(57)【要約】  本願は、流体導管用の音響流量計を提供する。その流量計は、１つ以上の音響送信機及び受信機の対と、保持部と、インターフェースユニットと、コンピュータモジュールとを含む。音響送信機及び受信機の対は、流体導管での流体の流速を測定する。保持部は、音響送信機及び受信機の対を流体導管に固定する。インターフェースユニットは、流体攪乱要素のタイプのデータ、相対的位置データ、及び相対的向きデータと、音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータとを受け取る。コンピュータモジュールは、メモリ装置と、プロセッサと、出力装置とを含む。メモリ装置は関係データセットを保存する。プロセッサは、関係データセットを使用することによって、流体の流速を計算する。出力装置は流速を出力する。
2015516070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体導管での液体の流速を測定するための音響流量計であって、前記音響流量計は、
前記液体導管内での液体の流速値を測定する少なくとも１つの音響送信機及び受信機の対と、
前記音響送信機及び受信機の対を前記液体導管に固定するための保持部と、
ユーザーの入力によって、液体攪乱要素のタイプのデータ、位置データ、及び向きデータを受け取るためのインターフェースユニットと、
前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置データ、及び前記向きデータ、並びに複数の液体攪乱要素の予め定められたタイプ及び予め定められた方向を保存するメモリ装置を含むコンピュータモジュールと、
前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置データ、及び前記向きデータ、並びに前記音響送信機及び受信機の対からの前記流速値に従って、前記液体の流速を計算するためのプロセッサと、
前記流速を出力するための出力装置と、
を含む、音響流量計。
【請求項２】
前記流量計は、少なくとも２つの前記音響送信機及び受信機の対を含み、それぞれの前記音響送信機及び受信機の対は、前記液体導管内の異なる高さで前記液体導管内の前記液体の流速値を測定する、請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
複数の前記音響送信機及び受信機の対の音響信号が互いに干渉しないように、複数の前記音響送信機及び受信機の対を異なる時間に個別に作動させる手段を更に含む、請求項２に記載の流量計。
【請求項４】
前記出力装置は、前記インターフェースユニットを通じて特定のタイプのデータをユーザーが選択するために、予め定められた液体攪乱要素のタイプを表示するように構成される、請求項１に記載の流量計。
【請求項５】
前記メモリ装置は、前記音響送信機及び受信機の対の、複数の対応する予め定められた位置及び複数の対応する予め定められた向きもまた保存し、前記プロセッサは、前記音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータにも従って前記流速を計算する、請求項１に記載の流量計。
【請求項６】
前記インターフェースユニットが、前記音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータを受け取る、請求項５に記載の流量計。
【請求項７】
前記メモリ装置は、複数の予め定められた流速と、前記液体攪乱要素の複数の対応する予め定められた位置と、前記音響送信機及び受信機の対の複数の対応する予め定められた流速値とを更に保存する、請求項１に記載の流量計。
【請求項８】
液体の流れを測定するための音響流量計を操作する方法であって、前記音響流量計は液体導管に取り付けられ、前記方法は、
複数の予め定められた流速と、液体攪乱要素の複数の対応する予め定められたタイプ、対応する予め定められた位置、及び対応する予め定められた向きと、音響送信機及び受信機の対の複数の対応する予め定められた流速値とを提供することと、
音響送信機及び受信機の対から液体の流速値を受け取ることと、
液体攪乱要素のタイプのデータ、位置データ、及び向きデータと、前記音響送信機及び受信機の対からの前記流速値とに従って流速を定めることと、
前記流速を出力することと、
を含む、方法。
【請求項９】
液体攪乱要素のタイプのデータ、位置データ、及び向きデータを受け取ることを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記音響送信機及び受信機の対の複数の対応する予め定められた位置及び対応する予め定められた向きを提供することと、
音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータを受け取ることと、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記流速はまた、前記音響送信機及び受信機の対の前記位置データ及び前記向きデータに従って定められる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
流速並びに前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置のデータ、及び前記向きのデータに従って、前記液体の流れプロファイルをシミュレーションすることと、
対応する前記流速並びに前記液体攪乱要素の対応する前記タイプのデータ、対応する前記位置のデータ、及び対応する前記向きのデータと一緒に前記流れプロファイルを保存することと、
を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記流れプロファイル並びに前記音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータに従って、前記音響送信機及び受信機の対の前記流速値をシミュレーションすることと、
対応する前記流れプロファイル並びに前記音響送信機及び受信機の対の対応する前記位置データ及び対応する前記向きデータと一緒に前記音響送信機及び受信機の前記流速値を保存することと、
を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記音響送信機及び受信機の対の前記液体の流速値に従って積分法を用いて第１の流速をシミュレーションすることと、
対応する前記流速値と一緒に前記第１の流速を保存することと、
を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記積分法は、円形断面についての最適重み付け積分（ＯＷＩＣＳ）法を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置のデータ、及び前記向きのデータに従って、有限要素法を用いて第２の流速をシミュレーションすることと、
前記第２の流速に対する前記第１の流速について補正係数を定めることと、
対応する前記第１の流速並びに前記液体攪乱要素の対応する前記タイプのデータ、対応する前記位置のデータ、及び対応する前記向きのデータと一緒に前記補正係数を保存することと、
を更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記有限要素法は、計算流体力学（ＣＦＤ）法を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記流速を定めることは、
前記音響送信機及び受信機の対の前記液体の前記流速値に従って暫定の流速を抽出することと、
該流速並びに前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置データ、及び前記向きデータに従って補正係数を抽出することと、
前記暫定の流速及び前記補正係数によって最終的な流速を定めることと、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、完全に満たされた導管内での流体の流速を明らかにするためのシステム及び方法に関する。流体は、液体及び気体の両方を含む。
【背景技術】
【０００２】
完全に満たされた管については、現在のところ流量測定技術が存在する。しかし、速度分布を測定する代わりに、これらの方法は速度分布を仮定し、この速度分布は完全に発達した速度プロファイルに対応する。残念なことに、仮定された完全に発達した速度プロファイルは、流れ方向での速度分布の変化が非常に小さい管の領域においてのみ存在し、管の全体の長さに亘るものではない。流量測定についての多くの既存の方法は、直線的な管の延長された領域を要件とし、そのような管は空間の制約される構内において利用できないであろう。
【０００３】
多くの工業用途は、複雑な配管で流体を取り扱う。そのような工業用途は、例えば食品製造、油／ガス精製所、水力発電所、排水処理場などを含む。一般的に、所定の期間にそのような導管内で特定の地点を通ってどれだけの量の流体が動いているか、すなわち体積流速を知ることは有益である。これを正確に推定するためには、導管の全断面を横切る平均流速を知ることが必要である。しかし、流速は導管の断面に亘って大きく変化する。したがって、通常は、単一の流量センサーを使用して平均の流速を検出することは可能でない。複数の流量センサーを用いてさえ、プロファイル係数として知られるかなりの誤差が依然としてあり得る。プロファイル係数についての従来の知識は、流量センサーによってなされた速度の測定を真の空間的な平均速度に修正するために使用されることができる。
【０００４】
管内の速度プロファイルは、慣性力及び粘性／摩擦力の少なくとも２つの力の組の関数である。例えば、流れの方向を変化させるエルボ又は同様の配管構成要素の出口では慣性力が優位に立ち、しばしばひどく歪んだ速度プロファイルを生成する。次に、エルボ／攪乱からの距離が増大するにつれて、粘性／摩擦力がより優勢になる。管壁に沿った粘性／摩擦力が、慣性力によってもたらされた歪みを消散する。管が十分に長ければ慣性力の影響は完全に排除されて、流れのプロファイルが変化しない「完全に発達した」状態になる。残念ながら実際には、「完全に発達した」プロファイルのためには、管の直径の５０倍以上の長さを要する。
【０００５】
「完全に発達した」時のプロファイル形状は、粘度及び管壁の粗さの関数である。ほとんどの用途において、粘度はよく分からず、管の効果的な粗さは通常は定められたことがない。結果として、「完全に発達した流れ」でのプロファイル係数は、流体粘度及び壁面粗さに依存して、＋／−１０％まで（層流状態から乱流状態まで）変わり得る。そのため、プロファイル係数における変化を正確に補正することが、流量計の精度に影響することは明らかである。
【０００６】
流量計は、大きな回転要素（旋回）がある速度プロファイルについての精度も高い。旋回は、通常は流れ方向での面を外れた２つ以上の変化によって発生される（例えば、垂直から水平に向かう１つのエルボ／Ｔ字管の後に、水平平面で流れの方向を変えるエルボ／Ｔ字管が続く）。旋回は、ほとんど全ての用途である程度存在し、横方向速度要素を発生させる状態にあり、さらに消散するのに長い距離を要する。旋回が中心にない場合、それは顕著な誤差をもたらし得る。
【０００７】
空間の制約及び／又は適切な適用形態は、エルボ、Ｔ字管及び／又は他の攪乱並びに不均一な要素を含んだ複雑な工業用配管の流れをもたらす。これは、完全に発達した速度プロファイルが存在するエルボ又はポンプなどの既知の攪乱要素から上流又は下流への最小距離で定められる、推奨「最適」位置での流量計の設置を困難にする。
【０００８】
したがって、複雑な配管に設置された流量計の精度を増大するために、流量計は較正されることを必要とする。要求される精度に応じて、流量計の製造者は、一般に次のタイプの較正技術を用いる。
１．試験装置で実施された製造工程後における、流量計の工場での較正
２．使用場所での流量計の「実流」較正
【０００９】
