JP4980073B2 - 非定常流量計 - Google Patents
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Description
PIV方法およびLDV方法は、流体の流量をリアルタイムで決定するために使用することができない。実際に、これらの技術は、流体の速度を得るために所得画像の後処理を必要とする。
そのような技術の使用は面倒であり高価である。
これらの方法は、時間的分解能が低く、したがって、通過域が狭い(一般に、PIV方法では10Hz未満である)
流体を粒子と共に散布しなければならない。
流体および管路が透明でなければならない。
ピトー管を位置決めするために、流れ方向を知らなければならず、流れ方向が一定でなければならない。
流れ方向が変化すると、全圧測定が悪影響を受け、これにより、速度測定値の取得に誤差が生じる。
このタイプのシステムは侵害的であり、したがって、流れが乱れる。
方法は、自動化されないとともに、流体の流れ方向に対して感度がない。
殆ど常に行なっている液体の測定には、加熱されたワイヤ(電気回路によって加熱される)が電気的に絶縁される必要がある。
システムが較正されなければならない。
ワイヤがかなり急速に劣化し、これにより、高価なメンテナンスが求められる。
ワイヤの配置、特に寸法により、システムがかなり脆弱になる。
侵害的な方法であるため、流れが乱れ易い。
管路内に配置され、2つの圧力取り出し部がその壁に設けられた流速測定装置と、
前記2つの圧力取り出し部に対して接続されるように構成された圧力差を測定するための手段と、
瞬間流量を圧力差に関連付ける方程式を解くことによって流量をリアルタイムで計算するように構成された計算手段であって、前記圧力差が、前記方程式では、管路内の流体の流速の変化および/または流体の流れ方向の変化に応じてプラスまたはマイナスになる計算手段と、
を有していることを特徴とする測定システムに関する。
前記方程式は、圧力差を表す項と、瞬間流量を表わす項と、瞬間流量の時間に関する導関数を表わす項とを含み、これらの3つの項のそれぞれがプラスまたはマイナスとなり得る。
流れ方向を考慮に入れる前記方程式は、
dq(t)/dt+α(q(t))=β×Δp(t)
の形を成す微分方程式であり、
q(t)は、求める瞬間流量を表わし、dq(t)/dtは、求める瞬間流量の時間に関する導関数を表わし、α(q(t))は、システムの幾何学的性質、流体の幾何学的性質、流量q(t)の幾何学的性質によって決まる関数を表わし、βは、装置の幾何学的性質によって決まる係数を表わしており、Δp(t)は、測定された瞬間の圧力差を表わしている。
システムは温度測定プローブも有している。
前記計算手段は、前記温度測定プロ−ブによって測定された温度を有することによって、また、流体の瞬間の質量流量を計算することによって、流体の密度を確定するように構成されている。
システムは絶対静圧を測定するためのプローブも有している。
前記計算手段は、絶対静圧を測定することにより、温度を測定することにより、瞬間流量を圧力差に関連付ける方程式を解くことにより、リアルタイムで圧縮できる流体の瞬間の質量流量をリアルタイムで計算するように構成され、前記方程式が流体の流れ方向を考慮に入れている。
前記流速測定装置が先細りチューブである。
前記流速測定装置がダイヤフラムである。
前記流速測定装置がベンチュリである。
圧力差を測定する手段は、前記2つの圧力取り出し部に対して接続される差圧センサである。
圧力差を測定するための手段は、前記2つの圧力取り出し部に接続された2つの相対圧力センサの組である。
前記計算手段が電子計算機である。
流量の変動にかかわらずリアルタイムで瞬間流量を計算するために使用される電子計算機がアナログまたはデジタル計算機である。
前記計算手段は、減算器の第1の入力に接続された第1の増幅器と、前記減算器の出力に接続された積分器と、前記積分器の出力と前記減算器の第2の入力との間に接続されたフィードバックループとを有し、前記フィードバックループは、絶対値関数を生成し且つ前記積分器の出力に接続されたモジュールと、第1の入力によって前記モジュールの出力に接続され且つ第2の入力によって前記積分器の出力に接続された乗算器とを有している。
流量の変動にかかわらず、2つの圧力間の差を測定するステップと、
流量と測定された圧力差とを関連付ける方程式を解くことによって流体の流量を計算するステップであって、前記圧力差が、前記方程式では、管路内の流体の流速の変化および/または流体の流れ方向の変化に応じてプラスまたはマイナスになるステップと、
