(57)【要約】本発明の方法では、測定される媒体が流量計の測定管を通って流れるようにされ、少なくとも時折、特にクロック式に、媒体内に測定電圧が誘導されるようなやり方で、時間変動する強度を持つ測定管内の媒体を少なくとも断面で貫通する磁場が作り出される。媒体内に誘導される測定電圧は、少なくとも時折、第一と第二の測定電極によって形成される電極のペアを用いて、測定電圧に対応するアナログ測定信号を作り出すためにタップされ、流動媒体の瞬間フロープロファイルおよび／または瞬間組成によって決定される、測定管内に位置する媒体のフロータイプは、少なくとも一つの測定信号をあらわすデジタル信号を適用して確認される。測定信号は、基本的に媒体の瞬間流速に対応する有効部分と、流動媒体内に現存する外乱によって少なくとも部分的に影響されるノイズ部分とを持つということに基づいて、ノイズ部分に対応する測定信号のノイズスペクトルが確認され、ノイズスペクトルの少なくとも一部を適用して、測定管内に存在する少なくとも一つのフロータイプを少なくとも定性的にシグナリングする状態値が確認される。
2010521659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定される媒体が流量計の測定管を通って流れるようにするステップと、
少なくとも時折、特にクロック式に、前記媒体内に測定電圧が誘導されるようなやり方で、時間変動する強度を持つ前記測定管内の前記媒体を少なくとも断面で貫通する磁場、特にクロック制御の磁場を作り出すステップと、
前記測定電圧に対応するアナログ測定信号を作り出すために、少なくとも時折、特にクロック式に、第一と第二の測定電極によって形成される電極のペアを用いて、前記媒体内に誘導される前記測定電圧をタッピングし、前記測定信号は、基本的に前記媒体の瞬間流速に対応する有効部分と、前記流動媒体内に現存する外乱によって少なくとも部分的に影響されるノイズ部分とを持つ、ステップと、
前記流動媒体の瞬間フロープロファイルおよび／または瞬間組成によって決定される、前記測定管内に位置する前記媒体のフロータイプを確認するステップと、
を含み、前記フロータイプを確認するステップは、
前記少なくとも一つの測定信号をあらわすデジタル信号を作り出すステップと、
前記デジタル信号を適用して、少なくとも大部分が前記ノイズ部分に対応する、前記測定信号のノイズスペクトル、特に帯域制限ノイズスペクトルを確認するステップと、
前記ノイズスペクトルの少なくとも一部を適用して、前記測定管内にあるフロータイプを、可能な限り即時に、少なくとも定性的にシグナリングする、少なくとも一つの状態値を確認するステップと、
をさらに含む、ことを特徴とする、
磁気誘導流量計を操作するための方法。
【請求項２】
前記測定信号の前記ノイズスペクトルを確認するステップは、有効部分とノイズ部分を分離するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
有効部分とノイズ部分を分離するステップは、前記デジタル信号を少なくとも部分的に適用して起こる、先行する請求項に記載の方法。
【請求項４】
前記測定信号の前記ノイズスペクトルを確認するステップは、前記測定信号の前記ノイズ部分と前記有効部分の両方に対応する前記測定信号の有効／ノイズスペクトルを確認するステップをさらに含む、先行する請求項のうちの一項に記載の方法。
【請求項５】
前記測定信号の前記ノイズスペクトルを確認するステップは、少なくとも大部分が前記有効部分に対応する有効スペクトルを、前記有効／ノイズスペクトルから除去するステップをさらに含む、先行する請求項に記載の方法。
【請求項６】
前記有効／ノイズスペクトルから前記有効スペクトルを除去するために、前記有効／ノイズスペクトルは中央値フィルタにかけられる、先行する請求項に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも一つの状態値を確認するステップは、少なくとも前記測定信号の前記ノイズ部分のスペクトル電力密度を確認するステップを含む、先行する請求項のうちの一項に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも前記測定信号の前記ノイズ部分の前記スペクトル電力密度を確認するステップは、前記ノイズスペクトルの少なくとも一部を適用して行われる、先行する請求項に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも一つの状態値を確認するステップは、前記測定信号に対して少なくとも一つのモデルパラメータを確認するステップを含み、前記モデルパラメータは総ノイズスペクトル内の前記ノイズ部分の信号特性を目下あらわすことを特徴とする、先行する請求項のうちの一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの状態値を確認するステップは、前記モデルパラメータを、そのために予め定められたモデル基準値と比較するステップをさらに含む、先行する請求項に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも一つのモデルパラメータは、前記ノイズ部分のスペクトル電力密度をあらわす、請求項９もしくは１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ノイズスペクトルは、現存する基準周波数、特に可変基準周波数および／または前記媒体の前記フロータイプによって影響される基準周波数、よりも下にある低周波数帯部分を持ち、前記低周波数帯部分内では、前記ノイズ部分は、少なくとも平均して、所定の最低レベルを目下超えることを特徴とし、ならびに前記ノイズスペクトルは、前記基準周波数よりも上にある高周波数帯部分を持ち、前記高周波数帯部分内では、前記ノイズ部分は、少なくとも平均して、前記所定の最低レベルを目下下回ることを特徴とする、先行する請求項のうちの一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの状態値を確認するステップは、前記現存する基準周波数を確認するステップを含む、先行する請求項に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの状態値を確認するステップは、前記低周波数帯部分から前記高周波数帯部分を区別可能なようにあらわす少なくとも一つのモデルパラメータを確認するステップをさらに含む、請求項１２もしくは１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも一つの状態値を確認するステップは、現存する前記モデルパラメータを、そのために予め定められた基準値と比較するステップをさらに含む、先行する請求項に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも一つのモデルパラメータは、前記ノイズ部分のスペクトル振幅密度の周波数依存変化をあらわす勾配値である、請求項１４もしくは１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも一つの状態値は、前記現存する基準周波数と、前記高周波数帯部分をあらわす前記モデルパラメータとを適用して得られる、請求項１５もしくは１６に関連して、請求項１２もしくは１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記ノイズスペクトルは帯域制限される、先行する請求項のうちの一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記デジタル信号の少なくとも一区間を離散フーリエ変換にかけるステップをさらに含む、先行する請求項のうちの一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ノイズスペクトルを確認するステップは、前記デジタル信号の少なくとも一区間を離散フーリエ変換にかけるステップをさらに含む、先行する請求項のうちの一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記ノイズスペクトルを確認するステップは、少なくとも大部分が前記有効部分に対応する、前記測定信号の有効スペクトルを確認するステップをさらに含む、先行する請求項に記載の方法。
【請求項２２】
前記状態値は、前記媒体が少なくとも一つの流体相を持つことをシグナリングする、先行する請求項のうちの一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記状態値は、前記媒体が基本的に一つの位相であることをシグナリングする、先行する請求項のうちの一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記状態値は、前記媒体が多相であることをシグナリングする、請求項１から２３のうちの一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記状態値は、前記媒体が基本的に二相であることをシグナリングする、先行する請求項に記載の方法。
【請求項２６】
