JP2012168045A - Coriolis flowmeter - Google Patents

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Atsushi Takashima
淳 高島
Mamoru Hihara
衛 日原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coriolis flowmeter which can remove the influence of external noise components with a relatively simple configuration.SOLUTION: In a coriolis flowmeter for measuring mass flow rate using interaction by coriolis force between a measurement fluid and a vibrating measurement tube, there are provided: a vibration sensor for detecting external noise components applied to the measurement tube; and an operation unit for canceling external noise components applied to the measurement tube based on output signals of the vibration sensor.

Description

本発明は、コリオリ流量計に関し、詳しくは、外部の振動や配管の振動などの外来ノイズ成分が測定チューブに与える影響の除去に関するものである。   The present invention relates to a Coriolis flow meter, and more particularly, to removal of the influence of external noise components such as external vibration and piping vibration on a measurement tube.

コリオリ流量計は、測定流体と振動する測定チューブの間のコリオリ力による相互作用を利用して、質量流量を計測する測定器である。   The Coriolis flowmeter is a measuring device that measures mass flow rate by utilizing an interaction caused by Coriolis force between a measurement fluid and a vibrating measurement tube.

図7は、従来のコリオリ流量計の一例を示す構成説明図である。測定流体が流れる配管1には、2本のU字形の測定チューブ2、3が、配管1に連通するようにして平行に片持ちはり状に固定されている。   FIG. 7 is a configuration explanatory view showing an example of a conventional Coriolis flow meter. Two U-shaped measurement tubes 2 and 3 are fixed to the pipe 1 through which the measurement fluid flows in a cantilever shape in parallel so as to communicate with the pipe 1.

これら測定チューブ2、3の頂点には図示しない一対のマグネットと駆動コイルを配置し、上流側および下流側には図示しない各一対のマグネットセンサコイルを配置する。そして、電磁誘導により発生するセンサコイルの出力を駆動コイルに正帰還して、測定チューブ2、3の固定端を軸にして測定チューブ2、3の平行面とほぼ直交する方向にその共振周波数で自励発振させる。   A pair of magnets and drive coils (not shown) are arranged at the apexes of the measurement tubes 2 and 3, and a pair of magnet sensor coils (not shown) are arranged on the upstream side and the downstream side. Then, the output of the sensor coil generated by electromagnetic induction is positively fed back to the drive coil, and the resonance frequency is in a direction substantially orthogonal to the parallel surface of the measurement tubes 2 and 3 with the fixed ends of the measurement tubes 2 and 3 as axes. Self-excited oscillation.

測定チューブ2、3に測定流体が流れると、測定チューブ2、3の上昇または下降に伴い、流入側および流出側にコリオリの力Fcが生じる。この力は流入側と流出側で反対方向であるためトルクが生じ、測定チューブ2、3にねじれ角が生じる。コリオリの力Fcは流体の質量流量に比例するため、測定チューブ2、3のねじれ角を検出することで質量流量を計測できる。すなわち、2つの信号の位相差から質量流量を求めることができ、同時に、信号周波数から流体の質量すなわち密度を求めることができる。   When the measurement fluid flows through the measurement tubes 2 and 3, Coriolis force Fc is generated on the inflow side and the outflow side as the measurement tubes 2 and 3 are raised or lowered. Since this force is in the opposite direction on the inflow side and the outflow side, torque is generated and a twist angle is generated in the measurement tubes 2 and 3. Since the Coriolis force Fc is proportional to the mass flow rate of the fluid, the mass flow rate can be measured by detecting the twist angle of the measurement tubes 2 and 3. That is, the mass flow rate can be obtained from the phase difference between the two signals, and at the same time, the mass or density of the fluid can be obtained from the signal frequency.

ところで、測定チューブ2、3には外部の振動や配管の振動などの外来ノイズ成分が加わり、これら外来ノイズ成分に起因する測定誤差が発生する。これら測定チューブ2、3に加わる外来ノイズ成分は、同相成分として把握できる。   Incidentally, external noise components such as external vibrations and piping vibrations are added to the measurement tubes 2 and 3, and measurement errors due to these external noise components occur. These external noise components applied to the measurement tubes 2 and 3 can be grasped as in-phase components.

そこで、平行に片持ちはり状に固定されている2本の測定チューブ2、3を共振周波数で自励発振させるのにあたり、互いの駆動信号の位相を180度ずらせることで、外来ノイズ成分の影響を互いに打ち消すようにしている。   Therefore, when the two measurement tubes 2 and 3 fixed in parallel in the form of a cantilever are self-excited at the resonance frequency, the phases of the drive signals are shifted by 180 degrees so that the external noise component is reduced. They try to counteract the effects of each other.

