JP2004521319A - 物質の密度により流量に許容できない誤差が生じたときに物質の質量流量を補償する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

振動導管を通過して流れる物質の密度補償流量を求めるための装置（１５０）及び方法（３００）。振動導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）に取り付けられたセンサ（１０５、１０５’）から信号を受け取る。次いでこの信号から、前記物質の補償前の流量が計算される。次いで、補償前の流量と、密度を流量の誤差に関係付ける非線形情報とから、密度補償係数が決定される。次いで、密度補償係数を補償前の流量に適用することにより密度補償後の流量が決定される。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリオリ流量計を通過して流れる物質の質量流量の計算に関する。より具体的には、本発明は、測定した流量に対して、測定する物質の密度に起因する流量の誤差を補償することに関する。さらに具体的には、物質の密度が原因で、質量流量に許容できない誤差が発生する時期を決定すると共に、密度が原因で発生した流量の誤差を補償することに関する。
【０００２】
課題
パイプラインを通過して流れる物質の質量流及び他の情報を測定するのに、コリオリ効果質量流量計を用いることは、１９８５年１月１日のＪ．Ｅ．スミス等に発行された米国特許第４４９１０２５号及び１９８２年２月１１日にＪ．Ｅ．スミスへの米国再発行特許３１４５０号に開示されているように公知である。これらの流量計は、湾曲した形状の１つ又は複数の流管を有する。コリオリ質量流計における各流管構成は１組の固有振動モードを有し、この固有振動モードは、単純曲げ型、捩り型、放射型又は結合型などである。それぞれの流管は、これらの固有振動モードの１つで共振するように駆動される。物質が充填されて振動するシステムの固有振動モードは、部分的には、流管と流管内の物質の結合質量によって定義される。物質は、流量計の入口側に接続されたパイプラインから流量計に流入する。次いで、この物質は１つ又は複数の流管を通過し、流管から出口側に接続されたパイプラインへ流出する。
【０００３】
駆動装置が流管に力を加え、この力が流管を振動させる。流量計を通過して流れる物質がないときには、流管に沿ったすべての質点が同一位相で振動する。物質が流管を通過し始めると、コリオリの加速度によって、流管に沿った各点が、流管に沿ったその他の点に対して異なる位相を持つ。流管の入口側の位相は駆動装置よりも遅れ、これに対して出口側の位相は駆動装置よりも進む。センサは流管上の２つの異なる点に配置され、この２つの点における流管の運動を表す正弦波信号を生成する。センサから受け取る２つの信号の位相差が、時間の単位で計算される。
【０００４】
この２つのセンサ信号間の位相差は、１つ又は複数の流管を通過して流れる物質の質量流量に比例する。物質の質量流量は、位相差と流れ校正係数とを乗じて求められる。この流れ校正係数は、物質特性及び流管の断面特性から求められる。
【０００５】
物質の特性がコリオリ流量計で測定された質量流量に影響を与えることが問題である。測定流量に影響する可能性のある物質の特性としては、密度、温度、圧力及び粘度がある。ほとんどの場合に、コリオリ流量計は、これらの特性によって生ずる誤差の影響を受けないように設計される。他の場合には、計器電子回路が、これらの特性によって生ずる測定質量流量の誤差を補償する。例えば、計器電子回路は一般に、物質の温度及び圧力によって生ずる誤差を補償する。
【０００６】
場合によっては、物質の特性が原因で生じる誤差は、通常の動作環境では重要ではなく、流量の誤差は補正されないこともある。しかしながら、物質の特性は、ある閾値を超えると、許容できない誤差を発生させる可能性がある。例えば、物質の密度は、ほとんどの密度において、ほとんどの流量計において流量に影響を与えないことが多い。しかしながら、低流量型コリオリ流量計においては、物質の密度が或る閾値を超えると物質の測定流量に影響を与えることがわかっている。この議論の目的では、低流量とは毎分５ポンド以下である。このときに、これらの誤差の原因は未知である。
【０００７】
したがって、測定された物質の密度が閾値を超える時期を判定し、密度によって生じた流量の誤差を補償することが望ましい。
解決方法
