JP4086777B2 - 流量計の試験装置及び試験方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は実際の動作状態で設置された流量計を試験するための方法及び流量計試験装置に関する。

この装置は主として特にコリオリ力に基づいた質量流量計を試験するために用いられるが、流体が正常に流れる使用位置に設置された時に流体の本来的ないし付随的な特性を測定する能力を有するいかなる流量計の精度をも検査するのに用いられよう。このような流量計は比重計、粘度計、体積流量計、質量流量計を含む。

コリオリ力に基づいた質量流量計は周知であり、米国特許第４４４４０５９号、第４４９１０２５号及び第４４２２３３８号等の多くの特許に開示されており、これらは全て質量流量に関係する測定可能なコリオリ効果を与えるために振動する管を用いる質量流量計を開示している。米国特許第４４９１００９号はコリオリ式質量流量計の構造に基づいた振動する管の比重計を開示している。密度を測定するコリオリ効果を用いた質量流量計の能力により質量流量の値への密度の値の単純な除算によって体積流量を決定することができる。またコリオリ効果を用いた流量計は粘度計として動作することができることもわかるであろう。

コリオリ式質量流量計は、現在特にＬＰＧ（液化石油ガス）及び他の炭化水素のような、多種の流体に関し、保管輸送や会計上の計測業務に用いられることが多い。このような用途では、一般的に０．５％あるいは０．１％までの流量計の精度（または誤差）が規定され、流量計の精度仕様の範囲内の流量測定データを与えることを検証するために流量計の反復的な試験を行い、またそれができなくても流量計の較正因子をリセットすることが必要とされる。較正因子は流量計により生ずる電子信号を質量、体積あるいは他の所望のパラメータの直接的測定量に変換するために流量計が用いる因子である。コリオリ力に基づいた流量計は流れ較正因子が流量に関して一定であるという点で線形の流量計である。

試験工程は、典型的には流量計を積載用の使用状態から、流量計が洗浄され、必要に応じて修理され、試験上の測定を行う試験設備に移すことを必要とする。これは通常正確に知られた本来的ないし付随的な流体の特性（例えば、温度、密度、速度、体積）を有する標準的流体が試験される流量計を通って流れるようにするための重量分析変換装置を必要とする。試験される流量計は流体に対する流れの測定を行い、これらの測定が既知の流体の特性に対して相互確認される。

しかしながら、流量計を試験するために重量分析変換装置を用いるのは比較的時間と経費を要し、この装置自体は比較的大きい空間を占有する。時間、空間及び費用の浪費は、後に他の試験される流量計を較正する時に用いるための重量分析基準に対して非常に正確な流量計、すなわち標準流量計を較正することによって減少させられる。試験の際に流れの測定を同時に行うために標準流量計が試験される流量計と直列状に連結される。試験される流量計からの測定データは試験される流量計の流れ較正因子を与え、あるいは確認するように同じ流体体積での標準流量計からの測定情報により計算する際に用いられる。流量計の製造業は一般的に標準流量計からの出力における不正確さが試験される流量計の製造業者の精度仕様より少なくとも３倍小さくなるようにすることを必要とする。かくして、流量の０．１％までの精度となる仕様の試験流量計は試験及び較正のために少なくとも０．０３３％までの精度となる標準流量計を必要とする。

前述したように、現在用いられている試験方法の多くは試験される流量計を、それが動作する流れのラインから外すことを要する。しかしながら、これは流量計に加わる機械的応力、配管形態、流れの変動、流体の圧力及び周囲温度の変化、及び流体の組成のような流量計の精度や性能の反復性に影響するような動作条件を自動的に補償するので、設置されている流量計を試験できるようにするのに特に有利である。１つの公知の設置状態での試験方法は「コンパクト試験装置」として知られる装置を用いることを要するが、この装置は容積型の装置であり、質量流量を検査するためには流体の密度を測定するための付加的な装置を必要とする。この装置はまた比較的大きく、効果でもある。

それゆえ本発明の１つの目的は、動作が単純で、比較的コンパクトで安価な、動作状態で設置状態にある流量計を試験するのに用いるための流量計試験装置を提供することである。

