JPH0552620A

JPH0552620A - 偏流位置検出方式

Info

Publication number: JPH0552620A
Application number: JP3210828A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Wada; 一郎和田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-08-22
Filing date: 1991-08-22
Publication date: 1993-03-02
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JP2829158B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電磁的に偏流の位置を測定する方式を提供する
ことである。【構成】複数の励磁コイル１５ａ、１５ｂの励磁状態又
は前記複数対の電極１３ａ〜１３ｄの選択状態を切り替
え、測定管１１内で流速に対する信号レベルの高い部分
と弱い部分を生成し、分布を切り替えて、流速を求め、
位置測定回路１７が求めた流速を比較して偏流の位置を
特定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、管内を流れる偏流の
位置等を測定する方式に関する。また、この発明は管内
を流れる流体の速度分布を求める装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、管内を流れる流体の流速は均一
ではなく、速度分布を有し、例えば、他の部分より２０
〜３０％程度流速の早い部分を含むことが多い。他の部
分と異なる流速を含む流れを偏流と呼ぶ。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】偏流は流量計による流
量の測定値に大きな影響を与える。このため、偏流の位
置、速度等を、簡単に測定できるシステムが望まれる。
しかし、この要求を満たす偏流位置等の測定装置等或い
は流体の速度分布を求める装置は従来存在しなかった。
この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、この発明
の目的は、偏流の位置、流速等を簡単な構成で測定でき
る方式を提供することである。この発明の他の目的は、
管内の被測定流体の速度分布を簡単な構成で測定できる
方式を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にかかる偏流位置検出方式は、被測定流体
が通過する測定管と、被測定流体に磁界を印加するため
の複数の励磁コイルと、前記被測定流体に前記磁界によ
り誘導された電圧を検出する複数の電極と、前記複数の
電極の内の選択されたものからの信号に対応する被測定
流体の流速を求める手段と、前記複数の励磁コイルのオ
ン／オフ又は前記電極の選択状態を切り替える制御回路
を備え、

【０００５】前記複数の励磁コイルの励磁状態又は前記
複数電極の選択状態を切り替えて、管内区分領域の流速
を求め、測定された複数の流速を比較することにより偏
流の位置を特定することを特徴とする。

【０００６】また、この発明にかかる流速分布測定装置
は被測定流体が通過する測定管と、前記被測定流体に磁
界を印加し、電磁誘導の法則に従って前記測定管内の特
定領域の流速に主に対応する信号を出力する流速測定手
段と、前記特定領域を切り替える手段を備え、前記特定
領域を切り替えて流速を測定することにより前記被測定
流体の前記測定管内での速度分布の測定を可能とするこ
とを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記構成の偏流位置検出方式においては、制御
回路が前記複数の励磁コイルの励磁状態及び前記複数電
極の選択状態を切り替えることにより、測定管断面上の
区分領域の流速が的確に測定できる。各区分領域の測定
感度は各々異なっていても、各々に校正係数を掛け、掛
けた結果がそれぞれの区分領域の流量に対応するように
する。校正係数は、数値解析や実験試験において求め
る。実流試験の方法の一例としては、偏流のない理想的
な流れを用いて励磁コイル、複数電極を切り替え、デー
タを採取し、主の校正係数とし、実際の流速分布をレー
ザードップラ流速計で測定し、補正係数を決定する。測
定管の断面上の複数の領域の流速を測定することによ
り、前記測定管内の流速分布を特定できる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例にか
かる偏流位置測定方式について説明する。図１はこの実
施例の偏流位置測定装置の断面構造及び回路構造を示
す。

【０００９】図１において、測定管１１上には、被測定
流体に磁界を印加するためのヨーク付の励磁コイル１５
ａ、１５ｂが配置されている。励磁コイル１５ａ、１５
ｂは独立に励磁可能となっており、励磁回路１９から供
給される例えば、方形波状の励磁電流により、方形波状
の磁界を被測定流体に印加する。励磁コイル１５ａ、１
５ｂはその特性が実質的に同一にとなるように構成され
ている。図示されているように、励磁コイル１５ａ、１
５ｂを結ぶ線をｙ軸、これと直行する軸をｘ軸とする。

【００１０】測定管１１のｙ及びｘ軸からほぼ４５度回
転した位置に２対の測定電極１３ａと１３ｂ、１３ｃと
１３ｄが配置されている。測定電極１３ａ〜１３ｄはフ
ァラデーの電磁誘導の法則に従って被測定流体に誘導さ
れた起電力を測定する。