上記及びその他の問題は、コリオリ流量計において密度に起因する被測定質量流量の誤差を補償する方法及び装置を提供することによって解決され、当該技術の進歩がなされる。本発明の利点の１つは、密度に起因する測定流量の誤差が補正されることである。本発明の第２の利点は、測定データに一層精密にあてはまる非線形式を用いて補償係数を決定するので、補償が他のシステムよりも正確であることである。本発明の第３の利点は、密度に起因する誤差が許容できないレベルを越える場合、密度が閾値を越えた後にのみ補償が行われることである。これによって、正確な流量を与えるのに必要な計算量を低減することができる。
【０００８】
本発明にしたがって密度が補償された質量流量の決定は、次の方法で実施される。最初に、物質が振動導管を通過してコリオリ流量計に流入する。導管が振動し、導管に取り付けたセンサが、導管の運動を表す信号を生成する。振動する導管に取り付けられたセンサからの信号を計器電子回路が受け取る。次いで、計器電子回路によって、物質の補償前の流量が、受け取った信号から計算される。次いで、補償前の流量と、密度を流量の誤差に関係付ける非線形情報とを用いて、密度補償係数が決定される。次いで、密度補償係数を補償前の流量に適用することによって、密度補償後の流量が生成される。
【０００９】
本発明によれば、計器電子回路は、センサから受け取る信号から物質の密度を計算してもよい。計算された密度は閾値と比較され、密度が閾値を越えるかどうかが決定される。密度が閾値を越えた場合、密度補償後の流量が生成される。そうでない場合には、補償前の流量が出力される。
【００１０】
代替の実施の形態においては、閾値を越えない場合には、補償前の流量と、質量流量の誤差を物質の密度に関係付ける線形情報とを用いて、線形密度補償係数が計算される。補償後の流量は、線形密度補償係数を補償前の質量流量に適用することによって計算することができる。
【００１１】
本発明によれば、密度補償係数は、補償前の流量を、密度を流量誤差データに関係付けるＮ次多項式（但しＮは２以上)に挿入することで決定され得る。Ｎ次多項式は、測定質量流量の誤差率に対する密度の曲線あてはめである。多項式は、流量誤差データに対する密度のＮ次曲線あてはめを実施することによって生成され得、ここでＮは１より大きい。
【００１２】
本発明の一つの態様は、振動導管を通過して流れる物質の補償流量を決定する方法であって、前記振動導管に取り付けられたセンサからの信号を受け取るステップと、前記信号から前記物質の補償前の流量を計算するステップと、前記補償前の流量と、密度を流量の誤差に関係付ける非線形情報とから、密度補償係数を決定するステップと、前記密度補償係数を前記補償前の流量に適用することにより、密度補償流量を生成するステップと、を含む方法である。
【００１３】
別の態様は、前記信号から前記物質の密度を計算し、前記密度が閾値を越えるかどうかを決定し、前記密度が閾値を越えるのに応答して、前記密度補償後の流量を生成することである。
【００１４】
別の態様は、前記閾値が１．０３０の擬似密度であることである。
別の態様は、前記導管の直径が０．１３０インチであることである。
別の態様は、前記密度が前記閾値を越えないことに応答して、前記補償前の流量と、前記補償前の流量の誤差を前記物質の密度に関係付ける線形情報とから線形密度補償係数を決定すること、及び、前記線形密度補償係数を前記補償前の流量に適用することによって前記補償後の流量を生成することである。
【００１５】
別の態様は、前記密度補償係数を求めるステップが、密度を流量誤差データに関係付けるＮ次多項式（Ｎは２以上)に前記補償前の流量を挿入するステップを含むことである。
別の態様は、前記Ｎ次多項式を決定するために、前記密度の流量誤差データに対するＮ次曲線あてはめ（Ｎは２以上)を実施することである。
【００１６】
別の態様は、前記Ｎ次曲線あてはめを実施する前記ステップが、最小二乗曲線あてはめを実施するステップを含むことである。
別の態様は、Ｎが４に等しいことである。
【００１７】
別の態様は、前記信号から前記物質の補償前の密度を計算するステップを含むことである。
別の態様では、前記密度補償係数を決定するステップが、前記補償前の流量及び前記補償前の密度を、密度を流量誤差データに関係付ける２次元のＮ次多項式（Ｎは２以上)に挿入するステップを含むことである。
【００１８】
別の態様は、前記Ｎ次多項式を決定するために、前記補償前の密度及び前記補償前の流量の前記密度補償係数に対する２次元Ｎ次曲線あてはめを実施することである。
別の態様は、前記２次元Ｎ次曲線あてはめを実施するステップが、前記２次元Ｎ次多項式を決定するために、前記補償前の流量及び前記補償前の密度のデータに最小二乗曲線あてはめを実施するステップを含むことである。
【００１９】
