JP2004072912A - 昇圧制御装置および流量計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御手段23は負荷6の動作を検知し、その動作に応じて昇圧手段22に信号を送出し電圧を調整することで、安定した電圧で負荷6への電力供給を行うとともに、負荷の動作に影響を与えない時期に昇圧手段22を動作することでノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現することが可能になる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に電源電圧より高電圧の電力を供給する昇圧制御装置と、この昇圧制御装置を用い超音波を利用して気体や液体などの流量を計測する流量計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の昇圧制御装置としてはDCDCコンバータを利用したものがあった。図17は一般的な昇圧回路の構成を示すブロック図である。図17において1は電源、2はDCDCコンバータ、3はインダクタンスL,4はダイオードD,5はコンデンサC、6は負荷である。DCDCコンバータ2はインダクタンス3をスイッチング動作することによりオンからオフになったときにインダクタンスに生じる逆起電力がダイオード4を介して整流し、コンデンサ5でリップルを小さくした安定した高電圧を負荷6に供給するものである。
【0003】
また、この主の昇圧制御装置を利用した流量計測装置としては例えば、特開2000−292232公報に記載されているものがあった。図18は、前記公報に記載された従来の超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【0004】
図18において、流体流路11の途中に超音波を発信する第1振動子12と受信する第2振動子13が流れ方向に配置されている。14は第1振動子12への送信回路、15は第2振動子13で受信した超音波を信号処理する受信回路である。16は受信回路15で超音波を検知した後第1振動子12からの送信と第2振動子13での受信を複数回繰り返す繰返し手段である。17は受信回路で超音波を検出した後、再度第1振動子12から超音波を送信するまでの遅延時間を発生させる遅延時間発生手段であり、18は遅延時間発生手段17により発生した遅延時間を計測する遅延時間計測手段、19は遅延時間発生手段17の計測値を基に、遅延時間を制御する遅延時間制御手段、20はは繰返し手段により行われる複数回の超音波伝達の所要時間を計測する累積時間計測手段、21は遅延時間計測手段18および累積時間計測手段20の計測値から流量を求める流量演算手段である。送信回路14より送出されたバースト信号により第1振動子12から発信された超音波信号は、流れの中を伝搬し、第2振動子13で受信され受信回路15で検知され、遅延時間発生手段17で発生した遅延時間を置いた後、再び送信回路14よりバースト信号が送出される。送信回路14からのバースト信号は、予め定められた回数だけ繰り返され、この繰返しに要した時間を累積時間計測手段20で、また、遅延時間を遅延時間計測手段10により計測する。
【0005】
更に、流量演算手段21では、累積時間計測手段20で求めた値から遅延時間計測手段19で求めた遅延時間を差し引くことにより、超音波の伝達のみの所要時間Tを求める。通常、この送信回路から振動子を駆動する際には伝搬距離により信号が減衰することを考慮して高電圧を供給する。その回路として上記に説明した昇圧回路を利用することが多い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の昇圧回路における高電圧供給回路では負荷の動作とDCDCコンバータの動作タイミングが統一されておらず、個々に動作している。例えば負荷が動作して電圧が低下してもDCDCコンバータの閾値レベルまで電圧が下がっていなければ昇圧動作を開始しない。そして次に負荷が動作し始めてから電圧低下を検知すると負荷の動作中にもかかわらず昇圧動作を行なうことがある。これにより負荷の動作電圧が途中で変化したり、スイッチングノイズを発生したりすることがある。
【0007】
そして昇圧した電圧が一定でない状態で流量計測装置の送信側における振動子を駆動すると毎回異なる電圧の送信波形となる。さらに受信動作を行っているような時に昇圧回路が動作するとシステムの電圧が変動したり、ノイズの発生による計測精度の劣化につながる可能性がある。
【0008】
本発明は上記の課題を解決するもので、負荷の動作に応じて昇圧手段を制御することで、安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、ノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現することを目的としている。
【0009】
そして、このような安定した昇圧制御手段を用いることで、計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の制御手段は、負荷の動作に応じて昇圧手段による電圧の上昇動作を制御する。
【0011】
