JP4698910B2 - コリオリ流量計の本質的に安全な信号調整装置 - Google Patents
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Description
本発明は、コリオリ流量計のための流量計電子装置に関する。特に、本発明は、ホスト・システムから遠隔位置にあり本質的に安全であり得る信号調整装置を有する流量計電子装置に関する。更に、本発明は、従来の2芯あるいは4芯のケーブルをコリオリ流量計に対し電力を供給するため使用することを許容する信号調整装置を備える流量計電子装置に関する。
課題
1985年1月1日にJ.E.スミスに対し発行された米国特許第4,491,025号および1982年2月11日にJ.E.スミスに対し発行された米国再特許第31,450号に開示されたように、パイプラインを流れる物質に関して質量流量その他の情報を計測するためにコリオリ効果質量流量計を用いることは公知である。これらの流量計は、湾曲形状あるいは直線形状の1本以上の流管を備えている。コリオリ流量計における各流管の構成は、1つの曲げ、捻れ、放射状または組合わせのタイプであり得る1組の固有振動モードを有する。各流管は、これらの固有振動モードの1つにおいて共振するように駆動される。物質が充填され且つ振動する系の固有振動モードは、流管と流管内の物質との合成質量により部分的に規定される。物質は、流量計の流入側に接続された管路から流量計へ流入する。物質は次いで流管を通過し、流量計から流出側に接続された管路へ流出する。
駆動装置が流管に対し振動力を印加する。この振動力が流管を振動させる。流量計を通過する物質がないときは、流管に沿った全ての点は実質的に同相で振動する。物質が流管内に流れ始めると、コリオリ加速度により、流管に沿った各点には、流管に沿う他の点に関して異なる位相が生じる。流管の流入側における位相は駆動装置より遅れ、流出側の位相は駆動装置より進む。流管における2つの異なる点におけるセンサは、この2つの点における流管の運動を表わす正弦波信号を生じる。センサから受取られる2つの信号の位相差は、時間を単位として計算される。2つのセンサ信号間の位相差は、流管内に流れる物質の質量流量に比例する。
問題は、流量計の電子装置を流量計組立体に接続するのに9芯ケーブルを用いなければならないことである。本文の論述の目的のため、流量計電子装置は、駆動信号を生じ且つセンサからの信号を処理するのに必要な全ての回路を含み、流量計組立体は、少なくとも1本の流管と、固定された駆動装置と、流管の振動の計測に必要なセンサとを含む。流量計電子装置を流量計組立体へ接続するための9芯ケーブルは、流量計電子装置を駆動装置へ接続する2本のワイヤと、流量計電子装置を第1のピックオフ装置へ接続する2本のワイヤと、流量計電子装置を第2のピックオフ装置へ接続する2本のワイヤと、流量計電子装置を温度センサへ接続する3本のワイヤとを含む。
この9芯ケーブルは特注ケーブルであって製造コストが高く、従って、コリオリ流量計のユーザが購入するのには高価となる。9芯ケーブルの経費は、コリオリ流量計のユーザが流量計電子装置を流量計組立体から離れた制御領域へ移動させることを欲するときに特に問題となる。9芯ケーブルは、流量計電子装置と流量計組立体との間の全長にわたって取付けられねばならない。一般に、このような9芯ケーブルのコストは、流量計電子装置と流量計組立体との距離が増加するにつれて大幅に増大する。比較的安価であり且つユーザにとって入手が比較的容易である従来の2芯ケーブルまたは4芯ケーブルが流量計組立体を流量計電子装置に接続するのに使用できるならば、特に有利となろう。
流量計電子装置の設計における更なる問題は、流量計電子装置が揮発性物質を含む爆発性の環境で使用される場合があることである。本文の論述の目的のため、爆発性の環境は、火花、過度の熱または過大なエネルギが環境内に生じるならば発火し得る揮発性物質を含む系である。流量計電子装置が爆発性環境内で使用され得る1つの方法は、防爆型ハウジング内に封入されることである。防爆型ハウジングは、ハウジング内からの火花あるいは過度の熱によりハウジング外の環境における揮発性物質が発火しないことを保証するよう設計されたハウジングである。
装置を防爆性にするためには、封入、加圧および防炎性の容器を含む方法が用いられる。上記の方法のそれぞれは、装置の高熱な表面あるいは装置の回路からの火花が物質の発火を生じるおそれがある場合に、該装置を取り囲んで該装置と揮発性物質とが接触しないようにする。物質が容器内で発火するとしても、容器における何らかの間隙または開口は、物質が容器から漏洩するにつれて物質を冷却するのに充分な長さの火炎経路を提供するに違いない。高温の物質の冷却は、この高温物質が容器外の揮発性物質を発火させることを阻止する。
第2の解決法は、流量計電子装置を本質的に安全にすることである。本質的に安全な装置とは、装置における全ての回路が或る低エネルギ・レベルで動作する装置である。或るエネルギ・レベルで動作することにより、この装置は、装置が何らかの状態で故障したときであっても、火花または爆発を生じるのに充分な熱を生じないよう保証される。装置を本質的に安全にするのに必要な電力レベルは、米国におけるUL、ヨーロッパにおけるCENELEC、カナダにおけるCSAおよび日本におけるTIISのような調整機関により決定されている。
解決手段
上記および他の課題は、本発明による信号調整装置によって解決され、当該技術における進歩がなされる。本発明の第1の利点は、電力供給部をコリオリ流量計組立体から遠隔位置に設ける実施の形態を含み、コリオリ流量計組立体に対する9芯ケーブルの長さが低減され又は同ケーブルが除去されることである。この信号調整装置の第2の利点は、流量計電子装置全体が防爆型ハウジング内に密閉される必要がないことである。代わりに、本質的に安全であるのに必要な所要のエネルギおよび(または)電力の閾値よりも低い電力レベルで働く信号調整装置が用いられる。信号調整装置はコリオリ流量計組立体の近くにあり、信号調整装置に対する入出りのリード線が本質的に安全であるための閾値より高いレベルでエネルギおよび(または)電力を供給するのでなければ、信号調整装置を防爆型ハウジング内に密閉する必要がない。
本発明の流量計電子装置は、コリオリ流量計における流量計電子装置に流量計組立体を接続するための従来の9芯ケーブルの必要を除去する。代わりに、ホスト・システムから信号調整装置へエネルギおよび(または)電力を供給するのに、従来の2芯あるいは4芯ケーブルを用いることができる。この信号調整装置はコリオリ流量計組立体の近くにあり、駆動信号を生成し、コリオリ流量計の流管に固定された運動ピックオフおよび温度センサからセンサ信号を受取り、ピックオフからの信号を処理して、流管内に流れる物質の特性についての情報を生成することができる。
