JP2002328051A - 渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、低流量域において、位相変調が小
さいので、圧力脈動等のノイズが渦信号に与える影響度
が大きくなることを課題とする。 【解決手段】 渦流量計３５では、制御回路６２により
渦信号の周波数−振幅値が比例関係になっているか否か
を監視し、渦信号の周波数−振幅値を監視した結果か
ら、流れの異常を検出して渦信号の増幅するための増幅
器を第１アンプ回路５４または第２アンプ回路５６に切
り替える。そのため、高流量域を計測するのに適した渦
振幅値、あるいは低流量域を計測するのに適した渦振幅
値に切り替えて渦周波数−渦振幅値テーブルの規定値は
ずれを判別することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は渦流量計に係り、特
に渦発生体の下流に発生するカルマン渦を検出して被測
流体の流量を測定する渦流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、従来の渦流量計としては、被測
流体が流れる流路内に流れ方向と直交する方向に延在形
成された渦発生体を設け、渦発生体の下流には１組また
は２組の超音波センサからなる渦検出センサを設けて渦
発生体の下流に発生するカルマン渦を検出するように構
成されている。

【０００３】従来の超音波を用いた渦流量計は、例え
ば、図１０に示すように発振器１０からの駆動信号によ
り送信側の超音波センサ１２が振動して流量計本体１１
内を流れる被測流体中に超音波を伝搬させ、渦発生体１
４の下流に発生したカルマン渦１５から変調を受けた超
音波を受信側の超音波センサ１６で受信して、超音波セ
ンサ１６からの受信信号をアンプ１８で増幅し、さらに
波形整形回路２０で波形整形した後に位相比較器２２で
発振器１０からの駆動信号と位相差を比較することで交
番的な渦信号(渦の発生周波数)を得ていた。

【０００４】センサ駆動信号は、常に周期が一定であ
り、それに対して流体中を伝搬した超音波は交番的に発
生するカルマン渦１５から位相変調(ドップラー効果)を
受けるため、位相比較器２２で位相変調を受けていない
送信信号と被測流体を伝搬した受信信号との位相を比較
すると、カルマン渦１５の発生に合わせて位相差が変化
する。

【０００５】カルマン渦１５は、流速の増加に比例して
周波数が高くなり、超音波がカルマン渦１５により受け
る変調(渦信号振幅値)の大きさも流速に応じて大きくな
ることがわかっている。すなわち、カルマン渦１５の発
生周波数と超音波の位相変調量は比例関係にあり、渦が
安定した領域において、パルス化された渦信号は、ほぼ
デューティ５０％となる。この変化(カルマン渦の発生)
の周波数を測定することで流量を算出している。

【０００６】ここで、位相比較器２２から出力された位
相差信号(渦信号)は、図示しないフィルタを通過し、ア
ンブ２４で増幅され平滑回路２６と波形整形回路２８に
出力される。平滑回路２６は、渦信号を平滑して渦振幅
の大きさに比例した直流の渦信号振幅値として渦信号監
視を行う制御回路３０に入力される。この渦信号はカル
マン渦による変調を受けた超音波の位相差に依存する値
であり、図１１に示す最大流量値(最大周波数)のところ
で振幅値が最大となるように回路のゲインを調整する。

【０００７】波形整形回路２８は、正弦波的に入力され
る位相差信号(渦信号)をパルス化して渦パルス信号とし
て周波数を検出する制御回路３０ヘ出力する。制御回路
３０では、渦パルス信号から求められるカルマン渦周波
数と振幅値を、流量計本体１１の口径や流体種別に応じ
て設定される渦周波数−渦振幅値テーブル値と逐次比較
して、現在の値が規定範囲の時は、渦パルス信号を外部
へ出力し、規定範囲外の時は渦パルス信号の外部出力を
停止させ、アラーム等の警告を出す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように構成された従来の渦流量計では、位相比較器２２
から出力される渦信号増幅率が、渦振幅値をゼロ流量か
ら最大流量(渦周波数最大)までリニアに検出するための
回路電圧で決定される。制御回路３０では、平滑された
渦振幅値をＡ／Ｄ変換して監視しているが、Ａ／Ｄ変換
の分解能は制御回路３０により決定される。

