JP5097824B2 - 電磁流量計の動作条件のノイズ診断 - Google Patents

Description

本発明は、電磁流量計に関するものである。

電磁流量計の利用の多くにおいて、流量計の電極に生じる流量起電力の測定を阻害する1/ｆノイズが相当量存在する。このノイズは低周波数において大きく、周波数が高くなるにつれ減少する。電極に生じる起電力測定における信号対雑音比(ＳＮ比)を改善する方法の一つとしてコイルの駆動電流の周波数を高くすることが挙げられる。例えばコイル駆動電流の周波数を5Hzから37Hzに上げることで、測定周波数における1/ｆノイズのレベルは減少し、かつ電極に生じる起電力レベルは一定のままである。ＳＮ比が上昇し、より正確な流量測定を行うことが可能となる。5Hzにおけるノイズフロアは37.5Hzにおけるノイズフロアの何倍も大きいことがありえる。典型的にはノイズフロアは37.5Hzの場合よりも5Hzの場合の方が3〜５倍大きい。ノイズはおおよそ1/周波数に比例する形で大きくなる。動作周波数を倍にするとＳＮ比が3~5倍もしくはそれ以上に改善される。

流管は広範囲の管のサイズに渡って製造される。直径24インチの流管といったような大きい流管は高インダクタンスのため、高周波数でコイル駆動するのが困難となる。大きいコイルはその高いインダクタンスと抵抗のため、コイル内の電流方向の変化に対して反応するのが遅い。

産業における流量測定環境で直面する広範囲に渡る流管サイズおよび電極ノイズレベルに対応できる方法および電磁流量計が必要となっている。

電磁流量計の流管および送信機に用いる解析回路および方法が開示される。

前記解析回路は前記流管のコイルにおけるコイル電流の振幅および周波数を含む診断動作条件を提供する制御部を備える。

前記解析回路はさらに、前記コイル電流がサンプル区間において一定となるような前記診断動作条件の一つもしくは一つより多数を特定する特定回路を備える。

前記解析回路はノイズフロア測定回路を含む。該ノイズフロア測定回路は前記特定された診断動作条件において流管電極電圧のノイズフロアを測定する。

前記解析回路はさらに選択回路を備える。該選択回路は前記ノイズフロア測定に基づいて、前記診断動作条件の少なくとも一つを測定動作条件として選択する。

産業プロセス制御環境を示す図である。 流管に接続される電磁流量計送信機の回路ブロック図である。 時間の関数としてのコイル駆動電流の典型的なグラフを示す図である。 コイル駆動電流に対する診断動作条件を示す図である。 図４における診断動作条件の選択グループに対するノイズフロア測定値を示す図である。 電極電圧解析回路の動作を示すフロー図である。 電磁流量計送信機の解析回路を示す図である。

以下に述べる実施形態において、解析回路は一連の診断動作条件を提供し、サンプル区間でコイル電流が安定する一つもしくはそれより多数の診断動作条件を決定する。診断動作条件のうちの一つが、電極電圧のノイズフロア測定に基づいて測定動作条件に選出される。

コイル駆動電流は例えば0.5アンペアに設定してよい。流管のインダクタンスおよび抵抗によって消えることなく、コイル電流を0.5アンペアの安定した値で駆動するために、コイルにはブースト電圧が加えられる。加えられるブースト電圧は、必要となる0.5アンペアの電流を維持するのに要求される電圧よりもはるかに大きい。ブースト電圧は初期電流の立上り時間を短く済ませるため、一時的にのみ加えられる。種々の理由により、ブースト電圧は大きさと印加時間に制限がある。

所与のブースト電圧に対して、コイル電流をより低く設定すれば大きめのコイルはより高い駆動周波数で機能することができる。例えば、コイル電流は0.5アンペアから0.25アンペアに減らすことができる。コイル電流の設定条件点を２倍で下げると、コイル電流は約２倍の速さで定常値に達する。大きめの流管サイズにおけるこの変更により送信機はより高いコイル周波数で駆動して３〜５倍に改善されたSN比を達成することができ、その結果出力信号が３〜５倍改善される。

診断動作条件におけるコイル電流とコイル周波数は最高の信号対雑音比（ＳＮ比）を得るように調整される。これは自動処理であってもよいし、操作者により命令を与えることにより行ってもよい。動作設定点はまた、各種のラインのサイズについての既知の特性や想定される流体の典型的なノイズ特徴に基づいて工場出荷時にあらかじめ設定しておいてもよい。

