JP5470257B2 - フロー材料の流体温度を求めるための振動式フローメータおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、振動式フローメータおよび方法に関するものであり、とくにフロー材料の流体温度を求めるための振動式フローメータおよび方法に関するものである。

コリオリ質量流量メータおよび振動式デンシトメータの如き振動導管センサは、フロー材料を含有している振動導管の運動を検出する動作をすることが一般的である。導管に接続された運動トランスデューサから受信する測定信号を処理することにより質量流量、密度などの如き導管内の材料に関する物性を求めることができる。材料が充填された振動システムの振動モードは、材料を収容している導管およびその導管に収容されている材料の質量、剛性およびダンピング特性からの影響を受けることが一般的である。典型的なコリオリ質量流量メータは、配管または他の輸送システムにインラインで接続されシステム内のたとえば流体、スラリーなどの材料を移送する一または複数の導管を有している。各導管は、たとえば単純曲げモード、ねじれモード、ラジアルモードおよび結合モード含む一組の固有の振動モードを有していると考えることが可能である。

コリオリ質量流量測定の典型的な用途では、材料が導管を流れている際に、導管が一または複数の振動モードで励振され、当該導管の運動が導管の複数の部位で間隔おいて測定される。この励振は、導管を周期的に摂動するボイスコイルタイプのドライバの如き電気機械デバイスのようなアクチュエータにより通常加えられる。複数のトランスデューサ位置における運動間の測定時間の遅れまたは位相差を測定することによって質量流量を求めることが可能である。このような２つのトランスデューサ（または、ピックオフセンサ）が、一または複数のフロー導管の震動応答を測定するために通常用いられており、また、アクチュエータの上流側または下流側の位置に通常設けられている。これらの２つのピックオフセンサは、独立した２対のワイヤーの如きケーブルにより電子装置に接続されている。この装置は、２つのピックオフセンサから信号を受信し、これらの信号を処理し、質量流量測定値を導出するようになっている。

コリオリメータおよび振動式デンシトメータの如き振動式フローメータは、これらの流体の特性が一または複数の振動するフロー導管に対して与える作用を通じて質量流量および密度を測定するようになっている。しかしながら、フロー導管の振動は、他の変数によっても影響を受けるので、これらの変数による影響がメータ内において補償されなければならない。

測定精度に対して影響を与えると知られている１つの変数が温度である。温度は、フロー導管（複数可）の材料特性および寸法特性に影響を与える。したがって、フロー材料の温度は流体の振動に影響を与えることになる。それに加えて、このメータは、時間の経過にともなってフロー材料温度に達し、また、この温度変化とともに動作特性が変化することになる。

関心の高い温度として振動するフロー導管の温度が挙げられる。しかしながら、熱容量が高い流体については、この温度は、実質的には流体温度と等しい。

フローセンサの温度を測定することは簡単なことではない。１つの問題は温度センサの取り付けである。温度センサの劣悪な取り付けは、メータからの熱伝導を低下させ、温度
測定に誤差を生じさせる。他の問題は、メータ温度がフロー材料の温度を正確に反映しているか否かである。メータ温度は、たとえばメータの熱伝達容量、外部環境温度、およびフロー材料とメータとの間の温度差に応じて、フロー材料の実際の温度より遅れることになる。それに加えて、フローメータの内部のコーティングも伝熱特性に影響を与える。

本発明によれば、フロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるための振動式フローメータが提供される。振動式フローメータは、一または複数のフロー導管を有するフローメータ組立体と、メータ温度Ｔ_ｍを測定するように構成されたメータ温度センサと、外部環境温度Ｔ_ａを測定するための外部環境温度センサと、メータ温度センサと外部環境温度センサとに結合されたメータ電子機器とを備えている。メータ電子機器は、メータ温度Ｔ_ｍおよび外部環境温度Ｔ_ａを受信し、これらのメータ温度Ｔ_ｍおよび外部環境温度Ｔ_ａを用いて振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるように構成されている。

本発明によれば、振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるための方法が提供される。この方法は、メータ温度Ｔ_ｍを測定することと、外部環境温度Ｔ_ａを測定することと、メータ温度Ｔ_ｍおよび外部環境温度Ｔ_ａを用いて振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めることとを含んでいる。

