JP2011501191A - 流量測定システムの取り付け寸法を測定するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】方法は、パイプの所定の部分の外周面の複数の位置の各々で第１の装置によって曲率半径を測定することを含む。第２の装置は、パイプの所定の部分の外周面に沿った複数の位置に取り外し自在に結合される。第２の装置によって、パイプの所定の部分の外周面の複数の位置の各々で壁厚が測定される。パイプの所定の部分の外周面の複数の位置の各々における曲率半径及び壁厚を含む測定データに基づいて、パイプの所定の部分の横断面面積が測定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に寸法測定システムに関し、特にパイプに非侵入的にクランプされる流量測定システムの取り付け寸法を測定するシステム及び方法に関する。

流量測定は、パイプを通るバルク流体又はバルクガスの運動の数量化である。流量を測定する方法は多様である。パイプを通る流体の流量を測定するために通常使用されるのは流量計である。多くの流量計は、「スプール」と呼ばれる流量計本体及び電子データ収集ユニットを有するシステムである。一般に流量計本体及び電子回路に埋め込まれる流量センサ素子は、流量のデータをアナログ出力又はデジタル出力の形で提供する。流量計本体の幾何学的形状パラメータは、一般にあらかじめ確定されている。この種の流量計を取り付けるためには、流れを遮断しなければならない。その結果、取り付けコストは高くなり、ある特定の状況では取り付けは容認されない。これに対し、クランプ装着型超音波流量計は、パイプの内部の流体の流量を測定するために、コストのかかる取り付け工程を実行する必要なく既存のパイプに直接クランプされてもよい。クランプ装着型流量計の取り付けを含む用途の大半で、取り付け場所に流量計を取り付ける前にパイプの寸法データが測定される。寸法データはパイプの取り付け場所における直径、壁厚及び横断面面積を含んでもよい。

従来、パイプの周囲方向に沿った種々の場所でパイプの直径を測定するためにカリパスが使用されてもよい。直径が判定される場所におけるパイプの壁厚を測定するために超音波厚さ測定システムが使用されてもよい。パイプの「取り付け場所」の横断面面積を計算するために、平均直径及び平均壁厚が使用されてもよい。取り付け場所は、パイプを通る流体の流れを監視するために流量計が取り付けられる場所としてもよい。別の実施例において、パイプの周囲にテープ又は他の可撓性測定システムが貼り付けられ、テープ又は可撓性測定システムで取り囲まれた部分の面積が測定されてもよい。特定の場所の壁厚は、従来の超音波厚さ測定システムを使用して判定されてもよい。壁厚データは可撓性テープを使用して得られたデータと組合せて、パイプの取り付け場所の横断面面積を判定するために使用される。しかし、以上説明したシステムはパイプの取り付け場所の正確な測定データを提供しない。更に、このようなシステムは、パイプの横断面形状が円形ではない場合、例えばパイプの円形の横断面面積が製造中又は取り付け中に長円形に変形してしまった場合のようにパイプが円形ではない用途に適さない。

米国特許出願公開第２００４／１６７７３５号明細書

パイプ内部の非侵入的流量測定システムの取り付け寸法を測定する改良されたシステム及び方法が望ましい。

本発明の例示的な一実施形態によれば、流量測定システムを収容するように構成されたパイプの所定の部分の１つ以上の取り付け寸法を測定する装置が開示される。装置は、パイプの所定の部分の外周面に沿って測定基準点から周囲方向に測定される複数の位置に取り外し自在に結合されるように構成された第１の装置を含む。第１の装置は、パイプの所定の部分の外周面の複数の位置の各々で曲率半径を測定するように構成される。第２の装置は、パイプの所定の部分の外周面に沿った複数の位置に取り外し自在に結合されるように構成される。第２の装置は、パイプの所定の部分の外周面の複数の位置に沿って壁厚を測定するように構成される。プロセッサは、パイプの所定の部分の外周面の複数の位置に沿った曲率半径及び壁厚を含む測定データを受信するように構成される。プロセッサは、測定データに基づいてパイプの所定の部分の内側横断面及び外側横断面の形状を判定するように構成される。

