JP4847454B2 - 流量計を検証する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は流量計の分野に関係し、特に流量計の検証に関する。
従来技術の説明
コリオリ流量計は、米国石油産業（ＡＰＩ）によって定義されているように「同期化パルス装置」である。これは、流量計を通過する流量を計算するのには所定の量の時間がかかるということを意味しているにすぎない。典型的なコリオリ流量計においては、流量計を通過する流量を計算するのに、短く且つ測定可能な時間を要する。これにより、実際の流量と測定流量との間に時間遅延が生じる。時間遅延の結果、流量の読みが当該時間遅延だけ実際の流量からずれる又は遅延する。多くの用途においては、これは問題を生じない。バッチの終了時に、短い待ち時間後、流量計を通る流量に対する正しい値が利用可能になるからである。

検証は、既知の体積が流量計を通って流れ、流量計によって測定流量と比較されるフィールド校正方法である。試験装置は静止しており、例えば、流量計の隣に永久的に固定され、又は、複数の流量計を校正することができるようトラックに積載される。典型的な試験装置は既知の内径を持つパイプ（１０４）を有する装置である。ボール又はピストン（１０２）がパイプ（１０４）の内側をスライドし、１つのセンサ（Ｓ１、Ｓ２）又は検出器を通過する。第１センサ（Ｓ１）は試験装置のコンピュータに信号を送り、校正されている流量計からのパルスの計数を開始させる。典型的には、パルスは体積流量に比例する。第２センサ（Ｓ２）は試験装置に信号を送り、校正されている流量計からのパルスの計数を停止させる。２つの検出器間の、パイプ内の体積は既知であり、圧力及び温度に対して補償されることが多い。２つの検出器間の全体積は流量計からのパルスの数と比較され、計器係数が決定される。計器係数は流量計の出力に印加される補正係数である。試験装置の体積と使用される流量とに依存して、流量計を通過する既知の体積の測定時間は０．５〜６０秒であり得る。この手順は多くの型式の流量計（例えばタービン流量計やＰＤメータ）に有効であるが、測定流量の時間遅延に起因して同期化パルス装置としては問題がある。測定流量は実際の流量から時間的にずれるので、試験装置は時間的に異なる瞬間から流量の体積を比較することになる。

校正試験期間での流量の変化によって、異なる時点間で測定流量が異なってくる。流量の変化の１つの原因は試験装置がボール又はピストンを送り出す時点である。試験装置がボール又はピストンを送り出すと圧力変化が生じるので、流量を変化させる。試験装置は新たな流量を測定し、コリオリ流量計は旧流量と新流量との加重平均を測定するので、２つの測定値の間に誤差が生じる。典型的には、パイプの長さは「予備行程（prerun）」と呼ばれる。予備行程長は一定の体積と等価である。予備行程時間は流量に依存する。高流量においては、予備行程時間は流量を完全に安定化するに足る長さではない。低流量においてさえ、試験装置を通る流量は完全に安定している訳ではない。これは多くの型式の流量計に対して問題にならないが、同期化パルス装置を検証するときに誤差を生じ得る。

したがって、同期化パルス装置を検証するためのシステム及び方法に対する要求が存在する。
発明の概要
流量計における実際の流量と測定流量との間の時間遅延を決定する方法及び装置が開示される。時間遅延は、試験装置又は校正系によって測定された実際の流量と対応するよう、流量計によって測定された流量をシフトさせる。このようにして、流量計によって測定された流量と試験装置によって提供される流量との間で、正確な比較が行われる。

態様
発明の１つの態様は、
流量計における実際の流量と測定流量との間の時間遅延（２０２）を決定する工程と、
前記時間遅延を試験装置に提供して前記流量計の流量を検証する工程と、
を備える方法、
を含む。

この方法は、流れに変動を導入し、前記流量計によって前記変動がどれだけ以前に検出されたかを測定することによって、前記時間遅延を決定することを更に含むことが好ましい。

この方法は、電子装置による遅延を計算し、前記流量計の電子装置においてフィルタリングすることによって、時間遅延を決定することを更に含むことが好ましい。
この方法は、流量計がコリオリ流量計であることを更に含むことが好ましい。

