JP2011196804A - Heat-wire-type flow rate measurement apparatus and heat ray type flow rate measurement method - Google Patents
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Description
本発明は、例えば液体水素のような低温液化ガスの流量を計測する熱線式流量計測装置及び熱線式流量計測方法に関する。 The present invention relates to a hot-wire flow measuring device and a hot-wire flow measuring method for measuring the flow rate of a low-temperature liquefied gas such as liquid hydrogen.
流量計の一つとして熱線式流量計が知られている。熱線式流量計としては、流路内に挿入された酸化物高温超伝導セラミックス材料からなる線材と、該線材中を流れる電流の値を測定する電流計と、を備えたものがある(例えば特許文献1参照)。 A hot-wire flow meter is known as one of the flow meters. As a hot wire type flow meter, there is a device provided with a wire made of an oxide high temperature superconducting ceramic material inserted into a flow path, and an ammeter for measuring the value of a current flowing in the wire (for example, a patent) Reference 1).
低温液化ガスは容易に気化するので、上層が気体、下層が液体である気液混合流体の状態で流れていることがある。この状態で低温液化ガスの流量(液体の流量)を計測した場合、低温液化ガスの気体の流量が含まれて計測されるので、流量を正確に計測することができない。 Since the low-temperature liquefied gas is easily vaporized, it may flow in the state of a gas-liquid mixed fluid in which the upper layer is a gas and the lower layer is a liquid. When the flow rate of the low-temperature liquefied gas (liquid flow rate) is measured in this state, the flow rate cannot be accurately measured because the flow rate of the low-temperature liquefied gas gas is included.
本発明は、上層が気体、下層が液体である気液混合流体について、気体と液体に分けて流量を計測することができる熱線式流量計測装置及び熱線式流量計測方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a hot-wire flow measuring device and a hot-wire flow measuring method capable of measuring a flow rate of a gas-liquid mixed fluid in which the upper layer is a gas and the lower layer is a liquid by dividing the gas into a liquid and a liquid. To do.
上記目的を達成する本発明の一の局面に係る熱線式流量計測装置は、水平方向に配置され、上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れることができる管路と、前記管路の第1の測定点に配置されており、前記気液混合流体の基準となる温度を測定する第1の温度センサと、前記気液混合流体が流れる方向において前記第1の測定点と異なる位置の第2の測定点で上下方向に並べて配置されており、前記気液混合流体の温度を測定する複数の第2の温度センサと、前記複数の第2の温度センサのそれぞれに対応して設けられており、対応する第2の温度センサを加温する複数のヒータと、前記複数の第2の温度センサにより測定されたそれぞれの温度について、前記第1の温度センサにより測定された温度との差を所定値に保つために、前記複数のヒータをフィードバック制御する制御部と、前記制御部によるフィードバック制御によって前記複数のヒータのそれぞれから出力されたエネルギーを比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する判定部と、前記制御部によるフィードバック制御によって前記複数のヒータのそれぞれから出力されたエネルギーのうち、前記判定部で判定された界面より下に位置する第2の温度センサに対応するヒータから出力されたエネルギーを用いる前記気液混合流体の液体の流量の演算、及び前記判定部で判定された界面より上に位置する第2の温度センサに対応するヒータから出力されたエネルギーを用いる前記気液混合流体の気体の流量の演算の少なくとも一方を実行する演算部と、を備える。 A hot-wire flow rate measuring device according to one aspect of the present invention that achieves the above object is provided in a horizontal direction, and a pipe line through which a gas-liquid mixed fluid in which an upper layer is a gas and a lower layer is a liquid can flow, and the pipe A first temperature sensor that is disposed at a first measurement point of the path and measures a temperature serving as a reference of the gas-liquid mixed fluid, and is different from the first measurement point in a direction in which the gas-liquid mixed fluid flows. A plurality of second temperature sensors that are arranged in the vertical direction at the second measurement point of the position and correspond to each of the plurality of second temperature sensors that measure the temperature of the gas-liquid mixed fluid and the plurality of second temperature sensors. A plurality of heaters for heating the corresponding second temperature sensors, and for each temperature measured by the plurality of second temperature sensors, the temperature measured by the first temperature sensor; To keep the difference between A control unit that feedback-controls the plurality of heaters and energy output from each of the plurality of heaters by feedback control by the control unit are compared to determine the position of the gas-liquid interface of the gas-liquid mixed fluid Output from the heater corresponding to the second temperature sensor located below the interface determined by the determination unit out of the energy output from each of the plurality of heaters by feedback control by the control unit The calculation of the liquid flow rate of the gas-liquid mixed fluid using the determined energy, and the gas-liquid using the energy output from the heater corresponding to the second temperature sensor located above the interface determined by the determination unit A calculation unit that executes at least one of calculation of the gas flow rate of the mixed fluid.
