JP6608396B2 - フィールド機器及びフィールド機器管理システム - Google Patents

Description

本発明は、フィールド機器及びフィールド機器管理システムに関する。

従来から、プラントや工場等の設備においては、フィールド機器と呼ばれる現場機器が設置されている。例えば、フィールド機器の一例として、その設備で用いられている流体の流量を測定する流量計がある。

ここで、流体の流量を測定するフィールド機器では、流量を測定する場合において、スラグ流の影響により、被測定流体の液体に気泡が混入すると、測定値に誤差が生じる場合がある。例えば、フィールド機器の一種であるコリオリ質量流量計では、スラグ流の影響により、被測定流体の液体に気泡が混入すると、測定値である被測定流体の密度値が低下することが知られている（特許文献１参照）。

この問題を解決するために、従来のコリオリ質量流量計では、スラグ流の発生を検出した場合には、そのスラグ流検出の直前の密度値を用いることで、スラグ流により発生する上記誤差を生じないようにしている。

特許第３５４７７０８号公報

しかしながら、従来のコリオリ質量流量計では、スラグ流が検出されたときには既にスラグ流が発生している場合がある。したがって、スラグ流の発生を検出した場合に、そのスラグ流検出の直前の密度値を用いたとしても、その密度値はスラグ流による影響を受けていることなる。そのため、より正確な密度値の測定が求められるアプリケーションでは、スラグ流の発生時に正しく密度値が測定できない場合がある。
なお、このような問題はコリオリ質量流量計に限られた問題ではなく、スラグ流の発生により測定値に誤差が生じるフィールド機器にも共通する問題である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、流体の状態量を測定するフィールド機器であって、スラグ流が発生した場合でも、より正確な測定値を取得可能なフィールド機器及びフィールド機器管理システムを提供することである。

本発明の一態様は、流体の状態量を測定値として測定するフィールド機器であって、スラグ流の発生を検出するスラグ流検出部と、前記スラグ流検出部により前記スラグ流の発生が検出されている場合に、前記スラグ流が検出されたときを基準として所定の時間前から所定の期間内における少なくともいずれか一つの前記測定値に基づく値を、前記測定値のホールド値として保持する補正部と、を備えることを特徴とするフィールド機器である。

本発明の一態様は、上述のフィールド機器であって、前記状態量は、密度値であり、前記所定の期間が終了する時間は、前記密度値における平均値の算出が終了する時間であって、前記スラグ流が検出されたときを基準として、一定時間前の時間に設定されることを特徴とする。

本発明の一態様は、上述のフィールド機器であって、前記測定値にはステータス情報が関連付けられており、前記補正部は、前記ステータス情報に基づいて前記測定値が良好か否かを判定し、前記良好と判定した前記測定値のみ前記平均値の算出に用いることを特徴とする。

本発明の一態様は、上述のフィールド機器であって、所定のサンプリング周期で測定された前記測定値の積算値を記憶する積算値記憶部と、前記平均値を記憶する平均値記憶部と、を備え、前記補正部は、前記積算値記憶部において積算した前記測定値の数が所定値以上になった場合には、前記積算値から平均値を計算し、前記平均値記憶部に前記平均値を格納することを特徴とする。

本発明の一態様は、上述のフィールド機器であって、前記スラグ流の発生の検出が解除された後において、前記測定値における平均値の演算を開始する時間が設定可能であることを特徴とする。

本発明の一態様は、上述のフィールド機器であって、前記平均値の計算に用いる前記測定値の数が設定可能であることを特徴とする。

本発明の一態様は、流体の状態量を測定値として測定するフィールド機器と、前記フィールド機器と通信することで前記測定値を取得する制御装置とを備えるフィールド機器管理システムであって、前記制御装置は、スラグ流の発生を検出するスラグ流検出部と、前記スラグ流検出部により前記スラグ流の発生が検出されている場合に、前記スラグ流が検出されたときを基準として所定の時間前から所定の期間内における前記測定値を用いて算出した前記測定値の平均値を、前記測定値のホールド値として保持する補正部と、を備えることを特徴とするフィールド機器管理システムである。

以上説明したように、本発明によれば、スラグ流が発生した場合でも、より正確な測定値を取得することができる。

本発明の一実施形態に係るフィールド機器の概略構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る検出部２の概略構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る検出部２の動作原理を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る制御部４８の動作を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る制御部４８の概略構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る積算値記憶部４８２の概略構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る平均値記憶部４８３の概略構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る制御部４８の動作の流れを示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。また、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」、「有する」や「備える」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。

以下、本発明の一実施形態に係るフィールド機器を、図面を用いて説明する。
本発明の一実施形態に係るフィールド機器は、配管内を流れる流体の流量を測定するものである。なお、以下の説明では、フィールド機器として、コリオリ質量流量計を例に挙げて説明する。すなわち、コリオリ質量流量計は、フィールド機器の一例である。

図１に示すように、フィールド機器１は、検出部２及び信号処理部３を備える。

検出部２は、測定対象としての流体（被測定流体）が流れる測定チューブＴ（図２参照）を振動させてその上下流における振動及び測定チューブＴの温度を検出するものである。
図２に示すように、検出部２は、加振器２１、上流側センサ２２、下流側センサ２３及び温度センサ２４を備える。

