JP5513269B2

JP5513269B2 - 振動式測定装置

Info

Publication number: JP5513269B2
Application number: JP2010134183A
Authority: JP
Inventors: 誠大菊; 小弥太杉本
Original assignee: トキコテクノ株式会社
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: JP2011257363A

Description

本発明は、振動式測定装置に係り、特に起動時における電流抑制と無駄時間の適正化による高精度な流量測定を実現するための振動式測定装置に関する。

従来、被測流体が流れる流路を有するセンサチューブを振動させて被測流体の物理量（質量や密度等）を測定する測定装置として、コリオリ式質量流量計又は振動式密度計と呼ばれる振動式測定装置がある。以下では、被測流体の質量流量を測定するコリオリ式質量流量計について説明する。

上述した振動式測定装置では、例えば、被測流体の質量流量を測定する場合、被測流体が流れるセンサチューブを当該センサチューブの固有振動数（共振周波数）で加振器により管径方向に振動させ、小さな駆動力でセンサチューブの振幅を大きくすることで、質量流量に比例したコリオリ力によるセンサチューブの変位をピックアップにより検出するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、センサチューブにおける被測流体の流速がゼロ（流量＝ゼロ）の場合は、上流側直管部分、下流側直管部分の相対変位が同じであるため、検出信号の時間差がゼロとなる。また、コリオリ力は、センサチューブの振動方向に働き、且つ上流側と下流側とで逆方向に作用するため、センサチューブの中間部分では捩れが生じる。即ち、センサチューブにおける被測流体の流速がゼロ以上のときは、上流側直管部分における変位量に応じた検出信号は位相が進み、下流側直管部分における変位量に応じた検出信号は位相が遅れる。そのため、センサチューブの捩れ角に応じて得られた両検出信号の時間差が質量流量に比例する。

また、センサチューブは、ステンレス材等の金属パイプからなり、例えば、コリオリ力の検出感度を上げるために、肉薄パイプを使用した場合、温度の影響を受けやすくなる。更に、センサチューブを流れる被測流体の温度が大幅に上昇したり、低下した場合には、センサチューブの弾性係数（ヤング率）が変化する。

そこで、近年では、環境温度検出手段が得た温度データに基づいて、振幅制御回路が出力する目標振幅信号を変更する手法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された手法によれば、目標振幅信号に基づいて振幅が大きくされた電流を励振コイルに供給することが可能となり、これによりマグネットの温度低下に伴う磁力線の発生数の低下にかかわらず、センサチューブが発生する実振幅を所定の大きさにすることができる。また、特許文献２に記載された手法によれば、環境温度の上昇に伴い従来技術で起こり得たゼロ点の変化を回避でき、計測精度の向上を図ることができる。

特開昭５８−１１７４１６号公報特開２００８−６４５４４号公報

ここで、上述したような従来技術におけるセンサチューブの振動方式には、共振方式を採用している。しかしながら、この方式を用いた場合には、共振状態においてはセンサチューブを振動させるための消費電力が小さくて済むものの、共振状態に達するまでの加振時に多くの電カを必要とする。

また、従来技術では、時間差演算を精度よく行うために、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）等の高速演算処理が可能な回路を利用しているが、高速で動作させているために消費電流も高くなっている。

したがって、従来では、特に流量計の起動時のピーク電流が高くなるため、供給電源に要求する電源容量が多くなるという課題があった。また、共振状態（センサチューブが正常に振れている状態）になる前に流量計測を行うと、流量の誤計測をしてしまう恐れがあった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、起動時における電流抑制と無駄時間の適正化による高精度な流量測定を実現するための振動式測定装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。

本発明は、被測流体が流れるセンサチューブと、前記センサチューブを加振する加振器と、前記センサチューブの流入側、流出側の変位を検出する変位検出器と、前記変位検出器の検出信号から流入側変位と流出側変位との差から流量を演算する流量演算手段とを備えた振動式測定装置において、前記加振器と前記流量演算手段とに電圧を供給する電源回路を有し、前記電源回路は、前記センサチューブが共振状態になった後に前記流量演算手段が起動するように、前記流量演算手段の起動を遅延させ、更に前記電源回路は、電源電圧が一定値以上になった時点で前記流量演算手段を起動すべくリセット解除信号を出力するリセット回路を有し、前記流量演算手段は、前記リセット回路よりリセット解除信号が出力されたことをもって起動し、更に前記電源回路は、前記センサチューブが充分に共振状態になった後に、前記リセット回路への電源電圧入力信号が一定値以上になるように遅延時間を設定することを特徴とする。

また本発明において、前記センサチューブの振幅を検出する振幅検出手段を有し、前記電源回路は、前記振幅検出手段より得られる振幅が一定値以上になった後に、前記センサチューブが共振状態であると判断することを特徴とする。

また本発明において、前記電源回路は、前記振幅検出手段により得られる振幅が一定値以上になった場合に前記流量演算手段を起動させることを特徴する。

なお、本発明の構成要素、表現又は構成要素の任意の組合わせを、方法、装置、システム、コンピュータプログラム、記録媒体、データ構造等に適用したものも本発明の態様として有効である。

