JP2017215232A - 電磁流量計および誤配線検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁流量計の励磁信号線あるいは流量信号線の誤配線を簡易に検出できるようにする。
【解決手段】測定管近傍に配置されるコイル１７２、および測定管に配置される電極１７３を有する検出器１７０と、励磁信号を生成し、励磁信号線１８１を介してコイル１７２に出力する励磁部１２０、および流量信号線１８２を介して電極１７３からの検出信号を入力し、流量信号を生成する検出信号入力部１３０を有する変換器１００と、を備えた電磁流量計１０であって、励磁信号出力中における流量信号の変化量と、励磁信号出力停止中における流量信号の変化量との差に基づいて励磁信号線１８１あるいは流量信号線１８２の誤配線を診断する誤配線検出部１１２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、変換器と検出器とを備えた電磁流量計に関し、特に、変換器と検出器との間の誤配線を検出する技術に関する。

電磁誘導を利用して導電性の流体の流量を計測する電磁流量計は、堅牢で精度もよいことから工業的用途に広く用いられている。電磁流量計は、直交方向に磁界がかけられた測定管内に導電性の被測定流体を流し、発生した起電力を計測する。この起電力は、被測定流体の流速に比例するため、計測された起電力に基づいて被測定流体の体積流量を得ることができる。

図１１は、従来の電磁流量計の構成を示すブロック図である。本図に示すように、電磁流量計５０は、変換器５００と検出器５３０とを備えて構成されている。

検出器５３０は、コイル５３２が巻かれたコア５３１と測定管３００に取り付けられた一対の検出電極５３３とアース電極５３４とを備えている。測定管３００は配管（不図示）に接続される。

変換器５００は、励磁信号を生成し出力する励磁部５０１、検出信号を入力して流量信号を生成する検出信号入力部５０２、流量信号に基づいて流量を算出する流量算出部５０３、測定結果等を表示したり、他装置に伝送する出力部５０４を備えている。

励磁部５０１が出力する励磁信号は、励磁信号線５４１を介してコイル５３２に入力され、検出電極５３３の検出信号は、流量信号線５４２を介して検出信号入力部５０２に入力される。

電磁流量計５０を新たに配管に設置したり、メンテナンス等のために取り外した電磁流量計５０を再度設置する場合等には、一般に、図１２に示すような手順で作業が行なわれる。すなわち、検出器５３０を配管に取り付け、変換器５００を所定の設置場所に取り付ける（Ｓ１１）。そして、検出器５３０と変換器５００とを接続する励磁信号線５４１と流量信号線５４２の配線を行なう（Ｓ１２）。

実運転の開始に先立ち、ゼロ点調整を行なう。ゼロ点調整は、測定管３００を満水状態にし（Ｓ１３）、流れのない状態で実行する（Ｓ１４）。ゼロ点調整を終えると、測定管３００内の被測定流体を通常の状態で流し始め、実運転を開始する（Ｓ１５）。

特開２０１５−１５８４４５号公報

検出器５３０の取り付け場所と変換器５００の取り付け場所とは必ずしも近接しているとは限られず、また、同時に複数の電磁流量計を近隣に取り付けることも多い。このため、本来であれば、図１３に示すように、変換器Ａ５００ａと検出器Ａ５３０ａとが励磁信号線と流量信号線で接続され、変換器Ｂ５００ｂと検出器Ｂ５３０ｂとが励磁信号線と流量信号線で接続されるべきところ、誤配線が生じる場合がある。

誤配線の態様としては、例えば、図１４（ａ）に示すように、変換器Ａ５００ａの流量信号線を検出器Ｂ５３０ｂに接続してしまう場合がある。このとき、図１４（ｂ）に示すように、検出器Ｂ５３０ｂが変換器Ｂ５００ｂと励磁信号線で接続されていると、変換器Ａ５００ａに検出器Ｂ５３０ｂが検出した信号が入力されることも起こり得る。