第１のステップでは、異なるコイル電流値に対して可能な最大コイル周波数がテストされる。この別実施形態としては各種のラインのサイズから経験的に算出されたデータを用いて最大のコイル周波数を手動で計算してもよい。利用可能なコイル周波数は固定しておき、ラインの周波数（例えば5Hz, 18.75Hz, 37.5Hz）から容易に計測できるようにしておいてもよいし、もしくは43.5Hzや86Hzといったように任意のコイル周波数であってもよい。一例では、コイル周波数はラインの周波数の偶数倍とする。こうすると測定区間内の正方向と負方向のサイクルで等量のエネルギーとなり、雑音除去の効果が得られる。

第２のステップでは、注目する全ての周波数値および電流値の組み合わせ（診断動作条件）に対してノイズフロア（noise floor）を測定する。一実施形態ではノイズフロアは電極電圧を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）またはその他のスペクトル解析を用いて計測する。ノイズフロアは一般にはコイル電流とは独立であるので、一実施形態ではノイズフロアは各周波数につき一度のみ測定する。

流体が流れている状態で測定を行うとまた、雑音を含む実際の流量電圧測定結果を信号対雑音比の計算に用いることができるという利点がある。信号対雑音比（ＳＮ比）は式１により計算することができる：

図１に産業プロセス制御環境を示す。産業プロセス制御環境は電磁流量管１０２、１０４、１０６を備える。電磁流量管１０２、１０４、１０６は公称の管内径（直径）D1,D2,D3を有し、これら直径は図示するように互いに異なる。

流管１０２は電磁流量送信機１０８に、流管１０４は電磁流量送信機１１０に、および流管１０６は電磁流量送信機１１２に接続している。電磁流量送信機１０８、１１０、１１２は共通の電気的特性を持つ共通の設計である。以下に詳細に述べるように、流量送信機１０８、１１０、１１２は適応的な電気的特性を有し、この特性により流量送信機１０８、１１０、１１２が異なる管径や、流管１０２、１０４、１０６を通過する異なる性質の流体や、変化する産業プロセス作動環境への対応動作に適応させることが可能となる。適応作業は複数の診断動作条件でのノイズ測定と最適動作条件の選択によって行われる。

以下に詳述するように、流量送信機１０８、１１０、１１２は流管の誘導コイルにエネルギーを与えて流管を流れる流体内に磁場を発生させる駆動電流を供給する。流量送信機１０８、１１０、１１２は、磁場で誘導される流量起電力が発生する流管の電極に接続されている。流量送信機１０８、１１０、１１２は磁場で発生した起電力を流量を表す信号に変換し、この信号は制御システム１２０に接続される。

産業プロセス制御システム１２０は好ましくはケーブル１１４，１１６，１１８により流量送信機１０８，１１０，１１２に接続される。制御システム１２０は流量送信機１０８，１１０，１１２に通電する。流量送信機１０８，１１０，１１２は産業プロセス制御環境を制御できるように、制御システム１２０へ流量を表す信号を送信する。一実施形態においては、ケーブルは流管を流れる流量を表すアナログ4〜20mA電流信号を伝える制御ループを備え、またHART(登録商標)式のデジタル信号処理を利用してもよい。その他の周知の産業プロセス制御通信プロトコルを用いてもよい。

流管の直径は多数の相反する設計上の検討事項を踏まえて選択される。流管が挿入されるパイプラインの直径に合うよう、大きめの直径を選択することができる。より大きい直径の選択によって設置が容易となり（パイプフランジ同士の大きさが同じであるので）、また流管における圧力損失を減少させる傾向となる。より小さい直径の選択により流体の流速を増加させることができる。流速が増加すれば電極における流れによる起電力が増加し、また流管内の望ましくない固形物の堆積を避けるのに役立つ。典型的には、流管はラインのサイズとは関係なく、コイルの電流値が±0.5アンペアのときに同一値の出力信号(単位：μV/ft/sec)を得るように設計される。フランジのサイズが小さくなればまた流速が増加することとなる。

直径が異なる流管１０２，１０４，１０６内の誘導コイルは抵抗およびインダクタンスが異なる。圧力送信機１０８，１１０，１１２は、異なる抵抗およびインダクタンスに対応した、さらにまた流管の電極における異なるノイズフロアレベルに対応したコイル電流駆動回路を有する。

