JP2012507034A

JP2012507034A - 高速応答フロー演算付き多変数プロセス流体フロー装置

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Publication number: JP2012507034A
Application number: JP2011534674A
Authority: JP
Inventors: クレヴェン，ローウェル・エー; ワイクランド，デービッド・イー
Original assignee: ローズマウントインコーポレイテッド
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: CN105068565A; JP5272079B2; CN102197288A; EP2347224A1; US8655604B2; EP2347224B1; WO2010062583A1; US20100106433A1

Abstract

プロセス流体フロー装置（１２）は、プロセス通信回路（２０）、プロセッサ（２６）及び測定回路（２８）を包含する。プロセス通信回路（２０）は、少なくとも一つの追加的プロセス装置と通信するように構成されている。プロセッサ（２６）は、プロセス通信回路（２０）に結合され、各サイクルが多数のフローに関連する演算を包含する、複数のサイクルを提供するための命令を実行するように構成されている。各サイクル中の差圧圧力の示度を得るため、かつ、静的圧力及びプロセス流体温度を得るため、測定回路（２８）は、複数のプロセス変数センサに動作可能に結合できる。プロセッサ（２６）は、電流差圧圧力センサ示度と、以前のサイクル中に算出された少なくとも一つのフローに関連する値を使用して、プロセス流体フロー値を計算するように構成されている。プロセス通信回路（２０）は、計算されたプロセス流体フロー値を少なくとも一つの追加的プロセス装置に通信する。

Description

背景
工業用環境では、あらゆる工業用及び化学用プロセス等を監視及び制御するため、制御システムが使用される。通常、制御システムは、工業用プロセスにおける主要な位置に分散され、プロセス制御ループによって制御室内の制御回路に結合されたフィールド装置を使用して、これらの機能を実施する。「フィールド装置」という用語は、工業用プロセスの測定、制御及び監視に使用される、分散制御又はプロセス監視システムにおいて機能を実施する装置を指す。通常、フィールド装置は、長期間の時間、例えば、数年にわたり、屋外で動作する能力によって特徴付けられる。したがって、フィールド装置は、極端に厳しい温度及び極端な湿度を包含する、様々な極端な気候で動作することができる。そのうえ、フィールド装置は、かなりの振動、例えば、近接する機械からの振動の存在下で機能することができる。さらに、フィールド装置は、電磁干渉の存在下でも動作することができる。

フィールド装置の一つの例は、多変数プロセス流体フロー装置、例えば、ミネソタ州チャナッセンのEmerson Process Managementにより、Model 3051 SMV Multivariable Transmitterの商品名称で販売されているものである。多変数プロセス流体フロー装置は、液体及び気体の差圧発生器を通じ、質量流量を計算することができる。

差圧発生器について、質量流量は、次の方程式：

で求められる。

次の記号は、一般的に、フロー方程式に関して受け入れられている。
Ｑ_ｍ＝質量流量（質量／時間）
Ｑ_Ｅ＝エネルギー流量（エネルギー／時間）
Ｑ_Ｖ＝体積流量（長さ^３／時間）
Ｐ＝静的圧力（力／長さ^２）
Ｔ＝温度（度）
ΔＰ＝一次エレメントにわたる差圧圧力（力／長さ^２）
Ｎ＝単位換算率（単位は多様）
Ｃ_ｄ＝一次エレメント流出係数（無次元）
ｄ＝一次エレメントのど直径（長さ）
Ｄ＝パイプ直径（長さ）
Ｅ＝進入速度率、（１／（１−（ｄ／Ｄ）^４）^１／２）（無次元）
Ｙ_１＝気体膨張率、液体の場合＝１．０（無次元）
ρ＝流体濃度（質量／長さ^３）
μ＝流体粘度（質量／長さ−時間）
Ｒ_Ｄ＝パイプレイノルズ数（無次元）
Ｈ＝エンタルピー（エネルギー／質量）

