JP3582575B2 - 管路内流体温度測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定管路の外より測定流体の温度測定と、その補正と、温度分布の推定とが可能で、安全な管路内流体温度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、測定管路に熱電対入りの保護管が取付られた例であり、例えば、書名；工業計測ハンドブック（トランジスタ式計器編） Ｐ５、発行日；昭和４２年６月１０日初版発行、編者；株式会社 横河電機製作所、発行所；東京電機大学出版局 に示されている。
【０００３】
図において、１は、測定流体２が内径内を流れる測定管路である。
３は、測定流体２に先端部分が露出するように、測定管路１に設けられた貫通孔４に挿入されて取付られた保護管である。
【０００４】
５は、図６に示す如く、保護管３に挿入された熱電対である。
６は、保護管３の取付けねじ、７は、保護管３の後端に設けられた端子箱である。
【０００５】
以上の構成において、測定流体２として、例えば、高温の液状の金属であるナトリウムが流され、熱電対４が、保護管３に保護されながら、ナトリウムの温度を測定する。
この場合、主要構成部品は、熱電対４と保護管３であるので、構成を簡潔にする事ができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な装置においては、保護管３の先端部分を、測定流体２に露出させるために、測定管路１に設けられた貫通孔４に挿入されている。
従って、質量の高い高温の液状の金属である、例えば、ナトリウムに、保護管３の先端部分は常に曝されるため、保護管３の強度が十分に確保されていても、予想外の力がかかり、破損することがある。
【０００７】
万一にも、破損した場合には、貫通孔４から、たとえば、高温の液体ナトリウムが外部に漏洩する恐れがあり、安全性に欠ける。
【０００８】
また、測定管路１内の測定流体２の温度分布も分からず、従って、正確な温度を測定しているかどうかも確認出来ない。
【０００９】
本発明は、この問題点を、解決するものである。
本発明の目的は、測定管路の外より測定流体の温度測定と、その補正と、温度分布の推定とが可能で、安全な管路内流体温度測定装置を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明は、
（１）電気伝導度が大なる測定流体が管路内を流れ該測定流体より小なる電気伝導度を有する測定管路と、該測定管路外に設けられ前記測定流体に電流を印加する電流印加手段と、前記測定管路外に設けられ前記測定流体によって生ずる電圧降下を検出し且つ前記測定流体の温度分布の形が推定可能な様に少なくとも第１，第２の２個の電圧降下検出手段と、
前記第１の電圧降下検出手段の検出値と前記測定流体の温度変化との関係と前記第１の電圧降下検出手段の検出値と前記第２の電圧降下検出手段の検出値との出力比と前記測定流体の温度変化との関係とから温度分布の形と真の測定流体の温度を演算する演算手段と
を具備してなる管路内流体温度測定装置。
（２）前記測定流体に交流電流を印加する電流印加手段を具備したことを特徴とする請求項１記載の管路内流体温度測定装置。
（３）前記測定管路外壁に取付られた電流電極を介して該測定管路壁を貫通して前記測定流体に電流を印加する電流印加手段を具備したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の管路内流体温度測定装置。
（４）前記測定管路外壁に取付られた電圧検出電極を介して該測定管路壁を通して前記測定流体の電圧を検出する電圧降下検出手段を具備したことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の管路内流体温度測定装置。
（５）前記電流電極に対して所定距離離して前記電圧検出電極が配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４記載の管路内流体温度測定装置。
【００１１】
【作用】
以上の構成において、電流電極、測定管路を介して、交流定電流源より測定流体に、電流が印加される。
印加された電流により生ずる測定管路内の電位分布を、電圧検出電極間の電位差として検出する。
【００１２】
測定管路の管壁材の電気伝導度が、測定管路内の測定流体の電気伝導度より小さいので、内部の電位分布を、殆どそのまま、測定管路の管壁外に取り出す事が出来る。
この検出値から、演算手段において、演算して測定流体の温度を測定する事が出来る。
【００１３】
なお、電圧降下検出手段を、複数組配置して、それぞれの測定値を比較する事により、測定管路内の温度分布、即ち、測定管路内の中心付近が高温で周辺はより低温である。或いは、一様な温度である。或いは、測定管路内の周辺が高温で中心付近はより低温である。等の温度の分布を推定することが出来る。
以下、実施例に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の原理的要部構成説明図、図４は、本発明の具体的一実施例の要部構成説明図である。
図において、１１は、電気伝導度が大なる測定流体１２が管路内を流れ、測定流体１２より小なる電気伝導度を有する測定管路である。
【００１５】
具体的には、例えば、測定流体１２は高温の液体ナトリウム、測定管路１１はステンレス材よりなる様な関係にある場合を言う。
なお、測定管路１１は、この場合は、円管が使用されている。
【００１６】
１３は、測定管路１１外に設けられ、測定流体１２に電流を印加する電流印加手段である。この場合は、交流定電流源が使用されている。
【００１７】
１４は、測定管路１１の外壁に取付られた電流電極である。
電流電極１４は、この場合は、測定管路１１の９０度と２７０度の位置に配置されているが、対称性を利用するためであり、この位置に限定されるものではない。
【００１８】
電流印加手段１３は、電流電極１４を介して、測定管路１１の壁を貫通して、測定流体１２に電流を印加する。
１５は、測定管路１１の外に設けられ、測定流体１２によって生ずる電圧降下を検出する、電圧降下検出手段である。