非特許文献1には、コリオリ流量計の動作原理および構造が開示されている。   Non-Patent Document 1 discloses the operating principle and structure of a Coriolis flow meter.

占部修司、小山清明、「コリオリ流量計ROTAMASS3シリーズ」、横河技報、横河電機株式会社、2010年、Vol.53 No.2(2010) p.23−26Shuji Urabe, Kiyoaki Koyama, “Coriolis flow meter ROTAMASS3 series”, Yokogawa Technical Report, Yokogawa Electric Corporation, 2010, Vol. 53 No. 2 (2010) p. 23-26

しかし、図7のような従来の2重管構成によれば、2本のU字形の測定チューブ2、3を同一構造に形成して同一状態で配管1に固定しなければならず、高精度の加工組立調整技術が要求されるとともに、部品点数も多くなる。   However, according to the conventional double pipe configuration as shown in FIG. 7, the two U-shaped measurement tubes 2 and 3 must be formed in the same structure and fixed to the pipe 1 in the same state. As a result, the number of parts increases.

また、測定チューブ2、3を流れる測定流体に含まれる気泡の状態が異なると、位相差を生じて測定誤差になることから好ましくなく、気泡を抜くための対処も必要になる。   In addition, if the state of the bubbles contained in the measurement fluid flowing through the measurement tubes 2 and 3 is different, a phase difference is generated and a measurement error occurs, which is not preferable, and measures for removing the bubbles are also necessary.

本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、比較的簡単な構成で、外来ノイズ成分の影響を除去できるコリオリ流量計を提供することにある。   The present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a Coriolis flowmeter capable of removing the influence of an external noise component with a relatively simple configuration.

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
測定流体と振動する測定チューブの間のコリオリ力による相互作用を利用して、質量流量を計測するコリオリ流量計において、
前記測定チューブに加えられる外来ノイズ成分を検出する振動センサと、
この振動センサの出力信号に基づき前記測定チューブに加えられる外来ノイズ成分を打ち消す演算部、
を設けことを特徴とする。
In order to achieve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention is:
In the Coriolis flowmeter that measures the mass flow rate by utilizing the interaction caused by Coriolis force between the measurement fluid and the vibrating measurement tube,
A vibration sensor for detecting an external noise component applied to the measurement tube;
An arithmetic unit that cancels out an external noise component applied to the measurement tube based on an output signal of the vibration sensor,
It is characterized by providing.

請求項2記載の発明は、請求項1記載のコリオリ流量計において、
前記振動センサは、指向性を有するマイクロフォンであることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the Coriolis flow meter according to claim 1,
The vibration sensor is a directional microphone.

請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2記載のコリオリ流量計において、
前記演算部は、アナログ演算部であることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the Coriolis flow meter according to claim 1 or 2,
The calculation unit is an analog calculation unit.

請求項4記載の発明は、請求項1または請求項2記載のコリオリ流量計において、
前記演算部は、デジタル演算部であることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the Coriolis flow meter according to claim 1 or 2,
The arithmetic unit is a digital arithmetic unit.

請求項5記載の発明は、請求項4記載のコリオリ流量計において、
前記デジタル演算部の前段には、前記測定チューブの出力信号と前記振動センサの出力信号を択一的に選択する入力選択部を設けたことを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the Coriolis flow meter according to claim 4,
An input selection unit that selectively selects an output signal of the measurement tube and an output signal of the vibration sensor is provided in the preceding stage of the digital calculation unit.

これらにより、1本の測定チューブで、外来ノイズ成分の影響を受けることなく、高精度の質量流量測定が行える。   As a result, it is possible to perform high-accuracy mass flow measurement with a single measurement tube without being affected by external noise components.

本発明の一実施例を示す構成説明図である。It is a configuration explanatory view showing an embodiment of the present invention. 図1の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of FIG. 本発明で用いるアナログ演算部の具体例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific example of the analog calculating part used by this invention. 図3における位相測定部20の具体例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific example of the phase measurement part 20 in FIG. 本発明で用いるデジタル演算部の具体例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific example of the digital calculating part used by this invention. 図5におけるDSP27の具体例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific example of DSP27 in FIG. 従来のコリオリ流量計の一例を示す構成説明図である。It is composition explanatory drawing which shows an example of the conventional Coriolis flowmeter.

