JP2785972B2 - 流量計の器差補正装置 - Google Patents

流量計の器差補正装置

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JP2785972B2 JP1233838A JP23383889A JP2785972B2 JP 2785972 B2 JP2785972 B2 JP 2785972B2 JP 1233838 A JP1233838 A JP 1233838A JP 23383889 A JP23383889 A JP 23383889A JP 2785972 B2 JP2785972 B2 JP 2785972B2
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孝 植木
稔彦 伊藤
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流量計、特にフルイディック発振素子を用い
た流量計の器差補正装置に関する。
〔従来の技術〕
従来の膜式ガスメータに代替し得る小型で設置性に優
れた流量計として、フルイディック発振素子に用いたフ
ルイディック流量計(例えば特開昭57−66313号公報)
は小型で、可動部がないので耐久性にも優れているとい
う利点を有している。
フルイディック発振素子を用いたフルイディック流量
計の流体振動現象を第2図(a)〜(d)により説明す
る。流路の入口1から流入しノズル2から噴出した流体
がコアンダ効果により、側壁3又は3′に沿った流れに
なる。この流れがフィールドバック流路入口4又は4′
に到達すると、圧力がノズル部に伝わり流れを切り替え
る。この切り替えは交互に発生し、流量に比例した周波
数をもつ流体に振動になる。5は噴出ノズル1の下流中
央部に位置する柱状物体(ターゲット)、6は出口で、
符号は7はフルイディック発振素子の全体である。
このようなフルイディック発振素子を用いたフルイデ
ィック流量計では、微小流量から大流量までの広い流量
範囲にわたって誤差(器差)を小さくする為、特開昭63
−191920号公報に記載されているもうに、発振素子の形
状及び発振素子を構成するターゲットの位置について、
最適形状や位置を見つけ出して、厳しく寸法を管理する
必要があった。
実際のフルイディック流量計では、このようにフルイ
ディック発振素子の流体振動をトランスデューサで電気
信号に変換し、1振動毎の重み、つまり1パルス毎に流
れる流体の体積を積算して、積算値を表示器に表示す
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
フルイディック流量計の器差特性を改善するには上述
のように、発振素子の形状やターゲットの位置を最適値
に定める必要があり、そのためには、多くの実験を行な
う必要があった。また製作誤差によっても器差特性が個
々に相違するため、ガスメータのような大量生産品で、
検定公差内に入るように歩留りを向上させることがむず
かしいという問題点がある。
本発明は上記の鑑み、電子的な器差補正手段を用い
て、誤差の少ない、器差特性の良好なフルイディック流
量計を実現できる器差補正装置を提案するのが目的であ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために本発明の流量計を器差補正
装置においては、フルイディック発振装置の流体振動を
検知して電気信号に変換するセンサ(10)と該センサ
(10)の電気信号を増幅するアナログ増幅器(17)と、
該アナログ増幅器(17)の電気信号を矩形波に整形する
波形整形回路(18)と、該波形整形回路(18)の出力信
号の立上り点を検出する立上り点検出回路(19)と、前
記電気信号の立上りから次の立上りまでの経過時間すな
わち周期Tとパルス定数Kとの関係を複数の線分からな
る折線に近似して、この折線を構成する各区分i毎に、
その区分の時間幅twiを記憶する手段(26)と、twiより
比較的短い補正単位時間Δtiを記憶する手段(23)と、
補正単位量αiを記憶する手段(24)とパルス定数Kの
定数Kiを記憶する手段(25)と、時間幅twiの時間経過
を測定する経過時間測定手段(20)と、前記各区分i毎
に経過時間測定手段(20)の信号を受ける都度その区分
の定数項Kiを、又それに続く補正単位時間Δtiが経過す
る都度補正単位量αiを加算する加算回路(21)とを設
けたものである。
〔作用〕
フルイディック流量計の流量をQ、フルイディック発
振素子の振動周波数をfとすると、両者の間には、およ
そ次の(1)式の関係が成立する。
Q=af+b ・・・(1) この関係を第3図に示す。
前記1振動毎の重み、即ちパルス定数Kは、 K=Q/f=a+b/f ・・・(2) と表すことができ、パルスの周期をTとすると、T=1/
fであるから、上記(2)式は、 K=a+bT ・・・(3) となる。従って、パルス周期Tを計測したあとで、
