JP2000249579A - Flow-rate measurement method and differential- pressure-type flowmeter utilizing it - Google Patents
Flow-rate measurement method and differential- pressure-type flowmeter utilizing itInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ベンチュリ管など
の絞り機構を利用した流量測定方法及びそれを利用した
差圧式流量計に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow rate measuring method using a throttle mechanism such as a venturi tube and a differential pressure type flow meter using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】流体が絞り部を通過する時には流路断面
積の変化により流速が早くなり、圧力が小さくなる。こ
れをベルヌーイの定理と呼び、以下のような式（１）が
成り立つ。2. Description of the Related Art When a fluid passes through a throttle, the flow velocity increases due to a change in the flow path cross-sectional area, and the pressure decreases. This is called Bernoulli's theorem, and the following equation (1) holds.
【０００３】[0003]
【数１】 (Equation 1)
【０００４】ここで、ｐは圧力、ρは流体密度、ｕは流
体流速であって、添え字は、１が断面積変化前で、２が
断面積変化後を意味する。また、絞り部分で流量は保存
するので以下の式（２）が成立する。Here, p is a pressure, ρ is a fluid density, and u is a fluid flow velocity, and the suffixes 1 before the cross-sectional area change and 2 after the cross-sectional area change. Further, since the flow rate is stored in the throttle portion, the following equation (2) is established.
【０００５】[0005]
【数２】 (Equation 2)
【０００６】ここで、Ａは流路断面積である。式（１）
と式（２）からｕ2 を消去すると以下の式（３）が得ら
れ、密度が変化しない場合には、絞り部前後の差圧を測
定することにより流速および流量が得られることにな
る。Here, A is a cross-sectional area of the flow path. Equation (1)
By eliminating u 2 from equation (2), the following equation (3) is obtained. If the density does not change, the flow velocity and the flow rate can be obtained by measuring the differential pressure across the throttle.
【０００７】[0007]
【数３】 (Equation 3)
【０００８】この原理を利用した差圧式流量計がオリフ
ィス流量計やベンチュリ流量計である。図１には、従来
のベンチュリ流量計の構成を示した。ここでは、流体１
０が絞り機構を備えた導圧管１１の中を流れ、その絞り
部での差圧が差圧計１２で測定されている。なお、この
場合、式（３）を書き直した以下の式（４）が、測定に
際して実際に用いられている。A differential pressure type flow meter utilizing this principle is an orifice flow meter or a venturi flow meter. FIG. 1 shows the configuration of a conventional Venturi flow meter. Here, fluid 1
0 flows through the pressure guiding tube 11 provided with the throttle mechanism, and the differential pressure at the throttle portion is measured by the differential pressure gauge 12. In this case, the following equation (4) obtained by rewriting the equation (3) is actually used for measurement.
【０００９】[0009]
【数４】 (Equation 4)
【００１０】ここで、△ｐv が絞りによって生じた差
圧、ｃが流出係数、εが膨張係数、βは絞り比（Ａ2 ／
Ａ1 ）1/2 である。式（４）を実際に使用する際には、
気体を測定するときの密度変化は膨張係数で補正してい
る。また、管摩擦により生じる圧力損失を流出係数とい
う一定値を与えて測定流量範囲で補正している。Here, Δp v is the differential pressure generated by the throttle, c is the outflow coefficient, ε is the expansion coefficient, and β is the throttle ratio (A 2 /
A 1 ) 1/2 . When actually using equation (4),
The density change when measuring gas is corrected by the expansion coefficient. In addition, the pressure loss caused by the pipe friction is corrected within the measured flow rate range by giving a constant value called an outflow coefficient.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかし、管摩擦により
生じる圧力損失はレイノルズ数の関数となるため、レイ
ノルズ数が高い領域では流出係数を一定と仮定しても問
題はないが、レイノルズ数が低い場合には問題が生じ
る。この問題は粘度の高い流体や速度の小さい流体の場
合に現れるため、上述の測定方法は油などの流量測定に
は適さない。特に、水と油が混ざった流体を測定する場
合、油の中に水が分散している状態（油連続状態）と、
水の中に油が分散している状態（水連続状態）では流出
係数が大きく変化する。However, since the pressure loss caused by pipe friction is a function of the Reynolds number, there is no problem in assuming that the outflow coefficient is constant in a region where the Reynolds number is high, but the Reynolds number is low. In some cases, problems arise. Since this problem appears in the case of a fluid having a high viscosity or a fluid having a low speed, the above-described measuring method is not suitable for measuring the flow rate of oil or the like. In particular, when measuring a fluid in which water and oil are mixed, the state in which water is dispersed in oil (continuous oil state)
In a state where oil is dispersed in water (water continuous state), the outflow coefficient changes greatly.
