JPH06201425A - 管内流体の流量測定装置及び方法 - Google Patents

管内流体の流量測定装置及び方法

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JPH06201425A
JPH06201425A JP5249228A JP24922893A JPH06201425A JP H06201425 A JPH06201425 A JP H06201425A JP 5249228 A JP5249228 A JP 5249228A JP 24922893 A JP24922893 A JP 24922893A JP H06201425 A JPH06201425 A JP H06201425A
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fluid
tube
transducer
acoustic
transducers
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Calvin R Hastings
アール．ヘイスティングス カルビン
Ernest M Hauser
エム．ホーサー アーネスト
Robert C Miller
シー．ミラー ロバート
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Caldon Inc
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KARUDON Inc
Caldon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 管12の中を流れる流体11の流量を測定する。 【構成】 流量測定装置10は、音響エネルギーを管の径
方向に送信する第１トランスデューサ14を管と音響的に
接触して配備し、第１トランスデューサから送信された
エネルギーを受信する第２トランスデューサ16を管と接
触して配備し、音響エネルギーを管の斜め方向に送信す
る第３トランスデューサ20を管と音響的に接触して配備
し、第３トランスデューサから発せられた音響エネルギ
ーを受信する第４トランスデューサ22を管と音響的に接
触して配備しており、第２トランスデューサと第４トラ
ンスデューサが受信した音響エネルギーに基づいて、管
内の流体の流量を決定する信号処理手段26を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的には流量計(flowm
eters)に関する。より具体的には、本発明は超音波トラ
ンスデューサを用いて、配管中の流量の如き流体特性
を、流体に侵入せずに測定できる流量計に関する。
【０００２】
【発明の背景】流体の流量(fluid flow)を測定する手段
として、超音波流量計が使用される。この装置の典型例
は、２つのトランスデューサを上流位置と下流位置で角
度をなして互いに対向配置し、トランスミッター及びレ
シーバとして選択的に機能できるようにしたもので、こ
れによって超音波信号をトランスデューサ間の上流及び
下流方向に送信できるようにしている。上流信号と下流
信号との間の通過時間の差を利用して、流体の流量(flo
w rate)を計算することができる。
【０００３】望ましい実施例において、本発明は、トラ
ンスデューサの第２の組を、径方向に対向して配備して
いる。これらの「クロスパス(cross path)」トランスデ
ューサは、流域に関してより多くの情報を提供するか
ら、流量測定精度が改善され、流域の理解を高めること
ができる。
【０００４】
【発明の要旨】本発明は管内の流体の流量を測定する装
置である。装置は、管の斜め方向の経路(diagonal pat
h)に音響エネルギーを供給する手段を含んでいる。斜め
方向の供給手段は管に接触している。装置はまた、管の
径方向の経路(diametrical path)に音響エネルギーを供
給する手段を含んでいる。径方向の供給手段は管に接触
している。装置はまた、斜め方向の供給手段の音響エネ
ルギーと径方向の供給手段の音響エネルギーに基づい
て、管内の流体の流量を決定する(determine)手段を備
えている。
【０００５】一実施例において、斜め方向の供給手段は
管に固定されている。他の実施例において、径方向の供
給手段は、径方向経路の２方向に発せられた音響エネル
ギーを供給する。径方向の供給手段は、第１のトランス
デューサと第２のトランスデューサを含んでおり、これ
らのトランスデューサは管周囲にて、径方向に対向する
ように配置している。第１トランスデューサと第２トラ
ンスデューサは、超音波信号を、選択的(alternativel
y)に径方向経路をたどって流体中を通過させるために、
送信機(トランスミッター)及び受信機(レシーバ)として
選択的に機能させることが望ましい。
【０００６】斜め方向の供給手段は第３のトランスデュ
ーサと第４のトランスデューサを含んでおり、これらの
トランスデューサは、一方が上流位置、他方が下流位置
となるように斜めに対向配置される。第３のトランスデ
ューサと第４のトランスデューサは、超音波信号を、第
３及び第４トランスデューサ間の斜め方向経路をたどっ
て上流方向及び下流方向に流体を通過させるために、送
信機と受信機として選択的に機能させることが望まし
い。トランスデューサが流体の同じ部分からサンプリン
グできるように、径方向経路は斜め方向経路に隣接して
いる。
【０００７】決定手段(determining means)は、第１及
び第２トランスデューサと、第３及び第４トランスデュ
ーサの間で送信された超音波信号の通過速度に基づい
て、管内の流体の流量を決定する信号処理手段が望まし
い。
【０００８】
【望ましい実施例の説明】図面中、類似又は同一の部品
については同じ引用符号を付している。図１及び図２を
参照すると、管(12)の中の流体(11)の流量を測定する装
置(10)を示している。装置(10)は、流体(11)を通る音響
エネルギーを斜め方向経路(24)に供給する手段を備えて
いる。斜め方向に供給する手段は、管(12)と音響的に接
触(acoustic contact)し、管(12)上に配備することが望
ましい。装置(10)は、また、流体(11)を通る音響エネル
ギーを径方向経路(18)に供給する手段を備えている。径
方向に供給する手段は、管(12)と音響的に接触し、管(1
2)上に配備することが望ましい。装置(10)は、斜め方向
の供給手段の音響エネルギーと、径方向の供給手段の音
響エネルギーに基づいて、管(12)内の流体(11)の流量(f
low)を決定する手段を更に備えている。一実施例におい
て、斜め方向の供給手段は管(12)に固定されている。他
の実施例において、径方向の供給手段は、２方向に発せ
られた音響エネルギーを径方向経路(18)に供給する。
【０００９】図１を参照すると、径方向の供給手段は、
第１のトランスデューサ(14)と第２のトランスデューサ
(16)が径方向に対向して配置されている。超音波信号が
第１トランスデューサ(14)と第２トランスデューサ(16)
の径方向経路(18)を択一的に進むように、第１トランス
デューサ(14)と第２トランスデューサ(16)は、送信機及
び受信機として択一的に機能できるようにすることが望
ましい。
【００１０】斜め方向の供給手段は、第３のトランスデ
ューサ(20)と第４のトランスデューサ(22)が管(12)の斜
め方向に対向配置されている。超音波信号が斜め方向経
