JP4386284B2 - 磁気誘導性流量測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、測定チューブを通過する媒体の流れを測定する磁気誘導性流量測定方法であって、少なくとも一つの界磁コイルを有し、測定チューブの軸に垂直な方向に延在する磁界成分を有する磁界を発生させ、界磁コイルの電気抵抗が測定され、第１の温度として、界磁コイルの温度が界磁コイルの測定された抵抗に基づいて算出される磁気誘導性流量測定方法に関する。

上記に参照される型の磁気誘導性流量測定方法及び磁気誘導性流量計は、例えば特許文献１に開示されている。この公報によれば、磁気誘導性流量計のコイル温度は、界磁コイルの電圧を測定することによって決定される。それは、測定チューブを流れる媒体（以下、流媒体という）の温度変化に起因する流量における変化を検出するためのものである。

一般的に、磁気誘導性流量測定方法及び磁気誘導性流量計は、近年よく知られており、応用についていろいろな異なる分野に用いられている。測定チューブを通過する媒体の流量を測定するための磁気誘導性流量計の基礎を構成する概念は、流量を測定するための電気力学的誘導の原理を適用することを１８３２年に提案したファラデーに、全てさかのぼる。電磁誘導に関するファラデーの法則によって、電荷担体を有し、磁界を横切って流れる媒体は、流れ方向に垂直に且つ磁界に垂直に電界強度を生じる。磁気誘導性流量計は、流れ方向に垂直な磁界成分を有する磁界を界磁コイルが発生させることにおいて、電磁誘導に関するファラデーの法則を使用する。前記磁界内に、この磁界を通過して流れ且つ所定数の電荷担体を有する媒体の各々の量要素が、測定電極によって検出される電圧に関係した量要素において生じる電界強度に貢献する。

従来の磁気誘導性流量計において、電極は、流媒体との導電性結合若しくは流媒体との誘電性結合のいずれかとして設計される。磁気誘導性流量計の顕著な特徴は、測定された電圧と測定チューブの直径を横切る平均された媒体の流量との間、言い換えると、測定された電圧と流量の間に比例関係があることである。

測定チューブの満タン状態における使用者情報を与える、いわゆるから運転検出の特徴を有する磁気誘導性流量計がいくつかある。また、液体対気体の限定に沿って測定チューブを通過する媒体の組成における使用者情報を与える磁気誘導性流量計がある。これは、特に、強い発泡性物質を含む流量測定の補正の為に必要である。

また、特許文献２（ＵＳＰ４，６５１，２８６）に記載されたように、磁気誘導性流量計の界磁コイルが開又は短絡したいずれかである場合に、警報信号を出力することができる警報ユニットを具備した磁気誘導性流量計もある。最後に、特許文献３（ＤＥ１０１１８００１Ｃ２）は、界磁コイルの温度（以下第１の温度という）が界磁コイルの測定されたインピーダンスに基づいて決定され、界磁コイルの第１の温度が、予め定義された温度レベルを超えた特に界磁コイルへの電源供給源を遮断することによる遮断装置が設けられる磁気誘導性流量計及びその流量計の操作方法を記載する。これは、磁気誘導性流量計への温度によって誘発されるダメージを防止するためのものである。
特開平０８−０１４９７１号公報 米国特許第４，６５１，２８６号 ドイツ特許第１０１１８００１号

本発明の課題は、測定チューブを流媒体の温度における特に単純で信頼性のある情報の形で付加された利益を使用者に提供することができる磁気誘導性流量測定方法を提供することにある。

上記課題は本発明により、界磁コイルとは別の位置で測定された温度を第２の温度として求め、媒体流の温度が、第１の温度と第２の温度に基づいて算出され、第２の温度を測定する場所は、第２の温度が、第１の温度と異なり、媒体の温度及び／又は周囲温度に依存するように選択され、流れる媒体の温度の算出は、第１の温度及び第２の温度に媒体の温度及び周囲温度の影響を反映するモデルに基いて行われることによって解決される。

