JP7241882B2 - 直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換する方法、計測電子機器及びシステム - Google Patents

Description

以下に記載される実施形態は、直接的に測定された質量流量を変換することに関し、より詳細には、直接的に測定された質量流量を浮力を考慮するように変換することに関する。

例えば、振動式密度計及びコリオリ式流量計のような振動式センサが、一般に知られており、流量計内の導管を通って流れる材料の質量流量及び他の情報を測定するために使用される。例示的なコリオリ式流量計は、全てＪ．Ｅ．Ｓｍｉｔｈらによるものである米国特許第４，１０９，５２４号明細書（特許文献１）、米国特許第４，４９１，０２５号明細書（特許文献２）、及び米国特許第４，４３１，４５０号明細書（特許文献３）に開示されている。これらの流量計は、真っ直ぐな又は湾曲した構成の１つ又は複数の導管を有する。コリオリ式質量流量計における各導管構成は例えば、一連の固有振動モードを有し、当該固有振動モードは、単純な曲がり、ねじり、又は結合されたタイプのものであってもよい。各導管は、好ましいモードで揺動するように駆動されることができる。

材料は、流量計の入口側の接続されている管路から流量計に流れ込み、導管（複数可）を通るように指向され、流量計の出口側を通って流量計から出る。振動系の固有振動モードは、複数の導管の組み合わせ質量と導管内を流れる材料とによって部分的に定義される。

流量計を通る流れがない場合、導管（複数可）に加えられる駆動力は、導管（複数可）に沿った全ての点に、同一の位相で又は小さな「ゼロオフセット」で揺動させる。当該「ゼロオフセット」は、ゼロ流量で測定される時間遅延である。材料が流量計を通るように流れ始めると、コリオリ力は、導管（複数可）に沿った各点に異なる位相を持たせる。例えば、流量計の入口端での位相は、中心に集められた駆動位置での位相よりも遅れ、出口での位相は、中心に集められた駆動位置での位相よりも先行する。導管（複数可）上のピックオフは、導管（複数可）の運動を表す正弦波信号を生成する。ピックオフから出力された信号は、ピックオフ同士の間の時間遅延を決定するために処理される。２つ以上のピックオフの間の時間遅延は、導管（複数可）を通って流れる材料の質量流量に比例する。この質量流量の測定は、導管（複数可）を通って流れる材料の質量の直接的な測定である。この質量の測定はまた、以下に説明するように、密度の差に起因して異なる重量を示し得る重量計とは対照的に、浮力によって影響を受けもしない。

図１Ａ及び図１Ｂは、浮力の影響を説明する例となる重量計ＷＳを示す。流動による空気の変位によって引き起こされる、検査中の重量計ＷＳ上の物体に作用する浮力の影響は、小さいが、以下の説明が示すように、浮力は測定可能であり且つ予測可能である。図１Ａでは、１０ポンド（略４．５４ｋｇ）の実重量を有する高い密度の円筒ＤＣが重量計ＷＳ上にある。図からわかるように、重量計ＷＳは、１０ポンド（略４．５４ｋｇ）の示度を示し、浮力の影響が無視できることを示している。図１Ｂは、重量計ＷＳ上の、発泡体シリンダのようなより低い密度の円筒ＬＣを示す。より低密度の円筒ＬＣも、１０ポンド（略４．５４ｋｇ）の実重量を有する。しかしながら、浮力の影響に起因して、重量計ＷＳは、より低密度の円筒ＬＣの重量が１０ポンド（略４．５４ｋｇ）未満であることを示している。即ち、より低密度の円筒ＬＣを取り囲む空気は、より低密度の円筒ＬＣが空気を変位させるせいで、より低密度の円筒ＬＣに上向きの合力を加えている。説明の目的のために、図１Ｂに示される指示重量は、９．８ポンド（略４．４５ｋｇ）となり得、「浮力について補正されていない」とみなすことができる。

ユーザが、重量測定法（例えば、上述の重量計）を使用して、コリオリ式流量計のような直接型質量流量計を検査することを望む場合、図１Ａ及び図１Ｂに示される重量指示度数の差が問題となる可能性がある。この理由は、非常に密度が高い材料（例えば、鋼）で作製された質量基準器が、重量計を校正するために通常使用されるからである。その結果、校正質量基準器に作用する浮力の量は、上述の説明が示すように、より密度の低い流体に作用する浮力の量とは異なることになる。この理由は、同等の質量の流体が、質量基準器よりもはるかに多くの空気のスペースを占めることになるためである。よって、直接的に測定された質量流量（以下、「直接測定質量流量」とも表記する）を浮力を考慮するように変換する必要性が存在する。

米国特許第４，１０９，５２４号明細書 米国特許第４，４９１，０２５号明細書 米国特許第４，４３１，４５０号明細書

直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換する方法が提供される。一実施形態によると、本方法は、材料の質量流量を直接的に測定することと、材料の密度を測定することと、測定された材料の密度を使用して、直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換することとを含む。

直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換するよう構成される計測電子機器が提供される。一実施形態によると、計測電子機器は、計測アセンブリからセンサ信号を受け取るように構成されるインタフェースと、このインタフェースに通信可能に結合される処理システムとを備える。処理システムは、受け取ったセンサ信号に基づいて、計測アセンブリ内の材料の質量流量を直接的に測定することと、材料の密度を決定することと、決定された材料の密度を使用して、直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換することとを行うように構成される。

