JP3585841B2 - 流体温度測定方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は流体温度測定に関する。
【０００２】
（背景技術）
流体搬送管路では、漏れが起こっているかどうかを判断し、漏れ量を定めることが有利である。例えば、ガス管路では、数キロメートルの管路にわたって非常に小さい大きさであることもあるいずれの漏れをも測定することができることが望ましい。
【０００３】
代表的には、試験は空気をガス本管の最大作用圧力の１．５倍の圧力で空の管路に供給することを含む。次いで、圧力を数日またはそれ以上にわたって監視してこの期間中にいずれかの圧力降下が起きるかどうかを調べる。０．００２８ｓｃｍｈ（０．１ｓｃｆｈ）より多い漏れを示す圧力降下読み値が生じれば、漏れ源を定めるために尚一層の調査が示される。実際、圧力降下は漏れの結果起こるだけではなく、温度および管容積の変化に因り変化することもある。これは、長い管路では、圧力降下が試験期間を数週間にわたって延長しなければならないほど小さい場合に特にそうである。
【０００４】
より効果的な圧力試験を行なうには、このような長い期間にわたる管の容積変化および流体における温度変化を定めることも必要である。
【０００５】
クリープによりポリエチレン管の容積が変化し、クリープを処理するための機構が本出願人の特許出願の課題である。
【０００６】
本発明は温度の面に関する。
【０００７】
（発明の開示）
本発明によれば、流体を通るための音信号を発生させるトランスジューサ手段と、
非反射音信号が流体を通って第１位置を通過するときに第１音信号を検出するための検出器手段と、
音信号が流体を通って第２位置に達するときに第２音信号を検出するための検出器手段と、を備えており、検出器は流体中の遠い点からの音信号の反射から生じる第２音信号を検出するようになっており、
第１および第２の検出された信号から得られた情報の結果として、温度を算出するためのプロセッサ手段をさらに備えていることを特徴とする流体温度測定装置が提供される。
【０００８】
更に、本発明によれば、流体を通るための音信号を発生させ、
非反射音信号が流体を通って第１位置を通過するときに第１音信号を検出し、
流体における遠い点からの音信号の反射の結果として、音信号が流体を通って第２位置に達するときに第２音信号を検出し、
第１および第２の検出された音信号から得られた情報の結果として、温度を算出することを特徴とする流体における温度を測定する方法が提供される。
【０００９】
更に、本発明によれば、所定期間にわたって管内の流体圧を検出するための手段と、所定時間にわたって管内の流体の温度を測定するための手段と、所定期間にわたる補正済み流体圧力測定値を得て、温度が変化しなかった場合、所定時間中に生じた圧力損失度を示すために流体の温度変化を補償するための手段とを備えていることを特徴とする管漏れ測定装置が提供される。
【００１０】
更に、本発明によれば、圧力源をシールされた管に取付け、所定期間にわたって管内の流体圧を検出し、所定時間にわたって管内の流体の温度を測定し、流体の温度変化を補償して所定期間にわたる補正済み流体圧力測定値を得、それにより所定時間の間、温度が一定のままであった場合に生じた圧力損失度を示すことを特徴とする管漏れ測定方法が提供される。
【００１１】
（発明を実施するための最良の形態）
図１の構成はシール管を加圧し、漏れを評価するために温度を測定するようになっている。試験すべき管１０は長さが数キロメートルまででもよく、一端が端キャップ１１で終っている。
【００１２】
管の他端部には、管をシールし、且つ弁１５によってガスを圧力下で管へ供給するためにハウジング１２が取付けられている。
【００１３】
ハウジング１２はシール管内の圧力をこれが変化するかどうか定めるために測定するための圧力トランスジューサ１４を有している。ハウジング１２の圧力均等化ベント１９により、ハウジングの内圧を管１０内の圧力に調整し得る。拡声器１６の形態の音源がハウジング１２上に設けられており、この音源はホーン１２が延びている圧縮駆動体を有している。この圧縮駆動体は線形音響ホーンで少なくとも１００ｄＢの出力レベルを送り出すことが可能である。
【００１４】
拡声器１２の下流には、方向性カージオイド型のマイクロホン１８が位置決めされており、このマイクロホン１８は、以下に詳述する、細拡声器１２からの発信音響出力と、管１０の端部１１からの音付随反射とを受信する。
【００１５】
マイクロホン１８の出力は差動増幅器２０により受信され、コンピュータ２２内のデジタル信号処理盤２３に移行する。
【００１６】
盤２３はまた拡声器用の駆動信号を発生し、この駆動信号はパワー増幅器２１へ移行して拡声器１６の出力を管内に移動させて再度反射させるのに十分なワット数の信号を生じる。
【００１７】
