JP2003512612A5

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Publication number: JP2003512612A5
Application number: JP2001532063A
Authority: JP
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2005-05-26
Anticipated expiration: 2020-09-26

Description

【発明の名称】コリオリ流量計の本質的に安全な信号調整装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本質的に安全であり得るコリオリ流量計組立体（５）のための流量計電子装置（２０）であって、
駆動回路（２１０）と、
前記駆動回路内に構成された信号調整装置（２０１）と、
前記流量計電子装置及び前記信号調整装置へ電力を供給することができる電力供給部（２３０）と、
を具備する流量計電子装置において、
信号調整装置２０１から離れた位置に設けられ、前記電力供給部が内部に構成されているホスト・システム（２００）と、
を備え、
前記信号調整装置（２１０）が前記遠隔のホスト・システムの前記電力供給部（２３０）から第１のワイヤ（２１１）および第２のワイヤ（２１２）を介して電力を受取り、
前記信号調整装置（２０１）内の前記駆動回路（２１０）が、前記電力供給部から受取った前記電力から駆動信号を生成し、該駆動信号を前記コリオリ流量計の少なくとも１つの管路（１０３Ａ、１０３Ｂ）に固定された駆動装置（１０４）へ印加し、
前記信号調整装置（２１０）内のピックオフ信号調整回路（２２０）が、前記少なくとも1つの管路（１０３Ａ、１０３Ｂ）に固定された第１のピックオフ・センサ（１０５）と第２のピックオフ・センサ（１０５′）とから入力信号を受取り、該入力信号に応答して、前記少なくとも１つの管路（１０３Ａ、１０３Ｂ）を流れる物質の特性を表わす情報を生成し、前記信号調整装置が、前記情報を含む出力信号を前記遠隔のホスト・システム（２００）へ送出し、
前記信号調整装置（２０１）内のホスト側保護回路（３２０）が、前記ホスト・システム（２００）に前記信号調整装置（２０１）を接続する線に対して、本質的に安全な閾値を越える電力が前記信号調整装置（２０１）における回路により印加されることを阻止し、
前記信号調整装置（２０１）内の流量計組立体保護回路（３３０）が、前記信号調整装置（２１０)を前記駆動装置（１０４)、前記第１のピックオフ・センサ（１０５)および前記第２のピックオフ・センサ（１０５′)へ接続する線に対して、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記信号調整装置２０１における回路により印加されることを阻止する
流量計電子装置（２０）。
【請求項２】
前記ホスト側保護回路（３２０)が、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記信号調整装置（２０１)における前記回路により前記第１のワイヤ（２１１)と前記第２のワイヤ（２１２)とへ印加されることを阻止する電力供給保護回路（３２０)を含む、請求項１記載の流量計電子装置（２０)。
【請求項３】
前記ホスト側保護回路（３２０)が、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路（２２０)を前記ホスト・システム（２００)へ接続するリード線（２２１)へ印加されることを阻止する信号保護回路（３２４)を含む請求項１記載の流量計電子装置２０。
【請求項４】
前記流量計組立体保護回路(３３０)が、前記駆動回路（２１０）により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記駆動装置（１０４）へ接続された線（３４１−３４２）へ印加されることを阻止する駆動装置保護回路（３３１）を更に含む、請求項１記載の流量計電子装置（２０）。
【請求項５】
前記流量計組立体保護回路（３３０）が、前記ピックオフ信号調整回路（２２０）により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記第１のピックオフ・センサ（１０５）および前記第２のピックオフ・センサ（１０５′）を前記ピックオフ信号調整回路（３３０）へ接続する線に印加されることを阻止するセンサ保護回路（３３２）を更に含む、請求項１記載の流量計電子装置（２０）。
【請求項６】
前記ホスト・システム（２００）が、前記電力供給部（２３０）と２次信号処理システム（２５０）とを含んでおり、
前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ホスト・システム（２００）により前記信号調整装置（２０１）と前記ホスト・プロセッサ（２００）との間で前記リード線（２１１、２１２、２２１）へ印加されることを阻止するホスト・システム（２００）における防壁（３１０）を更に含む、請求項１記載の流量計電子装置（２０）。
【請求項７】
前記防壁（３１０）が、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記電力供給部（２３０）により前記第１のワイヤ（２１１）のうちの１つと前記第２のワイヤ（２１２）のうちの１つとへ印加されることを阻止する電力保護回路（３１１）を含む、請求項６記載の流量計電子装置（２０）。
【請求項８】