本発明によれば、起動時における電流抑制と無駄時間の適正化による高精度な流量測定を実現することができる。

本発明による振動式測定装置の一実施例が適用されたガス供給装置を模式的に示す系統図である。図１に示すガス供給装置の制御装置が実行するガス供給制御処理の一例を示すフローチャートである。本発明による振動式測定装置の一実施例の正面図である。振動式測定装置の側面図である。振動式測定装置（質量流量計）の流量計測制御回路を示すブロック図である。流量計測制御回路における制御回路の実施例を示す図である。図６に対応する電源起動シーケンスの一例を示す図である。図６に対応する起動時のピーク電流の一例を示す図である。本発明の別の実施例を示す図である。上述した２つの実施例を組合わせた実施例の一例を示す図である。

＜本発明について＞
本発明は、例えばガス充填を行うためのディスペンサ用の質量流量計を実現するために、センサチューブを振動させて質量流量に比例するコリオリ力を入り口側の振動波形と出口側の振動波形に生じる位相差から計測するコリオリ式流量計等に対するものであり、このコリオリ式流量計におけるシステム起動時のピーク電流の抑制と、無駄時間の適正化による高精度な流量測定を実現するものである。

以下に、本発明における振動式測定装置を好適に実施した形態について、図面を用いて説明する。

＜振動式測定装置＞
図１は、本発明による振動式測定装置の一実施例が適用されたガス供給装置を模式的に示す系統図である。図１に示されるように、ガス供給装置１０は、例えば自動車１１の燃料タンク（被充填タンク）１２に都市ガスを所定圧力に圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ；ＣｏｍｐｒｅｓｓｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓ）を供給するガス供給ステーション等に設置されている。

ガス供給装置１０は、大略、都市ガスを所定圧力に圧縮し加圧されたガスを生成する圧力発生ユニット(図示せず)と、圧力発生ユニットにより圧縮されたガスを燃料タンク１２に供給するためのディスペンサユニット１３とを有する。

また、ディスペンサユニット１３のガス供給経路１４には、上流側から順に、ガス供給経路１４を流れるガスの供給量を計測する質量流量計としての振動式測定装置１５と、電磁弁よりなりガス供給経路１４を開又は閉とするガス供給開閉弁１６と、下流側（被充填側）へ供給されるガスの流量・圧力を制御する制御弁１７と、制御弁１７により制御された２次圧力を測定する圧力伝送器（圧力トランスミッタ）１８とが配設されている。

更に、ガス供給経路１４の下流側端部には、ガス充填ホース１９が連通されており、ガス充填ホース１９の下流側端部には、電磁駆動式の三方弁２０が接続されている。三方弁２０は、ガス充填ホース１９が接続された流入ポートａと、脱圧管路２１が接続された排気ポートｂと、ガス充填カップリング２２が接続された充填ポートｃとを有する。この三方弁２０は、ガス充填時に流入ポートａと充填ポートｃとが連通された開弁状態に切替えられ、ガス充填完了後の脱圧操作を行う際に排気ポートｂと充填ポートｃとが連通するように切替えられてガス充填カップリング２２内の圧力を減圧する。

また、圧力伝送器１８は、ガス供給開閉弁１６、制御弁１７の下流に配置され、三方弁２０を流入ポートａと充填ポートｃとが連通された開弁状態に切替えることにより、燃料タンク１２に連通されたガス供給経路１４の圧力を測定することで、間接的に燃料タンク１２の残留圧力を測定することができる。

更に、ディスペンサユニット１３には、制御装置３０、充填開始スイッチ釦３１、充填停止スイッチ釦３２、流量表示器３３が配設されている。ディスペンサユニット１３の制御装置３０は、充填開始スイッチ釦３１がオンに操作されると、ガス供給経路１４に設けられたガス供給開閉弁１６の開閉制御、三方弁２０の切替制御を行うと共に、振動式測定装置１５により測定された流量測定値、及び圧力伝送器１８により測定された圧力測定値に基づいて制御弁１７の弁開度制御を行うことで、燃料タンク１２に目標圧力のガスを充填する。

また、制御装置３０は、振動式測定装置１５及び圧力伝送器１８から出力された流量及び圧力の検出信号により燃料タンク１２に供給された供給量及び供給圧力を演算する。

上記振動式測定装置１５は、被測流体が流れる流路を有するセンサチューブを振動させ、この振動する流路内を流れるガス流量に応じたコリオリ力による管路の流入側と流出側との時間差が流量に比例することを利用して流量計測を行うコリオリ式質量流量計である。なお、振動式測定装置１５の詳細については、後述する。

また、制御弁１７は、制御装置３０からの指令により弁開度が制御されて燃料タンク１２へ供給されるガス供給量（流量は圧力×時間により求まる）を制御する。

また、自動車１１では、ディスペンサユニット１３のガス充填カップリング２２が連結される被充填側のレセプタクル４０と、レセプタクル４０と燃料タンク１２とを連通する管路４１と、管路４１に配設され、燃料タンク１２に充填されたガスの逆流を防止する逆止弁４３とを有する。

制御装置３０のメモリ（ＲＯＭ）には、ガス供給経路１４の下流端部が燃料タンク１２側に連結された状態で、ガス供給開閉弁１６及び制御弁１７を開としてガス供給経路１４に所定圧力のガスを供給する制御プログラムが格納されている。そして、制御装置３０は、後述するようにメモリに格納された各制御プログラムを読み込んでガス供給開閉弁１６の開閉制御、三方弁２０の切替制御を行うと共に、振動式測定装置１５により測定された流量、及び圧力伝送器１８により測定された圧力測定値に基づいて制御弁１７の弁開度制御を実行する。

