(57)【要約】  流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための計測器電子機器（２０）が、本発明の一つの実施の形態により実現される。計測器電子機器（２０）は、流体物質の周波数応答を受信するためのインターフェイス（２０１）及び処理システム（２０３）を備える。処理システム（２０３）は、インターフェイス（２０１）からの周波数応答を受信し、その周波数応答を少なくとも１つのガス周波数成分及び流体周波数成分に分ける。処理システム（２０３）は、周波数応答から総合密度を決定し、ガス周波数成分からガス密度を決定する。処理システム（２０３）は、ガス周波数成分と流体周波数成分のうちの１つ又は複数と周波数応答とからガスの空隙率を決定する。処理システム（２０３）は、ガスの空隙率にガス密度を総合密度で割った比を掛けた値から質量分率を決定する。
2008541137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量計（５）内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための計測器電子機器（２０）であって、
前記流体物質の周波数応答を受信するためのインターフェイス（２０１）と、
前記インターフェイス（２０１）と通信し、前記インターフェイス（２０１）から前記周波数応答を受信し、前記周波数応答を少なくともガス周波数成分及び流体周波数成分に分け、前記周波数応答から総合密度を決定し、前記ガス周波数成分からガス密度を決定し、前記周波数応答並びに前記ガス周波数成分及び前記流体周波数成分の１つ又は複数からガスの空隙率を決定し、ガスの空隙率に前記ガス密度を前記総合密度で割った比を掛けて得られた値から質量分率を決定するように構成される処理システム（２０３）と
並びに  を備える計測器電子機器（２０）。
【請求項２】
前記ガス密度は前記ガス周波数の二乗の逆数を含み、前記総合密度は前記周波数の二乗の逆数を含む、請求項１に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項３】
前記処理システム（２０３）は、更に、前記周波数応答から前記流体物質の質量流量を決定し、前記質量分率及び前記質量流量を使用して第１の流体成分質量と第２の流体成分質量の少なくとも１つを決定するように構成される、請求項１に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項４】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、前記処理システム（２０３）は、更に、実質的瞬時周波数を決定し、実質的瞬時位相差を決定するように構成され、前記質量流量は、前記周波数及び前記位相差を使用して決定される、請求項３に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項５】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、前記処理システム（２０３）は、更に、実質的瞬時周波数を決定し、実質的瞬時位相差を決定し、前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求め、前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるように構成される、請求項３に掲載の計測器電子機器（２０）。
【請求項６】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、前記処理システム（２０３）は、更に、前記第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成し、前記第１の９０度の位相シフト及び前記第１のセンサ信号を使用して周波数を計算し、実質的瞬時位相差を決定し、前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求め、前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるように構成される、請求項３に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項７】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、前記処理システム（２０３）は、更に、前記第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成し、前記第１の９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して前記位相差を計算し、実質的瞬時位相差を決定し、前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求め、前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるように構成される、請求項３に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項８】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、前記処理システム（２０３）は、更に、前記第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成し、前記第２のセンサ信号から第２の９０度の位相シフトを生成し、前記第１の９０度の位相シフト、前記第２の９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して前記位相差を計算し、実質的瞬時位相差を決定し、前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求め、前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるように構成される、請求項３に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項９】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、前記処理システム（２０３）は、更に、前記第１のセンサ信号から９０度の位相シフトを生成し、前記９０度の位相シフト及び前記第１のセンサ信号を使用して周波数応答を計算し、少なくとも前記９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して位相差を計算し、前記周波数応答及び前記位相差を使用して時間遅延を計算し、前記時間遅延から前記質量流量を計算し、実質的瞬時位相差を決定し、前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求め、前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるように構成される、請求項３に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項１０】
流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための方法であって、
前記流体物質の周波数応答を受信するステップと、
前記周波数応答を、少なくとも１つのガス周波数成分と１つの流体周波数成分に分けるステップと、
前記周波数応答から総合密度を決定するステップと、
前記ガス周波数成分からガス密度を決定するステップと、
前記周波数応答並びに前記ガス周波数成分及び前記流体周波数成分のうちの１つ又は複数からガスの空隙率を決定するステップと、
ガスの前記空隙率に前記ガス密度を前記総合密度で割った比を掛けた値から前記質量分率を決定するステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記ガス密度は前記ガス周波数の二乗の逆数を含み、前記総合密度は前記周波数の二乗の逆数を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
更に、
前記周波数応答から前記流体物質の質量流量を決定するステップと、
前記質量分率及び前記質量流量を使用して、第１の流体成分質量及び第２の流体成分質量のうちの少なくとも１つを決定するステップと
を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記質量流量を決定する前記ステップは、実質的瞬時周波数を決定するステップと、実質的瞬時位相差を決定するステップとを含み、前記質量流量は、前記周波数及び前記位相差を使用して決定される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、
実質的瞬時周波数を決定するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、更に、
前記第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記第１の９０度の位相シフト及び前記第１のセンサ信号を使用して前記周波数を計算するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、更に、
前記第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記第１の９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して前記位相差を計算するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、更に、
前記第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記第２のセンサ信号から第２の９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記第１の９０度の位相シフト、前記第２の９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して前記位相差を計算するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、更に、
前記第１のセンサ信号から９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記９０度の位相シフト及び前記第１のセンサ信号を使用して周波数応答を計算するステップと、
少なくとも前記９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して位相差を計算するステップと、
前記周波数応答及び前記位相差を使用して時間遅延を計算するステップと、
前記時間遅延から前記質量流量を計算するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む。請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための方法であって、
前記流体物質の周波数応答を受信するステップと、
ガス周波数成分及び流体周波数成分のうちの１つを実質的に除去するノッチフィルタで前記周波数応答を処理するステップと、
前記周波数応答から総合密度を決定するステップと、
前記ガス周波数成分からガス密度を決定するステップと、
前記周波数応答並びに前記ガス周波数成分及び前記流体周波数成分のうちの１つ又は複数からガスの空隙率を決定するステップと、
ガスの前記空隙率に前記ガス密度を前記総合密度で割った比を掛けた値から前記質量分率を決定するステップと
を含む方法。
【請求項２０】
前記ガス密度は前記ガス周波数の二乗の逆数を含み、前記総合密度は前記周波数の二乗の逆数を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
更に、
前記周波数応答から前記流体物質の質量流量を決定するステップと、
前記質量分率及び前記質量流量を使用して第１の流体成分質量及び第２の流体成分質量のうちの少なくとも１つを決定するステップと
