JP3594931B2

JP3594931B2 - 誤出力防止装置及び該装置を備えた渦流量計

Info

Publication number: JP3594931B2
Application number: JP2002004162A
Authority: JP
Inventors: 孝広瀬; 淳谷本
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2022-01-11
Also published as: JP2003207379A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦流量計における誤出力防止装置及び該装置を備えた渦流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、渦流量計は検出センサからのカルマン渦信号をトリガ回路でトリガして流量信号パルスを得ている。しかしながら、圧縮性流体の流量計測機構においては、流量計の下流側又は上流側に設けた締切弁を閉じて流れを停止する場合にも、気体の如き圧縮性流体によって閉じられた管路内で流体が圧縮・膨張して流体に移動が生じてしまい、流量検出部が流体の移動を検知して、その流量検出部に接続した信号発信部が信号を発信し、あたかも流量を計測した状態になるという不都合がある。この流体脈動によるノイズ信号以外には、流体の圧縮性に拘らず、流量停止時等において、配管の振動，電気的ノイズ等のノイズ信号が大きく、そのノイズ信号がトリガレベルも越えた場合でも流量信号としてパルス化され、正常な計測が阻害される場合がある。このとき、渦流量計用の警報装置を設置していた場合には、警報が鳴ってしまうこととなる。
【０００３】
これらの不都合は、渦流量計の如く流量範囲が広く、流体の流速によって流量を積算検出する流量計に顕著に見受けられる。このような現象は、締切弁を開いて連続的に流体を流し、その流量を計測しているときには問題ないが、一日の大半締切弁を閉じているような場合は特に問題となる。実際に、締切弁は一日の大半が閉じられていることが多いので、不都合の度合いが増す。トリガレベルを拡大することにより、これらのノイズのトリガをある程度抑制することは可能であるが、トリガレベルの拡大により計測できる流量範囲も抑制されてしまう弊害がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のごとき実状に鑑みてなされたものであり、計測可能な流量範囲に影響を与えることなくノイズによる誤出力を防止することが可能な、渦流量計における誤出力防止装置及び該装置を備えた渦流量計を提供することをその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の技術手段は、被測定流体が流通する流管内に流れに対向して設けられた渦発生体で発生する渦を渦信号検出センサで検出し、該渦信号検出センサで検出された信号（パルス）を計測することにより被測定流体の流量又は流速を測定する渦流量計における誤出力防止装置において、前記渦信号検出センサから出力された信号が固定されたトリガレベルを越えたときにパルスを出力する固定トリガ回路と、前記渦信号検出センサから出力された信号が可変トリガレベルを越えたときにパルスを出力する可変トリガ回路と、前記固定トリガ回路から出力されたパルスから、前記渦信号検出センサから出力された信号の周期又は周波数を計測する周期計測回路と、該周期計測回路で計測された周期又は周波数に従って前記可変トリガ回路の可変トリガレベルを変更するよう制御するトリガレベル制御回路とを有し、前記可変トリガ回路から出力されたパルスから被測定流体の流量又は流速を求めることを特徴としたものである。
【０００６】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記固定トリガ回路の固定トリガレベルは、計測する最小流量の時のカルマン渦信号が十分トリガできる大きさに設定可能とすることを特徴としたものである。
【０００７】
第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記トリガレベル制御回路は、前記周期計測回路で計測された周期の長さとは逆の傾向で又は周波数の大きさと同じ傾向で、前記可変トリガ回路のトリガレベルの大きさを制御することを特徴としたものである。
