JP2005189014A - 基準体積管 - Google Patents

Abstract

【課題】長手方向の寸法を短縮化することができる基準体積管を提供する。
【解決手段】バイディレクショナルプルーバである基準体積管１０は、プルーバパイプ１２に、２つの検出器１４ａ、１４ｂが設けられるとともに、さらに両端には、管部１６ａ、１６ｂがそれぞれ設けられる。検出器１４ａ、１４ｂに近い側の管部１６ａ、１６ｂの位置にそれぞれ、ゲート２０ａ、２０ｂと、油圧シリンダ２２ａ、２２ｂで構成される待機手段１８ａ、１８ｂが設けられる。スフェア２４が管部１６ｂに位置するとき、スフェア２４と検出器１４ｂの間に設けられた待機手段１８ｂのゲート２０ｂが管部１６ｂ内に突出することで、管部１６ｂから検出器１４ｂへ向けて移動してきたスフェア２４は、流体の流速が所定値に達するまでの間、待機手段１８ｂに係止されて検出器１４ｂ方向への移動が阻止され、その位置に待機した状態となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、基準体積を有する計測管部内を運動子が所定区間移動することで表される基準体積に基づいて、より正確には、運動子が所定区間移動するときに吐出される、基準体積に実質的に等しい流体の体積に基づいて被試験流量計を校正する基準体積管に関する。

計量器では、一定の期間で、計量精度が一定の範囲内にあるか否かを検査（試験）し、校正することが義務付けられている。

流量計の校正（試験）方法のひとつとして、校正装置としての基準体積管を用いる方法がある。

この方法は、基準の体積（以下、基準体積という。）を有する計測管部（体積管、プルーバパイプ）と校正対象の流量計（以下、被試験流量計という。）を直列に接続して、運動子が計測管部内を所定区間移動するときに吐出される、基準体積に実質的に等しい流体の体積に基づいて被試験流量計を校正するものである。ここで、器差をＥ、被試験流量計で測定される体積（流量）をＩ、基準体積管の基準体積をＱとすると、Ｅ＝（Ｉ−Ｑ）／Ｑ×１００（％）で求められる。

基準体積管は、ユニディレクショナルプルーバ(UNIDIRECTIONAL PROVER)とバイディレクショナルプルーバ(BIDIRECTIONAL PROVER)とに大別することができる。

前者のユニディレクショナルプルーバを用いる方法では、計測管部をループ管形状や直管形状に形成し、計測管部の基準区間の両端に２つの検出器を備え、計測管部内に計測管部の内径よりも例えば２〜４％程度大きく形成された、例えば弾性に富むボール（以下、これをスフェアという。）あるいはピストン等の運動子を挿入し、運動子が２つの検出器間を一方向に移動することにより被試験流量計の試験を行うものである。試験を繰り返し行うときは、１回の試験が終了した後、次の試験のために、計測管部の終端に到達した運動子を計測管部の始端に戻すが、これには、手動による方法と、計測管部の終端と始端とを接続して自動的に循環させる方法とがある（例えば、特許文献１、特許文献２、非特許文献１参照。）。

一方、後者のバイディレクショナルプルーバを用いる方法では、ユニディレクショナルプルーバとほぼ同様な構成の装置を用いるが、運動子が２つの検出器間を一方向に移動した後、バルブ等により流路を切り替え、運動子が逆方向に移動するようにしたものである（例えば、非特許文献１参照。）。

なお、計測管部が直管形状に形成された基準体積管は、計測管部がループ管形状に形成された基準体積管に比べて、高い精度を得るには例えば倍の長さ寸法の計測管部を必要とするが、この不具合を避けるために、パルス内挿法によって基準体積を縮小し、可搬性を有する程度に装置を小型化したスモールボリュームコンパクトプルーバも用いられている。このスモールボリュームコンパクトプルーバも広義の基準体積管に含めることができる。

