JP3161664B2 - コリオリ質量流量計 - Google Patents
コリオリ質量流量計Info
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- JP3161664B2 JP3161664B2 JP01527394A JP1527394A JP3161664B2 JP 3161664 B2 JP3161664 B2 JP 3161664B2 JP 01527394 A JP01527394 A JP 01527394A JP 1527394 A JP1527394 A JP 1527394A JP 3161664 B2 JP3161664 B2 JP 3161664B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、両端が固定されている
測定チューブ内に被測定流体を流し励振装置により測定
チューブを所定モードで振動させ測定チューブの中央に
対して上下流で得られる一対のコリオリ信号を用いて質
量流量を測定するコリオリ質量流量計に係り、特に、安
定にかつ精度良く質量流量が得られるように改良された
コリオリ質量流量計に関する。
測定チューブ内に被測定流体を流し励振装置により測定
チューブを所定モードで振動させ測定チューブの中央に
対して上下流で得られる一対のコリオリ信号を用いて質
量流量を測定するコリオリ質量流量計に係り、特に、安
定にかつ精度良く質量流量が得られるように改良された
コリオリ質量流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来のコリオリ質量流量計のセン
サ部の構成を示す構成図である。図４は図３に示すコリ
オリ質量流量計のセンサ部の動作を説明する説明図、図
５は図３に示すセンサ部と組合せて質量流量を演算する
変換部の構成を示す構成図である。
サ部の構成を示す構成図である。図４は図３に示すコリ
オリ質量流量計のセンサ部の動作を説明する説明図、図
５は図３に示すセンサ部と組合せて質量流量を演算する
変換部の構成を示す構成図である。
【０００３】以下、図３〜図５を用いて従来のコリオリ
質量流量計について説明する。この場合の測定チューブ
は、例えばＵ字管方式など他の方式でも良いが、簡単の
ため直管方式のもので以下に説明する。
質量流量計について説明する。この場合の測定チューブ
は、例えばＵ字管方式など他の方式でも良いが、簡単の
ため直管方式のもので以下に説明する。
【０００４】１は被測定流体を流す測定チューブであ
り、この測定チューブ１の両端は支持部材２、３に固定
されている。この測定チューブ１の中央部近傍には、こ
の測定チューブ１を上下に機械振動をさせる加振器４が
設置されている。
り、この測定チューブ１の両端は支持部材２、３に固定
されている。この測定チューブ１の中央部近傍には、こ
の測定チューブ１を上下に機械振動をさせる加振器４が
設置されている。
【０００５】そして、測定チューブ１の支持部材２、３
に固定されている近傍には、この測定チューブ１の振動
を検出するセンサ５Ａ、５Ｂが固定されている。また、
支持部材３の近傍には温度補償に使用する温度センサ６
が設けられている。以上によりセンサ部ＳＮＳが構成さ
れている。
に固定されている近傍には、この測定チューブ１の振動
を検出するセンサ５Ａ、５Ｂが固定されている。また、
支持部材３の近傍には温度補償に使用する温度センサ６
が設けられている。以上によりセンサ部ＳＮＳが構成さ
れている。
【０００６】加振器４から測定チューブ１に図４のＭ
１、Ｍ２に示すような１次モードの形状で振動が与えら
れている状態で、測定チューブ１に被測定流体が流れる
と、Ｍ３、Ｍ４に示すような２次モードの形状で測定チ
ューブ１が振動する。
１、Ｍ２に示すような１次モードの形状で振動が与えら
れている状態で、測定チューブ１に被測定流体が流れる
と、Ｍ３、Ｍ４に示すような２次モードの形状で測定チ
ューブ１が振動する。
【０００７】実際には、この２種類の振動パターンが重
畳された形で測定チューブ１が振動する。測定チューブ
１のこの変形をセンサ５Ａ、５Ｂで検出して変位信号Ｓ
A、ＳBとして図５に示す変換部ＴＲ１に送出する。
畳された形で測定チューブ１が振動する。測定チューブ
１のこの変形をセンサ５Ａ、５Ｂで検出して変位信号Ｓ
A、ＳBとして図５に示す変換部ＴＲ１に送出する。
【０００８】センサ５Ａで検出された変位信号ＳAは、
周波数測定回路７に入力されて、ここで信号周波数ｆA
が測定される。信号周波数ｆAはタイミング生成回路８
に出力され、ここで測定チューブ１の振動の１周期を正
確にＮ等分（Ｎは自然数）して得たＮ個所の点を指定す
るサンプリングのタイミング信号ＴSが生成される。
周波数測定回路７に入力されて、ここで信号周波数ｆA
が測定される。信号周波数ｆAはタイミング生成回路８
に出力され、ここで測定チューブ１の振動の１周期を正
確にＮ等分（Ｎは自然数）して得たＮ個所の点を指定す
るサンプリングのタイミング信号ＴSが生成される。
【０００９】一方、変位信号ＳAはトラックアンドホー
ルド（Ｔ＆Ｈ）回路９に出力され、ここでサンプリング
タイミング信号ＴSにより変位信号ＳAの各周期のＮ個の
時点で順次サンプル／ホールドされる。ホールドされた
変位信号ＳAはアナログ／デジタル変換器１０に出力さ
れ、ここで順次デジタル信号ＤA1に変換される。
ルド（Ｔ＆Ｈ）回路９に出力され、ここでサンプリング