この構成によれば、フィードバック制御によって複数のヒータのそれぞれから出力されたエネルギーを比較して気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定しているので、判定された界面の位置を基にして気液混合流体の流量を気体と液体に分けて演算することができる。ヒータから出力されたエネルギーを比較することによって界面の位置を判定できるのは、気体と液体では比熱が異なるので、出力されたエネルギーの値が異なるからである。 According to this configuration, the energy output from each of the plurality of heaters by the feedback control is compared to determine the position of the gas-liquid interface of the gas-liquid mixed fluid. Thus, the flow rate of the gas-liquid mixed fluid can be calculated separately for gas and liquid. The reason why the position of the interface can be determined by comparing the energy output from the heater is that the specific energy differs between the gas and the liquid, and therefore the value of the output energy is different.
上記構成において、前記複数の第2の温度センサは前記管路の内周面に沿って上下方向に並べて配置されている構成にすることができる。 The said structure WHEREIN: The said some 2nd temperature sensor can be set as the structure arrange | positioned along with the up-down direction along the internal peripheral surface of the said pipe line.
この構成によれば、気液混合流体の流れに対する複数の第2の温度センサの物理的抵抗を下げることができる。 According to this configuration, the physical resistance of the plurality of second temperature sensors with respect to the flow of the gas-liquid mixed fluid can be reduced.
上記構成において、前記第1の温度センサは複数あり、前記第1の測定点で上下方向に並べて配置されており、前記複数の第1の温度センサのそれぞれは、対応する第2の温度センサと同じ高さに位置しており、前記制御部は、同じ高さに位置する第1の温度センサと第2の温度センサにより測定された温度の差を所定値に保つフィードバック制御をする構成にすることができる。 In the above configuration, there are a plurality of the first temperature sensors, which are arranged in the vertical direction at the first measurement point, and each of the plurality of first temperature sensors includes a corresponding second temperature sensor and It is located at the same height, and the control unit is configured to perform feedback control that keeps the difference between the temperatures measured by the first temperature sensor and the second temperature sensor located at the same height at a predetermined value. be able to.
この構成によれば、フィードバック制御において、気液混合流体の気体どうし及び液体どうしで温度の差を所定値に保つ制御をすることができるので、気液混合流体の流量の計測精度を向上させることができる。 According to this configuration, in the feedback control, the temperature difference between the gas and the liquid of the gas-liquid mixed fluid can be controlled to be a predetermined value, so that the measurement accuracy of the flow rate of the gas-liquid mixed fluid can be improved. Can do.
本発明の他の局面に係る熱線式流量計測方法は、上層が気体、下層が液体である気液混合流体が水平方向に流れている管路の第1の測定点において、前記気液混合流体の基準となる温度を測定し、かつ前記気液混合流体が流れる方向における前記第1の測定点と異なる位置の第2の測定点において、上下方向の複数の箇所で前記気液混合流体の温度を測定する温度測定ステップと、前記温度測定ステップ中に前記第2の測定点の前記複数の箇所をそれぞれ個別に加温する加温ステップと、前記温度測定ステップ中に前記第2の測定点で測定された前記複数の箇所のそれぞれの温度について、前記第1の測定点で測定された温度との差を所定値に保つために、前記加温ステップにおいてフィードバック制御をする制御ステップと、前記制御ステップによるフィードバック制御によって前記第2の測定点の前記複数の箇所のそれぞれに与えられたエネルギーを比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する判定ステップと、前記制御ステップによるフィードバック制御によって前記第2の測定点の前記複数の箇所のそれぞれに与えられたエネルギーのうち、前記判定ステップで判定された界面より下の箇所に与えられたエネルギーを用いる前記気液混合流体の液体の流量の演算及び前記判定ステップで判定された界面より上の箇所に与えられたエネルギーを用いる前記気液混合流体の気体の流量の演算の少なくとも一方を実行する演算ステップと、を備える。 The hot-wire flow rate measuring method according to another aspect of the present invention provides the gas-liquid mixed fluid at a first measurement point of a pipeline in which a gas-liquid mixed fluid whose upper layer is gas and lower layer is liquid flows in the horizontal direction. The temperature of the gas-liquid mixed fluid is measured at a plurality of locations in the vertical direction at a second measurement point that is different from the first measurement point in the direction in which the gas-liquid mixed fluid flows. A temperature measurement step for measuring the temperature, a heating step for individually heating the plurality of locations of the second measurement point during the temperature measurement step, and a second measurement point during the temperature measurement step. A control step of performing feedback control in the heating step in order to maintain a difference between the measured temperature at each of the plurality of locations and the temperature measured at the first measurement point at a predetermined value; and Ste A determination step of comparing the energy given to each of the plurality of locations of the second measurement point by feedback control by a control to determine the position of the gas-liquid interface of the gas-liquid mixed fluid; and the control The gas-liquid mixed fluid that uses energy applied to a location below the interface determined in the determination step among energy applied to each of the plurality of locations of the second measurement point by feedback control in steps. And a calculation step for executing at least one of the calculation of the flow rate of the liquid and the calculation of the flow rate of the gas of the gas-liquid mixed fluid using the energy given to the location above the interface determined in the determination step.
