(57)【要約】  流動物質の２相流における混入相を補正する振動型流量計１００が提供される。振動型流量計１００は、駆動装置１０４と、流量物質の振動応答を生成するよう構成された振動型流量計１００とを備える流量計組み立て体１０を含む。また、流量計組み立て体１０は、流量計組み立て体１０と結合され且つ振動応答を受け取る流量計電子装置２０を備える。流量計電子装置２０は、振動応答を用いて２相流の２相密度測定値を生成し、流量計組み立て体１０の駆動装置１０４が必要とする駆動電力計算値を決定し、２相流の液体成分の液体密度、混入相成分の混入相密度、２相密度測定値及び駆動電力計算値を用いて密度補償係数を計算する。
2010526288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動物質の２相流における混入相を補正するための振動型流量計１００であって、駆動装置１０４を含む流量計組み立て体を備え、且つ、流量物質の振動応答を生成するよう構成され、更に、前記流量計組み立て体１０と結合され且つ前記振動応答を受け取る流量計電子装置２０を備える振動型流量計１００において、
前記流量計電子装置２０が、前記振動応答を用いて前記２相流の２相密度測定値を生成し、前記流量計組み立て体１０の駆動装置１０４が必要とする駆動電力計算値を決定し、前記２相流の液体成分の液体密度、混入相成分の混入相密度、前記２相密度測定値及び駆動電力計算値を用いて密度補償係数を計算するよう構成される
ことを特徴とする振動型流量計１００。
【請求項２】
前記流量計電子装置２０が、駆動電圧と駆動電流とを乗じて、前記駆動電力計算値を決定するよう構成される、請求項１に記載の振動型流量計１００。
【請求項３】
前記流量計電子装置２０が、ピックオフ・センサ電圧と駆動電流とを乗じて、前記駆動電力計算値を決定するよう構成される、請求項１に記載の振動型流量計１００。
【請求項４】
前記流量計電子装置２０が、
【数１】
2010526288.tif 000011
を解いて、前記駆動電力計算値を決定する、請求項１に記載の振動型流量計１００。ただし、Ｋは比例定数、Ｉｄは駆動電流測定値、Ｉ０は体積割合ゼロの駆動電流、ＥＰＯはピックオフ電圧、Ｅｔはピックオフ目標電圧である。
【請求項５】
前記密度補償係数の計算が、式
【数２】
2010526288.tif 000012
を解くことを含む、請求項１に記載の振動型流量計１００。ただし、ρｌは液体密度、ρｅは混入相密度、ρｕｕｔは２相密度測定値、Ｐｃｏｍｐｕｔｅｄは駆動電力計算値であり、Ｃ１及びＣ２は所定の流量計特有の定数を含む。
【請求項６】
前記流量計電子装置２０が、前記密度補償係数を前記２相密度測定値と組み合わせて、補償された２相密度を提供するよう更に構成される、請求項１に記載の振動型流量計１００。
【請求項７】
前記流量計電子装置２０が、前記密度補償係数を前記２相密度測定値と組み合わせて、補償された２相密度を提供し、前記液体密度と前記混入相密度と前記補償された２相密度と前記振動型流量計１００の電力特性とを用いて駆動電力予測値を決定し、前記駆動電力予測値と前記駆動電力計算値との差に基づいて前記振動型流量計１００の流量測定の精度を決定するよう更に構成される、請求項１に記載の振動型流量計１００。
【請求項８】
前記流量計電子装置２０が、式
【数３】
2010526288.tif 000013
を解いて、前記２相流の補償された体積割合を求めるように更に構成される、請求項７に記載の振動型流量計１００。ただし、ρｃｏｍｐは前記補償された２相密度である。
【請求項９】
精度の決定が、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値から所定の許容範囲よりも大きく相違するならば警報の指示を生成することを含む、請求項７に記載の振動型流量計１００。
【請求項１０】
精度の決定が、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回わるならば警報の指示を生成して、過剰混入相レベルを示すと共に、前記振動型流量計の流れ状態を変更する必要性を指示することを更に含む、請求項７に記載の振動型流量計１００。
【請求項１１】
精度の決定が、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回わるならば警報の指示を生成して、過剰な気泡サイズを示すと共に、前記振動型流量計の流れ状態を変更する必要性を指示することを更に含む、請求項７に記載の振動型流量計１００。
【請求項１２】
精度の決定が、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回わるならば警報の指示を生成して、過剰固体混入相レベルを示すと共に、前記振動型流量計の流れ状態を変更する必要性を指示することを更に含む、請求項７に記載の振動型流量計１００。
【請求項１３】
精度の決定が、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回わるならば警報の指示を生成することを更に含む、請求項７に記載の振動型流量計１００。
【請求項１４】
精度の決定が、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の下側閾値よりも大きく下回わるならば、又は、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回わるならば、前記補償された２相密度を改善することを更に含む、請求項７に記載の振動型流量計１００。
【請求項１５】
前記補償された２相密度の改善が、前記駆動電力計算値と前記駆動電力予測値との間の差に比例する量だけ前記密度補償係数を低減させることを含む、請求項１４に記載の振動型流量計１００。
【請求項１６】
精度の決定が、前記駆動電力予測値を前記駆動電力計算値と比較し、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回わるならば警報の指示を生成し、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の下側閾値よりも大きく下回わるならば、前記駆動電力計算値と前記駆動電力予測値との間の差に比例する量だけ前記密度補償係数を低減させることによって前記補償された２相密度を改善することを更に含む、請求項７に記載の振動型流量計１００。
【請求項１７】
振動型流量計における流動物質の２相流での混入相を補正する方法であって、前記２相流の２相密度測定値を生成するステップを含む方法において、
前記振動型流量計の駆動装置によって必要とされる駆動電力計算値を決定するステップと、
前記２相流の液体成分の液体密度と混入成分の混入相密度と前記２相密度測定値と前記駆動電力計算値とを用いて密度補償係数を計算するステップと、
を備える方法。
【請求項１８】
前記駆動電力計算値を決定するステップが、駆動電圧に駆動電流を乗じるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記駆動電力計算値を決定するステップが、ピックオフ・センサ電圧と駆動電流とを乗じるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記駆動電力計算値を決定するステップが、式
【数４】
2010526288.tif 000014
を解くステップを含む、請求項１７に記載の方法。ただし、Ｋは比例定数、Ｉｄは駆動電流測定値、Ｉ０は体積割合ゼロの駆動電流、ＥＰＯはピックオフ電圧、Ｅｔはピックオフ目標電圧である。
【請求項２１】
前記密度補償係数を計算するステップが、式
【数５】
2010526288.tif 000015
を解くステップを含む、請求項１７に記載の方法。ただし、ρｌは液体密度、ρｕｕｔは２相密度測定値、ρｅは混入相密度、Ｐｃｏｍｐｕｔｅｄは駆動電力計算値であり、Ｃ１及びＣ２は所定の流量計特有の定数を含む。