(3)式の右辺第2項の補正項bTの乗算を行ない、パル
ス定数Kを補正し、積算流量を求めることが可能で、結
果として、器差補正をして、積算流量を求めることがで
きる。
しかし、このように、乗算を行なうと、マイクロコン
ピュータで処理を行なう場合に、演算処理の中でこの乗
算を行なうため、処理が複雑になり、処理速度が問題と
なる。そして処理速度を速くしようとしてクロック周波
数を高くすると消費電力が増大する欠点が生じる。
本発明の器差補正装置は、上記に鑑み、乗算によらず
加減算で、しかも、低消費電力のものを実現する。
センサ(10)の電気信号は、アナログ増幅器(17)で
増幅されたあと、波形整形回路(18)で矩形波に整形さ
れる。立上り点検出回路(19)が前記矩形波の立上り点
を検出すると、加算回路(21)は周期Tに対する折線の
各区分i毎に定数項の値Kiを記憶する手段(25)より取
り出して設定し、次いで、補正単位時間Δtiが経過する
都度補正単位量αiを加算し、次の立上り点検出までの
間これを行なうことでKi+Σαiを求める。こと値はそ
の1周期の間のパルス定数K即ちパルスの重みである。
次の1周期の間では同様にして、その1周期に対応する
パルス定数の値をKi+Σαiの加算により求める。
このようにして求めたパルス定数Kを積算すること
で、積算流量が求められる。
〔実施例〕
第4図はこの発明を適用する流量計で、理解し易いよ
うにフルイディック発振素子を蓋を取り外した状態を示
している。
フルイディック発振素子7の側壁3、3′は円柱形
で、第2図の原理図の場合と形状が異なり他の部分の素
子形状もいくらか違うが、発振素子としての作動原理は
同じである。流体は矢印Aのようにフルイディック発振
素子の入口から入り、ノズル2から下流に噴射し、第2
図で説明したように流体振動を発生する。8はフルイデ
ィック発振素子を形成するケース本体で、この素子形状
を工夫することで、3号ガスメータとして許容される最
大圧損水柱15mmの制限下において、発振可能な流量範囲
を100〜3000/hとしている。この流体振動は、圧力導
入路9、9′によりセンサ10に導かれ、電気信号に変換
されて電子回路11に伝えられる。流体振動を検出するセ
ンサ10は、フィードバック流路4と4′に開口する一対
の圧力導入口14、14′に前記圧力導入9、9′の各一端
を連通させ、圧力導入路9、9′の各他端をセンサ10の
一対の圧力導入口15、15′に夫々連通させることで、セ
ンサ10の高分子圧電膜16の両側に作動的に流動振動によ
る脈動圧をかけ、フィードバック流路4、4′の2点間
の差圧を検出するようにしている。
第4図のフルイディック流量計の電子回路11の構成を
第1図に示す。17はセンサ10の電気信号を増幅するアナ
ログ増幅器、18は該アナログ増幅器の出力信号を矩形波
に整形する波形整形回路、19は該波形整形回路の出力信
号(第5図の信号A)の立上り点検出回路、20は、信号
Aの立上り点から次の立上り点までの時間の経過を測定
する経過時間測定手段、21はパルス定数Kを計算する加
算回路である。
22は記憶回路で、信号Aの周期Tとパルス定数Kの関
係をn個の線分からなる折線に近似して、この折線を構
成する各区分i毎に、その区分における時間幅twiを記
憶する手段(26)と、twiより比較的短い補正単位時間
Δtiを記憶する手段23と、補正単位量αiを記憶する手
段24と、パルス定数Kの定数項Kiを記憶する手段25とを
有する。そのため、これらの手段23、24、25は折線の区
分1、2・・・i・・・nに対応してn個ずつ設けられ
ている。30は加算回路(21)で1周期毎に求めたパルス
定数K=Ki+Σαiを積算する積算回路は、27は積算結
果の流量積算値を表示器13に表示する表示回路、28はク
ロック信号発生回路、29は電池である。
第2図のフルイディック流量計の流量Qと振動周波数
fとの関係は第3図に示すように全体としてほぼ直線と
なるが、詳細にみると、そのパルス定数K(CC/P)は、
一定ではなく、第6図に示すように約8〜9CC/Pの範囲
に変動している。第6図では、流量Qの150〜3000/h
の範囲におけるパルス定数K(CC/P)を、イ〜ニの四つ
の線分からなる折線に区分して示している。
この発明では第6図の複数の線分イ〜ニの折線に対応
して、周期Tとパルス定数Kを複数の区分(線分)から
なる折線に近似して、周期毎にパルス定数を計算する
が、先ず、或周期Tでのパルス定数Kの計算について説
明する。
この発明ではパルス定数Kの値を表す前記(3)式の
第2項、即ち補正項b×Tを乗算で計算するのでなく、
b×Tの値を、b×Tの値よりはるかに小さい値、即ち
単位補正量αを積算(加算)して求める。加算は、周期
Tより比較的短かい時間、即ち単位補正時間Δt毎に行
なう。従って、単位補正量αはb×Δtと考えればよ
い。単位補正量α=b×Δtの値は補正演算の誤差が0.