圧力トランスジューサ１４は、直列通信ポート２４（例えば、RS２３２）を経てコンピュータ２２と通信することができる形態のデジタル出力を生じるためにそれ自身の内部インタフェースを有している。従って、測定された絶対圧力を所定期間にわたってコンピュータ２２により自動記録することができる。かかる情報をコンピュータスクリーン２５に表示することができる。
【００１８】
プロセッサ盤２３が図２に詳細に示されている。
【００１９】
この盤はアナログーデジタル変換器（ＡＤＣ）３０を有しており、このアナログーデジタル変換器（ＡＤＣ）３０はマイクロホン１８からのアナログ信号を受信してこれをデジタル形態に変換し、次いで、このデジタル形態をメモリ３１に記憶する。
【００２０】
トーンバースト発生器３５が数サイクルの単一トーンバーストの形態で拡声器を駆動する出力を発生させ、この出力は、管１０を通って伝達されるとき、その初めの通過時およびその後、管端壁部からのその戻り時にマイクロホン１８により受け取られる。
【００２１】
これらの信号組の両方をメモリにデジタル形態で捕獲し記憶する。プロセッサ３２はこの情報の書き込みを行い、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）分析を行って２つの選択信号部分間の相対位相を算出するようになっている。初期位相はコンピュータにおける次の読み込みのための基準として記憶される。
【００２２】
諸装置（すなわち、ＡＤＣ３０、メモリ３１、トーンバースト発生器３５およびプロセッサ３２）の各々には、制御ブロック３４が接続されている。この制御ブロック３４は処理済み情報を受信するコンピュータ２２の即答下で作動制御を行なうことができる。
【００２３】
盤２３はデータを処理し、ウインドー処理を行い、ＦＦＴを行い、且つ振幅および位相スペクトルをホストＰＣ２２へ戻すことができる。
【００２４】
温度変化は下記式により初期位相（φ_０）と現在の位相（φ）との差（Δφ）により算出される。

【００２５】
上記式中、ｆは駆動周波数（Ｈｚ）であり、
Ｌは管の長さ（ｍ）であり、
γは比熱比（１．４）であり、
Ｒは比ガス定数（空気の場合、２８７ｋＪ／°Ｋ）であり、
Ｔは絶対温度（°Ｋ（すなわち、℃＋２７３））である。
【００２６】
信号経路は管の長さの２倍であり、最高１０サイクルまでのバーストの場合に、比較的低い単周波数〔例えば、４００Ｈｚ未満〕が満足であるとわかった。本管の延長した長さ（最高２ｋＭまで）の場合、必要とされる距離範囲をもたらすのに２０Ｈｚほどの周波数を選択するのがよい。（上記式における積ＦＬはこのような周波数において精度が維持されることを示している）。
【００２７】
もっと高い周波数は、管継ぎ手で起こる不必要な早期反射をもたらしてしまう。低過ぎる周波数は固有の背景ノイズに因るノイズレベル問題を生じてしまう。マイクロホン１８は作動を最大にするように拡声器１６の前方に特定の距離を隔てて管に位置決めされる。代表的には、距離は、波が平面状であり、且つ記録レベルが源近くの局部場により影響されないように、いくつかの管の直径に同等であるものとして選択される。
【００２８】
上記技術を使用して、１度の分数の位相移動が分解され、０．００１℃内の極めて正確な温度変化測定値を得ることができる。
【００２９】
実際、トランスジューサ／拡声器による伝達用の装置が用いる周波数は好ましくは温度解明係数および背景ノイズレベルを考慮して、範囲を最大にするために試験すべき管の長さに応じて選択される。
【００３０】
従って、２０ｍの比較的短い管の長さの場合、１ＫＨｚの周波数が適当である。１００ｍの長さは２００Ｈｚの音信号をもたらすことができる。１ｋｍの長さは例えば２０Ｈｚに設定される周波数をもたらすことができる。
【００３１】
温度測定を行なっている間、圧力トランスジューサ１４は管１０内の内部ガス圧を測定している。直列ポート２４を介してコンピュータ２２が時間（例えば、数時間）にわたって受けた値は温度変化ごとに調整する必要があり、工程を図３に示してある。
【００３２】
コンピュータ２２が受けた値は算出温度とともに、空気圧のサンプルを補償工程にかけて表示および記憶のための「真」の圧力読み値を与える。この「真」の圧力は温度変化の無い場合に記録される圧力に相当する。
【００３３】
この補償はソフトウエア制御下で行なうのがよい。
【００３４】
入力情報を監視し且つ表示パラメータを制御するためにコンピュータスクリーンを使用した対話式機構を有するのが有利である。このような構成を図４に示してある。
【００３５】
コンピュータスクリーン２４はグラフィカル部分３８およびテキスト部分３９を示すようになっている。
【００３６】
グラフィカル部分３８は管を通して拡声器により送られる音信号の温度４０の表示を示す。振幅をボルトで示してあり、時間目盛はミリ秒である。第１部分４０ａは管内のガスを通るとき拡声器が受けるトーンバーストを示しており、部分４０ｂは管壁部からの反射後に拡声器が受ける反射トーンを表している。
【００３７】