フロー数量の多くは、他の数量に依存している。例として、流出係数Ｃ_ｄは、レイノルズ数の関数である。レイノルズ数は、質量流量と流体粘度とパイプ直径との関数である。熱膨張効果Ｅｄ^２は、温度の関数である。気体膨張率Ｙ_１は、パイプ直径で除した差圧圧力ΔＰの関数である。流体濃度ρ及び圧縮率Ｚは、静的圧力及び温度の関数である。流体粘度μは、温度の関数である。エンタルピーＨは、静的圧力と温度との関数である。

フロー方程式の複雑性及び相互に関連する依存関係の結果として、流量の算出は、一般的に、何らかの種類の反復的アルゴリズムを要していた。これにアプローチする一つのやり方は、最初のステップが流出係数値を推測することであると述べるAGA Report No. 3, Part 4で概説された、直接代入アプローチを使用することである。その後、静的圧力（Ｐ）、差圧圧力（ＤＰ）及び温度（Ｔ）の値のセットに基づいて、流量又はレイノルズ数を解く。結果としてのレイノルズ数を使用して、新たな流出係数値が算出され、当初の推測と比較される。この比較の結果が既定の限度範囲内の場合、新たに算出された流出係数は、最終値と考えられる。そうでない場合、レイノルズ数の新たな値が算出され、次に続いて新たな流出係数値が算出され、以前の値と比較される。このプロセスは、流出係数の連続する算出結果が既定の許容差範囲内になるまで繰り返される。当初の推測を包含する、この全部のプロセスは、その後、圧力、差圧圧力及び温度値の次回のセットのために繰り返される。このアプローチは、プログラミングが簡単であるという利点を有する。その主な不都合は、フロー方程式の収束解に達するために要する反復の、潜在的な多くの回数である。

さらにAGA Report No. 3で概説されている代替的アプローチは、より複雑なアルゴリズム、例えば、ニュートン・ラフソンのアルゴリズムを使用することである。全体のアプローチは依然として当初の推測から始めることを要するが、追加的計算を要するニュートン・ラフソンのアルゴリズムは、直接代入方法よりもより迅速に収束する。このアプローチの不都合な点は、追加的計算を要することである。3095MVを包含する、従来の多変数トランスミッタは、先に記載した何らかのバージョンのアルゴリズムを使用する。

先に記載した手法の両方は、フロー出力を解く前に、指定された限度範囲内での何らかの形態の反復及び収束を要する。従って、フロー計算を解き、引き続きフロー出力を提供するために要する全体の時間は、多数の反復となる可能性がある。従来の装置は、一般的に、およそ４００ミリ秒毎のオーダーでフロー出力値を提供できる。プロセス流体のフローを制御する際、プロセス流体値、例えば、フローを提供する任意の遅延は、不安定性又は他の悪影響を全体のプロセス流体制御にもたらす可能性がある。それゆえに、プロセス流体フロー値、例えば、質量フロー、体積フロー及びエネルギーフローをできるだけ速やかに提供することが要望されている。

制限された消費電力で動作する、２線式フィールドトランスミッタは、一般的に、計算を最小化する必要がある。消費電力の制限は、プロセス通信ループを通じて受信した電力からプロセス装置が単独で動作可能であることが望まれるという理由による。電流は、たった３．６mAであることができ、一般的に、電圧もまた抑制される（大体１０ボルトまで）。デジタル信号（例えば、Highway Addressable Remote Transducerプロトコルに従って）が使用されている場合、電流は、実際にわずかに３．６mA未満であることができる。それゆえに、プロセス流体フロートランスミッタは、一般的に、たった３０ミリワットで動作可能であることを要求される。従って、一般的なアプローチは、計算スピード及び全体のフローメータ応答を犠牲にして、より簡単な計算アルゴリズムを使用することである。

概要
プロセス流体フロー装置は、プロセス通信回路、プロセッサ及び測定回路を包含する。プロセス通信回路は、少なくとも一つの追加的プロセス装置と通信するように構成されている。プロセッサは、プロセス通信回路に結号され、各サイクルが多数のフローに関連する演算を包含する、複数のサイクルを提供するための命令を実行するように構成されている。測定回路は、各サイクル中の差圧圧力の示度を得るため、かつ、静的圧力及びプロセス流体温度を得るため、複数のプロセス変数センサに動作可能に結合できる。プロセッサは、電流差圧圧力センサ示度と、以前のサイクル中に算出した少なくとも一つのフローに関連する値とを使用して、プロセス流体フロー値を計算するように構成される。プロセス通信回路は、計算されたプロセス流体フロー値を少なくとも一つの追加的プロセス装置に通信する。

