JP3629421B2 - 面積式流量計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流れる媒体に対する面積式流量計であって、重力に抗して媒体が貫流することができる測定管と、該測定管に設けられておりかつ少なくとも流れ方向において可動の浮子とを有する形式のものに関する。
【０００２】
更に本発明は、流れる媒体に対する面積式流量計の状態予測方法であって、ここで面積式流量計が重力に抗して媒体が貫流する測定管と、該測定管に設けられておりかつ少なくとも流れ方向において可動の浮子とを有するというそういう形式の状態予測方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
面積式流量計は前世紀の半ば以来、閉じられた管路における体積流量を検出するために使用されてきている。これらは今日でもなお、化学工業およびプロセス技術工業における流量測定装置において多種多様に見ることができる。
【０００４】
面積式流量計（フロート形流量測定装置とも言われている）は最も簡単な実施形態において円錐形の測定管と浮子とから成っている。その際測定管には重力に抗して、すなわち下方から上方に向かって媒体が貫流する。この媒体の流量を測定するのである。測定管として、上に向かって拡くなっている円錐形の管（テーパ管）が使用される。管の中に、浮子、有利な構造になっている、少なくとも流れの方向において任意に移動するようになっている測定体が存在している。これは測定管とともに絞り個所を形成している。浮子の密度は測定管を流れる媒体より大きい。流量に依存して、浮子は安定した状態において測定管内の所定の高さ位置に落ち着く。この高さ位置は、流れによって引き起こされる、浮子に伝達されるハイドロダイナミックな力（浮子に作用する液体の抗力）と、浮子の重量ないし浮力の差との平衡によって生じる。それから浮子のストロークとも称される、浮子のこの高さ位置は観察者によって直接透明な測定管における目盛りを介して直接読み取られるかまたは例えば磁石を用いた結合によって外部の目盛りおよび／または電気的な測定検出器に伝達される。
【０００５】
浮子が所定のストロークを有している、浮子の安定した状態においても、浮子は流れの状態が一定である場合ですら、完全には静止しておらず、流れの方向ないしこれとは反対の方向において振動運動を実施する。更に、普通は、流れの方向に対して垂直である、浮子の振動運動も浮子の回転運動も観察することができる。このことはＤＥ１９６２４９７４Ｃ号に記載の面積式流量計によれば、浮子の振幅、すなわち最大の振れを検出しかつ解析しかつ浮子の振幅が予め決められている最小値を下回るとき、エラーないし警報信号を出力することによって利用される。その際、エラーないし警報信号は面積式流量計のエラー状態を、すなわち測定管中での浮子のブロックを示唆している。従ってこの公知の面積式流量計によって、浮子の突発的に生じた機械的なブロック状態を検出することができるので、ブロックが生じている、浮子のストロークを、流量を表している実際の測定値として解釈してしまうことは回避される。
【０００６】
従って、従来技術から公知の上述した面積式流量計では、浮子の振動運動を使用して、測定管中の浮子を直接観察することができない不透明な測定管において、浮子のブロックを検出するようになっている。しかし従来技術から公知のこの面積式流量計では、実際に、面積式流量計の誤機能が生じたとき漸く、相応のエラーないし警報信号が出力される点は不都合である。すなわち、その場合状況によっては、媒体の流量が少なすぎるまたは多すぎるというだけで管系またはこれに接続されている系において損傷が生じるからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
それ故に本発明の課題は、面積式流量計の更なる展開およびその後に生じる可能性があるエラー状態に関するデータもしくは情報を得ることができるようにした面積式流量計並びに面積式流量計の状態予測方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上に導き出しかつ示された課題が解決されている面積式流量計は、検出装置が設けられており、該検出装置によって、浮子の動きを検出可能であり、浮子の動きに相応する動き信号が生成可能であり、浮子の動きに相応する該動き信号が予測ユニットに供給可能であり、該動き信号は該予測ユニットにおいて浮子の動きに対して期待される値と比較可能でありかつ前記動き信号の、期待される値からの偏差に基づいて予測ユニットによって、面積式流量計の予測される、今後期待される状態に関する情報が生成可能でありかつ出力可能であることを特徴としている。
【０００９】