以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を示す構成説明図であり、図7と共通する部分には同一の符号を付けている。図1と図7の相違点は、測定チューブが測定チューブ2の1本のみであることと、測定チューブ2に加えられる外来ノイズ成分を検出する振動センサ4を設けていることである。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to portions common to FIG. The difference between FIG. 1 and FIG. 7 is that there is only one measuring tube 2 and a vibration sensor 4 that detects an external noise component applied to the measuring tube 2 is provided.

図1において、配管1には、測定チューブ2に加えられる外来ノイズ成分を検出する振動センサ4が設けられている。測定チューブ2の頂点には一対のマグネットと駆動コイルよりなる駆動部5が設けられ、上流側および下流側にはそれぞれマグネットセンサコイルよりなるコリオリセンサ6、7が設けられている。   In FIG. 1, a piping 1 is provided with a vibration sensor 4 that detects an external noise component applied to a measurement tube 2. A driving unit 5 including a pair of magnets and a driving coil is provided at the apex of the measuring tube 2, and Coriolis sensors 6 and 7 each including a magnet sensor coil are provided on the upstream side and the downstream side, respectively.

図2は、図1の動作説明図である。測定流体が流れる測定チューブ2に駆動部5を介して特定周波数の振動を与えると、測定流体と振動する測定チューブ2の間のコリオリ力による相互作用に基づき、コリオリセンサ6、7の出力信号の位相が測定流体の流量に比例して変化する。この位相測定にあたり、前述のように、外来ノイズが位相測定結果に誤差を与えてしまう。   FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of FIG. When vibration of a specific frequency is applied to the measurement tube 2 through which the measurement fluid flows through the driving unit 5, the output signals of the Coriolis sensors 6 and 7 are based on the interaction caused by the Coriolis force between the measurement fluid and the measurement tube 2 that vibrates. The phase changes in proportion to the flow rate of the measurement fluid. In this phase measurement, as described above, external noise gives an error to the phase measurement result.

そこで、本発明では、外来ノイズの位相が特定周波数による測定チューブ2の振動の位相とは合わないことを利用して、測定チューブ2に伝わる外来ノイズを振動センサ4で検出し、測定チューブ2に伝わる外来ノイズと振動センサ4で検出した外来ノイズを位相反転して合成することにより、外来ノイズを打ち消すようにする。   Therefore, in the present invention, the external noise transmitted to the measurement tube 2 is detected by the vibration sensor 4 using the fact that the phase of the external noise does not match the vibration phase of the measurement tube 2 at a specific frequency, and the measurement tube 2 The external noise transmitted and the external noise detected by the vibration sensor 4 are combined by phase inversion to cancel the external noise.

なお、配管1および測定チューブ2にはあらゆる方向の外来ノイズが加えられるが、振動センサ4は、これら外来ノイズのうち、コリオリ力に基づいて測定チューブ2が揺れる方向の成分のみを検出する必要があることから、たとえば永久磁石と可動金属リボンを組み合わせたリボン型のダイナミックマイクロフォンの中で、リボンの両面が空間に開放されているタイプの指向性を有する速度型マイクロフォンを使用する。   Although external noise in all directions is applied to the pipe 1 and the measurement tube 2, the vibration sensor 4 needs to detect only the component in the direction in which the measurement tube 2 shakes based on the Coriolis force. For this reason, for example, in a ribbon type dynamic microphone in which a permanent magnet and a movable metal ribbon are combined, a speed type microphone having a directivity of a type in which both sides of the ribbon are open to space is used.

この速度型マイクロフォンは、リボン面に垂直な両側の方向からの音に対して高い感度を示し、面に平行な方向からの音に対しては感度が著しく低い。この指向性を利用して、コリオリセンサ6、7の取り込む方向と同じ方向に揺れる外来ノイズのみを取り込めるように、振動センサ4として速度型マイクロフォンを配管1に固定する。   This speed microphone exhibits high sensitivity to sound from both directions perpendicular to the ribbon surface, and extremely low sensitivity to sound from a direction parallel to the surface. Using this directivity, a speed type microphone is fixed to the pipe 1 as the vibration sensor 4 so that only external noise that shakes in the same direction as the direction in which the Coriolis sensors 6 and 7 are captured can be captured.