【請求項２２】
前記密度補償係数を前記２相密度測定値と組み合わせて、補償された２相密度を提供するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記密度補償係数を前記２相密度測定値と組み合わせて、補償された２相密度を提供するステップと、
前記液体密度、前記混入相密度、前記補償された２相密度及び前記振動型流量計の電力特性を用いて駆動電力予測値を決定するステップと、
前記駆動電力予測値と前記駆動電力計算値との差に基づいて前記振動型流量計の流れ測定の精度を決定するステップと、
を更に備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
式
【数６】
2010526288.tif 000016
を解いて、前記２相流の補償された体積割合を求めるステップを更に備える、請求項２３に記載の方法。ただし、ρｃｏｍｐは前記補償された２相密度である。
【請求項２５】
前記精度を決定するステップが、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測から所定の許容範囲よりも大きく相違するならば警報の指示を生成するステップを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記精度を決定するステップが、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成して、過剰混入相レベルを指示するとともに、前記振動型流量計の流れ状態の変更の必要性を指示するステップを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記精度を決定するステップが、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成して、過剰気泡サイズを指示するとともに、前記振動型流量計の流れ状態の変更の必要性を指示するステップを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記精度を決定するステップが、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成して、過剰固体混入相レベルを指示するとともに、前記振動型流量計の流れ状態の変更の必要性を指示するステップを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記精度を決定するステップが、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成するステップを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記精度を決定するステップが、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の下側閾値よりも大きく下回るならば、又は、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば、前記補償された２相密度を改善するステップを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記補償された２相密度を改善するステップが、前記駆動電力計算値と前記駆動電力予測値との差に比例する量だけ前記密度補償係数を改善するステップを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記精度を決定するステップが、
前記駆動電力計算値と前記駆動電力予測値とを比較するステップと、
前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく超えているならば警報の指示を生成するステップと、
前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の下側閾値よりも大きく下回るならば、前記駆動電力計算値と前記駆動電力予測値との差に比例する量だけ前記密度補償係数を低減することによって前記補償された２相密度を改善するステップと、
を更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
振動型流量計の流動物質の２相流における混入相を補正する方法であって、前記２相流の２相密度測定値を生成するステップを含む方法において、
前記振動型流量計の駆動装置によって必要とされる駆動電力計算値を決定するステップと、
前記２相流の液体成分の液体密度と、混入成分の混入相密度と、前記２相密度測定値と前記駆動電力計算値とを用いて密度補償係数を計算するステップと、
前記密度補償係数を前記２相密度測定値を組み合わせて、補償された２相密度を提供するステップと、
前記液体密度、前記混入相密度、前記補償された２相密度及び前記振動型流量計の電力特性を用いて駆動電力予測値を決定するステップと、
前記駆動電力予測値と前記駆動電力計算値との差に基づいて、前記振動型流量計の流れ測定の精度を決定するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３４】
前記駆動電力計算値が、駆動電圧と駆動電流とを乗じるステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記駆動電力計算値を決定するステップが、ピックオフ・センサ電圧と駆動電流とを乗じるステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記駆動電力計算値を決定するステップが、
【数７】
2010526288.tif 000017
を解くステップを含む、請求項３３に記載の方法。ただし、Ｋは比例定数、Ｉｄは駆動電流測定値、Ｉ０は体積割合ゼロの駆動電流、ＥＰＯはピックオフ電圧、Ｅｔはピックオフ目標電圧である。
【請求項３７】
前記密度補償係数を計算するステップが、式
【数８】
2010526288.tif 000018
を解くステップを含む、請求項３３に記載の方法。ただし、ρｌは液体密度、ρｅは混入相密度、ρｕｕｔは２相密度測定値、Ｐｃｏｍｐｕｔｅｄは駆動電力計算値であり、Ｃ１及びＣ２は所定の流量計特有の定数を含む。
【請求項３８】
式
【数９】
2010526288.tif 000019
を解いて、前記２相流の補償された体積割合を求めるステップを更に含む、請求項３３に記載の方法。ただし、ρｃｏｍｐは前記補償された２相密度である。
【請求項３９】
前記精度を決定するステップが、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値から所定の許容範囲よりも大きく相違するならば警報の指示を生成するステップを更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
前記精度を決定するステップが、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成して、過剰混入相レベルを指示するとともに、前記振動型流量計の流れ状態の変更の必要性を指示するステップを更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４１】
前記精度を決定するステップが、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成して、過剰気泡サイズを指示するとともに、前記振動型流量計の流れ状態の変更の必要性を指示するステップを更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４２】
前記精度を決定するステップが、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成して、過剰固体混入相レベルを指示す
