電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置およびこれを用いた検査方法
【課題】配管の温度とともに正確な配管の減肉量を計測でき、かつ内部液体の温度も計測できるハイブリット計測装置などを提供する。
【解決手段】液体が流通する配管ｗの減肉など計測可能なハイブリット計測装置として、上記配管の外周に磁石１５〜１７およびコイル１３、１４を有する２つの電磁超音波探触子１１、１２を対向配置した。電磁超音波探触子を、各々巻線からなる第１のコイル１３および第２のコイル１４が電流の入口側１３ａ、１４ａを同一側に向けて互いに平行に配置され、かつ第１のコイルの上記電流の入口側または出口側１３ｂを第２のコイルの巻線間１４０に位置させるように積層させた。磁石を、第１のコイルの巻線間ならびにそれを挟む当該コイルの電流の入口側および出口側の３箇所に等間隔に、コイル側にＮ極とＳ極とを交互に配して、着磁方向を上記コイルから接離する方向に向けて配設した。
【解決手段】液体が流通する配管ｗの減肉など計測可能なハイブリット計測装置として、上記配管の外周に磁石１５〜１７およびコイル１３、１４を有する２つの電磁超音波探触子１１、１２を対向配置した。電磁超音波探触子を、各々巻線からなる第１のコイル１３および第２のコイル１４が電流の入口側１３ａ、１４ａを同一側に向けて互いに平行に配置され、かつ第１のコイルの上記電流の入口側または出口側１３ｂを第２のコイルの巻線間１４０に位置させるように積層させた。磁石を、第１のコイルの巻線間ならびにそれを挟む当該コイルの電流の入口側および出口側の３箇所に等間隔に、コイル側にＮ極とＳ極とを交互に配して、着磁方向を上記コイルから接離する方向に向けて配設した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、原子力発電設備などの大型プラントの配管の減肉量および表面温度ならびに内部液体温度を計測することが可能な電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置およびこれを用いた検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大型プラント設備には、一般的に各装置などを接続する配管が数多く設けられており、これらの配管は、その内壁面が永年の使用によって内部を流通する液体により削られる等して、内壁側から減肉し、その結果、孔や亀裂などが形成されると、上記液体の流出を原因とする事故などを引き起こす可能性がある。
このため、従前より、プラント設備では、作業員が超音波プローブを配管の外周に接触させるようにして配管の減肉などを検査することが行われている。
【０００３】
しかしながら、上記液体が高温である場合には配管も加熱されて高温になっているため、この超音波プローブなどの人手による検査方法では、プラント稼働中の配管の減肉検査が困難である。
そこで、現在、プラント稼働中にも配管温度に関係なく、配管の減肉などを検査する減肉検査装置が必要とされている。
これに加えて、配管の検査としては、プラントに異常が発生した場合に配管温度や配管内の液体温度なども変化しうるため、これら配管温度や液体温度を計測することも必要とされている。
【０００４】
これに対して、特許文献１に示す超音波探触子を用いて上記配管の内壁面の減肉量を検査する方法や、特許文献２に示す配管内を走行可能な電磁超音波探触子を用いて配管外周の減肉量を計測する検査装置が知られている。
また、配管温度を計測する装置としては、一般的に、熱電対などが用いられている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１６３２５０号公報
【特許文献２】特開平９−２８１０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献１の検査方法に用いられる検査装置や上記特許文献２の検査装置に、上記熱電対を搭載した計測システムを用いることによって、配管の減肉量や配管温度が計測できたとしても、上記配管内の液体の温度を計測することができない。その上、この配管の減肉量を配管温度に基づく音速を利用してパルスエコー法および／または電磁超音波共鳴法によって求める場合には、熱電対による計測部と検査装置による計測部との計測位置が異なるため、温度に誤差が生じ、その誤差により用いる音速に誤差が生じることから、正確な減肉量を求めることができないという欠点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、配管の温度とともに正確な配管の減肉量を計測でき、かつ内部液体の温度も計測することができる電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置およびこれを用いた検査方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の発明は、内部に液体が流通する配管の減肉量および表面温度ならびに上記液体の温度を計測可能な電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置であって、上記配管の外周に磁石およびコイルを有する２つの電磁超音波探触子が対向配置されており、上記電磁超音波探触子は、各々巻線からなる第１のコイルおよび第２のコイルが、電流の入口側を同一側に向けて互いに平行に配置され、かつ上記第１のコイルの上記電流の入口側または出口側を上記第２のコイルの巻線間に位置させるように積層されるとともに、上記磁石が、上記第２のコイルの巻線間ならびに、それを挟む当該コイルの電流の入口側および出口側の３箇所に等間隔に、当該コイル側にＮ極とＳ極とを交互に配して、着磁方向を当該コイルから接離する方向に向けて配設されることにより、上記第２のコイルと上記３箇所にそれぞれ配置された磁石とにより構成される縦波送受信器と、上記第１のコイルと当該第１のコイルに対応する上記第２のコイルの巻線間および電流の出口側または入口側の２箇所にそれぞれ配置された磁石とにより構成される横波送受信器とが備えられていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記２つの電磁超音波探触子は、上記液体の表面より下方に位置するように設置されるとともに、各々上記第１のコイルおよび第２のコイルに電流を供給する電流配線が接続され、かつ第１のコイルおよび第２のコイルの少なくとも一方が上記配管に接触して、当該コイルの抵抗値を測定する抵抗測定機器の配線に接続されていることを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記電流配線は、上記抵抗測定配線が接続されている第１のコイルおよび第２のコイルの少なくとも一方に対しては上記抵抗測定配線とともに複合ケーブルとして上記電磁超音波探触子に接続されており、上記抵抗測定機器は、上記配管の表面温度を算出する計測演算装置の一部であり、上記計測演算装置は、上記コイルの抵抗から上記配管の温度を演算可能に設けられるとともに、一方の上記電磁超音波探触子の上記横波送受信器から送信された横波が上記配管の上記液体との界面で反射された反射波を、上記一方の電磁超音波探触子の横波送受信器にて受信することにより、上記一方の電磁超音波探触子が配置された位置の配管の減肉量が演算可能に設けられていることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記計測演算装置は、他方の上記電磁超音波探触子の上記横波送受信器から送信された横波が上記配管の上記液体との界面で反射された反射波を、上記他方の電磁超音波探触子の横波送受信器にて受信することにより、上記２つの電磁超音波探触子が配置された位置の上記配管の減肉量がそれぞれ演算可能に設けられているとともに、上記減肉量によって補正した上記配管の内径と、一方の上記電磁超音波探触子の上記縦波送信器から送信された縦波を上記他方の電磁超音波探触子の上記縦波送受信器が受信するまでの時間とから上記縦波の速度を求めて、予め求めておいた縦波の速度と液体温度との関係から上記液体の温度が算出可能に設けられていることを特徴としている。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記計測演算装置は、上記横波送受信器が横波を送信してから上記配管と上記液体との界面で反射される多重反射のｎ回目の反射波を受信するまでの時間Ｔnとｎ＋１回目の反射波を受信するまでの時間Ｔn+1との時間差（Ｔn+1−Ｔn）を、上記配管温度に基づく上記横波の速度ｖの二倍の数値で割る下記式によるパルスエコー法によって、上記配管の厚さＤが算出可能に設けられていることを特徴としている。
Ｄ＝（Ｔn+1−Ｔn）／２ｖ
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項３ないし５のいずれか一項に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記計測演算装置は、共鳴周波数ｆnとその周波数の次数ｎと上記配管温度に基づく上記横波の速度ｖによる下記式にしたがって演算する電磁超音波共鳴法によって上記配管の厚さＤが算出可能に設けられていることを特徴としている。