発明の他の態様は、
第１の期間にわたって、既知の量の材料の流れを流量計に提供する工程と、
第２の期間にわたって、前記流量計から測定流量データを受け取る工程と、
前記流量計から、前記測定流量と前記流量計において提供される流量との間の時間差である遅延時間を受け取る工程と、
前記流量計からの前記測定流量データを前記遅延時間だけシフトさせる工程と、
を備える方法、
を含む。

この方法は、前記シフトの量が前記流量計における減衰量の関数であることを含むことが好ましい。
この方法は、前記シフトが、前記第１の期間の開始と終了を示す開始・停止信号を遅延させることによって生じることを含むことが好ましい。

この方法は、前記流量計がコリオリ流量計であることを含むことが好ましい。
発明の他の態様は、
流量計に対する複数の測定パラメータを設定する工程と、
前記流量計が前記の設定された測定パラメータで動作しているときの前記流量計における実際の流量と測定流量との間の時間遅延を決定する工程と、
を備える方法、
を含む。

この方法は、前記複数の測定パラメータが減衰率と動作モードを含むことを含むことが好ましい。
この方法は、前記時間遅延が前記流量計の校正のために使用される試験装置に提供されることを含むことが好ましい。

この方法は、流量計がコリオリ流量計であることを含むことが好ましい。
この方法は、流れに変動を導入し、該変動が前記流量計によってどれだけ以前に検出されたかを測定することによって、前記時間遅延を決定することを含むことが好ましい。

この方法は、前記複数の測定パラメータを時間遅延にマッピングするテーブルにおいて前記時間遅延を参照することによって、前記時間遅延を決定することを含むことが好ましい。

発明の他の態様は、
既知の直径を持つ管の区間と、
前記管の区間の第１の位置にある第１のセンサ（Ｓ１）と、
前記管の区間の第２の位置にある第２のセンサ（Ｓ２）と、
前記第１の位置と前記第２の位置との間で前記管の区間内を移動するよう構成された装置（１０２）であって、前記第１の位置を通過すると前記第１のセンサから第１の信号を送出させ、前記第２の位置を通過すると前記第２のセンサから第２の信号を送出させる装置と、
前記第１のセンサから前記第１の信号を、前記第２のセンサから前記第２の信号を受信するよう、校正されるべき流量計から流量測定値を受け取るよう、校正されるべき前記流量計から遅延時間を受け取るよう、及び、前記第１の信号及び前記第２の信号に関して前記流量測定値を前記遅延時間だけシフトさせるよう構成された流量コンピュータと、
を具備する試験装置、
を含むことが好ましい。

この試験装置は、前記シフトが、前記第１のセンサからの前記第１の信号及び前記第２のセンサからの前記第２の信号を遅延させることによって生じることを含むことが好ましい。

発明の他の態様は、
流動する材料を含むように構成された管路と、
前記管路を振動させるよう構成された少なくとも１つの駆動部と、
振動する前記管路の位置を測定するよう構成されたセンサと、
前記管路の測定位置を受け取り、該測定位置を測定材料流量へ変換するよう構成された電子装置と、
前記管路を通る実際の材料流量と前記管路を通る測定材料流量との間の少なくとも１つの遅延時間を記憶するよう構成された記憶領域と、
を具備するコリオリ流量計、
を含むことが好ましい。

前記電子装置は、異なる動作速度を有する少なくとも２つの動作モードで動作するよう構成され、前記２つの動作モードに対して前記記憶領域に記憶される異なる遅延時間が存在することが好ましい。

前記電子装置は、少なくとも２つの減衰率で動作するよう構成され、少なくとも２つの減衰率に対して前記記憶領域に記憶される異なる遅延時間が存在することが好ましい
発明の他の態様は、
流動する材料を含む管路を振動させる手段と、
振動する前記管路の位相を測定する手段と、
測定された前記位相を流量測定値に変換する手段と、
実際の流量と前記流量測定値との間の時間遅延を示す遅延時間を記憶する手段と、
を具備するコリオリ流量計、
を含む。

好ましい実施の形態の詳細な説明
図１〜図５及び以下の記述は、発明の最良に形態をどのように作り、どのように使用するかを当業者に教示するための特定の例を示している。発明概念を教示する目的で、従来の態様の中には単純化され又は省略されたものがある。当業者は理解するように、以下に記述する特徴は種々の方法で組み合わされて発明の多くの変形を形成する。その結果、発明は以下に記述する特定の例に限定されるものではなく、請求項とその等価物によってのみ限定される。