路(24)に沿って流体(11)を通過できるようにするため
に、第３トランスデューサ(20)と第４トランスデューサ
(22)は、送信機及び受信機として択一的に機能できるよ
うにすることが望ましい。トランスデューサが流体(11)
の同じ部分をサンプリングできるようにするため、径方
向経路(18)は斜め方向経路(24)に隣接している。
【００１１】決定手段は、第１及び第２トランスデュー
サ(14)(16)間、並びに第３及び第４トランスデューサ(2
0)(22)間に夫々送信された超音波信号の送信速度に基づ
いて、管(12)の流体(11)の流量を決定する信号処理手段
(26)が望ましい。
【００１２】トランスデューサ(14)(16)(20)(22)は、管
内の流体の流れを乱さないようにするために、管(12)の
外側に配備することが望ましい。第３及び第４トランス
デューサ(20)(22)と管(12)との連結は、第３及び第４の
トランスデューサ(20)(22)を、くさび形の連結用ウエッ
ジ(28)に取り付けて行なうのが望ましい。ウエッジ(wes
ge)は、例えば、ベスパル(vespal)又はルーサイト(luci
te)から形成される。第１及び第２トランスデューサ(1
4)(16)はパッド(30)に取り付けられる。パッド(30)もま
た、ベスパル又はルーサイトから形成される。ウエッジ
(28)及びパッド(30)と、管(12)との連結は、シリコーン
ゴム等のレイヤー(32)を設けることによってより強固な
ものとなる。レイヤー(32)は、超音波信号がウエッジ(2
8)又はパッド(30)から管(12)まで進む際、超音波信号の
分裂又は分散を防止するのに役立つ。信号処理手段(26)
は、第１トランスデューサ(14)と第２トランスデューサ
(16)の間に送信された超音波信号の通過時間を測定する
手段と、第３トランスデューサ(20)と第４トランスデュ
ーサ(22)の間に送信された超音波信号の通過時間を測定
する手段を含むのが望ましい。
【００１３】望ましい実施例では、流体(11)中を複数の
斜め方向経路(24)に沿って超音波信号を送信するトラン
スデューサを斜め方向に複数組配備し、また、流体(11)
中を複数の径方向経路(18)に沿って超音波信号を送信す
るトランスデューサを径方向に同数組配備している。図
４は、管(12)の横断面図であって、４つの経路系を示し
ている。図４は横断面図であるから、図示のトランスデ
ューサは斜め方向の組又は径方向の組のどちらかであ
る。同じように、図示の４つの経路は径方向経路(18)又
は斜め方向経路のどちらかである。
【００１４】図２及び明細書中にて使用する記号は次の
通りである。 Ｑ＝管(12)の合計流量(立方インチ／秒) π＝Ｐｉ＝3.141593 ＩＤ＝管(12)の内側直径(インチ) ＰＦ＝液圧プロフィールファクター＝管(12)全体の平均
速度対直径方向の平均速度の比率 ｃf＝流体(11)中の音速(インチ／秒) φf＝流体(11)中の音響経路の角度 ｔd1＝トランスデューサ(14)からトランスデューサ(16)
までの径方向経路(18)を通過する時間 ｔd2＝トランスデューサ(16)からトランスデューサ(14)
までの径方向経路（１８）を通過する時間 Δｔｄ＝径方向経路(18)の時間差(秒)。即ち、Δｔd＝
ｔd1−ｔd2 ｔc1＝トランスデューサ(20)からトランスデューサ(22)
までの斜め方向経路(24)を通過する時間 ｔc2＝トランスデューサ(22)からトランスデューサ(20)
までの斜め方向経路(24)を通過する時間 Δｔc＝斜め方向経路(24)の時間差(秒)。即ち、Δｔc＝
ｔc1−ｔc2 ｃw＝トランスデューサのウエッジ(28)とパッド(30)に
おける音速(インチ／秒) φwo＝機械的ウエッジ(28)の角度 ａw＝ウエッジの高さ(インチ) ａwc＝パッド(30)の高さ ａp＝管(12)の壁厚(インチ) φp＝管(12)の音響経路の角度 φw＝ウエッジ(28)の音響経路の角度 ｃpt＝管(12)内の横波の速度(インチ／秒) ｃpl＝管(12)内の縦波の速度(インチ／秒) ｔd＝径方向経路(18)の平均通過時間(秒)。即ち、ｔd＝
(ｔd1＋ｔd2)／２ ｔc＝斜め方向経路(24)の平均通過時間(秒)。即ち、ｔc
＝(ｔc1＋ｔc2)／２ ｙ＝トランスデューサ(14)(16)の中心間距離 ｙ0＝初期設定に使用されるｙの計算値 temp＝華氏温度(oF) press＝絶対圧力(psi) press＝圧力ゲージ＋14.7 tr、vt、dvdp、tc＝水中の音速を計算するときに使用さ
れるパラメータ Acpl、Bcpl、Acpt、Bcpt＝管の音速を計算するときに使
用する定数(管の材質によって変動する) Acw、Bcw、Ccw＝ウエッジ中の音速の計算に使用される
定数(ウエッジの材質によって変動する）
【００１５】流体の流量Ｑは次の式によって計算され
る。 Ｑ＝（π・ＩＤ2・ＰＦ／４)・ｖa ここで、 ｖa＝ｖd／Sinφf−ｖc／Tanφf であり、 ｖd＝(ｃf 2・Cosφf／２・ＩＤ)・(△ｔd) ｖc＝(ｃf 2／２・ＩＤ)・(△ｔc) (0) であるから、 ｖa＝(ｃf 2／２・ＩＤ・Tanφf)・(Δｔd−Δｔc) これを原式に代入すると、 Ｑ＝(π・ＩＤ・ＰＦ・Ｃf 2／８・tanφf)・(Δｔd−Δｔc) (1)
【００１６】音響経路：送信機長さの比率が16：1より
も小さい場合、φfはスネルの法則を用いて次のように
計算される。 φf＝sin-1(ｃfsinφw／ｃw)
【００１７】音響経路：送信機長さの比率が100：1より
も大きい場合、φfは次式の解によって与えられる。 ｔd＝2・ａw/Cosφw・ｃw＋2・ａp/Cosφp・ｃpt＋ID/Cosφf・ｃf (2) Sinφf／ｃf＝Sinφp／ｃpt （スネルの法則） (3) Sinφf／ｃf＝Sinφw／ｃw （スネルの法則） (4)
【００１８】理想的には、音響経路：送信機長さの比率
は、これらの範囲の１つの中に入るように選択されるべ
きである。これができない場合、第３トランスデューサ
(20)から第４トランスデューサ(22)に送信された信号が
最大となる位置が見つかるまで、第４のトランスデュー
サを管(12)の軸方向に移動させる。この位置で、上記の
式のどれかを用いることができる。
【００１９】ｙがわかっているとき、φfは次式の解に
よって与えられる。 ｙ＝２・ａw・Tanφw＋２・ａp・Tanφp＋ＩＤ・Tanφf Sinφf／ｃf＝Sinφp／ｃpt スネルの法則 及び Sinφf／ｃf＝Sinφw／ｃw スネルの法則
【００２０】ｙ0の計算 Sinφf＝ｃf・Sinφwo／ｃw スネルの法則 Sinφp＝ｃpt・Sinφwo／ｃw スネルの法則 ｙo＝２・ａw・Tanφw＋２・ａp・Tanφp＋ＩＤ・Tanφ
f
【００２１】ｃfの計算は次式の解によって与えられる ｔc＝ＩＤ／ｃf＋２・ａp／ｃpl＋２・ａwc／ｃw (5)
【００２２】音の速度は温度に依存する。ｔdは、径方
向経路(18)の第１トランスデューサ(14)と第２トランス
デューサ(16)で測定される。ｃpt、ｃpi及びｃwは次の
式から求められる。
【００２３】
【数１】
【００２４】ＩＤ、ａp及びａwcは、装置の固有アプリ
ケーションから知ることができる(測定される)。
【００２５】ｃfは式(5)の解によって得られる。ｔcは
第３トランスデューサ(20)と第４トランスデューサ(22)
の間の斜め方向経路における測定である。ａw、ｃw、ｃ
pt及びＩＤは、例えば式３つの(2)−(4)の解として得ら
