JP2008514916A - コリオリ流量計における左右の固有ベクトルの流入量決定 - Google Patents

Abstract

振動管路に対する左固有ベクトルの相対位相の周期的計算を可能にする方法及び機器が開示される。通常動作期間に２つの駆動部が連携して使用され、管路（２０２）の主曲げモードが励起される。周期的に、２つの駆動部のうちの第１の駆動部（２０４）が、次いで第２の駆動部（２０６）が使用不能にされ、振動管路についての左固有ベクトルの相対位相の決定（２０８）を可能にする測定が可能となる。

Description

本発明は流量計の分野に関し、詳細にはコリオリ流量計に関する。
従来技術の記述
コリオリ流量計では、流体搬送管を正弦運動で振動させ、管の２つ以上の位置で振動応答間の時間遅延（又は位相角）を測定することによって、質量流量が測定される。実際の状況では、時間遅延は質量流量と共に線形に変化するが、時間遅延はゼロ質量流量では一般にゼロではない。通常は、非比例減衰、残留柔軟性応答、電磁気的漏話、計器電子回路での位相遅延などの幾つかの要素によって引き起こされる流量ゼロ遅延又はオフセットが存在する。

この流量ゼロ・オフセットは、典型的には、流量ゼロ状態での流量ゼロ・オフセットを測定し、この測定したオフセットを後続の流動期間に行った測定値から差し引くことによって補正される。これは、流量ゼロ・オフセットが一定のままである場合に流量ゼロ・オフセット問題を補正するのには十分である。遺憾ながら、流量ゼロ・オフセットは、周囲環境（温度など）の小さな変化、又は材料が流れる配管系の変化に影響を受ける可能性がある。流量ゼロ・オフセットの変化は測定流量の誤差を引き起こす。通常動作期間には、流量ゼロ状態と流量ゼロ状態との間に長い期間が存在し得る。コリオリ流量計は、こうした流量ゼロ状態の期間に流量計をゼロ設定することによって較正することができる。経時的なゼロ・オフセットの変化は、測定流量の著しい誤差を引き起こす可能性がある。したがって、流動期間に流量ゼロ・オフセットを較正するシステム及び方法に対する要求が存在する。

発明の概要
振動管路に対する左固有ベクトルの相対位相の周期的計算を可能にする方法及び機器が開示される。通常動作期間に２つの駆動部が連携して使用され、管路の主曲げモードが励起される。周期的に、２つの駆動部のうちの第１の駆動部が、次いで第２の駆動部が使用不能にされ、振動管路についての左固有ベクトルの相対位相の決定を可能にする測定が可能となる。

態様
本発明の一態様は、
管路の振動モードの励起中に、管路を通じて材料を流すこと、
振動管路の相対運動を測定すること、及び
管路についての左固有ベクトルの相対位相を周期的に決定すること、
を含む方法を含む。

好ましくは、この方法は、
管路についての右固有ベクトルの相対位相を決定すること、及び
左固有ベクトルの相対位相と右固有ベクトルの相対位相とを使用して、管路を通る材料の実際の流量を決定すること、
を更に含む。

好ましくは、この方法は、
右固有ベクトルの相対位相を使用して、管路を流れる材料の未補正流量を決定すること、及び
未補正流量を実際の流量と比較することにより、管路を通る材料の流量についてのゼロ・オフセットを決定すること、
を更に含む。

好ましくは、この方法は、ゼロ・オフセットで補正された右固有ベクトルの相対位相を使用して、管路を流れる材料流量を決定することを更に含む。
好ましくは、この方法は、
右固有ベクトルの相対位相を決定すること、及び
右固有ベクトルの相対位相と左固有ベクトルの相対位相との平均を取ることにより、管路を通る材料の流量についてのゼロ・オフセットを決定すること、
を更に含む。

好ましくは、この方法は、ゼロ・オフセットで補正された右固有ベクトルの相対位相を使用して、管路を流れる材料流量を決定することを更に含む。
好ましくは、この方法は、残留柔軟性応答及び電磁気的漏話について左固有ベクトルの相対位相が補正されることを更に含む。

好ましくは、この方法は、
第１駆動部と該第１駆動部から離間した第２駆動部とを使用して管路の振動モードを励起している間に、振動管路上の２つの離間した位置の間の第１相対位相を測定すること、
第２駆動部だけを使用して管路の振動モードを励起している間に、振動管路上の２つの離間した位置間の第２相対位相を測定すること、
第１相対位相から第２相対位相を差し引くことにより、第１駆動部に関連する残留柔軟性応答及び電磁気的漏話を計算すること、
第２駆動部だけを使用して管路の振動モードを励起している間に、振動管路上の２つの離間した位置間の第３相対位相を測定すること、及び
第１相対位相から第３相対位相を差し引くことにより、第２駆動部に関連する残留柔軟性応答及び電磁気的漏話を計算すること、
を更に含む。

本発明の別の態様は、
離間した構成の少なくとも２つの駆動部を使用して管路の振動モードを励起している間に、管路を通じて材料を流すこと、
振動管路の運動を測定すること、
駆動部のうちの第１の駆動部だけを使用して管路の振動モードを駆動している間に、管路上の第１位置と駆動部のうちの第１の駆動部との間の第１位置関係を決定すること、
駆動部のうちの第２の駆動部だけを使用して管路の振動モードを駆動している間に、管路上の第１位置と駆動部のうちの第２の駆動部との間の第２位置関係を決定すること、及び
第１位置関係及び第２位置関係を使用して左固有ベクトルを決定すること、
を含む。

