JP2010505121A - 検証を備える磁気流量計 - Google Patents

Abstract

磁気流量計（２０）が提供され、プロセス流体の流れを受けるように配設された磁気流管（２２）を含む。磁気流管（２２）は、駆動コイル（２６）と、少なくとも一つの検知電極（３０、３２）とを含む。測定回路（１５４）は、流管（２２）に結合され、駆動コイル（２６）に駆動信号を提供し、検知電極（３０、３２）からの出力に基づいて、流管（２２）を通るプロセス流体（２１）の流れを測定するように構成される。メモリ（２０４）は、流管の公称のパラメータに関連する記憶された値（２２２）を収容する。検証回路（２００）は、磁気流管（２２）のパラメータを測定し、測定されたパラメータと記憶された値との比較に基づいて、磁気流量計（２２）の動作に関する検証出力（２１０）を応答的に提供するように配設される。

Description

本発明は、プロセス測定及び制御産業に関する。より詳細には、本発明は、プロセス流体の流れを測定するために用いられるタイプの磁気流量計に関する。

磁気流量計は、流管を通る導電性プロセス流体の流れを測定するために用いられる。導電性流体は、電磁石及び電極を通過して流れる。ファラデーの電磁誘導の法則に従い、印加された磁界によって、流体内に起電力（ＥＭＦ）が誘導される。ＥＭＦは、流体の流速に比例する。複数の電極は、流管の中に位置付けられて、流れている流体と電気的に接触する。複数の電極は、これを用いて流量を判定することができる流体内に磁気的に誘導されるＥＭＦを検知する。ＥＭＦは、両電極をつないで接続されたフロントエンド差動増幅器を用いた流量計によって測定される。プロセス流体の電位は、差動増幅器の基準として用いられる。

工業用設備によっては、流量計の較正は、一定の範囲内、たとえば精度に必要とされる割合になるように検証されることが必要である。さまざまな技術を用いて、流量計の動作が検証される。これには、プロセスを停止すること、プロセスから流管を取り除くこと、及び流管を現場から離れた場所に送って較正を検証することが含まれる。現場から離れた場所は、たとえば工場、認可を受けた研究所、又はさらなる機器、たとえば「プローバ（照明用機器）」又は基準計器を用いて試験が行われる室内の場所の場合がある。幾つかの構成では、流管及びトランスミッタに接続された外部装置を用いることができる。そして、この外部装置は、流管及びトランスミッタの本来の特性が、著しく変化してしまわないことを検証する。これらの手順は、コストがかかり、わずらわしく、試験を行うために訓練された技術者を必要とする。

磁気流量計は、プロセス流体の流れを受けるように配設された磁気流管を含んで提供される。磁気流管は、駆動コイルと、少なくとも一つの検知電極とを含む。測定回路は、流管に結合され、駆動コイルに駆動信号を提供し、検知電極からの出力に基づいて、流管を通るプロセス流体の流れを測定するように構成される。メモリは、流管の公称のパラメータに関連する記憶された値を収容する。検証回路は、磁気流管又は流量計のパラメータを測定し、測定されたパラメータと記憶された値との比較に基づいて、磁気流量計の動作に関する検証出力を応答的に提供するように配設される。

本発明の流量計を示す部分切取図を示す斜視切取図である。 図１の流量計の電気ブロック図である。 本発明の検証回路を示すブロック図である。 図３に示された検証回路によって用いられる試験回路を示す、簡略化されたブロック図である。

本発明は、計器の内部に設けられた回路を有する流管又は磁気流量計の動作を検証するための方法及び装置を提供する。この構成は、停止させたり、流管を運用から取り除いたりするプロセスを必要とせず、別個のあるいはさらなる機器、又は試験を行うために訓練された作業員を必要としない。

