(57)【要約】      （修正有）【課題】広範囲の動作条件にわたる流体計測のための正確かつ有効な方法を提供する。【解決手段】流体流を計測するためのシステム１００は、一次導管１０５と、一次導管に結合される二次導管１２２とを含み二次導管が、一次導管を通る流体流の一部を受け取る。一次導管内に配置された流れマネージャ１０８は、流体流の少なくとも１つの第１の物理的特性と、流体流の一部の少なくとも１つの第２の物理的特性との間に所定の関係を維持するよう構成される。センサ１１０は、流体流の一部分の流れ特性を測定し、プロセッサ１１２は、所定の関係と、電気信号の振幅特性または時間特性の一方とに少なくとも部分的に基づいて流体流の流れパラメータを決定する。【選択図】図１
2018091830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流を計測するためのシステム（１００）であって、前記システム（１００）は、
一次導管（１０５）と、
前記一次導管（１０５）と流体連通し、前記一次導管（１０５）を通過する流体流の一部を受け取るよう構成される二次導管（１２２）と、
前記一次導管（１０５）内に配置され、前記流体流の少なくとも１つの第１の物理的特性と前記流体流の前記一部の少なくとも１つの第２の物理的特性との間に所定の関係を維持するよう構成される流れマネージャ（１０８）と、
前記流体流の前記一部の流れ特性に応答して電気信号を生成するよう構成されるセンサ（１１０）と、
前記センサ（１１０）に通信可能に結合され、前記流体流の前記少なくとも１つの第１の物理的特性と前記流体流の前記一部の前記少なくとも１つの第２の物理的特性との間の前記所定の関係、ならびに前記電気信号の振幅特性と前記電気信号の時間特性との少なくとも一方に少なくとも部分的に基づいて、前記流体流の流れパラメータを決定するよう構成される、プロセッサ（１１２）であって、前記プロセッサ（１１２）が、前記流体流の前記一部が第１の流れ領域（３０６）にある場合の前記振幅特性に基づき、および前記流体流の前記一部が第２の流れ領域（３０８）にある場合の前記時間特性に基づき、前記流体流の前記流れパラメータを決定する、プロセッサ（１１２）と、
を備える、システム（１００）。
【請求項２】
前記第１の流れ領域（３０６）は実質的に層流であり、前記第２の流れ領域（３０８）は実質的に乱流である、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項３】
前記プロセッサ（１１２）は、前記一次導管（１０５）と前記二次導管（１２２）および前記センサ（１１０）の少なくとも一方との間の幾何学的関係に基づいて前記流体流の前記流れパラメータをさらに決定する、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記二次導管（１２２）内に配置され、前記流体流の前記一部が所定の流量を超える場合に前記流体流の前記一部に外乱を誘発するよう構成された流れ撹乱器（２０９）をさらに備え、前記誘導撹乱の程度により、前記流体流の前記一部が前記第１の流れ領域（３０６）および前記第２の流れ領域（３０８）のうちの一方に流れるようにする、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記プロセッサ（１１２）が、第３の流れ領域（３１０）に基づいて前記センサ（１１０）を較正するようさらに構成され、前記第３の流れ領域（３１０）は、前記第１の流れ領域（３０６）および前記第２の流れ領域（３０８）の重複領域に対応する、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項６】
前記プロセッサ（１１２）に通信可能に結合されるレジームオプティマイザ（５２２）をさらに備え、前記レジームオプティマイザ（５２２）が、前記流体流の前記一部の前記流れ特性に応答して診断電気信号を生成するよう構成され、前記プロセッサ（１１２）が、前記診断電気信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの診断機能を実行するようさらに構成される、
請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの診断は、前記センサ（１１０）を作動させること、前記第１の流れ領域（３０６）に対応する第１の動作モードと前記第２の流れ領域（３０８）に対応する第２の動作モードとの間で前記センサ（１１０）を変更すること、前記センサ（１１０）を、前記第１の流れ領域（３０６）と前記第２の流れ領域（３０８）との重なりに対応する第３の流れ領域（３１０）に対応する第３の動作モードに変更すること、前記センサ（１１０）が動作可能であることを確認すること、前記流体流の前記一部の前記流れ特性の変化を識別すること、前記流体流の前記一部が所定の流量範囲内の流量を有すると判定すること、および、前記センサ（１１０）の１つまたは複数の較正定数を検証すること、のうちの１つを含む、請求項１０に記載のシステム（１００）。
【請求項８】
流体計測器で使用するための計測アセンブリ（１０１）であって、前記流体計測器が一次導管（１０５）を含み、前記計測アセンブリ（１０１）が、
前記一次導管（１０５）に結合されるよう構成され、前記一次導管（１０５）に結合される場合に、前記一次導管（１０５）を通る流体流の一部を受け取るよう構成される、二次導管（１２２）と、
前記一次導管（１０５）内に配置されるよう構成され、前記一次導管（１０５）内に配置された場合、前記流体流の少なくとも１つの第１の物理的特性と前記流体流の前記一部の少なくとも１つの第２の物理的特性との間に所定の関係を維持するよう構成される流れマネージャ（１０８）と、
前記流体流の前記一部の流れ特性に応答して電気信号を生成するよう構成されるセンサ（１１０）と、
前記センサ（１１０）に通信可能に結合され、前記流体流の前記少なくとも１つの第１の物理的特性と前記流体流の前記一部の前記少なくとも１つの第２の物理的特性との間の前記所定の関係、ならびに前記電気信号の振幅特性と前記電気信号の時間特性との少なくとも一方に少なくとも部分的に基づいて、前記流体流の流れパラメータを決定するよう構成される、プロセッサ（１１２）であって、前記プロセッサ（１１２）が、前記流体流の前記一部が第１の流れ領域（３０６）にある場合の前記振幅特性に基づき、および前記流体流の前記一部が第２の流れ領域（３０８）にある場合の前記時間特性に基づき、前記流体流の前記流れパラメータを決定する、プロセッサ（１１２）と、
を備える、計測アセンブリ（１０１）。
【請求項９】
前記第１の流れ領域（３０６）は実質的に層流であり、前記第２の流れ領域（３０８）は実質的に乱流である、請求項８に記載の計測アセンブリ（１０１）。
【請求項１０】
前記プロセッサ（１１２）は、前記一次導管（１０５）と前記二次導管（１２２）および前記センサ（１１０）の少なくとも一方との間の幾何学的関係に基づいて前記流体流の前記流れパラメータをさらに決定する、請求項８に記載の計測アセンブリ（１０１）。
【請求項１１】
前記二次導管（１２２）内に配置され、前記流体流の前記一部が所定の流量を超える場合に前記流体流の前記一部に外乱を誘発するよう構成された流れ撹乱器（２０９）をさらに備え、前記誘導撹乱の程度により、前記流体流の前記一部が前記第１の流れ領域（３０６）および前記第２の流れ領域（３０８）のうちの一方に流れるようにする、請求項８に記載の計測アセンブリ（１０１）。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの第１の物理的特性および前記少なくとも１つの第２の特性は、分離可能性、圧力、温度、質量流量、容積流量、および不純物レベルのうちの１つである、請求項８に記載の計測アセンブリ（１０１）。
【請求項１３】
前記プロセッサ（１１２）が、第３の流れ領域（３１０）に基づいて前記センサ（１１０）を較正するようさらに構成され、前記第３の流れ領域（３１０）は、前記第１の流れ領域（３０６）および前記第２の流れ領域（３０８）の重複領域に対応する、請求項８に記載の計測アセンブリ（１０１）。
【請求項１４】
前記プロセッサ（１１２）に通信可能に結合されるレジームオプティマイザ（５２２）をさらに備え、前記レジームオプティマイザ（５２２）が、前記流体流の前記一部の前記流れ特性に応答して診断電気信号を生成するよう構成され、前記プロセッサ（１１２）が、前記診断電気信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの診断機能を実行するようさらに構成される、
