JP2011102809A - ケーブル配線並びに第１及び第２のピックオフ・センサでの信号差を決定するコリオリ流量計及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブル配線及びピックオフ・センサの固有特性の問題を解決する。
【解決手段】本コリオリ流量計２００は、第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂと、これらピックオフ・センサに結合されたケーブル配線２０５と、ケーブル配線に結合された信号注入装置２０３とを備える。信号注入装置は実質的に同位相である１つ以上の基準信号を生成し、１つ以上の基準信号をケーブル配線、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサに通信するように構成される。さらに、コリオリ流量計は、ケーブル配線に結合された信号調節回路２０２を備える。信号調節回路は、１つ以上の基準信号に応答してケーブル配線、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサから第１応答信号及び第２応答信号を受け取り、第１応答信号と第２応答信号との間の信号差を求めるように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ケーブル配線並びに第１及び第２のピックオフセンサでの信号差を決定するコリオリ流量計及び方法に関する。

コリオリ質量流量計等の振動管路センサは、通常、流動材料を含む振動管路の運動を検出することによって動作する。質量流量、密度等の管路内の材料に関連する特性は、管路に関連する運動変換器から受け取った測定信号を処理することによって決定することができる。振動する材料が充填された系の振動モードは、一般に、収容する管路と、それに含まれる材料との組合せ質量、剛性及び減衰特性によって影響される。

典型的なコリオリ質量流量計は、パイプライン又は他の輸送系で直列に接続された１つ又は複数の管路を含み、材料、例えば流体、スラリー等を搬送する。このシステムでは、各管路は例えば単純曲げモード、ねじりモード、半径方向モード及び結合モードを含む１組の固有振動モードを有すると考えることができる。典型的なコリオリ質量流量測定の応用においては、材料が管路を流れるときに管路が１つ又は複数の振動モードで励振され、管路の運動が、管路から間隔を置いて配置された地点で測定される。励振は、典型的には、管路の周期的な摂動を引き起こすアクチュエータ、例えばボイスコイル型駆動装置等の電気機械的装置によって実現される。質量流量は、各変換器位置での運動間の時間遅延又は位相差を測定することによって決定することができる。典型的には、このような２つの変換器（又はピックオフ・センサ）は、流れ管路の振動応答を測定するために使用され、典型的にはアクチュエータの上流側及び下流側の位置に配置される。２つのピックオフ・センサは、２つの独立したワイヤ対等のケーブル配線によって電子計器に接続される。計器は２つのピックオフ・センサから信号を受け取り、質量流量測定値を導出するために信号を処理する。

コリオリ流量計の流れ管路が空であるとき、理想的には２つのピックオフ信号間の位相差はゼロである。一方、通常動作期間には、流量計を通る流れは、コリオリ効果に起因して、２つのピックオフ信号間に位相ずれを誘導する。位相ずれは管路を流れる材料の流量に正比例する。したがって、信号差の正確な測定を行うことにより、流量計は質量流量を正確に測定することができる。

ピックオフ・センサからの信号間の信号差を決定することは、流量計計器の重要な動作である。この信号決定は、センサと計器との間のケーブル配線が測定信号に影響を及ぼす場合であっても正確に実施されなければならない。すべてのケーブル配線は固有の且つ分布したインダクタンス、キャパシタンス及び抵抗特性を含み、さらに、ピックオフ・センサは、信号差にさらに影響を及ぼす固有の特性を持ち得る。各ピックオフ信号はケーブル配線を通じて伝搬しなければならず、したがって、信号が流量計の測定計器に達する前に信号の精度が低下する可能性がある。

典型的な流量計ケーブル配線は、環境及び設置によって長さが変動し得る。流量計ケーブル配線は１０００フィートまで延びることがある。固有のインダクタンス、キャパシタンス及び抵抗等の分布ケーブル・パラメータは、ケーブル配線を通じて伝搬する正弦信号に対して何らかの信号差を導入する。その結果、ケーブルの端部では、ケーブルを通じて伝搬する２つの独立な測定信号は、全く同一のケーブル・パラメータを経験しない場合、ケーブルによって導入される信号差を経験することになる。測定計器は信号差を質量流量に関係付けるので、ケーブル配線及びセンサ・システムは、望ましくない誤差項を流量測定値に加える。

