(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の質量流量を表す出力値を発生する渦流量計であって、
前記流体が流れる流管と、
前記流体の中に配置される渦流発生器と、
前記流管の中に配置される流線型本体と、
前記渦流発生器で発生した渦の関数としての渦流信号を発生する渦流センサーと、
前記渦流センサーに接続されて前記渦流信号を受信し、前記流体の密度を示すフィルター出力を発生するディジタルフィルター回路と、
前記流体の温度を感知して温度値を発生する前記流線型本体内に配置された温度センサーと、
前記ディジタルフィルター回路と前記温度センサーとに作動可能に接続されて、前記フィルター出力と温度値とをそれぞれ受信するプロセッサであって、前記フィルター出力及び温度値から計算された密度の関数として較正係数を計算し、該較正係数の関数として前記出力値を計算するプロセッサとを含み、
前記プロセッサは選択された更新速度で前記出力値を計算し、前記更新速度よりも小さい第２の速度で前記較正係数を計算する渦流量計。
【請求項２】
請求項１の渦流量計において、
前記流体の圧力を感知して圧力値を発生する圧力センサーを更に含み、
前記プロセッサは前記圧力センサーに作動可能に接続されて前記圧力値を受信し、前記圧力値の関数として前記較正係数を計算するようにした渦流量計。
【請求項３】
請求項２の渦流量計において、
前記較正係数は流体の圧縮因子の関数であり、前記プロセッサは更に概ね下記の式によって圧縮因子を計算する渦流量計。
0004472790.tif 000007
ここで、Ａｉｊは曲線あてはめ誘導定数、Ｔは流体温度、Ｐは流体圧力であり、また更にｉ及びｊは整数値をとる。
【請求項４】
請求項１の渦流量計において、
前記流体の圧力を感知して圧力値を発生する圧力センサーを更に含み、
前記プロセッサは、前記温度値及び圧力値の関数として換算定数を計算し、該換算定数を前記フィルター出力に適用する渦流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は流体の流れに応答する渦流発生型流速計又は渦流型流量計のような流量計に関する。
【０００２】
流量計は導管内の液体又は気体の流れを感知して流れを示す信号を作り出す。ある環境の下では、流れの導管内の、渦発生棒（shedding bar）、ブラッフボディ、又は渦流発生器などとして知られる障害物の存在によって、流れに周期的な渦流が生じる。これらの渦流の周波数は流量計内での流速に正比例する。渦流は、渦の（shedding）周波数の交番差圧をブラッフボディを横切って発生させる。この差圧は、圧電結晶その他の差圧検出装置によって電気信号に変換される。前記差圧又は電気信号の大きさはρＶ2に比例する。ここで、ρは流体密度、Ｖは流体速度である。パイプの直径対ブラッフボディの比を一定としたときは、信号の大きさはρＤ2Ｆ2に比例する。ここで、Ｄは測定パイプの内径であり、Ｆは渦の周波数である。
【０００３】
渦流量計は流速に比例した周波数を持ったパルスを作り出す。渦流型流量計では、その流速を測定するべき流体に渦刃（swirl blade）によって渦の成分を生じさせなければならないが、その構成は、渦の動きが歳差運動に転換されて流体の脈動を生じさせ、これが感知されて、その周波数が流速に比例する信号を生じるようにされている。このことは、例えば、米国特許３，６１６，６９３号及び３，７１９，０８０号では、渦流型流量計の例を開示されている。本明細書で用いた「渦流量計」は、渦流発生型流速（量）計および渦流型流量計の両者とも含むものとする。
【０００４】
渦（流発生型）流量計は、電力消費の低減に大きな関心を有する、プロセス制御産業設備の現場に装着されている測定送信機である。渦流量計は流量を表す電流出力を発生することができ、該電流出力の電流の大きさは電流ループ上で４〜２０ｍＡの間を変化する。また、追加の電源を用いる必要がないように、渦流量計の電源を電流ループから全面的に取れることも望ましい。このため、渦流の測定送信機は、送信機がプロセス制御産業の通信標準に準拠するように４ｍＡ未満で作動することが出来なければならない。
【０００５】
マイクロプロセッサを渦流量計に組み込むことは知られている。マイクロプロセッサは渦流センサーからの出力信号をデジタル化した情報を受信し、デジタル化パラメータに基づいて所望の出力量を計算する。例えば、渦流量計はパイプ又は導管を通る流体の質量流量を計算することが出来る。１秒当たり約１０回、計算された質量流量を発生することが望ましい。質量流量の各新規計算のために、マイクロプロセッサは、それぞれが多数のクロックサイクルを必要とする多くの演算ステップを実行しなければならず、それゆえ計算された質量流量を与え得る速度が制限される。より多くの計算を行って精度を向上させることが出来るような高性能のマイクロプロセッサを用いることが望ましいが、マイクロプロセッサは前述の４〜２０ｍＡ産業標準のものから得られるものよりも一層大きい電力を必要とするであろう。
【０００６】