加振器２１は、測定チューブＴを上下に機械振動をさせるものである。
加振器２１は、流体が流れる測定チューブＴの周囲に設けられている。例えば、加振器２１は、測定チューブＴの中央部近傍に設置されている。加振器２１は、信号処理部３に電気的に接続されている。なお、本実施形態では、測定チューブＴは、両端が支持部材ＳＰ１，ＳＰ２によって固定支持された直管型のものである。ただし、測定チューブＴは、例えばＵ字管型など他の形状のものでもよい。

上流側センサ２２は、測定チューブＴの振動を検出するセンサであって、支持部材ＳＰ１の近傍に固定されている。下流側センサ２３は、測定チューブＴの振動を検出するセンサであって、支持部材ＳＰ２の近傍に固定されている。
上流側センサ２２及び下流側センサ２３は、それぞれ信号処理部３に電気的に接続されている。

温度センサ２４は、支持部材ＳＰ２の近傍における測定チューブＴ上に固定されている。温度センサ２４は、信号処理部３に電気的に接続されている。なお、この温度センサ２４は、温度変動による質量流量や密度値の測定誤差を防止するために用いられる。

以下に、上述のように構成された検出部２の動作について、図３を参照して説明する。
加振器２１は、信号処理部３から出力される駆動電流Ｉ_Ｒに応じて、測定チューブＴを所定の振動モードで振動させる。例えば、加振器２１は、例えば図３において符号Ｍ１，Ｍ２を付して示す１次モード（振動の節が支持部材ＳＰ１，ＳＰ２によって固定支持された部分にのみ現れる振動モード）で測定チューブＴを振動させる。

加振器２１により測定チューブＴに対して１次モードで振動が与えられている状態で、測定チューブＴに被測定流体が流れると、測定チューブＴは、例えば図３において符号Ｍ３，Ｍ４を付して示す２次モード（振動の節が支持部材ＳＰ１，ＳＰ２によって固定支持された部分とその中間の位置とに現れる振動モード）で振動する。なお、実際には、測定チューブＴは、この１次モードと２次モードとの２種類の振動モードが重畳された振動モードで振動することになる。

上流側センサ２２は、上記振動モードで振動している測定チューブＴの上流側の変位量を測定する。上流側センサ２２は、測定した変位量を変位信号ＳＡとして信号処理部３に出力する。
下流側センサ２３は、上記測定チューブＴの下流側の変位量を検出する。下流側センサ２３は、検出した変位量を変位信号ＳＢとして信号処理部３に出力する。

温度センサ２４は、測定チューブＴの表面温度を測定する。温度センサ２４は、測定した測定チューブＴの表面温度を温度信号ＳＴ１として信号処理部３に出力する。

次に、本発明の一実施形態に係る信号処理部３について、説明する。
信号処理部３は、検出部２で検出される検出信号ＳＡ，ＳＢの位相差に基づいて測定チューブＴを流れる被測定流体の質量流量を求める。また、信号処理部３は、検出信号ＳＡと検出信号ＳＢとの少なくともいずれか一方の信号に基づいて、測定チューブＴの振動周波数を測定する。そして、信号処理部３は、測定した振動周波数に基づいて、被測定流体の質量すなわち密度値を測定する。

図１に示すように、信号処理部３は、クロック信号発振器３１、トラックアンドホールド（Ｔ＆Ｈ）回路３２〜３４、アナログ／デジタル変換器（Ａ/Ｄ変換器）３５〜３７、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３８，３９、ヒルベルト変換器４０，４１、位相演算部４２、平均化回路４３、周波数演算部４４、励振回路４５、スラグ流検出部４６、密度演算部４７、制御部４８及び質量流量演算部４９を備える。

クロック信号発振器３１は、測定チューブＴの振動とは関係なしに、所定のサンプリング周期を持つタイミング信号Ｔ_Ｃを生成する。

Ｔ＆Ｈ回路３２は、上流側センサ２２に接続されている。Ｔ＆Ｈ回路３２は、上流側センサ２２から出力された変位信号ＳＡを取得する。Ｔ＆Ｈ回路３２は、タイミング信号Ｔｃに基づいて、変位信号ＳＡを各周期のＮ個の時点で順次サンプル／ホールドする。Ｔ＆Ｈ回路３２によってホールドされた検出信号ＳＡは、Ａ／Ｄ変換器３５に出力される。変位信号ＳＡは、例えばＡ・ｓｉｎ（ωｔ_０）なる形でトラックアンドホールド（Ｔ＆Ｈ）回路１８に出力され、サンプリングの時点を決めるタイミング信号Ｔ_Ｃにより、変位信号ＳＡにおける各周期のＮ個の時点で順次サンプル／ホールドされる。ここで、Ａは振幅、ωは角周波数、ｔ_０は任意の時点を示す。

Ａ／Ｄ変換器３５は、Ｔ＆Ｈ回路３２によりホールドされた変位信号ＳＡを順次デジタル信号ＤＡ２に変換し、デジタル形式で処理するＬＰＦ３８に出力する。

ＬＰＦ３８は、Ａ／Ｄ変換器３５でデジタル変換されたデジタル信号ＤＡ２に対して、測定チューブの振動周波数付近よりも高い周波数成分を除去し、その高い周波数成分が除去された信号をデジタル信号ＤＡ３としてヒルベルト変換器４０に出力する。

ヒルベルト変換器４０は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ４０Ａ及びＦＩＲフィルタ４０Ｂを備える。
ＦＩＲフィルタ４０Ａは、入力信号（デジタル信号ＤＡ３）と同相の出力信号に変換する同相デジタルフィルタである。具体的には、ＦＩＲフィルタ４０Ａは、Ａ・ｓｉｎ(ωｔ_０)なる形のデジタル信号ＤＡ４を出力する。
ＦＩＲフィルタ４０Ｂは、入力信号（デジタル信号ＤＡ３）と９０°異なる位相の出力信号に変換する移相デジタルフィルタである。ＦＩＲフィルタ４０Ｂは、基本的にＡ・ｃｏｓ(ωｔ_０)なる形のデジタル信号ＤＡ５を出力する。

