JP5307292B2 - 振動式フローメーターの流量誤差を求める方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動式フローメーターに関するものであり、とくに振動式フローメーターの流量誤差を求めるための方法および装置に関するものである。

デンシトメーターおよびコリオリフローメーターなどの如き振動式フローメーターが、公知となっており、フローメーターの導管を流れる物質の質量流量および他の情報を測定するために用いられている。典型的なコリオリフローメーターは、Ｊ．Ｅ．スミスらへすべて付与されている米国特許第４，１０９，５２４号、米国特許第４，４９１，０２５号およびＲｅ第３１，４５０号に開示されている。これらのフローメーターは、直線構造または曲線構造を備えた１つ以上の導管を有している。コリオリ式質量フローメーターの各導管構造は、単純曲げモード、ねじれモードまたはこれらのモードの組み合わせのような一組の固有の振動モードを有している。各導管は、好ましいモードで振動するように駆動させることができる。

物質は、フローメーターの流入口側に接続されている配管からフローメーターの中へ流れ込み、一つ以上の導管を通り、フローメーターの流出口側からフローメーターを出るようになっている。システムの固有振動モードによって振動しているシステムに満たされた物質は、導管の質量および導管内を流れる物質の質量の合計により部分的に定義される。

フローメーターになにも流れていないときに駆動力が導管に加えられると、導管に沿ったすべての部位が、同一の位相で振動するか、または、訂正可能な初期固定位相が僅かにオフセットされて振動する。物質がフローメーターを流れ始めると、コリオリ力により、導管に沿った部位ごとに異なる位相を有するようになる。たとえば、フローメーターの流入口端部の位相は中央のドライバの位置の位相よりも遅延しており、流出口の位相は中央のドライバの位置の位相よりも進んでいる。導管上のピックオフセンサーは当該導管の動きを表す正弦波信号を発生する。ピックオフセンサーから出力される信号を処理することによりピックオフセンサー間の位相差が求められる。２つ以上のピックオフセンサー間の位相差は導管を流れる物質の質量流量に比例する。

ドライバに接続されているメーター電子機器は、ドライバを動作させるための駆動信号を生成し、ピックオフセンサーから受信した信号から物質の質量流量およびの他の特性を求める。ドライバは、公知になっている複数の構成のうちの１つの構成を有していてもよいが、マグネットと、それに対向する駆動コイルとを有する構成がフローメーター産業分野において大きな成功を収めている。交流電流が、駆動コイルに流れることにより、所望のフローチューブの振幅および振動数で導管を振動させる。また、上述のドライバの構成と同様のマグネットおよびコイルを有する構成のようにピックオフセンサーを形成することも当該技術分野において知られている。しかしながら、ドライバは、動き出すための電流を受け取るのに対し、ピックオフセンサーは、ドライバによって供給される動きを利用して電圧を発生させることができる。ピックオフセンサーによって計測する際の時間遅れの程度は非常に小さく、ナノ秒単位で計測誤差となることが多い。したがって、振動子の出力が非常に正確であることが必要となる。

一般的に、コリオリフローメーターは、初期較正され、フロー較正係数が生成される。使用時、フロー較正係数をピックオフセンサーによって測定される位相差と乗算することにより質量流量が算出される。ほとんどの場合、一般的には製造業者によって、いったんコリオリフローメーターが初期較正されると、そのメーターは、流体特性の変動を考慮することなく、測定される流体の正確な測定値を提供することができる。従来のメーターによっては、温度および／または圧力の影響を補償するものもあるものの、これは、主にフロー導管の剛性の変化を補償するためのものである。しかしながら、状況によっては、メーター電子機器によって出力される質量流量または体積流量に、他の流体特性に起因する誤差が生じる場合もあることが見出されている。これらの誤差は、たとえば炭化水素流体の如き流体が高密度の場合に大きいのが一般的である。しかしながら、要求されるメーター精度に応じて、さまざまな密度の流体でも誤差が生じる恐れがある。

したがって、当該技術分野において、測定可能なフローパラメーターを用いて流量の測定誤差を検出および補償するための方法が必要とされている。本発明は、この問題および他の問題を克服し、技術的な進歩を達成するものである。

振動式フローメーターを流れる流体の流量の誤差を求めるための方法が提供される。かかる方法は、振動式フローメーターからセンサー信号を受信するステップを有している。さらに、かかる方法は、センサー信号を用いて第一の流量を求めるステップと、流体密度を求めるステップとを有している。流体速度は、第一の流量、流体密度、および振動式フローメーターの物理的特性に基づいて求められる。フローパラメーターＶ／ρは、流体速度および密度に基づいて求められる。さらに、かかる方法は、計算されたフローパラメーターに基づいて流量誤差を求めるステップを有している。

本発明のある実施形態にかかる振動式フローメーター用のメーター電子機器が提供されている。かかるメーター電子機器は処理システムを有している。この処理システムは、振動式フローメーターからセンサー信号を受信するように構成されている。さらに、処理システムは、センサー信号を用いて第一の流量を求め、流体密度を求めるように構成してもよい。さらに、処理システムは、第一の流量、密度、および振動式フローメーターの物理的特性に基づいて流体速度を求めるように構成してもよい。フローパラメーターＶ／ρは、流体速度および密度に基づいて求められる。さらに、処理システムは、算出されたフローパラメーターに基づいて流量誤差を求めるように構成されている。

