JP6407426B2 - 可変ゼロアルゴリズムを振動式流量計に適用する装置及び関連する方法 - Google Patents

可変ゼロアルゴリズムを振動式流量計に適用する装置及び関連する方法 Download PDF

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Description

本発明は、流量計に関するものであり、特に可変動作条件下において可変ゼロアルゴリズムを振動式流量計に決定し適用する方法及び装置に関する。
例えば、振動式デンシトメーター及びコリオリ式流量計の如き振動式センサが、一般的に知られており、流量計の導管を流れる物質の質量流量及び他の情報を測定するために用いられている。コリオリ式流量計の代表例が、Ｊ．Ｅ．スミスらに発行されている米国特許第４，１０９，５２４号、米国特許第４，４９１，０２５号及び再発行特許第３１，４５０号に開示されている。これらの流量計は、直線構造または曲線構造を有している１つ以上の導管を備えている。コリオリ式質量流量計の各導管構造は、単純曲げモード、ねじれモードまたは結合タイプでありうる一組の固有振動モードを有している。各導管を好ましいモードで振動させることができる。
流量計の入口側にて接続されたパイプラインから流量計内への物質流れは、導管を通って向けられ、流量計の出口側を通って流量計を出る。振動システムの固有振動モードは部分的に、導管の質量及び導管内を流れる物質の組合わせ質量によって規定される。
流量計に何も流れていないとき、振動力が導管に加えられると、導管に沿った全ての部位が、同一位相で振動するか、または、小さな「ゼロオフセット」で振動し、該ゼロオフセットはゼロ流量で測定される時間遅れである。流量計に物質が流れ始めると、コリオリ力により、導管に沿った各部位が異なる位相を有する。例えば、流量計の入口端部での位相は中央のドライバの位置の位相より遅れ、然るに流出口で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は導管の運動を表す正弦波信号を発生する。ピックオフから出力される信号は処理されてピックオフ間の時間遅れを決定する。２つ以上のピックオフ間の時間遅れは、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電子機器は、ドライブ信号を出力してドライバを動作させ、ピックオフから受信する信号から物質の質量流量及び他の特性を決定する。ドライバは、複数の周知の構成のうちの１つの構成を有しうる。しかし、流量計の産業界において、磁石及びそれに対向するドライブコイルは非常に成功している。交流が、ドライブコイルに流され、所望の流れチューブの振幅及び振動数で導管を振動させる。また当該技術分野において、ドライバの構成と極めて同じようにマグネットとコイルとが配置されたピックオフを提供することが知られている。しかし、ドライバが動作を誘発する電流を受け取り、ピックオフがドライバにより提供される運動を用いて電圧を誘発させることができる。ピックオフにより測定される時間遅れの大きさは非常に小さく、ナノセカンド単位で測られることが多い。従って、トランスデューサの出力が非常に正確であることが必要となる。
一般的にコリオリ式流量計は最初に較正され、セロオフセットとともに流れ較正因子が生成される。使用時に流れ較正係数(FCF)はピックオフによって測定される時間遅れ(ΔＴ)からセロオフセット(ΔＴ０)を減じたものに乗算されて、質量流量が生成される。そのような質量流量較正は２つの較正定数によって表され、それらは直線ラインの傾斜(FCF)及び切片(ゼロオフセット)に等しい。流れ較正係数(FCF)とゼロオフセット(ΔＴ０)を用いる質量流量の方程式の例は式(１)にて記載される。
Figure 0006407426
 ここで、
Figure 0006407426
 ＝質量流量、
FCF＝流れ較正係数、
ΔＴｍｅａｓｕｒｅｄ＝測定された時間遅れ
ΔＴ０＝最初のゼロオフセットである。
多くの状況において、流量計は製造業者によって一般的に最初に較正され、その後の較正を必要とせずに正確な測定ができることが想定される。限られた環境下では、最初に決定されたゼロオフセットは測定を適切に修正するが、動作条件の大きさがゼロオフセットに影響する。そのような動作条件は、圧力、流体密度、センサ取付け条件等を含む。流量計を較正する１つの従来技術のアプローチは、ユーザが流量計への流れを止めて、プロセス条件にて流量計にゼロ流量基準を与え、該地点でユーザがゼロ較正ルーチンを開始し、メータ電子機器によって用いられるゼロオフセットを規定する。これは「押しボタンゼロ」と言及される。ここで、流量計は２つの地点で較正され、それはフルスケールの０％と１００％であり、０％の値は押しボタンゼロ手順にて設定される。しかし、押しボタンゼロのアプローチを用いることは、幾つかの流量計にて非線形との結果になる。押しボタンゼロのアプローチは、低い流量にて１％の高いエラーに帰結し、これは受け入れがたいほど高い。
コリオリ式流量計が低い流量におけるエラーを引き起こす小さな非線形性を有するから、押しボタンゼロのアプローチは、常に最適な較正解決法ではない。しかし、「２レートのゼロ」を用いる傾斜及び切片定数を注意深く調整することは、通常は±０.１０％より良い較正データに帰結する。２レートのゼロ較正は０％より大きく、一般的には１０％より大きく、より高い流速地点とともに一般的には１００％の流れを用いて、２つの定数、傾斜と切片を確立する。不利なことに、２レートのゼロ較正方法は、流れの無い条件ではゼロでない流れの表示に帰結し、これはしばしば製品のゼロ安定値仕様から外れる。従って、全ての状況において、何れの較正方法も理想的ではない。
