(57)【要約】【課題】本発明は少なくとも１個の測定管を有するコリオリ型質量流量計の操作のための装置及び方法に関し、コリオリ型質量流量計のための簡素化された装置及び簡素化された方法を提供することを課題とする。【解決手段】それぞれ励振器（アクチュエータ）及び／又は測定信号検知装置（センサ）として操作される少なくとも２個の作動部品が測定管に取付けられている。作動部品は磁心付きプランジャ形ピックアップとして構成されている。各作動部品はセンサか又はアクチュエータとして、もしくは同時にアクチュエータかつセンサとして操作される。各作動部品は所属のスイッチによってセンサ及びアクチュエータとしての操作方式の間で切換えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個の測定管を有するコリオリ型質量流量計の操作のための装置において、それぞれ励振器（アクチュエータ）及び／又は測定信号検知装置（センサ）として操作される少なくとも２個の作動部品が測定管に取付けられていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記作動部品は、磁心付きプランジャ形ピックアップとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
各作動部品は、センサか又はアクチュエータとして操作されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
各作動部品は、同時にアクチュエータかつセンサとして操作されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
各作動部品は、所属のスイッチによってセンサ及びアクチュエータとしての作動方式の間で切換え可能であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項６】
センサとしての操作方式のための各作動部品に少なくとも１個の前置増幅器、低域フィルタ及びアナログデジタル変換器が配属されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項７】
励振用アクチュエータとしての操作方式のための各作動部品に少なくとも１個のデジタルアナログ変換器、電圧信号発生装置、低域フィルタ及び電力増幅器が配属されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項８】
スイッチ、ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）及びＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）がマイクロプロセッサに接続されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項９】
少なくとも１個の測定管を有するコリオリ型質量流量計の操作方法において、測定管に少なくとも２個の作動部品を取付け、これらの作動部品の各々を励振器（アクチュエータ）及び／又は測定信号検知装置（センサ）として操作することを特徴とする方法。
【請求項１０】
作動部品をプランジャ形ピックアップとして操作することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
各作動部品がマイクロプロセッサにより制御されるスイッチによってセンサ操作とアクチュエータ操作の間で切換えられることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
センサとしての操作の場合は信号電圧を増幅し、濾波し、ＡＤＣでデジタル化してマイクロプロセッサに送ることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
アクチュエータ操作の場合はＤＡＣにより正弦信号を発生し、これを低域フィルタにより帯域制限し、その上で電力増幅器を経て作動部品のコイルに印加することを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
アクチュエータ電流を別のＡＤＣを介して測定し、マイクロプロセッサに送ることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
管及び／又はハウジングの温度を測定することを特徴とする請求項９ないし１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
各個別作動部品を同時にアクチュエータ及びセンサとして操作することを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
