JP6229852B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

本発明は、電磁流量計に係り、特に、被測定流体の特性に基づく異常を検出する技術に関する。

電磁誘導を利用して導電性の流体の流量を計測する電磁流量計は、堅牢で精度もよいことから工業的用途に広く用いられている。電磁流量計は、直交方向に磁界がかけられた測定管内に導電性の被測定流体を流し、発生した起電力を計測する。この起電力は、被測定流体の流速に比例するため、計測された起電力に基づいて被測定流体の体積流量を得ることができる。

発生した起電力は、例えば、図１４に示すように、測定管５０１に取り付けられた一対の電極（電極Ａ５０３ａ、電極Ｂ５０３ｂ）で計測することができる。また、直交方向の磁界は、測定管５０１近傍に配置された励磁コイル５０２に励磁回路５０５から励磁電流を流すことで発生させることができる。

一般に、励磁電流Ｉｅｘは、正励磁期間と負励磁期間とが交互に入れ替わる交番電流が用いられるが、特許文献１には、正励磁期間と負励磁期間との間に無励磁期間を挟んだ励磁電流Ｉｅｘを励磁コイル５０２に流すことが開示されている。

正励磁期間と負励磁期間との間に無励磁期間を挟んだ電磁流量計に関して、特許文献２には、図１５に示すように、無励磁期間に切り替わる際に電極Ａ５０３ａと電極Ｂ５０３ｂとで発生する微分ノイズを合計し、合計値に基づいて測定管５０１の中が空になったり、電極Ａ５０３ａ、電極Ｂ５０３ｂに絶縁性の異物が付着した場合等に生じる異常を検出することが開示されている。

特許文献２に記載された発明では、異常の判定基準として微分ノイズを用いているため、無励磁期間に切り替わってから所定時間内の期間Ｔ１、期間Ｔ２…に両電極で生じる電圧を取得するようにしている。

特開平３−１４４３１４号公報 特開２０１１−２０９２３１号公報

電磁流量計において発生する異常は、測定管の中が空になったり、電極に絶縁性の異物が付着した場合以外にも起こりうる。例えば、被測定流体（プロセス流体）自体の特性に基づく異常である。

被測定流体の特性に基づく異常としては、被測定流体に気泡が発生したり、被測定流体が低導電率になったり、スラリー（泥漿）流体等が挙げられる。また、被測定流体に対応した材質の電極が選定されていなかったり、酸・アルカリの被測定流体による電極腐食も被測定流体の特性に基づく異常に起因する。さらには、電極への絶縁性の異物付着も被測定流体の特性に基づく異常に含めてもよい。

被測定流体の特性に基づく異常は、必ずしも微分ノイズの大きさとして表面化するとは限らないため、特許文献２に記載されているような微分ノイズを用いた異常判定手法は、被測定流体の特性に基づく異常の検出には適していない。このため、被測定流体の特性に基づく異常を簡易に検出できる技術の開発が望まれている。

そこで、本発明は、電磁流量計において、被測定流体の特性に基づく異常を簡易に検出することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の電磁流量計は、測定管内を流れる被測定流体に励磁電流により生じる磁界を与え、前記測定管内に設けられた電極に発生する検出信号に基づいて前記被測定流体の流量を測定する電磁流量計であって、正励磁期間と負励磁期間と無励磁期間とを有する励磁電流を生成する励磁回路と、前記無励磁期間に発生する検出信号のうち、微分ノイズが収束する期間である無励磁安定期間における検出信号のレベルに基づいて、前記被測定流体の特性に基づく異常を検出する診断部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記診断部は、連続する無励磁安定期間における前記検出信号の絶対値を平均化、あるいは検出信号のピーク値を平均化して得られる値を前記検出信号のレベルとすることができる。
また、前記診断部は、前記検出信号のレベルが所定の基準値以上の場合に、前記被測定流体の特性に基づく異常が発生したと判定することができる。
この場合、前記診断部は、前記被測定流体の特性に基づく異常が発生したと判定した場合に、あらかじめ定めた基準にしたがって、異常原因の示唆を行なうようにしてもよい。
前記被測定流体の導電率を測定する導電率測定回路をさらに備え、前記診断部は、前記導電率測定回路で測定された導電率を利用して前記異常原因の示唆を行なうようにしてもよい。
また、前記励磁回路は、短周期のパルスと長周期のパルスとを重畳した２周波励磁波形の励磁電流を生成してもよい。
前記診断部は、連続する無励磁安定期間における前記検出信号について、係数の合計値が０となる加重平均を算出して得られる値を前記検出信号のレベルとしてもよい。
この場合、前記係数の合計値が０となる加重平均は、３つ連続する連続する無励磁安定期間における前記検出信号に対して、（１、−２、１）あるいは（−１、２、−１）の係数を用いることができる。
前記診断部は、前記検出信号のレベルを算出する際の平均化に用いる期間よりも長い期間で前記検出信号の平均化をさらに行ない、２つの平均値の差に基づいて恒常的な異常であるか単発的な異常であるかを判定してもよい。
いずれの場合も、前記診断部が検出する前記被測定流体の特性に基づく異常は、気泡発生、低導電率、スラリー流体、被測定流体による電極腐食、電極への絶縁性の異物付着のいずれかを含むことができる。
また、前記診断部は、前記被測定流体の流量測定の際に得られる流速の変動と、前記検出信号のレベルの変動との相関関係を判定することで前記異常原因の示唆を行なうようにしてもよい。
このとき、前記診断部は、前記流速の変動と前記検出信号のレベルの変動とが正の相関関係であると判定すると、前記異常原因が低導電率または電極腐食であることを示唆することができる。
あるいは、前記流速の変動と前記検出信号のレベルの変動とが負の相関関係であると判定すると、前記異常原因が気泡であることを示唆するようにしてもよい。
あるいは、前記流速の変動と前記検出信号のレベルの変動とが相関関係を有さないと判定すると、前記異常原因が電気的ノイズであることを示唆するようにしてもよい。