を含むことを特徴とするプロセスに関する。
プロセスの2番目のステップは、流量と測定された圧力差とを関連付ける以下の微分方程式を解くことにより、非定常的な動きの流体の流量を計算することから成り、
dq(t)/dt+α(q(t))=β×Δp(t)
q(t)は、求める瞬間流量を表わし、dq(t)/dtは、求める瞬間流量の時間に関する導関数を表わし、α(q(t))は、システムの幾何学的性質、流体の幾何学的性質、瞬間流量q(t)の幾何学的性質によって決まる関数を表わし、βは、装置の幾何学的性質によって決まる係数を表わしており、Δp(t)は、測定された瞬間の圧力差を表わしている。
流れの方向は、システムの幾何学的性質および流量q(t)によって決まる項α(q(t))中に含まれている。
方法は流体温度を取得するステップも含んでいる。
方法は流体の絶対静圧を取得するステップも含んでいる。
流体温度および流体の絶対静圧は、流れ方向を考慮に入れる方程式中に含まれている。
方法は、管路内の非定常的な動きの圧縮性流体の瞬間流量をリアルタイムで計算でき、前記流量計算は、流量を圧力差、流体の絶対静圧、流体温度に関連付ける方程式を解くことによって行なわれる。
この本発明の目的は、流れ方向が経時的に変化する場合であっても管路内の非定常的な動きの流体の流量を測定することができるとともに、流量測定が流れ方向を考慮に入れているプロセスおよびシステムを確立することである。
dq(t)/dt+α(q(t))=β×Δp(t)
ここで、
q(t)は、求める体積流量を表わしており、
dq(t)/dtは、求める流量の時間に関する導関数を表わしており、
α(q(t))は、システムの幾何学的性質、流体の幾何学的性質、流量q(t)の幾何学的性質によって決まる関数を表わしており、
βは、装置の幾何学的性質に関連する係数を表わしており、
Δp(t)は、測定された圧力差を表わしている。
図1に示されるように、本発明者らは、圧力差に基づいて管路内の流体の流量をリアルタイムで測定するように構成されたシステムを作成した。このシステムは、流量計であり、主に、管路内に挿入された流速測定装置1と、圧力差測定手段2と、流量をリアルタイムで計算するように構成された計算手段3とを備えている。
例えば比較較正により、
一定の或いは周期的な期間Tの実際の流体またはシミュレーション流体の流量を直接に評価することにより(シミュレーションの場合、これは、差動センサの圧力較正の知識を必要とする)、あるいは
計算により、
などのように、様々な方法で行なうことができる。
比較較正により、
期間Tの実際の流体またはシミュレートされた周期的な流体における流量を直接に評価することにより(シミュレーションの場合、これは、差動センサの圧力較正の知識を必要とする)、あるいは
計算により、
などのように様々な方法で行なうことができる。
qn+1=qn×(1−α×|qn|×Te)+β×Pn×Te
qm(t)ρ(T)×q(t)
Claims (19)
- 管路内の定常的または非定常的な動きの流体の瞬間流量をリアルタイムで測定するシステムにおいて、
管路内に配置され、2つの圧力取り出し部(A,B)が壁に設けられた流速測定装置(1)と、
前記2つの圧力取り出し部(A,B)に対して接続されるように構成された圧力差測定装置(2)と、
瞬間流量を圧力差に関連付ける方程式を解くことによって流量をリアルタイムで計算するように構成された計算手段(3)であって、前記圧力差が、前記方程式では、管路内の流体の流速の変化および/または流体の流れ方向の変化に応じてプラスまたはマイナスになる計算手段(3)と、
を備え、
流れ方向を考慮に入れる前記方程式は、
dq(t)/dt+α×q(t)×|q(t)|=β×Δp(t)
の形を成す微分方程式であり、
q(t)は、求める瞬間流量を表わし、
dq(t)/dtは、求める瞬間流量の時間に関する導関数を表わし、
αは、システムの幾何学的性質、流体の幾何学的性質によって決まる関数を表わし、
βは、装置の幾何学的性質によって決まる係数を表わしており、
Δp(t)は、測定された瞬間の圧力差を表わしていることを特徴とするシステム。 - 前記方程式は、瞬間流量を表わす項と、瞬間流量の時間に関する導関数を表わす項とを含み、これらの2つの項のそれぞれがプラスまたはマイナスとなり得ることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 温度測定プローブも有していることを特徴とする請求項1または2に記載のシステム。