この方法によれば、フィードバック制御によって第2の測定点の複数の箇所のそれぞれに与えられたエネルギーを比較して気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定しているので、判定された界面の位置を基にして気液混合流体の流量を気体と液体に分けて演算することができる。 According to this method, the position of the gas-liquid interface of the gas-liquid mixed fluid is determined by comparing the energy applied to each of the plurality of second measurement points by feedback control. Based on the position of the interface, the flow rate of the gas-liquid mixed fluid can be calculated separately for gas and liquid.
本発明によれば、上層が気体、下層が液体である気液混合流体について、気体と液体に分けて流量を計測することができる。 According to the present invention, a gas-liquid mixed fluid in which the upper layer is gas and the lower layer is liquid can be divided into gas and liquid and the flow rate can be measured.
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係る熱線式流量計測装置20の使用状態の一例を示す図である。熱線式流量計測装置20は、流量計測の対象となる流体が流れることができる管路10と、流量計測に必要な制御、演算等を実行するパソコンPCとを備える。熱線式流量計測装置20は、タンク2とタンク4をつなぐ輸送管6を流れる流体(例えば液体水素)の流量を計測する。輸送管6は、水平方向に延びて上流側のタンク2につながる輸送管6Aと、水平方向に延びて下流側のタンク4につながる輸送管6Bに分けられている。輸送管6Aと輸送管6Bの間には、水平方向に管路10が配置されている。上流側のタンク2に入っている液体水素は、輸送管6A、管路10、輸送管6Bを流れて、下流側のタンク4に入れられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a usage state of a hot-wire flow
図2は熱線式流量計測装置20に備えられる管路10、第1の温度センサ1S−1〜1S−6、第2の温度センサ2S−1〜2S−6及びヒータH−1〜H−6の配置関係を示す図である。符号のハイフン及びその次の数字は省略して記載することがある。例えば、第1の温度センサ1S−1〜1S−6のそれぞれを区別する必要がなければ、第1の温度センサ1Sと記載することがある。
FIG. 2 shows the
管路10の両端にはフランジ12が形成されており、管路10はフランジ12の箇所で輸送管6Aと輸送管6Bにそれぞれ連結される。輸送管6を流れる流体は、上層が気体G、下層が液体Lの気液混合流体Fの状態であり、輸送管6Aから流れてきた気液混合流体Fは矢印Dで示すように、管路10を通り、輸送管6Bへ導かれる。管路10の第1の測定点1Pには第1の温度センサ1Sが配置されており、第1の測定点1Pの下流にある第2の測定点2Pには第2の温度センサ2Sが配置されている。気液混合流体Fが流れる方向(矢印D)において第1の測定点1Pと異なる位置に第2の測定点2Pがあればよいので、第1の測定点1Pの上流側に第2の測定点2Pを設けてもよい。
第2の測定点2Pにおいて、12個の第2の温度センサ2Sが管路10の内周面14に沿って環状に配置されている。左側の第2の温度センサ2S−1〜2S−6と右側の第2の温度センサ2S−1〜2S−6は左右対称にそれぞれ半円状に配置されている。第2の測定点2Pにおいて、管路10の底部から上部に向けて第2の温度センサ2S−1,2S−2,2S−3,2S−4,2S−5,2S−6が並べられているので、複数の第2の温度センサ2Sが第2の測定点2Pで上下方向に並べて配置されていることになる。
At the
第2の温度センサ2Sは液体水素、液体ヘリウム等の低温液化ガスの温度を測定できるものであり、材料がマンガニン、ルブレン等からなる熱電対が用いられる。
The
ヒータH−1〜H−6は、第2の温度センサ2S−1〜2S−6のそれぞれに対応して設けられており、本実施形態ではヒータH−1〜H−6が管路10の周壁に埋め込まれた状態で第2の温度センサ2S−1〜2S−6のそれぞれに接触して配置されている。ヒータH−1〜H−6は第2の温度センサ2S−1〜2S−6と同様に環状に配置されている。
The heaters H-1 to H-6 are provided corresponding to the
ヒータH−1〜H−6は、対応する第2の温度センサ2S−1〜2S−6を加温する。例えば、第2の温度センサ2S−3はヒータH−3で加温される。第2の温度センサ2Sは気液混合流体Fにより冷却されると同時に、ヒータHにより加温される。
The heaters H-1 to H-6 heat the corresponding
ヒータHは低温液化ガスの温度領域で動作可能な電気抵抗素子であり、材料がステンレス、マンガニン等からなる。低温液化ガスの温度領域における電気抵抗変化の温度勾配が正である電気抵抗素子(例えばマンガニンを材料とする電気抵抗素子)は、第2の温度センサ2Sと兼用することができる。液体ヘリウムの温度領域でもヒータHが動作できるように、ヒータHに流される電流は直流である。
The heater H is an electric resistance element that can operate in the temperature range of the low-temperature liquefied gas, and is made of stainless steel, manganin, or the like. An electric resistance element (for example, an electric resistance element made of manganin as a material) having a positive temperature gradient of the electric resistance change in the temperature region of the low-temperature liquefied gas can also be used as the