タイミング信号ＴSにより変位信号ＳAの各周期のＮ個の
時点で順次サンプル／ホールドされる。ホールドされた
変位信号ＳAはアナログ／デジタル変換器１０に出力さ
れ、ここで順次デジタル信号ＤA1に変換される。
【００１０】デジタル信号ＤA1は、デスクリートフーリ
エ変換（ＤＦＴ）回路１１で周波数領域にフーリエ変換
され、変換された信号の実数成分と虚数成分との比から
位相θA1が演算される。
エ変換（ＤＦＴ）回路１１で周波数領域にフーリエ変換
され、変換された信号の実数成分と虚数成分との比から
位相θA1が演算される。
【００１１】また、センサ５Ｂで検出された変位信号Ｓ
Bは、トラックアンドホールド（Ｔ＆Ｈ）回路１２に出
力され、ここでサンプリングタイミング信号ＴSにより
変位信号ＳBの各周期のＮ個の時点で順次サンプル／ホ
ールドされる。ホールドされた変位信号ＳBはアナログ
／デジタル変換器１３に出力され、ここで順次デジタル
信号ＤB1に変換される。
Bは、トラックアンドホールド（Ｔ＆Ｈ）回路１２に出
力され、ここでサンプリングタイミング信号ＴSにより
変位信号ＳBの各周期のＮ個の時点で順次サンプル／ホ
ールドされる。ホールドされた変位信号ＳBはアナログ
／デジタル変換器１３に出力され、ここで順次デジタル
信号ＤB1に変換される。
【００１２】デジタル信号ＤB1は、デスクリートフーリ
エ変換（ＤＦＴ）回路１４で周波数領域にフーリエ変換
され、変換された信号の実数成分と虚数成分との比から
位相信号θB1が演算される。
エ変換（ＤＦＴ）回路１４で周波数領域にフーリエ変換
され、変換された信号の実数成分と虚数成分との比から
位相信号θB1が演算される。
【００１３】１５は位相差演算回路であり、この位相差
演算回路１５はＤＦＴ回路１１から順次出力される信号
位相θA1と、ＤＦＴ回路１４から順次出力される信号位
相θ B1との差を演算して位相差信号θ1として順次出力
する。
演算回路１５はＤＦＴ回路１１から順次出力される信号
位相θA1と、ＤＦＴ回路１４から順次出力される信号位
相θ B1との差を演算して位相差信号θ1として順次出力
する。
【００１４】この位相差信号θ1は被測定流体の質量流
量に比例するが、温度センサ６で検出された温度信号を
用いて図示しない回路でこの位相差信号θ1に対して温
度補償をして正確な質量信号として出力される。また、
励振回路１６には変位信号ＳAが入力され、この変位信
号ＳAに対応する加振電圧を加振器４に出力し、加振器
４を例えば正弦波状に駆動する。
量に比例するが、温度センサ６で検出された温度信号を
用いて図示しない回路でこの位相差信号θ1に対して温
度補償をして正確な質量信号として出力される。また、
励振回路１６には変位信号ＳAが入力され、この変位信
号ＳAに対応する加振電圧を加振器４に出力し、加振器
４を例えば正弦波状に駆動する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようなコリオリ質量流量計は、測定チューブの振動周波
数の１周期を正確にＮ等分して得たＮ個所の点における
サンプリング値を用いる必要から、タイミング生成回路
を必要とする上に、この振動周波数は被測定流体の密
度、温度などにより変動するので、測定値に変動が生じ
不安定になり、出力が精度良く追従することができない
という問題がある。
ようなコリオリ質量流量計は、測定チューブの振動周波
数の１周期を正確にＮ等分して得たＮ個所の点における
サンプリング値を用いる必要から、タイミング生成回路
を必要とする上に、この振動周波数は被測定流体の密
度、温度などにより変動するので、測定値に変動が生じ
不安定になり、出力が精度良く追従することができない
という問題がある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための主な構成として、両端が固定されている
測定チューブ内に被測定流体を流し励振装置により先の
測定チューブを振動させ先の測定チューブの中央に対し
て上下流で得られる正弦波状に変化する一対のコリオリ
信号を用いて質量流量を測定するコリオリ質量流量計に
係り、先の各コリオリ信号をデジタル信号に変換する一
対のアナログ／デジタル変換手段と、先のデジタル信号
を自乗して自乗信号として出力する一対の自乗演算手段
と、これらの自乗信号の各々の移動平均を演算してそれ
ぞれ移動平均信号として出力する一対の移動平均演算手
段と、これ等の移動平均信号に関連する信号の平方根を
演算してそれぞれ平方根信号として出力する一対の平方
根演算手段と、これらの平方根信号と先のデジタル信号
の比率を演算し一対の比率信号を出力する一対の比率演
算手段と、これらの一対の比率信号の逆三角関数を演算
して一対の関数信号として出力する一対の関数演算手段
と、これらの一対の関数信号の差を演算して差信号とし
て出力する差演算手段と、この差信号の移動平均を演算
して先の質量流量の演算に用いる位相差信号を出力する
移動平均演算手段とを具備するようにしたものである。
解決するための主な構成として、両端が固定されている
測定チューブ内に被測定流体を流し励振装置により先の
測定チューブを振動させ先の測定チューブの中央に対し
て上下流で得られる正弦波状に変化する一対のコリオリ
信号を用いて質量流量を測定するコリオリ質量流量計に
係り、先の各コリオリ信号をデジタル信号に変換する一
対のアナログ／デジタル変換手段と、先のデジタル信号
