JP2003503691A - コリオリ流量計の駆動制御のための形式識別 - Google Patents
コリオリ流量計の駆動制御のための形式識別Info
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Abstract
Description
する装置における駆動信号を制御する電子装置素子に関する。特に、本発明は、
振動管路の振動周波数から駆動信号を生成するパラメータを決定するシステムに
関する。
質量流量その他の情報を計測することは周知である。コリオリ流量計の事例につ
いては、全てJ.E.Smith等の1978年8月29日付け米国特許第4,
109,524号、1985年1月1日付け同第4,491,025号、及び1
982年2月11日付け再発行米国特許第31,450号において開示されてい
る。これらの流量計は、直線状の或いは湾曲状の1本以上の管路を有する。コリ
オリ質量流量計における各管路構成は、単純な曲げ、捩れ或いは結合型という1
組の固有振動モードを持つ。各管路は、これら固有振動モードの1つで共振する
ように駆動される。物質は、流量計の入口において、接続されたパイプラインか
ら流量計へ流入し、一つ又は複数の管路を通り、流量計の出口側から流出する。
振動する物質で充填されたシステムの固有振動モードは、管路とこの管路内に流
れる物質との合成質量により部分的に規定される。
る小さな固定された初期位相ずれで、印加される駆動力によって振動する。物質
が流れ始めると、コリオリ力が管路に沿う各点に異なる位相を生じさせる。管路
の入口側の位相は駆動装置より遅れるが、管路の出口側の位相は駆動装置より進
む。管路上のピックオフ・センサが、管路の運動を表わす正弦波信号を生じる。
ピックオフ・センサから出力される信号は、ピックオフ・センサ間の位相差を決
定するように処理される。2つのピックオフ・センサの信号間の位相差は、管路
を流れる物質の質量流量に比例する。
る空気は、管の振動の振幅を変化させる。これにより、質量流量のような、流れ
る物質の計測される特性に誤差を生じさせ得る。このことは直線状の流管に特に
妥当する。これは、直線状の流管の方が湾曲した形状の流管よりもずっと高い周
波数で振動するように駆動されねばならず、直線状の流管の振動の中断が特性の
計算に更に悪影響を及ぼし得るからである。
受取る信号から物質の質量流量その他の特性を決定する。従来の送信器は、駆動
信号を生成してピックオフ・センサからの信号を検出するように設計されるアナ
ログ回路から構成される。アナログ送信器は、長年にわたり最適化されてきてお
り、製造が比較的安価になった。従って、従来の送信器を用いることができるコ
リオリ流量計を設計することが望ましい。
ある。この動作周波数範囲は、典型的には20Hz〜200Hzの間にある。これ
により、送信器の設計者は流管をこれらの周波数で共振させる狭い範囲の駆動信
号を生成するように拘束される。従って、従来の送信器を用いて、300Hz〜
800Hzの高い周波数範囲で動作する、直線管型コリオリ流量計のような流量
計に対する駆動信号を生成することは不可能である。従って、従来の送信器は、
直線管型流量計に対する駆動信号を生成するのに用いることができない。
ことができる送信器を設計したいと欲している。これにより、製造者は流量計に
対する比較的安価な送信器を作るため規模の経済性を利用することができるよう
になる。一方、ディジタル信号プロセッサが望ましいのは、送信器により受取ら
れる、ピックオフ・センサからの信号のディジタル化によって、アナログ電子素
子に課される計測分解能及び精度の要求の高まりを避けられるからである。更に
、ディジタル・プロセッサで用いられる信号処理の命令は、物質の特性の決定及
び駆動信号の生成のために、幾つかの異なる周波数で働くように修正することが
できる。
を初期設定するシステムの提供によって解決され、当該技術における進歩がなさ
れる。本発明のシステムは、振動管の駆動装置に対する駆動信号を生成するため
に、メモリに格納され且つプロセッサにより実行されるプロセスからなる。或い
はまた、本発明のプロセスはアナログ回路によっても実施可能である。本発明の
プロセスにより、送信機は、送信器に取付けられる流管形態の形式を決定し、次
いで、駆動信号を生成するのに必要なパラメータを設定することができる。本発
明はまた、流管の振動の更に堅固な制御を得るために、積分駆動利得という第3
のパラメータを用いて駆動信号の一層優れた制御を可能にする。
メンツ社製のTMS3205xx、アナログ・デバイシス社製のADSP21x
x、或いはモトローラ社製の5306xのようなディジタル信号プロセッサによ
って提供される。本発明のプロセスは、ディジタル信号プロセッサに接続された