従って、２レートのゼロ較正が実行され、その一方、標準的な押しボタンゼロ化をも実行することが出来る装置及び方法に対するニーズが存在する。
本発明は、上記の困難性及び他の問題を克服し、当該技術分野における進歩が達成される。
流量計を作動させる方法が、一実施形態に従って提供される。実施形態は、流量計の流体流れを測定するステップと、少なくとも１つの流体特性を決定するステップと、流体流れと少なくとも１つの流体特性に基づいて、複数のアルゴリズムの好ましいアルゴリズムを決定するステップと、好ましいアルゴリズムを動作ルーチンに適用して質量流量を決定するステップを備える。
一実施形態に従って、流量を測定し、内部の流体密度を測定するように構成された流量計が提供される。実施形態は、処理システム及び格納システムを有するメータ電子機器を備える。流量計の導管に固定され、メータ電子機器に繋がった複数のピックオフも提供される。更に、ドライバが流量計の導管に固定されて、メータ電子機器に繋がり、該メータ電子機器はセンサ組立体内のプロセス流体の流体流れを測定し、プロセス流体の少なくとも１つの流体特性を決定するように構成されている。最後に、メータ電子機器は、流体流れと少なくとも１つの流体特性に基づいて、複数のアルゴリズムの好ましいアルゴリズムを決定し、該好ましいアルゴリズムを動作ルーチンに適用するように構成されている。
態様
一態様に従って、流量計を作動させる方法が提供される。態様は、流量計内にて流体流れを測定するステップと、少なくとも１つの流体特性を決定するステップと、流体流れ及び少なくとも１つの流体特性に基づいて複数のアルゴリズムの好ましいアルゴリズムを決定するステップと、好ましいアルゴリズムを作動ルーチンに適用して、質量流量を決定するステップを備える。
少なくとも１つの流体特性を決定するステップは、流体密度を決定するステップを含むのが好ましい。
流体密度を決定するステップは、流体密度を測定するステップと、流体密度が所定の閾値以下であるかを決定するステップと、流体密度が所定の閾値より上であるかを決定するステップとを含むのが好ましい。
所定の閾値は、800kg/m３であるのが好ましい。
少なくとも１つの流体特性を決定するステップは、流体温度を決定するステップを含むのが好ましい。
方法は、較正後補正が存在するかを決定するステップを含むのが好ましい。
複数のアルゴリズムは、少なくとも第１のアルゴリズムと第２のアルゴリズムを備え、第１のアルゴリズムはゼロ流量において較正する、所謂押しボタンゼロルーチンを含み、第２のアルゴリズムは２レートのゼロルーチンを含むのが好ましい。
質量流量は、以下の方程式を用いて決定されるのが好ましい。
Figure 0006407426
 ここで、
Figure 0006407426
 は質量流量、
FCFは流れ較正係数、
ΔＴｍｅａｓｕｒｅｄは、測定された時間遅延、
ΔＴ０は、初期のゼロオフセットである。
ここで、押しボタンゼロルーチンは、流量計への流れを止めることによって、初期のゼロオフセットを規定し、ゼロ流量状態を付与するステップと、初期のゼロオフセットを、ゼロ流量状態時に測定される流量として規定するステップを含む。
質量流量は、以下の方程式を用いて決定され、
Figure 0006407426
 ここで、
Figure 0006407426
 は質量流量、
FCFは流れ較正係数、
ΔＴｍｅａｓｕｒｅｄは、測定された時間遅延、
ΔＴ０は、初期のゼロオフセット、
ΔＴ０３は２レートのオフセットである。
２レートのゼロルーチンは、ゼロオフセットから２レートの時間遅延を減じることによって２レートのオフセットを規定するステップを備え、２レートの時間遅延はゼロでない流量状態時に測定される時間遅延である。
好ましいアルゴリズムは、流量計内の流体流れが低流量のカットオフ値未満の場合には、第１のアルゴリズムであるのが好ましい。
低流量のカットオフ値は40nsと1000nsの間の時間遅延から算出された流量であるのが好ましい。
低流量のカットオフ値は、低流量のカットオフ値を指示するユーザの入力を含むのが好ましい。
好ましいアルゴリズムは、流量計内の流体密度が所定の閾値以下の場合には、第１のアルゴリズムであるのが好ましい。
好ましいアルゴリズムは、較正後補正が存在する場合に、第１のアルゴリズムであるのが好ましい。
好ましいアルゴリズムは、流量計内の流体流れが低流量のカットオフ値以上であり、流量計内の流体密度が所定の閾値以上であり、較正後補正が存在しない場合には、第２のアルゴリズムであるのが好ましい。
一態様に従って、内部の流体の流量及び密度を測定するように構成された流量計が提供される。態様は、処理システムと格納システムを備えたメータ電子機器と、流量計の導管に固定されてメータ電子機器と繋がった複数のピックオフと、流量計の導管に固定されてメータ電子機器と繋がったドライバとを備え、メータ電子機器はセンサ組立体内のプロセス流体の流体流れを測定し、プロセス流体の少なくとも１つの流体特性を決定するように構成され、メータ電子機器は流体流れ及び少なくとも１つの流体特性に基づいて複数のアルゴリズムの好ましいアルゴリズムを決定し、好ましいアルゴリズムを作動ルーチンに適用するように構成されている。
少なくとも１つの流体特性は、流体の相状態を含むのが好ましい。
少なくとも１つの流体特性は、流体密度を含み、メータ電子機器は密度が所定の閾値以下であれば流体がガスであると判定し、密度が所定の閾値より上であれば流体が液体であると判定するように構成されているのが好ましい。
所定の閾値は、800kg/m３であるのが好ましい。
