(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験ユニット（１１４）を校正するよう構成された流量計校正システム（１００）であって、第１の流量測定信号を生成するようになされた第１の流量計アレイ（１１２）を備える流量計校正システムにおいて、
第２の流量測定信号を生成するようになされ、該第２の測定を前記第１の測定と同期させてなる第２の流量計アレイ（１１６）と、
前記第１の流量測定信号及び前記第２の流量測定信号を処理して前記第２の流量計アレイの精度を決定するとともに、前記第２の流量測定信号と前記試験ユニットからの第３の測定とを処理して前記試験ユニットの校正を行うコントローラ（１２２）であって、前記第３の測定を前記第１の測定及び第２の測定と同期させてなるコントローラと、
を具備し、
使用時に、前記第１の流量計アレイ、前記試験ユニット及び前記第２の流量計アレイが流体供給源と直列接続を構成するよう接続され、流体が前記流体供給源から前記第１の流量計アレイと前記試験ユニットと前記第２の流量計アレイとを通って流れることを特徴とする流量計校正システム。
【請求項２】
前記第１の流量計アレイ（１１２）と前記第２の流量計アレイ（１１６）のそれぞれが、平行に流れるように接続された複数のコリオリ流量計を含む、請求項１記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項３】
前記第１の流量計アレイ（１１２）における前記複数のコリオリ流量計が、異なる流量容量を持つコリオリ流量計を含む、請求項２記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項４】
前記第２の流量計アレイ（１１６）における前記複数のコリオリ流量計が、異なる流量容量を持つコリオリ流量計を含む、請求項３記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項５】
前記第１の流量計アレイ（１１２）における異なる流量容量を持つ前記複数のコリオリ流量計の各流量計が、前記第２の流量計アレイ（１１６）における異なる流量容量を持つ前記複数のコリオリ流量計のうちの符合するものと同じである、請求項４記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項６】
前記第２の流量計アレイによる流量測定値が標準計器校正測定として用いる所定の限度内にあることを保証するため、前記コントローラが、前記第１の流量計アレイ（１１２）から受け取った前記第１の流量測定信号と前記第２の流量計アレイ（１１６）から受け取った前記第２の流量測定信号との統計的比較を行うよう更に構成されている、請求項５記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項７】
前記コントローラが、前記所定の限度を、前記第２の流量計アレイ（１１６）による流量測定値が前記試験ユニット（１１４）の精度仕様よりも少なくとも約３倍確実であるとして９５％以上の確実性で定義するよう構成される、請求項６記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項８】
前記試験ユニットが総合流量測定値の０．１％以上の精度仕様を持ち、前記所定の限度が前記総合流量測定値の０．０３％以下である、請求項７記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項９】
前記コントローラ（１１２）が、前記第１の流量計アレイ（１１２）と前記第２の流量計アレイ（１１６）とにおける各々の符合する流量計間で流量測定信号を比較するよう更に構成されている、請求項６記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項１０】
前記コントローラ（１２２）が、前記統計的比較の実施に先立ち、前記第１の流量計アレイ（１１２）と前記第２の流量計アレイ（１１６）との各々における全ての活動中の流量計からの流量に対する合計を積算するよう更に構成される、請求項６記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項１１】
前記計器（１１４）がコリオリ流量計である、請求項２記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項１２】
前記第２の流量計アレイ（１１６）による流量測定値が標準計器校正測定として使用する所定の限度内にあることを保証するため、前記コントローラ（１２２）が、前記第１の流量計アレイ（１１２）から受け取る前記第１の流量測定信号と前記第２の流量計アレイから受け取る前記第２の流量測定信号との間の統計的比較を実施するよう更に構成されている、請求項１記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項１３】
前記コントローラが、前記所定の限度を、前記第２の流量計アレイ（１１６）による流量測定値が前記試験ユニットの精度仕様より少なくとも約３倍確実であるとして９５％以上の確実性で定義するよう構成される、請求項１２記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項１４】
前記試験ユニットが総合流量測定値の０．１％以上である精度仕様を持ち、前記所定の限度が前記総合流量測定値の０．０３％以下である、請求項１３記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項１５】
前記第１の流量計アレイ（１１２）の流量計と前記第２の流量計アレイ（１１６）の流量計とが、前記試験ユニット（１１４）と同種の流量計に該当する、請求項１記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項１６】
前記コントローラ（１２２）が、前記第１の流量計アレイ（１１２）の流量計と前記第２の流量計アレイ（１１６）の流量計とを通る流量を、該流量が前記流量計に対応する最適精度の範囲内に入るまで、選択的に調整するよう更に構成されている、請求項１５記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項１７】