本発明によれば、電磁流量計において、被測定流体の特性に基づく異常を簡易に検出することができる。

本実施形態に係る電磁流量計の基本的な構成を示すブロック図である。 励磁回路の具体例を示す図である。 励磁電流の波形について説明する図である。 本実施形態に係る電磁流量計の動作を説明するフローチャートである。 ノイズレベルを取得するサンプリング期間を示す図である。 サンプリング期間におけるサンプリングを示す図である。 被測定流体の特性に基づく異常診断処理を説明するフローチャートである。 検出対象外のノイズの除去について説明する図である。 ２周波励磁波形と無励磁サンプリング期間を説明する図である。 被測定流体の特性に基づく異常診断処理の別例を説明するフローチャートである。 異常診断処理の第２別例を説明するフローチャートである。 ノイズレベルと流速の相関関係を説明する図である。 ノイズレベルと流速の時間的変化を示す図である。 電磁流量計による流量測定を説明する図である。 無励磁期間を含む励磁電流と起電力とを示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電磁流量計１００の基本的な構成を示すブロック図である。本図に示すように、電磁流量計１００は、測定管１０１、励磁コイル１０２、電極Ａ１０３ａ、電極Ｂ１０３ｂ、アース電極１０４、バッファ１０５、差動増幅回路１０６、サンプリング部１０７、サンプリング部１０８、導電率測定回路１０９、制御部１１０、励磁回路１２０、表示部１３１、操作受付部１３２、電流出力部１３３、パルス出力部１３４、ステータス出力部１３５、通信部１３６を備えている。

制御部１１０は、ＣＰＵ、メモリ等で構成することができ、回路制御部１１１、演算部１１２、診断部１１３を備えている。

回路制御部１１１は、サンプリング部１０７、サンプリング部１０８、励磁回路１２０、表示部１３１、電流出力部１３３、パルス出力部１３４、ステータス出力部１３５、通信部１３６の制御を行なうとともに、操作受付部１３２を介してユーザからの各種指示を受け付ける。

演算部１１２は、電極Ａ１０３ａ、電極Ｂ１０３ｂで測定した起電力に基づいて測定管１０１を流れる被測定流体の流速および体積流量を算出する。診断部１１３は、電極Ａ１０３ａ、電極Ｂ１０３ｂで測定した起電力に基づいて測定管１０１を流れる被測定流体の特性に基づく異常を診断する。

電磁流量計１００において、励磁回路１２０が制御部１１０の制御の下で励磁コイル１０２に励磁電流Ｉｅｘを流すと、電極Ａ１０３ａ、電極Ｂ１０３ｂで被測定流体の流速に比例した起電力が検出される。この検出信号はバッファ１０５を介して差動増幅回路１０６に入力され、コモンモードで発生する外来ノイズが除去されるとともに、信号が所望の振幅レベルに増幅される。

