(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フローチューブに取付けられ、ドライブ信号に応じて前記フローチューブを振動させるように構成されているドライバと、前記フローチューブに取付けられたピックオフセンサーとを有する、流量メータを動作させる方法であって、
前記方法が、
ピックオフ電圧を取得するステップと、
流量メータ温度を測定するステップと、
測定された前記流量メータ温度に基づいて温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップと、
前記ピックオフ電圧を前記温度補償済み目標ピックオフ電圧と比較することにより、前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を維持するように前記ドライブ信号を調整するステップと、
を有する、方法。
【請求項２】
前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、前記ピックオフセンサーの磁性材料の磁界強度の変化を補償することを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記方法が、前記ピックオフセンサーの磁性材料を特定するステップをさらに有しており、
前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、前記ピックオフセンサーの前記磁性材料のＢｒ温度係数を用いて予め定められた目標ピックオフ電圧を調整することを含んでいる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、
（Ｂｒ温度係数×予め定められた目標ピックオフ電圧）／（周波数）＝（チューブ振幅×磁界強度×コイル長）
で表される式を用いることを含んでいる、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記方法が、メータ設計温度を設定するステップをさらに有しており、測定された前記流量メータ温度が前記メータ設計温度のしきい値限度内にある場合には、前記温度補償済み目標ピックオフ電圧が予め定められた目標ピックオフ電圧とほぼ等しくなる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記しきい値限度は、ユーザが設定可能な値を含んでいる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記しきい値限度が、前記ピックオフセンサーに基づいて前もって決められた値を含んでいる、請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、メータ設計温度と測定された前記流量メータ温度との差に基づいて、格納されている値を検索することを含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
フローチューブに取付けられ、ドライブ信号に応じて前記フローチューブを振動させるように構成されているドライバと、前記フローチューブに取付けられたピックオフセンサーとを有している流量メータを動作させる方法であって、
前記方法が、
目標ピックオフ電圧を設定するステップと、
流量メータ温度を測定するステップと、
測定された前記流量メータ温度をメータ設計温度と比較するステップと、
測定された前記流量メータ温度が前記メータ設計温度としきい値限度だけ異なっている場合に、温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップと、
を有する方法。
【請求項１０】
前記方法が、前記ドライブ信号を制御して前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を維持するステップをさらに有している、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記方法が、前記ピックオフセンサーの磁性材料を特定するステップをさらに有しており、
前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、ピックオフセンサーマグネットの磁界強度の変化を補償することを含んでいる、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、前記ピックオフセンサーマグネットのＢｒ温度係数を用いて前記目標ピックオフ電圧を調整することを含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、
（Ｂｒ温度係数×目標ピックオフ電圧）／（周波数）＝（チューブ振幅×磁界強度×コイル長）
で表される式を用いることを含んでいる、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、メータ設計温度と測定された前記流量メータ温度との差に基づいて、格納されている値を検索することを含んでいる、請求項９記載の方法。
【請求項１５】
前記しきい値限度は、ユーザが設定可能な値を含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記しきい値限度が、前記ピックオフセンサーに基づいて前もって決められている値を含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
変化する温度範囲にわたって流量メータのフローチューブ振幅を維持する流量メータの動作方法であって、
この方法が、
