JP6491645B2 - 電力制限機能及び過電流検知機能を有した電磁式流量計 - Google Patents

Description

本発明は、概ね流体処理に関するものであり、具体的には、プロセス流体の計測及び制御に関するものである。

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、管路と、管路に取り付けられたフィールドコイルと、管路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管路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、管路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伴う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、特定の周波数で方向が交互に切り替わる磁界を用いる。

フィールドコイルに供給される電力が電磁式流量計の許容値を超過しうる場合がある。それは、トランスミッタとは異なる作動特性を有した流動管装置を用いたことによって初期起動時に生じる可能性があり、また、端子の腐食や、プロセス状態及びフィールドコイルの少なくとも一方における異常温度によって生じたフィールドコイルの抵抗値の変化に起因して、通常作動中に生じる可能性がある。

電力上限値を超過した場合に生じうる現象には、流動管装置のフィールドコイル及びトランスミッタの電子回路の一方または両方における過熱及び損傷や、過熱によって流動管装置の表面が危険となり得る温度になること、並びに電力不足に起因した頻繁な電源の入り切りの繰り返しが含まれ、このような電源の入り切りの繰り返しにより、使用者は、電磁式流量計の設定の切り換えや、何らかの診断警報の確認を行うことができなくなる可能性がある。

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より、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。

フィールドコイルの駆動に一般的に用いられる回路は、通常の作動条件においては安定していて制御可能であるものの、トランスミッタまたは流動管装置が故障状態にある場合には、影響を受けずに電流を制限することができなかったり、無用な電流制限が行われたりする。流動管装置におけるフィールドコイルの電流を制限し、故障状態となったときのフィールドコイルの絶縁の損傷や、耐熱クラス（クラス１８０、クラス２００等）の規定温度の超過を確実になくすために、様々な方法が採用されてきた。それらの方法には、直列に設けられた電気抵抗式制限器（単純な抵抗器など）、ヒューズ、またはパワーＦＥＴやＳＣＲといった能動半導体素子が用いられていた。一般的な解決策には、許容できない電力損失、過剰な過熱防止要件、一時的な外部条件に対して敏感で複雑な安全回路構成、及び破壊遮断であることによる一度きりの使用といった欠点が含まれる可能性がある。

電磁式流量計のフィールドコイル、及び付随するトランスミッタ回路は、コイル電流が電流上限値を上回るか、もしくはコイル電力が電力上限値を上回る状態を検出することにより、損傷から保護される。電磁式流量計の初期起動に続くテスト期間に、テスト用電流設定値及びテスト用周波数設定値を用いることにより、テスト期間において、コイル電圧の検出値とコイル電流の検出値とに基づき、コイル電力を求めることができる。次に、テスト期間に求めたコイル電力に基づき、電磁式流量計の通常作動時のための通常作動用コイル電流設定値及び通常作動用周波数設定値が求められる。

通常作動中は、コイル電流またはコイル電力を監視し、電流上限値または電力上限値と比較してもよい。テスト期間中にコイル電流の検出値が電流上限値を上回ると、電磁式流量計の作動が停止され、警報またはそれ以外の警告を行うようにしてもよい。

通常作動中に、電力上限値または電流上限値を超過した場合、電磁式流量計の作動を停止し、警報を発してもよい。更に、コイル電流設定値は、フィールドコイルに供給される電流が、電力上限値を超えないコイル電力を生成する大きさ、または電流上限値を超えない大きさとなるように設定してもよい。これにより、使用者に問題への喚起を行いつつ、引き続きトランスミッタに流量の計測を行わせることが可能となる。