第１のタイプの較正に関しては、試験装置は、軸対称な形状でありかついかなる旋回もない（一体化された整流器を使用することによって）、液体又は気体の完全に発達した速度プロファイルを生成する明確な配管を含んでいる。一般的に、参照の目的でマスター流量計、動的計量タンク、又は単一若しくは双方向管試験器が設置され、それは試験装置を通って流れる種々の体積／質量について正確な値を提供する。同時に、試験流量計が設置されて測定流量が記録される。マスター流量計と試験流量計との間の偏差に基づいて、修正操作が計算される。これらの修正操作は、試験流量計の出力を較正して、所定の流動条件について特定の許容範囲内で特定の出力信号を与えるために、試験流量計を物理的（例えば、較正ねじを調整する）又は電気的（較正操作の記憶）に調整するために使用される。
【００１０】
較正された及び／又は保証された精度は、しばしば実際の現場条件に結び付かないので、測定された流量は実際の流量と十分に関連せずに、設置条件及び製造者の推奨の「最適な」設置条件からのずれに応じて、精度は妥協されるかもしれない。
【００１１】
第２のタイプの較正に関しては、例えば、現場での計測器の試験器較正キットが、特定の場所の条件を考慮する設置位置に取り付けられる。あるいは、管の断面内の実際の速度プロファイルの現場でのポイント測定もまた、実施されることができる。これらの測定の結果は設置された流量計の結果と比較されて、修正操作が計算される。導管を通る平均流速を推定するために、これらの位置に依存する修正操作は電気的に保存されるか、又は流量計装置の物理的調整が適用される。
【００１２】
上記を考慮すると、再較正は、機器が分解されて試験装置の場所に送られる必要があり、不稼働時間をもたらすので費用が掛かる試験装置においてか、又は費用の掛かる必須の現場での実流較正のいずれかになる。
【００１３】
特許文献１は、電磁流量計に関して、送信機を含む流量計を提供する。送信機は、電流源、メモリ、及び信号処理部を含む。電流源は流量計を作動させて、流量計が工程の流れに対応して誘導起電力を発生するようにする。メモリは、工程の流れでの送り管の攪乱を表す流れ形態を保存する。信号処理部は、誘導起電力に応じて、そして更に流れ形態に応じて、流速を決定する。
【００１４】
その電磁流量計は、電磁場を発生させるために２つの電極を使用するが、これらの電極は音響測定でのように信号を送受信せず、測定経路を渡す／示すこともしない。具体的には、これらの経路は、流れプロファイルに関連する、そのため攪乱に関連する向き情報を必要とする。
【００１５】
特許文献２は、曲り部分を有するガス管の攪乱領域において流速を測定するための方法を提供する。実際の曲り部分を縮小することによって得られた類似モデルの管で測定された内管断面での攪乱誤差係数は、実際の曲り部分の攪乱領域で測定される流速値によって修正される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１０７７７６号明細書
【特許文献２】日本特許第６０４１８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本願は、完全に満たされた導管における流体（液体及び気体の両方）の流速を明らかにするためのシステム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
第１の態様では、流体の流れを測定するためのシステムが提供される。そのシステムは、選択された導管の設置場所について導管形態パラメータを定めるように構成されたユーザーインターフェースと、予め定められた導管形態パラメータ及び選択された設置場所での流速のうちの少なくとも１つに関連した複数の修正操作を保存するように構成された情報リポジトリと、選択された設置場所で流速を測定するように構成された流量センサーと、選択された設置場所における導管での平均流速を推定するために、情報リポジトリから選択された修正操作を流速に適用するように構成されたコントローラとを含む。
【００１９】
導管形態パラメータは、例えば、導管の幾何学的経路、攪乱要素、導管直径、攪乱要素からの距離、及びこれらのいずれかの組み合わせから選択されることが好ましい。導管は、好ましくは閉じられた加圧管である。
【００２０】
好ましくは、導管形態パラメータを定めることは、ユーザーのパラメータ入力又はパラメータの自動的な測定のいずれかを含む。
【００２１】
また、流量センサーは流量計の一部であり、例えば、機械式流量計、光学式流量計、超音波流量計、差圧計、容積式流量計、翼車形水量計、振動式流量計、渦流量計、コリオリ質量流量計、熱式質量流量計、電磁流量計などから選択されることが好ましい。
【００２２】
ユーザーインターフェースは、例えば、画像、電子的、機械的、音声操作、メカトロニクス、及びこれらのいずれかの組み合わせなどの形態である。
【００２３】
さらに、画像ユーザーインターフェースは、英数字メニュー、プルダウンメニュー、リストボックスメニュー、コンボボックスメニュー、チェックボックスメニュー、画像選択メニュー、直接データ入力欄の少なくとも１つを含むことができる。
【００２４】
修正操作は、例えば、値、行列、関数、アルゴリズム、リアルタイムシミュレーション、物理的モデル、代用モデル選択、及びこれらのいずれかの組み合わせから選択されることが好ましい。
【００２５】
ユーザーインターフェースは、流量センサーと共に現場に設置されるように構成されても、モバイルであって修正操作の選択の間にシステムに接続可能に構成されても、又は流量センサーから離れて設置されるように構成されてもよい。
【００２６】
第２の態様では、流体の流れを測定するための方法が提供される。その方法は、選択された導管の設置場所について導管形態パラメータを定めることと、その設置場所で導管での流速を測定することと、導管形態パラメータ及び流速の少なくとも１つに基づいて参照テーブルから修正操作を決定することと、測定された流速に修正操作を適用することによって、その設置場所における導管での平均流速を推定することとを含む。
【００２７】
導管形態パラメータは、例えば、導管の幾何学的経路、攪乱要素、導管直径、攪乱要素からの距離、及びこれらのいずれかの組み合わせから選択されることが好ましい。
【００２８】
好ましくは、導管形態パラメータは、画像、電子的、機械的、音声操作、メカトロニクス、及びこれらのいずれかの組み合わせなどの形態のユーザーインターフェースを用いて定められる。さらに、画像ユーザーインターフェースは、英数字メニュー、プルダウンメニュー、リストボックスメニュー、コンボボックスメニュー、チェックボックスメニュー、画像選択メニュー、直接データ入力欄の少なくとも１つを含むことができる。導管形態パラメータを定めることは、ユーザーのパラメータ入力又はパラメータの自動的な測定のいずれかを含むことができる。
【００２９】
修正操作は、例えば、値、行列、関数、アルゴリズム、リアルタイムシミュレーション、物理的モデル、代用モデル選択、及びこれらのいずれかの組み合わせから選択されることが好ましい。
【００３０】
最後の態様では、流体の流れを測定するためのシステム用のユーザーインターフェースが提供される。そのインターフェースは、予め定められた導管形態に関する修正操作の参照テーブルを保存するように構成されたメモリと、導管での設置場所における導管形態についてユーザーの選択を受け取るように構成された入力装置と、導管での設置場所における選択された導管形態について対応する修正操作を流量センサーに送るように構成された通信モジュールとを含む。
【００３１】
入力装置は、例えば、画像、電子的、機械的、音声操作、メカトロニクス、及びこれらのいずれかの組み合わせなどの形態から選択されることができる。画像入力装置は、好ましくは、例えば英数字メニュー、プルダウンメニュー、リストボックスメニュー、コンボボックスメニュー、チェックボックスメニュー、画像選択メニュー、直接データ入力欄などの少なくとも１つを含む。ユーザーインターフェースは、現場又は導管での設置場所から離れた場所のいずれかに設置されることができる。
【００３２】
本願は、液体導管における液体の流速を測定する音響流量計を提供する。その流量計は、多くの場合、攪乱要素から導管直径の５倍以内にある。そこでは、攪乱要素からの攪乱は、流量計で観察されることができる。
【００３３】
本願は、当業者によって圧縮性媒体と考えられる気体又は気体と液体との混合物とは異なる液体の測定に関する。
【００３４】
流量計は、１つ以上の音響送信機及び受信機の対と、保持部と、インターフェースユニットと、コンピュータモジュールとを含む。
【００３５】
音響送信機及び受信機の対は、液体導管での液体の流速を測定する。
【００３６】
保持部は、音響送信機及び受信機の対を液体導管に固定する。固定は、音響送信機及び受信機の対を液体導管にクランプで固定し、そこでは音響送信機及び受信機の対は液体に浸けられない。
【００３７】
液体導管は、多くの場合、音響送信機及び受信機の対の音響信号が液体に到達できるようにするための開口部を有する。その対の送信機は音響信号を送信し、一方でその対の受信機は信号を受信して測定する。液体の流速は、信号を受信する時間に影響する。したがって、信号の測定は、流体の流速を決定するのに役立つ。
【００３８】
インターフェースユニットは、液体攪乱要素のタイプのデータ、相対的位置データ、及び相対的向きデータを受け取る。相対的位置データは、流量計に対して定められる。相対的向きデータもまた、流量計に対して定められる。その位置データは、液体攪乱要素の位置を定めるためのデータのセットを参照することができる。同様に、その向きデータは、液体攪乱要素の向きを定めるためのデータのセットを参照することができる。
【００３９】
ユーザーは、これらのデータをインターフェースユニットに入力してもよい。液体攪乱要素は、しばしば液体導管の上流に位置する。言い換えれば、攪乱要素からの流体が、液体導管に流れる。攪乱要素の例は、エルボ導管である。攪乱要素のタイプ、位置、及び向きは、流体の流れを妨げるように作用し、液体への旋回又は他の干渉をもたらし得る。
【００４０】
インターフェースユニットは、ユーザーの入力によって、液体攪乱要素の相対的位置データ及び相対的向きデータを受け取るために使用される。
【００４１】
コンピュータは、メモリ装置と、プロセッサと、出力装置とを含む。
【００４２】
メモリ装置は、上記の液体攪乱要素のタイプのデータ、相対的位置データ、及び相対的向きデータと、液体攪乱要素の複数の予め定められたタイプ及び予め定められた向きを保存する。
【００４３】
プロセッサは、上記の液体攪乱要素のタイプのデータ、相対的位置データ、及び相対的向きデータ、並びに音響送信機及び受信機の対からの流速値に従って、液体の流速を計算する。
【００４４】
出力装置は、流速をユーザーに示すために流速を出力する。
【００４５】
流量計の向きに対する攪乱要素の向きは、流量計での流体の流速プロファイルに影響を及ぼすか、又は流量計での流体の流速プロファイルを定める。
【００４６】
影響された流速プロファイルは、次に音響送信機及び受信機の対の測定値に影響を及ぼす。音響送信機及び受信機の対は、予め定められた向き及び位置を備えた音響測定経路を有する。その測定経路はまた、予め定められた向き及び位置を備えた音響平面に配置される。
【００４７】
流速プロファイルにおける変化は、音響送信機及び受信機の対の測定値における変化をもたらす。言い換えれば、流速プロファイルの変化は、音響送信機及び受信機の対の測定値における誤差の一因となる。
【００４８】
攪乱要素の相対的向きを考慮することによって、攪乱要素の向きの影響は、推定されて補正されることができる。本質的に、攪乱要素の向きに起因する誤差は排除されることができる。
【００４９】
このことは、攪乱要素の向きについて言及しない特許文献１などの先行技術とは異なる。
【００５０】
流量計は、少なくとも２つの音響送信機及び受信機の対を含むことができ、それぞれの音響送信機及び受信機の対は、液体導管内の異なる高さで液体導管内の液体の流速値を測定する。流量計はいくつかの測定平面を有することができ、それぞれの測定平面は異なる高さに配置される。
【００５１】
流量計は、複数の音響送信機及び受信機の対の音響信号が互いに干渉しないように、複数の音響送信機及び受信機の対を異なる時間に個別に作動させる手段を有することもできる。１つの音響送信機及び受信機の対が作動される時、他の音響送信機及び受信機の対は作動せず、それによって精度を向上するために他の音響送信機及び受信機の対からの干渉を排除する。
【００５２】