請求項８に記載の計測アセンブリ（１０１）。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの診断は、前記センサ（１１０）を作動させること、前記第１の流れ領域（３０６）に対応する第１の動作モードと前記第２の流れ領域（３０８）に対応する第２の動作モードとの間で前記センサ（１１０）を変更すること、前記センサ（１１０）を、前記第１の流れ領域（３０６）と前記第２の流れ領域（３０８）との重なりに対応する第３の流れ領域（３１０）に対応する第３の動作モードに変更すること、前記センサ（１１０）が動作可能であることを確認すること、前記流体流の前記一部の前記流れ特性の変化を識別すること、前記流体流の前記一部が所定の流量範囲内の流量を有すると判定すること、および、前記センサ（１１０）の１つまたは複数の較正定数を検証すること、のうちの１つを含む、請求項１４に記載の計測アセンブリ（１０１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、流体送達システムに関し、より具体的には、流体計測システムおよびそのようなシステムにおいて流体を計測する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、流体の計測は、流体の質量流量を測定するための質量流量検出装置などの様々なタイプの流量検出装置を使用することを必要とする。流れセンサの中には、振幅測定に基づいてガスの質量流量を判定するものがある。他の流量検出装置は、例えば、渦が形成される頻度が本質的に流体の流量に比例する渦流式の検出を含む。したがって、容量流量は、渦が形成される頻度に基づいて判定される。
【０００３】
一般に、現在利用可能な流体計測システムは、低流量範囲で高感度であるという利点を提供する。しかしながら、そのような流体計測システムは、典型的には、ガス密度の変動、水分変動、およびガス混合物の変動などによって悪影響を受ける。したがって、そのような流体計測システムは、直接的かつ正確な容積流量測定を提供することができない。例えば、流体の密度は、圧力、温度、および流体の組成などの要因に応じて変化する可能性がある。これらの要因は、流量測定の品質および精度に悪影響を及ぼす。逆に、渦流式検出装置は、直接的な容量流量測定を必要とする。しかしながら、低速度の流体が渦の形成に影響を及ぼすので、流体の速度が低い場合、渦流式検出装置を使用する流量の測定は、悪影響を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０１６１３０７号
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、流体流を計測するためのシステムが提供される。本システムは、一次導管と、一次導管と流体連通する二次導管とを含む。二次導管は、一次導管を通過する流体流の一部を受け取るよう構成される。一次導管内に配置された流れマネージャは、流体流の少なくとも１つの第１の物理的特性と、流体流の一部の少なくとも１つの第２の物理的特性との間に所定の関係を維持するよう構成される。計測システムは、二次導管内の流体流の一部の流れ特性に応答して電気信号を生成するよう構成されたセンサをさらに含む。センサに通信可能に結合されたプロセッサは、第１の物理的特性と第２の物理的特性との間の所定の関係、ならびに電気信号の振幅特性および電気信号の時間的特性の少なくとも一方に少なくとも部分的に基づいて、流体流の流量パラメータを決定する。
【０００６】
別の態様では、一次導管を有する流体計器に使用するための計測アセンブリが提供される。計測アセンブリは、一次導管に連結されるよう構成された二次導管を含み、一次導管に連結された場合、一次導管を通過する流体流の一部を受け取るよう構成される。一次導管内に配置された流れマネージャは、流体流の少なくとも１つの第１の物理的特性と、流体流の一部の少なくとも１つの第２の物理的特性との間に所定の関係を維持するよう構成される。計測システムは、二次導管内の流体流の一部の流れ特性に応答して電気信号を生成するよう構成されたセンサをさらに含む。センサに通信可能に結合されたプロセッサは、第１の物理的特性と第２の物理的特性との間の所定の関係、ならびに電気信号の振幅特性および電気信号の時間的特性の少なくとも一方に少なくとも部分的に基づいて、流体流の流量パラメータを決定する。
【０００７】
さらに別の態様では、一次導管内の流体流を計測する方法が提供される。本方法は、流体流の一部を二次導管に分流させることを含み、流体流の一部を分流することは、流体流の少なくとも１つの第１の物理的特性と、流体流の一部の少なくとも１つの第２の物理的特性との間の所定の関係を維持することを含む。本方法は、センサによって、流体流の一部の流れ特性に対応する電気信号を生成することと、流体流の流れパラメータを計算することとをさらに含む。流体流の流れパラメータを計算することは、流体流の少なくとも１つの第１の物理的特性と流体流の一部の少なくとも１つの第２の物理的特性との間の所定の関係、および電気信号の振幅特性および電気信号の時間特性のうちの少なくとも一方に少なくとも部分的に基づく。流体流の流れパラメータは、流体流の一部が第１の流れ領域にある場合の振幅特性と、流体流の一部が第２の流れ領域にある場合の時間特性とに基づく。
【０００８】
本明細書のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに他の特徴、態様、および利点が、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を検討することによって、よりよく理解されると考えられ、添付の図面において、類似の文字は、図面の全体を通して類似の部分を表している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】流体流を計測するための例示的な計測システムの概略図である。
【図２】流体流を計測するための代替計測システムの概略図である。
【図３】図２の計測システムのセンサの応答のグラフ図である。
【図４】流体流を計測する例示的な方法を示すフローチャートである。
【図５】流体流を計測するための別の代替計測システムの概略図である。
【図６】流体流を計測するためのさらに別の代替計測システムの概略図である。
【図７】流体流を計測するための別の代替計測システムの概略図である。
【図８】流体流を計測するためのさらに別の代替計測システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書は、本明細書に記載された詳細な図および説明を参照することによって最も良好に理解され得る。以下、様々な実施形態を図面を参照して説明する。しかしながら、当業者であれば、これらの図に関する本明細書における詳細な説明は例示のためのものであり、本方法およびシステムが、説明される実施形態よりも拡張されることを容易に理解するであろう。
【００１１】
以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、これらは以下の意味を有すると規定する。
【００１２】
単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００１３】
「任意の」または「任意に」は、続いて記載された事象または状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、起こらない場合とを含むことを意味する。
【００１４】
本明細書で用いられる「プロセッサ」および「コンピュータ」という用語および関連する用語、例えば「処理装置」、「コンピューティング装置」、および「コントローラ」は、従来技術においてコンピュータと呼ばれているそれらの集積回路に限定されず、広く、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、およびその他のプログラム可能な回路を意味し、これらの用語は、本明細書において互換的に用いられる。本明細書で説明する実施形態では、メモリは、以下に限らないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体、およびフラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を含むことができる。あるいは、フロッピーディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、および／またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もまた、使用することができる。また、本明細書で説明する実施形態では、追加の入力チャネルは、以下に限定されないが、マウスおよびキーボードなどのオペレータインターフェースに関係するコンピュータ周辺機器であってもよい。あるいは、例えば、これに限定されないが、スキャナを含むことができる他のコンピュータ周辺装置も使用することができる。さらに、例示的な実施形態では、追加の出力チャネルは、これに限定されないが、オペレータインターフェースモニタを含むことができる。
【００１５】
さらに、本書で用いられる「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は交換可能であり、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、クライアントおよびサーバによって実行するための、メモリ内の任意のコンピュータプログラム記憶を含む。
【００１６】