【０００８】
第４の技術手段は、第１乃至第３のいずれか１の技術手段において、前記可変トリガ回路は、複数の異なるトリガレベルをもつ複数のトリガ回路からなり、前記トリガレベル制御回路は、前記周期計測回路で計測された周期又は周波数に基づいて、前記複数のトリガ回路の出力パルス及び前記固定トリガ回路の出力パルスから、使用するパルスを選択する選択回路を有することを特徴としたものである。
【０００９】
第５の技術手段は、渦流量計において、第１乃至第４のいずれか１の技術手段における誤出力防止装置を備えたことを特徴としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る渦流量計の構成例を示すブロック図である。
本発明は、渦流量計における振動，流体脈動，電気的ノイズ等による誤発信を防止する誤出力防止装置であり、この誤出力防止装置は、カルマン渦による渦信号検出センサからの出力のレベルが流速の増加に伴い大きくなるという特性を利用して、流速増加（カルマン渦の周波数の増加）に応じてトリガレベルを制御することにより、流量停止時等の外乱ノイズによる誤出力を防止する機能を有する。すなわち、停止時に、カルマン渦と同等の周波数の外乱ノイズ信号が入った場合でもそのレベルが、本来のカルマン渦の想定される信号レベルより低ければ、ノイズと判断して出力を抑制させる機能を備える。なお、渦信号検出センサとしては、圧電素子，ストレンゲージ，容量センサ，シャトルピストン等を用い圧力変化を検出するものや、サーミスタ，超音波等を利用して流速変化を検出するものなど様々なものが挙げられる。また、渦流量計は、測定流体すべてが流量計の測定管を通過するような流量計としてもよいし、大口径の流管における流量を測定する場合に好適なように流管内に小口径の渦流量計を挿入し、その部分流速から全流量を求める挿入形渦流量計としてもよい。さらに渦発生体の形状も、三角柱状でなくとも渦発生体の両側で流れが剥離しカルマン渦が交番発生するような形状であればよい。
【００１１】
本実施形態に係る渦流量計は、被測定流体が流動する渦流量計の流管（測定管）１１と、流管１１内に流れに対向して配設されカルマン渦を発生させる渦発生体１２とを備え、さらに渦発生体１２で発生したカルマン渦の信号を検出する渦信号検出部と、渦信号検出部で検出した信号を変換してパルスを出力する変換器を備え、このパルスを計測することにより被測定流体の流量又は流速を測定するものとする。この変換器内に本発明に係る誤出力防止装置を備え、計測可能な流量範囲に影響を与えることなくノイズによる誤出力を防止するものとする。渦信号検出部には渦信号検出センサ１３が、渦発生体１２の下流側であって、渦発生体１２の側面或いは流管１１の内壁に配設されている。渦信号検出センサ１３は、渦発生体１２により発生したカルマン渦列の渦を検出する。渦信号検出センサ１３からのカルマン渦信号を後段で処理することにより流量が測定されることとなる。
【００１２】
渦信号検出センサ１３からのカルマン渦信号は、変換器へ出力される。変換器は、渦信号検出センサ１３によって得られた渦信号を増幅し、整形し、パルス信号に変換し、出力信号として出力する装置である。図１で例示する変換器では、渦信号検出センサ１３に接続したブリッジ（図示せず）により、一対の渦の発生毎に１サイクルの交番電圧を発生して増幅器（アンプ）１４によって増幅発信させるようにしてある。アンプ１４で増幅された交番電圧信号をフィルタ回路１５にて濾波・整形してＳ／Ｎ比を高め、本発明の誤出力防止装置としてのトリガ回路１６に入力させる。フィルタ回路１５とトリガ回路１６とによってシグナルコンディショナを形成しているとも云える。後述するようにトリガ回路１６によりパルス信号を発生させ、その出力を得、流量演算回路１７により流量（又は流速）が演算される。
【００１３】
トリガ回路１６は、渦信号検出センサ１３にフィルタ回路１５等を介して接続された固定トリガ回路２１及び可変トリガ回路２２という２つのトリガ回路を備え、センサ１３からの出力のレベルがそれぞれのトリガレベルを越えた時にカルマン渦信号をパルス化する。固定トリガ回路２１では、渦信号検出センサ１３から出力された信号（アンプ１４，フィルタ回路１５を介した信号でよい）が固定されたトリガレベルを越えたときに、周期（又は周波数）計測に用いるパルスを出力する。固定トリガ回路２１における固定トリガレベルは、計測する最小流量の時のカルマン渦信号が十分トリガできる大きさに設定しておく必要があり、渦流量計の用途に応じてこの大きさを設定可能にしておくことが好ましい。
