JP2019056609A

JP2019056609A - 電磁流量計

Info

Publication number: JP2019056609A
Application number: JP2017180764A
Authority: JP
Inventors: 京松岡; Kyo Matsuoka
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2019-04-11

Abstract

【課題】簡易に測定における設定パラメータを変更可能な電磁流量計を提供する。【解決手段】所定の励磁周波数で駆動される励磁電流によって測定管内の流体に交流磁場を印加し、前記流体に発生する起電力を一対の電極から所定の測定サンプリング数取得することで前記流体の流量を測定する電磁流量計において、設定パラメータとして、前記励磁周波数と、前記測定サンプリング数とを設定可能なことを特徴とする。また、複数の測定モードから測定に使用する測定モードを選択入力可能な選択入力手段を備え、選択された前記測定モードに応じて、前記設定パラメータを最適な値に自動的に調整することを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、電磁流量計、特に励磁周波数と測定サンプリング数を、ユーザーの目的に応じて自動的に選択、設定することができる電磁流量計に関する。

近年、工場をはじめとした流体管理が必要な現場において、電磁流量計が多く利用されている。電磁流量計では、流量測定に関するパラメータ、主に励磁周波数などについては、製品仕様として固定値になっていることが一般的である。しかし、測定環境に固有の外的要因（ノイズなど）により、既定のパラメータ値では測定誤差を大きく伴う場合があった。また、こうしたパラメータの調整については、電磁流量計についての一定の知識がユーザーに求められ、初心者には敷居の高いものとなっていた。これに対して引用文献１では、励磁周波数と測定サンプリング期間を可変パラメータとして扱い、装置や測定環境に最適な励磁周波数、および測定サンプリング期間を、自動的に選択する手段を提供している。

特開平１１−２２３５３９号公報

引用文献１は、流量信号に十分な定常性がある場合に自動的に可変パラメータの調整を行うことができるが、必ずしもユーザーが望む測定条件での流量測定が行われるとは言い難かった。

上記の課題を鑑み、本発明の電磁流量計は、
所定の励磁周波数で駆動される励磁電流によって測定管内の流体に交流磁場を印加し、前記流体に発生する起電力を一対の電極から所定の測定サンプリング数取得することで前記流体の流量を測定する電磁流量計において、
設定パラメータとして、前記励磁周波数と、前記測定サンプリング数とを設定可能なことを特徴とする電磁流量計。

また、上記の電磁流量計は、複数の測定モードから測定に使用する測定モードを選択入力可能な選択入力手段を備え、選択された前記測定モードに応じて、前記設定パラメータを最適な値に自動的に調整することを特徴としても良い。かかる本発明の態様によれば、ユーザーが測定パラメータを手動で直接調整する必要がなくなり、電磁流量計についての一定の知識を有しないユーザーでも、電磁流量計の容易な取り扱いが可能である。

また、上記の電磁流量計は、前記設定パラメータの選択優先度が異なる複数の測定モードを有し、選択された測定モードにおいて優先度が高い第１の設定パラメータに対する設定値を満たす条件内で、前記第１の設定パラメータ以外の前記設定パラメータを自動調整することを特徴としても良い。かかる本発明の態様によれば、ユーザーに流量測定における優先項目のみを意識させ、測定パラメータの存在を意識させない、直感的な操作が実現可能である。

また、上記の電磁流量計は、前記測定モードは、測定時間の設定値を優先する測定時間優先モードを含み、前記測定時間優先モードが選択された場合、設定された測定時間を満たす前記励磁周波数および前記測定サンプリング数の組み合わせにおいて、測定精度が最も高くなる条件で前記流体の流量を測定することを特徴としても良い。かかる本発明の態様によれば、前記測定時間優先モードが選択された場合、設定された測定時間を満たす前記励磁周波数、および前記測定サンプリング数の組み合わせにおいて、測定精度が最も高くなる設定の自動的な選択が可能である。

また、上記の電磁流量計は、前記測定モードは、測定精度の設定値を優先する測定精度優先モードを含み、前記測定精度優先モードが選択された場合、設定された測定精度を満たす前記励磁周波数および前記測定サンプリング数の組み合わせにおいて、測定時間が最も短くなる条件で前記流体の流量を測定することを特徴としても良い。かかる本発明の態様によれば、前記測定時間優先モードが選択された場合、設定された測定精度を満たす前記励磁周波数、および前記測定サンプリング数の組み合わせにおいて、測定時間が最も短くなる設定の自動的な選択が可能である。