るとともに、前記振動型流量計の流れ状態の変更の必要性を指示するステップを更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４３】
前記精度を決定するステップが、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成するステップを更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４４】
前記精度を決定するステップが、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の下側閾値よりも大きく下回るならば、又は、前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば、前記補償された２相密度を改善するステップを更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４５】
前記補償された２相密度を改善するステップが、前記駆動電力計算値と前記駆動電力予測値との差に比例する量だけ前記密度補償係数を改善するステップを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項４６】
前記精度を決定するステップが、
前記駆動電力計算値と前記駆動電力予測値とを比較するステップと、
前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成するステップと、
前記駆動電力計算値が前記駆動電力予測値を所定の下側閾値よりも大きく下回るならば、前記駆動電力計算値と前記駆動電力予測値との差に比例する量だけ前記密度補償係数を低減することによって前記補償された２相密度を改善するステップと、
を更に含む、請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型流量計及び方法に関するものであり、特に、流動物質の２相流（two-phase flow）における混入相を補正するための振動型流量計及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的には、コリオリ流量計や振動型密度計のような振動管センサは、流動物質を含む振動管の運動を検出することによって動作する。質量流量や密度などの、管路の中の物質に関連する特性は、管路に関連付けられた運動トランスデューサから受信される測定信号を処理することによって決定されることができる。一般に、振動する物質で満たされた系の振動モードは、収容する管路とそこに収容される物質との質量と剛性と減衰特性との組み合わせによって影響される。
【０００３】
典型的なコリオリ流量計は、パイプラインその他の移送システムにインライン接続された１つ以上の管路と、流体、スラリ、エマルジョンなどの運搬物質とを含む。それぞれの管路は、単純曲げモード、捻じれモード、放射モード、結合モードなどを含む固有振動モードの組を持つものとみなされる。典型はコリオリ流量計測定の応用においては、物質が管路を流れると、管路は１つまたは複数の振動モードで励振され、管路の運動が、管路に沿って離れた点で測定される。典型には、励振は、管路を周期的に振動させるボイスコイル型駆動装置のような電気機械的装置などのアクチュエータによって提供される。質量流量は、トランスデューサの位置での運動管の時間遅延又は位相差を測定することによって決定される。典型には、流れ管路の振動応答を測定するために、２つのトランスデューサ（又はピックオフ・センサ）が用いられ、典型には、アクチュエータの上流側及び下流側に配置される。２つのピックオフ・センサは、独立した２対のワイヤのようなケーブルによって電子機器に接続される。電子機器は２つのピックオフ・センサから信号を受け取り、質量流量測定のために該信号を処理する。
【０００４】
流量計は様々な流体の流れに対する質量流量測定を行うために使用される。コリオリ流量計が潜在的に使用され得る１つの分野は、油井及び気体井の計量である。こうした井からの生成物は、石油や気体ばかりでなく、水や空気及び／又は固体をも含む多相流体であり得る。そこで、こうした多相流体に対しても、計量結果が可能な限り正確であることが望ましい。
【０００５】
コリオリ流量計は単相の流れに対しては高い精度を持つ。しかし、気体が混入された流体、すなわち、混入気体を含む流体（エマルジョン）を測定するのにコリオリ流量計を用いると、コリオリ流量計の精度は大幅に劣化する。これは混入固体（スラリ）にも同様にあてはまる。
【０００６】
流動物質には、混入空気が気泡として存在するのが普通である。気泡の大きさは、存在する空気の量、流動物質の圧力及び温度に依存して変動し得る。性能が低下する程度は、存在する気体の全量ばかりでなく、流れの中の個々の気体の大きさに関係する。気泡の大きさは測定精度に影響する。
【０００７】
誤りの１つの重大な原因は流体デカップリング（fluid decoupling）である。流体デカップリングは、管の振動の結果として、流体に対する気体の気泡の運動から生じる。流体に対する気体の気泡の相対運動は、重力の影響下で気泡を表面まで浮き上がらせる力に類似した浮力によって起こされる。しかし、振動管においては、気泡を動かすのは振動管の
加速度であって、重力の加速度ではない。濃い流体は軽い気泡よりも強く加速度に抵抗するので、気泡は管の加速度と同じ方向に加速される。こうして、気泡は流管よりも速く且つ大きく動き、気泡の運動により、ある種の流体は流管よりもずっと緩慢に動かされる。これはデカップリング問題の基礎である。その結果、振動振幅の小さい流体は、気泡が存在しない場合よりも小さなコリオリ加速度を受け、流管に小さなコリオリの力を加えることになる。この結果、混入空気が存在するときには、流量及び密度特性は不足報告される（負の流量及び密度誤差を生じる）。
【０００８】
スラリはデカップリングと同様の問題を提起する。しかし、スラリの場合、固体粒子は流体よりも重いことが多い。振動管の加速度のもとで、重い粒子は流体よりも動きが少ない。これにより、ある種の流体は振動管よりも動かされる。その結果、流体よりも重い粒子が存在するときには、流体は過剰報告される（正の流量及び密度誤差が生じる）。両方の場合、混入相の運動の違いが、混入相と流体との間の密度差によって生起される。気体の圧縮率が無視されるならば、混入空気と粒子との振る舞いを記述するのに、同一の式を用いることができる。流体の密度から混入相の密度を減算すると、気体に対しては正の数が、固体に対しては負の数が与えられる。スラリのデカップリングは単に負である。この理由で、デカップリングという用語は、エマルジョンとスラリに対して置き換え可能に用いられる。
【０００９】
気泡が流体に対してどれだけ移動するかを決定する要因が幾つも存在するので、流体デカップリングの補償は困難であった。流体の粘度は明らかな要因である。きわめて粘度の高い流体においては、気泡（又は粒子）は流体内でその場に有効に留まっており、流量誤差はほとんど生じない。
【００１０】
気泡の移動度に対する別の影響力は気泡サイズである。気泡に働く抗力は気泡の表面積に比例するが、浮力は体積に比例する。したがって、きわめて小さな気泡は大きな抗力対浮力比を持ち、流体とともに移動する傾向を持つ。その後、小さな気泡は小さな誤差を生じる。逆に、大きな気泡は流体とともには動きにくいので、大きな誤差を生じる。これは粒子にも当てはまる。小さな粒子は流体とともに移動して小さな誤差を生じる。
【００１１】
流体と気体との密度差は別の要因である。浮力は流体と気体との密度差に比例する。高圧の気体は浮力に影響するに足る大きさの密度を持ち、デカップリング効果を低減することができる。更に、大きな気泡は大きな体積を占有するので、流動物質の密度の真の変動を生じる。気体の圧縮度に起因して、気泡は気体の量を変えることができるが、必ずしも大きさを変えはしない。逆に、圧力が変化すると、それに対応して気泡サイズも変わり、圧力の低下とともに膨張し、圧力の増加とともに圧縮される。また、これは流動物質の固有周波数又は共振周波数の変動を、したがって実際の２相密度の変動を生じさせることができる。
