(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法であって、
流体の流れに起因する前記１つ以上の導管の伸張を示す伸張信号を伸張センサから受け取るステップであって、伸長信号の振幅は前記１つ以上の導管の流体モメンタム誘発ひずみに比例するステップと、
モメンタム項を算出するステップと
を含む、１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法。
【請求項２】
前記モメンタム項を算出するステップが、
【数１４】
0006279109.tif 000015
で表される軸線方向ひずみ式から前記モメンタム項を導出するステップを含み、前記式で、
ｍｖがモメンタム項であり、
εｙが前記１つ以上の導管の軸線方向のひずみであり、
ＦＡｙが前記１つ以上の導管のアンカー力であり、
Ａｔが前記１つ以上の導管の断面積であり、
Ｅが前記１つ以上の導管の弾性係数であり、
ｍが前記流体の質量流量であり、
ｖが前記流体の流速であり、
Ａが前記流体の断面積であり、
ｐａｖｇが前記流体の平均静圧である、請求項１に記載の１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法。
【請求項３】
温度センサから温度信号を受け取るステップと、温度補正モメンタム項を算出するステップとをさらに含む、請求項１に記載の１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法。
【請求項４】
前記温度補正モメンタム項を算出するステップが
【数１５】
0006279109.tif 000016
で表される軸線方向ひずみ式から温度補正モメンタム項を導出するステップを含み、前記式で、
ＦＡｙがアンカー力であり、
ｍｖがモメンタム項であり、
εｙが前記１つ以上の導管の軸線方向ひずみであり、
Ａｔが前記１つ以上の導管の断面積であり、
Ｅが前記１つ以上の導管の弾性係数であり、
ｍが前記流体の質量流量であり、
ｖが前記流体の流速であり、
Ａが前記流体の断面積であり、
ｐａｖｇが前記流体の平均静圧であり、
αＴが前記１つ以上の導管の線膨張係数であり、
ΔＴが前記１つ以上の導管の温度変化である、請求項３に記載の１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法。
【請求項５】
前記１つ以上の導管が振動式流量計の１つ以上のフローチューブである、請求項１に記載の１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法。
【請求項６】
前記１つ以上のフローチューブのうちの少なくとも１つのフローチューブをドライブ振動モードで振動させるステップと、
前記１つ以上のフローチューブのうちの少なくとも１つのフローチューブに第一のピックオフ及び第二のピックオフを設けるステップと、
前記ドライブ振動モードに対する振動応答に基づいて、前記第一のピックオフ及び前記第二のピックオフからそれぞれ第一のピックオフ信号及び第二のピックオフ信号を受け取るステップと、
前記第一のピックオフ信号と前記第二のピックオフ信号との間の差を算出するステップと、
前記ピックオフ信号の差から質量流量を求めるステップと、
前記質量流量を前記モメンタム項と比較するステップと
を含む、請求項５に記載の１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法。
【請求項７】
前記質量流量を前記モメンタム項と比較するステップが、
式ｍ＝ρＡｖを用いて速度ｖを算出するステップと、
前記速度と前記質量流量を乗算することによりモメンタム積項算出値を算出するステップと、
前記モメンタム積項算出値を前記モメンタム項と比較するステップと、
前記モメンタム積項算出値が前記モメンタム項から前もって決められたしきい値より大きくずれている場合に故障を指摘するステップと
を有し、前記式で、
ｍが前記流体の質量流量であり、   
ρが前記流体の密度であり、
Ａが前記流体の断面積である、請求項６に記載の１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法。
【請求項８】
前記１つ以上の導管におけるモメンタムリディレクション力にさらされる導管領域の近傍に伸張センサを設けるステップに関し、該方法が、
前記ドライブ振動モードに対する振動応答に基づいて、第一の伸張センサ及び第二の伸張センサからそれぞれ第一の伸張センサ信号及び第二の伸張センサ信号を受け取るステップと、
前記第一の伸張センサ信号から第一のモメンタム項及び前記第二の伸張センサ信号から第二のモメンタム項を算出するステップと、
前記第一のモメンタム項を前記第二のモメンタム項と比較するステップと、
前記第一のフローチューブと前記第二のフローチューブとの間の流れの非対称性の存在の有無を判断するステップと
を有する、請求項５に記載の１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法。
【請求項９】
前記第一のモメンタム項と前記第二のモメンタム項との差が前もって決められたしきい値よりも大きい場合、流れに非対称性が存在する旨を指摘するステップをさらに有する、請求項８に記載の１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法。
【請求項１０】
前記流体の密度及び前記モメンタム項を用いて質量流量及び体積流量を算出するステップを有する、請求項１に記載の１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法。
【請求項１１】
前記流体の密度を提供するステップが前記流体の密度を測定するステップを有する、請求項１０に記載の１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法。
【請求項１２】
センサ組立体（１０）とメータ電子機器（２０）とを有する流量計（５）であって、
１つ以上のフローチューブ（１０３、１０３’）と、
前記１つ以上のフローチューブ（１０３、１０３’）と結合され、前記１つ以上のフローチューブ（１０３、１０３’）にドライブモード振動を誘発するような向きに配置されるドライバ（１０４）と、
前記１つ以上のフローチューブ（１０３、１０３’）と結合され、前記ドライブモード振動を検出するように構成される少なくとも２つのピックオフ（１０５、１０５’）と、
前記１つ以上のフローチューブ（１０３、１０３’）と結合される１つ以上の伸張センサ（１２０）とを備えており、
前記１つ以上の伸張センサ（１２０）が前記１つ以上のフローチューブ（１０３、１０３’）の流体モメンタム誘発ひずみに比例する振幅を有する信号を出力するように構成され、
前記メータ電子機器（２０）がモメンタム項を算出するように構成されてなる、センサ組立体（１０）とメータ電子機器（２０）とを有する流量計（５）。
【請求項１３】
前記モメンタム項が
【数１６】
0006279109.tif 000017
で表される軸線方向ひずみ式から導出され、前記式で、
ｍｖがモメンタム項であり、
εｙが前記導管の軸線方向ひずみであり、
ＦＡｙが前記導管のアンカー力であり、
Ａｔが前記導管の断面積であり、
Ｅが前記導管の弾性係数であり、
ｍが前記流体の質量流量であり、
ｖが前記流体の流速であり、
Ａが前記流体の断面積であり、
ｐａｖｇが前記流体の平均静圧である、請求項１２に記載のセンサ組立体（１０）とメータ電子機器（２０）とを有する流量計（５）。
【請求項１４】
前記１つ以上のフローチューブ（１０３、１０３’）と結合される少なくとも１の温度センサ（１０６）を備え、前記メータ電子機器（２０）が温度補正モメンタム項を算出するように構成されてなる、請求項１２に記載のセンサ組立体（１０）とメータ電子機器（２０）とを有する流量計（５）。
【請求項１５】
前記温度補正モメンタムが
【数１７】
0006279109.tif 000018