このために、本発明は所定の精度仕様にまで較正された第１及び第２のコリオリ力に基づいた標準質量流量計と、第１の流量計の流体出口を第２の流量計の流体入口に連結して上記第１及び第２の流量計を直列状に連結する手段と、流れのラインを流れる流体が試験される流量計と流量計試験装置の上記第１及び第２の流量計とを直列状に通って流れるように上記試験される流量計を含む流体の流れのラインに流量計試験装置が連結されるようにするため上記第１の流量計の流体入口と上記第２の流量計の流体出口とにそれぞれ連結された供給管路及び復帰管路と、流れの測定信号を受けるように上記第１及び第２の流量計と上記試験される流量計とに接続された制御手段とからなり、上記制御手段が上記第１及び第２の流量計の一方を主流量計として用いて上記試験される流量計を点検し上記第１及び第２の流量計の他方を上記主流量計の点検用流量計として用いるように動作可能であることを特徴とする流量計試験装置を提供するものである。

第１及び第２の流量計は互いに実質的に同等であるのが好ましく、試験装置は正規の流れの範囲が、その第１及び第２の流量計が所定の精度にまで較正される際の流れの範囲に一致するという意味で、ほぼ同じ大きさの流量計を試験するために用いられるであろう。例えば、１０〜４０ｋｇ／分の最適な流量の範囲と０．１％の精度の仕様を有する使用状態にある流量計は、第１及び第２の流量計が１０〜４０ｋｇ／分の最適な流量の範囲を有し試験される流量計の精度仕様より小さい所定の係数となる誤差範囲にまで較正された試験装置を必要とするであろう。一般的に試験装置が０．１％の精度仕様を有する流量計を試験するために用いられる場合、試験装置の標準流量計が約０．０３％の誤差にまで較正されれば許容されるであろう。

使用時に試験される流量計を含む流れのラインが弁付きの試験用連結部を備えていれば、流れのライン中にある流量計に対して試験操作を行う時には本発明による試験装置の供給管路及び復帰管路が簡単に試験用連結部に連結されるであろう。その時試験用連結部の間の流れのラインにおける遮断弁が閉じられて、流れのラインを流れる流体が試験装置の第１及び第２の流量計を直列状に通って流れることにより遮断弁を迂回するようになる。

それから好ましくは中央処理ユニット（ＣＰＵ）を含む制御手段が試験中の流量計からと、試験装置の第１及び第２の流量計からの一連の流量測定信号を受け取り、これらの信号から処理ユニットが３つの流量計の各々についての流量測定値を計算する。測定が同じ条件で行われるように処理ユニットは試験装置の流量計と試験される流量計とにより同じ時間間隔において同時に与えられる流量測定信号を受け取り処理するように動作可能であるのが好ましい。これにより装置内における圧力サージのような変動で均一でない測定値が生ずる可能性が避けられる。

それから制御手段は流れのライン中の流量計から得られた流量測定データを試験装置の主流量計から得られた流量測定データと比較し、それらの値が所定の許容されるレベルの範囲内にあれば、試験装置は流れのライン中の流量計の精度が検証されたことを指示する。測定値が所定の許容値の範囲外であれば、試験装置は流れのライン中の流量計の較正因子が制御手段によって決定される指示された値にリセットされるべきであることを、例えばプリントアウトまたは表示スクリーン上に指示する。それからオペレータは所望に応じて流量計の送信機における較正因子をリセットする。

制御手段はまた主流量計から得られた流量測定値を点検用流量計から得られた流量測定値と比較し、それらが所定の許容範囲内で一致しない場合に欠陥があることを指示するであろう。

本発明による試験装置はこれを通って流れる流体の温度及び圧力の測定を行う制御手段を与えるように温度及び圧力の検出器を含むのが好ましいであろう。これらの検出器により試験装置は流量計から得られた質量流量の測定値から密度の測定値を導出し、また、流れのラインにおける流量計が容積式流量計あるいはオリフィス式流量計のような体積流量計である場合に、体積流量の測定値を計算することができるようになるであろう。

第１の流量計の流体出口は中間管路によって第２の流量計の流体入口に連結され、また、温度及び圧力の検出器がこの中間管路に装着されるのが好ましい。

試験装置の第１及び第２の流量計は共通の基台上に装着され、供給及び復帰の管路にはそれぞれ遮断弁が設けられるのが好ましいであろう。これにより試験装置が流れのラインから取り外された時に試験操作の完了後に試験装置に残留する流体が試験装置内に保持されるようになり、流体の遺漏ないし損耗が少なくなる。遮断弁は通常手動操作されるが、好ましい場合には、制御手段の制御により電気的に動作可能であるようにしてもよい。

