JP4025504B2 - コリオリ効果質量流量計のための複数の抵抗型センサ - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は、コリオリ質量流量計において1個以上の抵抗型センサを使用する装置に関する。特に、本発明は、流量計要素と流量計送信機との間に必要な導体数を最小限に抑えながらコリオリ質量流量計において2個以上の温度センサを使用する回路に関する。
【0002】
課題の説明
1985年1月1日発行のJ.E.スムス等の米国特許第4,491,025号及び1982年2月11日発行のJ.E.スミスの米国再発行特許第31,450号に開示される如き、コリオリ効果質量流量計を用いてパイプラインを通過する物質の質量流量及び他の情報を計測することは公知である。これら流量計は、湾曲状あるいは直線状の1本以上の流管を備えている。コリオリ質量流量計における各流管の形態は、曲げ形、捩り形、放射状あるいは結合形であり得る1組の固有振動モードを有する。各流管は、これら固有モードの1つ以上における共振で振動するよう駆動される。振動する物質で充填されたシステムの固有振動モードは、流管と流管内の物質との結合質量によって部分的に規定される。物質は、流量計の流入側における結合されたパイプラインから流量計へ流入する。次いで、物質は流管を流れるよう向けられ、流量計から出て、流出側に結合されたパイプラインへ流れる。
【0003】
駆動部は、流管を振動させるように作用力を加える。流量計を流れる流れがないと、流管に沿った全ての点が同相で振動する。物質が流れ始めると、コリオリの加速度が、流管に沿った各点に、流管に沿った他の点とずれた位相を持たせる。流入側における位相は駆動部より遅れるが、流管の流出側の位相は駆動部より進む。流管の運動を表わす正弦波信号を生じるように、ピック・オフ・センサが流管に載置される。ピック・オフ・センサは、位置センサ、速度センサ、あるいは加速度センサでよい。2つのピック・オフ・センサ信号間の位相差は、流管を通過する物質の質量流量に比例する。
【0004】
流管を通過する流体の流れは、振動する流管の流入端と流出端との間に数度程度の小さな位相差を生じるに過ぎない。時間差測定で表わすと、流体の流れにより生じる位相差は、数十マイクロ秒からナノ秒程度である。典型的には、商業的な流量測定は、0.1%より小さな誤差であるべきである。従って、コリオリ流量計は、このような小さな位相差を正確に計測するように独自に設計されなければならない。
【0005】
コリオリ流量計の振動構造部の振動特性は、温度の変化と共に変動する。振動流管は、典型的には、温度と共に変化するヤング率を持つ金属材料から形成される。高い測定精度を維持するためには、振動構造部の温度が典型的に計測され、温度の変化に伴うヤング率の変化に対して補償がなされる。
【0006】
コリオリ流量計システムは、2つの構成要素、流量計要素と送信機とからなっている。流量計要素は、流体が通過する振動管を含む実際のセンサであり、送信機は流量計要素からの信号を受取って処理する信号処理装置である。流量計要素と送信機との間の電気的接続は、多芯ケーブルにおいて行われる。シールド・ケーブルは、駆動信号を駆動部へ提供するためのシールドされた導線ペアと、ピック・オフ・センサからの信号を伝送する第2及び第3のシールドされた導線ペアと、振動流管に載置された温度センサからの信号を伝送するシールドされた導線トリプレットとからなっている。3導線温度センサが流量計要素と流量計のトランジスタとの間のケーブルにおける抵抗値の補償を可能にするので、この3導線温度センサが典型的に用いられる。このような9導線ケーブルは、プロセス制御産業における標準的なケーブルではない。このため、流量計要素から遠く離れて取付けられる送信機を用いるコリオリ流量計が据え付けられる場合は、特別な非標準ケーブル(9導線式コリオリ流量計ケーブル)が流量計要素と送信機との間に用いられねばならない。このことは、コリオリ流量計の使用者に対して更に多くの経費を生じる。
【0007】
コリオリ流量計技術が進歩するにともない、性能の要求と振動流管の形状に対する変化とが、流量計要素における多くの点における温度計測を行う必要をもたらした。振動構造部例えば流管の温度計測と非振動構造部の温度計測とが必要となる。あるいはまた、振動構造部の濡れた部分の温度計測と振動構造部の濡れていない部分の温度計測とが必要となる。いずれの場合も、現存するコリオリ流量計設計において1個より多くの温度センサが用いられるとき、コリオリ流量計と共に用いられる典型的な9導線ケーブルにおいて使用される導線よりも多くの導線が要求される。
【0008】