好ましくは、この方法は、管路の運動が、第１駆動部と共に位置する第１センサと、第２駆動部と共に位置する第２センサで測定されることを更に含む。
好ましくは、この方法は、
第１駆動部と第２駆動部とを使用して管路の振動モードを励起する間に、管路についての右固有ベクトルの相対位相を決定すること、及び
右固有ベクトルの相対位相から左固有ベクトルの相対位相を差し引くことにより、管路を通る材料の実際の流量を決定すること、
を更に含む。

好ましくは、この方法は、
右固有ベクトルの相対位相を使用して、管路を流れる材料の未補正流量を決定すること、
未補正流量を実際の流量と比較することにより、管路を通る材料の流量についてのゼロ・オフセットを決定すること、及び
ゼロ・オフセットで補正された右固有ベクトルの相対位相を使用して、管路を流れる材料流量を決定すること、
を更に含む。

好ましくは、この方法は、
第１駆動部と第２駆動部とを使用して管路の振動モードを励起する間に、管路についての右固有ベクトルの相対位相を決定すること、
右固有ベクトルの相対位相と左固有ベクトルの相対位相との平均を取ることにより、管路を通る材料の流量についてのゼロ・オフセットを決定すること、及び
ゼロ・オフセットで補正された右固有ベクトルの相対位相を使用して、管路を流れる材料流量を決定すること、
を更に含む。

好ましくは、この方法は、
少なくとも２つの駆動部を使用して振動モードを駆動するときに、第１位置と第２位置との間の第１デルタ時間を測定すること、
駆動部のうちの第１の駆動部を除くすべての駆動部を使用して振動モードを駆動するときに、第１位置と第２位置との間の第２デルタ時間を測定すること、
駆動部のうちの第２の駆動部を除くすべての駆動部を使用して振動モードを駆動するときに、第１位置と第２位置との間の第３デルタ時間を測定すること、
第１デルタ時間及び第２デルタ時間を使用して第１補正値を計算すること、
第１デルタ時間及び第３デルタ時間を使用して第２補正値を計算すること、
左固有ベクトルを計算する前に、第１補正値を使用して第１位置関係を調節すること、及び
左固有ベクトルを計算する前に、第２補正値を使用して第２位置関係を調節すること、
を更に含む。

好ましくは、この方法は、
管路の振動モードの励起中に、管路を通じて材料を流すこと、
振動管路の相対運動を測定すること、
管路の振動モードを励起中に、右固有ベクトルの相対位相を測定すること、
ゼロ・オフセットで補正された右固有ベクトルの相対位相を使用して、管路を流れる材料流量を決定すること、
管路を流れる材料の流れを停止させることなく、新しいゼロ・オフセットを決定すること、及び
新しいゼロ・オフセットで補正された右固有ベクトルの相対位相を使用して、管路を流れる材料流量を決定すること、
を更に含む。

好ましくは、この方法は、管路についての左固有ベクトルの相対位相を使用して新しいゼロ・オフセットが決定されることを更に含む。
好ましくは、この方法は、新しいゼロ・オフセットを周期的に決定することを更に含む。

好ましくは、この方法は、周期性が、流量を測定する際に必要な精度の関数であることを更に含む。
好ましくは、この方法は、測定された環境パラメータの変化が生じたときに新しいゼロ・オフセットが決定されることを更に含む。

本発明の別の態様は、
流れる材料を収容するように構成された管路と、
管路の複数の振動モードを励起するように構成された少なくとも２つの駆動部と、
振動管路の相対運動を測定するように構成された検出装置と、
振動管路の相対運動を使用して、管路についての左固有ベクトルの相対位相を周期的に決定するように構成された装置であって、振動管路の相対運動を使用して、管路についての右固有ベクトルの相対位相を決定するようにも構成された装置と、
を含む。

好ましくは、この方法は、管路を通る材料の実際の流量が、右固有ベクトルの相対位相に対する左固有ベクトルの相対位相の差を使用することによって決定されることを更に含む。

好ましくは、この方法は、管路を通る材料の流量が、ゼロ・オフセットで補正された右固有ベクトルの相対位相を使用して決定されることを更に含む。
好ましくは、この方法は、右固有ベクトルの相対位相と左固有ベクトルの相対位相との平均を取ることにより、管路を通る材料の流量についてのゼロ・オフセットを決定することを更に含む。

好ましくは、この方法は、
右固有ベクトルの相対位相から左固有ベクトルの相対位相を差し引くことにより、管路を通る材料の実際の流量が決定されること、及び
右固有ベクトルの相対位相を使用して決定された流量を実際の流量と比較することにより、管路を通る材料の流量についてのゼロ・オフセットが決定されること、
を更に含む。

好ましくは、この方法は、左固有ベクトルの相対位相が残留柔軟性応答及び電磁気漏話について補正されることを更に含む。
好ましくは、この方法は、
少なくとも２つの駆動部を使用して管路の振動モードを励起している間に、振動管路上の第１位置と、振動管路上の第２位置との間の第１相対位相が決定されること、
少なくとも２つの駆動部のうちの第１の駆動部を除くすべての駆動部を使用して管路の振動モードを励起する間に、振動管路上の第１位置と、振動管路上の第２位置との間の第２相対位相が決定されること、
少なくとも２つの駆動部のうちの第２の駆動部を除くすべての駆動部を使用して管路の振動モードを励起する間に、振動管路上の第１位置と、振動管路上の第２位置との間の第３相対位相が決定されること、
第１相対位相から第２相対位相を差し引くことにより、少なくとも２つの駆動部の第１の駆動部についての残留柔軟性応答及び電磁気漏話が決定されること、及び
第１相対位相から第３相対位相を差し引くことにより、少なくとも２つの駆動部の第２の駆動部についての残留柔軟性応答及び電磁気漏話が決定されること、
を更に含む。

