JPH09311061A - 多相流流量計 - Google Patents
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- JPH09311061A JPH09311061A JP12838996A JP12838996A JPH09311061A JP H09311061 A JPH09311061 A JP H09311061A JP 12838996 A JP12838996 A JP 12838996A JP 12838996 A JP12838996 A JP 12838996A JP H09311061 A JPH09311061 A JP H09311061A
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- G01F1/88—Indirect mass flowmeters, e.g. measuring volume flow and density, temperature or pressure with differential-pressure measurement to determine the volume flow
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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
ことを課題とする。 【解決手段】 本発明は、被測定の混相流体が流れる管
路の外側及び内側に取り付けられた二重円筒電極間に周
波数が可変の電圧を印加することにより混相流体の比誘
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計測回路と，このインピーダンス
計測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とを夫々具備した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
ことを課題とする。 【解決手段】 本発明は、被測定の混相流体が流れる管
路の外側及び内側に取り付けられた二重円筒電極間に周
波数が可変の電圧を印加することにより混相流体の比誘
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計測回路と，このインピーダンス
計測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とを夫々具備した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】
【発明の属する技術分野】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。
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。
【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
課題としたものである。
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
課題としたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】課題を解決する為の本発
明の主な手段は、被測定の混相流体が流れる管路の外側
及び内側に取り付けられた二重円筒電極間に周波数が可
変の電圧を印加することにより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
ンピーダンス計測回路と，このインピーダンス計測回路
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
求める演算回路とを夫々具備した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別の流量を求める相関演算回
路で構成したものである。
明の主な手段は、被測定の混相流体が流れる管路の外側
及び内側に取り付けられた二重円筒電極間に周波数が可
変の電圧を印加することにより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
ンピーダンス計測回路と，このインピーダンス計測回路
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
求める演算回路とを夫々具備した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別の流量を求める相関演算回
路で構成したものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係わる流量計の一
実施の形態を示す構成説明図である。図において、１０
は管路で、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の夫々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。
実施の形態を示す構成説明図である。図において、１０
は管路で、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の夫々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。
【０００６】混相密度計２０において、２１は電極で、
この電極は管路１０の外壁に取り付けられた円筒状の外
側電極２１ａと、この外側電極に対向するように管路１
０の内側中央部に固定配置された円筒状の内側電極２１
ｂよりなる二重円筒電極構造となっている。電極２１の
模型図を図２に示す。図２において（Ａ）は断面を、
（Ｂ）は側面を夫々示す。内側電極２１ｂは接地されて
いる。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、このインピーダンス計測回路は電極２１にお
ける外側電極２１ａに接続されている。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。
この電極は管路１０の外壁に取り付けられた円筒状の外
側電極２１ａと、この外側電極に対向するように管路１
０の内側中央部に固定配置された円筒状の内側電極２１
ｂよりなる二重円筒電極構造となっている。電極２１の
模型図を図２に示す。図２において（Ａ）は断面を、
（Ｂ）は側面を夫々示す。内側電極２１ｂは接地されて
いる。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、このインピーダンス計測回路は電極２１にお
ける外側電極２１ａに接続されている。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。
【０００７】混相密度計３０は混相密度計２０と同一構
成のもので、混相密度計２０の電極２１と一定距離Ｌを
隔て管路１０に取付けられた電極３１，及びインピーダ
ンス計測回路３２と演算回路３３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４
０ｂに接続されている。電極３１は電極２１と同様に円
筒状の外側電極３１ａと、この外側電極に対向するよう
に管路１０の内側中心部に固定配置された円筒状の内側
電極３１ｂよりなる二重円筒構造となっており、内側電
極３１ｂは接地されている。なお、内側電極３１ｂは前
記混相密度計２０における内側電極２１ｂと連続した一
体構成となっているが、２１ｂと３１ｂは分離して構成
してもよい。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。
成のもので、混相密度計２０の電極２１と一定距離Ｌを
隔て管路１０に取付けられた電極３１，及びインピーダ
ンス計測回路３２と演算回路３３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４
０ｂに接続されている。電極３１は電極２１と同様に円
筒状の外側電極３１ａと、この外側電極に対向するよう
に管路１０の内側中心部に固定配置された円筒状の内側