これによって、負荷の動作に応じて電圧を制御する動作を行うことにより安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、ノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、入力電圧を上昇する昇圧手段と、昇圧手段の出力で動作する負荷と、昇圧手段の動作を制御する制御手段とからなり、制御手段は負荷の動作に応じて前記昇圧手段を動作する昇圧制御装置である。そして、負荷の動作に応じて電圧を制御する動作を行うことにより安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、ノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現することが可能になる。
【0013】
請求項2に記載の発明は、特に、請求項1に記載の制御手段が、負荷の動作する度に昇圧手段を動作することにより、負荷の動作による電圧変動分を必ず補充することで電圧の安定度を向上することが可能になる。
【0014】
請求項3に記載の発明は、特に、請求項1に記載の制御手段が、負荷が一定回数動作する度に昇圧手段を動作することにより、繰返し動作する場合に負荷の電圧変動の状態が常に同じようにすることができ電圧変動の再現性を向上することが可能になる。
【0015】
請求項4に記載の発明は、特に、請求項1に記載の制御手段が、負荷の動作回数の公約数になる分割回数度に昇圧手段を動作することにより、繰返し動作をする場合に負荷の電圧変動の状態が最初の繰返し回数動作時と最後の繰返し動作時でも同じ電圧変動状態の電力を供給することが可能になる。
【0016】
請求項5に記載の発明は、特に、請求項1に記載の制御手段が、負荷の動作する前に昇圧手段を動作することにより、常に負荷が動作する時に高電圧を供給可能な状態にしておくことが可能になる。
【0017】
請求項6に記載の発明は、特に、請求項1に記載の制御手段が、負荷の動作した後に昇圧手段を動作することにより、負荷が動作した後に電圧を上げておくことで次に動作する直前に昇圧手段を動作することなくノイズ発生を抑えた動作を可能になる。
【0018】
請求項7に記載の発明は、特に、請求項1に記載の制御手段が、負荷の状態に応じて昇圧手段を動作することにより、負荷の変動に対して電圧の上昇をすばやく対応することが可能になる。
【0019】
請求項8に記載の発明は、特に、請求項1に記載の制御手段が、昇圧手段に対する動作信号の設定状態を外部から調節できる通信手段を有する構成により、昇圧手段の動作を外部から操作することで想定外の負荷の変動や外乱によるシステムの動作に対しても安定した電圧供給を確かなものにすることが可能になる。
【0020】
請求項9に記載の発明は、特に、請求項1に記載の制御手段が、経年変化に応じて昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する経年変化調整手段を有する構成により、経年変化による負荷や昇圧手段の変動に対しても追随して調節することができ、長期間安定した動作をすることが可能になる。
【0021】
請求項10に記載の発明は、特に、請求項1に記載の制御手段が、周囲温度変化に応じて昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する温度変化調整手段を有する構成により、温度変化の激しい環境におかれた負荷や昇圧手段に対しても追随して調節することができ、安定した電圧動作をすることが可能になる。
【0022】
請求項11記載の発明は、特に請求項1から請求項10いずれか一項記載の昇圧制御装置において制御手段の動作を確実にするためのコンピュータを機能させるためのプログラムを有する構成としたもので、これにより昇圧手段の動作設定、変更が容易にでき、また経年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブルに出力電圧の精度向上を行うことができる。
【0023】
請求項12記載の発明は、被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子の送受信の切換手段と、前記振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰返し手段と、前記繰返し時に前記振動子からの送信信号を遅らせる遅延手段と、それぞれの複数回繰返しの伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段のそれぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備え、前記振動子を負荷としてその動作方法を前記請求項1から請求項11のいずれか1項記載の昇圧制御装置を用いる流量計測装置である。そして、負荷の動作に応じて昇圧手段を制御することで、安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、ノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現することができ、このような安定した昇圧制御手段を用いることで、計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することが可能になる。