コリオリ流量計は、コリオリ力が配管1に伝わりにくいように流量計自身について重量のある設計が行われる。ここで、外来ノイズは、多少の減衰があっても、コリオリ力がかかる測定チューブ2に伝わる。そこで、配管1から振動センサ4で検出した外来ノイズの振動を位相反転させてコリオリセンサ6、7に加えられる外来ノイズと同じレベルになるように調整し、コリオリセンサ6、7の出力信号と合成することにより外来ノイズを打ち消すようにする。   The Coriolis flowmeter is designed with a heavy weight so that the Coriolis force is not easily transmitted to the pipe 1. Here, the external noise is transmitted to the measurement tube 2 to which Coriolis force is applied even if there is some attenuation. Therefore, the vibration of the external noise detected by the vibration sensor 4 from the pipe 1 is phase-inverted and adjusted so as to have the same level as the external noise applied to the Coriolis sensors 6 and 7, and synthesized with the output signals of the Coriolis sensors 6 and 7. To cancel the external noise.

図3は、本発明で用いるアナログ演算部の具体例を示すブロック図である。
振動センサ4の出力信号はアンプ8に入力され、アンプ8の出力端子と共通電位点間には可変抵抗9、10が並列接続されている。可変抵抗9の可変端子は抵抗11を介して演算増幅器OP1の反転入力端子に入力され、可変抵抗10の可変端子は抵抗12を介して演算増幅器OP2の反転入力端子に入力されている。
FIG. 3 is a block diagram showing a specific example of the analog calculation unit used in the present invention.
The output signal of the vibration sensor 4 is input to the amplifier 8, and variable resistors 9 and 10 are connected in parallel between the output terminal of the amplifier 8 and the common potential point. The variable terminal of the variable resistor 9 is input to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 via the resistor 11, and the variable terminal of the variable resistor 10 is input to the inverting input terminal of the operational amplifier OP2 via the resistor 12.

コリオリセンサ6の出力信号はアンプ13および抵抗14を介して第1の演算増幅器OP1の非反転入力端子に入力され、コリオリセンサ7の出力信号はアンプ15および抵抗16を介して第2の演算増幅器OP2の非反転入力端子に入力されている。   The output signal of the Coriolis sensor 6 is input to the non-inverting input terminal of the first operational amplifier OP1 through the amplifier 13 and the resistor 14, and the output signal of the Coriolis sensor 7 is input to the second operational amplifier through the amplifier 15 and the resistor 16. It is input to the non-inverting input terminal of OP2.

第1の演算増幅器OP1の反転入力端子は抵抗17を介して出力端子に接続され、非反転入力端子は抵抗18を介して共通電位点に接続されている。第1の演算増幅器OP1の出力信号はアンプ19を介して駆動部5を構成する駆動コイルに入力されるとともに、位相測定部20に入力されている。   The inverting input terminal of the first operational amplifier OP1 is connected to the output terminal via the resistor 17, and the non-inverting input terminal is connected to the common potential point via the resistor 18. The output signal of the first operational amplifier OP1 is input to the drive coil constituting the drive unit 5 through the amplifier 19 and also to the phase measurement unit 20.

第2の演算増幅器OP2の反転入力端子は抵抗21を介して出力端子に接続され、非反転入力端子は抵抗22を介して共通電位点に接続されている。第2の演算増幅器OP2の出力信号は、位相測定部20に入力されている。   The inverting input terminal of the second operational amplifier OP2 is connected to the output terminal via the resistor 21, and the non-inverting input terminal is connected to the common potential point via the resistor 22. The output signal of the second operational amplifier OP2 is input to the phase measuring unit 20.

位相測定部20は、第1の演算増幅器OP1の出力信号と第2の演算増幅器OP2の出力信号を用いて、位相を測定するための演算処理を行う。   The phase measuring unit 20 performs arithmetic processing for measuring the phase using the output signal of the first operational amplifier OP1 and the output signal of the second operational amplifier OP2.

図4は位相測定部20の具体例を示すブロック図であり、(A)はヒルベルト変換部を用いた例を示し、(B)はFFT演算部を用いた例を示している。   FIG. 4 is a block diagram showing a specific example of the phase measurement unit 20, (A) shows an example using a Hilbert transform unit, and (B) shows an example using an FFT operation unit.

図4(A)において、第1の演算増幅器OP1の出力信号はsinθ成分を含むものであり、A/D変換器20aでデジタル信号に変換され、バンドパスフィルタ20bに入力されるとともに、ヒルベルト変換部20cに入力される。バンドパスフィルタ20bはsinθ成分をtanΔφ演算部20dに出力し、ヒルベルト変換部20cはcosθ成分をtanΔφ演算部20dに出力する。   In FIG. 4A, the output signal of the first operational amplifier OP1 includes a sin θ component, is converted into a digital signal by the A / D converter 20a, is input to the bandpass filter 20b, and is also converted into a Hilbert transform. Is input to the unit 20c. The band pass filter 20b outputs the sin θ component to the tan Δφ calculating unit 20d, and the Hilbert transform unit 20c outputs the cos θ component to the tan Δφ calculating unit 20d.

