JP6218840B2 - 参照温度における流動流体粘度を取得するメータ電子機器及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、流動流体粘度を取得するためのメータ電子機器及び方法に関するものであり、とくに前もって決められている参照温度における流動流体粘度を取得するメータ電子機器及び方法に関するものである。

振動式密度計及び振動式粘度計の如き振動式センサは、測定される流体物質の存在下において振動する振動要素の運動を検出するように動作する。密度、粘度、温度などの流体物質に関する特性は、振動要素に結合される運動トランスデューサから受け取る測定信号を処理することにより求めることができる。振動要素システムの振動モードは、一般的に振動要素及び流体物質の質量、剛性及び減衰特性を組みあわせたものより影響される。
処理温度におけるプロセス流体の粘度を直接測定することに加えて、流体粘度が温度とともに変化しうるので、精製所における用途では、参照温度における粘度を求める能力が必要とされる。一部の流体の粘度の温度に対する敏感さは他の流体の粘度の温度に対する敏感さよりも高い場合もある。

石油または液化炭化水素の限定範囲内における任意の温度での動粘度（ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）を求めるにあたって、Ｕｂｂｅｌｏｈｄｅ−Ｗａｌｔｈｅｒの補間機能（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いるＡＳＴＭ Ｄ３４１規格が広く採用されている。ＡＳＴＭ Ｄ３４１式は、参照温度における粘度を算出することができるようになる前に求めなければならない２つの定数Ａ及びＢを有している。温度粘度挙動を説明する数学モデルであるＡＳＴＭ Ｄ３４１式は、炭化水素流体または混合物に特に適している。
参照温度粘度を算出する１つの従来の方法では、ＡＳＴＭ Ｄ３４１式に加えて、熱交換器を有する２重粘度計が共に用いられる。２重粘度計は、２つの異なる温度におけるプロセス流体の粘度を測定することにより定数Ａ及びＢを求めるようになっている。次いで、これら２つの定数を用いて中間温度における粘度を算出することができる。

しかしながら、従来の２重粘度計及び熱交換器を用いたアプローチには問題がある。従来の２重粘度計及び熱交換器を用いたアプローチは複雑である。熱交換器はさらなる空間を必要とする場合もある。
従来の２重粘度計及び熱交換器を用いたアプローチは高価である。２重粘度計及び熱交換器のコストならびに設置コストは用途によっては正当化するには高すぎるような場合もある。

本発明の態様
本発明の１つの態様では、前もって決められている参照温度における流動流体粘度を取得するためのメータ電子機器は、 通信情報を交換するように構成されるインターフェースと、 前もって決められている参照温度、流体粘度測定値、流体温度測定値、及び前もって決められている流動流体温度の範囲にわたって温度を粘度に関連づけする温度−粘度関係データを格納するように構成される格納システムと、 インターフェース及び格納システムと結合される処理システムとを備えており、 処理システムは、流体温度測定値を取得し、流体粘度測定値を取得し、流体粘度測定値及び温度−粘度関係データを用いて参照温度粘度を生成するように構成されており、 生成される参照温度粘度は前もって決められている参照温度に対応するものである。

好ましくは、温度−粘度関係データは、前もって決められている範囲の流動流体温度にわたって２つ以上の流動流体について温度を粘度に関連づけするように構成されている。
好ましくは、流体粘度測定値及び流体温度測定値のうちの一方または両方が振動式センサを用いて取得されるように構成されている。
好ましくは、温度−粘度関係データは多項式である。
好ましくは、温度−粘度関係データは、前もって決められている多項式次数を有する多項式である。
好ましくは、温度−粘度関係データは、数式として格納される関係表現ある。
好ましくは、温度−粘度関係データは、データ構造として格納される関係表現である。

好ましくは、格納システムは２つ以上の参照流動流体曲線及び前もって決められている多項式次数を格納しており、 処理システムは、前もって決められている多項式次数を取得し、２つ以上の参照流動流体曲線、流体温度測定値、前もって決められている参照温度及び前もって決められている多項式次数から温度−粘度関係データを生成するように構成されている。

本発明の１つの態様では、前もって決められている参照温度における流動流体粘度を取得する方法は、流体温度測定値を取得するステップと、 流体粘度測定値を取得するステップと、 流体粘度測定値を用いて、参照温度粘度と、前もって決められている範囲の流動流体温度にわたって温度を粘度に関連づけする温度−粘度関係データとを生成するステップとを含んでおり、 生成される参照温度粘度は前もって決められている参照温度に対応する。

好ましくは、温度−粘度関係データは、前もって決められている範囲の流動流体温度にわたって２つ以上の流動流体について温度を粘度に関連づけする。
好ましくは、流体粘度測定値及び流体温度測定値のうちの一方または両方が振動式センサを用いて取得される。
好ましくは、温度−粘度関係データは多項式である。
好ましくは、温度−粘度関係データは前もって決められている多項式次数を有する多項式である。
好ましくは、温度−粘度関係データは数式として格納される関係表現である。
好ましくは、温度−粘度関係データはデータ構造として格納される関係表現である。
好ましくは、温度−粘度関係データは曲線適合法を用いて２つ以上の参照流動流体曲線から生成される。

好ましくは、かかる方法は、用いられる前もって決められている多項式次数を取得する予備ステップと、 ２つ以上の参照流動流体曲線、流体温度測定値、前もって決められている参照温度、及び前もって決められている多項式次数から温度−粘度関係データを作成する予備ステップとをさらに有する。
好ましくは、かかる方法は、２つ以上の温度で流動流体の粘度を測定して流動流体について２つ以上の温度−粘度データポイントを作成する予備ステップと、 ２つ以上の流動流体を処理し、２つ以上の流動流体ついて複数の温度−粘度データポイントを累積し、２つ以上の流動流体曲線を作成する予備ステップと、 用いられる前もって決められている多項式次数を取得する予備ステップと、２つ以上の参照流動流体曲線、流体温度測定値、前もって決められている参照温度、及び前もって決められている多項式次数から温度−粘度関係データを生成する予備ステップとを有する。