Ｄ＝ｎ（ｖ／２ｆn）
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項４ないし６のいずれか一項に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記他方の電磁超音波探触子の縦波送受信器を構成しているコイルは、上記他方の電磁超音波探触子の横波送受信器ならびに上記一方の電磁超音波探触子の縦波送受信器および上記横波送受信器を構成しているコイルよりも線径が小さいことを特徴としている。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項４ないし６のいずれか一方に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記一方の電磁超音波探触子および上記他方の電磁超音波探触子の電流配線は、超音波発生器に送信切替器を介して接続されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項９に記載の発明に係る配管の検査方法は、請求項４〜８のいずれか一項に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置を用いて、上記配管に接触しているコイルの直流抵抗を計測して配管温度を求めるとともに、上記一方の電磁超音波探触子および上記他方の電磁超音波探触子の上記横波送受信器が送信した横波の反射波を受信することにより上記配管の減肉量を求め、かつ上記一方の上記電磁超音波探触子の上記縦波送信器から送信された縦波を上記他方の電磁超音波探触子の上記縦波送受信器が受信するまでの時間と、上記減肉量から求まる上記配管の内径とから上記縦波の速度を演算して、当該速度と液体温度との関係から上記液体の温度を求めることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１〜８に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置によれば、配管の外周に２つの電磁超音波探触子が対向配置されるとともに、各電磁超音波探触子が縦波送受信器と横波送受信器と有し、かつ縦波送受信器と横波送受信器とがそれぞれコイルおよび磁石を有しているため、予め、配管の温度と抵抗値との関係を求めておくことによって、コイルの抵抗値を計測することにより配管温度の算出を可能にすることができる。
さらには、この配管温度により各電磁超音波探触子の横波送信器が送信する横波の速度が一義的に定まることから、この横波の多重反射波を受信することにより、各電磁超音波探触子の設置位置の配管の肉厚をそれぞれ計測することができる。従って、配管温度を測定して横波の速度を求めた位置の配管の肉厚を計測でき、計測位置の差による配管の肉厚の計測誤差が生じることなく、正確な配管の減肉量を求めることができる。
【００１８】
これに加えて、上記正確な配管の減肉量から配管の内径を求めるとともに、一方の電磁超音波探触子の縦波送受信器によって縦波が送信されてから他方の電磁超音波探触子の縦波送受信器によって上記縦波を受信するまでの時間を計測することにより、縦波の速度を演算して、予め求めておいた縦波の速度と液体温度との関係から液体の温度を算出することができる。
従って、正確な配管の減肉量から正確な配管の内径が求められている位置の縦波の通過時間を計測することにより、計測位置の差による誤差が生じることを防止して正確な液体の温度を計測することができる。
【００１９】
特に、請求項２に記載のハイブリット計測装置によれば、電磁超音波探触子を液面より下方に位置するように設置することによって、上記液体の温度を計測する際に、一方の電磁超音波探触子の縦波送受信器から送信された縦波が液面上の気体を通過することによる計測誤差が生じることを防止できる。
さらに、抵抗測定機器によって配線を通じて上記配管に接触しているコイルの抵抗を計測することにより、簡易的に上記配管温度を算出することができる。
【００２０】
これに加えて、請求項３に記載のハイブリット計測装置によれば、電流配線を抵抗測定配線とともに複合配線とすることにより、電磁超音波探触子を配管の外周に簡便に設置することができる。また、計測演算装置によって、上記配管温度に加えて配管の減肉量を計測することができ、配管の管理体制を簡便なものとすることができる。
【００２１】
さらに、請求項４に記載のハイブリット計測装置によれば、計測演算装置によって、配管の電磁超音波探触子が設置された２箇所両方の配管減肉量を計測することができる上に、上述の液体の温度を計測する際に、より正確な液体温度を求めることができる。
【００２２】
また、請求項５に記載のハイブリット計測装置によれば、パルスエコー法により、特に、肉厚５ｍｍ以上の配管の厚さを正確に求めて、上記減肉量を計測することができ、他方、請求項６に記載のハイブリット計測装置によれば、電磁波超音波共鳴法により、特に、肉厚５ｍｍ以下の配管の厚さを正確に求めて、上記減肉量を計測することができる。
【００２３】
さらに、請求項７に記載のハイブリット計測装置によれば、上記他方の電磁超音波探触子の縦波送受信器のコイルをその他のコイルよりも線径を小さくすることによって、受信表面積を大きくして、縦波の受信感度を良好なものとすることができる。
【００２４】
また、請求項８に記載のハイブリット計測装置によれば、例えば、超音波発生器を一方の電磁超音波探触子に接続して、この一方の電磁超音波探触子のコイルの抵抗値から配管温度の計測、そして横波送受信器の反射波計測による配管の肉厚計測とともに、縦波送受信器からの縦波の送信を行った後に、送信切替器によって超音発生器を他方の電磁超音波探触子に接続して、この他方の電磁超音波探触子のコイルの抵抗値から配管温度の計測、そして横波送受信器の反射波計測による配管の肉厚計測を行うことができる。さらに、上記縦波発信器から送信されてから上記縦波を上記他方の電磁超音波探触子が受信するまでの時間を計測して、電磁超音波探触子が設置された２箇所両方の配管肉厚から求めた配管内径と上記時間とから縦波の速度を導出して液体の温度を算出することができる。
【００２５】
従って、送信切替器を設けることによって、一台の超音波発生器でも一方および他方の電磁超音波探触子に順に接続して、配管温度、配管肉厚、および液体温度を検査でき、その結果、超音波発生器を２台設ける必要もなく、装置全体を小型化できる。
【００２６】
このため、請求項９に記載の配管の検査方法のように、コイルの抵抗値から配管温度を求めるとともに、一方の電磁超音波探触子および他方の電磁超音波探触子の横波送受信器が送信した横波の反射波を受信することにより配管の減肉量を求め、かつ上記一方の上記電磁超音波探触子の上記縦波送信器から送信された縦波を上記他方の電磁超音波探触子の上記縦波送受信器が受信するまでの時間を計測することにより、上記減肉量から求まる上記配管の内径を基に上記縦波の速度から上記液体の温度を求めて、正確かつ効率的に配管温度、肉厚および液体温度を計測することができる。
従って、配管温度、配管肉厚および液体温度の計測結果に異常がある場合には、簡易に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次いで、本発明に係るハイブリット計測装置およびそれを用いた検査方法について説明する。
まず、本実施形態のハイブリット計測装置は、図１〜図５に示すように、配管ｗの外周の対向する２箇所にそれぞれ電磁超音波探触子（以下、ＥＭＡＴセンサという。）１１、１２が配置されており、これら第１のＥＭＡＴセンサ（一方の電磁超音波探触子）１１および第２のＥＭＡＴセンサ（他方の電磁超音波探触子）１２の２つは、それぞれ内部に流通する液体の表面よりも下方に位置するように設置されている。そして、ハイブリット計測装置は、各ＥＭＡＴセンサ１１、１２によって横波を送受信することによりセンサ１１、１２の設置箇所の配管ｗの減肉が計測可能に設けられるとともに、第１のＥＭＡＴセンサ１１から送信した縦波を第２のＥＭＡＴセンサ１２によって受信することにより液体温度が計測可能に設けられている。
【００２８】
各ＥＭＡＴセンサ１１、１２は、各々巻線からなる平面視略長方形状の２つのコイル１３、１４が、短手方向一端側となる巻線の電流の入口側１３ａ、１４ａを同一側（図３中左手側）に向けて互いに平行に配置され、かつ第１のコイル（一方のコイル）１３の上記短手方向他端側となる巻き線の電流の出口側１３ｂを第２のコイル（他方のコイル）１４の巻線間１４０の空洞部上に位置させるように積層されている。そして、第１のＥＭＡＴセンサ１１の第１のコイル１３および第２のコイル１４ならびに第２のＥＭＡＴセンサ１２の第１のコイル１３は、線形φ０．２ｍｍ、巻数４４であって、短手方向が２３ｍｍ、長手方向が３０ｍｍ、空洞の短手方向の幅が３ｍｍとなるように構成されており、第２のＥＭＡＴセンサ１２の第２のコイル１４は、線形φ０．１ｍｍ、巻数７９であるほかは他のコイルと同様に構成されている。
