(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動型流量計（５）における幾何学的熱補償のための計器電子装置（２０）であって、
前記振動型流量計（５）の１つ又は複数の振動型センサ信号と温度信号Ｔとを受け取るように構成されたインターフェース（２３）を備える計器電子装置（２０）において、
１つ又は複数の振動型センサ信号、及び、前記振動型流量計の温度信号（Ｔ）を受信するように構成されるインターフェース（23）と、
前記インターフェース（２３）と結合され、前記１つ又は複数の振動型センサ信号と前記温度信号（Ｔ）とを受け取るように構成され、前記温度信号（Ｔ）を用いて前記振動型流量計（５）の１つ又は複数の流れ管路（１３０、１３０’）の断面積及び密度における温度変化を補償するために幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を計算する処理システム（２４）と、
を備え、
前記幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）が１つ又は複数の振動型センサ信号を処理するのに用いられ、
前記流れ管路の固有周波数が、前記流れ管路の熱補償された断面積と、熱補償された前記流れ管路の密度との積の関数である、
計器電子装置。
【請求項２】
前記幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を記憶するように構成された記憶システム（２５）を更に備える、請求項１に記載の計器電子装置。
【請求項３】
密度と質量流量とを記憶するように構成された記憶システム（２５）を更に備える、請求項１に記載の計器電子装置。
【請求項４】
前記処理システム（２４）が、前記温度信号（Ｔ）と一次熱膨張係数（α）とを用いて前記１つ又は複数の流れ管路（１３０、１３０’）の前記幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を計算するよう構成される、請求項１に記載の計器電子装置。
【請求項５】
前記幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）が、基準温度（Ｔ０）と温度信号（Ｔ）との間の温度差（ΔＴ）を含む、請求項１に記載の計器電子装置。
【請求項６】
前記処理システム（２４）が、前記１つ又は複数の振動型センサ信号と前記幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）とから１つ以上の流れ特性を計算するよう構成される、請求項１に記載の計器電子装置。
【請求項７】
前記処理システム（２４）が、熱的に補償された密度を計算するよう構成される、請求項１に記載の計器電子装置。
【請求項８】
前記処理システム２４が、式
【数１】
0005952928.tif 000027
にしたがって、熱的に補償された密度を計算するよう構成され、前記（ＴＦｅ）項が一次熱膨張係数（α）を含み、Ｋは管周期であり、Ｃ１とＣ２は校正定数であり、ρｆは流体密度であり、ＴＦｙはヤング率であり、ＴFｅは幾何学的熱補償係数である、請求項１に記載の計器電子装置。
【請求項９】
前記（ＴＦｙ）項が弾性率熱補償項を含む、請求項８に記載の計器電子装置。
【請求項１０】
前記処理システム（２４）が、熱的に補償された質量流量を計算するよう構成される、
請求項１に記載の計器電子装置。
【請求項１１】
前記処理システム（２４）が、式
【数２】
0005952928.tif 000028
にしたがって、熱的に補償された質量流量を計算するよう構成され、前記（ＴＦｅ）項が一次熱膨張係数（α）を含み、ＦＣＦは流量補償係数であり、ΔＴは１つ又は複数の振動型センサ信号の時間遅延であり、
【数３】
0005952928.tif 000029
は質量流量であり、ＴＦｙはヤング率であり、ＴFｅは幾何学的熱補償係数である、請求項１に記載の計器電子装置。
【請求項１２】
前記（ＴＦｙ）項が弾性率熱補償項を含む、請求項１１に記載の計器電子装置。
【請求項１３】
振動型流量計における幾何学的熱補償のための方法であって、前記振動型流量計の１つ又は複数の振動型センサ信号と温度信号（Ｔ）とを受け取るステップを含む方法において、
前記温度信号（Ｔ）を用いて前記振動型流量計の１つ又は複数の流れ管路の断面積及び密度における温度変化を補償するために幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を計算するステップを備え、
前記幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）が１つ又は複数の振動型センサ信号を処理するのに用いられ、
前記流れ管路の固有周波数が、前記流れ管路の熱補償された断面積と、熱補償された前記流れ管路の密度との積の関数である、
方法。
【請求項１４】