で表される軸線方向ひずみ式から導出され、前記式で、
ＦＡｙがアンカー力であり、
ｍｖがモメンタム項であり、
εｙが前記導管の軸線方向ひずみであり、
Ａｔが前記導管の断面積であり、
Ｅが前記導管の弾性係数であり、
ｍが前記流体の質量流量であり、
ｖが前記流体の流速であり、
Ａが前記流体の断面積であり、
ｐａｖｇが前記流体の平均静圧であり、
αＴが前記導管の線膨張係数であり、
ΔＴが前記導管の温度変化である、請求項１４に記載のセンサ組立体（１０）とメータ電子機器（２０）とを有する流量計（５）。
【請求項１６】
前記伸張センサ（１２０）がひずみゲージ、光学センサ及びレーザーのうちの少なくとも１つである、請求項１２に記載のセンサ組立体（１０）とメータ電子機器（２０）とを有する流量計（５）。
【請求項１７】
前記１つ以上のフローチューブ（１０３、１０３’）が１８０°のＵ字状の屈曲部及びΩ字状の屈曲部のうちの少なくとも１つを有してなる、請求項１２に記載のセンサ組立体（１０）とメータ電子機器（２０）とを有する流量計（５）。
【請求項１８】
前記信号が前記流体モメンタム誘発ひずみに比例する振幅を有する抵抗である、請求項１２に記載のセンサ組立体（１０）とメータ電子機器（２０）とを有する流量計（５）。
【請求項１９】
前記１つ以上のフローチューブ（１０３、１０３’）と結合される前記１つ以上の伸張センサ（１２０）が前記１つ以上のフローチューブ（１０３、１０３’）のうちの第一のフローチューブ（１０３）と結合される第一の伸張センサ（１２０）と、前記１つ以上のフローチューブ（１０３、１０３’）のうちの第二のフローチューブ（１０３’）と結合される第二の伸張センサ（１２０）とから構成されてなる、請求項１２に記載のセンサ組立体（１０）とメータ電子機器（２０）とを有する流量計（５）。
【請求項２０】
前記メータ電子機器（２０）が前記第一のフローチューブ（１０３）と前記第二のフローチューブ（１０３’）と間の流れの非対称性を検出するように構成されてなる、請求項１９に記載のセンサ組立体（１０）とメータ電子機器（２０）とを有する流量計（５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
後述の実施形態は、流体の流れの技術分野に関するものであり、特に流体のモメンタムの検出方法及びそれに関連する装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コリオリ式質量流量計、振動式密度計の如き振動式導管センサは、流動物質を収容する導管の振動運動を検出するように動作するのが一般的である。質量流量、密度などの如き導管内の物質に関する物性については、導管に接続されている運動トランスデューサから受け取る測定信号を処理することにより求めることができる。一般的に、物質を充填して振動するシステムの振動モードは、収容している導管、その導管に収容されている物質の質量、剛性、ダンピング特性を組み合わせたものから影響を受ける。
【０００３】
パイプラインを流れる物質の質量流量及び他の特性を測定するために振動式流量計を用いることは周知技術である。たとえば、Ｊ．Ｅ．スミス等に発行された米国特許第４，４９１，０２５号及び再発行特許第３１，４５０号にはコリオリ式流量計が開示されている。これら流量計は１つ以上の流体用のチューブ（または、「フローチューブ」）を備えている。コリオリ式質量流量計の各フローチューブの構造体は、単純曲げタイプ、ねじれタイプ、ラジアルタイプ、ラタラルタイプまたは組み合わせタイプでありうる一組の固有振動モードを有している。各フローチューブは、これらの固有モードのうちの１つのモードで共振して振動するように駆動（振動）させることができる。一般的に、これらの振動モードは、フローチューブ及びフローチューブに収容されている物質の質量、剛性及びダンピング特性を組み合わせたものから影響を受けるので、質量、剛性及びダンピング特性は、周知技術を用いて流量計の初期段階の較正の際に求められるのが一般的である。
【０００４】
物質は、流量計の流入口側に接続されるパイプラインから流量計の中へと流入する。次いで、この物質は１つ以上のフローチューブを流れて流量計から流出口側に接続されているパイプラインへと流出するようになっている。
音声−コイル型ドライバの如きドライバが１つ以上のフローチューブに力を加える。この力により１つ以上のフローチューブが振動する。流量計内を物質が流れていない時、フローチューブに沿ったすべての部位が同一の位相で振動する。物質がフローチューブを流れ始めると、コリオリ加速度により、フローチューブに沿った各部位がフローチューブに沿った他の部位に対して異なる位相を有するようになる。フローチューブの流入口側の位相はドライバの位相よりも遅れており、フローチューブの流出口側の位相はドライバの位相よりも進んでいる。フローチューブの２つの部位における運動を示す正弦波信号を生成するために、センサが流管の２つの異なる部位に配置されるのが一般的である。センサから受け取る２つの信号の位相差が時間の単位で算出される。
【０００５】
２つのセンサ信号の間の位相差は１つ以上の流管を流れる物質の質量流量に比例する。物質の質量流量は位相差に流量較正係数を乗算することにより求めることができる。流量較正係数はフローチューブの物性及び断面特性に依存する。流量較正係数に影響を与えるフローチューブの主な特性のうちの１つはフローチューブの剛性である。パイプラインに流量計を設置する前に、較正プロセスによって流量較正係数が求められる。較正プロセスでは、フローチューブに流体を既知の流量で流し、位相差と流量との間の比が計算される。当該技術分野において一般的に知られているように、較正プロセスの際にフローチューブの剛性及びダンピング特性がさらに求められる。
【０００６】
コリオリ式流量計の１つの利点としては、質量流量測定値の正確さが流量計の可動部品の摩耗よりほとんど影響を受けないという点が挙げられる。というのは、振動するフローチューブの中に可動な構成部品が存在しないからである。流量は、フローチューブの２つの部位間の位相差と流量較正係数とを乗算することにより求められる。ただ一つの入力は、フローチューブ上の２つの部位の振動を示すセンサからの正弦波信号である。位相差は正弦波信号から算出される。流量較正係数がフローチューブの材料及び断面特性に比例するので、位相差測定値及び流量較正係数は流量計の可動部品の摩耗による影響を受けない。
【０００７】
典型的なコリオリ式質量流量計は１つ以上のトランスデューサ（または、ピックオフセンサ）を有しており、このような１つ以上のトランスデューサは、１つ以上のフロー導管の振動応答を測定するために通常用いられ、ドライバの上流側または下流側の位置に通常配置されている。また、これら１つ以上のピックオフセンサは電子計装装置（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ）に接続されている。この電子計装装置は、２つのピックオフセンサから信号を受け取り、たとえば質量流量測定値を導出するためにこれらの信号を処理するようになっている。
【０００８】
典型的なコリオリ式流量計は、ピックオフセンサとしてコイルと磁石とを用いて流量及び／または密度を測定してコリオリ式流量計の１つ以上のフローチューブの振動運動を測定するようになっている。コリオリ式流量計を流れる流体の質量流量は、コリオリ式流量計のフローチューブの流入口側及び流出口側の近傍の位置からの複数のピックオフ信号間の位相差から求められる。しかしながら、コイル／磁石型ピックオフに代えてひずみゲージを用いて流量を測定することもできる。これら２つのセンサタイプ間の基本的な違いは、コイル／磁石型ピックオフはフローチューブの速度を測定し、ひずみゲージはフローチューブの変位に比例するフローチューブのひずみを測定するという点にある。従って、各タイプのセンサが必ずしも同じ位置に配置される必要はない。
【０００９】
