JP5998504B2

JP5998504B2 - 流量計および流量計の診断方法

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Publication number: JP5998504B2
Application number: JP2012025262A
Authority: JP
Inventors: 山口　貴宏; 貴宏山口
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2032-02-08
Also published as: JP2013160716A

Description

本発明は流路を流れる流体の流量を測定する流量計およびその診断方法に関するものである。

流量計は、流路を流れる流体の流量を測定するために用いられる。流量計としては、コリオリ質量流量計や渦流量計、電磁流量計等がある。一般的に、流量計は検出器と変換器とを有して構成している。検出器は流体の流量を検出してセンサ信号を出力し、変換器にセンサ信号が入力される。変換器はセンサ信号に基づいて、所定の演算を行うことにより流量演算を行う。

この種の流量計としてコリオリ質量流量計が特許文献１に開示されている。図４は、コリオリ質量流量計の一例を示している。コリオリ質量流量計１０１は検出器１０２と変換器１０３とを有して構成している。検出器１０２は駆動部１０４と検出部１０５とを備えて構成している。駆動部１０４は流体が流れる流路（チューブ等）を加振する。

検出部１０５は流路の上流側に配置された第１コイルおよび下流側に配置された第２コイルを設けており、流路の振動を検出する。第１コイルが検出した信号は第１センサ信号Ｓ１として、第２コイルが検出した信号は第２センサ信号Ｓ２として出力される。また、検出部１０５は、測温抵抗体（ＲＴＤ：Resistance Temperature Detector）を有しており、流体の温度を検出する。そして、検出した温度を温度信号ＴＥＭＰとして出力する。

変換器１０３は検出器１０２と種々の信号を授受可能に接続している。この変換器１０３は検出器駆動部１０６と増幅部１０７と位相差ＡＤＣ１０８と演算部１０９と温度ＡＤＣ１１０とを備えて構成している。検出器駆動部１０６は検出器１０２の駆動部１０４に対して駆動信号ＤＲＶを出力する。この駆動信号ＤＲＶに基づいて、駆動部１０４は流路を加振する。

増幅部１０７は所定の増幅率で第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２を増幅する。位相差ＡＤＣ１０８は増幅された第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２をアナログ信号からデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２は演算部１０９に入力される。

演算部１０９はデジタル信号の第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号とに対して所定の演算を行う。第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２とは位相を示しており、両信号から位相差を演算する。この位相差に基づいて、流路を流れる流体の流量を演算することができる。従って、演算部１０９はこれらの流量演算を行って、流体の流量を得る。

温度ＡＤＣ１１０は検出器１０２の検出部１０５から温度信号ＴＥＭＰを入力して、温度信号ＴＥＭＰをアナログ信号からデジタル信号に変換する。変換後の温度信号ＴＥＭＰは演算部１０９に入力される。この温度信号ＴＥＭＰは、演算部１０９が流量演算を行うときに、温度変動の測定誤差を補正するために用いられる。

特開２０１１−１３７７７１号公報

ところで、コリオリ質量流量計１０１は過酷な環境下で運用されていることが多く、不具合（故障）を発生することがある。コリオリ質量流量計１０１に故障が発生すると、正確な流量測定を行うことができない。例えば、コリオリ質量流量計１０１に故障が発生すると、流路を流れる流量の値とは異なる異常な値が演算結果として得られる場合がある。

コリオリ質量流量計１０１は検出器１０２と変換器１０３とを有して構成しており、検出器１０２を構成するコイルや変換器１０３を構成する電気回路や電子部品等に故障を生じることがある。そこで、検出器１０２や変換器１０３の健全性、つまり故障を生じているか否かの診断を行うことは重要である。ただし、故障を生じたときに、検出器１０２と変換器１０３との何れに故障を生じたかを特定することは難しい。

故障発生時、例えば演算結果が異常な値となったときに、故障診断を行う。この診断は正常な機器を接続して行う。つまり、検出器１０２と変換器１０３とを物理的に切り離して、正常に動作を行う検出器や変換器を用いて診断を行う。検出器１０２の診断を行うときには、正常に動作を行う変換器を接続する。従って、検出器１０２と正常な変換器とが接続された状態になる。この状態で診断を行ったときにも異常な演算結果が得られれば、検出器１０２に故障を生じていると診断される。

一方、故障発生時に、変換器１０３の診断を行うときには、正常に動作を行う検出器を接続する。従って、正常に動作を行う検出器と変換器１０３とが接続された状態になる。この状態で診断を行ったときにも異常な演算結果が得られれば、変換器１０３に故障を生じていると診断される。