＜態様＞
本発明のある態様において、振動式フローメーターを流れる流体の流量の誤差を求めるための方法は、振動式フローメーターからセンサー信号を受信するステップと、センサー信号を用いて第一の流量を求めるステップと、流体密度ρを求めるステップと、第一の流量、流体密度、および振動式フローメーターの物理的特性を用いて流体速度Ｖを求めるステップと、流体速度および密度に基づいてフローパラメーターＶ／ρを算出するステップと、算出されたフローパラメーターに基づいて流量誤差を求めるステップとを有している。

好ましくは、流量誤差を求めるステップが、算出されたフローパラメーターを、フローパラメーターと流量誤差との間で予め定められた相関関係と比較することを含んでいる。

好ましくは、流量誤差を求めるステップが、算出されたフローパラメーターおよび流体密度を、１つ以上の流体密度についてフローパラメーターと流量誤差との間で予め定められた相関関係と比較することを含んでいる。

好ましくは、かかる方法は、第一の流量および流量誤差に基づいて補償後の流量を生成するステップをさらに有している。

好ましくは、かかる方法は、流量誤差をしきい値と比較するステップと、流量誤差がしきい値を超えている場合、第一の流量および流量誤差に基づいて、補償後の流量を生成するステップとをさらに有している。

好ましくは、かかる方法は、流体温度を測定するステップと、測定された流体温度と、フローパラメーターと流量誤差との間の相関関係を予め定める際に用いられた温度との差に基づいて、流量誤差を調整するステップとをさらに有している。

本発明の他の態様において、振動式フローメーター用のメーター電子機器は、処理システムを供えており、この処理システムは、振動式フローメーターからセンサー信号を受信し、センサー信号を用いて第一の流量を求め、流体密度ρを求め、第一の流量、流体密度、振動式フローメーターの物理的特性を用いて流体速度Ｖを求め、流体速度および密度に基づいてフローパラメーターＶ／ρを算出し、算出されたフローパラメーターに基づいて流量誤差を求めるように構成されている。

好ましくは、処理システムは、さらに、算出されたフローパラメーターを、フローパラメーターと流量誤差との間で予め定められた相関関係と比較することにより、流量誤差を求めるようにさらに構成されている。

好ましくは、処理システムは、さらに、算出されたフローパラメーターおよび流体密度を、１つ以上の流体密度についてフローパラメーターと流量誤差との間で予め定められた相関関係と比較することにより、流量誤差を求めるように構成されている。

好ましくは、処理システムは、第一の流量および流量誤差に基づいて、補償後の流量を生成するようにさらに構成されている。

好ましくは、処理システムは、さらに、流量誤差をしきい値と比較し、流量誤差がしきい値を超えている場合、第一の流量および流量誤差に基づいて補償後の流量を生成するように構成されている。

好ましくは、処理システムは、さらに、流体温度を測定し、測定された流体温度と、フローパラメーターと流量誤差との間の相関関係を予め定める際に用いられた温度との差に基づいて、流量誤差を調整するように構成されている。

本発明のある実施形態にかかるフローメーターを示す図である。 本発明のある実施形態にかかるメーター電子機器を示す図である。 さまざまな流量における密度に対する流量誤差の一例を示すグラフである。 本発明のある実施形態にかかるフローパラメーターＶ／ρに対する流量誤差の一例を示すグラフである。 本発明のある実施形態にかかる誤差判定ルーチンを示す図である。 本発明のある実施形態にかかる補償後のフローパラメーターＶ／ρに対する流量誤差の一例を示すグラフである。

図１〜図６および以下の記載には、本発明を最良のモードで実施および利用する方法を当業者に教示するための具体的な実施形態が示されている。本発明の原理を教示するために、従来技術の一部が単純化または省略されている。当業者にとって明らかなように、これらの実施形態の変形例もまた本発明の技術範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、以下の記載の構成要素をさまざまな方法で組み合わせて本発明の複数の変形例を形成することができる。したがって、本発明は、以下の記載の特定の実施形態に限定されるのではなく、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定される。

図１には、フローメーター１０と１つ以上のメーター電子機器２０とを備えているコリオリフローメーターの形態をとる振動式センサーアッセンブリ５の一例が示されている。１つ以上のメーター電子機器２０は、フローメーター１０へ接続され、たとえば密度、質量流量、体積流量、合計質量流量、温度および他の情報の如き流動物質の特性を測定する。

フローメーター１０は、一対のフランジ１０１、１０１’と、一対のマニホールド１０２、１０２’と、一対の導管１０３Ａ、１０３Ｂとを有している。これらの導管１０３Ａおよび１０３Ｂは、既知のまたは容易に測定することができる内側断面積Ａを有している。マニホールド１０２、１０２’は、導管１０３Ａ、１０３Ｂの両側の端部に固定されている。本実施形態にかかるフランジ１０１、１０１’はマニホールド１０２、１０２’へ固定されている。また、本実施形態にかかるマニホールド１０２、１０２’はスペーサ１０６の両側の端部に固定されている。スペーサ１０６は、導管１０３Ａおよび１０３Ｂの不要な振動を避けるために、本実施形態のマニホールド１０２とマニホールド１０２’との間の間隔を保持する。これらの導管はほぼ平行にマニホールドから外方に向けて延びている。流動物質を運ぶ配管システム（図示せず）の中にフローメーター１０が挿入されると、流動物質がフランジ１０１を通ってフローメーター１０の中に流入し、流入側マニホールド１０２を通り、流動物質の全量が導管１０３Ａおよび１０３Ｂの中に入ることにより、導管１０３Ａおよび１０３Ｂを流れ、流出側マニホールド１０２’の中へ流れ込み、フランジ１０１’からフローメーター１０の外へと流出する。