次に上記構成になるガス供給装置１０におけるガス充填作業について説明する。上記自動車１１の燃料タンク１２にガスを充填する際、作業者は、まずディスペンサユニット１３の掛止部(図示せず)からガス充填カップリング２２を外して自動車１１のレセプタクル４０に結合させる。そして、作業者は、充填開始スイッチ釦３１をオンに操作する。

これにより、制御装置３０は、ガス供給開閉弁１６及び制御弁１７を開弁させて三方弁２０より上流のガス供給経路１４を最大供給圧力（目標圧力）に昇圧させる。次に、制御装置３０は、ガス供給開閉弁１６を閉弁させてから三方弁２０を開弁状態（ポートａ−ｃ連通）に切替えてガス供給開閉弁１６より下流のガス供給経路１４に充填されたガスを燃料タンク１２に供給する。なお、上記所定圧力は、燃料タンク１２の上流に設けられた逆止弁４３の閉弁力（弁体を付勢する力）より充分大きい圧力値に設定されている。

そして、制御装置３０は、ガス供給開閉弁１６より下流のガス供給経路１４の圧力が燃料タンク１２の圧力と均衡した状態になったとき、圧力伝送器１８により測定された圧力測定値をメモリに記憶し、この圧力測定値に基づいて燃料タンク１２の容積及び残留ガス量を演算し、この燃料タンク１２の容積及び残留ガス量に応じた制御則（一定圧力制御或いは一定流量制御）により制御弁１７の弁開度を制御する。

燃料タンク１２へのガス供給が行われて圧力伝送器１８により測定された圧力測定値が目標圧力に達すると、ガス供給開閉弁１６及び制御弁１７を閉弁した後、三方弁２０を脱圧状態に切替えてガス充填カップリング２２の圧力を減圧する。これにより、作業者は、軽い力でガス充填カップリング２２を自動車１１のレセプタクル４０から分離させることが可能になる。

その後、作業者は、ディスペンサユニット１３のガス充填カップリング２２を掛止部(図示せず)に掛止させる。そして、充填停止スイッチ釦３２がオンに操作されると、一連のガス充填作業が完了する。

＜ガス供給制御処理＞
ここで、上記構成になるガス供給装置１０の制御装置３０が実行するガス供給制御処理の例について、フローチャートを用いて説明する。図２は、図１に示すガス供給装置の制御装置が実行するガス供給制御処理の一例を示すフローチャートである。

制御装置３０は、図２のＳ１１において、ガス充填カップリング２２が自動車１１のレセプタクル４０に結合されて充填開始スイッチ釦（充填開始ＳＷ）３１がオンに操作されたか否かを判断し、充填開始スイッチ釦３１がオンに操作された場合（ＹＥＳの場合）、Ｓ１２に進み、燃料タンク１２に充填すべき最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０をメモリから読み込む。このＳ１１において、充填開始スイッチ釦３１がオンに操作されていない場合（ＮＯの場合）、充填開始スイッチ釦３１がオンに操作されるまで後段の処理は行わない。

続いて、Ｓ１３に進み、三方弁２０を脱圧状態（流入ポートａが閉止、排気ポートｂと充填ポートｃとが連通）に切替える。なお、前回のガス供給終了時には、三方弁２０を脱圧状態に切替えているが、本実施例では、三方弁２０より上流側のガス供給経路１４を確実に密閉させるため、三方弁２０の流入ポートａを閉止させる。

次のＳ１４では、ガス供給開閉弁１６及び制御弁１７を開弁させる。これにより、三方弁２０より上流のガス供給経路１４に圧力発生ユニットで生成された高圧ガスが供給される。そのため、三方弁２０より上流のガス供給経路１４を瞬時に最大供給圧力（目標圧力）に昇圧させることができる。

続いて、Ｓ１５に進み、圧力伝送器１８により測定された圧力測定値を読み込み、測定された圧力測定値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０に達したか否かを判断する。このＳ１５において、圧力伝送器１８により測定された圧力測定値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０に達した場合（ＹＥＳの場合）、Ｓ１６に進み、ガス供給開閉弁１６を閉弁させてガス供給経路１４へのガス供給を停止させる。このＳ１９において、圧力伝送器１８により測定された圧力測定値が低下している場合（ＮＯの場合）、測定された圧力測定値が所定時間一定値を維持するまでＳ１８,Ｓ１９の処理を繰り返して待機状態となる。

続いて、Ｓ１７では、三方弁２０を開弁状態（流入ポートａと充填ポートｃとが連通、排気ポートｂが閉止）に切替える。これにより、ガス供給開閉弁１６と三方弁２０との間のガス供給経路１４に充填されたガスは、ガス充填カップリング２２、レセプタクル４０を介して逆止弁４３を開弁させ、自動車１１の燃料タンク１２に供給される。

次のＳ１８では、圧力伝送器１８により測定された圧力測定値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０より低下したか否かを判断する。このＳ１８において、圧力伝送器１８により測定された圧力測定値が低下した場合（ＹＥＳの場合）、Ｓ１９に進み、圧力伝送器１８により測定された圧力測定値が所定時間一定値を維持するか否かを判断する。このＳ１９において、圧力伝送器１８により測定された圧力測定値が低下している場合（ＮＯの場合）には、測定された圧力測定値が所定時間一定値を維持するまでＳ１８,Ｓ１９の処理を繰り返して待機状態となる。