前記第１の流量計アレイ（１１２）の流量計と前記第２の流量計アレイ（１１６）の流量計とが、前記試験ユニット（１１４）における質量流量測定と密度測定との同時校正のために質量流量測定と密度測定とを実施することが可能である、請求項１記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項１８】
前記試験ユニット（１１４）が、同時の流量測定信号を各流量計から送信するよう構成された一連の試験下の計器を備える、請求項１記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項１９】
輸送および貯蔵を容易にするためモジュール部分で形成される、請求項１記載の流量計校正システム（１００）。
【請求項２０】
試験ユニット（１１４）を校正する流量計校正方法であって、
第１の流量計アレイ（１１２）を前記試験ユニット（１１４）と直列接続を形成するよう接続するステップと、
前記第１の流量計アレイ及び前記試験ユニットを通る流量校正測定に使用する流体を供給するステップと、
第１の流量測定信号を生成するよう、前記第１の流量計アレイを通る前記流体の流量特性の第１の測定を実施するステップと、
を備える校正方法において、
第２の流量計アレイ（１１６）を前記試験ユニット（１１４）と直列接続を形成するよう接続するステップと、
前記第２の流量計アレイに前記流体を供給するステップと、
第２の流量測定信号を生成するよう、前記第２の流量計アレイを通る前記流体の流量特性の第２の測定を実施するステップであって、前記第２の測定を前記第１の測定と同期させてなるステップと、
前記第１の流量測定信号及び前記第２の流量測定信号を処理して、前記第２の流量計アレイの精度を決定するステップと、
前記第２の流量測定信号と前記試験ユニットからの第３の測定とを処理して前記試験ユニットを校正するステップであって、前記第３の測定を前記第１の測定及び前記第２の測定と同期させてなるステップと、
を含む流量計校正方法。
【請求項２１】
測定を実施する前記ステップのそれぞれが、コリオリ測定法を用いて質量流量を決定することを含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の流量計アレイ（１１２）と前記第２の流量計アレイ（１１６）との使用を含む前記の測定を実施するステップのそれぞれが、前記流体を各アレイを通って平行に複数のコリオリ流量計に流すことを含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記流体を平行に前記複数のコリオリ流量計に流す前記ステップが、前記第１の流量計アレイ（１１２）における異なる流量容量を持つ前記複数のコリオリ流量計に前記流体を流すことを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記流体を平行に前記複数のコリオリ流量計に流す前記ステップが、前記第２の流量計アレイ（１１６）における異なる流量容量を持つ前記複数のコリオリ流量計に前記流体を流すことを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の流量測定信号及び前記第２の流量測定信号を処理する前記ステップが、前記第２の流量計アレイ（１１６）による流量測定値が標準計器校正測定として使用される所定の限度内にあることを保証するため、前記第１の流量測定信号と前記第２の流量測定信号との間の統計的比較を実施することを含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記統計的比較がコントローラ（１２２）によって実施され、前記コントローラが、前記所定の限度を、前記第２の流量計アレイ（１１６）による流量測定値が前記試験ユニット（１１４）の精度仕様より少なくとも約３倍確実であるとして９５％以上の確実性で定義するよう構成される、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記試験ユニットが総合流量測定値の０．１％以上の精度仕様を持ち、前記所定の限度が前記総合流量測定値の０．０３％以下である、請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
前記統計的比較を実施する前記ステップが、前記第１の流量計アレイ（１１２）と前記第２の流量計アレイ（１１６）とにおける各々の符合する流量計間で流量測定信号を比較することを含む、請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
前記試験ユニット（１１４）がコリオリ流量計である、請求項２０記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の流量測定信号と前記第２の流量測定信号とを処理する前記ステップが、前記第２の流量計アレイ（１１６）による流量測定値が標準計器校正測定として用いる所定の限度内にあることを保証するため、前記第１の流量測定信号と前記第２の流量測定信号との間の統計的比較を実施することを含む、請求項２０記載の方法。
【請求項３１】
前記統計的比較がコントローラ（１２２）によって実施され、前記コントローラが、前記所定の限度を、前記第２の流量計アレイ（１１６）による流量測定値が前記試験ユニット（１１４）の精度仕様より少なくとも約３倍確実であるとして９５％以上の確実性で定義するよう構成される、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記試験ユニット（１１４）が総合流量測定値の０．１％以上の精度仕様を持ち、前記所定の限度が前記総合流量測定値の０．０３％以下である、請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
前記の測定を実施するステップの各々において用いられる全ての流量計が同種の流量計に該当する、請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、校正される計器の精度を保証する目的で流量計の校正において用いられるシステムに関する。特に、当該システムは、校正されている計器が標準化された計器と同じ形式のものであり得る場合に、統計分析を用いて体積流量計、質量流量計、密度計および粘度計を校正する。
【０００２】
課題