【００１２】
また、二次の要因も気泡及び粒子の移動度に対して影響する。流量の大きい流体での乱れは大きな気泡や粒子を小さなものへ分解するので、デカップリング誤差が低減される。界面活性剤は気泡の表面張力を小さくし、その癒着傾向を減らす。弁は、乱れを増すことで気泡サイズを低減するが、パイプラインの曲部は、遠心力によって気泡を合体させることにより気泡の大きさを増すことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
混入した第２相（second-phase）物質が問題となるレベルになったことを検出する振動型流量計の必要性が当該分野には存在する。また、当該分野には、混入した第２相物質の存在の下での流れ特性を正確に測定することのできる振動型流量計の必要性が存在する。
混入した第２相物質の種々のレベルで流れ特性を正確に測定することのできる振動型流量計の必要性が当該分野には存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に実施の形態に従って、流動物質の２相流における混入相を補正するための振動型流量計が提供される。振動型流量計は、駆動装置を含む流量計組み立て体を備え、振動型流量計は、流量物質の振動応答を生成するよう構成される。更に、振動型流量計は、流量計組み立て体と結合され且つ振動応答を受け取る流量計電子装置を備える。流量計電子装置は、振動応答を用いて２相流の２相密度測定値を生成し、流量計組み立て体の駆動装置が消費する駆動電力計算値を決定し、２相流の液体成分の液体密度、混入相成分の混入相密度、２相密度測定値及び駆動電力計算値を用いて密度補償係数を計算するよう構成される。
【００１５】
本発明の実施の形態に従って、振動型流量計における流動物質の２相流での混入相を補正する方法が提供される。この方法は、２相流の２相密度測定値を生成するステップと、振動型流量計の駆動装置によって必要とされる駆動電力計算値を決定するステップと、２相流の液体成分の液体密度と混入成分の混入相密度と２相密度測定値と駆動電力計算値とを用いて密度補償係数を計算するステップとを備える。
【００１６】
本発明の実施の形態に従って、振動型流量計の流動物質の２相流における混入相を補正する方法が提供される。この方法は、２相流の２相密度測定値を生成するステップと、振動型流量計の駆動装置によって消費される駆動電力計算値を決定するステップと、２相流の液体成分の液体密度と、混入成分の混入相密度と、２相密度測定値と駆動電力計算値とを用いて密度補償係数を計算するステップと、密度補償係数に２相密度測定値を加算して、補償された２相密度を提供するステップとを含む。この方法は、更に、液体密度、混入相密度、補償された２相密度及び振動型流量計の電力特性を用いて駆動電力予測値を決定するステップを含む。更に、湖の方法は、駆動電力予測値と駆動電力計算値との差に基づいて、振動型流量計の流れ測定の精度を決定するステップを含む。
【００１７】
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、駆動電圧と駆動電流とを乗じて、駆動電力計算値を決定するよう構成される。
【００１８】
振動型流量計の他の態様において、流量計電子装置は、ピックオフ・センサ電圧と駆動電流とを乗じて、前記駆動電力計算値を決定するよう構成される。
振動型流量計の別の態様において、流量計電子装置は、
【００１９】
【数１】
2010526288.tif 000003
【００２０】
を解いて、前記駆動電力計算値を決定するよう構成される。ただし、Ｋは比例定数、Ｉｄは駆動電流測定値、Ｉ０は体積割合ゼロの駆動電流、ＥＰＯはピックオフ電圧、Ｅｔはピックオフ目標電圧である。
【００２１】
振動型流量計の別の態様において、密度補償係数の計算が、式
【００２２】
【数２】
2010526288.tif 000004
【００２３】
を解くことを含む。ただし、ρｌは液体密度、ρｅは混入相密度、ρｕｕｔは２相密度測定値、Ｐｃｏｍｐｕｔｅｄは駆動電力計算値であり、Ｃ１及びＣ２は所定の流量計特有の定数を含む。
【００２４】
振動型流量計の別の態様において、流量計電子装置は、密度補償係数を２相密度測定値に加算して、補償された２相密度を提供するよう更に構成される。
振動型流量計の更に別の態様において、流量計電子装置は、密度補償係数を２相密度測定値に加算して、補償された２相密度を提供し、液体密度と混入相密度と補償された２相密度と振動型流量計の電力特性とを用いて駆動電力予測値を決定し、駆動電力予測値と駆動電力計算値との差に基づいて振動型流量計の流量測定の精度を決定するよう更に構成される。
【００２５】
振動型流量計の別の態様において、流量計電子装置は、式
【００２６】
【数３】
2010526288.tif 000005
【００２７】
を解いて、２相流の補償された体積割合を求めるように更に構成される。ただし、ρｃｏｍｐは補償された２相密度である。
振動型流量計の別の態様において、精度の決定は、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の許容範囲よりも大きく相違するならば警報の指示を生成することを含む。
【００２８】
振動型流量計の別の態様において、精度の決定は、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回わるならば警報の指示を生成して、過剰混入相レベルを示すと共に、振動型流量計の流れ状態を変更する必要性を指示することを更に含む。
【００２９】
振動型流量計の別の態様において、精度の決定は、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回わるならば警報の指示を生成して、過剰な気泡サイズを示すと共に、振動型流量計の流れ状態を変更する必要性を指示することを更に含む。
【００３０】
振動型流量計の別の態様においては、精度の決定は、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回わるならば警報の指示を生成して、過剰固体混入相レベルを示すと共に、振動型流量計の流れ状態を変更する必要性を指示することを更に含む。
【００３１】
振動型流量計の別の態様において、精度の決定は、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回わるならば警報の指示を生成することを更に含む。
振動型流量計の別の態様において、精度の決定は、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の下側閾値よりも大きく下回わるならば、又は、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回わるならば、補償された２相密度を改善することを更に含む。
【００３２】
振動型流量計の別の態様において、記補償された２相密度の改善は、駆動電力計算値と
駆動電力予測値との差に比例する量だけ密度補償係数を低減させることを含む。
振動型流量計の別の態様において、精度の決定は、駆動電力予測値を駆動電力計算値と比較し、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回わるならば警報の指示を生成し、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の下側閾値よりも大きく下回わるならば、駆動電力計算値と駆動電力予測値との間の差に比例する量だけ密度補償係数を低減させることによって、補償された２相密度を改善することを更に含む。
【００３３】
方法の１つの態様において、駆動電力計算値を決定するステップは、駆動電圧に駆動電流を乗じるステップを含む。
