JP6457531B2 - 動作設定値自動選定機能を有する電磁式流量計 - Google Patents

Description

本発明は、動作設定値自動選定機能を有した電磁式流量計に関する。

電磁式流量計は、ファラデーの電磁誘導の法則、即ち電磁作用によって流量を計測するものである。一般的に、電磁式流量計は、流動管装置とトランスミッタとを備える。流動管装置は、導管と、導管に取り付けられたフィールドコイル（複数のコイルからなっていてもよい）と、導管の管壁を貫通して設けられた電極とを備える。トランスミッタがフィールドコイルを駆動して導管を横切る磁界を生成し、この磁界によって、プロセス流体の流動を横切る起電力（ＥＭＦ）が誘起される。こうして生じた電位差（即ち、電圧）は、導管の管壁を貫通して設けられてプロセス流体と接している１対の電極を用いるか、または静電結合を介して検出される。流速は、誘起されるＥＭＦと比例関係にあり、体積流量は、流速及び流路断面積に比例する。トランスミッタは、検出した電圧を電極から受け取り、流量の計測値を示す信号を生成する。

一般的に、電磁式の流量計測技術は、水を主成分とする流体、イオン溶液、及びそれ以外の導電性流体に適用可能である。具体的な用途には、水処理施設、高純度薬品製造、衛生的な飲食物製造、並びに、危険性及び腐食性を有したプロセス流体を伴う化学処理が含まれる。また、電磁式流量計は、摩耗性や腐食性を有するスラリを利用した液圧破砕技術を用いる炭化水素燃料産業や、それ以外の炭化水素抽出処理でも使用される。

電磁式流量計は、付随して生じる恒久的な圧力損失（例えば、オリフィス板やベンチュリ管を通過する際の圧力損失）のために差圧式の技術が好まれないような用途において、迅速且つ正確な流量計測を提供する。また、タービンロータ、渦流生成部材、或いはピトー管といった機械要素をプロセス流体中に導入することが困難または実現不可能な場合にも、電磁式流量計を使用することが可能である。

いくつかの形式の電磁式流量計では、交流電源電力によってそのまま駆動するフィールドコイルが用いられる。また、一般的にパルス化直流励磁型電磁式流量計と称されるような別のタイプの電磁式流量計では、低い周波数の矩形波で周期的にフィールドコイルの駆動、即ち電力供給が行われる。このパルス化直流励磁型電磁式流量計は、駆動に用いる矩形波により定まる周波数で方向が交互に切り替わる磁界を用いる。

電磁式流量計では、コイル電流と、フィールドコイルの巻数とによって、流動管装置を通って流動する導電性のプロセス流体に直交する磁界の強さが定まる。このような磁界を横切るプロセス流体の流速に応じ、このプロセス流体に曝されている電極に、わずかな電位が生じる。電極に生じた信号は、フィールドコイルの特定の巻数及びコイル電流において、流速に正比例する。

特定の流量において、電磁式流量計を通過する流体によって生じる典型的な雑音スペクトルは、周波数の逆数に比例した大きさを有している（「１／fノイズ」または「ピンクノイズ」と称されることが多い）。また、この雑音レベルは、流速の上昇に伴って増大する。従って、電磁式流量計は、信号対雑音比を改善する上で、より高い駆動周波数で作動可能であることが有利となる場合が多い。また、電磁式流量計の電極に生成される信号レベルは、フィールドコイルのアンペアターン（即ち、コイル電流のアンペア値と、フィールドコイルの巻線の数、つまりコイル巻数との積）に正比例するので、信号対雑音比を改善するには、より大きなコイル駆動電流で作動可能であることが望ましい。

パルス化直流励磁型電磁式流量計では、磁界の方向が駆動周波数で切り替わる。磁界の方向が切り替わると、急変する磁界によって、電極が検出する電圧にスパイクが生じる。流量計測を行うには、計測を行う前に、電極の電圧スパイクが落ち着くまで、電磁式流量計の電極電圧計測回路が待機しなければならない。生じうる誤差のもう１つの要因は、コイルに流れる電流が安定していない場合、或いは磁界の変化がコイルに流れる電流に対して遅れ、ゆっくりと変化する場合に、結果として電極信号に含まれる電圧が、流量計測値における誤差として現れることになる。ある上限周波数では、コイル駆動回路でコイル電流、即ち磁束密度を安定させることができず、その結果、コイル電流の変動により、流量に関係しない電圧変化が電極電圧に誘起される。このような上限周波数を上回る作動は、電磁式流量計の精度及び信頼性を損なわせることになる。また、安定しない駆動電流により、電磁式流量計の零点精度が低下する。

