JP2924342B2 - コリオリ式質量流量計 - Google Patents

コリオリ式質量流量計

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JP2924342B2
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孝史 佐野
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、測定流体が流れる測定
管に固定されてこの測定管を駆動手段により振動させ測
定流体によって生じる測定管の変位を少なくとも2個の
変位センサで変位信号として検出しこの変位信号をタイ
ミング発生回路から出力されるタイミング信号に基づい
て同期整流して質量流量信号として出力するコリオリ式
質量流量計に係り、特にこの測定管に加わる配管振動な
どにより同期整流のタイミングが乱されるのを防止して
安定な出力を得るように改良したコリオリ式質量流量計
に関する。
【従来の技術】
【0002】図5は従来のコリオリ式質量流量計の構成
を示す斜視図である。10は測定流体Qが流される配管
であり、この配管10の両端にはフランジ11、12が
固定されている。この配管10はその上流側と下流側に
それぞれ流体分岐用のエルボ13、14が一体に接続さ
れている。
【0003】エルボ13、14には、2本のU字状をし
た測定管15、16が固定され、この測定管15、16
はその下端近傍で上流側は固定板17により下流側は固
定板18により相互にそれぞれ固定されている。また、
測定管15のU字状の屈曲部近傍の上流側と下流側には
振動板19が、測定管16の屈曲部近傍の上流側と下流
側には振動板20がそれぞれ固定されている。これらの
振動板19と20の端部は相互に変位が可能なように対
向配置され、振動板20側の両端部には位置検出センサ
21、22が固定され、位置検出センサ21、22はこ
れ等の測定管15と16の相互の変位を検出する。
【0004】さらに、これ等の振動板19と20の中央
部にはこれ等の振動板19と20を介して測定管15、
16を互いに離間或いは接近する方向に振動させるドラ
イブコイル23が固定されている。これ等のU字状の測
定管15、16、固定板17、18、ドライブコイル2
3、位置検出センサ21、22などはハウジング24に
収納されて配管10に固定されている。位置検出センサ
21、22からの信号とドライブコイル23を駆動する
駆動信号はケ−ブル25を介して図6に示す変換器に出
力される。
【0005】以上の構成において、測定流体Qが配管1
0を介して測定管15、16に満たされてはいるが流れ
ていない状態では、互いに平行にされている測定管15
と16はドライブコイル23により互いに全面に亘って
固定板17、18に対して同じ割合で離間或いは接近す
る方向に振動されている。
【0006】しかし、ドライブコイル23によりある方
向に測定管15と16を振動させている状態で測定流体
Qが測定管15、16に上流側から下流側に向かって矢
印のように流れると、測定管15と16にはコリオリの
力が働き、測定管15と16の上流側の変位が互いに接
近するときは測定管15と16の下流側の変位が互いに
離間するように動作し、ドライブコイル23によりこれ
とは逆方向に測定管15と16を振動させている状態の
ときは、これ等の変位は逆の関係になるように動作す
る。
【0007】つまり、測定管15と16とを各々独立運
動としてみれば、軸X−X´を中心として互いに逆方向
に捩じれ運動を起こす。このため測定管15と16は上
流側と下流側で互いに逆方向に相互変位し、位置検出セ
ンサ21、22はこれ等の測定管15と16の相互変位
を検出してケ−ブル25を介して出力する。
【0008】図6は図5に示すセンサユニットと接続さ
れる変換器の構成を示すブロック図である。ドライブ回
路26はセンサユニットのドライブコイル23を駆動す
る矩形波の駆動信号Vd0を出力し測定管15、16を振
動させる。これにより、位置検出センサ21、22から
変位信号Vd1、Vd2がそれぞれ低域フイルタ27、28
に出力される。
【0009】変位信号Vd1、Vd2は低域フイルタ27、
28で低域濾波されて濾波信号Vd3、Vd4としてコンパ
レ−タ29、30に出力される。濾波信号Vd3はコンパ
レ−タ29で負の基準電圧と比較され、濾波信号Vd4
コンパレ−タ30で正の基準電圧と比較され、それぞれ
比較信号Vd5、Vd6として時間積分回路31に出力され
る。
【0010】また、変位信号Vd2は低域フイルタ32と
コンパレ−タ33を介して位相信号Vd7として時間積分
回路31に出力される。時間積分回路31は、これ等の
比較信号Vd5とVd6との時間差を積分すると共にその位
相が位相信号Vd7によって判別される。この出力はサン
プルホ−ルド回路34、低域フイルタ35、出力増幅器
36を介して出力端37に質量流量Qm を出力する。一
方、駆動信号Vd0の振幅は低域フイルタ32の出力を振
幅検出回路38を介してドライブ回路26に帰還するこ
とにより一定に保持されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来の質量流量計は、配管振動などの低周波振動
が配管10に加わるとこの振動が位置検出センサ21、
22に混入するが、これ等の低周波振動に基づく低周波
ノイズは低域フイルタ27、28では減衰されずにコン