方法の別の態様において、駆動電力計算値を決定するステップは、ピックオフ・センサ電圧と駆動電流とを乗じるステップを含む。
【００３４】
方法の更に別の態様において、駆動電力計算値を決定するステップが、式
【００３５】
【数４】
2010526288.tif 000006
【００３６】
を解くステップを含む。ただし、Ｋは比例定数、Ｉｄは駆動電流測定値、Ｉ０は体積割合ゼロの駆動電流、ＥＰＯはピックオフ電圧、Ｅｔはピックオフ目標電圧である。
方法の別の態様において、密度補償係数を計算するステップが、式
【００３７】
【数５】
2010526288.tif 000007
【００３８】
を解くステップを含む。ただし、ρｌは液体密度、ρｕｕｔは２相密度測定値、ρｅは混入相密度、Ｐｃｏｍｐｕｔｅｄは駆動電力計算値であり、Ｃ１及びＣ２は所定の流量計特有の定数を含む。
【００３９】
方法の別の態様において、密度補償係数を２相密度測定値に加算して、補償された２相密度を提供するステップを更に含む。
方法の別の態様において、方法は、
密度補償係数を２相密度測定値に加算して、補償された２相密度を提供するステップと、液体密度、混入相密度、補償された２相密度及び振動型流量計の電力特性を用いて駆動電力予測値を決定するステップと、駆動電力予測値と駆動電力計算値との差に基づいて振動型流量計の流れ測定の精度を決定するステップとを更に備える。
【００４０】
方法の別の態様において、方法は、式
【００４１】
【数６】
2010526288.tif 000008
【００４２】
を解いて、２相流の補償された体積割合を求めるステップを更に備える。ただし、ρｃｏｍｐは前記補償された２相密度である。
方法の別の態様において、精度を決定するステップは、駆動電力計算値が駆動電力予測
値を所定の許容範囲よりも大きく相違するならば警報の指示を生成するステップを更に含む。
【００４３】
方法の別の態様において、精度を決定するステップは、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成して、過剰混入相レベルを指示するとともに、振動型流量計の流れ状態の変更の必要性を指示するステップを更に含む。
【００４４】
方法の別の態様において、精度を決定するステップは、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成して、過剰気泡サイズを指示するとともに、振動型流量計の流れ状態の変更の必要性を指示するステップを更に含む。
【００４５】
方法の別の態様において、精度を決定するステップは、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成して、過剰固体混入相レベルを指示するとともに、振動型流量計の流れ状態の変更の必要性を指示するステップを更に含む。
【００４６】
方法の別の態様において、精度を決定するステップは、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成するステップを更に含む。
【００４７】
方法の別の態様において、精度を決定するステップは、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の下側閾値よりも大きく下回るならば、又は、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば、補償された２相密度を改善するステップを更に含む。
【００４８】
方法の更に別の態様において、補償された２相密度を改善するステップは、駆動電力計算値と駆動電力予測値との差に比例する量だけ密度補償係数を改善するステップを更に含む。
【００４９】
方法の別の態様において、精度を決定するステップは、駆動電力計算値と駆動電力予測値とを比較するステップと、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回るならば警報の指示を生成するステップと、駆動電力計算値が駆動電力予測値を所定の下側閾値よりも大きく下回るならば、駆動電力計算値と駆動電力予測値との差に比例する量だけ密度補償係数を低減することによって、補償された２相密度を改善するステップとを更に含む。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係る、流れ物質の２相流における混入相を補正するための振動型流量計を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る振動型流量計の流量計電子装置を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る振動型流量計において流れ物質の２相流における混入相を補正する方法のフロー図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る振動型流量計において流れ物質の２相流における混入相を補正する方法のフロー図である。
【図５】或る範囲の体積割合について、複数の流体パラメータに対して実験的に決定された、駆動電力と気体体積との関係を示すグラフである。
【図６】駆動電力計算値及び駆動電力予測値と混入相の体積割合との関係を示すグラフである。
【図７】図６と同様の、駆動電力計算値及び駆動電力予測値を示すグラフであるが、駆動電力計算値は駆動電力予測値よりも小さく図示されている点で相違する。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１〜図７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。発明の概念を教示する目的で、従来の構成は単純化され又は省略された。当業者は理解するように、こうした例の変形は発明の範囲内に入る。当業者は理解するように、以下に記述される特徴は、発明の複数の変形を形成するように種々の９方法で組み合わされ得る。その結果、本発明は以下に記述される特定の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲とその均等物によってのみ限定される。
【００５２】
図１は、本発明の実施の形態に係る流れ物質の２相流における混入相を補正するための振動型流量計５を示している。混入相は混入気体を含む。混入相は混入固体を含む。以下の検討の中心は混入気体である。しかし、この検討は混入固体にも適用される。
【００５３】
振動型流量計５は流量計組み立て体１０と流量計電子装置２０とを備える。流量計電子装置２０はリード線１００を介して流量計組み立て体１０と接続され、密度、質量流量、体積流量、総質量流量、温度及び他の情報のうちの１つ又は複数の測定値を通信経路２６を介して提供するよう構成されている。当業者には理解されるように、本発明は、駆動装置、ピックオフ・センサ、流管又は動作振動モードの数に無関係に、任意の形態のコリオリ流量計において使用されることができる。更に、認識されるとおり、振動型流量計５は振動型密度計を構成することができる。
【００５４】
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。
【００５５】
フランジ１０１、１０１′はマニホールド１０２、１０２′に固着され、マニホールド１０２、１０２′はスペーサ１０６の対向端に固着される。スペーサ１０６は、流管１０３Ａ、１０３Ｂに対してパイプラインの力が伝わらないように、マニホールド１０２、１０２′間の間隔を維持する。被測定物質を運んでいるパイプライン（図示せず）に流量計組み立て体１０が挿入されると、流れ物質はフランジ１０１を通って流量計組み立て体１０に入り、マニホールド１０２を通過してから流れ物質の全量の向きを変えて流管１０３Ａ、１０３Ｂに入り、流管１０３Ａ、１０３Ｂを通過してから出口マニホールド１０２′へ戻り、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。