使用に供される流量計に対する周期的な保守を実施することがしばしば望ましい。このような保守の一つの特質は、正確かつ信頼し得る測定データを保証するために流量計を校正することである。以下の論述に用いられるように、用語「標準計器」とは、本文では、正確な基準に従って校正された計器であって、他の計器の校正に用いられる標準的な測定ツールとして用い得る計器を意味する。用語「稼働計器」とは、通常使用されて特定目的のための測定データを得るがこのような測定データの精度を保証するように校正を周期的に必要とする計器を指す。また、標準計器は、標準計器が通常使用されて他の計器の校正のために測定データを得ると言う意味で稼働計器であり、標準計器自体は周期的な校正を必要とする。
【０００３】
計器校正の目的は、電子信号を被試験計器からの質量、体積その他の情報の直接測定値へ変換するのに使用される流量校正係数を確認することである。コリオリ流量計および正変位量計は、線形の計器すなわち流量校正係数が流量に関して一定であるとして当技術において公知である。オリフィス計、磁気的な流量および渦流計を含む他の計器は、流量校正係数が流量と共に変動する非線形計器である。
【０００４】
校正プロセスは、典型的には、使用状態から計器を取り外して試験施設へ出荷し、そこで計器を洗浄し、必要に応じて修理し、試験測定を受けることを含む。最も一般的な校正測定は、通常、重量測定ダイバータ・システムを用いて、正確に知られる内因性および外因性の流体特性、例えば、温度、密度、粘度、体積を持つ標準流体を被試験計器に通過させることを含む。被試験計器は、この流体について流量測定を行い、これら測定が既知の流体特性とクロスチェックされる。重量測定ダイバータ・システムは、広範囲の流量にわたる試験の目的のために設計されるものであるが、このような機能を提供するのに必要な付加的な構造はそれらの輸送を困難にするほど大きなものになる。
【０００５】
重量測定ダイバータ・システムを用いての流量計の試験は、比較的時間と経費を要する。重量測定ダイバータ・システム自体は、比較的大きな空間体積を占める。時間、空間および経費の損失は、他の被試験計器の校正において後で使用される重量測定基準に対して、極めて正確な計器すなわち標準計器を校正することによって低減することができる。校正試験の期間において、これら標準計器は、同時の流量測定を実施するため、被試験計器と直列に接続される。被試験計器に対する流量校正係数を提供しあるいはこれを確認するため、被試験計器からの測定データは、同じ流体の体積についての標準計器からの測定情報による校正において用いられる。
【０００６】
流量計は、小さな不確実性（ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ）が流量計出力に常に存在するので、完全に正確な測定データを提供するほど信頼し得るものではない。例えば、米国コロラド州ボールダのマイクロ・モーション社販売の多くのコリオリ流量計は、選定された使用範囲の流量以内の総質量流量の０．１パーセント内で精確であるよう規定される。これら流量計の多くは、この範囲内の一部では０．０１パーセントより小さいという更に著しい精度が可能である。このような注目すべきレベルの精度を全ての流量にわたり提供する流量計は１つもない。コリオリ流量計は、０．１ｌｂｓ／（分０．０５ｋｇ／分）未満から２５，０００ｌｂｓ／分（１１，０００ｋｇ／分）を超える範囲の流量について質量流量測定を行うように設計されてきた。
【０００７】
コリオリ効果質量流量計は周知であり、多くの特許、例えば、振動管を用いて質量流量と関連する測定可能なコリオリ効果を生じる質量流量計について記載するスミスの米国特許第４，４４４，０５９号、同第４，４９１，０２５号および同第４，４２２，３３８号において記載されている。リューシュの米国特許第４，４９１，００９号は、コリオリ質量流量計の構造に基く振動管密度計について記載している。密度を測定するコリオリ効果質量流量計の能力は、密度値を質量流量値へ簡単に分けることにより、体積流量の決定を可能にする。また、コリオリ効果質量流量計が粘度計としても使用できることは周知である。
【０００８】
流量測定における不確実性の総レベルは、計器の使用環境と相まって、計器における無作為な不確実性および系統的な不確実性から生じる。計量産業は、これらの不確実性や、参考のため援用され且つ本明細書に開示されたとものとみなされるＩＳＯ−５１６８におけるような計器の不確実性を定量化し管理するための公表された公的ガイドラインを一般に考慮してきている。
【０００９】
計量産業は、標準計器からの出力における不確実性が被試験計器の製造者精度仕様より少なくとも３倍優れていることを必要とするという経験則の利点を用いる。このため、流量の０．１パーセントまでの精度であるとして規定される稼働計器は、校正の目的のためには０．０３３パーセントまで精確である標準計器を必要とする。
【００１０】
コリオリ質量流量計は、多くの流量処理分野において実地に使用される最も正確な形式の公知の計器である。該流量計は一般に流量プロフィールに対して鈍感であり、液体を用いて生成された校正係数は、稼動中の気体に適用されるときも同じ様に良好である。コリオリ効果質量流量計に対して測定基準として用いられる極めて優れた精度を持つ公知のあるいは容易に利用可能な計量技術は存在しない。
【００１１】
コリオリ型の稼働計器の校正のためにコリオリ流量計を標準計器として用いるときに、幾つかの問題が生じる。これら２つのコリオリ流量計が類似しあるいは同じ製造者精度仕様を持つ場合、標準計器における不確実性が被試験計器における製造者精度仕様の３倍良好であることを要求する経験則の利点を得ることはできなくなる。このような状況であるため、稼働計器の比較的高価な重量測定試験を要求するという脇道へ入ってしまう。
【００１２】
標準計量システムとして使用される充分な精度をもって広範囲の流量にわたり使用可能である標準計器を含むコンパクトな流量計校正システムに対する需要が存在する。当該システムは、線形の計器および非線形の計器の校正に使用できるものであるべきである。また、当該システムは、製造、出荷および組立てが容易にできるようにモジュール型であるべきである。当該システムはまた、計器を使用状態から取り外して校正の目的のため流量実験室へ出荷するという現在のやり方と違い、計器が使用されている遠隔地での計器の校正のため輸送することも可能である。
【００１３】
解決法