前記２次信号処理システム（２５０）により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路（２２０）を前記２次信号処理システム（２５０）へ接続する線へ印加されることを阻止する、前記遠隔のホスト・システム内の２次処理保護回路（３１２）を更に備える、請求項７記載の流量計電子装置（２０）。
【請求項９】
前記出力信号が、前記ピックオフ信号調整回路（２２０）により、前記遠隔のホスト・システムへ達する前記第１のワイヤ（２１１）と前記第２のワイヤ（２１２）とへ印加される、請求項１記載の流量計電子装置（２０）。
【請求項１０】
前記出力信号が、前記遠隔のホスト・システム（２００）へ接続される第３のワイヤ（３２１）と第４のワイヤ（３２２）とへ印加される、請求項９記載の流量計電子装置（２０）。
【請求項１１】
前記駆動回路（２１０）が、前記駆動装置（１０４）へ印加される前記駆動信号の電流量を制御する、請求項１記載の流量計電子装置（２０）。
【請求項１２】
前記駆動回路（２１０）が、前記駆動装置（１０４）へ印加される前記駆動信号の電圧量を制御する、請求項１記載の流量計電子装置（２０）。
【請求項１３】
コリオリ流量計組立体（５）に対する信号を処理するために本質的に安全であり得る方法であって、前記コリオリ流量計を流れる物質の特性を示す情報を入力信号から生成する方法において、
遠隔のホスト・システム（２００）における電力供給部（２３０）から第１のワイヤ（２１１）と第２のワイヤ（２１２）とを介して、信号調整装置（２０１）において電力を受け取るステップと、
前記信号調整装置２０１における回路により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記第１のワイヤ（２１１）と前記第２のワイヤ（２１２）とへ印加されることを阻止するステップと、
前記信号調整装置（２１０）における駆動回路を用いて、前記の受け取られた電力から駆動信号を生成するステップと、
前記コリオリ流量計の少なくとも1つの管路（１０３Ａ、１０３Ｂ）へ固定された駆動装置（１０４）へ前記駆動信号を印加するステップと、
前記駆動回路（２１０）により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記駆動装置（１０４）へ接続された線（３４１−３４２）へ印加されることを阻止するステップと、
前記コリオリ流量計の少なくとも1つの管路（１０３Ａ、１０３Ｂ）へ固定された第１のピックオフ・センサ（１０５）と第２のピックオフ・センサ（１０５′）とから、入力信号をピックオフ信号調整回路（２２０）において受け取るステップと、
前記ピックオフ信号調整回路（２２０）により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記第１のピックオフ・センサ（１０５）と前記第２のピックオフ・センサ（１０５′）とを前記ピックオフ信号調整回路（２２０）へ接続する線へ印加されることを阻止するステップと、
前記情報を含む出力信号を前記遠隔のホスト・システム（２００）へ送出するステップと、
前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路（２２０）を前記遠隔のホスト・システム（２００）へ接続する線（２２１）へ印加されることを阻止するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
前記ホスト・システム（２００）が、前記電力供給部（２３０）と２次信号処理システム（２５０）とを含み、
前記遠隔のホスト・システム（２００）により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記信号調整装置（２０１）と前記２次信号処理システム（２５０）との間で線（２２１）へ印加されることを阻止するステップを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記遠隔のホスト・システムからの電力を阻止する前記ステップが、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記電力供給部により前記第１のワイヤ（２１１）と前記第２のワイヤ（２１２）とへ印加されることを阻止するステップを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記遠隔のホスト・システムからの電力を阻止する前記ステップが、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記２次信号処理システム（２５０）により前記ピックオフ信号調整回路（２２０）を前記２次信号処理システム（２５０）へ接続するリード線へ印加されることを阻止するステップを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記出力信号を送出する前記ステップが、前記ピックオフ信号調整回路（２２０）により前記第１のワイヤ（２１１）と前記第２のワイヤ（２１２）とへ印加するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記出力信号を送出する前記ステップが、前記遠隔のホスト・システム（２００）に接続される第３のワイヤ（３２１）と第４のワイヤ（３２２）とへ前記出力信号を印加するステップを更に含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記駆動装置（１０４）へ印加される前記駆動信号の電流量を制御するステップを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
前記駆動装置（１０４）へ印加される前記駆動信号の電圧量を制御するステップを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項２１】
