(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１のパイプライン区分（１）及び該第１のパイプライン区分（１）と直列である第２のパイプライン区分（２）における混合物の流速を変化させるステップと、
（ｂ）第１のパイプライン区分（１）及び前記第２のパイプライン区分（２）における流体の局部流れ特性を測定するステップと、
（ｃ）前記測定された局部流れ特性から、気体相の体積流量（Ｑｇ）、液体相の第１の成分、および液体相の第２の成分の体積流量（Ｑ１）、（Ｑ２）を決定するステップを有する、パイプラインに沿った多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法において、
（ｄ）前記各パイプライン区分（１，２）に対し、前記混合物の少なくとも一つの相に関する実流速（ｗ）を測定するステップと、
（ｅ）前記各パイプライン区分（１，２）において、前記混合物の音響伝導率を測定するステップと、
（ｆ）前記各パイプライン区分（１，２）に対し、前記混合物の気体相の体積濃度（Φ）を前記測定された音響伝導率の値に基づいて決定するステップと、
（ｇ）前記各パイプライン区分（１，２）に対し、前記混合物の液体成分の体積濃度（Ｗ）を前記測定された音響伝導率の値に基づいて決定するステップと、
（ｈ）前記各パイプライン区分（１，２）において、前記両相の流速値及び濃度値に基づいて体積流量の値を決定するステップ
を有することを特徴とする多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項２】
前記第１のパイプライン区分（１）の横断面の面積（Ｆ１）は前記第２のパイプライン区分（２）の横断面の面積（Ｆ２）とは異なる（Ｆ２＝ｋＦ１（ｋ≠１））ことを特徴とする請求項１記載の多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項３】
前記液体相の体積流量値は、式Ｑｌ＝ｋ／（ｋ−１）Ｆ１[ｗ２（１−Φ２）−ｗ１（１−Φ１）]によって求められ、
前記ｗ１及び前記ｗ２は、それぞれ前記第１のパイプライン区分（１）及び前記第２のパイプライン区分（２）における気体相の平均実流速であり、
前記Φ１及び前記Φ２は、それぞれ前記第１のパイプライン区分（１）及び前記第２のパイプライン区分（２）における前記混合物中の気体の平均実体積濃度であり、
気体相の体積流量は、Ｑｇ＝Ｆ１ｗ１Φ１又はＱｇ＝Ｆ２ｗ２Φ２で決定され、
液体相の第１の成分に関する体積流量はＱ１＝ＷＱｌで決定され、
液体相の第２の成分に関する体積流量はＱ２＝（１−Ｗ）Ｑｌで決定される
ことを特徴とする請求項２記載の多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項４】
気体相の流速（ｗ）は、前記第１及び前記第２のパイプライン区分（１，２）の各横断面における異なる放射状の位置で測定され、
測定された各横断面に対する局部流速値は平均化され、計算で使用する流速値を与えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項５】
気体相の濃度（Φ）は、前記第１及び前記第２のパイプライン区分（１，２）の各横断面における異なる放射状の位置で測定され、
測定された各横断面に対する体積濃度値は平均化され、計算で使用する濃度値を与えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項６】
前記測定は超音波トランスデューサを用いて行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項７】
前記混合物の液体相成分の体積濃度（Ｗ）は、前記第１及び前記第２のパイプライン区分（１，２）の少なくとも一つの区分における少なくとも一つの横断面で超音波トランスデューサを用い、該超音波トランスデューサから前記混合物を通過する超音波の通過時間を測定することによって求められることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項８】
前記混合物の気体相の体積濃度（Φ）は、前記第１及び前記第２のパイプライン区分（１，２）の少なくとも一つの横断面で超音波トランスデューサを用い、該超音波トランスデューサから前記混合物を通過する超音波の振幅を測定することによって求められることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項９】
混合物相の流速（ｗ）は、前記第１及び前記第２のパイプライン区分（１，２）の少なくとも一つの横断面で超音波トランスデューサを用い、相互相関法又は自己相関法によって求められることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項１０】
混合物相の流速（ｗ）は、前記第１及び前記第２のパイプライン区分（１，２）の少なくとも一つの横断面で超音波トランスデューサを用い、該超音波トランスデューサからの超音波パルスのドップラー周波数を測定することによって求められることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項１１】
前記測定は電気伝導率トランスデューサを用いて行なわれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項１２】
前記測定は静電容量トランスデューサを用いて行なわれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項１３】
前記測定は音響トランスデューサを用いて行なわれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項１４】
前記混合物の液体相成分が水及び油であることを特徴とする請求項８に記載の多相液体／気体混合物の流れ特性を測定する方法。
【請求項１５】
パイプラインに沿って多相混合物の流れの気体相及び液体相の流量を決定するための装置であって、
（ａ）パイプライン区分（１）に配置され、回路に接続され、前記パイプライン区分（１）における前記混合物の少なくとも１つの相の実速度ｗを測定するための速度センサ（５）と、
（ｂ）前記パイプライン区分（１）に配置され、回路に接続され、前記パイプライン区分（１）における前記混合物の音響伝導率を測定し、前記パイプライン区分（１）における前記混合物の測定された音響伝導率に基づき、前記パイプライン区分（１）における前記混合物の気体相の体積濃度（ψ）を決定するための音響伝導率センサ（６）と、
（ｃ）前記回路に接続され、前記実速度ｗ及び前記体積濃度の値を用いて、前記混合物の気体相の体積流量Ｑｇ、前記液体相の第１の成分の体積流量Ｑ１及び第２の成分の体積流量Ｑ２を決定するプロセッサを含み、
前記パイプライン区分は、第１のパイプライン区分（１）であり、
（ｄ）前記第１のパイプライン区分と直列に配置された第２パイプライン区分（２）であって、前記混合物の流速の変化が前記２つの区分（１，２）の接続部で生ずるように、前記第１パイプライン区分（１）と異なる横断面を有する前記第２パイプライン区分（２）と、
（ｅ）前記第のパイプライン区分（２）に配置され、回路に接続され、前記第２パイプライン区分（２）における前記混合物の少なくとも１つの相の実速度ｗを測定するための別の速度センサ（５）と、
（ｆ）前記第２パイプライン区分（２）に配置され、回路に接続され、前記第２パイプライン区分（２）における混合物の音響伝導率を測定し、前記第２のパイプライン区分（２）における前記混合物の測定された音響伝導率に基づき、前記第２のパイプライン区分（２）における混合物の気体相の体積濃度（ψ）を決定するための別の音響伝導率センサ（６）と、