フローメーター１０はドライバ１０４を備えている。ドライバ１０４は、当該ドライバ１０４が導管１０３Ａ、１０３Ｂをドライブモードで振動させることができる位置で導管１０３Ａ、１０３Ｂに固定されている。より具体的には、ドライバ１０４は、導管１０３Ａに固定されている第一のドライバコンポーネント（図示せず）と、導管１０３Ｂに固定されている第二のドライバコンポーネント（図示せず）とを有している。ドライバ１０４は、マグネットが導管１０３Ａに取り付けられかつ対向するコイルが導管１０３Ｂに取り付けられるといった、よく知られている複数の構成のうちの１つの構成を有し得る。

本実施形態では、ドライブモードは第一の逆位相曲げモードであり、導管１０３Ａ、１０３Ｂは、曲げ軸線Ｗ−ＷおよびＷ’−Ｗ’のそれぞれに対して実質的に同一の質量分布、慣性モーメントおよび弾性モジュールを有するバランスの取れたシステムを提供するために、選択され、流入側マニホールド１０２および流出側マニホールド１０２’に適切に取り付けられることが好ましい。ドライブモードが第一の逆位相曲げモードである本実施形態では、導管１０３Ａおよび導管１０３Ｂは、それぞれ対応する曲げ軸線Ｗおよび曲げ軸線Ｗ’に対して互いに逆方向に向けてドライバ１０４により振動させられる。交流の形態を有している駆動信号が、たとえば経路１１０を介して一つ以上の電子機器２０によって提供され、コイルを通り抜けて両方の導管１０３Ａ、１０３Ｂの振動を引き起こすようになっている。当業者にとって明らかなように、他のドライブモードが用いられてもよいが、それらもまた本発明の技術範囲に含まれる。

図示されているフローメーター１０は、導管１０３Ａ、１０３Ｂに固定されている一対のピックオフ１０５、１０５’を有している。より具体的には、第一のピックオフコンポーネント（図示せず）が導管１０３Ａの位置に設けられ、第二のピックオフコンポーネント（図示せず）が導管１０３Ｂの位置に設けられている。図示されている実施形態では、ピックオフ１０５、１０５’は、導管１０３Ａ、１０３Ｂの両側の端部に設けられている。ピックオフ１０５、１０５’は、導管１０３Ａ、１０３Ｂの速度および位置を表わすピックオフ信号を発生するたとえばピックオフマグネットおよびピックオフコイルである電磁検出器であってもよい。たとえば、ピックオフ１０５、１０５’は、経路１１１、１１１’を通じて一つ以上の電子機器２０へピックオフ信号を供給する。当業者にとって明らかなように、導管１０３Ａ、１０３Ｂの運動は、流動物質のなんらかの特性、たとえば導管１０３Ａ、１０３Ｂを流れる物質の質量流量および密度に比例している。

いうまでもなく、上述のフローメーター１０が、デュアルフロー導管型のフローメーターであるものの、当然、シングル導管型のフローメーターとすることも本発明の技術範囲に含まれる。さらに、フロー導管１０３Ａ、１０３Ｂが湾曲したフロー導管構造を有するように示されているが、本発明は真っ直ぐなフロー導管構造を有してもよい。したがって、上述の具体的なフローメーター１０の実施形態は一例に過ぎず、本発明の技術範囲を限定すべきものではない。

図１に示されている実施形態では、一つ以上の電子機器２０は、ピックオフ１０５、１０５’からピックオフ信号を受信する。経路２６は、１つ以上の電子機器２０にオペレータとの通信を可能とする入力手段および出力手段を提供する。一つ以上の電子機器２０は、たとえば密度、質量流量、体積流量、合計質量流量、温度および他の情報の如き流動物質の特性を測定する。より具体的には、一つ以上の電子機器２０は、たとえばピックオフ１０５、１０５’および１つ以上の温度センサー（図示せず）から１つ以上の信号を受け取り、この情報を用いて、たとえば密度、質量流量、体積流量、合計質量流量、温度および他の情報の如き流動物質の特性を測定する。

たとえばコリオリフローメーターまたはデンシトメーターの如き振動式測定デバイスにより流動物質の特性が測定される技術はよく理解されている。したがって、記載を簡潔にするため、詳細な説明は省略する。

フローメーター１０の如き振動式フローメーターに関する１つの問題は、さまざまな流体の特性に起因して生じる、流量測定における誤差が存在していることである。たとえば、流量誤差は、質量流量に対するものであるかもしれないし、体積流量に対するものであるかもしれない。動作中、どれくらい大きな誤差が流量測定において存在しているかを正確に推定することは困難な場合が多い。本発明のある実施形態によれば、いったん誤差の大きさが分かってしまえば、メーター電子機器２０は補償後の流量測定値を生成することができる。本発明のある実施形態によれば、メーター電子機器２０は、測定可能なフローパラメーターと予測可能な流量誤差との間の相関関係に基づいて流量誤差を補償することができる。

