JP3925694B2

JP3925694B2 - コリオリ質量流量計

Info

Publication number: JP3925694B2
Application number: JP2001327709A
Authority: JP
Inventors: 稔翠川; 俊行田中; 豊明横井
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2021-10-25
Also published as: JP2003130704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は周知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波形図である。
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り、出願人が特開平７−１８１０６９号公報で開示したものである。
【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。
【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。
【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の振動を検出する上流センサ５Ａ、下流センサ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Ｍ１、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ＳＡ、ＳＢとして図５に示す変換部ＴＲ１に送出する。
【０００８】
次に、このセンサ部ＳＮＳから出力される信号を処理する変換部ＴＲについて説明する。クロック信号発振器１７は測定チューブ１の振動とは関係なしに、所定のサンプリング周期を持つタイミング信号ＴＣを生成する。
【０００９】
一方、変位信号ＳＡは、例えばＡ・ｓｉｎ(ωｔ０)なる形でトラック・アンド・ホールド（Ｔ＆Ｈ）回路１８に出力され、ここでサンプリングの時点を決めるタイミング信号ＴＣにより変位信号ＳＡは順次サンプル／ホールドされる。ここで、Ａは振幅、ωは角周波数、ｔ０は任意の時点を示す。
【００１０】
ホールドされた変位信号ＳＡはアナログ／ディジタル変換器１９に出力され、ここで順次ディジタル信号ＤＡ２に変換されて、ディジタル形式で処理されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０に出力される。
【００１１】
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０は、測定チューブの振動周波数付近よりも高い周波数成分を除去して、ディジタルフィルタの一種であるＦＩＲ（Finite Impulse Response有限インパルス応答）フィルタ２１Ａにディジタル信号ＤＡ３として出力する。
【００１２】
ＦＩＲフィルタ２１Ａは、入力信号と同位相の出力信号に変換する同相ディジタルフィルタであり、その出力端には基本的にＡ・ｓｉｎ(ωｔ０)なる形のディジタル信号ＤＡ４を出力する。
【００１３】
また、ディジタル信号ＤＡは同様にディジタルフィルタの一種であるＦＩＲフィルタ２１Ｂに出力される。このＦＩＲフィルタ２１Ｂは入力信号と９０°異なる位相の出力信号に変換する異相ディジタルフィルタであり、基本的にＡ・ｃｏｓ(ωｔ０)なる形のディジタル信号ＤＡ５を出力する。そして、これ等のＦＩＲフィルタ２１ＡとＦＩＲフィルタ２１Ｂでヒルベルト変換器２１を構成する。
【００１４】
位相演算器２３は、ディジタル信号ＤＡ４とディジタル信号ＤＡ５との比［Ａ・ｓｉｎ(ωｔ０)／Ａ・ｃｏｓ(ωｔ０)＝ｔａｎ(ωｔ０)］の演算をし、そのｔａｎ-1の演算をして位相信号θＡ２（＝ωｔ０）を算定する。
【００１５】
また、変位信号ＳＢは、例えばＢ・ｓｉｎ(ωｔ０＋ΔΦ)なる形でトラック・アンド・ホールド（Ｔ＆Ｈ）回路２４に出力され、ここでサンプリングの時点を決めるタイミング信号ＴＣにより変位信号ＳＢは順次サンプル／ホールドされる。ここで、Ｂは振幅、ΔΦは時点ｔ０における変位信号ＳＡに対する位相差を示す。
【００１６】