を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記質量流量を決定する前記ステップは、実質的瞬時周波数を決定するステップと、実質的瞬時位相差を決定するステップとを含み、前記質量流量は、前記周波数及び前記位相差を使用して決定される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、
実質的瞬時周波数を決定するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、更に、
前記第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記第１の９０度の位相シフト及び前記第１のセンサ信号を使用して前記周波数を計算するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、更に、
前記第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記第１の９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号、及び前記第２のセンサ信号を使用して前記位相差を計算するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、更に、
前記第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記第２のセンサ信号から第２の９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記第１の９０度の位相シフト、前記第２の９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して前記位相差を計算するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、更に、
前記第１のセンサ信号から９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記９０度の位相シフト及び前記第１のセンサ信号を使用して周波数応答を計算するステップと、
少なくとも前記９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して位相差を計算するステップと、
前記周波数応答及び前記位相差を使用して時間遅延を計算するステップと、
前記時間遅延から前記質量流量を計算するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための方法であって、
前記流体物質の周波数応答を受信するステップと、
前記ガス周波数成分を実質的に除去し、前記流体周波数成分を実質的に通す第１のフィルタで前記周波数応答をフィルタ処理し、前記第１のフィルタは前記流体周波数成分を出力するステップと、
前記流体周波数成分を実質的に除去し、前記ガス周波数成分を実質的に通す第２のフィルタで前記周波数応答をフィルタ処理し、前記第２のフィルタは前記ガス周波数成分を出力するステップと、
前記周波数応答から総合密度を決定するステップと、
前記ガス周波数成分からガス密度を決定するステップと、
前記周波数応答並びに前記ガス周波数成分及び前記流体周波数成分のうちの１つ又は複数からガスの空隙率を決定するステップと、
ガスの前記空隙率に前記ガス密度を前記総合密度で割った比を掛けた値から前記質量分率を決定するステップと
を含む方法。
【請求項２９】
前記ガス密度は前記ガス周波数の二乗の逆数を含み、前記総合密度は前記周波数の二乗の逆数を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
更に、
前記周波数応答から前記流体物質の質量流量を決定するステップと、
前記質量分率及び前記質量流量を使用して第１の流体成分質量及び第２の流体成分質量のうちの少なくとも１つを決定するステップと
を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記質量流量を決定する前記ステップは、実質的瞬時周波数を決定するステップと、実質的瞬時位相差を決定するステップとを含み、前記質量流量は、前記周波数及び前記位相差を使用して決定される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、
実質的瞬時周波数を決定するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、更に、
前記第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記第１の９０度の位相シフト及び前記第１のセンサ信号を使用して前記周波数を計算するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、更に、
前記第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記第１の９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して前記位相差を計算するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、更に、
前記第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記第２のセンサ信号から第２の９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記第１の９０度の位相シフト、前記第２の９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して前記位相差を計算するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、
前記質量流量を決定する前記ステップは、更に、
前記第１のセンサ信号から９０度の位相シフトを生成するステップと、
前記９０度の位相シフト及び前記第１のセンサ信号を使用して周波数応答を計算するステップと、
少なくとも前記９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して位相差を計算するステップと、
前記周波数応答及び前記位相差を使用して時間遅延を計算するステップと、
前記時間遅延から前記質量流量を計算するステップと、
実質的瞬時位相差を決定するステップと、
前記位相差を前記周波数で除算して時間遅延を求めるステップと、
前記時間遅延に定数を乗算して前記質量流量を求めるステップと
を含む、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
【技術分野】
【０００２】
本発明は、流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための計測器電子機器及び方法に関する。
【０００３】
課題の陳述
１９８５年１月１日にＪ．Ｅ．スミスらに発行された米国特許第４，４９１，０２５号及び１９８２年２月１１日のＪ．Ｅ．スミスへのＲｅ．３１，４５０で開示されているように、コリオリ質量流量計を使用して、質量流量、及びパイプライン内を流れる物質の他の情報を測定することが知られている。これらの流量計は、異なる構成の１つ又は複数の流管を有する。それぞれの導管形状は、例えば、単純な曲げモード、ねじれモード、放射モード、及び結合モードを含む、一組の固有振動モードを持つものとみなすことができる。典型的なコリオリ質量流量測定用途において、導管形状は、物質が導管内を流れるときに１つ又は複数の固有振動モードで励起され、導管の運動は、導管に沿って間隔をあけて並ぶ点において測定される。
【０００４】
物質充填系の振動モードは、一部は、流管の組合せ質量及び流管内の物質により定められる。物質は、流量計の入口側の接続パイプラインから流量計内に流れ込む。次いで、物質は、１つ又は複数の流管に通され、流量計を出て、出口側に接続されているパイプラインに入る。
【０００５】
駆動装置は力を流管に加える。この力は流管を振動させる。流量計内を物質が流れない場合、流管に沿って置かれるすべての点が同一位相で振動する。物質が流管内を流れ始めると、コリオリの加速度により、流管に沿って置かれるそれぞれの点が流管に沿って置かれる他の点に関して異なる位相を持つ。流管の入口側の位相は駆動装置より遅れるが、出口側の位相は駆動装置より進む。センサは流管上の異なる点に置かれ、異なる点における流管の運動を表す正弦波信号を発生する。２つのセンサ信号の間の位相差は、１つ又は複数の流管を流れる物質の質量流量に比例する。
【０００６】
上述のような振動流管デバイスの一用途は、流体物質の質量流量を測定することである。しかし、流量測定環境によっては、流体物質は、流体相、気相及び固相のうちの２つ又はそれ以上を含む多相流を含む。一般の多相流物質は、例えば、空気などの混入ガスを含む流体流物質を含む。
従来技術の流量計は、流体物質の２相流においてピックオフセンサ周波数を正確に、迅速に又は十分に追跡又は決定することができない。従来技術の振動流量計は、比較的安定した一様な流体物質の質量流量を測定するように設計されている。しかし、流量測定は流体物質の質量を反映するので、質量の急激な変化は、測定誤差を引き起こすことがあり、又は、質量流量の変化が流量計によってすら追跡されない。例えば、流体物質が混入空気を含む場合、流量計を通過する気泡は、流量計の周波数応答のスパイクの原因となり得る。これらの周波数誤差は、正確な質量流量を測定する際に問題を引き起こす可能性があり、また他の流量特性のその後の計算に伝播することがある。したがって、従来技術では、決定されたピックオフ周波数を使用して位相差を導くので、位相決定は同様に遅く、誤差を生じやすい。したがって、周波数決定の誤差が位相決定に混入する。その結果、周波数決定及び位相決定の際の誤差が増大し、質量流量を決定する際の誤差増大につながる。それに加えて、決定された周波数値は、質量流量及び密度値（密度は、１／周波数の平方にほぼ等しい）を決定するために使用されるので、周波数決定の誤差は質量流量及び密度決定で繰り返され又は混入する。
【０００７】
流体物質を計測する従来技術のアプローチでは、多相流の個別成分を満足に測定しない。従来技術の周波数決定は比較的遅い。従来技術の周波数決定では、典型的には、少なくとも１〜２秒の期間にわたる流量を特徴付け、したがって、平均周波数測定値を出力する。従来技術のアプローチは、単相流及びゆっくり、穏やかにしか変化しない流れについては満足のゆくものである。鋭い変化は従来技術では測定できない。個々の流体成分の正確な測定は、従来技術では行えない。従来技術では、ある時点において多相流の質量を正確に決定することができない。従来技術では、多相流の個別流体成分の質量分率を決定できない。
【０００８】
解決手段の概要
流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための計測器電子機器及び方法の実現を通して、上記及び他の問題が解決され、技術の進歩が達成される。
【０００９】
流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための計測器電子機器は、本発明の一つの実施の形態により実現される。計測器電子機器は、流体物質の周波数応答を受信するためのインターフェイス及びインターフェイスと通信する処理システムを備える。処理システムは、インターフェイスからの周波数応答を受信し、その周波数応答を少なくとも１つのガス周波数成分及び流体周波数成分に分けるように構成される。処理システムは、更に、周波数応答から総合密度を決定し、ガス周波数成分からガス密度を決定するように構成される。処理システムは、更に、周波数応答及びガス周波数成分と流体周波数成分のうちの１つ又は複数からガスの空隙率を決定するように構成される。処理システムは、更に、ガスの空隙率にガス密度を総合密度で割った比を掛けた値から質量分率を決定するように構成される。
【００１０】