別の態様は、密度補償後の流量を提供する処理ユニットを有すると共に、前記処理ユニットに対する命令であって、振動導管に取り付けられたセンサからの信号を受け取り、前記信号から前記物質の補償前の流量を計算し、前記補償前の流量と、密度を流量の誤差に関係付ける非線形情報とから密度補償係数を決定し、前記密度補償係数を前記補償前の流量に適用することによって前記密度補償後の流量を生成させる命令を含む、コリオリ流量計のための計器電子回路である。計器電子回路はまた、前記命令を記憶する前記処理ユニットによって読取り可能な媒体を含む。
【００２０】
別の態様は、前記信号から前記物質の密度を計算し、前記密度が閾値を越えるかどうかを決定し、前記密度が前記閾値を越えることに応答して、前記密度補償後の流量を生成するよう、前記処理ユニットに指示する命令を含むことである。
【００２１】
別の態様は、前記閾値が密度１．０３０であることである。
別の態様は、前記密度が前記閾値を越えないことに応答して、前記補償前の流量と、前記補償前の流量の誤差を前記物質の密度に関係付ける線形情報とから線形密度補償係数を決定し、前記線形密度補償を前記補償前の質量流量に適用することによって前記補償後の流量を生成するよう、前記処理ユニットに指示する命令である。
【００２２】
別の態様は、密度を流量誤差データに関係付けるＮ次多項式（Ｎは２以上)に前記補償前の流量を挿入するよう前記処理ユニットに指示する命令である。
別の態様は、前記Ｎ次多項式を決定するために、前記密度の流量誤差データに対するＮ次曲線あてはめ（Ｎは２以上)を実施するよう前記処理ユニットに指示する命令である。
【００２３】
別の態様は、密度の誤差データに対する最小二乗曲線あてはめを実施するよう前記処理ユニットに指示する命令である。
別の態様は、Ｎが４に等しいことである。
【００２４】
別の態様は、前記信号から前記物質の補償前の密度を計算ずるよう前記処理ユニットに指示する命令である。
別の態様は、前記補償前の流量及び前記補償前の密度を、密度を流量誤差データに関係付ける２次元Ｎ次多項式（Ｎは２以上)に挿入するよう前記処理ユニットに指示する命令である。
【００２５】
別の態様は、前記Ｎ次多項式を決定するために、前記補償前の密度及び前記補償前の流量の前記密度補償係数に対する２次元Ｎ次曲線あてはめを実施するよう前記処理ユニットに指示する命令である。
【００２６】
別の態様は、前記２次元Ｎ次多項式を決定するために、前記補償前の流量及び前記補償前の密度のデータの最小二乗曲線あてはめを実施するよう前記処理ユニットに指示する命令である。
【００２７】
本発明の上記及び他の利点及び態様は、詳細な説明及び図面において説明される。
詳細な説明
本発明は、物質の密度に起因する流量の誤差を補償するコリオリ流量計からの質量流量測定を提供することに関する。図１は、本発明にしたがって補償後の質量流量を提供することのできる例示的なコリオリ流量計を示す。コリオリ流量計１００は、流量計アセンブリ１１０及び計器電子回路１５０を含む。計器電子回路１５０は計器アセンブリ１１０にリード線１２０を介して接続され、例えば、密度、質量流量、体積流量及び経路１２５の総合質量流量情報を提供するが、これらに制限されるものではない。コリオリ流量計構造を記載するが、当業者に明らかなように、本発明は、交流電圧の電流を必要とする負荷を有する任意の装置と組み合わせて実施できる。
【００２８】
コリオリ流量計構造について述べるが、当業者には明白であるように、本発明は、導管を通過して流れる物質の特性を測定する振動導管を有する任意の装置と組み合わせて実施できる。このような装置の第２の例は、コリオリ流量計が提供する追加の測定機能を持たない振動管密度計である。
【００２９】
流量計アセンブリ１１０は、一対のフランジ１０１、１０１’、マニホールド１０２、及び導管１０３Ａ、１０３Ｂを含む。駆動装置１０４、ピックオフセンサ１０５、１０５’及び温度センサ１０７は、導管１０３Ａ、１０３Ｂに接続される。ブレース・バー１０６、１０６’は、その回りに各導管が振動する軸Ｗ、Ｗ’を画定するよう働く。
【００３０】
コリオリ流量計１００が、測定中の処理物質を搬送するパイプラインシステム（図示せず）に挿入されると、物質はフランジ１０１を通過して流量計アセンブリ１１０に入り、マニホールド１０２を通過し、そこで物質が導管１０３Ａ及び１０３Ｂに入るように向けられる。次いで、物質は導管１０３Ａ、１０３Ｂを通過して、マニホールド１０２に戻り、そこからフランジ１０１’を通過して計器アセンブリ１１０から出る。
【００３１】
導管１０３Ａ及び１０３Ｂは、曲げ軸Ｗ−Ｗ、Ｗ’−Ｗ’それぞれの回りに実質的に同一の質量分布、慣性モーメント、弾性率を有するように選択され、マニホールド１０２に適宜取り付ける。導管１０３Ａ、１０３Ｂは、マニホールドから本質的に平行に外方向に延びている。