【００１４】
一方、可変トリガ回路２２では、入力された信号（カルマン渦信号又はノイズ信号）が可変のトリガレベルを越えたときに、流量又は流速演算に用いるパルスを出力する。トリガ回路１６は、さらに周期計測回路２３及びトリガレベル制御回路２４を備えるものとする。周期計測回路２３では、固定トリガ回路２１から出力された周期計測用のパルスから信号の周期（周波数）、すなわちカルマン渦の発生周期又はノイズ信号の周期（周波数）を計測する。トリガレベル制御回路２４では、周期計測回路２３で計測された周期（周波数）に従って、可変トリガ回路２２のトリガレベルを制御する。可変トリガ回路２２では、渦信号検出センサ１３から出力された信号がトリガレベル制御回路２４で制御されたトリガレベルを越えたときにパルス信号を出力することとなる。ここで出力されたパルスを実際の流量計測信号として、流量演算回路１７における被測定流体の流量又は流速の演算に使用する。
【００１５】
図２は、図１のトリガレベル制御回路における制御を説明するための図で、図２（Ａ）〜（Ｃ）各々が、被測定流体の流量すなわち渦発生周期（周波数）に基づいて設定するトリガレベルの大きさの例を示す図である。
トリガレベル制御回路２４で制御される可変トリガ回路２２のトリガレベルは、計測された周期の長さとは逆の傾向で、すなわち計測された周波数の大きさと同じ傾向でその大きさを制御するようにするとよい。すなわち、可変トリガ回路２２のトリガレベルは、固定トリガレベルで得たパルス周期（周波数）により制御され、流量増加と共にトリガレベルも、図２（Ａ），（Ｂ）のように連続的に拡大するように、或いは図２（Ｃ）のようにステップ的に拡大するようにしてもよい。カルマン渦のエネルギは流速の二乗に比例して増大するが、可変トリガレベルの流量に対するカーブは現実的には検出センサの出力特性を含めた傾向となる。
【００１６】
図３は、図１のトリガレベル制御回路における制御を説明するための図で、図３（Ａ）は流量計測時の、図３（Ｂ）は流量停止時の、それぞれセンサ出力信号とトリガレベルの制御によりトリガされたパルス信号の例を示す図である。
上述のごときトリガレベル制御回路２４の制御により、流量計測時（図３（Ａ））には、可変トリガレベルＬｖは固定トリガレベルＬｆのパルス信号３３による制御により、センサ信号３２とほぼ同じ特性で流量増加と共に拡大する。しかしながら、本来のカルマン渦によるセンサ１３からのカルマン渦信号３２のレベルも、流量増大に伴って大きくなるので、全流量範囲において可変トリガレベルＬｖにて正常なカルマン渦信号３２がトリガされることとなる。実際、図３（Ａ）中３１で示すカルマン渦信号３２とトリガレベルＬｆ，Ｌｖの関係を参照すると、カルマン渦信号３２を固定トリガ回路２１でトリガした制御用パルス信号３３から周期Ｔ_１を求め、可変トリガ回路２２でトリガした流量信号３４の周期Ｔ_１′により、流量又は流速を求めることができる。
【００１７】
一方、流量停止時（図３（Ｂ））には、振動，流体脈動，電気的ノイズ等のノイズ信号３６（周期Ｔ_２＜Ｔ_１）が入力された場合も、固定トリガレベルＬｆ′（Ｌｆと同じ）により、そのノイズの周波数（周期Ｔ_２）に応じて可変トリガレベルＬｖ′が制御される。すなわち、ノイズ周波数の増加に伴って可変トリガレベルＬｖ′は大きくなり可変トリガ回路２２によりトリガされ難くなる。実際、図３（Ｂ）中３５で示すノイズ信号３６とトリガレベルＬｆ′，Ｌｖ′の関係を参照すると、図３（Ｂ）の上段に破線で示した流量測定時のトリガレベルＬｖでは、ノイズ信号３６をトリガしてしまい、結果として図３（Ｂ）中、下段に破線で示すトリガ信号を出力してしまうこととなるが、固定トリガ回路２１でノイズ信号３６をトリガした制御用パルス信号３７の周期Ｔ_２に従って可変トリガ回路２２のトリガレベルをＬｖ′に拡大することで、ノイズ信号３６をトリガすることは無くなる。すなわち流量信号３８はパルス０となる。従って、一般的な固定トリガレベル方式よりもはるかにノイズ（特に高周波数）をトリガし誤出力する可能性が低くなる。なお、一般にノイズ信号における周波数とレベルの関係はカルマン渦信号の特性と異なり、ノイズ周波数が大きくなるほどレベルも大きくなるとは限らない。
【００１８】