従って、前記の故障診断を行うときには、正常に動作を行う変換器や検出器（機器）を持ち込んで行う必要がある。このときには、変換器１０３と検出器１０２とを物理的に切り離して、正常に動作を行う機器に接続することから、この診断を行っている間は稼働中のラインを停止しなければならず、流量測定を行うことができない。

また、機器の取り外しおよび接続といった作業を要することから、煩雑な作業が発生し、これが損失コストとなる。また、正常に動作をする機器をコリオリ質量流量計１０１が設置されている現場に持ち込んで、接続を行う必要があることから、その作業は困難になる。例えば、コリオリ質量流量計１０１が高所に取り付けられているような場合には、非常に困難な作業を要することになる。さらには、このような現場において電源を供給することも難しい。

そこで、本発明は、機器を取り外すことなく、流量計の変換器、検出器に故障を生じているか否かの診断を行うことを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明の流量計は、流路を流れる流量を検出し、検出した流量をセンサ信号として出力する検出器と、前記センサ信号に対して信号処理を行って前記流量を演算する演算部を有する変換器と、この変換器の診断を行うための基準信号の波形を発生して出力する波形発生部と、前記基準信号が前記演算部に入力されたときに、前記演算部が演算した演算結果に基づいて、前記変換器が故障しているか否かを診断する診断部と、を備え、前記波形発生部は、所定の駆動状態を前記検出器に与えるような前記基準信号を出力し、前記診断部は、そのときに前記検出器からの前記センサ信号が前記演算部に入力されたときに、前記演算部が演算した演算結果と前記所定の駆動状態とを対比した結果に基づいて、前記検出器が故障しているか否かを診断することを特徴とする。

この流量計によれば、波形発生部を内蔵しており、この波形発生部からの基準信号を診断部に入力させることで、機器の取り外しを行うことなく、流量測定を行うことおよび変換器が故障しているか否かを診断することができる。

また、前記変換器は、前記センサ信号と前記基準信号との何れかを選択的に切り替える切替部を備えていることを特徴とする。

変換器に切替部を設けて、センサ信号と基準信号とのうち何れかを選択して診断部に入力させることで、機器の取り外しを行うことなく、変換器が故障しているか否かを診断することができる。

また、前記切替部は、一定時間ごとに微小時間だけ前記基準信号が選択されるように切り替えを行い、その他の時間は前記センサ信号が選択されるように切り替えを行うことを特徴とする。

切替部が一定時間ごとに基準信号を選択するように制御することで、定期的に変換器の故障診断を行うことができる。診断時間は微小時間であるため、流量測定を中断する時間を短くして、定期的な故障診断を行うことができる。

また、前記切替部は、前記変換器に備えられる回路の前段に設けられる第１切替部と前記回路の後段に設けられる第２切替部とを有し、前記診断部は、前記第１切替部が前記基準信号を選択して、この基準信号が前記回路に入力されたときの前記演算部の演算結果が異常であり、且つ前記第２切替部が前記基準信号を選択して、この基準信号が前記回路に入力されないときの前記演算部の演算結果が正常であるときに、前記回路が故障していると診断することを特徴とする。

変換器には各種の回路が設けられており、このうちの１つの回路に故障を生じたときに変換器が故障となる。このときに、第１切替部と第２切替部とを回路の前後に設けることで、変換器が故障しているということだけでなく、変換器の中の回路について個別的に故障診断を行うことができる。

また、前記検出器からの前記センサ信号に対して前記波形発生部からの前記基準信号を重畳させる重畳部と、前記センサ信号に重畳された前記基準信号を復元する復元部と、を備え、前記演算部には前記センサ信号が入力され、前記診断部には復元された前記基準信号が入力されることを特徴とする。

センサ信号に基準信号を重畳させて、重畳した基準信号を復元させることで、演算部にセンサ信号を入力させ、診断部に基準信号を入力させることができる。これにより、流量測定を中断することなく、変換器に故障を生じているか否かの診断を行うことができる。

また、本発明の流量計は、流路を流れる流量を検出し、検出した流量をセンサ信号として出力する検出部および駆動部を備える検出器と、前記センサ信号に対して信号処理を行って前記流量を演算する演算部を有する変換器と、前記検出器の診断を行うために前記駆動部を駆動させるための駆動信号の基準となる基準信号の波形を発生して出力する波形発生部と、前記基準信号により前記駆動部が駆動されたときに前記検出部が検出する前記センサ信号が前記演算部に入力されたときに、この演算部が演算した演算結果に基づいて、前記検出器が故障しているか否かを診断する診断部と、を備え、前記基準信号は、所定の駆動状態を前記検出部に与えるように前記駆動部を駆動し、前記診断部は、前記演算結果と前記所定の駆動状態とを対比した結果に基づいて、前記検出器が故障しているか否かを診断することを特徴とする。