２つのケーブル対間の不整合に加えて、ケーブル配線及びセンサ・システムの分散パラメータは温度と共に変動する。この温度変動は、流量計が設置されたときや周囲温度が一定量よりも大きく変化したとき等に零点調整操作を必要とすることがある。零点調整操作期間（すなわち、流れのない条件下で）、計器は、システムによって生成された信号差（ピックオフ不整合、ケーブル配線不整合、計器不整合を含む）を捕捉し、後続のすべての位相測定値からこのオフセットを差し引く。しかし、１回の零点調整は適切な動作を保証しない。ケーブル配線／センサ・システム特性は現在及び将来に亘って経時的に変化し得る。

従来技術の流量計は、ケーブル配線及びピックオフ・センサの固有特性による信号差を自動的且つ継続的には補償するものではない。従来技術の流量計は流量計電子機器の外部で補償を実施するものではない。

本発明は、流量計のケーブル配線及びピックオフ・センサの固有の特性に関連する問題を解決する助けになる。

本発明の一つの実施の形態によれば、コリオリ流量計が提供される。コリオリ流量計は、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサと、これらセンサに結合されたケーブル配線と、ケーブル配線に結合された信号注入装置とを備える。信号注入装置は、実質的に同位相である１つ以上の基準信号を生成するように構成される。信号注入装置は、１つ以上の基準信号をケーブル配線、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサに通信するようにさらに構成される。コリオリ流量計は、ケーブル配線に結合された信号調節回路をさらに備える。信号調節回路は、１つ以上の基準信号に応答してケーブル配線、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサから第１応答信号及び第２応答信号を受け取り、第１応答信号と第２応答信号との間の信号差を決定するようにさらに構成される。

本発明の一つの実施の形態によれば、コリオリ流量計のケーブル配線、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサの信号差を決定する方法が提供される。この方法は、実質的に同位相である１つ以上の基準信号を生成すること、１つ以上の基準信号をケーブル配線、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサに通信すること、並びに１つ以上の基準信号に応答してケーブル配線、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサから返された第１応答信号と第２応答信号との間の信号差を決定することを含む。

態様
一つの態様では、信号注入装置は、デジタルの周波数コマンドを受け取って周波数入力を出力するように構成されたデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器と、Ｄ／Ａ変換器から周波数入力を受け取り、周波数入力で指定される周波数の単一の基準信号を出力する基準信号発生器と、単一の基準信号を１つ以上の基準信号に変換する変圧器とを備える。

別の態様では、変圧器は鉄芯変圧器を備える。

さらに別の態様では、変圧器は一次巻線、第１の二次巻線及び第２の二次巻線を備え、一次巻線の第１の二次巻線及び第２の二次巻線に対する巻線比は、ほぼ７：１：１の巻線比を有する。

さらに別の態様では、Ｄ／Ａ変換器は信号調節回路からデジタルの周波数コマンドを受け取る。

さらに別の態様では、１つ又は複数の基準信号の位相及び振幅は実質的に同一である。

さらに別の態様では、信号差が、信号調節回路によって第１測定信号及び第２測定信号から実質的に除去され、第１測定信号及び第２測定信号が、流れ管路の振動に応答して、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサによって生成される。

さらに別の態様では、信号調節回路が、信号差を使用して、ケーブル配線、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサに関する補償を実施するようにさらに構成される。

さらに別の態様では、信号調節回路が、信号差を使用して、ケーブル配線、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサに関する補償を周期的に実施するようにさらに構成される。

さらに別の態様では、第１応答信号及び第２応答信号が、第１測定信号及び第２測定信号とは異なる周波数であり、第１測定信号及び第２測定信号が、流れ管路の振動に応答して、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサによって生成される。

さらに別の態様では、第１応答信号及び第２応答信号が、第１測定信号及び第２測定信号と実質的に同一の周波数であり、第１測定信号及び第２測定信号が、流れ管路の振動に応答して、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサによって生成される。

さらに別の態様では、信号調節回路が、第１応答信号及び第２応答信号を使用して、ケーブル配線、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサでの開路を検出するようにさらに構成される。

さらに別の態様では、信号調節回路が、第１応答信号及び第２応答信号を使用して、ケーブル配線、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサでの短絡を検出するようにさらに構成される。