【０００９】従って、低流量域では、流速が低いので、
カルマン渦１５による位相変調が小さい。よって、低流
量域においては、圧力脈動等のノイズが渦信号に与える
影響度は大きくなる。すなわち、低流量域において、位
相変調が小さいので、圧力脈動等のノイズと渦信号との
判別が難しくなり、流量誤計測の可能性が高いという問
題があった。

【００１０】さらに、すべての流量で渦周波数−振幅値
テーブルのグラフ傾きは、リニアとなるため、Ａ／Ｄ変
換の分解能には制限があり、特に流速が小さい低流領域
では、十分な分解能を確保することができない。また、
必要な分解能を得るには、回路の追加や高性能な制御回
路を便用する必要があり、大幅なコストアップを伴う。

【００１１】従って、従来は、カルマン渦１５から受け
る位相変調が小さい低流量域においては、分解能不足に
よりわずかな流量変化を電圧変化として監視することが
難しくなり、渦信号に重畳されるノイズ成分を判定する
ことも難しくなるという問題があった。

【００１２】そこで、本発明は、上記課題を解決した渦
流量計を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。

【００１４】上記請求項１記載の発明は、被測流体の最
大流量よりも低い流量において出力値が飽和する第１の
増幅器と、渦検出センサからの渦信号を増幅して出力す
ると共に、流路内を流れる被測流体の最大流量において
出力値が飽和する第２の増幅器とを有し、計測された周
波数が所定の周波数未満の場合に第１の増幅器からの渦
信号を流量信号に変換・出力し、計測された周波数が所
定の周波数以上の場合に第２の増幅器からの渦信号を流
量信号に変換・出力するものであり、高流量域を計測す
るのに適した第２の増幅器、あるいは低流量域を計測す
るのに適した第１の増幅器に切り替えることにより、低
流量域における流量の誤計測を低減することができる。
さらに、低流量域における検出信号が渦発生によるもの
か、圧力脈動によるノイズかを判別することができ、計
測精度を高めることができる。

【００１５】請求項２記載の発明は、被測流体の最大流
量よりも低い流量において出力値が飽和する増幅器を有
し、増幅器からの渦信号を流量信号に変換・出力し、且
つ、計測された渦信号の周波数−振幅値の関係が記憶手
段に記憶された所定の関係になっているか否かを監視
し、所定の関係になっていない場合には異常を検出する
振幅値監視手段と、デューティ計測手段により計測され
たデューティが所定のデューティになっているか否かを
監視し、所定のデューティになっていない場合には異常
を検出するデューティ監視手段とを有するものであり、
計測された周波数が所定の周波数以上になったか否かを
判定し、周波数計測手段により計測された周波数が所定
の周波数以上になったと判定した場合には、振幅値監視
手段による監視を中断することにより、制御部の負荷が
軽減されて演算処理を能率良く行えると共に、流量計測
の分解能を高めることができ、渦周波数−渦振幅値テー
ブルの規定値はずれを判別することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。

【００１７】図１は本発明になる渦流量計の第１実施例
の概略構成を示すブロック図である。図１に示されるよ
うに、渦流量計３５は、流量計本体４１の流路４１ａ内
にカルマン渦を発生させる渦発生体４４が設けられてい
る。また、流量計本体４１の流路４１ａ内壁には、渦発
生体４４の下流のカルマン渦発生領域に超音波を伝搬さ
せるように一対の超音波センサ（渦検出センサ）４２，
４６が対向して設けられている。

【００１８】送信側の超音波センサ４２には、発振器４
０が接続されており、発振器４０からの駆動信号を超音
波に変換して流路４１ａ内を流れる被測流体に伝搬させ
る。流体中を伝搬する超音波は、渦発生体４４の下流に
発生するカルマン渦４５からの変調を受けると、伝搬速
度が変化する。そして、カルマン渦４５により位相変調
された超音波は、受信側の超音波センサ４６に受信され
る。

【００１９】受信側の超音波センサ４６は、流体中を伝
搬した超音波を受信すると、電気信号に変換して受信信
号として出力する。また、超音波センサ４６は、アンプ
回路４８に接続されており、アンプ回路４８で増幅され
た受信信号は、波形整形回路５０に入力される。そし
て、波形整形回路５０で波形整形された受信信号は、位
相比較器５２に入力される。

【００２０】位相比較器５２には、発振器４０からの駆
動信号が発信信号として入力される。そして、位相比較
器５２は、受信側の超音波センサ４６から出力された受
信信号と、発振器４０から出力された発信信号としての
駆動信号とを比較して位相差を検出し、渦信号として出
力する。

