(57)【要約】  本発明により、３相の流れの流れ特性を測定するための振動型流量計５が提供される。振動型流量計５は、ピックオフ・センサ１０５，１０５’を備える流量計組み立て体１０と、ピックオフ・センサ１０５、１０５’に結合された流量計電子装置２０とを具備する。流量計電子装置２０はピックオフ・センサ１０５、１０５’から振動応答を受け取り、振動応答の第１の周波数成分を用いて３相の流れの第１の密度測定値を生成し、振動応答の少なくとも第２の周波数成分を用いて３相の流れの少なくとも第２の密度測定値を生成するように構成される。少なくとも第２の周波数成分は第１の周波数成分とは周波数が異なる。更に、流量計電子装置２０は、第１の密度測定値と少なくとも第２の密度測定値とから１つ以上の流れ特性を決定するよう構成される。
2010535337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピックオフ・センサ１０５、１０５‘を含む流量計組み立て体１０と、前記ピックオフ・センサ１０５、１０５’に結合された流量計電子装置２０とを備え、３相の流れの流れ特性を測定するための振動型流量計５であって、
流量計電子装置２０が、
前記ピックオフ・センサ１０５、１０５‘から振動応答を受け取り、
前記振動応答の第１の周波数成分を用いて前記３相の流れの第１の密度測定値を生成し、
前記振動応答の少なくとも第２の周波数成分を用いて前記３相の流れの少なくとも第２の密度測定値を生成し、前記少なくとも第２の周波数成分が前記第１の周波数成分とは周波数が異なり、
前記第１の密度測定値と前記少なくとも第２の密度測定値とから１つ以上の流れ特性を決定する
よう構成されることを特徴とする振動型流量計。
【請求項２】
前記流量計電子装置２０が、前記３相の流れの３つの成分のそれぞれについて所定の成分密度を受け取るように更に構成されることを特徴とする、請求項１に記載の振動型流量計。
【請求項３】
前記流量計電子装置２０が、前記３相の流れの３つの成分のそれぞれについて所定の音速値を受け取るように更に構成されることを特徴とする、請求項１記載の振動型流量計。
【請求項４】
前記１つ以上の流れ特性を決定することは、前記３相の流れの３つの成分のそれぞれについて相割合を決定することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の振動型流量計。
【請求項５】
前記１つ以上の流れ特性を決定することは、前記３相の流れの気体空隙率（ＧＶＦ）を決定することを含むことを特徴とする、請求項１記載の振動型流量計。
【請求項６】
前記１つ以上の流れ特性を決定することは、前記３相の流れの含水率を決定することを含むことを特徴とする、請求項１記載の振動型流量計。
【請求項７】
前記少なくとも第２の周波数成分は、前記第１の周波数成分に実質的に重畳されていることを特徴とする、請求項１記載の振動型流量計。
【請求項８】
前記第１の周波数成分と前記少なくとも第２の周波数成分とは、前記振動応答において実質的に交互の時間に生じることを特徴とする、請求項１記載の振動型流量計。
【請求項９】
前記流量計電子装置２０が、前記流量計の流量計組み立て体１０を第１の周波数で振動させ、前記第１の周波数とは異なる周波数の第２の周波数で前記流量計の流量計組み立て体１０を振動させ、前記ピックオフ・センサ１０５、１０５‘から振動応答を受け取り、前記振動応答を前記第１の周波数成分と前記少なくとも第２の周波数成分とに分離するよう更に構成されることを特徴とする、請求項１記載の振動型流量計。
【請求項１０】
前記流量計電子装置２０が、前記流量計の流量計組み立て体１０を第１の周波数で振動させ、前記ピックオフ・センサ１０５、１０５‘から前記振動応答を受け取り、前記振動応答を前記第１の周波数成分と前記少なくとも第２の周波数成分とに分離するよう更に構成され、前記第１の周波数成分と前記少なくとも第２の周波数成分とが、前記第１の周波数での振動によって生成されることを特徴とする、請求項１記載の振動型流量計。
【請求項１１】
前記振動応答が、前記振動応答を前記第１の周波数成分と前記少なくとも第２の周波数成分とに分離することを更に含む、請求項１記載の振動型流量計。
【請求項１２】
前記振動応答が、前記振動応答を前記第１の周波数成分と前記少なくとも第２の周波数成分とにフィルタリングすることを更に含む、請求項１記載の振動型流量計。
【請求項１３】
３相の流れの流れ特性を測定するための振動型流量計システム７００であって、
第１の振動型流量計５Ａと、
少なくとも第２の振動型流量計５Ｂと、
前記第１の振動型流量計５Ａと前記少なくとも第２の振動型流量計５Ｂとに結合された処理システム７０７であって、
前記第１の振動型流量計５Ａから第１の振動応答を受け取り、
前記少なくとも第２の振動型流量計５Ｂから第２の振動応答を受け取り、
前記少なくとも第２の振動応答は前記第１の振動応答とは周波数が異なり、
前記第１の振動型流量計５Ａの前記第１の振動応答から、前記３相の流れの第１の密度測定値を生成し、
前記少なくとも第２の振動型流量計５Ｂの前記少なくとも第２の振動応答から、前記３相の流れの少なくとも第２の密度測定値を生成し、
前記第１の密度測定値と前記少なくとも第２の密度測定値とから１つ以上の流れ特性を決定する
よう構成される処理システム７０７と、
を備えることを特徴とする振動型流量計システム。
【請求項１４】
前記処理システム７０７が、前記３相の流れの３つの成分のそれぞれについて所定の成分密度を受け取るよう更に構成されることを特徴とする、請求項１３に記載の振動型流量計システム。
【請求項１５】
前記処理システム７０７が、前記３相の流れの３つ成分のそれぞれについて所定の音速値を受け取るように更に構成される、請求項１３に記載の振動型流量計システム。
【請求項１６】
前記１つ以上の流れ特性を決定することが、前記３相の流れの３つ成分のそれぞれについて相割合を決定することを更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載の振動型流量計システム。
【請求項１７】
前記１つ以上の流れ特性を決定することが、前記３相の流れの気体空隙率（ＧＶＦ）を決定することを更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載の振動型流量計システム。
【請求項１８】
前記１つ以上の流れ特性を決定することが、前記３相の流れの含水率を決定することを更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載の振動型流量計システム。
【請求項１９】
前記第１の振動型流量計５Ａが第１の周波数で振動させられて前記第１の振動応答を生成し、
前記少なくとも第２の振動型流量計５Ｂが少なくとも第２の周波数で振動させられて前記少なくとも第２の振動応答を生成する
ことを特徴とする、請求項１３に記載の振動型流量計システム。
【請求項２０】
３相の流れの流れ特性を測定するための方法であって、
振動型流量計から振動応答を受け取るステップと、
前記振動応答の第１の周波数成分を用いて、前記３相の流れの第１の密度測定値を生成するステップと、
前記振動応答の少なくとも第２の周波数成分を用いて、前記３相の流れの第１少なくとも第２度測定値を生成するステップであって、前記少なくとも第２の周波数成分が前記第１の周波数成分とは周波数が異なるステップと、
前記第１の密度測定値と前記少なくとも第２の密度測定値とから１つ以上の流れ特性を決定するステップと、
を備える方法。
【請求項２１】
