(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を流れる物質のパラメータを計測する振動管型計測装置に使用され且つ直列に接続された複数の抵抗型センサ（１０９、１１０）を含むセンサ手段（１０）であって、各々の前記抵抗型センサ（１０９、１１０）がその感応する状態を表わす抵抗値を有するセンサ手段を備える状態計測回路において、
前記センサ手段（１０）の一端部に接続された第１の導線（３０８）と、
前記センサ手段（１０）を基準抵抗（Ｒｒｅｆ）を介して接地するように、前記センサ手段（１０）の他端部に接続された第２の導線（３１０）と、
直列に接続された前記抵抗型センサの各隣接する対間の接合点に接続された少なくとも１本の別の導線（３０９）と、
送信機（２０）と、
を具備し、
前記第１の導線（３０８）、前記第２の導線（３１０）及び前記少なくとも１本の別の導線（３０９）がそれぞれ導線抵抗（Ｒｃｏｎｄ）を有し、
前記送信機が、
前記第１の導線（３０８）を介して、電圧源を前記センサ手段（１０）の前記一端部に対して選択的に接続し又は切り離すスイッチング手段（Ｆ０）と、
前記第１の導線（３０８）に接続され、前記スイッチング手段（Ｆ０）により前記電圧源が前記センサ手段の前記一端部から選択的に切り離されたときに前記導線抵抗（Ｒｃｏｎｄ）を計測するようになされた第１の抵抗計測手段（４０１、４０６、４０９）と、
前記第２の導線（３１０）と少なくとも１本の前記別の導線（３０９）とに接続され、前記電圧源が前記センサ手段（１０）の前記一端部に選択的に接続されたときに各々の前記抵抗型センサのセンサ抵抗を計測するようになされた第２の抵抗計測手段（４０１、４０６、４０９）と、
前記第１の抵抗計測手段および前記第２の前記抵抗計測手段（４０１、４０６、４０９）に応答して、前記の計測された導線抵抗（Ｒｃｏｎｄ）と各抵抗型センサの前記の計測されたセンサ抵抗とから、前記状態に係る値を導出する手段（４０９）であって、前記値が前記導線抵抗により補償される手段と、
を備える状態計測回路。
【請求項２】
請求項１記載の回路であって、前記第１の抵抗計測手段（４０１、４０６、４０９）が、
前記スイッチング手段（Ｆ０）を周期的に開いて、前記電圧源を前記センサ手段（１０）の前記一端部から切り離すタイミング手段（５０１）と、
前記電圧源が前記センサ手段（１０）から切り離されることに応答して、前記センサ手段（１０）の前記一端部と前記別の導線（３０９）との間の導線電圧を計測する手段（５０２）と、
前記基準抵抗（Ｒｒｅｆ）における基準電圧を計測する手段と、
前記導線電圧と前記基準電圧とを比較して前記導線抵抗（Ｒｃｏｎｄ）を決定する手段と、
を備える回路。
【請求項３】
請求項２記載の回路であって、導線抵抗を決定する前記手段が、
前記導線電圧を前記基準電圧で割って電圧比を生成する手段と、
前記電圧比を、前記基準抵抗をオームで表した値である基準値と乗じる手段と、
を備える回路。
【請求項４】
請求項３記載の回路であって、前記基準値が１００オームである回路。
【請求項５】
請求項１記載の回路であって、前記少なくとも１本の別の導線（３０９）の第１の端部は前記接合点に接続され、第２の端部は前記送信機（２０）に接続される回路。
【請求項６】
請求項５記載の回路であって、前記第２の抵抗値計測手段（４０１、４０６、４０９）が、
前記センサ手段（１０）の前記一端部と前記別の導線（３０９）の前記第２の端部との間の第１のセンサ電圧を計測する手段と、
前記基準抵抗における基準電圧を計測する手段と、
前記第１のセンサ電圧と前記基準電圧とを比較して第１のセンサ抵抗を決定する手段であって、前記第１のセンサ抵抗が、前記センサ手段（１０）の前記一端部における前記抵抗型センサのうちの第１の抵抗型センサの抵抗と前記第１の導線（３０８）の抵抗とを含む手段と、
を備える回路。
【請求項７】
請求項６記載の回路であって、第１のセンサ抵抗を決定する前記手段が、
前記第１のセンサ電圧を前記基準電圧で割って第１のセンサ電圧比を生成する手段と、
前記第１のセンサ電圧比を、前記基準抵抗をオームで表した値である基準値と乗じる手段と、
を備える回路。
【請求項８】
請求項７記載の回路であって、前記基準値が１００オームである回路。
【請求項９】
請求項６記載の回路であって、前記第２の抵抗計測手段（４０１、４０６、４０９）が、
前記別の導線（３０９）の前記第２の端部と前記第２の導線（３１０）との間の第２のセンサ電圧を計測する手段と、
前記基準抵抗（Ｒｒｅｆ）における基準電圧を計測する手段と、
前記第２のセンサ電圧と前記基準電圧とを比較して第２のセンサ抵抗を決定する手段であって、前記第２のセンサ抵抗が、前記抵抗型センサのうちの前記第１の抵抗型センサに隣接する、前記抵抗型センサのうちの第２の抵抗型センサの抵抗と前記第２の導線（３１０）の抵抗値とを含む手段と、
を備える回路。
【請求項１０】
