(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-22
(54)【発明の名称】渦流量計及び流量測定方法
(51)【国際特許分類】
G01F 1/32 20220101AFI20220215BHJP
【ＦＩ】
G01F1/32 S
G01F1/32 M
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021536379
(86)(22)【出願日】2018-12-24
(85)【翻訳文提出日】2021-06-22
(86)【国際出願番号】 RU2018000853
(87)【国際公開番号】W WO2020139097
(87)【国際公開日】2020-07-02
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】500205770
【氏名又は名称】マイクロ モーション インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100092772
【弁理士】
【氏名又は名称】阪本 清孝
(74)【代理人】
【識別番号】100119688
【弁理士】
【氏名又は名称】田邉 壽二
(72)【発明者】
【氏名】ドゥルズコフ，アレクサンドル ミハイロヴィチ
(72)【発明者】
【氏名】バベンコフ，アンドレイ ヴァシーリエヴィチ
(72)【発明者】
【氏名】チェルノヴォル，アントン アレクセイェヴィチ
(57)【要約】
【課題】一方または両方のセンサに基づいて流体の流速測定を提供する渦流量計を得る。
【解決手段】渦流量計１０４は、ハウジング１３０によって支持され内部空洞１４０内に延在する渦発生体１３２と、超音波センサ１３４と、曲げモーメントセンサ１３６と、コントローラ１２２とを備える。超音波センサは、内部空洞を通る流体流れの流量を示す超音波流量出力を生成するように構成されている。曲げモーメントセンサは、内部空洞を通る流体流れの流量を示す曲げモーメント流量出力を生成するように構成されている。コントローラは、超音波流量出力および／または曲げモーメント流量出力に基づいて、流量を示す流量測定値を生成する。
【選択図】図１
【解決手段】渦流量計１０４は、ハウジング１３０によって支持され内部空洞１４０内に延在する渦発生体１３２と、超音波センサ１３４と、曲げモーメントセンサ１３６と、コントローラ１２２とを備える。超音波センサは、内部空洞を通る流体流れの流量を示す超音波流量出力を生成するように構成されている。曲げモーメントセンサは、内部空洞を通る流体流れの流量を示す曲げモーメント流量出力を生成するように構成されている。コントローラは、超音波流量出力および／または曲げモーメント流量出力に基づいて、流量を示す流量測定値を生成する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体流れの流量を測定するように構成された渦流量計であって、中心軸を有する内部空洞を備えたハウジングと、
前記ハウジングによって支持され、前記中心軸に対して斜めである第１軸に沿って前記内部空洞内に延在する渦発生体と、
前記渦発生体の下流側に前記ハウジングによって支持され、前記内部空洞を通る前記流体流れの前記流量を示す超音波流量出力を生成するように構成され、前記内部空洞の対向側面に配置された超音波エミッタと超音波レシーバとを備えた超音波センサと、
前記渦発生体の前記下流側に前記ハウジングによって支持され、前記内部空洞を通る前記流体流れの前記流量を示す曲げモーメント流量出力を生成するように構成され、前記第１軸に沿って前記内部空洞の壁から延びるビームを備えた曲げモーメントセンサと、
前記超音波流量出力および／または前記曲げモーメント流量出力に基づいて前記流量を示す流量測定値を生成するように構成されたコントローラと、
を具備することを特徴とする渦流量計。
【請求項2】
前記中心軸に対して斜めに延びる平面が、前記ビーム、前記超音波エミッタ、および前記超音波レシーバを通って延びることを特徴とする請求項１に記載の渦流量計。
【請求項3】
前記ビームは前記中心軸からずれていることを特徴とする請求項２に記載の渦流量計。
【請求項4】
前記第１軸および前記中心軸に対して斜めである第２軸が、前記中心軸、前記超音波エミッタ、および前記超音波レシーバを通って延びることを特徴とする請求項３に記載の渦流量計。
【請求項5】