それにも関わらず、精度を向上した渦流量計に対する要求が絶えることなく続いている。しかし、更新速度を犠牲にするべきではなく、また電力消費が電流ループから得られる値を超えてもいけない。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、導管中を流れる流体の追加パラメータを監視し、該追加パラメータを用いて流量を示す出力値を計算することによって、該流量を示す出力値の精度を改善した渦流量計を提供することにある。
【０００８】
発明の概要
本発明の様々な特徴について以下に述べる。
流れている流体の流量を表す出力値を計算する方法は以下の工程を含む。即ち、流体に渦流を発生させる渦流発生装置を設け；流体の流れと第１組の流体パラメータとの間に第１の関係を設け；流体の流れと第２組の流体パラメータとの間に第２の関係を設け；第１及び第２の組の流体パラメータを監視し；第１組の監視した流体パラメータと第１の関係とから第１の流れ値を計算し；第１の流れ値に基づいて第２の関係を調整し；そして第２の組の監視した流体パラメータと調整した第２の関係とから出力値を計算することを含む。
【０００９】
流れている流体の質量流量を表す出力値を計算する方法は下記の工程を含む。すなわち、流体に渦流を発生させる渦流発生装置と、渦流の少なくとも一つの特性を測定する渦流センサーと、流体の温度を測定する温度センサーと、流体の圧力を測定するための圧力センサーとを設け；温度センサーと圧力センサーとから得られた値から第１の流れ値を計算し；渦流センサーから得られた値から第２の流れ値を計算し；第１の流れ値と第２の流れ値との関数として較正係数を計算し；そして較正係数と渦流センサーから得られた値との関数として、出力である質量流量を計算することを含む。
【００１０】
渦流量計は流体の流量を表す出力値を発生する。渦流量計は流体の中に配置可能な渦流発生器と、発生した渦流の関数としての渦流信号を発生する渦流センサーとを含む。濾波回路は渦流センサーに接続されて渦流信号を受信し、流体の流れを示すフィルター出力を発生する。温度センサーは流体の温度を感知して温度値を発生する。プロセッサは濾波回路と温度センサーとに作動可能に接続されてフィルター出力と温度値とをそれぞれ受信する。プロセッサはフィルター出力及び温度値の関数として較正係数を計算し、出力値を較正係数の関数として計算する。
【００１１】
渦流量計は流体の流量を表す出力値を発生する。渦流量計は流体内に配置できる渦流発生器及び、発生した渦流の関数としての渦流信号を発生する渦流センサーを含む。濾波回路は渦流センサーに接続されて渦流信号を受信し、流体の流れを示すフィルター出力を発生する。温度センサーは流体の温度を感知して温度値を発生する。圧力センサーは流体の圧力を感知して圧力値を発生する。プロセッサは濾波回路、温度センサー及び圧力センサーに作動可能に接続されて、濾波出力、温度値、及び圧力値をそれぞれ受信する。プロセッサは、温度値及び圧力値の関数として、フィルター出力に適用するための換算定数を計算する。
【００１２】
渦流量計は、その中に配置された渦流発生器と流線型本体とを持った流管を含む。渦流センサーは渦流発生器によって発生させられた渦流を検出し、一方流線型本体の処に配置された温度センサーは流管によって搬送されている流体の温度を測定する。回路は渦流センサーと温度センサーとに接続されて流体の流れを示す出力を発生する。
【００１３】
流体の質量流量を測定する流量計は、流体の体積流量の関数として変化する体積流量出力を持った体積流量センサー及び流体中に配置された流線形本体を含む。温度センサーは流線形本体に配置されて温度出力を発生する。回路は体積流量出力及び温度出力を受信し、それらの関数として流体の質量流量を表す流量計出力を発生する。
【００１４】
流体の流量を測定する流量計を作動させる方法は、流体に渦流を発生させるブラッフボディを設け、渦流に関連する周波数及び振幅を監視し、少なくともその周波数から流量を計算し、そしてもし振幅がしきい値振幅を超えるならば警告を出すことを含む。
【００１５】
流体の流量を測定する流量計を作動させる方法は、流体に渦流を発生させ、渦流に関連する周波数及び振幅を監視し、少なくとも監視した周波数から流量を計算し、少なくとも監視した振幅の関数として第１の密度値を与え、少なくとも流体の温度を監視し、少なくとも監視した温度の関数として第２の密度値を与え、そして第１の密度値と第２の密度値とを比較することを含む。
【００１６】
ガスの流量を測定する流量計を作動させる方法は、流体に渦流を発生させ、渦流に関連する周波数を監視し、少なくとも監視した周波数から流量を計算し、少なくともガスの温度及び圧力を監視し、少なくとも監視した温度及び圧力の関数として、ガスの凝縮（condensation）を示す量を計算し、前記量の関数として警報を出すことを含む。
【００１７】
規定した範囲内で流量計を作動させる方法は、流体を運ぶ流管を設け、流管の中に、体積流量出力を発生する体積流量センサーを設け、前記流管の中に、流体の温度と圧力とを含む群から選択された第１のパラメータを測定し、第１のセンサー出力を有する第１のセンサーを設け、少なくとも体積流量出力から流体の流量を計算し、そしてもし第１のセンサーの出力が第１の選択された範囲の外であれば警報を出すことを含む。
【００１８】
流体の流量を測定する流量計を作動させる方法は、流体を運ぶ流管を設け、流体に渦流を発生させ、渦流に関連した周波数を監視し、少なくとも監視した周波数から流量を計算し、そして流体中の初生（incipient）キャビテーションについて監視することを含む。
【００１９】
測定した流体の温度又は測定した流体の圧力の関数として流体の質量流量を示す流量計の出力を発生する流量計は、流管と、流管内に配置され、流体の体積流量の関数として変化する体積流量出力を持った体積流量センサーとを含む。温度又は圧力センサーは流管の第１の場所に配置されて第１の場所での流体のパラメータを測定する。流量計回路はセンサーからパラメータ値を受信し、その関数として流量計出力を発生する。流量計回路は更に、パラメータ値に補正を適用し、それによって第２の場所での流体のパラメータを表す調整された値を出力するように構成されている。前記調整された温度値は、流量計回路によって流量計出力を計算するのに用いられる。
【００２０】
測定された流体温度及び測定された流体圧力の関数として流体の質量流量を示す流量計出力を発生する流量計は、流管と、流管内に配置され、流体の体積流量の関数として変化する体積流量出力を持った体積流量センサーとを含む。温度センサーは、流管内の第１の温度の場所に配置されて第１の温度場所での流体の温度を測定する。圧力センサーは、流管の第１の圧力場所に配置されて第１の圧力場所での流体の圧力を測定する。流量計回路は温度センサーからの温度値、および圧力センサーからの圧力値を受信し、それらの関数として流量計の出力を発生する。流量計回路は更に、温度値に補正を適用し、それによって第２の温度場所での流体の温度を表す調整された温度値を発生すると共に、また圧力値に補正を加え、それによって第２の圧力場所での流体の圧力を表す調整された圧力値を発生する。調整された温度値及び調整された圧力値は流量計回路で流量計の出力を計算するのに用いられる。
【００２１】
流体の流量を測定する流量計を作動させる方法は、流体を運ぶ流管を設け、ブラッフボディで流体に渦流を発生させ、渦流に関連した周波数を監視し、パラメータを監視し、パラメータから較正係数を計算し、そして少なくとも監視された周波数及び較正係数から流量を計算することを含む。
【００２２】
好ましい実施態様の詳細な説明
図１に本発明による渦流量計１０の実施態様を示す。一般に、渦流量計１０は、導管１６中を流れる流体１４内の渦１５を感知するのに適当な機械電気的素子を含む渦センサー組立体１１を含んでいる。渦センサー１１は電子回路１２に動作可能に接続されている。電子回路１２は、流量を示す電流ループ１７上の４〜２０ｍＡの電流と、流量に比例する周波数を有する矩形波出力Ｆoutの双方を発生する。
【００２３】
渦流量計１０は、内部に置かれたブラッフボディ２４を有する渦流量計ハウジング２２を含んでいる。流体１４がブラッフボディ２４を通り過ぎると、流量を示す周波数を有する流れの渦１５が発生する。ブラッフボディ２４に設置されるのが望ましい渦センサー組立体１１のトランスジューサ２６が、流れの渦１５と関連する圧力差（差圧）を感知する。渦センサー２６は例えば、圧電素子センサーを含むことがある。センサー２６は電位（発生）源ＥSと直列コンデンサＣSによって近似される特性を有する。圧電素子２６の出力信号の大きさは差圧に比例し、この差圧はρＶ2に比例する。ここでρは流体の密度であり、Ｖは流体１４の体積である。また差圧はρＤ2Ｆ2に比例するが、ここではＤはメーターハウジング２２の内径であり、Ｆは渦１５の周波数である。
【００２４】
トランスジューサ２６の出力は、コンデンサＣFと抵抗ＲFを含むアンプ２８に接続されている。アンプ２８はアナログ出力信号をライン３０上に提供する。ライン３０上の信号は、エイリアシング防止フィルター６２と、符号６４で示されるＡ／Ｄ（シグマ・デルタ）コンバータを含む入力回路６０に提供される。このエイリアシング防止フィルター６２はライン３０からの信号を濾波し、望ましくない高周波数雑音を除去してエイリアシング防止（anti-aliassing）のフィルタリングを実行する。
【００２５】
Ａ／Ｄコンバータ６４は約３０７．２ｋＨｚでフィルタ６２からの信号をサンプリングし、渦１５の振幅と周波数を示す、一つのビットデータストリームを３０７．２ｋＨｚで出力する。データストリームには語境界は存在しない。時にはビット密度と呼ばれる、１と０の相対数（relative number）はライン３０上の信号を表す。
【００２６】
Ａ／Ｄコンバータ６４は、電力とコストとサイズを最小化するためにはＣＭＯＳ  ＡＳＩＣで実現するのが望ましいが、渦流量計にとっては典型的な周波数範囲である１〜１０ｋＨｚ範囲のアナログ信号をディジタル化するのに特に適している。
【００２７】
ディジタルのデータストリームは、接地されているか、又はグランドに対して漏れ電流を有するセンサーにとっては必要な電気的絶縁バリヤ６６を越えて送信される。コストの削減と接続の簡略化のためには、このようなセンサーが一般的に渦流量計中で使用される。一つのビットデータストリームによって、絶縁バリヤ６６中で使用される変圧器やコンデンサを安価でコンパクトなものとすることができる。光学的、圧電／音響的及び磁歪的な絶縁手段などの他の絶縁媒体を用いてもよい。
【００２８】