従来のユニディレクショナルプルーバ（以下、単に基準体積管という。）について、図１を参照してさらに説明する。

基準体積管１ａは、基準体積を有するプルーバパイプ２ａを備える。基準体積は、第１検出器６ａから第２検出器７ａまでの区間の体積を事前に精密に計測して定められている。導入管３ａに接続される図示しない被試験流量計を通過した流体は、導入管３ａからプルーバパイプ２ａを通って導出管４ａへと流れる。このとき、スフェア５ａがプルーバパイプ２ａ内を第１検出器６ａから第２検出器７ａまでの区間移動するときに吐出される流体の体積に基づいて、校正を行う。すなわち、スフェア５ａが区間移動するときに吐出される流体の体積は、実質的に基準体積に等しく、スフェア５ａが区間移動することで基準体積が表される。そして、この基準体積と被試験流量計の指示値（体積）を比較して校正が行われる。

基準体積管１ａは、スフェア５ａを自動的に循環させる方法を採用したものであり、区間移動を終えたスフェア５ａをプルーバパイプ２ａの終端から取り出してプルーバパイプ２ａの始端に発出させる通過部８が設けられている。

通過部８には、バルブ８ａ、８ｂと、これらのバルブ８ａ、８ｂ間にスフェア５ａを待機させる中継部８ｃが設けられている。なお、参照符号８ｄはスフェア係止部材制御装置を示す。

測定時、プルーバパイプ２ａには予め流体を流通させておき、例えば米国石油学会（ＡＰＩ）規格で推奨される３ｍ／ｓｅｃ程度の所定の流速を安定して得られるように定常状態にしておく（非特許文献１参照。）。

ついで、バルブ８ａを閉じるとともにバルブ８ｂを開けて、プルーバパイプ２ａ内の安定した流体の流れの中にスフェア５ａを発出させる。

これにより、精度よく試験および校正操作を行うことができる。ちなみに、米国石油学会規格では、後述するバイディレクショナルプルーバの場合も含め、キャリブレーション時の再現性は±０．０１％以内とされており、一方、日本国の計量法では、１／３０００〜１／５０００の精度が求められており、いずれも高い精度が要求されている。

つぎに、従来のバイディレクショナルプルーバ（以下、単に基準体積管という。）について、図２を参照してさらに説明する。

基準体積管１ｂは、ユニディレクショナルプルーバである基準体積管１ａと同様に、基準体積を有するプルーバパイプ２ｂを備える。プルーバパイプ２ｂには、２つの検出器６ｂ、７ｂが設けられ、プルーバパイプ２ｂの両端には、プルーバパイプ２ｂの径よりも大きな径に形成された管部（ヘッダー部）９ａ、９ｂがそれぞれ設けられる。

プルーバパイプ２ｂの各寸法は、標準的には以下の要領で定められる。

基準体積は、最大試験流量（時間当たり）の０．５％以上程度に定められる。一方、流体の流速、言い換えれば、スフェアの移動速度は、上記のユニディレクショナルプルーバに比べて小さな１．５ｍ／ｓｅｃ程度にとられる。これら２つの値が定まることで、プルーバパイプの管径が必然的に決定される。

例えば、最大試験流量が２０００ｍ^３／Ｈのとき、基準体積は約１０ｍ^３、プルーバパイプの管径（直径）は約０．６９ｍとなる。そして、このときの基準体積に対応する２つの検出器間の距離は約２７ｍとなる。

基準体積管１ｂは、流体配管３ｂ、４ｂおよび２つの管部９ａ、９ｂが四方弁９ｃで流路を切り替え可能に接続される。

計測に先立ち、流体配管３ｂ、４ｂのいずれかの配管に図示しない被試験流量計が取り付けられる。

そして、四方弁９ｃを操作して流体の流れ方向を切り替え、例えば被試験流量計が取り付けられた側の流体配管３ｂと管部９ａを連通状態とするとともに、流体配管４ｂと管部９ｂとを連通状態とする。このとき、プルーバパイプ２ｂおよび管部９ａは、流れ方向を切り替える前の先の流体が液密に滞留しており、また管部９ａには、プルーバパイプ２ｂから移動してきたスフェア５ｂが予め配置されている。