本発明によれば、励磁周波数と測定サンプリング数の組み合わせによって、測定精度と測定時間についての自由度の高い調整が可能となり、また、一連の流量信号に対して、安定性の高い検出が実現可能である。

本発明の一実施形態に係る電磁流量計の構成図。本発明の一実施形態に係る各種信号の波形を示す図。本発明の一実施形態に係る流量信号と１回の流量測定時間の関係を示す図。本発明の一実施形態に係る測定時間優先モードの動作フローチャート。本発明の一実施形態に係る測定精度優先モードの動作フローチャート。本発明の一実施形態に係る電磁流量計の表示部の表示内容の一例を示す図。本発明の一実施形態に係る電磁流量計の表示部の表示内容の他の例を示す図。本発明の一実施形態に係る電磁流量計の表示部の表示内容の他の例を示す図。

以下では、図面を参照にして、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電磁流量計の構成図である。同図において、測定管１０１の内部に被測定流体を流し、その近傍には、被測定流体に印加する交流磁場２０３を発生させるための励磁コイル１０２と、被測定流体と交流磁場２０３からファラデーの電磁誘導の法則によって発生する誘導起電力２０４を検出するための一対の電極１０３ａ、１０３ｂが、交流磁場２０３の磁束と垂直な位置になるように配置されている。

励磁コイル１０２には、制御演算部１０４からの制御信号２０１を受けて励磁コイル１０２に励磁電流２０２を流すための励磁回路部１０５が接続されている。また、電極１０３ａ、１０３ｂには、発生した誘導起電力２０４を増幅して制御演算部１０４へ出力するための増幅回路部１０６が接続されている。なお、本構成図では、制御演算部１０４にＡ／Ｄ変換部が含まれるものとする。

制御演算部１０４からは一定周波数の制御信号２０１が出力される。これに伴って、励磁コイル１０２に流れる励磁電流２０２、および励磁コイル１０２に発生する交流磁場２０３は、制御信号２０１と同じ周波数を持つ。この周波数を励磁周波数と呼ぶ。すなわち、励磁コイル１０２が所定の励磁周波数で駆動される。また、これに伴って電極１０３ａ、１０３ｂに発生する誘導起電力２０４も、制御信号と同じ周波数を持つ。これを増幅回路部１０６で増幅した信号が流量信号２０５であり、制御演算部１０４へ出力される。図２に、制御信号２０１、励磁電流２０２、流量信号２０５の信号波形の一例をそれぞれ示す。流量信号２０５は、測定管１０１内を流れる被測定流体の流速に応じて、その電位差ΔＶが変化する。

制御演算部１０４は、この流量信号２０５に対して所定のタイミングでＡ／Ｄ変換処理を実行し、デジタル情報への変換を行う。この得られたデジタル情報に対して、所定の演算処理を行うことにより、測定管１０１内を流れる被測定流体の流量を算出することができる。

流量の測定結果は、原理的には流量信号２０５の１パルス（１周期分）につき、１個のデータを得ることが可能である。すなわち、励磁周波数が９０Ｈｚであれば、１秒間に９０個の測定結果を得ることができる。しかし、実際の流量信号２０５はノイズなどの外的要因によって信号に乱れが伴い、１パルス単位で流量測定を行っても、安定した測定結果を得ることが困難である。また、流量信号２０５は、励磁周波数が高いほど不安定であり、バラつきが大きくなる傾向がある。

そこで、連続する複数のパルスのサンプリングを行い、その平均を計算して１回の測定とする。このパルスの個数のことを測定サンプリング数と呼ぶ。上記のことから、１回の流量測定に掛かる時間は、励磁周波数をｆ（また、励磁周期をＴ）、測定サンプリング数をＮとすると、次式により求めることができる。
１回の流量測定に掛かる時間＝Ｔ × Ｎ＝１／ｆ × Ｎ

また、図３には、流量信号２０５と１回の流量測定に掛かる時間の関係を示す。この励磁周波数ｆと測定サンプリング数Ｎは、制御演算部１０４上でそれぞれ任意に設定、変更できる仕様とする。

