(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体測定システム（３）であって、
処理システム（３０３）および記憶システム（３０４）を備える計器電子機器（２０）と、
導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）を備えるセンサーアセンブリ（１０）であり、前記計器電子機器（２０）と通信するセンサーアセンブリ（１０）と、
前記導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）に固定された複数のピックオフ（１０５、１０５’）であり、前記計器電子機器（２０）と通信する複数のピックオフ（１０５、１０５’）と、
前記導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）に固定された駆動機構（１０４）であり、前記計器電子機器（２０）と通信する駆動機構（１０４）と
を備えるコリオリ流量計（５）と、
前記計器電子機器（２０）と通信するジャイロセンサーと、
前記コリオリ流量計（５）に連結された少なくとも１つのアクチュエータ（４０６Ｘ、４０６Ｙ、４０６Ｚ、４１２）と
を含み、
前記計器電子機器（２０）が、前記ジャイロセンサーによって検出される加速度に基づき前記センサーアセンブリ（１０）を介してプロセス流体の流量を測定するように構成される、流体測定システム（３）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのアクチュエータ（４０６Ｘ、４０６Ｙ、４０６Ｚ、４１２）が、プラットフォーム（４００）で前記コリオリ流量計（５）に連結されている、請求項１に記載の流体測定システム（３）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのアクチュエータ（４０６Ｘ、４０６Ｙ、４０６Ｚ、４１２）が、
プラットフォーム（４００）に連結され且つ前記プラットフォーム（４００）をｘ軸の周りに動かすように構成される第１のアクチュエータ（４０６Ｘ、４１２）と、
前記プラットフォーム（４００）に連結され且つ前記プラットフォーム（４００）をｙ軸の周りに動かすように構成される第２のアクチュエータ（４０６Ｙ、４１２）と、
前記プラットフォーム（４００）に連結され且つ前記プラットフォーム（４００）をｚ軸の周りに動かすように構成される第３のアクチュエータ（４０６Ｚ、４１２）と
を含む、請求項１に記載の流体測定システム（３）。
【請求項４】
前記第１、第２および第３のアクチュエータ（４０６Ｘ、４０６Ｙ、４０６Ｚ、４１２）が前記計器電子機器（２０）と通信する、請求項３に記載の流体測定システム（３）。
【請求項５】
前記第１、第２および第３のアクチュエータ（４０６Ｘ、４０６Ｙ、４０６Ｚ）が回転アクチュエータを備える、請求項３に記載の流体測定システム（３）。
【請求項６】
前記第１、第２および第３のアクチュエータ（４１２）が線形アクチュエータを備える、請求項３に記載の流体測定システム（３）。
【請求項７】
前記コリオリ流量計（５）とプロセスライン（４０８）との間に可撓性接合部（４１０）をさらに含む、請求項１に記載の流体測定システム（３）。
【請求項８】
処理システムを備えるコリオリ流量計を安定化する方法であって、
前記処理システムによって、前記コリオリ流量計のセンサーアセンブリの好ましい向きを決定するステップと、
前記処理システムによって、ジャイロセンサーによって検出される前記センサーアセンブリの実際の向きを取得するステップと、
前記処理システムによって、前記実際の向きと前記好ましい向きの差異を決定するステップと、
前記処理システムによって、前記センサーアセンブリを移動させるように構成される少なくとも１つのアクチュエータに動作させ、前記センサーアセンブリの実際の向きを、前記実際の向きと前記好ましい向きとの前記差異だけおおよそ変更するステップと
を含む、方法。
【請求項９】
前記センサーアセンブリはプラットフォームに連結される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのアクチュエータは前記プラットフォームに連結される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記センサーアセンブリと通信し且つ前記処理システムを含む計器電子機器が提供され、
前記計器電子機器が前記ジャイロセンサーに接続され、
前記計器電子機器が前記少なくとも１つのアクチュエータに接続される、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記センサーアセンブリが、可撓性接合部を備えたプロセスラインに接続される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
コリオリ流量計を安定化する方法であって、
前記コリオリ流量計のセンサーアセンブリをプラットフォームに連結するステップであり、前記プラットフォームがｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の周りに旋回可能であるステップと、