流量計電子装置（２０）を備える流量計信号処理システムであって、前記流量計電子装置が、
信号調整装置（２０１）と、
前記信号調整装置に遠隔位置で結合されるホスト・システム（２００）と、
を具備し、前記信号調整装置（２０１）と前記ホスト・システム（２００）とが本質的に安全な閾値内で動作することを特徴とする流量計信号処理システム。
【請求項２２】
流量計信号を処理する方法であって、流量計電子装置（２０）を設けるステップを含む方法において、
信号調整装置（２０１）と、流量計組み立て体（５）に結合されたホスト・システム（２００）とを有する前記流量計電子装置の信号処理システム（２０）を設けるステップと、
前記信号調整装置（２０１）を本質的に安全な閾値内で動作させるステップと、
前記ホスト・システム（２００）を前記信号調整装置（２０１）から遠隔に且つ本質的に安全な閾値内で動作させるステップと、
前記信号調整装置（２０１）において、前記流量計組立体（５）から信号を受け取るステップと、
前記信号を処理するステップと、
を含むことを特徴とする流量計信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、コリオリ流量計のための流量計電子装置に関する。特に、本発明は、ホスト・システムから遠隔位置にあり本質的に安全であり得る信号調整装置を有する流量計電子装置に関する。更に、本発明は、従来の２芯あるいは４芯のケーブルをコリオリ流量計に対し電力を供給するため使用することを許容する信号調整装置を備える流量計電子装置に関する。
課題
１９８５年１月１日にＪ．Ｅ．スミスに対し発行された米国特許第４，４９１，０２５号および１９８２年２月１１日にＪ．Ｅ．スミスに対し発行された米国再特許第３１，４５０号に開示されたように、パイプラインを流れる物質に関して質量流量その他の情報を計測するためにコリオリ効果質量流量計を用いることは公知である。これらの流量計は、湾曲形状あるいは直線形状の１本以上の流管を備えている。コリオリ流量計における各流管の構成は、１つの曲げ、捻れ、放射状または組合わせのタイプであり得る１組の固有振動モードを有する。各流管は、これらの固有振動モードの１つにおいて共振するように駆動される。物質が充填され且つ振動する系の固有振動モードは、流管と流管内の物質との合成質量により部分的に規定される。物質は、流量計の流入側に接続された管路から流量計へ流入する。物質は次いで流管を通過し、流量計から流出側に接続された管路へ流出する。
駆動装置が流管に対し振動力を印加する。この振動力が流管を振動させる。流量計を通過する物質がないときは、流管に沿った全ての点は実質的に同相で振動する。物質が流管内に流れ始めると、コリオリ加速度により、流管に沿った各点には、流管に沿う他の点に関して異なる位相が生じる。流管の流入側における位相は駆動装置より遅れ、流出側の位相は駆動装置より進む。流管における２つの異なる点におけるセンサは、この２つの点における流管の運動を表わす正弦波信号を生じる。センサから受取られる２つの信号の位相差は、時間を単位として計算される。２つのセンサ信号間の位相差は、流管内に流れる物質の質量流量に比例する。
問題は、流量計の電子装置を流量計組立体に接続するのに９芯ケーブルを用いなければならないことである。本文の論述の目的のため、流量計電子装置は、駆動信号を生じ且つセンサからの信号を処理するのに必要な全ての回路を含み、流量計組立体は、少なくとも１本の流管と、固定された駆動装置と、流管の振動の計測に必要なセンサとを含む。流量計電子装置を流量計組立体へ接続するための９芯ケーブルは、流量計電子装置を駆動装置へ接続する２本のワイヤと、流量計電子装置を第１のピックオフ装置へ接続する２本のワイヤと、流量計電子装置を第２のピックオフ装置へ接続する２本のワイヤと、流量計電子装置を温度センサへ接続する３本のワイヤとを含む。
この９芯ケーブルは特注ケーブルであって製造コストが高く、従って、コリオリ流量計のユーザが購入するのには高価となる。９芯ケーブルの経費は、コリオリ流量計のユーザが流量計電子装置を流量計組立体から離れた制御領域へ移動させることを欲するときに特に問題となる。９芯ケーブルは、流量計電子装置と流量計組立体との間の全長にわたって取付けられねばならない。一般に、このような９芯ケーブルのコストは、流量計電子装置と流量計組立体との距離が増加するにつれて大幅に増大する。比較的安価であり且つユーザにとって入手が比較的容易である従来の２芯ケーブルまたは４芯ケーブルが流量計組立体を流量計電子装置に接続するのに使用できるならば、特に有利となろう。
流量計電子装置の設計における更なる問題は、流量計電子装置が揮発性物質を含む爆発性の環境で使用される場合があることである。本文の論述の目的のため、爆発性の環境は、火花、過度の熱または過大なエネルギが環境内に生じるならば発火し得る揮発性物質を含む系である。流量計電子装置が爆発性環境内で使用され得る１つの方法は、防爆型ハウジング内に封入されることである。防爆型ハウジングは、ハウジング内からの火花あるいは過度の熱によりハウジング外の環境における揮発性物質が発火しないことを保証するよう設計されたハウジングである。
装置を防爆性にするためには、封入、加圧および防炎性の容器を含む方法が用いられる。上記の方法のそれぞれは、装置の高熱な表面あるいは装置の回路からの火花が物質の発火を生じるおそれがある場合に、該装置を取り囲んで該装置と揮発性物質とが接触しないようにする。物質が容器内で発火するとしても、容器における何らかの間隙または開口は、物質が容器から漏洩するにつれて物質を冷却するのに充分な長さの火炎経路を提供するに違いない。高温の物質の冷却は、この高温物質が容器外の揮発性物質を発火させることを阻止する。
