(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス流体に接続する１対の電極と、
コモンモード信号を監視するために前記１対の電極に接続され、かつ前記コモンモード信号に関連するラインノイズに基づいて前記１対の電極の少なくとも１つの電極に関連する不完全なアース接続を検出するように構成された診断回路と、を含み、
前記ラインノイズがノイズ閾値を超える場合に、前記診断回路が、不完全な前記アース接続を検出するように構成された、フィールド機器。
【請求項２】
前記プロセス流体中に起電力（ＥＭＦ）を誘起するために、前記プロセス流体に磁場を加えるコイルと、
前記１対の電極に接続され、かつ前記ＥＭＦに基づいて流体流速を判定するように構成された測定回路と
をさらに含む請求項１に記載のフィールド機器。
【請求項３】
前記測定回路が、前記１対の電極に接続する少なくとも１つの演算増幅器を含む、請求項２に記載のフィールド機器。
【請求項４】
前記コモンモード信号に関連する前記ラインノイズがノイズ閾値を超える場合に前記少なくとも１つの演算増幅器が飽和し、かつ飽和した場合に前記少なくとも１つの演算増幅器が前記コモンモード信号を歪ませる、請求項３に記載のフィールド機器。
【請求項５】
前記診断回路が、前記コモンモード信号中の前記ラインノイズに関連するノイズ振幅を測定するように構成され、かつ前記ノイズ閾値が、前記１対の電極の少なくとも１つの電極に接続される前記少なくとも１つの増幅器を飽和させるのに十分な振幅を示す、請求項４に記載のフィールド機器。
【請求項６】
前記診断回路が、前記プロセス流体のリークを検出するために差動モード信号を測定するようにさらに構成された、請求項１に記載のフィールド機器。
【請求項７】
パイプ中の流体の流速を測定するための電磁流量計であって、
前記流体を運ぶために前記パイプに接続するように構成される流管と、
前記流体内で起電力（ＥＭＦ）を誘起するために前記流管に隣接して配置された磁気コイルと、
パイプ内に配置された少なくとも２つの電極であって、その少なくとも２つの電極どうしが互いに電気的に絶縁され、かつ前記流管と電気的に絶縁されている、前記少なくとも２つの電極と、
前記少なくとも２つの電極に接続し、かつ誘起されたＥＭＦに基づいて流速を測定するように構成された測定回路と、
コモンモード信号を監視するために前記少なくとも２つの電極に接続され、かつコモンモード信号に関連するラインノイズがノイズ閾値を超える場合に、不完全な電気的アース接続を検出するように構成された診断回路と、
を含む流量計。
【請求項８】
前記測定回路が、前記少なくとも２つの電極の少なくとも１個に接続される演算増幅器を含む、請求項７に記載の電磁流量計。
【請求項９】
前記ノイズ閾値が、前記演算増幅器を飽和させるのに十分な電力レベルを含む、請求項８に記載の電磁流量計。
【請求項１０】
前記診断回路が、差動モードラインノイズを判定するために差動モード信号を監視するようにさらに構成され、前記診断回路が、前記少なくとも２つの電極のうち前記不完全な電気的アース接続を有する特定の電極を特定するために、コモンモードラインノイズ及び差動モードラインノイズを用いるロジックを含む、請求項７に記載の電磁流量計。
【請求項１１】
前記診断回路が、前記コモンモードラインノイズ及び選択された周波数帯域内を監視するように構成された、請求項１０に記載の電磁流量計。
【請求項１２】
前記選択された周波数帯域が、約５０Ｈｚ〜６０Ｈｚの周波数帯域を含む、請求項１１に記載の電磁流量計。
【請求項１３】
特定の周波数でラインノイズを検出するために、前記選択された周波数帯域が調整可能な、請求項１１に記載の電磁流量計。
【請求項１４】
不完全な電気的アース接続の検出に応答して警報を発生するように構成されるロジックをさらに含む、請求項７に記載の電磁流量計。
【請求項１５】
パイプに接続し、かつプロセス流体を運ぶように構成された流管と、
前記流管中に伸び、かつ前記プロセス流体に接続された第１及び第２電極と、
前記第１及び第２電極間のコモンモード信号を監視するために、第１及び第２電極に接続された診断回路であって、前記コモンモード信号に関連するコモンモードラインノイズがノイズ閾値を超えた場合に、前記第１及び第２電極のうち少なくとも１つに関連する不完全な電気的アース接続を検出するように構成された前記診断回路と、
