(57)【要約】【課題】粘度の変動を考慮してパルス出力を生成する流体流量メータを提供する。【解決手段】流体流量メータには、流体流量メータの較正に基づいて、様々な粘度に対する流体圧、容積流量、およびパルス周波数の相関を保存できるデータ記憶装置を備えたコントローラが含まれる。圧力センサは、流動チャンバにわたる圧力を測定するために、流体流量メータの流動チャンバと並列に接続できる。【選択図】図６Ａ
2020529012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流量メータであって、
流動チャンバと、
第２の歯車と噛み合う第１の歯車であって、前記第１の歯車および前記第２の歯車が、前記流動チャンバ内に配置され、前記第１の歯車および前記第２の歯車の前記噛み合いにより、前記流動チャンバを通る流体の流動に応じて、前記第１の歯車および前記第２の歯車の同期回転を可能にする、前記第１の歯車と、
コントローラであって、前記流動チャンバを通る流体の通過ならびに／または前記第１の歯車および前記第２の歯車の同期回転に応じてパルスを生成するように構成されており、前記コントローラがデータ記憶装置を有し、前記パルスがそれらに関連付けられたパルス周波数を有する、前記コントローラと、を備え、
前記データ記憶装置が、
ａ）流体圧と、
ｂ）パルスあたりの容積または容積流量と、
ｃ）パルス間の間隔またはパルス周波数と、の相関を保存するように構成されており、
前記コントローラが、圧力センサから流体圧の測定値を受け取り、
流体の即知の容積流量に対するパルス周波数の値、または
パルスあたりの即知の容積に対するパルス間の間隔を決定することにより前記相関を決定するように構成されており、
前記コントローラは、
流体圧を受け取り、
前記パルスあたりの未知の容積と相関する生成されるパルス間の間隔、または
前記未知の容積流量と相関する生成されるパルスのパルス周波数を決定し、
前記データ記憶装置から、
前記流体圧の測定値および前記パルス間の間隔の決定値と相関するパルスあたりの容積、または
前記流体圧の測定値および前記パルス周波数の決定値と相関する容積流量を取得することにより、パルスあたりの未知の容積、または未知の容積流量を決定するよう構成されている、流体流量メータ。
【請求項２】
前記データ記憶装置が、異なる粘度の流体に対する流体圧、容積流量、およびパルス周波数の相関を保存するように構成されている、請求項１に記載の流体流量メータ。
【請求項３】
流体流量メータであって、
流体入口と、
前記流体入口の下流に位置する流体出口と、
前記流体入口と前記流体出口との間に配置され、流体を受け入れるように構成されている流動チャンバと、
前記流体が前記流動チャンバを通過するのに応じてパルスを生成するように構成され、データ記憶装置を有するコントローラと、
前記流動チャンバと並列に接続され、前記流動チャンバにわたって圧力を測定するように構成されている圧力センサと、
圧力、容積流量、およびパルス周波数の相関を保存するように構成されているデータ記憶装置と、
前記圧力センサによって測定されるパルス周波数、および前記流動チャンバにわたる圧力に基づいて未知の容積流量を決定するように構成されているコントローラと、を備える、流体流量メータ。
【請求項４】
前記流体流量メータが、容積式流量メータである、請求項３に記載の流体流量メータ。
【請求項５】
前記流体流量メータが、楕円形歯車メータである、請求項３または４に記載の流体流量メータ。
【請求項６】
第２歯車と噛み合う第１歯車であって、前記第１の歯車と前記第２の歯車との前記噛み合いにより、前記流動チャンバを通る流体の流動に応じて、前記第１の歯車および前記第２の歯車の同期回転を可能にする、第２歯車と噛み合う第１歯車をさらに備える、請求項３〜５のいずれか一項に記載の流体流量メータ。
【請求項７】
前記第１の歯車および前記第２の歯車のうちの少なくとも一方が、前記流体が前記流動チャンバを通るときに、前記第１の歯車および前記第２の歯車の回転位置を検出するための検出可能な領域を有する、請求項３〜６のいずれか一項に記載の流体流量メータ。
【請求項８】
前記第１の歯車および前記第２の歯車が前記回転位置内であるとき、前記検出可能な領域を感知するように構成されている一つ又は複数の非接触センサをさらに備え、前記一つ又は複数の非接触センサが、検出信号を生成するようにさらに構成されており、前記検出信号が、前記少なくとも１つの非接触センサに対する前記検出可能な領域の位置を示す、請求項３〜７のいずれか一項に記載の流体流量メータ。
【請求項９】
前記検出信号が前記第１の歯車および前記第２の歯車が第１の有効回転状態から第２の有効回転状態に回転することを示すときに、前記コントローラがパルスを生成するように構成されている、請求項３〜８のいずれか一項に記載の流体流量メータ。
【請求項１０】
前記検出信号が前記第１の歯車および前記第２の歯車が前記第１の有効回転状態から無効回転状態に回転することを示すときに、前記コントローラがパルスを生成しないように構成されている、請求項３〜９のいずれか一項に記載の流体流量メータ。
【請求項１１】
前記データ記憶装置が、圧力、容積流量、およびパルス周波数の相関を参照テーブルの形態で保存するように構成されている、請求項３〜１０のいずれか一項に記載の流体流量メータ。
【請求項１２】
前記圧力、容積流量、およびパルス周波数の相関が、非線形性である、請求項３〜１１のいずれか一項に記載の流体流量メータ。
【請求項１３】
前記圧力センサが、前記流動チャンバにわたる差圧を測定するように構成されており、前記差圧が、前記流体入口および前記流体出口での流体圧の差に相関する、請求項３〜１２のいずれか一項に記載の流体流量メータ。
【請求項１４】
前記流動チャンバを通過する前記流体の濃度が未知である、請求項３〜１３のいずれか一項に記載の流体流量メータ。
【請求項１５】
前記流動チャンバを通過する前記流体の粘度が可変的である、請求項３〜１４のいずれか一項に記載の流体流量メータ。
【請求項１６】
未知な粘度の流体の容積流量を測定する方法であって、前記方法は、
流体流量メータを提供することであって、前記流体流量メータは、流動チャンバと、第２の歯車と噛み合う第１の歯車であって、前記第１の歯車および前記第２の歯車が、前記流動チャンバ内に配置され、前記第１の歯車および前記第２の歯車の前記噛み合いにより、前記流動チャンバを通る流体の流量に応じて、前記第１の歯車および前記第２の歯車の同期回転を可能にする、前記第１の歯車と、データ記憶装置を有するコントローラと、を備える、ことと、
前記流動チャンバを通る、既知の容積流量の流体を供給することと、
前記コントローラを使用して、前記第１の歯車および前記第２の歯車の回転に相関するパルスを生成することであって、前記パルスは、それらに関連するパルス周波数を有する、ことと、
前記流動チャンバを通って流れる前記流体の流体圧を測定することと、
前記コントローラを使用して、流体の即知の容積流量に相関するパルス周波数を決定することと、
前記コントローラを使用して、パルス周波数、流体圧、および様々な容積流量に対する既知の容積流量の間の相関を生成することと、
生成される相関を前記データ記憶装置に保存することとを備える、方法。
【請求項１７】
前記コントローラを使用して、流体圧を測定し、前記パルス周波数を決定することにより、未知の容積流量を決定することをさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記データ記憶装置から、流体圧の測定値およびパルス周波数の決定値と相関する容積流量を取得することをさらに備える、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記コントローラを使用して、異なる既知の粘度の流体に対するパルス周波数、流体圧、および既知の容積流量の間の相関を生成することをさらに備える、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記コントローラを使用して、圧力の測定値およびパルス周波数の決定値に基づいて未知の粘度を決定することと、前記データ記憶装置内に保存されている以前に生成された相関を取得して、前記未知の粘度を決定することとをさらに備える、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記コントローラを使用して、前記流体の前記粘度が、既定の範囲外であると判断されたときに、指示信号を生成することをさらに備える、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の歯車および前記第２の歯車が、第１の有効な回転位置から第２の有効な回転位置に回転するときにのみパルスを生成することをさらに備える、請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
遷移時間より短いパルス持続時間を有するパルスを生成することにより、前記遷移時間が、前記第１の歯車および前記第２の歯車が前記第１の有効回転位置から前記第２の有効回転位置まで回転するのにかかる時間に相関することをさらに備える、請求項１６〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記コントローラが、隣接するパルス間の時間間隔の逆数として前記パルス周波数を決定する、請求項１６〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記コントローラが、パルスが生成されるたびに、
