JP4824864B2

JP4824864B2 - Vortex flow meter

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Publication number: JP4824864B2
Application number: JP2001132819A
Authority: JP
Inventors: 耕一田代; 博史吉倉; 誠大菊; 豊稲田
Original assignee: トキコテクノ株式会社
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002328051A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は渦流量計に係り、特に渦発生体の下流に発生するカルマン渦を検出して被測流体の流量を測定する渦流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、従来の渦流量計としては、被測流体が流れる流路内に流れ方向と直交する方向に延在形成された渦発生体を設け、渦発生体の下流には１組または２組の超音波センサからなる渦検出センサを設けて渦発生体の下流に発生するカルマン渦を検出するように構成されている。
【０００３】
従来の超音波を用いた渦流量計は、例えば、図１０に示すように発振器１０からの駆動信号により送信側の超音波センサ１２が振動して流量計本体１１内を流れる被測流体中に超音波を伝搬させ、渦発生体１４の下流に発生したカルマン渦１５から変調を受けた超音波を受信側の超音波センサ１６で受信して、超音波センサ１６からの受信信号をアンプ１８で増幅し、さらに波形整形回路２０で波形整形した後に位相比較器２２で発振器１０からの駆動信号と位相差を比較することで交番的な渦信号(渦の発生周波数)を得ていた。
【０００４】
センサ駆動信号は、常に周期が一定であり、それに対して流体中を伝搬した超音波は交番的に発生するカルマン渦１５から位相変調(ドップラー効果)を受けるため、位相比較器２２で位相変調を受けていない送信信号と被測流体を伝搬した受信信号との位相を比較すると、カルマン渦１５の発生に合わせて位相差が変化する。
【０００５】
カルマン渦１５は、流速の増加に比例して周波数が高くなり、超音波がカルマン渦１５により受ける変調(渦信号振幅値)の大きさも流速に応じて大きくなることがわかっている。すなわち、カルマン渦１５の発生周波数と超音波の位相変調量は比例関係にあり、渦が安定した領域において、パルス化された渦信号は、ほぼデューティ５０％となる。この変化(カルマン渦の発生)の周波数を測定することで流量を算出している。
【０００６】
ここで、位相比較器２２から出力された位相差信号(渦信号)は、図示しないフィルタを通過し、アンブ２４で増幅され平滑回路２６と波形整形回路２８に出力される。平滑回路２６は、渦信号を平滑して渦振幅の大きさに比例した直流の渦信号振幅値として渦信号監視を行う制御回路３０に入力される。この渦信号はカルマン渦による変調を受けた超音波の位相差に依存する値であり、図１１に示す最大流量値(最大周波数)のところで振幅値が最大となるように回路のゲインを調整する。
【０００７】
波形整形回路２８は、正弦波的に入力される位相差信号(渦信号)をパルス化して渦パルス信号として周波数を検出する制御回路３０ヘ出力する。制御回路３０では、渦パルス信号から求められるカルマン渦周波数と振幅値を、流量計本体１１の口径や流体種別に応じて設定される渦周波数−渦振幅値テーブル値と逐次比較して、現在の値が規定範囲の時は、渦パルス信号を外部へ出力し、規定範囲外の時は渦パルス信号の外部出力を停止させ、アラーム等の警告を出す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成された従来の渦流量計では、位相比較器２２から出力される渦信号増幅率が、渦振幅値をゼロ流量から最大流量(渦周波数最大)までリニアに検出するための回路電圧で決定される。制御回路３０では、平滑された渦振幅値をＡ／Ｄ変換して監視しているが、Ａ／Ｄ変換の分解能は制御回路３０により決定される。
【０００９】
従って、低流量域では、流速が低いので、カルマン渦１５による位相変調が小さい。よって、低流量域においては、圧力脈動等のノイズが渦信号に与える影響度は大きくなる。すなわち、低流量域において、位相変調が小さいので、圧力脈動等のノイズと渦信号との判別が難しくなり、流量誤計測の可能性が高いという問題があった。
【００１０】
さらに、すべての流量で渦周波数−振幅値テーブルのグラフ傾きは、リニアとなるため、Ａ／Ｄ変換の分解能には制限があり、特に流速が小さい低流領域では、十分な分解能を確保することができない。また、必要な分解能を得るには、回路の追加や高性能な制御回路を便用する必要があり、大幅なコストアップを伴う。
【００１１】
従って、従来は、カルマン渦１５から受ける位相変調が小さい低流量域においては、分解能不足によりわずかな流量変化を電圧変化として監視することが難しくなり、渦信号に重畳されるノイズ成分を判定することも難しくなるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記課題を解決した渦流量計を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
【００１５】
（１）請求項１記載の発明は、被測流体が流れる流路が形成された流量計本体と、
前記流路内に流れ方向と直交するように設けられた渦発生体と、
前記渦発生体の下流に発生するカルマン渦を検出する渦検出センサと、
前記渦検出センサからの渦信号を増幅して出力すると共に、前記流路内を流れる被測流体の最大流量よりも低い所定の流量において出力値が飽和する増幅器と、
前記増幅器からの渦信号を流量信号に変換・出力する制御部と、
前記渦信号の周波数を計測する周波数計測手段と、
前記渦信号の振幅値を計測する振幅値計測手段と、
前記渦信号の周波数と当該渦信号の周波数により異なる振幅値との関係を予め記憶する記憶手段と、
前記周波数計測手段及び前記振幅値計測手段により計測された渦信号の周波数−振幅値の関係が前記記憶手段に記憶された所定の関係になっているか否かを監視し、所定の関係になっていない場合には異常を検出する振幅値監視手段と、
前記渦信号のデューティを計測するデューティ計測手段と、
前記デューティ計測手段により計測されたデューティが所定のデューティになっているか否かを監視し、所定のデューティになっていない場合には異常を検出するデューティ監視手段と、
前記周波数計測手段により計測された周波数が所定の監視方法切り替え周波数より高いと判定した場合には、前記デューティ監視手段による異常の検出を行わせ、前記周波数計測手段により計測された周波数が前記監視方法切り替え周波数以下であると判定した場合には、前記振幅値監視手段による異常の検出を行わせる監視方法切り替え手段と、
を備えてなることを特徴とする。
（２）請求項２の発明の前記監視方法切り替え手段は、前記増幅器の出力値が飽和する被測流体の流量が計測された際に前記周波数計測手段により計測される周波数を前記監視方法切り替え周波数として設定されることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、以下に、第１実施例、及び第２実施例について説明するが、そのうち第２実施例が特許請求の範囲に記載した発明に対応するものである。
【００１７】
図１は本発明になる渦流量計の第１実施例の概略構成を示すブロック図である。
図１に示されるように、渦流量計３５は、流量計本体４１の流路４１ａ内にカルマン渦を発生させる渦発生体４４が設けられている。また、流量計本体４１の流路４１ａ内壁には、渦発生体４４の下流のカルマン渦発生領域に超音波を伝搬させるように一対の超音波センサ（渦検出センサ）４２，４６が対向して設けられている。
【００１８】
