CN101925937A - 差压变送器 - Google Patents
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Abstract
在阻尼时间常数Dτ被变更为Dτ＝0时，采样周期Ts从100ms自动变更成50ms。另外，采样时间ts从60ms自动变更成30ms。由此，若阻尼时间常数Dτ被变更为Dτ＝0，则处理装置(3)按每个采样周期Ts＝50ms，在采样时间ts＝30ms内，对与差压传感器(1)检测出的流体的压力差相应的电信号进行采样，对该采样得到的电信号实施线性化运算、开方运算等各种各样的运算处理以求出差压的检测值ΔP。在该运算处理中，处理装置(3)不执行阻尼运算。
Description
技术领域
本发明涉及一种差压变送器，对与差压传感器检测出的流体的压力差相应的电信号，实施至少包含1阶延迟运算的运算处理，来求出差压的检测值。
背景技术
以往，作为对流体的压力差进行检测并传送的装置，使用差压变送器(例如，参照文献1(日本特开平2-88921号公报))。该差压变送器具备差压传感器、A/D变换器、处理装置和D/A变换器，在差压传感器的传感器部内部设置有作为压力变形体的测定薄膜，在该测定薄膜的两面设置有压力室A和压力室B。
在该差压变送器中，借助于非压缩性流体(硅油等)向压力室A中导入流体压力Pa，另一方面，借助于非压缩性流体(硅油等)向压力室B中导入流体压力Pb。由此，测定薄膜与差压|Pa-Pb|相应向流体压力较低的压力室一侧弯曲，利用应变测量仪检测出该测定薄膜的弯曲程度，进而利用变换器产生与差压相应的电信号(模拟值)，将该产生的电信号向A/D变换器变送，变换为数字值。
处理装置，按规定的每个采样周期Ts，在规定的采样时间t s内，对由A/D变换器变换成数字值的电信号进行采样，对该采样得到的电信号实施线性化运算、开方运算、一阶延迟运算等各种各样的运算处理，求出差压的检测值ΔP，并将该求出的差压的检测值ΔP经由D/A变换器输出。
此外，在上述中，一阶延迟运算又被称为阻尼(dumping)运算，为了抑制输出的波动而被执行。在进行阻尼运算时，使用了阻尼时间常数Dτ。将阻尼时间常数Dτ设为能够进行设定变更，越使阻尼时间常数Dτ增大则越能够得到稳定的输出。但是，若进行阻尼运算则运算处理的速度变慢。
另外，在上述中，对于采样周期Ts，考虑将线性化运算、开方运算、阻尼运算等各种各样的运算处理全部进行的情况下所花费的最大运算时间tmax，较长地设定为采样时间ts+最大运算时间tmax以上的固定值。另外，为了从A/D变换器稳定地得到采样值，加长采样时间ts是有效的，所以重视稳定性而较长(固定值)地设定采样时间ts。
在图10中表示了采样周期Ts、采样时间ts和最大运算时间tmax的关系。按每个采样周期Ts在经过采样时间ts+最大运算时间tmax以上之后得到差压的检测值ΔP。
在上述的差压变送器中，存在着若采样周期Ts和采样时间t s较长则响应性变差的缺点，测定值的稳定性和响应性存在着排斥的关系。在现实中，在使用了差压变送器的应用中，对测定值的稳定性和响应性的要求是各种各样的，既有重视稳定性的情况，也有重视响应性的情况。
于是，当在重视响应性的应用中使用差压变送器的情况下，将阻尼运算中使用的阻尼时间常数Dτ设定为较小，从而快速完成阻尼运算以实现高速化。但是，在以往，因为将采样周期Ts和采样时间ts较长地设定为固定值，所以即使要求高速响应性也无法彻底地改善。因此，存在不能与燃气涡轮发电的燃料控制等要求高速响应性的应用相对应的问题。
发明内容
本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种差压变送器，能够满足高速响应性的要求。