ひずみゲージはコイル／磁石型ピックオフに対して複数の利点を有している。ひずみゲージはコイル／磁石型ピックオフよりも製造、導入が安価である。また、ひずみゲージは、システムの動作に悪影響を及ぼしうる点質量（ｐｏｉｎｔ  ｍａｓｓｅｓ）を除去する助けとなる。それに加えて、ひずみゲージは、コイル／磁石型ピックオフとは違ってひずみを測定する基準点を必要としない。このことにより、コイル／磁石型ピックオフでは不可能な単一フローチューブ構造が可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
運動量保存の原理によれば、モメンタムの保存には、振動式流量計の流体の孤立系全体、たとえばフローチューブ全体にわたって安定した流れが生じるよう、ある与えられた時間にわたってモメンタムが変わらないことが必要である。モメンタムがベクトル量であるので、流れの方向が変化すると、新しい方向のモメンタムが増大し、その分、元の方向のモメンタムが減少する。たとえばパイプの屈曲部を流れる流体はパイプに力を加えてしまう。この力は、パイプが移動してしまうのを防ぐためのアンカー力によって打ち消されるようになっていなければならない。このことが、たとえば地方自治体の送水管システムのパイプの屈曲部の近傍にスラスト軸受を設置することが多い理由である。
【００１１】
振動式流量計のフローチューブにおいてしばしば見られるＵ字状の屈曲部の場合には、フローチューブの中に流入する流体は１８０°向きを変えるので、還元水は、流体がフローチューブの中に流入した方角と同じ方角に向かって流れる。このように方向が変わってしまうと、フローチューブに対して２つのｙ軸線方向の力（ｔｗｏ  ａｘｉａｌ  ｙ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅｓ）、すなわち内圧（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）とモメンタムリディレクション（ｍｏｍｅｎｔｕｍ  ｒｅ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）とが加えられることになる。
【００１２】
後述の実施形態は流体のモメンタムを測定する手段を提供している。パイプライン内の流体のモメンタムを測定するための実施形態を提供することが目的である。振動式計測器内の流体のモメンタムを測定するための実施形態を提供することが目的である。パイプライン内のパイプの堆積または詰まりを検出すべく流体のモメンタムを測定するための実施形態を提供することが目的である。振動式計測器内の堆積または詰まりを検出するための実施形態を提供することが目的である。流体のモメンタムの測定値を用いて振動式計測器内の質量流量及び体積流量を算出することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明の概要
ある実施形態に従って１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法が提供されている。かかる方法は、流れる流体に起因する１つ以上の導管の伸張を示す伸張信号を伸張センサから受け取るステップと、モメンタム項を算出するステップとを有している。
ある実施形態にかかるセンサ組立体とメータ電子機器とを備える流量計が提供されている。ある実施形態によれば、かかる流量計は、１つ以上のフローチューブと、当該１つ以上のフローチューブと結合され、当該１つ以上のフローチューブにドライブモード振動を引き起こすような向きに配置されるドライバとを備えている。少なくとも２つのピックオフが、１つ以上のフローチューブと結合され、ドライブモードの振動を検出するように構成されている。１つ以上の伸張センサが１つ以上のフローチューブと結合され、当該１つ以上の伸張センサが１つ以上のフローチューブの流体モメンタム誘発ひずみに比例する振幅を有する信号を出力するように構成されており、メータ電子機器がモメンタム項を算出するように構成されている。
【００１４】
態様
ある態様によれば、１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法は、流体の流れに起因する１つ以上の導管の伸張を示す伸張信号を伸張センサから受け取るステップと、モメンタム項を算出するステップとを有している。
好ましくは、モメンタム項を算出するステップは、
【数１】
0006279109.tif 000002
で表される軸線方向ひずみ式からモメンタム項（ｍｏｍｅｎｔｕｍ  ｔｅｒｍ）を導出するステップを有しており、この式で、ｍｖはモメンタム項であり、εｙは１つ以上の導管の軸線方向のひずみであり、ＦＡｙは１つ以上の導管のアンカー力であり、Ａｔは１つ以上の導管の断面積であり、Ｅは１つ以上の導管の弾性係数であり、ｍは流体の質量流量であり、ｖは流体の流速であり、Ａは流体の断面積であり、ρａｖｇは流体の平均静圧である。
好ましくは、１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法は、温度センサから温度信号を受け取るステップと、温度補正モメンタム項（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ  ｍｏｍｅｎｔｕｍ  ｔｅｒｍ）を算出するステップとをさらに有している。
【００１５】
好ましくは、温度補正モメンタム項を算出するステップは、
【数２】
0006279109.tif 000003
で表される軸線方向ひずみ式から温度補正モメンタム項を導出するステップを有しており、この式で、ＦＡｙはアンカー力であり、ｍｖはモメンタム項であり、εｙは１つ以上の導管の軸線方向ひずみであり、Ａｔは１つ以上の導管の断面積であり、Ｅは１つ以上の導管の弾性係数であり、ｍは流体の質量流量であり、ｖは流体の流速であり、Ａは流体の断面積であり、ｐａｖｇは流体の平均静圧であり、αＴは１つ以上の導管の線膨張係数であり、ΔＴは１つ以上の導管の温度変化である。
【００１６】
好ましくは、１つ以上の導管は振動式流量計の１つ以上のフローチューブである。
好ましくは、１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法は、ドライブ振動モードで１つ以上のフローチューブのうちの少なくとも１つのフローチューブを振動させるステップと、１つ以上のフローチューブのうちの少なくとも１つのフローチューブに第一のピックオフ及び第二のピックオフを設けるステップと、ドライブモード振動に対する振動応答に基づいて、第一のピックオフ及び第二のピックオフからそれぞれ第一のピックオフ信号及び第二のピックオフ信号を受け取るステップと、第一のピックオフ信号と第二のピックオフ信号との間の差を算出するステップと、ピックオフ信号差から質量流量を求めるステップと、質量流量をモメンタム項と比較するステップとを有している。
【００１７】
好ましくは、質量流量をモメンタム項と比較するステップは、式ｍ＝ρＡｖを用いて速度ｖを算出するステップと、速度と質量流量とを乗算することによりモメンタム積項算出値（ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ  ｍｏｍｅｎｔｕｍ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｔｅｒｍ）を算出するステップと、モメンタム積項算出値をモメンタム項と比較するステップと、モメンタム積項算出値がモメンタム項から前もって決められたしきい値より大きくずれている場合に故障を指摘するステップとを有し、上述の式で、ｍは流体の質量流量であり、ρは流体の密度であり、Ａは流体の断面積である。
【００１８】
好ましくは、１つ以上の導管におけるモメンタムリディレクション力にさらされる導管領域の近傍に伸張センサを設けるステップは、第一の伸張センサ及び第二の伸張センサからそれぞれドライブモード振動に対する振動応答に基づく第一の伸張センサ信号及び第二の伸張センサ信号を受け取るステップと、第一の伸張センサ信号から第一のモメンタム項及び第二の伸張センサ信号から第二のモメンタム項を算出するステップと、第一のモメンタム項を第二のモメンタム項と比較するステップと、第一のフローチューブと第二のフローチューブとの間に流れの非対称性が存在するか否かを判断するステップとを有している。