磁気流量計には、流量計に関連している磁気流管及び／又はトランスミッタ回路のパラメータを測定する検証回路が設けられる。検証回路は、関連した電子回路を含む流管のパラメータを測定するように構成されることができる。回路は、測定されたパラメータと、パラメータの公称値に関連して記憶された値との比較に基づいて、検証出力を応答的に提供する。比較は、たとえば閾値、経時変化等に基づくことができる。一つ以上のパラメータを測定して検証することができ、検証出力は複数の比較又は他のアルゴリズムの関数であってもよい。たとえば、一つの測定が、特定の構成要素が劣化しているが、依然として許容限度内で動作していることを示していて、一方で別の測定が、第二の構成要素もまた劣化していて、許容限度内で動作していることを示しているとする。しかし、２つの劣化した構成要素の組合せでは、磁気流量計の全体的な動作が、許容できる精度範囲外であることの検証を提供するように用いることができる。監視し得るパラメータの例は、流管の駆動コイルの電気抵抗、駆動コイルの電気インダクタンス、流管の検知電極の抵抗及び磁気流量計からのアナログ出力、流量計のフロントエンドの電子機器の動作、流管のコイルに与えられた駆動電流の波形及びレベル、パルス出力、ディジタル入出力、又は他を含むが、これらに限定されない。

図１は、本発明の実施形態が有用である磁気流量計の一つの実施形態の部分切取図である。磁気流量計２０は、低透磁性材料で形成され、電気絶縁ライナ２３を備える流管２２、コイル、強磁性コア又はシールド２８によって形成される電磁石２６及び検知電極３０、３２を含む。電磁石２６及び電極３０、３２は、接地電極３５と同様、トランスミッタ回路３４に配線される。動作時、トランスミッタ回路３４は、電流によって電磁石２６を駆動し、電磁石２６は、流管２２の内側に、矢印によって示される磁界３６を作り出す。プロセス液体２１は、流管２２内の磁界を通って流れ、流れは、液体２１内に起電力（ＥＭＦ、電圧）を誘導する。絶縁ライナ２３は、液体２１から金属流管２２へのＥＭＦの漏洩を防止する。電極３０、３２は、液体２１に接触して、ファラデーの法則により流管２２内の液体２１の流量に比例するＥＭＦを捕捉又は検知する。

図２は、磁気流量計２０の回路の概略図である。磁気流量計２０は流管２２を含み、流管２２は、流動する液体２１を運ぶように適合された絶縁ライナ２３を有し、流動する液体２１は流管２２に電気的に結合して、通常はアース接地１３０に接続される。電磁石２６は、駆動回路１５２からの駆動信号に応答して、プロセス流体に磁界を与えるように位置付けられる。電極３０及び３２は、それぞれ増幅器１５０及び１４８を通して、測定回路１５４に結合する。測定回路１５４は、既知の技術に従って、流れに関する出力を提供する。

図２は、本発明の流量計検証回路２００をさらに示す。検証回路２００の動作は、以下により詳細に説明される。検証回路２００は、出力２１０を提供する。この出力は、流量計２０内部で用いられるために局所的に提供されるか、又は遠隔地に送信される場合がある。遠隔地への伝送は、任意の適切な手段を通してもよい。たとえば、出力２１０は、ＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコル、フィールドバス（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）プロトコル、又は他の有線通信技術に従って動作する２線式プロセス制御ループ上で運ばれてもよい。別の例では、検証回路２００からの出力２１０は、ワイヤレス通信技術を用いて送信される。たとえば、情報は、無線周波数通信リンクをわたって、遠隔地に提供されてもよい。遠隔地は、たとえば流量計２０に結合された試験機器、遠隔制御室、又は他の装置であってもよい。測定回路１５４及び検証回路２００からの出力は、通信回路１６０に提供される。図２に示された実施形態では、通信回路１６０は、２線式プロセス制御ループ１６２に結合しているとして示されている。

