(57)【要約】  実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供する機器電力制御装置１２０が提供される。制御装置１２０は、入力電力ＰＩを受け取る入力１２１と、可変インピーダンス負荷Ｌに実質的に一定の出力電力Ｐｏを提供する出力１２２と、負荷電圧ＶＬを受け取る通信線１２６とを備える。機器電力制御装置１２０は、入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩとを決定し、負荷Ｌの有効抵抗ＲＬを決定し、入力電圧ＶＩ、入力電流ＩＩ及び有効抵抗ＲＬに基づいて出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを設定する。出力電圧Ｖｏは入力電圧ＶＩから実質的に独立している。出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏは、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持しながら、負荷電力ＰＬを最大にするように変更される。
2010531459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供するための機器電力制御装置１２０であって、入力電力ＰＩを受け取る入力と、可変インピーダンス負荷Ｌに実質的に一定の出力電力Ｐｏを提供する出力と、負荷Ｌから負荷電圧ＶＬを受け取る通信線とを備える機器電力制御装置において、
入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩとを決定し、負荷Ｌの有効抵抗ＲＬを決定し、入力電圧ＶＩ、入力電流ＩＩ及び有効抵抗ＲＬに基づいて出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを設定し、出力電圧Ｖｏは入力電圧ＶＩから実質的に独立しており、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏは、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持しながら、可変インピーダンス負荷Ｌへ送られる負荷電力ＰＬを最大にするように変更されるように構成された機器電力制御装置１２０。
【請求項２】
入力電圧ＶＩは実質的に一定の入力電圧ＶＩを含む、請求項１に記載の機器電力制御装置１２０。
【請求項３】
有効抵抗ＲＬはＲＬ＝Ｃ１ＶＩを含む、請求項１に記載の機器電力制御装置１２０。
【請求項４】
出力電圧ＶｏはＶｏ＝Ｃ２（ＶＩＩＩＲＬ）１／２を含む、請求項１に記載の機器電力制御装置１２０。
【請求項５】
入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩはバス・ループ基準に適合する、請求項１に記載の機器電力制御装置。
【請求項６】
入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩは本質安全（ＩＳ）基準に適合する、請求項１に記載の機器電力制御装置１２０。
【請求項７】
負荷Ｌは振動型流量計５を含み、負荷電圧ＶＬは振動型流量計５の１つ又は複数の導管１０３の振動振幅に関係する、請求項１に記載の機器電力制御装置１２０。
【請求項８】
負荷Ｌはコリオリ流量計を含み、負荷電圧ＶＬはコリオリ流量計の１つ又は複数の導管１０３の振動振幅に関係する、請求項１に記載の機器電力制御装置１２０。
【請求項９】
負荷Ｌは振動型密度計５を含み、負荷電圧ＶＬは振動型密度計５の１つ又は複数の導管１０３の振動振幅に関係する、請求項１に記載の機器電力制御装置１２０。
【請求項１０】
有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にあるかどうかを決定し、有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にない場合に、入力電圧ＶＩ、入力電流ＩＩ及び有効抵抗ＲＬに基づいて出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを設定するように更に構成される、請求項１に記載の機器電力制御装置１２０。
【請求項１１】
出力電圧Ｖｏを設定するように構成された電圧源５１０と、出力電流Ｉｏを設定するように構成された電流源５２０とを更に備える、請求項１に記載の機器電力制御装置１２０。
【請求項１２】
出力電圧Ｖｏを設定するように構成された駆動電圧コンバーター６１５と、
出力電流Ｉｏを設定するように構成された駆動電流源６２５と、
駆動電圧コンバーター６１５、負荷Ｌ及びループ電流制御部６１０に結合された制御部６２０と
を更に備え、
制御部６２０は、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを設定しながら実質的に一定の出力電力Ｐｏを生成するように駆動電圧コンバーター６１５と駆動電流源６２５とを制御するよう構成される、請求項１に記載の機器電力制御装置１２０。
【請求項１３】
実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供するための機器電力制御方法であって、入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩとを決定するステップを含む方法において、
可変インピーダンス負荷Ｌの有効抵抗ＲＬを決定するステップと、
入力電圧ＶＩ、入力電流ＩＩ及び有効抵抗ＲＬに基づいて出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを設定するステップと、
を含み、出力電圧Ｖｏは入力電圧ＶＩから実質的に独立しており、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏは、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持しながら、可変インピーダンス負荷Ｌへ送られる負荷電力ＰＬを最大にするように変更される方法。
【請求項１４】
入力電圧ＶＩは実質的に一定の入力電圧ＶＩを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
有効抵抗ＲＬはＲＬ＝Ｃ１ＶＩを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