【００５６】
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と慣性モーメントと弾性率とを持つように適宜に選択され、入り口マニホールド１０２及び出口マニホールド１０２′に取り付けられる。流管１０３Ａ、１０３Ｂはマニホールド１０２、１０２′から外側へ向かって本質的に平行に延びている。
【００５７】
流管１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれの曲げ軸Ｗ、Ｗ′に関して逆方向に、振動型流量計５のいわゆる第１逆相曲げモードで駆動装置１０４によって駆動される。駆動装置１０４は多くの公知の装置のうちの１つ、例えば、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とを備える。交流が対向コイルを通過して両方の流管を振動させる。リード線１１０を介して、適宜の駆動信号を流量計電子装置２０によって駆動装置１０４に印加する。
【００５８】
流量計電子装置２０はリード線１１１、１１１′上でセンサ信号を受け取る。流量計電
子装置２０はリード線１１０上に駆動信号を生成して、駆動装置１０４により流管１０３Ａ、１０３Ｂを振動させる。流量計電子装置２０はピックオフ・センサ１０５、１０５′からの左右の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インターフェースできるようにする入力手段及び出力手段を提供する。図１についての記述はコリオリ流量計の動作の例として提供されるにすぎず、本発明の教示を限定するものではない。
【００５９】
流量計組み立て体１０は流れ物質に対する振動応答を生成するように構成されている。流量計電子装置２０は振動応答を受け取って処理し、２相流を含む流れ物質の１つ又は複数の流れ測定値を生成することができる。２相流は、混入空気を含む混入気体又は混入固体を含み得る。振動型流量計５は、混入気体及び混入固体を補正して、混入相に拘わらず信頼性の高く正確な流れ測定値を提供するよう構成される。或る実施の形態においては、流量計電子装置２０は振動応答を受け取って、流量計組み立て体１０における混入相のレベルが所定の閾値レベル（図４及びその説明を参照されたい）を超えたならば警報を生成することができる。警報は過剰混入相レベルを指示することができる。警報は、気泡サイズが所定のサイズ閾値又は気体体積を超えた場合等に過剰な気泡サイズを指示することができる。警報は過剰な粒子サイズ又は固体体積を指示することができる。したがって、警報は、１つ又は複数の流れ測定値が所定の測定許容範囲を超えたことを指示することができる。或る実施の形態においては、結果の流れ測定値の精度が不十分である場合、流量計電子装置２０は補正を改善することができる。
【００６０】
１つ又は複数の流れ測定値を生成する際の１つの共通の問題が、流れ物質に混入空気（又は任意の気体）が存在する場合に生じる。混入空気は種々のサイズの気泡として存在し得る。気泡が相対的に小さい場合には、気泡の流れ測定値に対する影響は無視し得る。しかし、気泡サイズが増すにつれ、流れ測定値の誤差も増大する。
【００６１】
本発明の或る実施の形態に係る流量計電子装置２０は、改善された流れ測定値を生成する。流れ測定値は、流れ物質に混入相が存在する場合に改善される。流れ測定値は、流れ物質に混入固体が存在する場合に改善される。例えば、流量計電子装置２０は流れ物質に対する改善された密度測定値を生成することができる。更に、流量計電子装置２０は流れ物質の混入体積割合及び／又は他の流量測定値を提供することができる。その結果、振動型流量計５は振動型密度計及び／又はコリオリ流量計を構成することができる。他の追加の流れ測定値を生成することができ、これらは発明の詳細な説明及び特許請求の範囲の範囲内にある。
【００６２】
１つの実施の形態において、流管１０３Ａ、１０３Ｂは、図示のとおり、実質的にＵ字型の流管からなる。代わりに、他の実施の形態においては、流管は実質的に直線上の流管から構成され得る。しかし、他の形状も使用可能であり、発明の詳細な説明及び特許請求の範囲の範囲内にある。
【００６３】
１つの実施の形態における流量計電子装置２０は流管１０３Ａ、１０３Ｂを振動させるよう構成される。振動は駆動装置１０４によって行われる。その結果、流量計電子装置２０はピックオフ・センサ１０５、１０５′から振動信号を受け取る。振動信号は流管１０３Ａ、１０３Ｂの振動応答を含む。流量計電子装置２０は振動応答を処理し、１つ又は複数の流れ測定値を決定する。
【００６４】
図２は、本発明の実施の形態に係る振動型流量計５の流量計電子装置２０を示している。この実施の形態における流量計電子装置２０は、リード線１００（及び、オプションとして通信経路２６）と接続され得るインターフェース２０１を備える。また、流量計電子装置２０は処理システム２０３を備える。処理システム２０３は汎用の又は専用のプロセ
ッサや回路等を含む任意の処理システムを備えることができる。処理システム２０３は流量計組み立て体１０から信号を受け取り、ピックオフ・センサ１０５、１０５′からの振動応答のような信号を処理する。また、処理システム２０３は信号（例えば、駆動装置１０４を励振する駆動信号）を生成して該信号を流量計組み立て体１０へ転送する。
【００６５】
また、流量計電子装置２０は、情報を記憶する記憶システム２０４を備える。記憶システム２０４は処理システム２０３と一体でも、別体でもよい。記憶システム２０４は、例えば、振動応答２１１、測定された２相密度２１２、液体密度２１３、駆動電力計算値２１４、密度補償係数２１５、補償済みの２相密度２１６、駆動電力予測値２１７及び混入相密度２１８を記憶することができる。以下に記述する値を含む他の情報を記憶システム２０４に記憶させることができる。
【００６６】
振動応答２１１は流量計組み立て体１０の振動応答を含むことができる。振動応答２１１は、流れ測定値を取得するよう処理されたピックオフ信号を含むことができる。したがって、振動応答２１１は、質量流量と体積流量とのうちの１つ又は複数を含む流れ測定値を含むことができる。これらの流量は振動応答２１１の一部として又は別個の値として記憶され得る。
【００６７】
測定された２相密度２１２は、ピックオフ・センサ１０５、１０５′から取得された密度測定値を含む。測定された２相密度２１２は、従来技術において生成されるように、流量計組み立て体１０における２相流の密度測定値を含む。その結果、２相流における混入空気の量が増すにつれ、測定された２相密度２１２は正確でなくなる。
【００６８】
液体密度２１３は２相流の液体成分の公知の密度を含む。液体密度２１３は、液体成分に基づいて、記憶値又は定数を含むことができる。
混入相密度２１８は２相流の混入第２相成分の公知の密度ρｅを含む。混入相密度２１８は、混入成分に基づいて、記憶値又は定数を含むことができる。
【００６９】
駆動電力計算値２１４は、駆動装置１０４が必要とする電力を含む。駆動装置１０４は、混入空気の量に依存して、必要な電力の全部を受け取っても、受け取らなくてもよい。駆動電力計算値２１４は、処理システム２０３によって記憶された計算値又は測定値を含むことができる。駆動電力計算値２１４は駆動電流と駆動電圧との積（すなわち、駆動装置１０４を流れる電流と駆動装置１０４での電圧との積）を含むことができる。代わりに、駆動装置１０４での電圧が測定されないが分かっている場合、駆動電力計算値２１４は駆動電流と一方のピックオフ・センサにおけるピックオフ電圧との積を含むことができる。しかし、この手法には欠点がある。典型的には駆動電流は無制限ではなく、駆動電流が必要である場合であっても或るレベルを超えて増大することはないからである。したがって、駆動電力計算値２１４は他の値に従って計算されることができる（図３のステップ３０２を参照されたい）。
【００７０】