ソフトウエアカーソル４２、４３を移動させて温度値を定める処理のための波形部分を選択し、偽読みを防ぐための計算にこれらのウインドウのみを利用するようにすることができる。表示の一部として、テキスト部分３９は管の長さ（例えば、２０ｍ）、選択された周波数（例えば、４００Ｈｚ）およびバーストのサイクル数（例えば、５）のような入力パラメータを表示することができる。これらの計算により、初期バーストおよびエコーの時間およびカーソル間の時間（例えば、１２０．１７ｍ／秒）についての値が得られる。完了結果が図５に示すようにスクリーン２４に表示される。
【００３８】
スクリーン表示は時間（ｈｒ）で示す時間に対する温度（℃）を示す下部分を有している。
【００３９】
上部分５１は時間（ｈｒ）で示す時間に対するミリバール単位の圧力を示している。音響学的に測定された温度は波形５５で示されている。比較のために、管の領域における地上温度を別体のトランスジューサ（図示せず）により測定して基準グラフ５６を得た。
【００４０】
この例では、２つの温度グラフ５５、５６が開始時間から１０．５０時間の時点まで同じであることがわかる。その時点で、人工熱源を管に取付けて高い温度（実験上の理由で）を生じた。上部分５１から、圧力トランスジューサ１４により測定した絶対圧力５３が同時に上昇し、かくして実際の漏れを覆うことができる偽読み値が得られることがわかる。
【００４１】
しかしながら、補正済み圧力５４は、温度により影響されず、漏れがある場合にのみ変化する等温圧力のみを示す波形をなす。この場合、表示された測定期間において約２８８５ないし２８８３ｍＢａｒの降下圧力によりグラフに示すように、わずかな漏れが存在すると判断された。
【００４２】
補正済み圧力は下記式から定められる。

【００４３】
この装置を関連したＤＳＰ盤を備えたパーソナルコンピュータに基づいた構成に関して説明したが、変更例の構成では、Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換用のＰＭＣＩＡカードとともに頑丈なラップトップを使用することができる。
【００４４】
或る作動条件下では、トレンチに連続的に存在し、長い時間にわたってデータを自動記録するためのものであって、技師が現場を訪れたときにこのデータをホストラップトップにアップロードするためにインターフェースを有する基地ステーションを備えるのが適切であることもある。
【図面の簡単な説明】
【図１】流体管路に使用するための音響的温度測定装置を示す図である。
【図２】適当なプロセッサ盤構成を示す図である。
【図３】コンピュータ補償工程を示す図である。
【図４】信号通過についての監視情報および選択機構を示す図である。
【図５】測定値に関連された温度および圧力グラフを示す図である。

Claims (27)

1. 流体を通るための音信号を発生させるトランスジューサ手段と、
   非反射音信号が流体を通って第１位置を通過するときに第１音信号を検出するための検出器手段と、
   音信号が流体を通って第２位置に達するときに第２音信号を検出するための検出器手段と、を備えており、検出器は流体中の遠い点からの音信号の反射から生じる第２音信号を検出するようになっており、
   第１および第２の検出された信号から得られた情報の結果として、温度を算出するためのプロセッサ手段をさらに備えていることを特徴とする流体温度測定装置。
2. 単一の検出器が第１および第２音信号の両方を検出し、プロセッサ手段は第１および第２音信号間の相対位相から温度を定めるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の流体温度測定装置。
3. プロセッサ手段は高速フーリエ変換分析器を有することを特徴とする請求項１または２に記載の流体温度測定装置。
4. トランスジューサにより使用するための所定の周波数でトーンバースト信号を発生させるために発生器を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の流体温度測定装置。
5. 周波数はたった１KHｚに過ぎないように選択されることを特徴とする請求項４に記載の流体温度測定装置。
6. 検出器手段により検出された信号はアナログ電圧の形態であり、この信号をプロセッサ手段により使用するためのデジタル信号に変換するために変換器手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし５のうちのいずれか１項に記載の流体温度測定装置。
7. 第１および第２音信号から得られる信号情報を表示するためにディスプレー手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし６のうちのいずれか１項に記載の流体温度測定装置。
8. 音信号が通過する管路における加圧流体を検出するための圧力検知手段と、温度効果のために補正された圧力値を得るために算出温度に応じて測定圧力を変更すための手段とを有していることを特徴とする請求項１ないし７のうちのいずれか１項に記載の流体温度測定装置。
