JP6673697B2 - 温度を判定する装置及び方法 - Google Patents

Description

本明細書で開示される主題は、概して温度測定に関し、より詳細には、超音波技術によって流体ハウジング内の温度を測定することに関する。

超音波流量計が、管や、その他のテスト対象内を流れる種々の流体（例えば、液体、気体等）の流量を判定するために使用される。走行時間法を用いた超音波流量計の１つのタイプでは、一対の超音波トランスデューサが、互いに対して上流側及び下流側に配置され、トランスデューサ間に超音波経路を形成する。各々の超音波トランスデューサは、超音波経路に沿って、管内を流れる流体を通る超音波信号（例えば、音波）を生成し、この超音波信号は、他方の超音波トランスデューサによって受信され、検出される。超音波経路に沿った流体の速度は、（ｉ）上流に向けて、すなわち、下流側の超音波トランスデューサから上流側の超音波トランスデューサへの超音波経路に沿って、実質的に流れ方向に対向して伝播する超音波信号の走行時間と、（ｉｉ）下流に向けて、すなわち上流側の超音波トランスデューサから下流側の超音波トランスデューサへの超音波経路に沿って、実質的に流れ方向に伝播する超音波信号の走行時間との差の関数として判定される。

正確な流量を判定するために、超音波流量計は、流体、管壁、バッファ、ウェッジ、ボイドスペース等の温度を知らなければならないことが多い。温度は、通常、局所的な温度を測定する追加のセンサによって測定される。このような追加のセンサは、例えば流体内に挿入され、管壁、ウェッジ、又はバッファに取り付けられている。この追加のセンサは、超音波流量計のコスト及び複雑さを増大させる。

上述の議論は、一般的な背景情報を提供するものであり、特許請求される主題の範囲を定めることを助けるものとして使用されるべきものではない。

米国特許出願公開第２０１２／２６６６７９号明細書

温度を判定するための装置、方法、及びコンピュータ可読媒体が開示されている。装置は、閉じ込み容積を形成し、少なくとも部分的に流体と接触しているハウジングと、超音波信号を生成し、前記ハウジングに動作可能に接続されたトランスデューサとを含む。バッファが、トランスデューサと、超音波信号を伝播させる流体との間に配置され、バッファは、流体、ハウジング、又はその両方と熱結合されている。処理回路が、トランスデューサと動作可能に接続されている。処理回路は、第１トランスデューサに超音波信号を生成させ、バッファの１以上のインタフェースから反射された超音波信号の、反射部分を検出する。処理回路は、反射部分の飛行時間を測定し、飛行時間に少なくとも部分的に基づいて温度を判定する。

別の実施形態において、温度判定方法は、超音波信号を生成することと、超音波信号がバッファを通って伝播するようにすることを含む。バッファは、流体又はハウジングに熱結合されている。方法は、バッファの１以上のインタフェースから反射された超音波信号の、１以上の反射部分を検出すことと、１以上の反射部分の飛行時間を測定することとをさらに含む。この方法は、飛行時間に少なくとも部分的に基づいて、温度を判定することをさらに含む。

さらに別の実施形態では、温度を判定するためのコンピュータ可読媒体は、処理ロジックによって実行される命令を含み、この命令は、トランスデューサに超音波信号を生成させ、バッファの１以上のインタフェースから反射された超音波信号の、反射部分を検出し、反射部分の飛行時間を測定し、飛行時間に少なくとも部分的に基づいて温度を判定する。

本発明の概要は、１以上の例示的な実施形態に従って、本明細書に開示されている主題の概要を提供することのみを意図している。この記載は、特許請求される主題の範囲を限定するものではない。

本発明の特徴が理解できるように、本発明の詳細な説明は、特定の実施形態を参照することによってなされてもよく、そのうちのいくつかは添付図面に示される。ただし、図面は、本発明の特定の実施形態のみを示し、したがって、その範囲を制限するものでないとみなされるべきである。本発明の範囲は他の同等に有効な実施形態を包含する。これらの、及び本発明の他の特徴、態様、及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、より良く理解されるであろう。添付の図面では、同様の符号は、図面全体を通して同様の部分を表している。

本発明に従って、内部で流体温度が測定される閉じ込み容積として用いられるフローセル、すなわちハウジングを示す。 図１のフローセルに設置することができる例示的なセンサアセンブリの概略図である。 図１の線３−３にほぼ沿った、図１のフローセルの一部分の拡大断面図である。 図２のセンサアセンブリ内における、超音波信号の反射部分の概略図である。 図２のセンサアセンブリが、図４ａに示す反射部分を受信する際に、図２のセンサアセンブリによって生成された電気信号を示す図である。 超音波技術によって温度を判定するための例示的な方法のフロー図である。 図５の方法を実施することができる超音波流量計の例示的な処理回路のブロック図である。 図２のセンサアセンブリ内における、超音波信号の反射部分の、代替シナリオの概略図である。 トランスデューサが図７ａに示した超音波信号を受信する際に、トランスデューサによって生成される電気信号を示す図である。