各コイル電流の振幅及び位相を測定し、印加されたアクチュエータ電圧とコイル電流の振幅比から測定管振動により誘導された電圧を計算することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
マイクロプロセッサが手順を制御することを特徴とする請求項９ないし１７のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリオリ型質量流量計の操作のための、請求項１の上位概念に基づく装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知の方法は、流量計が測定管運動の検出のための２個のセンサと、測定管の機械的励振のための１個のアクチュエータを有するというものである。さらに測定管温度の測定のためのセンサと、多くの場合ハウジング温度の測定のためのセンサがある。
【０００３】
コリオリ型質量流量計に対する零位点の影響の認識及び補償のための方法及び装置が特許文献１に記載されている。装置には測定管運動の検出のための３個のセンサと測定管の機械的励振のための１個のアクチュエータがある。
【特許文献１】ＷＯ９８／５２０００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公知の装置では測定管運動の検出のためのセンサコイルと測定管振動のための力を発生するアクチュエータコイルが使用される。使用されるアクチュエータ及びセンサの数とともに装置の費用及び確率誤差が増加する。
【０００５】
発明の課題は、コリオリ型質量流量計のための簡素化された装置及び簡素化された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、装置については請求項１の特徴によって、方法については請求項９の特徴によって解決される。
【０００７】
即ち本発明に基づき測定管にそれぞれ励振器（アクチュエータ）及び／又は測定信号検知装置（センサ）として操作される少なくとも２個の作動部品が取付けられている。
【０００８】
特に有利な実施形態では作動部品がそれぞれコイル及びその中で移動可能な磁心を有するプランジャ形ピックアップとして構成されている。周知のようにこのようなプランジャ形ピックアップは、センサ操作では磁心の移動がコイルに電圧を誘導し、一方、アクチュエータ操作ではコイルへの交流電圧の印加が磁心を周期的に励振するという具合に機能する。
【０００９】
本発明に基づく構成では、各コイルを測定管運動の検出のためのセンサか又は測定管振動のための力を発生するアクチュエータとして使用することができる。
【００１０】
これによって測定管を種々の振動モードで操作することが可能である。
【００１１】
また電圧と電流の間の位相情報を利用することによって、コイルを同時にアクチュエータかつセンサとして使用することができる。
【００１２】
しかも冗長性が与えられるから、１つのセンサ／アクチュエータが故障しても測定装置は機能する。係員は警報によって即座の非常措置を知らされ、こうして交換又は修理が可能になる。
【００１３】
各センサ／アクチュエータの電流及び電圧を測定することが可能であるから、コイルの抵抗を決定することができる。こうして断線の認識又は温度測定が可能である（銅の抵抗は温度に応じて変化する）。
【００１４】
アナログデジタル変換器は同期化されているから、アクチュエータの電流と電圧の間、さらにはアクチュエータとセンサの間の時間的ずれの測定が可能である。
【００１５】
特に重要かつ簡単な構成では、各個別コイルを同時にアクチュエータ及びセンサとして使用することができる。そのために各コイル電流の振幅も位相も測定される。印加されるアクチュエータ電圧とコイル電流の間の位相関係と振幅比から、測定管運動によって誘導された電圧が計算される。それに基づいて特に測定管運動の位相が明らかになる。
【００１６】
上記のようにコイルを同時にアクチュエータ及びセンサとして使用することによって、流量計は全体として２個のコイルだけで操作される。
【００１７】
第１の実施態様は、従来の装置（先行技術）でアクチュエータを単に省略するものである。場合によっては別の構成も考えられる。今や２個しかないコイルの位置を例えばセンサ機能に対しても、アクチュエータ機能に対しても最適化することができる（大きな位相ずれを得るために、センサは装置の中心からなるべく遠ざけなければならない。これに対してアクチュエータは、なるべく中心の近くに取付ければ、その力を最適に伝達する）。
【００１８】
場合によっては、装置には最大可能な起電力、即ち装置の中心からはずれた最大可能な偏りの位置がある。
【００１９】
またこの構成ではコイル及び磁石の特別な形状が要求されることを考慮しなければならない。先行技術の装置では一般に駆動用及びセンサ用リニアモータが様々な構造を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に発明の可能な構成を示す。
