JP5341064B2 - 磁気流量計出力の検証装置 - Google Patents

Description

磁気流量計は、化学プラント、食料処理プラントおよびパルプ・紙プラントなどの流体処理装置中の流体流量の測定に使用されている。磁気流量計は、配管システム中に装着される流れチューブ組立体を含む。磁気流量計はまた、ケーブルによって流れチューブ組立体に接続される送信機を含む。すなわち、この送信機は、流れチューブ組立体に一体的に装着されることができる。

他のマイクロプロセッサあるいはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）をベースとする送信機と同様に、磁気流量計は、流体の流量関連パラメータ（流速、体積など）を測定するための測定回路、および流量関連パラメータを運転装置や制御装置に送信するための出力回路を含む。この送信は、しばしば、アナログ出力回路を要求する、４−２０ｍＡ電流ループのような、アナログ回路を経て送信される。また、流量計が、パルス送信をするためにパルス出力回路を用いて、流量関連情報を、パルスをカウントして流量関連情報を再生するカウンタに送信することは一般的である。

磁気流量計は、極端な温度や振動の高低、化学的な腐食などにより故障しやすい。故障が起きると、素早く故障を診断し、システムの損傷部分を交換することが必要になる。磁気流量計のどの部分が故障したかを確かめるのは困難である場合があり、特に流れチューブ組立体が近づけない位置に装着されている場合には困難である。流量計の色々なパーツが障害を有しているかどうかを確認する際のこの困難さは、該流量計のアナログ又はパルス出力がそれら自身詳細に調べられている時に、特に起こる。サービスマンが、送信機を交換する必要があるか、又は流れチューブ組立体及び配線を交換する必要があるかどうかなどを素早く判断できるような故障診断を自動化することが望まれている。

上記の説明は、一般的な背景技術を単に提供するものであり、クレームされた主題の範囲を決定する助けとして使用されることを意図するものではない。

磁気流量計送信機は、流れチューブと、該流れチューブを通る流量に関する出力を提供する測定回路を含む。アナログ及びパルス出力回路のような出力回路は、流れチューブを通る流量に関する送信機出力を提供する。送信機の検証回路は出力回路に接続され、出力信号を分析することによって出力回路の正常動作の検証を行う。

特に有用である実施例の磁気流量計の部分的断面図を示す。 特に有用である実施例の磁気流量計のブロック図を示す。 特に有用である実施例の磁気流量計のブロック図を示す。 一実施例中のアナログ出力回路及び出力検証回路を示す磁気流量計の一部のブロック図である。 図４に示されている出力検証回路の一実施例の一部のブロック図である。 図４に示されている出力検証回路の他の実施例の一部のブロック図である。 一実施例中のアナログ出力回路及び出力検証回路を示す磁気流量計の一部のブロック図である。 図７に示されている出力検証回路の一実施例の一部のブロック図である。 図７に示されている出力検証回路の他の実施例の一部のブロック図である。 数個の実施例の同調可能なパルストリガ特徴を示す磁気流量計の一部のブロック図である。 図１０に関連するパルス波形を示す図である。

検証又は診断の出力回路を備えた磁気流量計が説明される。特に、実施例は、磁気流量計のアナログ又はパルス出力を検証するための出力検証回路または出力検証機能を含む。

図１は、特に有用な本発明の実施例の磁気流量計の部分的断面図である。磁気流量計２０は、電気的絶縁体の裏地(liner)２３を有する低磁気透磁率の材料で形成された流れチューブ(flowtube)２２と、コイル、強磁性コア又はシールド２８で形成されている電磁石２６と、電極３０，３２を含む。電磁石２６及び電極３０，３２は、接地電極３５と同様に送信機回路３４にワイヤ接続されている。動作においては、送信機回路は電流で電磁石を駆動し、電磁石２６は流れチューブ２２内の矢で示された磁界３６を生ずる。プロセス流体２１は流れチューブ２２中の磁界を通って流れ、この流れは、流体２１に起電力（ＥＭＦ，電圧）を誘起する。絶縁裏地２３は流体２１から金属流れチューブ２２へＥＭＦが漏洩するのを防止する。電極３０，３２は流体２１に接触しており、ファラデー則に従って、流れチューブ中の流体２１の流速に比例するＥＭＦを感知する。