【００２１】位相比較器５２から出力された渦信号は、
それぞれゲインの異なる第１アンプ回路５４と第２アン
ブ回路５６に入力される。一方、第１アンプ回路５４で
増幅された渦信号は、第1平滑回路５８と波形整形回路
６０に入力される。

【００２２】第1平滑回路５８では、渦信号を平滑して
渦振幅の大きさに比例した直流の渦信号振幅値Ｓ１とし
て、振幅監視を行う制御回路６２に出力する。また、波
形整形回路６０では、渦信号を渦パルスＰ１に変換し、
流量演算を行う制御回路６２に出力する。

【００２３】他方、第１アンプ回路５４に比べ高いゲイ
ンに設定された第２アンプ回路５６で埴幅された渦信号
は、第２平滑回路６４に入力される。第２平滑回路６４
では、第1平滑回路５８と同様に直流の渦振幅値Ｓ２を
制御回路６２に出力する。制御回路６２では、後述する
ように、流量演算と渦振幅値Ｓ１または渦振幅値Ｓ２か
ら渦信号の異常発生の有無の監視を行う。

【００２４】次に、上記のように構成された渦流量計３
５の計測動作について説明する。発振器４０で発生され
た超音波駆動信号は、送信側の超音波センサ４２で超音
波に変換され、流路４１ａ内を流れる被測流体に伝搬さ
せる。被測流体を伝搬した超音波は、カルマン渦４５が
生成されていない場合には音速により決まる伝搬時間分
の位相ずれを待って受信側の超音波センサ４６で受信さ
れ、電気信号に変換される。

【００２５】超音波センサ４６で電気信号に変換された
超音波受信信号(正弦波)は、アンブ回路４８で増幅され
た後に波形整形回路５０にて矩形波に変換される。この
矩形波は、位相比較回路５２で発振器４０で発生した超
音波駆動信号（送信信号）と位相比較される。

【００２６】ここで、カルマン渦が発生していない時の
計測動作について説明する。被測流体中を伝搬した超音
波は、当然ながらカルマン渦４５による位相変調を受け
ていないので受信側の超音波センサ４６に到達する。そ
のため、位相比較回路５２においては、超音波駆動信号
（送信信号）と超音波受信信号とを比較した位相差は一
定となり、ある値から変化しない。

【００２７】ところが、被測流体中にカルマン渦４５が
生成されると、被測流体を伝搬した超音波は、カルマン
渦４５の渦巻き方向によって加速または減速される。そ
の結果、交番的に発生するカルマン渦により超音波は、
位相変調を受け、この変調を位相比較することにより、
交番的に発生しているカルマン渦の生成を検出できる。

【００２８】このカルマン渦は、被測流体の流速に比例
して発生周波数が高くなる。また、被測流体中を伝搬す
る超音波は、流速の増加に比例してカルマン渦４５によ
り受ける位相変調量（渦信号振幅値）が大きくなるた
め、カルマン渦４５の発生周波数と超音波が受ける位相
変調量は、正比例関係にある。しかしながら、被測流体
の流れに乱れ(異常)が発生すると、この比例関係は崩れ
てしまう。

【００２９】そこで、制御回路６２では、渦パルスＰ１
から求められる渦周波数を横軸に設定し、第１平滑回路
５８と第２平滑回路６４から求められる渦振幅値Ｓ１、
Ｓ２を縦軸に設定した時の渦周波数−渦振幅値の関係を
求める。この第１実施例の渦周波数−渦振幅値の関係を
示すグラフは、図２に示すように表せる。

【００３０】ここで、第２アンプ回路５６のゲインと第
２平滑回路６４の回路定数は、脈動周波数等と流量計本
体４１の口径を考慮して低流量域と高流量域の切替点の
周波数ｆ１で渦振幅値Ｓ１が回路飽和電圧Ｖとなるよう
に回路調整される。

【００３１】第１アンプ回路５４のゲインと第１平滑回
路５８の回路定数は、最大流量時(渦周波数ｆmax)に渦
振幅値Ｓ２が回路飽和電圧Ｖ１となるように回路調整さ
れる。それぞれ調整された回路を通過した渦振幅値Ｓ
１、Ｓ２および渦パルスＰ１は制御回路６２に入力され
る。