送信側の超音波センサ４２には、発振器４０が接続されており、発振器４０からの駆動信号を超音波に変換して流路４１ａ内を流れる被測流体に伝搬させる。流体中を伝搬する超音波は、渦発生体４４の下流に発生するカルマン渦４５からの変調を受けると、伝搬速度が変化する。そして、カルマン渦４５により位相変調された超音波は、受信側の超音波センサ４６に受信される。
【００１９】
受信側の超音波センサ４６は、流体中を伝搬した超音波を受信すると、電気信号に変換して受信信号として出力する。また、超音波センサ４６は、アンプ回路４８に接続されており、アンプ回路４８で増幅された受信信号は、波形整形回路５０に入力される。そして、波形整形回路５０で波形整形された受信信号は、位相比較器５２に入力される。
【００２０】
位相比較器５２には、発振器４０からの駆動信号が発信信号として入力される。そして、位相比較器５２は、受信側の超音波センサ４６から出力された受信信号と、発振器４０から出力された発信信号としての駆動信号とを比較して位相差を検出し、渦信号として出力する。
【００２１】
位相比較器５２から出力された渦信号は、それぞれゲインの異なる第１アンプ回路５４と第２アンブ回路５６に入力される。一方、第１アンプ回路５４で増幅された渦信号は、第1平滑回路５８と波形整形回路６０に入力される。
【００２２】
第1平滑回路５８では、渦信号を平滑して渦振幅の大きさに比例した直流の渦信号振幅値Ｓ１として、振幅監視を行う制御回路６２に出力する。また、波形整形回路６０では、渦信号を渦パルスＰ１に変換し、流量演算を行う制御回路６２に出力する。
【００２３】
他方、第１アンプ回路５４に比べ高いゲインに設定された第２アンプ回路５６で埴幅された渦信号は、第２平滑回路６４に入力される。第２平滑回路６４では、第1平滑回路５８と同様に直流の渦振幅値Ｓ２を制御回路６２に出力する。制御回路６２では、後述するように、流量演算と渦振幅値Ｓ１または渦振幅値Ｓ２から渦信号の異常発生の有無の監視を行う。
【００２４】
次に、上記のように構成された渦流量計３５の計測動作について説明する。
発振器４０で発生された超音波駆動信号は、送信側の超音波センサ４２で超音波に変換され、流路４１ａ内を流れる被測流体に伝搬させる。被測流体を伝搬した超音波は、カルマン渦４５が生成されていない場合には音速により決まる伝搬時間分の位相ずれを待って受信側の超音波センサ４６で受信され、電気信号に変換される。
【００２５】
超音波センサ４６で電気信号に変換された超音波受信信号(正弦波)は、アンブ回路４８で増幅された後に波形整形回路５０にて矩形波に変換される。この矩形波は、位相比較回路５２で発振器４０で発生した超音波駆動信号（送信信号）と位相比較される。
【００２６】
ここで、カルマン渦が発生していない時の計測動作について説明する。
被測流体中を伝搬した超音波は、当然ながらカルマン渦４５による位相変調を受けていないので受信側の超音波センサ４６に到達する。そのため、位相比較回路５２においては、超音波駆動信号（送信信号）と超音波受信信号とを比較した位相差は一定となり、ある値から変化しない。
【００２７】
ところが、被測流体中にカルマン渦４５が生成されると、被測流体を伝搬した超音波は、カルマン渦４５の渦巻き方向によって加速または減速される。その結果、交番的に発生するカルマン渦により超音波は、位相変調を受け、この変調を位相比較することにより、交番的に発生しているカルマン渦の生成を検出できる。
【００２８】
このカルマン渦は、被測流体の流速に比例して発生周波数が高くなる。また、被測流体中を伝搬する超音波は、流速の増加に比例してカルマン渦４５により受ける位相変調量（渦信号振幅値）が大きくなるため、カルマン渦４５の発生周波数と超音波が受ける位相変調量は、正比例関係にある。しかしながら、被測流体の流れに乱れ(異常)が発生すると、この比例関係は崩れてしまう。
【００２９】
そこで、制御回路６２では、渦パルスＰ１から求められる渦周波数を横軸に設定し、第１平滑回路５８と第２平滑回路６４から求められる渦振幅値Ｓ１、Ｓ２を縦軸に設定した時の渦周波数−渦振幅値の関係を求める。この第１実施例の渦周波数−渦振幅値の関係を示すグラフは、図２に示すように表せる。
【００３０】
ここで、第２アンプ回路５６のゲインと第２平滑回路６４の回路定数は、脈動周波数等と流量計本体４１の口径を考慮して低流量域と高流量域の切替点の周波数ｆ１で渦振幅値Ｓ１が回路飽和電圧Ｖとなるように回路調整される。
【００３１】
第１アンプ回路５４のゲインと第１平滑回路５８の回路定数は、最大流量時(渦周波数ｆmax)に渦振幅値Ｓ２が回路飽和電圧Ｖ１となるように回路調整される。それぞれ調整された回路を通過した渦振幅値Ｓ１、Ｓ２および渦パルスＰ１は制御回路６２に入力される。
【００３２】
制御回路６２では、あらかじめ設定された流量計本体４１の口径毎に異なる渦周波数−渦振幅値テーブルをメモリ（図示せず）に記憶されており、渦信号Ｓ１、Ｓ２および渦パルスＰそれぞれがテーブル値に対してある設定された許容値範内にあるか否かを後述する制御方法により判断する。この判定した結果に応じて制御回路６２は、流量演算を行った流量信号パルスを図示しない外部カウンタ、表示器等に出力または停止の制御を行う。
【００３３】
次に、制御回路６２で実施される監視制御の制御処理について説明する。
【００３４】
図３は制御回路６２で実施される渦パルス立ち上がり処理のフローチャートである。図４は制御回路６２で実施される渦周波数の監視処理のフローチャートである。
本発明では渦信号の周波数ｆ,振幅値ｖによって監視処理を行う。そこで、まず渦パルスの周波数の求め方について図３を参照して説明する。
【００３５】
渦信号の周波数は、波形整形回路６０でパルス化された渦パルスがある一定の時間の中に何個発生するかを計測することで一定時間内（単位時間）の平均周波数として求めている。
【００３６】
渦パルスは、制御回路６２の入力ポートに入力されており、パルスの立ち上がりに同期して図３の渦パルス立ち止がり割り込みプログラムが起動し、パルス数カウンタをインクリメントして(Ｓ１１)、割り込みプログラムを終了する。
【００３７】
次に、渦信号監視処理について図４を参照して説明する。
なお、このプログラムは、例えば1秒間に1度実行する定期的に実行される定周期プログラムとして起動する。
【００３８】
この渦信号監視プログラムが起動すると、まずパルス数カウンタを読み出してその値を計測周波数ｆ０として制御回路６２の内部メモリに記憶し（Ｓ２１）、次の1秒間の周波数を計測するためにパルス数カウンタをゼロリセットする（Ｓ２２）。そして、計測周波数ｆ０が低流量域と高流量域を決定する切り替え凋波数ｆ１以下か、あるいは切り替え凋波数ｆ１より高いかを確認する（Ｓ２３）。
【００３９】
ｆ０≦ｆ１場合には、Ｓ２４に進み、現在の渦信号振幅ｖ０を計測する。さらに、予めプログラム内部に記憶されている低流量域(切り替え周波数ｆ１以下)に適用する渦信号周波数ｆと渦信号振幅Ｓ２の関係を示す近似式を用いて、計測周波数ｆ０の時の渦信号振幅値の理論値ｖ１を算出し（Ｓ２５）、ｖ０とｖ１を比較する。
【００４０】
Ｓ２６において、ｖ０がｖ１の−ｎ％以下であるならば、渦信号は異常であると判断し（Ｓ２８）、Ｓ２６において、ｖ０がｖ１の−ｎ％より大きいならばＳ６７に進む。Ｓ２７でｖ０がｖ１の＋ｎ％以上だったならば、渦信号は異常であると判断し（Ｓ２８）、ｖ０がｖ１の＋ｎ％未満ならば渦信号は正常と判断する（Ｓ２９）。
【００４１】
また、上記Ｓ２３において、ｆ０＞ｆ１の場合には、Ｓ３１に進み、現在の渦信号振幅ｖ０を計測する。さらに、予めプログラム内部に記憶されている高流量域(切り替え周波数ｆ１より高)に適用する渦信号周波数ｆと渦信号振幅Ｓ１の関係を示す近似式を用いて計測周波数ｆ０の時の渦信号振幅値の理論値ｖ２を算出し（Ｓ３２）、ｖ０とｖ２を比較する。
【００４２】
Ｓ３３において、ｖ０がｖ２の−ｎ％以下であるならば、渦信号は異常であると判断し（Ｓ３６）、ｖ０がｖ２の−ｎ％より大きいならばＳ３４に進む。Ｓ３４でｖ０がｖ２の＋ｎ％以上だったならば、渦信号は異常であると判断し（Ｓ３６）、ｖ０がｖ２の＋ｎ％未満ならば渦信号は正常と判断する（Ｓ３５）。
【００４３】