前記信号調整装置は、流量計電子装置を接続するのに以前には用いられた従来の9芯ケーブルとは別物である9本の個別のリード線により、駆動装置およびセンサへ接続される。ピックオフ信号の処理の後、信号調整装置は、従来の4芯ケーブルにおける2本の個別のワイヤまたは従来の2芯ケーブルにおける電力供給用の2本のワイヤで、物質の特性に関する情報を送信することができる。
信号調整装置を本質的に安全であり得るようにするために、信号調整装置はホスト側保護回路と流量計組立体保護回路とを含む。ホスト側保護回路は、本質的に安全な閾値を越えるエネルギおよび(または)電力が、信号調整装置をホスト・システムへ接続するリード線に対して信号調整装置により印加されないようにする。この本質的に安全な閾値とは、回路からの火花または熱が環境内の揮発性物質を発火させないことを保証するよう種々の官庁により通達されたエネルギおよび(または)電力のレベルである。以降の本文の論議を簡潔にするため、電力とはエネルギまたは電力を意味するものと理解される。
ホスト側保護回路は、電力供給部保護回路および(または)信号保護回路を含む。電力供給部保護回路は、電力をホスト・システムから信号調整装置に対し供給する第1のワイヤおよび第2のワイヤを介して信号調整装置から電力が流れるのを阻止する。信号保護回路は、本質的に安全な閾値を越える電力が、ピックオフ信号調整回路を遠隔のホスト・システムへ接続するリード線に、信号調整装置におけるピックオフ信号調整回路により印加されるのを阻止する。
流量計組立体保護回路は、本質的に安全な閾値を越える電力が流量計組立体に接続されたリード線へ印加されることを阻止する。流量計組立体保護回路は駆動信号保護回路とセンサ信号保護回路とを含む。駆動信号保護回路は、本質的に安全な閾値電力を越える電力が、駆動装置に接続されたリード線へ、信号調整装置における駆動回路により印加されることを阻止する。センサ信号保護回路は、第1のピックオフ装置に接続されたリード線と第2のピックオフ装置に接続されたリード線とに、信号調整装置におけるピックオフ信号調整回路により電力が印加されるのを阻止する。
遠隔のホスト・システムは電力供給部と2次信号処理システムとを含む。電力供給部はシステム全体に対し電力を供給し、2次処理システムは信号調整装置から出力信号を受取って、流管に流れる物質の特性を決定する。本質的に安全であるために、ホスト・システムは、本質的に安全な閾値より大きな電力が信号調整装置に接続されたリード線へホスト・システムにより印加されることを阻止する防壁を含む。
ホスト・システムの防壁は、電力供給部保護回路と2次処理用保護回路とを含む。電力供給部保護回路は、本質的に安全な閾値を越える電力が、信号調整装置に電力を供給する第1のワイヤと第2のワイヤとへ印加されることを阻止する。2次信号保護回路は、2次処理システムを信号調整装置におけるピックオフ信号保護回路へ接続するリード線へ2次処理システムにより電力が印加されることを阻止する。
本発明の特質は、本質的に安全であり得るコリオリ流量計に対する流量計電子装置の提供である。流量計電子装置は下記の構成要素を含む。信号調整装置は、遠隔のホスト・システムにおける電力供給部から第1のワイヤと第2のワイヤとを介して電力を受取る。信号調整装置における駆動回路は電力供給部から受取った電力から駆動信号を生成し、駆動信号をコリオリ流量の少なくとも1つの管路へ固定された駆動装置へ印加する。信号調整装置におけるピックオフ信号調整回路は、コリオリ流量の少なくとも1つの管路へ固定された第1のピックオフ・センサと第2のピックオフ・センサとから入力信号を受取り、管路を流れる物質の特性を表わす情報を入力信号から生成し、この情報を含む出力信号を遠隔のホスト・システムへ送出する。信号調整装置におけるホスト側保護回路は、本質的に安全な閾値を越える電力が、信号調整装置をホスト・システムへ接続するリード線へ、信号調整装置における回路により印加されることを阻止する。信号調整装置における流量計組立体保護回路は、本質的に安全な閾値を越える電力が、信号調整装置を駆動装置、第1のピックオフ・センサおよび第2のピックオフ・センサに接続するリード線へ、信号調整装置における回路により印加されることを阻止する。
好ましくは、本質的に安全であり得るコリオリ流量計組立体のための流量計電子装置は、駆動回路と、前記駆動回路内に構成された信号調整装置と、前記流量計電子装置及び前記信号調整装置へ電力を供給することができる電力供給部とを具備する。この流量計電子装置は、
信号調整装置から離れた位置に設けられ、前記電力供給部が内部に構成されているホスト・システムを備え、
前記信号調整装置が前記遠隔のホスト・システムの前記電力供給部から第1のワイヤおよび第2のワイヤを介して電力を受取り、
前記信号調整装置内の前記駆動回路が、前記電力供給部から受取った前記電力から駆動信号を生成し、該駆動信号を前記コリオリ流量計の少なくとも1つの管路に固定された駆動装置へ印加し、
前記信号調整装置内のピックオフ信号調整回路が、前記少なくとも1つの管路に固定された第1のピックオフ・センサと第2のピックオフ・センサとから入力信号を受取り、該入力信号に応答して、前記少なくとも1つの管路を流れる物質の特性を表わす情報を生成し、前記信号調整装置が、前記情報を含む出力信号を前記遠隔のホスト・システムへ送出し、
前記信号調整装置内のホスト側保護回路が、前記ホスト・システムに前記信号調整装置を接続する線に対して、本質的に安全な閾値を越える電力が前記信号調整装置における回路により印加されることを阻止し、
前記信号調整装置内の流量計組立体保護回路が、前記信号調整装置を前記駆動装置、前記第1のピックオフ・センサおよび前記第2のピックオフ・センサへ接続する線に対して、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記信号調整装置における回路により印加されることを阻止する
ことを特徴とする。
好ましくは、前記ホスト側保護回路は、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記信号調整装置における前記回路により前記第1のワイヤと前記第2のワイヤとへ印加されることを阻止する電力供給保護回路を含む。
好ましくは、前記ホスト側保護回路は、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路を前記ホスト・システムへ接続するリード線へ印加されることを阻止する信号保護回路を含む。