また、図１５（ａ）に示すように、変換器Ａ５００ａの励磁信号線を検出器Ｂ５３０ｂに接続してしまう場合もある。このとき、図１５（ｂ）に示すように、検出器Ａ５３０ａに変換器Ｂ５００ｂからの励磁信号線が接続されていると、変換器Ａ５００ａに変換器Ｂ５００ｂからの励磁信号に基づいて検出された信号が入力されることも起こり得る。

誤配線が生じたときは、実運転を開始（図１２：Ｓ１５）してから、想定される流量と表示値とが一致しないことで発見されることが多い。例えば、同時に起動した電磁流量計同士は、初期段階では正常動作に見えるが、時間の経過とともに励磁タイミングと流量信号のサンプリングタイミングとのずれが広がり、流量表示値の異常が顕在化する場合がある。

誤配線が発覚すると、実運転を停止し、配線工程（Ｓ１２）に戻って、ゼロ点調整（Ｓ１４）を再実行しなければならず、時間の無駄や、余分な工程数増加等によるコスト上昇を招くことになる。

そこで、本発明は、電磁流量計の励磁信号線あるいは流量信号線の誤配線を簡易に検出できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である電磁流量計は、測定管近傍に配置されるコイル、および前記測定管に配置される電極を有する検出器と、励磁信号を生成し、励磁信号線を介して前記コイルに出力する励磁部、および流量信号線を介して前記電極からの検出信号を入力し、流量信号を生成する検出信号入力部を有する変換器と、を備えた電磁流量計であって、前記励磁信号出力中における流量信号の変化量と、前記励磁信号出力停止中における流量信号の変化量との差に基づいて前記励磁信号線あるいは前記流量信号線の誤配線を診断する誤配線検出部を備えることを特徴とする。
ここで、前記誤配線検出部は、前記変化量の差が所定の基準値を超えない場合に、前記励磁信号線あるいは前記流量信号線に誤配線が生じていると判定することができる。
また、前記流量信号の変化量は、前記流量信号の所定期間における最大値と最小値との差に基づいて算出することができる。
また、前記所定期間は、前記励磁信号の１周期以上の期間とすることができる。
また、前記流量信号の変化量は、前記流量信号に含まれる微分ノイズの大きさを直接的あるいは間接的に示す値としてもよい。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である誤配線検出方法は、測定管近傍に配置されるコイル、および前記測定管に配置される電極を有する検出器と、励磁信号を生成し、励磁信号線を介して前記コイルに出力する励磁部、および流量信号線を介して前記電極からの検出信号を入力し、流量信号を生成する検出信号入力部を有する変換器と、を備えた電磁流量計における誤配線検出方法であって、前記励磁信号出力中における流量信号の変化量と、前記励磁信号出力停止中における流量信号の変化量との差に基づいて前記励磁信号線あるいは前記流量信号線の誤配線を診断する誤配線検出ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、電磁流量計の励磁信号線あるいは流量信号線の誤配線を簡易に検出できるようになる。

本実施形態の電磁流量計の構成を示すブロック図である。 誤配線チェックの実行タイミングを説明するフローチャートである。 正常配線における満水で流れの無いときの励磁信号と流量信号との関係を示す図である。 励磁信号入力時と励磁信号入力停止時の流量信号の変化を示す図である。 誤配線チェックの手順を説明するフローチャートである。 流量信号生成のためのデータ取得期間を説明する図である。 診断用指標値を説明する図である。 誤配線診断の具体的な手順を説明するフローチャートである。 正常配線および誤配線における満水で流れのあるときの励磁信号と微分ノイズを含む流量信号との関係を示す図である。 正常配線および誤配線における満水で流れのあるときの励磁信号と流量信号との関係を示す図である。 従来の電磁流量計の構成を示すブロック図である。 電磁流量計を設置する場合の手順を説明するフローチャートである。 電磁流量計の正常な配線状態を示す図である。 電磁流量計の誤配線の例を示す図である。 電磁流量計の誤配線の例を示す図である。

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、本実施形態の電磁流量計１０の構成を示すブロック図である。本図に示すように、電磁流量計１０は、変換器１００と検出器１７０とを備えて構成されている。