コイル電流が安定化する速さは、流動管装置の径及び構造ごとに異なる。流動管装置の径が小さいほど、コイル電流は迅速に安定化するので、径の小さい流動管装置の方が、径の大きな流動管装置よりも高い駆動周波数で作動させることが可能である。更に、流動管装置の構造部材に用いるいくつかの材料の磁気特性及び電気特性は、コイルに流れる電流に対する磁束密度の遅れを引き起こす可能性がある。このことは、比較的高い周波数で作動するコイルにとって、特に重要な問題となる。

駆動電流の波形に影響を及ぼす主たる要因は、コイル駆動回路と流動管装置との間のリード線を含むフィールドコイルのインダクタンス及び電気抵抗である。電磁式の流動管装置は、流路径や製造業者によって、広範にわたる様々なインダクタンス及び電気抵抗を有している。同じ流動管装置が異なって設置されることにより、トランスミッタと流動管装置との接続に用いる電線の電気抵抗の大きさに応じ、これら２つの装置以外の要素によって変動するセンサ抵抗を有する可能性がある。単一の製造業者の製品群であっても、フィールドコイルのインダクタンスと流動管装置の流路径との間には、直接的な関係が存在しない可能性がある。新たな流動管装置だけでなく、既存の流動管装置の設計変更でも、専用のトランスミッタが製造されていたような場合には、使用困難となりうるような、異なるコイルインダクタンス及び異なるコイル抵抗となる可能性がある。

従って、流動管装置とトランスミッタとの個々の組み合わせについて、適切な動作設定値を選定することは、困難となる可能性がある。駆動電流及び駆動周波数についての最適な設定値を予め決定することは、ほとんど不可能である。

電磁式流量計は、流動管装置と、動作設定値に基づき流動管装置に対する駆動を行うトランスミッタとを共に備える。流動管装置は、流体が流動する導管と、前記導管に取り付けられ、コイル抵抗及びコイルインダクタンスによって特徴付けられるフィールドコイルと、前記導管を流動する前記流体内に前記フィールドコイルが生成した磁界によって誘起される電圧を検出する電極とを備える。トランスミッタは、前記フィールドコイルの前記コイル抵抗及び前記コイルインダクタンスを計測するように構成される。更に、トランスミッタは、コイル駆動周波数、コイル駆動電流、及びコイル駆動デューティ比によって特徴付けられるパルス化直流電流波形の電流を用い、前記磁界を生成するように前記フィールドコイルを駆動するコイル駆動部と、前記電極が検出した前記電圧に相関する流量計測値を生成するプロセッサであって、計測された前記コイル抵抗と、計測された前記コイルインダクタンスとに基づき、前記コイル駆動周波数、前記コイル駆動電流、及び前記コイル駆動デューティ比についての動作設定値を定めるプロセッサとを備える。

電磁式流量計のブロック図である。 図１に示す電磁式流量計に用いるコイル駆動部、及び付随する計測回路を示すブロック図である。 トランスミッタによる動作設定値の自動選定処理のフローチャートである。

図１は、典型的な電磁式流量計１０を示しており、この電磁式流量計１０は、主要部（流動管装置、即ちセンサ部）１０Ａと、付属部（トランスミッタ）１０Ｂとを備える。流動管装置１０Ａは、導管１２、絶縁用のライナ１４、電極１６Ａ、電極１６Ｂ、並びに直列接続されたコイル１８Ａ及びコイル１８Ｂによって形成されるフィールドコイル１８を備える。

流動管装置１０Ａの主たる機能は、計測対象の流体の流速に比例する電圧を生成することである。コイル１８Ａ及びコイル１８Ｂは、電流が流れることにより駆動されて磁界を生成する。パルス化直流励磁型の電磁式流量計では、コイル駆動電流の方向が周期的に反転されることにより、これらコイル１８Ａ及びコイル１８Ｂが生成する磁界の方向が切り替わる。流動管装置１０Ａの内部を通過するプロセス流体は移動導電体として作用し、磁界によって当該流体中に電圧が誘起される。流動管装置１０Ａの内周面と面一となるように取り付けられた２つの電極１６Ａ及び１６Ｂは、導電性を有したプロセス流体と電気的に直に接することにより、プロセス流体中に生じた電圧を取り出す。この電圧が短絡するのを防止するため、プロセス流体は電気的絶縁材料の中に収容されている必要がある。導管１２が金属管である場合、この電気的絶縁はライナ１４によって行われ、このライナ１４は、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、またはそれ以外の絶縁材などの非導電性材料からなる。

トランスミッタ１０Ｂは、電極１６Ａ及び電極１６Ｂに生成された電圧を解析し、標準化された信号を監視システムまたは制御システムに伝送する。付属部１０Ｂは、一般的にトランスミッタまたは信号変換器と称される。