差動増幅回路１０６が出力する検出信号はサンプリング部１０７でデジタルデータに変換されて制御部１１０に入力される。また、励磁回路１２０が出力する励磁電流Ｉｅｘに対応する値もサンプリング部１０８でデジタルデータに変換されて制御部１１０に入力される。

導電率測定回路１０９は、電極Ａ１０３ａ、電極Ｂ１０３ｂを介して被測定流体に所定の電流を流し、この電流によって電極Ａ１０３ａ、電極Ｂ１０３ｂ間に発生する電圧に基づいて被測定流体の抵抗を計測することで被測定流体の導電率を測定する。測定に用いる電流は、例えば、励磁電流に重畳させることができる。この場合、電極Ａ１０３ａ、電極Ｂ１０３ｂで検出された電圧から導電率測定に用いた電流による影響を排除する。

表示部１３１は、液晶表示装置等で構成することができ、測定値や診断結果等を表示する。操作受付部１３２は、複数個のキー等で構成することができ、ユーザから操作を受け付ける。電流出力部１３３は、測定値や診断結果等を４―２０ｍＡ等の所定レンジの電流値にスケーリングして出力する。パルス出力部１３４は、測定値や診断結果等を所定レンジの周波数パルスにスケーリングして出力する。ステータス出力部１３５は、電磁流量計１００の内部状態を接点のオン／オフで外部に出力する。通信部１３６は、種々の通信プロトコルで外部装置と各種情報の通信を行なう。ただし、各出力部は例示であり、本例に限られるものではない。

図２は、励磁コイル１０２に励磁電流Ｉｅｘを流す励磁回路１２０の構成例である。励磁回路１２０は、直流電源Ｅ１と、定電流源ＣＣＳと、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４とを備えている。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、回路制御部１１１からの信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４によりオンオフが制御される。なお、励磁コイル１０２に直列に接続された抵抗Ｒｉに生じる電圧Ｖｉｅｘは、励磁電流Ｉｅｘに対応する値を示し、サンプリング部１０８でサンプリングされて制御部１１０に入力される。

図３に示すように、回路制御部１１１は、励磁の１サイクルを４つの期間に区分する。そして、Ｑ１とＱ３は最初の期間のみオンとなるように信号Ｔ１、Ｔ３を出力し、Ｑ２とＱ４は３番目の期間のみオンとなるように信号Ｔ２、Ｔ４を出力する。これにより、励磁電流Ｉｅｘは、正励磁期間、無励磁期間、負励磁期間、無励磁期間から構成されるサイクルを繰り返すことになる。

図４は、本実施形態の電磁流量計１００の動作を示すフローチャートである。電磁流量計１００は、被測定流体の流量の測定と、被測定流体の特性に基づく異常の検出処理を並行して行なうことができる。まず、測定開始に先立ち、ユーザから測定条件の設定を受け付ける（Ｓ１０１）。測定条件の設定では、例えば、流量スパン、単位等のパラメータ設定を受け付ける。

そして、励磁電流Ｉｅｘを生成して被測定流体の流量の測定を開始すると（Ｓ１０２）、正負励磁安定期間の検出信号Ｅｅｚをサンプリングするとともに（Ｓ１０３）、無励磁安定期間の検出信号Ｅｅｚをサンプリングする（Ｓ１０４）。

図５に示すように、正負励磁安定期間は、正励磁期間、負励磁期間において微分ノイズが収まって波形が安定した期間であり、この期間を対象にサンプリング期間ＥＰｎ（正励磁期間）およびサンプリング期間ＥＮｎ（負励磁期間）を設定する。

また、無励磁安定期間は、無励磁期間において微分ノイズが収まって波形が安定した期間であり、この期間を対象に無励磁サンプリング期間ＥＺｎを設定する。

サンプリング期間中は、図６に示すように所定のサンプリングレートでサンプルデータの取得を繰り返す。繰り返し取得されたサンプルデータの平均値をその期間の検出信号とする。本実施形態では、無励磁サンプリング期間ＥＺｎに取得した検出信号Ｅｅｘ（ＥＺｎ）に基づいてノイズレベルを検出する。被測定流体に磁界がかからないため、流速に比例する起電力は発生しないので、この期間のノイズレベルは、流速に依存しない。

無励磁安定期間に得られる検出信号Ｅｅｘ（ＥＺｎ）には、電極電位が変動することで発生するノイズが含まれており、このノイズの要因としては、気泡発生、低伝導率、スラリー流体、電極腐食、流体導電率変化、電極への絶縁性の異物付着等が挙げられる。すなわち、無励磁安定期間に発生するノイズレベルを取得することで、被測定流体の特性に基づく異常を検出することができるようになる。