更に上に導き出しかつ示された課題が解決されている本発明の面積式流量計の状態予測方法は、浮子の動きを動き信号の形において検出し、浮子の動きに相応する該動き信号を浮子の動きに対して期待される値と比較しかつ前記動き信号の、期待される値からの偏差に基づいて、面積式流量計の予測される、今後期待される状態に関する情報を生成しかつ出力することによって特徴付けられている。
【００１０】
本発明の面積式流量計および本発明の面積式流量計の状態予測方法ではそれぞれ、状態予測のために、浮子の動きに相応する全体の動き信号が使用されるようになっている。この動き信号は、一方において、浮子の、休止姿勢からの振れを時間に依存して指示しかつ他方において場合により存在する、浮子の回転運動を記述する、時間における信号である。従って本発明によれば、従来技術とは異なって、浮子の振幅、すなわち最大の振れが検出されかつ更に処理されるのみならず、連続的に、浮子の動きを記述する全体の時間信号が検出されかつ引き続き処理される。これに応じて、本発明により設定されている、浮子の動きに相応する動き信号と、この信号に対して期待される値との比較は、以下に例として列記するように多様な形態において可能である。
【００１１】
しかしまずもう一度、本発明の面積式流量計および本発明の面積式流量計の状態予測方法が行うことができることは単に、その時点に既に存在している、浮子のブロックされた状態のような障害状態を検出しかつ指示することだけではないことを強調しておく。すなわちそうではなくて、本発明によれば、面積式流量計の将来的にそうなるであろうと予測される状態に関するデータ表出が可能である。従ってこのような本発明の面積式流量計のユーザに、この障害状態がそもそも生じないようにまだ措置を講ずることができるような時点において、発生が予測される障害状態に関して情報提供される。従って本発明は、面積式流量計の障害状態の確定に役立つのみならず、それどころかこの種の障害状態の予防にも役立つ。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ところで詳細には、数多くの評価法および浮子の動きに相応する動き信号と浮子の動きに対して期待される値との数多くの比較が可能である。これに関しては、浮子の動きに相応する動き信号の、浮子の動きに対して期待される値との比較を、浮子のストロークに依存して行えば特別有利である。この比較が浮子のストロークに依存して行われることは、実際に測定された動き信号が浮子のストロークが正しく生じている場合に期待されるような動き信号と比較されることを意味している。その際ストロークとは、冒頭に説明したように、流れによって引き起こされる、浮子に伝達されるハイドロダイナミックな力と、浮子の重量ないし浮力の差との平衡によって生じる、測定管における浮子の高さ位置を記述するものである。
【００１３】
別の有利な比較の可能性は、実際に測定された動き信号の振動周波数を期待される動き信号の振動周波数と比較することである。このような比較では、勿論、同じ振動周波数は一方において浮子の形状、大きさおよび重さに依存しておりかつ他方において、既に説明したように、浮子のストロークに依存していることが考慮されなければならない。しかし振動周波数の他に、動き信号の形状も解析することができる。例えば、時間的な動き信号の、期待される正弦波状の振動からの偏差が発生すれば、このことは、浮子にブロック状態発生が迫っていることを示唆するものと認められる。
【００１４】
従って本発明の面積式流量計および本発明の方法では、エラー信号を出力するのに、装置の誤機能が実際に生じるまで待たない。そうではなくて、常に、浮子の特性の観察が行われているので、相応に、例えば時間と共に低減していく、振動方向における振動振幅のような、浮子の特性における変化を早期に識別することができる。このようにして、本発明の面積式流量計のユーザに早期に、装置の差し迫っている誤機能を示唆することができる。
【００１５】
本発明の面積式流量計ないし本発明の面積式流量計の状態予測方法は有利には、動き信号が少なくとも前以て決められている時間間隔の間、記憶されかつ動き信号の時間的な変化に基づいて面積式流量計の予測的な、以降期待される状態に関する情報が生成されかつ出力されるように構成されている。その際動き信号の記憶は有利には予測ユニットにおいて行われる。
【００１６】
動き信号に対して本発明の有利な実施形態によれば、統計学的解析を施すことができる。それはとりわけ、動き信号の平均値、分散および標準偏差に対する結果を提供するものである。それからこの統計学的な測定結果は、統計学的な測定結果に対して期待される値と比較されて、以降の展開に関する、ひいては面積式流量計の将来起こる障害状態に関するデータを提供することができる。
【００１７】
更に、本発明の有利な実施形態によれば、雨後黄信号に対して、記憶されている動き信号としてまたは実時間においてフーリエ解析が施されるようになっている。これに応じて、動き信号に対して期待される値との比較のために、相応のフーリエ変換によって使用可能になるすべての値が可能である。