前記３相の流れの３つ成分のそれぞれについて所定の成分密度を受け取る予備ステップを更に備えることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記３相の流れの３つ成分のそれぞれについて所定の音速値を受け取る予備ステップを更に備えることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
１つ以上の流れ特性を決定する前記ステップが、前記３相の流れの３つ成分のそれぞれについて相割合を決定することを更に含むことを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
１つ以上の流れ特性を決定する前記ステップが、前記３相の流れの気体空隙率（ＧＶＦ）を決定するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
１つ以上の流れ特性を決定する前記ステップが、前記３相の流れの含水率を決定するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも第２の周波数成分が、前記第１の周波数成分に実質的に重畳されることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１の周波数成分と前記少なくとも第２の周波数成分とが、前記振動応答において実質的に交互の時間に生じることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
振動応答を受け取る前記ステップが、
前記振動型流量計の流量計組み立て体を第１の周波数で振動させ、更に、前記第１の周波数とは異なる少なくとも第２の周波数で前記流量計組み立て体を振動させるステップと、
前記流量計組み立て体のピックオフ・センサから前記振動応答を受け取るステップと、
前記振動応答を前記第１の周波数成分と前記少なくとも第２の周波数成分とに分離するステップと、
を更に含むことを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
振動応答を受け取る前記ステップが、
前記振動型流量計の流量計組み立て体を第１の周波数で振動させるステップと、
前記流量計組み立て体のピックオフ・センサから前記振動応答を受け取るステップと、
前記振動応答を前記第１の周波数成分と前記少なくとも第２の周波数成分とに分離するステップと、
を更に含み、前記第１の周波数成分と前記少なくとも第２の周波数成分とが前記第１の周波数での振動によって生成されることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
振動応答を受け取る前記ステップが、前記振動応答を前記第１の周波数成分と前記少なくとも第２の周波数成分とに分離するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項３１】
振動応答を受け取る前記ステップが、前記振動応答を前記第１の周波数成分と前記少なくとも第２の周波数成分とにフィルタリングするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項３２】
３相の流れの３つ成分の流れ特性を測定する方法であって、
第１の振動応答と少なくとも第２の振動応答とを受け取るステップと、
前記第１の振動応答から第１の密度測定値を生成するステップと、
前記第１の振動応答とは周波数が異なる前記少なくとも第２の振動応答から少なくとも第２の密度測定値を生成するステップと、
前記第１の密度測定値と前記少なくとも第２の密度測定値とから１つ以上の流れ特性を決定するステップと、
を備える方法。
【請求項３３】
前記３相の流れの３つ成分のそれぞれについて所定の成分密度を受け取る予備ステップをさらに備える、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記３相の流れの３つ成分のそれぞれについて所定の音速値を受け取る予備ステップをさらに備える、請求項３２記載の方法。
【請求項３５】
１つ以上の流れ特性を決定する前記ステップが、前記３相の流れの３つ成分のそれぞれについて相割合を決定するステップを含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３６】
１つ以上の流れ特性を決定する前記ステップが、前記３相の流れの気体空隙率（ＧＶＦ）を決定するステップを含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３７】
１つ以上の流れ特性を決定する前記ステップが、前記３相の流れの含水率を決定するステップをさらに含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３８】
振動応答を受け取る前記ステップが、
第１の振動型流量計から前記第１の振動応答を受け取るステップと、
前記第１の振動応答とは周波数が異なる前記少なくとも第２の振動応答を第２の振動型流量計から受け取るステップと、
を含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３９】
振動応答を受け取る前記ステップが、
第１の周波数で第１の振動型流量計を振動させて前記第１の振動応答を生成するステップと、
少なくとも第２の振動型流量計を少なくとも第２の周波数で振動させて、前記第１の振動応答とは周波数が異なる前記少なくとも第２の振動応答を生成するステップと、
を含む、請求項３２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量計システム及び方法に関するもので、特に、流量計システム及び３相の流れの特性を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流量計は流れている材料の質量流量、密度及び他の特性を測定するために用いられる。流れている材料は液体、気体、液体と気体の混合物、液体中に浮遊している固体、気体と浮遊する固体を含む液体等を含む。
【０００３】
コリオリ質量流量計や振動型密度計のような振動型導管センサは、典型的には、流れている材料を収容した振動管の運動を検出することによって動作する。質量流量や密度等の、導管内の材料に関連した特性は、導管に関連し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り決定される。一般に、材料で満たされた振動管の振動モードは、導管とそれに収容される材料との質量、剛性及び減衰特性によって影響される。
【０００４】
典型的なコリオリ質量流量計は、パイプラインにおいてインライン型に接続されていて例えば液体やスラリ等を運ぶ１つ以上の導管を備えている。それぞれの導管は、例えば、単純曲げモード、歪みモード、放射モード、結合モードを含む１組の固有振動モードを有するものとみなされ得る。典型的なコリオリ質量流量計測定応用においては、材料が導管を流れるとき、導管は１つ以上の振動モードで励振され、導管に沿った複数の点において導管の振動が測定される。典型的には、励振は、導管を周期的に振動させる、ボイスコイル型の駆動装置等の電気機械的装置のような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における運動間の時間遅れ又は位相差を測定することによって決定される。流れ材料の密度は、流量計の振動応答の周波数から決定されることができる。典型的には、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）は、流管の振動応答を測定するために採用され、アクチュエータの上流側及び下流側に配置される。ピックオフ・センサは、独立した２対のワイヤ等のケーブルによって電子機器に接続される。電気機器は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流れ測定値を導出する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