一方、第2の演算増幅器OP2の出力信号はsinθ+Δ成分を含むものであり、A/D変換器20eでデジタル信号に変換され、バンドパスフィルタ20fに入力されるとともに、ヒルベルト変換部20gに入力される。バンドパスフィルタ20fはsinθ+Δ成分をtanΔφ演算部20dに出力し、ヒルベルト変換部20gはcosθ+Δ成分をtanΔφ演算部20dに出力する。   On the other hand, the output signal of the second operational amplifier OP2 includes a sin θ + Δ component, which is converted into a digital signal by the A / D converter 20e, input to the bandpass filter 20f, and input to the Hilbert conversion unit 20g. The The band pass filter 20f outputs the sin θ + Δ component to the tan Δφ calculating unit 20d, and the Hilbert transform unit 20g outputs the cos θ + Δ component to the tan Δφ calculating unit 20d.

tanΔφ演算部20dは、これらバンドパスフィルタ20bから入力されるsinθ成分、ヒルベルト変換部20cから入力されるcosθ成分、バンドパスフィルタ20fから入力されるsinθ+Δ成分およびヒルベルト変換部20gから入力されるcosθ+Δ成分に基づき、位相差tanΔφを演算する。   The tan Δφ computing unit 20d receives a sin θ component input from the band pass filter 20b, a cos θ component input from the Hilbert transform unit 20c, a sin θ + Δ component input from the band pass filter 20f, and a cos θ + Δ component input from the Hilbert transform unit 20g. Based on the above, the phase difference tan Δφ is calculated.

なお、これらバンドパスフィルタ20b、ヒルベルト変換部20c、バンドパスフィルタ20f、ヒルベルト変換部20gおよびtanΔφ演算部20dは、一点鎖線で囲んで示すように、たとえばDSPで構成される。   The bandpass filter 20b, the Hilbert transform unit 20c, the bandpass filter 20f, the Hilbert transform unit 20g, and the tan Δφ computing unit 20d are configured by, for example, a DSP, as shown by being surrounded by a one-dot chain line.

図4(B)において、sinθ成分を含む第1の演算増幅器OP1の出力信号はA/D変換器20aでデジタル信号に変換されてFFT演算部20hに入力され、sinθ+Δ成分を含む第2の演算増幅器OP2の出力信号はA/D変換器20eでデジタル信号に変換されてFFT演算部20hに入力される。   In FIG. 4B, the output signal of the first operational amplifier OP1 including the sin θ component is converted to a digital signal by the A / D converter 20a and input to the FFT operation unit 20h, and the second operation including the sin θ + Δ component is performed. The output signal of the amplifier OP2 is converted into a digital signal by the A / D converter 20e and input to the FFT operation unit 20h.

FFT演算部20hは、図4(A)のバンドパスフィルタ20b、ヒルベルト変換部20c、バンドパスフィルタ20f、ヒルベルト変換部20gおよびtanΔφ演算部20dによる位相差Δφの演算を、すべてFFT演算で行う。   The FFT computation unit 20h performs all the computations of the phase difference Δφ by the bandpass filter 20b, the Hilbert transform unit 20c, the bandpass filter 20f, the Hilbert transform unit 20g, and the tan Δφ computation unit 20d of FIG.

一般的には、図4(A)のヒルベルト変換部を含む構成における演算量は図4(B)のFFT演算量の約1/4であって演算負荷を少なくできるが、最近の半導体技術の進歩に伴ってFFT演算部20hの演算速度も高速化されて演算負荷がほとんど問題になることはなくなっている。なお、FFT演算部20hも、一点鎖線で囲んで示すように、たとえばDSPで構成される。   In general, the calculation amount in the configuration including the Hilbert transform unit in FIG. 4A is about 1/4 of the FFT calculation amount in FIG. 4B, and the calculation load can be reduced. With the progress, the calculation speed of the FFT calculation unit 20h is also increased, and the calculation load hardly becomes a problem. Note that the FFT operation unit 20h is also configured by, for example, a DSP as shown by being surrounded by a one-dot chain line.

