JP2002513924A - 流体温度測定方法および装置 - Google Patents

流体温度測定方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 管路流体用の音響的温度測定装置は端キャップ（１１）を有する目盛り付き管（１０）における間隔を隔てたマイクロホン（１８）を持つ拡声器（１６）を備えている。コンピュータ装置（２２）がトーンバースト信号を発生させ、この信号は処理のためにパワー増幅器（２１）を介して拡声器を駆動する。出力して反射された信号は拡声器（１８）により検出され、増幅器（２０）における増幅の後、処理のためにコンピュータ（２２）に移行する。これらの信号を処理して温度を示す位相関係を定め、また漏れ測定読み値を補正するのにこれらの信号を使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は流体温度測定に関する。
【０００２】 （背景技術） 流体搬送管路では、漏れが起こっているかどうかを判断し、漏れ量を定めるこ
とが有利である。例えば、ガス管路では、数キロメートルの管路にわたって非常
に小さい大きさであることもあるいずれの漏れをも測定することができることが
望ましい。
【０００３】 代表的には、試験は空気をガス本管の最大作用圧力の１．５倍の圧力で空の管
路に供給することを含む。次いで、圧力を数日またはそれ以上にわたって監視し
てこの期間中にいずれかの圧力降下が起きるかどうかを調べる。０．００２８ｓ
ｃｍｈ(０．１ｓｃｆｈ)より多い漏れを示す圧力降下読み値が生じれば、漏れ源
を定めるために尚一層の調査が示される。実際、圧力降下は漏れの結果起こるだ
けではなく、温度および管容積の変化に因り変化することもある。これは、長い
管路では、圧力降下が試験期間を数週間にわたって延長しなければならないほど
小さい場合に特にそうである。
【０００４】 より効果的な圧力試験を行なうには、このような長い期間にわたる管の容積変
化および流体における温度変化を定めることも必要である。
【０００５】 クリープによりポリエチレン管の容積が変化し、クリープを処理するための機
構が本出願人の特許出願の課題である。
【０００６】 本発明は温度の面に関する。
【０００７】 （発明の開示） 本発明によれば、流体を通るための音信号を発生させるトランスジューサ手段
と、音信号が流体を通って第１位置に達するときに第１信号を検出するための検
出器手段と、音信号が流体を通って第２位置に達するときに第２信号を検出する
ための検出器手段と、第１および第２の検出された信号から得られた情報の結果
として、温度を算出するためのプロセッサ手段とを備えていることを特徴とする
流体温度測定装置が提供される。
【０００８】 更に、本発明によれば、流体を通るための音信号を発生させ、音信号が流体を
通って第１位置に達するときに第１信号を検出し、音信号が流体を通って第２位
置に達するときに第２信号を検出し、第１および第２の検出された信号から得ら
れた情報の結果として、温度を算出することを特徴とする流体における温度を測
定する方法が提供される。
【０００９】 更に、本発明によれば、所定期間にわたって管内の流体圧を検出するための手
段と、所定時間にわたって管内の流体の温度を測定するための手段と、所定期間
にわたる補正済み流体圧力測定値を得て、温度が変化しなかった場合、所定時間
中に生じた圧力損失度を示すために流体の温度変化を補償するための手段とを備
えていることを特徴とする管漏れ測定装置が提供される。
【００１０】 更に、本発明によれば、圧力源をシールされた管に取付け、所定期間にわたっ
て管内の流体圧を検出し、所定時間にわたって管内の流体の温度を測定し、流体
の温度変化を補償して所定期間にわたる補正済み流体圧力測定値を得、それによ
り所定時間の間、温度が一定のままであった場合に生じた圧力損失度を示すこと
を特徴とする管漏れ測定方法が提供される。
【００１１】 （発明を実施するための最良の形態） 図１の構成はシール管を加圧し、漏れを評価するために温度を測定するように
なっている。試験すべき管１０は長さが数キロメートルまででもよく、一端が端
キャップ１１で終っている。
【００１２】 管の他端部には、管をシールし、且つ弁１５によってガスを圧力下で管へ供給
するためにハウジング１２が取付けられている。
【００１３】 ハウジング１２はシール管内の圧力をこれが変化するかどうか定めるために測
定するための圧力トランスジューサ１４を有している。ハウジング１２の圧力均
等化ベント１９により、ハウジングの内圧を管１０内の圧力に調整し得る。拡声
器１６の形態の音源がハウジング１２上に設けられており、この音源はホーン１
２が延びている圧縮駆動体を有している。この圧縮駆動体は線形音響ホーンで少