少なくとも１つのジャイロジンバルを前記プラットフォームに連結するステップとを含み、
前記少なくとも１つのジャイロジンバルが前記プラットフォームの安定化を支援する、方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのジャイロジンバルが３つのジンバルを備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ジンバルそれぞれが隣接する前記ジンバルから１２０°間隔を空けて配置される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
流体測定システム（３）であって、
処理システム（３０３）および記憶システム（３０４）を備える計器電子機器（２０）と、
導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）を備えるセンサーアセンブリ（１０）であり、前記計器電子機器（２０）と通信するセンサーアセンブリ（１０）と、
前記導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）に固定された複数のピックオフ（１０５、１０５’）であり、前記計器電子機器（２０）と通信する複数のピックオフ（１０５、１０５’）と、
前記導管（１０３Ａ、１０３Ｂ）に固定された駆動機構（１０４）であり、前記計器電子機器（２０）と通信する駆動機構（１０４）と
を備えるコリオリ流量計（５）と、
前記コリオリ流量計（５）と連結した少なくとも１つのジャイロジンバル（４２０）と、
前記コリオリ流量計（５）のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の動きを可能にするジョイントとを含み、
前記計器電子機器（２０）が、前記センサーアセンブリ（１０）を介してプロセス流体の流量を測定するように構成される、流体測定システム（３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量計に関し、より具体的には、加速時の正確な流動特性を測定するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、振動密度計やコリオリ流量計などの振動センサーが一般に知られており、流量計の導管を流れる材料についての質量流量および他の情報を測定するために使用される。例示的なコリオリ流量計は、米国特許第４，１０９，５２４号、米国特許第４，４９１，０２５号、および再発行特許第３１，４５０号（すべてＪ．Ｅ．スミスらに帰属）に開示されている。これらの流量計には、真っ直ぐな構成または曲がった構成の１つ以上の導管がある。例えば、コリオリ質量流量計の各導管構成には、１組の固有振動モードがあり、これらは、単純曲げタイプ、ねじりタイプ、または連結タイプの場合がある。各導管は、好ましいモードで振動駆動できる。
【０００３】
材料は、流量計の入口側に接続されたパイプラインから流量計に流れ込み、導管を通って導かれ、流量計の出口側から流量計を出る。振動システムの固有振動モードは、導管と導管内を流れる材料との複合質量により部分的に規定される。
【０００４】
流量計を通る流れがない場合、導管に加えられる駆動力により、導管に沿ったすべての点が同一相または小さな「ゼロオフセット」で振動し、これは、ゼロフローで測定される時間遅延である。材料が流量計を流れ始めると、コリオリ力により、導管に沿った各点が異なる位相を有する。例えば、流量計の入口端の位相は、中心の駆動機構の位置の位相よりも遅れているが、出口の位相は、中心の駆動機構の位置の位相より進んでいる。導管のピックオフは、導管の動きを表す正弦波信号を生成する。ピックオフからの信号出力は、ピックオフ間の時間遅延を測定するために処理される。２つ以上のピックオフ間の時間遅延は、導管を流れる材料の質量流量に比例する。
【０００５】
駆動機構に接続された計器電子機器は、駆動機構を操作する駆動信号を生成し、ピックオフから受信した信号から材料の質量流量と他の特性を測定する。駆動機構は、多くの周知の構成の１つで構成される場合がある。しかし、流量計業界では磁石と対向駆動コイルが大成功を収めている。所望の流管の振幅と周波数で導管を振動させるために交流を駆動コイルに流す。当該技術分野では、駆動機構構成に非常に類似した磁石およびコイル構成としてピックオフを提供することも知られている。ただし、駆動機構が動きを誘導する電流を受け取る間、ピックオフは、駆動機構が提供する動きを使用して電圧を誘導できる。ピックオフにより測定される時間遅延の大きさは非常に小さく、多くの場合、ナノ秒で測定される。したがって、変換器の出力を非常に正確にする必要がある。
【０００６】
一般に、コリオリ流量計は最初に校正でき、ゼロオフセットとともに流量校正係数を生成できる。使用中、流量校正係数（ＦＣＦ）にピックオフにより測定された時間遅延（ΔＴ）を掛けてゼロオフセット（ΔＴ0）を引いて質量流量を生成できる。このような質量流量校正は、直線の勾配（ＦＣＦ）と切片（ゼロオフセット）に相当する２つの校正定数により表すことができる。流量校正係数（ＦＣＦ）とゼロオフセット（ΔＴ0）を利用する質量流量式の一例は、式（１）により説明される。