出力装置は、インターフェースユニットを通じて特定のタイプのデータをユーザーが選択するために、予め定められた液体攪乱要素のタイプを表示するように構成されることができる。実質的に、このことはユーザーが攪乱要素の求められるタイプを選択することを可能にする。出力装置は、ユーザーの選択のために、他のデータを表示することもできる。
【００５３】
メモリ装置はまた、音響送信機及び受信機の対の、複数の対応する予め定められた位置及び複数の対応する予め定められた向きを保存することができる。プロセッサはまた、音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータに従って、流速を計算することができる。
【００５４】
インターフェースユニットはまた、音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータを受け取ることができる。これらのデータは、攪乱要素の相対的位置及び相対的向きを定めるために使用されることができる。
【００５５】
メモリ装置はまた、複数の予め定められた流速と、液体攪乱要素の複数の対応する予め定められた位置と、音響送信機及び受信機の対の複数の対応する予め定められた流速値とを更に保存することができる。
【００５６】
本願はまた、液体の流れを測定するための音響流量計を操作する方法を提供することができる。この音響流量計は、液体導管に取り付けられる。
【００５７】
その方法は、複数の予め定められた流速を有する関係データセットを提供するステップを含む。
【００５８】
そのデータセットはまた、液体攪乱要素の複数の対応する予め定められたタイプ及び対応する予め定められた相対的向きを含む。液体攪乱要素の相対的向きは、流量計の位置及び向きを基準にして定められる。
【００５９】
そのデータセットは、多くの場合、液体攪乱要素の対応する相対的位置を含む。液体攪乱要素の相対的位置は、流量計の位置及び向きを基準にして定められる。
【００６０】
そのデータセットはまた、音響送信機及び受信機の対の複数の対応する予め定められた流速値を含むことができる。
【００６１】
この後に、流量計は、液体攪乱要素のタイプのデータ、位置データ、及び向きデータをユーザーから受け取る。攪乱要素は流量計から上流に配置され、攪乱要素は、攪乱要素から流量計に流れている液体の流れプロファイルに影響を及ぼす。
【００６２】
この後に、流量計は、音響送信機及び受信機の対から液体の流速値を受け取る。
【００６３】
次に流量計は、関係データセットを用いることによって、液体攪乱要素のタイプのデータ、位置のデータ、及び向きのデータと、音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータと、音響送信機及び受信機の対からの流速値とに従って、液体の流速を決定する。
【００６４】
流量計は、その後に流量計のユーザーに表示するために流速を出力する。
【００６５】
その方法は、多くの場合、流量計が音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータを受け取るステップを含む。
【００６６】
流量計を較正するために、その方法は多くの場合、流速と液体攪乱要素のタイプのデータ、位置のデータ、及び向きのデータとに従って、液体の流れプロファイルをシミュレーションするステップを含む。
【００６７】
このステップは、液体の流れプロファイルを定める働きをする。このシミュレーションは、多くの場合、流量計が提供することができない多くのコンピュータ資源を必要とする技術を正確に使用している。このステップは、流速を測定するために流量計を使用する前に実行される。
【００６８】
この後に、その流れプロファイルは、対応する流速と、液体攪乱要素の対応するタイプのデータ、対応する位置のデータ、及び対応する向きのデータと一緒に、関係データセットに保存される。この保存は、後での流れプロファイルの抽出を可能にする。
【００６９】
その方法は、多くの場合、上記流れプロファイルと音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータとに従って、音響送信機及び受信機の対の流速値をシミュレーションするステップを含む。別の表現で言えば、このステップは、流体の流れプロファイルと音響送信機及び受信機の対の位置及び向きとに基づいて、音響送信機及び受信機の対の測定をシミュレーションする。
【００７０】
音響送信機及び受信機の対の流速値は、その後に対応する流れプロファイルと、音響送信機及び受信機の対の対応する位置データ及び対応する向きデータと一緒に、関係データセットに保存される。この保存は、後での流速値の抽出を可能にする。
【００７１】
流量計を較正するために、その方法は、音響送信機及び受信機の対の液体の流速値に従って積分法を用いて第１の流速をシミュレーションするステップを含むことができる。ＯＷＩＣＳ法は、あまり多くのコンピュータ資源を必要とせずに、かなり速くシミュレーションすることができる。
【００７２】
その積分法は、「円形断面についての最適重み付け積分」（ＯＷＩＣＳ）法を含むことができる。それは、Tresh T., Gruber P., Luscher B., Staubli T.、音響流量測定のための最適積分法及び重み付け修正（Presentation of Optimized Integration Methods and Weighting Corrections for the Acoustic Discharge Measurement）、ＩＧＨＥＭ  ２００８年、ミラノに開示されている。
【００７３】
第１の流速は、その後に対応する流速値と一緒に関係データセットに保存される。
【００７４】
その方法は、多くの場合、液体攪乱要素のタイプのデータ、位置のデータ及び向きのデータに従って、有限要素法を用いて第２の流速をシミュレーションするステップを含む。
【００７５】
有限要素法は、計算流体力学（ＣＦＤ）法を含むことができるが、離散及び連続である他の流れシミュレーション方法もまた可能である。ＣＦＤ法は、一般的により多くの結果を生じるが、多くのコンピュータ資源を必要とする。
【００７６】
そして、第２の流速に対する第１の流速についての補正係数が定められる。これらの流速を導く方法の相違に起因して、第２の流速は、多くのコンピュータ資源を必要とするがより正確であり、一方で第１の流速は、正確性が劣るがより少ないコンピュータ資源を必要とする。補正係数は、第１の流速から第２の流速を導き出す役目を果たす。
【００７７】
この後に、補正係数は、対応する第１の流速と、液体攪乱要素の対応するタイプのデータ、対応する位置のデータ、及び対応する向きのデータと一緒に関係データセットに保存される。
【００７８】
流量計を操作するには、流速の決定は、多くの場合、音響送信機及び受信機の対の液体の流速値に従って、関係データセットから暫定の流速を抽出することを含む。
【００７９】
その場合、補正係数は、その暫定の流速と、液体攪乱要素のタイプのデータ、位置のデータ、及び向きのデータに従って抽出される。
【００８０】
この後に、最終的な流速は、暫定の流速及び補正係数によって導き出される。
【００８１】
本願が完全に理解されて容易に実際の実施がなされることができるように、添付する説明図を参照して、限定でない例示の方法によってここに説明されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】第１の実施形態によるシステムのブロック図を示す。
【図２】図１のシステムに関する種々の取付位置の概略図を示す。
【図３】図１のシステムに関する種々の取付位置の概略図を示す。
【図４】９０°のエルボ導管における流速のグラフを示す。
【図５】例示の修正操作のグラフを示す。
【図６】第２の実施形態による方法のフローチャートを示す。
【図７】図１のシステムのユーザーインターフェースの例を示す。
【図８】第１のシステムの一実施形態による導管に接続された音響流量計の正面図を示す。
【図９】図８の音響流量計のスプールピースの正面図を示す。
【図１０】Ａ−Ａ面に沿った図８の音響流量計の断面の側面図を示す。
【図１１】図８の音響流量計の音響平面の平面図を示す。
【図１２】図８の音響流量計に関して流れプロファイルを生成する方法のフローチャートを示す。
【図１３】図８の音響流量計に関して変換器測定値を生成する方法のフローチャートを示す。
【図１４】図８の音響流量計を操作する方法のフローチャートを示す。
【図１５】Ａ−Ａ面に沿った図１０の流量計での流れプロファイルを示す。
【図１６】流速及び図１０の流量計の変換器の変換器測定値のデータセットを示す。
【図１７】図１０の流量計の変換器測定値を示す。
【図１８】図８の音響流量計を使用する方法を示す。
【図１９】第１の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図２０】第２の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図２１】第３の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図２２】第４の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図２３】第５の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図２４】第６の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図２５】第７の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図２６】第８の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図２７】第９の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図２８】第１０の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図２９】第１１の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図３０】第１２の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図３１】第１３の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図３２】第１４の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図３３】第１５の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図３４】第１６の流れ系についての流速測定誤差のグラフを示す。
【図３５】エルボ流体導管の速度プロファイルを示す。
【図３６】図３５の速度プロファイルの断面図を示す。
【図３７】垂直な測定平面を備えた図３６の断面図を示す。
【図３８】水平な測定平面を備えた図３６の断面図を示す。
【図３９】直接の測定経路を備えたクランプで固定された音響変換器の対を示す。
【図４０】反射測定経路を備えたクランプで固定された音響変換器の対を示す。
【図４１】異なる相対的向き及び異なる位置を備えた音響変換器の対についての流れ測定を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８３】
図に示される実施形態のいくつかの部品は、類似の部品を有する。類似の部品は、同じ名称又はダッシュ記号若しくはアルファベット記号を備えた類似の部品番号を有する。そのような類似の部品についての記載はまた、必要に応じて参照によって他の類似の部品に適用され、それによって開示を限定することなしに記載の反復を減らす。
【００８４】
第１の実施形態は、導管での流体の流速を明らかにするシステムに関する。大まかに言えば、そのシステムは各種の導管形態に対する修正操作を備えた参照テーブルを含む。ユーザーインターフェースは、どの導管形態にシステムの流量センサーが取り付けられるかを選択するために使用される。流量センサーは電子機器に測定値を提供し、次に電子機器は、流量センサーの位置での導管の平均流速を推定するために、選択された形態の参照テーブルでの修正操作に基づいて、修正された出力信号を出力する。これは、費用の掛かる現場での較正を必要とせずに、システムがその特定の位置における平均流速の正確な推定値を提供できることを意味する。
