JP2004077365A

JP2004077365A - ２線式電磁流量計

Info

Publication number: JP2004077365A
Application number: JP2002240361A
Authority: JP
Inventors: Shin Suzuki; 鈴木　伸
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: JP3964761B2

Abstract

【課題】異常検知専用の回路構成を必要とすることなく入力異常や機器異常などの計測異常を検知できる２線式電磁流量計を実現する。
【解決手段】制御部１４で、Ａ／Ｄ変換部１３での変換異常を検出する変換異常検出手段１４Ａと、直流サンプル値２３のばらつき範囲の異常を検出するばらつき範囲異常検出手段１４Ｂのうち、少なくともいずれか一方の異常検出手段からの検出結果に基づき、流量計測における計測異常の有無を判断する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２線式電磁流量計に関し、特に流量計測時の入力異常や機器異常などの計測異常を検出する２線式電磁流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電磁流量計では、被計測流体が流れる管内に対向配置された１対の電極間に磁界を印加することにより、被計測流体の流速に応じた信号起電力を検出し、この信号起電力に基づいて被計測流体の流量を計測している。
【０００３】
このような２線式電磁流量計では、流量計測の際、常に電極が流体に接液している状態すなわち満水状態であることが前提となっている。したがって、流体の量が少なく電極に接液していない場合（非満水状態）、電極に異物が付着して接液が不十分な場合、さらには流体自体の導電率が低い場合など、被計測流体に関する入力異常が発生している場合には、所望の計測流量が得られず、不正な計測結果となる。
また、このような入力異常だけでなく、計器の故障、例えば検出器に設けられている励磁コイルや電極配線の断線、接地の不良などの機器異常が発生している場合にも、所望の計測流量が得られず、不正な計測結果となる。
【０００４】
従来、４線式電磁流量計では、特開平１１−１３２８０４号公報に開示されているように、このような入力異常を検知するために電極に直流電流を印加し、そのインピーダンスに応じて接液状態を検知する回路や、機器異常を検知するために励磁回路の断線を検知する断線検知回路をそれぞれ設け、その異常に起因して得られた不正な計測結果の出力を停止する、もしくは出力を０％に固定するか、あるいは警報を発するものとなっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、２線式電磁流量計では、最低４ｍＡという限られた電源電流で、励磁コイルを駆動するとともに制御系回路を動作させる必要があり、特に励磁コイルに供給する励磁電流の大きさはノイズ特性に大きく影響を与えるため、十分な大きさの励磁電流が必要となる。一方、異常検知専用の回路構成がさらに必要な場合には、それら回路構成のために電源電流を振り分ける必要があるので、他の回路構成へ振り分ける電源電流を抑制しなければならない。
また、前述した４線式電磁流量計のように、通常の流量計測とは別個に入力異常や機器異常を検知する構成を設けた場合、回路規模の大型化や消費電流の増加、さらにはコストアップの要因となるという問題点も発生する。
【０００６】
さらに、通常、電磁流量計では、電極や励磁コイルからなる検出器側すなわち交流側と、Ａ／Ｄ変換部やＣＰＵなどの制御回路からなる変換器側すなわち直流側とを電気的に絶縁する必要がある。したがって、電極や励磁コイルに直流電流を印加し異常検知のための信号を検出器側から得て変換器側で処理するためには、直流電流を印加してインピーダンスを検出する回路構成に加えて、検出器側から得られた信号を電気的に絶縁するためのフォトカプラも必要となる。また、通常、２線式電磁流量計では、電極で発生する起電力のアースとなる配管電位と供給電源のアースでの２点接地を避けるために、変換器内で絶縁回路を設けている。その絶縁回路の構成によっては、異常検知回路が加えられると、その異常検知信号のためにさらに絶縁回路を設けなければならなかった。
【０００７】