図２には、本発明のある実施形態にかかるメーター電子機器２０が示されている。メーター電子機器２０は、インターフェイス２０１と、処理システム２０３とを有し得る。処理システム２０３は記憶システム２０４を有してもよい。記憶システム２０４は、図示されているような内部メモリーであってもよいし、または、外部メモリーであってもよい。メーター電子機器２０は、駆動信号２１１を生成し、この駆動信号２１１をドライバ１０４へ送信することができる。加えて、メーター電子機器２０は、ピックオフセンサーまたは速度センサーの信号の如きフローメーター１０からのセンサー信号２１０を受信することができる。実施形態によっては、センサー信号２１０はドライバ１０４から受信されることとしてもよい。メーター電子機器２０は、デンシトメーターとして動作することもできるし、または、コリオリフローメーターとして動作することを含む質量流量メーターとして動作することもできる。メーター電子機器２０は、フロー導管１０３Ａ、１０３Ｂを流れる物質のフロー特性を得るべくセンサー信号２１０を処理することができる。たとえば、メーター電子機器２０は、位相差、周波数、時間差、密度、温度、質量流量、体積流量、メーター検証などのうちの１つ以上を求めることができる。実施形態によっては、メーター電子機器２０は、たとえば１つ以上のＲＴＤまたは他の温度測定デバイスから温度信号２１２を受信してもよい。

インターフェイス２０１は、リード線１１０、１１１、１１１’を通じて、ピックオフセンサー１０５、１０５’またはドライバ１０４からセンサー信号２１０を受信することができる。インターフェイス２０１は、初期化、増幅、バッファリングなどの如きいかなる必要なまたは所望の信号処理を行いうる。あるいは、信号処理のうちの一部または全部を処理システム２０３で行うようにすることもできる。それに加えて、インターフェイス２０１は、メーター電子機器２０と外部デバイスとの間の通信を可能とすることができる。インタフェース２０１は、いかなる電子通信、光学通信または無線通信を可能とすることができる。

１つの実施形態におけるインターフェイス２０１は、センサー信号がアナログセンサー信号であるデジタイザ（図示さず）を有することができる。デジタイザは、アナログセンサー信号をサンプリングしてデジタル化し、デジタルセンサー信号を生じさせることができる。また、デジタイザは、必要とされる信号処理量を減らして処理時間を短縮するようにデジタルセンサー信号を縮小（decimate）するいかなる必要なデシメーションを実行することもできる。

処理システム２０３は、メーター電子機器２０の動作を実行することができ、また、フローメーター１０からのフロー測定値を処理することができる。処理システム２０３は、誤差判定ルーチン２１３の如き１つ以上の処理ルーチンを実行することにより、１つ以上のフロー特性を求めるべく流量測定値を処理することができる。

処理システム２０３は、汎用コンピュータであってもよいし、マイクロプロセッシングシステムであってもよいし、論理回路であってもよいし、または他のいかなる汎用のもしくはカスタマイズされた処理デバイスであってもよい。処理システム２０３は、複数の処理デバイス間に分散されるようになっている場合もある。処理システム２０３は、記憶システム２０４の如きいかなる一体化されたまたは独立した電子記憶媒体を有していてもよい。

処理システム２０３は、とりわけ駆動信号２１１を生成すべくセンサー信号２１０を処理する。駆動信号２１１は、図１に記載のフローチューブ１０３Ａ、１０３Ｂの如き関連するフローチューブを振動すべくドライバ１０４へ送信される。

いうまでもなく、メーター電子機器２０は、当該技術において公知となっているさまざま他の構成要素および機能を有していてもよい。簡潔化のために、これらのさらなる特徴は明細書および図面からは省略されている。したがって、本発明は図示されている特定の実施形態に限定されるべきでない。

処理システム２０３がたとえば質量流量または体積流量の如きさまざまなフロー特性を生成する場合、生成された流量には誤差が付随している恐れがある。温度および圧力に起因する導管の剛性に関する誤差は通常補償されているが、フローメーター１０を流れる流体の１つ以上の流体特性に起因しうるさらなる誤差が発見されている。

本発明のある実施形態によれば、流量測定における誤差と新しいフローパラメーターＶ／ρとの間の関係を求めることができる。ここで、Ｖはフロー導管１０３Ａ、１０３Ｂの流体速度であり、ρは流体密度である。流体速度Ｖについては、質量流量、密度、およびフローメーターの物理的特性、すなわちフローメーターの内側フロー面積に基づいて求めることができる。実験による較正を通じて、さまざまな流体について、流量測定に通常存在する誤差とフローパラメーターＶ／ρとの間に信頼できる相関関係が存在することが見出されている。一般的に、流量誤差は、高密度の流体、たとえば炭化水素の場合となるほどに大きくなるものの、どのような流体を用いるかにより本発明の技術範囲が限定されるべきではない。コリオリフローメーターを含むほとんどの振動式フローメーターでフローパラメーターＶ／ρを容易に測定することができるので、いったん与えられた密度における流量誤差とフローパラメーターとの間の関係が分かれば、測定されたフローパラメーターＶ／ρは流量測定における誤差を求めるためにその既知の関係と比較される。したがって、本発明のある実施形態によれば、フローパラメーターと流量誤差との間の関係が分かると、誤差が補償された流量を求めることができる。

たとえば、コリオリフローメーターを含む振動式フローメーターが質量流量、体積流量、密度および温度などを測定することができることは一般的に知られている。そこで、質量流量は次式（１）により定義される。

式（１）の中の唯一の未知数はＶ、すなわち平均速度である。というのは、その他の変数は、メーター設計から分かるか、または、周知の技法に従ってフローメーター１０を用いて容易に測定することができるからである。したがって、式（１）はＶについて再配置されて解くことができる。