この流量計によれば、波形発生部から駆動部に対して基準信号を入力している。そして、検出部から出力されるセンサ信号に基づいて演算部が演算を行うことで、検出器が故障しているか否かを診断することができる。

また、本発明の流量計の診断方法は、流路を流れる流量を検出し、検出した流量をセンサ信号として出力する検出部および駆動部を有する検出器と、前記センサ信号に対して信号処理を行って前記流量を演算する演算部を有する変換器と、を備える流量計の故障を診断する流量計の診断方法であって、前記診断を行うための基準信号が前記演算部に入力されたときに、前記演算部が演算した第１の演算結果に基づいて、前記変換器が故障しているか否かを診断し、前記基準信号を前記駆動部に入力したときに前記検出部が検出する前記センサ信号が前記演算部に入力されたときに、この演算部が演算した第２の演算結果に基づいて、前記検出器が故障しているか否かを診断し、前記駆動部に入力される前記基準信号は、所定の駆動状態を前記検出部に与えるように前記駆動部を駆動し、前記第２の演算結果と前記所定の駆動状態とを対比した結果に基づいて、前記検出器が故障しているか否かを診断することを特徴とする。

この流量計の診断方法によれば、変換器の故障診断と検出器の故障診断とを行うことにより、変換器と検出器との何れに故障を生じているかを特定することができる。

本発明は、波形発生部からの基準信号を診断部に入力させることで、変換器が故障しているか否かを診断することができる。また、基準信号により駆動部を駆動させて、センサ信号を入力することで、検出器が故障しているか否かを診断することができる。これにより、機器の取り外しを要することがなくなり、ラインを停止させることなく、また正常な機器を必要とすることなく、変換器の故障診断を行うことが可能になる。

実施形態の流量計を示す構成図である。第１変形例の流量計を示す構成図である。第２変形例の流量計を示す構成図である。従来の流量計を示す構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。以下において、流量計としてコリオリ質量流量計を例示して説明するが、コリオリ質量流量計以外の流量計に適用することもできる。例えば、渦流量計や電磁流量計に適用することもできる。また、各図で説明するコリオリ質量流量計は一例であり、他の構成を採用するコリオリ質量流量計を適用することもできる。

図１はコリオリ質量流量計１を示している。このコリオリ質量流量計１は検出器２と変換器３とを備えて構成している。検出器２は駆動部４と検出部５とを備えて構成している。検出器２は配管やチューブ等の流路を流れる流体の流量を検出するために設けられている。

駆動部４は流路を加振する。駆動部４が流路を加振することで、流路は振動する。駆動部４としては例えばコイル（ドライブコイル）を適用することができる。図１にも示すように、駆動部４には駆動信号ＤＲＶが入力されており、この駆動信号ＤＲＶに基づいて、流路（チューブ等）を加振して振動を誘起する。

検出部５は図示しない各種の検出センサを設けている。まず、流路の上流側に配置された第１センサが流路の振動を検出する。この検出した振動は第１センサ信号Ｓ１として出力される。そして、流路の下流側に配置された第２センサが流路の振動を検出する。この検出した信号は第２センサ信号Ｓ２として出力される。第１センサおよび第２センサとしては、通常はコイルが用いられる。

また、検出部５には温度センサが設けられている。この温度センサとしては、例えば測温抵抗体（ＲＴＤ：Resistance Temperature Detector）を用いることができる。温度センサは流路を流れる流体の温度を検出しており、検出した温度を温度信号ＴＥＭＰとして出力する。

検出器２と変換器３とは信号の授受が可能に接続されており、変換器３から検出器２に向けて駆動信号ＤＲＶが出力され、検出器２から変換器３に向けて第１センサ信号Ｓ１、第２センサ信号Ｓ２、温度信号ＴＥＭＰが出力される。

次に、変換器３の構成について説明する。変換器３は検出器駆動部１１と増幅部１２と位相差ＡＤＣ１３と演算部１４と温度ＡＤＣ１５とアラーム１６と波形発生部１７と切替部１８とを備えて構成している。また、演算部１４は診断部１９を有して構成している。

検出器駆動部１１は検出器２の駆動部４に駆動信号ＤＲＶを出力する。この駆動信号ＤＲＶは励振エネルギ信号であり、この駆動信号ＤＲＶに基づいて、駆動部４は流路の加振を行う。

増幅部１２は所定の増幅率で増幅を行う。増幅部１２には第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２が入力される。これらの信号は微小（例えば、数１００ミリボルト）であり、Ｓ／Ｎ比の向上やダイナミックレンジの拡大のために、入力した信号を増幅する。