このように、本発明の主要な要素は、界磁コイルの電気抵抗に基づいた界磁コイルの温度に加えて、界磁コイルとは別の場所での第２の温度の測定を提供することである。前記第２の温度は、直接又は間接的な方法で測定されるものであり、これは、この第２の温度が、界磁コイルの第１の温度が界磁コイルの電気抵抗に基づいて測定されるのと同じように、ある他の温度に依存する値によって直接的又は間接的に測定されることを意味する。前記第２の温度が界磁コイルと異なる場所で測定されるので、結果として生じる効果は、通常、第２の温度が、前記界磁コイルの電気抵抗を介して測定された第１の温度と異なる形で、媒体の温度及び／又は周囲温度に依存することである。この結果、第１の温度及び第２の温度によって、詳細には、下記に説明されるように、媒体の温度に到達することができる。

この発明の好ましい具体例において、第２の温度を測定する場所は、媒体の温度及び／又は周囲温度が、第１の温度と異なった形で第２の温度に影響を及ぼすやり方で慎重に選択される。

上述のように、本発明では、流媒体の温度の算出は、媒体の温度の結果及び第１の温度及び第２の温度における周囲温度の結果を反映するモデルに基づいてなされる。媒体の温度及び周囲温度は、第１の温度及び第２の温度と異なって、言い換えると異なる機能的要因に沿って作用するので、第１の温度の測定と第２の温度の測定は、前記モデルが媒体温度の特別な値と正確に相関し且つ媒体温度の特別な値の関数である一対の第１及び第２の温度値を生じさせる。

前記モデルは、多くの異なる方法において作成される。一方で、与えられた一対の第１の温度値及び第２の温度値と相関する媒体の異なる温度レベルのための値は、経験的に決定される。しかしながら、この発明の好ましい具体例においては、前記流媒体の温度は、下記する数式を使用して算出される：
Ｔ_１＝ａＴ_Ｍ＋ｂＴ_Ｕ＋ｘ
Ｔ_２＝ｃＴ_Ｍ＋ｄＴ_Ｕ＋ｙ
ここで、Ｔ_１は第１の温度、Ｔ_２は第２の温度、Ｔ_Ｍは媒体温度、及びＴ_Ｕは周囲温度であり、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｘ及びｙは、少なくとも第１の温度、第２の温度、媒体温度及び周囲温度における定数若しくは関数である。一般的には、必要がない場合、ｘ及びｙの値は、０であると仮定することができる。また、ａとｃ、及び／又はｂとｄは、好ましくはお互いに異なっている。

第２の温度は、本質的にいくつかの場所で測定される。しかしながら、この発明に係る磁気誘導性流量測定方法を適用して使用される磁気誘導性流量計は、一般的に、制御及び評価電子部品を収容する電子部品格納部を有する。この発明の好ましい具体例において、前記第２の温度は前記電子部品格納部において測定される。

前記電子部品格納部が測定チューブに装着され、これによって界磁コイルに直接隣り合う小型機器の場合、電子格納部において測定される第２の温度は、界磁コイルの電気抵抗を介して測定される第１の温度と比較して、媒体温度によって少なからず影響を受け且つ周囲温度によってより強く影響を受ける。

逆に、電子部品格納部が測定チューブ及び界磁コイルから離れて配置される（言い換えるとリモート装置を有する）磁気誘導性流量計においては、第２の温度は媒体の温度によって事実上影響を受けない状態である。ある種のリモート装置における界磁コイルの抵抗の測定において、この発明の好ましい具体例もまた、電子格納部へ界磁コイルを接続するリードケーブルの抵抗を決して無視できないものとして考慮する。

この発明に係る方法は、この点について記載されたように、測定チューブを流れる媒体に関して信頼性のある温度値をすでに導出している。しかしながら、この発明の好ましい具体例は、また第１の温度及び／又は流媒体の算出された温度を補正するために適用される界磁コイルの内因性の熱の測定を提供する。これは、例えば、コイル電流に関する関数としての前記界磁コイルの内因性の熱に関する又は特有のコイル電流に関するモデルによって、界磁コイルの経験的に確立された内因性の熱を介して達成される。

電子部品格納部がある場合、本願発明の好ましい具体例は、電子部品格納部の内因性の熱の測定を提供し、前記第２の温度及び／又は流媒体の算出された温度を補正することにおいてそれを適用する。これは、例えば、界磁コイルの内因性の熱を測定するために、上述したものを本質的に類似する方法において達成することができる。