流体圧の測定値と相関する前記パルスあたりの容積を前記データ記憶装置から取得するステップ、および
取得された前記パルスあたりの容積を総容積カウンタに追加するステップ
を実行することにより、ある時間間隔にわたって前記流体流量メータを通って流れる流体の総容積を決定するように構成されている、請求項１または２に記載の流体流量メータ。
【請求項２６】
前記圧力センサが、２つの連続するパルス間の時間に相関する間隔にわたって前記圧力を測定するように構成されている、請求項３〜１５のいずれか一項に記載の流体流量メータ。
【請求項２７】
前記圧力センサが、いくつかのパルスに相関する間隔にわたって前記圧力を測定するように構成されている、請求項３〜１５及び２６のいずれか一項に記載の流体流量メータ。
【請求項２８】
前記コントローラが、いくつかのパルスにわたって測定された圧力に基づいて圧力の平均値を決定し、前記圧力の平均値に基づいて前記データ記憶装置から相関を取得するように構成されている、請求項３〜１５、２６及び２７のいずれか一項に記載の流体流量メータ。
【請求項２９】
流体流量および粘度補正を測定するための、請求項１〜２８のいずれか一項に記載の流体流量メータの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本出願は、２０１７年７月２５日に出願されたＵ．Ｓ．６２／５３６，５０３の優先権の利益を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
容積式流体測定システムを使用して、流体または気体の流量または容積を測定できる。例えば、分配システムは、容積式流体メータからのフィードバックを使用して、分配された流体の容積を制御する場合がある。このような制御システムは、精密な量の流体または気体をより正確に分配するために、タイムオン制御の代わりにしばしば使用され、産業、健康管理、製薬、食品および飲料産業を含むがこれらに限定されない様々な場面で一般的に使用される。例えば、容積式流体メータは、２つの材料を単一のバッチに混合するための正確な測定を必要とする薬物の製造プロセスで使用できる。容積式流体メータは、それぞれの材料の供給ラインに設置でき、メータからのフィードバックを使用して、混合する混合タンクに適切な量の各材料を分配できる。他の多くのように、容積式メータのこの用途では、容積式メータが、例えば品質管理または規制などに準拠するために、測定精度（＋／−０．５％）を必要とする場合がある。したがって、流体または気体の容積を正確に測定する容積式メータは、流体分配システムまたはプロセスの意図された機能を容易に実行するのに役立つことができる。
【０００３】
例示的な流体流量メータは、ミネソタ州セントポールのＥｃｏｌａｂ  Ｉｎｃ．に譲渡された同一出願人によるＵＳ９，３８３，２３５に記載されており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。製造業者は通常、流体のポケットの容積を、様々な流量の流量メータ内の一つ又は複数の部品（例えば、楕円形歯車）の回転に対応する回転数に相関させる工場較正を提供する。したがって、流体流量メータによって生じたパルスの数をカウントすることにより、工場較正に基づいて容積流量を決定できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
流量メータの工場較正は、通常、流体の粘度に対して補正されていない。使用において、例えば、流体流量メータは、例えば、製品の劣化により経時的な粘度の変化を有し得る製品（例えば、アセトンなどの化学物質）を供給し得る。製品の粘度変動が不明な場合、例えば、流体流量メータを使用して測定される製品の量は、正確でない可能性があるか、または指標の最終用途にとって望ましくない場合がある（例えば、過少または過給のため）。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、本開示は、第２の歯車と噛み合い、流体流量メータを通る流体の流動に応じて互いに同期回転する第１の歯車を有する流体流量メータに関する。流体流量メータは、流体の量の通過および／または第１の歯車および第２の歯車の同期回転に応じてパルスを生成するように構成されているコントローラを含む。コントローラはデータ記憶装置を有することができる。データ記憶装置は、流体流量メータの較正に基づいて、流体圧、容積流量、およびパルス周波数の相関を保存できる。較正中、コントローラは、圧力センサから流体圧と相関する測定値を受け取り、流体の既知の容積流量の流れに対して生成されたパルスのパルス周波数を決定することにより、そのような相関を決定できる。
【０００６】
別の態様では、流体流量メータは、流体入口と、流体入口の下流に配置された流体出口と、を含む。流動チャンバは、流体を受け入れるために、流体入口と流体出口との間に配置することができる。圧力センサは、流動チャンバと並列に接続され、流動チャンバにわたって圧力を測定するように構成できる。このような場合、データ記憶装置に保存されている圧力は、圧力センサによって測定された圧力と相関する。したがって、コントローラは、圧力センサによって測定されるパルス周波数、および流動チャンバにわたって測定される圧力に基づいて未知の容積流量を決定するように構成され得る。
【０００７】
別の態様では、未知な粘度の流体の容積流量を測定する方法は、本明細書に開示される実施形態のうちのいずれかによる流量メータを提供するステップを含むことができる。本方法は、コントローラを使用して、第１の歯車および第２の歯車の回転に相関するパルスを生成するステップを含むことができる。パルスは、それと共に関連するパルス周波数を有することができる。本方法は、流動チャンバを通って流れる流体の流体圧を測定するステップを含むことができる。本方法は、コントローラを使用して、流体の既知の容積流量に相関するパルス周波数を決定するステップを含む。本方法は、コントローラを使用して、パルス周波数、流体圧、および様々な容積流量に対する既知の容積流量の間の相関を生成し、生成される相関をデータ記憶装置に保存するステップをさらに含むことができる。
【０００８】
本開示の実施形態は、以下の付番された実施形態のうちの一つ又は複数を含む：
１．流体流量メータは、
流動チャンバと、
第２の歯車と噛み合う第１の歯車であって、第１の歯車および第２の歯車が、流動チャンバ内に配置され、第１の歯車および第２の歯車の前記噛み合いにより、流動チャンバを通る流体の流動に応じて、第１の歯車および第２の歯車の同期回転を可能にする、第１の歯車と、
コントローラであって、流動チャンバを通る流体の通過ならびに／または第１の歯車および第２の歯車の同期回転に応じてパルスを生成するように構成されており、コントローラがデータ記憶装置を有し、パルスがそれらに関連付けられたパルス周波数を有する、コントローラと、を備え、
データ記憶装置が、
ａ）流体圧と、
ｂ）パルスあたりの容積または容積流量と、
ｃ）パルス間の間隔またはパルス周波数と、の相関を保存するように構成されており、
コントローラが、圧力センサから流体圧の測定値を受け取り、
流体の即知の容積流量に対するパルス周波数の値、または
パルスあたりの即知の容積に対するパルス間の間隔を決定することにより相関を決定するように構成されており、
コントローラは、
流体圧を受け取り、
パルスあたりの未知の容積と相関する生成されるパルス間の間隔、または
未知の容積流量と相関する生成されるパルスのパルス周波数を決定し、
データ記憶装置が、
流体圧の測定値およびパルス間の間隔の決定値と相関するパルスあたりの容積、または
流体圧の測定値およびパルス周波数の決定値と相関する容積流量から取得されることにより、パルスあたりの未知の容積、または未知の容積流量を決定するよう構成されている。
２．実施形態１に記載の流体流量メータは、データ記憶装置が、異なる粘度の流体に対する流体圧、容積流量、およびパルス周波数の相関を保存するように構成されている。
３．流体流量メータは、
流体入口と、
流体入口の下流に位置する流体出口と、
流体入口と流体出口との間に配置され、流体を受け入れるように構成されている流動チャンバと、
流体が流動チャンバを通過するのに応じてパルスを生成するように構成され、データ記憶装置を有するコントローラと、
流動チャンバと並列に接続され、流動チャンバにわたって圧力を測定するように構成されている圧力センサと、
圧力、容積流量、およびパルス周波数の相関を保存するように構成されているデータ記憶装置と、
圧力センサによって測定されるパルス周波数、および流動チャンバにわたる圧力に基づいて未知の容積流量を決定するように構成されているコントローラと、を備える。
４．実施形態３または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、容積式流量メータである。