【００１９】
この場合は、２個の交流電圧計Ａ，Ｂが使用されている。
１６は、測定管路１１の外壁に取付られた電圧検出電極である。
電圧降下検出手段１５は、電圧検出電極１６を介して、測定管路１１の壁を通して、測定流体の１２の電圧を検出する。
【００２０】
１７は、電圧降下検出手段１５の検出値より、測定流体１２の電気伝導度の温度依存性を利用して、測定流体１２の温度を演算する演算手段である。
なお、電圧降下検出手段１５、電圧検出電極１６、演算手段１７は、この場合は、Ａ，Ｂの２組が使用されている。
【００２１】
この場合、電圧検出電極１６Ａは、８０度と２８０度、電圧検出電極１６Ｂは、６０度と３００度の位置に配置されている（以下、電圧検出電極１６Ａを「８０度電極」、電圧検出電極１６Ｂを「６０度電極」と称する。）。
【００２２】
以上の構成において、電流電極１４、測定管路１１を介して、交流定電流源１３より測定流体１２に、電流が印加される。
印加された電流により生ずる測定管路１１内の電位分布を、電圧検出電極１６間の電位差として検出する。
【００２３】
測定管路１１の管壁材の電気伝導度が、測定管路１１内の測定流体１２の電気伝導度より小さいので、内部の電位分布を、殆どそのまま、測定管路１１の管壁外に取り出す事が出来る。
この検出値から、演算手段１７において、演算して測定流体１２の温度を測定する事が出来る。
【００２４】
次に、温度分布の形の検出については、異なる位置に設けられた、電圧検出電極１６Ａと１６Ｂとで検出された電位差の電圧比が、温度分布の情報を有している事に着目したものである。
【００２５】
なお、温度分布は、測定管路１１内で管軸対称と仮定する。
この仮定は、熱伝導率の高い測定流体１２が定常的に流れている場合には、適切な仮定である。
【００２６】
図２は、縦軸に示されている、６０度電極（電圧検出電極１６Ｂ）の電位差と８０度電極（電圧検出電極１６Ａ）の電位差との比と、横軸に示されている、温度変化との関係を示すグラフで、シュミレーションにより求めたものである。
【００２７】
横軸は、温度４００度を中心として、中心部或いは周辺部のみが±２０，±４０，±６０度変化させたときの温度である。
中心部と周辺部との面積比を１としているので、平均温度の変化は、最大±３０度である。
【００２８】
曲線１は温度均一変化、曲線２は中心部のみ変化、曲線３は周辺部のみ変化した場合を示す。
曲線１より上の部分は、中心部が周辺部より高温、曲線１より下の部分は、周辺部が中心部より高温であることを意味している事が分かる。
【００２９】
以上の事から、破線１、２、３は、それぞれ中心部が２０度、４０度、６０度高い状態を表示している。
同様に、破線４、５、６は、それぞれ中心部が２０度、４０度、６０度低い状態を表示している。
【００３０】
図３は、縦軸に示されている、８０度電極（電圧検出電極１６Ａ）の電位差（出力電圧）と、横軸に示されている、温度変化との関係を示すグラフで、シュミレーションにより求めたものである。
横軸は、温度４００度を中心として、中心部或いは周辺部のみが±２０，±４０，±６０度変化させたときの温度である。
【００３１】
中心部と周辺部との面積比を１としているので、平均温度の変化は、最大±３０度である。
【００３２】
曲線１は温度均一変化、曲線２は中心部のみ変化、曲線３は周辺部のみ変化した場合である。
曲線１より上の部分は、中心部が周辺部より高温、曲線１より下の部分は、周辺部が中心部より高温であることを意味している。
【００３３】
以上の事から、破線１、２、３は、それぞれ中心部が２０度、４０度、６０度高い状態を表示している。
同様に、破線４、５、６は、それぞれ中心部が２０度、４０度、６０度低い状態を表示している。
【００３４】
ここで、温度分布の形を求める具体例を示す。
図３に示す如く、８０度電極（電圧検出電極１６Ａ）の出力電圧が、例えば、０．６３Ｖとすると、図３の曲線１を使用して、曲線１と０．６３Ｖとの交点から、温度仮推定値（１）を求める。
ここでは、温度分布は、一様な温度分布と仮定して、４２６度となる。
【００３５】
次に、図２に示す如く、８０度電極（電圧検出電極１６Ａ）の出力電圧が０．６３Ｖの時の、８０度電極（電圧検出電極１６Ａ）と６０度電極（電圧検出電極１６Ｂ）との出力比の値と、温度仮推定値（１）とから交点Ｐを求める。
【００３６】
この場合は、出力比が０．５５であったとする。
交点Ｐが、曲線１の上にあれば、温度分布は一様であり、一様な温度分布の場合は、この温度仮推定値（１）がそのまま求める測定値となる。
【００３７】
出力比が０．５５であると、温度仮推定値（１）と０．５５との交点Ｐは、曲線１上ではないので、温度分布は中心部が高い。
交点Ｐが、曲線１の上になければ、破線に基づく温度を読取り、この場合は、＋４０度である。
図３にＰ点を移す。Ｐ点から破線に平行移動して、電圧０．６３Ｖとの交点Ｑに対応する横軸の温度が温度推定値（２）であり、平均温度は４２０度である。る。
【００３８】
この温度推定値（２）が、より真の値に近い平均温度を示し、交点Ｑと破線１、２、３との位置関係から概略の温度分布が推定できる。
すなわち、この場合は、中心部が４０度高い事を示している。
【００３９】
図４は、本発明の具体的一実施例の要部構成説明図である。
図において、図１と同一記号の構成は同一機能を表わす。
以下、図１と相違部分のみ説明する。
【００４０】
図において、２１は、電流電極１４に接続された１００：１の変流器である。２２は、変流器２１に接続され、定電流を増幅する定電流出力増幅器である。
２３は、定電流出力増幅器２２に接続された低周波発振器である。
【００４１】
３１Ａは、電圧検出電極１６Ａに接続された１：１００の変圧器Ａである。
なお、電圧検出電極１６Ａは、この場合は、測定管路１１の８０度と２８０度に配置されている。
【００４２】
３１Ｂは、電圧検出電極１６Ｂに接続された１：１００の変圧器Ｂである。
なお、電圧検出電極１６Ｂは、この場合は、測定管路１１の６０度と３００度に配置されている。
【００４３】
３２Ａは、変圧器Ａ３１Ａの信号を増幅する増幅器Ａである。
３２Ｂは、変圧器Ｂ３１Ｂの信号を増幅する増幅器Ｂである。