好ましくは、前記流量計組立体保護回路は、前記駆動回路により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記駆動装置へ接続された線へ印加されることを阻止する駆動装置保護回路を更に含む。
好ましくは、前記流量計組立体保護回路は、前記ピックオフ信号調整回路により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記第1のピックオフ・センサおよび前記第2のピックオフ・センサを前記ピックオフ信号調整回路へ接続する線に印加されることを阻止するセンサ保護回路を更に含む。
好ましくは、前記遠隔のホスト・システムは、前記電力供給部と2次信号処理システムとを含んでおり、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ホスト・システムにより前記信号調整装置と前記ホスト・プロセッサとの間で前記リード線へ印加されることを阻止するホスト・システムにおける防壁を更に含む。
好ましくは、前記防壁は、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記電力供給部により前記第1のワイヤのうちの1つと前記第2のワイヤのうちの1つとへ印加されることを阻止する電力保護回路を含む。
好ましくは、流量計電子装置は、前記2次信号処理システムにより、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路を前記2次信号処理システムへ接続する線へ印加されることを阻止する、前記遠隔のホスト・システム内の2次処理保護回路を更に備える。
好ましくは、前記出力信号は、前記ピックオフ信号調整回路により、前記遠隔のホスト・システムへ達する前記第1のワイヤと前記第2のワイヤとへ印加される。
好ましくは、前記出力信号は、前記遠隔のホスト・システムへ接続される第3のワイヤと第4のワイヤとへ印加される。
好ましくは、前記駆動回路は、前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電流量を制御する。
好ましくは、前記駆動回路は、前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電圧量を制御する。
好ましくは、コリオリ流量計組立体に対する信号を処理するために本質的に安全であり得る方法であって、前記コリオリ流量計を流れる物質の特性を示す情報を入力信号から生成する方法は、
遠隔のホスト・システムにおける電力供給部から第1のワイヤと第2のワイヤとを介して、信号調整装置において電力を受け取るステップと、
前記信号調整装置における回路により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記第1のワイヤと前記第2のワイヤとへ印加されることを阻止するステップと、
前記信号調整装置における駆動回路を用いて、前記の受け取られた電力から駆動信号を生成するステップと、
前記コリオリ流量計の少なくとも1つの管路へ固定された駆動装置へ前記駆動信号を印加するステップと、
前記駆動回路により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記駆動装置へ接続された線へ印加されることを阻止するステップと、
前記コリオリ流量計の少なくとも1つの管路へ固定された第1のピックオフ・センサと第2のピックオフ・センサとから、入力信号をピックオフ信号調整回路において受け取るステップと、
前記ピックオフ信号調整回路により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記第1のピックオフ・センサと前記第2のピックオフ・センサとを前記ピックオフ信号調整回路へ接続する線へ印加されることを阻止するステップと、
前記情報を含む出力信号を前記遠隔のホスト・システムへ送出するステップと、
前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路を前記遠隔のホスト・システムへ接続する線へ印加されることを阻止するステップと、
を含むことを特徴とする。
好ましくは、前記ホスト・システムは、前記電力供給部と2次信号処理システムとを含み、前記方法は、前記遠隔のホスト・システムにより、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記信号調整装置と前記2次信号処理システムとの間で線へ印加されることを阻止するステップを更に含む。
好ましくは、前記遠隔のホスト・システムからの電力を阻止する前記ステップは、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記電力供給部により前記第1のワイヤと前記第2のワイヤとへ印加されることを阻止するステップを含む。
好ましくは、前記遠隔のホスト・システムからの電力を阻止する前記ステップは、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記2次信号処理システムにより前記ピックオフ信号調整回路を前記2次信号処理システムへ接続するリード線へ印加されることを阻止するステップを含む。
好ましくは、前記出力信号を送出する前記ステップは、前記ピックオフ信号調整回路により前記第1のワイヤと前記第2のワイヤとへ印加するステップを含む。
好ましくは、前記出力信号を送出する前記ステップは、前記遠隔のホスト・システムに接続される第3のワイヤと第4のワイヤとへ前記出力信号を印加するステップを更に含む。
好ましくは、前記方法は、前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電流量を制御するステップを更に含む。
好ましくは、前記方法は、前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電圧量を制御するステップを更に含む。
好ましくは、流量計電子装置を備える流量計信号処理システムは、前記流量計電子装置が、信号調整装置と、前記信号調整装置に遠隔位置で結合されるホスト・システムとを具備し、前記信号調整装置と前記ホスト・システムとが本質的に安全な閾値内で動作することを特徴とする。
好ましくは、流量計信号を処理する方法は、
流量計電子装置を設けるステップと、
信号調整装置と、流量計組み立て体に結合されたホスト・システムとを有する前記流量計電子装置の信号処理システムを設けるステップと、
前記信号調整装置を本質的に安全な閾値内で動作させるステップと、