図３は、検証回路２００の簡略化されたブロック図である。検証回路２００は、試験回路２０２、メモリ２０４及び出力回路２０６を含む。出力回路２０６は、出力２１０を提供するように構成される。検証回路２００を含むさまざまな構成要素を、流量計２０の他の要素に統合させてもよい。たとえば、メモリ２０４を、流量計２０の他の構成要素と共有させてもよい。同様に、試験経路２０２は、個別の構成要素によって形成されてもよく、又は他の構成要素、たとえばマイクロプロセッサ、増幅器、アナログ・ディジタル変換器、センサ等と共有であってもよい。出力回路２０６は、流量計２０内部からの他の回路から独立した出力回路であってもよく、又は流量計内部の他の回路、たとえばマイクロプロセッサ等と共有であってもよい。

試験回路２０２は、流量計回路２２０をインターフェースするものとして示される。流量計回路２２０は、流量計２０で用いられる回路のいずれかであってもよい。

動作中、試験回路２０２は、流量計回路２２０の試験を行う。試験結果は、メモリ２０４に記憶された公称のパラメータ値２２２と比較される。公称のパラメータ値は、特定値、パーセント範囲による値、値域、又は流量計回路２２０に行われた試験からの許容可能な結果を特定する他の方法であってもよい。この比較に基づいて、検証回路２２０から、出力回路２０６によって出力が提供される。このことは、装置が直ちに修理される必要があるか、又は装置が許容可能な動作限界外にあることを示す場合がある。より複雑な構成では、メモリ２０４は、複数の公称のパラメータ値２２２を記憶し、試験回路２０２は、複数の流量計回路２２０又は流量計の他の態様に試験を行う。そして試験回路２０２は、複数の試験に基づいて出力を提供し得る。たとえば、多数の個々の試験が、総体的に許容可能な限度内である場合であっても、試験によって、流量計全体が正しく動作していないか、又は許容可能な限度内でないことが示される場合がある。これらの試験が現場で行われ、流量計は運用から取り除かれる必要がないことに留意されたい。

図４は、より詳細に示された試験回路２０２を示す簡略化されたブロック図である。試験回路２０２は、試験機能２３０及びセンサ２３２を含むものとして図示されている。試験機能２３０及びセンサ２３２は、流量計回路２０２に結合する。センサ２３２からの出力は、アナログ・ディジタル変換器２３６に提供され、アナログ・ディジタル変換器はマイクロプロセッサ２３８にディジタル出力信号を提供する。マイクロプロセッサ２３８はまた、試験機能２３０を制御するものとして図示されている。マイクロプロセッサ２３８は、スタンドアロン型マイクロプロセッサであってもよく、又は、たとえば図２に図示された測定回路１５４の一部であってもよい。マイクロプロセッサは、たとえばメモリ２０４に記憶された命令に従って動作してもよい。

試験機能２３０を用いて、流量計回路２２０の構成要素又は回路に、試験機能又は信号を与えることができる。センサ２３２を用いて、流量計回路２２０の構成要素又は回路のパラメータを測定してもよい。特定の例を参照すると、試験機能２３０は電流源を含んでもよく、センサ２３２は電圧センサを含んでもよい。そのような構成では、マイクロプロセッサ２３８は、与えられた電流レベルに応じて、構成要素の両端の電圧降下を監視することによって、抵抗値を測定することができる。同様に、他のパラメータ、たとえばインダクタンス又は静電容量は、時間変化信号を有する試験機能を用いることによって測定することができる。

一つの構成では、試験機能２３０は、流量計の通常動作中に、又は流量計の既存の構成要素を通して提供され得る。たとえば、図２に示されたコイル駆動回路１５２は、コイル２６を試験するための試験機能を提供することができる。試験機能信号は、通常動作中に用いられるコイル駆動信号を含んでもよい。そのような構成では、センサ２３２を用いて、コイルのパラメータ、たとえば動作中のコイル２６両端の時間変化電圧を測定する。