（ｇ）前記第１及び第２パイプライン区分（１，２）の１つのパイプライン区分（１）に配置され、別の回路に接続され、前記１つのパイプライン区分（１）における混合物の前記測定された音響伝導率に基づき、前記混合物の異なる液体相成分の体積濃度Ｗを決定するための液体濃度センサ（７）とを含み、
前記プロセッサは、前記別の回路に接続され、前記プロセッサは、前記体積流量Ｑｇ、Ｑ１、Ｑ２の決定のために前記第１及び第２パイプライン区分（１、２）のために得られた実速度ｗと体積濃度との値を組合わせて使用することを特徴とする多相混合物の流れの気体相及び液体相の流量を決定するための装置。
【請求項１６】
前記各パイプライン区分（１，２）において前記混合物の内の少なくとも一つの相の局部流れ特性を測定するための以下の手段を有し、当該手段は、
（ｈ）相関法又はドップラー法に基づき前記混合物の実気体流速（ｗ）を測定する超音波気体流速計と、
（ｉ）超音波気体体積濃度計と、
（ｊ）液体成分の超音波体積濃度計であることを特徴とする請求項１５に記載の多相混合物の流れの気体相及び液体相の流量を決定するための装置。
【請求項１７】
前記混合物の内の少なくとも一つの相の局部流れ特性を測定するために電気容量トランスデューサあるいは電気伝導率トランスデューサを備えた測定器が用いられていることを特徴とする請求項１５に記載の多相混合物の流れの気体相及び液体相の流量を決定するための装置。
【請求項１８】
前記各パイプライン区分（１，２）に対して気体の体積濃度を求めるガンマ計測器が用いられていることを特徴とする請求項１５に記載の多相混合物の流れの気体相及び液体相の流量を決定するための装置。
【請求項１９】
互いに垂直に配置された前記各パイプライン区分（１，２）に対して、静圧差測定手段によって気体の体積濃度を測定する装置が用いられていることを特徴とする請求項１５に記載の多相混合物の流れの気体相及び液体相の流量を決定するための装置。
【請求項２０】
前記気体流速計は、前記第１及び前記第２のパイプライン区分（１，２）の各横断面における異なる放射状の位置での気体相の流速（ｗ）を測定し、
測定された各横断面に対する局部流速値は平均化され、計算で使用する流速値を与える
ことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一つに記載の多相混合物の流れの気体相及び液体相の流量を決定するための装置。
【請求項２１】
前記気体体積濃度計は、前記第１及び前記第２のパイプライン区分（１，２）の各横断面における異なる放射状の位置で気体相の濃度（Φ）を測定し、
測定された各横断面に対する体積濃度値は平均化され、計算で使用する濃度値を与えることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一つに記載の多相混合物の流れの気体相及び液体相の流量を決定するための装置。
【請求項２２】
前記第１のパイプライン区分（１）の横断面の面積（Ｆ１）は前記第２のパイプライン区分（２）の横断面の面積（Ｆ２）とは異なる（Ｆ２＝ｋＦ１（ｋ≠１））ことを特徴とする請求項１５〜２１のいずれか一つに記載の多相混合物の流れの気体相及び液体相の流量を決定するための装置。
【請求項２３】
式Ｑｌ＝ｋ／（ｋ−１）Ｆ１[ｗ２（１−Φ２）−ｗ１（１−Φ１）]によって前記液体相の体積流量値を計算するプロセッサを含み、
前記ｗ１及び前記ｗ２は、それぞれ前記第１のパイプライン区分（１）及び前記第２のパイプライン区分（２）における気体相の平均実流速であり、
前記Φ１及び前記Φ２は、それぞれ前記第１のパイプライン区分（１）及び前記第２のパイプライン区分（２）における前記混合物中の気体の平均実体積濃度であり、
前記プロセッサは、さらに式Ｑｇ＝Ｆ１ｗ１Φ１又はＱｇ＝Ｆ２ｗ２Φ２により気体相の体積流量を、式Ｑ１＝ＷＱｌにより液体相の第１の成分に関する体積流量を、及び式Ｑ２＝（１−Ｗ）Ｑｌにより液体相の第２の成分に関する体積流量を計算する
ことを特徴とする請求項１５〜２１のいずれか一つに記載の多相混合物の流れの気体相及び液体相の流量を決定するための装置。
【請求項２４】
検知された前記多相流体の液体相成分が水及び油であることを特徴とする請求項１５〜２０，２２，２３のいずれか一つに記載の多相混合物の流れの気体相及び液体相の流量を決定するための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、液体相及び油井流動体、油、水、気体の混合物のような多相液体／気体混合物の流量及び濃度を同時に測定する方法及び装置に関する。
【０００２】
背景技術
油井からパイプラインに沿って流れる流動体は、油、水、気体の多相混合物である。混合物成分の流量及び濃度の同時精密測定は、油井操作の制御にとって重要である。
【０００３】
現在まで容認されているそれらの流れ特性を測定する方法及び装置は、油田領域における測定装置に取り付けられた特別の分離器での事前の気体分離を必要とする。こうした事実はそのような測定の実施によって多大の資本費用を必要とする。
【０００４】
従前の気体相の分離器を用いることなく前記多相流れ特性を測定するための技術もまたよく知られている。これらの方法及び装置は、さまざまの物理原理、すなわち比重及び電磁気特性の差異、並びにガンマ線、超音波、及びその他のものとの相互作用に基いている。
【０００５】
アメリカ特許公報（ＵＳＰ  Ｎｏ５，２８７，７５２）では、水平物の内側に配置され、流れ方向に平行なパイプラインを含んでいる２つの平行プレート上に置かれた一組のコンデンサによって多相流体の流量を測定する装置について述べている。水／油と液体相によって占領されたパイプラインの一部の横断面を決定するために、全ての基本的なコンデンサの測定セルに、その瞬間にある媒体のインピーダンスが測定される。液体相の流速は、測定と、液体相によって占有された一部の横断面に位置するマトリックス列に配置された基本的なコンデンサの相互相関インピーダンスとによって求められる。気体の流速は、パイプライン上側部分における流れの構造ひずみ部分の通過時間によって求められる。両相の流量体積は、流れの液体相及び気体相によって占有されるパイプラインの一部の横断面を考慮して測定される。
【０００６】
しかし、この提案された測定方法は、該方法が間欠的な流れ体系によってのみ効果的に用いられているため、応用の範囲は制限されている。さらに、成分のエマルジョン（ｅｍｕｌｓｉｏｎ）や分散系は当該方法では考慮されていない。
【０００７】
アメリカ特許公報（ＵＳＰ  Ｎｏ５，３６７，９１１）では、流速計として使用される、導管（水路）内の流体動作を感知するための装置について述べている。その測定装置は、一つのパイプライン内において一方が他方の下流側に配置された少なくとも２つのセンサを含んでいる。そのセンサは音響トランスデューサあるいは電気伝導率（抵抗率）センサを含むことができる。各センサは、各サンプリング体積における媒体の流れ（ｍｅｄｉｕｍ  ｆｌｏｗｉｎｇ）に関して測定された物理特性を示す出力データ信号を提供する。その出力信号は、回路で処理され、相互相関が施される。前記センサ間の距離は知られているため、流速の計算がされている。
【０００８】
しかしながら、この特許発明は多相流体において、気体相が液体相に関連して移動することを考慮してはいない。
【０００９】