複数のアルゴリズムは、少なくとも第１のアルゴリズムと第２のアルゴリズムを備え、第１のアルゴリズムは押しボタンゼロルーチンを含み、第２のアルゴリズムは２レートのゼロルーチンを含むのが好ましい。
質量流量アルゴリズムは、以下の方程式を備えるのが好ましい。
Figure 0006407426
 ここで、
Figure 0006407426
 は質量流量、
FCFは流れ較正係数、
ΔＴｍｅａｓｕｒｅｄは、測定された時間遅延、
ΔＴ０は、初期のゼロオフセットである。
押しボタンゼロルーチンは、流量計がゼロ流量状態を被っている間に測定される時間遅延として初期のゼロオフセットを規定することを含む。
質量流量アルゴリズムは、以下の方程式を備えるのが好ましい。
Figure 0006407426
 ここで、
Figure 0006407426
 は質量流量、
FCFは流れ較正係数、
ΔＴｍｅａｓｕｒｅｄは、測定された時間遅延、
ΔＴ０は、初期のゼロオフセット、
ΔＴ０３は２レートのオフセットである。
２レートのゼロルーチンは、ゼロオフセットから２レートの時間遅延を減じることによって２レートのオフセットを規定することを備え、２レートの時間遅延はゼロでない流量状態時に測定される時間遅延である。
好ましいアルゴリズムは、流量計内の流体流れが低流量のカットオフ値未満の場合に第１のアルゴリズムを含むのが好ましい。
低流量のカットオフ値は40nsと1000nsの間の時間遅延から算出された流量であるのが好ましい。
低流量のカットオフ値は低流量のカットオフ値を指示するユーザの入力を含むのが好ましい。
好ましいアルゴリズムは、流量計内の流体がガスである場合は、第１のアルゴリズムであるのが好ましい。
好ましいアルゴリズムは、較正後補正が存在する場合は、第１のアルゴリズムであるのが好ましい。
好ましいアルゴリズムは、流量計内の流体流れが低流量のカットオフ値以上であり、流量計内の流体が液体であり、較正後補正が存在しない場合には、第２のアルゴリズムであるのが好ましい。
本発明の実施形態に従った振動式センサ組立体を示す。 本発明の実施形態に従ったメータ電子機器を示す。 本発明の実施形態に従った較正ルーチンの一部を記載したフローチャートである。 本発明の実施形態に従った最初の流量計セットアップを記載したフローチャートである。
図１-図４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。当業者は、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、下記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もできることを理解するだろう。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他の均等物によってのみ限定される。
図１には、センサ組立体１０と１つ以上のメータ電子機器２０とを備えるコリオリ式流量計の形態をとる流量計５の一例が示されている。１つ以上のメータ電子機器２０は、センサ組立体１０に接続され、例えば密度、質量流量、体積流量、総合質量流量、温度及び他の情報の如き流動物質の特性を測定する。
センサ組立体１０は、１対のフランジ１０１、１０１’と、１対のマニホールド１０２、１０２’と、１対の導管１０３A、１０３Bとを有している。マニホールド１０２、１０２’は、導管１０３A、１０３Bの両端に固定されている。本実施形態にかかるフランジ１０１、１０１’はマニホールド１０２、１０２’に固定されている。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の両端に固定されている。本実施形態ではスペーサ１０６は、マニホールド１０２とマニホールド１０２’との間の間隔を維持して導管１０３A、１０３Bの不要な振動を回避するようになっている。導管１０３A、１０３Bは、マニホールドから外側に向けてほぼ並列に延出している。流動物質を運ぶパイプラインシステム（図示せず）の中にセンサ組立体１０が挿入されると、物質がフランジ１０１を通ってセンサ組立体１０の中へ流入し、流入口マニホールド１０２を通り、ここで物質の全量が導管１０３A及び１０３Bに入るように向けられ、導管１０３A及び１０３Bを流れ、流出口マニホールド１０２’へ戻り、ここでフランジ１０１’を通ってセンサ組立体１０の外へと流出する。
センサ組立体１０はドライバ１０４を有していてもよい。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。更に具体的にいえば、ドライバ１０４は、導管１０３Aに固定される第１のドライブコンポーネント（図示せず）と、導管１０３Bに固定される第２のドライブコンポーネント（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その反対側にあるコイルが導管１０３Bに取り付けられる構成のような複数の周知の構成のうちの１つの構成を有していてもよい。
本実施形態では、ドライブモードは第１の逆位相(不一致位相)曲げモードである。導管１０３A、１０３Bは、それぞれ、曲げ軸線Ｗ−Ｗ及びＷ’−Ｗ’に対して実質的に同一の質量分布、慣性モーメント及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ように、選択され、流入口マニホールド１０２及び流出口マニホールド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１の逆位相曲げモードである本実施形態では、導管１０３A及び導管１０３Bは、それぞれの対応する曲げ軸線Ｗ及び曲げ軸線Ｗ’を中心として、互に逆方向に向けてドライバ１０４によって駆動される。交流の形態を有するドライブ信号が、例えばリード１１０を介して１つ以上のメータ電子機器２０によって付与され、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。当該技術分野の専門家は、本発明の範囲内にて、他のドライブモードが用いられることを理解するだろう。
