JP2015161534A - 電磁流量計、流量測定システム及び流量算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定流体の流れを止めることなく、ゼロ点の変化による測定結果への影響を除去する補正値を取得可能とする。
【解決手段】予め励磁電流を変化させたときの検出信号の変化量に基づく補正値算出用係数を記憶する記憶部３４ｃと、被測定流体の流量を算出するときに用いられる第１励磁電流を励磁コイルに供給したときに得られる検出信号である第１検出信号と、第１励磁電流と値が異なる第２励磁電流を励磁コイルに供給したときに得られる検出信号である第２検出信号と、補正値算出用係数とから流量を補正する補正値を求める補正値算出部３４ｄとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁流量計、流量測定システム及び流量算出方法に関するものである。

電磁流量計は、例えばプラントの配管途中に設置され、被測定流体に対して磁界を印加することで得られる検出信号に基づいて流体の流量を算出するものである。例えば特許文献１及び２に示すように、電磁流量計は、被測定流体が流される測定管と、磁界を発生する励磁コイルと、測定管内に設置される電極とを備えている。電磁流量計では、磁界が印加されることによって発生する起電力が電極から検出信号として出力される。この起電力は、流量に比例する。このため、検出信号を信号処理することによって流量を算出することができる。

特開２００８−２２４４１０号公報 特開２０１３−２５７２７６号公報

ところで、電磁流量計では、励磁コイルに対して所定励磁周期の矩形波からなる励磁電流が供給されることで励磁コイルが励磁されて磁界が発生し、これによって矩形波状の検出信号が電極から出力される。このような検出信号には、磁界の変化に応じて、電磁誘導により生じる微分ノイズが含まれることになる。通常、測定精度を向上させるために、検出信号の信号電圧がほぼ定常となる区間（すなわち微分ノイズの影響が少ない区間）をサンプリングし、このサンプリングにより得られた信号（流量信号）に基づいて流量の算出を行う。しかしながら、上述のようなサンプリング区間においても、微分ノイズはゼロではないことから、流量信号にも微分ノイズが含まれている。

さらに、励磁周期の立上りと立下りでは、励磁コイルを含む励磁回路が定電流状態となるまでの時間が異なる。このため、検出信号に含まれる微分ノイズは、立上りの領域と立下りの領域とで非対称となる。この非対称性は、測定管や流体の過電流、磁束と導体との鎖交面積の広さに起因するノイズ、導体間の静電容量結合等の様々な要因が組み合わさることで大きくなる。このような微分ノイズの非対称性は、電磁流量計に対して出荷時に設定された基準（ゼロ点）を変位さらには経時的に緩やかに変動させる。

したがって、正確な流量を算出するためには、ゼロ点のシフト量を考慮し、これを補正値として検出信号から算出した流量に対して加減算する必要がある。しかしながら、このような補正値は、測定管に被測定流体を満たしかつ流量ゼロの状態（静水状態）で行う必要がある。現実的には、補正値を求めるためのみに、プラント等において流体の流れを停止させることは困難であり、補正値を取得することは容易ではない。

また、電磁流量計の設置時にも補正値を取得することが必要であるが、このためには、電磁流量計の設置後にポンプを稼働させて流体を流し、測定管に流体が満たされてから、バルブを閉じると共にポンプを停止するという多くの工数を必要とする。このため、現実的には、補正値を取得することは容易ではない。

なお、流量の算出等の演算処理を行う演算処理部を有するコンピュータ等を電磁流量計の外部に設置し、このコンピュータ等と電磁流量計とを備える流量測定システムを構築する場合にも、同様の問題が生じる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、被測定流体の流れを止めることなく、ゼロ点の変化による測定結果への影響を除去する補正値を取得可能な電磁流量計、流量測定システム及び流量算出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電磁流量計（１）は、励磁電流が供給されることによって測定管（２１）内に流される被測定流体に印加する磁界を発生させる励磁コイル（２２）と、上記測定管内に配置される電極（２３）と、上記電極から出力される検出信号を用いて上記被測定流体の流量を算出する流量算出部（３４ｂ）とを備える電磁流量計であって、予め励磁電流を変化させたときの上記検出信号の変化量に基づく補正値算出用係数を記憶する記憶部（３４ｃ）と、上記被測定流体の流量を算出するときに用いられる第１励磁電流を上記励磁コイルに供給したときに得られる上記検出信号である第１検出信号と、上記第１励磁電流と値が異なる第２励磁電流を上記励磁コイルに供給したときに得られる上記検出信号である第２検出信号と、上記補正値算出用係数とから上記流量を補正する補正値を求める補正値算出部（３４ｄ）とを備えることを特徴とする。
この発明によると、予め励磁電流を変化させたときの上記検出信号の変化量に基づく補正値算出用係数が記憶部に記憶されており、補正値算出部によって、被測定流体の流量を算出するときに用いられる第１励磁電流を励磁コイルに供給したときに得られる検出信号である第１検出信号と、第１励磁電流と値が異なる第２励磁電流を励磁コイルに供給したときに得られる検出信号である第２検出信号と、補正値算出用係数とから補正値が求められる。
また、本発明の電磁流量計は、上記補正値算出用係数が、上記測定管内に一定流速の試験用流体を流した状態での上記第１検出信号が示す第１起電力と、上記測定管内に同一流速の上記試験用流体を流した状態での上記第２検出信号が示す第２起電力との比に基づく値であることを特徴とする。
また、本発明の電磁流量計は、上記第１励磁電流をＩｅｘ１、上記第２励磁電流をＩｅｘ２、上記第１起電力をＥ（Ｉｅｘ１，ｖ）、上記第２起電力をＥ（Ｉｅｘ２，ｖ）としたときに、上記補正値算出用係数ΔＶが下式（１）で表されることを特徴とする。