【００８５】
図１を参照すると、加圧された導管内での流体の流速を明らかにするためのシステム２０が示されている。システム２０は、ユーザーインターフェース２２と、情報リポジトリ２４と、流体の流量センサー２６と、マイクロコントローラ２８とを含む。マイクロコントローラ２８は、ユーザーインターフェース２２、情報リポジトリ２４、及び流体の流量センサー２６と接続される。
【００８６】
ユーザーインターフェース２２は、システム２０について取付場所パラメータを定めるために提供される。取付場所パラメータを定めることは、ユーザーがパラメータを入力すること及び自動的にパラメータを測定することの少なくとも１つを含む。ユーザーインターフェース２２は、表示パネルの形態であり、さらにタッチパネルにすることができる。ユーザーインターフェース２２は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、コンピュータタブレット、ノートパソコンなどであってもよい。取付場所パラメータは、例えば導管の幾何学的経路、攪乱要素、導管直径、攪乱要素からの距離などから選択される少なくとも１つを含む。攪乱要素の例は、図２、３に示される。一実施形態では、ユーザーインターフェース２２は、ユーザーが遠隔でシステム２０に接続することを可能にするオンラインＵＲＬを通して利用可能である。ユーザーインターフェース２２は、例えばラップトップコンピュータ、コンピュータタブレット、コンピュータモバイルフォンなどのモバイルコンピュータ装置で作動するソフトウェアプログラムの形態にすることができる。
【００８７】
別の実施形態では、ユーザーインターフェース２２はケースの外側にディップスイッチを含み、選択されるスイッチのオン／オフの組み合わせが特定の導管形態に対応する。図７に示される別の実施形態では、ユーザーインターフェース２２は表示パネルの形態であり、英数字メニュー、リストボックスメニュー、コンボボックスメニュー、チェックボックスメニュー、プルダウンメニュー２００、画像選択メニュー３００、５００、及び直接データ入力欄４００を含む。図７に示されるようなユーザーインターフェース２２は、取付場所パラメータの入力を便利にする。
【００８８】
図７において、プルダウンメニュー２００は、利用可能な取付場所パラメータのテキスト選択を示す。第１の画像選択メニュー３００は、利用可能な取付場所パラメータの図形選択を示す。第２の画像選択メニュー５００は、加圧された導管に取り付けられた流量計の図形的位置を示す。直接データ入力欄４００は、「Ｄ」及び「Ｎ」の入力を示し、それにより「Ｄ」は導管の直径を表し、一方で「Ｎ」は直径の倍数を表す。あるいは、ユーザーインターフェース２２は音声で操作されることができ、音声による命令は処理されて、音声認識システムが、例えばユーザーインターフェース２２の英数字メニュー、リストボックスメニュー、コンボボックスメニュー、チェックボックスメニュー、プルダウンメニュー２００、画像選択メニュー３００、５００、直接データ入力欄４００を用いて入力を決定する。
【００８９】
ユーザーインターフェース２２の上記実施形態は、ユーザーインターフェース２２が少なくとも、例えば画像、電子的、機械的、メカトロニクスなどの形態になり得るようにして、どのような組み合わせでも組み合わされることができる。
【００９０】
情報リポジトリ２４は、複数の修正／較正操作を保存するためのメモリである。複数の修正／較正操作は、シミュレーションを用いて得られる。それぞれの修正／較正操作は、それぞれの取付場所パラメータ及び取付場所でのリアルタイムの流速の少なくとも１つに関連する。これらの修正／較正操作は、例えば、値、行列、関数、アルゴリズム、リアルタイムシミュレーション、物理的モデル、代用モデルなどであり得る。これらの修正／較正操作は、一般に、流速の精度を増大するために測定された値を修正又は変更するいずれかの種類の数学的操作であり得る。
【００９１】
流量センサー２６は、取付場所において導管内の特定の位置でのリアルタイムの流速を計測する。流量センサー２６は、例えば適用要件に依存して機械式流量計、光学式流量計、超音波流量計、差圧計、容積式流量計、翼車形水量計、振動式流量計、熱式質量流量計、電磁流量計、渦流量計、コリオリ質量流量計などの様々な技術を用いて直接又は間接的に流速を測定することができる流量計の一部である。
【００９２】
マイクロコントローラ２８は、推定平均流速を得るために、情報リポジトリ２４から選択された修正操作を測定値に適用する。
【００９３】
図２、３を参照すると、種々の取付形態の例が示される。図２（ａ）は、システム２０が変形要素の上流に設置された形態を示し、一方で図２（ｂ）は、システム２０が変形要素の下流に設置された形態を示す。
【００９４】
図２（ａ）では、（ｉ）は直線状の管に取り付けられたシステム２０を示し、（ｉｉ）は９０°のエルボの前に取り付けられたシステム２０を示し、（ｉｉｉ）は同じ平面にある２つの９０°のエルボの前に取り付けられたシステム２０を示し、（ｉｖ）は異なる平面にある２つの９０°のエルボの前に取り付けられたシステム２０を示し、（ｖ）は管の拡大の前に取り付けられたシステム２０を示し、（ｖｉ）は管の縮小の前に取り付けられたシステム２０を示し、（ｖｉｉ）は弁の前に取り付けられたシステム２０を示し、（ｖｉｉｉ）はポンプの前に取り付けられたシステム２０を示す。
【００９５】
図２（ｂ）では、（ｉ）は直線状の管に取り付けられたシステム２０を示し、（ｉｉ）は９０°のエルボの後に取り付けられたシステム２０を示し、（ｉｉｉ）は同じ平面にある２つの９０°のエルボの後に取り付けられたシステム２０を示し、（ｉｖ）は異なる平面にある２つの９０°のエルボの後に取り付けられたシステム２０を示し、（ｖ）は管の縮小の後に取り付けられたシステム２０を示し、（ｖｉ）は管の拡大の後に取り付けられたシステム２０を示し、（ｖｉｉ）は弁の後に取り付けられたシステム２０を示し、（ｖｉｉｉ）はポンプの後に取り付けられたシステム２０を示す。
【００９６】
その１６の形態のそれぞれは、情報リポジトリ２４に保存された関係する修正／較正操作のセットを有する。当然ながら、図２、３に示される１６の形態より多くの形態があり得る。関係する修正／較正操作はそれぞれ、シミュレーションを使用して得られた。図２に示される形態のいかなる組み合わせもまた、情報リポジトリ２４に保存された関係する修正／較正操作を有することができるが、１６の形態に関する以外の他の組み合わせもあり得る。
【００９７】
図４を参照すると、導管における９０°のエルボ型攪乱のシミュレーションが示されている。図４に表示された「Ｄ」は、導管の直径を意味する。明らかに、速度プロファイルは対称でなく、曲りからの距離に応じて大きく変化する。この証拠によって、プロファイル内での流量センサー２６の位置は、出力の精度にとって極めて重要である。
【００９８】
図５は、１つの特定の速度測定についての例示の修正操作を示す。各修正操作曲線に沿っての各点は、情報リポジトリ２４に保存された参照テーブルにおける入力である。
【００９９】
図６は、第２の実施形態による加圧された導管において流体速度を明らかにするための方法５０を示す。方法５０は、取付場所でのリアルタイムの流量を測定するステップ５２を含む。流速は、少なくとも１つの流量センサー２６を用いて測定され、集められたデータが分析される。ステップ５４で取付場所のパラメータが定められる。リアルタイムの速度を測定するステップ及び取付場所パラメータを定めるステップ５４は、同時に行われるか、又はいずれかの順番でなされることができる。取付場所パラメータの決定は、ユーザーがパラメータを入力すること及び自動的にパラメータを測定することの少なくとも１つを含む。その次にステップ５６で、直接又は間接的に測定された速度の少なくとも１つの分析及び取付場所でのパラメータに基づいて、関係する修正／較正操作が得られる。最後にステップ５８で、選択された取付場所についての修正をリアルタイムの流体速度に適用することによって、修正された流速が推定される。
【０１００】
システム２０は、最高精度での修正された流速を得るために、いかなる追加の較正も要件とすることなく、予め定められた導管形態のパラメータに基づいて、ユーザーがあらゆる取付場所に関する特定のパラメータを現場で選択して入力することを可能にする。さらに、システム２０は、直線的な管の特定の最小長さ又は攪乱の特定のセットのいずれにも制限されず、流速の精度に悪影響を与えることなしに、かなり広い応用分野で使用されることができる。本願は、取付後の追加の（及び費用の掛かる）較正の必要を排除する。
【０１０１】
本願の好ましい実施形態が上記で記載されたが、本願から逸脱することなしに設計又は構造の細部において多くの変形若しくは変更がなされ得ることは、当業者によって理解される。
【０１０２】
例えば、マイクロコントローラ２８は、適用要件に応じてアナログ回路に代えられてもよい。さらに、いくつかの適用においては、いくつかの有線接続は無線接続に代えられてもよい。例えば、ユーザーインターフェース２２は、導管形態の設定をセットするために、例えばラップトップ、タブレット、又はモバイルフォンなどのモバイルコンピュータ装置で作動して、システム２０に無線接続されてもよい。修正操作（それぞれがサーバー又はオンラインアプリケーションのいずれかで以前の事例において計算される）の参照テーブルは、インストーラーのユーザーインターフェース２２内に保持されて、その特定の導管形態についての特定の選択された修正操作が、単にシステム２０にアップロードされてもよい。流量センサー２６は、無線でマイクロコントローラ２８に接続されてもよい。更なる代替手段では、各流量センサー２６は、有線又は無線のいずれかでネットワークに接続されてもよい。中央制御装置が、機械式流量計、光学式流量計、超音波流量計、差圧計、容積式流量計、翼車形水量計、振動式流量計、熱式質量流量計、電磁流量計、渦流量計、コリオリ質量流量計などの様々な技術の流量計の各流量センサー２６について設定する導管形態についての参照テーブルを保存してもよい。修正操作は、現地で又は遠隔で適用されることができる。無線接続は、ブルートゥース、ＷｉＦｉ、ＧＰＲＳなどを用いて実行されることができる。参照テーブル、修正操作、及び／又は特定の導管形態は、周期的に又は定期的に新しいデータでアップロードされることもできる。流量センサー２６のみが取付場所に位置し、システム２０の他の全ての構成要素は、取付場所から離れた所に位置して、無線信号又はデータネットワークによって互いに操作可能に接続されてもよい。
【０１０３】
図８は、一連の導管１００を示す。一連の導管１００は、音響流量計１０３を含む。
【０１０４】
音響流量計１０３は、第１端及び第２端を含む。第１端は、長さＬｃ及び内径Ｄｃを有する直線状の円筒形導管１０５の第１端に接続される。円筒形導管１０５の第２端は、エルボ導管１０７に接続される。音響流量計１０３の第２端は、別の直線状の円筒形導管１０９に接続される。
【０１０５】
使用においては、流体がエルボ導管１０７、第１の直線状の円筒形導管１０５、音響流量計１０３、及び第２の直線状の円筒形導管１０９を完全に満たす。流体は、エルボ導管１０７から第１の直線状の円筒形導管１０５、音響流量計１０３、及び第２の直線状の円筒形導管１０９に流れる。
【０１０６】
図９は、音響流量計１０３のスプールピース１１１を示す。図１０に示されるように、スプールピース１１１は変換器ケース１１４によって収容され、変換器ケース１１４は複数の取り付け可能な変換器、すなわち２対の変換器１１５ａ、２対の変換器１１５ｂ、２対の変換器１１５ｃ、２対の変換器１１５ｄ、及び２対の変換器１１５ｅを保持する。
【０１０７】
スプールピース１１１は、２つの円筒形の端を備えた円筒形本体１１６を有する。それぞれの円筒形の端は、フランジ１１８を有する。円筒形本体１１６は、予め定められた位置に複数の開口部を有する。開口部は、４つの第１開口部１１９ａ、４つの第１開口部１１９ｂ、４つの第１開口部１１９ｃ、４つの第１開口部１１９ｄ、及び４つの第１開口部１１９ｅを含む。スプールピース１１１は、長さＬｍ及び内径Ｄｍを有する。
【０１０８】