【０００７】
【数１】
0006949151.tif 000002
【０００８】
ここで：
【０００９】
【数２】
0006949151.tif 000003
【００１０】
コリオリ質量流量計は一般に、地表またはその近くで使用される。高い力の用途での測定については、通常、質量流量がタービン流量計を用いて測定される。ただし、タービン流量計には、航空宇宙産業に必要な精度がない。
【００１１】
例えば、１ガロンの燃料の体積は特定の温度範囲で有意に変化するが、質量は同じままである。航空機の重量の追加または削除は、離陸速度、必要な滑走路の長さ、巡航高度、巡航範囲、最適な巡航速度、着陸速度、必要な着陸距離など、多くのパフォーマンス変数に影響する。総燃料は、航空機の総重量の４０％も占めることがあり、飛行性能に大きく影響する。例えば、標準的な７４７−２００航空機には、７つの燃料タンクと１９３，０００リットルの燃料容量がある。標準密度では、一般的なジェット燃料は１リットルあたり約８１３グラムの重量がある。このような条件では、１５６，８００Ｋｇの燃料が搭載されるようにタンクを充填できる。ただし、熱帯気候の場合のように燃料が高温の場合、航空機には約１４９，０００Ｋｇの燃料しか収容できない。同様に、アラスカの冬の間のような寒冷気候では、タンクは１６２，０００Ｋｇの燃料を受け入れる場合がある。極端な高温と低温の燃料質量の差は約１３，０００Ｋｇであり、これは１時間の飛行時間の差に相当し、または８８５Ｋｍの範囲に近い。
【００１２】
例えば、ジェットエンジンの用途で使用される一般的なタービン流量計の精度は、約０．５％から１％である。場合によっては、これは特定のフライトで約９００リットルの燃料の不正確さになる可能性がある。余分な燃料の支払い（または逆に十分な燃料が搭載されていない）に加えて、未燃焼の燃料をもたらす豊富な燃料混合物は、大気汚染と環境への影響の増加につながる。さらに、飛行中に一般的な５ｇから１０ｇの慣性力下の測定誤差により、エラーレートが約３％まで増加し、したがって、タービン流量計に既に固有の誤差が最大６倍に増加する可能性がある。このような誤差を軽減するには、タービン流量計の前にフローコンディショナーを使用し、２つまたはさらに３つの流量計を直列に使用するのが一般的である。もちろん、これはシステムに余分なコスト、重量、複雑さを追加する。
【００１３】
コリオリ流量計の精度は約０．０５％であるため、このような計器を航空環境で使用すると、燃料関連の損失が減少するため、精度と全体的な飛行経済性が向上する。さらに、燃料温度、燃料の速度プロファイル、軸受摩擦、粘性抵抗、流体密度、ローター安定性、騒音、振動などのいくつかの要因は、コリオリ流量計を使用すると、タービン流量計と比べて、システムの精度を妨げる傾向がはるかに少ない。
【００１４】
したがって、高力条件下でプロセス流体の流れを正確に測定する装置および方法が当該技術分野で必要とされている。本発明は、上記の困難および他の問題を克服し、当該技術分野の進歩が達成される。これらの困難を克服するために、動的用途および関連する方法のために設計されたコリオリ質量流量計が提供される。特に、車両用途および航空用途で一般的な動的負荷を補償し、耐える流量計を提供する。流量計の重複性とインライン調整の必要性が排除され、システムの精度が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第４，１０９，５２４号
【特許文献２】米国特許第４，４９１，０２５号
【特許文献３】米国再発行特許第３１，４５０号
【発明の概要】
【００１６】
一実施形態によれば、流体測定システムが提供される。流体測定システムは、処理システムおよび記憶システムをさらに備える計器電子機器を備えるコリオリ流量計を含む。センサーアセンブリは導管を備え、センサーアセンブリは計器電子機器と通信する。複数のピックオフが導管に固定され、複数のピックオフは計器電子機器と通信する。導管に駆動機構が固定され、駆動機構は計器電子機器と通信する。ジャイロセンサーは計器電子機器と通信する。少なくとも１つのアクチュエータがコリオリ流量計に連結される。計器電子機器は、センサーアセンブリを介して加速下のプロセス流体の流量を測定するように構成される。
【００１７】
一実施形態によれば、流量計を安定化する方法が提供される。本方法は、センサーアセンブリの好ましい向きを決定するステップと、センサーアセンブリの実際の向きを測定するステップと、実際の向きと好ましい向きとの差を決定するステップと、センサーアセンブリの実際の向きを、実際の向きと好ましい向きとの間の差だけおおよそ変更するステップとを含む。
【００１８】
一実施形態によれば、流量計を安定化する方法が提供される。本方法は、センサーアセンブリをプラットフォームに連結するステップであってプラットフォームが、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の周りに旋回可能であるステップと、少なくとも１つのジャイロジンバルをプラットフォームに連結するステップであって少なくとも１つのジャイロジンバルがプラットフォームの安定化を支援するステップとを含む。