【００２９】
さらに、各ＥＭＡＴセンサ１１、１２は、上記第２のコイル１４の巻線間１４０ならびに、それを挟む当該第２のコイル１４の電流の入口側１４ａおよび出口側１４ｂの３箇所に等間隔に、コイル側にＮ極とＳ極とを交互に配して着磁方向をコイル１３、１４から接離する方向に向けて永久磁石１５、１６、１７が配設され、かつコイル１３、１４を配管ｗ側にして第２のコイル１４を配管ｗの外周に接触させて設置されている。また、上記永久磁石１５として、複数（本実施形態においては３本）の永久磁石１５ａ〜１５ｃがコイル１３、１４の長手方向に向けて一列に並べられるとともに、同様に、上記永久磁石１６、１７として、各々複数（本実施形態においては３本）の永久磁石１６ａ〜１６ｃ、１７ａ〜１７ｃがコイル１３、１４の長手方向に向けて一列に並べられている。これにより、各ＥＭＡＴセンサ１１、１２には、９本の永久磁石１５ａ〜１５ｃ、１６ａ〜１６ｃ、１７ａ〜１７ｃが備えられている。
【００３０】
また、各ＥＭＡＴセンサ１１、１２には、第２のコイル１４および上記３箇所にそれぞれ配置された９本の永久磁石１５ａ〜１５ｃ、１６ａ〜１６ｃ、１７ａ〜１７ｃにより構成される縦波送受信器１８と、第１のコイル１３および第１のコイル１３に対応する２箇所、すなわち、第２のコイル１４の巻線間１４０および第２のコイルの電流の入り口側１４ａにそれぞれ配設された６本の永久磁石１５ａ〜１５ｃ、１６ａ〜１６ｃにより構成される横波送受信器１９とが備えられている。各ＥＭＡＴセンサ１１、１２には、各コイル１３、１４に電流を供給する電流供給配線と配管ｗに接触する第２のコイル１４の抵抗を計測する抵抗測定配線とを有する複合ケーブル２が接続されている。
【００３１】
他方、上記配管ｗは、炭素鋼やステンレス鋼からなり、その外周に断熱材ｗ１が設けられている。この断熱材ｗ１には、第１のＥＭＡＴセンサ１１および第２のＥＭＡＴセンサ１２の取付口ｗ１０がそれぞれ形成されており、これらの取付口ｗ１０を形成するために切り取られた断熱材ｗ１は、それぞれ厚さを薄くするように加工されて、蓋部材ｗ２として第１のＥＭＡＴセンサ１１や第２のＥＭＡＴセンサ１２の取付口ｗ１０を閉塞可能に設けられている。これら蓋部材ｗ２は、その中央部に複合ケーブル２が貫通可能に設けられている。これにより、第１のＥＭＡＴセンサ１１および第２のＥＭＡＴセンサ１２は、取付口ｗ１０に設置されて、複合ケーブル２が蓋部材ｗ２を貫通して断熱材ｗ１の外方に延出している。
【００３２】
各複合ケーブル２は、各電流供給配線が送信切替器３１を介してバースト波超音波発生器３０の出力側に接続されるとともに、各抵抗測定配線が切替器４１を介して直流抵抗測定器４０に接続されている。さらに、第２のＥＭＡＴセンサ１２の第２のコイル１４に接続された電流配線がプリアンプ５１を介してバースト波超音波発生器３０にも接続されており、このバースト波超音波発生器３０は、オシロスコープ５２を介してパーソナルコンピュータ（計測演算装置）５に接続されている。
そして、このパーソナルコンピュータ５は、直流抵抗測定器４０の出力部にも接続されて、直流抵抗測定器４０によって測定された抵抗値から配管ｗの温度が算出可能に設けられている。
【００３３】
次いで、上述のハイブリット計測装置を用いた検査方法について、図６を用いて説明する。
まず、予め、検査を行う前に、直流抵抗値と配管ｗ温度との関係を求めるとともに、縦波の音速と液体温度との関係を求めておく。
【００３４】
そして、バースト波超音波発生器を作動させて、第１のＥＭＡＴセンサ１１の第１のコイル１３および配管ｗに接触している第２のコイル１４に直流電流を供給して、この第２のコイル１４の直流抵抗値を直流抵抗測定器４０で測定することにより、パーソナルコンピュータ５によって上記直流抵抗と配管ｗとの温度との関係から配管ｗの温度が求められる。
それとともに、第１のＥＭＡＴセンサ１１の横波送受信器１９から送信された横波が配管と液体との界面で反射された反射波を、同横波送受信器１９にて受信することにより、配管ｗの肉厚Ｄ１の減肉量ａ１を求める。
【００３５】
この配管ｗの肉厚Ｄ１は、横波送受信器１９が横波を送信してから配管ｗの上記界面、すなわち配管ｗの内壁面で反射される多重反射のｎ回目の反射波を受信するまでの時間Ｔnとｎ＋１回目の反射波を受信するまでの時間Ｔn+1との時間差（Ｔn+1−Ｔn）を、上記配管ｗの温度に基づく横波の音速ＶThの二倍の数値で割る下記式（１）によるパルスエコー法によって求められる。
Ｄ＝（Ｔn+1−Ｔn）／２ＶTh・・・（１）
また、共鳴周波数ｆnとその周波数の次数ｎと上記配管ｗの温度に基づく横波の音速ＶThに基づく下記式（２）による電磁超音波共鳴法によっても配管の厚さＤが求められる。
Ｄ＝ｎ（ＶTh／２ｆn）・・・（２）
【００３６】
従って、これらの時間Ｔnなどのデータが計測されて、バースト波超音波発生器３０およびオシロスコープ５２を介してパーソナルコンピュータ５に送信されることにより、このパーソナルコンピュータ５によって、配管ｗの肉厚Ｄ１の初期値からの減肉量ａ１が求められる。
その際、このパーソナルコンピュータ５によって、配管ｗの肉厚Ｄ１が２ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲内のパルスエコーの精度により定まる所定の厚さ以上の場合には、上記（１）式によるパルスエコー法にしたがって減肉量ａ１が算出され、かつ肉厚Ｄ１が上記所定の厚さ未満の場合には、上記（２）式による電磁超音波共鳴法にしたがって配管ｗの減肉量ａ１が算出される。
【００３７】
また、第１のＥＭＡＴセンサ１１の縦波送受信器１８によって縦波を送信してから、この縦波を第２のＥＭＡＴセンサ１２の縦波送受信器１８が受信するまでの時間を、プリアンプ５１、バースト波超音波発生器３０およびオシロスコープ５２を介してパーソナルコンピュータ５が計測している。
【００３８】
次いで、送信切替器３１によって、第１のＥＭＡＴセンサ１１から第２のＥＭＡＴセンサ１２に電流の流れを切替えるとともに、切替器４１によって、直流抵抗測定器４０の測定対象を第１のＥＭＡＴセンサ１１から第２のＥＭＡＴセンサ１２に切替える。
これにより、第２のＥＭＡＴセンサ１２の第１のコイル１３および配管ｗに接触している第２のコイル１４に直流電流を供給して、この第２のコイル１４の直流抵抗値を直流抵抗測定器４０で測定することにより、パーソナルコンピュータ５によって上記直流抵抗と配管ｗとの温度との関係から配管ｗの温度が求められる。
【００３９】
それとともに、第２のＥＭＡＴセンサ１２の横波送受信器１９から送信された横波が配管と液体との界面で反射された反射波を、同横波送受信器１９にて受信することにより、配管ｗの肉厚Ｄ２の減肉量ａ２を求める。
この配管ｗの肉厚Ｄ２の減肉量ａ２は、第１のＥＭＡＴセンサ１１と同様に、パーソナルコンピュータ５によって、肉厚Ｄ２が上記パルスエコーの精度により定まる所定の厚さ以上の場合には、上記式（１）によるパルスエコー法によって求められた肉厚Ｄ２を基に初期値からの減肉量ａ２が算出されるとともに、肉厚Ｄ２が上記所定の厚さ未満の場合には、上記式（２）による電磁超音波共鳴法によって求められた肉厚Ｄ２を基に初期値からの減肉量ａ２が算出される。
【００４０】
そして、第１のＥＭＡＴセンサ１１および第２のＥＭＡＴセンサ１２から求めた配管ｗの肉厚Ｄ１、Ｄ２の減肉量ａ１およびａ２を配管ｗの内径の初期値Ｌｏに加算することにより、配管ｗの内径Ｌが求められる。なお、上記減肉量ａ１、ａ２は、肉厚を意味する。次いで、この配管ｗの内径Ｌと上記パーソナルコンピュータ５が計測している縦波の送受信時間とから縦波の音速が求められて、上記予め求めた音速と液体温度との関係から液体温度が求められる。
これにより、パーソナルコンピュータ５によって第１のＥＭＡＴセンサ１１および第２のＥＭＡＴセンサ１２が設置された箇所の配管ｗの温度と肉厚Ｄ１、Ｄ２、さらに配管ｗ内の液体の温度が求められることから、大型プラントで異常が発生した場合にも瞬時に検出することが可能となる。
【００４１】
なお、上述の実施形態において、永久磁石１５、１６、１７としてそれぞれ複数の永久磁石１５ａ〜１５ｃ、１６ａ〜１６ｃ、１７ａ〜１７ｃが用いられているものの、本発明は、これに何ら限定されるものでなく、永久磁石１５、１６、１７がそれぞれ一本状に形成されて、第２のコイル１４の巻線間１４０およびそれを挟むコイル１４の電流の入口側および出口側に等間隔に設けられることにより、コイル１３、１４の長手方向に向けて配設されてもよく、横波および縦波を送受信できるものであれば足りる。また、永久磁石１５、１６、１７に代えて電磁石を用いてもよい。
さらに、本発明は、上述の実施形態に何ら限定されるものでなく、例えば、第１のコイル１３の上に第２のコイル１４が積層されてもよく、この場合には、第１のコイル１３に抵抗測定配線が接続される。また、配管ｗの肉厚Ｄ１、Ｄ２が上記所定の厚さ以上の場合および上記所定の厚さ未満の場合ともに、パルスエコー法と電磁超音波共鳴法との両方によって配管ｗの肉厚Ｄ１、Ｄ２を求めてもよいものである。