電磁式流量計のブロック図である。 図１に示した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。 電磁式流量計の初期起動の際に実行するコイル電力チェックを示すフローチャートである。 電磁式流量計の通常作動中に実行するコイル電力チェックの一実施形態を示すフローチャートである。 電磁式流量計の通常作動中に実行するコイル電力チェックのもう１つの実施形態を示すフローチャートである。 電磁式流量計の作動中におけるコイル過電流チェックを示す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（即ち流動管装置）１０Ａと、付属部（即ちトランスミッタ）１０Ｂとを備える。流動管装置１０Ａは、管路１２、絶縁用のライナ１４、電極１６Ａ、電極１６Ｂ、フィールドコイル１８Ａ、及びフィールドコイル１８Ｂ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。フィールドコイル１８Ａ及びフィールドコイル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、これらフィールドコイル１８Ａ及び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、当該流体中に電圧を誘起する移動導電体として機能する。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。管路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２つのフィールドコイル１８Ａ及び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、パルス周波数と称される周波数を有した矩形波である。

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、管路１２への接続であってもよいし、管路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読取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。

図２は、２つのフィールドコイル１８Ａ及び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（ＦＥＴ）３２，３４，３６，３８によって形成される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。２つのフィールドコイル１８Ａ及び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、２つのフィールドコイル１８Ａ及び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２つのフィールドコイル１８Ａ及び１８Ｂに供給される駆動信号のコイル電流設定値とパルス周波数とを制御する。駆動信号の周波数は、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、２つのフィールドコイル１８Ａ及び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。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、２つのフィールドコイル１８Ａ及び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の入力として電流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に供給される電流設定値の信号と対応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がオフしているときには、２つのフィールドコイル１８Ａ及び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、２つのフィールドコイル１８Ａ及び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。

一実施形態では、コイル駆動部２４が、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Ｖ₂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、Ｖ₂＝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、流動管装置１０Ａのフィールドコイル１８Ａやフィールドコイル１８Ｂ、或いはトランスミッタ１０Ｂの電子回路を損傷する可能性のある過電力状態及び過電流状態の識別を行う。

２つのフィールドコイル１８Ａ及び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可能である。コイル電流Ｉ_Cは、計算式Ｉ_C＝Ｖ₂／Ｒ_Sで得られる。コイル電圧Ｖ_Cは、計算式Ｖ_C＝Ｖ₁−Ｖ₂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、２つのフィールドコイル１８Ａ及び１８Ｂの抵抗Ｒは、計算式Ｒ＝Ｖ_C／Ｉ_Cで算出できる。そして、コイル電力Ｐ_Cは、Ｉをコイル電流設定値とすると、計算式Ｐ_C＝Ｉ²・Ｒを用い、デジタルプロセッサ２２によって算出される。これに代えて、コイル電流Ｉ_Cの計測値を電流Ｉに用いてもよいし、コイル電流の計測値とコイル電流設定値との大きい方を用いても良い。

［コイル電力チェック・起動時］
過電力状態が発生する可能性がある状況の１つは、電磁式流量計１０の初期起動時である。これは、流動管装置１０Ａとトランスミッタ１０Ｂとが異なる製造者から供給されるときに生じる。市販されている流動管装置のコイル抵抗の値は、２オーム程度から１５０オーム以上というように、大幅に変動する可能性がある。約１０オームのコイル抵抗を有した流動管装置を用い、コイル駆動部２４により５００ミリアンペア（ｍＡ）のコイル電流設定値が与えられるとする。トランスミッタ１０Ｂには供給可能な最大電力がある。この例では、この最大電力が９ワットとする。計算式Ｐ＝Ｉ²・Ｒを解くことにより、コイル抵抗Ｒの最大値は、Ｒ＝Ｐ／Ｉ²＝９ワット／（０．５アンペア）²＝３６オームとなる。