好ましくは、この方法は、検出装置が、離間した関係の少なくとも２つのセンサを備えることを更に含む。
好ましくは、この方法は、装置が、左固有ベクトル及び右固有ベクトルの相対位相を決定するプロセッサ実行コードであることを更に含む。

好ましくは、この方法は、装置が、左固有ベクトル及び右固有ベクトルの相対位相を決定する回路であることを更に含む。
好ましくは、この方法は、
流れる材料を収容するように構成された管路と、
管路の振動モードを励起する手段と、
振動管路の相対運動を検知する手段と、
管路についての左固有ベクトルの相対位相を周期的に決定する手段と、
管路についての右固有ベクトルの相対位相を決定する手段と、
右固有ベクトルの相対位相と左固有ベクトルの相対位相との平均を取ることにより、管路を通る材料についてのゼロ・オフセットを決定する手段と、
ゼロ・オフセットで補正された右固有ベクトルの相対位相を使用することによって実際の材料流量を決定する手段と、
を更に含む。

好ましい実施の形態の詳細な説明
図１〜図５及び以下の説明は、本発明の最良の形態をどのように作成及び使用するかを当業者に教示するための特定の例を示す。本発明の原理を教示する目的で、一部の従来の態様が単純化され、又は省略されている。こうした例の、本発明の範囲内に包含される変形形態を当業者は理解するであろう。当業者は理解するように、以下で説明する特徴を様々な方式で組み合わせて本発明の複数の変形形態を形成できる。その結果、本発明は、以下で説明する特定の例に限定されず、特許請求の範囲及びその均等物だけによって限定される。

理論的背景
コリオリ流量計の動作を数式を用いて説明することができる。線形システムの運動を記述する１次微分方程式の一般システムは、

である。式（１）では、Ｍ及びＫはシステムの質量及び剛性の行列であり、Ｃは、減衰による対称成分とコリオリの力による歪対称成分とを有することのできる一般減衰行列である。式（１）は
Ａｑ＋Ｂｑ＝ｕ （２）
として書き直すことができる。ただしＡは行列

に等しく、Ｂは行列

に等しく、ｕは

に等しい。
式（１）及び（２）に注目することによって運動の方程式に対する洞察を得ることができる。式（２）に関連する一般化された固有値問題を、
Ｂφ^（ｒ）＝−Ａφ^（ｒ）λ （３）
のように右固有ベクトルφ^（ｒ）について解くことができる。対称なＡ及びＢ行列に対しては、固有ベクトルを使用して運動の方程式を対角化又は分離することができる。分離後の方程式は容易に解くことができる。非対称システム、例えばＣがコリオリ行列を含む場合、右固有ベクトルは運動の方程式を対角化せず、結合方程式が得られる。結合方程式は、解くのがより難しく、方程式に対する洞察の妨げとなる。非対称なＡ又はＢ行列を対角化するのには左固有ベクトルが必要である。以下の導出はこの過程を示す。左固有ベクトルは

の一般化固有値問題を解くことによって得られる。一般に、Ｍ及びＫはコリオリ流量計に関して対称となる。流れがない場合、Ｃも対称となり、システム行列Ａ及びＢは対称となる。この場合、式（３）と式（４）は同一であり、左固有ベクトルと右固有ベクトルは同一である。流れがあるとき、関連するＣ行列の非対称性により、左固有ベクトルと右固有ベクトルが異なるものとなる。

ｊ次の右固有ベクトルである

及びｉ次の左固有ベクトルである

を考察する。式（５）に

を前から掛け、式（６）に

を後ろから掛け、両者の差を取ることにより、ｉ≠ｊの場合、

が得られる。式（５）に

を掛け、式（６）に

を掛け、同じ手順を行うことにより、ｉ≠ｊの場合、

を得ることができる。式（７）及び（８）は、システム行列Ａ又はＢに左固有ベクトルΦ^（Ｌ）を前から掛け、右固有ベクトルΦ^（Ｒ）を後ろから掛けると、システム行列が対角化されることを示している。すなわち、

となる。
左固有ベクトル行列及び右固有ベクトル行列がシステム行列を対角化するということは、右固有ベクトルの組と左固有ベクトルの組が一次独立であることを意味する。どちらの組も、応答についての座標系の基底として使用することができる。左固有ベクトルと右固有ベクトルとの差は非対称コリオリ行列に起因することを理解することが、本発明の基礎を形成する。

流量計の数学的モデルに関しては、質量、剛性及び非コリオリ効果をモデル化する減衰行列は対称である。流量ゼロ・システムでは、左固有ベクトルと右固有ベクトルは（任意の倍率内では）同じである。しかし、流れに関連するコリオリの力は、数学的モデルでは歪対称減衰行列（転置行列が元の行列に負の符号を付けたものとなる）として現れる。歪対称コリオリ行列により、システムの左固有ベクトルと右固有ベクトルが異ならされる。非比例減衰のない流動システムでは、左固有ベクトルの異なる係数間の相対位相は、右固有ベクトルの同じ係数間の相対位相と大きさが等しく、符号が逆である。非比例減衰のシステムでは、これらの位相値は、左固有ベクトルと右固有ベクトルに対して等しくオフセットしているが、差は同じままである。したがって、左固有ベクトル及び右固有ベクトルの位相特性を正確に測定することができる場合、この特性は、非比例減衰からのゼロ・オフセットに起因する位相と、材料流動に起因する位相とを区別することを可能にし、関連するゼロ・オフセット誤差が除去される。