を含む電磁流量計。
【請求項１６】
前記プロセス流体内に起電力（ＥＭＦ）を誘起するために、前記プロセス流体に磁場を加えるように構成されたコイルをさらに含む、請求項１５に記載の電磁流量計。
【請求項１７】
前記第１及び第２電極に接続され、かつ前記プロセス流体に関連する流速を判定するために前記ＥＭＦを測定するように構成された測定回路をさらに含む、請求項１６に記載の電磁流量計。
【請求項１８】
前記診断回路が、前記第１及び第２電極に関連する差動モードラインノイズを監視するようにさらに構成された、請求項１５に記載の電磁流量計。
【請求項１９】
前記コモンモードラインノイズ及び前記差動モードラインノイズに基づいて、前記第１及び第２電極のどの電極が前記不完全な電気的アース接続を有するかを判定するように構成されたロジックをさらに含む、請求項１８に記載の電磁流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、不完全なプロセスアース接続を検出するシステム、かつより詳細には、しかしそれには限定されない、例えば電磁流量計のような工業プロセス監視フィールド機器内の不完全なアース接続を検出するシステムに全般的に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィールド機器は、工業プロセス監視及び／又は制御システムにおいて、特定のプロセスに関連するプロセスパラメータを監視するために使用される。そのようなプロセスパラメータは、流体圧力、流体流速、流体温度、他のプロセス変量、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【０００３】
電磁流量計は、パイプに接続される流管内を流れる時の導伝性プロセス流体の流体流速を測定するために用いられる、フィールド機器の１つのタイプである。特定の電磁流量計は電磁石及び電極を含む。ファラデーの電磁誘導の法則に従って、電磁石は、プロセス流体中に、その流速に比例する起電力（ＥＭＦ）を誘起するために、流管内のプロセス流体に磁場を加えることに用いられる。電極は、ＥＭＦを検知するために、流れるプロセス流体と電気的に接触するように流管中に位置する。特定の実施態様においては、ＥＭＦは、ＥＭＦ信号を増幅するために電極をはさんで接続される増幅器を用いて、かつ流体流速に関連するデータ値を作り出す目的で増幅器の出力を量子化するためのアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を用いて、流量計によって計測される。特定の実施例においては、プロセス流体に結合させることができる信号アースに関連してＥＭＦが測定される。プロセス流体の電位は、必ずしもアース接続に相当するものではないが、基準として用いることができる。
【０００４】
電磁流量計及び関連するトランスミッター回路は、安定した測定値を与えるためにプロセスに参照される。このプロセス又はアース接続は、流管とプロセスの間の電気的接続を経由して設置される。前記アース接続は、流管に取り付ける接地リング、流管に直接接続される接地電極、流管と隣接した導伝性パイプの間のストラップ、他の接地接続、又はそれらの任意の組みあわせを用いて設置することができる。特定の実施態様においては、アースは低ノイズ基準を与えることができて、かつ電気安全規定でしばしば必要とされている。しかしながら、不完全なアース接続は誤ったプロセス測定の原因となりうる。
【発明の概要】
【０００５】
特定の実施態様においては、フィールド機器は、プロセス流体に接続する１対の電極、及びコモンモード信号を監視するために前記１対の電極に接続する診断回路を含むように開示されている。診断回路は、コモンモード信号に関連するラインノイズに基づいて、前記１対の電極の少なくとも１個の電極に関連する不完全なアース接続を検出するように構成される。
【０００６】
