KR100516201B1

KR100516201B1 - 전자유량계

Info

Publication number: KR100516201B1
Application number: KR10-2003-0024670A
Authority: KR
Inventors: 스즈키신; 미츠타케이치로
Original assignee: 야마타케 코포레이션
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2005-09-23
Also published as: CN1451948A; CN1226596C; US20040015302A1; KR20030082927A; US6847901B2; JP2003315121A

Abstract

여자 유량계는 여자 코일, 여자부, 및 산술 처리부를 포함한다. 여자 코일은 파이프라인 내에서 흐르는 유체에 자장을 가한다. 여자부는 여자 전류를 코일에 인가한다. 연산 처리부는 여자된 유체에서 검출된 계측 신호를 기초로 하여 계측 유량을 산출한다. 연산 처리부는 계측 유량 산출부를 포함한다. 계측 신호에서 계측 유량을 산출함에 있어서, 계측 유량 산출부는 여자 전류들의 개별 전류치들에 대응되어 미리 설정된 조정 계수들 중 신호 기전력이 구해진 여자 전류의 전류치에 대응되는 한 조정 계수를 기초로 하여 신호 기전력에서 산출된 계측 유량을 보정한다.

Description

전자유량계{Electromagnetic Flowmeter}

본 발명은 전자유량계(電磁流量計)에 관한 것으로, 특히 계측된 유량들의 각 범위에서 여자 전류의 전류치를 절환/제어하는 기능을 갖는 전자유량계에 관한 것이다.

전자유량계는 여자 전류를 코일에 공급하여 파이프라인 내의 유체에 자장을 공급하고, 파이프라인 내에 배치된 전극들에서 검출된 신호 기전력을 기초로 하여 유체의 유량을 측정한다. 이러한 전자유량계에 있어서, 예컨대 유체 내에 혼입(混入)되는 상용 전원 노이즈, 유체 내에 포함된 이물질이 전극들과 충돌함으로써 생성되는 스파이크 노이즈, 유체 내의 전하 이온에 기인하는 전기화학적 노이즈, 및 유속과 도전율에 의존하는 노이즈와 같은 다양한 종류의 노이즈가 생성된다. 이러한 노이즈의 영향을 줄이기 위해서, 여자 전류의 전류치가 증가되어 S/N비를 높일 수 있다.

그러나, 일부 전자유량계에 있어서, 사용될 수 있는 여자 전류의 전류치는 제한된다. 예를 들면, 한 쌍의 신호 라인들을 통해 전원을 공급하고 유량 신호를 전송하도록 디자인된 2선식 전자유량계에 있어서, 얻어진 측정 유량은 소정 범위의 0 내지 100%의 값으로 변환되고, 이는 다시 0 내지 100%에 대응하는 4 내지 20㎃의 루프 전류치로 형성되는 유량 신호로 변환되고, 상기 신호는 출력된다. 2선식 전자유량계는 상기 루프 전류를 동작전원으로 사용하기 때문에, 최소 4㎃의 여자 전류는 공급되어야 되고, 전체 2선식 전자유량계는 동작되어야 한다.

종래에 있어서, 상기 2선식 전자유량계와 같은 전자유량계는 이미 제안되어왔는데(예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제8-50043호), 상기 전자유량계에서는 충분한 동작 전원 즉 루프 전류가 있으면 여자 전류의 전류치는 증가되어 S/N 비를 증가시킨다. 상기 2선식 전자유량계에 있어서, 도 9에서 도시된 바와 같이, 측정된 유량들(% 값)은 3개의 유량 범위들 I 내지 III로 분류되고, 4㎃, 8㎃ 및 12㎃의 전류치들이 개별 유량 범위들 I, II 및 III에서 여자 전류 Iex로 사용된다. 이것으로 인해, 언제나 4㎃의 여자 전류가 사용되는 경우와 비교할 때, 유량 범위 II 및 III에서 큰 전류치들을 사용하여 계측을 행함으로써 높은 S/N비를 얻는 것이 가능해진다.

그러나, 상기 종래의 전자유량계에 있어서, 여자 전류의 전류치는 각 유량 범위에서 절환/제어되기 때문에, 여자 전류의 전류치의 변화로 계측 오차가 발생한다. 예를 들면, 도 10에 도시되는 바와 같이, 구형파(矩形波) 형태의 AC 여자 전류가 코일에 인가되면, 실제로 흐르는 여자 전류 Iex에 의해 생성되는 자속밀도 B의 파형은 코일의 특성에 따라서 지연된다. 결과적으로, 검출 소자에서 얻어지는 신호 기전력 즉 AC 유량 신호에는 자속 미분 노이즈가 생성된다.

일반적으로, 상기 자속 미분 노이즈의 영향을 억제하기 위해, AC 유량 신호가 샘플링되는 샘플링 기간은 자속 미분 노이즈에 영향을 작게 받는 펄스 형태 파형의 후단부에 설정된다. 그러나, 여자 전류의 전류치가 증가되면, 자속 미분 노이즈 역시 증가하고(도 10의 점선 참조), 유량 제로의 경우에도 전압차 △e는 샘플링 기간에 있어서 발생한다. 상기 차는 계측 유량에서 오차로 나타난다.