残留柔軟性、電磁気漏話、及び電子測定システム特性もゼロ・オフセットに寄与する。これらの効果の１つの解釈は、これらが右固有ベクトル位相の測定値の誤差を導入するということである。駆動モード（右固有ベクトル）を厳密に測定することができる場合、非比例減衰がゼロ・オフセットを引き起こす唯一の効果となり、この誤差は、左及び右固有ベクトルｄＴ情報を使用して、流動効果から容易に区別されることになる。

動作
図１に、管路を通して流れる材料を収容するように構成された管路１０２の上面図を示す。Ｄ１及びＤ２は管路１０２に沿って離間する２つの駆動部（アクチュエータとも呼ばれる）である。この好ましい形態では、この２つの駆動部は、管路の軸中心に関して対称に離間する。駆動部は、管路１０２に力を加えて管路１０２に複数の振動モードを励起するように構成される。力は、（例えば、狭い周波数に閉じ込められた）実質的にコヒーレントであっても、広帯域であってもよい。駆動部は、管路に取り付けられた磁石と、振動電流が通過する基準に取り付けられたコイルなどの周知の手段でよい。

Ｓ１及びＳ２は、駆動部Ｄ１及びＤ２と共に位置する２つのセンサを示す。センサは、管路１０２の位置及び運動を表す複数の信号を生成するように構成される。センサは、コイル型速度変換器、光又は超音波運動センサ、加速度計、慣性速度センサなどの様々な装置を含むことができる。この実施の形態では、それぞれ駆動部の１つと共に配置された２つのセンサが示されている。別の実施の形態では、管路１０２の長さ方向に沿って管路１０２の位置及び運動を測定するように構成されたセンサが１つだけあることがある。３つ以上のセンサを有する他の構成も可能である。

図１Ａは、未変形状態の管路１０２を示す。アクチュエータを等しい電力で駆動することにより、管路の主曲げモードを励起することができる。参照により本明細書に組み込まれる２０００年７月２５日に付与された「振動管路を振動させるための駆動部」という名称の米国特許第６０９２４２９号は、管路の様々な振動モードを励起するように構成された駆動部を開示している。

図１Ｂは、管路の主曲げモードに対応する変形状態の管路１０２を示す。この振動モードはまた、管路を通る材料の流れがないときの状態に対応する。図１Ｂ及び図１Ｃの管路１０２の変形は、図が見やすいように誇張されている。管路１０２の実際の変形はずっと小さい。材料が振動管路１０２を流れるとき、流動材料はコリオリの力を発生させる。コリオリの力は管路１０２を変形させ、追加の振動モードを励起する。図１Ｃは、コリオリの力によって励起された主振動モードを示す。

センサＳ１とセンサＳ２の間で検出される相対位相差を使用して、管路１０２を流れる材料流量を決定することができる。（図１Ｂに示す）流量ゼロ状態では、流れに起因してＳ１とＳ１との間で検出される位相差はない。ゼロ・オフセット条件に起因する位相差が存在する可能性がある。材料が管路１０２を流れると、流れに起因するＳ１とＳ２の間の位相差が存在する。Ｓ１とＳ２の間で検出される測定位相差は、システムの右固有ベクトルの相対位相の尺度であり、管路を流れる材料流量に比例する。右固有ベクトルの相対位相をθＲ、センサＳ１での管路の振動の測定位相をθＳ１、センサＳ２での管路の振動の測定位相をθＳ２とすると、θＲ＝θＳ１−θＳ２である。振動周波数ωで割ることによって位相差から時間差デルタＴを計算することができる。すなわちΔＴ＝（θＳ１−θＳ２）／ωである。時間差ΔＴはまた、管路を流れる材料流量に比例し、質量流量計で典型的に使用される尺度である。管路１０２を流れる材料流量に関する一層正確な決定は、測定される材料流量をゼロ・オフセット量で補正することによって計算することができる。すなわち、ΔＴ_Ｃ＝ΔＴ−ＺｅｒｏＯｆｆｓｅｔである。

本発明の例示的な一つの実施の形態では、通常動作期間には両方の駆動部が使用されて管路の主曲げモードが励起される。管路を流れる材料流量は、右固有ベクトルの相対位相を測定し、ΔＴ領域に変換し、この値をゼロ・オフセット補正量で補正すること、すなわちΔＴ_ＲＣ＝ΔＴ_Ｒ−ＺｅｒｏＯｆｆｓｅｔによって決定される。周期的に、管路が一方の駆動部のみを使用して励起され、次いで他方の駆動部のみを使用して励起される。駆動信号の位相と管路上の位置の間で測定が行われる。これらの測定値は、システムの左固有ベクトルの相対位相を決定するのに使用される。

