JPH01138419A - 物質の質量流量を測定する装置および物質の質量流量を測定する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は全体として戸型質量流量計に関するものであシ
、更に詳しくいえば、流れる質量を流す１本または複数
の円筒状の管へ結合され、戸加速度を受けるように駆動
すなわち励振される運動検出器から得た２つの電気信号
を処理する改良した方法および回路に関するものである
。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕まっすぐ
な管、曲った管またはループ状にされた管中にひき起さ
れる戸力またはその戸力からの作用を測定することによ
り得ることができる情報を処理するために数多くの技術
が知られている。

たとえば、米国特許第３，３２９ρ１９号、第３，３５
５，９４４号および第３，４８５，０９８号の各明細書
に記載されている技術においては、「駆動」点の両側に
おける管の変位速度が測定され、それらの測定値の差が
、質量流量を指示するように較正されている交流電圧計
を用いて読取られる。しかし、後で指摘するように、質
量流量を指示する手段として２つの速度信号の差を用い
ることには、駆動振動数に対応する係数Ｗが含まれる。

駆動振動数が一定でないとすると、質量流量の決定に誤
差７５（生ずる。

また、共振運動の下においては、駆動振動数Ｗは流体の
密度とともに変化し、それらの変化により質景流量測定
に大きい誤差が生ずる。前記米国特許に開示されている
技術にはそのような誤差の発生源は認識していない。

前記米国特許に開示されている技術では、測定した２つ
の「速度」信号の和に比例する信号で駆動手段の制御も
行っている。しかし、類似の回路の使用において、回路
の部品が老化すると、または部品を交換すると、ある区
は管の駆動手段（たとえば磁石とコイルの少くとも一方
）を交換すると、速度信号の和は一定の駆動レベルを供
給しない。したがって、質量流量測定の誤差は駆動の振
幅の変化に正比例するか゛ら、流量計の再較正が必要と
なる。

米国特許第４．６６０，４２１号および第４，６５５．
０８９号の各明細書には、質量流量による移相量の非直
線的な変化を検出する技術が開示されている。それらの
技術は有効であるが、信号処理の観点からは望ましくな
い。前記米国特許第４，６５５，０８９号明細書には、
米国再発行特許第ＲＩ３１，４５０号、米国特許第４４
２２．３３８号、第４，４９１ρ２５号の各明細書に開
示されている時間差法が、駆動振動数の変化に伴う諸問
題を正しく考慮に入れるととに失敗した理由も述べられ
ている。前記米国特許に開示されている各装置は、運動
検出器中にスプリアス信号を生じさせる過大な震動ノイ
ズまたは油圧ノイズにより悪影響を受けることがある。

それらのノイズは円筒状管内に望ましくない共震震動モ
ードを励振し、そのために信号の測定が悪影響を受ける
。

振動の中心平面またはその近くで正確に測定するために
、前記米国特許第４，４２２，３３８号明細書に記載さ
れている技術は、運動の全範囲にわたって実際の運動を
直線的に表すアナログセンナを使用することを要求して
いる。しかし、そのために±の技術を実現するコストが
高くなり、構成が複雑になる。

米国特許第３，１３２，５１２号および第３，２７６．
２５号の各明細書には、「速度」ピックアップ装置から
得たアナログ信号を処理する方法が開示されている。し
かし、その方法は、信号処理のための基準信号を得るた
めに駆動モータ、または別の速度ピックアップを必要と
する。一対の検出コイルと一対の基準コイルを必要とす
る以外に、検出コイルを逆直列に接続する。これは、電
流量における無流量信号を得るために検出ピックアップ
を正確に整合させることを必要とする。

したがって、本発明の目的は、震動させられる管に固定
されている２個のセンサから得られ、震動数に依存せず
、かつ流体の密度に悪く依存しない情報を用いて質量流
量を測定する新規な方法および新規な回路を得ることで
ある。

本発明の別゛の目的は、経年変化や部品パラメータのド
リフトによりひき起される駆動レベルの変化により較正
が悪影響を受けることがない前記した種類の方法および
回路を得ることである。

本発明の目的は、質量流量とともに直線的に変化する連
続出力信号が得られる前記した種類の方法および回路を
得ることである。

本発明の目的は、外部の機械的なノイズ、または内部の
油圧ノイズ、あるいは装置の動作周波数に近い周波数に
おける共振動作モードによる悪影響を受けない前記した
種類の方法および回路を得ることである。

本発明の別の目的は、全測定範囲にわたって直線的に応
答する運動ピックアップ装置を必要としない、前記し７
’Ｃｆｌ［類の方法および回路を得ることである。

本発明の更に別の目的は、基準入力を得るために付加信
号の発生を必要としない前記した種類の方法および回路
を得ることである。

〔課題を解決するための手段〕

要約すれば、本発明の好適な実施例は、２個の運動ピッ
クアップ装置から受けた入力に応答して、それらの入力
の差に正比例する「差」信号を発生する減算回路と、周
波数依存性を１桁だけ低くし、差信号の位相を９０度だ
け推移させる積分器回路と、２個のピックアップによυ
発生され九信号に応答し、それらの信号の和に比例する
「和５」信号を発生する加算回路と、積分された差信号
を和信号で除して、２個のピックアップが取付けられて
いる管を流れる質量の流量に正比例する出力信号を発生
する割算回路とを含む。