一般的に、コイル抵抗が高めの値を有する流動管装置は、５００ｍＡではなく、１２５ｍＡまたは７５ｍＡといったコイル電流設定値で駆動が行われる。３６オームを上回るコイル抵抗を有した流動管装置が、フィールドコイルを駆動するためのコイル電流設定値を５００ｍＡとしたトランスミッタに接続されると、コイル電力上限値を超過することになる。この結果、２つのフィールドコイル１８Ａ及び１８Ｂは過熱して損傷する可能性がある。更に、トランスミッタ１０Ｂの電子回路も過熱して損傷する可能性がある。２つのフィールドコイル１８Ａ及び１８Ｂの過熱により、危険となり得るような表面温度が生じる可能性もある。また、トランスミッタ１０Ｂは、電力不足に起因した電源の入り切りを繰り返す可能性もある。これにより、使用者は、様々な製造者の流動管装置を用いた作動が可能な汎用モードなどの別の作動モードに電磁式流量計１０を切り換えることができなくなったり、通信用インタフェース２６から送られる流量計測結果や診断メッセージを受け取るコントロールルームやローカルオペレータインタフェース２８に供給される診断メッセージを確認したりすることができなくなる可能性がある。

このような初期起動の状況において、デジタルプロセッサ２２は、トランスミッタ１０Ｂに接続されている流動管装置１０Ａのコイル抵抗の値にかかわらず、コイル電力上限値を超過しないような作動条件を選定する。このため、初期起動の際に、デジタルプロセッサ２２は、遭遇しうるいかなるコイル抵抗の値であっても、コイル電力上限値の超過が生じないほど十分に小さな初期テスト用電流設定値を定める。これにより、デジタルプロセッサ２２は、流動管装置１０Ａのコイル抵抗の値を確認することが可能となり、更に、求めたコイル抵抗の値を伴うときに、通常作動時のコイル電流設定値によって、コイル電力上限値を超過するような場合があり得るか否かを判定することができる。

図３は、起動時のコイル電力チェックを示すフローチャートである。電力チェックの処理６０は、トランスミッタ１０Ｂの初期起動時に開始される（ステップ６２）。次に、デジタルプロセッサ２２は、コイル駆動部２４に対し、コイル駆動周波数を５Ｈｚに設定し（ステップ６４）、初期テスト用電流設定値を７５ｍＡに設定する（ステップ６６）。

コイル駆動部２４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からの出力を、デジタルプロセッサ２２に供給する。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からの出力を用い、コイル電流Ｉ_C及びコイル電圧Ｖ_Cを計測する（ステップ６８）。次に、デジタルプロセッサ２２は、コイル電流Ｉ_C及びコイル電圧Ｖ_Cの計測値を用い、コイル抵抗を算出する（ステップ７０）。

その後、デジタルプロセッサ２２は、通常作動時のコイル電流設定値を用い、コイル電力を算出する。本実施形態では、通常作動時のコイル電流設定値を５００ｍＡとする（ステップ７２）。そして、デジタルプロセッサ２２は、通常作動時のコイル電流設定値を用いて算出したコイル電力の値が、本実施形態では９ワットとしているコイル電力上限値を上回るか否かを判定する（ステップ７４）。

通常作動時のコイル電流設定値を用いて算出したコイル電力の値が、コイル電力上限値を上回らない場合、デジタルプロセッサ２２は、コイル駆動部２４が供給するコイル電流の値を、５００ｍＡといった、既定の通常作動時のコイル電流設定値とする。次に、トランスミッタ１０Ｂ及び流動管装置１０Ａは通常作動に移行し、この通常作動において、トランスミッタ１０Ｂは、極性を交互に反転させたパルス化直流コイル駆動電流を２つのフィールドコイル１８Ａ及び１８Ｂに供給し、電極１６Ａにおいて電位Ｖ_Aが、また電極１６Ｂにおいて電位Ｖ_Bが、それぞれ検出される。これら電位Ｖ_A及び電位Ｖ_Bは、流動管装置１０Ａを通過する流体の流速を示す計測信号を得るために、信号プロセッサ２０において処理され、デジタルプロセッサ２２で使用される。