【００１８】
更に、本発明の有利な実施形態によれば、浮子の期待される非対称の動き特性が円錐形の、すなわち上に向かって拡がっている測定管において検査されるようになっている。すなわち、この非対称の動き特性からの偏差は、測定管が振られた状態になって降り、その結果面積式流量計によって指示される、媒体の流量に対する値は本当の流量値に相応していないことを示唆することができる。
【００１９】
一般に、流量が比較的大きく、ひいては浮子のストロークが比較的大きい場合、比較的大きい振幅を有する浮子の振動振幅が期待されることが期待されることを述べておく。面積式流量計の正常な機能に対するこの期待は単調条件を表すものである。つまりこの条件が崩れたことを、その時点の振動振幅と過去および記憶されている振動振幅との比較によって検出することができるのである。すなわちこの単調条件が崩れたことが検出されると、面積式流量計の誤機能が存在しているに違いなく、このことはユーザに指示される。
【００２０】
動き信号が、浮子の、その動き成分の１つに関する動きに関する情報しか含んでいないことはあり得る。しかし有利にも、動き信号を用いて、媒体の流れの方向に沿った浮子の動きに関する情報および／または媒体の流れの方向に対して垂直である浮子の動きに関する情報および／または浮子の回転運動に関する情報が伝送される。その際本発明の有利な実施形態では。動き信号の、期待値との比較の際に、それぞれ別個に、媒体の流れの方向に沿った浮子の動きおよび／または媒体の流れの方向に対して垂直である浮子の動きおよび／または浮子の回転運動に関する比較が実施されるようになっている。
【００２１】
勿論、本発明の面積式流量計並びに本発明の面積式流量計の状態予測方法では、面積式流量計の予測される、以降期待される状態に関する情報を生成しかつ出力することが可能であるのみならず、面積式流量計のその時点の状態に関する情報も生成しかつ出力することも可能である。すなわち予測の他に、診断も実施することができるので、面積式流量計の突如生じた障害状態も相応の信号を用いて指示可能である。
【００２２】
面積式流量計のその時点の状態に関する情報および／または面積式流量計の予測される、以降期待される状態に関する情報の表示は本発明によれば有利にはスカラー量として、ベクトルおよび／またはグラフィックとして表示される。その際特別有利には、面積式流量計のその時点の状態に関する情報および／または面積式流量計の予測される、以降期待される状態に関する情報はコンピュータに伝送されて引き続き処理され、その際情報はモニタにも表示することができかつコンピュータによって相応の音響信号を出力することができる。
【００２３】
ところで詳細には、本発明の面積式流量計ないし本発明の面積式流量計の状態予測方法を構成しかつ改良する多数の可能性がある。このために一方において、独立請求項に従属している請求項がかつ他方において図面と関連した有利な実施例の以下の詳細な説明が参考になる。
【００２４】
【実施例】
次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。
【００２５】
図１から明らかな、本発明の有利な実施例による面積式流量計は測定管１を有している。測定管１では重力に抗して、すなわち下方から上方に向かって、その流量を測定しようとする媒体が貫流する。その際浮子２が設けられており、そのストロークおよびその動きが検出装置３によって検出可能である。本発明の有利な実施例によれば、検出装置３は詳しく図示されていない磁石を有している。この磁石は、浮子に取り付けられている磁石と作用接続されており、従ってそのストロークないしその他の動きに追従する。このようにして生成された機械的な動き信号はそれから検出装置３において電気的な動き信号に変換されかつ診断ユニット４に供給される。診断ユニット４は予測ユニット５とともに１つのユニットにおいて実現されているので、予測ユニット５には同様に検出装置３から到来する動き信号が供給される。診断ユニット４および予測ユニット５が相互に別個の装置である必要は勿論ない。診断ユニット４ないし予測ユニット５に対してマイクロプロセッサが使用されている場合殊に、これらは唯一のユニット、すなわち唯一のマイクロプロセッサにおいて実現されていてよい。
【００２６】