信号処理及び計器設計の最近の進歩を用いて、また、混合物や泡の大きさ等を含む流体動特性に留意して、多相流体の混合密度と混合質量流量とを正確に測定するために、低周波数振動流量計が用いられる。これは大きな進歩ではあるが、多くの流量計ユーザーは液体の密度のみを知ることを望む。液体のみの密度の主な応用は、石油及びガスの上流側計量における３相油田流量測定及び密度専用セメント処理測定である。液体のみの密度を測定することができる振動型流量計は、多相流における気体の体積割合を測定する気体量割合計器の必要性を無くす。これは追加のコスト及び複雑さをも除去する。
【０００６】
石油及びガスの上流側企業において、典型的には、油井は水、石油及び天然ガスを生成する。これらの成分を気体レグ（ｇａｓ  ｌｅｇ）及び液体レグ（ｌｉｑｕｉｄ  ｌｅｇ）に分離するために分離器が使われる。次いで液体レグの密度が測定され、流体の流れを構成する石油と水との割合を計算するのに用いられる。この測定は、測定された密度に基づく単なる濃度測定にすぎず、正味石油計算と称される。例えば、石油の密度が０．８ｇ／ｃｃであり、水の密度が１．０ｇ／ｃｃであるならば、測定された混合密度が０．９であるということは、体積で水が５０％であり、石油が５０％であることを意味する。同様に、測定された密度が０．９５であることは、水が７５％で、石油が２５％であることを意味する。
【０００７】
２つの液相しか存在せず、石油と水の基本密度が分かっている場合、２相成分決定は２つの式と２つの未知数を用いて比較的容易であり、その基本式は
【０００８】
【数１】
2010535337.tif 000003
【０００９】
となる。ただし、項Φは相の体積割合であり、項ρは密度である。これを行列形式にすると、
【００１０】
【数２】
2010535337.tif 000004
【００１１】
と書き表すことができる。
【００１２】
水と石油の密度を入力し、振動型流量計によって混合密度を測定すると、標準正味石油計算プロセスは、逆行列
【００１３】
【数３】
2010535337.tif 000005
【００１４】
を用いて相の体積割合を計算する。２つの相の割合が分かると、それらの割合に体積流量を乗算することにより、生成されている石油と水との体積を決定することができる。更に、成分の体積流量に成分の密度を乗じることによって、成分の質量流量を計算することができる。
【００１５】
場合によっては、分離プロセスにも拘わらず、液体の流れはガスを運ぶことがある。これは、弁や流れ測定装置において圧力低下が存在するときに生じる。その結果、混入ガスが石油混合物から出てくる。ガスの発生は、石油の粘性の増加、生産増、油井での詰まり等に起因して分離器が完全には働いていないときにも生じる。こうした場合、液体の流れに存在するガスは、石油と水の実際の生産において極めて大きな誤りを生じる結果となる。例えば、油井が水と天然ガスのみを生産しており、分離器の液体レグの出力が水９５％ガス５％であるならば、指示される混合密度は（ガスの密度をゼロと仮定すると）０．９５ｇ／ｃｃであり、正味石油計算は液体の流れが水７５％、石油２５％であると仮定する。実際には、この油井は石油を生産しておらず、石油生産の誤りは無限である。
【００１６】
典型的な解は気体空隙率（ＧＶＦ）計の追加である。気体の割合はＧＶＦ計によって定量化することができ、液体密度測定の気体部分を除去することができる。これにより、正味石油計算における大きな混入気体誤りが除去される。
【００１７】
３つの相が存在するとき、３つの未知数（石油、水及び天然ガスの相割合）が存在し、問題を解くには更に一つの式が必要である。上記のように、過去には、この３番目の式は含水率プローブ又は気体空隙率計に由来する。しかし、この測定を簡単なコリオリ計器で行うことが望ましい。
【００１８】
当該技術分野には、３つの相の流れの流れ特性を測定することができる振動型流量計及び方法に対する要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の実施の形態により、３相の流れの流れ特性を測定するための振動型流量計が提供される。振動型流量計は、ピックオフ・センサを備える流量計組み立て体と、ピックオフ・センサに結合された流量計電子装置とを具備する。流量計電子装置は、ピックオフ・センサから振動応答を受け取り、振動応答の第１の周波数成分を用いて３相の流れの第１の密度測定値を生成し、振動応答の少なくとも第２の周波数成分を用いて３相の流れの少なくとも第２の密度測定値を生成するよう構成される。少なくとも第２の周波数成分は第１の周波数成分とは異なる周波数を含む。更に、流量計電子装置は、第１の密度測定値と少なくとも第２の密度測定値とから１つ以上の流れ特性を決定するよう構成される。
【００２０】
本発明の実施の形態により、３相の流れの流れ特性を測定するための振動型流量計システムが提供される。振動型流量計システムは、第１の振動型流量計、少なくとも第２の振動型流量計、及び、第１の振動型流量計と少なくとも第２の振動型流量計とに結合された処理システムを備える。処理システムは、第１の振動型流量計から第１の振動応答を受け取り、少なくとも第２の振動型流量計から少なくとも第２の振動応答を受け取るように構成される。少なくとも第２の振動応答は第１の振動応答とは異なる周波数を含む。更に、処理システムは第１の振動型流量計の第１の振動応答から３相の流れの第１の密度測定値を生成し、少なくとも第２の振動型流量計の少なくとも第２の振動周波数応答から３相の流れの第１の密度測定値を生成するように構成される。更に、処理システムは第１の密度測定値と少なくとも第２の密度測定値とから１つ以上の流れ特性を決定するよう構成される。
【００２１】
本発明の実施の形態により、３相の流れの流れ特性を測定する方法が提供される。この方法は、振動型流量計から振動応答を受け取ること、振動応答の第１の周波数成分用いて３相の流れの第１の密度測定値を生成すること、及び、振動応答の少なくとも第２の周波数成分用いて３相の流れの少なくとも第２の密度測定値を生成することを含む。少なくとも第２の周波数成分は第１の周波数成分とは異なる周波数を含む。更に、方法は、第１の密度測定値と少なくとも第２の密度測定値とから１つ以上の流れ特性を決定することを含む。
【００２２】
本発明の実施の形態により、３相の流れの流れ特性を測定する方法が提供される。この方法は、第１の振動応答と少なくとも第２の振動応答とを受け取ること、第１の振動応答から３相の流れの第１の密度測定値を生成すること、及び、少なくとも第２の振動応答から３相の流れの少なくとも第２の密度測定値を生成することを含む。少なくとも第２の振動周波数応答は第１の周波数応答とは異なる周波数を含む。更に、方法は、第１の密度測定値と少なくとも第２の密度測定値とから１つ以上の流れ特性を決定することを含む。
【００２３】
発明の態様
振動型流量計の１つの態様において、流量計電子装置は、３相の流れの３つの成分のそれぞれについて所定の成分密度を受け取るよう更に構成される。振動型流量計の他の態様において、流量計電子装置は、３相の流れの３つの成分のそれぞれについて所定の音素口を受け取るよう構成される。振動型流量計の更に他の態様において、１つ以上の流れ特性を決定することは、３相の流れの３つの成分のそれぞれについて相割合を決定することを含む。