流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための方法は、本発明の一つの実施の形態により実現される。この方法は、流体物質の周波数応答を受信すること、周波数応答を少なくとも１つのガス周波数成分及び１つの流体周波数成分に分けること、周波数応答から総合密度を決定すること、及び、ガス周波数成分からガス密度を決定することを含む。この方法は、更に、周波数応答及びガス周波数成分と流体周波数成分のうちの１つ又は複数からガスの空隙率を決定することを含む。この方法は、更に、ガスの空隙率にガス密度を総合密度で割った比を掛けた値から質量分率を決定することを含む。
【００１１】
流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための方法は、本発明の一つの実施の形態により実現される。この方法は、流体物質の周波数応答を受信すること、ガス周波数成分及び流体周波数成分の１つを実質的に排斥するノッチフィルタで周波数応答を処理すること、周波数応答から総合密度を決定すること、及び、ガス周波数成分からガス密度を決定することを含む。この方法は、更に、周波数応答及びガス周波数成分と流体周波数成分のうちの１つ又は複数からガスの空隙率を決定することを含む。この方法は、更に、ガスの空隙率にガス密度を総合密度で割った比を掛けた値から質量分率を決定することを含む。
【００１２】
流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための方法は、本発明の一つの実施の形態により実現される。この方法は、流体物質の周波数応答を受信すること、ガス周波数成分を実質的に排斥し、流体周波数成分を実質的に通し、流体周波数成分を出力する第１のフィルタで周波数応答をフィルタ処理すること、及び、流体周波数成分を実質的に排斥し、ガス周波数成分を実質的に通す、ガス周波数成分を出力する第２のフィルタで周波数応答をフィルタ処理することを含む。この方法は、更に、周波数応答から総合密度を決定し、ガス周波数成分からガス密度を決定することを含む。この方法は、更に、周波数応答及びガス周波数成分と流体周波数成分のうちの１つ又は複数からガスの空隙率を決定することを含む。この方法は、更に、ガスの空隙率にガス密度を総合密度で割った比を掛けた値から質量分率を決定することを含む。
【００１３】
発明の態様
計測器電子機器の一つの態様において、ガス密度はガス周波数の二乗の逆数を含み、総合密度は周波数の二乗の逆数を含む。
【００１４】
計測器電子機器の他の態様では、処理システムは、更に、周波数応答から流体物質の質量流量を決定し、質量分率及び質量流量を使用して第１の流体成分質量と第２の流体成分質量の少なくとも１つを決定するように構成される。
【００１５】
計測器電子機器の更に他の態様では、周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、処理システムは、更に、実質的瞬時周波数を決定し、実質的瞬時位相差を決定するように構成され、質量流量はこの周波数及び位相差を使用して決定される。
【００１６】
計測器電子機器の更に他の態様では、周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、処理システムは、更に、実質的瞬時周波数を決定し、実質的瞬時位相差を決定し、位相差を周波数で除算して時間遅延を求め、時間遅延に定数を乗算して質量流量を求めるように構成される。
【００１７】
計測器電子機器の更に他の態様では、周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、処理システムは、更に、第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成し、第１の９０度の位相シフト及び第１のセンサ信号を使用して周波数を計算し、実質的瞬時位相差を決定し、位相差を周波数で除算して時間遅延を求め、時間遅延に定数を乗算して質量流量を求めるように構成される。
【００１８】
計測器電子機器の更に他の態様では、周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、処理システムは、更に、第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成し、第１の９０度の位相シフト、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を使用して位相差を計算し、実質的瞬時位相差を決定し、位相差を周波数で除算して時間遅延を求め、時間遅延に定数を乗算して質量流量を求めるように構成される。
【００１９】
計測器電子機器の更に他の態様では、周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、処理システムは、更に、第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成し、第２のセンサ信号から第２の９０度の位相シフトを生成し、第１の９０度の位相シフト、第２の９０度の位相シフト、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を使用して位相差を計算し、実質的瞬時位相差を決定し、位相差を周波数で除算して時間遅延を求め、時間遅延に定数を乗算して質量流量を求めるように構成される。
【００２０】
計測器電子機器の更に他の態様では、周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、処理システムは、更に、第１のセンサ信号から９０度の位相シフトを生成し、９０度の位相シフト及び第１のセンサ信号を使用して周波数応答を計算し、少なくとも９０度の位相シフト、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を使用して位相差を計算し、周波数応答及び位相差を使用して時間遅延を計算し、時間遅延から質量流量を計算し、実質的瞬時位相差を決定し、位相差を周波数で除算して時間遅延を求め、時間遅延に定数を乗算して質量流量を求めるように構成される。
【００２１】
方法の一態様において、ガス密度はガス周波数の二乗の逆数を含み、総合密度は周波数の二乗の逆数を含む。
【００２２】
方法の他の態様では、この方法は、更に、周波数応答から流体物質の質量流量を決定し、質量分率及び質量流量を使用して第１の流体成分質量と第２の流体成分質量の少なくとも１つを決定することを含む。
【００２３】
方法の更に他の態様では、質量流量を決定することは、実質的瞬時周波数を決定すること、及び実質的瞬時位相差を決定することを含み、質量流量は、周波数及び位相差を使用して決定される。
【００２４】
方法の更に他の態様では、周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、質量流量を決定することは、実質的瞬時周波数を決定すること、実質的瞬時位相差を決定すること、位相差を周波数で除算して時間遅延を求めること、及び、時間遅延に定数を乗算して質量流量を求めることを含む。
【００２５】
方法の更に他の態様では、周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、質量流量を決定することは、更に、第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成すること、第１の９０度の位相シフト及び第１のセンサ信号を使用して周波数を計算すること、実質的瞬時位相差を決定すること、位相差を周波数で除算して時間遅延を求めること、及び、時間遅延に定数を乗算して質量流量を求めることを含む。
【００２６】
方法の更に他の態様では、周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、質量流量を決定することは、更に、第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成すること、第１の９０度の位相シフト、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を使用して位相差を計算すること、実質的瞬時位相差を決定すること、位相差を周波数で除算して時間遅延を求めること。及び、時間遅延に定数を乗算して質量流量を求めることを含む。
【００２７】
方法の更に他の態様では、周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、質量流量を決定することは、更に、第１のセンサ信号から第１の９０度の位相シフトを生成すること、第２のセンサ信号から第２の９０度の位相シフトを生成すること、第１の９０度の位相シフト、第２の９０度の位相シフト、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を使用して位相差を計算すること、実質的瞬時位相差を決定すること、位相差を周波数で除算して時間遅延を求めること、及び、時間遅延に定数を乗算して質量流量を求めることを含む。
【００２８】
方法の更に他の態様では、周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含み、質量流量を決定することは、更に、第１のセンサ信号から９０度の位相シフトを生成すること、９０度の位相シフト及び第１のセンサ信号を使用して周波数応答を計算すること、少なくとも９０度の位相シフト、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を使用して位相差を計算すること、周波数応答及び位相差を使用して時間遅延を計算すること、時間遅延から質量流量を計算すること、実質的瞬時位相差を決定すること、位相差を周波数で除算して時間遅延を求めること、及び、時間遅延に定数を乗算して質量流量を求めることを含む。
【００２９】
同じ参照番号は、すべての図面上で同じ要素を表す。
【００３０】
発明の詳細な記述
図１〜図２０及び以下の説明では、当業者に、本発明の最良の態様を作り、使用する方法を教示する具体例を取りあげる。発明の原理を教示するため、いくつかの従来の態様が簡略化され又は省略されている。当業者であれば、本発明の範囲内に入る例から変更形態を理解するであろう。当業者であれば、後述の特徴を様々な方法で組み合わせることにより、本発明の複数の変更形態を形成することができることを理解するであろう。その結果、本発明は、後述の特定の例に限定されるものではなく、請求項及びその等価物によってのみ限定される。
【００３１】
図１は、計測器アセンブリ１０及び計測器電子機器２０を備えるコリオリ流量計５を示す。計測器アセンブリ１０は、加工材料の質量流量及び密度に応答する。計測器電子機器２０は、リード線１００を介して計測器アセンブリ１０に接続され、経路２６で密度、質量流量及び温度情報を供給するとともに、本発明に関係しない他の情報も供給する。コリオリ流量計の構造が説明されるが、本発明はコリオリ質量流量計が備える追加の測定機能なしで振動管密度計として実現することも可能であることは当業者には明白であろう。
【００３２】
計測器アセンブリ１０は、一対のマニホールド１５０及び１５０’、フランジネック１１０及び１１０’を有するフランジ１０３及び１０３’、一対の平行流管１３０及び１３０’、駆動機構１８０、温度センサ１９０、及び一対の速度センサ１７０Ｌ及び１７０Ｒを備える。流管１３０及び１３０’は、流管取り付けブロック１２０及び１２０’のところで互いに向かって合流する２つの本質的にまっすぐな入口脚１３１及び１３１’並びに出口脚１３４及び１３４’を備える。流管１３０及び１３０’は、その長さに沿って２つの対称的位置で曲がり、その長さ全体にわたって本質的に平行である。ブレースバー１４０及び１４０’は、それぞれの流管が振動する際の中心となる軸Ｗ及びＷ’を規定するために使用される。
【００３３】
流管１３０及び１３０’の側脚１３１、１３１’及び１３４、１３４’は、流管取り付けブロック１２０及び１２０’に固定される形で取り付けられ、これらのブロックは、次いで、マニホールド１５０及び１５０’に固定される形で取り付けされる。これは、コリオリ計測器アセンブリ１０を通る連続的閉材料経路を形成する。
【００３４】
入口端１０４及び出口端１０４’を介して、穴１０２及び１０２’を有するフランジ１０３及び１０３’が、測定される加工材料を運ぶ加工ライン（図に示されていない）に接続された場合、材料は、フランジ１０３内のオリフィス１０１を通して計測器の端部１０４に入り、マニホールド１５０を通して表面１２１を有する流管取り付けブロック１２０に導かれる。マニホールド１５０内では、材料が分けられ、流管１３０及び１３０’に通される。流管１３０及び１３０’から出た後、加工材料は、マニホールド１５０’内で単一の流れに再びまとめられ、これ以降、ボルト穴１０２’を有するフランジ１０３’により加工ライン（図に示されていない）に接続された出口端１０４’に送られる。