５．実施形態４または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、楕円形歯車メータである。
６．実施形態５または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、第２歯車と噛み合う第１歯車であって、第１の歯車と第２の歯車との前記噛み合いにより、流動チャンバを通る流体の流動に応じて、第１の歯車および第２の歯車の同期回転を可能にする、第２歯車と噛み合う第１歯車をさらに備える。
７．実施形態６または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、第１の歯車および第２の歯車のうちの少なくとも一方が、流体が流動チャンバを通るときに、第１の歯車および第２の歯車の回転位置を検出するための検出可能な領域を有する。
８．実施形態７または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、第１の歯車および第２の歯車が回転位置内であるとき、検出可能な領域を感知するように構成されている一つ又は複数の非接触センサをさらに備え、一つ又は複数の非接触センサが、検出信号を生成するようにさらに構成されており、検出信号が、少なくとも１つの非接触センサに対する検出可能な領域の位置を示す。
９．実施形態８または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、検出信号が第１の歯車および第２の歯車が第１の有効回転状態から第２の有効回転状態に回転することを示すときに、コントローラがパルスを生成するように構成されている。
１０．実施形態９または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、検出信号が第１の歯車および第２の歯車が第１の有効回転状態から無効回転状態に回転することを示すときに、コントローラがパルスを生成しないように構成されている。
１１．実施形態３または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、データ記憶装置が、圧力、容積流量、およびパルス周波数の相関を参照テーブルの形態で保存するように構成されている。
１２．実施形態１１または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、圧力、容積流量、およびパルス周波数の相関が、非線形性である。
１３．実施形態３または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、圧力センサが、流動チャンバにわたる差圧を測定するように構成されており、差圧が、流体入口および流体出口での流体圧の差に相関する。
１４．実施形態３または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、流動チャンバを通過する流体の粘度が未知である。
１５．実施形態３または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、流動チャンバを通過する流体の粘度が可変的である。
１６．未知な粘度の流体の容積流量を測定する方法は、
流体流量メータを提供することであって、流体流量メータは、流動チャンバと、第２の歯車と噛み合う第１の歯車であって、第１の歯車および第２の歯車が、流動チャンバ内に配置され、第１の歯車および第２の歯車の噛み合いにより、流動チャンバを通る流体の流動に応じて、第１の歯車および第２の歯車の同期回転を可能にする、第１の歯車と、データ記憶装置を有するコントローラと、を備える、ことと、
流動チャンバを通る、既知の容積流量の流体を供給することと、
コントローラを使用して、第１の歯車および第２の歯車の回転に相関するパルスを生成することであって、パルスは、それらに関連するパルス周波数を有する、ことと、
流動チャンバを通って流れる流体の流体圧を測定することと、
コントローラを使用して、流体の即知の容積流量に相関するパルス周波数を決定することと、
コントローラを使用して、パルス周波数、流体圧、および様々な容積流量に対する既知の容積流量の間の相関を生成することと、
生成される相関を前記データ記憶装置に保存することとを備える。
１７．実施形態１６または先行する実施形態のいずれかに記載の方法は、コントローラを使用して、流体圧を測定し、パルス周波数を決定することにより、未知の容積流量を決定することをさらに備える。
１８．実施形態１７または先行する実施形態のいずれかに記載の方法は、データ記憶装置から、流体圧の測定値およびパルス周波数の決定値と相関する容積流量を取得することをさらに備える。
１９．実施形態１６または先行する実施形態のいずれかに記載の方法は、コントローラを使用して、異なる既知の粘度の流体に対するパルス周波数、流体圧、および既知の容積流量の間の相関を生成することをさらに備える。
２０．実施形態１９または先行する実施形態のいずれかに記載の方法は、コントローラを使用して、圧力の測定値およびパルス周波数の決定値に基づいて未知の粘度を決定することと、データ記憶装置内に保存されている以前に生成された相関を取得して、未知の粘度を決定することとをさらに備える。
２１．実施形態１９または先行する実施形態のいずれかに記載の方法は、コントローラを使用して、流体の粘度が、既定の範囲外であると判断されたときに、指示信号を生成することをさらに備える。
２２．実施形態１５または先行する実施形態のいずれかに記載の方法は、第１の歯車および第２の歯車が、第１の有効な回転位置から第２の有効な回転位置に回転するときにのみパルスを生成することをさらに備える。
２３．実施形態２２または先行する実施形態のいずれかに記載の方法は、遷移時間より短いパルス持続時間を有するパルスを生成することにより、遷移時間が、第１の歯車および第２の歯車が第１の有効回転位置から第２の有効回転位置まで回転するのにかかる時間に相関することをさらに備える。
２４．実施形態２３または先行する実施形態のいずれかに記載の方法は、コントローラが、隣接するパルス間の時間間隔の逆数としてパルス周波数を決定する。
２５．実施形態１または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、コントローラが、パルスが生成されるたびに、
データ記憶装置から取得することであって、パルスあたりの容積が、流体圧の測定値と相関する取得するステップ、および
パルスごとに取得された容積を総容積カウンタに追加するステップを実行することにより、ある時間間隔にわたって流体流量メータを通って流れる流体の総容積を決定するように構成されている。
２６．実施形態３または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、圧力センサが、２つの連続するパルス間の時間に相関する間隔にわたって圧力を測定するように構成されている。
２７．実施形態３、または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、圧力センサが、いくつかのパルスに相関する間隔にわたって圧力を測定するように構成されている。
２８．実施形態２７、または先行する実施形態のいずれかに記載の流体流量メータは、コントローラが、いくつかのパルスにわたって測定された圧力に基づいて圧力の平均値を決定し、圧力の平均値に基づいてデータ記憶装置から相関を取得するように構成されている。
【０００９】
１つまたは複数の例の詳細が、添付の図面および以下の説明に記載される。他の特徴、目的、および利点は、説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る流体流量メータの概略図である。
【００１１】
【図２】図１に示した断面Ａ−Ａに沿った流体流量メータの側面断面図である。
【００１２】
【図３Ａ】楕円形歯車の第１の回転位置での流体流量メータを通る流体の流れを示す断面平面図である。
【００１３】
【図３Ｂ】楕円形歯車の第２の回転位置での流体流量メータを通る流体の流れを示す断面平面図である。
【００１４】
【図４Ａ】非接触センサを有する流体流量メータを示す別の断面平面図である。
【００１５】
【図４Ｂ】図４Ａに示した非接触センサが生成する検出信号を示す概略図である。
【００１６】
【図４Ｃ】実施形態に係るパルス生成方法を示す概略図である。
【００１７】
【図４Ｄ】非限定的な例示的実施形態に係る流体流量メータの楕円形歯車の一連の有効な回転状態を示す概略図である。
【００１８】
【図５Ａ】非限定的な例示的実施形態による、異なる粘度に対するパルスあたりの容積と容積流量との間の相関を示すプロットである。
【００１９】
【００２０】
【図５Ｂ】非限定的な例示的実施形態による、異なる粘度に対するパルス周波数と容積流量との相関を示すプロットである。
【００２１】
【図５Ｃ】図５Ｂに示すパルス周波数および容積流量の再計測プロットである。
【００２２】
【図５Ｄ】非限定的な例示的実施形態による、流量メータを通って流れる製品の総（累積）容積とパルス間の時間との関係を示すプロットである。
【００２３】
【図５Ｅ】非限定的な例示的実施形態による、参照テーブルに保存された圧力、パルス当たりの容積（パルス速度）、およびパルス周波数の間の較正関係を示す３Ｄ散布図である。