そして、Ｓ１９において、圧力伝送器１８により測定された圧力測定値が所定時間一定値を維持した場合（ＹＥＳの場合）、Ｓ２０に進み、この一定圧力値を燃料タンク１２に残留している充填前タンク圧力値Ｐｔとして記憶する。続いて、Ｓ２１では、燃料タンク１２の容積を上記充填前タンク圧力値Ｐｔから演算する。なお、この燃料タンク１２の容積を求める演算式としては、例えば、ガス供給開閉弁１６と三方弁２０との間のガス供給経路１４の容積と、この容積に充填されたガス量（振動式測定装置１５の流量測定値）との関係式から求まり、既に周知であるので、その詳細な説明は省略する。

次のＳ２２では、ガス供給開閉弁１６を開弁して燃料タンク１２に対するガス供給を開始すると共に、制御弁１７の弁開度を燃料タンク１２の容積に応じた制御則（定圧力上昇制御又は定流量制御等）により制御する。これにより、燃料タンク１２へのガス供給が行われ、タンク圧力も徐々に上昇する。

Ｓ２３では、振動式測定装置１５によりガス供給経路１４を流れるガス流量を計測しており、振動式測定装置１５から出力された流量パルスを積算して瞬時流量及び積算流量（燃料タンク１２に充填されたガス量）を演算する。Ｓ２４では、現時点での積算流量を流量表示器３３に表示する。これにより、流量表示器３３に表示される積算流量の数値が随時更新される。なお、本発明では、Ｓ２３における演算のタイミングを後述する手法により制御することで、起動時のピーク電流の抑制と、無駄時間の適正化による高精度な流量測定を実現する。

次のＳ２５では、現時点での積算流量が予め設定された制御則による目標流量に達したか否かを判断する。Ｓ２５において、現時点での積算流量が目標流量に達していない場合（ＮＯの場合）、Ｓ２６に進み、積算流量が目標流量に近づくように制御弁１７の弁開度を制御する。その後は、Ｓ２３に戻り、Ｓ２３〜Ｓ２６の処理を繰り返す。また、Ｓ２５において、現時点での積算流量が目標流量に達した場合（ＹＥＳの場合）、Ｓ２７に進む。

次のＳ２７では、圧力伝送器１８により測定された圧力測定値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０に達したか否かを判断する。このＳ２７において、圧力伝送器１８により測定された圧力測定値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０に達しない場合（ＮＯの場合）、Ｓ２３に戻り、Ｓ２３〜Ｓ２７の処理を繰り返す。

また、Ｓ２７において、圧力伝送器１８により測定された圧力測定値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０に達した場合（ＹＥＳの場合）、Ｓ２８に進み、ガス供給開閉弁１６、制御弁１７を閉弁させてガス供給経路１４へのガス供給を停止させる。そして、次のＳ２９に進み、三方弁２０を脱圧状態（流入ポートａが閉止、排気ポートｂと充填ポートｃとが連通）に切替える。これにより、ガス充填カップリング２２及びレセプタクル４０の圧力が減圧されると共に、逆止弁４３が圧力差により閉弁する。この後、作業者は、ガス充填カップリング２２をレセプタクル４０から分離させてディスペンサユニット１３の掛止部(図示せず)に掛止させる。これで、燃料タンク１２に対するガス供給作業が終了する。

また、上記Ｓ１８において、圧力伝送器１８により測定された圧力測定値が低下しない場合（ＮＯの場合）、ガス供給開閉弁１６が閉弁できない等の異常が発生しているため、Ｓ３０に進んで警報を発した後、Ｓ２９に進み、三方弁２０を脱圧状態（流入ポートａが閉止、排気ポートｂと充填ポートｃとが連通）に切替えてガス供給を中止する。

＜振動式測定装置（質量流量計）１５の構成例＞
次に、振動式測定装置１５の構成例について説明する。図３は、本発明による振動式測定装置の一実施例の正面図である。また、図４は、振動式測定装置の側面図である。なお、振動式測定装置は、被測流体の密度、及び密度を利用して質量流量を求めることができるため、振動式密度計及びコリオリ式質量流量計として用いられる。振動式密度計とコリオリ式質量流量計とは、同様な構成であるので、本実施例では質量流量計として用いた場合について詳細に説明する。

図３及び図４に示されるように、振動式測定装置（質量流量計）１５は、マニホルド５１と、マニホルド５１の上面に接続され、平行に形成された逆Ｕ字状のセンサチューブ５２，５３と、センサチューブ５２，５３の円弧状の中間部分５２ｃ，５３ｃ間に取り付けられた加振器５４と、センサチューブ５２と５３との流入側の相対変位を検出する流入側振動ピックアップ（変位検出器）５５と、センサチューブ５２と５３との流出側の相対変位を検出する流出側振動ピックアップ（変位検出器）５６を有する。

マニホルド５１は、例えば、直方体形状の金属ブロックからなり、一方の端部に流入口５１ａが設けられ、他方の端部に流出口５１ｂが設けられている。そして、センサチューブ５２，５３の流入側端部５２ａ，５３ａが流入口５１ａに連通され、センサチューブ５２，５３の流出側端部５２ｂ，５３ｂが流出口５１ｂに連通されている。したがって、流入口５１ａに流入された流体は、センサチューブ５２，５３を通過して流出口５１ｂより外部に流出される。