図２に、（図１の流管１０２，１０４，１０６のような）流管２０２に接続される（図１の送信機１０８，１１０，１１２のような）電磁流量送信機２００の回路ブロック図を示す。流管２０２は誘導コイル２０４を備える。誘導コイル２０４を流れる駆動電流２０６は磁場Ｂを発生させる。磁場Ｂは絶縁されたパイプ２１０内の流体２０８と相互作用して流量起電力２１２を電極２１４，２１６に発生させる。流量起電力２１２は流体２０８の流速および磁場Ｂに比例する。

誘導コイル（複数であってもよい）２０４はパイプ２１０の外側直径に合うような大きさおよび形を有する。駆動電流２０６は複数のラインのサイズに対して調整された定常電流のピークピーク値を有するよう調節され、各ラインのサイズに対して誘導コイルは、ラインのサイズが複数に変化しても流体速度が同一であれば流れによる起電力２１２が実質同一となるように、巻数を調整される。一実施形態においては、駆動電流２０６は定常値で1アンペアのピークピーク値（つまり電流値は+/−0.5アンペア）を有し、流体速度が秒速9mに対して流れによる起電力は定常状態で大きさ2mVを有する。本願において用いる「定常状態」という用語は、スイッチング過渡状態が消えた後のサンプル区間で実質的な定常値となったものを指す。

各誘導コイル（複数であってもよい）２０４は等価直列抵抗Ｒと等価直列インダクタンスＬとを有する。ＲおよびＬの大きさは各ラインサイズごとに異なる。パイプ２１０を流れる流体２０８はその種類毎に（電極２１４，２１６間の）等価抵抗およびノイズ特性を有する。等価抵抗およびノイズ特性は各流体２０８ごとに異なり、さらに温度といったような環境パラメータの関数としての変数となることもありうる。

流量送信機２００に最初の電力供給を行うと、電流振幅設定条件回路２１８は自動的に初期設定条件の値に設定される。一実施形態においては、初期設定条件の値はコイル電流が0.5アンペアとなる値となる。また別の一実施形態においては、初期設定条件の値は最後に流量送信機２００に電源を入れたときに選択された値となる。コイル電流２０６は電流検知抵抗２２０を流れる。電流検知抵抗は導線２２２に電圧Vsenseを発生させる。

加算接合部２２４は導線２２２の電圧Vsenseと導線２２６の設定条件による電圧を受け取る。加算接合部２２４は導線２２８に誤差電圧を発生させる。誤差電圧２２８は調整電流ドライバ２３０に入力される。調整電流ドライバ２３０は調整された電流出力２３２を発生させる。

調整された電流出力２３２は電流制限をかけられた出力である。調整された電流出力は、（図３と関連して以下で詳述するように）電流振幅設定条件回路２１８によって設定される最大調整電流値Iregmax内に制限された調整された電流Iregを発生させる。調整された電流出力２３２は最大（コンプライアンス）電圧Vregmax（図３と関連して以下で詳述）を有する。

流量送信機２００は好ましくは電圧ブースト源２３４を備える。電圧ブースト源はブースト電圧Vboostを導線２３６に発生させる。ブースト電圧は電圧制限された出力であり、最大電圧Vboostmax（図３に関連して以下で詳述）を有する。最大電圧Vboostmaxは最大制限電圧Vregmaxよりも大きい。電圧ブースト源はブースト電流Iboostを発生させる。

調整された電流Iregおよびブースト電流Iboostは節点２３８で足し合わされてコイル駆動電流２０６を形成する。コイル駆動電流２０６はスイッチブリッジ２４０、コイル２０４および電流検知抵抗２２０を流れる。スイッチブリッジ２４０は４つの固体素子スイッチ２４２，２４４，２４６，２４８を備える。スイッチブリッジ２４０は、コイル駆動電流２０６がコイル２０４を流れるときにコイル駆動電流２０６の方向（極性）を変える。コイル２０４は、（図３に関連して以下で詳述するように）値が+Iregmaxと−Iregmaxとで交互に入れ替わるコイル駆動電流２０６を受け取る。

スイッチブリッジ２４０のスイッチ２４２，２４４，２４６，２４８はブリッジ駆動回路２５０によって制御される。ブリッジ駆動回路２５０は矩形波駆動によりスイッチ２４２，２４４，２４６，２４８を駆動し、これによってコイル２０４を流れる電流の向きが変わる。ブリッジ駆動回路２５０は周波数選択入力２５２を有する。周波数選択入力２５２は矩形波駆動の周波数を設定する。