ホールドされた変位信号ＳＢはアナログ／ディジタル変換器２５に出力され、ここで順次ディジタル信号ＤＢ２に変換されて、ディジタル形式で処理されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）２６に出力される。このローパスフィルタ２６はローパスフィルタ２０と同一の構成であり、ゲイン特性および群遅延特性なども共通に選定しておく。
【００１７】
ローパスフィルタ２６は、ローパスフィルタ２０と同様に、測定チューブの振動周波数付近よりも高い周波数成分を除去して、ディジタルフィルタの１種であるＦＩＲフィルタ２７にディジタル信号ＤＢ３として出力する。
【００１８】
ＦＩＲフィルタ２７Ａは、ＦＩＲフィルタ２１Ａと同様に、入力信号と同位相の出力信号に変換する同相ディジタルフィルタであり、その出力端には基本的にＢ・ｓｉｎ(ωｔ０＋ΔΦ)なる形のディジタル信号ＤＢ４を出力する。
【００１９】
また、ディジタル信号ＤＢ３はディジタルフィルタの１種であるＦＩＲフィルタ２７Ｂに出力される。このＦＩＲフィルタ２７Ｂは、入力信号と９０°異なる位相の出力信号に変換する異相ディジタルフィルタであり、基本的にＢ・ｃｏｓ(ωｔ０＋ΔΦ)なる形のディジタル信号ＤＢ５を出力する。そして、これ等のＦＩＲフィルタ２７ＡとＦＩＲフィルタ２７Ｂとでヒルベルト変換器２７を構成している。
【００２０】
位相演算器２９は、ディジタル信号ＤＢ４とディジタル信号ＤＢ５との比［Ｂ・ｓｉｎ(ωｔ０＋ΔΦ)／Ｂ・ｃｏｓ(ωｔ０＋ΔΦ)＝ｔａｎ(ωｔ０＋ΔΦ)］の演算をし、そのｔａｎ-1の演算をして位相信号θＡ２＝（ωｔ０＋ΔΦ）を算定する。
【００２１】
位相差演算回路３０は位相演算器２３から順次出力される位相信号θＡ２と、位相演算器２９から順次出力される位相信号θＢ２との差（＝ΔΦ）の演算をして位相差信号θ２として順次出力する。この位相差信号θ２は被測定流体の質量流量に比例することとなる。
【００２２】
時間遅れ要素３２は位相演算器２３から出力される位相信号θＡ２（＝ωｔ０）をサンプル周期ＴＣだけ遅らされて出力する。したがって、時刻ｔ０においては、１サンプル点手前の位相信号θＡ２’（＝ωｔ_-1、ｔ_-1は１つ前のサンプリング時点）が周波数演算器３３に出力される。
【００２３】
周波数演算器３３はこれらの位相信号θＡ２とθＡ２’との差を２πＴで割算する演算［（ωｔ０−ωｔ_-1）／２πＴ＝ｆＣ］を行い、時点ｔ０におけるセンサ周波数ｆＣを求める。これを平均化回路３４で多数のサンプリング点で求めたセンサ周波数ｆＣの平均の加振周波数ｆＣ’として出力する。
【００２４】
また、励振回路３５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。一方、温度センサ６からは、温度信号ＳＴ１がトラック・アンド・ホールド回路３７に出力され、サンプリングの時点を決めるタイミング信号ＴＣによりホールドされた多数の温度信号は、アナログ／ディジタル変換器３８でディジタル信号に変換されて平均化回路３９に出力され、ここで平均されて温度信号ＳＴ２として出力される。
【００２５】
密度演算器４０は、加振周波数ｆＣ’と温度信号ＳＴ２とが入力されて被測定流体の密度の演算が次式に基づいて演算される。基準温度において、被測定流体が測定チューブ１に充満している状態の共振周波数をｆＶ、測定チューブ１が空の状態の共振周波数をｆ０、Ｋ１、Ｋ２を定数とすると、密度信号Ｄは
ｆＶ＝ｆＣ’＋Ｋ１・ＳＴ２（１）
Ｄ＝Ｋ２（ｆ０²−ｆＶ²）／ｆＶ² （２）
として求められる
【００２６】
質量流量演算器４１は、密度信号Ｄ、センサ周波数ｆＣ’、位相差信号θ２（＝ΔΦ）、温度信号ＳＴ２とが入力されて、次式に基づき質量流量ＱＭが演算される。
ＱＭ＝ｆ（ＳＴ２）・ｆ（Ｄ）・ｔａｎθ２／ｆＣ’ （３）
ただし、ｆ（ＳＴ２）は温度の補正項、ｆ（Ｄ）は密度の補正項である。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ヒルベルト変換器２１、２７を形成するＦＩＲフィルタの構成については、前記特開平７−１８１０６９号公報に詳述されているので、説明を省略する。ＦＩＲフィルタ２１Ａと２１Ｂは、測定チューブ１の振動周波数の付近のみを通過させるような周波数帯域を有するバンドパスフィルタ特性にするが、通過周波数帯域における群遅延特性はＦＩＲフィルタ２１ＡよりもＦＩＲフィルタ２１Ｂの方が９０度位相が進むように各ＦＩＲフィルタの係数が設定される。この関係は、ＦＩＲフィルタ２７ＡとＦＩＲフィルタ２７Ｂの関係においても同様である。
