JP2009505085A

JP2009505085A - 磁気誘導式の流量測定装置

Info

Publication number: JP2009505085A
Application number: JP2008526455A
Authority: JP
Inventors: ブッドミガー，トーマス
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2009-02-05
Also published as: US20090205438A1; DE102005039223A1; EP1915593A1; CN101287967A; CN101287967B; US7946184B2; WO2007020111A1

Abstract

本発明は、媒体の流れに関する情報に加えて、媒体（１１）の導電率（σ）に関する情報を提供する磁気誘導式の流量測定装置（１）に関する。高精度な導電率の判定のために、本発明は下記の解決策を提供する。媒体（１１）の温度（Ｔ）に関する情報を供給する温度測定ユニットが設けられる。その温度測定値（Ｔ）に基づいて、制御／評価ユニット（８）は導電率の補正値（σ（Ｔ））を求め、それに対応して補正された導電率の値（σ）を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定管内を測定管軸の方向に流れる媒体の流れ、例えば流量を測定する装置に関し、この装置は、測定管軸に対しほぼ垂直に測定管を通る交流磁界を発生させる磁石構成体と、測定管内で、測定管軸および前記磁界に対しほぼ垂直に配向された接続線上に配置された２つの測定電極と、必須でない少なくとも１つの基準電極と、測定電極に生じる測定電圧に基づいて測定管内の媒体の体積流または質量流に関する情報を供給すると共に、２つの電極間で測定されたインピーダンスに基づいて媒体の導電率を判定する制御／評価ユニットと、を含む。

必須の構成要素を上述した磁気誘導式の流量測定装置は、体積流の測定のために電磁誘導の原理を利用している。すなわち、磁界に対し垂直に移動する媒体の電荷担体は、同様に媒体の流れ方向に対しほぼ垂直に配置された測定電極に電圧を誘導する。この測定電極に誘導された測定電圧は、測定管の断面で平均をとった媒体の流速に比例、すなわち体積流量に比例する。媒体の密度がわかっている場合には、測定管内を流れる媒体の質量流量を求めることも可能である。測定電極は通常、直流的または容量的に媒体に結合される。

通常、交流磁界の制御は、コイル電流を使用して行われる。詳細には、磁気誘導式の流量測定装置の測定周波数またはフィールド周波数（すなわち、交流磁界の反転が起こる周波数）がコイル配列のインダクタンスに強く依存するため、磁界は、理想的には磁石構成体の１つまたは複数のコイル内の電流に比例する。

多くの文献より、媒体または測定システムの流れまたは他の状態変数に関する情報を生成する磁気誘導式の流量測定装置が知られている。また、米国特許出願公開第２００３／００５１５５７号明細書によって、測定電極および／または基準電極の間に診断信号を印加し、診断信号の抵抗値に基づいて、媒体の導電率に関する情報を得る手法が知られている。

同様に、特開平１−７４７１８号公報および欧州特許第０３３６６１５号明細書により、２つの電極間で測定される抵抗値によって、測定管を貫流する媒体の導電率を判定する手法が知られている。特開平１−７４７１８号公報では、媒体の導電率に関して得られた情報は、流量測定値の補正に使われる。欧州特許第０３３６６１５号明細書は、流量測定値および導電率を同時に得る技術を開示している。

本発明の課題は、公知の従来技術を超え、２つの電極間の抵抗値に基づいて高精度な状態変数の判定を可能にする磁気誘導式の流量測定装置を提供することである。

上記課題は、媒体の温度に関する情報を供給する温度測定ユニットを設け、その測定温度に基づいて導電率の補正値（correction value）を制御／評価ユニットで求め、それに対応して補正された導電率の値（corrected value）を供給することによって解決される。

