆
33 支撑具