本発明に従って、非常に正確な質量流量測定値を得るた
めに「速度測定値」が利用される。これは、前記米国再
発行特許ＲＩＥ３１，４５０号に開示されている、１速
度測定値」が「たかだか最少の結果」を与えることとは
対照的である。更に詳しくいえば、前記米国特許第３，
４８５，０９８号およびＲＦ３１．４５０号には、開示
されている方法と装置は１「２つの測定されない対抗す
る力、すなわち、質量の速度ひっばり力および加速度に
より発生される力を最小にしたシ、なくしたシするため
にとくに構成される。この試みは、それらの力が、ねじ
ればねの力の０，２％より少い累積量まで存在するよう
な点まで成功している。」ことが示されている。

前記米国再発行特許ＲＥ３１，４５０号に開示されてい
る技術とは対照的に、本発明は、十分に大きい競合する
力が存在する場合にも質量流量を測定する方法を提供す
るものである。たとえば、管の駆動振動により、管が静
止位置にある時の零から、コリオリの力によりひき起さ
れる質量流量の大きさを、管が最も大きく動いている時
の大きさよシ何桁も大きくこえた値まで変化する慣性加
速度を生ずる。また、前記米国特許第４，６６０，４２
１号に開示されているようならせん管は、それを「ねじ
る」すなわち歪ませる力をらせん管に加えることができ
る流体の静圧および遠心力の結果として生ずる余分の力
を受ける。そのような管、または三次元の性質を持つそ
の他の管を前記米国再発行特許ＲＥ３１，４５０号に開
示されている技術範囲内で用いたとすると、質量流量測
定の確度に悪影響を及ぼす。

また、前記米国再発行特許ＲＥ３１，４５０号に開示さ
れている技術と更に対照的に、その米国再発行特許に開
示されている技術の「測定されない対抗する力」を最小
にしなければならないという制限なしに、震動する管の
振動サイクル全体くわたって質量流量を測定する新規な
方法を提供するものである。

本発明の重要な利点は、２個のピックアップ装置の応答
特性の高調波の内容を正確に一致させる必要がない信号
処理回路が得られることでおる。

本発明の別の利点は、電気的なノイズ源、機械的なノイ
ズ源、油圧的なノイズ源の少くとも一方から運動ピック
アップに導入される余分な電気的ノイズ除去できる回路
が得られることである。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

まず、センサ管１０を含んでいるコリオリ質量流量測定
装置が簡略に示されている第１図を参照する。センサ管
１０は任意の形にできるが、説明のために、米国特許第
４；６６０，４２１号に開示されている種類のクロスオ
ーバループとして示しである。

しかし、センサ管は任意の形のものを利用できることを
理解すべきである。図示のように、センサ管１０は細長
い全体としてらせん形に巻かれたクロスオーバループ１
２を含む。そのループの各端部は支持体１４．１６へ適
当に取付けられる。ループ１２の駆動部１８ヘループを
励振する磁気駆動源りが結合される。その磁気駆動源は
矢印２０で示すようにループ１２を上下に震動させる。

ループの左端部２２と右端部２４ヘビツクアツプＰｉ、
Ｐ２がそれぞれ取付けられる。ここで説明している実施
例においては、それらのピックアップは「速度型」ピッ
クアップでちる。しかし、たとえば「位置」型または「
加速度」型ピックアップのような他の適当な種類のピッ
クアップを使用できることがわかるであろう。また、ピ
ックアップＰＩ　、　Ｐ２は管の向き合う位置または「
対称的に向き合う」位置に配置する必要はないことがわ
かるであろう。

駆動部りの駆動エネルギー、典型的には交流電圧の態様
の駆動エネルギーが電子駆動制御およびモニタ装置２６
により供給される。この装置２６はピックアップＰｉ　
、Ｐ２によ多発生される信号も受け、それらの信号に応
答して、記録または表示のために質量流量情報を発生す
る。従来から周知のように、駆動エネルギー源りにより
化−プ１２へ加えられる振動力に応答して、対応する運
動がループ端部２２．２４へ伝えられて、ピックアップ
ＰＬ、Ｐ２により検出される。また、周知のように、ル
ープ１２の中を質量が流れると、それぞれのピックアッ
プによ）発生される信号は、ループ１２の中を流れる物
質の質量流量に関連する量だけ異なる。