同一の参照番号はすべての図面において同一の部品を表わしたものである。図面の縮尺は必ずしも均一ではない。
本発明にかかる振動式センサを示す図である。 本発明のある実施形態にかかる振動式櫛歯センサ（ｔｉｎｅ ｓｅｎｓｏｒ）を示す図である。 図２の音叉構造の周波数応答曲線を示すグラフである。 本発明のある実施形態にかかる前もって決められている参照温度における流動流体粘度を求めるための振動式センサのメータ電子機器を示す図である。 本発明のある実施形態に従って温度−粘度関係データを生成するために用いられうる方法を示すフローチャートである。 温度−粘度関係データを生成するために用いられうる複数の参照流動流体曲線を示すグラフである。 本発明のある実施形態に従って前もって決められている参照温度における流動流体粘度を求めるための方法を示すフローチャートである。 ２つの異なる温度における粘度についての曲線適合の一例を示す図である。

図１〜図８及び下記の記載には、本発明の最良のモードを作成及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場合もある。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、以下に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もできる。従って、本発明は、下記に記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されるものである。

図１には、本発明にかかる振動式センサ５が示されている。振動式センサ５は、１つ以上のリード１００によりメータ電子機器２０と結合されていてもよい。振動式センサ５及びメータ電子機器２０は流体測定値を提供するよう動作するようになっていてもよい。振動式センサ５及びメータ電子機器２０は、流れているまたは流れていない流体を含む流体の流体密度及び流体粘度のうちの１つ以上を含む流体測定値を提供するようになっていってもよい。粘度とは流体の流れに対する抵抗（流れにくさ）の尺度のことである。粘度測定値は、産業用のプロセス制御用途及びＯＥＭ用途の分野において重要な流体測定値である。典型的な振動式粘度計は振動要素原理（ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）に基づいて動作するようになっている。振動式センサ５及びメータ電子機器２０は、流体質量流量、流体体積流量及び流体温度のうちの少なくとも１つを含む流体測定値をさらに提供するようになっていてもよい。このリストは全てを網羅するものではなく、また、振動式センサ５は他の流体特性を測定するまたは求めるようになっていてもよい。

流体は液体であってもよく、また、流体は気体であってもよい。それに代えて、流体は、混入気体、混入固体、複数の液体、またはそれらを組み合わせたものを含む液体の如き多層流体であってもよい。
振動式センサ５は配管または導管に取り付けられていてもよい。振動式センサ５は流体を保持するためのタンク、コンテナ、または構造体に取り付けられていてもよい。振動式センサ５は流体の流れを導くためのマニホールドまたは同様の構造体にマウントされていてもよい。
実施形態によっては、振動式センサ５が振動式櫛歯センサ（ｖｉｂｒａｔｏｒｙ ｔｉｎｅ ｓｅｎｓｏｒ）である場合もある。それに代えて、他の実施形態では、振動式センサ５は振動式導管センサであってもよい。実施形態によっては、振動式センサ５は振動式密度計５である場合もあるしまたは振動式粘度計５である場合もある。それに代えて、振動式センサ５はコリオリ式質量流量計であってもよい。

メータ電子機器２０は１つ以上のリード１００を介して振動式センサ５に電力を供給するようになっていてもよい。メータ電子機器２０は１つ以上のリード１００を介して振動式センサ５の動作を制御するようになっていてもよい。たとえば、メータ電子機器２０は、ドライブ信号を生成し、このドライブ信号を振動式センサ５に供給するようになっていてもよい。振動式センサ５は、このドライブ信号を用いて１つ以上の振動要素に振動を生成する。ドライブ信号は振動振幅を制御するようになっていてもよい。ドライブ信号は振動周波数を制御するようになっていてもよい。ドライブ信号は振動持続時間及び/又は振動タイミングを制御するようになっていてもよい。

メータ電子機器２０はリード１００を介して振動式センサ５から１つ以上の測定信号を受け取るようになっていてもよい。メータ電子機器２０は、通信路２６にさらに結合されるようになっていてもよい。メータ電子機器２０は、通信路２６を用いて１つ以上の測定信号を伝達するようになっていてもよい。メータ電子機器２０は、受信した１つ以上の測定信号を処理して１つ以上の測定値を生成するようになっていてもよいし、または、通信路２６を用いて１つ以上の測定値を伝達するようになっていてもよい。
それに加えて、メータ電子機器２０は、通信路２６を用いて情報を受け取るようになっていてもよい。メータ電子機器２０は、通信路２６を用いて、コマンド、更新情報、動作値、動作値の変更値、プログラム更新情報、プログラム更新情報の変更情報のちの少なくとも１つを受け取るようになっていてもよい。

メータ電子機器２０は、１つ以上の測定信号を処理してその１つ以上の測定信号の周波数を求めるようになっていてもよい。当該周波数は、流体の共振周波数であってもよい。当該周波数は流体の密度を求めるために用いられてもよい。さらにまたはそれに加えて、メータ電子機器は、１つ以上の測定信号を処理して、たとえば流体流量を求めるために処理されうる信号間の位相シフトの如き流体の他の特性を求めるようになっていてもよい。他の振動応答特性及び/又は流体測定値も考えられており、それらもまた特許請求の範囲に含まれる。

