JP5559277B2 - 隣接する複数の磁気誘導流量計を動作させる方法および構成 - Google Patents

Description

本発明は隣接する複数の磁気誘導流量計を動作させる方法であって、各流量計は、導電性媒体が流れる測定管と、測定管の長手軸に対して垂直な成分を含む磁界によって前記媒体を貫くための磁界発生装置と、前記媒体中に誘導された電圧を測定し、誘導された電圧から流量を求める測定装置とを含んでいる。さらに本発明は、隣接する複数の磁気誘導流量計の配置構成にも関している。この場合、隣接する複数の流量計の各流量計は制御装置を有しており、制御装置は前記方法を実行する。

磁気誘導流量計は数十年前から先行技術において広く知られている。例えば、非特許文献１および非特許文献２を参照されたい。

流動媒体の流量を測定する磁気誘導流量計の原理はマイケル・ファラデーにまで遡る。ファラデーは、既に１８３２年に、導電性媒体の流速を測定するために電磁誘導の原理を応用することを提案している。ファラデーの法則によれば、磁界によって貫かれたそのような媒体の中に、媒体の流れ方向および磁界に対して垂直に電界強度が発生する。ファラデーの電磁誘導の法則は、磁気誘導流量計において、通常２つの磁界コイルを有する磁界発生装置を用いて測定プロセス中に時間的に変化する磁界を発生させ、この磁界が少なくとも部分的に測定管を流れる導電性媒体を貫くようにするという形で利用される。その際、発生する磁界は媒体の流れ方向に対して垂直な成分を有しており、媒体に触れる測定管の部分は電気的に絶縁されている。誘導によって媒体中に生じた電界強度は、例えば媒体と電気的に接触している電極によって電圧として測定するか、媒体と電気的に接触してない電極によって容量的に検出することができる。そして、測定された信号から測定管を流れる媒体の流量が導かれる。公知の磁気誘導流量計の先行技術による測定誤差は０．２％未満である。

本発明が先行技術として前提とする磁気誘導流量計については、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４が参照される。これを以て、これら公開刊行物の開示内容は明示的に本願の開示内容に含まれる。

多くの使用場面において、複数の磁気誘導流量計を互いに隣接して配置し、動作させる必要がある。以下の考察のために、少なくとも第１の流量計の磁界発生装置によって発生させられた磁界が第２の流量計の測定管を少なくとも部分的に貫く場合、第１および第２の磁気誘導流量計は隣接しているものとする。勿論、隣接した配置は２つの流量計に限定されない。例えば空間的な条件が限定されている場合には、複数の磁気誘導流量計が隣り合わないように磁気誘導流量計間の空間的距離を大きく選定することが可能でないことがよくある。流量計を遮蔽するには、付加的なコストと労力が伴う。

第１の流量計と第２の流量計が動作中に測定プロセスを実行する場合、一方では、隣接する２つの流量計の測定プロセスが時間的にオーバーラップするのかどうか分からず、他方では、時間的にオーバーラップする場合、一般に一定でない時間的オーバーラップがどのくらいの大きさであるのかが分からない。

隣接する２つの流量計の測定プロセスが時間的オーバーラップすると仮定すれば、第２の流量計の測定管内で、第２の流量計の磁界発生装置によって発生させられた磁界と、第１の流量計の磁界発生装置によって発生させられた、第２の流量計の測定管にまで広がる磁界とが、重なり合う。２つの磁界の重なり合いは、どのように変化するか不明の誘導電圧と流量測定への相応の影響とを結果としてもたらす。これは測定品質の低下を意味する。したがって、例えば流量計の測定管を流れる流量が一定ならば、流量計は変化する流量を示す。勿論、第２の流量計の測定プロセスも第１の流量計の流量の測定値に影響を与える。

独国公開公報第１９７０８８５７号 独国公開公報第１０２００４０６３６１７号 独国公開公報第１０２００８０５７７５５号 独国公開公報第１０２００８０５７７５６号

工学博士K. W. Bonfig教授著 "Technische Durchflussmessung"、第３版、Vulkan出版、２００２年の第１２３〜１６７頁 工学士Friedrich Hoffman著 "Grundlagen Magnetisch-Induktive Druchflussmessung"、第３版、KROHNE Messtechnik GmbH&Co. KG社刊、２００３年