他の特定の実施態様においては、電磁流量計はパイプ中の流体の流量を測定するために開示される。電磁流量計は、流体を運ぶためにパイプに接続するように構成される流管、流体内で起電力（ＥＭＦ）を誘起するために流管に隣接して配置された磁気コイル、及びパイプ内に配置された少なくとも２個の電極を含み、前記少なくとも２個の電極は流管及び相互の電極と、電気的に絶縁してある。電磁流量計はさらに、前記少なくとも２個の電極と接続し、かつ誘起されたＥＭＦに基づいて流速を測定するように構成される測定回路を含み、かつコモンモード信号を監視するために前記少なくとも２個の電極と接続する診断回路を含む。診断回路は、コモンモード信号に関連するラインノイズがノイズ閾値を超える場合に、不完全な電気的アース接続を検出するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】不完全なアース接続を検出するシステムを含む電磁流量計の特定の図解の実施態様の略図である。
【図２】不完全なアース接続を検出するシステムに接続する電磁流量計システムの特定の図解の実施態様の略図である。
【図３】例えば図２に図示される電磁流量計のような、その一部が断面で示される、電磁流量計システムの特定の図解の実施態様の略図であり、その流量計システムは不完全なアース接続を検出する回路を伴ったトランスミッターを含む。
【図４】不完全なアース接続を有する電磁流量計の特定の実施態様からのコモンモード信号についての、未加工のカウント対時間のグラフである。
【図５】不完全なアース接続を有する電磁流量計の特定の実施態様からの差動モード信号についての、未加工のカウント対時間のグラフである。
【図６】フィールド機器について不完全なアース接続を検出する方法の特定の図解の実施態様のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
電磁流量計及び他のフィールド機器は、正確なプロセス測定を実施するために、導伝性のプロセス流体へのアース接続を利用する。適切なアース接続が無い場合には、例えば電磁流量計の電極で検知された差動電圧信号は、例えば周囲のプロセス環境から発生するノイズ信号のような周波数帯域約５０〜６０Ｈｚ内のラインノイズを経験することがある。そのような差動ノイズ信号は、流速測定を妨げるおそれがあり、測定の大きなばらつきの結果となる。特定の実施態様においては、差動電圧は下式に従って判定することができる。
【０００９】
VDiff= V1 + VNoise1 - (V2 + VNoise2)                    （式１）
ノイズ電圧信号（VNoise1及びVNoise2）間の差が診断ノイズ閾値又は限度より大きい場合には、アース／配線の欠陥に関連する警報を発生するように構成される診断回路が提供される。
【００１０】
加えて、不完全なプロセスアース接続は電極電圧信号を妨げるコモンモード電圧ラインノイズを引き起こしうる。特定の実施態様においては、コモンモード電圧ラインノイズは周波数帯域約５０〜６０Ｈｚ内では一般的である。ラインノイズは、周囲のプロセスノイズ及び振動、隣接する無線周波数信号、他のノイズ源、又はそれらの任意の組み合わせによって影響されうることが理解されるべきである。例えば、電極電圧信号のコモンモード電圧部分が電流限界を超えた場合に、フィールド機器に関連する増幅器が飽和状態になるようにさせることにより、コモンモードラインノイズは増幅回路に不利に強い影響を与えうる。電磁流量計においては、飽和点は、それぞれの電極に関連する第１及び第２電圧（V1及びV2）の上限及び下限でありうる。飽和点は下式に従って判定することができる。
【００１１】
VSat= V1 + VNoise1                                    （式２）
VSat= V2 + VNoise2                                    （式３）
【００１２】
増幅器の飽和は、示差測定値をより低い値に歪ませる傾向があり、そのことは、トランスミッターで検出される差動モードラインノイズを、現存するラインノイズ診断がアース／配線の欠陥状態を報告しない点に制限することができる。残念ながら、示差測定値が低減される場合には、差動モードラインノイズは不完全な電気的アース接続の検出には不十分なことがありうる。
【００１３】
特定の実施態様においては、電磁流量計の流管内の電極に接続する診断回路を含む電磁流量計が提供される。診断回路は、不完全なアース接続を検出するために、コモンモード電極信号（及び場合によっては差動モード電極信号）のラインノイズ振幅を診断するように構成される。コモンモード電圧ラインノイズを診断することによって、差動モード電極信号が比較的小さい（不完全なアース接続を検出するのに十分大きくはない）場合であっても、不完全なアース接続を検出することができる。