図２には、本発明のある実施形態にかかる振動式櫛歯センサ５が示されている。図示されている実施形態の振動式櫛歯センサ５は、シャフト１１５により音叉構造１０４と結合されるセンサヘッド１３０を備えている。シャフト１１５はいかなる所望の長さを有していてもよい。シャフト１１５は少なくとも部分的に中空となっていてもよいし、また、ワイヤーまたは他のコンダクタは当該シャフト１１５を通ってセンサヘッド１３０と音叉構造１０４との間に延設されるようになっていてもよい。
センサヘッド１３０は、図示されている実施形態のドライブ回路１３８、レシーバ回路１３４及びインターフェース回路１３６の如き回路部品を有していてもよい。インターフェース回路１３６は、１つ以上のリード１００を介してメータ電子機器２０と結合されるようになっていてもよい。いうまでもなく、センサヘッド１３０の回路部品のうちのいずれかまたは全てがそれに代えてメータ電子機器２０に配置されていてもよい。

振動式櫛歯センサ５の振動要素は、測定される液体に浸される音叉構造１０４である。音叉構造１０４は、配管、導管、タンク、容器、マニホールド、または他の流体操作構造の如き他の構造に固定されうるハウジング１０５を有している。ハウジング１０５は、音叉構造１０４が少なくとも部分的に露出されたままの状態で音叉構造１０４を保持するようになっている。従って、音叉構造は流体に浸されるように構成されている。
音叉構造１０４は、少なくとも一部が流体の中に延びるように構成されている第一の櫛歯（ｔｉｎｅ、歯）１１２と第二の櫛歯１１４とを有している。第一の櫛歯１１２及び第二の櫛歯１１４とは、任意の所望の断面形状を持ちうる長尺の要素のことである。第一の櫛歯１１２及び第二の櫛歯１１４は、少なくとも部分的に曲げることができるまたは弾力性を有するものであってもよい。

振動式櫛歯センサ５は、第一の櫛歯１１２及び第二の櫛歯１１４に対応して、圧電性結晶素子（ｐｉｅｚｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｙｓｔａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）から構成される第一の圧電素子１２２及び第二の圧電素子１２４をさらに有している。第一の圧電素子１２２及び第二の圧電素子１２４は、それぞれ、第一の櫛歯１１２及び第二の櫛歯１１４に隣接して配置されている。また、第一の圧電素子１２２及び第二の圧電素子１２４は、第一の櫛歯１１２及び第二の櫛歯１１４と接触して機械的に作用するように構成されている。
第一の圧電素子１２２は、少なくとも第一の櫛歯１１２の一部と接触してもよい。第一の圧電素子１２２は、ドライブ回路１３８と電気的に結合されていてもよい。ドライブ回路１３８は時変ドライブ信号を第一の圧電素子１２２へ送るようになっている。第一の圧電素子１２２は、時間変ドライブ信号を受けると拡大及び収縮するようになっていてもよい。その結果、第一の圧電素子１２２は、交互に、第一の櫛歯１１２を変形し、横から横へと変位させ、振動を生じさせ（点線を参照）、流体を乱すようになっていてもよい。

第二の圧電素子１２４は、流体内の第二の櫛歯１１４の変形に対応して時変応答信号を生成するレシーバ回路１３４と結合されていてもよい。従って、第二の櫛歯１１４が動くと、それに対応して、第二の圧電素子１２４が電気振動測定信号を生成するようになっていてもよい。第二の圧電素子１２４はこの電気振動測定信号をレシーバ回路１３４へ送るようになっている。実施形態によっては、レシーバ回路１３４が電気振動測定信号を処理するようになっている場合もある。生じる振動の周波数は、レシーバ回路１３４により検出されるようになっている。
レシーバ回路１３４はインターフェース回路１３６と結合されていてもよい。インターフェース回路１３６は、メータ電子機器２０の如き外部デバイスと通信するように構成されていてもよい。インターフェース回路１３６は、電気振動測定信号及び/又は処理の結果得られる値を伝えるように構成されていてもよい。いうまでもなくそれに代えて、メータ電子機器２０は、電気振動測定信号を処理し、及び/又は、流体の振動周波数を検出するようになっていてもよい。

実施形態によっては、音叉構造１０４は、周囲の流体により変わるため、第一の固有振動周波数に維持されるようになっているのが一般的である。一般的に、音叉構造１０４は、ドライブ回路１３８により第一の固有振動周波数に維持されるようになっている。ドライブ回路１３８は、レシーバ回路１３４から電気振動測定信号を受け取るようになっていてもよい（または、電気振動測定信号を直接受け取るようになっていてもよい）。
ドライブ回路１３８は、電気振動測定信号からドライブ信号を生成するようになっていてもよいし、また、ドライブ信号を生成するために電気振動測定信号の特性を修正するようになっていてもよい。ドライブ回路１３８は、電気振動測定信号を修正して流体内に所望の合成周波妨害（ｒｅｓｕｌｔａｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）を生成するようになっていてもよい。ドライブ回路１３８は、たとえばセンサヘッド１３０と音叉構造１０４との間の配線の長さを補償するために及び/又は電気振動測定信号の他の損失を補償するために、電気振動測定信号を修正するようになっていてもよい。

図３は、音叉構造１０４の周波数応答曲線を示すグラフである。ドライブ回路１３８は、音叉構造１０４を刺激して所望の１つ以上の振動を引き起こすように構成されてもよい。音叉構造１０４を振動センサと振動ドライバとの間の１つ以上の所望の位相シフトで振動させるように刺激して、図示されている振動応答曲線が生成されてもよい。当該振動応答曲線は、流体を特徴づけするために用いることができる。
２つの点Ａ及びＢは、たとえば、ピークにおける振幅または共振振動周波数の振幅のよりも３ｄＢ（デシベル）下回る−３ｄＢの点である。それに代えて、２つの点及びＢは、たとえば−４５度及び＋４５度の位相オフセットの如き前もって決められている位相オフセットであってもよい。