フローチューブに取付けられ、前記フローチューブへ結合されている複数のピックオフセンサーの目標ピックオフ電圧を維持するように構成されているドライバへドライブ信号を加えるステップと、
流量メータ温度を測定するステップと、
前記複数のピックオフセンサーの磁性材料のＢｒ温度係数を用いて、温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップと、
測定された前記流量メータ温度とメータ設計温度との間の差がしきい値限度を超えている場合に、前記ドライブ信号を制御して前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を維持するステップと、
を有する方法。
【請求項１８】
前記ドライブ信号を制御するステップが、ドライブ電力を調整することを含んでいる、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記しきい値限度は、ユーザが設定可能な値を含んでいる、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記しきい値限度が、前記ピックオフセンサーに基づいて前もって決められている値を含んでいる、請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、
（Ｂｒ温度係数×目標ピックオフ電圧）／（周波数）＝（チューブ振幅×磁界強度×コイル長）
で表される式を用いることを含んでいる、請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、前記メータ設計温度と測定された前記流量メータ温度との差に基づいて、格納されている値を検索することを含んでいる、請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
フローチューブ（１０１、１０２）と、
前記フローチューブ（１０１、１０２）に取付けられ、ドライブ信号に応じて前記フローチューブ（１０１、１０２）を振動させるように構成されているドライバ（Ｄ）と、
前記フローチューブ（１０１、１０２）へ結合されている複数のピックオフセンサー（ＬＰＯ、ＲＰＯ）と、
メータ電子機器（２０）とを備えており、
前記メータ電子機器が、目標ピックオフ電圧を設定し、流量メータ温度を監視し、温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成し、前記ドライブ信号を制御して前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を維持するように構成されている、流量メータ（１００）。
【請求項２４】
前記メータ電子機器（２０）が、前記ピックオフセンサー（ＬＰＯ、ＲＰＯ）の磁性材料を特定し、前記ピックオフセンサー（ＬＰＯ、ＲＰＯ）の磁界強度の変化を補償することにより前記温度補償済みピックオフ電圧を生成するように構成されている、請求項２３記載の流量メータ（１００）。
【請求項２５】
前記メータ電子機器（２０）が、前記ピックオフセンサー（ＬＰＯ、ＲＰＯ）の前記磁性材料のＢｒ係数を用いて前記目標ピックオフ電圧を調整するように構成されている、請求項２４記載の流量メータ（１００）。
【請求項２６】
前記メータ電子機器（２０）が、
（Ｂｒ温度係数×目標ピックオフ電圧）／（周波数）＝（チューブ振幅×磁界強度×コイル長）
で表される式を用いて温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するように構成されている、請求項２５記載の流量メータ（１００）。
【請求項２７】
前記メータ電子機器（２０）がメータ設計温度を設定するようにさらに構成されており、測定された前記流量メータ温度が前記メータ設計温度のしきい値限度内にある場合には、前記温度補償済み目標ピックオフ電圧が前記目標ピックオフ電圧とほぼ等しくなる、請求項２３記載の流量メータ（１００）。
【請求項２８】
前記メータ電子機器（２０）が、前記しきい値限度に対してユーザが設定可能な値を受け入れるように構成されている、請求項２７記載の流量メータ（１００）。
【請求項２９】
前記メータ電子機器（２０）が、前記ピックオフセンサー（ＬＰＯ、ＲＰＯ）に基づいて前記しきい値限度に対して前もって決められた値を格納するようにさらに構成されている、請求項２７記載の流量メータ（１００）。
【請求項３０】
前記メータ電子機器（２０）が、メータ設計温度と測定された前記流量メータ温度との差に基づいて、格納されている値を検索し、該格納されている値を用いて前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するようにさらに構成されている、請求項２３記載の流量メータ（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量メータに関するものであり、とくに変化する温度範囲にわたってフローチューブ振幅を一定に維持することができる流量メータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流量メータ内の導管を流れる物質の質量流量および他の情報を測定するためにコリオリ効果を用いた質量流量メータを用いることは一般的に知られている。典型的なコリオリ流量メータは、Ｊ．Ｅ．スミスらへ付与されている米国特許第４，１０９，５２４号、米国特許第４，４９１，０２５号およびＲｅ第３１，４５０号のすべてに開示されている。これらの流量メータは、直線構造または曲線構造を有している１つあるいはそれ以上の導管を備えている。コリオリ式の質量流量メータ内の各導管の構造体は、単純曲げタイプ、ねじれタイプまたは組み合わせタイプのモードのような、一組の固有振動モードを有している。好ましいモードによって振動するように、各導管を振動させることができる。