密度補償係数２１５は、測定された２相密度２１２を、例えば混入空気のような混入相の影響に対して補償する補償係数を含む。しかし、気体は変動し、密度補償係数２１５は任意の気体又は混合気体について補償を行うことができる。密度補償係数２１５は混入空気の存在を補償する。密度補償係数２１５は、変動するレベルの混入空気を補償する。
【００７１】
補償済みの２相密度２１６は、２相流に対する密度値を含む。或る実施の形態においては、補償済みの２相密度２１６は、測定された２相密度２１２と密度補償係数２１５との組み合わせを含む。
【００７２】
駆動電力予測値２１７は、平均的な気泡サイズその他の予測される流体パラメータ（例
えば、平均的な粘度、液体密度等）で補償された２相密度によって吸収されると予測される駆動電力を含む。駆動電力予測値２１７は、補償された２相密度２１６を用いて駆動電力計算値を含む。
【００７３】
１つの実施の形態における動作において、処理システム２０３は振動応答２１１を受け取り、測定された２相密度２１２を振動応答２１１から生成し、少なくとも密度について混入相を補償する（図３及び図４とそれらの説明を参照されたい）。
【００７４】
図３は、本発明の実施の形態に係る振動型流量計において流れ物質の２相流における混入相を補正する方法のフロー図３００である。ステップ３０１において、振動型流量計は２相流の密度を測定して、測定された２相密度を取得する。先に述べたとおり、測定された２相密度は、流れ物質の混入相レベル、流量その他のパラメータに依存して、種々の度合いの誤差を含み得る。
【００７５】
ステップ３０２において、駆動電力計算値が決定される。駆動電力計算値は、流管を振動させるために振動型流量計の駆動装置が必要とする電力である。１つの実施の形態においては、駆動電力計算値は駆動電流と駆動電圧との積によって決定されることができる。代わりに、駆動電力計算値は、駆動電流と一方のピックオフ・センサに存在するピックオフ電圧との積によって決定されることができる。ピックオフ・センサ電圧は駆動電圧に代わって許容される値を含むことができる。これは、駆動電圧は典型的には振動型流量計において測定又は決定されることがないが、ピックオフ・センサ電圧は測定されて既知だからである。
【００７６】
しかし、管路を駆動するのに必要な電力は振動振幅の二乗に比例する。したがって、目標振幅が２倍になると、目標振動振幅に達するのに必要な電力は４倍になる。不幸なことに駆動電流Ｉｄは電源の電流能力を超えられず、駆動装置は、２相流に大きな混入相レベルが存在するときには特に、管路を適切に駆動するために必要なレベルの駆動電流を必ずしも受け取らない。したがって、駆動電力計算値は、駆動装置によって消費されている電力ではなく、流管を完全に振動させるために駆動装置が必要とする電力を含むことができる。したがって、駆動装置は、供給されている電力よりも多くの電力を必要とする。
【００７７】
この実施の形態に従って計算された駆動電力計算値は、利用可能な電力が不十分であっても流管を完全に振動させるのに必要な電力を含む。駆動電力計算値は
【００７８】
【数７】
2010526288.tif 000009
【００７９】
に従って計算される。ただし、Ｋ項は振動型流量計に対する比例定数、Ｉｄ項は測定された駆動電流、Ｉｏ項は体積割合ゼロに対する駆動電流（例えば、校正電流）、ＥＰＯは測定されたピックオフ電圧、Ｅｔ項はピックオフ目標電圧である。式（１）の解は、混入相の存在に起因する駆動電力計算値を決定する。
【００８０】
項Ｉｄ×ＥＰＯは全消費駆動電力に比例する電力項である。厳密に言うと、ピックオフ電圧ＥＰＯの代わりに駆動ＥＭＦ電圧を使って駆動電力を計算すべきである。しかし、駆動ＥＭＦは測定が難しいが、容易に測定されるピックオフ電圧ＥＰＯは駆動ＥＭＦに比例する。したがって、この式ではピックオフ電圧ＥＰＯを採用することができる。駆動電流Ｉｄとピックオフ電圧ＥＰＯとの積は、流管を振動させるのに必要な電力に比例する。ピックオフ電圧ＥＰＯは特定の目標振動振幅に対応する。駆動電流Ｉｄは、その目標電圧で
のピックオフ電圧、したがって目標振幅での振動振幅を保持するように正しく調整される。しかし、液体中を移動する混入気体気泡又は混入固体は、振動する流管に大きな減衰力を印加するので、ピックオフ電圧ＥＰＯがその目標電圧Ｅｔに到達する前に駆動電流限界に達してしまう。これが起こると、ピックオフ電圧ＥＰＯは目標電圧Ｅｔよりも小さく、振動振幅はその目標よりも小さい。
【００８１】
振幅比の項（Ｅｔ／ＥＰＯ）２は、駆動電流がその限界に達したことに起因する振動振幅の低減に対して駆動電力を調節する。換言すると、式（１）で計算された電力は、振動振幅をその目標に維持するのに必要とされる電力であるが、この電力は利用可能ではない。振動振幅がその目標に等しいとき、ＥＰＯ＝Ｅｔであり、電圧比の項は１に等しい。
【００８２】
式（１）の最終項（Ｉｄ×ＥＰＯ）は、第２相（気体又は固体）が存在しない場合に流量計を駆動するのに必要な、空所割合ゼロの電力である。この項は、工場で校正する電力値を含むことができる。純粋な液体は極めて小さな又はゼロの質量流量誤差しか生成しないので、空所割合ゼロの電力を総電力から減算する必要がある。したがって、式（１）は混入相に起因する電力の増加を計算する。この増加は、混入相に起因する誤差にほぼ比例する。体積ゼロ割合の電力は工場での校正期間に決定されることができる。
【００８３】
ステップ３０３において、密度補償係数が計算される。密度補償係数は式
密度補償係数＝｛（ρｌ−ρｕｕｔ）／（ρｌ−ρｅ）｝Ｃ１×Ｃ２（Ｐｃｏｍｐｕｔｅｄ）
（２）
にしたがって計算されることができる。ただし、ρｕｕｔ項は流量計未補正の（すなわち、測定された又は指示された）密度であり、ρｌは既知の液体密度であり、Ｐｃｏｍｐｕｔｅｄ項は式（１）からの駆動電力計算値である。未補正の密度ρｕｕｔは未補正の体積割合｛（ρｌ−ρｕｕｔ）／（ρｌ−ρｅ）｝の関数によって補正される。ただし、ρｅは混入相密度である。
【００８４】
定数Ｃ１及びＣ２は特定の流量計型式に対して決定されることができる。１つの流量計型式について、Ｃ１＝０．６６、Ｃ２＝０．００１５であるように実験的に決定された。しかし、理解されるように、２つの定数は流量計の大きさや型式等に従って変わることができる。
【００８５】
密度補償の式（２）は、駆動電力計算値と指示／測定された体積割合との流量計出力パラメータから導出されることができる。留意されるように、液体密度ρｌと混入成分密度ρｅとは、測定された２相密度から未補正の体積割合を求めるために既知でなければならない。混入成分が低圧力下の気体であれば、その密度はゼロで近似することができ、補償の劣化はほとんど又は全くないことに留意されたい。また、それぞれの流量計形式は独自の補償式を必要とすることができることにも留意されたい。
【００８６】
ステップ３０４において、密度補償係数は、補償された２相密度ρｃｏｍｐを取得するために、ステップ３０１の測定された２相密度と組み合わされる。補償された２相密度は、２相密度測定値よりも正確に２相流の密度を表す。補償された２相密度は、流れ特性測定に対する混入空気の影響を最小にする。補償された２相密度は、流れ特性測定に対する大きな気泡の影響を最小にする。
【００８７】
図４は、本発明の実施の形態に係る振動型流量計において流れ物質の２相流における混入相を補正する方法のフロー図４００である。ステップ４０１において、前記のように、振動型流量計は２相流の密度を測定して、２相密度測定値を取得する。ステップ４０２において、前記のように、駆動電力計算値が決定される。ステップ４０３において、前記の
ように、密度補償係数が計算される。ステップ４０４において、前記のように、密度補償係数はステップ４０１の２相密度測定値と組み合わされて、補償された２相密度が取得される。
【００８８】
ステップ４０５において、駆動電力予測値が決定される。駆動電力予測値は補償された２相密度を用いて駆動電力予測値を生成する。駆動電力予測値Ｙは、補償された２相密度を用いて且つ式