単一ビットデータストリームは絶縁バリヤ６６を越えてディジタル・トラッキング・フィルタ６８に提供される。ディジタル・トラッキング・フィルタ６８はＡ／Ｄコンバータ６４中に存在する周波数量子化雑音を最小にし、また、ライン３０上の渦センサー信号の振幅と周波数を質量流量を示す流量計出力に変換する。ディジタルフィルタ６８は流れに応答して変化する基本周波数を有し、流れに関連する、雑音で劣化された入力信号を受信する。ディジタルフィルタ６８は、高域（ＨＰ）フィルタおよびプリセットされた低域（ＬＰ）フィルタで入力信号を濾波し、流れ（流量）を示す濾波済みの信号を発生する。ＨＰフィルタの周波数特性は、様々なコーナー周波数を有する、予じめ選択されたＨＰフィルタのファミリーから選択される。
【００２９】
ある好ましい実施態様では、複数のＨＰフィルタが使用される。マイクロプロセッサ７０が適当なコーナー周波数のディジタルフィルタ６８を選択するか、又は、コーナー周波数を選択するための適当な制御手段をディジタルフィルタ６８内に準備する。ディジタルフィルタ６８はライン３０上の信号の振幅に関連し、流体の密度ρvにほぼ比例する信号を提供する。信号ρvは次に、質量流量Ｍを計算するために用いられる。ρv信号は、ディジタルフィルタ６８から得られる別の信号ρＶより好ましいが、その理由は、ディジタルフィルタ６８がρv信号からより多くの雑音を除去しているからである。
【００３０】
本出願と同じ譲受人に譲受されており、参照によってここに組み込まれる米国特許第５，４２９，００１号には、ρv信号を提供するディジタルフィルタ６８の詳細な動作が述ベられている。本出願と同じ日付で出願され、また、参照によってここに組み込まれる「トラッキング・フィルタのための高速伝達関数決定」（RAPID TRANSFER FUNCTION DETERMINATION FOR A TRACKING FILTER）と題する同時継続出願には、代替使用できるディジタル・トラッキング・フィルタが開示されている。しかしながら、実際の流体密度と比較して約５％の誤差が、これらのディジタル・トラッキング・フィルタのどちらから得られたρv信号にも存在し得る。この誤差はブラッフボディ２４に対する流体効果のためである。
【００３１】
本発明の１つの特徴では、導管１６中を流れる流体１４の追加パラメータを監視し、また、この追加パラメータを用いて流量を示す所望の出力値を計算することによって、渦流量計１０は典型的には質量流量である流量を示す出力値の精度を改善する。図示する実施態様では、導管１６中を流れる流体１４の温度と圧力が測定されて、マイクロプロセッサ７０に入力８０として提供される。温度は、ブラッフボディ２４から下流にあるのが望ましい流体の温度を感知する、ＲＴＤ（抵抗温度計装置）や熱電対のような、適当な温度センサー８２で測定される。
【００３２】
図示の実施態様では、温度センサー８２は、丈夫さのためや導管１６中での圧力低下を最小にするためにエアフォイル（airfoil）のような流線型本体８４の中に配置されている。適当な圧力センサー８６が導管１６内の流体のライン圧力を感知する。温度センサー８２と圧力センサー８６が、６４で示されている適当なＡ／Ｄコンバータに出力信号を提供する（必要とあれば濾波してもよい）。
Ａ／Ｄコンバータ６４はそれに応じたディジタル信号を絶縁バリヤ６６を越えてデコーダ８８に送信し、このデコーダ８８はさらに、信号８０をマイクロプロセッサ７０に提供する。
【００３３】
図示の実施態様では、温度センサー８２と圧力センサー８６の双方がブラッフボディ２４の下流に配置され、渦１５の発生を乱すのを避けている。ある好ましい実施態様では、温度センサー８２は、ブラッフボディ２４から、メーターハウジングの内径の約６倍のところに置かれており、一方圧力センサー８６は、ブラッフボディ２４から、メーターハウジングの内径の約４倍のところに置かれている。これらの位置では、温度センサー８２と圧力センサー８６から得られる出力値の誤差は無視することができ、したがって、流体密度ρvを計算する目的で使用することが可能である。
【００３４】
図２に渦流量計１０の全体的な動作を示すフローチャートを示す。このフローチャートはステップ１００から始まる。プログラムの流れは、ステップ１００からステップ１０１と１０３で示される並列経路に沿って動作すると考えることができる。実際、渦流量計１０は経路１０１で動作ステップを実行し、経路１０３中で単一の繰り返し過程を完了する前に、経路１０１で連続的な繰り返し過程を実行する。
【００３５】
具体的には、マイクロプロセッサ７０は「バックグラウンド」（background）で経路１０３中の動作ステップを実行するが、そこでは、これらのステップまたはその一部が、経路１０１の演算ステップの間又はその完了時の、利用可能な時間の間に完了される。以下に説明するように、経路１０１の動作ステップは、その結果として、流れ、すなわちこの場合は導管１６中の流体１４の質量流量Ｍを示す所望の出力値を提供する。しかしながら、渦流量計１０が正常動作している間では、計算される質量流量Ｍの精度は、経路１０３の各動作ステップにおいて、流体１４の温度と圧力に対する補正をすることによって改善される。
【００３６】