【００２４】
【図５Ｆ】非限定的な例示的実施形態による、参照テーブルに保存された圧力、パルスあたりの容積（パルス速度）、およびパルス間の間隔の間の較正関係を示す３Ｄ散布図である。
【００２５】
【図５Ｇ】非限定的な例示的実施形態による、参照テーブルに保存された圧力、容積流量、およびパルス周波数の間の較正関係を示す３Ｄ散布図である。
【００２６】
【図６Ａ】非限定的な例示的実施形態による、図１の流体流量メータを較正する方法を示す概略図である。
【００２７】
【図６Ｂ】非限定的な例示的実施形態による、図１の流体流量メータを使用した容積流量および粘度を決定する方法を示す概略図である。
【００２８】
【図６Ｃ】非限定的な例示的実施形態による、図１の流体流量メータを使用した総容積、現在の容積流量、および粘度を決定する方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、流体流量メータ１００を含む流体の流れ測定システム１０の平面図である。システム１０は、流体ポンプ１２、第１の流体ライン１４、第２の流体ライン１６、および流体流量メータ１００を含む。第１の流体ライン１４は、システム１０を通る流体の流れを提供するように構成された流体ポンプ１２と流体連通していてもよい。流体ポンプ１２は、流体源（図示せず）と流体連通していてもよく、システムを通る流体の流れを提供する任意の好適なポンプであってもよい。流体の流れは、様々な流体の流れ特性を有し、選択されたポンプのタイプまたはシステム１０の用途に依存する。例えば、様々な用途では、高い流体流量容積または低い流体流量容積が必要になる場合がある。特定の例では、ぜん動ポンプまたは圧力維持流体ラインによって提供される均一な流体の流れが必要になる場合がある。他の例では、流体ポンプ１２は、特に用途が少量の流体容積を必要とする場合、不均一な流体の流れを提供し得る。
【００３０】
流体流量メータ１００は、システム１０を通る流体の流れを測定するように構成することができ、チャンバ１０６、流体入口１０４および流体出口１０５を画定するハウジング１０２を含むことができる。図示された実施形態では、流体流量メータ１００は、楕円形歯車１０８流量メータなどの容積式メータである。流体入口１０４は、第１の流体ライン１４と流体連通していてもよく、第１の流体ライン１４からチャンバ１０６への流体の流れを提供する。楕円形歯車１０８および１１０は、チャンバ１０６内に設置され、チャンバ１０６を通る流体の流れに応じて、それぞれ固定回転軸１１２および１１４の周りで協調して回転するように構成されている。流体は、第２の流体ライン１６と流体連通している流体出口１０５経由でチャンバ１０６を出る。
【００３１】
したがって、流体ポンプ１２によって提供される流体は、流体ライン１４を通って流れ、流体入口１０４を通って流体流量メータ１００に流れる。次いで、流体は、流体流量メータ１００を通って流れ、そこで流量の容積が測定され、流体出口１０５を通って流体流量メータ１００から出て、第２の流体ライン１６に入る。
【００３２】
図２は、図１に示した線Ａ−Ａに沿った流体流量メータ１００の側面断面図である。楕円形歯車１０８および１１０は、ハウジング１０２によって画定されたチャンバ１０６内に設置され、それぞれ軸１１３および１１５の周りを回転するように構成され得る。例示された実施形態では、流体流量メータ１００は、非接触センサ１４０およびコントローラ１４１を含むことができる。非接触センサ１４０は、（例えば、接続１４３経由で電気的に、またはワイヤレスで）コントローラ１４１と通信することができる。非接触センサ１４０は、それぞれ楕円形歯車１０８および１１０の上面１４２および１４４に設けられた検出可能な領域１４６（図示せず）を感知するように構成されてもよい。例えば、非接触センサ１４０は、少なくとも１つの楕円形歯車１０８の上または内部に設置された磁石を含む検出可能領域１４６を感知するように構成された磁気センサであってもよい。別の例では、非接触センサ１４０は、検出可能領域１４６を含む楕円形歯車１０８の少なくとも１つの上面１４２または２４４に波長を放出し、少なくとも１つの上面からの波長の反射率を感知するように構成された光学センサであってもよい。２００７年１２月１９日に出願された米国特許第７，５２３，６６０号、および２００９年２月１１日に出願された米国特許第８，０６９，７１９号は、非接触センサを組み込んだ楕円形歯車１０８の例を提供し、それらの各々の全体の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。流体流量メータ１００は、任意数の非接触センサと、メータの特別の用途に好適な任意数の検出可能な領域と、を含み得ることが理解され得る。流量センサ１４０はまた、検出可能領域１４６の検出または検出の欠如に基づいて検出信号を生成するように構成されてもよい。
【００３３】
流体流量メータ１００は、非接触センサ１４０の検出信号に基づいて、メータを通る流体の流れの容積を計算するように構成されたコントローラ１４１も含むことができる。コントローラ１４１は、非接触センサ１４０の検出信号を受信し、検出信号に基づいて楕円形歯車１０８の回転に対応するパルスを生成するように構成されてもよい。コントローラ１４１は、マイクロプロセッサなどのプログラマブルコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ１４１などとすることができ、アルゴリズムおよび／またはデータ（例えば、較正データ）の形態で命令を保存するためのオンボードまたはリモートの非一時的記憶媒体（例えば、データ記憶装置１５０）を含む（および／またはそれと通信する）ことができる。コントローラは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、またはデータを受信および処理できる他の好適な構造、ならびに遠隔位置から本書に記載されるデータを受信および処理し、システムの動作を制御するためにネットワークにわたって分散される回路にすることもできる。コントローラ１４１とデータ記憶装置１５０との間の電気接続１５１が示されているが、コントローラ１４１とデータ記憶装置１５０との間のワイヤレス接続が企図されていることを理解されたい。さらに、コントローラ１４１、データ記憶装置１５０および流体流量メータ１００の電気的接続は、図１では、流体流量メータ１００のハウジング１０２の外側にあるように示されているが、図２では、（図２に示すように）コントローラ１４１およびデータ記憶装置１５０は、（関連する接続とともに）流体流量メータ１００のハウジング１０２内に収容されていることを理解されたい。本明細書でさらに記載されるように、楕円形歯車１０８によって（完全におよび部分的に完全に）行われる回転の数が既知であり、１回転あたりの流体の容積が既知である場合、流体流量メータ１００を通過する流体の容積を計算することができる。したがって、コントローラ１４１は、コントローラ１４１によって生成されたパルスに基づいて、メータを通過する流体の容積を測定することが可能であり得る。そのような場合、コントローラ１４１は、生成されたパルスと流体流量メータ１００を通過する流体の容積との間の較正を保存するデータ記憶装置１５０を含むことができる。
【００３４】
図３Ａおよび３Ｂは、流体流量メータ１００を通る流体の流れを示す断面平面図である。そこに見られるように、楕円形歯車１０８および１１０は、噛み合うように構成され、それにより、流体が流体入口１０４から歯車の間を通過する可能性を低減する。したがって、流体は、流体ポケット１１６および１１８経由で楕円形歯車１０８の周りを流れる。図３Ａは、流体が流体入口１０４を通ってチャンバ１０６に導入され得る第１の回転位置にある流体流量メータ１００を示す。上記のように、楕円形歯車１０８と１１０の噛み合いにより、流体が歯車間を通過する可能性を低減し、それによって、入ってくる流体を楕円形歯車１０８の頂点１０９に向かって押し、楕円形歯車１０８を反時計回りの方向に回転させる。次に、楕円形歯車１０８に加えられた反時計回りのトルクは、楕円形歯車１１０の時計回りの回転を促す。
【００３５】
図３Ｂは、図３Ａに示された回転位置に対して半径方向に前進した回転位置にある流体流量メータ１００を示し、楕円形歯車１０８は反時計回りに９０度回転し、楕円形歯車１１０は時計回りに９０度回転している。流体流量メータ１００のこの回転位置では、楕円形歯車１０８の回転により、楕円形歯車１０８の表面とチャンバ１０６の壁によって画定された流体ポケット１１８が形成される。同時に、流体入口１０４からの流体は、楕円形歯車１１０の頂点１１１に向かって強制され、それにより、楕円形歯車１１０を時計回り方向に回転させる。これにより、楕円形歯車１０８が反時計回り方向に回転し続け、流体ポケット１１８内の流体が放出させる。図３Ａに示されたように、同様の流体ポケット１１６が楕円形歯車１１０とチャンバ１０６の壁との間に形成され得ることが理解され得る。
【００３６】