또한, 전자유량계에 있어서, 검출 전극들에 의해 얻어진 신호 기전력을 사용하여 계측 유량이 산출(算出)되는 경우, 유량 v는 e = k·B·v·D에 의해 얻어진다(단, e는 신호 기전력이고, k는 상수이고, B는 자속이고, D는 파이프라인의 직경임). 이러한 경우에 있어서, 자속 밀도 B는 자장 H와 비례하고 자장 H는 여자전류와 비례한다는 가정하고, 자속 밀도 B는 여자 전류 Iex로 근사화된다.

일반적으로, 코일은 자장-자속밀도 특성처럼 비선형 특성을 가진다. 따라서, 자장-자속밀도 특성이 선형으로 근사화되더라도, 자장 H가 과도하게 변하지 않으면 큰 오차는 발생되지 않는다. 예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이, 자장 H1 및 자속밀도 B1의 경우, 자장 H1보다 작거나 같은 범위에서 자속 밀도가 B = a1·H1(단, a1 = B1/H1)로 근사화되어도, 큰 오차는 발생되지 않는다.

그러나, 여자 전류 절환 범위를 확장함으로써 큰 여자 전류가 사용됨에 따라 자장이 크게 변하면, 자장-자속 밀도 특성은 선형으로 근사화될 수 없어 큰 오차를 초래한다. 예를 들면, 자장 H2 및 자속밀도 B2에 있어서, 특성이 전술한 방식으로 선형 근사화되면, 자장 H2 이하에서의 자속밀도는 B = a2·H2(단, a2 = B2/H2)로 주어진다. 결과적으로, 근사화된 자속 밀도 B' = a2·H1와 실제 자속 밀도 B1 간에 오차 △B가 발생하여 계측 유량에 있어서 오차를 초래한다.

본 발명의 목적은 여자 전류가 넓은 범위의 복수의 단계에서 절환되는 경우에도 계측 유량을 정확히 산출할 수 있는 전자유량계를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 파이프라인 내에 흐르는 유체에 자장을 인가하는 코일, 상기 코일에 여자(勵磁) 전류(exciting current)를 공급하기 위한 여자 수단, 여자된 유체에서 검출되는 계측 신호를 기초로 하여 계측 유량을 산출(算出)하기 위한 연산 처리 수단을 포함하고, 계측 신호로부터 계측 유량을 계산함에 있어서 상기 연산 처리 수단은 여자 전류들의 전류치들과 대응되도록 미리 설정된 조정계수들 중 계측 신호가 얻어질 때의 여자 전류의 전류치에 대응하는 하나의 조정계수를 기초로 하여 계측 신호로부터 산출된 유량을 보정하는 계측 유량 산출 수단을 포함하는 전자유량계(電磁流量計)가 제공된다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자유량계의 구성을 도시한다. 본 전자유량계에 있어서, 검출기(10B)는 소정의 여자 전류를 기초로 파이프라인 내의 유체에 자장을 인가하고, 검출 신호로서 유체에서 생성된 신호 기전력을 검출/출력한다. 변환기(10A)는 소정의 AC 여자 전류를 검출기(10B)에 출력하고, 검출기(10B)에서의 검출 신호를 신호처리하여 파이프라인(9) 내의 유량을 산출/출력한다.

검출기(10B)에 있어서, 검출 전극들(9A 및 9B)은 피측정 유체가 흐르는 파이프라인(9)의 내부 벽을 향하도록 배치되어, 유체에서 산출되는 신호 기전력을 검출하는 전극들이다. 여자 코일(9C)은 변환기(10A)에서의 여자 전류를 기초로 여자되어, 파이프라인(9) 내의 유체에 자장을 인가한다.

변환기(10A)에 있어서, 스위칭부(8)는 소정의 클럭에 기초하여 샘플링 신호들(8A 및 8B) 및 여자 신호(8C)를 발생시켜 출력한다. 스위칭부(8)에서의 여자 신호(8C)를 기초로, 여자부(7)는 소정의 주파수의 AC 구형파를 갖는 여자 전류를 여자 전류 제어 신호(7A)에 의해 지정된 전류치로써 출력한다.

제 1 단 증폭기(1)는 검출기(10B)의 검출 전극들(9A 및 9B)에서 얻어진 검출 신호에 혼입된 펄스형 노이즈 및 저주파 노이즈를 하이패스 필터를 이용하여 감쇄시키고, AC 증폭회로를 이용하여 검출 신호를 AC 증폭하고, 그 결과로 생기는 신호를 진폭이 유량에 따라 변하는 AC 유량 신호(11)로서 출력한다.

샘플/홀드부(2)는 스위칭부(8)에서의 샘플링 신호들(8A 및 8B)을 기초로 제 1 단 증폭기(1)로부터의 AC 유량 신호(11)를 샘플링하고, 그 결과로 생기는 신호를 DC 전위가 유량에 따라 변하는 DC 유량 신호(12)로서 출력한다.

샘플링 기간은 제 1 단 증폭기(1)에서의 AC 유량 신호(11) 중 여자 코일(9C)에 의해 생성되는 자속 미분 노이즈에 의해 영향을 거의 받지 않는 파형후단부(사선부분)에 설정됨을 유념하라. 샘플/홀드부(2)는 샘플링 기간 동안에만 단락 스위치들(2A 및 2B)에 의해 AC 유량 신호(11)를 적분하여, 그 결과로 생기는 신호를 DC 유량 신호(12)로서 출력한다.