既定の通常作動時のコイル電流設定値を用いて算出したコイル電力の値が、コイル電力上限値を上回る場合、デジタルプロセッサ２２は、コイル駆動部２４の作動を停止し、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を介して警報を発する（ステップ８０）。次に、トランスミッタ１０Ｂは、初期起動時のコイル電力チェックを再び実行する前に、新たなコイル電流の値が設定されるまで待機する（ステップ８２）。新たなコイル電流値の設定は、ローカルオペレータインタフェース２８を介して使用者が行ってもよいし、通信用インタフェース２６への通信リンクを介し、コントロールルームから行うようにしてもよい。

新たなコイル電流の値が入力されると、処理６０が繰り返される。ステップ７２において、コイル電力を算出する際に、この新たな設定による新たなコイル電流設定値が用いられる。ステップ７４において、デジタルプロセッサ２２は、コイル電力の算出値がコイル電力上限値を上回るか否かを再び判定する。新たなコイル電流設定値により、コイル電力上限値を下回るコイル電力が算出されると、この新たなコイル電流設定値がコイル電流として用いられ（ステップ７６）、通常作動を開始する（ステップ７８）。新たなコイル電流設定値を用いて算出したコイル電力の値が、依然としてコイル電力上限値を上回る場合には、ステップ８０及びステップ８２が繰り返される。

［コイル電力チェック・通常作動時］
もう１つの状況は、電磁式流量計の通常作動におけるコイル抵抗の経時変化によるものである。このような状況では、プロセス温度、自己発熱、または端子の腐食により、時間の経過と共にコイル抵抗の値が変化する。図４Ａは、電磁式流量計１０の作動中におけるコイル電力チェックとして、デジタルプロセッサ２２が実行する処理９０を示すフローチャートである。通常作動の間（ステップ９２）、デジタルプロセッサ２２は、コイル駆動部２４の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から受け取った信号に基づき、コイル電流Ｉ_C及びコイル電圧Ｖ_Cを計測する（ステップ９４）。デジタルプロセッサ２２は、コイル電圧Ｖ_Cの計測値をコイル電流Ｉ_Cの計測値で除することによってコイル抵抗Ｒを算出する（ステップ９６）。デジタルプロセッサ２２は、コイル抵抗Ｒの算出値とコイル電流設定値（例えば、５００ｍＡ）とを用い、計算式Ｐ＝Ｉ²・Ｒによってコイル電力Ｐを算出する。

次に、デジタルプロセッサ２２は、コイル電力Ｐの算出値が１分間にわたってコイル電力上限値（本実施形態では９ワット）を上回るか否かを判定する。コイル電力Ｐの算出値が、少なくとも１分間にわたって連続的に９ワットを上回るようなことがなければ、デジタルプロセッサ２２は、通常作動に復帰し（ステップ９２）、極性を交互に反転させるパルス化直流コイル駆動電流の次の半サイクルを用いて、ステップ９４、ステップ９６、ステップ９８、及びステップ１００を繰り返す。コイル電力Ｐの算出値が、１分間を超えて９ワットを上回ることがない限り、このような処理のループが継続し、電磁式流量計１０は、中断することなく通常作動を行う。

コイル電力Ｐの算出値が１分間にわたり９ワットを上回ると、デジタルプロセッサ２２は、コイル駆動部２４の作動を停止し、ローカルオペレータインタフェース２８及び通信用インタフェース２６の一方または両方を介して警報を発する（ステップ１０２）。電磁式流量計１０が作動を停止して警報が発せられると、ジタルプロセッサ２２は、ローカルオペレータインタフェース２８及び通信用インタフェース２６のいずれかを介して新たなコイル電流の値が設定されるまで待機する（ステップ１０４）。

新たなコイル電流の値が設定されると、電磁式流量計１０は、図３に処理６０として示すような起動時のコイル電力チェックをまず実行することにより、作動状態に復帰することが可能となる。起動時のコイル電力チェックで問題がなければ、電磁式流量計１０は通常作動を開始し、処理９０が再開される。