上記のように、振動の中間平面を通る管運動検出点の通
過時間差を測定すること（前記米国特許第４．４２２，
３３８号、第４，４９１，０２５号または米国再発行特
許ＲＦＥ３１．４５０号）、または検出された２つの信
号の間の位相差を測定すること（前記米国特許第４，６
６０，４２１号）、するいは駆動エネルギー源りへの入
力が一定に保たれた時に質量流量の測定値として、２個
のセンサの出力の間の電圧差を測定すること（前記米国
特許第３，３２９，０１９号、第３．３５５，９４４号
、第３４８５ρ９８号）、が従来行われてきた。しかし
、先に述べたように、それらの測定技術にはある欠点が
ある。

第２図には、本発明の新規な信号処理回路および方法が
全体としてブロック図で示されている。

この信号処理回路は差を求める要素すなわち減算器３０
と、加算器３２と、積分器３４と、割算器３６とを含む
。図かられかるように、減算器３０は、ピックアップＰ
ｉ、　Ｐ２によυ発生された電圧信号Ｖｌ、Ｖ２に応答
して差信号■３を発生する。

Ｖ３＝Ｖ１−Ｖ２　　　　　　　　　　　　（１）その
差信号■３は積分器３４により時間積分されて電圧ｖ５
を発生する。

Ｖ５＝／１（Ｖｌ−Ｖ２）ｄｔ　　　　　　　　（２）
それと同時に、加算器３２は電圧■１と■２に応答して
和電圧■４を発生する。

Ｖ４＝Ｖ１＋Ｖ２　　　　　　　　　　　　（３）それ
らの電圧ｖ４と■５は割算器３６へ入力される。割算器
３６は電圧ｖ５を電圧ｖ４で除して出力電圧ｖ６を発生
する。

ｖ６＝ｖｓ／ｖ４　　　　　　　　　　　（４）この出
力電圧ｖ６は質量流量に正比例する。しかし、従来の技
術とは対照的に、その出力信号には、前記した種類の擾
乱により生ずる誤差が含まれない。

本発明の技術的思想を説明するために、下記の例につい
て考えてみることにする。流れがない条件で、励振電圧
がＡ　ｅ　ｗ　ｃｏｓ　ｗｔとする〇ここに、 Ｗ＝駆動「点」Ｄに加えられる駆動周波数または励振周
波数、 Ａｅ＝ピックアップＰ１．Ｐ２が増付けられている場所
における「励振」振幅すなわち駆動振幅、である。

速度ピックアップＰＬ、Ｐ２により発生される電圧信号
は、次式で嚢されるように相互に、かつ励振電圧に等し
い。

ｖ１＝　ｖ２　＝　Ａｅｗ　ＣＯ８ｗｔ　　　　　　　
　（５）しかし、管１０の中を質量が流れると、次式の
ように示すことができる。

Ｖｌ　＝ｗ　（（Ａｅ　ｃｏｓ　ｗｔ）＋　（Ａｒ　ｓ
ｉｎ　ｗｔ）：１およびＶ２＝ｗ［（Ａｅ　ｃｏｓ　ｗ
ｔ）　＋　（Ａｒ　ｓｉｎ　ｗｔ　）　）、（７） ここに、Ａｒ＝ピックアップＰｉ、Ｐ２が設けられてい
る場所における「応答」振幅（すなわち、「コリオリ」
振幅）である。

円筒状の管の構造がコリオリカに応答してフックの法則
に従うと仮定すると、次式のように示すこともできる。

Ａｒ　＝　ｋ　Ａｅｗ　Ｑｍ したがって、 Ｑｍ＝Ａｒ／ｋＡｅｗ　　　　　　　　　　　　（ｓ）
ここに、ｋは比例定数（温度に依存する）、Ｑｍは決定
すべき質量流量である。

したがって、式（６）とく７）からｖ３とｖ４　を求め
ることができる。

Ｖ３＝Ｖｌ−Ｖ２＝−２ｗＡｒｓｉｎｗｔ　　　　　　
　（９）Ｖ４＝Ｖ１＋Ｖ２＝２ｗＡｅｃｏｓｗｔ　　　
（１０）および Ｖ５＝　／　（Ｖｌ−Ｖ２）ｄｔ＝２Ａｒｃｏａｗｔ　
　（１１）Ｖ６＝　Ｖ５／Ｖ４　＝　Ａｒ／’ｗ　Ａｅ
　　　　　（１２）であるから、ｖ６はＱｍに直接関連
することがわかる。

すなわち、 Ｑｍ　＝　（１／ｋ　）　Ｖ６　　　　　　　　　　（
１３）運動応答検出器から互いに逆位相の信号、すなわ
ち、（５）式でｖｌが一■２に等しい、を発生するよう
に、第１図に示されている管が振動するようにして励振
される場合には、質量流量に比例する信号を発生するた
めの信号の処理においては、積分された和信号を差信号
で除さなければならない。