【００２８】
ＦＩＲフィルタの周波数帯域を、測定チューブ１の振動周波数の付近のみを通過させるようなバンドパス特性に固定した場合には、測定流体の急激な変化によるセンサ信号の周波数の急変、チューブの交換による周波数の変化などで、予め設定した周波数帯域を逸脱したセンサ信号が入力された時に、ＦＩＲフィルタの周波数帯域が不適切となり、精度の高い測定が困難となる。即ち、変換部ＴＲの汎用性が低いという問題点がある。
【００２９】
本発明の目的の第１は、センサ信号の周波数が急激に変化した場合にも前記センサ信号の周波数に合致した周波数帯域の同相および異相ディジタルフィルタを選択してディジタルフィルタリングを行うことができるコリオリ質量流量計を実現することにある。
【００３０】
本発明の目的の第２は、センサ信号の周波数に合致した周波数帯域の同相および異相ディジタルフィルタを選択してディジタルフィルタリングを行う場合、センサ信号などにノイズが混入した場合においても、誤りなく上流センサ信号と下流センサ信号の周波数に合致した周波数帯域の同相および異相ディジタルフィルタを選択する手段を具備したコリオリ質量流量計を実現することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成する本発明は、次の通りである。
（クレーム１）被測定流体を流す測定チューブの振動を検出する上流センサ（５Ａ）及び下流センサ（５Ｂ）と、前記上流センサ（５Ａ）からの第１の変位信号（ＳＡ）に基づく出力を第１のディジタル信号（ＤＡ２）に変換する第１のアナログ／ディジタル変換器（１９）と、前記第１のディジタル信号（ＤＡ２）における前記測定チューブの振動周波数よりも高い周波数成分を除去し第２のディジタル信号（ＤＡ３）を出力する第１のローパスフィルタ（２０）と、前記第２のディジタル信号（ＤＡ３）と同位相の第３のディジタル信号（ＤＡ４）を出力する第１の同相ディジタルフィルタ（２１Ａ）と、前記第２のディジタル信号（ＤＡ３）と９０°異なる位相の第４のディジタル信号（ＤＡ５）を出力する第１の異相ディジタルフィルタ（２１Ｂ）と、前記第３のディジタル信号（ＤＡ４）と前記第４のディジタル信号（ＤＡ５）との比に対する逆正接の演算をして第１の位相信号（θＡ２）を算定する第１の位相演算器（２３）と、前記下流センサ（５Ｂ）からの第２の変位信号（ＳＢ）に基づく出力を第５のディジタル信号（ＤＢ２）に変換する第２のアナログ／ディジタル変換器（２５）と、前記第５のディジタル信号（ＤＢ２）における前記測定チューブの振動周波数よりも高い周波数成分を除去し第６のディジタル信号（ＤＢ３）を出力する第２のローパスフィルタ（２６）と、前記第６のディジタル信号（ＤＢ３）と同位相の第７のディジタル信号（ＤＢ４）を出力する第２の同相ディジタルフィルタ（２７Ａ）と、前記第６のディジタル信号（ＤＢ３）と９０°異なる位相の第８のディジタル信号（ＤＢ５）を出力する第２の異相ディジタルフィルタ（２７Ｂ）と、前記第７のディジタル信号（ＤＢ４）と前記第８のディジタル信号（ＤＢ５）との比に対する逆正接の演算をして第２の位相信号（θＢ２）を算定する第２の位相演算器（２９）とを具備し、前記第１の位相信号（θＡ２）と前記第２の位相信号（θＢ２）との差に基づいて前記被測定流体の質量流量を測定するコリオリ質量流量計において、前記第１の位相信号（θＡ２）を遅らせる時間遅れ要素（３２）と、前記第１の位相信号（θＡ２）と前記時間遅れ要素（３２）の出力との差から第１の周波数（ｆＣ）を求める周波数演算器（３３）と、複数のサンプリング点で求めた前記第１の周波数（ｆＣ）の平均である第２の周波数（ｆＣ’）を出力する平均化回路（３４）と、前記第２の周波数（ｆＣ’）に対応する第１の操作信号（Ｓ１）を出力する第１のフィルタ変更手段（４６）と、前記第１の変位信号（ＳＡ）の周波数または前記第２の変位信号（ＳＢ）の周波数である第３の周波数（ｆa）を出力する周波数測定手段（４７）と、前記第３の周波数（ｆa）に対応する第２の操作信号（Ｓ２）を出力する第２のフィルタ変更手段（４８）と、前記第１の操作信号（Ｓ１）と前記第２の操作信号（Ｓ２）とを切り替え、前記第１の操作信号（Ｓ１）または前記第２の操作信号（Ｓ２）の何れかを出力する操作信号切り替えスイッチ（４９）と、前記第１の同相ディジタルフィルタ（２１Ａ）の出力の振幅または前記第１の前記異相ディジタルフィルタ（２１Ｂ）の出力の振幅の減衰に基づき、前記操作信号切り替えスイッチ（４９）の出力を前記第１の操作信号（Ｓ１）より前記第２の操作信号（Ｓ２）に切り替えるための第３の操作信号（Ｓ３）を出力する振幅測定手段（５０）とを具備し、前記第１の同相ディジタルフィルタ（２１Ａ）は、夫々周波数帯域が異なる少なくとも２個のフィルタからなる第１の同相ディジタルフィルタ群と、前記第１の同相ディジタルフィルタ群の中から前記操作信号切り替えスイッチ（４９）の出力の周波数に合致する１個のフィルタを選択する第１の切り替えスイッチとを備え、前記第１の異相ディジタルフィルタ（２１Ｂ）は、夫々周波数帯域が異なる少なくとも２個のフィルタからなる第１の異相ディジタルフィルタ群と、前記第１の異相ディジタルフィルタ群の中から前記操作信号切り替えスイッチ（４９）の出力の周波数に合致する１個のフィルタを選択する第２の入力側の切り替えスイッチとを備え、前記第２の同相ディジタルフィルタ（２７Ａ）は、夫々周波数帯域が異なる少なくとも２個のフィルタからなる第２の同相ディジタルフィルタ群と、前記第２の同相ディジタルフィルタ群の中から前記操作信号切り替えスイッチ（４９）の出力の周波数に合致する１個のフィルタを選択する第３の入力側の切り替えスイッチとを備え、前記第２の異相ディジタルフィルタ（２７Ｂ）は、夫々周波数帯域が異なる少なくとも２個のフィルタからなる第２の異相ディジタルフィルタ群と、前記第２の異相ディジタルフィルタ群の中から前記操作信号切り替えスイッチ（４９）の出力の周波数に合致する１個のフィルタを選択する第４の入力側の切り替えスイッチとを備えることを特徴とするコリオリ質量流量計。
（クレーム２）前記振幅測定手段（５０）は、前記第１の同相ディジタルフィルタ（２１Ａ）の出力の振幅の自乗と前記第１の異相ディジタルフィルタ（２１Ｂ）の出力の振幅の自乗との和に基づき、前記第３の操作信号（Ｓ３）を出力することを特徴とする（クレーム１）記載のコリオリ質量流量計。
（クレーム３）前記第１の同相ディジタルフィルタ（２１Ａ）と前記第１の異相ディジタルフィルタ（２１Ｂ）と前記第２の同相ディジタルフィルタ（２７Ａ）と前記第２の異相ディジタルフィルタ（２７Ｂ）とは、それぞれ、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタで形成され、前記第１の入力側の切り替えスイッチ、前記第２の入力側の切り替えスイッチ、前記第３の入力側の切り替えスイッチ及び前記第４の入力側の切り替えスイッチは、前記有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタの特性を決定する係数パラメータがテーブル化されたテーブルと、マイクロプロセッサ及びメモリを用いたソフトウェア演算処理により前記テーブルから前記操作信号切り替えスイッチ（４９）の出力の周波数に合致する１個のフィルタを選択するパラメータを選択する構成とを備えることを特徴とする（クレーム２）記載のコリオリ質量流量計。
また、本発明の実施例の特徴は、次の通りである。
（１）測定チューブの上下流に設置された上流センサ並びに下流センサ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おいて、前記各コリオリ信号を各ディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、この各ディジタル信号を同一位相でフィルタリングして各々第１・第２フィルタ信号として出力する一対の同相ディジタルフィルタ手段と、前記各ディジタル信号を異なる位相に変換して第３・第４フィルタ信号として出力する一対の異相ディジタルフィルタ手段と、これ等の第１・第３フィルタ信号の比率と第２・第４フィルタ信号の比率とを演算して各比率から第１・第２位相を演算する一対の位相演算手段と、前記第１位相と前記第２位相との差分を演算して前記質量流量に対応する位相差信号を出力する位相差演算手段と、前記コリオリ信号の周波数に応じて前記同相ディジタルフィルタ手段並びに前記異相ディジタルフィルタ手段の周波数帯域を変更するフィルタ変更手段と、を具備することを特徴とするコリオリ質量流量計。