位相差ＡＤＣ１３はアナログデジタルコンバータである。位相差ＡＤＣ１３には増幅された第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２が入力され、これらの信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。変換後の第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２は演算部１４に入力される。

なお、図１では、第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２とは別個の経路を伝送しているが、これを１つの経路（１チャネル）にしてもよい。その場合には、第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２とを時分割する等して、両信号の伝送を行うようにする。

演算部１４は第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２を入力する。第１センサ信号Ｓ１は流路の上流側の振動信号であり、第２センサ信号Ｓ２は流路の下流側の振動信号である。演算部１４は第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２との位相差の演算を行う。この演算結果により、流体の流量演算を行う。

温度ＡＤＣ１５はアナログデジタルコンバータである。温度ＡＤＣ１５は検出器２の検出部５から温度信号ＴＥＭＰを入力している。この温度信号ＴＥＭＰはアナログ信号からデジタル信号に変換される。変換後の温度信号ＴＥＭＰは演算部１４に入力される。これにより、演算部１４が流体の温度を認識することができる。

演算部１４が行う流量演算は流体の温度の変動によって、測定誤差を生じる。このため、演算部１４に温度信号ＴＥＭＰを入力させることで、演算部１４が流量演算を行うときに、流体の温度による補正を行う。なお、演算部１４に入力される温度信号ＴＥＭＰは他の目的のために使用されてもよい。

アラーム１６は演算部１４の制御により、警報信号を出力する。演算部１４が流量演算を行った演算結果が異常である場合に、演算部１４はアラーム１６を制御して、警報信号を出力する。これにより、異常を了知させることができる。なお、アラーム１６は演算部１４の１つの機能として持たせるようにしてもよい。

波形発生部１７は任意の波形（矩形波や三角波、サイン波、或いはＤＣ信号等）を発生することが可能な回路である。波形発生部１７は４つの基準信号を発生する。基準駆動信号ＤＲＶＢは駆動信号ＤＲＶの基準となる信号である。基準第１センサ信号Ｓ１Ｂは第１センサ信号Ｓ１の基準となる信号である。基準第２センサ信号Ｓ２Ｂは第２センサ信号Ｓ２の基準となる信号である。基準温度信号ＴＥＭＰＢは温度信号ＴＥＭＰの基準となる信号である。

波形発生部１７にはこれらの基準信号を発生させるために、位相差や周波数、振幅、オフセット等が設定される。このうち、位相差は流体の質量流量に関連し、周波数は密度に関連する。この設定は診断部１９により行われる。

切替部１８は４つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を有している。スイッチＳＷ１は検出器駆動部１１からの駆動信号ＤＲＶと波形発生部１７からの基準駆動信号ＤＲＶＢとの何れかに切り替えを行う。スイッチＳＷ２は検出器２からの第１センサ信号Ｓ１と波形発生部１７からの基準第１センサ信号Ｓ１Ｂとの何れかに切り替えを行う。スイッチＳＷ３は検出器２からの第２センサ信号Ｓ２と波形発生部１７からの基準第２センサ信号Ｓ２Ｂとの何れかに切り替えを行う。スイッチＳＷ４は検出器２からの温度信号ＴＥＭＰと波形発生部１７からの基準温度信号ＴＥＭＰＢとの何れかに切り替えを行う。

診断部１９は変換器３および検出器２の故障診断（診断）を行う。診断部１９は演算部１４に設けられており、演算部１４の演算結果に基づいて、変換器３、検出器２に故障を生じているか否かの診断を行う。この診断を行うために、診断部１９は波形発生部１７に対して各種の設定（位相差や周波数、振幅、オフセット等の設定）を行う。また、切替部１８の制御も行っている。

なお、図１では、診断部１９は演算部１４の内部に設けるようにしている。診断部１９は演算部１４の演算結果を使用して診断を行うために、演算部１４の中に診断部１９の機能を持たせている。従って、この場合は、演算部１４が診断部１９の機能を有していることになる。ただし、診断部１９は演算部１４とは別個独立に設けるようにしてもよい。

次に、動作について説明する。通常は、切替部１８のスイッチＳＷ１は検出器駆動部１１に切り替えており、検出器駆動部１１からの駆動信号ＤＲＶが駆動部４に入力される。また、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４は検出器２に切り替えられており、検出部５から出力される第１センサ信号Ｓ１、第２センサ信号Ｓ２および温度信号ＴＥＭＰが変換器３に入力される。

これにより、増幅部１２により増幅されて、位相差ＡＤＣ１３によりデジタル信号に変換された第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２が演算部１４に入力される。演算部１４は第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２との位相差を演算して、流体の流量を求める流量演算を行う。