【0024】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【0025】
(実施例1)
最初に昇圧制御装置について説明する。図1は本実施例の構成を示す昇圧制御装置のブロック図である。図1(a)において1は電源、22は昇圧手段、6は負荷、23は制御手段である。昇圧手段22の例としては内部にインダクタンス22a、開閉手段22b、ダイオード22c、開閉制御手段22dの構成を示す。
【0026】
制御手段23が負荷6の動作を検知すると、開閉制御手段22dに信号を送出し、開閉制御手段22dは開閉手段22bをオン、オフ動作する。これにより電源1からインダクタンス22aを介して流れる電流が断続的になるためインダクタンス22aの逆起電力がダイオード22cを通して負荷6に供給される。
【0027】
図1(b)には制御手段23による他の動作を示す構成を示す。負荷6の動作は制御手段6で検知できるようになっている。負荷6の端子電圧は抵抗手段24a,24bで分圧されその電圧信号が昇圧手段内部の開閉制御手段22dに入っている。電圧の情報により開閉手段を動作して昇圧電圧を制御することが可能である。また出力電圧を制御手段23で測定し、例えばAD変換器などにより電圧信号を得ることにより制御手段23は昇圧手段22の出力電圧を一定にするよう開閉手段22bを調整する信号を送出する。このように制御手段23は負荷6の動作を検知し、その動作に応じて昇圧手段22に信号を送出し電圧を調整することで、安定した電圧で負荷6への電力供給を行うとともに、負荷の動作に影響を与えない時期に昇圧手段22を動作することでノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現することが可能になる。
【0028】
従来例との差を図2のタイミングを用いて説明する。図2(a)は従来の昇圧回路であるDCDCコンバータ2における負荷の動作タイミングである。負荷が動作することにより昇圧手段2の出力電圧が(b)のように低下してくる。そしてt1で電圧が低下したことを検知してDCDCコンバータが動作する。
【0029】
このt1のタイミングは電圧によってのみ決まり負荷の動作を考慮していない。したがって、図2にあるように負荷6が動作中に電圧が低下した場合もすぐにDCDCコンバータが昇圧動作を開始してしまう。これは負荷の端子電圧が動作中に変動することを示している。計測装置などに使用していると動作電圧が変動するため安定度が悪くなってくる。
【0030】
同様に図2(c)は本発明の昇圧制御手段23を用いた場合の負荷の動作タイミングである。そして(d)が昇圧制御手段23の動作タイミングである。昇圧制御手段23は負荷6の動作を検知しているため負荷の動作が終了すると時刻t3、t4で昇圧手段22に信号を送出し開閉手段を調節することで昇圧動作を行う。したがって昇圧手段22の出力電圧は図2(e)のようになり、負荷の動作タイミングを外して電圧の変更を行うことが可能になる。
【0031】
つぎに、上記昇圧制御装置を流量計測装置に用いた例を説明する。図3は本実施例の構成を示す流量計測装置のブロック図である。図3おいて、本発明の超音波流量計は被測定流体の流れる流路31と、前記流路31に配置された超音波を送受信する第1の振動子32、第2の振動子33を設置し、前記第1の振動子32を駆動する駆動手段34と、前記第2の振動子33の受信信号を受け受信タイミングを決定するタイミング検知手段35と、前記駆動手段34と第1の振動子32、および第2の振動子33とタイミング検知手段35の間に切換手段36を設け、超音波の送受信を第1の振動子32と第2の振動子33の間で交互に行うようにしている。タイミング検知手段35の出力を受け駆動手段34を介して再度超音波の送受信を繰り返すという動作回数を計測し所定の回数で動作を停止する繰返し手段37と、前記繰返し手段37の信号を受け所定の遅延時間遅れて前記駆動手段34のトリガ信号として出力する遅延手段38と、少なくとも駆動手段34による第1の振動子32の駆動開始から前記繰返し手段37の動作停止までの超音波の伝搬時間を測定する計時手段39と、前記計時手段39の値から前記一対の振動子間の流速を演算し、それから流量を求める流量演算手段40とを有するものである。さらに計測制御手段41を設け、前記駆動手段34を動作する計測スタート信号を出力する。
【0032】
通常の動作を説明する。計測制御手段41からスタート信号を受けた駆動手段34が第1の振動子32を一定時間パルス駆動行うと同時に計時手段39は計測制御手段41からの信号によって時間計測始める。パルス駆動された第1の振動子32からは超音波が送信される。第1の振動子32から送信した超音波は被測定流体中を伝搬し、第2の振動子33で受信される。第2の振動子33の受信出力は、タイミング検知手段35で信号を増幅された後、予め定められている受信タイミングの信号レベルで超音波の受信を決定する。繰返し動作を行わない場合はこの超音波の受信を決定した時点で計時手段39の動作を停止し、その時間情報tから(式1)によって流速を求める(計時手段39から得た測定時間をt、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をL、音速をc、被測定流体の流速をvとする)。
【0033】
v=(L/t)−c ・・・(式1)