図２は、本発明の例示的な一つの実施の形態で左固有ベクトルを決定するためのフローチャートである。ステップ２０２では、通常動作期間に両方の駆動部が使用されて管路の振動が励起される。ステップ２０４では、駆動部Ｄ１だけが使用されて管路の振動が励起される。この期間に、駆動部Ｄ１で使用される駆動信号とセンサＳ１との間の位相が測定される。この測定位相差をθ１と呼ぶ。ステップ２０６では、駆動部Ｄ１が非活性化され、駆動部Ｄ２だけが使用されて管路の振動が励起される。この期間に、駆動部Ｄ２で使用される駆動信号とセンサＳ１との間の位相が測定される。この測定位相差をθ２と呼ぶ。ステップ２０８では、システムについての左固有ベクトルの相対位相θＬをθＬ＝θ１−θ２として計算することができる。時間領域に変換することにより、左固有ベクトルの相対的デルタＴすなわちΔＴ_Ｌ＝（θ１−θ２）／ωが得られる。ステップ２１０では、通常動作が再開し、両方の駆動部が使用されて管路の振動が励起される。駆動部がオン及びオフされる順序は重要ではない。

１つの駆動部だけで管路の振動を励起するときに左固有ベクトルについての相対位相（θ１及びθ２）が決定されるので、残留柔軟性応答（ＲＦ）及び電磁気漏話（ＥＣ）を補正しなければならない。各駆動部は何らかの残留柔軟性応答及び電磁気漏話を引き起こす。この影響は駆動部が停止されたときにほぼ瞬時にゼロに減衰する。駆動部を短い期間だけ停止することにより、その駆動部に関連する残留柔軟性応答及び電磁気漏話によって引き起こされる各センサでの測定位相の変化を決定することができる。測定される位相の変化は、各駆動部が非活性化されたときに生じるセンサ間の差の階段状変化を測定することによって決定することができる。

図３は、残留柔軟性及び電子的漏話を決定するための一つの実施の形態を示すフローチャートである。ステップ３０２では、通常動作期間に両方の駆動部が使用されて管路の振動が励起される。両方の駆動部が動作する場合のデルタＴであるΔＴ_Ｄ１Ｄ２がセンサＳ１とセンサＳ１との間で測定される。ステップ３０４では駆動部Ｄ２が停止され、駆動部Ｄ１だけが使用されて管路が励起される。この期間に、駆動部Ｄ１だけが動作する場合のデルタＴであるΔＴ_Ｄ１がセンサＳ１とセンサＳ１の間で測定される。ΔＴ_Ｄ１Ｄ２とΔＴ_Ｄ１の差は、駆動部Ｄ２の残留柔軟性及び電子的漏話に起因する。ステップ３０６では、駆動部Ｄ１が停止され、駆動部Ｄ２だけが使用されて管路が励起される。この期間に、駆動部Ｄ２だけが動作する場合のデルタＴであるΔＴ_Ｄ２がセンサＳ１とセンサＳ１の間で測定される。ΔＴ_Ｄ１Ｄ２とΔＴ_Ｄ２の差は、駆動部Ｄ１の残留柔軟性及び電子的漏話に起因する。測定されたΔＴを両方の駆動部の残留柔軟性及び電子的漏話に対して補正するために、測定されたΔＴから、ΔＴ_Ｄ１Ｄ２とΔＴ_Ｄ１の差、及びΔＴ_Ｄ１Ｄ２とΔＴ_Ｄ２の差が差し引かれる。したがって、補正されたデルタＴはΔＴ_Ｃ＝ΔＴ−（ΔＴ_Ｄ１Ｄ２−ΔＴ_Ｄ１）−（ΔＴ_Ｄ１Ｄ２−ΔＴ_Ｄ２）である。この技法を使用して、左固有ベクトルの相対位相についてのデルタＴであるΔＴ_ＬＣを残留柔軟性及び電子的漏話について補正することができる。すなわち、ΔＴ_ＬＣ＝ΔＴ_Ｌ−（ΔＴ_Ｄ２−ΔＴ_Ｄ１）。

図４は、本発明の例示的な一つの実施の形態において駆動部を切り換えながら不平衡な単一管の流量計を使用して測定された相対的ΔＴ値を示すチャートである。この流量計では、駆動部ＤＲ１及びＤＲ２が垂直方向から４５度の向きにあり、センサＰＲ３と同じ軸位置に位置する。ＤＲ１及びＤＲ２を同じ信号で駆動することにより、擬似並置駆動部／センサ対が達成される。駆動部ＤＬ１、ＤＬ２及びセンサＰＬ３を使用して擬似並置駆動部／センサ対を得るのに同じ関係が使用される。２つの駆動部センサ対（ＤＲ１／ＤＲ２／ＰＲ３及びＤＬ１／ＤＬ２／ＰＬ３）は、流量計の軸中心の周りに対称に離間する。時刻ゼロから時刻３０まで、両方の擬似駆動部対が使用されて流量計の振動が励起された。約３０秒地点で、ＤＬ１／ＤＬ２駆動部対がオフにされるとき、ΔＴ値の階段状変化が生じる。このΔＴの変化は、ＤＬ１／ＤＬ２擬似駆動部の残留柔軟性応答及び電磁気漏話によって引き起こされたものである。時刻約６５で、駆動部対ＤＲ１／ＤＲ２がスイッチ・オフされ、駆動部対ＤＬ１／ＤＬ２がスイッチ・オンされる。ほぼ１００秒の標識のところで、ＤＲ１／ＤＲ２駆動部対が再びオンとなり、両方の擬似駆動部対が使用されて流量計の振動が励起される。測定されたΔＴ値の時刻１００から１２０の間の変化は、ＤＲ１／ＤＲ２擬似駆動部の残留柔軟性応答及び電磁気漏話によって引き起こされたものである。