前記状態値は、前記媒体が基本的に二つの流体相を持つことをシグナリングする、請求項２４もしくは２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記状態値は、前記媒体が少なくとも一つの気相と一つの液相を持つことをシグナリングする、請求項２４から２６のうちの一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記測定信号を適用して、前記測定される媒体に対して記録される測定変数を定量的にあらわす少なくとも一つの測定値を作り出すステップをさらに含む、先行する請求項のうちの一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記測定値は、前記デジタル信号も用いて作り出される、先行する請求項に記載の方法。
【請求項３０】
前記測定値は、前記状態値も適用して作り出される、先行する請求項に記載の方法。
【請求項３１】
特に前記流量計の安全操作および／または所定の測定精度のために必要な、前記媒体の所定のフロータイプをあらわす少なくとも一つの所定の状態基準値と、前記状態値を比較するステップをさらに含む、先行する請求項のうちの一項に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも一つの所定の状態基準値と前記状態値の比較に基づく警報を発するステップをさらに含み、前記警報は、目下確認されるフロータイプが前記所定のフロータイプから逸脱することを、特に視覚的および／または聴覚的に知覚可能なようにシグナリングすることを特徴とする、先行する請求項に記載の方法。
【請求項３３】
前記測定管内の前記媒体を少なくとも断面で貫通する、時間変動する強度の磁場、特にクロック制御の磁場を作り出すステップは、電流、特に双極性励磁電流（I）が、前記流量計の操作回路（21）を通って、および、前記測定管（11）に配置され前記操作回路に少なくとも一時的に接続される磁場系を通って流れるようにするステップを含む、先行する請求項のうちの一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記測定信号の前記ノイズスペクトルを確認するステップは、予め設定可能な時間間隔内における前記測定信号（u）の時間経過を目下あらわすデータセット（DS1）を作り出すための、デジタルサンプリングシーケンス（SS）の少なくとも一部を記憶するステップをさらに含む、先行する請求項のうちの一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気誘導流量計を操作するための方法に関する。特に、本発明は流量計を通って流れる媒体のフロータイプを確認するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業プロセス計測技術では、磁気誘導流量変換器がしばしば使用され、特に、導電性媒体の流量測定のために、化学プロセスおよび／または材料処理プロセスの自動化に関連して使用されることが多い。周知の通り、磁気誘導流量計は、主に導電性液体の時間変動する流速および／または時間変動する体積流量を実質的に直接測定し、それらを対応する一次測定値にマッピングすることを可能にする。磁気誘導流量計の構造と操作方法自体は当業者に知られており、例えばDE-A 43 26 991、EP-A1 275 940、EP-A 12 73 892、EP-A 1 273 891、EP-A 814 324、EP-A 770 855、EP-A 521 169、US-B 69 62 087、US-B 69 73 839、US-B 66 34 238、US-A 60 31 740、US-A 54 87 310、US-A 52 10 496、US-A 44 10 926、US-A 2002/0117009、もしくはWO-A 01/90702に広く詳細に記載されている。
【０００３】
記載された種類の流量変換器は、通常は非強磁性測定管を持ち、これは例えばフランジもしくはねじ込み継手を用いて、操作中に測定される媒体を搬送するパイプラインの流路の中に液密に挿入される。媒体はこの測定管を通って流れる。媒体に接触する測定管の部分は、一般的に測定電圧がショートしないように非導電性に具体化される。この測定電圧は、少なくとも断面で測定管を貫通する、強度が時間変動する磁場によるファラデーの誘導法則に従って媒体内に誘導される。従って金属の測定管は、通常、例えば硬質ゴム、ポリフルオロエチレン、もしくは他の種類のプラスチックなど、非導電性層を内側に備える。一方、例えば酸化アルミニウムセラミックなど、完全にプラスチックもしくはセラミックで作られた測定管の場合には、非導電性層を必要としない。
【０００４】
磁場は適切な磁気系を用いて作られ、流動媒体の中に適切に結合される。そのような磁気系は、ほとんどの場合、測定管の外側に互いに直径方向に正反対に位置する二つの磁場コイルを用いて作られる。記載された種類の磁場コイルは、必要であれば、磁場をガイドする役目を持つ磁気伝導性材料のコイル芯を持つ。コイルによって作られる磁場が可能な限り均一になるように、コイルはほとんどの場合互いに同一であり、直列に電気的に接続され、操作中に同じ励磁電流が両コイルを通って流れるようになっている。しかしながら既に記載されているように、励磁電流は磁場コイルを通って同じ方向そして反対方向に交互に流れてもよく、このようにして、例えば液体の粘性、流動指数、および／または流れの乱流度を確かめることができるようになっていてもよい。これについてはEP-A1 275 940、EP-A 770 855もしくはDE-A 43 26 991も参照のこと。前述の励磁電流は、流量計の対応する操作電子機器によって作られ、例えばクロック電流、パルス電流、もしくは高調波電流、交流電流の形式であってもよい。クロック励磁電流を作るためには、通常、矩形波変調器（Rechteck-Modulatoren）として機能するスイッチング回路（例えばT回路もしくはH回路の形で）が使用され、それを通して、通常は一定振幅に制御された電流が流れる。
【０００５】
前述の誘導測定電圧は、少なくとも二つのガルバニ測定電極（つまり測定媒体に接触する）もしくは容量性測定電極（つまり、例えば測定管の管状壁内に配置される）を用いてタップされる。最も多くの場合、測定電極は互いに直径方向に正反対に位置するように配置され、測定電極に共通する直径が、磁場の方向に直交するように、すなわち磁場コイルが互いに反対に位置する直径に直交するようになっている。誘導測定電圧は、流量計の適切な信号処理回路を用いて受信され、適切に増幅され、大部分が変調された測定信号に変えられ、これはその後、例えばデジタル化されるなど、さらに適切に処理され得る。適切な信号処理回路は、特にEP-A 814 324、EP-A 521 169、もしくはWO-A 01/90702から、同様に当業者に知られている。
【０００６】
原則として、電極上の瞬間電位の絶対値は体積流量の測定にとって重要ではない。しかし他方では、これは電位が、測定電極の後に続く差動増幅器の設計範囲内にあるという条件下でのみ当てはまる。すなわち、この増幅器は電位によってオーバードライブされてはならず、他方でその変動周波数は、前述の電流方向反転の周波数を大きく下回るものでなければならない。
【０００７】
各電極における電位は、測定管だけでなく磁場系の特徴にも依存する。既にUS-B 6,708,569もしくはUS-B 6,634,238でも論じられているように、様々な原因による実質的に不可避の外乱が、電位の各々に、その結果ひいては実際の測定信号にも加えられる可能性がある。そのような測定信号の外乱は、例えば測定線もしくは測定電極上のコーティングへの誘導性および／または容量性の障害によって引き起こされる可能性がある。
【０００８】
励起チャネルおよび測定チャネルに起因するこれらの外乱に加え、測定管内の媒体のフロータイプ自体もまた、測定信号の特徴にかなりの影響を及ぼすことがさらに推測され、較正された、すなわち規定のフロー条件からの逸脱は、同じく測定信号の外乱の重大な原因として見なされる。第一のフロータイプに関連する外乱は、混入した固体粒子および／または気泡などの異物を含む媒体の場合に起こり、そうした異物が測定電極のうちの少なくとも一つに衝突して、もしくはそのごく近傍を通過して、局部電位に急激な変化をもたらす際に起こる。こうした変化の減衰時間は、媒体の種類に依存し、ほとんどの場合、変化の立ち上がり時間よりも長い。第二のフロータイプに関連する測定信号の外乱は、DE-A 43 26 991でも論じられるように、最初は対称であると仮定されていたフロープロファイルにおける非対称性に起因し得る。前述の外乱の結果として、最終分析においては、基本的に媒体の瞬間流速に対応する有効部分のみならず、ほとんどの場合、流動媒体内の現在の外乱に少なくとも比例して影響を受けるノイズ部分までもが、測定信号に含まれること、そしてこのノイズ部分は、かなりの程度で測定結果の劣化の一因となり得ることを想定しなければならない。
【０００９】
