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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-09
(45)【発行日】2024-08-20
(54)【発明の名称】計測装置、計測システム及び計測方法
(51)【国際特許分類】
G01P 5/10 20060101AFI20240813BHJP
G01F 1/68 20060101ALI20240813BHJP
【ＦＩ】
G01P5/10 A
G01F1/68 Z
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020085465
(22)【出願日】2020-05-14
(65)【公開番号】P2021179383
(43)【公開日】2021-11-18
【審査請求日】2023-03-07
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 〔１〕 公開日：令和０１年５月１５日（開催日 令和１年５月１５日～１７日） 集会名、開催場所：５ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｐｏｌｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（ＩＣＰ ２０１９） Ｉ▲２▼ＣＮＥＲ（カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所） １号館 国立大学法人九州大学 伊都キャンパス ＜資 料＞ＩＣＰ２０１９ 開催概要ウェブページ及びプログラム ＜資 料＞ＩＣＰ２０１９ ポスターセッション 発表資料 〔２〕 発行日：令和１年９月２日 刊行物：２０１９年度日本機械学会年次大会 講演論文集 一般社団法人 日本機械学会 発行 ＜資 料＞２０１９年度日本機械学会 講演論文集 掲載論文 〔３〕 公開日：令和０１年９月１０日（開催日 令和１年９月８日～１１日） 集会名、開催場所：２０１９年度日本機械学会年次大会 国立大学法人秋田大学 手形キャンパス 一般教育２号館 講演室Ａ３ ＜資 料＞２０１９年度日本機械学会概要ウェブページ及びプログラム
(73)【特許権者】
【識別番号】515177088
【氏名又は名称】株式会社ＪＥＲＡ
(73)【特許権者】
【識別番号】504145342
【氏名又は名称】国立大学法人九州大学
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100175824
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100179833
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 将尚
(74)【代理人】
【識別番号】100114937
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 裕幸
(72)【発明者】
【氏名】梅沢 修一
(72)【発明者】
【氏名】村上 政幸
(72)【発明者】
【氏名】宮田 一司
【審査官】藤澤 和浩
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－２０５３１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２０２４２０５７９（ＣＮ，Ｕ）
【文献】特開２０１５－１４８５０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－３３９２１８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｐ ５／１０ ～ ５／１２
Ｇ０１Ｆ １／６８ ～ １／６９９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体が流れる配管の壁部の外側表面の温度であって、前記配管の配管軸方向に異なる少なくとも２以上の地点の温度を取得する温度取得部と、前記配管の壁部の外側表面を周方向に一様に加熱する加熱装置により、前記配管の壁部の外側表面に与えられる加熱量を取得する加熱量取得部と、
記憶部に記憶された情報であり、事前に前記配管の形状を再現したモデルを用いてコンピュータによる計算が行われることにより得られたパラメータについての情報であるパラメータ情報を取得するパラメータ取得部と、
取得した前記配管の壁部の外側表面の地点の温度差を、取得した前記加熱量で除した値と前記パラメータ情報とに基づいて算出された熱伝導率に基づいて、前記流体の流速を算出する演算部と、
前記演算部により算出された前記流速を出力する出力部と
を備える計測装置。
【請求項2】
前記流体は、前記配管の上流から下流に流れ、前記温度取得部は、前記加熱装置が備えられた地点よりも、前記配管の前記流体が流れる上流側における２以上の異なる地点の温度を取得する
請求項１に記載の計測装置。
【請求項3】
前記演算部は、前記温度取得部が取得した２以上の地点のうち２つの地点の温度差を、取得した前記加熱量で除すことにより得られる値に基づいて熱伝達率を算出する熱伝達率算出部を更に備え、前記熱伝達率算出部により算出された複数の熱伝達率に基づいて、前記流体の前記流速を算出する
請求項１又は請求項２に記載の計測装置。
【請求項4】
前記温度取得部は、異なる２つの地点の温度を取得する請求項３に記載の計測装置。
【請求項5】
前記温度取得部は、異なる３以上の地点の温度を取得し、前記熱伝達率算出部は、前記温度取得部が取得した異なる３以上の地点のうち、２つの地点の温度差を、取得した前記加熱量で除すことにより得られる値に基づいて熱伝達率を算出し、
前記演算部は、前記熱伝達率算出部により算出された複数の熱伝達率に基づいて、前記流体の流速を算出する
請求項３に記載の計測装置。
【請求項6】
前記演算部は、前記熱伝達率算出部により算出された複数の熱伝達率の平均値に基づいて、前記流体の流速を算出する請求項５に記載の計測装置。
【請求項7】
前記熱伝達率算出部は、前記温度取得部により取得された２つの地点の温度差を、取得した前記加熱量で除すことにより得られる値の対数を変数とする二次関数の式に基づいて、前記熱伝達率を算出する請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項8】
前記配管の壁部の外側表面を加熱する加熱装置により、前記配管の壁部の外側表面に与えられる加熱量を制御する加熱量制御部を更に備え、前記加熱量制御部は、前記温度取得部が温度を取得する２以上の地点の温度差が所定値以上であるよう制御する
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項9】
前記加熱量制御部は、前記温度取得部が温度を取得する２以上の地点の温度差が１０℃以上であるよう制御する請求項８に記載の計測装置。
【請求項10】
前記配管の壁部の外側表面の温度を測定する温度測定装置と、前記配管の壁部の外側表面を加熱する前記加熱装置と、
前記温度測定装置により測定された前記配管の壁部の外側表面の温度と、前記加熱装置により前記配管の壁部の外側表面に与えられた前記加熱量とに基づき、前記配管に流れる前記流体の前記流速を算出する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の計測装置と
を備える計測システム。
【請求項11】
流体が流れる配管の壁部の外側表面の温度であって、前記配管の配管軸方向に異なる少なくとも２以上の地点の温度を取得する温度取得ステップと、前記配管の壁部の外側表面を周方向に一様に加熱する加熱装置により、前記配管の壁部の外側表面に与えられる加熱量を取得する加熱量取得ステップと、
記憶部に記憶された情報であり、事前に前記配管の形状を再現したモデルを用いてコンピュータによる計算が行われることにより得られたパラメータについての情報であるパラメータ情報を取得するパラメータ取得ステップと、
取得した前記配管の壁部の外側表面の地点の温度差を、取得した前記加熱量で除した値と前記パラメータ情報とに基づいて算出された熱伝導率に基づいて、前記流体の流速を算出する演算ステップと、
前記演算ステップにより算出された前記流速を出力する出力ステップと