メモリに命令として格納される。このディジタル信号プロセッサは、本発明のプ
ロセスを実施するために命令を読出して実行する。
。流管の振動周波数が次いで決定される。この振動周波数から流管の形式が決定
される。次に、予め格納されたパラメータの組が、駆動信号を生成するのに用い
られるパラメータとして設定される。
目標との間の誤差を制御する。これにより、駆動信号の更に堅固な制御を可能に
し、振動の振幅を更に正確にすることができる。この結果、劣悪な流れ条件の下
でさえ、最適な電力をセンサへ供給することができるようになる。
駆動回路のパラメータを初期設定する本発明の特質は、以下のようにして完了す
る。流管を振動させる初期駆動信号が駆動装置へ印加される。流管の形状は、流
管と関連するセンサから受取られ且つ流管の振動の周波数を示す信号に応答して
決定される。次いで、駆動信号の生成のためのパラメータが、流管の形状の決定
に応答して設定される。
振動周波数が閾値周波数と比較される。流管は、振動周波数が閾値周波数より大
きいことに応答して、直線管であると決定される。
いか等しいことに応答して、流管が湾曲流管であると決定することによって行わ
れることである。
る。 詳細な記述 本発明については、本発明の実施の形態が示される添付図面に関して本文に更
に詳細に記述される。当業者が理解するように、本発明が多くの異なる形態で具
現でき、本文に記載する実施の形態に限定されるべきではない。これら実施の形
態は、この開示が完全になされ、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように提
供される。図面において、同じ参照番号は全図にわたり同様の要素を指す。
す。送信器20は、リード線100を介して流量計組立体10へ接続されて、密
度、質量流量、体積流量、総質量流量その他の情報を経路26上に提供する。コ
リオリ流量計5について記述するが、当業者には明らかなように、本発明は物質
の特性を計測するため振動管路を持つ装置に関して実施可能である。このような
装置の第2の事例は、コリオリ質量流量計により提供される付加的な計測能力を
持たない振動管型密度計である。
2、及び管路103A、103Bを備える。駆動装置104、ピックオフ・セン
サ105及びピックオフ・センサ105′は、管路103A、103Bへ接続さ
れる。ブレース・バー106、106′は、各管路がそれに関して振動する軸心
W、W′を画定するよう働く。
体10が挿入されると、物質はフランジ101を介して流量計組立体10へ流入
し、マニフォールド102を通過して管路103A、103Bへ流入するよう方
向付けられ、管路103A、103Bを流れてマニフォールド102へ戻り、こ
こからフランジ101′を通って流量計組立体10から流出する。
的に同じ質量分布、慣性モーメント及び弾性率を持つようにマニフォールド10
2へ適切に取付けられる。管路は、マニフォールドから外方へ実質的に平行に延
びる。
、流量計の第1の位相はずれ曲げモードと呼ばれるモードで駆動装置104によ
り駆動される。駆動装置104は多くの周知の装置の1つでよく、例えば、管路
103Aに取付けられた磁石と、管路103Bに取付けられて両管路を振動させ
る交流が送られる対向コイルである。適切な駆動信号が、流量計電子装置20に
よりリード線110を介して駆動装置104へ印加される。
信号を受取る。送信器20は、駆動装置104に管路103A、103Bを振動
させるための駆動信号をリード線110に生じる。送信器20は、左右の速度信
号を処理し、流量計組立体10を流れる物質の質量流量及び密度を計算する。こ
の情報は経路26へ印加される。
計によく似ている。振動管型密度計もまた、流体が流れる振動管、或いは、サン
プリング型の密度計の場合には流体が内部に保持される振動管を用いる。また、
振動管型密度計は、管路を振動するように励振するためのサンプリング型の駆動
システムを用いる。振動管型密度計は、典型的には、1つのフィードバック信号
のみを用いる。これは、密度の計測には周波数の計測のみが必要であり、位相の
計測は不要であるからである。本発明の記述は振動管型密度計にも等しく妥当す
る。
計25は、コリオリ・センサ210と、関連する流量計電子装置20とからなる
。流管201は、201Lで示された左端部と201Rで示された右端部とを含
む。流管201とその両端部は、流管201の入口端部207から流管の出口端
部208まで、流量計の全長にわたり延びる。バランス・バー220が、その端
部において流管201にブレース・バー221により接続されている。
1Rは流出側フランジ202′へ固定される。流入側フランジ202と流出側フ