３３は、増幅器Ａ３２Ａと増幅器Ｂ３２Ｂとの信号より、測定管路１１内の測定流体１２の温度分布状態を判別する温度分布判別処理回路である。
【００４４】
３４は、温度分布判別処理回路３３からの信号により、測定管路１１内の測定流体１２の温度を指示する温度指示装置である。
３５は、温度分布判別処理回路３３からの信号により、測定管路１１内の測定流体１２の温度分布状態を指示する温度分布指示装置である。
【００４５】
以上の構成において、肉厚１ｃｍ、直径約６０ｃｍのステンレス鋼管の測定管路１１を使用するとすると、電流電極１４間の抵抗、すなわち、管路内抵抗は、測定流体１２がナトリウムの場合、数十μΩであり、温度１００〜６００℃の範囲で、＋０．４７５％／Ｋの温度係数を有している。
【００４６】
測定流体１２の抵抗値が低いので、定電流出力増幅器２２（出力振幅一定）の電流、たとえば、１００ｍＡを、変流器２１により、たとえば、１０Ａに変換する。
【００４７】
また、電圧検出電極１６間の電位差は、小さいので、変圧器３１で１００倍に昇圧する。
電圧検出電極１６Ａ（電極の配置が８０度と２８０度）の場合、変圧器３１Ａの出力側で、測定流体１２の温度１度当たり、１９．８μＶの出力変化が得られる。
【００４８】
また、電圧検出電極１６Ｂ（電極の配置が６０度と３００度）の場合、変圧器３１Ｂの出力側で、測定流体１２の温度１度当たり、８．６μＶの出力変化が得られる。
【００４９】
電圧検出電極１６Ｂ（電極の配置が６０度と３００度）の場合、電圧検出電極１６Ａ（電極の配置が８０度と２８０度）の場合より、測定管路１１の中心部の温度に強く依存する。
【００５０】
この結果、
（１）電気伝導度が大なる測定流体１２が管路内を流れ、測定流体１２より小なる電気伝導度を有する測定管路１１と、測定管路１１外に設けられ測定流体１２に電流を印加する電流印加手段１３と、測定管路１１外に設けられ測定流体１２によって生ずる電圧降下を検出する電圧降下検出手段１５と、電圧降下検出手段１５の検出値より測定流体１２の温度を演算する演算手段１７とが設けられた。
【００５１】
従って、測定管路１１の外壁から、測定管路１１の管路内の測定流体１２の温度を測定出来、温度測定のために、測定管路１１の管壁を貫通する貫通孔４を開ける必要が無くなった。
【００５２】
このため、万一にも、測定装置が破損した場合に、貫通孔４から、高温の測定流体が外部に漏洩する恐れが全く無くなり、安全性が確保された管路内流体温度測定装置が得られる。
【００５３】
また、測定流体１２の温度分布の形が推定可能な様に、複数の電圧検出電極１６が設けられたので、測定流体１２の温度分布、即ち、測定管路１１内の中心付近が高温で周辺はより低温である。或いは、一様な温度である。或いは、測定管路１１内の周辺が高温で中心付近はより低温である。等の温度の分布を推定することが出来ると共に、測定温度の補正が出来、測定流体の温度の分布が推定可能で、精度が良好な管路内流体温度測定装置が得られる。
【００５４】
（２）異なる位置に設けられた、電位検出電極１６Ａと１６Ｂとで検出された電位差の電圧比が、温度分布の情報を有している事に着目して、測定流体１２の温度を演算手段１７で演算するようにしたので、測定温度の補正が出来、測定流体１２の温度の分布が推定可能で、精度が良好な管路内流体温度測定装置が得られる。
【００５５】
（３）測定流体１２に交流電流を印加する電流印加手段１５を使用すれば、安定な増幅が容易で、変圧器３１，変流器２１によりインピーダンスマッチングが可能な管路内流体温度測定装置が得られる。
【００５６】
（４）測定管路１１の外壁に取付られた電流電極１４を介して、測定管路１１の壁を貫通して、測定流体１２に電流を印加する電流印加手段を使用すれば、電流電極１４は、測定流体１２が流れる流路外に存在するので、電流電極１４を測定管路１１の壁を貫通させることによる構造上の複雑さや、測定流体１２の漏洩の危険を回避することが出来る。
【００５７】
さらに、測定流体１２の流れを乱す等の悪影響を、測定流体１２に与える事がないので、安全で信頼性が高く、測定精度の向上が図れる管路内流体温度測定装置が得られる。
【００５８】
また、電流電極１４自体も、測定流体１２に直接に接する事がないので、測定流体１２に侵食される等を考慮する必要がなく、材料選択の自由度が得られ、メンテナンスコストを低減出来る管路内流体温度測定装置が得られる。
【００５９】
（５）測定管路１１の外壁に取付られた電圧検出電極１６を介して、測定管路１１の壁を通して、測定流体１２の電圧を検出する電圧降下検出手段を使用すれば、電圧検出電極１６は、測定流体１２が流れる流路外に存在するので、電圧検出電極１６を測定管路１１の壁を貫通させることによる構造上の複雑さや、測定流体１２の漏洩の危険を回避することが出来る。
【００６０】
さらに、測定流体１２の流れを乱す等の悪影響を、測定流体１２に与える事がないので、安全で信頼性が高く、測定精度が向上される管路内流体温度測定装置が得られる。
【００６１】
また、電圧検出電極１６自体も、測定流体１２に直接に接する事がないので、測定流体１２に侵食される等を考慮する必要がなく、材料選択の自由度が得られ、メンテナンスコストを低減出来る管路内流体温度測定装置が得られる。
【００６２】
更に又、電圧検出電極１６を電流電極１４と分離して設けられたので、電流電極１４自体による電圧降下の影響を避ける事が出来、測定精度が向上される管路内流体温度測定装置が得られる。
【００６３】
（６）電流電極１４に対して所定距離離して電圧検出電極１６が配置されれば、測定管路１１の管路材の温度変化の影響や、測定流体１２との間の接触抵抗の影響を小さく抑える事が出来る。
【００６４】
さらに、電圧検出電極１６を多数設け、その出力比を取ることにより、一層高い精度で、温度分布や平均温度を推定出来る。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の第１請求項によれば、電気伝導度が大なる測定流体が管路内を流れ、測定流体より小なる電気伝導度を有する測定管路と、測定管路外に設けられ測定流体に電流を印加する電流印加手段と、測定管路外に設けられ測定流体によって生ずる電圧降下を検出する電圧降下検出手段と、電圧降下検出手段の検出値より、測定流体の温度を演算する演算手段とが設けられた。