典型的には、試験装置は、校正されるべき流量計に材料を流し始めることによって測定サイクルを開始する。流れが安定になると、試験装置はボール又はピストンを放出し、ボール又はピストンは既知の直径のパイプの長さを移動する（図１Ａ）。ボール又はピストンが予備行程の長さを移動した後、時間Ｔ１において第１のセンサと遭遇する（図１Ｂ）。これがトリガになって試験装置内の流量コンピュータは流量計からのパルスの計数（即ち、流量の測定）を開始する。ボール又はピストンが時間Ｔ２において第２のセンサに到達すると、流量コンピュータはパルスの計数を停止する（図１Ｃ）。時間Ｔ１と時間Ｔ２との間に計数されたパルスは流量計によって測定流量である。２つのセンサ間のパイプの既知の体積は実際の流量である。実際の流量は測定流量と比較され、流量計校正を決定する。本発明の１つの例示の実施の形態においては、第１のセンサの信号と第２のセンサの信号とに遅延δが追加される。遅延時間δは、実際の流量と測定流量との間の、流量計における遅延である。典型的には、この遅延は流量計電子装置、減衰、振動モード等によって生じる。この実施の形態においては、ボール又はピストンが第１センサに到着すると、遅延時間δが経過するまでセンサ信号は送出されない。センサ信号が送出されるまで、検証器は流量計からのパルスの計数を開始しない。ボール又はピストンが第の２センサに到着すると、センサ信号は遅延時間δが経過するまで送出されない。第２のセンサの信号が送出される後まで、検証器はパルスの計数を停止しない。パルスが計数される全時間ＴＴは同じままである。即ち、ＴＴ＝Ｔ１−Ｔ２＝（Ｔ１＋δ）−（Ｔ２＋δ）。しかし、流量計から受け取る測定値は量δだけずれてしまっている。

発明の他の実施の形態においては、遅延時間δは検証器の流量コンピュータによって使用される。流量コンピュータは第１のセンサの信号と第２のセンサの信号と遅延なしで受け取るが、流量コンピュータは遅延時間δが経過するまで流量計からのパルスの計数を開始又は停止しない。

それぞれの場合、検証器からの実際の流量は、流量計からの時間的に量δだけずれた測定流量と比較される。量δが流量計における測定流量と実際の流量との間の時間遅延に対応するとき、検証器は検証器からの実際の流量と流量計を流れる実際の流量とを比較する。換言すると、検証器は同一の時点から体積を測定する。

遅延時間δは流量計における電子装置の型式又は改訂、流量、流量計減衰、流量計で使用される振動モード、流量計構造等に依存する。遅延時間δは、異なるセンサに対して及び異なる検証器に対して異なる。発明の１つの実施の形態においては、時間遅延は流量計の校正前に検証器に対して設定される。遅延時間δは測定流量と実際の流量との間に時間遅延がない計器（タービン流量計、ＰＤメータ等）に対してはゼロに設定される。発明の１つの例示の実施の形態においては、ユーザは校正される流量計の型式を選択することができる。遅延ゼロの流量計の型式が選択されると、遅延時間は自動的にゼロに設定される。遅延がゼロでない型式の流量計が試験のために選択されると、ユーザは遅延時間を入力するよう促される。発明の他の実施の形態においては、校正されるべき流量計は検証器と会話して自動的に検証器に遅延時間を提供する。

コリオリ流量計に対する遅延時間は計算又は測定され得る。遅延を計算するためには、遅延の原因を理解する必要がある。図２は、実際の流量の階段状変化からの、コリオリ流量計の測定流量の典型的な応答曲線である。測定される応答は２つの部分に分解される。第１の部分、即ち時間ｔ１は一定の処理遅延であり、コリオリ流量計からの測定出力に変化がない期間である。典型的には、第１の期間ｔ１は電子的遅延に起因する。応答曲線の第２の部分、即ちｔ２は指数関数であるＲＣ遅延関数に似ている。典型的には、第２の期間ｔ２はフィルタリング遅延に起因する。実際の流量の変化と測定流量の変化との間の全遅延（２０２）は時間ｔ１と時間ｔ２との和である。