を自乗して自乗信号として出力する一対の自乗演算手段
と、これらの自乗信号の各々の移動平均を演算してそれ
ぞれ移動平均信号として出力する一対の移動平均演算手
段と、これ等の移動平均信号に関連する信号の平方根を
演算してそれぞれ平方根信号として出力する一対の平方
根演算手段と、これらの平方根信号と先のデジタル信号
の比率を演算し一対の比率信号を出力する一対の比率演
算手段と、これらの一対の比率信号の逆三角関数を演算
して一対の関数信号として出力する一対の関数演算手段
と、これらの一対の関数信号の差を演算して差信号とし
て出力する差演算手段と、この差信号の移動平均を演算
して先の質量流量の演算に用いる位相差信号を出力する
移動平均演算手段とを具備するようにしたものである。
【００１７】
【作 用】一対のアナログ／デジタル変換手段は、両端
が固定されている測定チューブ内に被測定流体を流し励
振装置により先の測定チューブを振動させ先の測定チュ
ーブの中央に対して上下流で得られる正弦波状に変化す
る一対のコリオリ信号をデジタル信号に変換する。
が固定されている測定チューブ内に被測定流体を流し励
振装置により先の測定チューブを振動させ先の測定チュ
ーブの中央に対して上下流で得られる正弦波状に変化す
る一対のコリオリ信号をデジタル信号に変換する。
【００１８】一対の自乗演算手段は先のデジタル信号を
自乗して自乗信号として出力し、一対の移動平均演算手
段は、これらの自乗信号の各々の移動平均を演算してそ
れぞれ移動平均信号として出力する。
自乗して自乗信号として出力し、一対の移動平均演算手
段は、これらの自乗信号の各々の移動平均を演算してそ
れぞれ移動平均信号として出力する。
【００１９】一対の平方根演算手段はこれ等の移動平均
信号に関連する信号の平方根を演算してそれぞれ平方根
信号として出力する。そして、一対の比率演算手段はこ
れらの平方根信号と先のデジタル信号の比率を演算し一
対の比率信号を出力する。
信号に関連する信号の平方根を演算してそれぞれ平方根
信号として出力する。そして、一対の比率演算手段はこ
れらの平方根信号と先のデジタル信号の比率を演算し一
対の比率信号を出力する。
【００２０】また、一対の関数演算手段はこれらの一対
の比率信号の逆三角関数を演算して一対の関数信号とし
て出力し、差演算手段はこれらの一対の関数信号の差を
演算して差信号として出力する。そして、移動平均演算
手段はこの差信号の移動平均を演算して先の質量流量の
演算に用いる位相差信号を出力する。
の比率信号の逆三角関数を演算して一対の関数信号とし
て出力し、差演算手段はこれらの一対の関数信号の差を
演算して差信号として出力する。そして、移動平均演算
手段はこの差信号の移動平均を演算して先の質量流量の
演算に用いる位相差信号を出力する。
【００２１】
【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。図１に示すセンサ部ＳＮＲは、図３に示すセ
ンサ部の構成とほぼ同様な構成であるが、直管の測定チ
ューブ１は開放端が支持部材２、３に固定されたＵ字状
の測定チューブ２０に、加振器４が加振器２１に、セン
サ５Ａ、５Ｂがセンサ２２Ａ、２２Ｂにそれぞれ対応し
て構成されている。
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。図１に示すセンサ部ＳＮＲは、図３に示すセ
ンサ部の構成とほぼ同様な構成であるが、直管の測定チ
ューブ１は開放端が支持部材２、３に固定されたＵ字状
の測定チューブ２０に、加振器４が加振器２１に、セン
サ５Ａ、５Ｂがセンサ２２Ａ、２２Ｂにそれぞれ対応し
て構成されている。
【００２２】次に、測定チューブ２０は加振器２１によ
り正弦波状に加振されており、測定流体が流されると、
センサ２２Ａ、２２Ｂにはそれぞれ ＳA＝Ａm・SINωt （１） ＳB＝Ｂm・SIN(ωt＋Φ) （２） なるセンサ信号が発生する。
り正弦波状に加振されており、測定流体が流されると、
センサ２２Ａ、２２Ｂにはそれぞれ ＳA＝Ａm・SINωt （１） ＳB＝Ｂm・SIN(ωt＋Φ) （２） なるセンサ信号が発生する。
【００２３】ωは加振器２１による加振の角周波数、Ａ
m、Ｂmはそれぞれセンサ信号の最大振幅、Φはセンサ２
２Ａの信号に対するセンサ２２Ｂの信号の測定流体が流
れることにより発生した位相遅れを示す。
m、Ｂmはそれぞれセンサ信号の最大振幅、Φはセンサ２
２Ａの信号に対するセンサ２２Ｂの信号の測定流体が流
れることにより発生した位相遅れを示す。
【００２４】これ等のセンサ信号ＳA、ＳBはそれぞれ増
幅器２３Ａ（２３Ｂ）により増幅され、サンプル／ホー
ルド回路（Ｓ／Ｈ）２４Ａ（２４Ｂ）に出力される。サ
ンプル／ホールド回路２４Ａ（２４Ｂ）は制御回路２５
から出力されるサンプリング信号ｔsのタイミングによ
りサンプル／ホールドされる。制御回路２５は加振器２
１を正弦波状に振動させる駆動信号ＶDをも供給する。
幅器２３Ａ（２３Ｂ）により増幅され、サンプル／ホー
ルド回路（Ｓ／Ｈ）２４Ａ（２４Ｂ）に出力される。サ
ンプル／ホールド回路２４Ａ（２４Ｂ）は制御回路２５
から出力されるサンプリング信号ｔsのタイミングによ
りサンプル／ホールドされる。制御回路２５は加振器２
１を正弦波状に振動させる駆動信号ＶDをも供給する。
【００２５】サンプル／ホールドされた信号は、アナロ
グ／デジタル変換器２６Ａ（２６Ｂ）に出力され、ここ