最後に、この発明の好ましい具体例において、第１の温度及び媒体の算出された温度は、媒体の測定された流量の関数として補正される。前記界磁コイルの抵抗を介して測定された第１の温度もまた、媒体の流量に依存しており、且つこの形において、さらなる改良が流媒体の温度測定においてなされる。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

図１は、本願発明の好ましい具体例に係る磁気誘導性流量計において使用可能な界磁コイルの温度Ｔと、オームで明示されたこの界磁コイルの電気抵抗Ｒとの間の関係を示す。小さく黒い方形の形をした測定点は、直線に沿ってほとんど理想的に位置しており、界磁コイルの温度と界磁コイルの電気抵抗の間に比例関係があることを示している。以下、詳細に説明するように、これは、磁気誘導性流量計の測定チューブを流れる媒体（流媒体）の温度を、界磁コイルの電気抵抗を介して測定される第１の温度と、前記界磁コイルとは別の場所で測定された第１の温度とによって算出することに用いることができる。

図２は、本願発明の好ましい具体例に係る磁気誘導性流量計の概略図である。それは、ヘルムホイルコイルのような界磁コイル２の間に位置する測定チューブ１を有する。前記界磁コイル２は、測定チューブ１の軸に垂直な方向に延出する周期的に交番する磁界を発生させ、前記流媒体に電圧を誘導する。

２つの測定電極３が、誘導された電圧を検出し、測定電極３によって検出されたこの電圧は、流量測定装置４に送られる。この流量測定装置４は、測定チューブ１を通過する流媒体の測定された流量を、デジタル表示で表示する。測定値の出力は、図示しないバス装置を介して可能である。

また、界磁コイル２の測定された電気抵抗にも基づいて算出された界磁コイル温度の出力を行う出力装置５が設けられる。そのため、出力装置５は、２つの界磁コイル２に接続される。界磁コイル２の電気抵抗は、単純な電流及び電圧の測定による普通の方法において測定される。さらに、前記出力装置４は、界磁コイル２へ電力を供給することを行う。

図１に図示された関係によって、界磁コイルの電気抵抗値は、温度算出装置６に送られる第１の温度を構成する前記界磁コイル２の温度の指標として用いられる。また、前記温度算出装置６は、界磁コイル２の測定場所とは別の場所で、第２の温度を構成する温度を測定し、温度算出装置６へそれを適用する温度測定装置７に接続される。上述された本願発明の好ましい具体例では、温度測定装置７は、直接温度測定を行うタイプの温度センサである。

前記流媒体の温度は、温度算出装置６に送られた前記第１の温度及び第２の温度値に基づいて下記に示されるように算出される。

前記温度測定装置７は、第２の温度がそれぞれに第１の温度と異なって測定された媒体温度及び周囲温度に対応するような方法で設定される。特に、第１の温度が測定されることによって、前記界磁コイル２は、温度測定装置７よりも流媒体により近い位置に配置され、媒体温度に対してより強く界磁コイル２を露出している。この発明の上述した好ましいケースにおいて、第１の温度Ｔ_１と第２の温度Ｔ_２に関して良好な概算が下記する数式により確立された：
Ｔ_１＝０．７Ｔ_Ｍ＋０．３Ｔ_Ｕ
Ｔ_２＝０．２Ｔ_Ｍ＋０．８Ｔ_Ｕ
ここでＴ_Ｍは媒体温度、Ｔ_Ｕは周囲温度である。

上述したように、第１の温度Ｔ_１及び第２の温度Ｔ_２は、結果として、２つの未知数を有する２つの方程式となる。この種の方程式は、従来の方法において説明することができ、流媒体の温度Ｔ_Ｍにおける情報をもたらす。このように、温度算出装置６によって算出された流媒体の温度は、結果を表示する温度出力装置８に送られる。また、流媒体の算出された温度を表示させる別の、選択可能な、又は付加的なかたちの出力もある。