本発明の態様が特に実現可能なプロセス流体フロー装置の概略図である。本発明の態様が特に実現可能なプロセス流体フロー装置のブロック図である。本発明の態様に従い、プロセス流体フローを算出する方法を例示する単一のフロー図の部分である。本発明の態様に従い、プロセス流体フローを算出する方法を例示する単一のフロー図の部分である。本発明の態様に従い、プロセス流体フローを算出する方法を例示する単一のフロー図の部分である。本発明の態様に従い、プロセス流体フローを算出する方法を例示する単一のフロー図の部分である。本発明の態様に従い、プロセス流体フローを算出する方法を例示する単一のフロー図の部分である。（本発明の態様に従った）遅延解と公知の反復的手法に従ったフロー方程式の完全解との間の出力における類似性を例示する、ランプ対時間のフローのチャートである。図８ａに示す手法の期間における本発明の態様のフロー誤差を例示するチャートである。

例示的な態様の詳細な説明
本発明の態様は、一般的に、プロセス流体変数が変化する速度の利用から生ずる。これらの変数は、即座に変化することができない。通常、プロセス流体温度は、非常にゆっくりと変化し、静的圧力は、いくぶん高速で変化する。差圧圧力は、一般的に、最も高速で変化するが、市販されている差圧圧力センサの応答時間よりも依然としてゆっくりである。それゆえに、流量Ｑ及びレイノルズ数Ｒ_Ｄは、即座に変化しない。高速差圧圧力センサ更新速度（４５ミリ秒のオーダー）を使用することによって、フローを正確に追跡するフロー結果を提供する。

フロー方程式を解くための以前のアプローチとは違い、本発明の態様は、フローに関連する数量の収束を待つことなく、フロー出力を提供できる。本明細書に記載された態様は、以前の反復中に測定した温度及び静的圧力に基づいて算出した、フローに関連するパラメータに対する電流測定の反復中に得た差圧圧力測定を用いる。多数のフローに関連する数量には以前の値を要するため、最初のサイクルにはデフォルト又は起動数量を用いる。電流差圧圧力センサ測定及び以前の温度・静的圧力測定に基づいてフロー出力演算を提供することにより、フロー方程式を非常に速やかに解くことができる。最初のフロー出力が最も大きい誤差を有し得るものの、方程式を速やかに解くことができるスピードは、少数の測定サイクル範囲内の高度に正確な値を出力にもたらす。例として、実験では、フローへの高速ランプ入力はフローのおよそ８×１０^−３％のオーダーで最大誤差を引き起こす可能性があるが、誤差は少数のサイクルの範囲内で著しく減少することが指し示された（図８ａ参照）。

図１は、本発明の態様が特に有効な多変数プロセス流体フロー装置の概略図である。フロー装置１２は、複数のプロセス流体変数を測定できる、多変数フィールド装置である。好ましくは、圧力はマニホールド１６を介して測定され、プロセス流体温度は温度トランスデューサ１８を介して測定される。好適な差圧圧力発生器、例えば、オリフィス板に結合されており、オリフィス板を通してプロセス流体がフローする間にオリフィス板の反対側で測定される圧力は、公知の手法に従い、プロセス流体流量に関連付けることができる。