本発明の装置の有利な発展形態では、温度測定ユニットは、磁石構成体の領域内に設けられ、磁石構成体を流れるコイル電流の測定によって媒体の温度を間接的に求める。

また、媒体と直接的または間接的に接触する温度センサである温度測定ユニットが設けられる。具体的には、温度センサは、ＰＴ−１００またはＰＴ−１０００の温度センサである。好ましくは、温度センサは、測定管に固定される。温度測定値は、電圧信号又は電流信号のようなアナログ的な、或いは、標準のＨＡＲＴまたはインターネットを介した例えばフィールドバス上のデジタル的な測定値を外部で求めた後に、制御／評価ユニットに送信される。この制御／評価ユニットは、磁気誘導式の流量測定装置の測定送信部内に収容されるのが好ましい。

さらに本発明の装置の有利な実施形態では、温度測定ユニットにより得られる温度測定値に基づいて媒体の平均温度を判定する制御／評価ユニットと共に複数の温度測定ユニットを設ける。

好ましくは、制御／評価ユニットは、流量および導電率の測定値がほぼ同時に得られるように測定電極および／または１つ以上の基準電極を操作する。本発明の装置の他の実施形態では、制御／評価ユニットは、流量および導電率の測定値が交互に供給されるように測定電極および／または１つ以上の基準電極を操作する。

特に、制御／評価ユニットは、アレニウスの式を用いて導電率信号の補正値を判定する。

アレニウスの式は次のように表される。

「ｋ」はボルツマン定数、「Ｔ」は温度〔Ｋ〕、「ΔＧ_a」は活性化エンタルピーを表す。

さらに、有利な実施形態では、測定電極の接続線の上の領域および／または測定電極の接続線の下の領域に配置される１つ以上の基準電極が設けられる。磁気誘導式の流量測定装置に対応する実施形態は、いわゆる「空管検出（empty-tube detection）」のための標章「ＰＲＯＭＡＧ」の下で利用可能である。

図面に基づき、本発明についてより詳細に説明する。

図１は、本発明による装置の第１の実施形態の概略図を示している。媒体１１は、測定管２内を軸３の方向に流れる。測定管２は、それ自体が非導電性の材料から製造されているか、または、少なくとも内側の表面が非導電性材料によりコーティングされている。

媒体１１の流れ方向に対して垂直に配向される磁界Ｂは、直径方向に対向している磁石構成体６，７、または２つの電極によって発生する。磁界Ｂの影響下では、媒体１１に存在する電荷担体は、反対に極性付けられた測定電極４，５のうち１つに、極性に応じて移動する。測定電極４，５に発生した電圧は、測定管２の断面で平均をとった測定媒体１１の流速に比例する。すなわち、測定管２内の媒体１１の体積流の尺度となる。測定管２はまた、接続要素、例えばフランジを介して、媒体１１が流れる管系統（図示せず）に接続される。

測定電極４，５は、媒体１１に直に接して配置されている。しかしながら、上述のように、容量的に結合されてもよい。

測定電極４，５は、接続線１２，１３を介して制御／評価ユニット８に接続される。磁石構成体６，７と制御／評価ユニット８とは、接続線１４，１５を介して接続される。

メモリユニット１０は、制御／評価ユニット８に配置される。図１に示す実施形態では、媒体１１の導電率σを判定するインピーダンス測定が、２つの測定電極４，５の間で行われる。この計測が行われる例については、上述される２つの先行技術文献に詳しい。

図１に示す実施形態では、温度測定が直接的に行われる。すなわち、測定管２の上部領域に温度測定ユニット１７が設けられている。温度測定ユニットは、ＰＴ−１００またはＰＴ−１０００であることが好ましい。温度測定ユニット１７は、媒体１１の温度Ｔに関する情報を制御／評価ユニット８に送信する。制御／評価ユニット８は、流れに関する情報に加えて、媒体１１の導電率σに関する情報をも供給する。制御／測定ユニット８は、測定管２内を流れる媒体１１の温度Ｔに関する情報を基に、媒体１１の導電率σの補正値を供給する。媒体１１の導電率σの温度依存性は、例えばアレニウスの式に基づいて求められる。