変換器ケース１１４は、円筒形本体１１６を取り囲み、変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅを保持する。変換器１１５ａは、予め定められた方向で、予め定められた開口部１１９ａの位置に配置される。同様に、変換器１１５ｂは予め定められた方向で、予め定められた開口部１１９ｂの位置に配置され、変換器１１５ｃは予め定められた方向で、予め定められた開口部１１９ｃの位置に配置される。変換器１１５ｄは、予め定められた方向で、予め定められた開口部１１９ｄの位置に配置される。変換器１１５ｅは、予め定められた方向で、予め定められた開口部１１９ｅの位置に配置される。
【０１０９】
図１０に示されるように、変換器ケース１１４は、５つの平行な音響平面１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅを有する。それぞれの音響平面１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅは、それぞれ２対の変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅを有する。より容易な参照のために、図１１は１つの音響平面１２０ａについて変換器を示し、それは他の音響平面１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅについても適用される。
【０１１０】
変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの各対は、対応する変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅがそれぞれ音響経路１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄ、１２５ｅを有するように方向を定められる。音響経路１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄ、１２５ｅは、対応する変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの間を延びる。それぞれの音響平面１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅは、それぞれ互いに交わる又は交差する２つの音響経路１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄ、１２５ｅを有する。図１１はまた、より容易な参照のために変換器１１５ａのみについて音響経路の交差を示す。この図解は、他の変換器１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅに適用されることができる。
【０１１１】
使用においては、スプールピース１１１及び円筒形の導管１０９もまた、流体がそれらを通ることができる。
【０１１２】
エルボ導管１０７は、エルボ導管１０７の一端からエルボ導管１０７の他端へ、エルボ導管１０７を通過する流体についての流れ攪乱要素として機能する。攪乱要素は、渦流、旋回、及び他の非均一又は非軸対称の成分などの流れ攪乱を流体にもたらす。
【０１１３】
変換器ケース１１４は、変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅを保持するとともに予め定められた位置及び予め定められた方向で変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅを適切に維持するために、予め定められた位置にハウジングを提供する。
【０１１４】
変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅは、超音波送受信機として働く。変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの各対は、変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの一方が対応する音響経路１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄ、１２５ｅに送信し、他方の変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅが音響信号を受信し、さらに音響信号を測定もするようにして向きを定められる。そして変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅは役割を交換する。信号測定値は、干渉信号又はノイズを排除するために後で平均される。言い換えれば、測定は反対の２方向、すなわち上流方向及び下流方向でなされる。
【０１１５】
変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅはまた、送信される音響信号が狭い幅を有し、それによって送信された音響信号を他の変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅが読み取り又は測定することを原則的に防ぐようにして、対応する変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５に向けられた開口を有する。この開口はまた、送信された音響信号からの反響を排除又は低減する。
【０１１６】
変換器の複数の対はまた、それらの音響信号を交互方式で送信する。一の変換器の対が音響信号を送信する時は、その変換器の対の送信信号と干渉しないように他の変換器の対は送信しない。言い換えれば、変換器の複数の対は、音響信号を１つずつ送信する。
【０１１７】
スプールピース１１１内の流体の流れは、受信する変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅに音響信号が到達するのに掛かる時間を変える。流体は、上流の変換器から下流の変換器に流れる。上流の変換器から音響信号を受信する下流の変換器は、音響信号をより早く受信する。同様に、下流の変換器から音響信号を受信する上流の変換器は、音響信号をより遅く受信する。音響信号を受信する時間差を測定することによって、流体の流速を計算することができる。
【０１１８】
一般的に、超音波送受信機は音波送受信機の一形態である。変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅは、流量センサーの一形態である。
【０１１９】
音響流量計１０３を使用する方法は、流れプロファイルを生成する方法と、変換器測定値を生成する方法と、音響流量計１０３を操作する方法とを含む。これらの方法を以下で説明する。
【０１２０】
最初の２つの方法は、流速関係データセットを生じさせ、それは流速を計算するために３番目の方法によって使用される。
【０１２１】
図１２は、シミュレーションによって流れプロファイルを生成する方法のフローチャート１３０を示す。
【０１２２】
フローチャート１３０は、一連の導管１００を通って流れる流体の流速を選択するステップ１３１を含む。
【０１２３】
この後に、ユーザーがユーザーインターフェース２２で流れ攪乱要素のタイプを選択するステップ１３２が実行される。攪乱要素のタイプの例は、１つのエルボ導管タイプ及び２つのエルボ導管タイプなどである。そして、ユーザーインターフェース２２は、受け取った攪乱要素のタイプの選択をマイクロコントローラ２８に送信する。
【０１２４】
ユーザーはまた、ステップ１３２でユーザーインターフェース２２において流れ攪乱要素の位置及び向きを選択する。ユーザーインターフェース２２は、流れ攪乱要素の受け取った位置及び受け取った向きもマイクロコントローラ２８に送信する。
【０１２５】
流れ攪乱要素の位置は、流量計１０３に対して定められる。流量計１０３に対する流れ攪乱要素の位置は、流れ攪乱要素の絶対位置及び流量計１０３の絶対位置から得ることができる。
【０１２６】
流量計１０３の位置に対するエルボ導管１０７の位置は、導管１０７による流量計１０３での流体の流速プロファイルへの攪乱の影響を決定する。エルボ導管１０７が流量計１０３の近くに位置する場合、エルボ導管１０７は流量計１０３での流体の流速プロファイルに対してより大きな影響を有する。
【０１２７】
同様に、流れ攪乱要素の向きは、流量計１０３に対して定められる。流量計１０３に対する流れ攪乱要素の向きは、流れ攪乱要素の絶対的な向き及び流量計１０３の絶対的な向きから得ることができる。
【０１２８】
流量計１０３の向きに対するエルボ導管１０７の向きもまた、流量計での流体の流速プロファイルに影響する。そして、流体の流速プロファイルのこの変化は、変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの測定値に影響する。エルボ導管１０７の相対的向きが考慮されない場合、この影響は変換器測定値での誤差をもたらす。
【０１２９】
この後にステップ１３６で、マイクロコントローラ２８は、選択されたタイプの流れ攪乱要素並びに選択された流れ攪乱要素の位置及び向きに従って、流量計１０３での流体の流れプロファイルをシミュレーションする。シミュレーションは、流れ攪乱要素のタイプ並びに流れ攪乱要素の位置及び向きに従って流れプロファイルを生成する数学的モデル又はアルゴリズムを使用する。流れ攪乱要素のタイプ並びに流れ攪乱要素の位置及び向きは、流れプロファイルを生成する数学的モデル又はアルゴリズムのためのパラメータとしての役割を果たす。
【０１３０】
上記ステップは、様々な流速、並びに流れ攪乱要素の様々な位置及び様々な向きを備えた様々な攪乱要素のタイプについて繰り返される。
【０１３１】
流れ攪乱要素は、流体の流れに流れ攪乱をもたらす。異なるタイプの攪乱要素は、異なるタイプの流れ攪乱をもたらす。さらに流れ攪乱は、流体の流れに従って下流に伝わるにつれて変化もする。
【０１３２】
そして、この流れ攪乱は、流れ攪乱要素から下流に位置する流量計に生じ、流れ攪乱もまた、考慮されないならば、流量計によって測定される流速に誤差を生じさせることとなる。
【０１３３】
つまり、流量計に生じる流れ攪乱は、上流に位置する攪乱要素のタイプに依存し、流速測定領域に対する攪乱要素の位置に依存し、さらに攪乱要素の向きにも依存する。
【０１３４】
次にステップ１３９で、マイクロコントローラ２８が、流れプロファイル関係データセットにシミュレーションされた流れプロファイルを保存する。マイクロコントローラ２８は、データを保存するためのメモリユニットとして働く情報リポジトリ２４を有する。
【０１３５】
流速関係データセットは、流速データと、流れ攪乱要素位置データ及び流れ攪乱要素向きデータを備えた流れ攪乱要素のタイプのデータと、それらの対応するシミュレーションされた流れプロファイルデータとを含む。それぞれの流速データは、流れ攪乱要素位置データ及び流れ攪乱要素向きデータを備えた流れ攪乱要素のタイプのデータと一緒になって、対応するシミュレーションされた流れプロファイルデータを有する。
【０１３６】
一般的に、流れプロファイルデータを生成する他の方法が可能である。流れプロファイルデータは、測定によっても生成されることができる。言い換えれば、流れの測定が、流れプロファイルを得るために行われる。
【０１３７】
図１３は、シミュレーションによって変換器測定値を生成する方法のフローチャート１５０を示す。
【０１３８】
フローチャート１５０は、図１２のフローチャート１３０の後に実行される。
【０１３９】
フローチャート１５０は、特定の流速と、流れ攪乱要素位置及び流れ攪乱要素向きを備えた特定の流れ攪乱要素のタイプとに対応する流れプロファイルを選択するステップ１５３を含む。
【０１４０】
ユーザーはその後に、ステップ１５６において、ユーザーインターフェース２２で変換器の対の位置及び向きを選択する。変換器の対の位置及び向きは、変換器の対の音響経路及び音響平面を定める。ユーザーインターフェース２２は、受け取った変換器の対の位置及び向きをマイクロコントローラ２８に送信する。
【０１４１】
次にマイクロコントローラ２８は、ステップ１５９で、上記選択された流速並びに変換器の対の選択された位置及び向きに従って、変換器の対の測定値をシミュレーションする。
【０１４２】
マイクロコントローラ２８はその後に、ステップ１６２で、上記流れプロファイル関係データセットからのデータを含む流速関係データセットに、シミュレーションされた流速に関する変換器測定値を保存する。