Ｔ＆Ｈ回路３３は、下流側センサ２３に接続されている。Ｔ＆Ｈ回路３３は、下流側センサ２３から出力された変位信号ＳＢを取得する。Ｔ＆Ｈ回路３３は、タイミング信号Ｔｃに基づいて、変位信号ＳＢを各周期のＮ個の時点で順次サンプル／ホールドする。Ｔ＆Ｈ回路３３によってホールドされた検出信号ＳＢは、Ａ／Ｄ変換器３６に出力される。変位信号ＳＢは、例えばＢ・sin(ωｔ_０＋Φ)なる形でトラックアンドホールド（Ｔ＆Ｈ）回路１８に出力され、ここでサンプリングの時点を決めるタイミング信号Ｔ_Ｃにより、変位信号ＳＢにおける各周期のＮ個の時点で順次サンプル／ホールドされる。ここで、Ｂは振幅、Φは時点ｔ_０における変位信号ＳＡに対する位相差を示す。

Ａ／Ｄ変換器３６は、Ｔ＆Ｈ回路３３によりホールドされた変位信号ＳＢを順次デジタル信号ＤＢ２に変換し、デジタル形式で処理するＬＰＦ３９に出力する。

ＬＰＦ３９は、Ａ／Ｄ変換器３６でデジタル変換されたデジタル信号ＤＢ２に対して、測定チューブの振動周波数付近よりも高い周波数成分を除去し、その高い周波数成分が除去された信号をデジタル信号ＤＢ３としてヒルベルト変換器４１に出力する。

ヒルベルト変換器４１は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ４１Ａ及びＦＩＲフィルタ４１Ｂを備える。
ＦＩＲフィルタ４１Ａは、入力信号（デジタル信号ＤＢ３）と同相の出力信号に変換する同相デジタルフィルタである。具体的には、ＦＩＲフィルタ４１Ａは、Ｂ・sin(ωｔ_０＋Φ)なる形のデジタル信号ＤＢ４を出力する。
ＦＩＲフィルタ４１Ｂは、入力信号（デジタル信号ＤＡ３）と９０°異なる位相の出力信号に変換する移相デジタルフィルタである。ＦＩＲフィルタ４１Ｂは、基本的にＢ・cos(ωｔ_０＋Φ)なる形のデジタル信号ＤＢ５を出力する。

位相演算部４２は、時刻ｔ_ｉにおける、デジタル信号ＤＡ４をａ_ｉとし、デジタル信号ＤＡ５をｂ_ｉとし、デジタル信号ＤＢ４をｃ_ｉとし、デジタル信号ＤＢ５をｄ_ｉとし、時刻ｔ_１〜ｔ_Ｎの一対のコリオリ信号の位相差の平均値の正接信号をｔａｎΦとした場合にｔａｎΦ＝（ΣＮｉ=１（ｂ_ｉｃ_ｉ−ａ_ｉｄ_ｉ））／（ΣＮｉ=１（ａ_ｉｃ_ｉ＋ｂ_ｉｄ_ｉ））なる演算を行いｔａｎΦを求める。位相演算部４２は、演算したｔａｎΦを質量流量演算部４９に出力する。

Ｔ＆Ｈ回路３４は、温度センサ２４に接続されている。Ｔ＆Ｈ回路３４は、温度センサ２４から出力された温度信号ＳＴ１を取得する。Ｔ＆Ｈ回路３４は、サンプリングの時点を決めるタイミング信号Ｔｃに基づいて、温度信号ＳＴ１をホールドしＡ／Ｄ変換器３７に出力する。

Ａ／Ｄ変換器３７は、Ｔ＆Ｈ回路３４によりホールドされた温度信号ＳＴ１を順次デジタル信号に変換し、平均化回路４３に出力する。

平均化回路４３は、Ａ／Ｄ変換器３７でデジタル変換された信号を平均化し、その平均化した信号を温度信号ＳＴ２として密度演算部４７及び質量流量演算部４９に出力する。このように、温度センサ２４から温度信号ＳＴ１がＴ＆Ｈ回路３４に出力され、サンプリングの時点を決めるタイミング信号Ｔｃによりホールドされた多数の温度信号ＳＴ１は、Ａ／Ｄ変換器３７でデジタル信号に変換されて平均化回路４３に出力され、ここで平均されて温度信号ＳＴ２として密度演算部４７及び質量流量演算部４９に出力される。

周波数演算部４４は、上流側センサ２２で検出された変位信号ＳＡに基づいて、信号周波数ｆＡを演算する。この信号周波数ｆＡは、上流側センサ２２の変位信号ＳＡの周波数であって、測定チューブＴの振動の周波数である。周波数演算部４４は、演算した信号周波数ｆＡを密度演算部４７及び質量流量演算部４９に出力する。なお、周波数演算部４４は、変位信号ＳＡではなく、変位信号ＳＢに基づいて信号周波数ｆＡを演算することもできる。

励振回路４５は、上流側センサ２２に接続されている。励振回路４５は、変位信号ＳＡに応じた駆動電流Ｉ_Ｒを加振器２１に出力することで、その加振器２１を例えば正弦波状に駆動する。なお、励振回路４５は、下流側センサ２３に接続され、変位信号ＳＢに応じた駆動電流Ｉ_Ｒを加振器２１に出力することで、その加振器２１を例えば正弦波状に駆動してもよい。