【０００３】
流量メータの流入口側で接続されているパイプラインから流量メータの中へと流れ込む物質は、一つ以上の導管を通り、流量メータの流出口側から流量メータを出るようになっている。振動する物質を充填したシステムの固有振動モードは、導管の質量および導管内を流れる物質の質量の合計により部分的に定まる。
【０００４】
流量メータに何も流れていないときに振動力が導管に加えられると、導管に沿った全ての部位が同一の位相で振動するか、または初期段階において固定位相が僅かにオフセットされた状態で振動する。このオフセットは修正可能である。物質が流量メータを流れ始めると、コリオリ力により、導管に沿った各ポイントが異なる位相を有するようになる。例えば、流量メータの流入口端部の位相は中央のドライバの位置の位相より遅延しており、流出口の位相はドライバの位置の位相よりも進んでいる。導管上のピックオフセンサーは導管の運動を表す正弦波信号を発生するようになっている。ピックオフセンサーから出力される信号が処理されることによりピックオフセンサー間の位相差が求められる。２つあるいはそれ以上のピックオフセンサー間の位相差は導管を流れる物質の質量流量に比例する。
【０００５】
メータ電子機器は、前記ドライバを動作させるためのドライブ信号を生成するとともに、前記ピックオフセンサーから受信する信号から物質の質量流量および他の特性を求める。前記ドライバは、複数の公知になっている構成のうちの１つを有していてもよい。しかしながら、マグネットが一方の導管に取り付けられ、対向するドライブコイルが他方の導管または固定された基板に取り付けられている構成は、流量メータの産業分野において大きな成功を収めている。前記ドライブコイルには、交流電流が流され、両方の導管を所望のフローチューブ振幅および振動数で振動させるようになっている。また、前記ドライバの構成と同様に、マグネットとコイルと備えたものとしてピックオフセンサーを構成することも当該技術分野において知られている。しかしながら、前記ドライバは運動を引き起こす電流を受け取ることができ、前記ピックオフセンサーはドライバによって付与される運動を利用して電圧を誘発することができる。かかるドライバおよびピックオフセンサーの一般的な動作原理は、当該技術分野において、一般的に知られている。
【０００６】
ほとんどの用途では、ドライブ信号は、ピックオフ信号により少なくとも部分的に決まるようになっている。いったん初期ドライブ信号がドライバに加えられてメータを振動させると、ピックオフセンサーはある速度を維持する。メータ電子機器が、「変位」型制御または「位置」型制御に従ってドライブ信号を制御することは、当該技術分野において知られている。換言すれば、メータ電子機器は、ピックオフ信号のある振幅を維持するようにドライブ信号を生成してドライバへ加えるようになっている。ピックオフセンサーの移動により生成される電圧信号の振幅は、フローチューブの正弦関数変位の振幅に比例するように通常設計されており、また、この関係はボルト／ヘルツの単位で表現されることが多い。ピックオフ信号の振幅は、ピックオフ振動の周波数、ピックオフ磁界、ピックオフコイル線長さ及びピックオフ振動振幅の各構成要素の関数である。 磁界およびコイル線長さの両方が一定であると仮定して、システム動作周波数が電子機器により測定されることは当該技術分野においてよくあることである。従って、フローチューブの変位の振幅の制御は、ボルト／ヘルツの単位でしばしば表現されるピックオフ信号の電圧の振幅を維持することにより、達成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記振幅関係に問題が生じるのは、流量メータが高い環境温度または高いプロセス流体温度に晒されるときである。いずれの場合も、ドライバの温度およびピックオフセンサーの温度を上昇させる。このように温度が上昇すると、ドライバおよびピックオフセンサーの磁界が弱化するため、ピックオフ出力電圧が降下する。ドライブ信号がボルト／ヘルツ関係を一定にするように、ピックオフ出力電圧を維持するように設定されている場合、ドライブ信号が増大し、このことにより、ピックオフ電圧の振幅を増大させるべくフローチューブ変位の振幅が増大する。フローチューブ振幅がより大きくなると、いくつかの望ましくない結果が生じることになる。構造の視点からは、チューブの振幅がより大きくなると、チューブストレスが大きくなる。また、フローチューブ振幅が異なると、望ましくない振動モードが誘発され、それらがピックオフ信号へ加えられ、測定誤差が生じてしまう。加えて、フローチューブ振幅が高くなると、より多くのドライブ電力が必要となる。多くの場合、利用可能な電力は、安全認可の格付によって制限されている場合もあれば、または、製造仕様書によって制限されている場合もある。高温環境では、ドライブマグネットの効率が低下するので、ドライブの電力要求量がかなりの程度増やされることになる。高温状態であってもフローチューブ振幅を一定に維持する方法を提供することが、当該技術分野において必要とされている。
本発明により、前記した問題および他の問題が克服され、技術進歩が達成されることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
態様
本発明の１つの態様によれば、フローチューブに結合され、ドライブ信号に応じてフローチューブを振動させるように構成されているドライバと、フローチューブに結合されているピックオフセンサーとを有している流量メータを動作させる方法は、