請求項９記載の回路であって、第２のセンサ抵抗を決定する前記手段が、
前記第２のセンサ電圧を前記基準電圧で割って第２のセンサ電圧比を生成する手段と、
前記第２のセンサ電圧比を、前記基準抵抗をオームで表した値である基準値と乗じる手段と、
を備える回路。
【請求項１１】
請求項１０記載の回路であって、前記基準値が１００オームである回路。
【請求項１２】
請求項９記載の回路であって、前記第１の抵抗計測手段及び前記第２の抵抗計測手段（４０１、４０６、４０９）に応答する前記手段（４０９）が、
前記第１のセンサ抵抗から前記導線抵抗（Ｒｃｏｎｄ）を差引いて、第１の補償されたセンサ抵抗を決定する第１の減算手段と、
前記第２のセンサ抵抗から前記導線抵抗（Ｒｃｏｎｄ）を差引いて、第２の補償されたセンサ抵抗を決定する第２の減算手段と、
前記第１の補償されたセンサ抵抗と前記第２の補償されたセンサ抵抗とを、それぞれ第１の状態に係る値と第２の状態に係る値とへ変換する手段と、
を備える回路。
【請求項１３】
請求項５記載の回路であって、前記第１の抵抗計測手段（４０１、４０６、４０９）が、
前記スイッチング手段（Ｆ０）を周期的に開いて前記電圧源を前記センサ手段（１０）の前記第１の端部から切り離すタイミング手段と、
前記センサ手段（１０）が前記スイッチング手段（Ｆ０）により前記電圧源から切り離されることに応答して、前記別の導線（３０９）の前記第２の端部と前記第２の導線（３１０）の第２の端部との間の第１の電圧を計測する手段と、
前記センサ手段（１０）が前記スイッチング手段（Ｆ０）により前記電圧源から切り離されることに応答して、前記基準抵抗（Ｒｒｅｆ）における第１の基準電圧を計測する手段と、
前記第１の電圧と前記第１の基準電圧とを比較して第１のセンサ抵抗を決定する手段であって、前記第１のセンサ抵抗が、前記センサ手段（１０）の前記一端部における前記抵抗型センサ（１０９、１１０）のうちの第１の抵抗型センサの抵抗と、前記別の導線（３０９）の抵抗値と、前記第２の導線（３１０）の抵抗値とを含む手段と、
前記センサ手段（１０）が前記スイッチング手段（Ｆ０）により前記電圧源に接続されることに応答して、前記別の導線（３０９）の前記第２の端部と前記第２の導線（３１０）の前記第２の端部との間の第２の電圧を計測する手段と、
前記センサ手段（１０）が前記電圧源に接続されるとき前記基準抵抗（Ｒｒｅｆ）における第２の基準電圧を計測する手段と、
前記第２の電圧と前記第２の基準電圧とを比較して第２のセンサ抵抗を決定する手段であって、前記第２のセンサ抵抗が前記抵抗型センサのうちの第２の抵抗型センサの抵抗と前記第２の導線の抵抗とを含む手段と、
前記第１のセンサ抵抗と前記第２のセンサ抵抗と前記導線抵抗（Ｒｃｏｎｄ）とに応答して、平均導線抵抗を計算する手段と、
を備える回路。
【請求項１４】
請求項１３記載の回路であって、前記の計算する手段が、
前記第２のセンサ抵抗を前記第１のセンサ抵抗から差引いて、推定された導線抵抗を生成する手段と、
前記の計測された導線抵抗と前記の推定された導線抵抗とを加算して２で割って前記平均導線抵抗を取得する手段と、
を備える回路。
【請求項１５】
請求項１記載の回路であって、前記抵抗型センサ（１０９、１１０）のうちの一つが抵抗型温度センサであり、前記状態が温度である回路。
【請求項１６】
内部を流れる物質のパラメータを計測する振動管型計測装置に使用されるセンサ手段を提供し且つ直列に接続された複数の抵抗型センサの各々に対する状態の値を計測する方法において、
前記センサ手段のそれぞれの前記抵抗型センサがその感応する状態を表わす抵抗を有しており、第１の導線が前記センサ手段の一端部に接続され、第２の導線が基準抵抗を介して前記センサ手段を接地するように前記センサ手段の他端部に接続され、少なくとも１本の別の導線が、直列に接続された前記抵抗型センサの各隣接する対間の接合点に接続され、前記第１の導線と前記第２の導線と前記少なくとも１本の別の導線とが導線抵抗を有しており、
前記第１の導線を介して、電圧源を前記センサ手段の前記一端部に選択的に接続し又は切り離すステップと、
前記電圧源が前記センサ手段の前記一端部から選択的に切り離されたときに前記導線抵抗を計測するステップと、
前記電圧源が前記センサ手段の前記一端部に選択的に接続されたときに各々の前記抵抗型センサのセンサ抵抗を計測するステップと、
前記の計測された導線抵抗と各抵抗型センサに対する各々の計測されたセンサ抵抗とから、前記状態の補償された導線抵抗値を導出するステップと、
によって特徴付けられる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、コリオリ質量流量計において１個以上の抵抗型センサを使用する装置に関する。特に、本発明は、流量計要素と流量計送信機との間に必要な導体数を最小限に抑えながらコリオリ質量流量計において２個以上の温度センサを使用する回路に関する。
【０００２】
課題の説明