また、本発明の電磁流量計は、上記流量算出部が、上記第１検出信号と上記補正値とから上記被測定流体の流量を算出することを特徴とする。
また、本発明の電磁流量計は、上記補正値算出部が、外部から入力される開始指令に基づいて上記補正値を求めることを特徴とする。
また、本発明の流量測定システム（１００）は、励磁電流が供給されることによって測定管（２１）内に流される被測定流体に印加する磁界を発生させる励磁コイル（２２）と、上記測定管内に配置される電極（２３）とを有する電磁流量計（５０）と、上記電磁流量計の電極から出力される検出信号を用いて上記被測定流体の流量を算出する流量算出部（３４ｂ）を有する演算処理部（６１）とを備える流量測定システムであって、上記演算処理部が、予め励磁電流を変化させたときの上記検出信号の変化量に基づく補正値算出用係数を記憶する記憶部（３４ｃ）と、上記被測定流体の流量を算出するときに用いられる第１励磁電流を上記励磁コイルに供給したときに得られる上記検出信号である第１検出信号と、上記第１励磁電流と値が異なる第２励磁電流を上記励磁コイルに供給したときに得られる上記検出信号である第２検出信号と、上記補正値算出用係数とから上記流量を補正する補正値を求める補正値算出部（３４ｄ）とを備えることを特徴とする。
また、本発明の流量算出方法は、励磁電流を励磁コイル（２２）に供給することによって測定管（２１）内に流される被測定流体に磁界を印加し、上記測定管内に配置される電極（２３）から出力される検出信号を用いて上記被測定流体の流量を算出する流量算出方法であって、予め励磁電流を変化させたときの上記検出信号の変化量に基づく補正値算出用係数と、上記被測定流体の流量を算出するときに用いられる第１励磁電流を上記励磁コイルに供給したときに得られる上記検出信号である第１検出信号と、上記第１励磁電流と値が異なる第２励磁電流を上記励磁コイルに供給したときに得られる上記検出信号である第２検出信号とから上記流量を補正する補正値を求めることを特徴とする。

本発明によれば、被測定流体の流量を算出するときに用いられる第１励磁電流を励磁コイルに供給したときに得られる検出信号である第１検出信号と、第１励磁電流と値が異なる第２励磁電流を励磁コイルに供給したときに得られる検出信号である第２検出信号と、補正値算出用係数とから補正値が求められ、被測定流体の流れを止めることなく、ゼロ点の変化による測定結果への影響を除去する補正値を取得することができる。

本発明の一実施形態における電磁流量計の全体構成を簡略的に示すブロック図である。 （ａ）が励磁電流の波形を示す波形図であり、（ｂ）が検出信号の波形を示す波形図である。 サンプリング区間においても微分ノイズが残ることを説明するための波形図であり、（ａ）が励磁電流の波形を示し、（ｂ）が検出信号の波形である。 スパン変化量の取得工程を示すフローチャート図である。 励磁電流と算出される流量との関係を示すグラフである。 ゼロ点補正値を算出するときの動作について説明するためのフローチャート図である。 本発明の一実施形態における流量計測システムの全体構成を簡略的に示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る電磁流量計、流量測定システム及び流量算出方法の一実施形態について説明する。

［電磁流量計の全体構成］
本発明の一実施形態である電磁流量計１は、例えばプラントの配管途中に設けられ、配管に流れる被測定流体の流量を求めるものである。図１は、電磁流量計１の全体構成を簡略的に示すブロック図である。この図に示すように、電磁流量計１は、検出器２と、変換器３と、伝送部４と、出力部５と、入力部６とを備えている。

検出器２は、被測定流体に磁界を印加し、これによって生じる起電力を検出信号として出力するものである。この検出器２は、測定管２１と、励磁コイル２２と、電極２３とを備えている。

