JP4094415B2 - 質量流量測定器及び質量流量測定器の動作方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コリオリ原理により作動し、コリオリ測定管と、該コリオリ測定管に配属されており、該コリオリ測定管を励振する振動発生器と、該コリオリ測定管に配属されており、コリオリ力及び／又は複数のコリオリ力に基づく振動を検出する測定値受信器とを有する質量流量測定器の動作方法、並びにコリオリ原理により作動し、コリオリ測定管と、該コリオリ測定管に配属されており、該コリオリ測定管を励振する振動発生器と、該コリオリ測定管に配属されており、コリオリ力及び／又は複数のコリオリ力に基づく振動を検出する測定値受信器とを有し、前記振動発生器を制御する駆動装置が設けられている質量流量測定器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コリオリ原理により作動する公知の質量流量測定器は、通常の場合別個のインタフェースを有し、これらのうちの一方は電流供給すなわち電力の供給用であり、他方は測定信号の出力すなわちデータ伝送用である。このように電流供給とデータ伝送を分離することにより、電流供給はデータ伝送の様式には実際に完全に依存せず、その結果電流供給はいかなる場合でもデータ伝送の様式によって、質量流量測定器には制限された電力しか供給することができないというように制限されることはない。したがって相応の電流源を選択した場合には全ての動作条件において、質量流量測定器への十分な電流供給を保証することができる。したがって、質量流量測定器のコンポーネントの電力消費量が使用可能な電力を上回ることによって質量流量測定器の動作が中断されることは阻止される。
【０００３】
しかしながら冒頭で記載したような質量流量測定器を二線式インタフェースを介して作動するという要望、すなわちそのようなインタフェースによって同時にこのインタフェースを介して必要な電力が質量流量測定器に供給され、且つ測定値が出力されるという要望がある。二線式インタフェースを用いる質量流量のそのような動作を例えば爆発防止の理由から望むことができる。つまり二線式インタフェースを介することにより、基本的には質量流量測定器の本質的に安全な動作が可能である。すなわち点火性の火花は生じ得ないように質量流量測定器において使用できる最大電力が制限されている動作が可能である。
【０００４】
そのような二線式インタフェースを使用する場合には、一般的に測定信号として４ｍＡから２０ｍＡの間の電流値が出力されるので、基本的には最大で４ｍＡの電流を質量流量測定器のコンポーネントへの供給のために使用することができる。この値を上回る電流は一般的に使用することができない。何故ならば質量流量測定器のコンポーネントに関して、どれ程の電力でこれらのコンポーネントを作動させることができるかを予め調整しなければならないからである。したがってコリオリ原理により作動し、二線式インタフェースを介して一方では電力が供給され、他方では測定信号を送出する質量流量測定器において使用できる電力は、その使用が実際には非常に困難となっているほどに大幅に制限されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、コリオリ原理により作動する質量流量測定器の動作方法、並びに最大限に使用可能な電力が制限されており、また時間的に変化する場合であっても動作することができる、コリオリ原理により作動する質量流量測定器、並びに質量流量測定器の動作方法を提供することである。
【０００６】
この課題は、方法に関しては質量流量測定器において使用可能な電力を測定し、コリオリ測定管の平均振動エネルギを前記測定された使用可能な電力に依存して時間間隔をおいて制御する、及び／又は、測定値受信器から到来する測定信号を変換するＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数を前記測定された使用可能な電力に依存して制御することにより、該質量流量測定器において使用される電力を前記測定された使用可能な電力に依存して制御することによって解決される。