なお、被測定流体の特性に基づく異常により生じるノイズのスペクトラムは、一般に、１０Ｈｚから数１０Ｈｚ程度をコーナー周波数として１／ｆで減少する特性を持っている。したがって、直流ノイズ成分や長周期のノイズ成分は、検出対象から除くことが望ましい。

図４のフローチャートの説明に戻って、制御部１１０の演算部１１２が、正負励磁サンプリング期間（ＥＰｎ、ＥＮｎ）に取得した検出信号に基づいて被測定流体の流量演算を行なう（Ｓ１０５）。被測定流体の流量演算については従来と同様である。

また、制御部１１０の診断部１１３が、無励磁サンプリング期間ＥＺｎに取得した検出信号Ｅｅｘ（ＥＺｎ）に基づいて被測定流体の特性に基づく異常の診断を行なう（Ｓ１０６）。この処理の詳細については後述する。

そして、演算部１１２が算出した流量を測定結果として、電流出力部１３３等から出力する（Ｓ１０７）。電磁流量計１００は、以上の処理（Ｓ１０３〜Ｓ１０７）を測定が終了するまで（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）繰り返す。

次に、被測定流体の特性に基づく異常診断処理（Ｓ１０６）の詳細について図７のフローチャートを参照して説明する。本処理では、無励磁安定期間を対象とした無励磁サンプリング期間ＥＺｎに取得した検出信号Ｅｅｘ（ＥＺｎ）から異常診断用ノイズレベルを算出する（Ｓ２０１）。

異常診断用ノイズレベルの算出法としては、種々の手法を適用することができる。例えば、各無励磁サンプリング期間の検出信号の絶対値を算出することで、それぞれの無励磁サンプリング期間におけるノイズレベルを算出し、さらに連続する複数個の無励磁サンプリング期間のノイズレベルの平均値を算出すること（ダンピング演算）で異常診断用ノイズレベルとしたり、連続する複数個の無励磁サンプリング期間のノイズレベルの最大値を抽出してその平均値を算出することで異常診断用ノイズレベルとすることができる。

あるいは、直流ノイズ成分や励磁周期に対して十分長い長周期のノイズ成分を検出対象から積極的に除くような異常診断用ノイズレベルの算出を行なってもよい。例えば、連続する無励磁サンプリング期間ＥＺ１、ＥＺ２、ＥＺ３、…における検出信号Ｅｅｘ（ＥＺ１）、Ｅｅｘ（ＥＺ２）、Ｅｅｘ（ＥＺ３）、…について、
Ｖａ１＝Ｅｅｘ（ＥＺ１）−２Ｅｅｘ（ＥＺ２）＋Ｅｅｘ（ＥＺ３）
Ｖａ２＝−Ｅｅｘ（ＥＺ２）＋２Ｅｅｘ（ＥＺ３）−Ｅｅｘ（ＥＺ４）
Ｖａ３＝Ｅｅｘ（ＥＺ３）−２Ｅｅｘ（ＥＺ４）＋Ｅｅｘ（ＥＺ５）
Ｖａ４＝−Ｅｅｘ（ＥＺ４）＋２Ｅｅｘ（ＥＺ５）−Ｅｅｘ（ＥＺ６）
…
というような係数の合計が０となる加重平均演算を行ない、Ｖａｎの絶対値を算出した後に、連続する複数個のＶａｎ、Ｖａ（ｎ＋１）、…の平均値を算出すること（ダンピング演算）で異常診断用ノイズレベルとしてもよい。本例では、連続する３つの無励磁サンプリング期間について、合計が０となる３つの係数（１、−２、１）あるいは（−１、２、−１）を乗じる加重平均演算を行なっている。連続する複数個のＶａｎ、Ｖａ（ｎ＋１）、…の最大値を抽出してその平均値を算出することで異常診断用ノイズレベルとしてもよい。

このような加重平均処理（１−２−１演算）によれば、図８に示すような本実施形態では検出対象外とした方が望ましい直流ノイズ１、漸増ノイズ２、励磁周期に対して十分長い長周期ノイズ３等の影響を除くことができる。

そして、算出された診断用ノイズレベルがあらかじめ定めた基準値以上であれば（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、表示部１３１に警告を表示したり、パルス出力部１３４、ステータス出力部１３５等から警告情報等を出力する（Ｓ２０３）。これにより、ユーザは、被測定流体の特性に基づく異常が発生したことを知ることができ、メインテナンス等の対応を行なうことができる。ただし、診断用ノイズレベルの値にかかわらず、算出された診断用ノイズレベルの値を出力するようにしてもよい。