本発明の別の実施形態によれば、パイプの所定の部分の横断面面積を判定する方法が開示される。方法は、パイプの所定の部分の外周面に沿って測定基準点から周囲方向に測定される複数の位置に第１の装置を順次結合することを含む。パイプの所定の部分の外周面の複数の位置の各々における曲率半径が第１の装置によって測定される。第２の装置は、パイプの所定の部分の外周面に沿った複数の位置に結合される。パイプの所定の部分の外周面の複数の位置の各々における壁厚が第２の装置によって測定される。パイプの所定の部分の外周面の複数の位置の各々における曲率半径及び壁厚を含む測定データに基づいて、パイプの所定の部分の横断面面積が測定される。

上記の利点及び特徴並びに他の利点及び特徴は、添付の図面と関連して提示される以下の本発明の好適な実施形態の詳細な説明から更に容易に理解されるだろう。

図１は本発明の例示的な一実施形態に従って流量測定システムの取り付けのために１つ以上の取り付け寸法が測定される長円形横断面を有するパイプを示した概略図である。 図２は図１の面に従ってパイプの所定の部分の曲率半径を測定するように構成された装置を示した概略図である。 図３は図１の面に従ってパイプの所定の部分の壁厚を測定するように構成された装置を示した概略図である。 図４は本発明の例示的な一実施形態に従って流量測定システムを収容するように構成されたパイプの所定の部分の１つ以上の取り付け寸法を測定するための処理ステップを示したフローチャートである。

以下に詳細に説明されるように、本発明の実施形態は、流量測定システムを収容するように構成されたパイプの所定の部分の１つ以上の取り付け寸法を測定する装置を提供する。第１の装置は、パイプの所定の部分の外周面に沿って測定基準点から周囲方向に測定される複数の位置の各々で曲率半径を測定するように構成される。第２の装置は、パイプの所定の部分の外周面に沿った複数の位置の各々で壁厚を測定するように構成される。プロセッサは、曲率半径及び壁厚を含むデータに基づいてパイプの所定の部分の横断面面積を判定するように構成される。別の例示的な実施形態において、流量測定システムを収容するように構成されたパイプの所定の部分の１つ以上の取り付け寸法を判定する方法が開示される。本明細書において説明される例示的なシステムは、パイプの取り付け場所の正確な測定データを提供する。更に、本発明に係るシステムは、パイプの横断面形状が円形ではない場合、例えば製造中又は取り付け中の変形によってパイプの横断面面積が長円形になった場合などのパイプが円形ではない用途にも適している。

図１を参照すると、流量測定システムを取り付けるために１つ以上の取り付け寸法が測定される所定の部分１２を有するパイプ１０が示される。パイプ１０の所定の部分１２は長円形の横断面を有する。パイプ１０の所定の部分１２は外周面１４及び内周面１６を有する。図示される実施形態において、外周面１４と内周面１６との距離は同一ではない。換言すれば、内周面１６は外周面１４に対して同心ではない。

パイプ１０の所定の部分１２の外周面１４に沿って複数の位置１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０及び３２がマーキングされる。図示される実施形態において、パイプ１０の所定の部分１２の外周面１４に沿って８つの位置がマーキングされている。各位置と隣接する位置との離間距離は「Ｌ」により表される。すなわち８つの位置は均等な間隔で配置されている。他のいくつかの例示的な実施形態において、位置の間隔は異なってもよい。外周面１４に沿って複数の位置１８をマーキングするために、当業者に周知である任意の測定装置又は計器が使用されてもよい。尚、用途に応じて位置の数は８以外であってもよい。

本明細書において説明される例示的な技術は、パイプの所定の部分の１つ以上の取り付け寸法の更に正確な測定を容易にする。流量計を使用するパイプ１０の流量測定の精度は、パイプの所定の部分の取り付け寸法を精密に判定できるか否かによって決まる。パイプ１０の所定の部分を通過する流れの体積流量（Ｑ）は次の関係式に基づいて判定される。

