JP2011033439A - Coriolis mass flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定管路に所定距離を隔てて配置された上流側センサ及び下流側センサの夫々の周波数検出信号を、増幅回路、ADコンバータを介して信号処理部に入力すると共に、温度検出信号をADコンバータを介して信号処理部に入力し、前記周波数検出信号の位相差信号、周波数信号、温度信号を算出するコリオリ質量流量計に関するものである。 The present invention inputs a frequency detection signal of each of an upstream sensor and a downstream sensor arranged at a predetermined distance in a measurement pipe line to a signal processing unit via an amplifier circuit and an AD converter, and a temperature detection signal Is input to a signal processing unit via an AD converter, and relates to a Coriolis mass flowmeter that calculates a phase difference signal, a frequency signal, and a temperature signal of the frequency detection signal.
コリオリ質量流量計のセンサ部の構成及び質量流量演算の信号処理については、特許文献1に詳細な技術開示がある。センサ部の構成及び1次モード及び2次モード振動について簡単に説明する。
図4は、コリオリ質量流量計のセンサ部の基本構成図である。被測定流体Qを流す測定管路1の両端は、支持部材2、3に固定されている。この測定管路1の中央部近傍には、この測定管路1を上下に機械振動をさせる加振器4が設置されている。
FIG. 4 is a basic configuration diagram of the sensor unit of the Coriolis mass flow meter. Both ends of the
測定管路1の支持部材2、3に固定されている近傍には、この測定管路1の振動を検出する上流側センサ5及び下流側センサ6が固定されている。
An
図5は、1次モード及び2次モード振動を説明する模式図である。加振器4から測定管路1に、M1、M2に示すような1次モードの形状で振動が与えられている状態で、測定管路1に被測定流体Qが流れると、M3、M4に示すような2次モードの形状で測定管路1が振動する。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the primary mode and the secondary mode vibration. When the fluid Q to be measured flows through the
実際には、この2種類の振動パターンが重畳された形で測定管路1が振動する。測定管路1のこの振動変形を、上流側センサ5及び下流側センサ6で、周波数検出信号VS1及び周波数検出信号VS2で検出する。
Actually, the
図6は、従来のコリオリ質量流量計の構成例を示す機能ブロック図である。上流側センサ5の周波数検出信号VS1及び下流側センサ6の周波数検出信号VS2は、夫々増幅回路7及び8で所定レベルに増幅された後、雑音抑制用のローパスフィルタ9及び10を介してADコンバータ11に入力され、夫々デジタル信号に変換されてCPU手段で構成される信号処理部12に入力される。
FIG. 6 is a functional block diagram showing a configuration example of a conventional Coriolis mass flow meter. The frequency detection signal VS1 of the
測定管路1に設けた流体Qの温度センサ13による温度検出信号は、ADコンバータ14でデジタル変換されて信号処理部12に入力される。信号処理部12は、ADコンバータ11及びADコンバータ14からのデジタル信号を取得し、ヒルベルト変換処理等による位相差信号Δθ、周波数検出アルゴリズムによる周波数信号F、温度信号Tを演算して出力する。図示されていないが、これら出力信号に基づいて流体Qの質量流量が演算される。この信号処理の詳細については、特許文献1に技術開示がある。
A temperature detection signal from the temperature sensor 13 of the fluid Q provided in the
上流側センサ5側の増幅回路7及びローパスフィルタ9よりなる第1入力回路並びに下流側センサ6側の増幅回路8及びローパスフィルタ10よりなる第2入力回路は、上流側センサ5及び下流側センサ6の周波数特性の変化、温度変動による温度特性変化に起因して、信号処理部12で算出される位相差に影響を与え、位相差エラーを発生させる。
The first input circuit composed of the
質量流量に比例した位相差信号Δθは、測定可能な最大流量のときに数十ミリラジアンであり、高精度化(例えば±0.1%)するためには、数マイクロラジアンの測定精度が必要となる。このために、位相差エラーは高精度化の障害要因となるので、エラー補正の仕組みを設ける必要がある。 The phase difference signal Δθ proportional to the mass flow rate is several tens of milliradians at the maximum measurable flow rate, and measurement accuracy of several microradians is required to achieve high accuracy (for example, ± 0.1%). For this reason, since the phase difference error becomes a cause of high accuracy, it is necessary to provide a mechanism for error correction.