れる。従って、これら式における３つの未知数φw、φp
及びφfを求めることができる。この結果、式(1)中の変
数が全て求められたので、Ｑを決定することができる。
【００２６】例えば、炭素鋼管(12)の場合、 Acpl＝2356000 Bcpl＝.0000735 Acpt＝127700 Bcpt＝.0000925 ベスパルのウエッジ(28)の場合、 Acw＝98299 Bcw＝.0003960 Ccw＝2.08Ｅ−７
【００２７】水温＞200oFのときのｃfの計算は次のよう
にして行なわれる。
【００２８】
【数２】
【００２９】水温＜200oFのときのｃfの計算は次のよう
にして行なわれる。
【００３０】
【数３】
【００３１】上記の式では、ウエッジ(28)、管(12)及び
流体(11)が全て同じ温度にあると仮定している。流体(1
1)の温度が周囲温度と異なるとき、温度が均一になるよ
うにするために絶縁材その他の手段を設けるか、又は上
記式を修正してこれらの差を訂正することが望ましい。
勾配が小さい場合、次の要領にて、ウエッジ及び管に対
して異なる温度を割り当てれば十分である。 temp(管)＝temp(流体)−Δｔp temp(ウエッジ)＝temp(流体)−Δｔw temp(クロスウエッジ)＝temp(流体)−Δｔwc ここで、Δｔwは流体温度とウエッジの平均温度との
差、Δｔwcは流体温度とクロスウエッジ又はパッドの平
均温度との差、Δｔpは流体温度と管の平均温度との差
である。
【００３２】勾配が大きい場合、管とウエッジの温度分
布を詳細に知ることが望ましい。光学機器の設計で実用
化されているレイトレーシング技術を用いて、ウエッジ
及び管に費やされた時間と、管及びウエッジのｙ変位(d
isplacement)への寄与を計算することが望ましい。
【００３３】流体の温度が未知である場合、表４乃至表
６のプログラム中、「REM Calculation of Fluid Tempe
rature(流体温度のREM計算)」のセクションに示される
ように、水温だけでなくｃfについても、反復ループ技
術の中で得ることができる。これは、水について既知の
温度限界に基づいて、水の温度値を採取し、この温度値
を用いてｃf、ｃwc及びｃplの値に得るものである。次
に、ｃf、ｃwc及びｃplの値を式(5)に代入し、ｔcの計
算値が得られる。ｔcの実際の測定値は、次に、ｔcの計
算値と比較される。
【００３４】ｔcの計算値がｔcの測定値と一致しないと
き、異なる温度値がプログラムの中で引き続いて採取さ
れ、ｔcの計算値がｔcの測定値に一致するまでループが
再び繰り返される。最後のループにおける採取温度とｃ
fの計算値が、温度の実際値及びｃfとして与えられる。
【００３５】このように、一対の超音波トランスデュー
サを管(12)の径方向に対向して取り付けて、信号処理手
段を用いて測定値ｔcを求めることにより、流体中の音
速ｃfと、管(12)の中を流れる流体(11)の温度の両方を
求めることができる。
【００３６】本発明では、トランスデューサ(14)(16)(2
0)(22)は、ストラップオン型のものが望ましい。ストラ
ップオン型のトランスデューサは、圧電トランスデュー
サ、連結ウエッジ(28)又はパッド(30)、及び保護カバー
を含んでいる。トランスデューサは、電気エネルギーを
超音波エネルギーに変換する。ウエッジ(28)及びパッド
(30)は、超音波エネルギーを、管(12)の中に適当な角度
で方向づける。保護カバーはトランスデューサを保護す
るだけでなく、トランスデューサのケーブル(36)のコン
ジット用の取付具としても供される。
【００３７】トランスデューサは管(12)の表面に正確に
位置決めした後、トランスデューサ用ウエッジが管壁に
音響的に連結され、次に、紐材、磁気ホルダー、又は溶
接ブラケットで固定される。
【００３８】トランスデューサの信号ケーブルは、シー
ルド付の２芯撚線対(twinax twisted pair)のもので、
必要に応じて水面下又は地上で使用するために、適当な
ジャケットを備えている。ケーブルは、通常はスプライ
スなしで、一端がトランスデューサに、他端が信号処理
手段(26)に接続されている。
【００３９】信号処理手段(26)は、３つの主たる機能装
置を備えている。これらは、音響処理装置(100)(APU)、
中央処理装置(102)(CPU)及び制御ディスプレイパネル(1
04)(CDP)である。図３はこれら電子装置の機能ダイヤグ
ラムを示している。
【００４０】APU(100)は、超音波信号のトランスデュー
サへの送信、超音波信号のトランスデューサからの受信
を制御する。電子パルスが作り出され、トランスデュー
サに送られる。ここで、エネルギーは超音波に変換さ
れ、どのトランスデューサが送信するかによって、上流
又は下流方向に管の中に直接送られ、電子パルスに再び
変換されて受信される。パルスの送信時間は100Mhzクロ
ックで測定され、４ms毎に上流と下流が切り換えられ
る。従って、上流の通過時間のデータと、下流の通過時
間のデータは殆んど同時である。これらの時間測定値は
記憶される。次に、数学的操作を行なうために、中央処
理装置(102)に送られる。
【００４１】APU(100)は、典型的には、超音波の径方向
経路(18)の４つ全てを制御する送信機／受信機ボードが
２つ設けられている。更に、超音波の斜め方向経路の４
つ全てを制御するための送信機／受信機ボードが２つ有
している。
【００４２】CPU(102)は、286個のマイクロプロセッサ
ーとＩ／Ｏからなり、ソフトウエアはアプリケーション
のニーズに特に適している。CPU(102)は、APU(100)によ
る通過時間の測定値の処理を含み、多くの重要な機能を
行なう。流量加算器(flow totalizers)は、オイラー式
に基づいて更新される(updated)。高速計算と同じ時間
に処理され、ディスプレイが更新され、電子チェックは
APU(100)回路全体について行なわれ、使用者のキーパッ
ド操作によるコマンド入力の後、出力が更新される。
【００４３】CDP(104)は使用者のインターフェースとし
て機能する。フルスクリーンのディスプレイ(106)に、
流量(flowrates)、合計流量(flow totals)、診断(diagn
ostics)、設定パラメータ及び関連のある性能特性が読
み出される。オペレータは、数値キーパッド(108)を操
作することにより、所望のディスプレイスクリーンを選
択することができ、プログラマーのハンドブックを参照
しなくてもよく、また、別のコンピュータを取り付ける
必要がない。
【００４４】表１乃至表３は、２箇所の検査サイトにお
ける計算パラメータの概要である。これらのサイトは、
Alden Research Laboratories(ARL)とTennessee Valley
Authority(TVA)のセコイヤー(Sequoyah)原子力発電所
である。ARLのテストでは、ＯＤ16インチの管を用い、
流体温度は約105oFである（以下に示すデータはNIST承
認設備であるARLによって提供される）。TVAのテストで
は、ＯＤ32インチの管を用い、流体温度は約435oFであ
る。個々の誤差分析結果では、その精度は測定流量の±
0.9％であった。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
【表３】
【００４８】図５に示す他の実施例では、第３トランス
デューサ(20)と第４トランスデューサ(22)は互いに同一
線上に配置されており、第３トランスデューサ(20)から
