JPH08271309A - 多相流流量計 - Google Patents
多相流流量計Info
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- JPH08271309A JPH08271309A JP7120995A JP7120995A JPH08271309A JP H08271309 A JPH08271309 A JP H08271309A JP 7120995 A JP7120995 A JP 7120995A JP 7120995 A JP7120995 A JP 7120995A JP H08271309 A JPH08271309 A JP H08271309A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 構成が比較的簡単で、しかも高精度で各相別
の流量を測定することの出来る多相流流量計を提供する
ことを目的とする。 【構成】 本発明は、周波数が可変の電圧を電極間に印
加することにより多相の混相流体の比誘電率に応じて可
変する前記電極間の静電容量の変化を計測するインピー
ダンス測定回路と、このインピーダンス測定回路の出力
を受けて前記混相流体の各相の比率を演算により求める
演算回路をそれぞれ具備し、前記両電極を所定の距離を
隔てて被測定の前記混相流体が流れる配管に取付けるよ
うにした２組の混相密度計、及びこの２組の混相密度計
より得られる比率信号が加えられ前記混相流体の流れに
伴うゆらぎを検出し夫々の信号の相関関数のピークに対
応する遅延時間を求めることにより前記混相流体の各相
別の流量を求める相関演算回路で構成したものである。
の流量を測定することの出来る多相流流量計を提供する
ことを目的とする。 【構成】 本発明は、周波数が可変の電圧を電極間に印
加することにより多相の混相流体の比誘電率に応じて可
変する前記電極間の静電容量の変化を計測するインピー
ダンス測定回路と、このインピーダンス測定回路の出力
を受けて前記混相流体の各相の比率を演算により求める
演算回路をそれぞれ具備し、前記両電極を所定の距離を
隔てて被測定の前記混相流体が流れる配管に取付けるよ
うにした２組の混相密度計、及びこの２組の混相密度計
より得られる比率信号が加えられ前記混相流体の流れに
伴うゆらぎを検出し夫々の信号の相関関数のピークに対
応する遅延時間を求めることにより前記混相流体の各相
別の流量を求める相関演算回路で構成したものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多相の混相流体の流量
を各相別に計測する多相流流量計に関するのである。
を各相別に計測する多相流流量計に関するのである。
【０００２】
【従来の技術】管路の中を例えば水，油或いは気体等多
相の流体が混相して流れる場合、その多相流体の流量を
各相別に計測する多相流流量計は既に知られている。し
かし、この公知の多相流流量計は、例えば平均流速を求
める流量計とγ線密度計等よりなる大がかりな装置の組
合せで構成されていた。しかも、この従来装置にあって
は、各相の流速が一定と仮定して演算により求めるよう
にしているが、実際には各相の流速は一定ではなくそれ
が誤差要因となっており、更に各相の体積比率によって
は精度的にも不十分なものであった。
相の流体が混相して流れる場合、その多相流体の流量を
各相別に計測する多相流流量計は既に知られている。し
かし、この公知の多相流流量計は、例えば平均流速を求
める流量計とγ線密度計等よりなる大がかりな装置の組
合せで構成されていた。しかも、この従来装置にあって
は、各相の流速が一定と仮定して演算により求めるよう
にしているが、実際には各相の流速は一定ではなくそれ
が誤差要因となっており、更に各相の体積比率によって
は精度的にも不十分なものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来装置が
有する上記のような問題点を解決する為になされたもの
で、構成が比較的簡単で、しかも高精度で各相別の流量
を測定することの出来る多相流流量計を提供することを
目的としたものである。
有する上記のような問題点を解決する為になされたもの
で、構成が比較的簡単で、しかも高精度で各相別の流量
を測定することの出来る多相流流量計を提供することを
目的としたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、周波
数が可変の電圧を電極間に印加することにより多相の混
相流体の比誘電率に応じて可変する前記電極間の静電容
量の変化を計測するインピーダンス測定回路と、このイ
ンピーダンス測定回路の出力を受けて前記混相流体の各
相の比率を演算により求める演算回路をそれぞれ具備
し、前記両電極を所定の距離を隔てて被測定の前記混相
流体が流れる配管に取付けるようにした２組の混相密度