EP-A 1 273 892では、磁気誘導流量変換器の操作方法が開示されており、その方法では、二つの測定電極のうちの少なくとも一つに、少なくとも時折、評価・操作回路を用いて作られる電圧パルスを印加することによって、測定電極上の外乱電位（特にフロータイプに関連するもの）の影響が除去される、もしくは少なくとも著しく削減される。この方法の使用により、特に単相、もしくはよく混合された多相の液体の場合にも、磁気誘導流量計の測定精度が著しく改善され得る。さらに、例えばEP-A 337 292もしくはWO-A 03/004977には、特に接地へのクロックショート、もしくは高調波交流電圧の印加により、外乱電位を除去する消去電圧を長期間にわたって測定電極に供給する方法が記載されている。しかしながら、この測定方法とそれに対応する流量変換器の欠点は、例えば個々の液相がはっきりと分離している多相液体の場合、もしくはより確率的な粥状の粘性液体の場合には、混入している可能性のある固体粒子もしくは気泡の分布および／または衝突頻度は、まず実質的に合理的に評価することはもはや不可能であり、従ってほとんど較正不可能である。従ってこれに対応する測定においては、少なくともフロータイプに関連する性質の外乱電位を、十分に確かな程度まで測定電極から除去することはもはや不可能である。これに伴い、測定装置の測定精度は、固体粒子および／または気泡の濃度増加がある場合には特に、極めて著しく低下する可能性がある。
【００１０】
従って本発明の目的は、磁気誘導流量測定変換器の測定信号に結合する外乱電位、特にフロータイプもしくはその急激な変化から生じる外乱電位が、少なくとも安全に認識され、必要であればそれに対応して警報の形でシグナリングされる方法を提供することである。加えて、一次測定値の確認に対するそうした外乱電位の影響は可能な限り相殺されるべきであり、非対称なフロープロファイルの場合、および／または多相流体である場合にも、一次測定値、あるいはその組成および／または流動指数の変化が、依然として極めて正確で、かつ信頼性があると見なされ得るようになるべきである。
【発明の概要】
【００１１】
この目的を実現するために、本発明は磁気誘導流量計を操作するための方法に属し、その方法は以下のステップを含む。
‐測定される媒体が流量計の測定管を通って流れるようにするステップ
‐少なくとも時折、特にクロック式に、媒体内に測定電圧が誘導されるようなやり方で、時間変動する強度を持つ測定管内の媒体を少なくとも断面で貫通する磁場、特にクロック制御の磁場を作り出すステップ
‐測定電圧に対応する少なくとも一つのアナログ測定信号を作り出すために、第一と第二の測定電極によって形成される電極のペアを用いて、少なくとも時折、特にクロック式に、媒体内に誘導される測定電圧をタッピングし、測定信号は、基本的に媒体の瞬間流速に対応する有効部分と、流動媒体内に現存する外乱によって少なくとも部分的に影響されるノイズ部分とを持つ、ステップ
‐流動媒体の瞬間フロープロファイルおよび／または瞬間組成によって決定される、測定管内に位置する媒体のフロータイプを確認するステップ
【００１２】
加えて本発明の方法では、フロータイプを確認するステップは以下のさらなるステップを含む。
‐少なくとも一つの測定信号をあらわすデジタル信号を作り出すステップ
‐デジタル信号を適用して、少なくとも大部分がノイズ部分に対応する測定信号のノイズスペクトル、特に帯域制限ノイズスペクトルを確認するステップ
‐測定管内に存在するフロータイプを、特に可能な限り即時に、少なくとも定性的にシグナリングする少なくとも一つの状態値を、ノイズスペクトルの少なくとも一部を適用して確認するステップ
【００１３】
本発明の方法の第１の実施形態では、測定信号のノイズスペクトルを確認するステップは、有効部分とノイズ部分を分離するステップをさらに含む。
【００１４】
本発明の方法の第２の実施形態では、有効部分とノイズ部分を分離するステップは、少なくとも部分的にデジタル信号を適用することによって行われることが提供される。
【００１５】
本発明の方法の第３の実施形態では、確認するステップは、デジタル信号を適用して、測定信号の有効部分およびノイズ部分の両方に対応する測定信号の有効／ノイズスペクトルを確認するステップをさらに含む。本発明のこの実施形態のさらなる発展例では、測定信号のノイズスペクトルを確認するステップは、少なくとも大部分が有効部分に対応する測定信号の有効スペクトルを、有効／ノイズスペクトルから除去するステップをさらに含む。そのような場合、有効／ノイズスペクトルは、有効／ノイズスペクトルから有効スペクトルを除去するための中央値フィルタリングにかけられることがさらに提供される。
【００１６】
本発明の方法の第４の実施形態では、少なくとも一つの状態値を確認するステップは、少なくとも測定信号のノイズ部分のスペクトル電力密度を確認するステップを含むことが提供される。本発明のこの実施形態のさらなる発展例では、少なくとも測定信号のノイズ部分のスペクトル電力密度を確認するステップは、ノイズスペクトルの少なくとも一部の適用を含む。
【００１７】
本発明の方法の第５の実施形態では、少なくとも一つの状態値を確認するステップは、測定信号に対して少なくとも一つのモデルパラメータを確認するステップを含み、モデルパラメータは総ノイズスペクトル内のノイズ部分の信号特性を目下あらわすことが提供される。本発明のさらなる発展例では、少なくとも一つの状態値を確認するステップは、モデルパラメータと、そのために予め定められたモデル基準値とを比較するステップをさらに含み、および／または、少なくとも一つのモデルパラメータはノイズ部分のスペクトル電力密度をあらわす。
【００１８】
本発明の方法の第６の実施形態では、ノイズスペクトルは、現在もしくは現時点の基準周波数、特に可変基準周波数および／または媒体のフロータイプによって影響される基準周波数、よりも下にある低周波数帯部分、ならびに基準周波数よりも上にある高周波数帯部分を持ち、低周波数帯部分内では、ノイズ部分は目下少なくとも平均して所定の最低レベルを超え、高周波数帯部分内では、ノイズ部分は目下少なくとも平均して所定の最低レベルを下回ることが提供される。本発明のこの実施形態のさらなる発展例では、少なくとも一つの状態値を確認するステップは、現在の基準周波数を確認するステップを含み、および／または、少なくとも一つの状態値を確認するステップは、低周波数帯部分から高周波数帯部分を区別可能なようにあらわす少なくとも一つのモデルパラメータを確認するステップをさらに含み、ならびに時には、現存するモデルパラメータと、そのために予め定められた基準値とを比較するステップもさらに含む。少なくとも一つの状態値は、現在の基準周波数と、高周波数帯部分をあらわすモデルパラメータとを適用して決定され得、少なくとも一つのモデルパラメータは、ノイズ部分のスペクトル振幅密度の周波数依存変化をあらわす勾配値であり得る。
【００１９】
本発明の方法の第７の実施形態では、ノイズスペクトルは帯域制限されることが提供される。
【００２０】
本発明の方法の第８の実施形態では、デジタル信号の少なくとも一部を離散フーリエ変換にかけるステップをさらに含む。
【００２１】
本発明の方法の第９の実施形態では、測定信号のノイズスペクトルを確認するステップは、デジタル信号の少なくとも一区間を離散フーリエ変換にかけるステップをさらに含むことが提供される。本発明のこの実施形態のさらなる発展例では、測定信号のノイズスペクトルを確認するステップは、デジタル信号に基づいて、少なくとも大部分が有効部分に対応する測定信号の有効スペクトルを確認するステップをさらに含む。
【００２２】
本発明の方法の第１０の実施形態では、状態値は媒体が少なくとも一つの流体相を持つことをシグナリングすることが提供される。
【００２３】
本発明の方法の第１１の実施形態では、状態値は媒体が基本的に一つの位相であることをシグナリングすることが提供される。
【００２４】
本発明の方法の第１２の実施形態では、状態値は、媒体が多相であること、例えば基本的に二相であること、および／または基本的に二つの流体相を持つことをシグナリングすることが提供される。加えて、状態値は媒体が少なくとも一つの気相と一つの液相とを持つことをシグナリングするように具体化され得る。
【００２５】
本発明の方法の第１３の実施形態では、測定信号を適用して、測定される媒体に対して記録される測定変数を定量的にあらわす少なくとも一つの測定値を作り出すステップをさらに含む。本発明のこの実施形態のさらなる発展例では、測定値はデジタル信号の適用によっても、特に状態値の適用によっても作り出される。
【００２６】
本発明の方法の第１４の実施形態では、特に流量計の安全操作および／または所定の測定精度のために必要な、媒体の所定のフロータイプをあらわす少なくとも一つの所定の状態基準値と、状態値を比較するステップをさらに含む。本発明のこの実施形態のさらなる発展例では、少なくとも一つの所定の状態基準値と状態値の比較に基づく警報を発するステップをさらに含み、警報は、目下確認されるフロータイプが所定のフロータイプから逸脱することを、特に視覚的および／または聴覚的に知覚可能なようにシグナリングする。
【００２７】
本発明の方法の第１５の実施形態では、測定管内の媒体を少なくとも断面で貫通する、時間変動する強度の磁場、特にクロック制御の磁場を作り出すステップは、特に双極性の励磁電流が、流量計の操作回路を通って、および、測定管に配置され操作回路に少なくとも一時的に接続される磁場系を通って流れるようにするステップを含む。
【００２８】
本発明の方法の第１６の実施形態では、測定信号のノイズスペクトルを確認するステップは、予め設定可能な時間間隔内における測定信号の時間経過を目下あらわすデータセットを作り出すための、デジタルサンプリングシーケンスの少なくとも一部を記憶するステップをさらに含む。
【００２９】