なくとも１００ｄBの出力レベルを送り出すことが可能である。
【００１４】 拡声器１２の下流には、方向性カージオイド型のマイクロホン１８が位置決め
されており、このマイクロホン１８は、以下に詳述する、細拡声器１２からの発
信音響出力と、管１０の端部１１からの音付随反射とを受信する。
【００１５】 マイクロホン１８の出力は差動増幅器２０により受信され、コンピュータ２２
内のデジタル信号処理盤２３に移行する。
【００１６】 盤２３はまた拡声器用の駆動信号を発生し、この駆動信号はパワー増幅器２１
へ移行して拡声器１６の出力を管内に移動させて再度反射させるのに十分なワッ
ト数の信号を生じる。
【００１７】 圧力トランスジューサ１４は、直列通信ポート２５（例えば、RS２３２）を経
てコンピュータ２２と通信することができる形態のデジタル出力を生じるために
それ自身の内部インタフェースを有している。従って、測定された絶対圧力を所
定期間にわたってコンピュータ２２により自動記録することができる。かかる情
報をコンピュータスクリーン２４に表示することができる。
【００１８】 プロセッサ盤２３が図２に詳細に示されている。
【００１９】 この盤はアナログーデジタル変換器（ADC）３０を有しており、このアナログ
ーデジタル変換器（ADC）３０はマイクロホン１８からのアナログ信号を受信し
てこれをデジタル形態に変換し、次いで、このデジタル形態をメモリ３１に記憶
する。
【００２０】 トーンバースト発生器３５が数サイクルの単一トーンバーストの形態で拡声器
を駆動する出力を発生させ、この出力は、管１０を通って伝達されるとき、その
初めの通過時およびその後、管端壁部からのその戻り時にマイクロホン１８によ
り受け取られる。
【００２１】 これらの信号組の両方をメモリにデジタル形態で捕獲し記憶する。プロセッサ
３２はこの情報の書き込みを行い、高速フーリエ変換（FFT）分析を行って２つ
の選択信号部分間の相対位相を算出するようになっている。初期位相はコンピュ
ータにおける次の読み込みのための基準として記憶される。
【００２２】 諸装置（すなわち、ADC３０、メモリ３１、トーンバースト発生器３５および
プロセッサ３２）の各々には、制御ブロック３４が接続されている。この制御ブ
ロック３４は処理済み情報を受信するコンピュータ２２の即答下で作動制御を行
なうことができる。
【００２３】 盤２３はデータを処理し、ウインドー処理を行い、FFTを行い、且つ振幅およ
び位相スペクトルをホストPC２２へ戻すことができる。
【００２４】 温度変化は下記式により初期位相（φ0）と現在の位相（φ）との差（Δφ）
により算出される。
【００２５】 上記式中、ｆは駆動周波数（Hz）であり、 Lは管の長さ（ｍ）であり、 γは比熱比（１．４）であり、 Rは比ガス定数（空気の場合、２８７ｋJ/°K）であり、 Tは絶対温度（°K（すなわち、℃＋２７３））である。
【００２６】 信号経路は管の長さの２倍であり、最高１０サイクルまでのバーストの場合に
、比較的低い単周波数〔例えば、４００Hz未満〕が満足であるとわかった。本管
の延長した長さ（最高２ｋMまで）の場合、必要とされる距離範囲をもたらすの
に２０Hzほどの周波数を選択するのがよい。（上記式における積FLはこのような
周波数において精度が維持されることを示している）。
【００２７】 もっと高い周波数は、管継ぎ手で起こる不必要な早期反射をもたらしてしまう
。低過ぎる周波数は固有の背景ノイズに因るノイズレベル問題を生じてしまう。
マイクロホン１８は作動を最大にするように拡声器１６の前方に特定の距離を隔
てて管に位置決めされる。代表的には、距離は、波が平面状であり、且つ記録レ
ベルが源近くの局部場により影響されないように、いくつかの管の直径に同等で
あるものとして選択される。
【００２８】 上記技術を使用して、１度の分数の位相移動が分解され、０．００１℃内の極
めて正確な温度変化測定値を得ることができる。
【００２９】 実際、トランスジューサ／拡声器による伝達用の装置が用いる周波数は好まし
くは温度解明係数および背景ノイズレベルを考慮して、範囲を最大にするために
試験すべき管の長さに応じて選択される。
【００３０】 従って、２０ｍの比較的短い管の長さの場合、１KHｚの周波数が適当である。
１００ｍの長さは２００Hzの音信号をもたらすことができる。１ｋｍの長さは例
えば２０Hzに設定される周波数をもたらすことができる。
【００３１】 温度測定を行なっている間、圧力トランスジューサ１４は管１０内の内部ガス
圧を測定している。直列ポート２４を介してコンピュータ２２が時間（例えば、
数時間）にわたって受けた値は温度変化ごとに調整する必要があり、工程を図３
に示してある。
【００３２】 コンピュータ２２が受けた値は算出温度とともに、空気圧のサンプルを補償工