前記ホスト・システムを前記信号調整装置から遠隔に且つ本質的に安全な閾値内で動作させるステップと、
前記信号調整装置において、前記流量計組立体から信号を受け取るステップと、
前記信号を処理するステップと、
を含むことを特徴とする。
本発明の上記および他の利点は、詳細な説明および添付図面において記述される。
詳細な説明
本発明の望ましい実施の形態について、以下において、同じ数字は同様の要素を指示する添付図面に関して更に詳細に記述する。当業者は理解するように、本発明が多くの異なる形態で実施され得るものであり、本文に記述する実施の形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施の形態は、開示が完全かつ充分であり、当業者へ本発明の範囲を充分に伝えるように提示される。
図1は、コリオリ流量計組立体10と流量計電子装置20とを含む例示のコリオリ流量計5を示している。流量計電子装置20は、経路100を介してコリオリ流量計組立体10へ接続され、例えば密度、質量流量、体積流量および総合的な質量流量の情報を経路26により提供する。コリオリ流量計の構造について記述するが、本発明は管路を流れる物質の特性を計測するため振動管路を備える任意の装置と結合して実施し得る。このような装置の第2の例は、コリオリ質量流量計により提供される付加的な計測能力は持たない振動流管型密度計である。
流量計組立体10は、フランジ101、101′、マニフォールド102および管路103A、103Bを備える。管路103A、103Bには、駆動装置104とピックオフ・センサ105、105′と温度センサ107とが接続される。ブレース・バー106、106′は、各管路が振動する軸W、W′を規定するよう働く。
計測されている処理物質を搬送するパイプライン系(図示せず)にコリオリ流量計5が挿入されると、物質はフランジ101を介して流量計組立体10へ流入し、マニフォールド102を通過して物質は管路103A、103Bへ向かわされ、管路103A、103Bを通って再びマニフォールド102へ戻り、マニフォールド102からフランジ101′を通って流量計組立体10から出る。
管路103A、103Bは、それぞれ曲げ軸W−W、W′−W′に関して実質的に同じ質量配分、慣性モーメントおよび弾性率となるように選定されてマニフォールド102に適切に取付けられる。管路103A、103Bは、マニフォールドから実質的に平行に外方へ伸びている。
管路103A、103Bは、それらの曲げ軸W、W′の周囲で反対方向へ、且つ、流量計のいわゆる第1位相ずれ曲げモードで、駆動装置104によって駆動される。駆動装置104は、管路103Aに取付けられた磁石のような複数の周知の構成のうちの任意の1つと、管路103Bに取付けられた対向コイルとを含み、対向コイルを介して交流電流が両方の管路を振動させるよう流される。適切な駆動信号が流量計電子装置20により経路110を介して駆動装置104へ印加される。
ピックオフ・センサ105、105′は、管路103A、103Bの振動を計測するように、これらの管路のうちの少なくとも1つの対向端に固定される。管路103A、103Bが振動すると、ピックオフ・センサ105、105′が第1のピックオフ信号と第2のピックオフ信号とを生じる。これら第1および第2のピックオフ信号は経路111、111′へ印加される。駆動装置速度信号は経路110へ印加される。
温度センサ107は、管路103A、103Bのうちの少なくとも1つへ固定される。温度センサ107は、システムの温度に対する式を修正するため管路の温度を計測する。経路112は温度信号を温度センサ107から流量計電子装置20へ運ぶ。
流量計電子装置20は、経路111′、111″にそれぞれ現われる第1および第2のピックオフ信号を受信する。流量計電子装置20は、これら第1および第2の速度信号を処理して、流量計組立体10を流れる物質の質量流量、密度その他の特性を計算する。この計算された情報は、流量計電子装置20により経路26で利用手段(図示せず)へ印加される。
コリオリ流量計5は構造において振動管型密度計と類似している。振動管型密度計も流体が内部に流れる振動管を用いており、サンプル型密度計の場合には、振動管の内部に流体が保持される。振動管型密度計はまた、管路を振動させるよう励振するための駆動システムを用いる。振動管型密度計は典型的には唯一つのフィードバック信号を使用するが、これは密度の計測が周波数の計測のみを必要とし、位相の計測は必要でないからである。本発明の記述は、振動管型密度計にも同様に妥当する。
図2は、本発明の望ましい実施の形態をブロック図において示している。この実施の形態においては、流量計電子装置20は、2つの構成要素、すなわちホスト・システム200と信号調整装置201とに物理的に分けられる。従来の流量計電子装置においては、これらの構成要素は1つのユニットの中に収容される。このため、9芯ケーブルを流量計電子装置20から流量計組立体10へ延ばすことが必要になる。しかし、当該実施の形態にしたがって流量計電子装置20の構成要素をホスト・システム200と信号調整装置201とに分割することにより、流量計電子装置20からの信号を印加する9芯ケーブル、すなわち、駆動装置104、ピックオフ・センサ105、105′および温度センサ107(全ての構成要素は図1に示される)と接続されたリード線の必要を無くすことができる。その代わり、信号調整装置201を流量計組立体10に対し並置することにより、信号調整装置201は経路110、111−111′、112において9本のリード線へ直接接続される。
信号調整装置201は、駆動回路210とピックオフ調整回路220とを備える。信号調整装置201は本質的に安全であり得る。このため、信号調整装置201における全ての回路は、本質的に安全な閾値より低い電力レベルで動作する。本文の論議のために、電力はエネルギおよび(または)電力を意味する。本質的に安全な閾値とは、回路からの火花、過大なエネルギまたは過剰な熱が環境内の揮発性物質を発火させないことを保証するよう装置が動作し得る最大電力である。駆動回路210およびピックオフ調整回路220は、実際には、別個のアナログ回路であっても、ディジタル信号プロセッサその他のディジタル型の構成要素により提供される別個の機能であってもよい。
駆動回路210は、駆動信号を生成して該駆動信号を経路100の経路110を介して駆動装置104へ印加する(図1参照)。経路110は第1のリード線と第2のリード線を有する。駆動回路210は、経路215によりピックオフ信号調整回路に接続されている。経路215は、駆動信号を調整するよう駆動回路が到来ピックオフ信号を監視できるようにする。駆動回路210およびピックオフ調整回路220を動作させる電力は、第1のワイヤ211と第2のワイヤ212を介してホスト・システム200から供給される。第1のワイヤ211と第2のワイヤ212とは、従来の2芯ケーブルあるいは4芯ケーブルの一部であってよい。