測定管２１は、例えばプラント等の配管の途中部位に配置され、当該配管を流れる被測定流体が通る管部である。励磁コイル２２は、測定管２１の外側に配置されており、変換器３の後述する励磁回路３１から励磁電流を供給されることによって励磁されて、測定管２１内に流される被測定流体に印加される磁界を発生させる。本実施形態においては、図１に示すように直列接続された２つの励磁コイル２２が測定管２１を挟んで配置されている。ただし、励磁コイル２２の数はこれに限定されるものではなく、１つまたは３つ以上であっても良い。

電極２３は、測定管２１内に２つで一対とされて配置されており（複数であってもよい）、被測定流体に磁界が印加されることによって発生する起電力を検出信号として出力する。この電極２３は、変換器３の後述する増幅回路３２に接続されている。このため、上述の検出信号は、電極２３から出力され、増幅回路３２に入力される。

変換器３は、励磁電流を生成して検出器２の励磁コイル２２に供給すると共に、検出器２の電極２３から入力された検出信号に基づいて被測定流体の流量を算出するものである。この変換器３は、励磁回路３１と、増幅回路３２と、Ａ／Ｄ変換器３３と、演算制御部３４とを備えている。

励磁回路３１は、演算制御部３４の制御の下、励磁コイル２２に供給する励磁電流を生成し、この励磁電流を励磁コイル２２に供給する。増幅回路３２は、検出器２の電極２３と接続されており、電極２３から出力された検出信号を増幅して出力する。このような増幅回路３２は、不図示のバッファや差動増幅器を備えている。Ａ／Ｄ変換器３３は、増幅回路３２から出力されたアナログ信号の検出信号をデジタル信号に変換して出力する。

演算制御部３４は、本実施形態の電磁流量計１の動作を統括して制御する。本実施形態において、演算制御部３４は、Ａ／Ｄ変換器３３から出力された検出信号に基づいて、測定管２１を通過する被測定流体の流量を計算し、その計算結果を出力する。このとき、演算制御部３４は、予め記憶するゼロ点補正値（補正値）を用いて、算出した流量を補正する。なお、本実施形態の電磁流量計１は、被測定流体の流れを止めることなく、演算制御部３４において上述のゼロ点補正値を求めることができる。このための構成や動作については、後に詳説する。

伝送部４は、演算制御部３４から出力される被測定流体の流量等の情報を伝送可能なデータ形式に変換して外部に伝送する。出力部５は、プリンタやディスプレイからなり、演算制御部３４の制御の下、演算制御部３４から出力された情報を可視化して出力する。入力部６は、キーボードやマウス等を備える入力装置からなり、作業者の操作に応じた指示を演算制御部３４に入力する。なお、伝送部４、出力部５及び入力部６は、電磁流量計１の内部に設けてもよい。

このように構成された電磁流量計１では、演算制御部３４の制御の下、励磁回路３１によって、励磁電流が生成されて励磁コイル２２に供給される。図２（ａ）は、励磁電流の波形を示す波形図である。この図に示すように、本実施形態の電磁流量計１では、被測定流体の流量を算出するにあたり、高周波パルスと低周波パルスとが重畳された２周波励磁波形からなる励磁電流を用いる。ただし、例えば高周波パルスのみからなる励磁電流を用いることも可能である。

励磁回路３１で生成された励磁電流が励磁コイル２２に供給されると、励磁コイル２２が励磁されて磁界が発生する。この磁界が測定管２１を流れる被測定流体に作用することにより流量に応じた起電力が発生し、この起電力が検出信号として電極２３から出力される。演算制御部３４は、この検出信号に基づいて流量を算出する。

図２（ｂ）は、検出信号の波形を示す波形図である。この図に示すように、検出信号は励磁電流の波形に応じた２周波の矩形波状の波形となる。このような検出信号には、励磁コイル２２で生成される磁界の変化に応じて、微分ノイズが含まれる。このような微分ノイズは、高周波及び低周波の半周期の前半において大きく、後半において小さい。このため、演算制御部３４は、図２（ｂ）に示すように、検出信号の信号電圧がほぼ定常となる区間（すなわち微分ノイズの影響が少ない区間）をサンプリングし、このサンプリングにより得られた信号（流量信号）に基づいて流量の算出を行う。

ただし、上述のようなサンプリング区間においても、微分ノイズはゼロではないことから、流量信号にも微分ノイズが含まれている。図３は、上述のサンプリング区間においても微分ノイズが残ることを説明するための波形図であり、（ａ）が励磁電流の波形を示し、（ｂ）が検出信号の波形である。なお、ここでの説明は、理解を容易とするために、励磁電流が正パルスと負パルスとが交互に配列された波形を用いて説明する。

図３（ａ）で示す励磁電流が励磁コイル２２に供給されると、図３（ｂ）に示すように、検出信号には、絶対値において起電力Ｅ以上の電圧変化が生じる。この起電力Ｅを超える成分が微分ノイズである。この微分ノイズは、検出信号の立上り直後と立下り直後において最も大きく、その後減少する。ただし、大小の違いがあるものの、検出信号の全域において微分ノイズは残存する。よって、検出信号の信号電圧がほぼ定常となる区間をサンプリングした場合であっても、微分ノイズは存在する。