電極３１ｂよりなる二重円筒構造となっており、内側電
極３１ｂは接地されている。なお、内側電極３１ｂは前
記混相密度計２０における内側電極２１ｂと連続した一
体構成となっているが、２１ｂと３１ｂは分離して構成
してもよい。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。
【０００８】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方向に向かって混相密度計２０及
び３０の各電極２１及び３１内を流れる（管路１０内を
内側電極２１ｂと３１ｂの内部及び外部を流れる）。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２１ａ，２１ｂ間の静電容量を示すもの
で、 Ｃ＝Ｋ１・ε／（ｌｏｇｂ／ａ） …（１） で表される。（１）式において、Ｋ１は電極２１の形
状，大きさ等で定まる定数、ａは外側電極２１ａの直
径，ｂは内側電極２１ｂの直径を示すものである。ま
た、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方向に向かって混相密度計２０及
び３０の各電極２１及び３１内を流れる（管路１０内を
内側電極２１ｂと３１ｂの内部及び外部を流れる）。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２１ａ，２１ｂ間の静電容量を示すもの
で、 Ｃ＝Ｋ１・ε／（ｌｏｇｂ／ａ） …（１） で表される。（１）式において、Ｋ１は電極２１の形
状，大きさ等で定まる定数、ａは外側電極２１ａの直
径，ｂは内側電極２１ｂの直径を示すものである。ま
た、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。
【０００９】ここで、一般に誘電体の周波数特性は図３
で示される。図３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３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３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３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３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３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。
【００１０】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２１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を外側電極２１ａ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２１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を外側電極２１ａ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。
【００１１】同様に、電極２１ａ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。
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。
【００１２】被測定の混相流体は電極２１より距離Ｌを
隔てて配置された混相密度計３０の電極３１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。
隔てて配置された混相密度計３０の電極３１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。
【００１３】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内を図４に示す如く不規則な
ゆらぎをもって流れる。図４において、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２
１部分を流れる図４の（Ａ）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３１部分を図４の
（Ｂ）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２１から電極３１
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内を図４に示す如く不規則な
ゆらぎをもって流れる。図４において、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２
１部分を流れる図４の（Ａ）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３１部分を図４の
（Ｂ）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２１から電極３１
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。
【００１４】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、相関演算回路４０は先
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５に示すようにτ＝τｏでピー
ク値をもつ相関曲線となる。図５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。
られる各相の比率信号を基にし、相関演算回路４０は先
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５に示すようにτ＝τｏでピー
ク値をもつ相関曲線となる。図５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。
【００１５】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
になる夫々のτｏが求められる。各τｏの値は流量演算
回路５０に加えられ、これにより油及び気体の夫々の流
速ＶO，Ｖaが求められる。流速演算回路５０において
は、更にこれら各相別の流速信号を基にして演算を施
し、その結果出力端５１より各相別の流量信号を取り出
すことができる。
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
になる夫々のτｏが求められる。各τｏの値は流量演算
回路５０に加えられ、これにより油及び気体の夫々の流
速ＶO，Ｖaが求められる。流速演算回路５０において
は、更にこれら各相別の流速信号を基にして演算を施
し、その結果出力端５１より各相別の流量信号を取り出
すことができる。
【００１６】図６は本発明の他の実施の形態を示す構成
図である。図６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６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。５０は
前記流速・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４０の各出力端が接続されている。
図である。図６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６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。５０は
前記流速・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４０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６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により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６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により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３のε’で示す。