第1の測定点1Pにおいて、第1の温度センサ1Sは、第2の温度センサ2Sと同様の構造で管路10の内周面14に配置されている。すなわち、管路10の内周面14に沿って、12個の第1の温度センサ1Sが環状に配置されている。左側の第1の温度センサ1S−1〜1S−6と右側の第1の温度センサ1S−1〜1S−6は左右対称にそれぞれ半円状に配置されている。管路10の底部から上部に向けて第1の温度センサ1S−1,1S−2,1S−3,1S−4,1S−5,1S−6が並べられている。したがって、複数の第1の温度センサ1Sが第1の測定点1Pで上下方向に並べて配置されていることになる。
At the
第1の温度センサ1S−1〜1S−6のそれぞれは、対応する第2の温度センサ2Sと同じ高さに位置している。例えば、第1の温度センサ1S−3と第2の温度センサ2S−3が位置する高さは同じである。
Each of the
第1の温度センサ1Sは、気液混合流体Fの基準となる温度を測定するものであり、第2の温度センサ2Sと同様の熱電対が用いられる。図示はしていないが、隣り合う第1の温度センサ1Sどうしの間及び隣り合う第2の温度センサ2Sどうしの間には、これらを電気的に絶縁する断熱性の部材が介在している。このような部材としては、FRP(Fiber Reinforced Plastics)又はグラスファイバー系のテープ類を例示することができる。第1の温度センサ1S、第2の温度センサ2S及びヒータHは集積回路の構造を有している。
The
本実施形態では管路10の内周面14に沿って12個の第1の温度センサ1Sが環状に配置されているが、複数の第1の温度センサ1Sが第1の測定点1Pで上下方向に並べて配置されていればよいので、半円状の左側の第1の温度センサ1S−1〜1S−6又は半円状の右側の第1の温度センサ1S−1〜1S−6だけであってもよい。12個の第2の温度センサ2Sについても同じことが言える。また、第1の温度センサ1S及び第2の温度センサ2Sの数は12個に限定されない。
In the present embodiment, twelve
図3は、本発明の一実施形態に係る熱線式流量計測装置20の構成を示すブロック図である。熱線式流量計測装置20は、第1の温度センサ1S、第2の温度センサ2S及びヒータH、並びにバス22で相互に接続されたCPU(Central Processing Unit)24、インターフェース26、ROM(Read Only Memory)28、RAM(Random Access Memory)30、表示部32及び操作部34と、を備える。CPU24、インターフェース26、ROM28、RAM30、表示部32及び操作部34は図1のパソコンPCに備えられている。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the hot-wire flow
CPU24は気液混合流体Fの流量を計測するために必要な制御を、熱線式流量計測装置20を構成する上記ハードウェアに対して実行する。
The
インターフェース26には第1の温度センサ1S、第2の温度センサ2S及びヒータHが接続される。第1の温度センサ1S及び第2の温度センサ2Sから出力された温度の測定信号がインターフェース26に入力する。第2の温度センサ2Sで測定された気液混合流体Fの温度をフィードバック制御するために、ヒータHへ送られる信号がインターフェース26を経由して出力される。
The
ROM28はフラッシュメモリ等により実現されており、気液混合流体Fの流量の演算に必要なデータベース及び熱線式流量計測装置20の動作に必要なソフトウェア等を記憶している。RAM30には上記ソフトウェアの実行時に発生するデータが一時的に記憶される。RAM30はDRAM(Dynamic Random Access Memory)等により実現される。
The
表示部32はLCD(Liquid Crystal Display)等により実現されており、熱線式流量計測装置20を用いて計測された気液混合流体Fの流量等が表示される。操作部34には熱線式流量計測装置20の操作に必要となるキーが備えられている。
The
後で説明する制御ステップを実行する制御部は、第1の温度センサ1S、第2の温度センサ2S、ヒータH、CPU24、ROM28及びRAM30により実現される。また、判定ステップを実行する判定部、演算ステップを実行する演算部は、いずれもCPU24、ROM28及びRAM30により実現される。
A control unit that executes control steps described later is realized by the
次に、熱線式流量計測装置20を用いた気液混合流体Fの流量の計測方法を理解するために必要となる流量に関する原理を説明する。図4は上流側及び下流側の温度センサで測定された温度を示すグラフである。横軸は流体が流れる方向における第1の測定点1P及び第2の測定点2Pの位置を示している。第1の測定点1Pには上流側の温度センサ、第2の測定点2Pには下流側の温度センサが配置されている。縦軸は上流側及び下流側の温度センサで測定された温度を示している。
Next, the principle regarding the flow rate necessary for understanding the method of measuring the flow rate of the gas-liquid mixed fluid F using the hot-wire flow
上流側の温度センサでの測定値が温度T1の場合、下流側の温度センサでの測定値が温度T2になるように、下流側の温度センサがヒータにより加温されている。Eaは下流側の温度センサで温度T2aが測定された時にヒータから出力されたエネルギーを示し、Ebは下流側の温度センサで温度T2bが測定された時にヒータから出力されたエネルギーを示している。 When the measured value at the upstream temperature sensor is the temperature T1, the downstream temperature sensor is heated by the heater so that the measured value at the downstream temperature sensor becomes the temperature T2. Ea indicates the energy output from the heater when the temperature T2a is measured by the downstream temperature sensor, and Eb indicates the energy output from the heater when the temperature T2b is measured by the downstream temperature sensor.