ピックオフ調整回路220は、第1のピックオフ装置105、第2のピックオフ装置105′および温度センサ107から経路111、111′、112(図1参照)を介して入力信号を受取る。ピックオフ調整回路220は、ピックオフ信号の周波数を決定し、また管路103A−103B(図1参照)内を流れる物質の特性をも決定する。ピックオフ・センサ105−105′からの入力信号の周波数および物質の特性が決定された後、この情報を運ぶ出力信号が生成され、経路221を介してホスト・システム200における2次処理装置250へ送られる。望ましい実施の形態においては、経路221は2本のリード線321、322(図3参照)を含む。
ホスト・システム200は、電力供給部230と2次処理システム250とを備える。電力供給部230は電源から電気を受取り、受取った電気をシステムが必要とする適正な電力へ変換する。2次処理システム250は、ピックオフ信号調整回路220から出力信号を受取り、ユーザが必要とする、管路103A−103B内を流れる物質の特性を提供するのに必要な処理を行う。このような特性は密度、質量流量および体積流量を含むが、これらに限定されるものではない。
図3は、本質的に安全である本発明による実施の形態のブロック図を示している。この実施の形態は、信号調整装置201が本質的に安全であることを可能にする。従って、信号調整装置201は防爆型ハウジングに収容される必要がない。その代わり、爆発性の環境では、ホスト・システム200の構成要素のみは防爆型ハウジングに収容されねばならない。
信号調整装置201を本質的に安全であるようにするために、駆動回路210とピックオフ調整回路220は、本質的に安全な閾値より低い電力で動作しなければならないが、本質的に安全な閾値とは、回路からの火花や熱が環境内の揮発性物質を発火させないことを保証するように装置を動作させることを種々の機関が許容する最大電力である。当該実施の形態では、駆動制御回路210は経路211、212を介して電力供給部230から電力を受取り、駆動信号を経路100の経路110(図1参照)のリード線341−342を介して駆動装置104へ印加する。
ピックオフ信号調整回路220は、後述する流量計組立体防壁回路330を通るリード線343−347を介してピックオフ・センサ105−105′(図1に示す)と温度センサ107とから信号を受取る。次いで、この出力信号は経路221のリード線321−322へ印加される。リード線321、322は、通常の4−20maまたはRS405規則をサポートするために必要とされる。しかし、当業者は認識するように、上記出力信号をホスト・システム200から電力を受取るリード線211−212へ印加することが可能である。
信号調整装置201はまた、本質的に安全な閾値を越える電力が、信号調整装置201をホスト・システム200へ接続するリード線へ信号調整装置201により印加されるのを阻止するホスト側保護回路320と、本質的に安全な閾値を越える電力が、信号調整装置201を流量計組立体10へ接続するリード線341−349へ信号調整装置201により印加されるのを阻止する流量計組立体保護回路330とを備える。本質的に安全な閾値とは、種々の機関が装置を本質的に安全であるものとして評価されるよう動作させることを許容する最大電力量である。電力は、リード線の両端における電流または電圧の量によって計測される。
ホスト側保護回路320は電力保護回路322と信号保護回路324とを備える。電力保護回路322は、第1のワイヤ211と第2のワイヤ212とを介して電力を受取るが、動作期間に、または短絡が生じると、信号調整装置201によって電力がワイヤ211−212を介して印加されるのを阻止する。信号保護回路324は、本質的に安全な閾値を越える電力が信号調整装置201によりリード線321−322へ印加されないことを保証する。
流量計組立体保護回路330は駆動装置保護回路331とセンサ保護回路332とを備える。駆動装置保護回路331は、駆動装置104(図1に示される)へ接続されるリード線341、342へ本質的に安全な閾値を越える電力が駆動回路210によって印加されることを阻止する。センサ保護回路332は、本質的に安全な閾値を越える電力が、動作期間にまたは短絡が生じたときに、ピックオフ信号調整回路220によりリード線343−347へ印加されることを阻止する。
システムを本質的に安全にするために、遠隔のホスト・システム200は、信号調整装置201へ接続されたリード線に、本質的に安全な閾値を越える電力を印加することができない。ホスト・システム200における防壁310は、ホスト・システム200を信号調整装置201へ接続するリード線211−212、321−322に、本質的に安全な閾値を越える電力が印加されることを阻止する。防壁310は電力供給部保護回路311と2次処理保護回路312とを備える。
電力供給部保護回路311は、経路313−314を介して電力供給部230から電力を受取るが、正常な動作期間にまたは短絡が生じたときに、リード線211−212へ印加されている電力が本質的に安全な閾値を越えることを阻止する回路を備える。電力量は、リード線211−212における電流量または電圧量において計測される。
2次処理保護回路312は、経路221においてリード線321−322を介してピックオフ信号調整回路220から信号を受取り、リード線315−316を介して2次処理装置250へ出力信号を送出する。2次処理防壁回路312は、正常な動作期間にまたは短絡が生じたときに、本質的に安全な閾値を越える電力が経路221のリード線321−322へ印加されることを阻止する。
以上は、本質的に安全であることが可能であり且つ従来の9芯ケーブルの必要を無くす信号調整装置を備えるコリオリ流量計のための流量計電子装置についての記述である。予測されるように、当業者であれば、本文に述べた本発明を文言どおりまたは均等論により侵害する他の流量計電子装置を設計することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による流量計電子装置を組み込んだコリオリ流量計を示す。
【図2】 本発明による流量計電子装置のブロック図を示す。
【図3】 本発明による望ましい実施の形態の流量計電子装置のブロック図を示す。
Claims (50)
- 本質的に安全であり得るコリオリ流量計組立体(5)のための流量計電子装置(20)であって、
