JP2015075460A - 状態量の検出装置及び検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査物の内部にセンサを配置することによって被検査物の状態量を検出する状態量の検出装置において、センサの押し付け力を大きくして被検査物に強固に固定する。
【解決手段】例えばボルトなどの被検査物Ｂに形成された孔Ｈの内周に密着する形状と、孔Ｈの内周との間に間隙を有する形状との間で弾性変形可能な支持部材２と、支持部材２に取り付けられたセンサ３と、を有する状態量の検出装置１を提供する。支持部材２によってセンサ３は孔Ｈの内部に密着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検査物の内部にセンサを配置することによって被検査物の状態量を検出する状態量の検出装置及び検出方法に関する。

例えば、蒸気タービン、ガスタービン、エンジンなど、高温状態で回転する部材、管体を有する機械においては、温度上昇により部材に応力が発生することで強度低下が懸念される。このため、設計通りの温度になっているかを、実機の稼働状態で計測するニーズがある。管体の内面の温度を計測するための装置としては、特許文献１に記載されているような装置が知られている。

特表２０１１−５０４５９０号公報

しかしながら、実機の計測では部材の構成や形状によってセンサ取り付けに制約があり、所望の計測点に適切に取り付けることが難しい場合がある。部材に形成された孔や、管体の内部などの温度計測では、孔内面の計測が必要となり、センサを取り付けるための構造が複雑となる。
特に、回転したり振動したりする部材の計測においては、センサを取り付けるための治具そのものに遠心力がかかり、センサの押し付け力の低下や、振れ・動きが発生し、不正確な計測となることが懸念される。特許文献１に記載されている装置は、センサを孔や管体の内部に密着させるための構造を有しているが、構造が複雑であり、特に、多数の計測点を測定する必要がある場合においては好適ではない。

本発明は、押し付け力が大きく、被検査物に強固に固定できる状態量の検出装置を提供する。

本発明の第一の態様によれば、状態量の検出装置は、被検査物に形成された孔の内周に密着する形状と、前記孔の内周との間に間隙を有する形状との間で弾性変形可能な支持部材と、前記支持部材に取り付けられたセンサと、を有することを特徴とする。

上記構成によれば、その外形が孔の内周の断面形状と近似する支持部材自身の弾性力によって支持部材と孔とが密着するため、押し付け力の大きな状態量の検出装置とすることができる。

上記状態量の検出装置において、前記孔は円形断面であり、前記支持部材は、一部が切り欠きされた円筒状をなすことが好ましい。
上記構成によれば、より容易に検出用の孔を形成することができる。また、支持部材の板厚により容易に押し付け力を調整することができる。

前記センサは前記支持部材の外周に取り付けられている構成としてもよい。
上記構成によれば、センサが被検査物と支持部材との間に配置されるため、センサを直接的に被検査物に密着させることができる。

上記状態量の検出装置において、前記センサは前記支持部材に埋め込まれている構成としてもよい。
上記構成によれば、主に被検査物と支持部材とが接触することによって、センサにかかる力を低減することができる。また、支持部材の全体が被検査物の内周に密着することによって、支持部材の位置が安定して精度を高めることができる。

前記支持部材の外面に凹凸を形成してもよい。
上記構成によれば、被検査物と支持部材との間の摩擦がより大きくなるため、支持部材の位置を安定させることができる。

上記状態量の検出装置において、前記凹凸は、前記支持部材の外面の一部に形成された複数の第一溝条と、前記支持部材の外面の他部に形成された前記第一溝条とは異なる方向に延在する複数の第二溝条であってよい。
上記構成によれば、被検査物と支持部材との間に異なる方向の摩擦力が発生することにより、より支持部材の位置を安定させることができる。

また、本発明の第二の態様によれば、状態量の検出方法は、被測定部に形成された孔の内周との間に間隙を有する形状に支持部材を拘束する工程と、弾性変形状態の前記支持部材をセンサとともに前記孔に挿入する工程と、前記拘束を解いて前記支持部材を前記孔の内周に密着させる工程と、密着状態でセンサによる検出を行うことを特徴とする。