【００６６】
従って、測定管路の外壁から、測定管路の管路内の測定流体の温度を測定出来、温度測定のために、測定管路の管壁を貫通する貫通孔を開ける必要が無くなった。
【００６７】
このため、万一にも、測定装置が破損した場合に、貫通孔から、高温の測定流体が外部に漏洩する恐れが全く無くなり、安全性が確保された管路内流体温度測定装置が得られる。
【００６８】
また、測定流体の温度分布の形が推定可能な様に、複数の電圧検出電極が設けられたので、測定流体の温度分布、即ち、測定管路内の中心付近が高温で周辺はより低温である。或いは、一様な温度である。或いは、測定管路内の周辺が高温で中心付近はより低温である。等の温度の分布を推定することが出来ると共に、測定温度の補正が出来、測定流体の温度の分布が推定可能で、精度が良好な管路内流体温度測定装置が得られる。
【００６９】
異なる位置に設けられた、複数の電位検出電極で検出された電位差の電圧比が、温度分布の情報を有している事に着目して、測定流体の温度を演算手段で演算するようにしたので、測定温度の補正が出来、測定流体の温度の分布が推定可能で、精度が良好な管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７０】
本発明の第２請求項によれば、測定流体に交流電流を印加する電流印加手段を使用したので、安定な増幅が容易で、変圧器，変流器によりインピーダンスマッチングが可能な管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７１】
本発明の第３請求項によれば、測定管路の外壁に取付られた電流電極を介して、測定管路の壁を貫通して、測定流体に電流を印加する電流印加手段を使用すれば、電流電極は、測定流体が流れる流路外に存在するので、電流電極を測定管路の壁を貫通させることによる構造上の複雑さや、測定流体の漏洩の危険を回避することが出来る。
【００７２】
さらに、測定流体の流れを乱す等の悪影響を、測定流体に与える事がないので、安全で信頼性が高く、測定精度の向上が図れる管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７３】
また、電流電極自体も、測定流体に直接に接する事がないので、測定流体に侵食される等を考慮する必要がなく、材料選択の自由度が得られ、メンテナンスコストを低減出来る管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７４】
本発明の第４請求項によれば、測定管路の外壁に取付られた電圧検出電極を介して、測定管路の壁を通して、測定流体の電圧を検出する電圧降下検出手段を使用すれば、電圧検出電極は、測定流体が流れる流路外に存在するので、電圧検出電極を測定管路の壁を貫通させることによる構造上の複雑さや、測定流体の漏洩の危険を回避することが出来る。
【００７５】
さらに、測定流体の流れを乱す等の悪影響を、測定流体に与える事がないので、安全で信頼性が高く、測定精度が向上される管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７６】
また、電圧検出電極自体も、測定流体に直接に接する事がないので、測定流体に侵食される等を考慮する必要がなく、材料選択の自由度が得られ、メンテナンスコストを低減出来る管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７７】
更に又、電圧検出電極を電流電極と分離して設けられたので、電流電極自体による電圧降下の影響を避ける事が出来、測定精度が向上される管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７８】
本発明の第５請求項によれば、電流電極に対して所定距離離して電圧検出電極が配置されたので、測定管路の管路材の温度変化の影響や、測定流体との間の接触抵抗の影響を小さく抑える事が出来る。
【００７９】
従って、本発明によれば、測定管路の外より測定流体の温度測定と、その補正と、温度分布の推定とが可能で、安全な管路内流体温度測定装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的要部構成説明図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】図１の動作説明図である。
【図４】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図５】従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
【図６】図５の詳細説明図である。
【符号の説明】
１１ 測定管路
１２ 測定流体
１３ 電流印加手段
１４ 電流電極
１５ 電圧降下検出手段
１６ 電圧検出電極
１７ 演算手段
２１ 変流器
２２ 定電流出力増幅器
２３ 低周波発振器
３１ 変圧器
３２ 増幅器
３３ 温度分布判別処理回路
３４ 温度指示装置
３５ 温度分布指示装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定管路の外より測定流体の温度測定と、その補正と、温度分布の推定とが可能で、安全な管路内流体温度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、測定管路に熱電対入りの保護管が取付られた例であり、例えば、書名；工業計測ハンドブック（トランジスタ式計器編） Ｐ５、発行日；昭和４２年６月１０日初版発行、編者；株式会社 横河電機製作所、発行所；東京電機大学出版局 に示されている。
【０００３】
図において、１は、測定流体２が内径内を流れる測定管路である。
３は、測定流体２に先端部分が露出するように、測定管路１に設けられた貫通孔４に挿入されて取付られた保護管である。
【０００４】
５は、図６に示す如く、保護管３に挿入された熱電対である。
６は、保護管３の取付けねじ、７は、保護管３の後端に設けられた端子箱である。
【０００５】