また、検出部５から温度信号ＴＥＭＰが温度ＡＤＣ１５に入力されてデジタル信号に変換される。演算部１４は流量演算を行うときに、温度信号ＴＥＭＰを用いて補正を行って、流体の温度変動による測定誤差を補正する。これにより、正確な流量演算を行うことができる。

以上の動作が通常行われる流量測定を行うモードである。これを通常モードとする。通常モードにおいて、流路を流れる流量が異常な状態になることがある。例えば、流体が流れない、検出器内部が非満管の場合等である。

演算部１４には流量の値の正常な範囲が予め設定されている。演算部１４による演算結果がこの正常な範囲から外れたときには、流量の異常を検出する。このときには、演算部１４はアラーム１６を制御して、警報信号を出力する。これにより、流量の異常を了知させることができる。

ところで、流量の異常が検出されるのは、流路を流れる流体が異常状態になる場合もあるが、検出器２や変換器３に故障を生じた場合も、流量の異常が検出される。検出器２の駆動部４や検出部５はコイルやＲＴＤを用いており、これらが故障したときに検出器２の故障に相当する。また、変換器３を構成する電気回路や電子部品が故障したときには変換器３の故障に相当する。

従って、演算部１４が故障を検出したときには、検出器２や変換器３に故障を生じているか否かを診断する。まず、変換器３に故障を生じているか否かの診断について説明する。この診断は診断部１９が行い、診断部１９が変換器３の故障診断を行うときには、通常モードから診断モードに変更する。

このときには、診断部１９は波形発生部１７に対して各種の設定を行う。ここでは、一例として、基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂの周波数が１５０Ｈｚ、振幅が２００ミリボルト、位相差はゼロの設定を行うものとする。また、温度は０℃として、これに相当する電圧が１００ミリボルトのＤＣ信号を基準温度信号ＴＥＭＰＢとして発生するように設定する。

また、診断部１９は切替部１８の各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を制御して、波形発生部１７が接続されるように制御する。これにより、検出器２と変換器３とは実質的に切り離された状態になる。ただし、検出器２と変換器３とは物理的に取り外しが行われるわけではない。

波形発生部１７が出力した基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂは増幅部１２により増幅されて、位相差ＡＤＣ１３でデジタル信号に変換される。そして、演算部１４に基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂが入力され、演算部１４では基準第１センサ信号Ｓ１Ｂと基準第２センサ信号Ｓ２Ｂとの位相差を演算する。

診断部１９では、基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂの周波数が１５０Ｈｚであるか否か、振幅が２００ミリボルトであるか否かを判定する。また、基準第１センサ信号Ｓ１Ｂと基準第２センサ信号Ｓ２Ｂとの位相差がゼロであるか否かを判定する。

周波数、振幅および位相差が前記の値になっていれば、波形発生部１７が出力した基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂは正常に演算部１４に入力されて演算されたことが認識される。これにより、診断部１９は変換器３が正常であると診断する。一方、周波数、振幅および位相差が前記の値にならない場合は、変換器３に故障（不具合）が発生していると診断する。なお、周波数、振幅、位相差の判定には、ある程度の許容誤差を持たせて、診断を行うようにしてもよい。これにより、診断部１９は変換器３、特に増幅部１２および位相差ＡＤＣ１３を診断する。

また、波形発生部１７は１００ミリボルトのＤＣ信号の基準温度信号ＴＥＭＰＢを出力し、温度ＡＤＣ１５によりデジタル信号に変換されて、演算部１４に入力される。診断部１９は、演算部１４に入力された基準温度信号ＴＥＭＰＢが１００ミリボルトのＤＣ信号であるか否かに基づいて、故障診断を行う。１００ミリボルトのＤＣ信号であれば、変換器３、特に温度ＡＤＣ１５に故障を生じていないと診断できる。一方、前記の値とならない場合は故障を生じていると診断する。なお、基準温度信号ＴＥＭＰＢの判定にもある程度の許容誤差を持たせてもよい。

以上により、変換器３に故障を生じているか否かが診断される。次に、検出器２に故障を生じているか否かを診断する場合について説明する。診断部１９は切替部１８のスイッチＳＷ１を波形発生部１７に切り替える。これにより、波形発生部１７が出力する基準駆動信号ＤＲＶが駆動部４に入力される。

例えば、周波数が１５０Ｈｚ、振幅が２ボルトの基準駆動信号ＤＲＶを駆動部４に入力する。これにより、検出部５が第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２を出力する。検出器２の故障診断を行うときには、スイッチＳＷ２およびＳＷ３は検出器２に切り替えられている。従って、第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２が演算部１４に入力される。