AC 유량 신호(11)가 양의 측에 있는 경우, 스위칭 신호(8A)를 기초로 스위치(2A)만이 단락된다. AC 유량 신호(11)가 음의 측에 있는 경우, AC 유량 신호(11)는 인버터(2C)에 의해 반전되고, 그 다음 스위치(2B)만이 스위칭 신호(8B)를 기초로 단락된다.

A/D 변환부(3)는 샘플/홀드부(2)에서의 DC 유량 신호(12)를 디지털 유량 신호(13)로 변환하여 출력한다.

연산 처리부(5)는 A/D 변환부(3)에서의 디지털 유량 신호(13)에 대해 연산 처리를 행함으로써 유량을 산출한다. 연산 처리부(5)는 그 때의 여자 전류치에 대응하는 조정 계수를 기초로 산출된 유량을 보정하고, 그 결과로 생기는 값을 계측 유량(15)으로 출력한다. 연산처리부(5)는 산출된 계측 유량을 기초로 여자 전류의 전류치에 대해 절환 제어를 행한다. 출력부(6)는 연산 처리부(5)에서 출력된 계측 유량(15)을 소정의 유량 신호(루프 전류)(16)로 변환하여 출력한다.

연산처리부(5)는 계측 유량 산출부(5A), 여자 전류 제어부(5B), 조정 계수 설정부(5C) 및 메모리(5D)를 포함한다. 계측 유량 산출부(5A)는 A/D 변환부(3)에서 출력된 디지털 유량 신호(13)를 기초로 유량을 산출하고, 메모리(5D)에 설정되어 있는 조정 계수들 중 그 때 여자 전류치에 대응하는 한 조정 계수를 이용하여 유량을 보정한다.

여자 전류 제어부(5B)는 여자 전류 제어 신호(7A)를 사용하여 현재의 유량에 대응하는 여자 전류치를 선택하여, 그것을 여자부(7)에 대해 지정한다. 조정 계수 설정부(5C)는 여자 전류 제어부(5B)에 의해 절환되는 각 여자 전류들에 대한 유량을 보정하기 위한 조정 계수를 산출하여, 그것을 미리 메모리(5D)에 설정한다. 메모리(5D)는 연산 처리부(5)에서의 처리를 위해 사용되는 다양한 종류의 정보, 즉 유량들을 보정하기 위해 계측 유량 산출부(5A)에 의해 사용되는 조정 계수들을 저장한다.

연산 처리부(5)에 있어서, 개별 기능부, 즉 계측 유량 산출부(5A), 여자 전류 제어부(5B) 및 조정 계수 설정부(5C)는 CPU와 같은 마이크로프로세서 및 그 주변회로를 포함하는 하드웨어 자원과 마이크로프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 간의 협동에 의해 구현된다.

본 실시예에 따른 전자유량계의 동작을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도2는 본 실시예에 따른 전자유량계를 위한 여자 전류 절환 방법을 설명한다. 표 1은 유량 산출에 사용되는 조정 계수를 도시한다.

유량 범위(계측치%)	여자 전류Iex	제로 조정 계수 Vz	여자 조정 계수A
I(P₁- P₂)	I₁	Vz(1)	A(1)
II(P₂- P₃)	I₂	Vz(2)	A(2)
III(P₃- P₄)	I₃	Vz(3)	A(3)
IV(P₄- P₅)	I₄	Vz(4)	A(4)
V(P₅- P₆)	I₅	Vz(5)	A(5)

본 실시예에 있어서, 여자 전류는 연산 처리부(5)의 계측 유량 산술부(5A)에 의해 산출되는 계측 유량을 기초로 하여, 복수의 단계들, 본 경우에서는 5개 단계들에서 절환된다. 도 2를 참조하면, 가로축은 4 내지 40㎃의 루프 전류 범위에 대해 %값으로 계측 유량을 나타내고, 세로축은 각 유량에서의 여자 전류 및 루프전류를 나타낸다.

구체적으로, 계측 유량들(%값)은 5개의 유량 범위들 I 내지 V로 분류되고, 전류값들 I₁(4㎃), I₂, I₃, I₄ 및 I₅는 개별 유량 범위들 I, II, III, IV, 및 V에서의 여자 전류들로 사용된다. 이것으로 인해, 언제나 I₁ = 4㎃로 주어지는 여자 전류가 사용되는 경우와 비교할 때, 큰 전류치들을 사용함으로써 유량 범위 II 내지 V에서 계측을 행하여 높은 S/N비를 얻는 것이 가능해진다.

상기 경우에 있어서, 전술한 바와 같이, AC 구형파 형태의 여자 전류가 여자 코일(9C)에 인가될 때, 실제로 흐르는 여자 전류 파형 및 자속은 여자 코일(9C)의 특성에 따라 지연된다. 결과적으로, 검출 전극들(9A 및 9B)에서 얻어진 신호 기전력 즉 AC 유량 신호에 자속 미분 노이즈가 생성된다.