計、及びこの２組の混相密度計より得られる比率信号が
加えられ前記混相流体の流れに伴うゆらぎを検出し夫々
の信号の相関関数のピーク値に対応する遅延時間を求め
ることにより前記混相流体の各相毎の流量を求める相関
演算回路で構成したものである。
数が可変の電圧を電極間に印加することにより多相の混
相流体の比誘電率に応じて可変する前記電極間の静電容
量の変化を計測するインピーダンス測定回路と、このイ
ンピーダンス測定回路の出力を受けて前記混相流体の各
相の比率を演算により求める演算回路をそれぞれ具備
し、前記両電極を所定の距離を隔てて被測定の前記混相
流体が流れる配管に取付けるようにした２組の混相密度
計、及びこの２組の混相密度計より得られる比率信号が
加えられ前記混相流体の流れに伴うゆらぎを検出し夫々
の信号の相関関数のピーク値に対応する遅延時間を求め
ることにより前記混相流体の各相毎の流量を求める相関
演算回路で構成したものである。
【０００５】又、請求項２の発明は、請求項１の発明に
加えて前記電極より上流側において前記配管に設けられ
被測定の前記混相流体の流れを均一化するミキシング装
置、このミキシング装置を通過した混相流体の流量を検
出する差圧式流量計、この差圧式流量計の出力と前記混
相密度計を構成する演算回路の出力及び前記相関演算回
路の出力をそれぞれ受け、前記混相流体の各相毎の流量
を求める流量演算回路で構成したものである。
加えて前記電極より上流側において前記配管に設けられ
被測定の前記混相流体の流れを均一化するミキシング装
置、このミキシング装置を通過した混相流体の流量を検
出する差圧式流量計、この差圧式流量計の出力と前記混
相密度計を構成する演算回路の出力及び前記相関演算回
路の出力をそれぞれ受け、前記混相流体の各相毎の流量
を求める流量演算回路で構成したものである。
【０００６】
【作用】このような本発明では、周波数に応じた混相流
体の比誘電率より各相の比率を求めると共に流体が２点
間を流れるのに必要な時間を相関法によって求めること
により、各相別の流速が求められる。以下図面を用いて
本発明を説明する。
体の比誘電率より各相の比率を求めると共に流体が２点
間を流れるのに必要な時間を相関法によって求めること
により、各相別の流速が求められる。以下図面を用いて
本発明を説明する。
【０００７】
【実施例】図１は本発明に係わる流量計の一実施例の構
成説明図である。図において、１０は配管で、この中を
例えば水，油，或いは気体（空気）等の混相された多相
の被測定流体が矢印Ｙ方向に流れている。２０と３０は
それぞれ混相密度計、４０は混相密度計２０と３０のそ
れぞれの出力信号を受けて両信号の相関を演算し、各相
の流速を求める相関演算回路、５０は相関演算回路４０
の出力信号を受け、流速信号を流量信号に変換する演算
回路である。
成説明図である。図において、１０は配管で、この中を
例えば水，油，或いは気体（空気）等の混相された多相
の被測定流体が矢印Ｙ方向に流れている。２０と３０は
それぞれ混相密度計、４０は混相密度計２０と３０のそ
れぞれの出力信号を受けて両信号の相関を演算し、各相
の流速を求める相関演算回路、５０は相関演算回路４０
の出力信号を受け、流速信号を流量信号に変換する演算
回路である。
【０００８】混相密度計２０において、２１ａと２１ｂ
は管路１０の外壁に互いに対向して取り付けられた電
極、２２は周波数可変機能を持ったインピーダンス計測
回路で、電極２１ａ，２１ｂにそれぞれ接続されてい
る。２３は被測定流体の各相の比率を演算により求める
演算回路で、その入力端はインピーダンス計測回路２２
に接続され、出力端は相関演算回路４０の一方の入力端
４０ａに接続されている。混相密度計３０は混相密度計
２０と同一構成のもので、電極２１ａ，２１ｂと一定距
離Ｌを隔て管路１０に取付けられた一対の電極３１ａ，
３１ｂ，及びインピーダンス計測回路３２と演算回路３
３よりなっており、演算回路３３の出力端は相関演算回
路４０の他方の入力端４０ｂに接続されている。このよ
うな構成の本発明に係わる流量計の動作を以下に説明す
る。
は管路１０の外壁に互いに対向して取り付けられた電
極、２２は周波数可変機能を持ったインピーダンス計測
回路で、電極２１ａ，２１ｂにそれぞれ接続されてい
る。２３は被測定流体の各相の比率を演算により求める
演算回路で、その入力端はインピーダンス計測回路２２
に接続され、出力端は相関演算回路４０の一方の入力端
４０ａに接続されている。混相密度計３０は混相密度計
２０と同一構成のもので、電極２１ａ，２１ｂと一定距
離Ｌを隔て管路１０に取付けられた一対の電極３１ａ，
３１ｂ，及びインピーダンス計測回路３２と演算回路３
３よりなっており、演算回路３３の出力端は相関演算回
路４０の他方の入力端４０ｂに接続されている。このよ
うな構成の本発明に係わる流量計の動作を以下に説明す
る。
【０００９】水，油或いは気体が混相された被測定流体
は管路１０内を矢印Ｙ方向に流れ、混相密度計２０及び