診断部１９では、第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２の周波数が１５０Ｈｚ、振幅が２ボルトであるか否かを判定する。周波数および振幅が一致していれば、検出器２が正常であると診断する。一方、一致しなければ故障していると診断する。なお、一致しているか否かについてはある程度の許容誤差を持たせてもよい。これにより、検出器２に故障を生じているか否かを診断することができる。

従って、切替部１８を設けて、通常モード時には検出器駆動部１１からの駆動信号ＤＲＶに基づいて流路を加振して、検出部５からの第１センサ信号Ｓ１、第２センサ信号Ｓ２および温度信号ＴＥＭＰに基づいて、流量測定を行う。一方、診断モードにおいては、波形発生部１７からの基準信号を選択することにより、検出器２および変換器３に故障を生じているか否かの診断を行うことができる。

つまり、コリオリ質量流量計１に自己診断機能を持つ診断部１９と波形発生部１７と切替部１８とを内蔵することで、検出器２、変換器３の故障診断を行うときに、検出器２と変換器３とを取り外すことなく、診断を行うことができる。この診断を行うことができることから、稼働中のラインの停止時間を短縮化することができ、正常な機器を持ち込んで接続する必要がなくなる。従って、メンテナンス性を向上させることが可能になる。

また、検出器２、変換器３の診断を行って、故障をしていることが診断されれば、機器の交換が必要になるが、故障をしていないことが確認されれば（健全性が確認されれば）、機器の交換は行わなくてよい。これにより、事前に機器の交換が必要であるか否かを認識することができる。

以上において、診断部１９は、変換器３の故障診断を行うときには、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４を一括的に、また検出器２の故障診断を行うときには、スイッチＳＷ１を波形発生部１７からの基準信号に切り替えていたが、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は個別的に切り替えるようにしてもよい。例えば、スイッチＳＷ２およびＳＷ３のみを波形発生部１７からの基準信号に切り替え、スイッチＳＷ４は検出器２に切り替えるようにしてもよい。この場合でも、第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２に関わる回路（増幅部１２や位相差ＡＤＣ１３等）の故障診断を行うことができる。

なお、第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２とが時分割で１つの経路により伝送される場合には、当該経路のスイッチのみを切り替えるようにする。この場合には、波形発生部１７からも時分割で１つの経路により第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２とが伝送される。

また、診断部１９は自己診断モード時に切替部１８の各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を制御していたが、切替部１８は一定時間ごとに各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の切り替えを行うようにしてもよい。診断部１９による変換器３の診断は非常に短時間（微小時間）で行われる。従って、故障診断中は流量測定を行うことはできないが、診断時間が微小時間であるため、流量測定にそれほど影響を及ぼすことはない。一方、一定時間ごとに診断モードにすることで、定期的に検出器２や変換器３の故障診断を行うことができる。なお、例えば微小時間は流量計測時間に対して微小であり、この流量計測時間としては、バッチ処理システム等において、演算部１４の演算周期ごとに算出された流量値を積算するための所定時間が挙げられる。

また、波形発生部１７は変換器３に設けたが、検出器２に設けるようにしてもよい。つまり、任意の場所に波形発生部１７を配置することが可能になる。ただし、基準信号の出力先は変換器３の切替部１８になるため、変換器３の内部に波形発生部１７を設けることが望ましい。

また、波形発生部１７は故障診断の基準となる基準信号を出力し、この基準信号を用いて故障診断を行うため、基本的には基準信号は高精度に正確な信号が使用される。従って、波形発生部１７が出力する信号の高精度化およびトレーサビリティを持たせることで、波形発生部１７は故障診断を行うだけではなく、校正を行うキャリブレータとして使用することもできる。

次に、第１変形例について説明する。図２は第１変形例のコリオリ質量流量計１を示している。図２に示すように、第１切替部２１と第２切替部２２とを有して構成している。第１切替部２１および第２切替部２２は前述した切替部１８と同じ機能を有している。すなわち、検出器２からのセンサ信号と波形発生部１７からの基準信号との何れかを選択的に切り替えている。

第１変形例では、変換器３の中に設けられる回路を個別的に故障診断する。図２では、故障診断の対象の回路が増幅部１２になる。従って、増幅部１２の前段に第１切替部２１を配置し、後段に第２切替部２２を配置している。

そして、診断部１９は、まず第１切替部２１は波形発生部１７からの信号を選択し、第２切替部２２は増幅部１２からの信号を選択するようにスイッチ制御を行う。これにより、基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂが増幅部１２に入力される。そして、増幅部１２により増幅された基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂが位相差ＡＤＣ１３によりデジタル信号に変換されて、演算部１４に入力される。