を備える計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、計測装置、計測システム及び計測方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、配管に流れる流体の流量を計測する場合、配管を破壊せずに配管の外部から計測する技術として、ヒータ法を用いて流体の流量を計測する技術があった（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－７２４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながらこのような技術によれば、有限要素法による理論式のフィッティングを行っており、温度の計測に要する計測点が多く、計測時間も長くかかっている。すなわち、従来技術による方法では、測定に時間を要するという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、配管を破壊せずに配管の外部から、配管の内部を流れる流体の流速を、短時間で測定可能な技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る計測装置は、流体が流れる配管の壁部の外側表面の温度であって、前記配管の配管軸方向に異なる少なくとも２以上の地点の温度を取得する温度取得部と、前記配管の壁部の外側表面を周方向に一様に加熱する加熱装置により、前記配管の壁部の外側表面に与えられる加熱量を取得する加熱量取得部と、記憶部に記憶された情報であり、事前に前記配管の形状を再現したモデルを用いてコンピュータによる計算が行われることにより得られたパラメータについての情報であるパラメータ情報を取得するパラメータ取得部と、取得した前記配管の壁部の外側表面の地点の温度差を、取得した前記加熱量で除した値と前記パラメータ情報とに基づいて算出された熱伝導率に基づいて、前記流体の流速を算出する演算部と、前記演算部により算出された前記流速を出力する出力部とを備える。
【0007】
また、本発明の一態様に係る計測装置において、前記流体は、前記配管の上流から下流に流れ、前記温度取得部は、前記加熱装置が備えられた地点よりも、前記配管の前記流体が流れる上流側における２以上の異なる地点の温度を取得する。
【0008】
また、本発明の一態様に係る計測装置において、前記演算部は、前記温度取得部が取得した２以上の地点のうち２つの地点の温度差を、取得した前記加熱量で除すことにより得られる値に基づいて熱伝達率を算出する熱伝達率算出部を更に備え、前記熱伝達率算出部により算出された複数の熱伝達率に基づいて、前記流体の前記流速を算出する。
【0009】
また、本発明の一態様に係る計測装置において、前記温度取得部は、異なる２つの地点の温度を取得する。
【0010】
また、本発明の一態様に係る計測装置において、前記温度取得部は、異なる３以上の地点の温度を取得し、前記熱伝達率算出部は、前記温度取得部が取得した異なる３以上の地点のうち、２つの地点の温度差を、取得した前記加熱量で除すことにより得られる値に基づいて熱伝達率を算出し、前記演算部は、前記熱伝達率算出部により算出された複数の熱伝達率に基づいて、前記流体の流速を算出する。
【0011】
また、本発明の一態様に係る計測装置において、前記演算部は、前記熱伝達率算出部により算出された複数の熱伝達率の平均値に基づいて、前記流体の流速を算出する。
【0012】
また、本発明の一態様に係る計測装置において、前記熱伝達率算出部は、前記温度取得部により取得された２つの地点の温度差を、取得した前記加熱量で除すことにより得られる値の対数を変数とする二次関数の式に基づいて、前記熱伝達率を算出する。
【0013】
また、本発明の一態様に係る計測装置は、前記配管の壁部の外側表面を加熱する加熱装置により、前記配管の壁部の外側表面に与えられる加熱量を制御する加熱量制御部を更に備え、前記加熱量制御部は、前記温度取得部が温度を取得する２以上の地点の温度差が所定値以上であるよう制御する。
【0014】
また、本発明の一態様に係る計測装置において、前記加熱量制御部は、前記温度取得部が温度を取得する２以上の地点の温度差が１０℃以上であるよう制御する。
【0015】
また、本発明の一態様に係る計測システムは、前記配管の壁部の外側表面の温度を測定する温度測定装置と、前記配管の壁部の外側表面を加熱する前記加熱装置と、前記温度測定装置により測定された前記配管の壁部の外側表面の温度と、前記加熱装置により前記配管の壁部の外側表面に与えられた前記加熱量とに基づき、前記配管に流れる前記流体の前記流速を算出する計測装置とを備える。
【0016】
また、本発明の一態様に係る計測方法は、流体が流れる配管の壁部の外側表面の温度であって、前記配管の配管軸方向に異なる少なくとも２以上の地点の温度を取得する温度取得ステップと、前記配管の壁部の外側表面を周方向に一様に加熱する加熱装置により、前記配管の壁部の外側表面に与えられる加熱量を取得する加熱量取得ステップと、記憶部に記憶された情報であり、事前に前記配管の形状を再現したモデルを用いてコンピュータによる計算が行われることにより得られたパラメータについての情報であるパラメータ情報を取得するパラメータ取得ステップと、取得した前記配管の壁部の外側表面の地点の温度差を、取得した前記加熱量で除した値と前記パラメータ情報とに基づいて算出された熱伝導率に基づいて、前記流体の流速を算出する演算ステップと、前記演算ステップにより算出された前記流速を出力する出力ステップとを備える。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、配管を破壊せずに配管の外部から、配管の内部を流れる流体の流速を、短時間で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】第１の実施形態に係る計測システムの概略機能構成の一例を示す図である。
【図2】第１の実施形態に係るヒータ法による温度測定方法を説明するための図である。
【図3】第１の実施形態に係る計測装置の機能構成の一例を示す図である。
【図4】第１の実施形態に係る演算部の機能構成の一例を示す図である。
【図5】第１の実施形態に係る配管の壁部の外側表面の温度分布の一例を説明するための図である。
【図6】第１の実施形態に係る計測装置の一連の動作を説明するためのフローチャートである。
【図7】第１の実施形態に係る配管の呼び口径が５０Ａである場合において、コリオリ流量計の測定値と流速予測値との比較結果を説明するための図である。
【図8】第１の実施形態に係る配管の呼び口径が２５Ａである場合において、コリオリ流量計の測定値と流速予測値との比較結果を説明するための図である。
【図9】配管の上流側と下流側における、局所熱伝達率と一様熱伝達率との熱伝達率比について説明するための図である。
【図10】第２の実施形態に係る計測システムの概略機能構成の一例を示す図である。
【図11】第２の実施形態に係る計測装置の機能構成の一例を示す図である。
【図12】第２の実施形態に係る演算部の機能構成の一例を示す図である。
【図13】第２の実施形態に係る配管の壁部の外側表面の温度分布の一例を説明するための図である。
【図14】第２の実施形態に係る計測装置の一連の動作を説明するためのフローチャートである。
【図15】第３の実施形態に係る配管の壁部の外側表面の温度分布の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
［第１の実施形態］
以下、本発明に係る計測装置１０、計測システム１及び計測方法の第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
以下、本発明に係る計測装置１０、計測システム１及び計測方法の第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0020】
［計測システム１］
図１は、第１の実施形態に係る計測システム１の概略機能構成の一例を示す図である。同図を参照しながら、第１の実施形態に係る計測システム１の概略機能構成の一例について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る計測システム１の概略機能構成の一例を示す図である。同図を参照しながら、第１の実施形態に係る計測システム１の概略機能構成の一例について説明する。
【0021】