図４は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計の構成例を示すブロック図である。
本実施形態の渦流量計は、上述した実施形態の渦流量計において、そのトリガ回路の構成が異なり、その他同様の説明は省略する。本実施形態の渦流量計における誤出力防止装置は、カルマン渦によるセンサ（圧電素子等）からの出力のレベルは、流速の増加に伴い大きくなるという特性を利用し、流量（カルマン渦の周期又は周波数）に応じて複数のトリガレベルから得られた複数のパルスの中から一つを選択し、流量停止時等の外乱ノイズによる誤出力を防止する機能を有する。本実施形態に係る誤出力防止装置は、図１乃至図３で説明した誤出力防止装置のトリガレベル制御回路において、予め用意した異なるレベルをもつ複数のトリガの出力のうち、適切な一つの出力を選択する回路を備えるものとする。停止時に、カルマン渦と同等の周波数の外乱ノイズ信号が入った場合でもそのレベルが、本来のカルマン渦の想定される信号レベルより低いトリガレベルからのパルスをノイズと判断し、選択せず、ノイズによる出力を抑制させる。
【００１９】
本実施形態に係るトリガ回路１６′は周期計測回路４５（周期計測回路２３と同様）に加え、可変トリガ回路としての複数のトリガ回路と、選択回路４６とを備えるものとする。すなわち、多段トリガを使用してノイズ出力を防止するようにする。本構成例では、複数のトリガ回路としてトリガ４１，４２，４３，４４の４段のトリガ回路を備えたトリガ回路１６′を例として示す。複数のトリガ４１〜４４は各々異なるトリガレベルをもつものとする。また、複数のトリガ４１〜４４のうち一番トリガレベルの低いトリガ４１からの出力から、周期計測回路４５で信号の周期（又は周波数）を計測するものとする。すなわち、図１の固定トリガとして一番低いトリガレベルをもつトリガ４１を代用する。最小のトリガレベル（トリガ４１のトリガレベル）は計測最小流量時の信号が十分トリガできるレベルに設定される。選択回路４６では、複数のトリガ回路４１〜４４の中から、トリガ４１で計測された周期に基づき、使用するパルスを選択する。このように、センサ１３からの出力は、フィルタ回路１５等を介してトリガレベルの異なる各トリガ４１〜４４に入力され、信号レベルに応じた独立した複数のパルス信号（パルス０も含め）が選択回路４６に入力される。
【００２０】
図５は、図４のトリガ回路における制御を説明するための図で、被測定流体の流量すなわち渦発生周期（周波数）に基づいて設定された各トリガのトリガレベルの大きさの例を示す図で、図５中、各トリガ４１〜４４のトリガレベルの例を各々４１ａ〜４４ａで示す。
流量とセンサ出力との関係はカルマン渦エネルギとセンサの特性により想定でき、この特性により、周波数帯域によって選択すべきトリガレベルを予め決めることができる。なお、上述したように最小のトリガレベル４１ａからのパルスは、その周波数（周期）の計測に使用し、さらに複数のトリガレベルの中から選択され得る流量信号の一つとして利用される。
【００２１】
図６は、図４のトリガレベル制御回路における制御を説明するための図で、図６（Ａ）は流量計測時の、図６（Ｂ）は流量停止時の、それぞれセンサ出力信号と各トリガレベルによりトリガされたパルス信号の例を示す図である。
流量計測時（図６（Ａ））には、本来のカルマン渦によるセンサ１３からの信号５２のレベルは流量増大に伴って大きくなるので、その周波数に応じて複数のトリガレベルＬ_１〜Ｌ_４の中から一つの信号を選択する。例えば、周期Ｔ_１に応じてトリガレベルＬ_１による信号が選択される。実際、図６（Ａ）中５１で示すカルマン渦信号５２とトリガレベルＬ_１〜Ｌ_４の関係を参照すると、カルマン渦信号５２をトリガ４１でトリガしたパルス信号５３の周期を求め、各トリガ４１〜４４でトリガしたパルス信号５３〜５６から周期に応じて選択回路４６で信号を選択し、選択されたパルス信号により、流量又は流速を求めることができる。
【００２２】