본 실시예에서, 표 1에 나타난 바와 같이, 제로 유량에서의 측정 유량들은 여자 전류 I1 내지 I5에 대응하여 메모리(5D)에 제로 조정 계수들 Vz(1) 내지 Vz(5)로서 미리 등록된다. 계측 유량이 계측 유량 산출부(5A)에 의해 산출되면, 그 때 여자 전류 Ii에 대응하는 제로 조정 계수 Vz(i)가 계측 유량을 보정하기 위해 사용된다.

도 10을 참조로 전술된 바와 같이, 자속 미분 노이즈에 기인하는 오차가 신호 기전력에 더해져서 중첩된다. 따라서, 각 여자 전류에 의해 생성되는 자속 미분 노이즈에 기인하는 오차에 대응하는 유량이 신호 기전력에서 산출된 계측 유량에서 감산(減算)될 수 있다. 여자 전류 Ii에서의 제로 조정 계수가 Vz(i) = e/k/B/D로 주어지면, 보정 이후의 계측 유량은 V = v - Vz(i)로 산출된다.

여자 전류가 복수의 단계들에서 절환되면, 오차는 도 11을 참조로 하여 설명된 자장-자속밀도 특성의 비선형에 또한 기인한다.

본 실시예에 있어서, 표 1에 나타난 바와 같이, 자장-자속밀도 특성의 비선형에 기인하는 자속 밀도 오차들을 나타내는 자속 밀도 비율들 또는 유량 비율들이 여자 전류들 I1, I2, I3, I4 및 I5에 대응되어 메모리(5D)에 여자 조정 계수들 A(1) 내지 A(5)로서 미리 등록된다. 계측 유량이 계측 유량 연산부(5A)에 의해 산출되면, 이때의 여자 전류 Ii에 대응하는 여자 조정 계수 A(i)는 계측 유량을 보정하기 위해 사용된다.

자장-자속밀도의 비선형성은 실제로 파이프라인에서 생성되는 자속 밀도 Bi와 계측 유량의 연산 때에서 각 여자 전류 Ii를 위해 사용된 표준 자속 밀도 Bi' 간의 오차로 나타난다. 이 경우에 있어서, 계측 유량 v는 자속 밀도와 반비례하기 때문에, 각 여자 전류에서의 표준 자속 밀도 Bi'에 대한 실제 자속 밀도 Bi의 비, 즉 A(i) = Bi/Bi'는 표준 자속 밀도 Bi'을 이용함으로써 산출된 계측 유량에 더해질 수 있다. A(i)를 여자 전류 Ii에서의 여자 조정 계수라 하면, 보정 이후의 계측 유량 V는 V = v·A(i)에 의해 산출된다. 공지된 유량 및 이에 대응하는 계측 유량의 비는 자속 밀도 비 대신에 여자 조정 계수 A(i)로서 사용될 수 있다.

자속 밀도 미분 노이즈에 기인하는 오차 및 자장-자속 밀도 특성의 비선형성으로 인한 오차 양자 모두가 보정되는 경우에는, 제로 조정 계수 Vz(i) 및 여자 조정 계수 A(i) 양자 모두가 V = v·A(i) - Vz(i)에 따라서 보정 이후의 계측 유량 V를 산출하기 위해 사용된다.

이러한 방식으로, 자속 미분 노이즈에 기인하는 오차와 자장-자속밀도 특성의 비선형성으로 인한 오차를 보정하기 위한 조정 계수들은 각 여자 전류에 대응되어 메모리(5D)에 미리 등록된다. 계측 유량이 계측 유량 산출부(5A)에 의해 산출되면, 그 때의 여자 전류에 대응하는 조정 계수가 계측 유량을 보정하기 위해 사용된다. 따라서, 여자 전류가 넓은 범위에서 절환되어도, 계측 유량은 매우 정확히 산출될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하여 제로 조정 계수 설정 방법을 설명하면 다음과 같다. 도 3은 제로 조정 계수 설정 처리를 도시한다. 도 4는 제로 조정 계수들을 설명한다.

연산 처리부(5)의 조정 계수 설정부(5C)는 도 3의 제로 조정 계수 설정 처리를 기초로 하여 개별 여자 전류들에서의 제로 조정 계수들을 미리 산출하고, 그것을 메모리(5D)에 설정/등록한다.

먼저, 상기 전자유량계의 파이프라인(9)에 미리 물을 넣는다(단계 S100). 이 때, 유량은 제로로 설정된다. 그 다음, 여자 전류 제어부(5B)는 개별 여자 전류들에서 미처리 여자 전류 Ik를 선택한다(단계 S101). 여자부(7)는 여자 전류 Ik를 여자 코일(9C)에 공급한다(단계 S102).

상기 작동에 따라서, 전극들(9A 및 9B)에서 생성된 신호 기전력은 제 1 단증폭기(1)에 의해 증폭되고, 그 결과 생기는 AC 유량 신호(11)는 통상의 유량 계측처럼 샘플/홀드부(2)에 의해 샘플링된다. 그 결과 생기는 DC 유량 신호(12)는 A/D 변환부(3)를 통해 계측 유량 산출부(5A)로 로딩되어, 제로 유량 때의 계측 유량을 산출한다(단계 S103).

이러한 방식으로, 제로 유량 때의 계측 유량은 선택된 여자 전류를 사용하여 한번 이상 산출되고, 평균화와 같은 통계처리가 행해진다(단계 S104). 이러한 작동으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 자속 미분 노이즈로 인한 오차 유량은 산출되고, 그 결과 생기는 오차 유량은 여자 전류 Ik에서의 제로 조정 계수 Vz(k)로 메모리(5D)에 저장된다(단계 S105).