【００１１】電極対１３ａ、１３ｂで検出された信号
（誘導起電力）は増幅器ＡＭ１を介して評価回路１７に
出力される。同様に、電極対１３ｃ、１３ｄで検出され
た信号は増幅器ＡＭ２を介して評価回路１７に出力され
る。評価回路１７は供給された信号に基づいて、被測定
流体の流速を測定する。増幅器ＡＭＰ１と増幅器ＡＭＰ
２は実質的に同一の特性を有する。評価回路１７は、電
磁流量計等で使用されるされる、評価回路と同一の構成
を有する。

【００１２】例えば、励磁電流が方形波の場合には、評
価回路１７は、励磁回路１９から励磁信号の極性切り替
えのタイミング信号を入力し、増幅器ＡＭＰ１又はＡＭ
Ｐ２の出力信号（方形波状の検出信号）の最も安定した
部分（極性反転の直前の信号レベル）をサンプリングす
る。評価回路１７はサンプリング値を被測定流体の流速
に対応する直流信号レベルを有する流速信号に変換して
出力する。

【００１３】コントローラ２１は励磁回路１９に制御信
号を供給し、励磁コイル１５ａ、１５ｂへの励磁電流の
供給を切り替える。即ち、コントローラ２１は、励磁コ
イル１５ａと１５ｂの両方を励磁した状態、励磁コイル
１５ａのみを励磁した状態、励磁コイル１５ｂのみを励
磁した状態等を切り替える。

【００１４】コントローラ２１は増幅器ＡＭＰ１、ＡＭ
Ｐ２に制御信号を供給し、それぞれを動作状態または、
非動作状態（その出力は、フローテング状態または接地
状態）に設定する。

【００１５】上述の構成により、例えば、偏流が全く存
在しない状態で、励磁コイル１５ａ及び／又は１５ｂを
励磁（オン）し、増幅器ＡＭＰ１とＡＭＰ２を共に動作
状態とした場合、増幅器ＡＭＰ１とＡＭＰ２の出力信号
の信号レベルはぼぼ一致する。また、コントローラ２１
による状態の切り替えにより、重み関数を使用して後述
するように、測定管１１の断面上の測定域が変化する。
次に、図１に示される回路の動作を説明する。コントロ
ーラ２１は励磁回路１９を増幅器ＡＭＰ１とＡＭＰ２を
制御して、以下の４つの状態を時分割的に生成する。（１）励磁コイル１５ａを励磁し、励磁コイル１５ｂ
をオフし、増幅器ＡＭ１をオンし、増幅器ＡＭ２をオフ
した状態。（２）励磁コイル１５ａを励磁し、励磁コイル１５ｂ
をオフし、増幅器ＡＭ１をオフし、増幅器ＡＭ２をオン
した状態。（３）励磁コイル１５ａをオフし、励磁コイル１１ｂ
を励磁し、増幅器ＡＭ１をオンし、増幅器ＡＭ２をオフ
した状態。（４）励磁コイル１５ａをオフし、励磁コイル１１ｂ
を励磁し、増幅器ＡＭ１をオフし、増幅器ＡＭ２をオン
した状態。

【００１６】（１）の状態、即ち、励磁コイル１５ａの
みを励磁し、増幅器ＡＭＰ１がオンの状態では、測定管
内の磁界分布は図２のようになり、測定管１１内の磁束
の強度分布は、図面上側で強く、図面下側で弱いという
ように、不均一となる。また、誘導起電力を測定してい
る電極は１３ａと１３ｂである。このため、測定管１１
の断面を図１に示されるように４つの象限に区切って考
えた場合、第１象限を流れる流体の流速の影響が評価回
路１７の出力する流速信号に強く現れる。このことを重
み関数を用いて図示すると図３ａに示されるようにな
る。図３ａにおいて、Ｗ１〜Ｗ６は、その位置の流体の
流速が増幅器ＡＭＰ１の出力に与える影響の程度を示
し、Ｗ１が一番大きく順次低下する。

【００１７】（２）の状態、即ち、励磁コイル１５ａの
みを励磁し、増幅器ＡＭＰ２がオンの状態では、図３ｂ
の重み関数の分布から理解できるように、第２象限を流
れる流体の流速の影響が流速信号に強く現れる。