図２は、本発明による装置１の第２の実施形態の概略図を示している。本実施形態は、次に示す２つの点で図１に示す実施形態と異なっている。
・媒体１１の導電率σを判定するインピーダンス測定が、測定電極４，５のうちの１つと、測定管２の下部領域に位置する基準電極９との間で行われる。基準電極９は、接続線１６を介して制御／評価ユニット８と接続される。
・温度測定が、磁石構成体６，７の１つ以上のコイルを流れるコイル電流を求めることによって間接的に行われる。磁石構成体６，７は、測定管２に近接して配置されており、コイル電流Ｉｃが媒体１１の温度Ｔに反映されることが想定できる。

本発明の第１の実施形態による装置の概略図である。本発明の第２の実施形態による装置の概略図である。

符号の説明

１磁気誘導式の流量測定装置
２測定管
３測定管軸
４測定電極
５測定電極
６磁石構成体
７磁石構成体
８制御／評価ユニット
９基準電極
１０メモリユニット
１１媒体
１２接続線
１３接続線
１４接続線
１５接続線
１６接続線
１７温度測定ユニット

Claims

測定管（２）内を測定管軸（３）の方向に流れる媒体（１１）の流れ（Φ）を測定する装置であって、
前記測定管軸（３）に対しほぼ垂直に前記測定管（２）を通る交流磁界（Ｂ）を発生させる磁石構成体（６、７）と、
前記測定管（２）内で、前記測定管軸（３）および前記磁界（Ｂ）に対しほぼ垂直に配向された接続線上に配置された２つの測定電極（４、５）と、
必須でない少なくとも１つの基準電極（９）と、
前記測定電極（４、５）に生じる測定電圧に基づいて前記測定管（２）内の前記媒体（１１）の体積流または質量流に関する情報を供給すると共に、電極（４、５、９）間で測定されたインピーダンスに基づいて前記媒体（１１）の導電率（σ）を判定する評価／制御ユニット（８）と、を含む装置において、
前記媒体（１１）の温度（Ｔ）に関する情報を提供する温度測定ユニット（１７）が設けられ、
前記制御／評価ユニット（８）は、測定された前記温度（Ｔ）に基づいて前記導電率の補正値（σ（Ｔ））を求め、それに対応して補正された前記導電率の値（σ）を提供する、
ことを特徴とする装置。
前記温度測定ユニット（１７）は、前記磁石構成体（６、７）の領域内に設けられ、
前記温度測定ユニット（１７）は、前記磁石構成体（６、７）を流れるコイル電流（Ｉ）を測定することによって、前記媒体（１１）の前記温度（Ｔ）を間接的に求める、
ことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記温度測定ユニット（１７）は、前記媒体（１１）と直接的または間接的に接触する温度センサであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記温度センサは、前記測定管（２）に固定されていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
複数の前記温度測定ユニット（１７）が設けられ、
前記制御／評価ユニット（８）は、前記温度測定ユニット（１７）により与えられる温度測定値に基づいて前記媒体（１１）の平均温度を判定する、
ことを特徴とする、請求項２、３または４に記載の装置。
前記制御／評価ユニット（８）は、流れ（Φ）および導電率（σ）の測定値がほぼ同時に得られるように、前記測定電極（４、５）および／または１つ以上の前記基準電極（９）を操作することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記制御／評価ユニット（８）は、流れ（Φ）および導電率（σ）の測定値が交互に得られるように、前記測定電極（４、５）および／または１つ以上の前記基準電極（９）を操作することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記制御／評価ユニット（８）は、アレニウスの式を用いることによって前記導電率の前記補正値（σ（Ｔ））を判定することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記制御／評価ユニット（８）は、任意に定式化された数学関数、特にはアレニウスの式を介して前記導電率の前記補正値（σ（Ｔ））を判定することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記制御／評価ユニット（８）は、テーブルを介して前記導電率の前記補正値（σ（Ｔ））を判定することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
一つ以上の前記基準電極（９）は、前記測定電極（４、５）の前記接続線の上および／または前記測定電極（４、５）の前記接続線の下の領域に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。