JPH1164067A - 多相流流量計 - Google Patents
多相流流量計Info
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- JPH1164067A JPH1164067A JP21656497A JP21656497A JPH1164067A JP H1164067 A JPH1164067 A JP H1164067A JP 21656497 A JP21656497 A JP 21656497A JP 21656497 A JP21656497 A JP 21656497A JP H1164067 A JPH1164067 A JP H1164067A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 混合物の不均一分布に基づく静電容量の測定
誤差を防止して、各成分別すなわち各相別の流量を正確
に測定しうる多相流流量計を提供する。 【解決手段】 管路12を流れる多相流体11の流れ方
向と略直角に該管路内に設けられた該管路断面と略同じ
大きさの網目状の第1電極23、33と、この第1電極
と対向させて管路12内に設けられた該管路断面と略同
じ大きさの網目状の第2の電極24、34と、これら第
1電極と前記第2の電極との間の静電容量を測定して多
相流体11の相割合を求める混合物相割合測定センサ
を、所定の間隔で管路12の二カ所に設置し、さらに管
路12にベンチュリ管51を設け、多相流体の各成分の
相割合、流速およびベンチュリ管の差圧から、多相流体
の各相の流量を求める。
誤差を防止して、各成分別すなわち各相別の流量を正確
に測定しうる多相流流量計を提供する。 【解決手段】 管路12を流れる多相流体11の流れ方
向と略直角に該管路内に設けられた該管路断面と略同じ
大きさの網目状の第1電極23、33と、この第1電極
と対向させて管路12内に設けられた該管路断面と略同
じ大きさの網目状の第2の電極24、34と、これら第
1電極と前記第2の電極との間の静電容量を測定して多
相流体11の相割合を求める混合物相割合測定センサ
を、所定の間隔で管路12の二カ所に設置し、さらに管
路12にベンチュリ管51を設け、多相流体の各成分の
相割合、流速およびベンチュリ管の差圧から、多相流体
の各相の流量を求める。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水と油等から成る
混合物の各成分毎(各相毎)の流量を測定する多相流流
量計に関する。
混合物の各成分毎(各相毎)の流量を測定する多相流流
量計に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は従来より一般に使用されている多
相流流量計の構成図である。図において、201は複数
の流体の混合物である測定流体、202は測定流体20
1が流れる管路、203は管路202に設けられたベン
チュリ管、204はベンチュリ管203の入り口205
と頸部206との間に設けられた差圧計、207はベン
チュリ管203の頸部206の後半部に設けられたコン
デンサである。また、208はコンデンサ207に接続
された静電容量測定装置、209は差圧計204の検出
信号△Pと静電容量測定装置208の測定信号ρから質
量流量を求める評価装置、210は評価装置209の結
果を表示する指示計である。
相流流量計の構成図である。図において、201は複数
の流体の混合物である測定流体、202は測定流体20
1が流れる管路、203は管路202に設けられたベン
チュリ管、204はベンチュリ管203の入り口205
と頸部206との間に設けられた差圧計、207はベン
チュリ管203の頸部206の後半部に設けられたコン
デンサである。また、208はコンデンサ207に接続
された静電容量測定装置、209は差圧計204の検出
信号△Pと静電容量測定装置208の測定信号ρから質
量流量を求める評価装置、210は評価装置209の結
果を表示する指示計である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記装置は、ベンチュ
リ管203の最小径の部分で測定流体201の各成分が
均質に混ざった状態となり、混合物の各成分の不均一分
布の影響はないことを前提にしたものである。しかしな
がら実際には、流速や各成分の相割合の広い範囲にわた