前記渦流量計は、前記流量が第１閾値流量未満のときに低流量モードを含み、前記低流量モードでは、前記流量測定値は、前記曲げモーメント流量出力に基づかず、前記超音波流量出力に基づいて前記コントローラによって生成されることを特徴とする請求項１に記載の渦流量計。
【請求項6】
前記渦流量計は、前記流量が前記第１閾値流量と前記第１閾値流量よりも大きい第２閾値流量との間にあるときに中流量モードを含み、前記中流量モードでは、前記流量測定値は、前記超音波流量出力と前記曲げモーメント流量出力とに基づいて前記コントローラによって生成されることを特徴とする請求項５に記載の渦流量計。
【請求項7】
前記渦流量計は、前記流量が前記第２閾値流量よりも大きいときに高流量モードを含み、前記高流量モードでは、前記流量測定値は、前記超音波流量出力に基づかず、前記曲げモーメント流量出力に基づいて前記コントローラによって生成されることを特徴とする請求項６に記載の渦流量計。
【請求項8】
前記第１閾値流量が３０ｍ３／ｈ未満であることを特徴とする請求項７に記載の渦流量計。
【請求項9】
前記第２閾値流量が８０ｍ３／ｈよりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の渦流量計。
【請求項10】
前記コントローラは、前記超音波流量出力を前記曲げモーメント流量出力と比較し、
前記流体流れの状態、または前記流体流れを含むパイプの状態を、前記比較に基づいて検出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の渦流量計。
【請求項11】
前記流体流れは液体の流体流れであり、前記コントローラは、前記超音波流量出力と前記曲げモーメント流量出力との前記比較に基づいて前記液体の流体流れの同伴ガス状態を検出することを特徴とする請求項１０に記載の渦流量計。
【請求項12】
前記流体流れは液体の流体流れであり、前記コントローラは、前記超音波流量出力と前記曲げモーメント流量出力との前記比較に基づいて前記流体流れ中のキャビテーションを検出することを特徴とする請求項１０に記載の渦流量計。
【請求項13】
前記コントローラは、前記超音波流量出力と前記曲げモーメント流量出力との前記比較に基づいて、前記流体流れを含む前記パイプにおける高振動状態を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の渦流量計。
【請求項14】
渦流量計を使用して流体流れの流量を測定する方法であって、前記渦流量計の渦発生体を前記流体流れに配置し、
前記流量が第１閾値流量未満であるときには、前記渦発生体の下流に配置された前記渦流量計の超音波センサによって生成される超音波流量出力を使用して前記流量の低流量モード測定を実行し、
前記流量が前記第１閾値流量よりも大きい第２閾値流量よりも大きいときには、前記渦発生体の下流に配置された前記渦流量計の曲げモーメントセンサによって生成される曲げモーメント流量出力を使用して前記流量の高流量モード測定を実行し、
前記流量が前記第１閾値流量と前記第２閾値流量との間にあるときには、前記超音波流量出力と前記曲げモーメント流量出力とを使用して前記流量の中流量モード測定を実行することを特徴とする流量測定方法。
【請求項15】
前記第１閾値流量が３０ｍ３／ｈ未満であることを特徴とする請求項１４に記載の流量測定方法。
【請求項16】
前記第２閾値流量が８０ｍ３／ｈよりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載の流量測定方法。
【請求項17】
前記超音波流量出力を前記曲げモーメント流量出力と比較し、前記比較に基づいて、前記流体流れの状態、または前記流体流れを含むパイプの状態を検出することをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の流量測定方法。
【請求項18】
前記流体流れは液体の流体流れであり、前記流体流れの状態を検出することは、前記流体流れ内の同伴ガスを検出することを含むことを特徴とする請求項１７に記載の流量測定方法。
【請求項19】
前記流体流れは液体の流体流れであり、前記流体流れの状態を検出することは、前記流体流れ中のキャビテーションを検出することを含むことを特徴とする請求項１７に記載の流量測定方法。
【請求項20】