（２）前記同相ディジタルフィルタ手段並びに前記異相ディジタルフィルタ手段は、夫々周波数帯域の異なる複数組で構成され、前記フィルタ変更手段は、前記コリオリ信号の周波数に応じて最適な１組を選択することを特徴とする、（１）記載のコリオリ質量流量計。
（３）前記位相演算手段の出力より導かれる前記コリオリ信号の周波数により、前記フィルタ変更手段が制御されることを特徴とする、（１）又は（２）記載のコリオリ質量流量計。
（４）前記上流センサ又は下流センサで得られるコリオリ信号の周波数により、前記フィルタ変更手段が制御されることを特徴とする、（１）又は（２）記載のコリオリ質量流量計。
（５）前記同相ディジタルフィルタ手段又は前記異相ディジタルフィルタ手段の出力振幅を監視する振幅測定手段を具備し、前記振幅測定手段の出力に基づき、前記位相演算手段の出力より導かれる前記前記コリオリ信号の周波数、前記上流センサ、下流センサで得られるコリオリ信号の周波数のいずれかを選択して前記フィルタ変更手段を制御することを特徴とする、（１）又は（２）記載のコリオリ質量流量計。
（６）前記同相ディジタルフィルタ手段又は前記異相ディジタルフィルタ手段として有限インパルス応答フィルタを用いたことを特徴とする、（１）乃至（５）のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
（７）前記有限インパルス応答フィルタにバンドパス特性を持たせることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
（８）前記アナログ／ディジタル変換器の後段に、各々一対のローパスフィルタを設け、この各出力を前記各ディジタル信号として用いることを特徴とする（１）（５）のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
（９）前記第１または第２位相において、所定の時間差で測定された位相差をこの時間差で割ることにより求められた前記測定チューブの振動周波数と、前記被測定流体の温度に関連して測定された温度信号とを用いて、前記位相差信号に対して前記周波数補正と温度補正とを行うことを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下本発明実施態様を、図面を用いて説明する。図１はコリオリ質量流量計の変換部ＴＲの主要部を示す機能ブロック図である。図５で説明した要素と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。尚、図１のブロック図は本発明にかかるコリオリ質量流量計の主要部であり、この主要部以外のブロックは、図5で説明した従来のコリオリ質量流量計と全く同様であるので、その詳しい説明は重複するので省略する。
【００３３】
ヒルベルト変換器２１及び２７において、ＦＩＲフィルタ１，２（２１Ａ）及びＦＩＲフィルタ１，２（２７Ａ）は周波数帯域の異なる複数の同相ディジタルフィルタ群（最小構成ではＦＩＲフィルタ１及びＦＩＲフィルタ２の２個）である。
【００３４】
同様に、ヒルベルト変換器２１及び２７において、ＦＩＲフィルタ（２１Ｂ）及びＦＩＲフィルタ（２７Ｂ）は周波数帯域の異なる複数の９０°異相ディジタルフィルタ群（最小構成ではＦＩＲフィルタ１及びＦＩＲフィルタ２の２個）である。
【００３５】
４２及び４２´は、複数の同相ディジタルフィルタ群２１Ａ（最小構成ではＦＩＲフィルタ１及びＦＩＲフィルタ２）の１個を選択する入力側及び出力側の切り替えスイッチ、同様に、４３及び４３´は、複数の同相ディジタルフィルタ群２７Ａ（最小構成ではＦＩＲフィルタ１及びＦＩＲフィルタ２）の１個を選択する入力側及び出力側の切り替えスイッチである。
【００３６】
４４及び４４´は、複数の９０°異相ディジタルフィルタ群２１Ｂ（最小構成ではＦＩＲフィルタ１及びＦＩＲフィルタ２）の１個を選択する入力側及び出力側の切り替えスイッチ、同様に、４５及び４５´は、複数の９０°異相ディジタルフィルタ群２７Ｂ（最小構成ではＦＩＲフィルタ１及びＦＩＲフィルタ２）の１個を選択する入力側及び出力側の切り替えスイッチである。
【００３７】
これら切り替えスイッチは、操作信号Ｓ１により連動して作動し、同相ディジタルフィルタ群２１Ａ，２７Ａ及び９０°異相ディジタルフィルタ群２１Ｂ，２７Ｂの中のうち上流センサ信号の周波数に合致したディジタルフィルタ１組が選択される。