また、ＥＰＡ：０６８４４５８号公報には多相流体の流量測定方法及び装置が開示されている。この装置で、２つのセクションがダクトに沿って一方から他方まで間隔をおいて配置されている。これらのセクションはベンチュリー形状が与えられている。各セクションは、流速を変化させ、相応じて動圧を変化させるための手段を備えた異なる横断面の面積をもった通路を含んでいる。更に、この装置は結果として生ずる圧力差を測定する適当な手段を有している。前記各セクションで得られた２つの圧力差分信号は相互相関に適切であり、総体積流量を表す第３の信号を生成する。各相の流量を測定するため、更に他の圧力差分信号がベンチュリタイプの流れセクションで測定され、混合物の総流量Ｑ及び密度ρの関数である信号が得られる。更にもう一つの圧力差がグラジオマノメータ型のセクションで測定されるこのセクションは、一定の横断面の面積をもつ鉛直ダクトの一部に配置されている。従来の方法において、後者の圧力差は、おおむね混合物の密度ρに比例した静圧差を示している。加えて、この装置は、ダクト内に配置されたモジュールを含み、多相流体の一又はそれ以上の組成表示を提供し、換言すれば流体を構成する成分の体積濃度又は質量濃度を測定する。プロセッサは気体含量に応じて平行通路を通る質量流量Ｑを計算する。気体含量が適度（６５％未満）の場合、Ｑ２／ρに比例する信号及び混合物の密度ρを表す信号に基いて、第１の処理方法が用いられる。気体含量が高い（６５％より多い）場合、総体積流量に相当する信号及び混合物の密度ρを表す信号に基いて、第２の処理方法が用いられる。
【００１０】
尚、ベンチュリタイプセクションを備えた装置は、小さなダイナミックレンジを有し、それゆえ限られた範囲の流量測定に使用されるものであることに注目すべきである。その他、この装置の流量因子は、測定精度に影響を及ぼす気体含量に大きく依存する。上記した装置において、気体含量は計算されるが、測定されるわけではなく、測定精度が低下する。原油を含む油井流出液の流量を測定するためにこの装置を使用すると、圧力の開放動作を妨げることになる機能がある。
【００１１】
発明の概要
本発明の目的は、前もって気体を分離することなくパイプラインの一部に沿って多相混合物成分の体積流量を測定するための方法及び装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、パイプラインの一部に沿って多相混合物成分の体積濃度を測定する方法を提供することである。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、異なる種類の流れをもつ多相媒体の上記した流れ特性を測定するための方法及び装置を提供することである。
【００１４】
本発明は、異なる大きさの気体含有物をもつ流出液の特性測定において高信頼度データを得ることを確保するものである。
【００１５】
さらに、本発明は装置の小型化、単純な携帯化をも確保する。
【００１６】
上記した特徴は、一つのパイプラインに沿って流れる多相混合物中の液体成分及び気体の体積流量を測定するための手段を通して達成され、それによれば該パイプラインに挿入された測定フローセルは、流れ方向に直列に配置され、異なるフローセクション面積（Ｆ２＝ｋＦ１（直径Ｄ２＝Ｄ１√ｋ：ｋ≠１））をもつ２つのパイプライン区分を含んでいる。
【００１７】
およそｋの値が０．５のとき、フローセクション面積の変化により、測定パイプライン区分の中の液体相流速及びこれに対応する気体相実流速の大きな変化を引き起こす
【外１】
0004800543.tif 000002
。一方で、混合成分中の気体含有物の相対速度及び気体の実体積濃度
【外２】
0004800543.tif 000003
の変化は小さい。混合物流体モデルの計算分析によって、調整されたパイプライン区分を通過する多相流体に対する液体相体積流量を決定するための式が以下の数１に示されるように導かれた。
【００１８】
【数１】
0004800543.tif 000004
気体体積流量は以下の数２に示される数式により求められる。
【００１９】
【数２】
0004800543.tif 000005
気体相の実流速ｗｇ、気体の体積濃度
【外３】
0004800543.tif 000006
、調整パイプライン区分中の水（Ｗ）及び油（１−Ｗ）のような液体相の体積濃度は、フローセクションの半径方向に沿って前記測定パイプライン区分内に配置された一組のトランスデューサと共に多相流体のサンプリング体積を検知する超音波によって測定される。これらトランスデューサは、サンプリング体積中の音響信号の送受信としての役割を果たす。
【００２０】
前記多相流体の局部的特徴に関して得られた数値は、その後前記測定パイプライン区分の横断面領域上で平均化される。
【００２１】
実気体流速の測定は、センサー信号の相互相関又はドップラー法によって実行される。
【００２２】
気体の体積濃度の測定は、媒体のサンプリング体積の音波（音響）伝導率の表示を通して実行される。
【００２３】
水／油混合物のような流体においては、エマルジョンのタイプに関係なく音響パルスの通過時間は、これら成分の体積濃度の割合にほとんど線形的に比例することがわかったので、液体相の体積濃度の超音波測定は、音響パルスのサンプリング体積を通過する時間を決定することに基づいている。
【００２４】
上記した特徴は、測定フローセルを含んだパイプラインに沿って流れる液体／気体多相混合物の液体成分及び気体の体積流量及び体積濃度を決定する装置によって提供される。測定フローセルは、流れ方向に直列に配置され、異なるフローセクション面積（Ｆ２＝ｋＦ１（直径Ｄ２＝Ｄ１√ｋ：ｋ≠１））をもつ２つのパイプライン区分を有している。
【００２５】
フローセクション面積（ｋ＝０．５の場合）の変化は、測定パイプライン区分の中の液体相流速及びこれに対応する気体相実流速の大きな変化（
【外４】
0004800543.tif 000007
）を引き起こす。一方で、混合成分中の気体含有物の相対速度及び気体の実体積濃度
【外５】
0004800543.tif 000008
の変化は小さい。液体相の体積流量は、前記第１及び前記第２の測定パイプライン区分中における気体相実流速ｗｇと、液体相によって占められるパイプラインセクションの部分
【外６】
0004800543.tif 000009
との積の差によって求められる。
【００２６】
【数３】
0004800543.tif 000010
気体体積流量は、以下の数４に示される数式により求められる。
【００２７】
【数４】
0004800543.tif 000011
気体相の実流速
【外７】
0004800543.tif 000012
、気体の体積濃度
【外８】
0004800543.tif 000013
、調整パイプライン区分中の水（Ｗ）及び油（１−Ｗ）のような液体相の体積濃度は、フローセクションの半径方向に沿って前記測定パイプライン区分内に配置された一組のトランスデューサと共に多相流体の局部の体積を検知する超音波によって求められる。
【００２８】
局部気体流速計の動作原理は、音響トランスデューサの信号振幅に関する相互相関関数の測定に基づいている。２つのトランスデューサは、一方が他方の流れ方向における上流側に決められた間隔を置いて配置されている。音響トランスデューサは、サンプリング体積の音響イルミネーションを与える超音波パルスのエミッタ及びレシーバーを有している。トランスデューサは、送受信モードにおいてエミッタ及び反射信号のレシーバーとして用いられている。
【００２９】
前記流速計の電気音響伝達手段（チャンネル）は、以下の方法で動作する。パルス発生器からの電圧パルスは、エミッタに到達し、超音波パルスに変換される。サンプリング体積を通過した後、それらは受信器によって受信され、電圧パルスに変換され、増幅され、ストローブパルスで制御されるピ−ク検出器の入力部に送出される。このストローブパルスは、信号受信が予期されるタイムインターバルを決定する。ピ−ク検出器の入力電圧は、受信信号の振幅に比例し、センサーサンプリング体積中の音響エネルギー損失によって決定される。ピ−ク検出器の出力信号は、相互相関関数又は自己相関関数（一つのトランスデューサの場合）を求め、気体が存在することなく気体相及び液体相の局部実流速を計算する計算機に到達する。
