JPS63193019A - 液状流体の測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばダム建設などにおける基礎地盤の安定
化や漏水防止−などを目的としてセメントミルク等のグ
ラウトを注入するグラウチング工事において、該グラウ
トの濃度と流量と圧力という３種のデータ（以下３要素
という）を測定するとともに、該グラウトに使用された
セメント量や地盤内に注入されたセメント量を測定する
液状流体の測定装置に関する。

（従来の技術） グラウチング工事において使用されるグラウトは主に水
とセメントを配合してなるセメントミルクが用いられる
。このグラウトの配合は岩盤性状、透水性等に応じて選
定され、また一工程中においても薄いグラウトから徐々
に濃いグラウトへとグラウトの配合切替えを行うように
しているのが一般的である。上限の注入圧力は岩盤性状
、地形条件等に応じて定められ、単位時間当りの流量は
圧力から自ずと定められる。

従来、このグラウチング工事における施工管理では、前
記流量と圧力との連続測定と記録が行なわれており、配
合切替や安全性等の判断基準にされている。配合の管理
は、適宜比重計等による測定が行なわれているが、セメ
ントと水との調合時における配合記録に基づいて行なわ
れている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、かかる従来の技術にあっては、配合記録
を採るために人手を必要とし人件費を要すること、また
、配合を切替えた際にはその濃度変化により、配合記録
に基づく濃度と前記密度検出部により測定されたグラウ
トの濃度に誤差が生じ、即ち配合切替えに基づく濃度変
動に測定系が対応できず実際に注入されたセメント量の
把握が困難となることなどの問題がある。

そこで本発明はかかる従来の問題点を解決すべく成され
たものであり、その目的とする処は従来の流量と圧力の
連続測定及び記録に加えてグラウトの濃度変動に対して
即座に対応できる濃度の連続測定、記録を行い、しかも
容易に正確なセメント量（重量流量）を知り得る液状流
体の測定装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前述した問題点を解決するため本発明にかかる液状流体
の測定装置は、第２図乃至第４図に示されるように液状
流体（２５）が流れる測定管（１７）を挟んでガンマ線
源（２１）とガンマ線検出部（２３）とを設け、前記測
定管（１７）内を通過したガンマ線を前記ガンマ線検出
部（２３）により検出することで液状流体（２５）の密
度を検出する密度検出部（１９）と、前記測定管（１７
）を流れる液状流体（２５）の流量を検出する流量検出
部（１８）と、 前記測定管（１７）を流れる液状流体（２５）の圧力を
検出する圧力検出部（２７）と、 前記密度検出部（１９）と流量検出部（１８）と圧力検
出部（２７）の出力信号に基づき、前記測定管（１７）
を流れる液状流体（２５）の重量流量を算出する算出部
（１６）と、前記液状流体の濃度、流量、圧力及び前記
重量流量を記録する記録部（３１）　、　（３２）　、
　（３３）　。

（３４）とを備えてなる。

（作用） かかる手段によれば密度検出部（１９）と流量検出部（
１８）と圧力検出部（２７）は常時液状流体の密度と体
積流量と圧力を連続的に同時検出することができ、配合
切替えに基づく濃度変動に対しても誤差を生じることが
ない、そして検出される濃度は密度検出部（１９）から
の電気信号として得られるため、この信号と流量検出部
（１８）からの電気信号とにより重量流量は算出部（１
６）により自動的に得ることができ、又記録することが
できる。

（実施例） 以下に本発明の好適実施例をグラウチング工事における
グラウトの測定装置に例をとり、添付図面に基づいて説
明する。

第１図はグラウチング工事におけるグラウトの注入工程
を示す全体系統図である。第１図において（１）は水と
セメントを配合する２ａ！式のグラウトミキサであり、
このグラウトミキサ（１）　にて配合されたグラウトは
サクションホース（２）、グラウトポンプ（３）、サプ
ライライン（４）、サブライトバルブ（５）、マニホー
ルド（６）、コントロールバルブ（７）、ユニオン（８
）、グラウトホールバルブ（９）を介してグラウト孔（
ｌＯ）内に注入される。