また、本実施形態では、警告を出力する際に、ユーザに対して異常の原因の示唆を行なってもよい。異常の原因の示唆を行なう場合には（Ｓ２０４）、所定の判断基準にしたがって原因推定を行ない（Ｓ２０５）、その推定結果に基づくメッセージを表示部１３１、パルス出力部１３４、ステータス出力部１３５等から出力する（Ｓ２０６）。

例えば、導電率測定回路１０９の測定結果により、被測定流体の導電率が所定の第１基準値を超えている場合には、ノイズレベルが上昇している異常の原因として、電極腐食、固形物スラリーあるいはキャビテーション等の気泡発生が考えられる。この場合、例えば「電極が被測定流体に対して適切に選定されていれば、被測定流体が固形スラリーであるか、そうでなければキャビテーション等の気泡が発生している可能性がある」という旨のメッセージを出力する。

さらに、「スラリー流体の場合、ライニング材の損傷・摩耗が生じた可能性がある」という旨のメッセージを出力してもよい。これは、スラリー流体により電極周辺のライニング材が損傷・摩耗した場合に、電極の接液面積が増加し、ノイズレベルが上昇することを考慮したものである。

また、導電率測定回路１０９の測定結果により、被測定流体の導電率が所定の第２基準値を下回っている場合には、例えば「流体粘度が低い場合は、被測定導電率が低い可能性がある」という旨のメッセージを出力する。

また、被測定流体の導電率が所定範囲内に収まっている場合には、例えば「被測定流体が酸・アルカリであれば、電極腐食の可能性がある」という旨のメッセージを出力する。

ところで、上述の実施形態では、励磁コイル１０２に正励磁期間と負励磁期間との間に無励磁期間を挟んだ励磁電流Ｉｅｘを流す場合を例に説明した。近年では、図９（ａ）に示すような短周期のパルスと、図９（ｂ）に示すような長周期のパルスとを重畳した２周波励磁波形（図９（ｃ））の励磁電流Ｉｅｘを励磁コイル１０２に流すことも行なわれている。周波励磁波形の励磁電流Ｉｅｘを用いることで、ゼロ点を安定させるとともに、耐ノイズ性、高速応答性を高めることができる。

例えば、図９（ｃ）に示すように、正励磁期間と無励磁期間との組合せを６回繰り返し、負励磁期間と無励磁期間との組合せを６回繰り返す波形を１サイクルとした励磁電流Ｉｅｘを用いた場合、図９（ｄ）に示すように、無励磁サンプリング期間は、各無励磁安定期間であるＥＺ１〜ＥＺ１２となる。

このときの異常診断用ノイズレベルは、例えば、ＥＺ１〜ＥＺ１２における検出信号Ｅｅｘ（ＥＺ１）〜Ｅｅｘ（ＥＺ１２）の各絶対値を算出することで、それぞれの無励磁サンプリング期間におけるノイズレベルを算出し、さらに各無励磁サンプリング期間のノイズレベルの平均値を算出すること（ダンピング演算）で算出することができる。

あるいは、１−２−１演算による加重平均処理を採用して、
Ｖａ１＝Ｅｅｘ（２周期前のＥＺ１）−２Ｅｅｘ（１周期前のＥＺ１）＋Ｅｅｘ（現周期のＥＺ１）
Ｖａ２＝Ｅｅｘ（２周期前のＥＺ２）−２Ｅｅｘ（１周期前のＥＺ２）＋Ｅｅｘ（現周期のＥＺ２）
…
Ｖａ１２＝Ｅｅｘ（２周期前のＥＺ１２）−２Ｅｅｘ（１周期前のＥＺ１２）＋Ｅｅｘ（現周期のＥＺ１２）
を算出し、Ｖａ１〜Ｖａ１２それぞれの絶対値を算出した後に、Ｖａ１〜Ｖａ１２の平均値を算出すること（ダンピング演算）で異常診断用ノイズレベルとしてもよい。