実施形態によっては、流体の共振周波数がＢ点から求められるようになっている場合もある。共振周波数は、櫛歯要素の総質量と櫛歯要素を取り囲む流体の密度との関数である。従って、流体密度が変わると、総振動質量も変わり、それと共に曲線上のＢ点の周波数も変わる。実施形態によっては、Ｂ点における周波数及びＢ点における波の周期τ_B（ここで、τはほぼτ＝１／ｆである）を求めることにより液体の密度を算出するようになっている場合もある。このＢ点は、流体の密度に比較的影響を受けないと考えられている。それに代えて、振動応答曲線はほぼ対称であると仮定することが可能であり、共振周波数ｆ_０は点Ａと点Ｂとの中間点にあると考えることができる。
グラフのＡ点及びＢ点の波周期（すなわち、波周期τ_Ａ及びτ_Ｂ）を求めることにより、流体の品質係数（Ｑ）を算出することができる。品質係数（Ｑ）は、求められた共振周波数ｆ_０をＡ点とＢ点との間の差または距離で除算したものであってもよい。

品質係数（Ｑ）は、振動システムがそのエネルギーを放出する比率の尺度として定義されてもよい。高いＱは、エネルギー放出比率が小さいことを示している。従って、音叉構造１０４の品質係数（Ｑ）は、櫛歯材料の減衰と周囲の流体の粘度により課される減衰との関数である。従って、流体の粘度が変わると、総減衰力が変わり、それと共に、Ｑ値も変わる。
流体の粘度の値は、Ａ点とＢ点との間の周波数／波周期（τ）の差を流体起因の減衰と関連づけしうる品質係数（Ｑ）から求めることができる。

図４には、本発明のある実施形態にかかる前もって決められている参照温度における流動流体粘度を取得するための振動式センサ５のメータ電子機器２０が示されている。メータ電子機器２０は、振動式センサ５の構成要素であってもよい。それに代えて、メータ電子機器２０は、振動式センサ５と結合されるようになっていてもよいしまたは流量計組立体１０と結合されるようになっていてもよい。
メータ電子機器２０は、インターフェース２０１と、処理システム２０３とを有していてもよい。メータ電子機器２０は、たとえばピックオフセンサ信号／速度センサ信号及び温度信号の如き第一のセンサ信号及び第二のセンサ信号を流量計組立体１０から受け取るようになっていてもよい。メータ電子機器２０は、これらの受信信号を処理して流量計組立体１０を流れる流動物質の流れ特性を取得するようになっている。たとえば、メータ電子機器２０は、センサ信号から位相差、周波数、時間差（Δｔ）、密度、質量流量、体積流量、粘度などのうちの１つ以上を求めることができる。それに加えて、本発明によれば、他の流量特性を求めることもできる。

インターフェース２０１は図１のリード１００を介して速度センサ１０５ａ及び１０５ｂのうちの１つからセンサ信号を受け取る。インターフェース２０１は、任意の書式設定、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調整であっても行なうことができる。それに代えて、信号調節のうちの一部または全部を処理システム２０３において行なうようになっていてもよい。
それに加えて、インターフェース２０１は、たとえば通信路２６を介してメータ電子機器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。インターフェース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もできる。

一実施形態にかかるインターフェース２０１は、センサ信号がアナログセンサ信号であるデジタイザ（図示せず）を有している。デジタイザは、アナログセンサ信号をサンプリングしてデジタル化し、デジタルセンサ信号を生成することができる。また、インターフェース／デジタイザは、必要となる信号処理量を減らして処理時間を短縮するためにデジタルセンサ信号を縮小（ｄｅｃｉｍａｔｅｄ）するあらゆる必要な縮小化を実行することもできる。
処理システム２０３は、メータ電子機器２０の操作を実行して、流量計組立体１０からの流れ測定結果を処理するようになっている。処理システム２０３は、１つ以上の処理ルーチンを実行して流れ測定結果を処理することにより、１つ以上の流れ特性を生成するようになっている。

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、または他のなんらかの汎用のもしくはカスタム化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の間に分散させることができる。処理システム２０３は、格納システム２０４の如きいかなる統合されたまたは独立した電子格納媒体を有していてもよい。
格納システム２０４は、処理システム２０４と結合されていてもよいしまたは処理システム２０３の一部であってもよい。格納システム１０４は、流量計のパラメータ、データ、ソフトウェアルーチン、定数値及び変数値を格納することができる。

格納システム２０４は、処理システム２０３によって実行されるルーチンを格納してもよい。一実施形態では、格納システム２０４は、前もって決められている参照温度における流動流体の粘度を取得するように動作するたとえば温度変換ルーチン２３１を格納するようになっている。いうまでもなく、さらなるルーチンが格納システム２０４に格納されてもよい。
格納システム２０４は、振動式センサ５により生成される測定結果及び他のデータを格納してもよい。格納システム２０４は、流体粘度測定値２１４及び流体温度測定値２１５を格納してもよい。流体粘度測定値２１４及び流体温度測定値２１５がたとえば振動式センサ５により生成されてもよいしまたは取得されてもよい。いうまでもなく、さらなる測定値またはセンサにより生成される値が格納システム２０４に格納されてもよい。