直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換するシステムが提供される。一実施形態によると、本システムは、流体の圧力及び密度のうちの１つを測定するように構成される流体センサと、流体センサに通信可能に結合される振動式計測器とを備える。振動式計測器は、材料の質量流量を直接的に測定することと、材料の密度を決定することと、決定された材料の密度を使用して、直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換することとを行うように構成される。

［態様］
一態様によると、直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換する方法は、材料の質量流量を直接的に測定することと、材料の密度を測定することと、測定された材料の密度を使用して、直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換することとを含む。

好ましくは、本方法は、直接測定質量流量を、流体の浮力を含む質量値に変換するために、流体の密度を使用することをさらに含む。

好ましくは、流体の浮力を含む質量値は、流体中で質量基準器を使用して校正済みである重量計による指示度数を含む。

好ましくは、流体の浮力を含む質量値は、重量測定法により決定される、流体の浮力に対して補正されていない質量値を含む。

好ましくは、測定された材料の密度を使用して、直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換することは、材料の複数の直接測定質量流量を合計し、測定された材料の密度を使用して、合計された直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換することと、測定された材料の密度を使用して、直接測定質量流量のうちの１つ以上を、流体の浮力を含む１つ以上の質量流量値に変換することとのうちの１つを含む。

好ましくは、測定された材料の密度を使用して、１つ以上の直接測定質量流量を、１つ以上の質量流量値に変換することは、１つ以上の質量流量値を合計して流体の浮力を含む質量値を生成することをさらに含む。

好ましくは、質量基準器は、鋼と略８．０ｇ／ｃｍ³の密度を有する材料とのうちの少なくとも１つで構成される。

好ましくは、流体の浮力は、空気の浮力である。

好ましくは、コリオリ式流量計が、材料の質量流量及び密度のうちの少なくとも１つを測定する。

一態様によると、直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換するよう構成される計測電子機器（２０）は、計測アセンブリ（１０）からセンサ信号を受け取るように構成されるインタフェース（３０１）と、インタフェース（３０１）に通信可能に結合される処理システム（３１０）とを備える。処理システム（３１０）は、受け取ったセンサ信号に基づいて、計測アセンブリ（１０）内の材料の質量流量を直接的に測定することと、材料の密度を決定することと、決定された材料の密度を使用して、直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換することとを行うように構成される。

好ましくは、処理システム（３１０）は、直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換するために、流体の密度を使用するようにさらに構成される。

好ましくは、材料の密度を決定するように構成される処理システム（３１０）は、インタフェース（３０１）に通信可能に結合される密度測定器から密度測定結果を受け取ることと、受け取ったセンサ信号に基づいて、材料の密度を測定することとのうちの１つを行うように構成される。

好ましくは、流体の浮力を含む質量値は、流体中で質量基準器を使用して校正済みである重量計による指示度数を含む。

好ましくは、流体の浮力を含む質量値は、重量測定法により測定される、流体の浮力に対して補正されていない質量値を含む。

好ましくは、決定された材料の密度を使用して、直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換するように構成される処理システム（３１０）は、材料の複数の直接測定質量流量を合計し、測定された材料の密度を使用して、合計された直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換することと、決定された材料の密度を使用して、直接測定質量流量のうちの１つ以上を、流体の浮力を含む１つ以上の質量流量値に変換することとのうちの１つを行うように構成される。

好ましくは、測定された材料の密度を使用して、１つ以上の直接測定質量流量を、流体の浮力を含む１つ以上の質量流量値に変換するように構成される処理システム（３１０）は、１つ以上の質量流量値を合計して質量値を生成することをさらに含む。

好ましくは、質量基準器は、鋼と略８．０ｇ／ｃｍ³の密度を有する材料とのうちの少なくとも１つで構成される。

好ましくは、流体の浮力は、空気の浮力である。

好ましくは、コリオリ式流量計が、計測電子機器（２０）を含む。

一態様によると、直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換するシステム（６００）は、流体の圧力及び密度のうちの１つを測定するように構成される流体センサ（６１０）と、流体センサ（６１０）に通信可能に結合される振動式計測器（５）とを備える。振動式計測器（５）は、材料の質量流量を直接的に測定することと、材料の密度を決定することと、決定された材料の密度を使用して、直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換することとを行うように構成される。

好ましくは、計測器（５）は、直接測定質量流量を、流体の浮力を含む質量値に変換するために、流体の密度を使用するようにさらに構成される。

好ましくは、流体センサ（６１０）は、振動式計測器（５）によって測定される材料の質量を測定するように構成される重量計に近接して配置される。

好ましくは、流体は、計測器（５）によって測定される材料の質量を測定するように構成される重量計を取り囲む。

全ての図面において、同じ参照符号は同じ要素を表す。図面は必ずしも縮尺通りではないことを理解されたい。

図１Ａは、浮力の影響を説明する例となる重量計ＷＳを示す。 図１Ｂは、浮力の影響を説明する例となる重量計ＷＳを示す。 図２は、計測アセンブリ１０と１つ以上の計測電子機器２０とを備える、コリオリ式流量計の形態の振動式計測器５の一例を示す。 図３は、直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換するよう構成される計測電子機器２０を示す。 図４は、直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換する方法４００を示す。 図５は、直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換するシステム５００を示す。 図６は、直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換するシステム６００を示す。