そして、管部９ａに流入した流体が四方弁９ｃの弁開度の増加につれて次第に流速を増し、最終的に所定の流速に達することで、流体とともに所定の流速をもつようになったスフェア５ｂがプルーバパイプ２ｂ内を２つの検出器６ｂ、７ｂの間を区間移動し、計測が行われ、スフェア５ｂは、さらに管部９ｂに至る。

つぎに行う計測は、四方弁９ｃを操作して、流体配管３ｂと管部９ｂを連通状態とするとともに、流体配管４ｂと管部９ａとを連通状態として、流れ方向を変えて流体を管部９ｂからプルーバパイプ２ｂ内に導入することにより、スフェア５ｂがプルーバパイプ２ｂ内を２つの検出器７ｂ、６ｂの間を区間移動することで行われ、スフェア５ｂは管部９ａに至る。

上記した２つの型の基準体積管１ａ、１ｂにおいて、前者のユニディレクショナルプルーバである基準体積管１ａは、通過部８を設けた分だけ装置構造が複雑となるのに対して、後者のバイディレクショナルプルーバである基準体積管１ｂは、通過部が存在しないため、その分、装置構造が簡易である。
特許第２９３１１４９号公報 特開平１１−３０４５７２号公報 １９８８年６月 アメリカ石油協会発行 石油計測規準マニュアル第４章第２項

しかしながら、後者の基準体積管１ｂでは、四方弁９ｃの切り替え操作に、例えば１０秒を超える時間を必要とする。

四方弁９ｃの切り替え操作が行われ、被試験流量計を通過した流体が全て流入する状態になった後に、スフェア５ｂが検出器６ｂまたは７ｂを作動させるように設計しなければ、正確な計測ができない。したがって、管部９ａまたは９ｂと検出器６ｂまたは７ｂとの距離（図２中、ｌで示す。）を例えば７．５ｍ程度確保し、十分な助走路を設けることが行われている。

すなわち、流体が管部９ａまたは９ｂ内に流入を開始したときから、管部９ａまたは９ｂ内を移動するスフェア５ｂは、図２中、ｌで示す助走期間を経て、流体とともに所定の流速でプルーバパイプ２ｂ内の所定区間を移動することになる。この流体が所定の流速に至るまでの時間は、具体的には、例えば四方弁９ｃが半開あるいは全開に至るまでの時間に対応する。

ところが、上記のように管部と検出器との間の距離を大きくすると、その分だけ基準体積管の長手方向（図２中、左右方向）の寸法が大きくなり、例えば、基準体積管の設置面積が大きくなるという不具合がある。

また、流路の切り替え操作手段として、四方弁等の多方弁を用いたものに限らず、四方弁等と同等の機能を発揮するように、例えば複数の単弁を装置の計測管部に分離配置したものであっても、程度の差は別として、同様の不具合が起こりえる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、流体により運動子がプルーバパイプ内を移動する基準体積管において、長手方向の寸法を短縮化することができる基準体積管を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る基準体積管は、所定区間内に定められる基準体積を有する計測管部（体積管）を備え、運動子が該計測管部内を該所定区間移動するときに吐出される流体の体積に基づいて被試験流量計を校正する基準体積管において、
該運動子を該計測管部の該所定区間の始点の上流側の所定の位置に待機させる待機手段を有することを特徴とする。

また、本発明に係る基準体積管は、前記待機手段が前記運動子を係止する機械的ストッパーであることを特徴とする。

この場合、機械的ストッパーを、前記運動子に係合するピンと該ピンを付勢する油圧シリンダで構成することができる。

また、本発明に係る基準体積管は、前記計測管部を前記流体が双方向に移動可能に構成されるバイディレクショナルプルーバ型であり、
前記計測管部の両端部にそれぞれ前記待機手段を有するとともに、該両端部と前記被試験流量計との間に接続され、流路の切り替えを行うことで該両端部のいずれか一方に前記流体を導入する多方弁を有することを特徴とする。