【００３２】
導管１０３Ａ、１０３Ｂは、駆動装置１０４によって反対方向に、それぞれの曲げ軸Ｗ、Ｗ’の回りに、流量計の第１の位相外れ曲げモードと呼ばれるモードで駆動される。駆動装置１０４は、導管１０３Ａに取り付けた磁石及び導管１０３Ｂに取り付けられて両導管を振動させるために交流電流が通される対向コイルなどの、周知の多数の機器のうちの任意のものを備え得る。好適な駆動信号が、計器電子回路１５０によって経路１１２を介して駆動装置１０４に流される。
【００３３】
ピックオフセンサ１０５、１０５’は、導管の振動を測定するために、導管１０３Ａ、１０３Ｂのうちの少なくとも１つの両端に取り付けられる。導管１０３Ａ、１０３Ｂが振動すると、ピックオフセンサ１０５、１０５’は第１のピックオフ信号及び第２のピックオフ信号を生成する。第１のピックオフ信号及び第２のピックオフ信号は経路１１１及び１１１’に印加される。駆動装置速度信号は経路１１２に印加される。
【００３４】
温度センサ１０７は、導管１０３Ａ及び／又は１０３Ｂの少なくとも１つに取り付けられる。温度センサ１０７は、システムの温度の方程式を修正するために導管の温度を測定する。経路１１１”は、温度センサ１０７からの温度信号を計器電子回路１５０に搬送する。
【００３５】
計器電子回路１５０は、経路１１１に流れる第１のピックオフ信号及び経路１１１’ に流れる第２のピックオフ信号を受け取る。計器電子回路１５０は、第１及び第２の速度信号を処理して、質量流量、密度又は流量計アセンブリ１０を通過する物質の他の特性を計算する。この計算された情報は、計器電子回路１５０によって、経路１２５により利用手段（図示せず）に印加される。当業者には公知であるように、コリオリ流量計１００は、構造が振動管密度計と極めて類似している。また、振動管密度計は、その中を流体が通過する振動管や、サンプル型の密度計の場合にはその中に流体が保持される振動管を利用する。振動管密度計はまた、導管を励振して振動させる駆動システムを利用する。典型的には、振動管密度計は通常は単一のフィードバック信号のみを利用する。これは、密度計測には周波数の測定のみが必要であり、位相測定が必要ではないためである。本明細書における本発明の記述は、振動管密度計にも等しくあてはまる。
【００３６】
コリオリ流量計１００において、計量電子回路１５０は物理的に２つの構成要素、すなわちホストシステム１７０及び信号調整器１６０に分割される。従来の計器電子回路では、これらの構成要素は１つのユニットに収容されている。
【００３７】
信号調整器１６０は、駆動回路１６３及びセンサ信号調整回路１６１を含む。当業者であれば認識するように、実際には駆動回路１６３及びピックオフ調整回路１６１は、個別のアナログ回路、或いは、デジタル信号プロセッサ又はその他のデジタル構成要素によって提供される個別の機能とすることができる。駆動回路１６３は、駆動信号を生成し、交流駆動電流を経路１１２及び経路１２０を経由して駆動装置１０４に加える。本発明の回路は、駆動装置１０４に交流電流を提供するよう、駆動回路１６３に含まれてもよい。
【００３８】
実際には、経路１１２は第１及び第２のリード線である。駆動回路１６３は、経路１６２を経由してセンサ信号調整回路１６１に通信可能に接続される。経路１６２によって、駆動回路は入力ピックオフ信号を監視し、駆動信号を調整することができる。駆動回路１６３及びセンサ信号調整回路１６１を作動させる電力は、第１の電線１７３及び第２の電線１７４を経由してホストシステム１７０から供給される。第１の電線１７３及び第２の電線は従来型の２線式ケーブル、４線式ケーブル又はマルチペアケーブルの一部であってももよい。
【００３９】
センサ信号調整回路１６１は、入力信号を第１ピックオフ１０５、第２ピックオフ１０５’及び温度センサ１０７から経路１１１、１１１’、１１１”を経由して受け取る。センサ信号調整回路１６１は、ピックオフ信号の周波数を決定するが、導管１０３Ａ、１０３Ｂを通過して流れる物質の特性をも決定し得る。ピックオフセンサ１０５、１０５’からの入力信号の周波数及び物質の特定を決定した後に、この情報を運ぶパラメータ信号が生成され、経路１７６を経由してホストシステム１７０の２次処理ユニット１７１に伝送される。好ましい実施の形態においては、経路１７６は２本のリード線を含む。しかし、当業者であれば認識するように、経路１７６は、第１の電線１７３及び第２の電線１７４、又は任意の数の電線により担持され得る。
【００４０】