最初に経路１０１を参照すると、ステップ１０５で、渦流量計１０は渦センサー１１から周波数と振幅のデータを得て、そのデータを上記のディジタル・トラッキング・フィルタ６８に提供する。ディジタル・トラッキング・フィルタ６８が次に、ステップ１０７で、導管１６中の流体１４の流れを示す密度ρvを提供する。ステップ１０７で実行される計算には、記憶済みの換算定数βを適用して、渦センサー１１と電子回路１２の感度の差を補償する操作が含まれる。前記の差または感度は、所定のライン寸法に対して、例えば定格値から３０％も素子ごとに変動することがある。βは、以下に説明するステップ１１０から得られるρGやρLにρvが実質的に対応するように調整されるのが望ましい（例えば、Ｃは約１に等しい）。
【００３７】
次のステップ１０９で、密度値ρvがマイクロプロセッサ７０によって用いられ、既知の数式に従って、質量流量Ｍ（米国特許第５，４２９，００１号に記載されたものに類似している）が計算される。しかしながら、本発明による渦流量計１０のこの実施態様では、密度値ρvは、経路１０３の動作ステップから計算される較正係数Ｃで補正される。較正係数Ｃは密度ρvの少なくとも１つの値に依存することがあり、また、較正係数Ｃは経路１０１に沿った第１の繰り返し過程に対して計算されたものではないかもしれないので、較正係数Ｃは最初に１に設定してもよい。
【００３８】
ここで経路１０３を参照すると、マイクロプロセッサ７０はステップ１０２でライン８０からの温度や出力などの流体パラメータを読み取ると共に、ステップ１０７で計算され、かつ測定された温度と圧力に時間的に対応するρvを得る。この時点で、プログラムの流れは、流体が気体であるか液体であるか、または、流体の特性がほとんど知られていないか、ある程度知られているかにしたがって、サブ経路１０３Ａ、１０３Ｂ又は１０３Ｃに分岐される。
【００３９】
流体が気体であれば、プログラムの流れは経路１０３Ａに沿って継続される。ステップ１０４で、マイクロプロセッサ７０は導管１６中を流れる流体１４の圧縮因子Ｚを計算する。米国気体協会（American Gas Association）などの多くの組織によって、多くの圧縮因子の計算基準が発表されている。図３Ａと３Ｂは、様々な組成を有する気体の様々な温度での、圧力の関数としての圧縮因子の変動を示している。マイクロプロセッサ７０は、特定の流体に関連する記憶済みの係数を用いて圧縮因子を計算するのが望ましい。予測される複数の流体の各々に対して１群の係数が必要とされるので、また、圧縮因子の大きさはかなり変化するので、次の多項式を用いるのが望ましい。
0004472790.tif 000002
【００４０】
ここで、Ａijはメモリー（ＥＥＰＲＯＭ）８１に記憶されている曲線当てはめ誘導定数（curve fitting derived constant）であり、Ｔはプロセスの絶対温度であり、Ｐは絶対圧力である。ｉとｊは圧縮因子を計算するための所要精度によって、０と９の間の整数値であるのが望ましい。６３項多項式（ｉ＝０〜８、ｊ＝０〜６）であれば、ほとんどの応用に間に合う。この形式とこの項目数の多項式によれば直接計算方法に比較して計算量が減少し、これによって、渦流量計１０の必要動作電力および較正係数Ｃの更新間の時間も減少する。その上、このような技法によって、多くの補助定数を記憶するための大型メモリーが必要なくなって、電力の一層の節約が可能になる。
【００４１】
圧縮因子Ｚがステップ１０４で計算されると、この値はステップ１０６で用いられ、理想気体の法則に従って密度値ρGが計算される。
【００４２】
流体１４が液体の場合は、ステップ１０２の後、プログラムの流れは経路１０３Ｂに沿って継続される。経路１０３Ｂはステップ１０８を含むが、ここで液体の密度ρLが計算される。マイクロプロセッサ７０は次の形式の記憶済み多項式を用いてρLを計算するのが望ましい。
0004472790.tif 000003
【００４３】
ここで、Ｂklはメモリー８１に記憶されている曲線当てはめ誘導定数、Ｔはプロセス絶対温度、Ｐは絶対圧力であり、またｋとｌは所望の精度に応じて適当な整数値をとり得る。所望とあれば、液体は実質的に非圧縮性であるので、項目Ｐkは省略してもよい。
【００４４】
較正係数Ｃは、ステップ１１０でρG又はρL及びρvの関数として計算される。較正係数Ｃはこれらの値から得られた簡単な比でもよいし、その代わりに移動（rollong）平均値や時間重み付けされた平均値でもよい。
【００４５】
サブ経路１０３Ｃは、導管１６内を流れる流体の流体特性が、仮に知られていたとしても、ほとんど知られていないに等しい場合の較正係数Ｃの計算を示している。一般に、較正係数は次式で表される。
Ｃ＝Ｃref＋△Ｃ      式３
【００４６】
ここで、Ｃrefは較正係数の平均値であり、ΔＣは、圧力センサー８６から得られた圧力や、温度センサー８２で測定された温度や、ステップ１０７で計算されたようなρvや、あるいは、例えば動粘性などの流体の他の既知のパラメータなどの、利用可能なパラメータの関数として計算された小さな値である。例えば、マイクロプロセッサ７０は、圧力や温度の関数として、スティフネスや弾性などの変動に対する渦センサー組立体１１の出力の較正係数を計算することができる。