図２～図６及び以下の説明は、直接的に測定された質量流量を浮力を考慮するように変換する実施形態の最良の形態をどのように作製し且つ使用するかを当業者に教示するための特定の例を示す。本発明の原理を教示する目的で、一部の従来の態様が単純化又は省略されている。当業者は、本明細書の範囲内に包含されるこれらの例からの変形形態を理解することであろう。当業者は、直接的に測定された質量流量を浮力を考慮するように変換する複数の変形形態を形成するために、以下に記載される特徴が様々な方法で組み合わされることができるということを理解することであろう。その結果、以下に説明される実施形態は、以下に説明される特定の例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。

直接的に測定された質量流量（直接測定質量流量）は、例えばコリオリ式流量計のような直接測定型質量流量計を用いて、「見かけ質量」又は「空気中の質量」への変換のように、浮力を考慮するように変換される。密度測定が用いられ、当該密度測定は、例えば、質量と密度とを同時に測定することができるコリオリ式流量計によって与えられることができる。より具体的には、測定された材料の密度が、直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換するために、使用され得る。質量値は、質量基準器（例えば、キログラム基準器）と、質量基準器が適用される流体の浮力とに標準化される。ユーザは、検査重量計を校正するために使用された周囲流体（例えば、空気）の密度及び質量基準器の密度の値を特定することができる。

コリオリ式流量計内の計測電子機器のような電子機器は、直接測定質量流量及び測定密度を、見かけの質量流量及び合計に変換するための演算を実行することができる。よって、コリオリ式計測器からの見かけ質量の合計（見かけ質量合計）は、図１Ｂに示されるスケールの指示度数のような、浮力補正がスケールの指示度数に適用されていない状態で重量計によって指し示される質量の合計（質量合計）と合致し得る。即ち、電子機器は、図１Ｂに示される９．８ポンド（略４．４５ｋｇ）の値を提供することができ、電子機器は、この値が、合計すると１０ポンド（略４．５４ｋｇ）になる直接的に測定される真の質量流量に基づく浮力について補正されていないことを、示すことができる。

図２は、計測アセンブリ１０と１つ以上の計測電子機器２０とを備える、コリオリ式流量計の形態の振動式計測器５の一例を示す。１つ以上の計測電子機器２０は、計測アセンブリ１０に接続され、それにより、流動材料の特性、例えば、密度、質量流量、体積流量、合計された質量流量、温度、及び他の情報を測定する。

計測アセンブリ１０は、一対のフランジ１０３及び１０３’と、マニホルド１１０及び１１０’と、導管１３０及び１３０’とを含む。マニホルド１１０，１１０’は、導管１３０，１３０’の互いに反対側となる端部に固定される。本例のフランジ１０３及び１０３’は、マニホルド１１０及び１１０’に固定される。導管１３０及び１３０’は、本質的に平行なかたちで、これらのマニホルドから外方に向かって延びる。流動材料を運ぶ管路システム（図示せず）内に計測アセンブリ１０が挿入された場合、流動材料は、フランジ１０３を通って計測アセンブリ１０に入り、入口マニホルド１１０を通過し、入口マニホルド１１０では、当該材料の総量が導管１３０及び１３０’に入るように指向される。さらに、流動材料は、導管１３０及び１３０’を通って流れ、出口マニホルド１１０’に戻り、出口マニホルド１１０’では、フランジ１０３’を通って計測アセンブリ１０から出る。

計測アセンブリ１０は、ドライバ１８０を含む。ドライバ１８０は、駆動モードでドライバ１８０が導管１３０，１３０’を振動させることができる位置で、導管１３０，１３０’に固定される。より具体的には、ドライバ１８０は、導管１３０に固定された第１駆動要素（図示せず）と、導管１３０’に固定された第２駆動要素（図示せず）とを含む。ドライバ１８０は、導管１３０に取り付けられた磁石と導管１３０’に取り付けられた対向巻きコイルとのような、多くの周知の構成の１つを含んでもよい。ドライバ１８０は、計測電子機器２０から駆動信号１８５を受け取ることができる。

本例では、駆動モードは、位相ずれ曲げ１次モードである。導管１３０及び１３０’は、曲げ軸Ｗ－Ｗ及びＷ’－Ｗ’それぞれを中心として実質的に同じ質量分布、慣性モーメント及び弾性係数を有するバランスがとられたシステムをもたらすように、好適に選択され且つ入口マニホルド１１０及び出口マニホルド１１０’に適切に取り付けられる。駆動モードが位相ずれ曲げ１次モードである本例では、導管１３０及び１３０’は、それぞれの曲げ軸Ｗ－Ｗ及びＷ’－Ｗ’を中心として互いに反対方向に、ドライバ１８０によって駆動される。交流方式の駆動信号は、例えば配線経路等を介して１つ以上の計測電子機器２０によって供給されることができ、そして、当該駆動信号は、コイルを通過することで、両方の導管１３０，１３０’に揺動させることができる。当業者は、他の駆動モードが本発明の範囲内で使用されてもよいことを理解することであろう。

図示される計測アセンブリ１０は、導管１３０，１３０’に固定されている一対のピックオフ１７０ｌ，１７０ｒを含む。より具体的には、第１ピックオフ要素は、導管１３０上に位置し、第２ピックオフ要素は、導管１３０’上に位置する。図示の実施形態では、ピックオフ１７０ｌ，１７０ｒは、電磁検出器であってもよく、例えば、導管１３０，１３０’の速度及び位置を表すピックオフ信号を生成するピックオフ磁石及びピックオフコイルであってもよい。例えば、ピックオフ１７０ｌ，１７０ｒは、ピックオフ信号を、左右センサ信号１６５ｌ，１６５ｒを介して１つ以上の計測電子機器に供給してもよい。当業者は、導管１３０，１３０’の運動が、流動材料の特定の特性に比例する、例えば、導管１３０，１３０’を通って流れる材料の質量流量及び密度に比例することを理解することであろう。