通常、トランスミッタ１０Ｂは、信号プロセッサ２０、デジタルプロセッサ２２、コイル駆動部２４、通信用インタフェース２６、及びローカルオペレータインタフェース２８を備える。信号の変換、調整、及び伝送がトランスミッタ１０Ｂの主たる機能である。

デジタルプロセッサ２２は、コイル駆動部２４によってコイル１８Ａ及びコイル１８Ｂに供給されるパルス化直流コイル駆動電流のパルス周波数を制御する。コイル駆動部２４によって供給される電流の波形は、パルス周波数またはコイル駆動周波数と称される周波数を有した矩形波である。この矩形波は、デジタルプロセッサ２２によって選定される可変のコイル駆動デューティ比を有するものとすることができる。

信号プロセッサ２０は、電極１６Ａ及び電極１６Ｂ、並びに接地点に接続されている。接地点への接続は、導管１２への接続であってもよいし、導管１２の上流側または下流側にあるフランジまたは配管部分への接続であってもよい。

デジタルプロセッサ２２によって定められた電極電圧サンプリング期間にわたり、信号プロセッサ２０は、電極１６Ａの電位ＶＡ及び電極１６Ｂの電位ＶＢを監視する。信号プロセッサ２０は、電極１６Ａと電極１６Ｂとの間の電位の差を表す電圧を生成し、この電圧を、電極電圧サンプリング期間における電極電圧を示すデジタル信号に変換する。デジタルプロセッサ２２は、更に、信号プロセッサ２０から受け取ったデジタル信号の信号処理やフィルタリングを行うようにしてもよい。デジタルプロセッサ２２は、通信用インタフェース２６に流量計測値を送り、通信用インタフェース２６は、この流量計測値を、コントロールルームに設置可能な監視システムまたはコントロールシステム（図示せず）に伝送するための通信を行う。通信用インタフェース２６による通信は、４ｍＡと２０ｍＡとの間で変化するアナログ電流値、デジタル情報が４〜２０ｍＡの電流に変調されるＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコル、例えばＦｉｅｌｄｂｕｓ（登録商標、ＩＥＣ６１１５８）のようなデジタルバスを介した通信プロトコル、或いは、例えばＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標、ＩＥＣ６２５９１）のようなワイヤレスプロトコルを用いるワイヤレスネットワークを介したワイヤレス通信によって行うことが可能である。

電磁式流量計１０は、流動管装置１０Ａの特性、並びに流動管装置１０Ａ及びトランスミッタ１０Ｂの電力定格に基づき、コイル駆動周波数及びコイル駆動電流に、必要に応じてコイル駆動電流のデューティ比を加え、これらの最適な組み合わせを示す動作設定値を自動的に選定する方法を提供する。このようなコイル駆動周波数、コイル駆動電流、及びコイル駆動デューティ比の自動選定は、設置の際に現場で行ってもよいし、トランスミッタの起動の際に自動的に行ったり、流動管装置１０Ａ及びトランスミッタ１０Ｂの作動中に、バックグラウンドで継続的に実行したりしてもよい。

動作設定値の自動選定は、個々の設置の際、トランスミッタ１０Ｂの動作を設定するためにオペレータが行う性能基準の選定と共に入力された流量計パラメータを用いるアルゴリズムに基づき、デジタルプロセッサ２２が実行する。入力されて使用される流量計パラメータには、コイルインダクタンス、コイル抵抗、流動管装置ゲイン（即ち、アンペア単位の駆動電流あたりのミリボルト単位の出力電圧）、流動管装置電力定格、トランスミッタ電力定格、及び磁束密度を含めることができる。また、デジタルプロセッサ２２が用いる性能基準には、例えば、最速応答特性、周波数に応じた最大信号対雑音比、精度に応じた最大信号対雑音比、及び電力効率を含めることができる。オペレータは、ローカルオペレータインタフェース２８を介し、性能基準を選定することができる。様々な性能基準の候補をローカルオペレータインタフェース２８に表示し、そこから選定を行って、オペレータからデジタルプロセッサ２２への入力として性能基準を供給するようにしてもよい。オペレータによる性能基準の選定は、単一の性能基準を示すものであってもよいし、２以上の性能基準の組み合わせを示すものであってもよい。

流量計パラメータには、コイルインダクタンス及びコイル抵抗の計測値が含まれ、必要に応じて流動管装置ゲイン及び磁束密度の少なくとも一方の計測値が含まれる。これらの計測値は、設置の際、またはトランスミッタ１０Ｂの起動の際に、トランスミッタ１０Ｂが自動的に計測してもよいし、電磁式流量計１０の作動の間に、トランスミッタ１０Ｂが継続して自動的に計測してもよい。これに代えて、コイルインダクタンス、コイル抵抗、及び流動管装置ゲインについては、設置の前に（即ち、製造工場で）計測した後、ローカルオペレータインタフェース２８を介し、或いは通信用インタフェース２６に接続された設定用機器（図示せず）から、デジタルプロセッサ２２への入力として供給するようにしてもよい。