って均質に混合することは困難であり、したがって、コ
ンデンサ207の静電容量測定値から求められる測定流
体201の相割合が精度良く測定できず、その相割合を
利用して得られる流量も正確なものではなかった。本願
発明は、これらの課題を解決するためになされたもの
で、混合物の不均一分布に基づく静電容量等の測定誤差
を防止して、各成分別すなわち各相別の流量を正確に測
定しうる多相流流量計を提供することを目的とする。
リ管203の最小径の部分で測定流体201の各成分が
均質に混ざった状態となり、混合物の各成分の不均一分
布の影響はないことを前提にしたものである。しかしな
がら実際には、流速や各成分の相割合の広い範囲にわた
って均質に混合することは困難であり、したがって、コ
ンデンサ207の静電容量測定値から求められる測定流
体201の相割合が精度良く測定できず、その相割合を
利用して得られる流量も正確なものではなかった。本願
発明は、これらの課題を解決するためになされたもの
で、混合物の不均一分布に基づく静電容量等の測定誤差
を防止して、各成分別すなわち各相別の流量を正確に測
定しうる多相流流量計を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
管路を流れる混合物の流れ方向と略直角に該管路内に設
けられた該管路断面と略同じ大きさの網目状の第1電極
と、前記第1電極と対向させて前記管路内に設けられた
該管路断面と略同じ大きさの網目状の第2の電極と、前
記第1電極と前記第2の電極との間の静電容量を測定す
る静電容量測定装置と、測定された静電容量から前記混
合物の各成分の相割合を求める相割合演算装置とを備え
た混合物相割合測定センサを、所定の間隔で前記管路の
2カ所に設置し、前記2つの混合物相割合測定センサの
出力である各成分の相割合の時間的変動の相関から前記
混合物の流速を演算する速度演算装置と、前記管路にベ
ンチュリ管を設けてその絞り部の差圧を測定する圧力セ
ンサとを備え、混合物の各成分の相割合、混合物の流速
およびベンチュリ管の絞り部の差圧から、混合物の各相
の流量を求める演算処理装置とを備えた多相流流量計。
管路を流れる混合物の流れ方向と略直角に該管路内に設
けられた該管路断面と略同じ大きさの網目状の第1電極
と、前記第1電極と対向させて前記管路内に設けられた
該管路断面と略同じ大きさの網目状の第2の電極と、前
記第1電極と前記第2の電極との間の静電容量を測定す
る静電容量測定装置と、測定された静電容量から前記混
合物の各成分の相割合を求める相割合演算装置とを備え
た混合物相割合測定センサを、所定の間隔で前記管路の
2カ所に設置し、前記2つの混合物相割合測定センサの
出力である各成分の相割合の時間的変動の相関から前記
混合物の流速を演算する速度演算装置と、前記管路にベ
ンチュリ管を設けてその絞り部の差圧を測定する圧力セ
ンサとを備え、混合物の各成分の相割合、混合物の流速
およびベンチュリ管の絞り部の差圧から、混合物の各相
の流量を求める演算処理装置とを備えた多相流流量計。
【0005】請求項2に係る発明は、管路を流れる混合
物の流れ方向と略直角に該管路内に設けられた該管路断
面と略同じ大きさの網目状の第1電極と、前記第1電極
と対向させて前記管路内に設けられた該管路断面と略同
じ大きさの網目状の第2の電極と、前記第1電極と前記
第2の電極との間の静電容量を測定する静電容量測定装
置と、測定された静電容量から前記混合物の各成分の相
割合を求める相割合演算装置とを備えた混合物相割合測
定センサを、所定の間隔で前記管路の2カ所に設置し、
前記2つの混合物相割合測定センサの出力である各成分
の相割合の時間的変動の相関から前記混合物の流速を演
算する速度演算装置と、前記管路にベンチュリ管を設け
てその絞り部の差圧から混合物の絶対圧力を測定する絶
対圧力計と、前記混合物の温度を測定する温度計とを備
え、前記絶対圧力計と前記温度計から得られる混合物の
物性値、混合物の各成分の相割合および流速から、混合
物の各相の流量を求める演算処理装置とを備えた多相流
流量計。
物の流れ方向と略直角に該管路内に設けられた該管路断
面と略同じ大きさの網目状の第1電極と、前記第1電極
と対向させて前記管路内に設けられた該管路断面と略同
じ大きさの網目状の第2の電極と、前記第1電極と前記
第2の電極との間の静電容量を測定する静電容量測定装