あるいは、検出器の一方のコイルを巻く向きを逆にする
ことにより同じ機能を行うことができる。

したがって、第２図にブロック図で示されている装置は
純粋にアナログであって、タイミング測定を含まないこ
とがわかるであろう。

本発明の要旨は差信号Ｖ３＝Ｖ１−Ｖ２を用いることで
始まる。

信号■３の性質、特徴および情報内容は、前記米国特許
筒３，３５５，９４４号および第３．４８５ρ９８号の
各明細書に添附されている図面の第１０図に示されてい
る差動増幅器の出力に完全に類似する。

この差信号に対して本発明により行われる付加処理、す
なわち、積分と、積分された結果のｖｌ　と■２の和に
よる除算とが、流体密度の変化と、駆動振幅の変化と、
周波数の変化とが質量流量Ｑｍの測定確度に及ぼす悪影
響を解消することにより、上記米国特許により開示され
ている方法が大きく改良される。

第３図には、本発明の装置の実際の構成例を示すブロッ
ク図が示されている。この実施例においては、２つの速
度ピックアップＰｉ、Ｐ２の出力が増幅器Ｕｌ　、　Ｕ
２により増幅される。可変抵抗Ｒで示すように、それら
の増幅器の出力の振幅がほぼ等しくなるように、等しく
ない検出された速度信号を補償するために各入力チャネ
ルの利得が調節される。増幅器Ｕｌ、Ｕ２の出力は差増
幅器Ｕ３と和増幅器Ｕ４へ加えられる。差増幅器Ｕ３と
和増幅器Ｕ４にはいくらか利得があるが、差増幅器Ｕ３
の差信号出力は２つの入力電圧の差に比例し、和増幅器
Ｕ４による和信号出力は２つの入力電圧の和に比例する
。

差信号は、積分増幅器Ｕ５を用いて積分するととＫより
更に処理され、積分された差信号は第１のロックイン増
幅器Ｕ７へ加えられる。和チャネルにおいては、和増幅
器Ｕ４による和信号出力は第２のロックイン増幅器Ｕ８
へ加えられる。それら２つのロックイン増幅器Ｕ７とＵ
８は、和増幅器Ｕ４の出力を０ポルトでバイアスされて
いる比較器Ｕ６で処理して、和信号と同じ周波数を持つ
方形波を構成して得た共通基準信号を使用する。

その方形波は両方のロックイン増幅器への基準入力とし
て用いられる。第３図に示す実施例は２つのロックイン
増幅器Ｕ７　、Ｕ８を含むが、増幅器Ｕ８の代シに精密
な増幅器またはピーク検波器等を使用できることを指摘
しておく。

ロックイン増幅器の動作を知る１つの方法は、ロックイ
ン増幅器が非常に狭帯域の周波数選択整流器に似ている
ことである。基準周波数以外に、余分な信号を運動検出
ピックアップＰｉ、Ｐ２中に含ませる外部の機械的ノイ
ズまたは装置内の油圧の脈動による付加信号のような任
意の周波数が信号中に存在すると、それらの周波数はロ
ックイン増幅器により除去される。ロックイン増幅器の
出力は直流電圧である。それらの電圧はバッファ段Ｕ９
　、　ＵＩＯにより増幅されてから、基準チャネル内の
電圧−周波数変換器ＵｌｌとＵ１２によりその電圧に比
例する周波数に変換される。

電圧−周波数変換器Ｕｌｌ、Ｕ１２からの各サイクル出
力をカワントするためにカワンタＵ１３　とＵ１４が用
いられる。それらのカワンタの出力はマイクロプロセッ
サＭＰへ送られる。このマイクロプロセッサはカワンタ
Ｕ１３のカワント出力をカワンタＵ１４のカワント出力
で除す。すなわち、カワンタＵ１３　のカワント値Ｎ１
がカワンタＵ１４のカワント値Ｎ２で除される。その商
は質量流量に直線的に関連する。マイクロプロセッサＭ
Ｐの出力は適当な読出し器Ｒへ入力される。この読出し
器は電流、電圧２周波数のかたちで出力信号を発生し、
または可視表示器で表示される。

第４図には、本発明にロックイン増幅器を使用すること
により達成されるある利点を理解する助ケトシて、ロッ
クイン増幅器の主な部品を示す回路図が示されている。

基本的には、ロツ（イン増幅器は位相検出器である。こ
の位相検出器は、特性のそろった抵抗Ｒ１、Ｒ２（利得
＝−１に対して）と、利得反転スイッチ増幅器５２と、
ＲＣフィルタ５４とを含むものと考えることができる。

スイッチの位置は基準入力の極性により決定される。入
力端子５６への信号入力がノイズを含まない正弦波であ
って、それの位相が、回路点５８へ加えられた基準信号
の位相と同じであるとすると、利得反転スイッチ５２の
出力は全波整流された正弦波の形を有する。その出力は
低域フィルタ５４によりＰ波される。その出力は利得反
転スイッチ増幅器５２の出力の値に比例する。しかし、
入力信号と基準信号の位相が互いに９０度異なると、ス
イッチ増幅器５２のｆ波された出力は零である。