以上の構成において、測定流体２として、例えば、高温の液状の金属であるナトリウムが流され、熱電対４が、保護管３に保護されながら、ナトリウムの温度を測定する。
この場合、主要構成部品は、熱電対４と保護管３であるので、構成を簡潔にする事ができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な装置においては、保護管３の先端部分を、測定流体２に露出させるために、測定管路１に設けられた貫通孔４に挿入されている。
従って、質量の高い高温の液状の金属である、例えば、ナトリウムに、保護管３の先端部分は常に曝されるため、保護管３の強度が十分に確保されていても、予想外の力がかかり、破損することがある。
【０００７】
万一にも、破損した場合には、貫通孔４から、たとえば、高温の液体ナトリウムが外部に漏洩する恐れがあり、安全性に欠ける。
【０００８】
また、測定管路１内の測定流体２の温度分布も分からず、従って、正確な温度を測定しているかどうかも確認出来ない。
【０００９】
本発明は、この問題点を、解決するものである。
本発明の目的は、測定管路の外より測定流体の温度測定と、その補正と、温度分布の推定とが可能で、安全な管路内流体温度測定装置を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明は、
（１）電気伝導度が大なる測定流体が管路内を流れ該測定流体より小なる電気伝導度を有する測定管路と、該測定管路外に設けられ前記測定流体に電流を印加する電流印加手段と、前記測定管路外に設けられ前記測定流体によって生ずる電圧降下を検出し且つ前記測定流体の温度分布の形が推定可能な様に少なくとも第１，第２の２個の電圧降下検出手段と、
前記第１の電圧降下検出手段の検出値と前記測定流体の温度変化との関係と前記第１の電圧降下検出手段の検出値と前記第２の電圧降下検出手段の検出値との出力比と前記測定流体の温度変化との関係とから温度分布の形と真の測定流体の温度を演算する演算手段と
を具備してなる管路内流体温度測定装置。
（２）前記測定流体に交流電流を印加する電流印加手段を具備したことを特徴とする請求項１記載の管路内流体温度測定装置。
（３）前記測定管路外壁に取付られた電流電極を介して該測定管路壁を貫通して前記測定流体に電流を印加する電流印加手段を具備したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の管路内流体温度測定装置。
（４）前記測定管路外壁に取付られた電圧検出電極を介して該測定管路壁を通して前記測定流体の電圧を検出する電圧降下検出手段を具備したことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の管路内流体温度測定装置。
（５）前記電流電極に対して所定距離離して前記電圧検出電極が配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４記載の管路内流体温度測定装置。
【００１１】
【作用】
以上の構成において、電流電極、測定管路を介して、交流定電流源より測定流体に、電流が印加される。
印加された電流により生ずる測定管路内の電位分布を、電圧検出電極間の電位差として検出する。
【００１２】
測定管路の管壁材の電気伝導度が、測定管路内の測定流体の電気伝導度より小さいので、内部の電位分布を、殆どそのまま、測定管路の管壁外に取り出す事が出来る。
この検出値から、演算手段において、演算して測定流体の温度を測定する事が出来る。
【００１３】
なお、電圧降下検出手段を、複数組配置して、それぞれの測定値を比較する事により、測定管路内の温度分布、即ち、測定管路内の中心付近が高温で周辺はより低温である。或いは、一様な温度である。或いは、測定管路内の周辺が高温で中心付近はより低温である。等の温度の分布を推定することが出来る。
以下、実施例に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の原理的要部構成説明図、図４は、本発明の具体的一実施例の要部構成説明図である。
図において、１１は、電気伝導度が大なる測定流体１２が管路内を流れ、測定流体１２より小なる電気伝導度を有する測定管路である。
【００１５】
具体的には、例えば、測定流体１２は高温の液体ナトリウム、測定管路１１はステンレス材よりなる様な関係にある場合を言う。
なお、測定管路１１は、この場合は、円管が使用されている。
【００１６】
１３は、測定管路１１外に設けられ、測定流体１２に電流を印加する電流印加手段である。この場合は、交流定電流源が使用されている。
【００１７】
１４は、測定管路１１の外壁に取付られた電流電極である。
電流電極１４は、この場合は、測定管路１１の９０度と２７０度の位置に配置されているが、対称性を利用するためであり、この位置に限定されるものではない。
【００１８】
電流印加手段１３は、電流電極１４を介して、測定管路１１の壁を貫通して、測定流体１２に電流を印加する。
１５は、測定管路１１の外に設けられ、測定流体１２によって生ずる電圧降下を検出する、電圧降下検出手段である。
【００１９】
この場合は、２個の交流電圧計Ａ，Ｂが使用されている。
１６は、測定管路１１の外壁に取付られた電圧検出電極である。
電圧降下検出手段１５は、電圧検出電極１６を介して、測定管路１１の壁を通して、測定流体の１２の電圧を検出する。
【００２０】
１７は、電圧降下検出手段１５の検出値より、測定流体１２の電気伝導度の温度依存性を利用して、測定流体１２の温度を演算する演算手段である。
なお、電圧降下検出手段１５、電圧検出電極１６、演算手段１７は、この場合は、Ａ，Ｂの２組が使用されている。
【００２１】
この場合、電圧検出電極１６Ａは、８０度と２８０度、電圧検出電極１６Ｂは、６０度と３００度の位置に配置されている（以下、電圧検出電極１６Ａを「８０度電極」、電圧検出電極１６Ｂを「６０度電極」と称する。）。
【００２２】
以上の構成において、電流電極１４、測定管路１１を介して、交流定電流源１３より測定流体１２に、電流が印加される。
印加された電流により生ずる測定管路１１内の電位分布を、電圧検出電極１６間の電位差として検出する。
【００２３】