【０１４３】
上記ステップは、様々な流速及び変換器の対の様々な向きを備えた様々な位置について繰り返される。
【０１４４】
流速関係データセットは、流速データと、対応する流れ攪乱要素位置データ及び対応する流れ攪乱要素向きデータを備えた流れ攪乱要素のタイプのデータと、対応する変換器の対の向きデータを備えた変換器の対の位置データと、対応するシミュレーションされた変換器測定値のデータとを含む。
【０１４５】
図１４は、図１３のフローチャート１５０のステップによって生成された流速関係データを用いて、音響流量計１０３を操作する方法のフローチャート１７０を示す。
【０１４６】
フローチャート１７０のステップは、フローチャート１５０の後に実行される。フローチャート１７０は、ユーザーからユーザーインターフェース２２が流れ攪乱要素のタイプの選択を受け取りかつ攪乱要素の位置及び向きを受け取るステップ１７３を含む。次にユーザーインターフェース２２は、受け取った攪乱要素のタイプの選択と、受け取った攪乱要素の位置及び向きとをマイクロコントローラ２８に送信する。
【０１４７】
次に、ユーザーが変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの位置及び向きをユーザーインターフェース２２に提供するステップ１７９が実行される。ユーザーインターフェース２２は、その後に変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの受け取った位置及び向きをマイクロコントローラ２８に送信する。
【０１４８】
マイクロコントローラ２８は、その後にステップ１８２で、変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅから流体の測定値を得る。
【０１４９】
マイクロコントローラ２８は、次にステップ１８５で流体の流速を決定する。流速は、選択されたタイプの流体の流れの攪乱要素、受け取った攪乱要素の位置及び方向、受け取った変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの位置及び方向、並びに流体の測定された測定値に従って、流速関係データセットを用いて決定される。
【０１５０】
マイクロコントローラ２８は、流速を決定するために、流速関係データセットのデータを内挿又は外挿する。
【０１５１】
一般的に、内挿又は外挿は、流速を決定するために最適な解を計算する「疑似逆」の一形態である。
【０１５２】
最高レベルの観点から、その位置及び方向を備えた攪乱要素のタイプは、３つの入力パラメータを示し、一方で対応する向きを備えた変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの位置は、２つの入力パラメータを示す。
【０１５３】
流速データと、対応する流れ攪乱要素位置データ及び対応する流れ攪乱要素向きデータを備えた流れ攪乱要素のタイプのデータと、対応する変換器の対の向きデータを備えた変換器の対の位置データと、対応するシミュレーションされた変換器測定値のデータとを備えた流速関係データセットは、６つの関係するデータセットを示す。
【０１５４】
よって、５つの入力パラメータは、６つの関係するデータセットを有する流速関係データセットから流速を得るのに十分である。
【０１５５】
マイクロコントローラ２８は、その後に決定された流速を、ユーザーインターフェース２２及び外部の出力装置に送信する。
【０１５６】
図１５は、図１０の音響流量計１０３のスプールピース１１での流れプロファイルを示す。
【０１５７】
図１６は、流速及び図１０の変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの変換器測定値のデータセットを示す。データセットは、図１２のフローチャート１３０及び図１３のフローチャート１５０を用いて生成される。攪乱要素のタイプは、水平に流す前に流体を垂直に流すように向けられたエルボである。攪乱要素のタイプは、流量計１０３から０．５ｍ離れて位置する。変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅは、水平方向に向けられる。
【０１５８】
図１７は、流量計１０３の変換器測定値を示す。
【０１５９】
図１８は、流れ導管で流体の流速を測定するために流量計１０３を使用する別の方法のフローチャート６００を示す。
【０１６０】
フローチャート６００は、ユーザーが流体の流速を選択し、そして対応する位置及び対応する向きを備えた流れ攪乱要素のタイプを選択するステップを含む。流れ攪乱要素は、流量計１０３の上流に設置される。
【０１６１】
この後にステップ６０２で、外部コンピュータを使用して、上記選択された流れ攪乱要素のタイプ、位置及び方向に従って、計算流体力学（ＣＦＤ）法を用いて流体の体積流量Ｑ＿ＣＦＤがシミュレーションされる。ＣＦＤ法は、多くのコンピュータ資源を必要とするが一般的に正確な結果をもたらす有限要素法などの数値的方法及びアルゴリズムを用いる。
【０１６２】
上記のシミュレーションはまた、流量計１０３の変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの音響平面１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅでの予め定められた複数の位置で流速をシミュレーションする。これに続いて、流量計１０３の音響平面１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅの異なる位置に関して、シミュレーションされた流速の対応する平均又は中間の流速Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅが計算される。中間の流速Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅは、図１０に示される。
【０１６３】
その後にステップ６０９で、流体の体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳは、上記の計算された中間の流速Ｖ＿ＣＦＤに従って、マイクロコントローラ２８によって、「円形断面についての最適重み付け積分」（ＯＷＩＣＳ）法を用いてシミュレーションされる。
【０１６４】
ＯＷＩＣＳ法は、正確性が劣る結果をもたらすが、一般的により少ないコンピュータ資源を必要とする。
【０１６５】
対応する中間の流速Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅ及びその対応する位置を備えた体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳは、その後にコンピュータメモリの関係データセットに保存される。
【０１６６】
この後にステップ６１２で、シミュレーションされた体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳに対するシミュレーションされた体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳの誤差Ｅが計算される。
【０１６７】
誤差Ｅは、本質的に体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳから体積流量Ｑ＿ＣＦＤを得るための補正係数として働く。シミュレーションされた体積流量Ｑ＿ＣＦＤは、多くの場合、シミュレーションされた体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳよりも正確である。しかし、体積流量Ｑ＿ＣＦＤをシミュレーションするためにＣＦＤを使用するコンピュータ資源は、体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳをシミュレーションするためにＯＷＩＣＳを使用するコンピュータ資源よりもやはり非常に多い。体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳから体積流量Ｑ＿ＣＦＤを得るための誤差Ｅの使用は、したがってより少ないコンピュータ資源でより正確な体積流量を示す利点を有する。
【０１６８】
これに続いて、対応する体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳを備えた誤差Ｅ、並びに流れ攪乱要素の対応するタイプ、位置及び向きは、コンピュータメモリの関係データセットに保存される。
【０１６９】
上記ステップは、その後に、様々な流速、並びに様々な位置及び様々な向きを備えた様々な攪乱要素のタイプについて繰り返される。
【０１７０】
流量計１０３を操作して流体の流速を測定するために、次にユーザーは流量計１０３を導管に固定し、流体はそこを通って流れる。ユーザーは次に、流れ攪乱要素のタイプのデータをその位置データ及びその向きデータと一緒にユーザーインターフェース２２に入力する。流れ攪乱要素は、流量計１０３の上流に設置される。
【０１７１】
ユーザーはまた、流量計１０３の変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの位置及び向きをインターフェース２２に入力する。
【０１７２】
そして、マイクロコントローラ２８は、変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅから流れ測定の測定値を取得する。
【０１７３】
マイクロコントローラ２８は、その後に流れ測定の測定値から中間の測定値Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅを定める。
【０１７４】
この後にマイクロコントローラ２８は、ユーザーによって入力された変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの位置及び方向に従って、並びに変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅから得た流れ測定の測定値に従って、データセットから対応する体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳを抽出する。
【０１７５】
特定の実施形態では、体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳを抽出する上記ステップは、体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳをシミュレーションするステップに代えられる。そのシミュレーションは、ユーザーによって入力された変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅの位置及び向きに従って、並びに変換器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅから得た流れ測定の測定値に従って、体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳを生成するためにＯＷＩＣＳ法を使用する。
【０１７６】
マイクロコントローラ２８は、その後に上記抽出された体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳに従って、及びユーザーによって提供された流れ攪乱要素のタイプ、位置及び向きに従って、関係データセットから誤差Ｅを抽出する。
【０１７７】
そして、流体の体積流量が、上記誤差Ｅ及び上記体積流量Ｑ＿ＯＷＩＣＳによって決定される。
【０１７８】
図１８〜３３は、上記の音響流量計１０３を使用する方法を用いる種々の流体システムについての種々の流速測定誤差のグラフを示す。
【０１７９】
各図は、上記実施形態の上記方法を用いる１つの流速測定誤差のグラフ及び既知の方法を用いる別の流速測定誤差のグラフを示す。これらのグラフは、上記方法の流速測定誤差が既知の方法の流速測定誤差よりも少ないことを示す。
【０１８０】