流動管装置１０Ａのゲイン、並びにコイルインダクタンス及びコイル抵抗の計測値からなる流量計パラメータに基づき、トランスミッタ１０Ｂが、コイル駆動電流、コイル駆動周波数、及びコイル駆動デューティ比の設定値を選定できるようにすることにより、流動管装置１０Ａとトランスミッタ１０Ｂとの個別の組み合わせに適合するように個々に設置を行うことが可能となる。オペレータが選定した性能基準に応じ、トランスミッタ１０Ｂが、コイル駆動電流、コイル駆動周波数、及びコイル駆動デューティ比の設定値を適合させることで、最善の信号対雑音比、最善の省電力性能、または最善（最速）の応答時間といった、所望の性能基準が達成されることになる。

上述の流量計パラメータに加え、コイル電流（またはコイル電流安定性）、電極雑音、及び電極電圧零点移動特性といった、付加的な入力を行うようにしてもよい。これらの付加的な入力により、動作設定値を選定する際のデジタルプロセッサ２２の能力を向上させることができる。

流動管装置１０Ａの現実の特性に基づいて動作設定値が選定されるので、このような動作設定値の自動選定により、より柔軟で優れた動作設定値選定が行われる。従って、従来とは異なる特性（例えば、より低いコイルインダクタンスで、より高い流動管装置ゲイン）を有した新たな流動管装置が使用可能となった場合、トランスミッタ１０Ｂが製造された時点では、まだその新たな流動管装置が存在していなかったとしても、デジタルプロセッサ２２は、新たな流動管装置の特性に基づき、動作設定値を選定することができる。

また、動作設定値の自動選定は、コイル駆動周波数及びコイル駆動電流について、より広範な選択範囲を提供するものである。デジタルプロセッサ２２が行う動作設定値の自動選定では、１つだけの、または限られた数のコイル駆動電流の設定値と、１つだけの、または限られた数のコイル駆動周波数の設定値とを有するのではなく、様々なコイル駆動周波数、コイル駆動電流、及びコイル駆動デューティ比の設定値からなる、より多数の組み合わせから選定を行うことが可能となる。これにより、それまで市場に出回っていた流動管装置とは異なる電気的パラメータを有して設計された新たな流動管装置をトランスミッタを組み合わせる際に、より大きな柔軟性がもたらされる。

動作設定値の自動選定は、継続的な調整機能として、バックグラウンドで実施することも可能である。これにより、トランスミッタ１０Ｂは、環境条件が変化しても、選定された性能基準について、作動中に最善の性能を維持可能となる。具体的には、作動中に、温度変化により、２つのコイル１８Ａ及び１８Ｂ、並びにこれらコイル１８Ａ及び１８Ｂにコイル駆動部１４を接続するケーブルの電気抵抗に変化が生じる可能性がある。

また、動作設定値の自動選定により、必要に応じて、流動管装置を別の流動管装置に交換することも可能となる。トランスミッタ１０Ｂは、交換した流動管装置に付随する新たな流量計パラメータに適応し、それらの流量計パラメータに基づき、オペレータが選定した性能基準に最もよく合致するような動作設定点を再度選定する。

場合によっては、デジタルプロセッサ２２が、ローカルオペレータインタフェース２８を介し、同じ性能基準に対する代替の動作設定値の選定候補、または選定可能な複数の性能基準のそれぞれに対する動作設定値の選定候補を、オペレータに対して表示することも可能である。これにより、オペレータは、電磁式流量計１０に対して要求する性能が得られるような性能基準の選定を行うことが可能となる。

電力重視で設置を行う場合には、最も効率的な作動となるような最小限のコイル駆動デューティ比を求めるようにしてもよい。消費電力は、最低限求められる信号対雑音比が得られるような点まで低下させた状態に維持することができる。これは、プロセス流体の流量が増大するに従い、電力消費を低減することができることを意味している。或いは、流量が増大すると、同じ電力量で、より迅速な情報の更新が可能となる。これらの調整は、電磁式流量計１０が作動している際にバックグラウンドで作動するデジタルプロセッサ２２によって自動的に実施することが可能である。

コイル駆動周波数に相関する値としての電極雑音及び電極電圧零点移動特性を含む付加的な流量計パラメータを、デジタルプロセッサ２２で用いるようにしてもよい。これらの流量計パラメータの入力は、コイル駆動周波数の設定値の選定に含めてもよい。