流速(流量)が大きければ下流側の温度センサの冷却量が大きくなるので、ヒータから出力されるエネルギー(ヒータの加温量)を大きくしなければならない。一方、流速(流量)が小さければ下流側の温度センサの冷却量が小さくなるので、ヒータから出力されるエネルギーを小さくしなければならない。 If the flow velocity (flow rate) is large, the cooling amount of the temperature sensor on the downstream side increases, so the energy output from the heater (heater heating amount) must be increased. On the other hand, if the flow velocity (flow rate) is small, the cooling amount of the downstream temperature sensor is small, so the energy output from the heater must be small.
図4では、ヒータから出力されたエネルギーがEa>Ebなので、Eaが出力されたときに下流側の温度センサで測定された温度T2aは、Ebが出力されたときに測定された温度T2bよりも低いことなる。 In FIG. 4, since the energy output from the heater is Ea> Eb, the temperature T2a measured by the downstream temperature sensor when Ea is output is higher than the temperature T2b measured when Eb is output. It will be low.
流量とヒータから出力されたエネルギーは図5に示すように、相関関係にあることが知られている。よって、ヒータから出力されたエネルギーを基にして、流量を計測することができる。以上が流量に関する原理である。 It is known that the flow rate and the energy output from the heater have a correlation as shown in FIG. Therefore, the flow rate can be measured based on the energy output from the heater. The above is the principle regarding the flow rate.
熱線式流量計測装置20を用いた気液混合流体Fの流量の計測方法、言い換えれば本発明の一実施形態に係る熱線式流量計測方法について図2及び図6を用いて説明する。図6はこの方法を説明するフローチャートである。
A method for measuring the flow rate of the gas-liquid mixed fluid F using the hot-wire flow
[温度測定ステップST1]
管路10には上層が気体G、下層が液体Lである気液混合流体Fが流れている。第1の測定点1Pに配置された第1の温度センサ1Sによって、上下方向の複数の箇所で気液混合流体Fの基準となる温度を測定する。これと同時に、第2の測定点2Pに配置された第2の温度センサ2Sによって、上下方向の複数の箇所で気液混合流体Fの温度を測定する。
[Temperature measurement step ST1]
A gas-liquid mixed fluid F in which the upper layer is the gas G and the lower layer is the liquid L flows in the
[加温ステップST2]
温度測定ステップST1中に第2の測定点2Pの複数の箇所をそれぞれ個別に加温する。すなわち、第2の温度センサ2S−1〜2S−6が、対応するヒータH−1〜H−6により加温される。例えば、第2の温度センサ2S−3はヒータH−3により加温される。
[Warming step ST2]
During the temperature measurement step ST1, a plurality of locations of the
[制御ステップST3]
このステップでは、温度測定ステップST1中に第2の測定点2Pで測定された複数の箇所のそれぞれの温度について、第1の測定点1Pで測定された複数の箇所のそれぞれの温度との差を所定値に保つために、加温ステップST2においてフィードバック制御を実行する。
[Control step ST3]
In this step, for each temperature at a plurality of locations measured at the
詳しく説明すると、制御ステップST3では、同じ高さに位置する第1の温度センサ1Sと第2の温度センサ2Sにより測定された温度の差を所定値に保つために、ヒータH−1〜H−6から出力されるエネルギーを補正するフィードバック制御が実行される。つまり、第1の温度センサ1S−1と第2の温度センサ2S−1で測定された温度の差、第1の温度センサ1S−2と第2の温度センサ2S−2で測定された温度の差、・・・、第1の温度センサ1S−6と第2の温度センサ2S−6で測定された温度の差を所定値に保つために、ヒータH−1〜H−6を個別にフィードバック制御する。
More specifically, in the control step ST3, in order to keep the difference in temperature measured by the
[判定ステップST4]
フィードバック制御によってヒータH−1〜H−6のそれぞれから出力されたエネルギーを比較して、気液混合流体Fの気体Gと液体Lの界面Sの位置を判定する。言い換えれば、制御ステップST3によるフィードバック制御によって第2の測定点2Pの複数の箇所のそれぞれに与えられたエネルギーを比較して、気液混合流体Fの気体Gと液体Lの界面Sの位置を判定する。
[Judgment step ST4]
The energy output from each of the heaters H-1 to H-6 by the feedback control is compared, and the position of the interface S between the gas G and the liquid L of the gas-liquid mixed fluid F is determined. In other words, the energy given to each of the plurality of locations of the
