JP2003207379A - 誤出力防止装置及び該装置を備えた渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 計測可能な流量範囲に影響を与えずノイズに
よる誤出力を防止する、渦流量計における誤出力防止装
置を提供する。 【解決手段】 流管１１内の渦発生体１２から発生する
カルマン渦を渦信号検出センサ１３で検出し、濾波・整
形してトリガ回路１６に入力させる。トリガ回路１６
は、入力されたカルマン渦信号が固定トリガレベルを越
えたときに渦発生周期計測用パルスを出力する固定トリ
ガ２１と、このパルスから渦の発生周期を計測する周期
計測回路２３と、入力されたカルマン渦信号が可変トリ
ガレベルを越えたときに流量又は流速演算用のパルスを
出力する可変トリガ２２と、周期計測回路２３で計測さ
れた渦発生周期に従って、可変トリガ２２のトリガレベ
ルを変更するよう制御するトリガレベル制御回路２４と
を備える。流量又は流速演算用パルスを流量計測信号と
して、流量演算回路１７における被測定流体の流量又は
流速の演算に使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、渦流量計における
誤出力防止装置及び該装置を備えた渦流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、渦流量計は検出センサからの
カルマン渦信号をトリガ回路でトリガして流量信号パル
スを得ている。しかしながら、圧縮性流体の流量計測機
構においては、流量計の下流側又は上流側に設けた締切
弁を閉じて流れを停止する場合にも、気体の如き圧縮性
流体によって閉じられた管路内で流体が圧縮・膨張して
流体に移動が生じてしまい、流量検出部が流体の移動を
検知して、その流量検出部に接続した信号発信部が信号
を発信し、あたかも流量を計測した状態になるという不
都合がある。この流体脈動によるノイズ信号以外には、
流体の圧縮性に拘らず、流量停止時等において、配管の
振動，電気的ノイズ等のノイズ信号が大きく、そのノイ
ズ信号がトリガレベルも越えた場合でも流量信号として
パルス化され、正常な計測が阻害される場合がある。こ
のとき、渦流量計用の警報装置を設置していた場合に
は、警報が鳴ってしまうこととなる。

【０００３】これらの不都合は、渦流量計の如く流量範
囲が広く、流体の流速によって流量を積算検出する流量
計に顕著に見受けられる。このような現象は、締切弁を
開いて連続的に流体を流し、その流量を計測していると
きには問題ないが、一日の大半締切弁を閉じているよう
な場合は特に問題となる。実際に、締切弁は一日の大半
が閉じられていることが多いので、不都合の度合いが増
す。トリガレベルを拡大することにより、これらのノイ
ズのトリガをある程度抑制することは可能であるが、ト
リガレベルの拡大により計測できる流量範囲も抑制され
てしまう弊害がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のごと
き実状に鑑みてなされたものであり、計測可能な流量範
囲に影響を与えることなくノイズによる誤出力を防止す
ることが可能な、渦流量計における誤出力防止装置及び
該装置を備えた渦流量計を提供することをその目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の技術手段は、被測
定流体が流通する流管内に流れに対向して設けられた渦
発生体で発生する渦を渦信号検出センサで検出し、該渦
信号検出センサで検出された信号（パルス）を計測する
ことにより被測定流体の流量又は流速を測定する渦流量
計における誤出力防止装置において、前記渦信号検出セ
ンサから出力された信号が固定されたトリガレベルを越
えたときにパルスを出力する固定トリガ回路と、前記渦
信号検出センサから出力された信号が可変トリガレベル
を越えたときにパルスを出力する可変トリガ回路と、前
記固定トリガ回路から出力されたパルスから、前記渦信
号検出センサから出力された信号の周期又は周波数を計
測する周期計測回路と、該周期計測回路で計測された周
期又は周波数に従って前記可変トリガ回路の可変トリガ
レベルを変更するよう制御するトリガレベル制御回路と
を有し、前記可変トリガ回路から出力されたパルスから
被測定流体の流量又は流速を求めることを特徴としたも
のである。

