JP2017520064A - 振動式流量計およびデジタル周波数出力を生成する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
複数の複雑な周辺機器とともに集積回路に実現されるマイクロコントローラがすべての流量計で一般的に用いられている。広く利用可能なマイクロコントローラは、市販のものなのでコストが安価であるものの、流量計用に特別に設計されたものではない。図2には、マイクロコントローラの一例が示されている。
総積分流量の測定には、精度が(分解能の点で)高であることが重要である。たとえば、1つのパルスが1gに等しい場合、998個のパルスが形成されてデバイスが1000gを示したとすると、その出力は998/1000または0.2%の精度を有しているといわれる。
本発明の1つの態様によれば、マイクロコントローラで周波数出力を生成する方法は、前もって決められた周期を有する入力クロック信号を初期化することと、前もって決められた周期に基づいてパラメータを計算することと、計算されたパラメータおよび前もって決められた流量周波数スケールに基づいて所望の周波数を計算することと、複数の端数パルス(fractional pulses)を計算することとであって、複数の端数パルスの各端数パルスを所望の周波数、入力クロック信号の前もって決められた周期および先行する端数パルスの値に基づいて計算する、ことと、計算された各端数パルスが出力パルス周期の半分以上である場合に出力状態をトグリングする(toggling)ことにより所望の周波数を出力することとを含んでいる。
好ましくは、出力パルス周期は、入力クロック信号の前もって決められた周期、計算されたパラメータおよび前もって決められた流量周波数スケールに基づいて計算される。
好ましくは、メータ電子機器は瞬時流量を測定するように構成される。
好ましくは、メータ電子機器は、出力状態のトグリング回数および前もって決められた流量周波数スケールに基づいて総積分流量を測定するように構成される。
好ましくは、パラメータは流量である。
好ましくは、出力パルス周期は、入力クロック信号の前もって決められた周期、計算されたパラメータおよび前もって決められた流量周波数スケールに基づいて計算される。
好ましくは、メータ電子機器は瞬時流量を測定するように構成される。
好ましくは、メータ電子機器は出力状態のトグリング回数および前もって決められた流量周波数スケールに基づいて総積分流量を測定するように構成される。
好ましくは、パラメータは流量である。
温度センサ107は、フローチューブ103A、103Bのうちの少なくとも1つのフローチューブに取り付けられている。温度センサ107は、システムの温度についての式を修正するためにフローチューブの温度を測定する。温度信号は、パス112を通じて、温度センサ107から流量計の電子機器20まで伝えられるようになっている。
第二の期間(T=1〜2秒)の間、たとえば、既知の演算方法を用いて、流量が8g/sであると再計算されている。第二の期間の例では、0.8Hzという所望の周波数は、8g/sという計算された流量(m)と、0.1というユーザにより入力される前もって決められた流量周波数スケール(x)(レート当たりの周波数としても知られている)とに基づいて決定されている。
基本的なアルゴリズムは次の計算によって定義される:
(入力):現在の流量=m (たとえば、100g/s)
(定数):レート当たりの周波数=x(たとえば、10Hz=100g/s、x=0.1)
入力クロック周期=p (たとえば、20Hz、p=0.05S)
(状態変数): 現在の出力状態
端数パルス
<各入力クロック周期の間>
端数パルス=端数パルス+(m*x*p)
If(端数パルス>=0.5){
端数パルス=端数パルス−0.5;
出力状態をトグリングする
}
時間 流量 所望の周波数 m*x*p 端数パルス 出力状態
0.00s 100g/s 10Hz 0.5 0+0.5>=0 低
0.05s 0+0.5>=0 高
0.10s 0+0.5>=0 低
0.15s 0+0.5>=0 高
0.95s 0+0.5>=0 高
1.00s 8g/s 0.8Hz 0.04 0+0.04>=.04 高
1.05s .04+.04>=.08 高
1.10s .08+.04>=.12 高
1.15s .12+.04>=.16 高
1.55s .44+.04>=.48 高
1.60s .48+.04>=.02 低
1.65s .02+.04>=.06 低
1.95s .26+.04>=.30 低
2.00s 50g/s 5Hz 0.25 .30+.25>=.05 低
2.05s .05+.25>=.30 低
2.10s .30+.25>=.05 高
2.15s .05+.25>=.30 高
2.20s .30+.25>=.05 低
また、上述の表および図3に示されているように、推移と推移との間の時間(出力状態が低いまままたは高いまま)は所望の出力周波数の周期のことである。
瞬時流量(g/s)=所望の周波数(Hz)/レート(x)当たりの周波数
さらに、総積分流量も、トグル出力状態の数を数えてレート当たりの周波数(x)を考慮することにより求めることが可能である。たとえば、図3では、第一の期間(T=0〜1秒)の間では、10個のトグル出力状態×0.1のレート当たりの周波数(x)=100g/sの総積分流量となる。
最大ジッタ(%)=最大出力周波数(Hz)/入力クロック周波数(Hz)
上述の式を使用して、0〜10kHzの周波数出力と0.1%未満のジッタが望まれる場合、10MHzの入力クロック(p)が必要となる。
ステップ406の端数パルスが0.5以上である場合、ステップ407で、端数パルスが式FP=FP−0.5によって調節される。ここで、端数パルスは、残りの値を表わしたものであり、出力状態のトグリングを引き起こす。
例示的な実施形態の中には、処理負荷を軽減させるためにマイクロコントローラに通常「搭載(on−board)」されるシリアル出力ハードウェアが用いられるものもある。このタイプのハードウェアとしては、限定するわけではないがI2S、SPI、USARTS/ARTS、「SPORTS」およびいくつかの種類のJTAGポートなどを挙げることができる。さらに、処理負荷を軽減させるためにDMAも用いることもできる。