このような種々の制約により、入力異常や機器異常などの計測異常を検知できる２線式電磁流量計は今まで実現できなかった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、異常検知専用の回路構成を必要とすることなく入力異常や機器異常などの計測異常を検知できる２線式電磁流量計を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にかかる２線式電磁流量計は、被計測流体が流れる管内に対向配置された１対の電極間に磁界を印加して、被計測流体の流速に応じた振幅を有する信号起電力を検出し、その信号起電力を増幅してサンプルホールドすることにより直流流量信号を生成し、この直流流量信号をＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換して得られた直流サンプル値に基づき、制御部で被計測流体の流量を算出する２線式電磁流量計において、制御部で、Ａ／Ｄ変換部での変換異常を検出する変換異常検出手段と、直流サンプル値のばらつき範囲の異常を検出するばらつき範囲異常検出手段のうち、少なくともいずれか一方の異常検出手段からの検出結果に基づき、流量計測における計測異常の有無を判断するようにしたものである。
【０００９】
また、本発明にかかる他の２線式電磁流量計は、被計測流体が流れる管内に対向配置された１対の電極間に磁界を印加して、被計測流体の流速に応じた振幅を有する信号起電力を検出し、その信号起電力を増幅してサンプルホールドすることにより直流流量信号を生成し、この直流流量信号をＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換して得られた直流サンプル値に基づき、制御部で被計測流体の流量を算出する２線式電磁流量計において、制御部に、Ａ／Ｄ変換部での変換異常を検出する変換異常検出手段と、直流サンプル値のばらつき範囲の異常を検出するばらつき範囲異常検出手段とを設け、変換異常検出手段で変換異常が検出された場合には、流量計測の計測異常と判断し、変換異常検出手段で変換異常が検出されなかった場合には、ばらつき範囲異常検出手段での検出結果に基づき、流量計測における計測異常の有無を判断するようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施の形態にかかわる２線式電磁流量計の構成を示すブロック図である。
この２線式電磁流量計は、検出器１と変換器１０とから構成されている。
検出器１では、変換器１０からの矩形波の交流励磁電流に基づいて励磁コイル４により管２内の被測定流体に磁界を印加し、その流体に発生した信号起電力を電極３Ａ，３Ｂにより検出して出力する。
【００１１】
変換器１０には、増幅部１１、サンプルホールド部１２、Ａ／Ｄ変換部１３、制御部１４、出力部１５および励磁部１６が設けられている。
励磁部１６は、検出器１の励磁コイル４に対して交流励磁電流を出力する。増幅部１１は、検出器１からの信号起電力を交流増幅し、被計測流体の流速に応じた振幅を有する交流流量信号２１を出力する。サンプルホールド部１２は、交流流量信号２１を交流励磁電流と同期した所定のタイミングでサンプリングして積分し、被計測流体の流速に応じた直流レベルを示す直流流量信号２２を出力する。Ａ／Ｄ変換部１３は、直流流量信号２２を所定のタイミングでＡ／Ｄ変換し、そのデジタル値をサンプル値２３として出力する。
【００１２】
制御部１４は、ＣＰＵなどのマイクロプロセッサとその周辺回路からなり、予め設定されたプログラムを実行することにより、変換器１０の各部を制御するとともに、サンプル値２３から計測流量値２４を算出する。
出力部１５は、計測流量値２４に応じた流量信号２５を出力する。当該２線式電磁流量計は、現在選択されている計測スパンにおける計測流量値の大きさを、その計測スパンの０〜１００％に対応する４ｍＡ〜２０ｍＡの電流値で流量信号２５を出力する。
【００１３】
本実施の形態では、上記制御部１４に変換異常検出手段１４Ａおよびばらつき範囲異常検出手段１４Ｂを設け、これら機能手段を用いて、Ａ／Ｄ変換部１３の変換動作状況やその変換動作により得られたサンプル値２３に基づき、流量計測時の計測異常を検知する。
変換異常検出手段１４Ａおよびばらつき範囲異常検出手段１４Ｂは、制御部１４における流量算出処理と同様に、制御部１４を構成するプロセッサなどのハードウェアとプログラムとが協働することにより実現される。