【０００６】第２の技術手段は、第１の技術手段におい
て、前記固定トリガ回路の固定トリガレベルは、計測す
る最小流量の時のカルマン渦信号が十分トリガできる大
きさに設定可能とすることを特徴としたものである。

【０００７】第３の技術手段は、第１又は第２の技術手
段において、前記トリガレベル制御回路は、前記周期計
測回路で計測された周期の長さとは逆の傾向で又は周波
数の大きさと同じ傾向で、前記可変トリガ回路のトリガ
レベルの大きさを制御することを特徴としたものであ
る。

【０００８】第４の技術手段は、第１乃至第３のいずれ
か１の技術手段において、前記可変トリガ回路は、複数
の異なるトリガレベルをもつ複数のトリガ回路からな
り、前記トリガレベル制御回路は、前記周期計測回路で
計測された周期又は周波数に基づいて、前記複数のトリ
ガ回路の出力パルス及び前記固定トリガ回路の出力パル
スから、使用するパルスを選択する選択回路を有するこ
とを特徴としたものである。

【０００９】第５の技術手段は、渦流量計において、第
１乃至第４のいずれか１の技術手段における誤出力防止
装置を備えたことを特徴としたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係
る渦流量計の構成例を示すブロック図である。本発明
は、渦流量計における振動，流体脈動，電気的ノイズ等
による誤発信を防止する誤出力防止装置であり、この誤
出力防止装置は、カルマン渦による渦信号検出センサか
らの出力のレベルが流速の増加に伴い大きくなるという
特性を利用して、流速増加（カルマン渦の周波数の増
加）に応じてトリガレベルを制御することにより、流量
停止時等の外乱ノイズによる誤出力を防止する機能を有
する。すなわち、停止時に、カルマン渦と同等の周波数
の外乱ノイズ信号が入った場合でもそのレベルが、本来
のカルマン渦の想定される信号レベルより低ければ、ノ
イズと判断して出力を抑制させる機能を備える。なお、
渦信号検出センサとしては、圧電素子，ストレンゲー
ジ，容量センサ，シャトルピストン等を用い圧力変化を
検出するものや、サーミスタ，超音波等を利用して流速
変化を検出するものなど様々なものが挙げられる。ま
た、渦流量計は、測定流体すべてが流量計の測定管を通
過するような流量計としてもよいし、大口径の流管にお
ける流量を測定する場合に好適なように流管内に小口径
の渦流量計を挿入し、その部分流速から全流量を求める
挿入形渦流量計としてもよい。さらに渦発生体の形状
も、三角柱状でなくとも渦発生体の両側で流れが剥離し
カルマン渦が交番発生するような形状であればよい。

【００１１】本実施形態に係る渦流量計は、被測定流体
が流動する渦流量計の流管（測定管）１１と、流管１１
内に流れに対向して配設されカルマン渦を発生させる渦
発生体１２とを備え、さらに渦発生体１２で発生したカ
ルマン渦の信号を検出する渦信号検出部と、渦信号検出
部で検出した信号を変換してパルスを出力する変換器を
備え、このパルスを計測することにより被測定流体の流
量又は流速を測定するものとする。この変換器内に本発
明に係る誤出力防止装置を備え、計測可能な流量範囲に
影響を与えることなくノイズによる誤出力を防止するも
のとする。渦信号検出部には渦信号検出センサ１３が、
渦発生体１２の下流側であって、渦発生体１２の側面或
いは流管１１の内壁に配設されている。渦信号検出セン
サ１３は、渦発生体１２により発生したカルマン渦列の
渦を検出する。渦信号検出センサ１３からのカルマン渦
信号を後段で処理することにより流量が測定されること
となる。