出力電圧ＶｏはＶｏ＝Ｃ２（ＶＩＩＩＲＬ）１／２を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩはバス・ループ基準に適合する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩは本質安全（ＩＳ）基準に適合する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
負荷Ｌは振動型流量計を含み、負荷電圧ＶＬは振動型流量計の１つ又は複数の導管の振動振幅に関係する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
負荷Ｌはコリオリ流量計を含み、負荷電圧ＶＬはコリオリ流量計の１つ又は複数の導管の振動振幅に関係する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
負荷Ｌは振動型密度計を含み、負荷電圧ＶＬは振動型密度計の１つ又は複数の導管の振動振幅に関係する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にあるかどうかを決定するステップと、
有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にない場合に、入力電圧ＶＩ、入力電流ＩＩ及び有効抵抗ＲＬに基づいて出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを設定するステップと、
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供するための機器電力制御方法であって、入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩとを決定するステップを含む方法において、
可変インピーダンス負荷Ｌの有効抵抗ＲＬを決定するステップと、
有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にあるかどうかを決定するステップと、
有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にない場合に、入力電圧ＶＩ、入力電流ＩＩ及び有効抵抗ＲＬに基づいて出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを設定するステップと、
を含み、出力電圧Ｖｏは入力電圧ＶＩから実質的に独立しており、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏは、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持しながら、可変インピーダンス負荷Ｌへ送られる負荷電力ＰＬを最大にするように変更される方法。
【請求項２４】
入力電圧ＶＩは実質的に一定の入力電圧ＶＩを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
有効抵抗ＲＬはＲＬ＝Ｃ１ＶＩを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
出力電圧ＶｏはＶｏ＝Ｃ２（ＶＩＩＩＲＬ）１／２を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩはバス・ループ基準に適合する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩは本質安全（ＩＳ）基準に適合する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
負荷Ｌは振動型流量計を含み、負荷電圧ＶＬは振動型流量計の１つ又は複数の導管の振動振幅に関係する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
負荷Ｌはコリオリ流量計を含み、負荷電圧ＶＬはコリオリ流量計の１つ又は複数の導管の振動振幅に関係する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
負荷Ｌは振動型密度計を含み、負荷電圧ＶＬは振動型密度計の１つ又は複数の導管の振動振幅に関係する、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器電力制御装置及び方法に関するもので、特に、機器電力制御装置、及び実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流量計は、流れる材料の質量流量、密度及び他の特性を測定するために使用される。流れる材料は、液体、気体、液体と気体との混合物、液体中に浮遊する固体、及び、気体と浮遊する固体とを含む液体等々を含み得る。流量計は流量を測定する（すなわち、流量計を通過する質量流量を測定する）ために使用され、流れにおける成分の相対比率を決定するためにも使用され得る。
【０００３】
多くのプロセス制御又は産業オートメーション設定においては、バス・ループ又は機器バスを用いて種々のタイプの装置、例えば流量計を接続する。バス・ループは、種々の取り付けられた機器や装置に電力を分配するのに普通に使用されている。更に、バス・ループはセンサーや装置との間でデータを通信し合うために普通に使用される。したがって、バス・ループは、調整された電力を該バス・ループを介して提供することができ且つ該バスを介して通信を交換することができるマスター装置に接続される。マスター装置は、種々の接続された装置に対してコマンド及び／又はプログラミング、データ、校正及び他の設定等を送出することができる。また、マスター装置は、接続された装置から、識別データ、校正データ、測定データ、動作データ等のデータを受信することができる。更に、マスター装置は、電力源と接続された電源を備える。典型的には、マスター装置は、電流制限、電圧制限又は電力制限された電力をバス・ループを介して提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
密度計やコリオリ流量計のような振動型流量計の正常動作期間には、電流消費及び電圧要件は比較的安定している。しかし、流量計が初めに電力供給されると、流量計の管の振動の周波数と振幅は徐々に増加する。流管の構成と材料とに起因して、また、流管内の流動材料の質量が追加されることに起因して、流管は目標振動振幅まで直ちに到達することはできない。したがって、始動段階は、正常動作に必要とされるよりも多くの電流を必要とするので、始動時の電流の量は正常動作期間におけるよりも大きい。