さらに別の態様では、信号調節回路が、第１応答信号及び第２応答信号を使用して、自動利得調節を実施するようにさらに構成される。

さらに別の態様では、信号調節回路は、第１応答信号及び第２応答信号と共に１つ以上の基準信号を受け取り、信号調節回路がさらに、１つ以上の基準信号を除去するように構成される。

流量計アセンブリ及び流量計電子機器を備えるコリオリ流量計を示す図である。 本発明の一つの実施の形態によるコリオリ流量計の図である。 本発明の一つの実施の形態によるコリオリ流量計のケーブル配線、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサでの信号差を決定する方法の流れ図である。 本発明の別の実施の形態によるコリオリ流量計を示す図である。 本発明の別の実施の形態による信号差を決定する方法の流れ図である。

図１〜図５及び以下の説明は、本発明の最良の形態をどのように作成し、使用するかを当業者に教示するための特定の例を示す。本発明の原理を教示する目的で、一部の従来の態様が単純化又は省略されている。本発明の範囲内に包含されるこうした例の変形形態を当業者は理解することができる。当業者は理解するように、以下で説明される特徴を、本発明の複数の変形形態を形成するために様々な方式で組み合わせることができる。その結果、本発明は特定の例に限定されず、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定される。

図１は、流量計アセンブリ１０及び流量計電子機器２０を備えるコリオリ流量計５を示す。流量計電子機器２０はリード線１００を介して流量計アセンブリ１０に接続され、経路２６を介して密度、質量流量、体積流量、合計質量流量、温度その他の情報を提供する。当業者には明らかように、駆動装置、ピックオフ・センサ及び流れ管路の数又は動作振動モードの如何にかかわらず、任意の形式のコリオリ流量計において本発明を用いることができる。

流量計アセンブリ１０は、１対のフランジ１０１、１０１’、マニホルド１０２、１０２’、駆動装置１０４、ピックオフ・センサ１０５〜１０５’及び流れ管路１０３Ａ、１０３Ｂを含む。駆動装置１０４及びピックオフ・センサ１０５、１０５’は流れ管路１０３Ａ、１０３Ｂに接続される。

フランジ１０１はマニホルド１０２に固定され、フランジ１０１’はマニホルド１０２’に固定される。マニホルド１０２、１０２’はスペーサ１０６の両端に固定される。スペーサ１０６はマニホルド１０２、１０２’間の間隔を維持し、流れ管路１０３Ａ、１０３Ｂでの望ましくない振動を防止する。流量計アセンブリ１０が、測定される材料を搬送するパイプライン・システム（図示せず）に挿入されると、材料はフランジ１０１を介して流量計アセンブリ１０に進入して入口マニホルド１０２を通過し、材料の総量が流れ管路１０３Ａ、１０３Ｂに進入して流れ管路１０３Ａ、１０３Ｂを流れ、出口マニホルド１０２’に戻るように誘導され、出口マニホルド１０２’で材料はフランジ１０１’を介して流量計アセンブリ１０から出る。

流れ管路１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれ曲げ軸Ｗ−Ｗ、Ｗ’−Ｗ’の周りにほぼ同一の質量分布、慣性モーメント及び弾性率を有するように選択され、適切に入口マニホルド１０２及び出口マニホルド１０２’に取り付けられる。流れ管路は、マニホルドから外側に本質的に平行に延びる。

流れ管路は１０３Ａ、１０３Ｂは、駆動装置１０４によってそれぞれの曲げ軸Ｗ、Ｗ’の周りに逆方向に、流量計の第１外れ曲げモードと呼ばれるモードで駆動される。駆動装置１０４は、流れ管路１０３Ａに取り付けられた磁石と、流れ管路１０３Ｂに取り付けられた対向コイル等の多数の周知の構成のうちの１つを含むことができる。両方の管路に振動が起こされるように、交流が対向コイルに流される。適切な駆動信号が流量計電子機器２０によってリード線１１０を介して駆動装置１０４に印加される。

各流量計電子機器２０は、リード線１１１、１１１’上のセンサ信号をそれぞれ受け取る。流量計電子機器２０はリード線１１０上に駆動信号を生成し、駆動信号は駆動装置１０４をして流れ管路１０３Ａ、１０３Ｂを振動させる。流量計電子機器２０は、質量流量を計算するために、ピックオフ・センサ１０５からの左側速度信号及びピックオフ・センサ１０５’からの右側速度信号を処理する。経路２６は、流量計電子機器２０がオペレータとインターフェースすることを可能にする入出力手段を提供する。図１の説明はコリオリ流量計の動作の一例に過ぎず、本発明の教示を限定するものではない。