本発明によれば、振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるための方法が提供される。この方法は、メータ温度Ｔ_ｍを測定することと、外部環境温度Ｔ_ａを測定することと、メータ温度Ｔ_ｍおよび外部環境温度Ｔ_ａを用いて振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めることと、流体温度を用いてフロー材料の一または複数のフロー特性を求めることとを含んでいる。

本発明によれば、振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるための方法が提供される。この方法は、メータ温度Ｔ_ｍを測定することと、外部環境温度Ｔ_ａを測定することと、測定流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}を測定することとを含んでいる。また、この方法は、メータ温度Ｔ_ｍおよび外部環境温度Ｔ_ａを用いて振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めることと、測定された流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}と導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}との間の差を用いて振動式フローメータの一または複数のフロー導管内のコーティングレベルを求めることとをさらに含んでいる。

［発明の態様］
振動式フローメータの１つの態様では、導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めることが、式［Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}＝（Ｔ_ｍ−Ｔ_ａＣ_ｅ）／（１−Ｃ_ｅ）］を用いることをさらに含んでおり、この式において、Ｃ_ｅが温度誤差係数である。

振動式フローメータの他の態様では、メータ電子機器は、フロー材料の一または複数のフロー特性を求めるために導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いるようにさらに構成されている。

振動式フローメータのさらに他の態様では、メータ電子機器は、フロー導管の剛性を補償するために導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いるようにさらに構成されている。

振動式フローメータのさらに他の態様では、振動式フローメータは、フロー材料の測定流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}を測定するように構成された流体温度センサをさらに備えており
、メータ電子機器は、メータ温度Ｔ_ｍおよび外部環境温度を用いて振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求め、測定された流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}と導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}との間の差を用いて振動式フローメータの一または複数フロー導管内のコーティングレベルを求めるように構成されている。

振動式フローメータのさらに他の態様では、メータ電子機器は、Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}＝｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を求め、前もって決められているコーティングしきい値と温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を比較し、温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前もって決められているコーティングしきい値を超えている場合、コーティングを示す情報（ｃｏａｔｉｎｇ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）を生成するようにさらに構成されている。

振動式フローメータのさらに他の態様では、メータ電子機器は、Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}＝｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を求め、前もって決められているコーティングしきい値と温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を比較し、温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前もって決められているコーティングしきい値を超えている場合、Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＳＩＰ、殺菌実施）および／またはＣｌｅａｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＣＩＰ、洗浄実施）を示す情報（ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）を生成するようにさらに構成されている。

本発明の方法の１つの態様では、導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めることが、式［Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}＝（Ｔ_ｍ−Ｔ_ａＣ_ｅ）／（１−Ｃ_ｅ）］を用いることをさらに含んでおり、この式において、Ｃ_ｅが温度誤差係数である。

本発明の方法の他の態様では、本発明の方法は、フロー材料の一または複数のフロー特性を求めるために導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いることをさらに含んでいる。

本発明の方法のさらに他の態様では、本発明の方法は、導管の剛性を補償するために導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いることをさらに含んでいる。

本発明の方法のさらに他の態様では、本発明の方法は、流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}を測定することと、Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}＝｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を求めることと、温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を前もって決められているコーティングしきい値と比較することと、温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前もって決められているコーティングしきい値を超えている場合、コーティングを示す情報を生成することとを含んでいる。

本発明の方法のさらに他態様では、本発明の方法は、測定流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}を測定することと、Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}＝｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を求めることと、温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を前もって決められているコーティングしきい値と比較することと、温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前もって決められているコーティングしきい値を超えている場合、Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＳＩＰ）および／またはＣｌｅａｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＣＩＰ）を示す情報を生成することとをさらに含んでいる。

フローメータ組立体およびメータ電子機器を有する振動式フローメータを示す図である。 本発明の実施形態に係る振動式フローメータを示す図である。 本発明の実施形態に係るフローメータ温度誤差を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるための方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る振動式フローメータを示す図である。 本発明の実施形態に係る振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度（T_ｍ−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}）を求めるための方法を示すフローチャートである。