３０の各電極部分を通る。混相密度計２０においては、
インピーダンス計測回路２２により管路１０に取付けら
れた電極２１ａと２１ｂに周波数可変の高周波正弦波電
圧が印加される。このインピーダンス計測回路は、電極
２１ａ，２１ｂ間に高周波電圧を印加することにより、
この電極間の静電容量に伴って生じるＺ＝１／ｊωＣで
表さられるインピーダンスを計測する。Ｃは電極２１
ａ，２１ｂ間の静電容量を示すもので、 Ｃ＝Ｋε …（１） で表される。（１）式において、Ｋは電極２１ａと２１
ｂの形状，大きさ等で定まる定数、εは被測定の混相流
体が直列で、静電容量Ｃが並列接続で表される場合の平
均比誘電率で、 ε＝Ｈw・εw＋ＨO・εO＋Ｈa・εa …（２） で表される。（２）式において、各Ｈは混相流体の体積
比率を表し、サフイックスWは水，Oは油，aは気体（空
気）をそれぞれ表す。
は管路１０内を矢印Ｙ方向に流れ、混相密度計２０及び
３０の各電極部分を通る。混相密度計２０においては、
インピーダンス計測回路２２により管路１０に取付けら
れた電極２１ａと２１ｂに周波数可変の高周波正弦波電
圧が印加される。このインピーダンス計測回路は、電極
２１ａ，２１ｂ間に高周波電圧を印加することにより、
この電極間の静電容量に伴って生じるＺ＝１／ｊωＣで
表さられるインピーダンスを計測する。Ｃは電極２１
ａ，２１ｂ間の静電容量を示すもので、 Ｃ＝Ｋε …（１） で表される。（１）式において、Ｋは電極２１ａと２１
ｂの形状，大きさ等で定まる定数、εは被測定の混相流
体が直列で、静電容量Ｃが並列接続で表される場合の平
均比誘電率で、 ε＝Ｈw・εw＋ＨO・εO＋Ｈa・εa …（２） で表される。（２）式において、各Ｈは混相流体の体積
比率を表し、サフイックスWは水，Oは油，aは気体（空
気）をそれぞれ表す。
【００１０】ここで、一般に誘電体の周波数特性は図２
で示される。図２は誘電体として水とアルコール（油）
の周波数に対する比誘電率εを示すもので、横軸に周波
数〔ＧＨｚ〕を，縦軸にεを取ってある。図２から明ら
かなように、水の比誘電率εは低い周波数では８０程度
で一定あるが、１０ＧＨｚ前後で吸収特性を示す。又、
アルコールの比誘電率εは低い周波数では３５程度で一
定であるが、１ＧＨｚ前後で吸収特性を示す。なお、気
体（空気）の比誘電率は周波数に関係無く一定で、ほぼ
１程度であることが知られている。このように、図２に
示す高い周波数ｆ１〜ｆ２の範囲においては水は比誘電
率εが大きく変化するが、アルコール及び気体はこの周
波数範囲では共にεは変化しない。
で示される。図２は誘電体として水とアルコール（油）
の周波数に対する比誘電率εを示すもので、横軸に周波
数〔ＧＨｚ〕を，縦軸にεを取ってある。図２から明ら
かなように、水の比誘電率εは低い周波数では８０程度
で一定あるが、１０ＧＨｚ前後で吸収特性を示す。又、
アルコールの比誘電率εは低い周波数では３５程度で一
定であるが、１ＧＨｚ前後で吸収特性を示す。なお、気
体（空気）の比誘電率は周波数に関係無く一定で、ほぼ
１程度であることが知られている。このように、図２に
示す高い周波数ｆ１〜ｆ２の範囲においては水は比誘電
率εが大きく変化するが、アルコール及び気体はこの周
波数範囲では共にεは変化しない。
【００１１】従って、被測定の混相流体は管路１０内に
おいて混相密度計２０の電極２１ａ，２１ｂ部分を流れ
るが、そのときインピーダンス計測回路２２で２つの周
波数ｆ１，ｆ２を電極２１ａと２１ｂに加えて静電容量
Ｃに伴うインピーダンスＺを計測する。この場合、両電
極間に生じる静電容量Ｃの変化量ΔＣ（インピーダンス
の変化量）と周波数ｆ１，ｆ２との間の関係は下式
（３）で示される。 ΔＣ＝Ｋ｛ε（ｆ１）−ε（ｆ２）｝ …（３） 周波数をｆ１からｆ２に変化させた場合、（２）式にお
けるＨO・εO及びＨa・εaは変化せず、唯一Ｈw・εwの
み変化する。よって、ｆ１からｆ２に変化させた場合、
（２）式のεの変化量は水の比誘電率の変化に伴って生
じることになる。比誘電率εと電極２１ａ，２１ｂ間の
静電容量Ｃとの間には（１）式の関係があるので（３）
式は下式で示される。 ΔＣ＝Ｋ｛εｗ（ｆ１）−εｗ（ｆ２）｝Ｈｗ …（４） よって、周波数をｆ１からｆ２に変化させた場合のイン
ピーダンスＺの変化量を演算回路２３で計測することに
より、管路１０を流れる混相流体の内の水の体積比率Ｈ
ｗを求めることができる。
おいて混相密度計２０の電極２１ａ，２１ｂ部分を流れ
るが、そのときインピーダンス計測回路２２で２つの周
波数ｆ１，ｆ２を電極２１ａと２１ｂに加えて静電容量
Ｃに伴うインピーダンスＺを計測する。この場合、両電
極間に生じる静電容量Ｃの変化量ΔＣ（インピーダンス
の変化量）と周波数ｆ１，ｆ２との間の関係は下式
（３）で示される。 ΔＣ＝Ｋ｛ε（ｆ１）−ε（ｆ２）｝ …（３） 周波数をｆ１からｆ２に変化させた場合、（２）式にお
けるＨO・εO及びＨa・εaは変化せず、唯一Ｈw・εwの