【００１４】
次に、図２〜４を参照して、本実施の形態にかかわる２線式電磁流量計の計測異常検知動作について説明する。図２は変換異常検出手段１４Ａでの変換異常判定処理を示すフローチャートである。図３はばらつき範囲異常検出手段１４Ｂでのばらつき範囲異常判定処理を示すフローチャートである。図２は制御部１４での計測異常検知処理を示すフローチャートである。
【００１５】
検出器１の電極３Ａ，３Ｂから増幅部１１への配線が断線している場合、これら配線のインピーダンスが高くなってＡＣノイズが混入しやすい。このような機器異常の場合、交流流量信号２１の振幅が非常に大きくなって直流流量信号２２がＡ／Ｄ変換部１３の入力レンジをオーバーするため、Ａ／Ｄ変換動作での異常すなわち変換異常が発生する。
したがって、この変換異常をＡ／Ｄ変換部１３からのサンプル値２３に基づき検出することにより、専用の検出回路を用いることなく、上記のような電極配線の断線などの機器異常を検出できる。
【００１６】
変換異常検出手段１４Ａでは、Ａ／Ｄ変換部１３でのＡ／Ｄ変換動作を監視し、上記のような変換異常を検出する。なお、Ａ／Ｄ変換部１３で用いられる一般的なＡ／Ｄ変換器では、このような異常が発生した場合、サンプル値２３の出力を停止したり、外部からの問い合わせに応答しなくなる。
したがって、Ａ／Ｄ変換動作の監視方法については、このようなＡ／Ｄ変換器の振る舞いを変換異常検出手段１４Ａで監視すればよい。
【００１７】
図２の変換異常判定処理では、Ａ／Ｄ変換部１３での変換動作（監視動作）８回のうち、変換異常が４回以上検出された場合（ステップ１００：ＹＥＳ）、変換異常ありと判定する（ステップ１０２）。
一方、変換異常が４回未満の場合には（ステップ１００：ＮＯ）、変換異常なしと判定する（ステップ１０１）。
【００１８】
このように複数回にわたって変換異常を監視するようにしたので、安定した判定を実現できる。なお、図２では変換動作回数（監視回数）を８回とし、異常判定率を５０％（４回／８回）とした場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、２線式電磁流量計が適用されるアプリケーションに応じて変更してもよい。
【００１９】
また、検出器１の励磁コイル４が断線している場合や被計測流体の量が少なく検出器１の電極３Ａ，３Ｂに流体が接液していない場合（非満水状態）や、電極に異物が付着して接液が不十分な場合、さらには純水など流体自体の導電率が低い場合などの入力異常の際には、交流流量信号２１の振幅変動が大きくなって直流流量信号２２の変動も大きくなり、Ａ／Ｄ変換部１３からのサンプル値２３は大きくばらつく。すなわちばらつき範囲異常が発生する。
したがって、このようなばらつき範囲異常をＡ／Ｄ変換部１３からのサンプル値２３に基づき検出することにより、専用の検出回路を用いることなく、上記のような入力異常を検出できる。
【００２０】
ばらつき範囲異常検出手段１４Ｂでは、Ａ／Ｄ変換部１３からのサンプル値２３のばらつき範囲を監視し、上記のようなばらつき範囲異常の発生を検出する。図３のばらつき範囲異常判定処理では、Ａ／Ｄ変換部１３から出力されたサンプル８個のうちから、最大値と最小値を選択し（ステップ１１０）、その最大値と最小値の差を算出する（ステップ１１１）。そして、その差、すなわちばらつき範囲が所定のしきい値より大きい場合（ステップ１１２：ＹＥＳ）、ばらつき範囲異常ありと判定する（ステップ１１４）。
一方、最大値と最小値の差がしきい値以下の場合には（ステップ１１２：ＮＯ）、ばらつき範囲異常なしと判定する（ステップ１１３）。
【００２１】
このように複数個のサンプル値からばらつき範囲異常を監視するようにしたので、安定した判定を実現できる。なお、図３ではばらつき範囲監視サンプル数（監視個数）を８個とした場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、２線式電磁流量計が適用されるアプリケーションに応じて変更してもよい。また、しきい値については正常計測時におけるサンプル値のばらつき幅を基にした値、例えば正常計測時のばらつき幅の１０倍をしきい値として設定すればよい。なお、サンプル値のばらつき範囲を監視する方法としては、図３において最大値と最小値の差を監視する例について説明したが、サンプル値から算出した分散などの統計値を用いてばらつき範囲を監視するようにしてもよい。
【００２２】