図３は、コリオリ流量計の電子装置のブロック図である。コア・プロセッサ３０２はコリオリ流量計上のセンサ（図示せず）からアナログ信号を受け取る。アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器（３０４）はアナログ信号をサンプリングし、アナログ信号のディジタル表示を出力する。このディジタル信号はディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）（３０６）において処理される。次いで、ディジタル信号は循環型減衰フィルタ３０８によってフィルタリングされる。ユーザは循環型減衰フィルタ３０８によって用いられる減衰量を変えることができる。信号はコア・プロセッサから送信機（３１０）へＭＯＤＢＵＳ（３１４）リンクを介して送出される。送信機（３１０）内の出力プロセッサ（３１２）は信号をユーザ出力信号へ変換する。応答関数における一定の処理遅延は、コア・プロセッサ（３０２）及びＤＳＰ（３０６）における処理時間、リンク３１４を介してのプロセッサ間通信遅延、及び、システムで用いられる減衰量に起因する遅延を含む。システムにおける主な遅延は、信号のフィルタリング及びサンプリング速度から生じる。他の電子的校正が可能である。例えば、コア・プロセッサ及び送信機は１つのユニットに組み合わされてもよい。

フィルタリングに起因する信号遅延の計算は周知である。例えば、４８ｋＨｚでサンプリングする、カットオフが１５００Ｈｚでデシメーションが１２である８次楕円フィルタの遅延は２つの部分、即ち、サンプル遅延と群遅延とに分解される。このフィルタのサンプル遅延は、サンプル遅延＝１２（１／４８ｋＨｚ）＝０．２５ｍｓとして計算できる。群遅延は

として計算できる。フィルタ全体の遅延はサンプル遅延と群遅延との和、即ち０．２５＋０．６７＝０．９２ｍｓである。多段フィルタについては、各段に対する遅延が計算され、全遅延は各段に対する遅延の和である。完全なシステム応答に対しては、フィルタ応答時間が遅延時間に加算されなければならない。フィルタ応答時間は遅延曲線の第２の部分（ＲＣの部分）に寄与する。フィルタ応答時間は最大応答の６３％や最大応答の１００％等への到達に対して計算することができる。上の例からのフィルタに関しては、フィルタ応答時間は６３．２％のところで０．８７ｍｓであり、１００％のところで１．０２ｍｓである。したがって、例えば８次楕円フィルタのフィルタリングに起因する全遅延は６３．２％のところで１．７９ｍｓであり、１００％のところで１．９４ｍｓである。電子装置の他の段による遅延の計算も当該分野では周知であり、電子装置の動作速度や送信データの量等に依存する。コリオリ流量計の電子装置によっては、２つのモードで動作できるものがある。この電子装置は２０Ｈｚで動作する通常モードと１００Ｈｚで動作する「特別」モードを有する。典型的には、特別モードにあるときの遅延時間は、動作速度が速いことに起因して短い。コリオリ流量計の中には、フィルタで行われる減衰の量が変わるものがある。減衰量の変化は実際の流量と測定流量との間の遅延に影響する。

発明の例示の実施の形態において、調整可能な減衰を許容するコリオリ流量計は、異なる減衰量に対して異なる遅延時間を有する。異なる遅延時間は減衰が変化するたびに計算される。他の実施の形態においては、異なる減衰量のそれぞれに対して利用できる、予め計算された遅延時間のテーブルが存在する。

流量の変化と測定流量との間の遅延時間を決定するための他の方法は、遅延を測定することである。図４は、コリオリ流量計を用いて測定された流量及び精密フロー・スタンド高速電子装置を用いて測定された流量についての、時間に対する流量のプロットである。理解されるように、高速圧力変換器によって測定された流量は、流量に実質的に階段状の変化を有する。アナログ出力として示される、コリオリ流量計からの測定された流量は、ほぼ０．４秒間にわたって変化しない。測定された流量は１．２秒前後で最大流量の６３％に到達し、１．８秒前後で最大流量の９０％に到達する。図４は、減衰が０．２に変更されたコリオリ流量計を用いて測定された流量についての、時間に対する流量のプロットである。コリオリ流量計において最大流量の６３％に到達する応答時間は０．５秒前後短縮された。

測定は、各減衰率に対して及び異なる動作モード（即ち、通常及び特別）に対して行うことができる。異なるモード及び異なる減衰係数に対する遅延時間はテーブルに編集され、コリオリ流量計に含まれ得る。使用の際、そのときの流量計設定に対応する遅延時間は流量計によって表示され、又は試験装置に直接提供される。試験装置は、遅延時間を用いて、提供された流量に対応するように測定流量をシフトさせることができるので、流量計の一層正確な検証が可能になる。