【００３２】制御回路６２では、あらかじめ設定された
流量計本体４１の口径毎に異なる渦周波数−渦振幅値テ
ーブルをメモリ（図示せず）に記憶されており、渦信号
Ｓ１、Ｓ２および渦パルスＰそれぞれがテーブル値に対
してある設定された許容値範内にあるか否かを後述する
制御方法により判断する。この判定した結果に応じて制
御回路６２は、流量演算を行った流量信号パルスを図示
しない外部カウンタ、表示器等に出力または停止の制御
を行う。

【００３３】次に、制御回路６２で実施される監視制御
の制御処理について説明する。

【００３４】図３は制御回路６２で実施される渦パルス
立ち上がり処理のフローチャートである。図４は制御回
路６２で実施される渦周波数の監視処理のフローチャー
トである。本発明では渦信号の周波数ｆ,振幅値ｖによ
って監視処理を行う。そこで、まず渦パルスの周波数の
求め方について図３を参照して説明する。

【００３５】渦信号の周波数は、波形整形回路６０でパ
ルス化された渦パルスがある一定の時間の中に何個発生
するかを計測することで一定時間内（単位時間）の平均
周波数として求めている。

【００３６】渦パルスは、制御回路６２の入力ポートに
入力されており、パルスの立ち上がりに同期して図３の
渦パルス立ち止がり割り込みプログラムが起動し、パル
ス数カウンタをインクリメントして(Ｓ１１)、割り込み
プログラムを終了する。

【００３７】次に、渦信号監視処理について図４を参照
して説明する。なお、このプログラムは、例えば1秒間に
1度実行する定期的に実行される定周期プログラムとし
て起動する。

【００３８】この渦信号監視プログラムが起動すると、
まずパルス数カウンタを読み出してその値を計測周波数
ｆ０として制御回路６２の内部メモリに記憶し（Ｓ２
１）、次の1秒間の周波数を計測するためにパルス数カウ
ンタをゼロリセットする（Ｓ２２）。そして、計測周波
数ｆ０が低流量域と高流量域を決定する切り替え凋波数
ｆ１以下か、あるいは切り替え凋波数ｆ１より高いかを
確認する（Ｓ２３）。

【００３９】ｆ０≦ｆ１場合には、Ｓ２４に進み、現在
の渦信号振幅ｖ０を計測する。さらに、予めプログラム
内部に記憶されている低流量域(切り替え周波数ｆ１以
下)に適用する渦信号周波数ｆと渦信号振幅Ｓ２の関係
を示す近似式を用いて、計測周波数ｆ０の時の渦信号振
幅値の理論値ｖ１を算出し（Ｓ２５）、ｖ０とｖ１を比
較する。

【００４０】Ｓ２６において、ｖ０がｖ１の−ｎ％以下
であるならば、渦信号は異常であると判断し（Ｓ２
８）、Ｓ２６において、ｖ０がｖ１の−ｎ％より大きい
ならばＳ６７に進む。Ｓ２７でｖ０がｖ１の＋ｎ％以上
だったならば、渦信号は異常であると判断し（Ｓ２
８）、ｖ０がｖ１の＋ｎ％未満ならば渦信号は正常と判
断する（Ｓ２９）。

【００４１】また、上記Ｓ２３において、ｆ０＞ｆ１の
場合には、Ｓ３１に進み、現在の渦信号振幅ｖ０を計測
する。さらに、予めプログラム内部に記憶されている高
流量域(切り替え周波数ｆ１より高)に適用する渦信号周
波数ｆと渦信号振幅Ｓ１の関係を示す近似式を用いて計
測周波数ｆ０の時の渦信号振幅値の理論値ｖ２を算出し
（Ｓ３２）、ｖ０とｖ２を比較する。

【００４２】Ｓ３３において、ｖ０がｖ２の−ｎ％以下
であるならば、渦信号は異常であると判断し（Ｓ３
６）、ｖ０がｖ２の−ｎ％より大きいならばＳ３４に進
む。Ｓ３４でｖ０がｖ２の＋ｎ％以上だったならば、渦
信号は異常であると判断し（Ｓ３６）、ｖ０がｖ２の＋
ｎ％未満ならば渦信号は正常と判断する（Ｓ３５）。

