JPH07509069A - 流体の流量測定 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 流体の流量測定 本発明は希釈技術を用いて流体の流れの流量を測定することに関するものである 。

とくに、本発明は、流体の流れ流量計の較正において使用できる希釈技術を用い る帰還流量計システムに関するものである。

特定の用途に使用するために流量計は較正を必要とし、これには流量計を介して 流体の流量の独立の測定値を得ることを必要とする。

流量計を較正するためにいくつかの方法が知られている。そのうちの１つの例は 希釈技術を利用する。この技術は、トレーサストックガスをプロセス流体中に入 れ、それの結果としての希釈または濃度を測定することを含む。希釈の量は流体 の流れに入れる前のトレーサストックガスの流量と、プロセス流体の流れの流量 との比に等しい。したがって、トレーサストックガスの流量と希釈量が既知であ るとすると、プロセス流体の流れの流量を決定できる。たとえば、質量流量制御 器（ｍａｔｓ　ｆｌｏｗｃｏｎｌｎｏｌｌｅ＋ｌ　によってトレーサストックガ スの流量を測定でき、希釈を測定する１つの方法は、適切な検出器を備えたガス クロマトグラフによるものである。この技術の問題はガスクロマトグラフの較正 が必要なことである。較正は、ガスクロマトグラフを通すためのある範囲の既知 の標準希釈を含む１組のガスびんを設けることによって行われる。

標準希釈の用意には、１組のガスびんを排気すること、既知量のトレーサストッ クガスをびんの中に慎重に入れること、変化する量の空気を各びんの中に入れて 希望の範囲の希釈を行うこと、およびそれからびんの重さを測定することを含む 固有の手順を含む。この手順は時間が非常にかかり、１回の失敗がびんの組みの 全体を無駄にするから慎重な注意を必要とする。

正確な結果を得るために、ガスクロマトグラフの較正はプロセスパイプに連結さ れているガスクロマトグラフによって行うことが好ましい。これは、重いガスび んをガスクロマトグラフのところまで運ぶ必要があることが欠点である。更に、 トレーサストックガスは速やかに使い切られ、びんが空になるとそれから用意さ れた標準希釈はもはや使用されなくなる。

本発明の目的は、流量計を現場で較正するのに適当で、前記諸欠点を克服する流 体の流れの流量を測定する方法を得ることである。

本発明の目的はまた、トレーサストックガスの絶対濃度を測定することを避ける ことである。

本発明に従って、所定のほぼ一定の流量を持つガス流中にトレーサガスをある測 定期間中に注入するステップと、結果としてのトレーサストックガス流を前記は ぼ一定の流量で流体の流れ中に導入するステップと、トレーサストックガス流を 導入する点の下流側の場所において前記流体の流れの試料を得るステップと、流 体の流れ試料中のトレーサストックガスの相対濃度を測定するステップとを備え 、かつトレーサストックガスを流体の流れに導入する点の上流側の場所において 前記トレーサストックガス流の試料を抽出するステップと、前記抽出したトレー サストックガス流を、変化できる流量で、ガス流中に注入してガス流中のトレー サストックガス試料を形成するステップと、トレーサストックガス流を注入する 点の下流側の場所においてガス流中の前記トレーサストックガス試料の試料を得 るステップと、ガス流中のトレーサストックガス試料中のトレーサストックガス 流試料の相対濃度を測定するステップと、２つの測定したｍ度の値を等しくする ように、抽出したトレーサストックガス流試料の流量を調整するステップとを備 え、濃度値を等しくするために必要な諸条件が流体の流れの流量に一致する、流 体の流れの流量を測定する方法をわれわれは提供するものである。