格納システム２０４は、処理／運転に用いられるデータを格納してもよい。一実施形態にかかる格納システム２０４は、速度センサ／ピックオフセンサ１０５ａ、１０５ｂから受け取る２つ以上の振動応答（図示せず）の如き測定信号を格納するようになっている。格納システム２０４は前もって決められている参照温度２１１を格納してもよい。格納システム２０４は、粘度測定値を変換するために用いられうる温度―粘度関係データ２１８の如き温度―粘度関係データ２１８を格納してもよい。

実施形態によっては、温度−粘度関係データ２１８は、前もって決められている範囲の流体温度にわたって粘度と温度とを関連づけするようになっている場合もある。実施形態によっては、温度−粘度関係データ２１８は、前もって決められている範囲の流動流体温度にわたって２つ以上の流動流体について温度と粘度とを関連づけするようになっている場合もある。実施形態によっては、温度−粘度関係データ２１８は多項式からなる場合もある。実施形態によっては、温度−粘度関係データ２１８は前もって決められている多項式次数２２３の多項式からなっている場合もある。実施形態によっては、温度−粘度関係データは関係データ２１８、数学的な式として格納される関係表現である場合もある。実施形態によっては、温度−粘度関係データ２１８は、データ構造として格納される関係表現である場合もある。

格納システム２０４は２つ以上の参照流動流体曲線２２１を格納してもよい。ここで、２つ以上の参照流動流体曲線２２１は、前もって決められている範囲の流動流体温度にわたる２つ以上の流動流体についての温度−粘度関係を反映している。格納システム２０４は前もって決められている多項式次数２２３を格納してもよい。いうまでもなく、さらなる運転データを格納システム２０４に格納してもよい。
格納システム２０４は、処理操作によって生成されるデータを格納してもよい。格納システム２０４は、たとえば温度−粘度関係データ２１８を用いて流体粘度測定値２１４から生成される参照温度粘度２２７を格納してもよい。いうまでもなく、さらなる生成データを格納システム２０４に格納してもよい。

動作時、処理システム２０３は温度変換ルーチン２３１を検索して実行するようになっていてもよい。従って、処理システム２０３は、流体温度測定値２１５を取得し、流体粘度測定値２１４を取得し、流体粘度測定値２１４及び温度−粘度関係データ２１８を用いて参照温度粘度２２７を生成してもよい。ここで、生成される参照温度粘度２２７は前もって決められている参照温度２１１に対応するものである。
それに加えて、実施形態によっては、格納システム２０４は２つ以上の参照流動流体曲線２２１及び前もって決められている多項式次数２２３を格納している場合もある。ここで、処理システム２０３は、前もって決められている多項式次数２２３を取得して、２つ以上の参照流動流体曲線２２１、流体温度測定値２１５、前もって決められている参照温度２１１及び前もって決められている多項式次数２２３から温度―粘度関係データ２１８を作成するように構成されている。

参照温度粘度２２３は格納システム２０４に格納されてもよい。参照温度粘度２２３は格納システム２０４に累積されてもよい。参照温度粘度２２３は、通信路２６を介して外部装置または外部の場所に転送または伝達されてもよい（図１参照）。
従って、振動式センサ５は、多重曲線手法を用いて流体温度測定値ではなく参照温度における流体粘度を算出する単一粘度計であってもよい。メータ電子機器２０は、前もって定められている一組の参照粘度曲線（すなわち、２つ以上の参照流動流体曲線２２１）を保持してもよい。

図５は、本発明のある実施形態にかかる温度−粘度関係データを生成する方法を示すフローチャート５００である。ステップ５０１では、２つ以上の温度−粘度データポイントが個々の流動流体（すなわち、個々の参照流動流体）について取得される。 いうまでもなく、所望ならば、２を超える数の温度−粘度データポイントが用いられてもよい。というのは、データポイントが多ければ多いほど、得られる曲線の正確さまたは精度が向上する可能性があるからである。２つ以上の温度−粘度データポイントは異なる流動流体温度で取得される。好ましくは、２つ以上の温度−粘度データポイントは著しく異なる流動流体温度で取得される。いうまでもなく、これらの参照流体は、実際に運転する際に測定される流動流体と同一である必要はない。

ステップ５０２では、特徴づけ（測定）されないで残っている流動流体が依然として存在するか否かが判断される。温度−粘度関係データを提供するためには、少なくとも２つの流動流体が特徴づけされる。特徴づけされないまま流動流体がまだ残っている場合、当該方法はステップ５０２に戻り、次の流動流体が特徴づけされる。そうでなければ、当該方法はステップ５０４に進む。
ステップ５０３では、２つ以上の参照流動流体に対する温度−粘度データポイントが処理されてそれに対応する２つ以上の参照流動流体曲線が生成される。参照流動流体曲線は各参照流動流体について生成される。通常、より多くの参照流動流体を特徴づけしてより多くの参照流動流体曲線を生成することにより、より良好でかつより正確な結果が得られることになる。

得られる２つ以上の温度−粘度データポイントを用いて各参照流動流体の代表曲線を生成するにあたって、適切な曲線適合技術を用いることができる。各参照流動流体の温度−粘度データポイントに曲線適合技術を適用してそれに対応する参照流動流体曲線を生成するようにしてもよい。このプロセスを各参照流動流体について繰り返して２つ以上の参照流動流体曲線が生成される。
図６は、温度−粘度関係データを生成するために用いられうる複数の参照流動流体曲線を示すグラフである。この例では、６つの参照流動流体に対する参照流動流体曲線が示されている。たとえば、これらの複数の参照流動流体曲線は、たとえば上述のステップ５０１及びステップ５０２の繰り返しによって生成される曲線であってもよい。これらの曲線の各々は、ある温度範囲のわたる個々の流動流体のセンチストークス（ｃＳｔ）単位で表されている粘度値を反映している。グラフ中の温度範囲は摂氏３０〜１００度であるが、いうまでもなく他の温度範囲が用いられてもよい。

