JP2004521319A5 - - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。密度が閾値を越える場合、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。
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。
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(ただし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、Nは2以上である。
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、前記信号から前記物質の密度を計算するステップとを備える方法において、
前記密度が閾値を越えるか否かを決定するステップと、
前記密度が前記閾値を越えることに応答して、前記補償前の流量と、密度を流量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、密度補償後の流量を計算するステップと、
前記密度が前記閾値を越えないことに応答して、前記密度補償係数によって補償されていない流量を出力するステップと、
を含む方法である。
前記密度が閾値を越えるか否かを決定するステップと、
前記密度が前記閾値を越えることに応答して、前記補償前の流量と、密度を流量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、密度補償後の流量を計算するステップと、
前記密度が前記閾値を越えないことに応答して、前記密度補償係数によって補償されていない流量を出力するステップと、
を含む方法である。
好ましくは、前記方法は、
前記密度が閾値を越えないことに応答して、前記補償前の流量と、流量誤差を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ステップと、
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密度補償後の流量を計算するステップと、
を含む。
前記密度が閾値を越えないことに応答して、前記補償前の流量と、流量誤差を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ステップと、
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密度補償後の流量を計算するステップと、
を含む。
好ましくは、前記密度補償係数を求めるステップは、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(ただしNは2以上)に挿入するステップを含む。
好ましくは、前記方法は更に、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(ただしNは2以上)を実施するステップを含む。
好ましくは、前記方法は更に、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(ただしNは2以上)を実施するステップを含む。
好ましくは、前記密度補償係数を決定するステップは、前記補償前の流量及び前記密度を、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(ただしNは2以上)に挿入するステップを含む。
別の態様は、コリオリ流量計のための前記計器電子回路が流量を提供する処理ユニットを備えることであり、該計器電子回路は、振動導管に取り付けられたセンサからの信号を受け取って前記信号から前記物質の補償前の流量を計算し、前記信号から前記物質の密度を計算するよう前記処理ユニットに指示する命令と、該命令を記憶する、前記処理ユニットによって読み取り可能な媒体とを備え、前記計器電子回路は、
前記命令が前記処理ユニットに対して、
前記密度が閾値を越えるか否かを決定し、
前記密度が前記閾値を越えることに応答して、前記補償前の流量と、密度を流量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密度補償後の流量を計算し、
前記密度が前記閾値を越えないことに応答して、前記密度補償係数によって密度補償されていない流量を出力する、
よう指示することを特徴とする。
前記命令が前記処理ユニットに対して、
前記密度が閾値を越えるか否かを決定し、
前記密度が前記閾値を越えることに応答して、前記補償前の流量と、密度を流量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密度補償後の流量を計算し、
前記密度が前記閾値を越えないことに応答して、前記密度補償係数によって密度補償されていない流量を出力する、
よう指示することを特徴とする。
好ましくは、前記計器電子回路において、前記命令は更に、
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、流量誤差を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計算するよう、前記処理ユニットに指示する命令を含む。
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、流量誤差を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計算するよう、前記処理ユニットに指示する命令を含む。
好ましくは、前記命令は、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(ただしNは2以上)に挿入するよう前記処理ユニットに対して指示する。
好ましくは、前記命令は、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(ただし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。
好ましくは、前記命令は、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(ただし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。
好ましくは、前記命令は、前記補償前の流量及び前記密度を、密度を流量誤差データに関係付ける2次元N次多項式(ただし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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ステップ403において、物質の密度が、
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (10)
- 振動導管(103A、103B)を通過して流れる物質の流量を決定する方法(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、
前記信号から前記物質の密度を計算するステップと、
前記密度が閾値を越えるか否かを決定するステップと、
前記密度が前記閾値を越えることに応答して、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計算するステップ(304)と、
前記密度が前記閾値を越えないことに応答して、前記密度補償係数によって密度補償されていない流量を出力するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 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、流量誤差を密度に関係付ける情報とから、線形密度補償係数を決定するステップ(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、前記密度補償後の流量を計算するステップ(412)と、
をさらに含む、請求項1に記載の方法(300)。 - 前記密度補償係数を決定する前記ステップが、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(ただしNは2以上)に挿入するステップを含む、請求項1に記載の方法(300)。
- 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(ただしNは2以上)を実施するステップをさらに含む、請求項3に記載の方法(300)。
- 前記密度補償係数を決定する前記ステップが、前記補償前の流量及び前記密度を、密度を流量誤差データに関係付ける2次元N次多項式(ただしNは2以上)に挿入するステップを含む、請求項1に記載の方法(300)。
- 流量を提供する処理ユニット(500)を備え、且つ、
振動導管(103A、103B)に取り付けられたセンサ(105、105’)から信号を受け取って前記信号から前記物質の補償前の流量を計算し、前記信号から前記物質の密度を計算するよう前記処理ユニットに指示する命令と、前記命令を記憶する、前記処理ユニットによって読み取り可能な媒体とを備える、
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、
前記密度が閾値を越えるか否かを決定し、前記密度が前記閾値を越えることに応答して、前記補償前の流量と、密度を流量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計算し、前記密度が前記閾値を越えないことに応答して、前記密度補償係数によって密度補償されていない流量を出力するよう指示する
ことを特徴とする計器電子回路(150)。 - 前記命令がさらに、
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、流量誤差を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計算するように、前記処理ユニット(500)に指示する命令を含む、
請求項6に記載の計器電子回路(150)。 - 前記密度補償係数を決定する前記命令が、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(ただしNは2以上)に挿入するよう前記処理ユニット(500)に指示する命令を含む、請求項6に記載の計器電子回路(150)。
- 前記命令が、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(ただしNは2以上)を実施するよう前記処理ユニット(500)に指示する命令をさらに含む、請求項8に記載の計器電子回路(150)。
- 前記密度補償係数を決定する前記命令が、前記補償前の流量及び前記密度を、密度を流量誤差データに関係付ける2次元N次多項式(ただしNは2以上)に挿入するよう前記処理ユニット(500)に指示する命令を含む、請求項6に記載の計器電子回路(150)。
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