【００１２】渦信号検出センサ１３からのカルマン渦信
号は、変換器へ出力される。変換器は、渦信号検出セン
サ１３によって得られた渦信号を増幅し、整形し、パル
ス信号に変換し、出力信号として出力する装置である。
図１で例示する変換器では、渦信号検出センサ１３に接
続したブリッジ（図示せず）により、一対の渦の発生毎
に１サイクルの交番電圧を発生して増幅器（アンプ）１
４によって増幅発信させるようにしてある。アンプ１４
で増幅された交番電圧信号をフィルタ回路１５にて濾波
・整形してＳ／Ｎ比を高め、本発明の誤出力防止装置と
してのトリガ回路１６に入力させる。フィルタ回路１５
とトリガ回路１６とによってシグナルコンディショナを
形成しているとも云える。後述するようにトリガ回路１
６によりパルス信号を発生させ、その出力を得、流量演
算回路１７により流量（又は流速）が演算される。

【００１３】トリガ回路１６は、渦信号検出センサ１３
にフィルタ回路１５等を介して接続された固定トリガ回
路２１及び可変トリガ回路２２という２つのトリガ回路
を備え、センサ１３からの出力のレベルがそれぞれのト
リガレベルを越えた時にカルマン渦信号をパルス化す
る。固定トリガ回路２１では、渦信号検出センサ１３か
ら出力された信号（アンプ１４，フィルタ回路１５を介
した信号でよい）が固定されたトリガレベルを越えたと
きに、周期（又は周波数）計測に用いるパルスを出力す
る。固定トリガ回路２１における固定トリガレベルは、
計測する最小流量の時のカルマン渦信号が十分トリガで
きる大きさに設定しておく必要があり、渦流量計の用途
に応じてこの大きさを設定可能にしておくことが好まし
い。

【００１４】一方、可変トリガ回路２２では、入力され
た信号（カルマン渦信号又はノイズ信号）が可変のトリ
ガレベルを越えたときに、流量又は流速演算に用いるパ
ルスを出力する。トリガ回路１６は、さらに周期計測回
路２３及びトリガレベル制御回路２４を備えるものとす
る。周期計測回路２３では、固定トリガ回路２１から出
力された周期計測用のパルスから信号の周期（周波
数）、すなわちカルマン渦の発生周期又はノイズ信号の
周期（周波数）を計測する。トリガレベル制御回路２４
では、周期計測回路２３で計測された周期（周波数）に
従って、可変トリガ回路２２のトリガレベルを制御す
る。可変トリガ回路２２では、渦信号検出センサ１３か
ら出力された信号がトリガレベル制御回路２４で制御さ
れたトリガレベルを越えたときにパルス信号を出力する
こととなる。ここで出力されたパルスを実際の流量計測
信号として、流量演算回路１７における被測定流体の流
量又は流速の演算に使用する。

【００１５】図２は、図１のトリガレベル制御回路にお
ける制御を説明するための図で、図２（Ａ）〜（Ｃ）各
々が、被測定流体の流量すなわち渦発生周期（周波数）
に基づいて設定するトリガレベルの大きさの例を示す図
である。トリガレベル制御回路２４で制御される可変ト
リガ回路２２のトリガレベルは、計測された周期の長さ
とは逆の傾向で、すなわち計測された周波数の大きさと
同じ傾向でその大きさを制御するようにするとよい。す
なわち、可変トリガ回路２２のトリガレベルは、固定ト
リガレベルで得たパルス周期（周波数）により制御さ
れ、流量増加と共にトリガレベルも、図２（Ａ），
（Ｂ）のように連続的に拡大するように、或いは図２
（Ｃ）のようにステップ的に拡大するようにしてもよ
い。カルマン渦のエネルギは流速の二乗に比例して増大
するが、可変トリガレベルの流量に対するカーブは現実
的には検出センサの出力特性を含めた傾向となる。