【００１９】
好ましくは、１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法は、第一のモメンタム項と第二のモメンタム項との差が前もって決められたしきい値よりも大きい場合に流れに非対称性が存在する旨を指摘するステップをさらに有している。
好ましくは、１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法は、流体の密度及びモメンタム項を用いて質量流量及び体積流量を算出するステップを有している。
好ましくは、流体の密度を提供するステップは流体の密度を測定するステップを含んでいる。
【００２０】
ある態様によれば、センサ組立体とメータ電子機器とを有する流量計は、１つ以上のフローチューブと、当該１つ以上のフローチューブと結合され、当該１つ以上のフローチューブにドライブモード振動を誘発するような向きに配置されるドライバと、１つ以上のフローチューブと結合され、ドライブモード振動を検出するように構成される少なくとも２つのピックオフと、１つ以上のフローチューブと結合される１つ以上の伸張センサとを備えており、１つ以上の伸張センサは１つ以上のフローチューブの流体モメンタムに誘発されるひずみに比例する振幅を有する信号を出力するように構成されており、 また、メータ電子機器はモメンタム項を算出するように構成されている。
【００２１】
好ましくは、モメンタム項は
【数３】
0006279109.tif 000004
で表される軸線方向ひずみ式から導出され、この式で、ｍｖはモメンタム項であり、εｙは導管の軸線方向ひずみであり、ＦＡｙは導管のアンカー力であり、Ａｔは導管の断面積であり、Ｅは導管の弾性係数であり、ｍは流体の質量流量であり、ｖは流体の流速であり、Ａは流体の断面積であり、ｐａｖｇは流体の平均静圧である。
好ましくは、１つ以上のフローチューブには少なくとも１つの温度センサが結合され、メータ電子機器は温度補正モメンタム項を算出するように構成されている。
【００２２】
好ましくは、温度補正モメンタムは
【数４】
0006279109.tif 000005
で表される軸線方向ひずみ式から導出され、この式で、ＦＡｙはアンカー力であり、ｍｖはモメンタム項であり、εｙは導管の軸線方向ひずみであり、Ａｔは導管の断面積であり、Ｅは導管の弾性係数であり、ｍは流体の質量流量であり、ｖは流体の流速であり、Ａは流体の断面積であり、ｐａｖｇは流体の平均静圧であり、αＴは導管の線膨張係数であり、ΔＴは導管の温度変化である。
好ましくは、伸張センサはひずみゲージ、光学センサ及びレーザーのうちの少なくとも１つである。
好ましくは、１つ以上のフローチューブは１８０°のＵ字状の屈曲部及びΩ字状の屈曲部のうちの少なくとも１つを有している。
【００２３】
好ましくは、信号は流体モメンタムにより誘発されるひずみに比例する振幅を有している抵抗である。
好ましくは、１つ以上のフローチューブと結合される１つ以上の伸張センサは、１つ以上のフローチューブのうちの第一のフローチューブと結合される第一の伸張センサと、１つ以上のフローチューブのうちの第二のフローチューブと結合される第二の伸張センサとから構成されている。
好ましくは、メータ電子機器は第一のフローチューブと第二のフローチューブと間の流れの非対称性を検出するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
同一の参照番号はすべての図面において同一の部品を表わしている。また、図面の縮尺は必ずしも均一ではない。
【図１】従来の流量計を示す図である。
【図２】流量計のある実施形態を示す図である。
【図３】メータ電子機器を示す図である。
【図４】モメンタム項を算出するための方法のある実施形態を示すフローチャートである。
【図５】温度補正モメンタム項を算出するための方法のある実施形態を示すフローチャートである。
【図６】流量計のモメンタム項を算出するための方法のある実施形態を示すフローチャートである。
【図７】流量計のモメンタム項を算出し、計測異常の存在を示すための方法のある実施形態を示すフローチャートである。
【図８】流量計内の流れの非対称を算出するための方法のある実施形態を示すフローチャートである。
【図９】質量流量及び体積流量率を算出するための方法のある実施形態を示すフローチャートである。
【図１０】コリオリ式流量計の流体モメンタムにより誘発されるひずみ測定値対質量流量測定値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１〜図１０及び下記の記載には、流体のモメンタムを検出するための方法及びそれに関連する装置を最良のモードでどのように実施及び利用するかについて当業者に教示するための具体的な例が示されている。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。当業者にとって明らかなように、これらの実施形態の変形例もまた本発明の技術範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、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。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、その均等物によってのみ限定されるものである。
【００２６】
図１には、従来技術の流量計５が示されている。流量計５はコリオリ式流量計の如き、いかなる振動式メータであってもよい。流量計５はセンサ組立体１０とメータ電子機器２０とを備えている。センサ組立体１０はプロセス材料の質量流量、密度に反応するようになっている。メータ電子機器２０は、リード線１００を介してセンサ組立体１０に接続され、密度情報、質量流量情報、温度情報ならびに本発明に関連しない他の情報を径路２６を介して提供するようになっている。センサ組立体１０はフランジ１０１、１０１’、１対のマニホルド１０２、１０２’、１対の並列のフローチューブ１０３（第一のフローチューブ）、１０３’（第二のフローチューブ）、ドライバ１０４、抵抗性温度検出器（ＲＴＤ）の如き温度センサ１０６、磁石／コイル型ピックオフの如き１対のピックオフ１０５、１０５’、ひずみゲージ、光学センサ、または、その他の当該技術分野において知られているピックオフを有している。フローチューブ１０３、１０３’はそれぞれ流入口側脚部１０７、１０７’、流出口側脚部１０８、１０８’を有している。フローチューブ１０３、１０３’はその長さ方向に沿って少なくとも１つの対称的な位置において曲がっているとともに、その長さ方向に沿って実質的に並列になっている。フローチューブ１０３、１０３’は軸線Ｗ、Ｗ’を中心として振動するようになっている。
【００２７】
フローチューブ１０３，１０３’の脚部１０７、１０７’、１０８、１０８’は、フローチューブ取り付けブロック１０９、１０９’に固定され、次いで、これらのブロックはマニホルド１０２、１０２’に固定されている。このことにより、センサ組立体１０を通る連続しかつ閉じた物質経路が形成される。
フランジ１０１、１０１’が測定されているプロセス物質を運ぶプロセスライン（図示せず）に接続されている場合、物質は、フランジ１０１の第一のオリフィス（図１に図示せず）から流量計５の第一の端部１１０の中へと流入し、マニホルド１０２を通ってチューブ取り付けブロック１０９へと流れていく。マニホルド１０２内で、物質は、分流され、フローチューブ１０３、１０３’を通って送られる。フローチューブ１０３、１０３’から流出すると、プロセス物質は、マニホルド１０２’内で合流して１つのストリームとなり、その後、第二の端部１１２へ導かれる。この第二の端部１１２は、フランジ１０１’によってプロセス配管（図示せず）と接続されている。
【００２８】