本明細書で用いられる「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールおよびサブモジュール、あるいは任意の装置の他のデータなどの情報の短期的および長期的記憶のための任意の技術の方法で実施される、任意の有形のコンピュータに基づく装置を表すことを意図している。したがって、本明細書に記載する方法は、これらに限らないが、記憶装置および／またはメモリ装置を含む、有形の非一時的コンピュータ可読媒体で具現化された実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、プロセッサによって実行された場合に、本明細書に記載する方法の少なくとも一部をプロセッサに実行させる。さらに、本明細書に用いられる「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語は、すべての有形のコンピュータ可読媒体を含み、これらは非一時的コンピュータ記憶装置を含むが、これに限定されるものではなく、揮発性および不揮発性媒体、ならびにファームウェア、物理および仮想記憶装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの取り外し可能および取り外し不可能な媒体、ならびにネットワークもしくはインターネットなどの他の任意のデジタルソース、ならびにこれまでに開発されたデジタル手段を含むが、これらに限定されるものではなく、一時的な伝播する信号がその唯一の例外である。
【００１７】
本明細書に記載の流体計測システムの実施形態は、既知の流体計測システムの多くの欠点を克服し、広範囲の動作条件にわたる流体計測のための正確かつ有効な方法を提供する。具体的には、本明細書に記載される実施形態は、質量流量計および渦流式流量計で生じる誤測定に対する欠陥および感受性を克服する。より具体的には、本明細書に記載の流体計測システムの実施形態は、流体流が通過する一次導管と、流体流の一部を受け取る一次導管に結合される二次導管とを含む。一次導管内に配置された流れマネージャは、一次導管内の流体流および二次導管内の流体流の一部の物理的特性の間の所定の関係を維持する。二次導管内に配置されたセンサは、流体流の一部の流れ特性に応答して電気信号を生成し、プロセッサは、電気信号と、流体流および流体流の一部の物理的特性の間の所定の関係とに基づいて一次導管内の流体流の流れパラメータを決定する。より具体的には、流体流の一部が第１の流れ領域にある場合、プロセッサは、電気信号の振幅特性に基づいて流れパラメータを決定する。流体流の一部が第２の流れ領域にある場合、プロセッサは、電気信号の時間特性に基づいて流れパラメータを決定する。特定の実施形態では、第１の流れ領域は実質的に層流領域に対応し、第２の流れ領域は実質的に乱流領域に対応する。本明細書に記載された計測システムの実施形態は、二次導管内にセンサを配置することにより、広範囲の一次導管の大きさおよび構成における特定の二次導管およびセンサ配置の使用を容易にするので、広範囲の用途にわたる使用に適している。したがって、本明細書に記載の実施形態は、広範囲の動作条件にわたって流体を動的かつ適応的に計測し、流体分配システムにおいて流体計測を実施することができる精度および信頼性を高める。
【００１８】
図１は、流体流を計測するための例示的な計測システム１００の概略図である。計測システム１００は、入力ポート１０４および出力ポート１０６を有するハウジング１０２を含む。さらに、計測システム１００は、二次導管１２２と、流れマネージャ１０８と、センサ１１０と、プロセッサ１１２と、ディスプレイ１１６とを含む計測アセンブリ１０１を含む。計測システム１００において、プロセッサ１１２は、ハウジング１０２内に、またはハウジング１０２の近くに配置される。代替実施形態では、プロセッサ１１２は、ハウジング１０２から離れているが、インターネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、ならびに監視制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）ネットワークなどの制御システムネットワークを含むが、これらに限定されないネットワークを介してセンサ１１０に通信可能に結合される。計測システム１００はまた、エネルギを供給するために、流れマネージャ１０８、センサ１１０、およびプロセッサ１１２の１つまたは複数に結合されたバッテリ（図示せず）などのエネルギ源を含む。
【００１９】
計測システム１００は、パイプライン１１４に動作可能に結合され、パイプライン１１４を通過する流体流を計測するよう構成される。パイプライン１１４は、一般に、家庭、商業施設、および工業設備に流体を供給する広範なシステムの一部である。例えば、特定の実施形態では、パイプライン１１４は、天然ガスを供給するためのガス供給システムの一部である。計測システム１００は、パイプライン１１４を通って流れるガス流などの流体流が入力ポート１０４で受け取られ、ハウジング１０２内に配置された一次導管１０５を通過し、出力ポート１０６から排出されるよう、パイプライン１１４に動作可能に結合される。一次導管１０５は、一般的に、ハウジング１０２、特に、入力ポート１０４と出力ポート１０６との間の流体流の通過を容易にするよう構成された流路１１８（図１に点線で示す）を画定する。特定の実施形態では、入力ポート１０４および出力ポート１０６は、ハウジング１０２の一部として一体的に形成される。他の実施形態では、入力ポート１０４および出力ポート１０６は、ハウジング１０２に動作可能に結合される。上述したように、計測システム１００は、流体流が入力ポート１０４と出力ポート１０６との間で一次導管１０５を通って流れる場合に流体流を計測するよう構成される。本明細書で使用される用語「計測する」および「計測」は、一次導管１０５内を流れる流体流の１つまたは複数の流れパラメータを決定することに関して使用されるが、流れパラメータは、質量流量、流体流の累積体積、体積流量、決められた時間単位あたりの累積量、およびそれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない。
【００２０】
一次導管１０５と流体連通する二次導管１２２。計測システム１００において、二次導管１２２は、一次導管１０５に結合されたバイパスとして示されている。他の実施形態では、二次導管１２２は、一次導管１０５と流体連通している。例えば、特定の実施形態では、二次導管１２２は、一次導管１０５内に配置される。動作中、一次導管１０５を通過する流体流の少なくとも一部が二次導管１２２に入る。流れマネージャ１０８は、二次導管１２２内の流体流の一部が一次導管１０５内の流体流と相関することができるように、一次導管１０５内の流体流および二次導管１２２内の流体流の一部の物理的特性の間の所定の関係を維持する。流体流の一部が二次導管１２２を通過する場合、センサ１１０は、流体流の一部の流れ特性に応答して電気信号を生成する。以下でより詳細に説明するように、その後、プロセッサ１１２は、流れマネージャ１０８によって維持される所定の関係およびセンサ１１０によって生成される電気信号に少なくとも部分的に基づいて、一次導管１０５内の流体流の流れパラメータを決定する。
【００２１】
例示的な実施形態では、流れマネージャ１０８の少なくとも一部は、一次導管１０５内に配置され、一次導管１０５内の流体流および二次導管１２２内の流体流の一部の物理的特性の間の所定の関係を維持するよう構成される。特定の実施形態では、流れマネージャ１０８は、流体流の一部を二次導管１２２に分流するようさらに構成される。流れマネージャ１０８は、二次導管１２２内の流体流の一部の特性と一次導管１０５内の流体流の特性との相関を可能にする所定の関係を維持する。そのような関係には、物理的特性を同等にすること、または流れの間に線形、指数関数、対数、もしくは他の定義された関係を確立することが含むことができるが、これらに限定されない。流れマネージャ１０８によって制御または維持される物理的特性には、流れ分離可能性、圧力、温度、質量流量、容積流量、および不純物の量が含まれるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、所定の関係は、一次導管１０５内の流体の流れと二次導管１２２内の流れの一部との両方に対する同じ物理的特性に基づく。例えば、そのような実施形態では、所定の関係は、導管内の流体圧力を相関させる。他の実施形態では、所定の関係は、各導管内の異なる物理的特性に基づく。例えば、所定の関係は、一次導管１０５内の流体圧力を二次導管１２２内の流体温度と相関させることができる。したがって、流れマネージャ１０８は、一次導管１０５内の流体流および二次導管内の流体流の一部の一方または両方の物理的特性を変更するよう構成された１つまたは複数の能動装置または受動装置を含む。そのような装置の例には、圧力制御弁、流量制御弁、遮断弁、絞り弁、膨張弁、流れダイバータ、ヒータ、冷却器、障害物、整流器、フィルタ、およびフィンが含まれるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、流れマネージャ１０８は、濾過、静的力、磁力、および遠心力を含むがこれに限定されない１つまたは複数の分離方法を使用して、流体流から不純物を除去するよう構成された不純物分離器を含む。
【００２２】
