JP5114427B2 - インライン測定装置、およびインライン測定装置における測定誤差を補正するための方法 - Google Patents
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Description
また、そのような振動変換器を用いて、媒体の物理的測定量(例えば質量流量率、密度、および/または粘度)をあらわす測定値を作り出す方法に関する。さらに、本発明は、そのようなインライン測定装置において、二相もしくは多相の混合物によって生じる測定誤差を補正する方法に関する。
WO-A 01/33174, WO-A 00/57141, WO-A 99/39164, WO-A 98/07009, WO-A 95/16897, WO-A
88/03261, US 2003/0208325, US-B 6,745,135, US-B 6,691,583, US-B 6,651,513, US-B
6,636,815, US-B 6,513,393, US-B 6,505,519, US-B 6,311,136, US-A 6,006,609, US-A
5,869,770, US-A 5,796,011, US-A 5,616,868, US-A 5,602,346, US-A 5,602,345, US-A
5,531,126, US-A 5,301,557, US-A 5,253,533, US-A 5,218,873, US-A 5,069,074, US-A
4,876,898, US-A 4,733,569, US-A 4,660,421 , US-A 4,524,610, US-A 4,491,025, US-A 4,187,721, EP-A 1 291 639, EP-A 1 281 938, EP-A 1 001 254もしくはEP-A 553 939に詳細に記載されている。
も、適切な方法、例えば測定管上に配置された温度センサーを用いて、直接的に測定することができる。さらに、直管型の測定管は、周知のように、測定管の長手方向軸に対して基本的に平行にのびる、もしくはそれに一致する、ねじれ振動軸周りのねじれ振動に励起されて、管を貫流する媒体内に放射状のせん断力を生じさせ、それによって、大きな振動エネルギーがねじれ振動から引き出され、媒体内に分散される。この結果、振動する測定管のねじれ振動にかなりの減衰が起こるので、ねじれ振動を維持するためにさらに励起電力を加えなければならない。測定管のねじれ振動を維持するために必要な励起電力に基づいて、少なくともおおよその、媒体の粘度を決定するために、振動変換器も使用され得る。これに関して、US-A 4,524,610, US-A 5,253,533, US-A 6,006,609もしくはUS-B 6,651,513も参照のこと。従って、明示されていなくとも、振動変換器を用いる現代のインライン測定装置(特にコリオリ質量流量測定装置)は、いずれの場合においても、媒体の密度、粘度、および/または温度も測定する能力を持つことが、以下の記述において容易に想定できる。というのも、特にこれらは、媒体の変動する密度および/または粘度から生じる測定誤差の補正のために、質量流量率の測定においてとにかく常に必要とされるからである。これに関して、特に既に記載されているUS-B 6,513,393, US-A 6,006,609, US-A 5,602,346, WO-A 02/37063, WO-A 99/39164もしくはWO-A 00/36379も参照のこと。
、必ずしも確実に避けられるわけではない。
も一つの振動測定信号を供給する。電子測定機器は、少なくとも時折、励起装置を駆動する励起電流を供給するように構成される。さらに、インライン測定装置は本発明の方法の前述のステップのうちの少なくとも一つを実行するように構成され得る。特に、電子測定機器は、前記少なくとも一つの測定値を作り出すステップと、前記少なくとも一つの濃度値を作り出すステップのうちの少なくとも一つを実行するように構成され得る。
役目を持つ。媒体を特徴付けるこれらの反力から算出して、例えば媒体の質量流量率、密度、および/または粘度が、当業者に周知の方法で測定可能である。図3および4では、振動変換器10として働く電気物理変換器装置の実施形態例が概略的に示される。このような変換器装置の機械的構造と機能様式は、それ自体当業者に知られており、US-B 6,691,583, WO-A 03/095949もしくはWO-A 03/095950にも詳細に記載されている。
れる。
第二の慣性主軸T2の外側に配置され、測定管10に固定されたセンサーコイル51aを含む。センサーコイル51aは、カウンタオシレータ20に固定された電機子51bの可能な限り近くに配置され、変化する測定電圧がセンサーコイルに誘導されるように、それに磁気的に結合される。これは測定管10とカウンタオシレータ20がその相対位置および/または相対距離を変化させるので、その間の回転および/または横方向相対運動によって影響 される。本発明に従うセンサーコイル51aの配置によって、適切な場合に励起された上述のねじれ振動と曲げ振動の両方を、有利な方法で同時に記録できる。必要であれば、センサーコイル51aはそのために、代わりにカウンタオシレータ20に固定されることも可能であり、また相対的な方法で、それに結合された電機子51bを測定管10に固定できる。