【００３０】
さらに、流れの上流側に向けられた超音波パルスによる媒体検知を通して気体相局部流速を測定するための詳しく説明されているドップラー法原理を用いてもよい。このような変形態様において、エミッタ及びレシーバーは測定パイプライン区分内に配置される。
【００３１】
気体の体積濃度計の動作原理は、媒体のサンプリング体積の音波（音響）伝導率の表示に基づいている。電圧パルス発生器からの信号は送信器及びウエーブガイドからなるエミッタに送出される。変換後、音響パルスは、ウエーブガイドを通って、サンプリング体積に到達し、前記サンプリング体積を通過し、受信ウエーブガイドを通過して前記送信器に到達し、該送信器でそれら変換パルスが電圧信号に変換され、増幅後ピーク検出器に到達する。ストローブパルス生成器は信号到達が予期される間中、前記ピーク検出器を開放する。受信信号の振幅に比例したピーク検出器からの出力信号は、ピーク検出器からの出力信号としきい値生成器にて設定されるしきい値とを比較するコンパレータ（比較器）に到達する。前記コンパレータの出力信号は、測定に費やした全時間に対するサンプリング体積内における気体相の存在比として、媒体における気体の体積含量を求める計算機に到達する。
【００３２】
エマルジョン（ｅｍｕｌｓｉｏｎ）の種類にかかわらず、水／油混合物のような流体において超音波信号通過時間が液体相成分の体積濃度との関係にほとんど線形的に比例することがわかっているため、液体相成分の体積濃度の超音波計の動作原理は、多相流れのサンプリング体積を通る超音波パルスの通過時間の測定に基づいている。エミッタとレシーバーとの間の距離は、１ｍｍ以上のサイズをもつ大きな気体含有物を貫通させないよう選択される。パルス発生器からの電圧パルスは音響パルスを形成する超音波エミッタに送出される。サンプリング体積を通過する音響パルスはレシーバーに受信され、増幅された電圧信号に変換され、その後ストローブされたコンパレータに送出される。コンパレータは、高い干渉不活性（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｉｍｍｕｎｉｔｙ）を保証するストローブパルスの生成器によって受信信号の到来が予期される間中開放される。放出パルスの形成と同時にパルス期間を形成するスキームが活性化される。このスキームはコンパレータ出力からの信号到来によって停止される。この信号の出力期間は、エミッタからレシーバーへ通過する超音波信号の通過時間と等しい。その後パルスは、振幅信号に変換され、液体相成分の体積濃度を測定する計算機に到来する。
【００３３】
局部フローパラメータｗｇ，１，ｗｇ，２，Φ１，Φ２，Ｗの測定器の動作を制御するプログラムの設定に対応して機能するプロセッサは、測定パイプライン区分の横断面にわたってこれらのパラメータを平均化し、液体相成分及び気体の体積流量を計算する。
【００３４】
発明を実施するための最良の形態
図１ａ及び図１ｂは、多相混合物中の液体成分及び気体の体積流量測定装置の測定フローセルの概要について示したものである。
【００３５】
測定フローセルはフランジ接続によってパイプラインに挿入されている。測定フローセルは、流れ方向に直列に配置され、異なるフローセクション面積（Ｆ２＝ｋＦ１）を備える２つの測定用パイプライン区分１，２を有する。
【００３６】
フローセクション面積の変化は、それぞれ横断面面積Ｆ１，Ｆ２をもつ測定用パイプライン部における液体相流速と気体相実流速の際立った変化を誘発する。流体の乱れを最小にするために、第１の区分から第２の区分への変化およびパイプラインの最初の横断面面積Ｆ１への変化はパイプラインの過渡区分３，４を通して実現される。それぞれ実流速計及び気体含量計に組み込まれているセンサ５，６は、前記測定パイプライン区分の各半径方向に沿って前記パイプライン区分内に配置された一組のトランスデューサを含んでいる。液体成分の体積濃度計のセンサ７は、第１のパイプライン区分の空洞に配置された一組のトランスデューサを有している。トランスデューサの体積内で粘性媒体が変化する工程を促進し、パラフィンの沈殿を除去するため、センサーには機械クリーニング装置及び電気ヒータが備わっている。このセンサーは、例えばテクニカルメンテナンス又は代替のため、該センサーが測定パイプライン区分から除去できるような方法で装着されている。
【００３７】
装置の一部である多相流動体パラメータの計測器及び混合成分の流量（体積）の測定に用いられる多相混合流動体の計算モデルについて考察する。
【００３８】
液体／気体混合物の計算モデルでは、気体相を表す種々の大きさの気体含有物が各相の流量を測定するのに用いられる。平均化された物理量は以下の数式に用いられる。流動体のｉ番目の横断面における気体の実体積濃度は以下の数式（１）に示すとおりである。
【００３９】
【数５】
0004800543.tif 000014
ここで、Ｆｉ＝π／４Ｄｉ２はｉ番目のパイプライン区分の横断面領域であり、Ｆｇ，ｉ＝Φ・Ｆｉは気体に占有された横断面領域である。Ｆｉ＝Ｆｇ，ｉ＋Ｆｌ，ｉであり、Ｆｌ，ｉは液体に占有された横断面領域であるので、上記数式（１）は以下の数式（２）に置き換えることができる。
【００４０】
【数６】
0004800543.tif 000015
ここで、ｗγｇ，ｉ＝Ｑｇ，ｉ／Ｆｉはｉ番目のパイプライン区分における減じた気体相流速である。ここで、Ｑｇ，ｉはｉ番目のパイプライン区分における気体相の体積流量である。ｗγｌ，ｉ＝Ｑｌ，ｉ／Ｆｉはｉ番目のパイプライン区分における減じた液体相流速である。ここで、Ｑｌ，ｉはｉ番目のパイプライン区分における液体相の体積流量である。ｗｇ，ｉ＝Ｑｇ，ｉ／Ｆｇ，ｉは、ｉ番目のパイプライン区分における気体相の実流速である。ここで、Ｑｇ，ｉはｉ番目のパイプライン区分における気体相の体積流量である。ｗｌ，ｉ＝Ｑｌ，ｉ／Ｆｌ，ｉは、ｉ番目のパイプライン区分における液体相の実流速である。ここで、Ｑｌ，ｉはｉ番目のパイプライン区分における液体相の体積流量である。Ｆｌ，ｉ＝（１−Φｉ）Ｆｉは液体に占有されたｉ番目のパイプライン区分におけるセクション領域である。
【００４１】
その他、ｗｌ，ｉ＝ｗγｌ，ｉ／（１−Φｉ）、ｗｇ，ｉ＝ｗｌ，ｉ＋ｗｇ，ｉｒｅｌであるので、ｗｇ，ｉｒｅｌはｉ番目のパイプライン区分における気体相の相対流速である。
【数７】
0004800543.tif 000016
気泡の流れの相対流速に関する経験的なデータによれば、ｗｇ，ｉｒｅｌ（グループ浮動流速（ｇｒｏｕｐ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｏｆ  ｆｌｏａｔｉｎｇ−ｕｐ））は以下の数式（４）による実体積濃度に呼応している。
【００４２】
【数８】
0004800543.tif 000017
ここで、ｗｇ，∞は、莫大な液体媒体の中を浮上する個々の気泡の平均流速である。
【００４３】
測定パイプライン区分の中の実流速ｗｇ，１とｗｇ，２は以下の数式（５）を満たす。
【００４４】
【数９】
0004800543.tif 000018
上記した数式（５）に示されたｗｇ，１とｗｇ，２の差は以下の数式（６）に示される。
【００４５】
【数１０】
0004800543.tif 000019
尚、Δｗｇは以下の数式（７）に示されるとおりである。
【００４６】
【数１１】
0004800543.tif 000020