図２は、特に有用である実施例の磁気流量計のブロック図を示す。磁気流量計１２０は、流れチューブ１２４に電気的に接続され、アース（接地）に普通に接続されている流体を運ぶように構成された絶縁裏地１２６を有する流れチューブ１２４を含む。プロセスパイプが電気的にプロセス流体に結合されると、該プロセスパイプと流れチューブとの間の電気接続は、プロセス流体１２８の流れチューブへの必要とされる電気結合を提供する。コイル１３４は、駆動回路１５２からの駆動信号に応答して磁界をプロセス流体に印加する位置に置かれている。電極１３８と１４０は、それぞれ、増幅器１５０と１４８を通って測定回路１５４に結合する。測定回路１５４は、既知の技術に従って、流量に関連する出力を提供する。測定回路１５４は、例えば、適当にプログラムされた又は構成された、マイクロプロセッサ又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）回路を含むことができる。

測定回路１５４の出力は、磁気流量計１２０から離れた制御又はモニタ回路へ送信するために出力回路１５８に提供される。出力回路１５８は、色々な実施例において、アナログ出力回路とパルス出力回路のいずれか一方又は両方を含んでいる。出力回路１５８の出力は、一般的に１６０で示される。例えば図３に示されているように、出力１６０は、４−２０ｍＡ電流ループ３０４に結合された２つの端子出力であることができ、アナログ及び／又はパルス出力は、該４−２０ｍＡ電流ループ３０４を経て、一般的に流量計１２０から遠く離れた位置に置かれた制御又はモニタ回路３０２に伝送される。

出力検証回路１５６は、出力１６０を受け取り、出力回路１５８が正常に作動していること検証するために、アナログ及び／又はパルス出力の診断解析を行う。この診断解析の結果に基づいて、出力検証回路１５６は、アナログ及び／又はパルス出力が正常に機能しているかどうかを示す診断出力１５７を発生する。いくつかの実施例では、出力検証回路１５６は、このようにする必要はないけれども、測定回路１５４と同じＤＳＰの中に統合されている。測定回路と出力検証回路を同じＤＳＰで任意的に実行することを図示するために、点線１６２はＤＳＰを表すために使用されている。送信機１２０の他の機能もまた、たとえ点線で囲われてなくても、ＤＳＰ回路１６２内で実行されることができる。

図４は、他の実施例における磁気流量計１２０の一部のブロック図である。この実施例では、出力回路１５８は、流量関連情報を制御／モニタ回路３０２に通信するために、電流ループ３０４上の電流を制御するのに用いられるアナログ出力回路１５８−１を含む。この実施例では、出力検証回路１５６は、アナログ出力回路１５８−１が正常に機能していることを検証するために、アナログ出力１６０に接続されている。種々の検証技術を用いることによって、出力検証回路は診断出力１５７−１を提供する。

図５は、診断出力１５７−１を提供するのに使用するための出力検証回路１５６の一実施例の態様を図示するブロック図である。この実施例では、出力検証回路１５６は、入力としてアナログ出力１６０を受け取る電圧周波数孤立(isolated)回路５０２を含む。電圧周波数回路５０２は、感知された電圧を対応する周波数５０４に変換する。対応周波数５０４は、それから、周波数比較回路５０８の周波数入力に供給され、基準周波数５０６と比較される。この基準周波数５０６は、対応周波数が所望のアナログ出力に対するものであることを指示している。この比較に基づいて、周波数比較回路５０８は、アナログ出力回路１５８−１が正常に機能しているかどうかを示す診断出力１５７−１を提供する。

図６は、診断出力１５７−１を提供するのに使用するための出力検証回路１５６の他の実施例の態様を図示するブロック図である。この実施例では、出力検証回路１５６は、入力としてアナログ出力１６０を受け取るアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）６０２を含む。アナログ／デジタル変換器６０２は、感知された電圧をアナログ信号から対応するデジタル電圧値６０４に変換する。デジタル電圧値６０４は、比較回路６０８に供給され、基準デジタル値６０６と比較される。この基準デジタル値６０６は、対応デジタル電圧値６０４が所望のアナログ出力に対するものであることを指示するものである。この比較に基づいて、回路６０８は、アナログ出力回路１５８−１が正常に機能しているかどうかを示す診断出力１５７−１を提供する。