【００２４】
振動型流量計の更に他の態様において、１つ以上の流れ特性を決定することは、３相の流れの気体空隙率（ＧＶＦ）を決定することを含む。振動型流量計の更に他の態様において、１つ以上の流れ特性を決定することは、３相の流れの含水率を決定することを含む。
【００２５】
振動型流量計の更に他の態様において、少なくとも第２の周波数成分は第１の周波数成分上に実質的に重畳される。振動型流量計の更に他の態様において、第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分は、振動応答において実質的に交互の時間に生じる。
【００２６】
振動型流量計の更に他の態様において、流量計電子装置は、流量計組み立て体を第１の周波数で振動させ、第１の周波数成分とは異なる周波数の少なくとも第２の周波数で流量計組み立て体を振動させ、ピックオフ・センサから振動応答を受け取り、振動応答を第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とに分離するよう構成される。
【００２７】
振動型流量計の更に他の態様において、流量計電子装置は、第１の周波数で流量計組み立て体を振動させ、ピックオフ・センサから振動応答を受け取り、振動応答を第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とに分離するよう構成され、第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とは第１の周波数での振動によって生成される。
【００２８】
振動型流量計の更に他の態様において、振動応答を受け取ることは、振動応答を第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とに分離することを含む。振動型流量計の更に他の態様において、振動応答を受け取ることは、振動応答を第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とにフィルタリングすることを含む。
【００２９】
振動型流量計システムの１つの態様において、処理システムは、３相の流れの３つの成分のそれぞれについて所定の成分密度を受け取るよう構成される。振動型流量計システムの他の態様において、処理システムは、３相の流れの３つの成分のそれぞれについて所定の音速値を受け取るよう構成される。
【００３０】
振動型流量計システムの更に他の態様において、１つ以上の流れ特性を決定することは、３相の流れの３つの成分のそれぞれについて相割合を決定することを含む。振動型流量計システムの更に他の態様において、１つ以上の流れ特性を決定することは、３相の流れの気体空隙率（ＧＶＦ）を決定することを含む。振動型流量計システムの更に他の態様において、１つ以上の流れ特性を決定することは、３相の流れの含水率を決定することを含む。
【００３１】
振動型流量計システムの更に他の態様において、第１の振動型流量計は第１の周波数で振動させられて第１の振動応答を生成し、少なくとも第２の振動型流量計は少なくとも第２の周波数で振動させられて少なくとも第２の振動応答を生成する。
【００３２】
方法の態様において、方法は、３相の流れの３つの成分のそれぞれについて成分密度を受け取る予備ステップを含む。方法の他の態様において、方法は、３相の流れの３つの成分のそれぞれについて所定の音速値を受け取る予備ステップを含む。方法の更に他の態様において、方法は、３相の流れの３つの成分のそれぞれについて相割合を決定することを含む。方法の更に他の態様において、１つ以上の流れ特性を決定することは、３つの流れの気体空隙率を決定することを含む。方法の更に他の態様において、１つ以上の流れ特性を決定することは、３相の流れの含水率を決定することを含む。
【００３３】
方法の更に他の態様において、少なくとも第２の周波数成分は第１の周波数成分上に実質的に重畳される。方法の更に他の態様において、第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とは振動応答において実質的に交互の時間に生じる。
【００３４】
方法の更に他の態様において、振動応答を受け取ることは、振動型流量計の流量計組み立て体を第１の周波数で振動さ競ること、第１の周波数とは異なる少なくとも第２の周波数で流量計組み立て体を振動させること、及び、振動応答を第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とに分離することを含む。
【００３５】
方法の更に他の態様において、振動応答を受け取ることは、振動型流量計の流量計組み立て体を第１の周波数で振動させること、流量計組み立て体のピックオフ・センサから振動応答を受け取ること、及び、振動応答を第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とに分離することを含み、第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とは第１の周波数での振動によって生成される。
【００３６】
方法の更に他の態様において、振動応答を受け取ることは、振動応答を第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とに分離することを含む。方法の更に他の態様において、振動応答を受け取ることは、振動応答を第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とにフィルタリングすることを含む。方法の更に他の態様において、振動応答を受け取ることは、第１の振動型流量計から第１の振動応答を受け取ること、及び、第２の振動型流量計から少なくとも第２の振動応答を受け取ることを含み、少なくとも第２の振動応答は第１の振動応答とは周波数が異なる。
【００３７】
方法の更に他の態様において、振動応答を受け取ることは、第１の振動型流量計を第１の周波数で振動させて第１の振動応答を生成すること、及び、少なくとも第２の振動型流量計を少なくとも第２の周波数で振動させて少なくとも第２の振動応答を生成することを含み、少なくとも第２の振動応答は第１の振動応答とは周波数が異なる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、流量計組み立て体と流量計電子装置をと備える流量計を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る、３相の流れの流れ特性を測定するための方法のフロー図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る、第１の周波数と少なくとも第２の周波数とを生成する回路を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係るヒルベルト変換ブロックの一部を詳細に示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る分析ブロックのブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る、第１の周波数と少なくとも第２の周波数とを生成する回路を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る、３相の流れの流れ特性を測定するための振動型流量計システムを示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係る、３相の流れの流れ特性を測定するための方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１〜図８及び以下の記述は、発明の最良の形態を製作し使用する方法を当業者に教示するための特定の例を示している。発明原理を教示するために、慣用の態様は単純化され又は省略されている。こうした例からの発明の範囲内に入る変形を当業者は理解することができる。当業者は理解するように、以下に記述する特徴は、発明の複数の変形を形成するよう種々の方法で組み合わされ得る。その結果、本発明は以下に記述する特定の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲とその均等物によってのみ限定される。