上述の計測アセンブリ１０はデュアル流導管の流量計を含むが、単一導管の流量計を実装することも十分に本発明の範囲内にあることは、理解されるべきである。さらに、導管１３０，１３０’は、湾曲流導管の構成を含むものとして示されているが、本発明は、直線流導管の構成を含む流量計を用いて実施されてもよい。それ故、上述した計測アセンブリ１０の特定の実施形態は、単なる一例に過ぎず、本発明の範囲を決して限定すべきものではない。

図２に示す例では、１つ以上の計測電子機器２０は、ピックオフ１７０ｌ，１７０ｒからピックオフ信号を受け取る。通信路２６は、１つ以上の計測電子機器２０が操作者と相互作用する（interface）ことを可能にする入力手段及び出力手段を提供する。１つ以上の計測電子機器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、合計された質量流量、温度、メータ検証、及び他の情報等の、流動材料の特性を測定する。より具体的には、１つ以上の計測電子機器２０は、例えば、ピックオフ１７０ｌ，１７０ｒと測温抵抗体（ＲＴＤ）等の１つ以上の温度センサ１９０とから、１つ以上の信号を受け取り、この情報を使用して流動材料の特性を測定する。図２に示す実施形態では、計測電子機器２０は、温度センサ１９０から温度信号１９５を受け取る。

コリオリ式流量計には通常、ゼロオフセットが存在し、ゼロオフセットは、流量がゼロの状態でのピックオフ１７０ｌ，１７０ｒの測定される時間遅延である。ゼロオフセットは、初期キャリブレーション処理中に初期ゼロオフセット（Δt₀）を測定することによって、補われることができる。初期キャリブレーション処理は、通常、バルブを閉じることと、ゼロ流量の基準条件を与えることとを含む。一旦、初期ゼロオフセットが決定されると、稼働中、流量測定値は、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差し引くことによって調整される。

式［１］は単に例として提供されたものであり、決して本発明の範囲を限定すべきものではないことが、理解されるべきである。

図２に示す振動式計測器５は、導管１３０，１３０’内の材料の質量を直接的に測定する。よって、測定された質量流量は、浮力効果による影響を受けない。振動式計測器５を通って流れる材料の測定された質量流量の合計のような合計質量値は、真空中において重量計で測定される材料と同等又は同一となり得る。しかしながら、材料の質量は、例えば、周囲の流体が空気である通常の条件では、重量計によって測定され得る。よって、浮力効果は、合計質量値と、空気中で使用される重量計によって指し示される質量とにおいて、小さいが測定可能である差異を引き起こし得る。

「真空中の質量」及び「空気中の質量」という用語は、浮力に対して補正されている又は補正されていないスケールの示度の間での差異を記録し且つ伝えるのを補助するために、測定の基準に取り入れられる。ＮＩＳＴのハンドブック４４（ＨＢ４４）は、質量計測器が、８．０ｇ／ｃｍ³の密度と対比した見かけ質量に基づく質量を単位として指し示すことを要求する。これは、重量計を校正するために使用された質量基準器が８．０ｇ／ｃｍ³の密度を有する限り、コリオリ式質量計測器の指示度数が、浮力効果について補正されていない重量計の指示度数に合致すると仮定されていることを意味する。しかしながら、材料の多くの移送において、この仮定は、重量測定法での材料の測定結果が空気の浮力効果について補正されていないため、重量測定法での材料の測定結果（移送された総量）と合致しない直接測定質量流量の合計を生む可能性がある。

［質量値の算出例］
質量値は、例えば、コリオリ式計測器からの連続的な密度測定値を使用して、直接測定質量流量及び全測定値（例えば、真空中の質量）に補正を自動的に加えて、流体の浮力を含む質量値を生成することによって、演算されてもよい。例えば、流体の浮力を含む質量値は、８．０ｇ／ｃｍ³を単位とする密度の鋼製校正質量基準器の空気中の質量と対比した空気中の材料の質量である。例えば、見かけ質量（例えば、空気中の質量）は、以下の式［２］を用いて、直接測定質量流量から自動的に及び／又は連続的に変換されることで、累積された見かけ質量の合計（見かけ質量合計）を示すことができる。

ここで、Mass_apparentは、材料の見かけ質量又は空気中の質量であり、Mass_apparentは、当該計測器によって測定される質量の合計（質量合計）の所望の出力指示度数であり、当該出力指示度数は、例えば、図１Ｂに示される重量計の示度のような、浮力の効果について補正されていないとみなされるスケールの示度と合致することになる。
Mass_trueは、当該計測器によって測定される直接測定質量流量の真の質量の合計（真質量合計）であり、Mass_trueは、例えば、浮力効果がない真空中での重量計の重量スケールの示度のような、浮力の効果について補正されているスケールの示度に合致することになる。
ρ_airは、重量計の周囲の空気の密度であり、例えば、当該計測器が重量計に対して検査される時間の間の周囲環境条件における当該空気の密度である。
ρ_materialは、当該計測器を通過する材料の密度であり、例えば、コリオリ式計測器によって、真質量合計Mass_trueが測定されるのと同時に測定されるような、当該材料の密度である。
ρ_{calibration mass standard}は、重量計を校正するために使用される校正質量基準器を作製するために使用される材料の密度である。