为了实现这样的目的，本发明的差压变送器具备：差压传感器，检测流体的压力差；采样单元，按规定的每个采样周期，在规定的采样时间内，对与该差压传感器检测出的流体的压力差相应的电信号进行采样；和差压检测值运算单元，对由该采样单元采样得到的电信号实施至少包含1阶延迟运算的运算处理，来求出差压的检测值，在该差压变送器中，设置有采样条件自动变更单元，该采样条件自动变更单元将采样周期和采样时间中的至少一方设为采样条件，基于决定上述运算处理的速度的参数，在上述运算处理的速度变快的情况下以变短的方式自动地变更采样条件。
根据本发明，若使决定求差压的检测值时的运算处理速度的参数向运算处理速度变快的方向变更了，则采样周期和采样时间中的至少一方以变短的方式自动地被变更。
例如，将决定求差压的检测值时的运算处理速度的参数设定为阻尼时间常数Dτ，将用于判断向变快的方向变更了运算处理速度的情况的阈值设定为Dτ＝0，在阻尼时间常数Dτ被变更为Dτ＝0的情况下，使采样周期Ts自动地从100ms变更成50ms，使采样时间ts自动地从60ms变更成30ms。
根据本发明，将采样周期和采样时间中的至少一方设为采样条件，基于决定运算处理速度的参数，在运算处理速度变快的情况下以变短的方式自动地变更采样条件，所以，例如在重视响应性而使阻尼时间常数减小的情况下，能够通过使采样周期和采样时间中的至少一方自动地变短，来满足高速响应性的要求。
附图说明
图1是表示本发明涉及的差压变送器的一实施例的主要部分的方框图。
图2是表示按照该差压变送器的处理装置所具备的采样条件自动变更功能的处理动作的一例(实施例1)的流程图。
图3是表示按照该差压变送器的处理装置所具备的采样条件自动变更功能的处理动作的另外的例(实施例2)的流程图。
图4是表示按照该差压变送器的处理装置所具备的采样条件自动变更功能的处理动作的另外的例(实施例3)的流程图。
图5是用于说明实施例1中的标准模式时以及高速模式时的采样动作的时序图。
图6是用于说明实施例2中的标准模式时以及高速模式时的采样动作的时序图。
图7是用于说明实施例3中的标准模式时以及高速模式时的采样动作的时序图。
图8是表示设置有将在处理装置中使用的阻尼时间常数和采样条件(采样周期、采样时间)作为设定条件进行显示的显示部的例子的图。
图9是差压变送器中的处理装置内部的功能框图。
图10是用于说明以往的差压变送器中的采样动作的时序图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明进行详细的说明。图1是表示本发明涉及的差压变送器的一实施例的主要部分的框图。在同一图中，1是差压传感器，2是A/D变换器，3是处理装置(MPU)，4是D/A变换器，5是能够根据用户的操作对在处理装置3中使用的阻尼时间常数Dτ的设定进行变更的阻尼时间常数设定变更部(阻尼时间常数设定变更单元)。
在该差压变送器100中，差压传感器1检测流体的压力差，并将与该压力差相应的电信号(模拟值)向A/D变换器2变送。A/D变换器2接受电源电压Vcc的供电而处于常态动作状态，并将与来自差压传感器1的压力差相应的电信号变换成数字值。
处理装置3通过由处理器和存储装置构成的硬件和与这些硬件协同动作而实现作为处理装置的各种功能的程序来实现，作为本实施例特有的功能，具备采样条件自动变更功能。下面，根据图2、图3、图4中所示的流程图，对处理装置3所具备的采样条件自动变更功能的具体例进行说明。
[实施例1：自动变更采样周期的例子]
处理装置3定期对当前已设定的阻尼时间常数Dτ进行校验(图2：步骤S101)。这里，若阻尼时间常数Dτ是Dτ≠0(步骤S101的否)，则将采样模式设为标准模式(步骤S102)，将采样周期Ts设为Ts＝100ms(步骤S103)。
与此相对，若阻尼时间常数Dτ为Dτ＝0(步骤S101的是)，则将采样模式设为高速模式(步骤S104)，将采样周期Ts设为Ts＝50ms(步骤S105)。