測定管路１１の管壁材の電気伝導度が、測定管路１１内の測定流体１２の電気伝導度より小さいので、内部の電位分布を、殆どそのまま、測定管路１１の管壁外に取り出す事が出来る。
この検出値から、演算手段１７において、演算して測定流体１２の温度を測定する事が出来る。
【００２４】
次に、温度分布の形の検出については、異なる位置に設けられた、電圧検出電極１６Ａと１６Ｂとで検出された電位差の電圧比が、温度分布の情報を有している事に着目したものである。
【００２５】
なお、温度分布は、測定管路１１内で管軸対称と仮定する。
この仮定は、熱伝導率の高い測定流体１２が定常的に流れている場合には、適切な仮定である。
【００２６】
図２は、縦軸に示されている、６０度電極（電圧検出電極１６Ｂ）の電位差と８０度電極（電圧検出電極１６Ａ）の電位差との比と、横軸に示されている、温度変化との関係を示すグラフで、シュミレーションにより求めたものである。
【００２７】
横軸は、温度４００度を中心として、中心部或いは周辺部のみが±２０，±４０，±６０度変化させたときの温度である。
中心部と周辺部との面積比を１としているので、平均温度の変化は、最大±３０度である。
【００２８】
曲線１は温度均一変化、曲線２は中心部のみ変化、曲線３は周辺部のみ変化した場合を示す。
曲線１より上の部分は、中心部が周辺部より高温、曲線１より下の部分は、周辺部が中心部より高温であることを意味している事が分かる。
【００２９】
以上の事から、破線１、２、３は、それぞれ中心部が２０度、４０度、６０度高い状態を表示している。
同様に、破線４、５、６は、それぞれ中心部が２０度、４０度、６０度低い状態を表示している。
【００３０】
図３は、縦軸に示されている、８０度電極（電圧検出電極１６Ａ）の電位差（出力電圧）と、横軸に示されている、温度変化との関係を示すグラフで、シュミレーションにより求めたものである。
横軸は、温度４００度を中心として、中心部或いは周辺部のみが±２０，±４０，±６０度変化させたときの温度である。
【００３１】
中心部と周辺部との面積比を１としているので、平均温度の変化は、最大±３０度である。
【００３２】
曲線１は温度均一変化、曲線２は中心部のみ変化、曲線３は周辺部のみ変化した場合である。
曲線１より上の部分は、中心部が周辺部より高温、曲線１より下の部分は、周辺部が中心部より高温であることを意味している。
【００３３】
以上の事から、破線１、２、３は、それぞれ中心部が２０度、４０度、６０度高い状態を表示している。
同様に、破線４、５、６は、それぞれ中心部が２０度、４０度、６０度低い状態を表示している。
【００３４】
ここで、温度分布の形を求める具体例を示す。
図３に示す如く、８０度電極（電圧検出電極１６Ａ）の出力電圧が、例えば、０．６３Ｖとすると、図３の曲線１を使用して、曲線１と０．６３Ｖとの交点から、温度仮推定値（１）を求める。
ここでは、温度分布は、一様な温度分布と仮定して、４２６度となる。
【００３５】
次に、図２に示す如く、８０度電極（電圧検出電極１６Ａ）の出力電圧が０．６３Ｖの時の、８０度電極（電圧検出電極１６Ａ）と６０度電極（電圧検出電極１６Ｂ）との出力比の値と、温度仮推定値（１）とから交点Ｐを求める。
【００３６】
この場合は、出力比が０．５５であったとする。
交点Ｐが、曲線１の上にあれば、温度分布は一様であり、一様な温度分布の場合は、この温度仮推定値（１）がそのまま求める測定値となる。
【００３７】
出力比が０．５５であると、温度仮推定値（１）と０．５５との交点Ｐは、曲線１上ではないので、温度分布は中心部が高い。
交点Ｐが、曲線１の上になければ、破線に基づく温度を読取り、この場合は、＋４０度である。
図３にＰ点を移す。Ｐ点から破線に平行移動して、電圧０．６３Ｖとの交点Ｑに対応する横軸の温度が温度推定値（２）であり、平均温度は４２０度である。る。
【００３８】
この温度推定値（２）が、より真の値に近い平均温度を示し、交点Ｑと破線１、２、３との位置関係から概略の温度分布が推定できる。
すなわち、この場合は、中心部が４０度高い事を示している。
【００３９】
図４は、本発明の具体的一実施例の要部構成説明図である。
図において、図１と同一記号の構成は同一機能を表わす。
以下、図１と相違部分のみ説明する。
【００４０】
図において、２１は、電流電極１４に接続された１００：１の変流器である。２２は、変流器２１に接続され、定電流を増幅する定電流出力増幅器である。
２３は、定電流出力増幅器２２に接続された低周波発振器である。
【００４１】
３１Ａは、電圧検出電極１６Ａに接続された１：１００の変圧器Ａである。
なお、電圧検出電極１６Ａは、この場合は、測定管路１１の８０度と２８０度に配置されている。
【００４２】
３１Ｂは、電圧検出電極１６Ｂに接続された１：１００の変圧器Ｂである。
なお、電圧検出電極１６Ｂは、この場合は、測定管路１１の６０度と３００度に配置されている。
【００４３】
３２Ａは、変圧器Ａ３１Ａの信号を増幅する増幅器Ａである。
３２Ｂは、変圧器Ｂ３１Ｂの信号を増幅する増幅器Ｂである。
３３は、増幅器Ａ３２Ａと増幅器Ｂ３２Ｂとの信号より、測定管路１１内の測定流体１２の温度分布状態を判別する温度分布判別処理回路である。
【００４４】
３４は、温度分布判別処理回路３３からの信号により、測定管路１１内の測定流体１２の温度を指示する温度指示装置である。
３５は、温度分布判別処理回路３３からの信号により、測定管路１１内の測定流体１２の温度分布状態を指示する温度分布指示装置である。
【００４５】
以上の構成において、肉厚１ｃｍ、直径約６０ｃｍのステンレス鋼管の測定管路１１を使用するとすると、電流電極１４間の抵抗、すなわち、管路内抵抗は、測定流体１２がナトリウムの場合、数十μΩであり、温度１００〜６００℃の範囲で、＋０．４７５％／Ｋの温度係数を有している。
【００４６】
測定流体１２の抵抗値が低いので、定電流出力増幅器２２（出力振幅一定）の電流、たとえば、１００ｍＡを、変流器２１により、たとえば、１０Ａに変換する。
【００４７】
また、電圧検出電極１６間の電位差は、小さいので、変圧器３１で１００倍に昇圧する。
電圧検出電極１６Ａ（電極の配置が８０度と２８０度）の場合、変圧器３１Ａの出力側で、測定流体１２の温度１度当たり、１９．８μＶの出力変化が得られる。