本発明は、先に概要を述べた課題を克服するものであり、広範囲の流量にわたり標準計器として使用される充分な精度を持つ複数の標準計器を含むコンパクトな流量計校正システムを提供することによって、当該技術を進歩させる。当該システムは、広範囲の流量にわたり線形の計器および非線形の計器を校正するため動作可能である。このシステムはまた、校正試験のため遠隔地へ容易に輸送でき、輸送および貯蔵を更に容易にするためモジュール要素へ分解することができる。
【００１４】
本文で用いられる用語「校正」は、流量計の精度の改善あるいは流量計の精度の検証に用いられるデータを提供する流量測定試験を意味するよう定義される。流量計の精度の改善は、流量計に対する流量校正係数を変化させることによって行われることが多い。用語「流量計」は、流体が通常は流れている稼働場所に置かれたときに内因的あるいは外因的な流体特性を測定する能力を備えた任意の計器を意味するよう定義される。流量計は、密度計、粘度計、質量流量計および体積流量計を含む。体積流量計は、本発明に係るシステムにおいて好んで使用され、質量流量計が特に好まれる。用語「流体」は、液体、気体、液体と気体の混合物、主として液体の挙動を呈する液体と固体の混合物、主として気体の挙動を呈する気体と固体の混合物、および、主として液体または気体の挙動を呈する気体と液体と固体の混合物を含むよう定義される。用語「不確実性（ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ）」は、ＩＳＯ−５１６８のような国際規格を少なくとも含む計量技術において受け入れられる任意の規則に従って実施される無作為の不確実性と系統的な不確実性との組合わせを意味する。
【００１５】
当該流量計校正システムは、流量校正測定において用いる流体を供給する機構を含む。当該システムは、この流体について、連続する３つのステップで流量測定を行う。第１のステップは、第１の流量計アレイを用いて行われる質の検査ステップである。第２のステップは、稼働中の試験ユニットを用いて流量測定を行うことを含む。第３のステップは、第２の流量計アレイを用いて行われる標準計器測定である。第１アレイと第２のアレイとの間の統計的比較分析に基いて、コントローラは、両方の流量計における測定精度あるいは感度を最適化するように、システムを流れる流量を管理する。流量測定値は、試験ユニットに用いられる流量校正係数を計算あるいは確認するのに用いられる。同じ原理が、試験ユニットが質量流量、体積流量、密度あるいは粘度の測定に対して校正されているかどうかに対しても当てはまる。
【００１６】
流量計校正システムの望ましい実施の形態は、輸送および貯蔵を容易にするためモジュール設計を組み入れている。当該システムは、第１の流量計アレイ、第２の流量計アレイおよび流体供給機構を含む、各々の小組み立て体へ分離することができる。試験場所に予め存在する流体供給源を用いて校正を実施できることがしばしばあり、従って、流体供給手段を試験システムと共に輸送することが必ずしも必要であるとは限らない。
【００１７】
流体供給機構は、システム・ハードウエア、例えば液体貯溜部やポンプと両立し得る液体と、複数の非混和性液相および気体を含む多相流体と、プラント処理流体、水道供給源、掘り抜き井戸あるいは重量測定システムのような加圧水供給源への取付け部と、天然ガス、空気あるいはプラント処理気体などの加圧気体供給源とを提供することができる。一定圧力の水供給源は、コリオリ流量計の校正に使用するには好ましい供給機構である。
【００１８】
第１の流量計アレイおよび第２の流量計アレイのそれぞれは、少なくとも１つの流量計を含む。第１の流量計アレイは、流体供給機構から流体を受け取るように構成される。試験ユニットは、第１の流量計アレイと第２の流量計アレイとの間の流路に配置される。第１の流量計アレイと第２の流量計アレイとの間を通過する全ての流体は試験ユニットを通過しなければならないものとする。極めて大きな流量を収容するため、多数のアレイを並列に接続することもできる。
【００１９】
第１の流量計アレイと第２の流量計アレイとがそれぞれ複数の流量計を含み、これらの流量計がコリオリ効果質量流量計であることが極めて望ましい。各アレイの流量計は、異なる流量容量と、比較的低い不確実性に対応する最適測定感度の異なる流量範囲とを有する。前記第１の流量計アレイにおける各流量計は、第２の流量計アレイにおける流量計と実質的に同じであることが望ましい。各アレイにおける流量計は、各アレイ内で直列に流すのではなく、互いに平行に流すように構成されている。
【００２０】
第１の流量計アレイ、第２の流量計アレイおよび試験ユニットの各々は、中央のＣＰＵ型のコントローラへ流量測定信号を提供する。このコントローラは、各流量計に対する比較的低い不確実性に対応する最適測定感度の範囲内に入るよう各流量計における流量を調整するため、各流量計に至る自動弁を開閉する。
【００２１】
前記アレイにおける流量計の挿入に先立ち、該流量計が不確実性の要件を満たす範囲を決定するよう、追跡可能な基準規格に対し特徴付けられる。これら特徴付けは、アレイにおける流量計からのデータを解釈するため、前記コントローラにより用いられる。これらの計器特性は、有利なことに、最適範囲の標準計器に流す制御された能力と組み合わせて、類似のあるいは同じコリオリ効果流量計の校正にコリオリ効果流量計を用いることを可能にする。
【００２２】
本発明の上記の特質および利点については、以降の論述に基いて明らかになろう。
本発明の１つの特質は、
試験ユニットを校正するよう構成された流量計校正システムであって、第１の流量測定信号を生成するようになされた第１の流量計アレイを備える流量計校正システムにおいて、
第２の流量測定信号を生成するようになされ、該第２の流量測定を前記第１の流量測定と同期させてなる第２の流量計アレイと、
前記第１の流量測定信号及び前記第２の流量測定信号を処理して前記第２の流量計アレイの精度を決定するとともに、前記第２の流量測定信号と前記試験ユニットからの第３の測定とを処理して前記試験ユニットの校正を行うコントローラであって、前記第３の測定を前記第１の測定及び前記第２の測定と同期させてなるコントローラと、
を具備し、使用時に、前記第１の流量計アレイと前記第２の流量計アレイとが、前記試験ユニット及び流体供給源と直列接続を構成するよう接続され、流体が前記流体供給源から前記第１の流量計アレイと前記試験ユニットと前記第２の流量計アレイとを通って流れることを特徴とする流量計校正システム、
にある。
【００２３】
別の特質は、前記第１の流量計アレイと前記第２の流量計アレイのそれぞれが、平行に流れるように接続された複数のコリオリ流量計を含むことである。