このように、第１実施例では、渦信号の周波数−振幅値が比例関係になっているか否かを監視し、渦信号の周波数−振幅値を監視した結果から、流れの異常を検出して渦信号の周波数帯域により監視する渦振幅値を切り替えるため、異なる渦振幅値を選択的に切り替えることで、高流量域を計測するのに適した渦振幅値、あるいは低流量域を計測するのに適した渦振幅値に切り替えて渦周波数−渦振幅値テーブルの規定値はずれを防止することができる。
【００４４】
従って、上記第１実施例の渦流量計３５では、ノイズ(脈動・フローノイズ・電気など)が位相比較器５２の出力信号(渦信号)上に重畳された場合、カルマン渦による位相変調以外の情報を切り分けることが可能となり、低流量域での誤計測を防止できる。さらに、流量計測時にフローノイズ(特にガス用では大きい)が増加した場合、渦パルス欠落や異常発振等が発生を検知できる。さらに、被測流体中に気泡が混入した場合でも、被測流体の揺動による誤動作や超音波信号の乱れによる渦信号パルス欠落等の発生を防止できる。
【００４５】
次に、本発明の第２実施例について図５を参照して説明する。
図５は第２実施例の概略構成を示すブロック図である。
【００４６】
図５に示されるように、第２実施例の渦流量計６５は、上記第１実施例の構成に対して第２アンプ回路５６、第２平滑回路６４を無くしたものである。
【００４７】
第２実施例の渦流量計６５において、流量計本体４１から位相比較器５２までの構成は、上記第１実施例と同様の構成であるので、その説明は省略する。
【００４８】
位相比較器５２から出力された渦信号は、アンプ回路５４に入力される。アンプ回路５４で増幅された渦信号は、平滑回路５８と波形整形回路６０に入力される。平滑回路５８では、渦信号を整流して直流の渦振幅値Ｓ４として、振幅監視を行う制御回路６２に出力する。
【００４９】
波形整形回路６０において、渦信号は渦パルスＰに変換され、渦パルスＰは流量演算を行う制御回路６２に出力される。制御回路６２では、流量演算および渦振幅値Ｓ４の直流信号と渦パルスＰ２に基づいて渦信号監視を行う。
【００５０】
第２実施例の渦流量計６５においては、被測流体の流速が低く渦周波数が低いとき、カルマン渦が未発達なために脈動の影響を受けやすい。そこで、低流量域では、流量計本体４１の口径や液種によって決定されるある値の渦信号周波数で渦信号振幅が最大値となる(飽和する)ように回路を調整する。さらに、流速が所定以上となる高流量域では、渦信号のデューティを監視する。渦パルスのデューティは、基本的に５０％であるが、高流量域で流れが乱れた場合にはデューティが変化する。そこで、渦信号の周波数がある値以上ではデューティの乱れを監視することにより渦信号に重畳されるノイズ成分に影響されずに流量計測することができる。
【００５１】
ここで、上記のように構成された第２実施例の計測動作について説明する。尚、上記第１実施例の同様な処理の説明は省略する。
【００５２】
制御回路６２は、渦パルスＰ２から求められる渦周波数を横軸に設定し、平滑回路５８から求められる直流の渦振幅値Ｓ４を縦軸に設定した時の渦周波数−渦振幅値の関係を図６のグラフに示す。
【００５３】
ここで、アンプ回路５４のゲインと平滑回路５８の回路定数は、脈動周波数等と流量計本体４１の口径を考慮して低流量域と高流量域を決定する切替周波数f４で渦振幅値Ｓ４が回路飽和電圧Ｖ４となるように回路調整される。それぞれ調整された回路を通過した渦振幅値Ｓ４および渦パルスＰ２は、制御回路６２に入力される。
【００５４】
制御回路６２では、図６に示されるように、低流量域であらかじめ設定された口径毎に異なる渦周波数−渦振幅値テーブルがメモリに格納されており、渦信号Ｓ４と渦パルスＰ４から算出される渦周波数がテーブル値に対してある設定された許容値範囲にあるか否かを後述する監視処理により判断する。
【００５５】
また、制御回路６２は、高流量域で渦パルスＰ２のデューティを監視して許容値範囲にあるか否かを判断する。判定した結果に応じて制御回路６２は、流量演算を行った流量信号パルスを図示しない外部カウンタ、表示器等に出力または停止の制御を行う。
【００５６】
次に、制御回路６２で実行される監視処理について説明する。
第２実施例では、渦信号の周波数ｆ、振幅値ｖ、さらに渦信号をパルス化した渦パルスＰのデューティによって監視処理を行う。そこで、まず渦パルスのディーティ比の求め方について図７乃至図９を参照して説明する。
【００５７】
ここで、デューティとは、1周期の時間の中に占めるパルス幅の時間の割合（％）を示す。
【００５８】
波形整形回路６０で波形整形された渦パルスは、制御回路６２の入力ポートに入力されており、制御回路６２は、渦パルスの立ち上がり、立ち下がりに同期して各々図７乃至図９の割り込み処理を起動する。
【００５９】
まず、渦パルスの立ち上がり信号が入力すると、図７に示す渦パルス立ち上がり割り込みプログラムが起動し、まず流量フラグの有無によって1パルス目かどうかを確認する（Ｓ４１）。
【００６０】
Ｓ４１において、1パルス目の場合、つまり流量フラグがリセット状態の場合には流量フラグをセットして（Ｓ４２）、タイマカウンタをリセットスタートし（Ｓ４６）、パルス数を記憶するパルス数カウンタをインクリメントして（Ｓ４７）割り込みプログラムを終了する。
【００６１】
また、上記Ｓ１で1パルス目ではない、つまり流量フラグがセットされている場合には、現在のタイマカウンタ値を読み出し（Ｓ４３）、その値を渦パルスがローレベルだった時間ｔ２とする（Ｓ４４）。そして、デューティを計算してメモリ内部に格納し（Ｓ４５）、パルス幅(渦パルスがハイレベルの時間)を計測するためにタイマカウンタをリセットスタートして（Ｓ４６）、パルス数カウンタをインクリメントして（Ｓ４７）割り込みプログラムを終了する。
【００６２】
続いて、渦パルスの立ち下がり信号が入力すると、図８に示すパルス立ち下がり割り込みプログラムが起動し、その時点のタイマカウンタ値を読み出し（Ｓ５１）、その値をパルス幅時間とし（Ｓ５２）、渦パルスがローレベルの時間を計測するためにタイマカウンタをリセットスタートして（Ｓ５３）、割り込みプログラムを終了する。
【００６３】
次に、制御回路６２が実行する渦信号監視処理について図９を参照して説明する。なお、このプログラムは、例えば1秒間に1度定期的に実行する定周期プログラムとして起動する。
【００６４】
渦信号監視プログラムが起動すると、まずパルス数カウンタを読み出してその値を計測周波数ｆ０として制御回路内部メモリに記憶し（Ｓ６１）、次の1秒間の周波数を計測するためにパルス数カウンタをゼロリセットする（Ｓ６２）。そして,計測周波数ｆ０が監視方法切り替え周波数ｆ１以下か、あるいは計測周波数ｆ０が監視方法切り替え周波数ｆ１より高いかを確認する（Ｓ６３）。
ｆ0≦ｆ1の場合にはＳ６４に進み、現在の渦信号振幅ｖ０を計測する。さらに、予めプログラム内部に記憶されている渦信号周波数ｆと渦信号振幅vの関係を示す近似式を用いて、計測周波数ｆ0の時の渦信号振幅値の理論値v1を算出し（Ｓ６５）、ｖ０とｖ１を比較する。
【００６５】
Ｓ６６において、ｖ０がｖ１の−ｎ％以下であるならば、渦信号は異常であると判断し（Ｓ６９）、ｖ０がｖ１の−ｎ％より大きいならばＳ６７に進む。Ｓ６７でｖ０がｖ１の＋ｎ％以上であるならば、渦信号は異常であると判断し（Ｓ６９）、ｖ０がｖ１の＋ｎ％未満ならば、渦信号は正常と判断する（Ｓ６８）。
【００６６】
また、上記Ｓ６３において、ｆ０＞ｆ１ならば、前述のデューティを制御回路内部メモリから読み出し、−ｍ％以下であるかを検査する（Ｓ７０）。このＳ７０において、−ｍ％以下ならば渦信号は異常と判断し（Ｓ７３）、−ｍ％より大きいならばＳ７１に進む。Ｓ７１では、デューティが＋ｍ％以上であるかを検査し、＋ｍ％以上ならば渦信号は、異常と判断し（Ｓ７３）、＋ｍ％未満ならば正常と判断する（Ｓ７２）。
【００６７】