診断ユニット４の役目は、面積式流量計がその時そもそもエラーなく動作しているかどうか、すなわちその時点の瞬時流量を指示しているかどうかを確かめることである。このために、診断ユニット４において動き信号から浮子２の振動振幅に相応する振動信号が導出されかつ監視される。この振動信号が前以て決められている時間間隔の間、経験値に基づいて選択されている予め設定されている最小値を下回ると、診断ユニット４においてエラーないし警報信号が生成される。この信号は、浮子２がブロックされるなどして機能していないいることを指示するものである。すなわち、面積式流量計はもはや正しく機能しておらず、その時の本当の流量質量ではなくてその時の本当の流量質量に必ずしも相応していない値を指示している。その時の本当の流量質量に相応していない値とは、浮子２が固着してしまっているストロークに相応している値である。このエラーないし警報信号の出力は、診断ユニット４および予測ユニット５に接続されているコンピュータ６を介して行われる。本発明の有利な実施例による面積式流量計のユーザは、このようにして、光学的および音響的な信号によって浮子２のブロックについて示唆されかつ相応の措置を講ずることができる。
【００２７】
更に、本発明の有利な実施例による面積式流量計によってユーザにとって、いつでも、面積式流量計のその時の状態並びに面積式流量計の今後の、期待することができる状態に関するイメージを描くことができる。このために、動き信号は予測ユニット５にも転送される。ここで動き信号は本発明の今説明している有利な実施例では、媒体の流れの方向に沿った浮子２の動きないし媒体の流れの方向に対して垂直である浮子２の動きに相応する成分に分解される。本発明の原理では、浮子の相互に異なった動きに相応する相互に異なった成分に動き信号をこのように分解することは必ずしも必要ではない。しかしこのようにすれば、存在している値との比較のために使用可能である信号の比較的大きな情報内容に基づいて面積式流量計の以降期待することができる特性の一層良好にして正確な予測が可能である。このために異なった動き成分は、面積式流量計の本当の測定開始の前に、測定のために実際に使用される媒体によって浮子２のストロークに依存して測定されている値と比較される。相応の値は詳しく図示されていない、予測ユニット５におけるメモリに記憶されておりかつここから呼び出し可能である。このようにしていつでも、面積式流量計のその時点の特性と通常条件、すなわち出荷状態ないし最初の組み込み状態における特性との比較が可能である。それから、例えば面積式流量計による長時間テストにおいて得られた経験値に基づいて、面積式流量計のその時点の状態並びに面積式流量計の予測される、今後期待される状態に関する情報ないしデータを生成することができる。
【００２８】
更に、個々の動き成分の時間的な経過が面積式流量計の予測ユニット５において本発明の有利な実施例によれば図１には詳しく示されていないメモリに記憶されるので、今後の予測のために過去の値を遡及して使用することができ、このために面積式流量計の状態の更なる展開に対する傾向の予測が容易になる。
【００２９】
浮子２のブロック識別のためのエラーないし警報信号の出力に基づいて、面積式流量計のその時点のないし今後期待される状態に関する情報もコンピュータ６を介してグラフィックおよび音響的に出力される。更に、コンピュータ６において、面積式流量計のユーザ自身によって作成された、すなわちこれら情報の例えば自分でプログラミングした更なる評価ないし更なる処理も行うことができる。その際殊に、図１にはこれまた図示されていないが、コンピュータ６において実施される更なる処理に対して付加的な、例えば面積式流量計の温度のような、システムのパラメータも一緒に処理することができる。これらはコンピュータ６に相応のセンサから供給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有利な実施例の面積式流量計の構成の略図である。
【符号の説明】
１ 測定管、 ２ 浮子、 ３ 検出装置、 ４ 診断ユニット、 ５ 予測ユニット、 ６ コンピュータ

Claims (1)

1. 面積式流量計の状態予測方法であって、ここで面積式流量計が重力に抗して媒体が貫流する測定管（１）と、該測定管（１）に設けられておりかつ少なくとも流れ方向において可動の浮子（２）と、浮子（２）の動きを検出するための検出装置（３）とを有しており、
   浮子（２）の動きに相応する動き信号から、浮子（２）の振動振幅に相応する振動信号、および浮子（２）のストロークを導出し、
   振動信号が、前もって決められている時間間隔にわたって最小値を下回る場合、ブロック状態を識別するためにエラー信号ないしは警告信号を形成する形式の方法において、
   振動信号およびストロークを含む動き信号を、少なくとも前もって決められている時間間隔にわたって記憶し、
   その時点の動き信号を記憶された動き信号と比較し、その時点の動き信号と記憶された動き信号との比較に基づいて単調条件の崩れが検出された場合、面積式流量計の誤機能を検出して表示し、
   ストロークが比較的大きい場合には、振動信号の振幅も比較的大きいことを期待することを特徴とする面積式流量計の状態予測方法。

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