目標ピックオフ電圧を設定するステップと、流量メータ温度を測定するステップと、温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップと、ドライブ信号を制御して温度補償済み目標ピックオフ電圧を維持するステップとを、有している。
【０００９】
好ましくは、かかる方法は、ピックオフセンサーの磁性材料を特定するステップをさらに有しており、温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、ピックオフセンサーの磁界強度の変化を補償することを含んでいることである。
【００１０】
好ましくは、温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、ピックオフセンサーの磁性材料のＢｒ係数を用いて、目標ピックオフ電圧を調整することを含んでいることである。
【００１１】
好ましくは、前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、
（Ｂｒ温度係数×ピックオフ電圧）／（周波数）＝（チューブ振幅×磁界強度×コイル長）
で表される式を用いることを含んでいることである。
【００１２】
好ましくは、かかる方法が、設計温度を設定するステップをさらに有しており、測定されたメータ温度がメータ設計温度のしきい値限度内にある場合には、温度補償済み目標ピックオフ電圧が目標ピックオフ電圧とほぼ等しいことである。
【００１３】
好ましくは、前記しきい値限度が、ユーザが設定可能な値を含んでいることである。
【００１４】
好ましくは、前記しきい値限度が、ピックオフセンサーに基づいて前もって決められた値を含んでいることである。
【００１５】
好ましくは、温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、メータ設計温度と測定されたメータ温度との間の差に基づいて、格納されている値を検索することを含んでいることである。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、フローチューブに結合され、ドライブ信号に応じてフローチューブを振動させるように構成されているドライバと、前記フローチューブに結合されているピックオフセンサーとを有している流量メータを動作させる方法が、
目標ピックオフ電圧の設定するステップと、流量メータ温度を測定するステップと、測定された流量メータ温度をメータ設計温度と比較するステップと、測定された流量メータ温度がメータ設計温度としきい値限度だけ異なる場合に、温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップとを、有している。
【００１７】
好ましくは、かかる方法が、ドライブ信号を制御して前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を維持するステップをさらに有していることである。
【００１８】
好ましくは、かかる方法が、ピックオフセンサーの磁性材料を特定するステップをさらに有しており、前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップは、ピックオフセンサーの磁界強度の変化を補償することを含んでいることである。
【００１９】
好ましくは、温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、ピックオフセンサーの磁性材料のＢｒ係数を用いて、目標ピックオフ電圧を調整することを含んでいる。
【００２０】
好ましくは、前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、
（Ｂｒ温度係数×ピックオフ電圧）／（周波数）＝（チューブ振幅×磁界強度×コイル長）
で表される式を用いることを含んでいることである。
【００２１】
好ましくは、前記温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、メータ設計温度と測定されたメータ温度との差に基づいて、格納された値を検索することを含んでいることである。
【００２２】
好ましくは、前記しきい値限度が、ユーザが設定可能な値を含んでいることである。
【００２３】
好ましくは、前記しきい値限度が、ピックオフセンサーに基づいて前もって決められている値を含んでいることである。
【００２４】
本発明の他の態様によれば、変化する温度範囲にわたって流量メータのフローチューブ振幅を維持する方法であって、
フローチューブに結合され、該フローチューブへ結合されている複数のピックオフセンサーの目標ピックオフ電圧を維持するように構成されているドライバへドライブ信号を加えるステップと、流量メータの温度を測定するステップと、複数のピックオフセンサーの磁性材料のＢｒ温度係数を用いて、温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップと、測定された流量メータの温度とメータ設計温度との差がしきい値限度を超えている場合に、ドライブ信号を制御して温度補償済み目標ピックオフ電圧を維持するステップとを有している。
【００２５】
好ましくは、前記ドライブ信号を制御するステップが、ドライブ電力を調整することを含んでいることである。
【００２６】
好ましくは、前記しきい値限度が、ユーザが設定可能な値を含んでいることである。
【００２７】
好ましくは、前記しきい値限度が、ピックオフセンサーに基づいて前もって決められている値を含んでいることである。
【００２８】
好ましくは、温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、