位相差エラー補正のために、切り替え回路15及び補正器16が設けられている。信号処理部12のCPUからの定期的な補正指令Cにより、切り替え回路15を一定時間切替え操作する。
A switching circuit 15 and a
切り替え回路15は、定常状態では接点aを介して増幅回路8の入力を下流側センサ6に接続しているが、補正指令Cによる切り替え操作により、増幅回路8の入力を、接点bを介して上流側センサ5に接続する。
The switching circuit 15 connects the input of the
この接続状態では、増幅回路7及び8の入力信号は同一信号Vs1であるため、理想的には位相差はゼロである。従って、信号処理部12が演算して出力する位相差信号は、入力回路誤差等に起因する位相差エラー信号Errである。
In this connection state, since the input signals of the
補正器16は、この位相差エラー信号Errを取得保持し、切り替え回路15の接点が定常接続に戻った状態で算出される位相差信号Δθを、位相差エラー信号Errで補正した位相差信号Δθ´を出力する。これにより、入力回路誤差による位相差エラーを補正することができる。
The
従来装置では次のような問題がある。
(1)切替え回路15が切り換え操作されている位相差エラー信号の算出期間では、下流側センサ6の周波数検出信号VS2は切り離されるため、周期的に連続測定できない期間が存在する。
The conventional apparatus has the following problems.
(1) In the calculation period of the phase difference error signal in which the switching circuit 15 is switched, the frequency detection signal VS2 of the
(2)連続測定できない期間を短くすると、位相差エラーの算出精度が悪くなる。また位相差エラーの算出処理は、信号処理部12のCPU負荷を増大させ、消費電力の増加につながる。
(2) If the period during which continuous measurement cannot be performed is shortened, the calculation accuracy of the phase difference error deteriorates. Also, the phase difference error calculation process increases the CPU load of the
本発明の目的は、位相差の精度を保ちながらCPUの負荷を軽減させることを可能とするコリオリ質量流量計を実現することにある。 An object of the present invention is to realize a Coriolis mass flow meter that can reduce the load on the CPU while maintaining the accuracy of the phase difference.
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
(1)測定管路に所定距離を隔てて配置された上流側センサ及び下流側センサの夫々の周波数検出信号を、増幅回路、ADコンバータを介して信号処理部に入力すると共に、温度検出信号をADコンバータを介して信号処理部に入力し、前記周波数検出信号の位相差信号、周波数信号、温度信号を算出するコリオリ質量流量計において、
前記上流側センサまたは下流側センサの一方の周波数検出信号を所定の更新タイミングで他方の前記増幅回路に接続したときに演算される位相差エラー信号と、前記周波数信号及び温度信号とを取得して更新される位相差エラー補正テーブル手段と、
この位相差エラー補正テーブル手段から読み出された位相差エラー信号に基づいて、算出された前記位相差信号を補正する位相差補正手段と、
を備えることを特徴とするコリオリ質量流量計。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) The frequency detection signals of the upstream sensor and the downstream sensor arranged at a predetermined distance in the measurement pipeline are input to the signal processing unit via the amplifier circuit and AD converter, and the temperature detection signal is In a Coriolis mass flow meter that inputs a signal processing unit via an AD converter and calculates a phase difference signal, a frequency signal, and a temperature signal of the frequency detection signal,
Obtaining a phase difference error signal calculated when one frequency detection signal of the upstream sensor or the downstream sensor is connected to the other amplifier circuit at a predetermined update timing, the frequency signal, and the temperature signal; Updated phase difference error correction table means;
Phase difference correction means for correcting the calculated phase difference signal based on the phase difference error signal read from the phase difference error correction table means;
A Coriolis mass flow meter comprising:
(2)前記位相差補正手段は、前記位相差エラー補正テーブル手段より前記周波数信号及び温度信号をキーとした検索により前記位相差エラー信号を読み出すことを特徴とする(1)に記載のコリオリ質量流量計。 (2) The Coriolis mass according to (1), wherein the phase difference correction means reads the phase difference error signal from the phase difference error correction table means by a search using the frequency signal and the temperature signal as keys. Flowmeter.