図１〜図６および下記記載には、本発明の最良のモードを作成および利用する方法を当業者に教示する特定の実施形態が示されている。本発明の原理を教示するため、従来技術の一部は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、下記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、下記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、フローメータ組立体１０およびメータ電子機器２０を備えた振動式フローメータ５が示されている。メータ電子機器２０は、リード線１００を通じてメータ組立体１０へ接続されており、密度、質量流量、体積流量、トータル質量流量、温度および他の情報のうちの一または複数の測定値を通信経路２６を通じて提供するように構成されている。当業者にとって明らかなように、ドライバの数、ピックオフセンサの数、フロー導管の数または振動動作モードにかかわらず、本発明をいかなるタイプのコリオリ質量流量メータに用いてもよい。いうまでもなく、コリオリ質量流量メータに代えて、フローメータ５が振動式デンシトメータであってもよい。

フローメータ組立体１０は、一対のフランジ１０１および１０１’と、マニホルド１０２および１０２’と、ドライバ１０４と、ピックオフセンサ１０５および１０５’と、フロー導管１０３Ａおよび１０３Ｂとを備えている。ドライバ１０４、ピックオフセンサ１０５および１０５’は、フロー導管１０３Ａおよび１０３Ｂに接続されている。

一実施形態では、フロー導管１０３Ａおよび１０３Ｂは図示されているような略Ｕ字状のフロー導管であってもよい。それに代えて、他の実施形態では、フロー導管は略直線状のフロー導管であってもよい。しかしながら、他の形状のフロー導管が用いられてもよいし、この場合も本明細書および特許請求の範囲内に含まれる。

フランジ１０１および１０１’はマニホルド１０２および１０２’に固定されている。これらのマニホルド１０２および１０２’をスペーサ１０６の両端に固定することができる。スペーサ１０６は、フロー導管１０３Ａおよび１０３Ｂ内の不要な振動を避けるためにマニホルド１０２とマニホルド１０２’との間の間隔を維持するようになっている。測定されるフロー材料を運ぶ導管システム（図示せず）の中にフローメータ組立体１０が挿入されると、フロー材料が、フランジ１０１を通ってフローメータ組立体１０の中に流入し、流入口マニホルド１０２を通り抜ける。ここで、フロー材料の全量が、フロー導管１０３Ａおよび１０３Ｂへと向けられ、フロー導管１０３Ａおよび１０３Ｂを流れ、流出口マニホルド１０２’の中へ流れ込み、ここで、フランジ１０１’からメータ組立体１０の外へと流出する。

フロー導管１０３Ａおよび１０３Ｂは、曲げ軸Ｗ−ＷおよびＷ’−W'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ように、選択され、流入口マニホルド１０２および流出口マニホルド１０２’にそれぞれ対応して適切に取り付けられている。フロー導管１０３Ａおよび１０３Ｂは、マニホルド１０２および１０２’から外側に向いてほぼ並列に延出している。

フロー導管１０３Ａおよび１０３Ｂは、それぞれ対応する曲げ軸ＷおよびＷ’に対して反対方向にかつフローメータ５の第一の逆位相曲げモードと呼ばれるモードでドライバ１０４により動かされるようになっている。ドライバ１０４は、たとえばマグネットをフロー導管１０３Ａに取り付けそれと対をなすコイルをフロー導管１０３Ｂに取り付ける構成の如き複数の公知の構成のうちの一つを有している。対をなすコイルに交流電流を流して両方の導管が振動させられる。また、メータ電子機器２０により、適切な駆動信号がリード線１１０を通じてドライバ１０４へ加えられるようになっている。

メータ電子機器２０は、リード線１１１および１１１’によりセンサ信号を受信する。メータ電子機器２０はリード線１１０上に駆動信号を生成し、この信号はドライバ１０４にフロー導管１０３Ａおよび１０３Ｂを振動させる。メータ電子機器２０は、ピックオフセンサ１０５および１０５’からの左側速度信号および右側速度信号を処理して質量流量を計算する。通信経路２６は、メータ電子機器２０にオペレータとのまたは他の電子装置との通信を可能とさせる入力手段および出力手段を提供している。図１の記載は、単にコリオリフローメータまたはデンシトメータの動作の一例を提示することのみを意図したものであり、本発明の教示を限定することを意図したものではない。