程にかけて表示および記憶のための「真」の圧力読み値を与える。この「真」の
圧力は温度変化の無い場合に記録される圧力に相当する。
【００３３】 この補償はソフトウエア制御下で行なうのがよい。
【００３４】 入力情報を監視し且つ表示パラメータを制御するためにコンピュータスクリー
ンを使用した対話式機構を有するのが有利である。このような構成を図４に示し
てある。
【００３５】 コンピュータスクリーン２４はグラフィカル部分３８およびテキスト部分３９
を示すようになっている。
【００３６】 グラフィカル部分３８は管を通して拡声器により送られる音信号の温度４０の
表示を示す。振幅をボルトで示してあり、時間目盛はミリ秒である。第１部分４
０aは管内のガスを通るとき拡声器が受けるトーンバーストを示しており、部分
４０ｂは管壁部からの反射後に拡声器が受ける反射トーンを表している。
【００３７】 ソフトウエアカーソル４２、４３を移動させて温度値を定める処理のための波
形部分を選択し、偽読みを防ぐための計算にこれらのウインドウのみを利用する
ようにすることができる。表示の一部として、テキスト部分３９は管の長さ（例
えば、２０ｍ）、選択された周波数（例えば、４００Hz）およびバーストのサイ
クル数（例えば、５）のような入力パラメータを表示することができる。これら
の計算により、初期バーストおよびエコーの時間およびカーソル間の時間（例え
ば、１２０．１７ｍ/秒）についての値が得られる。完了結果が図５に示すよう
にスクリーン２４に表示される。
【００３８】 スクリーン表示は時間（ｈｒ）で示す時間に対する温度(℃)を示す下部分を有
している。
【００３９】 上部分５１は時間（ｈｒ）で示す時間に対するミリバール単位の圧力を示して
いる。音響学的に測定された温度は波形５５で示されている。比較のために、管
の領域における地上温度を別体のトランスジューサ(図示せず)により測定して基
準グラフ５６を得た。
【００４０】 この例では、２つの温度グラフ５５、５６が開始時間から１０．５０時間の時
点まで同じであることがわかる。その時点で、人工熱源を管に取付けて高い温度
（実験上の理由で）を生じた。上部分５１から、圧力トランスジューサ１４によ
り測定した絶対圧力５３が同時に上昇し、かくして実際の漏れを覆うことができ
る偽読み値が得られることがわかる。
【００４１】 しかしながら、補正済み圧力５４は、温度により影響されず、漏れがある場合
にのみ変化する等温圧力のみを示す波形をなす。この場合、表示された測定期間
において約２８８５ないし２８８３ｍBarの降下圧力によりグラフに示すように
、わずかな漏れが存在すると判断された。
【００４２】 補正済み圧力は下記式から定められる。
【００４３】 この装置を関連したDSP盤を備えたパーソナルコンピュータに基づいた構成に
関して説明したが、変更例の構成では、A/DおよびD/A変換用のPMCIAカードとと
もに頑丈なラップトップを使用することができる。
【００４４】 或る作動条件下では、トレンチに連続的に存在し、長い時間にわたってデータ
を自動記録するためのものであって、技師が現場を訪れたときにこのデータをホ
ストラップトップにアップロードするためにインターフェースを有する基地ステ
ーションを備えるのが適切であることもある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 流体管路に使用するための音響的温度測定装置を示す図である。
【図２】 適当なプロセッサ盤構成を示す図である。
【図３】 コンピュータ補償工程を示す図である。
【図４】 信号通過についての監視情報および選択機構を示す図である。
【図５】 測定値に関連された温度および圧力グラフを示す図である。

Claims (37)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体を通るための音信号を発生させるトランスジューサ手段
    と、 音信号が流体を通って第１位置に達するときに第１信号を検出するための検出
    器手段と、 音信号が流体を通って第２位置に達するときに第２信号を検出するための検出
    器手段と、 第１および第２の検出された信号から得られた情報の結果として、温度を算出
    するためのプロセッサ手段とを備えていることを特徴とする流体温度測定装置。
  2. 【請求項２】 単一の検出器が第１および第２音信号の両方を検出し、プロ
    セッサ手段は第１および第２音信号間の相対位相から温度を定めるようになって
    いることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 検出器は流体中の遠い点からのエコーから生じる第２信号を
    検出するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 プロセッサ手段は高速フーリエ変換分析器を有することを特
    徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の装置。
  5. 【請求項５】 トランスジューサにより使用するための所定の周波数でトー
    ンバースト信号を発生させるために発生器を設けたことを特徴とする請求項１な
    いし４のうちのいずれか１項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 周波数はたった１KHｚに過ぎないように選択されることを特
    徴とする請求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 検出器手段により検出された信号はアナログ電圧の形態であ
    り、この信号をプロセッサ手段により使用するためのデジタル信号に変換するた
    めに変換器手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし６のうちのいずれか１
    項に記載の装置。
  8. 【請求項８】 第１および第２音信号から得られる信号情報を表示するため
    にディスプレー手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし７のうちのいずれ
    か１項に記載の装置。
  9. 【請求項９】 音信号が通過するチャンバーにおける加圧流体を検出するた
    めの圧力検知手段と、温度効果のために補正された圧力値を得るために算出温度
    に応じて測定圧力を変更すための手段とを有していることを特徴とする請求項１
    ないし８のうちのいずれか１項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 チャンバーは各端部で終っている管路であり、管路を所望
    の圧力レベルに加圧するために圧力入力手段を設けたことを特徴とする請求項９
    に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 延長した時間にわたる圧力読み値を記憶するための記憶手
    段を有することを特徴とする請求項９または１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 延長した時間の少なくとも一部にわたる測定圧力および/
    または補正圧力を表示するためのディスプレー手段を有することを特徴とする請
    求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 流体を通るための音信号を発生させ、 音信号が流体を通って第１位置に達するときに第１信号を検出し、 音信号が流体を通って第２位置に達するときに第２信号を検出し、 第１および第２の検出された信号から得られた情報の結果として、温度を算出
    することを特徴とする流体における温度を測定する方法。
  14. 【請求項１４】 温度は第１および第２信号間の相対位相から定められるこ
    とを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 第２信号は流体における遠い点からのエコーの結果、検出
    されることを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 音信号を得るために所定周波数でトーンバースト信号を発
    生させる工程を有することを特徴とする請求項１３、１４または１５に記載の方
    法。
  17. 【請求項１７】 信号はアナログ電圧の形態で検出され、この信号をデジタ
    ル形態に変換する工程を有していることを特徴とする請求項１３ないし１６のう
    ちのいずれか１項に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 第１および第２音信号から得られる信号情報を表示する工
    程を有していることを特徴とする請求項１３ないし１７のうちのいずれか１項に
    記載の方法。
  19. 【請求項１９】 音信号が通過するチャンバーにおける加圧流体を検出する
    工程を有していることを特徴とする請求項１３ないし１８のうちのいずれか１項
    に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 管路を所望の圧力レベルに加圧する工程を有していること
    を特徴とする請求項１９に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 延長した時間にわたる圧力読み値を記憶し、延長期間の少