計測システム１は、配管３０の内部を流れる流体Ｆの流速を、配管３０の外側から計測する。本実施形態における流体Ｆとは、液体、気体及び粉体等を広く含む。流体Ｆとは、例えば、水や液体窒素等の液体、ガスや蒸気等の気体、セメントやポリエチレン等の粉体であってもよい。流体Ｆは、配管３０の上流から下流へ流れる。
【0022】
計測システム１は、計測装置１０と、温度測定装置２０と、リングヒータ（加熱装置）４０と、加熱制御装置４１と、第１記憶部（記憶部）５０と、第２記憶部６０とを備える。
【0023】
加熱制御装置４１は、リングヒータ４０を介して配管３０及び、配管３０の内部を流れる流体Ｆを加熱する。加熱制御装置４１が、リングヒータ４０を介して配管３０及び、配管３０の内側を流れる流体Ｆに与えた加熱量をヒータ加熱量Ｑと記載する。加熱制御装置４１は、ヒータ加熱量Ｑを計測装置１０に提供する。
なお、加熱制御装置４１は、不図示の制御信号により計測装置１０が制御するよう構成してもよい。
なお、加熱制御装置４１は、不図示の制御信号により計測装置１０が制御するよう構成してもよい。
【0024】
リングヒータ４０は、リング状のヒータから構成される加熱装置である。リングヒータ４０は、配管３０の壁部３２の外側表面３１に巻回して設置される。リングヒータ４０は、加熱制御装置４１に制御される。リングヒータ４０は、加熱制御装置４１から取得した制御信号に基づき、配管３０及び、配管３０の内部を流れる流体Ｆを加熱する。
【0025】
なお、本実施形態においては、リングヒータ４０が配管３０と接触することにより配管３０及び、配管３０の内部を流れる流体Ｆを加熱する場合の一例について説明するが、本実施形態はこの一例に限定されない。例えば、リングヒータ４０の代わりに、不図示の加熱装置により配管３０及び、配管３０の内部を流れる流体Ｆを加熱するよう構成してもよく、当該加熱装置は、例えば非接触で加熱する方法（レーザー光照射等）等により配管３０及び、配管３０の内部を流れる流体Ｆを加熱するよう構成してもよい。
【0026】
温度測定装置２０は、配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度を測定する。温度測定装置２０は、２以上の地点における、配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度を計測する。第１温度測定装置２１は、配管３０の壁部３２の外側表面３１における第１の地点Ｐ１の温度を測定する。第２温度測定装置２２は、配管３０の壁部３２の外側表面３１における第２の地点Ｐ２の温度を測定する。第１の地点Ｐ１と第２の地点Ｐ２とは、配管３０の管軸方向において異なる地点である。具体的には、第２の地点Ｐ２は、第１の地点Ｐ１よりも、流体Ｆが流れる上流側の地点である。第１の地点Ｐ１及び第２の地点Ｐ２は、いずれも、リングヒータ４０よりも、流体Ｆが流れる上流側の地点である。第１温度測定装置２１と、第２温度測定装置２２とを区別しない場合には温度測定装置２０と記載する。
【0027】
なお、温度測定装置２０とは、具体的には熱電対等である。
【0028】
第１記憶部５０は、情報を記憶する記憶部である。具体的には、第１記憶部５０は、パラメータ情報Ｉｐを記憶する。計測装置１０は、第１記憶部５０からパラメータ情報Ｉｐを取得する。
【0029】
なお、本実施形態において、計測装置１０は、計測装置１０の外部に備えられた第１記憶部５０からパラメータ情報Ｉｐを取得する構成について説明するが、本実施形態はこの一例に限定されない。例えば、第１記憶部５０は、計測装置１０に内蔵され、或いはネットワークを介してアクセスされる不図示の記憶装置（ＮＡＳ（Network Attached Storage））により実現されてもよい。計測装置１０は、ＮＡＳである第１記憶部５０に直接アクセスしてもよいし、第１記憶部５０を管理する装置に要求することによりパラメータ情報Ｉｐを取得してもよいし、第１記憶部５０を管理する装置からプッシュ通知等の形態でパラメータ情報Ｉｐを取得してもよい。
【0030】
計測装置１０は、加熱制御装置４１からヒータ加熱量Ｑを取得し、温度測定装置２０から温度情報を取得し、第１記憶部５０からパラメータ情報Ｉｐを取得する。この一例において、計測システム１は、第１温度測定装置２１及び第２温度測定装置２２により、２つの異なる地点の温度を測定する場合の一例について説明するため、計測装置１０は、第１温度測定装置２１から第１温度Ｔａを取得し、第２温度測定装置２２から第２温度Ｔｂを取得する。
【0031】
なお、計測装置１０は、不図示の加熱量制御部を更に備えていてもよい。加熱量制御部は、配管３０の壁部３２の外側表面３１を加熱するリングヒータ４０により、配管３０の壁部３２の外側表面３１に与えられるヒータ加熱量Ｑを制御する。計測装置１０が加熱量制御部を備える場合、加熱量制御部は、２以上の地点（例えば、第１の地点Ｐ１及び第２の地点Ｐ２）の温度差が所定値以上であるよう制御する。具体的には、加熱量制御部は、２以上の地点の温度差が１０℃以上であるよう制御する。
【0032】
計測装置１０は、取得したヒータ加熱量Ｑ、温度情報（第１温度Ｔａ及び第２温度Ｔｂ）及びパラメータ情報Ｉｐに基づき、流体Ｆの流速を算出する。計測装置１０は、算出した流速を出力情報Ｉｏとして出力する。計測装置１０は、例えば、出力情報Ｉｏを第２記憶部６０に出力する。
【0033】
第２記憶部６０は、情報を記憶する記憶部である。具体的には、第２記憶部６０は、計測装置１０により出力された出力情報Ｉｏを記憶する。第２記憶部６０は、不図示のネットワークを介して接続されていてもよいし、クラウド上の記憶部であってもよい。なお、計測装置１０は、出力情報Ｉｏを第２記憶部６０に出力することに代えて、出力情報Ｉｏをディスプレイ等の不図示の表示装置に表示するよう構成してもよい。
【0034】
図２は、第１の実施形態に係るヒータ法による温度測定方法を説明するための図である。同図を参照しながら、第１の実施形態に係るヒータ法による温度測定方法を説明する。
図２（Ａ）は、配管３０内を流れる流体Ｆの流速が第１速度である場合における、リングヒータ４０から配管３０内を流れる流体Ｆへの熱の流れ等を示す図である。図２（Ｂ）は、配管３０内を流れる流体Ｆの流速が第１速度である場合における、配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布を示す図である。図２（Ｃ）は、配管３０内を流れる流体Ｆの流速が第２速度である場合における、リングヒータ４０から配管３０内を流れる流体Ｆへの熱の流れ等を示す図である。ここで、第２速度とは、第１速度に比べて流速が遅い速度である。図２（Ｄ）は、配管３０内を流れる流体Ｆの流速が第２速度である場合における、配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布を示す図である。
図２（Ａ）は、配管３０内を流れる流体Ｆの流速が第１速度である場合における、リングヒータ４０から配管３０内を流れる流体Ｆへの熱の流れ等を示す図である。図２（Ｂ）は、配管３０内を流れる流体Ｆの流速が第１速度である場合における、配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布を示す図である。図２（Ｃ）は、配管３０内を流れる流体Ｆの流速が第２速度である場合における、リングヒータ４０から配管３０内を流れる流体Ｆへの熱の流れ等を示す図である。ここで、第２速度とは、第１速度に比べて流速が遅い速度である。図２（Ｄ）は、配管３０内を流れる流体Ｆの流速が第２速度である場合における、配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布を示す図である。
【0035】
図２（Ｂ）及び図２（Ｄ）の横軸は、配管Ａの管軸方向の位置を示している。つまり、図２（Ａ）の左右方向の位置と、図２（Ｂ）の横軸上の位置とが対応している。また、図２（Ｃ）の左右方向の位置と、図２（Ｄ）の横軸上の位置とが対応している。すなわち、図２（Ｂ）の極大値は、配管３０内を流れる流体Ｆの流速が第１速度である場合のリングヒータ４０の温度を示している。図２（Ｄ）の極大値は、配管３０内を流れる流体Ｆの流速が第２速度である場合のリングヒータ４０の温度を示している。
【0036】