図示されているセンサ組立体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。特に、第１のピックオフ要素(図示せず)が導管１０３A上に位置し、第２のピックオフ要素(図示せず)が導管１０３B上に位置している。図示されている実施形態では、ピックオフ１０５、１０５’は電磁検出器、例えば導管１０３A、１０３Bの速度及び位置を表わすピックオフ信号を生成するピックオフ磁石とピックオフコイルとであってもよい。例えば、ピックオフ１０５、１０５’は、経路１１１、１１１’を通じて１つ以上のメータ電子機器へピックオフ信号を送信するようになっていてもよい。当業者は、導管１０３A、１０３Bの動きは、流動物質のなんらかの特性、例えば導管１０３A、１０３Bを流れる物質の質量流量及び密度に比例していることを理解するだろう。
上述のセンサ組立体１０がデュアル(２重)フロー導管型の流量計で構成されているが、シングル(単一)導管型の流量計で構成することも本発明の範囲に含まれていることは理解されるべきである。さらに、フロー導管１０３A、１０３Bが湾曲したフロー導管構造で構成されることが示されているが、本発明が真っ直ぐなフロー導管構造で構成されていてもよい。従って、センサ組立体１０の特定の実施形態は、一例に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
図１に示されている実施形態では、１つ以上のメータ電子機器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がオペレータと通信することを可能とする入力手段及び出力手段を提供する。１つ以上のメータ電子機器２０は、例えば位相差、周波数、時間遅延、密度、質量流量、体積流量、総合質量流量、温度、メーター検証、及び他の情報の如き流動物質の特性を測定する。さらに具体的にいえば、１つ以上のメータ電子機器２０は、ピックオフ１０５、１０５’及び１つ以上の抵抗型温度素子(ＲＴＤ)の如き温度センサ(図示せず)から例えば１つ以上の信号を受け取り、この情報を用いて流動物質の特性を測定する。
例えば、コリオリ流量計又はデンシトメータのような振動式センサ組立体によって流動物質の特性を測定する技術は、良く理解されており、詳細な記載は記載の簡潔化の為に省略する。
上記で簡単に説明したように、コリオリ流量計などのセンサ組立体に関連する１つの課題は、ゼロオフセットの存在であり、これはゼロ流体流れにおけるピックオフ１０５、１０５'の測定時間遅延である。流量及び様々な他の流量測定値を計算する際にゼロオフセットが考慮されていない場合、流量測定は通常誤差を含む。上述したように、ゼロオフセットを補償するための従来技術の典型的なアプローチは、初期較正プロセス中の初期ゼロオフセット(Δt０)を測定することであり、通常はバルブを閉じてゼロ流量基準条件を提供する。そのような較正プロセスは、当該技術分野で一般的に知られており、説明を簡潔にするために詳細な説明は省略する。一旦、初期ゼロオフセットが決定されると、方程式(１)に従って測定された時間差から初期ゼロオフセットを減算することによって、流量測定が流量計の動作中に補正される。方程式(１)は単なる例として提供され、他の方法及び/又は方程式が考えられるので、本発明の範囲を決して限定するものではないことは理解されるべきである。方程式(１)が質量流量を計算するために提供されているが、様々な他の流量測定値がゼロオフセットの影響を受け、従って、修正され得ることも理解されたい。このアプローチは、動作条件が初期較正及びゼロオフセット(Δt０)の決定中に存在するものと実質的に同じである状況において、十分な再測定を提供することができる。しかし、多くの状況において、使用中の動作条件は、較正中に存在する動作条件とは実質的に異なる。
従来から、流量計のユーザは、ゼロ流量でゼロ読み取り値をチェックし、必要であれば再度ゼロ値をチェックすることが推奨されている。しかしながら、ユーザがこの手順を実行する場合、メータをゼロにすることは、用いられ得る２レートゼロ較正を否定する。２レートゼロ較正方法を利用し、必要に応じてユーザが再度のゼロを可能にするために、本発明の実施形態は、質量流量計のメータ電子機器にロジックを提供する。従来技術の装置では、作動流体(例えば気体対液体)または動作範囲(低流量対高流量)に関わらず質量流量が報告される。実施形態では、より洗練された決定ベースのモデルを採用することにより、正確な流量計の性能が実現されると同時に、流量計の標準的なゼロ化が可能になる。これにより、正確な低流量を提供しながら、流れの無いゼロレートを正確に報告する流量計の出力が得られる。