本発明の課題は、隣接して配置された複数の磁気誘導流量計の測定品質を改善することである。

上記課題は、基本的に、本発明による隣接する複数の磁気誘導流量計を動作させる方法において、隣接する複数の流量計の磁界によって流量測定の相互影響が変化するのを防止するために、個々の隣接する流量計の測定プロセスを同期させることにより解決される。隣接する複数の流量計の同期した測定プロセスは同期測定プロセスと呼ばれる。本発明の方法によれば、同期測定プロセス実行中の流量測定の相互影響はつねに同じである。

本発明による制御装置を備えた４つの磁気誘導流量計を隣接して配置した配置構成を概略的に示された流量測定の相互影響と共に示す。 図１の配置構成を制御装置内に含まれている接続されたインタフェースと共に示す。

本発明による方法の１つの有利な実施形態によれば、測定プロセス中、隣接する複数の流量計の少なくとも１つにおいては、流量計の磁界発生装置が磁界を発生させない。隣接する複数の流量計の磁界発生装置のうちで、測定プロセス中に磁界を発生させないものがあれば、流量測定の相互影響が減少し、測定品質は改善される。隣接する複数の流量計の中でただ１つの流量計の磁界発生装置しか測定プロセス中に磁界を発生させないならば、流量測定による影響は生じない。しかし、その代わり、１つの流量しか測定できない。隣接する複数の流量計の中でただ１つの流量計の磁界発生装置しか磁界を発生させない測定プロセスを、単独測定プロセスと呼ぶ。

本発明による方法の別の特に有利な実施形態では、複数の測定から成るシーケンスが実行され、この複数の測定から成るシーケンスには、少なくとも１つの同期測定プロセスと、隣接する複数の流量計の各流量計の少なくとも１つの単独測定プロセスとが含まれている。この複数の測定から成るシーケンスでは、隣接する複数の流量計の各流量計を通る流量がそのつど少なくとも１つの単独測定プロセスと少なくとも１つの同期測定プロセスとの間で十分に一定であることが保証されなければならない。隣接する複数の流量計の各流量計について、この流量計の測定管を流れる流量が十分に一定である場合におけるこの流量計の単独測定プロセスからの流量測定値と同期測定プロセスからの流量測定値との差は、この流量計に対する残りの隣接する流量計の影響の尺度であり、この尺度から前記影響の補償が導かれる。単独測定プロセスと同期測定プロセスと間の流量の変化は直接流量測定値の差に作用し、したがってまた影響の補償にも作用するので、十分に一定した流量への要求は測定品質への要求から直接生じるものである。補償有りの同期測定プロセスからの流量測定値の品質が流量計の隣接配置構成によって下がることはない。コストと労力を要する流量計の遮蔽又は比較的大きな空間的距離のある配置構成は不要である。

本発明による方法のさらに別の有利な実施形態では、隣接する複数の流量計のうちの１つの流量計を流れる流量の十分な一定性が、少なくとも１つの単独測定プロセスのそれぞれ前および後の少なくとも１つの同期測定プロセスによって、または前記少なくとも１つの同期測定プロセスのそれぞれ前および後の少なくとも１つの単独測定プロセスによって監視される。隣接する複数の流量計のうちの１つの流量計を流れる流量が十分に一定でない測定は却下され、複数の測定から成るシーケンスにおいて考慮されない。

既に冒頭で述べたように、本発明は隣接する複数の磁気誘導流量計の配置構成にも関している。ここで、隣接する複数の流量計の各流量計は制御装置を含んでおり、隣接する複数の流量計の制御装置は、隣接する複数の流量計が本発明による方法を実行するように形成されている。例えば測定プロセス中に磁界を発生させないための、または補償を導き出すための付加的な機能は、先行技術による流量計によって実現される。

本発明による装置の１つの有利な実施形態では、測定プロセスを制御するために、隣接する複数の流量計の各流量計の制御装置が少なくとも１つのインタフェースを有しており、隣接する複数の流量計のインタフェースは相互に接続されている。隣接する複数の流量計のインタフェースを接続するために制御ラインを設けてもよい。これは以下では同期ラインと呼ばれる。この同期ラインを介して、個々の流量計のインタフェースに完全に異なる同期信号を伝送することができる。例えば、同期信号として、可変パルス幅を有する同期パルスを使用することができる。同期パルスのエッジ、それも立ち上りエッジおよび／または立ち下りエッジは、トリガ作用を有していてよい。