１９８５年１月１日発行のＪ．Ｅ．スムス等の米国特許第４，４９１，０２５号及び１９８２年２月１１日発行のＪ．Ｅ．スミスの米国再発行特許第３１，４５０号に開示される如き、コリオリ効果質量流量計を用いてパイプラインを通過する物質の質量流量及び他の情報を計測することは公知である。これら流量計は、湾曲状あるいは直線状の１本以上の流管を備えている。コリオリ質量流量計における各流管の形態は、曲げ形、捩り形、放射状あるいは結合形であり得る１組の固有振動モードを有する。各流管は、これら固有モードの１つ以上における共振で振動するよう駆動される。振動する物質で充填されたシステムの固有振動モードは、流管と流管内の物質との結合質量によって部分的に規定される。物質は、流量計の流入側における結合されたパイプラインから流量計へ流入する。次いで、物質は流管を流れるよう向けられ、流量計から出て、流出側に結合されたパイプラインへ流れる。
【０００３】
駆動部は、流管を振動させるように作用力を加える。流量計を流れる流れがないと、流管に沿った全ての点が同相で振動する。物質が流れ始めると、コリオリの加速度が、流管に沿った各点に、流管に沿った他の点とずれた位相を持たせる。流入側における位相は駆動部より遅れるが、流管の流出側の位相は駆動部より進む。流管の運動を表わす正弦波信号を生じるように、ピック・オフ・センサが流管に載置される。ピック・オフ・センサは、位置センサ、速度センサ、あるいは加速度センサでよい。２つのピック・オフ・センサ信号間の位相差は、流管を通過する物質の質量流量に比例する。
【０００４】
流管を通過する流体の流れは、振動する流管の流入端と流出端との間に数度程度の小さな位相差を生じるに過ぎない。時間差測定で表わすと、流体の流れにより生じる位相差は、数十マイクロ秒からナノ秒程度である。典型的には、商業的な流量測定は、０．１％より小さな誤差であるべきである。従って、コリオリ流量計は、このような小さな位相差を正確に計測するように独自に設計されなければならない。
【０００５】
コリオリ流量計の振動構造部の振動特性は、温度の変化と共に変動する。振動流管は、典型的には、温度と共に変化するヤング率を持つ金属材料から形成される。高い測定精度を維持するためには、振動構造部の温度が典型的に計測され、温度の変化に伴うヤング率の変化に対して補償がなされる。
【０００６】
コリオリ流量計システムは、２つの構成要素、流量計要素と送信機とからなっている。流量計要素は、流体が通過する振動管を含む実際のセンサであり、送信機は流量計要素からの信号を受取って処理する信号処理装置である。流量計要素と送信機との間の電気的接続は、多芯ケーブルにおいて行われる。シールド・ケーブルは、駆動信号を駆動部へ提供するためのシールドされた導線ペアと、ピック・オフ・センサからの信号を伝送する第２及び第３のシールドされた導線ペアと、振動流管に載置された温度センサからの信号を伝送するシールドされた導線トリプレットとからなっている。３導線温度センサが流量計要素と流量計のトランジスタとの間のケーブルにおける抵抗値の補償を可能にするので、この３導線温度センサが典型的に用いられる。このような９導線ケーブルは、プロセス制御産業における標準的なケーブルではない。このため、流量計要素から遠く離れて取付けられる送信機を用いるコリオリ流量計が据え付けられる場合は、特別な非標準ケーブル（９導線式コリオリ流量計ケーブル）が流量計要素と送信機との間に用いられねばならない。このことは、コリオリ流量計の使用者に対して更に多くの経費を生じる。
【０００７】
コリオリ流量計技術が進歩するにともない、性能の要求と振動流管の形状に対する変化とが、流量計要素における多くの点における温度計測を行う必要をもたらした。振動構造部例えば流管の温度計測と非振動構造部の温度計測とが必要となる。あるいはまた、振動構造部の濡れた部分の温度計測と振動構造部の濡れていない部分の温度計測とが必要となる。いずれの場合も、現存するコリオリ流量計設計において１個より多くの温度センサが用いられるとき、コリオリ流量計と共に用いられる典型的な９導線ケーブルにおいて使用される導線よりも多くの導線が要求される。
【０００８】
伝統的な９導線より多くの導線を持つケーブルは、幾つかの理由から問題となる。１つの理由は、現在の９導線ケーブルでさえ高価であることである。更に多くの導線を含むケーブルを使用すると、コリオリ流量計の使用者にとっては更なる経費が追加される。従って、所与の流量計において使用される温度センサがいくつであろうとも、導線数を最小化することが望ましい。コリオリ流量計の製造者にとっては、ケーブルにおける導線数が増えることは、流量計要素と送信機とにおけるコネクタ数が増えることを意味する。このことは、製品コストの追加をもたらし、また、追加のコネクタに対する物理的空間が充分になければ問題となり得る。このことは、本質的に安全な応用分野に対して特に妥当する。
【０００９】
