JP3146603B2 - フルイディックメーター制御装置 - Google Patents

フルイディックメーター制御装置

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JP3146603B2
JP3146603B2 JP06804392A JP6804392A JP3146603B2 JP 3146603 B2 JP3146603 B2 JP 3146603B2 JP 06804392 A JP06804392 A JP 06804392A JP 6804392 A JP6804392 A JP 6804392A JP 3146603 B2 JP3146603 B2 JP 3146603B2
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    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

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  • Details Of Flowmeters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、都市ガスやLPGガス
などの流体流量を計測するフルイディックメータに係わ
り、特に高精度の演算機能を有する制御装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、フルイディック発振素子を用いた
流量計は、測定できる流量範囲が50倍程度であり、都
市ガスメータのように1000倍程度の流量域の測定を
要求される場合に適用するには大きな問題があった。
【0003】そこで、特開平3−308921号公報に
示されているように、フルイディック発振素子に流速検
出用のフローセンサーを設けて、小流量域では、このフ
ローセンサーからの出力で計測し、中〜大流量域ではフ
ルイディック発振素子の発振周波数で計測する方式が提
案されている。
【0004】この種のフルイディックメータ制御装置
は、例えば図3のような構成になっていた。即ち図3の
従来のフルイディックメーター制御装置において、1は
フルイディックメーター、2はガス配管、3はフルイデ
ィック発振素子で、流体のもつ運動エネルギーを利用し
て流体発振を生じさせる。4は圧電センサーで、流体発
振の周波数を検出する。5はフルイディック発振素子の
ノズル部(図示せず)での流体の流速を検出し流速に比
例したアナログ信号を発生するフローセンサー、6は遮
断弁で、異常な使用状態を検出するとガスの供給を遮断
する。7は制御装置である。圧電センサー4で検出され
た周波数が一定値以上の場合には、その周波数より流量
を求め、一定値以下の場合にはフローセンサー5の出力
より求める。
【0005】続いて、流量の求め方について説明する。
圧電センサー4で検出される発振周波数fに対する流量
Qの関係は一般に非線形特性を有しているが、図2で示
すように発振周波数fn (n=0、1、2・・・)を境
として係数の異なる直線近似式 Q=An ・f+Bn (ただし、fn ≦f≦fn+1 ) により流量を求める方法が公知(特開平3−44512
号公報)である。また、フローセンサー5で検出された
流速と流量との関係は詳細には開示されていないが、実
際には非線形特性を有しており、この場合の流量も直線
式を用いて求める方法が公知(特開平3−96817号
公報)である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、流量と発振周波数(あるいは周期)の関係
および流速と流量の関係を直線近似で求めているため、
特に折れ線の境界近傍では誤差が大きくなり流量を正確
に計測できず、また積算流量値にも大きく影響するとい
う課題があった。
【0007】本発明は上記課題を解決するもので、正確
な流量計測をおこなえるフルイディックメータを提供す
ることを目的としたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、流体流量に対応した流体発振を行うフルイデ
ィック発振素子と、前記フルイディック発振素子の発振
周波数を検出する振動検出手段と、前記フルイディック
発振素子を流れる流体の流速を検出する流速検出手段
と、前記振動検出手段の出力と前記流速検出手段の出力
のどちらを基準にして流量を求めるかを判定する判定手
段と、前記振動検出手段の出力と流量との非線形特性を
表現する予め定められたn次のスプライン関数を記憶す
る第1の記憶手段と、前記流速検出手段の出力と流量と
の非線形特性を表現し予め定められたm次のスプライン
関数を記憶する第2の記憶手段と、前記判定手段の出力
に応じて前記第1および第2の記憶手段のどちらか一方
に記憶された関数を出力する切換手段と、前記判定手段