前記温度信号（Ｔ）と一次熱膨張係数（α）とを用いて前記１つ又は複数の流れ管路の前記幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を計算するステップを更に備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）が、基準温度（Ｔ０）と温度信号（Ｔ）との間の温度差（ΔＴ）を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記１つ又は複数の振動型センサ信号と前記幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）とから１つ以上の流れ特性を計算するステップを更に備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
熱的に補償された密度を計算するステップを更に備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
式
【数４】
0005952928.tif 000030
にしたがって、熱的に補償された密度を計算するステップを更に備え、前記（ＴＦｅ）項が一次熱膨張係数（α）を含み、Ｋは管周期であり、Ｃ１とＣ２は校正定数であり、ρｆは流体の密度であり、ＴＦｙはヤング率であり、ＴFｅは幾何学的熱補償係数である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記（ＴＦｙ）項が弾性率熱補償項を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
熱的に補償された質量流量を計算するステップを更に備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
式
【数５】
0005952928.tif 000031
にしたがって、熱的に補償された質量流量を計算するステップを更に備え、前記（ＴＦｅ）項が一次熱膨張係数（α）を含み、ＦＣＦは流量補償係数であり、ΔＴは１つ又は複数の振動型センサ信号の時間遅延であり、
【数６】
0005952928.tif 000032
は質量流量であり、ＴＦｙはヤング率であり、ＴFｅは幾何学的熱補償係数である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記（ＴＦｙ）項が弾性率熱補償項を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
振動型流量計における幾何学的熱補償のための方法であって、前記振動型流量計の１つ又は複数の振動型センサ信号と温度信号（Ｔ）とを受け取るステップを含む方法において、
前記温度信号（Ｔ）を用いて前記振動型流量計の１つ又は複数の流れ管路の断面積及び密度における温度変化を補償するために幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を計算するステップと、
熱的に補償された密度と熱的に補償された質量流量とのうちの少なくとも一方を計算するステップと、
を備え、前記幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）が１つ又は複数の振動型センサ信号を処理するのに用いられ、
前記流れ管路の固有周波数が、前記流れ管路の熱補償された断面積と、熱補償された前記流れ管路の密度との積の関数である、
方法。
【請求項２４】
前記温度信号（Ｔ）と一次熱膨張係数（α）とを用いて前記１つ又は複数の流れ管路の前記幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を計算するステップを更に備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）が、基準温度（Ｔ０）と温度信号（Ｔ）との間の温度差（ΔＴ）を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
熱的に補償された密度を計算する前記ステップが、式
【数７】
0005952928.tif 000033
にしたがって、熱的に補償された密度を計算するステップを更に備え、前記（ＴＦｅ）項が一次熱膨張係数（α）を含み、Ｋは管周期であり、Ｃ１とＣ２は校正定数であり、ρｆは流体の密度であり、ＴＦｙはヤング率であり、ＴFｅは幾何学的熱補償係数である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記（ＴＦｙ）項が弾性率熱補償項を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
熱的に補償された質量流量を計算する前記ステップが、式
【数８】
0005952928.tif 000034
にしたがって、熱的に補償された質量流量を計算するステップを更に備え、前記（ＴＦｅ）項が一次熱膨張係数（α）を含み、ＦＣＦは流量補償係数であり、ΔＴは１つ又は複数の振動型センサ信号の時間遅延であり、
【数９】
0005952928.tif 000035
は質量流量であり、ＴＦｙはヤング率であり、ＴFｅは幾何学的熱補償係数である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記（ＴＦｙ）項が弾性率熱補償項を含む、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量計に関するもので、特に、流量計における幾何学的熱補償のための計器
電子装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的には、コリオリ流量計や振動型密度計のような振動型管路センサは、流れる資材