図２には、本発明の実施形態に係る振動式フローメータ５が示されている。この振動式フローメータ５は、フローメータ組立体１０と、メータ電子機器２０と、メータ温度センサ２０４と、外部環境温度センサ２０８とを備えている。実施形態によっては、メータ温度センサ２０４と外部環境温度センサ２０８とをメータ電子機器２０へ結合する場合もある。

メータ温度センサ２０４はフローメータ組立体１０に結合されている。メータ温度センサ２０４は、メータの一部分の温度を測定することができ、したがってメータ温度Ｔ_ｍを測定することができる。実施形態によっては、メータ温度センサ２０４を、たとえばフロー導管１０３Ａもしくは１０３Ｂ上を含めるフローメータ組立体１０の任意の適切な位置に設けてもよいし、または、マニホルド１０２もしくは１０２’に設けてもよい。

外部環境温度センサ２０８は、フローメータ組立体１０とから離してかつ非接触な状態で設けられている。実施形態によっては、外部環境温度センサ２０８はフローメータ５のケースに取り付けられている場合もある。しかしながら、いうまでもなく、外部環境温度センサ２０８は適切ないかなる位置に設けられてもよい。外部環境温度センサ２０８はたとえば大気温度の如き外部環境温度Ｔ_ａを測定する。外部環境温度センサ２０８はメータ電子機器２０に設けられてもよいしまたはそれから遠く離れて設けられてもよい。

外部環境温度は真の意味での外部環境温度である必要が厳密にはない。より正確にいえば、外部環境温度は、ケース温度、フィードスルー温度などの如き、外部環境温度に強く関連する温度測定値であればよい。メータ電子機器２０は、メータ温度Ｔ_ｍおよび外部環境温度Ｔ_ａを受信し、これらのメータ温度Ｔ_ｍおよび外部環境温度Ｔ_ａを用いて振動式フローメータ５内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるように構成されている。

一つの利点としては、フローメータユーザがメータ温度Ｔ_ｍではなくて導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を知ることを希望する場合があるということが挙げられる。それに代えて、ユーザは両方の変数を知ることを希望してもよい。

実施形態によっては、導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めることは、下記の［数式１］を用いることを含む。

この式で、Ｃ_ｅは校正温度誤差係数である。通常、校正温度誤差係数Ｃ_ｅは、工場での校正工程においてフローメータについて求められる。ここでは、外部環境温度Ｔ_ａおよび測定流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}が正確に測定される。

図３は、本発明の実施形態に係るフローメータ温度誤差を示すグラフである。温度誤差は、メータ温度−導出流体温度（Ｔ_ｍ−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}）ｖｓ導出流体温度（Ｔ_ｍ−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}）−外部環境温度（Ｔｆ−Ｔ_ａ）の関数としてプロットされている。このグラフは、外部環境温度を考慮に入れた場合、導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}がメータ温度Ｔ_ｍと直線の関係があることを示している。このグラフは、下記の［数式２］で表すことができる。

Ｔ_ｍは測定メータ温度であり、Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}は導出流体温度であり、Ｔ_ａは測定外部環境温度であり、Ｃ_ｅは校正温度誤差係数である。上記の［数式１］は［数式２］から導出することができる。

図２をさらに参照すると、実施形態によっては、メータ電子機器２０は、フロー材料の一または複数のフロー特性を求めるために導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いるように構成されている場合もある。たとえば、フロー材料の質量流量（ｍ）および密度（ρ）を入力値として導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いて求めることができる。それに加えて、実施形態によっては、メータ電子機器２０は、フロー導管の剛性を補償するために導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いるようにさらに構成されている場合もある。

一組のフローメータの条件（たとえば、温度、取り付け（ｍｏｕｎｔ）、外部負荷など）において、質量流量は、ピックオフセンサ間の遅延時間（Δｔ）に直線的に比例する。この関係は、以下の［数式３］で与えられている。

ＦＣＦ項は、比例定数であり、一般的にフロー校正ファクターと呼ばれている。ｚｅｒｏの値は実験的に導出されたフローオフセット量である。

ＦＣＦは、フローメータのフロー導管の剛性および幾何形状に主として依存している。幾何学形状には、二つの位相測定または時間測定が行われた位置の如き特徴が含まれている。剛性は、フロー導管の材料特性およびフロー導管１０３Ａおよび１０３Ｂの幾何学形状に依存している。個々のフローメータについて、２つの既知の質量流量および特定の校正温度で流れる校正用流体を用いて行なわれる校正作業を通じてＦＣＦ値およびｚｅｒｏ値が求められる。