の出力と前記切替手段の出力から流量を演算する流量演
算手段とを設けたものである。
【0009】
【作用】本発明は上記構成によって、フルイディック発
振素子で生じた流体発振を振動検出手段によって発振周
波数を検出するとともに、流速検知手段により流速を検
知し、さらに、判定手段により発振周波数と流速のどち
らをもとに流量を求めるかを判定する。発振周波数によ
り流量を求める場合には、第1の記憶手段に記憶された
スプライン関数で、流速により流量を求める場合には第
2の記憶手段に記憶されたスプライン関数で、瞬時流量
や積算流量を求める。即ち、非線形な特性を精度よく近
似できるスプライン関数が第1および第2の記憶手段に
記憶されているので流量を正確にもとめることができ
る。
【0010】
【実施例】以下本発明の実施例を図1及び図2を参照し
て説明する。
【0011】図1からにおいて、図3と同一構成・要素
には同一番号を付した。図1は本発明のフルイディック
メーター制御装置のブロック図である。図1において、
3はフルイディック発振素子で、ガス配管2の途中に設
けられ、流体がもつ運動エネルギーを利用して流体発振
を起こさせる。8は振動検出手段で、流体の発振周波数
を出力電圧変化として検出する圧電センサー4と、電圧
変動と同等の周波数をもつパルス信号に変換するパルス
信号変換部9とで構成される。10は流速検出手段で、
流速と比例した電圧を発生するフローセンサー5と、フ
ローセンサー5の出力と比例したパルス数を一定時間毎
に発生するA/D変換部11より構成される。12は判
定手段で、振動検出手段8の出力と流速検出手段10の
出力よりどちらをもとに流量を求めるかを判定し出力す
る。13は振動検出手段8の出力と流量との非線形特性
を表現する予め定められたn次のスプライン関数を記憶
する第1の記憶手段、14は流速検出手段10の出力と
流量との非線形特性を表現する予め定められたm次のス
プライン関数を記憶する第2の記憶手段である。15は
切替手段で、判定手段12の出力に応じて第1の記憶手
段13または第2の記憶手段14に記憶された関数を選
択し出力する。16は流量演算手段で、判定手段12か
ら出力される振動検出手段8または流速検出手段10の
出力と切替手段15から出力される関数からそのときの
流量を演算し求める。17は流量積算手段で、求めた流
量を積算し積算値を求める。18は表示手段で、積算値
を表示する。
【0012】次に上記構成の動作を説明する。ガスが使
用され始めるとガス配管2のガスはフルイディック発振
素子3を通り供給される。このときフルイディック発振
素子3では、コアンダ効果によって流体発振を生じ、そ
の流体発振周波数は流量と相関関係にある。振動検出手
段8は様々な物理量を介し発振周波数を検出する。たと
えば流体発振によって生じた圧力変化を圧電素子によっ
て電圧変化として検出する。あるいは別の方法として、
サーミスタ等を利用して流体発振によって生じた熱的変
化を抵抗変化として検出する。本実施例ではパルス信号
変換部9で圧電センサー4の電圧変化の周波数と同等の
周波数のパルス信号を発生し、この信号周波数fを流体
発振周波数としている。
【0013】流速検出部10はフルイディック発振素子
3を流れる流体の流速を検出する。フローセンサー5は
流速に対応した電圧を発生し、A/D変換部11でフロ
ーセンサー5の出力電圧と比例したパルス数を一定時間
内に発生させ、このパルス数pから流速を検出する。
【0014】判定手段12は、小流量域では流速より、
中〜大流量域では発振周波数を基に流量を求めるための
判定を行う。即ち、振動検出手段8の出力fが所定値以
上であればfを基に流量を求めるものと判断しfを出力
する。逆に、fが所定値以下であればpを基に流量を求
めるものと判断しpを出力する。
【0015】判定手段12より出力されるfまたはpの
値を基に第1の記憶手段13または第2の記憶手段14
に記憶された関数を用いて流量Qを求めるが、この関数
について説明を加える。一般に発振周波数fと流量Q、
およびA/D変換部の出力パルス数pとの関係を広い範
囲にわたって直線近似で表わすことは難しい。流量を正
確に求めるには、流量Qと周波数fの関係を非線形な近
似関数で表現することが必要となる。そこで、実測値に
基づくQとfおよびQとpの関係から近似関数g(f)
=Qおよびh(p)=Qを設定することにする。本実施
例では、近似関数をスプライン関数により求める。
【0016】スプライン関数とは、データ補間の一方法
であり、n個のデータ(f1 ,g1)・・・(fn ,g
n )を滑らかな曲線で結ぶために求められる関数であ
り、
【0017】
【数1】
【0018】即ち第k次微係数の2乗積分を最小にする
関数と定義される。また、滑らかさの条件として、与え
られた図面上の点をすべて通り、微係数が2k−2階ま
で連続であけることが必要となる。ただし、ここでg