ケーブルに対する導線数の増加が問題となる別の理由は、互換性の問題である。異なる形式の流量計が異なるケーブルを必要とするならば、コリオリ質量流量計の製造は更なる経費と複雑さをもたらすことになろう。また、同じケーブルの使用が可能であれば、新たな流量計構造を用いて古い流量計を容易に交換し得る、９導線ケーブルを用いるコリオリ流量計の大きな据え付け基盤が存在する。
【００１０】
流量計要素と送信機との間の導線数を最小限に抑えながら多数の温度センサを提供するコリオリ流量計の設計に対する必要が存在する。コリオリ流量計と共に典型的に用いられる現在の９導線ケーブルを用いる２個の温度センサを採用したコリオリ流量計に対しては更なる必要が存在する。
【００１１】
解決法の説明
上記及び他の問題は、複数の直列温度センサを含む本発明の方法及び装置によって解決される。各温度センサが個々の温度の読みを提供し、ケーブル抵抗の計測も行われてケーブル抵抗の補償を可能にする。温度センサの１つは、他の温度センサとの直列接続から周期的に切り離され、ケーブル抵抗の計測が行われる。本発明が２つの温度センサと共に用いられるとき、現在の１個の温度センサ構造により用いられる同じ９導線ケーブルが２つの温度の計測のため用いられる。本発明が３個以上の温度センサと共に用いられるときは、現在のコリオリ流量計構造と比較して最小数の導線が必要とされる。
【００１２】
現在のコリオリ流量計構造は、ケーブル抵抗を計測し補償できるように、抵抗型の温度センサの各端子ごとに１本の導線と少なくとも１本の追加の導線とを必要とする。本発明によれば、複数の温度センサが直列に接続され、直列接続のノード点のみが導線を必要とする。ケーブル抵抗の計測のために、これ以上の導線は使用されない。温度センサの１つは、この温度センサに電流が流れないように直列接続から周期的に切り離される。１本の導線自体における電圧の計測が可能であり、これによりケーブル抵抗の測定値が提供される。
【００１３】
複数の温度センサが直列に配列される。（温度センサが配置される）流量計要素と送信機との間の（温度計測のため）要求される導線数は、温度センサの個数に１を加えたものに等しい。送信機に配置されるスイッチング・デバイスは、送信機の電源から温度センサの直列接続の一端を切り離すため動作し得る。このことは、直列接続の切り離された端では電流が温度センサを通って流れないことを保証する。このため、送信機で計測される基準抵抗での電圧と対比して、送信機で計測された切り離された温度センサでの電圧は、送信機と切り離された温度センサとの間の導線の抵抗の計測値を提供する。このケーブル抵抗が、温度センサから受取る抵抗測定から差し引かれる。送信機と流量計要素との間の導線の抵抗は温度と共に変化する。温度が急激に変化しない環境においては、ケーブル抵抗の測定は、頻繁ではなく、例えば１０分毎に行うことができる。温度が急激に変化する環境では、ケーブル抵抗の測定は更に頻繁に、例えば３０秒毎に行うことができる。１本の導線の抵抗のみが測定されるが、全ての導線が同じ長さと同じ規格であり、同じケーブルとして扱われる。このため、１本の導線の抵抗は、他のケーブル導線と同じでないとしても類似している。
【００１４】
本発明は、最小限の導線数を用いてケーブル長の補償により複数の温度測定値を提供する。２つの温度センサの場合には、２つの個別の温度測定を行い、ケーブル長を補償するのに３本の導線のみが必要である。このため、コリオリ質量流量計と共に広く用いられる現在の９導線ケーブルが２つの温度測定に適応可能である。
【００１５】
詳細な説明
コリオリ流量計システム全般‐‐図１
図１は、コリオリ流量計要素１０と送信機２０とを含むコリオリ流量計システム５を示している。送信機２０は、多芯ケーブル１００を経て流量計要素組立体１０に接続される。送信機２０は、密度データ、質量流量データ、体積流量データ及び温度データを経路２６上で利用手段（図示せず）へ提供する。コリオリ流量計の構造について記述するが、当業者には、本発明がコリオリ質量流量計により提供される付加的な計測能力なしに振動管型密度計と関連して実施可能であることは明らかである。
【００１６】
流量計要素１０は、１対のフランジ１０１、１０１′と、マニフォールド１０２、１０２′とを含んでいる。流体は、フランジ１０１、１０１′の一方を介して流量計要素１０へ流入し、流管１０３を通り、フランジ１０１、１０１′の他方を介して流量計要素１０から流出する。流管１０３は、平衡管１０４により包囲されている。流管１０３は平衡管１０４に接続され、平衡管１０４はケース端部１０５、１０５′に結合される。ケース端部１０５、１０５′は、ケース１０６の端部を形成している。図１は、直線状の流管１０３を示している。当業者が認識するように、任意の形状の流管を有する流量計システムに本発明を適用することができる。また、本発明は、流体が通過する多数の流管を備えた流れ要素にも適用し得る。
【００１７】