【００３８】
４６はフィルタ変更手段であり、平均化回路３４より求められる周波数ｆＣ’とディジタルフィルタの周波数帯域の周波数値をソフトウェアで比較して周波数ｆｃ’が帯域内となるディジタルフィルタを選択するための操作信号Ｓ１を出力する。
【００３９】
ハードウエア構成とする場合では、周波数ｆＣ’をこれに比例した電圧に変換して、その電圧を同様にディジタルフィルタの周波数帯域の周波数に比例した電圧と比較器により比較してディジタルフィルタを選択する操作信号Ｓ１を出力してもよい。
【００４０】
その一方で、図１に示す本発明を適用した場合は、上流センサや下流センサの信号などにノイズ成分が重畳されて周波数ｆｃ’がノイズ成分の周波数を出力してしまうと、フィルタ変更手段４６はノイズ成分の周波数に対応したディジタルフィルタを選択してしまう虞がある。そしてノイズ成分が消滅してもこのとき選択されたディジタルフィルタでは上流センサなどの信号が減衰されて正常な測定ができなくなる。
【００４１】
流体種類の変化など（空状態を含む）により上流センサおよび下流センサの信号の周波数が急激に変化した場合、選択されているディジタルフィルタは変化前の周波数に対するものなので、周波数変化後の信号は減衰されて正常な測定ができない。
【００４２】
図２の実施例は、ノイズの混入や信号周波数が急変した場合でも、正常な測定ができるように上流側信号などの周波数に合致したディジタルフィルタを選択できる機能を追加した構成を特徴とする。
【００４３】
４７は上流センサの信号ＳＡを直接入力する周波数測定手段であり、ノイズを除去できる手段（例えばアナログフィルタによるノイズ除去やヒステリシス特性を有する比較器）を含んでおり、これにより上流センサの信号の周波数を求めて、フィルタ変更手段４８に出力する。
【００４４】
フィルタ変更手段４８は、図１で説明したフィルタ変更手段４６と同一機能を有しており、上流センサの信号ＳＡの周波数ｆaとディジタルフィルタの周波数帯域の周波数値を比較して周波数ｆaが帯域内となるディジタルフィルタを選択するための操作信号Ｓ２を出力する。
【００４５】
４９は操作信号Ｓ１と操作信号Ｓ２を切り替える操作信号切り替えスイッチであり、振幅測定手段５０の操作出力Ｓ３で切り替え操作が実行される。
【００４６】
振幅測定手段５０は、ディジタルフィルタ（例えば２１Ａ、２１Ｂ）出力の振幅を監視する機能を有しており、振幅の減衰が所定のレベル以下となったとき、操作信号Ｓ３を出力し、ディジタルフィルタの切り替え操作信号をＳ１よりＳ２に切り替える。
【００４７】
ここでディジタルフィルタがノイズ成分の周波数に合致した帯域のものを選択してしまうとノイズ成分が消滅したあとに上流センサの信号の周波数成分は減衰されてその振幅は小さくなるため、振幅測定手段５０によりディジタルフィルタの出力の振幅が一定のしきい値以下か否かを判断することで、上流センサの信号の周波数ｆａに合致したディジタルフィルタの選択が行える。
【００４８】
振幅測定手段５０としては、ディジタルフィルタ２１Ａの出力はＡｓｉｎωｔ、２１Ｂの出力はＡｃｏｓωｔなので、各々の自乗の和により求められる振幅Ａの自乗（＝振幅に対応する）値を用いることもできる。
【００４９】
流体種類の変化など(空状態を含む)により上流センサおよび下流センサの信号の周波数が急激に変化した場合でも、上記と同様に周波数変化後の上流センサの信号の振幅は一定のしきい値以下になるため、フィルタ変更手段４８の操作信号Ｓ２によりディジタルフィルタが選択されて、周波数変化後の上流センサの信号ｆａに合致したディジタルフィルタを選択することができる。
【００５０】
以上説明した実施例では、簡単のため選択対象ディジタルフィルタの数は２個で示したが、具体的な設計では多数個の異なる周波数帯域を持つディジタルフィルタを用意して、それらの選択が可能となる。またフィルタの変更は、ＦＩＲフィルタの特性を決定する係数パラメータをテーブル化してソフトウェアによりテーブルから所定のパラメータを選択する構成が可能である。
【００５１】
図１において、周波数ｆＣ’を下流センサ側から出力してフィルタ選択を実現することもできる。又図２において、周波数ｆＣ’を下流センサ側から出力して、下流センサ側に周波数測定手段４７、フィルタ変更手段４６，４８、振幅測定手段５０を具備しても同様にフィルタ選択を実現することができる。