伝統的な9導線より多くの導線を持つケーブルは、幾つかの理由から問題となる。1つの理由は、現在の9導線ケーブルでさえ高価であることである。更に多くの導線を含むケーブルを使用すると、コリオリ流量計の使用者にとっては更なる経費が追加される。従って、所与の流量計において使用される温度センサがいくつであろうとも、導線数を最小化することが望ましい。コリオリ流量計の製造者にとっては、ケーブルにおける導線数が増えることは、流量計要素と送信機とにおけるコネクタ数が増えることを意味する。このことは、製品コストの追加をもたらし、また、追加のコネクタに対する物理的空間が充分になければ問題となり得る。このことは、本質的に安全な応用分野に対して特に妥当する。
【0009】
ケーブルに対する導線数の増加が問題となる別の理由は、互換性の問題である。異なる形式の流量計が異なるケーブルを必要とするならば、コリオリ質量流量計の製造は更なる経費と複雑さをもたらすことになろう。また、同じケーブルの使用が可能であれば、新たな流量計構造を用いて古い流量計を容易に交換し得る、9導線ケーブルを用いるコリオリ流量計の大きな据え付け基盤が存在する。
【0010】
流量計要素と送信機との間の導線数を最小限に抑えながら多数の温度センサを提供するコリオリ流量計の設計に対する必要が存在する。コリオリ流量計と共に典型的に用いられる現在の9導線ケーブルを用いる2個の温度センサを採用したコリオリ流量計に対しては更なる必要が存在する。
【0011】
解決法の説明
上記及び他の問題は、複数の直列温度センサを含む本発明の方法及び装置によって解決される。各温度センサが個々の温度の読みを提供し、ケーブル抵抗の計測も行われてケーブル抵抗の補償を可能にする。温度センサの1つは、他の温度センサとの直列接続から周期的に切り離され、ケーブル抵抗の計測が行われる。本発明が2つの温度センサと共に用いられるとき、現在の1個の温度センサ構造により用いられる同じ9導線ケーブルが2つの温度の計測のため用いられる。本発明が3個以上の温度センサと共に用いられるときは、現在のコリオリ流量計構造と比較して最小数の導線が必要とされる。
【0012】
現在のコリオリ流量計構造は、ケーブル抵抗を計測し補償できるように、抵抗型の温度センサの各端子ごとに1本の導線と少なくとも1本の追加の導線とを必要とする。本発明によれば、複数の温度センサが直列に接続され、直列接続のノード点のみが導線を必要とする。ケーブル抵抗の計測のために、これ以上の導線は使用されない。温度センサの1つは、この温度センサに電流が流れないように直列接続から周期的に切り離される。1本の導線自体における電圧の計測が可能であり、これによりケーブル抵抗の測定値が提供される。
【0013】
複数の温度センサが直列に配列される。(温度センサが配置される)流量計要素と送信機との間の(温度計測のため)要求される導線数は、温度センサの個数に1を加えたものに等しい。送信機に配置されるスイッチング・デバイスは、送信機の電源から温度センサの直列接続の一端を切り離すため動作し得る。このことは、直列接続の切り離された端では電流が温度センサを通って流れないことを保証する。このため、送信機で計測される基準抵抗での電圧と対比して、送信機で計測された切り離された温度センサでの電圧は、送信機と切り離された温度センサとの間の導線の抵抗の計測値を提供する。このケーブル抵抗が、温度センサから受取る抵抗測定から差し引かれる。送信機と流量計要素との間の導線の抵抗は温度と共に変化する。温度が急激に変化しない環境においては、ケーブル抵抗の測定は、頻繁ではなく、例えば10分毎に行うことができる。温度が急激に変化する環境では、ケーブル抵抗の測定は更に頻繁に、例えば30秒毎に行うことができる。1本の導線の抵抗のみが測定されるが、全ての導線が同じ長さと同じ規格であり、同じケーブルとして扱われる。このため、1本の導線の抵抗は、他のケーブル導線と同じでないとしても類似している。
【0014】
本発明は、最小限の導線数を用いてケーブル長の補償により複数の温度測定値を提供する。2つの温度センサの場合には、2つの個別の温度測定を行い、ケーブル長を補償するのに3本の導線のみが必要である。このため、コリオリ質量流量計と共に広く用いられる現在の9導線ケーブルが2つの温度測定に適応可能である。
【0015】
詳細な説明
コリオリ流量計システム全般‐‐図1
図1は、コリオリ流量計要素10と送信機20とを含むコリオリ流量計システム5を示している。送信機20は、多芯ケーブル100を経て流量計要素組立体10に接続される。送信機20は、密度データ、質量流量データ、体積流量データ及び温度データを経路26上で利用手段(図示せず)へ提供する。コリオリ流量計の構造について記述するが、当業者には、本発明がコリオリ質量流量計により提供される付加的な計測能力なしに振動管型密度計と関連して実施可能であることは明らかである。