【００１２】水、油、気体が混ざった流体を測定する多
相流流量計にベンチュリ管を用いた場合も、同じように
問題が生じる。図２は、水と油と空気を混ぜた流体を流
し、その時のベンチュリ差圧を利用して流体の平均密度
を測定した結果である。横軸はこの三成分からなる流体
の理論的な平均密度であり、縦軸はその流体の測定に基
づき式（５）から得られる流体の平均密度ρ1である。A similar problem arises when a Venturi tube is used in a multi-phase flow meter for measuring a fluid containing water, oil and gas. FIG. 2 shows the result of measuring the average density of the fluid using a Venturi differential pressure at that time by flowing a fluid in which water, oil, and air are mixed. The horizontal axis is the theoretical average density of the fluid composed of these three components, and the vertical axis is the average density ρ 1 of the fluid obtained from the equation (5) based on the measurement of the fluid.
【００１３】[0013]
【数５】 (Equation 5)
【００１４】この図を見ると、液体中の水の割合を示す
ウォータカットＷ／Ｃが２０％以下と３０％以上とで
は、結果が明らかに異なっている。すなわち、Ｗ／Ｃが
２０％以下の状態は油の中に水が分散している油連続状
態であり、Ｗ／Ｃが３０％以上の状態は水の中に油が分
散している水連続状態となっている。これは、油連続と
水連続の変化がこの間のＷ／Ｃで起こったためであり、
本来は流出係数を変化させなければならないのに対し
て、それを変化させていないために生じたものである。[0014] Referring to this figure, the results are clearly different between the water cut W / C indicating the ratio of water in the liquid of 20% or less and the water cut W / C of 30% or more. That is, a state where the W / C is 20% or less is a continuous oil state in which water is dispersed in oil, and a state where the W / C is 30% or more is a continuous water state in which the oil is dispersed in water. It is in a state. This is because the change between oil continuation and water continuation occurred in W / C during this period,
Originally, the outflow coefficient had to be changed, but it was not changed.
【００１５】これを修正するためには、粘度計のような
新しい測定器を用いて、レイノルズ数の関数となってい
る流出係数を補正する方法があるが、それは装置が複雑
になる欠点がある。本発明は、この問題を解決するた
め、より簡便な方法で流出係数の補正を行う手法を適用
した、差圧式流量計を提案するものである。One way to correct this is to use a new measuring device such as a viscometer to correct the outflow coefficient as a function of the Reynolds number, but this has the disadvantage of complicating the equipment. . In order to solve this problem, the present invention proposes a differential pressure type flow meter to which a method of correcting the outflow coefficient by a simpler method is applied.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明の流量測定方法
は、絞り機構を利用して流体の圧力変化量及び流速を求
め、流体の流量を算出する流量測定方法において、管路
を流れる流体の圧力損失によって生じる第１の差圧を測
定する装置を設け、前記第１の差圧と、前記絞り機構の
入口と絞り部の間の第２の差圧とから、ベルヌーイの定
理に従う管路断面積が変化したことのみによる補正圧力
変化量を算出し、この補正圧力変化量を利用して流体の
流速を求め、その流速と管路断面積とから流体の流量を
算出するようにしたものである。According to a flow rate measuring method of the present invention, a pressure change amount and a flow velocity of a fluid are obtained by using a throttle mechanism, and the flow rate of the fluid is calculated. A device for measuring a first differential pressure caused by a pressure loss, wherein a line disconnection according to Bernoulli's theorem is obtained from the first differential pressure and a second differential pressure between an inlet of the throttle mechanism and a throttle portion. The corrected pressure change amount only due to the change in the area is calculated, the flow velocity of the fluid is obtained by using the corrected pressure change amount, and the flow rate of the fluid is calculated from the flow velocity and the pipe cross-sectional area. is there.