ρ_materialは、演算へ動的に入力されるものであってもよい。ρ_{calibration mass standard}は、８．０ｇ／ｃｍ³の初期値として設定される、固定された一定の値であってもよい。ρ_{calibration mass standard}は、調整されてもよく、例えば、８．０ｇ／ｃｍ³とは異なる密度を有する校正質量基準器が重量計を校正するために使用される場合に、調整されてもよい。追加で又は代替として、操作者は、重量計を校正するために使用された質量基準器の密度について任意の値を導入することができるが、初期値及びＮＩＳＴ ＨＢ４４の遵守のために必要とされ得る値は、８．０ｇ／ｃｍ³であってもよい。しかしながら、任意の好適な単位が使用されてもよい。

重量計を取り囲む空気の密度ρ_airもまた、操作者によって導入される値であってもよく、当該値は、初期値として残される、又は、より正確な変換のために微調整されることができる。例えば、周囲の空気の密度は、この変換を行うのに充分な精度を有して推定されてもよい。空気の密度の推定値は、標高、気圧、気温、相対湿度等の要素を考慮することによって、さらに精緻化されることができる。追加で又は代替として、この値は、条件が変化するに従って空気の密度を更新することになるライブでの測定を行うことによって、演算へ動的に入力されることもできる。

前述したように、上記の式［２］を用いて行われる演算は、連続的に更新されてもよい。例えば、バンカー油の移送中、流体の密度は変化し得る。よって、測定密度の値は、式［２］を用いた繰り返し演算の間に変化し得る。例えば、材料の測定密度ρ_materialの値は、式［２］を用いた繰り返し演算中に連続的に更新され得る。この例では、真質量合計Mass_true及び見かけ質量合計Mass_apparentは、バンカー油の移送中に累積的に更新されてもよい。即ち、移送されている流体の直接測定質量流量は、測定が行われるに従って、真質量合計Mass_trueの質量値に加算されてもよい。実質的に同時に、材料の密度ρ_materialもまた、例えば、振動式計測器の共振周波数を用いて決定されてもよい。材料の測定密度ρ_materialのこの値は、真質量合計Mass_trueの値の累積的な演算と同じ時間期間である同時期に、見かけ質量合計Mass_apparentを累積的に演算するために、使用されてもよい。追加で又は代替として、重量計を取り囲む空気の密度ρ_airもまた、例えば、電子機器に空気密度の測定値を与えることによって、連続的に更新されてもよい。材料の測定密度ρ_material及び空気の測定密度ρ_airの連続的に更新される値は、質量流量の測定と同時期に生成される測定値の平均値を含んでもよいが、任意の好適な値が使用されてもよい。

一例として、１．０ｇ／ｃｍ³に近い密度を有する、水等の流体が計測器の検査に用いられるケースでは、真質量値の見かけ質量値への変換は、式［３］に示すようになる。

この例から、水のための０．９９８９５の変換係数は、コリオリ式計測器によって測定された真質量よりも０．１０５％小さい見かけ質量を示す結果となることが分かる。様々な異なる密度の流体については、変換係数は、常に１．００００未満を維持することになり、変換係数は、流体密度が減少するに従って減少することになる。これ故、真質量と見かけ質量との差は、流体密度が減少するに従って増加することになる。

有利なことに、操作者は、重量計の示度に対して浮力の効果の補正を加える必要なしに、見かけ質量の指示値を使用して、重量計に対して計測器を校正することができる。その場合、計測器は、見かけ質量単位を用いて行われた重量計に対する計測器の校正に基づいて、直接質量（例えば、真空中の質量）及び／又は見かけ質量のどちらにおいても同時に指し示すために、信頼性を伴って使用されることができる。

［質量値を演算する別の例］
見かけ質量合計を示すことに加えて、式［２］からの同じ変換係数を瞬間的な真の質量流量に適用することによって、任意の所与の時点で見かけ質量流量を単位として示すことも可能である。この例では、密度の示度は、直接測定質量流量を見かけ質量流量に変換するために使用される。例えば、以下の式［４］を用いることができる。

（以下において、「ｍ_apparent」と表記する場合もある）は、計測器によって測定される質量流量の所望の出力指示度数である見かけ質量流量であり、当該出力指示度数は、合計される場合に見かけ質量合計値になり、見かけ質量合計値は、浮力の効果について補正されていないときの重量計のスケールの示度と合致することになる。

（以下において、「ｍ_true」と表記する場合もある）は、当該計測器による直接測定質量流量であり、直接測定質量流量は、合計される場合に真質量合計値になり、真質量合計値は、浮力の効果について補正されている重量計のスケールの示度と合致することになる。
ρ_airは、重量計を取り囲む空気の密度であり、例えば、当該計測器が重量計に対して検査される時間の間の周囲環境条件における当該空気の密度である。
ρ_materialは、当該計測器を通過する材料の密度であり、例えば、コリオリ式計測器によって、直接測定質量流量ｍ_trueが測定されるのと同時に測定されるような、当該材料の密度である。
ρ_{calibration mass standard}は、重量計を校正するために使用される校正質量基準器を作製するために使用される材料の既知の密度である。