なお、このような微分ノイズは、測定管２１内の付着物や被測定流体の導電率の影響等によって基準電圧に対して正パルスと負パルスにおいて非対称となる。つまり、図３（ｂ）に示すサンプリング区間ａにおける微分ノイズＮｂ１と、サンプリング区間ｂにおける微分ノイズＮｂ２との大きさは一致せずに異なる。このような微分ノイズの非対称性は、電磁流量計１に対して出荷時に設定された基準（ゼロ点）を変位さらには経時的に緩やかに変動させる。例えば、基準（ゼロ点）は、微分ノイズＮｂ１と微分ノイズＮｂ２との値の大きい方の正側または負側に変動する。そこで、演算制御部３４は、このようなゼロ点の変化による算出誤差を消滅させるためのゼロ点補正値を記憶しており、このゼロ点補正値を算出した流量に加減算することによって流量の補正を行う。

このようにして演算制御部３４で算出されると共に補正された被測定流体の流量は、伝送部４及び出力部５に供給される。そして、当該流量は、伝送部４によって外部に送信されると共に、可視化されて出力部５において出力される。

［演算制御部の構成］
続いて、被測定流体の流れを止めることなく上述のゼロ点補正値を算出するための演算制御部３４の構成及び動作（流量算出方法）について説明する。演算制御部３４は、不図示のＭＰＵ（Micro-Processing Unit）やメモリ等のハードウェアによって具現化されており、本実施形態においては、図１に示すように、励磁回路制御部３４ａと、流量算出部３４ｂと、記憶部３４ｃと、ゼロ点補正値算出部３４ｄ（補正値算出部）とを備えている。

励磁回路制御部３４ａは、励磁回路３１を制御し、実際に被測定流体の流量を算出するときに用いる第１励磁電流（以下、規定励磁電流と称する）と、この第１励磁電流と値が異なる第２励磁電流（以下、補正値算出用励磁電流）とを励磁回路３１に出力させる。流量算出部３４ｂは、検出信号に基づいて流量を算出する。ここで、流量算出部３４ｂは、励磁コイル２２に規定励磁電流が供給された場合には、このときに得られる検出信号である第１検出信号に基づいて流量を算出する。また、流量算出部３４ｂは励磁コイル２２に補正値算出用励磁電流が供給された場合には、このときに得られる検出信号である第２検出信号に基づいて流量を算出する。なお、補正値算出用励磁電流は、実際に被測定流体の流量を算出するときに用いる規定励磁電流とは値が異なる。このため、励磁コイル２２に補正値算出用励磁電流が供給され、これによって得られる第２検出信号に基づいて流量を算出した場合には、実際の流量とはずれた値が算出される。

また、このような流量算出部３４ｂは、ゼロ点補正値を算出するのではなく、プラント等において実際に被測定流体の流量を算出する場合には、第１検出信号に基づいて流量を算出し、この流量を記憶部３４ｃに記憶されたゼロ点補正値で補正して出力する。すなわち、流量算出部３４ｂは、第１検出信号とゼロ点補正値とを用いて被測定流体の流量を算出する。

記憶部３４ｃは、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性のメモリ、或いはフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable ＲＯＭ）等の不揮発性のメモリからなる。この記憶部３４ｃは、スパン変化量（補正値算出用係数）と、ゼロ点補正値とを記憶している。

ここで、スパン変化量とは、本実施形態の電磁流量計１の出荷前の段階で取得され、記憶部３４ｃに格納されるものである。このスパン変化量は、測定管２１内に一定流速の試験用流体を流した状態での第１検出信号が示す第１起電力と、測定管２１内に同一流速の試験用流体を流した状態での第２検出信号が示す第２起電力との比に基づく値である。例えば、規定励磁電流をＩｅｘ１、補正値算出用励磁電流をＩｅｘ２、第１起電力をＥ（Ｉｅｘ１，ｖ）、第２起電力をＥ（Ｉｅｘ２，ｖ）としたときに、スパン変化量ΔＶは、式（１）で表される。

このようなスパン変化量ΔＶは、電磁流量計１の出荷前において、予め励磁電流を変化させたときの検出信号の変化量に基づいて取得される。図４は、スパン変化量ΔＶの取得工程を示すフローチャート図である。なお、スパン変化量ΔＶを取得するときには、電磁流量計１の出荷前の段階で、起電力と流量との対応関係を正確に検知するために、ゼロ点（基準）の変位がない状態で行う。また、測定管２１内に一定の流速ｖで試験用流体を流した状態を維持して行う。なお、試験用流体は、導電性を有する流体であれば特に限定されるものではなく、被測定流体を用いることも可能である。