以下で、１以上の特定の実施形態を説明する。以下では、他のコンポーネントの中でもハードウェア上で実行されるソフトウェアを含む例示的システムを開示するが、かかるシステムは単なる例示であり、限定とみなすべきではないことに留意されたい。

発明の様々な実施形態の要素を導入する際、単数の表現は、その要素が１以上あることを意味するものとする。「備える」、「含む」、及び「有する」という用語は包括的であり、列記した要素以外の追加の要素があり得ることを意味する。

概して、本明細書に記載されている例示の方法及び装置は、超音波流量計又は他の装置内の流体及び／又は管壁の温度を測定するために用いることができる。他の装置は、流体を含んでいても含んでいなくてもよい。プロセスを制御する、又は流体の総量を判定する例示的な目的のために導管内の流量を測定する。判定される流体は、例えば油やガスが運ばれる際等の管理輸送において輸送されるものや、その他、ある団体から他の団体に輸送されるものである。測定値の精度は、導管の中を流れる流体の温度に、又は導管自体の温度に依存する場合があるが、流体導管の内面は、動作中には、直接温度測定するためにアクセスすることはほとんどできない。

例示的な方法及び装置は、例えば、ステンレス鋼のような材料を介して音響信号を伝播することができる任意の音響技術を用いて実現することができる。超音波は、材料を介して疎密波信号及びせん断波信号を送信することができる例示的な音響測定技術である。例示的装置は、超音波信号の伝播、及びその反射に関連する飛行時間を判定し、飛行時間に基づいて１以上の局部温度を判定する。

図１は例示的なフローセル１００、すなわちハウジングを示す。フローセル１００は、流体の流れを測定する閉じ込み容積（内部導管、不図示）を画定する。超音波流量計の処理回路（不図示）が、基台１１０上に搭載されており、ケーブルが、四分円１３０、１４０のうち１以上に取り付けられた超音波トランスデューサ（図２を参照して以下で説明する）まで、例えば、アクセスポート１２０を貫通してもよい。四分円１３０内に示したのは、４つのセンサポート１３２、１３４、１３６、１３８であり、同様に四分円１４０内にも４つのセンサポート（不図示）があってもよい。より多数又は少数のセンサポートを備えることができ、かつ図示した通りの形状（角度、配置等）は、単なる例に過ぎないことが理解されるであろう。例示的な流れ方向１５０に対し、四分円１３０は、上流四分円と呼ばれ、四分円１４０は、下流四分円である。センサポート１３２、１３４、１３６、１３８は、上流側センサポートと呼ばれ、四分円１４０と関連するセンサポートは下流側センサポートである。センサポート（例えば、超音波センサポート１３２〜１３８）が、図２に関連して後述するようにセンサアセンブリ２００の設置のために提供され、フローセル１００の内部導管へのアクセスを可能にすることができる。

図２は、温度を測定するために使用される例示的なセンサアセンブリ２００の模式図である。センサアセンブリ２００は、トランスデューサ２１０とバッファ２２０とを含む。バッファ２２０は、流量計の閉じ込み容積（導管）内の流体と接触し得るインタフェース２２２を含む。流体は、液体（例えば、水、油、液化天然ガス）、又は気体（例えば、水蒸気、天然ガス）、又はそれらの任意の組み合わせであってもよく、超音波流量計の動作中に粒子状物質（例えば、砂、泥、汚泥）を含み得ることができるが理解されよう。トランスデューサ２１０は、超音波トランスデューサであることが好ましい。

バッファ２２０は、１以上のＯリング２３４を収容するための溝２３２を形成するように構成されたインサート２３０と一体に形成される。Ｏリング２３４は、流体と、バッファ２２０より先にあるセンサアセンブリの残りの部分との間の圧力境界又は封止を提供する。インサート保持ナット２３６が、インサート２３０をフローセルのセンサポート（例えば、センサポート１３２、１３４、１３６、１３８）内に固定するために使用され、インサート保持ナット２３６を取り外すことなくトランスデューサ２１０の着脱を可能にするために、開放中央部を有してもよい。さらに、インサート２３０は、例えば、インサート２３０内の空隙を介してトランスデューサ２１０を収容する。

また、図２に示されているのは、トランスデューサ２１０を固定するためのトランスデューサ保持ナット２１２である。プラグ２４０が、センサアセンブリ２００が設置されているセンサポートを塞ぐ、又は覆う。いくつかの、異なる種類のセンサアセンブリ、トランスデューサ、及び対応する形のセンサポート（以下でより詳細に示す）を、本発明の実施形態で使用することができることを理解されたい。ここで、本発明の実施形態には、インサートを使用しないセンサアセンブリ、及び対応する形状のセンサポートを使用しない実施形態が含まれる。