前記パイプの状態を検出することは、前記パイプの高振動状態または前記パイプ内の液体状態の欠如を検出することを含むことを特徴とする請求項１７に記載の流量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、産業用流体流量測定システムに関し、さらに詳細には、一方または両方のセンサに基づいて流体の流速測定を提供するデュアルセンサ渦流量計及び流量測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
渦流量計は、導管を通る流体の流量を直接測定するために、産業用プロセス制御の分野で使用される。渦流量計は、一般に、測定対象の流体を運ぶパイプまたは導管に挿入される。渦流量計の動作原理は、フォンカルマン渦列効果として知られる渦発生現象に基づいている。流体がブラッフボディまたは渦発生体を通過すると、小さな渦、または渦が、流体流れの速度に比例する発生周波数で渦発生体の両側に沿って、またそれらの後方で交互に発生する。渦流量計は、センサを利用して渦を検出し、発生周波数を決定する。そして、渦流量計は、決定された発生周波数に基づいて速度測定値を出力することができる。
【0003】
渦流量計は、異なるタイプのセンサを使用して、渦発生体から発生する渦を検出することができる。いくつかの渦流量計は、「フラッパー」としても知られる曲げモーメントセンサを利用して流体流れの速度を決定する。曲げモーメントには、渦発生体または渦発生体の下流に配置されるビームに結合できるひずみゲージが含まれる。流体流量測定の間、渦発生体から交互に発生する渦は、渦発生体またはビームの両側に高圧と低圧の交互のパターンを生成する。これにより、発生周波数に一致する周波数で渦発生体またはビームに振動歪みを発生させる。渦流量計は、ひずみゲージを使用して振動歪みパターンを検出して発生周波数を決定し、その発生周波数から流体流れの速度が決定される。
【0004】
渦流量計はまた、超音波センサを使用して発生周波数を検出してもよい。超音波センサは、渦発生体から下流の流体流れの対向側面に配置されたエミッタとレシーバとを備える。エミッタは、レシーバによって検出される発生渦を介して超音波を送信する。渦は、圧力や速度などの観察可能な流れパラメータに局所的な振動変化を生じさせる。超音波が渦を介して送信されると、渦は、送信された波とレシーバによって受信された波との間に、渦の強度と速度とに依存する位相差を生成する。検出された位相差は、流体流れの速度を計算するために流量計によって利用される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の実施形態は、一般に、渦流量計、及び、渦流量計を使用して流体流れの流量を測定する方法を対象としている。渦流量計の一実施形態は、内部空洞を有するハウジングと、ハウジングによって支持され、空洞の中心軸に対して斜めである第１軸に沿って内部空洞内に延在する渦発生体と、超音波センサと、曲げモーメントセンサと、コントローラとを備える。超音波センサは、渦発生体の下流側にハウジングによって支持され、内部空洞を通る流体の流量を示す超音波流量出力を生成するように構成されている。超音波センサは、内部空洞の対向側面に配置された超音波エミッタと超音波レシーバとを備える。曲げモーメントセンサは、渦発生体の下流側にハウジングによって支持され、内部空洞を通る流体流れの流量を示す曲げモーメント流量出力を生成するように構成されている。曲げモーメントセンサは、第１軸に沿って内部空洞の壁から延びるビームを備える。コントローラは、超音波流量出力および／または曲げモーメント流量出力に基づいて、流量を示す流量測定値を生成するように構成されている。
【0006】
渦流量計を使用して流体流れの流量を測定する方法の一実施形態は、渦流量計の渦発生体を流体流れに配置することを含む。流量が第１閾値流量未満であるときには、渦流量計の超音波センサによって生成される超音波流量出力を使用して流量の低流量モード測定が実行される。流量が第１閾値流量よりも大きい第２閾値流量よりも大きいときには、渦流量計の曲げモーメントセンサによって生成される曲げモーメント流量出力を使用して流量の高流量モード測定が実行される。流量が第１閾値流量と第２閾値流量との間にあるときには、超音波流量出力と曲げモーメント流量出力とを使用して流量の中流量モード測定が実行される。
【0007】