フローチューブ１０３、１０３’は、それぞれ、曲げ軸線Ｗ−Ｗ、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ヤング率を有するように、選択され、フローチューブ取り付けブロック１０９、１０９’に適切にマウントされる。フローチューブ１０３、１０３’のヤング率が温度とともに変化し、この変化が流量及び密度の計算に影響を与えるので、温度センサ１９０がフローチューブ１０３、１０３’にマウントされてフローチューブの温度を連続的に測定するようになっている。フローチューブの温度、ひいては所与の電流値における温度センサ１０６の両端の電圧は、当該フローチューブを流れる物質の温度によって主として決まる。温度センサ１０６の両端に現れる温度依存性電圧は、フローチューブ温度の変化に起因するフローチューブ１０３、１０３’の弾性率の変化を補償すべくメータ電子機器２０により周知の方法で用いられる。温度センサはメータ電子機器２０に接続されている。
【００２９】
両フローチューブ１０３、１０３’は、それぞれ対応する曲げ軸線Ｗ、Ｗ’に対してかつフローメータの第一の逆位相曲げモードと呼ばれるモードで、互に反対方向にドライバ１０４により振動させられるようになっている。このドライバ１０４は、マグネットがフローチューブ１０３’にマウントされ、反対側のコイルがフローチューブ１０３にマウントされ、コイルに交流電流を流してこれらのフローチューブを振動させるようになっているような、複数の周知の構成のうちのいずれか１つの構成を有することが可能である。メータ電子機器２０により適切なドライブ信号がリード線１１３を通じてドライバ１０４へ加えられる。
【００３０】
メータ電子機器２０は、温度信号ならびにリード線１１５及びリード線１１５’にそれぞれ現れる左側速度信号及び右側速度信号をリード線１１４を通じて受け取るようになっている。メータ電子機器２０は、ドライバ１０４と繋がるリード線１１３にドライブ信号を発生させてフローチューブ１０３、１０３’を振動させるようになっている。メータ電子機器２０は、左側速度信号及び右側速度信号ならびに温度信号を処理してセンサ組立体１０を流れる物質の質量流量及び密度を演算する。この情報は他の情報とともにメータ電子機器２０により径路２６を経て活用手段へと送られるようになっている。
【００３１】
図２は流量計５のある実施形態を例示している。コリオリ式流量計の構成が説明されているが、当業者にとって明らかなように、本発明をコリオリ式質量流量計によるさらなる測定機能の提供を必要とすることなく振動チューブ式密度計として実施することが可能である。実際、質量流量、密度などを測定するための手段を備えていてもいなくとも本発明をすべてのサイズのパイプラインで用いることが可能である。図１に記載の従来のデバイスと共通する要素には同一の参考番号が付されている。
【００３２】
フローチューブ１０３、１０３’は、それぞれ対応する曲げ軸線Ｗ、Ｗ’に対してかつフローメータの第一の逆位相曲げモードと呼ばれるモードで、互いに反対方向にドライバ１０４により振動させられるようになっている。このドライバ１０４は、マグネットがフローチューブ１０３’にマウントされそれとは反対側のコイルがフローチューブ１０３にマウントされ、交流電流を流してこれらのフローチューブを振動させるようになっているような複数の周知の構成のうちのいずれの１つの構成を有していてもよい。特筆すべきことは、フローチューブ１０３、１０３’が、実質的に高剛性を有するたとえば金属からなっているたメータとえばドライバによって誘発される振動運動の如き限定された運動のみが可能であるという点にある。適切なドライブ信号がメータ電子機器２０によりリード線１１３を通じてドライバ１０４へ加えられるようになっている。
【００３３】
１８０°のＵ字状の屈曲部を示すパイプまたはフローチューブ（以下、フローチューブと呼ぶのみである）を流体が流れるので、当該流体は、方向を変更してフローチューブに流入してきた方角と同じ方角に戻るようになっている。１８０°のＵ字状の屈曲部は考えられている構成の一例に過ぎない。他の形状や曲げ度合いも考えられており、それらも本明細書及び請求項の技術範囲に含まれる。従って、フローチューブは流体のモメンタムに起因して２つのｙ軸線方向の力、すなわち内部圧力とモメンタムリディレクションを呈する。これらの流体制御ボリューム（ｆｌｕｉｄ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｖｏｌｕｍｅ）に対する力を合計すると、式（１）に示されるようにｙ方向のアンカー力と一致する。
【数５】
0006279109.tif 000006
この式で、ｍは質量流量であり、ｖは流速であり、Ａは流体の断面積であり、ｐは静圧である。
【００３４】
式（１）のマイナス記号は、フローチューブの静止位置を維持するのに必要な力の方向がｙ方向とは反対の方向であることを示している。特筆すべきことは、多くの場合、ｘ方向に向けて作用する力成分が存在するため、フローチューブ内の９０°の曲げのようにｘ軸線成分が存在するという点にある。この例のフローチューブは対称な屈曲部（たとえば、１８０°のＵ字状の屈曲部）を有しているので、ｘ方向の力は相殺されることになる。
【００３５】
式（１）に示されているように、流体のモメンタムの変化に起因する反力、−ｍ（ｖ１＋ｖ２）により、フローチューブはｙ方向に向けて伸張する。また、これらの圧力により、フローチューブをｙ方向に向けてさらに伸張させるが、フローチューブを半径方向にさらにひずませる。式（２）及び式（３）により例示されるように、流体により加えられる力を示すために、マイナスのアンカー力、ＦＡｙを用いてｙ方向の伸張の大きさを予測することができる：
【数６】
0006279109.tif 000007
【数７】
0006279109.tif 000008
この式で、σｙは軸線方向応力であり、Ａｔはフローチューブの断面積であり、Ｅは弾性係数であり、Ｅｙは軸線方向ひずみである。
【００３６】
式（２）と式（３）とを組み合わせることによって、式（４）によって示されているように、圧力項とモメンタム項とに起因する必要流体アンカー力項で表される軸線方向ひずみ式が導出される。
【数８】
0006279109.tif 000009
上述の式を流量計５のある実施形態に適用すると、等しい断面幾何学形状、すなわちＡ１＝Ａ２が適用されることになる。フローチューブ全体にわたって圧力降下が線形であると想定されるので、さらに単純化された式（５）が導出される：
【数９】
0006279109.tif 000010
この式で、ｐａｖｇはフローチューブ内の平均圧力である。
【００３７】
図３には、本発明のある実施形態にかかる流量計５のメータ電子機器２０が例示されている。メータ電子機器２０は、インターフェース２０１と、処理システム２０３とを有することができる。メータ電子機器２０は、センサ組立体１０、たとえばピックオフ１０５、１０５’から第一及び第二のセンサ信号１１５、１１５’を受け取る。メータ電子機器２０は、第一及び第二のセンサ信号１１５、１１５’を処理してセンサ組立体１０を流れる流動物質の流れ特性を取得するようになっている。たとえば、メータ電子機器２０は、センサ信号からたとえば位相差、周波数、時間差（Δｔ）、密度、質量流量、流速、圧力、温度、ひずみ、体積流量などのうちの１つ以上を求めることができる。それに加えて、本発明によれば、他の流れ特性を求めることもできる。
【００３８】
インターフェース２０１は、図２に記載のリード線１００を通じてピックオフ１０５、１０５’からセンサ信号を受け取る。インターフェース２０１は、書式設定、増幅、バッファリングなどの如きいかなる必要なまたは所望の信号調整を行なうこともできる。それに代えて、信号調整のうちの一部または全部を処理システム２０３において行うこともできる。
それに加えて、インターフェース２０１は、たとえば通信径路２６を介してメータ電子機器２０と外部デバイスとの間の通信を可能とすることができる。インターフェース２０１は、いかなる電子通信、光学通信または無線通信をも可能とすることができる。