で次のようにデジタルのサンプルデータＡi（Ｂi）に変
換される。 Ａi＝Ａm・SINωti （３） Ｂi＝Ｂm・SIN(ωti＋Φ) （４） tiはサンプリングの時刻であり、（ti−ti-1）はセンサ
信号ＳA、ＳBの正弦波の周期Ｔに比べて十分に小さい値
とする。
グ／デジタル変換器２６Ａ（２６Ｂ）に出力され、ここ
で次のようにデジタルのサンプルデータＡi（Ｂi）に変
換される。 Ａi＝Ａm・SINωti （３） Ｂi＝Ｂm・SIN(ωti＋Φ) （４） tiはサンプリングの時刻であり、（ti−ti-1）はセンサ
信号ＳA、ＳBの正弦波の周期Ｔに比べて十分に小さい値
とする。
【００２６】自乗回路２７Ａ（２７Ｂ）は、これらのサ
ンプルデータＡi（Ｂi）をそれぞれ自乗演算して、それ
ぞれ自乗信号ＶSQ(Ａ)（ＶSQ(Ｂ)）として出力する。移
動平均回路２８Ａ（２８Ｂ）は、これらの自乗信号ＶSQ
(Ａ)（ＶSQ(Ｂ)）の時系列的に順次得られる一連のデー
タの移動平均を算定して移動平均値ＶSM(Ａ)（Ｖ
SM(Ｂ)）を算定する。
ンプルデータＡi（Ｂi）をそれぞれ自乗演算して、それ
ぞれ自乗信号ＶSQ(Ａ)（ＶSQ(Ｂ)）として出力する。移
動平均回路２８Ａ（２８Ｂ）は、これらの自乗信号ＶSQ
(Ａ)（ＶSQ(Ｂ)）の時系列的に順次得られる一連のデー
タの移動平均を算定して移動平均値ＶSM(Ａ)（Ｖ
SM(Ｂ)）を算定する。
【００２７】移動平均値ＶSM(Ａ)（ＶSM(Ｂ)）は、それ
ぞれ２倍の増幅度を持つ増幅器２９Ａ（２９Ｂ）で増幅
され差演算回路３０Ａ（３０Ｂ）に出力される。差演算
回路３０Ａ（３０Ｂ）は増幅器２９Ａ（２９Ｂ）の出力
信号と自乗信号ＶSQ(Ａ)（Ｖ SQ(Ｂ)）との差を演算して
差信号ＶDS（Ａ）（ＶDS（Ｂ））として出力する。
ぞれ２倍の増幅度を持つ増幅器２９Ａ（２９Ｂ）で増幅
され差演算回路３０Ａ（３０Ｂ）に出力される。差演算
回路３０Ａ（３０Ｂ）は増幅器２９Ａ（２９Ｂ）の出力
信号と自乗信号ＶSQ(Ａ)（Ｖ SQ(Ｂ)）との差を演算して
差信号ＶDS（Ａ）（ＶDS（Ｂ））として出力する。
【００２８】平方根演算回路３１Ａ（３１Ｂ）は、差信
号ＶDS（Ａ）（ＶDS（Ｂ））の平方根を演算して平方根
信号ＶRS（Ａ）（ＶRS（Ｂ））として比率演算回路３２
Ａ（３２Ｂ）に出力する。
号ＶDS（Ａ）（ＶDS（Ｂ））の平方根を演算して平方根
信号ＶRS（Ａ）（ＶRS（Ｂ））として比率演算回路３２
Ａ（３２Ｂ）に出力する。
【００２９】比率演算回路３２Ａ（３２Ｂ）は、サンプ
ルデータＡi（Ｂi）と平方根信号Ｖ RS（Ａ）（Ｖ
RS（Ｂ））との比率を演算して比率信号ＶRT（Ａ）（Ｖ
RT（Ｂ））として関数演算回路３３Ａ（３３Ｂ）に出力
する。
ルデータＡi（Ｂi）と平方根信号Ｖ RS（Ａ）（Ｖ
RS（Ｂ））との比率を演算して比率信号ＶRT（Ａ）（Ｖ
RT（Ｂ））として関数演算回路３３Ａ（３３Ｂ）に出力
する。
【００３０】関数演算回路３３Ａ（３３Ｂ）は比率信号
ＶRT（Ａ）（ＶRT（Ｂ））のtan-1或いはcot-1の演算を
実行し、関数信号ＶFS（Ａ）（ＶFS（Ｂ））として差演
算回路３４に出力する。
ＶRT（Ａ）（ＶRT（Ｂ））のtan-1或いはcot-1の演算を
実行し、関数信号ＶFS（Ａ）（ＶFS（Ｂ））として差演
算回路３４に出力する。
【００３１】差演算回路３４はこれらの関数信号Ｖ
FS（Ａ）と関数信号ＶFS（Ｂ）との差を演算して、移動
平均回路３５に出力し、ここで移動平均が演算されてそ
の出力端に位相差信号θABとして出力する。
FS（Ａ）と関数信号ＶFS（Ｂ）との差を演算して、移動
平均回路３５に出力し、ここで移動平均が演算されてそ
の出力端に位相差信号θABとして出力する。
【００３２】次に、以上のように構成された図１に示す
実施例の動作について数式を用いて説明する。式
（１）、（２）で示すセンサ信号ＳA、ＳBは、サンプル
／ホールド回路２４Ａ（２４Ｂ）を介してアナログ／デ
ジタル変換器２６Ａ（２６Ｂ）の出力端に式（３）、
（４）で示すサンプルデータＡi（Ｂi）を出力する。
実施例の動作について数式を用いて説明する。式
（１）、（２）で示すセンサ信号ＳA、ＳBは、サンプル
／ホールド回路２４Ａ（２４Ｂ）を介してアナログ／デ
ジタル変換器２６Ａ（２６Ｂ）の出力端に式（３）、
（４）で示すサンプルデータＡi（Ｂi）を出力する。
【００３３】これらのサンプルデータＡi（Ｂi）は、自
乗回路２７Ａ（２７Ｂ）で自乗され、さらに移動平均回
路２８Ａ（２８Ｂ）で移動平均されてその出力端に移動
平均信号ＶSM(Ａ)（ＶSM(Ｂ)）として出力される。
乗回路２７Ａ（２７Ｂ）で自乗され、さらに移動平均回
路２８Ａ（２８Ｂ）で移動平均されてその出力端に移動
平均信号ＶSM(Ａ)（ＶSM(Ｂ)）として出力される。
【００３４】この移動平均信号ＶSM(Ａ)は、増幅器２９
Ａで２倍に増幅することにより、 ２ＶSM(Ａ)＝２（i=0Σn-1Ａi 2）／ｎ ＝２［i=0Σn-1（Ａm・SINωti）2］／ｎ ＝Ａm 2 （５） と近似されて出力される。
Ａで２倍に増幅することにより、 ２ＶSM(Ａ)＝２（i=0Σn-1Ａi 2）／ｎ ＝２［i=0Σn-1（Ａm・SINωti）2］／ｎ ＝Ａm 2 （５） と近似されて出力される。
【００３５】同様にして、移動平均信号ＶSM(Ｂ)は、増