【００１４】
特定の実施例においては、診断回路は、差動モードラインノイズに加えて、コモンモード電極電圧に関連するラインノイズを監視するように構成される。特定の実施態様においては、コモンモードラインノイズは不完全なプロセスアース接続の存在のよりよい表示を与える。場合によっては、増幅器を飽和させるのに十分なコモンモードラインノイズが存在する可能性があるが、差動モードラインノイズはほとんど存在しない。
【００１５】
図１は、不完全な電気的アース接続を検出するシステムを含む電磁流量計１００の特定の図解の実施態様の略図である。電磁流量計１００は、電極回路１４６に関連する不完全なアース接続を検知できて、かつ不完全なアース接続が検出された場合には、出力ライン１５２及び１５４の少なくとも１つを経由して、表示を制御システム、表示機器、トランスミッター又はそれらの任意の組み合わせに与えることができる、電極回路１４６及び診断回路１２２を含む。
【００１６】
電磁流量計１００は、流れる液体１２８を運ぶように構成される絶縁管又はライナー１２６を有し、電気的アース１３０に接続する、流管１２４を含む。液体１２８のアースへの接続は、液体１２８と流管１２４に取り付けられている金属パイプ間の接触により通常完了する。流管１２４は電磁石１３２を含む。電磁石１３２は概略的に１３６で図示される、コイル１３４及び磁気リターンパス又はコアを含む。さらに、流管１２４は、電極回路１４６を形成する、第１及び第２電極１３８、１４０及び電極リード線１４２、１４４を含む。
【００１７】
特定の実施態様においては、電極回路１４６は同様に第１及び第２増幅器１４８、１５０を含むことができる。特定の実施例においては、第１及び第２増幅器１４８、１５０は、極度に高いインピーダンス、低リーク入力、及び低インピーダンス出力を有するユニティーゲインバッファー（インピーダンス変換器と称されることもある）である。第１及び第２増幅器１４８、１５０は、電極１３８、１４０からの電極電圧を対応する増幅器出力で複製し、かつ電極１３８、１４０を第１及び第２増幅器１４８、１５０の出力に接続するロードから分離する。第１及び第２増幅器１４８、１５０は、特定の実行しだいで、流管１２４に接続するか、又は電磁流量計１００に関連するハウジング内に配置することができる。
【００１８】
診断回路１２２は、第１及び第２増幅器１４８、１５０経由で電極回路１４６に接続し、かつ電気的アース１３０に接続する、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１６０を含む。ＡＤＣ１６０は、第１及び第２増幅器１４８の出力に関連する出力信号を発生し、及びその出力信号をプロセッサシステム１５６に提供するように適合されている。プロセッサシステム１５６は、コイル駆動回路１５１及び出力１５２、１５４に接続されている。出力１５２、１５４は、電力を受け取り、かつデータを通信するためのループ配線に接続することができる。コイル駆動回路１５１は、コイル１３４に信号を加えるようにプロセッサシステム１５６により制御することができる。特定の実施態様においては、コイル駆動回路１５１は電磁石１３２にほぼ矩形波駆動又は励起電流を加えて、かつ対応する電極電圧は同様に、流れに誘起されたＥＭＦが平坦又は安定している場合には「フラット」時間間隔を含むほぼ矩形波である。この実施例においては、診断電位は、流れに誘起されたＥＭＦが平坦又は安定している時間間隔の中でＡＤＣ１６０によりサンプリングすることができる。
【００１９】
プロセッサシステム１５６は、メモリ１６２及びメモリへのアクセスを有するプロセッサ１６４を含む。メモリ１６２は、破損したシールのそばを通過するプロセス流体のリークに関連するか、又は他の発生源に関連する電極リークを、ＡＤＣ１６０の出力に基づいて診断するためにプロセッサ１６４で実行可能な診断アルゴリズム１６６を記憶するように構成される。さらに、メモリ１６２は、電極１３８及び１４０に関連するコモンモード信号及び差動モード信号を、電気的アース１３０への不完全な接続に関連するラインノイズを検出するための特定の周波数で監視するためにプロセッサ１６４で実行可能な、飽和検出アルゴリズム１６８を記憶する。特定の実施態様においては、不完全な接続は、線の弛み、腐食、不適切な取り付け、又はそれらの任意の組み合わせによって生じうる。特定の実施態様においては、飽和検出アルゴリズム１６８は、電気的アース１３０への欠陥のある接続を推測するために、第１及び第２増幅器１４８及び１５０の飽和を検出することができる。特定の実施例においては、飽和検出アルゴリズム１６８は、電極１３８及び１４０に関連する、そのノイズが周波数帯域約５０〜６０Ｈｚ内では一般的であるコモンモード電圧ラインノイズを監視するように構成される。