式中、Ｋは輪郭係数、Ｓはパイプ１０の所定の部分１２の横断面面積、Ｃは流体中の音速、Ｌは位置間の間隔、ＤＴは時間測定値である。

図示される実施形態において、外周面１４に沿った複数の位置の各々で曲率半径及び壁厚が測定される。例えば、位置１８における曲率半径はＲ₁により示され、壁厚はＴ₁により示される。同様に、位置２０、２２、２４、２６、２８、３０及び３２における曲率半径及び壁厚の測定値はＲ₂Ｔ₂、Ｒ₃Ｔ₃、Ｒ₄Ｔ₄、Ｒ₅Ｔ₅、Ｒ₆Ｔ₆、Ｒ₇Ｔ₇及びＲ₈Ｔ₈によりそれぞれ示される。図示される実施形態において、位置１８は測定基準点と呼ばれてもよい。位置１８に続く位置２０、２２、２４、２６、２８、３０及び３２の各々は、測定基準点１８に関して周囲方向に測定することによりマーキングされる。ある特定の他の例示的な実施形態において、測定基準点は用途に応じて変更されてもよい。パイプ１０の所定の部分１２の横断面面積は、外周面１４に沿った複数の位置の各々において測定された曲率半径及び壁厚を含む測定データに基づいて計算アルゴリズムを使用して判定される。いくつかの例示的な実施形態において、パイプの所定の部分１２の横断面面積、壁厚、直径又はそれらの組合せを含む１つ以上の取り付け寸法が判定されてもよい。従来の技術では、パイプの周囲方向に沿った種々の場所におけるパイプの直径及び壁厚が測定される。平均直径及び平均壁厚のデータは、パイプの取り付け場所の横断面面積を計算するために使用される。しかし、例えば長円形の横断面形状を有するパイプなど、パイプの横断面が円形ではない場合のような非円形の用途には従来の技術は適さない。パイプの非円形の輪郭形状などの多様な要因によって測定誤差が誘起され、更には分解能、再現性、繰り返し精度などの要因による測定装置の誤差も起こりうる。また、パイプの取り付け場所に対して実行される検査の方法が不適正である場合にも誤差は起こると考えられる。本発明の例示的な一実施形態に係る技術は、パイプ１０の所定の部分１２の外周面に沿った複数の位置の各々における曲率半径及び壁厚を直接測定する。例示的な技術は、パイプ１０の流量測定のために流量計が取り付けられるパイプ１０の所定の部分１２の１つ以上の取り付け寸法を正確に評価する。

図２を参照すると、図１の面に従ってパイプ１０の所定の部分１２の曲率半径を測定するように構成された第１の装置３４が示される。図示される実施形態において、第１の装置３４は、互いに離間して配置され且つパイプの所定の部分１２の外周面１４と接触するように構成された複数の脚部分３６を含む。脚部分３６の数は２つ以上であってもよい。脚部分３６の間にダイヤルゲージ３８が設けられる。ダイヤルゲージ３８は、外周面１４に沿って測定基準点から周囲方向に測定される複数の位置の各々における曲率半径を指示するように構成される。例示的な一実施形態において、ダイヤルゲージ３８は線形可変差動変成器（ＬＶＤＴ）を含んでもよい。別の例示的な実施形態において、ダイヤルゲージ３８はデジタルダイヤルゲージを含んでもよい。図１及び図２の双方を参照すると、例えば第１の装置３４は当初は位置１８に位置決めされ、位置１８における曲率半径（Ｒ₁）を測定するために使用される。換言すれば、平坦な面偏向に対するダイヤルの偏向が記録されることになる。その後、第１の装置３４は時計回り方向に移動され、位置２０、２２、２４、２６、２８、３０及び３２に順次配置され、曲率半径Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₇、Ｒ₈を測定するために使用されてもよい。尚、この場合測定の開始点及び移動方向は必要に応じて変更されてもよい。複数の位置に関する曲率半径データはプロセッサ４０へ伝送され、その後、パイプ１０の所定の部分１２の横断面面積を判定するための計算に使用されてもよい。