パレ−タ29、30に入り、これが時間差に影響を及ぼ
し、ひいては精度低下の原因となる。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するために、測定流体が流れる測定管に固定されて
この測定管を駆動手段により振動させ測定流体によって
生じる測定管の変位を少なくとも2個の変位センサで変
位信号として検出しこの変位信号をタイミング発生回路
から出力されるタイミング信号に基づいて同期整流して
質量流量信号として出力するコリオリ式質量流量計にお
いて、タイミング信号に同期しかつ先の変位信号と大き
さが等しい補償信号を発生させる補償信号発生手段と、
この補償信号と先の変位信号との偏差を演算して偏差信
号を出力する偏差演算手段と、先の変位信号にこの偏差
信号を代数加算した基準信号を出力する加算手段とを具
備し、この基準信号によりタイミング発生回路を制御し
てノイズの影響を除去するようにしたものである。
【0013】
【作 用】測定流体が流れる測定管を駆動手段により振
動させた状態で測定流体を測定流体に流すことによって
生じる測定管の変位を少なくとも2個の変位センサで変
位信号として検出する。補償信号発生手段はこの変位セ
ンサから出力される変位信号を同期整流するタイミング
信号に同期すると共にこの変位信号と大きさが等しい補
償信号を発生させる。
【0014】偏差演算手段はこの補償信号と先の変位信
号との偏差を演算して偏差信号を出力する。加算手段は
先の変位信号にこの偏差信号を代数加算した基準信号を
出力する。そして、この基準信号により先のタイミング
発生回路を制御することにより管路に接続される配管か
ら混入される低周波のノイズの影響が除去される。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図1は本発明の1実施例の構成を示すブロック
図である。なお、図5、図6に示す従来のコリオリ式質
量流量計と同一の機能を有する部分には同一の符号を付
して適宜にその説明を省略する。
【0016】本実施例では、U字状の測定管15、16
の湾曲部の中央に位置検出センサ40が固定されてい
る。41はドライブ回路であり、ここから出力される駆
動信号によりドライブコイル23を駆動する。ドライブ
コイル23が駆動されることにより測定管15、16が
所定の振動数で相互に離間、或いは近接するように振動
されている。
【0017】測定流体が測定管15、16に流されると
測定流量に対応するコリオリの力がこれ等の測定管に作
用して測定管の相互の変位が位置検出センサ21、2
2、40で検出され、それぞれ変位信号Vd7、Vd8、V
d9として出力される。変位信号Vd7、Vd8、Vd9は、そ
れぞれ信号変換回路42、43、44に入力され電圧信
号Vd7´、Vd8´、Vd9´に変換される。
【0018】電圧信号Vd7´、Vd8´は偏差演算回路4
5で偏差が演算されて偏差信号VDとして同期整流回路
46に出力される。また、制御回路47には電圧信号V
d9´と正弦波発生回路48から出力される正弦波信号S
Sとが入力されこれ等の信号を処理して低周波ノイズの
影響を受けない基準信号VRとしてタイミング信号発生
回路49に出力する。この制御回路47の詳細について
は図2において詳述する。
【0019】タイミング信号発生回路49は基準信号V
Rと同一周波数で同一位相の0゜位相タイミング信号V
(0)と、この位相から90゜ずれた90゜位相タイミ
ング信号V(90)を発生させる。
【0020】同期整流回路46はこの90゜位相タイミ
ング信号V(90)をレファレンスとして同期整流され
質量流量に関連する電圧信号Mqとしてアナログ/デジ
タル変換器50に出力される。アナログ/デジタル変換
器50はこの電圧信号Mqをデジタルの電圧信号MQに
変換してマイクロコンピュ−タ51に出力する。また、
周波数/電圧変換回路52は、基準信号VRと同一周波
数で同一位相の0゜位相タイミング信号V(0)を電圧
信号に変換し、さらにこの電圧信号はアナログ/デジタ
ル変換器53でデジタルの基準信号DRに変換されてマ
イクロコンピュ−タ51に出力される。この基準信号D
Rは低周波ノイズの影響を受けず信号処理の基準とされ
る。
【0021】同期整流回路54は0゜位相タイミング信
号V(0)をレフアレンスとして電圧信号Vd8´を同期
整流して位相弁別して直流信号に変換する。この直流信
号はアナログ/デジタル変換器55でデジタルの振幅信
号ARに変換されてマイクロコンピュ−タ51に出力さ
れる。
【0022】マイクロコンピュ−タ51は基準信号DR
をベ−スとして信号処理をするが、電圧信号MQは質量
流量に関連した信号であり振幅変動を受けるので、この
電圧信号MQを振幅信号ARで割り算して振幅変動の影
響を受けない質量流量信号として出力端56に出力す
る。
【0023】次に、本実施例の要部である制御回路47
の構成について関連する回路と共に図2を用いて説明す
る。制御回路47から出力される基準信号VRは増幅器
57で増幅されて補償信号発生回路58に出力される。
補償信号発生回路58にはまた正弦波信号発生回路48
から正弦波信号SSが入力され、補償信号発生回路58
はこれ等の信号を乗算してその大きさが電圧信号Vd9´
と等しい正弦波の補償信号CSとして出力する。この補
償信号CSはタイミング信号V(0)に同期している。
【0024】偏差演算回路59はこの補償信号CSと電
圧信号Vd9´との偏差を演算して偏差信号DSとして加