此外，在该实施例1中，设采样时间ts与阻尼时间常数Dτ无关，而始终被设定为固定值(例如，ts＝30ms)。也就是说，设为，即使变更了阻尼时间常数Dτ，采样时间ts也维持ts＝30ms。
[标准模式]
处理装置3，在阻尼时间常数Dτ为Dτ≠0且被设定为标准模式的情况下，按每个采样周期Ts＝100ms，在采样时间ts＝30ms内，对由A/D变换器2变换成数字值的电信号进行采样，对该采样得到的电信号实施线性化运算、开方运算等各种各样的运算处理以求出差压的检测值ΔP，并经由D/A变换器4将该求出的差压的检测值ΔP输出(参照图5的(a))。在该运算处理中，处理装置3使用阻尼时间常数Dτ，执行阻尼运算。
[高速模式]
在阻尼时间常数Dτ通过来自阻尼时间常数设定变更部5的用户的操作被变更为Dτ＝0的情况下，处理装置3将采样模式从标准模式转移到高速模式。在这种情况下，处理装置3，按每个采样周期Ts＝50ms，在采样时间ts＝30ms内，对由A/D变换器2变换成数字值的电信号进行采样，对该采样得到的电信号实施线性化运算、开方运算等各种各样的运算处理以求出差压的检测值ΔP，并经由D/A变换器4将该求出的差压的检测值ΔP输出(参照图5的(b))。在该运算处理中，处理装置3不执行阻尼运算。
图5的(c)表示在阻尼时间常数Dτ被变更为Dτ＝0的情况下，将采样周期Ts维持Ts＝100ms不变，只是不执行阻尼运算的情况下的时序图。
比较图5的(b)和图5的(c)的时序图可知，若将采样周期Ts从100ms变更成50ms(图5的(b))，则能够以较短的周期得到差压的检测值ΔP，从而能够满足高速响应性的要求。
[实施例2：自动变更采样时间的例子]
处理装置3定期地校验当前已设定的阻尼时间常数Dτ(图3：步骤S201)。这里，若阻尼时间常数Dτ为Dτ≠0(步骤S201的否)，则将采样模式设为标准模式(步骤S202)，并将采样时间ts设为ts＝60ms(步骤S203)。
与此相对，若阻尼时间常数Dτ为Dτ＝0(步骤S201的是)，则将采样模式设为高速模式(步骤S204)，并将采样时间ts设为ts＝30ms(步骤S205)。
此外，在该实施例2中，设采样周期Ts与阻尼时间常数Dτ无关而始终被设定为固定值(例如，Ts＝100ms)。也就是说，设为，即使变更了阻尼时间常数Dτ，采样周期Ts也维持Ts＝100ms。
[标准模式]
处理装置3，在阻尼时间常数Dτ为Dτ≠0且被设定为标准模式的情况下，按每个采样周期Ts＝100ms，在采样时间ts＝60ms内，对由A/D变换器2变换成数字值的电信号进行采样，对该采样得到的电信号实施线性化运算、开方运算等各种各样的运算处理以求出差压的检测值ΔP，并经由D/A变换器4将该求出的差压的检测值ΔP输出(参照图6的(a))。在该运算处理中，处理装置3使用阻尼时间常数Dτ执行阻尼运算。
[高速模式]
在阻尼时间常数Dτ通过来自阻尼时间常数设定变更部5的用户的操作被变更为Dτ＝0的情况下，处理装置3将采样模式从标准模式转移到高速模式。在这种情况下，处理装置3，按每个采样周期Ts＝100ms，在采样时间ts＝30ms内，对由A/D变换器2变换成数字值的电信号进行采样，对该采样得到的电信号实施线性化运算、开方运算等各种各样的运算处理以求出差压的检测值ΔP，并经由D/A变换器4将该求出的差压的检测值ΔP输出(参照图6的(b))。在该运算处理中，处理装置3不执行阻尼运算。
图6的(c)表示在阻尼时间常数Dτ被变更为Dτ＝0的情况下，将采样时间ts维持ts＝60ms不变，只是不执行阻尼运算的情况下的时序图。
比较图6的(b)和图6的(c)的时序图可知，若将采样时间ts从60ms变更为30ms(图6的(b))，则能够在采样周期Ts开始后，在较短的时间内得到差压的检测值ΔP，从而能够满足高速响应性的要求。
[实施例3：自动变更采样周期以及采样时间的例子]
