JP6481443B2 - Electromagnetic flow meter - Google Patents
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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。 The present invention relates to an electromagnetic flow meter, and more particularly to a technique for detecting an abnormality based on characteristics of a fluid to be measured.
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。 Electromagnetic flowmeters that measure the flow rate of a conductive fluid using electromagnetic induction are widely used in industrial applications because they are robust and accurate. The electromagnetic flow meter measures the electromotive force generated by flowing a conductive fluid to be measured in a measurement tube to which a magnetic field is applied in an orthogonal direction. Since this electromotive force is proportional to the flow velocity of the fluid to be measured, the volume flow rate of the fluid to be measured can be obtained based on the measured electromotive force.
発生した起電力は、例えば、図7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。 The generated electromotive force can be measured by, for example, a pair of electrodes (electrode A503a and electrode B503b) attached to the measurement tube 501 as shown in FIG. In addition, a magnetic field in the orthogonal direction can be generated by flowing an excitation current from the excitation circuit 505 to the excitation coil 502 disposed in the vicinity of the measurement tube 501. In general, an alternating current in which a positive excitation period and a negative excitation period are alternately switched is used as the excitation current Iex.
電磁流量計においては、従来から、被測定流体の抵抗(導電率)を測定することで、測定管内が空になったり、電極に絶縁性の異物が付着した等の異常検出をすることが行なわれている。特許文献1には、被測定流体の流量測定と並行して抵抗を測定するために、抵抗測定用の交流電流を電極間に流すことが記載されている。このとき、抵抗測定が流量測定に影響を与えないように、抵抗測定用の交流電流を、励磁電流の周波数の整数倍の周波数で、励磁電流と同期させるようにしている。 Conventionally, in an electromagnetic flow meter, by measuring the resistance (conductivity) of a fluid to be measured, it has been possible to detect abnormalities such as the inside of a measuring tube being emptied or an insulating foreign substance adhering to an electrode. It is. Patent Document 1 describes that an alternating current for resistance measurement flows between electrodes in order to measure resistance in parallel with measurement of the flow rate of the fluid to be measured. At this time, the AC current for resistance measurement is synchronized with the exciting current at a frequency that is an integral multiple of the frequency of the exciting current so that the resistance measurement does not affect the flow rate measurement.
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。 Abnormalities that occur in the electromagnetic flow meter can occur in cases other than when the measuring tube is emptied or an insulating foreign material adheres to the electrode. For example, an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured (process fluid) itself.
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。 Examples of the abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured include bubbles generated in the fluid to be measured, the fluid to be measured having a low conductivity, and a slurry (slurry) fluid. In addition, an electrode made of a material corresponding to the fluid to be measured has not been selected, and electrode corrosion due to an acid / alkali fluid to be measured is also caused by an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured. Furthermore, the adhesion of insulating foreign matter to the electrode may be included in the abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured.
従来、被測定流体の流量に加え、被測定流体の抵抗を測定する電磁流量計においては、被測定流体の特性に基づく異常の検出については十分考慮されていなかった。このため、被測定流体の特性に基づく異常を、新たなハードウェア構成を付加することなく簡易に検出できれば便利である。 Conventionally, in an electromagnetic flowmeter that measures the resistance of a fluid to be measured in addition to the flow rate of the fluid to be measured, detection of an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured has not been sufficiently considered. For this reason, it is convenient if an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured can be easily detected without adding a new hardware configuration.
そこで、本発明は、被測定流体の流量に加え、被測定流体の抵抗を測定する電磁流量計において、被測定流体の特性に基づく異常を、新たなハードウェア構成を付加することなく簡易に検出することを目的とする。 Therefore, the present invention can easily detect an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured without adding a new hardware configuration in an electromagnetic flowmeter that measures the resistance of the fluid to be measured in addition to the flow rate of the fluid to be measured. The purpose is to do.