【０００５】
例えば、バス・ループは４〜２０ミリアンペア（ｍＡ）バス・ループを備える。４〜２０ｍＡバスは、典型的には単一の機器に接続されるのに用いられ且つ機器とホスト装置との間に通信を提供するのに用いられることができる２線式機器バス基準である。代わりに、バス・ループは他のバス・プロトコル又は基準を備えることができる。
【０００６】
機器安全保護方法の要件にしたがって、マスター装置／電源によって分配される電力は、安全の目的のために厳格に制限される。例えば、４〜２０ｍＡバス・プロトコルは２０ｍＡの電流に制限されることができ、また、１６〜３２ボルト（Ｖ）に制限されることができる。したがって、バス上で装置が利用できる電力は制限されることになる。
【０００７】
或る動作環境では、流管の始動は問題を生じ得る。始動時の電力制限の結果は、流管の始動時間が延長されることである。これは、流管の振動振幅を増すように過剰電流を利用することができないからである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態により、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供するための機器電力制御装置が提供される。機器電力制御装置は、入力電力ＰＩを受け取る入力と、可変インピーダンス負荷Ｌに実質的に一定の出力電力Ｐｏを提供する出力と、負荷Ｌから負荷電圧ＶＬを受け取る通信線とを備える。機器電力制御装置は、入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩとを決定し、負荷Ｌの有効抵抗ＲＬを決定し、入力電圧ＶＩ、入力電流ＩＩ及び有効抵抗ＲＬに基づいて出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを設定する。出力電圧Ｖｏは入力電圧ＶＩから実質的に独立している。出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏは、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持しながら、可変インピーダンス負荷Ｌへ送られる負荷電力ＰＬを最大にするように変更される。
【０００９】
本発明の実施形態により、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供するための電力制御方法が提供される。この方法は、入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩとを決定し、可変インピーダンス負荷Ｌの有効抵抗ＲＬを決定することを含む。更に、方法は、入力電圧ＶＩ、入力電流ＩＩ及び有効抵抗ＲＬに基づいて出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを設定することを含む。出力電圧Ｖｏは入力電圧ＶＩから実質的に独立している。出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏは、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持しながら、可変インピーダンス負荷Ｌへ送られる負荷電力ＰＬを最大にするように変更される。
【００１０】
本発明の実施形態により、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供するための電力制御方法が提供される。この方法は、入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩとを決定し、可変インピーダンス負荷Ｌの有効抵抗ＲＬを決定することを含む。更に、方法は、有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にあるかどうかを決定することを含む。また、方法は、有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にない場合に、入力電圧ＶＩ、入力電流ＩＩ及び有効抵抗ＲＬに基づいて出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを設定することを含む。出力電圧Ｖｏは入力電圧ＶＩから実質的に独立している。出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏは、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持しながら、可変インピーダンス負荷Ｌへ送られる負荷電力ＰＬを最大にするように変更される。
【００１１】
発明の態様
機器電力制御装置の１つの態様において、入力電圧ＶＩは実質的に一定の入力電圧ＶＩを含む。
【００１２】
機器電力制御装置の他の態様において、有効抵抗ＲＬはＲＬ＝Ｃ１ＶＩを含む。
【００１３】
機器電力制御装置の更に他の態様において、出力電圧ＶｏはＶｏ＝Ｃ２（ＶＩＩＩＲＬ）１／２を含む。
【００１４】
機器電力制御装置の他の態様において、入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩはバス・ループ基準に適合する。
【００１５】
機器電力制御装置の他の態様において、入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩは本質安全（ＩＳ）基準に適合する。
【００１６】
機器電力制御装置の他の態様において、負荷Ｌは振動型流量計を含み、負荷電圧ＶＬは振動型流量計の１つ又は複数の導管の振動振幅に関係する。
【００１７】
機器電力制御装置の他の態様において、負荷Ｌはコリオリ流量計を含み、負荷電圧ＶＬはコリオリ流量計の１つ又は複数の導管の振動振幅に関係する。
【００１８】
機器電力制御装置の他の態様において、負荷Ｌは振動型密度計を含み、負荷電圧ＶＬは振動型密度計の１つ又は複数の導管の振動振幅に関係する。
【００１９】
機器電力制御装置の他の態様において、機器電力制御装置は、有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にあるかどうかを決定し、有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にない場合に、入力電圧ＶＩ、入力電流ＩＩ及び有効抵抗ＲＬに基づいて出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを設定するように更に構成される。