スラグ流検出部４６は、スラグ流の発生を検出する。例えば、スラグ流検出部４６は、駆動電流Ｉ_Ｒに基づいてスラグ流の発生を検出する。ここで、スラグ流の発生とは、スラグ流により被測定流体に気泡が混入することを意味する。具体的には、気泡の混入によって変位信号ＳＡの振幅が小さくなった場合、励振回路４５は、一定の振幅（小さくなる前の振幅）を維持しようとして駆動電流Ｉ_Ｒを大きくする。そのため、スラグ流検出部４６は、駆動電流Ｉ_Ｒが閾値Ｉ_ｔｈを超えた場合に、スラグ流の発生を検出する。なお、この閾値Ｉ_ｔｈには、ヒステリシスが設けられている。スラグ流検出部４６は、スラグ流の発生を検出した場合に、その検出結果を示すスラグ検出信号を制御部４８に出力する。ここで、スラグ流の他の例として環状流があるが、この環状流とは、測定チューブＴ内の管壁に沿って液体が流れていて、測定チューブＴ内の中央部に気体が流れている又は気体が存在しているものである。

密度演算部４７は、信号周波数ｆＡと温度信号ＳＴ２とに基づいて、下記演算式（１）及び（２）から被測定流体の密度値Ｄ_Ｓを演算して、制御部４８に出力する。なお、下記演算式（１）及び（２）において、ｆｒは基準温度において被測定流体が測定チューブＴに充満している状態の共振周波数、ｆ_０は測定チューブＴが空の状態の共振周波数、Ｋ_１及びＫ_２は定数である。
Ｄ_Ｓ ＝ Ｋ_２（ｆ_０ ^２−ｆｒ^２）／ｆｒ^２ ・・・・・（１）
なお、ｆｒ＝ｆＡ／（１＋Ｋ_１・ＳＴ２） ・・・・・（２）

次に、制御部４８の動作について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る制御部４８の動作を説明する図である。なお、図４の上図には、密度演算部４７が演算した密度値Ｄｓを示し、図４の下図には、制御部４８がその密度値Ｄｓに基づいて出力する密度値Ｄｒを示す。
制御部４８は、図４に示すように、スラグ流の発生が検出されている場合に、スラグ流が検出されたときを基準として、そのスラグ流の検出前における所定時間ｔｓ前から所定期間ＡＰ（Average Period）内における少なくともいずれか一つの前記測定値に基づく値を、スラグ流が検出されている場合の測定値のホールド値として保持する。ここで、所定の期間ＡＰ内における少なくともいずれか一つの前記測定値に基づく値として、所定の期間ＡＰ内の任意の一つの測定時点の測定値をホールド値として用いてもよいし、任意の複数の測定時点の測定値の平均値、中央（中間）値、最頻値、ダンピング処理した値をホールド値として用いてもよい。なお、任意の複数の時点の測定値とは、所定の期間ＡＰ内における全部の測定値であってもよいし、一部の連続する測定時点の測定値や、一部の不連続な測定時点の測定値であってもよい。

本実施形態では、制御部４８は、所定期間ＡＰ（Average Period）内における少なくともいずれか一つの測定値に基づく値として、良好な密度値Ｄ_Ｓ（測定値）の平均値Ｄ_ｈを算出する。そして、制御部４８は、その算出した平均値Ｄ_ｈを、スラグ流が検出されている場合の測定値のホールド値として保持する。例えば、制御部４８は、スラグ流の発生が検出されている場合には、その平均値Ｄ_ｈを密度値Ｄｒとして外部装置及び質量流量演算部４９に出力する。なお、制御部４８は、スラグ流の発生が検出されていない場合には、密度演算部４７が演算した密度値Ｄ_Ｓを密度値Ｄｒとして外部装置及び質量流量演算部４９に出力してもよい。ここで、所定期間ＡＰは、スラグ流の検出前の期間であって、密度値Ｄｓを平均化演算に使用する期間である。なお、以下の説明において、密度値Ｄ_Ｓをサンプリングデータと称する場合がある。

なお、図４に示す時間ＡＥＴ（Average End Time）とは、密度値Ｄｓの平均化演算が終了する時間であって、期間ＡＰが終了する時間である。この時間ＡＥＴは、スラグ流が検出されたときを基準として、一定時間前の時間に設定される。
また、時間ＡＳＴ（Average Start Time）は、スラグ流の検出が解除された後において、密度値Ｄｓの平均化演算を開始する時間であって、設定の変更が可能である。

なお、この時間ＡＥＴから時間ＡＳＴまでの期間においては、スラグ流の検出及び密度値Ｄｓの平均化演算は実行されないようにしてもよい。ただし、制御部４８は、この期間において、平均値Ｄ_ｈを密度値Ｄｒとして外部装置及び質量流量演算部４９に出力する。すなわち、制御部４８は、密度値Ｄｒを測定値のホールド値として保持する。なお、測定値のホールドは、スラグ検出時から時間ＡＳＴまでの期間にしてもよい。

