JP6537566B2 - 感温素子の駆動方法、駆動装置、および渦流量計 - Google Patents
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Description
また、変換器では、渦周波数を検出する際に、センサから出力された信号を帯域通過フィルタに通過させてノイズを除去する。例えば、特許文献1には、通過させる帯域通過フィルタを選択する技術が開示されている。
しかしながら、工業計器である渦流量計は危険場所(防爆機器を要す。)に設置されることが多く、センサの駆動電圧を調整し難く、また、この調整中はセンサによる計測を中断しなければならないという問題がある。
第3の技術手段は、上述の感温素子の駆動方法を実施することを特徴とする渦流量計である。
図1は、本発明の一実施形態に係る渦流量計の検出器を示す図であり、例えばフランジ形の検出器1を示している。図2は、図1の検出器によるカルマン渦の検出原理を説明する図である。
変換器10は、流量指示計16、制御部15、通信I/F17、アンプ部18、フィルタ部19等を有し、これらはバスで接続される。流量指示計16には、変換器10で求めた被測定流体の流量などが表示される。
制御部15は、通信I/F17を介して検出器1や外部機器と通信可能である。また、制御部15は、例えば1個あるいは複数個のCPU(Central Processing Unit)等からなり、例えばROMに格納されている各種のプログラムやデータをRAMにロードし、このロードしたRAM内のプログラムを実行する。これにより、渦流量計の動作を制御できる。
フィルタ部19は、可変BPF26、コンパレータ27を有している。可変BPF26は、増幅器21で増幅された渦信号を通し、この渦信号に含まれる不要な周波数帯域の信号を除去する。コンパレータ27は可変BPF26を通過したフィルタ後波形をパルス化する。パルス化されたトリガ波形は、アンプ部18の出力回路22に出力される。
f=St・V/d
fは渦周波数、Vは流体の平均流速、dは渦発生体の幅、Stはストローハル数(定数)である。このストローハル数は、レイノルズ数(流れの状態を決める数値)により変化するが、広範囲のレイノズル数においてほぼ一定となる。
また、上記の制御部15は、抵抗値算出部40、温度補償算出部41、駆動電圧・電流制御部42を有している。
まず、温度補償算出部41は、抵抗値算出部40で求めたセンサ抵抗値と図4(A)に示す抵抗−温度特性41aとから感温素子センサの温度Tを求めている。
感温素子センサに電流を流すと、ジュールの法則にしたがって発熱(自己発熱ともいう)するが、センサの抵抗値は温度に応じて変化するので、センサの感度を求める場合には自己発熱を考慮する必要がある。十分な時間が経過した平衡状態における周囲温度との温度差tは、後述の自己発熱による温度に相当し、センサに流す電流I、所定の比例定数(放熱係数、熱抵抗ともいう)Θによって数4で表される。
感温素子センサの周囲温度と流体の温度が等しい場合、Tw−Taは自己発熱による温度tになり、数7はQ=A・t・hとなる。また、センサの熱容量Cとすると、Q=CΔTであるので、センサの温度変化ΔTは数8で表される。
気体の温度τを一定とみなせば、密度ρは圧力Pに比例する。よって、この比例定数(つまり、M/Rτ)と上記α、Θ、Bを係数βにまとめると、感温素子センサの抵抗変化ΔRは数13で表される。
このV0を、周囲温度が常温(例えば20℃)時のセンサ電圧とすれば、センサ温度Tが常温よりも低くなった場合、駆動電圧・電流制御部42はセンサ駆動電圧VをV0×Vadjに設定し、センサ電圧制御回路23に出力している。
なお、上記では、求めたセンサの抵抗値、センサ温度、センサの感度を各式に代入してセンサ温度、センサの感度、センサ電圧をそれぞれ求める例を挙げて説明したが、抵抗−温度特性のテーブル、温度−感度特性のテーブル、感度−センサ電圧のテーブル、あるいは、温度−センサ電圧のテーブルを用いることも可能である。
センサ温度が約20℃を下回ったにもかかわらず、センサ駆動電圧を変更しなかった場合(比較例と称する)には、渦信号の波高値の変化比率は、図5に破線で示すように0.8を大きく下回るのでセンサの感度も大きく低下する。
さらに、感温素子センサの電圧と電流を計測しており、センサの異常(例えば断線や短絡)も検出可能になる。
なお、上記実施例では感温素子の駆動電圧を求める例で説明したが、感温素子の駆動電流を求めることも可能である。
Claims (4)
- 温度の変化により抵抗値が変化する感温素子の温度特性による出力変化を補償する感温素子の駆動方法であって、
前記感温素子の抵抗値を求める抵抗値算出ステップと、
前記感温素子の駆動電圧または駆動電流を求める温度補償算出ステップと、
該求めた駆動電圧または駆動電流を前記感温素子に出力する駆動電圧または駆動電流制御ステップと
を含み、
前記温度補償算出ステップが、
前記求めた抵抗値に基づいて前記感温素子の温度を求める温度算出ステップと、
該求めた温度に基づいて前記感温素子の感度を求める感度算出ステップと、
周囲温度あるいは被測定流体の温度が変化しても前記感温素子の感度を温度変化の前後で一定に維持するための前記感温素子の感度と該感温素子の駆動電圧または駆動電流との関係に基づいて、前記感度算出ステップで求めた感度から前記感温素子の駆動電圧または駆動電流の補償係数を求める補償係数算出ステップと、
該求めた補償係数に基づいて前記感温素子の駆動電圧または駆動電流を求める駆動電圧または駆動電流算出ステップと
を有することを特徴とする感温素子の駆動方法。 - 前記感温素子が感温素子センサであることを特徴とする請求項1に記載の感温素子の駆動方法。
- 請求項1または2に記載の感温素子の駆動方法を実施することを特徴とする渦流量計。
- 温度の変化により抵抗値が変化する感温素子の温度特性による出力変化を補償する感温素子の駆動装置であって、
前記感温素子の抵抗値を求める抵抗値算出部と、
前記感温素子の駆動電圧または駆動電流を求める温度補償算出部と、
該求めた駆動電圧または駆動電流を前記感温素子に出力する駆動電圧または駆動電流制御部と
を有し、
前記温度補償算出部が、
前記求めた抵抗値に基づいて前記感温素子の温度を求め、
該求めた温度に基づいて前記感温素子の感度を求め、
周囲温度あるいは被測定流体の温度が変化しても前記感温素子の感度を温度変化の前後で一定に維持するための前記感温素子の感度と該感温素子の駆動電圧または駆動電流との関係に基づいて、前記求めた感度から前記感温素子の駆動電圧または駆動電流の補償係数を求め、
該求めた補償係数に基づいて前記感温素子の駆動電圧または駆動電流を求める
ことを特徴とする感温素子の駆動装置。
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