ランジ202′は、コリオリ・センサ210をパイプラインに接続する。
5及び右のピックオフ・センサ205′が、流管201とバランス・バー220
とに結合される。駆動装置204は、流量計電子装置20から経路210で信号
を受取り、物質で充填された流管201の共振周波数で且つ逆相で流管201と
バランス・バー220とを振動させる。振動流管101及びその中の物質の流れ
の振動は、周知の方法で流管にコリオリ偏差を生じさせる。これらのコリオリ偏
差はピックオフ・センサ205、205′により検出され、それらのピックオフ
・センサの出力はリード線211、211′を介して流量計電子装置20へ伝送
される。
′、211、211′は、左右の速度信号を流量計組立体10、200から送信
器20へ伝送する。速度信号は、流量計電子装置20のアナログ/ディジタル(
A/D)コンバータ303により受取られる。A/Dコンバータ303は、左右
の速度信号を処理装置301により使用可能なディジタル信号へ変換し、このデ
ィジタル信号を経路310、310′に送出する。個別の構成要素として示され
てはいるが、A/Dコンバータ303は、クリスタル・セミ社製のCS4218
ステレオ16ビット・コーデック・チップのような信号コンバータであってよ
い。ディジタル信号は、経路310、310′によりプロセッサ301へ送られ
る。当業者であれば認識するように、任意数のピックオフ・センサや、流管の温
度の決定のためのRTDセンサのような他のセンサをプロセッサ301へ接続し
てもよい。
バータ302に印加される。D/Aコンバータ302はまた、経路390でピッ
クオフ・センサ105、105′、205、205′の1つから電圧を受取る。
駆動信号は、経路390を介して受取った電圧を修正してアナログ駆動信号を生
じる命令を含む。D/Aコンバータ302は、アナログ・デバイシス社製のAD
7943チップのような普通のD/Aコンバータである。D/Aコンバータ30
2からのアナログ信号は、経路391を介して増幅器305へ印加される。増幅
器305は、適正な振幅の駆動信号を生成し、この駆動信号を経路110、21
0を介して駆動装置104、204へ印加する。増幅器305は、電流増幅器或
いは電圧増幅器でよい。D/Aコンバータ302により生成される電流信号或い
は電圧信号は、増幅器305の形式に依存する。経路26は信号を、送信器20
がオペレータとの間でデータを送受することができるようにする入出力手段(図
示せず)へ運ぶ。
実施するマイクロプロセッサ、プロセッサ、或いはプロセッサのグループである
。望ましい実施の形態においては、プロセッサ301は、アナログ・デバイシス
社製のADSP−3185Lマイクロプロセッサである。実施される機能は、物
質の質量流量の計算、物質の体積流量の計算、及び、経路321を介する読出し
専用メモリ(ROM)320からの物質の密度の計算を含むが、これに限定され
ない。種々の機能の実施のためのデータ及び命令は、ランダム・アクセス・メモ
リ(RAM)330に格納される。プロセッサ301は、経路331を介してR
AM330において読出し/書込み動作を行う。
にディジタル送信器20により行われるプロセスの概要である。以上は、コリオ
リ流量計5、200のためのディジタル送信器20の記述であり、以下は、シス
テムにパラメータを初期設定させるためにディジタル送信器20により行われる
プロセスの記述である。当業者であれば認識するように、アナログ回路を用いて
同じプロセスを提供することが可能である。
01において開始する。初期駆動信号は駆動回路へ印加され、駆動回路は初期駆
動信号を駆動装置104、204へ印加する。駆動装置104、204は、流管
103A、103Bを振動させる。流管の振動は、ピックオフ・センサ105、
105′205、205′により計測され、ピックオフ・センサは信号をリード
線111、111′、211、211′へ印加する。信号は、ステップ402に
おいて送信器20により受取られる。送信器20は、ステップ403において流
管の振動周波数を決定する。振動周波数を決定する1つの可能な方法は、ノッチ
・フィルタ適応ライン推定法の使用であり、これについては、本願と同日付で出
願され米国コロラド州ボールダのマイクロ・モーション社へ譲渡された米国特許
出願「ディジタル送信器を用いて管路を流れる物質の特性を決定するシステム(
System for Determining Properties of
a Material Flowing Through a Condui
t Using a Digital Transmitter)」において詳
細に記載される。信号の周波数を決定する別の可能な方法は、1996年9月1
0日Derby等に発行されコロラド州ボールダのマイクロ・モーション社へ譲