【００８９】
【数８】
2010526288.tif 000010
【００９０】
にしたがって生成されることができる。ただし、ｘは補償済みの気体体積割合｛（ρｌ−ρｃｏｍｐ）／（ρｌ−ρｅ）｝であり、ρｃｏｍｐは補償された密度であり、ρｅは混入相密度である。
【００９１】
図５は、複数の流体パラメータに関して体積割合の範囲において実験的に決定された、体積割合に対する駆動電力を示すグラフである。このグラフは上記の式（３）を反映している。グラフ及び式は、既に実施された補償に基づく駆動電力予測値を導出するのに用いられることができる。グラフにおける下側の線は、幾つかのサイズの小さな気泡についての実際の駆動電力計算値のプロットであり、上側の線は、幾つかのサイズの同じ気体空所割合についての実際の駆動電力計算値のプロットである。このグラフから分かるように、特定の流量計モデルに対して、特性電力曲線を実験的に決定することができる。以前の密度補償プロセスから生成された気体体積割合値を用いて、特性曲線は駆動電力予測値を導出するのに用いることができる。
【００９２】
駆動電力予測値（グラフにおけるＹ軸の項）は、補償された体積割合（ＶＦｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ）値（グラフにおけるＸ軸の項）を挿入することによって式（３）から取得される。補償された体積割合は、液相に対する気相又は固相の体積割合からなる。補償された体積割合（ＶＦｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ）は｛（ρｌ−ρｃｏｍｐ）／（ρｌ−ρｅ）｝として表されるので、式（３）は、補償された体積割合の形の密度補償係数を用いて駆動電力予測値Ｙを提供する。更に、駆動電力予測値は振動型流量計の電力特性（即ち、Ｃ３〜Ｃ６）を用いて導出される。電力特性は流量計電子装置に記憶され、又は外部に提供されることができる。電力特性はそれぞれの振動型流量計モデルに対して独立に導出される必要がある。
【００９３】
再び図４を参照すると、ステップ４０６において、駆動電力予測値は駆動電力計算値と比較される。これを行うのは、流量測定の精度を決定するためである。駆動電力計算値が駆動電力予測値の所定の許容範囲内にあるならば、流量測定は許容できるほどに正確であると決定される。許容範囲内になければ、警報の指示が生成される。
【００９４】
大きな混入気泡と低流量との状態はデカップリング誤差をこうむるが、デカップリングの誤差以外の誤差にも影響される。この状態は流れ非対称と呼ばれ、重力に対する気泡の応答の結果である。流体に対する気泡立ち上がり速度が流体速度に対して補償されるならば、気体は、下方へ流れる流管領域において減速されて累積し、任意の上方へ流れる流管領域では速く動く。気体分布の非対称は流量計における非代表的気体体積割合を生じ、また、下方へ流れる流管領域での過剰減衰を生じる。その結果、こうした状態の下でのデカップリングの補償は流量及び密度の誤差を除去するものとは期待できず、こうした状態は出力警報又は更なる補償のために識別されなければならない。
【００９５】
極めて小さい気泡と大きな流量との状態に対しては、流れ非対称誤差は小さくなる。これは、小さな気泡は流体によって運ばれ易い（抗力／浮力比が大きい）からである。理想的には、この気泡タイプは、別途補償されるように識別されることができる。
【００９６】
スラリに対しても、同様の流れ非対称状態が存在する。大きな粒子及び低流量は、粒子が流量計において小さなスポットに固まる結果を生じる。これにより、流量計における非代表的空所割合と、過剰な減衰と、補償し得ない流量及び密度の誤差とを生じる。また、この非対称状態は識別されることが必要であり、警報が出力される必要がある。
【００９７】
ステップ４０７において、駆動電力計算値が駆動電力予測値の所定の許容範囲内にあれば、補償された密度測定値は正確であるとみなされ、更なる補償は行われない。そうでない場合には、流量測定は許容できないほどに不正確になっている。したがって、方法はステップ４０８へ進む。
【００９８】
ステップ４０８において、駆動電力計算値が、駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく超えているならば、方法はステップ４０９へ分岐する。駆動電力計算値の方が駆動電力予測値を所定の下側閾値よりも大きく下回るならば、方法はステップ４１０へ分岐する。
【００９９】
図６は、混入相の体積割合に対する、駆動電力計算値及び駆動電力予測値を表すグラフである。図６において、駆動電力計算値は駆動電力予測値よりも大きいものとして示されている。駆動電力予測値は、公称の混入気泡サイズ、流体粘度及び他のパラメータ（例えば、流量）に対して必要とされる電力である。密度補償係数も公称混合流体パラメータに対して同様に決定される。こうして、駆動電力計算値が駆動電力予測値とは相違する場合には、補償された密度は２相混合物の真の密度とは異なる。例えば、大きな気泡と低粘度との状態は駆動電力予測値よりも多くの電力を消費し、密度補償係数が補正するよりも多くの誤差を生成する。振動エネルギを消費する同じ機構即ち流体デカップリングは密度誤差を生成するので、電力と密度誤差との相関が存在する。こうして、予測電力と計算された電力との間の相違は、補償の精度の点検手段として働く。この例において、駆動電力計算値は、駆動電力予測値を所定の上側閾値（点線）よりも大きく上回っている。したがって、補償された密度測定値は、許容できないほど不正確であると考えられる。これが生じると、警報がトリガーされるので、流れをかき回したり、流量又は圧力を増したりすることによって流れ状態を変更する必要があることを知らせる。また、大きなデカップリング状態に対しては、密度補償係数の式が上側閾値まで変更され得る。
【０１００】
図７は、図６と同様の、駆動電力計算値と駆動電力予測値とのグラフであるが、駆動電力計算値は駆動電力予測値よりも小さいものとして図示されている。この状態は、流体デカップリングの量が、予測電力を決定するのに用いられる公称状態におけるよりも小さいときに生じる。この例においては、駆動電力計算値は、駆動電力予測値を所定の下側閾値（点線）よりも大きく下回るので、補償された２相密度はまだ十分に正確ではない。したがって、補償係数の式は、小さな量のデカップリングを反映するよう改善されることができる。修正された補償係数は、一層正確な補償された２相密度を生成するとともに、駆動電力計算値に駆動電力予測値を一層緊密に追跡させる。
【０１０１】
図４を参照すると、ステップ４０９において、駆動電力計算値が、駆動電力予測値を所定の上側閾値よりも大きく上回っているならば、警報の指示が生成される。この警報の指示は、有害な流れ状態が生じていることをオペレータに警告するために生成されることができる。警報の指示は、混入気体の場合における過剰な固体サイズ、過剰な固体粒子サイズ、過剰な気泡サイズ等の過剰混入レベルを警告するために生成されることができる。更に、警報の指示は、流れ状態の変更を促すために生成されることができる。例えば、警報
の指示は流量、流体圧力及び他の流れ状態の変更を促すことができる。警報の指示は記憶されても、実施の形態によっては、流れ状態を変更することのできるオペレータや技術者へ転送されてもよい。
【０１０２】
ステップ４１０において、駆動電力計算値の方が駆動電力予測値よりも小さいならば、流れ測定の精度と信頼性を向上されるよう、補償された２相密度が改善される。実施の形態によっては、補償された２相密度は、密度補償係数を低減することによって改善される。或る実施の形態においては、密度補償係数は、駆動電力計算値と駆動電力予測値とのグラフの間の差に比例する量だけ低減される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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