図２（Ａ）に示すように、配管３０内を流れる流体Ｆの流速が大きい場合、管内熱伝達が増加し、配管３０の壁部３２の管軸方向へ伝導する熱量が減少する。一方、図２（Ｃ）に示すように、配管３０内を流れる流体Ｆの流速が小さい場合、管内熱伝達が減少し、配管３０の壁部３２の管軸方向へ伝導する熱量が増加する。そのため、図２（Ｂ）及び図２（Ｄ）に示すように、配管３０内の流速が大きい場合のリングヒータ４０の温度（図２（Ｂ）の極大値）は、配管３０内の流速が小さい場合のリングヒータ４０の温度（図２（Ｄ）の極大値）よりも低くなる。具体的には、配管３０内の流速が大きい場合、図２（Ｂ）に示すように、配管３０の壁部３２の外側表面３１に極大値温度が低く、幅が小さい温度分布が生じる。一方、配管３０内の流速が小さい場合、図２（Ｄ）に示すように、配管３０の壁部３２の外側表面３１に極大値温度が高く、幅が大きい温度分布が生じる。
【0037】
本実施形態では、計測装置１０は、例えば流体の運動に関する方程式（例えばオイラー方程式など）をコンピュータで解くことによって、配管３０内の流体の流れを観察する数値解析を実行する。計測装置１０は、例えば前処理、解析、後処理の手順によって数値解析を実行する。前処理では、例えば配管３０に関する情報に基づいて、配管３０の形状を再現した３次元モデルまたは２次元モデルが作成される。数値流体力学（ＣＦＤ）では、空間が離散的に扱われるため、物体形状および周りの空間を離散化する必要がある。そのため、前処理では、配管３０および周りの空間を離散化して表現するための格子（グリッド、メッシュ）が生成される。
【0038】
解析では、コンピュータが反復計算を実行することによって、格子毎の流れ方程式の近似解が計算される。計算結果として、格子毎の流速、温度などが得られる。
前処理及び後処理により算出された値は、パラメータ情報Ｉｐとして第１記憶部５０に記憶される。
前処理及び後処理により算出された値は、パラメータ情報Ｉｐとして第１記憶部５０に記憶される。
【0039】
後処理では、例えば配管３０内を流れる流体Ｆの速度と配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布との関係などが、数値として出力される。
計測装置１０は、算出された配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布と、配管３０内を流れる流体Ｆの速度と配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布との関係とに基づいて、配管３０内を流れる流体の速度を算出する。
計測装置１０は、算出された配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布と、配管３０内を流れる流体Ｆの速度と配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布との関係とに基づいて、配管３０内を流れる流体の速度を算出する。
【0040】
［計測装置１０］
図３は、第１の実施形態に係る計測装置１０の機能構成の一例を示す図である。同図を参照しながら、計測装置１０の機能構成の一例について説明する。
計測装置１０は、温度取得部１１０と、加熱量取得部１１５と、パラメータ取得部１１６と、演算部１１７と、出力部１１８とを備える。
図３は、第１の実施形態に係る計測装置１０の機能構成の一例を示す図である。同図を参照しながら、計測装置１０の機能構成の一例について説明する。
計測装置１０は、温度取得部１１０と、加熱量取得部１１５と、パラメータ取得部１１６と、演算部１１７と、出力部１１８とを備える。
【0041】
温度取得部１１０は、流体Ｆが流れる配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度を取得する。また、温度取得部１１０は、配管３０の配管軸方向に異なる少なくとも２以上の地点の温度を取得する。この一例において、温度取得部１１０は、第１温度取得部１１１と、第２温度取得部１１２とを備えることにより、配管３０の配管軸方向に異なる少なくとも２以上の地点の温度を取得する。温度取得部１１０は、取得した温度を、演算部１１７に提供する。
【0042】
第１温度取得部１１１は、第１温度測定装置２１から第１温度Ｔａを取得する。第１温度取得部１１１は、取得した第１温度Ｔａを演算部１１７に提供する。第２温度取得部１１２は、第２温度測定装置２２から第２温度Ｔｂを取得する。第２温度取得部１１２は、取得した第２温度Ｔｂを演算部１１７に提供する。
【0043】
加熱量取得部１１５は、リングヒータ４０により配管３０の壁部３２の外側表面３１に与えられるヒータ加熱量Ｑ（加熱量）を取得する。リングヒータ４０は、加熱制御装置４１により配管３０の壁部３２の外側表面３１を加熱するよう制御される。本実施形態において、加熱量取得部１１５は、加熱制御装置４１からヒータ加熱量Ｑを取得する。加熱量取得部１１５は、取得したヒータ加熱量Ｑを演算部１１７に提供する。
【0044】
パラメータ取得部１１６は、第１記憶部５０に記憶されたパラメータ情報Ｉｐを取得する。パラメータ取得部１１６は、取得したパラメータ情報Ｉｐを演算部１１７に提供する。
【0045】
演算部１１７は、温度取得部１１０から流体Ｆが流れる配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度を取得し、加熱量取得部１１５からヒータ加熱量Ｑを取得し、パラメータ取得部１１６からパラメータ情報Ｉｐを取得する。この一例において温度取得部１１０は第１温度取得部１１１と第２温度取得部１１２とを備えるため、演算部１１７は、第１温度取得部１１１から第１温度Ｔａを取得し、第２温度取得部１１２から第２温度Ｔｂを取得する。
【0046】
図４は、第１の実施形態に係る演算部１１７の機能構成の一例を示す図である。同図を参照しながら、演算部１１７の機能構成の一例について説明する。
演算部１１７は、温度差算出部１１７０と、熱伝達率算出部１１７１と、流速算出部１１７３とを備える。
演算部１１７は、温度差算出部１１７０と、熱伝達率算出部１１７１と、流速算出部１１７３とを備える。
【0047】
温度差算出部１１７０は、温度取得部１１０により取得された温度の温度差を算出する。
図５は、第１の実施形態に係る配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布の一例を説明するための図である。同図を参照しながら、温度差算出部１１７０が算出する温度差について説明する。同図における横軸ｚは、配管３０の配管軸方向の位置を、縦軸Ｔｗ，ｏｕｔは、配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度を示す。
同図における地点ｏは、リングヒータ４０が設置された位置である。同図における地点ａは、第１温度測定装置２１が設置された位置（すなわち、第１の地点Ｐ１）である。同図における地点ｂは、第２温度測定装置２２が設置された位置（すなわち、第２の地点Ｐ２）である。
図５は、第１の実施形態に係る配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布の一例を説明するための図である。同図を参照しながら、温度差算出部１１７０が算出する温度差について説明する。同図における横軸ｚは、配管３０の配管軸方向の位置を、縦軸Ｔｗ，ｏｕｔは、配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度を示す。
同図における地点ｏは、リングヒータ４０が設置された位置である。同図における地点ａは、第１温度測定装置２１が設置された位置（すなわち、第１の地点Ｐ１）である。同図における地点ｂは、第２温度測定装置２２が設置された位置（すなわち、第２の地点Ｐ２）である。
【0048】
図５に示されるように、地点ａにおける温度は温度Ｔａであり、地点ｂにおける温度は温度Ｔｂである。温度差算出部１１７０は、温度差ΔＴａｂを算出する。この一例においては、温度取得部１１０が２地点の温度を取得する場合の一例について説明しているため、温度差算出部１１７０は温度差ΔＴａｂを算出するが、温度取得部１１０が３地点以上の温度を取得する場合においては、温度差算出部１１７０は、複数の温度差を算出する。
【0049】
図４に戻り、熱伝達率算出部１１７１は、温度差算出部１１７０により算出された温度差を、加熱量取得部１１５により取得されたヒータ加熱量Ｑで除すことにより得られる値に基づいて熱伝達率αｄｅを算出する。熱伝達率αｄｅとは、配管３０の壁部３２の外側表面３１を一様加熱した場合の一様熱伝達率である。例えば、呼び口径が５０Ａである配管３０における熱伝達率αｄｅは、下の式（１）で算出される。
【0050】