【００２１】
Ａ、Ｃ、Ｂはセンサコイルである。これらのコイルはアクチュエータとしても利用することができる。    
図１に示すその他の部品は次のとおりである。
【００２２】
ＤＳＰ／ＣＰＵ：            デジタル信号処理装置／中央処理ユニット（マイクロプロセッサ）
ＡＤＣ：                    アナログデジタル変換器
ＤＣＡ：                    デジタルアナログ変換器
ＴＰ：                      低域フィルタ
ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ：          センサ／アクチュエータＡ、Ｂ、Ｃのためのスイッチ
Ｔｐ１，Ｔｐ２，Ｔｈ：      管温度（Ｔｐ１，Ｔｐ２）又は環境温度（Ｔｈ）の検出のための温度センサ
ＶＡ，ＶＡ’，ＶＢ，ＶＢ’，
ＶＣ，ＶＣ’：             増幅器
ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ：          センサ／アクチュエータユニットＡ、Ｂ、Ｃのセンサ信号
ＵＡ，ＵＢ，ＵＣ：          センサ／アクチュエータユニットＡ、Ｂ、Ｃのための制御電圧
ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ：          センサ／アクチュエータユニットＡ、Ｂ、Ｃの電流測定装置
ＤＳＰが制御するスイッチＳＡ、ＳＢ及びＳＣによって、各センサコイルＡ、Ｂ又はＣのセンサ及びアクチュエータとしての操作モードの間の切換えが行われる。  
センサ操作：
センサとしての操作では、誘導されたセンサ電圧が入力増幅器によって増幅され、帯域制限され（アンチエリアシングフィルタ）、続いてＡＤＣに送られる。図１の例では例えばコイルＡのセンサ信号がスイッチＳＡを介して増幅器ＶＡに送られ、そこで増幅され、低域フィルタＴＰに、次にアナログデジタル変換器ＡＤＣに送られ、こうして前処理されたセンサ信号ＳＡがさらに再処理のためにデジタル信号処理装置ＤＳＰに送られる。コイルＣ及びＢの当該の経路でも同様に信号処理が行われる。センサとしての操作では、スイッチＳＡ、ＳＢ及びＳＣは図１に示すスイッチ位置でなく、適宜に別のスイッチ位置にある。
【００２３】
アクチュエータ操作：
センサコイルＡ、Ｂ、Ｃをアクチュエータとして操作する場合は、当該の接続矢印で示唆するように、スイッチＳＡ、ＳＢ及びＳＣがデジタル信号処理装置ＤＳＰの信号で制御されて、図１に示すスイッチ位置に置かれる。デジタル信号処理装置からコイル電圧ＵＡ、ＵＢ、ＵＣのそれぞれの設定値が出力され、デジタルアナログ変換器ＤＡＣによりこの設定値から正弦信号が発生される。正弦信号は後置の低域フィルタによって帯域制限され、次に適当に配属された電力増幅器ＶＡ’、ＶＢ’、ＶＣ’を経てそれぞれのアクチュエータコイルＡ、Ｂ又はＣに印加される。
【００２４】
同時に増幅器ＶＡ’、ＶＢ’、ＶＣ’からアクチュエータ電流が再検出され、低域フィルタＴＰによってまず帯域制限され、次にアナログデジタル変換器ＡＤＣによってデジタル化され、電流測定値ＩＡ、ＩＢ又はＩＣとして再評価のためにデジタル信号処理装置に送られる。
【００２５】
その場合アナログデジタル変換器は同期化されているから、それぞれのアクチュエータ電流ＩＡ、ＩＢ又はＩＣ及びそれぞれのアクチュエータ電圧ＵＡ、ＵＢ又はＵＣ
の間の位相関係に関する情報がいつでも分かる。
【００２６】
また測定管温度（Ｔｐ１，Ｔｐ２）の少なくとも１つの測定とハウジング温度（Ｔｈ）の別の測定を行うことができる。また上記の温度センサの測定値は図１上右に示すように、当該の前置増幅器、低域フィルタ及びアナログデジタル変換器を経て温度信号としてデジタル信号処理装置へ再処理のために送られる。
【００２７】
そこでデジタル信号処理装置に保存されたプログラムが、３つのコイルＡ、Ｂ、Ｃのどれをアクチュエータとして、どれをセンサとして操作するかを決定する。例えばコイルＣをアクチュエータとして操作することができ、その場合スイッチＳＣは図１に示す位置にある。そこで他の２つのコイルＡ、Ｂはセンサコイルとして操作され、当該のスイッチＳＡ及びＳＢは別のスイッチ位置ある。
【００２８】
またコイルＡをアクチュエータとして、コイルＣ及びＢをセンサとして操作することも有効な操作状態である。その場合はスイッチＳＡが図１に示すスイッチ位置に、スイッチＳＢ及びＳＣがそれぞれ別のスイッチ位置にある。
【００２９】
しかし全体として図１の実施形態では各コイルはあらかじめ選択された操作モード、即ちアクチュエータか又はセンサとして操作することしかできない。