【００３５】
流管１３０及び１３０’が選択され、実質的に同じ質量分布、慣性モーメント、曲げ軸Ｗ−Ｗ’及びＷ’−Ｗ’を中心とするヤング率をそれぞれ有するように、流管取り付けブロック１２０及び１２０’に適宜取り付けられる。これらの曲げ軸は、ブレースバー１４０及び１４０’を通る。流管のヤング率は、温度により変化するので、またこの変化は、流れ及び密度の計算に影響を及ぼすため、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）１９０が流管１３０’に取り付けられ、流管の温度を連続的に測定する。流管の温度、したがって中を流れる所定の電流についてＲＴＤ間に現れる電圧は、流管を通過する物質の温度により決まる。流管温度の変化による流管１３０及び１３０’の弾性率の変化を補正するため、ＲＴＤ間に現れる温度依存電圧が、計測器電子機器２０によりよく知られている方法で使用される。ＲＴＤは、リード線１９５により計測器電子機器２０に接続される。
【００３６】
両方の流管１３０及び１３０’は、駆動装置１８０により、それぞれの曲げ軸Ｗ及びＷ’の周りで対向方向に、流量計の第１の位相ずれ曲げモードと呼ばれるモードで駆動される。この駆動機構１８０は、流管１３０’に取り付けられた磁石、及び流管１３０に取り付けられ、両方の流管を振動させるために交流が流される対向するコイルなどの多くのよく知られている配列のうちの１つを含むことができる。好適な駆動信号が、リード線１８５を介して、計測器電子機器２０により駆動機構１８０に加えられる。
【００３７】
計測器電子機器２０は、リード線１９５上でＲＴＤ温度信号を受け取り、リード線１６５Ｌ及び１６５Ｒ上に現れる左及び右速度信号を受け取る。計測器電子機器２０は、リード線１８５上に現れる駆動信号を出力し、要素１８０を駆動し、管１３０及び１３０’を振動させる。計測器電子機器２０は、左右の速度信号及びＲＴＤ信号を処理して、計測器アセンブリ１０を通る物質の質量流量及び密度を計算する。この情報は、他の情報とともに、経路２６上で計測器電子機器２０により利用手段２９に与えられる。
【００３８】
図２は、本発明の一つの実施の形態による計測器電子機器２０を示す。計測器電子機器２０は、インターフェイス２０１及び処理システム２０３を備えることができる。計測器電子機器２０は、ピックオフ／速度センサ信号などの第１及び第２のセンサ信号を計測器アセンブリ１０から受信する。計測器電子機器２０は、計測器アセンブリ１０内を流れる流体物質の流量特性を求めるために、第１及び第２のセンサ信号を処理する。例えば、計測器電子機器２０は、例えば、位相差、周波数、時間差（Δｔ）、密度、質量流量及びセンサ信号からの体積流量の１つ又は複数を決定することができる。それに加えて、他の流量特性も、本発明により決定することができる。この決定については後述する。
【００３９】
位相差決定及び周波数決定は、従来技術におけるそのような決定に比べてかなり高速であり、より正確であり、信頼性が高い。一つの実施の形態では、位相差決定及び周波数決定は、周波数基準信号を必要とすることなく、１つのセンサ信号のみの位相シフトから直接導かれる。これにより、流量特性を計算するために要する処理時間が短縮され都合がよい。他の実施の形態では、位相差は、両方のセンサ信号の位相シフトから導かれるが、周波数は、１つの位相シフト信号のみから導かれる。これにより、両方の流量特性の精度が高まり、また両方とも、従来技術よりもかなり速く決定できる。
【００４０】
従来技術の周波数決定方法は、典型的には、実行に１〜２秒要する。対照的に、本発明による周波数決定は、５０ミリ秒（ｍｓ）と短い時間に実行できる。処理システムの種類及び構成、振動応答のサンプリング速度、フィルタサイズ、デシメーション率などに応じて、なおいっそう高速な周波数決定が考えられる。５０ｍｓの周波数決定速度では、本発明による計測器電子機器２０は、従来技術に比べて約４０倍高速であると考えられる。
【００４１】
インターフェイス２０１は、図１のリード１００を介して速度センサ１７０Ｌ及び１７０Ｒの一方からセンサ信号を受信する。インターフェイス２０１は、何らかの形の出力書式設定、増幅、バッファリングなど、必要な又は望ましい信号調整を実行できる。代わりに、信号調整の一部又は全部は、処理システム２０３内で実行できる。
【００４２】
それに加えて、インターフェイス２０１により、計測器電子機器２０と外部デバイスとの間の通信を可能にすることができる。インターフェイス２０１は、任意の形態の電子、光又は無線通信を利用できる。
【００４３】
一つの実施の形態におけるインターフェイス２０１はデジタイザ２０２と結合され、センサ信号はアナログセンサ信号を含む。デジタイザ２０２は、アナログセンサ信号をサンプリングし、デジタル化し、デジタルセンサ信号を出力する。デジタイザ２０２は、更に、必要なデシメーションも実行することができ、その場合、必要な信号処理量を減らし、処理時間を短縮するために、デジタルセンサ信号がデシメートされる。デシメーションについては後に詳述する。
【００４４】
処理システム２０３は、計測器電子機器２０の動作を行わせ、流量計アセンブリ１０からの流量測定結果を処理する。処理システム２０３は、１つ又は複数の処理ルーチンを実行し、それにより、流量測定結果を処理し、１つ又は複数の流量特性を出力する。
【００４５】
処理システム２０３は、汎用コンピュータ、マイクロプロセシングシステム、論理回路、又は他の何らかの汎用又はカスタマイズ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２０３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２０３は、記憶装置システム２０４などの、何らかの形の一体型又は独立の電子記憶媒体を備えることができる。
【００４６】
処理システム２０３は、センサ信号２１０から１つ又は複数の流量特性を決定するためにセンサ信号２１０を処理する。１つ又は複数の流量特性は、例えば、位相差、周波数、時間差（Δｔ）、質量流量及び／又は流体物質の密度を含むことができる。
【００４７】
図示されている実施の形態では、処理システム２０３は、２つのセンサ信号２１０及び２１１並びに単一のセンサ信号位相シフト２１３から流量特性を決定する。処理システム２０３は、２つのセンサ信号２１０及び２１１並びに単一の位相シフト２１３から少なくとも位相差及び周波数を決定する。その結果、本発明による処理システム２０３で、第１又は第２の位相シフトセンサ信号（上流又は下流のピックオフ信号のうちの１つなど）を処理し、流体物質について位相差、周波数、時間差（Δｔ）及び／又は質量流量を決定することができる。
【００４８】
記憶装置システム２０４は、流量計パラメータ及びデータ、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。一つの実施の形態では、記憶装置システム２０４は処理システム２０３により実行されるルーチンを含む。一つの実施の形態では、記憶装置システム２０４は、位相シフトルーチン２１２、位相差ルーチン２１５、周波数ルーチン２１６、時間差（Δｔ）ルーチン２１７及び流量特性ルーチン２１８を格納する。
【００４９】
一つの実施の形態においては、記憶装置システム２０４は、コリオリ流量計５を動作させるために使用される変数を格納する。一つの実施の形態の記憶装置システム２０４は、速度／ピックオフセンサ１７０Ｌ及び１７０Ｒから受け取った第１のセンサ信号２１０及び第２のセンサ信号２１１などの変数を格納する。それに加えて、記憶装置システム２０４は、流量特性を決定するために生成される９０度位相シフト２１３を格納することができる。
【００５０】
一つの実施の形態では、記憶装置システム２０４は、流量測定結果から得られた１つ又は複数の流量特性を格納する。一つの実施の形態の記憶装置システム２０４は、位相差２２０、周波数２２１、時間差（Δｔ）２２２、質量流量２２３、密度２２４及び体積流量２２５などの流量特性を格納する、これらはすべてセンサ信号２１０から決定される。
【００５１】
位相シフトルーチン２１２は、入力信号つまりセンサ信号２１０に９０度位相シフトを実行する。一つの実施の形態の位相シフトルーチン２１２はヒルベルト変換（後述）を実行する。
【００５２】
位相差ルーチン２１５は、単一の９０度位相シフト２１３を使用して位相差を決定する。位相差を計算するために、追加の情報も使用できる。一つの実施の形態の位相差は、第１のセンサ信号２１０、第２のセンサ信号２１１及び９０度位相シフト２１３から計算される。決定された位相差は、記憶装置システム２０４の位相差２２０に格納できる。位相差は、９０度位相シフト２１３から決定される場合に、従来技術に比べてかなり高速に計算され、求められる。これは、大きな流量を有し又は多相流が生じる流量計用途では重大な差をもたらし得る。それに加えて、位相差は、センサ信号２１０又は２１１の周波数に無関係に決定され得る。更に、位相差は周波数と無関係に決定されるので、位相差の誤差成分は周波数決定の誤差成分を含まない。つまり、位相差測定における複合誤差はない。その結果、位相差誤差は、従来技術の位相差に比べて低減される。
【００５３】
周波数ルーチン２１６は、９０度位相シフト２１３から周波数（第１のセンサ信号２１０又は第２のセンサ信号２１１により示されるような周波数）を決定する。決定された周波数は、記憶装置システム２０４の周波数２２１に格納できる。周波数は、単一の９０度位相シフト２１３から決定される場合に、従来技術に比べてかなり高速に計算され、求められる。これは、大きな流量を有し又は多相流が生じる流量計用途では重大な差をもたらし得る。
【００５４】
時間差（Δｔ）ルーチン２１７は、第１のセンサ信号２１０と第２のセンサ信号２１１との間の時間差（Δｔ）を決定する。時間差（Δｔ）は、記憶装置システム２０４の時間差（Δｔ）２２２に格納できる。時間差（Δｔ）は、実質的に、決定された周波数によって除算された決定された位相を含むので、質量流量を決定するために使用される。
【００５５】
流量特性ルーチン２１８は、１つ又は複数の流量特性を決定することができる。流量特性ルーチン２１８は、例えば、決定された位相差２２０及び決定された周波数２２１を使用し、これらの追加の流量特性を達成することができる。例えば、質量流量又は密度など、これらの決定に関して、追加の情報は必要になることがあることは理解されるとおりである。流量特性ルーチン２１８は、時間差（Δｔ）２２２から、したがって、位相差２２０及び周波数２２１から質量流量を決定することができる。質量流量を決定する公式は、チトロウらの米国特許第５，０２７，６６２号に掲載されており、参照により本明細書に組み込まれている。質量流量は、計測器アセンブリ１０内の流体物質の質量流量に関係する。同様に、流量特性ルーチン２１８は、更に、密度２２４及び／又は体積流量２２５も決定することができる。決定された質量流量、密度及び体積流量は、それぞれ、記憶装置システム２０４の質量流量２２３、密度２２４及び体積２２５に格納することができる。それに加えて、流量特性は、計測器電子機器２０により外部デバイスに送信できる。
【００５６】
図３は、本発明の一つの実施の形態によりコリオリ流量計でセンサ信号を処理する方法の流れ図３００である。ステップ３０１で、第１及び第２のセンサ信号が受信される。第１のセンサ信号は、上流又は下流のピックオフセンサ信号を含むことができる。
【００５７】
ステップ３０２で、センサ信号を調整することができる。一つの実施の形態において、調整は、雑音及び不要な信号を取り除くフィルタ処理を含むことができる。一つの実施の形態では、フィルタ処理は、コリオリ流量計５の予想基本周波数を中心とするバンドパスフィルタ処理を含むことができる。それに加えて、増幅、バッファリングなどの他の調整操作を実行できる。センサ信号がアナログ信号を含む場合、このステップは、更に、デジタルセンサ信号を出力するために実行される何らかの形のサンプリング、デジタル化及びデシメーションを含むことができる。
【００５８】