第２の解決法は、流量計電子装置を本質的に安全にすることである。本質的に安全な装置とは、装置における全ての回路が或る低エネルギ・レベルで動作する装置である。或るエネルギ・レベルで動作することにより、この装置は、装置が何らかの状態で故障したときであっても、火花または爆発を生じるのに充分な熱を生じないよう保証される。装置を本質的に安全にするのに必要な電力レベルは、米国におけるＵＬ、ヨーロッパにおけるＣＥＮＥＬＥＣ、カナダにおけるＣＳＡおよび日本におけるＴＩＩＳのような調整機関により決定されている。
解決手段
上記および他の課題は、本発明による信号調整装置によって解決され、当該技術における進歩がなされる。本発明の第１の利点は、電力供給部をコリオリ流量計組立体から遠隔位置に設ける実施の形態を含み、コリオリ流量計組立体に対する９芯ケーブルの長さが低減され又は同ケーブルが除去されることである。この信号調整装置の第２の利点は、流量計電子装置全体が防爆型ハウジング内に密閉される必要がないことである。代わりに、本質的に安全であるのに必要な所要のエネルギおよび（または）電力の閾値よりも低い電力レベルで働く信号調整装置が用いられる。信号調整装置はコリオリ流量計組立体の近くにあり、信号調整装置に対する入出りのリード線が本質的に安全であるための閾値より高いレベルでエネルギおよび（または）電力を供給するのでなければ、信号調整装置を防爆型ハウジング内に密閉する必要がない。
本発明の流量計電子装置は、コリオリ流量計における流量計電子装置に流量計組立体を接続するための従来の９芯ケーブルの必要を除去する。代わりに、ホスト・システムから信号調整装置へエネルギおよび（または）電力を供給するのに、従来の２芯あるいは４芯ケーブルを用いることができる。この信号調整装置はコリオリ流量計組立体の近くにあり、駆動信号を生成し、コリオリ流量計の流管に固定された運動ピックオフおよび温度センサからセンサ信号を受取り、ピックオフからの信号を処理して、流管内に流れる物質の特性についての情報を生成することができる。
前記信号調整装置は、流量計電子装置を接続するのに以前には用いられた従来の９芯ケーブルとは別物である９本の個別のリード線により、駆動装置およびセンサへ接続される。ピックオフ信号の処理の後、信号調整装置は、従来の４芯ケーブルにおける２本の個別のワイヤまたは従来の２芯ケーブルにおける電力供給用の２本のワイヤで、物質の特性に関する情報を送信することができる。
信号調整装置を本質的に安全であり得るようにするために、信号調整装置はホスト側保護回路と流量計組立体保護回路とを含む。ホスト側保護回路は、本質的に安全な閾値を越えるエネルギおよび（または）電力が、信号調整装置をホスト・システムへ接続するリード線に対して信号調整装置により印加されないようにする。この本質的に安全な閾値とは、回路からの火花または熱が環境内の揮発性物質を発火させないことを保証するよう種々の官庁により通達されたエネルギおよび（または）電力のレベルである。以降の本文の論議を簡潔にするため、電力とはエネルギまたは電力を意味するものと理解される。
ホスト側保護回路は、電力供給部保護回路および（または）信号保護回路を含む。電力供給部保護回路は、電力をホスト・システムから信号調整装置に対し供給する第１のワイヤおよび第２のワイヤを介して信号調整装置から電力が流れるのを阻止する。信号保護回路は、本質的に安全な閾値を越える電力が、ピックオフ信号調整回路を遠隔のホスト・システムへ接続するリード線に、信号調整装置におけるピックオフ信号調整回路により印加されるのを阻止する。
流量計組立体保護回路は、本質的に安全な閾値を越える電力が流量計組立体に接続されたリード線へ印加されることを阻止する。流量計組立体保護回路は駆動信号保護回路とセンサ信号保護回路とを含む。駆動信号保護回路は、本質的に安全な閾値電力を越える電力が、駆動装置に接続されたリード線へ、信号調整装置における駆動回路により印加されることを阻止する。センサ信号保護回路は、第１のピックオフ装置に接続されたリード線と第２のピックオフ装置に接続されたリード線とに、信号調整装置におけるピックオフ信号調整回路により電力が印加されるのを阻止する。
遠隔のホスト・システムは電力供給部と２次信号処理システムとを含む。電力供給部はシステム全体に対し電力を供給し、２次処理システムは信号調整装置から出力信号を受取って、流管に流れる物質の特性を決定する。本質的に安全であるために、ホスト・システムは、本質的に安全な閾値より大きな電力が信号調整装置に接続されたリード線へホスト・システムにより印加されることを阻止する防壁を含む。
ホスト・システムの防壁は、電力供給部保護回路と２次処理用保護回路とを含む。電力供給部保護回路は、本質的に安全な閾値を越える電力が、信号調整装置に電力を供給する第１のワイヤと第２のワイヤとへ印加されることを阻止する。２次信号保護回路は、２次処理システムを信号調整装置におけるピックオフ信号保護回路へ接続するリード線へ２次処理システムにより電力が印加されることを阻止する。
本発明の特質は、本質的に安全であり得るコリオリ流量計に対する流量計電子装置の提供である。流量計電子装置は下記の構成要素を含む。信号調整装置は、遠隔のホスト・システムにおける電力供給部から第１のワイヤと第２のワイヤとを介して電力を受取る。信号調整装置における駆動回路は電力供給部から受取った電力から駆動信号を生成し、駆動信号をコリオリ流量の少なくとも１つの管路へ固定された駆動装置へ印加する。信号調整装置におけるピックオフ信号調整回路は、コリオリ流量の少なくとも１つの管路へ固定された第１のピックオフ・センサと第２のピックオフ・センサとから入力信号を受取り、管路を流れる物質の特性を表わす情報を入力信号から生成し、この情報を含む出力信号を遠隔のホスト・システムへ送出する。信号調整装置におけるホスト側保護回路は、本質的に安全な閾値を越える電力が、信号調整装置をホスト・システムへ接続するリード線へ、信号調整装置における回路により印加されることを阻止する。信号調整装置における流量計組立体保護回路は、本質的に安全な閾値を越える電力が、信号調整装置を駆動装置、第１のピックオフ・センサおよび第２のピックオフ・センサに接続するリード線へ、信号調整装置における回路により印加されることを阻止する。