および/またはねじれ電流成分iexcTの所望のねじれ振動振幅をあらわすねじれ振動振幅調節信号yAMTとによっても制御される。ドライバ回路53は、例えば、アナログオシレータの代わりに電圧制御オシレータもしくは下流の電圧‐電流変換器を用いて実現できるが、瞬間励起電流iexcもしくは励起電流の成分iexcL、iexcTを設定するために、数値制御デジタルオシレータも使用できる。
二次モーメントである。AtとAは断面積を定め、ρtとρはそれぞれ管と流体の密度である。初項は管の曲げ力の層をあらわし、第二項は管と流体の通常の慣性力の層を与え、左辺の第三項はコリオリ力を与え、vは流体の速度である。上述のように、長さl の管は両端で固定される。
できる。対応する質量分率r1=0.837およびr0=0.163ならびに管の断面積Aを用いて、以下の式が成り立つ。
は困難である。従って、少なくとも一つの測定管は前記の実際の二次固有モード(f2-モード)(すなわちコリオリ様モードもしくは高次モード)でも振動させられるが、管の前記第二の固有モードは、問題を解くための補足を得るために考慮されなければならない。単一直管の二次固有モードは、一次固有モード(f1-モード)よりも高い周波数を持ち、通常は駆動モードで使用される。従って、f2-モード下では、二相混合物をシミュレートする共振器はf1-モードとは異なる挙動を示し、ほとんどの場合駆動周波数は共振器の共振周波数f0により近いので、通常はより顕著な効果を持つ。他方で、“気泡効果”は駆動周波数
/またはデジタルフィルタリングに基づいて得られる。このため、その時点で前記測定管内にある、前記第一と第二の混合物相の少なくとも一つが、測定管に対して、従って前記第一と第二の混合物相の他方に対して運動する場合、管の少なくとも一つの固有モード(すなわちf2-モード)が、その瞬間固有周波数でも励起され得ることがわかった。前記第一と第二の混合物相の少なくとも一つの相対運動が、前記混合物を伝導する前記少なくとも一つの測定管の複数の瞬間固有モードの少なくとも一つにおいて、前記少なくとも一つの測定管が振動するように刺激することができるという、この驚くべき知見に基づけば、必要なf2-モード周波数
中の音速はそれによって共振周波数f0から計算することができる。
れ決定するための次式にさらに簡略化され得る。
流量誤差の予測のために、式(51)はさらに式(33)および(43)で説明したように簡略化され得る。
MRMに基づいて推定される。最終的に、インライン測定装置の目標測定値、すなわち質量流量率、密度、濃度などは、補正された形で出力される。
Claims (23)
- 振動型の測定変換器と、前記測定変換器に電気的に結合された電子測定機器とを含むインライン測定装置を用いて、パイプラインを流れる二相もしくは多相が混合する、相の混合物の少なくとも一つパラメータを測定する方法であって、前記混合物は、少なくとも一つの第一の混合物相と、少なくとも一つの第二の混合物相から成り、前記方法は、
前記測定変換器の少なくとも一つの測定管内に測定される前記混合物を伝道するステップであって、前記測定管は前記パイプラインと連通していることを特徴とするステップ、
前記少なくとも一つの測定管に前記混合物を貫流させて、前記少なくとも一つの測定管の内部で測定される前記混合物を伝導するステップと、
励起装置に励起信号を与えるステップであって、前記励起装置は、前記少なくとも一つの測定管に運動を与えるように構成され、前記励起信号は、前記混合物を伝導する前記少なくとも一つの測定管の複数の固有モードのうちの第一のモードに対応する第一の励起信号成分を少なくとも含むことを特徴とする、ステップ、
前記混合物を伝導する前記少なくとも一つの測定管の、前記複数の固有モードのうちの前記第一のモードにおいて、かつ前記複数の固有モードのうちの第二のモードにおいて、前記少なくとも一つの測定管を振動させるステップであって、少なくとも、前記第二の固有モードは前記測定管その時点で前記測定管内にある前記混合物に依存する瞬間共振周波数も持ち、少なくとも前記第二の固有モードが、少なくとも部分的に、前記測定管に対する前記測定管内の前記第一および第二の混合物相の少なくとも一つの運動によって、刺激され、前記少なくとも一つの測定管を振動させる前記ステップが、前記測定管を貫流する前記混合物内にコリオリ力を発生させるために、駆動モードにおいて前記測定管を振動させるステップを少なくとも一時的に含み、前記駆動モードは、前記第一の固有モードの瞬間共振周波数と等しい少なくとも一つの振動周波数を持つ ことを特徴とする、ステップ、
前記混合物を伝導する前記測定管の振動を感知し、前記振動する測定管の振動をあらわす少なくとも一つの振動測定信号を作り出すステップであって、前記少なくとも一つの振動測定信号は、前記混合物を伝導する前記少なくとも一つの測定管の前記第一の固有モードに対応する第一の測定信号成分を少なくとも含み、前記少なくとも一つの振動測定信号は、前記混合物を伝導する前記少なくとも一つの測定管の前記複数の固有モードのうちの前記第二のモードに対応する第二の測定信号成分を少なくとも含み、ここで前記振動測定信号の前記第二の測定信号成分は、前記第二の固有モードの前記瞬間共振周波数に対応する瞬間信号周波数を持つ、ことを特徴とする、ステップ、