図４に示すように、スパン変化量ΔＶを取得するときには、まず規定励磁電流Ｉｅｘ１を用いて起電力Ｅ（Ｉｅｘ１，ｖ）を取得する（ステップＳ１１）。ここでは、規定励磁電流Ｉｅｘ１を励磁コイル２２に供給し、この結果得られる第１検出信号が示す起電力Ｅ（Ｉｅｘ１，ｖ）を取得する。

続いて、補正値算出用励磁電流Ｉｅｘ２を用いて起電力Ｅ（Ｉｅｘ２，ｖ）を取得する（ステップＳ１２）。ここでは、補正値算出用励磁電流Ｉｅｘ２を励磁コイル２２に供給し、この結果得られる第２検出信号が示す起電力Ｅ（Ｉｅｘ２，ｖ）を取得する。なお、規定励磁電流Ｉｅｘ１と補正値算出用励磁電流Ｉｅｘ２との差は、検出器２の特性に合わせて設定される。また、ステップＳ１１とステップＳ１２との順序は逆であっても良い。

続いて、スパン変化量ΔＶを取得する（ステップＳ１３）。ここでは、ステップＳ１１で取得された起電力Ｅ（Ｉｅｘ１，ｖ）と、ステップＳ１２で取得された起電力Ｅ（Ｉｅｘ２，ｖ）とを、上述の式（１）に代入することにより、スパン変化量ΔＶを求める。

このように本実施形態の電磁流量計１においては、出荷前に予め規定励磁電流Ｉｅｘ１と補正値算出用励磁電流Ｉｅｘ２とに励磁電流を変化させ、これによって得られる起電力Ｅ（すなわち検出信号）の変化量に基づいてスパン変化量ΔＶを求めている。

図３に戻り、ゼロ点補正値算出部３４ｄは、測定管２１に被測定流体が流れている状態において、規定励磁電流Ｉｅｘ１を励磁コイル２２に供給して得られる第１検出信号と、補正値算出用励磁電流Ｉｅｘ２を励磁コイル２２に供給して得られる第２検出信号と、記憶部３４ｃに記憶されたスパン変化量ΔＶとに基づいてゼロ点補正値を求める。

ここで、第１検出信号と、第２検出信号と、スパン変化量ΔＶとから、被測定流体の流れを止めることなく、ゼロ点補正値を求めることができる原理について式を用いて説明する。なお、式中において、Ｂが測定管２１内の磁界を示し、βが磁気回路のヒステリシス変数を示し、ｋが磁気回路定数を示し、Ｉｅｘが励磁電流を示し、ｗが重み関数を示し、αが機器固有の係数を示し、Ｅが流速に依存して変化する起電力を示し、ｖが流速を示し、Ｄが測定管２１の径を示し、ｅが電磁流量計が検出する起電力を示し、Ｅｚｅｒｏがゼロ点シフト成分に起因する起電力を示し、Ｚｅｒｏがゼロ点を示し、ＭＦがメータファクタを示し、Ｑが測定流量を示し、ＱＲが実流量を示し、ΔＶがスパン変化量を示している。

本実施形態の電磁流量計１では、励磁コイル２２を含む磁気回路がヒステリシス特性を有している。このようなヒステリシス特性を有する磁気回路の場合、励磁電流と被測定流体が流れる測定管２１に対して印加される磁界は下式（２）が表すように非線形となる。このため、励磁コイル２２に供給される励磁電流が変化することによって検出される起電力も非線形に変化する。

電磁流量計が検出している起電力Ｅは、磁界Ｂとその磁界内（測定管２１内）を通る流速ｖに比例する。その起電力Ｅは重み関数ｗにより寄与率を表すが、重み関数ｗは流速分布などの流速ｖの影響を受ける。したがって、起電力Ｅは式（２）に基づいて、下式（３）となる。

この式（３）を測定管２１の径Ｄ、重み関数ｗなどの機器固有の係数αでまとめると下式（４）となる。

電磁流量計１が検出する起電力ｅには流速ｖに比例する起電力Ｅの他に、下式（５）に示すように、微分ノイズに起因したゼロ点シフト成分Ｅｚｅｒｏが重畳してくる。

電磁流量計１は、出荷前に規定の励磁電流Ｉｅｘ（規定励磁電流Ｉｅｘ１）にて実流試験を実施して実流量ＱＲを求め、その結果から電磁流量計が検出する起電力ｅと測定流量Ｑとの対応付けを行っている。また、電磁流量計１においては、励磁電流が微小変動することによる影響をキャンセルするために、測定した起電力ｅを励磁電流Ｉｅｘにて規格化している。このような規格化を行った上で、起電力ｅと測定流量Ｑとの対応付けを行うために使用するのがメータファクタＭＦである。このメータファクタＭＦは、規定の励磁電流Ｉｅｘと流速ｖにて決定され、その関係式が下式（６）となる。