【００１７】また、本発明の差圧流量計は、絞り機構を
利用して流体の圧力変化量及び流速を求め、流体の流量
を算出する差圧式流量計において、管路を流れる流体の
圧力損失によって生じる第１の差圧を測定する装置を設
け、前記第１の差圧と、前記絞り機構の入口と絞り部の
間の第２の差圧とから、ベルヌーイの定理に従う管路断
面積が変化したことのみによる補正圧力変化量を算出
し、この補正圧力変化量を利用して流体の流速を求め、
その流速と管路断面積とから流体の流量を算出する演算
手段を備えたものである。The differential pressure flow meter according to the present invention calculates the flow rate of the fluid by calculating the fluid pressure change amount and the flow velocity using a throttle mechanism. A device for measuring a first differential pressure caused by the first differential pressure and a second differential pressure between the inlet of the throttle mechanism and the throttle unit, the cross-sectional area of a pipe according to Bernoulli's theorem is provided. Calculate the corrected pressure change amount only due to the change, calculate the flow velocity of the fluid using this corrected pressure change amount,
An arithmetic means for calculating the flow rate of the fluid from the flow velocity and the cross-sectional area of the pipeline is provided.
【００１８】また、前記圧力損失が前記絞り機構の上流
または下流に配置したスタティックミキサによるもので
ある。Further, the pressure loss is caused by a static mixer arranged upstream or downstream of the throttle mechanism.
【００１９】さらに、前記圧力損失が前記絞り機構によ
るものである。Further, the pressure loss is caused by the throttle mechanism.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】図３は絞り機構としてベンチュリ
管を用いた本発明の差圧流量計の構成図である。ここで
は、ベンチュリ管１の入口とスロート部との差圧Δｐv
を測定する差圧計２と、ベンチュリ管１の入口の絶対圧
を測定する絶対圧計３を設置する。また、ベンチュリ管
１の上流にはスタティックミキサ４を設置し、さらに、
スタティックミキサ４の上流の絶対圧を測定する絶対圧
計５を設置する。スタティックミキサ４における圧力損
失による差圧Δｐs は、絶対圧計３と絶対圧計５との差
から計算される。なお、これらの差圧計２、および絶対
圧計３、５から各圧力信号を受けとり、所定の計算を行
うのが演算装置６である。FIG. 3 is a block diagram of a differential pressure flow meter according to the present invention using a venturi tube as a throttle mechanism. Here, the differential pressure Δp v between the inlet of the venturi tube 1 and the throat portion
, And an absolute manometer 3 for measuring the absolute pressure at the inlet of the venturi tube 1. In addition, a static mixer 4 is installed upstream of the Venturi tube 1, and further,
An absolute pressure gauge 5 for measuring the absolute pressure upstream of the static mixer 4 is provided. The pressure difference Delta] p s due to pressure loss in the static mixer 4 is calculated from the difference between the absolute pressure gauge 3 with the absolute pressure gauge 5. The arithmetic unit 6 receives the pressure signals from the differential pressure gauge 2 and the absolute pressure gauges 3 and 5 and performs a predetermined calculation.
【００２１】ベンチュリ管１の入口とスロート部との差
圧Δｐv は、先述した式（４）ではなくて、管摩擦など
による圧力損失を考慮した式（６）のようになる。The differential pressure Δp v between the inlet of the venturi tube 1 and the throat portion is not the above-mentioned equation (4) but is the equation (6) taking into account the pressure loss due to pipe friction and the like.