好ましくは、本質的に安全であり得るコリオリ流量計組立体のための流量計電子装置は、駆動回路と、前記駆動回路内に構成された信号調整装置と、前記流量計電子装置及び前記信号調整装置へ電力を供給することができる電力供給部とを具備する。この流量計電子装置は、
信号調整装置から離れた位置に設けられ、前記電力供給部が内部に構成されているホスト・システムを備え、
前記信号調整装置が前記遠隔のホスト・システムの前記電力供給部から第１のワイヤおよび第２のワイヤを介して電力を受取り、
前記信号調整装置内の前記駆動回路が、前記電力供給部から受取った前記電力から駆動信号を生成し、該駆動信号を前記コリオリ流量計の少なくとも１つの管路に固定された駆動装置へ印加し、
前記信号調整装置内のピックオフ信号調整回路が、前記少なくとも1つの管路に固定された第１のピックオフ・センサと第２のピックオフ・センサとから入力信号を受取り、該入力信号に応答して、前記少なくとも１つの管路を流れる物質の特性を表わす情報を生成し、前記信号調整装置が、前記情報を含む出力信号を前記遠隔のホスト・システムへ送出し、
前記信号調整装置内のホスト側保護回路が、前記ホスト・システムに前記信号調整装置を接続する線に対して、本質的に安全な閾値を越える電力が前記信号調整装置における回路により印加されることを阻止し、
前記信号調整装置内の流量計組立体保護回路が、前記信号調整装置を前記駆動装置、前記第１のピックオフ・センサおよび前記第２のピックオフ・センサへ接続する線に対して、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記信号調整装置における回路により印加されることを阻止する
ことを特徴とする。
好ましくは、前記ホスト側保護回路は、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記信号調整装置における前記回路により前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとへ印加されることを阻止する電力供給保護回路を含む。
好ましくは、前記ホスト側保護回路は、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路を前記ホスト・システムへ接続するリード線へ印加されることを阻止する信号保護回路を含む。
好ましくは、前記流量計組立体保護回路は、前記駆動回路により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記駆動装置へ接続された線へ印加されることを阻止する駆動装置保護回路を更に含む。
好ましくは、前記流量計組立体保護回路は、前記ピックオフ信号調整回路により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記第１のピックオフ・センサおよび前記第２のピックオフ・センサを前記ピックオフ信号調整回路へ接続する線に印加されることを阻止するセンサ保護回路を更に含む。
好ましくは、前記遠隔のホスト・システムは、前記電力供給部と２次信号処理システムとを含んでおり、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ホスト・システムにより前記信号調整装置と前記ホスト・プロセッサとの間で前記リード線へ印加されることを阻止するホスト・システムにおける防壁を更に含む。
好ましくは、前記防壁は、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記電力供給部により前記第１のワイヤのうちの１つと前記第２のワイヤのうちの１つとへ印加されることを阻止する電力保護回路を含む。
好ましくは、流量計電子装置は、前記２次信号処理システムにより、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路を前記２次信号処理システムへ接続する線へ印加されることを阻止する、前記遠隔のホスト・システム内の２次処理保護回路を更に備える。
好ましくは、前記出力信号は、前記ピックオフ信号調整回路により、前記遠隔のホスト・システムへ達する前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとへ印加される。
好ましくは、前記出力信号は、前記遠隔のホスト・システムへ接続される第３のワイヤと第４のワイヤとへ印加される。
好ましくは、前記駆動回路は、前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電流量を制御する。
好ましくは、前記駆動回路は、前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電圧量を制御する。
好ましくは、コリオリ流量計組立体に対する信号を処理するために本質的に安全であり得る方法であって、前記コリオリ流量計を流れる物質の特性を示す情報を入力信号から生成する方法は、
遠隔のホスト・システムにおける電力供給部から第１のワイヤと第２のワイヤとを介して、信号調整装置において電力を受け取るステップと、
前記信号調整装置における回路により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとへ印加されることを阻止するステップと、