図２は、フィールドコイル１８（コイル１８Ａ及びコイル１８Ｂ）並びにデジタルプロセッサ２２と共にコイル駆動部２４を示すブロック図である。コイル駆動部２４は、４つの電界効果トランジスタ３２，３４，３６，３８で形成されるＨブリッジ回路３０、デジタル・アナログコンバータ（ＤＡＣ）４０、電流コントローラ４２、クロックロジック回路４４、コイル電圧増幅調整回路４６、コイル電流増幅調整回路４８、及び検出用抵抗５０を備える。フィールドコイル１８を形成するコイル１８Ａ及びコイル１８Ｂは、Ｈブリッジ回路３０のノード５２とノード５４との間で、直列に接続されている。図２に示すように、コイル１８Ａ及びコイル１８Ｂは、ノード５２とノード５４との間に、コイルインダクタンスＬ及びコイル抵抗Ｒを形成する。

デジタルプロセッサ２２は、Ｈブリッジ回路３０を介してコイル１８Ａ及びコイル１８Ｂに供給される駆動信号におけるコイル駆動電流、コイル駆動周波数、及びコイル駆動デューティ比を制御する。駆動信号のコイル駆動周波数及びコイル駆動デューティ比は、クロックロジック回路４４を介し、デジタルプロセッサ２２によって制御され、クロックロジック回路４４は、クロック信号ＣＨ及びクロック信号ＣＬを発生する。クロック信号ＣＨは、Ｈブリッジ回路３０の電界効果トランジスタ３２及び電界効果トランジスタ３８をオンオフさせる。クロック信号ＣＬは、Ｈブリッジ回路３０の電界効果トランジスタ３４及び電界効果トランジスタ３６をオンオフさせる。クロック信号ＣＨによって電界効果トランジスタ３２及び電界効果トランジスタ３８がオンし、クロック信号ＣＬによって電界効果トランジスタ３４及び電界効果トランジスタ３６がオフしているとき、電流は、Ｈブリッジ回路３０のノード５６から電界効果トランジスタ３２を介してノード５２へと流れた後、コイル１８Ａ及びコイル１８Ｂを介してノード５４へと第１の方向に流れ、更に電界効果トランジスタ３８を介してＨブリッジ回路３０のノード５８へと流れ、検出用抵抗５０を介して接地点に流れる。また、クロック信号ＣＬによって電界効果トランジスタ３４及び電界効果トランジスタ３６がオンし、クロック信号ＣＨによって電界効果トランジスタ３２及び電界効果トランジスタ３８がオフしているとき、電流は、Ｈブリッジ回路３０のノード５６から電界効果トランジスタ３４を介してノード５４へと流れた後、コイル１８Ａ及びコイル１８Ｂを介してノード５２へと第２の方向に流れ、更に電界効果トランジスタ３６を介してＨブリッジ回路３０のノード５８へと流れ、検出用抵抗５０を介して接地点に流れる。

Ｈブリッジ回路３０に供給される電流は、ＤＡＣ４０を介し、デジタルプロセッサ２２によって制御される。デジタルプロセッサ２２からのデジタル制御信号により、ＤＡＣ４０は、電流コントローラ４２の入力信号としてコイル駆動電流の設定値を示すアナログ電圧を生成する。電流コントローラ４２に供給されるコイル駆動電流の設定値信号と相関関係にあるコイル電流Ｉ_Ｃは、電流コントローラ４２からＨブリッジ回路３０のノード５６へと流れた後、電界効果トランジスタ３２及び電界効果トランジスタ３８がオンしているときには、コイル１８Ａ及びコイル１８Ｂを第１の方向に流れ、電界効果トランジスタ３４及び電界効果トランジスタ３６がオンしているときには、コイル１８Ａ及びコイル１８Ｂを第２の方向に流れる。その後、コイル電流Ｉ_Ｃは、検出用抵抗５０を介して接地点へと流れる。

コイル駆動部２４は、コイル電圧を検出するコイル電圧増幅調整回路４６、及びコイル電流を検出するコイル電流増幅調整回路４８を備えている。コイル電圧増幅調整回路４６の入力端子は、Ｈブリッジ回路３０のノード５６とノード５８とに接続されている。コイル電圧増幅調整回路４６の出力信号は、デジタルプロセッサ２２の基板実装アナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）の入力端子に供給される。コイル電流増幅調整回路４８の入力端子は、Ｈブリッジ回路３０のノード５８と接地点とに接続されている。コイル電流増幅調整回路４８の入力端子における電圧Ｖ_２は、コイル電流Ｉ_Ｃに検出用抵抗５０の抵抗値Ｒ_Ｓを乗じたものに等しく、即ち、Ｖ_２＝Ｉ_Ｃ・Ｒ_Ｓである。