図２は、流量測定装置４、出力装置５，温度算出装置６，温度測定装置７及び温度出力装置８が、電子部品格納部９内に収納されていることを示している。電子部品格納部９にこれらの装置を収容することは、電子部品格納部９を内因性の熱のレベルまで温度上昇させる。流媒体の温度のより正確な算出のために、電子部品格納部９の内因性の熱に関して補正がなされる。その結果、電子部品格納部９の内因性の熱に関して流媒体の算出された温度を補正する図示しない補正装置が、温度算出装置６に一体に設けられる。この補正は、電子部品格納部９の内因性の熱の従来の経験的な測定に基づいており、第２の温度が測定され且つこれに対応して流媒体の温度が算出されるときに、それが計算に取り入れられる。

また、温度算出装置６に一体に設けられた図示しない補正装置は、媒体の測定された流量の関数として、前記流媒体の算出された温度を補正する。その結果に対して、流量測定装置４は、温度算出装置６に測定された流量を送信する。これは、測定チューブ１を通過する媒体の流量が多いほど界磁コイルからの熱が多く発散するために、前記結果を補正することを可能にし、その結果は、より低い第１の温度の読み込みとなる。

最後に、温度算出装置６に一体に設けられた別の装置は、図示しない補正装置であり、この補正装置は、界磁コイル２自身の内因性の熱に関して前記流媒体の算出された温度を補正する。この補正は、コイル電流と前記界磁コイル２の内因性の熱との間の関係についての従来の経験的な測定に基づいたコイル電流の関数である。

本願発明の好ましい具体例に係る磁気誘導性流量計に使用される界磁コイルの抵抗の依存した温度を示すグラフである。 この発明の好ましい具体例に係る磁気誘導性流量計の概略図である。

１ 測定チューブ
２ 界磁コイル
３ 測定電極
４ 流量測定装置
５ 出力装置
６ 温度算出装置
７ 温度測定装置
８ 温度出力装置
９ 電子部品格納部

Claims (7)

1. 測定チューブ（１）を通過する媒体の流れを測定する磁気誘導性流量測定方法であって、少なくとも一つの界磁コイル（２）を有し、前記測定チューブ（１）の軸に垂直な方向に延在する磁界成分を有する磁界を発生させ、前記界磁コイル（２）の電気抵抗が測定され、第１の温度として、界磁コイル（２）の温度が前記界磁コイルの測定された抵抗に基づいて算出される磁気誘導性流量測定方法において、
   前記界磁コイル（２）とは別の位置で測定された温度を第２の温度として求め、前記媒体流の温度が、前記第１の温度と第２の温度に基づいて算出され、
   前記第２の温度を測定する場所は、第２の温度が、第１の温度と異なり、媒体の温度及び／又は周囲温度に依存するように選択され、
   前記流れる媒体の温度の算出は、第１の温度及び第２の温度に媒体の温度及び周囲温度の影響を反映するモデルに基いて行われることを特徴とする磁気誘導性流量測定方法。
2. 前記流れる媒体の温度の算出は、下記する数式
   Ｔ_１＝ａＴ_Ｍ＋ｂＴ_Ｕ＋ｘ
   Ｔ_２＝ｃＴ_Ｍ＋ｄＴ_Ｕ＋ｙ
   に基づいてなされ、ここでＴ_１は第１の温度、Ｔ_２は第２の温度、Ｔ_Ｍは媒体温度、及びＴ_Ｕは周囲温度であり、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｘ及びｙは、少なくとも第１の温度、第２の温度、媒体温度及び周囲温度における定数若しくは関数であることを特徴とする請求項１記載の磁気誘導性流量測定方法。
3. 前記ａとｃ、及び／又はｂとｄは、各々お互いに異なっていることを特徴とする請求項２記載の磁気誘導性流量測定方法。
4. 電子部品格納部が設けられ、且つ前記第２の温度は、該電子部品格納部において測定されることを特徴とする請求項１記載の磁気誘導性流量測定方法。
5. 前記電子部品格納部の内因性の熱が決定され、且つ第２の温度及び／又は流れる媒体の算出された温度の補正に使用されることを特徴とする請求項４記載の磁気誘導性流量測定方法。
6. 前記界磁コイルの内因性の熱が決定され、第１の温度及び／又は流れる媒体の算出された温度の補正に使用されることを特徴とする請求項１記載の磁気誘導性流量測定方法。
7. 第１の温度及び／又は流れる媒体の算出された温度は、媒体の測定された流量の関数として補正されることを特徴とする請求項１記載の磁気誘導性流量測定方法。

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