制御部１４では、このような変換異常検出手段１４Ａおよびばらつき範囲異常検出手段１４Ｂを用いて、例えば３０秒ごとの所定の間隔で計測異常を検知する。
図４の計測異常検知処理では、まず、変換異常検出手段１４Ａを用いて変換異常を検査する（ステップ１２０）。そして、変換異常が確認された場合には（ステップ１２１：ＹＥＳ）、計測異常と判定し（ステップ１２６）、サンプル値から算出された流量値に代えて、計測流量値２４として０％に固定的に出力し（ステップ１２７）、一連の計測異常検知処理を終了する。
また、ステップ１２１において変換異常が確認されなかった場合には（ステップ１２１：ＮＯ）、ばらつき範囲異常検出手段１４Ｂを用いてばらつき範囲異常を検査する（ステップ１２２）。そして、ばらつき範囲異常が確認された場合には（ステップ１２２：ＹＥＳ）、前述と同様にステップ１２６へ移行する。
【００２３】
また、ステップ１２３において、ばらつき範囲異常が確認されなかった場合には（ステップ１２３：ＮＯ）、計測正常と判定し（ステップ１２４）、サンプル値２３に応じた計測流量値２４を算出して出力する通常計測動作へ移行し（ステップ１２５）、一連の計測異常検知処理を終了する。
【００２４】
このように、制御部１４のプログラム処理で実現される機能手段として、変換異常検出手段１４Ａやばらつき範囲異常検出手段１４Ｂを設け、Ａ／Ｄ変換部１３の振る舞いやそのサンプル値２３を用いたこれら異常検出手段での検出結果に基づき計測異常を検知するようにしたので、従来のように、異常検知用の特定信号を入出力することにより入力異常や機器異常を検知する回路構成を設ける必要がなくなり、異常検知専用の回路構成を必要とすることなく入力異常や機器異常などの計測異常を検知できる。したがって、回路規模の大型化や消費電流の増大、さらにはコストアップを招くことなく、計測異常検知機能を持った２線式電磁流量計を実現できる。
なお、計測異常の検知については、検知したい異常に応じて変換異常検出手段１４Ａまたはばらつき範囲異常検出手段１４Ｂのうち、少なくともいずれか一方の検出結果に基づき計測異常を検知すればよい。また、これら２つの異常検出手段での検出結果を組み合わせて計測異常を検知してもよい。
【００２５】
また、計測異常を検知する場合、変換異常検出手段１４Ａで異常が検出された場合には、流量計測の計測異常と判断し、変換異常検出手段１４Ａで異常が検出されなかった場合には、ばらつき範囲異常検出手段１４Ｂでの検出結果に基づき、流量計測における計測異常の有無を判断するようにしたので、ばらつき範囲異常に用いられるサンプル値として、変換異常による不正なサンプル値が用いられる可能性がなくなり、正常に変換されたサンプル値のみが用いられることになり、より正確な計測異常を実現できる。
【００２６】
前述した図４では、計測動作状態にかかわらず同じアルゴリズムで判定する場合を例に説明したが、計測動作状態が変化する際、例えば正常計測時から計測異常へ変化する場合、およびその逆方向へ変化する場合には、異なるアルゴリズムに基づき判定するようにしてもよい。
例えば、正常計測時には、図４のステップ１２２において、ばらつき範囲異常を判定する際、図３のばらつき範囲異常判定処理が実行される。このとき、最大値と最小値との差がしきい値より大きかった場合には、後続の異なるサンプル値を用いて同様の判定をさらに５回行い、そのうちの４回で異常と判定された場合にのみ、ばらつき範囲異常あり、この場合は計測異常と判定するようにしてもよい。
【００２７】
また、計測異常時も同様にして、図４のステップ１２２において、ばらつき範囲異常を判定する際、最大値と最小値との差がしきい値以下であった場合には、後続の異なるサンプル値を用いて同様の判定をさらに５回行い、そのうちの４回で正常と判定された場合にのみ、ばらつき範囲異常なし、この場合は計測正常と判定するようにしてもよい。
このように、計測動作状態が異なる状態へ移行する場合には、移行しない場合とは異なるアルゴリズムを用いて判定を繰り返し実行するようにしてもよく、これにより慎重な判定を実現でき、安定した計測異常検知が可能となる。
【００２８】
また、図３のばらつき範囲異常判定では、サンプル値のばらつきの大きさ、例えば最大値と最小値の差に応じてばらつき範囲異常の有無を判定する場合を例に説明したが、ステップ１１４のばらつき範囲異常ありと判定する前に、励磁電流の変化に対するサンプル値２３の追従の確認を行ってもよい。