【００２０】
機器電力制御装置の他の態様において、機器電力制御装置は、出力電圧Ｖｏを設定するように構成された電源と、出力電流Ｉｏを設定するように構成された電流源とを更に備える。
【００２１】
機器電力制御装置の他の態様において、機器電力制御装置は、出力電圧Ｖｏを設定するように構成された駆動電圧コンバーターと、出力電流Ｉｏを設定するように構成された駆動電流源と、駆動電圧コンバーター、負荷Ｌ及びループ電流制御部に結合された制御部とを更に備え、制御部は、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを設定しながら実質的に一定の出力電力Ｐｏを生成するように駆動電圧コンバーターと駆動電流源とを制御するよう構成される。
【００２２】
方法の１つの態様において、入力電圧ＶＩは実質的に一定の入力電圧ＶＩを含む。
【００２３】
方法の他の態様において、有効抵抗ＲＬはＲＬ＝Ｃ１ＶＩを含む。
【００２４】
方法の更に他の態様において、出力電圧ＶｏはＶｏ＝Ｃ２（ＶＩＩＩＲＬ）１／２を含む。
【００２５】
方法の他の態様において、入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩはバス・ループ基準に適合する。
【００２６】
方法の他の態様において、入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩは本質安全（ＩＳ）基準に適合する。
【００２７】
方法の他の態様において、負荷Ｌは振動型流量計を含み、負荷電圧ＶＬは振動型流量計の１つ又は複数の導管の振動振幅に関係する。
【００２８】
方法の他の態様において、負荷Ｌはコリオリ流量計を含み、負荷電圧ＶＬはコリオリ流量計の１つ又は複数の導管の振動振幅に関係する。
【００２９】
方法の他の態様において、負荷Ｌは振動型密度計を含み、負荷電圧ＶＬは振動型密度計の１つ又は複数の導管の振動振幅に関係する。
【００３０】
方法の他の態様において、方法は、有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にあるかどうかを決定し、有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にない場合に、入力電圧ＶＩ、入力電流ＩＩ及び有効抵抗ＲＬに基づいて出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを設定するように更に構成される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、流量計組み立て体及び計器電子装置を備える流量計を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態によるバス・システムを示す図である。
【図３】本発明の実施形態による機器電力制御装置を示す図である。
【図４】図４は、駆動装置電圧Ｖｅｍｆ、負荷電圧ＶＬ及び出力電流Ｉｏの絶対値のグラフである（ただし、ＶＬは、Ｖｅｍｆと負荷／駆動装置の抵抗ＲＬによる電圧との和である）。
【図５】図５は、本発明の実施形態による、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供するための方法のフロー図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態による、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供するための方法のフロー図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態による機器電力制御装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１〜図７及び以下の記述は、本発明の最良の形態を製作し使用する方法を当業者に教示する特定の例を示している。発明原理を教示するために、慣用の態様は簡略化され又は省略されている。当業者であれば、こうした例からの変形が本発明の範囲内に入ることを理解するであろう。また当業者は理解するであろうが、発明の多くの変形例を形成するように、以下に記述する特徴が色々の方法で組み合わされる。その結果、本発明は、以下に記述する特定の例に限定されるものではなく、請求項とその均等物によってのみ限定される。
【００３３】
図１は、流量計組立て体１０と計器電子装置２０とを備える流量計５を示している。計器電子装置２０はリード線１００を介して流量計組立て体１０と接続され、密度、質量流量、体積流量、総流量、温度及び他の情報のうちの１つ又は複数のものの測定値を通信経路２６を介して提供するように構成されている。当業者には理解されるように、本発明は、駆動装置の数、ピックオフ・センサー、流れ導管又は振動の動作モードに無関係に、任意の形式のコリオリ流量計において使用されることができる。更に、認識されるように、流量計５は代わりに振動型密度計を備えることができる。
【００３４】
流量計組立て体１０は、一対のフランジ１０１、１０１’、マニホールド１０２、１０２’、駆動装置１０４、ピックオフ・センサー１０５、１０５’、及び流れ導管１０３Ａ、１０３Ｂを備える。フランジ１０１、１０１’はマニホールド１０２、１０２’に固定される。マニホールド１０２、１０２’はスペーサー１０６の両側に固定される。スペーサー１０６は、流れ導管１０３Ａ、１０３Ｂの不要な振動を阻止するためにマニホールド１０２、１０２’間に間隔を維持する。測定されている流れ材料を運ぶ導管系（図示せず）に流量計組立て体１０が挿入されると、流れ材料はフランジ１０１を通って流量計組立て体１０に入り、入り口マニホールド１０２を通過し、全部の流れ材料は向きを変えて流れ流れ導管１０３Ａ、１０３Ｂに入り、流れ導管１０３Ａ、１０３Ｂを通って流れて出口マニホールド１０２’に入り、そこでフランジ１０１’を通って流量計組立て体１０から出る。
【００３５】