理解され得るように、質量値を演算する他の方法が用いられてもよい。質量値は、種々の電子機器を使用して演算されてもよく、当該電子機器の一例が以下において説明される。

理解され得るように、上記の式［２］及び式［４］は、モディファイされてもよい。例えば、空気の密度ρ_airが、例えば理想気体の法則に基づいて決定される値によって置き換えられてもよい。この値は、気圧、温度、及び乾燥空気の特定気体の含有量に基づいてもよい。或いは、他の値が用いられてもよく、当該値は、例えば、空気の密度ρ_airと関連付けられている値（例えば、標高、全地球測位システム（ＧＰＳ）の座標、日付、周囲環境条件等）であってもよい。よって、これら他の値は、測定されてもよく、空気等の流体の浮力を含む質量値を決定するために使用されてもよい。

図３は、直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換するよう構成される計測電子機器２０を示す。図３に示すように、計測電子機器２０は、処理システム３１０及びストレージシステム３２０を含む。処理システム３１０は、ストレージシステム３２０を含むものとして示されているが、別の実施形態では、ストレージシステム３２０は、処理システム３１０から分離したものであってもよく、処理システム３１０から区分けされたものであってもよい。ストレージシステム３２０は、記憶された値を含むものとして示されている。インタフェース３０１は、処理システム３１０と通信可能に結合される。

図２を参照すると、インタフェース３０１は例えば、リード１００に連結し、ドライバ１８０、ピックオフ１７０ｌ，１７０ｒ、及び温度センサ１９０と信号を交換するように構成されてもよい。インタフェース３０１は、外部装置等に通信路２６を介して通信するようにさらに構成されてもよい。外部装置は、振動式計測器５と同じ流体を測定するように構成される密度測定器を含んでもよい。処理システム３１０は、任意のかたちの処理システムを含むことができる。処理システム３１０は、振動式計測器５を動作させるために、記憶されたルーチンを読み出し、実行するように構成される。

計測電子機器２０、又はより具体的には処理システム３１０は、本明細書で説明する方法等の方法を実行することができる。例えば、計測電子機器２０は、計測アセンブリ１０によって提供される左右センサ信号１６５ｌ，１６５ｒを使用して、振動式計測器５内の材料の流量を測定することができる。

ストレージシステム３２０は、測定流量３２１と、測定温度３２２と、測定密度３２３と、ピックオフ電圧３２４と、空気の密度３３１と、基準器の密度３３２と、見かけ質量３３３と、真質量３３４とを記憶するものとして示される。測定流量３２１は、直接測定流量であってもよく、それ故、浮力によって影響を受けないものであってもよい。例えば、測定流量３２１は、図２を参照して上述した振動式計測器５によって測定される流量であってもよい。上記で説明され且つ以下においてより詳細に説明されるように、測定密度３２３は、測定流量３２１を、浮力を考慮する質量値に変換するために使用されることができる。質量値は、図３に示す見かけ質量３３３であってもよい。測定流量３２１を見かけ質量３３３に変換するために、測定流量３２１は、上述のように真質量３３４へと合計されてもよい。よって、計測電子機器２０は、種々の方法を実行するように構成されてもよく、当該方法の一例が以下においてより詳細に説明される。

図４は、直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換する方法４００を示す。図４に示すように、方法４００は、ステップ４１０において、材料の質量流量を直接的に測定することを含む。ステップ４２０において、方法４００は、材料の密度を測定する。方法４００は、ステップ４３０において、材料の測定密度を使用して、直接測定質量流量を質量値に変換する。質量値は、流体の浮力を含む又は考慮するものであり得る。

ステップ４１０において、材料の質量流量は、例えば図２に示す振動式計測器５によって測定されることができるが、質量流量を直接的に測定するための任意の好適な手段が使用されてもよい。直接的に測定されるため、質量流量の値は、真の質量流量の値となり得る。即ち、測定された質量流量値に含まれる浮力効果は、存在しない可能性がある。よって、複数の測定された質量流量値を合計することから求められる質量値は、流体の浮力を含まない質量値と実質的に等しい。

ステップ４２０において、方法４００は、例えば図２に示す振動式計測器５を使用して密度を測定することができる。或いは、密度は、振動式計測器５ではない密度測定器によって測定されてもよい。例えば、当該密度測定器は、振動式計測器５に通信可能に結合され、測定された密度を振動式計測器５に供給してもよい。種々の他の構成が用いられてもよい。

ステップ４３０において、材料の測定密度を使用して直接測定質量流量を質量値に変換することは、材料の複数の直接測定質量流量を合計することと、材料の測定密度を使用して、合計された直接測定質量流量を、流体の浮力を含む質量値に変換することとを含んでもよい。例えば、当該質量流量は、上述した真質量値Mass_trueのような真質量値へと合計されてもよい。或いは、測定密度は、直接測定質量流量の１つ以上を１つ以上の見かけ質量流量の値に変換し且つ１つ以上の見かけ質量流量値を合計して流体の浮力を含む質量値を生成するために、使用されてもよい。

真質量値Mass_true及び直接測定質量流量は、流体の浮力を反映しておらず、それ故、重量計上で真空中で実行される重量測定法での測定結果と同等である。よって、真質量値Mass_true及び直接測定質量流量ｍ_trueは、補正済みの重量計の質量値と実質的に同じであってもよい。補正済みの重量計の質量値は、流体の浮力を含まない。逆に、見かけ質量合計Mass_apparent及び見かけ質量流量値ｍ_apparentはそれぞれ、質量合計及び質量流量値と同じであり、当該質量合計及び質量流量値は、流体の浮力について補正されておらず且つ流体の浮力を含む重量計によって決定されるものである。