제로 조정 계수 설정 처리가 모든 여자 전류들에 대해 완료되지 않으면(단계 S106: NO), 플로우는 단계 S101로 복귀하여 미처리된 여자 전류와 연관된 처리를 실행한다. 제로 조정 계수 설정 처리가 모든 여자 전류들에 대해 완료되면(단계 S106: YES), 일련의 제로 조정 계수 설정 작동이 종료된다. 결과적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 여자 전류들의 크기들에 따라 다른 자속밀도 미분 노이즈에 기인하는 오차들은 개별 여자 전류들을 위해 별도로 설정된다.

이러한 방식으로, 파이프라인(9)이 물로 채워지고 유량이 제로로 설정되는 동안에 통상 유량 계측과 동일한 처리 동작에 의해 계측되는 계측 유량들은 제로 조정 계수들로 설정된다. 이것으로 인해, 어떤 특별한 장치 또는 복잡한 처리 없이 제로 조정 계수들을 용이하게 설정하는 것이 가능하다. 또한, 제로 조정 계수들은 실제의 전자유량계 즉 변환기(10A) 및 검출기(10B)를 이용하여 변환기(10A)의 조정 계수 설정부(5C)에 의해 설정될 수 있기 때문에, 장치 간의 편차로 인한 오차는 작고 제로 설정 계수들은 매우 정확히 설정될 수 있다.

자속밀도 미분 노이즈에 대해서 장치들 간의 편차가 작다면, 복수의 전자유량계들에 의해 얻어지는 제로 조정 계수들은 통계처리될 수 있고, 그 결과로 생기는 대표 제로 조정 계수들은 개별 전자유량계들의 메모리들(5D)에 설정될 수 있다. 이것으로 인해, 변환기(10A)에 조정 계수 설정부(5C)가 있을 필요가 없다.

도 5 및 도 6을 참조하여 여자 조정 계수 설정 방법을 설명하면 다음과 같다. 도 5는 여자 조정 계수 설정 처리를 도시한다. 도 6은 여자 조정 계수들을 설명한다. 연산 처리부(5)의 조정 계수 설정부(5C)는 도 5의 여자 조정 계수 설정 처리를 기초로 개별 여자 전류들에서의 여자 조정 계수들을 미리 산출하여 메모리(5D)에 등록한다.

먼저 전자유량계의 파이프라인(9)이 비워진다(단계 S110). 그 다음, 여자 전류 제어부(5B)는 개별 여자 전류들에서 미처리 여자 전류 Ik를 선택한다(단계 S111). 여자부(7)는 여자 전류 Ik를 여자 코일(9C)에 공급한다(단계 S112).

이 때, 전자유량계의 파이프라인(9)에서 생성된 자속은 별도의 자속 계측 유닛을 이용하여 계측되고, 계측 결과는 조정 계수 설정부(5C)에 데이터로 입력된다(단계 S113). 조정 계수 설정부(5C)는 이러한 방식으로 외부로부터 입력된 복수의 계측 결과들, 즉 여자 전류 Ik에서의 복수의 자속들을 평균하는 것과 같은 통계처리를 한다(단계 S114). 이러한 작동으로, 여자 전류 Ik에서의 자장-자속밀도 특성의 비선형성을 포함하는 실제 자속 밀도 Bk가 구해질 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 실제 자속 밀도 Bk 및 유량 산출을 위해 사용된 표준 자속 밀도 Bk' 간의 관계가 미분 자속 밀도 △Bk를 이용하여 다음과 같이 표현될 수 있다:

Bk = Bk' - △Bk

본 실시예에 있어서, 이 값은 여자 조정 계수 A(k)를 이용하여 다음과 같이 표현될 수 있다:

Bk = A(k)·Bk'

그리고, 표준 자속 밀도 Bk'를 사용하여 산출된 계측 유량에 대해 곱셈을 하는 것만으로 보정이 행해진다. 예를 들면,

표준 자속 밀도 B' = a·H(단, a = H₅ / B₅)이면,

B₁ = B₁' - △B₁ = A(1)·B₁'

A(1) = B₁ / B₁'

B₂ = B₂' - △B₂ = A(2)·B₂'

A(2) = B₂ / B₂'

·

B₅ = B₅' - △B₅ = A(5)·B₅'

A(5) = B₅ / B₅'

따라서, 상기 여자 전류에서의 유량 산출에 사용된 표준 자속 밀도 Bk'에 대한 실제 자속 밀도 Bk의 비, 즉 Bk/Bk'는 구해지고(단계 S115), 구해진 비는 메모리(5D)에 여자 전류Ik에서의 여자 조정 계수 A(k)로서 저장된다(단계 S116).

여자 조정 계수 설정 처리가 모든 여자 전류들에 대해 완료되지 않으면(단계 S117: NO), 플로우는 단계 S111로 복귀하여 미처리 여자 전류와 관련있는 처리를 실행한다. 여자 조정 계수 설정 처리가 모든 여자 전류들에 대해 완료되면(단계 S117: YES), 일련의 여자 조정 계수 설정 작동은 종료된다. 이러한 작동으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 여자 전류들에 따라 상이한 자장-자속밀도 특성(71)에 대해서, 최소 오차로 자속을 근사화하는 여자 조정 계수 A(k)가 각 여자 전류에서 구해질 수 있다.