平均速度Ｖが計算されると、この速度を密度ρで除算することにより、求めるフローパラメーターＶ／ρを算出することができる。いうまでもなく、密度は、フローメーター１０によって測定される密度であってもよいし、または、標準状態に基づく標準密度であってもよい。あるいは、流体組成が分かっていれば、ユーザーによって密度が入力されてもよい。ほとんどの液体が実質的に圧縮不可能であるので密度が温度または圧力に応じて著しく変わることはないものの、測定された温度および／または圧力に基づいて密度を調節することも本発明の技術範囲に含まれる。温度および／または圧力は、コリオリメーターによって測定されてもよいし、コリオリメーターの外側で測定されてもよい。

フローパラメーターＶ／ρが流量誤差を求めるために有用となるためには、フローパラメーターＶ／ρとメーターの流量誤差との関係が必要となる。より詳しくは、異なる密度を有するさまざまな流体についてさまざまに異なるＶ／ρの値におけるフローパラメーターＶ／ρとの相関関係を知る必要がある。さらに、温度影響が懸念される場合、さまざまな温度における相関関係も同様に求めておくべきである。相関関係は、たとえばフローメーター１０の最初の較正時に生成されてもよい。相関関係は、メーター特有のものでありうるので、個々のフローメーターについて異なる相関関係が必要となりうる。次いで、たとえば流量相関関係２１４の如き相関関係情報がメーター電子機器２０の記憶システム２０４内に記憶される。生成される相関関係情報は、たとえばルックアップテーブル、ルックアップグラフ、式などの如きさまざまなフォーマットで将来の使用に備えて記憶されてもよい。

注意すべきは、速度についてのいかなる計算、測定または入力であっても本発明の相関関係にとって十分であり、平均導管速度は、例示のみを意図して用いられているものであり、それにより本発明の技術範囲が限定されるべきではない。配管速度、最大チューブ速度または外部で求められた速度であっても、フローパラメーターＶ／ρを用いる補償に関する必要な情報を提供しうる。加えて、密度は、コリオリメーターによって測定されてもよいし、外部デバイスによって測定されてもよいし、または、ユーザーによって入力されてもよい。密度入力または速度入力がどこからもたらされるかは重要なことではない。

本発明のある実施形態によれば、相関関係は、各密度についてフローパラメーターＶ／ρのさまざまな値を相関させるために、異なる密度を有しているさまざまな流体およびさまざまな流量で流れるさまざまな流体を用いてフローメーター１０に対する複数の較正試験を行うことにより求められてもよい。たとえば、フローメーター１０はさまざまな密度を有するさまざまな炭化水素を用いて試験された。本実施形態では炭化水素が用いられているが、いうまでもなく本発明は炭化水素に限定されるものではなく、どのような流体またはどのような種類の流体が用いられるかにより本発明の技術範囲が限定されるべきではない。流量測定値は、流体ごとにさまざまな流量において求められた。次いで、フローメーター１０により求められた流量が既知の流量と比較され、流量誤差が生成された。既知の流量は、当該技術分野において公知となっているフローメーター１０と直列接続された試験用メーターまたはマスターメーターによって提供されるようになっていてもよい。図３には、この結果が示されている。

図３は、複数の異なる流量についての密度に対する体積流量誤差を示すチャートである。図３のチャートは、体積流量として示されているが、いうまでもなくこのチャートは質量流量を示すものとして作成されてもよい。その場合であっても、本発明の技術範囲に含まれている。図３から分かるように、一般的に、流量測定における誤差は流体密度が大きくなるに従って大きくなる。実際、この具体例で試験されている最も軽い流体について、誤差は無視可能な程度であり、フローメーターの誤差というよりも検査過誤に起因するものである可能性がある。したがって、本発明のある実施形態によれば、あるしきい値密度を決め、流体密度がこのしきい値密度を超えない限り、後述する誤差判定ルーチン２１３が実行されないようにしてもよい。図３の情報が有用な情報を提供しているが、求めるフローパラメーターはＶ／ρである。したがって、同一の較正を行った場合にＶ／ρを算出すれば、フローパラメーターＶ／ρに対する流量誤差のチャートを作成することができる。

図４には、さまざまな炭化水素についてのフローパラメーターＶ／ρに対する流量誤差がパラメータで表されたプロットの一例が示されている。図示されているように、ある与えられた流体密度おいて、流量誤差は、選択された炭化水素流体のフローパラメーターＶ／ρの自然対数に略線形の関係を有している。このことは、傾向線４０１〜４０４を用いて各流体について示されている。各傾向線４０１〜４０４を生成するために用いられる試験データは、比較的一定の密度に応じたものである。換言すれば、傾向線４０１を構成するフローパラメーターの値は同一の流体に基づいたものである。反対に、傾向線４０１のフローパラメーターの値は、傾向線４０２を構成するフローパラメーターの値とは異なる密度を有している流体についてのものである。理解することができるように、一般的に、流量誤差は、ある与えられた密度についてのフローパラメーターが大きくなるに従って大きくなる。また、ある与えられたフローパラメーター値について、密度が大きくなるに従って、流量誤差も大きくなる。このような一般的な傾向のために、個々のメーターについて、フローパラメーターＶ／ρと流量誤差との間に信頼できる関係が存在する。さらに、フローパラメーター値間を補間することにより、個々のメーターにより生じる流量誤差が比較的正確に求められる。