算回路60に出力する。加算回路60は電圧信号Vd9´
と偏差信号DSとの代数加算を実行して基準信号VRと
してタイミング信号発生回路49に出力する。タイミン
グ信号発生回路49は基準信号VRをベ−スとしてタイ
ミング信号V(0)とタイミング信号V(90)を発生
させる。
【0025】次に、図3に示す波形図を用いて図2に示
す回路の動作に付いて説明する。図3(a)に示す電圧
信号Vd9´には本来の測定管15、16の変位に対応す
る正弦波信号の他に配管の振動に基づく低周波ノイズN
1が重畳されている。
【0026】一方、正弦波発生回路48からはノイズを
含まない図3(b)に示すような正弦波信号SSが入力
され、図3(e)に示す基準信号VRとこの正弦波信号
SSとが補償信号発生回路58で電圧信号Vd9´(図3
(a))の振幅に対応するように乗算されて図3(c)
に示すような補償信号CSとして出力される。この補償
信号CSの中に含まれるノイズN2 は非常に小さい。
【0027】偏差演算回路59は、これ等の電圧信号V
d9´(図3(a))と補償信号CS(図3(c))との
偏差を演算するが、この偏差信号DSは図3(d)に示
すように低周波ノイズを含む信号として抽出される。従
って、加算回路60で電圧信号Vd9´と偏差信号DSと
の代数加算を実行することにより図3(e)に示すよう
にノイズを含まない正弦波の基準信号VRを得ることが
できる。
【0028】図4は本発明の他の実施例の構成を示すブ
ロック図である。図1に示す実施例では測定管15、1
6の変位を3ケ所で検出したが、この実施例では2ケ所
で行う構成とした例を示したものである。この実施例で
は、位置検出センサ21と22との2個を用いて図1に
示す実施例と同一の目的を実現する。図1と同一の機能
を持つ構成要素には同一の符号を付して適宜に説明は省
略する。
【0029】位置検出センサ21と22から出力された
電圧信号Vd7´とVd8´との偏差信号VDは図1の場合
と同様にして信号処理されてマイクロコンピュ−タ51
に出力される。電圧信号Vd7´とVd8´は加算回路61
で加算されて加算信号ADとされ、この加算信号ADが
基準信号VRと振幅信号ARを作るための基礎とされ
る。このように構成しても図1に示す実施例と同様に動
作する。
【0030】
【発明の効果】以下、実施例により具体的に説明したよ
うに本発明によれば、ノイズを含まない基準信号を用い
てタイミング発生回路を制御するように構成したので、
変位信号の中に配管の振動などによって発生する低周波
のノイズが混入していてもこの影響を受けないタイミン
グ信号を得ることができ、ノイズに強い質量流量計を実
現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】図1に示す実施例の要部構成を示すブロック図
である。
【図3】図2に示実施例の動作を説明する波形図であ
る。
【図4】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。
【図5】従来のコリオリ式質量流量計のセンサ部分の構
成を示す構成図である。
【図6】図5に示すコリオリ式質量流量計の変換器の構
成を示すブロック図である。
【符号の説明】
10 配管 15、16 測定管 21、22、40 位置検出センサ 23 ドライブコイル 26、41 ドライブ回路 27、28、32 低域フイルタ 31 時間積分回路 42、43、44 信号変換回路 45 偏差演算回路 47 制御回路 48 正弦波発生回路 49 タイミング信号発生回路 51 マイクロコンピュ−タ 58 補償信号発生回路 59 偏差演算回路 60、61 加算回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−280013(JP,A) 特開 昭58−120122(JP,A) 特開 平4−136718(JP,A) 特開 平2−73119(JP,A) 特開 平3−57920(JP,A) 特表 平6−508930(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01F 1/84

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】測定流体が流れる測定管に固定されてこの
    測定管を駆動手段により振動させ前記測定流体によって
    生じる前記測定管の変位を少なくとも2個の変位センサ
    で変位信号として検出しこの変位信号をタイミング発生
    回路から出力されるタイミング信号に基づいて同期整流
    して質量流量信号として出力するコリオリ式質量流量計
    において、前記タイミング信号に同期しかつ前記変位信
    号と大きさが等しい補償信号を発生させる補償信号発生
    手段と、この補償信号と前記変位信号との偏差を演算し
    て偏差信号を出力する偏差演算手段と、前記変位信号に
    この偏差信号を代数加算した基準信号を出力する加算手
    段とを具備し、前記基準信号により前記タイミング発生
    回路を制御してノイズの影響を除去することを特徴とす
    るコリオリ式質量流量計。
JP21751291A 1991-08-28 1991-08-28 コリオリ式質量流量計 Expired - Lifetime JP2924342B2 (ja)

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