したがって、積分器の出力は入力信号の基本成分のＲＭ
Ｓ値と、入力信号と基準信号の間の位相角の余弦とに比
例する。したがって、ロックイン増幅器の全伝達関数は
、 Ｅｊｏｕｉ　＝Ｅｉｎ　ＣＯ９φ　　　　　　　　（１
４）で与えられる。ここに、φは入力信号と基準信号の
間の位相角である。

利得反転スイッチ増幅器５２と出力フィルタはそれの入
力周波数からの信号情報を直流電圧へ伝えるから、その
フィルタの時定数は、信号に伴うノイズを除去するため
に必要な狭い帯域幅を得るために必要な限シ長くされる
。ノイズは出力中の信号の真値を中心として対称的に変
化するから、ノイズは出力中には含まれない。

電圧−周波数変換器Ｕｌｌ、Ｕ１２は典型的には電圧制
御発振器であって、それの出力が入力電圧に比例して変
化する。積分（二重勾配）アナログ−デジタル（Ａ−Ｄ
）変換器のような他の種類の「変換器」または比率計Ａ
−Ｄ変換器をこの機能のために採用できる。

コリオリ質量流量測定装置においては、流量計を通る流
体の脈動の形の油圧ノイズが含まれることがあり、した
がって望ましくない電気ノイズが配線により拾われるこ
とがある。流量計が組込まれているパイプ中に存在する
ことがある機械的な性質の電気ノイズを除去し、基準信
号の周波数と同じ周波数の信号のみを選択的に通し、基
準信号と同相でない信号は同じ周波数であっても（ｃｏ
ｓφだけ）減衰するロックイン増幅器の性能により、純
粋にデジタルである位相測定装置の震動およびノイズよ
シもはるかに高いレベルの震動とノイズを本発明が取扱
うことができる。

また、電気的、機械的または油圧的なノイズ源から運動
ピックアップＰｉ　、　Ｐ２に導入されたノイズを除去
する能力の他に、運動ピックアップＰＩ。

Ｐ２の設計において調波応答特性を正確に一致させない
こともできる。その結果として、一方のピックアップに
より発生させられた調波ひずみが他方のピックアップに
より発生されたそれとは異なることがらシ得る。このこ
とは、差、増幅器への２つの各波形入力の調波ひずみが
異なる場合にとくにそうである。したがって、ピックア
ップＰ１とＰ２の間の調波ひずみにより、ピックアップ
Ｐ１とＰ２の出力信号が大きく異なるようにされること
がある。

差信号への基本波の寄与が（前記したように増幅器Ｕ２
の利得調節により）最小に゛されているから、調波ひず
みが存在すると、第２図に示す回路においては、■６対
質貴流量の応答が非直線的となることがある。しかし、
差チャネルと和チャネルにロックイン増幅器を含ませた
ことにより、全ての調波ひずみが効果的に除去されるか
ら、運動の全範囲にわたって直線的であるピックアップ
を設計するための余分の費用を支出することなしに、応
答の直線性を改善できる。したがって、ロックイン増幅
器は、機械的、電気的または油圧的なノイズ源から生ず
る電気ノイズ／電子ノイズを除去することに加えて、多
くの目的を果す。

第５図には第２図に示す回路の別の実施例が示されてい
る。この実施例では、差増幅器Ｕ３とロックイン増幅器
Ｕ７の間の回路に積分器Ｕ５を用いる代りに、和増幅器
Ｕ４の入力端子とロックイン増幅器Ｕ８の入力端子を接
続する回路に微分器Ｕ５’を用いる。いずれの実施例で
も、得られる結果は同じであることがわかるであろう。

第６図には、電圧−周波数変換器およびカヮンタＵｌｌ
−Ｕ１３　、Ｕ１２−　Ｕ１４　の代υに、アナログ−
デジタル変換器を用いてバッファＵ９　ト０１０のアナ
ログ出力をプロセッサが処理できるデジタル信号に変換
するためにアナログ−デジタル変換回路を用いる、第２
図の回路の別の実施例が示されている。

読出し装置により表示すべき出力信号を発生するために
、バッファＵ９とＵＩＯの出力が比隼計アナログーデジ
タル変換器へ加えられる、別の実施例が第８図に示され
ている。

第７図は、バッファＵ９とＵＩＯの出力が割算器へ加え
られ、その割算器の出力が電圧−電流変換器または電圧
−周波数変換器へ加えられ、その変換器の出力が読取シ
器により表示されるように構成された、第２図に示す回
路の更に別の実施例を示す。