フローメータの剛性または幾何学形状が最初に校正したときから動作中に変われば、ＦＣＦも変わることになる。たとえば、動作温度が校正温度よりも高いあるレベルまで上昇すると、フローメータの剛性にも変化が生じる場合がある。正確な質量流量測定を担保するためには、ＦＣＦ値およびｚｅｒｏ値がほとんど一定のままであることが必要となる。これを達成するのは非常に難しい。もう一つの方法としては、質量流量を正確に測定するには、ＦＣＦ値および／またはｚｅｒｏ値の変化を考慮するロバスト法の使用が必要となる。

通常、従来技術のフローメータは、特定の基準温度（Ｔ_０）で校正されるようになっている。しかしながら、使用時には、フローメータは基準温度とは異なる温度で動作させられることが多い。

弾性係数が温度とともに変化することが知られている。したがって、従来技術においては、質量流量および密度の式は弾性係数に対するこの影響を考慮するように改良されている。弾性係数（Ｅ）またはヤング率に対する温度補償を含む従来技術における質量流量の式の典型的な構造は、下記の［数式４］で与えられている。

ヤング率項Ε＝（ｌ−φ・ΔＴ）は、ＦＣＦがフローメータ温度の基準温度（Ｔ_０）からの変化に応じてどのように変わるかを定義しており、この式において、（ΔＴ）は（Ｔ_ｆ−Ｔ_０）である。

上述の関数φの傾きは、個々のフローメータ設計またはフローメータファミリーについて実験により通常求められる。（φ）項は、それがあたかも本質的に温度に対する弾性係数（Ｅ）の傾きと同一かのように扱われる場合がある。しかしながら、弾性係数は、フローメータが動作する全温度範囲にわたって必ずしも線形だとは限らない。この非線形性を考慮に入れて、この変更をより良好に補償するために下記の［数式５］の如き高次多項式が用いられている。

高次多項式（１−φ_１・ΔＴ−φ_２・ΔＴ^２ …）項は、ＦＣＦがフローメータ温度の変化とともにどのように変化するかを定義している。したがって、質量流量測定値を補償しかつ質量流量測定値が非常に正確であることを担保するために導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いることができる。さらに、フロー導管の剛性特性を補償するために導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いることができる。

コリオリフローメータは、基準振動フレーム内のプロセス流体の密度（ρ_ｆ）を測定することもできる。２乗された振動周期は、振動システムの質量をその剛性で割ったものに直線的に比例する。フロー導管の個々の条件の下において、剛性および質量が一定であり、また、流体密度（ρ_ｆ）が、２乗された周期に直線的に比例する。この関係は、下記の［数式６］で与えられる。

Ｃ_１項は比例定数であり、Ｃ_２項はオフセット値である。これらの係数Ｃ_１およびＣ_２は、フロー導管の剛性に依存し、また、フローメータ内の流体の質量および容積に依存する。これらの係数Ｃ_１およびＣ_２は、既知の密度を有する２つの流体を用いてフローメータを校正することにより求められる。

密度計算についても温度補償することができる。弾性係数に対する温度補償を含む密度式の典型的な形が下記の［数式７］により与えられている。

（φ）項は、先に記載したようにフロー導管の周期を２乗したものが流体温度Ｔ_ｆの基準温度（Ｔ_０）からの変化（すなわち、Ｔ_ｆ−Ｔ_０）とともにどのように変化するのかを定義している。（φ）関数の傾きは、フローメータの個々の設計または個々のフローメータファミリーについて実験的に通常求められている。いうまでもなく、密度温度補償工程における温度の影響を精緻化するために高次関数を用いることができる。（φ）項があたかも温度に対する弾性係数の傾きと同一であるかのように、この項を扱うことができる。

有益なことには、補償において導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いると、質量流量および測定濃度における誤差を最小限に抑えることができる。メータ温度Ｔ_ｍを用いる代わりに導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いることにより質量流量測定および密度測定が向上される。導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いた補償は、メータ温度Ｔ_ｍを用いたものより周囲環境条件の変化に対してより正確である。