ここで、本発明による流量計試験装置の１つの実施例を、添付の図面を参照して例示として説明する。

図１に示される流量計試験装置の実施例は支持基台１を有し、その上に２つの標準質量流量計２，３が並べて装着されている。用いられる流量計の大きさ（公称の流量範囲）は試験装置により試験されることを要する使用流量計の大きさによるであろう。図示の実施例において、流量計２，３の各々はマイクロモーション・インコーポレーテッドにより製造されているＥＬＩＴＥ（ＴＭ）検出器２１，３１（例えば、０７２５ｋｇ／分の公称の流量範囲を有するモデル番号ＣＭＦ２００）と検出器からの出力信号に応答する送信機２６，３６（図１には示されていない）で構成されて、検出器での正確な質量流量の測定を行う。送信機はやはりマイクロモーション・インコーポレーテッドにより製造されたＥＬＩＴＥモデルＲＦＴ９７３９としてもよく、検出器のケーシングに直接装着してもよく、あるいは適当な電線ケーブルにより離れて装着し検出器に結合させるように別個に設けてもよいであろう。

流量計検出器２１，３１の各々は装着バー２４，３４の両端部における流体入口２２，３２及び流体出口２３，３３と、Ｕ形の保護ケーシング２５，３５内に収容され入口２２，３２から入った流体が出口２３，３３に通って流れる１対の平行な流管（図示せず）とを含む。各々の流量計検出器のケーシング２５，３５内にはまた送信機から受け取った信号に応答して流管を共振振動数で振動させるための駆動源（図示せず）と、送信機に出力信号を与えるように流管の振動に応答するピックオフ（図示せず）とが収容されている。

また図１に示されるように、第１の流量計検出器２１の流体入口２２はボルトで取り付けられたフランジにより手動動作可能な遮断弁５と入口端部における連結フランジ６とが設けられた流体供給管路４に連結されている。第１の流体検出器２１の流体出口２３はボルトで取り付けられるフランジによりＳ形の中間管路７の一方の端部に連結され、Ｓ形の中間管路７は他方の端部においてやはりボルトで取り付けられたフランジにより第２の流量計検出器３１の流体入口３２に連結されている。第２の流量計検出器３１の流体出口３３はボルトで取り付けられたフランジにより復帰管路８に連結され、復帰管路８は基台１のすぐ上方の供給管路４の入口端部と同レベルに位置する出口端部においてフランジ連結部１０及び手動動作可能な遮断弁９が備えられている。

２つの流量計２，３はボルトで取り付けられるかあるいは他の手段で基台１に固着された装着ブラケット１１，１２により支持基台１に装着されており、ブラケット１１は供給管路４に取り付けられ、ブラケット１２は中間管路７と復帰管路９との両方に取り付けられている。

この試験装置はまたこれを通って流れる流体の圧力及び温度に関する情報を２つの流量計２，３の送信機２６，３６に送信するたために中間管路７に装着された従来型の圧力及び温度の検出器１３，１４を含む。あるいは、圧力及び温度の検出器１３，１４は復帰管路８に装着されてもよい。

この実施例の試験装置は試験装置の流量計２，３と実質的に同じ（あるいはその範囲内の）正規の流量範囲（この場合０〜７２５ｋｇ／分）を有する使用状態にある流量計を検査するために用いることができる。使用状態のＥＬＩＴＥ ＣＭＦ２００の流量計は±０．１％の精度を有するので、試験装置の流量計２及び３は好ましくはＩＳＯ５１６８の基準に従って決定された０．０３％の精度（誤差）を有する標準流量計とすることが必要であろう。標準流量計は重力変換装置に対して較正され、０．０３％の誤差レベルは標準流量計が９５％の信頼度で較正装置と一致することを意味するであろう。

この試験装置はまた試験装置の２つの流量計の送信機と試験される使用状態にある流量計の送信機とに接続されるＣＰＵないしコンピュータ（図１に示されるような）の形の別個の制御手段を含む。