また、制御演算部１０４には、ユーザーによる電磁流量計の設定変更を可能とするための、ユーザーインターフェース部１０７が接続されている。ユーザーインターフェース部１０７としては、表示部と操作部、またはこれに準ずるものが含まれ、具体的にはＬＣＤや、スイッチキー、また、外部機器との通信インターフェースなどが挙げられる。

本実施形態においては、前記のユーザーインターフェース部１０７を通して、ユーザーが選択入力可能なモードとして、２つのモードを有しており、それぞれ測定時間優先モード（第１の測定モード）と、測定精度優先モード（第２の測定モード）である。

＜第１の測定モード：測定時間優先モード＞
以下では、前記の測定時間優先モードについて、詳細に説明する。図４は、測定時間優先モードの動作内容を、フローチャート形式で示したものである。測定時間優先モードは、設定パラメータとして、測定時間の選択優先度が高い測定モードである。

ユーザーインターフェース部１０７から測定時間優先モードが選択された場合、ステップＳ１０１において、ユーザーは、１回の流量測定に掛ける時間の設定を行う。この時のユーザーインターフェース部１０７における表示態様を図６に示す。図６に示す表示態様では、設定した測定時間を入力する欄が上部に表示されており、所望の数値を入力可能になっている。例えば、ユーザーは入力欄を選択すると表示される流量測定時間Ｔの候補の中から、所望の数値を選択する。これにもとづいて制御演算部１０４では、ステップＳ１０２において、設定された流量測定時間を満たす励磁周波数、および測定サンプリング数の組み合わせを内部的に複数列挙する。例として、１回の流量測定時間が０．１秒に設定された場合、励磁周波数と測定サンプリング数の可能な組み合わせとして、次の表１のように挙げることができる。但し、これらは一例である。

ステップＳ１０３において、制御演算部１０４では、これらの可能な組み合わせについて順番に設定を行い、それぞれの組み合わせに対して、ステップＳ１０４で一定時間の流量測定を実行する。この流量測定の実行時間は、後述の統計解析処理を行うために必要なサンプルデータ数が、十分に得られる時間とする。

流量測定が完了すると、ステップＳ１０５において、上記の流量測定によって得られた測定データから、それぞれの組み合わせごとの測定結果のバラつきを算出する。測定結果のバラつきの算出方法として、統計解析でよく知られる標準偏差σを採用しても良い。

すべての組み合わせに対して流量測定が完了したかどうかをステップＳ１０６で判定し、完了していない場合には、再度ステップＳ１０３に戻り、流量測定を実行していない組み合わせに設定する。ステップＳ１０６において、すべての組み合わせについて流量測定が完了したと判定した場合には、ステップＳ１０７に進み、すべての可能な組み合わせの中で、もっとも標準偏差σが小さい、すなわち、バラつきの小さい組み合わせを設定値として採用する。

これにより、ユーザーが設定した１回の流量測定に掛ける時間を満たす範囲で、測定精度が最も高くなる励磁周波数と、測定サンプリング数の組み合わせを、自動的に選択することが可能になる。なお、組み合わせごとの測定結果に対し、標準偏差σを用いる方法は一例であり、その他の指標を用いる方法によって測定精度を比較するようにしても良い。

また、測定時間優先モードにおいて、ステップＳ１０３からステップＳ１０７までの流れを説明したが、本実施形態はこれに限られない。例えば、各組み合わせに対するバラつきを比較し、バラつきが最も低い組み合わせをそのまま設定値として採用するのではなく、それ以外のパラメータ（例えば、制御部による処理回数、処理負荷）と組み合わせて最適な条件を算出し、それを設定値として採用しても良い。

また、図６の表示画面の下部に示すように、ユーザーが設定した測定時間に対し、複数の組み合わせに対してバラつきを比較した後で、複数の測定条件が表示画面に列挙されるようにしても良い。この表示画面においては、条件ごとに、励磁周波数、サンプリング数、測定精度が表示されており、ユーザーは、この中から所望の条件を選択して設定値として採用することができる。ユーザーはこの設定条件を採用できると判断した場合には、決定ボタン６０１を選択することによってこの設定条件による実測定を実行することができ、条件の設定をし直す場合には、取消ボタン６０２を選択する。