【００４３】このように、第１実施例では、渦信号の周
波数−振幅値が比例関係になっているか否かを監視し、
渦信号の周波数−振幅値を監視した結果から、流れの異
常を検出して渦信号の周波数帯域により監視する渦振幅
値を切り替えるため、異なる渦振幅値を選択的に切り替
えることで、高流量域を計測するのに適した渦振幅値、
あるいは低流量域を計測するのに適した渦振幅値に切り
替えて渦周波数−渦振幅値テーブルの規定値はずれを防
止することができる。

【００４４】従って、上記第１実施例の渦流量計３５で
は、ノイズ(脈動・フローノイズ・電気など)が位相比較
器５２の出力信号(渦信号)上に重畳された場合、カルマ
ン渦による位相変調以外の情報を切り分けることが可能
となり、低流量域での誤計測を防止できる。さらに、流
量計測時にフローノイズ(特にガス用では大きい)が増加
した場合、渦パルス欠落や異常発振等が発生を検知でき
る。さらに、被測流体中に気泡が混入した場合でも、被
測流体の揺動による誤動作や超音波信号の乱れによる渦
信号パルス欠落等の発生を防止できる。

【００４５】次に、本発明の第２実施例について図５を
参照して説明する。図５は第２実施例の概略構成を示す
ブロック図である。

【００４６】図５に示されるように、第２実施例の渦流
量計６５は、上記第１実施例の構成に対して第２アンプ
回路５６、第２平滑回路６４を無くしたものである。

【００４７】第２実施例の渦流量計６５において、流量
計本体４１から位相比較器５２までの構成は、上記第１
実施例と同様の構成であるので、その説明は省略する。

【００４８】位相比較器５２から出力された渦信号は、
アンプ回路５４に入力される。アンプ回路５４で増幅さ
れた渦信号は、平滑回路５８と波形整形回路６０に入力
される。平滑回路５８では、渦信号を整流して直流の渦
振幅値Ｓ４として、振幅監視を行う制御回路６２に出力
する。

【００４９】波形整形回路６０において、渦信号は渦パ
ルスＰに変換され、渦パルスＰは流量演算を行う制御回
路６２に出力される。制御回路６２では、流量演算およ
び渦振幅値Ｓ４の直流信号と渦パルスＰ２に基づいて渦
信号監視を行う。

【００５０】第２実施例の渦流量計６５においては、被
測流体の流速が低く渦周波数が低いとき、カルマン渦が
未発達なために脈動の影響を受けやすい。そこで、低流
量域では、流量計本体４１の口径や液種によって決定さ
れるある値の渦信号周波数で渦信号振幅が最大値となる
(飽和する)ように回路を調整する。さらに、流速が所定
以上となる高流量域では、渦信号のデューティを監視す
る。渦パルスのデューティは、基本的に５０％である
が、高流量域で流れが乱れた場合にはデューティが変化
する。そこで、渦信号の周波数がある値以上ではデュー
ティの乱れを監視することにより渦信号に重畳されるノ
イズ成分に影響されずに流量計測することができる。

【００５１】ここで、上記のように構成された第２実施
例の計測動作について説明する。尚、上記第１実施例の
同様な処理の説明は省略する。

【００５２】制御回路６２は、渦パルスＰ２から求めら
れる渦周波数を横軸に設定し、平滑回路５８から求めら
れる直流の渦振幅値Ｓ４を縦軸に設定した時の渦周波数
−渦振幅値の関係を図６のグラフに示す。

【００５３】ここで、アンプ回路５４のゲインと平滑回
路５８の回路定数は、脈動周波数等と流量計本体４１の
口径を考慮して低流量域と高流量域を決定する切替周波
数f４で渦振幅値Ｓ４が回路飽和電圧Ｖ４となるように
回路調整される。それぞれ調整された回路を通過した渦
振幅値Ｓ４および渦パルスＰ２は、制御回路６２に入力
される。

【００５４】制御回路６２では、図６に示されるよう
に、低流量域であらかじめ設定された口径毎に異なる渦
周波数−渦振幅値テーブルがメモリに格納されており、
渦信号Ｓ４と渦パルスＰ４から算出される渦周波数がテ
ーブル値に対してある設定された許容値範囲にあるか否
かを後述する監視処理により判断する。

