(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時に逆相で振動させられる流管とバランス・バーとを有し、振動する前記流管を通る物質の流れに応答して該流管のコリオリ偏差を生成するコリオリ流量計の出力データに対する補償を提供する方法であって、
前記流管のコリオリ偏差を表わす第１の信号を生成するステップと、
前記流管に結合されたセンサを動作させて、前記センサから前記流管の温度を表す第２の信号を生成するステップと、
前記流管に熱応力を加える複数の追加の流量計要素に結合された追加のセンサを用いて、前記流量計の前記複数の流量計要素の合成温度を表す第３の信号を生成するステップと、
前記第２の信号と前記第３の信号とを用いて、前記複数の追加の流量計要素によって前記流管に加えられる熱応力に関する情報を生成するステップと、
前記熱応力に関する情報を用いて、前記流量計を流れる前記物質に関する前記出力データを補償するステップと、
を備え、
前記第３の信号を生成する前記ステップが、
前記複数の追加の流量計要素によって前記流管に加えられる全熱応力に対するそれぞれの関連する流量計要素によって加えられる熱応力に比例して、前記追加のセンサの出力が前記第３の信号の大きさに貢献するように、前記追加のセンサの出力を接続して回路網を形成するステップと、
前記追加のセンサの出力の前記回路網による受け取りに応答して、前記複数の追加の流量計要素の合成温度を表わす前記回路網の出力から前記第３の信号を取得するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
補償する前記ステップが、前記物質の質量流量に関する補正された出力データを生成するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
補償する前記ステップが、前記物質の密度に関する補正された出力データを導出するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記コリオリ流量計のメモリに格納された情報から、前記コリオリ流量計の設定された流量計パラメータを決定するステップと、
線形密度式に対する校正パラメータを導出するため、異なる密度の２つの異なる物質を用いる２点線形校正を用いて、流動する前記物質の密度について前記コリオリ流量計を校正するステップと、
前記コリオリ流量計の前記流管へ結合されたピックオフ・センサから受け取られる信号から、前記流管の振動周期を決定するステップと、
前記コリオリ流量計の動作パラメータを計測するステップと、
前記振動周期と前記動作パラメータと前記設定された流量計パラメータとを用いて、前記流管の補償された振動周期を決定するステップと、
前記補償された振動周期と前記設定された流量計パラメータと前記校正パラメータとを用いて、非線形成分を決定するステップと、
前記コリオリ流量計の校正における偏差を含む単一流管密度式を生じるよう、前記線形密度式を前記非線形成分と組み合わせることによって、前記コリオリ流量計に対する非線形密度式を取得するステップと、
前記単一流管密度式と前記補償された振動周期とを用いて、前記物質の密度を決定するステップと、
を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
動作パラメータを計測する前記ステップが、前記コリオリ流量計が未知の密度の前記物質を保有する期間に、流量ゼロでの時間遅延と、流れのある時の時間遅延と、前記流管の温度と、前記流量計の前記合成温度とを計測するステップを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
使用時に駆動面内において逆相で振動させられる流管（１０１）とバランス・バー（１０２）とを有し、振動する前記流管を通る物質の流れに応答して該振動する流管のコリオリ偏差を生成するコリオリ流量計からの出力データに対する熱応力補償を行う装置であって、
前記振動する流管のコリオリ偏差を表わす第１の信号を生成する装置（ＲＰＯ、ＬＰＯ）と、
前記流管の温度を表わす第２の信号を生成する装置と、
前記流管に熱応力を加える複数の追加の流量計要素（１０２、１０３）に結合された追加のセンサ（Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）を備え、前記追加のセンサを用いて、前記複数の追加の流量計要素の合成温度を表わす第３の信号を生成する装置と、
前記第２の信号と前記第３の信号とを受け取って、前記複数の追加の流量計要素によって前記流管に加えられる熱応力に関する情報を生成する流量計電子装置（１３０）であって、前記熱応力に関する情報を用いて前記物質に関する前記流量計の出力データを補償する流量計電子装置と、
を備え、
前記第２の信号を生成する前記装置が、
前記流管へ結合された第１のセンサ（Ｓ１）と、
前記流管の温度を示す信号を前記第１のセンサから前記流量計電子装置へ送る回路（１３３、１３４）と、
を含み、
前記第３の信号を生成する前記装置が、前記複数の追加の流量計要素の合成温度を示す信号を前記追加のセンサから前記流量計電子装置へ送る回路網（１３２、１３４）を備え、
前記回路網が、前記複数の追加の流量計要素によって前記流管に加えられる全熱応力に対するそれぞれの関連する前記複数の追加の流量計要素によって加えられる熱応力に比例して、それぞれの前記追加のセンサの出力が前記第３の信号の大きさに貢献するように構成され、
前記流量計電子装置が、前記流管の温度と前記合成温度との間の差を決定して、前記複数の追加の流量計要素により前記流管へ加えられる熱応力を決定する装置。
【請求項７】
前記複数の追加の流量計要素がバランス・バーと筺体（１０３）とを含み、
前記追加のセンサのうちの１つのセンサ（Ｓ４）が前記筺体へ結合され、前記追加のセンサのうちの他の少なくとも１つのセンサが前記バランス・バーへ結合される、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記追加のセンサを直列に接続して前記回路網を形成する回路（１３５、１３６）を更に備える、請求項７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、直管（straight tube）型のコリオリ流量計における質量流量及び密度の補償並びに密度の決定を行う方法及び装置に関する。
【０００２】
課題
全てのコリオリ流量計は、振動流管のコリオリ力が生じる変位により生成される信号を補正するため補償を必要とする。これらの信号は、空間的に隔てられた流管のピックオフ装置間の位相差を表わし、流量計における物質の流れを表わす。曲管（curved tube）型及び直管型の流量計は、流管の弾性率の温度による変化の補償を必要とする。流管温度が上昇すると、弾性率が低減して流量計は感度が高くなる。弾性率の変化の補償は、流管に温度センサを、かつ流量計電子装置に適切な補償アルゴリズムを用いることによって容易に達成される。
【０００３】
直管型の流量計は、流量計の色々な構成要素の熱膨張或いは熱収縮の量が等しくないことにより、流管が引張り状態或いは圧縮状態に置かれる得るという更なる課題を有する。流管に対する引張りはコリオリ力に対する感度を減少させ、圧縮はその感度を増加させる。典型的には、熱応力の補償は、２つの温度センサを（一つは流管に、もう一つは筺体又はバランス・バーに）用いて試みられてきた。２つの温度センサの使用における問題は、流管の熱応力に対して影響を生じ得る少なくとも３つの主成分が存在することである。第２のセンサが筺体上にあるならば、バランス・バーの温度の影響は考慮されない。同様に、第２のセンサがバランス・バー上にあるならば、筺体温度は考慮されない。
【０００４】
３つの独立した温度センサの使用は、２つの温度センサに勝る改善となるが、３つの独立したセンサはセンサから流量計電子装置への３対の配線を必要とする。余分な配線は、流量計電子装置がセンサから遠ければ、高価になり得る。更にまた、筺体温度は流れ感度に対してバランス・バー温度と同じ効果を持ってはいないので、適切な重みづけ係数を種々の温度に対し印加するのに補償アルゴリズムが必要となる。