これは、アプリケーションによっては、被測定流体内の気泡が減少してスラグ流の検出が解除された後でも、密度値Ｄｓがまだ実測値に対して誤差が生じる場合があるためである。また、スラグ流の検出とスラグ流の検出解除を数秒単位で頻繁に繰り返すようなアプリケーションの場合では、良好な密度値Ｄｓが十分に測定できない。そのため、この場合において良好ではない密度値Ｄｓが用いられることになり、実際の密度値と誤差のある状態になる。その結果、平均化演算においても誤差のある結果が演算される。本実施形態の制御部４８は、スラグ流の検出解除後も一定時間（スラグ流の検出解除から時間ＡＳＴまでの間）、平均値Ｄ_ｈの計算を行わずに密度値Ｄｒを保持するため、正確な密度値の測定が可能になる。なお、時間ＡＥＴから時間ＡＳＴの間の期間は設定変更可能であり、本設定を無効（０秒）とすることも可能である。

図１に戻り、質量流量演算部４９は、密度値Ｄｒ、信号周波数ｆＡ、ｔａｎΦ及び温度信号ＳＴ２に基づいて、下記演算式（３）から質量流量Ｑ_Ｍを演算する。なお、下記演算式（３）において、Ｋ_３は定数、ｆ（ＳＴ２）は温度の補正項、ｆ（Ｄｒ）は密度の補正項である。
Ｑ_Ｍ＝ｆ（ＳＴ２）・ｆ（Ｄｒ）・ｔａｎΦ／ｆＡ （３）

ただし、ｆ（ＳＴ２）は温度の補正項、ｆ（Ｄｒ）は密度の補正項である。そして、質量流量演算部４９は、演算した質量流量Ｑ_Ｍを外部装置に出力する。

次に、本発明の一実施形態に係る制御部４８について、具体的に説明する。
図５に示すように、制御部４８は、補正部４８１、積算値記憶部４８２及び平均値記憶部４８３を備える。
補正部４８１は、フィールド機器１のサンプリング周期ＴＤが１０ミリ秒、平均値Ｄ_ｈの計算に用いられる密度値Ｄｓのデータ数（サンプリングデータ数）Ｌが５００個の場合、期間ＡＰ内においてサンプリング周期ＴＤごとに最新の良好な５００個の密度値Ｄ_Ｓを用いて平均値Ｄ_ｈの計算を行う。なお、この測定値である密度値Ｄ_Ｓには、この密度値Ｄ_Ｓが良好(Good)か否かを判断するステータス情報が関連付けられている。例えば、このステータス情報は、良好、不良（Bad）、不明確（Uncertain）のいずれかの情報である。例えば、ステータス情報が不良（Bad）や不明確（Uncertain）の状態となるのは、その密度値Ｄｓの測定に関連する、フィールド機器１の処理にエラーが発生した場合である。そのため、これらの密度値Ｄ_Ｓにおける５００個のデータは、ステータス情報が良好と判断されたもののみ平均値Ｄ_ｈの計算に使用される。なお、サンプリング周期ＴＤ及びサンプリングデータ数Ｌは、適宜変更可能である。

例えば、フィールド機器１の処理にエラーが発生して不良（Bad）となる場合には、フィールド機器１で用いるパラメータのバックアップまたは復旧時に異常が発生して、パラメータのバックアップまたは復旧に失敗した場合、フィールド機器１内のハードウェアバージョンまたはソフトウェアバージョンが不一致のため、フィールド機器１内の複数の回路基板間や複数のプロセッサ間での通信にエラーが発生した場合などがある。また、例えば、不明確（Uncertain）となる場合には、検出部２の測定チューブＴが腐食してフィールド機器１がその腐食を検出した場合や、測定チューブＴ内の被測定流体が空又は十分満たされていない状態において、フィールド機器１がその状態を検出した場合などがあり、これらの場合では、測定値が正常か否かが不明確な場合がある。

ただし、上記例のように、サンプリングデータ数Ｌが５００個という大量の密度値Ｄｓのデータを一度に記憶するのは、その記憶する記憶部の容量制限により困難な場合がある。このような場合は、以下に説明するデータ量削減方法により、平均値Ｄ_ｈを算出してもよい。以下に、本発明の一実施形態に係るデータ量削減方法について、説明する。

このデータ量削減方法とは、期間ＡＰ内においてサンプリング周期ＴＤごとに密度値Ｄ_Ｓを積算し、その積算した密度値Ｄ_Ｓのデータ数が５００個になったところで、その積算値を５００で除算して平均値Ｄ_ｈを算出することで、フィールド機器１に格納するデータ容量を削減する方法である。

例えば、図６に示すように、積算値記憶部４８２は、５つの積算用格納領域Ａ〜Ｅを備える。そして、各積算用格納領域Ａ〜Ｅのそれぞれには、１００個の密度値Ｄ_Ｓを積算した積算値を順に格納する積算領域を５つ備える。なお、図６における横軸は時間を示す。

具体的には、積算用格納領域Ａは、積算領域１００〜１４０を備える。積算用格納領域Ｂは、積算領域２００〜２４０を備える。積算用格納領域Ｃは、積算領域３００〜３４０を備える。積算用格納領域Ｄは、積算領域４００〜４４０を備える。積算用格納領域Ｅは、積算領域５００〜５４０を備える。なお、図６において、同一の時間間隔に対応する積算用格納領域には、同一の積算値が記憶される。すなわち、時間ｔ＋１と時間ｔ＋２との間の時間間隔に対応する積算領域１１０，２００には、同一の積算値が格納される。時間ｔ＋２と時間ｔ＋３との間の時間間隔に対応する積算領域１２０，２１０，３００には、同一の積算値が格納される。時間ｔ＋３と時間ｔ＋４との間の時間間隔に対応する積算領域１３０，２２０，３１０，４００には、同一の積算値が格納される。時間ｔ＋４と時間ｔ＋５との間の時間間隔に対応する積算領域１４０，２３０，３２０，４１０，５００には、同一の積算値が格納される。時間ｔ＋５と時間ｔ＋６との間の時間間隔に対応する積算領域２４０，３３０，４２０，５１０には、同一の積算値が格納される。時間ｔ＋６と時間ｔ＋７との間の時間間隔に対応する積算領域３４０，４３０，５２０には、同一の積算値が格納される。時間ｔ＋７と時間ｔ＋８との間の時間間隔に対応する積算領域４４０，５３０には、同一の積算値が格納される。