前記信号調整装置における駆動回路を用いて、前記の受け取られた電力から駆動信号を生成するステップと、
前記コリオリ流量計の少なくとも1つの管路へ固定された駆動装置へ前記駆動信号を印加するステップと、
前記駆動回路により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記駆動装置へ接続された線へ印加されることを阻止するステップと、
前記コリオリ流量計の少なくとも1つの管路へ固定された第１のピックオフ・センサと第２のピックオフ・センサとから、入力信号をピックオフ信号調整回路において受け取るステップと、
前記ピックオフ信号調整回路により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記第１のピックオフ・センサと前記第２のピックオフ・センサとを前記ピックオフ信号調整回路へ接続する線へ印加されることを阻止するステップと、
前記情報を含む出力信号を前記遠隔のホスト・システムへ送出するステップと、
前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路を前記遠隔のホスト・システムへ接続する線へ印加されることを阻止するステップと、
を含むことを特徴とする。
好ましくは、前記ホスト・システムは、前記電力供給部と２次信号処理システムとを含み、前記方法は、前記遠隔のホスト・システムにより、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記信号調整装置と前記２次信号処理システムとの間で線へ印加されることを阻止するステップを更に含む。
好ましくは、前記遠隔のホスト・システムからの電力を阻止する前記ステップは、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記電力供給部により前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとへ印加されることを阻止するステップを含む。
好ましくは、前記遠隔のホスト・システムからの電力を阻止する前記ステップは、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記２次信号処理システムにより前記ピックオフ信号調整回路を前記２次信号処理システムへ接続するリード線へ印加されることを阻止するステップを含む。
好ましくは、前記出力信号を送出する前記ステップは、前記ピックオフ信号調整回路により前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとへ印加するステップを含む。
好ましくは、前記出力信号を送出する前記ステップは、前記遠隔のホスト・システムに接続される第３のワイヤと第４のワイヤとへ前記出力信号を印加するステップを更に含む。
好ましくは、前記方法は、前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電流量を制御するステップを更に含む。
好ましくは、前記方法は、前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電圧量を制御するステップを更に含む。
好ましくは、流量計電子装置を備える流量計信号処理システムは、前記流量計電子装置が、信号調整装置と、前記信号調整装置に遠隔位置で結合されるホスト・システムとを具備し、前記信号調整装置と前記ホスト・システムとが本質的に安全な閾値内で動作することを特徴とする。
好ましくは、流量計信号を処理する方法は、
流量計電子装置を設けるステップと、
信号調整装置と、流量計組み立て体に結合されたホスト・システムとを有する前記流量計電子装置の信号処理システムを設けるステップと、
前記信号調整装置を本質的に安全な閾値内で動作させるステップと、
前記ホスト・システムを前記信号調整装置から遠隔に且つ本質的に安全な閾値内で動作させるステップと、
前記信号調整装置において、前記流量計組立体から信号を受け取るステップと、
前記信号を処理するステップと、
を含むことを特徴とする。
本発明の上記および他の利点は、詳細な説明および添付図面において記述される。
詳細な説明
本発明の望ましい実施の形態について、以下において、同じ数字は同様の要素を指示する添付図面に関して更に詳細に記述する。当業者は理解するように、本発明が多くの異なる形態で実施され得るものであり、本文に記述する実施の形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施の形態は、開示が完全かつ充分であり、当業者へ本発明の範囲を充分に伝えるように提示される。
図１は、コリオリ流量計組立体１０と流量計電子装置２０とを含む例示のコリオリ流量計５を示している。流量計電子装置２０は、経路１００を介してコリオリ流量計組立体１０へ接続され、例えば密度、質量流量、体積流量および総合的な質量流量の情報を経路２６により提供する。コリオリ流量計の構造について記述するが、本発明は管路を流れる物質の特性を計測するため振動管路を備える任意の装置と結合して実施し得る。このような装置の第２の例は、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は持たない振動流管型密度計である。
流量計組立体１０は、フランジ１０１、１０１′、マニフォールド１０２および管路１０３Ａ、１０３Ｂを備える。管路１０３Ａ、１０３Ｂには、駆動装置１０４とピックオフ・センサ１０５、１０５′と温度センサ１０７とが接続される。ブレース・バー１０６、１０６′は、各管路が振動する軸Ｗ、Ｗ′を規定するよう働く。