このように、第２実施例の渦流量計６５では、渦信号の周波数−振幅値を監視した結果、あるいは渦信号のデューティを監視した結果に応じて、流れの異常を検出し、渦信号の周波数帯域に応じて、低流量域を計測するときは渦信号の周波数−振幅値を選択し、所定以上の流量域を計測するときは渦信号のデューティを監視するように切り替えることにより渦周波数−渦振幅値テーブルの規定値はずれを防止することができる。また、流速が低く渦周波数が低いときは、カルマン渦が未発達なために脈動の影響を受けやすいが、低流量域では流量計本体４１の口径や液種によって決定されるある値の渦信号周波数で渦信号振幅が最大値となる(飽和する)ように回路を調整する。さらに、高流量域では、渦信号のデューティを監視しており、渦パルスのデューティは基本的に５０％であるが、高流量域で流れが乱れた場合にはデューティが変化するので、渦信号の周波数がある値以上ではデューティの変化を監視することにより渦周波数−渦振幅値テーブルの規定値はずれを検出することができる。
【００６８】
尚、上記各実施例では、超音波センサを渦検出センサとして用いた場合の構成を一例として挙げたが、これに限らず、他の形式の渦検出センサ（例えば、カルマン渦の発生に伴う圧力変動を検出するセンサ等）を用いる構成としても良いのは勿論である。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被測流体の最大流量よりも低い流量において出力値が飽和する増幅器を有し、増幅器からの渦信号を流量信号に変換・出力し、且つ、計測された渦信号の周波数−振幅値の関係が記憶手段に記憶された所定の関係になっているか否かを監視し、所定の関係になっていない場合には異常を検出する振幅値監視手段と、デューティ計測手段により計測されたデューティが所定のデューティになっているか否かを監視し、所定のデューティになっていない場合には異常を検出するデューティ監視手段と、周波数計測手段により計測された周波数が所定の監視方法切り替え周波数より高いと判定した場合には、デューティ監視手段による異常の検出を行わせ、周波数計測手段により計測された周波数が監視方法切り替え周波数以下であると判定した場合には、振幅値監視手段による異常の検出を行わせる監視方法切り替え手段とを有するため、二つの異なる異常検出を監視する監視方法を選択することにより流量計測の誤計測を抑制できると共に、増幅器の増幅率が飽和した場合でも、デューティ監視手段による異常の検出を行うことで流量計測に信頼性を高めることができる。さらに、制御部の負荷が軽減されて演算処理を能率良く行えると共に、流量計測の分解能を高めることができ、渦周波数−渦振幅値テーブルの規定値はずれを判別することができる。そのため、低流量域における流量の誤計測を低減することができると共に、ノイズ(脈動・フローノイズ・電気など)が位相比較器の出力信号(渦信号)上に重畳された場合、渦による位相変調以外の情報を判別することが可能となり、ゼロ流量および低流量付近での誤計測を防止できる。また、フローノイズ(特にガス用では)が増加した場合、渦パルス欠落や異常発振等が発生を検知できる。さらに、流体中に気泡が混入した場合でも、流体の揺動による誤動作や超音波信号の乱れによる渦信号パルス欠落等の発生を、渦による位相変調との切り分けが可能となるので防止できる。さらに、低流量域における検出信号が渦発生によるものか、圧力脈動によるノイズかを判別することができ、計測精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる渦流量計の第１実施例の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施例の渦周波数−渦振幅値の関係を示すグラフである。
【図３】制御回路６２で実施される渦パルス立ち上がり処理のフローチャートである。
【図４】制御回路６２で実施される渦周波数の監視処理のフローチャートである。
【図５】第２実施例の概略構成を示すブロック図である。
【図６】第２実施例の渦周波数−渦振幅値の関係を示すグラフである。
【図７】第２実施例の渦パルス立ち上がり割り込み処理のフローチャートである。
【図８】第２実施例の渦パルス立ち下がり割り込み処理のフローチャートである。
【図９】第２実施例の渦信号をパルス化した渦パルスＰのデューティによって監視処理を行うためのフローチャートである。
【図１０】従来の渦流量計の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の渦周波数−渦振幅値の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
３５，６５渦流量計
４０発振器
４１流量計本体
４４渦発生体
４２，４６超音波センサ
４５カルマン渦
４８アンプ回路
５０波形整形回路
５２位相比較器
５４第１アンプ回路
５６第２アンブ回路
６０波形整形回路
６２制御回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vortex flowmeter, and more particularly to a vortex flowmeter that detects a Karman vortex generated downstream of a vortex generator and measures the flow rate of a fluid to be measured.
[0002]
[Prior art]
In general, as a conventional vortex flowmeter, a vortex generator extending in a direction perpendicular to the flow direction is provided in a flow path through which a fluid to be measured flows, and one or two sets of vortex generators are provided downstream of the vortex generator. A vortex detection sensor composed of an ultrasonic sensor is provided to detect Karman vortices generated downstream of the vortex generator.
[0003]
In a conventional vortex flowmeter using ultrasonic waves, for example, as shown in FIG. 10, the ultrasonic sensor 12 on the transmission side vibrates by the drive signal from the oscillator 10 and flows into the measured fluid flowing in the flowmeter main body 11. The ultrasonic wave propagated and modulated by the Karman vortex 15 generated downstream of the vortex generator 14 is received by the ultrasonic sensor 16 on the receiving side, and the received signal from the ultrasonic sensor 16 is received by the amplifier 18. After amplifying and further shaping the waveform by the waveform shaping circuit 20, the phase comparator 22 compares the drive signal from the oscillator 10 with the phase difference to obtain an alternating vortex signal (vortex generation frequency).