検出器１７０は、コイル１７２が巻かれたコア１７１と測定管３００に取り付けられた一対の検出電極１７３とアース電極１７４とを備えている。

変換器１００は、変換器の動作を制御する演算制御部１１０、励磁信号を生成し出力する励磁部１２０、検出電極１７３からの検出信号を入力して流量信号（例えば、流速に比例した信号）を生成する検出信号入力部１３０、測定結果等を表示したり、他装置に伝送する出力部１４０を備えている。

検出信号入力部１３０は、差動増幅器とＡ／Ｄ変換器とを備えており、検出電極１７３から流量信号線１８２を介して取得した検出信号を差動増幅器で増幅し、Ａ／Ｄ変換を行なうことで流量信号を生成する。

演算制御部１１０は、流量信号に基づいて流量を算出する流量演算部１１１、流量信号に基づいて誤配線の検出を行なう誤配線検出部１１２を備えている。誤配線検出部１１２の誤配線チェック動作については後述する。誤配線検出部１１２は、例えば、ＣＰＵがファームウェアを実行することによって実現することができる。

励磁部１２０が出力する励磁信号は、励磁信号線１８１を介してコイル１７２に入力され、検出電極１７３からの検出信号は流量信号線１８２を介して検出信号入力部１３０に入力される。

本実施形態において、誤配線検出部１１２は誤配線チェック動作を種々のタイミングで行なうことができる。例えば、図２に示すように、配線（Ｓ１２）後の測定管３００が空管の状態で行なうことができ（Ｓ−Ａ）、測定管３００を満水にした後（Ｓ１３）、ゼロ点調整（Ｓ１４）の前に行なうこともできる（Ｓ−Ｂ）。また、ゼロ点調整（Ｓ１４）の後に行なうこともでき（Ｓ−Ｃ）、実運転の開始後（Ｓ１５）に、行なうこともできる（Ｓ−Ｄ）。

ただし、空管の状態では誤配線検出精度が低下する可能性があることと、誤配線が検出された場合のゼロ点調整（Ｓ１４）の再実行を避けるために、測定管３００を満水にした後（Ｓ１３）、ゼロ点調整（Ｓ１４）の前（Ｓ−Ｂ）に行なうことが好ましい。このため、ゼロ点調整の指示を受けた電磁流量計１０が自動的に誤配線チェック動作をゼロ点調整動作の前に行なうようにしてもよい。

一般に、電磁流量計１０は、満水で流れのない状態で励磁信号を出力すると、図３（ａ）に示すように、励磁信号の立ち上がりと立ち下がりに、微分ノイズと呼ばれるスパイク状のノイズが流量信号に発生する。このとき、検出信号入力部１３０は、微分ノイズを含む流量信号を生成し、流量信号には、図３（ｂ）の拡大図に示すように、微分ノイズや残留磁場により、ゼロオフセットが発生し、ゼロオフセットを補正するためにゼロ点調整が行なわれる。なお、微分ノイズは、満水状態で明確に測定されるが、非満水状態でもある程度測定される。

ところで、図１３に示したような正常配線時に、励磁信号の出力を停止すると、図４（ａ）に示すように、変換器Ａ５００ａの流量信号に発生していた微分ノイズも停止する。すなわち、励磁信号が出力している状態と停止している状態とで、微分ノイズの状態は変化する。

一方、図１４（ｂ）に示すように、流量信号線が誤配線で、誤配線先の検出器（検出器Ｂ５３０ｂ）に他の変換器（変換器Ｂ５００ｂ）からの励磁信号が入力されている場合、あるいは、図１５（ｂ）に示すように、励磁信号線が誤配線で、検出器Ａ５３０ａに他の変換器（変換器Ｂ５００ｂ）からの励磁信号が入力されている場合には、図４（ｂ）に示すように、励磁信号の出力を停止しても、変換器Ａ５００ａの流量信号に微分ノイズが発生し続ける。すなわち、励磁信号が出力している状態と停止している状態とで、微分ノイズの状態は変化しない。