【００４０】
図１は、流量計組み立て体１０と流量計電子装置２０とを備える流量計５を示している。流量計電子装置２０はリード線１００によって流量計組み立て体１０に接続され、密度、質量流量、体積流量、総質量流量及び温度及び他の情報のうちの１つ以上の測定値を通信経路２６を介して提供するように構成されている。当業者には理解されるとおり、本発明は、駆動装置、ピックオフ・センサ、流管又は振動モードの数に無関係に、任意の形式のコリオリ流量計において用いられ得る。更に、理解されるように、代わりに流量計５は振動型密度計を含むことができる。
【００４１】
流量計組み立て体１０は一対のフランジ１０１、１０１’、マニホールド１０２、１０２’、駆動装置１０４、ピックオフ・センサ１０５、１０５’及び流管１０３Ａ、１０３Ｂを備えている。駆動装置１０４とピックオフ・センサ１０５、１０５’は流管１０３Ａ、１０３Ｂに接続される。
【００４２】
フランジ１０１、１０１’はマニホールド１０２、１０２’に固着される。マニホールド１０２、１０２’はスペーサー１０６の対向端に固着される。スペーサー１０６はマニホールド１０２、１０２’間に間隔を維持して、流管１０３Ａ、１０３Ｂでの不要な振動を防止する。流量計組み立て体１０が被測定材料を運ぶ導管系（図示せず）に挿入されると、流れ材料はフランジ１０１を通って流量計組み立て体１０に入り、マニホールド１０２を通過し、全流れ材料が流管１０３Ａ、１０３Ｂに入るように向きを変え、流管１０３Ａ、１０３Ｂを通って流れて、マニホールド１０２’に戻り、そこでフランジ１０１’を通って流量計組み立て体１０から出る。
【００４３】
流管１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれ曲げ軸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、入り口マニホールド１０２と出口マニホールド１０２’とに取り付けられる。流管１０３Ａ、１０３Ｂは本質的に平行にマニホールド１０２、１０２’から延び出ている。
【００４４】
流管１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれの曲げ軸Ｗ、Ｗ’に関して反対方向に、且つ、流量計５のいわゆる第１位相はずれモードで駆動装置１０４によって駆動される。駆動装置１０４は、流管１０３Ａに取り付けられた磁石と流管１０３Ｂに取り付けられた対向コイルのような、多くの周知の配置のうちの１つを備える。交流電流が対向コイルを流れると、両方の導管が振動させられる。流量計電子装置２０により、適宜の駆動信号がリード線１１０を介して駆動装置１０４に印加される。流量計電子装置２０は所定の周波数で駆動信号を生成することができる。流量計電子装置は、複数の重畳された周波数を含む可変周波数で駆動信号を生成することができる。
【００４５】
流量計電子装置２０はそれぞれリード線１１１、１１１’上でセンサ信号を受け取る。流量計電子装置２０は、駆動装置１０４が流管１０３Ａ、１０３Ｂを振動させるための駆動信号をリード線１１０上に生成する。流量計電子装置２０はピックオフ・センサ１０５からの左速度信号とピックオフ・センサ１０５’からの右速度信号を処理して質量流量を計算する。通信経路２６は、流量計電子装置２０がオペレータ又は他の電子システムと連動することを可能にする入出力手段を提供する。図１はコリオリ流量計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。
【００４６】
有利なことに、利用可能な低周波数振動型流量計は、混入空気の量が過大でない場合には、３相の流れの密度を正確に測定することができる。逆に、流量計の振動周波数を正確に測定する高周波数の流量計が利用可能であるが、多相の流れが存在するときには更なる誤差が足手まといとなる。有利なことに、こうした２つの特徴が、正確に且つ信頼度高く決定される密度及び流れ特性に対して採用される。
【００４７】
図２は、本発明の実施の形態に係る、３相の流れの流れ特性を測定する方法のフロー図２００である。ステップ２０１において、３相成分のそれぞれについて密度を受け取る。密度は公知の又は仮定の値を含む。密度は、例えば、遠隔の装置から又はオペレータから受け取ることができる。密度は適宜の記憶装置に記憶され又はプログラムされることができる。
【００４８】
ステップ２０２で、それぞれの３相成分について、音速値を受け取る。音速値は公知の又は仮定の値を含む。音速値は例えば遠隔の装置から又はオペレータから受け取ることができる。音速値は適宜の記憶装置に記憶され又はプログラムされることができる。
【００４９】
ステップ２０３で、振動型流量計の流量計組み立て体が振動させられる。本発明の実施の形態によれば、単一の振動型流量計が必要なだけである。流量計組み立て体は１つ以上の周波数で振動させられてもよい。
【００５０】
１つの実施の形態において、流量計組み立て体は単一の駆動周波数で振動させられる。流量計組み立て体の単一の駆動周波数での振動は複数の周波数応答成分を含むことができるので、単一の駆動周波数は、第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とを含む振動応答を生成することができる。例えば、流量計を通る流れによって生成されるノイズは、少なくとも第２の周波数で流量計に振動を生成する。振動応答の少なくとも第２の周波数成分の振幅は第１の周波数成分よりもずっと小さいことは勿論である。しかし、この少なくとも第２の周波数成分は増幅又は他の処理をされることができる。第１の周波数の振動応答と少なくとも第２の周波数の振動応答は、その後、以下のステップにおいて処理される。
【００５１】
他の実施の形態において、単一の流量計の流量計組み立て体は第１の駆動周波数で振動させられ、また、少なくとも第２の駆動周波数でも振動させられる。少なくとも第２の駆動周波数は第１の駆動周波数とは周波数が相違する。例えば、第１の駆動周波数は１００Ｈｚであり、第２の駆動周波数は４５０Ｈｚ前後であり得る。理解されるとおり、これらの駆動周波数は例としてのみ与えられており、本発明は特定の駆動周波数に限定されない。理解されるとおり、単一の振動型流量計は第１の駆動周波数と少なくとも第２の駆動周波数とに対して校正される必要がある。単一の振動型流量計は例えば空気と水とを用いて校正され得る。
【００５２】
１つの実施の形態において、流量計組み立て体は第１の駆動周波数で振動させられ、次いで少なくとも第２の駆動周波数で振動させられる（つまり、振動は時間的に交互に行われる）。代わりに、流量計は第１の駆動周波数と少なくとも第２の駆動周波数とで同時に振動させられるので、駆動信号は２つ以上の駆動周波数の合成を含むことができる。その結果、流量計の振動応答は少なくとも２つの周波数成分を含む。