【００５２】
なお、図１及び図２に示す実施例では、デスクリートな回路素子を用いて実現する形として説明したが、アナログ／ディジタル変換器１９、２５、３８以降の信号処理については、マイクロプロセッサ、メモリなどを用いたソフトウエア演算処理により各ブロックでの機能を順次実行させ、質量流量信号を得ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明の請求項１、２、３に記載の発明によれば、ノイズの混入や信号周波数が急変した場合でも、正常な測定ができる。
また、本発明によればセンサの口径や流体密度により広範な周波数帯域をもつセンサ群に対して、センサ信号の周波数に合致した（＝最適な）周波数帯域の同相および異相ディジタルフィルタを選択してディジタルフィルタリングを行うことが可能となり、変換部に汎用性を持たせたコリオリ質量流量を実現することができる。
【００５４】
また、センサ信号などにノイズが混入した場合にも、ノイズ消滅後速やかにセンサ信号周波数に合致したディジタルフィルタを選択して正常な出力を得ることが可能なコリオリ質量流量を実現することができる。
【００５５】
さらに、気泡の混入や満水から空状態になる等によりセンサ信号の周波数が急激に変化した場合にも、速やかにセンサ信号周波数に合致したディジタルフィルタを選択して正常な出力に得ることが可能なコリオリ質量流量を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コリオリ質量流量計の変換部ＴＲの主要部を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施例を示す変換部ＴＲの主要部の機能ブロック図である。
【図３】周知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】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波形図である。
【図５】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。
【符号の説明】
１８、２４トラッンアンドホールド回路
１９、２５アナログ／ディジタル変換器
２０、２６ローパスフィルタ
２１、２７ヒルベルト変換器
２１Ａ、２７Ａ同相ディジタルフィルタ
２１Ｂ、２７Ｂ異相ディジタルフィルタ
２３、２９位相演算器
３４平均化回路
４２、４２´、４３、４３´、４４、４４´、４５、４５´ 切り替えスイッチ
４６フィルタ変更手段
４８周波数測定手段
４９操作信号切り替えスイッチ
５０振幅測定手段

Claims

被測定流体を流す測定チューブの振動を検出する上流センサ（５Ａ）及び下流センサ（５Ｂ）と、
前記上流センサ（５Ａ）からの第１の変位信号（ＳＡ）に基づく出力を第１のディジタル信号（ＤＡ２）に変換する第１のアナログ／ディジタル変換器（１９）と、
前記第１のディジタル信号（ＤＡ２）における前記測定チューブの振動周波数よりも高い周波数成分を除去し第２のディジタル信号（ＤＡ３）を出力する第１のローパスフィルタ（２０）と、
前記第２のディジタル信号（ＤＡ３）と同位相の第３のディジタル信号（ＤＡ４）を出力する第１の同相ディジタルフィルタ（２１Ａ）と、
前記第２のディジタル信号（ＤＡ３）と９０°異なる位相の第４のディジタル信号（ＤＡ５）を出力する第１の異相ディジタルフィルタ（２１Ｂ）と、
前記第３のディジタル信号（ＤＡ４）と前記第４のディジタル信号（ＤＡ５）との比に対する逆正接の演算をして第１の位相信号（θＡ２）を算定する第１の位相演算器（２３）と、
前記下流センサ（５Ｂ）からの第２の変位信号（ＳＢ）に基づく出力を第５のディジタル信号（ＤＢ２）に変換する第２のアナログ／ディジタル変換器（２５）と、
前記第５のディジタル信号（ＤＢ２）における前記測定チューブの振動周波数よりも高い周波数成分を除去し第６のディジタル信号（ＤＢ３）を出力する第２のローパスフィルタ（２６）と、
前記第６のディジタル信号（ＤＢ３）と同位相の第７のディジタル信号（ＤＢ４）を出力する第２の同相ディジタルフィルタ（２７Ａ）と、
前記第６のディジタル信号（ＤＢ３）と９０°異なる位相の第８のディジタル信号（ＤＢ５）を出力する第２の異相ディジタルフィルタ（２７Ｂ）と、