Ｆ２＝ｋＦ１（ｋ≠１）という関係を有すると仮定し、ｗγｌ，ｉ＝Ｑｌ，ｉ／Ｆｉを考慮すると、以下の数式（８）が得られる。
【００４７】
【数１２】
0004800543.tif 000021
尚、Ｑｌ，ｉはＱｌと等しい。
【００４８】
前記数式（３）及び前記数式（４）より以下の数式（９）が得られる。
【００４９】
【数１３】
0004800543.tif 000022
適当な変換を実行して、Ｑｇ，ｉ＝Ｑｇを考慮した後、以下の数式（１０）が得られる。
【００５０】
【数１４】
0004800543.tif 000023
ＱｇをＦｉΦｉｗｇ，ｉに置き換えると、以下の数式（１１）が得られる。数式（１１）より数式（１２）が導かれる。結果として、数式（１３）が得られる。
【００５１】
【数１５】
0004800543.tif 000024
【数１６】
0004800543.tif 000025
【数１７】
0004800543.tif 000026
尚、変化のない液体（Ｑｌ＝０）の場合には、上記数式（１３）から導かれる関係式ｗｇ，ｉ＝ｗｇ，∞／（１−Φ１）に従い、それらが相対流速（数式（４））の定義とどのように一致するのか、またこの場合ｗｇ，ｉ＝ｗｇ，ｉｒｅｌとなることに留意すべきである。上記数式１３から、以下の数式（１４）及び数式（１５）が導かれる。
【００５２】
【数１８】
0004800543.tif 000027
【数１９】
0004800543.tif 000028
同等視された関係式（数式（１４），数式（１５））を有し、Ｆ２＝ｋＦ１（ｋ≠１）を考慮すると、以下の数式（１６）が得られる。
【００５３】
【数２０】
0004800543.tif 000029
調整されたパイプライン区分における液体相の体積流量は、前記第１及び前記第２の測定パイプライン区分における気体相の測定された実流速及び体積濃度から、上記数式（１６）に示された関係式に基いて測定される。
【００５４】
仮にＦ２＝０．５Ｆ１とすると、上記数式（１６）は以下の数式（１７）のようになる。
【００５５】
【数２１】
0004800543.tif 000030
その他、仮にΦ１及びΦ２が零であるとして、流速計は液体相の５つの音響学上の異質性及びそれに応じて流速ｗｌ，１、ｗｌ、２を測定する。従って上記数式（１６）に示された関係式は、数式Ｑｌ＝Ｆ１・ｗｌ、１に変形し、仮にΦ１及びΦ２が１だとすると、この関係式はＱｌ＝０となる。
【００５６】
液体相成分の体積流量は、以下の数式（１８）で求められる。
【００５７】
【数２２】
0004800543.tif 000031
ここで、Ｗはエマルジョン中の水の体積濃度である。気体相の体積流量は以下の数式（１９）によって求められる。
【００５８】
【数２３】
0004800543.tif 000032
図２は多層混合物の気体の局部流速ｗｇを測定する超音波流速計のブロック図である。この流速計の回路は、電圧パルス発生器８、電圧パルス発生器８に直列接続された第１のトランスデューサ９、エミッタ１０、レシーバー１１（エミッタ１０及びレシーバー１１の間のギャップは第１のサンプリング体積１２を形成する）、第１の増幅器１３、ストローブされている第１のピーク検出器１４を有している。エミッタ１６とレシーバー１７を備えた第２のトランスデューサ１５（エミッタ１６及びレシーバー１７の間のギャップは第２のサンプリング体積１８を形成する）、第２の増幅器１９、ストローブされている第２のピーク検出器２０は電圧パルス発生器８に直列に接続されている。その他、遅延ストローブパルスの生成器２１と前記第１及び前記第２のピーク検出器１４，２０は、発生器８に接続されている。ピーク検出器１４，２０は、それぞれアナログ／デジタルコンバーター２２，２３を介して計算機２４とディスプレイ２５に接続されている。
【００５９】
センサー（トランスデューサ）９，１５は、流体が、まず、あるサンプリング体積、例えば体積１８を通り、その後他のサンプリング体積、例えば体積１２を通るように、かつパイプラインの内側に配置されている。トランスデューサのサイズは、流れをわずかに妨害するように選択されている（トランスデューサの直径は３ｍｍ以下である。）。エミッタとレシーバーの間隔δは約２ｍｍになるようにしている。上下一対のトランスデューサの間隔ｌは、３／５ｍｍに等しい。前記センサの平面図における前記第１及び前記第２のトランスデューサのウエーブガイドは、互いに垂直に配置されて、流れのハイドロダイナミックを改良する。超音波局部流速計は以下のように動作する。発生器８からの電圧パルスはエミッタ１０，１６に送出され、超音波パルスに変換され、それらはサンプリング体積１２，１８を通った後、レシーバ１１，１７に受信され、電圧信号に変換され、増幅器１３，１９によって増幅され、ストローブされたピーク検出器１４，２０に送出される。超音波パルスを送出すると同時に、その通過時間はエミッタ及びレシーバー間の距離によって決まるので、その固定パルス周波数によって、ストローブパルスがピーク検出器１４，２０のストローブ入力部に到達する。このストローブパルスは前記ピーク検出器をアクティブ状態にスイッチング制御する。その結果、受信音響信号の振幅に比例する電圧信号が前記ピーク検出器の出力部で形成される（図３の電圧波形を参照）。アナログ／デジタルコンバータ２２，２３におけるアナログ／デジタル変換の後、電圧信号は受信音響信号に対する相互相関関数（ＣＣＦ）を計算する計算機２４に送出され、計算されたデータはディスプレイ２５に表示される。
【００６０】
多相混合物は、分離構造であるゆえ、音響学上、異質な媒体である。従って、受信信号の振幅は変動する。音響拡散体（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｄｉｆｆｕｓｅｒｓ：主な部分は、気体含有物で、超音波パルスの拡散に寄与する。）は、前記第２のサンプリング体積を通過するとき最初に変動を引き起こす。その結果、第２のピーク検出器２０の出力信号振幅は変動し、その後第２のサンプリング体積から第１のサンプリング体積へ通過する音響拡散体の通過時間τに等しい遅延をもって第２のピーク検出器１４の出力信号振幅もまた変動する。各ピーク検出器の出力信号の統計学上における蓄積データは、相互相関関数の構造を提供する。時間軸に沿ったそれらの座標（位置）はτに等しい。局部気体流速は、ｗｇ＝ｌ／τで決められる。ここで、ｌは前記第１及び前記第２のサンプリング体積間の距離である。
【００６１】
相互相関関数の典型的な形を図４に示す。
【００６２】
局部気体流速の測定による多相混合物の音響検知手段の他の変形態様も可能である。この場合、“放射−受信”モードで動作し、直列に配置された２つの音響トランスデューサが用いられる。それを表したものが図５に図示されている。
【００６３】
この変形態様では、流速計は、全く同一の電気音響チャンネルからなり、それぞれ、直列に接続されている素子、具体的には音響センサ２６、増幅器１３、ストローブされたピーク検出器１４、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２２、サンプリング体積レジスタ２７を介して前記センサ２６に接続されている電気パルス発生器８、遅延ストローブパルス生成器２１を有している。遅延ストローブパルス生成器２１はピーク検出器１４のストローブ入力部に接続されている。両チャンネルの出力部は計算機２４を介してディスプレイ２５に接続されている。音響センサは、流体２８が最初に第１のチャンネルのサンプリング体積を通って、その後第２のチャンネルのサンプリング体積を通って連続的に通過するようにパイプラインの内側に配置されている。
【００６４】