遠隔のホスト・システム(200)の電力供給部(230)から第1のワイヤ及び第2のワイヤを介して電力を受け取る信号調整装置(201)と、
前記電力供給部から受け取った前記電力から駆動信号を生成し、該駆動信号を少なくとも1つの管路に固定された駆動装置へ印加するようになされた、前記信号調整装置(201)における駆動回路(210)と、
前記少なくとも1つの管路に固定された第1のピックオフ・センサと第2のピックオフ・センサとから入力信号を受取り、該入力信号から、前記管路を流れる物質の特性を表わす情報を生成し、前記情報を含む出力信号を前記遠隔のホスト・システム(200)へ送出する、前記信号調整装置(210)におけるピックオフ信号調整回路(220)と、
前記ホスト・システム(200)に前記信号調整装置(201)を接続するリード線に対して、本質的に安全な閾値を越える電力が前記信号調整装置(201)における回路により印加されることを阻止する、前記信号調整装置(201)におけるホスト側保護回路(320)と、
前記信号調整装置(201)を前記駆動装置、前記第1のピックオフ・センサおよび前記第2のピックオフ・センサへ接続するリード線に対して、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記信号調整装置における回路により印加されることを阻止する、前記信号調整装置(201)における流量計組立体保護回路(330)と、
を具備する流量計電子装置(20)。 - 前記ホスト側保護回路(320)が、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記信号調整装置(201)における前記回路により前記第1のワイヤと前記第2のワイヤとに印加されることを阻止する電力供給部(230)保護回路を含む、請求項1記載の流量計電子装置(20)。
- 前記ホスト側保護回路(320)が、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路(220)を前記ホスト・システム(200)へ接続するリード線へ印加されることを阻止する信号保護回路(324)を含む、請求項1記載の流量計電子装置(20)。
- 前記流量計組立体保護回路(330)が、前記駆動回路(210)により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記駆動装置へ接続されたリード線へ印加されることを阻止する駆動装置保護回路(331)を更に含む、請求項1記載の流量計電子装置(20)。
- 前記流量計組立体保護回路(330)が、前記ピックオフ信号調整回路(220)により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記第1のピックオフ・センサおよび前記第2のピックオフ・センサを前記ピックオフ信号調整回路(220)へ接続するリード線に印加されることを阻止するセンサ保護回路(332)を更に含む、請求項1記載の流量計電子装置(20)。
- 前記信号調整装置(201)が本質的に安全に動作する、請求項1記載の流量計電子装置(20)。
- 前記ホスト・システム(200)が、前記電力供給部(230)と2次信号処理システム(250)とを含んでおり、
前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ホスト・システム(200)により前記信号調整装置(201)と前記ホスト・システム(200)との間で前記リード線へ印加されることを阻止する、前記ホスト・システム(200)における防壁(310)を更に含む、請求項6記載の流量計電子装置(20)。 - 前記防壁(310)が、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記電力供給部(230)により前記第1のワイヤと前記第2のワイヤとへ印加されることを阻止する電力保護回路(311)を含む、請求項7記載の流量計電子装置(20)。
- 前記2次信号処理システム(250)により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路(220)を前記2次信号処理システム(250)へ接続するリード線へ印加されることを阻止する2次処理保護回路(312)を更に備える、請求項8記載の流量計電子装置(20)。
- 前記出力信号が、前記ピックオフ信号調整回路(220)により、前記第1のワイヤと前記第2のワイヤとへ印加される、請求項1記載の流量計電子装置(20)。
- 前記出力信号が、前記ホスト・システム(200)へ接続される第3のワイヤと第4のワイヤとへ印加される、請求項1記載の流量計電子装置(20)。
- 前記駆動回路(210)が、前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電流量を制御する、請求項1記載の流量計電子装置(20)。
- 前記駆動回路(210)が、前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電圧量を制御する、請求項1記載の流量計電子装置(20)。
- コリオリ流量計組立体(5)に対する信号を処理するために本質的に安全であり得る方法であって、
遠隔のホスト・システム(200)における電力供給部から第1のワイヤと第2のワイヤとを介して信号調整装置において電力を受け取るステップと、
前記信号調整装置における回路により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記第1のワイヤと前記第2のワイヤとへ印加されることを阻止するステップと、
前記信号調整装置における駆動回路を用いて、前記電力供給部から受け取られた前記電力から駆動信号を生成するステップと、
少なくとも1つの管路へ固定された駆動装置へ前記駆動回路から前記駆動信号を印加するステップと、
前記駆動回路により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記駆動装置へ接続されたリード線へ印加されることを阻止するステップと、
前記少なくとも1つの管路へ固定された第1のピックオフ・センサと第2のピックオフ・センサとから、入力信号を前記信号調整装置におけるピックオフ信号調整回路において受け取るステップと、
前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路により、前記第1のピックオフ・センサと前記第2のピックオフ・センサとを前記ピックオフ信号調整回路へ接続するリード線へ印加されることを阻止するステップと、
前記管路を流れる物質の特性を示す情報を前記入力信号から生成するステップと、