図２は、本発明の実施形態に従ったメータ電子機器２０を示す。メータ電子機器２０は、インターフェイス３０１と処理システム３０３を含む。処理システム３０３は、格納システム３０４を含むことができる。格納システム３０４は、内部メモリを含むことができ、及び/又は外部メモリを含むことができる。メータ電子機器２０は、駆動信号３１１を生成し、該駆動信号３１１をドライバ１０４に供給する。更に、メータ電子機器２０は、ピックオフ/速度センサ信号、ひずみ信号、光学的信号、または当該技術分野で知られている他の信号であるピックオフ１０５、１０５'からのセンサ信号３１０を受信することができる。幾つかの実施形態では、センサ信号３１０は、ドライバ１０４から受信することができる。メータ電子機器２０は、デンシトメータとして動作することができ、またはコリオリ流量計として動作することを含む質量流量計として動作することができる。メータ電子機器２０は、他のタイプの振動センサ組立体としても動作してもよく、付与された特定の例は、本発明の範囲を限定するものではないことは理解されるべきである。メータ電子機器２０は、フロー導管１０３A、１０３Bを流れる材料の流量特性を得るためにセンサ信号３１０を処理する。いくつかの実施形態では、メータ電子機器２０は、例えば、1つまたは複数の抵抗温度検出器(RTD)センサまたは他の温度センサ１０７から温度信号３１２を受信する。
インターフェイス３０１は、リード１１０、１１１、１１１'を介してドライバ１０４又はピックオフ１０５、１０５'からセンサ信号３１０を受信することができる。インターフェイス３０１は、任意のフォーマット、増幅、バッファリングなどの任意の必要な又は所望の信号調整を行うことができる。或いは、信号調整の一部又は全部を処理システム３０３で実行することができる。更にインターフェイス３０１はメータ電子機器２０と外部デバイスとの間の通信を可能にする。インターフェイス３０１は、任意の形式の電子的、光学的、または無線通信が可能である。
一実施形態にて、インターフェイス３０１は、デジタイザ３０２を含み、該デジタイザではセンサ信号がアナログセンサ信号である。デジタイザ３０２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、デジタル化されたセンサ信号を発生させることができる。デジタイザ３０２はまた、いかなる必要なデシメーションを実行することもでき、デジタルセンサ信号は、間引き(decimated)されて、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。
処理システム３０３は、メータ電子機器２０の動作を実行することができ、また、センサ組立体１０からの流れ測定値を処理することができる。処理システム３０３は、一般作動ルーチン(general operation routine）３１４、較正ルーチン３１６の如き１つ以上の処理ルーチンを実行することができ、それによって入力を処理して、広範な種々の条件下で正確な１以上の流れ測定値を生成することが出来る。
較正ルーチン３１６の一実施形態の概要の一例として、システムは、流れのない状態で工場のゼロ値(factory zero value)で較正されてもよい。ユーザはいつでも、追加的に及び付随的に、押しボタンゼロを実行することができる。これらの様々なゼロ値は、格納システム３０４に記憶される。作動ルーチン３１４の一部として、メータ電子機器２０は、プロセス材料の流量、プロセス材料の密度などのプロセス機能に関連する値を生成し、格納することができる。これに限定されるものではないが、例えば、較正後補正などの任意のユーザ指定の設定も含む。
メータ電子機器２０の入力/測定値、保存された値/定数、ユーザの設定、保存されたテーブル等は較正ルーチン３１６に用いられる。較正ルーチン３１６は、流量計５の状態を監視し、その状態に最も適切であると見なされる較正アルゴリズムを適用する。条件には、ユーザーの入力条件が含まれるが、これに限定されない。条件はまた、温度、流体密度、流量、流量計の仕様、粘度、レイノルズ数、較正後の補正などの任意の組み合わせを含むことができる。較正ルーチン３１６の一部として適用される幾つものアルゴリズムがある。一実施形態にて、第１のアルゴリズムは押しボタンゼロを含み、第２のアルゴリズムは２レートゼロ較正を含む。これらはアルゴリズムの単なる例であり、他のアルゴリズムも考えられる。この例では、２つのアルゴリズムが想定されているが、異なるアルゴリズムのルックアップテーブルが考えられ、必要に応じて条件に基づいて最も適切なアルゴリズムが適用される。さらに、異なるアルゴリズムの他に、例えば、流れ較正係数(FCF)などの様々な定数を、動作条件又はユーザの好みに基づいて、選択されたアルゴリズムに適用することができるが、これらに限定されない。
処理システム３０３は、汎用コンピュータ、マイクロプロセッシングシステム、論理回路、または、他のなんらかの汎用目的のもしくはカスタム化された処理デバイスを備えることができる。処理システム３０３は複数の処理デバイスに分散させることができる。処理システム３０３は、格納システム３０４のようないかなる一体化されたまたは独立した電子格納媒体を含んでもよい。
処理システム３０３は、とりわく駆動信号を生成するためにセンサ信号３１０を処理する。駆動信号は、リード１１０を介してドライバ１０４へ送られ、図１の導管１０３A、１０３Bの如き関連するフローチューブを振動させる。
メータ電子機器２０は、当該技術分野において一般的に知られているさまざまな他の構成要素及び機能を有していてもよいことは理解されるべきである。簡潔化の目的から、これらさらなる特徴は明細書及び図面では省略されている。従って、本発明は、示されまたは説明されている特定の実施形態に限定されるべきではない。
図３は一実施形態に従った、作動ルーチン３１４の一部の実施形態を示すフローチャートである。作動ルーチン３１４のこの部分は質量流量を決定するのに、どのゼロルーチンが用いられるかを決定することを補助する。ステップ３００において、フロー導管１０３A、１０３B内の流体の流量が測定される。流量が、ステップ３０５で決定される低流量のカットオフ値である場合には、ステップ３１０において、ゼロ流れ条件が想定される。これが当てはまる場合、ステップ３１５において、第１のアルゴリズムが適用される。この低流量カットオフ値以下の流量は、メータ電子機器２０によってゼロ流れ条件として処理される。