駆動部１０７は、平衡管１０４の中点で平衡管１０４に結合される。ピック・オフ・センサ１０８、１０８′は、平衡管１０４と流管１０３とに結合される。本発明の一つの実施の形態においては、ピック・オフ・センサ１０８、１０８′の各々が、平衡管１０４に取付けられたコイルと、流管１０３に取付けられていて周期的信号がコイルに印加されるときに生成される磁界内で運動するよう形成された磁石とを含んでいる。当業者が理解するように、任意の設計のピック・オフ・センサ、例えば加速度計あるいはポテンショメータを使用できること、及び先に述べた速度センサは単に事例に過ぎない。
【００１８】
釣合い重り１１５が駆動部１０７の直径方向に対向する位置で平衡管１０４に結合される。釣合い重り１１５の質量は、コリオリ流量計システム５により計測されるべき処理流体の密度によって決定される。流管温度センサ１０９は流管１０３に取付けられ、平衡管温度センサ１１０は平衡管１０４に取付けられる。
【００１９】
ケーブル１００は、送信機２０からの駆動信号を駆動部１０７へ送る導線１１１と、左右のピック・オフ・センサからのピック・オフ信号をそれぞれ送信機２０へ送る導線１１２、１１３と、温度センサの情報を送信機２０へ送る導線１１４とから成っている。導線１１１〜１１３は実際にはそれぞれ２本の導線であり、導線１１４は実際には３本の個別の導線であって、ケーブル１００が９本の導線を含むことを意味する。
【００２０】
質量流量、体積流量及び密度の情報を生じる送信機２０の動作は、流体計測技術の当業者には周知であり、本発明の一部をなすものではない。流管温度センサ１０９と、平衡管温度センサ１１０と、導線１１４と、送信機２０内部の関連回路とを含む回路は、残りの説明に対する基礎を形成する。
【００２１】
当業者には公知のように、コリオリ流量計システム５は構造において振動管型密度計に非常に類似する。振動管型密度計もまた、流体が通過する振動管を利用し、あるいは、サンプル型の密度計の場合は、流体が内部に保持される振動管を利用する。振動管型密度計もまた、振動するよう流管を励振する駆動システムを用いる。密度の測定は振動数の測定のみを必要とし位相の測定は必要でないので、振動管型密度計は典型的に、例えば１つのピック・オフ・センサからの１つのフィードバック信号のみを利用する。本発明の記述は、本文では振動管型密度計にも等しく適用される。
単一温度センサ‐‐図２
図２は、公知の温度測定回路に対する概略図である。図２は、１個の温度センサ１０９を用いて流量計要素１０における温度を測定するための回路を示している。図１に対して、図２は、流管温度センサ１０９のみを用いるため必要な配線を示す概略図である。ケーブル１００の一部である導線１１４は、３本の導線２０１〜２０３からなる。導線１１４は、経路２１０により接地されたシールドを有する。温度センサ１０９の３本の導線２１１〜２１３は、流量計要素１０における３つの端子２０４〜２０６に結合されている。導線２０１〜２０３は、一端で端子２０４〜２０６に結合され、他の各端では送信機２０における端子２０７〜２０９に結合されている。導線２０１〜２０３の各々は、導線２０１〜２０３のそれぞれにおける抵抗Ｒｃとして示される導体抵抗を有する。導線２０１〜２０３は長さと規格が実質的に等しいので、その各抵抗は等しいものとして示されている。
【００２２】
導線２０１〜２０３の各々における抵抗Ｒｃは等しいが、抵抗Ｒｃは一定ではない。抵抗Ｒｃの値は、ケーブル１００の長さとケーブル１００の温度とによって定まる。所与の据え付けにおいては、ケーブル１００の長さは、コリオリ流量計システム５が工場で校正される時点では殆どわからないとはいえ、一定である。しかし、温度は、所与の据え付けにおいては時間と共に変化する。このため、抵抗Ｒｃの値は変化し、温度センサ１０９による温度の測定時には補償されねばならない。
【００２３】
電圧は、電源抵抗Ｒｓｕｐを介して電圧基準により印加される。当例では、５Ｖの電圧基準が示されるが、任意の電圧基準を用いることができる。正常に動作する温度センサ１０９における電圧（Ｖ３−Ｖ２）がダイオードＤ１のカットイン電圧を越えないように、電源抵抗Ｒｓｕｐ、基準抵抗Ｒｒｅｆ及びオフセット抵抗Ｒｏｆｆが選定される。ダイオードＤ２についても同様である。温度センサ１０９は典型的な３線抵抗温度検出器を示す。温度センサ１０９が遭遇する温度は、以下に述べるように、温度センサ１０９の抵抗を決定し、抵抗Ｒｃに対して前記抵抗を補償し、この抵抗値を標準式に当てはめることによって測定される。
【００２４】
下式は、温度センサ１０９の抵抗を測定するため現存のコリオリ流量計システムにおいて行われる測定値を示す。
【００２５】
【数１】
0004025504.tif 000002
【００２６】