また、図１４（ａ）に示すように、流量信号線が誤配線で、誤配線先の検出器（検出器Ｂ５３０ｂ）に他の変換器からの励磁信号が入力されていない場合、あるいは、図１５（ａ）に示すように、励磁信号線が誤配線で、検出器Ａ５３０ａに他の変換器からの励磁信号が入力されていない場合には、図４（ｃ）に示すように、励磁信号の出力時、出力停止時とも、変換器Ａ５００ａの流量信号に微分ノイズは発生しない。すなわち、励磁信号が出力している状態と停止している状態とで、微分ノイズの状態は変化しない。

このことから、励磁信号の出力時と出力停止時との微分ノイズの発生状況を測定することで、誤配線の検出を行なうことができることになる。具体的には、励磁信号出力時と、励磁信号出力停止時とで、微分ノイズの大きさが変化しない場合（図４（ｂ）（ｃ）の場合）に誤配線と判断することができる。そこで、本実施形態では、図５のフローチャートに示すような手順により誤配線の検出を行なう。

誤配線検出動作は、上述のように、ゼロ点調整に先立ち自動的に行なうようにしてもよいし、ユーザの指示により任意のタイミングで行なうようにしてもよい。あるいは、起動の度に行なったり、通信を介した他装置からの指示により行なうようにしてもよい。

まず、励磁信号線、流量信号線を配線した状態で、励磁部１２０が励磁信号を出力し（Ｓ１０１）、検出信号入力部１３０が流量信号を生成する（Ｓ１０２）。

流量信号を生成するためのデータ取得期間は、あらかじめ所定期間として定めておき、図６（ａ）に示すように、少なくとも励磁信号の１周期を確保することが好ましい。これは、誤配線が生じている場合には、図６（ｂ）に示すように、励磁信号の変化タイミングと微分ノイズの発生タイミングとが同期するとは限られないからである。

すなわち、誤配線が生じていなければ、励磁信号の変化タイミングに同期して微分ノイズが発生するが、例えば、図１４（ｂ）に示したような誤配線が生じている場合、変換器Ａ５００ａの励磁信号の変化タイミングとは無関係の、変換器Ｂ５００ｂの励磁信号の変化タイミングで微分ノイズが発生する。このため、微分ノイズを検出するためには、少なくとも励磁信号の１周期分のデータ取得期間が必要となる。ただし、微分ノイズが発生するタイミングが既知であれば、その発生区間を抽出してデータ取得期間としてもよい。短周期励磁信号と長周期励磁信号とを重畳した２周波励磁方式を用いている場合には、短周期励磁信号の１周期を確保すればよい。

図５の説明に戻って、流量信号を生成すると、生成した流量信号に基づいて誤配線検出部１１２が診断用指標値を演算する（Ｓ１０３）。ここで、診断用指標値は、微分ノイズの大きさを評価する指標であり、図７に示すように、データ取得期間における流量信号の最大値と最小値との差とすることができる。このとき、ゼロオフセットの影響を避けるためゼロ調整値に相当する差分を最大値と最小値との差から差し引くようにしてもよい。

そして、励磁信号出力時に算出した診断用指標値を、励磁信号出力時指標値として記録する（Ｓ１０４）。

次に、励磁信号を停止し（Ｓ１０５）、流量信号を生成する（Ｓ１０６）。流量信号を生成すると、生成した流量信号に基づいて診断用指標値を演算し（Ｓ１０７）、励磁信号出力停止時指標値として記録する（Ｓ１０８）。流量信号の生成、信号用指標値の演算は、励磁信号出力時と同様に行なうことができる。なお、励磁信号出力時指標値を先に算出するようにしていたが、励磁信号出力停止時指標値を先に算出してもよい。

そして、励磁信号出力時指標値と、励磁信号出力停止時指標値とに基づいて誤配線検出部１１２が誤配線診断を行なう（Ｓ１０９）。誤配線診断は、図８に示すように、励磁信号出力指標値と励磁信号出力停止時指標値との差である変化量が所定の基準値より大きいかどうかを判定する（Ｓ２０１）。