この概要は、詳細な説明において以下にさらに説明する概念から選択したものを簡略化した形態で紹介するために提供されている。この概要は、特許請求された主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求された主題の範囲を決定する際の助けとして使用されることを意図するものでもない。特許請求された主題は、背景技術において述べた欠点のいずれかまたは全てを解決する実施態様に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付の図面を参照して本開示の実施形態をより完全に説明する。同一または類似の参照符号を使用して特定された要素は、同一または類似の要素について言及している。本開示の種々の実施形態は、多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載する特定の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が十分かつ完全であるように、また本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。
【0010】
図１は、本開示の実施形態にかかる例示的な産業用プロセス測定システム１００の簡略図である。システム１００は、液体や気体などのプロセス流体１０２の処理に使用され、プロセス流体１０２を、より価値の低い状態から、より価値のある有用な製品（石油、化学薬品、紙、食品など）に変換することができる。例えば、石油精製所は、原油を、ガソリン、燃料油、およびその他の石油化学薬品に加工できる工業プロセスを実行する。
【0011】
システム１００は、本開示の実施形態にかかる渦流量計１０４を備える。渦流量計１０４は、システム１００のパイプ１０８または別のプロセス容器を通るプロセス流体１０２の流れ１０６の速度または流量を推定または測定するように構成されている。流量計１０４によって推定された流量測定値は、断面積などのパイプ１０８のパラメータおよび温度、圧力および／または密度などのプロセス流体１０２のパラメータに基づく従来の技術を使ってプロセス流体１０２の体積流量および質量流量を決定するために使用することができる。
【0012】
いくつかの実施形態では、システム１００は、適切な有線または無線通信リンク１１４を介して渦流量計１０４から流量情報１１２を受信するように構成された送信機１１０を備える。送信機１１０はまた、流量情報１１２を、例えば、図１に示すように制御室１１８に送信機１１０から離れて位置し得る制御ユニット１１６（例えば、コンピューティングデバイス）に送信するように構成されている。制御ユニット１１６は、二線式制御ループ１２０などの適切な物理的通信リンクまたは無線通信リンクを介して送信機１１０に通信可能に結合することができる。制御ユニット１１６と送信機１１０との間の通信は、従来のアナログおよび／またはデジタル通信プロトコルに従って制御ループ１２０を介して実行することができる。
【0013】
いくつかの実施形態では、制御ループ１２０は、４～２０ミリアンペア制御ループを含み、それを介して、従来のアナログ通信プロトコルに従って、制御ループ１２０を流れるループ電流Ｉのレベルによって流量情報１１２を表すことができる。例示的なデジタル通信プロトコルには、ＨＡＲＴ（登録商標）通信規格に従うなど、二線式制御ループ１２０のアナログ電流レベルへのデジタル信号の変調が含まれる。フィールドバスおよびプロフィバス通信プロトコルといった、他の純粋なデジタル技術を使用することもできる。
【0014】
送信機１１０は、従来の無線通信プロトコルを使用して制御ユニット１１６と無線で通信するように構成することもできる。例えば、送信機１１０は、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）（ＩＥＣ ６２５９１）やＩＳＡ １００．１１ａ（ＩＥＣ ６２７３４）などの無線メッシュネットワークプロトコル、またはＷｉＦｉ、ＬｏＲａ、Ｓｉｇｆｏｘ、ＢＬＥ、またはその他の適切なプロトコルなどの別の無線通信プロトコルを実行するように構成することができる。
【0015】
電力は、任意の適切な電源から送信機１１０および渦流量計１０４に供給することができる。例えば、送信機１１０および／または渦流量計１０４は、制御ループ１２０を流れる電流Ｉによって完全に電力を供給されてもよい。また、内部または外部バッテリーなど、１つまたは複数の電源を使用して送信機１１０および渦流量計１０４に電力を供給してもよい。また、発電機（例えば、ソーラーパネル、風力発電機など）を使用して送信機１１０または渦流量計１０４に電力を供給するか、それらの装置によって使用される電源を充電してもよい。
【0016】