図７は、さらに他の特定の実施例における磁気流量計１２０の一部のブロック図である。この実施例では、出力回路１５８は、流量関連情報を制御／モニタ回路３０２に通信するために、通信ライン例えば電流ループ３０４を経て通信するためのパルス出力を発生するために用いられるパルス出力回路１５８−２を含む。典型的には、そのような実施例では、制御／モニタ回路３０２は、流量情報を確認するために、送信されたパルスをカウントするためのパルスカウンタを含む。この実施例では、出力検証回路１５６は、パルス出力回路１５８−２が正常に機能していることを検証するためのパルス出力１６０に接続される。種々の検証技術を用いて、出力検証回路は診断出力１５７−２を提供する。

図８は、例としてのパルス出力の実施例における出力検証回路１５６のいくつかの特徴を示すブロック図である。パルス出力をサンプリングし、この情報をＤＳＰ、又は他の感知又はプロセス回路へフィードバックすることにより、パルス出力が送信機の動作の検証を正確に提供する機能をしていることを確認することができる。このパルス出力は、パルス出力端子をデジタル入力に接続し、定義された時間間隔に渡ってパルスをカウントすることによって、検証されることができる。出力の連続検証を提供するための検証は、また、パルス出力を直接モニタし、それをＤＳＰまたはマイクロプロセッサ回路へフィードバックすることにより行われることができる。

図８の実施例では、出力検証回路１５６は、パルス出力または該パルス出力の関数として発生されたパルス信号を受け取り、パルスカウントを生成するパルスカウンタ８０２を含む。パルスカウント８０４は、特定の予め決められた時間周期に渡るカウント、又はある初期時間からの全部のカウント、又は他のパルスカウントであってもよい。この例では、出力検証回路１５６はまた、前記パルスカウント８０４を、出力回路１５８−２が正常に機能している場合に期待されるパルスカウントに選択された基準パルスカウントと比較するパルスカウント比較回路８０８を含む。この比較に基づいて、比較回路８０８は、診断出力１５７−２を発生する。例えば、パルスカウントがある予め定められたマージン以上、基準パルスカウントと違う場合には、診断出力１５７−２はパルス出力回路１５８−２が不正な機能をしていることを示す。他方、該パルス出力が基準パルスカウントの予め定められたマージン以内であれば、診断出力１５７−２は、パルス出力回路が正常に機能していることを示す。

図９は、他の例としてのパルス出力の実施例における出力検証回路１５６の特徴を示すブロック図である。図９に示されているように、他の図示された実施例にも同様に適用可能であるが、パルス出力はホトカプラやトランスのような結合装置８５０を経て検証回路のデジタル入力に接続されることができる。このことにより、パルス出力はパルス出力自身に影響を与えずに分析されることができる。

出力検証回路１５６の他の特徴は、他の感知回路の要請を低減するために、分析されたパルス出力の周波数を分周する（すなわち、低くする）のに使用される周波数分周回路８５２である。周波数分周後のパルス出力は、その後、他の感知回路により分析されることができる。しかしながら、周波数分周機能は、全ての実施例に必要とされるわけではない。

サンプリング回路８５６は、サンプルされた周波数信号８５８を作るために、パルス出力（又は、周波数分周パルス出力）をサンプルするべく、含められることができる。周波数電圧変換器８６０はまた、その後、サンプル周波数を表す電圧８６２を生成する。アナログデジタル変換器８６４は、入力として対応する電圧を受け取り、電圧８６２に相当するデジタル値８６６を出力として生成し、それによってサンプル周波数を表現する。比較回路８６８は、デジタル電圧値８６６を、出力回路１５８−２が正常に機能している場合に期待されるパルスカウント周波数を表すのに選択される基準デジタル値８７０と比較する。この比較に基づいて、比較回路８６８は、不正又は正しい動作を示すために、診断出力１５７−２を生成する。