（Ｂｒ温度係数×  ピックオフ電圧）／（周波数）＝（チューブ振幅×磁界強度×コイル長）
で表される式を用いることを含んでいることである。
【００２９】
好ましくは、温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するステップが、メータ設計温度と測定されたメータ温度との間の差に基づいて、格納された値を検索することを含んでいることである。
【００３０】
本発明の他の態様によれば、流量メータであって、フローチューブと、フローチューブへ結合され、ドライブ信号に応じてフローチューブを振動させるように構成されているドライバと、フローチューブへ結合されている複数のピックオフセンサーと、メータ電子機器とを備えており、
当該メータ電子機器は、ピックオフ電圧を設定し、流量メータの温度を監視し、温度補償済みピックオフ電圧を生成し、ドライブ信号を制御して温度補償済み目標ピックオフ電圧を維持するように構成されている。
【００３１】
好ましくは、前記メータ電子機器が、ピックオフセンサーの磁性材料を特定し、ピックオフセンサーの磁界強度の変化を補償することにより、温度補償済みピックオフ電圧を生成するように構成されていることである。
【００３２】
好ましくは、前記メータ電子機器が、ピックオフセンサーの磁性材料のＢｒ係数を用いて、目標ピックオフ電圧を調整するように構成されていることである。
【００３３】
好ましくは、メータ電子機器が、
（Ｂｒ温度係数×ピックオフ電圧）／（周波数）＝（チューブ振幅×磁界強度×コイル長）
で表される式を用いて温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するように、さらに構成されていることである。
【００３４】
好ましくは、メータ電子機器が、メータ設計温度を設定するようにさらに構成されており、測定されたメータ温度が、前記メータ設計温度のしきい値限度内にある場合には、温度補償済み目標ピックオフ電圧が、目標ピックオフ電圧とほぼ等しいことである。
【００３５】
好ましくは、メータ電子機器が、しきい値限度に対してユーザが設定可能な値を受け入れるように構成されていることである。
【００３６】
好ましくは、メータ電子機器が、ピックオフセンサーに基づいてしきい値限度に対して前もって決められている値を格納するようにさらに構成されていることである。
【００３７】
好ましくは、メータ電子機器が、メータ設計温度と測定された温度との間の差に基づいて、格納されている値を検索し、当該格納されている値を用いて温度補償済みピックオフ電圧を生成するようにさらに構成されていることである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の１つの実施形態にかかる流量メータ１００を示す図である。
【図２】メータ電子機器により実行される各操作を示すフローチャートである。
【図３】図２の初期操作条件を設定した後、制御アルゴリズムがどのようにフローチューブ振幅を維持するのかを表す、メータ電子機器により実行される操作を示す他のフローチャートである。
【図４】本発明の１つの実施形態に従ってメータ電子機器により実行される操作を示す初期化フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１〜図４および下記の記載には、本発明の最良のモードを作成し及び利用する方法を当業者に教示するための具体的な実施形態が示されている。本発明の原理を教示するために、従来技術の一部が単純化または省略されている。当業者にとって明らかなように、これらの実施形態の変形例も本発明の技術範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、下記記載の構成要素をさまざまな方法で組み合わせて本発明の複数の変形例を形成することができる。したがって、本発明は、下記記載の特定の実施形態に限定されるのではなく、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定される。
【００４０】
図１には、本発明の実施形態に係る流量メータ１００およびメータ電子機器２０が示されている。本発明の１つの実施形態によれば、前記流量メータ１００はコリオリ流量メータから構成されている。しかしながら、本発明は、コリオリ流量メータを用いる用途に限定されたものではなく、いうまでもなく、他のタイプの流量メータに用いられてもよい。前記メータ電子機器２０は、リード線１１０、１１１、１１１’、１１２を介して流量メータ組立体１００に接続されており、経路２６を介して、温度、密度、質量流量、体積流量、総質量流量を提供するように構成されている。メータドライブ信号およびメータピックオフ信号も経路２６を介して送信される。
【００４１】
前記流量メータ組立体１００は、フローチューブ１０１、１０２の下部を収容するスペーサ１０３を備えており、その内部において、フローチューブ１０１、１０２は、左側端部が首部１０８を通じてフランジ１０４へ接続され、右側端部が首部１２０を介してフランジ１０５及びマニフォルド１０７に取り付けられている。さらに、図１には、フランジ１０５の流出口１０６、左側ピックオフＬＰＯ、右側ピックオフＲＰＯおよびドライバＤが示されている。前記流量メータ組立体１００は、使用時には、フランジ１０４、１０５を介してパイプラインなどへ接続されるように構成されている。前記右側ピックオフＲＰＯは、詳細に示され、マグネット構造体１１５とコイル構造体１１６とを有している。２つのピックオフセンサーＬＰＯ、ＲＰＯしか示されていないものの、言うまでもなく、いかなる数のピックオフセンサーが用いられてもよい。また、ＲＴＤセンサーの如き温度測定デバイスが、流量メータ組立体１００にさらに取り付けられている。前記流量メータ組立体１００には１つのＲＴＤしか取り付けられていないように示されているが、これは単に明瞭さのためであり、言うまでもなく、実際問題として、前記ＲＴＤ又は他の温度計測デバイスがピックオフセンサーＬＰＯ、ＲＰＯ及びドライバＤの各々に接続されていてもよい。また、前記ＲＴＤセンサーの各々がリード線１１２の如きリード線を介してメータ電子機器２０へ接続されていていてもよい。