上述したように、材料の密度は、例えば図２を参照して上述した振動式計測器５によって測定されることができる。即ち、振動式計測器５は、質量流量と、振動式計測器５を通って流れる材料の密度とを実質的に同時に測定することができる。有利なことには、このことは、材料の質量流量の直接的な測定と同時期に材料の密度が測定されることを確実にし得る。或いは、材料の密度は、振動式計測器５又は他の好適な計測器が振動式計測器５を通って流れる材料の質量流量を測定するのとほぼ同時に、密度測定器によって測定されてもよい。それでもなお、この実施形態では、密度は、直接測定質量流量と同時期に測定されることができる。或いは、測定値同士は、例えば遅延を使用して時間的に関連付けられてもよい。

図５は、直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換するシステム５００を示す。図５に示すように、システム５００は、図２を参照して上述した振動式計測器５を含む。振動式計測器５は、図２を参照して説明した計測アセンブリ１０及び計測電子機器２０を含むものとして示される。振動式計測器５は、振動式計測器５を通って流れる材料の質量流量を直接的に測定するように構成される。

図５に示される計測電子機器２０は、密度計測電子機器５２０に通信可能に結合され、密度計測電子機器５２０は、密度変換器５１０と通信可能に結合される。密度変換器５１０は、振動式計測器５を通って流れる材料の密度を測定するように構成される。密度変換器５１０は、信号を密度計測電子機器５２０に供給し、密度計測電子機器５２０は、当該信号を密度の示度数に変換してもよい。或いは、密度計測電子機器５２０は、密度変換器５１０によって供給される信号を、振動式計測器５の計測電子機器２０に渡してもよい。密度計測電子機器５２０及び／又は計測電子機器２０は、密度測定値を直接測定質量流量に時間的に関連付けるように構成されてもよい。

上述したように、重量計を取り囲む流体の密度は、コリオリ式流量計が、例えば見かけ質量Mass_apparentを連続的に更新するように質量流量を測定するときに、測定されてもよい。このような機能を実行する例示的なシステムが以下において説明される。

図６は、直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換するシステム６００を示す。図６に示すように、システム６００は、図２を参照して上述した振動式計測器５を含む。振動式計測器５は、図２及び図３を参照して説明した計測アセンブリ１０及び計測電子機器２０を含むものとして示される。図６に示される計測電子機器２０は、流体センサ６１０に通信可能に結合される。

流体センサ６１０は、例えば、重量計を取り囲む又は重量計に近接する流体の圧力、例えば気圧を測定するように構成される。一例では、流体センサ６１０は、振動式計測器５によって測定される材料の質量を重量測定法により測定するように構成される重量計に近接して配置されてもよい。流体センサ６１０は、圧力を反映する信号を振動式計測器５、具体的には、計測電子機器２０に供給してもよい。計測電子機器２０は、測定された圧力を使用して、例えば、重量計を取り囲む空気等の流体の密度値を連続的に更新するように構成されてもよい。流体の密度は、空気の密度ρ_airであってもよい。

上記は、直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換するものとして、計測電子機器２０、方法４００、及びシステム５００，６００を記載する。材料の直接測定質量流量は、材料の測定密度を使用することによって、流体の浮力を含む質量値に変換されてもよい。例えば、重量計を取り囲む流体の測定密度もまた、使用されてもよい。重量計を取り囲み得る流体の密度は、例えば、気圧を測定し且つ測定された気圧を計測電子機器２０に供給することによって、決定されてもよい。材料の密度は、材料の質量流量と同時期に測定されてもよい。追加で又は代替として、浮力効果を引き起こす流体の密度もまた、質量流量の直接的な測定及び／又は材料の密度の測定と同時期に測定及び／又は決定されてもよく、質量流量の直接的な測定及び／又は材料の密度の測定と時間的に関連付けられてもよい。前述の特徴の各々が単独でもたらす又は互いに組み合わされてもたらす結果として、流体の浮力を含む質量値は、重量測定法により測定される質量値と正確に比較されることができる。即ち、流体の浮力を考慮する質量値は、重量測定法により測定される質量値に等しいと推測され得る。

上記の実施形態の詳細な説明は、本明細書の範囲内にあると本発明者が考える全ての実施形態の網羅的な説明ではない。実際に、当業者は、上述の実施形態の特定の要素がさらなる実施形態を生成するために様々に組み合わされ又は除去されてもよく、そのようなさらなる実施形態が本明細書の範囲及び教示に含まれることを、認識するであろう。また、上述の実施形態が本明細書の範囲及び教示内で追加の実施形態を生成するために全体的に又は部分的に組み合わされてもよいことも、当業者には明らかであろう。

これ故、特定の実施形態は、例示の目的のために本明細書に記載されるが、関連技術分野の当業者が認識するように、本明細書の範囲内で、様々な均等的なモディファイが可能である。本明細書で提供される教示は、浮力を考慮するようにする直接測定質量流量の他の変換に適用されることができ、上記で説明され且つ添付の図面に示される実施形態にだけ適用されることができるものではない。よって、上述される実施形態の範囲は、以下の特許請求の範囲から決定されるべきである。

Claims (23)