１−２−１演算による加重平均処理の別例として、
Ｖａ１＝Ｅｅｘ（１周期前のＥＺ１）−２Ｅｅｘ（現周期のＥＺ７）＋Ｅｅｘ（現周期のＥＺ１）
Ｖａ２＝Ｅｅｘ（１周期前のＥＺ２）−２Ｅｅｘ（現周期のＥＺ８）＋Ｅｅｘ（現周期のＥＺ２）
…
Ｖａ６＝Ｅｅｘ（１周期前のＥＺ６）−２Ｅｅｘ（現周期のＥＺ１２）＋Ｅｅｘ（現周期のＥＺ６）
Ｖａ７＝−Ｅｅｘ（１周期前のＥＺ７）＋２Ｅｅｘ（１周期前のＥＺ１）−Ｅｅｘ（現周期のＥＺ７）
Ｖａ８＝−Ｅｅｘ（１周期前のＥＺ８）＋２Ｅｅｘ（１周期前のＥＺ２）−Ｅｅｘ（現周期のＥＺ８）
…
Ｖａ１２＝−Ｅｅｘ（１周期前のＥＺ１２）＋２Ｅｅｘ（１周期前のＥＺ６）−Ｅｅｘ（現周期のＥＺ１２）
を算出し、Ｖａ１〜Ｖａ１２それぞれの絶対値を算出した後に、Ｖａ１〜Ｖａ１２の平均値を算出すること（ダンピング演算）で異常診断用ノイズレベルとしてもよい。

次に、被測定流体の特性に基づく異常診断処理（Ｓ１０６）の別例について図１０のフローチャートを参照して説明する。本別例でも、無励磁安定期間を対象とした無励磁サンプリング期間ＥＺｎに取得した検出信号Ｅｅｘ（ＥＺｎ）から異常診断用ノイズレベルを算出する（Ｓ３０１）。

異常診断用ノイズレベルの算出法は上述の例と同様とすることができる。そして、算出された異常診断用ノイズレベルがあらかじめ定めた基準値以上であれば（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、さらに長期間ノイズレベルを算出する（Ｓ３０３）。

ここで、長期間ノイズレベルは、異常診断用ノイズレベルを算出した時の平均値算出（ダンピング演算）において、より長いダンピング時定数を用いて算出する。例えば、異常診断用ノイズレベルが１〜３秒程度の平均値であれば、長期間ノイズレベルは数十秒程度の平均値とする。

ここで、恒常的に発生するノイズであれば、短いダンピング時定数で算出された異常診断用ノイズレベルと、長いダンピング時定数で算出された長期間ノイズレベルとは、ほぼ同じ値を示すことになる。

一方、単発的に発生する短期発生ノイズであれば、短いダンピング時定数で算出された異常診断用ノイズレベルと、長いダンピング時定数で算出された長期間ノイズレベルとは、異なる値を示すことになる。なお、単発的に発生する短期発生ノイズとしては、配管から一部離脱した破片物等が電極に衝突した場合、上流側で薬品が混入し、電極の化学的電位が変化した場合等が挙げられる。

このため、異常診断用ノイズと長期間ノイズとの差が基準値以上であれば（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、単発性の短期発生ノイズが発生した旨の警告を出力し（Ｓ３０５）、異常診断用ノイズと長期間ノイズとの差が基準値以上でなければ（Ｓ３０４：Ｎｏ）、恒常的なノイズが発生した旨の警告を出力する（Ｓ３０６）。なお、（Ｓ３０４）における異常診断用ノイズと長期間ノイズとの差の判定は、同じような差の状態が複数回連続した場合に判定を下すようにしてもよい。

次に、異常診断処理（Ｓ１０６）の第２別例について図１１のフローチャートを参照して説明する。第２別例では、異常の原因として低導電率と気泡と腐食とを分別したり、電気的ノイズ（例えば、ＥＭＣノイズ）の可能性を考慮したりすることで、異常診断警告出力時の原因示唆の精度をより高めるようにする。

第２別例でも、無励磁安定期間を対象とした無励磁サンプリング期間ＥＺｎに取得した検出信号Ｅｅｘ（ＥＺｎ）から異常診断用ノイズレベルを算出する（Ｓ４０１）。異常診断用ノイズレベルの算出法は、上記の各例と同様とすることができる。

また、診断部１１３は、演算部１１２が流量演算の過程で算出した被測定流体の流速を取得する（Ｓ４０２）。すなわち、第２別例では異常の原因推定に流体流速を利用する。

診断部１１３は、算出した異常診断用ノイズレベルと取得した流速とを履歴として保存する（Ｓ４０３）。保存は、例えば、制御部１１０が備えるメモリ上に形成されたバッファ領域に行なう。履歴は異常の原因推定のために一時的に保存すれば足りる。ここでは、一例として、リングバッファを用いて、６０秒間の履歴を保持するものとする。