【０００５】
Ｆｌｅｃｋｅｎ等の米国特許第４，７６８，３８４号は、流管温度と筺体温度とを測定するセンサの使用により熱応力補償を行う直管型コリオリ流量計を開示している。補正回路がピックオフ装置信号を受け取り、測定結果に対し応力及び温度の影響を除去する補正出力信号を生成する。Ｆｌｅｃｋｅｎ等の流量計は、流管の弾性率の変化に対する補償を行うように良好に動作する。その理由は、このような補償が流管温度の決定と、温度、弾性率及び流量計感度間の既知の関係に基く適切な補正以上の何ものも必要としないことである。
【０００６】
Ｆｌｅｃｋｅｎの流量計はまた、流管と筺体間の温度差を決定することができ、かつ応力の補正を行うことができる。しかし、バランス・バーの温度について、Ｆｌｅｃｋｅｎによって仮定がなされなければならない。熱的安定状態においては、流動物質の温度と周囲温度とは長期間にわたって一定であると仮定される。このような条件下では、バランス・バーと流管は、流動物質の温度と実質的に同じ温度となる。熱的遷移条件においては、流動物質は、流れ始めるときのように、温度の急激な変化を有する。このような条件下では、最初に、バランス・バーと筺体とは環境と同じ温度を持つことが多い。流管は、流動物質と同じ温度を有する。一般に、流量計は、熱的な遷移状態と安定状態の両条件を経験する。バランス・バーの温度は、周囲温度から始まり、流動物質の温度へと徐々に変化する。
【０００７】
Ｆｌｅｃｋｅｎの流量計の補償アルゴリズムは、バランス・バーの２つの温度センサが流管と筺体とにあるので、バランス・バー温度に関する仮定を置かねばならず、したがって、バランス・バーの温度の安定状態と遷移状態の条件を弁別することができない。これは、２つの条件が流管において異なる応力と流量計の異なる感度とを生じるので問題である。バランス・バーが最初は筺体温度であるという遷移条件では、筺体とバランス・バーが流管に対し作用力を加える。バランス・バー温度が流管温度に略々等しいという安定状態の条件においては、バランス・バーは流管が筺体により加えられる作用力に抵抗することを助ける。従って、流管は、熱的安定状態の条件におけるよりも熱的遷移条件において、高い応力を経験する。Ｆｌｅｃｋｅｎの補償が最も良く働くのは、バランス・バー温度が流管温度と筺体温度との間にあると仮定する場合であり、遷移状態或いは安定状態の極限では不正確となる。
【０００８】
コリオリ流量計における熱的応力補償を行う別の従来技術の手法は、Ｈｕｓｓａｉｎ等の米国特許第５，４７６，０１３号に見出される。この手法は、同じ熱膨張係数を持つ部品を用いることにより熱応力の補償を行う。これは、要素の全てが同じ温度にあるときに熱応力を除去するが、異なる要素が異なる温度を持つ一般的な状態には対応しない。Ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐｏｌの米国特許第５，３８１，６９７号は、流管の温度を計測するため２つの温度センサを用いる第１の実施の形態において、熱応力の補償が行われるコリオリ流量計を開示している。第２の実施の形態は、流管上の長さ変化センサと共に流管上の温度センサを用いる。これは、理論的には、正確な熱応力補償を行い得る。しかし、これは、流管における長さの変化を計測する手段が温度センサほど簡単或いは信頼し得るものでない点で問題である。
【０００９】
流量の計測に加えて、直管型の流量計の密度の計測もまた熱応力により損なわれる。コリオリ流量計は、流動物質の正確な密度計測を提供することで知られる。密度は、流管が振動される共振周波数から決定される。曲管型の流量計においては、共振周波数は、温度による流管の弾性率の変化について補正されねばならない。また、米国特許第５，２９５，０８４号に示されるように、質量流量に伴う共振周波数の僅かな減少についても補正が行われねばならない。直管型の流量計は、流管の熱応力の補償を更に必要とする。流管の共振周波数は、ギターの弦のように、張力を受けるとき上昇し、圧縮されると低下する。これらの周波数変化が補償されなければ、緊張状態の流管は密度に対し低い読みを誤って生じ、圧縮状態の流管は高い密度の読みを誤って生じることになる。このように、流管における熱応力の決定における従来技術の流量計の短所のため、密度の計測が不正確となる。
【００１０】
単管の直管型流量計は、２連管（dual tube）型の流量計にはない、密度の計測における別の問題を呈する。２連管型の流量計においては物質の密度が変化すると、各流管における流体の質量は同じ量だけ変化し、その結果、振動する質量は、物質が充填された流管以外の質量を含むことなく均衡状態を維持する。物質の密度が単管の直管型流量計において変化すると、流管の質量は変化するが、バランス・バーの質量は変化しないままである。このような質量の不均衡の結果として、振動ノードの場所が変化する。振動ノードは、どの部材とも振動しない、流管とバランス・バーとの間の静止した領域（ブレース・バー）である。振動ノードは、物質の密度が減少するとバランス・バーの方へ移動し、物質の密度が増加すると流管の方へ移動する。物質の密度が増加すると、流管と共に振動していたノード領域付近の流管要素は、バランス・バーと共に振動することになる。ノード領域の流管の方への移動は、質量を重い部材から軽い部材へ移転させる。これは流量計のバランスを維持するには有効な方法であるが、密度の計測においては問題を生じる。
【００１１】
２連管型の流量計においては、密度の校正は、空気及び水による振動の管振動周期（周波数の逆数）を計測することによって行われる。管振動周期の２乗は物質の密度に比例する。このため、管振動周期の２乗と密度との関係を示すグラフは直線状を呈する。この線は、物質の密度を決定するため、（温度及び熱応力に対して補正された）他の計測された管振動周期を内挿又は外挿するために用いることができる。無論、直線及び内挿は全て、流量計電子装置において数学的に行われる。
【００１２】
単管型の流量計の場合は、管振動周期の２乗と物質の密度との関係のグラフは、ノード領域のずれによる質量移転のゆえに直線ではない。物質の密度が増加すると、ノードのずれは、増加した質量の一部をバランス・バーへ移動させ、その結果、管振動周期は２連管の型流量計の場合ほどには増加しない。同様に、物質の密度が減少すると、ノードのずれは質量の一部をバランス・バーから流管へ移動させ、その結果、管振動周期は２連管型流量計の場合ほど減少しない。このような質量移転の結果、校正のため空気及び水の密度により決定される直線を用いる方法は、流量計の密度出力に誤差をもたらすことになる。０．８〜１．２ｇｍ／ｃｃの密度を有する物質を用いる３点密度校正は、密度の内挿を行うべき正確な曲線を生じるが、３つの異なる密度の物質を用いる経費及び困難はかなりのものとなる。
【００１３】
従って、直管型の流量計における補償配置は、流量計の全ての主要要素に関する正確な熱情報に基かないならば、正確な流量及び密度の情報を提供し得ないことが判る。また、この補償装置は、密度と管振動周期の２乗の非線形性を考慮に入れなければ、正確な密度の情報を提供することができない。
【００１４】
解決法
上記の問題は、直管型のコリオリ流量計に対する熱応力の補償を行う本発明の方法及び装置によって解決され、当技術における進歩が達成される。本発明はこれらの問題を、従来技術の流量計におけるように流管上に単一の温度センサを用い、流量計の他の部分に温度センサの回路網を用いることによって克服する。流管センサは２つの機能を供する。１つの機能は、温度による流管の剛性（弾性率）の変化を補償するために用いられる温度を提供することである。他の機能は、流れ感度及び密度に対する熱応力の影響を補償するよう熱応力の計算のための基準温度を提供することである。
【００１５】
本発明の熱応力補償は、流量計の流管へ固定された速度センサ（ピックオフ）と関連して機能する。流管は、物質の流れの条件において流管の共振周波数で振動させられる。これは、ピックオフにより検出されるコリオリ偏差を流管に生じる。２つのピックオフ装置の信号出力間の位相差は、物質の質量流量に比例する。共振周波数は、物質の密度の平方根に反比例する。ピックオフ位相遅延及び共振周波数は、受け取った信号を処理して質量流量及び密度の情報を生じる流量計電子回路へ印加される。しかし、熱的状態、物質の密度及び流量計の流量についての補正を提供するよう、流量計電子装置が流量計の比例定数を流量と密度に関して補償することが必要である。