(3)前記位相差エラー補正テーブル手段は、工場出荷時にテスト環境の学習により取得したデフォルト値が書き込まれていることを特徴とする(1)または(2)に記載のコリオリ質量流量計。 (3) The Coriolis mass flowmeter according to (1) or (2), wherein the phase difference error correction table means is written with a default value acquired by learning a test environment at the time of factory shipment.
(4)運用中に前記デフォルト値を短期間で更新する微調整用位相差エラー補正テーブル手段を備えることを特徴とする(3)に記載のコリオリ質量流量計。 (4) The Coriolis mass flowmeter according to (3), further comprising a fine adjustment phase difference error correction table means for updating the default value in a short period during operation.
(5)前記所定の更新タイミングで前記信号処理部により算出される位相差エラー信号と前記位相差エラー補正テーブル手段から読み出される位相差エラー信号とを比較し、その差が所定の閾値を超えるときにアラーム信号を出力する診断手段を備えることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。 (5) When the phase difference error signal calculated by the signal processing unit at the predetermined update timing is compared with the phase difference error signal read from the phase difference error correction table means, and the difference exceeds a predetermined threshold value The Coriolis mass flowmeter according to any one of (1) to (4), further comprising diagnostic means for outputting an alarm signal.
(6)前記位相差エラー信号は、前記上流側センサ及び下流側センサと前記ADコンバータ間の入力回路誤差であることを特徴とする(1)乃至(5)のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。 (6) The Coriolis mass flow rate according to any one of (1) to (5), wherein the phase difference error signal is an input circuit error between the upstream and downstream sensors and the AD converter. Total.
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
(1)比較的長周期で実行される位相差エラー補正テーブル手段の更新期間を除いて切り換え回路15による信号切り替えが不要のため、質量流量の連続測定ができる。
According to the present invention, the following effects can be expected.
(1) Since the signal switching by the switching circuit 15 is not required except for the update period of the phase difference error correction table means executed in a relatively long cycle, the mass flow rate can be continuously measured.
(2)位相差エラー補正テーブル手段から読み出される位相差エラー信号で補正を実行するので、短周期で入力回路誤差量を求める演算が不要となり、CPUの負荷が軽くなる。 (2) Since the correction is executed with the phase difference error signal read from the phase difference error correction table means, it is not necessary to calculate the input circuit error amount in a short period, and the load on the CPU is reduced.
(3)リアルタイム補正を行うことができるため、測定精度を向上できる。 (3) Since real-time correction can be performed, measurement accuracy can be improved.
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図1は、本発明を適用したコリオリ質量流量計の一実施例を示す機能ブロック図である。図6で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of a Coriolis mass flow meter to which the present invention is applied. The same elements as those of the conventional configuration described with reference to FIG.