流れ導管１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれ曲げ軸Ｗ−Ｗ、Ｗ’―Ｗ’に関して同一の質量分布、慣性モーメント及び弾性率を持つように選択され、入り口マニホールド１０２及び出口マニホールド１０２’に適宜取り付けられる。流れ導管１０３Ａ、１０３Ｂはマニホールド１０２、１０２’から本質的に平行に、外側へ延びている。流れ導管１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれの曲げ軸Ｗ、Ｗ’に関して反対方向に且つ流量計５のいわゆる第１位層はずれ曲げモードで、駆動装置１０４によって駆動される。駆動装置１０４は、流れ導管１０３Ａに取り付けられた磁石と流れ導管１０３Ｂに取り付けられた対向コイルとのような、多くの周知の装置のうちの１つを備える。交流が対向コイルを流れると、両方の導管が振動させられる。計器電子装置２０からリード線１００を介して駆動装置１０４に、適宜の駆動信号が印加される。
【００３６】
計器電子装置２０は、それぞれリード線１１１、１１１’上でセンサー信号を受け取る。計器電子装置２０は駆動信号をリード線１１０上に駆動信号を生成し、それによって駆動装置１０４に流れ導管１０３Ａ、１０３Ｂを振動させる。計器電子装置２０はピックオフ・センサー１０５からの左速度信号とピックオフ・センサー１０５’からの右速度信号とを処理して質量流量を計算する。通信経路２６は、計器電子装置２０がオペレーターや他の電子システムとインターフェースできるようにする入力手段及び出力手段を提供する。図１の記述は、コリオリ流量計の動作の単なる例として提供されており、本発明の教示を制限することを意図していない。
【００３７】
図２は本発明の実施形態によるバス・システム２００を示している。バス・システム２００は、バス・ループ１１２に接続されたループ電源１１０を備えている。また、流量計環境１００は、バス・ループ１１２に結合された機器電力制御装置１２０を備えることができる。実施形態によっては、機器電力制御装置１２０は、出力電力Ｐｏを実質的に一定に維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供する。出力電力Ｐｏは、振動型流量計５や他のバス機器５のような可変インピーダンス負荷Ｌに対して提供される。
【００３８】
ループ電源１１０は一定の又は制限された電圧出力と電流出力とを有する。ＩＳ電源においては、提供される電力（厳密には、提供される電流を含む）は、危険な環境で使用されるときの燃焼や爆発を防止するために制限される。或る実施形態では、ループ電源１１０は本質安全（ＩＳ）電源からなる。したがって、ループ電源１１０は特定の安全基準に適合することができる。
【００３９】
バス・ループ１１２に接続される種々の装置は、ループ電源１１０にデータを送出し、又はループ電源１１０と通信することができる。ループ電源１１０がＩＳ障壁の後ろ側にある場合、ループ電源１１０はデータ及び通信を他の装置（監視及び／又は記録機器、他の装置と通信するための送信機、オペレーター表示装置等を含む）へ中継することができる。
【００４０】
バス・ループ１１２は１つ又は複数の機器５を受け取ることができ、これら１つ又は複数の機器に電力を提供することができる。バス・ループ１１２はループ電源１１０と１つ又は複数の機器５との間で通信を転送することができる。バス・ループ１１２は、ファウンデーション・フィールドバスのようなマルチデバイス・バスや、４−２０ｍＡバスのようなシングルデバイス・ループを含むことができる。
【００４１】
機器電力制御装置１２０は入力１２１と出力１２２とを備える。機器電力制御装置１２０は、バス・ループ１１２を介してループ電源１１０から入力１２１に電力を受け取る。機器電力制御装置１２０は、１つ又は複数の接続されたバス機器５に出力１２２において電力を提供し、更に、接続されたバス機器５とループ電源１１０との間で通信を転送することができる。機器電力制御装置１２０は実質的に一定の電力を１つ又は複数のバス機器５に提供する。
【００４２】
図示の実施形態において、接続されたバス機器５は、機器電力制御装置１２０に結合された振動型流量計を含む。バス機器５は、先に検討したとおり、流量計組立て体１０と計器電子装置２０とを備えることができる。しかし、理解されるように、機器電力制御装置１２０に他のバス機器５を接続してもよい。
【００４３】
機器電力制御装置１２０は通信経路１２６を備える。機器電力制御装置１２０はバス・ループ１１２を介してループ電源１１０と通信を交換する。更に、通信経路１２６はバス機器５と機器電力制御装置１２０との間で通信を交換する。したがって、機器電力制御装置１２０はループ電源１１０とバス機器５との間の通信を中継することができる。更に、機器電力制御装置１２０は通信を翻訳／変換することができる。例えば、計器電子装置２０がデジタル通信信号を生成すると、機器電力制御装置１２０はデジタル測定信号を、ループ電流ＩＬに適するアナログ電流レベルへ変換することができる。
【００４４】
或るプロトコルにしたがうバス・ループ１１２による通信は、バス・ループ１１２を流れるループ電流ＩＬを変更することを伴う。少なくとも１つの機器バス・プロトコルによると、バス機器５が動作しているとき、ループ電流ＩＬは４ｍＡと２０ｍＡとの間で変化し、したがってアナログ測定電流を構成する。計器電子装置２０は、機器電力制御装置１２０へ送出される信号によって、また、流量計組立て体１０を通る流れ材料の測定された質量流量にしたがって、ループ電流ＩＬを制御する。流量計組立て体１０を通る流れ材料がない場合、又は、バス機器５が動作モードにない場合、関連の機器バス・プロトコルにしたがって、ループ電流ＩＬは４ｍＡよりも小さく保持されることができる。
【００４５】
しかし、ＩＳ準拠バス・プロトコルは、流量計５のようなバス機器５へ分配されることができる総電力を制限する。バス機器５はバス・ループ１１２から利用可能な電力よりも大きい電力Ｐｏを受け取ることができない。電力Ｐは電圧Ｖと電流Ｉとの積として定義される。すなわち、
Ｐ＝Ｖ×Ｉ        （１）
である。
【００４６】
コリオリ流量計や振動型密度計のような振動型流量計は、１つの管路に取り付けられたコイルを駆動するよう電流を印加し、対向する管路上の磁石を駆動する磁界を作ることによって振動する。コイルと磁石との間の力Ｆは、磁石の磁界強度Ｂとコイルの電流ｉとコイルの長さＬとに比例する。これは式
Ｆ＝ＢｉＬ        （２）
と表される。
【００４７】
管路の振幅が増すにつれて、電圧（すなわち、起電力）がコイルに生成される。この電圧は流管の振動振幅に比例する。特定の駆動振幅に維持するために、駆動電圧は、その駆動振幅に関連付けられたコイル起電力電圧と少なくとも同じ大きさでなければならない。しかし、実際には、コイルの直列抵抗に起因する電圧降下を克服するために、特に駆動電圧はコイル起電力よりも大きくなければならない。