ステップ３０３において、単一の９０度位相シフトが発生する。９０度位相シフトは、センサ信号の９０度位相シフトを含む。９０度位相シフトは、任意の形の位相シフト機構又は演算により実行できる。一つの実施の形態では、デジタルセンサ信号に作用するヒルベルト変換を使用して、９０度位相シフトが実行される。
【００５９】
ステップ３０４において、単一の９０度位相シフトを使用して位相差が計算される。位相差を計算するために、追加の情報も使用できる。一つの実施の形態の位相差は、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号及び単一の９０度位相シフトから決定される。位相差は、振動する計測器アセンブリ１０内のコリオリ効果に起因して見られる応答信号、つまり、ピックオフセンサにおける位相差を含む。
【００６０】
その結果得られる位相差は、計算に周波数値を必要とすることなく決定される。その結果得られる位相差は、周波数を使用して計算される位相差よりもかなり速く求めることができる。その結果得られる位相差は、周波数を使用して計算される位相差よりもかなり高い精度を有する。
【００６１】
ステップ３０５で、周波数が計算される。本発明による周波数は、９０度位相シフトから有利に計算される。一つの実施の形態における周波数では、９０度位相シフト及びその９０度位相シフトが導き出される対応するセンサ信号を使用する。周波数は、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号のうちの１つの振動応答周波数である（２つのセンサ信号の周波数は、動作中は実質的に同一である）。周波数は、駆動装置１８０が発生する振動に対する１つ又は複数の流管の振動周波数応答を含む。
【００６２】
こうして導き出された周波数は、独立の周波数基準信号を必要とすることなく得られる。周波数は、従来技術よりもかなり高速な動作において単一の９０度位相シフトから求められる。その結果得られる周波数は、従来技術で計算される周波数よりもかなり高い精度を有する。
【００６３】
ステップ３０６において、流体物質の質量流量が計算される。質量流量は、ステップ３０４及び３０５で計算された、結果として得られる位相差及び結果として得られる周波数から計算される。それに加えて、質量流量計算では、位相差及び周波数から時間差（Δｔ）を計算することができ、時間差（Δｔ）は、最終的に、質量流量を計算するために使用される。
【００６４】
ステップ３０７で、密度を適宜決定することができる。密度は、流量特性の１つとして決定することができ、例えば周波数から決定できる。
【００６５】
ステップ３０８で、体積流量を適宜決定することができる。体積流量は、流量特性の１つとして決定することができ、例えば、質量流量及び密度から決定できる。
【００６６】
図４は、本発明の一つの実施の形態による計測器電子機器２０を示す図である。図２と共通の要素は、同じ参照番号を共有する。
【００６７】
この実施の形態の計測器電子機器２０は、第１のセンサ信号２１０及び第２のセンサ信号２１１を含む。処理システム２０３は、センサ信号２１０及び２１１からの第１及び第２の（デジタル）センサ信号を処理し、それらの信号から１つ又は複数の流量特性を決定する。前述のように、１つ又は複数の流量特性は、流体物質に対する位相差、周波数、時間差（Δｔ）、質量流量、密度及び／又は体積流量を含むことができる。
【００６８】
図示されている実施の形態では、処理システム２０３は、外部周波数測定を必要とすることなく、また外部周波数基準信号を必要とすることなく、２つのセンサ信号２１０及び２１１のみから流量特性を決定する。処理システム２０３は、２つのセンサ信号２１０及び２１１から少なくとも位相差及び周波数を決定する。
【００６９】
すでに説明したように、記憶装置システム２０４は、位相シフトルーチン２１２、位相差ルーチン２１５、周波数ルーチン２１６、時間差（Δｔ）ルーチン２１７、及び流量特性ルーチン２１８を格納する。記憶装置システム２０４は、第１のセンサ信号２１０及び第２のセンサ信号２１１を格納する。記憶装置システム２０４は、更に、流量特性を決定するためセンサ信号から発生した第１の９０度位相シフト２１３及び第２の９０度位相シフトを格納する。すでに説明したように、記憶装置システム２０４は、位相差２２０、周波数２２１、時間差（Δｔ）２２２、質量流量２２３、密度２２４及び体積流量２２５を格納する。
【００７０】
位相シフトルーチン２１２は、第１のセンサ信号２１０及び第２のセンサ信号２１１を含む入力信号に対し９０度位相シフトを実行する。一つの実施の形態の位相シフトルーチン２１２はヒルベルト変換（後述）を実行する。
【００７１】
位相差ルーチン２１５は、第１の９０度位相シフト２１３及び第２の９０度位相シフト２１４を使用して位相差を決定する。位相差を計算するために、追加の情報も使用できる。一つの実施の形態の位相差は、第１のセンサ信号２１０、第２のセンサ信号２１１、第１の９０度位相シフト２１２及び第２の９０度位相シフト２１３から計算される。すでに説明したように、決定された位相差は、記憶装置システム２０４の位相差２２０に格納できる。位相差は、第１及び第２の９０度位相シフトを使用して決定される場合に、従来技術に比べてかなり高速に計算され、求められる。これは、大きな流量を有し又は多相流が生じる流量計用途では重大な差をもたらし得る。それに加えて、位相差は、センサ信号２１０及び２１１の周波数に無関係に決定され得る。更に、位相差は、周波数と無関係に決定されるので、位相差の誤差成分は周波数決定の誤差成分の悪影響を受けない。つまり、位相差測定における複合誤差はない。その結果、位相差誤差は、従来技術の位相差に比べて低減される。
【００７２】
周波数ルーチン２１６は、第１の９０度位相シフト２１３及び第２の９０度位相シフト２１４から周波数（第１のセンサ信号２１０又は第２のセンサ信号２１１により示されるような周波数）を決定する。前述のように、決定された周波数は、記憶装置システム２０４の周波数２２１に格納できる。周波数は、第１及び第２の９０度位相シフトを使用して決定される場合に、従来技術に比べてかなり高速に計算され、求められる。これは、大きな流量を有し又は多相流が生じる流量計用途では重大な差をもたらし得る。
【００７３】
時間差（Δｔ）ルーチン２１７は、第１のセンサ信号２１０と第２のセンサ信号２１１との間の時間差（Δｔ）を決定する。前述のように、時間差（Δｔ）は、記憶装置システム２０４の時間差（Δｔ）２２２に格納できる。時間差（Δｔ）は、実質的に、決定された周波数により除算された決定された位相を含み、したがって、質量流量を決定するために使用される。
【００７４】
流量特性ルーチン２１８は、前述のように、質量流量、密度及び／又は体積流量のうちの１つ又は複数から決定できる。
【００７５】
図５は、本発明の一つの実施の形態によりコリオリ流量計で第１及び第２のセンサ信号を処理する方法の流れ図５００である。ステップ５０１で、第１のセンサ信号が受信される。一つの実施の形態では、第１のセンサ信号は、上流又は下流のピックオフセンサ信号を含む。
【００７６】
ステップ５０２で、第２のセンサ信号が受信される。一つの実施の形態では、第２のセンサ信号は、下流又は上流のピックオフセンサ信号（つまり、第１のセンサ信号の反対）を含む。
【００７７】
ステップ５０３で、センサ信号を調整することができる。一つの実施の形態において、調整は、雑音及び不要な信号を取り除くフィルタ処理を含むことができる。前述のように、一つの実施の形態では、フィルタ処理は、バンドパスフィルタ処理を含むことができる。それに加えて、増幅、バッファリングなどの他の調整操作を実行できる。センサ信号がアナログ信号を含む場合、このステップは、更に、デジタルセンサ信号を出力するために実行される任意の形のサンプリング、デジタル化及びデシメーションを含むことができる。
【００７８】
ステップ５０４において、第１の９０度位相シフトが発生する。第１の９０度位相シフトは、第１のセンサ信号の９０度位相シフトを含む。９０度位相シフトは、任意の形の機構又は演算により実行できる。一つの実施の形態では、デジタルセンサ信号に作用するヒルベルト変換を使用して、９０度位相シフトが実行される。
【００７９】
ステップ５０５において、第２の９０度位相シフトが生成される。第２の９０度位相シフトは、第２のセンサ信号の９０度位相シフトを含む。第１の９０度位相シフトの場合のように、９０度位相シフトは、任意の形の機構又は演算により実行できる。
【００８０】
ステップ５０６において、位相差は、第１の９０度位相シフト及び第２の９０度位相シフトを使用して、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との間で計算される。位相差を計算するために、追加の情報も使用できる。一つの実施の形態では、位相差は、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、第１の９０度位相シフト及び第２の９０度位相シフトから決定される。位相差は、振動する計測器アセンブリ１０内のコリオリ効果に起因して見られる応答信号、つまり、２つのピックオフセンサにおける位相差を含む。
【００８１】
その結果得られる位相差は、計算に周波数値を入れなくても決定される。その結果得られる位相差は、周波数を使用して計算される位相差よりもかなり速く求めることができる。その結果得られる位相差は、周波数を使用して計算される位相差よりもかなり高い精度を有する。
【００８２】
ステップ５０７において、周波数が計算される。本発明による周波数は、第１の９０度位相シフト及び第２の９０度位相シフトから有利に計算される。一つの実施の形態における周波数では、９０度位相シフト及びその９０度位相シフトが導き出される対応するセンサ信号を使用する。周波数は、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号のうちの１つの振動応答周波数である（２つのセンサ信号の周波数は、動作中は実質的に同一である）。周波数は、駆動装置１８０が発生する振動に対する１つ又は複数の流管の振動周波数応答を含む。
【００８３】
こうして導き出された周波数は、独立の周波数基準信号を必要とすることなく得られる。周波数は、従来技術よりもかなり高速な動作において単一の９０度位相シフトから求められる。その結果得られる周波数は、従来技術で計算される周波数よりも精度が高い。
【００８４】
ステップ５０８において、流体物質の質量流量が計算される。質量流量は、ステップ５０６及び５０７で計算された、結果として得られる位相差及び結果として得られる周波数から計算される。それに加えて、質量流量計算では、位相差及び周波数から時間差（Δｔ）を計算することができ、時間差（Δｔ）は、最終的に、質量流量を計算するために使用される。
【００８５】
ステップ５０９において、前述のように、密度を適宜決定することができる。ステップ５１０において、前述のように、体積流量を適宜決定することができる。
【００８６】
図６は、本発明の一つの実施の形態による処理システム２０３の一部のブロック図６００である。図において、ブロックは、処理回路又は処理アクション／ルーチンを表している。ブロック図６００は、ステージ１フィルタブロック６０１、ステージ２フィルタブロック６０２、ヒルベルト変換ブロック６０３及び分析ブロック６０４を含む。ＬＰＯ及びＲＰＯ入力は、左ピックオフ信号入力及び右ピックオフ信号入力を含む。ＬＰＯ又はＲＰＯは第１のセンサ信号を含むことができる。
【００８７】
一つの実施の形態において、ステージ１フィルタブロック６０１及びステージ２フィルタブロック６０２は、処理システム２０３において実装されるデジタル有限インパルス応答（ＦＩＲ）多相デシメーションフィルタを含む。これらのフィルタは、一方又は両方のセンサ信号をフィルタ処理又はデシメートし、フィルタ処理及びデシメートが同じ時間に、同じデシメーションレートで実行される最適な方法を実施する。代わりに、ステージ１フィルタブロック６０１及びステージ２フィルタブロック６０２は、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタ又は他の好適なデジタルフィルタ又はフィルタプロセスを含むことができる。しかし、他のフィルタ処理プロセス及び／又はフィルタ処理実施の形態が考えられ、また説明及び請求項の範囲内にあることは理解されるとおりである。
【００８８】