一例の構成では、試験回路２０２は、コイル２６の抵抗を測定するように配設される。このことは、たとえば試験機能を与えて、結果として生じる電圧降下又はコイル２６を通る電流を測定することによることができる。上述のように、別の構成では、コイル駆動回路１５２によって試験機能が与えられる。別の例の構成では、コイルのインダクタンスが測定される。試験回路２０２はまた、電極２０２の抵抗を測定するように構成されてもよい。そのような構成では、試験機能２３０は、電極３０及び３２を通して電流を与えるように構成することができる。この構成では、センサ２３２は、電極３０及び３２からの電圧を測定するように配設された増幅器１４８及び１５０に統合されてもよい。測定の実行に用いられる回路の動作を検証することに加え、検証回路２００は、トランスミッタ通信に関連する構成要素を測定するように構成することができる。たとえば、試験回路２０２は、プロセス制御ループ１６２上で運ばれるアナログ電流レベルを測定するように構成されてもよい。同様に、コイル駆動回路１５２によってコイル２６に与えられた電流のレベルを、センサ２３２を用いて測定してもよい。トランスミッタの他の「フロントエンド」電子機器を試験することができる。たとえば、試験機能２３０は、流管を通る流れがもたらす、電極３０及び３２による電極電圧をシミュレートするように構成することができる。シミュレートされた検知電圧に基づいて、入力回路を試験して、増幅器又は他の構成要素の正しい動作を判定することができる。

公称のパラメータ値２２２は、不揮発性メモリに記憶されてもよい。その値は、工場で出荷する前かつフィールド位置に送り出す前に、メモリ内に配置することができる。メモリ内に複数の値を記憶させてもよく、これが全体として流量計２０のさまざまな構成要素の特徴付けを提供する。そして、これらの値を測定値と比較して、動作中に流管の較正にずれがないかを検証することができる。データは多数の方法で引き出すことができ、たとえば工場の測定、メモリ内に配置された値と外部機器の測定、流量計２０が最初に作動したときの検証回路２００自体による測定を含む。

試験回路２０２によって行われる特定の試験は、所望に応じて選択してもよい。たとえば、合否判定試験は、公称のパラメータ値２２２から記憶された値に由来する測定値の偏差に基づいて行使されてもよい。たとえば、プロセス制御ループ１６２を出るアナログ出力が２０ｍＡであり、かつ測定された出力が２０ｍＡのＸパーセント以内である場合、特定の回路は、正しく動作しているとして示される場合がある。

上述のように、試験回路２０２を適切な測定技術で用いて、いずれの回路を測定してもよい。たとえば、コイル電圧をコイル電流で除算することによって、コイル抵抗を測定してもよい。そのような構成では、センサ２３２が２つ必要とされる場合があり、一つは電圧測定用であり、一つはコイル電流の変化率用である。インダクタンスＬは、次式を解くことによって測定され得る。

電極抵抗が測定でき、たとえばコモンモード信号が電極３０及び３２に与えられ、信号の減衰を用いて抵抗を判定する。アナログ・ディジタル変換器を用いて、プロセス制御ループ１６２上の電流出力の測定を行使してもよい。コイル電流は、コイル２６と直列に配置されたセンサ２３２の検知抵抗を含み、結果として得られる電圧降下を測定することによって測定されてもよい。他の構成要素に対して他の試験を行ってもよく、本発明は、本明細書に記載されたものに限定されない。

本発明では、プロセス流体の流れの通常測定中に、磁気流量計の検証を行うことができ、流れ情報の出力を遮ることがない。一つの構成では、検証は、流量計の通常動作のバックグラウンドで行われる。検証はトランスミッタ自体によって行われ、外部ツールを必要としない。トランスミッタは、それ自体の動作に加え、流管を検証するように構成される。公称のパラメータは、公称の動作を示す「シグネチャ(サイン)」を提供する。パラメータは、流量計の製造中、流量計の初期設置中、又はその後の期間に記憶させることができる。たとえば、公称のパラメータは、流量計がフィールド位置で運転状態になった後に、メモリに記憶させることができる。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者においては、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく、形状及び詳細に変更を加えてもよいことが認識されよう。