を収容する振動型管路の運動を検出することによって動作される。質量流量や密度のよう
な、管路内の資材に関連する特性は、管路に関連付けられた運動トランスデューサから受
信される測定信号を処理することによって決定され得る。一般に、資材で満たされた振動
システムの振動モードは、収容する管路とそこに収容される資材との組み合わされた質量
、剛性及び減衰特性によって影響される。
【０００３】
典型的なコリオリ流量計は、パイプラインや他の運搬システムにおいてインラインで接
続されていて例えば流体、スラリ等の資材をシステムにおいて運搬する１つ又は複数の流
れ管路又は流管を備えている。それぞれの管路は、例えば単純曲げモード、捻れモード、
ラジアル・モード、結合モードを含む固有振動モードの組を有するものとみなされる。典
型的なコリオリ流量測定の応用においては、資材が管路を通って流れるときに、１つ又は
複数の振動モードで管路が励振される。典型的には、励振は、周期的に管路を振動させる
ボイスコイル型駆動装置のような電気機械的装置等のアクチュエータによって与えられる
。質量流量は、トランスデューサの場所での運動間の時間遅延又は位相を測定することに
よって決定される。典型的には、流れ管路の振動応答を測定するために、こうした２つの
トランスデューサ（又はピックオフ・センサ）が採用され、典型的には、アクチュエータ
の上流側又は下流側の位置に配置される。２つのピックオフ・センサは２対の独立したワ
イヤ等の配線によって電子計器に接続される。電子計器は２つのピックオフ・センサから
信号を受け取り、これらの信号を処理して質量流量測定値を導出する。
【０００４】
（例えば、特定の温度、据え付け、外部負荷等の）流量計の条件の組に対して、質量流
量はピックオフ・センサ間の時間遅延（Δｔ）に正比例する。この関係は下記の式１、即
ち
【０００５】
【数１】
0005952928.tif 000002
【０００６】
によって与えられる。ＦＣＦ項は比例定数であり、普通は流量補償係数と呼ばれる。ｚｅ
ｒｏ値は、経験的に導出されたゼロ流量オフセットである。
ＦＣＦは流量計の管路の剛性と幾何学的形状とに主に依存する。幾何学的形状は、位相
又は時間の２つの測定が行われる場所のような特徴を含む。剛性は、流れ管路の材質特性
と管路の幾何学的形状とに依存する。特定の流量計の場合、ＦＣＦ値及びｚｅｒｏ値は、
特定の校正温度において２つの既知の質量流量で流れる校正流体により実施される校正プ
ロセスによって見出される。
【特許文献１】特表２００３−５２８３０５号公報
【特許文献２】特表２００３−５０３７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
流量計の剛性又は幾何学的形状が動作期間に変化すると、初期校正時間の後にＦＣＦも
変化する。例えば、動作温度が校正温度よりも高くなると、流量計の剛性に変化が生じる
。正確な質量流量測定を保証するには、ＦＣＦ値とｚｅｒｏ値とがほぼ一定であることが
必要である。これは達成が極めて困難である。代わりに、正確な質量流量測定は、ＦＣＦ
値やｚｅｒｏ値の変化を補償する堅固な方法が採用されることを求めている。
【０００８】
典型的には、従来の流量計は特定の基準温度（Ｔ０）において校正される。しかし、使
用状態においては、流量計は、基準温度とは異なる温度で動作することが多い。従来技術
においては、比較的簡単な方法で流量計が温度変化について補償される。従来から、弾性
率が温度と共に変化することが知られている。その結果、従来技術においては、弾性率に
対する影響を補償するために、質量流量と密度との式が追加される。
【０００９】
弾性率又はヤング率（Ｅ）に対する温度補償を含む従来の典型的な質量流量式は下記の
式２、即ち
【００１０】
【数２】
0005952928.tif 000003
【００１１】
によって与えられる。ヤング率の項（１−φ・ΔＴ）は、基準温度（Ｔ０）からの流量計
温度の変化に対応してＦＣＦがどのように変化するかを定義する。
上記の関数φの勾配はＦＴと呼ばれることが多く、典型的には、特定の流量計設計又は
流量計群に対する実験を通して決定される。従来技術においては、ＦＣＦは、温度に対す
る弾性率の勾配と本質的に同一であると普通は考えられている。しかし、弾性率は、流量
計が動作する全温度範囲にわたって線形であるとは限らない。この非線形性を補償するた
めに、この変化を更に良好に補償する高次多項式、例えば下記の式３、即ち
【００１２】
【数３】
0005952928.tif 000004
【００１３】
が採用されてきた。高次多項式の項（１−φ１・ΔＴ−φ２・ΔＴ２・・・・）は、流量
計温度の変化につれてＦＣＦがどのように変化するかを定義する。ヤング率の項はＴＦｙ
として表される。（ＴＦｙ）項は一次の線形項を含み、又は多項式を含むことができる。
【００１４】
また、コリオリ流量計は基準振動フレーム内のプロセス流体の密度（ρｆ）を測定する
ことができる。振動周期の二乗は、振動系の質量を剛性で割った値に正比例する。流れ管
路の特定の条件に対して、剛性と質量は一定であり、流体密度（ρｆ）は周期の二乗に正
比例する。この関係は下記の式４、即ち
【００１５】
【数４】
0005952928.tif 000005
【００１６】