上の記述において、コリオリ流量計を用いて発明を説明してきた。当該分野において理解されているように、本発明は他の同期化パルス装置に使用され得、コリオリ流量計に限定されるものではない。

測定サイクルの開始時における試験装置のブロック図である。 測定サイクルの時間Ｔ１における試験装置のブロック図である。 測定サイクルの時間Ｔ２における試験装置のブロック図である。 コリオリ流量計の流量の階段状変化からの典型的な応答曲線である。 典型的なコリオリ流量計のための電子装置のブロック図である。 コリオリ流量計を用いて測定された流量及び精密フロー・スタンド高速電子装置を用いて測定された流量についての、時間に対する流量のプロットである。 減衰が０．２に変更されたコリオリ流量計を用いて測定された流量についての、時間に対する流量のプロットである。

Claims (11)

1. コリオリ流量計における実際の流量と測定流量との間の遅延を含む遅延時間（２０２）を決定することによって該コリオリ流量計を検証する方法であって、
   試験装置によって決定された実際の流量を、前記コリオリ流量計によって決定され且つ前記遅延時間だけシフトされた測定流量と比較することにより、決定された前記遅延時間を用いて前記試験装置によって前記コリオリ流量計を検証する工程
   を備える方法。
2. 測定される材料の流量を変化させ、前記流量計によって前記流量の変化がどれだけ以前に検出されたかを測定することによって、前記遅延時間を決定する、請求項１に記載の方法。
3. 一定の信号処理遅延と、前記流量計からのセンサ信号を受け取る電子装置における信号フィルタリングとによる遅延を計算することによって、前記遅延時間を決定する、請求項１に記載の方法。
4. 信号フィルタリングによる前記遅延時間が、減衰フィルタ（３０８）によって用いられる減衰量の関数である、請求項３に記載の方法。
5. 前記コリオリ流量計を検証する工程が、
   第１の期間にわたって、既知の量の材料の流れを前記コリオリ流量計に提供する工程と、
   前記遅延時間だけ前記第１の期間からずれている第２の期間にわたって、前記コリオリ流量計から測定流量データを受け取る工程と、
   前記コリオリ流量計からの前記測定流量データを前記遅延時間だけシフトさせて、前記測定流量データを、前記第１の期間に提供される既知の量に対応させる工程と、
   を備える、請求項１に記載の方法。
6. 前記シフトが、前記第１の期間の開始と終了を示す開始・停止信号を遅延させることによって生じる、請求項５に記載の方法。
7. 既知の直径を持つ管（１０４）の区間と、
   前記管の区間の第１の位置にある第１のセンサ（Ｓ１）と、
   前記管の区間の第２の位置にある第２のセンサ（Ｓ２）と、
   前記第１の位置と前記第２の位置との間で前記管の区間内を移動するよう構成された装置（１０２）であって、前記第１の位置を通過すると前記第１のセンサから第１の信号を送出させ、前記第２の位置を通過すると前記第２のセンサから第２の信号を送出させる装置と、
   前記第１のセンサから前記第１の信号を、前記第２のセンサから前記第２の信号を受信するよう、校正されるべき流量計から流量測定値を受け取るよう、校正されるべき前記流量計から、該流量計における実際の流量と測定流量との間の遅延を含む遅延時間を受け取るよう、及び、前記第１の信号及び前記第２の信号に関して前記流量測定値を前記遅延時間だけシフトさせるよう構成された流量コンピュータと、
   を具備する試験装置。
8. 前記シフトが、前記第１のセンサからの前記第１の信号及び前記第２のセンサからの前記第２の信号を遅延させることによって生じる、請求項７に記載の試験装置。
9. 流量計電子装置が第１のモードで動作しているときに前記試験装置が第１の値の前記遅延時間を受け取り、前記流量計電子装置が第２のモードで動作しているときに前記試験装置が第２の値の前記遅延時間を受け取る、請求項７に記載の試験装置。
10. 前記流量計電子装置が、前記第１のモードにおいて第１の速度で動作し、前記第２のモードにおいて第２の速度で動作する、請求項９に記載の試験装置。
11. 前記流量計電子装置が、前記第１のモードにおいてディジタル・フィルタによって用いられる第１の減衰率で動作し、前記第２のモードにおいて前記ディジタル・フィルタによって用いられる第２の減衰率で動作する、請求項９に記載の試験装置。

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