再び図3の構成において、可変抵抗9により振動センサ4の出力信号に含まれる外来ノイズ成分がコリオリセンサ6の出力信号に含まれる外来ノイズ成分と等しくなるように調整され、可変抵抗10により振動センサ4の出力信号に含まれる外来ノイズ成分がコリオリセンサ7の出力信号に含まれる外来ノイズ成分と等しくなるように調整する。   3 again, the variable resistor 9 adjusts the external noise component included in the output signal of the vibration sensor 4 to be equal to the external noise component included in the output signal of the Coriolis sensor 6, and the variable resistor 10 controls the vibration sensor. The external noise component included in the output signal 4 is adjusted to be equal to the external noise component included in the output signal of the Coriolis sensor 7.

これにより、位相測定部20には、それぞれに含まれていた外来ノイズ成分が打ち消されたコリオリセンサ6の出力信号とコリオリセンサ7の出力信号が入力されることから、位相を測定するためのアナログ演算処理にあたり、外来ノイズ成分の影響を受けることはなく、高精度の質量流量測定が行える。   As a result, the phase measurement unit 20 receives the output signal of the Coriolis sensor 6 and the output signal of the Coriolis sensor 7 in which the external noise components included in each phase are canceled out. The calculation process is not affected by external noise components and can perform mass flow measurement with high accuracy.

そして、このような構成によれば、U字形の測定チューブを従来のように2重管構成にしなくて1本でよく、コリオリ流量計の外観構造を小型に簡素化できる。   According to such a configuration, the U-shaped measurement tube does not have to be a double tube configuration as in the prior art and only one U-shaped measurement tube is required, and the external structure of the Coriolis flow meter can be simplified in a small size.

また、測定チューブの形状はU字形に限るものではなく、直線形、S字形、V字形などすべて1本の測定チューブでよく、加工組立調整に要する工数も削減できる。   Further, the shape of the measurement tube is not limited to the U-shape, and a single measurement tube such as a straight shape, an S-shape, or a V-shape may be used, and man-hours required for processing and assembly adjustment can be reduced.

図5は本発明で用いるデジタル演算部の具体例を示すブロック図であり、図3と共通する部分には同一の符号を付けている。図5において、振動センサ4の出力信号はアンプ8を介して入力選択部23のスイッチSW1に入力され、コリオリセンサ6の出力信号はアンプ13を介して入力選択部23のスイッチSW2に入力されるとともにアンプ19を介して駆動部5を構成する駆動コイルに出力され、コリオリセンサ7の出力信号はアンプ15を介して入力選択部23のスイッチSW3に入力されている。入力選択部23を構成するスイッチSW1〜SW3は、切換制御部24により、選択的にオンオフ制御される。   FIG. 5 is a block diagram showing a specific example of the digital arithmetic unit used in the present invention, and the same reference numerals are given to portions common to FIG. In FIG. 5, the output signal of the vibration sensor 4 is input to the switch SW1 of the input selection unit 23 via the amplifier 8, and the output signal of the Coriolis sensor 6 is input to the switch SW2 of the input selection unit 23 via the amplifier 13. The output signal of the Coriolis sensor 7 is input to the switch SW3 of the input selection unit 23 via the amplifier 15 through the amplifier 19 to the drive coil constituting the drive unit 5. The switches SW <b> 1 to SW <b> 3 constituting the input selection unit 23 are selectively on / off controlled by the switching control unit 24.

入力選択部23で選択された振動センサ4、コリオリセンサ6、7の出力信号はアンチエリアシングフィルタ25を介してA/D変換器26に入力され、デジタル信号に変換されてDSP27に入力される。   The output signals of the vibration sensor 4 and the Coriolis sensors 6 and 7 selected by the input selection unit 23 are input to the A / D converter 26 via the anti-aliasing filter 25, converted into digital signals, and input to the DSP 27. .

DSP27は、振動センサ4とコリオリセンサ6、7の位置に対する外来ノイズ信号の伝わり方が異なるためあらかじめ信号伝達係数を求めておき、それらの信号伝達係数を加味してコリオリセンサ6、7に含まれる外来ノイズ信号を打ち消すための演算を行う。その後、外来ノイズ信号が削除された状態で、コリオリセンサ6、7間の位相演算を行う。   The DSP 27 is included in the Coriolis sensors 6 and 7 in advance by obtaining signal transmission coefficients in consideration of the way in which the external noise signal is transmitted to the positions of the vibration sensor 4 and the Coriolis sensors 6 and 7 in consideration of the signal transmission coefficients. Performs computation to cancel the external noise signal. Thereafter, the phase calculation between the Coriolis sensors 6 and 7 is performed in a state where the external noise signal is deleted.