【００１６】
本発明の方法及び装置は、コリオリ流量計の色々な部分間の温度差により生じる諸問題を最小化する。本発明は、流量計の振動システムの弾性率の変化に対する熱補償を提供する。本発明は更に、流量計の要素間の温度差に対する熱応力補償を提供する。これらの要素は、主として、流管と、バランス・バーと、筺体とを含む。
【００１７】
本発明の方法及び装置は、流管、バランス・バー及び流量計の筺体間の定常状態及び遷移状態での温度差を検出するため、流量計の色々な部分に複数のセンサを設けることにより、出力データの熱応力補償を達成する。本発明は、少なくとも１つの温度センサを流管上に設け、少なくとも１つのセンサを筺体上に設け、複数のセンサをバランス・バー上に設ける。本発明の別の実施の形態においては、他のセンサを、筺体接続リンク及び／又は流量計の筺体端部要素を含む他の流量計部分に設けることもできる。
【００１８】
本発明によれば、流管上の温度センサは、流管の温度情報を提供するよう、１対の配線により流量計電子装置へ接続される。バランス・バー上及び筺体上のセンサを含む他のセンサは、回路網で接続される。この回路網は、１対の配線により流量計電子装置へも接続される。流管上の温度センサ及び回路網におけるセンサは、温度と共に抵抗値を増す抵抗であるＲＴＤであり得る。流量計電子装置は、流管のＲＴＤへ接続される２つの配線の一方を介して電圧を印加する。他の配線は、帰路又は接地線として働く。同様に、ＲＴＤ回路網には流量計電子装置からその２つの配線の一方を介して電圧が供給され、他の配線はＲＴＤ回路網の帰路又は接地線である。流管温度センサの接地線と、センサ回路網の接地線とは、温度情報を流量計電子装置へ送るため３つの配線のみで済むように、流量計において組合わせることができる。流管のセンサの抵抗値とセンサ回路網の抵抗値とは、オームの法則を用いて、各回路における電流から電子装置において決定される。
【００１９】
本発明の一つの実施の形態においては、１つのセンサが従来技術におけるように流管上に取付けられる。更に、センサが筺体の壁面にも取付けられ、別のセンサがバランス・バーの端部にあり、更に別のセンサがバランス・バーの中間にある。（流管上のセンサを除く）これらの３つのセンサは、流量計電子装置へ接続される２線出力を有する回路網を形成するように直列に接続される。この回路網をなす３つのセンサは、流量計電子装置に対し、流管に応力を生じ得る流量計内の温度条件を表わす情報を提供する。これらセンサは、直列に接続されるので、回路網におけるセンサ温度の和を提供する。センサの直列回路網は、センサが接続又は結合される要素の特定の温度を表わす情報を流量計電子装置へ提供することはない。その代わり、センサの回路網は、流量と密度の出力情報を補償するため流量計電子装置により用いられる合成熱情報を表わす。３つのセンサが直列に接続されるので、回路網の出力信号は、バランス・バー、筺体或いは特定の流量計要素の個々の温度を表わすことはない。
【００２０】
温度センサの回路網の目的は、流量計の流れ感度における変化を正確に予測するように、流管温度信号と関連して用いることができる１つの温度信号を出力することである。回路網における温度センサの場所及び数は重要である。流量計における熱応力に対し大きな影響を及ぼすバランス・バーのような流量計の要素は、幾つかのセンサを有する。フランジのような要素は、流管における熱応力に全く影響を及ぼさないので、温度センサを持たない。筺体の温度は、流管の応力に中程度の影響を及ぼし、中間数のセンサを有する。
【００２１】
流量計の要素の流管応力に対する影響は、どれだけの作用力を流管に加え得るかに比例する。バランス・バーからの力は、堅固なブレース・バーにより流管の活動部分へ直接加えられる。筺体からの力は流管の不活動部分へ加えられ、流管とバランス・バーとの活動部分により分割されて抵抗される。これにより、筺体が及ぼす力は、バランス・バーが及ぼす力より小さな影響を及ぼす。センサの回路網が熱応力を表わす温度信号を出力するためには、筺体よりもバランス・バーの方を重要視することが必要である。例えば、バランス・バーの温度が筺体の温度より２倍の影響を有するならば、２つのセンサをバランス・バーに付設することができ、１つのセンサを筺体に付設することができる。これらのセンサ（ＲＴＤ）を直列に配線すると、合計温度（抵抗値）を生じる。この合計値を３で割ると、筺体の２倍の重要性をバランス・バー温度に与える加重平均温度を生じる。流量計電子装置において、流管応力補償のため、加重された平均回路網温度が流管温度から差引かれる。
【００２２】
上記の事例において、筺体とバランス・バーは流管応力に対する影響に従って加重されるので、これらが等しい温度にあるか、異なる温度にあるかということは問題にならない。例えば、流管、バランス・バー及び筺体が全て７０°であろうと、流管が７０°、バランス・バーが７５°、筺体が６０°であろうと、流れ感度（応力）は同じである。その理由は、加重平均値（７５＋７５＋６０）／３が７０に等しいためである。物理的な意味は、６０°の筺体の収縮が７５°のバランス・バーの膨張により相殺され、その結果、流管が軸方向に負荷を経験しないということである。
【００２３】
直列の複数のＲＴＤを用いることの別の利点は、正確な補償のために、膨張と及ぼされた力との合計を決定するため、構成要素の平均温度が用いられねばならないことである。１つの場所が平均温度を与えることはない。バランス・バーの端部付近のＲＴＤは流体温度の変化後に温度の変化を迅速に記録するが、バランス・バーの中心の温度は数時間も端部の温度より遅れる。バランス・バー上に２つのＲＴＤのうちの１つを中心に、１つを端部付近に直列に設けると、バランス・バーの平均温度、従って膨張の更に正確な表示を生じる。バランス・バー上の４つのＲＴＤ及び筺体上の２つのＲＴＤは、２対１の加重を維持しながら更に正確な表示を生じることになる。或いは、筺体温度に対するバランス・バー温度の相対的な重要性が他の比であるとすれば、適正な数のＲＴＤを各部材に配置することができる。
【００２４】
温度センサの回路網の更に別の利点は、回路網全体と流管センサとは、筺体を通過して送信器に至る（共通接地線を用いて）３つの配線しか必要ないことである。このことは、配線コストのゆえに重要である。本発明は、処理のため電子装置へ個々の全ての温度を伝送するのではなく、ＲＴＤ回路網において適正な加重及び平均化を行う。
【００２５】
本発明は、流管温度と直列センサの合成温度とピックオフ間の時間遅延と流管の共振周波数とを、改善された物質の流量及び密度の式に適用する。これらの式は、流量及び密度を従来の流量計より改善された精度で計算する。
【００２６】
本発明の特質は、以下のとおりである。
使用時に逆相で振動させられる流管とバランス・バーとを有するコリオリ流量計の出力データの補償を提供し、前記流量計が、前記振動流管内の物質の流れに応答して、前記振動流管のコリオリ偏差を生じる方法及び装置であって、
前記振動流管のコリオリ偏差を表わす第１の信号を生成し、
前記流管の温度を表わす第２の信号を生成し、
前記流管を除く前記流量計の複数の要素の熱的状態を表わす第３の信号を生成し、
前記第２の信号と前記第３の信号とを用いて、前記流管及び複数の前記流量計要素の熱的状態に関する情報を生成し、
前記熱的状態に関する前記情報を用いて、前記流量計を流れる前記物質に関する前記出力データを補償する
ステップを含む方法及び装置。
【００２７】
前記第２の信号を生成するステップが、前記流管へ結合されたセンサから前記流管の温度を表わす信号を取得するステップを含み、
複数の前記要素の前記熱的状態を表わす前記第３の信号を生成する前記ステップが、
追加のセンサを複数の前記流量計要素へ結合し、
前記追加のセンサの出力を接続して回路網を形成し、
前記複数の要素の合成温度を表わす前記第３の信号を前記回路網の出力から取得する