計測されている処理物質を搬送するパイプライン系（図示せず）にコリオリ流量計５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を通過して物質は管路１０３Ａ、１０３Ｂへ向かわされ、管路１０３Ａ、１０３Ｂを通って再びマニフォールド１０２へ戻り、マニフォールド１０２からフランジ１０１′を通って流量計組立体１０から出る。
管路１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれ曲げ軸Ｗ−Ｗ、Ｗ′−Ｗ′に関して実質的に同じ質量配分、慣性モーメントおよび弾性率となるように選定されてマニフォールド１０２に適切に取付けられる。管路１０３Ａ、１０３Ｂは、マニフォールドから実質的に平行に外方へ伸びている。
管路１０３Ａ、１０３Ｂは、それらの曲げ軸Ｗ、Ｗ′の周囲で反対方向へ、且つ、流量計のいわゆる第１位相ずれ曲げモードで、駆動装置１０４によって駆動される。駆動装置１０４は、管路１０３Ａに取付けられた磁石のような複数の周知の構成のうちの任意の１つと、管路１０３Ｂに取付けられた対向コイルとを含み、対向コイルを介して交流電流が両方の管路を振動させるよう流される。適切な駆動信号が流量計電子装置２０により経路１１０を介して駆動装置１０４へ印加される。
ピックオフ・センサ１０５、１０５′は、管路１０３Ａ、１０３Ｂの振動を計測するように、これらの管路のうちの少なくとも１つの対向端に固定される。管路１０３Ａ、１０３Ｂが振動すると、ピックオフ・センサ１０５、１０５′が第１のピックオフ信号と第２のピックオフ信号とを生じる。これら第１および第２のピックオフ信号は経路１１１、１１１′へ印加される。駆動装置速度信号は経路１１０へ印加される。
温度センサ１０７は、管路１０３Ａ、１０３Ｂのうちの少なくとも１つへ固定される。温度センサ１０７は、システムの温度に対する式を修正するため管路の温度を計測する。経路１１２は温度信号を温度センサ１０７から流量計電子装置２０へ運ぶ。
流量計電子装置２０は、経路１１１′、１１１″にそれぞれ現われる第１および第２のピックオフ信号を受信する。流量計電子装置２０は、これら第１および第２の速度信号を処理して、流量計組立体１０を流れる物質の質量流量、密度その他の特性を計算する。この計算された情報は、流量計電子装置２０により経路２６で利用手段（図示せず）へ印加される。
コリオリ流量計５は構造において振動管型密度計と類似している。振動管型密度計も流体が内部に流れる振動管を用いており、サンプル型密度計の場合には、振動管の内部に流体が保持される。振動管型密度計はまた、管路を振動させるよう励振するための駆動システムを用いる。振動管型密度計は典型的には唯一つのフィードバック信号を使用するが、これは密度の計測が周波数の計測のみを必要とし、位相の計測は必要でないからである。本発明の記述は、振動管型密度計にも同様に妥当する。
図２は、本発明の望ましい実施の形態をブロック図において示している。この実施の形態においては、流量計電子装置２０は、２つの構成要素、すなわちホスト・システム２００と信号調整装置２０１とに物理的に分けられる。従来の流量計電子装置においては、これらの構成要素は１つのユニットの中に収容される。このため、９芯ケーブルを流量計電子装置２０から流量計組立体１０へ延ばすことが必要になる。しかし、当該実施の形態にしたがって流量計電子装置２０の構成要素をホスト・システム２００と信号調整装置２０１とに分割することにより、流量計電子装置２０からの信号を印加する９芯ケーブル、すなわち、駆動装置１０４、ピックオフ・センサ１０５、１０５′および温度センサ１０７（全ての構成要素は図１に示される）と接続されたリード線の必要を無くすことができる。その代わり、信号調整装置２０１を流量計組立体１０に対し並置することにより、信号調整装置２０１は経路１１０、１１１−１１１′、１１２において９本のリード線へ直接接続される。
信号調整装置２０１は、駆動回路２１０とピックオフ調整回路２２０とを備える。信号調整装置２０１は本質的に安全であり得る。このため、信号調整装置２０１における全ての回路は、本質的に安全な閾値より低い電力レベルで動作する。本文の論議のために、電力はエネルギおよび（または）電力を意味する。本質的に安全な閾値とは、回路からの火花、過大なエネルギまたは過剰な熱が環境内の揮発性物質を発火させないことを保証するよう装置が動作し得る最大電力である。駆動回路２１０およびピックオフ調整回路２２０は、実際には、別個のアナログ回路であっても、ディジタル信号プロセッサその他のディジタル型の構成要素により提供される別個の機能であってもよい。
駆動回路２１０は、駆動信号を生成して該駆動信号を経路１００の経路１１０を介して駆動装置１０４へ印加する（図１参照）。経路１１０は第１のリード線と第２のリード線を有する。駆動回路２１０は、経路２１５によりピックオフ信号調整回路に接続されている。経路２１５は、駆動信号を調整するよう駆動回路が到来ピックオフ信号を監視できるようにする。駆動回路２１０およびピックオフ調整回路２２０を動作させる電力は、第１のワイヤ２１１と第２のワイヤ２１２を介してホスト・システム２００から供給される。第１のワイヤ２１１と第２のワイヤ２１２とは、従来の２芯ケーブルあるいは４芯ケーブルの一部であってよい。
ピックオフ調整回路２２０は、第１のピックオフ装置１０５、第２のピックオフ装置１０５′および温度センサ１０７から経路１１１、１１１′、１１２（図１参照）を介して入力信号を受取る。ピックオフ調整回路２２０は、ピックオフ信号の周波数を決定し、また管路１０３Ａ−１０３Ｂ（図１参照）内を流れる物質の特性をも決定する。ピックオフ・センサ１０５−１０５′からの入力信号の周波数および物質の特性が決定された後、この情報を運ぶ出力信号が生成され、経路２２１を介してホスト・システム２００における２次処理装置２５０へ送られる。望ましい実施の形態においては、経路２２１は２本のリード線３２１、３２２（図３参照）を含む。