によって与えられる。Ｃ１項は比例定数であり、Ｃ２項はオフセットである。係数Ｃ１、
Ｃ２は、流れ管路の剛性に依存するとともに、流量計内の流体の質量及び体積に依存する
。係数Ｃ１、Ｃ２は、既知の密度の２つの流体を用いて流量計を校正することにより決定
される。
【００１７】
従来技術においては、密度計算も温度で補償されている。弾性率に対する温度補償を含
む典型的な密度計算の形は、下記の式５、即ち
【００１８】
【数５】
0005952928.tif 000006
【００１９】
によって与えられる。（ＴＦｙ）項は、先に検討した基準温度（Ｔ０）からの温度の変化
と共に管周期の二乗がどのように変化するかを定義する。
上記の関数φの勾配はＤＴと呼ばれることが多く、典型的には、特定の流量計設計又は
流量計群に対する実験を通して決定される。留意されるように、質量流量におけると同様
に、密度温度補償プロセスに対する温度の影響を除くために、高次関数を用いることがで
きる。ＦＴと同様に、従来技術においては、ＤＴは、温度に対する弾性率の勾配と同一で
あると普通は考えられている。その結果、従来技術においては、質量流量と密度が同じよ
うに温度補償される。
【００２０】
基準温度（即ち校正温度）付近で、ＤＴ及びＦＴの温度補償手順は、十分許容し得るほ
どに機能する。しかし、温度の両極端においては、その固有の不正確さや不完全さが顕著
になり、目立つようになる。このため、従来技術においては、追加の補償及び校正プロセ
スが必要になることが多い。例えば、９０°Ｃのような高温で使用される流量計について
は、同様に高い基準温度で新たな校正プロセスが実行される。この追加の校正プロセスは
、この新たな校正温度付近の温度で流量計が所望の精度内で動作することを保証する。し
かし、周囲温度が大幅に低下（又は上昇）すると、流量計の精度は悪影響を受ける。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の実施の形態によると、流量計の幾何学的熱補償のための計器電子装置が提供さ
れる。この計器電子装置は、流量計のセンサ信号と温度信号（Ｔ）とを受け取るように構
成されるインターフェースを備える。また、計器電子装置は、インターフェースと結合さ
れ、センサ信号と温度信号とを受け取るよう構成され、温度信号（Ｔ）を用いて流量計の
１つ又は複数の流れ管路に対する幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を計算する処理システム
を備える。幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）は第１及び第２のセンサ信号を処理するのに用
いられる。
【００２２】
本発明の実施の形態によると、流量計における幾何学的熱補償のための方法が提供され
る。この方法は、流量計のセンサ信号と温度信号とを受け取ること、及び、温度信号（Ｔ
）を用いて流量計の１つ又は複数の流れ管路に対する幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を計
算することを含む。幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）は第１及び第２のセンサ信号を処理す
るのに用いられる。
【００２３】
本発明の実施の形態によると、流量計における幾何学的熱補償のための方法が提供され
る。この方法は、流量計のセンサ信号と温度信号とを受け取ること、及び、温度信号（Ｔ
）を用いて流量計の１つ又は複数の流れ管路に対する幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を計
算することを含む。更に、方法は、熱的に補償された密度と熱的に補償された質量流量と
のうちの両方又は一方を計算することを含む。幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）は第１及び
第２のセンサ信号を処理するのに用いられる。
【００２４】
態様
計器電子装置の１つの態様において、幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）は一次式を含む。
計器電子装置の他の態様において、幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）は多項式を含む。
【００２５】
計器電子装置の更に他の態様において、計器電子装置は、幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ
）を記憶するよう構成された記憶システムを更に備える。
計器電子装置の別の態様において、計器電子装置は、密度及び質量流量を記憶するよう
構成された記憶システムを更に備える。
【００２６】
計器電子装置の更に別の態様において、処理システムは、温度信号（Ｔ）を用いて流量
計の１つ又は複数の流れ管路に対する幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を計算するよう構成
される。
【００２７】
計器電子装置の更に別の態様において、幾何学的熱補償係数は、基準温度（Ｔ０）と温
度信号（Ｔ）との間の温度差（ΔＴ）を含む。
計器電子装置の更に別の態様において、処理システムは、センサ信号と幾何学的熱補償