先に指摘したように、本発明の信号処理法の目的は、Ａ
ｒ／ｗＡｅ　に比例する信号を得るように運動ピックア
ップＰｉ、Ｐ２からの信号を取扱うことである。これを
行う別のやυ方は、周波数Ｗの測定と一緒に、差信号ｖ
３を和信号ｖ４で除すことである。差信号と和信号は時
間的に４分の１ずれているから、ロックイン増幅器のた
めの基準信号は、第９図に示されている積分器または微
分器を用いて位相を９０度ずらさなければならない。図
示のように、この別の実施例は、Ｎ１に比例する差信号
をＮ２に比例する和信号で除し、その商を周波数Ｗで除
してＮｌ／ｖＮ２を得る手段を与えるものである。その
値は質量流量に直線的に関連する。

第１０図は、第２図に示されている積分器を用いる代シ
に、第１の割算器で電圧Ｖ３をｖ４で除して電圧Ｖ５＝
Ｖ３／Ｖ４を得るようにした本発明の別の実施例を示す
。この電圧と、駆動周波数値Ｗに比例する周波数値とが
第２の割算器へ入力される。この第２の割算器は質量流
量に比例する出力電圧Ｖ６　＝　Ｖ５／Ｗを発生する。

２つの割算器の代りに、適切にプログラムされたマイク
ロプロセッサを使用できることがもちろんわかるであろ
う。

そのマイクロプロセッサは入力Ｖ３．Ｖ４とＷに応答し
て電圧■６を発生する。

先に述べたように、前記米国特許第３，３２９，０１９
号、第３，３５５，９４４号および第３，４８５，０９
８号に開示されている技術は、２つの速度ピックアップ
から得た信号の差を交流電圧計へ供給し、ピックアップ
から得た同じ２つの信号の和で駆動手段の駆動振幅を制
御する。それらの技術の２つの容易に明らかな２つの欠
点のうちの１つは（９）式により示されている。詳しく
いえば、電圧ｖ３の振幅に周波数Ｗが含まれていること
がわかる。その周波数は駆動電圧の周波数であって、そ
の周波数が少しでも変化するとその変化が、指示される
質量流量中に誤差として現われる。流量計が共振状態で
動作しているとすると、駆動周波数は流体密度に応じて
もちろん変化する。したがって、駆動周波数への望まし
くない依存性に加えて、共振動作中の駆動周波数が流体
の密度とともに変化して、許容できない誤差を生ずる。

それとは逆に、駆動周波数を制御するために和信号を用
いると、上記３つの米国特許に開示されている技術には
、部品が経年変化したシ、たとえば駆動手段を交換した
りすると、駆動レベルが変化し、かつ（８）式に示され
ているように、励振振幅が変化すると応答振幅も変化す
るという第２の問題が起る。したがって、２つの入力信
号の和を基にして駆動信号を制御すると、部品の経年変
化または交換、あるいは何らかの理由で部品の特性が変
化した場合に較正誤差が生ずることがある。従来技術の
それら２つの欠点は、本発明において、差信号を積分し
て望ましくない周波数依存性を除去することにより解消
される。したがって、駆動信号の振幅が質量流量測定値
に及ぼす影響２つの信号の和を基にして制御しようとす
るよシは、積分された差信号を和信号で除す方が好まし
い。

前記米国特許第４，６６０，４２１号明細書に記載され
ている技術は、質量流量への測定された位相差の正接依
存性に関するものである。この非直線関係は、当然のこ
とであるが、質量流量に対して直線的な関係を有する信
号を発生したいと望んでいる人の立場からみれば好まし
くない。なんζなれば電子技術の立場からは非直線信号
を取扱うよシは直線信号を取扱うことが容易であるから
である。

本発明はそのような直線関係を提供するものである。

前記米国特許第４，６５５．０８９号に開示されている
技術は、移相量を質量流量に関連づける位相測定技術に
関するものであって、差速度測定値または差電圧測定値
を用いる差信号技術が、３度よシ大きくないことがある
小さい移相範囲においてのみ直線的である。本発明は、
速度差法についての上記米国特許の欠点を同様に解消す
るものである。

この米国特許には、米国再発行特許ＲＥ３１，４５０、
米国特許第４，４２２，３３８号および第４，４９１，
０２５号に開示されている方法が、質量流量の測定に誤
差を生じさせることがある周波数または周波数変化を正
しく考慮に入れることに失敗した理由も述べられている
。また、本発明は、測定される信号に対する周波数の影
響を正しく考慮に入れ、問題が起きないようにその依存
性を除去するものである。

前記米国特許第４，４２２，３３８号と第４，４９１．
０２特および米国再発行特許ＲＥ３１，４５０に開示さ
れている時間差測定技術も間欠型測定技術であって、そ
れの確度は信号中の調波ひずみＫよシ影響を受けること
がある。米国特許第４，４２２，３３８号明細書には、
振動の中心面を常に「追従する」ために、運動検出ピッ
クアップは、全運動範囲にわ九って直線的な出力を生じ
なければならないことが示されている。したがって、直
線的彦センサの出力を用いることが求められた。本発明
においてはそのような制約は課されず、ピックアップの
応答°特性が直線的であるという要求もされない。