図４Ｂは、電磁式流量計１０の通常作動中におけるコイル電力チェックの代替例を示すフローチャートである。処理１１０は、図４Ａに示す処理９０に類似しており、処理９０と同じく、ステップ９２、ステップ９４、ステップ９６、ステップ９８、及びステップ１００を含んでいる。処理１１０は、コイル電力の値が１分を超えてコイル電力上限値を上回ると、コイル電流設定値を減少させてコイル電力を低減する点で、処理９０とは異なっている。処理１１０において、デジタルプロセッサ２２は、コイル抵抗の計測値と、コイル電力上限値より小さいコイル電力目標値とを用い、新たなコイル電流設定値を算出する（ステップ１１２）。次に、デジタルプロセッサ２２は、電流コントローラ４２のコイル電流設定値を、コイル電力上限値より小さいコイル電力が維持されるような大きさに自動的に調整するための制御信号を供給する（ステップ１１４）。コイル電流設定値が新たな値に調整されると、デジタルプロセッサ２２は、低減したコイル電流による通常作動に復帰するので（ステップ９２）、流量計測が引き続き可能となる。このような状況では、警報を発して使用者に注意を喚起してもよい。

［コイル過電流監視］
電磁式流量計１０には、検出用抵抗５０と、コイル駆動部２４のコイル電流増幅調整回路４８（図２参照）とを使用して検出したコイル電流を用いる、コイル駆動の過電流検知の機能も設けることができる。この過電流検知は、図２に示すコイル駆動部２４の定電流制御との組み合わせによって機能し、抵抗器、ヒューズ、トライアックなどの電流制限素子を用いたハードウエアの必要性を排除することができる。過電流検知の機能は、それぞれの流量計測サイクルで実行することが可能であり、コイル電流の値が、１分間といった特定の期間にわたってコイル電流上限値を上回ると、コイル駆動部２４を自動的に停止することができる。

図５は、コイル過電流監視の処理１２０を示すフローチャートであり、電磁式流量計１０の通常作動中に、デジタルプロセッサ２２によって継続的に実行される。このコイル過電流監視は、流量計測サイクルのそれぞれの開始時点で実行される（ステップ１２２）。デジタルプロセッサ２２は、図２に示すコイル電流増幅調整回路４８を用いて電圧Ｖ₂を検出することにより、コイル電流Ｉ_Cを計測する（ステップ１２４）。電圧Ｖ₂の検出値を、検出用抵抗５０の抵抗値Ｒ_Sで除することにより、コイル電流Ｉ_Cの計測値が得られる。

デジタルプロセッサ２２は、コイル電流Ｉ_Cの計測値をコイル電流上限値（本実施形態では５５０ｍＡ）と比較する。コイル電流Ｉ_Cの計測値が、１分以上にわたってコイル電流上限値を上回ったままであるときは、デジタルプロセッサ２２がコイル駆動部２４の作動を停止させ、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、穏やかな警報を発する。次に、デジタルプロセッサ２２は、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、新たなコイル電流設定値が得られるまで待機する（ステップ１３０）。

コイル電流が１分以上にわたってコイル電流上限値を上回ったままとならない限り、デジタルプロセッサ２２は、ステップ１２２、ステップ１２４、及びステップ１２６からなるループを繰り返し、電磁式流量計１０は通常作動モードで作動を継続する。

別の実施形態として、デジタルプロセッサ２２は、電極１６Ａ及び電極１６Ｂに最大限の信号を得る上で許容可能な最大電力となるようなコイル電流に自動的に調整する電力演算機能を採用するようにしてもよい。これにより、使用中の流動管装置についての信号対雑音比を最善化することができる。コイル電流は、電極１６Ａ及び電極１６Ｂにおける流量信号の強度に対して直接的に関与する。更に別の実施形態として、低電力消費を要望する使用者が、トランスミッタ１０Ｂに対し、低めの電力上限値を設定するようにしてもよい。この場合、デジタルプロセッサ２２は、この低めに設定された電力上限値に基づき、コイル電力を制限することができる。