1. 直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換する方法であって、
   材料の質量流量を直接的に測定することと、
   前記材料の密度を測定することと、
   測定された前記材料の密度を使用して、前記直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換することとを含む、方法。
2. 前記直接測定質量流量を、前記流体の浮力を含む前記質量値に変換するために、前記流体の密度を使用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記流体の浮力を含む前記質量値は、前記流体中で質量基準器を使用して校正済みである重量計による指示度数を含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記流体の浮力を含む前記質量値は、重量測定法により決定される、前記流体の浮力に対して補正されていない質量値を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 測定された前記材料の密度を使用して、前記直接測定質量流量を前記流体の浮力を含む前記質量値に変換することは、
   前記材料の複数の前記直接測定質量流量を合計し、測定された前記材料の密度を使用して、合計された前記直接測定質量流量を前記流体の浮力を含む前記質量値に変換することと、
   測定された前記材料の密度を使用して、前記直接測定質量流量のうちの１つ以上を、前記流体の浮力を含む１つ以上の質量流量値に変換することと
   のうちの１つを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 測定された前記材料の密度を使用して、前記１つ以上の直接測定質量流量を、前記１つ以上の質量流量値に変換することは、前記１つ以上の質量流量値を合計して前記流体の浮力を含む前記質量値を生成することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記質量基準器は、鋼と略８．０ｇ／ｃｍ3の密度を有する材料とのうちの少なくとも１つで構成される、請求項３に記載の方法。
8. 前記流体の浮力は、空気の浮力である、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. コリオリ式流量計が、前記材料の前記質量流量及び前記密度のうちの少なくとも１つを測定する、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換するよう構成される計測電子機器（２０）であって、
    計測アセンブリ（１０）からセンサ信号を受け取るように構成されるインタフェース（３０１）と、
    前記インタフェース（３０１）に通信可能に結合される処理システム（３１０）とを備え、
    前記処理システム（３１０）は、
    受け取った前記センサ信号に基づいて、前記計測アセンブリ（１０）内の材料の質量流量を直接的に測定することと、
    前記材料の密度を決定することと、
    決定された前記材料の密度を使用して、前記直接測定質量流量を流体の浮力を含む質量値に変換することとを行うように構成される、計測電子機器（２０）。
11. 前記処理システム（３１０）は、前記直接測定質量流量を前記流体の浮力を含む前記質量値に変換するために、前記流体の密度を使用するようにさらに構成される、請求項１０に記載の計測電子機器（２０）。
12. 前記材料の密度を決定するように構成される前記処理システム（３１０）は、
    前記インタフェース（３０１）に通信可能に結合される密度測定器から密度測定結果を受け取ることと、
    受け取った前記センサ信号に基づいて、前記材料の密度を測定することと
    のうちの１つを行うように構成される、請求項１０又は１１に記載の計測電子機器（２０）。
13. 前記流体の浮力を含む前記質量値は、前記流体中で質量基準器を使用して校正済みである重量計による指示度数を含む、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の計測電子機器（２０）。
14. 前記流体の浮力を含む前記質量値は、重量測定法により測定される、前記流体の浮力に対して補正されていない質量値を含む、請求項１０～１３のいずれか一項に記載の計測電子機器（２０）。
15. 決定された前記材料の密度を使用して、前記直接測定質量流量を前記流体の浮力を含む前記質量値に変換するように構成される前記処理システム（３１０）は、
    前記材料の複数の前記直接測定質量流量を合計し、測定された前記材料の密度を使用して、合計された前記直接測定質量流量を前記流体の浮力を含む前記質量値に変換することと、
    決定された前記材料の密度を使用して、前記直接測定質量流量のうちの１つ以上を、前記流体の浮力を含む１つ以上の質量流量値に変換することと
    のうちの１つを行うように構成される、請求項１０～１４のいずれか一項に記載の計測電子機器（２０）。
16. 測定された前記材料の密度を使用して、前記１つ以上の直接測定質量流量を、前記流体の浮力を含む前記１つ以上の質量流量値に変換するように構成される前記処理システム（３１０）は、前記１つ以上の質量流量値を合計して前記質量値を生成することをさらに含む、請求項１５に記載の計測電子機器（２０）。
17. 前記質量基準器は、鋼と略８．０ｇ／ｃｍ3の密度を有する材料とのうちの少なくとも１つで構成される、請求項１３に記載の計測電子機器（２０）。
18. 前記流体の浮力は、空気の浮力である、請求項１０～１７のいずれか一項に記載の計測電子機器（２０）。
19. コリオリ式流量計が、前記計測電子機器（２０）を含む、請求項１０～１８のいずれか一項に記載の計測電子機器（２０）。
20. 直接測定質量流量を浮力を考慮するように変換するシステム（６００）であって、
    流体の圧力及び密度のうちの１つを測定するように構成される流体センサ（６１０）と、
    前記流体センサ（６１０）に通信可能に結合される振動式計測器（５）とを備え、
    前記振動式計測器（５）は、
    材料の質量流量を直接的に測定することと、
    前記材料の密度を決定することと、
    決定された前記材料の密度を使用して、前記直接測定質量流量を前記流体の浮力を含む質量値に変換することとを行うように構成される、システム（６００）。
21. 前記計測器（５）は、前記直接測定質量流量を、前記流体の浮力を含む前記質量値に変換するために、前記流体の密度を使用するようにさらに構成される、請求項２０に記載のシステム（６００）。
22. 前記流体センサ（６１０）は、前記振動式計測器（５）によって測定される前記材料の質量を測定するように構成される重量計に近接して配置される、請求項２０又は２１に記載のシステム（６００）。
23. 前記流体は、前記計測器（５）によって測定される前記材料の質量を測定するように構成される重量計を取り囲む、請求項２０～２２のいずれか一項に記載のシステム（６００）。

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