装置に関しては質量流量測定器において使用可能な電力を測定するために電力測定装置が設けられており、該質量流量測定器において使用される電力を制御するために、前記電力測定装置と接続されている電力制御ユニットが設けられており、該電力制御ユニットを用いて、駆動装置を介して振動発生器の電力消費量を、前記測定された使用可能な電力に依存して前記振動発生器を時間間隔をおいて制御することによって制御する、及び／又は測定値受信器から到来する測定信号を変換するＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数を、前記測定された使用可能な電力に依存して制御することによって解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による方法によって、質量流量測定器にとって必要な電力すなわちそのコンポーネントにとって必要な電力は使用可能な電力を上回らないよう配慮することができ、これに関しては考えられる最小の電流しか使用できない、考えられる最悪の事態に専ら適合させる必要は無い。むしろ質量流量測定器において消費ないし使用される電力の本発明による制御によって、使用可能な電力に依存して実質的に何時でも、使用可能な電力全てを利用することができる。
【０００８】
この関連において本発明による方法は勿論、使用可能な電力が比較的僅かである場合にはまた比較的僅かな電力しか消費しないという（平凡な）認識には基づいていない。すなわち本発明の方法によれば、質量流量測定器のコンポーネントの電力消費量を能動的に制御する。
【０００９】
質量流量測定器において使用される電力のそのような問題となる制御は、本発明の有利な実施形態によれば、コリオリ測定管の平均振動エネルギが使用可能な電力に依存して制御されることによって行われる。このことは本発明の有利な実施形態によれば、振動発生器が使用可能な電力に依存して制御される、すなわち有利には振幅に関して制御されることによって行われる。使用可能な電力に所望のように適合させることは、振動発生器は使用可能な電力が比較的僅かであれば単に比較的僅かにすぎない振幅でもって制御されることによって達成される。すなわち使用可能な電力が比較的僅かである場合には振動振幅、したがってコリオリ測定管の振動エネルギが低減されている。使用可能な電力が再び上昇した場合には、コリオリ測定管の振動振幅を上昇させることができる。（調和のとれた振動の限界では）コリオリ測定管の振動における比較的大きな振幅が比較的僅かな振幅よりも好まれるということは、コリオリ測定管の振動振幅が比較的大きい場合に得ることができる比較的良好な信号ノイズ比によって表されている。
【００１０】
しかしながらコリオリ測定管の平均振動エネルギは別のやり方でも変化させることができる。つまり、前述した実施形態について選択的または累積的なものと見なすことができる本発明の別の有利な実施形態によれば、振動発生器は使用可能な電力に依存して時間間隔をおいて制御される。振動発生器が時間間隔をおいて制御されるということは、振動発生器の制御は従来の動作における制御とは異なり、励振周波数でもってはもはや行われないということを意味しており、この励振周波数は通常の場合励振している状態のコリオリ測定管の共振周波数に相応する。むしろ本発明のこの有利な実施形態による振動発生器は確かにコリオリ測定管の振動が前述の励振でもって維持されたままであるように引き続き励振されるが、しかしながらこの振動の所定の周期においては振動発生器の能動的な制御は行われない。このことは例えば、振動発生器が僅かにインターバルをおいて制御される、すなわち所定の時間間隔内では励振周波数でもって制御され、これに続く受動的なインターバル内では単にコリオリ測定管と共振するということを意味しているといえる。
【００１１】
ここで測定動作にとってはコリオリ測定管の振動は中断されないということが重要であるので、制御が行われない受動的なインターバルは有利には、コリオリ測定管の振動が常に存在する減衰のために既に完全に弱まっていることがない程度の長さでしかない。インターバルをおいたコリオリ測定管の励振について選択的に、振動発生器を用いて励振の各ｎ回目（ここでｎは整数である）の周期においてのみコリオリ測定管を励振するということも考えられる。
【００１２】