上で説明したように機能上必要な同期ラインをさらに別のデータ伝送、例えば個々の流量計のパラメータ化のためのデータの伝送のために用いてもよい。

本発明の１つの有利な実施形態では、隣接する複数の流量計の各流量計の制御装置はＲＳ４８５インタフェースを備えており、これらＲＳ４８５インタフェースは相互に接続されている。隣接する複数の流量計の測定プロセスは隣接する複数の流量計のうちの１つによって制御される。付加的な機能、例えば隣接する複数の流量計の測定プロセスの同期機能、または、測定プロセス中に磁界発生装置が磁界を発生させない流量計の選択の機能は、先行技術による流量計によって実現される。したがって、付加的な制御装置は不要である。

詳細には、隣接する複数の磁気誘導流量計を動作させる本発明による方法と、隣接する複数の磁気誘導流量計の本発明による配置構成とを実現し、さらに発展させる様々な仕方が存在する。これに関しては、請求項１および１０に従属する請求項と、図面に基づいた有利な実施例の説明とを参照されたい。

図１および２には、４つの磁気誘導流量計を隣接して配置した配置構成が示されており、４つの磁気誘導流量計はそれぞれ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄで表されている。各流量計１には、各端部にフランジ３を有する一定の外径の測定管２が属しており、この測定管２の中を導電性媒体が流れる。測定管２には、磁界発生装置と測定装置がカバー４の下に隠されて配置されている。磁界発生装置は測定管２内の媒体を貫く磁界を発生させ、この磁界によって測定管３の中を流れる媒体中に誘導された電圧が測定装置によって検出される。

図１には、流量測定の影響５の相互依存関係が示されている。流量計１の磁界発生装置によって発生させられた磁界は、この流量計１の測定管２だけでなく、残りの隣接する流量計１の測定管２も貫く。隣接する複数の流量計の測定プロセスの同期と、変化のない相互影響の補償とが無ければ、流量計１によって測定された流量は残りの３つの流量計１の磁界によって潜在的に歪曲される。

図２には、隣接する複数の流量計１の配置構成が、本発明による方法を実行するために設けられた流量計１の制御装置６と共に示されている。制御装置６はインタフェース７を有しており、インタフェース７は制御ラインによって相互に接続されている。以下では、この制御ラインを同期ライン８と呼ぶ。

隣接する複数の流量計１の測定プロセスは流量計１ａによって制御される。それゆえ、流量計１ａはマスター流量計と呼ばれ、その一方で残りの流量計１ｂ、１ｃおよび１ｄはスレーブ流量計と呼ばれる。

マスター流量計１ａは、インタフェース７と同期ライン８とを介してスレーブ流量計１ｂ、１ｃおよび１ｄに伝送される同期信号によって、４つの隣接する全流量計１の同期測定プロセスを開始する。すべての隣接する流量計１の測定プロセスの同期進行により、流量測定の相互影響は変化しない。

これまでに、マスター流量計１ａは、インタフェース７と同期ライン８とを介してスレーブ流量計１ｂ、１ｃおよび１ｄに伝送される同期信号によって、同期測定プロセスを開始した。上記同期信号は完全に異なる複数の同期信号であってよい。例えば、同期信号として、可変パルス幅を有する同期パルスを使用してよい。同期パルスのエッジ、すなわち立ち上りエッジまたは立ち下りエッジはトリガ作用を有していてよい。マスター流量計１ａは、隣接する複数の流量計１のどの磁界発生装置が測定プロセス中に磁界を発生させ、どの磁界発生装置が磁界を発生させないかを、同期信号によって定める。

上で説明したように機能上必要な同期ライン８をさらにデータ伝送のために、例えば個々の流量計１のパラメータ化のためのデータ伝送のために使用してもよい。

流量計の変化しない相互影響を補償するのに必要な流量測定データを得るために、複数の測定から成るシーケンスが実行される。その間、隣接する複数の流量計１の測定管２の中を媒体が流れる。まず、同期測定プロセスが実行される。その後で、隣接する複数の流量計の各流量計によって単独測定プロセスが実行される。そして最後に、同期測定プロセスが実行される。単独測定プロセスの前および後の同期測定プロセスによって測定された各測定管２の流量が十分に一定ならば、単独測定プロセスにおいて測定された各流量計１の流量と単独測定プロセスの後の同期測定プロセスにおいて測定された各流量計１の流量との差から、影響の補償が導き出される。測定管２を流れる流量が十分に一定でないならば、測定値は却下され、測定が繰り返される。