図７は、本発明の一つの実施の形態によるヒルベルト変換ブロック６０３の詳細を示す。図に示されている実施の形態では、ヒルベルト変換ブロック６０３は、ＬＰＯ分岐７００及びＲＰＯ分岐７１０を含む。ＬＰＯ分岐７００は、ＬＰＯフィルタブロック７０２と並列のＬＰＯ遅延ブロック７０１を含む。同様に、ＲＰＯ分岐は、ＲＰＯフィルタブロック７１２と並列のＲＰＯ遅延ブロック７１１を含む。ＬＰＯ遅延ブロック７０１及びＲＰＯ遅延ブロック７１１は、サンプリング遅延を導入する。したがって、ＬＰＯ遅延ブロック７０１及びＲＰＯ遅延ブロック７１１は、ＬＰＯフィルタブロック７０２及びＲＰＯフィルタブロック７１２によりフィルタ処理されるＬＰＯ及びＲＰＯデジタル信号サンプルよりも時間的に後の方にあるＬＰＯ及びＲＰＯデジタル信号サンプルを選択する。ＬＰＯフィルタブロック７０２及びＲＰＯフィルタブロック７１２は、入力されたデジタル信号サンプルに対し９０度位相シフトを実行する。
【００８９】
ヒルベルト変換ブロック６０３は、位相測定を行う第１のステップである。ヒルベルト変換ブロック６０３は、フィルタ処理されてデシメートされたＬＰＯ及びＲＰＯ信号を受信し、ヒルベルト変換を実行する。ヒルベルト変換は、９０度位相シフトバージョンのＬＰＯ及びＲＰＯ信号を出力する。つまり、元の同相（Ｉ）信号成分の直角（Ｑ）成分を出力する。ヒルベルト変換ブロック６０３の出力は、元の同相（Ｉ）信号成分ＬＰＯ  Ｉ及びＲＰＯ  Ｉとともに、新しい直角（Ｑ）成分ＬＰＯ  Ｑ及びＲＰＯ  Ｑを形成する。
【００９０】
ヒルベルト変換ブロック６０３への入力は、
【００９１】
【数１】
2008541137.tif 000003
のように表すことができる。ヒルベルト変換を使用すると、出力は
【００９２】
【数２】
2008541137.tif 000004
となる。元の項とヒルベルト変換の出力とを組み合わせると、
【００９３】
【数３】
2008541137.tif 000005
が得られる。
【００９４】
図８及び図９は、本発明の一つの実施の形態による分析ブロック６０４の２つの独立分岐のブロック図である。分析ブロック６０４は、周波数、微分位相及びデルタＴ（Δｔ）測定の最終ステージである。図８は、同相（Ｉ）及び直角（Ｑ）成分から位相差を決定する第１の分岐を含む位相部分６０４ａである。図９は、単一センサ信号の同相（Ｉ）及び直角（Ｑ）成分から周波数を決定する周波数部分６０４ｂである。単一のセンサ信号は、図示されているように、ＬＰＯ信号を含むことができ、又は代わりに、ＲＰＯ信号を含むことができる。
【００９５】
図８の実施の形態では、分析ブロック６０４の位相部分６０４ａは、結合ブロック８０１ａ及び８０１ｂ、共役ブロック８０２、複素乗算ブロック８０３、フィルタブロック８０４及び位相角ブロック８０５を含む。
【００９６】
結合ブロック８０１ａ及び８０１ｂは、センサ信号の同相（Ｉ）及び直角（Ｑ）成分を受け取り、次へ送る。共役ブロック８０２は、センサ信号（ここではＬＰＯ信号）に複素共役を実行し、負の虚数信号を形成する。複素乗算ブロック８０３は、ＲＰＯ信号及びＬＰＯ信号を乗算し、以下の式（８）を実施する。フィルタブロック８０４は、上述のＦＩＲフィルタなどのデジタルフィルタを実施する。フィルタブロック８０４は、センサ信号の同相（Ｉ）及び直角（Ｑ）成分から高調波分を取り除き、更には信号をデシメートするために使用される多相デシメーションフィルタを含むことができる。フィルタ係数は、例えば、１／１０のデシメーションなどの、入力された信号のデシメーションを行うように選択することができる。位相角ブロック８０５は、ＬＰＯ信号及びＲＰＯ信号の同相（Ｉ）及び直角（Ｑ）成分から位相角を決定する。位相角ブロック８０５は、以下に示される式（１１）を実施する。
【００９７】
図８に示されている位相部分６０４ａは、以下の式、すなわち
【００９８】
【数４】
2008541137.tif 000006
を実施する。ただし、
【００９９】
【数５】
2008541137.tif 000007
はＬＰＯの複素共役である。
【０１００】
【数６】
2008541137.tif 000008
と仮定すると
【０１０１】
【数７】
2008541137.tif 000009
となる。その結果得られる微分位相角は、
【０１０２】
【数８】
2008541137.tif 000010
となる。
【０１０３】
図９は、本発明による分析ブロック６０４の周波数部分６０４ｂのブロック図である。周波数部分６０４ｂは、左又は右のピックオフ信号（ＬＰＯ又はＲＰＯ）に作用し得る。図示されている実施の形態の周波数部分６０４ｂは、結合ブロック９０１、複素共役ブロック９０２、サンプリングブロック９０３、複素乗算ブロック９０４、フィルタブロック９０５、位相角ブロック９０６、定数ブロック９０７及び除算ブロック９０８を含む。
【０１０４】
すでに説明したように、結合ブロック９０１は、センサ信号の同相（Ｉ）及び直角（Ｑ）の両方の成分を受け取り、次へ送る。共役ブロック９０２は、センサ信号、ここではＬＰＯ信号に複素共役を実行し、負の虚数信号を形成する。遅延ブロック９０３は、サンプリング遅延を周波数部分６０４ｂに導入し、したがって、時間的に古いデジタル信号サンプルを選択する。この古いデジタル信号サンプルと複素乗算ブロック９０４内の現在のデジタル信号との乗算を実行する。複素乗算ブロック９０４は、ＬＰＯ信号及びＬＰＯ共役信号を乗算し、以下の式（１２）を実施する。フィルタブロック９０５は、すでに説明したＦＩＲフィルタなどのデジタルフィルタを実施する。フィルタブロック９０５は、センサ信号の同相（Ｉ）及び直角（Ｑ）成分から高調波分を取り除き、更には信号をデシメートするために使用される多相デシメーションフィルタを含むことができる。フィルタ係数は、例えば、１／１０のデシメーションなどの、入力された信号のデシメーションを行うように選択することができる。位相角ブロック９０６は、ＬＰＯ信号の同相（Ｉ）及び直角（Ｑ）成分から位相角を決定する。位相角ブロック９０６は、以下の式（１３）の一部を実施する。定数ブロック９０７は、式（１４）に示されているように、２πで割ったサンプリング速度ＦＳを含む係数を与える。除算ブロック９０８は、式（１４）の除算を実行する。
【０１０５】
周波数部分６０４ｂは、以下の式、すなわち
【０１０６】
【数９】
2008541137.tif 000011
を実施する。したがって、２つの連続するサンプルの間の角度は、
【０１０７】
【数１０】
2008541137.tif 000012
であり、これは、左ピックオフの角周波数である。Ｈｚに変換すると、
【０１０８】
【数１１】
2008541137.tif 000013
となる。ただし、「Ｆｓ」はヒルベルト変換ブロック６０３の率である。前述の例では、「Ｆｓ」は約２ｋＨｚである。
【０１０９】
図１０は、通常状態での流量計のピックオフセンサ信号のパワースペクトル密度のグラフである。流量計の基本周波数はグラフの最も高いスパイクであり、約１３５Ｈｚに位置する。図は、更に、周波数スペクトルの複数の他の大きなスパイクのあることも示している（第１の非基本モードは、基本モードの周波数の約１．５倍の周波数のねじりモードである）。これらのスパイクは流量計の高調波周波数を含み、更に、他の望ましくないセンサモード（つまり、ねじりモード、二次曲げモードなど）を含む。
【０１１０】
図１１は、単一位相シフトの実施の形態による代替のヒルベルト変換ブロック６０３’を示す。この実施の形態では、ヒルベルト変換ブロック６０３’は、ＬＰＯ分岐１１００及びＲＰＯ分岐１１１０を含む。ＬＰＯ分岐１１００は、フィルタブロック７０２と並列の遅延ブロック７０１を含む。この実施の形態のＲＰＯ分岐１１１０は、遅延ブロック７０１のみを含む。前のように、遅延ブロック７０１はサンプリング遅延を導入する。前のように、フィルタブロック７０２は、入力されたデジタル信号サンプルに対し９０度位相シフトを実行する。代わりに、ヒルベルト変換ブロック６０３’は、ＲＰＯ信号だけを位相シフトすることも可能であることは理解されるとおりである。
【０１１１】
この処理の実施の形態では、周波数と位相差を求めるために、ただ１つのセンサ信号のヒルベルト変換／位相シフトを使用する（図２〜３を参照）。これにより、位相測定を実行するために必要な計算量が著しく低減され、質量流量を求めるために必要な計算量が著しく低減される。
【０１１２】
この実施の形態では、ヒルベルト変換ブロック６０３’の出力は、左又は右のセンサ信号の両方ではなく、いずれかの直角（Ｑ）成分を与える。以下の例では、ＬＰＯ信号が位相シフトされる。すなわち、
【０１１３】
【数１２】
2008541137.tif 000014
である。ヒルベルト変換を使用すると、出力は
【０１１４】
【数１３】
2008541137.tif 000015
となる。ＬＰＯの元の項とヒルベルト変換の出力（つまり、９０度位相シフト）とを組み合わせると、
【０１１５】
【数１４】
2008541137.tif 000016
が得られる。ただし、ＲＰＯは同じままである。つまり、
【０１１６】
【数１５】
2008541137.tif 000017
である。
【０１１７】
図１２は、単一位相シフトの実施の形態の分析ブロック６０４ａ’を示す。この実施の形態の分析ブロック６０４ａ’は、１つの結合ブロック８０１、複素乗算ブロック８０３、ローパスフィルタブロック１２０１及び位相角ブロック８０５を含む。この実施の形態の分析ブロック６０４ａ’は、以下の式、すなわち
【０１１８】
【数１６】
2008541137.tif 000018
を実施する。
【０１１９】
ローパスフィルタブロック１２０１は、複素乗算ブロック８０３により出力される高周波成分を取り除くローパスフィルタを備える。ローパスフィルタブロック１２０１は、任意の形態のローパスフィルタ演算を実施することができる。乗算の結果から、２つの項が得られる。（−ωｔ＋ωｔ＋φ）項が結合し、簡単化されて、位相のみのφ項（ＤＣ結果）が得られる。これは、（−ωｔ）及び（ωｔ）項が互いに相殺し合うからである。（ωｔ＋ωｔ＋φ）は周波数の２倍であり、（２ωｔ＋φ）項に簡単化される。結果は２つの項の和なので、高い周波数（２ωｔ＋φ）項を取り除くことができる。ここで注目する信号はＤＣ項のみである。高い周波数（２ωｔ＋φ）の項は、ローパスフィルタを使用して結果から除去できる。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、０から２ωまでのどの位置にあってもよい。
【０１２０】
フィルタ処理後、結果は
【０１２１】
【数１７】
2008541137.tif 000019
になる。したがって、微分位相角は、
【０１２２】
【数１８】
2008541137.tif 000020
である。
【０１２３】
２つのピックオフ信号ではなく１つのピックオフ信号のヒルベルト変換をとることにより、コリオリ質量流量計における位相及び周波数推定を実行するのに必要な計算負荷は、好都合にも低減される。したがって、位相及び周波数は、２つのセンサ信号を使用して、ただし、９０度位相シフトのみ使用して、決定され得る。
【０１２４】
図１３は、それぞれの時間差（Δｔ）値が比較される、従来技術と比べた本発明のセンサ処理を示す。グラフは、ガス流（つまり、例えば気泡）を含む流体物質を示す。この条件の下で、流れ雑音は、位相及び周波数の計算速度のため、新しいアルゴリズムで実質的に低減される。発明により求められた結果は、従来技術（Δｔ）の測定結果に反映される大きなピークと谷を示さないことがわかる。
【０１２５】
本発明は従来技術とは異なる。第１に、従来技術は、典型的には、振動応答周波数を決定するために駆動装置システムに送られた駆動装置信号などのピックオフ信号及び独立周波数源を使用してピックオフ周波数を決定する。対照的に、本発明は、２つのセンサ信号のうちの１つの位相をシフトすることにより周波数を決定する。従来技術では、センサ信号の位相シフトから振動応答周波数を決定しない。
【０１２６】
第２に、大半の従来技術の流量計では、従来技術の周波数決定を使用してピックオフ信号の間の位相差を決定する。その結果、従来技術の周波数決定に含まれる誤差は、従来技術の位相差決定に含まれ、従来技術の質量流量決定に総合誤差を混合させる。対照的に、本発明は、周波数決定を使用することなく、１つ又は２つの位相シフトセンサ信号から直接に位相差を決定する。その結果、誤差項は、位相差決定の位相操作及び位相測定のみの結果であり、周波数決定誤差の影響を受けない。
【０１２７】