流量送信機２００は好ましくは電極電圧解析回路２５４を備える。電極２１４，２１６はそれぞれ導線２５６，２５８で電極電圧解析回路２５４に接続する。電極電圧解析回路２５４は周波数選択出力２６０を周波数選択入力２５２に入力する。電極電圧解析回路２５４は、導線２６２上の電流設定条件選択を電流振幅設定条件回路２１８に入力する。電極電圧解析回路２５４はマニュアル選択入力２６４を受け取る。技術者は自動設定された周波数をマニュアルで無効化して、電極電圧解析回路２５４による条件選択を、図４と関連して以下に詳述するように電磁流量計の測定性能を最適化するよう設定することができる。電極電圧解析回路２５４は導線２７２から電圧Vsenseを受け取る。電極電圧解析回路２５４の動作は図６に示すフローチャートと関連して以下で詳述する。

電極２１４，２１６はそれぞれ導線２５６，２５８を介して電圧を流量計算回路２６６へ伝える。流量計算回路２６６は電極の電圧を受け取り、パイプ２１０を流れる流体２０８の流速を表す流量出力２６８を生成する。流量計算回路２６６の機能は電極電圧解析回路２５４で選択された所定のコイル駆動周波数およびコイル駆動電流に対して校正することである。

図３に、コイル駆動電流を時間の関数として描いたグラフの例を示す。縦軸３０２はコイルの電流を表し、横軸３０４は時間を表す。コイル駆動電流の波形は周期T1=1/F1の反復波形であり、ここでTは秒単位の時間であり、F1はヘルツ単位の周波数である。コイル駆動電流２０６が正の方向へスイッチングONとなっている状態は線分A-B-C-Dで示される。

第一の点線横線３０６はコイル電流レベルI=(Vboostmax)/Rtでの漸近線であり、ここでRtはコイル駆動電流における直列抵抗である。Rtはコイル２０４の抵抗Rと実質的に等しいが、抵抗２２０の抵抗値Rsenceとスイッチブリッジ２０４のスイッチの抵抗と導線の抵抗とによってわずかに増加する。点線指数曲線３０８は漸近線３０６に近づいていく。指数曲線３０８は約L/Rtの時定数を有する。最初のブースト時間の間、コイル駆動電流は線分A-Bに沿って漸近線３０６へ向けて急激に立ち上がる。線分A-Bは近似的に点線の指数曲線３０８をたどる。

第二の点線横線３１０はコイル電流レベルI=(Vregmax)/Rtでの漸近線であり、ここでRtはコイル駆動電流における直列抵抗である。点線の指数曲線３１２は漸近線３１０に近づいていく。指数曲線３１２は約L/Rtの時定数を有する。最初のブースト時間の後、コイル駆動電流は線分A-Bよりは緩やかに、線分B-Cに沿って漸近線３１０へ向けて立ち上がる。線分B-Cは近似的に点線の指数曲線３１２をたどる。

第三の点線横線３１４はコイル電流レベルI=Iregmaxでの漸近線である。線分C-Dは定常状態の電流Iregmaxを表し、ここでコイル駆動電流は一定値を取る。コイル駆動電流２０６が線分C-D間で一定値を取っている間に、導線２５６，２５８（図２）の電極電圧を流量計算回路２６６（図２）がサンプリングする。流量計算回路２６６は電極電圧の複数回サンプリング結果に基づいて流量出力２６８（図２）を算出する。

指数曲線３０８，３１２の時定数はコイル駆動電流におけるインダクタンスと抵抗によって決まる。図３に示す曲線３０８等は一般的には次式（式2）で表される：

ここで、
Ｉはコイル電流、
Ｉ_０はスイッチング時における電流Iの値、
Ｖは印加駆動電圧、
Ｒは抵抗、
ｔは時間、
Ｌはインダクタンス、
(L/R)は指数関数の時定数を表す。

図３をよく見ればわかるように、コイルの抵抗とインダクタンスが変化すると電流波形の形が変わり、その結果同じサンプル区間のままではその間の電流値が一定にならないこともありえる。また図３からわかるように、周波数を変えるとサンプル区間の時間位置が曲線A-B-Cに関して変動し、サンプル区間での安定性に影響を及ぼす。また図３からわかるように、Iregmaxを変更するとサンプル区間での電流の安定性に影響をおよぼす。コイル電流の振幅および周波数という動作条件を変更するとサンプル区間でコイル電流が安定するか否かの結果が変わることになる。所望の電流値を用いてよいことは注目に値する。

図４にコイル駆動電流（図２）の診断動作条件を示す。診断動作条件は点４３０、４３２といったような黒点で表される。垂直軸４０２はコイル電流２０６のピーク振幅を表す。電極電圧解析回路２５４（図２）は電流振幅設定条件回路（図２の２１８）を制御して複数の電流振幅設定条件４０４、４０６，４０８の中から一つを決定する。