【0016】
流量計要素10は、1対のフランジ101、101′と、マニフォールド102、102′とを含んでいる。流体は、フランジ101、101′の一方を介して流量計要素10へ流入し、流管103を通り、フランジ101、101′の他方を介して流量計要素10から流出する。流管103は、平衡管104により包囲されている。流管103は平衡管104に接続され、平衡管104はケース端部105、105′に結合される。ケース端部105、105′は、ケース106の端部を形成している。図1は、直線状の流管103を示している。当業者が認識するように、任意の形状の流管を有する流量計システムに本発明を適用することができる。また、本発明は、流体が通過する多数の流管を備えた流れ要素にも適用し得る。
【0017】
駆動部107は、平衡管104の中点で平衡管104に結合される。ピック・オフ・センサ108、108′は、平衡管104と流管103とに結合される。本発明の一つの実施の形態においては、ピック・オフ・センサ108、108′の各々が、平衡管104に取付けられたコイルと、流管103に取付けられていて周期的信号がコイルに印加されるときに生成される磁界内で運動するよう形成された磁石とを含んでいる。当業者が理解するように、任意の設計のピック・オフ・センサ、例えば加速度計あるいはポテンショメータを使用できること、及び先に述べた速度センサは単に事例に過ぎない。
【0018】
釣合い重り115が駆動部107の直径方向に対向する位置で平衡管104に結合される。釣合い重り115の質量は、コリオリ流量計システム5により計測されるべき処理流体の密度によって決定される。流管温度センサ109は流管103に取付けられ、平衡管温度センサ110は平衡管104に取付けられる。
【0019】
ケーブル100は、送信機20からの駆動信号を駆動部107へ送る導線111と、左右のピック・オフ・センサからのピック・オフ信号をそれぞれ送信機20へ送る導線112、113と、温度センサの情報を送信機20へ送る導線114とから成っている。導線111〜113は実際にはそれぞれ2本の導線であり、導線114は実際には3本の個別の導線であって、ケーブル100が9本の導線を含むことを意味する。
【0020】
質量流量、体積流量及び密度の情報を生じる送信機20の動作は、流体計測技術の当業者には周知であり、本発明の一部をなすものではない。流管温度センサ109と、平衡管温度センサ110と、導線114と、送信機20内部の関連回路とを含む回路は、残りの説明に対する基礎を形成する。
【0021】
当業者には公知のように、コリオリ流量計システム5は構造において振動管型密度計に非常に類似する。振動管型密度計もまた、流体が通過する振動管を利用し、あるいは、サンプル型の密度計の場合は、流体が内部に保持される振動管を利用する。振動管型密度計もまた、振動するよう流管を励振する駆動システムを用いる。密度の測定は振動数の測定のみを必要とし位相の測定は必要でないので、振動管型密度計は典型的に、例えば1つのピック・オフ・センサからの1つのフィードバック信号のみを利用する。本発明の記述は、本文では振動管型密度計にも等しく適用される。
単一温度センサ‐‐図2
図2は、公知の温度測定回路に対する概略図である。図2は、1個の温度センサ109を用いて流量計要素10における温度を測定するための回路を示している。図1に対して、図2は、流管温度センサ109のみを用いるため必要な配線を示す概略図である。ケーブル100の一部である導線114は、3本の導線201〜203からなる。導線114は、経路210により接地されたシールドを有する。温度センサ109の3本の導線211〜213は、流量計要素10における3つの端子204〜206に結合されている。導線201〜203は、一端で端子204〜206に結合され、他の各端では送信機20における端子207〜209に結合されている。導線201〜203の各々は、導線201〜203のそれぞれにおける抵抗Rcとして示される導体抵抗を有する。導線201〜203は長さと規格が実質的に等しいので、その各抵抗は等しいものとして示されている。
【0022】
導線201〜203の各々における抵抗Rcは等しいが、抵抗Rcは一定ではない。抵抗Rcの値は、ケーブル100の長さとケーブル100の温度とによって定まる。所与の据え付けにおいては、ケーブル100の長さは、コリオリ流量計システム5が工場で校正される時点では殆どわからないとはいえ、一定である。しかし、温度は、所与の据え付けにおいては時間と共に変化する。このため、抵抗Rcの値は変化し、温度センサ109による温度の測定時には補償されねばならない。
【0023】