[0004]
The sensor drive signal always has a constant period. On the other hand, the ultrasonic wave propagating in the fluid is subjected to phase modulation (Doppler effect) from the Karman vortex 15 generated alternately. When the phases of the transmission signal not received and the reception signal propagated through the fluid to be measured are compared, the phase difference changes in accordance with the generation of the Karman vortex 15.
[0005]
It is known that the frequency of the Karman vortex 15 increases in proportion to the increase in the flow velocity, and the magnitude of the modulation (vortex signal amplitude value) that the ultrasonic wave receives by the Karman vortex 15 increases in accordance with the flow velocity. That is, the generation frequency of the Karman vortex 15 and the phase modulation amount of the ultrasonic wave are in a proportional relationship, and the pulsed vortex signal has a duty of approximately 50% in a region where the vortex is stable. The flow rate is calculated by measuring the frequency of this change (generation of Karman vortex).
[0006]
Here, the phase difference signal (vortex signal) output from the phase comparator 22 passes through a filter (not shown), is amplified by the amplifier 24, and is output to the smoothing circuit 26 and the waveform shaping circuit 28. The smoothing circuit 26 smooths the vortex signal and inputs it to the control circuit 30 that monitors the vortex signal as a direct current vortex signal amplitude value proportional to the magnitude of the vortex amplitude. This vortex signal is a value depending on the phase difference of the ultrasonic wave modulated by the Karman vortex, and the gain of the circuit is adjusted so that the amplitude value becomes maximum at the maximum flow rate value (maximum frequency) shown in FIG. .
[0007]
The waveform shaping circuit 28 pulsates a phase difference signal (vortex signal) input sinusoidally and outputs the pulse signal to the control circuit 30 that detects the frequency as a vortex pulse signal. The control circuit 30 sequentially compares the Karman vortex frequency and amplitude value obtained from the vortex pulse signal with the vortex frequency-vortex amplitude value table value set according to the diameter of the flow meter body 11 and the fluid type, When the value is within the specified range, the vortex pulse signal is output to the outside. When the value is outside the specified range, the external output of the vortex pulse signal is stopped and an alarm or the like is issued.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional vortex flowmeter configured as described above, the vortex signal amplification factor output from the phase comparator 22 linearly detects the vortex amplitude value from the zero flow rate to the maximum flow rate (maximum vortex frequency). Determined by the circuit voltage. In the control circuit 30, the smoothed vortex amplitude value is monitored by A / D conversion, but the resolution of the A / D conversion is determined by the control circuit 30.
[0009]
Therefore, in the low flow rate region, the flow velocity is low, so that the phase modulation by the Karman vortex 15 is small. Therefore, in the low flow rate region, the influence of noise such as pressure pulsation on the vortex signal increases. That is, since the phase modulation is small in the low flow rate region, it is difficult to discriminate between noise such as pressure pulsation and the vortex signal, and there is a high possibility of erroneous flow rate measurement.
[0010]
Furthermore, since the graph inclination of the vortex frequency-amplitude value table is linear at all flow rates, the resolution of A / D conversion is limited, and in particular in the low flow region where the flow velocity is small, sufficient resolution must be ensured. I can't. In addition, in order to obtain the necessary resolution, it is necessary to add a circuit and use a high-performance control circuit, which is accompanied by a significant cost increase.
[0011]
Therefore, conventionally, in a low flow rate region where the phase modulation received from the Karman vortex 15 is small, it is difficult to monitor a slight flow rate change as a voltage change due to insufficient resolution, and a noise component superimposed on the vortex signal is determined. There was also the problem of becoming difficult.
[0012]
Then, an object of this invention is to provide the vortex flowmeter which solved the said subject.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
[0015]
(1)  Claim1The described inventionA flow meter body in which a flow path for the fluid to be measured is formed;
  A vortex generator provided in the flow path so as to be orthogonal to the flow direction;
  A vortex detection sensor for detecting Karman vortices generated downstream of the vortex generator;
  An amplifier whose output value is saturated at a predetermined flow rate lower than the maximum flow rate of the fluid to be measured flowing in the flow path while amplifying and outputting the vortex signal from the vortex detection sensor;
  A controller that converts and outputs the vortex signal from the amplifier into a flow signal;
  Frequency measuring means for measuring the frequency of the vortex signal;
  Amplitude value measuring means for measuring the amplitude value of the vortex signal;
  Storage means for storing in advance the relationship between the frequency of the vortex signal and the amplitude value that varies depending on the frequency of the vortex signal;
  It is monitored whether or not the relationship between the frequency and the amplitude value of the vortex signal measured by the frequency measuring means and the amplitude value measuring means is a predetermined relationship stored in the storage means. If not, amplitude value monitoring means for detecting an abnormality,
  Duty measuring means for measuring the duty of the vortex signal;
  Duty monitoring means for monitoring whether or not the duty measured by the duty measuring means is a predetermined duty, and detecting an abnormality when the duty is not a predetermined duty;
  When it is determined that the frequency measured by the frequency measuring unit is higher than a predetermined monitoring method switching frequency, abnormality detection is performed by the duty monitoring unit, and the frequency measured by the frequency measuring unit is the monitoring method. If it is determined that the frequency is lower than the switching frequency, the monitoring method switching means for detecting the abnormality by the amplitude value monitoring means,
  It is characterized by comprising.
(2)  According to a second aspect of the present invention, the monitoring method switching means sets a frequency measured by the frequency measuring means when the flow rate of the fluid to be measured at which the output value of the amplifier is saturated is set as the monitoring method switching frequency. It is characterized by that.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.Hereinafter, the first embodiment and the second embodiment will be described. Of these, the second embodiment corresponds to the invention described in the claims.
[0017]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of a vortex flowmeter according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the vortex flowmeter 35 is provided with a vortex generator 44 that generates a Karman vortex in a flow path 41 a of the flowmeter main body 41. In addition, a pair of ultrasonic sensors (vortex detection sensors) 42 and 46 are opposed to the inner wall of the flow channel 41a of the flow meter body 41 so as to propagate ultrasonic waves to the Karman vortex generation region downstream of the vortex generator 44. Is provided.
[0018]
An oscillator 40 is connected to the ultrasonic sensor 42 on the transmission side, and the drive signal from the oscillator 40 is converted into ultrasonic waves and propagated to the fluid to be measured flowing in the flow path 41a. When the ultrasonic wave propagating in the fluid undergoes modulation from the Karman vortex 45 generated downstream of the vortex generator 44, the propagation speed changes. The ultrasonic wave phase-modulated by the Karman vortex 45 is received by the ultrasonic sensor 46 on the receiving side.
[0019]
When receiving the ultrasonic wave propagated in the fluid, the ultrasonic sensor 46 on the receiving side converts it into an electric signal and outputs it as a received signal. The ultrasonic sensor 46 is connected to an amplifier circuit 48, and the reception signal amplified by the amplifier circuit 48 is input to the waveform shaping circuit 50. The received signal shaped by the waveform shaping circuit 50 is input to the phase comparator 52.
[0020]
A driving signal from the oscillator 40 is input to the phase comparator 52 as a transmission signal. The phase comparator 52 compares the reception signal output from the ultrasonic sensor 46 on the reception side with the drive signal as the transmission signal output from the oscillator 40 to detect the phase difference and output it as a vortex signal. To do.
[0021]
The vortex signal output from the phase comparator 52 is input to the first amplifier circuit 54 and the second amplifier circuit 56 having different gains. On the other hand, the vortex signal amplified by the first amplifier circuit 54 is input to the first smoothing circuit 58 and the waveform shaping circuit 60.