本発明によれば、その外形が孔の内周の断面形状と近似する支持部材自身の弾性力によって支持部材と孔とが密着するため、押し付け力の大きな状態量の検出装置とすることができる。

本発明の第一実施形態の検出装置の斜視図である。 本発明の第一実施形態の検出装置の第一の状態の軸方向から見た断面図である。 本発明の第一実施形態の検出装置の第二の状態の軸方向から見た断面図である。 本発明の第二実施形態の検出装置の斜視図である。 本発明の第二実施形態の検出装置の変形例の斜視図である。 本発明の第三実施形態の検出装置の斜視図である。 本発明の第四実施形態の検出装置の斜視図である。

（第一実施形態）
本実施形態の状態量の検出装置は、例えば、蒸気タービンの車室を連結するボルトの内部の温度などの状態量を測定するための装置である。
図１に示すように、本実施形態の状態量の検出装置１は、支持部材２と、支持部材２の外周面に取り付けられているセンサ３と、を有しており、被検査物であるボルトＢに形成されている穴Ｈに挿入されて使用されるものである。穴Ｈは、断面円形の有底穴であり、例えばドリルによって穿孔することができる。穴Ｈの深さは、測定位置に応じて設定されている。穴Ｈは貫通孔としてもよいし、予めボルトＢに形成されている穴でもよい。

センサ３は、金属保護管（シース）の内部に熱電対素線を封入することによって配線としたシース熱電対である。センサ３の温接点６は、支持部材２の外周面に取り付けられている。
センサ３は、金属箔テープ７で配線８を支持部材２の外周面を貼り付けることによって取り付けられている。センサ３の取り付け方法はこれに限ることはなく、例えば、温接点６を接着剤によって支持部材２の外周面に接着してもよい。
配線８は、穴Ｈの外部に延ばされ、所定の測定機器に接続されている。

支持部材２は、断面Ｃ型形状のバネ状部材である。具体的には、支持部材２は、一部が切り取られた円筒状を成しており、中心軸に直交する断面形状が、被検査物であるボルトＢの穴Ｈに近似する形状とされている。
支持部材２は、所定の外力によって弾性変形可能に形成されている。即ち、所定の外力をかけることによって支持部材２は、切り取られた部分Ｃを介して対向する縁部５が接近するように、変形させることができる。
以下、支持部材２において、最も縁部５同士が接近する状態を第一の状態と呼び、外力をかけずに、縁部５同士が最も離間する状態を第二の状態と呼ぶ。

図２に示すように、支持部材２は、第一の状態、即ち、支持部材２を縮めた状態において、穴Ｈの内周面と支持部材２の外周面との間に間隙Ｇが設けられるように形成されている。
また、支持部材２は、第二の状態において、穴Ｈの内周面と支持部材２の外周面とが密着するように形成されている。図３に示すように、支持部材２を穴の内部に挿入した状態では、センサ３の温接点６が取り付けられている位置の周囲においては、支持部材２と穴Ｈとは密着せず、温接点６が支持部材２と穴Ｈとに密着する。

穴Ｈの内径は、第一の状態における支持部材２の外径よりも大きく、第二の状態における支持部材２の外径よりも小さく形成されている。
センサ３の温接点６は、支持部材２の外周面であって、第一の状態と第二の状態とで最も変形する箇所に取り付けられている。

支持部材２を構成する材料としては、伝導率が高く、上述するような弾性力を発揮し、耐熱性を有する材料から適宜選択される。例えば、ステンレスのような金属が好ましい。
また、支持部材２の板厚も、支持部材２と穴Ｈとの間の押し付け力に応じて適宜設定される。板厚が薄い場合、支持部材２の変形が容易となる一方で、押し付け力が弱くなり、厚い場合、変形が困難となる一方で、押し付け力が強くなるため、これらのバランスから適宜決定することが好ましい。換言すれば、支持部材２は、板厚を変更することにより、バネ力（穴Ｈへの押し付け力）を調整することができる。