【００４２】
本実施形態のハイブリット計測装置およびそれを用いた検査方法によれば、配管ｗの外周に第１ＥＭＡＴセンサ１１および第２のＥＭＡＴセンサ１２が対向配置されるとともに、各ＥＭＡＴセンサ１１、１２の第２のコイル１４に接続された抵抗測定器４０によって測定した配管ｗの直流抵抗などのデータをパーソナルコンピュータ５に送信すると、予め、パーソナルコンピュータ５に配管ｗの直流抵抗と配管温度との関係を求めて入力しておくことにより、同コンピュータ５によって配管ｗの温度を算出することができる
【００４３】
さらには、この配管温度により横波の音速が一義的に定まることから、各ＥＭＡＴセンサ１１、１２の横波送受信器１９が送信した横波の多重反射波を受信して、同受信データをパーソナルコンピュータ５に送信することにより、同コンピュータ５によってＥＭＡＴセンサ１１、１２の設置位置の配管ｗの肉厚Ｄ１、Ｄ２をパルスエコー法または磁超音波共鳴法にしたがって演算することができる。従って、配管ｗの温度を測定して上記横波の音速を求めた位置の配管ｗの肉厚Ｄ１、Ｄ２を計測でき、計測位置の差による配管ｗの肉厚Ｄ１、Ｄ２の計測誤差が生じることなく、正確な配管ｗの減肉量ａ１、ａ２を求めることができる。
【００４４】
これに加えて、上記正確な配管ｗの減肉量ａ１、ａ２から配管ｗの内径Ｌを求めるとともに、第１のＥＭＡＴセンサ１１の縦波送受信器１８によって縦波が送信されてから第２のＥＭＡＴセンサ１２の縦波送受信器１８によって上記縦波を受信するまでの時間を、パーソナルコンピュータ５で計測することにより、縦波の音速を求めて、予め、音速と液体温度との関係を求めておくことによって、液体の温度を算出するすることができる。
従って、正確な配管ｗの減肉量ａ１、ａ２から正確な配管ｗの内径Ｌが求められている位置の縦波の送受信時間を計測することにより、計測位置の差による誤差が生じることを防止して正確な液体の温度を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態のハイブリット計測装置の構成説明図である。
【図２】ＥＭＡＴセンサ１１、１２の平面模式図であって、縦波送受信器１８および横波送受信器１９を備えていることを説明するための構成説明図である
【図３】ＥＭＡＴセンサ１１、１２の断面模式図である。
【図４】ＥＭＡＴセンサ１１、１２の配管ｗへの取り付けを説明するための断面模式図である。
【図５】ＥＭＡＴセンサ１１、１２の配管ｗへの取り付けを説明するための斜視図である。
【図６】本実施形態のハイブリット計測装置を用いた検査方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１１ 第１のＥＭＡＴセンサ（一方の電磁超音波探触子）
１２ 第２のＥＭＡＴセンサ（他方の電磁超音波探触子）
１３ 第１のコイル
１３ａ 第１のコイルの電流の入口側
１３ｂ 第１のコイルの電流の出口側
１４ 第２のコイル
１４ａ 第２のコイルの電流の入口側
１４ｂ 第２のコイルの電流の出口側
１５〜１７ 永久磁石
１８ 縦波送受信器
１９ 横波送受信器
３０ バースト波超音波発生器
３１ 送信切替器
４０ 直流抵抗測定器
４１ 切替器
Ｄ 肉厚
ｗ 配管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、原子力発電設備などの大型プラントの配管の減肉量および表面温度ならびに内部液体温度を計測することが可能な電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置およびこれを用いた検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大型プラント設備には、一般的に各装置などを接続する配管が数多く設けられており、これらの配管は、その内壁面が永年の使用によって内部を流通する液体により削られる等して、内壁側から減肉し、その結果、孔や亀裂などが形成されると、上記液体の流出を原因とする事故などを引き起こす可能性がある。
このため、従前より、プラント設備では、作業員が超音波プローブを配管の外周に接触させるようにして配管の減肉などを検査することが行われている。
【０００３】
しかしながら、上記液体が高温である場合には配管も加熱されて高温になっているため、この超音波プローブなどの人手による検査方法では、プラント稼働中の配管の減肉検査が困難である。
そこで、現在、プラント稼働中にも配管温度に関係なく、配管の減肉などを検査する減肉検査装置が必要とされている。
これに加えて、配管の検査としては、プラントに異常が発生した場合に配管温度や配管内の液体温度なども変化しうるため、これら配管温度や液体温度を計測することも必要とされている。
【０００４】
これに対して、特許文献１に示す超音波探触子を用いて上記配管の内壁面の減肉量を検査する方法や、特許文献２に示す配管内を走行可能な電磁超音波探触子を用いて配管外周の減肉量を計測する検査装置が知られている。
また、配管温度を計測する装置としては、一般的に、熱電対などが用いられている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１６３２５０号公報
【特許文献２】特開平９−２８１０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献１の検査方法に用いられる検査装置や上記特許文献２の検査装置に、上記熱電対を搭載した計測システムを用いることによって、配管の減肉量や配管温度が計測できたとしても、上記配管内の液体の温度を計測することができない。その上、この配管の減肉量を配管温度に基づく音速を利用してパルスエコー法および／または電磁超音波共鳴法によって求める場合には、熱電対による計測部と検査装置による計測部との計測位置が異なるため、温度に誤差が生じ、その誤差により用いる音速に誤差が生じることから、正確な減肉量を求めることができないという欠点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、配管の温度とともに正確な配管の減肉量を計測でき、かつ内部液体の温度も計測することができる電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置およびこれを用いた検査方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の発明は、内部に液体が流通する配管の減肉量および表面温度ならびに上記液体の温度を計測可能な電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置であって、上記配管の外周に磁石およびコイルを有する２つの電磁超音波探触子が対向配置されており、上記電磁超音波探触子は、各々巻線からなる第１のコイルおよび第２のコイルが、電流の入口側を同一側に向けて互いに平行に配置され、かつ上記第１のコイルの上記電流の入口側または出口側を上記第２のコイルの巻線間に位置させるように積層されるとともに、上記磁石が、上記第２のコイルの巻線間ならびに、それを挟む当該コイルの電流の入口側および出口側の３箇所に等間隔に、当該コイル側にＮ極とＳ極とを交互に配して、着磁方向を当該コイルから接離する方向に向けて配設されることにより、上記第２のコイルと上記３箇所にそれぞれ配置された磁石とにより構成される縦波送受信器と、上記第１のコイルと当該第１のコイルに対応する上記第２のコイルの巻線間および電流の出口側または入口側の２箇所にそれぞれ配置された磁石とにより構成される横波送受信器とが備えられていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記２つの電磁超音波探触子は、上記液体の表面より下方に位置するように設置されるとともに、各々上記第１のコイルおよび第２のコイルに電流を供給する電流配線が接続され、かつ第１のコイルおよび第２のコイルの少なくとも一方が上記配管に接触して、当該コイルの抵抗値を測定する抵抗測定機器の配線に接続されていることを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記電流配線は、上記抵抗測定配線が接続されている第１のコイルおよび第２のコイルの少なくとも一方に対しては上記抵抗測定配線とともに複合ケーブルとして上記電磁超音波探触子に接続されており、上記抵抗測定機器は、上記配管の表面温度を算出する計測演算装置の一部であり、上記計測演算装置は、上記コイルの抵抗から上記配管の温度を演算可能に設けられるとともに、一方の上記電磁超音波探触子の上記横波送受信器から送信された横波が上記配管の上記液体との界面で反射された反射波を、上記一方の電磁超音波探触子の横波送受信器にて受信することにより、上記一方の電磁超音波探触子が配置された位置の配管の減肉量が演算可能に設けられていることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記計測演算装置は、他方の上記電磁超音波探触子の上記横波送受信器から送信された横波が上記配管の上記液体との界面で反射された反射波を、上記他方の電磁超音波探触子の横波送受信器にて受信することにより、上記２つの電磁超音波探触子が配置された位置の上記配管の減肉量がそれぞれ演算可能に設けられているとともに、上記減肉量によって補正した上記配管の内径と、一方の上記電磁超音波探触子の上記縦波送信器から送信された縦波を上記他方の電磁超音波探触子の上記縦波送受信器が受信するまでの時間とから上記縦波の速度を求めて、予め求めておいた縦波の速度と液体温度との関係から上記液体の温度が算出可能に設けられていることを特徴としている。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記計測演算装置は、上記横波送受信器が横波を送信してから上記配管と上記液体との界面で反射される多重反射のｎ回目の反射波を受信するまでの時間Ｔnとｎ＋１回目の反射波を受信するまでの時間Ｔn+1との時間差（Ｔn+1−Ｔn）を、上記配管温度に基づく上記横波の速度ｖの二倍の数値で割る下記式によるパルスエコー法によって、上記配管の厚さＤが算出可能に設けられていることを特徴としている。