対数目盛を用いると、単一の流体密度におけるフローパラメーターＶ／ρと流量誤差との間の相関関係を表わすカーブフィット式を作成することができる。理解することができるように、各密度について、その密度におけるＶ／ρを流量誤差に関連づける他の式を作成することができる。他の流体または他の種類の流体、たとえば非炭化水素について、Ｖ／ρと誤差との間には異なる関係が存在し、異なる形態のカーブフィットまたはルックアップテーブルが必要となる場合もある。流量誤差が体積流量誤差の観点から示されているが、いうまでもなく、質量流量誤差を用いて同様のチャートを容易に作成することができ、また、コリオリフローメーターを用いる場合、このようなプロットは、測定された質量流量を体積流量に変換するステップを排除することができる。というのは、コリオリフローメーターでは質量流量が直接測定されるからである。

図４から分かるように、用いられる流体のＶ／ρの値によっては、流量誤差が−１％に近づいているものもある。このことは、流量測定において大きな誤差となりうる。したがって、誤差の補償が望ましいことが明らかである。図４から分かるように、フローパラメーターＶ／ρは初めは補償されていない流量を用いて算出するが、流量の誤差に基づくフローパラメーターの誤差は、相関関係の誤差に対して影響をほとんど及ぼさない。たとえば傾向線４０４の流量における最大誤差を取り上げると、それは−１％に近づくものの−１％には達しない。この時点でのＶ／ρの値は約０．００３５ｍ^４／（ｋｇ＊ｓ）である。したがって、誤差が−１％であったとしても、フローパラメーターＶ／ρの値は、補償前の流量を用いて算出された元のフローパラメーターＶ／ρの０．００００３５ｍ^４／（ｋｇ＊ｓ）内にある。したがって、いうまでもなくフローパラメーターＶ／ρのこの小さな誤差に起因する補償誤差の分散は通常無視することができるものである。また、フロー補償手順を、当該補償手順への入力として用いられる速度の値が流量の訂正値と一致するまで、繰り返すことも可能である。

いうまでもなく、図３および図４で用いられている具体的な値および流体は本発明を説明するための一例に過ぎない。したがって、図面に記載されている特定の実施形態によって本発明の技術範囲が限定されるべきではない。また、いうまでもなく、実施形態において用いられている炭化水素流体について、流量誤差とフローパラメーターＶ／ρの自然対数との間の相関関係はほぼ線形であるが、他の密度および他の物理的特性を有している他の流体における相関関係は線形とはならない場合もある。しかしながら、いうまでもなく、当該技術分野においてよく知られているトレンド技術を用いて同様の相関関係を生成することができる。したがって、フローメーターを用いて特定の流体または特定の種類の流体が測定されることをユーザーが知っているまたは予想している場合、そのフローメーターに対して、特定の流体または特定のクラスの流体に関する同様の相関関係を生成することができる。

処理システム２０３は、図４に記載の情報または同様のプロット、ルックアップテーブル、式などを用いて、本発明のある実施形態にかかる誤差判定ルーチン２１３を実行することができる。

図５には、本発明のある実施形態にかかる誤差判定ルーチン２１３が示されている。誤差判定ルーチン２１３は、たとえば正常運転中にメーター電子機器２０により実行されるようになっていてもよい。誤差判定ルーチン２１３は、特定の時間間隔または測定間隔に従って実行されてもよい。たとえば、誤差判定ルーチン２１３は、１０秒ごとに一度行われてもよいし、または、１０回の測定回数ごとに一度行われてもよい。これらの数値は、例示のみを意図して提示するものであり、いかなる意味においても本発明の技術範囲を限定するものではない。それに代えて、誤差判定ルーチン２１３が実質的に連続的に実行されるようになっていてもよい。誤差判定ルーチン２１３は、流体流量の誤差を求めるために実行されてもよい。実施形態によっては、誤差判定ルーチン２１３が流量誤差を補償するために用いられる場合もある。

誤差判定ルーチン２１３はステップ５０１から開始する。このステップでは、センサー信号がフローメーター１０から受信される。これらのセンサー信号には、位相差、周波数、温度、圧力などが含まれ得る。受信されたセンサー信号に基づいて、誤差判定ルーチン２１３はステップ５０２へ進むことができる。このステップでは、信号が処理され、第一の質量流量、温度および体積流量のうちの１つ以上が求められる。

ステップ５０３では、流体密度が求めるられる。たとえばセンサー信号に基づいて流体密度が生成される。センサー信号に基づいて密度を生成することに代えて、密度が、ユーザーにより入力されたデータに基づいて生成されてもよいし、記憶されている密度から読み出されたデータに基づいて生成されてもよい。記憶されている密度は、たとえば標準温度・圧力条件における密度であってもよい。

流体密度はしきい値流体密度と比較されてもよい。本発明のある実施形態によれば、生成された密度がしきい値密度を超えるか否かに関する判断をすることができる。生成された密度がしきい値密度を超えていない場合、誤差判定ルーチン２１３は終了することとしてもよい。たとえば、図３に示されているように、密度が約７５０ｋｇ／ｍ^３のしきい値未満である場合、流量測定に関する誤差は、誤差判定ルーチン２１３を続けるほど大きくないと考えられる。しきい値は、たとえばフローメーターに必要とされる精度または測定能力に基づいて決められもよい。一方、生成された密度がしきい値を超えている場合、誤差判定ルーチン２１３はステップ５０４へ進むことができる。いうまでもなく、実施形態によっては、密度比較が省略されてもよい。このことは、たとえばフローメーター１０を流れる流体がしきい値密度を超えていることが知られているような実施形態についてとりわけいえることである。上述の実施形態では、生成された密度がしきい値密度を超えているか否かに関して判断がなされる状況について記載されているものの、他の実施形態によれば、生成された密度がしきい値密度未満であるか否かに関して同様の判断がなされるようになっていてもよい。このことは、流量誤差が密度の減少に従って大きくなる場合にはとくにいえることである。