ステップを含む方法及び装置。
【００２８】
前記複数の要素が、前記バランス・バーと前記筺体とを含み、
前記追加のセンサを結合する前記ステップが、
第１のセンサを前記筺体へ結合し、
少なくとも１つのセンサを前記バランス・バーへ結合し、
前記第１のセンサと少なくとも１つの前記追加のセンサの出力を結合して前記回路網を形成する
ステップを含む方法及び装置。
【００２９】
前記追加のセンサの出力を接続する前記ステップが、前記追加のセンサの出力を直列に接続して前記回路網を形成する方法及び装置。
少なくとも２つの導線により前記回路網を流量計電子装置へ延長するステップを含む方法及び装置。
【００３０】
補償する前記ステップが、前記物質の質量流量に関する補正された出力データを生成するステップを含む方法及び装置。
補正された出力データを生成する前記ステップが、
未補償の質量流量を決定し、
弾性率補償を生じ、
熱応力補償を生じ、
前記未補償の質量流量と前記弾性率補償と前記熱応力補償とを用いて、補正された質量流量を得る
ステップを含む方法及び装置。
【００３１】
前記未補償の流量を生成する前記ステップが、式ＦＣＦ・（Δｔmeas−Δｔ0）を解くステップを含むことを特徴とする方法及び装置。但し、
ＦＣＦは、流量の校正係数
Δｔmeasは、ピックオフ信号の時間遅延
Δｔ0は、物質流量ゼロでの時間遅延
である。
【００３２】
前記弾性率補償を得る前記ステップが、式（ｋftl・Ｔf）を解くステップを含むことを特徴とする方法及び装置。但し、
ｋftlは、温度による流管の弾性率の変化に基く流量計定数
Ｔfは、流管温度
である。
【００３３】
前記熱応力補償を得る前記ステップが、式（ｋft2（Ｔf−Ｔcom））を解くステップを含むことを特徴とする方法及び装置。但し、
ｋft2は、温度による熱応力の変化に基く流量計定数
Ｔfは、流管温度
Ｔcomは、回路網センサの温度
である。
【００３４】
密度補償を得る前記ステップが、式ｋft3・（τct−ｋ2）を解くステップを含むことを特徴とする方法及び装置。但し、
ｋft3は、流量に対する密度の効果に対する流量計定数
τctは、温度補償された管振動周期
ｋ2は、流量計の密度校正期間に決定される管振動周期定数
である。
【００３５】
補正された出力データを生成する前記ステップが、式
【００３６】
【数３０】
0004495380.tif 000002
を解くことにより補正質量流量を得るステップを含むことを特徴とする方法及び装置。但し、
【００３７】
【外１１】
0004495380.tif 000003
は、質量流量
ＦＣＦは、流量校正係数
Δｔmeasは、ピックオフ信号の時間遅延
Δｔ0は、物質流量ゼロ時の時間遅延
ｋftlは、温度による流管の弾性率の変化に基く流量計定数
ｋft2は、温度による熱応力の変化に基く流量計定数
ｋft3は、流量に対する密度の効果に対する定数
ｋ2は、流量計の密度校正期間に決定される管振動周期定数
Ｔfは、流管温度
Ｔcomは、回路網センサの温度
τctは、温度補償された管振動周期
である。
【００３８】
補正された出力データを生成する前記ステップが、式
【００３９】
【数３１】
0004495380.tif 000004
を解くことにより補正質量流量を得るステップを含むことを特徴とする方法及び装置。但し、
【００４０】
【外１２】
0004495380.tif 000005
は、質量流量
【００４１】
【数３２】
0004495380.tif 000006
ＭＯＤcomp＝ｋft1・Ｔf
ＳＴＲＥＳＳcomp＝ｋft2・（Ｔf−Ｔcom）
ＤＥＮＳＩＴＹcomp＝ｋft3・（τCT−ｋ2）
である。
【００４２】
前記補償するステップが、前記物質の密度に関する補正出力データを得るステップを含む方法及び装置。
密度に関する補正出力データを取得する前記ステップが、
メモリからの定数を入力するように前記流量計を形成し、
前記流量計を定数を得るように校正し、
未補償の流量を決定し、
流量について補正された補償済み管周期を決定し、
流量、弾性率及び応力について補正された管周期を決定し、
線形密度式を決定し、
前記補償済み管周期と前記流量計の密度校正期間に決定される流量計定数ｋ2との間の差に等しい管周期差を決定し、
前記線形密度式に、（１＋流管定数ｃ3×前記管周期差の２乗＋流管定数ｃ4×前記管周期差）を乗じる
ステップを含む方法及び装置。
【００４３】
前記物質の密度に関する補正された出力データを得る前記ステップが、前記流量計電子装置のメモリからの定数ａ1、ａ2、ｃ3、ｃ4及びＦdを入力するように前記流量計を形成するステップを含む方法及び装置。
【００４４】
前記物質の密度に関する補正された出力データを得る前記ステップが、定数ｃ1、ｃ2、ｔ0、ｋ2及びΔｔ0を決定するよう前記流量計を校正するステップを含む方法及び装置。
【００４５】
前記物質の密度に関する補正された出力データを得る前記ステップが、
【００４６】
【数３３】
0004495380.tif 000007
を決定するステップを含む方法及び装置。但し、
ＦＣＦは、流量の校正係数
Δｔmeasは、ピックオフ信号の時間遅延
Δｔ0は、流量ゼロでの時間遅延
である。
【００４７】
前記物質の密度に関する補正された出力データを得る前記ステップが、
【００４８】
【数３４】
0004495380.tif 000008
を計算するステップを含む方法及び装置。但し、
τfdは、質量流量効果に対する補償された管振動周期
τmは、生の計測された管振動周期
【００４９】
【外１３】
0004495380.tif 000009
は、質量流量
Ｆdは、密度流量効果定数
である。
【００５０】
前記物質の密度に関する補正された出力データを得る前記ステップが、式
【００５１】
【数３５】
0004495380.tif 000010
を計算するステップを含む方法及び装置。但し、
τcpは、弾性率、応力及び流量に対する補償された管振動周期
τfdは、質量流量効果に対する補償された管振動周期
ａ1及びａ2は、弾性率及び応力に対する管振動周期の温度補正定数
τfdは、
【００５２】
【数３６】
0004495380.tif 000011
で表される、質量流量に対する管振動周期補償
τmは、生の計測された管振動周期
【００５３】
【外１４】
0004495380.tif 000012
は、質量流量
Ｆdは、密度流量効果定数
である。
【００５４】
前記物質の密度に関する補正された出力データを得る前記ステップが、線形密度式
【００５５】
【数３７】
0004495380.tif 000013
により決定される密度からの物質密度の偏差を計算するステップを含む方法及び装置。但し、
ｃ1及びｃ2は定数であり、
【００５６】
【外１５】
0004495380.tif 000014
は、補償された管周期の２乗
である。
【００５７】
前記物質の密度に関する補正された出力データを得る前記ステップが、式
【００５８】
【数３８】
0004495380.tif 000015
を、非線形成分（１＋ｃ3・（τcp−ｋ2）2＋ｃ4・（τcp−ｋ2））と結合するよう変形するステップを含む方法及び装置。但し、
τmは、生の計測された管振動周期
τcpは、弾性率、応力及び流量に対して補償された管振動周期
ρmは、決定された物質密度
ｋ2は、物質密度の校正期間に決定される管振動周期定数
ｃ1、ｃ2、ｃ3及びｃ4は、単管の物質密度の補正定数
である。
【００５９】
前記物質の密度に関する補正された出力データを得る前記ステップが、式
【００６０】
【数３９】
0004495380.tif 000016
から前記物質の密度を計算するステップを含む方法及び装置。但し、
ρmは、決定された物質密度
ｋ2は、物質の密度校正期間に決定される管振動周期定数
ｃ3及びｃ4は、単管の物質密度の補正定数
である。
【００６１】
値τcpが、式
【００６２】
【数４０】
0004495380.tif 000017
を解くことにより決定される方法及び装置。但し、
ａ1・Ｔfは、密度に対する弾性率の効果
ａ2（Ｔf−Ｔcom）は、密度に対する熱応力の効果
ａ1及びａ2は、密度に対する弾性率及び熱応力の効果に関する流量計定数