本明細書で使用される「分離可能性」という用語は、一次導管１０５の表面などの表面の近傍にある場合に流体流が分離する傾向を意味する。流体力学において、境界層は、一般に、流体流の粘度の影響が重要である境界面の近傍における流体流の層として定義される。流体流の分離は、境界層が対象物に対する境界層（例えば、一次導管１０５の表面）の速度が実質的にゼロに近くなるような十分な圧力勾配に抗して移動するときに生じる。したがって、渦巻、渦、および同様の外乱が流体流内で形成される。流体流の分離可能性は、流体流の層流の欠如に関連することが多い。したがって、分離可能性を制御するために流体流を変更することは、一般に、流体流の物理的特性を変更して、流体流の層流または乱流を増加させることを含む。
【００２３】
一次導管１０５内の流体流の流れパラメータを計算するために、プロセッサ１１２は、流れマネージャ１０８によって維持された所定の関係、ならびにセンサ１１０によって生成された電気信号の振幅特性および／または時間特性を使用する。流れセンサ１１０の例としては、比色流れセンサ、熱線風速計、質量流れセンサ、容積流れセンサ、圧力センサ、温度センサ、またはそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。流れセンサ１１０は、一般に、マイクロ電気機械流れ検知素子、サーモパイル、温度検知素子、圧力検知素子、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない、１つまたは複数の検知素子（図１には図示せず）を含む。本開示の目的のために、流れセンサ１１０によって生成される電気信号は、一般に、振幅特性および時間特性を有すると考えられる。振幅特性には、振幅、スケール、幅、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。同様に、時間特性は、周期、周波数、ゼロ交差率、位相、時間分解復調、信号の周波数分解復調、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。
【００２４】
計測システム１００において、プロセッサ１１２は、流れマネージャ１０８および流れセンサ１１０に動作可能に結合される。プロセッサ１１２は、一般に、計測システム１００のデータ処理および制御機能を実行する。例えば、例示的な実施形態では、プロセッサ１１２は、センサ１１０によって生成された電子信号を受信および処理する。流れマネージャ１０８が１つまたは複数の能動装置を含む限り、プロセッサ１１２はまた、流れマネージャ１０８の能動装置の少なくとも一部の機能性を少なくとも部分的に制御するよう構成される。ある実施形態では、プロセッサ１１２は、実行可能命令、制御セットポイント、プロセッサ１１２によって収集されたデータ、および診断ログを含むが、これに限定されないデータを格納するよう構成された少なくとも１つのメモリ（図示せず）に通信可能に結合される。例えば、ある実施形態では、少なくとも１つのメモリは、流れマネージャ１０８によって修正された１つまたは複数の物理的特性の値の許容範囲を記憶する。特定の実施形態では、プロセッサ１１２は、スペクトル分析などの信号処理を実行するよう構成される。プロセッサ１１２によって実行される可能性のある信号処理を容易にする技術の例には、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズム、ヘテロダイン、フェーズロックループ、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。
【００２５】
センサ１１０から電気信号を受信することに応答して、プロセッサ１１２は、一次導管１０５内の流体流の少なくとも１つの流れパラメータを決定する。より具体的には、センサ１１０によって生成された電気信号によって表される二次導管１２２内の流体流の一部の流れ特性と、流れマネージャ１０８によって維持される物理的特性の間の所定の関係とに基づいて、プロセッサ１１２は、一次導管１０５内の流体流の少なくとも１つの流れパラメータを決定する。プロセッサ１１２は、電気信号の振幅特性および時間特性の少なくとも１つと、一次導管１０５と二次導管１２２およびセンサ１１０の少なくとも１つとの間の幾何学的関係とに基づいて、一次導管１０５内の流体流の流れパラメータを決定する。他の実施形態では、プロセッサ１１２は、一次導管１０５と二次導管１２２およびセンサ１１０の少なくとも一方との間の１つまたは複数の幾何学的関係を含むが、これらに限定されない、追加データに基づいて流体流の流れパラメータを決定する。流れパラメータの例には、流体流の質量流量、流体流の累積容積、流体流の容積流量、単位時間当たりの流体流の累積容積、およびそれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない。
【００２６】
計測システム１００は、プロセッサ１１２によって決定された流れパラメータの値を視覚化するディスプレイ１１６を含む。ディスプレイ１１６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、およびブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイのうちの１つまたは複数を含むことができるが、これらに限定されない。計測システム１００では、ディスプレイ１１６がハウジング１０２に配置される。他の実施形態では、ディスプレイ１１６は遠隔地に配置される。ディスプレイ１１６は、プロセッサ１１２に通信可能に結合される。特定の実施形態では、ディスプレイ１１６は、シリアル、パラレル、または他の通信プロトコルを使用して通信を容易にする有線媒体を介してプロセッサ１１２に通信可能に結合される。他の実施形態では、ディスプレイ１１６は、無線通信リンクを介してプロセッサ１１２に結合される。そのような実施形態では、計測システム１００は、無線通信リンクを介してプロセッサ１１２とディスプレイ１１６との間のデータ通信を容易にする無線通信ユニット（図示せず）をさらに含む。無線通信ユニットは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｗｉ−Ｍａｘ、ならびに２Ｇ、３Ｇ、および４Ｇなどのセルラ通信プロトコルを含むがこれに限定されない１つまたは複数の無線通信プロトコルを使用した通信を容易にする。特定の実施形態では、プロセッサ１１２は、複数のディスプレイに通信可能に結合され、各ディスプレイは、有線および無線通信リンクの一方によってプロセッサ１１２に通信可能に結合される。
【００２７】
図２は、流体流を計測するための代替計測システム２００の概略図である。計測システム２００は、入力ポート２０４と出力ポート２０６と、それらの間に伸びる一次導管２０５とを有するハウジング２０２を含む。一次導管２０５は、入力ポート２０４と出力ポート２０６との間の流体流の通過を容易にする流路２１８を画定する。計測システム２００は、二次導管２２２、流れマネージャ２０８、分析器２０７、流れセンサ２１０、およびプロセッサ２１２を含む計測アセンブリ２０１をさらに含む。計測システム２００はまた、ディスプレイ２１６、バッテリ（図示せず）などのエネルギ源、および無線通信ユニット（図示せず）を含む。エネルギ源は、一般に、流れマネージャ２０８、分析器２０７、流量センサ２１０、およびプロセッサ２１２のうちの少なくとも１つにエネルギを供給する。無線通信ユニットは、プロセッサ２１２に通信可能に結合される。
【００２８】
流れマネージャ２０８は、一次導管２０５内の流体流と二次導管２２２内の流体流の一部との間の所定の関係を維持するよう構成される。計測システム２００において、流れマネージャ２０８は、流れコントローラ２２６、流れコンディショナ２２８、および不純物分離器２３０を含む。流れコントローラ２２６は、流体流が一次導管２０５を通過するのを選択的に制限するよう構成される制御バルブ（図示せず）を含む。特定の実施形態では、流れコントローラ２２６は、流体流が一次導管２０５に入るのを防止する遮断弁として機能するよう構成される。他の実施形態では、流れコントローラ２２６は、流体流の絞りを容易にするよう構成される。流れマネージャ２０８はまた、流体流の流れの分離可能性を制御するよう構成された流れコンディショナ２２８を含む。流体流の分離可能性の制御には、流体流における乱流、渦巻、渦、渦流、および非対称流プロファイルのうちの少なくとも１つを低減することが含まれるが、これらに限定されない。流れマネージャ２０８は、不純物を流体流から除去する不純物分離器２３０をさらに含む。不純物分離器２３０は、濾過、静的力、磁力、および遠心力を含むが、これらに限定されない様々な方法を用いて不純物を除去することができる。不純物分離器２３０によって除去される不純物には、埃、異物、グリコール、硫化水素（Ｈ2Ｓ）、二酸化硫黄（ＳＯ2）、メチルメルカプタン（ＣＨ4Ｓ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、二硫化炭素（ＣＳ2）、窒素、二酸化炭素（ＣＯ2）、水蒸気、およびそれらの組み合わせの１つまたは複数を含むが、これらに限定されない。不純物分離器２３０として使用するための装置および媒体の例としては、サイクロンタイプの粉塵分離装置、木炭、活性炭、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）溶液、および鉄粉などが含まれるが、これらに限定されない。
【００２９】