図１９は、４５°のエルボ攪乱要素、２．８２９４２メートル／秒の流速、及び２つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１８１】
図２０は、４５°のエルボ攪乱要素、２．８２９４２メートル／秒の流速、及び３つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１８２】
図２１は、４５°のエルボ攪乱要素、２．８２９４２メートル／秒の流速、及び４つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１８３】
図２２は、４５°のエルボ攪乱要素、２．８２９４２メートル／秒の流速、及び５つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１８４】
図２３は、４５°のエルボ攪乱要素、１２メートル／秒の流速、及び２つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１８５】
図２４は、４５°のエルボ攪乱要素、１２メートル／秒の流速、及び３つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１８６】
図２５は、４５°のエルボ攪乱要素、１２メートル／秒の流速、及び４つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１８７】
図２６は、４５°のエルボ攪乱要素、１２メートル／秒の流速、及び５つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１８８】
図２７は、９０°のエルボ攪乱要素、２．８２９４２メートル／秒の流速、及び２つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１８９】
図２８は、９０°のエルボ攪乱要素、２．８２９４２メートル／秒の流速、及び３つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１９０】
図２９は、９０°のエルボ攪乱要素、２．８２９４２メートル／秒の流速、及び４つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１９１】
図３０は、９０°のエルボ攪乱要素、２．８２９４２メートル／秒の流速、及び５つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１９２】
図３１は、９０°のエルボ攪乱要素、１２メートル／秒の流速、及び２つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１９３】
図３２は、９０°のエルボ攪乱要素、１２メートル／秒の流速、及び３つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１９４】
図３３は、９０°のエルボ攪乱要素、１２メートル／秒の流速、及び４つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１９５】
図３４は、９０°のエルボ攪乱要素、１２メートル／秒の流速、及び５つの変換器音響平面を備えた音響流量計を有する１つのシステムについての流速測定誤差のグラフを示す。
【０１９６】
図３５〜３８は、音響流れ測定における測定経路向きの影響を説明する実施形態を示す。
【０１９７】
図３５は、９０°の曲りを備えたエルボ導管８００を、導管８００を通って流れる流体の流れプロファイル８０２と共に示す。
【０１９８】
導管８００は、様々な工業用途に適用される。エルボ導管８００は流体の流れ攪乱要素として作用し、導管８００を流れる流体の遠心力は、導管８００の壁近くの遅い流動粒子によりも、導管８００の中心の速い流動流体の粒子により大きく作用する。
【０１９９】
図３６に示されるように、これは、中央において導管８００の外側に向かう第２の流れ８１０及び壁において導管８００の内側に向かう第２の流れ８２０をもたらす。同時に、流体の最大速度８３０がエルボ導管８００の外側にずれる。
【０２００】
図３５に基づくと、第２の流れ８１０、８２０が、図３８に示されるような水平平面８５０での音響経路に沿ってよりも、図３７に示されるような垂直平面８４０での音響経路に沿った音響流れ測定に影響を与えることが明らかである。
【０２０１】
したがって、経路に沿って生成された測定値は、攪乱要素８００に対する経路８４０の対応する向きに依存する。
【０２０２】
よって、攪乱要素の向きに対する音響経路の向きは、流速の計算について考慮されるべきである。
【０２０３】
一般的に、上記の攪乱要素の相対的向きは、２方向のパラメータセット、すなわち攪乱要素の絶対的な向き及び音響測定経路の向きが定められた固定座標系によって置き換えられることができる。
【０２０４】
その固定座標系では、上記実施形態を用いて、図３５に示されるように、攪乱要素は９０°の曲り及びＹ軸に沿って入ってＸ軸へ方向転換する攪乱要素での流体の流れを有するとして定められる。音響経路は、図３７に示されるように測定経路が垂直なｘｙ平面にあるとして、又は図３８に示されるように測定経路が水平なｘｚ平面にあるとして定められることができる。
【０２０５】
音響流量計の変換器は、直接の測定経路又は反射測定経路を有することができる。
【０２０６】
図３９は、直接の測定経路９１０を備えた固定された音響変換器の対を示す。図３９は、変換器ケース９０４によって流れ導管９０２に固定された２つの変換器９００を示す。
【０２０７】
変換器ケース９０４は、変換器９００が非侵入の方法で導管９０２に沿って長手方向に配置されるようにして、予め定められた位置に変換器９００を保持する。変換器９００は、導管９０２に沿って互いにずらされる。
【０２０８】
変換器９００はまた、角度を付けられるか、又は流れ攪乱要素の向きに依存する予め定められた向きに向けられる。音響変換器９００は、直接測定経路９１０によって、直接的に音響信号を交換するように構成される。
【０２０９】
図４０は、反射測定経路９２０を備えた固定された音響変換器の対を示す。図４０は図３９の変換器９００を示し、変換器９００は、反射測定経路９２０によって、導管９０２の反対側の壁での簡単な反射を介して音響信号を交換するように構成される。
【０２１０】
図４１は、異なる相対的向き及び異なる位置を備えた上記音響変換器の対についての流れ測定値を示す。
【０２１１】
実施形態はまた、項目にまとめられた次の特徴又は要素の列挙で説明されることができる。項目の一覧に開示されたそれぞれの特徴の組み合わせは、それぞれ独立した対象としてみなされ、本発明の他の特徴と組み合わされることもできる。
【０２１２】
１．液体導管での液体の流速を測定するための音響流量計であって、前記音響流量計は、
前記液体導管内での液体の流速値を測定する少なくとも１つの音響送信機及び受信機の対と、
前記音響送信機及び受信機の対を前記液体導管に固定するための保持部と、
ユーザーの入力によって、液体攪乱要素のタイプのデータ、位置データ、及び向きデータを受け取るためのインターフェースユニットと、
前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置データ、及び前記向きデータ、並びに複数の液体攪乱要素の予め定められたタイプ及び予め定められた方向を保存するメモリ装置を含むコンピュータモジュールと、
前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置データ、及び前記向きデータ、並びに前記音響送信機及び受信機の対からの前記流速値に従って、前記液体の流速を計算するためのプロセッサと、
前記流速を出力するための出力装置と、
を含む、音響流量計。
【０２１３】
２．前記流量計は、少なくとも２つの前記音響送信機及び受信機の対を含み、それぞれの前記音響送信機及び受信機の対は、前記液体導管内の異なる高さで前記液体導管内の前記液体の流速値を測定する、項目１に記載の流量計。
【０２１４】
３．複数の前記音響送信機及び受信機の対の音響信号が互いに干渉しないように、複数の前記音響送信機及び受信機の対を異なる時間に個別に作動させる手段を更に含む、項目２に記載の流量計。
【０２１５】
４．前記出力装置は、前記インターフェースユニットを通じて特定のタイプのデータをユーザーが選択するために、予め定められた液体攪乱要素のタイプを表示するように構成される、上記項目の１つに記載の流量計。
【０２１６】
５．前記メモリ装置はまた、前記音響送信機及び受信機の対の、複数の対応する予め定められた位置及び複数の対応する予め定められた向きを保存し、前記プロセッサはまた、前記音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータに従って前記流速を計算する、上記項目の１つに記載の流量計。
【０２１７】
６．前記インターフェースユニットが、前記音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータを受け取る、項目５に記載の流量計。
【０２１８】
７．前記メモリ装置は、複数の予め定められた流速と、前記液体攪乱要素の複数の対応する予め定められた位置と、前記音響送信機及び受信機の対の複数の対応する予め定められた流速値とを更に保存する、上記項目の１つに記載の流量計。
【０２１９】
８．液体の流れを測定するための音響流量計を操作する方法であって、前記音響流量計は液体導管に取り付けられ、前記方法は、
複数の予め定められた流速と、液体攪乱要素の複数の対応する予め定められたタイプ、対応する予め定められた位置、及び対応する予め定められた向きと、音響送信機及び受信機の対の複数の対応する予め定められた流速値とを提供することと、
音響送信機及び受信機の対から液体の流速値を受け取ることと、
液体攪乱要素のタイプのデータ、位置データ、及び向きデータと、前記音響送信機及び受信機の対からの前記流速値とに従って流速を定めることと、
前記流速を出力することと、
を含む、方法。
【０２２０】
９．液体攪乱要素のタイプのデータ、位置データ、及び向きデータを受け取ることを更に含む、項目８に記載の方法。
【０２２１】
１０．前記音響送信機及び受信機の対の複数の対応する予め定められた位置及び対応する予め定められた向きを提供することと、
音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータを受け取ることと、
を更に含む、項目９に記載の方法。
【０２２２】
１１．前記流速はまた、前記音響送信機及び受信機の対の前記位置データ及び前記向きデータに従って定められる、項目１０に記載の方法。
【０２２３】
１２．流速並びに前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置のデータ、及び前記向きのデータに従って、前記液体の流れプロファイルをシミュレーションすることと、
対応する前記流速並びに前記液体攪乱要素の対応する前記タイプのデータ、対応する前記位置のデータ、及び対応する前記向きのデータと一緒に前記流れプロファイルを保存することと、
を更に含む、項目８〜１１の１つに記載の方法。
【０２２４】
１３．前記流れプロファイル並びに前記音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータに従って、前記音響送信機及び受信機の対の前記流速値をシミュレーションすることと、
対応する前記流れプロファイル並びに前記音響送信機及び受信機の対の対応する前記位置データ及び対応する前記向きデータと一緒に前記音響送信機及び受信機の前記流速値を保存することと、
を更に含む、項目１２に記載の方法。
【０２２５】
１４．前記音響送信機及び受信機の対の前記液体の流速値に従って積分法を用いて第１の流速をシミュレーションすることと、
対応する前記流速値と一緒に前記第１の流速を保存することと、
を更に含む、項目８〜１１の１つに記載の方法。
【０２２６】
１５．前記積分法は、円形断面についての最適重み付け積分（ＯＷＩＣＳ）法を含む、項目１４に記載の方法。
【０２２７】
１６．前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置のデータ、及び前記向きのデータに従って、有限要素法を用いて第２の流速をシミュレーションすることと、