係数（ＴＦｅ）とから１つ以上の流れ特性を計算するよう構成される。
【００２８】
計器電子装置の更に別の態様において、処理システムは、熱的に補償された密度を計算
するよう構成される。
計器電子装置の更に別の態様において、処理システムは、式
【００２９】
【数６】
0005952928.tif 000007
【００３０】
にしたがって、熱的に補償された密度を計算するよう構成される。ただし、（ＴＦｅ）項
は一次熱膨張係数αを含む。
計器電子装置の更に別の態様において、（ＴＦｙ）項は弾性率熱補償項を含む。
【００３１】
計器電子装置の更に別の態様において、処理システムは、熱的に補償された質量流量を
計算するよう構成される。
計器電子装置の更に別の態様において、処理システムは、式
【００３２】
【数７】
0005952928.tif 000008
【００３３】
にしたがって、熱的に補償された質量流量を計算するよう構成される。ただし、（ＴＦｅ
）項は一次熱膨張係数αを含む。
計器電子装置の更に別の態様において、（ＴＦｙ）項は弾性率熱補償項を含む。
【００３４】
方法の１つの態様において、幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）は一次式を含む。
方法の他の態様において、幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）は多項式を含む。
方法の更に他の態様において、計算することは、温度信号（Ｔ）及び一次熱膨張係数α
又は多項式を用いて１つ又は複数の流れ管路に対する幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を計
算することを更に含む。
【００３５】
方法の更に別の態様において、幾何学的熱補償係数は、基準温度（Ｔ０）と温度信号（
Ｔ）との間の温度差（ΔＴ）を含む。
方法の更に別の態様において、方法は、センサ信号と幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）と
から１つ以上の流れ特性を計算することを更に含む。
【００３６】
方法の更に別の態様において、方法は、熱的に補償された密度を計算することを更に含
む。
方法の更に別の態様において、方法は、式
【００３７】
【数８】
0005952928.tif 000009
【００３８】
にしたがって、熱的に補償された密度を計算することを更に含む。ただし、（ＴＦｅ）項
は一次熱膨張係数αを含む。
方法の更に別の態様において、（ＴＦｙ）項は弾性率熱補償項を含む。
【００３９】
方法の更に別の態様において、方法は、熱的に補償された質量流量を計算することを更
に含む。
方法の更に別の態様において、方法は、式
【００４０】
【数９】
0005952928.tif 000010
【００４１】
にしたがって、熱的に補償された質量流量を計算することを更に含む。ただし、（ＴＦｅ
）項は一次熱膨張係数αを含む。
方法の更に別の態様において、（ＴＦｙ）項は弾性率熱補償項を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】流量計組立体と計器電子装置とを備えるコリオリ流量計を示す図である。
【図２】発明の実施の形態に係る流量計の計器電子装置を示す図である。
【図３】発明の実施の形態に係る流量計を動作させる方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１〜図３及びその説明は、発明の最良の形態を作成し使用する方法を当業者に教示す
る特定の例を示している。発明原理を教示するために、従来の態様の中には簡単化され又
は省略されたものがある。当業者は理解するように、こうした例の変形は発明の範囲内に
入る。当業者は理解するように、以下に記述される特徴は種々の方法で組み合わされて発
明の複数の変形を形成することができる。その結果、本発明は、以下に記述される特定の
例に限定されるものではなく、請求項とその均等物とによってのみ限定される。
【００４４】
図１は、流量計組立体１０と計器電子装置２０とを備えるコリオリ流量計５を示してい
る。計器電子装置２０は、密度、質量流量、体積流量、総質量流量、温度及びその他の情
報を経路２６によって提供するために、リード線１００を介して流量計組立体１０に接続
されている。当業者には明らかなように、本発明は、駆動装置、ピックオフ・センサ及び
流れ管路の数や動作振動モードに無関係に、任意の形式のコリオリ流量計５によって使用
されることができる。コリオリ流量計５によって提供される追加の測定能力無しに、本発
明を振動管密度計として実施することができることは当業者には明らかであるけれども、
コリオリ流量計５の構成が記述される。
【００４５】
流量計組立体１０は、一対のフランジ１０１、１０１’と、マニホールド１５０、１５
０’と、駆動装置１８０と、ピックオフ・センサ１７０Ｌ、１７０Ｒと、流れ管路１３０
、１３０’とを備える。駆動装置１８０とピックオフ・センサ１７０Ｌ、１７０Ｒとは流
れ管路１３０、１３０’に接続される。
【００４６】
測定される資材を運ぶパイプライン系（図示せず）に流量計組立体１０が挿入されると
、資材はフランジ１０１を通って流量計組立体１０に入り、入口側マニホールド１５０を
通過して、資材の全量が流れ管路１３０、１３０’に入るよう向きを変え、流れ管路１３