Ｄ＝（Ｔn+1−Ｔn）／２ｖ
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項３ないし５のいずれか一項に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記計測演算装置は、共鳴周波数ｆnとその周波数の次数ｎと上記配管温度に基づく上記横波の速度ｖによる下記式にしたがって演算する電磁超音波共鳴法によって上記配管の厚さＤが算出可能に設けられていることを特徴としている。
Ｄ＝ｎ（ｖ／２ｆn）
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項４ないし６のいずれか一項に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記他方の電磁超音波探触子の縦波送受信器を構成しているコイルは、上記他方の電磁超音波探触子の横波送受信器ならびに上記一方の電磁超音波探触子の縦波送受信器および上記横波送受信器を構成しているコイルよりも線径が小さいことを特徴としている。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項４ないし６のいずれか一方に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置において、上記一方の電磁超音波探触子および上記他方の電磁超音波探触子の電流配線は、超音波発生器に送信切替器を介して接続されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項９に記載の発明に係る配管の検査方法は、請求項４〜８のいずれか一項に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置を用いて、上記配管に接触しているコイルの直流抵抗を計測して配管温度を求めるとともに、上記一方の電磁超音波探触子および上記他方の電磁超音波探触子の上記横波送受信器が送信した横波の反射波を受信することにより上記配管の減肉量を求め、かつ上記一方の上記電磁超音波探触子の上記縦波送信器から送信された縦波を上記他方の電磁超音波探触子の上記縦波送受信器が受信するまでの時間と、上記減肉量から求まる上記配管の内径とから上記縦波の速度を演算して、当該速度と液体温度との関係から上記液体の温度を求めることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１〜８に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置によれば、配管の外周に２つの電磁超音波探触子が対向配置されるとともに、各電磁超音波探触子が縦波送受信器と横波送受信器と有し、かつ縦波送受信器と横波送受信器とがそれぞれコイルおよび磁石を有しているため、予め、配管の温度と抵抗値との関係を求めておくことによって、コイルの抵抗値を計測することにより配管温度の算出を可能にすることができる。
さらには、この配管温度により各電磁超音波探触子の横波送信器が送信する横波の速度が一義的に定まることから、この横波の多重反射波を受信することにより、各電磁超音波探触子の設置位置の配管の肉厚をそれぞれ計測することができる。従って、配管温度を測定して横波の速度を求めた位置の配管の肉厚を計測でき、計測位置の差による配管の肉厚の計測誤差が生じることなく、正確な配管の減肉量を求めることができる。
【００１８】
これに加えて、上記正確な配管の減肉量から配管の内径を求めるとともに、一方の電磁超音波探触子の縦波送受信器によって縦波が送信されてから他方の電磁超音波探触子の縦波送受信器によって上記縦波を受信するまでの時間を計測することにより、縦波の速度を演算して、予め求めておいた縦波の速度と液体温度との関係から液体の温度を算出することができる。
従って、正確な配管の減肉量から正確な配管の内径が求められている位置の縦波の通過時間を計測することにより、計測位置の差による誤差が生じることを防止して正確な液体の温度を計測することができる。
【００１９】
特に、請求項２に記載のハイブリット計測装置によれば、電磁超音波探触子を液面より下方に位置するように設置することによって、上記液体の温度を計測する際に、一方の電磁超音波探触子の縦波送受信器から送信された縦波が液面上の気体を通過することによる計測誤差が生じることを防止できる。
さらに、抵抗測定機器によって配線を通じて上記配管に接触しているコイルの抵抗を計測することにより、簡易的に上記配管温度を算出することができる。
【００２０】
これに加えて、請求項３に記載のハイブリット計測装置によれば、電流配線を抵抗測定配線とともに複合配線とすることにより、電磁超音波探触子を配管の外周に簡便に設置することができる。また、計測演算装置によって、上記配管温度に加えて配管の減肉量を計測することができ、配管の管理体制を簡便なものとすることができる。
【００２１】
さらに、請求項４に記載のハイブリット計測装置によれば、計測演算装置によって、配管の電磁超音波探触子が設置された２箇所両方の配管減肉量を計測することができる上に、上述の液体の温度を計測する際に、より正確な液体温度を求めることができる。
【００２２】
また、請求項５に記載のハイブリット計測装置によれば、パルスエコー法により、特に、肉厚５ｍｍ以上の配管の厚さを正確に求めて、上記減肉量を計測することができ、他方、請求項６に記載のハイブリット計測装置によれば、電磁波超音波共鳴法により、特に、肉厚５ｍｍ以下の配管の厚さを正確に求めて、上記減肉量を計測することができる。
【００２３】
さらに、請求項７に記載のハイブリット計測装置によれば、上記他方の電磁超音波探触子の縦波送受信器のコイルをその他のコイルよりも線径を小さくすることによって、受信表面積を大きくして、縦波の受信感度を良好なものとすることができる。
【００２４】
また、請求項８に記載のハイブリット計測装置によれば、例えば、超音波発生器を一方の電磁超音波探触子に接続して、この一方の電磁超音波探触子のコイルの抵抗値から配管温度の計測、そして横波送受信器の反射波計測による配管の肉厚計測とともに、縦波送受信器からの縦波の送信を行った後に、送信切替器によって超音発生器を他方の電磁超音波探触子に接続して、この他方の電磁超音波探触子のコイルの抵抗値から配管温度の計測、そして横波送受信器の反射波計測による配管の肉厚計測を行うことができる。さらに、上記縦波発信器から送信されてから上記縦波を上記他方の電磁超音波探触子が受信するまでの時間を計測して、電磁超音波探触子が設置された２箇所両方の配管肉厚から求めた配管内径と上記時間とから縦波の速度を導出して液体の温度を算出することができる。
【００２５】
従って、送信切替器を設けることによって、一台の超音波発生器でも一方および他方の電磁超音波探触子に順に接続して、配管温度、配管肉厚、および液体温度を検査でき、その結果、超音波発生器を２台設ける必要もなく、装置全体を小型化できる。
【００２６】
このため、請求項９に記載の配管の検査方法のように、コイルの抵抗値から配管温度を求めるとともに、一方の電磁超音波探触子および他方の電磁超音波探触子の横波送受信器が送信した横波の反射波を受信することにより配管の減肉量を求め、かつ上記一方の上記電磁超音波探触子の上記縦波送信器から送信された縦波を上記他方の電磁超音波探触子の上記縦波送受信器が受信するまでの時間を計測することにより、上記減肉量から求まる上記配管の内径を基に上記縦波の速度から上記液体の温度を求めて、正確かつ効率的に配管温度、肉厚および液体温度を計測することができる。
従って、配管温度、配管肉厚および液体温度の計測結果に異常がある場合には、簡易に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次いで、本発明に係るハイブリット計測装置およびそれを用いた検査方法について説明する。