図２は、プロセス流体フロー装置１２のブロック図である。装置１２は、プロセス通信ループ１４に動作可能に結合できる、通信回路２０を包含する。通信ループ１４は、通常、制御システムで使用される４〜２０mAのアナログ信号を使用する。通信回路２０は、好適なプロセス工業通信プロトコル、例えば、Highway Addressable Remote Transducer（HART（登録商標））プロトコル、FOUNDATION（商標）Fieldbusプロトコル、又は他の好適な有線もしくは無線プロセス工業プロトコルに従って、装置１２が通信することを許容する。通信回路２０によって提供された通信は、装置１２がフィールド内又は制御室内に位置する他のプロセス装置と通信することを許容する。装置１２は、好ましくは、プロセス通信ループ１４にも結合できる、電源モジュール２２も包含する。プロセス通信ループ１４に結合することにより、装置１２は、プロセス通信ループを通じて受信した電力のみで動作できる。しかし、一部の態様（例えば、無線アプリケーション）では、電源モジュール２２は、電力貯蔵装置、例えば、バッテリー又はスーパーキャパシタであることができ、そのような態様では、電源モジュール２２をプロセス通信ループ１４に結合する必要がない。電源モジュール２２は、参照番号２４で例示するように、装置１２のすべての構成部品に好適な電力を提供するように構成される。一部の態様では、装置１２はたった３０ミリワットで動作可能である。さらに、一定の低電力態様は、電力を節減するため、装置をスリープモードと測定モードとの間で循環することができる。

装置１２は、好ましくは、通信回路２０及び電源モジュール２２に動作可能に結合された、マイクロプロセッサであるプロセッサ２６も包含する。マイクロプロセッサ２６は、メモリ３０に記憶した命令を実行し、測定回路２８からの測定を得て、そのような測定に基づいた情報を算出する。例として、プロセッサ２６は、好ましくは、静的プロセス流体圧力（Ｐ）、プロセス流体差圧圧力（ＤＰ）及びプロセス流体温度（Ｔ）に関する測定を得て、差圧発生器を通ってフローしている、プロセス流体に対する質量流量を提供、あるいは算出できる。

差圧圧力、静的圧力及びプロセス温度入力の更新速度は、同じであっても、又は異なっていてもよい。差圧圧力アプリケーションの流量を算出するために使用する方程式が差圧圧力（ＤＰ）の平方根に直接関連するため、できるだけ速やかにＤＰを更新することが最も重要である。静的圧力及びプロセス温度の変化は、フロー方程式における流体特性又は他項目の値の変化として、二次的に流量に影響を及ぼす。それらが流量に対しあまり直接的でない影響を有し、静的圧力及び、とりわけプロセス流体温度が、一般的に、差圧圧力よりもゆっくりと変化するため、Ｐ及びＴの更新速度は、差圧圧力の更新速度よりも遅くすることができる。静的圧力及びプロセス流体温度の更新速度が差圧圧力のそれと同じであることも受け入れ可能である。

本発明の態様は、一般的に、次回の差圧圧力更新に先立つ流量の算出を提供する。具体的な演算及び演算順序は、一般的に、メモリ３０に記憶された係数及びソフトウェア命令に基づいて、プロセッサ２６によって実施される。本発明の態様には、一般的に、有利には、流出係数（Ｃ_ｄ）、流体濃度（ρ）、流体粘度、流体エンタルピー、平方根関数及びｌｏｇ_２関数のような項のチェビシェフ近似も用いる。図中の括弧［］記号は、例えば、Rosemount Inc.が出願人である米国特許第６，６４３，６１０号に記述されている、チェビシェフの曲線適合近似を指し示す。他の項は、従来の多項式を使用して近似される。これらの近似は、整数演算の利用とともに、比較的低電力、低複雑度のプロセッサ２６を用いて高速計算を提供するという点において重要である。しかし、本発明の態様は、より高性能なプロセッサに適用でき、プロセッサ２６のクロックスピードが十分高い場合、次回の差圧圧力センサ更新に先立って算出を完了することができる限り、様々な項の完全方程式を使用することができる。

図３〜７は、本発明の態様に従って流量を提供することができる、一つの特定のやり方の詳細な説明を提供する。図３〜７の様々なブロックの参照番号は、一般的に、様々な演算又はステップが実施される順序を指し示す。