【００２２】[0022]
【数６】 (Equation 6)
【００２３】式（６）の右辺第１項はベルヌーイの定理
に従う断面積が変化したことよる圧力の変化の項であ
る。そして、右辺第２項が管摩擦などによる圧力損失の
項となる。多相流のような場合は、複数の相が混合する
ことによるエネルギ損失もこの中に含まれる。なお、Ｋ
はベンチュリ管１の入口とスロート部の間の圧力損出係
数である。一方、スタティックミキサ４での圧力損失に
よる差圧Δｐs は、断面積変化がないため、式（７）に
示すように、式（６）の右辺第２項と同じ形になる。The first term on the right side of the equation (6) is a term for a change in pressure due to a change in cross-sectional area according to Bernoulli's theorem. The second term on the right side is a term for pressure loss due to pipe friction or the like. In the case of multi-phase flow, energy loss due to mixing of a plurality of phases is included in this. Note that K
Is a pressure loss coefficient between the inlet of the venturi tube 1 and the throat portion. On the other hand, the pressure difference Delta] p s due to pressure loss in the static mixer 4, since there is no change in sectional area, as shown in Equation (7), the same shape as the second term of the right side of the equation (6).
【００２４】[0024]
【数７】 (Equation 7)
【００２５】ただし、Ｋ′はスタティックミキサにおけ
る圧力損出係数である。よって、管摩擦などに依存せず
にベルヌーイの定理に従う断面積が変化したことのみに
よる圧力の変化△ｐの項だけを残すために、以下の補正
式（８）を用いる。Here, K 'is a pressure loss coefficient in the static mixer. Therefore, the following correction equation (8) is used in order to leave only the term of the pressure change Δp due to the change in the cross-sectional area according to Bernoulli's theorem without depending on the pipe friction or the like.
【００２６】[0026]
【数８】 (Equation 8)
【００２７】ここで、Ｋ″はＫ／Ｋ′であり、ベンチュ
リ管に固有の係数であるため、あらかじめ水、油で値を
決めておく。さらに、次の式（９）が成り立つ。Here, K ″ is K / K ′, which is a coefficient unique to the Venturi tube, and hence its value is determined in advance with water and oil, and the following equation (9) is established.
【００２８】[0028]
【数９】 (Equation 9)
【００２９】この式（９）を変形することにより、流体
の密度ρ1 は、流出係数に依存しない、次の（１０）式
から求められる。By modifying the equation (9), the density ρ 1 of the fluid can be obtained from the following equation (10), which does not depend on the outflow coefficient.
【００３０】[0030]
【数１０】 (Equation 10)
【００３１】このようにして得られた流体の平均密度ρ
1とその理論的平均密度との関係（図２に対応する関
係）は、図４に表される。これを見ると、Ｗ／Ｃが２０
％より小さい場合でも、また３０％より大きい場合で
も、流体の平均密度の理論値と実測値とがほぼ一致して
おり、従って、この圧力変化Δｐの補正式が適切である
ことを示している。The average density ρ of the fluid thus obtained
The relationship between 1 and its theoretical average density (corresponding to FIG. 2) is shown in FIG. Looking at this, W / C is 20
The theoretical value and the measured value of the average density of the fluid are almost the same regardless of whether it is less than 30% or more than 30%, indicating that the correction formula for the pressure change Δp is appropriate. .
【００３２】従って、このΔｐの値を用いて、式（９）
より流速ｕ1 が求められ、さらに、その流速ｕ1 に断面
積Ａ1 を掛けることにより、流体１０の流量を求めるこ
とができる。なお、上記に示した各処理計算はすべて演
算装置６で行うものとする。Therefore, using the value of Δp, the equation (9)
The flow velocity u 1 is further obtained, and the flow rate of the fluid 10 can be obtained by multiplying the flow velocity u 1 by the cross-sectional area A 1 . It is assumed that all the processing calculations described above are performed by the arithmetic unit 6.