置と、測定された静電容量から前記混合物の各成分の相
割合を求める相割合演算装置とを備えた混合物相割合測
定センサを、所定の間隔で前記管路の2カ所に設置し、
前記2つの混合物相割合測定センサの出力である各成分
の相割合の時間的変動の相関から前記混合物の流速を演
算する速度演算装置と、前記管路にベンチュリ管を設け
てその絞り部の差圧から混合物の絶対圧力を測定する絶
対圧力計と、前記混合物の温度を測定する温度計とを備
え、前記絶対圧力計と前記温度計から得られる混合物の
物性値、混合物の各成分の相割合および流速から、混合
物の各相の流量を求める演算処理装置とを備えた多相流
流量計。
【0006】
実施の形態1.図1は本発明の多相流流量計の別の構成
図である。ここで、21は混合物相割合測定センサであ
って、測定しようとする多相流体11が流れる管路12
内に対向して設けられた第1容量電極23と第2容量電
極24、および第1容量電極23と第2容量電極24と
の間の静電容量を測定する静電容量測定装置22とを有
する。また、31は混合物相割合測定センサ21から距
離Lだけ下流に配置された混合物相割合測定センサであ
って、測定しようとする多相流体11が流れる管路12
内に対向して設けられた第1容量電極33と第2容量電
極34、および第1容量電極33と第2容量電極34と
の間の静電容量を測定する静電容量測定装置32とを有
する。50は2つの混合物相割合測定センサ21,31
の出力の相関を取る相関演算装置である。51はベンチ
ュリ管で、52はベンチュリ管51の上流入り口部とス
ロート部の差圧を測定する差圧センサである。また、6
1は混合物相割合測定センサ21、31、相関演算装置
50、差圧センサ52の出力を受け取り多相流体11の
各相の相割合、速度および流量を計算をする演算処理装
置である。なお、各相の相割合と速度を計算する演算処
理装置については、各混合物相割合測定センサ毎に設け
てもよい。
図である。ここで、21は混合物相割合測定センサであ
って、測定しようとする多相流体11が流れる管路12
内に対向して設けられた第1容量電極23と第2容量電
極24、および第1容量電極23と第2容量電極24と
の間の静電容量を測定する静電容量測定装置22とを有
する。また、31は混合物相割合測定センサ21から距
離Lだけ下流に配置された混合物相割合測定センサであ
って、測定しようとする多相流体11が流れる管路12
内に対向して設けられた第1容量電極33と第2容量電
極34、および第1容量電極33と第2容量電極34と
の間の静電容量を測定する静電容量測定装置32とを有
する。50は2つの混合物相割合測定センサ21,31
の出力の相関を取る相関演算装置である。51はベンチ
ュリ管で、52はベンチュリ管51の上流入り口部とス
ロート部の差圧を測定する差圧センサである。また、6
1は混合物相割合測定センサ21、31、相関演算装置
50、差圧センサ52の出力を受け取り多相流体11の
各相の相割合、速度および流量を計算をする演算処理装
置である。なお、各相の相割合と速度を計算する演算処
理装置については、各混合物相割合測定センサ毎に設け
てもよい。
【0007】混合物相割合測定センサ21,31は、平
板状で網目状(又は格子状)の電極を利用したものであ
り、この混合物相割合測定センサを、図2に示す電極部
斜視図、図3の電極部分の詳細図を対照しながら説明す
る。23は、多相流体11の流れ面に対して略直角でか
つ管路12に嵌合させて管路12内に設けられた網目状
の第1容量電極であり、24は第1容量電極23に対向
して管路12に嵌合させて管路12内に設けられた、少
なくとも1枚の格子状の第2容量電極である。したがっ
て、この例では1枚の電極のみ使用されているが、2枚
以上設けてもよい。
板状で網目状(又は格子状)の電極を利用したものであ
り、この混合物相割合測定センサを、図2に示す電極部
斜視図、図3の電極部分の詳細図を対照しながら説明す
る。23は、多相流体11の流れ面に対して略直角でか
つ管路12に嵌合させて管路12内に設けられた網目状
の第1容量電極であり、24は第1容量電極23に対向
して管路12に嵌合させて管路12内に設けられた、少
なくとも1枚の格子状の第2容量電極である。したがっ
て、この例では1枚の電極のみ使用されているが、2枚
以上設けてもよい。
【0008】混合物相割合測定センサ21,31は、図