【００３９】
1つの実施形態では、インターフェース２０１はセンサ信号がアナログセンサ信号であるデジタイザ（図示せず）を有している。デジタイザは、アナログセンサ信号をサンプリングしてデジタル化し、デジタルセンサ信号を生成するようになっている。また、インターフェース／デジタイザは、必要な信号処理量を減らして処理時間を短縮するためにデジタルセンサ信号を縮小（ｄｅｃｉｍａｔｅｄ）するのに必要ないかなるデシメーションをも実行することができる。
処理システム２０３は、メータ電子機器２０のオペレーションを実行することができ、また、センサ組立体１０からの測定値を処理することができる。処理システム２０３は、１つ以上の処理ルーチンを実行して測定値を処理することにより、１つ以上の特性値を生成するようになっている。
【００４０】
処理システム２０３は、汎用コンピュータであってもよいし、マイクロプロセッシングシステムであってもよいし、論理回路であってもよいし、または、他のなんらかの汎用の目的のもしくはカスタム化された処理デバイスであってもよい。処理システム２０３は複数の処理デバイスの間に分散させることもできる。処理システム２０３は、格納システム２０４の如きいかなる統合されたまたは独立した電子格納媒体を有していてもよい。
【００４１】
記載の実施形態では、処理システム２０３は、少なくともピックオフ１０５、１０５’、温度センサ１０６、伸張センサ１２０から得られる信号から流れ特性を求めるようになっている。処理システム２０３は、ピックオフ１０５、１０５’からの２つ以上の応答の少なくとも大きさ、ひずみ、位相差、時間差、周波数を求めることができる。ある実施形態では、ピックオフ１０５、１０５’及び／または伸張センサ１２０’はひずみゲージである。少なくとも１つのひずみゲージと電気通信可能な少なくとも１つのブリッジ回路（図示せず）、たとえばホイートストンブリッジ回路からの電圧は、メータ電子機器２０の中へ入力される。ある実施形態では単一のブリッジ回路のみが存在するようになっており、また、他の実施形態では少なくとも２つのブリッジ回路が存在するようになっている。
【００４２】
格納システム２０４は、流量計のパラメータ、データ、ソフトウェアルーチン、定数値、変数値を格納することができる。1つの実施形態では、格納システム２０４は、処理システム２０３により実行されるルーチンを有するようになっている。１つの実施形態では、格納システム２０４は、流体モメンタムルーチン２１２、非対称流れルーチン２１５、周波数ルーチン２１６、時間差（Δｔ）ルーチン２１７、流れ特性ルーチン２１８、流れ非対称アラームフラグまたは流れ非対称アラームルーチン２１９を格納するようになっている。
【００４３】
1つの実施形態では、格納システム２０４は、流量計５を操作するために用いられる変数を格納するようになっている。１つの実施形態では、格納システム２０４は、ピックオフ１０５、１０５’から受け取る／得られる振動応答値２２０、２２１、２２２、２２６の如き変数値を格納するようになっている。メータ電子機器２０で用いられるルーチンは、限定するわけではないが、たとえば位相差２２０、周波数２２１、遅れ時間２２２、質量流量２２３、密度２２４、体積２２５、ひずみ２２６、温度２２７などの如き変数を用いるようになっていてもよい。実施形態によっては、ひずみ２２６が伸張センサ１２０から受け取られるようになっている場合もある。他の変数としては、限定するわけではないが、たとえばアンカー力２２８、軸線方向ひずみ２２９  弾性係数２３０、流速２３１、流体の断面積２３２、導管の断面積２３３、圧力２３４、線膨張係数２３５、モメンタム項２３６などが挙げられる。実施形態によっては、格納システム２０４は、メータ電子機器２０により生成される１つ以上の値を格納するようになっている場合もある。実施形態によっては、格納システム２０４は、センサ測定値から得られる１つ以上の流れ特性値を格納するようになっている場合もある。実施形態によっては、格納システム２０４は１つ以上の定数変数を格納するようになっている場合もある。
【００４４】
いくつかの実施形態は、フローチューブ１０３、１０３’の流入口１０７、１０７’（もしくは、流出口１０８、１０８’）側に対する同一フローチューブ１０３、１０３’の流出口１０８、１０８’（もしくは、流入口１０７、１０７’）側の相対的運動を直接測定することにより流れを感知するようになっている。ピックオフ１０５、１０５’としてひずみゲージが用いられる実施形態では、それらは、少なくとも１つのブリッジ回路に接続され、流れのない状態においてゼロ振幅信号を生成するように構成されている（これはドライブモードの正常モードの形状、すなわちチューブの流入口と流出口との間に位相が存在していないことに相当する）。流れのある状態の間、同一構成により、流量の関数である振幅を有する正弦波信号が生成される（流れに起因する複雑さ、すなわち流入口側位相／流出口側位相を得たドライブモードの形状に相当する）。関連する実施形態では、流量計の流入口側の１つ以上のひずみゲージからの信号を結合したものと同一流量計の流出口側の１つ以上のひずみゲージからの信号を結合したものとがメータ電子機器２０の中へ入力されるようになっている。次いで、これらの信号は、コイル／磁石型ピックオフの信号のように取り扱われ、流入口側信号と流出口側信号とから位相測定値が導かれる。これらの実施形態では、信号を増幅するためにブリッジ回路が用いられてもよい。しかしながら、他の実施形態では、フローチューブ１０３、１０３’の流入口部及び流出口部からのひずみ信号がブリッジ回路内で結合されるようになっている。この場合、位相に比例する振幅を有する１つの信号のみがメータ電子機器の中へ入力される。
【００４５】
ブリッジ回路は、ひずみゲージの抵抗の小さな変化を比較的大きな電圧の変化へと変換するようになっている。ブリッジ回路は、供給電圧Ｖｓ、４つの抵抗器（Ｒ１〜Ｒ４）、１つの出力電圧Ｖ０から構成されている。Ｒ１＝Ｒ２かつＲ３＝Ｒ４の時、ブリッジ回路はバランスが保たれた状態であると考えられ、出力電圧が０ボルトとなる。抵抗器のうちのいずれかに変化があるとブリッジのバランスが失われ、出力電圧はもはや０ではなくなる。供給電圧と抵抗と出力電圧との関係は式６により表される。
【数１０】
0006279109.tif 000011
ブリッジ回路内の抵抗器のうちのいずれかまたは全てをひずみゲージと交換することができる。上述の式は一例であって、本明細書では、他の式またはアルゴリズムも考えられている。
【００４６】
ある実施形態では、第一のひずみゲージであるピックオフ１０５が第一のフローチューブ１０３の流入口側脚部１０７に位置し、第二のひずみゲージであるピックオフ１０５’が第一のフローチューブ１０３の流出口側脚部１３４に位置するようになっている。コイル／磁石型ピックオフとひずみゲージとの間の主要な差は、コイル／磁石型ピックオフがフローチューブの速度を測定し、ひずみゲージがフローチューブのひずみを測定するという点にある。本明細書に記載の各ひずみゲージをフローチューブ１０３、１０３’のドライブモード運動により誘発されるひずみを検出するような向きに配置するようにしてもよい。ある実施形態では、ひずみゲージは、ひずみゲージと結合されるフローチューブの長手方向の軸線に対して実質的に平行となるような向きに配置されるようになっている。
【００４７】