前記測定される少なくとも一つのパラメータをあらわす少なくとも一つの測定値を作り出すために、少なくとも前記第一と第二の測定信号成分を用いるステップであって、
前記測定される少なくとも一つのパラメータをあらわす少なくとも一つの測定値を作り出すために、少なくとも前記第一と第二の測定信号成分を用いるステップは、前記第二の測定信号成分の前記瞬間信号周波数を用いることを特徴とする、ステップ、
を含む方法。 - 前記励起信号が、前記測定管内の前記少なくとも一つの第一の混合物相および前記少なくとも一つの第二の混合物相の前記相対運動によって刺激される前記第二の固有モードに対応する、かつ/あるいは、前記励起装置を介して前記第二の固有モードを励起させ得る、いかなる励起信号成分を持たないことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記第一の固有モードの前記瞬間共振周波数が、前記第二の固有モードの瞬間共振周波数と異なることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記測定管の前記第一の固有モードが、その時点で前記測定管内にある前記混合物に依存する瞬間共振周波数も持つことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも、前記第二の固有モードの前記瞬間共振周波数が、
前記第一の混合物と第二の混合物の相の相対運動、
前記測定管内の前記混合物の前記第一の混合物と第二の混合物の相のうちの少なくとも一つの分布の変化、
前記混合物の前記第一の混合物と第二の混合物の相のうちの少なくとも一つの濃度の変化、
のうちの少なくとも一つによって、時間変動することを特徴とする、請求項4に記載の方法。 - 前記第一の励起信号成分が、前記第一の固有モードにおいて、前記励起装置に与えられた前記第一の励起信号成分の振幅に少なくとも依存する振動振幅で、前記測定管を振動させることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも、前記第二の固有モードにおける前記測定管の前記振動が、その時点で前記測定管内にある前記混合物に依存する瞬間振動振幅を持ち、ここで少なくとも、前記振動測定信号の前記第二の測定信号成分は、前記第二の固有モードにおける前記測定管の前記振動の前記瞬間振動振幅に対応する瞬間信号振幅を持ち、前記方法は、前記測定値を作り出すために前記第二の測定信号成分の前記瞬間信号振幅を用いるステップをさらに含み、かつ/あるいは、ここで前記第一の固有モードにおける前記測定管の前記振動の前記振動振幅が、前記測定管内の前記混合物にも依存することを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- 前記第二の測定信号成分を前記振動測定信号から選択するために、前記第二の測定信号成分の前記信号振幅を用いるステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 少なくとも前記第二の固有モードの前記瞬間振動振幅が、
前記第一の混合物と第二の混合物の相の相対運動、
前記測定管内の前記混合物の前記第一の混合物と第二の混合物の相のうちの少なくとも一つの分布の変化、
前記混合物の前記第一の混合物と第二の混合物の相のうちの少なくとも一つの濃度の変化、
のうちの少なくとも一つによって時間変動することを特徴とする、請求項7に記載の方法。 - 前記第一の固有モードの前記振動振幅と、前記測定管を前記第一の固有モードで振動させる前記第一の励起信号成分の前記信号振幅との間の関係をあらわす第一の振動係数が、前記第二の固有モードの前記振動振幅と、前記第二の固有モードの前記瞬間共振周波数に対応する信号周波数を持つ前記励起信号の第二の励起信号成分の信号振幅との間の関係をあらわす第二の振動係数と異なることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 前記第一の振動係数が、前記第一の励起信号成分の前記信号振幅に対する、正規化された前記第一の固有モードに対応する前記振動振幅の比をあらわし、前記第二の振動係数が、前記第二の励起信号成分の前記信号振幅に対する、正規化された前記第二の固有モードに対応する前記振動振幅の比をあらわし、前記方法は、前記第一の振動係数が前記第二の振動係数よりも小さくなるように前記励起信号を調節するステップをさらに含み、かつ/あるいは、ここで前記励起信号の前記第二の励起信号成分の前記信号振幅はゼロであり、かつ/あるいは、前記第二の励起信号成分の信号対雑音比が2より小さいことを特徴とする、請求項10に記載の方法。
- 前記励起装置に与えられた前記励起信号が、前記混合物を伝導する前記少なくとも一つの測定管の複数の固有モードのうちの第三のモードに対応する第三の信号成分を少なくとも含むことを特徴とする、請求項10に記載の方法。