電圧は、電源抵抗Rsupを介して電圧基準により印加される。当例では、5Vの電圧基準が示されるが、任意の電圧基準を用いることができる。正常に動作する温度センサ109における電圧(V3−V2)がダイオードD1のカットイン電圧を越えないように、電源抵抗Rsup、基準抵抗Rref及びオフセット抵抗Roffが選定される。ダイオードD2についても同様である。温度センサ109は典型的な3線抵抗温度検出器を示す。温度センサ109が遭遇する温度は、以下に述べるように、温度センサ109の抵抗を決定し、抵抗Rcに対して前記抵抗を補償し、この抵抗値を標準式に当てはめることによって測定される。
【0024】
下式は、温度センサ109の抵抗を測定するため現存のコリオリ流量計システムにおいて行われる測定値を示す。
【0025】
【数1】
【0026】
EQN.1は、温度センサ109における電圧(V3−V2)と抵抗Rcにおける電圧(V2−V1)との間の差を表わす。典型的な抵抗型温度装置(RTD)は、「100オーム(Ω)の抵抗器」である。100ΩのRTDは、RTD(温度センサ109)の抵抗を100Ωの基準抵抗(Rref)と比較することにより測定される。RTDの抵抗をいったん知れば、特定タイプのRTDに対する特性方程式を用いて温度を計算することができる。RTDの製造者は、各RTDに対する適切な特性方程式を提供する。EQN.2は、RTDの特性方程式の事例である。EQN.1を解くことにより決定される値は、温度センサ109が遭遇する温度を決定するためEQN.2に挿入される。
【0027】
【数2】
【0028】
【数3】
【0029】
各タイプのRTDは、EQN.2のような一義的な特性方程式を有する。上記の事例は、Heraeus 1PT100FKG 430.4−18−T−3に対するものである。
【0030】
これは、公知のコリオリ流量計システムが流管の温度を計測する方法である。導線203はケーブルの抵抗(Rc)を計測する手段を提供するフルタイムの役割に専ら用いられる。
2連温度センサ‐‐図3
図3は、コリオリ質量流量計の2つの場所における温度を計測するための本発明による回路を示す。図3の回路は、2個の温度センサ109〜110と、5V電圧基準から温度センサ110を切り離すための電界効果トランジスタ(FET)F0とが存在することを除いて、図2の回路に類似している。また、電圧V3は温度センサ110に結合されたFET F0の側から計測される。温度センサ109〜110は、各センサが遭遇する温度に従って変化する抵抗R109〜R110をそれぞれ有する。
【0031】
制御線307は、マイクロプロセッサ(図3には図示せず)に接続され、FET F0が開かれるときとFET F0が閉じられるときとを決定する。FET F0が閉じられると、電流は、5V電圧基準からFET F0と導線308(抵抗Rcを持つ)とを流れ、温度センサ110、109を通り、導線310(抵抗Rcを持つ)を経て送信機20へ戻る。電流は、RrefとRoffとを介して接地へ流れる。Rrefは、当例の目的のためには、100Ωの抵抗器である。FET F0が閉じられると、下記の計算が行われる。
【0032】
【数4】
【0033】
EQN.3は、温度センサ110の抵抗(R110)と導線308の抵抗(Rc)との和を計算するために用いられる。EQN.4は、温度センサ109と導線310の抵抗(Rc)を計算するために用いられる。EQN.3とEQN.4の結果は、それぞれケーブルの抵抗Rcに等しい抵抗を含むので、温度を決定するためにEQN.3とEQN.4の結果をEQN.2へ直接当てはめることができない。導線の抵抗Rcの計測は、以下に述べるように、FET F0を開いて計測と計算とを行うことによって周期的に行われる。FET F0が開くと、電流はダイオードD1を通って導線309(抵抗Rcを持つ)と温度センサ109とを経て、導線310(抵抗Rcを持つ)、基準抵抗Rref及びオフセット抵抗Roffを介して再び接地へ戻る。FET F0が開いているとき、下記の計算が行われる。
【0034】
【数5】
【0035】
【数6】
【0036】
FET F0が開くと温度センサ110に電流が流れないので、電圧(V2−V3)は抵抗Rcを持つ導線309を流れる電流のみに起因する電圧降下を表わす。この電圧を基準抵抗Rrefにおける電圧で割って、その結果に基準抵抗Rrefの値(100Ω)を乗じると、抵抗Rcが得られる。先に述べたように、導線308〜310は全て長さと規格とが実質的に等しく、全て同じ温度を受けるので、一つの導線の計測された抵抗は残りの導線のそれぞれの抵抗に等しいと仮定する。本発明の一つの実施の形態では、温度センサ110と温度センサ109の抵抗をそれぞれ決定するため、EQN.5の結果がEQN.3とEQN.4の結果から差し引かれる。これらの値は、各温度センサが遭遇した温度を決定するため、EQN.2の「RTD」値として一時に1つずつ挿入される。