【００２０】
特定の実施態様においては、プロセッサシステム１５６は、電極リーク（すなわち流量計１００に関連する回路に接触しているプロセス流体）に関連する第１診断出力を発生する、及び／又は電気的アース１３０への不完全な又は欠陥のある接続に関連する第２診断出力を発生するように構成される。特定の実施態様においては、増幅器１４８及び１５０の出力間の電位は液体接地基準を必要とする。特定の実施態様においては、電極電位に関してアース接続の中心がずれている場合、又はバランスが不完全な場合には、電極リークを推測するためにプロセッサ１６４は診断アルゴリズム１６６を用いることができる。しかしながら、電気的アース１３０接続が不完全であるか、又は欠陥のある場合には、コモンモードラインノイズは第１及び第２増幅器１４８及び１５０を駆動して飽和させてしまうおそれがあり、その飽和は飽和検出アルゴリズム１６８を用いてプロセッサ１６４で検出することができる。
【００２１】
特定の実施例においては、電極回路１４６にリークがない場合には、各々の電極の、電気的アース（診断電位）に関連する流れに誘起されたＥＭＦは、極性が反対でバランスするか又は等しくなる傾向がある。従って、リークのない正常な運転条件下では、それらを足し合わせた場合にはその結果がゼロに近くなる傾向があることが認められる。しかしながら、電気的アース１３０への接続に欠陥がある場合には、たとえＥＭＦがバランスしたままでも、コモンモードラインノイズは増幅器１４８及び１５０を駆動して飽和させてしまうことができる。このように、プロセッサ１６４で実行される飽和検出アルゴリズム１６８は、流量計１００が正常に作動しているようにみえる場合にでも、不完全な電気的アース接続を診断するために用いることができる。
【００２２】
特定の実施態様においては、出力１５２及び１５４は４−２０ｍＡアナログループ信号を伝達することができて、かつ出力端子１５４での診断出力は、４−２０ｍＡアナログループ信号に重畳されたＨＡＲＴプロトコル信号でありうる。他の特定の実施態様においては、出力１５２及び１５４は、異なるプロトコル信号を伝達するループ配線でありうる。さらに他の特定の実施態様においては、出力１５２及び１５４は、制御システムへの情報の送信及び制御システムからの情報の受信のために、無線トランシーバーに接続することができる。
【００２３】
図２は、不完全なアース接続を検出するシステムに接続する電磁流量計システム２００の特定の図解の実施態様の略図である。電磁流量計アセンブリ２００は、配線２０６を経由してトランスミッター機器２０４に接続する電磁流量計２０２を含む。特定の実施態様においては、トランスミッター機器２０４は制御機器に置き替えることができる。さらに、他の特定の実施態様においては、無線トランスミッター回路を電磁流量計２０２のハウジング２２８内に含むことができて、そのトランスミッター回路は電磁流量計２０２が無線でデータ交信することを可能にする。
【００２４】
トランスミッター機器２０４は配線２０６に接続するインターフェース２０８を含む。インターフェース２０８は、受信したデータを交信するためにプロセッサ２１０に接続する。プロセッサ２１０は、プロセッサ２１０で実行可能な不完全な電気的アース接続を検出する命令を含むメモリ２１２に接続する。特定の実施例においては、メモリ２１２は、電極回路１４６に関連する検出された電位に基づいて電極リーク（プロセス流体リーク）を検出するために、プロセッサ２１０で実行可能な電極リーク診断モジュール２１４を含む。さらに、メモリ２１２は、不完全な電気的アース接続を示すラインノイズを推測することを目的として、電磁流量計２０２内の増幅器の飽和を検出するために、プロセッサ２１０で実行可能な飽和／コモンモードノイズ検出診断モジュール２１６を含む。さらに、飽和／コモンモードノイズ検出診断モジュール２１６は、不完全な電気的アース接続を検出するために、コモンモードノイズを監視し、かつそれをノイズ閾値と比較するように構成される。