発せられた音響エネルギーは、斜め方向の経路に沿って
進み、管(12)で反射して第４トランスデューサ(22)に達
する。図５に示す装置(10)の構成は、はね返り経路(bou
nce path)としても知られている。径方向経路(18)を作
る第１トランスデューサ(14)と第２トランスデューサ(1
6)は、はね返り経路を形成する斜め方向経路(24)に隣接
しており、第３トランスデューサ(20)と第４トランスデ
ューサ(22)の間、または第３トランスデューサ(20)の外
側若しくは第４トランスデューサ(22)の外側に配置され
る。前記の式を用いて、図５のはね返り経路中の流量を
求めることもできる。かかる経路構成の実施例は次の通
りである。
【００４９】Ｑ＝472 gpm ＩＤ＝27.25 インチ ＰＦ＝1.00 ｃf＝47,275.7 インチ φP＝18.35° ｔd1＝385.180 μsec ｔd2＝385.000 μsec Δｔd＝180 nsec ｔc1＝179.008 μsec ｔc2＝179.000 μsec Δｔc＝８ nsec ｃw＝92,046.09 インチ／秒 φwo＝38.52° ａw＝0.642 インチ ａwc＝0.250 インチ ａp＝0.360 インチ φp＝57.74° φw＝37.80° ｃpt＝126,989.7 インチ／秒 ｃpl＝231,992.8 ｔd＝385.090 μsec ｔc＝179.004 μsec ｙ＝7.5 ｙ0＝7.423 temp＝74°F pressure＝775 psi
【００５０】条件 管のＩＤ＝7.9529 インチ ａp＝0.3605 インチ temp＝74° ｃpl＝231,945.8 インチ／秒（表より） ｃpt＝126,956.3 インチ／秒（表より） ｃw＝91,987.1（直接測定）
【００５１】LEFM測定 ｔd＝386 μsec ｔc＝180 μsec Δｔd＝177 nsec Δｔc＝８ nsec
【００５２】LEFM計算値 ｃf＝47,001.3 インチ／秒 （φw＝37.18°） Ｑ＝468 gpm （φp＝56.51°） φf＝17.98°
【００５３】他の実施例を図６に示している。管(12)
は、外表面(27)と内部(29)を有しており、第１トランス
デューサ(14)と第２トランスデューサ(16)は、外表面(2
7)よりも下の管(12)の中に配置される。これによって、
第１トランスデューサ(14)から発せられた音響エネルギ
ーは管(12)の内部(29)に導入され、図６に示す如く、音
響エネルギーは第２トランスデューサ(16)によって管(1
2)の内部(29)から直接受信される。径方向経路(18)はこ
のように形成され、音響エネルギー、望ましくは超音波
エネルギーが管(12)を直接通過する。第３トランスデュ
ーサ(20)と第４トランスデューサ(22)は管(12)の外表面
(27)よりも下に配置するのが望ましい。この結果、第３
トランスデューサ(20)によって送信された音響エネルギ
ーは、管の内部(29)に直接導入され、音響エネルギー
は、径方向経路(24)を通過した後、第４トランスデュー
サ(22)によって管(12)の内部(29)から直接受信される。
勿論、第３トランスデューサ(20)と第４トランスデュー
サ(22)は前記の如く、管(12)の外側(27)に取り付けるこ
とができる。或はまた、種々のトランスデューサを、設
計上の選択事項として外表面(27)上又は外表面(27)の下
方に取り付けることができる。例えば、外表面(27)の上
又は下方に取り付けられるトランスデューサは１個だけ
のときもあるし、３個のときもある。図６に示す実施例
において、流量その他の関連ファクターの計算に関する
アルゴリズムは、斜め方向の超音波経路を形成する一対
のトランスデューサについてのカルドン技術レポート(D
S-112-991)の中に記載されている。径方向の超音波経路
を形成するトランスデューサ対の場合、θ＝90o、Cosθ
＝１が横方向の流れ速度Ｖを与える。４つの経路構成に
ついては、カルドン技術レポートDS-116-392を参照する
ことができる。トランスデューサを、管(12)の外表面(2
7)の下に配置することは知られている。これについて
は、カルドン技術レポートのインストール手順SP1041 R
ev.Cを参照することができる。
【００５４】本発明はまた、管(12)を流れる流体の横速
度(transverse velocity)のプロフィールを作成する装
置に関する。装置は、エネルギーを管(12)の中に導入
し、そのエネルギーを分析することによって、管(12)内
の複数の異なる位置における流体の横速度を獲得する(o
btain)手段を備えている。横速度を獲得する手段は、管
(12)の複数の径方向経路(全てが管(12)の共通の横断面
にある)に沿って音響エネルギーを供給し、複数の異な
る位置の横速度に対応する情報信号を作り出す手段を含
むことが望ましい。音響エネルギーの供給手段として、
図４に示す如く、管(12)内に複数の径方向経路を作る複
数のトランスデューサを用いることができる。各々の径
方向経路(18)で得られた横速度が、管(12)中の位置と関
連づけられた横速度成分とみなされる。各々の径方向経
路(18)に対応する横速度は、式(0)によって求めること
ができる。
【００５５】装置はまた、複数の異なる位置における横
速度から、横速度プロフィールを形成する手段を備えて
いる。横速度プロフィールを形成する手段は、横速度の
獲得手段に通じている。プロフィール形成手段は、信号
処理手段(26)を含むことが望ましい。信号処理手段(26)
は、情報信号を受信し、各位置における横速度を決定す
る。径方向経路(18)を形成するトランスデューサ対は、
各々が、前述の如く、信号処理手段(26)に接続され、対
応する径方向経路(18)の横速度を計算する。管の所定断
面における径方向経路(18)が大きいほど、横速度のフロ
ープロフィールをより正確に得られるようにすることが
望ましい。
【００５６】形成手段は、横速度のプロフィールを示す
ために、位置の横速度が表示されるモニターを含むこと
が望ましい。モニターに現われるディスプレイの一例を
図９に示しており、管(12)の時計方向と反時計方向の横
断面における回転成分が示されている。ＶC：ＶDの比率
はを用いて、流れプロフィール特性を推定することがで
きる(NACA-TN-1471, 1948年1月, Weske,J.による「単一
ダクトベンドの下流における速度分布に関する実験的考
察」参照)。流れプロフィール特性を用いて、径方向速
度の斜め方向速度に対する比率が最小となる経路を選択
することができる。
【００５７】本発明はまた、管(12)内の流体の横速度を
測定する装置に関する。装置は、エネルギーによって流
体を能動的(actively)に検査し、流体の横速度に対応す
る検査信号を作り出す手段を備えている。検査手段(tes
ting means)は、管(12)と接触している。装置(106)はま
た、検査信号に基づいて流体の横速度を決定する信号処
理手段(26)を備えている。信号処理手段(26)は、横速度
の検査手段(106)と通信可能である。前述したように、
検査手段は、第１トランスデューサ(14)と第２トランス
デューサ(16)が望ましく、これらは管(12)と接触して径
方向経路(18)を形成している。式(0)から、信号処理手
段(108)を用いて横速度を得ることができる。
【００５８】本発明はまた、図７に示す如く、管(12)の
軸方向長さ部(110)を流れる流体の速度プロフィールを
作成する方法に関する。本発明の方法は、導入されたエ