水平軸４１０はコイル駆動電流２０６の周波数を表す。電極電圧解析回路２５４（図２）は周波数選択出力（図２の２６０）を制御して複数の周波数設定条件４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２から一つを決定する。

図４に示す例において、３つの電流振幅設定条件と６つの周波数選択条件が与えられ、その結果、電流振幅と周波数との組み合わせで診断動作には１８通りの可能性がある。電流振幅または周波数の条件数は他の数であってもよい。

図４に示す例においては、大きなサイズの流管が送信機に接続され、L/R比が大きく、また図示する全ての組み合せにおいてサンプル区間内で安定電流値が得られるわけではない。コイルは異なる電流振幅および周波数の組み合わせ条件で順次駆動され、（図２の導線２７２で検知される）コイル電流が測定され、サンプル区間においてコイル電流が一定となるか評価される。電流が一定となる組み合せのグループ４４０が特定される。電流が一定とはならない組み合せのグループ４４２は除外される。サンプル区間において電流が一定となる組み合せのグループ４４０に対しては図５に関連して後述するように、電極（図２の２１４、２１６）における信号対雑音比を評価するために追加評価が行われる。

図５に、図４の条件グループ４４０内の動作設定点グループに対して測定したノイズフロアを示す。電極電圧解析回路２５４（図２）は図４の各動作設定点においてノイズフロアを測定する。図示する例では、電極２１４、２１６での振幅および電流周波数の各組み合わせ条件における流量信号に対してノイズフロアをデシベル(dB)で表している。図示する例においては、一般的な1/fノイズのパターンが見られ、高周波側で一般的にノイズフロアが小さくなっている。図５の周波数軸は対数軸である。電流値が大きくなると、SN比は特定の周波数で増加することに注目されたい。例えば、最善のＳＮ比は小さい駆動電流と高い動作周波数の条件で得られる。これはコイル駆動電流を例えば５０％減らすと、磁場は一定になるのに２倍の長い期間を要するようになるからである。動作周波数を倍にするとノイズフロアを３〜５倍減らすことができ、その結果より高いSN比の動作点とより安定した出力を得ることができる。

４０２で示す特定の１周波数では、その周波数における３つの動作条件に対してノイズフロアを多少大きくする干渉源が存在する。動作条件を自動選択すると、流量信号に対してノイズフロアが最小となる動作条件４０４が選択される。しかし操作者は、操作者の経験に基づいて動作条件４０６のような別の動作条件をマニュアル設定することもできる。動作条件の選択は図６に関連して以下で詳述する。

図６に図２の電極電圧解析回路２５４の動作フロー図を示す。動作は開始５０２で始まる。開始５０２は流量送信機２００への最初の電力供給開始を含んでよい。開始５０２は別実施形態として、操作者もしくはソフトウェアによる中断による、最初の電源投入後で動作中であった電極電圧解析のやり直しを含んでもよい。流管が過度にノイズがある出力を出している場合等にソフトウェアによる中断を行わせることができる。図５の周波数軸は対数スケールの軸である。

開始５０２から処理は線５０４に沿い動作ブロック５０６に続く。動作ブロック５０６では、サンプル区間（図３）におけるコイル電流が一定となる駆動装置の動作条件をテストする。一実施形態においては、可能な駆動装置の動作条件を全てテストする。別の一実施形態では、駆動装置の動作条件は振幅軸の各条件で周波数を上げていき電流が一定にならない周波数になるまでの条件だけテストする。またさらに別の一実施形態では、周波数軸の各条件で振幅を大きくしていき電流が一定にならない振幅が見つかるまでの条件だけテストする。電流が一定でない動作条件の上側および右側の動作条件はテストしなくとも電流は一定にならないと認定することができる。用いるテスト方法がどのようであれ、サンプル区間でコイル電流が一定となる動作条件のグループ（図４のグループ４４０）がテストにより特定される。

動作ブロック５０６を終えると、処理は線５０８に沿って動作ブロック５１０に続く。動作ブロック５１０では、特定された動作条件のグループ（グループ４４０）の各動作条件に対してノイズフロアが測定される。一実施形態においては、特定されたグループにおける各ノイズフロア測定結果と各動作条件はテーブルに入力され、テーブルはノイズフロア測定結果に基づいてソートされる。