米国特許第４，４２４３３８号、第４４９１．０２５号
および米国再発行特許Ｒｇ３１，４５０に開示されてい
る技術は、他の非コリオリカが最小される特定の時点で
管の状態を間欠的に短時間で測定する、時間をペースと
するやり方である。いずれにしても間欠的な性質である
質量流量の測定値を供給するのではなくて、本発明は、
管の震動サイクル全体にわたって間欠的にのみ記録され
る出力ではなく、管の震動サイクル全体にわたって連続
である性質の測定値を提供するものである。したがって
、本発明は信号処理法自体が基本的に異なる技術である
。

前記米国特許第４，４２２，３３８号、第４，４９１，
０２５号および米国再発行特許ＲＥ３１，４５０に開示
されている技術は、２つの信号が中心平面を横切る時間
差を測定するが、本発明では同時に検出した２つの信号
の電位差を決定し、かつ差増幅器を用いてその決定を行
う。その点から、ピックアップＰ１゜Ｐ２からの２つの
入力信号の任意の相対的なタイミング情報は失われる。

更に、積分された差信号と和信号は常に同相であるから
、本発明においてはピックアップＰ１とＰ２の出力の間
でどのような位相測定も行われない。

前記米国特許第３，１３２，５１２号および第３，２７
６゜２５７号には、コリオリカがひき起した運動のみに
応答する「速度」型ピックアップから得たアナログ信号
を処理する方法が開示されている。したがって、この方
法は、信号の比較に用いる同期復調器用の基準信号を発
生するために、駆動運動だけに応答する２つのピックア
ップを更に必要とする。あるいは、管を駆動するために
用いる電動機から基準信号が得られる。本発明は、測定
信号と基準信号を同じピックアップから得る点がその方
法と拡異なる。

また、前記米国特許第３，１３２，５１２号と第３，２
７６．２５７号には、２つのピックアップコイルを逆直
列に接続することが開示されている。こうすると、セン
サの応答特性を非常に良く一致させること、および非常
に対称的に挙動する管構造を要するから、そのように接
続したピックアップコイルは実除には機能し々い。