例えば、ある実施形態では、低流量のカットオフ値が1μsと定義され、流量が1μs以下である場合、ゼロ流れ条件が想定される。さらに別の実施形態では、低流量のカットオフ値は、最大流れのパーセンテージとして定義することができる。さらに別の実施形態では、ユーザは、流量計にゼロ流量基準を提供するために流量計５への流量を停止することができ、その時点で、ユーザは、前記のように単に「押しボタンゼロ」であるゼロ較正ルーチンを開始する。
流体が流量計５を通って流れると判定された場合、ステップ３０５はステップ３２０に進み、流体が密度カットオフ値を上回るか下回るかが判定される。流体が密度カットオフ値よりも低いと判定された場合、第１のアルゴリズムがステップ３２５で適用される。一方、流体が密度カットオフ値よりも大きいと判定された場合、ステップ３２０はステップ３３０に進む。一実施形態では、密度カットオフ値は800kg/m３である。これは一例に過ぎず、カットオフ値は800kg/m３よりも大きくても小さくてもよい。一実施形態では、ユーザは流体密度を入力することができる。別の実施形態では、流体の温度が測定され、所定の密度カットオフが、測定された温度に基づいてより高くまたはより低く調整される。さらに別の実施形態では、流体の圧力が測定され、所定の密度カットオフ値が、測定された圧力に基づいてより高くまたはより低く調整される。メータ電子機器２０を備えたルックアップテーブルは、プロセス条件に基づいて較正ルーチン３１６に適切な密度カットオフ閾値が適用されるように、温度、圧力及び密度値を格納することができる。
ステップ３３０にて、較正後補正が流量計の計算に適用されるかどうかが任意に決定される。例えば、より高密度の流体は、作動ルーチン３１４中に加えられる更なる補償係数を必要とすることがあるが、これに限定されない。別の実施形態では、較正後補正は代替のFCFを含む。すべての較正補償アルゴリズムが、特定の較正後補正と対になって正確な結果をもたらすわけではないので、これを考慮に入れることが有利である。例えば、高密度のプロセス流体の流れを被る流量計は、V/p補正アルゴリズムが適用される場合、より正確な流量をもたらすことができる。ステップ３１５、３２５、３３５又は３４０のように適切なアルゴリズムが一旦、作動ルーチン３１４に適用されると、ステップ３４５で質量流量が計算される。
図４は、流量計５の初期設定の一実施形態を説明するフローチャートを示す。本発明の一実施形態によれば、ゼロオフセットは、工場で最初に決定されたゼロオフセットを含む。本発明の別の実施形態によれば、ゼロオフセットは、その後決定されるゼロオフセットを含む。後で決定されるゼロオフセットは、最初に決定されたゼロオフセットとは異なっていてもよい。これは、例えば、作動状態が、初期のゼロオフセットが決定されたときの動作状態と異なる場合に特に当てはまる。その後、押しボタンゼロプロセスのような決定されたゼロオフセットは、作動条件が変化する故に、必要に応じてユーザによって記録される。
ステップ４００において、初期のゼロオフセット(ΔＴ０)が決定され、これは初期の工場設定の一部として実施されてもよい。特定の流量計５が最初にセットアップされると、流量計５を流量ゼロの状態に置いて、測定された流量を読み取る。ゼロと測定された流量との差は、初期のゼロオフセット(ΔＴ０)として格納システム３０４に格納される。初期のゼロオフセット(ΔＴ０)がステップ４００で決定されると、前述のように、流量較正係数（FCF）が確立され、これは測定された時間遅延(Δｔｍｅａｓｕｒｅｄ)と質量流量
Figure 0006407426
 との間の関係を規定する線の傾斜である。FCFも格納システム３０４に格納される。ステップ４１０では、２レート時間遅延(ΔＴ０2)が確立される。押しボタンゼロで初期のゼロオフセット（ΔＴ０）を設定するのと同様に、２レートの時間遅延(ΔＴ０2)が確立されるが、非ゼロ流量においてである。２レートの時間遅延（ΔＴ０2）は、最大流量の０％より大きい任意の流量で決定することができる。一実施形態では、例えば最大流量の１０％で２レート時間遅延（ΔＴ０2）が決定されるが、これに限定されない。１０％は単なる一例に過ぎず、最大流量の１０％以下の流量で２レートの時間遅延（ΔＴ０2）を代替的に決定してもよい。ステップ４１５において、２レートのオフセット（ΔＴ０3）が決定され、格納システム304に格納され得る。一実施形態では、２レートのオフセット（ΔＴ０3）は、方程式(２)によって計算される。
ΔＴ０3＝ΔＴ０―ΔＴ０2 (２)
ここで、
ΔＴ０2＝２レートの時間遅延
ΔＴ０3＝２レートのオフセット
ΔＴ０＝初期のゼロオフセットである。
方程式(２)は例示のみであり、２レートのオフセット(ΔＴ０3)を計算するのに他の方程式が考えられる。
初期のゼロオフセット(ΔＴ０)、流れ較正係数(FCF)、２レートの時間遅延(ΔＴ０2)及び２レートのオフセット(ΔＴ０3)がステップ４２０にてメータ電子機器２０内に格納される。一実施形態において、メータ電子機器２０はこれらの値を格納システム３０４内に格納する。
初期の流量計５のセットアップの一部として初期に引き出される値は、質量流量を決定するアルゴリズムに用いられる。一実施形態にて、第１のアルゴリズムは、押しボタンゼロルーチンを含む。質量流量の計算は、例えば押しボタンゼロルーチン又は工場の較正によって導出された初期のゼロオフセット(ΔＴ０)を用いて、方程式(１)に従って計算される。