また、支持部材２の軸方向の長さをＬ、穴Ｈの内径をＲとすると、Ｌ≧Ｒとすることが好ましい。即ち、支持部材２の長さ寸法は、穴Ｈの内径寸法以上とすることが好ましい。

測定の際は、まず、支持部材２を縮めて、穴Ｈの内周面との間に間隙Ｇを有する形状（第一の状態）で拘束する。次いで、この弾性変形状態の支持部材２を穴Ｈの内部に挿入する。次いで、測定位置で支持部材２の拘束を解いて、支持部材２の弾性力により穴Ｈの内周面に支持部材２の外周面を密着させる。この際、支持部材２の外周面と穴Ｈの内周面とは面接触状態となる。これにより、センサ３の温接点６も穴Ｈの内周面、即ち、被検査物に密着する。そして、所定の測定機器により、被検査物であるボルトＢの温度を測定することができる。

上記実施形態によれば、支持部材２の外形が穴Ｈの内周面の断面形状と近似しており、支持部材２自身の弾性力によって支持部材２と穴Ｈとが密着するため、支持部材２の位置が安定する。これにより、押し付け力の大きな状態量の検出装置１とすることができる。

また、被検査物であるボルトＢに形成する穴Ｈを断面円形としたため、より容易に検出用の穴Ｈを形成することができる。
また、支持部材２の形状を断面Ｃ型、即ち、一部が切り欠きされた円筒形状としたことによって、支持部材２の板厚により容易に押し付け力を調整することができる。
また、センサ３が支持部材２の外周面に取り付けられていることによって、センサ３が穴Ｈの内周面と支持部材２との間に配置されるため、センサ３を直接的にボルトＢに密着させることができる。
また、支持部材２の長さ寸法を穴Ｈの内径寸法以上としたことによって、支持部材２と穴Ｈとの間の摩擦力が確保されるため、ボルトＢの回転や振動によって支持部材２が外れることを抑制することができる。

なお、上記実施形態においては、被検査物の穴Ｈを円形とし、支持部材２の形状も穴Ｈに対応する形状としたがこれに限ることはない。例えば、断面矩形形状の穴と、板バネ形状の支持部材との組み合わせとしてもよい。
また、センサとして熱電対を採用したがこれに限ることはない。例えば、超音波探触子を用いて、配管の探傷を行う構成としてもよい。

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の状態量の検出装置１を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図４に示すように、本実施形態の状態量の検出装置１の支持部材２の外周面には、センサ３を固定するためのセンサ固定溝１０が形成されている。センサ固定溝１０は、支持部材２の外周面に支持部材２の軸方向に延在するように形成されている溝条である。

センサ固定溝１０は、センサ固定溝１０にセンサ３を配置した際に、センサ３の温接点６が支持部材２の外周面から僅かに突出するような深さに形成されている。即ち、センサ固定溝１０の深さ寸法は、支持部材２を穴Ｈに挿入し、支持部材２と穴Ｈとを密着させた状態で、センサ３の温接点６が穴Ｈに密着するような寸法とされている。
センサ３は、第一実施形態と同様に金属箔テープ７によって固定されている。
このような構成とすることによって、センサ３が支持部材２に埋め込まれたような形態となる。

上記実施形態によれば、主に被検査物と支持部材２とが接触することによって、センサ３にかかる力を低減することができる。また、支持部材２の全体が被検査物の内周に密着することによって、支持部材２の位置が安定して精度を高めることができる。

なお、上記実施形態においては、センサ固定溝１０を形成することによって、センサ３を支持部材２に埋め込む構成としたが、センサ３を埋め込む方法はこれに限ることはない。例えば、図５に示すように、支持部材２の端面、即ち、軸方向の一端の面から、軸方向に延在するようなセンサ挿入穴１１を穿孔し、センサ挿入穴１１にセンサ３を挿入するような形態としてもよい。