前記第２の流速に対する前記第１の流速について補正係数を定めることと、
対応する前記第１の流速並びに前記液体攪乱要素の対応する前記タイプのデータ、対応する前記位置のデータ、及び対応する前記向きのデータと一緒に前記補正係数を保存することと、
を更に含む、項目１４又は１５に記載の方法。
【０２２８】
１７．前記有限要素法は、計算流体力学（ＣＦＤ）法を含む、項目１６に記載の方法。
【０２２９】
１８．前記流速を定めることは、
前記音響送信機及び受信機の対の前記液体の前記流速値に従って暫定の流速を抽出することと、
該流速並びに前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置データ、及び前記向きデータに従って補正係数を抽出することと、
前記暫定の流速及び前記補正係数によって最終的な流速を定めることと、
を含む、項目１６又は１７に記載の方法。
【符号の説明】
【０２３０】
２０      システム
２２      ユーザーインターフェース
２４      情報リポジトリ
２６      流量センサー
２８      マイクロコントローラ
５０      方法
５２      リアルタイムの流量を測定するステップ
５４      取付場所のパラメータを決定するステップ
５６      関係する修正／較正操作を得るステップ
５８      修正された流体速度を定めるステップ
１００    一連の導管
１０３    音響流量計
１０５    円筒形導管
１０７    エルボ導管
１０９    円筒形導管
１１１    スプールピース
１１４    変換器ケース
１１５ａ  変換器
１１５ｂ  変換器
１１５ｃ  変換器
１１５ｄ  変換器
１１５ｅ  変換器
１１６    円筒形本体
１１８    フランジ
１１９ａ  開口部
１１９ｂ  開口部
１１９ｃ  開口部
１１９ｄ  開口部
１１９ｅ  開口部
１２０ａ  音響平面
１２０ｂ  音響平面
１２０ｃ  音響平面
１２０ｄ  音響平面
１２０ｅ  音響平面
１２５ａ  音響経路
１２５ｂ  音響経路
１２５ｃ  音響経路
１２５ｄ  音響経路
１２５ｅ  音響経路
１３０    フローチャート
１３１    ステップ
１３２    ステップ
１３４    ステップ
１３６    ステップ
１３９    ステップ
１５０    フローチャート
１５３    ステップ
１５６    ステップ
１５９    ステップ
１６２    ステップ
１７０    フローチャート
１７３    ステップ
１７９    ステップ
１８２    ステップ
１８５    ステップ
２００    プルダウンメニュー
３００    画像選択メニュー
４００    直接データ入力欄
５００    画像選択メニュー
６００    フローチャート
６０２    ステップ
６０５    ステップ
６０９    ステップ
６１２    ステップ
８００    導管
８０２    流れプロファイル
８１０    第２の流れ
８２０    第２の流れ
８３０    最大速度
８４０    垂直平面
８５０    水平平面
９００    変換器
９０２    流れ導管
９０４    変換器ケース
９１０    直接の測定経路
９２０    反射測定経路
Ｌｃ      長さ
Ｄｃ      内径
Ｌｍ      長さ
Ｄｍ      内径
【図１】
2015516070.tif 000003
【図２】
2015516070.tif 000004
【図３】
2015516070.tif 000005
【図４】
2015516070.tif 000006
【図５】
2015516070.tif 000007
【図６】
2015516070.tif 000008
【図７】
2015516070.tif 000009
【図８】
2015516070.tif 000010
【図９】
2015516070.tif 000011
【図１０】
2015516070.tif 000012
【図１１】
2015516070.tif 000013
【図１２】
2015516070.tif 000014
【図１３】
2015516070.tif 000015
【図１４】
2015516070.tif 000016
【図１５】
2015516070.tif 000017
【図１６】
2015516070.tif 000018
【図１７】
2015516070.tif 000019
【図１８】
2015516070.tif 000020
【図１９】
2015516070.tif 000021
【図２０】
2015516070.tif 000022
【図２１】
2015516070.tif 000023
【図２２】
2015516070.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2015516070.tif 000029
【図２８】
2015516070.tif 000030
【図２９】
2015516070.tif 000031
【図３０】
2015516070.tif 000032
【図３１】
2015516070.tif 000033
【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月4日(2014.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体導管での液体の流速を測定するための音響流量計であって、前記音響流量計は、
前記液体導管内での液体の流速値を測定する少なくとも１つの音響送信機及び受信機の対と、
前記音響送信機及び受信機の対を前記液体導管に固定するための保持部と、
ユーザーの入力によって、液体攪乱要素のタイプのデータ、位置データ、及び向きデータを受け取るためのインターフェースユニットと、
前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置データ、及び前記向きデータ、並びに複数の液体攪乱要素の予め定められたタイプ及び予め定められた方向を保存するメモリ装置を含むコンピュータモジュールと、
前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置データ、及び前記向きデータ、並びに前記音響送信機及び受信機の対からの前記流速値に従って、前記液体の流速を計算するためのプロセッサと、
前記流速を出力するための出力装置と、
を含み、前記メモリ装置は、前記音響送信機及び受信機の対の、複数の対応する予め定められた位置及び複数の対応する予め定められた向きもまた保存し、前記プロセッサは、前記音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータにも従って前記流速を計算し、前記インターフェースユニットは、前記音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータを受け取る、音響流量計。
【請求項２】
前記流量計は、少なくとも２つの前記音響送信機及び受信機の対を含み、それぞれの前記音響送信機及び受信機の対は、前記液体導管内の異なる高さで前記液体導管内の前記液体の流速値を測定する、請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
複数の前記音響送信機及び受信機の対の音響信号が互いに干渉しないように、複数の前記音響送信機及び受信機の対を異なる時間に個別に作動させる手段を更に含む、請求項２に記載の流量計。
【請求項４】
前記出力装置は、前記インターフェースユニットを通じて特定のタイプのデータをユーザーが選択するために、予め定められた液体攪乱要素のタイプを表示するように構成される、請求項１に記載の流量計。
【請求項５】
前記メモリ装置は、複数の予め定められた流速と、前記液体攪乱要素の複数の対応する予め定められた位置と、前記音響送信機及び受信機の対の複数の対応する予め定められた流速値とを更に保存する、請求項１に記載の流量計。
【請求項６】
液体の流れを測定するための音響流量計を操作する方法であって、前記音響流量計は液体導管に取り付けられ、前記方法は、
複数の予め定められた流速と、液体攪乱要素の複数の対応する予め定められたタイプ、対応する予め定められた位置、及び対応する予め定められた向きと、音響送信機及び受信機の対の複数の対応する予め定められた流速値とを提供することと、
音響送信機及び受信機の対から液体の流速値を受け取ることと、
液体攪乱要素のタイプのデータ、位置データ、及び向きデータと、前記音響送信機及び受信機の対からの前記流速値とに従って流速を定めることと、
前記流速を出力することと、
を含む、方法。
【請求項７】
液体攪乱要素のタイプのデータ、位置データ、及び向きデータを受け取ることを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記音響送信機及び受信機の対の複数の対応する予め定められた位置及び対応する予め定められた向きを提供することと、
音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータを受け取ることと、
を更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記流速はまた、前記音響送信機及び受信機の対の前記位置データ及び前記向きデータに従って定められる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
流速並びに前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置のデータ、及び前記向きのデータに従って、前記液体の流れプロファイルをシミュレーションすることと、
対応する前記流速並びに前記液体攪乱要素の対応する前記タイプのデータ、対応する前記位置のデータ、及び対応する前記向きのデータと一緒に前記流れプロファイルを保存することと、
を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記流れプロファイル並びに前記音響送信機及び受信機の対の位置データ及び向きデータに従って、前記音響送信機及び受信機の対の前記流速値をシミュレーションすることと、
対応する前記流れプロファイル並びに前記音響送信機及び受信機の対の対応する前記位置データ及び対応する前記向きデータと一緒に前記音響送信機及び受信機の前記流速値を保存することと、
を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記音響送信機及び受信機の対の前記液体の流速値に従って積分法を用いて第１の流速をシミュレーションすることと、
対応する前記流速値と一緒に前記第１の流速を保存することと、
を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記積分法は、円形断面についての最適重み付け積分（ＯＷＩＣＳ）法を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置のデータ、及び前記向きのデータに従って、有限要素法を用いて第２の流速をシミュレーションすることと、
前記第２の流速に対する前記第１の流速について補正係数を定めることと、
対応する前記第１の流速並びに前記液体攪乱要素の対応する前記タイプのデータ、対応する前記位置のデータ、及び対応する前記向きのデータと一緒に前記補正係数を保存することと、
を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記有限要素法は、計算流体力学（ＣＦＤ）法を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記流速を定めることは、
前記音響送信機及び受信機の対の前記液体の前記流速値に従って暫定の流速を抽出することと、
該流速並びに前記液体攪乱要素の前記タイプのデータ、前記位置データ、及び前記向きデータに従って補正係数を抽出することと、
前記暫定の流速及び前記補正係数によって最終的な流速を定めることと、
を含む、請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
2015516070.tif 000044
2015516070.tif 000045