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を有する励磁電流を生成する励磁回路と、前記被測定流体の抵抗を測定するための矩形波状の抵抗測定電流を前記電極に出力する抵抗測定出力回路と、前記正励磁期間に対応する期間であって、前記抵抗測定電流の周期の前半に対応する期間と周期の後半に対応する期間における検出信号のレベル差である第1レベル差と、前記負励磁期間に対応する期間であって、前記抵抗測定電流の周期の前半に対応する期間と周期の後半に対応する期間における検出信号のレベル差である第2レベル差とを算出し、前記第1レベル差と前記第2レベル差との差から得られるノイズレベルに基づいて、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、連続するノイズレベルの絶対値を平均化して得られる診断用ノイズ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。
また、前記診断部は、前記被測定流体の特性に基づく異常を検出した場合に、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。
また、前記抵抗測定電流は、前記励磁電流の周波数の整数倍の周波数で、前記励磁電流と同期させることができる。
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。
In order to solve the above problems, an electromagnetic flowmeter of the present invention provides a magnetic field generated by an excitation current to a fluid to be measured flowing in a measurement tube, and the measurement target is based on a detection signal generated in an electrode provided in the measurement tube. An electromagnetic flow meter for measuring a flow rate of a fluid, comprising: an excitation circuit that generates an excitation current having a positive excitation period and a negative excitation period; and a rectangular wave resistance measurement current for measuring the resistance of the fluid to be measured. A resistance measurement output circuit that outputs to the electrode, and a period corresponding to the positive excitation period, the level difference of the detection signal in the period corresponding to the first half of the period of the resistance measurement current and the period corresponding to the second half of the period A first level difference is a level difference between detection signals in a period corresponding to the negative excitation period, a period corresponding to the first half of the period of the resistance measurement current, and a period corresponding to the second half of the period. A diagnostic unit that calculates a level difference and detects an abnormality based on a characteristic of the fluid to be measured based on a noise level obtained from the difference between the first level difference and the second level difference. It is characterized by.
Here, the diagnostic unit determines that an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured has occurred when a diagnostic noise level obtained by averaging the absolute values of successive noise levels is equal to or higher than a predetermined reference value. be able to.
In addition, when the abnormality is detected based on the characteristics of the fluid to be measured, the diagnosis unit may suggest the cause of the abnormality according to a predetermined criterion.
The resistance measurement current can be synchronized with the excitation current at a frequency that is an integral multiple of the frequency of the excitation current.
In any case, the abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured detected by the diagnostic unit is any of bubble generation, low conductivity, slurry fluid, electrode corrosion by the fluid to be measured, and adhesion of insulating foreign matter to the electrode. Can be included.
本発明によれば、被測定流体の流量に加え、被測定流体の抵抗を測定する電磁流量計において、被測定流体の特性に基づく異常を、新たなハードウェア構成を付加することなく簡易に検出することができる。 According to the present invention, in an electromagnetic flow meter that measures the resistance of a fluid to be measured in addition to the flow rate of the fluid to be measured, an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured can be easily detected without adding a new hardware configuration. can do.
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、流量信号サンプリング部107、励磁信号サンプリング部108、抵抗信号サンプリング部109、制御部110、励磁回路120、抵抗測定出力回路130、表示部141、操作受付部142、電流出力部143、パルス出力部144、ステータス出力部145、通信部146を備えている。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an electromagnetic flow meter 100 according to the present embodiment. As shown in the figure, an electromagnetic flow meter 100 includes a measurement tube 101, an excitation coil 102, an electrode A 103a, an electrode B 103b, a ground electrode 104, a buffer 105, a differential amplifier circuit 106, a flow signal sampling unit 107, and an excitation signal sampling unit. 108, a resistance signal sampling unit 109, a control unit 110, an excitation circuit 120, a resistance measurement output circuit 130, a display unit 141, an operation reception unit 142, a current output unit 143, a pulse output unit 144, a status output unit 145, and a communication unit 146. I have.
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。 The control unit 110 can be configured by a CPU, a memory, and the like, and includes a circuit control unit 111, a calculation unit 112, and a diagnosis unit 113.