3に示すように、網目状になった第1容量電極と第2容
量電極の間に、電気力線が通過することにより生じた両
電極間の静電容量Cを測定する。これによれば、第1容
量電極及び第2容量電極を形成する多数の電極間の静電
容量を測定することになり、全体としてはこれらの和が
出力されて、従って、全体として混合物の分布の影響が
低減される。そして、この測定された静電容量を基に、
演算処理装置61が、下記のような関係から混合物の相
割合および速度を算出する。
3に示すように、網目状になった第1容量電極と第2容
量電極の間に、電気力線が通過することにより生じた両
電極間の静電容量Cを測定する。これによれば、第1容
量電極及び第2容量電極を形成する多数の電極間の静電
容量を測定することになり、全体としてはこれらの和が
出力されて、従って、全体として混合物の分布の影響が
低減される。そして、この測定された静電容量を基に、
演算処理装置61が、下記のような関係から混合物の相
割合および速度を算出する。
【0009】例えば、混合物が、水と油と空気とからな
る場合、εw を水の誘電率、εo を油の誘電率、そして
εa を空気の誘電率とすると、静電容量Cは、 C=Hw・Kw・εw +Ho・Kp・εo +Ha・Ka・εa (1) の関係がある。ここで、Hw、Ho、Haは、それぞれ
水、油、空気の相割合、Kw、Ko、Kaは定数であ
る。また、ρm を混合物の平均密度、ρw を水の密度、
ρo を油の密度、そしてρa を空気の密度とすると、 ρm =Hw・ρw +Ho・ρo +Ha・ρa (2) であり、さらに、 1=Hw+Ho+Ha (3) という関係がある。
る場合、εw を水の誘電率、εo を油の誘電率、そして
εa を空気の誘電率とすると、静電容量Cは、 C=Hw・Kw・εw +Ho・Kp・εo +Ha・Ka・εa (1) の関係がある。ここで、Hw、Ho、Haは、それぞれ
水、油、空気の相割合、Kw、Ko、Kaは定数であ
る。また、ρm を混合物の平均密度、ρw を水の密度、
ρo を油の密度、そしてρa を空気の密度とすると、 ρm =Hw・ρw +Ho・ρo +Ha・ρa (2) であり、さらに、 1=Hw+Ho+Ha (3) という関係がある。
【0010】いま、混合物相割合測定センサ21から出
力された信号と同じ信号が、τ0 秒後に混合物相割合測
定センサ31から出力されものとし、混合物相割合測定
センサ21で測定される時系列信号をS21(t)、混
合物相割合測定センサ31で測定される時系列信号をS
31(t)とすると、混合物相割合測定センサ21と3
1からの信号の相互相関関数Φは、以下のように表すこ
とができる。
力された信号と同じ信号が、τ0 秒後に混合物相割合測
定センサ31から出力されものとし、混合物相割合測定
センサ21で測定される時系列信号をS21(t)、混
合物相割合測定センサ31で測定される時系列信号をS
31(t)とすると、混合物相割合測定センサ21と3
1からの信号の相互相関関数Φは、以下のように表すこ
とができる。
【0011】
【数1】
【0012】ここで、Tは演算する時間である。この相
互相関関数Фの曲線は、τ=τ0 で極大値を持つが、こ
のτ0 は、相互相関関数Фの微分値を求めることにより
得られ、それは相関演算装置50で行われる。τ0 が決
定すれば、多相流体の速度Vは、V=L/τ0 で求ま
る。
互相関関数Фの曲線は、τ=τ0 で極大値を持つが、こ
のτ0 は、相互相関関数Фの微分値を求めることにより
得られ、それは相関演算装置50で行われる。τ0 が決
定すれば、多相流体の速度Vは、V=L/τ0 で求ま
る。
【0013】ベンチュリ管51の差圧△pは多相流の平
均密度ρm と流速Vの関数になっている。従って、各成
分の密度がわかっていれば、混合物相割合測定センサか
らの静電容量の値及び差圧センサ52の差圧から、各相
の流量を求めることができる。たとえば、水と油と空気
とから成る多相流体の場合、水、油、空気の密度をそれ
ぞれ、ρw 、ρo 、ρa とし、水、油、空気の流速をそ
れぞれ、Vw、Vo、Vaとすると、 ρm =F(△p、Vw、Vo、Va) で表せる。また、既に説明した(1)式、(2)式、
(3)式より、各相の相割合Hw、Ho、Haが求ま
る。
均密度ρm と流速Vの関数になっている。従って、各成
分の密度がわかっていれば、混合物相割合測定センサか