9. 前記管路は各端部で終っている管路であり、管路を所望の圧力レベルに加圧するために圧力入力手段を設けたことを特徴とする請求項８に記載の流体温度測定装置。
10. 数時間、数日または数週間にわたるような延長した時間にわたる圧力読み値を記憶するための記憶手段を有することを特徴とする請求項８または９に記載の流体温度測定装置。
11. 前記延長した時間の少なくとも一部にわたる測定圧力および/または補正圧力を表示するためのディスプレー手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の流体温度測定装置。
12. 流体を通るための音信号を発生させ、
    非反射音信号が流体を通って第１位置を通過するときに第１音信号を検出し、
    流体における遠い点からの音信号の反射の結果として、音信号が流体を通って第２位置に達するときに第２音信号を検出し、
    第１および第２の検出された音信号から得られた情報の結果として、温度を算出することを特徴とする流体における温度を測定する方法。
13. 温度は第１および第２音信号間の相対位相から定められることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 音信号を得るために所定周波数でトーンバースト信号を発生させる工程を有することを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
15. 音信号はアナログ電圧の形態で検出され、この信号をデジタル形態に変換する工程を有していることを特徴とする請求項１２ないし１４のうちのいずれか１項に記載の方法。
16. 第１および第２音信号から得られる信号情報を表示する工程を有していることを特徴とする請求項１２ないし１５のうちのいずれか１項に記載の方法。
17. 音信号が通過する管路における加圧流体を検出する工程を有していることを特徴とする請求項１２ないし１６のうちのいずれか１項に記載の方法。
18. 管路を所望の圧力レベルに加圧する工程を有していることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 数時間、数日または数週間にわたるような延長した時間にわたる圧力読み値を記憶し、延長期間の少なくとも一部にわたる測定圧力および/または補正圧力測定値を表示する工程を有していることを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。
20. 所定期間にわたって管内の流体圧を検出するための手段と、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の所定時間にわたって管内の流体の温度を測定するための流体温度測定装置と、所定期間にわたる補正済み流体圧力測定値を得て、温度が変化しなかった場合、所定時間中に生じた圧力損失度を示すために流体の温度変化を補償するための手段とを備えていることを特徴とする管漏れ測定装置。
21. 流体の圧力を検出する手段は通信リンクを備えたデジタル圧力トランスジューサよりなることを特徴とする請求項２０に記載の管漏れ測定装置。
22. 発生器は検出器による検出のための短時間信号を、これがトランスジューサから管の反対端部に向けて移動し且つトランスジューサの端部に向けて戻るように発生させるようになっていることを特徴とする請求項２０または２１に記載の管漏れ測定装置。
23. プロセッサ手段は高速フーリエ変換技術の利用により第１および第２信号における位相差から温度を定めるようになっていることを特徴とする請求項２０、２１または２２に記載の管漏れ測定装置。
24. 所定時間の少なくとも一部における圧力および/または温度についてのグラフィカル情報を表示するディスプレー手段を備えていることを特徴とする請求項２０ないし２３のうちのいずれか１項に記載の管漏れ測定装置。
25. 圧力源をシールされた管に取付け、
    所定期間にわたって管内の流体圧を検出し、
    請求項１２ないし１９のいずれか１項に記載の方法を使用して所定時間にわたって管内の流体の温度を測定し、
    流体の温度変化を補償して所定期間にわたる補正済み流体圧力測定値を得、それにより所定時間の間、温度が一定のままであった場合に生じた圧力損失度を示すことを特徴とする管漏れ測定方法。
26. 温度は高速フーリエ変換技術の利用により第１および第２信号における位相差から定められることを特徴とする請求項２５に記載の管漏れ測定方法。
27. 所定時間の少なくとも一部における圧力および/または温度についてのグラフィカル情報を表示する工程を有していることを特徴とする請求項２５または２６に記載の管漏れ測定方法。

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