以上説明した測定時間優先モードにおいては、ユーザーが設定した１回の流量測定に掛ける時間を満たす範囲における励磁周波数と測定サンプリング数との組み合わせを算出するための流量測定を、ユーザーが測定時間を入力してから実行している。本発明はこれに限られず、ユーザーが測定時間を入力するのに先立って所定の組み合わせに対して流量測定を実施し、その測定結果を記憶部等に記憶しておいても良い。さらに、その測定結果に対してバラつきを事前に算出し、結果と併せて記憶部等に記憶しておいても良い。ユーザーが入力した測定時間に対しては、記憶部に記憶された測定結果（およびバラつき）に基づいて、測定条件を設定することができる。

＜第２の測定モード：測定精度優先モード＞
以下では、前記の測定精度優先モードについて、詳細に説明する。図５は、上記の測定精度優先モードの動作内容を、フローチャート形式で示したものである。測定精度優先モードは、設定パラメータとして、測定精度の選択優先度が高い測定モードである。

ステップＳ２０１においてユーザーインターフェース部１０７から測定精度優先モードが選択された場合、ユーザーは加えて、要求測定精度Ｐの設定を行う。これにもとづいて、ステップＳ２０２において制御演算部１０４では、設定された要求測定精度Ｐを満たす励磁周波数、および測定サンプリング数の組み合わせについて、流量の実測値に基づいて探索を行う。

上記の探索方法の一例として、ステップＳ２０３では、測定時間が最も短くなる組み合わせから順番に設定を行い、ステップＳ２０４で一定時間の流量測定を実行する。次いでステップＳ２０５でそれぞれの組み合わせでの流量測定に対して、標準偏差σの算出を行い、ステップＳ２０６で３σの値がユーザーの設定した要求測定精度Ｐ以下であるかどうかを確認する。なお、標準偏差σを用いた測定精度の算出や要求測定精度Ｐとの比較は一例であり、他の方法によって測定精度を算出（推定）し、要求測定精度Ｐとの比較を行っても構わない。

要求測定精度Ｐを満たしていた場合は、ステップＳ２０７に進み、その組み合わせを設定値として採用し、探索処理を終了する。要求測定精度Ｐを満たしていなかった場合は、ステップＳ２０８に進み、次に測定時間が短くなる組み合わせを設定した上で、流量測定とそのバラつきの確認を実行する。この一連の処理を、要求測定精度Ｐを満たす組み合わせが見つかるまで、繰り返し実行する。これにより、ユーザーが設定した要求測定精度Ｐを満たす範囲で、測定時間が最も短くなる励磁周波数と、測定サンプリング数の組み合わせを、自動的に抽出することが可能になる。探索結果をユーザーへ通知する態様の一例を図７に示している。図７においては、要求測定精度Ｐを満たす条件３つ（条件Ｘ、Ｙ、Ｚ）を表示している。ユーザーはこの中から採用する設定条件を選択することができる。図７において表示されている３つの条件は、要求測定精度Ｐを満たす条件において、測定時間の異なる３条件が表示されており、条件ごとに、測定時間、励磁周波数、サンプリング数、測定精度が表示されている。なお、必ずしも複数の条件を表示しなくても良く、条件を満たす１つの条件を表示もしくは自動的に設定値として採用しても良い。ユーザーはこの設定条件を採用できると判断した場合には、決定ボタン７０１を選択することによってこの設定条件による実測定を実行することができ、条件の設定をし直す場合には、取消ボタン７０２を選択する。

上記の一連の処理の中で、要求測定精度Ｐを満たす組み合わせが見つからなかった場合、ステップＳ２０９に進み、実行した組み合わせの中で最も測定精度が高かった、すなわち、３σの値が最も小さかった組み合わせを確認し、設定値として採用する。また同時に、ユーザーインターフェース部１０７を通してユーザーへ、要求測定精度Ｐを満たす設定が見つからなかったこと、および、現状の測定精度についての通知を行う。ユーザーへの通知の例を図８に示す。この場合、現状の測定精度として、要求測定精度Ｐに最も近い条件を例示している。ユーザーはこの設定条件を採用できると判断した場合には、決定ボタン８０１を選択することによってこの設定条件による実測定を実行することができ、条件の設定をし直す場合には、取消ボタン８０２を選択する。