計測システム２００は、分析器２０７をさらに含む。分析器２０７は、ハウジング２０２内に少なくとも部分的に配置され、分析器２０７が、流れマネージャ２０８の１つまたは複数の要素と位置合わせされる。分析器２０７は、流体流の１つまたは複数の非流量特性を決定するよう構成される。流体流の非流量特性は、密度、混合物および組成物、温度、圧力、湿度、エネルギ含量、不純物レベル、ならびにそれらの任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。非流量特性の決定を容易にするために、分析器２０７は、関心のある非流量特性を測定するよう構成された１つまたは複数のセンサを含む。計測システム２００において、分析器２０７は、プロセッサ２１２に通信可能に結合され、非流量特性の決定値をプロセッサ２１２に通信するよう構成される。
【００３０】
計測システム２００は、一次導管２０５と流体連通する二次導管２２２を含む。動作中、一次導管２０５を通過する流体流の少なくとも一部もまた二次導管２２２を通過する。特定の実施形態では、流れマネージャ２０８は、流体流の一部を二次導管２２２に分流する。二次導管２２２内には、流れ撹乱器２０９が配置されている。流れ撹乱器２０９は、流れ導管２２２内の流体流の一部の流れに外乱を与えるよう構成される。そのような外乱には、渦、渦巻、圧力変動、および速度変動が含まれるが、これらに限定されない。流れ撹乱器２０９の例には、鈍い流れ撹乱器、平面流れ撹乱器、矩形流れ撹乱器、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、流れ撹乱器２０９は能動制御装置である。そのような実施形態では、流れ撹乱器２０９は、これらに限定するものではないが、流れ撹乱器２０９の位置、形状、および向きのうちの１つまたは複数を変更するために、１つまたは複数のアクチュエータに結合される。
【００３１】
計測システム２００は、流れ導管２２２に結合され、二次導管２２２内の流体流の一部の流れ特性を測定するよう構成される流れセンサ２１０をさらに含む。流れセンサ２１０の例としては、比色流れセンサ、熱線風速計、質量流れセンサ、容積流れセンサ、圧力センサ、温度センサ、またはそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。計測システム２００のために、流れセンサ２１０は、質量流量センサと容積流量センサとの組み合わせとして説明される。
【００３２】
一次導管２０５、二次流れ導管２２２、およびセンサ２１０（およびそれらの副構成要素）を含む計測システム２００の構成要素は、一般に、１つまたは複数の幾何学的関係によって関連付けられる。そのような幾何学的関係には、構成要素の絶対寸法、他の構成要素に対する構成要素の相対寸法、構成要素の絶対配置、および他の構成要素に対する構成要素の相対配置が含まれるが、これらに限定されない。そのような幾何学的関係のより具体的な例には、一次導管２０５、二次導管２２２、および流れ撹乱器２０９の各寸法、センサ２１０に対する二次導管２２２内の流れ撹乱器２０９の位置決め、二次導管２２２に対する流れ撹乱器２０９の寸法、ならびに一次導管２０５に対する二次導管２２２およびセンサ２１０の一方の寸法とを含むが、これらに限定されない。特定の実施形態では、計測システム２００の構成要素の寸法および位置は、流体流に特定の変化を与えるよう選択される。例えば、特定の実施形態では、センサ２１０は、センサ２１０の第１の入力（図示せず）における流体流の一部の第１の圧力と、センサ２１０の第２の入力（図示せず）における流体流の一部の第２の圧力との間に位相差を確立するように、二次導管２２２に対して寸法決めおよび位置決めされる。さらに、この位相差の値は、位相差が、センサ２１０によって生成された電気信号の信号対雑音比の増加をもたらすように選択することができる。一例として、位相差は、センサ２１０の第１の入力における圧力およびセンサ２１０の第２の入力における圧力が、互いに対して実質的に位相がずれるよう選択することができる。そのような位相差は、センサ２１０によって生成された電気信号におけるコモンモードノイズ効果を抑制するのを容易にする。
【００３３】
動作中、流れ撹乱器２０９は、二次導管２２２内の流体流の一部を遮断し、センサ２１０が、流体流の一部の少なくとも１つの流れ特性を測定する。二次導管２２２および流れ撹乱器２０９は、流れ導管２２２を通って流れる流体流の一部の流量が低い場合に、二次導管２２２内の流体流の一部が実質的に層状になるよう寸法決めされ、および配置される。本開示の目的のために、「第１の流れ領域」という用語は、このような流れ条件を指すために使用される。二次導管２２２および流れ撹乱器２０９は、流れ導管２２２を通って流れる流体流の一部の流量が実質的に高い場合に、流れ導管２２２内の流体の一部の少なくともいくつかの部分が、流れ撹乱器２０９によって流体流の一部に誘発される外乱により乱されるように、さらに寸法決めされ、配置される。本開示の目的のために、「第２の流れ領域」という用語は、このような流れ条件を指すために使用される。第２の流れ領域では、渦の頻度などの渦の時間的特性は、流れ導管２２２を流れる流体流の一部の体積流量に比例する。
【００３４】
センサ２１０は、一般に、二次導管２２２内の流体流の一部の流れ特性に応答して電気信号を生成するよう構成された、検知素子２１１などの１つまたは複数の検知素子を含む。検知素子２１１の例には、流れ検知素子、サーモパイル、温度検知素子、および圧力検知素子が含まれるが、これらに限定されない。流れ検知素子、サーモパイル、温度検知素子、および圧力検知素子のいずれかは、１つまたは複数の微小電気機械検出（ＭＥＭＳ）素子を含むことができる。流れセンサ２１０の検知素子２１１は、二次導管２２２内を流れる流体流の一部の流れ特性に応答して電気信号を生成するよう構成される。電気信号は、検知素子２１１によって生成された電圧（Ｖ）信号（１〜５Ｖ信号など）または電流（Ｉ）信号（４〜２０ｍＡ信号など）の１つに対応することができるが、簡潔にするために、本開示は一般に、電気信号を電圧信号と呼ぶ。
【００３５】
動作中、電気信号の特性は、少なくとも部分的には、二次導管２２２内の流体流の一部の流れ領域に依存する。例えば、検知素子２１１が二次導管２２２内の圧力を測定する実施形態では、生成された電気信号は、流体流の一部が第１の流れ領域にある場合、比較的安定し、流体流の一部は第２の流れ領域にある場合、渦および類似の外乱によって生じる変動を示す。より一般的には、渦が殆どまたは全く形成されない第１の流れ領域では、検知素子２１１は、検知素子２１１によって測定された流れ特性に比例するか、さもなければ関連する電圧振幅（Ｖamp）を有する電気信号を生成する。対照的に、渦が形成される第２の流れ領域では、検知素子２１１は、検知素子２１１によって測定された流れ特性に比例するか、さもなければ関連する電圧周波数（Ｖf）を有する電圧信号を生成する。
【００３６】
図３は、計測システム２００のセンサ２１０（図２に示す）の応答のグラフ図である。グラフ図３００のＸ軸３０２は、流量、より具体的には、流量値が無単位である二次導管２２２（図２に示す）を流れる流体流の一部の流量を表す。Ｙ軸３０４は、流れセンサ２１０の検知素子２１１によって生成された電圧信号の大きさ（Ｖamp）および周波数（Ｖf）を表し、電圧値は単位なしである。グラフ図３００に示すように、第１の流れ領域は第１の曲線３０６によって表され、第２の流れ領域は第２の曲線３０８によって表される。図３において、第１の曲線３０６および第２の曲線３０８は、簡略化のために直線として示され、流量３０２とセンサ応答３０４との間の線形関係の指標として解釈されるべきではないことに留意されたい。
【００３７】
参照番号３１０は、以下、第３の流れ領域と呼ばれる流れ領域を示し、第１の流れ領域３０６および第２の流れ領域３０８が重なる。図３に示すように、第３の流れ領域３１０は、第１の流れ領域３０６の上端部および第２の流れ領域３０８の下端部の近くに配置される。したがって、第３の流れ領域を流れる場合、二次導管２２２内の流体流の一部と、検知素子２１１によって生成された電気信号とは、振幅特性および時間特性の両方を示す。ある実施形態では、第３の流れ領域３１０は、計測システム２００（図２に示す）の較正を容易にするために利用される。例えば、ある実施形態では、プロセッサ２１２（図２に示す）は、導管２２２内の流体流の一部の流量について２回の計算、すなわち、電気信号の振幅特性に基づく第１の計算と、電気信号の周波数特性に基づく第２の計算とを実行する。２つの計算の結果が異なる限り、プロセッサ２１２は訂正動作を行う。そのような訂正動作は、流量を計算するためにプロセッサ２１２によって使用される調整係数および変数を含むが、これらに限定されない。
【００３８】
図４は、流体流を計測する例示的な方法４００を示すフローチャートである。ステップ４０２において、一次導管内を流れる流体流の一部は、一次導管と流体連通している二次導管内に分流される。より具体的には、一次導管内の流体流および流体流の一部の物理的特性の間の所定の関係が維持されるように、流体流の一部を二次導管に分流させる。ステップ４０４において、センサは、流体流の一部分の流れ特性に対応する電気信号を生成する。ステップ４０６では、一次導管内の流体流の流れパラメータが計算される。流れパラメータは、物理特性と、電気信号の振幅特性および時間特性のうちの少なくとも１つとの間の所定の関係に少なくとも部分的に基づいて計算される。より具体的には、流れパラメータは、流体流の一部分が第１の流れ領域にある場合に振幅特性に基づいて計算され、流体流の一部が第２の流れ領域にある場合には時間特性に基づいて計算される。特定の実施形態では、第１の流れ領域は実質的に層流領域に対応し、第２の流れ領域は実質的に乱流領域に対応する。