【0037】
本発明の別の実施の形態においては、更なる計算が行われてRcの第2の推定を行い、Rcの2つの値が平均化されて先に述べたようにRcの値を決定する。EQN.4の結果をEQN.6の結果から差し引くと、導線109の抵抗(Rc)の推定が求まる。このように、この実施の形態においては、Rcが下記のように計算される。
【0038】
【数7】
【0039】
EQN.7が導線109の抵抗の2つの異なる測定値の平均を用いるので、抵抗Rcを決定するこの方法は、EQN.5の結果のみを用いるよりも正確である。EQN.7から得たRcのこの平均化された値をEQN.3とEQN.4から差し引くと、温度センサ110と109に対する抵抗値がそれぞれ求まる。
2連温度センサと送信機20‐‐図4及び図5
図4と図5の間で共通の要素は、同じ参照番号が付される。図4は、送信機20の必要な支援制御回路と組合わせて図3の回路を示している。FET F0の動作を制御する制御線307は、マイクロプロセッサ409の制御出力412に結合される。マイクロプロセッサ409は、先に述べたように、FET F0を開いた状態へ周期的に切換えるよう構成される。本発明の一つの実施の形態では、FET F0は、Rcの必要な測定を行うために10分毎に約0.8秒間開くよう切換えられる。FET F0は、スイッチング・デバイスを表す。当業者が認識するように、例えばトランジスタのような任意の適切なスイッチング・デバイスをFET F0の代わりに使用できる。バッファ抵抗414〜418は、送信機20の回路自体が温度センサ109、110の抵抗値測定に影響しないことを保証する。一つの実施の形態では、抵抗414〜418が10KΩの値を有し、抵抗Rsup、Rref及びRoffはそれぞれ1.74KΩ、100Ω及び3.01KΩの値を有する。基準抵抗Rrefは高精度であり、例えば1度当たり0.1%及び1ppm以内である。
【0040】
マルチプレクサ401の入力I0〜I3では、4つの電圧V0〜V3がそれぞれ読出される。マルチプレクサ401は入力I0〜I3間で切換わり、出力403に一時に電圧V0〜V3のうちの一つを生じる。出力403における電圧レベルは、線404により電圧/周波数コンバータ(V/F)406へ送られる。V/F406は、入力405に入力される電圧を出力407に出力される対応の周波数へ変換する。出力407における周波数は、線408によりマイクロプロセッサ409へ送られ、マイクロプロセッサ409の周波数入力410において読まれる。
【0041】
マルチプレクサ401の動作は、電圧V0〜V3の各々を出力403に連続的に生じるように、マイクロプロセッサ409の制御出力411からの経路420上の信号によって制御される。マイクロプロセッサ409は、各電圧測定値を表わす周波数を入力410に受取り、メモリ419に各周波数に対する値を格納する。中央処理装置(CPU)421は、メモリ419に格納された値を用いてEQN.3〜7の全てを計算し、温度センサ109が遭遇した温度と温度センサ110が遭遇した温度とに対する出力を経路413上に生じる。マイクロプロセッサ409は、モトローラ社製のMC68HC705C9A−CFNのような市販される任意のマイクロプロセッサの1つである。上記のタスクや計算を行うこのようなマイクロプロセッサの動作は、当業者には周知である。
【0042】
図5は、温度センサ109〜110に対する温度値を生じるようマイクロプロセッサ409により実行される処理ステップを示すフローチャートである。処理は、ステップ500で開始し、ステップ501へ進む。ステップ501の期間に、電圧基準が複数の温度センサの直列接続へ印加される。図4において、5V電圧基準がまだオンになっていなければオンにされ、ステップ501においてFET F0が閉じられる。次いで、処理はステップ502へ進む。
【0043】
ステップ502の期間に、温度センサの直列接続の各ノードにおいて電圧が計測される。例えば、V/F406に対する電圧V0〜V3を連続的に切換えるため、適切な制御信号がマルチプレクサ401の制御入力402へ送られる。図4に関して先に述べたように、マイクロプロセッサ409は、電圧V0〜V3の各々に対応する周波数をカウントし、適切な値をメモリ419に格納する。処理は、次にステップ503へ進む。
【0044】
ステップ503の期間、各温度センサにおける抵抗が決定される。無論、これまで行われた計測では、各温度センサにおける抵抗は、必要な電圧が計測される導線の抵抗をも含む。ステップ503の期間に行われる計算は、先に述べたEQN.3及びEQN.4に対応する。次に、処理はステップ504へ続く。
【0045】