コリオリ測定管の振動エネルギを用いる、質量流量測定器において消費ないし使用される電気エネルギの制御について選択的または累積的に、電力を消費する質量流量測定器の他の各コンポーネントを本発明により制御することが基本的に可能である。本発明の有利な実施形態によれば、測定値受信器から到来する測定信号を変換するためのアナログ／ディジタル変換機（Ａ／Ｄ変換器）ではサンプリング周波数が使用可能な電力に依存して制御される。すなわち比較的僅かなサンプリング周波数を使用することにより、Ａ／Ｄ変換器において使用される電力を低減することができる。
【００１３】
本発明の有利な実施形態によれば、質量流量測定器において使用される電力を制御するために電力制御ユニットが設けられている。所定の使用可能な電力を下回った場合には、この電力制御ユニットはエネルギ節約モード（スリープモード（ｓｌｅｅｐ ｍｏｄｅ））に移行する。このようにして質量流量測定器において消費される電力を、質量流量測定器において消費される電力の半発明による制御を行うコンポーネント自体によっても低減することができる。
【００１４】
既述したように本発明の方法によって、使用できる電力を最適に活用することができる。それに応じて本発明の有利な実施形態によれば、電力の供給及び測定信号の出力が二線式インタフェースを介して行われる。殊に有利には測定信号は４ｍＡから２０ｍＡの間の電流信号として送出される。さらには電力の供給及び測定信号の出力をバスインタフェース、例えばＩＥＣ３１Ｇ／８９／ＮＰないしＩＥＣ６１１５８−２に応じたファウンデーションフィールドバス（Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｂｕｓ）またはプロフィバス（Ｐｒｏｆｉｂｕｓ）を介して達成することもできる。
【００１５】
測定信号の出力が１つの二線式インタフェースまたは１つのバスインタフェースを介して行われている場合には、厳密に１つの二線式インタフェースないしバスインタフェースが用意される。しかしながら同様に複数の二線式インタフェースないしバスインタフェースを設けることも可能であり、この場合全体としては潜在的により多くの電力を質量流量測定器のために使用することができる。この場合質量流量測定器において使用される電力の本発明による制御は、全ての二線式インタフェースないしバスインタフェースを介して供給される全ての電力に依存して行われる。
【００１６】
上記から更に導出される課題または指摘された課題を解決する質量流量測定器は、本発明によれば質量流量測定器において使用される電力を制御するために電力制御ユニットが設けられているということを特徴としている。
【００１７】
したがって本発明による質量流量測定器は、前述した本発明による方法によって作動できるように構成されている。本発明の有利な実施形態によれば、本発明による質量流量測定器における本発明による方法は以下のことにより変えられていると考えられる。すなわち、振動発生器を制御する駆動装置が設けられており、電力制御ユニットを用いてこの駆動装置を介して振動発生器の電力消費量を制御することができる。
【００１８】
これについて選択的または累積的に本発明の別の有利な実施形態によれば、測定値受信器から到来する測定信号を変換するためのＡ／Ｄ変換器を、電力制御ユニットでもってサンプリング周波数に関して制御できるように構成することも可能である。
【００１９】
本発明による方法の特別な利用は本発明による質量流量測定器においては要するに以下のことに表れている。すなわち発明の有利な実施形態によれば電力の供給及び測定信号の出力のために少なくとも１つの、上述のような二線式インタフェースまたはバスインタフェースが設けられている。
【００２０】
詳細には、本発明による方法ないし本発明による質量流量測定器を実施及び構成する手段が複数存在する。これに関しては独立請求項に従属する請求項、ならびに図面と関連した本発明の有利な実施例の以下の説明に示唆されている。
【００２１】
【実施例】