【００３９】
図５は、流体流を計測するための別の代替計測システム５００の概略図である。計測システム５００は、そこを通って延びる流体通路５０４を規定する一次導管５０２を含む。計測システム５００は、一次導管５０２と流体連通する二次導管５０６をさらに含む。動作中、流体の流れは一次導管を通過し、流体流の少なくとも一部は二次導管５０６に入る。
【００４０】
流れマネージャ５０８は、一次導管５０２内に配置される。流れマネージャ１０８および２０８（それぞれ、図１および図２に示す）の文脈でより詳細に上述したように、流れマネージャ５０８は、一次導管５０２内の流体流および二次導管５０６に分流された流体流の一部の物理的特性の間の所定の関係を維持するよう構成される。計測システム５００において、流れマネージャ５０８は、一次導管５０２内に配置された障害物として示されている。代替的な実施形態では、流れマネージャ５０８は、プロセッサ５１６などのプロセッサによってそれぞれが受動的または能動的に制御され得る１つまたは複数の構造または装置を含む。
【００４１】
流れ撹乱器５１０は、二次導管５０６内に配置される。流れ撹乱器５１０は、二次導管５０６内の流体流の一部に外乱を誘発する。第１の流れ領域に対応する比較的低い流量では、流れ撹乱器５１０は、流体流の一部が実質的に層流になるように、流体流の一部に殆どまたは全く外乱を誘起しない。第２の流れ領域に対応する比較的高い流量では、流れ撹乱器５１０は、流体流の一部が実質的に乱流になるように流体流の一部に外乱を誘発する。流れ撹乱器５１０は、流体通路５０４内に配置された障害物として示されている。他の実施形態では、流れ撹乱器５１０は、二次導管５０６内に配置された別の構造とすることができ、そのような構造には、二次導管５０６の膨張または収縮、整流器、チューブ、バッフル、およびフィンのうちの１つを含むが、これらに限定されない。
【００４２】
計測システム５００は、二次導管５０６内の流体流の一部の流れ特性に応答して電気信号を生成するよう構成された少なくとも１つの検知素子５１１をさらに含む少なくとも１つのセンサ５１２を含む。プロセッサ５１６は、センサ５１２に通信可能に結合され、センサ５１２によって生成された電気信号を受信する。次いで、プロセッサ５１６は、二次導管５０６内の流体流の一部の測定値に基づいて、一次導管５０２内の流体流の流れパラメータを決定する。例えば、ある実施形態では、プロセッサ５１６は、二次導管５０６内で測定された流量に基づいて一次導管５０２を通る流量を判定する。プロセッサ５１６は、流れマネージャ５０８によって維持された所定の関係、ならびにセンサ５１２によって生成された電気信号の振幅特性および時間特性の少なくとも一方に少なくとも部分的に基づいて流れパラメータを決定する。より具体的には、二次導管５０６内の流体の一部が第１の流れ領域にある場合、プロセッサ５１６は、電気信号の振幅特性に基づいて流れパラメータを決定し、流体流の一部が第２の流れ領域にある場合、プロセッサ５１６は、電気信号の時間特性に基づいて流れパラメータを決定する。計測システム５００において、二次導管５０６およびセンサ５１２は、ハウジング５０２に取り外し可能に結合される。より具体的には、二次導管５０６は、フランジ５１８によってハウジング５０２に結合され、センサ５１２は、１つまたは複数のねじ付きタップ５２１を介して二次導管５０６に結合される。他の実施形態では、圧縮継手、溶接継手、テーパねじ継手、および平行ねじ継手を含むがこれらに限定されない、フランジ５１８およびねじ付きタップ５２１の一方または両方の代わりに、他の適切な継手を使用することができる。
【００４３】
計測システム５００は、プロセッサ５１６に通信可能に結合されたレジームオプティマイザ５２２をさらに含む。レジームオプティマイザ５２２は、二次導管５０６内の流体流の一部の流れ特性に応答して、本明細書では診断電気信号と称する電気信号を生成するよう構成された二次センサである。特定の実施形態では、レジームオプティマイザ５２２は、センサ５１２と比較して低出力センサであり、主に計測システム５００の診断機能または制御機能を容易にするために使用される。例えば、特定の実施形態では、レジームオプティマイザ５２２は、流れ特性の予備サンプリングを実行する。予備サンプリングに応答して、プロセッサ５１６は、センサ５１２を起動すること、流体流の一部が第１または第２の流れにあると判定した後にセンサ５１２の動作モードを変更すること、センサ５１２が動作可能であるかどうかを判定すること、流体流の一部の流れ特性の変化を識別すること、流体流の一部が所定の流量範囲内で流れているかどうかを判定すること、第１の流れ領域および第２の流れ領域の少なくとも一方に対するセンサ５１２の１つまたは複数の較正定数を検証することを含むが、これらに限定されない様々な機能を実行する。計測システム５００において、レジームオプティマイザ５２２は、別個の二次センサとして示される。他の実施形態では、センサ５１２は、レジームオプティマイザ５２２を含むか、レジームオプティマイザ５２２として動作するよう構成される。例えば、特定の実施形態では、レジームオプティマイザ５２２は、センサ５１２の特定の動作モードに対応する。
【００４４】
図６は、流体流を計測するためのさらに別の代替計測システム６００の概略図である。計測システム６００は、そこを通って延びる流体通路６０４を規定する一次導管６０２を含む。二次導管６０６は、流体通路６０４と流体連通している。より具体的には、二次導管６０６は、一次導管６０２と一体的に形成される。流れマネージャ６０８は、一次導管６０２と流れ撹乱器６０９の狭窄の組み合わせとして、より詳細には、一次導管６０２および二次導管６０６の幾何学的形状に基づく所定の割合に従って一次導管６０２と二次導管６０６との間の流体流を分割するよう構成される、フィン構造として含まれる。流れ撹乱器６１０は、二次導管６０６内に配置され、二次導管６０６に導かれた流体流の一部に外乱を誘発する。
【００４５】
センサ６１２は、二次導管６０６に結合され、流体流の一部の流れ特性を測定するよう構成される。センサ６１２は、二次導管６０６と流体連通する一次バイパス６２０を含む。より具体的には、一次バイパス６２０は、流れ撹乱器６１０の上流側のバイパス入口６２２と、流れ撹乱器６１０の下流側のバイパス出口６２４とを含む。したがって、流体導管に入る流体流の一部の小部分は、一次バイパス６２０に入る。一次バイパス６２０は、流れ撹乱器６０９と同様に、流体流の小部分に外乱を誘発するよう構成されたバイパス撹乱器６３０をさらに含む。センサ６１２は、一次バイパス６２０と流体連通し、その中に検知素子６１１が配置される二次バイパス６３２をさらに含む。動作中、検知素子６１１は、流体流の小部分の流れ特性に応答して電気信号を生成する。次いで、プロセッサ６１６は、センサ６１２の１つまたは複数の構成要素（例えば、一次バイパス６２０、二次バイパス６３２、バイパス撹乱器６３０）および二次導管６０６および流体通路６０４の間の幾何学的関係ならびに生成された電気信号の振幅特性および時間特性の一方に基づいて、ハウジング６０２内の流体流の流れパラメータを計算する。
【００４６】
図７は、流体流を計測するための別の代替計測システム７００の概略図である。計測システム７００は、そこを通って延びる流体通路７０４を規定する一次導管７０２を含む。流れマネージャ７０８は、一次導管７０２内の流体流および二次導管７０６に分流された流体流の一部の物理的特性の間の所定の関係を維持するよう構成される。計測システム７００は、一次導管７０２と流体連通する二次導管７０６をさらに含み、一次導管７０２を通過する際に流体流の一部を受け取るよう構成される。センサ７１２は、二次導管７０６内の流体流の一部の流れ特性を測定する。計測システム７００において、センサ７１２は、二次導管７０６に配置されたチューブ７２０と、流体がチューブ７２０を通過する際の流体流の一部の流れ特性を測定するよう構成された検知素子７１１とを含む。センサ７１２は、一次導管７０２内の流体流の流れパラメータを計算するようさらに構成されたプロセッサ７１６に通信可能に結合される。
【００４７】
図８は、流体流を計測するためのさらに別の代替計測システム８００の概略図である。計測システム８００は、そこを通って延びる流体通路８０４を規定する一次導管８０２を含む。計測システム８００は、一次導管８０２と流体連通する二次導管８０６をさらに含み、一次導管８０２を通過する際に流体流の一部を受け取るよう構成される。流れマネージャ８０８は、一次導管８０２内の流体流および二次導管８０６内の流体流の一部の物理的特性の間の所定の関係を維持するよう構成される。より具体的には、流れマネージャ８０８は、一次導管８０２内に画定された複数の流路（例えば、流路８０９）を含む。二次導管８０６は、流体流が一次導管８０２を通過する場合、流体流が流れマネージャ８０８と二次導管８０６との間で等しく分割されるように、流路とほぼ同一である。センサ８１２は、二次導管８０６内に配置され、二次導管８０６を通過する流体流の一部の流れ特性を測定するよう構成された検知素子８１１を含む。センサ８１２は、一次導管８０２内の流体流の流れパラメータを計算するようさらに構成されたプロセッサ８１６に通信可能に結合される。より具体的には、プロセッサ８１６は、一次導管８０２内の流体流の流れパラメータを計算するよう構成される。