前記第７のディジタル信号（ＤＢ４）と前記第８のディジタル信号（ＤＢ５）との比に対する逆正接の演算をして第２の位相信号（θＢ２）を算定する第２の位相演算器（２９）とを具備し、
前記第１の位相信号（θＡ２）と前記第２の位相信号（θＢ２）との差に基づいて前記被測定流体の質量流量を測定するコリオリ質量流量計において、
前記第１の位相信号（θＡ２）を遅らせる時間遅れ要素（３２）と、
前記第１の位相信号（θＡ２）と前記時間遅れ要素（３２）の出力との差から第１の周波数（ｆＣ）を求める周波数演算器（３３）と、
複数のサンプリング点で求めた前記第１の周波数（ｆＣ）の平均である第２の周波数（ｆＣ’）を出力する平均化回路（３４）と、
前記第２の周波数（ｆＣ’）に対応する第１の操作信号（Ｓ１）を出力する第１のフィルタ変更手段（４６）と、
前記第１の変位信号（ＳＡ）の周波数または前記第２の変位信号（ＳＢ）の周波数である第３の周波数（ｆa）を出力する周波数測定手段（４７）と、
前記第３の周波数（ｆa）に対応する第２の操作信号（Ｓ２）を出力する第２のフィルタ変更手段（４８）と、
前記第１の操作信号（Ｓ１）と前記第２の操作信号（Ｓ２）とを切り替え、前記第１の操作信号（Ｓ１）または前記第２の操作信号（Ｓ２）の何れかを出力する操作信号切り替えスイッチ（４９）と、
前記第１の同相ディジタルフィルタ（２１Ａ）の出力の振幅または前記第１の前記異相ディジタルフィルタ（２１Ｂ）の出力の振幅の減衰に基づき、前記操作信号切り替えスイッチ（４９）の出力を前記第１の操作信号（Ｓ１）より前記第２の操作信号（Ｓ２）に切り替えるための第３の操作信号（Ｓ３）を出力する振幅測定手段（５０）とを具備し、
前記第１の同相ディジタルフィルタ（２１Ａ）は、夫々周波数帯域が異なる少なくとも２個のフィルタからなる第１の同相ディジタルフィルタ群と、前記第１の同相ディジタルフィルタ群の中から前記操作信号切り替えスイッチ（４９）の出力の周波数に合致する１個のフィルタを選択する第１の切り替えスイッチとを備え、
前記第１の異相ディジタルフィルタ（２１Ｂ）は、夫々周波数帯域が異なる少なくとも２個のフィルタからなる第１の異相ディジタルフィルタ群と、前記第１の異相ディジタルフィルタ群の中から前記操作信号切り替えスイッチ（４９）の出力の周波数に合致する１個のフィルタを選択する第２の入力側の切り替えスイッチとを備え、
前記第２の同相ディジタルフィルタ（２７Ａ）は、夫々周波数帯域が異なる少なくとも２個のフィルタからなる第２の同相ディジタルフィルタ群と、前記第２の同相ディジタルフィルタ群の中から前記操作信号切り替えスイッチ（４９）の出力の周波数に合致する１個のフィルタを選択する第３の入力側の切り替えスイッチとを備え、
前記第２の異相ディジタルフィルタ（２７Ｂ）は、夫々周波数帯域が異なる少なくとも２個のフィルタからなる第２の異相ディジタルフィルタ群と、前記第２の異相ディジタルフィルタ群の中から前記操作信号切り替えスイッチ（４９）の出力の周波数に合致する１個のフィルタを選択する第４の入力側の切り替えスイッチとを備える
ことを特徴とするコリオリ質量流量計。
前記振幅測定手段（５０）は、前記第１の同相ディジタルフィルタ（２１Ａ）の出力の振幅の自乗と前記第１の異相ディジタルフィルタ（２１Ｂ）の出力の振幅の自乗との和に基づき、前記第３の操作信号（Ｓ３）を出力する
ことを特徴とする請求項１記載のコリオリ質量流量計。
前記第１の同相ディジタルフィルタ（２１Ａ）と前記第１の異相ディジタルフィルタ（２１Ｂ）と前記第２の同相ディジタルフィルタ（２７Ａ）と前記第２の異相ディジタルフィルタ（２７Ｂ）とは、それぞれ、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタで形成され、
前記第１の入力側の切り替えスイッチ、前記第２の入力側の切り替えスイッチ、前記第３の入力側の切り替えスイッチ及び前記第４の入力側の切り替えスイッチは、
前記有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタの特性を決定する係数パラメータがテーブル化されたテーブルと、
マイクロプロセッサ及びメモリを用いたソフトウェア演算処理により前記テーブルから前記操作信号切り替えスイッチ（４９）の出力の周波数に合致する１個のフィルタを選択するパラメータを選択する構成とを備える
ことを特徴とする請求項２記載のコリオリ質量流量計。