- 前記第三の励起信号成分が、前記励起装置に与えられた前記第三の励起信号成分の振幅に少なくとも依存する振動振幅で、前記第三の固有モードで前記測定管を振動させることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 前記測定管を貫流する前記混合物内にコリオリ力を発生させるために、少なくとも一時的に駆動モードにおいて前記測定管を振動させるステップは、前記少なくとも一つの測定値を作り出すために、前記励起信号を少なくとも部分的に用いるステップである請求項1乃至13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記励起信号から、前記励起信号の少なくとも一部の電流をあらわす電流値を決定するステップと、前記測定値を作り出すために前記電流値を用いるステップとをさらに含み、かつ/あるいは、
前記励起信号から、前記第一の励起信号成分を選択するステップと、前記少なくとも一つの測定値を作り出すために、少なくとも前記第一の励起信号成分を用いるステップとをさらに含み、かつ/あるいは、
前記励起信号から、少なくとも前記第一の励起信号成分の電流をあらわす少なくとも一つの電流値を決定するステップと、前記測定値を作り出すために前記少なくとも一つの電流値を用いるステップとをさらに含む、請求項14に記載の方法。 - 前記測定管内にある、前記少なくとも一つの第一の混合物相と前記少なくとも一つの第二の混合物相を、相互に対して運動させるステップをさらに含む、請求項1乃至15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第一の混合物相と前記少なくとも一つの第二の混合物相の相対運動を生じさせる前記ステップが、前記少なくとも一つの測定管に前記混合物を貫流させるステップを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第一の混合物相と前記少なくとも一つの第二の混合物相の前記相対運動が、前記少なくとも一つの測定管を刺激して、前記混合物を伝導する前記少なくとも一つの測定管の複数の瞬間固有モードのうちの前記少なくとも一つのモードにおいて振動するように刺激させることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
- 前記混合物の前記少なくとも一つの第一の混合物相と第二の混合物相のうちの一つが気体であり、かつ/あるいは、
前記混合物の前記少なくとも一つの第一の混合物相と第二の混合物相のうちの一つが液体であり、かつ/あるいは、
前記混合物の前記少なくとも一つの第一の混合物相と第二の混合物相のうちの一つが固体であり、かつ/あるいは、
前記固体の相が粒状であり、かつ/あるいは、
前記混合物の前記少なくとも一つの流体相が気体であり、かつ/あるいは、
前記混合物が、粉末、粒状、曝気オイル、炭酸水、エアロゾル、スプレー、スラリー、パルプ、ペーストから成る群から選択され、かつ/あるいは、
前記物理的パラメータが、前記混合物の前記少なくとも一つの第一の混合物の質量流量率、前記混合物の前記第一の混合物相と第二の混合物相のうちの少なくとも一つの平均密度、前記混合物の前記第一の混合物相と第二の混合物相のうちの少なくとも一つの平均粘度、前記混合物の前記第一の混合物相と第二の混合物相のうちの少なくとも一つの濃度、前記混合物の音速、前記混合物の圧縮率から成るパラメータの群から選択されることを特徴とする、請求項1乃至18のいずれか一項に記載の方法。 - 前記濃度値に基づいて、さらなるパラメータであって、前記パイプラインを流れる前記混合物の質量流量率
- 少なくとも一つのパラメータであって、パイプラインを流れる二相もしくは多相混合物の質量流量率
インライン測定装置は、振動型変換器と、前記振動型変換器に電気的に結合された電子測定機器とを含み、
前記振動型変換器は、前記パイプラインの経路に挿入された少なくとも一つの測定管を含み、前記少なくとも一つの測定管は、測定される前記混合物を伝導する役目を持ち、かつ前記少なくとも一つの測定管は、前記接続されたパイプラインと連通し、
前記少なくとも一つの測定管を振動させるために前記測定管に作用する励起装置と、
前記少なくとも一つの測定管の振動を感知し、前記測定管の振動をあらわす少なくとも一つの振動測定信号を作り出すためのセンサー装置とを含み、
前記電子測定機器は、少なくとも時折、前記励起装置を駆動する励起電流を供給し、
前記インライン測定装置は、請求項1乃至20のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されていることを特徴とする、インライン測定装置。 - 前記電子測定機器は、前記少なくとも一つの測定値を作り出すステップと、前記少なくとも一つの濃度値を作り出すステップのうちの少なくとも一つを実行するように構成されることを特徴とする、請求項21に記載のインライン測定装置。
- パイプラインを流れる二相もしくは液体‐気体混合物が含まれる多相混合物における、質量流量率、密度、および/または粘度の少なくとも一つのパラメータを測定するために利用される請求項21または22に記載のインライン測定装置。
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