コイル／磁石型の種類であるピックオフ１０５、１０５’については、最大速度振幅の位置は、通常フローチューブ１０３、１０３’の「Ｕ」字状の中心に位置するドライバ１０４の近傍にある。しかしながら、コイル／磁石型ピックオフ１０５、１０５’はこの位置には置かれることはない。というのは、この位置に配置すると、ピックオフの位置がドライバ１０４にあまりにも近すぎるからである。従って、コイル／磁石型ピックオフ１０５、１０５’は、この位置よりも、位相信号差の検出に最適とはいえないまでも十分に分解（分析）可能な速度振幅を提供する領域に配置されるようになっている。しかしながら、最大ひずみ振幅はフローチューブ１０３、１０３’の流入口側脚部／流出口側脚部１０７、１０７’、１０８、１０８’の遠位領域にあり、本明細書に記載の実施形態では、この領域がひずみゲージを配置しうる部位であるものの、ひずみゲージの他の配置位置も考えられている。上述の実施形態では２つのひずみゲージについて言及されているが、さらなるひずみゲージについても考えられている。特筆すべきことは、ひずみゲージが伸張センサ１２０として用いられる場合、ある実施形態では、モメンタムリディレクション力にさらされるフローチューブ１０３、１０３’の領域の近傍に配置されるという点にある。１例は、フローチューブ１０３、１０３’の真っ直ぐな部分の近傍に配置することである。他の例では、ひずみゲージが、Ｕ字状またはΩ字状のフローチューブ１０３、１０３’の湾曲部の頂点の近傍に配置されるようになっている場合もある。しかしながら他の実施形態では、伸張センサが、フローチューブ取り付けブロック１０９、１０９’にまたはその近傍に配置されるようになっている場合もある。
【００４８】
図４は、たとえば流体モメンタムルーチン２１２または流れ特性ルーチン２１８の如きある実施形態に従って実行されるルーチンを例示するフローチャートである。このルーチンは、１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求める方法を概説したものである。伸張センサ１２０が１つ以上の導管に設けられるようになっていてもよい。ある実施形態では、伸張センサ１２０は、ひずみゲージ、光学センサ、レーザーのうちの少なくとも１つから構成されるようになっている。伸張センサ１２０は、モメンタムリディレクション力にさらされる導管領域の近傍に配置されるようになっていてもよい。たとえば比較的大規模な油パイプラインまたは水パイプラインに関するある実施形態では、モメンタムリディレクション力にさらされる導管領域とはたとえば伸縮継手のことでありうる。たとえば流量計５のための他の実施形態では、測定可能なモメンタムリディレクション力にさらされる導管領域は、フローチューブ１０３、１０３’の１８０°のＵ字状の屈曲部及びΩ字状の屈曲部のうちの少なくとも１つである。測定は１つ以上のフローチューブ１０３、１０３’で行われてもよい。しかしながら、他の対称的なフローチューブ形状も考えられている。流体は１つ以上の導管を通して流されるようになっていてもよい。ここでいう流体は、液体であってもよいし、気体であってもよいし、または、液体、気体及び／または固体のいかなる組み合わせであってもよい。ステップ４００では、流体の流れに起因して生じる１つ以上の導管の伸張／ひずみを示す伸張信号が伸張センサ１２０から受け取られる。ステップ４０５では、モメンタム項が算出される。１つの実施形態では、モメンタム項ｍｖは
【数１１】
0006279109.tif 000012
で表される軸線方向ひずみ式（５）から導出されうる。この式は、例示を意図したものであって、モメンタム項を導出するために用いられる式またはアルゴリズムを限定するものではまったくない。
【００４９】
図５は、ある実施形態に従って実行されるルーチンを説明するフローチャートである。図４に記載のフローチャートのように、このルーチンは１つ以上の導管を流れる流体のモメンタムを求めるための方法を概説しているが、それに加えて、熱膨張を補正するための温度補正を可能とするものである。導管の温度の変化は、導管の寸法の変化を引き起こす。それに加えて、導管の温度の変化は、一般的に導管の材料の弾性係数の変化を引き起こすことにより式（５）から求められるひずみに影響を与えてしまう。流体のモメンタムを正確に測定してモメンタム項を導出するために温度に関連して生じる可能性のある障害を考慮に入れるようにすることが可能である。そのためにも、導管の温度を正確に測定しなければならない。伸張センサ１２０を１つ以上の導管に設けるようにしてもよい。また、伸張センサ１２０をモメンタムリディレクション力にさらされる導管領域の近傍に配置するようにしてもよい。流体を１つ以上の導管を通じて提供するようにしてもよい。ステップ５００では、流体の流れに起因する１つ以上の導管の伸張／ひずみを示す伸張信号が伸張センサ１２０から受け取られるようになっている。１つ以上の導管に温度センサ１０６が配置されるようになっていてもよい。温度センサは抵抗性温度検出器（ＲＴＤ）であってもよいが、当該技術分野において知られている他のセンサも考えられている。ステップ５０５では、温度センサから温度信号が受け取られる。ステップ５１０では、温度補正されたモメンタム項が算出される。温度補正されたモメンタム項は
【数１２】
0006279109.tif 000013
で表される軸線方向ひずみ式（５）を修正した式から導出されるようになっていてもよい。この式で、ＦＡｙはアンカー力であり、ｍｖは温度補正モメンタム項であり、εｙは導管の軸線方向ひずみであり、Ａｔは導管の断面積であり、Ｅは動作温度における導管の弾性係数であり、ｍは流体の質量流量であり、ｖは流体の流速であり、Ａは流体の断面積であり、ｐａｖｇは流体の平均静圧であり、αＴは導管の線熱膨張係数であり、ΔＴは導管温度の変化である。この式は例示を意図したものであり、温度補正モメンタム項を導出するために用いられる式またはアルゴリズムを限定するものではまったくない。
【００５０】
図６は、たとえば流量計５のための流体モメンタムルーチン２１２の如きある実施形態に従って実行されるルーチンを例示するフローチャートである。このルーチンは、たとえばコリオリ式質量流量計で見られるような１つ以上のフローチューブ１０３、１０３’を流れる流体のモメンタムを求めるための方法を概説している。１つ以上のフローチューブ１０３、１０３’に伸張センサ１２０が設けられるようになっていてもよい。伸張センサ１２０は、流量計のフローチューブに一般的に見られる１８０°のＵ字状の屈曲部またはΩ字状の屈曲部の如き、モメンタムリディレクション力にさらされるフローチューブ領域の近傍に設けられるようになっていてもよい。流体は１つ以上のフローチューブ１０３、１０３’を通じて提供されるようになっていてもよい。ステップ６００では、流体の流れに起因する１つ以上のフローチューブ１０３、１０３’の伸張／ひずみを示す伸張信号が伸張センサ１２０から受け取られる。ステップ６０５では、本明細書に記載されるようにモメンタム項が算出される。これはある実施形態にかかる温度補正モメンタム項であってもよい。２つ以上のピックオフ１０５、１０５’がフローチューブ１０３またはフローチューブ１０３’に設けられるようになっていてもよい。ステップ６１０では、１つ以上のフローチューブ１０３、１０３’がドライブ振動モードで振動させられる。ステップ６１５では、第一のピックオフ１０５及び第二のピックオフ１０５’からそれぞれドライブ振動モードに対する振動応答に基づく第一のピックオフ信号及び第二のピックオフ信号が受け取られる。ステップ６２０では、第一のピックオフ信号と第二のピックオフ信号との間の差が算出され、ステップ６２５では、ピックオフ信号差から質量流量が求められる。次いで、ステップ６３０に示されているように、メータ電子機器２０が質量流量をモメンタム項と比較するようになっていてもよい。たとえば、流体の密度が知られている場合、モメンタム項が、診断目的のために測定された質量流量と比較するために密度と共に用いられてもよいし、または、質量流量及び体積流量を測定するための手段として用いられてもよい。
【００５１】
図７は、モメンタム項を用いて主要な流量計５による測定値を診断テストするためにある実施形態に従って実行されるルーチンを例示するフローチャートである。ステップ７００では、流体の流れに起因する１つ以上のフローチューブ１０３、１０３’の伸張／ひずみを示す伸張信号が伸張センサ１２０から受け取られる。ステップ７０５では、本明細書に記載のようにモメンタム項が算出される。ある実施形態では、これは温度補正モメンタム項であってもよい。２つ以上のピックオフ１０５、１０５’が各フローチューブ１０３または１０３’に設けられるようになっていてもよい。ステップ７１０では、１つ以上のフローチューブ１０３、１０３’がドライブ振動モードで振動させられる。ステップ７１５では、ドライブモード振動に対する振動応答に基づく第一のピックオフ信号及び第二のピックオフ信号が第一のピックオフ１０５及び第二のピックオフ１０５’からそれぞれ受け取られる。ステップ７２０では第一のピックオフ信号と第二のピックオフ信号との間の差が算出され、ステップ７２５ではピックオフ信号差から質量流量が求められる。ステップ７３０では、速度、ｖがたとえば式（７）を用いて算出される：