図４は、本発明の実施形態に係る振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるための方法を示すフローチャート４００である。ステップ４０１で、メータ温度Ｔ_ｍを得るためにフローメータの温度が測定される。

ステップ４０２で、先に記載のように、外部環境温度が測定される。

ステップ４０３で、先に記載のように、導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}がメータ温度Ｔ_ｍおよび外部環境温度から求められる。

ステップ４０４で、先に記載のように、導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いて一または複数の流量特性が求められる。

図５には、本発明の実施形態に係る振動式フローメータ５が示されている。他の実施形態と共通の部品は参照番号を共有している。この実施形態では、フローメータ５は流体温度センサ２１０をさらに備えている。流体温度センサ２１０は、フロー導管９の中に向けて少なくとも部分的に延出したセンサ素子２０９を有し、フロー導管９内のフロー材料の温度を検出することができるようになっている。したがって、フローメータ５は、先に記載のように、メータ温度Ｔ_ｍ、外部環境温度Ｔ_ａおよび導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}に加えて、測定流体温度を提供する。メータ電子機器２０は、格納されたまたは既知の前もって決められたコーティングしきい値をさらに有することができる。

測定流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}と導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}とから温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を生成することができる。ここで、Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}は｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である。次いで、一または複数のフロー導管内のコーティングを求めるために、温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を用いることができる。

温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}は、測定流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}と導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}との間の実質的に瞬時の差を反映している。導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}は、測定流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}の変化に遅れを生じさせる。有利には、この遅れを求めて定量化するために温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を用いることができる。たとえばコーティングによるフローメータ５の熱伝導性の変化を検出するために遅れを用いることができるので、遅れが注目されている。

コーティングは、フローメータ５の内面へのフロー材料の付着および堆積を含む。コーティングは、流量の減少、フロー特性の変化、フロー測定結果の劣悪化、およびフローメータ５のドレインおよび／または洗浄を行うことができなくなるというような他の問題をもたらしうる。したがって、コーティングはフローメータ５にとって不要なものである。

コーティングを検出する従来の方法は、密度誤差測定値を生成すること、フロー導管ダンピングレベルを求めることなどの如き工程を有している。残念なことには、コーティングを検出する従来の方法は、プロセス流体についてのさらなる知識に依存している。

コーティングは、プロセス流体とフロー導管との間に断熱バリアーを堆積させる。この断熱により、温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が、もはや正確ではなくなり、理想的な動作および理想的なｚｅｒｏ値からは著しく外れることになる。したがって、導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}と流体温度センサ２１０により提供される実際の測定流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}とを比較することによりコーティングを求めることができる（下記の図６および付随するテキストを参照）。この比較をメータ電子機器２０内で行うことができる。それに代えて、この比較を外部デバイスにより行うようにしてもよい。

図６は、本発明の実施形態に係る振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるための方法を示すフローチャート６００である。ステップ６０１で、先に記載のように、フローメータの温度が測定される。

ステップ６０２で、先に記載のように、外部環境温度が測定される。

ステップ６０３で、測定流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}を提供するために、流体温度が測定される。寸法流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}は、フローメータ５内のまたはその近傍のいかなる位置において測定されてもよいし、また、いかなる手法の温度測定デバイスまたは温度測定プロセスにより測定されてもよい。

ステップ６０４で、先に記載のように、導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}がメータ温度Ｔ_ｍおよび外部環境温度Ｔ_ａから求められる。

ステップ６０５で、先に記載のように、一または複数のフロー特性が導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いて求められる。

ステップ６０６で、フローメータ５の一つのフロー導管（または、複数のフロー導管）内のコーティングレベルが求められる。コーティングレベルは、先のステップ６０４からの導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}と照らして、測定流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}を用いて求め
られる。測定流体温度と算出流体温度とから温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が計算される。ここで、Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}は｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である。温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前もって決められているコーティングしきい値と比較される。温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前もって決められているコーティングしきい値を超えていない場合、コーティングが一または複数のフロー導管内に存在していないと判断される。温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前もって決められているコーティングしきい値を超えている場合、コーティングが一または複数のフロー導管内に存在していると判断される。