タイミング検知手段35は通常コンパレータによって基準電圧と受信信号を比較するようになっていることが多い。
【0034】
繰返し手段37を用いる今回の動作はタイミング検知手段35の判定結果を遅延手段38で一定時間遅延させた後に駆動手段34に返し、再度送信を行う。繰返し動作を決められた回数行い、その時間を計時手段39で測定し、計時手段39の測定時間を元に(式2)の計算によって流速を求める。
【0035】
(遅延手段の遅延時間をTd、繰返しの回数をn、測定時間をts、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をL、音速をc、被測定流体の流速をvとする。)
v=L/(ts/n−Td)−c・・・(式2)
この方法によれば(式1)の方法に比べ精度よく測定することができる。
【0036】
また、第1の超音波振動子32と第2の超音波振動子33とを切り替え、被測定流体の上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し、(式3)より速度vを求める(上流から下流への測定時間時間をt1、下流から上流への測定時間時間をt2とする)。
【0037】
v=L/2((1/t1)−(1/t2))・・・(式3)
この方法によれば音速の変化の影響を受けずに流度を測定することが出来るので、流速・流量・距離などの測定に広く利用されている。流速vが求まると、それに流路1の断面積を乗ずることにより流量を導くことができる。
【0038】
通常の動作は図4に示すタイミング図のようになる。すなわち、計測制御手段41による時刻t0における開始信号から計測を開始し、t1で駆動手段34を介して第1の超音波振動子32を駆動する。そこで発生した超音波信号は流路内を伝搬し時刻t2で第2の超音波振動子33に到達し、タイミング検知手段35で受信点を検知すると繰返し手段37は設定回数に達していない場合、遅延手段38に信号を送出する。そして時刻t3から遅延手段38が動作し、予め定めた時間だけ動作した後時刻t4で駆動手段34に信号を送出し、再び第1の超音波振動子32を駆動する。以下、この繰返しを行っている。
【0039】
繰返し手段37で決められた回数動作すると図4時刻t5で送受信動作は停止し、その時間は図に示すTとなる。その後、切換え手段36が送受信を切換える。すなわち第1の超音波振動子32が受信側、第2の超音波振動子33が送信側になる。そして同様な繰返し動作を行う。
【0040】
この流量計測装置において図5のように昇圧制御装置が組み込んだ場合について説明する。第1の振動子32を駆動するには流路31の内部を十分な超音波信号レベルで伝送するためある程度高電圧で駆動する必要がある。そこで昇圧手段22の出力は駆動手段34を介して第1の振動子32に繋がっている。途中の切換え手段36は送受信を切換えているだけなのでここでの詳しい説明は除く。駆動手段34の内部の一例として振動子を動作するために34aから34dまでの駆動開閉手段を用いたブリッジ構成をとる。最初駆動開閉手段34a,34dを通電状態にし、反対に34b、34cを開放しておく。次に駆動開閉手段34a,34dを開放し、34b、34cを通電状態にする。この動作で振動子が動作し始める。振動子への電源は昇圧手段22からの高電圧が供給される。
【0041】
この高電圧の供給が図2(b)に示してあるように負荷(ここでは振動子)の動作状態によらず、DCDCコンバータのみの動作で昇圧動作を行うと振動子への供給電圧が動作中に変化してしまい、受信信号が一定でなくなる。これは流量の計測精度に大きく影響するために好ましいことではない。図2(d),(e)のように制御手段23が昇圧手段22の動作や振動子32の動作を検知し、振動子32の動作に影響の無い時期に昇圧手段22を動作するように制御信号を送出することにより安定した電圧で振動子への電力供給を行うとともに、ノイズ等の影響を流量計測システム全体に与えないような昇圧手段22の動作を実現することが可能になる。
【0042】
制御手段23は計測制御手段41から計測動作信号が出ているのを信号として受け取ることが可能なため、より確実に振動子の動作に影響を与えない状態で昇圧手段22を制御することできるようになる。図5では制御手段23と計測制御手段41を別々に設けているが同じ制御手段として1つの論理手段、例えばマイコンを用いても良い。
【0043】
さらに、制御手段23が昇圧手段22にインダクタンスの開閉動作を指示しても出力電圧があまり低下していない場合には動作しないことがある。たとえば昇圧手段22としてDCDCコンバータを用いている場合は素子自体で出力電圧を監視している場合がある。このような場合は出力に抵抗などの電力消費を促す素子を一時的に接続し電圧を低下させてから昇圧動作を確実に動作する方法をとることが可能である。また開閉手段の動作時間を短くしたりするなどして昇圧手段22の出力電圧を微調整することが可能である。
【0044】
また、図6を用いて他の動作を説明する。計測制御手段41が動作し第1の振動子32が動作すると昇圧手段22の出力電圧は低下する。このため図6の時刻t0、t2、t4、t6で(a)のように第1の振動子32が動作すると、それぞれt1、t3、t5、t7において(b)のように制御手段23が昇圧手段22を動作して電圧を調整する。負荷である振動子の動作は制御手段23が検知できるため、その動作する度に電圧の調整を行うことが可能になる。その結果昇圧手段22の出力は(c)のように安定した電圧状態を示す。図6では負荷である振動子が動作してから昇圧手段22を動作しているが、計測制御手段41からの信号を入力することで計測動作がわかるため振動子を動作する前に昇圧手段22を動作して電圧を調整することも可能である。