デジタルプロセッサ２２は、コイル電圧増幅調整回路４６及びコイル電流増幅調整回路４８のそれぞれから受け取った信号に基づき、コイル電圧Ｖ_Ｃを示すデジタル値及びコイル電流Ｉ_Ｃを示すデジタル値を生成する。これらのデジタル値を用い、デジタルプロセッサ２２は、コイル抵抗及びコイルインダクタンスを求める。

コイル１８Ａ及びコイル１８Ｂが使用する電力は、デジタルプロセッサ２２がコイル電圧増幅調整回路４６及びコイル電流増幅調整回路４８と協働して求めたコイル電流の計測値及びコイル電圧の計測値を用いて算出することが可能である。コイル電流Ｉ_Ｃは、計算式Ｉ_Ｃ＝Ｖ_２／Ｒ_Ｓで得られる。コイル電圧Ｖ_Ｃは、計算式Ｖ_Ｃ＝Ｖ_１−Ｖ_２で得られる。コイル電流Ｉ_Ｃ及びコイル電圧Ｖ_Ｃが計測されれば、コイル１８Ａ及びコイル１８Ｂの抵抗Ｒ（コイル駆動部２４をコイル１８Ａ及びコイル１８Ｂと接続する配線の抵抗を含む）は、計算式Ｒ＝Ｖ_Ｃ／Ｉ_Ｃで算出できる。コイル電流の整定時間は、抵抗Ｒと主に、デジタルプロセッサ２２によるコイルインダクタンスＬ（コイル１８Ａ及びコイル１８Ｂとコイル駆動部２４との間の配線によって生じるインダクタンスを含む）の算出に用いられる。

図３は、デジタルプロセッサ２２が実行する動作設定値の自動選定処理７０を示すフローチャートである。自動選定処理７０は、ステップ７２で開始される。デジタルプロセッサ２２は、入力された流量計パラメータを取得し（ステップ７４）、この流量計パラメータには、例えば、コイルインダクタンス、コイル抵抗、流動管装置ゲイン、流動管装置電力定格、トランスミッタ電力定格、コイル電流、電極雑音、磁束密度、及び電極電圧零点移動特性を周波数と関連付けて含めることができる。

コイルインダクタンス及びコイル抵抗の値は、コイル駆動部２４と協働してデジタルプロセッサ２２が行う計測結果とすることができるが、ローカルオペレータインタフェース２８または通信用インタフェース２６を介し、デジタルプロセッサ２２に与えられる入力値としてもよい。また、デジタルプロセッサ２２は、流動管装置ゲインを計測するためのテストを開始してもよいし、計測した流動管装置ゲインの値を、ローカルオペレータインタフェース２８を介して提示するか、或いは通信用インタフェース２６を介して送信されるメッセージにより提示するよう、オペレータに促すようにしてもよい。

また、デジタルプロセッサ２２は、動作設定値の選定に使用するための、流動管装置１０Ａの電力定格やトランスミッタ１０Ｂの電力定格といった、他の流量計パラメータの提示をオペレータに促すようにしてもよい。場合によっては、デジタルプロセッサ２２が、コイル電流、電極雑音、信号対雑音比、及び電極電圧零点移動特性のうちの１つ以上の提示をオペレータに促すようにしてもよい。個々の性能基準の選定に利用できるように、必要に応じて、別のパラメータを、計測またはオペレータの入力により得るようにすることもできる。

デジタルプロセッサ２２は、選定した性能基準を示すようにオペレータに促し（ステップ７６）、その性能基準を動作設定値の自動選定に用いる（ステップ７８）。この性能基準の選定には、最速応答特性、特定の周波数または特定の要求精度に対する最大信号対雑音比、及び特定の要求信号対雑音比に基づく電力効率などの選択を含めることができる。また、性能基準の選定には、トランスミッタ１０Ｂの作動中におけるバックグラウンドでの継続的な動作設定値の調整を選択的に含めてもよいし、代わりに、オペレータが新たな動作設定値の選定を要求するまでの間、継続的な調整をせずに使用する動作設定値の選定を含めてもよい。

受け取った流量計パラメータ及びオペレータが選定した性能基準に基づき、デジタルプロセッサ２２は、コイル駆動周波数、コイル駆動電流、及びコイル駆動デューティ比についての動作設定値を算出する（ステップ７８）。次に、デジタルプロセッサ２２は、コイル駆動部２４で適用するコイル駆動周波数の値、コイル駆動電流の値、及びコイル駆動デューティ比の値を動作値として設定する（ステップ８０）。

次に、デジタルプロセッサ２２は、オペレータがバックグラウンドでの継続的な調整を選択しているか否かをチェックする（ステップ８２）。答えがノー（ＮＯ）である場合、動作設定値の自動選定処理を完了する（ステップ８４）。この場合、オペレータが新たな動作設定値の選定を求めてデジタルプロセッサ２２に入力を行うまで、自動選定処理７０が繰り返されることはない。また、自動選定処理７０は、トランスミッタ１０Ｂへの電力供給が遮断された後、トランスミッタ１０Ｂに再び電力が供給される度に、再開するようにしてもよい。