[0022]
The first smoothing circuit 58 smoothes the vortex signal and outputs it as a DC vortex signal amplitude value S1 proportional to the magnitude of the vortex amplitude to the control circuit 62 that monitors the amplitude. Further, the waveform shaping circuit 60 converts the vortex signal into the vortex pulse P1 and outputs the vortex signal to the control circuit 62 that performs flow rate calculation.
[0023]
On the other hand, the vortex signal swung by the second amplifier circuit 56 set to a higher gain than the first amplifier circuit 54 is input to the second smoothing circuit 64. Similarly to the first smoothing circuit 58, the second smoothing circuit 64 outputs a DC vortex amplitude value S 2 to the control circuit 62. In the control circuit 62, as will be described later, the flow rate calculation and the presence / absence of occurrence of vortex signal abnormality are monitored from the vortex amplitude value S1 or the vortex amplitude value S2.
[0024]
Next, the measurement operation of the vortex flowmeter 35 configured as described above will be described.
The ultrasonic drive signal generated by the oscillator 40 is converted into ultrasonic waves by the ultrasonic sensor 42 on the transmission side and propagated to the fluid to be measured flowing in the flow path 41a. When the Karman vortex 45 is not generated, the ultrasonic wave propagating through the fluid to be measured is received by the ultrasonic sensor 46 on the receiving side after waiting for a phase shift corresponding to the propagation time determined by the sound velocity, and converted into an electric signal. .
[0025]
The ultrasonic reception signal (sine wave) converted into an electric signal by the ultrasonic sensor 46 is amplified by the amb circuit 48 and then converted into a rectangular wave by the waveform shaping circuit 50. This rectangular wave is phase-compared with the ultrasonic drive signal (transmission signal) generated by the oscillator 40 by the phase comparison circuit 52.
[0026]
Here, the measurement operation when the Karman vortex is not generated will be described.
Naturally, the ultrasonic wave propagated in the fluid to be measured does not undergo phase modulation by the Karman vortex 45 and therefore reaches the ultrasonic sensor 46 on the receiving side. Therefore, in the phase comparison circuit 52, the phase difference obtained by comparing the ultrasonic drive signal (transmission signal) and the ultrasonic reception signal is constant and does not change from a certain value.
[0027]
However, when the Karman vortex 45 is generated in the measured fluid, the ultrasonic wave propagated through the measured fluid is accelerated or decelerated depending on the spiral direction of the Karman vortex 45. As a result, the ultrasonic wave is subjected to phase modulation by the alternating Karman vortex, and the generation of the alternating Karman vortex can be detected by comparing the phase of the modulation.
[0028]
The generation frequency of this Karman vortex increases in proportion to the flow velocity of the fluid to be measured. In addition, since the ultrasonic wave propagating in the fluid to be measured has a large amount of phase modulation (vortex signal amplitude value) received by the Karman vortex 45 in proportion to the increase in the flow velocity, the generated frequency of the Karman vortex 45 and the ultrasonic wave are received. The phase modulation amount is directly proportional. However, if a disturbance (abnormality) occurs in the flow of the fluid to be measured, this proportional relationship is broken.
[0029]
Therefore, in the control circuit 62, the vortex frequency obtained from the eddy pulse P1 is set on the horizontal axis, and the vortex amplitude values S1 and S2 obtained from the first smoothing circuit 58 and the second smoothing circuit 64 are set on the vertical axis. The relationship between the vortex frequency and the vortex amplitude value is obtained. A graph showing the relationship between the vortex frequency and the vortex amplitude value of the first embodiment can be expressed as shown in FIG.
[0030]
Here, the gain of the second amplifier circuit 56 and the circuit constant of the second smoothing circuit 64 are vortexed at the frequency f1 of the switching point between the low flow rate region and the high flow rate region in consideration of the pulsation frequency and the diameter of the flow meter body 41. The circuit is adjusted so that the amplitude value S1 becomes the circuit saturation voltage V.
[0031]
The gain of the first amplifier circuit 54 and the circuit constant of the first smoothing circuit 58 are adjusted so that the vortex amplitude value S2 becomes the circuit saturation voltage V1 at the maximum flow rate (vortex frequency fmax). The vortex amplitude values S 1 and S 2 and the vortex pulse P 1 that have passed through the adjusted circuits are input to the control circuit 62.
[0032]
In the control circuit 62, a vortex frequency-vortex amplitude value table different for each aperture of the flow meter main body 41 set in advance is stored in a memory (not shown), and each of the vortex signals S1, S2 and the vortex pulse P is stored in the table. Whether or not the value is within a set allowable value range is determined by a control method to be described later. In accordance with the determination result, the control circuit 62 controls the output or stop of the flow rate signal pulse that has been subjected to the flow rate calculation to an external counter, a display, or the like (not shown).
[0033]
Next, the control process of the monitoring control performed by the control circuit 62 will be described.
[0034]
FIG. 3 is a flowchart of the eddy pulse rising process performed by the control circuit 62. FIG. 4 is a flowchart of the eddy frequency monitoring process performed by the control circuit 62.
In the present invention, the monitoring process is performed based on the frequency f and amplitude value v of the vortex signal. First, a method for obtaining the frequency of the vortex pulse will be described with reference to FIG.
[0035]
The frequency of the vortex signal is obtained as an average frequency within a certain time (unit time) by measuring how many vortex pulses pulsed by the waveform shaping circuit 60 are generated within a certain time.
[0036]
The vortex pulse is input to the input port of the control circuit 62, and the vortex pulse stop interrupt program shown in FIG. 3 starts in synchronization with the rise of the pulse, increments the pulse number counter (S11), and the interrupt program Exit.
[0037]
Next, the vortex signal monitoring process will be described with reference to FIG.
Note that this program is started as a regularly executed periodic program that is executed once per second, for example.
[0038]
When this eddy signal monitoring program is started, the pulse number counter is first read out, and the value is stored in the internal memory of the control circuit 62 as the measurement frequency f0 (S21). In order to measure the frequency for the next 1 second, the pulse number counter Is reset to zero (S22). Then, it is confirmed whether the measurement frequency f0 is equal to or lower than the switching wave number f1 that determines the low flow rate region and the high flow rate region or higher than the switching wave number f1 (S23).
[0039]
If f0 ≦ f1, the process proceeds to S24, and the current vortex signal amplitude v0 is measured. Furthermore, using the approximate expression showing the relationship between the vortex signal frequency f and the vortex signal amplitude S2 applied in advance to the low flow rate region (switching frequency f1 or less) stored in the program, the vortex signal amplitude at the measurement frequency f0 is used. The theoretical value v1 of the value is calculated (S25), and v0 and v1 are compared.
[0040]
In S26, if v0 is -n% or less of v1, it is determined that the vortex signal is abnormal (S28). If v0 is larger than -n% of v1, the process proceeds to S67. If v0 is not less than + n% of v1 in S27, it is determined that the vortex signal is abnormal (S28), and if v0 is less than + n% of v1, the vortex signal is determined to be normal (S29).
[0041]
In S23, if f0> f1, the process proceeds to S31 and the current vortex signal amplitude v0 is measured. Furthermore, the vortex signal amplitude at the measurement frequency f0 using an approximate expression showing the relationship between the vortex signal frequency f and the vortex signal amplitude S1 applied to a high flow rate region (higher than the switching frequency f1) stored in advance in the program. The theoretical value v2 of the value is calculated (S32), and v0 and v2 are compared.