図１０は、他の開示された実施例と一緒に、または独立的に実施されることができる他の実施例の磁気流量計送信機の一部のブロック図である。流量計送信機を利用する顧客は、送信機１２０のパルス出力中のパルスをカウントするパルスカウンタ９０４を提供するプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）システムを所持している。顧客ＰＬＣシステムは送信機からのパルス出力を評価するトリガレベルを有している。このトリガレベルは、顧客のニーズにより変化するであろう。図１０に示された実施例では、送信機１２０は、パルスフィードバック回路中の調節可能なトリガレベルを調節することによって、顧客により使用されるのと同じトリガレベルでパルス出力信号を検証する。このように、送信機中で実行される時、顧客はパルス出力検出回路のためのトリップ点(trip point）を設定することができる。

図１０に示されているように、磁気流量計送信機のいくつかの実施例では、トランジスタ９０２が、図１０では参照番号９０３で表されているパルス出力信号を生成するために、出力回路１５８の一部として使用される。例として、図１１は、寄生容量の特定のものがループ線（例えば、プロセスループ３０４，他の電線など）に影響を与えるため、この影響により、パルス出力信号がどのように見えるかを示す波形図９３０を表している。上記したように、顧客のパルスカウンタ９０４は調節可能なトリガレベル９３２を有し、該トリガレベル９３２でパルスは識別されることができる。その結果は、波形９３４で示されているような、顧客９０４により視認されるパルス幅９３６である。該パルス幅９３６は、トリガレベル９３２が調節されると、変化するであろう。

トリガレベルが顧客のパルスカウンタ９０４により使用されるそれと合うように、出力検証回路トリガレベルを設定する能力を提供するために、調節可能なトリガレベル機構が用いられる。図１０において、パルス出力は比較器９０８の入力９０６に入力される。一例として、入力９０６に提供されるパルス信号は、図１１に示されている波形９３８のようなものである。比較器９０８から提供される図１０のフィードバックパルス出力９１６は、図１１の波形９４２で表される。デジタル信号入力９１０をＤＡＣ９１２に提供するために、トリガレベル調節入力９１４を用いると、比較器９０８のための調節可能トリガレベル９４０を得ることができる。このように、トリガレベル９４０は、パルス出力回路が正常に機能している場合に、比較器９０８により検出されるパルス幅９４４がパルス幅９３６と合うことを保証するために、トリガレベル９３２と同じになるように制御されることができる。その後、フィードバックパルス９１６は、パルスカウント９２０を生成するために、送信機１２０中のパルスカウンタ９１８によりカウントされることができる。パルスカウント９２０は、それから、例えば上記したように、診断出力１５７−２を提供するために使用される。

いくつかの実施例では、トリガレベル調節入力は、パルス出力が伝送される電線（例えば、ループ３０４）の寄生容量を評価するために、又は線が所望の状態にあるかどうかを判断するために、異なるトリガレベルに自動的に調節する。この又は他の実施例では、トリガレベル調節入力９１４は送信機の外部に置かれる必要はなく、それに代えて、送信機内の処理回路によって内部で制御されることができる。

いくつかの磁気流量計送信機の実施例に含まれる他の特徴は、パルス波形分析回路９２５である。パルス波形分析回路を含む実施例では、パルス信号は波形分析のための回路９２５へフィードバックされる。回路９２５はパルス信号をデジタル化し、その後立ち上がり時間、デューティサイクル及び振幅のような特性を求めるために波形を分析する。

本発明は例示の実施例を参照して説明されたが、当業者は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなしに、発明の構成および詳細を変更することができることは明らかである。例えば、アナログ及びパルス出力回路は、発明を明確にするために、いくつかの実施例では別々に示されているが、同じトランジスタで実施されることもできる。同様に、異なる実施例の色々な特徴は、特定の装置を組み合わせて実施されることもできる。発明の主題は、装置的特徴及び／又は方法的行為で説明されたが、クレームで定義されている主題は上記特徴又は行為に必ずしも限定されるものではない。上記された特徴及び行為は、クレームを実施するときの一例を示すに過ぎない。