前記情報を含む出力信号を前記ホスト・システムへ送出するステップと、
前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路を前記ホスト・システムへ接続するリード線へ印加されることを阻止するステップと、
を含む方法。 - 前記信号調整装置が本質的に安全に動作する、請求項14記載の方法。
- 前記ホスト・システムが、前記電力供給部と2次信号処理システムとを含み、
前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ホスト・システムにより、前記信号調整装置と前記2次信号処理システムとの間で前記リード線へ印加されることを阻止するステップを更に含む、請求項14記載の方法。 - 前記ホスト・システムからの電力を阻止する前記ステップが、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記電力供給部により前記第1のワイヤと前記第2のワイヤとへ印加されることを阻止するステップを含む、請求項16記載の方法。
- 前記ホスト・システムからの電力を阻止する前記ステップが、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記2次信号処理システムにより、前記ピックオフ信号調整回路を前記2次信号処理システムへ接続するリード線へ印加されることを阻止するステップを含む、請求項16記載の方法。
- 前記出力信号を送出する前記ステップが、前記出力信号を前記ピックオフ信号調整回路により前記第1のワイヤと前記第2のワイヤとへ印加するステップを含む、請求項14記載の方法。
- 前記出力信号を送出する前記ステップが、前記ホスト・システムに接続される第3のワイヤと第4のワイヤとへ前記出力信号を印加するステップを更に含む、請求項14記載の方法。
- 前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電流量を制御するステップを更に含む、請求項14記載の方法。
- 前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電圧量を制御するステップを更に含む、請求項14記載の方法。
- コリオリ流量計(5)の信号処理装置であって、
流量計組立体(10)に近接して取り付けられ且つ前記流量計組立体に結合した本質安全信号調整装置(201)であって、物質が前記流量計組立体を流れるときに前記流量計組立体によって生成される入力信号から、前記物質の特性を示す出力信号を生成することができる本質安全信号調整装置(201)と、
前記本質安全信号調整装置(201)から遠隔にあり、前記本質安全信号調整装置と結合されて前記本質安全信号調整装置に電力を供給するホスト・システム(200)と、
を具備し、前記本質安全信号調整装置(201)が、
前記ホスト・システム(200)における電力供給部(230)から受け取った前記電力から駆動信号を生成し、該駆動信号を前記流量計組立体(10)における少なくとも1つの管路に固定された駆動装置へ印加する駆動回路(210)と、
前記少なくとも1つの管路に固定された第1のピックオフ・センサと第2のピックオフ・センサとから入力信号を受取り、該入力信号から、前記管路を流れる物質の特性を表わす情報を生成し、前記情報を含む出力信号を前記ホスト・システム(200)へ送出するピックオフ信号調整回路(220)と、
前記本質安全信号調整装置(201)をホスト・システム(200)に接続するリード線に対して、本質的に安全な閾値を越える電力が前記本質安全信号調整装置(201)により印加されることを阻止するホスト側保護回路(320)と、
前記信号調整装置(201)を前記駆動装置、前記第1のピックオフ・センサおよび前記第2のピックオフ・センサへ接続するリード線に対して、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記本質安全信号調整装置(201)により印加されることを阻止する流量計組立体保護回路(330)と、
を具備する信号処理装置。 - 前記ホスト側保護回路(320)が、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記本質安全信号調整装置(201)を前記ホスト・システム(200)における前記電力供給部(230)へ接続するリード線に印加されるのを阻止する電力供給部保護回路を含む、請求項23記載の信号処理装置。
- 前記ホスト側保護回路(320)が、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路(220)を前記ホスト・システム(200)へ接続するリード線へ印加されることを阻止する信号保護回路(324)を含む、請求項23記載の信号処理装置。
- 前記流量計組立体保護回路(330)が、前記駆動回路(210)により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記駆動装置へ接続されたリード線へ印加されることを阻止する駆動装置保護回路(331)を更に含む、請求項23記載の信号処理装置。
- 前記流量計組立体保護回路(330)が、前記ピックオフ信号調整回路(220)により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記第1のピックオフ・センサおよび前記第2のピックオフ・センサを前記ピックオフ信号調整回路(220)へ接続するリード線に印加されることを阻止するセンサ保護回路(332)を更に含む、請求項23記載の信号処理装置。
- 前記ホスト・システム(200)が前記電力供給部(230)を含み、
前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ホスト・システム(200)により、前記信号調整装置(201)と前記ホスト・システム(200)との間でリード線へ印加されることを阻止する防壁(310)を更に含む、請求項23記載の信号処理装置。 - 前記防壁(310)が、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記信号調整装置(201)と前記ホスト・システム(200)における前記電力供給部(230)との間でリード線へ印加されることを阻止する電力保護回路(311)を含む、請求項28記載の信号処理装置。
- 前記2次信号処理システム(250)により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路(220)を前記2次信号処理システム(250)へ接続するリード線へ印加されることを阻止する2次処理保護回路(312)を更に備える、請求項29記載の信号処理装置。