図２は、本発明の一つの実施の形態によるコリオリ流量計２００の図である。流量計２００は、第１ピックオフ・センサ２０１ａ、第２ピックオフ・センサ２０１ｂ、信号調節回路２０２及び信号注入装置２０３を含む。信号調節回路２０２はケーブル配線２０５によって第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂに結合される。さらに、信号注入装置２０３もケーブル配線２０５に結合される。一つの実施の形態では、信号注入装置２０３及び信号調節回路２０２は、流量計電子機器２０（図１参照）の構成要素を含む。

第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂは、ケーブル配線２０５によって信号調節回路２０２に結合される。ケーブル配線２０５は、第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂを信号調節回路２０２に電気的に接続する任意の方式のワイヤ、ケーブル、ファイバなどを含むことができる。一つの実施の形態でのケーブル配線２０５は図１のリード線を含む。したがって、信号調節回路２０２は、流量計５の流れ管路の振動に応答して、ケーブル配線２０５を介して第１ピックオフ・センサ２０１ａから第１測定信号を、第２ピックオフ・センサ２０１ｂから第２測定信号を受け取る。

信号注入装置２０３は第１基準信号及び第２基準信号を生成する。第１基準信号及び第２基準信号は実質的に同位相である。或いは、第１基準信号及び第２基準信号は位相及び振幅が実質的に同一であってもよい。理解されるように、信号注入装置２０３は１つの基準信号を生成することができ、その１つの基準信号は、図４の信号注入装置２０３等によって第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂに通信される。さらに、信号注入装置２０３は第１基準信号及び第２基準信号をケーブル配線２０５、第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂに通信する。したがって、信号注入装置２０３は、第１基準信号及び第２基準信号をケーブル配線２０５、第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂに通信することができる。その結果、基準信号に応答して、第１応答信号が第１ピックオフ・センサ２０１ａによって生成され、第２応答信号が第２ピックオフ・センサ２０１ｂによって生成される。

応答信号は基準信号の反射を含むが、応答信号は、ケーブル配線２０５及びピックオフ・センサ２０１の固有特性に起因して、第１応答信号と第２応答信号との間に信号差を示し得る。信号差は、位相差、時間遅延、コリオリ誘導型ピックオフ差等を含むことができる。固有特性は、例えば、ケーブル配線２０５及びピックオフ・センサ２０１の分布インダクタンス特性、キャパシタンス特性及び抵抗特性を含むことができる。信号調節回路２０２は、この信号差を受け取り、検出し、測定することができる。信号差は、センサ・システムが完璧に平衡状態である場合のゼロを含む任意の値を含むことができる。したがって、ケーブル配線２０５及びピックオフ・センサ２０１で生成された信号差を決定し、測定することができる。

信号調節回路２０２は、質量流量測定値を生成するために第１測定信号及び第２測定信号を処理する。さらに、信号調節回路２０２は、第１基準信号及び第２基準信号に応答して、ケーブル配線２０５、第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂから返送される第１応答信号と第２応答信号との間の信号差を決定する。信号調節回路２０２は、その後に第１応答信号及び第２応答信号を処理するために、第１応答信号及び第２応答信号から第１基準信号及び第２基準信号を除去することができる。一つの実施の形態での信号調節回路２０２は、例えばデジタル・フィルタを使用する等により、第１応答信号及び第２応答信号から第１基準信号及び第２基準信号をフィルタリングする。図５及び付随する文により、基準信号の除去を一層詳細に検討する。

一つの実施の形態での信号差は、流量計５に関する補償を実施するのに使用される。信号調節回路２０２での測定信号から信号差を差し引く又は除去することができる。このようにして、流量計５は、ケーブル配線及びセンサの形式、ケーブル配線の長さ、ケーブル配線及びセンサに対する温度効果によって生み出される流量計５に対する影響をゼロにすることができ、ケーブル配線及びセンサの破損及び／又は製造欠陥等を検出することができる。