【００５５】また、制御回路６２は、高流量域で渦パル
スＰ２のデューティを監視して許容値範囲にあるか否か
を判断する。判定した結果に応じて制御回路６２は、流
量演算を行った流量信号パルスを図示しない外部カウン
タ、表示器等に出力または停止の制御を行う。

【００５６】次に、制御回路６２で実行される監視処理
について説明する。第２実施例では、渦信号の周波数
ｆ、振幅値ｖ、さらに渦信号をパルス化した渦パルスＰ
のデューティによって監視処理を行う。そこで、まず渦
パルスのディーティ比の求め方について図７乃至図９を
参照して説明する。

【００５７】ここで、デューティとは、1周期の時間の
中に占めるパルス幅の時間の割合（％）を示す。

【００５８】波形整形回路６０で波形整形された渦パル
スは、制御回路６２の入力ポートに入力されており、制
御回路６２は、渦パルスの立ち上がり、立ち下がりに同
期して各々図７乃至図９の割り込み処理を起動する。

【００５９】まず、渦パルスの立ち上がり信号が入力す
ると、図７に示す渦パルス立ち上がり割り込みプログラ
ムが起動し、まず流量フラグの有無によって1パルス目
かどうかを確認する（Ｓ４１）。

【００６０】Ｓ４１において、1パルス目の場合、つま
り流量フラグがリセット状態の場合には流量フラグをセ
ットして（Ｓ４２）、タイマカウンタをリセットスター
トし（Ｓ４６）、パルス数を記憶するパルス数カウンタ
をインクリメントして（Ｓ４７）割り込みプログラムを
終了する。

【００６１】また、上記Ｓ１で1パルス目ではない、つ
まり流量フラグがセットされている場合には、現在のタ
イマカウンタ値を読み出し（Ｓ４３）、その値を渦パル
スがローレベルだった時間ｔ２とする（Ｓ４４）。そし
て、デューティを計算してメモリ内部に格納し（Ｓ４
５）、パルス幅(渦パルスがハイレベルの時間)を計測す
るためにタイマカウンタをリセットスタートして（Ｓ４
６）、パルス数カウンタをインクリメントして（Ｓ４
７）割り込みプログラムを終了する。

【００６２】続いて、渦パルスの立ち下がり信号が入力
すると、図８に示すパルス立ち下がり割り込みプログラ
ムが起動し、その時点のタイマカウンタ値を読み出し
（Ｓ５１）、その値をパルス幅時間とし（Ｓ５２）、渦
パルスがローレベルの時間を計測するためにタイマカウ
ンタをリセットスタートして（Ｓ５３）、割り込みプロ
グラムを終了する。

【００６３】次に、制御回路６２が実行する渦信号監視
処理について図９を参照して説明する。なお、このプロ
グラムは、例えば1秒間に1度定期的に実行する定周期プ
ログラムとして起動する。

【００６４】渦信号監視プログラムが起動すると、まず
パルス数カウンタを読み出してその値を計測周波数ｆ０
として制御回路内部メモリに記憶し（Ｓ６１）、次の1
秒間の周波数を計測するためにパルス数カウンタをゼロ
リセットする（Ｓ６２）。そして,計測周波数ｆ０が監
視方法切り替え周波数ｆ１以下か、あるいは計測周波数
ｆ０が監視方法切り替え周波数ｆ１より高いかを確認す
る（Ｓ６３）。ｆ0≦ｆ1の場合にはＳ６４に進み、現在
の渦信号振幅ｖ０を計測する。さらに、予めプログラム
内部に記憶されている渦信号周波数ｆと渦信号振幅vの
関係を示す近似式を用いて、計測周波数ｆ0の時の渦信
号振幅値の理論値v1を算出し（Ｓ６５）、ｖ０とｖ１を
比較する。

【００６５】Ｓ６６において、ｖ０がｖ１の−ｎ％以下
であるならば、渦信号は異常であると判断し（Ｓ６
９）、ｖ０がｖ１の−ｎ％より大きいならばＳ６７に進
む。Ｓ６７でｖ０がｖ１の＋ｎ％以上であるならば、渦
信号は異常であると判断し（Ｓ６９）、ｖ０がｖ１の＋
ｎ％未満ならば、渦信号は正常と判断する（Ｓ６８）。