幅器２９Ｂで２倍に増幅することにより、 ２ＶSM(Ｂ)＝２（i=0Σn-1Ｂi 2）／ｎ ＝２［i=0Σn-1（Ｂm・SIN(ωti＋Φ)）2］／ｎ ＝Ｂm 2 （６） と近似されて出力される。ここで、ｎは十分に大きな整
数である。
幅器２９Ｂで２倍に増幅することにより、 ２ＶSM(Ｂ)＝２（i=0Σn-1Ｂi 2）／ｎ ＝２［i=0Σn-1（Ｂm・SIN(ωti＋Φ)）2］／ｎ ＝Ｂm 2 （６） と近似されて出力される。ここで、ｎは十分に大きな整
数である。
【００３６】次に、差演算回路３０Ａは、移動平均信号
２ＶSM(Ａ)と自乗信号ＶSQ(Ａ)との差を次のように演算
して差信号ＶDS（Ａ）として出力する。 ＶDS（Ａ）＝２ＶSM(Ａ)−ＶSQ(Ａ) ＝Ａm 2−（Ａm・SINωti）2 ＝（Ａm・COSωti）2 （７）
２ＶSM(Ａ)と自乗信号ＶSQ(Ａ)との差を次のように演算
して差信号ＶDS（Ａ）として出力する。 ＶDS（Ａ）＝２ＶSM(Ａ)−ＶSQ(Ａ) ＝Ａm 2−（Ａm・SINωti）2 ＝（Ａm・COSωti）2 （７）
【００３７】同様にして、差演算回路３０Ｂは、移動平
均信号２ＶSM(Ｂ)と自乗信号ＶSQ(Ｂ)との差を次のよう
に演算して差信号ＶDS（Ｂ）として出力する。 ＶDS（Ｂ）＝２ＶSM(Ｂ)−ＶSQ(Ｂ) ＝Ｂm 2−（Ｂm・SIN(ωti＋Φ)）2 ＝（Ｂm・COS(ωti＋Φ)）2 （８）
均信号２ＶSM(Ｂ)と自乗信号ＶSQ(Ｂ)との差を次のよう
に演算して差信号ＶDS（Ｂ）として出力する。 ＶDS（Ｂ）＝２ＶSM(Ｂ)−ＶSQ(Ｂ) ＝Ｂm 2−（Ｂm・SIN(ωti＋Φ)）2 ＝（Ｂm・COS(ωti＋Φ)）2 （８）
【００３８】そこで、平方根演算回路３１Ａと３１Ｂ
は、それぞれ次のように差信号ＶDS（Ａ）とＶDS（Ｂ）
の平方根を演算して平方根信号ＶRS（Ａ）とＶRS（Ｂ）
として比率演算回路３２Ａと３２Ｂに出力する。 ＶRS（Ａ）＝Ａm・COSωti （９） ＶRS（Ｂ）＝Ｂm・COS(ωti＋Φ) （１０）
は、それぞれ次のように差信号ＶDS（Ａ）とＶDS（Ｂ）
の平方根を演算して平方根信号ＶRS（Ａ）とＶRS（Ｂ）
として比率演算回路３２Ａと３２Ｂに出力する。 ＶRS（Ａ）＝Ａm・COSωti （９） ＶRS（Ｂ）＝Ｂm・COS(ωti＋Φ) （１０）
【００３９】比率演算回路３２Ａは、アナログ／デジタ
ル変換器２６Ａから出力されるサンプルデータＡiと、
平方根演算回路３１Ａから出力される平方根信号Ｖ
RS（Ａ）との比率を、（３）式と（９）式に従って次の
ように演算して比率信号ＶRT（Ａ）として関数演算回路
３３Ａに出力する。 ＶRT（Ａ）＝Ａi／ＶRS（Ａ） ＝tanωti （１１）
ル変換器２６Ａから出力されるサンプルデータＡiと、
平方根演算回路３１Ａから出力される平方根信号Ｖ
RS（Ａ）との比率を、（３）式と（９）式に従って次の
ように演算して比率信号ＶRT（Ａ）として関数演算回路
３３Ａに出力する。 ＶRT（Ａ）＝Ａi／ＶRS（Ａ） ＝tanωti （１１）
【００４０】同様にして、比率演算回路３２Ｂは、サン
プルデータＢiと、平方根信号ＶRS（Ｂ）との比率を、
（４）式と（１０）式に従って次のように演算して比率
信号ＶRT（Ｂ）として関数演算回路３３Ｂに出力する。 ＶRT（Ｂ）＝Ａi／ＶRS（Ｂ） ＝tan(ωti＋Φ) （１２）
プルデータＢiと、平方根信号ＶRS（Ｂ）との比率を、
（４）式と（１０）式に従って次のように演算して比率
信号ＶRT（Ｂ）として関数演算回路３３Ｂに出力する。 ＶRT（Ｂ）＝Ａi／ＶRS（Ｂ） ＝tan(ωti＋Φ) （１２）
【００４１】次に、関数演算回路３３Ａ（３３Ｂ）は、
それぞれ（１１）式と（１２）式を用いて比率信号ＶRT
（Ａ）（ＶRT（Ｂ））のtan-1の演算を次のように実行
し、関数信号ＶFS（Ａ）（ＶFS（Ｂ））として差演算回
路３４に出力する。 ＶFS（Ａ）＝tan-1（ＶRT（Ａ）） ＝tan-1（tanωti）＝ωti （１３） ＶFS（Ｂ）＝tan-1（ＶRT（Ｂ）） ＝tan-1（tan(ωti＋Φ)）＝ωti＋Φ （１４）
それぞれ（１１）式と（１２）式を用いて比率信号ＶRT
（Ａ）（ＶRT（Ｂ））のtan-1の演算を次のように実行
し、関数信号ＶFS（Ａ）（ＶFS（Ｂ））として差演算回
路３４に出力する。 ＶFS（Ａ）＝tan-1（ＶRT（Ａ）） ＝tan-1（tanωti）＝ωti （１３） ＶFS（Ｂ）＝tan-1（ＶRT（Ｂ）） ＝tan-1（tan(ωti＋Φ)）＝ωti＋Φ （１４）
【００４２】差演算回路３４はこれらの関数信号Ｖ
FS（Ａ）と関数信号ＶFS（Ｂ）との差を次のように演算
して、移動平均回路３５に出力し、ここで移動平均が演
算されてその出力端に位相差信号θABとして出力する。 θAB＝ＶFS（Ｂ）−ＶFS（Ａ） ＝Φ （１５）
FS（Ａ）と関数信号ＶFS（Ｂ）との差を次のように演算
して、移動平均回路３５に出力し、ここで移動平均が演
算されてその出力端に位相差信号θABとして出力する。 θAB＝ＶFS（Ｂ）−ＶFS（Ａ） ＝Φ （１５）
【００４３】なお、これ等の演算で移動平均の演算を行
うのは、各種演算の過程でパルス的に入るノイズの影響
を低減させるためである。この位相差信号θABは、測定
流体が流れることによって発生するコリオリ力に起因し
てセンサ２２Ａ、２２Ｂに生じる位相差Φに対応するの
で、この位相差Φの関数ｆ（θAB）として測定流体の質
量流量ＱMが演算できる。
うのは、各種演算の過程でパルス的に入るノイズの影響