図３は、本発明の態様に従って流量演算を提供する、方法５０の最初のステップの概略図である。方法５０は、差圧圧力センサの計測値が測定される、ブロック８０から開始する。制御は、その後、ブロック１００、具体的にはブロック１００の範囲内のブロック１０２に移る。ブロック１０２では、差圧圧力センサの計測値は、低フローカットオフ（ＬＦＣ）と比較される。ΔＰがＬＦＣ未満の場合、制御は、その後、線１０４に沿って進み、ブロック１０６ではΔＰ_ＣがＬＦＣと等しく設定され、ブロック１０８で指し示すように、ΔＰ_Ｃがブロック２００及び３００に提供される。また、Ｃ_Ｌは、ブロック１１０で指し示すように、ゼロと等しく設定され、そしてそれはフロー演算をゼロに設定することであり、制御は、その後、線１１２に沿ってブロック１１４まで進む。ブロック１１４では、ブロック１０００に数量Ｃ_Ｌを提供する。ΔＰが数量ＬＦＣと等しい、又は上回る場合、制御は、その後、線１１６に沿ってブロック１１８へ進み、ΔＰ_Ｃは、測定されたΔＰの計測値と等しく設定される。その後、この出力は、ブロック１０８を通って、ブロック２００及び３００に提供される。また、Ｃ_Ｌは、ブロック１２０で指し示すように、流量がゼロ以外であることを許容する、１と等しく設定され、Ｃ_Ｌ値は、ブロック１１４で指し示すように、ブロック１０００に提供される。Ｃ_Ｌは、本発明の態様によって使用される、低フローパラメータである。差圧圧力が低フローカットオフ（ＬＦＣ）未満の時は、Ｃ_Ｌ＝０である。差圧圧力がＬＦＣと等しい、又は上回る時は、Ｃ_Ｌ＝１である。

図４を参照すると、ブロック２００及び３００は、図３のブロック１０８によって提供されたΔＰ_Ｃ入力を受信する。ブロック２００は、ΔＰ_Ｃの平方根を推定するための曲線適合を用いる。平方根数量は、その後、ブロック４００に提供される。ブロック３００は、ΔＰ_Ｃ及び静的圧力を使用して、数量Ｙ_１を算出する。静的圧力は、一般的に、ブロック１５００（図６に示す）によって提供されるが、起動中はデフォルト値｛Ｐ_１｝が使用される。Ｙ_１は、その後、円３０２においてテスト出力として提供され、数量Ｙ_１もブロック４００に提供される。ブロック４００は、Ｙ_１とＫ_ａとΔＰ_Ｃの平方根との積である、Ｋ_０を算出する。Ｋ_ａは、本発明の態様によって使用される中間項である。（本発明の態様によって使用される中間項でもある）Ｋ_０は、その後、ブロック１０００に提供され、ブロック５００にも提供される。ブロック５００は、Ｋ_０とＣ_ｄとの積である、Ｑ_ｍ１を算出する。Ｃ_ｄは、一般的に、ブロック９００から受信され、ブロック５００の後に算出される入力である。Ｃ_ｄの以前の更新値は、ブロック５００で使用される。それゆえに、起動中は、以前の値が入手不可であるため、ブロック５００の当初の算出にはＣ_ｄ｛Ｃ_ｄ１｝のデフォルト値が使用される。Ｑ_ｍ１は、ｌｏｇ_２（Ｑ_ｍ１）を近似するために曲線適合が使用される、ブロック６００に提供される。浮動小数点数がマイクロプロセッサ内では基数を２とする指数によって表現されるため、ｌｏｇ_２を使用する。この値は、その後、ブロック１７００及びブロック２０００からの入力とともに、ブロック７００に提供される。当初の起動中、ブロック１７００及び２０００は依然として実行されていないため、起動中は、当初のデフォルト値が提供される。ブロック７００は、Ｒ_Ｄのｌｏｇを算出し、円７０２におけるテスト出力として値を提供する。ブロック７００で算出された値は、その後、ブロック８００で反転され、ブロック９００に入力として提供される。ブロック９００は、ブロック８００及び曲線適合によって提供された入力に基づいて、流出係数Ｃ_ｄを推定する。流出係数は、ブロック５００に戻って提供され、ブロック１０００への入力及び円９０２におけるテスト値としても提供される。ブロック１０００は、Ｋ_０とＣ_ｄとＣ_Ｌとの積として質量流量Ｑ_ｍを算出する。Ｑ_ｍは、その後、円１００２におけるテスト値ならびにブロック１１００及び１２００への入力として提供される。ブロック１１００は、Ｑ_ｍとＨとの積としてエネルギー流量Ｑ_ｅを算出する。Ｑ_ｅは、円１１０２におけるテスト値として提供される。同様に、ブロック１２００は、Ｑ_ｍとρとの商として体積流量を算出する。Ｑ_ｖは、円１２０２におけるテスト値としても提供される。Ｑ_ｍ、Ｑ_ｅ及びＱ_ｖの数量は、後で使用され、図５に関してさらに詳細に記載されるようにトータライザへ提供される。