有利なことには、本発明は、任意の所望の周波数出力範囲にわたって完全に拡大縮小が可能であり、演算を実行するために選択される特定のデータタイプおよび入力クロック周波数の分解能によってのみ制限される。実施形態によっては、標準型データタイプとしては、整数タイプ(たとえば、8ビット、16ビット、32ビットもしくは64ビット)または浮動小数点タイプ(典型的には、IEEE534の単精度もしくは倍精度)を挙げることができる。
上述の実施形態の詳細な記載は、本発明の技術範囲内に含まれるものとして本発明者が考えているすべての実施形態を完全に網羅するものではない。さらに正確にいえば、当業者にとって明らかなように、上述の実施形態のうちの一部の構成要素をさまざまに組み合わせてまたは除去してさらなる実施形態を作成してもよいし、また、このようなさらなる実施形態も本発明の技術範囲内、教示範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、本発明の技術、教示の範囲に含まれるさらなる実施形態を作成するために、上述の実施形態を全体的にまたは部分的に組み合わせてもよい。
以上のように、本発明の特定の実施形態または実施例が例示の目的で記載されているが、当業者にとって明らかなように、本発明の技術範囲内において、さまざまな変更が可能である。本明細書に記載の教示を上述のかつそれに対応する図に記載の実施形態とは異なる実施形態に適用されてもよい。従って、本発明の技術範囲は下記の請求項によって決められる。
時間 流量 所望の周波数 m*x*p 端数パルス 出力状態
0.00s 100g/s 10Hz 0.5 0+0.5>=0 低
0.05s 0+0.5>=0 高
0.10s 0+0.5>=0 低
0.15s 0+0.5>=0 高
0.95s 0+0.5>=0 高
1.00s 8g/s 0.8Hz 0.04 0+0.04>=.04 高
1.05s .04+.04>=.08 高
1.10s .08+.04>=.12 高
1.15s .12+.04>=.16 高
1.55s .44+.04>=.48 高
1.60s .48+.04>=.02 低
1.65s .02+.04>=.06 低
1.95s .26+.04>=.30 低
2.00s 50g/s 5Hz 0.25 .30+.25>=.05 高
2.05s .05+.25>=.30 高
2.10s .30+.25>=.05 低
2.15s .05+.25>=.30 低
2.20s .30+.25>=.05 高
Claims (12)
- マイクロコントローラで周波数出力を生成する方法であって、
前もって決められた周期を有する入力クロック信号を初期化するステップと、
前記前もって決められた周期に基づいてパラメータを計算するステップと、
前記パラメータおよび前もって決められた流量周波数スケールに基づいて所望の周波数を計算するステップと、
複数の端数パルスを計算することであって、前記複数の端数パルスの各端数パルスを前記所望の周波数、前記入力クロック信号の前記前もって決められた周期および先行する端数パルスの値に基づいて計算する、ステップと、
計算された前記各端数パルスが出力パルス周期の半分以上である場合に出力状態をトグリングすることにより前記所望の周波数を出力するステップと
を含む、方法 - 前記先行する端数パルスが初期の端数パルスである場合、前記先行する端数パルスの値が0にセットされる、請求項1に記載の方法。
- 前記出力パルス周期が、前記入力クロック信号の前記前もって決められた周期、計算された前記パラメータおよび前記前もって決められた流量周波数スケールに基づいて計算される、請求項1に記載の方法。
- 前記メータ電子機器が瞬時流量を測定するように構成される、請求項1に記載の方法
- 前記メータ電子機器が、前記出力状態のトグリング回数および前記前もって決められた流量周波数スケールに基づいて総積分流量を測定するように構成される、請求項1に記載の方法。
- 前記パラメータは流量である、請求項1に記載の方法。
- 振動式流量計(5)であって、
1つ以上のフローチューブ(103A、103B)ならびに第一および第二のピックオフセンサ(105、105’)を有する流量計センサ組立体(10)と、
前記1つ以上のフローチューブ(103A、103B)を振動させるように構成されるドライバ(104)と、
前記第一および第二のピックオフセンサ(105、105’)と結合され、前記ドライバ(104)と結合されるメータ電子機器(20)とを備えており、
前記メータ電子機器(20)が、
前もって決められた周期を有する入力クロック信号を初期化し、
前記前もって決められた周期に基づいてパラメータを計算し、
前記パラメータおよび前もって決められた流量周波数スケールに基づいて所望の周波数を計算し、
複数の端数パルスを計算し、
前記計算では、前記複数の端数パルスの各端数パルスを前記所望の周波数、前記入力クロック信号の前記前もって決められた周期および先行する端数パルスの値に基づいて計算し、
計算された前記各端数パルスが出力パルス周期の半分以上である場合に出力状態をトグリングすることにより前記所望の周波数を出力するように構成されることにより周波数出力を生成するように構成されてなるメータ電子機器である、振動式流量計(5)。 - 前記先行する端数パルスが初期の端数パルスである場合、前記先行する端数パルスの値が0にセットされる、請求項7に記載の振動式流量計(5)。
- 前記出力パルス周期が、前記入力クロック信号の前記前もって決められた周期、計算された前記パラメータおよび前記前もって決められた流量周波数スケールに基づいて計算されるように構成されてなる、請求項7に記載の振動式流量計(5)。
- 前記メータ電子機器が瞬時流量を測定するように構成されてなる、請求項7に記載の装置。
- 前記メータ電子機器が、前記出力状態のトグリング回数および前記前もって決められた流量周波数スケールに基づいて総積分流量を求めるように構成されてなる、請求項7に記載の振動式流量計(5)。
- 前記パラメータは流量である、請求項7に記載の振動式流量計(5)。
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