前記マニホールド（６）は３分岐式のもので、グラウト
孔（１０）内への分岐出口（６ａ）と異なる分岐出口（
６ｂ）には、開閉バルブ（１１）を介してグラウトミキ
サ（１）へのリターンライン（１２）が設けられ、開閉
バルブ（１１）の開閉操作にて循環式あるいは車路式の
いずれの配管方式でも使用可能となっている。また、グ
ラウトポンプ（３）の出力側付近、およびコントロール
バルブ（７）とユニオン（８）間にはそれぞれ圧力計（
１３）　、　（１４）が設けられ、ポンプ圧力および注
入圧力が監視可能とされている。

かかる構成において本発明にかかる測定装置のセンサ部
（１５）はコントロールバルブ（７）　とマニホールド
（６）間に設けられる。

第２図は本発明にかかる測定装置を示す全体構成図であ
る０本装置は配管に取り付けられるセンサ部（１５）と
、このセンサ部（１５）からの出力信号に基いて濃度（
密度）と流量と圧力の３要素を記録するとともに、重量
流量を算出する算出部（１６）とからなる、前記センサ
部（１５）は、このセンサ部（１５）の下方から上方へ
とグラウトが流れるべく配設された測定管（１７）に対
し、この測定管（１７）を流れるグラウトの体積流量を
検出する流量検出部（１８）と、この流量検出部（１８
）の上方に配設され、測定管（１７）を流れるグラウト
の圧力を検出する圧力検出部（２７）と、この圧力検出
部（２７）の更に上方に配設され測定管（１７）を流れ
るグラウトの密度を検出する密度検出部（１９）とから
構成され、前記流量検出部（１８）には電磁流量計が使
用され、前記圧力検出部にはひずみゲージ圧力変換器が
使用される。ひずみゲージ式圧力変換器はホイーストン
ブリッジ回路を用いて圧力を圧力−ひずみ→電気信号と
変換して圧力を測定する計器である。

電磁流量計はファラデーの電磁誘導の法則を応用して流
体の体積流量を測定する計器であり、いま第３図に示す
ように磁束密度Ｂの磁界内に管内径りの絶縁性のバイブ
を磁界の方向に対して直角に置き、この中に誘電性の流
体を流すと磁界と直角の方向に置かれた一対の電極（２
０ａ）　、”（２０ｂ）間に、流れの平均速度Ｖに比例
した起電力Ｅが発生する。この起電力Ｅは（１）式で示
される。

Ｅ　＝　Ｋ　−Ｂ　−Ｄ　−Ｖ　　　　　　　　　　　
（１）ここに、　Ｅ；起電力（Ｖ） Ｋ：定数 Ｂ；磁束密度（Ｔ　）　　（ｔｅｓｌａ　；ｗｂ／ｒｎ
”）Ｄ；管内径（ｆｎ） Ｖ；平均速度（ｍ／ｓ＋）　　　である。

一方、流体の体積流量ｑは、（２）式で得られ、従って
（１）式と（２）式より、起電力Ｅと体積流量との関係
は（３）式に示すようになり流量に比例した信号起電力
Ｅが得られる。

次に、前記密度検出部（１９）はシール材（２２）で密
封されたガンマ線源（２１）と測定管（１７）を挟んで
ガンマ線源（２１）と対向すべく設けられたガンマ線検
出部である検出管（２３）とから構成される。この密度
検出部（１９）による測定原理を以下に説明する。

ある物質から透過するガンマ線は、その物質を構成する
原子との間にコンプトン散乱や光電吸収等の相互作用を
引き起こすことによってしだいに減衰するが、その割合
は物質の密度に依存する。

いま第４図に示すように測定管を介してガンマ線源（２
１）と検出管（２３）とを相対向せしめて、グラウト（
２５）を透過するガンマ線強度を測定した場合、検出さ
れるガンマ線強度とグラウト（２５）の密度との間には
（４）式関係が成り立つ。