コイル過電流監視の機能は、ヒューズ、ブレーカ、またはＳＣＲやクローバ回路装置といったそれ以外の回路装置を用いるような従来の手法に対して多くの利点を有している。デジタルプロセッサ２２及びコイル駆動部２４におけるコイル電流の検出を採用し、過電流状態が検知されると、コイル駆動部２４の作動を停止させる。これにより、精度のよいコイル電流制限がなされると共に、広範なコイル電流設定値（例えば、７５ｍＡ〜５００ｍＡ）に対応してコイル電流制限機能を変更することが可能である。また、過電流監視により、復元可能で、過渡的な現象によってダメージを受けることがなく、温度による影響を受けない電流制限が行われる。フィールドコイルへの電力の制限が、一般的なヒューズを用いる手法では定格電力の５６５％までとなるのに対し、過電流監視では、例えば、定格電力の１２０％までとすることできる。

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 (18)

1. 電磁式流量計の作動を制御する方法であって、当該方法は、通常作動の際に繰り返し実行されるループを含み、
   前記ループは、
   電極電圧サンプリング期間中に、コイル駆動部から前記電磁式流量計のコイルにコイル電流を供給して、プロセス流体を横切る磁界を生成する工程と、
   前記磁界によって前記プロセス流体中に誘起された電位差を計測する工程と、
   計測された前記電位差に基づいて、前記プロセス流体の流量を示す信号を生成する工程と、
   コイル抵抗を計測する工程と、
   前記電極電圧サンプリング期間中に、供給された前記コイル電流の値と前記コイル抵抗の計測値とに基づき、コイル電力を求める工程と、
   求めた前記コイル電力の値がコイル電力上限値を上回るか否かを判定する工程とを備え、
   求めた前記コイル電力の値が前記コイル電力上限値を上回らないときに、前記ループが繰り返され、
   前記方法は、求めた前記コイル電力の値が前記コイル電力上限値を上回るときに実行される工程として、
   前記通常作動を停止する工程と、
   前記コイル駆動部から前記コイルに供給される電流を、前記コイル電力上限値を上回ることのない大きさのコイル電力が生じる大きさに低減する工程と
   前記通常作動を再開する工程とを更に備える
   ことを特徴とする方法。
2. 前記コイル抵抗を計測する前記工程は、
   コイル電流を検出する工程と、
   コイル電圧を検出する工程と、
   前記コイル電流の検出値と前記コイル電圧の検出値とに基づき、前記コイル抵抗の前記計測値を算出する工程とを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記コイル抵抗を計測する前記工程は、
   コイル電圧を検出する工程と、
   コイル電流設定値と前記コイル電圧の検出値とに基づき、前記コイル抵抗の前記計測値を算出する工程とを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 求めた前記コイル電力の値がコイル電力上限値を上回るときに実行される工程として、
   前記通常作動を停止する前記工程に加え、
   前記電磁式流量計の前記コイルへの電流供給を停止するように、前記コイル駆動部の作動を停止させる工程を更に備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 求めた前記コイル電力の値がコイル電力上限値を上回るときに実行される工程として、
   警報を発する工程を更に備える
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 電磁式流量計の作動を制御する方法であって、当該方法は、通常作動の際に繰り返し実行されるループを含み、
   前記ループは、
   電極電圧サンプリング期間中に、コイル電流設定値の電流を電磁式流量計のコイルに供給して、プロセス流体を横切る磁界を生成する工程と、
   前記コイルに流れる電流によって生成された磁界により検出電極間に誘起された電圧を検出する工程と、
   前記検出電極間に誘起された前記電圧に基づき、前記プロセス流体の流量を示す信号を生成する工程と、