回路制御部111は、流量信号サンプリング部107、励磁信号サンプリング部108、抵抗信号サンプリング部109、励磁回路120、抵抗測定出力回路130、表示部141、電流出力部143、パルス出力部144、ステータス出力部145、通信部146の制御を行なうとともに、操作受付部142を介してユーザからの各種指示を受け付ける。 The circuit control unit 111 includes a flow rate signal sampling unit 107, an excitation signal sampling unit 108, a resistance signal sampling unit 109, an excitation circuit 120, a resistance measurement output circuit 130, a display unit 141, a current output unit 143, a pulse output unit 144, and a status output. The control unit 145 and the communication unit 146 are controlled, and various instructions from the user are received via the operation receiving unit 142.
演算部112は、流量信号サンプリング部107の出力データに基づいて測定管101を流れる被測定流体の流速および体積流量を算出し、抵抗信号サンプリング部109の出力データに基づいて被測定流体の抵抗(導電率)を算出する。 The calculation unit 112 calculates the flow velocity and volume flow rate of the fluid to be measured flowing through the measurement tube 101 based on the output data of the flow rate signal sampling unit 107, and the resistance of the fluid to be measured (based on the output data of the resistance signal sampling unit 109. Conductivity) is calculated.
診断部113は、抵抗信号サンプリング部109の出力データに基づいて被測定流体の特性に基づく異常を診断する。すなわち、本実施形態の電磁流量計100は、抵抗測定用の信号を用いて被測定流体の特性に基づく異常を診断する。このため、被測定流体の特性に基づく異常の診断のために、新たなハードウェア構成は不要である。 The diagnosis unit 113 diagnoses an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured based on the output data of the resistance signal sampling unit 109. That is, the electromagnetic flow meter 100 of this embodiment diagnoses an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured using the resistance measurement signal. For this reason, a new hardware configuration is not required for diagnosis of an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured.
ここで、流量信号サンプリング部107、抵抗信号サンプリング部109とも差動増幅回路106の出力信号をサンプリングして出力データとするが、両者はサンプリング期間を異ならせている。流量信号サンプリング部107のサンプリング期間および抵抗信号サンプリング部109のサンプリング期間の詳細については後述する。 Here, both the flow rate signal sampling unit 107 and the resistance signal sampling unit 109 sample the output signal of the differential amplifier circuit 106 to obtain output data, but both have different sampling periods. Details of the sampling period of the flow rate signal sampling unit 107 and the sampling period of the resistance signal sampling unit 109 will be described later.
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、所望の振幅レベルに増幅される。ただし、この検出信号には、後述する抵抗測定用の電流に基づく信号も含まれている。 In the electromagnetic flow meter 100, when the excitation circuit 120 supplies the excitation current Iex to the excitation coil 102 under the control of the control unit 110, an electromotive force proportional to the flow velocity of the fluid to be measured is detected by the electrodes A103a and B103b. This detection signal is input to the differential amplifier circuit 106 via the buffer 105, and the external noise generated in the common mode is removed and amplified to a desired amplitude level. However, the detection signal includes a signal based on a resistance measurement current described later.
差動増幅回路106が出力する検出信号は流量信号サンプリング部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に対応する値は、励磁信号サンプリング部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。 The detection signal output from the differential amplifier circuit 106 is converted into digital data by the flow rate signal sampling unit 107 and input to the control unit 110. A value corresponding to the excitation current Iex output from the excitation circuit 120 is converted into digital data by the excitation signal sampling unit 108 and input to the control unit 110.
抵抗測定出力回路130は、電極A103a、電極B103bを介して被測定流体に所定の抵抗測定用の電流を流す。この抵抗測定用の電流に基づく信号を含んだ検出信号は、抵抗信号サンプリング部109でデジタルデータに変換されて制御部110に入力される。 The resistance measurement output circuit 130 causes a predetermined resistance measurement current to flow through the fluid to be measured via the electrodes A103a and B103b. A detection signal including a signal based on the current for resistance measurement is converted into digital data by the resistance signal sampling unit 109 and input to the control unit 110.