この流速計は以下のように動作する。発生器８からの電気パルスが音響センサ２６に送出され、それら電気パルスは音響センサ２６で超音波信号に変換され流体２８に放射される。その後、媒体拡散体から反射し、センサ２６に到達する音響エネルギーの一部は、増幅器１３によって増幅され、ストローブされたピーク検出器１４に送出される。それと同時に、生成器２１からの遅延ストローブパルスはピーク検出器１４のストローブ入力部に送出される（図６の電圧波形図を参照）。レジスター２７は、発生器８の出力部と増幅器１３の入力部の切り離しを行う。ピーク検出器１４の出力部では受信信号の振幅に比例する電圧信号が形成される。発生器８から出力されるパルスに関係するストローブパルスの遅延時間は、センサーからサンプリング体積へ超音波が通過する時間、及びその逆であるサンプリング体積からセンサーへ超音波が通過する時間を考慮して設定される。
【００６５】
ピーク検出器１４の出力部における信号振幅は、サンプリング体積における音響拡散体の出現に応じて変動する。この拡散体は、最初に第１のセンサのサンプリング体積を通過し、その後第２のセンサのサンプリング体積を通過するため、それらの相互相関関数では最大値が形成される。時間軸に沿ったこの最大値の座標τは、第１のセンサから第２のセンサへの前記拡散体の通過時間によって求められる。媒体に含まれるこの拡散体の流速はｗｇ＝ｌ／τによって求められる。ここで、ｌは第１のセンサと第２のセンサ間の距離である。
【００６６】
計算するため、前記第１のチャンネル及び前記第２のチャンネルのピーク検出器の出力部からの相互相関関数信号（ＣＣＦ信号）がＡＤＣ２２を介して計算器２４に到達する。この計算結果はディスプレイ２５に表示される。
【００６７】
上記した変形態様の他に、局部気体流速計は一組の音響信号の放射／受信を伴うトランスデューサを用いて行なってもよく、パイプラインの内側に配置してもよい。エミッタとレシーバーは互いに反対側に配置され、サンプリング体積を形成する。エミッタとレシーバーの間隔は、混合物が大量にサンプリング体積を介して流れるように求められる。ギャップを通過する音響拡散体の通路近傍では、サンプリング体積を通る拡散体の通過時間と等しい期間、超音波は減衰される。これらの事項に基いて、出力信号の自己相関関数が形成され、拡散体のサンプリング体積を通過する時間が測定される。局部気体流速計の変形態様を図７に示す。この場合、回路は、電気パルス発生器８、レシーバー１１と音響学的に接続されているエミッタ１０、増幅器１３、ストローブされたピーク検出器１４、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２２、計算機２４、ディスプレイ２５と直列に接続された素子を含む。発生器８は、遅延ストローブパルスの生成器を介してピーク検出器のストローブ入力部に接続されている。エミッタ１０とレシーバー１１の間の空間はサンプリング体積１２を表している。
【００６８】
この流速計は以下のように動作する。発生器８からの電気パルスはエミッタ１０に到達して超音波パルスに変換され、サンプリング体積１２を介してレシーバー１１、増幅器１３、ピーク検出器１４に到達する。同時に、エミッタからレシーバーへの信号伝播時間を遅延させる生成器２１からのストローブパルスは、ピーク検出器のストローブ入力部に送出される。受信信号の振幅に比例するピーク検出器の入力電圧は、ＡＤＣ２２に送出され、その後計算機２４とディスプレイ２５に送出される。サンプリング体積より少ない分子サイズの音響信号の拡散体が流れの中に存在する場合、サンプリング体積に貫通している全拡散体は受信信号の振幅変動を引き起こす。おおむね、振幅変動の時間はサンプリング体積への拡散体の通過時間に等しい。自己相関関数は、統計学上のサンプリングデータに対する平均時間を求める。自己相関関数の典型的な例を図８に示す。したがって、局部気体流速はｗｇ＝ｄ／τ１によって計算される。
【００６９】
ここで、ｄは圧電振動子の流れ方向における直線寸法であり、τ１は自己相関関数（図８）の主ローブの幅である。
【００７０】
局部気体流速計はさらに他の変形態様でも可能である。図９に技術的に認識可能なように図示されている。この変形態様において、流速計の回路は、以下の素子、すなわち音響トランスデューサ２６、増幅器１３、ストローブされたピーク検出器１４、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２２、計算機２４、ディスプレイ２５が直列に接続されている当該素子と、レジスタ２７を介して音響トランスデューサ２６に接続され、遅延ストローブパルスの生成器を介してピーク検出器のストローブ入力部に接続されている発生器８を含んでいる。トランスデューサ２６は、多相流体２８が流れ方向に垂直にトランスデューサ２６の音響領域を横切るようにパイプラインの内側に位置している。
【００７１】
この測定器は以下のように動作する。発生器８からの電圧パルスはレジスタ２７を介してトランスデューサ２６に送出され、該電圧パルスは音響信号に変換され、流れ方向に垂直な方向に流体２８に放射される。音響エネルギーの一部は、多相媒体（それらの主要な部分は気体含有物である。）の音響拡散体から反射され、音響トランスデューサーに戻り、その音響トランスデューサーで電気信号に変換され、増幅器１３を介してピーク検出器１４に到達する。同時に生成器２１からの遅延ストローブパルスはピーク検出器１４（図１０に示される電圧波形参照）のストローブ入力部に送出される。
【００７２】
レジスタは、発生器８の出力部と増幅器１３の入力部を切り離す。ピーク検出器１４の出力電圧の振幅は受信信号の振幅に比例する。
【００７３】
発生器８からのパルスに呼応するストローブパルスの遅延時間ｔ０は、トランスデューサ２６からサンプリング体積への超音波通過時間及びサンプリング体積からトランスデューサ２６への超音波通過時間に応じて設定される。
【００７４】
ピーク検出器１４の出力部での信号振幅は、サンプリング体積における音響拡散体の出現に応じて変動する。おおむね、サンプリング体積中の拡散体の通過時間は変動時間に等しい。拡散体の大きさがサンプリング体積の大きさよりもかなり小さい場合、局部気体流速は、ｗｇ＝ｄ／τ１による信号の自己相関によって測定され得る。
【００７５】
ここで、ｄは圧電振動子の流れ方向における直線寸法であり、τ１は自己相関関数（図１１）の主ローブの幅である。
【００７６】
上記した変形態様の他に、流速測定のドップラー法を用いた超音波局部気体流速計を導入してもよい。この場合、３ｍｍ以下の直線寸法をもつエミッタ及びレシーバーは、互いに関連しあう固定された角度の下で調整されたパイプライン区分の中に配置される。この計器の回路を図１２に示す。この計器はエミッタ１０に接続されている電気パルス発生器８を含んでいる。レシーバー１１は増幅器１３を介して位相検波乗算器２９に接続されている。この検波器２９の出力には、ローパスフィルター３０、第２の増幅器３１、信号スペクトル計算機３２、ディスプレイ２５が直列に接続されている。信号処理は以下に述べるように測定回路にて行なわれる。流体の音響拡散体から放射された超音波発振の反射の後、その音響信号はレシーバー１１に到達し、電圧信号に変換され、増幅器１３を介して位相検出器２９の第１の入力部に到達する。発生器８からの電圧信号は検波器２９の入力部に送出される。検波器２９の出力からの低周波信号はフィルタ３０及び増幅器３１を介して計算機３２に送出される。この計算機ではトランスデューサに接近している音響拡散体の流速に比例するドップラー周波数が決められ、その後局部気体の流速が計算される。この処理結果はディスプレイ２５に送出される。回路内の信号処理を図１３に示す。
【００７７】