ガス流中のトレーサストックガス試料の試料をトレーサガスを前記ガス流に注入 する点の上流側の場所において得ることが好ましい。

好ましくは、流体の流れが通る流量計を較正するために流体の流れの流量を用い る。

ガス流は空気流を含むことが好ましい。

好適な実施例においては、トレーサガスは六フッ化硫黄を含む。

本発明の別の態様においては、所定のほぼ一定の流量を持つガス流中にトレーサ ガスをある測定期間中に注入する注入手段と、結果としてのトレーサストックガ ス流を前記はぼ一定の流量で流体の流れ中に導入する手段と、トレーサストック ガス流を導入する点の下流側の場所において前記流体の流れの試料を得る手段と 、流体の流れ試料中のトレーサストックガスの相対濃度を測定する測定器とを備 え、かつトレーサストックガス流を流体の流れに導入する点の上流側の場所にお いて前記トレーサスドックガス流の試料を抽出する抽出手段と、前記抽出したト レーサストックガス流試料を、ガス流中に注入してガス流中のトレーサストック ガス試料を形成する別の注入手段と、トレーサストックガス流試料を導入する点 の下流側の場所においてガス流中の前記トレーサストックガス試料の試料を得る 別の抽出手段とを更に備え、ガス流中のトレーサストックガス試料中のトレーサ ストックガス流試料の相対濃度は前記測定器によって測定され、前記抽出したト レーサストックガス流試料がガス流中に注入される流量を変化する手段が設けら れ、２つの測定した濃度の値を、流体の流れの流量に対応する値に等しくできる 、流体の流れの流量を測定する装置をわれわれは提供するものである。

好ましくは、濃度測定器はガスクロマトグラフを含む。

ガスクロマトグラフは、測定されている試料中のトレーサガスの量に比例する面 積を持つクロマトグラムを生ずる電子捕獲検出器（ｅｌｅｃｔｆｏｎ　ｃ＞ｐｌ ｎ＋ｅ　ｄｅｌｅｔｉｏｎ）を含むことが好ましい。

ガスクロマトグラフは流体の流れまたはガスクロマトグラフを流れるガス流中の トレーサストックガス試料からの等しい体積の試料を送るように適合された弁を 含むと有利である。

好ましくは、抽出したトレーサストックガス流試料の流量を変化する手段が変速 ポンプである。変速ポンプはぜん動ポンプが適当である。

トレーサストックガス流を混合するために抽出手段の上流側の混合器が設けられ 、ガス流中のトレーサストックガス試料を混合するために別の混合器が使用され る。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を例によって説明する。添付図面にお いて、 第１図は流体の流れの流量を測定するための帰還流量計システムの略図である。

第２図および第３図は帰還流量計システム中の注入点と試料抽出点において使用 される注入器ノズルおよび試料抽出ノズルをそれぞれ示す。

第１図を参照して、バイブ２を流れるプロセス流体の流れの流量Ｑを測定するた めに帰還流量計システム１を用いる。この帰還流量計システムを用いて、バイブ ２の内部に装着されている流量計３を較正するためにプロセス流体の流れの流量 の独立測定値を得ることができる。

帰還流量計システム１はトレーサガス源を満たしたガスびん４を含む。そのトレ ーサガスは六フッ化硫黄であることが好ましい。トレーサガスは、注入ノズル入 口に配置されている精密計量弁６によって決定される一定の流量で注入ノズル５ （第２図参照）に供給される。圧縮空気供給びん７から取り出したガス流、空気 流が好ましい、中にトレーサガスが注入ノズル５によって注入される。ガス流を 供給するために他の手段を使用できることが当業者には明らかであろう。空気供 給びん７には、びん７の内部の空気圧が低下してもほぼ一定のままである供給圧 を生ずるために、精密２段調整器が設けられる。空気流は、注入ノズル８と、直 列に配列された２つの試料シリンダを備えた上流側混合器９と、試料抽出ノズル １０己、質量流量制御器１１とを通った後で、注入ノズル５に供給される。質量 流量制御器１１によって、注入ノズル５に空気流の正確な一定流量ｑが供給され る。

注入ノズル５から出たトレーサストックガス流は、下流側混合器１２において完 全に混合される。混合器１２は直列に連結された２つの試料シリンダを有する。

希望によっては他の種類の混合器を使用できる。下流側混合器１２からトレーサ ストックガス流は試料抽出ノズル１３（第３図参照）に進む。試料抽出ノズルは トレーサストックガス流の試料を抽出してトレーサストックガス流試料にする場 所である。それから主トレーサストックガス流は管１４の中を運ばれて、バイブ ２を流れているプロセス流体流に、質量流量制御器１１により決定される一定流 量ｑで入れられる。

トレーサストックガス流がバイブ２の中に入れられる点の下流側の場所において 、プロセス流体流の試料部分が管１５を通じて抽出される。管１５は流体の流れ 試料をガス試料弁１６に運ぶ。このガス試料弁は等しい量の流体の流れ試料をガ スクロマトグラフ１７まで送る。ガスクロマトグラフはコンピュータ１８とのイ ンタフェースを行う。ガスクロマトグラフ１７には充てんされたカラムと電子捕 獲検出器が装備される。流体の流れ試料は、ガスびん１９から取り出された担体 ガス流によってガスクロマトグラフ１７を通される。担体ガス流中の不純物はト ラップ２０によって除去される。担体ガスは窒素が適当である。