加振器５４は、センサチューブ５２の先端に取り付けられた励振コイル５４ａとセンサチューブ５３の先端に取り付けられたマグネット５４ｂからなる。また、図４に示す流出側振動ピックアップ５６は、センサチューブ５２に取り付けられたセンサコイル５６ａと、センサチューブ５３に取り付けられたマグネット５６ｂとからなる。なお、流入側振動ピックアップ５５は、図４において、流出側振動ピックアップ５６と重なって見えないが、流出側振動ピックアップ５６と同様に、振動するセンサチューブ５２に取り付けられたセンサコイル５５ａと、センサチューブ５３に取り付けられたマグネット５５ｂとからなる。

また、本実施例では、図３に示すように、センサチューブ５２，５３の流入側又はマニホルド５１の流入口５１ａ付近の温度を測定する温度センサ５７が設けられている。

加振器５４、流入側振動ピックアップ５５、流出側振動ピックアップ５６は、図３に示すように正面からみてセンサチューブ５２，５３の中間位置を横切る縦線に対して対称に、且つ加振器５４を中心に流入側振動ピックアップ５５と流出側振動ピックアップ５６とが対称に設けられている。そして、加振器５４は流量計測制御回路６０により駆動制御され、流入側振動ピックアップ５５、流出側振動ピックアップ５６により検出された検出信号は、流量計測制御回路６０に入力される。

加振器５４は、励振コイル５４ａに正負のある交番電圧（交流信号）が印加されて生じる磁界に対してマグネット５４ｂが吸引又は反発することで、センサチューブ５２の中間部分を水平方向（Ｙ方向、図４参照）に振動させる。当然センサチューブ５３へはその反力として同じ力が働き、反対方向に振動する。

流入側振動ピックアップ５５は、センサコイル５５ａとマグネット５５ｂから構成されているので、センサコイル５５ａとマグネット５５ｂが流入側のセンサチューブ５２とセンサチューブ５３と共に近接・離間するため、センサコイル５５ａからは、流入側におけるセンサコイル５５ａとマグネット５５ｂの変位量（変位速度）に応じた検出信号が出力される。

また、流出側振動ピックアップ５６は、上記センサコイル５６ａとマグネット５６ｂとから構成されているので、センサコイル５６ａ、マグネット５６ｂが流出側のセンサチューブ５２，５３と共に、近接・離間するため、センサコイル５６ａからは、流出側におけるセンサコイル５６ａとマグネット５６ｂの変位量（変位速度）に応じた検出信号が出力される。

＜流量計測制御回路６０＞
次に、上述した流量計測制御回路６０について図を用いて説明する。図５は、振動式測定装置（質量流量計）の流量計測制御回路を示すブロック図である。図５に示されるように、流量計測制御回路６０は、本質安全防爆バリア回路７０（以下、バリア回路７０と略称する。）と、信号処理回路８０と、演算回路９０とを有するよう構成されている。

また、信号処理回路８０は、振幅検出・励振検出手段８１と、励振手段８２とを有するよう構成されている。なお、信号処理回路８０は、上述した図３に示す温度センサ５７からの温度信号を、バリア回路７０を介して入力する温度測定手段８３が構成されていてもよい。

また、演算回路９０は、時間差演算手段９１と、流量演算手段９２と、アナログ出力手段９３と、パルス出力手段９４とを有するよう構成されている。なお、演算回路９０は、信号処理回路８０に温度測定手段が構成されている場合には、温度測定手段８３からの温度データを入力してヤング率を演算するヤング率演算手段９５が構成されていてもよい。

なお、流量計測制御回路６０には、外部電源１００から回路全体に電源を供給する電源回路１１０が存在する。

図５に示すバリア回路７０は、本実施形態におけるセンサユニットの各センサコイル５５ａ，５６ａや加振器５４の励振コイル５４、温度センサ５７に対する各信号を本質安全防爆化する。なお、バリア回路７０は、例えば電圧電流制限素子（例えば、ツェナーダイオード，抵抗）等からなる。

信号処理回路８０において、振幅検出・励振検出手段８１は、センサコイル５５ａ，５６ａから得られる検出信号から振幅を検出し、チューブが共振状態の振幅まで増幅されたか否かを検出したり、振幅検出結果等に応じて共振状態の振幅に制御するための励振信号を検出する。

また、振幅検出・励振検出手段８１は、検出した励振信号を励振手段８２に出力する。また、振幅検出・励振検出手段８１は、検出した結果からバリア回路７０における電圧電流制限や電源回路１１０からの電力供給を制御する制御信号を生成してそれぞれに対応する情報を出力する。具体的には、振幅検出・励振検出手段８１は、センサチューブ５２，５３の振動を監視し、共振状態の振幅まで増幅されたか否かを判断し、その結果、充分な振幅が得られている場合には、ハイ（Ｈｉｇｈ）を、充分な振幅が得られていない場合には、ロー（Ｌｏｗ）を電源回路１１０に出力する。なお、この部分についての具体的な説明は後述する。

励振手段８２は、上述した加振器５４の励振コイル５４ａに正負のある交番電圧を印加するための信号を生成し、バリア回路７０を介して励振コイル５４ａに出力する。また、温度測定手段８３は、温度センサ５７により検出された温度信号から温度を測定し、測定された温度データを演算回路９０のヤング率演算手段９５に出力する。