である。
【００６３】
密度に関する補正された出力データを得る前記ステップが、式
【００６４】
【数４１】
0004495380.tif 000018
を解くステップを含む方法及び装置。但し、
Ｄｅｎｓｉｔｙlinearは、線形密度式により決定される密度
項（ΔＰｅｒｉｏｄcomp）は、補償された管振動周期τcp（温度、応力及び流量に対する）と、流量計の密度校正期間に決定される管振動周期定数ｋ2との間の差
である。
【００６５】
コリオリ流量計における物質の流れの密度を決定するようコリオリ流量計を動作させる方法及び装置であって、
流量計のパラメータａ1、ａ2、ｃ3及びｃ4を決定するため前記コリオリ流量計を形成し、
２点線形校正を用いて、前記流動物質の密度に対する前記コリオリ流量計を校正し、
校正係数ｃ1及びｃ2を決定し、
（１＋ｃ3・（τcp−ｋ2）2＋ｃ4.・（τcp−ｋ2））を前記線形校正曲線と結合して前記コリオリ流量計の校正の線形校正からの偏差を消去することにより、前記コリオリ流量計に対する非線形校正曲線を取得し、
実際の流管の期間を計測し、
ａ1、ａ2、Ｔf及びＴcompを用いて、補償された管周期を決定し、
前記非線形校正曲線を用いて、前記物質の密度を決定する
ステップを含む方法及び装置。
【００６６】
本発明の特徴における上記及び他の利点については、添付図面と共に以降の記述を参照すれば理解されよう。
詳細な記述
図１は、コリオリ流量計１００と流量計電子装置構成要素１３０とを開示している。流量計１００は、流管１０１を密閉する円筒状筺体１０３と、周囲の円筒状のバランス・バー１０２とを有する。流管１０１は、左端部１０１Ｌと右端部１０１Ｒとを有する。流管１０１とその端部とは、流管１０１の入口端部１０７から出口端部１０８まで、流量計の全長にわたって延びている。バランス・バー１０２は、その端部１０５において円形のブレース・バー１１４によって流管１０１へ接続される。円形のブレース・バー１１４は、流管１０１を受けるための中心開口を有する。バランス・バー１０２の両端部もまた、接合部１０５により、薄い帯材である筺体接続リンク１１０の内端部へ接続される。筺体接続リンクの外端部は、筺体１０３の内壁面１１２へ接続される。各筺体接続リンク１１０は、突出（out of plane）折曲げ部１１１を含む。
【００６７】
筺体１０３は、溶接部１２１で始まり溶接要素１２２まで軸方向外方へ延びる頸部１２４を持つ終端部１２８を有し、この溶接要素はフランジ１０６の頸部１２５へ接続する。円錐状接続要素１２３は円形であり、筺体終端部１２８の頸部１２４の内部に配置される。円錐状接続要素１２３は、流管１０１の封止状に受ける部分１０１Ｌ、１０１Ｒに対する中心開口を有する。筺体接続リンク１１０と円錐状接続要素１２３は、筺体壁面１０３に関する望ましくない移動を防止することにより、バランス・バー１０２を、更に流管１０１を安定させる。
【００６８】
フランジ１０６は、軸方向の外面１３８と、流管端部１０１Ｌ、１０１Ｒをフランジ１０６へ封止可能に接続する縁（lip）要素１２７を含む内孔とを有する。面１１３はフランジ１０６の外周部である。要素１０９はフランジ１０６の軸方向の内面である。要素１２２、１２１は溶接部である。要素１２５はフランジ１０６の頸部である。要素１０５は、バランス・バー１０２の端部における接合部であると共に、バランス・バー１０２と筺体接続リンク１１０の半径方向内側の脚部との接合部である。
【００６９】
周知の従来の方法においては、駆動装置Ｄ、左側のピックオフ装置ＬＰＯ及び右側のピックオフ装置ＲＰＯは、流管１０１とバランス・バー１０２とへ結合される。駆動装置Ｄは、経路Ｄ（図示せず）で電子装置１３０から信号を受け取って、駆動装置Ｄをして、流管１０１とバランス・バー１０２を物質が充填された流管１０１の共振周波数で且つ逆相で振動させる。振動する流管１０１及びその内部の物質流の振動は、周知の方法で流管内にコリオリ偏差を誘起する。これらのコリオリ偏差はピックオフ装置ＬＰＯ、ＲＰＯにより検出され、これらピックオフ装置の出力は導線ＬＰＯ、ＲＰＯ（図示せず）により流量計電子装置１３０へ送られる。周知のように、ピックオフ装置の出力信号間の位相差は、流管１０１内の物質流に関する情報を表わす。流量計電子装置１３０はこれらの信号を処理し、物質流の種々のパラメータを表わす出力情報を生成して導線１３７へ印加する。これらパラメータは、密度、質量流量及び他の物質流情報を含む。
【００７０】
本発明の熱応力補償の方法及び装置は、センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４によって制御される。センサＳ１は流管１０１へ接続され、流量計電子装置１３０に対し導線１３３、１３４を介して流管温度情報を出力する。センサＳ２、Ｓ３、Ｓ４は直列に接続され、出力導線１３２、１３４を有する回路網を形成する。この回路網は、流管１０１が受ける熱応力に関する情報を流量計電子装置へ送る。導線１３４は、流管センサＳ１と回路網筺体センサＳ４とに対する共通接地配線である。つまり、流管センサＳ１と、センサＳ２、Ｓ３、Ｓ４の２線直列回路網とは、導線１３４を共有する。このことは、貫通部１３１を介して流量計電子装置１３０へ延ばされなければならない導線の数を最小化する。流量計電子装置は、ときに、流量計１００に関して遠隔位置に置かれることがある。流量計１００から貫通部１３１を経て遠隔位置の流量計電子装置要素まで延ばされねばならない導線の数を最小化することが望ましい。
【００７１】
図２の記述
センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の回路が図２に示されている。流管センサＳ１は、導線１３３と共通導線１３４との間に接続される。センサＳ２、Ｓ３、Ｓ４は、導線１３２と共通導線１３４との間に直列に接続される。端子２０１は、導線１３４、センサＳ４及びセンサＳ１の接合点である。センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、公称温度０℃で１００オームの公称抵抗値を持つＲＴＤであることが望ましい。各ＲＴＤの抵抗値は、温度の変化と共に変動し、温度１℃の変化毎に０．３９オームだけ変化する。
【００７２】
ＲＴＤ  Ｓ１は流管１０１に載置され、流管温度が変化するに伴ってその抵抗値を変化させる。その抵抗値情報は、導線１３３、１３４により貫通部１３１を経て流量計電子装置１３０へ印加される。流量計電子装置１３０はこの情報を、流量計電子装置１３０のメモリにプログラムされた情報を用いて流管温度へ変換する。センサＳ２、Ｓ３はバランス・バー１０２に載置され、センサＳ３はバランス・バーのほぼ端部に配置され、センサＳ２はバランス・バーの中間部付近に配置される。センサＳ４は筺体１０３の内壁面１１２へ接続される。流管１０１が受ける応力は、主として流管とバランス・バーとの間の温度差により決定される。流管の応力もまた、僅かながら筺体温度によって影響される。バランス・バーの温度は流管の応力の決定において更に重要であるため、本発明は、バランス・バーに２つのセンサを用い、筺体壁面に１つのセンサを用いる。これら３つのセンサは直列に接続され、３つのセンサのうちの２つがバランス・バー上にあるので、導線１３２、１３３上の回路網出力はバランス・バー１０２に有利に加重される。
【００７３】
流量計は、長期間にわたり筺体と流管間に温度差が存在する条件に曝され得る。流量計はまた、異なる温度の物質が流管を流れるとき、流管が急激に温度を変化させる温度条件に曝され得る。センサＳ１〜Ｓ４は、このような全ての条件の発生期間に、経路１３２、１３３、１３４を介して流量計電子装置１３０へ情報を与えるよう機能するので、流量計電子装置はこの情報を処理して流管応力情報へ変換し、これを処理して流量計の出力データを補償し補正する。
【００７４】
図３の記述
図３は、２つのセンサが相互に電気的に並列であり且つ回路網の他の要素とは直列である温度回路網に対する回路図である。これらの並列接続されたセンサがＲＴＤであるとすると、その抵抗値は略々等しく、その正味抵抗値は通常のＲＴＤ抵抗値の略々半分となる。このように、並列のセンサは、筺体端部又は筺体接続リンクのような、流管応力に非常に僅かな影響しか及ぼさない場所に用いられる。図３の回路網の「平均」温度は、回路網の総合抵抗値を２．５で除すことによって得られる。