トランスデューサ２１０に音波を生成させる回路（以下に説明する）からの（一般的には、特定のスペクトルの）励磁電圧又はパルスを供給するために、ケーブル（不図示）が、トランスデューサ２１０に動作可能に接続されることが理解されよう。トランスデューサ２１０の能動素子（不図示）は、圧電材料であってもよい。圧電材料の物理的寸法は、電気信号に反応し、したがって、音波を生成するために使用され得る。音波が、圧電材料に入射する（受けられる）と、圧電材料が電気信号を生成する。トランスデューサ及び圧電材料は当該技術分野において周知であり、本明細書でさらに説明することなく、当業者によって容易に理解されよう。使用が予定されている周波数、周波数範囲、又はスペクトルは、典型的には、超音波周波数であるが、これに限定されない。これにより、生成又は受信された音波は、超音波信号と称することとする。用語「超音波信号」はトランスデューサに超音波信号を生成させる（駆動し、励起する）電気信号（電圧、パルス）と区別すべきであり、トランスデューサが超音波信号を受信したときにトランスデューサによって生成される電気信号（電圧、パルス）とは区別されるべきである。本明細書で使用される超音波信号は、物体、材料、又は流体を通じて伝播する超音波周波数の音波をいう。

図３は、フローセル１００の拡大断面を示す。示されているのは、センサアセンブリ（例えば、センサアセンブリ２００）の１つが設置されているセンサポート１３２である。また、フローセル１００の閉じ込み容積３００（例えば、導管）であって、内部を流体が速度測定のために流れることができるものが示されている。

操作中は、トランスデューサ２１０が（例えば、以下に論じる、超音波流量計の処理回路からの）電圧又はパルスにより励起されると、トランスデューサ２１０は、超音波信号３１０を生成し、バッファ２２０内に送信する。超音波信号は、バッファ２２０を介して、インタフェース２２２をわたり、流体３２０に伝播する。図３に示すように、バッファ２２０は、トランスデューサ２１０と流体３２０との間に配置されている。インタフェース２２２において、超音波信号３１０のエネルギーの一部は、反射部分３３０の形で、トランスデューサ２１０に向けて戻るように反射される。反射部分３３０は、バッファ２２０を介して戻るように伝播し、トランスデューサ２１０によって受信される。トランスデューサ２１０には、反射部分３３０を、処理回路（不図示）が検出ができる電気信号に変換する。

一実施形態では、超音波流量計の処理回路は、超音波信号３１０が生成されたときから始まって、反射部分３３０が受信又は検出されるときまでの飛行時間を測定する。この飛行時間は、バッファ２２０内の往復飛行時間、すなわち、（バッファ２２０の第１端部と動作可能に接触している）トランスデューサ２１０からインタフェース２２２へ、及びその逆の飛行時間を示している。バッファ２２０中の音速は、温度によって変化し、バッファ２２０の物理的な寸法（例えば、長さ）は温度により変化するので、飛行時間は、バッファ２２０の温度に応じて変化することが理解されるであろう。

図４ａは、バッファ２２０内の超音波信号の反射を示している。図示されているのは、バッファ２２０に動作可能に接続されたトランスデューサ２１０である。バッファ２２０の長さはＬであり、トランスデューサ２１０が送信すると、超音波信号３１０は、インタフェース２２２に遭遇するまでにバッファ２２０の長さＬを介して伝播する。インタフェース２２２において、超音波信号３１０のエネルギーの一部は、反射部分３３０の形で、トランスデューサ２１０に向けて戻るように反射される。反射部分３３０は、反射部分３３０（すなわち、第１エコー）を受信し、受信した反射部分３３０を、流量計の処理回路（後述）によって検出される（図４ｂに示す）電気信号４００に変換するトランスデューサ２１０に遭遇するまでに、バッファ２２０の長さＬを逆方向に伝播する。例えば、パルス４１０は、受信した反射部分３３０に相当する。追加の反射が生じることがある。例えば、反射部分３３０におけるエネルギーの一部が、トランスデューサ２１０によってさらに反射され、第２反射部（不図示）を長さＬだけ伝播させる。これは、同様に、第３反射部（不図示）をインタフェース２２２において生じさせ、それによって、第３反射部がトランスデューサ２１０によって受信され（すなわち、第２エコー）、流量計の（後述する）処理回路で検出されるという結果をもたらす。例えばパルス４２０は、第２エコー（すなわち、受信された第３反射部分）に相当する。

飛行時間は、上記いずれかのうち、任意の２時点間に定義できることが理解されよう。例えば、第１エコーの生成、受信、第２エコーの受信、もしくはこれらの任意の組み合わせの間の飛行時間を測定することができ、これらのいずれか、又はその他を、温度判定のための飛行時間として使用することができる。

バッファ２２０の温度と、超音波信号３１０の飛行時間と、その反射部分３３０の飛行時間との関係が、バッファ２２０が作られる材料と、超音波信号３１０の周波数、周波数範囲、又はパルス形状と、流体又は導管の使用温度範囲と、他の要因とに依存する。この関係は、実験によって確立された経験的データにより決定され、ルックアップテーブルに記録されていることが好ましく、又はこの関係がアルゴリズムで表現することが可能であるか、飛行時間から推定温度を算出するために計算を利用してもよい。