이러한 방식으로, 각 여자 전류에서 파이프라인(9)에서 실제로 생성된 자속밀도 Bk는 파이프라인(9)이 비워진 동안에 계측되고, 여자 전류에서의 유량 산출을 위해 사용된 표준 자속 밀도에 대한 실제 자속 밀도의 비는 여자 조정 계수로 설정된다. 이것으로 인해, 복잡한 처리 없이 여자 조정 계수들을 용이하게 설정하는 것이 가능하다. 또한, 여자 조정 계수들은 실제의 전자유량계 즉 변환기(10A) 및 검출기(10B)를 이용하여 변환기(10A)의 조정 계수 설정부(5C)에 의해 설정되기 때문에, 장치 간의 편차로 인한 오차는 작고, 여자 조정 계수들은 매우 정확히 설정될 수 있다.

자장-자속밀도 특성들에 대해서 장치들 간의 편차가 작다면, 복수의 전자유량계들에 의해 얻어지는 여자 조정 계수들은 통계처리될 수 있고, 그 결과로 생기는 대표 여자 조정 계수들은 개별 전자유량계들의 메모리들(5D)에 설정될 수 있다. 이것으로 인해, 변환기(10A)에 조정 계수 설정부(5C)가 있을 필요가 없다.

도 7을 참조로 하여 다른 여자 조정 계수 설정 방법을 설명하면 다음과 같다. 도 7은 다른 종류의 여자 조정 계수 설정 처리를 도시한다. 연산 처리부(5)의 조정 계수 설정부(5C)는 도 7의 여자 조정 계수 설정 처리를 기초로 하여 개별 여자 전류들에서의 여자 조정 계수들을 미리 산출하여 메모리(5D)에 등록한다.

먼저, 전자유량계의 파이프라인(9)은 물로 채워진다(단계 S120). 그 다음, 여자 전류 제어부(5B)는 개별 여자 전류들에서 미처리 여자 전류 Ik를 선택한다. 여자부(7)는 여자 전류 Ik를 여자 코일(9C)에 공급한다(단계 S122).

그 다음, 파이프라인(9) 내에 유체가 실제로 흐르도록 한다(단계 S123). 그리고, 계측 유량 산출부(5A)는 통상 계측 작동에 의해 계측 유량을 산출한다(단계 S124). 이러한 동작을 따라서, 파이프라인(9) 내에서 흐르는 유체의 실제 유량은 별도의 저울(balance)로 계측되고, 계측 결과는 조정 계수 설정부(5C)에 데이터로 입력된다(단계 S125). 조정 계수 설정부(5C)는 이러한 방식으로 외부에서 입력된 복수의 계측 결과들 즉 여자 전류 Ik에서의 실제 유량들을 평균하는 것과 같은 통계 처리를 행한다(단계 S126). 이러한 처리로써, 자장-자속 밀도 특성의 비선형성으로 인한 오차를 포함하지 않는 실제 유량 V가 구해지고, 계측 유량 v에 대한 실제 유량 V의 비 즉 V/v가 계측 유량 산출부(5A)에 의해 산출된다(단계 S127). 이 값은 여자 전류 Ik에서의 여자 조정 계수 A(k)로 메모리(5D)에 저장된다(단계 S128).

여자 조정 계수 설정 처리가 모든 여자 전류들에 대해 완료되지 않으면(단계 S129: NO), 플로우는 단계 S121로 복귀하여 미처리 여자 전류와 연관된 처리를 실행한다. 여자 조정 계수 설정 처리가 모든 여자 전류들에 대해 완료되면(단계 S129: YES), 일련의 여자 조정 계수 설정 작동은 종료된다. 이러한 처리로써, 여자 전류들에 따라 다른 자장-자속밀도 특성의 비선형성으로 인한 오차들에 대해서, 각 여자 전류에 대한 보정을 행하는 여자 조정 계수 A(k)가 구해질 수 있다.

이러한 방식으로, 여자 유량계에 의해 실행된 계측에 의해 구해진 계측 유량에 대한 파이프라인(9)에서의 실제 흐름 테스트를 행함으로써 구해진 실제 유량 의 비가 여자 조정 계수로 설정된다. 이것에 의해서, 어떤 복잡한 처리 없이 자장-자속밀도 특성의 비선형성으로 인한 오차를 정확히 보정할 수 있는 여자 조정 계수들을 설정하는 것이 가능하다. 또한, 여자 조정 계수들은 실제 전자유량계 즉 변환기(10A) 및 검출기(10B)를 사용하는 조정 계수 설정부(5C)에 의해 설정될 수 있기 때문에, 장치 간의 편차로 인한 오차들이 작고 여자 조정 계수들이 매우 정확히 설정될 수 있다.

장치들 간의 편차들이 자장-자속밀도 특성들에 대해서 작으면, 복수의 전자유량계들에 의해 구해진 여자 조정 계수들은 통계처리되고, 그 결과로 생기는 대표 여자 조정 계수들은 개별 전자유량계들의 메모리(5D)에 설정된다. 이것으로 인해, 변환기(10A)를 위해 조정 계수 설정부(5C)가 있을 필요가 없다.