ネルギーにより、管(12)の軸方向の第１の位置(112)に
おける流体の横速度の流れを測定する工程(a)を備えて
いる。次に、導入されたエネルギーにより、管(12)の軸
方向の第２の位置(114)における流体の横速度の流れを
測定する工程(b)を有している。工程(b)の後に、第１の
軸方向位置(112)及び第２の軸方向位置(114)で測定され
た横速度から、管の軸方向長さ部(110)に亘って管(12)
内を流れる流体の横速度のプロフィールを形成する工程
(c)を有することが望ましい。工程(c)の前に、管(12)に
導入されたエネルギーにより、軸方向位置(116)の如
き、軸方向に追加された複数の異なる位置における管(1
2)内を流れる流体の横速度を測定する工程(d)を設ける
ことが望ましい。工程(d)の後に、横速度の流れに基づ
いて所定の軸方向位置で、流量計を管(12)に接触させて
固定する工程(e)を設けることができる。
【００５９】図７に示す如く、管(12)を流れる流体の速
度プロフィール作成する装置(118)が配備される。装置
(118)は、導入されたエネルギーによって、管(12)の軸
方向長さ部(110)に沿って、流体の横速度の流れ情報を
獲得する手段(120)を備えている。装置(118)はまた、横
速度の流れ情報から、管(12)の軸方向長さ部(110)に沿
って横速度プロフィールを形成する手段(122)を備えて
いる。形成手段(122)は、流れ情報を獲得する手段(120)
と繋がっている。獲得手段(120)として、例えばベルク
ロ(velcro)によって連結された着脱可能なハウジングの
中に、複数のトランスデューサ(124)を配備することが
できる。トランスデューサ(124)は、ハウジング(126)の
中に配備され、各トランスデューサ(124)は相手側にト
ランスデューサ(124)を有しており、両者で径方向経路
を形成する。トランスデューサの個々の組から、径方向
経路の情報が獲得手段(122)(前述したように信号処理手
段(26)が望ましい)に供給され、横流量が計算される。
形成手段(122)はモニター(121)を含むことができる。モ
ニターは信号処理手段(26)に接続され、軸方向長さ部(1
10)に沿う速度プロフィールを表示する。流量計は、例
えば、図１に示す如く、第１トランスデューサ(14)、第
２トランスデューサ(16)、第３トランスデューサ(20)及
び第４トランスデューサ(22)から構成し、横速度の流れ
が最小となる位置にて管(12)に固定することにより、管
(12)の軸方向の流れについてできる限り正確な読みを得
ることができる。
【００６０】本発明はまた、管(12)の流体(11)の温度を
測定する装置である。装置は、エネルギーによって流体
を能動的に検査し、流体(11)の温度に対応する検査信号
を作る手段を備えている。検査手段は、管(12)に接触さ
せて、管(12)の外側に配備することが望ましい。装置は
また、検査信号に基づいて流体(11)の温度を決定するた
めの信号処理手段(26)を備えている。
【００６１】検査手段は、流体(11)中に超音波信号を送
信する第１トランスデューサ(14)と、第１トランスデュ
ーサ(14)から送信された超音波信号を受信する第２トラ
ンスデューサ(16)を備えることが望ましい。第２トラン
スデューサ(16)は第１トランスデューサ(14)と対向関係
に配置されており、第１トランスデューサ(14)によって
送信された超音波信号は、管(12)の径方向経路(18)を通
って、第２トランスデューサ(16)に進む。検査手段は、
圧力ゲージ即ちセンサーの如き、管(12)内の流体圧力を
測定する手段を手段を含むことが望ましい。圧力測定手
段は、信号処理手段(26)と管(12)に連繋されている。信
号処理手段(53)は、第１及び第２トランスデューサの間
に送信された超音波信号の送信速度と流体の圧力に基づ
いて、管(12)の流体の温度を決定することが望ましい。
望ましくは、信号処理手段(26)は、第１トランスデュー
サ(14)と第２トランスデューサ(16)の間の径方向経路(1
8)に対応し、管(12)を横切る流体の平均温度を定めるも
のとする。望ましくは、温度を計算するために、式(9)
〜(14)を、コンピュータの如き信号処理手段(20)に用い
ることができる。管(12)の外側に配備されることによ
り、第１トランスデューサと第２トランスデューサは、
管内の流体(11)の流れと干渉しない。管(12)を流れる流
体(11)の温度の測定は、装置を、管(12)の内径ＩＤによ
って形成されたエンベロープに侵入させることなく行な
うことができる。
【００６２】本発明はまた、管(12)の中を流れる流体(1
1)の音速を測定する装置である。装置は、流体(11)を検
査し、管内の流体の音速に対応する検査信号を作る手段
を備えている。検査手段は、管(12)の外側と接触してお
り、望ましくは管(12)の外側に配備される。装置はま
た、検査信号に基づいて管内の流体の音速を求める信号
処理手段(26)を含んでいる。検査手段は、管(12)の外側
の気体環境（gaseous environment）に配備することが
望ましい。検査手段は、超音波信号を流体(11)に送信す
る第１トランスデューサ(14)と、第１トランスデューサ
(14)から送信された超音波信号を受信する第２トランス
デューサ(16)を備えている。第２トランスデューサ(16)
は、第１トランスデューサ(14)と対向する位置関係に配
備されており、第１トランスデューサ(14)から発せられ
た超音波信号は、管(12)の径方向経路(18)を通って第２
トランスデューサ(16)に進む。音速は、式(5)(7)(8)と
必要な測定データを用いて、コンピュータの如き信号処
理手段（26）を用いて求められる。
【００６３】本発明はまた、管(12)内の流体特性を特徴
づける装置(10)に関する。装置(10)は、流体の音速を測
定し、音速に対応する第１の信号を作る第１の手段を備
えている。第１の測定手段は流体に繋がっている。装置
(10)はまた、流体について可変の少なくとも１つの状態
を測定し、可変の測定値に対応する第２の信号を供給す
る第２の手段を備えている。第２の手段は管内の流体に
繋がっている。更に、装置は第１及び第２の測定手段に
連繋され、流体特性を決定する信号処理手段(26)を備え
ている。図１に示す如く、第２測定手段は、流体の圧力
を測定する手段を含むことが望ましい。圧力測定手段
は、信号処理手段(26)に接続されている。圧力測定手段
として、流体に連繋された圧力センサーを使用すること
ができる。第１の手段は、管に接触する第１トランスデ
ューサ(14)と第２トランスデューサ(16)を含むことがで
き、第１トランスデューサ(14)は、径方向経路(18)を通
じて音響エネルギーを第２トランスデューサ(16)に送信
する。各トランスデューサは、信号処理手段(26)と通信
可能である。
【００６４】この実施例において、信号処理手段(26)は
また、流体の比体積(specific volume)を決定すること
が望ましい。比体積は、表４乃至表６の「REM計算」か
ら比体積(ft3/lbs.)として求めることができる。この計
算のために、圧力は圧力ゲージにより、別個に測定さ
れ、温度は前述したように音速から計算される。更に、
信号処理手段(24)は、比体積及び比粘度、結果としてＰ
Ｆから、管内の流体のレイノルズ数を決定することがで
きる。これは次のようにして行なわれる。動粘度(kvi
s)、プロフィールファクターＰＦ及びレイノルズ数は、