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３のε’で示す。
【００１９】又、電極２１は外側電極２１ａと内側電極
２１ｂとよりなる二重円筒電極のものを用いた場合につ
いて説明したが、これに限るものでは無く、例えば図７
に示す如く電極２１として一対の円環２１ａと２１ｂを
用い、この一対の円環電極を管路１０の外側に距離ｃを
おいて取り付けるようにした平行円環電極構造のものを
用いるようにしても良い。この場合、電極３１も同様に
平行円環電極のものがが用いられ、両平行円環電極２１
と３１は図１及び図６に示す如く距離Ｌを隔てて管路１
０に取り付けられる。両電極２１と３１において、夫々
の一方の電極２１ａと３１ａはインピーダンス計測回路
２２と３２に接続され、他方の電極２１ｂと３１ｂは夫
々接地されている。なお、図７において、（Ａ）は平行
円環電極２１（３１）の断面を、又（Ｂ）は側面を夫々
示すものである。
２１ｂとよりなる二重円筒電極のものを用いた場合につ
いて説明したが、これに限るものでは無く、例えば図７
に示す如く電極２１として一対の円環２１ａと２１ｂを
用い、この一対の円環電極を管路１０の外側に距離ｃを
おいて取り付けるようにした平行円環電極構造のものを
用いるようにしても良い。この場合、電極３１も同様に
平行円環電極のものがが用いられ、両平行円環電極２１
と３１は図１及び図６に示す如く距離Ｌを隔てて管路１
０に取り付けられる。両電極２１と３１において、夫々
の一方の電極２１ａと３１ａはインピーダンス計測回路
２２と３２に接続され、他方の電極２１ｂと３１ｂは夫
々接地されている。なお、図７において、（Ａ）は平行
円環電極２１（３１）の断面を、又（Ｂ）は側面を夫々
示すものである。
【００２０】このような構成の平行円環電極形状２１に
おいては電極２１ａにインピーダンス計測回路２２によ
り高周波電圧を印加すると、電極２１ａと２１ｂ間にに
電気力線が通り、両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が生じる。Ｃ
は電極２１ａ，２１ｂ間の静電容量を示すもので、 Ｃ＝Ｋ２・ε・Ｄ …(13) で表される。(13)式において、Ｋ２は電極２１ａと２１
ｂの形状，大きさ等で定まる定数、Ｄは図７（Ａ）に示
す如く電極２１ａ，２１ｂの直径を示すものである。
又、εは（２）式と同様に平均比誘電率を表す。
おいては電極２１ａにインピーダンス計測回路２２によ
り高周波電圧を印加すると、電極２１ａと２１ｂ間にに
電気力線が通り、両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が生じる。Ｃ
は電極２１ａ，２１ｂ間の静電容量を示すもので、 Ｃ＝Ｋ２・ε・Ｄ …(13) で表される。(13)式において、Ｋ２は電極２１ａと２１
ｂの形状，大きさ等で定まる定数、Ｄは図７（Ａ）に示
す如く電極２１ａ，２１ｂの直径を示すものである。
又、εは（２）式と同様に平均比誘電率を表す。
【００２１】電極２１と３１としては、夫々対向する一
対の「電極片」を用いて構成することが考えられる。こ
の様な「片」で構成した電極に比較して、本発明におい
て用いられる二重円筒電極，或いは平行円環電極は共に
対向電極間面積を大きく取れるので、「電極片」の場合
より混相流体の密度をより高精度で検出することができ
る。
対の「電極片」を用いて構成することが考えられる。こ
の様な「片」で構成した電極に比較して、本発明におい
て用いられる二重円筒電極，或いは平行円環電極は共に
対向電極間面積を大きく取れるので、「電極片」の場合
より混相流体の密度をより高精度で検出することができ
る。
【００２２】
【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、しかも検出電極として二重円筒電
極或いは平行円環電極を用いて構成したので、各相別の
流量を極めて高精度で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、しかも検出電極として二重円筒電
極或いは平行円環電極を用いて構成したので、各相別の
流量を極めて高精度で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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる多層流流量計の一実施の形態を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図２】図１の流量計に用いられる電極の構成説明図で
ある。
ある。
【図３】誘電体の比誘電率の周波数特性を示す図であ
る。
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】相関式流量計の原理を説明する為の図である。
【図６】本発明の他の実施の形態を示した構成図であ
る。
る。
【図７】本発明に用いられる電極の他の実施の形態を示
した図である。
した図である。
１０ 配管 ２０，３０ 混相密度計 ２１，３１ 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 (71)出願人 591234178 帝国石油株式会社 東京都渋谷区幡ケ谷１丁目31番10号 (72)発明者 御厨 健太 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 (72)発明者 山崎 大輔 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 (72)発明者 春山 周一 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 (72)発明者 田中 仁章 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 (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】被測定の混相流体が流れる管路の外側及び
内側に取り付けられた二重円筒電極間に周波数が可変の
電圧を印加することにより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
ーダンス計測回路と，このインピーダンス計測回路の出
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
る演算回路とを夫々具備した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】被測定の混相流体が流れる管路の外側に平
行して取り付けられた一対の円環電極よりなる平行円環
電極間に周波数が可変の電圧を印加することにより混相
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計測回路と，このイン
ピーダンス計測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とを夫々具備した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３】前記二重円筒電極又は平行円環電極より上
流側において前記管路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夫々受け、
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又は２記載の多相流流量計。 - 【請求項４】前記インピーダンスの計測に混相流体の比
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。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12838996A JPH09311061A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 多相流流量計 |