図５をさらに参照すると、ステップ５０４では、所望の多項式次数が求められる。ここで、温度−粘度関係データは、温度−粘度関係多項式であることを意図したものである。その次数は、参照流動流体の数Ｎよりも１つ少ない数であってもよい。すなわち多項式の次数は１から（Ｎ−１）の範囲で変わりうる。選択された多項式次数は、後で代表曲線の生成（すなわち温度−粘度関係データの生成）の際に用いるために格納されてもよい。
実施形態によっては、多項式次数は流量計の設計者によって選択されるようになっている場合もある。あるいは他の実施形態では、多項式次数は流量計の技術者またはオペレータによって選択されるようになっている場合もある。この場合、流量計の技術者またはオペレータは適切な選択をするための知識及び/又は経験を持っている必要がある。他の選択肢では、流量計設計者が多項式次数を選択し（すなわち、デフォルト多項式次数）、その次数を流量計技術者または流量計オペレータが振動式センサ５のフィールドの精度または所望の精度に基づいて修正するようにしてもよい。

多項式の次数は、参照として用いられている流動流体の数と関係があってもよいが、多項式次数は必ずしも参照流動流体の数と同一でなくともよい。入力データが正確な場合、適合の次数が高ければ高いほど、通常、生成される参照温度粘度の値の残余誤差はより低いものとなる。
しかしながら、実施形態によっては、データセットが過剰に決定（ｏｖｅｒ−ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ）されている場合もある。過剰に決定されたシステムでは、当該システムは、未知数よりも式の数の方が多い複数の組の式を生成することができる。過剰決定されたシステムの場合、曲線適合プロセスでは、高い次数の曲線適合プロセスの場合に生じる恐れのあるリンギング影響または他の影響（ｒｉｎｇｉｎｇ ｏｒ ｏｔｈｅｒ ａｒｔｉｆａｃｔｓ）を最小限に抑えるために、数学上可能な次元よりも低い次元を用いるようにしてもよい。それに代えてまたはそれに加えて、必要処理時間を短縮するために低い次元を選択するようにしてもよい。

過剰に決定されたシステムの近似解を求めるための標準的なアプローチは最小二乗法を用いることである。最小二乗法の解は、すべての単一の式の結果に生じた誤差を二乗したものの合計を最小限に抑えたものである。
実施形態によっては、流量計の設計者が多項式次数のデフォルト値を設定するようになっている場合もある。それに続く多項式（またはそれと等価なデータ構造）は振動式センサ５内にプログラムとして組み込まれる。しかしながら、実施形態によっては、ユーザは、結果の正確さに基づいて多項式次数のデフォルト値を変更するようになっている場合もある。

図７は、本発明のある実施形態に従って前もって決められている参照温度における流動流体粘度を取得する方法を示すフローチャート７００である。ステップ７０１では、現在の流動流体についての流体温度が測定される。流体温度の測定値は直接測定されてもよいしまたは間接的に取得されてもよい。流体温度測定値は、振動式センサまたは他のセンサのフローチューブまたは他の構造体もしくは構成部品から取得される温度測定値であってもよい。それに代えて、温度測定値は、振動式センサ５の外部の供給源から取得されてもよい。
ステップ７０２では、現在の流動流体についての流体粘度が測定される。上述のように、流体粘度測定値は直接測定されてもよいしまたは間接的に取得されてもよい。流体粘度測定値とは、測定温度における流動流体の粘度の測定値を含む。

粘度測定はいかなる方法で行なわれてもよい。実施形態によっては、粘度測定値は、振動式櫛歯センサまたは振動式導管センサの如き少なくとも振動式センサ５を用いて取得するようになっている場合もある。振動式センサ５は、流動流体粘度を単独で求めることもできるしまたは他の測定デバイス及び他の測定値を併用して流動流体粘度を求めることもできる。
振動式流量計を用いて行なわれる粘度測定は、ヴァン・クレーフらに付与された米国特許第５，６６１，２３２号に開示されており、参照することによりその全体を本明細書に記載加入するものとする。ここでの構成では、２つのコリオリ式質量流量計が流体の流れに対して異なる抵抗を有する２つの異なる流れ部を測定するために用いられる。２つのコリオリ式質量流量計は、２つの異なる流れ部の流速に加えて、２つの質量流量及び２つの密度が測定される。流動流体の粘度は、流動流体の流速、流動流体の質量流量及び流動流体の密度から導出することができるようになっている。

ステップ７０３では、前もって決められている次数の多項式が２つ以上の参照流動流体曲線からなる組から生成される。当該多項式は、サンプルデータに精度よく適合する非線形の式であってもよい。多項式の次元として比較的低い次元が選択される場合でさえ、多項式の生成のために、２つ以上の流動流体曲線からなる組の流動流体曲線がすべて用いられる。得られた多項式が代表曲線である。すなわち代表曲線は温度−粘度関係データである。温度−粘度関係データは、測定温度における粘度を指定された参照温度における粘度と関連づける。
このステップは、前もって決められている参照温度を要求するステップと、呼び戻す（ｒｅｃａｌｌｉｎｇ）ステップ、または他の方法で取得するステップを含んでいてもよい。参照温度は、振動式センサ５またはメータ電子機器２０の中にプログラムされ、格納されているデフォルト温度または標準温度であってもよい。それに代えて、参照温度は、技術者またはオペレータによって振動式センサ５またはメータ電子機器２０の中に入力されてもよい。