   前記電極電圧サンプリング期間中に、コイル電流を検出する工程と、
   前記電極電圧サンプリング期間中に、コイル電圧を検出する工程と、
   前記コイル電流の検出値と前記コイル電圧の検出値とに基づき、コイル抵抗を算出する工程と、
   前記コイル抵抗の算出値と前記コイル電流設定値とを用いてコイル電力を算出する工程と、
   前記コイル電力の算出値が設定期間にわたり電力上限値を上回る状態にあるか否かを判定する工程とを備え、
   前記コイル電力の算出値が前記設定期間にわたり前記コイル電力上限値を上回る前記状態にないときに、前記ループが繰り返され、
   前記方法は、前記コイル電力の算出値が前記設定期間にわたり前記コイル電力上限値を上回る前記状態にあるときに実行される工程として、
   前記通常作動を停止する工程と、
   新たなコイル電流設定値を受け取る工程と、
   前記新たなコイル電流設定値を用いて前記電磁式流量計の作動を再開する工程とを更に備える
   ことを特徴とする方法。
7. 前記コイル電力の算出値が前記設定期間にわたり前記電力上限値を上回る前記状態にあるときに実行される工程として、
   前記通常作動を停止する前記工程に加え、
   警報を発する工程を更に備える
   ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記コイル電力の算出値が前記設定期間にわたり前記コイル電力上限値を上回る前記状態にあるときに実行される工程として、
   前記通常作動を停止する前記工程に加え、
   新たなコイル電流設定値を算出する工程と、
   前記新たなコイル電流設定値を用いて前記電磁式流量計の作動を再開する工程とを更に備える
   ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. 電磁式流量計の作動を制御する方法であって、当該方法は、通常作動の際に繰り返し実行されるループを含み、
   前記ループは、
   電極電圧サンプリング期間中に、前記電磁式流量計のコイルにコイル電流を供給して、プロセス流体を横切る磁界を生成する工程と、
   前記プロセス流体中の電位差を計測する工程と、
   計測された前記電位差に基づいて、前記プロセス流体の流量を示す信号を生成する工程と、
   前記電極電圧サンプリング期間中に、コイル電流及びコイル電圧を検出する工程と、
   前記コイル電流の検出値と前記コイル電圧の検出値とに基づき、コイル抵抗を算出する工程と、
   前記コイル抵抗の算出値とコイル電流設定値とに基づきコイル電力を算出する工程とを備え、
   前記方法は、前記コイル電力の算出値が電力上限値を上回ると、前記電磁式流量計の前記通常作動を停止する工程を更に備え、
   前記方法は、前記コイル電力の前記算出値が前記コイル電力上限値を上回るときに実行される工程として、
   前記通常作動を停止する工程と、
   前記コイル電力の値が前記コイル電力上限値以下となる大きさの調整後コイル電流設定値を求める工程と
   前記調整後コイル電流設定値を用いて前記電磁式流量計の前記通常作動を再開する工程とを更に備える
   ことを特徴とする方法。
10. 前記コイル電力の前記算出値が前記コイル電力上限値を上回るときに実行される工程として、
    前記通常作動を停止する前記工程に加え、
    警報を発する工程を更に備える
    ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 電磁式流量計の作動を制御する方法であって、当該方法は、通常作動の際に繰り返し実行されるループを含み、
    前記ループは、
    電極電圧サンプリング期間中に、前記電磁式流量計のコイルにコイル電流を供給して、プロセス流体を横切る磁界を生成する工程と、
    前記磁界によって前記プロセス流体中に誘起された電位差を計測する工程と、
    計測された前記電位差に基づいて、前記プロセス流体の流量を示す信号を生成する工程と、
    前記電極電圧サンプリング期間中に、前記電磁式流量計のコイルの抵抗を計測する工程と、
    前記コイルの前記抵抗の計測値とコイル電流設定値とに基づきコイル電力を算出する工程とを備え、