例えば、そのようなアルゴリズムの１つは、第１エコーの飛行時間（すなわち、バッファ２２０を通る１往復）について判定された温度Ｔについて、以下の式１に基づく以下の反復計算を含む。

式中、Ｔ_oは、基準温度であり、
Ｌ_oは、基準温度Ｔ_o＜におけるバッファの長さであり、
ｔは、測定された飛行時間であり、
Ｃ_Lは、バッファにおける長軸方向の音速であり、
αは、線熱膨張係数である。

Ｃ_L自体が温度によって変化するので、（１）式は、想定される値（例えば、基準温度Ｔ_oでの値）と、判定された温度Ｔを用いて算出し、その後Ｃ_Lの値を、例えば、表に記載された、又は補間された基準によって判定された温度に基づいて更新することができ、その次の温度Ｔを求め、以下同様である。続いて算出される温度Ｔが十分に収束する（すなわち、各反復であまり変化しない）まで、反復プロセスは継続することになる。超音波の伝わり、及び温度効果の他のモード、又は超音波の他のモデルが、異なる分析方法や数値的方法を必要とする場合があり、上記の反復方法は、１つの可能性に過ぎない。

代替実施形態では、種々の温度Ｔに対する、バッファ２２０内の飛行時間は、実験的に決定され、表に記載され、流量計の処理回路（後述）のルックアップテーブルとして利用可能にすることができる。

様々な実施形態では、バッファ２２０の温度は、流体３２０又は導管壁３４０の温度と平衡状態にある。バッファ２２０は、少なくとも部分的に流体３２０、フローセル１００、又はその両方に熱結合されている。熱結合される、とは、例えば、流体３２０の温度が上昇すると、バッファ２２０の温度が上昇し、その他はすべて同じであることを意味する。図３に示した実施の形態では、バッファ２２０は、インタフェース２２２で流体３２０に接触しており、バッファ２２０の縁部とセンサポート１３２の壁との間に隙間３５０があり、それによって、流体３２０が隙間３５０を透過する。結果として、バッファ２２０は、流体３２０に、少なくとも部分的に熱結合される。バッファ２２０は、バッファ２２０の温度が、流体３２０の温度と等しくなるように、流体３２０に十分に熱結合されていてもよい。あるいは、バッファ２２０の温度が流体３２０の温度が同じでない場合であっても、バッファ２２０の温度が流体３２０の温度を示すように、バッファ２２０が流体３２０に十分に熱結合されていてもよい。代替実施形態では、バッファ２２０は、流体３２０に直接接触していなくてもよいが、それでも、流体３２０に十分熱結合されていてもよい。例えば、流体３２０がインタフェース２２２に直接接することを防止する、かつ／又は流体３２０が隙間３５０から透過することを防止するが、流体３２０の温度変化からバッファ２２０を遮蔽するようには熱絶縁しないように、バッファ２２０と流体３２０との間に、薄い圧力境界があってもよい。

代替実施形態では、バッファ２２０の温度は、導管壁３４０に熱結合されている。例えば、隙間３５０はなくてもよく、バッファ２２０は、導管壁３４０と直接接触してもよい。流体３２０から、インタフェース２２２をさらに遮蔽する圧力境界を追加することにより、バッファ２２０は、流体３２０よりも導管壁３４０に、より強く熱結合し得る。これらの例示的な実施形態のいずれにおいても、それぞれ上昇したり、低下したりする流体３２０の温度の結果、導管壁３４０の温度が上昇したり低下したりするであろうし、逆もまた同様であろうことが理解されよう。すべての例示的な実施形態では、バッファ２２０は、少なくとも部分的に流体３２０、導管壁３４０、又はその両方に熱結合されている。結果として、バッファ２２０の温度が流体３２０、導管壁３４０、又はその両方の温度を示す。

いずれの場合も、バッファ２２０の温度を判定することは、超音波流量測定の精度を向上させるため、加熱又は冷却を検出するため、又は例えば流体３２０を処理するための処理システムの制御の一部として、有効に使用することができる。例えば、温度の増加は、通常、導管の内径を増加させ、したがって導管の断面積を増加させる。このような変化は、特定の線流速（例えば、速度）に対して、流れる流体の量を増加し、流量計は、この変化を考慮するために、温度を計算に組み込むことができる。