ステップ５０４では、第一の質量流量、密度、およびフローメーター１０の物理的特性を用いて流体速度を求めることができる。物理的特性は、たとえばフローメーター１０の総内側フロー面積であってもよい。図１に示されているフローメーター１０の実施形態では、フローメーター１０の総内側フロー面積は、たとえばフロー導管１０３Ａおよびフロー導管１０３Ｂの内側面積の合計のことである。流体速度Ｖについては、上述の式２に従って求めることが可能である。

ステップ５０５では、メーター電子機器２０は、ステップ５０２〜ステップ５０４で生成されたデータに基づいてフローパラメーターＶ／ρを算出することができる。フローパラメーターＶ／ρは、たとえばフローメーター１０により測定される動作密度を用いて算出されてもよいし、または、記憶されている密度を用いて算出されてもよい。記憶されている密度は、標準状態での流体の密度に相当しうる。それに代えて、記憶されている密度は、測定温度における流体の密度に相当するものであってもよい。

ステップ５０６では、流量誤差は、ステップ５０５で算出されたフローパラメーターＶ／ρを用いて求められる。本発明のある実施形態によれば、流量誤差は、ステップ５０５で算出されたフローパラメーターを、メーター電子機器２０に記憶されている流量相関関係２１４の如きフローパラメーターと流量誤差との間で予め求められている相関関係と比較することにより求められてもよい。たとえば、流量誤差は、図４に記載のグラフの如きグラフを用いて求められてもよい。それに代えて、ルックアップテーブルまたは式が、算出されたフローパラメーターＶ／ρに基づいて用いられてもよい。流量誤差を得るためにどのような方法が用いられるかということにより本発明の技術範囲が限定されるべきではない。ほとんどの状況では、予め求められている相関関係は、上述のように初期較正時に製造業者によって求められたものであってもよい。

本発明の他の実施形態によれば、流量誤差は、ステップ５０５で算出されたフローパラメーターおよび流体密度を、１つ以上の異なる密度についてフローパラメーターと流量誤差との間で予め求められている相関関係と比較することにより求められてもよい。たとえば、図４では、４つの相関関係が求められており、各相関関係は特定の流体密度に関するものである。したがって、複数の相関関係が知られている場合、流量誤差は、適切な相関関係が用いられていることを担保するために、ステップ５０５で算出されたフローパラメーターだけでなくステップ５０３で算出された流体密度に基づいて求められることになる。

いうまでもなく、流量誤差は、利用可能な相関関係に基づいた補間によって求められなければならない必要性がある場合もある。たとえば、図４において、測定される流体がグラフに含まれている２つの流体の間の密度である場合、流量誤差は、同一のフローパラメーターＶ／ρの値を有するより高い密度の流量誤差とより低い密度の流量誤差との間に位置すると考えられる。この種の補間は、流体の特性が著しく異なる場合には適切な結果をもたらさない場合もある。たとえば、図４に記載の実施形態では、較正された流体はすべて炭化水素である。したがって、測定される流体が他の炭化水素ならば、補間により適切な結果が得られると思われる。しかしながら、流体が著しく異なる特性を有している場合には適切な結果をもたらさないと考えられるので、他の相関関係を作成する必要性がある。

さらに、温度が懸案事項である場合には、相関関係を作成する際に用いられた温度および測定温度に基づいて、流量誤差を調整することが必要となる場合もある。この調整は、温度を標準条件に合わせてもよい。「標準」条件に選択される条件は、条件が測定の間一定である限り、いかなる所望の条件であってもよい。それに代えて、流量誤差に対してなされる調整のためにさらなる較正が実行されてもよい。たとえば、図４に示されている較正と同様のさらなる較正をさまざまな温度で実行するようにしてもよい。したがって、測定温度が、較正が実行された温度と一致していない場合、流量誤差は、たとえば異なる温度における流量誤差とフローパラメーターＶ／ρとの間の予め求められた２つ以上の較正間を補間することにより調整されてもよい。

測定されたフローパラメーターＶ／ρに基づいて流量誤差が求められると、流量測定値は、ステップ５０６で算出された流量誤差を考慮した補償後の流量測定値が生成されるように補償されてもよい。補償後の流量測定値は、たとえば一桁以上の精度となる。次いで、補償後の流量は、メーター電子機器２０によって出力されてもよいし、または、将来の使用のために記憶されてもよい。

それに代えて、流量誤差がしきい値と比較されてもよい。たとえば流量誤差がしきい値未満である場合、補償後の流量は生成されなくてもよい。むしろ、流量誤差を無視し、ルーチン２１３を終了してもよい。このことは、たとえば流量誤差が許容差範囲内にあるか、またはフローメーターの感度未満であると考えられる場合にとくにいえることである。当業者にとって流量誤差をしきい値と比較するさらなる理由が容易に認識されるだろうが、提示された特定の実施形態により本発明の技術範囲が限定されるべきではない。

図６には、補償後の流量測定値に基づいたフローパラメーターＶ／ρのプロットの一例が示されている。いうまでもなく、図６のデータは、フローパラメーターＶ／ρではなく、質量流量または体積流量として容易に示すことができる。しかしながら、図４と同一の変数を用いることによって、本発明の有効性をより良好に理解するために図６を同一のスケールで表すことが可能となる。図６は、図４を用いて算出された流量誤差に基づいて流量測定値を訂正することにより作成されたものである。図から理解することができるように、ほとんどの補償後のデータは、＋／−０．１％より少ない誤差を有している。このことは、計算値のうちのいくつかが−１．０％に近い誤差を有している図４のデータとは対照的である。したがって、補償後の流量測定値が補償前の流量から著しく改善されていることが明らかである。