    前記方法は、前記コイル電力の算出値が電力上限値を上回ると、前記電磁式流量計の前記通常作動を停止する工程を更に備え、
    前記方法は、新たなコイル電流設定値を用いて前記電磁式流量計の前記通常作動を再開する工程を更に備える
    ことを特徴とする方法。
12. 前記コイル電力の前記算出値が前記コイル電力上限値を上回るときに実行される工程として、
    前記通常作動を停止する前記工程に加え、
    警報を発する工程を更に備える
    ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 電磁式流量計の作動を制御する方法であって、
    前記電磁式流量計の起動に続くテスト期間に、テスト用電流設定値及びテスト用周波数設定値のコイル電流を、前記電磁式流量計のコイルに供給する工程と、
    前記テスト期間に、コイル電圧及びコイル電流を検出する工程と、
    前記コイル電圧の検出値と前記コイル電流の検出値とに基づき、前記テスト期間におけるコイル電力を算出する工程と、
    前記テスト期間における前記コイル電力の算出値に基づき、前記電磁式流量計の通常作動のための通常作動用コイル電流設定値及び通常作動用周波数設定値を選定する工程と
    を備えることを特徴とする方法。
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、
    コイル電流及びコイル電圧を検出する回路を備え、電極電圧サンプリング期間中に、前記流動管装置のコイルに電流を供給するコイル駆動部と、
    前記流動管装置の前記コイルへの電流の供給によって生成される磁界により前記プロセス流体中に誘起された電圧を計測する検出電極と、
    通常作動の際に、ループを繰り返し実行するプロセッサとを備え、
    前記ループは、
    前記電極電圧サンプリング期間中に、前記コイル電流の検出値と前記コイル電流の検出値とに基づいてコイル電力を求める工程と、
    求めた前記コイル電力の値がコイル電力上限値を上回るときに、前記コイル駆動部を制御して、コイル電力を前記コイル電力上限値以下に維持するように前記コイルに供給される電流を低減する工程とを備え、
    前記プロセッサは、前記コイル駆動部によって前記コイルに供給される電流を、前記コイル電力上限値を上回ることのないコイル電力が生じる大きさに低減する
    ことを特徴とするトランスミッタ。
15. 前記プロセッサは、求めた前記コイル電力の値が前記コイル電力上限値を上回ると、前記コイル駆動部の作動を停止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。
16. 電磁式流量計の作動を制御する方法であって、
    前記電磁式流量計のコイルにコイル電流を供給する工程と、
    前記コイル電流を検出する工程と、
    前記コイル電流の検出値が検査用の期間にわたってコイル電流上限値を上回ると、前記電磁式流量計の通常作動を停止する工程と、
    新たなコイル電流設定値を受け取る工程と、
    前記新たなコイル電流設定値を用いて前記電磁式流量計の前記通常作動を再開する工程と
    を備えることを特徴とする方法。
17. 電極電圧サンプリング期間中に、交番磁界を生成するコイルと、内部を流動する流体中に前記交番磁界によって誘起された電圧を検出する電極とを有する流動管装置と、
    前記コイルに接続され、コイル駆動周波数及びコイル電流設定値で前記交番磁界を生成するコイル駆動部であって、前記電極電圧サンプリング期間中にコイル電流を検出する回路を有するコイル駆動部と、
    前記電極間の電圧の検出値と対応関係にある流量出力を生成するプロセッサであって、前記コイル駆動部によって検出された前記コイル電流の検出値に基づいて前記コイル駆動部の作動を停止して前記コイル電流設定値を調整するプロセッサと
    を備えることを特徴とする電磁式流量計。
18. 前記プロセッサは、前記コイル電流の検出値が検査用の期間にわたって前記コイル電流上限値を上回ると、前記コイル駆動部の作動を停止することを特徴とする請求項１７に記載の電磁式流量計。

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