ブロック５１０を終えると、処理は線５１２に沿って判断ブロック５１４に続く。判断ブロック５１４では、操作者がマニュアルオーバーライドしたのであれば処理は線５１６に沿って動作ブロック５１８に続く。動作ブロック５１８では操作者に対して動作条件と動作条件に関連づけられたノイズフロアを表示する。

動作ブロック５１８を終えると、処理は線５２０に沿って動作ブロック５２２に続く。動作ブロック５２２では、操作者が動作条件のマニュアル選択を入力するのを待つ処理がなされる。操作者がマニュアル選択を入力すると、処理は線５２４、５２６に沿って動作ブロック５２８に続く。

判断ブロック５１４にて、操作者がマニュアルオーバーライドしなかった場合、処理は線５３０に沿って動作ブロック５３２に続く。動作ブロック５３２では、電流調整が損なわれることなく最大電流の設定条件点となる、高い側の周波数の設定条件点を特定する。

動作ブロック５３２を終えると、処理は線５３４に沿って動作ブロック５３６に続く。動作ブロック５３６では、電流調整が損なわれることなく最大から２番目の電流の設定条件点となる、最高の周波数の設定条件点が特定される。動作ブロック５３６を終えると、処理は線５３５に沿って動作ブロック５３７へ続く。動作ブロック５３７では、SN比が最善となる動作点が（動作ブロック５３２、５３６で特定された２つの動作点のうちから）選択される。動作ブロック５３７を終えると、処理は線５３８、５２６に沿って動作ブロック５２８に続く。

動作ブロック５２８では、運用使用での動作条件が、選択された動作条件に設定される。選択動作条件はマニュアルまたは自動のいずれかで与えられる。動作ブロック５２８を終えると、処理は線５４０に沿って動作ブロック５４２に続く。動作ブロック５４２では、流量送信機は運用動作モードに切り替わり、流量計算回路２６６が流量出力２６８（図２）を計算する。

図７に、電磁流量計の流管および送信機に用いる、例えば図２に関して上述した流管および送信機に用いる解析回路７００を示す。

解析回路７００は制御部７０２を備える。制御部７０２は、流管のコイルにおけるコイル電流の振幅７０４や周波数７０６の一連の診断動作条件を出力する。一実施形態においては、制御部７０２はまた、選択された動作条件に対して流量計算回路の校正の調整を行う校正出力７０８を出力する。

解析回路７００は特定回路７１０を備える。特定回路７１０はサンプル区間において電流が一定となる一つもしくは一つより多数の診断動作条件を特定する。特定回路７１０は安定性指標７１２を検知する。一実施形態においては安定性指標７１２は（図２の線２７２に示すような）検知したコイル電流を含む。別の一実施形態では、安定性指標７１２は（図２の線２５６、２５８に示すように）電極電圧の流量電圧要素を含む。

解析回路７００はさらにノイズフロア測定回路７１４を含む。ノイズフロア測定回路７１４は特定の診断動作条件に対して流管の電極電圧（図２の線２５６、２５８）のノイズフロアを測定する。

解析回路７００はさらに選択回路７１６を備える。選択回路７１６はノイズフロア測定に基づいて測定動作条件として、診断動作条件を一つ選択する。選択回路７１６は線７１８で特定された動作条件のリストを受け取る。選択回路は線７２０でノイズフロア測定結果のリストを受け取る。大きな流管を用いた特にノイズの大きい応用の場合には、該リストは単一の動作条件とその条件におけるノイズフロアのみからなることもある。測定動作条件の選択は電極電圧の流量電圧要素の大きさに基づいてなされる。一実施形態においては信号対雑音比は特定された各動作条件に対する流量電圧要素とノイズフロアとから計算される。一実施形態においては選択回路７１６は自動動作で最適なノイズ特性を有する動作条件の選択結果７２６を制御部７０２に出力する。また別の一実施形態では、解析回路７００は表示部７２２を含み、表示部７２２は特定された動作条件の電流値と周波数を表示し、また各動作条件の信号対雑音比とノイズフロアを表示する。表示部７２２を見てから、熟練した操作者は、操作者の知識と経験に基づいて最適な動作条件をマニュアル選択７２４で入力できる。

一実施形態においては、制御部７０２は第一の動作条件診断シーケンスとして電流値を固定して低い側の周波数の条件から始めて高い側の周波数の条件へ上げていき、サンプル区間においてコイル電流が一定でなくなる診断動作条件が見つかるまで上げる、というシーケンスを用いることができる。別の一実施形態においては、制御部７０２は第二の動作条件診断シーケンスとして周波数を固定して振幅の小さい側の条件から始めて大きい側の条件へ上げていき、サンプル区間においてコイル電流が一定でなくなる診断動作条件が見つかるまで上げる、というシーケンスを用いることができる。