図５を参照すると、温度を判定する例示的な方法５００が示されている。ブロック５１０において、超音波信号（例えば、超音波信号３１０）が生成され、ある物体（例えば、バッファ２２０）に送信され、この物体を通って超音波信号が伝播する。ブロック５２０において、超音波信号の反射部分（例えば、反射部分３３０）が検出され、例えば、トランスデューサ２１０によって受信され、処理回路によって検出される電気信号に変換される。ブロック５３０において、飛行時間が測定される。この飛行時間は、ブロック５１０における生成から、ブロック５２０における検出までの飛行時間であってもよいし、あるいは、例えば、任意の２回の検出の間の飛行時間であってもよい。ここで、１回以上の検出は、第１エコー、又はその後に続くエコー（すなわち、上述したようにさらなる反射部分）に対応する。測定された飛行時間は、任意の都合の良い飛行時間であってもよい。当業者は、温度判定を可能にすることができる、測定された飛行時間の、さらなる変形形態及び実施形態がわかるだろう。例えば、このようなさらなる飛行時間の１つは、以下に説明され、「トリプルトラバース（ｔｒｉｐｌｅ ｔｒａｖｅｒｓｅ）」と呼ばれる。図５の例示的な方法の説明を続けると、ブロック５４０で、温度が、少なくとも部分的には、測定された飛行時間に基づいて判定される。上述したように、温度を種々の方法、例えばルックアップテーブル又は計算で判定することができる。判定された温度は、物体（例えば、バッファ２２０）のものであってもよいし、物体（例えば、流体３２０、導管壁３４０）と十分に熱平衡している（必ずしも等しい温度でなくてもよい）別の何かの温度であってもよい。

図６を参照すると、流量計の例示的な処理回路６００が示され、これは、図５の方法を実施するために使用され得る。処理回路６００は、トランシーバ６２０を制御するプロセッサ６１０を有している。トランシーバ６２０は、トランスデューサ２１０に超音波信号を生成させる（駆動、励起）電気信号（電圧、パルス）を生成することができる。トランシーバ６２０も、トランスデューサ２１０で受信された超音波信号に応答して、トランスデューサ２１０によって生成された電気信号をトランスデューサ２１０から検出することも可能である。トランシーバ６２０は、例えば、電気接続部６３０（例えば、同軸ケーブル）によって、トランスデューサ２１０に動作可能に接続されている。プロセッサ６１０はまた、入出力部６４０に動作可能に接続されていてもよい。入出力部６４０は、表示パネル、モニタ、キーボード、キーパッド、シリアルインタフェース、又は任意の他のインタフェース装置であってもよいし、これらのインタフェース装置に対する支持を提供してもよい。任意の数のインタフェース装置が、入出力部６４０によって支持され得ることは理解されよう。

プロセッサ６１０は、メモリ６５０及び／又は記憶装置６６０に動作可能に接続されている。メモリ６５０又は記憶装置６６０は、それぞれ、プロセッサ６１０によって使用されるデータ又はコンピュータ可読命令を記憶することができる。記憶装置６６０は、コンピュータ可読命令の不揮発性記憶装置、及びデータの不揮発性記憶装置を提供することができる。データは、検索するための表データベースであり、例えば、上述したように、プロセッサ６１０によって、アルゴリズム、計算、又は検索を通じて、ブロック５４０において温度を判定するための所与の飛行時点における温度の表、所与の温度に対する長軸方向の音速の表である。データ又はコンピュータ可読命令を、記憶装置６６０からメモリ６５０にコピーすることができ、それによって、揮発性記憶装置には、プロセッサ６１０による、データ又は命令に対する、より早いアクセスを提供することができる。

処理回路６００は、図６に示すよりも多い又は少ない構成要素を有していてもよい。任意の組み合わせ又はサブコンポーネントの等価置換は、本発明を実施するための処理回路６００とみなすことができる。プロセッサ６１０又はトランシーバ６２０は、単独で、又は示されている他の任意のサブコンポーネントと組み合わせて、汎用プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は記載の機能を実現可能な回路の任意の他の組み合わせとして実現され得ることが理解されるであろう。さらに、プロセッサ６１０と組み合わされた、メモリ６５０や記憶装置６６０に記憶されたプロセッサ実行可能命令及び／又はデータ、トランシーバ６２０、又は入出力部６４０は、単独で、又は組み合わせにおいて、処理ロジックと考えることができ、コンピュータ可読命令を明確に有することなく、回路又は論理回路として、同等の実装が可能であってもよい。そのような変形は本発明の範囲内であることが意図されており、総括的に処理ロジック又は処理回路と呼ぶことができる。