【００４８】
上述の計測システムは、流体流、特に、ガス流を計測するための効率的および正確な手段を提供する。具体的には、説明する計測システムは、一次導管に結合された二次導管内に配置されたセンサを介して、広範囲の動作条件にわたって一次導管内の流体流の流れパラメータを決定する。センサに結合されたプロセッサは、センサによって生成された電気信号の振幅特性および／または時間特性と、一次導管と二次導管およびセンサのうちの１つまたは複数との間の幾何学的関係を相関させる。
【００４９】
本明細書に記載される方法および装置の例示的な技術的効果は、（ａ）広範囲の流れ条件にわたる計測精度を改善すること、（ｂ）流体流特性の変動に起因する計測精度への影響を最小限に抑えること、および（ｃ）広範囲の一次導管の大きさ、定格、および流量にわたって標準化された計測アセンブリの使用を可能にすること、の少なくとも１つを含む。
【００５０】
計測システムの例示的な実施形態は、上で詳細に説明されている。計測システム、ならびにこのようなユニットおよび装置を動作させる方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立してかつ別個に利用することができる。例えば、本方法は、流体を計測するための他のシステムと組み合わせて使用することもでき、本明細書に記載したシステムおよび方法のみを用いて実施することに限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、広範囲の動作条件にわたって正確な計測を必要とする多くの他の流体計測用途に関連して実施および利用することができる。
【００５１】
本開示の様々な実施形態の具体的な特徴をいくつかの図面には示してあって、他の図面には示していないが、これは単に便宜上のためである。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求することができる。
【００５２】
いくつかの実施形態は、１つまたは複数の電子装置またはコンピューティングデバイスの使用を含む。このような装置は、典型的には、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）装置などのプロセッサ、処理装置、もしくはコントローラ、および／または本明細書に記載した機能を実行することができる他の任意の回路もしくは処理装置を含む。本明細書に記載した方法は、これらに限らないが、記憶装置および／またはメモリ装置を含むコンピュータ可読媒体で具現化された実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、処理装置によって実行された場合に、本明細書に記載する方法の少なくとも一部を処理装置に実行させる。上記の例は例示的なものにすぎず、したがって、プロセッサおよび処理装置という用語の定義および／または意味を決して限定するものではない。
【００５３】
本明細書は、本開示を説明するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本開示を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本開示の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
［実施態様１］
流体流を計測するためのシステム（１００）であって、前記システム（１００）は、
一次導管（１０５）と、
前記一次導管（１０５）と流体連通し、前記一次導管（１０５）を通過する流体流の一部を受け取るよう構成される二次導管（１２２）と、
前記一次導管（１０５）内に配置され、前記流体流の少なくとも１つの第１の物理的特性と前記流体流の前記一部の少なくとも１つの第２の物理的特性との間に所定の関係を維持するよう構成される流れマネージャ（１０８）と、
前記流体流の前記一部の流れ特性に応答して電気信号を生成するよう構成されるセンサ（１１０）と、
前記センサ（１１０）に通信可能に結合され、前記流体流の前記少なくとも１つの第１の物理的特性と前記流体流の前記一部の前記少なくとも１つの第２の物理的特性との間の前記所定の関係、ならびに前記電気信号の振幅特性と前記電気信号の時間特性との少なくとも一方に少なくとも部分的に基づいて、前記流体流の流れパラメータを決定するよう構成される、プロセッサ（１１２）であって、前記プロセッサ（１１２）が、前記流体流の前記一部が第１の流れ領域（３０６）にある場合の前記振幅特性に基づき、および前記流体流の前記一部が第２の流れ領域（３０８）にある場合の前記時間特性に基づき、前記流体流の前記流れパラメータを決定する、プロセッサ（１１２）と、
を備える、システム（１００）。
［実施態様２］
前記第１の流れ領域（３０６）は実質的に層流であり、前記第２の流れ領域（３０８）は実質的に乱流である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様３］
前記プロセッサ（１１２）は、前記一次導管（１０５）と前記二次導管（１２２）および前記センサ（１１０）の少なくとも一方との間の幾何学的関係に基づいて前記流体流の前記流れパラメータをさらに決定する、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様４］
前記二次導管（１２２）内に配置され、前記流体流の前記一部が所定の流量を超える場合に前記流体流の前記一部に外乱を誘発するよう構成された流れ撹乱器（２０９）をさらに備え、前記誘導撹乱の程度により、前記流体流の前記一部が前記第１の流れ領域（３０６）および前記第２の流れ領域（３０８）のうちの一方に流れるようにする、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様５］
前記少なくとも１つの第１の物理的特性および前記少なくとも１つの第２の特性は、分離可能性、圧力、温度、質量流量、容積流量、および不純物レベルのうちの１つである、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様６］
前記センサ（１１０）および前記二次導管（１２２）の少なくとも一方が、前記一次導管（１０５）に取り外し可能に結合される、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様７］
前記二次導管（１２２）が前記一次導管（１０５）と一体である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様８］
前記二次導管（１２２）が前記一次導管（１０５）内に配置される、実施態様７に記載のシステム（１００）。
［実施態様９］
前記プロセッサ（１１２）が、第３の流れ領域（３１０）に基づいて前記センサ（１１０）を較正するようさらに構成され、前記第３の流れ領域（３１０）は、前記第１の流れ領域（３０６）および前記第２の流れ領域（３０８）の重複領域に対応する、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様１０］
前記プロセッサ（１１２）に通信可能に結合されるレジームオプティマイザ（５２２）をさらに備え、前記レジームオプティマイザ（５２２）が、前記流体流の前記一部の前記流れ特性に応答して診断電気信号を生成するよう構成され、前記プロセッサ（１１２）が、前記診断電気信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの診断機能を実行するようさらに構成される、
実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様１１］
前記少なくとも１つの診断は、前記センサ（１１０）を作動させること、前記第１の流れ領域（３０６）に対応する第１の動作モードと前記第２の流れ領域（３０８）に対応する第２の動作モードとの間で前記センサ（１１０）を変更すること、前記センサ（１１０）を、前記第１の流れ領域（３０６）と前記第２の流れ領域（３０８）との重なりに対応する第３の流れ領域（３１０）に対応する第３の動作モードに変更すること、前記センサ（１１０）が動作可能であることを確認すること、前記流体流の前記一部の前記流れ特性の変化を識別すること、前記流体流の前記一部が所定の流量範囲内の流量を有すると判定すること、および、前記センサ（１１０）の１つまたは複数の較正定数を検証すること、のうちの１つを含む、実施態様１０に記載のシステム（１００）。
［実施態様１２］
前記センサ（１１０）が、前記二次導管（１２２）と流体連通するバイパスチャネルを画定し、前記バイパスチャネルが、前記流体流の小部分を受け入れるよう構成され、前記流体流の前記一部の流れ特性が、前記流体流の前記小部分の流れ特性である、実施態様１に記載のシステム（１００）。
［実施態様１３］