本実施形態に係る流体流量メータは、測定の分解能を高めるように構成され得、それにより、メータを通る流体の流れのより精密な測定を可能にする。これらの構成は、流体の流れが少ない用途において有用である。一例では、流体流量メータ１００は、２つの流体ポケット１１６の容積に等しい容積に対応する楕円形歯車１０８の半回転を測定するように構成されてもよい。別の例では、流体流量メータ１００は、１つの流体ポケット１１６に等しい容積に対応する楕円形歯車１０８の４分の１回転を測定するように構成されてもよい。流体流量メータ１００の測定の分解能は、メータの流体ポケット１１６の容積にも依存し得る。一般に、より小さな容積の流体ポケット１１６は、より小さな容積の流体が楕円形歯車１０８の回転あたりに分配されるため、楕円形歯車１０８の測定分解能を高めることができる。逆に、より大きな流体ポケット１１６は、回転あたりにより大きな量の流体が分配される、分解能を低下させる可能性がある。異なる用途は異なる測定分解能を必要とする場合があり、本出願の例は広範囲の分解能を有するように構成できることを理解することができる。
【００３７】
図４Ａは、非接触センサ１４０および検出可能領域１４６を含む流体流量メータ１００の断面平面図である。非接触センサ１４０は、楕円形歯車１１０の表面に設けられた検出可能領域１４６を感知し、検出信号を生成するように構成されてもよい。非接触センサ１４０は、楕円形歯車１０８および１１０の上面１４２、１４４の上方に配置された流体流量メータ１００のハウジング（１０２、図４Ａには示されていない）に取り付けられてもよい。図４Ａに示されたように、楕円形歯車１０８および１１０は、チャンバ１０６を通る流体の流れに応じて、それぞれ反時計回りおよび時計回りに回転するように構成されている。楕円形歯車１１０の回転により、検出可能領域１４６は、センサの下に設けられ得る非接触センサ１４０の感知領域を通過する。検出可能領域１４６を感知すると、非接触センサ１４０は検出信号を生成し得る。したがって、非接触センサ１４０の検出信号は、検出可能な領域１４６が非接触センサ１４０の下にある楕円形歯車１０８および１１０の回転位置を示し得る。この例では、非接触センサ１４０は、センサが検出可能領域１４６を感知するときに「正」信号（以降で「１」または「ハイ」とも称される）、およびセンサが検出可能領域１４６を感知しないときに「負」信号（以降で「０」または「ロー」とも称される）を生成するように構成されている。非接触センサ１４０によって生成された検出信号は、検出可能な領域１４６の感知を示すのに好適な任意のフォーマットの任意の形態のものであり得ることが理解され得る。特定の例では、非接触センサ１４０は、検出可能領域１４６が感知されないときに、検出信号を生成しないように構成されてもよい。そのような例では、信号の欠如は、依然として、検出可能な領域１４６がセンサの感知領域内にない回転位置を示している可能性がある。前述のように、流体流量メータ１００は、非接触センサ１４０によって提供される検出信号に基づいてパルス出力を生成するように構成されたコントローラ１４１を含むことができる。この例では、流体流量メータ１００は、楕円形歯車１０８および１１０の回転により非接触センサ１４０が検出可能領域１４６を感知するように構成される。したがって、コントローラ１４１は、以下でさらに記載されるように、非接触センサ１４０によって感知されている検出可能領域１４６に応じてパルスを生成するように構成され得る。
【００３８】
図４Ｂは、例に係る、経時的な流体流量メータ１００の非接触センサ１４０の検出信号のプロット１９０である。より具体的には、プロット１９０は、楕円形歯車１０８および１１０がメータを通る流体の流れに応じて順方向に回転するときに、検出可能な領域１４６を感知する非接触センサ１４０の検出信号を示す。プロット１９０は、時点１９１ａ、４９１ｂ、４９２ａ、および４９２ｂを含む。最初に、非接触センサ１４０の検出信号は、ローであって、楕円形歯車１０８および１１０は、検出可能領域１４６がセンサの検知領域内にない回転位置にあることを示している。検出信号は、時点１９１ａと１９２ａの間、また１９１ｂと１９２ｂの間でハイであり、検出可能な領域１４６が、非接触センサ１４０によって感知される楕円形歯車１０８の回転位置を示している。検出信号は、時点１９２ａと１９１ｂの間で、および時点１９２ｂの後も再びローになり、検出可能な領域１４６がセンサによって感知されない楕円形歯車１０８の回転位置を示している。時点１８１ａと１８１ｂとの間、または代替的に１８２ａと１８２ｂとの間の期間は、流体流量メータ１００における単一の検出可能領域１４６が存在するため、楕円形歯車１０８および１１０の１回の完全な回転における全ての回転位置を表し得る。追加の、もしくはより少ない回転位置および／または検出可能な領域が、（以下でさらに記載されるように）本開示の範囲内で企図される。
【００３９】
この例では、流体流量メータ１００の１つの完全な回転における楕円形歯車１０８の回転位置は、回転状態ＡおよびＢに分類され得る。回転状態Ａは、検出可能な領域１４６が非接触センサ１４０によって感知されない全ての回転位置を含み、時点１９１ａの前、時点１９２ａと１９１ｂとの間、およびさらに時点１９２ｂの後のプロット１９０に示されている。回転状態Ｂは、検出可能な領域１４６が非接触センサ１４０によって感知される全ての回転位置を含み、時点１９１ａと１９２ａとの間、および１９１ｂと１９２ｂとの間のプロット１９０に示されている。非接触センサ１４０が回転状態ＡおよびＢを感知するとき、それぞれ負および正の検出信号を生成する。そのような例では、流体流量メータ１００は、非接触センサ１４０によって提供される検出信号に基づいて、メータを通る流体の流れの容積を計算するように構成されたコントローラ１４１を含むことができる。楕円形歯車１０８および１１０がメータを通る流体の流れに応じて順方向に回転すると、歯車は、最終的には、検出可能な領域１４６が非接触センサ１４０の感知領域内にある回転位置に到達する。したがって、非接触センサ１４０は回転状態Ｂを感知することができる。楕円形歯車１０８が流体流量メータ１００内で回転し続けるにつれて、非接触センサ１４０は回転状態ＡおよびＢを含む一連の回転状態を順番に感知することが理解できる。上記のように、非接触センサ１４０は、それぞれ回転状態ＡおよびＢが感知されるときに負の検出信号および正の検出信号を生成し、コントローラ１４１に信号を提供するように構成されてもよい。
【００４０】
同時に、流体流量メータ１００のコントローラ１４１は、非接触センサ１４０から検出信号を受信し、パルス出力を生じるように構成されている。楕円形歯車１０８および１１０の回転状態および回転位置の両方を示す検出信号を受信すると、コントローラ１４１は、ステップ１８７において検出信号が正であるかどうかを判断する。検出信号が正である場合、コントローラ１４１は一つ又は複数のパルスを生成し、受信状態１８６に戻り得る。検出信号が負の場合、コントローラ１４１は、何らのパルスも生成せずに、受信状態１８６に戻る。図４Ｂに戻って参照すると、検出信号がローからハイに移行する時点１９１ａおよび１９１ｂで、コントローラ１４１によってパルスを生成できることが理解できる。代替的に、コントローラ１４１は、ステップ１８７を改変して検出信号が負であるかどうかを確認することにより、検出信号がハイからローに移行するときに（例えば、時点１９２ａおよび１９２ｂで）パルスを生成するように構成することができる。
【００４１】
図１〜４Ｂに記載された実施形態は、楕円形歯車１０８流量メータの回転に応じてパルス出力を生じるアルゴリズムを使用することができる。例えば、図１〜４Ｂに記載された実施形態では、コントローラ１４１にパルスを生成させる命令でコントローラ１４１をプログラムすることができる。そのような場合、有効な回転状態から別の有効な回転状態への歯車の個々の遷移に対応するパルスを生成することにより、流量メータの精度と分解能を改善できる。図４Ｃは、１つのそのようなアルゴリズム４００に対応するフローチャートである。
【００４２】
図４Ｃに示された例では、楕円形歯車１０８メータは、楕円形歯車１０８の完全な回転あたりに８つの回転状態を有することができる。例えば、８つの回転状態は、状態Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨと称される。図４Ｄは、シーケンス内の有効な状態を示すチャートを示す。そのような場合、楕円形歯車１０８メータのコントローラ１４１は、図４Ｃのアルゴリズムに従ってプログラムすることができ、それにより、コントローラ１４１は、（例えば、非接触センサ１４０によって）検出された回転状態が、有効な回転状態であるかどうかをステップ４０２で判断するように構成されている。次に、コントローラ１４１は、チャート４Ｄに従って、楕円形歯車１０８が有効な回転状態から別の有効な回転状態に遷移するかどうかを（ステップ４０４で）判断するように構成されている。例えば、楕円形歯車１０８が状態Ａから状態Ｂに移行する場合、コントローラ１４１は、遷移が有効であると判断し、ステップ４０６でパルスを生成するように構成されている。一方、コントローラ１４１は、遷移が無効であると判断する場合（例えば、対応する各状態について図４Ｄの右列にリストされた状態以外の状態）、コントローラ１４１は、（エラー状態４０８に対応して）パルスを生成しない。したがって、この例では、コントローラ１４１は、回転状態間の８つの有効な遷移に対応する歯車の完全な回転のための８つのパルスを生成するように構成されている。８つの有効な回転状態が示されているが、（追加または少ない遷移およびパルスに対応する）追加または少ない回転状態がそれぞれ本開示の範囲内で企図されることに留意されたい。そのような実施形態によりは、正確な測定が容易になり、流れの不均一性（ジッタまたは逆流など）に起因する測定の誤差を排除する。