別の特質は、前記第１の流量計アレイにおける前記複数のコリオリ流量計が、異なる流量容量を持つコリオリ流量計を含むことである。
【００２４】
別の特質は、前記第２の流量計アレイにおける前記複数のコリオリ流量計が、異なる流量容量を持つコリオリ流量計を含むことである。
別の特質は、前記第１の流量計アレイにおける異なる流量容量を持つ前記複数のコリオリ流量計の各流量計が、前記第２の流量計アレイにおける異なる流量容量を持つ前記複数のコリオリ流量計と同じであることである。
【００２５】
別の特質は、前記第２の流量計アレイにより行われる流量測定が、標準計器校正測定として用いる所定の限度内にあることを保証するため、前記コントローラが、前記第１の流量計アレイから受け取った前記第１の流量測定信号と前記第２の流量計アレイから受け取った前記第２の流量測定信号との統計的比較を行うよう更に構成されることである。
【００２６】
別の特質は、前記コントローラが、前記所定の限度を、前記第２の流量計アレイにより行われる流量測定が前記試験ユニットの精度仕様よりも少なくとも約３倍確実であるとして９５％以上の確実性で定義するよう構成されることである。
【００２７】
別の特質は、試験ユニットが総合流量測定値の０．１％以上の精度仕様を持ち、前記所定の限度が前記総合流量測定値の０．０３％以下であることである。
別の特質は、前記コントローラが、前記第１の流量計アレイと前記第２の流量計アレイとの各々における同じ流量計間で流量測定信号を比較するよう更に構成されていることである。
【００２８】
別の特質は、前記コントローラが、前記統計的比較の実施に先立ち、前記第１の流量計アレイと前記第２の流量計アレイとの各々における全ての活動中の流量計からの流量に対する合計を積算するよう更に構成されていることである。
【００２９】
別の特質は、前記試験ユニットがコリオリ流量計であることである。
別の特質は、前記第２の流量計アレイにより行われる流量測定が、標準計器校正測定として使用する所定の限度内にあることを保証するため、前記コントローラが、前記第１の流量計アレイから受け取る前記第１の流量測定信号と前記第２の流量計アレイから受け取る前記第２の流量測定信号との間の統計的比較を実施するよう更に構成されていることである。
【００３０】
別の特質は、前記コントローラが、前記所定の限度を、前記第２の流量計アレイにより行われる流量測定が前記試験ユニットの精度仕様より少なくとも約３倍確実であるとして９５％以上の確実性で定義するよう構成されることである。
【００３１】
別の特質は、前記試験ユニットが総合流量測定値の０．１％以上である精度仕様を持ち、前記所定の限度が前記総合流量測定値の０．０３％以下であることである。
【００３２】
別の特質は、前記第１の流量計アレイと前記第２の流量計アレイとの流量計が、前記試験ユニットと同種の流量計に該当することである。
別の特質は、前記コントローラが、前記第１の流量計アレイと前記第２の流量計アレイとの流量計を通る流量を、該流量が前記流量計に対応する最適精度の範囲内に入るまで、選択的に調整するよう更に構成されていることである。
【００３３】
別の特質は、前記第１の流量計アレイと前記第２の流量計アレイとの流量計が前記試験ユニットにおける質量流量測定と密度測定との同時校正のために質量流量測定と密度測定とを実施することが可能であることである。
【００３４】
別の特質は、試験ユニットが実質的に同時の流量測定信号を各流量計から送信するよう構成された一連の試験下の計器を備えることである。
別の特質は、前記流量計校正システムが輸送および貯蔵を容易にするためモジュール部分で形成されることである。
【００３５】
別の特質は、
試験ユニットを校正する流量計校正方法であって、
第１の流量計アレイを前記試験ユニットと直列接続を形成するよう接続するステップと、
前記第１の流量計アレイ及び前記試験ユニットを通る流量校正測定に使用する流体を供給するステップと、
前記の流量計アレイを通る前記流体の流量特性の第１の測定を実施して第１の流量測定信号を生成するステップと、
を備える校正方法において、
第２の流量計アレイを前記試験ユニットと直列接続を形成するよう接続するステップと、
前記第２の流量計アレイに前記流体を供給するステップと、
前記第２の流量計アレイを通る前記流体の流量特性の第２の測定を実施して第２の流量測定信号を生成するステップであって、前記第２の測定を前記第１の測定と同期させてなるステップと、
前記第１の流量測定信号及び前記第２の流量測定信号を処理して、前記第２の流量計アレイの精度を決定するステップと、
前記第２の流量測定信号と前記試験ユニットからの第３の測定とを処理して前記試験ユニットを校正するステップであって、前記第３の測定を前記第１の測定及び前記第２の測定と同期させてなるステップと、
を含む流量計校正方法、
にある。
【００３６】
別の特質は、前記の測定を実施するステップのそれぞれが、コリオリ測定法を用いて質量流量を決定することを含むことである。
別の特質は、前記第１の流量計アレイと前記第２の流量計アレイとの使用を含む前記測定を実施するステップのそれぞれが、前記流体を各アレイを通って平行に複数のコリオリ流量計に流すことを含むことである。
【００３７】
別の特質は、前記流体を平行に前記複数のコリオリ流量計に流す前記ステップが、前記第１の流量計アレイにおける異なる流量容量を持つ前記複数のコリオリ流量計に前記流体を流すことを含むことである。
【００３８】
別の特質は、前記流体を平行に前記複数のコリオリ流量計流す前記ステップが、前記第２の流量計アレイにおける異なる流量容量を持つ前記複数のコリオリ流量計に前記流体を流すことを含むことである。
【００３９】
別の特質は、前記第１の流量測定信号及び前記第２の流量測定信号を処理する前記ステップが、前記第２の流量計アレイにより行われる流量測定が、標準計器校正測定として使用される所定の限度内にあることを保証するため、前記第１の流量測定信号と前記第２の流量測定信号との間の統計的比較を実施することを含むことである。
【００４０】
別の特質は、前記統計的比較がコントローラによって実施され、前記コントローラが、前記所定の限度を、前記第２の流量計アレイにより行われる流量測定が前記試験ユニットの精度仕様より少なくとも約３倍確実であるとして９５％の確実性で定義するよう構成されることである。
【００４１】
別の特質は、前記試験ユニットが総合流量測定値の０．１％以上である精度仕様を持ち、前記所定の限度が前記総合流量測定値の０．０３％以下であることである。