注入された基準信号間の位相差はゼロなので、信号調節回路２０２で測定される信号差は、温度誘導効果を含む、２つの信号経路間の不整合によるものである。補償信号は配線に注入されるので、ケーブルにより誘導される任意のシフトも測定される。したがって、信号調節回路２０２は、システム補償信号で測定された信号差によって実際のピックオフ・センサ測定値を調節することができる。最終結果は、位相補償された流量測定値を含む、システム補償された流量測定値である。

一つの実施の形態においては、信号差が測定信号から差し引かれる。別の実施の形態では、信号差の値は乗数又は比を含む。したがって、補償を実施するために、測定信号に信号差乗数又は信号差比を乗じることができる。理解されるように、他の補償方法を利用することもでき、他の補償方法はこの説明及び特許請求の範囲の範囲内にある。

理解されるように、第１基準信号及び第２基準信号は測定信号よりも高い又は低い周波数を有することができる（測定信号周波数は、流れ管路の振動数と、材料の流れに対する流量計５の応答とに依存する）。代わりに、第１基準信号及び第２基準信号は測定信号と同一の周波数を有することができる。

第１基準信号及び第２基準信号は本質的に連続的に生成されることができ、したがって信号調節回路２０２は本質的に継続的に応答信号を受け取り、補償を実施することができる。或いは、第１基準信号及び第２基準信号を周期的に生成し、所定の時間間隔で補償を実施するよう使用することもできる。

信号調節回路２０２はプロセッサ（図示せず）と信号差決定・補償ソフトウェア・ルーチンとを含むことができる。したがって、プロセッサはルーチンを実行することができ、第１基準信号及び第２基準信号の生成を制御することができ、第１応答信号及び第２応答信号を受け取ることができ、第１応答信号と第２応答信号との間の信号差を決定することができる。或いは、信号調節回路２０２は上記の動作を実施する等価回路及び／又は特殊回路構成要素を含むこともできる。

図３は、本発明の一つの実施の形態による、ケーブル配線２０５、第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂでの信号差を決定する方法の流れ図３００である。ステップ３０１で、信号注入装置２０３は第１基準信号及び第２基準信号を生成する。第１基準信号及び第２基準信号は実質的に同位相であってよい。一つの実施の形態での第１基準信号及び第２基準信号は、位相及び振幅が実質的に同一である。しかし、第１基準信号及び第２基準信号の振幅を一致させる必要はないことを理解されたい。

ステップ３０２において、第１基準信号及び第２基準信号が信号注入装置２０３によってケーブル配線２０５、第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂに注入される。注入された第１基準信号及び第２基準信号は第１応答信号及び第２応答信号を生成する。信号調節回路２０２は第１応答信号及び第２応答信号を受け取ることができる。

ステップ３０３で第１応答信号及び第２応答信号における信号差が決定される。信号差の決定は例えば信号調節回路２０２で実施することができる。信号差は、例えばケーブル配線２０５、第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂに存在するインダクタンス、キャパシタンス及び抵抗等のセンサ・システム特性の効果であり得る。信号差は位相差、時間遅延、コリオリ誘導ピックオフ差等を含むことができる。

ステップ３０４において、決定された信号差を使用して補償が実施される。補償は例えば信号調節回路２０２で実施することができる。補償は、ケーブル配線２０５、第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂによる信号差を実質的に除去するために実施することができる。補償は例えば位相補償を含むことができる。

さらに、他の目的で基準信号注入を使用することもできる。一つの実施の形態では、第１応答信号及び第２応答信号を使用して、流量計５で自動利得調節を実施することができる。したがって、実質的に同一の振幅の第１基準信号及び第２基準信号を生成するために、第１応答信号及び第２応答信号を使用して第１基準信号及び第２基準信号の振幅を決定することができる。

一つの実施の形態においては、第１応答信号及び第２応答信号を使用して、ピックオフ・センサ２０１での開放及び／又は短絡状態を検出することができる。この実施の形態では、第１応答信号又は第２応答信号が受信されなかった場合、信号調節回路２０２は、対応するピックオフ・センサ及び／又はケーブル配線部分が短絡していると決定することができる。或いは、第１応答信号又は第２応答信号が直ちに且つ実質的に完全に反射される場合、信号調節回路２０２は、対応するピックオフ・センサ及び／又はケーブル配線部分が開路を有すると決定することができる。どちらの場合でも、信号調節回路２０２は異常状態を決定して例えば警報を生成し、又はエラー・メッセージを送る等の適切な措置を取ることができる。さらに、オプションとして、信号調節回路２０２は反射タイミングを測定し、ケーブル配線２０５の長さを決定することができる。さらに、オプションとして、信号調節回路２０２は、ケーブル配線２０５長さ未満である反射距離を決定することにより、ケーブル配線２０５の破損及び／又は障害の位置を決定することができる。さらに、第１応答信号及び第２応答信号を使用して、顧客の流量計５の誤配線又は設置誤りを検出することができる。

