JP4621140B2

JP4621140B2 - 振動要素濃度計及びコリオリ流量計における腐食、侵食又は生成物蓄積を検出する方法並びに較正検証方法

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Publication number: JP4621140B2
Application number: JP2005509923A
Authority: JP
Inventors: パテン，アンドリュー・ティモシー; ダフィル，グラエム・ラルフ
Original assignee: Micro Motion Inc
Current assignee: Micro Motion Inc
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2023-09-29
Also published as: AU2003279047A1; WO2005040733A1; JP2007521467A; CN1856697A; CN101581595B; CN101581595A; AR045833A1; EP1668322B1; EP1668322A1; HK1098189A1; CN1856697B

Description

本発明は、コリオリ流量計の較正を検証するシステムに関する。より詳細には、本発明は、密度測定値を使用して、コリオリ流量計の較正がほぼ一定のままであるか、それとも時間と共にずれるかを判定することに関する。さらの詳細には、本発明は、密度測定の精度を向上させ、コリオリ流量計の流量較正因子をより正確に検証することに関する。

課題
Ｊ．Ｅ．スミス等に１９８５年１月１日に発行された米国特許第４４９１０２５号及びＪ．Ｅ．スミスに１９８２年２月１１日に発行されたＲｅ．３１４５０号で論じられているように、コリオリ効果質量流量計を使用して、パイプラインを流れる材料の質量流量及びその他の情報を測定することが知られている。こうした流量計は、湾曲した構成の１つ又は複数の流管を有する。コリオリ質量流量計での各流管構成は１組の固有振動モードを有し、単純曲げ型、ねじり型、半径方向型又は結合型であり得る。各流管は、これらの固有モードの１つでの共振で振動するように駆動される。振動する材料充填済みシステムの固有振動モードは、流管と流管内の材料との組合せ質量によって部分的に定義される。材料は、流量計の入口側に連結されたパイプラインから流量計に流れる。次いで材料は流管に導かれ、流量計から、出口側に連結されたパイプラインから出る。

ドライバが流管に力を加える。力は流管を振動させる。流量計を流れる材料が存在しないとき、流管に沿うすべての点は等しい位相で振動する。材料が流管を流れ始めるとき、コリオリ加速により、流管に沿う各点は、流管に沿う他の点に対して異なる位相を有する。流管の入口側の位相はドライバより遅れ、出口側の位相はドライバに先行する。ピックオフセンサが流管の２つの異なる点に配置され、その２つの点での流管の運動を表す正弦波信号が生成される。ピックオフセンサから受信される２つの信号の位相差が時間の単位で計算される。

２つのピックオフセンサ信号間の位相差は、流管を流れる材料の質量流量に比例する。材料の質量流量は、位相差に流量較正因子を乗算することによって求められる。流量計をパイプラインに設置する前に、流量較正因子が較正プロセスによって求められる。較正プロセスでは、流体が所与の流量で流管を通過し、位相差と流量との間の関係（流量較正因子）が計算される。

コリオリ流量計は、流量較正因子に２つのピックオフ信号の位相差を乗じることによって流量を求める。流量較正因子は、材料及び流管の断面特性に比例する。材料及び流管の断面特性の変化により、流量計の流量較正因子は変化し得る。流量計の流量較正因子が変化する場合、元の流量較正因子を使用して計算される流量の精度が低下する。

以後ＦＣＦと呼ぶ流量較正因子は、それ自体、コリオリ流量計の他のパラメータに依存する。流量較正因子の式は、ＦＣＦ＝Ｇ_１＊Ｅ_０＊Ｉ_０であり、ただし、Ｇ_１は流管の幾何学的定数であり、Ｅ_０はヤング弾性率であり、Ｉ_０は流管の慣性モーメントである。したがって、正確なＦＣＦの決定は、定数Ｇ_１、ヤング率及び流管の慣性モーメントの正確な決定に依存する。幾何学的定数Ｇ_１及びヤング率は比較的安定な値であり、変化しない。しかし、Ｉ_０は他の流管パラメータに依存し、他の流管パラメータはそれ自体変化する可能性のあるので、Ｉ_０は変化を受ける。

材料及び流管の断面特性の変化により、流管の慣性モーメントは変化し得る。流管の断面特性の変化の一例は、流管の腐食によって引き起こされる変化である。材料及び流管の断面特性の変化の２番目の例は、管を流れる材料による流管の被覆である。

２０００年７月２５日の米国特許第６０９２４０９号は、既知の流体の実測密度を既知の密度と比較することによってコリオリ流量計の流量較正因子を検証する方法を説明している。予想される密度からの逸脱は、材料の腐食や侵食などの流管に起こり得る誤差状態を表すことができる。

しかし、密度を正確に測定すること、又は正確な密度測定を容易にするように測定条件を実装することが問題である。材料密度は、温度と共に著しい変化を受ける可能性がある。密度はまた、それほどではないが、材料圧力や材料組成などの他のパラメータの変化と共に変化する可能性がある。したがって、コリオリ流量計で測定される質量流量が不正確である可能性があることを示す、材料又は流管の断面特性の生じ得る変化をより正確に検出するシステムが当技術分野で求められている。