図２は、使用状態で流体の流れのライン４１中にある時に流量計４０を試験するために試験装置が現場でどのように用いられるかを示す概略図である。図示のように、試験装置の入口及び出口の端部６，１０は使用状態にある流量計４０の下流側で流れのライン４１中に配置されたブロック・ブリード弁４４の両側で、流れのライン４１の分岐路４２，４３に連結されるが、所望であれば試験装置は使用状態にある流量計の上流側連結することができよう。流れのラインにはまた使用状態の流量計４０の送信機４７に温度及び圧力の情報を与えるための使用状態にある流量計４０に近接した位置の温度及び圧力の検出器４５，４６と、流れのラインを通る流体の流量を制御するための流れ制御弁４８とが備えられる。試験装置の制御コンピュータ４９が使用状態の流量計４０の送信機４７と、また試験装置の２つの標準流量計２，３の送信機２６及び３６とにも接続される。さらに、制御コンピュータ４９はブロック・ブリード弁４４、流体制御弁４８及びプリンタないし他の出力装置５０に接続される。

使用状態にある流量計４０の試験操作を実行するために、使用状態にある流量計４０を通る流体の流量を試験装置の標準流量計２及び３の最適な精度の範囲内にするように制御コンピュータ４９によって調節され、ブロック・ブリード弁４４が閉じられる。同時に試験装置連結遮断弁５及び６が開かれて、流れのライン４１を通って流れる流体が使用状態にある流量計４０を通って流れた後に試験装置の流量計２及び３を直列状に通って流れるようにされる。制御コンピュータ４９は試験装置の流量計２，３と使用状態の流量計４０との送信機２６，３６，４７を、各々が同時に流体の流量を測定するように制御し、流量の情報は処理のため制御コンピュータ４９に供給される。この処理は主流量計に反復性検証ソフトウェアを適用することを含み、それによって試験装置の流量計３が使用状態の流量計４０を試験するための主流量計として用いられ、試験装置の流量計２は主流量計が正確に読み取っていることを確認するための点検流量計として用いられる。その際制御コンピュータ４９は出力装置５０を介して使用状態にある流量計の精度が検証されたか、あるいはその送信機４７に入力された較正因子の調節による修正を必要とするかを指示する。

試験されている使用状態にある流量計４０が質量流量を測定する形態のものであれば、主流量計は式
ＭＦ_ｍ＝ＭＦ_{ｍａｓｔｅｒ}Ｍ_{ｍａｓｔｅｒ}／Ｍ_{ｍｅｔｅｒ}
（ここで、Ｍ_{ｍａｓｔｅｒ}＝質量流量計３によって測定された質量
Ｍ_{ｍｅｔｅｒ}＝試験されている使用状態にある流量計によって測定された質量）
を用いて使用状態にある流量計４０の質量流量計因子を決定する。

主流量計３と使用状態にある流量計４０との両方によって測定された質量は流量計の送信機からのパルスを計数しパルス数を流量計のＫ因子で除することによって決定される。コリオリ式流量計は非常に線形性のある流量測定装置であるので、主流量計の流量計因子は一般的に用いられない。その代りに、主流量計はできるだけ１．００００の流量計因子に近づき一致するきわめて線形性のある出力を与えるように較正される。

試験操作は、第１にパルスの係数における誤差を最少にするのに十分なだけのパルスが蓄積されるようにするために（通常各流量計について少なくとも１００００のパルスが蓄積されるべきである）、第２に流量計からの反復可能な出力を与えるために、十分に長くすべきである。操作の持続時間は１分より短くすべきではないが、通常１〜２分の操作時間で十分である。少なくとも３回の別個の試験操作が行われるべきである。

検証工程では使用状態にある試験されている流量計が点検用流量計と比較されてＭＦ_１＝ＭＦ_ｔｅｓｔ／ＭＦ_{ｃｈｅｃｋ}の値を与え、また主流量計が点検用流量計と比較されてＭＦ_２＝ＭＦ_{ｍａｓｔｅｒ}／ＭＦ_{ｃｈｅｃｋ}の値を与える。それからＭＦ_３＝ＭＦ_１／ＭＦ_２＝ＭＦ_ｔｅｓｔ／ＭＦ_{ｍａｓｔｅｒ}の値を与えるように試験用流量計を主流量計と比較の計算がなされる。