本発明の基本概念は、測定管内に位置する媒体の、部分的に極めて変動しやすいフロータイプを、少なくとも一つの測定信号においてそれに対応する外乱電位に基づいて検出することである。この目的のため、外乱電位に対応する、測定信号の有効部分から分離される測定信号のノイズスペクトルに基づいて、ノイズ部分のスペクトル分析が実行される。
【００３０】
その場合、本発明は、次のような驚くべき発見に基づく。記載された種類の外乱電位は、通常はそれほど明確にはあらわれない。しかし、測定信号の総スペクトル（本明細書では有効／ノイズスペクトルと称する）は、本明細書に記載された種類の外乱を不十分な低い程度までしか反映しない一方で、ノイズ部分、すなわち一次測定値の作成に実際に必要な測定信号の有効部分から分離される信号成分は、少なくともスペクトル領域において、ほとんどの場合典型的な波形もしくは典型的な形状を持つ。従って、ノイズスペクトルに基づき、少なくとも一次測定値を損なう外乱の存在を、操作中に確実に検出することが可能であり、その結果、瞬間フロータイプの同定をオンラインで実行することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明の方法とさらなる利点は、図中に示される、磁気誘導流量計のための、時間の関数としてのプロット、タイミング図、および回路図に基づいてさらに詳細に論じられ、図面は以下を示す。
【図１ａ】本発明の方法を実行するために適切な、磁気誘導流量計として本明細書で具体化されるプロセス測定装置を、ブロック図として概略的かつ部分的に示す。
【図１ｂ】本発明の方法を実行するために適切な、磁気誘導流量計として本明細書で具体化されるプロセス測定装置を、ブロック図として概略的かつ部分的に示す。
【図２ａ】図１ａ、１ｂのプロセス測定装置の操作中に流れる励磁電流の波形を概略的に示す。
【図２ｂ】図１ａ、１ｂのプロセス測定装置の操作中に測定可能な電位の波形と時間の関数としてのプロットを概略的に示す。
【図２ｃ】図１ａ、１ｂのプロセス測定装置の操作中に測定可能な電位の波形と時間の関数としてのプロットを概略的に示す。
【図３ａ】図１ａ、１ｂのプロセス測定装置の操作中に測定可能な電位の波形と時間の関数としてのプロットを概略的に示す。
【図３ｂ】図１ａ、１ｂのプロセス測定装置の操作中に測定可能な電位の波形と時間の関数としてのプロットを概略的に示す。
【図４ａ】図１ａ、１ｂのプロセス測定装置の操作中に測定可能な電位の波形と時間の関数としてのプロットを概略的に示す。
【図４ｂ】図１ａ、１ｂのプロセス測定装置の操作中に測定可能な電位の波形と時間の関数としてのプロットを概略的に示す。
【図５ａ】図１ａ、１ｂのプロセス測定装置の操作中に測定可能な電位の波形と時間の関数としてのプロットを概略的に示す。
【図５ｂ】図１ａ、１ｂのプロセス測定装置の操作中に測定可能な電位の波形と時間の関数としてのプロットを概略的に示す。
【図６ａ】図１ａ、１ｂの測定装置を用いて作り出される測定信号に基づいて得られる有効／ノイズスペクトルを示す。
【図６ｂ】図６ａの有効／ノイズスペクトルの中央値フィルタリングに基づいて得られるノイズスペクトルを示す。
【図７ａ】図１ａ、１ｂの測定装置を用いて作り出される様々なフロータイプの測定信号に基づいて得られる、異なる相対的ノイズスペクトルを示す。
【図７ｂ】図１ａ、１ｂの測定装置を用いて作り出される様々なフロータイプの測定信号に基づいて得られる、異なる相対的ノイズスペクトルを示す。
【図８ａ】図１ａ、１ｂの測定装置を用いて作り出される異なるフロータイプの測定信号に基づいて得られるノイズスペクトルに置かれる近似曲線を概略的に示す。
【図８ｂ】図１ａ、１ｂの測定装置を用いて作り出される異なるフロータイプの測定信号に基づいて得られるノイズスペクトルに置かれる近似曲線を概略的に示す。
【図８ｃ】図１ａ、１ｂの測定装置を用いて作り出される異なるフロータイプの測定信号に基づいて得られるノイズスペクトルに置かれる近似曲線を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１ａと１ｂは、本発明の方法を実行するために適切な、磁気誘導流量計として本明細書で具体化されるプロセス測定装置を、ブロック図の形で概略的かつ部分的に示す。そのような装置を用いて、パイプライン内を流れる媒体、特に二相以上の媒体、ならびに／あるいは、組成および／またはフロープロファイルが可変である媒体の、少なくとも一つの物理的な測定変数が記録され得る。例えば流量計は、例えば、気体を含む導電性液体、スラリー、もしくはペーストの、体積流量率および／または流速といった、体積流量を測定するために使用されてもよく、そのために代表的な一次測定値XMを適切に確認するために使用されてもよい。しかしながらさらに測定装置は、特に、流動媒体の瞬間フロープロファイルおよび／または瞬間組成によって決定される、測定管内に位置する媒体のフロータイプを少なくとも時折決定し、それを二次測定値として機能する適切な状態値XSとしてあらわすためにも提供される。測定装置はさらに、遠隔制御室、および外部のエネルギー源もしくは外部電源と通信するように、フィールドバス（不図示）に接続されてもよい。測定装置データ、特に一次測定値をフィールドバスに送信するために、適切なデータインターフェース51を持つ対応する通信ユニット5がさらに提供されてもよい。さらに、通信ユニット5はまた、特に測定装置データの視覚化、および／または流量計のオンサイトチューニングを可能にするために、対応する表示・制御ユニット52を持ってもよい。
【００３３】
測定装置はさらに、測定される物理変数に対応する測定電位を作り出すための流量変換器1と、測定電位を記録するための、および物理変数に対応する少なくとも一つの測定信号を作り出すための操作回路2と、操作回路2、およびひいては流量変換器1を活性化するために役立ち、ならびに物理変数、特に瞬間体積流量（例えば流率）および／または瞬間流速を定量的にあらわす一次測定値を、少なくとも一つの測定信号を適用して作り出すために役立つ、評価回路3とを含む。操作回路2、および時には流量変換器1の一部の構成要素は、図１ａにも概略的に示されるように、流量計の電子機器筐体10内に収容され得る。
【００３４】
前述のパイプラインの経路内に挿入可能な測定管11は、流量変換器1に属している。測定管11は管壁を持つ。操作中、測定される媒体は、測定管の長手方向軸の方向に測定管11を流れることができる。流量変換器1は、測定管内の媒体を少なくとも断面で貫通する、時間変動する強度の磁場、特にクロック制御の磁場を作り出すために、測定管に配置される磁場系、特に測定管に直接固定される磁場系をさらに含む。この磁場の結果として、少なくとも時折、特にクロッキングによって連続的に、対応する測定電圧が流動媒体内に誘導される。
【００３５】
流体内に誘導される電圧のショートを防ぐために、流体と接触する測定管11の内側部は非導電性である。その目的のため、金属の測定管は、通常は例えばセラミック、硬質ゴム、ポリウレタン、ポリフルオロエチレンなどの非導電性層を内部に備え、一般的には非強磁性でもある。例えば酸化アルミニウムセラミックなど、測定管が完全にプラスチックもしくはセラミックから作られる場合は、対照的に非導電性層は必要ない。
【００３６】
操作回路2内に提供される駆動電子機器21によって活性化される流量計の励磁系は、図示された一実施形態の例では、測定管11に配置される第一の磁場コイル12と、同様に測定管11に配置される第二の磁場コイル13とを含む。磁場コイル12、13は測定管11の第一の直径上にある。励磁系は、操作中、管壁とそこを通って流れる流体とを貫通する磁場Hを作り出すために役立つ。これは、駆動電子機器21によって駆動される励磁電流Iが、ここでは直列に接続されている磁場コイル12、13の中に流れることができるときに生じる。励磁電流I、特に双極性励磁電流Iは、そのような場合、例えば方形波、三角波、もしくは正弦波の形をとり得る。図１ｂは、磁場コイル12、13が芯を含まず、従っていわゆる空芯である様を示す。しかしながら磁場コイル12、13は、そうしたコイル配置の場合によくあるように、芯の周囲に巻きつけられてもよい。芯は一般的に軟質磁性材料である。芯は磁極片と相互作用し得る。例えばUS-A 5,540,103を参照のこと。
【００３７】
図示された一実施形態の例において、媒体に対して電磁的に作用するコイル配置として形成される励磁系は、本明細書では、特に二つの磁場コイル12、13が、それと共に作り出される磁場Hが、少なくとも第一の直径に直交する第二の直径に関して、測定管11内において対称に、特に回転対称に形成されるような形状とサイズをとるように、具体化される。
【００３８】
本発明の一実施形態では、駆動電子機器21は、直流、特に一定振幅に制御される直流を作り出す。この直流はその後、例えばHもしくはT回路として構成されるものなど、適切なスイッチング回路を用いて、周期的に、例えば10 Hzから50 Hzの範囲内のクロック周波数で反転され、それにより、制御された振幅の交流電流を形成するように変調される。従ってこの結果、図２ａに概略的に示すように、励磁電流が、第一のスイッチ位相PH11の最中は第一の電流方向に、第一のスイッチ位相の後に続く第二のスイッチ位相PH12の最中は第一の電流方向とは反対方向に、コイル12、13を通って流れるように、励磁電流Iがコイル配置を通って流れることができる。電流の制御と反転については例えばUS-A 4,410,926もしくはUS-A 6,031,740も参照のこと。第二のスイッチ位相PH12の後に続く第三のスイッチ位相PH21の最中は、励磁電流Iは再び第一の電流方向に流れる。第三のスイッチ位相の後に続く第四のスイッチ位相PH22の最中は、励磁電流Iは再び反対方向に流れる。その後には、対応するスイッチ位相PH31などが続く。励磁電流Iの方向の反転に関しては、各場合において、順々に続くスイッチ位相のうちの二つが、周期P1、P2、P3、…などを形成する。コイル配置を通って流れる励磁電流Iの極性反転に伴い、考えられる位相シフトとは別に、磁場Hもまた、基本的にそれと同時に繰り返し反転される。これに関しては図２ａを参照のこと。