ステップ504の期間に、温度センサの直列接続の一端を電圧基準から除去するためスイッチが開かれる。図4の回路を参照すると、FET F0は、マイクロプロセッサ409の制御出力412からの経路307上の制御信号に応答して開かれる。次いで、処理はステップ505へ続く。
【0046】
ステップ505の期間に、温度センサの直列接続の各ノードにおいて電圧が計測される。例えば、V/F406に対する電圧V0〜V3を次々に切換えるため、適切な制御信号がマルチプレクサ401の制御入力402へ送られる。図4に関して先に述べたように、マイクロプロセッサ409は、電圧V0〜V3の各々に対応する周波数をカウントし、適切な値をメモリ419に格納する。次に、処理はステップ506へ進む。
【0047】
ステップ506の期間に、導線の抵抗の以後の補償を可能にするため導線の1つにおける抵抗が計測される。図4の事例において、抵抗Rcの平均値を決定するため、EQN.5単独の計算かあるいは図5〜図7の計算を用いて導線の抵抗が決定される。次いで処理はステップ507へ続く。
【0048】
ステップ507の期間に、ステップ506において計算された抵抗Rcの値が、ステップ503の期間に計算された温度センサの抵抗から差し引かれる。このステップは、直列に接続された各温度センサに対する補償された抵抗値を生成する。次に、処理はステップ508へ進む。
【0049】
ステップ508の期間に、例えばEQN.2のような特性方程式を用いて、補償されたセンサの抵抗の各々が温度へ変換される。EQN.2の形は、実際の温度センサ・モデルに依存し、温度センサの製造者により供給される。次いで、処理はステップ509で完了する。
N個の温度センサ‐‐図6
図6は、抵抗Rcを持つ導線601を介して送信機20に接続される第3の温度センサRNを用いる回路を示す。RNは、例えば、図1におけるケース106に取付けられた温度センサでよい。FET F0が閉じられると、電圧V0〜V3と電圧VcNとが計測される。次いで、温度センサと導線とにおける抵抗を決定するため下記の計算が行われる。
【0050】
【数8】
【0051】
【数9】
【0052】
【数10】
【0053】
EQN.10の場合、何らの導線抵抗要素を用いずに温度センサ109の抵抗が直接計測される。しかし、温度センサ110と温度センサRNとの抵抗を決定するためには、更なる処理が必要である。FET F0は、経路307上の制御信号により開かれる。電圧V0〜V3と電圧VoNとが計測され、導線の抵抗Rcを決定するため下記の計算が行われる。
【0054】
【数11】
【0055】
EQN.11は、導線309の抵抗Rcの直接的な計測値を提供する。先に述べたように、下記ののような更なる計算により導線抵抗の平均値Ravgを得ることができる。
【0056】
【数12】
【0057】
【数13】
【0058】
EQN.12は、温度センサの抵抗R109を含む。このため、導線309の抵抗に対する平均値Ravgが得られる。先に述べたように、導線308〜310及び601の各々が実質的に同じ長さと規格でありかつ実質的に同じ温度を受けるので、前記各導線が同じ抵抗を持つものと仮定される。R110及びRNに対する補償値を得るために、RavgがEQN.8及びEQN.10からそれぞれ差し引かれる。先に述べたように、R109は直接に計測される。
【0059】
図6及びEQN.8〜EQN.13の関連した計算は、N個のセンサを直列に配列し、導線抵抗の計測を行うためセンサの1つを電圧源から切り離すスイッチを設けることによって、本発明が任意の数の温度センサに対しても適用可能であることを示している。
【0060】
抵抗型温度センサに関して本発明を記述したが、当業者が認識するように、温度センサの代わりに任意の形式の抵抗型センサを使用できる。例えば、本文に述べた1個以上の温度センサの代わりに、可変抵抗の形態で歪みを表示する歪みゲージを用いることもできる。本発明は、抵抗を変えることにより状態を表示する任意のセンサを用いて適用可能である。本発明の本質はこのような形態のいずれに対しても等しく適用される。
【0061】
本発明が望ましい実施の形態の記述に限定されず、特許請求の範囲内で他の修正及び変更を包括することを明瞭に理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 2連温度センサを用いる直線状流管型コリオリ質量流量計システムの断面図である。
【図2】 公知のコリオリ質量流量計システムにおいて用いられる単一の温度センサ回路に対する一構成例を示す概略図である。
【図3】 本発明による2連温度センサ回路に対する一構成例を示す概略図である。
【図4】 本発明による2連温度センサに対する更に詳細な概略図である。