さらに、メモリ２１２は、電極リーク診断モジュール２１４及び飽和／コモンモードノイズ検出診断ロジック２１６を用いて実施された判定に基づく警報を発生するために、プロセッサ２１０で実行可能な診断制御ロジックモジュール２１８を含む。前記警報は、表示インターフェース又は制御システム（示されていない）と交信することができる。もう一つの方法として、トランスミッター機器２０４は制御システムでありえて、かつ電磁流量計２０２は未加工の測定データを配線２０６経由で制御機器と交信するように構成されうる。
【００２５】
流量計２０２は電気的相互接続及び磁気コイル（図１に示す）を含み、かつそれらの回路を環境及びプロセス流体から分離する。一般的には、電磁流量計２０２はパイプ部２２４に、フランジ２２０及び対応するパイプフランジ２２２でねじ部品２２６を用いて接続する。図２は管であるパイプ部２２４を図示するが、流量計２０２を流体搬送構造の他のタイプにも接続することができる。本明細書中では用語「パイプ」は全般的に、管、溝及び同様のものを含む、流体を搬送する任意の導管を指す。
【００２６】
流量計２０２はさらに流量計２０２に関連する回路を格納するハウジング２２８を含み、かつ流管２３２を含む。特定の実施態様においては、流管２３２は、流管２３２内の電極配線にオペレーターがアクセスできるように、アクセスパネル２３０を含みうる。
【００２７】
実施状況に応じて、流管２３２はパイプ２２４に電気的にアースすることができる。もう一つの方法として、流管２３２は、アースグランドタイプの接続に対応しうるか又は対応しえないプロセスアースを提供することができる。特定の実施例においては、流量計２０２は、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて、パイプ２２４内を及び流管２３２を通して流れるプロセス流体を監視するように構成される。流速測定に関連する未加工のデータは、配線２０６を経由してトランスミッター機器２０４と交信されうる。トランスミッター機器２０４のプロセッサ２１０は飽和検出診断モジュール２１６にアクセスするように構成される。
【００２８】
図３は、例えば図２に図示される電磁流量計２０２のような、その一部が断面で示される、電磁流量計アセンブリ３００の特定の図解の実施態様の略図であり、その流量計アセンブリ３００は電気的アース欠陥診断回路を含むトランスミッターハウジング３２０を含む。電磁流量計アセンブリ３００は、工業プロセスのパイプ又は導管に接続するためのフランジ３２０を伴う流管部３０２を含む。流管部３０２は流体の流れのための管３０４の境界を定める。一般的には、流管部３０２は、例えば圧力容器用非磁性ステンレス鋼のような剛体の材料で形成され、かつ、管３０４の内側は、例えばTeflon、ポリウレタン、Tefzel、他のプラスチック樹脂、セラミック、又は電気的絶縁材料の他のタイプのような電気的絶縁性ライナー３０６で覆うことができる。より低圧の用途のためには、流管部３０２は電気的絶縁性材料で形成することができ、その場合はライナー３０６を省略することができる。流体管３０４の他の構造も同様に用いることができる。例えば、各々の電極の周りの絶縁円環のような、部分的にのみ絶縁ライニングを有する金属パイプ部を用いることができる。
【００２９】
さらに、流量計アセンブリ３００はフランジ要素３２０を伴って図示されているが、他の接続構造を用いることができる。代替実施形態においては、流管部３０２はフランジなしで形成することができ、かつ流量計アセンブリ３００を格納するために、延長ボルトを用いて流量計アセンブリ３００を接合管のフランジ間で固定することができる。流量計アセンブリ３００は、トランスミッターハウジング３２８内に電極回路３１４及び診断回路（例えば図１で図示される診断回路１２２のような）を含む、トランスミッター回路３１２を含む。トランスミッターハウジング３２８は、トランスミッターハウジング３２８内の配電ブロック及び電気回路にオペレーターがアクセスできるように、開放可能なカバーを含むことができる。電気リード線３１４は、例えば電極３０８、３１０のような電極及び磁気コイル３１６、３１８に接続するために、ハウジング３２８内から流管部３０２の中に伸びる。さらに、流管部３０２内の配線にオペレーターがアクセスできるように、アクセスパネル３２０が設けられる。