【００３９】
さらに、測定変数に対応する少なくとも一つの電気測定信号を作り出すために、測定管上、もしくは少なくともその近傍に配置されるセンサー配置が、測定変換器内に提供される。このセンサー配置は、少なくとも時折、媒体内に誘導される測定電圧をタップする。測定装置が、既に述べたように、自身のフロープロファイルおよび／または組成に関して可変であり得る流動媒体、および特に二相以上であり得る流動媒体を特に対象とすることを考慮すると、測定信号は、基本的に媒体の瞬間流速に対応する有効部分、ならびに、現存する、もしくは現時点での流動媒体内の外乱、特にフロータイプに関連する外乱によって少なくとも部分的に影響されるノイズ部分、の両方を持つことが想定される。
【００４０】
本発明の一実施形態では、センサー配置は、事実上、測定管上に直接適用される電極を持つ。測定管11の管壁の内側に配置される第一の電極14は、その場合、磁場Hによって誘導される第一電位e14のタッピングのために役立つ。さらに同様に配置される第二の電極15は、磁場によって誘導される第二の電位e15のタッピングのために役立つ。測定電極14、15は、第一の直径と測定管の長手方向軸とに直交する、測定管の第二の直径上にある。しかしながらこれらは、例えば測定管11の第二の直径に平行な弦上にあってもよい。これに関してはUS-A 5,646,353も参照のこと。本明細書に示される一実施形態の例では、測定電極14、15はガルバニ測定電極、すなわち流体に接触する電極として示される。しかしながら、二つの容量性測定電極、すなわち、例えば測定管11の管壁内に配置される測定電極が使用されてもよい。測定電極14、15の各々は、ファラデーの法則に基づいて、操作中にそこを通って流れる流体内に誘導される電位e14、e15をタップする。
【００４１】
図１ｂに概略的に示されるように、測定電極14、15は、操作中、少なくとも時折、差動増幅器22の非反転入力と反転入力にそれぞれ接続する。このようにして、測定電極14、15からタップされる二つの電位e14、e15の電位差が形成され、そこを通って流れる流体内に確立される測定電圧に対応する、従って測定される物理変数にも対応する、測定信号uとして機能する。測定電極14、15上にある電位e14、e15は、通常はおよそ10 mVから最大で100 mVの範囲内である。
【００４２】
測定される少なくとも一つの測定変数、ならびに測定管内に瞬間的に位置する媒体のフロータイプを確認するために、媒体内に誘導される測定電圧は、少なくとも時折、特にクロック式に、第一と第二の測定電極によって形成される電極のペアを用いてタップされ、測定電圧に適切に対応するアナログ測定信号に変換される。
【００４３】
図示された一実施形態の例において、差動増幅器22の出力上にある測定信号uは、図１ａ、１ｂで明らかなように、流量計内に提供される評価回路3に入力される。しかしながら本明細書では、測定電極14、15上の電圧からアナログ差分信号を作り出すために役立つ単一の差動増幅器の代わりに、当然のことながら別々の信号増幅器が電極の各々に対して提供されてもよいことに注意すべきである。従って、例えば、測定電極14、15からタップされる二つの電位e14、e15の電位差は、二つの別々にデジタル化される測定信号に基づいて数値的に計算されてもよい。
【００４４】
本発明に従って、評価回路3は特に、入力測定信号uをデジタル化し、それを第一のデータセットDS1の形で区間ごとに記憶するために役立ち、測定値XMを確認するために、測定信号の一区間の時間に対する挙動についての情報がデジタル形式で利用可能なままであるようになっている。この目的のため、図１ａに概略的に示されるように、示された一実施形態の例においては、調節可能な制限周波数で、かつ予め決定可能なフィルタ次数の低域フィルタ31（例えば受動もしくは能動RCフィルタ）を介して、測定信号uが評価回路3に入力される。低域フィルタ31は、エイリアシングエラーを防ぐために測定信号uを帯域制限するために役立ち、従って測定信号uをデジタル化のために適切に前処理するために役立つ。制限周波数は、そのための既知のナイキストのサンプリング定理に従って、サンプリング周波数の0.5倍未満に設定され、それを用いて測定信号uの通過部分がサンプリングされる。測定信号uが既に必要なやり方で帯域制限されている場合には、低域フィルタ31は、時には省略されてもよい。出力側では、低域フィルタ31は、低域フィルタ31を介して入力される測定信号uを、それをあらわすデジタル測定信号uDに変換するために役立つ、評価回路3のA/D（アナログ／デジタル）変換器32の信号入力に結合される。A/D変換器32は、例えば直列変換もしくは並列変換のA/D変換器など、上記のサンプリング周波数でクロック可能な、当業者に既知のA/D変換器であってよい。そのために適切なA/D変換器の種類は、例えば、24ビットの解像度と、40 kHz以下の許容サンプリング周波数を持つ、Texas Instruments Inc.のデルタ‐シグマA/D変換器ADS1252であり、10 kHz未満のサンプリング周波数は本発明の方法を実装するために非常に十分であり得る。例えば前記のADS1252といった、適用されるA/D変換器32が、正の信号値のみを変換するように設計される場合、A/D変換器32の基準電圧は、それに対応して、変換器の入力上の予想最小信号値が少なくとも1ビット、特に測定信号uDの最上位ビット（MSB）を設定するように、導入される。言い換えれば、A/D変換器32において、信号が事実上、変動振幅の直流電圧信号となるように、低域フィルタ31の出力上にある信号に直流電圧が加えられる。加えて、例えばデジタルFIRフィルタおよび／またはIIRフィルタを用いて、デジタル測定信号uDをその後フィルタすることもまた有利であり得る。
【００４５】
A/D変換器32の出力側におけるデジタル測定信号uDは、場合により今回はデジタルに再度フィルタされるが、例えば内部データバスを介して、評価回路3の揮発性データメモリ33の中にセグメントでロードされ、特にデジタルフローコンピュータ34のために、デジタル記憶された測定データの集合体の形で測定信号uを瞬間的にあらわす、有限サンプリングシーケンスSSとして利用可能であるようにそこに保持される。そのような場合、例えばスタティックおよび／またはダイナミックの読み書きメモリが、データメモリ33として機能し得る。
【００４６】
瞬間サンプリングウィンドウの幅、すなわち測定信号uを瞬間的にあらわすために記憶されるサンプリングシーケンスSSの区間の時間の長さは、例えば、励磁電流Iがクロックされる周期P1、P2のうちの一つの全持続期間の範囲内であってよく、あるいはまた、スイッチ位相PH11、PH12、PH21、PH22のうちの一つの持続期間の範囲内であってもよい。従って、データがデータメモリ33に読み込まれるタイミングもまた、励磁電流のクロックの位相と基本的に等しい位相を持つ。記載された種類の従来の流量計の場合、通常のクロック時間は、およそ10〜100 msの範囲内にあり、これはすなわち、A/D変換器32のサンプリング周波数fsが10 kHzの場合、いずれの場合にも、100から1000のサンプル、すなわち、サンプリングシーケンスSSもしくは第一のデータセットの1000の記憶されたサンプリング値が得られることを意味する。
【００４７】
必要な場合には、例えばデータメモリ33の少ないメモリ容量の結果として、もしくは磁場反転に関連する過渡電圧の前処理除去のために、スイッチ位相あたりに作られる、測定信号u、より厳密に言えば、デジタル測定信号uDの一部のみをデータメモリ33に読み込むことも可能である。これに関して説明するために、上記のスイッチ位相PH11、PH12、PH21、PH22、PH31は、いずれの場合にも、測定位相として機能する、関連する第一のサブ周期期間T111、T121、T211、T221、T311、および、関連する第二のサブ周期期間T112、T122、T212、T222、T312に分割される（図２ａ、２ｂ、２ｃ参照）。好ましくは、本発明のこの実施形態の場合には、いずれの場合にも、データメモリ33における仮想イメージングが、常に、それぞれ現存する第二のサブ周期期間T112、T122、T212、T222、もしくはT312に属する測定信号uの部分のみにおいて起こり、一方、測定データの評価と測定値の作成は、その後、いずれの場合にも、次の磁場構築位相T121、T211、T221、T311の最中に起こり得る。
【００４８】
サンプリングシーケンスSSから測定値XMを作り出すために、フローコンピュータ34は、例えば内部データバスを介して、少なくとも一時的に、データメモリ33とその中に記憶されるデータセットへのアクセス、特にデータ読み取りアクセスを持つ。フローコンピュータ34は、例えば図１ａに概略的に示されるように、マイクロプロセッサ30とその中で実行する計算プログラムを用いて有利なやり方で実装され得る。しかしながら、マイクロプロセッサの代わりに、もしくはマイクロプロセッサを補足するものとして、デジタル信号プロセッサがフローコンピュータを実装するために機能してもよい。