处理装置3定期地校验当前已设定的阻尼时间常数Dτ(图4：步骤S301)。这里，若阻尼时间常数Dτ为Dτ≠0(步骤S301的否)，则将采样模式设为标准模式(步骤S302)，将采样周期Ts设为Ts＝100ms(步骤S303)，将采样时间ts设为ts＝60ms(步骤S304)。
与此相对，若阻尼时间常数Dτ为Dτ＝0(步骤S 301的是)，则将采样模式设为高速模式(步骤S305)，将采样周期Ts设为Ts＝50ms(步骤S 306)，将采样时间ts设为ts＝30ms(步骤S307)。
[标准模式]
处理装置3，在阻尼时间常数Dτ为Dτ≠0且被设定为标准模式的情况下，按每个采样周期Ts＝100ms，在采样时间ts＝60ms内，对由A/D变换器2变换成数字值的电信号进行采样，对该采样得到的电信号实施线性化运算、开方运算等各种各样的运算处理以求出差压的检测值ΔP，并经由D/A变换器4将该求出的差压的检测值ΔP输出(参照图7的(a))。在该运算处理中，处理装置3使用阻尼时间常数Dτ执行阻尼运算。
[高速模式]
在阻尼时间常数Dτ通过来自阻尼时间常数设定变更部5的用户的操作被变更为Dτ＝0的情况下，处理装置3将采样模式从标准模式转移到高速模式。在这种情况下，处理装置3，按每个采样周期Ts＝50ms，在采样时间ts＝30ms内，对由A/D变换器2变换成数字值的电信号进行采样，对该采样得到的电信号实施线性化运算、开方运算等各种各样的运算处理以求出差压的检测值ΔP，并经由D/A变换器4将该求出的差压的检测值ΔP输出(参照图7的(b))。在该运算处理中，处理装置3不执行阻尼运算。
图7的(c)表示在阻尼时间常数Dτ被变更为Dτ＝0的情况下，将采样周期Ts维持Ts＝100ms不变，将采样时间ts维持ts＝60ms不变，只是不执行阻尼运算的情况下的时序图。
比较图7的(b)和图7的(c)的时序图可知，若将采样周期Ts从100ms变更成50ms，将采样时间ts从60ms变更成30ms(图7的(b))，则能够以较短的周期得到差压的检测值ΔP，另外，在采样周期Ts开始后，能够在较短的时间内得到差压的检测值ΔP，从而能够满足高速响应性的要求。
在该实施例3中，因为采样时间t s和采样周期Ts都变短，求出差压的检测值ΔP的时机提前，所以与标准模式相比，能够进一步实现高速化。
另外，如上述的实施例1～3那样，通过基于阻尼时间常数Dτ自动地变更采样周期Ts和采样时间ts，从而用户不用有意考虑采样周期和采样时间而能够实现高速响应性。另外，因为能够利用1台差压变送器对应各种各样的应用，所以也能够非常有助于降低顾客的预备件数量。
此外，在上述的实施例1～3中，构成为，在阻尼时间常数Dτ被设定为Dτ＝0的情况下设定为高速模式，将采样周期Ts从100ms自动地变更为50ms，或者将采样时间ts从60ms自动地变更为30ms，但是并没有将用于判断向高速模式变更的阈值限制在Dτ＝0。例如也可以构成为：将Dτ＝1s设定为阈值，在Dτ≤1s时使用阻尼时间常数Dτ进行阻尼运算，另一方面将采样周期Ts从100ms自动地变更成50ms，或者将采样时间从60ms自动地变更成30ms，从而满足高速响应性的要求。
另外，在上述的实施例1～3中，构成为将标准模式下的采样周期Ts设为100ms，将高速模式下的采样周期Ts设为50ms，或者将标准模式下的采样时间设为ts＝60ms，将高速模式下的采样时间ts设为30ms，但是标准模式和高速模式下的采样周期Ts和采样时间ts当然不限定于这些值。