【００１６】図３は、図１のトリガレベル制御回路にお
ける制御を説明するための図で、図３（Ａ）は流量計測
時の、図３（Ｂ）は流量停止時の、それぞれセンサ出力
信号とトリガレベルの制御によりトリガされたパルス信
号の例を示す図である。上述のごときトリガレベル制御
回路２４の制御により、流量計測時（図３（Ａ））に
は、可変トリガレベルＬｖは固定トリガレベルＬｆのパ
ルス信号３３による制御により、センサ信号３２とほぼ
同じ特性で流量増加と共に拡大する。しかしながら、本
来のカルマン渦によるセンサ１３からのカルマン渦信号
３２のレベルも、流量増大に伴って大きくなるので、全
流量範囲において可変トリガレベルＬｖにて正常なカル
マン渦信号３２がトリガされることとなる。実際、図３
（Ａ）中３１で示すカルマン渦信号３２とトリガレベル
Ｌｆ，Ｌｖの関係を参照すると、カルマン渦信号３２を
固定トリガ回路２１でトリガした制御用パルス信号３３
から周期Ｔ₁を求め、可変トリガ回路２２でトリガした
流量信号３４の周期Ｔ₁′により、流量又は流速を求め
ることができる。

【００１７】一方、流量停止時（図３（Ｂ））には、振
動，流体脈動，電気的ノイズ等のノイズ信号３６（周期
Ｔ₂＜Ｔ₁）が入力された場合も、固定トリガレベルＬ
ｆ′（Ｌｆと同じ）により、そのノイズの周波数（周期
Ｔ₂）に応じて可変トリガレベルＬｖ′が制御される。
すなわち、ノイズ周波数の増加に伴って可変トリガレベ
ルＬｖ′は大きくなり可変トリガ回路２２によりトリガ
され難くなる。実際、図３（Ｂ）中３５で示すノイズ信
号３６とトリガレベルＬｆ′，Ｌｖ′の関係を参照する
と、図３（Ｂ）の上段に破線で示した流量測定時のトリ
ガレベルＬｖでは、ノイズ信号３６をトリガしてしま
い、結果として図３（Ｂ）中、下段に破線で示すトリガ
信号を出力してしまうこととなるが、固定トリガ回路２
１でノイズ信号３６をトリガした制御用パルス信号３７
の周期Ｔ₂に従って可変トリガ回路２２のトリガレベル
をＬｖ′に拡大することで、ノイズ信号３６をトリガす
ることは無くなる。すなわち流量信号３８はパルス０と
なる。従って、一般的な固定トリガレベル方式よりもは
るかにノイズ（特に高周波数）をトリガし誤出力する可
能性が低くなる。なお、一般にノイズ信号における周波
数とレベルの関係はカルマン渦信号の特性と異なり、ノ
イズ周波数が大きくなるほどレベルも大きくなるとは限
らない。

【００１８】図４は、本発明の他の実施形態に係る渦流
量計の構成例を示すブロック図である。本実施形態の渦
流量計は、上述した実施形態の渦流量計において、その
トリガ回路の構成が異なり、その他同様の説明は省略す
る。本実施形態の渦流量計における誤出力防止装置は、
カルマン渦によるセンサ（圧電素子等）からの出力のレ
ベルは、流速の増加に伴い大きくなるという特性を利用
し、流量（カルマン渦の周期又は周波数）に応じて複数
のトリガレベルから得られた複数のパルスの中から一つ
を選択し、流量停止時等の外乱ノイズによる誤出力を防
止する機能を有する。本実施形態に係る誤出力防止装置
は、図１乃至図３で説明した誤出力防止装置のトリガレ
ベル制御回路において、予め用意した異なるレベルをも
つ複数のトリガの出力のうち、適切な一つの出力を選択
する回路を備えるものとする。停止時に、カルマン渦と
同等の周波数の外乱ノイズ信号が入った場合でもそのレ
ベルが、本来のカルマン渦の想定される信号レベルより
低いトリガレベルからのパルスをノイズと判断し、選択
せず、ノイズによる出力を抑制させる。