一実施形態においては、ノイズフロア測定回路は複数のコイル電流値および周波数値に対して流量の標準偏差を測定し、最も安定な測定を選ぶ。別の実施形態においては、選択された動作条件は流速の変化に対して自動的に調節する。

一実施形態においては、解析回路は電磁流量送信機に組み込まれたマイクロプロセッサを含む。別の一実施形態においては、マイクロプロセッサは一連の動作点を制御する制御器として機能する。マイクロプロセッサはソフトウェアによりプログラムされる。

本願発明は好ましい実施形態に係り説明してきたが、当業者には本願の精神および範囲から逸脱することなく形式や詳細に変更を加えうることが理解できるであろう。

７００…解析回路、７０２…制御部、７１０…特定回路、７１４…ノイズフロア測定回路、７１６…選択回路

Claims (25)

1. 電磁流量計の流管および送信機に用いる解析回路であって、
   前記流管のコイルにおけるコイル電流の振幅および周波数を含む診断動作条件を出力する制御部と、
   前記コイル電流がサンプル区間において一定となるような前記診断動作条件の一つまたは一つより多数を特定する特定回路と、
   前記特定された診断動作条件において流管電極電圧のノイズフロアを測定するノイズフロア測定回路と、
   前記ノイズフロア測定に基づいて、前記診断動作条件の少なくとも一つを測定動作条件として選択する選択回路とを備え、
   前記制御部が、固定振幅を用いて低い側の周波数から始め、前記サンプル区間において前記コイル電流が一定でなくなる診断動作条件が見つかるまで、高い側の周波数へ周波数を上げていく第１の動作条件診断シーケンスを提供することを特徴とする解析回路。
2. 電磁流量計の流管および送信機に用いる解析回路であって、
   前記流管のコイルにおけるコイル電流の振幅および周波数を含む診断動作条件を出力する制御部と、
   前記コイル電流がサンプル区間において一定となるような前記診断動作条件の一つまたは一つより多数を特定する特定回路と、
   前記特定された診断動作条件において流管電極電圧のノイズフロアを測定するノイズフロア測定回路と、
   前記ノイズフロア測定に基づいて、前記診断動作条件の少なくとも一つを測定動作条件として選択する選択回路とを備え、
   前記制御部が、固定周波数を用いて小さい側の振幅から始め、前記サンプル区間において前記コイル電流が一定でなくなる診断動作条件が見つかるまで、大きい側の振幅へ振幅を増していく第２の動作条件診断シーケンスを提供することを特徴とする解析回路。
3. 電磁流量計の流管および送信機に用いる解析回路であって、
   前記流管のコイルにおけるコイル電流の振幅および周波数を含む診断動作条件を出力する制御部と、
   前記流管のコイルが有する等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスにより定まる指数関数の時定数のもとで駆動される前記コイル電流が、当該駆動された後に前記振幅の値に到達して一定となるようなサンプル区間を有するように前記診断動作条件の一つ又は一つより多数を特定する特定回路と、
   前記特定された診断動作条件において流管電極電圧のノイズフロアを測定するノイズフロア測定回路と、
   前記ノイズフロア測定に基づいて、前記診断動作条件の少なくとも一つを測定動作条件として選択する選択回路とを備えることを特徴とする解析回路。
4. 前記測定動作条件の前記選択が、前記電極電圧の流量電圧要素の大きさに基づいてなされることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の解析回路。
5. 前記特定回路が安定性指標を受け取ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の解析回路。
6. 前記安定性指標が検知したコイル電流を含むことを特徴とする請求項５に記載の解析回路。
7. 前記安定性指標が前記電極電圧の流量電圧要素を含むことを特徴とする請求項５に記載の解析回路。
8. 特定された動作条件における振幅および周波数と、前記特定された動作条件におけるノイズフロア測定と、の表示部をさらに備えることを特徴する請求項１ないし７のいずれかに記載の解析回路。
9. 特定された動作条件における振幅および周波数と、前記特定された動作条件における信号対雑音比測定値と、の表示部をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の解析回路。
10. 前記選択回路がさらに、信号対雑音比の測定値が最高となるように、前記診断動作条件の中から一つを選択するように構成されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の解析回路。
11. 電磁流量計の動作条件の解析方法であって、
    前記電磁流量計の流管のコイルにおけるコイル電流の振幅および周波数を含む診断動作条件を提供する工程と、
    サンプル区間において前記コイル電流が一定となるような前記診断動作条件の一つまたは一つより多数を特定する工程と、