超音波ドップラーの局部気体流速計の他の変形による技術的な構成を図１４を参照して説明する。３ｍｍ以下の直線寸法をもつエミッタとレシーバーは、互いに関連する固定された角度で変形されたパイプライン区分の内側に配置される。流速計の測定回路はエミッタ１０に接続された電圧パルス発生器８を含んでいる。レシーバー１１は増幅器１３を介して位相検波乗算器２９に結合され、その出力部はサンプリング記憶ブロック３０に接続されている。位相検波器２９の入力部は発生器８に結合されている。サンプリング記憶ブロック３０の入力部は遅延ストローブパルス生成器２１を介して発生器８に接続されている。サンプリング記憶ブロック３０の出力部は計算機３２に接続され、計算機３２はディスプレイ２５に接続されている。
【００７８】
この流速計は以下のように動作する。音響拡散体から反射、主に気泡から反射されたパルスはレシーバー１１に到達する。このパルスは、その後増幅器１３を介して位相検波乗算器２９の第１の入力部に送出される。発生器８からの高周波信号は位相検波乗算器２９の第２の入力部に送出される。位相検波乗算器２９からの低周波は、生成器２１からの遅延ストローブパルスのタイムポジションによって決められた時間のそのときに前記入力部に信号を記録するサンプリング記憶ブロック３０に送出される。サンプリング記憶ブロック３０からの信号のスペクトル処理は、計算機３２で実行され、計算機３２では、音響拡散体の送信機への接近速度に比例したドップラー周波数が分離され、局部気体流速が計算される。その処理結果はディスプレイ２５に示される。その信号処理を図１５に示す。
【００７９】
超音波気体含量計は（図１６参照）、音響学上のレシーバー１１、増幅器３３、ストローブされたピーク検出器３４と結合しているエミッタ１０と直列接続されている電圧パルス発生器８を含んでいる。電圧パルス発生器８は、遅延ストローブパルス生成器を介してピーク検出器３４のストローブ入力部に接続されている。ピーク検出器の出力部は第１のコンパレータ３６の非反転入力（直接入力）部、第２のコンパレータ３７の反転入力部、計算機２４に結合されている。第１及び第２のコンパレータ３６，３７は計算機２４に接続され、計算機２４はディスプレイ２５に接続されている。
【００８０】
第１のピーク検出器の反転入力部及び第２のピーク検出器の非反転入力（直接入力）部は、それぞれ第１の電圧設定装置３８及び第２の電圧設定装置３９に接続されている。エミッタ１０及びレシーバー１１は、一方が他方の反対側に固定され、サンプリング体積を形成している。
【００８１】
この計器は以下のように動作する。発生器から生成される矩形電圧パルスは、エミッタ１０によってサンプリング体積に放射される超音波パルスに変換され、レシーバー１１に到達し、電圧パルスに変換され、増幅器３３を通ってピーク検出器３４に送出される。図１７に測定回路の各構成要素で処理される信号波形を示す。ピーク検出器３４の出力は、遅延ストローブパルスの到来時に受信される信号の振幅に比例したレベルとなる。
【００８２】
受信された信号の振幅は、サンプリング体積４０における気体濃度によって決まる。サンプリング体積が気体含有物なしの液体のみで満たされている場合、受信された信号の振幅は最大であり、ピーク検出器３４の入力における電圧レベルはセッティングデバイス３８（Ｕ１）の電圧より高い。それは、コンパレータ３６の動作を誘発し、出力における個々の論理信号の形成を引き起こす。その論理信号は計算機２４に送出され、気体濃度Φ＝０（図１８参照）という状況として計算機２４で認識される。気泡又はガス栓のサイズが前記サンプリング体積の大きさを超えると、超音波の伝播は全体的に遮断され、受信信号の振幅は、ノイズレベルによって決められる最小値にまで減少し、ピーク検出器３４の出力電圧レベルも最小になり、セッティングデバイス３９（Ｕ２）の電圧以下になる。この場合、コンパレ−タ３７は動作し、気体濃度Φ＝１という状況として計算機２４で認識される個々の論理信号を送出する。
【００８３】
気泡のサイズがサンプリング体積４０のサイズより小さい場合、ピーク検出器３４の出力信号振幅はＵ１からＵ２の範囲にわたり、（図１８参照）、以下の数式（２０）に示される関係が成立する。
【００８４】
【数２４】
0004800543.tif 000033
ここで、Ｕｍａｘは液体相が制御量を満たす時の信号振幅であり、ｋはセンサーの幾何学的サイズ、超音波の周波数等により求められる比例定数であり、ｎｂは気泡の濃度であり、ｄｂは気泡の直径である。
【００８５】
気泡の濃度が混合物が流れるためのサンプリング体積に継続的に変化することを考慮すると、信号振幅もまた変動する。サンプリング体積中の気泡の数はポアソンの法則によって求められる。これによって、受信信号の平均値の測定を通して、その分散値ｎｂ，ｄｂが、計算機２４によって、よく知られた数学的モデルを用いて計算される。気体含量は以下の数式（２１）によって算出される。
【００８６】
【数２５】
0004800543.tif 000034
ここで、Ｖはサンプリング体積であり、Ｎ＝ｎｂ・Ｖはサンプリング体積中の気泡の数である。
【００８７】
流体中の気体含有物の可変成分の場合における気体相濃度は、以下の数式（２２）によって求められる。
【００８８】
【数２６】
0004800543.tif 000035
ここで、Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３は平均時間であり、ｔ１は気体含有物がサンプリング体積にない期間を示し、ｔ２は気体含有物が直径の大きい気泡によって与えられ、ガス栓がサンプリング体積によって与えられる期間を示し、ｔ３はサンプリング体積中に小さな気泡が与えられる期間を示している。
【００８９】
サンプリング体積のサイズは、センサーの技術的構成あるいは応用のいずれかの条件に応じて選択され、一般に、そのサイズは１ｍｍ３より小さい。
【００９０】
図１９は、液体成分の体積濃度の超音波計測器の構成を示したブロック図である。この超音波計測器の測定回路は電圧パルス発生器８を有し、レシーバー１１に音響学上結合しているエミッタ１０、増幅器４１、第１のコンパレータ４２、第１の素子４３、第１のＲＳトリガー４４、第２の素子４５、第２のＲＳトリガー４６、時間幅−振幅コンバーター（“ｄｕｒａｔｉｏｎ−ａｍｐｌｉｔｕｄｅ”ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）４７に直列接続されている。発生器８はまた、遅延ストローブパルス生成器４８と第１及び第２のＲＳトリガー４４，４６の入力部に接続されている。第１のコンパレータ４２の第２の入力部は電圧設定装置４９に結合されている。増幅器４１の出力部は第２のコンパレータ５０に接続され、その出力は第２の素子４５の第２の入力部に結合されている。遅延ストローブパルス生成器４８の出力部は第１の素子４３の第２の入力部に接続されている。
【００９１】
エミッタとレシーバーは、一方が他方の反対側に位置し、サンプリング体積５２を形成する筐体（ツールボディ）５１に搭載されている。
【００９２】
ツールボディ５１はヒーター部５３とサンプリング体積５２の機械的なクリーニングのための素子５４を備えている。
【００９３】
体積濃度の超音波計測器は以下のように動作する。
【００９４】
発生器８によって発生する矩形電圧パルスは、エミッタ１０にて超音波パルスに変換される。その超音波パルスは、サンプリング体積５２を通過した後、レシーバー１１に到達して電気パルスに変換される。その後、信号は増幅器４１を介して第１のコンパレータ４２の直接入力部に到達する。
【００９５】
電圧パルスを送出すると同時に、第１のＲＳトリガー４４は状態“０”にスイッチング制御され、第２のＲＳトリガー４６は状態“１”にスイッチング制御される。
【００９６】