表示部141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142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143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144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145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146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。 The display unit 141 can be composed of a liquid crystal display device or the like, and displays measured values, diagnosis results, and the like. The operation receiving unit 142 can be composed of a plurality of keys and the like, and receives an operation from the user. The current output unit 143 scales and outputs the measured value, diagnosis result, etc. to a current value in a predetermined range such as 4-20 mA. The pulse output unit 144 scales and outputs the measured values and diagnosis results to frequency pulses in a predetermined range. The status output unit 145 outputs the internal state of the electromagnetic flow meter 100 to the outside by turning on / off the contacts. The communication unit 146 communicates various information with an external device using various communication protocols. However, each output unit is an example, and is not limited to this example.
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、励磁信号サンプリング部108でサンプリングされて制御部110に入力される。 FIG. 2 is a configuration example of the excitation circuit 120 that causes the excitation current Iex to flow through the excitation coil 102. The excitation circuit 120 includes a DC power source E1, a constant current source CCS, and switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4. The switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 are controlled to be turned on and off by signals T1, T2, T3, and T4 from the circuit control unit 111. The voltage Viex generated in the resistor Ri connected in series to the excitation coil 102 indicates a value corresponding to the excitation current Iex, and is sampled by the excitation signal sampling unit 108 and input to the control unit 110.
図3に示すように、回路制御部111は、励磁の1サイクルを2つの期間に区分する。そして、Q1とQ3は前の期間のみオンとなるように信号T1、T3を出力し、Q2とQ4は後ろ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、電流+Iの正励磁期間、電流−Iの負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。 As shown in FIG. 3, the circuit control unit 111 divides one cycle of excitation into two periods. Then, signals T1 and T3 are output so that Q1 and Q3 are turned on only in the previous period, and signals T2 and T4 are output so that Q2 and Q4 are turned on only in the subsequent period. As a result, the excitation current Iex repeats a cycle composed of a positive excitation period of current + I and a negative excitation period of current -I.
また、抵抗測定出力回路130は、抵抗測定用の電流Irを、矩形波状とし、励磁電流Iexの周波数の整数倍の周波数で、励磁電流Iexと同期させて出力する。これにより、それぞれのサンプリング期間を適切に設定することで、抵抗測定が流量測定に影響を与えないようにすることができる。図3に示した波形例では、抵抗測定用の電流Irの周波数を励磁電流Iexの周波数の4倍としている。ここで、電流Irの周期の前半をIr1とし、後半をIr2としている。 In addition, the resistance measurement output circuit 130 outputs the resistance measurement current Ir in a rectangular wave shape and outputs the current Ir in synchronization with the excitation current Iex at a frequency that is an integral multiple of the frequency of the excitation current Iex. Thereby, it is possible to prevent the resistance measurement from affecting the flow measurement by appropriately setting each sampling period. In the waveform example shown in FIG. 3, the frequency of the resistance measurement current Ir is four times the frequency of the excitation current Iex. Here, the first half of the period of the current Ir is Ir1, and the second half is Ir2.
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、被測定流体の抵抗(導電率)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。 FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the electromagnetic flow meter 100 of the present embodiment. The electromagnetic flow meter 100 can simultaneously measure the flow rate of the fluid to be measured, measure the resistance (conductivity) of the fluid to be measured, and detect an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured.
まず、電磁流量計100は、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。 First, the electromagnetic flow meter 100 accepts setting of measurement conditions from the user prior to the start of measurement (S101). In setting the measurement conditions, for example, parameter settings such as a flow rate span and unit are accepted.
そして、測定を開始すると(S102)、励磁回路120が励磁電流Iexを生成して励磁コイル102に出力するとともに、抵抗測定出力回路130が抵抗測定用電流Irを生成して、両電極103を介して被測定流体に出力する(S103)。上述のように、抵抗測定用の電流Irは、励磁電流Iexの周波数の整数倍の周波数で、励磁電流Iexと同期している。 When the measurement is started (S102), the excitation circuit 120 generates the excitation current Iex and outputs it to the excitation coil 102, and the resistance measurement output circuit 130 generates the resistance measurement current Ir and passes through both electrodes 103. And output to the fluid to be measured (S103). As described above, the resistance measurement current Ir is synchronized with the excitation current Iex at a frequency that is an integer multiple of the frequency of the excitation current Iex.