次に、診断用ノイズレベルが所定の警告条件を満たすかどうかを判定する（Ｓ４０４）。所定の警告条件は、任意に定めることができるが、ここでは、一例として、リングバッファに履歴として記録されている診断用ノイズレベルのうち、１０％以上が所定の基準値を超えていることを警告条件とする。なお、１０％以上としたのは、警告判定を安定させるためであり、適宜調整することができる。例えば、より小さな値とすることで警告判定の感度を上げることができる。あるいは、診断用ノイズレベルの平均値や変動傾向等に基づいて警告条件を定めるようにしてもよい。

この結果、警告条件を満たしていない場合は（Ｓ４０４：Ｎｏ）、警告非出力とする（Ｓ４０５）。すなわち、警告を出力していたときは、警告状態を解除し、警告を出力していないときは、非警告状態を維持する。

一方、警告条件を満たしている場合は（Ｓ４０４：Ｙｅｓ）、警告を出力する（Ｓ４０６）。警告出力は、表示部１３１に警告を表示したり、パルス出力部１３４、ステータス出力部１３５等から警告情報等を出力したりすることで行なうことができる。

そして、異常の原因の示唆を行なう。異常の原因示唆では、まず、診断用ノイズレベルの履歴と流体流速の履歴とを参照して。診断用ノイズレベルの変動と流速の変動との間に相関関係が認められるかどうかを判定する（Ｓ４０７）。

ここで、第２別例の異常の原因示唆は、診断用ノイズレベルと流体流速との関連性に着目したものであり、以下に示すような特性に基づくものである。
１）導電率が一定の低導電率流体では、流速が高くなるについて診断用ノイズレベルが増加する。
２）電極材質を腐食させる流体では、電極表面を通過する流速が高いほど腐食の進行が進むため、診断用ノイズレベルが増加する。
３）気泡・流体体積比が一定の流体では、流速が高くなるにつれて診断用ノイズレベルが減少する。
４）ＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）は、流量計測に依存しない伝導性ノイズ、放射電磁界ノイズ等の設置場所アプリケーション要因によって影響を受けるものであり、流速と診断用ノイズレベルとの相関関係とは無関係である。

このため、１）低導電率流体、２）電極腐食を原因とする異常では、診断用ノイズレベルと流体流速との関係が、図１２（ａ）に示すような正の相関関係となる。また、３）気泡を原因とする異常では、診断用ノイズレベルと流体流速との関係が、図１２（ｂ）に示すような負の相関関係となる。さらには、４）ＥＭＣを原因とする異常では、診断用ノイズレベルと流体流速との間に相関関係は認められないことになる。

このことから、第２別例の異常の原因示唆処理では、診断用ノイズレベルの履歴と流体流速の履歴とを参照して、診断用ノイズレベルの変動と流速の変動との間に相関関係が認められるかどうかを判定するようにしている。

図１１のフローチャートの説明に戻って、診断用ノイズレベルの変動と流速の変動との間に相関関係が認められ（Ｓ４０７：Ｙｅｓ）、それが正の相関であれば（Ｓ４０９：Ｙｅｓ）、異常の原因は、低導電率流体、電極腐食のいずれかであると推定される。

そこで、導電率測定回路１０９の導電率測定結果により、被測定流体が高導電率であれば（Ｓ４１０：Ｙｅｓ）、異常の原因が電極腐食であると示唆し（Ｓ４１１）、被測定流体が高導電率でなければ（Ｓ４１０：Ｎｏ）、異常の原因が低導電率であると示唆する（Ｓ４１２）。高導電率であるかどうかは、被測定流体の導電率が所定の基準値、例えば、２０００μＳ／ｃｍ以上であるかどうかで判定することができる。なお、導電率測定回路１０９を備えない電磁流量計であれば、異常の原因が電極腐食あるいは低導電率であると示唆するようにしてもよい。

一方、診断用ノイズレベルの変動と流速の変動との間に相関関係が認められ（Ｓ４０７：Ｙｅｓ）、それが負の相関であれば（Ｓ４０９：Ｎｏ）、異常の原因が気泡であると示唆する（Ｓ４１３）。

また、診断用ノイズレベルの変動と流速の変動との間に相関関係が認められない場合（Ｓ４０７：Ｎｏ）は、異常の原因が電気的ノイズ（例えば、ＥＭＣノイズの伝導性ノイズ、放射電磁界ノイズ）であると示唆する（Ｓ４０８）。