【数１３】
0006279109.tif 000014
この式で、ｍは流体の質量流量であり、ρは流体の密度であり、Ａは流体の断面積である。
【００５２】
式（７）のほかに他の式またはアルゴリズムも考えられていることは明らかにされるべきである。ステップ７２５では流量計５により質量流量が直接測定され、ステップ７３０では式（７）から速度が密度測定後に導出される。この方法により、質量と密度との数学的な積の検証を行うための診断テストがなされる。具体的にいえば、ステップ７３５に示されているように、モメンタム積項算出値が速度と質量流量とを乗算することにより算出されるようになっている。次のステップ７４０では、モメンタム積項算出値がステップ７０５で算出されたモメンタム項と比較される。次いで、モメンタム積項算出値がモメンタム項から前もって決められたしきい値よりも大きくずれている場合、ステップ７４５で故障が指摘される。
【００５３】
図８は、非対称流れルーチン２１５の場合のように、流量計５のフローチューブ１０３とフローチューブ１０３’との間に流れの非対称性が存在することを示すためにモメンタム項を用いることができるようにある実施形態に従って実行されるルーチンを例示するフローチャートである。従来の流量計に関する問題点は障害物または堆積物の検出が本質的に欠いてしまっているということにある。コイル／磁石型ピックオフは通常相対的な運動を測定して用いるのでフローチューブ間の流れの非対称性を検出することはできない。従って、２つのフローチューブのうちの一方のフローチューブ内の障害物や残留物の堆積が質量流量の測定を妨げてしまうことはない。フローチューブ内の障害物や残留物の堆積を検出するためにコイル／磁石型センサを使用するのを制限してしまっているのはまさにこのコイル／磁石型センサの「恩恵」とでもいうべきものに起因する。図８は、フローチューブ１０３、１０３’内における流れの非対称性、ひいては障害物や残留物の堆積の可能性を判断するための方法のある実施形態を概説する図である。ある実施形態では、第一の伸張センサ１２０が第一のフローチューブ１０３に設けられ、第二の伸張センサ１２０が第二のフローチューブ１０３’に設けられるようになっている。流体はフローチューブ１０３、１０３’を通じて提供されるようになっていてもよい。次いで、ステップ８００に示されているように、ドライブモード振動に対する振動応答に基づく第一の伸張センサ信号及び第二の伸張センサ信号がそれぞれ第一の伸張センサ及び第二の伸張センサ１２０から受け取られる。ステップ８０５では、第一の伸張センサ信号からの第一のモメンタム項、第二の伸張センサ信号からの第二のモメンタム項が算出される。ステップ８１０では、これらの値、すなわち第一のモメンタム項及び第二のモメンタム項が互いに比較される。次いで、ステップ８１５では、第一のフローチューブ１０３と第二のフローチューブ１０３’との間に流れの非対称性が存在するか否かが判断される。流れに非対称性が存在するということは、障害物または残留物の堆積物が２つのフローチューブ１０３、１０３’のうちの一方のフローチューブに存在する恐れがあることを示す。というのは、堆積物に妨げられていないフローチューブの対は対称な応答を示すと考えられるからである。１つの実施形態では、第一のモメンタム項と第二のモメンタム項との差が前もって決められたしきい値より大きい場合、流れに非対称性が存在する旨を指摘するステップ８２０が設けられるようになっている。
【００５４】
図９は、流体の密度（既知または測定により取得）をモメンタム項とともに用いて質量流量及び体積流量を測定、出力する流量計の用途に適合する、ある実施形態に従って実行されるルーチンを例示するフローチャートである。ある実施形態では、伸張センサ１２０が導管に設けられるようになっている。流体は導管を通じて導入されて流されるようになっていてもよい。ステップ９００では伸張信号が伸張センサから受け取られる。ステップ９０５ではモメンタム項が算出される。ステップ９１０では測定されるまたは既知の密度がさらに提供される。最後に、ステップ９１５に示されているように、密度及びモメンタム項を用いて質量流量及び体積流量が算出される。
【００５５】
開示されているすべての実施形態について、モメンタム項を求めるために専用の伸張センサ、たとえばひずみゲージがピックオフ１０５、１０５’から独立してフローチューブ１０３、１０３’に配置されるようになっていてもよい。これらの伸張センサはフローチューブ１０３、１０３’に沿ったいずれの部位に配置されてもよい。ひずみゲージの場合には、個々のフローチューブにおけるそれらの向きは温度または圧力の影響を最小限に抑えるような向きに配置するようにしてもよい。１つの実施形態では、同一のフローチューブに、1つのひずみゲージを軸線方向に沿って配置し、次のひずみゲージを円周方向に沿って配置するようにしてもよい。これらのゲージをブリッジ回路にどのように接続するかに応じて、1つのフローチューブ内の信号またはフローチューブ間の信号を用途に応じて相殺するようにしてもよいしまたは増強するようにしてもよい。しかしながら、フローチューブ間の圧力及び温度がおおむね同じであるため、相対的なモメンタム項から導かれる障害物の検出はそのような変化に対して比較的鈍感であると考えられる。
【００５６】
次に図１０を参照すると、このグラフは、ステンレス鋼製のフローチューブを有するコリオリ式質量流量計で行なわれるテストを例示している。流量が０ｌｂ／ｍｉｎである時にはモメンタム信号は存在しないが、流量が５０００ｌｂ／ｍｉｎまで上昇していくにつれてひずみ測定値も上昇していくことから、非コリオリ式流量計の実施において、モメンタム項を導出し、流れの非対称性を指摘し、質量流量及び体積流量を算出する実行可能なアプローチとして、モメンタムにより誘発されるひずみを検出する伸張センサを用いることを正当化することができる。
【００５７】
上述の実施形態の詳細な記載は、本発明の技術範囲内に含まれるものとして本発明者が考えているすべての実施形態を完全に網羅するものではない。さらに正確にいえば、当業者にとって明らかなように、上述の実施形態のうちの一部の構成部材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、開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、開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。
以上のように、本発明の特定の実施形態または実施例が例示の目的で記載されているが、当業者にとって明らかなように、本発明の技術範囲内において、さまざまな変更が可能である。本明細書に記載の教示内容を上述の及び対応する図面に記載の実施形態のみでなく他のデバイス、方法にも適用することができる。従って、本発明の技術範囲は添付の請求項によって決められるものである。
【図１】
0006279109.tif 000019
【図２】
0006279109.tif 000020
【図３】
0006279109.tif 000021
【図４】
0006279109.tif 000022
【図５】
0006279109.tif 000023
【図６】
0006279109.tif 000024
【図７】
0006279109.tif 000025
【図８】
0006279109.tif 000026
【図９】
0006279109.tif 000027
【図１０】
0006279109.tif 000028