前記米国再発行特許ＲＩ３１，４５０の明細書に添附さ
れている図面の第１２図には、ブリッジ回路と増幅器に
信号を供給する一対のストレンゲージを含む実施例が示
されている。この実施例では、同期復調器へ基準信号が
送られる。この技術は、本発明が決して含まれない、力
を零にする技術の一部である。前記米国特許第３，１３
２，５１２号および第３，２７６，２５７号に開示され
ている技術と全く同様に、米国特許第４，４２２，３３
８号、第４，４９１，０２５号および米国再発行特許Ｒ
Ｅ３１，４５０は別々の検出手段すなわち検出トランス
デユーサと、基準信号発生用の付加トランスデユーサと
を設ける。本発明では測定信号と基準信号は同じセンサ
から得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はコリオリ質量流量計の主な動作部品を示す概路
線図、第２図は本発明の回路と処理法を全体的に示すブ
ロック図、第３図は本発明の信号処理法と信号処理装置
の好適な実施例を示す概略ブロック図、第４図は第３図
の実施例で用いられる種類のロックイン増幅器（Ｌ、１
．Ａ、）　　の機能部品を示す概路線図、第５図は差信
号の積分器の代シに微分器を用い、ロックイン増幅器の
出力は第３図に示す回路と同じである、第３図の回路の
一部を示すブロック図、第６図、第７図および第８図は
第２図に示す信号割算機能を行う別の回路構成を示し、
第９図は本発明の一部の別の実施例を示すブロック図、
第１０図は本発明の別の実施例を示すブロック図である
。 １０・・・・センサ管、１２・・壽・交差ループ、２６
・―・・駆動制御およびモニタ装置〜３０・・・・減算
器、３２・・・・加算器、３４・・・・積分器、３６・
・・・割算器、Ｄ・・・・駆動源、Ｐｉ、Ｐ２　　・・
・・ピックアップ、Ｕ７．Ｕ８　　・・・・ロックイン
増幅器、Ｕ１３　。 Ｕ１４・・ｅ・カワンタ、　ＭＰ　・・−・プロセッサ
。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）少くとも１本の震動する管に沿う別々の点に配置
   されて、その管の動きを検出し、第１の運動応答アナロ
   グ電圧信号と第２の運動応答アナログ電圧信号を発生す
   る一対の運動検出器と、 前記第１のアナログ電圧信号と前記第２のアナログ電圧
   信号に応答して、それら２つのアナログ電圧信号の間の
   電圧差に比例する差信号を発生する差を求める手段と、 前記第１のアナログ電圧信号と前記第２のアナログ電圧
   信号に応答して、それら２つのアナログ電圧信号の電圧
   の和に比例する和信号を発生する加算手段と、 前記差信号を積分する積分手段と、 積分された差信号を前記和信号により除して、前記管を
   流れる物質の質量流量に比例する出力信号を発生する割
   算手段と、 を備えることを特徴とする少くとも１本の震動する管を
   流れる物質の質量流量を測定する装置。
2. （２）少くとも１本の震動する管に沿う別々の点に配置
   されて、その管の動きを検出し、第１の運動応答アナロ
   グ電圧信号と第２の運動応答アナログ電圧信号を発生す
   る一対の運動検出器と、 前記第１のアナログ電圧信号と前記第２のアナログ電圧
   信号に応答して、それら２つのアナログ電圧信号の間の
   電圧差に比例する差信号を発生する差を求める手段と、 前記第１のアナログ電圧信号と前記第２のアナログ電圧
   信号に応答して、それら２つのアナログ電圧信号の電圧
   の和に比例する和信号を発生する加算手段と、 前記和信号を積分する積分手段と、 前記積分された和信号に応答して第１の基準信号を発生
   する第１の比較器手段と、 前記差信号と前記第１の基準信号に応答して、先行する
   信号伝送部品の機械的な特性、油圧特性または電気的特
   性により発生される高調波歪の作用をほとんど受けない
   第１の直流信号を発生する第１のロックイン増幅器手段
   と、 積分された和信号に応答して第２の基準信号を発生する
   第２の比較器手段と、 前記和信号と前記第２の基準信号に応答して、先行する
   信号伝送部品の機械的な特性、油圧特性または電気的特
   性により発生される高調波歪の作用をほとんど受けない
   第２の直流信号を発生する第２のロックイン増幅器手段
   と、 前記第１の直流信号を前記第２の直流信号で除して、前
   記管を流れる物質の質量流量に比例する出力信号を発生
   する割算手段と、 を備えることを特徴とする少くとも１本の震動する管を
   流れる物質の質量流量を測定する装置。
3. （３）少くとも１本の管の一部を震動させて休止位置に
   対して変位させる過程と、 管の前記部分に沿う少くとも２つの分離されている点の
   震動運動を検出して、対応する第１の運動応答アナログ
   電圧信号第２の運動応答アナログ電圧信号を発生する過
   程と、 前記第２の信号から前記第１の信号を差し引いて、それ
   らの信号の電圧の差に比例する差信号を発生する過程と
   、 前記第１の信号と前記第２の信号を加え合わせて、それ
   らの信号の電圧の和に比例する和信号を発生する過程と
   、 前記差信号を積分して、積分された差信号を発生する過
   程と、 積分された差信号を前記和信号で除して、少くとも１本
   の管を流れる物質の質量流量に比例する出力信号を発生
   する過程と、 を備えることを特徴とする少くとも１本の管を流れる物
   質の質量流量を測定する方法。
4. （４）少くとも１本の管の一部を静止位置に対して振動
   数ｗで振動させる過程と、 管の前記部分に沿う別々の点において管の振動運動を検
   出し、第１の運動応答アナログ電圧信号と第２の運動応
   答アナログ電圧信号を発生する過程と、 前記第２の信号から前記第１の信号を差し引いて、それ
   ら２つの信号の間の電圧差に比例する差信号を発生する
   過程と、 前記第１の信号と前記第２の信号を加え合わせて、それ
   ら２つの信号の電圧の和に比例する和信号を発生する過
   程と、 前記和信号に比例する信号の位相を９０度だけ推移させ
   て、前記差信号を同期検波する基準信号を発生し、前記
   基準信号と同相でない信号成分を除去する過程と、 検波された差信号を前記和信号で除して対応する第１の
   商信号を発生する過程と、 前記管が震動させられる振動数ｗに比例する周波数信号
   を発生する過程と、 前記第１の商信号を前記振動数で除して、前記管を流れ
   る物質の質量流量に比例する第２の商信号を発生する過
   程と、 を備えることを特徴とする少くとも１本の震動する管を
   流れる物質の質量流量を測定する方法。
5. （５）少くとも１本の管の一部を静止位置に対して振動
   数ｗで振動させる過程と、 管の前記部分に沿う別々の点において管の振動運動を検
   出し、第１の運動応答アナログ電圧信号と第２の運動応
   答アナログ電圧信号を発生する過程と、 前記第２の信号から前記第１の信号を差し引いて、それ
   ら２つの信号の間の電圧差に比例する差信号を発生する
   過程と、 前記第１の信号と前記第２の信号を加え合わせて、それ
   ら２つの信号の電圧の和に比例する和信号を発生する過
   程と、 前記差信号を前記和信号で除して対応する第１の商信号
   を発生する過程と、 前記管が震動させられる振動数ｗに比例する値を有する
   周波数信号を発生する過程と、 前記第１の商信号を前記周波数信号で除して、前記管を
   流れる物質の質量流量に比例する第２の商信号を発生す
   る過程と、 を備えることを特徴とする少くとも１本の震動する管を
   流れる物質の質量流量を測定する方法。