み変化する。よって、ｆ１からｆ２に変化させた場合、
（２）式のεの変化量は水の比誘電率の変化に伴って生
じることになる。比誘電率εと電極２１ａ，２１ｂ間の
静電容量Ｃとの間には（１）式の関係があるので（３）
式は下式で示される。 ΔＣ＝Ｋ｛εｗ（ｆ１）−εｗ（ｆ２）｝Ｈｗ …（４） よって、周波数をｆ１からｆ２に変化させた場合のイン
ピーダンスＺの変化量を演算回路２３で計測することに
より、管路１０を流れる混相流体の内の水の体積比率Ｈ
ｗを求めることができる。
【００１２】同様に、電極２１ａと２１ｂに加える周波
数をｆ３とｆ４に変化させることによる静電容量Ｃ，即
ちインピーダンスＺの変化量よりアルコールの体積比率
ＨOを求めることができる。管路１０を流れる全体の混
相流体の体積比率は下式で示される。 １＝Ｈw＋Ｈo＋Ｈa …（５） 上記のように、周波数により水とアルコールの体積比率
ＨwとＨoが求められるので、（５）式より空気の体積比
率Ｈaを演算回路２３により求めることができる。ここ
で、混相流体の平均密度をρとすると、 ρ＝Ｈw・ρw＋Ｈo・ρo＋Ｈa・ρa …（６） で表さられる。水，油及び気体の密度ρw，ρo，ρaの
値はそれぞれ既知であるので、演算回路２３は（６）式
で示される各相の密度ρを含んだ比率Ｈw・ρw，Ｈo・
ρO及びＨa・ρaを演算回路２３により求め、その出力
信号，即ち各相の比率信号を相関演算回路４０の一方の
入力端子４０ａに送出する。
数をｆ３とｆ４に変化させることによる静電容量Ｃ，即
ちインピーダンスＺの変化量よりアルコールの体積比率
ＨOを求めることができる。管路１０を流れる全体の混
相流体の体積比率は下式で示される。 １＝Ｈw＋Ｈo＋Ｈa …（５） 上記のように、周波数により水とアルコールの体積比率
ＨwとＨoが求められるので、（５）式より空気の体積比
率Ｈaを演算回路２３により求めることができる。ここ
で、混相流体の平均密度をρとすると、 ρ＝Ｈw・ρw＋Ｈo・ρo＋Ｈa・ρa …（６） で表さられる。水，油及び気体の密度ρw，ρo，ρaの
値はそれぞれ既知であるので、演算回路２３は（６）式
で示される各相の密度ρを含んだ比率Ｈw・ρw，Ｈo・
ρO及びＨa・ρaを演算回路２３により求め、その出力
信号，即ち各相の比率信号を相関演算回路４０の一方の
入力端子４０ａに送出する。
【００１３】被測定の混相流体は電極２１ａ，２１ｂよ
り距離Ｌを隔てて配置された混相密度計３０の電極３１
ａ，３１ｂ部分を流れる。その結果、混相密度計３０の
演算回路３３により混相密度計２０と同様に混相流体の
各比率信号Ｈw・ρw，Ｈo・ρO及びＨa・ρaに対応した
信号が得られ、これらの信号は相関演算回路４０の他方
の入力端子４０ｂに加えられる。
り距離Ｌを隔てて配置された混相密度計３０の電極３１
ａ，３１ｂ部分を流れる。その結果、混相密度計３０の
演算回路３３により混相密度計２０と同様に混相流体の
各比率信号Ｈw・ρw，Ｈo・ρO及びＨa・ρaに対応した
信号が得られ、これらの信号は相関演算回路４０の他方
の入力端子４０ｂに加えられる。
【００１４】次に、相関器演算回路４０の動作について
説明する。一般に、被測定の混相流体（例えば混相流体
の密度信号ρ）は管路１０内を不規則なゆらぎをもって
流れる。ｔは時間を示すものである。この場合、混相密
度計２０における電極２１ａ，２１ｂ部分を流れる図３
の（イ）で示すゆらぎをもつ混相流体はこの電極より一
定間隔Ｌを隔てて下流側に配置された混相密度計３０に
おける電極３２ａ，３２ｂ部分を図３の（ロ）で示す如
くほぼそのままのゆらぎの形で通過する。ここで、被測
定の混相流体が電極２１ａ，２１ｂから電極３２ａ，３
２ｂ迄に到達するに要する時間をτｏ秒とすると、混相
密度計３０の演算回路３３で得られた密度信号ρは混相
密度計２０の演算回路２３で得られた比率信号よりτｏ
秒後に得られる。
説明する。一般に、被測定の混相流体（例えば混相流体
の密度信号ρ）は管路１０内を不規則なゆらぎをもって
流れる。ｔは時間を示すものである。この場合、混相密
度計２０における電極２１ａ，２１ｂ部分を流れる図３
の（イ）で示すゆらぎをもつ混相流体はこの電極より一
定間隔Ｌを隔てて下流側に配置された混相密度計３０に
おける電極３２ａ，３２ｂ部分を図３の（ロ）で示す如
くほぼそのままのゆらぎの形で通過する。ここで、被測
定の混相流体が電極２１ａ，２１ｂから電極３２ａ，３
２ｂ迄に到達するに要する時間をτｏ秒とすると、混相
密度計３０の演算回路３３で得られた密度信号ρは混相
密度計２０の演算回路２３で得られた比率信号よりτｏ
秒後に得られる。
【００１５】このように、混相密度計２０と３０より得
られる各相の比率信号を基にして相関演算回路４０によ
り先ず水の比率信号Ｈw・ρwを基にして水の流速を求め
る。この場合、混相密度計２０の演算回路２３より得ら
れ、相関演算回路４０に加えられる信号をＳW２３とす
