超音波音速計の測定原理・特徴 Measuring principle
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超音波音速計の測定原理と特徴
超音波音速計は、鋳鉄・セラミックス・ガラス・プラスチック（樹脂）等の片側にセンサー（トランスデューサー）をあてるだけで、簡単に音速を測定します。主に黒鉛球状化率の推定や、弾性率の算出に用いられています。
このページでは超音波音速計の測定原理と特徴について説明します。
超音波音速計の仕組み
超音波音速計は、トランスデューサー（プローブ・探触子）と呼ぶ超音波センサーから発信した超音波が、試験体の反対面（裏面）に反射し再度トランスデューサーに戻ってくるまでの時間を計測し、それをもとに音速を算出します。
音速（速さ）を求めるためには、速さ＝距離/時間の関係から、超音波音速計で計測した伝播時間で、距離を割ればよいだけです。超音波音速計の場合、超音波の伝播距離は厚さの２倍となるため（超音波が往復しているため）、厚さに２を乗じ距離に換算し、それを伝播時間で除すれば音速を求めることができます。
C（音速） ＝ 2D / t
C： 音速、 D：厚さ、 t：伝播時間
超音波音速計の特徴
超音波音速計は、材料の片側にトランスデューサーと呼ぶ超音波センサーを接触させるだけで、非破壊で材料の音速を表示します。前処理等が不要で、手軽に材料の音速測定が可能です。ハンディタイプの測定器のため、試験室だけでなく、現場での使用にも適しています。
測定箇所が鋳肌のように粗い場合は二振動子トランスデューサーの超音波音速計（ZX-5シリーズ、QSV DLC-M、CMX DL+ Ver.2）を、より正確な音速を測定する場合は一振動子トランスデューサーの超音波音速計（CMX DL+ Ver.2、PVX Ver.2）を使用します。*CMX DL+ Ver.2は、一振動子・二振動子両方のトランスデューサーに対応します。
一方で、トランスデューサーと材料の間にはカプラント（接触媒質）と呼ぶ液体を塗布する必要があります。健康診断のエコー検査で胸部にゼリー状の液体を塗りますが、目的は同じです。接触媒質については、下の「接触媒質（カプラント）」で詳しく説明します。
超音波音速計では、反対面（裏面）で反射した超音波が再度トランスデューサーで受信されないと音速を計算することができません。このため、両端面はある程度平行である必要があります。また、ゴムのように超音波が途中で減衰して消えてしまう高減衰材や、木材や発泡プラスチックのように気泡を含む素材も、超音波が気泡を通過しないため、測定することができません。
接触触媒（カプラント）について
超音波は、物質の境界面で境界で反射するという性質を持っています。特に金属や樹脂等の固体と空気は音響インピーダンスが大きく異なるため、個体から空気、空気から固体へはほとんど超音波が伝播しません。このため、トランスデューサーと測定面の間には、超音波を伝達させるために、少量の液体を塗布し空気の層を無くす必要があります。
液体には、水や油の他に、カプラントと呼ばれる専用剤が使用されています。カプラントは超音波検査専用に作られているため、水や油よりも超音波の伝達に優れており、より高精度で信頼性の高い測定を行うことができます。