図7を用いて判定ステップST4を詳細に説明する。図7は、ある時点で熱線式流量計測装置20のヒータH−1〜H−6から出力されたエネルギーを示すグラフである。横軸はエネルギー、縦軸はヒータH−1〜H−6の上下方向の位置を示している。ヒータH−1〜H−6の上下方向の位置は第2の温度センサ2S−1〜2S−6の上下方向の位置と対応している。
The determination step ST4 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 7 is a graph showing energy output from the heaters H-1 to H-6 of the hot-wire flow
ヒータH−1(ヒータH−2、ヒータH−3)から出力されたエネルギーEa、ヒータH−4から出力されたエネルギーEb、ヒータH−5(ヒータH−6)から出力されたエネルギーEcは、Ea>Eb>Ecの関係が成立している。これは、第1の温度センサ1S−4及び第2の温度センサ2S−4の箇所に界面Sが位置しており、第1の温度センサ1S−1〜1S−3及び第2の温度センサ2S−1〜2S−3の箇所に気液混合流体Fの液体Lが流れており、第1の温度センサ1S−5〜1S−6及び第2の温度センサ2S−5〜2S−6の箇所に気液混合流体Fの気体Gが流れているからである。つまり、同じ物質であっても、気体状態と液体状態では比熱が異なるからである。第2の温度センサ2S−4の箇所に界面Sがあるので、ヒータH−4から出力されるエネルギーEbはEaとEcの間にある。
The energy Ea output from the heater H-1 (heater H-2, heater H-3), the energy Eb output from the heater H-4, and the energy Ec output from the heater H-5 (heater H-6) are , Ea> Eb> Ec is established. This is because the interface S is located at the location of the
したがって、ヒータH−1〜H−6から出力されたエネルギーを比較することにより、気液混合流体Fの気体Gと液体Lの界面Sの位置を判定することができる。 Therefore, the position of the interface S between the gas G and the liquid L of the gas-liquid mixed fluid F can be determined by comparing the energy output from the heaters H-1 to H-6.
[演算ステップST5]
本実施形態では気液混合流体Fの液体L、気体Gのそれぞれについて流量を演算する。液体Lの流量の演算には、フィードバック制御によってヒータHのそれぞれから出力されたエネルギーのうち、判定ステップST4で判定された界面Sより下に位置する第2の温度センサ(本実施形態では第2の温度センサ2S−1〜2S−3)に対応するヒータ(本実施形態ではヒータH−1〜H−3)から出力されたエネルギーが用いられる。
[Calculation step ST5]
In the present embodiment, the flow rate is calculated for each of the liquid L and gas G of the gas-liquid mixed fluid F. For the calculation of the flow rate of the liquid L, the second temperature sensor (in the present embodiment, the second temperature sensor) located below the interface S determined in the determination step ST4 out of the energy output from each of the heaters H by feedback control. Energy output from the heaters corresponding to the
一方、気体Gの流量の演算には、フィードバック制御によってヒータHのそれぞれから出力されたエネルギーのうち、判定ステップST4で判定された界面Sより上に位置する第2の温度センサ(本実施形態では第2の温度センサ2S−5〜2S−6)に対応するヒータ(本実施形態ではヒータH−5〜H−6)から出力されたエネルギーが用いられる。演算により計測された流量の値が図3の表示部32に表示される。なお、目的に応じて液体Lの流量だけ演算してもよいし、気体Gの流量だけ演算してもよい。
On the other hand, for the calculation of the flow rate of the gas G, out of the energy output from each of the heaters H by feedback control, a second temperature sensor (in this embodiment) located above the interface S determined in the determination step ST4. Energy output from a heater (heaters H-5 to H-6 in this embodiment) corresponding to the
以上説明したように本実施形態は、気体Gと液体Lでは比熱が異なるので、ヒータHから出力されたエネルギーの値が異なる点に着目したものである。 As described above, since the specific heat differs between the gas G and the liquid L, the present embodiment focuses on the point that the value of energy output from the heater H is different.