図７ａは、図４ａに示したものの代替となる、超音波信号の反射のための配置例を示す図である。図示されているのは、第１バッファ２２０ａに動作可能に接続された第１トランスデューサ２１０ａである。第１トランスデューサ２１０ａが送信すると、超音波信号３１０は、第１バッファ２２０ａを通って伝播し、インタフェース２２２に遭遇する。インタフェース２２２において、超音波信号３１０のエネルギーの一部は、反射部分３３０の形で、第１トランスデューサ２１０ａに向けて戻るように反射され得る。しかし、超音波信号３１０のエネルギーの一部は、進行し続けて超音波信号７１０として流体３２０（例えば、図７ａにおける水）内に入り、最終的に第２トランスデューサ２１０ｂで受け取られ得る。一方、反射部分３３０は、第１バッファ２２０ａを通って反対方向に伝播し、第１トランスデューサ２１０ａに遭遇し得る。反射部分３３０内のエネルギーの一部は、第１トランスデューサ２１０ａでさらに反射される場合があり、第２の反射部分７２０が、第１バッファ２２０ａを通って伝播するようにする。反射部分７２０内のエネルギーの大部分は、進行し続けて反射部分７３０として流体３２０内に入ることができ、最終的に超音波信号７１０よりも後の時点において、第２トランスデューサ２１０ｂで受け取られ得る。超音波信号７１０と反射部分７３０は、超音波エネルギーが第２トランスデューサ２１０ｂに到達することができる２つの超音波経路を示している。反射部分７３０内のエネルギーは、第１バッファ２２０ａを３回通過したものであり、したがって、反射部分の本実施形態を「トリプルトラバース」と呼ぶ。

図７ｂは、超音波信号７１０及びそれに続く反射部分７３０が第２トランスデューサ２１０ｂで受信されるときに得られる例示的な電気信号７００を示している。処理回路６００は、電気信号７００と、示されているパルス７４０、７５０を検出する。パルス７４０は、受信した超音波信号７１０に対応し、パルス７５０は、受信した反射部分７３０に対応する。パルス７４０と、パルス７５０との時間差は、温度の判定において用いることができる飛行時間である。この例示的な電気信号では、パルス７４０とパルス７５０との間の飛行時間は、第１バッファ２２０ａを２回通過するのに要する時間を示している。超音波エネルギーの反射部分のさらなる実施形態は、飛行時間を測定（５３０）し、かつ温度を判定（５４０）するために使用することができることを理解されたい。例えば、図７ａに符号無しで示すのは、超音波エネルギーが第２トランスデューサ２１０ｂに到達できるようにするための、さらなる第３経路であり、第２バッファ２２０ｂ内の一対の反射を含む。より多くの、又は異なる反射を含む実施形態は、本発明の範囲内である。

本発明の別の実施形態は、複数のセンサアセンブリと、必要な電気信号を制御し、生成し、かつ１以上のトランスデューサの温度を方法５００によって判定するために受信信号を検出する少なくとも１つの処理回路とを含む。例えば、センサポート１３２、１３４、１３６、１３８に四分円１４０内の、又は他の位置にあるその他のものが設置された複数のトランスデューサアセンブリを用いて、流体３２０の温度を複数の位置で判定することができる。複数の位置の温度の組は、温度プロファイルである。温度プロファイルは、流量測定、温度制御、プロセス制御を向上させるため、又は他の目的で、閉じ込み容積３００内の流体３２０の偏流を予測し、流体３２０内の混合や、流体３２０におけるその他の変数を予測するために用いられ得る。温度プロファイルは、管の長さに沿った複数の位置、閉じ込み容積の周囲の複数の位置、又は複数の位置の任意の他の組み合わせにおいて判定された温度であってもよく、冷却又は加熱を示す流量測定を向上させることができ、又は他の方法でプロセスを制御するために使用され得る。

本発明の代替の実施形態は、温度の時間プロファイルを形成するために、複数の時点の温度を判定すること（５４０）を含む。これは、プロセス制御その他の目的で、温度変化、起動、シャットダウンを検出又は記録するために有効に使用することができる。温度の時間プロファイル、すなわち温度履歴は、例えば記憶装置６６０に記録又は記憶することができる。

理解されるであろうように、本発明の態様は、装置、方法、又はコンピュータプログラムとして実現可能である。コンピュータプログラムは、１以上のコンピュータ可読媒体であって、そこで符号化されたプロセッサ実行可能な命令を有するコンピュータ可読媒体で実現することができる。

１以上のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせを利用することができる。コンピュータ可読媒体は、限定するものではないが、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、又は半導体のシステム、装置、もしくはデバイス、又はこれらの任意の適切な組み合わせを含むことができる。より具体的な例には、１以上の電気的コンタクトを有する電気接続、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、磁気記憶装置、又はこれらの任意の適切な組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。本文書の文脈において、コンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって、又はこれらに関連して使用するためのプログラムを含む、又は格納することができる任意の有形媒体とすることができる。

本発明の態様のオペレーションを実行するためのコンピュータプログラムコード及び／又は実行可能な命令は、Ｊａｖａ（登録商標）、スモールトーク、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、及び「Ｃ」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語のような従来の手続き型プログラミング言語のうち１以上のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれてもよい。プログラムコードは、本発明の種々の態様に応じて、任意の適切な位置に配置された任意の適切なコンピューティングデバイス上で実行することができる。例示であり限定するものではないが、プログラムコードは、ユーザデバイス、システムデバイス、遠隔装置、サーバ等で実行することができ、又はこれらの組み合わせのうちの任意の１つ、もしくはその他において部分的に実行されてもよい。遠隔コンピュータ又はサーバ等は、任意の種類のネットワークを介してユーザ装置に接続することができる。