第１のコンパレータ４２の反転入力部は電圧設定装置４９に接続されているので、第１のコンパレータ４２は受信信号の振幅が設定電圧を超えたとき動作する。第１のコンパレータ４２から出力されたパルスは、遅延ストローブパルス生成器４８から出力されるパルスによってストローブされる第１の素子４３を介して第１のＲＳトリガー４４のＳ入力部に送出され、状態“１”にスイッチング制御する(図２０の電圧波形図を参照)。タイムラグは、エミッタ１０からレシーバー１１への超音波パルスの伝播時間によって求められる。遅延素子の使用によって、電気音響ノイズによって規定されている計器の誤作動が遮断される。
【００９７】
第２のコンパレータ５０の入力部の内の一つはアース線に接続されているので、受信信号の振幅が“０”マークを切るときはいつでも電圧パルスが送出され、したがって弱い信号（ウイーク信号：図２０参照）ですら固定する。コンパレータの出力信号は受信信号の振幅には依存しない。
【００９８】
第１のＲＳトリガー４４の出力部から第２の素子４５の一つの入力部に送出される信号によって、受信信号が“０”マークを切ることを示す第２のコンパレータ５０からの信号の通過が許容（許可）される。第１の“０”マークを切ると、“０”状態にスイッチング制御する第２のＲＳトリガー４６の動作を引き起こす。電圧パルスはエミッタ１０からレシーバー１１への超音波パルスの通過時間に比例した区間をもつように形成されている。超音波パルスの振幅には依存しない。その後、これらのパルスは、コンバーター４７で計算機及びモニターに送出される期間に比例する振幅信号に変換される。
【００９９】
液体成分の体積濃度を測定する超音波計測器の第２の変形態様（図２参照）では、電圧設定装置はストローブされたピーク検出器５５として構成される。その入力部は増幅器４１の出力部に接続されており、ストローブ入力部は遅延ストローブパルス生成器４８の出力部に結合され、ピーク検出器５５は電圧分周器５６を介して第１のコンパレータ４２の入力部に接続されている。
【０１００】
この電圧設定装置は以下のように動作する。増幅器４１からの電圧信号はピーク検出器５５に送出される。同時に、エミッタ１０からレシーバー１１への超音波パルスの通過時間によって求められるタイムラグは、遅延ストローブパルス生成器４８からの信号がストローブ入力部に到達する（図２２参照）。その結果、信号振幅の最大値に等しい電圧電位がピーク検出器５５の出力部に現れる。分周器５６を通過する電圧信号は、制御される媒体特性及び温度の変化および測定回路のエージング等による変動によって、信号の選択された半波で第１のコンパレータ４２の確実な動作が保証されるように、減衰される。
【０１０１】
そのような電圧設定装置の使用により、規定された媒質における信号減衰量の著しい変化（１０−フォールド）、例えばサンプリング体積内の気泡の発生、成分のばらつきの変化、その他の理由により、コンパレータ動作レベルを自動的に維持することができる。
【０１０２】
局部値ｗｇ，１、ｗｇ，２、Φ１、Φ２、及びＷの計測器の動作はプロセッサによるプログラムを設定することにより制御される。上記した数値の測定パイプライン区分の時間平均及び断面積平均はプロセッサによって実行される。液体、気体、水、気体Ｑｔ，Ｑｏｉｌ，Ｑｗ，Ｑｇのような多相流体成分の流量は、プロッセッサによる上記した数式（１６），数式（１８），数式（１９）によって求められる。本発明は、特に油、水、気体混合物についての使用について述べたが、発明原理は、付加されたクレームに記載されているように他の混合物に対しても適用可能である。
【０１０３】
さらに、図１は流れ方向に見られる横断面面積を減少させた状態でのパイプライン区分の順序を示しているが、パイプライン区分の前記順序と逆、すなわち流れ方向に見られる横断面面積を増加させた状態での使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】  多相混合物中の液体成分及び気体の体積流量測定装置に関する測定フローセルの概要について示したものである。
【図１ｂ】  多相混合物中の液体成分及び気体の体積流量測定装置に関する測定フローセルの概要について示したものである。
【図２】  連続的な配置変形が施されたトランスデューサを有する気体相の局部流速計を示したブロック図である。
【図３】  図２の局部流速計で処理された信号を示した図である。
【図４】  ピーク検出器の出力信号に対する相互相関関数の典型例を示した図である。
【図５】  連続的に配置されたトランスデューサを有する気体相の局部流速計を示したブロック図である。
【図６】  図５の局部流速計で処理された信号の電圧波形を示した図である。
【図７】  一対のトランスデューサが自己相関関数形成モードにおいて動作している場合の気体相の局部流速計を示したブロック図である。
【図８】  ピーク検出器の出力信号に対する自己相関関数の典型例を示した図である。
【図９】  一のトランスデューサが“放射−受信”モードにおいて動作している場合の気体相の局部流速計を示したブロック図である。
【図１０】  図９の局部流速計で処理された信号の電圧波形を示した図である。
【図１１】  前記使用態様の変形に係るトランスデューサにおけるピーク検出器の出力信号に対する自己相関関数の形態を示した図である。
【図１２】  気体相の局部流速を測定する超音波ドップラー計測器を示した図である。
【図１３】  図１２の超音波ドップラー計測器における典型的な信号形態を示した図である。
【図１４】  気体相の局部流速を測定する超音波ドップラー計測器の第２の態様を示した図である。
【図１５】  図１４の局部流速計で処理された信号の電圧波形を示した図である。
【図１６】  提供された多相混合物における気体含量計を示した図である。
【図１７】  図１６の気体含量計で処理された信号波形を示した図である。
【図１８】  ピーク検出器の出力信号波計を示した図である。
【図１９】  液体成分の各体積濃度を測定する超音波計測器を示した図である。
【図２０】  図１９の超音波計測器で処理された信号の電圧波形を示した図である。
【図２１】  液体成分の各体積濃度を測定する超音波計測器の第２の態様を示した図である。
【図２２】  図２１の超音波計測器で処理された信号の電圧波形を示した図である。
【図１ａ】
0004800543.tif 000036
【図１ｂ】
0004800543.tif 000037
【図２】
0004800543.tif 000038
【図３】
0004800543.tif 000039
【図４】
0004800543.tif 000040
【図５】
0004800543.tif 000041
【図６】
0004800543.tif 000042
【図７】
0004800543.tif 000043
【図８】
0004800543.tif 000044
【図９】
0004800543.tif 000045
【図１０】
0004800543.tif 000046
【図１１】
0004800543.tif 000047
【図１２】
0004800543.tif 000048
【図１３】
0004800543.tif 000049
【図１４】
0004800543.tif 000050
【図１５】
0004800543.tif 000051
【図１６】
0004800543.tif 000052
【図１７】
0004800543.tif 000053
【図１８】
0004800543.tif 000054
【図１９】
0004800543.tif 000055
【図２０】
0004800543.tif 000056
【図２１】
0004800543.tif 000057
【図２２】
0004800543.tif 000058