０、１３０’を通って流れて出口側マニホールド１５０’へ戻り、フランジ１０１’を通
って流量計組立体１０から出る。
【００４７】
流れ管路１３０、１３０’は、それぞれの曲げ軸Ｗ−Ｗ、Ｗ’−Ｗ’に関して実質的に
同一の質量分布、慣性モーメント及び弾性率を持つように選択され、入口側マニホールド
１５０と出口側マニホールド１５０’とに適切に取り付けられる。
【００４８】
流れ管路１３０、１３０’は、駆動装置１８０によって、それぞれの曲げ軸Ｗ、Ｗ’に
関して逆方向に且ついわゆる流量計５の第１位相外れ曲げモードで駆動される。駆動装置
１８０は流れ管路１３０に取り付けられた磁石と流れ管路１３０’に取り付けられた対向
コイルのような、多くの公知の装置のうちの１つを備える。交流を対向コイルに流すと、
両方の管路が振動させられる。リード線１８６を介して計器電子装置２０から適宜の駆動
信号が駆動装置１８０に印加される。
【００４９】
計器電子装置２０はリード線１６５Ｌ、１６５Ｒ上でセンサ信号を受け取る。計器電子
装置２０はリード線１８５上に駆動信号を生成し、それにより、駆動装置１８０は管路１
３０、１３０’を振動させる。計器電子装置２０は、周囲温度測定を行う抵抗温度装置（
ＲＴＤ）１９０から温度信号を受け取る。温度信号はＲＴＤ１９０からリード線１９５を
介して受け取られる。計器電子装置２０は、ピックオフ・センサ１７０Ｌ，１７０Ｒから
の右温度信号及び左温度信号を処理して質量流量を計算する。経路２６は計器電子装置２
０がオペレータとインターフェースを取る入出力手段を提供する。図１の記述は流量計５
の動作の単なる例として提供されており、本発明の教示を限定するものではない。
【００５０】
図２は、発明の実施の形態に係る流量計５の計器電子装置２０を示している。計器電子
装置２０はインターフェース２３と処理システム２４とを備えており、更に記憶システム
２５を備えることができる。
【００５１】
インターフェース２３は、流量計組立体１０から信号を受け取り、それらの信号を処理
システム２４へ伝えるよう構成される。例えば、インターフェース２３は、第１のピック
オフ・センサ１７０Ｌから第１のセンサ信号を、第２のピックオフ・センサ１７０Ｒから
第２のセンサ信号を受け取るよう構成される。また、インターフェース２３はＲＴＤ１９
０から温度信号３２を受け取って記憶するよう構成される。温度信号３２は流れ管路１３
０、１３０’の周囲温度の測定値を含む。
【００５２】
処理システム２４は第１及び第２のセンサ信号３１と温度信号３２とを受け取って記憶
する。また、処理システム２４は一次熱膨張係数（α）３３を含む。一次熱膨張係数（α
）３３は、温度に起因する、更に適切には温度変化に起因する幾何学的大きさの変化を表
す。したがって、一次熱膨張係数（α）３３は温度の一次関数を含むことができ、又は温
度の多項式関数を含むことができる。発明の目的のために、温度変化は基準温度又は校正
温度（Ｔ０）からの温度（Ｔ）の変化、即ち、値Ｔ−Ｔ０である。
【００５３】
一次熱膨張係数（α）３３は流れ管路固有値を含む。一次熱膨張係数（α）３３は流量
計組立体１０の流れ管路１３０、１３０’の少なくとも材質にしたがって選択される。更
に、一次熱膨張係数（α）３３は流量計組立体１０の他の特性、例えば、管の形状や壁面
の厚さ等にしたがって選択され得る。
【００５４】
一次熱膨張係数（α）３３は幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）４５という要素を含む。幾
何学的熱補償係数（ＴＦｅ）４５は、流量計組立体１０の熱膨張や熱収縮に起因する幾何
学的補償を実施するために使用される。したがって、幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）４５
は流量計組立体１０の材質と特性とにしたがって形成され得る。幾何学的熱補償係数（Ｔ
Ｆｅ）４５については後で詳述する。
【００５５】
処理システム２４は、センサ信号３１から１つ以上の流れ特性と１つ以上の流れ測定値
とを計算するよう構成される。流れ測定値は質量流量３５、密度３４等々のうちの１つ又
は複数を含むことができる。流れ特性は、流れ測定値を生成するのに使用される周波数（
ｆ）、位相差（Δθ）、時間遅延（Δｔ）等のうちの１つ又は複数を含むことができる。
【００５６】
１つの実施の形態においては、処理システム２４は、温度信号３４を用いて、１つ又は
複数の流れ管路１３０、１３０’における幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）４５を計算する
ように構成される。幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）４５はセンサ信号３１を処理するのに
使用される。
【００５７】
実施の形態によっては、幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）４５は、例えば、（１＋α・Δ
Ｔ）項として表される一次補償係数を含むことができる。（ＴＦｅ）の一次補償は幾何学
的熱膨張の一次近似を含むことができる。実施の形態によっては、一次補償係数（ＴＦｅ
）は十分な精度を提供する。しかし、幾何学的な熱膨張又は熱収縮は厳密には線形ではな