上述のように、流量誤差は、新規のフローパラメーターＶ／ρに基づいて補償することができることが示されている。流量誤差はたとえばなんらかの流体特性に起因していると考えられる。実験的に、フローパラメーターＶ／ρが流量誤差に対する信頼性のある相関関係を提供するために実験的に求められた。したがって、フローメーターが較正されると、測定されたフローパラメーターＶ／ρに基づいて、フローメーターに関する流量誤差を求めることができる。フローパラメーターが容易に測定され、かつ信頼性のある相関関係をもたらすので、公知の技術を用いて流量誤差を特定し、補償することができる。有利なことに、フローメーターによって出力される流量測定値は、先行技術による測定結果よりも正確である。

上述の実施形態の詳細な記載は、本発明の技術範囲内に含まれるものとして本発明者が考えているすべての実施形態を完全に網羅するものではない。もっと正確にいえば、当業者にとって明らかなように、上述の実施形態のうちの一部の構成要素をさまざまな方法で組み合わせてまたは除去してさらなる実施形態を作成してもよいし、また、このようなさらなる実施形態も本発明の技術範囲内および教示範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、本発明の技術範囲および教示範囲に含まれるさらなる実施形態を作成するために、上述の実施形態を全体的にまたは部分的に組み合わせてもよい。

以上のように、本発明の特定の実施形態または実施例が例示の目的で記載されているが、当業者にとって明らかなように、本発明の技術範囲内において、さまざまな変形がさらが可能である。本明細書に記載の教示を上述のかつそれに対応する図に記載の実施形態のみでなく他の実施形態にも適用することができる。したがって、本発明の技術範囲は添付の請求項によって定められるべきである。

Claims (12)

1. 振動式フローメーターを流れる流体の流量の誤差を求めるための方法であって、
   前記振動式フローメーターからセンサー信号を受信するステップと、
   前記センサー信号を用いて第一の流量を求めるステップと、
   流体密度ρを求めるステップと、
   前記第一の流量、前記流体密度、および前記振動式フローメーターの内側フロー面積を用いて流体速度Ｖを求めるステップと、
   前記流体速度および前記密度に基づいてフローパラメーターＶ／ρを算出するステップと、
   算出された前記フローパラメーターに基づいて流量誤差を求めるステップと
   を有する、方法。
2. 前記流量誤差を求めるステップが、算出された前記フローパラメーターを、前記フローパラメーターと流量誤差との間で予め定められた相関関係と比較することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記流量誤差を求めるステップが、算出された前記フローパラメーターおよび前記流体密度を、１つ以上の流体密度について前記フローパラメーターと流量誤差との間で予め定められた相関関係と比較することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第一の流量および前記流量誤差に基づいて補償後の流量を生成するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記流量誤差をしきい値と比較するステップと、前記流量誤差が前記しきい値を超えている場合、前記第一の流量および前記流量誤差に基づいて、補償後の流量を生成するステップとをさらに有する、請求項１に記載の方法。
6. 流体温度を測定するステップと、測定された前記流体温度と、前記フローパラメーターと流量誤差との間の相関関係を予め定める際に用いられた温度との差に基づいて、前記流量誤差を調整するステップとをさらに有する、請求項１に記載の方法。
7. 振動式フローメーター（１０）用のメーター電子機器（２０）であって、
   処理システム（２０３）を備えており、
   前記処理システムが、
   前記振動式フローメーター（１０）からセンサー信号（２１０）を受信し、
   前記センサー信号（２１０）を用いて第一の流量を求め、
   流体密度ρを求め、
   前記第一の流量、前記流体密度、および前記振動式フローメーターの内側フロー面積を用いて流体速度Ｖを求め、
   前記流体速度および前記密度に基づいてフローパラメーターＶ／ρを算出し、
   算出された前記フローパラメーターに基づいて流量誤差を求めるように構成されている、メーター電子機器（２０）。
8. 前記処理システム（２０３）が、算出された前記フローパラメーターを、前記フローパラメーターと流量誤差との間で予め定められた相関関係と比較することにより、前記流量誤差を求めるようにさらに構成されている、請求項７に記載のメーター電子機器（２０）。
9. 前記処理システム（２０３）が、算出された前記フローパラメーターおよび前記流体密度を、１つ以上の流体密度について前記フローパラメーターと流量誤差との間で予め定められた相関関係と比較することにより、前記流量誤差を求めるようにさらに構成されている、請求項７に記載のメーター電子機器（２０）。
10. 前記処理システム（２０３）が、前記第一の流量および前記流量誤差に基づいて、補償後の流量を生成するようにさらに構成されている、請求項７に記載のメーター電子機器（２０）。
11. 前記処理システム（２０３）が、前記流量誤差をしきい値と比較し、前記流量誤差が前記しきい値を超えている場合、前記第一の流量および前記流量誤差に基づいて補償後の流量を生成するようにさらに構成されている、請求項７に記載のメーター電子機器（２０）。
12. 前記処理システム（２０３）が、流体温度を測定し、測定された前記流体温度と、前記フローパラメーターと流量誤差との間の相関関係を予め定める際に用いられた温度との差に基づいて、前記流量誤差を調整するようにさらに構成されている、請求項７に記載のメーター電子機器（２０）。

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