一方、流量停止時（図６（Ｂ））には、振動，流体脈動，電気的ノイズ等のノイズ信号６２（周期Ｔ_２＜カルマン渦信号５２の周期）が入力された場合も、そのノイズレベルに応じて各トリガレベルでトリガされ、且つ、そのノイズの周波数に応じて出力信号とするトリガレベルを選択される。この選択されたトリガのパルスが０であれば結果としてノイズによるパルスは出力されない。実際、図６（Ｂ）中６１で示すノイズ信号６２とトリガレベルＬ_１〜Ｌ_４の関係を参照すると、トリガ４１〜４３ではノイズ信号６２をトリガしてしまい、結果として各々トリガ信号６３〜６５を出力してしまうこととなるが、トリガ４１でノイズ信号６２をトリガしたパルス信号６３の周期Ｔ_２に従ってトリガ４１〜４４（トリガレベル６３〜６６）の中からトリガ４４を選択することで、ノイズ信号６２をトリガすることは無くなる（パルス０となる）。従って、一般的な固定トリガレベル方式よりもはるかにノイズ（特に高周波数域）をトリガし誤出力する可能性が低くなる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、計測可能な流量範囲に影響を与えることなくノイズによる誤出力を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る渦流量計の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１のトリガレベル制御回路における制御を説明するための図で、図２（Ａ）〜（Ｃ）各々は、被測定流体の流量すなわち渦発生周期に基づいて設定するトリガレベルの大きさの例を示す図である。
【図３】図１のトリガレベル制御回路における制御を説明するための図で、図３（Ａ）は流量計測時の、図３（Ｂ）は流量停止時の、それぞれセンサ出力信号とトリガレベルの制御によりトリガされたパルス信号の例を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る渦流量計の構成例を示すブロック図である。
【図５】図４のトリガ回路における制御を説明するための図で、被測定流体の流量すなわち渦発生周期に基づいて設定された各トリガのトリガレベルの大きさの例を示す図である。
【図６】図４のトリガレベル制御回路における制御を説明するための図で、図６（Ａ）は流量計測時の、図６（Ｂ）は流量停止時の、それぞれセンサ出力信号と各トリガレベルによりトリガされたパルス信号の例を示す図である。
【符号の説明】
１１…流管、１２…渦発生体、１３…渦信号検出センサ、１４…アンプ、１５…フィルタ回路、１６，１６′…トリガ回路、１７…流量演算回路、２１…固定トリガ回路、２２…可変トリガ回路、２３，４５…周期計測回路、２４…トリガレベル制御回路、４１，４２，４３，４４…トリガ回路、４６…選択回路。

Claims

被測定流体が流通する流管内に流れに対向して設けられた渦発生体で発生する渦を渦信号検出センサで検出し、該渦信号検出センサで検出された信号を計測することにより被測定流体の流量又は流速を測定する渦流量計における誤出力防止装置において、前記渦信号検出センサから出力された信号が固定されたトリガレベルを越えたときにパルスを出力する固定トリガ回路と、前記渦信号検出センサから出力された信号が可変トリガレベルを越えたときにパルスを出力する可変トリガ回路と、前記固定トリガ回路から出力されたパルスから、前記渦信号検出センサから出力された信号の周期又は周波数を計測する周期計測回路と、該周期計測回路で計測された周期又は周波数に従って前記可変トリガ回路の可変トリガレベルを変更するよう制御するトリガレベル制御回路とを有し、前記可変トリガ回路から出力されたパルスから被測定流体の流量又は流速を求めることを特徴とする渦流量計における誤出力防止装置。
前記固定トリガ回路の固定トリガレベルは、計測する最小流量の時のカルマン渦信号が十分トリガできる大きさに設定可能とすることを特徴とする請求項１記載の渦流量計における誤出力防止装置。
前記トリガレベル制御回路は、前記周期計測回路で計測された周期の長さとは逆の傾向で又は周波数の大きさと同じ傾向で、前記可変トリガ回路のトリガレベルの大きさを制御することを特徴とする請求項１又は２記載の渦流量計における誤出力防止装置。
前記可変トリガ回路は、複数の異なるトリガレベルをもつ複数のトリガ回路からなり、前記トリガレベル制御回路は、前記周期計測回路で計測された周期又は周波数に基づいて、前記複数のトリガ回路の出力パルス及び前記固定トリガ回路の出力パルスから、使用するパルスを選択する選択回路を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載の渦流量計における誤出力防止装置。
請求項１乃至４のいずれか１記載の誤出力防止装置を備えたことを特徴とする渦流量計。