補正部４８１は、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに積算値を算出し、積算領域１００に格納する。また、補正部４８１は、算出した積算値を積算領域１００に格納するとともに、積算領域１００に格納されていた積算値を積算領域１１０に移動させ、積算領域１１０に格納されていた積算値を積算領域１２０に移動させ、積算領域１２０に格納されていた積算値を積算領域１３０に移動させ、積算領域１３０に格納されていた積算値を積算領域１４０に移動させ、積算領域１４０に格納されていた積算値を削除する。

また、補正部４８１は、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに、積算領域１００に格納されていた積算値を積算領域２００に移動させ、積算領域２００に格納されていた積算値を積算領域２１０に移動させ、積算領域２１０に格納されていた積算値を積算領域２２０に移動させ、積算領域２３０に格納されていた積算値を積算領域２４０に移動させ、積算領域２４０に格納されていた積算値を削除する。

また、補正部４８１は、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに、積算領域２００に格納されていた積算値を積算領域３００に移動させ、積算領域３００に格納されていた積算値を積算領域３１０に移動させ、積算領域３１０に格納されていた積算値を積算領域３２０に移動させ、積算領域３３０に格納されていた積算値を積算領域３４０に移動させ、積算領域３４０に格納されていた積算値を削除する。

また、補正部４８１は、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに、積算領域３００に格納されていた積算値を積算領域４００に移動させ、積算領域４００に格納されていた積算値を積算領域４１０に移動させ、積算領域４１０に格納されていた積算値を積算領域４２０に移動させ、積算領域４３０に格納されていた積算値を積算領域４４０に移動させ、積算領域４４０に格納されていた積算値を削除する。

また、補正部４８１は、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに、積算領域４００に格納されていた積算値を積算領域５００に移動させ、積算領域５００に格納されていた積算値を積算領域５１０に移動させ、積算領域５１０に格納されていた積算値を積算領域５２０に移動させ、積算領域５３０に格納されていた積算値を積算領域５４０に移動させ、積算領域５４０に格納されていた積算値を削除する。
このように、補正部４８１は、積算領域に格納された積算値を、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに（１秒ごとに）、次の時間間隔に対応する積算領域に移動させる。

図７に示すように、平均値記憶部４８３は、時間ＡＥＴに応じた平均値格納領域を備える。ここで、この時間ＡＥＴは、ユーザにより設定可能である。本実施形態では、時間ＡＥＴの設定可能の上限は３０秒とする。
したがって、平均値記憶部４８３は、１秒〜３０秒の各秒の平均値Ｄ_ｈを格納する平均値格納領域６０１〜６３０を備え、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに（各秒ごとに）、各平均値格納領域６０１〜６３０に格納された平均値Ｄ_ｈを随時更新する。

例えば、補正部４８１は、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに、積算値記憶部４８２に記憶された５００個の平均値Ｄ_ｈを、平均値格納領域６０１に格納する。具体的には、補正部４８１は、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに、積算用格納領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの順に繰り替えしながら、その積算用格納領域に格納された５つの積算値から平均値Ｄ_ｈを算出し、平均値格納領域６０１に格納する。したがって、積算値記憶部４８２に記憶された５００個の密度値Ｄ_Ｓの平均値Ｄ_ｈは、常に平均値格納領域６０１に格納されることになる。

例えば、補正部４８１は、積算用格納領域Ａに５つの積算値が溜まった時点で、その５つの積算値における平均値Ｄ_ｈを算出し、その算出した平均値Ｄ_ｈを平均値格納領域６０１に格納する。補正部４８１は、積算用格納領域Ａにおける平均値Ｄ_ｈを平均値格納領域６０１に格納してから１秒後に、積算用格納領域Ｂに溜まった５つの積算値における平均値Ｄ_ｈを算出し、その算出した平均値Ｄ_ｈを平均値格納領域６０１に格納する。補正部４８１は、積算用格納領域Ｂにおける平均値Ｄ_ｈを平均値格納領域６０１に格納してから１秒後に、積算用格納領域Ｃに溜まった５つの積算値における平均値Ｄ_ｈを算出し、その算出した平均値Ｄ_ｈを平均値格納領域６０１に格納する。補正部４８１は、積算用格納領域Ｃにおける平均値Ｄ_ｈを平均値格納領域６０１に格納してから１秒後に、積算用格納領域Ｄに溜まった５つの積算値における平均値Ｄ_ｈを算出し、その算出した平均値Ｄ_ｈを平均値格納領域６０１に格納する。補正部４８１は、積算用格納領域Ｄにおける平均値Ｄ_ｈを平均値格納領域６０１に格納してから１秒後に、積算用格納領域Ｅに溜まった５つの積算値における平均値Ｄ_ｈを算出し、その算出した平均値Ｄ_ｈを平均値格納領域６０１に格納する。そして、補正部４８１は、積算用格納領域Ｅにおける平均値Ｄ_ｈを平均値格納領域６０１に格納してから１秒後に、積算用格納領域Ａに溜まった５つの積算値における平均値Ｄ_ｈを算出し、その算出した平均値Ｄ_ｈを平均値格納領域６０１に格納する。このように、補正部４８１は、１秒ごと、すなわち１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに、積算用格納領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの順に繰り替えしながら、その積算用格納領域に格納された５つの積算値から平均値Ｄ_ｈを算出し、その算出した平均値Ｄ_ｈを平均値格納領域６０１に格納する。これにより、本実施形態では、補正部４８１は、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに、５００個の密度値Ｄ_Ｓの平均値Ｄ_ｈを算出することができる。