従来構成と比較した本発明の構成上の特徴部は、位相差エラー補正テーブル手段100と、位相差補正手段200と、スイッチ300を設けた点にある。位相差補正手段200は、図6で説明した補正器16と同一機能を備え、位相差信号Δθを位相差エラー信号Errで補正した位相差信号Δθ´を出力する。
A structural feature of the present invention compared to the conventional configuration is that a phase difference error correction table means 100, a phase difference correction means 200, and a
信号処理部12のCPUから所定の更新周期で出力される更新指令Dにより、一定時間切り替え回路15を操作し、更新期間中に上流側センサ5の周波数検出信号VS1を、下流側センサ6の増幅回路8に切り替え接続する。
In response to an update command D output from the CPU of the
この更新期間中に信号処理部12で算出される位相差エラー信号Errと、このときの周波数信号F及び温度信号Tを取得して、位相差エラー補正テーブル手段100のデータが更新される。
During this update period, the phase difference error signal Err calculated by the
このテーブル手段の更新期間中は、位相差補正手段200は、CPUから操作されるスイッチ300により従来構成と同様に、信号処理部12で算出された位相差エラー信号Errで補正した位相差信号Δθ´を出力する。
During the update period of the table means, the phase difference correction means 200 is corrected by the phase difference error signal Err calculated by the
位相差補正手段200は、CPUから操作されるスイッチ300の切り替えにより、テーブル手段の更新期間以外の期間中は、位相差エラー補正テーブル手段100から読み出される位相差エラー信号Errを取得して補正した位相差信号Δθ´を出力する。
The phase
位相差エラー補正テーブル手段100から読み出される位相差エラー信号Errによる補正期間中は、信号処理部12による位相差エラー信号Errの算出処理を停止することにより、CPU負荷を大幅に軽減することができる。
During the correction period by the phase difference error signal Err read from the phase difference error correction table means 100, the CPU load can be greatly reduced by stopping the calculation process of the phase difference error signal Err by the
本発明において信号処理部12のCPUから出力される更新指令Dの周期は、位相差エラー補正テーブル手段100の導入により、従来構成における補正指令Cの周期に比較して充分長く設定することができるので、質量流量の連続測定が可能となる。
In the present invention, the period of the update command D output from the CPU of the
図2は、本発明で採用される位相差エラー補正テーブルの構成例である。安定な周波数検出信号VS1,VS2の周波数及び温度が検出できた時点以降に、更新周期毎に取得される周波数信号F1,F2,…、温度信号T1,T2,…、位相差エラー信号Err1,Err2,…が登録される。 FIG. 2 is a configuration example of a phase difference error correction table employed in the present invention. The frequency signals F1, F2,..., The temperature signals T1, T2,..., The phase difference error signals Err1, Err2 acquired at each update cycle after the time when the frequency and temperature of the stable frequency detection signals VS1, VS2 can be detected. , ... are registered.
位相差補正手段200は、補正周期毎に位相差エラー補正テーブル手段100より、そのタイミングでの周波数信号F及び温度信号Tをキーとした検索により最適な値の位相差エラー信号Errを読み出して補正を実行する。 The phase difference correction means 200 reads out and corrects the phase difference error signal Err having the optimum value from the phase difference error correction table means 100 for each correction cycle by a search using the frequency signal F and the temperature signal T as keys. Execute.
位相差エラー補正テーブル手段100の読み出し精度は、更新を続けることで学習効果がでるが、工場出荷時には、テスト環境の学習により取得したデフォルト値を初期データとして書き込んでおくことができる。 The reading accuracy of the phase difference error correction table means 100 can be learned by continuing to update, but at the time of shipment from the factory, a default value acquired by learning the test environment can be written as initial data.
図3は、位相差エラー補正テーブル更新の手順を示すフローチャートである。ステップS1で更新処理がスタートすると、ステップS2で位相差エラーを求め、ステップS3で1サンプル前の位相差エラーとの差分を求める。 FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for updating the phase difference error correction table. When the update process starts in step S1, a phase difference error is obtained in step S2, and a difference from the phase difference error one sample before is obtained in step S3.
ステップS4では、差分がある閾値以下であるかがチェックされ、閾値以下と判定されれば位相差エラー信号は収斂傾向にあるとみて所定時間後にテーブル登録するためのタイマーを起動させる。 In step S4, it is checked whether or not the difference is equal to or less than a threshold value. If it is determined that the difference is equal to or less than the threshold value, the phase difference error signal is considered to converge, and a timer for registering the table after a predetermined time is started.