図５は、本発明の態様に従い、流体フローを算出する方法の追加的ステップを例示する。方法は、ブロック１０００、１２００及び１１００でそれぞれ算出された値Ｑ_ｍ、Ｑ_ｖ及びＱ_ｅを入力として受け取る、ブロック１３００において継続する。Ｑは、適宜、Ｑ_ｍ、Ｑ_ｖ又はＱ_ｅと等しい。Ｑの値は、Ｎ２’を算出し、その値をＮ２’が周波数を設定する周波数サイクルを合計する特殊電気回路であるトータライザへ提供する、ブロック１４００に移される。図４及び５に例示するすべてのステップ及び演算は、次回の差圧圧力センサ測定更新が入手可能になる前に、実施及び完了される。図６及び７に関する追加的ステップ及び演算は、静的圧力及びプロセス温度の影響を算出することを許容する。これらの様々な影響を特性化及び／又は補償することで、プロセス流体測定の値を改善する。先に記述したように、絶対圧力及びプロセス温度の更新速度は、差圧圧力のそれと同程度に高速である必要がある。

図６は、測定され、ブロック１５００へ（Ｐ_ａとして）提供される、静的圧力の計測値を例示する。ブロック１５００は、差圧圧力センサ測定ΔＰも入力として受信し、その後、ブロック３００、１６００、２１００及び２６００に提供される、Ｐを算出する。ブロック１５００に例示するＣ_Ａｎｎは、ピトーの一次エレメントを平均化するための無次元補正項である。温度センサの計測値Ｔ_ａも得られ、図３のブロック８０からの差圧圧力ΔＰとともに、ブロック１６００に提供される。ブロック１６００は、Ｃ_ｊ及びＴ_ｊを算出する。Ｃ_ｊは、度／ΔＰで表されるジュール・トムソンの補正項である。ブロック１６００からの出力は、ブロック２２００、１９００、１７００及び１８００に提供される。ブロック１９００は、数量１／Ｔ_ｊをブロック２０００、２１００及び２６００に提供する。ブロック１７００は、ｄ_０プラスｄ_１及び（ブロック１６００から提供された）Ｔ_ｊに基づいて、ｌｏｇ_２（２２７３７．４７／Ｄ）を算出する。ブロック１７００の定数２２７３７．４７は、圧力単位のpsia、温度単位の度Ｆ、長さ単位のインチ、質量フロー単位の質量ポンド毎秒、粘度単位のセンチポアズ及びレイノルズ数の式の特定の表現の使用に由来する。ブロック１７００からの出力は、ブロック７００に提供される。ブロック１８００は、ブロック１６００からの入力に基づいて、ＮＥｄ^２を算出する。ブロック１８００からの出力は、ブロック２５００に提供され、円１８０２におけるテスト値としても提供される。ブロック２２００は、曲線適合に基づいて、Ｐ／Ｔ_ｊの平方根を算出する。ブロック２２００の出力は、図７に関して記載された、ブロック２３００への入力として提供される。ブロック２５００は、ブロック１８００からの出力及びブロック２３００によって提供されたρに基づいて、Ｋ_ａを算出する。ブロック２５００の出力Ｋ_ａは、ブロック４００に提供される。