【数1】
【0051】
式（１）に示されるように、熱伝達率αｄｅの算出式は、温度差ΔＴａｂをヒータ加熱量Ｑで除すことにより得られる値の対数をとった一次の項と、温度差ΔＴａｂをヒータ加熱量Ｑで除すことにより得られる値の対数をとった二次の項とを含む。すなわち、熱伝達率算出部１１７１は、温度取得部１１０により取得された２つの地点の温度差ΔＴａｂを、取得したヒータ加熱量Ｑで除すことにより得られる値の対数をとった一次の項と、温度取得部１１０により取得された２つの地点の温度差ΔＴａｂを、取得したヒータ加熱量Ｑで除すことにより得られる値の対数をとった二次の項とに基づいて、熱伝達率αｄｅを算出する。
【0052】
また、例えば、呼び口径が２５Ａである配管３０における熱伝達率αｄｅは、下の式（２）で算出される。
【0053】
【数2】
【0054】
図４に戻り、流速算出部１１７３は、グニーリンスキー（Ｇｎｉｅｌｉｎｓｋｉ）の式に基づき、流体Ｆの流速ｕを算出する。具体的には、流体Ｆの流速ｕは、下の式（３）に、熱伝達率算出部１１７１で算出された熱伝達率αｄｅを適用することにより算出される。
【0055】
【数3】
【0056】
すなわち、演算部１１７は、取得した配管３０の壁部３２の外側表面３１の地点の温度差を、取得した加熱量Ｑで除した値に基づいて、流体Ｆの流速を算出する。
【0057】
図３に戻り、出力部１１８は、演算部１１７により算出された、配管３０を流れる流体Ｆの流速ｕを出力する。出力部１１８は、演算部１１７により算出された流速ｕを、例えば第２記憶部６０に対して出力する。出力部１１８は、不図示のネットワークを介して第２記憶部６０に流速ｕを出力するよう構成してもよいし、不図示の表示部に流速ｕを表示させるよう構成してもよい。
【0058】
図６は、第１の実施形態に係る計測装置１０の一連の動作を説明するためのフローチャートである。同図を参照しながら、計測装置１０の一連の動作について説明する。
（ステップＳ１１０）まず、加熱制御装置４１は、リングヒータ４０を加熱することにより、配管３０及び、配管３０の内部を流れる流体Ｆを加熱する。加熱制御装置４１は、計測装置１０により制御されてもよい。
（ステップＳ１２０）リングヒータ４０が加熱されてから所定時間経過後、演算部１１７は、温度取得部１１０から配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度を取得し、加熱制御装置４１からヒータ加熱量Ｑを取得する。所定時間とは、例えば、リングヒータ４０の加熱による過渡状態の経過後、すなわち配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度が定常状態に変化するのに十分な時間である。この一例において、温度取得部１１０は、２つの地点の温度を取得する。
（ステップＳ１１０）まず、加熱制御装置４１は、リングヒータ４０を加熱することにより、配管３０及び、配管３０の内部を流れる流体Ｆを加熱する。加熱制御装置４１は、計測装置１０により制御されてもよい。
（ステップＳ１２０）リングヒータ４０が加熱されてから所定時間経過後、演算部１１７は、温度取得部１１０から配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度を取得し、加熱制御装置４１からヒータ加熱量Ｑを取得する。所定時間とは、例えば、リングヒータ４０の加熱による過渡状態の経過後、すなわち配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度が定常状態に変化するのに十分な時間である。この一例において、温度取得部１１０は、２つの地点の温度を取得する。
【0059】
（ステップＳ１３０）温度差算出部１１７０は、取得した２つの地点の温度に基づき、温度差を算出する。温度取得部１１０が、地点ａにおける温度Ｔａと、地点ｂにおける温度Ｔｂとを取得した場合、温度差算出部１１７０は、温度Ｔａと温度Ｔｂとの差分を温度差ΔＴａｂとして算出する。
（ステップＳ１４０）熱伝達率算出部１１７１は、取得した温度差に基づき、配管３０を一様加熱した場合の熱伝達率αｄｅを算出する。具体的には、熱伝達率算出部１１７１は、式（１）や、式（２）に示される数式に基づいて、配管３０を一様加熱した場合の熱伝達率αｄｅを算出する。式（１）や、式（２）等の熱伝達率αｄｅを算出するための数式は、例えば、第１記憶部５０に記憶されており、測定対象の配管３０に応じて、パラメータ取得部１１６がパラメータ情報Ｉｐとして取得する。
（ステップＳ１４０）熱伝達率算出部１１７１は、取得した温度差に基づき、配管３０を一様加熱した場合の熱伝達率αｄｅを算出する。具体的には、熱伝達率算出部１１７１は、式（１）や、式（２）に示される数式に基づいて、配管３０を一様加熱した場合の熱伝達率αｄｅを算出する。式（１）や、式（２）等の熱伝達率αｄｅを算出するための数式は、例えば、第１記憶部５０に記憶されており、測定対象の配管３０に応じて、パラメータ取得部１１６がパラメータ情報Ｉｐとして取得する。
【0060】
（ステップＳ１５０）流速算出部１１７３は、熱伝達率算出部１１７１により算出された熱伝達率αｄｅを式（３）に適用することにより流速ｕを算出する。流速ｕを算出するための式（３）は、例えば、第１記憶部５０に記憶されており、パラメータ取得部１１６がパラメータ情報Ｉｐとして取得する。パラメータ取得部１１６は、第１記憶部５０に記憶された式（３）を、例えば、測定対象の配管３０に応じて取得する。
（ステップＳ１６０）出力部１１８は、算出された流速ｕを出力する。出力部１１８は、算出された流速ｕを、例えば第２記憶部６０に対して出力する。
（ステップＳ１６０）出力部１１８は、算出された流速ｕを出力する。出力部１１８は、算出された流速ｕを、例えば第２記憶部６０に対して出力する。
【0061】
［第１の実施形態のまとめ］
以上説明した実施形態によれば、計測装置１０は、ＣＦＤ（数値流体力学）に基づいて作成された理論式を用いる。また、計測装置１０は、温度取得部１１０により取得された２つの地点の温度差ΔＴａｂを、取得したヒータ加熱量Ｑで除すことにより得られる値の対数をとった値（すなわち、（Ｔｂ－Ｔａ）／Ｑ）を重要パラメータとして、理論式を構築している。
計測装置１０は、温度取得部１１０と、加熱量取得部１１５と、パラメータ取得部１１６とを備えることにより、取得した温度と、ＣＦＤに基づいて作成された理論式とに基づいて、流体Ｆの流速ｕを算出する。以上説明した実施形態によれば、温度計測数は２点だけで測定することができる。また、以上説明した実施形態によれば、計測時間を大幅に短縮することができる。
以上説明した実施形態によれば、計測装置１０は、ＣＦＤ（数値流体力学）に基づいて作成された理論式を用いる。また、計測装置１０は、温度取得部１１０により取得された２つの地点の温度差ΔＴａｂを、取得したヒータ加熱量Ｑで除すことにより得られる値の対数をとった値（すなわち、（Ｔｂ－Ｔａ）／Ｑ）を重要パラメータとして、理論式を構築している。
計測装置１０は、温度取得部１１０と、加熱量取得部１１５と、パラメータ取得部１１６とを備えることにより、取得した温度と、ＣＦＤに基づいて作成された理論式とに基づいて、流体Ｆの流速ｕを算出する。以上説明した実施形態によれば、温度計測数は２点だけで測定することができる。また、以上説明した実施形態によれば、計測時間を大幅に短縮することができる。
【0062】
図７は、第１の実施形態に係る配管３０の呼び口径が５０Ａである場合において、コリオリ流量計の測定値と流速予測値との比較結果を説明するための図である。図７（Ａ）は、測定条件およびシミュレーション条件を示す表である。図７（Ｂ）コリオリ流量計の測定値と流速予測値との比較結果を説明するための図である。
図７（Ａ）に示すように、図７における比較は、“呼び口径（ｍｍ）”が“５０Ａ”であり、“流速ｕ（ｍ）”が“１０－４０”であり、“圧力Ｐ（ｋＰａＡ）”が“３００－９００”であり、“加熱量Ｑ（Ｗ）”が“１５０－１６０”である条件のもと行った。
なお、本シミュレーションには、上述した式（１）を用いて計算を行っている。
図７（Ａ）に示すように、図７における比較は、“呼び口径（ｍｍ）”が“５０Ａ”であり、“流速ｕ（ｍ）”が“１０－４０”であり、“圧力Ｐ（ｋＰａＡ）”が“３００－９００”であり、“加熱量Ｑ（Ｗ）”が“１５０－１６０”である条件のもと行った。
なお、本シミュレーションには、上述した式（１）を用いて計算を行っている。
【0063】