【００５３】
上記の全部の実施の形態において、単一の振動型流量計は第１の周波数の振動応答と少なくとも第２の周波数の振動応答とを生成する。その後、第１の周波数の振動応答と少なくとも第２の周波数の振動応答とは以下のステップにおいて処理される。
【００５４】
ステップ２０４において、単一の振動型流量計からの振動応答が受け取られる。振動応答は第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とを含むことができる。少なくとも第２の周波数成分は第１の周波数成分とは周波数が異なる。例えば、少なくとも第２の周波数成分は第１の周波数成分よりも高い周波数を含むことができる。
【００５５】
ステップ２０５において、振動応答が処理されて、第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とが取得される。処理は、振動応答を第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とに分離することを含む。処理は、例えば帯域通過フィルタの使用によって振動応答を第１の周波数成分と少なくとも第２の周波数成分とにフィルタリングすることを含むことができる。
【００５６】
ステップ２０６において、３相の流れの第１の密度測定値が生成される。第１の密度測定値は、第１の周波数成分から導出された第１の周波数を用いて生成される。ステップ２０７において、３相の流れの少なくとも第２の密度測定値が生成される。少なくとも第２の密度測定値は、少なくとも第２の周波数成分の少なくとも第２の周波数を用いて生成される。先に検討したとおり、少なくとも第２の周波数は第１の周波数とは異なる周波数である。したがって、３相の流れ材料の異なる周波数での振動と、その結果の圧縮率の影響（これについては後述する）に起因して、第１の密度測定値と少なくとも第２の密度測定値とは異なる。この相違は他の流れ特性を決定するのに使用されることができる。
【００５７】
ステップ２０８で、第１の密度測定値と第２の密度測定値との差から、１つ以上の流れ特性が決定される（これについては後述する）。第１の密度測定値と第２の密度測定値とは、３相の流れの気体の割合と第１及び第２の液体の割合とを決定するのに用いられる。例えば、油田生産物を含む３相の流れについては、第１の密度測定値と第２の密度測定値は、３相の流れの気体空隙率（ＧＶＦ）と含水率とを決定するのに用いられることができる。
【００５８】
３相の割合が分かると、これらは体積流量と乗算されて、例えば、生産されている水の体積と石油の体積とが決定される。更に、成分の体積流量に成分の密度を乗算することにより、成分の質量流量を計算することができる。
【００５９】
コリオリ流量計と振動管流量計とにおける気体の圧縮率及び流体の圧縮率について検討した。圧縮率は、流れ材料の測定密度に対する影響に起因して、流れ測定に大きな誤りを導入し得る。圧縮率の影響は流れ材料の振動によって生じ得、積極的な振動は多相の流れにおける液相と気相の圧縮を生じ得るが、混合物の圧縮率が主な結果である。
【００６０】
この圧縮率は、質量流量及び密度の測定のための式の導出においてなされた幾つかの仮定に反する。低い駆動周波数の流量計は一般的にこうした現象を示さないことが知られている。これは、低周波数の流量計は、設計上、流れ材料に小さな力を印加するからである。その結果、低周波数の振動型流量計は３相の流れに対して小さな圧縮力を働かせる。これに反して、高周波数の流量計は流れ材料に大きな力を働かせるので、３相の流れの全成分に対して大きな圧縮を加えることになる。圧縮率の影響により、振動型流量計には質量流量と密度とに誤りが生じる。圧縮率の測定可能な影響を持つ、またはそうした影響のない振動応答を生成することは有用である。３相の流れに対する圧縮率の影響の定量化を用いて、なかでも、流れの密度及び相の割合を決定することができる。
【００６１】
気相及び２つの液相に対する音速値が既知であれば、また、低周波数の流量計と高周波数の流量計とから密度測定値が取得できるならば、３相の流れの問題を解く追加の式を生成することができる。独自に流量計は２つのモードで、即ち、低周波数モード（例えば、標準駆動モード）と高周波数モードとで駆動されることができる。こうした２つの密度測定値を区別することによって生成される誤りは、これまで不明であった第３の式として用いられることができる。
【００６２】
３相の流れの問題に対する解は些細ではない。第３の式は、流れ測定を３つの成分に分解するために必要である。２つの既知の式は以下のとおりである。
【００６３】
【数４】
2010535337.tif 000006
【００６４】
ただし、項Φは相の体積割合であり、項ρは密度である。これらの２つの式において、全体の（即ち、３つの相の）混合密度ρｍｉｘは振動型流量計又は振動型流量計システムによって正確に測定され得る。更に、各成分の密度ρｏｉｌ、ρｗａｔｅｒ、ρｇａｓを仮定することができる。例えば、こうした密度は、ユーザーによって入力されることができ、又は、プログラムされて流量計電子装置２０、処理システム７０７（図７）その他の等価の構成要素に蓄積されることができる。留意されるように、気体密度ρｇａｓは圧力と強く関係する。したがって、２つの式と３つの未知数Φｏｉｌ、Φｗａｔｅｒ、Φｇａｓ（即ち、各相の体積割合）が存在する。もう１つの式は、成分密度ρｏｉｌ、ρｗａｔｅｒ、ρｇａｓについて解くために必要である。
【００６５】
第３の式の源は、混入空気の存在下で動作している高周波数流量計の密度性能を調べることによって見いだされた。高周波数の流量計は、空気が流れに注入されると、予想外に大きな密度値を生成することが分かった。これは直感に反する。なぜなら、流体に空気を加えると流体は軽くなり、希薄になるからである。しかし、この予期せぬ結果は、音速モデルと圧縮率の影響とによって完全に説明することができる。混入空気は３相の流れの音速を低下させ、圧縮率の影響を増大させる。高周波数の流量計によって経験され、空隙率を増大させる大きな密度の読みは、振動期間での掻き混ぜ効果から生じており、気体の泡は流体とともに完全に移動する訳ではない。
【００６６】
逆に、２００Ｈｚよりも低い周波数で動作している流量計のような低周波数の流量計は極めて良好な密度予測値を生成することが知られている。また、これは音速理論によるものであり、低周波数の流量計は３相の流れに対して圧縮率の最小の影響を与えるからである。振動速度が小さいほど、圧縮が小さくなり、掻き混ぜが少なくなる。
【００６７】
低周波数の流量計と高周波数の流量計とについて検証された音速理論を用いて、単一の振動型流量計を使って、低周波数モード及び高周波数モードに対する密度推定の予測をすることができる。代わりに、２つ以上の流量計を用いることができる。
【００６８】
必要とする第３の式の導出は、音速の式から出発する。こうした式は、個々の成分の特性ａｇａｓ、ａｗａｔｅｒ、ａｏｉｌに基づく、３相の流れの混合音速ａｍｉｘを下記のように定義する。
【００６９】
【数５】
2010535337.tif 000007
【００７０】
混合音速ａｍｉｘは、流管における定在音波を決定するのに用いることができる。定在音波の周波数ｆは周知であり、（剛性Ｋ／質量Ｍ）１／２に関係する。この関係は、流体の圧縮率に起因して無限ではない流体剛性推定値Ｋｆｌｕｉｄを与えるように操作される。即ち、
【００７１】
【数６】
2010535337.tif 000008