まず、本実施形態のハイブリット計測装置は、図１〜図５に示すように、配管ｗの外周の対向する２箇所にそれぞれ電磁超音波探触子（以下、ＥＭＡＴセンサという。）１１、１２が配置されており、これら第１のＥＭＡＴセンサ（一方の電磁超音波探触子）１１および第２のＥＭＡＴセンサ（他方の電磁超音波探触子）１２の２つは、それぞれ内部に流通する液体の表面よりも下方に位置するように設置されている。そして、ハイブリット計測装置は、各ＥＭＡＴセンサ１１、１２によって横波を送受信することによりセンサ１１、１２の設置箇所の配管ｗの減肉が計測可能に設けられるとともに、第１のＥＭＡＴセンサ１１から送信した縦波を第２のＥＭＡＴセンサ１２によって受信することにより液体温度が計測可能に設けられている。
【００２８】
各ＥＭＡＴセンサ１１、１２は、各々巻線からなる平面視略長方形状の２つのコイル１３、１４が、短手方向一端側となる巻線の電流の入口側１３ａ、１４ａを同一側（図３中左手側）に向けて互いに平行に配置され、かつ第１のコイル（一方のコイル）１３の上記短手方向他端側となる巻き線の電流の出口側１３ｂを第２のコイル（他方のコイル）１４の巻線間１４０の空洞部上に位置させるように積層されている。そして、第１のＥＭＡＴセンサ１１の第１のコイル１３および第２のコイル１４ならびに第２のＥＭＡＴセンサ１２の第１のコイル１３は、線形φ０．２ｍｍ、巻数４４であって、短手方向が２３ｍｍ、長手方向が３０ｍｍ、空洞の短手方向の幅が３ｍｍとなるように構成されており、第２のＥＭＡＴセンサ１２の第２のコイル１４は、線形φ０．１ｍｍ、巻数７９であるほかは他のコイルと同様に構成されている。
【００２９】
さらに、各ＥＭＡＴセンサ１１、１２は、上記第２のコイル１４の巻線間１４０ならびに、それを挟む当該第２のコイル１４の電流の入口側１４ａおよび出口側１４ｂの３箇所に等間隔に、コイル側にＮ極とＳ極とを交互に配して着磁方向をコイル１３、１４から接離する方向に向けて永久磁石１５、１６、１７が配設され、かつコイル１３、１４を配管ｗ側にして第２のコイル１４を配管ｗの外周に接触させて設置されている。また、上記永久磁石１５として、複数（本実施形態においては３本）の永久磁石１５ａ〜１５ｃがコイル１３、１４の長手方向に向けて一列に並べられるとともに、同様に、上記永久磁石１６、１７として、各々複数（本実施形態においては３本）の永久磁石１６ａ〜１６ｃ、１７ａ〜１７ｃがコイル１３、１４の長手方向に向けて一列に並べられている。これにより、各ＥＭＡＴセンサ１１、１２には、９本の永久磁石１５ａ〜１５ｃ、１６ａ〜１６ｃ、１７ａ〜１７ｃが備えられている。
【００３０】
また、各ＥＭＡＴセンサ１１、１２には、第２のコイル１４および上記３箇所にそれぞれ配置された９本の永久磁石１５ａ〜１５ｃ、１６ａ〜１６ｃ、１７ａ〜１７ｃにより構成される縦波送受信器１８と、第１のコイル１３および第１のコイル１３に対応する２箇所、すなわち、第２のコイル１４の巻線間１４０および第２のコイルの電流の入り口側１４ａにそれぞれ配設された６本の永久磁石１５ａ〜１５ｃ、１６ａ〜１６ｃにより構成される横波送受信器１９とが備えられている。各ＥＭＡＴセンサ１１、１２には、各コイル１３、１４に電流を供給する電流供給配線と配管ｗに接触する第２のコイル１４の抵抗を計測する抵抗測定配線とを有する複合ケーブル２が接続されている。
【００３１】
他方、上記配管ｗは、炭素鋼やステンレス鋼からなり、その外周に断熱材ｗ１が設けられている。この断熱材ｗ１には、第１のＥＭＡＴセンサ１１および第２のＥＭＡＴセンサ１２の取付口ｗ１０がそれぞれ形成されており、これらの取付口ｗ１０を形成するために切り取られた断熱材ｗ１は、それぞれ厚さを薄くするように加工されて、蓋部材ｗ２として第１のＥＭＡＴセンサ１１や第２のＥＭＡＴセンサ１２の取付口ｗ１０を閉塞可能に設けられている。これら蓋部材ｗ２は、その中央部に複合ケーブル２が貫通可能に設けられている。これにより、第１のＥＭＡＴセンサ１１および第２のＥＭＡＴセンサ１２は、取付口ｗ１０に設置されて、複合ケーブル２が蓋部材ｗ２を貫通して断熱材ｗ１の外方に延出している。
【００３２】
各複合ケーブル２は、各電流供給配線が送信切替器３１を介してバースト波超音波発生器３０の出力側に接続されるとともに、各抵抗測定配線が切替器４１を介して直流抵抗測定器４０に接続されている。さらに、第２のＥＭＡＴセンサ１２の第２のコイル１４に接続された電流配線がプリアンプ５１を介してバースト波超音波発生器３０にも接続されており、このバースト波超音波発生器３０は、オシロスコープ５２を介してパーソナルコンピュータ（計測演算装置）５に接続されている。
そして、このパーソナルコンピュータ５は、直流抵抗測定器４０の出力部にも接続されて、直流抵抗測定器４０によって測定された抵抗値から配管ｗの温度が算出可能に設けられている。
【００３３】
次いで、上述のハイブリット計測装置を用いた検査方法について、図６を用いて説明する。
まず、予め、検査を行う前に、直流抵抗値と配管ｗ温度との関係を求めるとともに、縦波の音速と液体温度との関係を求めておく。
【００３４】
そして、バースト波超音波発生器を作動させて、第１のＥＭＡＴセンサ１１の第１のコイル１３および配管ｗに接触している第２のコイル１４に直流電流を供給して、この第２のコイル１４の直流抵抗値を直流抵抗測定器４０で測定することにより、パーソナルコンピュータ５によって上記直流抵抗と配管ｗとの温度との関係から配管ｗの温度が求められる。
それとともに、第１のＥＭＡＴセンサ１１の横波送受信器１９から送信された横波が配管と液体との界面で反射された反射波を、同横波送受信器１９にて受信することにより、配管ｗの肉厚Ｄ１の減肉量ａ１を求める。
【００３５】
この配管ｗの肉厚Ｄ１は、横波送受信器１９が横波を送信してから配管ｗの上記界面、すなわち配管ｗの内壁面で反射される多重反射のｎ回目の反射波を受信するまでの時間Ｔnとｎ＋１回目の反射波を受信するまでの時間Ｔn+1との時間差（Ｔn+1−Ｔn）を、上記配管ｗの温度に基づく横波の音速ＶThの二倍の数値で割る下記式（１）によるパルスエコー法によって求められる。
Ｄ＝（Ｔn+1−Ｔn）／２ＶTh・・・（１）
また、共鳴周波数ｆnとその周波数の次数ｎと上記配管ｗの温度に基づく横波の音速ＶThに基づく下記式（２）による電磁超音波共鳴法によっても配管の厚さＤが求められる。
Ｄ＝ｎ（ＶTh／２ｆn）・・・（２）
【００３６】
従って、これらの時間Ｔnなどのデータが計測されて、バースト波超音波発生器３０およびオシロスコープ５２を介してパーソナルコンピュータ５に送信されることにより、このパーソナルコンピュータ５によって、配管ｗの肉厚Ｄ１の初期値からの減肉量ａ１が求められる。
その際、このパーソナルコンピュータ５によって、配管ｗの肉厚Ｄ１が２ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲内のパルスエコーの精度により定まる所定の厚さ以上の場合には、上記（１）式によるパルスエコー法にしたがって減肉量ａ１が算出され、かつ肉厚Ｄ１が上記所定の厚さ未満の場合には、上記（２）式による電磁超音波共鳴法にしたがって配管ｗの減肉量ａ１が算出される。
【００３７】
また、第１のＥＭＡＴセンサ１１の縦波送受信器１８によって縦波を送信してから、この縦波を第２のＥＭＡＴセンサ１２の縦波送受信器１８が受信するまでの時間を、プリアンプ５１、バースト波超音波発生器３０およびオシロスコープ５２を介してパーソナルコンピュータ５が計測している。
【００３８】
次いで、送信切替器３１によって、第１のＥＭＡＴセンサ１１から第２のＥＭＡＴセンサ１２に電流の流れを切替えるとともに、切替器４１によって、直流抵抗測定器４０の測定対象を第１のＥＭＡＴセンサ１１から第２のＥＭＡＴセンサ１２に切替える。
これにより、第２のＥＭＡＴセンサ１２の第１のコイル１３および配管ｗに接触している第２のコイル１４に直流電流を供給して、この第２のコイル１４の直流抵抗値を直流抵抗測定器４０で測定することにより、パーソナルコンピュータ５によって上記直流抵抗と配管ｗとの温度との関係から配管ｗの温度が求められる。
【００３９】
それとともに、第２のＥＭＡＴセンサ１２の横波送受信器１９から送信された横波が配管と液体との界面で反射された反射波を、同横波送受信器１９にて受信することにより、配管ｗの肉厚Ｄ２の減肉量ａ２を求める。
この配管ｗの肉厚Ｄ２の減肉量ａ２は、第１のＥＭＡＴセンサ１１と同様に、パーソナルコンピュータ５によって、肉厚Ｄ２が上記パルスエコーの精度により定まる所定の厚さ以上の場合には、上記式（１）によるパルスエコー法によって求められた肉厚Ｄ２を基に初期値からの減肉量ａ２が算出されるとともに、肉厚Ｄ２が上記所定の厚さ未満の場合には、上記式（２）による電磁超音波共鳴法によって求められた肉厚Ｄ２を基に初期値からの減肉量ａ２が算出される。
【００４０】
