JP2869128B2 - Gas mass flow meter - Google Patents

Gas mass flow meter

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JP2869128B2
JP2869128B2 JP2033214A JP3321490A JP2869128B2 JP 2869128 B2 JP2869128 B2 JP 2869128B2 JP 2033214 A JP2033214 A JP 2033214A JP 3321490 A JP3321490 A JP 3321490A JP 2869128 B2 JP2869128 B2 JP 2869128B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流体の流路中に圧力変動を発生させ、その周
波数が流量に比例する流量を用いた気体用質量流量計に
関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a gas mass flowmeter that generates a pressure fluctuation in a fluid flow path and uses a flow rate whose frequency is proportional to the flow rate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

過流量計はその脈動周波数が流量に比例するため、そ
の周波数から流量すなわち単位時間当りに流れる体積を
計測したり、脈動の数を積算することで積算流量を計測
している。
Since the pulsation frequency is proportional to the flow rate, the overflow meter measures the flow rate, that is, the volume flowing per unit time from that frequency, or measures the integrated flow rate by integrating the number of pulsations.

この渦流量計で流体の圧力センサ及び温度センサを必
要とせず複雑な構成の演算回路が不必要な気体の質量流
量を計測するものとして、特開昭57−128817号の「渦流
量計」に従来技術として開示されている。
This vortex flow meter does not require a fluid pressure sensor and temperature sensor, and a complicated arithmetic circuit measures the mass flow rate of unnecessary gas. It is disclosed as prior art.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術では、渦流量計で質量流量を計測してい
るため、小流量まで正しく算出できないという問題点が
あった。
In the above prior art, since the mass flow rate is measured by the vortex flow meter, there is a problem that it is not possible to correctly calculate even a small flow rate.

そこで本発明は、この問題点を解消できる気体用質量
流量計を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a gas mass flowmeter capable of solving this problem.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するために、本発明の気体用質量流量
計は、フルイディック流量計であって、圧力・電圧変換
素子と不必要信号を除くフィルタと、正電圧のみ通す第
1の整流回路と、負電圧のみ通す第2の整流回路と、電
気信号のクロスポイントを検出するクロスポイント検出
回路と、前記第1、第2の整流回路の出力を積分する第
1、第2の積分回路と、前記クロスポイント検出回路の
信号を演算し制御する演算・制御回路とからなり、前記
フィルタからの電気信号の絶対値を一周期の間、積分す
ることで質量流量を得ることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a gas mass flowmeter of the present invention is a fluidic flowmeter, which includes a pressure / voltage conversion element and a filter for removing unnecessary signals, and a first rectifier circuit that passes only a positive voltage. A second rectifier circuit that passes only a negative voltage, a crosspoint detection circuit that detects a crosspoint of an electric signal, first and second integration circuits that integrate outputs of the first and second rectifier circuits, A calculation / control circuit for calculating and controlling the signal of the cross point detection circuit, wherein a mass flow rate is obtained by integrating the absolute value of the electric signal from the filter for one cycle.

〔作用〕[Action]

圧力・電圧変換素子(1)で得られた電気信号を時間
tの関数でF(t)とあらわすと、その絶対値|F(t)
|の周期Tの間の積分値は、 となる。一方、脈動の周波数は1/Tで、この周波数は流
量Qに比例するので、その比例定数をK1とすると、 1/T=K1Q ・・・(2) となる。
When the electric signal obtained by the pressure-voltage conversion element (1) is represented by F (t) as a function of time t, its absolute value | F (t)
The integral value during the period T of | Becomes On the other hand, the frequency of the pulsation is 1 / T, since this frequency is proportional to the flow rate Q, when the proportional constant and K 1, a 1 / T = K 1 Q ··· (2).

圧力・電圧変換素子で検出する脈動圧は、流体が脈動
するときの圧力差で、流体回路における一種の圧力損失
であり、一般に流体回路の圧力損失は流量Qの2乗と流
体の密度ρに比例する。そして、この場合、脈動圧F
(t)の平均値がいわゆる圧力損失と考えることができ
るため、K2を比例定数として とあらわせる。
The pulsating pressure detected by the pressure-voltage conversion element is a pressure difference when a fluid pulsates, and is a kind of pressure loss in a fluid circuit. Proportional. In this case, the pulsation pressure F
Since the average value of (t) can be considered as a so-called pressure loss, K 2 is a proportional constant I will show you.

この(3)式と、前記(2)式より、 を得る。この(4)式の右辺のQρは質量流量であるか
ら、(1)式の積分値にK1/K2の係数を掛けることで質
量流量Qρが得られる。
From equation (3) and equation (2), Get. Since Qρ on the right side of the equation (4) is the mass flow rate, the mass flow rate Qρ is obtained by multiplying the integral value of the equation (1) by a coefficient of K 1 / K 2 .