【００３３】図５には本発明の他の構成を示した。これ
は、先の例におけるスタティックミキサ４に代えて、ベ
ンチュリ管１により発生する圧力損失を利用したもの
で、その圧力損失による差圧Δｐe は差圧計７により測
定される。なお、図５中に示す符号のうち、図３と同じ
物は同一物または相当物を表すものとする。FIG. 5 shows another configuration of the present invention. This is in place of the static mixer 4 in the previous example, utilizes the pressure loss generated by the Venturi tube 1, the pressure difference Delta] p e according to the pressure loss is measured by the differential pressure gauge 7. Note that, among the reference numerals shown in FIG. 5, the same items as those in FIG. 3 represent the same or corresponding items.
【００３４】この例では、差圧計７で測定される差圧を
Δｐe とすると、式（８）に相当する補正式は、式（１
１）として得られる。[0034] In this example, the differential pressure measured at the differential pressure gauge 7 When Delta] p e, correction formula corresponding to formula (8), equation (1
Obtained as 1).
【００３５】[0035]
【数１１】 [Equation 11]
【００３６】従って、このΔｐの値を用いて、式（９）
より流速ｕ1 が求められ、さらに、その流速ｕ1 に断面
積Ａ1 を掛けることにより流体１０の流量を求めること
ができる。この場合には、スタティックミキサのような
障害物がないため、詰まりやすい流体を測定する時でも
詰まりが生じる危険が少なくなり、メンテナンスを容易
に行えるという利点がある。Therefore, using the value of Δp, the equation (9)
The flow velocity u 1 is further obtained, and the flow rate of the fluid 10 can be obtained by multiplying the flow velocity u 1 by the cross-sectional area A 1 . In this case, since there is no obstacle such as a static mixer, there is an advantage that the risk of clogging is reduced even when measuring a clogged fluid, and maintenance can be easily performed.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の差圧式流
量計によれば、高粘度流体や低流速の流体を測定すると
きに流出係数が適切に補正されるため、正確に流量計測
を行うことができる。また、多相流流量の計測において
は、各相の状態が変化しても影響を受けることなく計測
を行うことができる。As described above, according to the differential pressure type flow meter of the present invention, the outflow coefficient is appropriately corrected when measuring a high viscosity fluid or a fluid having a low flow velocity, so that the flow rate can be accurately measured. It can be carried out. In the measurement of the flow rate of the multiphase flow, the measurement can be performed without being affected even if the state of each phase changes.
【図１】 従来のベンチュリ流量計の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional Venturi flow meter.
【図２】 従来の圧力変化量を用いた水、油および空気
からなる流体の平均密度と測定によって得られた平均密
度の関係図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an average density of a fluid composed of water, oil, and air using a conventional pressure change amount and an average density obtained by measurement.
【図３】 本発明の差圧式流量計の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a differential pressure type flow meter according to the present invention.
【図４】 本発明の補正圧力変化量を用いた場合の水、
油および空気からなる流体の平均密度と測定によって得
られた平均密度の関係図である。FIG. 4 shows water when the corrected pressure change amount of the present invention is used.
It is a relation diagram of the average density of the fluid which consists of oil and air, and the average density obtained by measurement.
【図５】 本発明の他の差圧式流量計の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of another differential pressure type flow meter of the present invention.