解決手段
上記及びその他の問題は、コリオリ流量計の流量較正因子を検証するシステムの提供により解決され、当技術分野での進歩が達成される。

コリオリ流量計は、流量計電子回路に接続される流管上にピックオフセンサを有する。ピックオフセンサからの信号は流量計電子回路で受信され、マシン可読信号又はデジタル信号に変換される。デジタル信号は、流量計電子回路内のプロセッサで実行されるアプリケーション用のデータとして使用され、流管を流れる材料の質量流量や密度などの幾つかの特性が決定される。こうしたアプリケーション用の命令が、プロセッサに接続されたメモリに格納される。本発明は、コリオリ流量計の流量較正因子を検証するプロセッサで実行されるアプリケーションに関する。検証アプリケーションは、流管を流れる事前に特徴付けられた密度流を有するプロセス流体などの材料としての流管の振動の周期を測定する。次いで、測定した振動の周期を使用して、流管の振動の周期から材料の密度を決定する式の導出を使用して流管中の生じ得る誤差状態を検出する。

上述のように、流量較正因子を十分な精度とすることができ、コリオリ流量計による信頼性の高い流量情報の生成を容易にするように、流量較正因子ＦＣＦは信頼性の高い密度情報を必要とする。しかし、信頼性の高い密度情報を得ることは往々にして困難である。密度が他のコリオリ流量計パラメータの変化と共に著しく変化するからであり、そのような最大のパラメータはプロセス材料の温度である。温度変化は珍しくないことであり、したがって、単に密度を温度変化として測定するプロセスは、コリオリ流量計の満足の行く動作のためには不十分な流量較正因子検証を与えるにすぎない。

本発明は、不可避的な温度変動を克服するプロセスによって密度を測定する方法及び装置を提供する。本発明の第１の可能な例示的な実施の形態によれば、密度決定に使用すべきである基準温度を定義するプロセスによって温度変化が克服される。次いで、プロセス材料の温度変化が監視され、プロセス材料の温度が事前選択した基準温度と等しいときに密度測定が行われる。その時に密度測定が行われて記録される。プロセス材料の温度は時間と共に変化し続け得るが、温度が変化して基準温度と等しくなる毎に密度が再度決定される。このようにして、一連の密度測定値が得られて記録され、一続きの温度補償済み密度測定値が与えられる。このプロセスにより、流量計電子回路のデータ処理機構に供給される密度読取値が、プロセス材料の様々な温度でのプロセス材料の密度の測定によって引き起こされる誤差のないほぼ一定の値となる。したがって、このプロセスは、温度変化の結果として生じるプロセス材料の不可避な変化によって引き起こされる密度情報の誤差を最小限に抑える。

上述のように、温度変化が密度測定の最大の誤差源である。こうした誤差は上述の方法によってほぼ回避されるので、得られる密度測定値を使用して流量較正因子を正確に検証することができる。しかし、望むなら、温度補償済み密度情報を材料圧力の変化についてさらに補償することができる。このことは、材料の圧力変化に対する密度変化の比を求め、この比に、測定したライン圧力と事前選択した基準圧力との差を乗じることによって行われる。これは、密度情報に適用して、温度変化と圧力変化とに対して補償される密度決定を得ることのできる別の補償因子を与える。次いで、この情報を流量較正因子の検証と同様に使用することができ、材料組成の変化に固有の密度変化について補償することができる。これが望まれる場合、温度及び圧力補償済み密度情報を、材料組成の変化についてさらに補償し、次いで正確な流量較正因子を求める際の使用に適用することができる。

本発明の第２の可能な例示的な実施の形態によれば、すべての可能な動作温度、動作圧力及び材料組成に関する情報を相関付ける多次元ルックアップ・テーブルをプログラムするステップにより、温度及び／又は圧力及び／又は材料補償について補償される密度決定を行うことができる。次いでテーブルを使用して、温度補償済み密度情報が提供される。これは、瞬間材料温度及び密度読取り値を求めるステップと、この情報を事前選択された基準温度に対して補償された密度読取り値を表す出力を生成するルックアップ・テーブルに入力するステップとによって行われる。このようにして、異なる温度での複数の密度読取り値を作成することができるが、それぞれの読取り値は事前選択された基準温度に対して温度補償される。これにより、実測温度が事前選択した温度に等しい時間間隔に行った場合に得られるはずのものと等しい一連の密度読取り値が与えられる。次いで、このようにして作成された温度補償済み密度読取り値は、流量較正因子検証のために所望のように使用され、又は、圧力及び材料組成の変化に関するルックアップ・テーブルを使用して同様の方式でさらに補償されることができる。

要するに、本発明の上述の各例示的な実施の形態は、共に、プロセス材料の動作温度が使用中に変化し続ける場合であっても、事前選択された温度に対して補償された密度情報を得ることを可能にする。望むなら、この温度補償済み密度情報は、圧力及び材料組成の変化について同様の方式でさらに補償することができる。次いで、この信頼性の高い補償済み密度情報を使用して、流量較正因子の検証精度を改善することができる。

諸態様
本発明の一態様は、材料の流れを処理するように適合されたコリオリ流量計の流量較正因子を検証する方法であって、
前記材料の流れの基準温度での基準密度を定義するステップと、
前記材料の流れのライン密度及びライン温度を測定するステップと、
前記ライン温度が前記基準温度に対応するとき、前記基準密度を前記ライン密度と比較するステップと、
を備える方法を含む。