[0042]
In S33, if v0 is -n% or less of v2, it is determined that the vortex signal is abnormal (S36), and if v0 is greater than -n% of v2, the process proceeds to S34. If v0 is not less than + n% of v2 in S34, it is determined that the vortex signal is abnormal (S36), and if v0 is less than + n% of v2, it is determined that the vortex signal is normal (S35).
[0043]
Thus, in the first embodiment, whether or not the frequency-amplitude value of the vortex signal has a proportional relationship is monitored, and the flow abnormality is detected from the result of monitoring the frequency-amplitude value of the vortex signal. In order to switch the vortex amplitude value to be monitored according to the frequency band of the vortex signal, by selectively switching different vortex amplitude values, the vortex amplitude value suitable for measuring a high flow rate region or a low flow rate region can be measured. By switching to an appropriate vortex amplitude value, it is possible to prevent deviation of the prescribed values in the vortex frequency-vortex amplitude value table.
[0044]
Therefore, in the vortex flow meter 35 of the first embodiment, when noise (pulsation, flow noise, electricity, etc.) is superimposed on the output signal (vortex signal) of the phase comparator 52, the phase modulation other than the phase modulation by the Karman vortex is used. Information can be separated and erroneous measurement in a low flow rate region can be prevented. Furthermore, when flow noise (particularly for gas) increases during flow measurement, it is possible to detect the occurrence of vortex pulse loss, abnormal oscillation, and the like. Furthermore, even when bubbles are mixed in the fluid to be measured, it is possible to prevent the occurrence of malfunction due to the oscillation of the fluid to be measured or the loss of vortex signal pulses due to the disturbance of the ultrasonic signal.
[0045]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the second embodiment.
[0046]
As shown in FIG. 5, the vortex flowmeter 65 of the second embodiment is obtained by eliminating the second amplifier circuit 56 and the second smoothing circuit 64 from the configuration of the first embodiment.
[0047]
In the vortex flowmeter 65 of the second embodiment, the configuration from the flowmeter main body 41 to the phase comparator 52 is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
[0048]
The vortex signal output from the phase comparator 52 is input to the amplifier circuit 54. The vortex signal amplified by the amplifier circuit 54 is input to the smoothing circuit 58 and the waveform shaping circuit 60. The smoothing circuit 58 rectifies the vortex signal and outputs it as a DC vortex amplitude value S4 to the control circuit 62 that monitors the amplitude.
[0049]
In the waveform shaping circuit 60, the vortex signal is converted into a vortex pulse P, and the vortex pulse P is output to a control circuit 62 that performs flow rate calculation. The control circuit 62 monitors the vortex signal based on the flow rate calculation and the DC signal of the vortex amplitude value S4 and the vortex pulse P2.
[0050]
In the vortex flowmeter 65 of the second embodiment, when the flow velocity of the fluid to be measured is low and the vortex frequency is low, the Karman vortex is undeveloped and is easily affected by pulsation. Therefore, in the low flow rate region, the circuit is adjusted so that the vortex signal amplitude becomes the maximum value (saturates) at a certain value of the vortex signal frequency determined by the diameter of the flow meter main body 41 and the liquid type. Further, the duty of the vortex signal is monitored in a high flow rate region where the flow velocity is equal to or higher than a predetermined value. The duty of the vortex pulse is basically 50%, but the duty changes when the flow is disturbed in a high flow rate region. Therefore, when the frequency of the vortex signal is greater than a certain value, the flow rate can be measured without being affected by the noise component superimposed on the vortex signal by monitoring the duty disturbance.
[0051]
Here, the measurement operation of the second embodiment configured as described above will be described. Note that description of similar processing in the first embodiment is omitted.
[0052]
The control circuit 62 sets the vortex frequency obtained from the vortex pulse P2 on the horizontal axis and the vortex frequency-vortex amplitude value relationship when the vortex amplitude value S4 obtained from the smoothing circuit 58 is set on the vertical axis. This is shown in the graph of FIG.
[0053]
Here, the gain of the amplifier circuit 54 and the circuit constant of the smoothing circuit 58 are such that the vortex amplitude value S4 has a switching frequency f4 that determines the low flow rate region and the high flow rate region in consideration of the pulsation frequency and the diameter of the flow meter body 41. The circuit is adjusted to be the circuit saturation voltage V4. The vortex amplitude value S4 and the vortex pulse P2 that have passed through the adjusted circuits are input to the control circuit 62.
[0054]
In the control circuit 62, as shown in FIG. 6, a different vortex frequency-vortex amplitude value table is stored in the memory for each preset diameter in the low flow rate region, and is calculated from the vortex signal S4 and the vortex pulse P4. Whether or not the eddy frequency is within a set allowable value range with respect to the table value is determined by monitoring processing described later.
[0055]
Further, the control circuit 62 monitors the duty of the vortex pulse P2 in the high flow rate region and determines whether or not it is within the allowable value range. In accordance with the determined result, the control circuit 62 controls the output or stop of the flow rate signal pulse that has been subjected to the flow rate calculation to an external counter, a display, or the like not shown.
[0056]
Next, the monitoring process executed by the control circuit 62 will be described.
In the second embodiment, the monitoring process is performed based on the frequency f of the vortex signal, the amplitude value v, and the duty of the vortex pulse P obtained by pulsing the vortex signal. Therefore, first, a method for obtaining the eddy pulse duty ratio will be described with reference to FIGS.
[0057]
Here, the duty indicates the ratio (%) of the time of the pulse width in the time of one cycle.
[0058]
The vortex pulse whose waveform has been shaped by the waveform shaping circuit 60 is input to the input port of the control circuit 62. The control circuit 62 performs the interrupt processing shown in FIGS. 7 to 9 in synchronization with the rise and fall of the vortex pulse. Start up.
[0059]
First, when the rising signal of the eddy pulse is input, the eddy pulse rising interruption program shown in FIG. 7 is started, and it is first confirmed whether it is the first pulse based on the presence or absence of the flow rate flag (S41).
[0060]
In S41, in the case of the first pulse, that is, when the flow rate flag is in the reset state, the flow rate flag is set (S42), the timer counter is reset and started (S46), and the pulse number counter for storing the pulse number is incremented. (S47) The interrupt program is terminated.
[0061]
If it is not the first pulse in S1, that is, if the flow rate flag is set, the current timer counter value is read (S43), and the value is set as the time t2 when the vortex pulse was at the low level (S44). ). Then, the duty is calculated and stored in the memory (S45), the timer counter is reset and started to measure the pulse width (the time during which the vortex pulse is high level) (S46), and the pulse number counter is incremented. (S47) The interrupt program is terminated.
[0062]
Subsequently, when the falling signal of the vortex pulse is input, the pulse falling interrupt program shown in FIG. 8 is started, the timer counter value at that time is read (S51), and the value is set as the pulse width time (S52). In order to measure the time when the pulse is at a low level, the timer counter is reset and started (S53), and the interrupt program is terminated.
[0063]
Next, the vortex signal monitoring process executed by the control circuit 62 will be described with reference to FIG. Note that this program is started as a periodic program that is periodically executed once per second, for example.
[0064]
When the eddy signal monitoring program is started, the pulse number counter is first read and stored in the control circuit internal memory as the measurement frequency f0 (S61), and the pulse number counter is reset to zero to measure the next one second frequency. (S62). Then, it is confirmed whether the measurement frequency f0 is equal to or lower than the monitoring method switching frequency f1 or whether the measurement frequency f0 is higher than the monitoring method switching frequency f1 (S63).