【００１９】
一実施形態によれば、流体測定システムが提供される。流体測定システムは、処理システムおよび記憶システムをさらに備える計器電子機器を備えるコリオリ流量計を含む。センサーアセンブリは導管を備え、センサーアセンブリは計器電子機器と通信する。複数のピックオフが導管に固定され、複数のピックオフは計器電子機器と通信する。導管に駆動機構が固定され、駆動機構は計器電子機器と通信する。少なくとも１つのジャイロジンバルがコリオリ流量計に連結される。ジョイントにより、コリオリ流量計のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の動きが可能になる。計器電子機器は、センサーアセンブリを介して加速下のプロセス流体の流量を測定するように構成される。
【００２０】
［態様］
一態様によれば、流体測定システムは、処理システムおよび記憶システムを備える計器電子機器、導管を備えるセンサーアセンブリであり計器電子機器と通信するセンサーアセンブリ、導管に固定された複数のピックオフであり計器電子機器と通信するピックオフ、および導管に固定された駆動機構であり計器電子機器と通信する駆動機構を備えるコリオリ流量計を含む。ジャイロセンサーは計器電子機器と通信する。少なくとも１つのアクチュエータはコリオリ流量計に連結される。計器電子機器は、センサーアセンブリを介して加速下のプロセス流体の流量を測定するように構成される。
【００２１】
好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータは、プラットフォームでコリオリ流量計に連結される。
【００２２】
好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータは、プラットフォームに連結されプラットフォームをｘ軸の周りに動かすように構成された第１のアクチュエータと、プラットフォームに連結されプラットフォームをｙ軸の周りに動かすように構成された第２アクチュエータと、プラットフォームに連結されプラットフォームをｚ軸の周りに動かすように構成された第３のアクチュエータとを備える。
【００２３】
好ましくは、第１、第２および第３のアクチュエータは計器電子機器と通信する。
【００２４】
好ましくは、第１、第２および第３のアクチュエータは回転アクチュエータを備える。
【００２５】
好ましくは、第１、第２および第３のアクチュエータは線形アクチュエータを備える。
【００２６】
好ましくは、流体測定システムは、流量計とプロセスラインとの間に可撓性接合部をさらに含む。
【００２７】
一態様によれば、流量計を安定化する方法は、センサーアセンブリの好ましい向きを決定するステップと、センサーアセンブリの実際の向きを測定するステップと、実際の向きと好ましい向きとの差を決定するステップと、センサーアセンブリの実際の向きを、実際の向きと好ましい向きとの間の差だけおおよそ変更するステップとを含む。
【００２８】
好ましくは、実際の向きはジャイロセンサーで測定される。
【００２９】
好ましくは、実際の向きは少なくとも１つのアクチュエータで変更される。
【００３０】
好ましくは、流量計を安定化する方法は、センサーアセンブリをプラットフォームに連結するステップを含む。
【００３１】
好ましくは、流量計を安定化する方法は、少なくとも１つのアクチュエータをプラットフォームに連結するステップを含む。
【００３２】
好ましくは、流量計を安定化する方法は、センサーアセンブリと通信する計器電子機器を提供することと、計器電子機器をジャイロセンサーに接続することと、計器電子機器を少なくとも１つのアクチュエータに接続することとを含む。
【００３３】
好ましくは、流量計を安定化する方法は、センサーアセンブリを、可撓性接合部を備えたプロセスラインに接続することを含む。
【００３４】
一態様によれば、流量計を安定化する方法は、センサーアセンブリをプラットフォームに連結するステップであってプラットフォームがｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の周りに旋回可能であるステップと、少なくとも１つのジャイロジンバルをプラットフォームに連結するステップであって少なくとも１つのジャイロジンバルがプラットフォームの安定化を支援するステップとを含む。
【００３５】
好ましくは、少なくとも１つのジャイロジンバルは３つのジンバルを備える。
好ましくは、各ジンバルは隣接するジンバルから１２０°間隔を空けている。
【００３６】
一態様によれば、流体測定システムは、処理システムおよび記憶システムを備える計器電子機器、導管を含むセンサーアセンブリであって計器電子機器と通信するセンサーアセンブリ、導管に固定された複数のピックオフであって計器電子機器と通信するピックオフ、および導管に固定された駆動機構であって計器電子機器と通信する駆動機構を備えるコリオリ流量計を含む。少なくとも１つのジャイロジンバルがコリオリ流量計に連結される。ジョイントにより、コリオリ流量計のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の動きが可能になる。計器電子機器は、センサーアセンブリを介して加速下のプロセス流体の流量を測定するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】一実施形態による振動センサーアセンブリを示す図である。