本実施形態によれば、フィードバック制御によってヒータH−1〜H−6のそれぞれから出力されたエネルギーを比較して気液混合流体Fの気体Gと液体Lの界面Sの位置を判定しているので、判定された界面Sの位置を基にして気液混合流体Fの流量を気体Gと液体Lに分けて演算することができる。このため、低温液化ガスが気液混合流体Fの状態で管路10に流れていても、気体Gを除いた気液混合流体Fの流量(液体Lの流量)を計測することができるので、低温液化ガスの流量(液体の流量)の計測精度を向上させることができる。
According to the present embodiment, the energy output from each of the heaters H-1 to H-6 is compared by feedback control to determine the position of the interface S between the gas G and the liquid L of the gas-liquid mixed fluid F. Therefore, based on the determined position of the interface S, the flow rate of the gas-liquid mixed fluid F can be calculated separately for the gas G and the liquid L. For this reason, even if the low-temperature liquefied gas flows in the
また、気体G、液体Lに応じてヒータH−1〜H−6から出力されるエネルギーを補正するので、一律に補正する場合に比べてヒータHから出力されるエネルギーを小さくすることができる。したがって、ヒータHから出力されるエネルギーにより低温液化ガスが気化する量を少なくすることができる。 Moreover, since the energy output from the heaters H-1 to H-6 is corrected according to the gas G and the liquid L, the energy output from the heater H can be reduced as compared with the case where the correction is made uniformly. Therefore, the amount of low-temperature liquefied gas vaporized by the energy output from the heater H can be reduced.
また、制御ステップにおいて、同じ高さに位置する第1の温度センサ1Sと第2の温度センサ2Sにより測定された温度の差を所定値に保つために、ヒータHから出力されるエネルギーを補正するフィードバック制御が実行される。これにより、気液混合流体Fの気体Gどうし及び液体Lどうしで温度の差を所定値に保つ制御をすることができるので、気液混合流体Fの流量の計測精度を向上させることができる。
Further, in the control step, the energy output from the heater H is corrected in order to keep the temperature difference measured by the
本実施形態では、第2の温度センサ2S−1〜2S−6に対応させて、第1の温度センサ1S−1〜1S−6を設けているが、第1の温度センサ1Sは気液混合流体Fの基準温度を測定するものなので、一つでも可能である。
In the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、第1の温度センサ1S及び第2の温度センサ2Sが管路10の内周面14に沿って上下方向に並べて配置しているので、気液混合流体Fの流れに対する第1の温度センサ1S及び第2の温度センサ2Sの物理的抵抗を下げることができる。第1の温度センサ1S及び第2の温度センサ2Sをそれらの表面が管路10の内周面14と同一の高さで管路10の側壁に埋め込んだ構造にすれば、管路10を流れる気液混合流体Fに対して、第1の温度センサ1S及び第2の温度センサ2Sが物理的抵抗にならないようにすることができる。
Further, according to the present embodiment, the
なお、気液混合流体Fの流れに対する第1の温度センサ1S及び第2の温度センサ2Sの物理的抵抗が問題とならなければ、第1の温度センサ1S及び第2の温度センサ2Sを管路10の断面の径方向に配置することも可能である。
If the physical resistance of the
1S−1〜1S−6 第1の温度センサ
2S−1〜2S−6 第2の温度センサ
H−1〜H−6 ヒータ
F 気液混合流体
G 気体
L 液体
S 界面
D 矢印(気液混合流体の流れの方向)
1P 第1の測定点
2P 第2の測定点
PC パソコン
2、4 タンク
6、6A、6B 輸送管
10 管路
12 フランジ
14 内周面
20 熱線式流量計測装置
22 バス
24 CPU
26 インターフェース
28 ROM
30 RAM
32 表示部
34 操作部
1S-1 to 1S-6
1P
26
30 RAM
32
Claims (4)
前記管路の第1の測定点に配置されており、前記気液混合流体の基準となる温度を測定する第1の温度センサと、
前記気液混合流体が流れる方向において前記第1の測定点と異なる位置の第2の測定点で上下方向に並べて配置されており、前記気液混合流体の温度を測定する複数の第2の温度センサと、
前記複数の第2の温度センサのそれぞれに対応して設けられており、対応する第2の温度センサを加温する複数のヒータと、
前記複数の第2の温度センサにより測定されたそれぞれの温度について、前記第1の温度センサにより測定された温度との差を所定値に保つために、前記複数のヒータをフィードバック制御する制御部と、
前記制御部によるフィードバック制御によって前記複数のヒータのそれぞれから出力されたエネルギーを比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する判定部と、
前記制御部によるフィードバック制御によって前記複数のヒータのそれぞれから出力されたエネルギーのうち、前記判定部で判定された界面より下に位置する第2の温度センサに対応するヒータから出力されたエネルギーを用いる前記気液混合流体の液体の流量の演算、及び前記判定部で判定された界面より上に位置する第2の温度センサに対応するヒータから出力されたエネルギーを用いる前記気液混合流体の気体の流量の演算の少なくとも一方を実行する演算部と、を備えることを特徴とする熱線式流量計測装置。 A pipe that is arranged in a horizontal direction and through which a gas-liquid mixed fluid in which the upper layer is a gas and the lower layer is a liquid can flow;
A first temperature sensor that is disposed at a first measurement point of the pipe and that measures a temperature serving as a reference of the gas-liquid mixed fluid;
A plurality of second temperatures that are arranged side by side in a vertical direction at a second measurement point that is different from the first measurement point in the direction in which the gas-liquid mixed fluid flows, and that measure the temperature of the gas-liquid mixed fluid. A sensor,
A plurality of heaters that are provided corresponding to each of the plurality of second temperature sensors, and that heat the corresponding second temperature sensors;
A control unit that feedback-controls the plurality of heaters to maintain a difference between the temperature measured by the plurality of second temperature sensors and the temperature measured by the first temperature sensor at a predetermined value; ,
A determination unit that compares the energy output from each of the plurality of heaters by feedback control by the control unit and determines the position of the gas-liquid interface of the gas-liquid mixed fluid;
Of the energy output from each of the plurality of heaters by feedback control by the control unit, the energy output from the heater corresponding to the second temperature sensor located below the interface determined by the determination unit is used. Calculation of the flow rate of the liquid of the gas-liquid mixed fluid and the gas of the gas-liquid mixed fluid using energy output from the heater corresponding to the second temperature sensor located above the interface determined by the determination unit A hot-wire flow rate measuring device comprising: a calculation unit that executes at least one of the flow rate calculations.