Claims (13)

1. 隣接する複数の磁気誘導流量計を動作させる方法であって、前記隣接する複数の流量計の各流量計は、導電性媒体が流れる測定管と、該測定管の長手軸に対して垂直な成分を含む磁界によって前記媒体を貫くための磁界発生装置と、前記媒体内に誘導された電圧を測定し、誘導された電圧から流量を求める測定装置とを含んでおり、
   前記隣接する複数の流量計（１）の磁界によって流量測定の相互影響（５）が変化するのを防止するために、前記隣接する複数の流量計（１）の個々の流量計の測定プロセスを同期させる（同期測定プロセス）、方法において、
   測定プロセス中に、前記隣接する複数の流量計（１）の少なくとも１つにおいて、該流量計の磁界発生装置が磁界を発生させないようにする
   ことを特徴とする隣接する複数の磁気誘導流量計を動作させる方法。
2. 測定プロセス中に、前記隣接する複数の流量計（１）のうち、ただ１つの流量計の磁界発生装置だけが磁界を発生させるようにする（単独測定プロセス）、
   請求項１に記載の方法。
3. 複数の測定から成るシーケンスを実行し、
   当該複数の測定から成るシーケンスは、少なくとも１つの同期測定プロセスと、前記隣接する複数の流量計（１）の各流量計の少なくとも１つの単独測定プロセスとを含んでおり、
   前記隣接する複数の流量計（１）の各流量計の測定管（２）を流れる流量は、そのつど少なくとも１つの単独測定プロセスと少なくとも１つの同期測定プロセスとの間で十分に一定である、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記隣接する複数の流量計（１）の或る１つの流量計の測定管（２）を流れる流量の十分な一定性を、少なくとも１つの単独測定プロセスの前の少なくとも１つの同期測定プロセスと、前記少なくとも１つの単独測定プロセスの後の少なくとも１つの同期測定プロセスとによって監視する、
   請求項３に記載の方法。
5. 前記隣接する複数の流量計（１）の或る１つの流量計の測定管（２）を流れる流量の十分な一定性を、少なくとも１つの同期測定プロセスの前の少なくとも１つの単独測定プロセスと、前記少なくとも１つの同期測定プロセスの後の少なくとも１つの単独測定プロセスとによって監視する、
   請求項３に記載の方法。
6. 前記隣接する複数の流量計（１）の或る１つの流量計の測定管（２）を流れる流量が十分に一定でない測定は却下する、
   請求項４または５に記載の方法。
7. 単独測定プロセスからの流量測定値と同期測定プロセスからの流量測定値とを用いて、複数の流量測定の変化しない相互影響を前記隣接する複数の流量計（１）の磁界によって補償する、
   請求項６に記載の方法。
8. 前記測定プロセスを前記隣接する複数の流量計（１）のうちの１つによって制御する、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 隣接する複数の磁気誘導流量計の配置構成であって、前記隣接する複数の流量計の各流量計は、導電性媒体が流れる測定管と、該測定管の長手軸に対して垂直な成分を含む磁界によって前記媒体を貫くための磁界発生装置と、前記媒体内に誘導された電圧を測定し、誘導された電圧から流量を求める測定装置と、制御装置とを含んでいる、配置構成において、
   前記隣接する複数の流量計（１）の前記制御装置（６）は、前記隣接する複数の流量計（１）が請求項１から８のいずれか１項に記載の方法を実行するように形成されている
   ことを特徴とする隣接する複数の磁気誘導流量計の配置構成。
10. 前記隣接する複数の流量計（１）の各流量計の制御装置（６）は、測定プロセスを制御するために少なくとも１つのインタフェース（７）を有しており、前記隣接する複数の流量計（１）のインタフェース（７）は相互に接続されている、
    請求項９に記載の複数の流量計の配置構成。
11. 前記隣接する複数の流量計（１）のインタフェース（７）を接続するために、同期ライン（８）が設けられている、請求項１０に記載の複数の流量計の配置構成。
12. 前記同期ライン（８）が前記隣接する複数の流量計（１）の間の付加的な別のデータ伝送のために実現されている、請求項１１に記載の複数の流量計の配置構成。
13. 前記インタフェース（７）はＨＡＲＴ、ＲＳ４８５またはプロフィバスのような規格に従う、
    請求項１０から１２のいずれか１項に記載の複数の流量計の配置構成。

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