図７は、図３〜６に関して記載した態様に従い、多数のステップ及び演算を例示する。ブロック２１００は、ブロック１９００からの入力として１／Ｔ_ｊを受信し、ブロック１５００からＰも受信する。ｂ_１がゼロと等しく、液体を指し示す場合、ブロック２１００は、単純にρの平方根をブロック２３００に提供する。ｂ_１が１と等しく、気体を指し示す場合、ブロック２１００は、Ｐ及び１／Ｔ_ｊを使用し、曲線適合近似として（Ｍ／√Ｚ）を算出する。好ましくは、近似は、９×７の係数を使用したチェビシェフ近似である。ブロック２１００からの出力は、ブロック２３００に提供される。ブロック２０００は、その入力をブロック１９００から受信し、１／Ｔ_ｊの曲線適合としてｌｏｇ_２（１／μ）を算出する。好ましくは、曲線適合は、約五つの係数を使用して実施される。ブロック２０００からの出力は、ブロック７００に提供される。ブロック２６００では、ブロック１５００から受信したＰとブロック１９００から受信した１／Ｔ_ｊとの関数としてＨを推定する。Ｈは、好ましくは、５×５の係数のチェビシェフ近似を使用して推定される。ブロック２６００からの出力は、ブロック１１００に提供される。ブロック２３００は、その入力をブロック２２００及びブロック２１００から受信し、その出力としてρの平方根をブロック２４００及び２５００に提供する。ブロック２４００は、ρの平方根を二乗し、円２４０２におけるテスト値及びブロック１２００への出力としてρを提供する。

図８ａは、（本発明の態様に従った）遅延解と公知の反復的手法に従ったフロー方程式の完全解との間の出力の類似性を例示する、ランプ対時間のフローのチャートである。図８ａの記号表は、遅延解及び完全解の両方を円でプロットしたものとして示すが、図から、すべての円がランプ中に密接にグループ化され、完全解と遅延解との間で判別不能であることが明らかである。図８ａに示すように、最初の秒のわずかに前に開始する時間では、フローは、１０％値から、１０秒の目盛りのわずかに後、１００％フロー値まで増加する。

図８ｂは、図８ａに示す実験中における本発明の態様のフロー誤差を例示するチャートである。図８ｂは、最大誤差がわずかにフローの８．０×１０^−３％未満であり、ランプ変化の初期でほぼすぐに誤差が発生することを示す。しかし、誤差は、速やかに減衰し、約２．５秒でフローの１×１０^−３未満になる。

本明細書において記載した態様は、一般的に、非常に速やかに流量を算出することを可能とし、収束を待つ不確定な時間を必要としない。以前の測定サイクル中に算出されたフローに関連する値を電流差圧圧力センサ計測値と組み合わせて使用することにより、誤差が速やかに低減し、フロー出力を高度に正確な値に非常に速やかに到達させる。本明細書において開示した手法は、プロセス変数の応答及びセンサのサンプリング速度を考慮すると、有意な効率を提供する。プロセス変数は、差圧圧力であっても、即座に変化できない。センサの応答時間は、いかに速やかにプロセス変数を読み取ることができるかについても制限する。本発明の態様は、少なくとも一つの以前の測定サイクルからの一つ以上のセンサ計測値を使用することにより、連続する各計測値のフロー出力を提供する。また、本発明の態様は、一般的に、有利には、流出係数（Ｃ_ｄ）、流体濃度（ρ）、流体粘度及び流体エンタルピーのような項のチェビシェフ近似も用いる。他の項は、従来の多項式を使用して近似される。これらの近似は、整数演算の利用とともに、比較的低電力、低複雑度のプロセッサを使用した項の高速計算を提供するという点において重要である。