なお、励磁周波数と測定サンプリング数などの設定パラメータの組み合わせは、予め決められた組み合わせ条件で測定（実測）することでフィルタリングし、その一次測定結果において、要求測定精度Ｐを満たす条件がない場合には、一次測定結果のうち、要求測定精度Ｐに最も近い組み合わせのパターンにおいて、一次測定において切り替えて測定を実行したパラメータとは異なる他のパラメータを変更して再度測定（二次測定）することで、要求測定精度Ｐに近い測定精度となる組み合わせをフィルタリング（抽出）するようにしても良い。

前記の探索処理において、ユーザーが設定した要求測定精度Ｐ、および、それを満たす励磁周波数と測定サンプリング数の組み合わせは、随時データベースに保存する。次回以降の探索処理では、ユーザーが設定した要求測定精度Ｐから、データベースをもとに実績のある組み合わせを優先的に実行する。データベース上の組み合わせで、条件を満たすものがなかった場合は、再度、測定時間が最も短くなる組み合わせから順番に実行する。なお、上記の探索方法は一例であり、その他の判断基準によって探索するようにしても良い。

また、ユーザーによる測定精度の入力は、必ずしも数値による入力でなくとも良い。例えば、測定精度「高」、「中」、「低」などのようにして、ユーザーがこれらのいずれかを選択することによって自動的に予め設定された数値に変換した上で上述した探索を実行するようにしても良い。また、ユーザーによる選択肢として、「測定精度：高、測定間隔：長」、「測定精度：中、測定間隔：中」、「測定精度：低、測定間隔：短」などの、複数の条件を組み合わせた選択肢の中からユーザーが選択可能にすることによって、簡易に複数の条件を組み合わせた中からの選択を実現できる。

また、測定時間優先モードと、測定精度優先モードの両方を実行したデータが存在する場合に、表示部においてそれぞれをタブで切り替えて表示可能なようにすることで、ユーザーはより直観的に２つのモードを切り替えて実行することが可能となる。このとき、それぞれのタブ内には、それぞれの測定モードにおける設定パラメータの組み合わせを複数表示しておくことが好ましい。なお、本発明において、測定モードは２つに限られず、目的に応じた数だけ切り替え可能に構成することが好ましい。

１００ … 電磁流量計
１０１ … 測定管
１０２ … 励磁コイル
１０３ａ、１０３ｂ … 電極
１０４ … 制御演算部
１０５ … 励磁回路部
１０６ … 増幅回路部
１０７ … ユーザーインターフェース部
２０１ … 制御信号
２０２ … 励磁電流
２０３ … 交流磁場
２０４ … 誘導起電力
２０５ … 流量信号

Claims

所定の励磁周波数で駆動される励磁電流によって測定管内の流体に交流磁場を印加し、前記流体に発生する起電力を一対の電極から所定の測定サンプリング数取得することで前記流体の流量を測定する電磁流量計において、
ユーザーによって入力される測定条件に応じて、設定パラメータとして、前記励磁周波数に対する前記測定サンプリング数を設定可能なことを特徴とする電磁流量計。
複数の測定モードから測定に使用する測定モードを選択入力可能な選択入力手段を備え、
選択された前記測定モードに応じて入力される前記測定条件に基づいて、前記設定パラメータを最適な値に自動的に設定することを特徴とする請求項１に記載の電磁流量計。
前記設定パラメータの選択優先度が異なる複数の測定モードを有し、選択された測定モードにおいて優先度が高い第１の設定パラメータに対する設定値を満たす条件内で、前記第１の設定パラメータ以外の前記設定パラメータを自動的に設定す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。
前記測定モードは、測定時間の設定値を優先する測定時間優先モードを含み、前記測定時間優先モードが選択された場合、設定された測定時間を満たす前記励磁周波数および前記測定サンプリング数の組み合わせにおいて、測定精度が最も高くなる条件で前記流体の流量を測定することを特徴とする請求項３に記載の電磁流量計。
前記測定モードは、測定精度の設定値を優先する測定精度優先モードを含み、前記測定精度優先モードが選択された場合、設定された測定精度を満たす前記励磁周波数および前記測定サンプリング数の組み合わせにおいて、測定時間が最も短くなる条件で前記流体の流量を測定することを特徴とする請求項３に記載の電磁流量計。