另外，在上述的实施例1～3中，也可以构成为，按照阻尼时间常数D τ分成几个区域来变更采样周期Ts和采样时间ts，增加采样模式。例如，也能够构成为：准备(1)高速模式(对应特别重视差压变送器的响应性的应用)、(2)标准模式(对应保证某种程度的响应性同时希望除去外来噪声(例如商用噪声)的应用)、(3)高稳定模式(低速模式：对应重视差压变送器的输出的稳定性，并且除了抑制了标准模式的外来噪声以外还抑制了过程输入的波动的应用)这样的3种模式，将Dτ＝0的情况称为高速模式(采样周期Ts＝50ms、采样时间ts＝30ms)、将Dτ≤1s的情况称为标准模式(采样周期Ts＝100ms、采样时间ts＝60ms)、将Dτ＞1s的情况称为高稳定模式(采样周期Ts＝200ms、采样时间ts＝120ms)，如此，能够根据阻尼时间常数Dτ的值来切换模式。
另外，虽然电路变得复杂，但是，如果追加根据阻尼时间常数Dτ的值切换向A/D变换器2输入电信号时的A/D滤波器常数(电阻、电容)和从D/A变换器4输出电信号时的D/A滤波器常数(电阻、电容)的功能，则能够进一步实现高速化和稳定化。例如，在Dτ＝0时，设定采样周期Ts＝50ms、采样时间ts＝30ms，使A/D滤波器常数以及D/A滤波器常数减小。在Dτ＞1s时，设定采样周期Ts＝100ms、采样时间ts＝60ms，使A/D滤波器常数以及D/A滤波器常数增大。通过追加这样的功能，能够进一步实现高速化和稳定化。
另外，在上述的实施例1～3中，也可以构成为，如图8所示那样设置显示部6(设定条件显示单元)，将处理装置3中使用的阻尼时间常数Dτ和采样条件(采样周期Ts、采样时间ts)作为设定条件而显示于显示部6。由此，可以了解当前的设定条件，另外，也成为对阻尼时间常数Dτ和采样条件进行设定变更时的参考。
另外，在上述的实施例1～3中，构成为，将决定求差压的检测值时的运算处理速度的参数设为阻尼时间常数Dτ，并基于该阻尼时间常数Dτ自动地变更采样周期Ts和采样时间ts，但是，决定求差压的检测值时的运算处理速度的参数不限定于阻尼时间常数Dτ。例如，也可以构成为，将在求差压的检测值时的运算处理中使用的修正运算的多项式的阶数设为参数，并基于该多项式的阶数自动地变更采样周期Ts和采样时间ts。
图9是表示上述的差压变送器100的处理装置3内部的功能框图。在差压变送器1中，处理装置3具备采样部(采样单元)3A、差压检测值运算部(差压检测值运算单元)3B和采样条件自动变更部(采样条件自动变更单元)3C。按每个采样周期Ts，在采样时间ts内，采样部3A对与差压传感器1检测出的流体的压力差相应的电信号进行采样。差压检测值运算部3B对由采样单元3A采样的电信号实施至少包含阻尼运算的运算处理来求出差压的检测值ΔP。采样条件自动变更部3C基于当前设定的阻尼时间常数Dτ，在阻尼时间常数Dτ被设定为Dτ＝0的情况下，将采样部3A中的采样周期Ts和采样时间ts以变短的方式自动地变更。
本发明的差压变送器，作为对流体的压力差进行检测并传送的装置，能够在燃气涡轮发电的燃料控制等各种各样的领域中进行利用。
Claims (3)
1.一种差压变送器，其特征在于，具备：
差压传感器，检测流体的压力差；
采样单元，按规定的每个采样周期，在规定的采样时间内，对与该差压传感器检测出的流体的压力差相应的电信号进行采样；
差压检测值运算单元，对由该采样单元采样得到的电信号实施至少包含1阶延迟运算的运算处理，来求出差压的检测值；和
采样条件自动变更单元，将上述采样周期和上述采样时间中的至少一方设为采样条件，基于决定上述运算处理速度的参数，在上述运算处理的速度变快的情况下以变短的方式自动地变更上述采样条件。
2.根据权利要求1所记载的差压变送器，其特征在于，
将决定上述运算处理速度的参数设定为进行上述1阶延迟运算时所使用的阻尼时间常数，
具备能够对上述阻尼时间常数进行设定变更的阻尼时间常数设定变更单元。
3.根据权利要求2所记载的差压变送器，其特征在于，
具备将上述阻尼时间常数和上述采样条件中的至少一方作为设定条件进行显示的设定条件显示单元。
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