【００４７】
さらに他の実施態様では、マイクロプロセッサ７０は、ρv、流れている流体の速度Ｖ（渦流の周波数から得られる）、メーターの直径ならびに、温度および流体のタイプ（種別）の関数である動粘性μを用いてレイノルド数を計算できる。レイノルド数の計算には、流体の動粘性を知っていることが必要であるが、近似値を用いてもよい。動粘性は、流体の特性の知識範囲にしたがって、単なる係数（あらゆる温度効果を無視した）としてもよいし、または、次の形式の温度の関数としてもよい。
0004472790.tif 000004
【００４８】
ここで、Ｄnは曲線当てはめ誘導定数であり、Ｔはプロセスの絶対温度であり、ｎは所望の精度に応じて適当な整数値を取り得る。レイノルド数を知っていれば、マイクロプロセッサ７０は、「Ｋ係数」及び／又は差圧（ΔＰ＝ＣpρＶ2）を決定するブラッフボディ２４上の圧力係数を補正できる。所望とあれば、マイクロプロセッサ７０は次の形式の記憶済みの多項式を用いて較正係数Ｃを計算する。
0004472790.tif 000005
【００４９】
ここで、Ｃrsはメモリー８１中に記憶されている曲線当てはめ誘導定数であり、ΔＴは実際の温度と基準温度の差であり、ΔＰは実際の圧力と基準圧力の差であり、ｒとｓは所望の精度に応じて適当な整数値を取り得る。所望とあれば、ρv、μ、マッハ数もしくは他の既知の特性又は測定された流体パラメータもまたこの式に組み込むことができる。
【００５０】
較正係数Ｃが計算されたら、次にこれをステップ１０９で用いて、一連の繰り返し過程の間に、バックグラウンドで新しい較正係数が再度計算されるまで、経路１０１の一連の繰り返し過程を実行する。マイクロプロセッサ７０は最終的な出力値をＤ／Ａコンバータ８３に提供し、このディジタル値を、流量を表す４〜２０ｍＡの電流に変換する。ディジタル通信回路８５もまた、最終出力値を受信し、既知のフォーマットを用いて電流ループ１７上に伝送することができる。所望とあれば、発生器８７もまた質量流量の最終出力値を受信し、絶縁装置８９を介してパルス回路９５から周波数出力Ｆoutを提供することができる。
【００５１】
所望でなければ、発生器８７は、ディジタル・トラッキング・フィルタ６８から体積流量を示す信号７９を受信できる。Ｆoutが体積流量を示す場合、マイクロプロセッサ７１０は適当な換算定数を発生器８７に提供する。ディスプレイ７３は渦流量計１０のためのユーザーインタフェースを提供する。
【００５２】
このようにして、単一のマイクロプロセッサ７０をすべての処理に対して用いることによって、渦流量計１０が消費する電力を最少化し、さらにこれによって電流ループ１７から渦流量計に電力を完全に供給できるようになる。経路１０３のステップの実行にはさらなるプロセッサ時間が必要であるが、これらの計算は、マイクロプロセッサ７０が、質量流量Ｍに対する所望の更新速度を提供しながらも、実行可能である。これは、マイクロプロセッサ７０が、単に密度値ρL又はρGだけから質量流量Ｍを計算しなければならない場合は不可能である。
【００５３】
これらの状況下では、マイクロプロセッサ７０の更新速度を電流ループ１７からの利用可能な電力制限内に収まるように減少させるか、または、付加的な電力を提供するかしなければならない。この好ましい実施態様では、更新速度は利用可能な電力量を超えることなく維持できるが、その理由は、経路１０３のステップが質量流量Ｍの更新速度未満の速度で実行されるからである。
【００５４】
図１Ａに２つのマイクロプロセッサ７０Ａと７０Ｂを有する実施態様を示す。マイクロプロセッサ７０Ａは、上記のような図２のフローチャートにしたがって質量流量Ｍを計算する。マイクロプロセッサ７０Ｂはデータバス７１を介してマイクロプロセッサ７０Ａと通信する。マイクロプロセッサ７０Ｂは信号発生器８７とディスプレイ７３とを制御し、Ｄ／Ａコンバータ８３及びディジタル通信回路８５を介して遠隔位置（図示せず）と電流ループ１７で通信している。図１Ａには、複数のマイクロプロセッサ７０Ａと７０Ｂを用いて演算タスクを実行する１つの実施態様を示す。３つ以上のマイクロプロセッサを有していたり、又は演算タスクが違うように行なわれる実施態様もまた本発明の範囲内にある。
【００５５】
本発明の別の特徴には、測定された圧力及び／又は温度を用いて追加の補正を計算したり、又は、液体と気体の双方に対する体積流量や質量流量に関する警報を発生することが含まれる。例えば、メータハウジング２２の熱膨張による「Ｋ係数」（渦流周波数の体積流量に対する比）に対する温度補正を提供することができる。例えば、メーターハウジング２２がステンレススチール製である場合、熱膨張によるＫ係数に対する温度補正は約０．３％／１００度Ｆである。流量計１０は公称のＫ係数および、熱膨張係数と測定温度に基づく補正係数値の双方を記憶する。マイクロプロセッサ７０はこれらの公称Ｋ係数と補正係数の双方を用いて出力流量値を計算する。
【００５６】
別の補正には、流体１４の粘度の圧力変化と温度変化を計算して、Ｋ係数に対するレイノルド数補正を決定することが含まれる。この補正は小さな導管中を低流量で流れる高粘度の液体に対して特に有用である。したがって、公称レイノルド数と補正係数（温度、圧力及び流体種別やタイプに基づく）の双方が記憶され、流量計１０によって用いられる。