【００１８】（３）の状態、即ち、励磁コイル１５ｂの
みを励磁し、増幅器ＡＭＰ１がオンの状態では、測定管
内の磁界分布は図２と逆の状態となり、測定管１１内の
磁束の強度分布は、図面下側で強く、図面上側で弱くな
る。このため、図３ｃの重み関数の分布から理解できる
ように、第３象限を流れる流体の流速の影響が流速信号
に強く現れる。

【００１９】（４）の状態、即ち、励磁コイル１５ｂの
みを励磁し、増幅器ＡＭＰ２がオンの状態では、図３ｄ
の重み関数の分布から理解できるように、第４象限を流
れる流体の流速の影響が流速信号に強く現れる。

【００２０】従って、実際の被測定流体について、上記
４パターンの測定を行い、測定結果を比較することによ
り、流速分布及び偏流の位置を特定できる。例えば、第
１象限の流速のみが速く測定された場合には、第１象限
に偏流が存在することが分かる。また、例えば、第１象
限と第２象限の流速が第３象限と第４象限の流速に比し
て速い場合、第１象限と第２象限の間に偏流が存在する
ことが分かる。このようにして、流速分布及び偏流の位
置を特定できる。また、流速の比較から、偏流の流速の
およその値を知ることができる。

【００２１】上記説明では、上記（１）〜（４）の状態
を個別に生成した。しかし、例えば、増幅器ＡＭＰ１と
ＡＭＰ２にそれぞれを評価回路を設けたり、評価回路１
７が時分割動作可能な場合には、励磁コイル１５ａを励
磁している状態で、増幅器ＡＭＰ１とＡＭＰ２を共にオ
ンすれば、前述の（１）の時の流速信号と（２）の時の
流速信号を同時に得ることができる。同様に、励磁コイ
ル１５ｂを励磁している状態で、増幅器ＡＭＰ１とＡＭ
Ｐ２を共にオンすれば、前述の（３）の時の流速信号と
（４）の時の流速信号を同時に得ることができる。

【００２２】また、偏流の位置の測定をより正確に行う
ため、励磁コイル１５ａと１５ｂを同時に励磁し、電極
対１３ａ、１３ｂの出力により求められる流速（即ち、
増幅器ＡＭＰ１の出力により求められる流速）と、電極
対１３ｃ、１３ｄの出力により求められる流速（即ち、
増幅器ＡＭＰ２の出力により求められる流速）を比較し
てもよい。励磁コイル１５ａと１５ｂを同時に励磁し、
電極対１３ａ、１３ｂにより誘導起電力を測定する際
の、重み関数の分布を図４Ａに示す。また、励磁励磁コ
イル１５ａと１５ｂを同時に励磁し、電極対１３ｃ、１
３ｄにより誘導起電力を測定する際の、重み関数の分布
を図４Ｂに示す。

【００２３】例えば、第１象限に偏流が存在すると、電
極対１３ａ、１３ｂの出力により求められた流速が大き
くなり、電極対１３ｃ、１３ｄの出力により求められた
流速が小さくなる。一方、Ｘ軸上或いはＹ軸上に偏流が
存在する場合には、両流速信号の大きな差は生じない。

【００２４】また、前述の説明では、励磁電流として方
形波の電流を使用した例で説明したが、サイン波状の励
磁電流を利用した場合にも、評価回路の構成をそれに応
じて変更すればそのまま応用できる。評価回路の構成自
体は、電磁流速計等の分野において、周知であるので、
ここではこれ以上の説明を省略する。次に、この発明の
第２実施例を図４を参照して説明する。なお、図４にお
いて、図１と同一部分には、同一符号を付し、説明を省
略する。第２実施例は、図５に示されるように、３対の
電極２３ａ〜２３ｆを用いる電磁流量計をそのまま偏流
位置測定装置として使用する例を示す。図５において、
主電極対２３ａと２３ｂはＸ軸上に配置され、補助電極
対２３ｃと２３ｄ、２３ｅと２３ｆはＸ軸より角度ψず
れた位置に配置されている。

【００２５】主電極対２３ａと２３ｂで検出された信号
は増幅器ＡＭ１を介して流量測定回路２５に供給され、
補助電極対２３ｃと２３ｄで検出された信号は増幅器Ａ
Ｍ２を介して流量測定回路２５に供給され、補助電極対
２３ｅと２３ｆで検出された信号は増幅器ＡＭ３を介し
て流量測定回路２５に供給される。増幅器ＡＭ１〜ＡＭ
３の増幅率は偏流が存在しない状態で各出力信号のレベ
ルが一致するように調整されている。