【００７２】
ただし、Ｄは流管の内径であり、ｆは振動周波数である。これらの結果は、
【００７３】
【数７】
2010535337.tif 000009
【００７４】
に示すように、高周波数駆動モードと混合音速ａｍｉｘと混合密度ρｍｉｘと管径Ｄとの間の関係を定義する固有値問題に挿入される。ただし、
【００７５】
【数８】
2010535337.tif 000010
【００７６】
は流管変位速度であり、
【００７７】
【数９】
2010535337.tif 000011
【００７８】
は流管加速度係数である。固有値問題が解かれると、全部のパラメータの関数としての周波数モードが決定される。このモードの密度推定値ρは密度の式
【００７９】
【数１０】
2010535337.tif 000012
【００８０】
によって定義される。ただし、αは密度校正定数である。これらの式の解は第３の式
【００８１】
【数１１】
2010535337.tif 000013
【００８２】
を結果として生じる。ただし、
【００８３】
【数１２】
2010535337.tif 000014
【００８４】
であり、ρｈｉｇｈは高駆動振動モードでの測定密度であり、ρｌｏｗは低駆動振動モードでの測定密度であり、ρｗａｔｅｒは水の既知の密度値である。この式を他の２つの式に追加すると、次の行列式が生成される。
【００８５】
【数１３】
2010535337.tif 000015
【００８６】
次いで、この行列式は最終形
【００８７】
【数１４】
2010535337.tif 000016
【００８８】
に変換される。
【００８９】
式１４を解くと、体積割合Φｇａｓ、Φｗａｔｅｒ、Φｏｉｌを決定することができる。一般に、流量計のユーザーは３相の流れについての含水率と気体の体積割合とを知りたいと思う。既知の成分割合に基づく、これらの量の式は
【００９０】
【数１５】
2010535337.tif 000017
【００９１】
となる。
【００９２】
式１５及び式１６を用いて、ユーザーは推定気体空隙率を取得することができる。したがって、振動型流量計（又は流量計システム）は別個の気体割合計を必要としない。式１５及び式１６を用いることで、ユーザーは推定含水率を取得することができる。したがって、振動型流量計（又は流量計システム）は別個の含水率計を必要としない。
【００９３】
相成分割合の決定は追加の診断を提供するのにも用いられることができる。例えば、ＧＶＦ又はＷＣ値が所定の閾値を越えると、警報が生成される。
【００９４】
図３は、本発明の実施の形態に係る、第１の周波数と少なくとも第２の周波数とを生成する回路３００を示している。この実施の形態は単一の振動型流量計とともに使用されるので、回路３００は振動型流量計５の単一のピックオフ１０５又は１０５’に結合される。回路３００は流量計電子装置２０の一部分をなす。代わりに、回路３００は処理システム７０７の一部分をなすことができる。回路３００はフィルタ３０２Ａ、３０２Ｂ、ヒルベルト変換部３０４Ａ、３０４Ｂ及び分析ブロック３０６Ａ、３０６Ｂを備えている。
【００９５】
フィルタ３０２Ａはピックオフ・センサ１０５又は１０５’からの第１の周波数成分（即ち、或る実施の形態においては「低モード」）をフィルタ出力するが、フィルタ３０２Ｂは少なくとも第２の周波数成分（即ち、或る実施の形態においては「高モード」）をフィルタ出力する。したがって、フィルタ３０２Ａ、３０２Ｂは２つの別個の処理分岐を作る。２つ以上の振動周波数を採用するような場合には、２つ以上の処理分岐を構成することができる。
【００９６】
１つの実施の形態において、フィルタリングは、流量計の予測される基本周波数近辺を中心とする帯域通過フィルタ処理を含むことができる。フィルタリングはノイズと不要信号を除去するフィルタリングを含むことができる。更に、他の調整動作、例えば、増幅やバッファリング等を行うこともできる。センサ信号がアナログ信号を含むならば、このブロックは、ディジタル・センサ信号を作るために、任意の様式のサンプリング、ディジタル化、デシメーション（ｄｅｃｉｍａｔｉｏｎ）を更に含むことができる。
【００９７】
或る実施の形態においては、モード・フィルタ３０２Ａ、３０２Ｂはディ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。このフィルタは、流量計電子装置２０の処理装置又は処理システム７０７の処理ルーチンにおいて実現されることができる。これらのフィルタはピックオフ・センサ信号をフィルタリングし、デシメーションを行うための最適な方法を提供し、フィルタリングとデシメーションは同一の時間に且つ同一のデシメーション・レートで実行される。代わりに、フィルタ３０２Ａ、３０２Ｂは無限インパルス応答（ＩＦＲ）フィルタ又は他の適宜のディジタル・フィルタ又はディジタル・フィルタ処理を含むことができる。しかし、理解されるように、他のフィルタリング処理及び／又はフィルタリング実施態様を想定することができ、これらも詳細な説明及び特許請求の範囲内に含まれる。
【００９８】
ヒルベルト変換部３０４Ａは約９０度だけ第１の周波数成分を位相シフトさせ、ヒルベルト変換部３０４Ｂは少なくとも第２の周波数成分を約９０度だけ位相シフトさせる。位相シフト動作によって、それぞれの周波数成分のＩ成分（同相成分）とＱ成分（直角位相成分）とが生成される。しかし、理解されるとおり、９０度の位相シフトは任意の方式の位相シフト機構又は動作によって実行されることができる。
【００９９】
Ｉ成分及びＱ成分は分析ブロック３０６Ａ、３０６Ｂによって受け取られて処理される。この処理によって第１の周波数ｆＡと少なくとも第２の周波数ｆＢとが作られる。第１の周波数ｆＡと少なくとも第２の周波数ｆＢとは、第１の密度と少なくとも第２の密度とを生成するのに使用される。
【０１００】
有利なことに、この発明に係る周波数は９０度位相シフトから計算される。１つの実施の形態における周波数は９０度位相シフトとそれに対応するセンサ信号を用いており、センサ信号から９０度位相シフト（即ちＩ成分及びＱ成分）が導出される。こうして導出される周波数は、独立した周波数基準信号の必要なしに取得される。周波数は、極めて迅速な操作において単一の９０度位相シフトから取得される。その結果の周波数は高い精度を有する。
【０１０１】
図４は、本発明の実施の形態に係る、ヒルベルト変換ブロック３０４Ａ、３０４Ｂの一部分の詳細を示している。図示の実施の形態においては、ヒルベルト変換ブロック３０４Ａ、３０４Ｂはそれぞれ、フィルタ・ブロック４１２に並列の遅延ブロック４１１を備える。遅延ブロック４１１はサンプリング遅延を導入する。したがって、遅延ブロック４１１は、フィルタ・ブロック４１２によって並列にフィルタ処理されるディジタル信号サンプルよりも時間的に遅いディジタル信号サンプルを選択する。フィルタ・ブロック４１２は、入力されたディジタル信号サンプルに対して９０度位相シフトを行う。
【０１０２】
ヒルベルト変換ブロック３０４Ａ、３０４Ｂはピックオフ（ＰＯ）信号の９０度位相シフトされた信号を生成する。即ち、ヒルベルト変換ブロックは元の同相（Ｉ）信号の直角位相（Ｑ）成分を生成する。したがって、ヒルベルト変換３０４Ａ、３０４Ｂの出力は第１の振動応答と少なくとも第２の振動応答とに対する新たな直角位相（Ｑ）成分ＰＯＱ、ＰＯＱ、及び、第１の振動応答と少なくとも第２の振動応答とに対する元の同相（Ｉ）信号成分を生成する。
【０１０３】
ヒルベルト変換ブロック３０４Ａ又は３０４Ｂへの入力は
【０１０４】
【数１６】
2010535337.tif 000018
【０１０５】
として表すことができる。ヒルベルト変換を用いると、出力は