１ ベンチュリ管 ２ 差圧計 ３ 絶対圧計 ４ スタティックミキサ ５ 絶対圧計 ６ 演算装置 ７ 差圧計 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Venturi tube 2 Differential pressure gauge 3 Absolute pressure gauge 4 Static mixer 5 Absolute pressure gauge 6 Operation device 7 Differential pressure gauge
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591234178 帝国石油株式会社 東京都渋谷区幡ケ谷１丁目31番10号 (71)出願人 000006507 横河電機株式会社 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 (72)発明者 笛木 学 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 西 智美 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 田中 仁章 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 山崎 大輔 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F030 CA04 CC01 CC06 CD20 CE04 CE40 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (71) Applicant 591234178 Teikoku Oil Co., Ltd. 1-31-10 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo (71) Applicant 000006507 Yokogawa Electric Corporation 2-9-132 Nakamachi, Musashino-shi, Tokyo (72) Inventor Manabu Fueki 2-9-32 Nakamachi, Musashino City, Tokyo Inside Yokogawa Electric Corporation (72) Inventor Tomomi Nishi 2-9-132 Nakamachi, Musashino City, Tokyo Inside Yokogawa Electric Corporation (72 ) Inventor, Hitoshi Tanaka 2-9-132 Nakamachi, Musashino-shi, Tokyo Inside Yokogawa Electric Corporation (72) Inventor Daisuke Yamazaki 2-9-132 Nakamachi, Musashino-shi, Tokyo F-term in Yokogawa Electric Corporation Reference) 2F030 CA04 CC01 CC06 CD20 CE04 CE40
Claims (4)
び流速を求め、流体の流量を算出する流量測定方法にお
いて、 管路を流れる流体の圧力損失によって生じる第１の差圧
を測定する装置を設け、 前記第１の差圧と、前記絞り機構の入口と絞り部の間の
第２の差圧とから、ベルヌーイの定理に従う管路断面積
が変化したことのみによる補正圧力変化量を算出し、こ
の補正圧力変化量を利用して流体の流速を求め、その流
速と管路断面積とから流体の流量を算出する流量測定方
法。1. A flow rate measuring method for calculating a fluid flow rate by obtaining a pressure change amount and a flow rate of a fluid using a throttle mechanism, wherein a first differential pressure generated by a pressure loss of a fluid flowing through a pipeline is measured. A device is provided, from the first differential pressure and the second differential pressure between the inlet of the throttle mechanism and the throttle unit, a correction pressure change amount only due to a change in a pipe cross-sectional area according to Bernoulli's theorem. A flow measurement method for calculating the flow rate of a fluid using the corrected pressure change amount and calculating the flow rate of the fluid from the flow rate and the cross-sectional area of the pipeline.
び流速を求め、流体の流量を算出する差圧式流量計にお
いて、 管路を流れる流体の圧力損失によって生じる第１の差圧
を測定する装置を設け、 前記第１の差圧と、前記絞り機構の入口と絞り部の間の
第２の差圧とから、ベルヌーイの定理に従う管路断面積
が変化したことのみによる補正圧力変化量を算出し、こ
の補正圧力変化量を利用して流体の流速を求め、その流
速と管路断面積とから流体の流量を算出する演算手段を
備えた差圧式流量計。2. A differential pressure type flow meter for calculating a flow rate of a fluid by obtaining a pressure change amount and a flow velocity of a fluid using a throttle mechanism, and measuring a first differential pressure generated by a pressure loss of a fluid flowing through a pipeline. A correction pressure change amount based only on a change in the cross-sectional area of a pipe according to Bernoulli's theorem, based on the first differential pressure and the second differential pressure between the inlet of the throttle mechanism and the throttle section. A differential pressure type flow meter comprising calculating means for calculating the flow velocity of the fluid using the corrected pressure change amount, and calculating the flow rate of the fluid from the flow velocity and the cross-sectional area of the pipeline.
は下流に配置したスタティックミキサによるものである
請求項２記載の差圧式流量計。3. The differential pressure type flow meter according to claim 2, wherein the pressure loss is caused by a static mixer disposed upstream or downstream of the throttle mechanism.
である請求項２記載の差圧式流量計。4. The differential pressure type flow meter according to claim 2, wherein said pressure loss is caused by said throttle mechanism.
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|---|---|---|---|
| JP11052125A JP2000249579A (en) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | Flow-rate measurement method and differential- pressure-type flowmeter utilizing it |
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1999
- 1999-03-01 JP JP11052125A patent/JP2000249579A/en active Pending
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