一実施形態にて、第２のアルゴリズムは、２レートのゼロルーチンを含み、質量流量は方程式(３)に従って計算される。
Figure 0006407426
 ここで、
Figure 0006407426
 ＝質量流量、
FCF＝流れ較正係数、
ΔＴｍｅａｓｕｒｅｄ＝測定された時間遅延
ΔＴ０＝初期のゼロオフセット
ΔＴ０3＝２レートのオフセットである。
一実施形態では、メータ電子機器２０は、流量計５が被る条件に基づいて較正を最適化する。例えば、ゼロ流れ状態が検出された場合、第１のアルゴリズムが作動ルーチン３１４に適用される。これにより、最適なゼロ流れの正確さが付与され、ゼロの安定性は流量計５の動作仕様内に維持される。ユーザがゼロ流れの状態で流量計５を再較正する場合、この押しボタンゼロ較正値は図４のステップ４００で導出された初期のゼロオフセット（ΔＴ０）を単に置き換える。一実施形態では、全ての較正データが記録されるので、ユーザゼロ較正は過去のゼロ較正を永久に上書きしないことは理解されるべきである。これにより、ユーザは以前に保存したゼロ較正に戻すことができる。
ゼロでない流体流れ条件があれば、プロセス流体が密度カットオフ値以下であるかどうかを確かめるために、流体の密度が決定される。ガスは典型的には低いΔＴｍｅａｓｕｒｅｄ値に帰結するので、作動ルーチン３１４に適用されるように、第１のアルゴリズムを使用してより正確な質量流量が計算される。逆に、ゼロでない流体流れ条件があり、プロセス流体が密度カットオフより上にあることを流体が示す場合、第２のアルゴリズムを作動ルーチン３１４に適用することができる。一実施形態では、これは、図３のステップ３３０に示すように、両立しない較正後補正が適用されないときにのみ、真であることを保持する。較正後補正が適用される場合、精度を維持するために第１のアルゴリズムを適用することができることは理解されるべきである。関連する実施形態では、較正後補正が適用される場合、第１又は第２のアルゴリズムではない完全に異なるアルゴリズムが適用されてもよい。
ゼロ流れ状態の有無、高密度又は低密度流体の存在、較正後補正の有無、または他の流量計の状態又は設定に基づいて、上記の如く、図４のステップ４０５で確立されたFCFの代わりに代替のFCFを使用することができることに注意すべきである。
上述のように、本発明は、可変作動条件の下で、コリオリ式流量計の如き振動式流量計へ可変ゼロアルゴリズムを決定し適用する様々な方法及び装置を提供している。上述のさまざまな実施形態は、流量計、とくにコリオリ式流量計に関するものであるが、いうまでもなく、本発明は、コリオリ式流量計に限定されるべきものではない。むしろ、ここに記載されたさまざまな方法は、コリオリ式流量計の測定機能の一部を欠いた他のタイプの流量計、又は他の振動式センサに用いられてもよい。
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。実際、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、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、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、本発明の技術範囲は添付の特許請求の範囲によって決まる。

Claims (26)

  1. 流量計を作動させる方法であって、
    流量計の流体流れを測定するステップと、
    少なくとも１つの流体特性を決定するステップと、
    流体流れと少なくとも１つの流体特性に基づいて、複数のアルゴリズムの好ましいアルゴリズムを決定するステップであって、複数のアルゴリズムは、少なくとも第１のアルゴリズムと第２のアルゴリズムを備え、第１のアルゴリズムはゼロ流量において較正する、所謂押しボタンゼロルーチンを含み、第２のアルゴリズムは２レートのゼロルーチンを含むステップと、
    好ましいアルゴリズムを動作ルーチンに適用して質量流量を決定するステップを備える、方法。
  2. 少なくとも１つの流体特性を決定するステップは、流体密度を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 流体密度を決定するステップは、
    流体密度を測定するステップと、
    流体密度が所定の閾値以下であるかを決定するステップと、
    流体密度が所定の閾値より上であるかを決定するステップとを含む、請求項２に記載の方法。
  4. 所定の閾値は、800kg/m３である、請求項３に記載の方法。
  5. 少なくとも１つの流体特性を決定するステップは、流体温度を決定するステップを含む、、請求項１に記載の方法。
  6. 較正後補正が存在するかを決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  7. 質量流量は、以下の方程式を用いて決定され、
    Figure 0006407426
     ここで、
    Figure 0006407426
     は質量流量、
    FCFは流れ較正係数、
    ΔＴｍｅａｓｕｒｅｄは、測定された時間遅延、
    ΔＴ０は、初期のゼロオフセットであり、
    押しボタンゼロルーチンは、流量計への流れを止めることによって、初期のゼロオフセット(ΔＴ０)を規定し、ゼロ流量状態を付与するステップと、初期のゼロオフセット(ΔＴ０)を、ゼロ流量状態時に測定される時間遅延として規定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 質量流量は、以下の方程式を用いて決定され、