【００４９】
本発明の実施形態では、評価回路3はさらにメモリマネージャ35を含み、これは、例えば内部データバスを介して、マイクロプロセッサ30と通信して、データメモリ33を管理するために機能し、特にデジタル測定信号uDのサンプリングと、サンプリングシーケンスSSの作成を制御するために機能し、このようにして、マイクロプロセッサ30の負荷を減らす。メモリマネージャ35は、例えばPAL（プログラマブルアレイロジック）もしくはFPGA（フィールドプログラマブルゲートアレイ）などのプログラマブルファンクションメモリに実装され得る。必要な場合には、メモリマネージャ35は、マイクロプロセッサ30、もしくは追加のマイクロプロセッサ（不図示）と、その中で実行する対応するコンピュータプログラムを用いて実装されてもよい。さらにマイクロプロセッサの負荷を減らすために、メモリマネージャ35はまた、こうした流量計ではよくあるように、例えば複数のサンプリングシーケンスの平均値もしくは中央値の作成に関与してもよい。
【００５０】
既に上記で述べたように、測定信号uは、測定電極14、15上に生じる外乱電位E112、E122、E222、E312によって、かなりの程度まで妨害され、ひいては破損され得る（これについては図２ｂ、２ｃも参照）。説明のため、さらに図３ａ、３ｂには、外乱電位が重ね合わされた約10秒間にわたって記録された電位e14、e15のプロットが示され、図４ａ、４ｂには、記載されたやり方で、記録された電位e14、e15のプロットの妨害領域が異なる縮尺で示される。それと比較して、図３ａ、３ｂにそれぞれ示される電位e14、e15のプロットの実質的に妨害されていない領域が、図５ａ、５ｂに再度示され、一方図６ａには、そうした測定信号に基づいて記録されたスペクトルが示される。
【００５１】
磁気誘導流量変換器を用いて得られるそうした測定信号に対して行われた研究によれば、多数の応用例において、測定管内に位置する媒体のフロータイプが、少なくとも警報発生のために十分な正確さで、測定信号のノイズ部分に基づいて確認され得ることが示されている。加えて、さらなる研究によれば、多数のフロータイプ関連外乱電位では、有効／ノイズスペクトルをはじめとして、図６ｂの例を用いて示されるように、少なくとも、有効部分から大きく分離されたノイズスペクトルが有効／ノイズスペクトルから直接得られる程度まで、驚くほど容易に、測定信号の有効部分とノイズ部分が別々のスペクトル領域に互いに分離され得ることが示されている。フロータイプの確認のために意味を持つ周波数範囲は、そのような場合にはおよそ0から最大で500 Hzの範囲である。これは例えば、フロータイプの確認が、測定値の確認とは独立して、デジタル形式で存在する抽出されたノイズ部分に基づいて実行されてもよいことを意味する。さらに、例えばそのスペクトル振幅密度もしくはそのスペクトル電力密度によって周波数領域に示されるノイズ部分の信号電力は、その瞬間の測定管における主要なフロータイプに著しく依存することが確認され得る。これは、例えば以前に確認された独特のフロータイプの異なるノイズ電力の比較によって、瞬間スペクトル電力密度に基づいて、操作中に、瞬間フロータイプの同定を完全に可能にする。例えば、異なる気体分率を持つ、流量が一定の等しい媒体毎に記録されたノイズスペクトルを比較すると（図７ａ参照）、あるいは、可変流量で気体量が一定の媒体で記録されたノイズスペクトルを比較すると（図７ｂ参照）、一方では、ノイズスペクトルが顕著な制限周波数を示し、それを上回ると、高周波数においてスペクトルノイズ電力が明らかに減少し、その結果として、少なくとも平均では、もはや予め決定可能な閾値を超えることがなくなる。他方では、前述の制限周波数を下回るスペクトルノイズ電力は、各周波数部分につき、流量が増加するにつれて小さくなるが、制限周波数自体は高周波数にシフトすることがわかる。すなわち結果として、基準周波数として有用な現存する制限周波数、特に可変制限周波数、および／または媒体のフロータイプによって影響される制限周波数、を下回るノイズスペクトルは、低周波数帯部分を持ち、その部分内では、ノイズ部分は目下、少なくとも平均して、所定の最小レベルを超える。また、制限周波数を上回るノイズスペクトルは、高周波数帯部分を持ち、その部分内では、ノイズ部分は目下、少なくとも平均して、所定の最小レベルを下回る。
【００５２】
この観点から、スペクトル振幅曲線に基づき、また特にノイズ部分のスペクトル電力密度に基づいて、測定管内に瞬間的に存在するフロータイプが、それと共に少なくともフロータイプ関連外乱の存在が評価され得る程度まで、時にはその程度までもが評価され得る程度まで、検出可能であることが想定され得る。そのような場合、ノイズスペクトルに基づくフロータイプの評価は、測定管内に瞬間的に実際に存在する媒体がより正確に特定されるにつれて、さらにより正確に行われ得る。従って、少なくとも媒体それ自体が既知であると見なされ得る場合には、測定信号、もしくはそこから得られる測定値の外乱の修正もまた、直接的に行うことも可能である。
【００５３】
前述の発見に基づき、少なくとも一つのフロータイプを確認するために、測定信号のノイズ部分に少なくとも大部分が対応する、ノイズスペクトル、特に帯域制限ノイズスペクトルを、デジタル信号を適用して確認することが提供される。さらに、本発明の測定装置の場合には、少なくともノイズスペクトルの一部を適用して、測定管内に瞬間的に存在するフロータイプを、特にできる限り即時に、少なくとも定性的にシグナリングする状態値を確認することが提供される。
【００５４】
従って、本発明の一実施形態では、少なくともノイズスペクトルに基づいて状態値を確認する目的で、測定信号の有効部分とノイズ部分が互いに適切に分離されることがさらに提供される。本発明のさらなる実施形態では、そうした目的で、デジタル信号を適用して、少なくとも目的の周波数範囲（図６ａ）にわたって、例えばそこから得られるサンプリングシーケンスSSのデジタル信号の少なくとも一区間を、離散フーリエ変換にかけることによって、測定信号のノイズ部分と有効部分の両方に対応する、測定信号の有効／ノイズ離散スペクトルがまず確認される。有効／ノイズスペクトルに基づき、測定信号のノイズスペクトルが、例えば、デジタル信号および／またはそこから得られるサンプリングシーケンスSSに基づいて、測定信号の有効部分に少なくとも大部分が対応する測定信号の有効スペクトルを確認することによって、確認され得る。これは特に、有効／ノイズスペクトルにおける、磁場制御もしくはそれに結合する測定値作成のクロック周波数の整数倍も考慮して行われる。この有効部分に大部分が対応する測定信号の有効スペクトルは、有効／ノイズスペクトルから適切に除去される。これは図６に示される実施例において、それぞれクロック周波数と、その整数倍とに位置する、累乗した振幅ピークに基本的に対応する。有効／ノイズスペクトルからの有効スペクトルの除去は、例えば有効／ノイズスペクトルを中央値フィルタリングにかけることによって、簡単なやり方で行われ得る。
【００５５】
フロータイプを決定するための目的の周波数範囲と比較して、基本的に高いサンプリング周波数（本明細書では、10から時には100倍よりも高いサンプリング周波数が普通である）を適用する際には、デジタル化した測定信号uDのダウンサンプリングが、データ速度の低下に有利であり得る。デジタル信号uDのために適切なダウンサンプラーは、特に、引き続いて1/2倍の削減を伴ってノイズスペクトルをさらに帯域制限する、例えばハーフバンドフィルタとして構成されるチェビシェフの高次数（＞30）FIRフィルタを含んでもよく、ダウンサンプラーは減少したデジタル信号にも適用され得る。従って、それに対応して減少したサンプリングシーケンスもまた、その後メモリ内に記憶され、フーリエ変換される。
【００５６】
特に、分離された利用可能なノイズスペクトルを用いることで、所定のフロータイプの存在の確認という意味で、および／または、外乱の程度、また必要であればその測定精度に対する影響の定量化という意味で、自動検出が実行され得る。例えば、定型的な外乱を用いて記録されたノイズスペクトル（図７ａ、７ｂ）、またその点においてはフロータイプに典型的でもあるノイズスペクトルは、それぞれ対応する数学的信号モデルにフィッティングされ得る。信号モデルは、有利な方法で、それぞれあらわされたフロー（ステレオ）タイプに依存して、その固有のモデルパラメータの具体的な表現のみが互いに異なるように、一方で例えばその次数に関しては等しい構成になるように選択され得る。そのような、フロータイプのオンライン記録に適した信号モデルは、例えば全体として使用されるノイズスペクトルの単純な近似曲線か、および／またはノイズスペクトルの個々の選択された区間のみを近似する近似曲線であってもよい。例として図７ａ、７ｂに示されるノイズスペクトルでは、少なくとも、そのような10の累乗に基づいて対数的に示された周波数と振幅値とを用いる際には、適切な非常に単純な信号モデルは、例えば最小二乗法など、対応するフィッティング計算によって得られる二つの近似直線に対する二つの直線方程式から構成され得る。これは、例として“気体分率のない水”のフロータイプとして図８ａに、“気体を含む水”のフロータイプとして図８ｂに、“気体を含むパルプ”として図８ｃに、両対数プロットで示され、直線はそれぞれ前述の制限周波数よりも下と上に示される。