試料が電子捕獲検出器を通る前に試料から酸素を分離するために、それらはガス クロマトグラフ１７中の充てんされたカラムを通る。各流体の流れの試料は検出 器から電圧ピークの形の応答を生じさせる。その電圧ピークは、六フッ化硫黄が 検出器を通るにつれて上昇し、それから再び下降する。そのピークはクロマトグ ラムと呼ばれる。それの面積は、それを生じさせた試料中の六フッ化硫黄の量に 正比例する。

ガス弁１６は等しい量の試料を供給するように設計されているから、ピークの面 積は試料を採取されているガス中の六フッ化硫黄の濃度に比例する。この濃度は プロセス流体の流れ中のトレーサストックガス流の希釈に比例し、したがって、 ピークの面積は希釈に正比例する。

この関係を次のように表すことができる。

Ｄｌ＝に−Ａｔ ここでＤｌは流体の流れ試料中のトレーサストックガスの希釈値である。Ａ１は クロマトグラムの面積であり、Ｋはクロマトグラフの較正定数である。

希釈Ｄ１は管１４を流れるトレーサストックガス流の、質量流制御器１１によっ て設定された流量ｑと、パイプ２を流れるプロセス流体の流れの流量Ｑとの比に も等しい。

この関係を次のように表すことができる。

Ｄ１＝ｑ／Ｑ したがって、 Ｋ−Ａ１＝ｑ／Ｑ 試料抽出ノズル１３（第３図参照）において六フッ化硫黄トレーサストックガス の僅かな試料が、下流側混合器１２から出るトレーサストックガス流から連続し て抽出される。抽出はこの流れがパイプ２に導入される場所の上流側の点におい て行われる。このトレーサストックガス流の試料は測定された流量ｑｏで、可変 速度ポンプ２１によって注入ノズル８へ送られる。

好ましくは、ポンプ２１は、精密な限界内の低い流量を供給できるぜん動ポンプ （ｐｅｒｊｓｔａｌｔｉｃ　ｐｕｍｐ）にする。

ポンプ２１を流れる流量はそれの上流側の圧力および温度の関数であるから、ポ ンプの上流側に圧力計２２が設けられる。

圧力計２２は、帰還流が流れる管にクロスオーバー弁２７によって連結される。

クロスオーバー弁は圧力計２２までの管の内部の古いガスがトレーサストックガ ス流試料を汚染して異常な結果をもたらすことを阻止する。トレーサストックガ ス流試料は、空気供給びん７から得た空気流中に注入ノズル８において注入され て、空気流中のトレーサストックガス試料を形成する。

上流側混合器９において空気流中のトレーサストックガス試料を完全に混合した 後で、結果ガス流の試料が試料抽出ノズル１０（第３図参照）を通って、ガス試 料弁１６に供給される。

ガス試料弁１６は等しい量の試料をガスクロマトグラフ１７を通って送り、プロ セス流体の流れ試料に付いて先に説明したようにしてクロマトグラムを得る。各 結果クロマトグラムの面積は、空気流中のトレーサストックガス試料中のトレー サストックガス流試料の希釈に比例する。

この関係を次のように表すことができる。

Ｄ２＝に−Ａ２ ここで、Ｄ２は空気流中のトレーサストックガス試料中のトレーサストックガス 流試料の希釈値、Ａ２はスクロマトグラムの面積である。

トレーサストックガス流試料の希釈Ｄ２は、トレーサストックガス流試料の流量 ｑｏと、空気流中のトレーサストックガス試料の流量ｑとの比にも等しい。この 関係は次のように表すことができる。

Ｄ２＝ＱＯ／’Ｑ％したがって、 Ｋ・Δ２＝ＱＯ／Ｑ ２つの試料の希釈が等しくされるように、ポンプ２１の調整によって流量ｑｏを 調整するものとすると、Ｄ１＝Ｄ２ に−Ａ１＝に−Ａ２ ｑ／Ｑ＝ＱＯ／Ｑ、したがって、 Ｑ＝ｑ”　／ｑｏ、、、、、、、（１）ｑとｑｏの値は既知であるから、パイプ ２中のプロセス流体の流れの流量Ｑを決定できる。