【００１９】本実施形態に係るトリガ回路１６′は周期
計測回路４５（周期計測回路２３と同様）に加え、可変
トリガ回路としての複数のトリガ回路と、選択回路４６
とを備えるものとする。すなわち、多段トリガを使用し
てノイズ出力を防止するようにする。本構成例では、複
数のトリガ回路としてトリガ４１，４２，４３，４４の
４段のトリガ回路を備えたトリガ回路１６′を例として
示す。複数のトリガ４１〜４４は各々異なるトリガレベ
ルをもつものとする。また、複数のトリガ４１〜４４の
うち一番トリガレベルの低いトリガ４１からの出力か
ら、周期計測回路４５で信号の周期（又は周波数）を計
測するものとする。すなわち、図１の固定トリガとして
一番低いトリガレベルをもつトリガ４１を代用する。最
小のトリガレベル（トリガ４１のトリガレベル）は計測
最小流量時の信号が十分トリガできるレベルに設定され
る。選択回路４６では、複数のトリガ回路４１〜４４の
中から、トリガ４１で計測された周期に基づき、使用す
るパルスを選択する。このように、センサ１３からの出
力は、フィルタ回路１５等を介してトリガレベルの異な
る各トリガ４１〜４４に入力され、信号レベルに応じた
独立した複数のパルス信号（パルス０も含め）が選択回
路４６に入力される。

【００２０】図５は、図４のトリガ回路における制御を
説明するための図で、被測定流体の流量すなわち渦発生
周期（周波数）に基づいて設定された各トリガのトリガ
レベルの大きさの例を示す図で、図５中、各トリガ４１
〜４４のトリガレベルの例を各々４１ａ〜４４ａで示
す。流量とセンサ出力との関係はカルマン渦エネルギと
センサの特性により想定でき、この特性により、周波数
帯域によって選択すべきトリガレベルを予め決めること
ができる。なお、上述したように最小のトリガレベル４
１ａからのパルスは、その周波数（周期）の計測に使用
し、さらに複数のトリガレベルの中から選択され得る流
量信号の一つとして利用される。

【００２１】図６は、図４のトリガレベル制御回路にお
ける制御を説明するための図で、図６（Ａ）は流量計測
時の、図６（Ｂ）は流量停止時の、それぞれセンサ出力
信号と各トリガレベルによりトリガされたパルス信号の
例を示す図である。流量計測時（図６（Ａ））には、本
来のカルマン渦によるセンサ１３からの信号５２のレベ
ルは流量増大に伴って大きくなるので、その周波数に応
じて複数のトリガレベルＬ₁〜Ｌ₄の中から一つの信号を
選択する。例えば、周期Ｔ₁に応じてトリガレベルＬ₁に
よる信号が選択される。実際、図６（Ａ）中５１で示す
カルマン渦信号５２とトリガレベルＬ₁〜Ｌ₄の関係を参
照すると、カルマン渦信号５２をトリガ４１でトリガし
たパルス信号５３の周期を求め、各トリガ４１〜４４で
トリガしたパルス信号５３〜５６から周期に応じて選択
回路４６で信号を選択し、選択されたパルス信号によ
り、流量又は流速を求めることができる。

【００２２】一方、流量停止時（図６（Ｂ））には、振
動，流体脈動，電気的ノイズ等のノイズ信号６２（周期
Ｔ₂＜カルマン渦信号５２の周期）が入力された場合
も、そのノイズレベルに応じて各トリガレベルでトリガ
され、且つ、そのノイズの周波数に応じて出力信号とす
るトリガレベルを選択される。この選択されたトリガの
パルスが０であれば結果としてノイズによるパルスは出
力されない。実際、図６（Ｂ）中６１で示すノイズ信号
６２とトリガレベルＬ₁〜Ｌ₄の関係を参照すると、トリ
ガ４１〜４３ではノイズ信号６２をトリガしてしまい、
結果として各々トリガ信号６３〜６５を出力してしまう
こととなるが、トリガ４１でノイズ信号６２をトリガし
たパルス信号６３の周期Ｔ₂に従ってトリガ４１〜４４
（トリガレベル６３〜６６）の中からトリガ４４を選択
することで、ノイズ信号６２をトリガすることは無くな
る（パルス０となる）。従って、一般的な固定トリガレ
ベル方式よりもはるかにノイズ（特に高周波数域）をト
リガし誤出力する可能性が低くなる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、計測可能な流量範囲に
影響を与えることなくノイズによる誤出力を防止するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る渦流量計の構成例
を示すブロック図である。