ＥＱＮ．１は、温度センサ１０９における電圧（Ｖ３−Ｖ２）と抵抗Ｒｃにおける電圧（Ｖ２−Ｖ１）との間の差を表わす。典型的な抵抗型温度装置（ＲＴＤ）は、「１００オーム（Ω）の抵抗器」である。１００ΩのＲＴＤは、ＲＴＤ（温度センサ１０９）の抵抗を１００Ωの基準抵抗（Ｒｒｅｆ）と比較することにより測定される。ＲＴＤの抵抗をいったん知れば、特定タイプのＲＴＤに対する特性方程式を用いて温度を計算することができる。ＲＴＤの製造者は、各ＲＴＤに対する適切な特性方程式を提供する。ＥＱＮ．２は、ＲＴＤの特性方程式の事例である。ＥＱＮ．１を解くことにより決定される値は、温度センサ１０９が遭遇する温度を決定するためＥＱＮ．２に挿入される。
【００２７】
【数２】
0004025504.tif 000003
【００２８】
【数３】
0004025504.tif 000004
【００２９】
各タイプのＲＴＤは、ＥＱＮ．２のような一義的な特性方程式を有する。上記の事例は、Ｈｅｒａｅｕｓ  １ＰＴ１００ＦＫＧ  ４３０．４−１８−Ｔ−３に対するものである。
【００３０】
これは、公知のコリオリ流量計システムが流管の温度を計測する方法である。導線２０３はケーブルの抵抗（Ｒｃ）を計測する手段を提供するフルタイムの役割に専ら用いられる。
２連温度センサ‐‐図３
図３は、コリオリ質量流量計の２つの場所における温度を計測するための本発明による回路を示す。図３の回路は、２個の温度センサ１０９〜１１０と、５Ｖ電圧基準から温度センサ１１０を切り離すための電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｆ０とが存在することを除いて、図２の回路に類似している。また、電圧Ｖ３は温度センサ１１０に結合されたＦＥＴ  Ｆ０の側から計測される。温度センサ１０９〜１１０は、各センサが遭遇する温度に従って変化する抵抗Ｒ１０９〜Ｒ１１０をそれぞれ有する。
【００３１】
制御線３０７は、マイクロプロセッサ（図３には図示せず）に接続され、ＦＥＴ  Ｆ０が開かれるときとＦＥＴ  Ｆ０が閉じられるときとを決定する。ＦＥＴ  Ｆ０が閉じられると、電流は、５Ｖ電圧基準からＦＥＴ  Ｆ０と導線３０８（抵抗Ｒｃを持つ）とを流れ、温度センサ１１０、１０９を通り、導線３１０（抵抗Ｒｃを持つ）を経て送信機２０へ戻る。電流は、ＲｒｅｆとＲｏｆｆとを介して接地へ流れる。Ｒｒｅｆは、当例の目的のためには、１００Ωの抵抗器である。ＦＥＴ  Ｆ０が閉じられると、下記の計算が行われる。
【００３２】
【数４】
0004025504.tif 000005
【００３３】
ＥＱＮ．３は、温度センサ１１０の抵抗（Ｒ１１０）と導線３０８の抵抗（Ｒｃ）との和を計算するために用いられる。ＥＱＮ．４は、温度センサ１０９と導線３１０の抵抗（Ｒｃ）を計算するために用いられる。ＥＱＮ．３とＥＱＮ．４の結果は、それぞれケーブルの抵抗Ｒｃに等しい抵抗を含むので、温度を決定するためにＥＱＮ．３とＥＱＮ．４の結果をＥＱＮ．２へ直接当てはめることができない。導線の抵抗Ｒｃの計測は、以下に述べるように、ＦＥＴ  Ｆ０を開いて計測と計算とを行うことによって周期的に行われる。ＦＥＴ  Ｆ０が開くと、電流はダイオードＤ１を通って導線３０９（抵抗Ｒｃを持つ）と温度センサ１０９とを経て、導線３１０（抵抗Ｒｃを持つ）、基準抵抗Ｒｒｅｆ及びオフセット抵抗Ｒｏｆｆを介して再び接地へ戻る。ＦＥＴ  Ｆ０が開いているとき、下記の計算が行われる。
【００３４】
【数５】
0004025504.tif 000006
【００３５】
【数６】
0004025504.tif 000007
【００３６】
ＦＥＴ  Ｆ０が開くと温度センサ１１０に電流が流れないので、電圧（Ｖ２−Ｖ３）は抵抗Ｒｃを持つ導線３０９を流れる電流のみに起因する電圧降下を表わす。この電圧を基準抵抗Ｒｒｅｆにおける電圧で割って、その結果に基準抵抗Ｒｒｅｆの値（１００Ω）を乗じると、抵抗Ｒｃが得られる。先に述べたように、導線３０８〜３１０は全て長さと規格とが実質的に等しく、全て同じ温度を受けるので、一つの導線の計測された抵抗は残りの導線のそれぞれの抵抗に等しいと仮定する。本発明の一つの実施の形態では、温度センサ１１０と温度センサ１０９の抵抗をそれぞれ決定するため、ＥＱＮ．５の結果がＥＱＮ．３とＥＱＮ．４の結果から差し引かれる。これらの値は、各温度センサが遭遇した温度を決定するため、ＥＱＮ．２の「ＲＴＤ」値として一時に１つずつ挿入される。
【００３７】
本発明の別の実施の形態においては、更なる計算が行われてＲｃの第２の推定を行い、Ｒｃの２つの値が平均化されて先に述べたようにＲｃの値を決定する。ＥＱＮ．４の結果をＥＱＮ．６の結果から差し引くと、導線１０９の抵抗（Ｒｃ）の推定が求まる。このように、この実施の形態においては、Ｒｃが下記のように計算される。
【００３８】
【数７】
0004025504.tif 000008
【００３９】
ＥＱＮ．７が導線１０９の抵抗の２つの異なる測定値の平均を用いるので、抵抗Ｒｃを決定するこの方法は、ＥＱＮ．５の結果のみを用いるよりも正確である。ＥＱＮ．７から得たＲｃのこの平均化された値をＥＱＮ．３とＥＱＮ．４から差し引くと、温度センサ１１０と１０９に対する抵抗値がそれぞれ求まる。