コントローラ１２２は、例えば、渦流量計１０４、送信機１１０、および制御ユニット１１６のコントローラなど、システム１００の複数のコントローラを表すことができる。コントローラ１２２は、非一時的コンピュータ可読媒体またはメモリ１２４にローカルに記憶することができる命令の実行を受けて本明細書に記載の１つまたは複数の機能を実行する１つまたは複数のプロセッサ（すなわち、マイクロプロセッサ、中央処理装置など）を備える。メモリ１２４は、制御ユニット１１６のメモリ、送信機１１０のメモリ、および／または渦流量計１０４のメモリを表すことができる。
【0017】
いくつかの実施形態では、コントローラ１２２のプロセッサは、制御ユニット１１６などの１つまたは複数のコンピュータベースのシステムのコンポーネントである。コントローラ１２２は、システム１００のコンポーネントを制御するために、および／または本明細書に記載の１つまたは複数の機能を実行するために使用される、１つまたは複数の制御回路、マイクロプロセッサベースのエンジン制御システム、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つまたは複数のプログラム可能なハードウェアコンポーネントを含むことができる。コントローラ１２２はまた、送信機１１０、流量計１０４、および制御ユニット１１６の他の従来の回路を表してもよい。したがって、コントローラ１２２は、例えば、データ処理コンポーネント、データ通信コンポーネント、および／または他のコンポーネントなど、渦流量計１０４、送信機１１０、および／または制御ユニット１１６のコンポーネントを表してもよい。
【0018】
図２は、本開示の実施形態にかかる例示的な渦流量計１０４の中心軸１４２に沿った簡略正面図である。図３および図４はそれぞれ、本開示の実施形態にかかる、線３－３および線４－４に概略沿った図２の例示的な渦流量計１０４の上面および側面断面図である。
【0019】
渦流量計１０４のいくつかの実施形態は、図１に示すように、ハウジング１３０と、渦発生体１３２と、超音波センサ１３４と、曲げモーメントセンサ１３６とを備える。以下にさらに具体的に記載するように、渦流量計１０４のデュアルセンサ構成は、例えば、曲げモーメントセンサまたは超音波センサのいずれかといった単一のセンサのみを利用する従来の渦流量計よりも、利点を提供する。
【0020】
ハウジング１３０は、中心軸１４２を有する、筒状の内部空洞といった、内部空洞１４０を備える。ハウジング１３０は、図１に示すように、中心軸１４２がパイプ１０８の中心軸１４４と実質的に同軸になるように、パイプ１０８と同一直線上に接続することができる。
【0021】
渦発生体１３２は、図４に示すように、ハウジング１３０によって支持され、中心軸１４２に対して斜めである軸１４６に沿って内部空洞１４０内に延在する。いくつかの実施形態では、渦発生体１３２は、図１および図３に示すように、流体流れ１０６に応じて渦１４８を発生するように構成された従来の断面形状を有する。１つの例示的な実施形態では、渦発生体１３２は、図３に示すように、台形の断面形状を有する。渦発生体１３２は、図４に示すように、軸１４６が軸１４２と交差するように空洞１４０の中心を通って延びていてもよい。いくつかの実施形態では、渦発生体１３２の両端部１５０および１５２は、ハウジング１３０に取り付けられている。あるいは、渦発生体１３２は、端部のうち一方１５０または１５２のみでハウジングに固定されていてもよい。
【0022】
超音波センサ１３４は、任意の適切な形態をとることができる。いくつかの実施形態では、超音波センサ１３４は、図３および図４に示すように、流体流れ１０６に対して渦発生体１３２の下流側１５４にハウジング１３０によって支持されている。超音波センサ１３４は、内部空洞を通る流体流れ１０６の流量を示す超音波流量出力１５６（図１）を生成するように構成されている。
【0023】
超音波センサ１３４は、図３に示すように、内部空洞１４０の対向側面にハウジング１３０によって支持されるエミッタ１６０およびレシーバ１６２を備える。エミッタ１６０は、渦１４８を介して超音波１６４（図３）を送信するように構成され、超音波は、レシーバ１６２によって受信される。超音波１６４は、渦１４８との干渉によって、それらの送信された形態に対して位相ずれを受ける。したがって、レシーバ１６２によって受信された超音波１６４は、それらの送信された形態に対して位相差を有する。超音波センサ１３４によって出力された流量出力１５６は、この位相差を示すことができ、位相差は、通過する渦１４８によって経時的に変化する。変化する出力１５６はコントローラ１２２によって使用され、従来の技術に従って、発生周波数および流体流れ１０６の流量を決定することができる。