【００３０】
特定の実施態様においては、流管部３０２内のプロセス流体の流れの中に電圧を誘起する磁場を発生させるために、磁気コイル３１６、３１８が励起される。例えばトランスミッターハウジング３２８を伴った電極回路のようなプロセス監視回路は、流体の流速を判定するために用いることができる、２個の電極３０８、３１０間の電位を測定する。具体的には、変数（ｋ）が定数である次式：Ｅ＝ｋＢＷＶに従って、誘起電圧の強度（Ｅ）は、導伝性流体の速度（Ｖ）、導体の幅（Ｗ）、及び磁場の強度（Ｂ）に正比例する。磁場コイル３１６、３１８は、磁場を発生させてかつ加えるために、一般的に流管部３０２に対して相対する側に位置する。幅（Ｗ）は電極間の間隔であり、かつ磁場（Ｂ）は磁気コイル３１６、３１８によって制御されているために、唯一の変数はプロセス流体の速度（Ｖ）である。ライナー３０６（又は絶縁要素）は電圧信号がパイプ壁に短絡するのを防ぐ。従って、出力電圧（Ｅ）は液体の速度に正比例し、本質的に結果として直線的な出力となる。この出力電圧（Ｅ）は「起電力」（ＥＭＦ）、「流速信号」、「電位」又は「電極電圧」とも呼ぶことができる。
【００３１】
導伝性のプロセス流体が誘起磁場を貫通して平均速度（Ｖ）で動くときに、トランスミッターハウジング３２８内の回路は電極３０８及び３１０の両端の電位を測定する。さらに、トランスミッターハウジング３２８内の回路は、不完全な電気的アース接続を検出するために、コモンモード及び／又は差動モードラインノイズを監視することができる。特定の実施態様においては、トランスミッターハウジング３２８内の回路は、トランスミッターハウジング３２８内の回路に関連する増幅器を駆動して飽和させることができるラインノイズに基づいて、不完全なアース接続を検出するために、パイプが空のときに診断手順を実行することができる。このような飽和はアース接続の欠陥を示すことができる。電極３０８及び３１０が管３０４内の流体（液体が存在するときに）に接触し、かつ流体が電極３０８及び３１０の間の回路を閉じることが理解されるべきである。流体が存在しない場合には、電極３０８及び３１０は開回路を示す。それにもかかわらず、電気的アース接続に欠陥がある場合は、ラインノイズが存在しうる。他の特定の実施態様においては、コモンモードラインノイズに基づいて不完全な電気的アース接続を検出するために、回路は作動中に診断手順を実行することができる。さらに、どの導体に不完全な電気的アース接続があるのかを推測するために、診断手順は差動モードラインノイズの測定を含むことができる。
【００３２】
特定の実施態様においては、ハウジング３２８内の回路は、選択された周波数帯域内のコモンモードラインノイズを監視することによって、不完全な電気的アース接続を検出するように構成される。特定の実施例においては、選択された周波数帯域は約５０〜６０Ｈｚである。他の特定の実施例においては、特定の実行に従って周波数帯域を定めるために、選択された周波数帯域は、ホストシステムからの命令を経由して、又はユーザー入力インターフェースを経由して構成されうる。例えば、特定のプロセス環境は特定の周波数帯域内に存在するプロセスノイズを含むことができ、かつ、不完全な電気的アース接続を検出するために、特定の周波数帯域内のそのようなノイズを監視するように回路を調節（構成）することができる。
【００３３】
図４は、不完全なアース接続を有する電磁流量計の特定の実施態様からのコモンモード信号についての、未加工のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）カウント対時間のグラフ４００である。特定の電磁流量計は、プラスチックで形成され、かつ不完全なアース接続を有する１インチ流管部を含んでいた。図示されるように、グラフ４００は、アナログ・デジタル変換器からの６０Ｈｚの周期を有する周期信号の未加工のデータサンプルを示す、実質上正弦関数の信号４０２を示す。平坦部分４０４、４０６は、不完全なアース接続によるラインノイズを示す増幅器の飽和を示す。アース接続が固定されている場合には、参照番号４０４、４０６で示される領域での正弦関数の信号は曲線である。
【００３４】