また、補正部４８１は、平均値格納領域６０１に格納された平均値Ｄ_ｈを１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに、平均値格納領域６０２，６０３，…，６３０の順に移動させる。すなわち、補正部４８１は、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに、時間ｔｘに対応する平均値格納領域に格納された平均値Ｄ_ｈを、時間ｔｘ＋１に対応する平均値格納領域に移動させる。ここで、時間ｔｘとは、スラグ流が検出されたときを基準として、所定時間前の時間を示す。例えば、時間ｔｘ＝１秒は、スラグ流が検出されたときから１秒前の時間を示す。

例えば、補正部４８１は、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに、時間ｔｘ＝１秒に対応する平均値格納領域６０１に格納された平均値Ｄ_ｈを、時間ｔｘ＝２秒に対応する平均値格納領域６０２に移動させ、時間ｔｘ＝２秒に対応する平均値格納領域６０２に格納された平均値Ｄ_ｈを、時間ｔｘ＝３秒に対応する平均値格納領域６０３に移動させ、時間ｔｘ＝３秒に対応する平均値格納領域６０３に格納された平均値Ｄ_ｈを、時間ｔｘ＝４秒に対応する平均値格納領域６０４に移動させる。このように、補正部４８１は、時間ＡＥＴが３０秒に設定されている場合には、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに、時間ｔｘ＝１，２，…２９秒のそれぞれに対応する平均値格納領域に格納された平均値Ｄ_ｈを、時間ｔｘ＋１に対応する平均値格納領域に移動させる。そして、補正部４８１は、１００個の密度値Ｄ_Ｓごとに、時間ｔｘ＝３０秒に対応する平均値格納領域６３０に格納された平均値Ｄ_ｈを削除する。

補正部４８１は、平均値格納領域６０１〜６３０の中から、時間ＡＥＴに応じた平均値格納領域を選択し、その選択した平均値格納領域に格納されている平均値Ｄ_ｈを密度値Ｄｒとして外部装置及び質量流量演算部４９に出力する。例えば、時間ＡＥＴが３秒に設定されている場合には、時間ＡＥＴが３秒のときの平均値Ｄ_ｈを格納している平均値格納領域６０３が選択される。
このように、補正部４８１は、積算値記憶部４８２において積算した測定値である密度値Ｄ_Ｓの数が所定値（例えば、１００個）以上になった場合には、その積算値から平均値Ｄ_ｈを計算し、その平均値Ｄ_ｈを平均値記憶部４８３に格納する。これにより、本実施形態において、平均値Ｄ_ｈの算出に必要な領域を「平均値格納領域６０１〜６３０」「積算用格納領域Ａ〜Ｅ」の計３５個分に抑えることができる。

次に、本発明の一実施形態に係る制御部４８の動作について、図８を用いて説明する。なお、本実施形態では、以下に示す一連の動作を、サンプリング周期ＴＤごとに繰り返す。

補正部４８１は、スラグ流が発生したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。例えば、補正部４８１は、スラグ検信号を取得した場合に、スラグ流が発生したと判定する。補正部４８１は、スラグ流が発生したと判定した場合には、ステップＳ１１０の処理に進む。

補正部４８１は、スラグ流が発生していないと判定した場合には、現在の時間が、期間ＡＰの時間ＡＳＴであるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。補正部４８１は、現在の時間が、期間ＡＰの時間ＡＳＴでない場合には、密度値Ｄｓが良好か否かを判定する（ステップＳ１０３）。補正部４８１は、現在の時間が、期間ＡＰの時間ＡＳＴである場合には、ステップＳ１１０の処理に進む。

ステップＳ１０３の処理がＹＥＳならば、補正部４８１は、密度値Ｄｓを積算し、その積算値を積算値記憶部４８２に格納する（ステップＳ１０４）。補正部４８１は、ステップＳ１０３の処理がＮＯならば、ステップＳ１０９の処理へ進む。
補正部４８１は、１００個の密度値Ｄｓを積算したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。補正部４８１は、１００個の密度値Ｄｓを積算したと判定した場合には、時間ｔにおいて平均値格納領域６０１〜６３０に格納されている各平均値Ｄ_ｈを時間ｔ＋１に対応する平均値格納領域６０１〜６３０に移動させる（ステップＳ１０６）。一方、補正部４８１は、１００個の密度値Ｄｓを積算したと判定しない場合には、ステップＳ１０９の処理を実行する。

そして、補正部４８１は、積算値記憶部４８２に格納されている、密度値Ｄｓの積算値から平均値Ｄ_ｈを算出し、平均値格納領域６０１に格納する（ステップＳ１０７）。具体的には、補正部４８１は、積算値記憶部４８２において積算した密度値Ｄｓの数が所定値（本実施形態では１００）以上になった場合には、その積算値から平均値Ｄ_ｈを計算し、平均値記憶部４８３の平均値格納領域６０１にその平均値Ｄ_ｈを格納する。