【図5】 本発明による多数の温度センサの温度を決定するためマイクロプロセッサにより制御される処理ステップを示すフローチャートである。
【図6】 3個の温度センサを用いる本発明による温度センサ回路を示す概略図である。
Claims (16)
- 内部を流れる物質のパラメータを計測する振動管型計測装置に使用され且つ直列に接続された複数の抵抗型センサ(109、110)を含むセンサ手段(10)であって、各々の前記抵抗型センサ(109、110)がその感応する状態を表わす抵抗値を有するセンサ手段を備える状態計測回路において、
前記センサ手段(10)の一端部に接続された第1の導線(308)と、
前記センサ手段(10)を基準抵抗(Rref)を介して接地するように、前記センサ手段(10)の他端部に接続された第2の導線(310)と、
直列に接続された前記抵抗型センサの各隣接する対間の接合点に接続された少なくとも1本の別の導線(309)と、
送信機(20)と、
を具備し、
前記第1の導線(308)、前記第2の導線(310)及び前記少なくとも1本の別の導線(309)がそれぞれ導線抵抗(Rcond)を有し、
前記送信機が、
前記第1の導線(308)を介して、電圧源を前記センサ手段(10)の前記一端部に対して選択的に接続し又は切り離すスイッチング手段(F0)と、
前記第1の導線(308)に接続され、前記スイッチング手段(F0)により前記電圧源が前記センサ手段の前記一端部から選択的に切り離されたときに前記導線抵抗(Rcond)を計測するようになされた第1の抵抗計測手段(401、406、409)と、
前記第2の導線(310)と少なくとも1本の前記別の導線(309)とに接続され、前記電圧源が前記センサ手段(10)の前記一端部に選択的に接続されたときに各々の前記抵抗型センサのセンサ抵抗を計測するようになされた第2の抵抗計測手段(401、406、409)と、
前記第1の抵抗計測手段および前記第2の前記抵抗計測手段(401、406、409)に応答して、前記の計測された導線抵抗(Rcond)と各抵抗型センサの前記の計測されたセンサ抵抗とから、前記状態に係る値を導出する手段(409)であって、前記値が前記導線抵抗により補償される手段と、
を備える状態計測回路。 - 請求項1記載の回路であって、前記第1の抵抗計測手段(401、406、409)が、
前記スイッチング手段(F0)を周期的に開いて、前記電圧源を前記センサ手段(10)の前記一端部から切り離すタイミング手段(501)と、
前記電圧源が前記センサ手段(10)から切り離されることに応答して、前記センサ手段(10)の前記一端部と前記別の導線(309)との間の導線電圧を計測する手段(502)と、
前記基準抵抗(Rref)における基準電圧を計測する手段と、
前記導線電圧と前記基準電圧とを比較して前記導線抵抗(Rcond)を決定する手段と、
を備える回路。 - 請求項2記載の回路であって、導線抵抗を決定する前記手段が、
前記導線電圧を前記基準電圧で割って電圧比を生成する手段と、
前記電圧比を、前記基準抵抗をオームで表した値である基準値と乗じる手段と、
を備える回路。 - 請求項3記載の回路であって、前記基準値が100オームである回路。
- 請求項1記載の回路であって、前記少なくとも1本の別の導線(309)の第1の端部は前記接合点に接続され、第2の端部は前記送信機(20)に接続される回路。
- 請求項5記載の回路であって、前記第2の抵抗値計測手段(401、406、409)が、
前記センサ手段(10)の前記一端部と前記別の導線(309)の前記第2の端部との間の第1のセンサ電圧を計測する手段と、
前記基準抵抗における基準電圧を計測する手段と、
前記第1のセンサ電圧と前記基準電圧とを比較して第1のセンサ抵抗を決定する手段であって、前記第1のセンサ抵抗が、前記センサ手段(10)の前記一端部における前記抵抗型センサのうちの第1の抵抗型センサの抵抗と前記第1の導線(308)の抵抗とを含む手段と、
を備える回路。 - 請求項6記載の回路であって、第1のセンサ抵抗を決定する前記手段が、
前記第1のセンサ電圧を前記基準電圧で割って第1のセンサ電圧比を生成する手段と、
前記第1のセンサ電圧比を、前記基準抵抗をオームで表した値である基準値と乗じる手段と、
を備える回路。 - 請求項7記載の回路であって、前記基準値が100オームである回路。
- 請求項6記載の回路であって、前記第2の抵抗計測手段(401、406、409)が、
前記別の導線(309)の前記第2の端部と前記第2の導線(310)との間の第2のセンサ電圧を計測する手段と、
前記基準抵抗(Rref)における基準電圧を計測する手段と、
前記第2のセンサ電圧と前記基準電圧とを比較して第2のセンサ抵抗を決定する手段であって、前記第2のセンサ抵抗が、前記抵抗型センサのうちの前記第1の抵抗型センサに隣接する、前記抵抗型センサのうちの第2の抵抗型センサの抵抗と前記第2の導線(310)の抵抗値とを含む手段と、