そして、第１のＥＭＡＴセンサ１１および第２のＥＭＡＴセンサ１２から求めた配管ｗの肉厚Ｄ１、Ｄ２の減肉量ａ１およびａ２を配管ｗの内径の初期値Ｌｏに加算することにより、配管ｗの内径Ｌが求められる。なお、上記減肉量ａ１、ａ２は、肉厚を意味する。次いで、この配管ｗの内径Ｌと上記パーソナルコンピュータ５が計測している縦波の送受信時間とから縦波の音速が求められて、上記予め求めた音速と液体温度との関係から液体温度が求められる。
これにより、パーソナルコンピュータ５によって第１のＥＭＡＴセンサ１１および第２のＥＭＡＴセンサ１２が設置された箇所の配管ｗの温度と肉厚Ｄ１、Ｄ２、さらに配管ｗ内の液体の温度が求められることから、大型プラントで異常が発生した場合にも瞬時に検出することが可能となる。
【００４１】
なお、上述の実施形態において、永久磁石１５、１６、１７としてそれぞれ複数の永久磁石１５ａ〜１５ｃ、１６ａ〜１６ｃ、１７ａ〜１７ｃが用いられているものの、本発明は、これに何ら限定されるものでなく、永久磁石１５、１６、１７がそれぞれ一本状に形成されて、第２のコイル１４の巻線間１４０およびそれを挟むコイル１４の電流の入口側および出口側に等間隔に設けられることにより、コイル１３、１４の長手方向に向けて配設されてもよく、横波および縦波を送受信できるものであれば足りる。また、永久磁石１５、１６、１７に代えて電磁石を用いてもよい。
さらに、本発明は、上述の実施形態に何ら限定されるものでなく、例えば、第１のコイル１３の上に第２のコイル１４が積層されてもよく、この場合には、第１のコイル１３に抵抗測定配線が接続される。また、配管ｗの肉厚Ｄ１、Ｄ２が上記所定の厚さ以上の場合および上記所定の厚さ未満の場合ともに、パルスエコー法と電磁超音波共鳴法との両方によって配管ｗの肉厚Ｄ１、Ｄ２を求めてもよいものである。
【００４２】
本実施形態のハイブリット計測装置およびそれを用いた検査方法によれば、配管ｗの外周に第１ＥＭＡＴセンサ１１および第２のＥＭＡＴセンサ１２が対向配置されるとともに、各ＥＭＡＴセンサ１１、１２の第２のコイル１４に接続された抵抗測定器４０によって測定した配管ｗの直流抵抗などのデータをパーソナルコンピュータ５に送信すると、予め、パーソナルコンピュータ５に配管ｗの直流抵抗と配管温度との関係を求めて入力しておくことにより、同コンピュータ５によって配管ｗの温度を算出することができる
【００４３】
さらには、この配管温度により横波の音速が一義的に定まることから、各ＥＭＡＴセンサ１１、１２の横波送受信器１９が送信した横波の多重反射波を受信して、同受信データをパーソナルコンピュータ５に送信することにより、同コンピュータ５によってＥＭＡＴセンサ１１、１２の設置位置の配管ｗの肉厚Ｄ１、Ｄ２をパルスエコー法または磁超音波共鳴法にしたがって演算することができる。従って、配管ｗの温度を測定して上記横波の音速を求めた位置の配管ｗの肉厚Ｄ１、Ｄ２を計測でき、計測位置の差による配管ｗの肉厚Ｄ１、Ｄ２の計測誤差が生じることなく、正確な配管ｗの減肉量ａ１、ａ２を求めることができる。
【００４４】
これに加えて、上記正確な配管ｗの減肉量ａ１、ａ２から配管ｗの内径Ｌを求めるとともに、第１のＥＭＡＴセンサ１１の縦波送受信器１８によって縦波が送信されてから第２のＥＭＡＴセンサ１２の縦波送受信器１８によって上記縦波を受信するまでの時間を、パーソナルコンピュータ５で計測することにより、縦波の音速を求めて、予め、音速と液体温度との関係を求めておくことによって、液体の温度を算出するすることができる。
従って、正確な配管ｗの減肉量ａ１、ａ２から正確な配管ｗの内径Ｌが求められている位置の縦波の送受信時間を計測することにより、計測位置の差による誤差が生じることを防止して正確な液体の温度を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態のハイブリット計測装置の構成説明図である。
【図２】ＥＭＡＴセンサ１１、１２の平面模式図であって、縦波送受信器１８および横波送受信器１９を備えていることを説明するための構成説明図である
【図３】ＥＭＡＴセンサ１１、１２の断面模式図である。
【図４】ＥＭＡＴセンサ１１、１２の配管ｗへの取り付けを説明するための断面模式図である。
【図５】ＥＭＡＴセンサ１１、１２の配管ｗへの取り付けを説明するための斜視図である。
【図６】本実施形態のハイブリット計測装置を用いた検査方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１１ 第１のＥＭＡＴセンサ（一方の電磁超音波探触子）
１２ 第２のＥＭＡＴセンサ（他方の電磁超音波探触子）
１３ 第１のコイル
１３ａ 第１のコイルの電流の入口側
１３ｂ 第１のコイルの電流の出口側
１４ 第２のコイル
１４ａ 第２のコイルの電流の入口側
１４ｂ 第２のコイルの電流の出口側
１５〜１７ 永久磁石
１８ 縦波送受信器
１９ 横波送受信器
３０ バースト波超音波発生器
３１ 送信切替器
４０ 直流抵抗測定器
４１ 切替器
Ｄ 肉厚
ｗ 配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液体が流通する配管の減肉量および表面温度ならびに上記液体の温度を計測可能な電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置であって、
上記配管の外周に磁石およびコイルを有する２つの電磁超音波探触子が対向配置されており、
上記電磁超音波探触子は、各々巻線からなる第１のコイルおよび第２のコイルが、電流の入口側を同一側に向けて互いに平行に配置され、かつ上記第１のコイルの上記電流の入口側または出口側を上記第２のコイルの巻線間に位置させるように積層されるとともに、
上記磁石が、上記第２のコイルの巻線間ならびに、それを挟む当該コイルの電流の入口側および出口側の３箇所に等間隔に、当該コイル側にＮ極とＳ極とを交互に配して、着磁方向を当該コイルから接離する方向に向けて配設されることにより、
上記第２のコイルと上記３箇所にそれぞれ配置された磁石とにより構成される縦波送受信器と、
上記第１のコイルと当該第１のコイルに対応する上記第２のコイルの巻線間および電流の出口側または入口側の２箇所にそれぞれ配置された磁石とにより構成される横波送受信器とが備えられていることを特徴とする電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
【請求項２】
上記２つの電磁超音波探触子は、上記液体の表面より下方に位置するように設置されるとともに、各々上記第１のコイルおよび第２のコイルに電流を供給する電流配線が接続され、かつ第１のコイルおよび第２のコイルの少なくとも一方が上記配管に接触して、当該コイルの抵抗値を測定する抵抗測定機器の配線に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
【請求項３】
上記電流配線は、上記抵抗測定配線が接続されている第１のコイルおよび第２のコイルの少なくとも一方に対しては上記抵抗測定配線とともに複合ケーブルとして上記電磁超音波探触子に接続されており、
上記抵抗測定機器は、上記配管の表面温度を算出する計測演算装置の一部であり、
上記計測演算装置は、上記コイルの抵抗から上記配管の温度を演算可能に設けられるとともに、一方の上記電磁超音波探触子の上記横波送受信器から送信された横波が上記配管の上記液体との界面で反射された反射波を、上記一方の電磁超音波探触子の横波送受信器にて受信することにより、上記一方の電磁超音波探触子が配置された位置の配管の減肉量が演算可能に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
【請求項４】
上記計測演算装置は、他方の上記電磁超音波探触子の上記横波送受信器から送信された横波が上記配管の上記液体との界面で反射された反射波を、上記他方の電磁超音波探触子の横波送受信器にて受信することにより、上記２つの電磁超音波探触子が配置された位置の配管の減肉量がそれぞれ演算可能に設けられているとともに、
上記減肉量によって補正した上記配管の内径と、一方の上記電磁超音波探触子の上記縦波送信器から送信された縦波を上記他方の電磁超音波探触子の上記縦波送受信器が受信するまでの時間とから上記縦波の速度を求めて、予め求めておいた縦波の速度と液体温度との関係から上記液体の温度が算出可能に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
【請求項５】
上記計測演算装置は、上記横波送受信器が横波を送信してから上記配管と上記液体との界面で反射される多重反射のｎ回目の反射波を受信するまでの時間Ｔnとｎ＋１回目の反射波を受信するまでの時間Ｔn+1との時間差（Ｔn+1−Ｔn）を、上記配管温度に基づく上記横波の速度ｖの二倍の数値で割る下記式によるパルスエコー法によって、上記配管の厚さＤが算出可能に設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
Ｄ＝（Ｔn+1−Ｔn）／２ｖ
【請求項６】