表４乃至表６の「メーターファクターのREM計算」から
得ることができる。ここで、Ｌはlogを表わす。プロフ
ィール訂正ファクターＰＦは、斜め方向に配備されたト
ランスデューサ間を通る音響経路の平均軸方向速度ｖ’
と、流体の横断面領域の軸方向平均速度ｖ”に関係す
る。これは、次の式で表わされる。 ｖ’／ｖ”＝ＰＦ ＰＦは、(1)平均流速ｖ”、(2)流体の密度ρ及び流体の
粘度μ、(3)横断面の寸法(即ち、ＩＤ)の３つのファク
ターによって変動する。
【００６５】レイノルズ数は、前記の３つのファクター
の液圧効果を１つの数に合成する。レイノルズ数Ｒｅを
用いて速度プロフィールの式を決定することができる
（Nikuradse,J."平滑管における乱流の法則", NASA TT
F-10, 359, 1966年10月；Reichardt,H.,"平滑管におけ
る乱流の速度分布の完全な表現", ZAMM 31, 208-219(19
51)）。従って、ＰＦはレイノルズ数を求めることによ
って、決定することができる。
【００６６】LEFMは、水対温度の公表値(published val
ues)の曲線当てはめ(curve fit)により、最初に動粘度
を計算する。 ここで、υ＝動粘度＝μ／ρ＝絶対粘度／密度 であるから、レイノルズ数は次のように計算される。 Ｒｅ＝レイノルズ数＝Ｄｖ”／υ
【００６７】ＰＦは、公表されたデータ(例えば、Richa
rdt及びNikuradse)を用いて計算され、レイノルズ数の
関数として速度プロフィールを表わす。
【００６８】装置(10)において、信号処理手段(26)は、
第１の物質の流体と第２の物質の流体との間の境界が管
の径方向経路を通過する時を、温度測定手段を用いて定
める(identify)ことが望ましい。温度測定手段は、例え
ば、管(12)又は流体と接触する熱電対を使用することが
できる。温度と圧力は別個に定められ、また、温度と圧
力は略一定であるので、第１及び第２トランスデューサ
と信号処理手段(26)によって決定された比体積の変化
は、管(12)の中の物質の変化を表わす。圧力、温度及び
音速がわかれば、これを用いて、音速が互いに異なる流
体を区別することができる。一般的には、流体の音速
が、与えられた温度及び圧力で0.5％異なるとき、流体
は簡単に区別することができる。同じようにして、圧力
と計算温度がわかれば、水の比熱分と水の密度は、温度
と圧力に対する公表データの曲線当てはめ法によって求
めることができる。流体のエンタルピは、流体の密度と
比熱分を用いて求めることができる。
【００６９】図８に示す他の実施例では、３つのトラン
スデューサだけで、斜め方向経路と径方向経路を形成し
ている。第２トランスデューサ(16)と第４トランスデュ
ーサ(22)は前述したものと同じである。第１トランスデ
ューサ(14)と第３トランスデューサ(20)の代わりに、ダ
ブルトランスデューサ(23)を設けている。表面(27)と45
°の角度を形成する第１面(25)上に、超音波エネルギー
を発する圧電材(37)を配備する。超音波エネルギーは、
ダブルトランスデューサ(23)−管(12)の界面に投射さ
れ、エネルギーの一部は屈折して第３トランスデューサ
(22)に送られ、またエネルギーの一部は反射して自由面
(33)に進む。自由面(33)は、管(12)の外表面(27)と22.5
°の角度を形成する。ダブルトランスデューサ(23)−管
(12)の界面で反射したエネルギーは、自由面(33)により
再び反射され、管(12)の外表面と直角に進み、第２トラ
ンスデューサ(16)に送られる。
【００７０】信号処理手段において、流体温度のREM計
算を行なうプログラムの一例を表４乃至表６に示す。
【００７１】
【表４】
【００７２】
【表５】
【００７３】
【表６】
【００７４】本発明を前記実施例に基づいて詳細に説明
したが、これらの実施例は単なる例示であって、特許請
求の範囲に規定された発明の精神及び範囲から逸脱する
ことなく、変形をなし得ることは理解されるべきであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】管内の流体の流量測定装置の略説明図である。
【図２】管内の流体の流量測定装置に関連のある幾何学
的パラメータの略説明図である。
【図３】管内の流体の流量測定装置の信号処理手段の略
説明図である。
【図４】管内の４つの超音波経路を用いて流体の流量を
測定する装置の略説明図である。
【図５】はね返り経路を用いて管内の流体の流量を測定
する装置の略説明図である。
【図６】管の表面より下に配置されたトランスデューサ
を用いて流体の流量を測定する装置の略説明図である。
【図７】軸方向の長さ部分における横速度プロフィール
を決定する装置の略説明図である。
【図８】３つのトランスデューサを用いて管内の流体の
流量を測定する装置の略説明図である。
【図９】管の横速度プロフィールの想像図である。
【符号の説明】
(10) 装置 (12) 管 (14) 第１トランスデューサ (16) 第２トランスデューサ (18) 径方向経路 (20) 第３トランスデューサ (22) 第４トランスデューサ (24) 斜め方向経路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アーネスト エム．ホーサー アメリカ合衆国 15216 ペンシルバニア, ピッツバーグ，レイトン アベニュー 443 (72)発明者 ロバート シー．ミラー アメリカ合衆国 15670 ペンシルバニア, ニューアレキサンドリア，アール．ディ ー．＃２，ボックス 176

Claims (45)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 管と音響的に接触して配備され、音響エ
    ネルギーを送信する第１トランスデューサと；第１トラ
    ンスデューサから発せられた音響エネルギーが実質的に
    径方向の経路をたどって管内の流体中を進むように、管
    に接触して配備され、第１トランスデューサからのエネ
    ルギーを受信する第２トランスデューサと；管と音響的
    に接触して配備され、音響エネルギーを送信する第３ト
    ランスデューサと；第３トランスデューサから発せられ
    た音響エネルギーが斜め方向の経路をたどって管内の流
    体中を進むように、管と音響的に接触して配備され、第
    ３トランスデューサからのエネルギーを受信する第４ト
    ランスデューサを備え、径方向の経路は斜め方向の経路
    に隣接しており；第２及び第４トランスデューサに通じ
    ており、第２及び第４トランスデューサによって受信さ
    れた音響エネルギーに基づいて、管内の流体の流量を定
    める信号処理手段；を備えている管内の流体の流量測定
    装置。
  2. 【請求項２】 第３トランスデューサと第４トランスデ
    ューサは、一方が上流位置、他方が下流位置となるよう
    に対向配置され、音響信号が第３トランスデューサと第
    ４トランスデューサの間の斜め経路に沿って上流及び下
    流方向に選択的に流体を通過できるようにするために、
    第３トランスデューサ及び第４トランスデューサは送信
    機及び受信機として選択的に機能できるようにしてお
    り；第１トランスデューサと第２トランスデューサは、
    音響信号が第１トランスデューサと第２トランスデュー
    サの間の径方向経路に沿って選択的に流体を通過できる