よって、式（４）及び式（６）により、メータファクタＭＦは、下式（７）で表すことができる。

ゼロ点Ｚｅｒｏがシフトする主因となる微分ノイズは、磁気回路の立上り時間と立下り時間の非対称によって生じるものであるため、磁界回路の時定数に影響を受けるものである。ただし、励磁電流Ｉｅｘを変化させても磁気回路の時定数が影響を受けないため、規格化後のゼロ点Ｚｅｒｏのオフセット量は、下式（８）に示すように、励磁電流Ｉｅｘによらず一定となる。

ここで、メータファクタＭＦを規定励磁電流Ｉｅｘ１と流速ｖ１を基準として規定したとすると、図５の励磁電流と算出される流量との関係を示すグラフで示された関係性が、式（８）に基づいて、下式（９）、下式（１０）及び下式（１１）のように求まる。

ここで、上述の式（４）から、起電力Ｅは磁界Ｂと流速ｖとの関数であるため、下式（１２）及び下式（１３）となる。

ここで、式（１０）及び式（１１）は、式（９）、式（１２）及び式（１３）より、下式（１４）及び下式（１５）となる。なお、下式（１４）及び下式（１５）において示されるα（ｖ２）／α（ｖ１）は、流速ｖに対する機器のリニア誤差として検出される。

式（１４）及び式（１５）から、励磁電流変化による測定流量のスパン変化は、磁気回路のヒステリシス特性による非線形性に依存することが分かる。ここで、式（１４）と式（１５）とを流速ｖ２を消去する形でまとめると、機器のリニア誤差が消去され、下式（１６）となる。

流速ｖ２にて励磁電流変化（規定励磁電流Ｉｅｘ１から補正値算出用励磁電流Ｉｅｘ２）による磁気回路のヒステリシス変化（及び起電力変化）を下式（１７）で示すようにスパン変化量ΔＶと置き換えると、式（１６）は下式（１８）のようにまとめられる。ここで、励磁電流変化におけるスパン変化量ΔＶが既知であれば、図５で示すように、一定の流速流で励磁電流Ｉｅｘを変化させることで流れを止めることなくゼロ点（すなわちゼロ点補正値）を算出することができる。

続いて、ゼロ点補正値を算出するときの動作について、図６のフローチャート図を用いて説明する。なお、ゼロ点補正値の算出は、入力部６や伝送部４を通じて入力される作業者等の外部からの開始指令に基づいて行うことが望ましい。作業者からの開始指令を待たずに常にゼロ点補正値を算出することも可能であるが、このような場合は作業者が把握しない状態でゼロ点補正値が変更されることになるためである。

ゼロ点補正値を算出する場合には、まず、被測定流体が測定管２１に供給されている状態とする（ステップＳ２１）。続いて、演算制御部３４は、規定励磁電流Ｉｅｘ１の供給を励磁回路３１に行わせる（ステップＳ２２）。ここでは、演算制御部３４の励磁回路制御部３４ａが、規定励磁電流Ｉｅｘ１を出力する旨の指示を励磁回路３１に供給し、これによって励磁回路３１に規定励磁電流Ｉｅｘ１を出力させる。これによって、電極２３から第１検出信号が出力される。

続いて、演算制御部３４は、増幅回路３２及びＡ／Ｄ変換器３３を介して入力される第１検出信号に基づいて、測定流量Ｑ（Ｉｅｘ１，ｖ）を算出する（ステップＳ２３）。ここでは、演算制御部３４の流量算出部３４ｂが第１検出信号の所定区間をサンプリングし、これによって得られた信号（流量信号）から流速ｖに基づいて測定流量Ｑ（Ｉｅｘ１，ｖ）を算出する。

続いて、演算制御部３４は、補正値算出用励磁電流Ｉｅｘ２の供給を励磁回路３１に行わせる（ステップＳ２４）。ここでは、演算制御部３４の励磁回路制御部３４ａが、補正値算出用励磁電流Ｉｅｘ２を出力する旨の指示を励磁回路３１に供給し、これによって励磁回路３１に補正値算出用励磁電流Ｉｅｘ２を出力させる。これによって、電極２３から第２検出信号が出力される。

続いて、演算制御部３４は、増幅回路３２及びＡ／Ｄ変換器３３を介して入力される第２検出信号に基づいて、測定流量Ｑ（Ｉｅｘ２，ｖ）を算出する（ステップＳ２５）。ここでは、演算制御部３４の流量算出部３４ｂが第２検出信号の所定区間をサンプリングし、これによって得られた信号（流量信号）から流速ｖに基づいて測定流量Ｑ（Ｉｅｘ２，ｖ）を算出する。