【００４２】
別の特質は、前記統計的比較を実施する前記ステップが、前記第１の流量計アレイと前記第２の流量計アレイとの各々における同じ流量計間で流量測定信号を比較することである。
【００４３】
別の特質は、前記試験ユニットがコリオリ流量計であることである。
別の特質は、前記第１の流量測定信号と前記第２の流量測定信号とを処理する前記ステップが、前記第２の流量計アレイにより行われる流量測定が、標準計器校正測定として用いる所定の限度内にあることを保証するため、前記第１の流量測定信号と前記第２の流量測定信号との間の統計的比較を実施することを含むことである。
【００４４】
別の特質は、前記統計的比較がコントローラによって実施され、前記コントローラが、前記所定の限度を、前記第２の流量計アレイにより行われる流量測定が前記試験ユニットの精度仕様より少なくとも約３倍確実であるとして９５％の確実性で定義するよう構成されることである。
【００４５】
別の特質は、前記試験ユニットが総合流量測定値の０．１％以上である精度仕様を持ち、前記所定の限度が前記総合流量測定値の０．０３％以下であることである。
【００４６】
別の特質は、前記の測定するステップの各々において用いられる全ての流量計が同種の流量計に該当することである。
望ましい実施の形態の詳細な記述
図１は、流量計校正システム１００を示している。貯溜部１０２は、重力および任意のポンプ１０６の作用により配管１０４内で加圧される水その他の液体を保有する。自動弁１０８は、ポンプ１０６からの流れの一部をシステム１００にバイパスさせるように部分的に開かれる。第１の流量計アレイ１１２は、ポンプ１０６の圧力作用下の配管１０４から液体を受け取るように配置されている。被試験計器すなわち試験ユニット１１４は、第１の流量計アレイ１１２と第２の流量計アレイ１１６との間に配置される。「被試験計器」なる用語が用いられるのは、単一の計器が試験され、あるいは複数の類似の計器が同時の校正試験のため直列に接続され得るからである。計器の直列の試験は試験プロセスの効率を著しく増強する。これは、それぞれの計器を試験する間にアレイ内に個別の水を流さなければならないのとは対照的に、第１の流量計アレイ１１２と第２の流量計アレイ１１６とが受ける１回の試験からの流量測定データを用いて試験ユニット１１４内の直列の各流量計の校正を行うことができるからである。
【００４７】
試験ユニット１１４は、管セグメント１１８内の液体を受け取り、更にこの液体を管セグメント１２０を経て第２の流量計アレイ１１６へ送る。ＣＰＵを用いたコントローラ１２２は、第１の流量計アレイ１１２、試験ユニット１１４および第２の流量計アレイ１１６の各々と、対応するケーブル１２４、１２６および１２８を介して電気的に接続されている。コントローラ１２２はまた、ポンプ１０６および弁１０８とも、対応するケーブル１３０および１３２を介して電気的に接続されている。配管１３４は、第２の流量計アレイ１１６から貯溜部１０２への流体の帰還路を提供する。
【００４８】
圧力表示レコーダ１３６および温度表示レコーダ１３８は、管セグメント１１８に、すなわち試験ユニット１１４の上流側に取付けられている。温度表示レコーダ１４０は、管セグメント１２０に、すなわち試験ユニット１１４の下流側に取付けられている。これらの装置は、信号の送受信のためケーブル１４２、１４４および１４６を介してコントローラ１２２と接続されている。圧力表示レコーダ１３６、温度表示レコーダ１３８および温度表示レコーダ１４０は、試験ユニット１１４がコリオリ流量計を含むときは、この流量計からの密度測定値の取得時に従来の方法に従って用いられるデータを提供する。また、圧力表示レコーダ１３６、温度表示レコーダ１３８および温度表示レコーダ１４０で示された位置からの圧力および温度データは、試験ユニット１１４が正変位計量器あるいはオリフィス計量器のような体積流量計を含むときは、体積測定を行うのにも必要とされる。
【００４９】
動作において、試験ユニット１１４は、新規に製造されたもの、あるいは化学プラントにおける中間製品の流量を測定する位置のような、通常の稼働位置（図１には示さない）から最近取り外されたものである。試験ユニット１１４は、校正試験目的のため管セグメント１１８および１２０と接続する位置へ組付けられたばかりであり、貯溜部１０２の下流側のシステム１００の部分は空気その他のガスが抜かれている。コントローラ１２２は、貯溜部１０２内から、それぞれ液体に対し同時に流量測定を行う第１の流量計アレイ１１２、試験ユニット１１４および第２の流量計アレイ１１６へ液体を送るようにポンプ１０６を付勢する。コントローラ１２２は、これら同時の測定の同期を取る。この同期測定は、ポンプ１０６の作用からの圧力サージまたは脈動により流量測定が影響を受けるおそれがある、異なる時点に流量測定値を受け取る可能性を回避する。コントローラ１２２は、以下に更に詳細に述べるように、第２の流量計アレイ１１６から得る測定値の不確実性が試験流量計１１４に割り当てられた製造者性能仕様より少なくとも３倍精確であることを９５％以上保証する流量で第２の流量計アレイ１１６内の各流量計が働くことを保証するよう動作する。
【００５０】
図２は、第１の流量計アレイ１１２に関する更なる詳細を提供する。圧力表示レコーダ２００および温度表示レコーダ２０２は、配管１０４上に取付けられている。配管１０４は、自動弁２０８、２１０、２１２、２１４へ流れを分配する配管マニフォールド２０６へ伸びている。これらの自動弁は、流れを１つ以上のコリオリ流量計と流量信号送信機との組合わせ２１６、２１８、２２０、２２２へ送るように、コントローラ１２２（図１参照）によってケーブル１２４上の信号で作動され制御される。自動弁２０８、２１０、２１２、２１４は、通常は、コントローラ１２２（図１参照）によって決定されるように、完全に開くかあるいは完全に閉じた位置にある。
【００５１】
コリオリ流量計と流量信号送信機との組合わせ２１６、２１８、２２０、２２２の各々は、個々の流量計に対応する特定の流量範囲内で最適精度すなわち最小の不確実性を有する。自動弁２２４、２２６、２２８は、第１の流量計アレイ１１２を抽気または排気するように開く。管セグメント１１８は、圧力表示レコーダ２３０と、試験ユニット１１４が取り外されるとき第１の流量計アレイ１１２を切離すために用いられる自動弁２３２とを含む。圧力表示レコーダ２００および２３０、温度表示レコーダ２０２、コリオリ流量計と流量信号送信機との組合わせ２１６、２１８、２２０、２２２、ならびに自動弁２０８、２１０、２１２、２１４、２２４、２２６、２２８、２３２の各々は、信号の伝送のためケーブル１２４によりコントローラ１２２と接続されている。