駆動部及びセンサが流量計の軸中心の周りに対称に位置する流量計では、各駆動部に関連する残留柔軟性及び電子的漏話は、大きさが等しく、符号が逆である。通常動作期間に両方の駆動部が使用されて管路の振動が励起されるとき、各影響は打ち消し合い、右固有ベクトルのデルタＴを正確に測定するために補正する必要がない。各駆動部が短い期間だけスイッチ・オフされるとき、同時に、左固有ベクトル及び残留柔軟性及び電子的漏話についての測定を行うことができる。

異なる電子測定チャネル間の不均一な位相を補償することは当技術分野で周知である。例えば、既知の信号を入力に印加し、位相の崩れを測定することができる。この手順は、テストの実施中にテスト中のチャネルの測定機能を引き受ける予備測定チャネルを設けることにより、流動期間に実施することができる。

左固有ベクトルと右固有ベクトルについての相対的ΔＴが測定され、残留柔軟性、電子的漏話効果などについて補正された後、流れの寄与と非比例減衰の寄与が計算される。流れの影響Ｆは、左固有ベクトルと右固有ベクトルの相対的ΔＴ間の差を２で割ったものである。つまりＦ＝（ΔＴ_Ｒ−ΔＴ_Ｌ）／２である。流れの影響Ｆを、通常動作期間にΔＴ_Ｒを測定することによって決定された流量と比較することによって、新しいゼロ・オフセットを計算することができる。すなわち、ＺｅｒｏＯｆｆｓｅｔ＝ΔＴ_Ｒ−Ｆ。この新しいＺｅｒｏＯｆｆｓｅｔを使用して、左固有ベクトルについての値が次回に決定されるまで、通常動作期間に測定流量を補正することができる。

非比例減衰効果ＮＤは、左固有ベクトルと右固有ベクトルとの平均である。すなわち、ＮＤ＝ΔＴ_Ｒ＋ΔＴ_Ｌ）／２。この値を新しいＺｅｒｏＯｆｆｓｅｔ値として使用することもできる。

図５は、本発明の例示的な一つの実施の形態において流動期間に流量計のゼロ・オフセットを再較正するためのフローチャートである。ステップ５０２では、通常動作期間に両方の駆動部が使用されて管路の振動が励起される。右固有ベクトルについての未補正の相対的デルタＴが決定される。次いで、右固有ベクトルの未補正の相対的デルタＴが、ゼロ・オフセットを使用することによって補正される。右固有ベクトルの補正された相対的デルタＴを使用して、流量計を流れる流量が決定される。周期的に、ステップ５０４で駆動部Ｄ１及びＤ２が交互にスイッチ・オフされ、左固有ベクトルの相対的デルタＴ及び残留柔軟性（ＲＦ）及び電子的漏話（ＥＣ）が決定される。左固有ベクトルの相対的デルタＴが残留柔軟性及び電子的漏話効果について補正される。ステップ５０６では、左固有ベクトルの補正された相対的デルタＴと右固有ベクトルの未補正デルタＴとが使用されて、新しいゼロ・オフセットが決定される。古いゼロ・オフセットが新しいゼロ・オフセットで置き換えられ、プロセスはステップ５０２で再開する。流量計の新しいゼロ・オフセットを計算し、それに置き換えることにより、流量計を通る材料の流動中の流量ゼロ条件について流量計が再較正される。

例示的な一つの実施の形態においては、いつ再較正を行うべきかについての決定は、較正と較正との間の一定の時間間隔を使用することによって行うことができる。別の例示的な実施の形態では、環境又は配管システムの変化が検出されたときに再較正を行うことができる。例えば、温度変化が閾量よりも大きいとき、再較正を実施することができる。再較正を行うときについての決定は、周期的タイマと環境変化の検出との組合せでよい。再較正と再較正との間の期間は、精度要件が低いシステムより、高い精度を必要とするシステムの方が短くてよい。

左固有ベクトルの相対位相を測定するための駆動部Ｄ１とＤ２の切り換えは、流量計の通常動作を中断しなければならないこと（すなわち、右固有ベクトルのΔＴを使用して流量を測定すること）を意味するわけではない。例えば、駆動部が管路のセンターラインについて対称に配置されたとき、各駆動部は同じ量で駆動モードを励起する。例えばＤ１が非活性化されるときにＤ２への電流を２倍にすることにより、駆動力の大きさを維持することができる。

上記の説明では、単一管路の流量計を使用して本発明を説明した。当技術分野で良く理解されているように、他の構成の流量計、例えば二重管路流量計で本発明を使用することができる。更に、直線管路を使用して本発明を説明したが、流量計の幾何形状について他の構成、例えば曲がった管路も可能である。

本発明の例示的な実施の形態での未変形位置の管路の上面図である。 本発明の例示的な実施の形態での、主曲げモードに対応する変形位置の管路の上面図である。 本発明の例示的な実施形態での、コリオリの力によって誘導された曲げモードに対応する変形位置の管路の上面図である。 本発明の例示的な実施の形態において左固有ベクトルを決定するためのフローチャートである。 本発明の例示的な実施の形態において残留柔軟性及び電子的漏話を決定するためのフローチャートである。 本発明の例示的な実施の形態において駆動部を切り換えながら不平衡な単一管の流量計を使用して測定された相対的ΔＴを示すチャートである。 本発明の例示的な実施の形態において流動期間に流量計のゼロ・オフセットを再較正することに関するフローチャートである。

Claims (30)