【００２６】補助電極２３ｃと２３ｆで検出された信号
は増幅器ＡＭ４を介して評価回路２７に供給され、補助
電極対２３ｄと２３ｅで検出された信号は増幅器ＡＭ５
を介して評価回路２７に供給される。増幅器ＡＭ４とＡ
Ｍ５の増幅率は偏流が全く存在しない状態で出力信号の
信号レベルが一致するように調整されている。

【００２７】通常の動作状態では、励磁コイル１５ａと
１５ｂは共に励磁され、３対の電極２３ａ〜２３ｆの出
力信号に基づいて流量測定回路２５が流量（流速）信号
を出力する。一方、偏流の位置或いは流速分布を測定す
る場合には、励磁コイル１５ａ、１５ｂの一方を励磁
し、増幅器ＡＭ４とＡＭ５の出力を比較して、第１実施
例の場合と同様に、偏流の位置又は流速分布を測定す
る。

【００２８】上記第１及び第２実施例においては、２つ
の励磁コイルを使用したが、磁界の照射域を限定した３
以上の励磁コイルを使用して励磁コイルを個別に励磁
し、その時の電極対の検出値から、偏流の位置を特定す
るようにしても良い。また、本発明は図６に示されるよ
うな静電容量型の電極３３ａ〜３３ｄを用いた場合も同
様に実施可能である。

【００２９】測定管１１としては、非磁性で電気絶縁性
のパイプ、例えば、セラミックス、強化プラスチックス
等からなるパイプを用いてもよく、また、非磁性の導電
性パイプ、例えば、ＳＵＳ３１６ステンレススチール管
の内面を電気絶縁性の物質、例えば、プラスチック、ゴ
ムなどでライニングしたパイプを使用しても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれ
ば、偏流の有無、偏流の位置を電磁誘導の原理に基づい
て簡単に測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例にかかる偏流位置測定装
置の構成を示す図。

【図２】図１に示される偏流位置測定装置の励磁コイル
の一方のみを励磁した場合の磁束分布の例を示す図。

【図３】１つの励磁コイルを励磁した場合の重み関数の
分布を示す図。

【図４】２つの励磁コイルを励磁した場合の重み関数の
分布を示す図。

【図５】３電極対を使用する電磁流量計を偏流位置測定
装置と使用する例を説明するための構成図。

【図６】静電型電極を使用する実施例を説明するための
構成図。

【符号の説明】

１１…測定管、１３ａ〜１３ｄ…電極、１５ａ、１５ｂ
…励磁コイル、１７、２７…評価回路、１９…励磁回
路、２１…コントローラ、ＡＭＰ１、ＡＭＰ２、ＡＭ１
〜ＡＭ５…増幅器、２５…流量測定回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定流体が通過する測定管と、被測定流
体に磁界を印加するための複数の励磁コイルと、前記被
測定流体に前記磁界により誘導された電圧を検出する複
数の電極と、前記複数の電極の内の選択されたものから
の信号に対応する被測定流体の流速を求める手段と、前
記複数の励磁コイルのオン／オフ又は前記電極の選択状
態を切り替える制御回路を備え、前記複数の励磁コイルの励磁状態又は前記複数電極の選
択状態を切り替えて、流速を求め、測定された複数の流
速を比較することにより偏流の位置を特定することを特
徴とする偏流位置検出方式。
【請求項２】前記制御回路は、前記測定管の断面上の任
意の領域を流れる流体の流速に対する信号が強くなるよ
うに、前記励磁コイルの励磁状態または前記電極の選択
状態を切り替えることを特徴とする請求項１記載の偏流
位置検出方式。
【請求項３】被測定流体が通過する測定管と、前記被測
定流体に磁界を印加し、電磁誘導の法則に従って前記測
定管内の特定領域の流速に主に対応する信号を出力する
流速測定手段と、前記特定領域を切り替える手段を備
え、前記特定領域を切り替えて流速を測定することにより前
記被測定流体の前記測定管内での速度分布の測定を可能
とすることを特徴とする速度分布測定装置。
【請求項４】前記速度分布測定装置は、被測定流体に磁
界を印加するための複数の励磁コイルと、前記磁界によ
り前記被測定流体に誘導された電圧を検出する複数の電
極と、前記複数の電極からの信号に対応する流速を求め
る手段を備え、前記切り替え手段は、前記測定管の断面
上の流速に対する感度を変更するように、前記励磁コイ
ルの励磁状態または前記電極の選択を切り替える回路を
備えることを特徴とする請求項３記載の速度分布測定装
置。