好ましい態様を参照して本発明を記載したが、当業者は、本発明の本質及び範囲を逸することなく、形態及び詳細に変化を加えることができることを認識する。

Claims

プロセス流体フロー装置であって：
プロセス通信ループに結合できるプロセス通信回路と；
プロセス通信回路に結合され、各サイクルが多数のフローに関連する演算を包含する、複数のサイクルを提供するための命令を実行するように構成されている、プロセッサと；
各サイクル中の差圧圧力の示度と、静的圧力又はプロセス流体温度の少なくとも一つとを得るため、複数のプロセス変数センサに動作可能に結合できる測定回路と；
を含み、
電流差圧圧力センサ示度と、プロセス流体フロー装置内に記憶された少なくとも一つのフローに関連する起動値とを使用して、最初のサイクル中にプロセス流体フロー値を計算するようにプロセッサが構成され；
プロセス通信回路がプロセス通信ループを経て、計算されたプロセス流体フロー値を通信する、
プロセス流体フロー装置。
電流差圧圧力センサ示度と、以前のサイクル中に算出された少なくとも一つのフローに関連する値とを使用して、サイクル中にプロセス流体フロー値を算出するようにプロセッサが構成されている、請求項１記載のプロセス流体フロー装置。
少なくとも一つのフローに関連する数量の曲線適合近似のための多数の係数を格納する、メモリにプロセッサが動作可能に結合されている、請求項１記載のプロセス流体フロー装置。
少なくとも一部の係数がチェビシェフ曲線適合のための係数である、請求項３記載のプロセス流体フロー装置。
プロセッサが浮動小数点及び整数演算を使用して、少なくとも一つのフローに関連する数量を近似する、請求項４記載のプロセス流体フロー装置。
プロセッサが静的圧力を算出する前にプロセス流体フロー値を計算する、請求項１記載のプロセス流体フロー装置。
差圧圧力の示度を得てから約５０ミリ秒の範囲内でプロセス流体フロー値を算出するように、プロセッサが構成されている、請求項１記載のプロセス流体フロー装置。
電力を節減するため、低電力スリープモードと測定モードとが交互になるようにプロセッサが構成されている、請求項１記載のプロセス流体フロー装置。
プロセス通信ループから受信した電力のみで動作するように、プロセス流体フロー装置が構成されている、請求項１記載のプロセス流体フロー装置。
プロセス流体フロー装置が３０ミリワットで動作可能である、請求項１記載のプロセス流体フロー装置。
差圧圧力の更新速度がプロセス流体温度の更新速度よりも高速である、請求項１記載のプロセス流体フロー装置。
プロセス流体フロー値がプロセス流体質量フローである、請求項１記載のプロセス流体フロー装置。
プロセス流体フロー値が体積プロセス流体フローである、請求項１記載のプロセス流体フロー装置。
静的圧力及びプロセス流体温度の示度が各サイクル中に得られる、請求項１記載のプロセス流体フロー装置。
プロセス流体フロー装置であって：
少なくとも一つの追加的プロセス装置と通信するように構成されている、プロセス通信回路と；
プロセス通信回路に結合され、各サイクルが多数のフローに関連する演算を包含する、複数のサイクルを提供するための命令を実行するように構成されている、プロセッサと；
各サイクル中の差圧圧力の示度、静的圧力及びプロセス流体温度を得るため、複数のプロセス変数センサに動作可能に結合できる測定回路と；
を含み、
電流差圧圧力センサ示度と、以前のサイクル中に算出された少なくとも一つのフローに関連する値とを使用して、プロセス流体フロー値を計算するようにプロセッサが構成され；
プロセス通信回路が計算されたプロセス流体フロー値を少なくとも一つの追加的プロセス装置に通信する、
プロセス流体フロー装置。
少なくとも一つの追加的プロセス装置が制御室内に位置している、請求項１５記載のプロセス流体フロー装置。
さらに、プロセス流体装置に電力を供給するように構成された電源モジュールを含む、請求項１５記載のプロセス流体フロー装置。
電源モジュールが３０ミリワット以下の低電力運転に対応している、請求項１７記載のプロセス流体フロー装置。
低電力スリープモードと測定モードとが交互になるようにプロセッサが構成されている、請求項１７記載のプロセス流体フロー装置。
プロセス通信回路が無線で通信する、請求項１５記載のプロセス流体フロー装置。
少なくとも一つのフローに関連する数量の曲線適合近似のための多数の係数を格納する、メモリにプロセッサが動作可能に結合されている、請求項１５記載のプロセス流体フロー装置。
少なくとも一部の係数がチェビシェフ曲線適合のための係数である、請求項２１記載のプロセス流体フロー装置。
プロセッサが浮動小数点及び整数演算を使用して、少なくとも一つのフローに関連する数量を近似する、請求項２２記載のプロセス流体フロー装置。