【００３０】
図２に発明の別の構成を示す。図２の構成ではコイルの１つに対する各操作モードの割当、即ちセンサとして使用するか、アクチュエータとして使用するかを、図１の実施形態よりはるかに柔軟に取扱うことができる。もう一つの相違は、図２の実施形態では４個のコイル即ちＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが測定管に取付けられていることである。管入口と管出口の管温度の検出のための温度センサＴｐ１及びＴｐ２並びにハウジング温度の検出のための温度センサＴｈが図２の構成でもやはり設けられている。しかし図１と異なり温度信号の検出のために単一の信号検出路‐増幅器、低域フィルタＴＰ、アナログデジタル変換器ＡＤＣ‐しかない（図２上右を参照）。マルチプレクサの働きによって、デジタル信号処理装置ＤＳＰの制御のもとでデジタル信号処理装置とこのマルチプレクサの間の適当な作用線を経て３つの温度センサＴｐ１、Ｔｐ２、Ｔｈの温度信号を順次呼出すことができる。この実施形態は温度センサの信号検出路を単一に構成すればよいので、若干の部品を節約する。
【００３１】
図２の実施形態では、コイルの操作モードのかなり固定的な割当を示した図１の実施形態と対照的に、個々のコイルの操作モードの割当がマルチプレクサによって実現される。電圧路‐電圧信号Ｕ、デジタルアナログ変換器ＤＡＣ、低域フィルタＴＰ、増幅器‐と電流信号の適当なフィードバック‐別の低域フィルタＴＰ、アナログデジタル変換器ＡＤＣによるアナログデジタル変換を経て電流信号Ｉに至る‐からなるアクチュエータ制御駆動回路は、図１ですでに説明したものと同じである。図２の実施形態ではアクチュエータ制御のために、一方ではＵＡ又はＩＡ、他方ではＵＢ又はＩＢで示す２つのこのような駆動回路が設けられている。増幅器に配属された各々１個のマルチプレクサによってアクチュエータ制御電圧を４個のコイルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各々に割当てることができる。各コイルのどれにアクチュエータ制御電圧を割当てるかは、デジタル信号処理装置ＤＳＰの所定のプログラムに基づいて決定される。マルチプレクサの選択と制御はマルチプレクサ制御線を介して行なわれる。このようにして４個のコイルの各々に対する操作モードのすこぶる柔軟な選択が可能である。
【００３２】
図２のアクチュエータ制御駆動回路の下側にコイルのセンサ電圧の検出のための３つの信号路が示されている。図１ですでに説明したように、信号路は増幅器、低域フィルタ及びアナログデジタル変換器ＡＤＣからなる。この場合も図２の実施形態で増幅器とそれぞれのコイルの間で、信号路にそれぞれマルチプレクサが配属されている。信号路マルチプレクサもマルチプレクサ制御線を介して制御及び選択される。このようにしてデジタル信号処理装置に保存されたプログラムの定めるところに従って、３つの信号路の各々に４個のコイルのそれぞれを極めて柔軟に割込ませることが可能である。こうして装置の操作を全体として極めて柔軟に取扱うことができる。
【００３３】
図２の実施形態のもう一つの利点は、コイルを同時にアクチュエータとしてもセンサとしても操作することが今や可能なことである。このことは上記の説明を考えれば明らかである。
【００３４】
即ち関与する２つのマルチプレクサを適当に接続すれば、例えばアクチュエータ制御路ＵＡ／ＩＡを介してコイルＡをアクチュエータとして制御し、同時に信号路Ｃを介してコイル信号をセンサ信号として検出することができる。
【００３５】
４個のコイルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの１つの可能かつ有効な制御順序は、コイルＡ及びＢをアクチュエータコイルとして、コイルＣ及びＤをセンサコイルとして操作し、次に直ちにコイルＣ及びＤをアクチュエータコイルとして、コイルＡ及びＢをセンサコイルとして操作するという具合である。
【００３６】
なお図１及び２の実施例で示した電子ユニット例えば増幅器、マルチプレクサ、低域フィルタ、アナログデジタル変換器、デジタルアナログ変換器は公知の電子ユニットであり、先行技術に従って最新鋭部品で製造され、その限りで当業者にとって入手可能なものである。同じことが上記のデジタル信号処理装置ＤＳＰにも当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】発明の実施形態のブロック構成図を示す。
【図２】発明の別の実施形態のブロック構成図を示す。
【図１】
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【図２】
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