図７（Ｂ）に示す図の横軸は流体Ｆの流速ｕのコリオリ流量計による実測値ｕｅｘｐを、縦軸は本実施形態に係る計測装置１０による流体Ｆの流速ｕの計算値ｕｃａｌを示す。同図に示すように、実測値ｕｅｘｐと、計算値ｕｃａｌとは、略同一の値を示している。すなわち、本実施形態によれば、計測装置１０は、配管３０を破壊せずに、配管３０の外部から、配管３０の内部を流れる流体Ｆの流速ｕを、短時間で測定することができる。
【0064】
図８は、第１の実施形態に係る配管の呼び口径が２５Ａである場合において、コリオリ流量計の測定値と流速予測値との比較結果を説明するための図である。図８（Ａ）は、測定条件およびシミュレーション条件を示す表である。図８（Ｂ）コリオリ流量計の測定値と流速予測値との比較結果を説明するための図である。
図８（Ａ）に示すように、図８における比較は、“呼び口径（ｍｍ）”が“２５Ａ”であり、“流速ｕ（ｍ）”が“１５－４５”であり、“圧力Ｐ（ｋＰａＡ）”が“３００－９００”であり、“加熱量Ｑ（Ｗ）”が“３５－４０”である条件のもと行った。
なお、本シミュレーションには、上述した式（２）を用いて計算を行っている。
図８（Ａ）に示すように、図８における比較は、“呼び口径（ｍｍ）”が“２５Ａ”であり、“流速ｕ（ｍ）”が“１５－４５”であり、“圧力Ｐ（ｋＰａＡ）”が“３００－９００”であり、“加熱量Ｑ（Ｗ）”が“３５－４０”である条件のもと行った。
なお、本シミュレーションには、上述した式（２）を用いて計算を行っている。
【0065】
図８（Ｂ）に示す図の横軸は流体Ｆの流速ｕのコリオリ流量計による実測値ｕｅｘｐを、縦軸は本実施形態に係る計測装置１０による流体Ｆの流速ｕの計算値ｕｃａｌを示す。同図に示すように、実測値ｕｅｘｐと、計算値ｕｃａｌとは、略同一の値を示している。すなわち、本実施形態によれば、計測装置１０は、配管３０を破壊せずに、配管３０の外部から、配管３０の内部を流れる流体Ｆの流速ｕを、短時間で測定することができる。
【0066】
また、以上説明した実施形態によれば、流体Ｆは配管３０の上流から下流へ流れ、温度取得部１１０は、リングヒータ４０が備えられた地点よりも配管３０の流体Ｆが流れる上流側における２以上の異なる地点の温度を取得する。
【0067】
図９は、配管３０の上流側と下流側における、局所熱伝達率αと一様熱伝達率αｄｅとの熱伝達率比α／αｄｅについて説明するための図である。同図における横軸は配管３０の管軸方向の位置を、縦軸は局所熱伝達率αと一様熱伝達率αｄｅとの熱伝達率比α／αｄｅを示している。同図には、流速ｕ（ｍ／ｓ）又は流体圧力Ｐ（ｋＰａ）をそれぞれ変化させた場合の結果を示している。
ｚ＝０の地点にリングヒータ４０が設置される。リングヒータ４０が設置された地点より流体Ｆの流れにおける上流側（すなわち、ｚ＜０）では、局所熱伝達率αと一様熱伝達率αｄｅとの熱伝達率比α／αｄｅは、流速ｕ又は流体圧力Ｐに拠らず一定である。また、リングヒータ４０が設置された地点より流体Ｆの流れにおける下流側（すなわち、ｚ＞０）では、局所熱伝達率αと一様熱伝達率αｄｅとの熱伝達率比α／αｄｅは、流速ｕ又は流体圧力Ｐに拠り異なる。
以上説明した実施形態によれば、計測装置１０は、リングヒータ４０が設置された地点より流体Ｆの流れにおける上流側の地点の温度を用いて計算を行うため、局所熱伝達率αと一様熱伝達率αｄｅとの熱伝達率比α／αｄｅが、流速ｕ又は流体圧力Ｐに拠らず一定である。したがって、本実施形態によれば、計測装置１０は、流速ｕ又は流体圧力Ｐが変化する場合であっても、正確に流体Ｆの流速ｕを算出することができる。
ｚ＝０の地点にリングヒータ４０が設置される。リングヒータ４０が設置された地点より流体Ｆの流れにおける上流側（すなわち、ｚ＜０）では、局所熱伝達率αと一様熱伝達率αｄｅとの熱伝達率比α／αｄｅは、流速ｕ又は流体圧力Ｐに拠らず一定である。また、リングヒータ４０が設置された地点より流体Ｆの流れにおける下流側（すなわち、ｚ＞０）では、局所熱伝達率αと一様熱伝達率αｄｅとの熱伝達率比α／αｄｅは、流速ｕ又は流体圧力Ｐに拠り異なる。
以上説明した実施形態によれば、計測装置１０は、リングヒータ４０が設置された地点より流体Ｆの流れにおける上流側の地点の温度を用いて計算を行うため、局所熱伝達率αと一様熱伝達率αｄｅとの熱伝達率比α／αｄｅが、流速ｕ又は流体圧力Ｐに拠らず一定である。したがって、本実施形態によれば、計測装置１０は、流速ｕ又は流体圧力Ｐが変化する場合であっても、正確に流体Ｆの流速ｕを算出することができる。
【0068】
また、以上説明した実施形態によれば、温度取得部１１０は、２つの地点の温度を取得する。すなわち、計測装置１０は、２つの地点の温度に基づき、流体Ｆの流速ｕを、算出する。したがって、以上説明した実施形態によれば、容易に流体Ｆの流速ｕを算出することができる。また、計測装置１０は、２つの地点の温度に基づき、流体Ｆの流速ｕを算出するため、短時間で測定することができる。
【0069】
また、以上説明した実施形態によれば、計測装置１０は、温度差ΔＴａｂをヒータ加熱量Ｑで除すことにより得られる値の対数をとった一次の項と、温度差ΔＴａｂをヒータ加熱量Ｑで除すことにより得られる値の対数をとった二次の項とに基づき、流体Ｆの流速ｕを算出する。したがって、以上説明した実施形態によれば、数式を簡易にすることができる。よって、本実施形態によれば、簡易な数式を用いるため、短時間で流体Ｆの流速ｕを測定することができる。
【0070】
［第２の実施形態］
以下、本発明に係る計測装置１０Ａ、計測システム１Ａ及び計測方法の第２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１０は、第２の実施形態に係る計測システム１Ａの概略機能構成の一例を示す図である。同図を参照しながら、第２の実施形態に係る計測システム１Ａについて説明する。第２の実施形態に係る計測システム１Ａは、配管３０の管軸方向における４点の異なる地点について計測を行う点において、第１の実施形態に係る計測システム１とは異なる。第１の実施形態の説明で既に説明した構成については、同様の符号を付すことにより、説明を省略する場合がある。
以下、本発明に係る計測装置１０Ａ、計測システム１Ａ及び計測方法の第２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１０は、第２の実施形態に係る計測システム１Ａの概略機能構成の一例を示す図である。同図を参照しながら、第２の実施形態に係る計測システム１Ａについて説明する。第２の実施形態に係る計測システム１Ａは、配管３０の管軸方向における４点の異なる地点について計測を行う点において、第１の実施形態に係る計測システム１とは異なる。第１の実施形態の説明で既に説明した構成については、同様の符号を付すことにより、説明を省略する場合がある。
【0071】
計測システム１Ａは、温度測定装置２０として、第３温度測定装置２３と第４温度測定装置２４とを備える点において、計測システム１とは異なる。第３温度測定装置２３は、配管３０の壁部３２の外側表面３１における第３の地点Ｐ３の温度を測定する。第４温度測定装置２４は、配管３０の壁部３２の外側表面３１における第４の地点Ｐ４の温度を測定する。第１の地点Ｐ１、第２の地点Ｐ２、第３の地点Ｐ３及び第４の地点Ｐ４は、それぞれ配管３０の管軸方向において異なる地点である。また、第１の地点Ｐ１、第２の地点Ｐ２、第３の地点Ｐ３及び第４の地点Ｐ４は、いずれも、リングヒータ４０よりも、流体Ｆが流れる上流側の地点である。第１温度測定装置２１と、第２温度測定装置２２と、第３温度測定装置２３と、第４温度測定装置２４とを区別しない場合には温度測定装置２０と記載する。
【0072】
図１１は、第２の実施形態に係る計測装置１０Ａの機能構成の一例を示す図である。同図を参照しながら、第２の実施形態に係る計測装置１０Ａについて説明する。第２の実施形態に係る計測装置１０Ａは、温度取得部１１０に代えて温度取得部１１０Ａを備え、演算部１１７に代えて演算部１１７Ａを備える点において、計測装置１０とは異なる。第１の実施形態の説明で既に説明した構成については、同様の符号を付すことにより、説明を省略する場合がある。
【0073】
温度取得部１１０Ａは、異なる３以上の地点の温度を取得する点において、温度取得部１１０とは異なる。温度取得部１１０Ａは、第３温度取得部１１３と、第４温度取得部１１４とを更に備える。第３温度取得部１１３は、第３温度測定装置２３から第３温度Ｔｃを取得する。第３温度取得部１１３は、取得した第３温度Ｔｃを演算部１１７Ａに提供する。第４温度取得部１１４は、第４温度測定装置２４から第４温度Ｔｄを取得する。第４温度取得部１１４は、取得した第４温度Ｔｄを演算部１１７Ａに提供する。