【００６６】また、上記Ｓ６６において、ｆ０＞ｆ１な
らば、前述のデューティを制御回路内部メモリから読み
出し、−ｍ％以下であるかを検査する（Ｓ７０）。この
Ｓ７０において、−ｍ％以下ならば渦信号は異常と判断
し（Ｓ２３）、−ｍ％より大きいならばＳ２１に進む。
Ｓ２１では、デューティが＋ｍ％以上であるかを検査
し、＋ｍ％以上ならば渦信号は、異常と判断し（Ｓ２
３）、＋ｍ％未満ならば正常と判断する（Ｓ２２）。

【００６７】このように、第２実施例の渦流量計６５で
は、渦信号の周波数−振幅値を監視した結果、あるいは
渦信号のデューティを監視した結果に応じて、流れの異
常を検出し、渦信号の周波数帯域に応じて、低流量域を
計測するときは渦信号の周波数−振幅値を選択し、所定
以上の流量域を計測するときは渦信号のデューティを監
視するように切り替えることにより渦周波数−渦振幅値
テーブルの規定値はずれを防止することができる。ま
た、流速が低く渦周波数が低いときは、カルマン渦が未
発達なために脈動の影響を受けやすいが、低流量域では
流量計本体４１の口径や液種によって決定されるある値
の渦信号周波数で渦信号振幅が最大値となる(飽和する)
ように回路を調整する。さらに、高流量域では、渦信号
のデューティを監視しており、渦パルスのデューティは
基本的に５０％であるが、高流量域で流れが乱れた場合
にはデューティが変化するので、渦信号の周波数がある
値以上ではデューティの変化を監視することにより渦周
波数−渦振幅値テーブルの規定値はずれを検出すること
ができる。

【００６８】尚、上記各実施例では、超音波センサを渦
検出センサとして用いた場合の構成を一例として挙げた
が、これに限らず、他の形式の渦検出センサ（例えば、
カルマン渦の発生に伴う圧力変動を検出するセンサ等）
を用いる構成としても良いのは勿論である。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、被測流体の最大流量よりも低い流量におい
て出力値が飽和する第１の増幅器と、渦検出センサから
の渦信号を増幅して出力すると共に、流路内を流れる被
測流体の最大流量において出力値が飽和する第２の増幅
器とを有し、計測された周波数が所定の周波数未満の場
合に第１の増幅器からの渦信号を流量信号に変換・出力
し、計測された周波数が所定の周波数以上の場合に第２
の増幅器からの渦信号を流量信号に変換・出力するた
め、高流量域を計測するのに適した第２の増幅器、ある
いは低流量域を計測するのに適した第１の増幅器に切り
替えることにより、低流量域における流量の誤計測を低
減することができる。そのため、ノイズ(脈動・フロー
ノイズ・電気など)が位相比較器の出力信号(渦信号)上
に重畳された場合、渦による位相変調以外の情報を判別
することが可能となり、ゼロ流量および感度流量付近で
の誤計測を防止できる。また、フローノイズ(特にガス
用では)が増加した場合、渦パルス欠落や異常発振等が
発生を検知できる。さらに、流体中に気泡が混入した場
合でも、流体の揺動による誤動作や超音波信号の乱れに
よる渦信号パルス欠落等の発生を、渦による位相変調と
の切り分けが可能となるので防止できる。さらに、低流
量域における検出信号が渦発生によるものか、圧力脈動
によるノイズかを判別することができ、計測精度を高め
ることができる。

【００７０】請求項２記載の発明によれば、被測流体の
最大流量よりも低い流量において出力値が飽和する増幅
器を有し、増幅器からの渦信号を流量信号に変換・出力
し、且つ、計測された渦信号の周波数−振幅値の関係が
記憶手段に記憶された所定の関係になっているか否かを
監視し、所定の関係になっていない場合には異常を検出
する振幅値監視手段と、デューティ計測手段により計測
されたデューティが所定のデューティになっているか否
かを監視し、所定のデューティになっていない場合には
異常を検出するデューティ監視手段とを有するため、計
測された周波数が所定の周波数以上になったか否かを判
定し、周波数計測手段により計測された周波数が所定の
周波数以上になったと判定した場合には、振幅値監視手
段による監視を中断することにより、制御部の負荷が軽
減されて演算処理を能率良く行えると共に、流量計測の
分解能を高めることができ、渦周波数−渦振幅値テーブ
ルの規定値はずれを判別することができる。そのため、
上記請求項１と同様な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる渦流量計の第１実施例の概略構成
を示すブロック図である。