温度−粘度関係データは、いかなる適切な関係データであってもよい。温度−粘度関係データは、いかなる適切な形態であってもよい。
実施形態によっては、温度−粘度関係データが多項式である場合もある。その場合、温度測定値及び粘度測定値はこの多項式への入力である。この多項式は、前もって決められている参照温度における参照温度粘度を出力する。
２つ以上の流動流体曲線からなる組から代表曲線を生成するためにいかなる適切な曲線適合技術が用いられてもよい。実施形態によっては、代表曲線を生成するために多項回帰曲線適合技術が用いられる場合もある。

それに代えて、デジタル形式で温度−粘度関係データを保存しかつアクセスすることができるデジタルデータ構造に温度−粘度関係データを変換してもよい。デジタルデータ構造は、コンピュータまたは他のデジタルデバイスに格納することができ、必要な場合にアクセスすることができる。温度−粘度関係データを格納しているデジタルデータ構造は、粘度測定値入力を受け取ることができ、次いで参照温度粘度値を生成して出力することができる。このようなデジタルデータ構造は、たとえば粘度測定値を表に入力しうるまたは参照温度に対する粘度値を表から出力しうる多項式の機能を本質的に重複するものである。

参照温度粘度値出力を生成するためにデジタルデータ構造を用いることは、格納されているデータポイントとデータポイントとの間の内挿を含んでいてもよい。生成される値は、格納されているデータポイントの作用域または範囲に含まれる。また、参照温度粘度出力を生成するためにデジタルデータ構造を用いることは、格納されているデータポイントとデータポイントと間の外挿を含んでいてもよい。生成される値は、格納されているデータポイントの範囲に含まれない、すなわちその範囲を超えるものである。

温度−粘度関係データはいかなる適切な時間に生成されてもよい。温度−粘度関係データの生成は流動流体の状態及び/又は振動式センサの状態に依存しうる。 温度−粘度関係データは必要に応じて生成されるようになっていてもよい。振動式センサは、２つ以上の参照流動流体曲線を処理し、前もって決められている多項式次数を用いて温度−粘度関係データを生成することができる。温度−粘度関係データは、振動式センサの動作よりも前に生成されてもよいし、または温度−粘度関係データの必要性が生じるよりも前に生成されてもよい。温度−粘度関係データは、流体温度測定値が変化する時に生成されるようになっていてもよいし、または流体温度測定値が著しく変化する時（すなわち、流体温度測定値が温度−粘度関係データの計算上の温度測定値から前もって決められている量だけずれている場合）に生成されるようになっていてもよい。それに代えて、代表曲線は、必要に応じて、生成されてもよいし、再生成されてもよいし、または再定義されてもよい。

ステップ７０４では、温度−粘度関係データを用いて参照温度粘度が生成される。温度−粘度関係データに流体粘度測定値が入力され、それにより、参照温度粘度（すなわち、流動流体が参照温度である場合の流動流体の粘度値）が温度−粘度関係データにより生成される。
参照温度における粘度は流動流体の質を判断するのに有益な場合がある。また、参照温度における粘度は流動流体の純度を判断するのに有益の場合がある。

図８には、２つの異なる温度における粘度曲線適合の一例が示されている。垂直軸は、摂氏８０度の流体温度における流体の粘度をセンチストーク（ｃｅｎｔｉＳｔｏｋｅｓ）単位で表している。また、水平軸は、摂氏５０度の流体温度における流体の粘度をセンチストーク（ｃｅｎｔｉＳｔｏｋｅｓ）単位で表している。
この例では、プロセス温度測定値が５０度であり、粘度の算出が望まれる所望参照温度が８０度である（すなわち前もって決められている参照温度が摂氏８０度である）。

参照流体１〜６の粘度を分析することによって、データに最良に適合しうるのが３次式であることが見出された（すなわち、前もって決められている多項式次数は３となる）。
ｙ＝ａ_３ｘ^３＋ａ_２ｘ^２＋ａ_１ｘ＋ａ_０ （１）
この例では、ｘ項は入力値、すなわち摂氏５０度における粘度測定値である。それに対して、ｙ項は、出力値であり、摂氏８０度の参照温度における参照温度粘度である。ｙ項は、参照温度粘度を生成するために上記の式を用いて解が求められる未知数である。この例では、ａ_０項は＋６．０８６３であり、ａ_１項は＋０．２３０７であり、ａ_２項は−０．０００２であり、ａ_３項は＋７Ｅ−０８である。

動作時、プロセスは、振動式センサから粘度を示す信号を受け取る。次いで、これらの信号は従来方法でプロセス流体の粘度を算出するために用いられる。次いで、測定温度において算出された粘度は、ｘ項として式（１）の中に挿入される。式（１）は流体温度測定値を前もって決められている参照温度に関連づけするために生成されている。摂氏８０度の所望の参照温度における粘度値であるｙ項について式（１）の解が求められる。
所望ならば、本発明に従って前もって決められている参照温度における流動流体粘度を取得するためのメータ電子機器及び方法は、複数の利点を提供するために上述の実施形態のうちのいずれの実施形態で用いられてもよい。

有利なことには、複数の温度における粘度を測定するのに１つの粘度計のみが必要となる。単一の粘度計の使用により設置が容易となる。単一の粘度計はより迅速な測定応答を可能にする。単一の粘度計は、流体粘度の測定の適用可能範囲がより広くなる。
有利なことには、プロセス流体の粘度範囲または特性に関する当該方法の用途について制限は特にない。さらに詳細にいえば、当該メータ電子機器及び当該方法は、ＡＳＴＭ規格が多くの制約を有する石油または液化炭化水素の混合物に加えて複数の流体を含むことが可能である。