第２別例では、診断用ノイズレベルの履歴と流速の履歴とを記録している。これにより、長期間にわたる診断用ノイズレベルと流速の変動関係を把握することができるようになる。

実際の現場では、プロセス流体の流速は常に一体ではなく、頻繁に変動することが多い。このような場合であっても、図１３に示すように、流速の変動と診断用ノイズレベルの変動との相関関係を複数回チェック（図１３（ａ）（ｂ）の例では、それぞれ３回チェック）できるようになるため、相関関係の判定が正確になり、異常診断警告出力時の原因示唆の精度をより高めることができる。

１００…電磁流量計、１０１…測定管、１０２…励磁コイル、１０３…電極、１０４…アース電極、１０５…バッファ、１０６…差動増幅回路、１０７…サンプリング部、１０８…サンプリング部、１０９…導電率測定回路、１１０…制御部、１１１…回路制御部、１１２…演算部、１１３…診断部、１２０…励磁回路、１３１…表示部、１３２…操作受付部、１３３…電流出力部、１３４…パルス出力部、１３５…ステータス出力部、１３６…通信部

Claims (14)

1. 測定管内を流れる被測定流体に励磁電流により生じる磁界を与え、前記測定管内に設けられた電極に発生する検出信号に基づいて前記被測定流体の流量を測定する電磁流量計であって、
   正励磁期間と負励磁期間と無励磁期間とを有する励磁電流を生成する励磁回路と、
   前記無励磁期間に発生する検出信号のうち、微分ノイズが収束した期間である無励磁安定期間における検出信号のレベルに基づいて、前記電極の電位を変動させる異常を検出する診断部と、
   を備えたことを特徴とする電磁流量計。
2. 前記診断部は、連続する無励磁安定期間における前記検出信号の絶対値を平均化、あるいは検出信号のピーク値を平均化して得られる値を前記検出信号のレベルとすること特徴とする請求項１に記載の電磁流量計。
3. 前記診断部は、前記検出信号のレベルが所定の基準値以上の場合に、前記電極の電位を変動させる異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電磁流量計。
4. 前記診断部は、前記電極の電位を変動させる異常が発生したと判定した場合に、あらかじめ定めた基準にしたがって、異常原因の示唆を行なうことを特徴とする請求項３に記載の電磁流量計。
5. 前記被測定流体の導電率を測定する導電率測定回路をさらに備え、
   前記診断部は、前記導電率測定回路で測定された導電率を利用して前記異常原因の示唆を行なうことを特徴とする請求項４に記載の電磁流量計。
6. 前記励磁回路は、短周期のパルスと長周期のパルスとを重畳した２周波励磁波形の励磁電流を生成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電磁流量計。
7. 前記診断部は、連続する無励磁安定期間における前記検出信号について、係数の合計値が０となる加重平均を算出して得られる値を前記検出信号のレベルとすること特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁流量計。
8. 前記係数の合計値が０となる加重平均は、３つ連続する連続する無励磁安定期間における前記検出信号に対して、（１、−２、１）あるいは（−１、２、−１）の係数を用いることを特徴とする請求項７に記載の電磁流量計。
9. 前記診断部は、前記検出信号のレベルを算出する際の平均化に用いる期間よりも長い期間で前記検出信号の平均化をさらに行ない、２つの平均値の差に基づいて恒常的な異常であるか単発的な異常であるかを判定することを特徴とする請求項２に記載の電磁流量計。
10. 前記診断部が検出する前記電極の電位を変動させる異常は、気泡発生、低導電率、スラリー流体、被測定流体による電極腐食、電極への絶縁性の異物付着のいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電磁流量計。
11. 前記診断部は、
    前記被測定流体の流量測定の際に得られる流速の変動と、前記検出信号のレベルの変動との相関関係を判定することで前記異常原因の示唆を行なうことを特徴とする請求項４に記載の電磁流量計。
12. 前記診断部は、
    前記流速の変動と前記検出信号のレベルの変動とが正の相関関係であると判定すると、前記異常原因が低導電率または電極腐食であることを示唆することを特徴とする請求項１１に記載の電磁流量計。
13. 前記診断部は、
    前記流速の変動と前記検出信号のレベルの変動とが負の相関関係であると判定すると、前記異常原因が気泡であることを示唆することを特徴とする請求項１１または１２に記載の電磁流量計。
14. 前記診断部は、
    前記流速の変動と前記検出信号のレベルの変動とが相関関係を有さないと判定すると、前記異常原因が電気的ノイズであることを示唆することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の電磁流量計。