〔実施例〕〔Example〕

第1図において、1は圧力・電圧変換素子で、第2図
の圧力検出口3bと3cの圧力の差圧を電気信号に変換す
る。第2図で、2は流路、3は流路2に設けたフルイデ
ィック素子で、矢印Aからノズル部3aに流入した流体は
交互に矢印B,Cと流れて脈動を生じる。この脈動圧を圧
力検出口3b,3cから取出し、両圧力検出口3bと3cとの差
圧を圧力・電圧変換素子1で電気信号に変換する。この
電気信号は第1図のフィルタ4で不必要な高周波成分を
除かれて、第3図に示すような出力電圧F(t)とな
る。フィルタ4はいわゆるローパスフィルタである。第
1図で、5はフィルタ4の出力電圧F(t)のうち負電
圧を除去して正電圧のみを通す第1の整流回路、6はフ
ィルタ4の出力電圧F(t)のうち正電圧を除去して負
電圧のみを通す第1の整流回路、7と8はそれぞれ整流
回路5と6の出力を積分する第1と第2の積分回路、9
はフィルタ4の出力電圧F(t)のクロスポイントt1,t
2,t3・・・(第3図参照)を検出するクロスポイント検
出回路、10は演算及び制御回路で、クロスポイント検出
回路9からクロスポイントt1,t2,t3・・・毎に出力され
る短いパルス信号に基づいて第1と第2の積分回路7,8
の積分時間、すなわち積分開始時期と終了時期を定める
などの制御をすると共に、それらの積分回路の積分値を
とり込み、比例定数を乗算するなど質量流量の演算を行
なう。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a pressure / voltage conversion element, which converts a pressure difference between the pressures of the pressure detection ports 3b and 3c in FIG. 2 into an electric signal. In FIG. 2, reference numeral 2 denotes a flow path, and reference numeral 3 denotes a fluidic element provided in the flow path 2. Fluid flowing from the arrow A to the nozzle portion 3a flows alternately with arrows B and C to generate pulsation. The pulsating pressure is taken out from the pressure detection ports 3b and 3c, and the pressure difference between the two pressure detection ports 3b and 3c is converted into an electric signal by the pressure / voltage conversion element 1. This electric signal is filtered out of unnecessary high-frequency components by the filter 4 shown in FIG. 1, and becomes an output voltage F (t) as shown in FIG. The filter 4 is a so-called low-pass filter. In FIG. 1, 5 is a first rectifier circuit that removes a negative voltage from the output voltage F (t) of the filter 4 and passes only a positive voltage, and 6 is a positive voltage of the output voltage F (t) of the filter 4. A first rectifier circuit that removes only the negative voltage, and 7 and 8 are first and second integration circuits that integrate the outputs of the rectifier circuits 5 and 6, respectively, 9
Are the cross points t 1 , t of the output voltage F (t) of the filter 4
2, t 3 ... cross point detection circuit for detecting a (see FIG. 3), 10 in the arithmetic and control circuit, from the cross point detection circuit 9 the cross point t 1, t 2, t 3 for each ... in First and second integrating circuits 7, 8 based on the output short pulse signal
In addition to controlling the integration time, that is, determining the integration start time and the end time, the integral values of those integration circuits are taken in, and the mass flow rate is calculated by multiplying by the proportional constant.

フィルタ4の出力電圧F(t)は、第1の積算回路7
により正電圧、すなわち半周期分、時間t0からt1まで積
分され、次いで第2の積分回路8で負電圧、すなわち次
の半周期分、時間t1からt2までが積分され両成分値が演
算及び制御回路10で加算される。加算された結果は、出
力電圧F(t)の周期をTとすると、 となる。
The output voltage F (t) of the filter 4 is calculated by the first integrating circuit 7
A positive voltage by, i.e. half a period, are integrated from time t 0 to t 1, and then the second negative voltage by the integrating circuit 8, i.e. the next half cycle, been integrated from time t 1 to t 2 both component value Are added by the arithmetic and control circuit 10. The result of the addition is given assuming that the cycle of the output voltage F (t) is T. Becomes

フルイディック素子3で発生する脈動の周波数は、フ
ィルタ4の出力電圧F(t)の周波数と同じである。す
なわち出力電圧F(t)の周期Tの逆数1/Tである。こ
の周波数は流量Qに比例するもので、比例定数をK1とす
ると、 1/T=K1Q ・・・(2) となる。
The frequency of the pulsation generated by the fluidic element 3 is the same as the frequency of the output voltage F (t) of the filter 4. That is, the reciprocal 1 / T of the cycle T of the output voltage F (t). This frequency in proportion to the flow rate Q, a proportionality constant is K 1, the 1 / T = K 1 Q ··· (2).