【図２】一実施形態による計器電子機器を示す図である。
【図３】一実施形態による流量計を示す図である。
【図４】別の実施形態による流量計を示す図である。
【図５】さらに別の実施形態による流量計を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１から図５および以下の説明は、本発明の最良の形態を作成および使用する方法を当業者に教示するための特定の例を示す。本発明の原理を教示する目的で、いくつかの従来の態様は簡略化または省略されている。当業者は、本発明の範囲内に入るこれらの例からの変形を理解し、以下に説明する特徴を種々の方法で組み合わせて本発明の複数の変形を形成できることを理解するであろう。その結果、本発明は、下記の具体例に限定されず、特許請求の範囲およびそれらの均等物によってのみ限定される。
【００３９】
図１は、センサーアセンブリ１０および１つ以上の計器電子機器２０を備えるコリオリ流量計の構成の流量計５の例を示す。１つ以上の計器電子機器２０は、センサーアセンブリ１０に接続されて、例えば、密度、圧力、質量流量、体積流量、総質量流量、温度、他の情報などの流動材料の特性を測定する。
【００４０】
センサーアセンブリ１０は、一対のフランジ１０１および１０１’、マニホールド１０２および１０２’、ならびに導管１０３Ａおよび１０３Ｂを含む。マニホールド１０２、１０２’は、導管１０３Ａ、１０３Ｂの対向端に固定される。本実施例のフランジ１０１および１０１’は、マニホールド１０２および１０２’に固定される。本実施例のマニホールド１０２および１０２’は、スペーサー１０６の両端に固定される。スペーサー１０６は、本実施例のマニホールド１０２および１０２’間の間隔を維持して、導管１０３Ａおよび１０３Ｂにおける望ましくない振動を防止する。導管１０３Ａおよび１０３Ｂは、マニホールド１０２および１０２’から本質的に平行に外向きに延びる。センサーアセンブリ１０が、流動材料を運ぶパイプラインシステム（図示せず）に導入されると、材料はフランジ１０１を通ってセンサーアセンブリ１０に入り、入口マニホールド１０２を通過し、材料の総量が導管１０３Ａおよび１０３Ｂに入り、導管１０３Ａおよび１０３Ｂを流れ、出口マニホールド１０２’に戻り、そこでフランジ１０１’を通ってセンサーアセンブリ１０を出るように導かれる。
【００４１】
センサーアセンブリ１０は駆動機構１０４を含む。駆動機構１０４は、駆動機構１０４が駆動モードで導管１０３Ａ、１０３Ｂを振動させることができる位置で、導管１０３Ａおよび１０３Ｂに固定される。より具体的には、駆動機構１０４は、導管１０３Ａに固定された第１の駆動機構コンポーネント（図示せず）と、導管１０３Ｂに固定された第２の駆動機構コンポーネント（図示せず）とを含む。駆動機構１０４は、導管１０３Ａに固定された磁石および導管１０３Ｂに固定された対向コイルなど、多くの周知の構成のうちの１つで構成されてもよい。
【００４２】
本実施例では、駆動モードは、第１の位相外れ曲げモードであり、導管１０３Ａおよび１０３Ｂは、好ましくは選択され、実質的に同じ質量分布、慣性モーメント、各々曲げ軸Ｗ−Ｗおよび曲げ軸Ｗ’−Ｗ’周りの弾性係数を有する平衡システムを提供するように入口マニホールド１０２および出口マニホールド１０２’に適切に固定される。本実施例では、駆動モードが第１の位相外れ曲げモードである場合、導管１０３Ａおよび１０３Ｂは、それぞれの曲げ軸Ｗ−Ｗおよび曲げ軸Ｗ’−Ｗ’の周りに反対方向に駆動機構１０４により駆動される。交流の形態の駆動信号は、例えば、リード線１１０を介してなど１つ以上の計器電子機器２０により供給され、コイルを通過して両方の導管１０３Ａ、１０３Ｂを振動させることができる。当業者は、本発明の範囲内で他の駆動機構タイプおよび駆動モードを使用できることを理解するであろう。
【００４３】
示されたセンサーアセンブリ１０は、導管１０３Ａ、１０３Ｂに固定された一対のピックオフ１０５、１０５’を含む。より具体的には、第１のピックオフコンポーネント（図示せず）が導管１０３Ａに配置され、第２のピックオフコンポーネント（図示せず）が導管１０３Ｂに配置される。示された実施形態では、ピックオフ１０５、１０５’は、電磁検出器、例えば、導管１０３Ａ、１０３Ｂの速度および位置を表すピックオフ信号を生成するピックオフ磁石およびピックオフコイルであり得る。例えば、ピックオフ１０５、１０５’は、経路１１１、１１１’を介して１つ以上の計器電子機器にピックオフ信号を供給できる。当業者は、導管１０３Ａ、１０３Ｂの動きが、流動材料の特定の特性、例えば、導管１０３Ａ、１０３Ｂを流動材料の質量流量および密度に比例することを理解するであろう。
【００４４】
上記のセンサーアセンブリ１０は二重流導管流量計を備えるが、単一導管流量計を実施することは十分に本発明の範囲内であることを理解されたい。さらに、流導管１０３Ａ、１０３Ｂは、曲がった流導管構成を備えるものとして示されているが、本発明は、真っ直ぐな流導管構成を備える流量計で実施できる。したがって、上記のセンサーアセンブリ１０の特定の実施形態は一例にすぎず、決して本発明の範囲を限定するものではない。