【００５７】
さらに別の実施態様では、初生キャビテーションが渦センサー１１内に存在する場合に警報が発生される。流体１４の圧力が流体の蒸気圧に近いか、又はそれ未満である場合に初生キャビテーションが発生する。次式は、メーター２２から直径の５倍だけ下流での、最小の許容ライン圧力ＰLを表す。
ＰL＝Ａ△Ｐ＋ＢＰVAP      式６
【００５８】
ここで、ΔＰはブラッフボディ２４の両端における上流・下流間の圧力降下であり（ΔＰ＝Ｃx・ρＶ2であり、ここでＣxは比例性定数）、Ａはブラッフボディ２４上の局所化された最小圧力点と関連する定数であり、ＰVAPはメモリー８１に式又は表として記憶されている流体１４の蒸気圧であり、Ｂは蒸気圧に近いしきい値マージンを示す定数である。例えば、定数Ａは約２．９（直径の５倍だけ下流のところで）に等しい値であり得るが、一方定数Ｂは約１．３に等しい値であり得る。定数ＡとＢは圧力測定の実際の位置によって変化することがある。
【００５９】
マイクロプロセッサ７０は、渦センサー１１からの振幅信号が期待値以下に減少したときに、この計算を実行するのが望ましい。流体１４のライン圧力が蒸気圧に近づいたことを、マイクロプロセッサ７０が計算によって検出すると、警報がライン１７上又はディスプレイ７３に発生して、キャビテーションを知らせる。そうでない場合、渦流量計１０の誤差を示す警報が発せられる。
【００６０】
別の実施態様では、マイクロプロセッサ７０は測定された圧力と温度のデータを用いて、渦流量計１０内を流れる気体に凝縮が発生しているかどうかを計算する。このような状況では、マイクロプロセッサ７０は気体凝縮領域での動作を示す警報を発することができる。
【００６１】
蒸気応用のある実施態様では、マイクロプロセッサ７０は、測定された圧力と温度のデータから得られた密度値ρGを、振幅の測定値から得られた密度値ρvと比較することによって蒸気の品質を計算する。マイクロプロセッサ７０は蒸気の品質を示す信号を電流ループ１７を介して遠隔位置に提供する。
【００６２】
さらに別の実施態様では、マイクロプロセッサ７０は、密度ρLもしくはρG及び流体流量、又は、センサー１１の出力から推測できるような振幅に基づいてブラッフボディ２４に加わる動圧力を計算する。動圧力が、それを超えると疲労及び／又は構造的な損傷がブラッフボディ２４又はセンサー１１に対して発生し得る最大許容値に基づいて、予じめ決定された値を超えると、マイクロプロセッサ７０はライン１７上に警報信号を発生することがある。
【００６３】
さらに別の実施態様では、マイクロプロセッサ７０はρvをρL又はρGと比較し、これらの値間の差が事前に選択されたしきい値を超えると警報を発してセンサー１１又は電子回路系１２の故障又は劣化を知らせる。加えて、マイクロプロセッサ７０は温度センサー８２と圧力センサー８６から得られた信号を監視し、これらの信号が使用可能範囲から外れていないかどうかを確認する。これらの信号のどれかが前記使用可能範囲外にある場合は、得られた値が誤っているかも知れないので較正係数の計算を停止することができる。
【００６４】
この状況の下では、マイクロプロセッサ７０は質量流量が処理経路１０１によって計算されているだけであることを示すが、この場合、較正係数Ｃは１などのデフォルト値や最後の使用可能値に設定されている。同様に、マイクロプロセッサ７０はディジタルフィルタ６８からのρv信号を監視し、信号ρｖが誤っているようであれば、ρG又はρLの値だけに基づいて質量流量を計算する。マイクロプロセッサ７０は、もしもρG又はρLの値のみが使用されているのであれば別の警報を発生する。
【００６５】
前述した計算の各々はマイクロプロセッサ７０に対してさらに追加のプロセッサ時間を必要とするが、マイクロプロセッサ７０はマルチタスク方式であるので、計算された補正値及び／又は警報に基づく、より遅い速度で、前記計算が完了される。一般に、これらの補正値は小さいので、１０〜２０秒の速度より速い速度で更新する必要はない。所望によっては、特に補正計算の更新速度が２０から３０秒を超える場合は、整数乗算機能をＡＳＩＣ内に装備して、これらの計算を支援してもよい。また、整数乗算機能をＡＳＩＣに組み込むと、圧力と温度の値は線形性オフセット、ゼロオフセットや温度オフセットの補償をするように補正することができる。
【００６６】
別の実施態様では、渦センサー１１を交換する必要がある場合に、温度センサー８２と圧力センサー８６からのデータを用いて新しい渦センサー１１を較正することができる。具体的には、仮に、渦センサー１１を交換する場合に、マイクロプロセッサ７０はρvの値をρG又はρLのどちらかと比較して、メモリー８１中の換算定数βを調整し、Ｃが実質的に１に等しいままであるように、ρG又はρLをρvに等しくする。ここでマイクロプロセッサ７０は新しい渦センサー１１を較正し終ったわけであり、動作は図２に従って継続される。
【００６７】