ホストシステム１７０は、電源１７２及び２次処理ユニット１７１を含む。電源１７２は、供給源から電気を受け取り、受け取った電気をシステムが必要とする適宜の電力へ変換する。２次処理ユニット１７１は、ピックオフ信号調整回路１６１からのパラメータ信号を受け取り、次いで、導管１０３Ａ、１０３Ｂを通過して流れる物質についてのユーザが必要とする特性を提供するのに必要な処理を実行することができる。このような特性としては、密度、質量流量及び体積流量があるが、これに限定されるものではない。
【００４１】
以下の発明は処理ユニットによって実施される。信号調整器１６０のデジタル信号プロセッサ又は２次処理ユニット１７１は本発明を実施し得る。図５は、本発明を実施するよう動作する従来の処理ユニットを示す。
【００４２】
処理システム５００は中央処理ユニット（ＣＰＵ）５０１を含む。ＣＰＵ５０１はプロセッサ、マイクロプセッサ、又は、メモリに記憶された命令を実行するプロセッサ及び／又はマイクロプロセッサの組み合わせである。メモリバス５０２は、ＣＰＵ５０１を命令の実行に必要なメモリに接続する。読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）５１０などの不揮発性メモリは、経路５１１を経由してメモリバス５０２に接続される。ＲＯＭ５１０は、処理システム５００を適切に作動させるのに必要な構成命令その他の命令を記憶する。ランダムアクセスメモリ５２０などの揮発性メモリが、経路５２１を経由してメモリバス５０２に接続される。ＲＡＭ５２０は、ＣＰＵ５０１が実行するアプリケーションを実行するのに必要な命令及びデータを記憶する。
【００４３】
入力／出力（Ｉ／Ｏ）バス５０３は、ＣＰＵ５０１を命令の実行に必要な他のデバイスに接続する。アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器５３０によって、ＣＰＵ５０１は、図１のピックオフセンサ１０５、１０５’などのアナログ回路からの信号を受け取ることができる。Ａ／Ｄ変換器５３０はＩ／Ｏバス５０３に接続され、経路５３２を経由して他の回路（図示せず）からのアナログ信号を受け取る。周辺装置５４０は、処理システム５００がＣＰＵ５０１にデータを提供するのに必要な機能を実行する別の装置である。周辺装置５４０は経路５４１を経由してＩ／Ｏバス５０３に接続される。メモリ５５０は、処理システム５００に追加のデータ記憶能力を提供する装置であり、例えばディスクドライブ及びディスクである。
【００４４】
コリオリ式流量計１００のようなコリオリ流量計によって提供される質量流量測定が、測定物質の特性の影響を受ける可能性があることは問題である。そのような特性の１つが物質の密度である。特に、小型コリオリ流量計は測定物質の密度に起因する誤差を生じ易い。この議論の目的では、小型コリオリ流量計は、直径０．１３０インチの流管を備える流量計である。そのような流量計の例としては、コロラド州ボールダのマイクロモーション社製のＣＭＦ０１０コリオリ流量計がある。
【００４５】
図２は、種々の密度を有する物質における流量の誤差のプロットを示している。線２０１は、密度０．９９５７を有する物質について流量が変化するときの、補償前の流量の誤差を表す。線２０２は、密度０．９４８９を有する物質について流量が変化するときの、補償前の流量の誤差を表す。線２０３は、密度０．８５２８４を有する物質についての補償前の流量の誤差を表す。線２０４は、密度０．７８９２２を有する物質についての補償前の流量の誤差率を表す。線２０５は、密度０．９０４５２を有する物質についての補償前の流量の誤差を表す。
【００４６】
図２からわかるように、１．０に近い密度を有する物質の方が、小さい誤差率を生じる。これに対して、１．０に近くない密度は、０．１％より大きい誤差の割合を生じる傾向がある。
【００４７】
図２のグラフから、当業者であれば理解するように、１に近くない密度により、小型流量計には不正確な流量が提供されることになる。本発明は、測定流量に密度補償係数を乗じることによって流量を補正する。
【００４８】
密度補償係数は、次に示す方法、即ち、補償前の流量に基づいて補償係数をルックアップする方法、補償前の密度の最小二乗多項式あてはめ結果と密度とを比較する方法、又は、補償前の密度及び質量流量の２次元最小二乗曲線あてはめによる方法のうちのいずれかの方法で計算することができる。当業者であれば認識するように、他のデータあてはめ方法を用いて密度補償係数を求めることができる。
【００４９】