【００４５】
図１に示した例では、１つ以上の計器電子機器２０は、ピックオフ１０５、１０５’からピックオフ信号を受信する。経路２６は、１つ以上の計器電子機器２０がオペレータとインターフェースで接続することを可能にする入力手段および出力手段を提供する。１つ以上の計器電子機器２０は、流動材料の特性、例えば、位相差、周波数、時間遅延、密度、質量流量、体積流量、総質量流量、温度、計器の検証、圧力、他の情報などを測定する。より具体的には、１つ以上の計器電子機器２０は、例えば、ピックオフ１０５、１０５’ および測温抵抗体（ＲＴＤ）などの１つ以上の温度センサー１０７からの１つ以上の信号を受信し、この情報を使用して流動材料の特性を測定する。
【００４６】
例えば、コリオリ流量計や密度計などの振動センサーアセンブリを振動させる技術が、流動材料の特性を測定することはよく理解されている。したがって、この説明を簡潔にするために、より詳細な説明は省略する。
【００４７】
図２は、一実施形態による計器電子機器２０を示す。計器電子機器２０は、インターフェース３０１および処理システム３０３を含むことができる。処理システム３０３は、記憶システム３０４を含むことができる。記憶システム３０４は、内部メモリを含んだり、外部メモリを含んだりすることができる。計器電子機器２０は、駆動信号３１１を生成し、駆動信号３１１を駆動機構１０４に供給できる。さらに、計器電子機器２０は、ピックオフ／速度センサー信号、歪信号、光信号または当該技術分野で知られている他の任意の信号などのピックオフ１０５、１０５’からのセンサー信号３１０を受信できる。いくつかの実施形態では、センサー信号３１０は、駆動機構１０４から受信できる。計器電子機器２０は、密度計として動作できるか、またはコリオリ流量計として動作することを含む質量流量計として動作できる。計器電子機器２０は、他の何らかのタイプの振動センサーアセンブリとして動作でき、提供された特定の例は本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。計器電子機器２０は、流導管１０３Ａ、１０３Ｂを流れる材料の流動特性を得るために、センサー信号３１０を処理できる。いくつかの実施形態では、計器電子機器２０は、例えば、１つ以上の測温抵抗体（ＲＴＤ）センサーまたは他の温度センサー１０７からの温度信号３１２を受信し得る。
【００４８】
インターフェース３０１は、リード線１１０、１１１、１１１’を介して、駆動機構１０４またはピックオフ１０５、１０５’からのセンサー信号３１０を受信できる。インターフェース３０１は、フォーマット、増幅、バッファリングなどの任意の方法など、必要な、または所望の信号調整を実行できる。あるいは、信号調整の一部またはすべてを処理システム３０３で実行できる。さらに、インターフェース３０１は、計器電子機器２０と外部装置との間の通信を可能にできる。インターフェース３０１は、電子通信、光通信、または無線通信の任意の方法が可能であり得る。
【００４９】
一実施形態におけるインターフェース３０１はデジタイザ３０２を含むことができ、センサー信号はアナログセンサー信号を含む。デジタイザ３０２は、アナログセンサー信号をサンプリングおよびデジタル化し、デジタルセンサー信号を生成できる。デジタイザ３０２は、どんな必要なデシメーションも実行でき、デジタルセンサー信号は、必要な信号処理の量を減らし、処理時間を短縮するために、デシメーションされる。
【００５０】
処理システム３０３は、計器電子機器２０の操作を行い、センサーアセンブリ１０からの流量測定を処理できる。処理システム３０３は、一般動作ルーチン３１４などの１つ以上の処理ルーチンを実行できる。
【００５１】
処理システム３０３は、汎用コンピューター、マイクロ処理システム、論理回路または他の何らかの汎用またはカスタマイズされた処理装置を含むことができる。処理システム３０３は、複数の処理装置に分散させることができる。処理システム３０３は、記憶システム３０４などの任意の方法の一体型または独立型の電子記憶媒体を含むことができる。
【００５２】
処理システム３０３は、とりわけ、駆動信号３１１を生成するためにセンサー信号３１０を処理する。駆動信号３１１は、図１の導管１０３Ａ、１０３Ｂなどの関連する流管を振動させるために、リード線１１０を介して駆動機構１０４に供給される。
【００５３】