図３を参照すると、図１の面に従ってパイプ１０の所定の部分１２の壁厚を測定するように構成された第２の装置４２が示される。図示される実施形態において、第２の装置４２は、パイプ１０の所定の部分１２の外周面１４に沿って測定基準点から周囲方向に測定される複数の位置の各々に取り外し自在に結合される。第２の装置４２は、パイプ１０の所定の部分１２の外周面１４に沿った複数の位置の各々における壁厚を測定するように構成される。例示的な一実施形態において、第２の装置４２は超音波厚さ測定システムを含む。例えば、超音波厚さ測定システムは、パイプ１０の所定の部分１２の外周壁の中へ超音波エネルギーのパルスを放射するために送信変換器を利用してもよく、パイプ１０の所定の部分１２の外周面から反射されるパルスを受信するために受信変換器を採用してもよい。送信変換器を起動する働きもするクロックパルス源からのクロックパルスの発生に関連して、壁の厚さを判定するためのタイミング測定が実行されてもよい。別の例示的な実施形態において、超音波厚さ測定システムは、パイプ１０の所定の部分１２の外周壁の中へ超音波エネルギーのパルスを放射し且つパイプ１０の所定の部分１２の外周面から反射されるパルスを受信するために単一のプローブを利用してもよい。別の例示的な実施形態において、第２の装置４２は渦電流厚さ測定システムを含む。別の例示的な実施形態において、第２の装置４２はＸ線厚さ測定システムを含む。尚、当業者に周知である任意の種類の厚さ測定システムが考慮されてもよい。

ある特定の例示的な実施形態において、図２に示される第１の装置３４及び図３に示される第２の装置４２は、単一のユニットに組み込まれてもよい。単一のユニットは、パイプの所定の部分の外周面の複数の位置の各々における曲率半径及び壁厚の双方を測定するために使用されてもよい。例えば、パイプの壁厚を測定するために使用される超音波厚さ測定システム又は渦電流厚さ測定システムは、曲率半径を測定するために使用されるシステムの一部であってもよい。別の実施例において、ＬＶＤＴ又はダイヤルゲージの先端部が壁厚を測定するための超音波／渦電流プローブとして使用されてもよい。そのようなシステムにおいて、曲率半径及び壁厚の双方が同時に測定されてもよい。

図１及び図２の双方を参照すると、例えば第２の装置４２は当初は位置１８に位置決めされ、位置１８において壁厚（Ｔ₁）を測定するために使用されてもよい。次に、第２の装置４２は時計回り方向に移動され、位置２０、２２、２４、２６、２８、３０及び３２に順次配置され、壁厚Ｔ₂、Ｔ₃、Ｔ₄、Ｔ₅、Ｔ₆、Ｔ₇及びＴ₈を測定するために使用されてもよい。尚、この場合にも、測定の開始点及び移動方向は必要に応じて変更されてよい。複数の位置に関する曲率半径データはプロセッサ４０へ伝送され、その後、パイプ１０の所定の部分１２の横断面面積を判定するための計算に使用されてもよい。曲率半径データ及び壁厚データは、パイプ１０の所定の部分１２の横断面面積を求めるために測定される。

図４を参照すると、本発明の例示的な一実施形態に従って流量測定システムを収容するように構成されたパイプ１０の所定の部分１２の１つ以上の取り付け寸法を測定するための処理ステップを示すフローチャート４４が示される。フローチャート４４は、測定装置を使用してパイプ１０の所定の部分１２の外周面１４に沿って測定基準点から周囲方向に測定される複数の位置をマーキングするステップ４６を含む。一実施例において、パイプ１０の所定の部分１２の外周面に沿って８つの位置がマーキングされてもよい。別の実施例において、パイプ１０の所定の部分１２の外周面１４に沿って１２の位置がマーキングされてもよい。位置の数及び位置の間隔は用途に応じて変更されてもよい。ステップ４８により示されるように、第１の装置３４は外周面に沿った複数の位置の各々に結合される。ステップ５０により示されるように、第１の装置３４は外周面１４に沿った複数の位置の各々で曲率半径を測定するために使用される。次に計算動作を実行するために、曲率半径データはプロセッサへ伝送される。