一つの実施の形態では、第１応答信号及び第２応答信号を使用して電子機器の異常を検出することができる。例えば、第１応答信号及び第２応答信号を使用して、信号注入装置２０３と信号調節回路２０２との間の通信問題を検出することができる。

図４は、本発明の別の実施の形態によるコリオリ流量計４００を示す。図２と共通の構成要素は同一の参照番号を共用している。流量計４００は、第１ピックオフ・センサ２０１ａ、第２ピックオフ・センサ２０１ｂ及び信号調節回路２０２を含む。この実施の形態においては、信号注入装置２０３はデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器４０８、基準信号発生器４０６及び変圧器４０７を備える。Ｄ／Ａ４０８は信号調節回路２０２と基準信号発生器４０６とに接続される。さらに、基準信号発生器４０６は変圧器４０７に接続される。

Ｄ／Ａ４０８は信号調節回路２０２からデジタルの周波数コマンドを受け取る。Ｄ／Ａ４０８はデジタルの周波数コマンドを基準信号発生器４０６への周波数入力に変換し、周波数入力は生成すべき（単一の）基準信号の周波数を指定する。基準信号発生器４０６は基準信号を生成し、基準信号を変圧器４０７の一次巻線４１０に送る。

変圧器４０７は、分割された変圧器二次巻線を使用することによって第１基準信号及び第２基準信号を生成する。変圧器４０７の二次巻線４１１は実質的に等しい二次巻線の対を有する。このようにして、変圧器４０７の一次巻線４１０での基準信号が二次巻線４１１で第１基準信号及び第２基準信号に変換される。具体的には、変圧器４０７は、第１の二次巻線と第２の二次巻線４１１との間で温度に関して正確な位相整合を提供するように構成されることが好ましい。２つの二次巻線４１１はケーブル配線２０５、第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂに接続され、第１基準信号及び第２基準信号はピックオフ・センサに注入される。前と同様に、信号調節回路２０２は、第１基準信号及び第２基準信号の注入の結果として生成される第１応答信号及び第２応答信号を受け取る。一つの実施の形態では、一次巻線の第１及び第２の二次巻線に対する巻線比は実質的に７：１：１を含む。その結果、この実施の形態では、一次巻線は１４０ターンを有し、第１及び第２の二次巻線は２０ターンを有する。理解されるように、所望により他の巻線比も使用できる。一つの実施の形態では、巻線は＃３６ＡＷＧワイヤから構成される。

一つの実施の形態では、変圧器４０７は鉄芯変圧器４０７を有する。鉄芯は鉄、フェライト材料又は任意の方式の鉄合金又は鉄化合物を含むことができる。一つの実施の形態では、変圧器は直径約７ｍｍのフェライト・コアを含む。しかし、留意されるように、任意の変圧器構成を使用することができ、すべての変圧器構成が本明細書及び特許請求の範囲の範囲内にある。

一つの実施の形態では、一次巻線は約２５ミリヘンリー（ｍＨ）のインダクタンスを有するように構成され、第１及び第２の二次巻線は約５００マイクロヘンリー（μＨ）のインダクタンスを有するように構成される。流量計５が「本質的に安全な」流量計応用向けである場合、インダクタンスを比較的小さく選ぶことができる。さらに、変圧器４０７は、二次巻線間に約５０ボルトＲＭＳ（２乗平均平方根）の分離を有し、一次巻線と二次巻線の間に約１００ボルトＲＭＳの分離を有するように設計することができる。