く、或る実施の形態においては、一次近似は所望の精度を達成しない。したがって、実施
の形態によっては、幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）４５は、ヤング率（Ｅ）について行い
得たように多項式を含む（式（３）を参照のこと）。多項補償係数は、例えば（１＋α１
・ΔＴ＋α２・ΔＴ２＋α３・ΔＴ３）項として表される。
【００５８】
１つの実施の形態においては、処理システム２４は、温度信号を用いて１つ又は複数の
流れ管路１３０、１３０’における幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）４５を計算するよう構
成されるとともに、幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）４５を用いて、熱的に補償された密度
を計算するよう構成される。１つの実施の形態においては、処理システム２４は、温度信
号を用いて１つ又は複数の流れ管路における幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）４５を計算す
るよう構成されるとともに、幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）４５を用いて、熱的に補償さ
れた質量流量を計算するよう構成される。幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）４５により、他
の流れ特性をも補償することができる。
【００５９】
記憶システム２５は、受け取った信号及びデータを記憶することができる。例えば、記
憶システム２５は、受け取ったセンサ信号３１と受け取った温度信号３２とを記憶するこ
とができる。記憶システム２５は、計算に用いる定数を記憶することができる。例えば、
記憶システム２５は、基準温度（Ｔ０）３６、剛性値（Ｋ）３８、第１定数Ｃ１３９、第
２定数Ｃ２４０及びＦＣＦ値３７を記憶することができる。記憶システム２５は、密度３
４、質量流量３５及び幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）４５を含む計算値を記憶することが
できる。所望により、追加の計算値を記憶システム２５に記憶させることができる。
【００６０】
本発明の或る実施の形態によると、熱膨張又は熱収縮の項は、弾性率の補償に加えて、
流量計に対する密度及び質量流量の式に含まれる。下記の式６〜式１４は、幾何学的熱補
償係数（ＴＦｅ）４５を含む幾何学的熱補償の導出を示している。式１５〜式１９は、流
量計５のセンサ信号を処理する際に項がどのように含まれるかを示す。
【００６１】
コリオリ流量計の物理的動作はビーム・セオリによって良く近似される。オイラー・ベ
ルヌーイのビームの固有周波数は、下記の式６、則ち
【００６２】
【数１０】
0005952928.tif 000011
【００６３】
によって与えられる。（Ｅ）項はビームの弾性率であり、（Ｉ）項はビームの慣性の面積
モーメントであり、（Ｍ／ｌ）項はビーム（管）とそれが収容する流体の単位長さ当たり
の質量であり、（ｌ）項はビームの長さであり、（βｎｌ）２項はビームの境界条件に依
存する定数である。
【００６４】
密度（ρ）と断面積（Ａ）とを用いて表された単位長さ当たりの質量（Ｍ／ｌ）は、下
記の式７、即ち
【００６５】
【数１１】
0005952928.tif 000012
【００６６】
によって与えられる。下付き文字は流れ管路又は管（ｔ）と流体（ｆ）を示している。
弾性率（Ｅ）は温度と共に変化する。下記の式８、即ち
【００６７】
【数１２】
0005952928.tif 000013
【００６８】
は温度の関数としての弾性率を表している。これは線形であるように示されているが、高
次多項式で表すことができる。（Ｅ０）項は基準温度（Ｔ０）での弾性率である。先に検
討したとおり、（ＴＦｙ）項はヤング率であり、一次近似（１−φ・（Ｔ−Ｔ０））又は
多項式（１―φ・ΔＴ―φ２・ΔＴ２―φ３・ΔＴ３―φ４・ΔＴ４）として表される。
【００６９】
管の大きさは、熱膨張に起因して温度と共に変動する。下記の式９、即ち、
【００７０】
【数１３】
0005952928.tif 000014
【００７１】
は、温度の関数としての管路長さ（ｌ）の式である。これは線形であるように示されてい
るが、弾性率と同様に、高次多項式で表すことができる。
ｌ０項は基準温度Ｔ０での長さであり、（ＴＦｅ）項は幾何学的熱膨張係数である。こ
こでも、（ＴＦｅ）項は、（Ｔ−Ｔ０、即ちΔＴ）及び（α）項を含む幾何学的熱膨張係
数を含む。α項は、本発明にしたがって導入される一次熱膨張係数を含む。α項は、幾何
学的な膨張や収縮を熱的に補償するために導入される。
【００７２】
この関係は、内径や外径のような他の寸法に適用できる。内径及び外径は、下記の式１
０〜式１２に示すように、管の断面積Ａｔ（Ｔ）、流体の断面積Ａｆ（ｔ）及び慣性モー
メントＩ（ｔ）を計算するのに用いられる。
【００７３】
【数１４】
0005952928.tif 000015
【００７４】
【数１５】
0005952928.tif 000016
【００７５】
ｄｏ項は管の外径であり、ｄｉ項は内径である。
管の質量は温度の共に変化することはないので、その密度は体積膨張と共に減少しなけ