この場合、前記計測管部をループ管で構成することができる。

本発明に係る基準体積管は、運動子を計測管部の所定区間の始点の上流側の所定の位置に待機させる待機手段を有するため、流れ方向が完全に切り替わった時点で待機手段を解除することで、流体により運動子を所定の流速で移動させることができる。これにより、従来のように助走路を長大に設けることが不要となり、基準体積管の長手方向の寸法を短縮化することができ、例えば基準体積管の設置面積の低減を図ることができる。さらに、可搬式として車輌に基準体積管を搭載することも可能となる。

本発明に係る基準体積管の好適な実施の形態について、図３を参照して、以下に説明する。

図３に示す、本実施の形態例に係る基準体積管１０は、従来例として図２に示したものとほぼ同様の基本構成を備えたバイディレクショナルプルーバである。

基準体積管１０は、基準体積を有する、ループ管形状の計測管部（以下、プルーバパイプという。）１２を備える。プルーバパイプ１２には、２つの検出器１４ａ、１４ｂが設けられる。この２つの検出器１４ａ、１４ｂの間の区間の部分のプルーバパイプ１２内に形成される体積が基準体積となる。検出器１４ａ、１４ｂは、適宜の方式のものを選択して用いることができ、例えば、機械的に動作する電気スイッチ、電子的近接スイッチ、誘導ピックアップ等を用いることができる。

プルーバパイプ１２の両端には管部１６ａ、１６ｂが設けられ、管部１６ａ、１６ｂ端と検出器１４ａ、１４ｂとの距離（図３中、Ｌで示す。）は従来よりも大幅に短縮されている。なお、管部１６ａ、１６ｂの径は、従来のものと同様に、プルーバパイプ１２径よりも大きく形成される。

プルーバパイプ１２の両端であって、この場合、管部１６ａ、１６ｂの検出器１４ａ、１４ｂに近い側、すなわち、管部１６ａ、１６ｂが流体の流入側として用いられるときの検出器１４ａ、１４ｂの上流側にそれぞれ待機手段１８ａ、１８ｂが設けられる。

待機手段１８ａ、１８ｂは、機械的ストッパーであり、ピン形状のゲート２０ａ、２０ｂと、油圧シリンダ２２ａ、２２ｂで構成される。ゲート２０ａ、２０ｂは油圧シリンダ２２ａ、２２ｂに付勢されて、管部１６ａ、１６ｂ内を径方向に進出しあるいは退行する。

図３のように運動子であるスフェア２４が管部１６ｂに位置するとき、スフェア２４と検出器１４ｂの間に設けられた待機手段１８ｂのゲート２０ｂが管部１６ｂ内に突出することで、図３中、管部１６ｂから検出器１４ｂへ向けて移動してきたスフェア２４はゲート２０ｂに係止される。そして、検出器１４ｂ方向へのスフェア２４の移動が阻止され、その位置に待機した状態となる。一方、ゲート２０ｂが管部１６ｂの管壁に向けて引っ込むことにより、スフェア２４の待機状態が解除される。

待機手段１８ａ、１８ｂは、駆動部として、油圧シリンダ２２ａ、２２ｂに代えて、電動シリンダ、エアシリンダ等を用いることができ、さらにまた、他の適宜の駆動手段を用いることができる。

また、待機手段１８ａ、１８ｂは、スフェア２４の動きを止めて所定の位置に待機させる機能を有するものである限り、他の機械的ストッパーを用いることができ、例えば、管部１６ｂの管壁から管部１６ｂの径中心方向に向けて突出して設けられた複数のピンあるいは幅の狭い板等がスフェア２４の進路を遮るとともに、これらのピンあるいは板等が管壁方向に倒れることでスフェア２４の進路を開く構成とすることができる。また、待機手段１８ａ、１８ｂとして、電気的あるいは電子的な適宜の手段を用いることもできる。

流路の切り替えによって導入管または導出管のいずれかとして用いられる流体配管２６ａ、２６ｂおよび２つの管部１６ａ、１６ｂは、四方弁２８で流路を切り替え可能に接続される。