本明細書は、最良の態様を含む本発明を開示するため、さらに当業者であれば、本発明は、任意の装置又はシステムの製造及び使用、並びに任意の組み込まれた方法の実行を含む、本発明の実施ができるように、例を用いている。しかしながら、本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲のみによって定義されるべきであり、当業者に想起される他の例を含み得る。これらの他の例が、特許請求の範囲の文字通りの文言と異ならない要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的な差異のない均等の要素を含むならば、そのような他の例は特許請求の範囲内にあることが意図されている。

１００ フローセル
１１０ 基台
１２０ アクセスポート
１３０ 四分円
１３２ センサポート
１３４ センサポート
１３６ センサポート
１３８ センサポート
１４０ 四分円
２００ センサアセンブリ
２１０ トランスデューサ
２１０ａ 第１トランスデューサ
２１０ｂ 第２トランスデューサ
２１２ トランスデューサ保持ナット
２２０ バッファ
２２０ａ 第１バッファ
２２０ｂ 第２バッファ
２２２ インタフェース
２３０ インサート
２３２ 溝
２３４ Ｏリング
２３６ インサート保持ナット
２４０ プラグ
３００ 込み容積
３１０ 超音波信号
３２０ 流体
３３０ 反射部分
３４０ 導管壁
３５０ 隙間
４００ 電気信号
６００ 処理回路
６１０ プロセッサ
６２０ トランシーバ
６３０ 電気接続部
６４０ 入出力部
６５０ メモリ
６６０ 記憶装置
７００ 電気信号

Claims (12)