【0045】
このように制御手段23が、振動子31の動作する度に昇圧手段22を動作することにより、負荷である振動子の動作による電圧変動分を必ず補充することで電圧の安定度を向上することが可能になる。
【0046】
また、図7を用いて他の動作を説明する。計測制御手段41が動作し第1の振動子32が動作すると昇圧手段22の出力電圧は低下する。振動子のインピーダンスが大きいと電流もあまり流れないためこの電圧低下はあまり大きくない。そのような場合はあまり頻繁に電圧調整をするとかえって省電力の観点から得策でない場合がある。そこで図7の時刻t10、t11で(a)のように第1の振動子32が動作して電圧がある程度低下すると、(b)のように制御手段23が昇圧手段22を動作して電圧を調整する。負荷である振動子の動作は制御手段23が検知できるため、その動作する度に電圧の調整を行うことが可能になる。その結果昇圧手段22の出力は(c)のように安定した電圧状態を示す。このように昇圧手段22の動作した後、1回目の振動子の動作電圧と2回目の動作電圧は異なるかもしれないが、次の昇圧手段22の動作した後の1回目の動作電圧は前の1回目の動作電圧と同じである。その結果一定回数振動子が動作してから昇圧手段22を動作するため各回数における電圧は同じになるため、繰り返し回数を多くする場合は平均として精度の良い動作が得られる。
【0047】
このように負荷である振動子が一定回数動作する度に昇圧手段22を動作することにより、繰返し動作する場合に振動子の電圧変動の状態が常に同じようにすることができ電圧変動の再現性を向上することが可能になる。
【0048】
ここで、振動子の動作回数が一定回毎に昇圧手段22を動作する説明をしたが、流量計測に用いる場合、回数は常に同じ値である必要はない。例えば4回毎にするのでは無く、3回、5回、4回というように振動子の動作回数が異なっていても良い。流量計測装置においては切換え手段36が振動子を送信と受信を切換えている。この場合、第1の振動子が送信側の時、昇圧手段の動作が第1の振動子32の動作回数で3回目、5回目、4回目という形態で動作したとする。制御手段23はこの形態を記憶しておき、切換え手段36が反転し第2の振動子33が送信側になった時に同じ昇圧手段22の動作を行うようにする。これにより式(3)で流量を演算する場合、上流から送信した時と下流から送信した時の電圧変化を同じ状態にすることができるため再現性を向上するとともに計測のバラツキ度合いが小さくすることができる。
【0049】
また、図8を用いて他の動作を説明する。振動子32が動作すると昇圧手段22の出力電圧は低下するため、それを補うため昇圧手段22が動作する。その動作が一定回数毎でも効果のあることを説明してきたが、繰り返し回数が多い場合、最後の昇圧手段22が動作した後の振動子の動作回数がそれ以前の回数より少ないと、流量計測に使用している場合などでは受信レベルの平均値が大きい方に偏る誤差が発生するかもしれない。例えば流量計測の場合繰り返し手段37に設定している回数が12とすると、例えば12回の繰り返しに対し5回毎に昇圧手段22を動作すると最後に昇圧手段22が動作してから振動子は2回しか動作しない。それまでは昇圧手段22が動作すると5回動作していたのに比べ少ない回数では電圧低下も小さく受信レベルも大きいままとなっている。このため12回の平均をとるとその値は高い目にでてくる恐れがある。従ってこのような場合は昇圧手段22の動作を繰り返し回数の公約数回となるよう制御手段23が調節する。12回の繰り返しでは3回もしくは4回振動子が動作すると昇圧手段22が動作するように制御する。図8の(a)のように第1の振動子32が動作している場合、(b)のように3回動作すると昇圧手段22がt20、t29で動作する。
【0050】
したがって、この繰り返し回数は3の倍数回を設定していることがわかる。電圧の変動も振動子が動作する3回毎に同じ特性を示し、最後の振動子の動作状態はその直前に昇圧手段22が動作する前の電圧特性と同じになる。流量計測で計時手段39に蓄積された値を流量演算手段40で計算する際、平均処理をする場合でも同じ電圧変動を繰り返している場合の方が、より正確な値を演算することができ精度の良い流量値を算出することがでる。
【0051】
このように、制御手段23が、負荷である振動子の繰り返し動作回数の公約数になる分割回数度に昇圧手段22を動作することにより、繰返し動作をする場合に負荷の電圧変動の状態が最初の繰返し回数動作時と最後の繰返し動作時でも同じ電圧変動状態の電力を供給することができ、流量計測等に用いた場合でも精度のよい流量演算が可能になる。
【0052】
本実施例では昇圧制御手段の負荷として超音波振動子を例にとり説明したが、電圧駆動型の負荷であればセンサやアクチュエータの種類を特定せずに利用できることは言うまでもない。
【0053】
(実施例2)
本発明の昇圧制御装置およびそれを用いた流量計測装置について図3、図5と図9、図10、図11を用いて説明する。実施例1と異なるところは昇圧手段の動作を負荷の動作近傍で行うことである。