なお、図３中、参照符号３０ａ、３０ｂは流体の温度を計測する温度ゲージを、参照符号３２ａ、３２ｂは流体の圧力を計測する圧力ゲージを、それぞれ示す。

流体配管２６ａ、２６ｂのうちの一方、例えば流体配管２６ａに、図示しない被試験流量計が接続される。すなわち、被試験流量計は、流体配管２６ａを介して基準体積管１０と直列に接続される。

被試験流量計には、流量に比例した数のパルスを生成して発信するパルス発信機が取り付けられている（図示せず。）。

このパルス発信機のパルス信号および検出器１４ａ、１４ｂの検出信号（スタート／ストップ信号）は、図示しない計測用ＣＰＵ（プルービングコンピュータ）に取り込まれる。一方、四方弁２８および油圧シリンダ２２ａ、２２ｂには、図示しない制御用ＣＰＵ（フローコンピュータ）から制御信号が送られる。また、四方弁２８の開度信号が制御用ＣＰＵに送られる。なお、四方弁２８および油圧シリンダ２２ａ、２２ｂはマニュアル操作する型のものであってもよい。

図３は、流体配管２６ａからの流体を管部１６ａから管部１６ｂに向けた方向に流して、計測が終了した状態を示すものであり、プルーバパイプ１２内を反時計回り方向に移動したスフェア２４は管部１６ｂに到達し、滞留している。

そして、次の計測を開始するときは、制御用ＣＰＵの制御信号によって四方弁９ｃを操作して、流体配管２６ａと管部１６ｂを連通状態とするとともに、流体配管２６ｂと管部１６ａとを連通状態として、基準体積管１０を流れる流体の流れ方向を逆転させる。このとき、上記のように管部１６ｂにはスフェア２４が予め配置されている。さらに、スフェア２４の上流側には制御用ＣＰＵの制御信号によってゲート２０ｂが下降して閉状態となっている。

四方弁９ｃの動作開始によって、被試験流量計を通過した流体が流体配管２６ａから管部１６ｂに流入し始める。未だ所定の流速に達していない流体によりスフェア２４がゲート２０ｂの位置まで移動すると、スフェア２４はその位置でゲート２０ｂに係止して停止し、待機状態となるとともに、流体はスフェア２４と管部１６ｂの間の隙間からプルーバパイプ１２に流れこむ。

そして、流体が所定の流速に達したとき、例えば四方弁９ｃが所定の開度（通常、全開）に至ったことを示す開度信号を受けて、制御用ＣＰＵの制御信号によってゲート２０ｂが開いて、スフェア２４は待機状態を解除される。スフェア２４は、所定の流速となった流体とプルーバパイプ１２を通過する。ここで、流体の流れ方向が確実に切り替わり、所定の流速に至ったことを判断する手段として、上記のように四方弁９ｃの弁開度の情報を用いることに代えて、弁の操作開始からの経過時間や被試験流量計の流速（あるいは流量）の情報等を用いてもよい。

スフェア２４が通過するときの検出器１４ａ、１４ｂの検出信号および被試験流量計のパルス発信機のパルス信号は、それぞれ計測用ＣＰＵに取り込まれる。

そして、計測用ＣＰＵによって、検出器１４ｂの検出信号が得られる時点から検出器１４ａの検出信号が得られる時点までの間のパルス発信機からのパルス数が計測される。プルーバパイプ１２の２つの検出器１４ａ、１４ｂの間をスフェア２４が移動することで基準体積が表されるため、この基準体積と計測されたパルス数から求められる被試験流量計の指示値（体積）を比較することで、被試験流量計の誤差が計測され、さらに、必要な校正が行われる。なお、このパルス信号に代えて、例えば流量に対応して得られる電圧のアナログ信号を用いてもよい。なお、制御用ＣＰＵと計測用ＣＰＵは兼用してもよい。