渡された米国特許第5555190号「コリオリ流量計計測における適応ライン
強化のための方法及び装置(Method and apparatus fo
r adaptive line enhancement in Corio
lis mass flow meter measurement)」に記載
されている。
。これを行うための1つの方法は、周波数が閾値周波数より高いか否かを決定す
ることである。振動周波数が閾値周波数より高ければ、流量計は直線管の構成で
ある。周波数が閾値周波数より低いか或いはこれに等しければ、流量計は湾曲形
の流管を有する。このことは、設計分析から知られることであり、流管の現場実
験により検証される。
決定に応答して設定される。下表は、設定されたパラメータの事例である。
目標点は、流管を駆動するのに必要なミリボルト/Hzの量であり、積分駆動利
得は、信号に対して受け入れることができるミリボルト/Hzの偏差値である。
望ましい実施の形態においては、積分駆動利得が直線管型流量計と対管型流量計
とで同じであることが同時に起こっている。
00において識別されるセンサの形式に基いて、流管103A、103Bの安定
した駆動制御を生成して維持することができる。安定した駆動制御は、流量計の
独自の構造力学に基いて維持され、流量計に入力される外因的な摂動に対して最
適な応答時間を提供する。
システム及びプロセスを設計することが予想されるが、それは、文言的に又は均
等論により、請求の範囲に記載される本発明を侵害することになる。
有する対管型コリオリ流量計を示す。
有する直線管型コリオリ流量計を示す。
を示す。
Claims (9)
- 【請求項1】 流管103A、103Bを振動させる駆動装置104へ印加
される駆動信号を生成する駆動回路201のパラメータを初期設定する方法40
0であって、 前記流管を振動させる前記駆動回路へ初期駆動信号を印加するステップ401
と、 前記流管103A、103Bと関連するセンサ105、105′から受取られ
且つ該流管103A、103Bの振動周波数を表示する信号に応答して、前記流
管103A、103Bの形状を決定するステップ404と、 前記流管103A、103Bの前記形状の決定に応答して、前記駆動信号の生
成のためのパラメータを設定するステップ405と、 を含む方法。 - 【請求項2】 前記センサ105、105′から前記信号を受取るステップ
402を更に含む請求項1記載の方法400。 - 【請求項3】 前記信号から前記流管103A、103Bの前記振動周波数
を決定するステップ403を更に含む請求項2記載の方法400。 - 【請求項4】 前記決定ステップ403が、 前記振動周波数を閾値周波数と比較するステップと、 前記振動周波数が前記閾値周波数より大きいことに応答して、前記流管が直線
管であると決定するステップと、 を含む請求項3記載の方法400。 - 【請求項5】 決定する前記ステップが、 前記振動周波数が前記閾値周波数より小さいか或いはこれに等しいことに応答
して、前記流管が湾曲流管であると決定するステップを更に含む請求項4記載の
方法。 - 【請求項6】 少なくとも1つの流管と、少なくとも1つの前記流管を振動
させる駆動装置と、少なくとも1つの前記流管に固定され且つ少なくとも1つの
前記流管の運動を表わす信号を生成するセンサとを有するコリオリ流量計に接続
された送信器の駆動回路においてパラメータを初期設定する装置であって、 前記流管を振動させるための、前記駆動装置に対する初期駆動信号を生成し、 前記駆動装置へ前記駆動信号を印加して前記流管を振動させ、 前記流管と関連するピックオフ・センサから受取られ且つ前記流管の振動周波
数を表わす、前記センサからの信号に応答して、前記流管の形状を決定し、 前記流管の前記形状の決定に応答して、前記駆動信号の生成に対するパラメー
タを設定する ように構成されるプロセッサ を備える装置。 - 【請求項7】 前記プロセッサが、前記流管の前記振動周波を前記信号から
決定するように更に構成される請求項6記載の装置。 - 【請求項8】 前記プロセッサが、 前記振動周波数を閾値周波数と比較し、 前記振動周波数が前記閾値周波数より大きいことに応答して、前記流管が直線
管であると決定することにより、 前記流管の前記形状を決定するように構成される請求項7記載の装置。 - 【請求項9】 前記プロセッサが、 前記振動周波数が前記閾値周波数より小さいか或いはこれに等しいことに応答
して、前記流管が湾曲流管であると決定することにより、 前記形状を決定するように構成される請求項8記載の装置。
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