    なくとも一部にわたる測定圧力および/または補正圧力測定値を表示する工程を
    有していることを特徴とする請求項１９または２０に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 所定期間にわたって管内の流体圧を検出するための手段と
    、所定時間にわたって管内の流体の温度を測定するための手段と、所定期間にわ
    たる補正済み流体圧力測定値を得て、温度が変化しなかった場合、所定時間中に
    生じた圧力損失度を示すために流体の温度変化を補償するための手段とを備えて
    いることを特徴とする管漏れ測定装置。
  23. 【請求項２３】 流体の圧力を検出する手段は通信リンクを備えたデジタル
    圧力トランスジューサよりなることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 温度を測定する手段は流体を通るための音信号を発生させ
    る手段と、音信号が第１位置まで管に沿って通るときに第１信号を検出し、且つ
    音信号が第２位置まで管に沿って通るときに第１信号を検出する検出器手段と、
    第１および第２検出信号から情報が得られる結果、温度を算出するプロセッサ手
    段とを備えていることを特徴とする請求項２２または２３に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 第２信号は管の遠い方の端部からのエコーの結果、検出さ
    れることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 発生器は検出器による検出のための短時間信号を、これが
    トランスジューサから管の反対端部に向けて移動し且つトランスジューサの端部
    に向けて戻るように発生させるようになっていることを特徴とする請求項２４ま
    たは２５に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 プロセッサ手段は高速フーリエ変換技術の利用により第１
    および第２信号における位相差から温度を定めるようになっていることを特徴と
    する請求項２４、２５または２６に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 所定時間の少なくとも一部における圧力および/または温
    度についてのグラフィカル情報を表示するディスプレー手段を備えていることを
    特徴とする請求項２４ないし２７のうちのいずれか１項に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 圧力源をシールされた管に取付け、 所定期間にわたって管内の流体圧を検出し、 所定時間にわたって管内の流体の温度を測定し、 流体の温度変化を補償して所定期間にわたる補正済み流体圧力測定値を得、そ
    れにより所定時間の間、温度が一定のままであった場合に生じた圧力損失度を示
    すことを特徴とする管漏れ測定方法。
  30. 【請求項３０】 温度測定工程は流体を通るための音信号を発生させ、音信
    号が第１位置まで管に沿って通るときに第１信号を検出し、音信号が第２位置ま
    で管に沿って通るときに第２信号を検出し、第１および第２信号から情報が得ら
    れる結果、温度を算出することを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法
    。
  31. 【請求項３１】 第２信号は管の遠い方の端部から信号が戻る結果、検出さ
    れることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
  32. 【請求項３２】 温度は高速フーリエ変換技術の利用により第１および第２
    信号における位相差から定められることを特徴とする請求項２９、３０または３
    １に記載の方法。
  33. 【請求項３３】 所定時間の少なくとも一部における圧力および/または温
    度についてのグラフィカル情報を表示する工程を有していることを特徴とする請
    求項２９ないし３２のうちのいずれか１項に記載の方法。
  34. 【請求項３４】 実質的に添付図面を参照して説明するような流体温度測定
    装置。
  35. 【請求項３５】 実質的にここに記載のような流体における温度を測定する
    方法。
  36. 【請求項３６】 実質的に添付図面を参照してここに記載のような管漏れ測
    定装置。
  37. 【請求項３７】 実質的にここに記載のような管の漏れを測定する方法。
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