らの静電容量の値及び差圧センサ52の差圧から、各相
の流量を求めることができる。たとえば、水と油と空気
とから成る多相流体の場合、水、油、空気の密度をそれ
ぞれ、ρw 、ρo 、ρa とし、水、油、空気の流速をそ
れぞれ、Vw、Vo、Vaとすると、 ρm =F(△p、Vw、Vo、Va) で表せる。また、既に説明した(1)式、(2)式、
(3)式より、各相の相割合Hw、Ho、Haが求ま
る。
【0014】以上によって、各成分の流速と相割合が得
られるので、水、油、空気のそれぞれの流量Qw、Q
o、Qaは、Qw=Hw・A・Vw、 Qo=Ho・A
・Vo、 Qa=Ha・A・Vaとして求められる。こ
こで、Aは混合物の管路12の断面積である。
られるので、水、油、空気のそれぞれの流量Qw、Q
o、Qaは、Qw=Hw・A・Vw、 Qo=Ho・A
・Vo、 Qa=Ha・A・Vaとして求められる。こ
こで、Aは混合物の管路12の断面積である。
【0015】実施の形態2.実施の形態1での差圧セン
サ52に代えて、絶対圧力センサ及び温度センサからの
出力を用いることもできる。図4にその構成図を示す。
ベンチュリ管51の差圧は、2台の絶対圧力センサ7
1、72で検出してその出力を演算処理装置61に送
り、数値的に差を取って差圧とする。また、多相流体の
温度を温度計81で測定し、その信号も演算処理装置6
1に信号送る。ベンチュリ管51の上流にある絶対圧力
センサ71の信号と温度計81の信号から、演算処理装
置61において、多相流体の密度、粘度などが物性値表
との対照や計算により求められる。この場合、測定点で
標準状態(摂氏0℃、1気圧)でなくても、物性値表を
用いることにより混合物の各成分の密度や静電容量など
の物性値を補正して、標準状態での流量に換算すること
ができる。
サ52に代えて、絶対圧力センサ及び温度センサからの
出力を用いることもできる。図4にその構成図を示す。
ベンチュリ管51の差圧は、2台の絶対圧力センサ7
1、72で検出してその出力を演算処理装置61に送
り、数値的に差を取って差圧とする。また、多相流体の
温度を温度計81で測定し、その信号も演算処理装置6
1に信号送る。ベンチュリ管51の上流にある絶対圧力
センサ71の信号と温度計81の信号から、演算処理装
置61において、多相流体の密度、粘度などが物性値表
との対照や計算により求められる。この場合、測定点で
標準状態(摂氏0℃、1気圧)でなくても、物性値表を
用いることにより混合物の各成分の密度や静電容量など
の物性値を補正して、標準状態での流量に換算すること
ができる。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、管路を流れる混合物で
ある多相流体の流れ方向と略直角に該管路内に設けられ
た該管路断面と略同じ大きさの網目状の第1電極と、こ
の第1電極に対向させて管路内に設けられた該管路断面
と略同じ大きさの網目状の第2電極との間の静電容量を
測定することにより多相流体の相割合を測定する混合物
割合測定センサを流れ方向に並べ、相割合の変動の時間
遅れから流速を測定するとともに、ベンチュリ管の差圧
信号を組み合わせたので、混合物の不均一分布に影響さ
れることなく、各相の流量を正確に求めることができ
る。
ある多相流体の流れ方向と略直角に該管路内に設けられ
た該管路断面と略同じ大きさの網目状の第1電極と、こ
の第1電極に対向させて管路内に設けられた該管路断面
と略同じ大きさの網目状の第2電極との間の静電容量を
測定することにより多相流体の相割合を測定する混合物
割合測定センサを流れ方向に並べ、相割合の変動の時間
遅れから流速を測定するとともに、ベンチュリ管の差圧
信号を組み合わせたので、混合物の不均一分布に影響さ
れることなく、各相の流量を正確に求めることができ
る。
【図1】 本発明の多相流流量計の構成図である。
【図2】 混合物相割合測定センサの電極部斜視図であ
る。
る。
【図3】 網目状電極の部分詳細図である。
【図4】 本発明の多相流流量計の別の構成図である。
【図5】 従来の多相流流量計の構成図である。
11 多相流体、 12 管路、 21,31 混合物
相割合測定センサ、22,32 静電容量測定装置、
23,33 第1容量電極、24,34 第2容量電
極、 51 ベンチュリ管、 52 差圧センサ、61
演算処理装置、71,72 絶対圧力センサ、 81
温度計。