ると、混相密度計３０の演算回路３３からはτｏ秒遅れ
て下式（７）で表さられる信号ＳW３３が表れる。 ＳW３３＝ＳW２３（ｔ−τｏ） …（７） ここで、上流側信号ＳW２３と下流側信号ＳW３３との相
関をΦ３とすると、Φ３は周知の相関の定義より Φ３＝（１／Ｔ）∫0 TＳW２３（ｔ）・ＳW３３（ｔ＋τ）ｄｔ …（８） で表され、その曲線は図４に示すようにτ＝τｏでピー
ク値をもつ相関曲線で表すことができる。図４に示す相
関曲線よりピーク値τｏの値を求めるには、相関値Φ３
の微分値を求めることにより得る方法が知られている。
（８）式及びこの式に基づいて相関曲線のピークになる
τの値τｏを求める演算は、相関演算回路４０において
行われる。このようにして求められたτｏの値は流速演
算回路５０に送られ、流速演算回路５０ではこのτｏよ
り下式（９）より水の流速ＶWを求める。 ＶW＝Ｌ／τ0（ｍｓ）■ …（９） 同様に、混相密度計２０と３０より得られるアルコール
の比率信号（ＨO・ρO），及び気体の比率信号（Ｈa・
ρａ）を基にして油及び気体について夫々相関が求めら
れ、相関演算回路４０においてその相関曲線よりピーク
になるそれぞれのτ0が求められる。各τ0の値より、相
関演算回路４０により油及び気体の夫々の流速ＶO，Ｖa
を求めることができる。これら各相別の流速信号は流量
演算回路５０に加えられれ、この流量演算回路の出力端
５１より各相別の流量信号を取り出すことができる。
られる各相の比率信号を基にして相関演算回路４０によ
り先ず水の比率信号Ｈw・ρwを基にして水の流速を求め
る。この場合、混相密度計２０の演算回路２３より得ら
れ、相関演算回路４０に加えられる信号をＳW２３とす
ると、混相密度計３０の演算回路３３からはτｏ秒遅れ
て下式（７）で表さられる信号ＳW３３が表れる。 ＳW３３＝ＳW２３（ｔ−τｏ） …（７） ここで、上流側信号ＳW２３と下流側信号ＳW３３との相
関をΦ３とすると、Φ３は周知の相関の定義より Φ３＝（１／Ｔ）∫0 TＳW２３（ｔ）・ＳW３３（ｔ＋τ）ｄｔ …（８） で表され、その曲線は図４に示すようにτ＝τｏでピー
ク値をもつ相関曲線で表すことができる。図４に示す相
関曲線よりピーク値τｏの値を求めるには、相関値Φ３
の微分値を求めることにより得る方法が知られている。
（８）式及びこの式に基づいて相関曲線のピークになる
τの値τｏを求める演算は、相関演算回路４０において
行われる。このようにして求められたτｏの値は流速演
算回路５０に送られ、流速演算回路５０ではこのτｏよ
り下式（９）より水の流速ＶWを求める。 ＶW＝Ｌ／τ0（ｍｓ）■ …（９） 同様に、混相密度計２０と３０より得られるアルコール
の比率信号（ＨO・ρO），及び気体の比率信号（Ｈa・
ρａ）を基にして油及び気体について夫々相関が求めら
れ、相関演算回路４０においてその相関曲線よりピーク
になるそれぞれのτ0が求められる。各τ0の値より、相
関演算回路４０により油及び気体の夫々の流速ＶO，Ｖa
を求めることができる。これら各相別の流速信号は流量
演算回路５０に加えられれ、この流量演算回路の出力端
５１より各相別の流量信号を取り出すことができる。
【００１６】図５は本発明の他の実施例の構成説明図で
ある。図５において、混相密度計２０，３０及び相関演
算回路４０部分は図１と全く同じであるので、それらの
説明は省略する。図５において、１０は前記した流体管
路で、この管路内に前記のように水，油，或いは気体
（空気）等の混相された多相の被測定流体が流れてい
る。６０は管路１０において、混相密度計２０，３０の
上流側に設けられたミキシング装置で、このミキシング
装置により管路１０を流れる混相流体は均一化される。
７０はミキシング装置６０と混相密度計２０の間におい
て管路１０に設けられた公知の差圧式流量計で、この差
圧式流量計は差圧検出器７１と、この検出器の出力信号
に演算処理を施す信号処理回路７２よりなっている。５
０は前記流量演算回路で、差圧式流量計の信号処理回路
７２と混相密度計２０を構成する演算回路２３及び相関
演算回路５０の各出力端が接続されている。
ある。図５において、混相密度計２０，３０及び相関演
算回路４０部分は図１と全く同じであるので、それらの
説明は省略する。図５において、１０は前記した流体管
路で、この管路内に前記のように水，油，或いは気体
（空気）等の混相された多相の被測定流体が流れてい
る。６０は管路１０において、混相密度計２０，３０の
上流側に設けられたミキシング装置で、このミキシング
装置により管路１０を流れる混相流体は均一化される。
７０はミキシング装置６０と混相密度計２０の間におい
て管路１０に設けられた公知の差圧式流量計で、この差
圧式流量計は差圧検出器７１と、この検出器の出力信号
に演算処理を施す信号処理回路７２よりなっている。５
０は前記流量演算回路で、差圧式流量計の信号処理回路
７２と混相密度計２０を構成する演算回路２３及び相関