例えば、波形発生部１７から、前述したように、基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂが周波数１５０Ｈｚ、振幅２５０ミリボルト、位相差ゼロとして出力している場合に、診断部１９で同じ周波数、振幅、位相差が検出されたときには、増幅部１２に故障が発生していていないと診断する。

一方、前記の周波数、振幅、位相差が検出されないときには、増幅部１２に故障を生じている可能性があることを診断部１９は認識する。そこで、診断部１９は、次に第２切替部２２が波形発生部１７に接続されるように切り替えを行う。これにより、基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂは増幅部１２に入力されない。

そして、位相差ＡＤＣ１３でデジタル信号に変換されて、演算部１４に基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂが入力される。このときに、前記の周波数、振幅、位相差が検出されたときには、増幅部１２に入力されていない基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂが正常に入力されていることになる。

従って、診断部１９は、第１切替部２１が基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂを選択したときに故障検出を行い、第２切替部２２が基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂを選択したときに故障を検出しないときには、増幅部１２に故障が生じていると診断する。

図２にも示すように、第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２の経路には増幅部１２および位相差ＡＤＣ１３が設けられており、また他の回路が設けられていることもある。従って、変換器３の中の故障診断の対象となる回路の前後に切替部を設けて、前述の処理を行うことで、変換器３の中の特定の回路に限定して故障診断を行うことができる。

次に、第２変形例について説明する。第２変形例は、変換器３に重畳部３０と位相差復元部３１と温度復元部３２とを設けている。また、重畳部３０は第１重畳部３３と第２重畳部３４と第３重畳部３５とを設けている。

重畳部３０は信号の重畳を行う。重畳の方法としては、例えば周波数や振幅の重畳を適用することができる。ここでは、周波数を重畳するものとして説明する。第１重畳部３３は検出部５から出力される第１センサ信号Ｓ１に対して波形発生部１７が出力する基準第１センサ信号Ｓ１Ｂを周波数重畳する。

第２重畳部３４は検出部５から出力される第２センサ信号Ｓ２に対して波形発生部１７が出力する基準第２センサ信号Ｓ２Ｂを周波数重畳する。第３重畳部３５は検出部から出力される温度信号ＴＥＭＰに対して波形発生部１７が出力する基準温度信号ＴＥＭＰＢを重畳する。

位相差復元部３１は第１センサ信号Ｓ１および第２センサ信号Ｓ２から、重畳された基準第１センサ信号Ｓ１Ｂおよび基準第２センサ信号Ｓ２Ｂを復元する。温度復元部３２は温度信号ＴＥＭＰから、重畳された基準温度信号ＴＥＭＰＢを復元する。

従って、演算部１４には第１センサ信号Ｓ１、第２センサ信号Ｓ２、温度信号ＴＥＭＰだけでなく、復元された基準第１センサ信号Ｓ１Ｂ、基準第２センサ信号Ｓ２Ｂ、基準温度信号ＴＥＭＰＢが演算部１４に入力される。つまり、基準第１センサ信号Ｓ１Ｂ、基準第２センサ信号Ｓ２Ｂ、基準温度信号ＴＥＭＰＢを診断部１９に入力させることができる。なお、前述したように、演算部１４と診断部１９とを別個独立に設ける場合には、演算部１４には第１センサ信号Ｓ１、第２センサ信号Ｓ２、温度信号ＴＥＭＰを入力し、診断部１９には復元された基準第１センサ信号Ｓ１Ｂ、基準第２センサ信号Ｓ２Ｂ、基準温度信号ＴＥＭＰＢを入力させるようにしてもよい。

次に、動作について説明する。第２変形例では通常モードと診断モードとは同時に行われる。つまり、通常の流量測定を行いながら、変換器３の故障診断を行う。これは、オンライン診断となる。従って、流量測定が中断されることなく、変換器３の故障診断が行われる。

波形発生部１７からは基準第１センサ信号Ｓ１Ｂ、基準第２信号Ｓ２Ｂ、基準温度信号ＴＥＭＰＢが定期的、不定期、或いは常に出力される。基準第１センサ信号Ｓ１Ｂは第１重畳部３３で第１センサ信号Ｓ１に重畳されて、位相差復元部３１で基準第１センサ信号Ｓ１Ｂが復元される。

基準第２センサ信号Ｓ２Ｂは第２重畳部３４で第２センサ信号Ｓ２に重畳されて、位相差復元部３１で基準第２センサ信号Ｓ２Ｂが復元される。基準温度信号ＴＥＭＰＢは第３重畳部３５で温度信号ＴＥＭＰに重畳されて、温度復元部３２で基準温度信号ＴＥＭＰＢが復元される。

よって、演算部１４に基準第１センサ信号Ｓ１Ｂ、基準第２センサ信号Ｓ２Ｂ、基準温度信号ＴＥＭＰＢが入力される。診断部１９はこれらの信号に基づいて、変換器３の故障診断を行う。