【００５７】
従って、本発明のさらなる実施形態では、少なくとも一つの状態値を確認するために、少なくとも一つの現存する基準周波数がノイズスペクトルに対して確認される。基準周波数は例えば前述の制限周波数であってもよく、それを上回るノイズスペクトルは、少なくとも平均では、スペクトル振幅値の所定の閾値をもはや超えることがない。さらに、瞬間状態値の決定に適した別のモデルパラメータは、少なくともノイズ部分のスペクトル振幅密度の一区間、特に制限周波数より上に位置する一区間の、周波数依存変化をあらわすノイズスペクトルの勾配値であってもよい。例えば図７ａ、図７ｂに示されるノイズスペクトルでは、この制限周波数よりも上の近似曲線の傾きが勾配値として使用され得る。これについては図８ａ、８ｂ、もしくは８ｃも参照のこと。基準周波数および／または勾配値の代わりとして、あるいは基準周波数および／または勾配値を補足するものとして、例えば、低周波数帯および／または高周波数帯の平均スペクトル電力密度もまた、モデルパラメータとして機能し得る。従って、少なくとも一つの状態値を確認するために、本発明のさらなる実施形態は、加えて、少なくとも測定信号のノイズ部分のスペクトル電力密度が、特にノイズスペクトルの少なくとも一部を適用することで決定されることを提供する。そのような場合、制限周波数未満にある周波数部分におけるノイズ部分のスペクトル信号電力に対応する、ノイズ指数と呼ばれる形状因子は、現存するフロータイプのオンライン検出のためのモデルパラメータとしてよく適していることがわかっている。ノイズスペクトルの瞬間制限周波数は、既に述べたように、ある程度まで瞬間流量にも依存するという事実を考慮すると、さらに、現存する流量測定値に対する現存する基準周波数もまた、瞬間フロータイプの指標として機能し得る。
【００５８】
本発明のさらなる実施形態では、少なくとも一つの状態値を確認するために、基準周波数よりも上にある高周波数部分に対して、高周波数帯部分を低周波数帯部分から区別可能なようにあらわすモデルパラメータを確認することが、さらに提供される。本発明のさらなる発展例では、高周波数帯部分をあらわすモデルパラメータに加えて、低基準周波数よりも下にある低周波数帯部分に対して少なくとも一つのモデルパラメータが確認される。有利なやり方で、二つの周波数帯をあらわす二つのモデルパラメータは、お互いに直接比較できるように、等しい種類のものとして具体化され得る。その代わりとして、もしくはそれを補足するものとして、少なくとも一つの状態値を確認するために、例えば総ノイズスペクトルの信号電力といった、総ノイズスペクトル内のノイズ部分の信号特性を目下あらわすモデルパラメータなど、モデルパラメータが測定信号のために使用されてもよい。
【００５９】
極めて頻繁に起こるフロータイプとして、水性液体内の気泡の発生は、例えば測定信号に対して操作中に瞬間的に確認されたノイズ指数、および勾配値を、この状態に対して予め定められた関連する有意な基準値と比較することによって、簡単なやり方で前述のモデルパラメータに基づいて検出され得る。ノイズ指数が所定の最小ノイズ指数よりも大きく、勾配値が所定の最大勾配値よりも小さい場合には、気泡が媒体内に存在することが推測され、その結果、それに対応してそれをシグナリングする状態値が発せられる。これは、例えばほとんど変動しない、もしくはわずかしか変動しない、現存する流量測定値に対する現存する基準周波数の比によってあらわされる、流量に対する上記の依存性を制限周波数が持つ場合に特に当てはまる。従って、本発明のさらなる実施形態では、特に、現存する基準周波数と、高周波数帯部分をあらわすモデルパラメータ（特に、高周波数帯のスペクトル電力密度の平均もしくは勾配値の形で存在するモデルパラメータ）とを適用して、ノイズスペクトルに対する少なくとも一つのモデルパラメータと、それに対応してそのために予め定められた総ノイズ基準値との比較に基づいて、状態値が確認されることがさらに提供される。さらに、本発明のさらなる発展例では、状態値は、現存するおよび／または以前に確認された一次測定値も考慮して作成される。一例として本明細書に記載された、水中の気泡の場合の代わりに、この方法は、時にはさらに高次の信号モデルに対するモデルパラメータも考慮して、他の有意なフロータイプを同定するためにも適用可能である。前述のパラメトリック信号モデルの代わりとして、もしくは前述のパラメトリック信号モデルを補足するものとして、必要な場合には、例えばニューラルネットワーク、共分散分析に基づく多変量分類器、もしくはファジーネットワークなど、関連ノイズスペクトルに他の分類器を使用することもまた可能である。
【００６０】
ユーザーの目的に応じて、状態値、従ってその確認のために実装される方法は、ただ単に、フロータイプをむしろ定性的に説明するいくつかの離散値を推測できるように設計されてもよい。例えば、状態値の確認は、媒体が現在基本的に単相である、その結果均一であると見なされるかどうか、あるいは、瞬間的に測定管内に位置する媒体が、二つ、もしくはそれよりも多くの位相物質の性質をより帯びているかどうかを、状態値がシグナリングするようなやり方で具体化され得る。実際のプロセスの知識に応じて、状態値はまた、媒体が基本的に一つおよび／または基本的に二つの流体相を持つかどうかもシグナリングし得る。従って状態値は、例えば媒体が少なくとも一つの気相と少なくとも一つの液相を持つこともシグナリングし得る。実際のプロセス挙動のより正確な知識がある場合は、状態値は、必要であれば、外乱の尺度、すなわち例えば液体中の気体分率を、定量的にあらわすようなやり方で確認されてもよい。
【００６１】
さらに、検出されたフロータイプの影響を知った上で、測定信号に対する、またその結果として一次測定値の精度に対する、測定管内で瞬間的に検出されるフロータイプの影響を適切に補正するために、従って、一次測定値をより正確に確認するために、状態値がさらに適用されてもよい。これは、例えば瞬間的に確認される状態値を、媒体の所定のフロータイプ、特に、流量計の安全操作および／または所定の測定精度に必要なフロータイプ、をあらわす少なくとも一つの所定の状態基準値と比較することによって実現され得る。また、比較に基づいて、特に現在確認されるフロータイプが所定のフロータイプから逸脱することを、視覚的および／または聴覚的に知覚可能なようにシグナリングする、少なくとも一つの警報を発することによって実現され得る。従って時には、それに伴い、一次測定値の作成もしくは出力が時に完全に中断されることもある。
【００６２】
本明細書では、一次測定値の作成に必要な評価方法と、状態値の確認に必要な評価方法の両方が、マイクロプロセッサ30内で実行するコンピュータプログラムの形で当業者によって実装され得ることに注意すべきである。それぞれそのために必要なプログラムコードは、マイクロプロセッサ30がデータの読み取りの操作中にアクセスする、書き込み可能、特に恒久的に書き込み可能な、評価ステージ3のメモリ36（例えばEPROM、フラッシュEEPROM、もしくはEEPROM）に直接インストールされ得る。その結果本発明の利点は、従来の流量変換器、および従来の操作回路の両方が、実装されるソフトウェアの適切な修正後、基本的に使用し続けることが可能であるということである。
【図１ｂ】
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【図２ａ−２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図１ａ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年9月15日(2009.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定される媒体が流量計の測定管を通って流れるようにするステップと、
少なくとも時折、特にクロック式に、前記媒体内に測定電圧が誘導されるようなやり方で、時間変動する強度を持つ前記測定管内の前記媒体を少なくとも断面で貫通する磁場、特にクロック制御の磁場を作り出すステップと、
前記測定電圧に対応するアナログ測定信号を作り出すために、少なくとも時折、特にクロック式に、第一と第二の測定電極によって形成される電極のペアを用いて、前記媒体内に誘導される前記測定電圧をタッピングし、前記測定信号は、基本的に前記媒体の瞬間流速に対応する有効部分と、前記流動媒体内に現存する外乱によって少なくとも部分的に影響されるノイズ部分とを持つ、ステップと、
前記流動媒体の瞬間フロープロファイルおよび／または瞬間組成によって決定される、前記測定管内に位置する前記媒体のフロータイプを確認するステップと、
を含み、前記フロータイプを確認するステップは、
前記少なくとも一つの測定信号をあらわすデジタル信号を作り出すステップと、
前記デジタル信号を適用して、少なくとも大部分が前記ノイズ部分に対応する、前記測定信号のノイズスペクトル、特に帯域制限ノイズスペクトルを確認するステップと、
前記ノイズスペクトルの少なくとも一部を適用して、前記測定管内にあるフロータイプを、可能な限り即時に、少なくとも定性的にシグナリングする、少なくとも一つの状態値を確認するステップと、
をさらに含む、ことを特徴とする、
磁気誘導流量計を操作するための方法。
【請求項２】