【００７５】
質量流量補償の記述
２連曲管型の流量計は、その形状に起因して、熱応力や変動する流体の比重に影響されない。それらの流れ感度は、流管の弾性率に対する温度の影響によってのみ変化する。２連曲管型コリオリ流量計に対する基本的な質量流量式は、
式１
【００７６】
【数４２】
0004495380.tif 000019
である。但し、
ＦＣＦは、流れ校正係数（定数）
Δｔmeasは、ピックオフ信号の時間遅延
Δｔ0は、ゼロ流量時の時間遅延
ｋftlは、流管の弾性率に伴う流れ感度の変化に基く定数
Ｔfは、流管温度
である。
【００７７】
単一直管型の流量計の場合は、質量流量校正係数は、筺体／バランス・バーと流管との間の温度勾配に起因して、及び、変化する流体の比重に起因してシフトし得る。直管型のコリオリ流量計の要素間の温度勾配を計測するために、本発明は、流量計に３つのＲＴＤ（バランス・バーに２つと筺体に１つ）を直列で配置して合成システム温度を取得する。この合成システム温度は、熱応力補償のための質量流量式において本発明により用いられる。本発明により、更に別の温度項が式１に追加され、式２
【００７８】
【数４３】
0004495380.tif 000020
が求まる。但し、
ｋft2は、熱応力による流れ感度の変化に基く定数
Ｔcom＝Ｔseries／３
Ｔseriesは直列の３つのＲＴＤの和
である。
【００７９】
本発明の方法及び装置は、直管型コリオリ流量計に対する補正され且つ補償された出力データを得るため、１つ以上の項を式２へ更に追加する。この追加された項は、流量計の流れ感度に対する流体密度の影響を補償する。この項が必要であることの説明は以下のとおりである。
【００８０】
単管型の流量計は、流管とバランス・バー間の速度差を計測するピックオフ装置を有する。流管におけるピックオフ装置の場所は、流れによる、正弦波状の速度間の時間遅延を伴うコリオリ力を経験する。バランス・バーは直接的なコリオリ力を経験しないので、バランス・バーのピックオフの場所における速度間に最小の時間遅延が存在する。各ピックオフ出力信号は流管の速度とピックオフの場所におけるバランス・バーの速度との間の差に比例するので、各ピックオフ信号は、位相のずれた流管速度と最小の位相ずれを生じたバランス・バー速度とのベクトル和となる。流体密度が変化すると、モーメントを保存するように流管とバランス・バーとの間の振動振幅比が変化する。この結果、流管とバランス・バーの速度ベクトルは長さが変化し、それらのベクトル和（ピックオフの出力信号）は位相及び時間遅延が変化する。密度補償の項が対処するのは、物質の密度の変化による出力信号位相のこのような変化である。
【００８１】
結果として得る質量流量式は、
式３
【００８２】
【数４４】
0004495380.tif 000021
となる。但し、
【００８３】
【外１６】
0004495380.tif 000022
は、質量流量
ＦＣＦは、流れ校正係数
Δｔmeasは、ピックオフ信号の時間遅延
Δｔ0は、流量ゼロでの時間遅延
ｋft1は、温度による流管の弾性率における変化に基く定数
ｋft2は、温度による熱応力における変化に基く定数
ｋft3は、流れ感度に対する密度の影響に対する定数
ｋ2は、密度校正期間に決定される管振動周期定数
Ｔfは、流管温度
Ｔcomは、回路網センサの温度
τctは、式５において論じた、温度補償された管振動周期
である。
【００８４】
式３における各項は、下記のグループ分けにより更によく理解できる。すなわち、
式４
【００８５】
【数４５】
0004495380.tif 000023
但し、
【００８６】
【数４６】
0004495380.tif 000024
ＭＯＤcomp＝ｋft1・Ｔ1
ＳＴＲＥＳＳcomp＝ｋft2・（Ｔf−Ｔcom）
ＤＥＮＳＩＴＹcomp＝ｋft3・（τCT−ｋ2）
である。
【００８７】
式４において、補償されない質量流量は３つの補償項により変形される。初めの２つの項は温度に対する補償である。最初の項は、流管温度による流管弾性率ｋft1における変化に対する補償を表わす。第２の項は熱応力項である。この熱応力項は、流管温度と温度センサの回路網により生じる合成温度との間の差に比例する。式４における第３の補償項は、流れ感度に対する密度の影響に対する補償である。
【００８８】
流れの密度補償の記述
流量に対する密度の影響に対する補償は、熱応力の補償のように、本発明のシステム及び方法により提供される複合的な温度決定を用いることにより、従来技術を改善する。質量流量の式４のＤＥＮＳＩＴＹcomp項として示される密度補償項は、２つの定数ｋft3及びｋ2と、温度補償された管振動周期τctとからなる。管振動周期は、質量流量の補償における物質密度の間接的な計測値として、本発明において用いられる。計測された管振動周期は、物質密度の補償効果の充分に正確な表示を生じるよう、流管の弾性率における変化及び流管の熱応力に対して補償されねばならない。また、流量は管振動周期に対しても小さな影響を有する。従って、物質密度を決定するときは、流量の影響（質量流量）を考慮に入れることが必要である。しかし、現在では、管振動周期は質量流量に対する密度の影響を補償するように決定されるに過ぎず、また、管振動周期に対する流量の影響は小さい故に無視し得る。温度補償された管振動周期に対する式は、
式５
【００８９】
【数４７】
0004495380.tif 000025
となる。但し、
τctは、質量流量補償に対する温度補償された管振動周期
τmは、計測された管振動周期
ａ1及びａ2は、密度温度補正定数
である。
【００９０】
式５は、根号に、温度による流管の弾性率の変化に対する項ａ1・Ｔfと、熱応力による剛性の変化に対する項ａ2・（Ｔf−Ｔcom）とを含む。熱応力項は再び、流管の温度と合成温度との差により決定される。この式は、温度に対して補償される管振動周期の決定が流量計の合成温度の使用によって従来技術の流量計よりも改善されることを示している。
【００９１】
このように、質量流量の式（式３）における３つの全ての補償項が、流量計の合成温度を用いることにより、精度を増す。熱膨張率及び応力の項は直接的に改善されるが、密度の影響の項（第３の補償項）は、補正された管振動周期の更に正確な決定によって精度を増す。密度の影響に対する質量流量の補償、すなわち質量流量の式３における第３の補償項は、補正された管振動周期のみを必要とし、流動物質の密度を必要としない。
【００９２】
補償の相互作用の検討
式２、式３及び式４は、温度と応力と流動物質の密度とに対する補償が相互作用を有するという仮定を用いて構成される。この相互作用は、密度補償に対する弾性率補償のような、補償に対する補償である。式４において、各補償へ加算される数１は、相互作用項の源（source）である。相互作用は、１つ以上の補償項が未補償の流量に比して大きい値を持つときにのみ重要である。例えば、（水銀のように）流動物質の密度が非常に大きいならば、未補償の流量は実際の流量より著しく小さくなり、密度補償項は大きくなる。弾性率及び応力の補償が未補償の流量に対してのみ適用されるならば、これらの補償は著しく小さくなる。この相互作用を考慮することにより、弾性率及び応力の補償も、密度の補償により決定される流量にに対して適用される。
【００９３】
一般に、単一直管型の流量計は、許容使用温度及び流体密度の許容範囲に対する限度を有する。これらの限度は式４の相互作用を無意味にし、相互作用を含まない式５．１
【００９４】
【数４８】
0004495380.tif 000026
が用いられる。一般に、温度、応力及び密度が極端な場合は流量計の許容限度の外にあるのが普通であるゆえに、より複雑な式４は必要でない。
【００９５】
密度の決定の記述
本発明による物質密度の決定のための式は、２連曲管型の流量計の式とは異なる。２連曲管型の流量計の密度決定式は、式６
【００９６】
【数４９】
0004495380.tif 000027