励磁電流Iexと抵抗測定用電流Irにより、両電極103間で電圧が検出されるため、差動増幅回路106の出力信号Eexは、図5に示すように、励磁電流Iexと抵抗測定用電流Irとを重畳したような波形となる。ただし、励磁電流Iexが+Iと−Iとで切り替わるときには、出力信号Eexに微分ノイズが発生する。 Since the voltage is detected between the electrodes 103 by the excitation current Iex and the resistance measurement current Ir, the output signal Eex of the differential amplifier circuit 106 is the excitation current Iex and the resistance measurement current Ir as shown in FIG. And a waveform that is superimposed. However, when the excitation current Iex is switched between + I and -I, differential noise is generated in the output signal Eex.
出力信号Eexにおいて、励磁電流Iexの正励磁期間に対応する期間に得られる電圧の平均値と負励磁期間に対応する期間に得られる電圧の平均値との差が被測定流体の流速に比例した量となる。また、抵抗測定用電流Irの周期の前半に対応する期間に得られる電圧の平均値と周期の後半に対応する期間に得られる電圧の平均値との差が被測定流体の抵抗に比例した量となる。ただし、いずれも微分ノイズ部分は除外する。 In the output signal Eex, the difference between the average value of the voltage obtained during the period corresponding to the positive excitation period of the excitation current Iex and the average value of the voltage obtained during the period corresponding to the negative excitation period is proportional to the flow velocity of the fluid to be measured. Amount. Further, an amount in which the difference between the average value of the voltage obtained in the period corresponding to the first half of the period of the resistance measuring current Ir and the average value of the voltage obtained in the period corresponding to the second half of the period is proportional to the resistance of the fluid to be measured. It becomes. However, in any case, the differential noise portion is excluded.
差動増幅回路106の出力信号Eexに対して、流量信号サンプリング部107が、流量信号サンプル期間ESnで流量信号のサンプリングを行なう。また、抵抗信号サンプリング部109が、抵抗信号サンプル期間ENnで抵抗信号のサンプリングを行なう(S104)。 For the output signal Eex of the differential amplifier circuit 106, the flow rate signal sampling unit 107 samples the flow rate signal in the flow rate signal sampling period ESn. Further, the resistance signal sampling unit 109 samples the resistance signal in the resistance signal sampling period ENn (S104).
ここで、図5に示すように、流量信号サンプル期間ESnは、励磁電流Iexの正励磁期間、負励磁期間に対応する期間のそれぞれについて、抵抗測定用電流Irの周期の整数倍の期間である。このようにすることで、抵抗測定用電流Irによる出力信号Eexの変化分が相殺されるため、抵抗測定用電流Irによる流量信号への影響を排除することができる。 Here, as shown in FIG. 5, the flow rate signal sample period ESn is a period that is an integral multiple of the period of the resistance measurement current Ir in each of the periods corresponding to the positive excitation period and the negative excitation period of the excitation current Iex. . By doing so, the change in the output signal Eex due to the resistance measurement current Ir is canceled out, so that the influence of the resistance measurement current Ir on the flow signal can be eliminated.
なお、微分ノイズの影響を避けるため、流量信号サンプル期間ESnは、正励磁期間、負励磁期間に対応する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に設定する。 In order to avoid the influence of differential noise, the flow rate signal sample period ESn is set to a period in which the differential noise is settled and the waveform is stable in the periods corresponding to the positive excitation period and the negative excitation period.
本図の例では、励磁電流Iexの正励磁期間に対応する期間における抵抗測定用電流Irの1周期分の期間ES1と、励磁電流Iexの負励磁期間に対応する期間における抵抗測定用電流Irの1周期分の期間ES2とを流量信号サンプル期間ESnとしている。 In the example of this figure, the resistance measurement current Ir in one period ES1 of the resistance measurement current Ir in the period corresponding to the positive excitation period of the excitation current Iex and the period corresponding to the negative excitation period in the excitation current Iex. A period ES2 for one cycle is a flow rate signal sample period ESn.