好ましくは、この方法は、前記測定するステップが、
前記温度補償済み基準密度の値の上限及び下限を定義するステップと、
生成したそれぞれの温度補償済み基準密度が前記限度内にあるかどうかを判定するステップと、
前記温度補償済み基準密度が前記限度内にあるとき、前記測定を続行するステップと、
をさらに備えることをさらに含む。

好ましくは、この方法は、前記測定するステップが、
前記ライン温度が前記基準温度に等しいときにのみ、前記ライン密度を測定するステップと、
前記ライン温度が前記基準温度に等しいとき、前記密度を表す前記温度補償済み基準密度を記録するステップと、
をさらに備えることをさらに含む。

好ましくは、この方法は、前記基準温度が前記ライン温度の変動限度間にあることをさらに含む。
好ましくは、この方法は、前記限度を超える温度補償済み基準密度の検出時にエラー信号を生成するステップをさらに含む。

好ましくは、この方法は、
前記材料の流れのライン圧力を次々に測定するステップと、
前記材料の流れに関する密度／圧力補償因子を求めるステップと、
前記密度／圧力補償因子を使用して前記温度補償済み基準密度を補償して、圧力及び温度補償済み基準密度を導出するステップと、
前記コリオリ流量計の前記流量較正因子を求める際に前記圧力及び温度補償済み基準密度を使用するステップと、
をさらに含む。

好ましくは、この方法は、
圧力変化に対する密度変化の比を決定するステップと、
前記ライン圧力と前記基準圧力の間の圧力差を決定するステップと、
前記比に前記圧力差を乗じて前記圧力補償因子を得るステップと、
によって前記密度／圧力補償因子が形成されることをさらに含む。

好ましくは、この方法は、前記限度が前記圧力及び温度補償済み基準密度の変動に関する上限及び下限をさらに定義することをさらに含む。
好ましくは、この方法は、
前記材料の流れの材料組成を次々に測定するステップと、
前記材料の流れの密度に関する材料組成補償因子を決定するステップと、
前記材料組成補償因子を使用して前記温度補償済み基準密度を補償し、材料組成及び圧力及び温度補償済み基準密度を導出するステップと、
前記コリオリ流量計の前記流量較正因子を検証する際に、材料組成及び前記圧力及び前記温度補償済み基準密度を使用するステップと、
をさらに含む。

好ましくは、この方法は、前記限度が前記材料組成及び前記圧力及び温度補償済み基準密度の変動の変動に関する上限及び下限をさらに定義することをさらに含む。
好ましくは、この方法は、
ライン温度及び基準温度の範囲についての前記材料の流れの密度値を含むデータ構造を形成するステップと、
各測定に応答して、ライン温度及びライン密度を前記構造に適用するステップと、
前記データ構造を読み出して、前記基準温度に対する温度補償済み基準密度を得るステップと、
をさらに含む。

好ましくは、この方法は、ライン温度及び基準温度の範囲について材料圧力の値を前記密度値に関係付ける情報を含む前記データ構造をさらに含み、
各測定に応答して、ライン温度及びライン密度及び圧力を前記構造に適用するステップと、
前記データ構造を読み出して、前記基準温度に対する圧力及び温度補償済み基準密度を得るステップと、
をさらに含む。

好ましくは、この方法は、前記データ構造が、ライン温度及び基準温度の範囲について材料組成及び材料圧力の値を前記密度値に関係付ける情報を含むことをさらに含み、
各読取り値に応答して、材料組成及びライン温度及びライン密度及び圧力を前記構造に適用するステップと、
前記データ構造を読み出して、前記基準温度に対する材料組成及び圧力及び温度補償済み基準密度を得るステップと、
をさらに含む。

本発明の別の態様は、コリオリ流量計を較正するように適合されたソフトウェア製品であって、
命令を格納するように構成された媒体と、該媒体から前記命令を読み取るように構成された処理システムとを備え、
前記命令が、
前記コリオリ流量計によって処理される材料の流れの基準温度を定義するステップと、
前記材料の流れのライン密度及びライン温度を次々に測定するステップと、
各測定に応答して、前記基準温度に対する補償済み密度を生成するステップと、
前記生成した温度補償済み基準密度を使用して、前記コリオリ流量計の流量較正因子を検証するステップと、
を実行するように前記処理システムに指示するように構成されたソフトウェア製品を含む。

好ましくは、前記媒体は、
前記ライン温度が前記基準温度に等しいときにのみ、前記ライン密度を測定するステップと、
前記ライン温度が前記基準温度に等しいとき、前記密度を表す前記温度補償済み基準密度を記録するステップと、
をさらに実行するように前記処理システムに指示するように構成された命令を格納するように構成される。

好ましくは、前記媒体は、
ライン温度及び基準温度の範囲について前記材料の流れの密度値を含むデータ構造を形成するステップと、
各読取り値に応答して、ライン温度及びライン密度を前記構造に適用するステップと、
前記データ構造を読み出して、前記基準温度に対する温度補償済み基準密度を得るステップと、
をさらに実行するように前記処理システムに指示するように構成された命令を格納するように構成される。