Claims (21)

1. プロセス流体の流れを受けるように配設され、駆動コイルと、少なくとも一つの検知電極とを含む磁気流管と、
   駆動コイルに駆動信号を提供し、少なくとも一つの検知電極からの出力に基づいて、流管を通るプロセス流体の流れを測定するように構成された、流管に結合された測定回路と、
   流管の公称のパラメータに関連する記憶された値を収容するように構成されたメモリと、
   磁気流管のパラメータを測定し、測定されたパラメータと記憶された値との比較に基づいて、磁気流量計の動作に関する検証出力を応答的に提供するように配設された検証回路と、
   を含む磁気流量計。
2. 測定回路が、検証回路の動作中に流れを測定するように構成される、請求項１記載の装置。
3. 検証回路が、流管のコイルの抵抗を測定するように構成される、請求項１記載の装置。
4. 検証回路が、流管のコイルのインダクタンスを測定するように構成される、請求項１記載の装置。
5. 検証回路が、流管の電極のプロセス接地への抵抗を測定するように構成される、請求項１記載の装置。
6. 検証回路が、２線式プロセス制御ループ上に配置された出力を測定するようにさらに構成される、請求項１記載の装置。
7. 検証回路が、測定回路によって駆動コイルに与えられた駆動信号の電流の電流レベルを測定するように構成される、請求項１記載の装置。
8. 公称のパラメータ値が、流量計の製造中又は初期設置中にメモリに記憶される、請求項１記載の装置。
9. 公称のパラメータ値が、検証回路によってメモリに記憶される、請求項１記載の装置。
10. メモリが、複数の公称のパラメータを記憶するように構成され、検証回路が、複数の測定されたパラメータと、複数の記憶された公称のパラメータとの比較に基づいて、検証出力を提供する、請求項１記載の装置。
11. 公称のパラメータ値が、パルス出力、ディジタル入力及びディジタル出力からなる値の群から選択される、請求項１記載の装置。
12. 公称のパラメータ値が、磁気流量計のフィールド位置での動作中にメモリに記憶される、請求項１記載の装置。
13. プロセス流体の流れを受けるように配設された磁気流管をプロセス流体の流れに結合させ、駆動コイルと少なくとも一つの検知電極とを含んだ磁気流管を、プロセス流体の流れに電気的に結合することと、
    磁気流管のパラメータを測定することと、
    流管の公称のパラメータに関連して、記憶された値を取り出すことと、
    磁気流管の測定されたパラメータと、流管の公称値に関連して記憶された値との比較に基づいて、検証出力を提供することと、
    を含む、磁気流量計の動作を検証するための方法。
14. パラメータを測定することが、流管のコイルの抵抗を測定することを含む、請求項１３記載の方法。
15. パラメータを測定することが、流管のコイルのインダクタンスを測定することを含む、請求項１３記載の方法。
16. パラメータを測定することが、流管の電極の抵抗を測定することを含む、請求項１３記載の方法。
17. パラメータを測定することが、２線式プロセス制御ループ上に配置された出力を測定することをさらに含む、請求項１３記載の方法。
18. 検証回路が、測定回路によって駆動コイルに与えられた駆動信号の電流の電流レベルを測定するように構成される、請求項１３記載の方法。
19. 公称のパラメータ値が、流量計の製造中又は初期設置中にメモリに記憶される、請求項１３記載の方法。
20. 公称のパラメータ値が、検証回路によってメモリに記憶される、請求項１３記載の方法。
21. 複数の公称のパラメータを記憶することを含み、検証出力が、複数の測定されたパラメータと、複数の記憶された公称のパラメータとの比較に基づく、請求項１３記載の方法。

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