なお、A/D変換器26から変換出力されるデジタル信号をヒルベルト変換してコリオリセンサ6、7間の位相演算を行う場合にも、ヒルベルト変換前に前述の各出力信号の信号伝達係数を加味してコリオリセンサ6、7に含まれる外来ノイズ信号を打ち消すための演算を行うようにしてもよい。   In addition, when the digital signal converted and output from the A / D converter 26 is subjected to Hilbert transform and the phase calculation between the Coriolis sensors 6 and 7 is performed, the signal transfer coefficient of each output signal described above is added before the Hilbert transform. Then, an operation for canceling the external noise signal included in the Coriolis sensors 6 and 7 may be performed.

図6はDSP27の具体例を示すブロック図であり、(A)はヒルベルト変換部を用いた例を示し、(B)はFFT演算部を用いた例を示している。   FIG. 6 is a block diagram showing a specific example of the DSP 27, (A) shows an example using a Hilbert transform unit, and (B) shows an example using an FFT operation unit.

図6(A)において、A/D変換器26でデジタル信号に変換された振動センサ4の出力データはノイズ格納部27aに格納され、コリオリセンサ6の出力データはノイズ+sinθ格納部27bに格納され、コリオリセンサ7の出力データはノイズ+sinθ+Δ格納部27cに格納される。   In FIG. 6A, the output data of the vibration sensor 4 converted into a digital signal by the A / D converter 26 is stored in the noise storage unit 27a, and the output data of the Coriolis sensor 6 is stored in the noise + sin θ storage unit 27b. The output data of the Coriolis sensor 7 is stored in the noise + sin θ + Δ storage unit 27c.

sinθ演算部27dには、ノイズ格納部27aに格納されている振動センサ4の出力データと、ノイズ+sinθ格納部27bに格納されているコリオリセンサ6の出力データが入力されている。そして、コリオリセンサ6の出力データから振動センサ4の出力データを減算して、sinθ成分のみを出力する演算を行う。sinθ成分は、バンドパスフィルタ27fおよびヒルベルト変換部27gに入力される。   The output data of the vibration sensor 4 stored in the noise storage unit 27a and the output data of the Coriolis sensor 6 stored in the noise + sin θ storage unit 27b are input to the sin θ calculation unit 27d. Then, the output data of the vibration sensor 4 is subtracted from the output data of the Coriolis sensor 6, and an operation for outputting only the sin θ component is performed. The sin θ component is input to the bandpass filter 27f and the Hilbert transform unit 27g.

sinθ+Δ演算部27eには、ノイズ格納部27aに格納されている振動センサ4の出力データと、ノイズ+sinθ+Δ格納部27cに格納されているコリオリセンサ7の出力データが入力されている。そして、コリオリセンサ7の出力データから振動センサ4の出力データを減算して、sinθ+Δ成分のみを出力する演算を行う。sinθ+Δ成分は、バンドパスフィルタ27hおよびヒルベルト変換部27iに入力される。   The output data of the vibration sensor 4 stored in the noise storage unit 27a and the output data of the Coriolis sensor 7 stored in the noise + sin θ + Δ storage unit 27c are input to the sin θ + Δ calculation unit 27e. Then, the output data of the vibration sensor 4 is subtracted from the output data of the Coriolis sensor 7, and an operation for outputting only the sin θ + Δ component is performed. The sin θ + Δ component is input to the bandpass filter 27h and the Hilbert transform unit 27i.

バンドパスフィルタ27fはsinθ成分をtanΔφ演算部27jに出力し、ヒルベルト変換部27gはcosθ成分をtanΔφ演算部27jに出力し、バンドパスフィルタ27hはsinθ+Δ成分をtanΔφ演算部27jに出力し、ヒルベルト変換部27iはcosθ+Δ成分をtanΔφ演算部27jに出力する。   The band pass filter 27f outputs the sin θ component to the tan Δφ calculating unit 27j, the Hilbert transform unit 27g outputs the cos θ component to the tan Δφ calculating unit 27j, and the band pass filter 27h outputs the sin θ + Δ component to the tan Δφ calculating unit 27j, and the Hilbert transform. The unit 27i outputs the cos θ + Δ component to the tan Δφ calculating unit 27j.

tanΔφ演算部27jは、これらバンドパスフィルタ27fから入力されるsinθ成分、ヒルベルト変換部27gから入力されるcosθ成分、バンドパスフィルタ27hから入力されるsinθ+Δ成分およびヒルベルト変換部27iから入力されるcosθ+Δ成分に基づき、位相差tanΔφを演算する。   The tan Δφ computing unit 27j receives a sin θ component input from the band pass filter 27f, a cos θ component input from the Hilbert transform unit 27g, a sin θ + Δ component input from the band pass filter 27h, and a cos θ + Δ component input from the Hilbert transform unit 27i. Based on the above, the phase difference tan Δφ is calculated.