２連温度センサと送信機２０‐‐図４及び図５
図４と図５の間で共通の要素は、同じ参照番号が付される。図４は、送信機２０の必要な支援制御回路と組合わせて図３の回路を示している。ＦＥＴ  Ｆ０の動作を制御する制御線３０７は、マイクロプロセッサ４０９の制御出力４１２に結合される。マイクロプロセッサ４０９は、先に述べたように、ＦＥＴ  Ｆ０を開いた状態へ周期的に切換えるよう構成される。本発明の一つの実施の形態では、ＦＥＴ  Ｆ０は、Ｒｃの必要な測定を行うために１０分毎に約０．８秒間開くよう切換えられる。ＦＥＴ  Ｆ０は、スイッチング・デバイスを表す。当業者が認識するように、例えばトランジスタのような任意の適切なスイッチング・デバイスをＦＥＴ  Ｆ０の代わりに使用できる。バッファ抵抗４１４〜４１８は、送信機２０の回路自体が温度センサ１０９、１１０の抵抗値測定に影響しないことを保証する。一つの実施の形態では、抵抗４１４〜４１８が１０ＫΩの値を有し、抵抗Ｒｓｕｐ、Ｒｒｅｆ及びＲｏｆｆはそれぞれ１．７４ＫΩ、１００Ω及び３．０１ＫΩの値を有する。基準抵抗Ｒｒｅｆは高精度であり、例えば１度当たり０．１％及び１ｐｐｍ以内である。
【００４０】
マルチプレクサ４０１の入力Ｉ０〜Ｉ３では、４つの電圧Ｖ０〜Ｖ３がそれぞれ読出される。マルチプレクサ４０１は入力Ｉ０〜Ｉ３間で切換わり、出力４０３に一時に電圧Ｖ０〜Ｖ３のうちの一つを生じる。出力４０３における電圧レベルは、線４０４により電圧／周波数コンバータ（Ｖ／Ｆ）４０６へ送られる。Ｖ／Ｆ４０６は、入力４０５に入力される電圧を出力４０７に出力される対応の周波数へ変換する。出力４０７における周波数は、線４０８によりマイクロプロセッサ４０９へ送られ、マイクロプロセッサ４０９の周波数入力４１０において読まれる。
【００４１】
マルチプレクサ４０１の動作は、電圧Ｖ０〜Ｖ３の各々を出力４０３に連続的に生じるように、マイクロプロセッサ４０９の制御出力４１１からの経路４２０上の信号によって制御される。マイクロプロセッサ４０９は、各電圧測定値を表わす周波数を入力４１０に受取り、メモリ４１９に各周波数に対する値を格納する。中央処理装置（ＣＰＵ）４２１は、メモリ４１９に格納された値を用いてＥＱＮ．３〜７の全てを計算し、温度センサ１０９が遭遇した温度と温度センサ１１０が遭遇した温度とに対する出力を経路４１３上に生じる。マイクロプロセッサ４０９は、モトローラ社製のＭＣ６８ＨＣ７０５Ｃ９Ａ−ＣＦＮのような市販される任意のマイクロプロセッサの１つである。上記のタスクや計算を行うこのようなマイクロプロセッサの動作は、当業者には周知である。
【００４２】
図５は、温度センサ１０９〜１１０に対する温度値を生じるようマイクロプロセッサ４０９により実行される処理ステップを示すフローチャートである。処理は、ステップ５００で開始し、ステップ５０１へ進む。ステップ５０１の期間に、電圧基準が複数の温度センサの直列接続へ印加される。図４において、５Ｖ電圧基準がまだオンになっていなければオンにされ、ステップ５０１においてＦＥＴ  Ｆ０が閉じられる。次いで、処理はステップ５０２へ進む。
【００４３】
ステップ５０２の期間に、温度センサの直列接続の各ノードにおいて電圧が計測される。例えば、Ｖ／Ｆ４０６に対する電圧Ｖ０〜Ｖ３を連続的に切換えるため、適切な制御信号がマルチプレクサ４０１の制御入力４０２へ送られる。図４に関して先に述べたように、マイクロプロセッサ４０９は、電圧Ｖ０〜Ｖ３の各々に対応する周波数をカウントし、適切な値をメモリ４１９に格納する。処理は、次にステップ５０３へ進む。
【００４４】
ステップ５０３の期間、各温度センサにおける抵抗が決定される。無論、これまで行われた計測では、各温度センサにおける抵抗は、必要な電圧が計測される導線の抵抗をも含む。ステップ５０３の期間に行われる計算は、先に述べたＥＱＮ．３及びＥＱＮ．４に対応する。次に、処理はステップ５０４へ続く。
【００４５】
ステップ５０４の期間に、温度センサの直列接続の一端を電圧基準から除去するためスイッチが開かれる。図４の回路を参照すると、ＦＥＴ  Ｆ０は、マイクロプロセッサ４０９の制御出力４１２からの経路３０７上の制御信号に応答して開かれる。次いで、処理はステップ５０５へ続く。
【００４６】
ステップ５０５の期間に、温度センサの直列接続の各ノードにおいて電圧が計測される。例えば、Ｖ／Ｆ４０６に対する電圧Ｖ０〜Ｖ３を次々に切換えるため、適切な制御信号がマルチプレクサ４０１の制御入力４０２へ送られる。図４に関して先に述べたように、マイクロプロセッサ４０９は、電圧Ｖ０〜Ｖ３の各々に対応する周波数をカウントし、適切な値をメモリ４１９に格納する。次に、処理はステップ５０６へ進む。
【００４７】
ステップ５０６の期間に、導線の抵抗の以後の補償を可能にするため導線の１つにおける抵抗が計測される。図４の事例において、抵抗Ｒｃの平均値を決定するため、ＥＱＮ．５単独の計算かあるいは図５〜図７の計算を用いて導線の抵抗が決定される。次いで処理はステップ５０７へ続く。