続いて、演算制御部３４は、ゼロ点補正値の算出を行う（ステップＳ２６）。ここでは、演算制御部３４のゼロ点補正値算出部３４ｄが、ステップＳ２３で求められた測定流量Ｑ（Ｉｅｘ１，ｖ）と、ステップＳ２５で求められた測定流量Ｑ（Ｉｅｘ２，ｖ）と、記憶部３４ｃに記憶されたスパン変化量ΔＶとを用いて、上述の式（１８）に基づいて現在のゼロ点の値を求める。さらに、ゼロ点補正値算出部３４ｄは、式（１８）を用いて算出した現在のゼロ点と初期のゼロ点の差分をゼロ点補正値として求める。そして、演算制御部３４のゼロ点補正値算出部３４ｄは、求めたゼロ点補正値を先に記憶部３４ｃに記憶されたゼロ点補正値に上書きし、ゼロ点補正値の更新を行う（ステップＳ２７）。

このように、本実施形態の電磁流量計１によれば、記憶部３４ｃに予めスパン変化量ΔＶを記憶しておくことにより、被測定流体が一定の流速で流れているときに励磁電流を規定励磁電流Ｉｅｘ１から補正値算出用励磁電流Ｉｅｘ２に変化させるのみでゼロ点補正値を算出することができる。したがって、本実施形態の電磁流量計１によれば、被測定流体の流れを止めることなく、ゼロ点補正値を求めることが可能となる。したがって、電磁流量計１の初期設置時に測定管２１内に静水状態を形成する必要がなく、またプラント等の稼働を停止させることなくゼロ点補正値を求めることができ、容易にゼロ点補正値を求めることが可能となる。さらには、従来よりも短い周期でゼロ点補正値を更新することも可能となり、これによって常に正確な流量を求めることが可能となる。

また、求めたゼロ点補正値から、電磁流量計１の状態変化を正確に把握することも可能である。例えば、ゼロ点補正値の変化を長期の間取得することによって、この変化の様子から電磁流量計１の精度の変化や電極２３への付着物の量を推測することができる。本実施形態の電磁流量計１によれば、従来よりも短い周期でゼロ点補正値を更新することができるため、ゼロ点補正値の変化をより正確に把握することができ、電磁流量計１の状態変化や検出器２と変換器３との整合性確認を正確に行うことが可能となる。

また、スパン変化量ΔＶは、測定管２１の径Ｄ等によって異なる。このため、変換器３を本来接続されるはずの検出器２と異なる大きさの検出器２と接続したような場合には、スパン変化量ΔＶが接続された検出器２に対応したものではなくなり、ゼロ点補正値が異常に大きくなることが想定される。したがって、使用開始直後からゼロ点補正値の値が大きい場合には、検出器２と変換器３との組み合わせが正しくないことが推測される。本実施形態の電磁流量計１によれば、容易にゼロ点補正値を算出することができるため、検出器２と変換器３との組み合わせの整合性について容易に確認することが可能となる。

［流量測定システム］
次に、本発明の変形例である流量測定システム１００について説明する。なお、本変形例では、上述の電磁流量計１と同様の機能を有する部分については同一の符号を付し、その説明を省略あるいは簡略化する。

図７は、流量測定システム１００の全体構成を簡略的に示すブロック図である。この図に示すように、流量測定システム１００は、電磁流量計５０と、コンピュータ６０とを備えている。

電磁流量計５０は、上述した電磁流量計１から演算制御部３４、出力部５及び入力部６が除かれると共に、伝送部４がＡ／Ｄ変換器３３に接続された構成を有している。本流量測定システム１００では、伝送部４は、Ａ／Ｄ変換器３３でデジタル変換された検出信号を伝送可能なデータ形式に変更して出力する。

コンピュータ６０は、上述の電磁流量計１が備える励磁回路制御部３４ａ、流量算出部３４ｂ、記憶部３４ｃ及びゼロ点補正値算出部３４ｄを有する演算処理部６１と、出力部５と、入力部６とを有している。

このような流量測定システム１００では、例えば、電磁流量計５０がプラント等の配管に設けられ、コンピュータ６０がプラント等の管理者が作業をする建物内部に設けられ、電磁流量計５０とコンピュータ６０とがネットワークを通じて接続されている。なお、電磁流量計５０とコンピュータ６０とは常時ネットワークを通じて接続されている必要はない。

このような流量測定システム１００においても、上述の電磁流量計１と同様に、記憶部３４ｃに予めスパン変化量ΔＶを記憶しておくことにより、被測定流体が一定の流速で流れているときに励磁電流を規定励磁電流Ｉｅｘ１から補正値算出用励磁電流Ｉｅｘ２に変化させるのみでゼロ点補正値を算出することができる。したがって、本実施形態の電磁流量計１によれば、被測定流体の流れを止めることなく、ゼロ点補正値を求めることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、ネットワークを介して複数の電磁流量計１をサーバと接続し、サーバからの指示に基づいて複数の電磁流量計１に対して同時にゼロ点補正値を算出させるように構成することも可能である。