を低減させるためである。この位相差信号θABは、測定
流体が流れることによって発生するコリオリ力に起因し
てセンサ２２Ａ、２２Ｂに生じる位相差Φに対応するの
で、この位相差Φの関数ｆ（θAB）として測定流体の質
量流量ＱMが演算できる。
【００４４】今までの比率演算の説明では、比率演算回
路３２Ａは、ＶRT（Ａ）＝Ａi／ＶR S（Ａ）の形の比率
演算を実行したが、ＶRT（Ａ）＝ＶRS（Ａ）／Ａiの形
の比率演算を実行すると、COTωtiが得られるので、関
数演算回路３３ＡでCOT-1なる逆三角関数演算を実行し
てωtiを得ることができる。
路３２Ａは、ＶRT（Ａ）＝Ａi／ＶR S（Ａ）の形の比率
演算を実行したが、ＶRT（Ａ）＝ＶRS（Ａ）／Ａiの形
の比率演算を実行すると、COTωtiが得られるので、関
数演算回路３３ＡでCOT-1なる逆三角関数演算を実行し
てωtiを得ることができる。
【００４５】同様にして、比率演算回路３２Ｂと関数演
算回路３３Ｂでも同様な演算を実行することにより（ω
ti＋Φ）を得て、これらの差を差演算回路３４で演算し
ても（１５）式で示す位相差信号θABを得ることができ
る。
算回路３３Ｂでも同様な演算を実行することにより（ω
ti＋Φ）を得て、これらの差を差演算回路３４で演算し
ても（１５）式で示す位相差信号θABを得ることができ
る。
【００４６】なお、比率演算回路３２Ａ、３２Ｂで比率
演算を実行する際に、分母に当たるデータがゼロに近く
なるときは、演算結果が不正確になるので、分子と分母
とを入れ換えて逆正接或いは逆余接の何れかの値を用い
るこことができる。また、分母に当たるデータが所定の
値より小さくなったときには、その比率演算の結果を捨
てるようにしてもよい。
演算を実行する際に、分母に当たるデータがゼロに近く
なるときは、演算結果が不正確になるので、分子と分母
とを入れ換えて逆正接或いは逆余接の何れかの値を用い
るこことができる。また、分母に当たるデータが所定の
値より小さくなったときには、その比率演算の結果を捨
てるようにしてもよい。
【００４７】さらに、今までの説明では、加振器２１を
SIN波状に振動させ、センサ２２Ａ、２２Ｂに発生する
センサ信号もSIN波状のもので説明したが、加振器２１
をCOS波状に振動させれば、センサ２２Ａ、２２Ｂに発
生するセンサ信号もCOS波状となり、SIN波状の場合と同
様な結果が得られる。
SIN波状に振動させ、センサ２２Ａ、２２Ｂに発生する
センサ信号もSIN波状のもので説明したが、加振器２１
をCOS波状に振動させれば、センサ２２Ａ、２２Ｂに発
生するセンサ信号もCOS波状となり、SIN波状の場合と同
様な結果が得られる。
【００４８】図２は図１に示す実施例の一部を変更して
同様な目的を達成する変形実施例の構成を示すブロック
図である。なお、図１に示す実施例と同様な機能を有す
る部分については、図１と同一の符号を付して適宜にそ
の説明を省略する。
同様な目的を達成する変形実施例の構成を示すブロック
図である。なお、図１に示す実施例と同様な機能を有す
る部分については、図１と同一の符号を付して適宜にそ
の説明を省略する。
【００４９】センサ２２Ａ、２２Ｂから移動平均回路２
８Ａ、２８Ｂまでの信号処理は図１に示す信号処理と基
本的に同様な処理を行う。この場合は、差演算回路３０
Ａ、３０Ｂを介さずに、直接、移動平均回路２８Ａ、２
８Ｂから平方根演算回路３１Ａ、３１Ｂに（５）式、
（６）式で示される２ＶSM(Ａ)＝Ａm 2、２ＶSM(Ｂ)＝Ｂ
m 2が入力される。
８Ａ、２８Ｂまでの信号処理は図１に示す信号処理と基
本的に同様な処理を行う。この場合は、差演算回路３０
Ａ、３０Ｂを介さずに、直接、移動平均回路２８Ａ、２
８Ｂから平方根演算回路３１Ａ、３１Ｂに（５）式、
（６）式で示される２ＶSM(Ａ)＝Ａm 2、２ＶSM(Ｂ)＝Ｂ
m 2が入力される。
【００５０】したがって、平方根演算回路３１Ａ、３１
Ｂは、これらの平方根を演算して、 ＶRS(Ａ)´＝Ａm （１６） ＶRS(Ｂ)´＝Ｂm （１７） として、比率演算回路３２Ａ、３２Ｂに出力する。
Ｂは、これらの平方根を演算して、 ＶRS(Ａ)´＝Ａm （１６） ＶRS(Ｂ)´＝Ｂm （１７） として、比率演算回路３２Ａ、３２Ｂに出力する。
【００５１】比率演算回路３２Ａ、３２Ｂは、これらの
平方根信号ＶRS(Ａ)´、ＶRS(Ｂ)´の他に、アナログ／
デジタル変換器２６Ａ、２６Ｂから出力される（３）式
と（４）式で示されるサンプルデータＡi、Ｂiを用いて
これ等の比率を次のように演算して、比率信号Ｖ
RT（Ａ）´、ＶRT（Ｂ）´を出力する。
平方根信号ＶRS(Ａ)´、ＶRS(Ｂ)´の他に、アナログ／
デジタル変換器２６Ａ、２６Ｂから出力される（３）式
と（４）式で示されるサンプルデータＡi、Ｂiを用いて
これ等の比率を次のように演算して、比率信号Ｖ
RT（Ａ）´、ＶRT（Ｂ）´を出力する。
【００５２】 ＶRT（Ａ）´＝Ａi／ＶRS(Ａ)´ ＝SINωti （１８） ＶRT（Ｂ）´＝Ｂi／ＶRS(Ｂ)´ ＝SIN(ωti＋Φ) （１９）
【００５３】これらの比率信号ＶRT（Ａ）´、Ｖ
RT（Ｂ）´は、関数演算回路３３Ａ、３３Ｂにより、次
のようにそれぞれSIN-1なる演算が実行され、関数信号
ＶFS（Ａ）´と関数信号ＶFS（Ｂ）´として出力され
る。 ＶFS（Ａ）´＝SIN-1（SINωti）＝ωti （２０） ＶFS（Ｂ）´＝SIN-1（SIN(ωti＋Φ)）＝ωti＋Φ （２１）