図５は、本発明の別の実施の形態による信号差を決定する方法の流れ図５００である。ステップ５０１で、先に検討したように、信号注入装置２０３が第１基準信号及び第２基準信号を生成する。ステップ５０２で、先に検討したように、第１基準信号及び第２基準信号がケーブル配線２０５、第１ピックオフ・センサ２０１ａ及び第２ピックオフ・センサ２０１ｂに注入される。ステップ５０３では、第１基準信号、第２基準信号、第１応答信号及び第２応答信号が信号調節回路２０２で検出される。理解されるように、第１基準信号及び第２基準信号は同時にピックオフ１０５、１０５’に注入されて信号調節回路２０２に通信される。

ステップ５０４で信号調節回路２０２は第１基準信号及び第２基準信号を除去する。第１基準信号及び第２基準信号は信号調節回路２０２では不要であり、第１応答信号及び第２応答信号を生成するためだけに必要である。信号調節回路２０２は第１基準信号及び第２基準信号をフィルタリングすることができる。信号調節回路２０２は任意の方式のフィルタを使用して第１基準信号及び第２基準信号を除去することができる。一つの実施の形態では、信号調節回路２０２はデジタル・フィルタリングを使用して第１基準信号及び第２基準信号を除去する。一つの実施の形態では、信号調節回路２０２は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）等の、デジタル・フィルタリングのための特化された信号プロセッサを含むことができる。

ステップ５０５では、先に検討したように、第１応答信号及び第２応答信号の信号差が求められる。ステップ５０６では、先に検討したように、位相補償を含む補償が実施される。

所望により幾つかの利点を提供するために、いずれかの実施の形態に従って、本発明によるコリオリ流量計及び方法を使用することができる。本発明は、センサ・システムの自動的かつ自律的な零点調整を実施する流量計を提供する。本発明は、ケーブル配線及びピックオフ・センサの変化する特性を自律的にゼロにすることができる。本発明は、ケーブル配線及びセンサの形式、ケーブル配線の長さ、ケーブル配線及びセンサに対する温度の影響、ケーブル配線及びセンサでの製造欠陥等によって生み出される、流量計に対する影響をゼロにすることができる。本発明は個々の流量計の特性を検出することができ、また、特定の流量計に関する検出及び補償を実施することができる。本発明は、環境変化に起因して必要とされる、位相補償及び時間変化補償を含む補償を実施することができる。

本発明は、高度なシステム診断を実施することができる。本発明は、自動利得調節を実施し、ピックオフ・センサ及びケーブル配線での開放及び短絡状態を検出し、電子機器異常の検出を実施し、顧客の誤配線又は設置誤配線を検出するために、ピックオフ・センサに印加された既知の基準信号を使用することができる。

本発明は、流量計システム全体のコストを削減することができる。本発明は、厳密な公差を有する費用のかかるケーブル配線の必要をなくす。本発明は、信号調節回路での精密な受動構成要素の必要をなくす。本発明は、より安価で公差の劣る構成要素を使用することを可能にすることによって流量計のコストを削減することができる。

Claims (26)