ホスト・システム２００は、電力供給部２３０と２次処理システム２５０とを備える。電力供給部２３０は電源から電気を受取り、受取った電気をシステムが必要とする適正な電力へ変換する。２次処理システム２５０は、ピックオフ信号調整回路２２０から出力信号を受取り、ユーザが必要とする、管路１０３Ａ−１０３Ｂ内を流れる物質の特性を提供するのに必要な処理を行う。このような特性は密度、質量流量および体積流量を含むが、これらに限定されるものではない。
図３は、本質的に安全である本発明による実施の形態のブロック図を示している。この実施の形態は、信号調整装置２０１が本質的に安全であることを可能にする。従って、信号調整装置２０１は防爆型ハウジングに収容される必要がない。その代わり、爆発性の環境では、ホスト・システム２００の構成要素のみは防爆型ハウジングに収容されねばならない。
信号調整装置２０１を本質的に安全であるようにするために、駆動回路２１０とピックオフ調整回路２２０は、本質的に安全な閾値より低い電力で動作しなければならないが、本質的に安全な閾値とは、回路からの火花や熱が環境内の揮発性物質を発火させないことを保証するように装置を動作させることを種々の機関が許容する最大電力である。当該実施の形態では、駆動制御回路２１０は経路２１１、２１２を介して電力供給部２３０から電力を受取り、駆動信号を経路１００の経路１１０（図１参照）のリード線３４１−３４２を介して駆動装置１０４へ印加する。
ピックオフ信号調整回路２２０は、後述する流量計組立体防壁回路３３０を通るリード線３４３−３４７を介してピックオフ・センサ１０５−１０５′（図１に示す）と温度センサ１０７とから信号を受取る。次いで、この出力信号は経路２２１のリード線３２１−３２２へ印加される。リード線３２１、３２２は、通常の４−２０ｍａまたはＲＳ４０５規則をサポートするために必要とされる。しかし、当業者は認識するように、上記出力信号をホスト・システム２００から電力を受取るリード線２１１−２１２へ印加することが可能である。
信号調整装置２０１はまた、本質的に安全な閾値を越える電力が、信号調整装置２０１をホスト・システム２００へ接続するリード線へ信号調整装置２０１により印加されるのを阻止するホスト側保護回路３２０と、本質的に安全な閾値を越える電力が、信号調整装置２０１を流量計組立体１０へ接続するリード線３４１−３４９へ信号調整装置２０１により印加されるのを阻止する流量計組立体保護回路３３０とを備える。本質的に安全な閾値とは、種々の機関が装置を本質的に安全であるものとして評価されるよう動作させることを許容する最大電力量である。電力は、リード線の両端における電流または電圧の量によって計測される。
ホスト側保護回路３２０は電力保護回路３２２と信号保護回路３２４とを備える。電力保護回路３２２は、第１のワイヤ２１１と第２のワイヤ２１２とを介して電力を受取るが、動作期間に、または短絡が生じると、信号調整装置２０１によって電力がワイヤ２１１−２１２を介して印加されるのを阻止する。信号保護回路３２４は、本質的に安全な閾値を越える電力が信号調整装置２０１によりリード線３２１−３２２へ印加されないことを保証する。
流量計組立体保護回路３３０は駆動装置保護回路３３１とセンサ保護回路３３２とを備える。駆動装置保護回路３３１は、駆動装置１０４（図１に示される）へ接続されるリード線３４１、３４２へ本質的に安全な閾値を越える電力が駆動回路２１０によって印加されることを阻止する。センサ保護回路３３２は、本質的に安全な閾値を越える電力が、動作期間にまたは短絡が生じたときに、ピックオフ信号調整回路２２０によりリード線３４３−３４７へ印加されることを阻止する。
システムを本質的に安全にするために、遠隔のホスト・システム２００は、信号調整装置２０１へ接続されたリード線に、本質的に安全な閾値を越える電力を印加することができない。ホスト・システム２００における防壁３１０は、ホスト・システム２００を信号調整装置２０１へ接続するリード線２１１−２１２、３２１−３２２に、本質的に安全な閾値を越える電力が印加されることを阻止する。防壁３１０は電力供給部保護回路３１１と２次処理保護回路３１２とを備える。
電力供給部保護回路３１１は、経路３１３−３１４を介して電力供給部２３０から電力を受取るが、正常な動作期間にまたは短絡が生じたときに、リード線２１１−２１２へ印加されている電力が本質的に安全な閾値を越えることを阻止する回路を備える。電力量は、リード線２１１−２１２における電流量または電圧量において計測される。
２次処理保護回路３１２は、経路２２１においてリード線３２１−３２２を介してピックオフ信号調整回路２２０から信号を受取り、リード線３１５−３１６を介して２次処理装置２５０へ出力信号を送出する。２次処理防壁回路３１２は、正常な動作期間にまたは短絡が生じたときに、本質的に安全な閾値を越える電力が経路２２１のリード線３２１−３２２へ印加されることを阻止する。
以上は、本質的に安全であることが可能であり且つ従来の９芯ケーブルの必要を無くす信号調整装置を備えるコリオリ流量計のための流量計電子装置についての記述である。予測されるように、当業者であれば、本文に述べた本発明を文言どおりまたは均等論により侵害する他の流量計電子装置を設計することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による流量計電子装置を組み込んだコリオリ流量計を示す。
【図２】
本発明による流量計電子装置のブロック図を示す。
【図３】
本発明による望ましい実施の形態の流量計電子装置のブロック図を示す。