次いで、密度と流量との関係を用いて、密度に起因する誤差について流量を補償することができる。図３及び図４は、本発明に係る、密度補償をした流量を提供するための代替プロセスを示す。図３及び図４に示すプロセスは、計器電子回路１５０又は計器電子回路１５０からデータを受け取る２次処理ユニットによって実行される。図３に示すプロセス３００は、本発明による第１の代替の実施の形態である。プロセス３００において、以下の方法によって全ての流量測定が密度に対して補償される。
【００５０】
プロセス３００はステップ３０１から始まり、質量流量を示す信号を振動導管に取り付けられたセンサから受け取る。当業者であれば認識するように、これらの信号は、ピックオフセンサから直接受け取るアナログ信号であってよく、或いは、信号はセンサからの信号間の位相差を表すデジタル信号でもよい。これは設計上の選択であり、プロセスを実施するのに使用する回路の形式に依存して変る。
【００５１】
ステップ３０２において、補償前の流量が計算される。流量は、当該技術における周知の従来方法によって計算するが、流量計算の説明は簡潔化のために省略する。
次いで、ステップ３０３において、密度補償係数が決定される。密度補償係数は、多くの異なる方法で求めることができる。第１の解決方法は、流量及び関連する補償係数又は補償流量を記憶するメモリを維持することである。次いで、単純なルックアップを実行することで、補償係数又は補償流量を決定することができる。
【００５２】
補償係数を決定するための従来技術による方法は、データの線形又は１次曲線のあてはめである。補償前の流量を式に挿入し、適正な密度補償係数を決定する。
しかしながら、１次曲線あてはめ は、データの正確な表示を提供しない。したがって、補償係数を表すよう、収集されたデータによくあてはまるＮ次多項式を生成することが好ましい。次いで、密度補償係数の解を求めるため、補償前の流量が式に挿入される。好ましい一つの実施の形態においては、４次多項式がデータに最もよくあてはまることが決定され、したがって４次多項式が使用される。しかしながら、当業者であれば認識するように、結果の精度に基づいて、他の次数の式を用いることができる。
【００５３】
好ましい実施の形態においては、次に示す４次方程式、即ち
ＤＣＦ＝ａ₀+ａ₁ｍ＋ａ₂ｍ²＋ａ₃ｍ³＋ａ₄ｍ⁴
がデータにもっともよくあてはまることが決定された。但し、
ａ₀＝＋０．９９８３
ａ₁＝＋０．００５２
ａ₂＝＋０．００９４
ａ₃＝＋０．００５１
ａ₄＝−０．０００８
ｍは補償前の流量
である。
【００５４】
補償係数を決定する第２の方法は、Ｎ次多項式に対する２次元曲線あてはめを用いて達成される。２次元曲線あてはめは、データの２つの変数に対する曲線あてはめであり、曲線あてはめは、ｍで表される質量流量と、ｄで表される密度とに対して行われる。好ましい一つの実施の形態においては、密度及び質量流量を、補償係数に対して最小二乗あてはめする。様々な多項式にデータをあてはめる実験によって、以下の式、即ち
補償係数＝ａ₀＋（ａ₁×ｍ）＋（ａ₂×ｍ²）＋（ａ₃×ｍ³）＋（ａ₄×ｍ⁴）＋（ａ₅×ｍ×ｄ）＋（ａ₆×ｄ）＋（ａ₇×ｄ²）＋（ａ₈×ｄ³）＋（ａ₉×ｄ⁴）
で示される、密度及び質量流量の４次多項式が、補償係数に対してあてはまることが決定された。但し、
ａ₁、ａ₂、ａ₃、ａ₄、ａ₅、ａ₆、ａ₇、ａ₈、ａ₉は係数
ｍは質量流量
ｄは密度
である。
【００５５】
ステップ３０３において密度補償係数が決定された後、補償前の質量流量に密度補償係数が適用され、ステップ３０４において密度補償後の質量流量が生成されてプロセス３００が終了する。
【００５６】
図４に示すプロセス４００は、密度に起因する誤差が補償された流量を提供するための第２の代替の実施の形態を示す。この実施の形態では、物質の密度が測定流量に対して許容できない誤差を付加しない範囲内にある場合には、密度補償係数は測定流量に適用されなくてもよい。
【００５７】
プロセス４００は、振動導管に取り付けられたセンサから質量流量を示す信号を受け取ることによって、ステップ４０１で開始される。次いで、この信号を用いて、ステップ４０２において、補償前の流量が計算される。流量は当業者に周知の従来の方法によって計算される。
【００５８】
ステップ４０３において、物質の密度が、
【００５９】
【数１】

のような従来の又は周知の式によって信号から計算される。
【００６０】
但し、
ｐは物質の密度
ｐ₁は水などの第１の既知物質の密度
ｐ₂は空気などの第２の既知物質の密度
Ｋ₁は水などの第１の既知物質の定数
Ｋ₂は空気などの第２の既知物質の定数
τは流管の振動速度
である。
【００６１】
密度が計算された後、ステップ４０４において、計算された密度と密度閾値とが比較される。密度は、密度閾値よりも大きい又は小さいことによって、密度閾値を越え得る。使用する比較方法は当業者に任される。
【００６２】