第３に、従来技術では、独立に決定された外部周波数を使用して質量流量を決定する。典型的には、従来技術では、更に、独立に決定された外部周波数を使用して得られた位相差を使用する。その結果、従来技術では、質量流量は、周波数決定の誤差の影響を２回受ける可能性があり、したがって、十分に正確で信頼性が高いとはいえない。対照的に、本発明では、周波数決定及び位相差決定は独立に導かれる。本発明における周波数決定及び位相差決定は、したがって、かなり小さな誤差成分を含む。その結果、本発明の計測器電子機器及び方法を使用することで、質量流量決定の誤差の大きさが大幅に縮小される。したがって、本発明による密度及び体積流量は、精度と信頼性の面でも改善される。
【０１２８】
第４に、従来技術の周波数決定は、比較的長い時間を要する。流体物質が、混入された固体及び／又は混入されたガス（気泡など）を含む液体などの、２相又は３相流を含む状況では、従来技術の周波数決定は、安定した、比較的正確な周波数測定結果を得るために１〜２秒程度を要する場合がある。対照的に、本発明による周波数及び位相差決定は、数ミリ秒又は数百ミリ秒などのオーダーでかなり高速に行うことができる。周波数及び位相差から求められたすべての流量特性も、かなり短い時間で得られる。
【０１２９】
図１４は、本発明の他の実施の形態による計測器電子機器２０を示す。この実施の形態の計測器電子機器２０は、すでに説明したように、インターフェイス２０１、デジタイザ２０２、処理システム２０３及び記憶装置システム２０４を備えることができる。他の実施の形態と共通のコンポーネント及び／又はルーチンは、共通参照番号を共有する。この図の計測器電子機器２０は、すでに説明したような様々な他のコンポーネント及び／又はルーチンを含むことができることは理解されるとおりである。
【０１３０】
動作において、計測器電子機器２０は、流量計５内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するために、計測器アセンブリ１０からの第１及び第２のセンサ信号を処理する。質量分率は、２相流体流中の第１の流体成分と第２の流体成分との質量流量比である。質量分率は、様々な流体成分の質量を決定するために使用することができる。例えば、流れは流体成分とガス成分を含むことができる。流体物質の全質量流量に質量分率を乗算して、流体成分質量流量及びガス成分質量流量の１つ又は複数を求めることができる。流体は任意の形の液体を含み、ガスは任意の形の気体を含むことができる。ガスは、例えば空気を含むことができる。以下の説明では、流体中の空気を重点的に取りあげるが、本発明が任意のガスに適用されることは理解されるとおりである。
【０１３１】
計測器電子機器２０は、流量計からの第１のセンサ信号１４１０及び第２のセンサ信号１４１１などの、計測器アセンブリ１０の周波数応答１４１０を受信し、処理する。計測器電子機器２０は、周波数応答１４１０をガス周波数成分１４１２と流体周波数成分１４１６に分ける。計測器電子機器２０は、周波数応答１４１０から総合密度（ρｍｉｘ）１４２０を決定する。同様に、ガス成分密度（ρｇａｓ）１４２１は、ガス周波数成分１４１２から決定される。計測器電子機器２０では、ガス周波数成分１４１２と流体周波数成分１４１６のうちの１つ又は複数及び周波数応答１４１０を使用してガス１４１８の空隙率を決定する。計測器電子機器２０では、更に、空隙率１４１８、総合密度１４２０及びガス密度１４２１を使用して、質量分率１４１９を決定する。質量分率（ｍｆ）は、
【０１３２】
【数１９】
2008541137.tif 000021
として定義される。
【０１３３】
一つの実施の形態では、質量分率はガスの質量分率（ｍｆｇａｓ）を含む。ガスの質量分率は、
【０１３４】
【数２０】
2008541137.tif 000022
を含む。
【０１３５】
しかし、代わりに、本発明は、流体物質中の流体の質量分率（ｍｆｆｌｕｉｄ）（又は他の何らかの質量分率）を決定することができることは理解されるとおりである。流体の質量分率（ｍｆｆｌｕｉｄ）は、ガスの質量分率の補数
【０１３６】
【数２１】
2008541137.tif 000023
を含む。しかし、この説明では、簡単のため、ガスの質量流量（ｍｆｇａｓ）を重点的に取りあげる。
【０１３７】
第１のセンサ信号１４１０及び第２のセンサ信号１４１１は、ピックオフセンサ１７０Ｌ及び１７０Ｒからの信号などの、計測器電子機器２０により実質的に連続して受信され処理される時間とともに変化する電子信号を含む。周波数応答１４１０は、前述の処理ブロックを使用して決定することができる（図６、図７及び図９を参照）。都合のよいことに、前述の高速な周波数決定を使用した場合、本発明は、ガス１４１８の空隙率を素早く、正確に、確実に決定することができる。
【０１３８】
この実施の形態の処理システム２０３は、空隙率ルーチン１４０１、ノッチフィルタルーチン１４０２及び質量分率ルーチン１４０５を含むことができる。処理システム２０３は、更に、ローパスフィルタルーチン１４０３及びハイパスフィルタルーチン１４０４などの、１つ又は複数のフィルタ又はフィルタルーチンを備えることができる。代わりに、１つ又は複数のフィルタ又はフィルタルーチンは、ノッチフィルタ構成又は狭帯域の周波数を除去する他のフィルタ構成を含むことができる。処理システム２０３は、更に、周波数応答測定、空隙率決定及び質量分率決定をそれぞれの格納することができる周波数応答１４１０、空隙率１４１８及び質量分率１４１９を備えることができる。処理システム２０３は、更に、空隙率及び質量分率決定に対する作業周波数値を格納する流体周波数成分１４１６及びガス周波数成分１４１２を備えることができる。処理システム２０３は、更に、空隙率及び質量分率決定に対する作業密度値を格納する総合密度１４２０、ガス成分密度１４２１及び流体成分密度１４２２を備えることができる。
【０１３９】
周波数応答１４１０は混合周波数（ｆｍｉｘ）を含み、周波数応答１４１０はガス周波数成分（ｆｇａｓ）１４１２及び流体周波数成分（ｆｆｌｕｉｄ）１４１６を含むことができる。空隙率及び質量分率は、これらの周波数成分が混合周波数（ｆｍｉｘ）から分離されて決定された後に決定できる。常に、周波数応答１４１０は、任意の量のガス周波数成分（ｆｇａｓ）１４１２（つまり混入ガス）を含むことができる。
【０１４０】
図１５は、空気、流体及び空気／流体混合物の組合せ（つまり、混入空気を含む流体）に対する流量計周波数応答のグラフである。ガスの密度は、流量計内を流れる流体物質中の流体の密度から区別可能である。密度は、測定された周波数から求めることができるため、空気に関連する周波数も流体の周波数から区別可能である。これは、他のガス又はガス混合物にも当てはまる。
【０１４１】
周波数を計算するための式は、
【０１４２】
【数２２】
2008541137.tif 000024
である。ただし、ωはコリオリ流量計の角周波数である。このω−１項は、直前又は最初の方のサンプル期間からの角周波数サンプルを表す。角周波数ωを周波数ｆ（ヘルツ、Ｈｚ）に変換すると、
【０１４３】
【数２３】
2008541137.tif 000025
が得られる。
【０１４４】
この式は、ただ１つの周波数が存在することを仮定する。２つの周波数が存在する場合、混入空気の場合のように（空気の周波数及び流体物質中の流体の周波数）、新しい式は
【０１４５】
【数２４】
2008541137.tif 000026
となる。ただし、ｆｍｉｘは、ガス周波数成分（ｆｇａｓ）及び流体周波数成分（ｆｆｌｕｉｄ）を含む流体物質全体の周波数応答である。
【０１４６】
図１４を再び参照すると、ローパスフィルタルーチン１４０３はローパスフィルタを実施する。ローパスフィルタは、ローパスカットオフ周波数よりも実質的に低い低周波を通す。したがって、ローパスフィルタは高周波を除去するために使用できる。
【０１４７】
ハイパスフィルタルーチン１４０４はハイパスフィルタを実施する。ハイパスフィルタは、ハイパスカットオフ周波数よりも実質的に高い高周波を通す。したがって、ハイパスフィルタは低周波を除去するために使用できる。
【０１４８】
ノッチフィルタルーチン１４０２はノッチフィルタを実施する。ノッチフィルタは、ノッチフィルタの周波数応答における「ノッチ」を中心とする周波数の狭い範囲を除去する。ノッチ内の周波数のみがノッチフィルタにより除去される。したがって、ノッチフィルタは、周波数応答１４１０から知られている、望ましくない周波数を取り除くために非常に役立つ。
【０１４９】
空隙率ルーチン１４０１は、流体物質における空隙率（典型的にはガスの）を決定する。空隙率は流体成分の密度から決定することができ、総合密度（ρｍｉｘ）は、ガス成分密度（ρｇａｓ）と流体成分密度（ρｆｌｕｉｄ）の和を含む。
【０１５０】
密度（ρ）は、実質的に
【０１５１】
【数２５】
2008541137.tif 000027
で表される。ただし、ｆは流体周波数成分１４１６の周波数測定結果（つまり、ｆｍｉｘ）である。流体成分密度（ρｆｌｕｉｄ）１４２２は、流体周波数成分１４１６を使用して計算することができる。一つの実施の形態では、流体周波数成分１４１６は平均混合周波数を含む。ガス成分密度（ρｇａｓ）１４２１は、ガス周波数成分１４１２を使用して計算することができる。結果として、ガスの空隙率１４１８は、流体成分密度（ρｆｌｕｉｄ）１４２２から総合密度（ρｍｉｘ）１４２０を引いた値を流体成分密度（ρｆｌｕｉｄ）１４２２からガス成分密度（ρｇａｓ）１４２１を引いた値で割った比として計算される。空隙率計算は、
【０１５２】
【数２６】
2008541137.tif 000028
という形式をとる。ガスの結果として得られる空隙率１４１８は、流体物質におけるガスと流体との比を反映する。
【０１５３】
質量分率ルーチン１４０５は、周波数応答１４１０から質量分率１４１９を決定する。一つの実施の形態では、質量分率ルーチン１４０５は、決定された空隙率（ＶＦ）１４１８を、求められた密度値とともに使用して、質量分率１４１９を計算する。
【０１５４】
質量（ｍ）及び体積（Ｖ）は、密度（ρ）により関連付けられている。したがって、密度は、
【０１５５】
【数２７】
2008541137.tif 000029
で表される。その結果、質量分率（ｍｆ）は、
【０１５６】
【数２８】
2008541137.tif 000030
に簡単化できる。空隙率（ＶＦ）は、体積比
【０１５７】
【数２９】
2008541137.tif 000031
で表されるため、質量分率（ｍｆ）は、
【０１５８】
【数３０】
2008541137.tif 000032
で表される。
【０１５９】
その結果、質量分率は、空隙率（ＶＦ）、ガス成分密度（ρｇａｓ）１４２１及び総合密度（ρｍｉｘ）１４２２から決定することができる。ガス成分密度（ρｇａｓ）１４２１及び総合密度（ρｍｉｘ）１４２２は、ガス周波数成分１４１２及び周波数応答１４１０からそれぞれ決定することができる。
【０１６０】
ガス又は流体のいずれかが既知の場合、ガス周波数成分１４１２及び流体周波数成分１４１６のうちの１つだけがあればよいことは理解されるとおりである。例えば、ガスが空気を含む場合に、標準空気周波数応答（及び密度）を仮定することができる。その結果、既知のガス又は流体周波数を除去することができ、１つのフィルタ処理ステップがあればよい。
【０１６１】
更に、計測器電子機器２０は、全質量流量、成分質量流量、成分体積などの他の流量特性を決定することができる。計測器電子機器２０は、計測器アセンブリ１０と通信することができ、計測器アセンブリ１０は、周波数応答を生成する何らかの形の流量計を備えることができる。一つの実施の形態では、計測器アセンブリ１０はコリオリ流量計を備える。他の実施の形態では、計測器アセンブリ１０は振動密度計を備える。
【０１６２】
図１６は、本発明の一つの実施の形態による流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための方法の流れ図１６００である。ステップ１６０１において、周波数応答を受信する。例えば、周波数応答は、計測器電子機器２０で受信することができる。この周波数応答は、流体物質を含む振動計測器アセンブリ１０に対する周波数応答を含む。
【０１６３】
ステップ１６０２では、周波数応答は、ガス周波数成分１４１２と流体周波数成分１４１６に分けられる。これが可能なのは、周波数応答１４１０は、流体物質中のガス流量に関係するガス周波数成分及び流体流量に関係する流体周波数成分を含むからである。すでに説明したように、１つ又は複数のフィルタにより分離を実行できる。