- 前記ピックオフ信号調整回路(220)が、前記出力信号を、前記ピックオフ信号調整回路(220)および前記ホスト・システム(200)を接続するリード線へ印加する、請求項23記載の信号処理装置。
- 前記駆動回路(210)が、前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電流量を制御する、請求項23記載の信号処理装置。
- 前記駆動回路(210)が、前記駆動装置へ印加される前記駆動信号の電圧量を制御する、請求項23記載の信号処理装置。
- コリオリ流量計(5)であって、
その中を流れる物質に関連する情報を含むセンサ信号を生成する流量計組立体(10)と、
流量計組立体(10)に近接して取り付けられ且つ前記流量計組立体に結合した本質安全信号調整装置(201)であって、前記センサ信号を受け取り、前記センサ信号から、前記物質の特性を示す出力信号を生成する本質安全信号調整装置(201)と、
前記本質安全信号調整装置(201)から遠隔にあり、前記本質安全信号調整装置と結合されて前記本質安全信号調整装置に電力を供給するホスト・システム(200)と、
を具備し、前記本質安全信号調整装置(201)が、
前記ホスト・システム(200)から受け取った前記電力から駆動信号を生成し、該駆動信号を前記流量計組立体(10)に印加する駆動回路(210)と、
前記流量計組立体(10)から前記センサ信号を受取り、前記流量計組立体(10)を流れる物質の特性を表わす情報を生成し、前記情報を含む前記出力信号を前記ホスト・システム(200)へ送出するピックオフ信号調整回路(220)と、
前記本質安全信号調整装置(201)をホスト・システム(200)に接続するリード線に対して、本質的に安全な閾値を越える電力が前記本質安全信号調整装置(201)により印加されることを阻止するホスト側保護回路(320)と、
前記信号調整装置(201)を前記流量計組立体(10)へ接続するリード線に対して、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記本質安全信号調整装置(201)により印加されることを阻止する流量計組立体保護回路(330)と、
を具備する信号処理装置。 - 前記ホスト側保護回路(320)が、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ホスト・システム(200)を前記本質安全信号調整装置(201)へ接続するリード線に印加されるのを阻止する電力供給部保護回路を含む、請求項34記載のコリオリ流量計(5)。
- 前記ホスト側保護回路(320)が、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路(220)を前記ホスト・システム(200)へ接続するリード線へ印加されることを阻止する信号保護回路(324)を含む、請求項34記載のコリオリ流量計(5)。
- 前記流量計組立体保護回路(330)が、前記駆動回路(210)により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記流量計組立体(10)へ接続されたリード線へ印加されることを阻止する駆動装置保護回路(331)を更に含む、請求項34記載のコリオリ流量計(5)。
- 前記流量計組立体保護回路(330)が、前記ピックオフ信号調整回路(220)により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路(220)を前記流量計組立体(10)へ接続するリード線に印加されることを阻止するセンサ保護回路(332)を更に含む、請求項34記載のコリオリ流量計。
- 前記ホスト・システム(200)が、
電力供給部(230)と、
二次信号処理システム(250)と、
前記ホスト・システム(200)により前記本質的に安全な閾値を越える電力が前記信号調整装置(201)と前記ホスト・システム(200)との間で前記リード線に印加されるのを阻止する防壁(310)と、
を備える、請求項34記載のコリオリ流量計(5)。 - 前記防壁(310)が、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記電力供給部(230)を前記信号調整装置(201)に接続するリード線へ印加されることを阻止する電力保護回路(311)を含む、請求項39記載のコリオリ流量計(5)。
- 前記2次信号処理システム(250)により、前記本質的に安全な閾値を越える電力が、前記ピックオフ信号調整回路(220)を前記2次信号処理システム(250)へ接続するリード線へ印加されることを阻止する2次処理保護回路(312)を更に備える、請求項40記載のコリオリ流量計(5)。
- 前記出力信号が、前記ピックオフ信号調整回路(220)を前記ホスト・システム(200)に接続するリード線へ印加される、請求項34記載のコリオリ流量計(5)。
- 前記駆動回路(210)が、前記流量計組立体(10)へ印加される前記駆動信号の電流量を制御する、請求項34記載のコリオリ流量計(5)。
- 前記駆動回路(210)が、前記流量計組立体(10)へ印加される前記駆動信号の電圧量を制御する、請求項23記載の信号処理装置。
- 流量計信号処理システムであって、
信号調整装置(201)と、
前記信号調整装置(201)に遠隔結合されたホスト・システム(200)と、
を具備し、前記信号調整装置(201)と前記ホスト・システム(200)とが本質的に安全な閾値内で動作し、
前記信号調整装置(201)が、流量計組立体(10)に結合された流量計組立体保護回路(330)と、前記ホスト・システム(200)に結合されたホスト側保護回路(320)とを備える流量計信号処理システム。 - 前記流量計組立体保護回路(330)が駆動保護回路(331)を含む、請求項45記載の流量計信号処理システム。
- 前記流量計組立体保護回路(330)がセンサ保護回路(332)を含む、請求項45又は46記載の流量計信号処理システム。
- 前記ホスト・システム(200)が防壁(310)を含む、請求項45記載の流量計信号処理システム。
- 前記防壁(310)が、前記信号調整装置(201)に結合された電力供給部保護回路を含む、請求項48記載の流量計信号処理システム。
- 前記防壁(310)が前記信号調整装置(201)に結合された処理保護回路を含む、請求項48又は49記載の流量計信号処理システム。
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