1. 管路の振動モードの励起中に、前記管路を通じて材料を流すステップと、
   振動管路の相対運動を測定するステップと、
   前記管路についての左固有ベクトルの相対位相を周期的に決定するステップ（２０８）と、
   を含む方法。
2. 前記管路についての右固有ベクトルの相対位相を決定するステップ（３０２）と、
   前記左固有ベクトルの前記相対位相と前記右固有ベクトルの前記相対位相とを使用して、前記管路を通る前記材料の実際の流量を決定するステップと、
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記右固有ベクトルの前記相対位相を使用して、前記管路を流れる前記材料の未補正流量を決定するステップと、
   前記未補正流量を前記実際の流量と比較することにより、前記管路を通る前記材料の流量についてのゼロ・オフセットを決定するステップ（５０６）と、
   を更に含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記ゼロ・オフセットで補正された前記右固有ベクトルの前記相対位相を使用して前記管路を流れる材料流量を決定するステップ（５０２）を更に含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記右固有ベクトルの前記相対位相を決定するステップと、
   前記右固有ベクトルの前記相対位相と前記左固有ベクトルの前記相対位相との平均を取ることにより、前記管路を通る前記材料の流量についてのゼロ・オフセットを決定するステップと、
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記ゼロ・オフセットで補正された前記右固有ベクトルの前記相対位相を使用して、前記管路を流れる材料流量を決定するステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 残留柔軟性応答及び電磁気的漏話について前記左固有ベクトルの前記相対位相が補正される、請求項１に記載の方法。
8. 更に、
   第１駆動部（３０４）と該第１駆動部から離間した第２駆動部とを使用して前記管路の前記振動モードを励起している間に、前記振動管路上の２つの離間した位置の間の第１相対位相を測定するステップと、
   前記第２駆動部だけを使用して前記管路の前記振動モードを励起している間に、前記振動管路上の前記２つの離間した位置間の第２相対位相を測定するステップ（３０４）と、
   前記第１相対位相から前記第２相対位相を差し引くことにより、前記第１駆動部に関連する残留柔軟性応答及び電磁気的漏話を計算するステップ（３０８）と、
   第１駆動部だけを使用して前記管路の前記振動モードを励起している間に、前記振動管路上の前記２つの離間した位置間の第３相対位相を測定するステップ（３０６）と、
   前記第１相対位相から前記第３相対位相を差し引くことにより、前記第２駆動部に関連する残留柔軟性応答及び電磁気的漏話を計算するステップ（３０８）と、
   を更に含む、請求項７に記載の方法。
9. 離間した構成の少なくとも２つの駆動部を使用して管路の振動モードを励起している間に、前記管路を通じて材料を流すステップと、
   前記振動管路の運動を測定するステップと、
   前記駆動部のうちの第１の駆動部だけを使用して前記管路の前記振動モードを駆動している間に、前記管路上の第１位置と前記駆動部のうちの前記第１の駆動部との間の第１位置関係を決定するステップ（２０４）と、
   前記駆動部のうちの第２の駆動部だけを使用して前記管路の前記振動モードを駆動している間に、前記管路上の前記第１位置と前記駆動部のうちの前記第２の駆動部との間の第２位置関係を決定するステップ（２０６）と、
   前記第１位置関係及び前記第２位置関係を使用して左固有ベクトルを決定するステップ（２０８）と、
   を含む方法。
10. 前記管路の運動が、前記第１駆動部と共に位置する第１センサと、前記第２駆動部と共に位置する第２センサとで測定される、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１駆動部と前記第２駆動部とを使用して前記管路の前記振動モードを励起する間に、前記管路についての前記右固有ベクトルの前記相対位相を決定するステップと、
    前記右固有ベクトルの前記相対位相から前記左固有ベクトルの前記相対位相を差し引くことにより、前記管路を通る前記材料の実際の流量を決定するステップと、
    を更に含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記右固有ベクトルの前記相対位相を使用して、前記管路を流れる前記材料の未補正流量を決定するステップと、
    前記未補正流量を前記実際の流量と比較することにより、前記管路を通る材料の流量についてのゼロ・オフセットを決定するステップと、
    前記ゼロ・オフセットで補正された前記右固有ベクトルの前記相対位相を使用して、前記管路を流れる材料流量を決定するステップと、
    を更に含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１駆動部と前記第２駆動部とを使用して前記管路の前記振動モードを励起する間に、前記管路についての前記右固有ベクトルの前記相対位相を決定するステップと、
    前記右固有ベクトルの前記相対位相と前記左固有ベクトルの前記相対位相との平均を取ることにより、前記管路を通る前記材料の流量についてのゼロ・オフセットを決定するステップと、
    前記ゼロ・オフセットで補正された前記右固有ベクトルの前記相対位相を使用して、前記管路を流れる材料流量を決定するステップと、
    を更に含む、請求項９に記載の方法。
14. 少なくとも２つの駆動部を使用して前記振動モードを駆動するときに、前記第１位置と第２位置との間の第１デルタ時間を測定するステップ（３０２）と、
    前記駆動部のうちの第１の駆動部を除くすべての駆動部を使用して前記振動モードを駆動するときに、前記第１位置と前記第２位置との間の第２デルタ時間を測定するステップ（３０４）と、