【００４８】
流量計組立て体１０によって消費される平均電力は、コイル駆動電流とコイル起電力との積である。典型的には、コリオリ流量計は、目標振動振幅において２〜５Ｖの範囲の駆動コイル起電力電圧を生成し且つ１〜１０ｍＡの駆動電流を消費するように設計されてきた。これに対して、流量計のための典型的な送信機は、駆動装置１０４に１００ｍＡ間での電流を供給するよう設計されてきた。過剰な駆動電圧は、最大センサー起電力電圧と、直列抵抗に対応するオーバーヘッドとの和を許容する。混入空気の発生期間のような有害な流れ状態が追加の駆動電力を消費するとき、過剰な駆動電流はシステムに追加のエネルギーを提供する。また、過剰な駆動電流は、始動時に流量計組立て体１０の慣性を克服するよう動作するので、目標振幅を比較的早く（例えば、１〜２秒以内に）達成することができる。
【００４９】
ＩＳバス環境において利用可能な、制限された電圧及び電流は、振動型流量計に対して幾つかの問題を提起する。ループから電力供給されるバス装置に固有の電力制限は、最大駆動電流を規制するので、有害な流れ状態の下で目標振動振幅を維持する能力を低下させることになる。その結果、流管の振動は、悪条件の期間には十分には維持され得ない。例えば、流れ材料に混入空気が存在する場合、当然のことながら流管は高い周波数で振動する。混入空気は泡、層状流又はスラグ（ｓｌｕｇ）流を含むことができる。スラグ流の期間には、振動周波数は急速に変動する必要がある。
【００５０】
ＩＳバス環境における別の重大な問題は、始動期間における流量計組立て体１０への電力供給である。静止状態から実質的な共振周波数までの流量計組立て体１０の振動は、達成するのに時間と電流を要する。流管の振動のための始動時間の長さは、電流能力が低下するにつれて増加する。規制された駆動電流は、流管のサイズや他の要因に依存して、目標振幅を達成するのに要する時間（これは、標準的には長くて４分である）を始動時には必然的に長くする。したがって、流量計組立て体の始動時間は、ＩＳを考慮して電流を制限した場合、大幅に増加する。流量計始動時間の大幅な延長は、多くの流量計の顧客には望ましいことではなく、受け入れられない。
【００５１】
流量計の始動期間に、出力電圧Ｖｏは負荷（すなわち、バス機器５）からの応答電圧レベルよりも僅かに上に維持されることができる。したがって、出力電流Ｉｏは、流量計の始動期間の開始時には最大値であり得る。これは、出力電圧Ｖｏが低いと、機器電力制御装置１２０は大きな出力電流Ｉｏを生成できるからである。流量計組立て体１０の振動振幅が増すにつれ、出力電圧Ｖｏは増大し、出力電流Ｉｏは減少することができる。
【００５２】
従来技術においては、こうした欠点のために、駆動装置に印加される電力は、利用可能な電力よりもずっと小さくなっていた。典型的な従来の手法は、出力電圧Ｖｏを制限することなく、バス機器５への出力電流Ｉｏだけを制限するものであった。しかし、出力電圧Ｖｏは、流量計組立て体１０が目標振動振幅よりも小さい状態にある場合には特に、必要とする電圧よりもずっと高い可能性がある。したがって、印加される電力は、大きな電流を要する期間には特に、利用可能な電力よりもずっと小さい。
【００５３】
本発明による機器電力制御装置１２０は、接続されたバス機器５に実質的に一定の出力電圧Ｖｏを提供する。機器電力制御装置１２０は供給される電圧と電流とを変える。或る実施形態においては、機器電力制御装置１２０は出力電圧Ｖｏを低下させることによって出力電流Ｉｏを増加させる。したがって、機器電力制御装置１２０は、接続されたバス機器５に供給される出力電力Ｐｏを最適化する。機器電力制御装置１２０は、例えば、出力電圧Ｖｏを振動応答振幅よりも僅かに高く維持することができる。出力電圧Ｖｏが低いので、機器電力制御装置１２０は大きな出力電流Ｉｏを提供することができる。したがって、実質的に一定な出力電力Ｐｏを維持しながら、機器電力制御装置１２０は流量計の始動時間を短縮することができ、多相流れ状態を含む流れ状態の変更に適応する流量計の能力を増大させることができる。
【００５４】
或る実施形態においては、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏは、一定の離れたレベルの間を変動することができる。代わりに、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏは連続的に変動することができる。
【００５５】
機器電力制御装置１２０は別個のコンポーネントとして図示されているが、理解されるように、代わりに、機器電力制御装置１２０は、接続されたバス機器５のコンポーネント又は部分であってもよく、例えば、計器電子装置２０の一体的な部分であり得る。
【００５６】
図３は、本発明の実施形態による機器電力制御装置１２０を示している。或る実施形態では、機器電力制御装置１２０は、出力電力Ｐｏを実質的に一定に維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供する。出力電力Ｐｏは、振動型流量計５又は他のバス機器５のような可変インピーダンス負荷Ｌに提供されることができる。
【００５７】
図示の実施形態においては、機器電力制御装置１２０は電圧制御器３１０と電流制御器３２０とを備える。電圧制御器３１０は出力電圧Ｖｏを変えることができる。電流制御器３２０は出力電流Ｉｏを変えることができる。通信線１２６（図示せず）は電圧制御器３１０と電流制御器３２０とのうちの両方又は一方に接続されることができる。通信線１２６は応答電圧レベルを電圧制御器３１０と電流制御器３２０とに伝えることができる。更に、通信線１２６は他の情報を電圧制御器３１０と電流制御器３２０とに伝えることができる。
【００５８】
電圧制御器３１０と電流制御器３２０は通信線１２６に接続されるので、電圧制御器３１０は必要に応じて出力電圧Ｖｏを変えることができ、電流制御器３２０は必要に応じて出力電流Ｉｏを変えることができる。代わりに、この実施形態の機器電力制御装置１２０は、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを変えるように電圧制御器３１０と電流制御器３２０とを制御するプロセス装置又は制御部（図示せず）を備えることができる。
【００５９】