【００４８】
また、電圧検出電極１６Ｂ（電極の配置が６０度と３００度）の場合、変圧器３１Ｂの出力側で、測定流体１２の温度１度当たり、８．６μＶの出力変化が得られる。
【００４９】
電圧検出電極１６Ｂ（電極の配置が６０度と３００度）の場合、電圧検出電極１６Ａ（電極の配置が８０度と２８０度）の場合より、測定管路１１の中心部の温度に強く依存する。
【００５０】
この結果、
（１）電気伝導度が大なる測定流体１２が管路内を流れ、測定流体１２より小なる電気伝導度を有する測定管路１１と、測定管路１１外に設けられ測定流体１２に電流を印加する電流印加手段１３と、測定管路１１外に設けられ測定流体１２によって生ずる電圧降下を検出する電圧降下検出手段１５と、電圧降下検出手段１５の検出値より測定流体１２の温度を演算する演算手段１７とが設けられた。
【００５１】
従って、測定管路１１の外壁から、測定管路１１の管路内の測定流体１２の温度を測定出来、温度測定のために、測定管路１１の管壁を貫通する貫通孔４を開ける必要が無くなった。
【００５２】
このため、万一にも、測定装置が破損した場合に、貫通孔４から、高温の測定流体が外部に漏洩する恐れが全く無くなり、安全性が確保された管路内流体温度測定装置が得られる。
【００５３】
また、測定流体１２の温度分布の形が推定可能な様に、複数の電圧検出電極１６が設けられたので、測定流体１２の温度分布、即ち、測定管路１１内の中心付近が高温で周辺はより低温である。或いは、一様な温度である。或いは、測定管路１１内の周辺が高温で中心付近はより低温である。等の温度の分布を推定することが出来ると共に、測定温度の補正が出来、測定流体の温度の分布が推定可能で、精度が良好な管路内流体温度測定装置が得られる。
【００５４】
（２）異なる位置に設けられた、電位検出電極１６Ａと１６Ｂとで検出された電位差の電圧比が、温度分布の情報を有している事に着目して、測定流体１２の温度を演算手段１７で演算するようにしたので、測定温度の補正が出来、測定流体１２の温度の分布が推定可能で、精度が良好な管路内流体温度測定装置が得られる。
【００５５】
（３）測定流体１２に交流電流を印加する電流印加手段１５を使用すれば、安定な増幅が容易で、変圧器３１，変流器２１によりインピーダンスマッチングが可能な管路内流体温度測定装置が得られる。
【００５６】
（４）測定管路１１の外壁に取付られた電流電極１４を介して、測定管路１１の壁を貫通して、測定流体１２に電流を印加する電流印加手段を使用すれば、電流電極１４は、測定流体１２が流れる流路外に存在するので、電流電極１４を測定管路１１の壁を貫通させることによる構造上の複雑さや、測定流体１２の漏洩の危険を回避することが出来る。
【００５７】
さらに、測定流体１２の流れを乱す等の悪影響を、測定流体１２に与える事がないので、安全で信頼性が高く、測定精度の向上が図れる管路内流体温度測定装置が得られる。
【００５８】
また、電流電極１４自体も、測定流体１２に直接に接する事がないので、測定流体１２に侵食される等を考慮する必要がなく、材料選択の自由度が得られ、メンテナンスコストを低減出来る管路内流体温度測定装置が得られる。
【００５９】
（５）測定管路１１の外壁に取付られた電圧検出電極１６を介して、測定管路１１の壁を通して、測定流体１２の電圧を検出する電圧降下検出手段を使用すれば、電圧検出電極１６は、測定流体１２が流れる流路外に存在するので、電圧検出電極１６を測定管路１１の壁を貫通させることによる構造上の複雑さや、測定流体１２の漏洩の危険を回避することが出来る。
【００６０】
さらに、測定流体１２の流れを乱す等の悪影響を、測定流体１２に与える事がないので、安全で信頼性が高く、測定精度が向上される管路内流体温度測定装置が得られる。
【００６１】
また、電圧検出電極１６自体も、測定流体１２に直接に接する事がないので、測定流体１２に侵食される等を考慮する必要がなく、材料選択の自由度が得られ、メンテナンスコストを低減出来る管路内流体温度測定装置が得られる。
【００６２】
更に又、電圧検出電極１６を電流電極１４と分離して設けられたので、電流電極１４自体による電圧降下の影響を避ける事が出来、測定精度が向上される管路内流体温度測定装置が得られる。
【００６３】
（６）電流電極１４に対して所定距離離して電圧検出電極１６が配置されれば、測定管路１１の管路材の温度変化の影響や、測定流体１２との間の接触抵抗の影響を小さく抑える事が出来る。
【００６４】
さらに、電圧検出電極１６を多数設け、その出力比を取ることにより、一層高い精度で、温度分布や平均温度を推定出来る。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の第１請求項によれば、電気伝導度が大なる測定流体が管路内を流れ、測定流体より小なる電気伝導度を有する測定管路と、測定管路外に設けられ測定流体に電流を印加する電流印加手段と、測定管路外に設けられ測定流体によって生ずる電圧降下を検出する電圧降下検出手段と、電圧降下検出手段の検出値より、測定流体の温度を演算する演算手段とが設けられた。
【００６６】
従って、測定管路の外壁から、測定管路の管路内の測定流体の温度を測定出来、温度測定のために、測定管路の管壁を貫通する貫通孔を開ける必要が無くなった。
【００６７】
このため、万一にも、測定装置が破損した場合に、貫通孔から、高温の測定流体が外部に漏洩する恐れが全く無くなり、安全性が確保された管路内流体温度測定装置が得られる。
【００６８】
また、測定流体の温度分布の形が推定可能な様に、複数の電圧検出電極が設けられたので、測定流体の温度分布、即ち、測定管路内の中心付近が高温で周辺はより低温である。或いは、一様な温度である。或いは、測定管路内の周辺が高温で中心付近はより低温である。等の温度の分布を推定することが出来ると共に、測定温度の補正が出来、測定流体の温度の分布が推定可能で、精度が良好な管路内流体温度測定装置が得られる。
【００６９】
異なる位置に設けられた、複数の電位検出電極で検出された電位差の電圧比が、温度分布の情報を有している事に着目して、測定流体の温度を演算手段で演算するようにしたので、測定温度の補正が出来、測定流体の温度の分布が推定可能で、精度が良好な管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７０】