| NO971791A NO971791L (no) | 1996-05-23 | 1997-04-18 | Multifase strömningsmåler |
| AU20042/97A AU2004297A (en) | 1996-05-23 | 1997-05-05 | Multiphase flowmeter |
| GB9710793A GB2313445A (en) | 1996-05-23 | 1997-05-23 | Multiphase cross-correlation flowmeter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12838996A JPH09311061A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 多相流流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09311061A true JPH09311061A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=14983610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12838996A Withdrawn JPH09311061A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 多相流流量計 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09311061A (ja) |
| AU (1) | AU2004297A (ja) |
| GB (1) | GB2313445A (ja) |
| NO (1) | NO971791L (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113405616A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-17 | 深圳市联恒星科技有限公司 | 一种基于立管差压的多相流流体测量系统 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO310322B1 (no) | 1999-01-11 | 2001-06-18 | Flowsys As | Maling av flerfasestromning i ror |
| GB2386691B (en) * | 1999-06-22 | 2003-12-24 | Axon Instr Ltd | Ratio tool |
| GB9914500D0 (en) * | 1999-06-22 | 1999-08-25 | Axon Instr Limited | Flow meter |
| NO323247B1 (no) | 2003-12-09 | 2007-02-12 | Multi Phase Meters As | Fremgangsmåte og strømningsmåler for å bestemme strømningsratene til en flerfaseblanding |
| NO321930B1 (no) | 2005-02-03 | 2006-07-24 | Roxar As | Apparat for stromningsmaling |
| NO323451B1 (no) | 2005-08-11 | 2007-05-14 | Multi Phase Meters As | Fremgangsmåte og apparat for å bestemme konduktivitet og volumtraksjon av vann i en flerkomponentblanding |
| WO2009030870A1 (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-12 | University Of Leeds | Multi phase flow measurement system |
| CN103175580B (zh) * | 2013-03-06 | 2014-12-24 | 中国计量学院 | 导电液体的电容式孔板流量测量方法及装置 |
| CN104949720B (zh) * | 2014-12-03 | 2019-02-22 | 佛山市云米电器科技有限公司 | 流量检测方法及装置、净水装置 |
| CN105841764B (zh) * | 2016-03-24 | 2019-04-19 | 高金余 | 一种用于多相流量计中测量多相流体比例的系统 |
| US11644351B2 (en) | 2021-03-19 | 2023-05-09 | Saudi Arabian Oil Company | Multiphase flow and salinity meter with dual opposite handed helical resonators |
| US11913464B2 (en) | 2021-04-15 | 2024-02-27 | Saudi Arabian Oil Company | Lubricating an electric submersible pump |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4899101A (en) * | 1988-01-21 | 1990-02-06 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Online capacitive densitometer |
| GB9109074D0 (en) * | 1991-04-26 | 1991-06-12 | Shell Int Research | A method and apparatus for measuring the gas and the liquid flowrate and the watercut of multiphase mixtures of oil,water and gas flowing through a pipeline |
| US5396806A (en) * | 1993-11-12 | 1995-03-14 | Auburn International, Inc. | On-line mass flow measurement in flowing two component systems |
-
1996
- 1996-05-23 JP JP12838996A patent/JPH09311061A/ja not_active Withdrawn
-
1997
- 1997-04-18 NO NO971791A patent/NO971791L/no unknown
- 1997-05-05 AU AU20042/97A patent/AU2004297A/en not_active Abandoned
- 1997-05-23 GB GB9710793A patent/GB2313445A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113405616A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-17 | 深圳市联恒星科技有限公司 | 一种基于立管差压的多相流流体测量系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2004297A (en) | 1997-11-27 |
| NO971791L (no) | 1997-11-24 |
| GB9710793D0 (en) | 1997-07-23 |
| GB2313445A (en) | 1997-11-26 |
| NO971791D0 (no) | 1997-04-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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