演算回路５０の各出力端が接続されている。
【００１７】前記のように、被測定の混相流体の周波数
変化に伴う比誘電率εの変化を基にして混相流体の比率
を求め、その比率信号の相関を求めることにより各相の
流速を求めるようにしたが、特に油の種類によっては比
誘電率εが周波数によっては必ずしも明確に変化しない
場合がある。図５の装置はこのような場合に用いて好適
なものである。即ち、差圧式流量計７０で検出される差
圧ΔＰは ΔＰ＝ΔＰw＋ΔＰO＋ΔＰａ ＝Ｋｐw・Ｈw・ρw・Ｖw2＋ＫｐO・ＨO・ρO・ＶO 2＋ Ｋｐa・Ｈa・ρa・Ｖa 2 …(10) で表される。(10)式において、Ｋｐは定数，Ｖはミキシ
ング装置６０によって流れが均一化された流体の平均流
速（Ｖ＝Ｖw＝ＶO＝Ｖa）を示すもので、この平均流速
Ｖは（９）式で示されるように混相密度計２０及び相関
演算回路４０によって被測定の混相流体の相関を求める
ことによって得られる。ここで、空気の密度は小さいと
して無視すると ΔＰ＝Ｋｐw・Ｈw・ρw・Ｖw2＋ＫｐO・ＨO・ρO・ＶO …(11) 水の体積比率Ｈwは前記した混相密度計２０の演算回路
２３よって得られる。Ｈwが求まれば(11)式より油の体
積比率ＨOを求めることができる。ＨwとＨOが求まれ
ば、（５）式より気体の体積比率Ｈaを求めることが出
来る。各相の体積比率Ｈが求まれば、流量演算回路５０
より各相の体積流量 Ｑ＝ＫV・Ｈ・Ｖ …(12) より各相毎の流量を測定することができる。
変化に伴う比誘電率εの変化を基にして混相流体の比率
を求め、その比率信号の相関を求めることにより各相の
流速を求めるようにしたが、特に油の種類によっては比
誘電率εが周波数によっては必ずしも明確に変化しない
場合がある。図５の装置はこのような場合に用いて好適
なものである。即ち、差圧式流量計７０で検出される差
圧ΔＰは ΔＰ＝ΔＰw＋ΔＰO＋ΔＰａ ＝Ｋｐw・Ｈw・ρw・Ｖw2＋ＫｐO・ＨO・ρO・ＶO 2＋ Ｋｐa・Ｈa・ρa・Ｖa 2 …(10) で表される。(10)式において、Ｋｐは定数，Ｖはミキシ
ング装置６０によって流れが均一化された流体の平均流
速（Ｖ＝Ｖw＝ＶO＝Ｖa）を示すもので、この平均流速
Ｖは（９）式で示されるように混相密度計２０及び相関
演算回路４０によって被測定の混相流体の相関を求める
ことによって得られる。ここで、空気の密度は小さいと
して無視すると ΔＰ＝Ｋｐw・Ｈw・ρw・Ｖw2＋ＫｐO・ＨO・ρO・ＶO …(11) 水の体積比率Ｈwは前記した混相密度計２０の演算回路
２３よって得られる。Ｈwが求まれば(11)式より油の体
積比率ＨOを求めることができる。ＨwとＨOが求まれ
ば、（５）式より気体の体積比率Ｈaを求めることが出
来る。各相の体積比率Ｈが求まれば、流量演算回路５０
より各相の体積流量 Ｑ＝ＫV・Ｈ・Ｖ …(12) より各相毎の流量を測定することができる。
【００１８】なお、上述した実施例においては、インピ
ーダンスの計測に比誘電率の実数部εを用い、このεの
変化量を計測したが、比誘電率の虚数部の変化量を用い
るようにしても良い。比誘電率の虚数部の周波数特性を
図２のε’で示す。又電極は夫々一対設けた場合を説明
したが一対に限るものではなく、図６で示す如く複数対
の電極２１ａ，２１ｂ、２１ａ’，２１ｂ’であっても
よい。このように複数の電極対とすることで、各相の分
布が計測でき、またより高精度に相別の流速を計測する
ことが可能となる。
ーダンスの計測に比誘電率の実数部εを用い、このεの
変化量を計測したが、比誘電率の虚数部の変化量を用い
るようにしても良い。比誘電率の虚数部の周波数特性を
図２のε’で示す。又電極は夫々一対設けた場合を説明
したが一対に限るものではなく、図６で示す如く複数対
の電極２１ａ，２１ｂ、２１ａ’，２１ｂ’であっても
よい。このように複数の電極対とすることで、各相の分
布が計測でき、またより高精度に相別の流速を計測する
ことが可能となる。
【００１９】
【発明の効果】本発明においては、周波数に応じた混相
流体の比誘電率より各相の比率を求めると共に流体が２
点間を流れるのに必要な時間を相関法によって各相毎の
流量を測定するように構成したので、従来装置の如くγ
線密度計のような大がかりな装置を用いる必要が無く、
構成が比較的簡単で、しかも高精度で各相別の流量を測
定することの出来る多相流流量計が得られる効果があ
る。
流体の比誘電率より各相の比率を求めると共に流体が２
点間を流れるのに必要な時間を相関法によって各相毎の
流量を測定するように構成したので、従来装置の如くγ
線密度計のような大がかりな装置を用いる必要が無く、
構成が比較的簡単で、しかも高精度で各相別の流量を測
定することの出来る多相流流量計が得られる効果があ
る。
【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図２】誘電体の比誘電率の周波数特性を示す図であ
る。
る。