補正部４８１は、積算値記憶部４８２において、最も古い積算値を削除する（ステップＳ１０８）。補正部４８１は、密度演算部４７で演算された密度値Ｄｓを外部装置及び質量流量演算部４９に出力する（ステップＳ１０９）。

補正部４８１は、スラグ流が発生したと判定した場合には、設定された時間ＡＥＴに応じた平均値格納領域を、平均値格納領域６０１〜６３０の中から選択し、その選択した平均値格納領域に格納された平均値Ｄ_ｈを密度値Ｄｒとして外部装置及び質量流量演算部４９に出力する。

上述したように、本実施形態に係るフィールド機器１は、流体の状態量を測定値として測定するフィールド機器であって、スラグ流の発生を検出するスラグ流検出部４６と、スラグ流検出部４６によりスラグ流の発生が検出されている場合に、スラグ流が検出されたときを基準として所定の時間前から所定の期間内における少なくともいずれか一つの測定値に基づく値を、その測定値のホールド値として保持する。これにより、フィールド機器１は、スラグ流が発生した場合に、そのスラグ流検出の直前の密度値を用いることがない。これにより、フィールド機器１は、スラグ流が発生した場合に、より正確な測定値を取得することができる。

なお、本発明は、流体の状態量を測定値として測定するフィールド機器１と、そのフィールド機器１と無線又は有線で通信することで測定値を取得する制御装置（例えば、ＤＣＳやＡＭＳ，ＰＬＣ等）とを備えるフィールド機器管理システムであってもよい。この場合には、制御装置がフィールド機器１から測定値を取得し、スラグ流の検出（スラグ検出部の機能）や測定値の平均値の算出（制御部４８の機能）を行ってもよい。これにより、フィールド機器１がリソースやパフォーマンスの問題により、測定値のホールド値の保持が困難である場合であっても、制御装置がフィールド機器１から測定値を取得することで、測定値のホールド値の保持が可能となる。なお、本実施形態では、フィールド機器１をコリオリ流量計に適用する場合について説明したが、他にも、電磁流量計、渦流量計、差圧式流量計などにも適用できる。

上述した実施形態における信号処理部３をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１ フィールド機器
２ 検出部
３ 信号処理部
２１ 加振器
２２ 上流側センサ
２３ 下流側センサ
２４ 温度センサ
３１ クロック信号発振器
３２〜３４ トラックアンドホールド（Ｔ＆Ｈ）回路
３５〜３７ アナログ／デジタル変換器（Ａ/Ｄ変換器）
３８，３９ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
４０，４１ ヒルベルト変換器
４２ 位相演算部
４３ 平均化回路
４４ 周波数演算部
４５ 励振回路
４６ スラグ流検出部
４７ 密度演算部
４８ 制御部
４９ 質量流量演算部
４８１ 補正部
４８２ 積算値記憶部
４８３ 平均値記憶部

Claims (6)

1. 流体の密度値を測定値として測定するフィールド機器であって、
   スラグ流の発生を検出するスラグ流検出部と、
   前記スラグ流検出部により前記スラグ流の発生が検出された場合に、前記スラグ流が検出されたときを基準として所定の時間前から所定の期間内における少なくともいずれか一つの前記測定値に基づく値を、前記測定値のホールド値として保持する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記密度値に基づく平均値を算出する補正部を備えており、
   前記スラグ流の発生の検出が解除された後において、前記平均値の算出を開始する開始時間が設定可能であり、
   前記制御部は、前記スラグ流の発生が検出されてから前記開始時間まで、前記平均値を前記ホールド値として保持する
   ことを特徴とするフィールド機器。
2. 前記所定の期間が終了する時間は、前記補正部が前記平均値の算出が終了する時間であって、前記スラグ流が検出されたときを基準として、一定時間前の時間に設定されることを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
3. 前記密度値にはステータス情報が関連付けられており、
   前記補正部は、前記ステータス情報に基づいて前記密度値が良好か否かを判定し、前記良好と判定した前記密度値のみ前記平均値の算出に用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフィールド機器。
4. 前記制御部は、
   所定のサンプリング周期で測定された前記密度値の積算値を記憶する積算値記憶部と、
   前記平均値を記憶する平均値記憶部と、
   を備え、
   前記補正部は、前記積算値記憶部で記憶した前記積算値において積算された前記密度値の数が所定値以上になった場合には、前記積算値から前記平均値を計算し、前記平均値記憶部に前記平均値を格納することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のフィールド機器。
5. 前記平均値の算出に用いる前記密度値の数が設定可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のフィールド機器。
6. 流体の密度値を測定値として測定するフィールド機器と、前記フィールド機器と通信することで前記測定値を取得する制御装置とを備えるフィールド機器管理システムであって、
   前記制御装置は、
   スラグ流の発生を検出するスラグ流検出部と、
   前記スラグ流検出部により前記スラグ流の発生が検出された場合に、前記スラグ流が検出されたときを基準として所定の時間前から所定の期間内における少なくともいずれか一つの前記測定値に基づく値を、前記測定値のホールド値として保持する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記密度値に基づく平均値を算出する補正部を備えており、
   前記スラグ流の発生の検出が解除された後において、前記平均値の算出を開始する開始時間が設定可能であり、
   前記制御部は、前記スラグ流の発生が検出されてから前記開始時間まで、前記平均値を前記ホールド値として保持する
   ことを特徴とするフィールド機器管理システム。

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