도 8을 참조하여 또다른 여자 조정 계수 설정 방법을 설명하면 다음과 같다. 도 8은 또다른 종류의 여자 조정 계수 설정 처리를 도시한다. 연산 처리부(5)의 조정 계수 설정부(5C)는 도 8의 여자 조정 계수 설정 처리를 기초로 개별 여자 전류들에서의 여자 조정 계수들을 미리 산출하여, 메모리(5D)에 등록한다.

먼저, 유체가 소정의(공지된) 유량으로 전자유량계의 파이프라인(9) 내에서 흐르도록 한다(단계 S130). 그 다음, 여자 전류 제어부(5B)는 개별 여자 전류들에서 미처리 여자 전류 Ik를 선택한다(단계 S131). 여자부(7)는 여자 전류 Ik를 여자 코일(9C)로 공급한다(단계 S132).

이 때, 계측 유량 산출부(5A)는 통상 계측 작동을 실행함으로써 계측 유량을 산출한다(단계 S133). 여자 계수 설정부(5C)는 이러한 방식으로 계측 유량 산출부(5A)에 의해 계측된 복수의 계측 유량들을 평균하는 것과 같은 통계처리를 행한다(단계 S134). 결과적으로, 자장-자속밀도 특성들의 비선형성으로 인한 오차를 포함하는 계측 유량 V가 구해지고, 계측 유량 v에 대한 파이프라인(9)에서 실제로 흐르는 유체의 소정의 유량 V의 비가 구해진다(단계 S135). 그 다음, 이 값은 여자 전류 Ik에서의 여자 조정 계수 A(k)로 메모리(5D)에 저장된다(단계 S136).

여자 조정 계수 설정 처리가 모든 여자 전류들에 대해서 완료되지 않았으면(단계 S137: NO), 플로우는 단계 S131로 복귀하여, 미처리 여자 전류와 연관된 처리를 수행한다. 여자 조정 계수 설정 처리가 모든 여자 전류들에 대해 완료되면(단계 S137: YES), 일련의 여자 조정 계수 설정 동작들은 종료된다. 이러한 처리로써, 여자 전류들에 따라 다른 자장-자속밀도의 비선형성으로 인한 오차들에 대해서, 각 여자 전류에 대한 보정을 행하는 여자 조정 계수 A(k)가 구해질 수 있다.

이러한 방식으로, 전자유량계에 의해 행해진 계측에 의해 구해진 계측 유량에 대한 파이프라인(9)에서 실제 흐름 실험을 행함으로써 구해진 소정의 유량의 비가 여자 조정 계수로 설정된다. 이것에 의해서, 어떠한 복잡한 처리 없이 자장-자속밀도 특성의 비선형성으로 인한 오차를 정확히 보정할 수 있는 여자 조정 계수들을 설정하는 것이 가능하다. 또한, 여자 조정 계수들은 실제 전자유량계 즉 변환기(10A) 및 검출기(10B)를 사용하는 조정 계수 설정부(5C)에 의해 설정될 수 있기 때문에, 장치 간의 편차로 인한 오차들이 작고 여자 조정 계수들이 매우 정확히 설정될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 연산 처리부의 여자 전류 제어부는 산출된 계측 유량에 따라서 여자 전류들의 전류치로서 미리 준비된 복수의 전류치들 중 하나를 절환/선택한다. 신호 기전력에서 계측 유량을 산출함에 있어서, 계측 유량 산출부는 여자 전류들의 개별 전류치들에 대응되어 미리 설정된 조정 계수들 중 신호 기전력이 구해진 여자 전류의 전류치에 대응되는 한 조정 계수를 기초로 하여 신호 기전력에서 산출된 계측 유량을 보정한다. 이것으로 인해, 여자 전류가 넓은 범위의 복수의 단계에서 절환되더라도 계측 유량을 정확히 산출하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자유량계의 구성을 도시하는 블록 다이어그램이다.

도 2는 도 1의 전자유량계에 대한 여자 전류 절환 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

도 3은 제로 조정 계수 설정 처리를 도시하는 플로우차트이다.

도 4는 제로 조정 계수들을 설명하기 위한 그래프이다.

도 5는 여자 조정 계수 설정 처리를 도시하는 플로우차트이다.

도 6은 여자 조정 계수들을 설명하기 위한 그래프이다.

도 7은 다른 종류의 여자 조정 계수 설정 처리를 도시하는 플로우차트이다.

도 8은 또다른 종류의 여자 조정 계수 설정 처리를 도시하는 플로우차트이다.

도 9는 종래의 전자유량계에 대한 여자 전류 절환 방법을 도시하는 그래프이다.

도 10은 자속 밀도 미분 노이즈로 인한 오차를 설명하기 위한 그래프이다.