を備える回路。 - 請求項9記載の回路であって、第2のセンサ抵抗を決定する前記手段が、
前記第2のセンサ電圧を前記基準電圧で割って第2のセンサ電圧比を生成する手段と、
前記第2のセンサ電圧比を、前記基準抵抗をオームで表した値である基準値と乗じる手段と、
を備える回路。 - 請求項10記載の回路であって、前記基準値が100オームである回路。
- 請求項9記載の回路であって、前記第1の抵抗計測手段及び前記第2の抵抗計測手段(401、406、409)に応答する前記手段(409)が、
前記第1のセンサ抵抗から前記導線抵抗(Rcond)を差引いて、第1の補償されたセンサ抵抗を決定する第1の減算手段と、
前記第2のセンサ抵抗から前記導線抵抗(Rcond)を差引いて、第2の補償されたセンサ抵抗を決定する第2の減算手段と、
前記第1の補償されたセンサ抵抗と前記第2の補償されたセンサ抵抗とを、それぞれ第1の状態に係る値と第2の状態に係る値とへ変換する手段と、
を備える回路。 - 請求項5記載の回路であって、前記第1の抵抗計測手段(401、406、409)が、
前記スイッチング手段(F0)を周期的に開いて前記電圧源を前記センサ手段(10)の前記第1の端部から切り離すタイミング手段と、
前記センサ手段(10)が前記スイッチング手段(F0)により前記電圧源から切り離されることに応答して、前記別の導線(309)の前記第2の端部と前記第2の導線(310)の第2の端部との間の第1の電圧を計測する手段と、
前記センサ手段(10)が前記スイッチング手段(F0)により前記電圧源から切り離されることに応答して、前記基準抵抗(Rref)における第1の基準電圧を計測する手段と、
前記第1の電圧と前記第1の基準電圧とを比較して第1のセンサ抵抗を決定する手段であって、前記第1のセンサ抵抗が、前記センサ手段(10)の前記一端部における前記抵抗型センサ(109、110)のうちの第1の抵抗型センサの抵抗と、前記別の導線(309)の抵抗値と、前記第2の導線(310)の抵抗値とを含む手段と、
前記センサ手段(10)が前記スイッチング手段(F0)により前記電圧源に接続されることに応答して、前記別の導線(309)の前記第2の端部と前記第2の導線(310)の前記第2の端部との間の第2の電圧を計測する手段と、
前記センサ手段(10)が前記電圧源に接続されるとき前記基準抵抗(Rref)における第2の基準電圧を計測する手段と、
前記第2の電圧と前記第2の基準電圧とを比較して第2のセンサ抵抗を決定する手段であって、前記第2のセンサ抵抗が前記抵抗型センサのうちの第2の抵抗型センサの抵抗と前記第2の導線の抵抗とを含む手段と、
前記第1のセンサ抵抗と前記第2のセンサ抵抗と前記導線抵抗(Rcond)とに応答して、平均導線抵抗を計算する手段と、
を備える回路。 - 請求項13記載の回路であって、前記の計算する手段が、
前記第2のセンサ抵抗を前記第1のセンサ抵抗から差引いて、推定された導線抵抗を生成する手段と、
前記の計測された導線抵抗と前記の推定された導線抵抗とを加算して2で割って前記平均導線抵抗を取得する手段と、
を備える回路。 - 請求項1記載の回路であって、前記抵抗型センサ(109、110)のうちの一つが抵抗型温度センサであり、前記状態が温度である回路。
- 内部を流れる物質のパラメータを計測する振動管型計測装置に使用されるセンサ手段を提供し且つ直列に接続された複数の抵抗型センサの各々に対する状態の値を計測する方法において、
前記センサ手段のそれぞれの前記抵抗型センサがその感応する状態を表わす抵抗を有しており、第1の導線が前記センサ手段の一端部に接続され、第2の導線が基準抵抗を介して前記センサ手段を接地するように前記センサ手段の他端部に接続され、少なくとも1本の別の導線が、直列に接続された前記抵抗型センサの各隣接する対間の接合点に接続され、前記第1の導線と前記第2の導線と前記少なくとも1本の別の導線とが導線抵抗を有しており、
前記第1の導線を介して、電圧源を前記センサ手段の前記一端部に選択的に接続し又は切り離すステップと、
前記電圧源が前記センサ手段の前記一端部から選択的に切り離されたときに前記導線抵抗を計測するステップと、
前記電圧源が前記センサ手段の前記一端部に選択的に接続されたときに各々の前記抵抗型センサのセンサ抵抗を計測するステップと、
前記の計測された導線抵抗と各抵抗型センサに対する各々の計測されたセンサ抵抗とから、前記状態の補償された導線抵抗値を導出するステップと、
によって特徴付けられる方法。
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