RT（Ｂ）´は、関数演算回路３３Ａ、３３Ｂにより、次
のようにそれぞれSIN-1なる演算が実行され、関数信号
ＶFS（Ａ）´と関数信号ＶFS（Ｂ）´として出力され
る。 ＶFS（Ａ）´＝SIN-1（SINωti）＝ωti （２０） ＶFS（Ｂ）´＝SIN-1（SIN(ωti＋Φ)）＝ωti＋Φ （２１）
【００５４】差演算回路３４はこれらの関数信号Ｖ
FS（Ａ）´と関数信号ＶFS（Ｂ）´との差を次のように
演算して、移動平均回路３５に出力し、ここで移動平均
が演算されてその出力端に位相差信号θAB´として出力
する。 θAB´＝ＶFS（Ｂ）´−ＶFS（Ａ）´ ＝Φ （２２）
FS（Ａ）´と関数信号ＶFS（Ｂ）´との差を次のように
演算して、移動平均回路３５に出力し、ここで移動平均
が演算されてその出力端に位相差信号θAB´として出力
する。 θAB´＝ＶFS（Ｂ）´−ＶFS（Ａ）´ ＝Φ （２２）
【００５５】なお、これ等の演算で移動平均の演算を行
うメリットの点、位相差信号θAB´が質量流量ＱMを代
表する点、比率演算に際して分母の値がゼロに近いとき
に分母と分子を交換して演算し、或いは計算結果を無視
する演算をする点、加振器２１をCOS波状に振動させセ
ンサ信号もCOS波状としても同じく位相差が検出できる
点などについては、図１に示す場合と同様である。
うメリットの点、位相差信号θAB´が質量流量ＱMを代
表する点、比率演算に際して分母の値がゼロに近いとき
に分母と分子を交換して演算し、或いは計算結果を無視
する演算をする点、加振器２１をCOS波状に振動させセ
ンサ信号もCOS波状としても同じく位相差が検出できる
点などについては、図１に示す場合と同様である。
【００５６】さらに、今までの説明では、構成を明確に
するため、デスクリートな回路をベースとして説明した
が、これ等の構成における演算はマイクロプロセッサを
用いてソフト的に処理してもよい。
するため、デスクリートな回路をベースとして説明した
が、これ等の構成における演算はマイクロプロセッサを
用いてソフト的に処理してもよい。
【００５７】
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第６項
に記載された発明によれば、１組のサンプリングデータ
から質量流量に比例する位相差を直接演算できるので、
信号に同期してサンプリングしたり、精密な周波数の解
析をする必要がなく、あるいは従来のようにタイミング
生成回路を必要とせず、簡単な構成で、しかも測定値に
変動が生じない精度の良い出力が得られる。
うに、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第６項
に記載された発明によれば、１組のサンプリングデータ
から質量流量に比例する位相差を直接演算できるので、
信号に同期してサンプリングしたり、精密な周波数の解
析をする必要がなく、あるいは従来のようにタイミング
生成回路を必要とせず、簡単な構成で、しかも測定値に
変動が生じない精度の良い出力が得られる。
【００５８】第４項に記載された発明によれば、正しく
ない演算結果を無視することにより全体として正確でか
つ安定な位相差信号を得ることができる。また、第５項
に記載された発明によれば、分母がゼロに近いときに比
率演算の分母と分子とを入れ替えて演算するようにした
ので、全体として精度の良い出力を得ることができる。
ない演算結果を無視することにより全体として正確でか
つ安定な位相差信号を得ることができる。また、第５項
に記載された発明によれば、分母がゼロに近いときに比
率演算の分母と分子とを入れ替えて演算するようにした
ので、全体として精度の良い出力を得ることができる。
【図１】本発明の１実施例の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図３】コリオリ質量流量計のセンサ部の構成を示す構
成図である。
成図である。
【図４】図３に示すセンサ部の動作を説明する動作説明
図である。
図である。
【図５】図３に示すセンサ部と組合せて信号処理をする
変換部を含む全体構成を示すブロック図である。
変換部を含む全体構成を示すブロック図である。
１、２０ 測定チューブ ２、３ 支持部材 ４ 加振器 ５Ａ、５Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ センサ ６ 温度センサ ７ 周波数測定回路 ８ タイミング生成回路 ２４Ａ、２４Ｂ サンプル／ホールド回路 ２７Ａ、２７Ｂ 自乗回路 ２８Ａ、２８Ｂ、３５ 移動平均回路 ３１Ａ、３１Ｂ 平方根演算回路 ３２Ａ、３２Ｂ 比率演算回路 ３３Ａ、３３Ｂ 関数演算回路 ３４ 差演算回路
Claims (6)
- 【請求項１】両端が固定されている測定チューブ内に被
測定流体を流し励振装置により前記測定チューブを振動
させ前記測定チューブの中央に対して上下流で得られる
正弦波状に変化する一対のコリオリ信号を用いて質量流
量を測定するコリオリ質量流量計において、 前記各コリオリ信号を第１（第２）デジタル信号に変換
する一対のアナログ／デジタル変換手段と、前記第１
（第２）デジタル信号を自乗して第１（第２）自乗信号
として出力する一対の自乗演算手段と、これらの第１
（第２）自乗信号の各々の移動平均を演算してそれぞれ
第１（第２）移動平均信号として出力する第１（第２）
移動平均演算手段と、前記第１（第２）移動平均信号と