使用に際しては、パイプ２から管１５を通じて取り出した試料プロセス流体ガス 、または空気流中の試料トレーサストックガス試料がマニホルド、図示せず、に よってガス試料弁１６に送られる。弁１６は、６流からの等しい量の試料をガス クロマトグラフに交互に送る。ガスクロマトグラフは２つの試料に関連する一対 のクロマトグラムを記録する。上の式（１）を満たすために、２つの試料の希釈 または濃度を等しくしなければならない。これは、クロマトグラムが等しくなる まで、トレーサストックガス流試料の流量ｑｏを調整するようにポンプ２１を調 整することによって、行われる。クロマトグラム対の２つの部分の面積の比は、 次の記録されたクロマトグラム対の部分を等しくするために、流量ｑｏを増加す るか、減少するかを示す。

希釈が等しくなると、プロセス流体の流れの流量Ｑを、ｑとｑＯの既知の値を用 いて、式（１）から決定できる。これをコンピュータ１８によって行うことがで きるから便利である。

流れ測定システムは、絶対トレーサストックガス濃度を実際に測定する必要はな く、クロマトグラムの面積によって表される相対濃度だけを測定すれば良いこと が有利である。

それから、プロセス流体流れの流量と、プロセス流量の全範囲にわたる流量計の 応答とを同時に測定することによって、流量計３の較正手順を実行できる。

有利なことに、コンピュータ１８に帰還流測定システムと、質量流制御器と、試 料抽出システムと、関連する圧力ドランスデューサや温度トランスデユーサなど の全ての補助機器とを制御およびモニタさせることができる。

第２図は注入ノズル５．８を示し、第３図は試料抽出ノズル１０．１３を示す。

両方の種類のノズルは類似の構造である。

各種類のノズルは小さい穴のチューブ２３を有する。そのチューブはティー２４ 、好ましくはユニオン・ティー、を通って、主管チューブ２５の中心に沿って延 長する。

注入ノズル５．８においては、小さい穴のチューブ２３は主管チューブ２５に沿 う流の向き（矢印Ａ）に関して下流側を指す。ティー２４の分岐２６と小さい穴 のチューブ２３を通じて注入されたガスは、主管チューブ２５に沿う流と同じ向 きに流れるために、注入された流れに対する妨害が最少にされる。

したがって、注入ノズル５に対してガスびん４からのトレーサガスは小さい穴の チューブ２３を通ってノズルまで流れ、空気流中に注入される。それは質量流量 制御器１１からティー分岐２６を通って流れる。ノズル５からディスク結果とし てのトレーサストックガス流は、主管チューブ２５を通って下流側側混合器１２ へ送られる。

注入ノズル８においては、トレーサストックガス試料流がポンプ２１から小さい 穴のチューブ２３を通ってノズルまで流れる。この試料流は空気流中に注入され る。空気流は空気供給びん７から取り出されて、ティー分岐２６を流れる。結果 としての空気流中のトレーサストックガス試料が主管チューブ２５を通って上流 側側混合器９に送られる。

試料抽出ノズル１０．１３に対して小さい穴のチューブ２３は主管チューブ２５ に沿う流の向き（矢印Ｂ）に関して上流側を指す。このようにして、チューブ２ ５中の流体の流れの動圧が、ガスを小さい穴のチューブ２３を通じて駆動する支 援するために利用されるから有利である。

このように、試料抽出ノズル１３に対して、下流側混合器１２からのトレーサス トックガス流は主管チューブ２５を通ってノズルまで流れる。トレーサストック ガス流はティー分岐２６を通って流れ、バイブ２を流れるプロセス流体流に導入 するために、菅１４を通って運ばれる。トレーサストックガス流の試料が小さい 穴のチューブ２３を通して得られる。その小さい穴のチューブ２３を通じて試料 流がポンプ２１へ送られる。

試料抽出ノズル１０において上流側混合器９からの空気流中のトレーサストック ガス試料が主管チューブ２５を通じて流れる。空気流はティー分岐２６を通って 流れ、質量流量制御器１１に向けられる。空気流の試料が小さい穴のチューブ２ ３によって得られる。この小さい穴のチューブ２３を試料流が弁１６まで通る。

環境中への放射性放出物の流量の測定に使用する流量計の較正に帰還流測定シス テムを使用できる。適当な用途には、常時組み込まれているベンチュリ管流量計 またはドール管流量計の較正を含む。帰還流量計の別の用途は、排出物が法定の 限度を超えないようにするために重要である各種の産業廃棄物の監視を含む。こ のシステムは、収益が流量の確度に密接に関連するようなガスまたは石油などの 物質で構成されているプロセス流の流量を測定するためにも使用できる。このシ ステムの基本的な原理を、動作条件とは無関係に、アクセスできるパイプまたは ダクトを流れるほとんど任意の流体の流量の測定に使用でき、および医用におい てさえも使用できる。