    ようにするために、送信機及び受信機として選択的に機
    能できるようにし、径方向経路は斜め方向経路に隣接し
    ており；信号処理手段は、第１及び第２トランスデュー
    サの間、並びに第３及び第４トランスデューサの間に送
    信された音響信号の送信速度に基づいて、管内の流体の
    流量を定める手段を含んでいる請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 管は外表面を有しており、第１、第２、
    第３及び第４トランスデューサは管の外表面に固定され
    る請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 複数の斜め方向経路を通って流体中を進
    む音響信号を交互に送信及び受信する複数組のトランス
    デューサを有している請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 複数の径方向経路を通って流体中を進む
    音響信号を交互に送信及び受信する複数組のトランスデ
    ューサを有している請求項３に記載の装置。
  6. 【請求項６】 管と接触して配備され、エネルギーを用
    いて流体を能動的に検査し、流体の温度に対応する検査
    信号を作る手段；及び検査手段に通じており、検査信号
    に基づいて流体の温度を決定する信号処理手段；を備え
    ている管内の流体の温度測定装置。
  7. 【請求項７】 検査手段は：管と音響的に接触して配備
    され、音響信号を流体に送信する第１トランスデューサ
    と；第１トランスデューサから発せられた音響エネルギ
    ーが実質的に管径方向の経路をたどって進むように、第
    １トランスデューサと対向関係に配備され、第１トラン
    スデューサから発せられた音響エネルギーを受信する第
    ２トランスデューサ、を備えている請求項６に記載の装
    置。
  8. 【請求項８】 信号処理手段は、第１及び第２のトラン
    スデューサ間に送信された音響信号の送信速度と流体の
    圧力に基づいて、管内の流体の温度を決定する請求項７
    に記載の装置。
  9. 【請求項９】 管と接触して配備され、エネルギーを用
    いて流体を能動的に検査し、流体の音速に対応する検査
    信号を作る手段；及び検査手段と通じており、検査信号
    に基づいて流体の音速を決定する信号処理手段；を備え
    ている管内の流体の音速測定装置。
  10. 【請求項１０】 検査手段は管の気体環境中に配備され
    る請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 管と音響的に接触して配備され、流体
    を通る音響信号を送信する第１トランスデューサと、第
    １トランスデューサから発せられた音響エネルギーが管
    径方向の経路を進むように、第１トランスデューサと対
    向関係に配備され、第１トランスデューサから発せられ
    た音響信号を受信する第２トランスデューサ、を備えて
    いる請求項１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 信号処理手段は、第１及び第２トラン
    スデューサ間に送信された音響信号の通過時間に基づい
    て、流体中における音速を決定する手段を含んでいる請
    求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 管に固定され、流体を通る音響エネル
    ギーを管の斜め方向の経路に供給する手段；管に配備さ
    れ、流体を通る音響エネルギーを管の径方向の経路に供
    給する手段；及び斜め方向の供給手段及び径方向の供給
    手段と通じており、斜め方向の供給手段の音響エネルギ
    ーと径方向の供給手段の音響エネルギーに基づいて、管
    の流体の流量を決定する手段；を備えている管内の流体
    の流量測定装置。
  14. 【請求項１４】 斜め方向の供給手段は、一方が上流位
    置、他方が下流位置となるように管上に対向配置された
    第３トランスデューサ及び第４トランスデューサと、管
    上に径方向に対向配置された第１トランスデューサ及び
    第２トランスデューサを備えている請求項１３に記載の
    装置。
  15. 【請求項１５】 第３トランスデューサ及び第４トラン
    スデューサは、音響信号が第３トランスデューサと第４
    トランスデューサの間の斜め経路に沿って上流及び下流
    方向に選択的に流体を通過させるために、送信機及び受
    信機として選択的に機能できるようにしており、第１ト
    ランスデューサと第２トランスデューサは、音響信号が
    第１トランスデューサと第２トランスデューサの間の径
    方向経路に沿って選択的に流体を通過させるために、送
    信機及び受信機として選択的に機能できるようにしてい
    る請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 流量測定手段は、信号処理手段を含ん
    でいる請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 信号処理手段は、第１及び第２トラン
    スデューサ間に送信された音響信号の送信速度と、第３
    及び第４トランスデューサ間に送信された音響信号の送
    信速度に基づいて、管内の流体の流量を決定する手段を
    含んでいる請求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 複数の斜め方向経路に沿って、流体を
    通る音響信号を交互に送信及び受信するトランスデュー
    サを複数組含んでいる請求項１７に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 複数の径方向経路に沿って、流体を通
    る音響エネルギーを交互に送信及び受信するトランスデ
    ューサを複数組含んでいる請求項１８に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 管に接触して配備され、流体を通る音
    響エネルギーを管の斜め方向経路に供給する手段；管に
    接触して配備され、２方向から発せられた音響エネルギ
    ーを管の径方向経路に供給する手段；及び斜め方向の供
    給手段及び径方向の供給手段と通じており、斜め方向の
    供給手段の音響エネルギーと径方向の供給手段の音響エ
    ネルギーに基づいて、管の流体の流量を決定する手段；
    を備えている管内の流体の流量測定装置。
  21. 【請求項２１】 斜め方向の供給手段は、一方が上流位
    置、他方が下流位置となるように管上に対向配置された
    第３トランスデューサと第４トランスデューサであり、
    径方向の供給手段は、径方向に対向するように管上に配
    備された第１トランスデューサと第２トランスデューサ
    である請求項２０に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 第３トランスデューサ及び第４トラン
    スデューサは、音響信号が第３トランスデューサと第４
    トランスデューサの間の斜め経路に沿って上流及び下流
    方向に選択的に流体を通過させるために、送信機及び受