【0024】
エミッタ１６０およびレシーバ１６２は、軸１６６に沿って整列させることができる。いくつかの実施形態では、軸１６６は、空洞１４０の中心軸１４２を通って延びている。いくつかの実施形態では、軸１６６は、軸１４６および中心軸１４２に対して斜めに延び、図３および図４に示すように、中心軸１４２、エミッタ１６０、およびレシーバ１６２を通って延びている。
【0025】
曲げモーメントセンサ１３６は、任意の適切な形態をとることができる。いくつかの実施形態では、曲げモーメントセンサ１３６は、図３および図４に示すように、渦発生体１３２から下流側１５４にハウジング１３０によって支持されている。いくつかの実施形態では、曲げモーメントセンサ１３６は、内部空洞１４０を通る流体流れ１０６の流量を示す曲げモーメント流量出力１６８（図１）を生成するように構成されている。
【0026】
いくつかの実施形態では、曲げモーメントセンサ１３６は、ハウジング１３０の壁１７２から内部空洞１４０に平面１７２に沿って延びるビーム１７０を備え、図４に示すように、平面１７２は、軸１４６と実質的に平行になり得る。いくつかの実施形態では、ビーム１７０は、図４に示すように、中心軸１４２からずれている。いくつかの実施形態では、平面１７２は、図３および図４に示すように、中心軸１４２に対して斜めに延び、ビーム１７０、超音波エミッタ１６０、および超音波レシーバ１６２を通って延びている。
【0027】
曲げモーメントセンサ１３６はまた、従来の曲げモーメントセンサに従って、ビーム１７０の歪みまたはトルクを検知するために使用されるひずみまたはトルクゲージ１７４を備えることができる。ゲージ１７４からの出力１６８はコントローラ１２２によって使用され、従来の技術に従って、渦１４８の発生周波数を検出して流体流れ１０６の流量を推定することができる。
【0028】
１つの代替実施形態では、曲げモーメントセンサ１３６は、ビームの代わりに渦発生体１３２を利用することができる。ここで、ひずみまたはトルクゲージ１７４を使用して渦発生体１３２の歪みまたはトルクを測定する。そして、ゲージ１７４からの出力１６８はコントローラ１２２によって使用され、従来の技術に従って、渦１４８の発生周波数および流体流れ１０６の流量を検出する。
【0029】
コントローラ１２２のコンポーネントを使用して、超音波流量出力１５６および／または曲げモーメント流量出力１６８に基づいて流体流れ１０６の流量を示す流量測定値１７８を生成することができる。したがって、渦流量計はコントローラ１２２を含むものとして記載でき、これは一般的に、例えば流量測定値１７８を生成するコントローラ１２２のコンポーネントが、（例えば、ハウジングによって支持される）渦流量計１０４のコンポーネント、送信機１１０のコンポーネント、および／または制御ユニット１１６のコンポーネントであり得ることを意味する。
【0030】
いくつかの実施形態では、渦流量計１０４は、低流量モード、中流量モード、および高流量モードを含む。渦流量計１０４は、流体流れ１０６の流量がメモリ１２４に記憶することができる第１閾値流量１８０未満であるときには、低流量モードで動作する。流量計１０４は、流体流れ１０６の流量が第１閾値流量１８０と第１閾値流量１８０よりも大きい第２閾値流量１８２との間にあるときには、中流量モードで動作する。第２閾値流量１８２は、図１に示すように、メモリまたは別の適切な場所に記憶することができる。渦流量計１０４は、流体流れ１０６の流量が第２閾値流量１８２よりも大きいときには、高流量モードで動作する。
【0031】
第１閾値流量１８０および第２閾値流量１８２は、流量計のユーザーによって設定され、メモリに記憶することができる。第１閾値流量１８０および第２閾値流量１８２は、予想される流れ状態とパイプ１０８の直径とに基づいて設定される。いくつかの実施形態では、第１閾値流量１８０は３０ｍ３／時未満とすることができ、第２閾値流量１８２は８０ｍ３／時よりも大きくすることができる。１つの例示的実施形態では、例えば内径が３インチ（ＤＮ８０ｍｍ）のパイプに対して、第１閾値流量１８０は１０ｍ３／時以下に設定でき、第２閾値流量１８２は１００ｍ３／時以上に設定できる。したがって、この例によれば、渦流量計１０４は、約０～１０ｍ３／ｈの流量に対して低流量モードで動作し、渦流量計１０４は、約１０～１００ｍ３／ｈの流量に対して中流量モードで動作し、渦流量計１０４は、約１００ｍ３／ｈを超える流量に対して高流量モードで動作する。他の閾値流量は、異なるパイプ径および状態に使用することができる。