このシステムは流量計の流れ較正の現場測定または現場検査にとくに適当である 。それらを較正のために移動できないとき、またはそれの較正のために正確な独 立した流れ測定値を得るために別の方法を利用できなければ、とくにそうである 。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．所定のほぼ一定の流量を持つガス流中にトレーサガスをある測定期間中に注 入するステップと、結果としてのトレーサストックガス流を前記ほぼ一定の流量 で流体の流れ中に導入するステップと、トレーサストックガス流を導入する点の 下流側の場所において前記流体の流れの試料を得るステップと、流体の流れ試料 中のトレーサストックガスの相対濃度を測定するステップとを備え、かつトレー サストックガスを流体の流れに導入する点の上流側の場所において前記トレーサ ストックガス流の試料を抽出するステップと、前記抽出したトレーサストックガ ス流を、変化できる洗量で、ガス流中に注入してガス流中のトレーサストックガ ス試料を形成するステップと、トレーサストックガス流を注入する点の下流側の 場所においてガス流中の前記トレーサストックガス試料の試料を得るステップと 、ガス流中のトレーサストックガス試料中のトレーサストックガス流試料の相対 濃度を測定するステップと、２つの測定した濃度の値を等しくするように、抽出 したトレーサストックガス流試料の流量を調整するステップとを備え、濃度値を 等しくするために必要な諸条件が流体の流れの流量に一致する、流体の流れの流 量を測定する方法。
2. ２．ガス流中のトレーサストックガスの試料を流体の流れに導入する点の上流側 の場所において得る請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．流体の流れが通る流量計を較正するために流量を用いる請求の範囲第１項ま たは第２項に記載の方法。
4. ４．ガス流が空気流を含む請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載の 方法。
5. ５．トレーサガスは六フッ化硫黄を含む請求の範囲第１項から第４項のいずれか 一項に記載の方法。
6. ６．所定のほぼ一定の流量をもつガス流中にトレーサガスをある測定期間中に注 入する注入手段と、結果としてのトレーサストックガス流を前記ほぼ一定の流量 で流体の流れ中に導入する手段と、トレーサストックガス流を導入する点の下流 側の場所において前記流体の流れの試料を得る手段と、流体の流れ試料中のトレ ーサストックガスの相対濃度を測定する測定器とを備え、かつトレーサストック ガスを流体の流れに導入する点の上流側の場所において前記トレーサストックガ ス流の試料を抽出する抽出手段と、前記抽出したトレーサストックガス流を、変 化できる流量で、ガス流中に注入してガス流中のトレーサストックガス試料を形 成する別の注入手段と、トレーサストックガス流を注入する点の下流側の場所に おいてガス流中の前記トレーサストックガス試料の試料を得る別の抽出手段とを 更に備え、ガス流中のトレーサストックガス流試料中のトレーサストックガス流 試料の相対濃度は前記測定器によって測定され、前記抽出したトレーサストック ガス流試料がガス流中に注入される流量を変化する手段が設けられ、２つの測定 した濃度の値を、流体の流れの流量に対応する値に等しくできる、流体の流れの 流量を測定する装置。
7. ７．濃度測定器はガスクロマトグラフを含む請求の範囲第６項に記載の装置。
8. ８．ガスクロマトグラフは、測定されている試料中のトレーサガスの量に比例す る面積を持つクロマトグラムを生ずる電子捕獲検出器を含む請求の範囲第７項に 記載の装置。
9. ９．ガスクロマトグラフは流体の流れまたはガス流中のトレーサストックガス試 料からの等しい体積の試料を送るように適合された弁を含む請求の範囲第７項ま たは第８項に記載の装置。
10. １０．抽出したトレーサストックガスの流量を変化する手段が変速ポンプである 請求の範囲第４項から第７項のいずれか一項に記載の装置。
11. １１．可変速度ポンプがぜん動ポンプを含む請求の範囲第１０項に記載の装置。
12. １２．トレーサストックガスを混合するために抽出手段の上流側の混合器が設け られる請求の範囲第６項から第１１項のいずれか一項に記載の装置。
13. １３．ガス流中のトレーサストックガス試料を混合するために、メモリ別の抽出 手段の上流側に別の混合器が設けられる請求の範囲第６項から第１２項のいずれ か一項に記載の装置。