Ｎ＝に−Ｂ−ｅｘｐ［−Σ・ρ・ｆｌＪ（４）ここで、
Ｎ；透過ガンマ線強度（ｃｐｓ）Ｋ；定数 Σ；液状流体の質量吸収係数（ｃｍ”／ｇ）ρ：液状流
体の密度（ｇ／ｃｍ’） １；線源と検出管との平均距離 Ｂ；ビルドアップ係数　　　である。

検出されるガンマ線束には一部散乱ガンマ線（２１ａ）
が含まれるので、その寄与率を表す定数が　−ビルドア
ップ係数である。これは測定管の幾何学的条件および物
質の密度によって変化するが、一般に質量吸収係数に繰
り込むことができるので、（４）式のように書きかえる
ことができる。

Ｎ＝Ｋｏ　−ｅｘｐ［Ｋｔ　　”　ρ］　　　　　　　
　　（５）ここで、ｉｃｅ　ｌ　Ｋｌ　　：定数　　　
である。

しかし線源強度は時間とともに指数函数状に減衰してい
くので、減衰率に応じて測定カウント数を補正する必要
がある。線源強度の減衰の度合は、半減期をＴ（年）と
したとき次式で表される。

Ｉ＝１．−ｅｋｐ［−入−ｔ］　　　　　　　　　　　
（８）ここで、Ｉｏ；初期の線源強度 １　　ｓｔ（年）経過時の線源強度 ｔ　；経過時間（年） である。

なお、本装置に装着している線源６０Ｃ□の半減期は、
Ｔ＝５．２６３である。

この減衰率の補正を行うために、本装置では、密度測定
に先立ってスタンダード計数率を独立して測定する方法
をとフでいる。スタンダード計数率測定は、常に測定管
内を清水が溝たしている状態で行う。

いま、スタンダード計数率をＮｏ、密度測定の特待られ
る計数率をＮとして両者の比である計数率１ＳＩＲを、
Ｒ−Ｎ　／　Ｎ　ｏとすれば、Ｒは減衰の度合が相殺さ
れた補正されたものが得られる。この計数率比を用いる
と、（５）式の関係から、と表せる。したがフて測定装
置の機構条件によって定まる定数Ｋｌ、に２を検定試験
によって求めておけば、計数率比を得ると間接的に液状
流体の密度（雪止ｌりを知ることができることになる。

予め測定されたＮｏは選出部（１６）の定数設定器に設
定され、密度測定終了時までＲ算出のために使用される
。

なお、本装置では清水でスタンダード測定を行うので内
蔵する構成式は、 と表され、この定数に、も検定試験の後前記Ｎｏと同様
算出部（１６）における定数設定器により設定される。

かくして体積流量ｑと密度ρが求まると任意の時間ｔに
おけるセメントの重量流速は（８）式のように得られる
。

ここで、 ｔ　　　；時間 ｃ（ｔ）；セメント重量流速（ｋｇ／ｗｉｎ）ρ（ｔ）
；セメントミルクの比重（・密度）ｑ　（ｔ）　　：セ
メントミルクの体積流速（ＪＲｍｉｎ）ρ。　　　；セ
メントの比重　　　　　　である。

本装置では比重の測定を所謂Ｒ１（ラジオアイソトープ
）法で行っているため、ρ（１）はあるサンプリングタ
イム△ＴＬ内に通過した流体の平均比重ρｉとして得る
ことになる。ここで、添字ｉはサンプリングナンバを示
す。

体積流速の測定には電磁流量計を用いるのでｑ（１）は
同時の連続関数として得られるが、上記のように比重は
△Ｔｉ毎に得られるので体積流速も同様な形の変数に変
換している。つまりある一定の時間長ＴＦで流量計から
のアナログ信号Ａ／Ｄ変換してその平均値ｑｌを得てい
る。こうして得られたρｉ％ｑｉを用いると（９）式は
、ｃｉ：ｉ番目のサンプルの平均セメント重量流速と近
似でき、したがって積算値である重量流速Ｃは計測時間
をＴとして次式で得られることとなる。

Ｃ＝５ｃ（ｔ）ｄｔｃｉ：Σ　（ｃｉ　・△Ｔ　ｉ　）
　　　（１１）なお、本装置におけるサンプリングタイ
ムは３０．６０．９０．１２０．１８０（秒）とし、ま
た時間長Ｔ、は０．１．０．２．０．５．１．２（秒）
の可変切替とした。