演算部１１７Ａは、第３温度取得部１１３から第３温度Ｔｃを、第４温度取得部１１４から第４温度Ｔｄを更に取得する。
演算部１１７Ａは、第３温度取得部１１３から第３温度Ｔｃを、第４温度取得部１１４から第４温度Ｔｄを更に取得する。
【0074】
図１２は、第２の実施形態に係る演算部１１７Ａの機能構成の一例を示す図である。第２の実施形態に係る演算部１１７Ａは、平均率算出部１１７２を更に備える点において、演算部１１７とは異なる。第１の実施形態の説明で既に説明した構成については、同様の符号を付すことにより、説明を省略する場合がある。
【0075】
第２の実施形態においては、配管３０の管軸方向における４点の異なる地点について計測を行うため、計測装置１０は、４つの異なる温度を取得する。この場合、温度差算出部１１７０は、複数の温度差を算出する。
図１３は、第２の実施形態に係る配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布の一例を説明するための図である。同図を参照しながら、第２の実施形態において、温度差算出部１１７０が算出する温度差について説明する。同図における横軸ｚは、配管３０の配管軸方向の位置を、縦軸Ｔｗ，ｏｕｔは、配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度を示す。
同図における地点ｏは、リングヒータ４０が設置された位置である。同図における地点ａは、第１温度測定装置２１が設置された位置（すなわち、第１の地点Ｐ１）である。同図における地点ｂは、第２温度測定装置２２が設置された位置（すなわち、第２の地点Ｐ２）である。同図における地点ｃは、第３温度測定装置２３が設置された位置（すなわち、第３の地点Ｐ３）である。同図における地点ｄは、第４温度測定装置２４が設置された位置（すなわち、第４の地点Ｐ４）である。
図１３は、第２の実施形態に係る配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布の一例を説明するための図である。同図を参照しながら、第２の実施形態において、温度差算出部１１７０が算出する温度差について説明する。同図における横軸ｚは、配管３０の配管軸方向の位置を、縦軸Ｔｗ，ｏｕｔは、配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度を示す。
同図における地点ｏは、リングヒータ４０が設置された位置である。同図における地点ａは、第１温度測定装置２１が設置された位置（すなわち、第１の地点Ｐ１）である。同図における地点ｂは、第２温度測定装置２２が設置された位置（すなわち、第２の地点Ｐ２）である。同図における地点ｃは、第３温度測定装置２３が設置された位置（すなわち、第３の地点Ｐ３）である。同図における地点ｄは、第４温度測定装置２４が設置された位置（すなわち、第４の地点Ｐ４）である。
【0076】
図１３に示されるように、地点ａにおける温度は温度Ｔａであり、地点ｂにおける温度は温度Ｔｂであり、地点ｃにおける温度は温度Ｔｃであり、地点ｄにおける温度は温度Ｔｄである。第２の実施形態においては、温度差算出部１１７０は、地点ａにおける温度を基準とし、それぞれの地点における温度との温度差を算出する。すなわち、温度差算出部１１７０は、地点ａにおける温度Ｔａと地点ｂにおける温度Ｔｂとの温度差である温度差ΔＴａｂと、地点ａにおける温度Ｔａと地点ｃにおける温度Ｔｃとの温度差である温度差ΔＴａｃと、地点ａにおける温度Ｔａと地点ｄにおける温度Ｔｄとの温度差である温度差ΔＴａｄとを算出する。
【0077】
図１２に戻り、熱伝達率算出部１１７１は、温度取得部１１０が取得した異なる３以上の地点のうち、２つの地点の温度差を、取得したヒータ加熱量Ｑで除すことにより得られる値に基づいて熱伝達率αｄｅを算出する。第２の実施形態においては、温度差算出部１１７０は、複数の温度差を算出するため、熱伝達率算出部１１７１は、算出された複数の温度差に応じた、複数の熱伝達率αｄｅを算出する。例えば、熱伝達率算出部１１７１は、式（１）で算出される地点ａ及び地点ｂ間における熱伝達率αｄｅに加え、地点ａ及び地点ｃ間における熱伝達率αｄｅと、地点ａ及び地点ｄ間における熱伝達率αｄｅとを算出する。例えば、呼び口径が５０Ａである配管３０において、地点ａ及び地点ｃ間における熱伝達率αｄｅは、下の式（４）で算出される。
【0078】
【数4】
【0079】
また、例えば、呼び口径が５０Ａである配管３０において、地点ａ及び地点ｄ間における熱伝達率αｄｅは、下の式（５）で算出される。
【0080】
【数5】
【0081】
呼び口径が２５Ａである配管３０における場合も同様に、熱伝達率算出部１１７１は、式（２）で算出される地点ａ及び地点ｂ間における熱伝達率αｄｅに加え、地点ａ及び地点ｃ間における熱伝達率αｄｅと、地点ａ及び地点ｄ間における熱伝達率αｄｅとを算出する。例えば、呼び口径が２５Ａである配管３０において、地点ａ及び地点ｃ間における熱伝達率αｄｅは、下の式（６）で算出される。
【0082】
【数6】
【0083】
また、例えば、呼び口径が２５Ａである配管３０において、地点ａ及び地点ｄ間における熱伝達率αｄｅは、下の式（７）で算出される。
【0084】
【数7】
【0085】
演算部１１７は、熱伝達率算出部１１７１により算出された複数の熱伝達率に基づいて、流体Ｆの流速ｕを算出する。
平均率算出部１１７２は、算出された複数の熱伝達率αｄｅの平均値を算出する。流速算出部１１７３は、平均率算出部１１７２により算出された熱伝達率αｄｅの平均値に基づいて、流体Ｆの流速ｕを算出する。すなわち、演算部１１７Ａは、熱伝達率算出部１１７１により算出された複数の熱伝達率αｄｅの平均値に基づいて、流体Ｆの流速ｕを算出する。
平均率算出部１１７２は、算出された複数の熱伝達率αｄｅの平均値を算出する。流速算出部１１７３は、平均率算出部１１７２により算出された熱伝達率αｄｅの平均値に基づいて、流体Ｆの流速ｕを算出する。すなわち、演算部１１７Ａは、熱伝達率算出部１１７１により算出された複数の熱伝達率αｄｅの平均値に基づいて、流体Ｆの流速ｕを算出する。
【0086】
なお、第２の実施形態においては、平均率算出部１１７２により、複数の熱伝達率αｄｅのうち、平均値により一の熱伝達率αｄｅを算出する場合の一例について説明したが、本実施形態は、この一例に限定されない。たとえば、演算部１１７は、不図示の統計処理部を備えることにより、所定の統計処理により、複数の熱伝達率αｄｅのうち、一の熱伝達率αｄｅを算出するよう構成してもよい。
【0087】
図１４は、第２の実施形態に係る計測装置１０Ａの一連の動作を説明するためのフローチャートである。同図を参照しながら、計測装置１０Ａの一連の動作について説明する。同図に示すフローチャートは、図６で説明した計測装置１０の一連の動作の変形例である。図６において説明した構成については、同様の符号を付すことにより、省略する場合がある。
【0088】
（ステップＳ１２０Ａ）リングヒータ４０が加熱されてから所定時間経過後、演算部１１７は、温度取得部１１０から配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度を取得し、加熱制御装置４１からヒータ加熱量Ｑを取得する。この一例においては、配管３０の管軸方向における４点の異なる地点について計測を行うため、温度取得部１１０は、４つの異なる温度を取得する。
【0089】
（ステップＳ１３０Ａ）温度差算出部１１７０は、取得した複数の温度に基づき、温度差を算出する。温度取得部１１０が、地点ａにおける温度Ｔａと、地点ｂにおける温度Ｔｂと、地点ｃにおける温度Ｔｃと、地点ｄにおける温度Ｔｄとを取得した場合、温度差算出部１１７０は、温度Ｔａを基準とし、地点ａにおける温度Ｔａと地点ｂにおける温度Ｔｂとの温度差である温度差ΔＴａｂと、地点ａにおける温度Ｔａと地点ｃにおける温度Ｔｃとの温度差である温度差ΔＴａｃと、地点ａにおける温度Ｔａと地点ｄにおける温度Ｔｄとの温度差である温度差ΔＴａｄとを算出する。
【0090】