前記測定信号の前記ノイズスペクトルを確認するステップは、有効部分とノイズ部分を分離するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
有効部分とノイズ部分を分離するステップは、前記デジタル信号を少なくとも部分的に適用して起こる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記測定信号の前記ノイズスペクトルを確認するステップは、前記測定信号の前記ノイズ部分と前記有効部分の両方に対応する前記測定信号の有効／ノイズスペクトルを確認するステップをさらに含む、請求項１から３のうちの一項に記載の方法。
【請求項５】
前記測定信号の前記ノイズスペクトルを確認するステップは、少なくとも大部分が前記有効部分に対応する有効スペクトルを、前記有効／ノイズスペクトルから除去するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記有効／ノイズスペクトルから前記有効スペクトルを除去するために、前記有効／ノイズスペクトルは中央値フィルタにかけられる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも一つの状態値を確認するステップは、少なくとも前記測定信号の前記ノイズ部分のスペクトル電力密度を確認するステップを含む、請求項１から６のうちの一項に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも前記測定信号の前記ノイズ部分の前記スペクトル電力密度を確認するステップは、前記ノイズスペクトルの少なくとも一部を適用して行われる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも一つの状態値を確認するステップは、前記測定信号に対して少なくとも一つのモデルパラメータを確認するステップを含み、前記モデルパラメータは総ノイズスペクトル内の前記ノイズ部分の信号特性を目下あらわすことを特徴とする、請求項１から８のうちの一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの状態値を確認するステップは、前記モデルパラメータを、そのために予め定められたモデル基準値と比較するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも一つのモデルパラメータは、前記ノイズ部分のスペクトル電力密度をあらわす、請求項９もしくは１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ノイズスペクトルは、現存する基準周波数、特に可変基準周波数および／または前記媒体の前記フロータイプによって影響される基準周波数、よりも下にある低周波数帯部分を持ち、前記低周波数帯部分内では、前記ノイズ部分は、少なくとも平均して、所定の最低レベルを目下超えることを特徴とし、ならびに前記ノイズスペクトルは、前記基準周波数よりも上にある高周波数帯部分を持ち、前記高周波数帯部分内では、前記ノイズ部分は、少なくとも平均して、前記所定の最低レベルを目下下回ることを特徴とする、請求項１から１１のうちの一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの状態値を確認するステップは、前記現存する基準周波数を確認するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの状態値を確認するステップは、前記低周波数帯部分から前記高周波数帯部分を区別可能なようにあらわす少なくとも一つのモデルパラメータを確認するステップをさらに含む、請求項１２もしくは１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも一つの状態値を確認するステップは、現存する前記モデルパラメータを、そのために予め定められた基準値と比較するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも一つのモデルパラメータは、前記ノイズ部分のスペクトル振幅密度の周波数依存変化をあらわす勾配値である、請求項１４もしくは１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも一つの状態値は、前記現存する基準周波数と、前記高周波数帯部分をあらわす前記モデルパラメータとを適用して得られる、請求項１５もしくは１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ノイズスペクトルは帯域制限される、請求項１から１７のうちの一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記デジタル信号の少なくとも一区間を離散フーリエ変換にかけるステップをさらに含む、請求項１から１８のうちの一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ノイズスペクトルを確認するステップは、前記デジタル信号の少なくとも一区間を離散フーリエ変換にかけるステップをさらに含む、請求項１から１９のうちの一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記ノイズスペクトルを確認するステップは、少なくとも大部分が前記有効部分に対応する、前記測定信号の有効スペクトルを確認するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記状態値は、前記媒体が少なくとも一つの流体相を持つことをシグナリングする、請求項１から２１のうちの一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記状態値は、前記媒体が基本的に一つの位相であることをシグナリングする、請求項１から２２のうちの一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記状態値は、前記媒体が多相であることをシグナリングする、請求項１から２３のうちの一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記状態値は、前記媒体が基本的に二相であることをシグナリングする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記状態値は、前記媒体が基本的に二つの流体相を持つことをシグナリングする、請求項２４もしくは２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記状態値は、前記媒体が少なくとも一つの気相と一つの液相を持つことをシグナリングする、請求項２４から２６のうちの一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記測定信号を適用して、前記測定される媒体に対して記録される測定変数を定量的にあらわす少なくとも一つの測定値を作り出すステップをさらに含む、請求項１から２７のうちの一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記測定値は、前記デジタル信号も用いて作り出される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記測定値は、前記状態値も適用して作り出される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
特に前記流量計の安全操作および／または所定の測定精度のために必要な、前記媒体の所定のフロータイプをあらわす少なくとも一つの所定の状態基準値と、前記状態値を比較するステップをさらに含む、請求項１から３０のうちの一項に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも一つの所定の状態基準値と前記状態値の比較に基づく警報を発するステップをさらに含み、前記警報は、目下確認されるフロータイプが前記所定のフロータイプから逸脱することを、特に視覚的および／または聴覚的に知覚可能なようにシグナリングすることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記測定管内の前記媒体を少なくとも断面で貫通する、時間変動する強度の磁場、特にクロック制御の磁場を作り出すステップは、電流、特に双極性励磁電流（I）が、前記流量計の操作回路（21）を通って、および、前記測定管（11）に配置され前記操作回路に少なくとも一時的に接続される磁場系を通って流れるようにするステップを含む、請求項１から３２のうちの一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記測定信号の前記ノイズスペクトルを確認するステップは、予め設定可能な時間間隔内における前記測定信号（u）の時間経過を目下あらわすデータセット（DS1）を作り出すための、デジタルサンプリングシーケンス（SS）の少なくとも一部を記憶するステップをさらに含む、請求項１から３３のうちの一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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