ステップS5のタイマー起動チェックで、タイマーが起動中であればステップS6でタイマー満了を確認した後、ステップS7で周波数、温度と共に求めた位相差エラー信号をテーブルに登録し、ステップS8で終了する。 If it is determined in step S5 that the timer has been activated, it is confirmed in step S6 that the timer has expired. In step S7, the phase difference error signal obtained together with the frequency and temperature is registered in the table, and the process ends in step S8.
ステップS6のタイマー満了チェックで、タイマーが満了していない場合には、ステップS8に移り、テーブルに登録させずに終了する。 If it is determined in step S6 that the timer has not expired, the process proceeds to step S8 and ends without being registered in the table.
ステップ5のタイマー起動チェックで、タイマーが起動していない場合には、ステップS9で位相差エラー信号を一時記憶した後にステップS10でタイマーを起動し、ステップS8に移り、テーブルに登録させずに終了する。
If the timer is not activated in the timer activation check in
ステップS4のチェックで差分が閾値以下でないと判定された場合には、ステップS11で位相差エラー信号を一時記憶した後ステップS12で、タイマーが起動中であればこれを停止し、ステップS8に移り、テーブルに登録させずに終了する。 If it is determined in step S4 that the difference is not less than or equal to the threshold value, the phase difference error signal is temporarily stored in step S11. Then, in step S12, if the timer is running, it is stopped and the process proceeds to step S8. Finish without registering in the table.
本発明の実施形態として、運用中に工場出荷時にテーブルに登録されたデフォルト値を短期間で更新する微調整用位相差エラー補正テーブル手段を増設し、この補正テーブル手段からのオフセット値をデフォルト値に付け加えてデフォルト値を補正する学習機能を持たせてもよい。 As an embodiment of the present invention, a phase difference error correction table means for fine adjustment for updating the default value registered in the table at the time of shipment from the factory during operation in a short period is added, and the offset value from the correction table means is set as the default value. In addition, a learning function for correcting the default value may be provided.
更に本発明の実施形態として、所定のタイミングで信号処理部12により算出される位相差エラー信号Errと位相差エラー補正テーブル手段100から読み出される位相差エラー信号Errとを比較し、その差が所定の閾値を超えるときにシステムの異常を示すアラーム信号を出力する診断手段を備えるように構成してもよい。
Furthermore, as an embodiment of the present invention, the phase difference error signal Err calculated by the
1 測定管路
5 上流側センサ
6 下流側センサ
7,8 増幅回路
9,10 ローパスフィルタ
11,14 ADコンバータ
12 信号処理部(CPU)
13 温度センサ
100 位相差エラー補正テーブル手段
200 位相差補正手段
300 スイッチ
DESCRIPTION OF
13 Temperature sensor 100 Phase difference error correction table means 200 Phase difference correction means 300 Switch
Claims (6)
前記上流側センサまたは下流側センサの一方の周波数検出信号を所定の更新タイミングで他方の前記増幅回路に接続したときに演算される位相差エラー信号と、前記周波数信号及び温度信号とを取得して更新される位相差エラー補正テーブル手段と、
この位相差エラー補正テーブル手段から読み出された位相差エラー信号に基づいて、算出された前記位相差信号を補正する位相差補正手段と、
を備えることを特徴とするコリオリ質量流量計。 The frequency detection signals of the upstream sensor and the downstream sensor arranged at a predetermined distance in the measurement pipeline are input to the signal processing unit via the amplifier circuit and the AD converter, and the temperature detection signal is input to the AD converter. In the Coriolis mass flowmeter that inputs to the signal processing unit and calculates the phase difference signal, frequency signal, and temperature signal of the frequency detection signal,
Obtaining a phase difference error signal calculated when one frequency detection signal of the upstream sensor or the downstream sensor is connected to the other amplifier circuit at a predetermined update timing, the frequency signal, and the temperature signal; Updated phase difference error correction table means;
Phase difference correction means for correcting the calculated phase difference signal based on the phase difference error signal read from the phase difference error correction table means;
A Coriolis mass flow meter comprising:
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