動き補償ルーチン３１６は、少なくとも１つのジャイロセンサー４０４と通信し、受信したデータを処理する。計器電子機器は、ジャイロセンサー４０４との間でデータを校正、更新および送受信できる。以下により詳細に記載するように、ジャイロセンサー４０４からの位置信号および動き信号は、補償的な動きおよび位置が得られるように、動き補償ルーチン３１６を介して処理され、アクチュエータ４０６Ｘ、４０６Ｙ、４０６Ｚおよび４１２のための対応する信号を生成する。さらに、ジャイロセンサー４０４からの位置信号および動き信号は、動き補償ルーチン３１６を介して処理され、質量流量、密度、体積流量および他の測定値を調整し、測定されたコリオリ曲げ力を数学的に補償して、流量計５を通るプロセス流体の流れに応答して測定される曲げモードの外部慣性力の影響を低減または排除できる。一実施形態では、流量計の好ましい向きまたは開始向きが事前に決定され、この位置が計器電子機器に保存される。一実施形態では、ジャイロセンサー４０４は、流量計５の実際の向きを測定し、実際の向きと好ましい向きとの間の差が計算される。この差は、計器電子機器または外部電子機器により計算され、流量計の実際の向きは、実際の向きと好ましい向きとの間の差だけおおよそ変更されてもよい。これは、以下に記載のように、アクチュエータにより実現されてもよい。これにより、動きが補償され、流量計５が好ましい向きにおおよそ配置される。位置に加えて、位置変化の速度が計算され、流量計５は、位置変化に伴う力を少なくとも部分的に打ち消す速度で動かされてもよい。速度および位置の変化は、計器電子機器２０または外部電子機器で計算されてもよい。
【００５４】
計器電子機器２０は、当該技術分野で一般に知られている他の種々のコンポーネントおよび機能を含むことができることを理解されたい。これらの追加機能は、簡潔にするために説明および図から省略されている。したがって、本発明は、示され記載された特定の実施形態に限定されるべきではない。
【００５５】
図３から図５を参照すると、例えば限定されないが、車両用途または航空用途などの高力用途に適した流量計５を有する流体測定システム３の実施形態が提供される。実施形態では、コリオリ流量計は、ピックオフ１０５、１０５’からの流管の動きを測定し、ピックオフ１０５、１０５’は、流管１０３Ａ、１０３Ｂに取り付けられ、したがって、流管１０３Ａ、１０３Ｂは、ケース、取付点、または、さらには地球から独立した基準フレーム上にある。もちろん、流管の動きは、静止基準フレームから測定されてもよいが、提供された実施形態では、流管１０３Ａ、１０３Ｂの変位は、例えば限定されないが、航空機に固定されたときにコリオリの動きが測定できるように、流管−流管の方法から測定される。
【００５６】
特に図３を参照すると、コリオリ流量計５は、プラットフォーム４００に固定される。ケース４０２を設けて、センサーアセンブリ１０を囲むことができる（ケースのため見えない）。プラットフォーム４００は、ジャイロセンサー４０４を備え、ジャイロセンサー４０４は、３つの（ｘ、ｙ、ｚ）軸におけるプラットフォーム４００の位置や加速度を検出できる。プラットフォーム４００は、流量計５が固定されるベースであり得るか、または、ケース、マニホールド、スタンドオフまたは流量計５の他の任意の部分で構成され得、したがって、別個の取付台の必要性を排除し得ることに留意されたい。ジャイロセンサー４０４は計器電子機器２０と通信する。アクチュエータ４０６Ｘ、４０６Ｙ、４０６Ｚは、アクチュエータ４０６Ｘがプラットフォーム４００をｘ平面内で動かし、アクチュエータ４０６Ｙがプラットフォーム４００をｙ平面内で動かし、そしてアクチュエータ４０６Ｚがプラットフォーム４００をｚ平面内で動かすことができるように、プラットフォーム４００に連結される。アクチュエータ４０６Ｘ、４０６Ｙ、４０６Ｚは計器電子機器２０と通信する。一実施形態では、ジャイロセンサー４０４は、プラットフォーム４００の空間位置の変化を検出し、計器電子機器２０に送信される信号が生成される。呼応して、測定されたプラットフォーム４００の空間位置の変化を取り消す、または少なくとも弱める所望の補償動き経路が計算される。プラットフォーム４００の動きおよび位置を調整して、プラットフォーム４００の非慣性フレーム関連空間位置または位置変化の速度を補償できるように、信号が計器電子機器２０からアクチュエータ４０６Ｘ、４０６Ｙ、４０６Ｚに送信される。さらに、ジャイロセンサー４０４により検出された慣性変化を利用して、測定されたコリオリ曲げ力を数学的に補償して、流量計５を通るプロセス流体の流れに応答して測定される曲げモードに対する外部慣性力の影響を低減または排除できる。例えば、車両の加速または減速から生じる余分な動的負荷を検出し、この実施形態を用いて補償できる。
【００５７】
外部慣性干渉の影響を低減するために、一実施形態では、質量を低減し、したがって動きの間、測定しながら管に対する動的ストレスを低減するために、駆動機構１０４とピックオフ１０５、１０５’をＭＥＭＳベースのセンサーに置き換えることができる。
【００５８】
アクチュエータ４０６Ｘ、４０６Ｙ、４０６Ｚの各々は、プラットフォーム４００の中心軸（または流量計５の中心）と一直線上に配置されているように示されているが、一実施形態では、アクチュエータの１つはプラットフォーム４００のエッジに位置してもよく、前記エッジにより画定された軸と平行に整列されてもよい。このような実施形態では、アクチュエータの回転運動がプラットフォームに直接連結され、回転運動がそこに直接与えられるように、アクチュエータがプラットフォーム４００に連結される。
【００５９】
プロセスライン４０８は、可撓性接合部４１０を用いて流量計５に接続されることに留意されたい。可撓性接合部４１０により、流量計５は、剛性導管に固定することにより拘束されない所定の動きの範囲を有することができる。
【００６０】