ステップ５２により示されるように、第２の装置４２は外周面１４に沿った複数の位置の各々に結合される。第２の装置４２は、ステップ５４により示されるように、外周面１４に沿った複数の位置の各々で壁厚を測定するために使用される。次に計算動作を実行するために、壁厚データはプロセッサへ伝送される。ステップ５６により示されるように、プロセッサ４０は曲率半径及び壁厚を含むデータに基づいてパイプ１０の所定の部分１２の横断面面積を計算する。いくつかの例示的な実施形態において、パイプ１０の所定の部分１２の横断面面積、壁厚、直径又はそれらの組合せを含む１つ以上の取り付け寸法が判定されてもよい。例示的な技術は、システムがパイプ１０の内部の流量計として使用される場合又はパイプ１０の取り付け部分の定期的な校正を実行するために使用されてもよい。別の例示的な実施形態によれば、プロセッサ４０の出力は、パイプの所定の場所におけるパイプ１０の内側横断面及び外側横断面の形状を含んでもよい。

限られた数の実施形態のみに関連して本発明を説明したが、開示された実施形態に本発明が限定されないことは容易に理解されるはずである。本明細書において説明されてはいないが、本発明の精神及び範囲と一致する任意の数の変形、変更、代替又は同等の構成を取り入れるように本発明を修正することは可能である。更に、本発明の種々の実施形態が説明されたが、本発明の面は説明された実施形態のうち一部のみを含んでもよいことを理解すべきである。従って、本発明は以上の説明により限定されるとみなされてはならず、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定される。

１０ パイプ
１２ 所定の部分
１４ 外周面
３４ 第１の装置
３６ 脚部分
３８ ダイヤルゲージ
４０ プロセッサ
４２ 第２の装置

Claims (26)