また、例えばマイコンとしての演算回路９０において、時間差演算手段９１は、センサコイル５６ａが検出した信号から、コリオリ力によって生じる流入側と流出側の信号の時間差を計測する。なお、時間差演算手段９１は、ヤング率演算手段９５から得られるヤング率に基づいて、時間差に補正を行うこともできる。時間差演算手段９１は、得られた時間差情報を流量演算手段９２に出力する。

流量演算手段９２は、時間差演算手段９１から入力される時間差情報から流量に換算する。また、流量演算手段９２は、得られた流量情報をアナログ出力手段９３に出力する。また、流量演算手段９２を含む演算回路９０は、後述する電源回路１１０からのリセット解除信号の入力に基づき、流量演算等の演算処理を行う。

アナログ出力手段９３は、流量演算手段９２から入力される瞬時流量に相当するアナログ信号１１１を生成する。また、アナログ出力手段９３は、瞬時流量をパルス出力手段９４に出力すると共に、得られたアナログ信号を、バリア回路７０を介してアナログ信号１１１として出力する。

パルス出力手段９４は、アナログ出力手段９３から入力される瞬時流量から積算流量に相当する流量パルスを生成する。また、パルス出力手段９４は、得られた流量パルスを、バリア回路７０を介して流量パルス信号１１２として出力する。

ヤング率演算手段９５は、時間差演算手段９１における時間差に補正を行うために、温度測定手段８３で測定された温度からヤング率を演算する。また、ヤング率演算手段９５は、得られたヤング率を時間差演算手段９１に出力する。

電源回路１１０は、外部電源１００から得られる電圧を制御し、信号処理回路８０や演算回路９０に電源電圧（Ｖｃｃ）を供給する。また、電源回路１１０は、演算回路９０に対し所定のタイミングでリセット信号やリセット解除信号を出力することにより、適切なタイミングで演算回路９０による流量演算処理等を行わせる。なお、電源回路１１０における具体的な説明については後述する。

上記構成による振動式測定装置（質量流量計）１５において、流量計測時は流量計測制御回路６０によって加振器５４が駆動され、センサチューブ５２，５３の振動特性（固有振動数）に応じた周期、振幅でセンサチューブ５２，５３の中間部分５２ｃ，５３ｃを振動させる。そして、センサチューブ５２，５３は、マニホルド５１に固定された両端を支点として円弧状の中間部分５２ｃ，５３ｃが近接、離間方向（Ｙ方向、図４参照）に振動する。

このとき、振動するセンサチューブ５２と５３に流体が流れると、その流量に応じた大きさのコリオリ力が発生する。そのため、センサチューブ５２の流入側と流出側で動作遅れが生じ、これにより流入側振動ピックアップ５５のセンサ信号と流出側振動ピックアップ５６のセンサ信号との間に位相差が生じる。ここで、この流入側センサ信号と流出側センサ信号との位相差は、流量に比例するため、流量計測制御回路６０は、上述した構成により当該位相差に基づいて流量を演算する。

したがって、センサチューブ５２，５３の変位が流入側振動ピックアップ５５及び流出側振動ピックアップ５６により検出されると、上記センサチューブ５２，５３の振動に伴う位相差が流量計測制御回路６０により質量流量に変換される。

＜実施例＞
ここで、上述した本実施形態であるコリオリ式流量計におけるシステム起動時のピーク電流の抑制と、高精度な流量測定を実現させるための各実施例について図を用いて説明する。なお、本発明部分を明確にするため、以下の図面の説明では従来例と共に示すものとする。また、以下の実施例では、説明を容易にするため、上述した図５に示す流量計測制御回路６０に部分的に対応させて説明し、上述で説明したバリア回路７０等の具体的な構成等は省略するものとする。

図６は、流量計測制御回路における制御回路の実施例を示す図である。また、図７は、図６に対応する電源起動シーケンスの一例を示す図である。また、図８は、図６に対応する起動時のピーク電流の一例を示す図である。なお、図６（ａ），図７（ａ），図８（ａ）は、従来手法による制御回路例を示し、図６（ｂ），図７（ｂ），図８（ｂ）は、本発明手法を用いた制御回路例を示している。また、図６〜図８は、上述した図５に示す電源回路１１０から演算回路９０へリセット信号やリセット解除信号を出力するための制御回路の実施例を示している。

ここで、上述した図５における演算回路９０は、一般的にはマイコンやＤＳＰ等の演算装置を利用し、各演算はソフトウェアで実施している。例えば、このようなシステムにマイコン１２０を用いた場合、電源投入時の電源電圧が不安定な領域で、マイコン１２０が暴走しないようにするため、例えばリセットＩＣ（リセット回路）１３０（本実施例における電源回路１１０内の一部）等を利用して、電源電圧が一定値以上になるまでマイコン１２０（本実施例における演算回路９０に相当）をリセット状態（演算回路９０による各種の演算を行わない作動停止状態）に保つようにしている。なお、リセットＩＣ１３０は、例えば検知する電圧等に応じて複数種類用意されている。