また、抵抗信号サンプル期間ENnは、励磁電流Iexの正励磁期間、負励磁期間に対応する期間のそれぞれについて、抵抗測定用電流Irのある周期に対応する期間についての前半期間と後半期間である。抵抗測定用電流Irの同一周期においては、被測定流体の流速に基づく検出信号は変化しないため、前半期間と後半期間との電圧差と、抵抗測定用電流Irの前半期間と後半期間との電流差(Ir1−Ir2)とに基づいて、被測定流体の抵抗を測定することができる。抵抗信号サンプル期間ENnについても微分ノイズの影響を受けない期間に設定する。 The resistance signal sampling period ENn is a first half period and a second half period of a period corresponding to a certain period of the resistance measurement current Ir for each of the periods corresponding to the positive excitation period and the negative excitation period of the excitation current Iex. Since the detection signal based on the flow velocity of the fluid to be measured does not change in the same period of the resistance measurement current Ir, the voltage difference between the first half period and the second half period and the current between the first half period and the second half period of the resistance measurement current Ir. Based on the difference (Ir1-Ir2), the resistance of the fluid to be measured can be measured. The resistance signal sampling period ENn is also set to a period that is not affected by the differential noise.
本図の例では、励磁電流Iexの正励磁期間に対応する期間における、抵抗測定用電流Irの2番目の周期に対応する期間についての前半期間EN1と後半期間EN2、および、励磁電流Iexの負励磁期間に対応する期間における、抵抗測定用電流Irの2番目の周期に対応する期間についての前半期間EN3と後半期間EN4を抵抗信号サンプル期間ENnとしている。 In the example of this figure, in the period corresponding to the positive excitation period of the excitation current Iex, the first half period EN1 and the second half period EN2 of the period corresponding to the second period of the resistance measurement current Ir, and the negative of the excitation current Iex. The first half period EN3 and the second half period EN4 of the period corresponding to the second period of the resistance measurement current Ir in the period corresponding to the excitation period are set as the resistance signal sampling period ENn.
各サンプリング期間中は、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。 During each sampling period, the acquisition of sample data is repeated at a predetermined sampling rate. The average value of the repeatedly acquired sample data is used as a detection signal for that period.
演算部112は、流量信号サンプル期間ESnに取得した検出信号Eex(ESn)に基づいて被測定流体の流量の算出を行なう(S105)。被測定流体の流量演算については従来と同様である。 The computing unit 112 calculates the flow rate of the fluid to be measured based on the detection signal Eex (ESn) acquired during the flow rate signal sample period ESn (S105). The calculation of the flow rate of the fluid to be measured is the same as the conventional one.
また、抵抗信号サンプル期間ENnに取得した検出信号Eex(ENn)に基づいて被測定流体の抵抗(導電率)の算出を行なう(S106)。被測定流体の抵抗演算については、従来と同様であり、Eex(EN1)−Eex(EN2)、Eex(EN3)−Eex(EN4)の少なくとも一方の電圧差と、電流差(Ir1−Ir2)とから算出することができる。 Further, the resistance (conductivity) of the fluid to be measured is calculated based on the detection signal Eex (ENn) acquired in the resistance signal sampling period ENn (S106). The resistance calculation of the fluid to be measured is the same as in the past, and the voltage difference of at least one of Eex (EN1) −Eex (EN2), Eex (EN3) −Eex (EN4), and the current difference (Ir1−Ir2) It can be calculated from
さらに、診断部113が、抵抗信号サンプル期間ENnに取得した検出信号Eex(ENn)に基づいて被測定流体の特性に基づく異常診断を行なう(S107)。抵抗信号サンプル期間ENnに得られる検出信号Eex(ENn)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、抵抗信号サンプル期間ENn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。 Further, the diagnosis unit 113 performs an abnormality diagnosis based on the characteristics of the fluid to be measured based on the detection signal Eex (ENn) acquired during the resistance signal sampling period ENn (S107). The detection signal Eex (ENn) obtained during the resistance signal sampling period ENn includes noise generated by fluctuations in the electrode potential. The causes of this noise include bubble generation, low conductivity, slurry fluid, Examples include electrode corrosion, fluid conductivity change, and adhesion of insulating foreign matters to the electrode. That is, by acquiring the noise level generated in the resistance signal sampling period ENn, it is possible to detect an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured.