【００５２】
図３は、第２の流量計アレイ１１６に関する更なる詳細を提供する。管セグメント１２０は、試験ユニット１１４を充填するように選択的に開閉する自動弁３００、３０２を含んでいる。同様に、自動弁３０４、３０６は、試験ユニット１１４を抽気または排気するように選択的に開閉する。自動弁３０７は、試験ユニット１１４が取り外されるとき、第２の流量計アレイ１１６を切離すように選択的に開閉する。管セグメント１２０は管状マニフォールド・システム３０８と接続し、システム３０８は、圧力表示レコーダ３１８、３２０、３２２に至る自動弁３１０、３１２、３１４、３１６、およびコリオリ流量計と流量信号送信機との組合わせ３２４、３２６、３２８、３３０に至る自動弁３３２、３３４、３３６、３３８を介して流体を分配する。自動弁３１０、３１２、３１４および３１６、３３２、３３４、３３６、３３８は、通常は、コントローラ１２２（図１参照）により指示されるように、完全に開いた位置か完全に閉じた位置にある。配管１３４は自動弁３４０、３４２と圧力表示レコーダ３３９を含み、自動弁３４０、３４２は、校正システム１００および第２の流量計アレイ１１６を介して流量を制御する選択位置へ開きあるいは閉じる。自動弁３４４、３４６、３４８、３５０、３５２、３５４は、第２の流量計アレイ１１６から空気または液体を抜きあるいは排出するよう選択的に利用可能である。第２の流量計アレイ１１６はケーブル１２８を介してコントローラ１２２（図１）と通信する。
【００５３】
流量計の不確実性に対する最適範囲の識別
先に述べたように、コリオリ流量計と流量信号送信機との組合わせ２１６、２１８、２２０、２２２、３２４、３２６、３２８、３３０の各々は、最小化された不確実性の最適範囲を確認するため試験された。この厳格な試験プロセスは、多数の流量が関係するので、典型的には数日を要する。図４は、典型的なコリオリ流量計に対する不確実性と流量の関係の一般化されたプロットを示す。不確実性の最適範囲が、最小の不確実性に対して最適化された流量範囲４０２にわたり存在する最小不確実性間隔４００として示される。間隔４００および範囲４０２は、間隔４００の上限として水平線４０４に対応する点ＡまたはＢのうちの大きい方と、間隔４００の下限として水平線４０６に対応する点Ｃとによって規定される。同様に、垂直線４０８、４１０は、点ＡおよびＢを通って範囲４０２を規定する。
【００５４】
間隔４００の大きさは、流量計の校正のために望まれる３：１経験則の利点によって決定される。すなわち、標準計器は、試験ユニットにおける製造者精度仕様より３倍優れている不確実性を持たねばならない。例えば、製造者精度仕様が流量において０．１％の不確実性である場合、間隔４０２は０．０３３となる。範囲４０２は、このような不確実性を提供する任意の流量範囲であり、経験則の利点を提供する曲線４１２からの最も広い範囲の流量であることが望ましい。間隔４００はまた、状況においては受入れ得ると見なされる他の利点、例えば４：１あるいは２：１の利点に対応するようにも選定することができる。所与の流量計アレイ内では、これらの範囲は異なる流量計間で重なり合うことがあるので、比較的小さな総流量容量を持つ流量計を用いることが望ましい。これは、小型の流量計は一般に低流量において小さな不確実性を持つからである。
【００５５】
各計器は標準化の目的のために個々の試験を受けねばならないが、下記の範囲が一般に米国コロラド州Ｂｏｕｌｄｅｒのマイクロ・モーション社により販売される流量計品目に適用し得る。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
システムの動作
図５は、流量計校正システム１００の運転プロセスＰ５００を示す概略プロセス・ブロック図を示している。図５の記述は、図１ないし図３の参照番号と関連させて枠内に示される。
【００５８】
ステップＰ５０２は、必要な場合に流量校正システム１００を各モジュール型構成要素から組立てて試験ユニットを挿入することを含む。この組立ては、典型的には、分離個所でフランジどおしをボルト止めすることを含む。各モジュール型構成要素は、典型的に、第１の流量計アレイ１１２と第２の流量計アレイ１１６を支えるフレームその他の構造部を含み、また貯溜部１０２と共にポンプ１０６のような流体供給手段も含み得る。この供給手段は、水道供給、加圧空気その他の流体供給源に対するフランジまたは弁接続部でもよい。試験ユニット１１４は、典型的に、管セグメント１１８、１２０間に水圧または気圧で動作する圧力緊締装置により、あるいは試験ユニットを管セグメント１１８、１２０のフランジ間にボルト止めすることによって、所定位置に保持される。コントローラ１２２は、試験ユニット１１４が取外されるのに先立ち、自動弁２３２、３０７を閉じる。
【００５９】
試験ユニット１１４は、通常、ステップＰ５０２で試験ユニットが適正に組付けられた後に空気で充填される。ステップＰ５０４に従って、試験ユニット１１４における個々の流量計から空気密度基準値を決定する前に、必要に応じてシステムから液体を吹き飛ばすために加圧空気源が用いられる。
【００６０】
ステップＰ５０６により、次に空気がシステムから抜かれ、水その他の試験流体が試験ユニット１１４内へ導入される。試験流体は空気でよく、この場合、空気はシステムから抜かれる必要はなく、ステップＰ５０６をスキップすることができる。コントローラ１２２は、自動弁２３２、３０４、３０６を開き、また、ポンプ１０６からの液体を用いて試験ユニット１１４を排気してから自動弁３０７を開く。この動作は、気体が第２の流量計アレイ１１６へ進入することを防止する。あるいはまた、コントローラ１２２は、試験ユニット１１４内部の残留流体および（または）粒子が貯溜部内の流体を汚染しないとみなされるならば、貯溜部１０２への充填液体の帰還のため弁２３２、３００、３０２を開くことができる。
【００６１】