【００４２】
前記メータ電子機器２０は、リード線１１０を介して前記ドライバＤにドライブ信号を付与するように構成されている。かかるドライブ信号の極性が交互に変わるため、与えられたフローチューブ振幅およびフローチューブの周波数によって、チューブ１０１、１０２を振動させることができる。前記フローチューブ振幅及びフローチューブ周波数は、前記メータ電子機器２０によって提供されるドライブ信号に応じて変わる。また、フローチューブ振動に応答して、ピックオフセンサーＬＰＯ、ＲＰＯのマグネット及びコイル組立体が、リード線１１１、１１１’を介して前記メータ電子機器２０により受信される電圧を誘発させる。本発明の実施形態によれば、メータ電子機器２０は、「変位」タイプ又は「位置」タイプの制御手法に従ってメータ組立体１００を制御するようになっている。したがって、前記メータ電子機器２０は、目標ピックオフ電圧を維持するように、ドライブ信号を設定する。目標ピックオフ電圧は、ユーザにより現場において設定されてもよいし、または、前もって選択されるようにしてもよい。実施形態によっては、デフォルト目標ピックオフ電圧が、検出される流量メータに基づいて設定されるようになっている場合もあれば、および／または、プロセス流体に基づいて設定されるようになっている場合もある。前記メータ電子機器２０により提供されるドライブ電力は、目標ピックオフ電圧を維持するため、メータの減衰力およびバネ力に打ち勝って、十分なチューブの振幅を維持することができるほど十分大きくなければならない。下記のようにして、ピックオフの電圧を計算することができる。
【００４３】
前記フローチューブ１０１、１０２が前記ドライバＤにより振動させられると、前記ピックオフＬＰＯ、ＲＰＯのマグネットおよびコイル組立体がピックオフ電圧を生じさせる。生じたピックオフ電圧は、メータ組立体の４つの属性の関数であり、下記の式（１）の如く表わすことができる：
（ピックオフ電圧）＝（チューブ振幅×周波数×磁界強度×コイル長）    （１）
しかしながら、前記周波数は、プロセス流体の密度および温度に応じて変動するため、ピックオフ電圧を制御する際に問題が生じる。その一方、前記メータ電子機器２０が、目標ピックオフ電圧を維持しようとするのに代えて、電圧／ヘルツの単位で表現されるピックオフ電圧を維持しようとする場合、この表現は、プロセス流体の密度および温度の変動に起因するセンサー周波数の変化に対して自動的に補償されることになる。したがって、ピックオフ電圧は、下記の式（２）のように表現されるとよい：
（ピックオフ電圧）／（周波数）＝（チューブ振幅×磁界強度×コイル長）  （２）
式（２）により表わされる関係は、複数の用途に対するピックオフ電圧の適切な表現である。磁界強度が一定であり且つコイル長さが一定であると仮定した場合、チューブ振幅だけを調整することによりピックオフ電圧をその目標値に維持することができる。当該技術分野において一般的に知られているように、ドライブ信号によりチューブ振幅を制御することができる。
【００４４】
図２は、前記流量メータ組立体１００を動作させるために前記メータ電子機器２０により実行される初期化アルゴリズム２００を示すフローチャートである。このアルゴリズム２００は、プロセッサなどの中に格納され、前記メータ電子機器２０、他のプロセッサまたはソフトウェアプログラムにより検索されるようになっていてもよい。初期化アルゴリズム２００は、流量メータ又は測定されるプロセス流体のタイプにかかわらず流量メータ組立体１００の始動を確実にする。プロセス２００は、メータ電子機器２０が用いられる流量メータを特定するステップ２０１から開始される。この特定は、流量メータ１００に信号を送信／受信することにより実現されてもよいし、あるいは、ユーザが手動で流量メータ１００を特定するようにしてもよい。いったん流量メータ１００が特定されると、ステップ２０２で、目標ピックオフ電圧が設定される。実際に用いられる流量メータに応じて目標ピックオフ電圧が設定されてもよいし、あるいは、ユーザからのパラメータ入力値に基づいて手動で目標ピックオフ電圧が設定されてもよい。ステップ２０３では、チューブ周期が求められる。ドライブを適切に制御するため、ピックオフ電圧と共にチューブ周期が必要となる。ステップ２０４では、目標ピックオフ電圧を維持するためにドライブ電力が調整される。これはドライブアルゴリズムの設定値であり、変位目標値と呼ばれる場合もある。ドライブ電力が設定されると、初期化ルーチン２００は完了する。
【００４５】
図３には、メータ電子機器２０により実行される流量メータ１００の正常動作のためのプロセス３００が例示されている。いったんプロセス２００においてドライブ目標値が設定されると、ステップ３０１で、メータ電子機器２０がドライバＤへ所望のドライブ目標値を送信する。ドライブ目標値とは、ドライバＤへ送信されてフローチューブ１０１、１０２を振動させるドライブ信号である。ステップ３０２では、ピックオフセンサーＬＰＯ、ＲＰＯが、ピックオフ電圧を示す信号をメータ電子機器２０へ送信し続ける。このピックオフ電圧は、上記の式（２）に示されているようなピックオフ電圧に変換される。ステップ３０３では、メータ電子機器２０は、実際のピックオフ電圧が目標ピックオフ電圧と等しいか否かを判断する。答えが「ｙｅｓ」である場合、プロセスは、ステップ３０２へ戻り、ピックオフ電圧をもう一度チェックする。メータ電子機器２０は、ピックオフ電圧を測定し、目標ピックオフ電圧と比較し続けることができる。しかしながら、実際のピックオフ電圧が目標ピックオフ電圧とは異なる場合、または、前もって決められたしきい値差を超えている場合、プロセス３００はステップ３０４へ進み、所望のドライブ目標値を調整する。したがって、実際のピックオフ電圧が目標ピックオフ電圧と等しくない場合、プロセス３００は、ドライブ信号を変更することにより、唯一既知の変数であるチューブの振幅を変更する。修正されたドライブ信号は、ステップ３０５で、ドライバＤへ送られる。プロセス３００はステップ３０２へ再び戻り、ピックオフ電圧がもう一度測定される。