本発明の上記及びその他の利点は、図面と本発明の詳細な説明を読むことにより明らかとなるであろう。
詳細な説明
コリオリ流量計一般―――図１
図１に、流量計アセンブリ１０及び流量計電子回路２０を備えるコリオリ流量計５を示す。流量計電子回路２０が導線１００を介して流量計アセンブリ１０に接続され、経路２６を介して密度、質量流量、体積流量、総質量流量及び他の情報が提供される。ドライバの数又はピックオフセンサの数の如何に関わらず、どんなタイプのコリオリ流量計でも本発明を使用できることは当業者には明らかであろう。

流量計アセンブリ１０は、１対のフランジ１０１及び１０１’、マニホルド１０２、並びに流管１０３Ａ及び１０３Ｂを含む。ドライバ１０４並びにピックオフセンサ１０５及び１０５’は流管１０３Ａ及び１０３Ｂに接続される。ブレースバー１０６及び１０６’は、各流管１０３Ａ及び１０３Ｂがその周りに振動する軸Ｗ及びＷ’を画定する働きをする。

測定する材料を含むパイプラインシステム（図示せず）に流量計アセンブリ１０が挿入されたとき、材料はフランジ１０１を通じて流量計アセンブリ１０に進入し、マニホルド１０２を通過し、マニホルド１０２で、材料が流管１０３Ａ及び１０３Ｂに進入し、流管１０３Ａ及び１０３Ｂを流れ、マニホルド１０２に戻るように誘導され、マニホルド１０２で、材料はフランジ１０１’を通じて流量計アセンブリ１０から出る。

流管１０３Ａ及び１０３Ｂは、それぞれ曲げ軸Ｗ−Ｗ及びＷ’−Ｗ’の周りにほぼ同一の質量分布、慣性モーメント、弾性係数を有するように選択され、適切にマニホルド１０２に取り付けられる。流管はマニホルドからほぼ平行に外側に延びる。

流管１０３Ａ−Ｂは、ドライバ１０４によってそれぞれの曲げ軸Ｗ及びＷ’の周りに、且つ流量計の第１アウト・オブ・ベンディング・フォールド（ｏｕｔｏｆｂｅｎｄｉｎｇｆｏｌｄ）で逆方向に駆動される。ドライバ１０４は、流管１０３Ａに取り付けられた磁石と、流管１０３Ｂに取り付けられた対向するコイルなど、多くの周知の構成のうちの１つを有することができる。対向するコイルに交流が流れ、両方の管を振動させる。適切な駆動信号が流量計電子回路２０によって導線１１０を介してドライバ１０４に印加される。図１の説明は単にコリオリ流量計の動作の一例として与えたに過ぎず、本発明の教示を限定するものではない。

流量計電子回路２０は、導線１１１上に出現する左速度信号及び１１１’上に出現する右速度信号を受け取る。流量計電子回路２０は、ドライバ１０４に流管１０３Ａ及び１０３Ｂを振動させる駆動信号を導線１１０上に生成する。本明細書に記載の本発明は、複数のドライバから複数の駆動信号を生成することができる。流量計電子回路２０は、左速度信号及び右速度信号を処理して質量流量を計算し、本発明の検証システムを提供する。経路２６は、流量計電子回路２０がオペレータとインターフェースすることを可能にする入力及び出力手段を提供する。

流量計電子回路２０一般―――図２
図２に、本発明に関するプロセスを実施する流量計電子回路２０の構成要素のブロック図を示す。経路１１１及び１１１’は、左速度信号及び右速度信号を流量計アセンブリ１０から流量計電子回路２０に送信する。速度信号は、流量計電子回路２０内のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０３で受信される。Ａ／Ｄ変換器２０３は、右速度信号及び左速度信号をプロセッサ２０１で使用可能なデジタル信号に変換し、デジタル信号を経路２１３を介してＩ／Ｏバス２１０に送信する。デジタル信号はＩ／Ｏバス２１０によってプロセッサ２０１に搬送される。ドライバ信号はＩ／Ｏバス２１０を介して経路２１２に送信され、経路２１２は信号をデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器２０２に印加する。Ｄ／Ａ変換器２０２からのアナログ信号は、経路１１０を介してドライバ１０４に送信される。経路２６がＩ／Ｏバス２１０に接続され、流量計電子回路２０がオペレータからデータを受信し、データをオペレータに搬送することを可能にする入力及び出力手段（図示せず）に信号を搬送する。

プロセッサ２０１は、限定はしないが、材料の質量流量を計算すること、材料の体積流量を計算すること、及び、材料の密度を計算することを含む流量計の様々な機能を実施する命令を読取り専用メモリ（ＲＯＭ）２２０から経路２２１を介して読み取る。様々な機能を実施するためのデータ並びに命令がランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３０に格納される。プロセッサ２０１は、経路２３１を介してＲＡＭメモリ２３０内の読取り及び書込みオペレーションを実行する。

図３の説明
図３にＲＯＭ２２０をさらに詳細に開示する。図３に示すように、ＲＯＭ２２０は、指定の管理限度を格納するように適合されたメモリセグメント３０１と、密度／温度関係を格納するように適合されたメモリ区間３０２と、密度／材料組成関係を格納するように適合されたメモリ区間３０３と、密度／圧力関係を格納するように適合されたメモリ区間３０４と、密度／温度／材料組成関係を格納するように適合されたメモリ区間３０５と、初期化パラメータを格納するように適合されたメモリ区間３０６と、流量計の動作及び較正に関する種々の情報を格納するように適合されたメモリ区間３０７と、プロセッサ２０１の動作に必要なオペレーティングシステム及びその他のソフトウェアを格納するように適合されたメモリ区間３０８とを備える。