1%以下になるように、端数がないように決定する。
第7図と第8図に加算回路によるこのパルス定数Kの
基本計算手順を示す。この図の例では定数項aをK1、補
正単位時間ΔtをΔti、補正単位量αを0.01(CC/P)と
定めている(第8図)。周期Tの始点と終点は第5図に
示す波形Aの立上り点A1と次の立上り点A2である。立上
り点A1で測定を開始し、加算回路で先ずK1を設定する。
時間Δtが経過するとαの値0.01を加算する。
その後時間Δtが経過する都度αの値0.01を加算し、
K1+Σαを求める。立上りA2を検知するまでこの加算を
行なうことで周期Tに対応するパルス常数Kが求められ
る。第7図における測定開始は立上りA1の時点、測定修
了は次の立上りA2の時点に対応する。
実施例のフルイディック流量計では、前述のように、
流量Qとパルス定数Kとの関係がイ〜ニの四つの区分か
らなる折線となるため、経過時間tとパルス定数Kとの
関係は第9図に示すように、第6図のイ〜ニに対応する
区分イ〜ニからなる折線で表わされる。但し、第9図で
は、区分イの線分は省略されている。区分ロとハの境は
経過時間がt3(1/20Hz)で、区分ハとニの境は経過時間
がt2(1/66Hz)で、区分ニの左端の経過時間はt1(1/98
Hz)である。
そして、区分ロ、ハ、ニにおける補正単位量α、α
、αはそれぞれ+0.01、−0.01、−0.01、補正単位
時間はそれぞれΔt3、Δt2、Δt1、パルス定数Kの定数
項K1はそれぞれK3=8.2、K2=8.、K1=8.9と定め、第1
図の記憶手段22内の対応する各手段に記憶されている。
記憶手段22は、経過時間tとパルス定数Kとの関係を
1、2・・・i・・・nのn個の区分からなる折線に近
似し、各区分毎の補正単位時間Δt1を記憶する手段23、
補正単位量αiを記憶する手段24、定数項Kiを記憶する
手段25を備えている。これらの定数はフルイディック素
子の特性毎にあらかじめ入力しておく。この場合、1i番
目の区分のパルス定数Kは K=Ki+Σαi で計算されることになる。これらの加算は、加算回路21
で行なわれる。
なお、補正単位時間Δtiは(twi×αi)/(Ki−Ki
+1)なる関係にある。
第10図は、第9図のように折線が複数の区分(線分)
よりなる場合のパルス定数を、単位補正時間Δt経過の
都度に次々と計算していく場合のフローを示す。
第11図は、補正前のフルイディック素子の器差特性
が、この発明の補正装置で補正することで、図の補正後
の器差曲線となり、計量法で規定されている図の破線で
示す検定公差内に入れることができたことを示してい
る。
〔発明の効果〕
この発明によれば、器差補正を入力信号A毎にリアル
タイムで実現出来るため補正の精度が向上し加算回路に
よる演算で器差補正ができるため、乗算を利用した方法
より演算時間が短くてすむ。そのためクロック周波数が
低くても、流量計の動作に追従して器差補正ができるた
め、低消費電力で作動させられる効果がある。
又、フルイディック発振素子自体の特性(器差)のい
かんにかかわらず、流量計としては容易に許容器差内に
補正できるため、フルイディック発振素子自体で器差特
性を厳密に管理する必要がなくなり、大量生産が可能と
なった。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の器差補正装置を用いた流量計のブロ
ック線図、第2図はフルイディック発振素子の動作を説
明する図、第3図は流量とフルイディック発振素子の振
動周波数との関係を説明する図、第4図はこの発明を適
用したフルイディック流量計の概要図、第5図は第1図
の信号Aを示す図、第6図は第4図の流量計の流量とパ
ルス定数との関係を示す図、第7図と第8図はこの発明
による器差補正の方法の原理を説明する図、第9図と第
10図は、この発明の器差補正装置の動作を説明する図、
第11図は、フルイディック発振素子自体の器差と補正後
の流量計の器差を比較説明する図である。 10……センサ、17……アナログ増幅器、18……波形整形
回路、19……立上り点検出回路、20……経過時間測定手
段、21……加算回路、23……補正単位時間Δtiを記憶す
る手段、24……補正単位量αiを記憶する手段、25……
定数aiを記憶する手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 治田 義孝 (56)参考文献 特開 昭63−191920(JP,A) 特開 昭56−616(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01F 1/20 G01F 1/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フルイディック発振素子の流体振動を検知
    して電気信号に変換するセンサ(10)と該センサ(10)
    の電気信号を増幅するアナログ増幅器(17)と、該アナ
    ログ増幅器(17)の電気信号を矩形波に整形する波形整
    形回路(18)と、該波形整形回路(18)の出力信号の立
    上り点を検出する立上り点検出回路(19)と、前記電気
    信号の立上りから次の立上りまでの経過時間を、すなわ
    ち周期Tとパルス定数Kとの関係を複数の線分からなる
    折線に近似して、この折線を構成する各区分i毎に、そ
    の区分の時間幅twiを記憶する手段(26)と、twiより比
    較的短い補正単位時間Δtiを記憶する手段(23)と、補
    正単位量αiを記憶する手段(24)と、パルス定数Kの
    定数Kiを記憶する手段(25)と、時間幅twiの時間経過
    を測定する経過時間測定手段(20)と、前記各区分i毎
    に経過時間測定手段(20)の信号を受ける都度その区分
    の定数項Kiを、又それに続く補正単位時間Δtiが経過す
    る都度補正単位量αiを加算する加算回路(21)とを設
    けた流量計の器差補正装置。
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