となる。但し、
【００９７】
【数５０】
0004495380.tif 000028
ρwは、水の密度
ρaは、空気の密度
τwは、水の場合の管振動周期
τaは、空気の場合の管振動周期
τmは、動作期間における管振動周期
【００９８】
【数５１】
0004495380.tif 000029
ａ1は、温度による流管の弾性率の変化に基く定数
Ｔfは、流管温度
である。
【００９９】
密度の式６は２連の曲がった流管に対するものである。第１項は、振動ばね質量系の共振周波数に対する式から得られる。式６は、その中に２つの追加の項を有する。括弧内の２番目の項は、温度による流管の弾性率の変化に対する見慣れた項である。最後の追加の項は定数ｃ2であり、これが必要なのは、密度がゼロになっても（流管が空になっても）管振動周期がゼロにならないからである。振動周期は、流管は空であっても質量を持つゆえにゼロにならない。定数ｃ1及びｃ2は、空気と水を含む流量計を密度について校正することにより決定される。空気及び水に対する既知の密度と計測された管振動周期とを用いて、定数ｃ1及びｃ2が上式に対して計算される。
【０１００】
式６は、曲管型の流量計が温度による流管の弾性率のシフトに対する項は持つが、熱応力に対する項は持たないことを示している。曲管の形状は熱応力を無意味にする。式６はまた、空の流管が質量を有するという事実により、オフセット値ｃ2を持つ計測された管振動周期の２乗に密度が正比例することをも示している。
【０１０１】
単一直管型の流量計における流動物質の密度の決定は、式６において先に述べたように、２連曲管型の流量計の場合より更に複雑である。直管型の流量計については幾つかの相違が考慮されねばならない。第一に、管振動周期が、温度による弾性率の変化に加えて、熱応力に対して補償されねばならない。熱応力の補償が必要なのは、流管の引っ張り又は圧縮が密度とは独立に管振動周期を短縮或いは延長し得るゆえである。密度は管振動周期の２乗に比例するので、応力及び弾性率の変化に対する補償の平方根が、管振動周期の補償のために用いられる。
【０１０２】
第二に、管振動周期は、質量流量の影響について補償されねばならない。米国特許第５，２９５，８０４号は、流量が大きくなると、振動する流管の周期が僅かに増加することを示している。質量流量の影響に対して補償がなされねばならず、そうしないと、大流量における密度の読みが誤って高くなる。このような補償は、２連曲管型の流量計の精度を改善するのにも用いることができる。補償された管振動周期を決定するための本発明の改善された式は、
式７
【０１０３】
【数５２】
0004495380.tif 000030
で表される。但し、
τcpは、弾性率、応力及び流量に対する補償された管振動周期
τfdは、質量流量の影響に対する補償された管振動周期
ａ1及びａ2は、弾性率及び応力に対する管振動周期温度補正定数
τfdは、
【０１０４】
【数５３】
0004495380.tif 000031
で表される、質量流量に対する管振動周期補償
τmは、生の計測された管振動周期
【０１０５】
【外１７】
0004495380.tif 000032
は、（（Δｔmeas−Δｔ0）により推定することができる）質量流量
Ｆdは、密度流量効果定数
である。
【０１０６】
密度校正は、通常は流量の校正前に行われる。これは、式７における流量補償項τfdを生の計測された管振動周期に等しくさせる流量ゼロの場合に密度校正を行うことができるからである。定数ａ1、ａ2及びＦdは、所与のサイズの全ての流量計に対して同じである流量計定数である。これらの定数は広範なテストにより決定され、流量計が形成されるときに流量計電子装置へ入力される。
【０１０７】
密度の式は、式７の補償された管振動周期τcpを用いることを必要とする。単一流管型の流量計の密度の決定は、単一管型の流量計に対する補償された管振動周期の２乗に密度が必ずしも比例しない点で、２連管型の流量計とは異なる。流管とバランス・バーの端部とを画定するノードの運動は変化する流体密度によって生じるので、密度は単一管型の流量計の場合には管振動周期の２乗に比例しない。これらのノードの運動は、流管とバランス・バーとの間の有効な質量移動を生じる。質量移動により、流体密度と管振動周期の２乗との関係のグラフは、２連管型の流量計の直線ではなく曲線になる。
【０１０８】
従って、流体の密度を決定する式は（式６の項以上に）追加の項を持つことが必要である。補償された管振動周期と物質密度との間の関係は、下式により示される。
式８
【０１０９】
【数５４】
0004495380.tif 000033
但し、
ρmは、流動物質の密度
ｃ1及びｃ2は、２点密度校正により決定される定数
ｋ2は、密度校正期間に決定される管振動周期定数
ｃ3及びｃ4は、直管の密度補正定数
である。
【０１１０】
式８における括弧内の最初の項は、式６の線形密度項である。定数ｃ1及びｃ2は、式６におけるように、空気及び水の校正により決定される。式８における追加の項は、弾性率、応力及び流量における変化に対する密度の補償を提供する。この追加の項はまた、密度の変化を伴う、流管とバランス・バーとの間の実効質量移動を規定する。これらの項に対する定数ｃ3及びｃ4は、２連管型の流量計の線形の関係からの偏差を決定する。これらの定数は、所与の流量計サイズに対する定数であり、広範なテストにより決定される。ｃ3及びｃ4は、各流量計毎の校正を必要としない。
【０１１１】
図４の記述
図４は、単一直管型の流量計及び２連曲管型の流量計に対する管振動周期の２乗と物質の密度との関係のグラフである。２連管型の流量計を表わす線は直線である。２点で直線が決まるので、この線形の関係を使えば、２連管型の流量計を２つの物質である空気と水における密度に対し校正することができる。単一直管型の流量計を表わす曲線は直線から逸れる。この曲線が逸れるのは、先に述べたように、ノード領域の位置の変化のゆえである。単一直管型の流量計の場合、２連管型の流量計において行われるように、空気と水の校正により得られる直線を用いると、水より重い物質に対しては密度を過小評価し、水より軽い物質に対する密度は過大評価することになる。図４における単一直管型の流量計を表わす非線形校正曲線は、異なる密度の３つ以上の物質を用いる校正を行うことにより決定することができる。しかし、流量計の校正のために空気及び水以外の物質における校正点を用いることは、時間を要しかつ高価である。
【０１１２】
図５の記述
図５は、単一管型の流量計に図４の標準的な（２連管）線形密度の式を用いる結果として生じる密度誤差のグラフを示している。ゼロである空気の密度点と１である水の密度点とにおいて密度誤差がゼロであることが判る。この密度誤差は、比較的低い密度の物質においては正であり、比較的高い密度の物質においては負となる。このグラフは、２点校正により生じる直線の使用から単一直管型の流量計の密度出力曲線の偏差とも見なすことができる。
【０１１３】
図６の記述
図６は、図５の密度誤差（偏差）データを示す別の方法である。図６のこのグラフは、計測された管振動周期と水が充填された管振動周期（ともに、流れ及び温度について補正済み）との間の差と、密度誤差（又は線形校正線からのずれ）との関係を示している。密度の偏差は、実際の物質密度と、図４の空気／水の密度校正により生じる直線を用いて予測される密度との間の差である。偏差データを表わすこの方法は、グラフの原点（０，０）を水の密度校正点に置く。これによっても、データ点の曲線の比較的簡単な式が可能になる。単一直管型の流量計に対する線形２点校正を用いることからの密度の偏差に対する式は、図６に示される。
【０１１４】
本発明は、空気と水の密度校正のみを用いながら３点校正の精度を持つ、単一直管型の流量計における密度を決定する新たな校正法を含む。この新たな方法を用いると、２点校正は通常の直線を生じるよう行われる。この線は、同じサイズの流量計の場合でも流量計毎に変動する。この線は、勾配と水の場合の管振動周期とにおいて変動する。しかし、本発明の方法は、所与のサイズの全ての流量計は２点校正線（図６に示されたものと類似する）から同じ偏差を示すという事実を利用する。この曲線は、直線からの実際の密度点の偏差を含む。偏差曲線上の０．０点は、２点校正の直線上の水校正点に置かれる。