【０１０６】
【数１７】
2010535337.tif 000019
【０１０７】
となる。元の項をヒルベルト変換の出力と組み合わせると、
【０１０８】
【数１８】
2010535337.tif 000020
【０１０９】
が求まる。
【０１１０】
図５は、本発明の実施の形態に係る分析ブロック３０６Ａ又は３０６Ｂのブロック図である。分析ブロック３０６Ａ又は３０６Ｂは単一のピックオフ（ＰＯ）信号から信号を受け取る。この実施の形態における分析ブロック３０６Ａ又は３０６Ｂは結合ブロック５０１、複素共役ブロック５０２、サンプリング・ブロック５０３、複素乗算ブロック５０４、フィルタ・ブロック５０５、位相角ブロック５０６、定数ブロック５０７及び除算ブロック５０８を備える。
【０１１１】
結合ブロック５０１は特定の振動応答の同相（Ｉ）成分と直角位相（Ｑ）成分とを受け取って通過させる。複素共役ブロック５０２は振動応答に対して複素共役を実行して虚信号の負数を形成する。遅延ブロック５０３は分析ブロック３０６Ａ又は３０６Ｂにサンプリング遅延を導入するので、時間的に古いディジタル信号サンプルを選択する。この古いディジタル信号サンプルは、複素乗算ブロック５０４において、現在のディジタル信号サンプルと乗算される。複素乗算ブロック５０４はＰＯ信号とＰＯ共役信号とを乗算して、下記の式２０を実行する。フィルタ・ブロック５０５は先に述べたＦＩＲフィルタのようなディジタル・フィルタを実装する。フィルタ・ブロック５０５は、センサ信号の同相（Ｉ）成分及び直角位相（Ｑ）成分から高調波成分を除去するとともにセンサ信号をデシメーション処理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。例えば、係数１０によるデシメーションのような、入力された信号のデシメーションを提供するように、フィルタ係数を選択することができる。位相角ブロック５０６はＰＯ信号の同相（Ｉ）成分及び直角位相（Ｑ）成分から位相角を決定する。位相角ブロック５０６は下記の式２１の一部を実行する。定数ブロック５０７は、式２２に示すように、サンプリング・レートＦｓを２πで割ったものを含む係数を供給する。除算ブロック５０８は式２２の除算操作を実行する。
【０１１２】
分析ブロック３０６Ａ又は３０６Ｂは
【０１１３】
【数１９】
2010535337.tif 000021
【０１１４】
を実行する。したがって、２つの連続するサンプル間の角度は
【０１１５】
【数２０】
2010535337.tif 000022
【０１１６】
となる。この式は振動応答のラジアン周波数である。これをＨｚに変換すると、
【０１１７】
【数２１】
2010535337.tif 000023
【０１１８】
となる。ただし、「Ｆｓ」はヒルベルト変換ブロック３０４Ａ又は３０４Ｂのレートである。或る実施の形態においては、「Ｆｓ」は２ｋＨｚ前後である。
【０１１９】
図６は、本発明の実施の形態に係る、第１の周波数と少なくとも第２の周波数とを生成する回路３００を示している。他の実施の形態と共通の構成要素には同じ参照番号が付されている。この実施の形態は、更に平均化フィルタ６０９を備える点で、先の実施の形態３００と相違する。
【０１２０】
この実施の形態は単一のピックオフ・センサ１０５又は１０５’から振動応答を受け取る。しかし、この実施の形態における単一の振動型流量計は単一の周波数のみで振動させられ、流量計におけるノイズは、先に検討したように、第２の振動応答を生成する。したがって、回路３００は流れ系でのノイズを利用する。小さな流れノイズはセンサ・モードを刺激するので、自己誘導された高い振動応答モードは、駆動信号が提供されなくとも検出可能である。これは１つの駆動信号しか必要ないことを意味する。
【０１２１】
高モードの信号（これは駆動装置によって強化されない）の振幅はずっと小さいので、この方法は、もっと多くのフィルタリングを必要とする。この高モードの振動応答の近似周波数は既知であるから、小さな振幅は大きな問題にならない。更に、別の懸念は、振幅が小さいので、密度測定値は多くのノイズを含むということである。遅い応答時間が許容される限り、この問題は、周波数測定が行われた後に多くのサンプルを平均化することによって除去することができる。このために、平均化フィルタ６０９は少なくとも第２の周波数を平均化し、周波数デシメーションを改善するとともに、結果におけるノイズを低減する。
【０１２２】
図７は、本発明の実施の形態に係る、３相の流れの流れ特性を測定するための振動型流量計システムを示している。振動型流量計システム７００は第１の流量計５Ａと少なくとも第２の流量計５Ｂとを備える。流量計５Ａ、５Ｂは導管７１１に接続されている。流量計５Ａ、５Ｂは、導管７１１を流れている３相の流れを測定する。振動型流量計システム７００は更に処理システム７０７を備えている。処理システム７０７は第１の流量計５Ａと少なくとも第２の流量計５Ｂとに結合されている。処理システム７０７は第１の流量計５Ａから第１の振動応答を受け取り、少なくとも第２の流量計５Ｂから第２の振動応答を受け取る。処理システム７０７は、先に検討したとおり、また、図８と結合して以下に説明するように、第１の密度、少なくとも第２の密度及び追加の流れ特性を決定する。
【０１２３】
図８は、本発明の実施の形態に係る、３相の流れの流れ特性を測定する方法のフロー図８００である。ステップ８０１で、先に検討したとおり、３相の成分のそれぞれについて密度を受け取る。ステップ８０２において、先に検討したとおり、３相の成分のそれぞれについて音速値を受け取る。
【０１２４】
ステップ８０３において、第１の振動型流量計と少なくとも第２の振動型流量計とが振動させられる。第１の振動型流量計は第１の周波数で振動させられて第１の振動応答を生成する。少なくとも第２の振動型流量計は少なくとも第２の周波数で振動させられて少なくとも第２の振動応答を生成する。
【０１２５】
本発明のこの実施の形態によれば、２つ以上の振動型流量計を採用することができる。理解されるように、３つ以上の振動型流量計を備えることができ、３つ以上の振動応答を受け取ることができる。複数の振動応答を用いて、密度及び流れ特性の計算の精度を上げることができる。理解されるように、複数の振動型流量計は共通の３相の流れに対して動作しなければならない。更に、流れの圧力は、これら複数の振動型流量計のそれぞれについてほぼ同じでなければならない。
【０１２６】
ステップ８０４で、第１の振動応答と少なくとも第２の振動応答とを、第１の振動型流量計及び少なくとも第２の振動型流量計から受け取る。少なくとも第２の振動応答は、先に検討したように、第１の振動応答とは周波数が異なる。先に検討したように、ステップ８０５において、３相の流れの第１の密度測定値が生成され、ステップ８０６で、３相の流れの少なくとも第２の密度測定値が生成される。ステップ８０７において、先に検討したように、第１の密度測定値と第２の密度測定値との差に基づいて１つ以上の流れ特性が決定される。
【図１】
2010535337.tif 000024
【図２】
2010535337.tif 000025
【図３】
2010535337.tif 000026
【図４】
2010535337.tif 000027
【図５】
2010535337.tif 000028
【図６】
2010535337.tif 000029
【図７】
2010535337.tif 000030
【図８】
2010535337.tif 000031
【国際調査報告】
2010535337.tif 000032
2010535337.tif 000033