If f0 ≦ f1, the process proceeds to S64 and the current vortex signal amplitude v0 is measured. Further, a theoretical value v1 of the vortex signal amplitude value at the measurement frequency f0 is calculated using an approximate expression indicating the relationship between the vortex signal frequency f and the vortex signal amplitude v stored in advance in the program (S65), Compare v0 and v1.
[0065]
In S66, if v0 is −n% or less of v1, it is determined that the vortex signal is abnormal (S69), and if v0 is greater than −n% of v1, the process proceeds to S67. If v0 is not less than + n% of v1 in S67, it is determined that the vortex signal is abnormal (S69), and if v0 is less than + n% of v1, the vortex signal is determined to be normal (S68).
[0066]
  In addition, the above S63If f0> f1, the aforementioned duty is read from the control circuit internal memory, and it is checked whether it is −m% or less (S70). In S70, if it is -m% or less, it is determined that the vortex signal is abnormal (S73) If greater than -m%, S7Proceed to 1. S71 checks whether the duty is + m% or more, and if it is + m% or more, the vortex signal is determined to be abnormal (S73) If it is less than + m%, it is judged as normal (S72).
[0067]
As described above, in the vortex flow meter 65 of the second embodiment, the flow abnormality is detected according to the result of monitoring the frequency-amplitude value of the vortex signal or the result of monitoring the duty of the vortex signal. Depending on the frequency band, the frequency-amplitude value of the vortex signal is selected when measuring the low flow rate region, and the vortex frequency is switched by switching to monitor the duty of the vortex signal when measuring the flow rate range above a predetermined value. Deviations from the prescribed values in the vortex amplitude value table can be prevented. Further, when the flow velocity is low and the vortex frequency is low, the Karman vortex is not developed yet and is susceptible to pulsation, but in a low flow rate region, a certain value of vortex signal determined by the diameter of the flow meter body 41 and the liquid type The circuit is adjusted so that the vortex signal amplitude becomes the maximum value (saturates) at the frequency. Furthermore, the duty of the vortex signal is monitored in the high flow rate region, and the duty of the vortex pulse is basically 50%. However, when the flow is disturbed in the high flow rate region, the duty changes, so the vortex signal When the frequency of the frequency exceeds a certain value, it is possible to detect the deviation of the specified value in the vortex frequency-vortex amplitude value table by monitoring the change in duty.
[0068]
In each of the above-described embodiments, the configuration in the case where the ultrasonic sensor is used as the vortex detection sensor is described as an example. Of course, a configuration using a sensor for detecting fluctuations or the like may be used.
[0070]
【The invention's effect】
  As explained above,According to the present invention, the amplifier has an output value saturated at a flow rate lower than the maximum flow rate of the fluid to be measured, converts and outputs the vortex signal from the amplifier into a flow rate signal, and the frequency of the measured vortex signal -It is monitored whether the relationship between the amplitude values is a predetermined relationship stored in the storage means, and if not, the measurement is performed by the amplitude value monitoring means for detecting an abnormality and the duty measurement means. Duty monitoring means for monitoring whether or not the determined duty is a predetermined duty, and detecting an abnormality if the predetermined duty is not;When it is determined that the frequency measured by the frequency measuring unit is higher than the predetermined monitoring method switching frequency, the duty monitoring unit detects an abnormality, and the frequency measured by the frequency measuring unit is equal to or less than the monitoring method switching frequency. If it is determined that there is a monitoring method switching means for detecting an abnormality by the amplitude value monitoring means;To haveBy selecting a monitoring method that monitors two different abnormality detections, it is possible to suppress erroneous measurement of the flow rate measurement, and even when the amplification factor of the amplifier is saturated, the abnormality is detected by the duty monitoring means and reliable in the flow rate measurement. Can increase the sex. further,It is possible to reduce the load on the control unit and efficiently perform the arithmetic processing, to increase the resolution of the flow rate measurement, and to determine the deviation of the specified value in the vortex frequency-vortex amplitude value table. for that reason,In addition to reducing erroneous flow measurement in the low flow range, noise (pulsation, flow noise, electricity, etc.) is superimposed on the output signal (vortex signal) of the phase comparator. Information can be discriminated, and erroneous measurement near zero and low flow rates can be prevented. In addition, when flow noise (especially for gas) increases, it is possible to detect the occurrence of vortex pulse loss or abnormal oscillation. Furthermore, even when bubbles are mixed in the fluid, it is possible to prevent the occurrence of malfunction due to fluid fluctuations, loss of vortex signal pulses due to disturbance of ultrasonic signals, and the like, which can be separated from phase modulation due to vortices. Furthermore, it is possible to determine whether the detection signal in the low flow rate region is due to vortex generation or noise due to pressure pulsation, and the measurement accuracy can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of a vortex flowmeter according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the vortex frequency and the vortex amplitude value of the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart of an eddy pulse rising process performed by a control circuit 62;
4 is a flowchart of eddy frequency monitoring processing performed by a control circuit 62. FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a second embodiment.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the vortex frequency and the vortex amplitude value of the second embodiment.
FIG. 7 is a flowchart of an eddy pulse rising interrupt process according to the second embodiment.
FIG. 8 is a flowchart of eddy pulse falling interrupt processing according to the second embodiment;
FIG. 9 is a flowchart for performing monitoring processing based on the duty of a vortex pulse P obtained by pulsing a vortex signal according to the second embodiment;
FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional vortex flowmeter.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between a conventional vortex frequency and vortex amplitude value.
[Explanation of symbols]
35,65 Vortex flowmeter
40 Oscillator
41 Flow meter body
44 Vortex generator
42,46 Ultrasonic sensor
45 Karman Vortex
48 Amplifier circuit
50 Waveform shaping circuit
52 Phase comparator
54 First amplifier circuit
56 Second Ambu Circuit
60 Waveform shaping circuit
62 Control circuit

Claims

A flow meter body in which a flow path for the fluid to be measured is formed;
A vortex generator provided in the flow path so as to be orthogonal to the flow direction;
A vortex detection sensor for detecting Karman vortices generated downstream of the vortex generator;
An amplifier whose output value is saturated at a predetermined flow rate lower than the maximum flow rate of the fluid to be measured flowing in the flow path while amplifying and outputting the vortex signal from the vortex detection sensor;
A controller that converts and outputs the vortex signal from the amplifier into a flow signal;
Frequency measuring means for measuring the frequency of the vortex signal;
Amplitude value measuring means for measuring the amplitude value of the vortex signal;
Storage means for storing in advance the relationship between the frequency of the vortex signal and the amplitude value that varies depending on the frequency of the vortex signal ;
It is monitored whether or not the relationship between the frequency and the amplitude value of the vortex signal measured by the frequency measuring means and the amplitude value measuring means is a predetermined relationship stored in the storage means. If not, amplitude value monitoring means for detecting an abnormality,
Duty measuring means for measuring the duty of the vortex signal;
Duty monitoring means for monitoring whether or not the duty measured by the duty measuring means is a predetermined duty, and detecting an abnormality when the duty is not a predetermined duty;
Wherein if the frequency measured by the frequency measuring means determines whether higher than a predetermined monitoring method switching frequency, the to perform the abnormality detection by the duty monitoring means, the measured frequency is the monitoring method by the frequency measuring means If it is determined that the frequency is lower than the switching frequency, the monitoring method switching means for detecting the abnormality by the amplitude value monitoring means ,
A vortex flowmeter characterized by comprising:

The monitoring method switching means is configured to set, as the monitoring method switching frequency, a frequency measured by the frequency measuring means when the flow rate of the fluid to be measured at which the output value of the amplifier is saturated is measured. The vortex flowmeter according to claim 1.