計算された密度が密度閾値を越える場合には、ステップ４０５において密度補償係数が決定される。密度補償係数は、図３のステップ３０３において前述した方法で決定される。次いで、補償前の質量流に対して密度補償係数が適用され、補償後の質量流量がステップ４０６において生成される。
【００６３】
計算された密度が密度閾値を越えない場合には、ステップ４２０において、補償前の流量が戻される。或いは、線形密度補償が十分であることが知られているので、密度補正は、ステップ４１１において、線形補償を用いて決定されてもよい。次いで、ステップ４１２で、線形密度補償係数を補償前の流量に適用することによって、補償後の流量が生成される。
【００６４】
ステップ４２０において、ステップ４０６又はステップ４１２で計算された補償後の流量が戻され、プロセス４００が終了する。
以上が、質量流量に対して、物質の密度に起因する誤差について質量流量を補償するプロセスの記述である。当業者であれば、特許請求項に記載されたシステムを文言上或いは均等論によって侵害する代替のプロセスを設計することができるものと予測される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の方法及び装置を組み込んだコリオリ式流量計を示す図である。
【図２】異なる密度に対して、流量と比較した誤差率を示すグラフである。
【図３】本発明による、密度に起因する誤差に対して流量を補償する方法の第１の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明による、密度に起因する誤差に対して流量を補償する方法の第２の実施の形態を示す図である。
【図５】プロセッサを示す図である。

Claims (25)

1. 振動導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）を通過して流れる物質の密度補償後の流量を求める方法（３００）であって、前記振動導管に取り付けられたセンサ（１０５、１０５’）からの信号を受け取るステップ（３０１）と、前記信号から前記物質の補償前の流量を計算するステップ（３０２）とを含む方法において、
   前記補償前の流量と、密度を流量の誤差に関係付ける非線形情報とから密度補償係数を決定するステップ（３０３）と、
   前記密度補償係数を前記補償前の流量に適用することによって、前記密度補償後の流量を生成するステップ（３０４）と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記信号から前記物質の密度を計算するステップ（４０３）と、
   前記密度が閾値を超えるかどうかを決定するステップ（４０４）と、
   前記密度が前記閾値を越えることに応答して、前記密度補償後の流量を生成するステップ（４０６）と、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法（３００）。
3. 前記閾値が１．０３０の擬似密度である、請求項２に記載の方法（３００）。
4. 前記導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）の直径が０．１３０インチである、請求項３に記載の方法（３００）。
5. 前記密度が前記閾値を越えないことに応答して、前記補償前の流量と、前記補償前の流量の誤差を前記物質の密度に関係付ける情報とから、線形密度補償係数を求めるステップ（４１１）と、
   前記線形密度補償係数を前記補償前の流量に適用することによって、前記補償後の流量を生成するステップ（４１２）と、
   をさらに含む、請求項２に記載の方法（３００）。
6. 前記密度補償係数を求める前記ステップが、前記補償前の流量を、密度を流量誤差データに関係付けるＮ次多項式（Ｎは２以上)に挿入するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（３００）。
7. 前記Ｎ次多項式を決定するために、前記密度の流量誤差データに対するＮ次曲線あてはめ（Ｎは２以上)を実施するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法（３００）。
8. 前記Ｎ次曲線あてはめを実施するステップが、最小二乗曲線あてはめを実施するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法（３００）。
9. Ｎが４に等しい、請求項６に記載の方法（３００）。
10. 前記信号から前記物質の補償前の密度を計算するステップ（４０３）をさらに含む、請求項１に記載の方法（３００）。