ステップＰ５０８において、コントローラ１２２は、ポンプ１０６を付勢して水を貯溜部１０２から流れさせ、あるいは別の供給源から流体を流量校正システム１００に流れさせる。また、コントローラは、試験ユニットにおける計器の形式を識別するオペレータ入力と、各計器に対する適切な試験プロフィール情報の索引テーブルまたはデータベースとに基いて校正試験用流量を決定する。オペレータはまた、データベース内の試験プロフィール情報を上書きしあるいは補充するため試験プロフィール情報を入力することもできる。次いで、コントローラ１２２は、試験ユニット１１４における計器よりも不確実性の点で優れた３：１その他の経験則の利点を得ることができる第１および第２のアレイからの流量計と試験プロフィールとを一致させるように、自動弁２０８、２１０、２１２、２１４、３１０、３１２、３１４、３１６、３３２、３３４、３３６、３３８を選択的に開閉する。
【００６２】
コントローラ１２２は、第１の流量計アレイ１１２、第２の流量計アレイ１１６および試験ユニット１１４における稼動中の各計器から同時の読みを得るように構成されることが望ましい。この同期化により、コントローラ１２２が異なる時点に各計器をポーリングするならば、システム１００を通る圧力サージが測定結果を損なうことがあり得る可能性が回避される。この流量測定データは迅速に得ることができ、例えば２〜３分で７つの測定点を得ることができる。
【００６３】
ステップＰ５１０において、第２の流量計アレイ１１６からの流量測定データを用いて、試験ユニット１１４において試験ユニットの種類と互換性のある流量校正係数または校正式を計算する。この流量校正係数の計算は、製造者仕様に従って行われ、この計算の方法は、ステップＰ５０８における試験プロフィールを識別するのに用いられる同じデータベースまたは索引テーブルに保持されることが望ましい。
【００６４】
ステップＰ５１２は、ステップＰ５１０において計算された流量校正係数を用いて試験ユニットの性能を検証する更なる流量測定試験を含む。コントローラ１２２は再び、流量計校正システム１００における全ての稼動中の計器からの測定の同期を取る。
【００６５】
ステップＰ５１４において、コントローラ１２２は、ステップＰ５０８およびＰ５１２からの各測定信号を調べ、或る時点に１つのアレイから得られる（例えば、第１の流量計アレイ１１２における２つの流量計からの総流量を表わす）積算信号を、同じ時点の他のアレイからの積算信号と比較する。この比較は、１つの信号を他の信号から差引いて、差異が所望の経験則の利点を得るのに必要な不確実性の限度点を越えるかどうかを決定することを含む。
【００６６】
例えば、第１の流量計アレイ１１２が３つの稼動中の流量計Ａ、Ｂ，Ｃを含み、これらの流量計が合計が量Ｄになる流量を提供するものとする。同様に、第２の流量計アレイ１１６は３つの稼動中の流量計Ｅ、Ｆ、Ｇを含み、これらの流量計が１回の測定時点において合計が量Ｈになる流量を提供するものとする。第２の流量計アレイ１１６に対する合計流量Ｇの百分率として表わされる絶対値の差│Ｄ−Ｈ│は、不確実性における所要の経験則の利点に等しいかあるいはこれより小さくなければならず、さもなければ、コントローラ１２２はステップＰ５０８へ戻る。不確実性が所要の経験則の利点に等しいかあるいはこれより小さければ、試験はステップＰ５１６で終了する。
【００６７】
不確実性における経験則の利点の判定
流量計校正システム１００における使用に先立ち、第１の流量計アレイ１１２および第２の流量計アレイ１１６における各流量計は、典型的には、従来の重量測定流量計校正スタンドで校正される。この重量測定校正スタンドの不確実性は、式（１）すなわち
（数１）
ＵＧ１＝（Ｕ２ＡＧ１＋Ｕ２ＢＧ１）１／２                （１）
に従って決定される。但し、ＵＧ１は重量測定校正スタンドの不確実性、Ｕ２ＡＧ１は重量測定校正スタンドのタイプＡすなわち無作為な不確実性、Ｕ２ＢＧ１は重量測定校正スタンドのタイプＢの系統的不確実性である。ＵＡＧ１およびＵＢＧ１は、ＩＳＯ−５１６８に規定される手順により９５％の信用レベルで決定される。
【００６８】
重量測定校正スタンドにおいて校正された流量計が例えば第２の流量計アレイ１１６において使用に供されるとき、流量計と重量測定校正スタンドとのタイプＡの不確実性が考慮されねばならない。これは、式（２）すなわち
（数２）
ＵＴ１＝（Ｕ２ＡＭ１Ｇ１＋Ｕ２ＢＧ１）１／２                （２）
に従って行われる。但し、ＵＴ１は試験スタンドの不確実性、Ｕ２ＡＭ１Ｇ１は試験スタンドと重量測定スタンドとの組合わせのタイプＡ不確実性、Ｕ２ＢＧ１は先の定義のとおりである。これらの不確実性は、ＩＳＯ−５１６８において記述されるように組合わされる。
【００６９】
事  例  １
実地計算
流量測定データは、２つのマイクロ・モーション社製モデル９７３９送信機に取付けたＣＭＦ１００（登録商標）センサを用いて試験中に収集された。このセンサは、互いに１０インチ（２５ｃｍ）のスペーサを置いて直列に接続された。データは、流量スタンドあたりの流量あたり１組が１０回の１０組、すなわち１００点を含むものであった。４つの異なる流量スタンドが用いられ、そのうちの２つの流量スタンドが重量測定ダイバータ・スタンドであり、他の２つのスタンドはＳＳＦ重量測定スタンドであった。データを分析すると、ＵＡＭ１Ｇ１すなわち試験した流量計のタイプＡの不確実性が、９５％の信頼性で使用可能な範囲にわたり±０．０１５％であることが判った。
【００７０】
ＵＢＧ１について式（２）を解くと、
（数３）
ＵＢＧ１＝（Ｕ２Ｔ１＋Ｕ２ＡＭ１Ｇ１）１／２                （３）
となる。ＵＴ１＝０．０３３（製造者精度仕様０．１０％の３分の１）、およびＵＡＭ１Ｇ１＝０．０１５を代入して式（３）を解くと、ＵＢＧ１＝０．０２９％となる。すなわち、試験されたＣＭＦ１００（商標）流量計では、製造者精度仕様±０．１０％のを持つ試験ユニットの流量計を校正するには、０．０２９％以下のタイプＢの不確実性を持つ重量測定校正スタンドが必要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による流量計校正システムのブロック図である。
【図２】  図１に示されるシステムの内部の第１の流量計アレイに関する更なる詳細を示す。
【図３】  図１に示されるシステムの内部の第２の流量計アレイに関する更なる詳細を示す。
【図４】  流量計の不確実性と流量の関係を示す一般的な曲線である。
【図５】  図１のシステムの動作を示すプロセスの概略図である。
【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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