【００４６】
上述のプロセス３００は、システムの温度が実質的に一定に維持されている限りまたはメータ設計温度のしきい値差内に維持されている限り、適切な流量メータ動作を提供する。しかしながら、ピックオフセンサーＬＰＯ、ＲＰＯ又はドライバＤの温度が周囲のメータ設計温度、典型的には２０℃（６８°Ｆ）を超えると問題が生じる。いうまでもなく、流量メータ１００が２０℃（６８°Ｆ）とは異なる設計温度を有していてもよく、設計温度をどのようなものとするかにより本発明の技術範囲が制限されるわけではない。同様に、下記の説明は主として温度上昇に関するものであるが、修正は、温度低下に対しても同様に適用可能である。温度変化に関する問題が生じる理由は、ピックオフセンサーＬＰＯ、ＲＰＯ及びドライバＤのマグネットの温度が上昇すると、これらのマグネットの磁界強度が低下するからである。同様に、ピックオフセンサー、ＬＰＯ、ＲＰＯ及びドライバＤの永久磁石の温度が下がる場合、それらの磁石の磁界強度は増加する。ピックオフ電圧が磁界強度によって部分的に決まるということを式（２）から思い出していただきたい。したがって、高温環境では、磁界強度が低下すると、メータ電子機器２０が維持するようにプログラムされている前記「ピックオフ電圧」も降下する。ピックオフ電圧が同一の振幅信号（ｍＶ／Ｈｚ）を生成するためには、フローチューブ１０１、１０２はより長い距離を移動しなければならない、すなわちフローチューブ振幅は大きくならなければならない。フローチューブ振幅の増大は必ずしも望ましいものではない。というのは、そのことが、ピックオフ信号に、振動に関連して変化する電位及びさらなるチューブストレスをもたらすからである。さらに、フローチューブ振幅を増大させるためにドライブ信号を増大されなければならない。したがって、高温下での動作時、大量の電力が消費されることになる。
【００４７】
ピックオフセンサーの磁界が高温で低下することに加えて、ドライブマグネットも、高温で磁界強度が低下するので、低温で応答するようには、ピックオフセンサーＬＰＯ、ＲＰＯの高い振幅の要求に対して効率的に応答することはできない。ドライブが非効率になると、トランスミッタからより多くのドライブ電流が必要となり、したがって、高い流体減衰状態下でチューブ１０１、１０２を振動させるために利用することができる、本質的に安全なドライブ電流の蓄積量が、減少することとなる。
【００４８】
温度上昇に付随する磁界強度の低下は、磁気産業分野において「Ｂｒ（残留磁束密度）温度係数」としてよく知られている。磁界強度の低下は、永久的なものではなく、温度が降下するにつれて前の値に戻る。Ｂｒ温度係数は、用いられる磁性材料に基づいたものであり、製造されるすべてのマグネットの材料仕様の一部を構成している。共通のマグネットの温度係数は多く知られており、１℃当たりの−％磁界密度として表現される。たとえば、コリオリ流量メータに関する産業分野では、約−０．３５％／℃のＢｒ温度係数を有しているサマリウム・コバルト・マグネットを用いることが知られている。いうまでもなく、正確なＢｒ温度係数は、用いられる実際のマグネットに依存するものであって、サマリウム・コバルト・マグネットの使用に、本発明の技術範囲が限定されるわけではない。
【００４９】
本発明の１つの実施形態によれば、温度変化は、温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成することにより補償されるようになっている。この温度補償済み目標ピックオフ電圧は、流量メータの温度変化に起因するピックオフ電圧の変化を補償するようになっていてもよい。前記温度補償済み目標ピックオフ電圧は、Ｂｒ温度係数を用いて計算されてもよいしまたは他の温度補償値を用いて計算されてもよい。さらに、温度補償済み目標ピックオフ電圧は格納されている値から得られるようになっていてもよい。格納されている値は、測定されたメータ温度とメータ設計温度との差に基づいたものであってもよい。他の実施形態によれば、格納されている値は、前に得られたデータに基づいたものであってもよい。言うまでもなく、本発明がＢｒ温度係数の使用に限定されるべきではない。しかしながら、ピックオフセンサーＬＰＯ、ＲＰＯおよびドライバＤに用いるマグネットのＢｒ温度係数を前記「式（２）」の中へ組み入れることにより、温度補償済み目標ピックオフ電圧を以下に述べる「式（３）」を用いて計算することができる：
（Ｂｒ温度係数×ピックオフ電圧）／（周波数）＝（チューブ振幅×磁界強度×コイル長）    （３）
前記「式（３）」を用いて温度補償済み目標ピックオフ電圧が求められる場合、高温の環境下であってもチューブ振幅を安定させることができるようになる。このことは、たとえ磁界強度が温度上昇とともに減少したとしても前記「式（３）」の温度補償済み目標ピックオフ電圧が磁界強度の低下を補償するからである。したがって、メータ電子機器２０は、温度上昇により降下するピックオフ電圧を上昇させるようにはなっていない。それに代えて、メータ電子機器２０は、温度変化を考慮に入れた新規の温度補償済み目標ピックオフ電圧を求めるようになっている。