図６（ａ）は従来例であるが、リセットＩＣ１３０の検知電圧入力に電源電圧（Ｖｃｃ）を入力する。これにより、例えば所定の検知電圧以上の場合には、マイコンのＲＥＳ信号（リセット信号）入力は解除状態（即ち、リセット解除信号を出力している状態）となり、また検知電圧未満の場合にはＲＥＳ信号入力はリセット状態（即ち、リセット信号を出力している状態）となる。このような回路構成とした場合の信号処理回路８０、演算回路９０、及び演算回路（＝マイコン）へのＲＥＳ信号入力の関係は、図７（ａ）のようになる。ここで、電源投入からマイコンが動作するまでの時間はｔ１となる。

次に、図６（ｂ）に示す本実施例では、検知電圧入力に、遅延手段として、例えばＣＲによる遅延回路１４０を設けることで、検知電圧入力端子への入力信号の立ち上がり時間を遅延させている。これにより、リセット（演算回路９０による演算を行わせない状態、即ち、演算回路９０において演算のための電力を消費させない状態）が解除されるまでの時間が延びるために、図７（ｂ）に示す本実施例のように、電源投入からリセットが解除されるまでの時間をｔ２（ｔ２＞ｔ１）までに延ばすことができる。つまり、図７（ｂ）に示すリセット信号（ＲＥＳ信号）と時間との関係式において、時間ｔ２に示す区間（ＲＥＳ信号が"Ｌｏｗ"、即ち、演算回路９０がリセット信号を入力している状態）では、リセット状態（演算回路９０による各種の演算を行わない作動停止状態）となり、その後の区間（ＲＥＳ信号が"Ｈｉｇｈ"、即ち、演算回路９０がリセット解除信号を入力している状態）では、リセット解除状態（演算回路９０による各種の演算を行う動作状態）となる。

したがって、本実施例では、この時間ｔ２を、センサチューブ５２，５３の加振を開始してからチューブ振動が共振状態になるまでの時間よりも長くなるように設定することで、図８（ｂ）に示す起動シーケンスを実現することができる。

具体的には、図８に示すように、システム起動後の消費電流においては、センサチューブ５２，５３の駆動用の消費電流と、演算回路９０の消費電流との合計が実際の消費電流となるが、図８（ａ）に示す従来例では、システム起動時の共振状態になっていない状態から共振状態になるまではセンサチューブ５２，５３を振動させるための消費電流が大きくなっている。この状態において、演算回路９０にも電力を供給した場合には、センサチューブ５２，５３が共振状態となってセンサチューブ５２，５３の駆動用の消費電流が低下するまでの間は消費電力（ピーク電流）が高くなってしまうことになる。一方、図８（ｂ）に示す本実施例では、センサチューブ５２，５３が共振状態になっていない場合、即ち、センサチューブ５２，５３の駆動用の消費電力が高くなっている場合（システム起動時から共振状態になるまでの間）は演算回路９０を停止させるため、この区間における演算回路９０の消費電力をなくすことができる。

つまり、図８（ａ）の従来例と比較すると、本実施例では遅延回路１４０を有することにより、センサチューブ５２，５３のチューブ振動が共振状態となるまでの加振器５４で消費される消費電力（ピーク電流）が高い状態のときには演算回路９０に電力を供給しないことにより、電源回路１１０より加振器５４と演算回路９０とへ供給される合計の消費電力（ピーク電流）を低下させるようにされている。したがって、起動時の一時的な消費電力の増大を防止することができる。

なお、上記構成では、電源遮断時等において、電源電圧が下がっていることによりリセットが解除されてしまうことになるため、このような誤動作を防ぐため、別途設けた電源監視ＩＣ（図示せず）により電源電圧低下時には演算回路９０の流量演算のためのプログラムを待機状態とするように制御してもよい。

ここで、上述した遅延回路１４０は、リセットＩＣ１３０と共に上述した電源回路１１０内に設けられるものであるが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えば図５に示す外部電源１００からの電力が電源回路１１０に入力される前に設けられてもよく、また演算回路９０内に設けられていてもよく、更には電源回路１１０と演算回路９０の間に別体として設けられていてもよい。

＜他の実施例＞
次に、本実施形態における他の実施例について図を用いて説明する。図９は、本発明の別の実施例を示す図である。上述した実施例では、電源投入からマイコン１２０（演算回路９０に相当）のリセット解除（演算回路９０による演算を開始するとき）までの時間を延ばすことで、センサチューブ５２，５３が共振状態になってからマイコン１２０が起動するようにしていた。これに対し、本実施例では、上述した振幅検出・励振検出手段８１でセンサチューブ５２，５３の振動を監視することで、センサチューブ５２，５３が共振状態の振幅まで増幅されたことをセンサ５５の信号から直接検出させてマイコン１２０（演算回路９０）へのリセット信号の出力を停止する（或いはリセット解除信号を出力する）ようにしている。

具体的には、図９に示すように、まずセンサコイル５５ａ，５６ａからの信号を振幅検出・励振検出手段８１に入力する。振幅検出・励振検出手段８１では、充分な振幅が得られていない場合にはロー（Ｌｏｗ）出力を、充分な振幅を得られている場合にはハイ（Ｈｉｇｈ）出力となるように構成されている。本実施例では、この振幅検出・励振検出手段８１の出力信号と、マイコン１２０からのラッチ信号をＯＲ回路１５０で結合し、その出力をマイコン１２０のリセット端子に入力する構成としている。このため、電源投入直後では、振幅が不充分であり、かつマイコン１２０はラッチ信号を出力していないため、ＲＥＳ信号はリセット状態となる。