そして、変化量が基準値を超える場合には（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、配線が正常であると判定する（Ｓ２０２）。一方、変化量が基準値以下の場合には（Ｓ２０１：Ｎｏ）、誤配線と判定し（Ｓ２０３）、出力部１４０を介してユーザや他装置に警告を出力する（Ｓ２０４）。これにより、ユーザは迅速に誤配線を修復することができる。

以上説明したように、本実施形態の電磁流量計１０は、励磁信号出力時と励磁信号出力停止時の微分ノイズの変化量に基づいて誤配線を診断するため、電磁流量計の誤配線を簡易に検出できる。

なお、上述の実施形態では、満水で流れのない状態で誤配線検出動作を行なっていたが、満水で流れのある状態で誤配線検出動作を行なってもよい。この場合、図９に示すように、流量信号の変化分に微分ノイズが重畳されるため、正常配線時における励磁信号出力時指標値と励磁信号出力停止時指標値との差が一層大きくなり、誤配線検出の判定が容易になる。

具体的には、図１３に示したような正常配線時に、励磁信号の出力を停止すると、図９（ａ）に示すように、変換器Ａ５００ａの流量信号の変化分と微分ノイズも停止する。すなわち、励磁信号が出力している状態と停止している状態とで、流量信号の状態は変化する。

一方、図１４（ｂ）に示すように、流量信号線が誤配線で、誤配線先の検出器（検出器Ｂ５３０ｂ）に他の変換器（変換器Ｂ５００ｂ）からの励磁信号が入力されている場合、あるいは、図１５（ｂ）に示すように、励磁信号線が誤配線で、検出器Ａ５３０ａに他の変換器（変換器Ｂ５００ｂ）からの励磁信号が入力されている場合には、図９（ｂ）に示すように、励磁信号の出力を停止しても、変換器Ａ５００ａの流量信号が変化するとともに微分ノイズが発生し続ける。すなわち、励磁信号が出力している状態と停止している状態とで、流量信号の状態は変化しない。

また、図１４（ａ）に示すように、流量信号線が誤配線で、誤配線先の検出器（検出器Ｂ５３０ｂ）に他の変換器からの励磁信号が入力されていない場合、あるいは、図１５（ａ）に示すように、励磁信号線が誤配線で、検出器Ａ５３０ａに他の変換器からの励磁信号が入力されていない場合には、図９（ｃ）に示すように、励磁信号の出力時、出力停止時とも、変換器Ａ５００ａの流量信号は変化せず、微分ノイズは発生しない。すなわち、励磁信号が出力している状態と停止している状態とで、流量信号の状態は変化しない。

このことから、満水で流れのある状態での誤配線検出動作では、微分ノイズに着目しなくても、流量信号の状態変化に基づいて誤配線を検出することができることになる。

具体的には、図１３に示したような正常配線時に、励磁信号の出力を停止すると、図１０（ａ）に示すように、変換器Ａ５００ａの流量信号の変化も停止する。すなわち、励磁信号が出力している状態と停止している状態とで、流量信号の変化状態が変化する場合は、正常配線と判断することができる。

一方、図１４（ｂ）に示すように、流量信号線が誤配線で、誤配線先の検出器（検出器Ｂ５３０ｂ）に他の変換器（変換器Ｂ５００ｂ）からの励磁信号が入力されている場合、あるいは、図１５（ｂ）に示すように、励磁信号線が誤配線で、検出器Ａ５３０ａに他の変換器（変換器Ｂ５００ｂ）からの励磁信号が入力されている場合には、図１０（ｂ）に示すように、励磁信号の出力を停止しても、変換器Ａ５００ａの流量信号が変化し続ける。

また、図１４（ａ）に示すように、流量信号線が誤配線で、誤配線先の検出器（検出器Ｂ５３０ｂ）に他の変換器からの励磁信号が入力されていない場合、あるいは、図１５（ａ）に示すように、励磁信号線が誤配線で、検出器Ａ５３０ａに他の変換器からの励磁信号が入力されていない場合には、図１０（ｃ）に示すように、励磁信号の出力時、出力停止時とも、変換器Ａ５００ａの流量信号は変化しない。