【図２】第１実施例の渦周波数−渦振幅値の関係を示す
グラフである。

【図３】制御回路６２で実施される渦パルス立ち上がり
処理のフローチャートである。

【図４】制御回路６２で実施される渦周波数の監視処理
のフローチャートである。

【図５】第２実施例の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図６】第２実施例の渦周波数−渦振幅値の関係を示す
グラフである。

【図７】第２実施例の渦パルス立ち上がり割り込み処理
のフローチャートである。

【図８】第２実施例の渦パルス立ち下がり割り込み処理
のフローチャートである。

【図９】第２実施例の渦信号をパルス化した渦パルスＰ
のデューティによって監視処理を行うためのフローチャ
ートである。

【図１０】従来の渦流量計の概略構成を示すブロック図
である。

【図１１】従来の渦周波数−渦振幅値の関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

３５，６５ 渦流量計 ４０ 発振器 ４１ 流量計本体 ４４ 渦発生体 ４２，４６ 超音波センサ ４５ カルマン渦 ４８ アンプ回路 ５０ 波形整形回路 ５２ 位相比較器 ５４ 第１アンプ回路 ５６ 第２アンブ回路 ６０ 波形整形回路 ６２ 制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大菊 誠 神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３ 号 トキコ株式会社内 (72)発明者 稲田 豊 静岡県掛川市淡陽13 トキコ株式会社静岡 工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測流体が流れる流路が形成された流量
   計本体と、 前記流路内に流れ方向と直交するように設けられた渦発
   生体と、 前記渦発生体の下流に発生するカルマン渦を検出する渦
   検出センサと、 前記渦検出センサからの渦信号を増幅して出力すると共
   に、前記流路内を流れる被測流体の最大流量よりも低い
   流量において出力値が飽和する第１の増幅器と、 前記渦検出センサからの渦信号を増幅して出力すると共
   に、前記流路内を流れる被測流体の最大流量において出
   力値が飽和する第２の増幅器と、 前記渦信号の周波数を計測する周波数計測手段と、 前記渦信号の振幅値を計測する振幅値計測手段と、 前記渦信号の周波数と振幅値との関係を予め記憶する記
   憶手段と、 前記周波数計測手段及び前記振幅値計測手段により計測
   された渦信号の周波数−振幅値の関係が前記記憶手段に
   記憶された所定の関係になっているか否かを監視する監
   視手段と、 前記周波数計測手段により計測された周波数が所定の周
   波数未満の場合に前記第１の増幅器からの渦信号を流量
   信号に変換・出力し、前記周波数計測手段により計測さ
   れた周波数が所定の周波数以上の場合に前記第２の増幅
   器からの渦信号を流量信号に変換・出力する制御部と、 を備えてなることを特徴とする渦流量計。
2. 【請求項２】 被測流体が流れる流路が形成された流量
   計本体と、 前記流路内に流れ方向と直交するように設けられた渦発
   生体と、 前記渦発生体の下流に発生するカルマン渦を検出する渦
   検出センサと、 前記渦検出センサからの渦信号を増幅して出力すると共
   に、前記流路内を流れる被測流体の最大流量よりも低い
   流量において出力値が飽和する増幅器と、 前記増幅器からの渦信号を流量信号に変換・出力する制
   御部と、 前記渦信号の周波数を計測する周波数計測手段と、 前記渦信号の振幅値を計測する振幅値計測手段と、 前記渦信号の周波数と振幅値との関係を予め記憶する記
   憶手段と、 前記渦信号のデューティを計測するデューティ計測手段
   と、 前記周波数計測手段及び前記振幅値計測手段により計測
   された渦信号の周波数−振幅値の関係が前記記憶手段に
   記憶された所定の関係になっているか否かを監視し、所
   定の関係になっていない場合には異常を検出する振幅値
   監視手段と、 前記デューティ計測手段により計測されたデューティが
   所定のデューティになっているか否かを監視し、所定の
   デューティになっていない場合には異常を検出するデュ
   ーティ監視手段と、 前記周波数計測手段により計測された周波数が所定の周
   波数以上になったか否かを判定し、前記周波数計測手段
   により計測された周波数が所定の周波数以上になったと
   判定した場合には、前記振幅値監視手段による監視を中
   断する判定手段と、 を備えてなることを特徴とする渦流量計。