【図３】相関式流量計の原理を説明する為の図である。
【図４】相関式流量計の原理を説明する為の図である。
【図５】本発明の他の実施例を示した構成図である。
【図６】本発明に用いられる電極の他の実施例を示した
構成図である。
構成図である。
１０ 配管 ２０，３０ 混相密度計 ２１ａ，２１ｂ、３１ａ，３１ｂ 電極 ２２，３２ インピーダンス計測回路 ２３，３３ 演算回路 ４０ 相関演算回路 ５０ 流量演算回路 ６０ ミキシング装置 ７０ 差圧式流量計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笛木 学 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】周波数が可変の電圧を電極間に印加するこ
とにより多相の混相流体の比誘電率に応じて可変する前
記電極間の静電容量の変化を計測するインピーダンス測
定回路と、このインピーダンス測定回路の出力を受けて
前記混相流体の各相の比率を演算により求める演算回路
をそれぞれ具備し、前記両電極を所定の距離を隔てて被
測定の前記混相流体が流れる配管に取付けるようにした
２組の混相密度計、 この２組の混相密度計より得られる比率信号が加えられ
前記混相流体の流れに伴うゆらぎを検出し夫々の信号の
相関関数のピーク値に対応する遅延時間を求めることに
より前記混相流体の各相別の流量を求める相関演算回路
よりなる多相流流量計。 - 【請求項２】前記電極より上流側において前記配管に設
けられ被測定の前記混相流体の流れを均一化するミキシ
ング装置、このミキシング装置を通過した混相流体の流
量を検出する差圧式流量計、この差圧式流量計の出力と
前記混相密度計を構成する演算回路の出力及び前記相関
演算回路の出力をそれぞれ受け、前記混相流体の各相毎
の流量を求める流量演算回路よりなる請求項１記載の多
相流流量計。 - 【請求項３】前記インピーダンスの測定に混相流体の比
誘電率の実数部又は虚数部を用いてなる請求項１又は２
記載の多相流流量計。 - 【請求項４】前記各電極に一対又は複数対の電極をそれ
ぞれ用いたことを特徴とする請求項１又は２記載の多相
流流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07120995A JP3509825B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 多相流流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08271309A true JPH08271309A (ja) | 1996-10-18 |
| JP3509825B2 JP3509825B2 (ja) | 2004-03-22 |
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ID=13454072
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP07120995A Expired - Fee Related JP3509825B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 多相流流量計 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006071296A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | 水流検知センサー |
| JP2006518838A (ja) * | 2003-02-26 | 2006-08-17 | コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガニゼーション | 多相流体混合物を特性づけるための方法及び装置 |
| JP2008170394A (ja) * | 2007-01-15 | 2008-07-24 | Toyota Motor Corp | ガス流速計測方法、及び、ガス流速計測装置 |
| WO2010069307A1 (de) | 2008-12-19 | 2010-06-24 | Forschungszentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Anordnung und verfahren zur mehrphasendurchflussmessung |
| JP2011141275A (ja) * | 2010-01-05 | 2011-07-21 | General Electric Co <Ge> | 分布系の電気ネットワーク表現 |
| JP2014224770A (ja) * | 2013-05-16 | 2014-12-04 | 学校法人東京理科大学 | 電気特性測定装置、電気特性測定方法およびプログラム |