サンプル値のばらつきが大きくなる現象は、計測異常ではなく流量が激しく変化する場合にも生ずる可能性がある。このような場合には、平均的な流量に応じた任意の中央値を持つことになる。したがって、励磁電流を変化させて得られたサンプル値の中央値も変化した場合には、計測異常ではなく単にばらつきが大きい状態であると判定できる。
【００２９】
また、励磁電流を変化させてもサンプル値の中央値が変化しない場合には、サンプル値に流量が反映されていないことから、計測異常であると判定できる。
このように、ばらつき範囲がしきい値より大きい場合には（ステップ１１２：ＹＥＳ）、励磁電流の変化に対するサンプル値２３の追従の確認し、その追従の有無に応じて計測異常を判定することにより、さらに慎重な判定を実現でき、安定した計測異常検知が可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、制御部で、直流流量信号の飽和によるＡ／Ｄ変換部での変換異常を検出する変換異常検出手段と、直流サンプル値のばらつき範囲の異常を検出するばらつき範囲異常検出手段のうち、少なくともいずれか一方の異常検出手段からの検出結果に基づき、流量計測における計測異常の有無を判断するようにしたので、入力異常や機器異常を検知するための異常検知専用の回路構成を必要とすることなく入力異常や機器異常などの計測異常を検知できる。したがって、回路規模の大型化や消費電流の増大、さらにはコストアップを招くことなく、計測異常検知機能を持った２線式電磁流量計を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる２線式電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図２】変換異常判定処理を示すフローチャートである。
【図３】ばらつき範囲異常判定処理を示すフローチャートである。
【図４】計測異常検知処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…検出器、２…管、３Ａ，３Ｂ…電極、４…励磁コイル、１０…変換器、１１…増幅部、１２…サンプルホールド部、１３…Ａ／Ｄ変換部、１４…制御部、１４Ａ…変換異常検出手段、１４Ｂ…ばらつき範囲異常検出手段、１５…出力部、１６…励磁部、２１…交流流量信号、２２…直流流量信号、２３…サンプル値、２４…計測流量値、２５…流量信号。

Claims

被計測流体が流れる管内に対向配置された１対の電極間に磁界を印加して、前記被計測流体の流速に応じた振幅を有する信号起電力を検出し、その信号起電力を増幅してサンプルホールドすることにより直流流量信号を生成し、この直流流量信号をＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換して得られた直流サンプル値に基づき、制御部で被計測流体の流量を算出する２線式電磁流量計において、
前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換部での変換異常を検出する変換異常検出手段と、前記直流サンプル値のばらつき範囲の異常を検出するばらつき範囲異常検出手段のうち、少なくともいずれか一方の異常検出手段からの検出結果に基づき、流量計測における計測異常の有無を判断することを特徴とする２線式電磁流量計。
被計測流体が流れる管内に対向配置された１対の電極間に磁界を印加して、前記被計測流体の流速に応じた振幅を有する信号起電力を検出し、その信号起電力を増幅してサンプルホールドすることにより直流流量信号を生成し、この直流流量信号をＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換して得られた直流サンプル値に基づき、制御部で被計測流体の流量を算出する２線式電磁流量計において、
前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換部での変換異常を検出する変換異常検出手段と、前記直流サンプル値のばらつき範囲の異常を検出するばらつき範囲異常検出手段とを有し、
前記変換異常検出手段で変換異常が検出された場合には、流量計測の計測異常と判断し、
前記変換異常検出手段で変換異常が検出されなかった場合には、前記ばらつき範囲異常検出手段での検出結果に基づき、流量計測における計測異常の有無を判断することを特徴とする２線式電磁流量計。