【0032】
低流量モード、中流量モード、および高流量モードに対応する流量範囲は、超音波センサ１３４および曲げモーメントセンサ１３６の特徴を利用するように選択される。一般に、流量が、超音波センサ１３４が信頼性の高い流量出力１５６を提供していると予想される流量である場合には、コントローラ１２２は超音波センサ１３４からの流量出力１５６を利用し、流体流れ１０６の流量が、超音波センサ１３４が曲げモーメントセンサ１３６の流量出力１６８と比較して信頼性の低い流量出力１５６を提供していると予想される流量の場合には、コントローラ１２２は超音波センサ１３４からの流量出力１５６を利用しない。同様に、流量流れ１０６の流量が、曲げモーメントセンサ１３６が信頼性の高い流量出力１６８を提供していると予想される流量である場合には、コントローラ１２２は曲げモーメントセンサ１３６からの流量出力１６８を利用し、流量が、曲げモーメントセンサ１３６が超音波センサ１３４によって生成される流量出力１５６と比較して信頼性の低い流量出力１６８を提供していると予想される流量である場合には、コントローラ１２２は曲げモーメントセンサ１３６からの流量出力１６８を利用しない。
【0033】
超音波センサ１３４のいくつかの利点には高感度が含まれるが、それにより、センサ１３４は非常に低い流体流量を測定するのに有用になる。さらに、パイプの振動は、超音波センサ１３４によって実行される流量測定の精度に大きく影響しない。しかしながら、超音波センサ１３４の、流量を正確に測定する能力は、流体流れ１０６内の同伴ガスによって悪影響を受ける可能性がある。さらに、流れ１０６中の低レベルのキャビテーションでさえ、超音波センサ１３４を使用する流量測定に悪影響を及ぼす可能性がある。
【0034】
曲げモーメントセンサ１３６のいくつかの利点には、低濃度の不溶解ガスを有する流体流れ１０６の比較的正確な流量測定を提供する能力、および流れ１０６中に低レベルのキャビテーションがある状態で比較的正確な流量測定を提供する能力が含まれる。しかしながら、曲げモーメントセンサ１３６は、低流量を測定するには感度が十分に高くない可能性がある。さらに、パイプ１０８の振動は、曲げモーメントセンサ１３６を使用する流量測定の精度に悪影響を及ぼす可能性がある。
【0035】
第１閾値流量は、一般に、流体流れ１０６の比較的低レベルの流量範囲を規定するために選択され、ここでは、曲げモーメント流量出力１６８は、超音波流量出力１５６ほど信頼性が高くない。さらに、そのような低流量では、曲げモーメントセンサ１３６は、パイプ１０８の振動に極めて左右されやすく、それにより、曲げモーメント流量出力１６８は、超音波流量出力１５６よりも信頼性が低くなる可能性がある。しかしながら、第１閾値流量１８０未満の流量では、超音波流量出力１５６は比較的信頼性が高い。したがって、コントローラ１２２は、渦流量計１０４が低流量モードにあるときに流体流れ１０６の流量測定値を決定する際は、超音波流量出力１５６のみを使用し、曲げモーメント流量出力１６８を使用しない。
【0036】
流体流れ１０６の流量が第１閾値流量１８０と第２閾値流量１８２との間にあるときには、渦流量計１０４は中流量モードで動作し、コントローラ１２２によって生成される流量測定値１７８は、超音波流量出力１５６と曲げモーメント流量出力１６８との両方に基づく。ここで、超音波センサ１３４および曲げモーメントセンサ１３６の両方は、第１閾値流量１８０と第２閾値流量１８２との間の流量範囲に対して実質的に信頼できる流量出力１５６および１６８を生成する。いくつかの実施形態では、コントローラ１２２は、超音波流量出力１５６と曲げモーメント流量出力１６８とによって示される流量の平均を流量測定値１７８として使用することができる。
【0037】
いくつかの実施形態では、渦流量計１０４が高流量モードで動作しているときには、コントローラ１２２は、超音波流量出力１５６ではなく、曲げモーメント流量出力１６８にのみ基づいて流量測定値１７８を生成する。これは、流体流れ１０６にキャビテーションが現れると予想される流量に対応する第２閾値流量１８２の選択によるものである。このようなキャビテーションは、超音波流量出力１５６の信頼性に悪影響を及ぼす可能性があるが、曲げモーメント流量出力１６８は、流量測定値１７８の基礎とするのに十分な信頼性を維持している。したがって、コントローラ１２２による流量測定値１７８の決定から超音波流量出力１５６を排除することで、キャビテーションによって生じる流量測定値に関する問題は実質的に低減される。