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。被測定流体の特性に基づく異常診断処理の詳細な手順については後述する。 Note that the spectrum of noise caused by an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured generally has a characteristic of decreasing by 1 / f with a corner frequency of about 10 Hz to several tens of Hz. A detailed procedure of the abnormality diagnosis process based on the characteristics of the fluid to be measured will be described later.
演算部112は、算出した流量を測定結果として、電流出力部143等から出力する(S108)。このとき、抵抗(導電率)も併せて出力するようにしてもよい。電磁流量計100は、以上の処理(S103〜S108)を測定が終了するまで(S109:Yes)繰り返す。 The computing unit 112 outputs the calculated flow rate as a measurement result from the current output unit 143 or the like (S108). At this time, the resistance (conductivity) may also be output. The electromagnetic flow meter 100 repeats the above processing (S103 to S108) until the measurement is completed (S109: Yes).
次に、被測定流体の特性に基づく異常診断処理(S107)の詳細について図6のフローチャートを参照して説明する。本処理では、抵抗信号サンプル期間ENnに取得した検出信号Eex(ENn)から異常診断用ノイズレベルを算出する(S201)。 Next, details of the abnormality diagnosis process (S107) based on the characteristics of the fluid to be measured will be described with reference to the flowchart of FIG. In this process, the noise level for abnormality diagnosis is calculated from the detection signal Eex (ENn) acquired in the resistance signal sampling period ENn (S201).
異常診断用ノイズレベルの算出は、まず、抵抗演算と同様に、
レベル差E1=Eex(EN1)−Eex(EN2)
レベル差E2=Eex(EN3)−Eex(EN4)
を算出する。抵抗演算のときに算出した値を利用してもよい。
To calculate the noise level for abnormality diagnosis, first, as with resistance calculation,
Level difference E1 = Eex (EN1) −Eex (EN2)
Level difference E2 = Eex (EN3) −Eex (EN4)
Is calculated. You may use the value calculated at the time of resistance calculation.
レベル差E1、レベル差E2は、抵抗成分については同じ値を示すが、電極電位が変動することで発生するノイズを逆極性で含んでいる。そこで、レベル差E1−レベル差E2を算出することで、ノイズ成分を抽出することができる。このため、本実施形態では、
レベル差E1−レベル差E2={Eex(EN1)−Eex(EN2)}−{Eex(EN3)−Eex(EN4)}
を算出して、ノイズレベルとする。
The level difference E1 and the level difference E2 have the same value with respect to the resistance component, but include noise generated due to fluctuations in the electrode potential in reverse polarity. Therefore, the noise component can be extracted by calculating the level difference E1-level difference E2. For this reason, in this embodiment,
Level difference E1−Level difference E2 = {Eex (EN1) −Eex (EN2)} − {Eex (EN3) −Eex (EN4)}
Is calculated as a noise level.
そして、連続する複数個のノイズレベルの絶対値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する。 Then, an abnormality diagnosis noise level is obtained by calculating an average value of absolute values of a plurality of continuous noise levels (dumping calculation).
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141に警告を表示したり、パルス出力部144、ステータス出力部145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。 If the calculated diagnostic noise level is equal to or higher than a predetermined reference value (S202: Yes), a warning is displayed on the display unit 141, or warning information or the like is output from the pulse output unit 144, the status output unit 145, or the like. (S203). Thereby, the user can know that an abnormality based on the characteristics of the fluid to be measured has occurred, and can take measures such as maintenance. However, the calculated diagnostic noise level value may be output regardless of the diagnostic noise level value.
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141、パルス出力部144、ステータス出力部145等から出力する(S206)。 In the present embodiment, when outputting a warning, the cause of the abnormality may be suggested to the user. When the cause of the abnormality is suggested (S204), the cause is estimated according to a predetermined criterion (S205), and a message based on the estimation result is displayed from the display unit 141, the pulse output unit 144, the status output unit 145, and the like. Output (S206).