【００４３】
特定の実施形態では、コントローラ１４１は、有効な回転状態から次の有効な回転状態への遷移のための時間よりも短い持続時間のパルスを生成するように構成される。そのような場合、歯車が「ｍ」個の有効な回転状態で毎秒「ｎ」回、回転する場合、楕円形歯車１０８が有効な回転状態から次の有効な回転状態に遷移するのにかかる時間は、以下の等式（１）によって与えられる。
2020529012.tif 000003
そのような場合、コントローラ１４１は、有効な回転状態から次の有効な回転状態への遷移時間よりも短いパルス持続時間（Ｔパルス）を有する生成パルスを設定するように構成することができる。
2020529012.tif 000004
そのような実施形態は、歯車の一つ又は複数の回転状態への遷移とパルス生成との間に発生する可能性のある重複を低減することにより、正確なパルスカウントを容易にする。
動作中、楕円形歯車１０８が有効な回転状態から別の有効な回転状態に遷移するたびに、コントローラ１４１は、パルス持続時間Ｔパルスを有するパルスを生成する。隣接するパルス間の時間間隔はＴｓである。そのような場合、パルス周波数Ｆｓを定義でき、それにより、パルス周波数は、隣接するパルスの時間間隔の逆数になる。
図示の例では、流体流量メータ１００は８つの有効な回転状態を有している（図４Ｄに図示）。例えば、楕円形歯車１０８が毎秒１００回転している場合、上式に従えば、ある回転状態から次の回転状態への遷移時間は約１．２５ミリ秒である。したがって、コントローラ１４１は、約０．１から約０．５ｍｓの間の持続時間を有するパルスを生成し得る。より一般的には、パルス持続時間（Ｔパルス）は、遷移時間（Ｔ遷移）の約５％から約５０％の間である可能性がある。
2020529012.tif 000005
【００４４】
再び図４Ｃを参照すると、コントローラ１４１は、ステップ４１０で、以前のパルスが生成されたかどうかをチェックしてもよい。そのような場合、コントローラ１４１は、ステップ４１２で、隣接するパルス間の時間間隔Ｔｓおよびステップ４１４で周波数Ｆｓを決定することができる。ステップ４１６で、パルスカウント、パルス間の時間間隔および／または周波数などの関連データが出力される。
【００４５】
以下の例は、図１〜図４Ｂの図示された流体流量メータ１００に関するものであるが、本明細書に記載の例は、パルス出力を生じる他のタイプの容積式メータに適用されることを理解されたい。いくつかのそのような例示的な実施形態では、コントローラ１４１は、流動チャンバ１０６を通る流体の量の通過、および／または流体流量メータ１００の回転部品の変位に応じてパルスを生成することができる。例えば、コントローラ１４１は、非接触センサによって検出された第１歯車と第２歯車の同期回転に応じてパルスを生成することができる。コントローラ１４１は、広範囲の既知の動作条件および容積流量に対するパルス周波数Ｆｓを決定して、データ記憶装置１５０に保存できる較正データを確立するように構成することもできる。
【００４６】
通常、流量メータの較正データ（例えば、パルスあたりの容積）は、単一の公称値としてメモリに保存される。しかしながら、明らかに、較正パラメータは、製品の異なる流量および／または異なる粘度に対して一定ではない場合がある。図５Ａに示すように、同じ楕円形歯車メータに対する較正曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、粘度μ１、μ２、およびμ３（μ１＜μ２＜μ３）を有する異なる製品と相関する。それからわかるように、パルスあたりの容積の値は、低い容積流量での公称の一定値から顕著に偏向する。偏向は、低い粘度（例えば、粘度μ１）を有する製品で最も顕著であり得る。
【００４７】
特定の実施形態では、流体流量メータ１００は、それらを通って既知の量の流体を供給し、既知の量（容積または容積流量）の流体のパルス周波数Ｆｓを決定することにより較正できる。そのような方法は、本明細書では「工場較正」と称され得る。例えば、ここで図５Ｂを参照すると、例示的な流体流量メータ１００について、パルス周波数Ｆｓと容積流量「Ｖ」との関係を示す較正グラフの一例が示されている。前述のように、このグラフは、流体の既知の容積流量を供給し、パルス周波数Ｆｓを決定することにより生成できる。図５Ｃは、図５Ｂの再計測されたグラフであり、低い容積流量での較正曲線を示す。高い容積流量では、容積流量とパルス周波数との間の関係は一般的に線形である。図５Ｂおよび５Ｃからわかるように、それぞれ粘度μ１、μ２、およびμ３を有する製品に相関する較正曲線Ｃ１’、Ｃ２’、Ｃ３’により、μ１＜μ２＜μ３の各々は低い容積流量に対して非線形性を有する（例えば、１ｍｌ／ｓ未満）。最も低い粘度μ１を有する製品の較正曲線Ｃ１’が最も大きい非線形性を有する。前述のように、低い容積流量では、楕円形歯車を回転させずに、流量メータの楕円形歯車の周りの隙間を一定量の製品が流れることができる。この時点で、楕円形歯車１０８は回転せず、その結果、周波数Ｆｓはゼロである。容積流量のある非ゼロ値で、流体が楕円形歯車を動かし始めると、非ゼロのパルス周波数でコントローラ１４１によってパルスが生成される。図示された例では、周波数と容積流量との間の相関は非線形であるが、周波数と容積流量との間の他の数学的関係を考慮できる。
【００４８】
図５Ｂおよび５Ｃに示された例は、周波数を容積流量と関連付ける較正の例を提供するが、他の同様の較正をコントローラ１４１に保存できる。例えば、図５Ａに示すように、工場較正は、既知の容積流量（例えば、ミリリットル／秒）と相関するパルスあたりの流量（例えば、ミリリットル／パルス）を含むことができる。したがって、一例によれば、流体流量メータ１００によって生成されたパルスの数をカウントすることにより、容積流量（ミリリットル／秒）は、次の等式に基づいて決定できる。
2020529012.tif 000006
上記の等式で、記号ｖはパルス速度（ミリリットル／パルス）を表し、Ｎは時間ｔの間に受信されたパルスの数である。図５Ａからわかるように、パルス速度ｖ（Ｖ、μ）は、容積流量Ｖおよび粘度μの非単調関数である。既知の粘度μｘを有する製品の場合、容積流量は、以下の式を使用して反復計算のセットに基づいて、いくつかの実施形態に従って、求めることができる。
2020529012.tif 000007
上記の式で、記号「ｎ」は反復数を表す。例示的な実施形態によれば、流量メータの平均パルス速度（例えば、公称パルス速度）をｖ０として割り当て、上記の式（５）からＶ１の値を計算する（例えば、ｎ＝０で）ことにより、反復を開始できる。Ｖ１の値は、既知の粘度μｘに対する（例えば、図５Ａを使用して）較正からのｖ１（Ｖ１、μｘ）を決定するために使用できる。次のような、等式（５）および較正（図５Ａ）を使用した計算は、パルス速度偏差の絶対値が所望される精度「Δ」より小さくなるまで継続できる。
2020529012.tif 000008
いくつかの場合では、所望される精度は約１％であり得る。そのような場合、数回の反復後に所望される精度の値を達成できる。有利な実施形態では、上記のステップを約５回または約１０回の反復（例えば、７回の反復）で実行した後に、所望される精度の値を達成できる。
【００４９】
図５Ｄを参照すると、いくつかの実施形態では、流量メータを通して流れる総容積は、それぞれ粘度μ１、μ２、およびμ３を有する製品に相関する較正曲線Ｃ１’’、Ｃ２’’、Ｃ３’’から計算でき、ここで、各々がμ１＜μ２＜μ３である。そのような実施形態は、ポンプされる製品の総容積を知ることがより所望され得る、および／または製品がポンプされる速度が、時間にわたって一定ではない場合がある可変流量またはパルス流量ポンプでの使用に有益であり得る。そのような場合、総容積は、個々のパルスあたりの容積の合計として計算できる。図５Ｄに見られるように、各較正曲線Ｃ１’’、Ｃ２’’、Ｃ３’’は、参照テーブルまたは等式としてメモリに保存できる。そのような実施形態では、コントローラは、連続的に生成されるパルス間の時間を測定し、楕円形歯車を通過した相関する流量を加算して、その間隔で流体流量メータを流れる製品の総容積を取得できる。コントローラは、例えば、製品の総容積の時間微分として、任意に容積流量を計算し得る。
【００５０】
既存の流体流量メータの工場較正は、流体の粘度の任意の変化を考慮して修正されない場合がある。これは、幅広い動作条件で一般的に一定の粘度を有する流体には影響しないが、粘度が動作条件（例えば、温度、製品が保管される期間など）の変化に伴って変化する流体の場合、一般的な工場較正はエラーを伴い得る。使用において、例えば、流体流量メータ１００は、最終用途に好適な精密な量（例えば、特定の値または容積流量の範囲）で製品（例えば、消毒剤などの化学物質）を供給できる。製品の粘度が、例えば製品の劣化などの動作条件（例えば、温度または時間など）によって変化する場合、例えば、流体流量メータ１００を使用して測定される製品の量は、正確ではないか、指標の最終用途にとって望ましくない場合がある（例えば、過少供給または過供給のため）。