図１から見てとれるように、本発明の第１の有利な実施例による質量流量測定器はコリオリ測定管１を有し、このコリオリ測定管１には振動発生器２並びにコリオリ測定管１の振動を受信する２つの測定値受信器３が配属されている。測定値受信器３はＡ／Ｄ変換器４と接続されており、このＡ／Ｄ変換器４は測定値受信器３によって形成されたアナログ測定信号をディジタル化する。振動発生器２の制御は駆動装置５によって行われる。駆動装置５は通常の場合測定値受信器３とも接続されているので、コリオリ原理により作動する質量流量測定器の場合では一般的に通例であるように、コリオリ測定管の共振周波数を励振に関して調節することができる。
【００２２】
本発明の第１の有利な実施例による図１に図示した質量流量測定器においては、電力制御ユニット６が設けられているということが重要である。この電力制御ユニット６は使用可能な電力を測定するために設けられている電力測定装置７と接続されている。電力測定装置７を用いて電流を測定することにより、どれ程の電力を質量流量測定器のコンポーネントはこの質量流量測定器に設けられている二線式インタフェース８を介して使用できるかが算出される。この二線式インタフェース８は質量流量測定器に電力を供給する他に、測定信号を出力することにも使用される。使用可能な電力について算出された値を電力測定装置７は電力制御ユニット６に送信し、この電力制御ユニット６は使用可能な電力について算出された値に依存してＡ／Ｄ変換器４及び駆動装置５の制御を行う。ここでコリオリ測定管の平均振動エネルギが使用可能な電力に依存して制御される。
【００２３】
このことは例えば振動発生器２が振幅に関して、駆動装置５を介して使用可能な電力に依存して制御されることによって行われる。使用可能な電力に所望のように適合させることは、振動発生器２は使用可能な電力が比較的僅かであれば単に比較的僅かにすぎない振幅でもって制御されることによって達成される。すなわち使用可能な電力が比較的僅かである場合には振動振幅、したがってコリオリ測定管１の振動エネルギが低減されている。使用可能な電力が再び上昇した場合には、駆動装置５及び振動発生器２を介してコリオリ測定管１の振動振幅も高められる。
【００２４】
しかしながらコリオリ測定管１の平均振動エネルギは別のやり方によっても変化される。すなわち、振動発生器２は使用可能な電力に依存して時間間隔をおいて制御されることが付加的に行われている。振動発生器２が時間間隔をおいて制御されるということは、既に上述したように、振動発生器２の制御は従来の動作とは異なりもはや励振周波数でもっては行われずに、ここではすなわち励振している状態のコリオリ測定管１の共振周波数でもっては行われないということを意味している。これに代わって、振動発生器２は確かにコリオリ測定管１の振動が前述の励振でもって維持されたままであるように引き続き励振されるが、しかしながらこの振動の所定の周期においては振動発生器２の能動的な制御は行われない。ここでこのことは、振動発生器２が僅かにインターバルをおいて制御される、すなわち所定の能動的なインターバル内では励振周波数でもって制御され、これに続く受動的なインターバル内では単にコリオリ測定管１と共振するということを意味している。コリオリ測定管１の振動が中断されないようにするために、制御が行われない受動的なインターバルは、コリオリ測定管１の振動が常に存在する減衰のために既に完全に弱まっていることがない程度の長さでしかない。
【００２５】
さらには、Ａ／Ｄ変換器４においてサンプリング周波数が使用可能な電力に依存して制御される。比較的僅かなサンプリング周波数を使用することによってＡ／Ｄ変換器において使用される電力が低減される。
【００２６】
最後に電力制御ユニット６はマイクロコントローラとして構成されている。したがって所定の使用可能な電力を下回った場合には電力制御ユニット６はエネルギ節約モード（スリープモード）に移行することができる。したがって質量流量測定器において消費される電力は、質量流量測定器において消費される電力の制御を行うコンポーネント自体によっても低減される。
【００２７】