流体計測器で使用するための計測アセンブリ（１０１）であって、前記流体計測器が一次導管（１０５）を含み、前記計測アセンブリ（１０１）が、
前記一次導管（１０５）に結合されるよう構成され、前記一次導管（１０５）に結合される場合に、前記一次導管（１０５）を通る流体流の一部を受け取るよう構成される、二次導管（１２２）と、
前記一次導管（１０５）内に配置され、前記流体流の少なくとも１つの第１の物理的特性と前記流体流の前記一部の少なくとも１つの第２の物理的特性との間に所定の関係を維持するよう構成される流れマネージャ（１０８）と、
前記流体流の前記一部の流れ特性に応答して電気信号を生成するよう構成されるセンサ（１１０）と、
前記センサ（１１０）に通信可能に結合され、前記流体流の前記少なくとも１つの第１の物理的特性と前記流体流の前記一部の前記少なくとも１つの第２の物理的特性との間の前記所定の関係、ならびに前記電気信号の振幅特性と前記電気信号の時間特性との少なくとも一方に少なくとも部分的に基づいて、前記流体流の流れパラメータを決定するよう構成される、プロセッサ（１１２）であって、前記プロセッサ（１１２）が、前記流体流の前記一部が第１の流れ領域（３０６）にある場合の前記振幅特性に基づき、および前記流体流の前記一部が第２の流れ領域（３０８）にある場合の前記時間特性に基づき、前記流体流の前記流れパラメータを決定する、プロセッサ（１１２）と、
を備える、計測アセンブリ（１０１）。
［実施態様１４］
前記第１の流れ領域（３０６）は実質的に層流であり、前記第２の流れ領域（３０８）は実質的に乱流である、実施態様１３に記載の計測アセンブリ（１０１）。
［実施態様１５］
前記プロセッサ（１１２）は、前記一次導管（１０５）と前記二次導管（１２２）および前記センサ（１１０）の少なくとも一方との間の幾何学的関係に基づいて前記流体流の前記流れパラメータをさらに決定する、実施態様１３に記載の計測アセンブリ（１０１）。
［実施態様１６］
前記二次導管（１２２）内に配置され、前記流体流の前記一部が所定の流量を超える場合に前記流体流の前記一部に外乱を誘発するよう構成された流れ撹乱器（２０９）をさらに備え、前記誘導撹乱の程度により、前記流体流の前記一部が前記第１の流れ領域（３０６）および前記第２の流れ領域（３０８）のうちの一方に流れるようにする、実施態様１３に記載の計測アセンブリ（１０１）。
［実施態様１７］
前記少なくとも１つの第１の物理的特性および前記少なくとも１つの第２の特性は、分離可能性、圧力、温度、質量流量、容積流量、および不純物レベルのうちの１つである、実施態様１３に記載の計測アセンブリ（１０１）。
［実施態様１８］
前記プロセッサ（１１２）が、第３の流れ領域（３１０）に基づいて前記センサ（１１０）を較正するようさらに構成され、前記第３の流れ領域（３１０）は、前記第１の流れ領域（３０６）および前記第２の流れ領域（３０８）の重複領域に対応する、実施態様１３に記載の計測アセンブリ（１０１）。
［実施態様１９］
前記プロセッサ（１１２）に通信可能に結合されるレジームオプティマイザ（５２２）をさらに備え、前記レジームオプティマイザ（５２２）が、前記流体流の前記一部の前記流れ特性に応答して診断電気信号を生成するよう構成され、前記プロセッサ（１１２）が、前記診断電気信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの診断機能を実行するようさらに構成される、
実施態様１３に記載の計測アセンブリ（１０１）。
［実施態様２０］
前記少なくとも１つの診断は、前記センサ（１１０）を作動させること、前記第１の流れ領域（３０６）に対応する第１の動作モードと前記第２の流れ領域（３０８）に対応する第２の動作モードとの間で前記センサ（１１０）を変更すること、前記センサ（１１０）を、前記第１の流れ領域（３０６）と前記第２の流れ領域（３０８）との重なりに対応する第３の流れ領域（３１０）に対応する第３の動作モードに変更すること、前記センサ（１１０）が動作可能であることを確認すること、前記流体流の前記一部の前記流れ特性の変化を識別すること、前記流体流の前記一部が所定の流量範囲内の流量を有すると判定すること、および、前記センサ（１１０）の１つまたは複数の較正定数を検証すること、のうちの１つを含む、実施態様１９に記載の計測アセンブリ（１０１）。
［実施態様２１］
一次導管（１０５）内の流体流を計測する方法であって、前記方法は、
前記流体流の一部を二次導管（１２２）に分流するステップ（４０２）であって、前記流体流の前記一部を分流するステップ（４０２）が、前記流体流の少なくとも１つの第１の物理的特性と前記流体流の前記一部の少なくとも１つの第２の物理的特性との間の所定の関係を維持するステップを含む、ステップ（４０２）と、
センサ（１１０）によって、前記流体流の前記一部の流れ特性に対応する電気信号を生成するステップ（４０４）と、
前記流体流の前記少なくとも１つの第１の物理的特性と前記流体流の前記一部の前記少なくとも１つの第２の物理的特性との間の前記所定の関係、ならびに前記電気信号の振幅特性と前記電気信号の時間特性との少なくとも一方に少なくとも部分的に基づいて、前記流体流の流れパラメータを計算するステップ（４０６）であって、前記流体流の前記流れパラメータを計算するステップ（４０６）が、前記流体流の前記一部が第１の流れ領域（３０６）にある場合に前記振幅特性に基づき、前記流体流の前記一部が第２の流れ領域（３０８）にある場合に前記時間特性に基づく、ステップ（４０６）と、
を備える、方法。
［実施態様２２］
前記第１の流れ領域（３０６）は実質的に層流であり、前記第２の流れ領域（３０８）は実質的に乱流である、実施態様２１に記載の方法。
［実施態様２３］
前記流体流の前記流れパラメータを計算するステップ（４０６）が、前記一次導管（１０５）と前記二次導管（１２２）および前記センサ（１１０）の少なくとも一方との間の幾何学的関係にさらに基づく、実施態様２１に記載の方法。
［実施態様２４］
第３の流れ領域（３１０）に基づいて前記センサ（１１０）を較正するステップをさらに備え、前記第３の流れ領域（３１０）が、前記第１の流れ領域（３０６）および前記第２の流れ領域（３０８）の重複領域に対応する、実施態様２１に記載の方法。
【符号の説明】
【００５４】
１００  計測システム
１０１  計測アセンブリ
１０２  ハウジング
１０４  入力ポート
１０５  一次導管
１０６  出力ポート
１０８  流れマネージャ、変更装置
１１０  センサ
１１２  プロセッサ
１１４  パイプライン
１１６  ディスプレイ
１１８  流路
１２２  二次導管
２００  代替計測システム
２０１  計測アセンブリ
２０２  ハウジング
２０４  入力ポート
２０５  一次導管
２０６  出力ポート
２０７  分析器
２０８  流れマネージャ
２０９  流れ撹乱器
２１０  センサ
２１１  検知素子
２１２  プロセッサ
２１６  ディスプレイ
２１８  流路
２２２  二次導管
２２６  流れコントローラ
２２８  流れコンディショナ
２３０  不純物分離器
３００  グラフ図
３０２  Ｘ軸、流量
３０４  Ｙ軸、センサ応答
３０６  第１の曲線、第１の流れ領域
３０８  第２の曲線、第２の流れ領域
３１０  第３の流れ領域
４００  流体流を計測する例示的な方法
４０２  物理的特性の間の所定の関係を維持しながら一次導管からの流体流の一部を二次導管に分流するステップ
４０４  流体流の一部の流れ特性に対応する電気信号を生成するステップ
４０６  所定の関係と、電気信号の振幅特性および時間特性のうちの少なくとも一方とに基づいて流体流の流れパラメータを計算するステップ
５００  代替計測システム
５０２  一次導管、ハウジング
５０４  流体通路
５０６  二次導管
５０８  流れマネージャ
５１０  流れ撹乱器
５１１  検知素子
５１２  センサ
５１６  プロセッサ
５１８  フランジ
５２１  ねじ付きタップ
５２２  レジームオプティマイザ
６００  代替計測システム
６０２  一次導管，  ハウジング
６０４  流体通路
６０６  二次導管
６０８  流れマネージャ
６０９  流れ撹乱器、フィン構造
６１０  流れ撹乱器
６１１  検知素子
６１２  センサ
６１６  プロセッサ
６２０  一次バイパス
６２２  バイパス入口
６２４  バイパス出口
６３０  バイパス撹乱器
６３２  二次バイパス
７００  代替計測システム
７０２  一次導管
７０４  流体通路
７０６  二次導管
７０８  流れマネージャ
７１１  検知素子
７１２  センサ
７１６  プロセッサ
７２０  チューブ
８００  代替計測システム
８０２  一次導管
８０４  流体通路
８０６  二次導管
８０８  流れマネージャ
８０９  流路
８１１  検知素子
８１２  センサ
８１６  プロセッサ
【図１】
2018091830.tif 000003
【図２】
2018091830.tif 000004
【図３】
2018091830.tif 000005
【図４】
2018091830.tif 000006
【図５】
2018091830.tif 000007
【図６】
2018091830.tif 000008
【図７】
2018091830.tif 000009
【図８】
2018091830.tif 000010
【外国語明細書】
2018091830000001.pdf