コーティングが確定されると、コーティングを示す何らかの情報が生成される。このコーティングを示す情報（ｃｏａｔｉｎｇ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）は、何らかのアラームまたは他のものを示す何らかの情報を生成することを含みうる。このコーティングを示す情報により、適切ならば、一または複数のフロー導管に対するＳＩＰ／ＣＩＰプロセスを促すことを含む、何らかの方法での必要な洗浄動作が引き起こされることになる。

ステップ６０７で、コーティングを示す情報が生成されない場合、Ｓｔｅｒｉｌｉｚｅ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＳＩＰ）および／またはＣｌｅａｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＣＩＰ）の成功を示す情報が生成される。そうではなくてコーティングを示す情報が生成される場合には、ＳＩＰ／ＣＩＰの成功を示す情報が生成されなくてもよい。

ＳＩＰ／ＣＩＰの成功を示す情報は、ＳＩＰ／ＣＩＰのプロセスが成功したことを示す。ＳＩＰまたはＣＩＰのプロセスが実行されていない場合であって、ＳＩＰ／ＣＩＰの成功を示す情報が生成される場合には、ＳＩＰまたはＣＩＰのプロセスが行なわれる必要がないと判断されうる。ＳＩＰまたはＣＩＰのプロセスが既に実行されている場合であって、ＳＩＰ／ＣＩＰの成功を示す情報が生成されない場合には、ＳＩＰまたはＣＩＰのプロセスが失敗したと判断されうる。

Claims (24)

1. フロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるための振動式フローメータ（５）であって、
   一または複数のフロー導管（１０３）を有したフローメータ組立体（１０）と、
   メータ温度Ｔ_ｍを測定するように構成されたメータ温度センサ（２０４）と、
   外部環境温度Ｔ_ａを測定するための外部環境温度センサ（２０８）と、
   前記メータ温度センサ（２０４）および前記外部環境温度センサ（２０８）に結合され、前記メータ温度Ｔ_ｍおよび前記外部環境温度Ｔ_ａを受信し、前記メータ温度Ｔ_ｍおよび前記外部環境温度を用いて、前記振動式フローメータ（５）内の前記フロー材料の前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるように構成されたメータ電子機器（２０）とを備えてなる、振動式フローメータ（５）。
2. 前記メータ電子機器（２０）が、前記フロー材料の一または複数のフロー特性を求めるために前記導出流体温度Ｔ _{ｆ−ｄｅｒｉｖ} を用いるようにさらに構成されてなる、請求項１に記載の振動式フローメータ（５）。
3. 前記導出流体温度Ｔ _{ｆ−ｄｅｒｉｖ} を求めることが、式［Ｔ _{ｆ−ｄｅｒｉｖ} ＝（Ｔ _ｍ −Ｔ _ａ Ｃ _ｅ ）／（１−Ｃ _ｅ ）］を用いることをさらに含んでおり、この式において、Ｃ _ｅ は温度誤差係数である、請求項１に記載の振動式フローメータ（５）。
4. 前記メータ電子機器（２０）が、フロー導管の剛性を補償するために前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いるようにさらに構成されてなる、請求項１に記載の振動式フローメータ（５）。
5. 前記フロー材料の流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}を測定するように構成された流体温度センサ（２１０）をさらに備えており、前記メータ電子機器（２０）が、前記メータ温度Ｔ_ｍおよび前記外部環境温度を用いて前記振動式フローメータ内の前記フロー材料の前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求め、測定された前記流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}と前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}との間の差を用いて前記振動式フローメータの一または複数フロー導管内のコーティングレベルを求めるように構成されてなる、請求項１に記載の振動式フローメータ（５）。
6. 前記メータ電子機器（２０）が、Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}＝｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を求め、前もって決められているコーティングしきい値と前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を比較し、前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前記前もって決められているコーティングしきい値を超えている場合、コーティングを示す情報を生成するようにさらに構成されてなる、請求項５に記載の振動式フローメータ（５）。
7. 前記メータ電子機器（２０）が、Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}＝｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を求め、前もって決められているコーティングしきい値と前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を比較し、前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前記前もって決められているコーティングしきい値を超えている場合に、Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＳＩＰ）および／またはＣｌｅａｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＣＩＰ）を示す情報を生成するようにさらに構成されてなる、請求項５に記載の振動式フローメータ（５）。
8. 振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるための方法であって、
   メータ温度Ｔ_ｍを測定することと、
   外部環境温度Ｔ_ａを測定することと、
   前記メータ温度Ｔ_ｍおよび前記外部環境温度Ｔ_ａを用いて、前記振動式フローメータ内の前記フロー材料の前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めることとを含む、方法。
9. 前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めることが、式［Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}＝（Ｔ_ｍ−Ｔ_ａＣ_ｅ）／（１−Ｃ_ｅ）］を用いることをさらに含んでおり、この式においてＣ_ｅは温度誤差係数である、請求項８に記載の方法。
10. 前記フロー材料の一または複数のフロー特性を求めるために前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. フロー導管の剛性を補償するために前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
12. 流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}を測定することと、
    Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}＝｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を求めることと、
    前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を前もって決められているコーティングしきい値と比較することと、
    前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前記前もって決められているコーティングしきい値を超えている場合に、コーティングを示す情報を生成することとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
13. 流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}を測定することと、
    Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}＝｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を求めることと、
    前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を前もって決められているコーティングしきい値と比較することと、
    前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前記前もって決められているコーティングしきい値を超えている場合に、Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＳＩＰ）および／またはＣｌｅａｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＣＩＰ）を示す情報を生成することとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
14. 振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるための方法であって、
    メータ温度Ｔ_ｍを測定することと、
    外部環境温度Ｔ_ａを測定することと、
    前記メータ温度Ｔ_ｍおよび前記外部環境温度Ｔ_ａを用いて、前記振動式フローメータ内の前記フロー材料の前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めることと、
    前記流体温度を用いて、前記フロー材料の一または複数のフロー特性を求めることとを含む、方法。
15. 前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めることが、式［Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}＝（Ｔ_ｍ−Ｔ_ａＣ_ｅ）／（１−Ｃ_ｅ）］を用いることをさらに含んでおり、この式においてＣ_ｅは温度誤差係数である、請求項１４に記載の方法。
16. フロー導管の剛性を補償するために前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
17. 流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}を測定することと、
    Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}＝｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を求めることと、
    前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を前もって決められているコーティングしきい値と比較することと、
    前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前記前もって決められているコーティングしきい値を超えている場合に、コーティングを示す情報を生成することとを含む、請求項１４に記載の方法。
18. 流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}を測定することと、
    Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}＝｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を求めることと、
    前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を前もって決められているコーティングしきい値と比較することと、
    前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前記前もって決められているコーティングしきい値を超えている場合に、Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＳＩＰ）および／またはＣｌｅａｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＣＩＰ）を示す情報を生成することとをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
19. 振動式フローメータ内のフロー材料の導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めるための方法であって、
    メータ温度Ｔ_ｍを測定することと、
    外部環境温度Ｔ_ａを測定することと、
    流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}を測定することと、
    前記メータ温度Ｔ_ｍおよび前記外部環境温度Ｔ_ａを用いて、前記振動式フローメータ内の前記フロー材料の前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めることと、
    測定された前記流体温度Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}と前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}との間の差を用いて、前記振動式フローメータの一または複数のフロー導管内のコーティングレベルを求めることとを含む、方法。
20. 前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を求めることが、式［Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}＝（Ｔ_ｍ−Ｔ_ａＣ_ｅ）／（１−Ｃ_ｅ）］を用いることをさらに含んでおり、この式においてＣ_ｅは温度誤差係数である、請求項１９に記載の方法。
21. 前記フロー材料の一または複数のフロー特性を求めるために前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
22. フロー導管の剛性を補償するために前記導出流体温度Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}を用いることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
23. 前記コーティングレベルを求めることが、Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}＝｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を求めることと、
    前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を前もって決められているコーティングしきい値と比較することと、
    前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前記前もって決められているコーティングしきい値を超えている場合に、コーティングを示す情報を生成することとを含む、請求項１９に記載の方法。
24. Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}＝｜Ｔ_{ｆ−ｍｅａｓ}−Ｔ_{ｆ−ｄｅｒｉｖ}｜である温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を求めることと、
    前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}を前もって決められているコーティングしきい値と比較することと、
    前記温度誤差ファクターＴ_{ｅｒｒｏｒ}が前記前もって決められているコーティングしきい値を超えている場合に、Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＳＩＰ）および／またはＣｌｅａｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ（ＣＩＰ）を示す情報を生成することとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。

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