すなわち、励磁信号が出力している状態と停止している状態とで、流量信号の変化状態が変化しない場合は、誤配線と判断することができる。流量信号の状態が変化したかどうかは、励磁信号が出力している状態の流量信号の変化量（データ取得期間における最大値と最小値との差）と励磁信号が停止している状態の流量信号の変化量との差が所定の基準値を超えているかどうかで判定することができる。この場合、診断用指標値は、流量信号の大きさを評価する指標を意味することになる。

流量信号の状態変化に基づいて誤配線を検出する場合も、流量信号を生成するためのデータ取得期間は、あらかじめ所定期間として定めておき、図６（ａ）に示すように、少なくとも励磁信号の１周期を確保することが好ましい。また、短周期励磁信号と長周期励磁信号とを重畳した２周波励磁方式を用いている場合には、短周期励磁信号の１周期を確保すればよい。

上述の例では、電磁流量計１０の変換器１００内に誤配線を検出する誤配線検出部１１２を設けていたが、誤配線検出部１１２を、電磁流量計１０から独立した装置としてもよい。また、励磁信号出力時指標値と励磁信号出力停止時指標値を流量信号のサンプリング値に基づいて算出していたが、流量信号のピーク検知回路を別途設け、励磁信号出力時指標値と励磁信号出力停止時指標値をハードウェアで検出するようにしてもよい。

また、流量信号の最大値と最小値との差を診断用指標値としていたが、流量信号の最大値あるいは最小値を診断用指標値としてもよい。

また、本発明は、電磁流量計以外にも励磁信号を出力し、励磁信号に対応するセンサ信号を利用して測定を行なうフィールド機器、分析機器等に適用することが可能である。

１０…電磁流量計、１００…変換器、１１０…演算制御部、１１１…流量演算部、１１２…誤配線検出部、１２０…励磁部、１３０…検出信号入力部、１４０…出力部、１７０…検出器、１７１…コア、１７２…コイル、１７３…検出電極、１７４…アース電極、１８１…励磁信号線、１８２…流量信号線、３００…測定管

Claims (6)

1. 測定管近傍に配置されるコイル、および前記測定管に配置される電極を有する検出器と、
   励磁信号を生成し、励磁信号線を介して前記コイルに出力する励磁部、および流量信号線を介して前記電極からの検出信号を入力し、流量信号を生成する検出信号入力部を有する変換器と、を備えた電磁流量計であって、
   前記励磁信号出力中における流量信号の変化量と、前記励磁信号出力停止中における流量信号の変化量との差に基づいて前記励磁信号線あるいは前記流量信号線の誤配線を診断する誤配線検出部を備えることを特徴とする電磁流量計。
2. 前記誤配線検出部は、前記変化量の差が所定の基準値を超えない場合に、前記励磁信号線あるいは前記流量信号線に誤配線が生じていると判定することを特徴とする請求項１に記載の電磁流量計。
3. 前記流量信号の変化量は、前記流量信号の所定期間における最大値と最小値との差に基づいて算出されることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁流量計。
4. 前記所定期間は、前記励磁信号の１周期以上の期間であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁流量計。
5. 前記流量信号の変化量は、前記流量信号に含まれる微分ノイズの大きさを直接的あるいは間接的に示す値であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁流量計。
6. 測定管近傍に配置されるコイル、および前記測定管に配置される電極を有する検出器と、励磁信号を生成し、励磁信号線を介して前記コイルに出力する励磁部、および流量信号線を介して前記電極からの検出信号を入力し、流量信号を生成する検出信号入力部を有する変換器と、を備えた電磁流量計における誤配線検出方法であって、
   前記励磁信号出力中における流量信号の変化量と、前記励磁信号出力停止中における流量信号の変化量との差に基づいて前記励磁信号線あるいは前記流量信号線の誤配線を診断する誤配線検出ステップと、を有することを特徴とする誤配線検出方法。