【０１６４】
ステップ１６０３では、周波数応答から総合密度（ρｍｉｘ）が決定される。総合密度（ρｍｉｘ）は、組み合わされた流体及びガス流成分の密度を反映する。すでに説明したように、総合密度（ρｍｉｘ）は、実質的に、１を周波数応答で割った値（つまり、周波数応答の逆数）の平方で表される。
【０１６５】
ステップ１６０４では、ガス成分密度（ρｇａｓ）がガス周波数成分（ｆｇａｓ）から決定される。ガス成分密度（ρｇａｓ）はガス流成分だけの密度を反映する。
【０１６６】
ステップ１６０５で、すでに説明したように、ガスの空隙率（ＶＦ）１４１８が、周波数応答１４１０、ガス周波数成分１４１２及び流体周波数成分１４１６を使用して決定される。結果として得られるガスの空隙率１４１８は、比、パーセンテージ又は他の尺度で表すことができる。
【０１６７】
ステップ１６０６で、質量分率は、式４６に示すように、ガス密度（ρｇａｓ）と総合密度（ρｍｉｘ）との比及び空隙率（ＶＦ）１４１８から決定される。
【０１６８】
図１７は、本発明の一つの実施の形態による流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための方法の流れ図１７００である。流体周波数成分とガス周波数成分を周波数応答から分ける方法の１つは、２つのフィルタ演算を実行することを含む。１つのフィルタ演算は、ガス周波数成分を実質的に除去し、流体周波数成分を実質的に通す第１のフィルタで周波数応答をフィルタ処理することを含む。第２のフィルタ演算は、流体周波数成分を実質的に除去し、ガス周波数成分を実質的に通す第２のフィルタで周波数応答をフィルタ処理することを含む。その結果、第１のフィルタは流体周波数成分を出力し、第２のフィルタはガス周波数成分を出力する。
【０１６９】
ステップ１７０１で、すでに説明したように、周波数応答を受信する。ステップ１７０２で、周波数応答は第１のフィルタでフィルタ処理される。第１のフィルタは、ガス周波数成分を実質的に除去し、流体周波数成分を実質的に通す（図１８を参照）。一つの実施の形態では、第１のフィルタはローパスフィルタを含み、ローパスフィルタのローパスカットオフ周波数は流体周波数成分よりも実質的に高い。その結果、ローパスフィルタは流体周波数成分を実質的に通し、ガス周波数成分を実質的に除去する。
【０１７０】
ステップ１７０３で、周波数応答が第２のフィルタでフィルタ処理される。第２のフィルタは流体周波数成分を実質的に除去し、ガス周波数成分を実質的に通す。一つの実施の形態では、第２のフィルタはハイパスフィルタを含み、ハイパスフィルタのハイパスカットオフ周波数はガス周波数成分よりも実質的に低い（ただし、流体周波数成分よりも高い）。その結果、ハイパスフィルタはガス周波数成分を実質的に通し、流体周波数成分を実質的に除去する。
【０１７１】
ステップ１７０４において、前述のように、総合密度（ρｍｉｘ）が決定される。ステップ１７０５において、前述のように、総合密度（ρｇａｓ）が決定される。
【０１７２】
ステップ１７０６では、すでに説明したように、ガスの空隙率１４１８は、周波数応答１４１０、ガス周波数成分１４１２及び流体周波数成分１４１６を使用して決定される。ステップ１７０７において、前述のように、質量分率１４１９が決定される。
【０１７３】
図１８は、本発明の一つの実施の形態による流体周波数成分及びガス周波数成分を分けるために使用できるローパスフィルタ及びハイパスフィルタの応答を示す周波数のグラフである。グラフの下側のラインは、流体周波数成分の極大部分とガス周波数成分の極大部分を含む流量計周波数応答を表す。流体周波数成分の極大部分は、ガス周波数成分の極大部分よりも周波数が低い。上側のラインは、カットオフ周波数とともに、ローパスフィルタ応答及びハイパスフィルタ応答を含む。ここで、ローパスフィルタとハイパスフィルタとのカットオフ周波数は、２つの極大部分の間の実質的に中心に位置する。ローパスフィルタ及びハイパスフィルタは、流体及びガス周波数成分に応じて、共通のカットオフ周波数を持つことができ、又は異なるカットオフ周波数を持つことができる。ができる。ローパスフィルタは流体周波数成分を出力し、ハイパスフィルタはガス周波数成分を出力することがわかる。したがって、２つのフィルタは、周波数応答１４１０をガス周波数成分１４１２と流体周波数成分１４１６に分けることができる。
【０１７４】
流体及びガス周波数成分を分ける他の方法は、単一の既知の周波数成分を除去すること、及びフィルタ演算により通された周波数成分を使用して流体及びガス成分密度を決定することを含む。例えば、流体物質中のガスが空気である場合、フィルタ演算は、典型的な空気周波数応答の中心に位置する比較的狭い周波数帯域を除去するように構成することができる。その後、周波数応答から導かれた総合密度及び残りの流体周波数成分から導かれた流体密度成分を使用して、空気密度項を決定することができる。例えば、ガスが大気中の空気であることが知られている場合、フィルタ（例えば、ノッチフィルタなど）を使用して、周波数応答の空気周波数成分を実質的に除去することができる。その結果、総合密度（ρｍｉｘ）１４２０は周波数応答１４１０から計算することができ、流体成分密度（ρｆｌｕｉｄ）１４２２は流体周波数成分１４１６から計算することができる。したがって、空気成分密度（ρｇａｓ）１４２１は、
【０１７５】
【数３１】
2008541137.tif 000033
で表される。この式は、
【０１７６】
【数３２】
2008541137.tif 000034
と書き直すことができる。
【０１７７】
代わりに、流体周波数成分を取り除き／除去し、ガス周波数成分を使用して空隙を決定することができることは理解されるとおりである。前のように、この単一周波数の除去は、流体が既知の固有周波数応答及び密度を有する場合に実行され得る。したがって、単一周波数の除去方法は、流体周波数成分又はガス周波数成分を取り除くことができる。
【０１７８】
一つの実施の形態では、単一周波数成分は１つ又は複数のフィルタにより取り除くことがきるが、他の周波数成分はフィルタ演算により通される。一つの実施の形態の１つ又は複数のフィルタはノッチフィルタを含む。ノッチフィルタは、狭帯域（つまり、周波数応答におけるノッチ）内の周波数を除くすべての周波数を通す。代わりに、１つ又は複数のフィルタは、満足のゆくフィルタ又はフィルタの組合せを含むことができる。
【０１７９】
図１９は、本発明の一つの実施の形態による流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための方法の流れ図１９００である。ステップ１９０１で、すでに説明したように、周波数応答１４１０を受信する。
【０１８０】
ステップ１９０２で、周波数応答がノッチフィルタで処理される。ノッチフィルタは、この実施の形態のガス周波数応答よりも高い及び低いなどの、ノッチよりも高い及び低い周波数を通す。したがって、ノッチフィルタはガス周波数成分１４１２を実質的に除去する。ノッチフィルタは流体周波数成分１４１６を実質的に通す。
【０１８１】
図２０は、ノッチフィルタの周波数応答のグラフである。図示されている例では、ノッチはガス周波数を中心とする。ノッチフィルタは、ノッチよりも高い及び低い周波数の実質的にすべてを通し、ガス周波数のみがノッチフィルタにより実質的に除去される。
【０１８２】
図１９を再び参照すると、ステップ１９０３において、前述のように、総合密度（ρｍｉｘ）が決定される。ステップ１９０４において、前述のように、ガス密度（ρｇａｓ）が決定される。ステップ１９０５において、前述のように、ガスの空隙率１４１８が決定される。ステップ１９０６において、前述のように、質量分率１４１９が決定される。
【０１８３】
本発明による計測器電子機器及び方法は、望ましい場合に複数の利点が得られるように、実施の形態に従って実現することができる。本発明は、質量分率を２相流において決定することができる。本発明は、質量分率を多相流において決定することができる。本発明は、ガスの質量分率又は流体の質量分率を決定することができる。本発明は、空気の質量分率を決定することができる。本発明は、例えば、ガス流質量及び流体流質量などの、個々の流体成分の質量を決定することができる。本発明は、より高い精度及び信頼性を有する質量分率決定を行うことができる。本発明は、従来技術よりも高速に質量分率決定を行うことができ、しかも処理時間があまりかからない。
【図面の簡単な説明】
【０１８４】
【図１】本発明の一つの例におけるコリオリ流量計を例示する図である。
【図２】本発明の一つの実施の形態による計測器電子機器を示す図である。
【図３】本発明の一つの実施の形態によりコリオリ流量計でセンサ信号を処理する方法の流れ図である。
【図４】本発明の一つの実施の形態による計測器電子機器を示す図である。
【図５】本発明の一つの実施の形態によりコリオリ流量計で第１及び第２のセンサ信号を処理する方法の流れ図である。
【図６】本発明の一つの実施の形態による処理システムの一部のブロック図である。
【図７】本発明の一つの実施の形態によるヒルベルト変換ブロックの詳細を示す図である。
【図８】本発明の一つの実施の形態による分析ブロックの２つの独立分岐のブロック図である。
【図９】本発明の一つの実施の形態による分析ブロックの２つの独立分岐のブロック図である。
【図１０】通常状態での流量計のピックオフセンサ信号のパワースペクトル密度のグラフである。
【図１１】単一位相シフトの実施の形態によるヒルベルト変換ブロックを示す図である。
【図１２】単一位相シフトの実施の形態の分析ブロックを示す図である。
【図１３】それぞれの時間差（Δｔ）値が比較される、従来技術と比べた本発明のセンサ処理を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態による計測器電子機器を示す図である。
【図１５】空気、流体及び空気／流体混合物の組合せ（つまり、混入空気を含む流体）に対する流量計周波数応答のグラフである。
【図１６】本発明の一つの実施の形態による流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための方法の流れ図である。
【図１７】本発明の一つの実施の形態による流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための方法の流れ図である。
【図１８】本発明の一つの実施の形態による流体周波数成分及びガス周波数成分を分けるために使用できるローパス及びハイパスフィルタ応答を示す周波数のグラフである。
【図１９】本発明の一つの実施の形態による流量計内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するための方法の流れ図である。
【図２０】ノッチフィルタの周波数応答のグラフである。
【図１】
2008541137.tif 000035
【図２】
2008541137.tif 000036
【図３】
2008541137.tif 000037
【図４】
2008541137.tif 000038
【図５】
2008541137.tif 000039
【図６】
2008541137.tif 000040
【図７】
2008541137.tif 000041
【図８】
2008541137.tif 000042
【図９】
2008541137.tif 000043
【図１０】
2008541137.tif 000044
【図１１】
2008541137.tif 000045
【図１２】
2008541137.tif 000046
【図１３】
2008541137.tif 000047
【図１４】
2008541137.tif 000048
【図１５】
2008541137.tif 000049
【図１６】
2008541137.tif 000050
【図１７】
2008541137.tif 000051
【図１８】
2008541137.tif 000052
【図１９】
2008541137.tif 000053
【図２０】
2008541137.tif 000054
【国際調査報告】
2008541137.tif 000055
2008541137.tif 000056
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