第１（第２）自乗信号とを用いてこれ等の差を演算し第
１（第２）差信号として出力する第１（第２）差演算手
段と、これ等の第１（第２）差信号の平方根を演算して
第１（第２）平方根信号として出力する第１（第２）平
方根演算手段と、前記第１（第２）平方根信号と前記第
１（第２）デジタル信号の比率を演算し第１（第２）比
率信号を出力する第１（第２）比率演算手段と、これら
の第１（第２）比率信号の逆三角関数を演算して第１
（第２）関数信号として出力する第１（第２）関数演算
手段と、これらの第１関数信号と第２関数信号との差を
演算して第３差信号として出力する第３差演算手段と、
この第３差信号の移動平均を演算して前記質量流量の演
算に用いる第１位相差信号を出力する第３移動平均演算
手段とを具備することを特徴とするコリオリ質量流量
計。 - 【請求項２】両端が固定されている測定チューブ内に被
測定流体を流し励振装置により前記測定チューブを振動
させ前記測定チューブの中央に対して上下流で得られる
正弦波状に変化する一対のコリオリ信号を用いて質量流
量を測定するコリオリ質量流量計において、 前記各コリオリ信号を第１（第２）デジタル信号に変換
する一対のアナログ／デジタル変換手段と、前記第１
（第２）デジタル信号を自乗して第１（第２）自乗信号
として出力する一対の自乗演算手段と、これらの第１
（第２）自乗信号の各々の移動平均を演算してそれぞれ
第１（第２）移動平均信号として出力する第１（第２）
移動平均演算手段と、これ等の第１（第２）移動平均信
号の平方根を演算して第３（第４）平方根信号として出
力する第３（第４）平方根演算手段と、前記第３（第
４）平方根信号と第１（第２）デジタル信号の比率を演
算し第３（第４）比率信号を出力する第３（第４）比率
演算手段と、これらの第３（第４）比率信号の逆三角関
数を演算して第３（第４）関数信号として出力する第３
（第４）関数演算手段と、これらの第３関数信号と第４
関数信号との差を演算して第４差信号として出力する第
４差演算手段と、この第４差信号の移動平均を演算して
前記質量流量の演算に用いる第２位相差信号を出力する
第４移動平均演算手段とを具備することを特徴とするコ
リオリ質量流量計。 - 【請求項３】前記逆三角関数は逆正接、又は逆余接とす
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のコリオ
リ質量流量計。 - 【請求項４】前記比率の演算が不可能なときにこの演算
結果を無視することを特徴とする特許請求の範囲第１項
又は第２項記載のコリオリ質量流量計。 - 【請求項５】前記比率の演算が不可能なときに比率演算
の分母と分子とを入れ替えて演算し演算不能に至るのを
避けることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
項記載のコリオリ質量流量計。 - 【請求項６】前記逆三角関数は逆正弦、又は逆余弦とす
ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のコリオ
リ質量流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01527394A JP3161664B2 (ja) | 1994-02-09 | 1994-02-09 | コリオリ質量流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01527394A JP3161664B2 (ja) | 1994-02-09 | 1994-02-09 | コリオリ質量流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07218311A JPH07218311A (ja) | 1995-08-18 |
| JP3161664B2 true JP3161664B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=11884261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01527394A Expired - Fee Related JP3161664B2 (ja) | 1994-02-09 | 1994-02-09 | コリオリ質量流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3161664B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4508801B2 (ja) * | 2004-09-27 | 2010-07-21 | トーイツ株式会社 | 信号処理装置、信号処理方法、プログラム、記憶媒体および超音波診断装置 |
| JP5549842B2 (ja) * | 2009-09-15 | 2014-07-16 | 横河電機株式会社 | コリオリ流量計および周波数測定方法 |
-
1994
- 1994-02-09 JP JP01527394A patent/JP3161664B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07218311A (ja) | 1995-08-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |