JP7803301B2 - Virtual flow rate calculation device, virtual flow rate calculation method, and virtual flow rate calculation program - Google Patents
Virtual flow rate calculation device, virtual flow rate calculation method, and virtual flow rate calculation programInfo
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- JP7803301B2 JP7803301B2 JP2023046057A JP2023046057A JP7803301B2 JP 7803301 B2 JP7803301 B2 JP 7803301B2 JP 2023046057 A JP2023046057 A JP 2023046057A JP 2023046057 A JP2023046057 A JP 2023046057A JP 7803301 B2 JP7803301 B2 JP 7803301B2
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Description
本発明は、仮想流量演算装置、仮想流量演算方法、および、仮想流量演算プログラムに関する。 The present invention relates to a virtual flow rate calculation device, a virtual flow rate calculation method, and a virtual flow rate calculation program.
特許文献1には、「差圧流量計の計測精度を向上させ、無視できない流量指示値の誤差が実機で発生するリスクを、設計段階で低減させることが可能な流量計設計支援システムを提供する。」と記載されている。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特開2020-144662
[特許文献2] 特開2019-194424
[特許文献3] 特開2012-132797
[特許文献4] 特開2009-014726
Patent Document 1 states, "We provide a flowmeter design support system that can improve the measurement accuracy of differential pressure flowmeters and reduce the risk of non-negligible errors in flow rate indication values occurring in actual equipment at the design stage."
[Prior art documents]
[Patent Documents]
[Patent Document 1] JP 2020-144662
[Patent Document 2] JP 2019-194424
[Patent Document 3] JP 2012-132797 A
[Patent Document 4] JP 2009-014726 A
本発明の第1の態様においては、仮想流量演算装置を提供する。前記仮想流量演算装置は、流量センサが計装される実空間の環境を示す環境情報を記憶する環境情報記憶部と、測定対象となる流体の物性を示す物性情報を記憶する物性情報記憶部と、前記環境情報および前記物性情報を用いて、前記実空間を再現した仮想空間上で前記流体における混相流の流動現象をシミュレーションするシミュレーション部と、前記シミュレーションされた結果に基づいて、前記流量センサにより実測される実流量を推測した仮想流量を演算する演算部と、を備える。 A first aspect of the present invention provides a virtual flow rate calculation device. The virtual flow rate calculation device includes an environmental information storage unit that stores environmental information indicating the environment of the real space in which a flow sensor is installed; a physical property information storage unit that stores physical property information indicating the physical properties of the fluid to be measured; a simulation unit that uses the environmental information and the physical property information to simulate the flow phenomenon of a multiphase flow in the fluid in a virtual space that reproduces the real space; and a calculation unit that calculates a virtual flow rate that estimates the actual flow rate measured by the flow sensor based on the results of the simulation.
前記仮想流量演算装置において、前記流量センサは、コリオリ流量計、超音波流量計、電磁流量計、または、渦流量計の少なくともいずれかであってもよい。 In the virtual flow rate calculation device, the flow rate sensor may be at least one of a Coriolis flow meter, an ultrasonic flow meter, an electromagnetic flow meter, or a vortex flow meter.
前記仮想流量演算装置のいずれかにおいて、前記流量センサは、前記コリオリ流量計であり、前記演算部は、フローチューブの共振周波数に基づいて、前記流体の密度または前記混相流の分率の少なくともいずれかを推定してもよい。 In any of the virtual flow rate calculation devices, the flow rate sensor may be a Coriolis flowmeter, and the calculation unit may estimate at least one of the density of the fluid or the fraction of the multiphase flow based on the resonant frequency of the flow tube.
前記仮想流量演算装置のいずれかにおいて、前記流量センサは、前記コリオリ流量計であり、前記演算部は、フローチューブを振動させるために発振器へ印加される駆動電流に基づいて、前記混相流の分率を推定してもよい。 In any of the virtual flow rate calculation devices, the flow rate sensor may be a Coriolis flowmeter, and the calculation unit may estimate the multiphase flow fraction based on a drive current applied to an oscillator to vibrate a flow tube.
前記仮想流量演算装置のいずれかにおいて、前記流量センサは、前記超音波流量計であり、前記演算部は、超音波の受信信号強度を周波数帯域毎に分析した結果に基づいて、前記流体に分散する粒子の分布状態を推定してもよい。 In any of the virtual flow rate calculation devices, the flow rate sensor may be an ultrasonic flowmeter, and the calculation unit may estimate the distribution state of particles dispersed in the fluid based on the results of analyzing the received ultrasonic signal strength for each frequency band.
前記仮想流量演算装置のいずれかにおいて、前記流量センサは、前記超音波流量計であり、前記演算部は、対向する超音波の受信信号強度の差に基づいて、前記流体に分散する粒子の偏在状態を推定してもよい。 In any of the virtual flow rate calculation devices, the flow rate sensor may be an ultrasonic flowmeter, and the calculation unit may estimate the uneven distribution state of particles dispersed in the fluid based on the difference in received signal strength of opposing ultrasonic waves.
前記仮想流量演算装置のいずれかにおいて、前記流量センサは、前記電磁流量計であり、前記演算部は、前記流体に分散する電気的絶縁物の起電力効果に基づいて、電極に発生するフローノイズ量を推定してもよい。 In any of the virtual flow rate calculation devices, the flow rate sensor may be an electromagnetic flowmeter, and the calculation unit may estimate the amount of flow noise generated at the electrodes based on the electromotive force effect of electrical insulators dispersed in the fluid.
前記仮想流量演算装置のいずれかにおいて、前記流量センサは、前記電磁流量計であり、前記演算部は、前記シミュレーションされた結果をパラメトリックに計算した結果に基づいて、前記混相流の分率を推定してもよい。 In any of the virtual flow rate calculation devices, the flow rate sensor may be an electromagnetic flow meter, and the calculation unit may estimate the multiphase flow fraction based on the results of a parametric calculation of the simulated results.
前記仮想流量演算装置のいずれかにおいて、前記流量センサは、前記渦流量計であり、前記演算部は、圧電素子に発生する電圧の振幅強度に基づいて、前記混相流の分率を推定してもよい。 In any of the virtual flow rate calculation devices, the flow rate sensor may be a vortex flowmeter, and the calculation unit may estimate the fraction of the multiphase flow based on the amplitude strength of the voltage generated in the piezoelectric element.
前記仮想流量演算装置のいずれかにおいて、前記流量センサは、前記渦流量計であり、前記演算部は、圧電素子に発生するノイズに基づいて、前記混相流の分率を推定してもよい。 In any of the virtual flow rate calculation devices, the flow rate sensor may be a vortex flowmeter, and the calculation unit may estimate the multiphase flow fraction based on noise generated in a piezoelectric element.
前記仮想流量演算装置のいずれかにおいて、前記流体が、気液二相の混相状態である場合、前記演算部は、前記混相流の分率に基づいて、気相単独の前記仮想流量を演算してもよい。 In any of the virtual flow rate calculation devices, if the fluid is in a gas-liquid two-phase multiphase state, the calculation unit may calculate the virtual flow rate of the gas phase alone based on the fraction of the multiphase flow.
前記仮想流量演算装置のいずれかは、前記演算部により推定されたパラメータが予め定められた基準を満たさない場合に、アラートを発報する診断部を更に備えてもよい。 Any of the virtual flow rate calculation devices may further include a diagnostic unit that issues an alert if the parameters estimated by the calculation unit do not meet predetermined criteria.
前記仮想流量演算装置のいずれかにおいて、前記診断部は、更に、前記実流量と前記仮想流量との差分が予め定められた基準を満たさない場合に、アラートを発報してもよい。 In any of the virtual flow rate calculation devices, the diagnostic unit may further issue an alert if the difference between the actual flow rate and the virtual flow rate does not satisfy a predetermined standard.
前記仮想流量演算装置のいずれかにおいて、前記シミュレーション部は、前記混相流における相の組み合わせ、または、流動様式の少なくともいずれかに応じて選定された解析モデルを用いてもよい。 In any of the virtual flow rate calculation devices, the simulation unit may use an analytical model selected according to at least one of the phase combinations or flow patterns in the multiphase flow.
前記仮想流量演算装置のいずれかにおいて、前記解析モデルは、連続相モデルまたは分散相モデルであってもよい。 In any of the above virtual flow rate calculation devices, the analytical model may be a continuous phase model or a dispersed phase model.
前記仮想流量演算装置のいずれかは、クラウドサーバにより提供されてもよい。 Any of the virtual flow rate calculation devices may be provided by a cloud server.
本発明の第2の態様においては、仮想流量演算方法を提供する。前記仮想流量演算方法は、コンピュータが、流量センサが計装される実空間の環境を示す環境情報を記憶することと、測定対象となる流体の物性を示す物性情報を記憶することと、前記環境情報および前記物性情報を用いて、前記実空間を再現した仮想空間上で前記流体における混相流の流動現象をシミュレーションすることと、前記シミュレーションされた結果に基づいて、前記流量センサにより実測される実流量を推測した仮想流量を演算することと、を備える。 A second aspect of the present invention provides a virtual flow rate calculation method. The virtual flow rate calculation method includes a computer storing environmental information indicating the environment of the real space in which a flow sensor is installed, storing physical property information indicating the physical properties of the fluid to be measured, simulating a multiphase flow phenomenon in the fluid in a virtual space that reproduces the real space using the environmental information and the physical property information, and calculating a virtual flow rate that estimates the actual flow rate measured by the flow sensor based on the results of the simulation.
本発明の第3の態様においては、仮想流量演算プログラムを提供する。前記仮想流量演算プログラムは、コンピュータにより実行され、前記コンピュータを、流量センサが計装される実空間の環境を示す環境情報を記憶する環境情報記憶部と、測定対象となる流体の物性を示す物性情報を記憶する物性情報記憶部と、前記環境情報および前記物性情報を用いて、前記実空間を再現した仮想空間上で前記流体における混相流の流動現象をシミュレーションするシミュレーション部と、前記シミュレーションされた結果に基づいて、前記流量センサにより実測される実流量を推測した仮想流量を演算する演算部と、して機能させる。 A third aspect of the present invention provides a virtual flow rate calculation program. The virtual flow rate calculation program is executed by a computer and causes the computer to function as: an environmental information storage unit that stores environmental information indicating the environment of the real space in which the flow sensor is installed; a physical property information storage unit that stores physical property information indicating the physical properties of the fluid to be measured; a simulation unit that uses the environmental information and the physical property information to simulate the flow phenomenon of a multiphase flow in the fluid in a virtual space that reproduces the real space; and a calculation unit that calculates a virtual flow rate that estimates the actual flow rate measured by the flow sensor based on the results of the simulation.
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 Note that the above summary of the invention does not list all of the features of the present invention. Subcombinations of these features may also constitute inventions.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 The present invention will be described below through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the scope of the invention as claimed. Furthermore, not all of the combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the solution of the invention.
図1は、本実施形態に係る仮想流量演算装置100のブロック図の一例を、センサモジュール10とともに示す。なお、これらブロックは、それぞれ機能的に分離された機能ブロックであって、実際の装置構成とは必ずしも一致していなくてもよい。すなわち、本図において、1つのブロックとして示されているからといって、それが必ずしも1つのデバイスにより構成されていなくてもよい。また、本図において、別々のブロックとして示されているからといって、それらが必ずしも別々のデバイスにより構成されていなくてもよい。これより先のブロック図についても同様である。 Figure 1 shows an example of a block diagram of a virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment, along with a sensor module 10. Note that these blocks are functionally separated functional blocks and do not necessarily correspond to the actual device configuration. In other words, just because something is shown as a single block in this diagram does not necessarily mean that it is made up of a single device. Also, just because something is shown as separate blocks in this diagram does not necessarily mean that it is made up of separate devices. The same applies to the block diagrams that follow.
センサモジュール10は、設備の様々な箇所に設けられ、測定対象の物理量を測定し、測定データを他の装置へ送信する。このような設備は、例えば、原材料から製品を製造する装置(群)であってよい。一例として、設備は、プラントであってもよい。プラントとしては、化学やバイオ等の工業プラントの他、ガス田や油田等の井戸元やその周辺を管理制御するプラント、水力・火力・原子力等の発電を管理制御するプラント、太陽光や風力等の環境発電を管理制御するプラント、上下水やダム等を管理制御するプラント等が挙げられる。センサモジュール10は、流量センサ20と、処理部30と、センサ側通信部40と、を備える。 Sensor modules 10 are installed at various locations in the facility, measure the physical quantities of the measurement target, and transmit the measurement data to other devices. Such facilities may be, for example, a device (or devices) that manufacture products from raw materials. As an example, the facility may be a plant. Examples of plants include industrial plants such as chemical and biotech plants, plants that manage and control wellheads and surrounding areas of gas and oil fields, plants that manage and control hydroelectric, thermal, and nuclear power generation, plants that manage and control solar and wind energy generation, and plants that manage and control water supply and sewage systems and dams. The sensor module 10 comprises a flow sensor 20, a processing unit 30, and a sensor-side communication unit 40.
流量センサ20は、実空間(例えば、プラントの配管等)に計装され、測定対象となる流体(液体、気体、蒸気、粉粒体、または、これらの混相状態)が管路を単位時間あたりに流れる量を測定する計測器である。このような流量センサ20としては、測定の目的、測定場所、流体の種類、または、流体の状態等の様々な条件に応じて、センシング原理の異なる様々な流量計が挙げられる。一例として、流量センサ20は、コリオリ流量計、超音波流量計、電磁流量計、または、渦流量計の少なくともいずれかであってよい。 The flow sensor 20 is a measuring instrument that is installed in a real space (such as the piping of a plant) and measures the amount of the fluid to be measured (liquid, gas, steam, powder, or a mixed phase of these) flowing through the pipeline per unit time. Examples of such flow sensors 20 include various flow meters with different sensing principles depending on various conditions, such as the purpose of the measurement, the measurement location, the type of fluid, or the state of the fluid. As an example, the flow sensor 20 may be at least one of a Coriolis flow meter, an ultrasonic flow meter, an electromagnetic flow meter, or a vortex flow meter.
コリオリ流量計は、物理現象であるコリオリの力を利用した流量計である。共振周波数で動作するフローチューブの中を流体が通過すると、慣性によりフローチューブにねじれが生じ、フローチューブの流入側と流出側に取り付けられた振動検出センサの検出信号に位相変化が起こる。コリオリ流量計においては、例えばこのような位相変化を検出し、係数を掛け合わせることで流量を出力する。 A Coriolis flowmeter is a flowmeter that utilizes the physical phenomenon of Coriolis force. When a fluid passes through a flow tube that operates at a resonant frequency, inertia causes the flow tube to twist, resulting in a phase shift in the detection signal from the vibration detection sensors attached to the inlet and outlet sides of the flow tube. In a Coriolis flowmeter, for example, this phase shift is detected and multiplied by a coefficient to output the flow rate.
超音波流量計は、超音波の伝搬時間差を利用した流量計である。管路内の流体を斜めに横切って交互に超音波を送受信すると、超音波は流体の流れに逆らうと遅く伝わり、流れに乗ると速く伝わることとなる。超音波流量計においては、例えばこのような2つの超音波の伝搬時間の差を用いて流速を算出し、流量補正係数で面の平均流速に補正した後、管路の断面積を掛け合わせることで流量を出力する。 An ultrasonic flowmeter is a flowmeter that utilizes the difference in propagation time of ultrasonic waves. When ultrasonic waves are transmitted and received alternately across a fluid in a pipe at an angle, the ultrasonic waves travel slower when they travel against the flow of the fluid and travel faster when they travel with the flow. In an ultrasonic flowmeter, the flow velocity is calculated using the difference in propagation time of two such ultrasonic waves, corrected to the average flow velocity over the surface using a flow correction coefficient, and then multiplied by the cross-sectional area of the pipe to output the flow rate.
電磁流量計は、ファラデーの電磁誘導を利用した流量計である。電磁石で磁界を作り、磁界中を導電性の流体が通過すると、磁界の向きと流体の流れの向きの両者に垂直な向きに流速に比例した起電力が発生する。電磁流量計においては、例えばこのような起電力の大きさを検出し、管路の断面積を掛け合わせることで流量を出力する。 An electromagnetic flowmeter is a flowmeter that uses Faraday's electromagnetic induction. A magnetic field is created by an electromagnet, and when a conductive fluid passes through the magnetic field, an electromotive force proportional to the flow rate is generated in a direction perpendicular to both the direction of the magnetic field and the direction of the fluid flow. In an electromagnetic flowmeter, for example, the magnitude of this electromotive force is detected and multiplied by the cross-sectional area of the pipe to output the flow rate.
渦流量計は、カルマン渦を利用した流量計である。流れている流体の中に、柱状の障害物(渦発生体)があると、その下流側にカルマン渦が発生する。この際、流体の流速とカルマン渦の渦周波数は比例関係にある。渦流量計においては、例えばこのようなカルマン渦の渦周波数を用いて流速を算出し、管路の断面積を掛け合わせることで流量を出力する。 A vortex flowmeter is a flowmeter that uses Karman vortices. When a cylindrical obstacle (vortex generator) is present in a flowing fluid, Karman vortices are generated downstream of it. In this case, the flow velocity of the fluid and the vortex frequency of the Karman vortices are proportional to each other. In a vortex flowmeter, for example, the vortex frequency of such Karman vortices is used to calculate the flow velocity, and the flow rate is output by multiplying this by the cross-sectional area of the pipe.
流量センサ20は、例えばこのような、コリオリ流量計、超音波流量計、電磁流量計、または、渦流量計の少なくともいずれかであってよい。なお、センサモジュール10は、流量センサ20とは異なる物理量を測定可能な他のセンサ(図示せず)を更に備えていてもよい。例えば、センサモジュール10は、圧力計、温度計、粘度計、pH計、導電率計、または、スラリー濃度計等の他のセンサを更に備えていてもよい。 The flow sensor 20 may be, for example, at least one of a Coriolis flow meter, an ultrasonic flow meter, an electromagnetic flow meter, or a vortex flow meter. The sensor module 10 may further include other sensors (not shown) capable of measuring physical quantities different from those of the flow sensor 20. For example, the sensor module 10 may further include other sensors such as a pressure gauge, a thermometer, a viscometer, a pH meter, a conductivity meter, or a slurry concentration meter.
処理部30は、流量センサ20、および、他のセンサからの出力信号を信号処理する。処理部30は、センサからの出力信号を信号処理した測定データをセンサ側通信部40へ供給してよい。このような測定データは、少なくとも流量センサ20により実測された実流量を示すデータであってよい。 The processing unit 30 processes the output signals from the flow sensor 20 and other sensors. The processing unit 30 may supply measurement data obtained by signal processing the output signals from the sensors to the sensor-side communication unit 40. Such measurement data may be data indicating at least the actual flow rate measured by the flow sensor 20.
センサ側通信部40は、通信プロトコルに準じて仮想流量演算装置100と通信するための通信スタック(データリンク層やアプリケーション層を含む)および通信ドライバ(物理層を含む)を具備する。センサ側通信部40は、処理部30から供給された測定データを、ネットワークを介して仮想流量演算装置100へ送信してよい。 The sensor-side communication unit 40 is equipped with a communication stack (including a data link layer and application layer) and a communication driver (including a physical layer) for communicating with the virtual flow rate calculation device 100 in accordance with a communication protocol. The sensor-side communication unit 40 may transmit the measurement data supplied from the processing unit 30 to the virtual flow rate calculation device 100 via a network.
一般に、流量センサ20は、国家標準にトレーサビリティのとれた設備において、基準動作条件の下で校正される。一例として、基準動作条件は、流体=水、流体温度=常温±α、周囲温度=常温±α、上下流の直管長=十分に長い、といった条件である。このような流量センサ20が実空間に計装される場合、流体種別、流体温度、周囲温度、または、上下流直管長等の使用条件が校正時の基準動作条件と異なるため、校正値との差分が生じることとなる。 Generally, flow sensors 20 are calibrated under standard operating conditions in facilities that are traceable to national standards. For example, the standard operating conditions are: fluid = water, fluid temperature = room temperature ±α, ambient temperature = room temperature ±α, and upstream and downstream straight pipe lengths = sufficiently long. When such a flow sensor 20 is installed in a real space, the operating conditions, such as fluid type, fluid temperature, ambient temperature, or upstream and downstream straight pipe lengths, will differ from the standard operating conditions at the time of calibration, resulting in a discrepancy with the calibrated value.
当然ながら、流量センサ20のサプライヤは、このような使用条件の違いを想定して、一定のレベルで使用環境や流体物性による影響を小さくするための設計を行っている。しかしながら、長期間の使用からくる計器の変化や、実流設備の変化があった場合には、実空間に計装された流量センサ20の出力変動や内部ステータス情報を元に、実流量を推測する必要があった。また、流量センサ20の健全性としては、最終的には、国家標準にトレーサビリティのとれた設備で再校正を行う必要があった。 Naturally, suppliers of flow sensors 20 anticipate these differences in usage conditions and design their products to minimize the effects of usage environment and fluid properties to a certain level. However, when there are changes in the instrument due to long-term use or changes in the actual flow equipment, it is necessary to estimate the actual flow rate based on output fluctuations and internal status information of the flow sensor 20 installed in the actual space. Furthermore, to ensure the integrity of the flow sensor 20, it is ultimately necessary to recalibrate it in equipment that is traceable to national standards.
そこで、本実施形態に係る仮想流量演算装置100は、実空間に計装された流量センサ20の使用環境や流体物性等の使用条件を想定して仮想空間上で流体の計測に関連するシミュレーションを実行し、シミュレーション結果に基づいて上述の実流量を推測する仮想流量を演算する。本実施形態に係る仮想流量演算装置100は、環境情報記憶部110と、物性情報記憶部120と、装置側通信部130と、シミュレーション部140と、演算部150と、診断部160と、を備える。 The virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment performs a simulation related to fluid measurement in a virtual space, assuming the usage conditions, such as the usage environment and fluid properties, of a flow rate sensor 20 installed in real space, and calculates a virtual flow rate that estimates the above-mentioned actual flow rate based on the simulation results. The virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment includes an environmental information storage unit 110, a physical property information storage unit 120, a device-side communication unit 130, a simulation unit 140, a calculation unit 150, and a diagnosis unit 160.
環境情報記憶部110は、流量センサ20が計装される実空間の環境を示す環境情報を記憶する。例えば、環境情報記憶部110は、データベースであってよく、ユーザ入力、各種メモリデバイス、または、ネットワーク等を介して取得された環境情報を、演算部150からアクセス可能となるように記憶してよい。 The environmental information storage unit 110 stores environmental information that indicates the environment of the real space in which the flow sensor 20 is installed. For example, the environmental information storage unit 110 may be a database, and may store environmental information obtained via user input, various memory devices, or a network, etc., so that it can be accessed by the calculation unit 150.
物性情報記憶部120は、測定対象となる流体の物性を示す物性情報を記憶する。例えば、物性情報記憶部120は、データベースであってよく、ユーザ入力、各種メモリデバイス、または、ネットワーク等を介して取得された物性情報を、演算部150からアクセス可能となるように記憶してよい。 The physical property information storage unit 120 stores physical property information indicating the physical properties of the fluid to be measured. For example, the physical property information storage unit 120 may be a database, and may store physical property information obtained via user input, various memory devices, or a network, etc., so that it can be accessed by the calculation unit 150.
装置側通信部130は、通信プロトコルに準じてセンサモジュール10と通信するための通信スタックおよび通信ドライバを具備する。例えば、装置側通信部130は、ネットワークを介してセンサモジュール10と通信し、センサモジュール10から測定データを取得してよい。上述のとおり、このような測定データは、少なくとも流量センサ20により実測された実流量を示すデータであってよい。装置側通信部130は、取得した測定データを診断部160へ供給してよい。 The device-side communication unit 130 includes a communication stack and a communication driver for communicating with the sensor module 10 in accordance with a communication protocol. For example, the device-side communication unit 130 may communicate with the sensor module 10 via a network and acquire measurement data from the sensor module 10. As described above, such measurement data may be data indicating at least the actual flow rate measured by the flow sensor 20. The device-side communication unit 130 may supply the acquired measurement data to the diagnosis unit 160.
シミュレーション部140は、環境情報および物性情報を用いて、実空間を再現した仮想空間上で流体の計測に関連するシミュレーションを実行する。例えば、シミュレーション部140は、演算部150からの指示にしたがって、環境情報記憶部110に記憶された環境情報、および、物性情報記憶部120に記憶された物性情報を用いて、仮想空間上で流体の計測に関連するシミュレーションを実行してよい。シミュレーション部140は、シミュレーション結果を演算部150へ供給してよい。 The simulation unit 140 uses the environmental information and physical property information to perform a simulation related to fluid measurement in a virtual space that recreates real space. For example, the simulation unit 140 may perform a simulation related to fluid measurement in a virtual space using the environmental information stored in the environmental information storage unit 110 and the physical property information stored in the physical property information storage unit 120 in accordance with instructions from the calculation unit 150. The simulation unit 140 may supply the simulation results to the calculation unit 150.
演算部150は、シミュレーションされた結果に基づいて、流量センサ20により実測される実流量を推測した仮想流量を演算する。例えば、演算部150は、シミュレーション部140からシミュレーション結果を取得し、当該シミュレーション結果に基づいて、流量センサ20により実測される実流量を推測した仮想流量を演算してよい。演算部150は、演算した仮想流量を診断部160へ通知してよい。 The calculation unit 150 calculates a virtual flow rate that estimates the actual flow rate measured by the flow sensor 20 based on the simulation results. For example, the calculation unit 150 may obtain the simulation results from the simulation unit 140 and calculate a virtual flow rate that estimates the actual flow rate measured by the flow sensor 20 based on the simulation results. The calculation unit 150 may notify the diagnosis unit 160 of the calculated virtual flow rate.
診断部160は、実流量および仮想流量に基づいて、流量センサ20を診断する。例えば、診断部160は、装置側通信部130から供給された測定データが示す実流量と、演算部150から通知された仮想流量とを比較して、流量センサ20を診断してよい。 The diagnostic unit 160 diagnoses the flow sensor 20 based on the actual flow rate and the virtual flow rate. For example, the diagnostic unit 160 may diagnose the flow sensor 20 by comparing the actual flow rate indicated by the measurement data supplied from the device-side communication unit 130 with the virtual flow rate notified by the calculation unit 150.
このような機能部を備えた仮想流量演算装置100は、PC(パーソナルコンピュータ)、タブレット型コンピュータ、スマートフォン、ワークステーション、サーバコンピュータ、または汎用コンピュータ等のコンピュータであってよく、複数のコンピュータが接続されたコンピュータシステムであってもよい。このようなコンピュータシステムもまた広義のコンピュータである。また、仮想流量演算装置100は、コンピュータ内で1または複数実行可能な仮想コンピュータ環境によって実装されてもよい。これに代えて、仮想流量演算装置100は、仮想流量の演算用に設計された専用コンピュータであってもよく、専用回路によって実現された専用ハードウェアであってもよい。また、インターネットに接続可能な場合、仮想流量演算装置100は、クラウドコンピューティングにより実現されてもよい。特に、仮想流量演算装置100は、処理能力やメモリ容量の観点から、クラウドサーバにより提供されると好ましい。 The virtual flow rate calculation device 100 equipped with such functional units may be a computer such as a PC (personal computer), tablet computer, smartphone, workstation, server computer, or general-purpose computer, or may be a computer system in which multiple computers are connected. Such computer systems are also considered computers in a broad sense. The virtual flow rate calculation device 100 may also be implemented using a virtual computer environment in which one or more programs can be executed within the computer. Alternatively, the virtual flow rate calculation device 100 may be a dedicated computer designed for calculating virtual flow rates, or may be dedicated hardware realized using dedicated circuits. Furthermore, if the device is capable of connecting to the Internet, the virtual flow rate calculation device 100 may be realized using cloud computing. In particular, it is preferable that the virtual flow rate calculation device 100 be provided by a cloud server from the standpoint of processing power and memory capacity.
また、このようなコンピュータは、仮想流量演算プログラムを格納するメモリと、仮想流量演算プログラムを実行するプロセッサと、を備え、プロセッサが仮想流量演算プログラムを実行することにより、仮想流量演算装置100としての機能が実装されてもよい。すなわち、コンピュータにより実行され、コンピュータを、流量センサ20が計装される実空間の環境を示す環境情報を記憶する環境情報記憶部110と、測定対象となる流体の物性を示す物性情報を記憶する物性情報記憶部120と、環境情報および物性情報を用いて、実空間を再現した仮想空間上で流体の計測に関連するシミュレーションを実行するシミュレーション部140と、シミュレーションされた結果に基づいて、流量センサ20により実測される実流量を推測した仮想流量を演算する演算部150と、して機能させる、仮想流量演算プログラムが提供されてよい。 Furthermore, such a computer may include a memory that stores a virtual flow rate calculation program and a processor that executes the virtual flow rate calculation program, and the processor may execute the virtual flow rate calculation program to implement the functions of the virtual flow rate calculation device 100. That is, a virtual flow rate calculation program may be provided that is executed by a computer and causes the computer to function as an environmental information storage unit 110 that stores environmental information indicating the environment of the real space in which the flow sensor 20 is installed, a physical property information storage unit 120 that stores physical property information indicating the physical properties of the fluid to be measured, a simulation unit 140 that uses the environmental information and physical property information to perform a simulation related to fluid measurement in a virtual space that recreates the real space, and a calculation unit 150 that calculates a virtual flow rate that estimates the actual flow rate measured by the flow sensor 20 based on the results of the simulation.
図2は、本実施形態に係る仮想流量演算装置100が実行する仮想流量演算方法のフロー図の一例を示す。仮想流量演算方法における各ステップは、コンピュータが動作主体となって実行されてよい。しかしながら、各ステップにおいて、全体としてコンピュータが動作主体となっていればよく、主たる部分ではない一部の部分をコンピュータ以外が実行する場合が含まれていてもよい。 Figure 2 shows an example of a flow diagram of a virtual flow rate calculation method executed by the virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment. Each step in the virtual flow rate calculation method may be performed by a computer. However, as long as the computer is the overall performer of each step, some non-major parts may be performed by something other than a computer.
ステップS210において、コンピュータは、環境情報を記憶する。例えば、環境情報記憶部110は、流量センサ20が計装される実空間の環境を示す環境情報を、演算部150からアクセス可能となるように記憶してよい。この際、環境情報記憶部110は、一例として、流量センサ20の外部に取り付けられる配管の情報(直管長、または、上下流側のエルボーの状態等)、取付ガスケットの情報、流体の情報(液種、濃度、混相有無、想定温度、または、想定圧力等)、または、周辺機器の情報等を、環境情報として記憶してよい。なお、このような環境情報の一部、例えば、配管の情報等は、CAD(Computer Aided Design)データや、空撮撮影データ等から抽出されたものであってもよい。 In step S210, the computer stores environmental information. For example, the environmental information storage unit 110 may store environmental information indicating the environment of the real space in which the flow sensor 20 is installed so that it can be accessed by the calculation unit 150. In this case, the environmental information storage unit 110 may store, as environmental information, information on the piping attached to the outside of the flow sensor 20 (straight pipe length, the state of the upstream and downstream elbows, etc.), information on the mounting gasket, information on the fluid (liquid type, concentration, presence or absence of multiphase, expected temperature, expected pressure, etc.), or information on peripheral equipment. Note that some of this environmental information, such as piping information, may be extracted from CAD (Computer Aided Design) data, aerial photography data, etc.
ここで、使用環境が経時的に変動する場合は、環境情報記憶部110は、流量センサ20と同様に実空間に計装された圧力計、温度計、粘度計、pH計、導電率計、または、スラリー濃度計等の他のセンサによる測定データを、環境情報として記憶してもよい。また、環境情報記憶部110は、流量センサ20による測定データ、すなわち、流量センサ20により実測された実流量それ自体を、環境情報として記憶してもよい。このような場合、環境情報記憶部110は、データが経時的に変化することを想定し、測定データを時系列に記憶してよい。 Here, if the usage environment changes over time, the environmental information storage unit 110 may store, as environmental information, measurement data from other sensors, such as a pressure gauge, thermometer, viscometer, pH meter, conductivity meter, or slurry concentration meter, that are installed in the real space in the same way as the flow sensor 20. The environmental information storage unit 110 may also store, as environmental information, measurement data from the flow sensor 20, i.e., the actual flow rate measured by the flow sensor 20. In such cases, the environmental information storage unit 110 may store the measurement data in chronological order, assuming that the data will change over time.
ステップS220において、コンピュータは、物性情報を記憶する。例えば、物性情報記憶部120は、測定対象となる流体の物性を示す物性情報を、演算部150からアクセス可能となるように記憶してよい。この際、物性情報記憶部120は、一例として、測定対象となる流体の温圧特性を含む密度、粘度、導電率、電気抵抗率、誘電率、または、音響特性等の情報を、物性情報として記憶してよい。また、上述の説明では、物性情報記憶部120が測定対象となる流体の物性を示す物性情報のみを記憶する場合を一例として示したが、これに限定されるものではない。物性情報記憶部120は、測定対象となる流体以外の、シミュレーションに必要となる様々な物質の物性を示す物性情報をも記憶してよい。この際、物性情報記憶部120は、いわゆる理科年表や様々な基礎物性データベースに記載される様々な情報(例えば、金属の抵抗率や機械的物性の温度特性)を、物性情報として記憶してもよい。 In step S220, the computer stores physical property information. For example, the physical property information storage unit 120 may store physical property information indicating the physical properties of the fluid to be measured so that it can be accessed by the calculation unit 150. In this case, the physical property information storage unit 120 may store, as physical property information, information such as density, viscosity, conductivity, electrical resistivity, dielectric constant, or acoustic properties, including the temperature-pressure characteristics of the fluid to be measured. In the above description, the physical property information storage unit 120 stores only physical property information indicating the physical properties of the fluid to be measured, but this is not limited to this. The physical property information storage unit 120 may also store physical property information indicating the physical properties of various substances required for simulations other than the fluid to be measured. In this case, the physical property information storage unit 120 may store various information (e.g., resistivity of metals or temperature characteristics of mechanical properties) listed in so-called scientific chronologies or various basic physical property databases as physical property information.
ステップS230において、コンピュータは、測定データを取得する。例えば、装置側通信部130は、ネットワークを介してセンサモジュール10から、測定データを取得してよい。上述のとおり、このような測定データは、少なくとも流量センサ20により実測された実流量を示すデータであってよい。 In step S230, the computer acquires measurement data. For example, the device-side communication unit 130 may acquire the measurement data from the sensor module 10 via a network. As described above, such measurement data may be data indicating at least the actual flow rate measured by the flow sensor 20.
なお、この際、環境情報記憶部110は、取得された測定データ(流量センサ20による測定データや他のセンサによる測定データ)を時系列に追加することによって、ステップS210において記憶された環境情報を更新してもよい。 At this time, the environmental information storage unit 110 may update the environmental information stored in step S210 by adding the acquired measurement data (measurement data from the flow sensor 20 and measurement data from other sensors) in chronological order.
ステップS240において、コンピュータは、シミュレーションを実行する。例えば、演算部150は、環境情報記憶部110にアクセスしてシミュレーションに必要となる環境情報を取得してよい。また、演算部150は、物性情報記憶部120にアクセスしてシミュレーションに必要となる物性情報を取得してよい。なお、このような物性情報には、上述のとおり、測定対象となる流体の物性を示す情報が含まれていてよく、測定対象となる流体以外の物質の物性を示す情報が含まれていてもよい。そして、演算部150は、これら情報をシミュレーション部140へ供給し、シミュレーションの実行を指示してよい。これに応じて、シミュレーション部140は、環境情報および物性情報を用いて、実空間を再現した仮想空間上、例えば、デジタルツイン上で流体の計測に関連するシミュレーションを実行してよい。 In step S240, the computer executes a simulation. For example, the calculation unit 150 may access the environmental information storage unit 110 to acquire environmental information required for the simulation. The calculation unit 150 may also access the physical property information storage unit 120 to acquire physical property information required for the simulation. As described above, such physical property information may include information indicating the physical properties of the fluid to be measured, or may include information indicating the physical properties of substances other than the fluid to be measured. The calculation unit 150 may then supply this information to the simulation unit 140 and instruct it to execute a simulation. In response, the simulation unit 140 may use the environmental information and physical property information to execute a simulation related to fluid measurement in a virtual space that recreates real space, for example, in a digital twin.
一例として、シミュレーション部140は、有限要素法(FEM:Finite Element Method)、または、有限差分法(FDM:Finite Difference Method)等の既知の数値解析手法を用いてシミュレーションを実行してよい。この際、シミュレーション部140は、仮想空間上で、応力、流体、電磁場、または、超音波の少なくともいずれかをシミュレーションしてよい。 As an example, the simulation unit 140 may perform a simulation using a known numerical analysis method such as the finite element method (FEM) or the finite difference method (FDM). In this case, the simulation unit 140 may simulate at least one of stress, fluid, electromagnetic field, and ultrasonic waves in a virtual space.
シミュレーション部140は、例えば、応力シミュレーションにおいて、ポンプなどの振動源から配管を伝わって流量センサ20へ印加される振動状態をシミュレーションしてよい。また、シミュレーション部140は、圧力計やレベル計等の情報をもとに、流量センサ20へ印加される流体圧力をシミュレーションしてよい。また、シミュレーション部140は、配管間のボルト締結やスタンション等による配管への応力分布をシミュレーションしてよい。 For example, in a stress simulation, the simulation unit 140 may simulate the vibration state that is transmitted from a vibration source such as a pump through piping and applied to the flow sensor 20. The simulation unit 140 may also simulate the fluid pressure applied to the flow sensor 20 based on information from a pressure gauge, level gauge, etc. The simulation unit 140 may also simulate the stress distribution on piping due to bolt fastening between piping, stanchions, etc.
また、シミュレーション部140は、例えば、流体シミュレーションにおいて、ポンプの揚程、流体、および、配管系の全体からくる圧損等の基礎情報を入力し、実空間で使用される流量計部分の流速をシミュレーションしてよい。この場合、フルモデルで流体シミュレーションを実行することにより、実流量と仮想流量との直接比較が可能となる。ここでのメリットは、流速および流体粘度により変化する流量計断面の流速分布を知ることができることである。コリオリ流量計、超音波流量計、電磁流量計、および、渦流量計では流速分布の影響を受け易いが、その出力が流速分布に依拠するものかを推定することが可能となる。一方で、プラント等の設備全体の配管を想定した流体シミュレーションが演算装置のパフォーマンス上で困難な場合は、シミュレーション部140は、一部の要素を省略してシミュレーションを実行してもよい。この場合、実流量と仮想流量とのズレが発生することもある。したがって、そのような場合には、シミュレーション部140は、プラント等で使用される制御システム上のPID(Proportional Integral Differential)制御で設定されるセットポイント流量を初期値としてもよいし、正常動作とみなされる期間における実流量値を初期値としてもよい。シミュレーション部140は、部分的に流体シミュレーションを実行することにより、演算負荷を下げることが可能となるが、この場合、正常動作状態とみなされる仮想流量の値および実流量の値からの差分を見ていくこととなる。 Furthermore, the simulation unit 140 may input basic information, such as pump head, fluid, and pressure loss throughout the entire piping system, to simulate the flow rate of the flow meter portion used in the real world. In this case, performing a fluid simulation using a full model allows for a direct comparison between the actual flow rate and the virtual flow rate. The advantage of this method is that it allows for knowledge of the flow rate distribution across the flow meter cross section, which changes depending on the flow rate and fluid viscosity. While Coriolis flow meters, ultrasonic flow meters, electromagnetic flow meters, and vortex flow meters are susceptible to the influence of flow rate distribution, it is possible to estimate whether their output is dependent on the flow rate distribution. On the other hand, if a fluid simulation that considers the entire piping of a plant or other facility is difficult due to the performance limitations of the computing device, the simulation unit 140 may omit some elements and perform the simulation. In this case, discrepancies between the actual flow rate and the virtual flow rate may occur. Therefore, in such cases, the simulation unit 140 may use the setpoint flow rate set by PID (Proportional Integral Differential) control in a control system used in a plant or the like as the initial value, or the actual flow rate value during a period considered to be normal operation as the initial value. The simulation unit 140 can reduce the calculation load by partially performing a fluid simulation, but in this case, it will look at the difference between the virtual flow rate value considered to be in a normal operating state and the actual flow rate value.
また、シミュレーション部140は、例えば、電磁場シミュレーションにおいて、流量センサ20内に備えられた2つのコイルの印加電流値を初期値として与え、管路の断面における磁束密度分布をシミュレーションしてよい。 Furthermore, the simulation unit 140 may, for example, in an electromagnetic field simulation, provide the applied current values of the two coils provided within the flow sensor 20 as initial values and simulate the magnetic flux density distribution at the cross section of the pipeline.
また、シミュレーション部140は、例えば、超音波伝搬シミュレーションにおいて、流体物性、プラント配管のパラメータ、環境温度から、超音波伝搬時間や超音波信号の減衰などをシミュレーションしてよい。 Furthermore, the simulation unit 140 may, for example, simulate ultrasonic propagation time and ultrasonic signal attenuation based on fluid properties, plant piping parameters, and environmental temperature in an ultrasonic propagation simulation.
このように、シミュレーション部140は、仮想空間上で、応力、流体、電磁場、または、超音波の少なくともいずれか、好ましくは、これらの組み合わせをシミュレーションしてよい。 In this way, the simulation unit 140 may simulate at least one of stress, fluid, electromagnetic field, or ultrasound, preferably a combination of these, in a virtual space.
ステップS250において、コンピュータは、仮想流量を演算する。例えば、演算部150は、ステップS240においてシミュレーションされた結果に基づいて、流量センサ20により実測される実流量を推測した仮想流量を演算してよい。一般に、配管条件や流体条件等により、流速分布や流体物性(流体の圧力、密度、および、粘度等)が変化する。しかしながら、演算部150によれば、環境情報および物性情報を用いたシミュレーション結果に基づいて仮想流量を演算する。これにより、演算部150は、実際の使用環境や流体物性を計算に反映させて、実流量をより正確に推測した仮想流量を演算することができる。具体的な仮想流量の演算については、流量計のセンシング原理ごとに詳細を後述する。 In step S250, the computer calculates a virtual flow rate. For example, the calculation unit 150 may calculate a virtual flow rate that estimates the actual flow rate measured by the flow sensor 20 based on the results of the simulation performed in step S240. Generally, flow velocity distribution and fluid properties (fluid pressure, density, viscosity, etc.) vary depending on piping conditions, fluid conditions, etc. However, the calculation unit 150 calculates a virtual flow rate based on the results of a simulation using environmental information and physical property information. This allows the calculation unit 150 to reflect the actual usage environment and fluid properties in the calculation, thereby calculating a virtual flow rate that more accurately estimates the actual flow rate. Specific calculations of the virtual flow rate will be described in detail below for each sensing principle of the flow meter.
なお、演算部150は、流量センサ20の動作が正常とみなされる期間における実流量および仮想流量に基づいて、仮想流量を演算するための処理を決定してもよい。より詳細には、演算部150は、流量センサ20の実空間への計装時に動作が正常とみなされる期間において演算された仮想流量と、実流量との間に差分がある場合に、差分に応じた比率を補正値として演算された仮想流量に掛けて、仮想流量の初期結果とみなしてよい。これにより、例えば、流量センサ20が経年的に誤差を含んでしまう場合であっても、流量センサ20を実空間に取り付けた直後等の経年的な誤差を含まない初期の段階において仮想流量の演算結果を実流量に合わせこむことで、正しい流量(経年的な誤差を含まない実流量により近い流量)の初期値で仮想流量計を値付けすることができる。また、演算部150は、仮想流量の演算条件を追加する(例えば、周囲温度を実空間の測定データを使ったり、シミュレーションの収束値設定をより小さい値に設定したりする)ことで、繰り返し計算により仮想流量を実流量に近づけてもよい。また、流体シミュレーションの結果に基づいて仮想流量を演算する場合、演算部150は、実流量で流体シミュレーションした結果に基づいて仮想流量を演算し、より実流量に近い値を用いた流体シミュレーションにより仮想流量を演算する手順を繰り返すことによって、さらに実流量に近い仮想流量を演算してもよい。 The calculation unit 150 may determine the process for calculating the virtual flow rate based on the actual flow rate and the virtual flow rate during a period when the flow sensor 20 is considered to be operating normally. More specifically, if there is a difference between the virtual flow rate calculated during a period when the flow sensor 20 is considered to be operating normally when installed in the real space and the actual flow rate, the calculation unit 150 may multiply the calculated virtual flow rate by a ratio corresponding to the difference as a correction value and use the result as the initial result of the virtual flow rate. This allows the virtual flow meter to be priced at a correct initial flow rate (a flow rate closer to the actual flow rate without any aging error) by adjusting the calculation result of the virtual flow rate to the actual flow rate at an early stage, such as immediately after installing the flow sensor 20 in the real space, when no aging error is present. The calculation unit 150 may also add calculation conditions for the virtual flow rate (e.g., by using measured data from the real space for the ambient temperature or setting a smaller convergence value for the simulation) to iteratively approximate the virtual flow rate to the actual flow rate. Furthermore, when calculating a virtual flow rate based on the results of a fluid simulation, the calculation unit 150 may calculate a virtual flow rate that is even closer to the actual flow rate by repeating the procedure of calculating a virtual flow rate based on the results of a fluid simulation using an actual flow rate, and then calculating a virtual flow rate using a fluid simulation using a value that is closer to the actual flow rate.
ステップS260において、コンピュータは、実流量と仮想流量とを比較する。例えば、診断部160は、ステップS230において取得された測定データが示す実流量と、ステップS250において演算された仮想流量とを比較してよい。 In step S260, the computer compares the actual flow rate with the virtual flow rate. For example, the diagnosis unit 160 may compare the actual flow rate indicated by the measurement data acquired in step S230 with the virtual flow rate calculated in step S250.
ステップS270において、コンピュータは、差分が基準を満たすか否か判定する。例えば、診断部160は、ステップS260において比較した結果、実流量と仮想流量との差分が予め定められた基準を満たすか否か判定してよい。差分が基準を満たす(Yes)と判定された(例えば、差分が閾値未満である)場合、仮想流量演算装置100は、処理をステップS230へ戻してフローを継続してよい。一方、差分が基準を満たさない(No)と判定された(例えば、差分が閾値以上である)場合、仮想流量演算装置100は、処理をステップS280へ進めてよい。 In step S270, the computer determines whether the difference satisfies a criterion. For example, the diagnosis unit 160 may determine whether the difference between the actual flow rate and the virtual flow rate satisfies a predetermined criterion as a result of the comparison in step S260. If it is determined that the difference satisfies the criterion (Yes) (e.g., the difference is less than a threshold), the virtual flow rate calculation device 100 may return the process to step S230 and continue the flow. On the other hand, if it is determined that the difference does not satisfy the criterion (No) (e.g., the difference is equal to or greater than the threshold), the virtual flow rate calculation device 100 may proceed to step S280.
ステップS280において、コンピュータは、アラートを発報する。例えば、診断部160は、差分が基準を満たさない旨をモニタに表示出力してもよいし、音声出力してもよいし、印字出力してもよいし、信号送信出力してもよい。診断部160は、例えばこのようにして、実流量と仮想流量との差分が予め定められた基準を満たさない場合に、アラートを発報してもよい。これにより、診断部160は、実流量および仮想流量に基づいて、流量センサ20を診断することができる。 In step S280, the computer issues an alert. For example, the diagnostic unit 160 may output a message on a monitor, a sound, a printout, or a signal indicating that the difference does not meet the criteria. In this way, the diagnostic unit 160 may issue an alert if the difference between the actual flow rate and the virtual flow rate does not meet a predetermined criterion. This allows the diagnostic unit 160 to diagnose the flow sensor 20 based on the actual flow rate and the virtual flow rate.
そして、仮想流量演算装置100は、本フローを終了する。なお、仮想流量演算装置100は、これらの演算及び診断を動的に行うことができる。例えば、仮想流量演算装置100は、実流量の測定周期の複数倍の周期で、連続的に仮想流量の演算と流量センサ20の診断を行ってもよい。また、仮想流量演算装置100は、ユーザにより指定されるタイミング(例えば、1時間毎、1日毎、または、運転開始等のイベントに依拠するタイミング等)で、仮想流量の演算と流量センサ20の診断を行ってもよい。また、仮想流量演算装置100は、実流量の変動がユーザもしくはシステムにより指定された値(例えば、測定スパンの5%)となったタイミングや、環境情報や物性情報に入力される条件が変更されたタイミング、もしくは、その変化がユーザもしくはシステムにより指定された値(例えば、5%)を超えたタイミングで、仮想流量の演算と流量センサ20の診断を行ってもよい。 The virtual flow calculation device 100 then terminates this flow. The virtual flow calculation device 100 can dynamically perform these calculations and diagnoses. For example, the virtual flow calculation device 100 may continuously calculate the virtual flow rate and diagnose the flow sensor 20 at a period multiple times the measurement period of the actual flow rate. The virtual flow calculation device 100 may also calculate the virtual flow rate and diagnose the flow sensor 20 at a timing specified by the user (e.g., every hour, every day, or at a timing dependent on an event such as the start of operation). The virtual flow calculation device 100 may also calculate the virtual flow rate and diagnose the flow sensor 20 when the fluctuation in the actual flow rate reaches a value specified by the user or the system (e.g., 5% of the measurement span), when the conditions input into the environmental information or physical property information are changed, or when the change exceeds a value specified by the user or the system (e.g., 5%).
本フローを用いて説明したように、コンピュータが、流量センサ20が計装される実空間の環境を示す環境情報を記憶することと、測定対象となる流体の物性を示す物性情報を記憶することと、環境情報および物性情報を用いて、実空間を再現した仮想空間上で流体の計測に関連するシミュレーションを実行することと、シミュレーションされた結果に基づいて、流量センサ20により実測される実流量を推測した仮想流量を演算することと、を備える、仮想流量演算方法が提供されてよい。これより、具体的な仮想流量の演算について、流量計のタイプごとに詳細に説明する。 As explained using this flow chart, a virtual flow rate calculation method may be provided in which a computer stores environmental information indicating the environment of the real space in which the flow sensor 20 is installed, stores physical property information indicating the physical properties of the fluid to be measured, uses the environmental information and physical property information to perform a simulation related to fluid measurement in a virtual space that recreates the real space, and calculates a virtual flow rate that estimates the actual flow rate actually measured by the flow sensor 20 based on the results of the simulation. Specific virtual flow rate calculations will now be described in detail for each type of flow meter.
図3は、仮想コリオリ流量計として機能する仮想流量演算装置100のブロック図の一例を示す。仮想流量演算装置100は、仮想コリオリ流量計として機能してもよい。仮想コリオリ流量計として機能する場合、シミュレーション部140は、例えば、流体シミュレーション部141と、応力シミュレーション部142と、電磁場シミュレーション部143とを含んでよい。そして、仮想流量演算装置100は、例えば、流体シミュレーション部141と応力シミュレーション部142と電磁場シミュレーション部143とを用いて、実空間で使用されるコリオリ流量計の出力値を推測してよい。 Figure 3 shows an example block diagram of a virtual flow rate calculation device 100 functioning as a virtual Coriolis flow meter. The virtual flow rate calculation device 100 may function as a virtual Coriolis flow meter. When functioning as a virtual Coriolis flow meter, the simulation unit 140 may include, for example, a fluid simulation unit 141, a stress simulation unit 142, and an electromagnetic field simulation unit 143. The virtual flow rate calculation device 100 may then estimate the output value of a Coriolis flow meter used in real space using, for example, the fluid simulation unit 141, the stress simulation unit 142, and the electromagnetic field simulation unit 143.
より詳細には、フローチューブ形状や振動検出センサの位置など、構造的な特徴量の関数である係数をSK、フローチューブの上流側と下流側に発生する振動の位相差から計算される位相時間差をτとすると、演算部150は、仮想流量Qを、次式により演算してよい。すなわち、演算部150は、仮想流量Qを、係数SKと位相時間差τとの積により演算してよい。ここで、位相時間差τは、振動検出センサに生じる位相差φを発振器の励振振動数frで除したものである。したがって、仮想流量Qは、係数SKと位相差φとの積を励振振動数frで除したものとして表すこともできる。
この際、係数SKに関連して、シミュレーション部140は、応力シミュレーション部142を用いて応力シミュレーションを実行してよい。一例として、応力シミュレーション部142は、フローチューブ・発振器・振動検出センサの常温常圧下での3Dモデル、および、実空間の計器から得た温度・圧力を入力として、仮想コリオリ流量計のフローチューブ形状を出力してよい。さらに、応力シミュレーション部142は、同フローチューブ形状および同条件下のヤング率を入力として、係数SKを算出するのに必要なフローチューブの共振周波数や慣性モーメントを出力してよい。 In this case, in relation to the coefficient SK, the simulation unit 140 may perform a stress simulation using the stress simulation unit 142. As an example, the stress simulation unit 142 may input a 3D model of the flow tube, oscillator, and vibration detection sensor at normal temperature and pressure, as well as the temperature and pressure obtained from the instrument in real space, and output the flow tube shape of a virtual Coriolis flowmeter. Furthermore, the stress simulation unit 142 may input the flow tube shape and the Young's modulus under the same conditions, and output the resonant frequency and moment of inertia of the flow tube required to calculate the coefficient SK.
そして、演算部150は、このようにフローチューブに加わる温度・圧力、および、フローチューブの振動の動力である発振器の励振力を加味した応力シミュレーションの結果から、固有角振動数等の特徴量を算出し、予め導出しておいた特徴量を変数とする関数に、算出された特徴量を代入することで、係数SKを算出してよい。 The calculation unit 150 may then calculate characteristic quantities such as the natural angular frequency from the results of a stress simulation that takes into account the temperature and pressure applied to the flow tube and the excitation force of the oscillator that powers the flow tube's vibration, and calculate the coefficient SK by substituting the calculated characteristic quantities into a function that uses the previously derived characteristic quantities as variables.
また、位相時間差τに関連して、シミュレーション部140は、流体シミュレーション部141・応力シミュレーション部142・及び電磁場シミュレーション部143を用いて連成シミュレーションを実行してよい。そして、演算部150は、連成シミュレーションの結果から振動検出センサに生じる位相差φを算出し、これを発振器の励振振動数frで除することで、位相時間差τを算出してよい。 Furthermore, in relation to the phase time difference τ, the simulation unit 140 may perform a coupled simulation using the fluid simulation unit 141, stress simulation unit 142, and electromagnetic field simulation unit 143. The calculation unit 150 may then calculate the phase time difference τ by calculating the phase difference φ occurring in the vibration detection sensor from the results of the coupled simulation and dividing this by the excitation frequency fr of the oscillator.
図4は、仮想超音波流量計として機能する仮想流量演算装置100のブロック図の一例を示す。仮想流量演算装置100は、仮想超音波流量計として機能してもよい。仮想超音波流量計として機能する場合、シミュレーション部140は、例えば、流体シミュレーション部141と、超音波伝搬シミュレーション部144とを含んでよい。そして、仮想流量演算装置100は、例えば、流体シミュレーション部141と超音波伝搬シミュレーション部144とを用いて、実空間で使用される超音波流量計の出力値を推測してよい。 Figure 4 shows an example block diagram of a virtual flow calculation device 100 that functions as a virtual ultrasonic flow meter. The virtual flow calculation device 100 may function as a virtual ultrasonic flow meter. When functioning as a virtual ultrasonic flow meter, the simulation unit 140 may include, for example, a fluid simulation unit 141 and an ultrasonic propagation simulation unit 144. The virtual flow calculation device 100 may then estimate the output value of an ultrasonic flow meter used in real space, for example, using the fluid simulation unit 141 and the ultrasonic propagation simulation unit 144.
より詳細には、測定管軸と超音波伝搬軸との角度をθ、超音波が伝搬する距離をL、上流側から下流側へ超音波が伝搬する伝搬時間をt1、下流側から上流側へ超音波が伝搬する伝搬時間をt2とすると、演算部150は、流速vを、次式により算出してよい。すなわち、演算部150は、流速vを、伝搬時間の逆数差(周波数差)の関数を用いて算出してよい。
そして、流量補正係数をk、管路の断面積をAとすると、演算部150は、仮想流量Qを、次式により演算してよい。すなわち、演算部150は、流速vを流量補正係数kで流体が流れる断面の平均流速に補正した後、管路の断面積Aを掛け合わせることで仮想流量を演算してよい。
この際、伝搬時間t1およびt2に関連して、シミュレーション部140は、流体シミュレーション部141を用いて流体シミュレーションを実行してよい。一例として、流体シミュレーション部141は、上下流直管長、上下流エルボー、および、流体粘度等を加味して、測定管内における3次元の流速分布を計算してよい。この際、必要により実空間に計装された流量センサ20の実流量(流速)出力値が使用されてもよい。 At this time, the simulation unit 140 may use the fluid simulation unit 141 to perform a fluid simulation in relation to the propagation times t1 and t2. As an example, the fluid simulation unit 141 may calculate the three-dimensional flow velocity distribution within the measurement pipe, taking into account factors such as the upstream and downstream straight pipe lengths, upstream and downstream elbows, and fluid viscosity. At this time, the actual flow rate (flow velocity) output value of the flow sensor 20 installed in the real space may be used, if necessary.
また、シミュレーション部140は、超音波伝搬シミュレーション部144を用いて超音波伝搬シミュレーションを実行してよい。一例として、超音波伝搬シミュレーション部144は、圧電素子から放射される超音波について、流量ゼロのときの上下流センサ取付位置における上流から下流方向及び下流から上流方向の伝搬時間を計算してよい。そして、超音波伝搬シミュレーション部144は、配管肉厚やスケール等の配管パラメータや温度(環境温度、流体温度)を考慮して伝搬時間を計算することで、超音波の伝搬をシミュレーションしてよい。 The simulation unit 140 may also perform an ultrasonic propagation simulation using the ultrasonic propagation simulation unit 144. As an example, the ultrasonic propagation simulation unit 144 may calculate the propagation time of ultrasonic waves emitted from the piezoelectric element in the upstream-to-downstream direction and the downstream-to-upstream direction at the upstream and downstream sensor installation positions when the flow rate is zero. The ultrasonic propagation simulation unit 144 may then simulate the propagation of ultrasonic waves by calculating the propagation time taking into account piping parameters such as pipe thickness and scale, and temperature (ambient temperature, fluid temperature).
そして、演算部150は、測定管内の3次元流速分布と超音波伝搬のシミュレーション結果に基づく伝搬時間による連成解析により、上流側から下流側への伝搬時間t1と下流側から上流側への伝搬時間t2を算出してよい。連成解析によって、超音波伝搬シミュレーションで計算された伝搬時間に、流体シミュレーションで計算された3次元流速分布を組合せた伝搬時間t1とt2を算出できる。 The calculation unit 150 may then calculate the propagation time t1 from the upstream side to the downstream side and the propagation time t2 from the downstream side to the upstream side by performing a coupled analysis of the propagation time based on the results of a simulation of the three-dimensional flow velocity distribution in the measurement pipe and ultrasonic propagation. The coupled analysis can calculate the propagation times t1 and t2 by combining the propagation time calculated by the ultrasonic propagation simulation with the three-dimensional flow velocity distribution calculated by the fluid simulation.
図5は、仮想電磁流量計として機能する仮想流量演算装置100のブロック図の一例を示す。仮想流量演算装置100は、仮想電磁流量計として機能してもよい。仮想電磁流量計として機能する場合、シミュレーション部140は、例えば、流体シミュレーション部141と、電磁場シミュレーション部143とを含んでよい。そして、仮想流量演算装置100は、例えば、流体シミュレーション部141と電磁場シミュレーション部143とを用いて、実空間で使用される電磁流量計の出力値を推測してよい。 Figure 5 shows an example block diagram of a virtual flow rate calculation device 100 that functions as a virtual electromagnetic flow meter. The virtual flow rate calculation device 100 may function as a virtual electromagnetic flow meter. When functioning as a virtual electromagnetic flow meter, the simulation unit 140 may include, for example, a fluid simulation unit 141 and an electromagnetic field simulation unit 143. The virtual flow rate calculation device 100 may then estimate the output value of an electromagnetic flow meter used in real space, for example, using the fluid simulation unit 141 and the electromagnetic field simulation unit 143.
より詳細には、演算部150は、電極に発生する起電力eを次式により演算してよい。すなわち、演算部150は、重み関数wと、磁束密度Bと、流速vとを掛け合わせて積分することで起電力eを算出してよい。
そして、演算部150は、仮想流量Qを次式により演算してよい。すなわち、演算部150は、算出された起電力e、配管内径D、および、定数Kを用いて、仮想流量Qを演算してよい。
ここで、磁束密度Bに関連して、シミュレーション部140は、電磁場シミュレーション部143を用いて電磁場シミュレーションを実行してよい。一例として、電磁場シミュレーション部143は、電磁流量計のコイルおよび磁性材料の寸法と磁性材料物性値を入力して、測定管内の磁束密度分布を計算してよい。この際、磁束密度については、実際に測定した測定管内の磁束密度分布をデータベースとして持っておいてもよい。他社製品のコイル、磁性材料の寸法または磁性材料物性値の少なくともいずれかの他社製品等設計情報が無い場合には、この方法により対応が可能となる。 Here, in relation to the magnetic flux density B, the simulation unit 140 may use the electromagnetic field simulation unit 143 to perform an electromagnetic field simulation. As an example, the electromagnetic field simulation unit 143 may input the dimensions of the coil and magnetic material of the electromagnetic flowmeter and the physical properties of the magnetic material to calculate the magnetic flux density distribution inside the measurement pipe. In this case, for the magnetic flux density, the magnetic flux density distribution inside the measurement pipe that has actually been measured may be stored as a database. This method can be used when design information for at least one of the coil, magnetic material dimensions, or magnetic material physical properties of other companies' products is not available.
また、流速vに関連して、シミュレーション部140は、流体シミュレーション部141を用いて流体シミュレーションを実行してよい。一例として、流体シミュレーション部141は、上下流直管長、上下流エルボー、および、流体粘度等を加味して、測定管路の断面での流速分布を計算してよい。この際、必要により実空間に計装された流量センサ20の実流量(流速)出力値が使用されてもよい。 Furthermore, in relation to the flow velocity v, the simulation unit 140 may perform a fluid simulation using the fluid simulation unit 141. As an example, the fluid simulation unit 141 may calculate the flow velocity distribution at the cross section of the measurement pipeline, taking into account factors such as the upstream and downstream straight pipe lengths, upstream and downstream elbows, and fluid viscosity. In this case, the actual flow rate (flow velocity) output value of the flow sensor 20 installed in the real space may be used, if necessary.
なお、重み関数wについては、測定管路内の各点で発生する電界(磁束密度×流速)と電極間の距離の関数であり、例えば、JIS B 7554に記載される重み関数や、電極形状や配置位置に基づいた重み関数が用いられてよい。 The weighting function w is a function of the electric field (magnetic flux density x flow velocity) generated at each point in the measurement pipe and the distance between the electrodes. For example, a weighting function described in JIS B 7554 or a weighting function based on the electrode shape and placement position may be used.
そして、演算部150は、測定管路内の各点で発生する電界(磁束密度B×流速v)に、重み関数wを掛けて、積分することで電極に発生する起電力eを算出してよい。この際、材料物性等はある一定幅を持っているケースがあるため、計算した起電力eに対して、一定の係数を掛け算することもある。 The calculation unit 150 may then calculate the electromotive force e generated at the electrode by multiplying the electric field (magnetic flux density B x flow velocity v) generated at each point in the measurement pipe by a weighting function w and integrating the result. In this case, since material properties may have a certain range, the calculated electromotive force e may be multiplied by a certain coefficient.
図6は、仮想渦流量計として機能する仮想流量演算装置100のブロック図の一例を示す。仮想流量演算装置100は、仮想渦流量計として機能してもよい。仮想渦流量計として機能する場合、シミュレーション部140は、例えば、流体シミュレーション部141を含んでよい。そして、仮想流量演算装置100は、例えば、流体シミュレーション部141を用いて、実空間で使用される渦流量計の出力値を推測してよい。 Figure 6 shows an example block diagram of a virtual flow rate calculation device 100 functioning as a virtual vortex flowmeter. The virtual flow rate calculation device 100 may function as a virtual vortex flowmeter. When functioning as a virtual vortex flowmeter, the simulation unit 140 may include, for example, a fluid simulation unit 141. The virtual flow rate calculation device 100 may then use, for example, the fluid simulation unit 141 to estimate the output value of a vortex flowmeter used in real space.
より詳細には、演算部150は、仮想流量Qを次式により演算してよい。すなわち、演算部150は、渦周波数fに管路断面積Aと渦発生体の幅dをかけてストローハル数Stで割ることで仮想流量Qを演算してよい。なお、ストローハル数Stは渦発生体の形状、寸法によって決定される無次元数である。
ここで、渦周波数fに関連して、シミュレーション部140は、流体シミュレーション部141を用いて流体シミュレーションを実行してよい。一例として、流体シミュレーション部141は、流体の物性値、渦棒の形状、および、配管の状況(直管長や段差等)を入力して、測定管路内の渦発生の様子をシミュレートしてよい。この際、必要により実空間に計装された流量センサ20の実流量(流速)出力値が使用されてもよい。 Here, in relation to the vortex frequency f, the simulation unit 140 may use the fluid simulation unit 141 to perform a fluid simulation. As an example, the fluid simulation unit 141 may input the physical properties of the fluid, the shape of the vortex bars, and the piping conditions (straight pipe length, steps, etc.) to simulate the generation of vortices in the measurement pipeline. In this case, the actual flow rate (flow velocity) output value of the flow sensor 20 installed in the real space may be used, if necessary.
また、シミュレーション部140は、流体シミュレーション部141を用いて測定管路内の圧力分布、温度分布を計算してよい。そして、演算部150は、例えば特に測定流体が気体の場合、測定管路内の算出した圧力および温度の分布に対して、仮想流量Qを補正してよい。 The simulation unit 140 may also use the fluid simulation unit 141 to calculate the pressure distribution and temperature distribution in the measurement pipeline. Then, the calculation unit 150 may correct the virtual flow rate Q for the calculated pressure and temperature distribution in the measurement pipeline, particularly when the measured fluid is a gas.
本実施形態に係る仮想流量演算装置100は、例えばこのようにして、仮想コリオリ流量計、仮想超音波流量計、仮想電磁流量計、または、仮想渦流量計の少なくともいずれかとして機能することができる。 In this way, the virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment can function as at least one of a virtual Coriolis flowmeter, a virtual ultrasonic flowmeter, a virtual electromagnetic flowmeter, or a virtual vortex flowmeter.
従来の技術では、ユーザの使用環境における流量計部の流れおよび配管振動等の外部環境因子を想定しておらず、また、リアルタイムで流量計出力をシミュレートしていなかった。また、流量測定においては、使用環境によって測定管内の流速分布の影響が変わり、混相状態によって流体物性自体も変わり、これらは測定精度に影響を与える。しかしながら、これらを考慮して流量計出力の実流量を推定することは、極めて困難であった。 Conventional technology does not take into account external environmental factors such as the flow in the flow meter section and pipe vibration in the user's environment, and does not simulate flow meter output in real time. Furthermore, when measuring flow rates, the influence of the flow velocity distribution in the measurement pipe changes depending on the usage environment, and the fluid properties themselves change depending on the multiphase state, all of which affect measurement accuracy. However, it has been extremely difficult to estimate the actual flow rate of the flow meter output while taking these factors into account.
これに対して、本実施形態に係る仮想流量演算装置100は、実空間に計装された流量センサ20の使用環境や流体物性等の使用条件を想定して仮想空間上で流体の計測に関連するシミュレーションを実行し、シミュレーション結果に基づいて仮想流量を演算する。これにより、本実施形態に係る仮想流量演算装置100によれば、ユーザの実使用環境や流体物性等の使用状況に則して流量センサ20により実測される実流量を高精度に推測することができる。したがって、本実施形態に係る仮想流量演算装置100によれば、実空間に計装されて使用条件の影響を受ける流量センサ20の流量測定の運転をサポートし、ひいては、計装システムの安定操業に繋げることができる。 In contrast, the virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment performs a simulation related to fluid measurement in a virtual space, assuming the usage conditions, such as the usage environment and fluid properties, of the flow sensor 20 installed in real space, and calculates a virtual flow rate based on the simulation results. As a result, the virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment can accurately estimate the actual flow rate measured by the flow sensor 20 in accordance with the user's actual usage environment and usage conditions, such as fluid properties. Therefore, the virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment supports the operation of flow rate measurements by the flow sensor 20, which is installed in real space and is affected by usage conditions, and ultimately leads to stable operation of the instrumentation system.
また、本実施形態に係る仮想流量演算装置100は、実流量および仮想流量に基づいて、流量センサ20を診断してもよい。この際、本実施形態に係る仮想流量演算装置100は、実流量と仮想流量との差分が基準を満たさない場合に、アラートを発報してもよい。これにより、本実施形態に係る仮想流量演算装置100によれば、演算した仮想流量が実流量に照らして意図した値となっているかに応じて、流量センサ20自体が正しく機能しているか、または、流量センサ20が正しく計装されているかを診断し、異常が疑われる(想定外のことが流量センサ20に起こっている可能性がある)場合に、ユーザへその旨を知らしめることができる。 The virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment may also diagnose the flow sensor 20 based on the actual flow rate and the virtual flow rate. In this case, the virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment may issue an alert if the difference between the actual flow rate and the virtual flow rate does not meet a standard. As a result, the virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment can diagnose whether the flow sensor 20 itself is functioning correctly or whether the flow sensor 20 is correctly instrumented, depending on whether the calculated virtual flow rate is the intended value in light of the actual flow rate, and can notify the user if an abnormality is suspected (something unexpected may be happening to the flow sensor 20).
また、本実施形態に係る仮想流量演算装置100は、流量センサ20の動作が正常とみなされる期間における実流量および仮想流量に基づいて、演算部150での処理を決定してもよい。これにより、本実施形態に係る仮想流量演算装置100によれば、演算される仮想流量が正常期間における実流量に近づくように、演算処理のアルゴリズムを学習することができる。 Furthermore, the virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment may determine the processing to be performed by the calculation unit 150 based on the actual flow rate and virtual flow rate during a period in which the operation of the flow sensor 20 is considered normal. As a result, the virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment can learn the calculation processing algorithm so that the calculated virtual flow rate approaches the actual flow rate during a normal period.
また、本実施形態に係る仮想流量演算装置100は、仮想空間上で実行された応力シミュレーション、流体シミュレーション、電磁場シミュレーション、または、超音波シミュレーションの少なくともいずれか、好ましくは、これらの組み合わせからなる連成シミュレーションの結果に基づいて、仮想コリオリ流量計、仮想超音波流量計、仮想電磁流量計、または、仮想渦流量計の少なくともいずれかとして機能する。これにより、本実施形態に係る仮想流量演算装置100によれば、様々なシミュレーション結果に基づいて仮想流量を演算するので、流量計のセンシング原理に則した仮想流量を高精度に演算することができる。 The virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment also functions as at least one of a virtual Coriolis flowmeter, a virtual ultrasonic flowmeter, a virtual electromagnetic flowmeter, or a virtual vortex flowmeter, based on the results of at least one of a stress simulation, a fluid simulation, an electromagnetic field simulation, or an ultrasonic simulation, or preferably a coupled simulation consisting of a combination of these, executed in virtual space. As a result, the virtual flow rate calculation device 100 according to this embodiment calculates a virtual flow rate based on the results of various simulations, making it possible to calculate a virtual flow rate that conforms to the sensing principles of the flowmeter with high accuracy.
ここで、使用環境や混相状態による影響を考慮して流量計出力を推定するには、高速の演算ユニットおよび大容量のメモリを必要とするが、これらを流量計内部に設けることは極めて困難であった。これに対して、本実施形態に係る仮想流量演算装置100は、クラウドサーバにより提供されてもよい。これにより、本実施形態に係る仮想流量演算装置100によれば、実空間における流量計に搭載されるプロセッサの処理能力、メモリ容量、および、消費電力等の制約を取り除くことが可能となる。したがって、本実施形態に係る仮想流量演算装置100によれば、データ量や演算の自由度が増すことで、流量計の様々な計装条件を取り込んだ流量出力を得ることが可能となる。 Here, estimating flow meter output while taking into account the effects of the usage environment and multiphase conditions requires a high-speed calculation unit and large-capacity memory, but it has been extremely difficult to provide these inside the flow meter. In contrast, the virtual flow calculation device 100 according to this embodiment may be provided by a cloud server. As a result, the virtual flow calculation device 100 according to this embodiment makes it possible to remove constraints such as the processing power, memory capacity, and power consumption of the processor installed in the flow meter in real space. Therefore, the virtual flow calculation device 100 according to this embodiment increases the amount of data and the degree of freedom in calculation, making it possible to obtain a flow output that incorporates the various instrumentation conditions of the flow meter.
図7は、第1の変形例に係る仮想流量演算装置100のブロック図の一例を、センサモジュール10とともに示す。上述の実施形態においては、仮想流量演算装置100が、仮想流量を演算する際に、都度シミュレーションを実行する場合を一例として示した。しかしながら、本変形例においては、仮想流量演算装置100は、シミュレーション結果の少なくとも一部を再利用する。 Figure 7 shows an example of a block diagram of a virtual flow rate calculation device 100 according to a first modified example, together with the sensor module 10. In the above-described embodiment, the virtual flow rate calculation device 100 performs a simulation each time it calculates a virtual flow rate. However, in this modified example, the virtual flow rate calculation device 100 reuses at least a portion of the simulation results.
本変形例に係る仮想流量演算装置100は、シミュレーション結果記憶部710を更に備える。本変形例において、シミュレーション部140は、シミュレーションした結果を演算部150に加えて、シミュレーション結果記憶部710へ供給する。 The virtual flow rate calculation device 100 according to this modification further includes a simulation result storage unit 710. In this modification, the simulation unit 140 adds the simulation results to the calculation unit 150 and supplies them to the simulation result storage unit 710.
シミュレーション結果記憶部710は、シミュレーションされた結果を記憶する。例えば、シミュレーション結果記憶部710は、データベースであってよく、シミュレーション部140によりシミュレーションされた結果を、演算部150からアクセス可能となるように記憶してよい。 The simulation result storage unit 710 stores the simulated results. For example, the simulation result storage unit 710 may be a database, and may store the results simulated by the simulation unit 140 so that they can be accessed by the calculation unit 150.
演算部150は、シミュレーション結果記憶部710にアクセスして記憶された結果を取得してよい。そして、演算部150は、仮想流量を演算するにあたって、記憶された結果の少なくとも一部を再利用してよい。 The calculation unit 150 may access the simulation result storage unit 710 and obtain the stored results. The calculation unit 150 may then reuse at least a portion of the stored results when calculating the virtual flow rate.
本変形例に係る仮想流量演算装置100は、過去に実行されたシミュレーション結果を記憶し、当該シミュレーション結果の少なくとも一部を再利用してよい。これにより、本変形例に係る仮想流量演算装置100によれば、一度、計算した結果を保管するので、既に実行した条件での再シミュレーションが不要となるため計算の負荷を軽減させることができるとともに、学習演算モジュール(AI分析)による複数条件を加味した分析が可能となる。また、本変形例に係る仮想流量演算装置100によれば、応力、流体、電磁場、および、超音波伝搬シミュレーションを含むフルモデルのシミュレーションを必ずしもリアルタイムに都度実施する必要が無く、予め種々条件のシミュレーション結果を記憶しておき、記憶された結果から回帰的にシミュレーション結果を得ることで、実時間で実行する演算量を大幅に削減することができる。 The virtual flow rate calculation device 100 according to this modified example may store the results of previously executed simulations and reuse at least a portion of those simulation results. As a result, the virtual flow rate calculation device 100 according to this modified example stores the results of a previous calculation, eliminating the need to re-simulate under conditions that have already been executed, thereby reducing the calculation load and enabling analysis that takes multiple conditions into account using a learning calculation module (AI analysis). Furthermore, the virtual flow rate calculation device 100 according to this modified example does not necessarily need to perform full-model simulations including stress, fluid, electromagnetic field, and ultrasonic propagation simulations in real time each time. Instead, by storing simulation results under various conditions in advance and recursively deriving simulation results from the stored results, the amount of calculations executed in real time can be significantly reduced.
図8は、第2の変形例に係る仮想流量演算装置100のブロック図の一例を、センサモジュール10とともに示す。上述の実施形態においては、仮想流量演算装置100が、仮想流量に基づいて流量センサ20を診断する場合を一例として示した。しかしながら、本変形例においては、仮想流量演算装置100は、仮想流量の変動傾向を特定する。 Figure 8 shows an example of a block diagram of a virtual flow rate calculation device 100 according to a second modified example, together with the sensor module 10. In the above-described embodiment, an example was shown in which the virtual flow rate calculation device 100 diagnoses the flow sensor 20 based on the virtual flow rate. However, in this modified example, the virtual flow rate calculation device 100 identifies the fluctuation trend of the virtual flow rate.
本変形例に係る仮想流量演算装置100は、傾向特定部810と、通知部820と、推奨部830と、を更に備える。 The virtual flow rate calculation device 100 according to this modified example further includes a trend identification unit 810, a notification unit 820, and a recommendation unit 830.
例えば、演算部150は、環境情報または物性情報のうちの少なくとも1つの変数を変動させた場合における仮想流量をそれぞれ演算してよい。一例として、演算部150は、流体温度を±10℃の範囲で変動させた場合における仮想流量をそれぞれ演算してよい。演算部150は、このようにして異なる条件で演算した仮想流量を、仮想流量を演算した際の条件とともに、傾向特定部810へ供給してよい。 For example, the calculation unit 150 may calculate a virtual flow rate when at least one variable of the environmental information or the physical property information is varied. As an example, the calculation unit 150 may calculate a virtual flow rate when the fluid temperature is varied within a range of ±10°C. The calculation unit 150 may supply the virtual flow rates calculated under different conditions in this way to the trend identification unit 810, along with the conditions under which the virtual flow rates were calculated.
傾向特定部810は、演算部150から供給された情報に基づき、変動させた変数(例えば、流体温度)と仮想流量との傾向を得ることができる。傾向特定部810は、例えばこのようにして、環境情報または物性情報のうちの少なくとも1つの変数を変動させた場合における仮想流量の傾向を特定することができる。 The trend identification unit 810 can obtain the trend between the varied variable (e.g., fluid temperature) and the virtual flow rate based on the information supplied from the calculation unit 150. In this way, for example, the trend identification unit 810 can identify the trend of the virtual flow rate when at least one variable of the environmental information or physical property information is varied.
ここで、環境情報または物性情報の中には、仮想流量に対して不感の変数もあれば、一定の傾向(例えば、単調増加、単調減少、または、関数による傾向等)を持つ変数も存在する。一定の傾向を持つ変数が発見された場合、傾向特定部810は、当該傾向に関する情報を通知部820へ供給してよい。この際、傾向特定部810は、例えば、変数と仮想流量との散布図のデータを様々な種類に近似(例えば、線形近似、指数近似、対数近似、多項式近似、および、累乗近似等)した複数の曲線を導出し、散布図のデータと各曲線との相関係数の二乗(1に近いほど相関が強く、0に近いほど相関が弱い)が最も大きい曲線を近似曲線として選択してもよい。また、傾向特定部810は、選択した近似曲線を数式化し、当該数式から補正関数を算出してもよい。傾向特定部810は、例えばこのような近似曲線や補正関数を示す情報を、傾向に関する情報として通知部820へ供給してもよい。 Among the environmental information or physical property information, some variables are insensitive to the virtual flow rate, while others have a certain trend (e.g., monotonically increasing, monotonically decreasing, or a trend based on a function). If a variable with a certain trend is discovered, the trend identification unit 810 may provide information about the trend to the notification unit 820. In this case, the trend identification unit 810 may, for example, derive multiple curves by approximating the data of a scatter plot of the variables and the virtual flow rate in various ways (e.g., linear approximation, exponential approximation, logarithmic approximation, polynomial approximation, power approximation, etc.), and select the curve with the largest squared correlation coefficient (the closer to 1, the stronger the correlation; the closer to 0, the weaker the correlation) between the data of the scatter plot and each curve as the approximation curve. The trend identification unit 810 may also create a mathematical formula for the selected approximation curve and calculate a correction function from the formula. The trend identification unit 810 may, for example, provide information indicating such an approximation curve or correction function to the notification unit 820 as trend information.
そして、通知部820は、当該傾向に関する情報を、装置側通信部130を介してセンサモジュール10へ通知してよい。通知部820は、例えばこのようにして、傾向に関する情報を、流量センサ20を備えるセンサモジュール10へ通知することができる。 The notification unit 820 may then notify the sensor module 10 of information regarding the trend via the device-side communication unit 130. In this way, for example, the notification unit 820 can notify the sensor module 10 equipped with the flow sensor 20 of information regarding the trend.
したがって、本変形例において、センサモジュール10は、傾向特性記憶部50を更に備えてよい。傾向特性記憶部50は、仮想流量演算装置100から通知された傾向に関する情報を傾向特性として記憶してよい。そして、処理部30は、傾向特性記憶部50に記憶された傾向特性に基づいて、センサからの出力信号を信号処理してもよい。一例として、処理部30は、センサからの出力信号を、傾向特性記憶部50に記憶された補正関数を用いて補正処理してもよい。 Therefore, in this modified example, the sensor module 10 may further include a trend characteristic storage unit 50. The trend characteristic storage unit 50 may store information related to the trend notified by the virtual flow rate calculation device 100 as a trend characteristic. The processing unit 30 may then perform signal processing on the output signal from the sensor based on the trend characteristic stored in the trend characteristic storage unit 50. As an example, the processing unit 30 may perform correction processing on the output signal from the sensor using a correction function stored in the trend characteristic storage unit 50.
なお、仮想流量を演算する対象となる流量センサ20が複数存在する場合、傾向特定部810は、少なくとも1つの変数を変動させた場合における仮想流量の傾向を、流量センサ20毎に特定することもできる。なお、このような複数の流量センサ20は、サプライヤ、または、センシング原理の少なくともいずれかが互いに異なるものでもあってもよい。このような場合、傾向特定部810は、流量センサ20毎に特定したそれぞれの傾向に関する情報を推奨部830へ供給してよい。 If there are multiple flow sensors 20 for which the virtual flow rate is to be calculated, the trend identification unit 810 can also identify the trend of the virtual flow rate for each flow sensor 20 when at least one variable is varied. These multiple flow sensors 20 may differ from each other in terms of at least one of the supplier and sensing principle. In such a case, the trend identification unit 810 may supply information regarding the respective trends identified for each flow sensor 20 to the recommendation unit 830.
そして、推奨部830は、流量センサ20毎の傾向に基づいて、複数の流量センサ20の中から推奨する流量センサ20を決定してよい。例えば、推奨部830は、選定した1つまたは複数の変数(例えば、温度、粘度、または、レイノルズ数等)に対する仮想流量の変動の大きさを複数の流量センサ20間で比較し、変動の最も小さな流量センサ20を、推奨する流量センサ20として決定してよい。本変形例に係る仮想流量演算装置100は、例えばこのようにして、様々なサプライヤによる様々なタイプの複数の流量センサ20の変動特性を比較して、使用環境において最適な流量センサ20をユーザに推奨することができる。 The recommendation unit 830 may then determine which flow sensor 20 to recommend from among the multiple flow sensors 20 based on the trends of each flow sensor 20. For example, the recommendation unit 830 may compare the magnitude of fluctuations in the virtual flow rate for one or more selected variables (e.g., temperature, viscosity, or Reynolds number) between the multiple flow sensors 20, and determine the flow sensor 20 with the smallest fluctuation as the recommended flow sensor 20. In this way, for example, the virtual flow calculation device 100 according to this modified example can compare the fluctuation characteristics of multiple flow sensors 20 of various types from various suppliers, and recommend to the user the flow sensor 20 that is optimal for the usage environment.
ここまで、測定対象となる流体が単相流(Single-Phase Flow)であることを前提に説明してきたが、実際には、複数の物質(意図しない物質をも含む)が混在することにより、混相流(Multi-Phase Flow)となる場合があり得る。 Up to this point, we have assumed that the fluid being measured is a single-phase flow, but in reality, the presence of multiple substances (including unintended substances) can result in a multi-phase flow.
ここで、「混相流」とは、物性の異なる複数の物質が混在した流体を示し、相(気体、液体、および、固体)の組み合わせによって、例えば、気液二相流、固気二相流、固液二相流、および、固気液三相流等を含む。また、「混相流」とは、必ずしも相が複数であるものに限定されず、相が一つであるもの、例えば、水と油のように分離する複数の物質が混在した流体、すなわち、液液二相流等をも含むものと解釈されてよい。 Here, "multiphase flow" refers to a fluid that is a mixture of multiple substances with different physical properties, and includes, depending on the combination of phases (gas, liquid, and solid), for example, gas-liquid two-phase flow, solid-gas two-phase flow, solid-liquid two-phase flow, and solid-gas-liquid three-phase flow. Furthermore, "multiphase flow" is not necessarily limited to flows with multiple phases, but can also be interpreted as including flows with a single phase, such as a fluid that is a mixture of multiple substances that separate like water and oil, i.e., liquid-liquid two-phase flow.
図9は、混相流の流動様式の一例を示す。流体が単相流である場合には、流動状態は層流と乱流に大別される。これに対して、流体が混相流である場合には、混在する物質の物性、流速、および、管路の形状等により様々な流動状態が存在する。このような流動状態の特徴をとらえて分類したものが流動様式である。 Figure 9 shows an example of a multiphase flow pattern. When a fluid is a single-phase flow, the flow state can be broadly classified as laminar flow or turbulent flow. In contrast, when a fluid is a multiphase flow, a variety of flow states can exist depending on the physical properties of the mixed materials, the flow velocity, the shape of the pipeline, and other factors. Flow patterns are classifications that capture the characteristics of these flow states.
本図左上は、液相ベースの分散流を示す。例えば、液体が主である流体内に、気体(気泡等)や固体(砂またはスラリー等)が分散して流れることがある。また、主となる液体に混ざりきらない状態で物性の異なる他の液体(液滴等)が分散して流れる(水に微量の油が分散して流れる、または、油に微量の水が分散して流れる等)ことがある。このように、液相に、気体、固体、または、液体等の粒子が分散して流れる場合に、液相ベースの分散流が発生し得る。 The upper left of this diagram shows a liquid-phase-based dispersed flow. For example, gas (such as air bubbles) or solids (such as sand or slurry) may flow dispersedly within a fluid that is primarily liquid. Also, other liquids with different physical properties (such as droplets) may flow dispersedly without being completely mixed into the primary liquid (such as a trace amount of oil flowing dispersedly in water, or a trace amount of water flowing dispersedly in oil). In this way, a liquid-phase-based dispersed flow can occur when particles such as gas, solids, or liquids flow dispersedly within the liquid phase.
本図右上は、気相ベースの分散流を示す。例えば、気体が主である流体内に、固体や液体が分散して流れることがある。このように、気相に、固体、または、液体等の粒子が分散して流れる場合に、気相ベースの分散流が発生し得る。 The upper right of this figure shows a gas-phase-based dispersed flow. For example, solids and liquids may be dispersed and flow within a fluid that is primarily gas. In this way, a gas-phase-based dispersed flow can occur when solid or liquid particles are dispersed and flow within the gas phase.
本図左下は、気液二相流における層状流を示す。例えば、管路が略水平方向に延伸する場合において、液体が管路内の下層(底層)を流れ、気体が管路内の上層を流れることがある。このように、性質を異にする複数の成分(複数の相)が層状に流れる場合に、層状流が発生し得る。 The lower left of this diagram shows stratified flow in a gas-liquid two-phase flow. For example, if a pipeline extends in a roughly horizontal direction, liquid may flow in the lower layer (bottom layer) of the pipeline, and gas may flow in the upper layer. In this way, stratified flow can occur when multiple components (multiple phases) with different properties flow in layers.
本図右下は、気液二相流における環状流を示す。例えば、管路が略鉛直方向に延伸する場合において、液体が管路内の外層(壁面上)を同心円状に流れ、気体が管路内の内層(中心部)を流れることがある。このように、性質を異にする複数の成分(複数の相)が環状に流れる場合に、環状流が発生し得る。 The bottom right of this diagram shows an annular flow in a gas-liquid two-phase flow. For example, if a pipeline extends in a roughly vertical direction, the liquid may flow concentrically in the outer layer (on the wall) of the pipeline, while the gas may flow in the inner layer (center) of the pipeline. In this way, an annular flow can occur when multiple components (multiple phases) with different properties flow in a circular pattern.
混相流においては、このように様々な相の組み合わせや、様々な流動様式が存在する。ここで、測定対象となる流体が混相流となると、センシングした信号の低下や変動等により、流量センサ20により実測された実流量と仮想流量との間に不整合が生じるが、このような不整合は、混相流の状態によって影響が様々である。そこで、第二の実施形態において、仮想流量演算装置100は、仮想流量を演算するにあたって、測定対象となる流体の混相状態をも考慮する。 As such, a variety of phase combinations and flow patterns exist in multiphase flows. When the fluid to be measured becomes a multiphase flow, a mismatch occurs between the actual flow rate measured by the flow sensor 20 and the virtual flow rate due to a decrease or fluctuation in the sensed signal, but the impact of such a mismatch varies depending on the state of the multiphase flow. Therefore, in the second embodiment, the virtual flow rate calculation device 100 also takes into account the multiphase state of the fluid to be measured when calculating the virtual flow rate.
第二の実施形態においては、上述の実施形態との共通点については説明を省略し、相違点のみを説明するが、第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100についても、上述の実施形態に係る仮想流量演算装置100と同様の機能を提供可能であってよい。また、第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100についても、上述の実施形態に係る仮想流量演算装置100と同様に(例えば、第1の変形例や第2の変形例のように)変形可能であってよい。 In the second embodiment, commonalities with the above-described embodiments will not be described and only differences will be described, but the virtual flow rate calculation device 100 according to the second embodiment may also be able to provide the same functions as the virtual flow rate calculation device 100 according to the above-described embodiments. Furthermore, the virtual flow rate calculation device 100 according to the second embodiment may also be modified in the same way as the virtual flow rate calculation device 100 according to the above-described embodiments (for example, as in the first modified example or the second modified example).
第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100において、シミュレーション部140は、混相流体シミュレーションを実行する混相流体シミュレーション部145を更に含んでよい。混相流体シミュレーション部145は、環境情報および物性情報を用いて、実空間を再現した仮想空間上で流体における混相流の流動現象をシミュレーションしてよい。そして、演算部150は、このようにしてシミュレーションされた結果に基づいて、仮想流量を演算してよい。 In the virtual flow rate calculation device 100 according to the second embodiment, the simulation unit 140 may further include a multiphase fluid simulation unit 145 that executes a multiphase fluid simulation. The multiphase fluid simulation unit 145 may use environmental information and physical property information to simulate the multiphase flow phenomenon of a fluid in a virtual space that replicates the real space. The calculation unit 150 may then calculate a virtual flow rate based on the results of this simulation.
すなわち、流量センサ20が計装される実空間の環境を示す環境情報を記憶する環境情報記憶部110と、測定対象となる流体の物性を示す物性情報を記憶する物性情報記憶部120と、環境情報および物性情報を用いて、実空間を再現した仮想空間上で流体における混相流の流動現象をシミュレーションするシミュレーション部140と、シミュレーションされた結果に基づいて、流量センサ20により実測される実流量を推測した仮想流量を演算する演算部150と、を備える、仮想流量演算装置100が提供されてよい。このような仮想流量演算装置100についても、上述の実施形態に係る仮想流量演算装置100と同様、クラウドサーバにより提供されると好ましい。 That is, a virtual flow rate calculation device 100 may be provided that includes an environmental information storage unit 110 that stores environmental information indicating the environment of the real space in which the flow sensor 20 is installed; a physical property information storage unit 120 that stores physical property information indicating the physical properties of the fluid to be measured; a simulation unit 140 that uses the environmental information and physical property information to simulate the flow phenomenon of a multiphase flow in the fluid in a virtual space that recreates the real space; and a calculation unit 150 that calculates a virtual flow rate that estimates the actual flow rate actually measured by the flow sensor 20 based on the simulation results. Similar to the virtual flow rate calculation device 100 according to the above embodiment, this virtual flow rate calculation device 100 is preferably provided by a cloud server.
また、コンピュータが、流量センサ20が計装される実空間の環境を示す環境情報を記憶することと、測定対象となる流体の物性を示す物性情報を記憶することと、環境情報および物性情報を用いて、実空間を再現した仮想空間上で前記流体における混相流の流動現象をシミュレーションすることと、シミュレーションされた結果に基づいて、流量センサ20により実測される実流量を推測した仮想流量を演算することと、を備える、仮想流量演算方法が提供されてよい。 A virtual flow rate calculation method may also be provided, in which a computer stores environmental information indicating the environment of the real space in which the flow sensor 20 is installed, stores physical property information indicating the physical properties of the fluid to be measured, simulates the flow phenomenon of a multiphase flow in the fluid in a virtual space that reproduces the real space using the environmental information and the physical property information, and calculates a virtual flow rate that estimates the actual flow rate measured by the flow sensor 20 based on the results of the simulation.