（ステップＳ１４０Ａ）熱伝達率算出部１１７１は、取得した複数の温度差に基づき、配管３０を一様加熱した場合の熱伝達率αｄｅを算出する。具体的には、熱伝達率算出部１１７１は、式（１）、式（２）、式（４）、式（５）式（６）及び式（７）等に示される数式に基づいて、配管３０を一様加熱した場合の熱伝達率αｄｅを算出する。これらの熱伝達率αｄｅを算出するための数式は、例えば、第１記憶部５０に記憶されており、測定対象の配管３０に応じて、パラメータ取得部１１６がパラメータ情報Ｉｐとして取得する。
【0091】
（ステップＳ１４５）平均率算出部１１７２は、算出された複数の熱伝達率αｄｅの平均値を算出する。本実施形態においては、平均率算出部１１７２は、ステップ１４０Ａにより算出された３つの熱伝達率αｄｅの平均を算出する。
計測装置１０Ａは、３つの熱伝達率αｄｅの平均値に基づき、流体Ｆの流速ｕを算出し、出力する。
計測装置１０Ａは、３つの熱伝達率αｄｅの平均値に基づき、流体Ｆの流速ｕを算出し、出力する。
【0092】
［第２の実施形態のまとめ］
以上説明した実施形態によれば、計測装置１０Ａは、温度取得部１１０Ａを備えることにより、配管３０の壁部３２の外側表面３１における配管軸方向に異なる３点以上の温度を取得する。計測装置１０Ａは、温度差算出部１１７０を備えることにより、取得した複数の温度に基づいて、複数の温度差を算出する。計測装置１０Ａは、熱伝達率算出部１１７１を備えることにより、複数の温度差に基づいて、複数の熱伝達率αｄｅを算出する。演算部１１７Ａは、複数の熱伝達率αｄｅに基づいて、流体Ｆの流速ｕを算出する。したがって、以上説明した実施形態によれば、計測装置１０Ａは、より正確に流体Ｆの流速ｕを算出することができる。
以上説明した実施形態によれば、計測装置１０Ａは、温度取得部１１０Ａを備えることにより、配管３０の壁部３２の外側表面３１における配管軸方向に異なる３点以上の温度を取得する。計測装置１０Ａは、温度差算出部１１７０を備えることにより、取得した複数の温度に基づいて、複数の温度差を算出する。計測装置１０Ａは、熱伝達率算出部１１７１を備えることにより、複数の温度差に基づいて、複数の熱伝達率αｄｅを算出する。演算部１１７Ａは、複数の熱伝達率αｄｅに基づいて、流体Ｆの流速ｕを算出する。したがって、以上説明した実施形態によれば、計測装置１０Ａは、より正確に流体Ｆの流速ｕを算出することができる。
【0093】
また、以上説明した実施形態によれば、計測装置１０Ａは、平均率算出部１１７２を備えることにより、算出された複数の熱伝達率αｄｅの平均値に基づいて、流体Ｆの流速ｕを算出する。したがって、以上説明した実施形態によれば、計測装置１０Ａは、容易に体Ｆの流速ｕを算出することができる。
【0094】
［第３の実施形態］
以下、本発明に係る第３の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
第３の実施形態に係る計測装置１０Ｂは、第２の実施形態に係る計測装置１０Ａの変形例である。第２の実施形態においては、取得した複数の温度のうち、一の温度を基準に、複数の温度差を算出したが、第３の実施形態においては、取得した複数の温度のうち、全ての組み合わせにおける温度差を算出する点において第２の実施形態とは異なる。
以下、本発明に係る第３の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
第３の実施形態に係る計測装置１０Ｂは、第２の実施形態に係る計測装置１０Ａの変形例である。第２の実施形態においては、取得した複数の温度のうち、一の温度を基準に、複数の温度差を算出したが、第３の実施形態においては、取得した複数の温度のうち、全ての組み合わせにおける温度差を算出する点において第２の実施形態とは異なる。
【0095】
図１５は、第３の実施形態に係る配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度分布の一例を説明するための図である。同図を参照しながら、第２の実施形態において、温度差算出部１１７０が算出する温度差について説明する。同図における横軸ｚは、配管３０の配管軸方向の位置を、縦軸Ｔｗ，ｏｕｔは、配管３０の壁部３２の外側表面３１の温度を示す。
同図における地点ｏは、リングヒータ４０が設置された位置である。同図における地点ａは、第１温度測定装置２１が設置された位置（すなわち、第１の地点Ｐ１）である。同図における地点ｂは、第２温度測定装置２２が設置された位置（すなわち、第２の地点Ｐ２）である。同図における地点ｃは、第３温度測定装置２３が設置された位置（すなわち、第３の地点Ｐ３）である。同図における地点ｄは、第４温度測定装置２４が設置された位置（すなわち、第４の地点Ｐ４）である。
同図における地点ｏは、リングヒータ４０が設置された位置である。同図における地点ａは、第１温度測定装置２１が設置された位置（すなわち、第１の地点Ｐ１）である。同図における地点ｂは、第２温度測定装置２２が設置された位置（すなわち、第２の地点Ｐ２）である。同図における地点ｃは、第３温度測定装置２３が設置された位置（すなわち、第３の地点Ｐ３）である。同図における地点ｄは、第４温度測定装置２４が設置された位置（すなわち、第４の地点Ｐ４）である。
【0096】
図１３に示されるように、地点ａにおける温度は温度Ｔａであり、地点ｂにおける温度は温度Ｔｂであり、地点ｃにおける温度は温度Ｔｃであり、地点ｄにおける温度は温度Ｔｄである。第３の実施形態においては、温度差算出部１１７０は、取得した複数の温度のうち、全ての組み合わせにおける温度差を算出する。すなわち、温度差算出部１１７０は、地点ａにおける温度Ｔａと地点ｂにおける温度Ｔｂとの温度差である温度差ΔＴａｂと、地点ａにおける温度Ｔａと地点ｃにおける温度Ｔｃとの温度差である温度差ΔＴａｃと、地点ａにおける温度Ｔａと地点ｄにおける温度Ｔｄとの温度差である温度差ΔＴａｄと、地点ｂにおける温度Ｔｂと地点ｃにおける温度Ｔｃとの温度差である温度差ΔＴｂｃと、地点ｂにおける温度Ｔｂと地点ｄにおける温度Ｔｄとの温度差である温度差ΔＴｂｄと、地点ｃにおける温度Ｔｃと地点ｄにおける温度Ｔｄとの温度差である温度差ΔＴｃｄとを算出する。
【0097】
第３の実施形態における不図示の演算部１１７Ｂは、算出された複数の温度差それぞれに対応する熱伝達率αｄｅを算出する。演算部１１７Ｂは、算出された複数の熱伝達率αｄｅに基づいて、流体Ｆの流速ｕを算出する。
【0098】
［第３の実施形態のまとめ］
以上説明した実施形態によれば、計測装置１０Ｂは、取得した複数の温度のうち、全ての組み合わせにおける温度差を算出する。したがって、第３の実施形態によれば、より正確に流体Ｆの流速ｕを算出することができる。
以上説明した実施形態によれば、計測装置１０Ｂは、取得した複数の温度のうち、全ての組み合わせにおける温度差を算出する。したがって、第３の実施形態によれば、より正確に流体Ｆの流速ｕを算出することができる。
【0099】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明したが、具体的な構成が上述した実施形態に限られるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での設計変更等も含まれる。
【0100】
なお、上述した実施形態における計測装置１０、計測装置１０Ａ及び計測装置１０Ｂが備える各部の機能全体あるいはその一部は、これらの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶部のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶部のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【符号の説明】
【0101】
１…計測システム、１０…計測装置、２０…温度測定装置、２１…第１温度測定装置、２２…第２温度測定装置、２３…第３温度測定装置、２４…第４温度測定装置、３０…配管、３１…外側表面、３２…壁部、４０…リングヒータ、４１…加熱制御装置、１１０…温度取得部、１１１…第１温度取得部、１１２…第２温度取得部、１１３…第３温度取得部、１１４…第４温度取得部、１１５…加熱量取得部、１１６…パラメータ取得部、１１７…演算部、１１８…出力部、１１７０…温度差算出部、１１７１…熱伝達率算出部、１１７２…平均率算出部、１１７３…流速算出部、Ｆ…流体、Ｑ…ヒータ加熱量、Ｔａ…第１温度、Ｔｂ…第２温度、Ｔｃ…第３温度、Ｔｄ…第４温度、αｄｅ…熱伝達率、５０…第１記憶部、６０…第２記憶部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】