図6(B)において、sinθ演算部27dから出力されるsinθ成分およびsinθ+Δ演算部27eから出力されるsinθ+Δ成分は、FFT演算部27kに入力される。   In FIG. 6B, the sin θ component output from the sin θ calculator 27d and the sin θ + Δ component output from the sin θ + Δ calculator 27e are input to the FFT calculator 27k.

FFT演算部27kは、図6(A)のバンドパスフィルタ27f、ヒルベルト変換部27g、バンドパスフィルタ27h、ヒルベルト変換部27iおよびtanΔφ演算部27jによる位相差Δφの演算を、すべてFFT演算で行う。   The FFT computation unit 27k performs all the computations of the phase difference Δφ by the bandpass filter 27f, the Hilbert transform unit 27g, the bandpass filter 27h, the Hilbert transform unit 27i, and the tan Δφ computation unit 27j of FIG.

以上説明したように、本発明によれば、比較的簡単な構成で、外来ノイズ成分の影響を除去できるコリオリ流量計が実現でき、各種測定流体の質量流量測定に好適である。   As described above, according to the present invention, a Coriolis flow meter capable of removing the influence of an external noise component can be realized with a relatively simple configuration, which is suitable for mass flow measurement of various measurement fluids.

1 配管
2 測定チューブ
4 振動センサ
5 駆動部
6、7 コリオリセンサ
8、13、15、19 アンプ
9、10 抵抗(可変)
12、16、17、21、22 抵抗(固定)
20 位相測定部
23 入力選択部
24 切換制御部
25 アンチエリアシングフィルタ
26 A/D変換器
27 DSP
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piping 2 Measurement tube 4 Vibration sensor 5 Drive part 6, 7 Coriolis sensor 8, 13, 15, 19 Amplifier 9, 10 Resistance (variable)
12, 16, 17, 21, 22 Resistance (fixed)
20 phase measurement unit 23 input selection unit 24 switching control unit 25 anti-aliasing filter 26 A / D converter 27 DSP

Claims (5)

測定流体と振動する測定チューブの間のコリオリ力による相互作用を利用して、質量流量を計測するコリオリ流量計において、
前記測定チューブに加えられる外来ノイズ成分を検出する振動センサと、
この振動センサの出力信号に基づき前記測定チューブに加えられる外来ノイズ成分を打ち消す演算部、
を設けことを特徴とするコリオリ流量計。
In the Coriolis flowmeter that measures the mass flow rate by utilizing the interaction caused by Coriolis force between the measurement fluid and the vibrating measurement tube,
A vibration sensor for detecting an external noise component applied to the measurement tube;
An arithmetic unit that cancels out an external noise component applied to the measurement tube based on an output signal of the vibration sensor,
Coriolis flowmeter characterized by providing
前記振動センサは、指向性を有するマイクロフォンであることを特徴とする請求項1記載のコリオリ流量計。   The Coriolis flowmeter according to claim 1, wherein the vibration sensor is a microphone having directivity. 前記演算部は、アナログ演算部であることを特徴とする請求項1または請求項2記載のコリオリ流量計。   The Coriolis flowmeter according to claim 1, wherein the calculation unit is an analog calculation unit. 前記演算部は、デジタル演算部であることを特徴とする請求項1または請求項2記載のコリオリ流量計。   The Coriolis flowmeter according to claim 1 or 2, wherein the calculation unit is a digital calculation unit. 前記デジタル演算部の前段には、前記測定チューブの出力信号と前記振動センサの出力信号を択一的に選択する入力選択部を設けたことを特徴とする請求項4記載のコリオリ流量計。   5. The Coriolis flow meter according to claim 4, wherein an input selection unit that selectively selects an output signal of the measurement tube and an output signal of the vibration sensor is provided in a preceding stage of the digital calculation unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020531827A (en) * 2017-08-24 2020-11-05 マイクロ モーション インコーポレイテッド Vibrometer noise prediction and reduction
US11796363B2 (en) 2017-08-24 2023-10-24 Micro Motion, Inc. Predicting and reducing noise in a vibratory meter

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