電圧制御器３１０は、必要に応じて、変更された出力電圧Ｖｏを出力することができる。出力電圧Ｖｏは入力電圧ＶＩよりも小さくても、大きくてもよい。したがって、実施形態によっては、電圧制御器３１０は、入力電圧ＶＩよりも大きくなるように出力電圧Ｖｏを増大させるＤＣ−ＤＣコンバーターを備える。ＤＣ−ＤＣコンバーターは電圧ポンプ、チャージ・ポンプ、バック・コンバーター（ｂｕｃｋ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）等とも呼ばれる。
【００６０】
電流制御器３２０は、必要に応じて、変更された出力電流Ｉｏを調整して出力することができる。或る実施形態における電流制御器３２０は可変抵抗ＲＶを備えることができる。電流制御器３２０は電圧降下Ｖｃｕｒｒｅｎｔを生成する。負荷Ｌは任意の可変インピーダンス装置を含むことができる。例えば、負荷Ｌは、振動型密度計５を含む流量計５を備えることができる。例えば、負荷Ｌは、コリオリ流量計５又は振動型密度計５を備えることができる。負荷Ｌは負荷電圧ＶＬを生成する。出力電圧Ｖｏはそのときの制御電圧Ｖｃｕｒｒｅｎｔと負荷電圧ＶＬとの和を含む。同様に、出力電力Ｐｏは負荷電力ＰＬとそのときの制御電力Ｐｃｃとの和を含む。
【００６１】
図４は、駆動コイルの電圧Ｖｅｍｆ、負荷電圧ＶＬ及び出力電流Ｉｏの絶対値のグラフである（ただし、ＶＬは負荷／駆動装置の抵抗ＲＬに起因する電圧降下とＶｅｍｆとの和を含む）。負荷電圧ＶＬは、負荷Ｌが振動型流量計５を含む場合、ピックオフ電圧ＶＰＯとして取得される。グラフは、流量計組立て体１０の振動始動期間での負荷としての振動型流量計の変化する性質を示している。
【００６２】
負荷Ｌのインピーダンスは、負荷Ｌが振動型流量計５を含む場合、流量計５が始動されるとき（すなわち、流量計組立て体１０が振動していず、又は比較的小さな振幅で振動している場合）最小である。逆に、流量計組立て体１０が目標振動振幅に近づくと又は到達すると、該インピーダンスは増大するので、振動を維持するのに必要な電流は減少する。したがって、流量計５の始動時に、又は有害な流れ状態が生じたときに、大きな電流レベルが必要となる。例えば、混入空気又はスラグ流が高いレベルにある場合、流量計組立て体１０の振動は大きく減衰され、振動振幅は急激に低下する。その結果、適正な振動レベルを回復し又は維持するために、電流要求が大幅に増加し、それに応じて出力電流が増加される必要がある期間が、正常動作期間に発生し得る。
【００６３】
逆に、流量計組立て体１０において振動を始動させ又は適正な振動レベルを回復するのに必要な電圧は比較的低い。流量計組立て体１０が目標振動振幅に近づくにつれ、また、方向を変えるが駆動周波数は維持するように駆動装置のコイルが大きな電圧レベルを必要とするにつれ、出力電圧要求は増大する。
【００６４】
図５は、本発明の実施形態による、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供する方法のフロー図５００である。ステップ５０１において、入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩとが決定される。入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩは例えばバス・ループ１１２から取得されることができる。入力電圧ＶＩと入力電流ＩＩは利用可能な入力電力ＰＩを作る。
【００６５】
実施形態によっては、バス・ループ１１２は本質安全（ＩＳ）バス・ループを含む。したがって、典型的には、バス・ループ１１２から利用可能な入力電力ＰＩは制限され、また、出力電流Ｉｏは、少なくとも出力電圧Ｖｏを低下させることなく、必ずしも必要に応じて増加される訳ではない。
【００６６】
ステップ５０２で、可変インピーダンス負荷Ｌの有効抵抗ＲＬが決定される。項Ｃ１は変換係数であり、或る実施形態における負荷電圧ＶＬは振動型流量計のピックオフ・センサーのピックオフ電圧を含む。或る実施形態において、有効抵抗ＲＬは
ＲＬ＝Ｃ１ＶＬ        （３）
と表される。
【００６７】
有効抵抗ＲＬは時間とともに変動することができる。先に述べたとおり、例えば負荷Ｌが振動型流量計を含む場合、そのインピーダンスは流量計組立て体の振動にしたがって変動する。振動は始動期間に変動し得、また、振動は、液体流における気体（泡、層状流、スラグ流等の形態で含む）や他の多層流、流れ材料の密度の変化等の有害な又は異常な状態の期間にも変動し得る。したがって、決定された有効抵抗ＲＬは実質的に瞬間的なインピーダンスであって、少なくとも部分的に平均化されたインピーダンスを含み得る。
【００６８】
ステップ５０３において、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏが設定される。１００パーセントの有効性、すなわち、機器電力制御装置１２０での損失がゼロであると仮定すると、出力電力Ｐｏは入力電力ＰＩに等しい。ただし、電力Ｐ＝Ｖ×Ｉである。その結果、出力電圧Ｖｏは式
Ｖｏ＝（ＶＩＩＩＲＬ）１／２        （４）
によって決定されることができる。
【００６９】
理解されるように、出力電力Ｐｏは入力電力ＰＩに正確に等しくはない。機器電力制御装置によって幾らかの電力が消費されるからである。或る実施形態においては、出力電圧Ｖｏは
Ｖｏ＝Ｃ２（ＶＩＩＩＲＬ）１／２        （５）
で表される。ここで、Ｃ２は非理想的電力損失係数又は効率乗数である（すなわち、Ｖｏ＜Ｖ１）。したがって、式（４）及び（５）により、出力電圧Ｖｏは負荷Ｌの動作状態にしたがって設定されることができる。また、式（４）及び（５）は、有効抵抗ＲＬが時間とともに変動しても出力電力を実質的に一定のレベルに維持することを可能にする。したがって、出力電圧Ｖｏは出力電流Ｉｏの増加期間に低下することができ、出力電流Ｉｏは出力電圧Ｖｏの増加期間に減少することができる。例えば、有効抵抗ＲＬが振動型流量計の動作期間に低下したとすると、それに応じて、出力電流Ｉｏが増加することができるように、出力電圧Ｖｏは低下することができる。逆に、有効抵抗ＲＬが増加したとすると、それに応じて、出力電圧Ｖｏが増加することができるように、出力電流Ｉｏは低下することができる。
【００７０】
図６は、本発明の実施形態による、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持する、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを適応的に提供する方法のフロー図６００である。ステップ６０１において、先に検討したとおり、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏが設定される。ステップ６０２で、先に検討したとおり、有効抵抗ＲＬが決定される。