| EP2913641A2 (en) | 2014-02-28 | 2015-09-02 | Yokogawa Electric Corporation | Multiphase flowmeter |
| CN106556439A (zh) * | 2015-09-24 | 2017-04-05 | 微动公司 | 曳出流体检测诊断 |
| EP3191826A1 (en) * | 2014-09-12 | 2017-07-19 | Industrial Tomography Systems PLC | Density measurement system and method |
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|---|---|---|---|---|
| JP5924556B2 (ja) * | 2014-08-13 | 2016-05-25 | 横河電機株式会社 | 多相流流量計 |
| JP5946025B2 (ja) * | 2014-02-28 | 2016-07-05 | 横河電機株式会社 | 多相流流量計 |
-
1995
- 1995-03-29 JP JP07120995A patent/JP3509825B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2006518838A (ja) * | 2003-02-26 | 2006-08-17 | コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガニゼーション | 多相流体混合物を特性づけるための方法及び装置 |
| JP2006071296A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | 水流検知センサー |
| JP4752769B2 (ja) * | 2007-01-15 | 2011-08-17 | トヨタ自動車株式会社 | ガス流速計測方法、及び、ガス流速計測装置 |
| JP2008170394A (ja) * | 2007-01-15 | 2008-07-24 | Toyota Motor Corp | ガス流速計測方法、及び、ガス流速計測装置 |
| WO2010069307A1 (de) | 2008-12-19 | 2010-06-24 | Forschungszentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Anordnung und verfahren zur mehrphasendurchflussmessung |
| DE102008055032A1 (de) | 2008-12-19 | 2010-07-01 | Forschungszentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Anordnung und Verfahren zur Mehrphasendurchflussmessung |
| DE102008055032B4 (de) * | 2008-12-19 | 2014-12-24 | Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Anordnung und Verfahren zur Mehrphasendurchflussmessung |
| JP2011141275A (ja) * | 2010-01-05 | 2011-07-21 | General Electric Co <Ge> | 分布系の電気ネットワーク表現 |
| JP2014224770A (ja) * | 2013-05-16 | 2014-12-04 | 学校法人東京理科大学 | 電気特性測定装置、電気特性測定方法およびプログラム |
| EP2913641A2 (en) | 2014-02-28 | 2015-09-02 | Yokogawa Electric Corporation | Multiphase flowmeter |
| US9551604B2 (en) | 2014-02-28 | 2017-01-24 | Yokogawa Electric Corporation | Multiphase flowmeter |
| EP3191826A1 (en) * | 2014-09-12 | 2017-07-19 | Industrial Tomography Systems PLC | Density measurement system and method |
| CN106556439A (zh) * | 2015-09-24 | 2017-04-05 | 微动公司 | 曳出流体检测诊断 |
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