圧力・電圧変換素子1で検出する脈動圧は、流体が脈
動(振動)するときの圧力差で、流体回路における一種
の圧力損失である。一般に流体回路の圧力損失は流量Q
の2乗と流体の密度ρの積に比例する。そして、脈動圧
F(t)の平均値がいわゆる圧力損失であると考えられ
るため、K2を比例定数として とあらわせる。
The pulsating pressure detected by the pressure / voltage conversion element 1 is a pressure difference when the fluid pulsates (vibrates) and is a kind of pressure loss in the fluid circuit. Generally, the pressure loss of the fluid circuit is the flow rate Q
Is proportional to the product of the density of the fluid and the square of. Since the average value of the pulsating pressure F (t) is considered to be a so-called pressure loss, K 2 is defined as a proportional constant. I will show you.

この(3)式と前記(2)式より、 を得る。この(4′)式の左辺のQρは質量流量であ
り、演算及び制御回路10で質量流量が得られることを示
している。
From equation (3) and equation (2), Get. Qρ on the left side of the equation (4 ′) is a mass flow rate, and indicates that the arithmetic and control circuit 10 can obtain the mass flow rate.

以上の説明では第3図の時間t0からt2までの1周期の
間での計測を説明したが、同様に次の周期の間、つまり
時間t2からt4までについても質量流量を得ることがで
き、これらの各周期毎で得た値を更に積算することで積
算質量流量を得ることもできる。
Having described the measurement in one period from the time t 0 of FIG. 3 to t 2, as well during the next cycle to obtain the mass flow rate also words from time t 2 to t 4 in the above description It is also possible to obtain an integrated mass flow rate by further integrating the values obtained in each of these periods.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明は上記のように構成されているので、小流量の
微量流量が測定でき測定範囲の広い質量流量計を実現で
きる利点がある。
Since the present invention is configured as described above, there is an advantage that a small flow rate can be measured and a mass flow meter having a wide measurement range can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例のブロック図、第2図はフルイ
ディック流量計のフルイディック素子部分を示す説明
図、第3図は第1図におけるフィルタ4の出力電圧波形
を示す図である。 1……圧力・電圧変換素子、3……フルイッディック素
子、3b,3c……圧力検出口、4……フィルタ、5,6……整
流回路、7,8……積分回路、9……クロスポイント検出
回路、10……演算及び制御回路
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing a fluidic element portion of a fluidic flow meter, and FIG. 3 is a diagram showing an output voltage waveform of a filter 4 in FIG. . 1 pressure / voltage conversion element, 3 liquid crystal element, 3b, 3c pressure detection port, 4 filter, 5,6 rectifier circuit, 7,8 integration circuit, 9 Crosspoint detection circuit, 10 ... Calculation and control circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−128817(JP,A) 特開 昭51−131349(JP,A) 特開 昭58−30620(JP,A) 特開 昭58−189518(JP,A) 特開 昭62−108115(JP,A) 実開 昭62−128325(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01F 1/20 G01F 1/32 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-57-128817 (JP, A) JP-A-51-131349 (JP, A) JP-A-58-30620 (JP, A) 189518 (JP, A) JP-A-62-108115 (JP, A) JP-A-62-128325 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01F 1/20 G01F 1 / 32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】フルイディック流量計であって、圧力・電
圧変換素子と不必要信号を除くフィルタと、正電圧のみ
通す第1の整流回路と、負電圧のみ通す第2の整流回路
と、電気信号のクロスポイントを検出するクロスポイン
ト検出回路と、前記第1、第2の整流回路の出力を積分
する第1、第2の積分回路と、前記クロスポイント検出
回路の信号を演算し制御する演算・制御回路とからな
り、前記フィルタからの電気信号の絶対値を一周期の
間、積分することで質量流量を得ることを特徴とする気
体用質量流量計。
1. A fluidic flow meter, comprising: a filter for removing a pressure / voltage conversion element and an unnecessary signal; a first rectifier circuit for passing only a positive voltage; a second rectifier circuit for passing only a negative voltage; A cross point detection circuit for detecting a cross point of a signal, first and second integration circuits for integrating outputs of the first and second rectifier circuits, and a calculation for calculating and controlling a signal of the cross point detection circuit A gas mass flow meter comprising a control circuit, wherein a mass flow rate is obtained by integrating an absolute value of an electric signal from the filter for one cycle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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