また、コンピュータにより実行され、コンピュータを、流量センサ20が計装される実空間の環境を示す環境情報を記憶する環境情報記憶部110と、測定対象となる流体の物性を示す物性情報を記憶する物性情報記憶部120と、環境情報および物性情報を用いて、実空間を再現した仮想空間上で流体における混相流の流動現象をシミュレーションするシミュレーション部140と、シミュレーションされた結果に基づいて、流量センサ20により実測される実流量を推測した仮想流量を演算する演算部150と、して機能させる、仮想流量演算プログラムが提供されてよい。 A virtual flow rate calculation program may also be provided that is executed by a computer and causes the computer to function as an environmental information storage unit 110 that stores environmental information indicating the environment of the real space in which the flow sensor 20 is installed, a physical property information storage unit 120 that stores physical property information indicating the physical properties of the fluid to be measured, a simulation unit 140 that uses the environmental information and physical property information to simulate the flow phenomenon of multiphase flow in the fluid in a virtual space that reproduces the real space, and a calculation unit 150 that calculates a virtual flow rate that estimates the actual flow rate actually measured by the flow sensor 20 based on the results of the simulation.
ここで、混相流体シミュレーションを実行するにあたって、シミュレーション部140は、混相流における相の組み合わせ、または、流動様式の少なくともいずれかに応じて選定された解析モデルを用いてよい。このような解析モデルは、混相流の物理モデルであってよく、例えば、連続相モデルまたは分散相モデルであってよい。なお、解析モデルは、人手により選定されてもよいが、シミュレーション部140が、予め定められたルールにしたがって自動的に選定してもよい。 When performing the multiphase fluid simulation, the simulation unit 140 may use an analytical model selected according to at least one of the phase combinations in the multiphase flow and the flow pattern. Such an analytical model may be a physical model of the multiphase flow, such as a continuous phase model or a dispersed phase model. The analytical model may be selected manually, or the simulation unit 140 may automatically select it according to predetermined rules.
一例として、混相流をマクロ的に捉え、大まかな流れを解析する場合においては、シミュレーション部140は、オイラー・オイラー法等の連続相モデルを用いてよい。連続相モデルにおいては、全ての相をオイラー的に連続相として取り扱う。 As an example, when analyzing a multiphase flow macroscopically and roughly analyzing the flow, the simulation unit 140 may use a continuous phase model such as the Euler-Euler method. In a continuous phase model, all phases are treated as continuous phases in an Euler-like manner.
一方、混相流をミクロ的に捉え、粒子を個々に追跡する場合においては、シミュレーション部140は、オイラー・ラグランジュ法等の分散相モデルを用いてよい。分散相モデルにおいては、連続相の中に分散した粒子をラグランジュ的に個々に取り扱う。 On the other hand, when viewing a multiphase flow at a microscopic level and tracking individual particles, the simulation unit 140 may use a dispersed phase model such as the Euler-Lagrangian method. In a dispersed phase model, particles dispersed in a continuous phase are treated individually in a Lagrangian manner.
このような混相流体シミュレーションをも実行する場合における具体的な仮想流量の演算について、流量計のセンシング原理ごとに詳細に説明する。 The specific calculation of virtual flow rates when performing such multiphase fluid simulations will be explained in detail for each flow meter sensing principle.
図10は、仮想コリオリ流量計として機能する第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100のブロック図の一例を示す。本図においては、図3と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100において、シミュレーション部140は、流体シミュレーション部141、応力シミュレーション部142、および、電磁場シミュレーション部143に加えて、混相流体シミュレーション部145を更に含んでよい。そして、第二の実施形態において、仮想流量演算装置100は、実空間で使用されるコリオリ流量計の出力値を推測するにあたって、混相流体シミュレーション部145を用いて混相流体シミュレーションを実行してよい。 Figure 10 shows an example of a block diagram of a virtual flow rate calculation device 100 according to a second embodiment that functions as a virtual Coriolis flowmeter. In this figure, components having the same functions and configurations as those in Figure 3 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted hereinafter except for differences. In the virtual flow rate calculation device 100 according to the second embodiment, the simulation unit 140 may further include a multiphase fluid simulation unit 145 in addition to the fluid simulation unit 141, stress simulation unit 142, and electromagnetic field simulation unit 143. In the second embodiment, the virtual flow rate calculation device 100 may perform a multiphase fluid simulation using the multiphase fluid simulation unit 145 to estimate the output value of a Coriolis flowmeter used in real space.
上述のとおり、仮想コリオリ流量計においては、位相時間差τから仮想流量Qを演算可能である。しかしながら、例えば、測定対象となる流体が気液二相流である場合、各相の流速やフローチューブ内での位置により、フローチューブに作用するコリオリ力が変化し、それに応じて位相時間差τも変化する。そこで、シミュレーション部140は、混相流体シミュレーション部145を用いて混相流体シミュレーションを実行し、フローチューブ内の各相の流速や気泡の分布位置を計算してよい。そして、演算部150は、混相流体、応力、および、電磁場に関する連成シミュレーションの結果から、振動検出センサに生じる位相差φを算出し、これを発振器の励振振動数frで除すことで、位相時間差τを算出してよい。 As described above, in a virtual Coriolis flowmeter, the virtual flow rate Q can be calculated from the phase time difference τ. However, for example, if the fluid to be measured is a gas-liquid two-phase flow, the Coriolis force acting on the flow tube changes depending on the flow velocity of each phase and their position within the flow tube, and the phase time difference τ also changes accordingly. Therefore, the simulation unit 140 may perform a multiphase fluid simulation using the multiphase fluid simulation unit 145 to calculate the flow velocity of each phase within the flow tube and the distribution position of bubbles. The calculation unit 150 may then calculate the phase difference φ occurring in the vibration detection sensor from the results of a coupled simulation of the multiphase fluid, stress, and electromagnetic field, and divide this by the excitation frequency fr of the oscillator to calculate the phase time difference τ.
この際、仮想流量演算装置100は、シミュレーション結果に基づいてコリオリ流量計の実流量を推測するとともに、シミュレーション結果を用いた理論計算を行うことにより、他の様々なパラメータを推定することもできる。 In this case, the virtual flow rate calculation device 100 estimates the actual flow rate of the Coriolis flowmeter based on the simulation results, and can also estimate various other parameters by performing theoretical calculations using the simulation results.
例えば、仮想流量演算装置100は、フローチューブの共振周波数から測定対象となる流体の密度を推定することができる。一例として、シミュレーション部140は、混相流体、および、応力に関する連成シミュレーションを実行してよい。演算部150は、このようにシミュレーションされた結果から、流体を含むフローチューブ全体の共振周波数fvを算出してよい。そして、演算部150は、次式により流体密度ρを推定してよい。すなわち、演算部150は、真空中におけるフローチューブの共振周波数flを、流体を含むフローチューブ全体の共振周波数fvで除して二乗した値に、係数Cを掛け合わせることにより、流体密度ρを推定してよい。
また、演算部150は、フローチューブの共振周波数に基づいて、混相流の分率を推定することもできる。例えば、流体が気相単独の場合におけるフローチューブの共振周波数fref0、および、流体が液相単独の場合におけるフローチューブの共振周波数fref1が予め記憶されていたとする。この場合、演算部150は、算出されたフローチューブの共振周波数fvを、既知のフローチューブの共振周波数fref0およびfref1と比較することにより、液体中の気体分率を推定してよい。このように、流量センサ20がコリオリ流量計である場合、演算部150は、フローチューブの共振周波数に基づいて、流体の密度または混相流の分率の少なくともいずれかを推定してよい。 The calculation unit 150 can also estimate the fraction of multiphase flow based on the resonant frequency of the flow tube. For example, assume that the resonant frequency fref0 of the flow tube when the fluid is solely in the gas phase and the resonant frequency fref1 of the flow tube when the fluid is solely in the liquid phase are stored in advance. In this case, the calculation unit 150 may estimate the fraction of gas in the liquid by comparing the calculated resonant frequency fv of the flow tube with the known resonant frequencies fref0 and fref1 of the flow tube. In this way, when the flow sensor 20 is a Coriolis flowmeter, the calculation unit 150 may estimate at least either the density of the fluid or the fraction of multiphase flow based on the resonant frequency of the flow tube.
また、コリオリ流量計においては、発振器の励振力によりフローチューブを振動させている。ここで、例えば、液体中に気泡が含まれている場合、フローチューブのダンピングが増加するため、励振を補うために発振器へ印加される駆動電流が増加する。そこで、仮想流量演算装置100は、このような駆動電流に基づいて、混相流の分率を推定することもできる。一例として、シミュレーション部140は、混相流体、応力、および、電磁場に関する連成シミュレーションを実行してよい。演算部150は、このようにシミュレーションされた結果から、発振器へ印加される駆動電流を算出してよい。ここで、発振器へ印加される駆動電流と液体中の気泡分率との相関関係を示すデータセットが予め記憶されていたとする。この場合、演算部150は、算出された駆動電流を、既知のデータセットと比較することにより、液体中の気体分率を推定してよい。このように、流量センサ20がコリオリ流量計である場合、演算部150は、フローチューブを振動させるために発振器へ印加される駆動電流に基づいて、混相流の分率を推定してよい。 In a Coriolis flowmeter, the flow tube is vibrated by the excitation force of the oscillator. For example, if the liquid contains gas bubbles, the damping of the flow tube increases, and the drive current applied to the oscillator increases to compensate for the excitation. Therefore, the virtual flow calculation device 100 can estimate the multiphase flow fraction based on this drive current. As an example, the simulation unit 140 may perform a coupled simulation of multiphase fluid, stress, and electromagnetic fields. The calculation unit 150 may calculate the drive current applied to the oscillator from the results of this simulation. Assume that a data set showing the correlation between the drive current applied to the oscillator and the gas bubble fraction in the liquid is pre-stored. In this case, the calculation unit 150 may estimate the gas fraction in the liquid by comparing the calculated drive current with a known data set. In this way, when the flow sensor 20 is a Coriolis flowmeter, the calculation unit 150 may estimate the multiphase flow fraction based on the drive current applied to the oscillator to vibrate the flow tube.
演算部150は、例えばこのようにして推定したパラメータを、診断部160へ通知してよい。そして、診断部160は、演算部150から通知されたパラメータが予め定められた基準を満たさない場合に、アラートを発報してよい。一例として、プラントプロセスにおいて流体に混入物が決まった物量で混入していることが分かっていたとする。この場合、診断部160は、演算部150から通知されたパラメータ(例えば、流体の密度や混相流の分率等)が、既知である混入物の物量から想定される範囲を超えた場合に、アラートを発報してよい。診断部160は、例えばこのようにして、演算部150により推定されたパラメータが予め定められた基準を満たさない場合に、アラートを発報することができる。なお、第二の実施形態においても、診断部160は、上述の実施形態において説明した機能を備えていてよい。すなわち、診断部160は、更に、実流量と仮想流量との差分が予め定められた基準を満たさない場合に、アラートを発報することもできる。 The calculation unit 150 may notify the diagnosis unit 160 of the parameters estimated in this manner, for example. The diagnosis unit 160 may then issue an alert if the parameters notified from the calculation unit 150 do not satisfy predetermined criteria. As an example, assume that a certain amount of contaminants is known to be mixed into a fluid in a plant process. In this case, the diagnosis unit 160 may issue an alert if the parameters notified from the calculation unit 150 (e.g., fluid density, multiphase flow fraction, etc.) exceed the range expected from the known amount of contaminants. The diagnosis unit 160 can issue an alert, for example, if the parameters estimated by the calculation unit 150 in this manner do not satisfy predetermined criteria. Note that in the second embodiment, the diagnosis unit 160 may also have the functions described in the above embodiments. That is, the diagnosis unit 160 can also issue an alert if the difference between the actual flow rate and the virtual flow rate does not satisfy predetermined criteria.
図11は、仮想超音波流量計として機能する第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100のブロック図の一例を示す。本図においては、図4と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100において、シミュレーション部140は、流体シミュレーション部141、および、超音波伝搬シミュレーション部144に加えて、混相流体シミュレーション部145を更に含んでよい。そして、第二の実施形態において、仮想流量演算装置100は、実空間で使用される超音波流量計の出力値を推測するにあたって、混相流体シミュレーション部145を用いて混相流体シミュレーションを実行してよい。 Figure 11 shows an example of a block diagram of a virtual flow rate calculation device 100 according to a second embodiment that functions as a virtual ultrasonic flowmeter. In this figure, components having the same functions and configurations as those in Figure 4 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted hereinafter except for differences. In the virtual flow rate calculation device 100 according to the second embodiment, the simulation unit 140 may further include a multiphase fluid simulation unit 145 in addition to the fluid simulation unit 141 and the ultrasonic propagation simulation unit 144. In the second embodiment, the virtual flow rate calculation device 100 may perform a multiphase fluid simulation using the multiphase fluid simulation unit 145 to estimate the output value of an ultrasonic flowmeter used in real space.
上述のとおり、仮想超音波流量計においては、超音波が伝搬する伝搬時間t1およびt2から仮想流量Qを演算可能である。しかしながら、例えば、測定対象となる流体が液相中に気泡や個体等の粒子が分散している分散流である場合、粒子によって超音波の散乱反射が起こる。これにより、超音波送信子から発信された超音波が対向側で受信される信号強度が低下したり、液体中の見かけの伝搬速度が変化したりする。そこで、シミュレーション部140は、混相流体シミュレーション部145を用いて混相流体シミュレーションを実行し、管内における流速分布を計算してよい。そして、演算部150は、混相流体、および、超音波に関する連成シミュレーションの結果から、伝搬時間t1およびt2を算出してよい。 As described above, in a virtual ultrasonic flowmeter, the virtual flow rate Q can be calculated from the propagation times t1 and t2 of the ultrasonic waves. However, for example, if the fluid to be measured is a dispersed flow in which particles such as bubbles or solids are dispersed in the liquid phase, the particles will cause the ultrasonic waves to be scattered and reflected. This can reduce the signal strength of the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter and received on the opposite side, or change the apparent propagation speed in the liquid. Therefore, the simulation unit 140 may perform a multiphase fluid simulation using the multiphase fluid simulation unit 145 to calculate the flow velocity distribution within the pipe. The calculation unit 150 may then calculate the propagation times t1 and t2 from the results of a coupled simulation of the multiphase fluid and the ultrasonic waves.
この際、仮想流量演算装置100は、シミュレーション結果に基づいて超音波流量計の実流量を推測するとともに、シミュレーション結果を用いた理論計算を行うことにより、他の様々なパラメータを推定することもできる。また、仮想流量演算装置100は、気泡や固体粒子の多少を診断したり、流量出力への影響を見積もったりすることもできる。 In this case, the virtual flow rate calculation device 100 estimates the actual flow rate of the ultrasonic flow meter based on the simulation results, and can also estimate various other parameters by performing theoretical calculations using the simulation results. The virtual flow rate calculation device 100 can also diagnose the amount of air bubbles and solid particles and estimate the impact on the flow rate output.
例えば、気泡や個体等の粒子の大きさ(径)は、散乱反射の大きさや周波数成分に影響を与える。そこで、演算部150は、超音波の受信信号強度を周波数帯域毎に分析し、当該分析結果と、超音波伝搬および混相流体のシミュレーション結果とを組み合わせることで、粒子の分布状態(大きさ等)を推定してよい。これにより、仮想流量演算装置100は、粒子の分布状態に基づく流体変化等を診断することができる。このように、流量センサ20が超音波流量計である場合、演算部150は、超音波の受信信号強度を周波数帯域毎に分析した結果に基づいて、流体に分散する粒子の分布状態を推定してよい。 For example, the size (diameter) of particles such as bubbles and solids affects the magnitude and frequency components of scattered reflections. Therefore, the calculation unit 150 may analyze the received ultrasonic signal strength for each frequency band and estimate the particle distribution (size, etc.) by combining the analysis results with the simulation results of ultrasonic propagation and multiphase fluid. This allows the virtual flow rate calculation device 100 to diagnose fluid changes, etc., based on the particle distribution. In this way, when the flow sensor 20 is an ultrasonic flowmeter, the calculation unit 150 may estimate the distribution of particles dispersed in the fluid based on the results of analyzing the received ultrasonic signal strength for each frequency band.
また、気泡や個体等の粒子が偏在して流れると、対向する超音波の受信信号強度(すなわち、上流側から下流側への超音波の受信信号強度、および、下流側から上流側への超音波の受信信号強度)に差が生じる。そこで、演算部150は、対向する超音波の受信信号強度の差、すなわち、アンバランスの程度を算出してよい。ここで、受信信号強度の差と粒子の偏在状態との相関関係を示すデータセットが予め記憶されていたとする。この場合、演算部150は、算出された受信信号強度の差を、既知のデータセットと比較することにより、気泡や個体等の粒子の偏在状態を推定してよい。このように、流量センサ20が超音波流量計である場合、演算部150は、対向する超音波の受信信号強度の差に基づいて、流体に分散する粒子の偏在状態を推定してよい。 Furthermore, when particles such as bubbles or solids flow unevenly, a difference occurs in the received signal strength of the opposing ultrasonic waves (i.e., the received signal strength of the ultrasonic waves from the upstream side to the downstream side, and the received signal strength of the ultrasonic waves from the downstream side to the upstream side). Therefore, the calculation unit 150 may calculate the difference in the received signal strength of the opposing ultrasonic waves, i.e., the degree of imbalance. Here, it is assumed that a data set showing the correlation between the difference in received signal strength and the uneven distribution state of particles is stored in advance. In this case, the calculation unit 150 may estimate the uneven distribution state of particles such as bubbles or solids by comparing the calculated difference in received signal strength with a known data set. In this way, when the flow sensor 20 is an ultrasonic flowmeter, the calculation unit 150 may estimate the uneven distribution state of particles dispersed in the fluid based on the difference in the received signal strength of the opposing ultrasonic waves.
演算部150は、例えばこのようにして推定したパラメータを、診断部160へ通知してよい。そして、診断部160は、演算部150から通知されたパラメータが予め定められた基準を満たさない場合に、アラートを発報してよい。一例として、診断部160は、演算部150から通知されたパラメータ(例えば、粒子の分布状態や粒子の偏在状態等)をモニタし、パラメータの変動値が予め定められた範囲を超える場合に、アラートを発報してよい。診断部160は、例えばこのようにして、演算部150により推定されたパラメータが予め定められた基準を満たさない場合に、アラートを発報することができる。 The calculation unit 150 may, for example, notify the diagnosis unit 160 of the parameters estimated in this manner. The diagnosis unit 160 may then issue an alert if the parameters notified by the calculation unit 150 do not satisfy predetermined criteria. As an example, the diagnosis unit 160 may monitor the parameters notified by the calculation unit 150 (e.g., particle distribution state, particle uneven distribution state, etc.), and issue an alert if the fluctuation value of the parameter exceeds a predetermined range. The diagnosis unit 160 can issue an alert, for example, if the parameters estimated by the calculation unit 150 in this manner do not satisfy predetermined criteria.
図12は、仮想電磁流量計として機能する第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100のブロック図一例を示す。本図においては、図5と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100において、シミュレーション部140は、流体シミュレーション部141、および、電磁場シミュレーション部143に加えて、混相流体シミュレーション部145を更に含んでよい。そして、第二の実施形態において、仮想流量演算装置100は、実空間で使用される電磁流量計の出力値を推測するにあたって、混相流体シミュレーション部145を用いて混相流体シミュレーションを実行してよい。 Figure 12 shows an example block diagram of a virtual flow rate calculation device 100 according to a second embodiment that functions as a virtual electromagnetic flowmeter. In this figure, components having the same functions and configurations as those in Figure 5 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted hereinafter except for differences. In the virtual flow rate calculation device 100 according to the second embodiment, the simulation unit 140 may further include a multiphase fluid simulation unit 145 in addition to the fluid simulation unit 141 and the electromagnetic field simulation unit 143. In the second embodiment, the virtual flow rate calculation device 100 may perform a multiphase fluid simulation using the multiphase fluid simulation unit 145 to estimate the output value of an electromagnetic flowmeter used in real space.
上述のとおり、仮想電磁流量計においては、電極に発生する起電力eから仮想流量Qを演算可能である。ここで、起電力eは、重み関数wと、磁束密度Bと、流速vとを掛け合わせて積分することで算出される。しかしながら、例えば、測定対象とする流体が電気的導電性の液相中(例えば、水)に電気的絶縁性の粒子(気泡、油、砂、または、スラリー等)が分散している分散流である場合、電気的絶縁性の粒子は、電極で検出する起電力に寄与しない。そこで、シミュレーション部140は、混相流体シミュレーション部145を用いて混相流体シミュレーションを実行し、電極近傍における粒子の発生頻度や面積を計算してよい。そして、演算部150は、粒子が存在する部位からの信号をゼロとして積分計算に組み込むことで起電力eを算出してよい。この際、当然、シミュレーション上は省略している要素が存在するため、演算部150は、シミュレーション結果と実流量とを予め関連付けた所定の係数を演算に組み込むこともできる。このように、演算部150は、測定対象となる流体に分散する電気的絶縁物の起電力効果を減じて電磁流量計の実流量を推測することができる。 As described above, the virtual electromagnetic flowmeter can calculate the virtual flow rate Q from the electromotive force e generated at the electrodes. Here, the electromotive force e is calculated by multiplying and integrating the weighting function w, the magnetic flux density B, and the flow velocity v. However, if the fluid being measured is a dispersed flow in which electrically insulating particles (such as air bubbles, oil, sand, or slurry) are dispersed in an electrically conductive liquid phase (e.g., water), the electrically insulating particles do not contribute to the electromotive force detected by the electrodes. Therefore, the simulation unit 140 may perform a multiphase fluid simulation using the multiphase fluid simulation unit 145 to calculate the frequency and area of particle occurrence near the electrodes. The calculation unit 150 may then calculate the electromotive force e by incorporating signals from areas where particles are present into the integral calculation as zero. Naturally, since there are elements omitted in the simulation, the calculation unit 150 may incorporate predetermined coefficients that pre-associate the simulation results with the actual flow rate. In this way, the calculation unit 150 can estimate the actual flow rate of the electromagnetic flowmeter by reducing the electromotive force effect of electrical insulators dispersed in the fluid being measured.
この際、仮想流量演算装置100は、シミュレーション結果に基づいて電磁流量計の実流量を推測するとともに、シミュレーション結果を用いた理論計算を行うことにより、他の様々なパラメータを推定することもできる。 In this case, the virtual flow rate calculation device 100 estimates the actual flow rate of the electromagnetic flow meter based on the simulation results, and can also estimate various other parameters by performing theoretical calculations using the simulation results.
例えば、電気的絶縁性の粒子が電極部を擦過することで、揺動性の電気的ノイズが発生する。その他、流体の様々な条件に応じて、電磁流量計の電極には様々なフローノイズが発生する。このようなフローノイズについては、特許6229852号に記載されたとおりであってよいので、ここでは説明を省略する。第二の実施形態において、シミュレーション部140が混相流体シミュレーション部145を含むことにより、仮想流量演算装置100は、電磁流量計の電極に発生するこのようなフローノイズに対しても関連付けが可能となる。例えば、電極近傍における混相流の流れの変動や揺らぎの状態が分かることで、演算部150は、測定管の測定断面もしくは電極付近における混相流の分率の変動量が計算可能となる。このような計算結果と、電磁流量計の実流量を予め関連付けて所定の係数とすることで、仮想空間におけるシミュレーション結果とフローノイズ診断信号との関連付けが可能となる。これにより、演算部150は、混相流体シミュレーションの結果によって得られた分散相における電気的絶縁物の起電力効果とフローノイズ量とを同定することができる。このように、流量センサ20が電磁流量計である場合、演算部150は、流体に分散する電気的絶縁物の起電力効果に基づいて、電極に発生するフローノイズ量を推定してよい。 For example, electrically insulating particles rubbing against the electrodes generates fluctuating electrical noise. Additionally, various flow noises are generated at the electrodes of an electromagnetic flowmeter depending on various fluid conditions. Such flow noises may be as described in Patent No. 6,229,852, and therefore will not be described here. In the second embodiment, the simulation unit 140 includes a multiphase fluid simulation unit 145, enabling the virtual flow calculation device 100 to correlate such flow noises generated at the electrodes of the electromagnetic flowmeter. For example, by determining the flow fluctuations and fluctuations of the multiphase flow near the electrodes, the calculation unit 150 can calculate the amount of fluctuation in the multiphase flow fraction at the measurement cross section of the measuring pipe or near the electrodes. By pre-correlating these calculation results with the actual flow rate of the electromagnetic flowmeter and setting a predetermined coefficient, it becomes possible to correlate the simulation results in virtual space with the flow noise diagnostic signal. This allows the calculation unit 150 to identify the electromotive force effect of the electrically insulating material in the dispersed phase and the amount of flow noise obtained from the multiphase fluid simulation. In this way, when the flow sensor 20 is an electromagnetic flowmeter, the calculation unit 150 may estimate the amount of flow noise generated at the electrodes based on the electromotive force effect of electrical insulators dispersed in the fluid.
また、演算部150は、電磁流量計のプロセス値の変動値やフローノイズの変動値を、混相状態をパラメトリックに計算した結果と対比することで、分散相が気相の場合は気泡分率が分かったり、油の場合は油の分率が分かったりするなど、混相状態を推定することができる。このように、流量センサ20が電磁流量計である場合、演算部150は、シミュレーションされた結果をパラメトリックに計算した結果に基づいて、混相流の分率を推定してよい。 Furthermore, by comparing the fluctuations in the electromagnetic flowmeter's process value and flow noise with the results of a parametric calculation of the multiphase state, the calculation unit 150 can estimate the multiphase state, such as determining the bubble fraction if the dispersed phase is gas, or the oil fraction if the dispersed phase is oil. In this way, when the flow sensor 20 is an electromagnetic flowmeter, the calculation unit 150 may estimate the multiphase flow fraction based on the results of a parametric calculation of the simulated results.
演算部150は、例えばこのようにして推定したパラメータを、診断部160へ通知してよい。そして、診断部160は、演算部150から通知されたパラメータが予め定められた基準を満たさない場合に、アラートを発報してよい。一例として、診断部160は、演算部150から通知されたパラメータ(例えば、フローノイズ量や分率)をモニタし、パラメータの変動値が予め定められた範囲を超える場合に、アラートを発報してよい。診断部160は、例えばこのようにして、演算部150により推定されたパラメータが予め定められた基準を満たさない場合に、アラートを発報することができる。 The calculation unit 150 may, for example, notify the diagnosis unit 160 of the parameters estimated in this manner. The diagnosis unit 160 may then issue an alert if the parameters notified by the calculation unit 150 do not satisfy predetermined criteria. As an example, the diagnosis unit 160 may monitor the parameters notified by the calculation unit 150 (e.g., flow noise amount or fraction), and issue an alert if the fluctuation value of the parameter exceeds a predetermined range. The diagnosis unit 160 can issue an alert, for example, if the parameters estimated by the calculation unit 150 in this manner do not satisfy predetermined criteria.
図13は、仮想渦流量計として機能する第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100のブロック図の一例を示す。本図においては、図6と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100において、シミュレーション部140は、流体シミュレーション部141に加えて、応力シミュレーション部142、電磁場シミュレーション部143、および、混相流体シミュレーション部145を更に含んでよい。そして、第二の実施形態において、仮想流量演算装置100は、実空間で使用される渦流量計の出力値を推測するにあたって、混相流体シミュレーション部145を用いて混相流体シミュレーションを実行してよい。 Figure 13 shows an example of a block diagram of a virtual flow rate calculation device 100 according to a second embodiment that functions as a virtual vortex flowmeter. In this figure, components having the same functions and configurations as those in Figure 6 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted hereinafter except for differences. In the virtual flow rate calculation device 100 according to the second embodiment, the simulation unit 140 may further include a stress simulation unit 142, an electromagnetic field simulation unit 143, and a multiphase fluid simulation unit 145 in addition to the fluid simulation unit 141. In the second embodiment, the virtual flow rate calculation device 100 may perform a multiphase fluid simulation using the multiphase fluid simulation unit 145 to estimate the output value of a vortex flowmeter used in real space.
上述のとおり、仮想渦流量計においては、渦周波数fと管路断面積Aとを用いて仮想流量Qを演算可能である。しかしながら、例えば、測定対象となる流体が層状流や環状流のような気液二相の混相状態である場合、管壁に液相が存在していると見かけの配管内径が小さくなり流速が上がる。そこで、シミュレーション部140は、混相流体シミュレーション部145を用いて混相流体シミュレーションを実行し、管路内における流速分布を計算してよい。そして、演算部150は、シミュレーションの結果から、気相単独の仮想流量Qを演算してよい。 As described above, in a virtual vortex flowmeter, the virtual flow rate Q can be calculated using the vortex frequency f and the pipe cross-sectional area A. However, for example, if the fluid to be measured is in a gas-liquid multiphase state such as a stratified flow or annular flow, the presence of a liquid phase on the pipe wall reduces the apparent pipe inner diameter and increases the flow rate. Therefore, the simulation unit 140 may perform a multiphase fluid simulation using the multiphase fluid simulation unit 145 to calculate the flow rate distribution within the pipe. The calculation unit 150 may then calculate the virtual flow rate Q of the gas phase alone from the results of the simulation.
この際、仮想流量演算装置100は、シミュレーション結果に基づいて渦流量計の実流量を推測するとともに、シミュレーション結果を用いた理論計算を行うことにより、他の様々なパラメータを推定することもできる。また、仮想流量演算装置100は、蒸気プロセス中の乾き度の推定に用いることもできる。 In this case, the virtual flow rate calculation device 100 estimates the actual flow rate of the vortex flowmeter based on the simulation results, and can also estimate various other parameters by performing theoretical calculations using the simulation results. The virtual flow rate calculation device 100 can also be used to estimate dryness fraction during a steam process.
例えば、仮想流量演算装置100は、圧電素子に発生する電圧の振幅強度から混相流の分率を推定することができる。一例として、渦周波数fを検出するにあたっては、カルマン渦の発生に際して渦発生体に加わる交番圧力によって生じる応力を圧電素子で検出する方式が採用されている。しかしながら、管壁に液相が存在していると、気相単独の場合よりもカルマン渦の発生によって渦発生体に加わる交番圧力が低下する。そこで、シミュレーション部140は、混相流体、および、応力に関する連成シミュレーションを実行してよい。演算部150は、このようにシミュレーションされた結果と、圧電関数とにより、圧電素子に発生する電圧の振幅強度を算出し、当該振幅強度から、気相中の液体分率を推定してよい。このように、流量センサ20が渦流量計である場合、演算部150は、圧電素子に発生する電圧の振幅強度に基づいて、混相流の分率を推定してよい。 For example, the virtual flow rate calculation device 100 can estimate the fraction of multiphase flow from the amplitude and intensity of the voltage generated in the piezoelectric element. As an example, to detect the vortex frequency f, a method is used in which a piezoelectric element detects the stress generated by the alternating pressure applied to the vortex shedder when Kármán vortices are generated. However, if a liquid phase is present on the pipe wall, the alternating pressure applied to the vortex shedder due to the generation of Kármán vortices is lower than in the case of a gas phase alone. Therefore, the simulation unit 140 may perform a coupled simulation of multiphase fluid and stress. The calculation unit 150 may calculate the amplitude and intensity of the voltage generated in the piezoelectric element using the simulation results and a piezoelectric function, and estimate the liquid fraction in the gas phase from this amplitude and intensity. In this way, when the flow sensor 20 is a vortex flowmeter, the calculation unit 150 may estimate the fraction of multiphase flow based on the amplitude and intensity of the voltage generated in the piezoelectric element.
また、仮想流量演算装置100は、圧電素子に発生するノイズ(混相流体の流れの変動や揺らぎ)から混相流の分率を推定することもできる。一例として、管壁に液相が存在していると、液相流れの揺らぎ等によって生じた振動を渦発生体中の圧電素子がノイズとして感受する。また、気相中に液滴が存在している場合にも、渦発生体に液滴が衝突することによって圧電素子へのノイズが発生する。そこで、シミュレーション部140は、混相流体、応力、および、電磁場に関する連成シミュレーションを実行してよい。演算部150は、このようにシミュレーションされた結果により圧電素子に発生するノイズを算出し、当該ノイズから、気相中の液体分率等を推定してよい。このように、流量センサ20が渦流量計である場合、演算部150は、圧電素子に発生するノイズに基づいて、混相流の分率を推定してよい。 The virtual flow rate calculation device 100 can also estimate the multiphase flow fraction from noise (fluctuations and fluctuations in the flow of the multiphase fluid) generated in the piezoelectric element. For example, if a liquid phase is present on the pipe wall, the piezoelectric element in the vortex shedder will perceive vibrations caused by fluctuations in the liquid flow as noise. Furthermore, if droplets are present in the gas phase, the collision of the droplets with the vortex shedder will generate noise in the piezoelectric element. Therefore, the simulation unit 140 may perform a coupled simulation of the multiphase fluid, stress, and electromagnetic field. The calculation unit 150 may calculate the noise generated in the piezoelectric element based on the results of this simulation and estimate the liquid fraction in the gas phase, etc., from this noise. In this way, when the flow sensor 20 is a vortex flowmeter, the calculation unit 150 may estimate the multiphase flow fraction based on the noise generated in the piezoelectric element.
また、シミュレーション部140は、混相流の分率(例えば、気液相の分率)を用いて、混相流体シミュレーション部145により混相流体シミュレーションを実行し、管路内における流速分布を計算してよい。そして、演算部150は、シミュレーションの結果から、気相単独の仮想流量Qを演算してよい。このように、流体が、気液二相の混相状態である場合、演算部150は、混相流の分率に基づいて、気相単独の仮想流量Qを演算してもよい。 The simulation unit 140 may also use the multiphase flow fraction (e.g., the gas-liquid phase fraction) to perform a multiphase fluid simulation using the multiphase fluid simulation unit 145, and calculate the flow velocity distribution within the pipeline. The calculation unit 150 may then calculate the virtual flow rate Q of the gas phase alone from the results of the simulation. In this way, when the fluid is in a multiphase state of two phases, gas and liquid, the calculation unit 150 may calculate the virtual flow rate Q of the gas phase alone based on the multiphase flow fraction.
演算部150は、例えばこのようにして推定したパラメータを、診断部160へ通知してよい。そして、診断部160は、演算部150から通知されたパラメータが予め定められた基準を満たさない場合に、アラートを発報してよい。一例として、診断部160は、演算部150から通知されたパラメータ(例えば、混相流の分率等)をモニタし、パラメータの変動値が予め定められた範囲を超える場合に、アラートを発報してよい。診断部160は、例えばこのようにして、演算部150により推定されたパラメータが予め定められた基準を満たさない場合に、アラートを発報することができる。 The calculation unit 150 may, for example, notify the diagnosis unit 160 of the parameters estimated in this manner. The diagnosis unit 160 may then issue an alert if the parameters notified by the calculation unit 150 do not satisfy predetermined criteria. As an example, the diagnosis unit 160 may monitor the parameters notified by the calculation unit 150 (e.g., the fraction of multiphase flow, etc.) and issue an alert if the fluctuation value of the parameter exceeds a predetermined range. The diagnosis unit 160 can issue an alert, for example, if the parameters estimated by the calculation unit 150 in this manner do not satisfy predetermined criteria.
このように、第二の実施形態においても、流量センサ20は、コリオリ流量計、超音波流量計、電磁流量計、または、渦流量計の少なくともいずれかであってよく、仮想流量演算装置100は、仮想コリオリ流量計、仮想超音波流量計、仮想電磁流量計、または、仮想渦流量計の少なくともいずれかとして機能してよい。 As such, in the second embodiment, the flow sensor 20 may be at least one of a Coriolis flowmeter, an ultrasonic flowmeter, an electromagnetic flowmeter, or a vortex flowmeter, and the virtual flow calculation device 100 may function as at least one of a virtual Coriolis flowmeter, a virtual ultrasonic flowmeter, a virtual electromagnetic flowmeter, or a virtual vortex flowmeter.
流量測定において、測定管内における混相状態が測定精度に影響を与える。そこで、第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100は、環境情報および物性情報を用いて、測定対象となる流体における混相流の流動現象をシミュレーションし、シミュレーションされた結果に基づいて、仮想流量を演算する。これにより、第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100によれば、流量測定に対する多様性や流量計測に係る診断を更に高度化することができる。 When measuring flow rates, the multiphase state inside the measurement pipe affects measurement accuracy. Therefore, the virtual flow rate calculation device 100 according to the second embodiment uses environmental information and physical property information to simulate the multiphase flow phenomenon in the fluid to be measured, and calculates a virtual flow rate based on the simulation results. This allows the virtual flow rate calculation device 100 according to the second embodiment to further enhance the versatility of flow rate measurements and diagnosis related to flow rate measurements.