図３に示したアクチュエータ４０６Ｘ、４０６Ｙ、４０６Ｚは、本質的に回転式でありプラットフォーム４００の軸を介して回転運動を与える。図４は、線形アクチュエータ４１２がプラットフォーム４００に連結されている本発明の実施形態を示す。図３に示した実施形態と同様の趣旨で、線形アクチュエータ４１２は、プラットフォーム４００をｘ平面、ｙ平面およびｚ平面内で動かすことができる。プラットフォーム４００は、ジャイロセンサー４０４を備え、ジャイロセンサー４０４は、３つの（ｘ、ｙ、ｚ）軸におけるプラットフォーム４００の位置や加速度を検出できる。ジャイロセンサー４０４は、計器電子機器２０と通信する。線形アクチュエータ４１２は、計器電子機器２０と通信する。一実施形態では、ジャイロセンサー４０４は、プラットフォーム４００の空間位置の変化を検出し、計器電子機器２０に送信される信号が生成される。呼応して、測定されたプラットフォーム４００の空間位置の変化を取り消す、または少なくとも弱める所望の補償動き経路が計算される。プラットフォーム４００の動きおよび位置がアクチュエータの伸長または収縮のいずれかにより調整して、プラットフォーム４００の非慣性フレーム関連空間位置またはプラットフォームの位置変化の速度を補償できるように、計器電子機器２０から線形アクチュエータ４１２に信号が送信される。他の実施形態と同様に、ジャイロセンサー４０４により検出された慣性変化を利用して、測定されたコリオリ曲げ力を数学的に補償し、流量計５を通るプロセス流体の流れに応答して測定される曲げモードに対する外部慣性力の影響を低減または排除できる。
【００６１】
図３および図４に示した実施形態は、外部から加えられた慣性力に対処するための能動的な補償スキームを示す。図５は、比較的受動的なアプローチを示す。この実施形態および関連する実施形態では、コリオリ流量計５は依然としてプラットフォーム４００に固定されており、プラットフォーム４００は、３つの（ｘ、ｙ、ｚ）軸におけるプラットフォーム４００の位置や加速度を検出できる。しかし、この実施形態には、ジャイロセンサーは必要とされない。すべての実施形態について、ジャイロセンサーの位置は、ジャイロセンサーがプラットフォーム４００それ自体に厳密に固定されるのではなく、流量計５、ケース４０２、スタンドオフまたは他の適切な場所に固定できるようにできることに留意されたい。ジャイロセンサー４０４は、計器電子機器２０と通信でき、ジャイロセンサー４０４によって検出された慣性変化を利用して、測定されたコリオリ曲げ力を数学的に補償し、流量計５を通るプロセス流体の流れに応答して測定される曲げモードに対する外部慣性力の影響を低減または排除できる。ジャイロジンバル４２０はプラットフォーム４００に連結されている。示された実施形態では、３つのジンバル４２０がプラットフォーム４００に連結されており、互いに約１２０°の間隔を空けている。ジンバル４２０は各々、回転軸が自由に任意の向きをとるスピニングホイール４２２またはスピニングディスクを備える。回転するとき、角運動量の周知の保存特性のために、スピニングホイール４２２のこの軸の向きは、取付台４２４の傾斜または回転による影響を受けない。この特性は、ジンバル４２０の向きを維持するのに役立つ。プラットフォーム４００の中心は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の動きを可能にするジョイントに固定されてもよい。あるいは、取付状態のない場合、プラットフォームは、ケース、マニホールド、スタンドオフまたは流量計５の他の部分を備えることができ、したがって、別個の取付台の必要性が排除される。したがって、ケース、マニホールド、スタンドオフまたは流量計５の他の部分は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の動きを可能にするジョイントに固定されてもよい。例えば限定されないが、平面などの動きを受ける基板に固定される場合、基板が加速を受けるか、ロール、ピッチやヨーを変化させると、プラットフォーム４００は、ジンバル４２０のために自己安定化する傾向がある。したがって、基板の慣性変化は自動的に補償され、流量計５により測定されるコリオリ曲げ力は、外部慣性力の影響を受けない。したがって、流量計５を通るプロセス流体の流れに応答して測定される曲げモードの正確な読み取りを行うことができる。
【００６２】
上記の実施形態の詳細な説明は、本発明の範囲内にあると発明者によって企図されたすべての実施形態の網羅的な説明ではない。実際、当業者は、上記の実施形態の特定の要素を種々組み合わせ、または排除して、さらなる実施形態を作成でき、このようなさらなる実施形態は本発明の範囲および教示内に入ることを認識するであろう。また、上記の実施形態は、本発明の範囲および教示内で追加の実施形態を作成するために全体的または部分的に組み合わせることができることも当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲から決定されるべきである。
【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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