    前記特定された診断動作条件において流管電極電圧のノイズフロアを測定する工程と、
    前記ノイズフロア測定に基づいて、前記診断動作条件の少なくとも一つを測定動作条件として選択する工程と、
    固定振幅を用いて低い側の周波数から始め、前記サンプル区間において前記コイル電流が一定でなくなる診断動作条件が見つかるまで、高い側の周波数へ周波数を上げていく第１の動作条件診断シーケンスを提供する工程を備えることを特徴とする解析方法。
12. 電磁流量計の動作条件の解析方法であって、
    前記電磁流量計の流管のコイルにおけるコイル電流の振幅および周波数を含む診断動作条件を提供する工程と、
    サンプル区間において前記コイル電流が一定となるような前記診断動作条件の一つまたは一つより多数を特定する工程と、
    前記特定された診断動作条件において流管電極電圧のノイズフロアを測定する工程と、
    前記ノイズフロア測定に基づいて、前記診断動作条件の少なくとも一つを測定動作条件として選択する工程と、
    固定周波数を用いて小さい側の振幅から始め、前記サンプル区間において前記コイル電流が一定でなくなる診断動作条件が見つかるまで、大きい側の振幅へ振幅を増していく第２の動作条件診断シーケンスを提供する工程を備えることを特徴とする解析方法。
13. 電磁流量計の動作条件の解析方法であって、
    前記電磁流量計の流管のコイルにおけるコイル電流の振幅および周波数を含む診断動作条件を提供する工程と、
    前記流管のコイルが有する等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスにより定まる指数関数の時定数のもとで駆動される前記コイル電流が該駆動された後に前記振幅の値に到達して一定となるようなサンプル区間を有するように前記診断動作条件の一つまたは一つより多数を特定する工程と、
    前記特定された診断動作条件において流管電極電圧のノイズフロアを測定する工程と、
    前記ノイズフロア測定に基づいて、前記診断動作条件の少なくとも一つを測定動作条件として選択する工程とを備えることを特徴とする解析方法。
14. 前記電極電圧の流量電圧要素の振幅に基づいて、前記測定動作条件を選択する工程を備えることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれかに記載の方法。
15. 安定性指標を受け取る工程を備えることを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記安定性指標としてコイル電流を検知する工程を備えることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記安定性指標として前記電極電圧の流量電圧要素を検知する工程を備える請求項１５または１６に記載の方法。
18. 特定された動作条件における振幅および周波数と、前記特定された動作条件におけるノイズフロア測定値と、を表示する工程を備えることを特徴する請求項１１ないし１７のいずれかに記載の方法。
19. 特定された動作条件における振幅および周波数と、前記特定された動作条件における信号対雑音比測定値と、の表示部をさらに備えることを特徴とする請求項１１ないし１８のいずれかに記載の方法。
20. 電磁流量計であって、
    コイル電流を出力し電極電圧を測定する電磁流量計送信機と、
    前記コイル電流を受け取るコイルと、電極電圧を出力する電極と、を有する電磁流量計流管と、
    コイル電流の振幅および周波数を含む診断動作条件を出力する解析回路であって、前記コイルが有する等価直列抵抗及び等価直列インダクタンスにより定まる指数関数の時定数のもとで駆動される前記コイル電流が当該駆動された後に前記振幅の値に到達して一定となるようなサンプル区間を有するように一つまたは一つより多数の前記診断動作条件を特定し、前記電極電圧のノイズフロア測定に基づいて、前記診断動作条件の少なくとも一つを測定動作条件として選択する解析回路と、を備えることを特徴とする電磁流量計。
21. ブースト回路を備えることを特徴とする請求項２０に記載の電磁流量計。
22. 複数のコイル電流値および周波数値に対して流量の標準偏差を測定し、最も安定な測定結果を選択することを特徴とする請求項２０または２１に記載の電磁流量計。
23. 前記解析回路が前記電磁流量送信機に組み込まれたマイクロプロセッサを備えることを特徴とする請求項２０ないし２２のいずれかに記載の電磁流量計。
24. 前記マイクロプロセッサが前記一連の動作条件を制御する制御部として機能することを特徴とする請求項２３に記載の電磁流量計。
25. 前記解析回路がさらに、信号対雑音比の最高測定値が得られるように前記診断動作条件の一つを選択するよう構成されることを特徴とする請求項２０ないし２４のいずれかに記載の電磁流量計。

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