(f)は、区間[fi ,fi+1]における2k−1次の
多項式gi (f)(i=1,2,・・・n)を全部つな
いだものであり、このような関数は、一義的に求まる。
実際によく用いられるのは、k=2すなわちg(f)が
3次式の場合である。
【0019】スプライン関数を3次式とした場合、第1
の記憶手段13は、振動検出手段8の出力周波数fと流
量Qとの関係をs個の区分点毎に異なる3次のスプライ
ン関数 gi (f)=ai +bi (f−fi )+ci (f−
i 2 +di (f−fi3 (ただし、fi ≦f≦fi+1oi 、bi 、ci 、di
は定数。i=1,2,・・・s)として記憶している。
同様に第2の記憶手段14は、流速検出手段10の出力
pと流量Qとの関係をt個の区分点毎に異なる3次のス
プライン関数 hi (p)=Ai +Bi (p−pi )+Ci (p−
i 2 +Di (p−pi3 (ただし、pi ≦p≦pi+1oi 、Bi 、Ci 、Di
は定数。i=1,2,・・・t)として記憶している。
【0020】一例として、(f,g)=(0、0)、
(2、2)、(4、3)、(6、5)の4点を通るスプ
ライン関数を求めると、 0≦f≦2のとき g1 (f)=19f/12−3f2 /8+f3 /24 2≦f≦4のとき g2 (f)=2+7(f−2)/12−(f−2)2
8+(f−2)3 /24 4≦f≦6のとき g3 (f)=3+7(f−4)/12−(f−4)2
8+(f−4)3 /24 となる。
【0021】切替手段15は判定手段12からの出力が
振動検出手段8により検出された発振周波数fであれば
その値に従い必要な関数g(f)を選択し、判定手段1
2からの出力が流速検出手段10により検出された出力
パルス数pであればその値に従い必要な関数h(p)を
選択する。流量演算手段16では、切替手段15で選択
され出力された関数g(f)またはh(p)にfまたは
pの値を代入して、瞬時流量Q=g(f)またはQ=h
(p)を求める。
【0022】本実施例では、スプライン関数を3次の多
項式としたが、精度を上げるためには次数を上げれば良
い。また、区分点の数を増すことによっても精度を高め
ることが可能である。
【0023】この実施例の構成によれば、流量と発振周
波数または流速の関係を示す非線形特性をスプライン関
数により近似して、この関数に従って演算を行っている
ので、流量が精度よく求められるという効果がある。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明のフルイディ
ックメーター制御装置は、流量をフルイディック発振素
子の発振周波数から求めるのか流速から求めるのかを判
定手段が判定し、どちらで流量を求める場合であって
も、非線形な特性を有する発振周波数と流量または流速
と流量の関係をスプライン関数により近似して、この関
数に従って瞬時流量や積算流量を演算し求めるので、線
形近似した場合に比べ誤差が極めて小さくでき、流量計
測が高精度で正確に行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるフルイディックメー
ター制御装置のブロック図
【図2】同制御装置の特性図
【図3】従来のフルイディックメーター制御装置のブロ
ック図
【図4】同制御装置の特性図
【符号の説明】
3 フルイディック発振素子 8 振動検出手段 10 流速検出手段 12 判定手段 13 第1の記憶手段 14 第2の記憶手段 15 切替手段 16 流量演算手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/20 G01F 7/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流体流量に対応した流体発振を行うフルイ
    ディック発振素子と、前記フルイディック発振素子の発
    振周波数を検出する振動検出手段と、前記フルイディッ
    ク発振素子を流れる流体の流速を検出する流速検出手段
    と、前記振動検出手段の出力と前記流速検出手段の出力
    のどちらを基準にして流量を求めるのかを判定する判定
    手段と、前記振動検出手段の出力と流量との非線形特性
    を表現し予め定められたn次のスプライン関数を記憶す
    る第1の記憶手段と、前記流速検出手段の出力と流量と
    の非線形特性を表現する予め定められたm次のスプライ
    ン関数を記憶する第2の記憶手段と、前記判定手段の出
    力に応じて前記第1および第2の記憶手段のどちらか一
    方に記憶された関数を出力する切換手段と、前記判定手
    段の出力と前記切替手段の出力から流量を演算する流量
    演算手段とからなるフルイディックメーター制御装置。
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