- 前記計算手段は、前記温度測定プロ−ブによって測定された温度を有することによって、また、流体の瞬間の質量流量を計算することによって、流体の密度を確定するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 絶対静圧を測定するためのプローブも有していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記計算手段(3)は、絶対静圧測定値および温度測定値を用いて、瞬間流量を圧力差に関連付ける方程式を解くことにより、リアルタイムで圧縮できる流体の瞬間の質量流量をリアルタイムで計算するように構成され、前記方程式が流体の流れ方向を考慮に入れている請求項4に記載のシステム。
- 前記流速測定装置が先細りチューブであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記流速測定装置(1)がダイヤフラムであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記流速測定装置(1)がベンチュリであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記圧力差測定装置(2)は、前記2つの圧力取り出し部に対して接続される差圧センサであることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載のシステム。
- 圧力差を測定するための手段は、前記2つの圧力取り出し部に接続された2つの相対圧力センサの組であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記計算手段(3)がアナログまたはデジタル電子計算機であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記計算手段は、減算器(8)の第1の入力に接続された第1の増幅器(7)と、前記減算器の出力に接続された積分器(9)と、前記積分器(9)の出力と前記減算器(8)の第2の入力との間に接続されたフィードバックループとを有し、前記フィードバックループは、絶対値関数を生成し且つ前記積分器(9)の出力に接続されたモジュール(10)と、第1の入力によって前記モジュール(10)の出力に接続され且つ第2の入力によって前記積分器(9)の出力に接続された乗算器(11)とを有していることを特徴とする請求項12に記載のシステム。
- 管路内の定常的または非定常的な動きの流体の瞬間流量を測定するための方法において、
流量の変動にかかわらず、2つの圧力間の差を測定するステップと、
流量と圧力差とを関連付ける方程式を解くことによって流体の流量を計算するステップであって、前記圧力差が、前記方程式では、管路内の流体の流速の変化および/または流体の流れ方向の変化に応じてプラスまたはマイナスになるステップと、
を含み、
前記流体の流量を計算するステップは、流量と測定された圧力差とを関連付ける以下の微分方程式を解くことにより、非定常的な動きの流体の流量を計算することから成り、
dq(t)/dt+α×q(t)×|q(t)|=β×Δp(t)
q(t)は、求める瞬間流量を表わし、
dq(t)/dtは、求める瞬間流量の時間に関する導関数を表わし、
αは、システムの幾何学的性質、流体の幾何学的性質によって決まる関数を表わし、
βは、装置の幾何学的性質によって決まる係数を表わしており、
Δp(t)は、測定された瞬間の圧力差を表わしていることを特徴とする方法。 - 前記方程式は、圧力差を表わす項と、瞬間流量を表わす項と、瞬間流量の時間に関する導関数を表わす項とを含み、これらの3つの項のそれぞれがプラスまたはマイナスとなり得ることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 流体温度を取得する段階も含んでいることを特徴とする請求項14または15に記載の方法。
- 流体の絶対静圧を取得する段階も含んでいることを特徴とする請求項14乃至16のいずれか一項に記載の方法。
- 流体温度および流体の絶対静圧は、流れ方向を考慮に入れる方程式中に含まれていることを特徴とする請求項16または17に記載の方法。
- 管路内の非定常的な動きの圧縮性流体の瞬間流量をリアルタイムで計算でき、前記流量計算は、流量を圧力差、流体の絶対静圧、流体温度に関連付ける方程式を解くことによって行なわれることを特徴とする請求項18に記載の方法。
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