【０１１５】
本発明においては、空気−水の勾配と水に対する管振動周期とは、空気−水校正により決定される（ｃ1及びｃ2）。この直線からの偏差の式は、各流量計サイズ毎に流量計電子装置のメモリに格納される。この線からの偏差に対する式の定数は、密度の式８におけるｃ3及びｃ4である。これらの定数は広範なテストにより決定される。ｃ3及びｃ4の値は、各流量計サイズ毎に異なる。流量計電子装置は、流量計の初期セットアップ期間での入力から、どのサイズの流量計が使用されているかが判る。流量計電子装置は、２点校正の直線からの偏差を差引くことによって、真の物質密度を判定する。差引かれる偏差は、流量計電子装置のメモリに格納された偏差式により決定される。
【０１１６】
従って、本発明においては、流量計電子装置は、密度の決定を、温度による弾性率の変化を補正し、合成流量計温度を決定する改善方法を用いて熱応力を補正し、質量流量を補正し、密度と管振動周期の２乗との曲線における非線形性を補償する改善された補償法を用いることによって行う。
【０１１７】
図７の記述
図７は、本発明がその質量流量の補償機能を実施する方法について記述するブロック図である。図７のブロック図は、図８と共に、それぞれ流量計電子装置１３０のメモリに格納された１つ以上のプログラム命令を表わす複数の処理又はプログラム・ステップを開示している。この命令は、流量計電子装置のＣＰＵにより実行され、その結果はメモリに格納され或いは経路１３７によりユーザへ出力される。
【０１１８】
流量計は、２つのステップ７０１Ａ、７０１Ｂを含むステップ７０１において形成され校正される。ステップ７０１Ａは、流量計電子装置１３０のメモリから定数ｋft1、ｋft2、ｋft3、ａ1、ａ2及びＦdを入力する。ステップ７０１Ｂは流量計を校正し、要素ＦＣＦ、ｋ2及びΔｔ0を決定する。ステップ７０１Ａ及び７０１Ｂの出力情報は、経路７０２でステップ７０６へ印加される。ステップ７０３は、流量計の正弦波ピックオフ信号を表わす。これらの信号は、経路７０４でステップ７０６へ送られる。ステップ７０６は、流れにより生じられる時間遅延Δｔmeas及び管振動周期τmを抽出する。ステップ７０８は、流管ＲＴＤとＲＴＤ回路網との抵抗値を表わす。これらの抵抗値は経路７０９を介して流量計電子装置のステップ７１１へ送られ、ここで抵抗値は流管温度と合成温度へ変換される。
【０１１９】
ステップ７０６からの生の管振動周期とステップ７１１からの温度は、経路７１４と７１２によりステップ７１５へ送られ、ステップ７１５は温度に対して補正された管振動周期τmを計算する。補正された管振動周期τctが経路７１６を介してステップ７１７へ送られる。ステップ７１７はまた、ステップ７１１から経路７１３を介して流管温度及び合成温度を受け取るとともに、ステップ７０６から経路７０７を介して、流量ゼロにおける時間遅延Δｔ0と流れにより生じる時間遅延Δｔmeasとを受け取る。
【０１２０】
ステップ７１７において、補償された質量流量式がステップ７０６、７１５及び７１１からの入力として適用される。補償された質量流量
【０１２１】
【外１８】
0004495380.tif 000034
が、経路７１８を介してユーザ・アプリケーション（図示せず）へ出力される。図７には、流量計電子装置（ステップ７０１）のメモリからの経路が示されていず、このメモリにはこれらのステップで用いられる定数が格納される。
【０１２２】
図８の記述
図８は、本発明のプログラム命令が物質密度出力の補償機能を実施する方法を記述するブロック図である。流量計は、ステップ８０１Ａ及び８０１Ｂからなるステップ８０１において形成され校正される。ステップ８０１Ａにおいて、定数ｃ3、ｃ4、ａ1、ａ2及びＦdが流量計電子装置１３０のメモリから入力される。ステップ８０１Ｂは、流量計の校正により記号ｃ1、ｃ2、Δｔ0及びｋ2を生成する。ステップ８０１の出力は、経路８０２でステップ８０６へ印加される。ステップ８０３は、正弦波ピックオフ信号を表わす。これらのピックオフ信号は、経路８０４を介してステップ８０６の流量計電子装置へ入力される。ステップ８０６において、流量計の流量及び生の振動周期τmに起因する時間遅延Δｔmeasが決定される。その間、ステップ８１６のＲＴＤ信号が経路８１７を介してステップ８１８へ送られ、ステップ８１８で、これら信号が温度へ変換される。ステップ８０８は、ステップ８０１から（経路は示さないが）流量ゼロでの時間遅延Δｔ0を受け取り、ステップ８０６から経路８０７を介して流れに起因する時間遅延Δｔmeasと生の管振動周期τmとを受け取る。また、ステップ８０８は、ステップ８１８から経路８１９を介して物質の温度と合成温度Ｔcomを受け取る。ステップ８０８において、質量流量
【０１２３】
【外１９】
0004495380.tif 000035
が、図７において記述されるように計算される。質量流量
【０１２４】
【外２０】
0004495380.tif 000036
は経路８０９を介してステップ８１１ヘ印加され、ステップ８１１で質量流量と生の管振動周期とが用いられて、質量流量に対して補償された管振動周期τfpが計算される。この管振動周期τfpは、経路８１２を介してステップ８１３へ印加され、ここで、ステップ８１８から経路８２０を介して与えられた温度と共に用いられて、温度及び熱応力について弾性率のずれを補償した管振動周期τcpが計算される。こうして全てのパラメータが判り、ステップ８１３に示された密度の一次式が解かれる。
【０１２５】
次いで、完全に補償された管振動周期τcpが経路８１４を介してステップ８２１へ送られ、ここで、非線形補償項（１＋ｃ3・（τcp−ｋ2）2＋ｃ4・（τcp−ｋ2））と組合わせることにより、ステップ８０６からの線形補償式
【０１２６】
【数５５】
0004495380.tif 000037
を変形する。この非線形項は、ステップ８０６の一次式と組合わされ、経路８２２でステップ８２３へ送られる完全な密度式を形成する。ステップ８２３は、この情報を受け取り、物質密度ρmを計算する。物質密度ρmは、経路８２２を介して出力アプリケーション（図示せず）へ送られる。図８にもメモリからの経路が示されておらず、このメモリにはこれらのステップで用いられる定数が格納される。
【０１２７】
明確に理解されるとおり、本発明は望ましい実施の形態の記述に限定されるべきでなく、その概念の範囲及び趣旨に含まれる他の修正及び変更を包含する。例えば、本発明は単管のコリオリ流量計の一部をなすものとして開示されたが、本発明がこれに限定されるものではなく、不規則な又は湾曲した形状の単管型の流量計や、複数の流管を備えるコリオリ流量計を含む他の形式のコリオリ流量計と共に用いられることを理解すべきである。
【０１２８】
このように、用語「物質」は、流体、気体、プラズマばかりでなく、当該物質に関する情報の決定及び計測のために流量計を通過し得る任意の全ての物質を含むものと理解されるべきである。また、本発明に関して特定の関係及び数式が記載されたが、本発明は、開示された数式及び関係の変更を含み、且つこれを用いて実施されることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する流量計の断面を示す。
【図２】本発明の第１の例示的な実施の形態の回路を示す。
【図３】本発明の第２の可能な実施の形態の回路を示す。
【図４】管振動周期の２乗と密度との関係を示すグラフである。
【図５】密度誤差と密度との関係を示すグラフである。
【図６】密度誤差と管振動周期の変化との関係を示すグラフである。
【図７】物質の質量流量を決定する、本発明の方法のためのフロー図を示す。
【図８】物質密度を決定する本発明の方法のためのフロー図を示す。
【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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【図８】
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