【００５１】
有利には、本開示のいくつかの実施形態は、粘度の変化を考慮して工場較正が調整される流体流量メータ１００を提供する。広範囲の流量および異なる製品の粘度に対する複数の較正曲線をメモリに保存できる（例えば、図５Ｂ〜５Ｄに示すように）。動作中、流量メータは製品の粘度を示す追加データを受信し、それによりコントローラが好適な較正曲線を選択して、瞬間的な容積流量またはパルスあたりの容積を決定できる。即知のように、流体の粘度は、一般的にその流れに対する抵抗を提供する。例えば、流体が供給管を通って流れる製品（例えば、化学製品）であり、製品の粘度が増加する（例えば、操作条件または製品の劣化に伴う）場合、大きな圧力変化が粘度の増加に関連付けられる。そのような例では、圧力変化は、供給管の長さにわたる圧力降下によって特徴付けられる。したがって、より高い粘度を有する流体は、より高い圧力降下を生成する可能性があり、それにより、より低い粘度の流体と比較して、供給管を通して流体を押すためにより高いポンプ出力が必要になる。反対に、ポンプが圧力降下（および／または粘度）の増加を考慮するのに十分な圧力を提供しない場合、供給管を通る流体の流量は、所望の（たとえば、既定の）値より低くなり得る。したがって、いくつかの例では、流体流量メータ１００は、流体の粘度の変化を補償するように構成され得る。有利なことに、いくつかの実施形態による流体流量メータ１００は、粘度の変化（例えば、粘度増加に伴う圧力降下の増加）によって生じる流れ抵抗を感知し、検出された粘度の変化（および／または圧力降下）に適した較正データを取得できる。
【００５２】
当業者には明らかなように、ハーゲンポアズイユ式などの既知の関係を使用して、流体の容積流量、粘度、および圧力降下を様々な流体について決定できる。例えば、容積流量および圧力降下が既知であるおよび／または測定可能である場合（例えば、オリフィス板、圧力センサなどを使用して）、流体の粘度はそのような既知の関係および／またはモデルから推測できる。さらに、既知の容積流量を周波数Ｆｓと相関させる較正データを生成できる。したがって、そのようないくつかの例では、図５Ｅ〜５Ｇに示される例のように、三次元表面プロットの形態において相関をグラフで表示できる。図５Ｇからわかるように、周波数、容積流量、圧力降下は三次元プロットの３つの軸を表し、表面「Ｓ１Ｖ」は３つの軸に図示して表示される変数間の関係を表す。表面「Ｓ１Ｖ」は、異なる製品の粘度に相関する複数の較正線で構成されている。較正線Ｃ１Ｖ、Ｃ２Ｖ、Ｃ３Ｖは例として示される。Ｃ１Ｖ、Ｃ２Ｖ、Ｃ３Ｖを測定するための較正手順は、図５Ｇに表示されている各データポイントに対する圧力降下の追加測定を伴う図５Ｂに示されているＣ１’、Ｃ２’、Ｃ３’を測定する場合と同様である。同様の表面、「Ｓ１ｆ」および「Ｓ１ｐ」がそれぞれ図５Ｅおよび５Ｆに示されており、それぞれ較正曲線（Ｃ１ｆ、Ｃ２ｆ、Ｃ３ｆ）および（Ｃ１ｐ、Ｃ２ｐ、Ｃ３ｐ）と相関する。表面「Ｓ１Ｖ」、「Ｓ１ｐ」、および「Ｓ１ｆ」は例証的な例であり、表面プロットにプロットされる変数間の正確性または正確な関係を表すものではないことに注意されたい。
【００５３】
図５Ｇを引き続き参照すると、明らかなように、較正が実行されると、圧力降下、周波数、および容積流量の間の相関が異なる粘度に対して確立される。例えば、圧力降下および流量周波数が既知（および／または測定可能）である場合、既知の関係「Ｓ１Ｖ」を使用して容積流量および製品の粘度を決定できる。したがって、いくつかの例示的な実施形態では、コントローラ１４１は、圧力センサ（例えば、図１に見られるセンサ２００）から測定された流体圧および周波数Ｆｓ（例えば、流体の流れに応じて）を受け取ることにより、未知の容積流量を決定できる。有利なことに、開示されたシステムおよび方法は、流量メータの応答の非線形性および粘度によって引き起こされる偏差を補償することができるため、測定の精度を大幅に改善できる。
【００５４】
図５Ａ〜５Ｇに従って生成された流体圧、容積流量（またはパルスあたりの容積）、および周波数（またはパルス間の時間）の相関などの較正データは、データ記憶装置１５０に保存できる。一例では、データ記憶装置１５０は、参照テーブルの形態で工場較正データを保存する。代替的に、データ記憶装置１５０は、工場較正データを保存するために任意の配列指標付け操作を使用できる。そのような場合、使用中、コントローラ１４１は、流体圧および周波数の特定の値と相関する容積流量をデータ記憶装置１５０から取得できる。
【００５５】
特定の実施形態では、歯車の回転中に圧力降下が変化する場合がある。したがって、圧力降下は、２つのパルス間の間隔にわたって、または代替的に、いくつかのパルスにわたって測定できる。そのような期間にわたる平均圧力降下は、較正中および／または流体流量メータの使用中に使用して、容積流量、総容積、および任意で粘度などの様々な量を測定できる。そのような実施形態は、特に歯車回転の過程にわたって圧力降下に大きな変動があり得る実施形態において、測定のより良い精度を保証し得る。
【００５６】
図５Ｃを再度参照すると、様々な既知の粘度に対して工場較正データを生成できる。例えば、粘度が既知である様々な流体を流体流量メータ１００に供給して、それらの粘度を決定できる。代替的に、粘度が動作条件（例えば、温度、時間など）に基づいて変化する単一の流体を、異なる動作条件で供給して、異なる粘度の値に対する較正データを生成できる。例えば、図５Ｆに示されている較正データの三次元図画表示では、線Ｃ１Ｖ、Ｃ２Ｖ、Ｃ３Ｖは、粘度μ１、μ２、およびμ３の異なる値に対する圧力降下、容積流量、および周波数の相関を表す。図５Ｆに示されている粘度の値は一意であり、互いに異なる（μ１≠μ２≠μ３）ことが理解されるべきである。
【００５７】
図５Ｂに戻ると、前述の記載から明らかなように、図５Ｂに示される相関は、図５Ｆに示される相関の二次元表現である。したがって、図５Ｂは、図５Ｆの表面Ｓ１Ｖ上にＣ１Ｖ、Ｃ２Ｖ、Ｃ３Ｖとして示される相関する曲線（Ｃ１’、Ｃ２’、およびＣ３’）を有することができる。したがって、以下の変数のうちのいずれか２つが既知の場合、残りの２つの未知の変数は、図５Ｂおよび５Ｆにグラフで表されている工場較正データを使用して決定できる。例えば、圧力降下および周波数が既知（および／または測定可能）である場合、容積流量および粘度は、工場較正データ（例えば、データ記憶装置１５０に保存）から（例えば、コントローラ１４１により）決定され得る。そのような実施形態は、流体の粘度が動作条件に基づいて未知および／または可変である場合、流量メータを使用して好適な量の流体を供給するのに有用であり得る。図５Ｄに関して前述したように、可変流量またはパルシングポンプからの流量を測定する場合、総容積は各パルスあたりの容積の合計として計算できる。そのような場合、図５Ｄおよび５Ｆに示されている較正を使用でき、図５Ｄに示されている曲線（Ｃ１’’、Ｃ２’’、およびＣ３’’）は、図５Ｆの表面Ｓ１Ｐ上の相関するＣ１Ｐ、Ｃ２Ｐ、Ｃ３Ｐとして示される。そのような場合には、図５Ｄおよび５Ｆからわかるように、データ記憶装置には、様々な製品の粘度に対する流体圧、パルスあたりの容積（パルス速度）、およびパルス間の時間（または時点）を相関させる較正データ（例えば、参照テーブルの形態）が含まれる。２つのパラメータ（例えば、図５Ｅに示すような圧力降下および周波数、または図５Ｆに示すようなパルス間の圧力降下および時間）を測定することにより、パルスあたりの容積、および任意で、製品の粘度を見出し得る。
【００５８】
いくつかの実施形態では、流動チャンバ１０６にわたる圧力降下は、流動チャンバ１０６と並列に流体的に接続された圧力センサ２００を使用することにより測定できる。圧力センサ２００は、コントローラ１４１およびデータ記憶装置１５０と通信（例えば、直接的または間接的に電気的に結合される）できる。圧力センサ２００は、流動チャンバ１０６にわたる差圧を測定できる。明らかなように、そのような場合、差圧は、流体入口１０４および流体出口１０５での流体圧の差に相関する。圧力センサ２００は、差圧に相関するデジタル圧力出力を提供する圧力変換器とすることができる。代替的に、オリフィス制限装置などの他の圧力測定手段が、本開示の範囲内で企図される。そのような場合、流体継手（例えば、ネジ穴、有刺部を伴うチューブなど）を、流体入口１０４、流体出口１０５、および圧力センサ２００と接続できる。圧力センサ２００は、瞬間的におよび／または既定の時間間隔にわたって圧力を測定するように構成できる。そのような場合、コントローラ１４１は、測定された瞬間圧力（または時間間隔にわたって測定された圧力）に基づいて平均圧力を決定できる。そのような場合、平均圧力は、特定の容積流量および特定の粘度に関連する流体圧の代表値と見なすことができる。したがって、データに保存されている周波数、粘度、容積流量を圧力の平均値と相関させて、流量の不均一性を考慮できる。
【００５９】