１つの流量計だけの流量計因子がシフトした場合に、他の２つの流量計の因子は同じままである（例えば１．００００）。かくして、ＭＦ_１、ＭＦ_２及びＭＦ_３の値のうちの１つはまた１．００００となろう。

ＭＦ_１＝１．００００であれば、ＭＦ_ｔｅｓｔとＭＦ_{ｃｈｅｃｋ}がともに１．００００であり、主流量計がシフトしている。ＭＦ_２＝１．００００であれば、ＭＦ_{ｍａｓｔｅｒ}とＭＦ_{ｃｈｅｃｋ}とがともに１．００００であり、試験用流量計がシフトしている。ＭＦ_３＝１．００００であれば、ＭＦ_ｔｅｓｔとＭＦ_{ｍａｓｔｅｒ}とがともに１．００００であり、点検用流量計がシフトしている。

これらの結果が次の表にまとめられており、ここでＭＦ_Ａは試験されている使用状態にある流量計の流量計因子であり、ＭＦ_Ｂは点検用流量計の流量計因子であり、ＭＦ_Ｃは主流量計の流量計因子である。

試験装置の斜視図である。 流れのライン中の使用状態にある流量計を試験するために流れのラインに連結された試験装置を概略的に示す図である。

Claims (9)

1. 動作条件で設置された流量計を試験する際に用いるための流量計試験装置であって、所定の精度仕様にまで較正された第１及び第２のコリオリ力に基づいた標準質量流量計と、第１の流量計の流体出口を第２の流量計の流体入口に連結して上記第１及び第２の流量計を直列状に連結する手段と、流れのラインを流れる流体が試験される流量計と上記流量計試験装置の上記第１及び第２の流量計とを直列状に通って流れるように上記試験される流量計を含む流体の流れのラインに上記流量計試験装置が連結されるようにするため上記第１の流量計の流体入口と上記第２の流量計の流体出口とにそれぞれ連結された供給管路及び復帰管路と、流れの測定信号を受けるように上記第１及び第２の流量計と上記試験される流量計とに接続された制御手段とからなり、上記制御手段が上記第１及び第２の流量計の一方を主流量計として用いて上記試験される流量計を点検し上記第１及び第２の流量計の他方を上記主流量計の点検用流量計として用いるように動作可能であることを特徴とする流量計試験装置。
2. 上記第１及び第２の流量計が互いに実質的に同等であるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の流量計試験装置。
3. 上記第１及び第２の流量計の各々の精度が約０．０３％またはそれ以下の精度まで較正されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流量計試験装置。
4. 上記第１及び第２の流量計が共通の基台上に装着されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流量計試験装置。
5. 上記制御手段が上記流量計試験装置を通って流れる流体の温度及び圧力を測定できるようにするための温度及び圧力の検出器を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流量計試験装置。
6. 上記第１の流量計の流体出口が中間管路によって上記第２の流量計の流体入口に連結され、上記温度及び圧力の検出器が上記中間管路に装着されていることを特徴とする請求項５に記載の流量計試験装置。
7. 上記供給管路及び復帰管路がそれぞれ遮断弁を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の流量計試験装置。
8. 上記制御手段が同じ時間間隔に上記主流量計、点検用流量計及び試験される流量計により同時に与えられる流量測定信号を受け取り処理するように動作可能な中央処理ユニットを含むようにしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の流量計試験装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の流量計試験装置を用いて動作条件で流れのライン中に設置された流量計を試験する方法であって、上記流量計試験装置の供給及び復帰の管路を試験される流量計の上流側または下流側で流れのラインにおける遮断弁の両側に連結することと、上記流れのラインにおける流体が試験される流量計と上記流量計試験装置の第１及び第２の流量計とを直列状に通って流れるようにするために上記遮断弁を閉じることと、上記流量計の各々から流体の流量の測定値を得ることと、上記試験される流量計の精度を点検するために上記試験される流量計によって測定された流量を上記流量計試験装置の第１及び第２の流量計の一方によって測定された流量と比較することと、上記一方の流量計の精度を確認するために上記流量計試験装置の第１及び第２の流量計の他方によって測定された流量を上記一方の流量計によって測定された流量と比較することと、の各ステップからなることを流量計を試験する方法。

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