【図２】 図１のトリガレベル制御回路における制御を
説明するための図で、図２（Ａ）〜（Ｃ）各々は、被測
定流体の流量すなわち渦発生周期に基づいて設定するト
リガレベルの大きさの例を示す図である。

【図３】 図１のトリガレベル制御回路における制御を
説明するための図で、図３（Ａ）は流量計測時の、図３
（Ｂ）は流量停止時の、それぞれセンサ出力信号とトリ
ガレベルの制御によりトリガされたパルス信号の例を示
す図である。

【図４】 本発明の他の実施形態に係る渦流量計の構成
例を示すブロック図である。

【図５】 図４のトリガ回路における制御を説明するた
めの図で、被測定流体の流量すなわち渦発生周期に基づ
いて設定された各トリガのトリガレベルの大きさの例を
示す図である。

【図６】 図４のトリガレベル制御回路における制御を
説明するための図で、図６（Ａ）は流量計測時の、図６
（Ｂ）は流量停止時の、それぞれセンサ出力信号と各ト
リガレベルによりトリガされたパルス信号の例を示す図
である。

【符号の説明】

１１…流管、１２…渦発生体、１３…渦信号検出セン
サ、１４…アンプ、１５…フィルタ回路、１６，１６′
…トリガ回路、１７…流量演算回路、２１…固定トリガ
回路、２２…可変トリガ回路、２３，４５…周期計測回
路、２４…トリガレベル制御回路、４１，４２，４３，
４４…トリガ回路、４６…選択回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定流体が流通する流管内に流れに対
   向して設けられた渦発生体で発生する渦を渦信号検出セ
   ンサで検出し、該渦信号検出センサで検出された信号を
   計測することにより被測定流体の流量又は流速を測定す
   る渦流量計における誤出力防止装置において、前記渦信
   号検出センサから出力された信号が固定されたトリガレ
   ベルを越えたときにパルスを出力する固定トリガ回路
   と、前記渦信号検出センサから出力された信号が可変ト
   リガレベルを越えたときにパルスを出力する可変トリガ
   回路と、前記固定トリガ回路から出力されたパルスか
   ら、前記渦信号検出センサから出力された信号の周期又
   は周波数を計測する周期計測回路と、該周期計測回路で
   計測された周期又は周波数に従って前記可変トリガ回路
   の可変トリガレベルを変更するよう制御するトリガレベ
   ル制御回路とを有し、前記可変トリガ回路から出力され
   たパルスから被測定流体の流量又は流速を求めることを
   特徴とする渦流量計における誤出力防止装置。
2. 【請求項２】 前記固定トリガ回路の固定トリガレベル
   は、計測する最小流量の時のカルマン渦信号が十分トリ
   ガできる大きさに設定可能とすることを特徴とする請求
   項１記載の渦流量計における誤出力防止装置。
3. 【請求項３】 前記トリガレベル制御回路は、前記周期
   計測回路で計測された周期の長さとは逆の傾向で又は周
   波数の大きさと同じ傾向で、前記可変トリガ回路のトリ
   ガレベルの大きさを制御することを特徴とする請求項１
   又は２記載の渦流量計における誤出力防止装置。
4. 【請求項４】 前記可変トリガ回路は、複数の異なるト
   リガレベルをもつ複数のトリガ回路からなり、前記トリ
   ガレベル制御回路は、前記周期計測回路で計測された周
   期又は周波数に基づいて、前記複数のトリガ回路の出力
   パルス及び前記固定トリガ回路の出力パルスから、使用
   するパルスを選択する選択回路を有することを特徴とす
   る請求項１乃至３のいずれか１記載の渦流量計における
   誤出力防止装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１記載の誤出
   力防止装置を備えたことを特徴とする渦流量計。