ここで、充分な振幅が得られた段階で、振幅検出・励振検出手段８１がハイ（Ｈｉｇｈ）を出力するので、ＲＥＳ信号はリセット解除状態（リセット解除信号を出力している状態）となり、リセット解除状態となったマイコン１２０は動作を始めることとなる。この電源シーケンスによって上述した図８（ｂ）と同様の動作を実現することができる。なお、マイコン１２０が起動した後には、ラッチ信号をハイ（Ｈｉｇｈ）にすることで、振幅異常によってマイコン１２０が停止することはない。

ここで、本発明を適用できる実施例は、これに限定されるものではなく、例えば、上述した２つの実施例を組合わせても同様の効果を得ることができる。ここで、上述の内容について図を用いて説明する。

図１０は、上述した２つの実施例を組合わせた実施例の一例を示す図である。図１０に示すように、上述した２つの実施例に対してＡＮＤ回路１６０を用いて、振幅検出・励振検出手段８１からハイ（Ｈｉｇｈ）を入力したときと、上述した図６〜図８に示す実施例において、遅延回路１４０により遅延された電圧が供給された場合に、図９に示す処理を行って制御を行う。このように、上述した一方の実施例の出力を他方の実施例の入力として結合することにより、適切な遅延制御を実現でき、高精度な測定を実現することができる。

なお、上述したピーク電流の抑制と無駄時間の適正化による高精度な流量測定に関する処理は、例えば上述した図１における充填開始スイッチ釦３１が押されたときに実行され、充填停止スイッチ釦３２が押されたときには終了する。また、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えば上述した図１に示す三方弁２０からガス充填カップリング２２までのノズル等に設けられるノズルスイッチ等により、例えば電源回路１１０による電源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行ってもよい。

上述したように、本発明によれば、起動時における電流抑制と無駄時間の適正化による高精度な流量測定を実現することができる。具体的には、本発明によれば、ＣＲによる遅延回路という簡単な構成で、電源シーケンスを調整でき、その結果目的とした起動時のピーク電流抑制を実現できる。更に、センサチューブの状態を直接監視することで、センサチューブの振動が共振状態になったことを、より高い確度で検出できる。これにより、起動時の一時的な消費電力の増大を防止することができる。

更に、本発明によれば、演算回路の遅延制御により共振状態（センサチューブが正常に振れている状態）になる前に流量計測を行わないため、流量の計測を高精度に行うことができる。

以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１０ガス供給装置
１１自動車
１２燃料タンク
１３ディスペンサユニット
１４ガス供給経路
１５振動式測定装置（質量流量計）
１６ガス供給開閉弁
１７制御弁
１８圧力伝送器
１９ガス充填ホース
２０三方弁
２１脱圧管路
２２ガス充填カップリング
３０制御装置
３１充填開始スイッチ釦
３２充填停止スイッチ釦
３３流量表示器
４０レセプタクル
４１管路
５１マニホルド
５１ａ流入口
５１ｂ流出口
５２，５３センサチューブ
５２ａ，５３ａ流入側端部
５２ｂ，５３ｂ流出側端部
５４加振器
５４ａ励振コイル
５４ｂ，５５ｂ，５６ｂマグネット
５５流入側振動ピックアップ（変位検出器）
５５ａ，５６ａセンサコイル
５６流出側振動ピックアップ（変位検出器）
５７温度センサ
６０流量計測制御回路
７０本質安全防爆バリア回路
８０信号処理回路
８１励振手段
８２振幅検出・励振検出手段
８３温度測定手段
９０演算回路
９１時間差演算手段
９２流量演算手段
９３アナログ出力手段
９４パルス出力手段
９５ヤング率演算手段
１００外部電源
１１０電源回路
１１１アナログ回路
１１２流量パルス
１２０マイコン
１３０リセットＩＣ
１４０遅延回路
１５０ＯＲ回路
１６０ＡＮＤ回路

Claims

被測流体が流れるセンサチューブと、前記センサチューブを加振する加振器と、前記センサチューブの流入側、流出側の変位を検出する変位検出器と、前記変位検出器の検出信号から流入側変位と流出側変位との差から流量を演算する流量演算手段とを備えた振動式測定装置において、
前記加振器と前記流量演算手段とに電圧を供給する電源回路を有し、
前記電源回路は、前記センサチューブが共振状態になった後に前記流量演算手段が起動するように、前記流量演算手段の起動を遅延させ、
更に前記電源回路は、電源電圧が一定値以上になった時点で前記流量演算手段を起動すべくリセット解除信号を出力するリセット回路を有し、
前記流量演算手段は、前記リセット回路よりリセット解除信号が出力されたことをもって起動し、
更に前記電源回路は、前記センサチューブが充分に共振状態になった後に、前記リセット回路への電源電圧入力信号が一定値以上になるように遅延時間を設定することを特徴とする振動式測定装置。
前記センサチューブの振幅を検出する振幅検出手段を有し、
前記電源回路は、前記振幅検出手段より得られる振幅が一定値以上になった後に、前記センサチューブが共振状態であると判断することを特徴とする請求項１に記載の振動式測定装置。
前記電源回路は、
前記振幅検出手段により得られる振幅が一定値以上になった場合に前記流量演算手段を起動させることを特徴とする請求項２に記載の振動式測定装置。