有利なことには、粘度計算は他のシステムより正確である。非線形方程式は、より正確にサンプルデータに適合し、他の温度における粘度を求めるのに用いられる。
参照温度における粘度測定の結果は、バッチ毎に流体特性が変わってしまう場合であっても、それらの流体特性のより正確な測定を提供することが可能である。参照温度における粘度測定の結果は、周囲の温度に依存しない粘度値を提供することが可能である。また、参照温度における粘度測定の結果は、実質的に標準化された粘度値を提供することが可能である。

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。さらに正確にいえば、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に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及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、本発明の技術及び教示の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。従って、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲により決定されるべきものである。

Claims (16)

1. 前もって決められている参照温度における流動流体粘度を取得するためのメータ電子機器（２０）であって、
   流量計組立体(１０)から信号を受信するように構成されるインターフェース（２０１）と、
   前もって決められている参照温度（２１１）、流体粘度測定値（２１４）、流体温度測定値（２１５）、及び温度−粘度関係データ（２１８）を格納するように構成される格納システム（２０４）であって、該温度−粘度関係データ（２１８）は流体温度測定値（２１５）における流体粘度測定値（２１４）を指定された参照温度（２１１）における参照温度粘度（２２７）に関連づけするようになっている格納システム（２０４）と、
   前記インターフェース（２０１）及び前記格納システム（２０４）と結合される処理システム（２０３）とを備えており、
   前記処理システム（２０３）が、前記流体温度測定値(２１５)を取得し、前記流体粘度測定値（２１４）を取得し、前記流体粘度測定値(２１４)及び前記温度−粘度関係データ（２１８）を用いて前記参照温度粘度（２２７）を生成するように構成されており、生成された前記参照温度粘度（２２７）が前記前もって決められている参照温度（２１１）に対応してなり、
   前記処理システム（２０３）が２つ以上の参照流動流体曲線（２２１）、前記流体温度測定値（２１５）、前記前もって決められている参照温度（２１１）から、前記温度−粘度関係データ（２１８）を作成するように構成されてなり、
   前記参照流動流体曲線（２２１）は２つ以上の流動流体についての温度-粘度関係を反映している、メータ電子機器（２０）。
2. 前記温度−粘度関係データ（２１８）が、前もって決められている範囲の流動流体温度にわたって２つ以上の流動流体について温度を粘度に関連づけするように構成されてなる、請求項１に記載のメータ電子機器（２０）。
3. 前記流体粘度測定値（２１４）及び前記流体温度測定値（２１５）のうちの一方または両方が振動式センサ（５）を用いて取得されるように構成されてなる、請求項１に記載のメータ電子機器（２０）。
4. 前記温度−粘度関係データ（２１８）が多項式である、請求項１に記載のメータ電子機器（２０）。
5. 前記温度−粘度関係データ（２１８）が、数式として格納される関係表現である、請求項１に記載のメータ電子機器（２０）。
6. 前記温度−粘度関係データ（２１８）が、データ構造として格納される関係表現である、請求項１に記載のメータ電子機器（２０）。
7. 前記格納システム（２０４）が２つ以上の参照流動流体曲線（２２１）及び前もって決められている多項式次数（２２３）を格納しており、前記処理システム（２０３）が 前記前もって決められている多項式次数（２２３）を取得し、前記前もって決められている多項式次数（２２３）から前記温度−粘度関係データ（２１８）を作成するように構成されてなる、請求項１に記載のメータ電子機器（２０）。
8. 前もって決められている参照温度における流動流体粘度を取得する方法であって、
   流体温度測定値を取得するステップと、
   流体粘度測定値を取得するステップと、
   前記流体粘度測定値を用いて、参照温度粘度と、温度−粘度関係データとを生成するステップであって、該温度−粘度関係データは流体温度測定値における流体粘度測定値を指定された参照温度における参照温度粘度に関連づけするようになっているステップと、を含んでおり、
   生成された前記参照温度粘度が前記前もって決められている参照温度に対応しており、
   前記温度−粘度関係データは、２つ以上の流動流体曲線、取得された前記流体温度測定値及び前記前もって決められている参照温度から作成され、前記流動流体曲線は２つ以上の流動流体についての温度-粘度関係を反映している方法。
9. 前記温度−粘度関係データは、前もって決められている範囲の流動流体温度にわたって２つ以上の流動流体について温度を粘度に関連付けられている、請求項８に記載の方法。
10. 前記流体粘度測定値及び前記流体温度測定値のうちの一方または両方が振動式センサを用いて取得される、請求項８に記載の方法。
11. 前記温度−粘度関係データが多項式である、請求項８に記載の方法。
12. 前記温度−粘度関係データが数式として格納される関係表現である、請求項８に記載の方法。
13. 前記温度−粘度関係データがデータ構造として格納される関係表現である、請求項８に記載の方法。
14. 前記温度−粘度関係データが、曲線適合法を用いて２つ以上の参照流動流体曲線から生成される、請求項８に記載の方法。
15. 用いられる前もって決められている多項式次数を取得する予備ステップと、
    前記前もって決められている多項式次数から前記温度−粘度関係データを作成する予備ステップと
    をさらに有する、請求項８に記載の方法。
16. ２つ以上の温度で流動流体の粘度を測定して該流動流体について２つ以上の温度−粘度データポイントを作成する予備ステップと、
    ２つ以上の流動流体を処理し、該２つ以上の流動流体ついて複数の温度−粘度データポイントを累積し、２つ以上の流動流体曲線を作成する予備ステップと、
    をさらに有する、請求項８に記載の方法。

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