密度と流量較正因子との間の関係
流管の流量較正因子と流管を流れる材料の実測密度との間の関係の故に、流管の生じ得る誤差状態を検出するのに振動周期が使用される。流量較正因子（ＦＣＦ）は、第１幾何学的定数（Ｇ_１）に、流管に関するヤング弾性率（Ｅ_０）と流管の慣性モーメント（Ｉ_０）を乗じたものに等しい。流管を流れる材料の密度は、材料が管を流れるときの流管の振動の周期の２乗（Ｐ^２）に第１密度定数（Ｃ_１）を乗じ、次いで、その結果に第２密度定数（Ｃ_２）を加えることによって計算される。第１密度定数（Ｃ）は、第２幾何学的定数（Ｇ_２）に、流管に関するヤング弾性率（Ｅ_０）と流管の慣性モーメント（Ｉ_０）を乗じることによって求められる。流量較正因子の第１幾何学的定数と密度の第２幾何学的定数には共に、流管に関するヤング弾性率と流管の慣性モーメントが乗じられるので、流量較正因子と第１密度定数は比例する。

第１密度定数（Ｃ_１）の変化は、典型的には、流管の材料及び／又は断面特性が変化するときにほとんど変化しない第２幾何学的定数（Ｇ_２）の変化によるものではない。したがって、第１密度定数（Ｃ_１）の変化は、通常、ヤング率（Ｅ_０）又は流管の慣性モーメント（Ｉ_０）の変化によって引き起こされる。ヤング率（Ｅ_０）及び慣性モーメント（Ｉ_０）は流量較正因子（ＦＣＦ）を計算するのにも使用されるので、第１密度定数（Ｃ_１）の変化が流量較正因子（ＦＣＦ）の変化を示すと想定することができる。

第１密度定数（Ｃ_１）の変化は、材料の実測密度から検出することができる。材料の実測密度が不正確である場合、密度を計算するのに使用される第１密度定数及び第２密度定数（Ｃ_１及びＣ_２）も不正確にならざるを得ない。材料が流管を流れるときの流管の振動の周期（Ｐ）が、流管を流れる材料の密度を計算するのに使用されるので、振動の周期（Ｐ）を使用して第１密度定数（Ｃ_１）の変化を検出し、それにより、生じ得る流量較正因子（ＦＣＦ）の変化を示すことが可能である。

図４の説明
コリオリ流量計内の典型的なプロセス材料の密度は一定ではなく、時間に関して頻繁に変化する。この理由は、材料密度が温度と圧力の変動と共に変化し得るからである。さらに、プロセス材料の密度は、材料自体の組成のために変化する可能性がある。この関係を図４のグラフ４００に示す。材料の実測密度が垂直軸４０１によって表され、水平軸４０２が時間を表す。実線４０３は正弦曲線であり、ほぼ一定の振幅であり、時間に関する１つの可能な密度変動を表す。破線４０４も正弦曲線であり、時間と共に増加する実測密度の振幅を有する。これは、時間変動に関して、ほぼ一定の振幅を有する実線４０３と似ている。線４０３は、許容される密度の変動を表す。線４０４は、時間に関して著しく増加する振幅変動を有する。これは望ましくなく、温度変化又は流量計の流管内の材料の蓄積のためである可能性があり、又は流管内部の腐食又は侵食などの他の望ましくない特性のためである可能性がある。

グラフ４０４によって示される密度変動は望ましくなく、実測密度情報の処理及び処理で補償されなければならない。これが必要なのは、正確な流量情報を生成する際に流量計で使用される流量較正因子を検証するためにその後で使用することができる密度情報を提供するためである。

図５の説明
図５は、プロセス材料の実測温度が時間と共にどのように変化するかを示すグラフである。温度が垂直軸５０１によって表され、時間が軸５０２に沿った方向に示される。実線５０３は、実測温度が時間と共に不規則に変動することを示す。グラフ５０３と軸５０２との交点が点５０４で示される。

本発明の第１の例示的な実施の形態によれば、図４の実測ライン密度は、図５の温度線５０３が位置５０４で軸と交差するときにのみ、ライン密度を測定することによって温度補償される。このようにしてライン密度を測定することにより、すべての密度測定が基準温度５０℃で行われるので、温度変化による密度の変動が解消される。したがって、密度測定のすべての変動は、密度をそれに対して補償すべき材料温度を指定するステップと、実測温度が基準温度に等しいときにのみライン密度を測定するステップと、ライン密度情報をメモリに記録して、温度変動のない連続した温度補償済み密度測定値を得るステップとによって解消される。温度補償済み密度測定値はすべて、ユーザ指定の基準温度で取得されるからである。

図５に示すように、プロセス材料の温度は４０℃から６０℃の間で変動し、基準温度は５０℃であり、軸５０２上にある。点５０４で表される時間にのみ密度を測定することにより、一定の温度５０℃で、連続した温度補償済み密度測定値が得られる。したがって、この連続した温度補償済み密度測定値は、温度変動の影響を受けない。