1. 第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサと、
   前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサに結合されたケーブル配線と、
   前記ケーブル配線に結合された信号注入装置であって、実質的に同位相の１つ以上の基準信号を生成するように構成され、前記１つ以上の基準信号を前記ケーブル配線、前記第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサに通信するように構成される信号注入装置と、
   前記ケーブル配線に結合された信号調節回路であって、前記１つ以上の基準信号に応答して前記ケーブル配線、前記第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサから第１応答信号及び第２応答信号を受け取り、前記第１応答信号と前記第２応答信号との間の信号差を決定するように構成される信号調節回路と
   を備えるコリオリ流量計。
2. 前記信号注入装置が、
   デジタルの周波数コマンドを受け取り、周波数入力を出力するように構成されたデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器と、
   前記Ｄ／Ａ変換器から前記周波数入力を受け取り、前記周波数入力で指定される周波数の単一の基準信号を出力する基準信号発生器と、
   前記単一の基準信号を前記１つ以上の基準信号に変換する変圧器と、
   を備える、請求項１に記載のコリオリ流量計。
3. 前記変圧器が鉄芯変圧器を含む、請求項２に記載のコリオリ流量計。
4. 前記変圧器が一次巻線、第１の二次巻線及び第２の二次巻線を備え、前記一次巻線の前記第１の二次巻線及び前記第２の二次巻線に対する巻線比が実質的に７：１：１の巻線比を有する、請求項２に記載のコリオリ流量計。
5. 前記Ｄ／Ａ変換器が、前記信号調節回路から前記デジタルの周波数コマンドを受け取る、請求項２に記載のコリオリ流量計。
6. 前記１つ以上の基準信号の位相及び振幅が実質的に同一である、請求項１に記載のコリオリ流量計。
7. 前記信号差が、前記信号調節回路によって第１測定信号及び第２測定信号から実質的に除去され、前記第１測定信号及び前記第２測定信号が、流れ管路の振動に応答して、前記第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサによって生成される、請求項１に記載のコリオリ流量計。
8. 信号調節回路が、前記信号差を使用して、前記ケーブル配線、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサに関する補償を実施するようにさらに構成される、請求項１に記載のコリオリ流量計。
9. 前記信号調節回路が、前記信号差を使用して、前記ケーブル配線、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサに関する補償を周期的に実施するようにさらに構成される、請求項１に記載のコリオリ流量計。
10. 前記第１応答信号及び前記第２応答信号が、第１測定信号及び前記第２測定信号とは異なる周波数であり、前記第１測定信号及び前記第２測定信号が、流れ管路の振動に応答して、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサによって生成される、請求項１に記載のコリオリ流量計。
11. 前記第１応答信号及び前記第２応答信号が、第１測定信号及び第２測定信号と実質的に同一の周波数であり、前記第１測定信号及び前記第２測定信号が、流れ管路の振動に応答して、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサによって生成される、請求項１に記載のコリオリ流量計。
12. 前記信号調節回路が、前記第１応答信号及び前記第２応答信号を使用して、前記ケーブル配線、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサでの開路を検出するようにさらに構成される、請求項１に記載のコリオリ流量計。
13. 前記信号調節回路が、前記第１応答信号及び前記第２応答信号を使用して、前記ケーブル配線、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサでの短絡を検出するようにさらに構成される、請求項１に記載のコリオリ流量計。
14. 前記信号調節回路が、前記第１応答信号及び前記第２応答信号を使用して、自動利得調節を実施するようにさらに構成される、請求項１に記載のコリオリ流量計。
15. 前記信号調節回路が、前記第１応答信号及び前記第２応答信号と共に１つ以上の基準信号を受け取り、さらに、前記信号調節回路が前記１つ以上の基準信号を除去するように構成される、請求項１に記載のコリオリ流量計。
16. コリオリ流量計のケーブル配線、第１ピックオフ・センサ及び第２ピックオフ・センサでの信号差を決定する方法であって、
    実質的に同位相である１つ以上の基準信号を生成するステップと、
    前記１つ以上の基準信号を前記ケーブル配線、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサに通信するステップと、
    前記１つ以上の基準信号に応答して前記ケーブル配線、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサから返された第１応答信号と第２応答信号との間の信号差を決定するステップと
    を含む方法。
17. 前記１つ以上の基準信号の位相及び振幅が実質的に同一である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記信号差が、流れ管路の振動に応答して、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサで生成された第１測定信号及び第２測定信号から実質的に除去される、請求項１６に記載の方法。
19. 前記信号差を使用して、前記ケーブル配線、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサを補償するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記信号差を使用して、前記ケーブル配線、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサを周期的に補償するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
21. 前記第１応答信号及び前記第２応答信号が、流れ管路の振動に応答して、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサで生成される第１測定信号及び第２測定信号とは異なる周波数である、請求項１６に記載の方法。
22. 前記第１応答信号及び前記第２応答信号が、流れ管路の振動に応答して、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサで生成される第１測定信号及び第２測定信号と実質的に同一の周波数である、請求項１６に記載の方法。
23. 前記第１応答信号及び前記第２応答信号が、前記ケーブル配線、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサでの開路を検出するのにさらに使用される、請求項１６に記載の方法。
24. 前記第１応答信号及び前記第２応答信号が、前記ケーブル配線、前記第１ピックオフ・センサ及び前記第２ピックオフ・センサでの短絡を検出するのにさらに使用される、請求項１６に記載の方法。
25. 前記第１応答信号及び前記第２応答信号が、自動利得調節を実施するのにさらに使用される、請求項１６に記載の方法。
26. 前記信号調節回路が、前記第１応答信号及び前記第２応答信号と共に１つ以上の基準信号を受け取り、さらに、前記信号調節回路が、前記１つ以上の基準信号を除去するように構成される、請求項１６に記載の方法。

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