一般的に、コモンモードラインノイズは４０４、４０６における信号の不規則性により立証される。コモンモードラインノイズ検出回路は、不完全な電気的アース接続を診断するためにそのような不規則性を検出するように構成される。不完全な電気的アース接続は、腐食したアース接続、切断されたアース接続、配線上の問題の別のタイプ又はそれらの任意の組み合わせを示すことができる。
【００３５】
図５は、不完全な電気的アース接続を有する電磁流量計の特定の実施態様からの差動モード信号についての、未加工のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）のカウント対時間のグラフ５００である。グラフ５００は、プラスチックで成形された１インチ流管を含み、かつ不完全な電気的アース接続を有する流量計の特定の実施態様における、関電極の６０Ｈｚ波形を示す。グラフ５００は、不自然に低い差動モードラインノイズ値を引き起こす増幅器の飽和による歪みを図示する。
【００３６】
特定の実施例においては、前記２個の電極からの差動モードラインノイズは部分的に相殺され、差動モードノイズ信号の振幅を減少させる。差動モードノイズ信号の振幅の減少は、不完全な電気的アース接続によるラインノイズの、差動モードノイズ信号にのみ基づく検出を困難にしうる。しかしながら、コモンモードノイズ信号（図４に図示されるように）は不完全な電気的アース接続を検出することに用いることができ、その一方、差動モードノイズ信号は、どの電極に不完全な電気的アース接続があるかを判定することに用いることができる。
【００３７】
図６は、フィールド機器について不完全なアース接続を検出する方法の特定の図解の実施態様のフロー図である。６０２においては、例えば電磁流量計のようなフィールド機器のコモンモード電極電圧に関連するラインノイズが監視される。特定の実施態様においては、コモンモードラインノイズはフィールド機器の電極に接続する演算増幅器を飽和させることができ、その飽和は検出することができる。６０４へ進むと、場合によりフィールド機器の差動モード電極電圧に関連するラインノイズを監視することができる。差動モードラインノイズは、例えば絶縁された回路へのプロセス流体のリークのようなリークを検出することに用いることができる。特定の実施態様においては、差動モードラインノイズは、不完全な電気的アース接続を検出するために、コモンモードラインノイズと併用して用いることができる。６０６に続くと、監視されたラインノイズがノイズ閾値と比較される。特定の実施態様においては、ノイズ閾値は演算増幅器の飽和電圧レベルに関連しうる。６０８に進むと、前記比較がフィールド機器の不完全なアース接続を示した場合には、警報が発生する。特定の実施例においては、警報は制御システムに送信される信号でありうる。他の特定の実施例においては、警報はフィールド機器の発光ダイオードを点灯させる信号でありうる。さらに他の特定の実施例においては、警報は、フィールド機器の液晶表示（ＬＣＤ）における表示に不完全なアース接続があることを示す制御信号でありうる。方法は６１０で終了する。
【００３８】
図１〜６に関して上記で開示されたシステム、フィールド機器、回路及び方法に関連して、フィールド機器内の電極対のコモンモード電圧信号に関連するラインノイズに基づき、前記電極対に接続する演算増幅器の飽和に基づき、前記電極対に関連する差動モード電圧信号、又はそれらの任意の組み合わせに基づいて不完全な電気的アース接続を検出するための診断回路を含むフィールド機器が開示される。特定の実施態様においては、検出された不完全なアース接続に関連する警報信号を発生し、かつ表示機器、トランスミッター機器、制御システム、他の機器又はそれらの任意の組み合わせの１つに与えることができる。上記説明は電磁流量計フィールド機器を対象にしてきたが、不完全な電気的アース接続を検出するための回路及び／又はシステムを１対の電極を含むフィールド機器の他のタイプと共に用いることができて、関連するアース接続が測定精度上重要であることが理解されるべきである。
【００３９】
本発明を望ましい実施形態に関して説明してきたが、当業者は、形式及び詳細において、本発明の精神と範囲から逸脱することなく変更を加えることができることを認めるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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