図６の説明
図６のグラフ６００は、垂直軸６０１上に密度ρを、軸６０２上に時間を示す。波形６０５は、ライン温度が基準温度５０℃に等しいときにのみライン密度を測定した結果として得られる密度測定値を示す。図６の直線６０３及び６０４は、密度測定値に関する容認可能性の上限及び下限を表す。図６は、波形６０５が十分に上限６０３及び下限６０４の範囲内にあることを示す。本発明の方法を用いたこの厳重な密度測定の制御は、密度測定の変動が、測定が不規則な温度で行われるときに得られる密度測定値を示す図４に示す結果よりも改善されることを示す。

密度及び流量較正因子の変化は比較的ゆっくりと変化する現象であるので、図４、図５及び図６上に示す時間軸は、分、時又は日を表すことができる。
図７の説明
本発明の第２の可能な例示的な実施の形態に従って、図７に、密度、温度及び材料組成の間の密度／温度／濃度関係を表す象徴的な面である要素７０１を示す。３次元のグラフ７００は、Ｘ軸７０２に沿って材料組成を、Ｙ軸７０３に沿って温度を、Ｚ軸７０４に沿って密度ρを表す。面７０１は、本発明の動作で使用される密度、温度及び材料組成のすべての組合せを示すのに必要な各位置を表す。データ面は当技術分野で周知であり、例えば２００１年９月１３日の公開公報ＷＯ０１／６７０５２Ａ１に示されている。この公開公報は、密度、温度及び圧力の各パラメータの相関を示している。

また、面７０１は、図２に示すプロセッサ２０１のメモリ２２０に格納された３次元テーブル・ルックアップで具体化することもできる。周知のテーブル・ルックアップ手順によれば、温度と密度の組合せを表すルックアップ・テーブルを使用することにより、図５に示す６０℃で行われたライン密度読取り値を基準温度５０℃に対して補償することができる。例えば、６０℃で得られた密度読取り値を表すパラメータと所望の基準温度を表す５０℃のパラメータでテーブル・ルックアップを含むメモリをアドレス指定することにより、６０℃で行われたライン密度読取り値を基準温度５０℃に対して補償することができる。こうしたパラメータでのテーブル・ルックアップ・メモリのアドレス指定は、基準温度５０℃に対して補償された実測ライン密度読取り値温度を示す出力を生成する。同様にして、６０℃の実測ライン密度、実測密度をそれに対して補償すべきである基準温度５０℃でメモリをアドレス指定し、材料組成を表すパラメータでメモリをさらにアドレス指定することにより、３次元テーブル・ルックアップを使用して、温度、材料組成、及び密度の各パラメータの３次元表現を得ることができる。３次元テーブル・ルックアップ・メモリは、基準温度５０℃に対して温度補償され、材料組成の変動をさらに補償される基準密度を表す情報を出力する。得られる密度情報は、図６に示すように温度変動の影響を受けない。ルックアップ・テーブルを使用することにより、密度情報を圧力変化についても同様に補償することができる。

図８の説明
図８のグラフ８００は、密度、温度及び材料組成がどのように相関するかを示す。密度が軸８０２に沿った方向に示される。温度がｙ軸８０１によって表され、線８０４、８０５、８０６及び８０７は、異なる比率の材料組成を表す。線８０４は３０％を表し、線８０５は４０％を表し、線８０６は５０％を表し、８０７は６０％を表す。例えば３０％などの所与の割合の材料組成に対して、密度と温度の関係が線８０４によって示される。同様に、線８０５、８０６及び８０７は、それぞれ材料の割合４０％、５０％、６０％についての可能な密度／温度の組合せを表す。線８０３は、５０℃に対して補償される基準密度／温度を表す。

図９の説明
図９は、基準密度ρ並びに基準温度Ｔ及び基準圧力Ｐの決定に備えて流量計を初期化するステップ９０１〜９０５を有するプロセス９００を開示する。これらの３つのパラメータは、流量較正因子ＦＣＦのより正確な検証を可能にする基準条件を決定する際に使用される。プロセス９００は、流量計設置を初期化するステップ９０１から始まる。これは、流量計の物理的設置、並びに流量計の精度、線型性及びゼロフロー読取り値を決定するセットアップ較正を含む。

ステップ９０２は、材料の流れのパラメータの傾向を求める機能を実施する。これは、材料の流れの実測密度、実測温度及び実測圧力に関する読取り値を含む。傾向を求めるステップは、いくつかの連続する密度、温度、圧力の測定の記録を記録すること、及び、その後に続いて、それを処理して平均又は相加平均を導出することを含む。これは、後続の処理ステップのための基準値として使用すべき密度、温度及び圧力の値を求めるために行われる。

ステップ９０３では、ユーザは、密度、温度及び圧力のパラメータに対して使用すべきプロセス管理上限及び下限を供給する。この限度は、限度を超過してユーザに通知する必要がある後続の測定値を処理装置が識別することを可能にする。ステップ９０４では、後続のプロセスステップで基準温度として使用すべき温度を記録する。ステップ９０５では、後続の処理ステップで使用すべき基準圧力の値を記録する。ステップ９０５に続いて、プロセスは、本発明の第１の可能な例示的な実施の形態による図１０に進む。或いは、プロセスは、本発明の第２の例示的な実施の形態による図１１に進む。