前記複数の第1の温度センサのそれぞれは、対応する第2の温度センサと同じ高さに位置しており、
前記制御部は、同じ高さに位置する第1の温度センサと第2の温度センサにより測定された温度の差を所定値に保つフィードバック制御をすることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱線式流量計測装置。 There are a plurality of the first temperature sensors, and the first temperature sensors are arranged in the vertical direction at the first measurement point,
Each of the plurality of first temperature sensors is located at the same height as the corresponding second temperature sensor;
The said control part performs the feedback control which maintains the difference of the temperature measured by the 1st temperature sensor and the 2nd temperature sensor which are located in the same height at a predetermined value, It is characterized by the above-mentioned. Hot-wire flow meter.
前記温度測定ステップ中に前記第2の測定点の前記複数の箇所をそれぞれ個別に加温する加温ステップと、
前記温度測定ステップ中に前記第2の測定点で測定された前記複数の箇所のそれぞれの温度について、前記第1の測定点で測定された温度との差を所定値に保つために、前記加温ステップにおいてフィードバック制御をする制御ステップと、
前記制御ステップによるフィードバック制御によって前記第2の測定点の前記複数の箇所のそれぞれに与えられたエネルギーを比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する判定ステップと、
前記制御ステップによるフィードバック制御によって前記第2の測定点の前記複数の箇所のそれぞれに与えられたエネルギーのうち、前記判定ステップで判定された界面より下の箇所に与えられたエネルギーを用いる前記気液混合流体の液体の流量の演算及び前記判定ステップで判定された界面より上の箇所に与えられたエネルギーを用いる前記気液混合流体の気体の流量の演算の少なくとも一方を実行する演算ステップと、を備えることを特徴とする熱線式流量計測方法。 At the first measurement point of the pipe line in which the gas-liquid mixed fluid in which the upper layer is gas and the lower layer is liquid flows in the horizontal direction, the temperature serving as the reference of the gas-liquid mixed fluid is measured, and the gas-liquid mixed fluid A temperature measurement step of measuring the temperature of the gas-liquid mixed fluid at a plurality of locations in the vertical direction at a second measurement point at a position different from the first measurement point in the direction in which the gas flows;
A heating step of individually heating the plurality of points of the second measurement point during the temperature measurement step;
In order to keep the difference between the temperature measured at the first measurement point and the temperature measured at the first measurement point at a predetermined value for each temperature of the plurality of locations measured at the second measurement point during the temperature measurement step. A control step for feedback control in the temperature step;
A determination step of comparing the energy applied to each of the plurality of locations of the second measurement point by feedback control by the control step to determine the position of the gas-liquid interface of the gas-liquid mixed fluid;
The gas-liquid that uses energy given to locations below the interface determined in the determination step among the energy applied to each of the plurality of locations of the second measurement point by feedback control in the control step. A calculation step of performing at least one of calculation of the liquid flow rate of the mixed fluid and calculation of the gas flow rate of the gas-liquid mixed fluid using energy applied to a location above the interface determined in the determination step; A hot-wire flow rate measuring method comprising:
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JP2010063422A JP2011196804A (en) | 2010-03-19 | 2010-03-19 | Heat-wire-type flow rate measurement apparatus and heat ray type flow rate measurement method |
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CN106908621A (en) * | 2015-12-23 | 2017-06-30 | 江苏迈拓智能仪表有限公司 | A kind of method that pipe section flow rate is measured by temperature-sensitive heater element |
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2010
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