【００５０】
図４には、本発明の１つの実施形態に従って流量メータ１００を動作させるためにメータ電子機器２０によって実行されるプロセス４００が示されている。プロセス４００は、ステップ４０１において流量メータ動作を初期化することから開始される。初期設定は、図２に示されているプロセス２００のステップを含んでいてもよいし、あるいは、流量メータを特定し、初期目標ピックオフ電圧を設定する他の初期設定ルーチンを含んでいてもよい。プロセス４００は、ステップ４０２へと引き継がれて、ピックオフセンサーＬＰＯ、ＲＰＯおよびドライバＤに用いられている磁性材料を特定する。磁性材料が既に知られている場合、ステップ４０２は必要ではない場合もある。いったん磁性材料が分かると、ステップ４０３で、メータ電子機器２０はマグネットのＢｒ温度係数を得る。Ｂｒ温度係数は、格納されている値から取得されるようになっていてもよいし、あるいは、ユーザにより手動で入力されるようになっていてもよい。言うまでもなく、多くの用途では、ピックオフセンサー及びドライバに用いられるタイプのマグネットは同一の材料から構成されているが、異なるタイプのマグネットが用いられてもよく、その場合、温度変化の補償に複数のＢｒ温度係数を用いる必要がある。ステップ４０４では、目標ピックオフ電圧が設定される。目標ピックオフ電圧は、ユーザによる設定可能な値であってもよいし、または、メータ設計温度に基づくものであってもよい。上述のように、流量メータ１００の如き流量メータはメータ設計温度を有することができる。従って、目標ピックオフ電圧は、メータ設計温度におけるドライバコイルおよびピックオフコイルの磁気特性に基づくものであってもよい。
【００５１】
ステップ４０５では、流量メータ温度は、たとえばＲＴＤセンサーを用いて取得される。流量メータ温度はプロセス流体温度であってもよい。本発明の他の実施形態によれば、流量メータ温度は、ドライバＤの温度であってもよいし又はピックオフセンサーＬＰＯ、ＲＰＯの温度であってもよい。さらに他の実施形態によれば、流量メータ温度は、フローチューブ１０１、１０２の温度であってもよい。
【００５２】
ステップ４０５で受けとった温度に基づいて、ステップ４０６では、温度補償済み目標ピックオフ電圧が生成されるようになっていてもよい。１つの実施形態によれば、メータ設計温度とステップ４０５で測定される温度との差がしきい値限度を超えている場合にのみ、温度補償済み目標ピックオフ電圧がステップ４０６で生成されるようになっている。しきい値限度はユーザによる設定が可能であってもよい。それに代えて、しきい値限度は用いられる流量メータに基づくものであってもよい。さらに他の実施形態では、しきい値限度は、ピックオフセンサーＬＰＯ、ＲＰＯに用いられる磁性材料に基づくものであってもよい。測定された温度、メータ設計温度および前記式（３）を用いて、温度補償済みピックオフ電圧を計算することができる。ステップ４０７では、温度補償済み目標ピックオフ電圧を達成するようにドライブ電力が調整される。ステップ４０８で、この新規のドライブ電力がドライバＤへ送られる。前もって決められた時間まで又はユーザがプロセス４００を終了するまで、絶えず新規の流量メータ温度を取得し続けることで、プロセス４００を繰り返えすことができる。
【００５３】
初期設定目標ピックオフ電圧ではなく温度補償済み目標ピックオフ電圧を維持するために、メータ電子機器２０により送信されるドライブ信号を制御するべくプロセス４００を用いることができる。したがって、ピックオフ電圧は温度とともに変化するが、温度変化に起因するピックオフ電圧の変化を補償するために、目標ピックオフ電圧が調整されるようになっている。１つの実施形態によれば、温度補償済み目標ピックオフ電圧は、ピックオフセンサーＬＰＯ、ＲＰＯに用いられているマグネットの磁界特性の変化を補償するため、Ｂｒ温度係数を用いて生成されるようになっている。したがって、メータ電子機器２０は、温度上昇により引き起こされるピックオフ電圧の降下に応じてチューブ振幅を大きくするのではなく、磁界強度の変化を考慮に入れた新規の温度補償済み目標ピックオフ電圧を生成するようになっている。本発明は、流量メータによって要求される電力を抑え、さらに、フローチューブの寿命を延ばすことができる方法を提供している。
【００５４】
上述の実施形態の詳細な記載は、本発明の技術範囲内に含まれるものとして本発明者が考えているすべての実施形態を完全に網羅するものではない。もっと正確にいえば、当業者にとって明らかなように、上述の実施形態のうちの一部の構成要素をさまざまに組み合わせてまたは除去してさらなる実施形態を作成してもよい。このようなさらなる実施形態も本発明の技術範囲内及び教示範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、本発明の技術および教示の範囲に含まれるさらなる実施形態を作成するために、上述の実施形態を全体的にまたは部分的に組み合わせてもよい。
【００５５】
以上のように、本発明の特定の実施形態または実施例が例示の目的で記載されているが、当業者にとって明らかなように、本発明の技術範囲内において、さまざまな変更が可能である。本明細書に記載し教示する内容を、上述の且つそれに対応する図に記載した実施形態のみでなく、他の実施形態にも適用することができる。したがって、本発明の技術範囲は下記の請求項によって決められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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