11. 前記密度補償係数を求める前記ステップが、前記補償前の流量及び前記補償前の密度を、密度を流量誤差データに関係付ける２次元Ｎ次多項式（Ｎは２以上)に挿入するステップを含む、請求項１０に記載の方法（３００）。
12. 前記Ｎ次多項式を決定するために、前記補償前の密度及び前記補償前の流量の前記密度補償係数に対する２次元Ｎ次曲線あてはめを実施するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法（３００）。
13. 前記２次元Ｎ次曲線あてはめを実施するステップが、前記２次元Ｎ次多項式を決定するために、前記補償前の流量及び前記補償前の密度のデータに最小二乗曲線あてはめを実施するステップを含む、請求項１２に記載の方法（３００）。
14. 密度補償後の流量を提供する処理ユニット（５００）であって、振動導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）に取り付けられたセンサ（１０５、１０５’）から信号を受け取リ、前記信号から前記物質の補償前の流量を計算するよう指示する命令を備える処理ユニットと、
    前記命令を記憶し前記処理ユニットによって読取り可能な媒体（５５０）と、
    を備える、コリオリ流量計（１１０）のための計器電子回路（１５０）であって、
    前記命令が、前記処理ユニットに対して、前記補償前の流量と、密度を流量の誤差に関係付ける非線形情報とから密度補償係数を決定し、前記密度補償係数を前記補償前の流量に適用することによって、前記密度補償後の流量を生成するよう指示する
    ことを特徴とする計器電子回路（１５０）。
15. 前記命令が、前記処理ユニット（５００）に対して、
    前記信号から前記物質の密度を計算し、
    前記密度が閾値を越えるかどうかを決定し、
    前記密度が前記閾値を越えることに応答して、前記密度補償後の流量を生成する
    よう指示する命令をさらに含む、請求項１４に記載の計器電子回路（１５０）。
16. 前記閾値が密度１．０３０である、請求項１５に記載の計器電子回路（１５０）。
17. 前記命令が、前記処理ユニット（５００）に対して、
    前記密度が前記閾値を越えないことに応答して、前記補償前の流量と、前記補償前の流量の誤差を前記物質の密度に関係付ける線形情報とから線形密度補償係数を決定し、
    前記線形密度補償を前記補償前の質量流量に適用することによって前記補償後の流量を生成するよう指示する命令をさらに含む、請求項１５に記載の計器電子回路（１５０）。
18. 前記密度補償係数を求める前記命令が、前記処理ユニット（５００）に対して、前記補償前の流量を、密度を流量誤差データに関係付けるＮ次多項式（Ｎは２以上)に挿入するよう指示する命令を含む、請求項１４に記載の計器電子回路（１５０）。
19. 前記命令が、前記処理ユニット（５００）に対して、前記Ｎ次多項式を決定するために、前記密度の流量誤差データに対するＮ次曲線あてはめ（Ｎは２以上）を実施するよう指示する命令をさらに含む、請求項１８に記載の計器電子回路（１５０）。
20. 前記Ｎ次曲線あてはめを実施させる前記命令が、前記処理ユニット（１００）に、密度の誤差データに対する最小二乗曲線あてはめを実施するよう指示する命令を含む、請求項１９に記載の計器電子回路（１５０）。
21. Ｎが４に等しい、請求項１８に記載の計器電子回路（１５０）。
22. 前記命令が、前記処理ユニット（５００）に対して、前記信号から前記物質の補償前の密度を計算するよう指示する命令をさらに含む、請求項１４に記載の計器電子回路（１５０）。
23. 前記密度補償係数を決定する前記命令が、前記処理ユニット（５００）に対して、前記補償前の流量及び前記補償前の密度を、密度を流量誤差データに関係付ける２次元Ｎ次多項式（Ｎは２以上）に挿入するよう指示する命令を含む、請求項２２に記載の計器電子回路（１５０）。
24. 前記命令が、前記処理ユニット（５００）に対して、前記Ｎ次多項式を決定するために、前記補償前の密度及び前記補償前の流量の前記密度補償係数に対する２次元Ｎ次曲線あてはめを実施するよう指示する命令を含む、請求項２３に記載の計器電子回路（１５０）。
25. 前記２次元Ｎ次曲線あてはめを実施する前記命令が、前記処理ユニット（５００）に対して、前記２次元Ｎ次多項式を決定するために、前記補償前の流量及び前記補償前の密度のデータの最小二乗曲線あてはめを実施するよう指示する命令を含む、請求項２４に記載の計器電子回路（１５０）。

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