第１の可能な例示的な実施の形態のプロセスの説明―――図１０
プロセス１０００のステップ１００１では、プロセス材料のライン温度が基準温度５０℃に対応するごとにライン密度が測定されて基準密度値と比較される。ライン密度は、その後で使用するために記録及び保存される。ステップ１００１はまた、プロセス材料の圧力について同じ機能を実施する。これは温度補償済み基準圧力を与える。

ステップ１００２は、圧力の変化ΔＰに対する密度の変化Δρの比を求める。これは、様々な値での密度及び圧力の連続的測定から得られる。
ステップ１００３は、式
（Ｔ，Ｐ）で補償される基準密度
＝基準密度（Ｔ）×（Δρ／ΔＰ）×（Ｐ_line−Ｐ_reference）
を解くことにより、温度と圧力とについて補償された基準密度を決定する。この式は、基準温度と基準圧力とについて補償された基準密度が、温度補償済み基準密度を取得してそれに比Δρ／ΔＰを乗じて、それに実測ライン圧力温度（Ｐ_ｌｉｎｅ）と基準圧力（Ｐ_{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}）との差を乗じることによって決定されることを述べている。この式は、温度と圧力とについて補償された基準密度を決定する。ほとんどの非気体プロセス材料では、圧力分散に対して基準密度に生じる結果的な変化は小さく、式
（Δρ／ΔＰ）×（Ｐ_line−Ｐ_reference）
は１に近い。圧力について補償された基準密度の結果的な変化は小さい。この状況は、圧力に対して補償された基準密度が有意の量だけ変化する気体の処理に関しては異なる。

ステップ１００３の出力は、基準温度と基準圧力とについて補償される密度信号である。この信号はステップ１００４に適用され、ステップ１００４では、温度及び圧力補償済み密度の値を、ステップ９０３でユーザによって選択された管理上限及び下限に対して比較する。

ステップ１００４の出力はステップ１００７に適用され、ステップ１００７では流量較正因子ＦＣＦを検証する。ステップ１００４の出力は、補償済み密度が管理限度の外側にあるかどうかを記述するステップ１００５にも適用されるが、過大な偏移は、腐食、侵食、生成物蓄積などの望ましくない要素に起因し得る。ステップ１００６は、ユーザに補償済み密度がユーザによって選択された限度の外側にあることを示す信号を送信する。

第２の可能な好ましい例示的な実施の形態の説明―――図１１
ステップ１１０１は、図９のステップから密度、温度及び圧力の測定値、求めた管理上限及び下限、並びに基準温度及び圧力を受け取る。図２に関して先に述べたように、流量計電子回路１２０のプロセッサ２０１及びそのＲＯＭメモリ２２０は、図７に関して述べたテーブル・ルックアップ情報でプログラムされる。この情報は、密度、温度、圧力及び材料組成を相関付ける３次元データを含む。

ステップ１１０１はライン密度を反復的に測定する。各ライン密度測定は、実測温度値と基準温度値との間の差に関して実測ライン密度を補償する図５のテーブル・ルックアップ情報によって処理される。メモリに格納されたテーブル・ルックアップにより、温度５０℃について補償された実測ライン密度値を表す、各測定についての密度が得られる。この温度補償済み密度はステップ１１０２でＲＡＭメモリ２３０に格納される。ステップ１１０２の出力がステップ１１０３に適用される。

ステップ１１０３は、図７のテーブル・ルックアップ機構に格納されたライン圧力と事前プログラムされた圧力との関係を測定し、温度と圧力とについて補償されたライン密度を決定する。

ステップ１１０３の温度及び圧力補償済み密度情報は、ステップ１１０４の入力に適用され、ステップ１１０４では、受け取った補償済み密度情報を材料組成の変化について補償する。この補償も、流量計によって処理される様々な材料を密度、温度及び圧力の値に関係付けるテーブル・ルックアップ機構によって行われる。次いで、ステップ１１０４の出力がステップ１１０５に適用され、ステップ１１０５では、受け取った情報を指定の管理限度に対してチェックする。ステップ１１０５の出力がステップ１１０８に適用され、ステップ１１０８は流量較正因子を検証する。ステップ１１０５の出力はステップ１１０６にも適用され、ステップ１１０６では、受け取った密度読取り値が管理限度内にあるか、それとも管理限度外にあるかを判定し、限度を超過する場合、ステップ１１０７に信号を送り、ステップ１１０７では、処理される密度情報がユーザによって指定される管理限度を超過することをユーザに通知する。次いで、ユーザは、適切であると思われる措置があるならば、任意の措置を取ることができる。

本発明の特定の実施の形態を上に開示したが、予測されるように、当業者は、以下の特許請求の範囲内に包含される本発明の代替の実施の形態を文字通りに又は均等論によって設計することができる。

従来技術における一般的なコリオリ流量計である。コリオリ流量計における流量計電子回路のブロック図である。ＲＯＭ２２０の詳細を開示する図である。時間に対する密度の典型的な変動を示す図である。密度読取りが行われる条件を示す図である。本発明に係る、時間に対する基準密度の典型的な変動を示す図である。密度、温度及び材料組成に関するデータ面を示す図である。材料組成の変化に対する密度の変動を示す図である。補償済み密度情報を求めるのに使用されるステップを示す流れ図である。補償済み密度情報を求めるのに使用されるステップを示す流れ図である。補償済み密度情報を求めるのに使用されるステップを示す流れ図である。