【0038】
超音波センサ１３４および曲げモーメントセンサ１３６の両方を使用するさらなる利点には、流体流れ１０６とパイプ１０８の状態を検出する能力が含まれる。超音波流量出力１５６および／または曲げモーメント流量出力１６８に基づいてコントローラ１２２によって検出され得る流体流れ１０６の例示的な状態には、例えば、流体流れ１０６内の同伴ガス、流体流れ１０６中のキャビテーション、および流体流れ１０６の欠如が含まれる。超音波流量出力１５６および／または曲げモーメント流量出力１６８に基づいてコントローラ１２２によって検出され得るパイプ１０８の例示的な状態には、高振動状態が含まれる。
【0039】
コントローラ１２２は、超音波流量出力１５６と曲げモーメント流量出力１６８とによって示される流量を比較することで流体流れ１０６および／またはパイプ１０８の状態を検出し、検出された状態に応じて通知を発することができる。これは、流体流れの流量が第１閾値流量１８０と第２閾値流量１８２との間にあり、渦流量計１０４が中流量モードで動作し、超音波流量出力１５６および曲げモーメント流量出力１６８がそれぞれ、流体流れ１０６の流量の正常に信頼できる指標であるとき、特に効果的である。例えば、流体流れ１０６内の同伴ガスまたはキャビテーションの状態は、超音波センサ１３４が流体流れ１０６の同伴ガスおよびキャビテーションの状態に左右されるため、超音波流量出力１５６が経時的に異常に変化する一方で、曲げモーメント流量出力１６８が比較的安定し続けるときに、コントローラ１２２によって検出することができる。高振動のパイプ状態は、曲げモーメントセンサがパイプ１０８の高振動に左右されるため、曲げモーメント流量出力１６８が経時的に異常に変化する一方で、超音波流量出力１５６が比較的安定し続けるときに、コントローラ１２２によって検出することができる。
【0040】
空洞１４０内の液体の欠如は、超音波センサ１３４のレシーバ１６２によって検出される信号１６４のレベルを分析することで検出することができ、これは、出力１５６によって示すことができる。超音波１６４は、気体よりも液体を、より効率的に通過する。したがって、信号１６４が空気を介して送信されるとき、レシーバ１６２における信号（超音波１６４）のレベルは、信号（超音波１６４）が完全に液体を介して送信されるときよりも低い。したがって、空洞１４０における液体の欠如は、レシーバ１６２によって検出され超音波センサ１３４の出力１５６によって示される超音波信号１６４のレベルが空洞１４０内の液体の欠如に対応する閾値レベルと一致するかそれを下回るときに検出することができる。したがって、いくつかの実施形態では、コントローラ１２２は、出力１５６によって示される信号１６４の検出されたレベルを閾値レベルと比較し、検出されたレベルが閾値レベルと一致するかそれよりも小さい場合に空洞１４０内の液体の欠如を検出する。
【0041】
コントローラ１２２によって発された通知は、流体流れ１０６またはパイプ１０８の検出された状態を示すことができる。いくつかの実施形態では、通知には、検出された状態に関する状態情報１８４を制御ユニット１１６のディスプレイ１８６上などに表示すること、アラームを起動すること、および／または別のタイプの通知を提供することが含まれる。状態情報１８４はまた、メモリ１２４に記憶させることができる。
【0042】
本開示の実施形態を好適な実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、本開示の精神および範囲から逸脱することなく形態および詳細において変更を加えることができることを認識するであろう。
【符号の説明】
【0043】
１００ 産業用プロセス測定システム
１０２ プロセス流体
１０４ 渦流量計
１０６ 流体流れ
１２２ コントローラ
１３０ ハウジング
１３２ 渦発生体
１３４ 超音波センサ
１３６ 曲げモーメントセンサ
１４０ 内部空洞
１０２ プロセス流体
１０４ 渦流量計
１０６ 流体流れ
１２２ コントローラ
１３０ ハウジング
１３２ 渦発生体
１３４ 超音波センサ
１３６ 曲げモーメントセンサ
１４０ 内部空洞
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【国際調査報告】