図２からは本発明の第２の有利な実施例による質量流量測定器が見て取れる。図２に図示された質量流量測定器はその構成においては、二線式インタフェース８の代わりに２つのバスインタフェース９が設けられているという点を除き実質的に図１に図示した質量流量測定器と対応している。２つのバスインタフェース９を介して相互に異なる測定値が出力される。図２から見て取れる本発明の第２の有利な実施例の質量流量測定器によれば、一方のバスインタフェース９を介してコリオリ測定管１を通過する質量流量が出力され、他方のバスインタフェース９を介して質量流量測定器によって算出されたコリオリ測定管１を流れる媒体の濃度が出力される。電気エネルギの供給を選択的に一つまたは複数のバスインタフェース９を介して行うことができる。電気エネルギを２つのバスインタフェース９を介して行う場合には、質量流量測定器において使用される電力の制御を、２つのバスインタフェース９を介して供給される全体の電力に依存して行う。その他に、電力制御ユニット６による質量流量測定器のコンポーネントの制御は、本発明の第１の有利な実施例による図１に図示した質量流量測定器との関係において既に説明した制御方法に相応する。
【００２８】
最後に図３からは本発明の第３の有利な実施例による質量流量測定器が見て取れる。本発明の第１の有利な実施例による図１に図示した質量流量測定器に加えこの質量流量測定器では、マイクロコントローラとして構成された別の制御ユニット１０を介して付加的で純粋に受動的な出力部１１が制御される。この受動的な出力部１１を介しては、質量流量測定器の電流供給は行われない。この受動的な出力部１１は単に状態情報または指示情報の出力、ないし例えばキーボードを介して入力された調節の伝送に使用される。ここでもまた質量流量測定器のコンポーネントの制御は、本発明の第１の有利な実施例による図１に図示した質量流量測定器に関連して説明したように電力制御ユニット６を用いて行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の有利な実施例による質量流量測定器の概略図。
【図２】本発明の第２の有利な実施例による質量流量測定器の概略図。
【図３】本発明の第３の有利な実施例による質量流量測定器の概略図。
【符号の説明】
１ 測定管、 ２ 振動発生器、 ３ 測定値受信器、 ４ Ａ／Ｄ変換器、５ 駆動装置、 ６ 電力制御ユニット、 ７ 電力測定装置、 ８ 二線式インタフェース、 ９ バスユニット、 １０ 制御ユニット、 １１ 出力部

Claims (2)

1. コリオリ原理により作動し、コリオリ測定管（１）と、該コリオリ測定管（１）に配属されており、該コリオリ測定管（１）を励振する振動発生器（２）と、該コリオリ測定管（１）に配属されており、コリオリ力及び／又は複数のコリオリ力に基づく振動を検出する測定値受信器（３）とを有する質量流量測定器の動作方法において、
   該質量流量測定器において使用可能な電力を測定し、
   前記コリオリ測定管（１）の平均振動エネルギを前記測定された使用可能な電力に依存して時間間隔をおいて制御する、及び／又は、
   前記測定値受信器（３）から到来する測定信号を変換するＡ／Ｄ変換器（４）のサンプリング周波数を前記測定された使用可能な電力に依存して制御することにより、該質量流量測定器において使用される電力を前記測定された使用可能な電力に依存して制御することを特徴とする、質量流量測定器の動作方法。
2. コリオリ原理により作動し、コリオリ測定管（１）と、該コリオリ測定管（１）に配属されており、該コリオリ測定管（１）を励振する振動発生器（２）と、該コリオリ測定管（１）に配属されており、コリオリ力及び／又は複数のコリオリ力に基づく振動を検出する測定値受信器（３）とを有し、前記振動発生器（２）を制御する駆動装置（５）が設けられている質量流量測定器において、
   該質量流量測定器において使用可能な電力を測定するために電力測定装置（７）が設けられており、
   該質量流量測定器において使用される電力を制御するために、前記電力測定装置（７）と接続されている電力制御ユニット（６）が設けられており、
   該電力制御ユニット（６）を用いて、前記駆動装置（５）を介して前記振動発生器（２）の電力消費量を、前記測定された使用可能な電力に依存して前記振動発生器を時間間隔をおいて制御することによって制御する、及び／又は
   前記測定値受信器（３）から到来する測定信号を変換するＡ／Ｄ変換器（４）のサンプリング周波数を、前記測定された使用可能な電力に依存して制御することを特徴とする、質量流量測定器。

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