このとき、切替部を設けるのではなく、重畳部３０を用いて、波形発生部１７からの信号を検出器２からの信号に重畳させているため、検出器２からの信号は常に演算部１４に入力される。従って、変換器３の故障診断を行うとしても、流量測定を中断する必要がない。

１コリオリ質量流量計
２検出器
３変換器
４駆動部
５検出部
１１検出器駆動部
１２増幅部
１３位相差ＡＤＣ
１４演算部
１５温度ＡＤＣ
１６アラーム
１７波形発生部
１８切替部
１９診断部
２１第１切替部
２２第２切替部
３０重畳部
３１位相差復元部
３２温度復元部
３３第１重畳部
３４第２重畳部
３５第３重畳部

Claims

流路を流れる流量を検出し、検出した流量をセンサ信号として出力する検出器と、
前記センサ信号に対して信号処理を行って前記流量を演算する演算部を有する変換器と、
この変換器の診断を行うための基準信号の波形を発生して出力する波形発生部と、
前記基準信号が前記演算部に入力されたときに、前記演算部が演算した演算結果に基づいて、前記変換器が故障しているか否かを診断する診断部と、
を備え、
前記波形発生部は、所定の駆動状態を前記検出器に与えるような前記基準信号を出力し、前記診断部は、そのときに前記検出器からの前記センサ信号が前記演算部に入力されたときに、前記演算部が演算した演算結果と前記所定の駆動状態とを対比した結果に基づいて、前記検出器が故障しているか否かを診断すること
を特徴とする流量計。
前記変換器は、前記センサ信号と前記基準信号との何れかを選択的に切り替える切替部を備えていること
を特徴とする請求項１記載の流量計。
前記切替部は、一定時間ごとに微小時間だけ前記基準信号が選択されるように切り替えを行い、その他の時間は前記センサ信号が選択されるように切り替えを行うこと
を特徴とする請求項２記載の流量計。
前記切替部は、前記変換器に備えられる回路の前段に設けられる第１切替部と前記回路の後段に設けられる第２切替部とを有し、
前記診断部は、前記第１切替部が前記基準信号を選択して、この基準信号が前記回路に入力されたときの前記演算部の演算結果が異常であり、且つ前記第２切替部が前記基準信号を選択して、この基準信号が前記回路に入力されないときの前記演算部の演算結果が正常であるときに、前記回路が故障していると診断すること
を特徴とする請求項２または３記載の流量計。
前記検出器からの前記センサ信号に対して前記波形発生部からの前記基準信号を重畳させる重畳部と、
前記センサ信号に重畳された前記基準信号を復元する復元部と、を備え、
前記演算部には前記センサ信号が入力され、前記診断部には復元された前記基準信号が入力されること
を特徴とする請求項１記載の流量計。
流路を流れる流量を検出し、検出した流量をセンサ信号として出力する検出部および駆動部を備える検出器と、
前記センサ信号に対して信号処理を行って前記流量を演算する演算部を有する変換器と、
前記検出器の診断を行うために前記駆動部を駆動させるための駆動信号の基準となる基準信号の波形を発生して出力する波形発生部と、
前記基準信号により前記駆動部が駆動されたときに前記検出部が検出する前記センサ信号が前記演算部に入力されたときに、この演算部が演算した演算結果に基づいて、前記検出器が故障しているか否かを診断する診断部と、
を備え、
前記基準信号は、所定の駆動状態を前記検出部に与えるように前記駆動部を駆動し、
前記診断部は、前記演算結果と前記所定の駆動状態とを対比した結果に基づいて、前記検出器が故障しているか否かを診断すること
を特徴とする流量計。
流路を流れる流量を検出し、検出した流量をセンサ信号として出力する検出部および駆動部を有する検出器と、前記センサ信号に対して信号処理を行って前記流量を演算する演算部を有する変換器と、を備える流量計の故障を診断する流量計の診断方法であって、
前記診断を行うための基準信号が前記演算部に入力されたときに、前記演算部が演算した第１の演算結果に基づいて、前記変換器が故障しているか否かを診断し、
前記基準信号を前記駆動部に入力したときに前記検出部が検出する前記センサ信号が前記演算部に入力されたときに、この演算部が演算した第２の演算結果に基づいて、前記検出器が故障しているか否かを診断し、
前記駆動部に入力される前記基準信号は、所定の駆動状態を前記検出部に与えるように前記駆動部を駆動し、前記第２の演算結果と前記所定の駆動状態とを対比した結果に基づいて、前記検出器が故障しているか否かを診断すること
を特徴とする流量計の診断方法。