【0054】
まず、図3、図5および図9を用いて動作を説明する。実施例1で示したように流量計測装置に用いられている振動子などの負荷は動作することにより端子電圧が低下する。例えば図3の第1の振動子32が動作すると図5における昇圧手段22の出力電圧は低下するため、それを補うため昇圧手段22が動作しなければならない。そこで昇圧手段22を動作するタイミングを調節することにより振動子の動作を安定したものにしていく。図9の時刻t31、t33、t35、t37で(a)のように第1の振動子32が動作して電圧がある程度低下すると、(b)のように時刻t30、t32、t34、t36で制御手段23が昇圧手段22を動作して電圧を調整する。負荷である振動子の動作は制御手段23が検知できるため、振動子の動作する前に昇圧手段22に信号を送出し電圧の調整を行うことが可能になる。その結果昇圧手段22の出力は(c)のように安定した電圧状態を示す。これは振動子の動作する直前に昇圧手段22の動作が終了しているため電圧は最適な値になり、負荷である振動子が動作する時に高電圧を供給可能な状態にしておくことが可能になる。さらに、システム全体に対するインダクタンス動作などによるノイズ発生が無くなっているため流量計測に応用した場合でも安定した計測動作をすることが可能になる。
【0055】
図9では振動子が動作する直前には必ず昇圧手段が動作するようになっているが、実施例1に示したように一定回数毎や動作回数の公約数に相当する回数毎において振動子が動作する前に昇圧手段22を動作する構成をとっても良い。
【0056】
また、図3、図5および図10を用いて他の動作を説明する。昇圧手段22を動作するタイミングを調節することにより振動子の動作を安定したものにしていく。図10の時刻t40、t42、t44、t46で(a)のように第1の振動子32が動作して電圧がある程度低下すると、(b)のように時刻t41、t43、t45、t47で制御手段23が昇圧手段22を動作して電圧を調整する。負荷である振動子の動作は制御手段23が検知できるため、振動子の動作する後に昇圧手段22に信号を送出し電圧の調整を行うことが可能になる。その結果昇圧手段22の出力は(c)のように安定した電圧状態を示す。これは振動子の動作した後において電圧低下分を正確に把握し、昇圧手段22で補充するとともにその昇圧した電圧が安定してから次の負荷である振動子の動作を行うことができるため流量計測などに応用した場合安定したシステム動作を行うことが可能になる。例えば昇圧手段に容量性の大きな負荷が接続されていた場合などは電圧の上昇も大きな時定数を持った変化になるが、振動子の動作終了後から電圧の調整を行うと、次の振動子の動作するかなり前から余裕をもって、安定した電圧に調整することができる。
【0057】
図10では振動子が動作した後には必ず昇圧手段が動作するようになっているが、実施例1に示したように一定回数毎や動作回数の公約数に相当する回数毎において振動子が動作した後に昇圧手段22を動作する構成をとっても良い。
【0058】
また、図3、図5および図11を用いて他の動作を説明する。流量計測装置において一定回数振動子が動作し流量計測が終了すると切換え手段36が動作し第2の振動子33が送信側になる。この場合第1の振動子32と第2の振動子33の特性が同じであれば昇圧手段22の動作を同じにすれば良いが、振動子の特性がばらつくこともある。そこで昇圧手段22を動作するタイミングを負荷である振動子の特徴にあわせて調節することにより振動子の動作を安定したものにしていく。図11の時刻t50、t52で(a)のように第1の振動子32が動作して電圧がある程度低下すると、(b)のように時刻t51、t53で制御手段23が昇圧手段22を動作して電圧を調整する。
【0059】
その後時刻tchで切換え手段36が動作し第2の振動子33が送信側になった場合、時刻t54、t56で(a)のように第2の振動子33が動作して電圧がある程度低下すると、(b)のように時刻t55、t57で制御手段23が昇圧手段22を動作して電圧を調整する。ここで、振動子が変わったことにより(c)の電圧低下度合いが異なっているが制御手段で調整して電圧を安定にしている。このように振動子の特性にあわせて制御手段23は昇圧手段22の動作を調整することが可能になる。負荷である振動子の動作は制御手段23が検知できるため、今どちらの振動子が動作しているのかも計測制御手段41からの情報で認識できている。このため振動子毎に適した昇圧手段22の電圧の調整を行うことが可能になる。その結果昇圧手段22の出力は(c)のように安定した電圧状態を示す。
【0060】
このように制御手段23が、負荷である振動子の状態に応じて昇圧手段23を動作することにより、振動子の変動や変更に対して電圧の上昇をすばやく対応することが可能になる。そして流量計測に用いた場合は振動子を切換えても安定した電圧を供給することができるため式(3)等による流量演算を行うのも精度良く行うことが可能になる。
【0061】
(実施例3)
本発明の昇圧制御装置およびそれを用いた流量計測装置について図3、図5と図12、図13、図14、図15および図16を用いて説明する。実施例1と異なるところは昇圧手段の動作長期間安定に行うように外部信号により調整することを可能にすることである。
【0062】