一方、答えがイエス（ＹＥＳ）である場合、動作設定値の継続的な調整が、デジタルプロセッサ２２によりバックグラウンドで実行されることになる。自動選定処理７０は、ステップ７４に戻り、ステップ７４からステップ８２が繰り返される。

動作設定値の自動選定により、電磁式流量計１０は、与えられた設置状態に対応する動作設定値を定める際に、流動管装置１０Ａ及びトランスミッタ１０Ｂの双方の特性を考慮することが可能となる。動作設定値の自動選定は、付加的な経費や高性能の信号処理機能を加えることなく、実現することが可能である。設置された状態における性能の劇的な改善は、流動管装置及びトランスミッタのパラメータと、オペレータが要求する特定の性能基準とを、より良好に整合させることで、達成することができる。動作設定値の自動選定により、トランスミッタ１０Ｂは、そのトランスミッタ１０Ｂが製造された時点では存在していなかった流動管装置の作動に対しても、より良好に整合させることが可能となる。

動作設定値の自動選定により、コイル駆動電流の大きさ、コイル駆動周波数、コイル駆動デューティ比、或いはこれらパラメータの任意の組み合わせを、コイルインダクタンスやコイル抵抗だけでなく、流動管装置ゲイン、信号対雑音比データ、トランスミッタ電力定格、流動管装置電力定格、電流安定性、及び電極特性といった、別の複数のパラメータに基づいて調整することが可能となる。

コイル駆動のための設定値は、トランスミッタの製造時点で判っているセンサデータに依存するものではない。コイル抵抗に影響を及ぼす可能性がある温度変化を考慮する必要があれば、当該設定値を継続的に調整することが可能である。

動作設定値の自動選定は、使用する特定の性能基準をオペレータが選定することを可能とし、電磁式流量計の特性と、オペレータが選定した性能基準とに基づき、デジタルプロセッサが自動的に動作設定値を選定するので、オペレータにとって電磁式流量計の設定作業を簡素化させる。

具体的な実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であると共に、均等物で本発明の各構成要素を置き換えることが可能であることが当業者に理解されよう。また、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況やものを本発明の教示に適合させるための様々な変形が可能である。従って、本発明は、開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内に包含される全ての態様を含むものである。

Claims (25)