ればならない。温度の函数としての管の密度（ρｔ）は下記の式１３、即ち
【００７６】
【数１６】
0005952928.tif 000017
【００７７】
によって与えられる。ρｔ０項は基準温度（Ｔ０）での流れ管路の密度である。管周期（
Ｋ）は、下記の式１４、即ち
【００７８】
【数１７】
0005952928.tif 000018
【００７９】
によって与えられるように、固有周波数（ωｎ）に反比例する。
式６〜式１４を用いると、流体密度（ρｆ）は、下記の式１５、即ち
【００８０】
【数１８】
0005952928.tif 000019
【００８１】
によって与えられるように、管周期（Ｋ）、温度（Ｔ）、温度に対する弾性率の変化（φ
）及び幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を用いて書き表される。Ｃ１項及びＣ２項は、温度
から独立した定数であって、基準温度における流れ管路の形状及び材料特性に関係する定
数である。（ＴＦｙ）項と（ＴＦｅ）項は、温度（Ｔ）と基準温度（Ｔ０）との間の差を
含む（ΔＴ）項を含む。更に、（ＴＦｅ）項は一次熱膨張係数（α）を含む。
【００８２】
コリオリ力に起因する、流体を運んでいるビームの２点間の位相角差（Δθ）は、下記
の式１６、即ち
【００８３】
【数１９】
0005952928.tif 000020
【００８４】
によって与えられる形をしている。ｘ項はビームの長さに沿う位置を表しており、長さ（
ｌ）によって与えられ、
【００８５】
【数２０】
0005952928.tif 000021
【００８６】
項は質量流量であり、他の変数は定義済みである。
時間遅延（Δｔ）は、下記の式１７、即ち
【００８７】
【数２１】
0005952928.tif 000022
【００８８】
によって与えられるように、位相差（Δθ）に関係する。式６〜式１６から、時間遅延（
Δｔ）は、下記の式１８、即ち
【００８９】
【数２２】
0005952928.tif 000023
【００９０】
によって与えられるように、質量流量
【００９１】
【数２３】
0005952928.tif 000024
【００９２】
と定数（Ｃ）とを用いて書き表される。Ｃ項は、時間遅延（Δｔ）が測定される２点に基
づく定数である。
質量流量
【００９３】
【数２４】
0005952928.tif 000025
【００９４】
は、以下の式１９、即ち
【００９５】
【数２５】
0005952928.tif 000026
【００９６】
によって与えられるように、時間遅延（Δｔ）、温度（Ｔ）、温度に対する弾性率の変化
（φ）及び幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を用いて書き表される。ＦＣＦ項は、温度から
独立していて基準温度（Ｔ０）における管の形状と材質特性とに関係する、実質的に一定
の値を含む。（ΔＴ）値は温度（Ｔ）と基準温度（Ｔ０）との間の差である。
【００９７】
幾何学的な熱膨張や熱収縮を適切に補償しないことで導入される質量流量誤差は、他の
全ての変数が適切に特徴付けられ且つ温度測定が正確であれば、大きくはない。しかし、
これに対して、幾何学的熱変化が考慮されない場合には、密度誤差は感知されるほどであ
る。質量流量と密度との不正確さは周囲温度が基準温度から離れるにつれて顕著になる。
【００９８】
質量流量と密度とを計算する新規な方法は、熱膨張や熱収縮を補償することによって、
コリオリ流量計及び振動密度計の精度を改善する。流体の密度が水の密度と相違し、温度
が基準温度（Ｔ０）の付近にない場合、密度測定精度の利点は有意義である。
【００９９】
図３は、本発明の実施の形態に係る流量計５を動作させる方法のフロー図３００である
。ステップ３０１において、センサ信号３１が受け取られる。実施の形態によっては、第
１及び第２のセンサ信号３１が流量計から受け取られる。
【０１００】
ステップ３０２において、計器電子装置は流量計組立体１０から温度信号を受け取る。
温度は実質的に周囲温度を含む。ステップ３０３において、計器電子装置は先に検討した
ように幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を計算する。幾何学的熱補償係数は、流れ管路の形
状の熱膨張又は熱収縮について流れ特性を補償する。熱膨張又は熱収縮は、例えば、流れ
管路の断面の大きさの変化及び／又は長さの変化を含む。
【０１０１】
ステップ３０４において、幾何学的熱補償係数（ＴＦｅ）を用いて、１つ以上の流れ特
性が計算される。先に検討したように、流体の補償された密度値を計算することができる
。先に検討したように、流体の補償された質量流量値を計算することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
温度補償は精度の改善をもたらす。温度補償は流量計の実質的に全動作温度範囲にわた
って精度の改善をもたらす。温度補償は質量流量測定の一層正確な補償を提供する。温度
補償は密度の一層正確な補償を提供する。温度補償は、テスト間で温度が変動したときに
テスト結果の分析を改善する。
【図１】
0005952928.tif 000036
【図２】
0005952928.tif 000037
【図３】
0005952928.tif 000038