以上説明した本実施の形態例は、待機手段１８ａ、１８ｂを管部１６ａ、１６ｂに設けるものであるが、これに代えて、待機手段１８ａ、１８ｂをプルーバパイプ１２の末端に設けることも考えられる。すなわち、待機手段１８ａ、１８ｂをプルーバパイプ１２の両端部、すなわち検出器１４ａ、１４ｂの上流側に設けることで、管部１６ａ、１６ｂを省略して、基準体積管１０をより小型化することが考えられる。

この場合、待機手段１８ａ、１８ｂによって待機させられるスフェア２４が、いわば四方弁９ｃの上流側に設けられた弁の役割を果たし、四方弁９ｃが所定の開度に至るまではスフェア２４が流体の流れを遮断し、四方弁９ｃが所定の開度に至った時点に待機手段１８ａ、１８ｂを解除することで、所定の流速を持った流体によりスフェア２４が移動することになる。なお、この場合、流体の流れ方向を変えて次の計測を開始する前の、逆方向の流体の流れを確保するために、待機手段１８ａ、１８ｂと検出器１４ａ、１４ｂとの間の助走路とされる箇所に流体を排出するための排出管を設けておく等の工夫が必要である。この排出管は、次の計測の際には閉止される。

しかしならが、この場合、待機手段１８ａ、１８ｂを解除することによりスフェア２４が移動を開始する初期の期間は、短い時間ではあるものの流体の流れが流速零の状態から所定の流速の状態に至るまで変化することを避けることができない。すなわち、従来に比べて流体が所定の流速に至るまでの時間は短縮されるものの、この時間を完全に解消するものではない。このため、本実施の形態例のように従来の不具合を完全に解消するものではなく、計測精度の低下が残るものと考えられる。

なお、本実施の形態例において、プルーバパイプ１２は、円形の断面形状の管に代えて、楕円形や方形等の断面形状の管を用い、このときの断面形状に合わせた形状を有する運動子を用いてもよい。また、プルーバパイプ１２は、ループ管に代えて直管を用いてもよい。また、被試験流量計は、プルーバパイプ１２の上流側に配置する代わりにプルーバパイプ１２の下流側に配置してもよい。

また、本発明の実施の形態例にかかわらず、例えば、流路の切り替え構造を備えず、一方方向のみに流体を流して試験を行うユニディレクショナルプルーバ型の基準体積管についても、本発明を適用することができる。

従来のユニディレクショナルプルーバ型の基準体積管の概略平面図である。 従来のバイディレクショナルプルーバ型の基準体積管の概略平面図である。 本発明の実施の形態例の基準体積管の概略平面図である。

符号の説明

１０ 基準体積管
１２ プルーバパイプ
１４ａ、１４ｂ 検出器
１６ａ、１６ｂ 管部
１８ａ、１８ｂ 待機手段
２０ａ、２０ｂ ゲート
２２ａ、２２ｂ 油圧シリンダ
２４ スフェア
２６ａ、２６ｂ 流体配管
２８ 四方弁

Claims (5)

1. 所定区間内に定められる基準体積を有する計測管部を備え、運動子が該計測管部内を該所定区間移動するときに吐出される流体の体積に基づいて被試験流量計を校正する基準体積管において、
   該運動子を該計測管部の該所定区間の始点の上流側の所定の位置に待機させる待機手段を有することを特徴とする基準体積管。
2. 前記待機手段が前記運動子を係止する機械的ストッパーであることを特徴とする請求項１記載の基準体積管。
3. 前記機械的ストッパーが、前記運動子に係合するピンと該ピンを付勢する油圧シリンダで構成されてなることを特徴とする請求項２記載の基準体積管。
4. 前記計測管部を前記流体が双方向に移動可能に構成されるバイディレクショナルプルーバ型であり、
   該計測管部の両端部にそれぞれ前記待機手段を有するとともに、該両端部と前記被試験流量計との間に接続され、流路の切り替えを行うことで該両端部のいずれか一方に前記流体を導入する多方弁を有することを特徴とする請求項１記載の基準体積管。
5. 前記計測管部がループ管であることを特徴とする請求項４記載の基準体積管。
   

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