【００４８】
ステップ５０７の期間に、ステップ５０６において計算された抵抗Ｒｃの値が、ステップ５０３の期間に計算された温度センサの抵抗から差し引かれる。このステップは、直列に接続された各温度センサに対する補償された抵抗値を生成する。次に、処理はステップ５０８へ進む。
【００４９】
ステップ５０８の期間に、例えばＥＱＮ．２のような特性方程式を用いて、補償されたセンサの抵抗の各々が温度へ変換される。ＥＱＮ．２の形は、実際の温度センサ・モデルに依存し、温度センサの製造者により供給される。次いで、処理はステップ５０９で完了する。
Ｎ個の温度センサ‐‐図６
図６は、抵抗Ｒｃを持つ導線６０１を介して送信機２０に接続される第３の温度センサＲＮを用いる回路を示す。ＲＮは、例えば、図１におけるケース１０６に取付けられた温度センサでよい。ＦＥＴ  Ｆ０が閉じられると、電圧Ｖ０〜Ｖ３と電圧ＶｃＮとが計測される。次いで、温度センサと導線とにおける抵抗を決定するため下記の計算が行われる。
【００５０】
【数８】
0004025504.tif 000009
【００５１】
【数９】
0004025504.tif 000010
【００５２】
【数１０】
0004025504.tif 000011
【００５３】
ＥＱＮ．１０の場合、何らの導線抵抗要素を用いずに温度センサ１０９の抵抗が直接計測される。しかし、温度センサ１１０と温度センサＲＮとの抵抗を決定するためには、更なる処理が必要である。ＦＥＴ  Ｆ０は、経路３０７上の制御信号により開かれる。電圧Ｖ０〜Ｖ３と電圧ＶｏＮとが計測され、導線の抵抗Ｒｃを決定するため下記の計算が行われる。
【００５４】
【数１１】
0004025504.tif 000012
【００５５】
ＥＱＮ．１１は、導線３０９の抵抗Ｒｃの直接的な計測値を提供する。先に述べたように、下記ののような更なる計算により導線抵抗の平均値Ｒａｖｇを得ることができる。
【００５６】
【数１２】
0004025504.tif 000013
【００５７】
【数１３】
0004025504.tif 000014
【００５８】
ＥＱＮ．１２は、温度センサの抵抗Ｒ１０９を含む。このため、導線３０９の抵抗に対する平均値Ｒａｖｇが得られる。先に述べたように、導線３０８〜３１０及び６０１の各々が実質的に同じ長さと規格でありかつ実質的に同じ温度を受けるので、前記各導線が同じ抵抗を持つものと仮定される。Ｒ１１０及びＲＮに対する補償値を得るために、ＲａｖｇがＥＱＮ．８及びＥＱＮ．１０からそれぞれ差し引かれる。先に述べたように、Ｒ１０９は直接に計測される。
【００５９】
図６及びＥＱＮ．８〜ＥＱＮ．１３の関連した計算は、Ｎ個のセンサを直列に配列し、導線抵抗の計測を行うためセンサの１つを電圧源から切り離すスイッチを設けることによって、本発明が任意の数の温度センサに対しても適用可能であることを示している。
【００６０】
抵抗型温度センサに関して本発明を記述したが、当業者が認識するように、温度センサの代わりに任意の形式の抵抗型センサを使用できる。例えば、本文に述べた１個以上の温度センサの代わりに、可変抵抗の形態で歪みを表示する歪みゲージを用いることもできる。本発明は、抵抗を変えることにより状態を表示する任意のセンサを用いて適用可能である。本発明の本質はこのような形態のいずれに対しても等しく適用される。
【００６１】
本発明が望ましい実施の形態の記述に限定されず、特許請求の範囲内で他の修正及び変更を包括することを明瞭に理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ２連温度センサを用いる直線状流管型コリオリ質量流量計システムの断面図である。
【図２】  公知のコリオリ質量流量計システムにおいて用いられる単一の温度センサ回路に対する一構成例を示す概略図である。
【図３】  本発明による２連温度センサ回路に対する一構成例を示す概略図である。
【図４】  本発明による２連温度センサに対する更に詳細な概略図である。
【図５】  本発明による多数の温度センサの温度を決定するためマイクロプロセッサにより制御される処理ステップを示すフローチャートである。
【図６】  ３個の温度センサを用いる本発明による温度センサ回路を示す概略図である。
【図１】
0004025504.tif 000015
【図２】
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【図３】
0004025504.tif 000017
【図４】
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【図５】
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【図６】
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