1. 流動管装置とトランスミッタとを備えた電磁式流量計であって、
   前記流動管装置は、
   流体が流動する導管と、
   前記導管に取り付けられ、コイル抵抗及びコイルインダクタンスによって特徴付けられるフィールドコイルと、
   前記導管を流動する前記流体内に前記フィールドコイルが生成した磁界によって誘起される電圧を検出する電極とを備え、
   前記トランスミッタは、
   前記フィールドコイルの前記コイル抵抗及び前記コイルインダクタンスを計測するように構成され、
   コイル駆動周波数、コイル駆動電流、及びコイル駆動デューティ比によって特徴付けられるパルス化直流電流波形の電流を用い、前記磁界を生成するように前記フィールドコイルを駆動するコイル駆動部と、
   前記電極が検出した前記電圧に相関する流量計測値を生成するプロセッサであって、計測された前記コイル抵抗と、計測された前記コイルインダクタンスとに基づき、前記コイル駆動周波数、前記コイル駆動電流、及び前記コイル駆動デューティ比についての動作設定値を定めるプロセッサとを備える
   ことを特徴とする電磁式流量計。
2. 前記トランスミッタは、更に前記磁界の磁束密度を計測するように構成され、
   前記プロセッサは、計測された前記磁束密度に更に基づき、前記動作設定値を定める
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計。
3. 前記トランスミッタは、流動管装置ゲインを更に計測するように構成され、
   前記プロセッサは、計測された前記流動管装置ゲインに更に基づき、前記動作設定値を定める
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計。
4. 前記トランスミッタは、電極雑音、信号対雑音比、及び電極電圧零点移動特性のうちの少なくとも１つを更に取得するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計。
5. 前記トランスミッタは、流動管電力定格及びトランスミッタ電力定格の少なくとも一方を含む電力定格を更に取得するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計。
6. 前記プロセッサは、最速応答特性、特定のコイル駆動周波数に対する最大信号対雑音比、特定の精度に対する最大信号対雑音比、及び電力効率のうちの少なくとも１つを含む性能基準に更に基づき、前記動作設定値を定めることを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計。
7. 前記プロセッサは、前記動作設定値を継続的に調整することを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計。
8. 交番磁界を生成するコイル、及び前記交番磁界によって流体中に誘起された電圧を検出する電極を有し、前記コイルがコイル抵抗及びコイルインダクタンスによって特徴付けられる流動管装置と、
   設定されたコイル駆動周波数及びコイル駆動電流によって特徴付けられるパルス化直流電流波形の電流を用いて前記交番磁界を生成するために前記コイルに接続され、コイル電流を検出する回路を備えたコイル駆動部と、
   前記電極で検出した電圧と相関する流量計測結果を生成するプロセッサであって、前記プロセッサが計測する前記コイル抵抗及び前記コイルインダクタンスに基づき、前記コイル駆動周波数及び前記コイル駆動電流についての動作設定値を定めるプロセッサと
   を備えることを特徴とする電磁式流量計。
9. 前記プロセッサは、前記プロセッサが計測する磁束密度に更に基づき、前記動作設定値を定めることを特徴とする請求項８に記載の電磁式流量計。
10. 前記動作設定値は、コイル駆動デューティ比を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の電磁式流量計。
11. 前記プロセッサは、流動管装置ゲイン、コイル電流、電極雑音、及び電極電圧零点移動特性のうちの少なくとも１つに更に基づき、前記動作設定値を定めることを特徴とする請求項８に記載の電磁式流量計。
12. 前記プロセッサは、流動管電力定格及びトランスミッタ電力定格の少なくとも一方を含む電力定格に更に基づき、前記動作設定値を定めることを特徴とする請求項８に記載の電磁式流量計。
13. 前記プロセッサは、最速応答特性、特定のコイル駆動周波数に対する最大信号対雑音比、特定の精度に対する最大信号対雑音比、及び電力効率のうちの少なくとも１つを含む性能基準に更に基づき、前記動作設定値を定めることを特徴とする請求項８に記載の電磁式流量計。
14. 電磁式の流動管装置と共に用いるトランスミッタであって、
    前記流動管装置のコイルにパルス化直流電流波形の電流を供給するコイル駆動部であって、コイル抵抗及びコイルインダクタンスによって前記コイルが特徴付けられ、コイル駆動周波数及びコイル駆動電流によって前記パルス化直流電流波形が特徴付けられるコイル駆動部と、
    前記コイルの前記コイル抵抗及び前記コイルインダクタンスを計測し、計測した前記コイル抵抗及び計測した前記コイルインダクタンスに基づいて動作設定値を定め、前記動作設定値に基づいて前記コイル駆動部の作動を制御するプロセッサと
    を備えることを特徴とするトランスミッタ。
15. 前記動作設定値は、コイル駆動デューティ比を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載のトランスミッタ。
16. 前記プロセッサは、流動管装置ゲイン、コイル電流、電極雑音、信号対雑音比、及び電極電圧零点移動特性のうちの少なくとも１つに更に基づき、前記動作設定値を定めることを特徴とする請求項１４に記載のトランスミッタ。
17. 前記プロセッサは、流動管電力定格及びトランスミッタ電力定格の少なくとも一方を含む電力定格に更に基づき、前記動作設定値を定めることを特徴とする請求項１４に記載のトランスミッタ。
18. 前記プロセッサは、最速応答特性、特定のコイル駆動周波数に対する最大信号対雑音比、特定の精度に対する最大信号対雑音比、及び電力効率のうちの少なくとも１つを含む性能基準に更に基づき、前記動作設定値を定めることを特徴とする請求項１４に記載のトランスミッタ。
19. 前記プロセッサは、前記動作設定値を継続的に調整することを特徴とする請求項１４に記載のトランスミッタ。
20. 電磁式流量計の作動を制御する方法であって、
    コイル抵抗、コイルインダクタンス、及び電力定格を含む流量計パラメータを取得する工程と、
    性能基準を入力する工程と、
    取得した前記流量計パラメータ及び入力された前記性能基準に基づき、コイル駆動電流設定値及びコイル駆動周波数設定値を含む動作設定値を定める工程と、
    定められた前記動作設定値に基づき、前記電磁式流量計のフィールドコイルの駆動を制御する工程と
    を備えることを特徴とする方法。
21. 定められた前記動作設定値は、コイル駆動デューティ比を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記流量計パラメータは、流動管装置ゲイン、コイル電流、電極雑音、信号対雑音比、及び電極電圧零点移動特性のうちの少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
23. 前記電力定格は、流動管電力定格及びトランスミッタ電力定格の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
24. 前記性能基準は、最速応答特性、特定のコイル駆動周波数に対する最大信号対雑音比、特定の精度に対する最大信号対雑音比、及び電力効率のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
25. 前記電磁式流量計の作動中、前記動作設定値を調整して、前記流量計パラメータの変動を補償する工程を更に備えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。

Images