まず、図3、図5および図12を用いて動作を説明する。図3の第1の振動子32が動作すると図5における昇圧手段22の出力電圧は低下するため、それを補うため昇圧手段22が動作しなければならない。通常な実施例1や実施例2に示したように振動子の動作に応じて昇圧手段22を動作し電圧を調整していけば良い。しかし、計測システムのアルゴリズムの変更や他の負荷が急に追加されたりした場合は制御手段23の動作が対応しきれないことがある。このため図12に示すように通信手段42を制御手段23に接続し、外部設定手段43との間で昇圧手段22の動作状態のモニタや設定値の調整を行うようにする。この通信は有線、無線の別は問わない。このように制御手段23が、昇圧手段22に対する動作信号の設定状態を外部から調節できる通信手段42を有する構成により、昇圧手段22の動作を外部から操作することで想定外の負荷の変動や外乱によるシステムの動作に対しても安定した電圧供給を確かなものにすることが可能になる。
【0063】
また、図3、図13および図14を用いて他の動作を説明する。昇圧手段22の動作は経年変化によりその能力が低下してくる場合がある。そこで使用時間の経過により昇圧手段22を動作するタイミングを調節することで振動子の動作を安定したものにしていく。図13に示すように制御手段23には経年変化調整手段44を設置し、システムの動作時間が長くなってくるとそれに応じて昇圧手段22の動作時間やタイミングを調節する。経年変化調節手段44としては例えばタイマや時計およびそれに記憶手段を組み合わせた構成でも良い。
【0064】
動作初期は図14の時刻t60、t62、t64、t66で(a)のように第1の振動子32が動作して電圧がある程度低下すると、(b)のように時刻t61、t63、t65、t67で制御手段23が昇圧手段22を動作して電圧を調整する。しかし経年変化で昇圧手段22の能力が低下してくると同じ動作時間では昇圧動作が完了しないことがでてくる。この場合は(c)のように経年変化調整手段44からの情報により制御手段23が昇圧手段22の動作を長めに調整する。その結果、昇圧手段22の出力は当初の設定していた高電圧の値を維持することが可能になる。
【0065】
このように制御手段23が、経年変化に応じて昇圧手段22に対する動作信号の設定状態を変更する経年変化調整手段44を有する構成により、経年変化による負荷や昇圧手段22の変動に対しても追随して調節することができ、長期間安定した動作をすることが可能になる。振動子への高電圧が安定することにより流量計測の安定度も向上するため長期間、精度を維持したまま流量計測を継続することが可能になる。
【0066】
また、図3、図15および図16を用いて他の動作を説明する。昇圧手段22の動作はシステムの設置されている雰囲気温度の変化によりその能力が低下してくる場合がある。そこで周囲温度の変化度合いにより昇圧手段22を動作するタイミングを調節することで振動子の動作を安定したものにしていく。図15に示すように制御手段23には温度変化変化調整手段45を設置し、システムの動作中における温度変化を調べている。そして周囲温度が日光にてらされ高温になった場合や、雪や氷が存在する低温になった場合は、その温度に応じて昇圧手段22の動作時間やタイミングを調節する。通常、室温など想定された温度範囲においては動作初期において図15の時刻t70、t72、t74、t76で(a)のように第1の振動子32が動作して電圧がある程度低下すると、(b)のように時刻t71、t73、t75、t77で制御手段23が昇圧手段22を動作して電圧を調整する。
【0067】
しかし高温や低温状態になり電子部品の温度特性に応じた補正が必用な温度範囲になってくると同じ動作時間では昇圧動作が完了しないことがでてくる。この場合は(c)のように温度変化調整手段45からの情報により制御手段23が昇圧手段22の動作を長めに調整する。その結果、昇圧手段22の出力は当初の設定していた高電圧の値を維持することが可能になる。
【0068】
このように制御手段23が、周囲温度変化に応じて昇圧手段22に対する動作信号の設定状態を変更する温度変化調整手段45を有する構成により、温度変化の激しい環境におかれた負荷や昇圧手段22に対しても追随して調節することができ、安定した電圧動作をすることが可能になる。そして振動子への高電圧が安定することにより流量計測の安定度も向上するため温度変化の激しい環境でも精度を維持したまま流量計測を継続することが可能になる。
【0069】
(請求項4)
本発明の昇圧制御装置およびそれを用いた流量計測装置について説明する。実施例1と異なるところは、昇圧制御装置において、昇圧手段22の動作を調整する制御手段23の動作を確実にするためのコンピュータを機能させるためのプログラムを有する記憶媒体46を用いていることである。
【0070】
図1、図5、図12、図13および図15において実施例1から実施例3で示した制御手段23の動作を行うには、予め実験等により振動子の動作による昇圧手段22の出力変化、経年変化、温度変化、システムの安定度に関して昇圧手段の動作タイミングなどの相関を求め、例えばファジィ制御のメンバーシップ関数のように適合度というような形で判断する判定ソフトをプログラムとして記憶媒体46に格納しておく。通常マイクロコンピュータのメモリやフラッシュメモリ等電気的に書き込み可能なものにしておくと利用が便利である。