（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態の状態量の検出装置１を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態の支持部材２の外周面には、複数のスリット（切欠き）１３，１４が形成されている。即ち、支持部材２の外周面には、凹凸が形成されている。
スリット１３，１４は、支持部材２の外周面の軸方向の一方側に形成された複数の第一スリット１３（第一溝条）と、支持部材２の外周面の軸方向の他方側に形成された複数の第二スリット１４（第二溝条）とから構成されている。第一スリット１３は、支持部材２の外周面に一方向に延在するように形成されている溝条であり、所定の間隔をおいて複数形成されている。第二スリット１４は、支持部材２の外周面に一方向とは異なる方向に延在するように形成されている溝条であり、所定の間隔をおいて複数形成されている。

上記実施形態によれば、支持部材２の外周面に凹凸が形成されていることにより、被検査物と支持部材２との間の摩擦がより大きくなるため、支持部材２の位置を安定させることができる。
また、第一スリット１３と第二スリット１４が形成され、被検査物と支持部材２との間に異なる方向の摩擦力が発生することにより、より支持部材２の位置を安定させることができる。

（第四実施形態）
図７に示すように、本実施形態の状態量の検出装置１のセンサ３は、無線電気通信を用いて測定装置１７と接続されている。具体的には、本実施形態のセンサ３の配線８には送信機１６が設けられている。被検査物と離間した場所に配置された測定装置１７には受信機１８を設けられている。

上記実施形態によれば、被検査物が回転する場合においても、信号配線が煩雑にならず、配線８の取り回しへの対応が不要となる。
また、被検査物が高温環境にある場合においても、測定装置１７を通常環境に置くことができるので、通信装置に対する温度対策を不要とすることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
例えば、上記各実施形態では、ボルトに形成された穴を用いてボルトの温度を計測する構成としたが、これに限ることはない。例えば、ケーシングに測定用の穴を形成して、ケーシングの温度を検出する構成としてもよい。
また、上記各実施形態では、検出する状態量は温度としたがこれに限ることはなく、例えば、超音波探触子を用いて、配管の探傷を行う構成としてもよい。また、加速度センサを用いて配管の加速度を検出したり、圧力センサを用いて配管内の圧力を検出したり、ひずみ計を用いて配管のひずみを検出したりしてもよい。

１ 検出装置
２ 支持部材
３ センサ
５ 縁部
６ 温接点
７ 金属箔テープ
８ 配線
１０ センサ固定溝
１１ センサ挿入穴
１３ 第一スリット
１４ 第二スリット
１６ 送信機
１７ 測定装置
１８ 受信機
Ｂ ボルト
Ｇ 隙間
Ｈ 穴（孔）

Claims (7)

1. 被検査物に形成された孔の内周に密着する形状と、前記孔の内周との間に間隙を有する形状との間で弾性変形可能な支持部材と、
   前記支持部材に取り付けられたセンサと、を有することを特徴とする状態量の検出装置。
2. 前記孔は円形断面であり、前記支持部材は、一部が切り欠きされた円筒状をなすことを特徴とする請求項１に記載の状態量の検出装置。
3. 前記センサは前記支持部材の外周に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の状態量の検出装置。
4. 前記センサは前記支持部材に埋め込まれていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の状態量の検出装置。
5. 前記支持部材の外面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の状態量の検出装置。
6. 前記凹凸は、前記支持部材の外面の一部に形成された複数の第一溝条と、前記支持部材の外面の他部に形成された前記第一溝条とは異なる方向に延在する複数の第二溝条であることを特徴とする請求項５に記載の状態量の検出装置。
7. 被測定部に形成された孔の内周との間に間隙を有する形状に支持部材を拘束する工程と、
   弾性変形状態の前記支持部材をセンサとともに前記孔に挿入する工程と、
   前記拘束を解いて前記支持部材を前記孔の内周に密着させる工程と、
   密着状態でセンサによる検出を行うことを特徴とする状態量の検出方法。

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