また、上記実施形態においては、電磁流量計１において、算出した流量値のみを伝送部４を通じて伝送する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、算出した流量値に加えて、ゼロ点補正値等の他の情報も伝送するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、スパン変化量ΔＶは、測定管２１内に一定流速の試験用流体を流した状態での第１検出信号が示す第１起電力と、測定管２１内に同一流速の試験用流体を流した状態での第２検出信号が示す第２起電力との比に基づく値とした。しかしながら、上述の式（１７）に示すように、磁束密度Ｂからスパン変化量ΔＶを求めることも可能である。磁束密度Ｂについても、第１起電力及び第２起電力と同様に励磁電流に対して非線形で変化するため、励磁電流を規定励磁電流Ｉｅｘ１から補正値算出用励磁電流Ｉｅｘ２に変化させたときの磁束密度Ｂを測定できれば、式（１７）からスパン変化量ΔＶを求めることができる。この場合には、例えば、測定管２１内に磁束測定装置（ホール素子等）を設置し、励磁電流変化による磁束密度の変形量を測定すれば良い。

１ 電磁流量計、２１ 測定管、２２ 励磁コイル、２３ 電極、３１ 励磁回路、３４ 演算制御部、３４ａ 励磁回路制御部、３４ｂ 流量算出部、３４ｃ 記憶部、３４ｄ ゼロ点補正値算出部（補正値算出部）、５０ 電磁流量計、６０ コンピュータ、６１ 演算処理部、１００ 流量測定システム

Claims (7)

1. 励磁電流が供給されることによって測定管内に流される被測定流体に印加する磁界を発生させる励磁コイルと、前記測定管内に配置される電極と、前記電極から出力される検出信号を用いて前記被測定流体の流量を算出する流量算出部とを備える電磁流量計であって、
   予め励磁電流を変化させたときの前記検出信号の変化量に基づく補正値算出用係数を記憶する記憶部と、
   前記被測定流体の流量を算出するときに用いられる第１励磁電流を前記励磁コイルに供給したときに得られる前記検出信号である第１検出信号と、前記第１励磁電流と値が異なる第２励磁電流を前記励磁コイルに供給したときに得られる前記検出信号である第２検出信号と、前記補正値算出用係数とから前記流量を補正する補正値を求める補正値算出部と
   を備えることを特徴とする電磁流量計。
2. 前記補正値算出用係数は、
   前記測定管内に一定流速の試験用流体を流した状態での前記第１検出信号が示す第１起電力と、前記測定管内に同一流速の前記試験用流体を流した状態での前記第２検出信号が示す第２起電力との比に基づく値であることを特徴とする請求項１記載の電磁流量計。
3. 前記第１励磁電流をＩｅｘ１、前記第２励磁電流をＩｅｘ２、前記第１起電力をＥ（Ｉｅｘ１，ｖ）、前記第２起電力をＥ（Ｉｅｘ２，ｖ）としたときに、前記補正値算出用係数ΔＶが下式（１）で表されることを特徴とする請求項２記載の電磁流量計。
   

   
4. 前記流量算出部は、前記第１検出信号と前記補正値とから前記被測定流体の流量を算出することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の電磁流量計。
5. 前記補正値算出部は、外部から入力される開始指令に基づいて前記補正値を求めることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の電磁流量計。
6. 励磁電流が供給されることによって測定管内に流される被測定流体に印加する磁界を発生させる励磁コイルと、前記測定管内に配置される電極とを有する電磁流量計と、
   前記電磁流量計の電極から出力される検出信号を用いて前記被測定流体の流量を算出する流量算出部を有する演算処理部と
   を備える流量測定システムであって、
   前記演算処理部は、
   予め励磁電流を変化させたときの前記検出信号の変化量に基づく補正値算出用係数を記憶する記憶部と、
   前記被測定流体の流量を算出するときに用いられる第１励磁電流を前記励磁コイルに供給したときに得られる前記検出信号である第１検出信号と、前記第１励磁電流と値が異なる第２励磁電流を前記励磁コイルに供給したときに得られる前記検出信号である第２検出信号と、前記補正値算出用係数とから前記流量を補正する補正値を求める補正値算出部と
   を備えることを特徴とする流量測定システム。
7. 励磁電流を励磁コイルに供給することによって測定管内に流される被測定流体に磁界を印加し、前記測定管内に配置される電極から出力される検出信号を用いて前記被測定流体の流量を算出する流量算出方法であって、
   予め励磁電流を変化させたときの前記検出信号の変化量に基づく補正値算出用係数と、前記被測定流体の流量を算出するときに用いられる第１励磁電流を前記励磁コイルに供給したときに得られる前記検出信号である第１検出信号と、前記第１励磁電流と値が異なる第２励磁電流を前記励磁コイルに供給したときに得られる前記検出信号である第２検出信号とから前記流量を補正する補正値を求めることを特徴とする流量算出方法。

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