第２図に示した算出部（１６）は圧力検出部（２７）と
流量検出部（１８）と濃度検出部（１９）からの出力信
号に基づき、それぞれ圧力と単位当りの体積流量と比重
を記録するとともに、単位時間毎に（ｌＯ）式より得ら
れる平均セメント重量流速を求め、この値を（１１）式
に示すように積算することで重量流量を求めるとともに
、これら圧力と単位時間当りの体積流量と比重、及び重
量流量とを記録部（３１）。

（３２）　、　（３３）　、　（３４）に記録せしめる
ようにしたもので、信号整形回路、定数設定器、タイマ
、および加減算器、除算器、乗算器、積分器、ペンレコ
ーダ、デジタルプリンタ等から構成される。

なお、第２図に示すセンサ部（１５）において、（２４
）　、　（２６）及び（２８）は夫々検出部（ｔａ）　
、　（１９）　、　（２７）の共用電源とアンプであり
、これらは検出部（１８）　、　（１９）　、　（２７
）と共に一体的に配置され、算出部（１６）とはケーブ
ル等を介して接続される。

以上、実施例はグラウト注入工程におけるセメント量の
測定について説明したが本説明は実施例に限定されるこ
とはなく、例えば泥水等の濃度と流量と圧力や重量流量
測定等、種々の液状流体の濃度と流量と圧力や重量流量
測定に応用でき、流量検出部や圧力検出部も被測定液状
流体の種類に応じて、例えば差圧式流量計、渦流量計や
静電容量圧力変換器、インダクタンス式圧力変換器等種
々の流量計や圧力計の適用が考えられる。

（発明の効果） 以上の説明より明らかな如く、本発明にかかる測定装置
によれば、従来の流量と圧力の連続測定及び記録に加え
て、液状流体の密度変動に対して即座に対応できる濃度
の連続測定、記録を行なえ、しかも容易に正確な重量流
量を知り得、また例えば配合記録を採る人手も不要とな
るため、グラウチング工事におけるコストの節約が図れ
る。

尚、本実施例においては密度検出部と流量検出部と圧力
検出部とを測定管に対して一体的に設けるようにしたた
め、その取扱い、取付は等が極めて容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図はグラウチング工事におけるグラウトの注入工程
を示す全体系統図、第２図は本発明にかかる液状流体の
測定装置を示す全体構成図、第３図は電磁流量計を示す
原理図、第４図は密度検出部を示す原理図である。 そして図面中、（１５）はセンサ部、（１６）は算出部
、（１７）は測定管、（１８）は流量検出部（電磁流量
計）　、（１９）は密度検出部、（２１）はガンマ線源
、（２３）はガンマ線検出部（検出管）、（２７）は圧
力検出部（ひずみケージ式圧力変換器）である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）液状流体が流れる測定管を挟んでガンマ線源とガ
   ンマ線検出部とを設け、前記測定管内を透過したガンマ
   線を前記ガンマ線検出部により検出することで液状流体
   の密度を検出する密度検出部と、 前記測定管を流れる液状流体の流量を検出する流量検出
   部と、 前記測定管を流れる液状流体の圧力を検出する圧力検出
   部と、 前記密度検出部と流量検出部と圧力検出部の出力信号に
   基づき、前記測定管を流れる液状流体の重量流量を算出
   する算出部と、前記液状流体の濃度、流量、圧力及び前
   記重量流量を記録する記録部とを、 備えてなることを特徴とする液状流体の測定装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記
   液状流体は主に水とセメントを配合してなるグラウトで
   あることを特徴とする液状流体の測定装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置に
   おいて前記流量検出部と密度検出部と圧力検出部とは一
   体的に設けられていることを特徴とする液状流体の測定
   装置。
4. （４）特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載の装置において、前記流量検出部は電磁流量計からな
   り、圧力検出部はひずみゲージ式圧力変換器からなるこ
   とを特徴とする液状流体の測定装置。