例えば、演算部112における被測定流体の抵抗演算(S106)の結果により、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。 For example, if the conductivity of the fluid to be measured exceeds a predetermined first reference value as a result of the resistance calculation (S106) of the fluid to be measured in the computing unit 112, the cause of the abnormality in which the noise level is increased As mentioned above, bubbles such as electrode corrosion, solid slurry or cavitation are considered. In this case, for example, “if the electrode is appropriately selected for the fluid to be measured, the fluid to be measured is a solid slurry, otherwise bubbles such as cavitation may be generated”. A message to that effect is output.
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。 Furthermore, a message stating that “in the case of slurry fluid, the lining material may have been damaged or worn” may be output. This is because when the lining material around the electrode is damaged or worn by the slurry fluid, the wetted area of the electrode is increased and the noise level is increased.
また、演算部112における被測定流体の抵抗演算(S106)の結果により、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。 Further, if the conductivity of the fluid to be measured is lower than a predetermined second reference value as a result of the resistance calculation (S106) of the fluid to be measured in the computing unit 112, for example, “If the fluid viscosity is low, The message “Measurement conductivity may be low” is output.
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。 Further, when the conductivity of the fluid to be measured is within a predetermined range, for example, a message saying “If the fluid to be measured is acid / alkali, there is a possibility of electrode corrosion” is output.
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…流量信号サンプリング部、108…励磁信号サンプリング部、109…抵抗信号サンプリング部、110…制御部、111…回路制御部、112…演算部、113…診断部、120…励磁回路、130…抵抗測定出力回路、141…表示部、142…操作受付部、143…電流出力部、144…パルス出力部、145…ステータス出力部、146…通信部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Electromagnetic flowmeter, 101 ... Measuring tube, 102 ... Excitation coil, 103 ... Electrode, 104 ... Ground electrode, 105 ... Buffer, 106 ... Differential amplifier circuit, 107 ... Flow rate signal sampling part, 108 ... Excitation signal sampling part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 109 ... Resistance signal sampling part 110 ... Control part 111 ... Circuit control part 112 ... Operation part 113 ... Diagnosis part 120 ... Excitation circuit 130 ... Resistance measurement output circuit 141 ... Display part 142 ... Operation reception part , 143 ... current output unit, 144 ... pulse output unit, 145 ... status output unit, 146 ... communication unit
Claims (5)
正励磁期間と負励磁期間とを有する励磁電流を生成する励磁回路と、
前記被測定流体の抵抗を測定するための矩形波状の抵抗測定電流を前記電極に出力する抵抗測定出力回路と、
前記正励磁期間に対応する期間であって、前記抵抗測定電流の周期の前半に対応する期間と周期の後半に対応する期間における検出信号のレベル差である第1レベル差と、前記負励磁期間に対応する期間であって、前記抵抗測定電流の周期の前半に対応する期間と周期の後半に対応する期間における検出信号のレベル差である第2レベル差とを算出し、前記第1レベル差と前記第2レベル差との差から得られるノイズレベルに基づいて、電極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。 An electromagnetic flowmeter that applies a magnetic field generated by an excitation current to a fluid to be measured flowing in a measurement tube and measures a flow rate of the fluid to be measured based on a detection signal generated in an electrode provided in the measurement tube,
An excitation circuit for generating an excitation current having a positive excitation period and a negative excitation period;
A resistance measurement output circuit for outputting a resistance measurement current having a rectangular wave shape for measuring the resistance of the fluid to be measured to the electrode;
A first level difference which is a period corresponding to the positive excitation period and which is a level difference of a detection signal in a period corresponding to the first half of the period of the resistance measurement current and a period corresponding to the second half of the period; and the negative excitation period A second level difference that is a level difference of a detection signal in a period corresponding to the first half of the period of the resistance measurement current and a period corresponding to the second half of the period, and the first level difference And a diagnostic unit for detecting an abnormality that changes the electrode potential based on a noise level obtained from a difference between the second level difference and the second level difference;
An electromagnetic flow meter comprising:
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