上記計測演算装置は、共鳴周波数ｆnとその周波数の次数ｎと上記配管温度に基づく上記横波の速度ｖによる下記式にしたがって演算する電磁超音波共鳴法によって上記配管の厚さＤが算出可能に設けられていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一項に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置
Ｄ＝ｎ（ｖ／２ｆn）
【請求項７】
上記他方の電磁超音波探触子の縦波送受信器を構成しているコイルは、上記他方の電磁超音波探触子の横波送受信器ならびに上記一方の電磁超音波探触子の縦波送受信器および上記横波送受信器を構成しているコイルよりも線径が小さいことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一項に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
【請求項８】
上記一方の電磁超音波探触子および上記他方の電磁超音波探触子の電流配線は、超音波発生器に送信切替器を介して接続されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一方に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか一項に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置を用いて、上記配管に接触しているコイルの直流抵抗を計測して配管温度を求めるとともに、上記一方の電磁超音波探触子および上記他方の電磁超音波探触子の上記横波送受信器が送信した横波の反射波を受信することにより上記配管の減肉量を求め、かつ上記一方の上記電磁超音波探触子の上記縦波送信器から送信された縦波を上記他方の電磁超音波探触子の上記縦波送受信器が受信するまでの時間と、上記減肉量から求まる上記配管の内径とから上記縦波の速度を演算して、当該速度と液体温度との関係から上記液体の温度を求めることを特徴とする配管の検査方法。
【請求項１】
内部に液体が流通する配管の減肉量および表面温度ならびに上記液体の温度を計測可能な電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置であって、
上記配管の外周に磁石およびコイルを有する２つの電磁超音波探触子が対向配置されており、
上記電磁超音波探触子は、各々巻線からなる第１のコイルおよび第２のコイルが、電流の入口側を同一側に向けて互いに平行に配置され、かつ上記第１のコイルの上記電流の入口側または出口側を上記第２のコイルの巻線間に位置させるように積層されるとともに、
上記磁石が、上記第２のコイルの巻線間ならびに、それを挟む当該コイルの電流の入口側および出口側の３箇所に等間隔に、当該コイル側にＮ極とＳ極とを交互に配して、着磁方向を当該コイルから接離する方向に向けて配設されることにより、
上記第２のコイルと上記３箇所にそれぞれ配置された磁石とにより構成される縦波送受信器と、
上記第１のコイルと当該第１のコイルに対応する上記第２のコイルの巻線間および電流の出口側または入口側の２箇所にそれぞれ配置された磁石とにより構成される横波送受信器とが備えられていることを特徴とする電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
【請求項２】
上記２つの電磁超音波探触子は、上記液体の表面より下方に位置するように設置されるとともに、各々上記第１のコイルおよび第２のコイルに電流を供給する電流配線が接続され、かつ第１のコイルおよび第２のコイルの少なくとも一方が上記配管に接触して、当該コイルの抵抗値を測定する抵抗測定機器の配線に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
【請求項３】
上記電流配線は、上記抵抗測定配線が接続されている第１のコイルおよび第２のコイルの少なくとも一方に対しては上記抵抗測定配線とともに複合ケーブルとして上記電磁超音波探触子に接続されており、
上記抵抗測定機器は、上記配管の表面温度を算出する計測演算装置の一部であり、
上記計測演算装置は、上記コイルの抵抗から上記配管の温度を演算可能に設けられるとともに、一方の上記電磁超音波探触子の上記横波送受信器から送信された横波が上記配管の上記液体との界面で反射された反射波を、上記一方の電磁超音波探触子の横波送受信器にて受信することにより、上記一方の電磁超音波探触子が配置された位置の配管の減肉量が演算可能に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
【請求項４】
上記計測演算装置は、他方の上記電磁超音波探触子の上記横波送受信器から送信された横波が上記配管の上記液体との界面で反射された反射波を、上記他方の電磁超音波探触子の横波送受信器にて受信することにより、上記２つの電磁超音波探触子が配置された位置の配管の減肉量がそれぞれ演算可能に設けられているとともに、
上記減肉量によって補正した上記配管の内径と、一方の上記電磁超音波探触子の上記縦波送信器から送信された縦波を上記他方の電磁超音波探触子の上記縦波送受信器が受信するまでの時間とから上記縦波の速度を求めて、予め求めておいた縦波の速度と液体温度との関係から上記液体の温度が算出可能に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
【請求項５】
上記計測演算装置は、上記横波送受信器が横波を送信してから上記配管と上記液体との界面で反射される多重反射のｎ回目の反射波を受信するまでの時間Ｔnとｎ＋１回目の反射波を受信するまでの時間Ｔn+1との時間差（Ｔn+1−Ｔn）を、上記配管温度に基づく上記横波の速度ｖの二倍の数値で割る下記式によるパルスエコー法によって、上記配管の厚さＤが算出可能に設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
Ｄ＝（Ｔn+1−Ｔn）／２ｖ
【請求項６】
上記計測演算装置は、共鳴周波数ｆnとその周波数の次数ｎと上記配管温度に基づく上記横波の速度ｖによる下記式にしたがって演算する電磁超音波共鳴法によって上記配管の厚さＤが算出可能に設けられていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一項に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置
Ｄ＝ｎ（ｖ／２ｆn）
【請求項７】
上記他方の電磁超音波探触子の縦波送受信器を構成しているコイルは、上記他方の電磁超音波探触子の横波送受信器ならびに上記一方の電磁超音波探触子の縦波送受信器および上記横波送受信器を構成しているコイルよりも線径が小さいことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一項に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
【請求項８】
上記一方の電磁超音波探触子および上記他方の電磁超音波探触子の電流配線は、超音波発生器に送信切替器を介して接続されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一方に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか一項に記載の電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置を用いて、上記配管に接触しているコイルの直流抵抗を計測して配管温度を求めるとともに、上記一方の電磁超音波探触子および上記他方の電磁超音波探触子の上記横波送受信器が送信した横波の反射波を受信することにより上記配管の減肉量を求め、かつ上記一方の上記電磁超音波探触子の上記縦波送信器から送信された縦波を上記他方の電磁超音波探触子の上記縦波送受信器が受信するまでの時間と、上記減肉量から求まる上記配管の内径とから上記縦波の速度を演算して、当該速度と液体温度との関係から上記液体の温度を求めることを特徴とする配管の検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２５８１２（Ｐ２０１０−２５８１２Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８８８０４（Ｐ２００８−１８８８０４）
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年７月１２日 （特定非営利活動法人）日本保全学会主催の「第５回学術講演会」に発表
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年７月１２日 （特定非営利活動法人）日本保全学会主催の「第５回学術講演会」に発表
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【Ｆターム（参考）】
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