また、第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100は、流量計のセンシング原理に則して、実流量の推測のみならず、他の様々なパラメータを推定することができ、推定したパラメータが予め定められた基準を満たさない場合に、アラートを発報することもできる。また、第二の実施形態に係る仮想流量演算装置100は、混相流体シミュレーションを実行するにあたって、大まかな流れを解析する場合には連続相モデルを用いて計算負荷を抑え、粒子を個々に追跡する場合には分散相モデルを用いて詳細なシミュレーション結果を得る等、混相状態に応じて最適な解析モデルを用いることができる。 Furthermore, the virtual flow rate calculation device 100 according to the second embodiment is capable of estimating not only the actual flow rate but also various other parameters in accordance with the sensing principles of a flow meter, and can also issue an alert if the estimated parameters do not meet predetermined criteria. Furthermore, when performing a multiphase fluid simulation, the virtual flow rate calculation device 100 according to the second embodiment can use the optimal analysis model depending on the multiphase state, such as using a continuous phase model to reduce the calculation load when analyzing a rough flow, or using a dispersed phase model to obtain detailed simulation results when tracking individual particles.
本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、(1)操作が実行されるプロセスの段階または(2)操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および/またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび/またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路(IC)および/またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理AND、論理OR、論理XOR、論理NAND、論理NOR、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラマブルロジックアレイ(PLA)等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。 Various embodiments of the present invention may be described with reference to flowcharts and block diagrams, where the blocks may represent (1) stages of a process in which operations are performed or (2) sections of apparatus responsible for performing the operations. Particular stages and sections may be implemented by dedicated circuitry, programmable circuitry supplied with computer-readable instructions stored on a computer-readable medium, and/or a processor supplied with computer-readable instructions stored on a computer-readable medium. Dedicated circuitry may include digital and/or analog hardware circuitry and may include integrated circuits (ICs) and/or discrete circuits. Programmable circuitry may include reconfigurable hardware circuitry including logical AND, logical OR, logical XOR, logical NAND, logical NOR, and other logical operations, flip-flops, registers, memory elements such as field programmable gate arrays (FPGAs), programmable logic arrays (PLAs), etc.
コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー(登録商標)ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROMまたはフラッシュメモリ)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)、静的ランダムアクセスメモリ(SRAM)、コンパクトディスクリードオンリメモリ(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、ブルーレイ(RTM)ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。 A computer-readable medium may include any tangible device capable of storing instructions that are executed by a suitable device, such that the computer-readable medium having instructions stored thereon comprises an article of manufacture, including instructions that can be executed to create means for performing the operations specified in the flowchart or block diagram. Examples of computer-readable media may include electronic storage media, magnetic storage media, optical storage media, electromagnetic storage media, semiconductor storage media, etc. More specific examples of computer-readable media may include floppy disks, diskettes, hard disks, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), erasable programmable read-only memory (EPROM or flash memory), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), static random access memory (SRAM), compact disc read-only memory (CD-ROM), digital versatile disc (DVD), Blu-ray (RTM) disc, memory stick, integrated circuit card, etc.
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ(ISA)命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはSmalltalk(登録商標)、JAVA(登録商標)、C++等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「C」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、1または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。 The computer-readable instructions may include either assembler instructions, instruction set architecture (ISA) instructions, machine instructions, machine-dependent instructions, microcode, firmware instructions, state-setting data, or source or object code written in any combination of one or more programming languages, including object-oriented programming languages such as Smalltalk®, JAVA®, C++, etc., and conventional procedural programming languages such as the "C" programming language or similar programming languages.
コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク(LAN)、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク(WAN)を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。 The computer-readable instructions may be provided to a processor or programmable circuitry of a general-purpose computer, special-purpose computer, or other programmable data processing apparatus, either locally or over a local area network (LAN), a wide area network (WAN) such as the Internet, etc., which executes the computer-readable instructions to create means for performing the operations specified in the flowcharts or block diagrams. Examples of processors include computer processors, processing units, microprocessors, digital signal processors, controllers, microcontrollers, etc.
図14は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ9900の例を示す。コンピュータ9900にインストールされたプログラムは、コンピュータ9900に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の1または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該1または複数のセクションを実行させることができ、および/またはコンピュータ9900に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ9900に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、CPU9912によって実行されてよい。 Figure 14 shows an example of a computer 9900 in which aspects of the present invention may be embodied, in whole or in part. Programs installed on the computer 9900 may cause the computer 9900 to function as or perform operations associated with an apparatus or one or more sections of the apparatus according to embodiments of the present invention, and/or to perform a process or steps of a process according to embodiments of the present invention. Such programs may be executed by the CPU 9912 to cause the computer 9900 to perform specific operations associated with some or all of the blocks in the flowcharts and block diagrams described herein.
本実施形態によるコンピュータ9900は、CPU9912、RAM9914、グラフィックコントローラ9916、およびディスプレイデバイス9918を含み、それらはホストコントローラ9910によって相互に接続されている。コンピュータ9900はまた、通信インターフェイス9922、ハードディスクドライブ9924、DVDドライブ9926、およびICカードドライブのような入/出力ユニットを含み、それらは入/出力コントローラ9920を介してホストコントローラ9910に接続されている。コンピュータはまた、ROM9930およびキーボード9942のようなレガシの入/出力ユニットを含み、それらは入/出力チップ9940を介して入/出力コントローラ9920に接続されている。 The computer 9900 according to this embodiment includes a CPU 9912, RAM 9914, a graphics controller 9916, and a display device 9918, which are interconnected by a host controller 9910. The computer 9900 also includes input/output units such as a communication interface 9922, a hard disk drive 9924, a DVD drive 9926, and an IC card drive, which are connected to the host controller 9910 via an input/output controller 9920. The computer also includes legacy input/output units such as a ROM 9930 and a keyboard 9942, which are connected to the input/output controller 9920 via an input/output chip 9940.
CPU9912は、ROM9930およびRAM9914内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ9916は、RAM9914内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にCPU9912によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス9918上に表示されるようにする。 The CPU 9912 operates according to programs stored in the ROM 9930 and RAM 9914, thereby controlling each unit. The graphics controller 9916 retrieves image data generated by the CPU 9912 into a frame buffer or the like provided in the RAM 9914 or into itself, and causes the image data to be displayed on the display device 9918.
通信インターフェイス9922は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ9924は、コンピュータ9900内のCPU9912によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。DVDドライブ9926は、プログラムまたはデータをDVD-ROM9901から読み取り、ハードディスクドライブ9924にRAM9914を介してプログラムまたはデータを提供する。ICカードドライブは、プログラムおよびデータをICカードから読み取り、および/またはプログラムおよびデータをICカードに書き込む。 The communication interface 9922 communicates with other electronic devices via a network. The hard disk drive 9924 stores programs and data used by the CPU 9912 in the computer 9900. The DVD drive 9926 reads programs or data from the DVD-ROM 9901 and provides the programs or data to the hard disk drive 9924 via the RAM 9914. The IC card drive reads programs and data from an IC card and/or writes programs and data to an IC card.
ROM9930はその中に、アクティブ化時にコンピュータ9900によって実行されるブートプログラム等、および/またはコンピュータ9900のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入/出力チップ9940はまた、様々な入/出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入/出力コントローラ9920に接続してよい。 The ROM 9930 stores therein boot programs and the like that are executed by the computer 9900 upon activation, and/or programs that depend on the hardware of the computer 9900. The input/output chip 9940 may also connect various input/output units to the input/output controller 9920 via parallel ports, serial ports, keyboard ports, mouse ports, etc.
プログラムが、DVD-ROM9901またはICカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ9924、RAM9914、またはROM9930にインストールされ、CPU9912によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ9900に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ9900の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。 The programs are provided on a computer-readable medium such as a DVD-ROM 9901 or an IC card. The programs are read from the computer-readable medium, installed on the hard disk drive 9924, RAM 9914, or ROM 9930, which are also examples of computer-readable media, and executed by the CPU 9912. The information processing described in these programs is read by the computer 9900, resulting in cooperation between the programs and the various types of hardware resources described above. An apparatus or method may be configured by implementing information manipulation or processing in accordance with the use of the computer 9900.
例えば、通信がコンピュータ9900および外部デバイス間で実行される場合、CPU9912は、RAM9914にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インターフェイス9922に対し、通信処理を命令してよい。通信インターフェイス9922は、CPU9912の制御下、RAM9914、ハードディスクドライブ9924、DVD-ROM9901、またはICカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。 For example, when communication is performed between the computer 9900 and an external device, the CPU 9912 may execute a communication program loaded into the RAM 9914 and instruct the communication interface 9922 to perform communication processing based on the processing described in the communication program. Under the control of the CPU 9912, the communication interface 9922 reads transmission data stored in a transmission buffer processing area provided in the RAM 9914, hard disk drive 9924, DVD-ROM 9901, or a recording medium such as an IC card, and transmits the read transmission data to the network, or writes received data received from the network to a reception buffer processing area or the like provided on the recording medium.
また、CPU9912は、ハードディスクドライブ9924、DVDドライブ9926(DVD-ROM9901)、ICカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がRAM9914に読み取られるようにし、RAM9914上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。CPU9912は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。 The CPU 9912 may also read all or a necessary portion of a file or database stored on an external recording medium such as a hard disk drive 9924, a DVD drive 9926 (DVD-ROM 9901), an IC card, etc. into the RAM 9914, and perform various types of processing on the data in the RAM 9914. The CPU 9912 then writes the processed data back to the external recording medium.
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。CPU9912は、RAM9914から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索/置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をRAM9914に対しライトバックする。また、CPU9912は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第2の属性の属性値に関連付けられた第1の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、CPU9912は、第1の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第2の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第1の属性に関連付けられた第2の属性の属性値を取得してよい。 Various types of information, such as various types of programs, data, tables, and databases, may be stored on the recording medium and may undergo information processing. The CPU 9912 may perform various types of processing on data read from RAM 9914, including various types of operations, information processing, conditional judgment, conditional branching, unconditional branching, information search/replacement, etc., as described throughout this disclosure and specified by the program's instruction sequence, and write the results back to RAM 9914. The CPU 9912 may also search for information in files, databases, etc. on the recording medium. For example, if multiple entries, each having an attribute value of a first attribute associated with an attribute value of a second attribute, are stored on the recording medium, the CPU 9912 may search for an entry that matches a condition specified by the attribute value of the first attribute from among the multiple entries, read the attribute value of the second attribute stored in the entry, and thereby obtain the attribute value of the second attribute associated with the first attribute that satisfies a predetermined condition.
上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ9900上またはコンピュータ9900近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはRAMのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ9900に提供する。 The programs or software modules described above may be stored on computer-readable media on or near the computer 9900. Recording media such as a hard disk or RAM provided within a server system connected to a dedicated communications network or the Internet can also be used as computer-readable media, thereby providing the programs to the computer 9900 via the network.
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 The present invention has been described above using embodiments, but the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be clear to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the claims that such modifications and improvements can also be included within the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process, such as operations, procedures, steps, and stages, in the devices, systems, programs, and methods shown in the claims, specifications, and drawings is not specifically stated as "before," "prior to," or the like, and it should be noted that processes can be performed in any order, unless the output of a previous process is used in a subsequent process. Even if the operational flow in the claims, specifications, and drawings is described using "first," "next," etc. for convenience, this does not mean that it is necessary to perform the processes in that order.
10 センサモジュール
20 流量センサ
30 処理部
40 センサ側通信部
50 傾向特性記憶部
100 仮想流量演算装置
110 環境情報記憶部
120 物性情報記憶部
130 装置側通信部
140 シミュレーション部
141 流体シミュレーション部
142 応力シミュレーション部
143 電磁場シミュレーション部
144 超音波伝搬シミュレーション部
145 混相流体シミュレーション部
150 演算部
160 診断部
710 シミュレーション結果記憶部
810 傾向特定部
820 通知部
830 推奨部
9900 コンピュータ
9901 DVD-ROM
9910 ホストコントローラ
9912 CPU
9914 RAM
9916 グラフィックコントローラ
9918 ディスプレイデバイス
9920 入/出力コントローラ
9922 通信インターフェイス
9924 ハードディスクドライブ
9926 DVDドライブ
9930 ROM
9940 入/出力チップ
9942 キーボード
10 Sensor module 20 Flow sensor 30 Processing unit 40 Sensor side communication unit 50 Trend characteristic storage unit 100 Virtual flow rate calculation device 110 Environmental information storage unit 120 Physical property information storage unit 130 Device side communication unit 140 Simulation unit 141 Fluid simulation unit 142 Stress simulation unit 143 Electromagnetic field simulation unit 144 Ultrasonic wave propagation simulation unit 145 Multiphase fluid simulation unit 150 Calculation unit 160 Diagnosis unit 710 Simulation result storage unit 810 Trend identification unit 820 Notification unit 830 Recommendation unit 9900 Computer 9901 DVD-ROM
9910 Host controller 9912 CPU
9914 RAM
9916 Graphics controller 9918 Display device 9920 Input/output controller 9922 Communication interface 9924 Hard disk drive 9926 DVD drive 9930 ROM
9940 Input/Output Chip 9942 Keyboard
Claims (18)
測定対象となる流体の物性を示す物性情報を記憶する物性情報記憶部と、
前記環境情報および前記物性情報を用いて、前記実空間を再現した仮想空間上で前記流体における混相流の流動現象をシミュレーションするシミュレーション部と、
前記シミュレーションされた結果に基づいて、前記流量センサにより実測される実流量を推測した仮想流量を演算する演算部と、
を備える、仮想流量演算装置。 an environmental information storage unit that stores environmental information indicating an environment of a real space in which the flow sensor is installed;
a property information storage unit that stores property information indicating the property of the fluid to be measured;
a simulation unit that simulates a flow phenomenon of a multiphase flow in the fluid in a virtual space that reproduces the real space using the environmental information and the physical property information;
a calculation unit that calculates a virtual flow rate by estimating the actual flow rate actually measured by the flow rate sensor based on the simulation result;
A virtual flow rate calculation device comprising:
前記演算部は、フローチューブの共振周波数に基づいて、前記流体の密度または前記混相流の分率の少なくともいずれかを推定する、請求項2に記載の仮想流量演算装置。 the flow sensor is the Coriolis flow meter;
The virtual flow rate calculation device according to claim 2 , wherein the calculation unit estimates at least one of the density of the fluid and the fraction of the multiphase flow based on a resonance frequency of a flow tube.
前記演算部は、フローチューブを振動させるために発振器へ印加される駆動電流に基づいて、前記混相流の分率を推定する、請求項2に記載の仮想流量演算装置。 the flow sensor is the Coriolis flow meter;
The virtual flow rate calculation device according to claim 2 , wherein the calculation unit estimates the fraction of the multiphase flow based on a drive current applied to an oscillator to vibrate a flow tube.
前記演算部は、超音波の受信信号強度を周波数帯域毎に分析した結果に基づいて、前記流体に分散する粒子の分布状態を推定する、請求項2に記載の仮想流量演算装置。 the flow sensor is the ultrasonic flow meter;
3. The virtual flow rate calculation device according to claim 2, wherein the calculation unit estimates the distribution state of particles dispersed in the fluid based on a result of analyzing the received signal strength of the ultrasonic waves for each frequency band.
前記演算部は、対向する超音波の受信信号強度の差に基づいて、前記流体に分散する粒子の偏在状態を推定する、請求項2に記載の仮想流量演算装置。 the flow sensor is the ultrasonic flow meter;
The virtual flow rate calculation device according to claim 2 , wherein the calculation unit estimates the uneven distribution state of particles dispersed in the fluid based on a difference in received signal strength of opposing ultrasonic waves.
前記演算部は、前記流体に分散する電気的絶縁物の起電力効果に基づいて、電極に発生するフローノイズ量を推定する、請求項2に記載の仮想流量演算装置。 the flow sensor is an electromagnetic flow meter;
3. The virtual flow rate calculation device according to claim 2, wherein the calculation unit estimates the amount of flow noise generated at the electrodes based on the electromotive force effect of an electrical insulator dispersed in the fluid.
前記演算部は、前記シミュレーションされた結果をパラメトリックに計算した結果に基づいて、前記混相流の分率を推定する、請求項2に記載の仮想流量演算装置。 the flow sensor is an electromagnetic flow meter;
The virtual flow rate calculation device according to claim 2 , wherein the calculation unit estimates the fraction of the multiphase flow based on a result of parametrically calculating the simulated result.
前記演算部は、圧電素子に発生する電圧の振幅強度に基づいて、前記混相流の分率を推定する、請求項2に記載の仮想流量演算装置。 the flow sensor is the vortex flowmeter;
The virtual flow rate calculation device according to claim 2 , wherein the calculation unit estimates the fraction of the multiphase flow based on the amplitude intensity of a voltage generated in a piezoelectric element.
前記演算部は、圧電素子に発生するノイズに基づいて、前記混相流の分率を推定する、請求項2に記載の仮想流量演算装置。 the flow sensor is the vortex flowmeter;
The virtual flow rate calculation device according to claim 2 , wherein the calculation unit estimates the fraction of the multiphase flow based on noise generated in a piezoelectric element.
前記演算部は、前記混相流の分率に基づいて、気相単独の前記仮想流量を演算する、請求項9または10に記載の仮想流量演算装置。 When the fluid is in a gas-liquid two-phase multiphase state,
The virtual flow rate calculation device according to claim 9 or 10, wherein the calculation unit calculates the virtual flow rate of the gas phase alone based on a fraction of the multiphase flow.
流量センサが計装される実空間の環境を示す環境情報を記憶することと、
測定対象となる流体の物性を示す物性情報を記憶することと、
前記環境情報および前記物性情報を用いて、前記実空間を再現した仮想空間上で前記流体における混相流の流動現象をシミュレーションすることと、
前記シミュレーションされた結果に基づいて、前記流量センサにより実測される実流量を推測した仮想流量を演算することと、
を備える、仮想流量演算方法。 The computer
storing environmental information indicative of an environment of a real space in which the flow sensor is instrumented;
storing physical property information indicating the physical properties of the fluid to be measured;
simulating a flow phenomenon of a multiphase flow in the fluid in a virtual space that reproduces the real space using the environmental information and the physical property information;
calculating a virtual flow rate that estimates the actual flow rate actually measured by the flow sensor based on the simulation result;
A virtual flow rate calculation method comprising:
流量センサが計装される実空間の環境を示す環境情報を記憶する環境情報記憶部と、
測定対象となる流体の物性を示す物性情報を記憶する物性情報記憶部と、
前記環境情報および前記物性情報を用いて、前記実空間を再現した仮想空間上で前記流体における混相流の流動現象をシミュレーションするシミュレーション部と、
前記シミュレーションされた結果に基づいて、前記流量センサにより実測される実流量を推測した仮想流量を演算する演算部と、
して機能させる、仮想流量演算プログラム。 The method is executed by a computer, causing the computer to:
an environmental information storage unit that stores environmental information indicating an environment of a real space in which the flow sensor is installed;
a property information storage unit that stores property information indicating the property of the fluid to be measured;
a simulation unit that simulates a flow phenomenon of a multiphase flow in the fluid in a virtual space that reproduces the real space using the environmental information and the physical property information;
a calculation unit that calculates a virtual flow rate by estimating the actual flow rate actually measured by the flow rate sensor based on the simulation result;
This is a virtual flow calculation program that functions as a virtual flow rate calculation program.
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