    前記駆動部のうちの第２の駆動部を除くすべての駆動部を使用して前記振動モードを駆動するときに、前記第１位置と前記第２位置との間の第３デルタ時間を測定するステップ（３０６）と、
    前記第１デルタ時間及び前記第２デルタ時間を使用して第１補正値を計算するステップ（３０８）と、
    前記第１デルタ時間及び前記第３デルタ時間を使用して第２補正値を計算するステップ（３０８）と、
    前記左固有ベクトルを計算する前に、前記第１補正値を使用して前記第１位置関係を調節するステップと、
    前記左固有ベクトルを計算する前に、前記第２補正値を使用して前記第２位置関係を調節するステップと、
    を更に含む、請求項９に記載の方法。
15. 管路の振動モードの励起中に、前記管路を通じて材料を流すステップと、
    前記振動管路の相対運動を測定するステップと、
    前記管路の前記振動モードを励起中に、前記右固有ベクトルの前記相対位相を測定するステップと、
    ゼロ・オフセットで補正された前記右固有ベクトルの前記相対位相を使用して、前記管路を流れる材料流量を決定するステップ（５０２）と、
    前記管路を流れる材料の流れを停止させることなく、新しいゼロ・オフセットを決定するステップと、
    前記新しいゼロ・オフセットで補正された前記右固有ベクトルの前記相対位相を使用して、前記管路を流れる材料流量を決定するステップと、
    を含む方法。
16. 前記管路についての左固有ベクトルの相対位相を使用して前記新しいゼロ・オフセットが決定される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記新しいゼロ・オフセットが周期的に決定される、請求項１５に記載の方法。
18. 周期性が、前記流量を測定する際に必要な精度の関数である、請求項１７に記載の方法。
19. 測定される環境パラメータの変化が生じたときに前記新しいゼロ・オフセットが決定される、請求項１５に記載の方法。
20. 流れる材料を収容するように構成された管路（１０２）と、
    前記管路の複数の振動モードを励起するように構成された少なくとも２つの駆動部（Ｄ１、Ｄ２）と、
    前記振動管路の相対運動を測定するように構成された検出装置と、
    前記振動管路の相対運動を使用して、前記管路についての左固有ベクトルの相対位相を周期的に決定するように構成された装置であって、前記振動管路の相対運動を使用して、前記管路についての右固有ベクトルの相対位相を決定するようにも構成された装置と、
    を備える機器。
21. 前記管路を通る前記材料の実際の流量が、前記右固有ベクトルの前記相対位相に対する前記左固有ベクトルの前記相対位相の差を使用することによって決定される、請求項２０に記載の機器。
22. 前記管路を通る前記材料の流量が、ゼロ・オフセットで補正された前記右固有ベクトルの前記相対位相を使用して決定される、請求項２０に記載の機器。
23. 前記右固有ベクトルの前記相対位相と前記左固有ベクトルの前記相対位相との平均を取ることにより、前記管路を通る前記材料の前記流量についての前記ゼロ・オフセットを決定することを更に含む、請求項２２に記載の機器。
24. 前記右固有ベクトルの前記相対位相から前記左固有ベクトルの前記相対位相を差し引くことにより、前記管路を通る前記材料の実際の流量が決定され、
    前記右固有ベクトルの前記相対位相を使用して決定された前記流量を前記実際の流量と比較することにより、前記管路を通る材料の流量についての前記ゼロ・オフセットが決定される、
    請求項２２に記載の機器。
25. 前記左固有ベクトルの前記相対位相が、残留柔軟性応答及び電磁気漏話について補正される、請求項２０に記載の機器。
26. 前記少なくとも２つの駆動部を使用して前記管路の前記振動モードを励起している間に、前記振動管路上の第１位置と、前記振動管路上の第２位置との間の第１相対位相が決定され、
    前記少なくとも２つの駆動部のうちの第１の駆動部を除くすべての駆動部を使用して前記管路の前記振動モードを励起する間に、前記振動管路上の前記第１位置と、前記振動管路上の前記第２位置との間の第２相対位相が決定され、
    前記少なくとも２つの駆動部のうちの第２の駆動部を除くすべての駆動部を使用して前記管路の前記振動モードを励起する間に、前記振動管路上の前記第１位置と、前記振動管路上の前記第２位置との間の第３相対位相が決定され、
    前記第１相対位相から前記第２相対位相を差し引くことにより、前記少なくとも２つの駆動部の前記第１の駆動部についての残留柔軟性応答及び電磁気漏話が決定され、
    前記第１相対位相から前記第３相対位相を差し引くことにより、前記少なくとも２つの駆動部の前記第２の駆動部についての残留柔軟性応答及び電磁気漏話が決定される、
    請求項２５に記載の機器。
27. 前記検出装置が、離間した関係の少なくとも２つのセンサを備える、請求項２０に記載の機器。
28. 前記装置が、前記左固有ベクトル及び前記右固有ベクトルの前記相対位相を決定するプロセッサ実行コードである、請求項２０に記載の機器。
29. 前記装置が、前記左固有ベクトル及び前記右固有ベクトルの前記相対位相を決定する回路である、請求項２０に記載の機器。
30. 管路を流れる材料を収容するように構成された管路（１０２）と、
    前記管路の振動モードを励起する手段と、
    前記振動管路の相対運動を検知する手段と、
    前記管路についての左固有ベクトルの相対位相を周期的に決定する手段と、
    前記管路についての前記右固有ベクトルの前記相対位相を決定する手段と、
    前記右固有ベクトルの前記相対位相と前記左固有ベクトルの前記相対位相との平均を取ることにより、前記管路を流れる前記材料についてのゼロ・オフセットを決定する手段と、
    前記ゼロ・オフセットで補正された前記右固有ベクトルの前記相対位相を使用することによって実際の材料流量を決定する手段と、
    を備える機器。

Images