    信機として選択的に機能できるようにしており、第１ト
    ランスデューサと第２トランスデューサは、音響信号が
    第１トランスデューサと第２トランスデューサの間の径
    方向経路に沿って選択的に流体を通過させるために、送
    信機及び受信機として選択的に機能できるようにしてい
    る請求項２１に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 流量測定手段は信号処理手段を含んで
    いる請求項２２に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 信号処理手段は、第１及び第２トラン
    スデューサ間に送信された音響信号の送信速度と、第３
    及び第４トランスデューサ間に送信された音響信号の送
    信速度に基づいて、管内の流体の流量を決定する手段を
    含んでいる請求項２３に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 第３トランスデューサから発せられた
    音響エネルギーが斜め方向経路を通り、管で反射して第
    ４トランスデューサに送られるように、第３トランスデ
    ューサと第４トランスデューサは互いに同一線上に配置
    される請求項１に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 管は外表面と内表面を有しており、第
    ３トランスデューサから管の内部に直接導入された音響
    エネルギーが、第４トランスデューサによって管の内部
    から直接受信されるように、第３及び第４トランスデュ
    ーサは管の外表面より下に配置される請求項１に記載の
    装置。
  27. 【請求項２７】 管と通じており、エネルギーを管の中
    に導入して、管内のエネルギーを分析することによっ
    て、複数の異なる位置で流体の横速度を獲得する手段；
    及び該獲得手段と通じており、複数の異なる位置におけ
    る横速度から横速度のプロフィールを形成する手段；を
    備えている管内の流体の横速度プロフィールを作成する
    装置。
  28. 【請求項２８】 流体の横速度を獲得する手段は、全部
    が管の横断面である管内の複数の径方向経路に音響エネ
    ルギーを供給して、複数の異なる位置の横速度に対応す
    る情報信号を作る手段と、情報信号を受信して、各位置
    と関連づけられた横速度を決定する手段を備えている請
    求項２７に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 形成手段は、位置の横速度が横速度の
    プロフィールと共に表示されるモニターを含んでいる請
    求項２８に記載の装置。
  30. 【請求項３０】 管と接触して配備され、エネルギーを
    用いて流体を能動的に検査し、流体の温度に対応する検
    査信号を作る手段；検査手段と通じており、検査信号に
    基づいて流体の温度を決定する信号処理手段；を備えて
    いる管内の流体の横速度を決定する装置。
  31. 【請求項３１】 導入されたエネルギーを用いて、管の
    第１の軸方向位置で流体の横速度を測定する工程(a)
    と、導入されたエネルギーを用いて、管の第２の軸方向
    位置で流体の横速度を測定する工程(b)を有している、
    管の軸方向長さ部における流体の速度プロフィールを作
    る方法。
  32. 【請求項３２】 第１及び第２の軸方向位置で測定され
    た横速度に基づいて、管の軸方向長さ部に亘って、管内
    を流れる流体の横速度プロフィールを形成する工程(c)
    を、工程(b)の後に有している請求項３１に記載の方
    法。
  33. 【請求項３３】 管の中に導入されたエネルギーを用い
    て、追加された複数の異なる軸方向位置にて、管内を流
    れる流体の横速度を測定する工程(d)を、工程(b)の前に
    有している請求項３２に記載の方法。
  34. 【請求項３４】 管軸方向の所望位置における横速度に
    基づいて、流量計を、管に接触させて所望位置で固定す
    る工程(e)を有している請求項３３に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 導入されたエネルギーを用いて、管の
    軸方向長さ部における流体の横速度情報を獲得する手
    段；及び獲得手段と通じており、横速度情報から、管の
    軸方向長さ部における横速度プロフィールを形成する手
    段；を有している管を流れる流体の速度イメージプロフ
    ィールを作成する装置。
  36. 【請求項３６】 信号処理手段と通じており、管内の流
    体の圧力を検出する手段を有している請求項７に記載の
    装置。
  37. 【請求項３７】 信号処理手段は、管を横切る径方向経
    路の平均温度を定める請求項３６に記載の装置。
  38. 【請求項３８】 流体に通じており、流体中の音速を測
    定して、音速に対応する第１の信号を作る第１の手段；
    流体に通じており、流体の状態変数を少なくとも１つ測
    定し、測定された状態変数に対応する第２の信号を供給
    する第２の手段；及び第１及び第２の手段に通じてお
    り、流体の特性を定める信号処理手段；を有している管
    内の流体の特性を特徴づける装置。
  39. 【請求項３９】 第２の測定手段は、温度を測定する手
    段又は流体の圧力を測定する手段を含んでいる請求項３
    ８に記載の装置。
  40. 【請求項４０】 信号処理手段はまた、流体の比体積を
    決定する請求項３９に記載の装置。
  41. 【請求項４１】 信号処理手段は、流体の比体積と粘度
    を決定する請求項４０に記載の装置。
  42. 【請求項４２】 信号処理手段は、第１の物質からなる
    流体と第２の物質からなる流体の境界が管の径方向経路
    を通過する時を定める請求項４１に記載の装置。
  43. 【請求項４３】 信号処理手段は、流体の比体積と粘度
    から流体のレイノルズ数を決定し、プロフィールファク
    ターを計算する請求項４２に記載の装置。
  44. 【請求項４４】 管の外側に配備され、音響波を管の外
    側から流体に供給して、音響波が管及び管内の流体を横
    切った時を表わす信号を作る手段；音響波の供給手段に
    通じており、該供給手段からの信号に基づいて、音響波
    の流体中における時間を測定する信号処理手段；を備え
    ている管内の流体の音響波の時間測定装置。
  45. 【請求項４５】 管の中に流体を流す工程；音響エネル
    ギーが管内の径方向経路を通るように、管内を流れる流
    体に音響エネルギーを送信する工程；流体を通過した音
    響エネルギーを受信する工程；音響エネルギーが流体を
    通過するのに要した時間を測定する工程；及び測定され
    た時間から流体の音速を決定する工程；からなる管内を
    流れる流体の音速を求める方法。
JP5249228A 1992-10-06 1993-10-05 管内流体の流量測定装置及び方法 Pending JPH06201425A (ja)

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