本発明の第２請求項によれば、測定流体に交流電流を印加する電流印加手段を使用したので、安定な増幅が容易で、変圧器，変流器によりインピーダンスマッチングが可能な管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７１】
本発明の第３請求項によれば、測定管路の外壁に取付られた電流電極を介して、測定管路の壁を貫通して、測定流体に電流を印加する電流印加手段を使用すれば、電流電極は、測定流体が流れる流路外に存在するので、電流電極を測定管路の壁を貫通させることによる構造上の複雑さや、測定流体の漏洩の危険を回避することが出来る。
【００７２】
さらに、測定流体の流れを乱す等の悪影響を、測定流体に与える事がないので、安全で信頼性が高く、測定精度の向上が図れる管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７３】
また、電流電極自体も、測定流体に直接に接する事がないので、測定流体に侵食される等を考慮する必要がなく、材料選択の自由度が得られ、メンテナンスコストを低減出来る管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７４】
本発明の第４請求項によれば、測定管路の外壁に取付られた電圧検出電極を介して、測定管路の壁を通して、測定流体の電圧を検出する電圧降下検出手段を使用すれば、電圧検出電極は、測定流体が流れる流路外に存在するので、電圧検出電極を測定管路の壁を貫通させることによる構造上の複雑さや、測定流体の漏洩の危険を回避することが出来る。
【００７５】
さらに、測定流体の流れを乱す等の悪影響を、測定流体に与える事がないので、安全で信頼性が高く、測定精度が向上される管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７６】
また、電圧検出電極自体も、測定流体に直接に接する事がないので、測定流体に侵食される等を考慮する必要がなく、材料選択の自由度が得られ、メンテナンスコストを低減出来る管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７７】
更に又、電圧検出電極を電流電極と分離して設けられたので、電流電極自体による電圧降下の影響を避ける事が出来、測定精度が向上される管路内流体温度測定装置が得られる。
【００７８】
本発明の第５請求項によれば、電流電極に対して所定距離離して電圧検出電極が配置されたので、測定管路の管路材の温度変化の影響や、測定流体との間の接触抵抗の影響を小さく抑える事が出来る。
【００７９】
従って、本発明によれば、測定管路の外より測定流体の温度測定と、その補正と、温度分布の推定とが可能で、安全な管路内流体温度測定装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的要部構成説明図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】図１の動作説明図である。
【図４】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図５】従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
【図６】図５の詳細説明図である。
【符号の説明】
１１ 測定管路
１２ 測定流体
１３ 電流印加手段
１４ 電流電極
１５ 電圧降下検出手段
１６ 電圧検出電極
１７ 演算手段
２１ 変流器
２２ 定電流出力増幅器
２３ 低周波発振器
３１ 変圧器
３２ 増幅器
３３ 温度分布判別処理回路
３４ 温度指示装置
３５ 温度分布指示装置
Claims (5)
- 電気伝導度が大なる測定流体が管路内を流れ該測定流体より小なる電気伝導度を有する測定管路と、
該測定管路外に設けられ前記測定流体に電流を印加する電流印加手段と、
前記測定管路外に設けられ前記測定流体によって生ずる電圧降下を検出し且つ前記測定流体の温度分布の形が推定可能な様に少なくとも第１，第２の２個の電圧降下検出手段と、
前記第１の電圧降下検出手段の検出値と前記測定流体の温度変化との関係と前記第１の電圧降下検出手段の検出値と前記第２の電圧降下検出手段の検出値との出力比と前記測定流体の温度変化との関係とから温度分布の形と真の測定流体の温度を演算する演算手段と
を具備してなる管路内流体温度測定装置。 - 前記測定流体に交流電流を印加する電流印加手段
を具備したことを特徴とする請求項１記載の管路内流体温度測定装置。 - 前記測定管路外壁に取付られた電流電極を介して該測定管路壁を貫通して前記測定流体に電流を印加する電流印加手段
を具備したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の管路内流体温度測定装置。 - 前記測定管路外壁に取付られた電圧検出電極を介して該測定管路壁を通して前記測定流体の電圧を検出する電圧降下検出手段
を具備したことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の管路内流体温度測定装置。 - 前記電流電極に対して所定距離離して前記電圧検出電極が配置されたこと
を特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４記載の管路内流体温度測定装置。
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| JP (1) | JP3582575B2 (ja) |
-
1998
- 1998-10-22 JP JP30081698A patent/JP3582575B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2000131156A (ja) | 2000-05-12 |
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