1. 流量測定システムを収容するように構成されたパイプの所定の部分の１つ以上の取り付け寸法を測定する装置において、
   前記パイプの前記所定の部分の外周面に沿って測定基準点から周囲方向に測定される複数の位置に取り外し自在に結合されるように構成され且つ前記パイプの前記所定の部分の前記外周面の前記複数の位置の各々で曲率半径を測定するように構成された第１の装置と；
   前記パイプの前記所定の部分の前記外周面に沿った前記複数の位置に取り外し自在に結合されるように構成され且つ前記パイプの前記所定の部分の前記外周面の前記複数の位置に沿って壁厚を測定するように構成された第２の装置と；
   前記パイプの前記所定の部分の前記外周面の前記複数の位置に沿った曲率半径及び壁厚を含む測定データを受信するように構成されたプロセッサとを具備し、前記プロセッサは、前記測定データに基づいて前記パイプの前記所定の部分の横断面面積を判定するように構成される装置。
2. 前記第１の装置は、互いに離間して配置され且つ前記パイプの前記所定の部分の前記外周面と接触するように構成された複数の脚部分を具備する、請求項１記載の装置。
3. 前記第１の装置は、前記複数の脚部分の間に設けられ且つ前記パイプの前記所定の部分の前記外周面の前記複数の位置に沿った曲率半径を指示するように構成されたダイヤルゲージを具備する、請求項２記載の装置。
4. 前記ダイヤルゲージは線形可変差動変成器又はデジタルダイヤルゲージを具備する、請求項３記載の装置。
5. 前記第２の装置は超音波厚さ測定システムを具備する、請求項１記載の装置。
6. 前記第２の装置は渦電流厚さ測定システムを具備する、請求項１記載の装置。
7. 前記第２の装置はＸ線厚さ測定システムを具備する、請求項１記載の装置。
8. 前記１つ以上の取り付け寸法は前記パイプの前記所定の部分の横断面面積、壁厚又は直径を含む、請求項１記載の装置。
9. 前記装置は、長円形の横断面を有するパイプの所定の部分の１つ以上の取り付け寸法を測定するように構成される、請求項１記載の装置。
10. パイプの所定の部分の外周面に沿って測定基準点から周囲方向に測定される複数の位置に第１の装置を順次結合することと；
    前記パイプの前記所定の部分の前記外周面の前記複数の位置の各々で前記第１の装置によって曲率半径を測定することと；
    前記パイプの前記所定の部分の前記外周面に沿った前記複数の位置に第２の装置を取り外し自在に結合することと；
    前記パイプの前記所定の部分の前記外周面の前記複数の位置の各々で前記第２の装置によって壁厚を測定することと；
    前記パイプの前記所定の部分の前記外周面の前記複数の位置の各々における曲率半径及び壁厚を含む測定データに基づいて前記パイプの前記所定の部分の横断面面積を判定することとから成る方法。
11. 前記パイプの前記所定の部分の前記外周面に前記第１の装置の複数の脚部分を接触させることを含む、請求項１０記載の方法。
12. 前記パイプの前記所定の部分の前記外周面の前記複数の位置に沿った曲率半径を前記第１の装置のダイヤルゲージを使用して測定することを含む、請求項１１記載の方法。
13. 前記パイプの前記所定の部分の前記外周面の前記複数の位置に沿った曲率半径を線形可変差動変成器又はデジタルダイヤルゲージを使用して測定することを含む、請求項１２記載の方法。
14. 超音波厚さ測定システムを使用して壁厚を測定することを含む、請求項１０記載の方法。
15. 渦電流厚さ測定システムを使用して壁厚を測定することを含む、請求項１０記載の方法。
16. Ｘ線厚さ測定システムを使用して壁厚を測定することを含む、請求項１０記載の方法。
17. 前記パイプの前記所定の部分の横断面面積、壁厚又は直径、或いはそれらの組合せを判定することを含む、請求項１０記載の方法。
18. 流量測定システムを収容するように構成されたパイプの所定の部分の１つ以上の取り付け寸法を測定する装置において、
    前記パイプの前記所定の部分の外周面に沿って測定基準点から周囲方向に測定される複数の位置に取り外し自在に結合されるように構成され且つ前記パイプの前記所定の部分の前記外周面の前記複数の位置の各々で曲率半径及び壁厚を測定するように構成された装置と；
    前記パイプの前記所定の部分の前記外周面の前記複数の位置に沿った曲率半径及び壁厚を含む測定データを受信するように構成されたプロセッサとを具備し、前記プロセッサは、前記測定データに基づいて前記パイプの前記所定の部分の横断面面積を判定するように構成される装置。
19. 前記複数の位置にマーキングするように構成された測定装置を更に具備する、請求項１８記載の装置。
20. 前記装置は、互いに離間して配置され且つ前記パイプの前記所定の部分の前記外周面と接触するように構成された複数の脚部分を具備する、請求項１８記載の装置。
21. 前記装置は、前記複数の脚部分の間に配置され且つ前記パイプの前記所定の部分の前記外周面の前記複数の位置に沿った曲率半径を指示するように構成されたダイヤルゲージを具備する、請求項１８記載の装置。
22. 前記ダイヤルゲージは線形可変差動変成器又はデジタルダイヤルゲージを具備する、請求項２１記載の装置。
23. 前記装置は超音波厚さ測定システムを具備する、請求項１８記載の装置。
24. 前記装置は渦電流厚さ測定システムを具備する、請求項１８記載の装置。
25. 前記１つ以上の取り付け寸法は前記パイプの前記所定の部分の横断面面積、壁厚又は直径を含む、請求項１８記載の装置。
26. 前記装置は、長円形の横断面を有するパイプの所定の部分の１つ以上の取り付け寸法を測定するように構成される、請求項１８記載の装置。

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