使用において、周波数および測定圧力に基づいて、未知の粘度の流体が流体流量メータ１００を通過するとき、容積および／または粘度は、粘度変化を考慮する補正された較正から決定できる。最初に、流体流量メータ１００は、図６Ａに示される較正方法６００に従って較正できる。本明細書に開示される実施形態のいずれかによる流体流量メータ１００は、この方法に従って較正できる。ステップ６０２で、流体の既知の容積流量が流量チャンバ１０６を通して供給される。正の変位の結果として、流体がそこを通過すると、第１の歯車および第２の歯車が回転し得る。任意で、流体流量メータ１００は、第１の歯車および第２の歯車に対して一つ又は複数の有効な回転状態を決定して、ジッタ、逆流、および他のそのような流れの不均一性を排除できる。そのような場合、流体流量メータ１００は、楕円形歯車１０８の回転が有効な回転状態から別の有効な回転状態への回転に相関するときにパルスを生成できる。したがって、ステップ６０４で、コントローラ１４１は、任意でパルス生成サブプロセスを呼び出すことができ、その例が図４Ｃに示されている。ステップ６０６では、圧力センサ２００を使用して、流動チャンバ１０６にわたる圧力降下を測定できる。特定の実施形態では、歯車の回転中に圧力降下が変化する場合がある。したがって、圧力降下は、２つのパルス間の間隔にわたって、または代替的に、いくつかのパルスにわたって測定できる。そのような期間にわたる平均圧力降下を使用できる。ステップ６０８で、生成されたパルスに相関するパルス周波数は、コントローラ１４１によって決定され得る。ステップ６１０で、コントローラ１４１は、様々な容積流量に対してパルス周波数、流体圧、および既知の容積流量の間の相関を生成し、生成された相関（例えば、ステップ６１２で決定されたデータポイントの所望数）をデータ記憶装置１５０に保存できる。
【００６０】
図６Ｂは、（例えば、図６Ａに示された方法を使用して）事前に較正された流量メータの容積流量を測定する方法６５０を示している。ステップ６５２で、流体が未知の容積流量で流体流量メータ１００を通って流れると、コントローラ１４１はパルスを生成できる。任意で、図４Ｃに示すパルス生成サブプロセスに従ってパルス生成を実行できる。ステップ６５４で、未知の容積流量に相関する流体圧を測定できる（例えば、圧力センサ２００を使用して）。ステップ６５６で、パルス周波数を決定できる。ステップ６５８で、コントローラ１４１は、（例えば、データ記憶装置１５０から）較正データを取得できる。例えば、較正データが参照テーブルの形態で保存されている場合、コントローラ１４１は、参照テーブルから流体圧の測定値（例えば、ステップ６５４で測定された）、およびパルス周波数の決定値（例えば、ステップ６５６で決定された）と相関する容積流量を取得できる。
【００６１】
当業者には明らかであるように、図６Ａの方法は、様々な粘度の流体に対して実行することができ、相関は、較正が実行される各粘度に対して保存できる。そのような場合、異なる既知の粘度について、パルス周波数、流体圧、および容積流量の間の相関をデータ記憶装置１５０に（例えば、フォーム参照テーブルで）保存できる。使用において、流量メータを通って流れる流体の粘度が不明である場合、図６Ｂに戻り、任意で、ステップ６６０で粘度はデータ記憶装置１５０に保存された較正データから取得できる。さらに、任意で、ステップ６６２で、ステップ６６０での較正データから決定された粘度が既定の限界を超える場合、ステップ６６４で指示信号を生成でき、および／またはポンプコントローラを起動（例えば、ポンプを停止する、圧力を上げてより多くの流動を供給するなど）できる。そのような実施形態は、流体の粘度（例えば、プロセスフィードで供給される）が製品の劣化を示す可能性のある許容限度を超えたことをオペレータに警告するのを容易にすることができる。粘度が許容範囲内である場合、ステップ６６４で、容積流量および任意で、流体粘度を出力として（例えば、流体流量メータ１００のディスプレイ上の数値として）提供できる。楕円形歯車１０８の流量メータが例として使用されるが、本明細書に開示されるシステムおよび方法は、任意の容積式流量メータの粘度補正容積流量の較正および／または測定に有用であり得ることに留意されたい。
【００６２】
図６Ｃは、（例えば、図６Ａ〜６Ｂに示されている方法を使用して）事前に較正された流量メータを通って流れる製品の総容積を測定する方法７００を示している。ステップ７０２で、流体が未知の容積流量で流体流量メータ１００を通って流れると、コントローラ１４１はパルスを生成できる。任意で、図４Ｃに示すパルス生成サブプロセスに従ってパルス生成を実行できる。ステップ７０４で、未知の容積流量に相関する流体圧を測定できる（例えば、圧力センサ２００を使用して）。いくつかの実施形態では、歯車の回転中に圧力降下が変化する場合がある。したがって、圧力降下は、２つのパルス間の間隔にわたって、または代替的に、いくつかのパルスにわたって測定できる。そのような期間にわたる平均圧力降下を使用できる。
【００６３】
ステップ７０６で、パルス間の時間（パルス時点）を決定できる。ステップ７０８で、コントローラ１４１は、（例えば、データ記憶装置１５０から）較正データを取得できる。例えば、較正データが参照テーブルの形態で保存されている場合、コントローラ１４１は、参照テーブルから流体圧の測定値（例えば、ステップ７０４で測定された）、およびパルス時点の決定値（例えば、ステップ７０６で決定された）と相関するパルスあたりの容積を取得できる。ステップ７１０で、パルスごとに取得された容積を容積カウンタに追加して、流体流量メータを流れる流体の総容積を決定できる。このプロセスは、総容積が決定される所望される時間間隔にわたって繰り返され得る。ステップ７１２で、現在の容積流量は、取得されたパルスあたりの現在の容積の比（例えば、ステップ７０８）、およびパルス間の決定された時間（例えば、ステップ７０６）として決定され得る。
【００６４】
当業者には明らかであるように、図６Ａの方法は、様々な粘度の流体に対して実行することができ、相関は、較正が実行される各粘度に対して保存できる。そのような場合、異なる既知の粘度について、パルス周波数、流体圧、および容積流量の間の相関をデータ記憶装置１５０に（例えば、フォーム参照テーブルで）保存できる。使用において、流量メータを通って流れる流体の粘度が不明である場合、図６Ｃに戻り、任意で、ステップ７１４で粘度はデータ記憶装置１５０に保存された較正データから取得できる。さらに、任意で、ステップ７１６で、ステップ７１４での較正データから決定された粘度が既定の限界を超える場合、ステップ７１８で指示信号を生成でき、および／またはポンプコントローラを起動（例えば、ポンプを停止する、圧力を上げてより多くの流動を供給するなど）できる。そのような実施形態は、流体の粘度（例えば、プロセスフィードで供給される）が製品の劣化を示す可能性のある許容限度を超えたことをオペレータに警告するのを容易にすることができる。粘度が許容範囲内である場合、ステップ７２０で、総容積、現在の容積流量、および任意で、流体粘度を出力として（例えば、流体流量メータ１００のディスプレイ上の数値として）提供できる。楕円形歯車１０８の流量メータが例として使用されるが、本明細書に開示されるシステムおよび方法は、任意の容積式流量メータの粘度補正容積流量の較正および／または測定に有用であり得ることに留意されたい。
【００６５】
本書に記載される流体流量メータの特定の機能は、同一出願人による２０１７年７月２５日に出願された「Ｆｌｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  Ｍｅｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ」というタイトルのＵ．Ｓ．１５／６５８，４３５、および２０１７年７月２５日に出願された「Ｆｌｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  Ｍｅｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｏｕｔｐｕｔ」というタイトルのＵ．Ｓ．１５／６５８，４３７に記載されている機能と組み合わせることができ、それらの各々の全体の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００６６】
本明細書で記載される実施形態は、一つ又は複数の利点を提供する。本明細書に開示される実施形態による流体流量メータは、粘度補正容積流量を提供して、流体の正確な容積流量が最終用途に供給されることを保証する。さらに、本開示による実施形態は、製品の供給に関する問題（例えば、製品の劣化）をユーザに知らせることを可能にし得る。
【００６７】
様々な実施例が記載されている。これらおよび他の実施例は、以下の付番された実施形態の範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2020529012.tif 000019
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2020529012.tif 000026
【図６Ｃ】
2020529012.tif 000027
【国際調査報告】
2020529012.tif 000028
2020529012.tif 000029
2020529012.tif 000030