１２０…磁気流量計
１２４…流れチューブ
１２６…裏地
１２８…プロセス流体
１３４…コイル
１３８、１４０…電極
１５４…測定回路
１５６…出力検証回路
１５７…診断出力
１５８…出力回路
１６０…出力
３０２…制御／モニタ回路
３０４…４−２０ｍＡ電流ループ

Claims (13)

1. 磁気流量計送信機において、
   流れチューブと、
   該流れチューブを通って流れる流量に関連する出力を提供するように構成された測定回路と、
   該測定回路に接続され、前記流れチューブを通って流れる流量に関連する送信機出力を提供するように構成された出力回路と、
   該出力回路に接続され、該出力回路の正常動作を検証するように構成された出力検証回路とを具備し、
   前記出力検証回路は、前記出力回路が正常に機能しているか否かを検証するために、該出力回路からの出力値を所望の基準値と比較する磁気流量計送信機。
2. 請求項１の磁気流量計送信機において、
   前記出力回路は、アナログ電流ループを経て流量情報を送信するために、アナログ電流ループを制御してアナログ出力を提供するように構成されたアナログ出力回路を含む磁気流量計送信機。
3. 請求項２の磁気流量計送信機において、
   前記出力検証回路は、アナログ出力と関連するパラメータを測定し、該測定されたパラメータを検証のための既知の値と比較するように構成されている磁気流量計送信機。
4. 請求項２の磁気流量計送信機において、
   前記出力検証回路は、アナログ出力を孤立周波数に変換し、該孤立周波数を用いて前記アナログ出力回路の正常動作を検証するように構成されている磁気流量計送信機。
5. 請求項１の磁気流量計送信機において、
   前記出力回路は流体情報を送信するために、電線にパルス出力を提供するように構成されたパルス出力回路を含む磁気流量計送信機。
6. 請求項５の磁気流量計送信機において、
   前記出力検証回路は、パルス出力回路の正常動作を検証するために、パルス出力周波数を検証するように構成された磁気流量計送信機。
7. 請求項５の磁気流量計送信機において、
   さらに、前記パルス出力をデジタル化し、立ち上がり時間、デューティサイクル及び振幅の少なくとも一つを求めるためにパルス出力を分析するように構成されたパルス波形分析回路を含む磁気流量計送信機。
8. 請求項６の磁気流量計送信機において、
   前記出力検証回路は、前記パルス出力回路からのパルスをカウントし、該パルス出力からのカウントされたパルスの関数としてパルス出力周波数を検証するように構成されたパルスカウント回路を含む磁気流量計送信機。
9. 請求項８の磁気流量計送信機において、
   前記出力検証回路は、前記パルス出力からのカウントされたパルスと基準パルスカウントとを比較し、該比較に基づいて、パルス出力回路の正常動作を検証するように構成されたパルスカウント比較回路を含む磁気流量計送信機。
10. 請求項６の磁気流量計送信機において、
    前記出力検証回路は、
    サンプルされた周波数信号を提供するように構成されたサンプリング回路と、
    該サンプルされた周波数信号の周波数を対応する電圧に変換するように構成された周波数電圧変換回路と、
    前記対応する電圧を対応するデジタル電圧値に変換するように構成されたアナログデジタル変換器とを具備し、
    前記パルス出力検証回路は、前記デジタル電圧値の関数としてパルス出力周波数を検証するように構成されている磁気流量計送信機。
11. 請求項６の磁気流量計送信機において、
    前記出力検証回路は、さらに前記パルス出力中のパルスが検出されるトリガレベルを調節するように構成された調整可能なパルスフィードバックトリガレベル回路を含む磁気流量計送信機。
12. 請求項１１の磁気流量計送信機において、
    前記調整可能なパルスフィードバックトリガレベル回路は、トリガレベル調節入力の関数としてトリガレベルを調節するように構成されている磁気流量計送信機。
13. 請求項１１の磁気流量計送信機において、
    前記調整可能なパルスフィードバック回路は、電線の寄生容量を評価し、電線が所望の状態にあるかどうかを判定するために、異なるトリガレベルに自動的に調節するように構成された磁気流量計送信機。

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