도 11은 자장-자속밀도 특성의 비선형성으로 인한 오차를 도시하는 신호 파형 다이어그램이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10A: 변환기 1: 제 1 단증폭기

2: 샘플/홀드부 3: A/D 변환부

5: 연산처리부 5A: 계측유량산출부

5B: 여자전류제어부 5C: 조정계수설정부

5D: 메모리 6: 출력부

7: 여자부 8: 스위칭부

9: 파이프라인 10B: 검출기

Claims

파이프라인 내에 흐르는 유체에 자장을 인가하는 코일(9c);

상기 코일에 여자(勵磁) 전류(exciting current)를 공급하기 위한 여자 수단(7);

여자된 유체에서 검출되는 계측 신호를 기초로 하여 계측 유량을 산출(算出)하기 위한 연산 처리 수단(5)을 포함하고,

상기 연산 처리 수단(5)은, 계측 신호로부터 계측 유량을 계산함에 있어서, 여자 전류들의 전류치들과 대응되도록 미리 설정된 조정계수들 중 계측 신호가 얻어질 때의 여자 전류의 전류치에 대응하는 하나의 조정계수를 기초로 하여 계측 신호로부터 산출된 유량을 보정하는 계측 유량 산출 수단(5A)을 포함하는 전자유량계(電磁流量計).
제 1 항에 있어서,

상기 연산 처리 수단(5)은 여자 전류들의 전류치들로서 미리 준비된 복수의 전류치들 중 하나를 산출된 유량에 따라서 절환/선택하는 여자 전류 절환 제어 수단(5B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자유량계.
제 2 항에 있어서,

상기 연산 처리 수단(5)은 상기 여자 전류 절환 제어 수단(5B)에 의해 절환되는 각 여자 전류에 대한 유량을 보정하기 위한 조정 계수를 산출하는 조정 계수 설정 수단(5C)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자유량계.
제 1 항에 있어서,

상기 계측 유량 산출 수단(5A)은, 여자 전류들의 개별 전류치들을 위한 다른 레벨들에서의 신호 기전력에서 생성되는 자속 미분 노이즈(magnetic flux differential noise)를 보정하기 위해 사용되는 조정 계수로서 제로 조정 계수를 사용하는 것을 특징으로 하는 전자유량계.
제 1 항에 있어서,

상기 계측 유량 산출 수단(5A)은, 자장-자속 특성의 비선형성으로 인한 여자 전류들의 개별 전류치들에 대한 다른 레벨들에서 생성되는 상기 코일의 실제 자속 밀도와 계측 유량 산출을 위한 표준 자속 밀도 사이의 오차를 보정하기 위해 사용되는 조정 계수로서 여자 조정 계수를 사용하는 것을 특징으로 하는 전자유량계.
제 1 항에 있어서,

상기 계측 유량 산출 수단(5A)은, 여자 전류들의 개별 전류치들에 대한 다른 레벨에서의 신호 기전력에서 생성되는 자속 미분 노이즈(magnetic flux differential noise)를 보정하기 위해 사용되는 제로 조정 계수와, 자장-자속 특성의 비선형성으로 인한 여자 전류들의 개별 전류치들에 대한 다른 레벨들에서 생성되는 상기 코일의 실제 자속 밀도와 계측 유량 산출을 위한 표준 자속 밀도 사이의 오차를 보정하기 위해 사용되는 여자 조정 계수를 조정 계수들로서 사용하는 것을 특징으로 하는 전자유량계.
제 6 항에 있어서,

상기 제로 조정 계수는 각 전류치를 갖는 여자 전류를 공급함으로써 얻어지는 제로 유량에서의 신호 기전력으로부터 산출되는 계측 유량치인 것을 특징으로 하는 전자유량계.
제 7 항에 있어서,

상기 여자 조정 계수는, 전류치에 대응하는 표준 자속 밀도와 각 전류치를 갖는 여자 전류를 공급함으로써 실제로 계측되는 파이프라인 내의 자속 밀도 간의 자속 밀도 비인 것을 특징으로 하는 전자유량계.
제 7 항에 있어서,

상기 여자 조정 계수는, 계측 유량이 산출될 때 독립적으로 계측된 유량과 각 전류치를 가지는 여자 전류가 공급되고 유체가 실제로 흐르도록 된 때 생성되는 신호 기전력으로부터 산출된 계측 유량 간의 유량 비인 것을 특징으로 하는 전자유량계.
제 7 항에 있어서,

상기 여자 조정 계수는, 공지된 소정의 유량과 각 전류치를 가지는 여자 전류가 공급되고 유체가 소정의 유량으로 흐르도록 된 때에 생성되는 신호 기전력으로부터 산출된 계측 유량 간의 유량 비인 것을 특징으로 하는 전자유량계.
제 1 항에 있어서,

유체를 통해 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 검출 전극들(9A, 9B);

상기 검출 전극들 간에서 발생된 검출 신호를 계측 신호로 샘플링하여 얻어진 DC 유량 신호를 계측 신호로 변환하고, 상기 신호를 상기 계측 유량 산출 수단(5A)으로 출력하는 신호 처리 수단(1, 2, 3);

을 더욱 포함하는 전자유량계.
제 11 항에 있어서,

상기 신호 처리 수단(1, 2, 3)은

상기 검출 전극들에서 얻어진 검출 신호 내의 노이즈를 감쇄시키고 상기 신호를 증폭하는 증폭 수단(1);

상기 증폭 수단에서 출력된 신호를 샘플링하여 DC 유량 신호를 출력하는 샘플링 수단(2); 및

상기 샘플링 수단에서 출력된 DC 유량 신호를 A/D 변환하여 상기 신호를 유량 신호로 변환하는 A/D 변환 수단(3);

을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자유량계.