1. 閉じ込み容積を形成し、少なくとも部分的に流体と接触しているハウジング（１００）と、
   超音波信号を生成し、前記ハウジング（１００）に動作可能に接続されたトランスデューサ（２１０）と、
   前記超音波信号を伝播させるバッファ（２２０）であって、前記流体及び前記ハウジング（１００）の少なくとも一方に少なくとも部分的に熱結合されたバッファ（２２０）と、
   前記トランスデューサ（２１０ａ，２１０ｂ）に動作可能に接続された処理回路（６００）であって、
   １つの前記トランスデューサ（２１０ａ）に前記超音波信号（３１０）を生成させて、他のトランスデューサ（２１０ｂ）に向けて送信させ、
   前記バッファ（２２０）の１以上のインタフェース（２２２）から反射された、前記超音波信号（３１０）の反射部分（３３０）の前記バッファ（２２０）内での飛行時間を測定し、
   前記バッファ（２２０）内での飛行時間に少なくとも部分的に基づいて温度を判定し、
   少なくとも前記１つのトランスデューサ（２１０ａ）から前記他のトランスデューサ（２１０ｂ）に前記超音波信号（３１０）を伝播させて測定された前記飛行時間に基づき判定された前記流体の線流速と前記判定されたハウジングの温度の影響とに応じて、前記流体の流量を判定する処理回路（６００）を備えており、ここに、
   前記１つのトランスデューサ（２１０ａ）によって生成され送信された超音波信号（３１０）のうち、前記バッファ（２２０）の前記インタフェース（２２２）から反射された反射部分（３３０）として前記送信の方向とは反対方向に伝播し、前記１つのトランスデューサ（２１０ａ）でさらに反射されて第２の反射部分（７２０）として前記バッファ（２２０）を前記送信の方向に進む、ここまでの前記バッファ（２２０）内での経路を１回以上辿った後、前記バッファ（２２０）を通過して前記流体（３２０）内を進行し続け、最終的に前記他のトランスデューサ（２１０ｂ）で受振されるまでの超音波信号（７３０）の飛行時間と、前記インタフェース（２２２）から反射されることなく前記バッファ（２２０）を通過して前記流体（３２０）内を進行し続け、最終的に前記他のトランスデューサ（２１０ｂ）で受振されるまでの超音波信号（７１０）の飛行時間との、時間差に基づいて、前記反射部分（３３０）の超音波信号の前記バッファ（２２０）内での飛行時間を測定する、
   線流速から判定された流体の流量の、温度に起因する誤差を低減する装置。
2. 前記温度を判定することが、さらに集計データに基づいている、請求項１に記載の装置。
3. 前記判定された温度が、実質的に、前記流体の温度、及び前記ハウジング（１００）の温度のうち一方である、
   請求項１または２に記載の装置。
4. 複数の超音波トランスデューサ（２１０ａ，２１０ｂ）であって、各々が１以上のバッファ（２２０ａ，２２０ｂ）と動作可能に接続されるようになっている、複数の超音波トランスデューサ（２１０ａ，２１０ｂ）をさらに備え、
   前記処理回路（６００）が、
   前記複数の超音波トランスデューサ（２１０ａ，２１０ｂ）と動作可能に接続され、さらに
   前記生成させること、前記検出すること、前記測定すること、及び前記判定することを、前記複数の超音波トランスデューサ（２１０ａ，２１０ｂ）及び前記複数のバッファ（２２０ａ，２２０ｂ）によって、複数の位置に対して繰り返し、
   １以上の前記判定された温度に基づいて、前記流体又は前記ハウジング（１００）の温度プロファイルを判定する
   ように構成された、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
5. 前記処理回路（６００）が、さらに
   前記生成させること、前記検出すること、前記測定すること、及び前記判定することを、複数の間隔で繰り返し、
   複数の前記判定された温度を、
   流量測定値に補正を適用すること、
   処理に制御を適用すること、
   イベントを検出すること、及び
   前記判定された温度を記録すること
   のうち、１以上のために使用する
   ように構成された、
   請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 流体、及び閉じ込み容積を形成するハウジング（１００）の少なくとも一方と、少なくとも部分的に熱結合されているバッファ（２２０）内に、１つのトランスデューサ（２１０ａ）から他のトランスデューサ（２１０ｂ）に超音波信号（３１０）を伝播させてその飛行時間を測定することと、
   前記バッファ（２２０）の１以上のインタフェース（２２２）から反射された前記超音波信号（３１０）の１以上の反射部分（３３０）の前記バッファ（２２０）内での飛行時間を測定することと、
   前記バッファ（２２０）内での飛行時間に少なくとも部分的に基づいて、温度を判定することと、
   少なくとも前記１つのトランスデューサ（２１０ａ）から前記他のトランスデューサ（２１０ｂ）に前記超音波信号（３１０）を伝播させて測定された前記飛行時間に基づき判定された前記流体の線流速と前記判定されたハウジング（１００）の温度とに応じて、流体の流量を判することと、
   を含み、ここに、
   前記１つのトランスデューサ（２１０ａ）によって生成され送信された超音波信号（３１０）のうち、前記バッファ（２２０）の前記インタフェース（２２２）から反射された反射部分（３３０）として前記送信の方向とは反対方向に伝播し、前記１つのトランスデューサ（２１０ａ）でさらに反射されて第２の反射部分（７２０）として前記バッファ（２２０）を前記送信の方向に進む、ここまでの前記バッファ（２２０）内での経路を１回以上辿った後、前記バッファ（２２０）を通過して前記流体（３２０）内を進行し続け、最終的に前記他のトランスデューサ（２１０ｂ）で受振されるまでの超音波信号（７３０）の飛行時間と、前記インタフェース（２２２）から反射されることなく前記バッファ（２２０）を通過して前記流体（３２０）内を進行し続け、最終的に前記他のトランスデューサ（２１０ｂ）で受振されるまでの超音波信号（７１０）の飛行時間との、時間差に基づいて、前記反射部分（３３０）の超音波信号の前記バッファ（２２０）内での飛行時間を測定する、
   線流速から判定された流体の流量の、温度に起因する誤差を低減する方法。
7. 前記温度を判定することが、さらに集計データに基づいている、請求項６に記載の方法。
8. 前記判定された温度が、実質的に、前記流体の温度、及び前記ハウジング（１００）の温度のうち一方である、
   請求項６または７に記載の方法。
9. 前記生成させること、前記検出すること、前記測定すること、及び前記判定することを、複数のバッファ（２２０ａ，２２０ｂ）によって、複数の位置に対して繰り返すことと、
   １以上の前記判定された温度に基づいて、前記流体又は前記ハウジング（１００）の温度プロファイルを判定すること、
   とをさらに含む、
   請求項６から８のいずれかに記載の方法。
10. 前記流体が、前記ハウジング（１００）内を流れている、
    請求項６から９のいずれかに記載の方法。
11. 前記生成させること、前記検出すること、前記測定すること、及び前記判定することを、複数の間隔で繰り返すことと、
    複数の前記判定された温度を、
    流量測定値に補正を適用すること、
    処理に制御を適用すること、
    イベントを検出すること、及び
    前記判定された温度を記録すること、
    のうち、１以上のために使用することと、
    をさらに含む、
    請求項６から１０のいずれかに記載の方法。
12. コンピュータにおける処理ロジックによって請求項６から１１のいずれかに記載の方法を実施するための命令を含むコンピュータ可読媒体であって、前記命令が、
    前記トランスデューサ（２１０ａ）に前記超音波信号を生成させ、ここで、
    前記バッファ（２２０）は、前記流体及び前記ハウジング（１００）の少なくとも一方と、少なくとも部分的に熱結合されており、
    前記バッファ（２２０）の１以上の前記インタフェース（２２２）から反射された、前記超音波信号の反射部分の前記バッファ（２２０）内での飛行時間を測定し、
    前記飛行時間に少なくとも部分的に基づいて前記温度を判定し、
    前記少なくとも線流速と判定されたハウジングの温度の影響とに応じて、前記流体の流量を判定する
    ように構成された、
    コンピュータ可読媒体。