【００７１】
ステップ６０３において、有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にあるならば、方法のループは初めに戻り、そうでないならば、方法はステップ６０４に進む。所定の正常動作範囲は、流量計組立て体１０の正常な又は期待された振動と、正常な又は期待された振幅とに対応する。所定の正常動作範囲は流量計モデルにより、及び流れ材料により変わり得る。有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にあるならば、負荷Ｌは満足に動作していると見なされ、この制御ループの反復においては更なる動作は行われない。有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にないならば、出力電圧Ｖｏが設定（すなわち、変更）されなければならない。典型的には、この比較は、始動期間には、又は、例えば流れ材料における混入気体のような何らかの異常期間には失敗する。ステップ６０４で、有効抵抗ＲＬが所定の正常動作範囲内にないならば、先に検討したように、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏが設定される。
【００７２】
図７は、本発明の実施形態による機器電力制御装置１２０を示している。この実施形態においては、機器電力制御装置１２０はループ電流制御部７１０、駆動電圧コンバーター７１５、制御器７２０及び駆動電流制御部７２５を備える。ループ電流制御部７１０は、点線で示したようにオプションのコンポーネントであり、バス・ループ１１２を介してデータを通信するように入力電流ＩＩが変調されている実施形態においては設けられる。駆動電圧コンバーター７１５は線７５５によって制御器７２０と結合され、線７５１によってループ電流制御部７１０と結合される。ループ電流制御部７１０は線７５７によって制御器７２０と結合され、線７５４によって駆動電流制御部７２５と結合され、線７５１によって駆動電圧コンバーター７１５と結合される。駆動電流制御部７２５は線７５６によって制御器７２０と結合される。線７５１、７５４は更に入力１２１を含む。
【００７３】
この実施形態における機器電力制御装置１２０は流量計センサー７３０に接続される。流量計センサー７３０は流量計組立て体１０を含むことができる。更に、流量計センサー７３０は計器電子装置２０を含むことができる。流量計センサー７３０は線７５２によって駆動電圧コンバーター７１５と結合され、線７５３によって駆動電流制御部７２５と結合され、通信経路１２６によって制御器７２０と結合される。線７５２、７５３は更に出力１２２を含む。流量計センサー７３０は線７５２、７５３を介して電力を受け取る。１つ又は複数の測定信号（オプションとして、他のセンサー特性）が通信線１２６を介して制御器７２０に提供される。例えば、質量流量及び／又は密度が通信線１２６を介して制御器７２０に提供される。
【００７４】
駆動電圧コンバーター７１５は入力電圧ＶＩを受け取り、該入力電圧ＶＩとは独立した出力電圧Ｖｏを生成することができる。出力電圧Ｖｏは入力電圧ＶＩより低くても高くてもよいし、それと等しくてもよい。駆動電圧コンバーター７１５は、バス・ループ１１２又は他の電力入力から提供される入力電圧ＶＩよりも高い出力電圧Ｖｏを生成することができる。駆動電圧コンバーター７１５は例えばＤＣ−ＤＣコンバーターを備えることができる。駆動電圧コンバーター７１５は直流の入力電圧ＶＩを交流波形に変換し、交流波形の電圧を昇圧し、交流波形を直流電圧へ戻すことができる。こうして、出力電圧Ｖｏは入力電圧ＶＩよりも高いように生成される。
【００７５】
動作において、駆動電圧コンバーター７１５は所定の出力電圧Ｖｏを流量計センサー７３０に提供することができる。更に、駆動電圧コンバーター７１５は、例えば特定の本質安全（ＩＳ）電圧範囲のような所定の電圧範囲にわたって、出力電圧Ｖｏを変えることができる。出力電圧Ｖｏは、先に検討したとおり、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持しながら出力電流Ｉｏを最大にするように変えられることができる。
【００７６】
ループ電流制御部７１０は入力電流ＩＩの量を調整して流量計センサー７３０へ提供する。したがって、ループ電流制御部７１０は入力電流ＩＩの少なくとも一部を出力電流Ｉｏへ変換することができる。出力電流Ｉｏは入力電流ＩＩ以下であることができる。実施形態によっては、出力電流Ｉｏは入力電流ＩＩより大きくてもよい。しかしながら、他の実施形態では、出力電圧Ｖｏとは違って、出力電流Ｉｏは入力電流ＩＩを超えることはできない。
【００７７】
制御器７２０は通信線１２６を介して流量計センサー７３０からフィードバック情報を受け取ることができる。フィードバック情報は先に検討した負荷電圧ＶＬを含むことができる。更に、制御器７２０は、応答周波数、ピックオフ・センサー信号間の位相遅れ又は時間遅延等を含む他の情報を受け取ることができる。負荷電圧ＶＬは流量計センサー７３０における振動応答の振幅に関係する。実施形態によっては、負荷電圧ＶＬはピックオフ電圧を含むことができる。制御器７２０は、駆動電圧コンバーター７１５及びループ電流制御部７１０に結合されており、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを変えるように構成される。
【００７８】
制御器７２０は、駆動電圧コンバーター７１５とループ電流制御部７１０とを制御して、流量計センサー７３０から受け取った負荷電圧ＶＬに関係して出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとを変えながら流量計センサー７３０に実質的に一定の出力電力Ｐｏを生成するように構成される。代わりに、制御器７２０は、負荷電圧ＶＬが所定の動作閾値よりも小さい場合（すなわち、有効インピーダンスＲＬが所定の正常動作範囲内にない場合）、駆動電圧コンバーター７１５とループ電流制御部７１０とを制御して、実質的に一定の出力電力Ｐｏを維持するように出力電流Ｉｏを増加させ、それに応じて出力電圧Ｖｏを低下させるように構成されることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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