【0071】
このように制御手段23の動作をプログラムで行うことができるようになると振動子の駆動電圧の変化に対して追随する昇圧手段23の動作をソフトで行うことになる。これにより駆動回数の条件設定、切換手段36動作前後における電圧調整の条件設定、変更が容易にでき、また経年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブルに計測時間の精度向上を行うことができる。なお本実施例において制御手段23以外の動作もマイコン等によりプログラムで行ってもよい。
【0072】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように本発明の昇圧制御装置によれば、制御手段が負荷の動作に応じて昇圧手段による電圧の上昇動作を制御するため安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、負荷の動作を検知しながら昇圧手段を動作するためノイズ等の影響をシステムに与えないようなの動作を実現することができる。そして負荷の動作していない時に昇圧手段を動作することで電圧の安定度をはかり、再現性もよくなる。また、このような昇圧制御装置を流量計測装置に用いることにより電圧の安定度が向上し、時間計測をする場合でも電圧精度が高いため計測系の安定動作をと、精度の良い流量計測を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における昇圧制御装置の全体のブロック図
【図2】従来と本発明の昇圧装置におけるタイミング図
【図3】本発明の流量計測装置の全体ブロック図
【図4】本発明の流量計測装置におけるタイミング図
【図5】同流量計測装置と昇圧制御装置の接続を示すブロック図
【図6】同流量計測装置におけるタイミング図
【図7】同流量計測装置における他のタイミング図
【図8】同流量計測装置における他のタイミング図
【図9】本発明の第2の実施例の流量計測装置におけるタイミング図
【図10】他の流量計測装置におけるタイミング図
【図11】他の流量計測装置におけるタイミング図
【図12】本発明の第3の実施例における昇圧制御装置のブロック図
【図13】同昇圧制御装置と流量計測装置の接続を示すブロック図
【図14】同流量計測装置におけるタイミング図
【図15】同昇圧制御装置と流量計測装置の接続を示すブロック図
【図16】他の流量計測装置におけるタイミング図
【図17】従来の昇圧回路の全体のブロック図
【図18】従来の流量計測装置の全体のブロック図
【符号の説明】
1 電源
6 負荷
22 昇圧手段
23 制御手段
31 流路
32 第1の振動子
33 第2の振動子
36 切換え手段
37 繰返し手段
38 遅延手段
39 計時手段
40 流量演算手段
42 通信手段
44 経年変化調整手段
45 温度変化調整手段
46 記憶媒体
Claims (12)
- 入力電圧を上昇する昇圧手段と、昇圧手段の出力で動作する負荷と、昇圧手段の動作を制御する制御手段とからなり、前記制御手段は、負荷の動作に応じて前記昇圧手段を動作する昇圧制御装置。
- 制御手段は、負荷が動作する度に昇圧手段を動作する請求項1記載の昇圧制御装置。
- 制御手段は、負荷が一定回数動作する度に昇圧手段を動作する請求項1記載の昇圧制御装置。
- 制御手段は、負荷の動作回数の公約数になる分割回数度に昇圧手段を動作する請求項1記載の昇圧制御装置。
- 制御手段は、負荷の動作する前に昇圧手段を動作する請求項1記載の昇圧制御装置。
- 制御手段は、負荷の動作した後に昇圧手段を動作する請求項1記載の昇圧制御装置。
- 制御手段は、負荷の状態に応じて昇圧手段を動作する請求項1記載の昇圧制御装置。
- 制御手段は、昇圧手段に対する動作信号の設定状態を外部から調節できる通信手段を有する請求項1記載の昇圧制御装置。
- 制御手段は、経年変化に応じて昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する経年変化調整手段を有する請求項1記載の昇圧制御装置。
- 制御手段は、周囲温度変化に応じて昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する温度変化調整手段を有する請求項1記載の昇圧制御装置。
- 請求項1から請求項10のいずれか1項記載の制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
- 被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子の送受信の切換手段と、前記振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰返し手段と、それぞれの複数回繰返しの伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段でそれぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備え、前記振動子を負荷としてその動作方法を前記請求項1から請求項10のいずれか1項記載の昇圧制御装置を用いる流量計測装置。
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