相割合測定センサ、22,32 静電容量測定装置、
23,33 第1容量電極、24,34 第2容量電
極、 51 ベンチュリ管、 52 差圧センサ、61
演算処理装置、71,72 絶対圧力センサ、 81
温度計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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 (72)発明者 春山 周一 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
Claims (2)
- 【請求項1】 管路を流れる混合物の流れ方向と略直角
に該管路内に設けられた該管路断面と略同じ大きさの網
目状の第1電極と、 前記第1電極と対向させて前記管路内に設けられた該管
路断面と略同じ大きさの網目状の第2の電極と、 前記第1電極と前記第2の電極との間の静電容量を測定
する静電容量測定装置と、 測定された静電容量から前記混合物の各成分の相割合を
求める相割合演算装置とを備えた混合物相割合測定セン
サを、所定の間隔で前記管路の2カ所に設置し、 前記2つの混合物相割合測定センサの出力である各成分
の相割合の時間的変動の相関から前記混合物の流速を演
算する速度演算装置と、 前記管路にベンチュリ管を設けてその絞り部の差圧を測
定する圧力センサとを備え、 混合物の各成分の相割合、混合物の流速およびベンチュ
リ管の絞り部の差圧から、混合物の各相の流量を求める
演算処理装置とを備えた多相流流量計。 - 【請求項2】 管路を流れる混合物の流れ方向と略直角
に該管路内に設けられた該管路断面と略同じ大きさの網
目状の第1電極と、 前記第1電極と対向させて前記管路に設けられた該管路
断面と略同じ大きさの網目状の第2の電極と、 前記第1電極と前記第2の電極との間の静電容量を測定
する静電容量測定装置と、 測定された静電容量から前記混合物の各成分の相割合を
求める相割合演算装置とを備えた混合物相割合測定セン
サを、所定の間隔で前記管路の2カ所に設置し、 前記2つの混合物相割合測定センサの出力である各成分
の相割合の時間的変動の相関から前記混合物の流速を演
算する速度演算装置と、 前記管路にベンチュリ管を設けてその絞り部の差圧から
混合物の絶対圧力を測定する絶対圧力計と、 前記混合物の温度を測定する温度計とを備え、 前記絶対圧力計と前記温度計から得られる混合物の物性
値、混合物の各成分の相割合および流速から、混合物の
各相の流量を求める演算処理装置とを備えた多相流流量
計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21656497A JPH1164067A (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | 多相流流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP21656497A JPH1164067A (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | 多相流流量計 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1164067A true JPH1164067A (ja) | 1999-03-05 |
Family
ID=16690411
Family Applications (1)
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JP21656497A Pending JPH1164067A (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | 多相流流量計 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH1164067A (ja) |
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- 1997-08-11 JP JP21656497A patent/JPH1164067A/ja active Pending
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