    Figure 0006407426
     ここで、
    Figure 0006407426
     は質量流量、
    FCFは流れ較正係数、
    ΔＴｍｅａｓｕｒｅｄは、測定された時間遅延、
    ΔＴ０は、初期のゼロオフセット、
    ΔＴ０３は２レートのオフセットであり、
    ２レートのゼロルーチンは、ゼロオフセット(ΔＴ０)から２レートの時間遅延(ΔＴ０2)を減じることによって２レートのオフセット(ΔＴ０3)を規定するステップを備え、２レートの時間遅延(ΔＴ０2)はゼロでない流量状態時に測定される時間遅延である、請求項１に記載の方法。
  9. 好ましいアルゴリズムは、流量計内の流体流れが低流量のカットオフ値未満の場合には、第１のアルゴリズムである、請求項１に記載の方法。
  10. 低流量のカットオフ値は40nsと1000nsの間の時間遅延から算出された流量である、請求項９に記載の方法。
  11. 低流量のカットオフ値は、低流量のカットオフ値を指示するユーザの入力を含む、請求項９に記載の方法。
  12. 好ましいアルゴリズムは、流量計内の流体密度が所定の閾値以下の場合には、第１のアルゴリズムである、請求項１に記載の方法。
  13. 好ましいアルゴリズムは、較正後補正が存在する場合に、第１のアルゴリズムである、請求項１に記載の方法。
  14. 好ましいアルゴリズムは、流量計内の流体流れが低流量のカットオフ値以上であり、流量計内の流体密度が所定の閾値以上であり、較正後補正が存在しない場合には、第２のアルゴリズムである、請求項１に記載の方法。
  15. 内部の流体の流量及び密度を測定するように構成された流量計(５)であって、
    処理システム(３０３)と格納システム(３０４)を備えたメータ電子機器(２０)と、
    流量計(５)の導管(１０３A、１０３B)に固定されてメータ電子機器(２０)と繋がった複数のピックオフ(１０５、１０５’)と、
    流量計(５)の導管(１０３A、１０３B)に固定されてメータ電子機器(２０)と繋がったドライバ(１０４)とを備え、
    前記メータ電子機器(２０)はセンサ組立体(１０)内のプロセス流体の流体流れを測定し、プロセス流体の少なくとも１つの流体特性を決定するように構成され、
    前記メータ電子機器(２０)は流体流れ及び少なくとも１つの流体特性に基づいて複数のアルゴリズムの好ましいアルゴリズムを決定し、好ましいアルゴリズムを作動ルーチン(３１４)に適用するように構成され、
    複数のアルゴリズムは、少なくとも第１のアルゴリズムと第２のアルゴリズムを備え、第１のアルゴリズムはゼロ流量において較正する、所謂押しボタンゼロルーチンを含み、第２のアルゴリズムは２レートのゼロルーチンを含む、流量計(５)。
  16. 少なくとも１つの流体特性は、流体の相状態を含む、請求項１５に記載の流量計(５)。
  17. 少なくとも１つの流体特性は、流体密度を含み、前記メータ電子機器(２０)は密度が所定の閾値以下であれば流体がガスであると判定し、密度が所定の閾値より上であれば流体が液体であると判定するように構成されている、請求項１５に記載の流量計(５)。
  18. 所定の閾値は、800kg/m３である、請求項１７に記載の流量計(５)。
  19. 質量流量アルゴリズムは、以下の方程式を備え、
    Figure 0006407426
     ここで、
    Figure 0006407426
     は質量流量、
    FCFは流れ較正係数、
    ΔＴｍｅａｓｕｒｅｄは、測定された時間遅延、
    ΔＴ０は、初期のゼロオフセットであり、
    押しボタンゼロルーチンは、流量計(５)がゼロ流量状態を被っている間に測定される時間遅延として初期のゼロオフセットを規定することを含む、請求項１５に記載の流量計(５)。
  20. 質量流量アルゴリズムは、以下の方程式を備え、
    Figure 0006407426
     ここで、
    Figure 0006407426
     は質量流量、
    FCFは流れ較正係数、
    ΔＴｍｅａｓｕｒｅｄは、測定された時間遅延、
    ΔＴ０は、初期のゼロオフセット、
    ΔＴ０3は２レートのオフセットであり、
    ２レートのゼロルーチンは、ゼロオフセット(ΔＴ０)から２レートの時間遅延(ΔＴ０2)を減じることによって２レートのオフセット(ΔＴ０3)を規定することを備え、２レートの時間遅延(ΔＴ０2)はゼロでない流量状態時に測定される時間遅延である、請求項１５に記載の流量計(５)。
  21. 好ましいアルゴリズムは、流量計内の流体流れが低流量のカットオフ値未満の場合に第１のアルゴリズムを含む、請求項１５に記載の流量計(５)。
  22. 低流量のカットオフ値は40nsと1000nsの間の時間遅延から算出された流量である、請求項２１に記載の流量計(５)。
  23. 低流量のカットオフ値は低流量のカットオフ値を指示するユーザの入力を含む、請求項２１に記載の流量計(５)。
  24. 好ましいアルゴリズムは、流量計内の流体がガスである場合は、第１のアルゴリズムである、請求項１５に記載の流量計(５)。
  25. 好ましいアルゴリズムは、較正後補正が存在する場合は、第１のアルゴリズムである、請求項１５に記載の流量計(５)。
  26. 好ましいアルゴリズムは、流量計内の流体流れが低流量のカットオフ値以上であり、流量計内の流体が液体であり、較正後補正が存在しない場合には、第２のアルゴリズムである、請求項１５に記載の流量計(５)。
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