図４〜７に示す代替実施態様では、温度センサー８２と圧力センサー８６は連結フランジ２２Ａと２２Ｂ間でメーターハウジング２２に搭載されている。温度センサー８２はブラッフボディ２４の下流にある流線型本体８４中に搭載されている。流線型本体８４はまた、図６〜７にも示されているように、その内部に搭載されている、例えばＮ型熱電対などの温度センサー８２を受容する内部凹部１０２を含んでいる。流線型本体８４はメータハウジング２２に搭載されて、凹部１０３内に延びている。図４に戻ると、信号ライン１０４は温度センサー８２を送信機ハウジング１０６内の電子回路１２に接続している。
【００６８】
この実施態様では、支持チューブ１０８が送信機ハウジング１０６をメータハウジング２２上に支持している。圧力センサー８６は支持チューブ１０８と送信機ハウジング１０６間の接続モジュール１１１中に配置されている。流体の圧力は、フランジ２２Ａと２２Ｂ間で流体１４に対して開口している、少なくとも１つのポート１１２を有する通路１１０Ａを介して圧力センサー８６に加えられる。
【００６９】
図示の実施態様では、ポート１１２は流線型本体８４にある。通路１１０Ａは内側ボア１１３とチューブ１１５を含んでいる。チューブ１１５は結露をトラップするためのループ１１５Ａを含むのが望ましい。バルブ１１７が通路１１０Ａ内に設けられていて、圧力センサー８６を現場で交換できるようにしている。
【００７０】
図８と９に示す、さらに別の実施態様では、温度センサー８２と圧力センサー８６が連結フランジ２２Ａと２２Ｂ間でメーターハウジング２２に搭載されている。温度センサー８２はブラッフボディ２４の下流にある流線型本体１８４中に搭載されている。流線型本体１８４はまた、図６にも示されているように、その内部に搭載される、例えばＮ型熱電対などの温度センサー８２を受容する内側凹部１８６を含んでいる。また図８に戻ると、信号ライン１８８が温度センサー８２を送信機ハウジング１９０中にある電子回路１２に接続している。
【００７１】
この実施態様では、支持チューブ１９２が送信機ハウジング１９０をメータハウジング２２上に支持している。圧力センサー８６は送信機ハウジング１９０中に配置されている。流体圧力が、メーターハウジング２２内にポート１９６を有し、かつフランジ２２Ａと２２Ｂ間で流体１４に対して開口している通路１９４を介て圧力センサー８６に印加される。図示の実施態様では、圧力ポート１９６はブラッフボディ２４に近接してその上流に配置されている。
【００７２】
図４〜７におけるポート１１２と温度センサー８２の位置、図８と９におけるポート１９６と温度センサー８２の位置及び、流体の温度と圧力を得るに便利なメータハウジング２２内の他の位置は、動的圧力水頭（ヘッド：ρＶ2に比例する）及び下記の温度回復係数に応じて修正されることがある。
0004472790.tif 000006
【００７３】
ここで、ＣSは一定の圧力における比熱であり、ｒは回復係数である。マイクロプロセッサ７０はメータハウジング２２内での圧力と温度の測定値、度ρvの測定値及び密度ρG又はρLの計算値を適当な熱力学的エネルギ・モーメントの式中で用いて、測定位置による誤差を補正する。例えば、ブラッフボディ２４の前部での圧力は、次式によって、直径の４倍だけブラッフボディ２４より下流における圧力に関連付けられる。
Ｐ−Ｐ4D＝ＣPＶ2      式８
【００７４】
ここで、Ｐはブラッフボディ２４の全面での圧力であり、Ｐ4Dは直径の４倍だけブラッフボディ２４より下流での圧力であり、ＣPはレイノルド数と共に変化する圧力損失係数であり、ρは流体の密度であり、Ｖは流体の速度である。
【００７５】
取付けフランジ２２Ａ同士間に測定位置を定める方が、メーターハウジング２２に対する機械的配置が良好であるし、また位置誤差に対する感度が低く、温度センサー上に及ぼす導通（conduction）誤差も低く、渦流周波数との干渉も少なく、圧力ポートの詰まり（plugging）も減少する。このように、渦流量計１０は完全に工場で組み立て可能であり、したがって渦流量計１０の全体的なサイズや経費も減少し、導管に対する付加的な侵入用のポイントが必要なくなるので組み付けも容易になる。
【００７６】
本発明は好ましい実施態様を参照して説明したが、形態と詳細での変更が本発明の精神と範囲を逸脱することなく可能であることが当業者には認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明による渦流量計のブロック図である。
【図１】本発明による渦流量計の第２の実施態様のブロック図である。
【図２】本発明の渦流量計の動作を説明する流れ図である。
【図３Ａ】二つの流体について、種々の温度での圧力の関数として、圧縮因子を示す特性曲線である。
【図３Ｂ】二つの流体について、種々の温度での圧力の関数として、圧縮因子を示す特性曲線である。
【図４】渦流量計の一部を切り取った側面図である。
【図５】図４の５−５線に沿った渦流量計の断面図である。
【図６】図４の一部分の拡大断面図である。
【図７】図６の７−７線に沿った断面図である。
【図８】本発明の第２の実施態様の渦流量計の一部を切り取った側面図である。
【図９】図８の９−９線に沿った渦流量計の断面図である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図９】
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