Claims

材料の流れを処理するように適合されたコリオリ流量計の流量較正因子を検証する方法であって、
前記材料の流れの基準温度での基準密度を定義するステップと、
前記材料の流れの温度補償済みライン密度及びライン温度を測定するステップと、
前記ライン温度が前記基準温度に対応するとき、前記基準密度を前記温度補償済みライン密度と比較するステップと、
を含む方法。
測定する前記ステップが、
前記温度補償済みライン密度の値の上限及び下限を定義するステップと、
生成したそれぞれの温度補償済みライン密度が前記限度内にあるかどうかを判定するステップと、
前記温度補償済みライン密度が前記限度内にあるとき、前記測定を続行するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
測定する前記ステップが、
前記ライン温度が前記基準温度に等しいときにのみ、前記ライン密度を測定するステップと、
前記ライン温度が前記基準温度に等しいとき、前記密度を表す前記温度補償済みライン密度を記録するステップと、
をさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
前記基準温度が前記ライン温度の変動限度間にある、請求項２に記載の方法。
前記限度を超える温度補償済みライン密度の検出時にエラー信号を生成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
前記材料の流れのライン圧力を次々に測定するステップと、
前記材料の流れに関する密度／圧力補償因子を決定するステップと、
前記密度／圧力補償因子を使用して前記温度補償済みライン密度を補償して、圧力及び温度補償済みライン密度を導出するステップと、
前記コリオリ流量計の前記流量較正因子を決定する際に前記圧力及び温度補償済みライン密度を使用するステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
圧力変化に対する密度変化の比を決定するステップと、
前記ライン圧力と前記基準圧力との間の圧力差を決定するステップと、
前記比に前記圧力差を乗じて前記圧力補償因子を得るステップと、
によって前記密度／圧力補償因子が形成される、請求項６に記載の方法。
前記限度が、前記圧力及び温度補償済みライン密度の変動に関する上限及び下限をさらに規定する、請求項２から７のいずれかに記載の方法。
前記材料の流れの材料組成を次々に測定するステップと、
前記材料の流れの密度に関する材料組成補償因子を決定するステップと、
前記材料組成補償因子を使用して前記温度補償済みライン密度を補償し、材料組成及び圧力及び温度補償済みライン密度を導出するステップと、
前記コリオリ流量計の前記流量較正因子を検証する際に、材料組成及び前記圧力及び前記温度補償済みライン密度を使用するステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
前記限度が、前記材料組成と前記圧力及び温度補償済みライン密度との変動に関する上限及び下限をさらに規定する、請求項９に記載の方法。
ライン温度及び基準温度の範囲についての前記材料の流れの密度値を含むデータ構造を形成するステップと、
各測定に応答して、ライン温度及びライン密度を前記構造に適用するステップと、
前記データ構造を読み出して、前記基準温度に対する温度補償済みライン密度を得るステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記データ構造が、ライン温度及び基準温度の範囲について材料圧力の値を前記密度値に関係付ける情報を含み、
各測定に応答して、ライン温度及びライン密度及び圧力を前記構造に適用するステップと、
前記データ構造を読み出して、前記基準温度に対する圧力及び温度補償済みライン密度を得るステップと、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
前記データ構造が、ライン温度及び基準温度の範囲について材料組成及び材料圧力の値を前記密度値に関係付ける情報を含み、
各読取り値に応答して、材料組成及びライン温度及びライン密度及び圧力を前記構造に適用するステップと、
前記データ構造を読み出して、材料組成、圧力及び前記基準温度に対する温度補償済みライン密度を得るステップと、
をさらに含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
コリオリ流量計を較正するように適合されたソフトウェア製品であって、
命令を格納するように構成された媒体と、該媒体から前記命令を読み取るように構成された処理システムとを備え、
前記命令が、
前記コリオリ流量計によって処理される材料の流れの基準温度を定義するステップと、
前記材料の流れのライン密度及びライン温度を次々に測定するステップと、
各測定に応答して、前記基準温度に対する温度補償済み密度を生成するステップと、
前記生成した温度補償済みライン密度を使用して、前記コリオリ流量計の流量較正因子を検証するステップと、
を実行するように前記処理システムに指示するように構成されるソフトウェア製品。
前記媒体が、
前記ライン温度が前記基準温度に等しいときにのみ、前記ライン密度を測定するステップと、
前記ライン温度が前記基準温度に等しいとき、前記密度を表す前記温度補償済みライン密度を記録するステップと、
をさらに実行するように前記処理システムに指示するように構成された命令を格納するように構成されることを特徴とする、請求項１４に記載のソフトウェア製品。
前記媒体が、
ライン温度及び基準温度の範囲について前記材料の流れの密度値を含むデータ構造を形成するステップと、
各読取り値に応答して、ライン温度及びライン密度を前記構造に適用するステップと、
前記データ構造を読み出して、前記基準温度に対する温度補償済みライン密度を得るステップと、
をさらに実行するように前記処理システムに指示するように構成された命令を格納するように構成されることを特徴とする、請求項１４に記載のソフトウェア製品。