JPH0961214A - コリオリ質量流量計 - Google Patents
コリオリ質量流量計Info
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- JPH0961214A JPH0961214A JP22155195A JP22155195A JPH0961214A JP H0961214 A JPH0961214 A JP H0961214A JP 22155195 A JP22155195 A JP 22155195A JP 22155195 A JP22155195 A JP 22155195A JP H0961214 A JPH0961214 A JP H0961214A
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Abstract
演算量を減少させることが可能なコリオリ質量流量計を
実現する。 【構成】 被測定流体が流れる両端が固定された管を振
動させ、この際に生じるコリオリ力を2つの振動検出器
で検出して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、2つの振動検出器の出力信号を各々
増幅した後に和信号及び差信号を求めると共にこれら和
信号及び差信号を各々増幅して出力するアナログ演算手
段と、このアナログ演算手段からの2つの出力を取り込
むサンプリング手段と、このサンプリング手段の2つの
出力をディスクリート・フーリエ変換すると共にディス
クリート・フーリエ変換した2つの信号の各々の実数部
成分及び虚数部成分に基づき質量流量を演算するディジ
タル演算手段とを設ける。
Description
関し、特に測定精度を向上させ、記憶容量及び演算量を
減少させたコリオリ質量流量計に関する。
流れる管を振動させ、この際に生じるコリオリ力を検出
して被測定流体の質量流量を測定する装置である。
計のセンサ部の一例を示す平面図である。図4において
1はチューブ、2及び3はチューブ1の固定端、4は加
振器、5a及び5bは振動検出器、6は温度検出器であ
る。また、1〜6はセンサ部50を構成している。
され、チューブ1の中心部分には加振器4が設けられ
る。また、固定端2及び3の間であって固定端2及び3
の近傍には振動検出器5a及び5bがそれぞれ設けら
れ、固定端2及び3の外側であって固定端3の近傍には
温度検出器6が設けられる。
用いて説明する。図5はチューブ1の振動モードを説明
する説明図である。チューブ1の内部に図4中”イ”及
び”ロ”に示すように被測定流体を流し、加振器4によ
りチューブ1に振動を印加する。
心部分が振動の腹になるように印加される。即ち、図5
中”M1”及び”M2”に示すような1次モードの形状
で振動する。この時、コリオリ力によって図5中”M
3”及び”M4”に示すような2次モードの形状でコリ
オリ振動が生じる。
でチューブ1が振動することになる。そして、この振動
を振動検出器5a及び5bでそれぞれ検出して信号処理
することにより、質量流量を求める。
示す構成ブロック図である。ここで、5a、5b及び5
0は図4と同一符号を付してある。図6において7は周
波数測定回路、8はタイミング生成回路、9及び12は
トラックアンドホールド回路(以下、T&H回路と呼
ぶ。)、10及び13はA/D変換器、11及び14は
デスクリート・フーリエ変換回路(以下、DFT回路と
呼ぶ。)、15は位相差演算回路、16は励振回路であ
る。
及び5bの出力信号、102は周波数信号、103はタ
イミング信号、104は位相差信号である。
測定回路7、T&H回路9及び励振回路16にそれぞれ
接続され、振動検出器5bの出力信号101はT&H回
路12に接続される。
器10及び13に接続され、A/D変換器10及び13
の出力はDFT回路11及び14に接続される。DFT
回路11及び14の出力はそれぞれ位相差演算回路15
に接続され、位相差演算回路15は位相差信号104を
出力する。
周波数信号102はタイミング生成回路8に接続され、
タイミング生成回路8の出力であるタイミング信号10
3はT&H回路9及び12にそれぞれ接続される。さら
に、励振回路16の出力は励振信号としてセンサ部50
に供給される。
る。周波数測定回路7では振動検出器5aの出力信号1
00に基づき周波数を測定して周波数信号102を出力
する。タイミング生成回路8は周波数信号102に基づ
いてチューブ1の振動の1周期を正確にN等分(Nは自
然数)してタイミング信号103を発生させる。
号103に基づきT&H回路9及び12でトラック・ホ
ールドされ、取り込まれた信号はA/D変換器10及び
13でディジタル信号に変換される。
10及び13の出力を周波数領域にディスクリート・フ
ーリエ変換し、ディスクリート・フーリエ変換された信
号の実数部成分と虚数部成分との比から位相を求めてそ
れぞれ出力する。
び14から出力される位相の差を演算することにより位
相差を得て位相差信号104として出力する。
流量に比例するので、位相差信号104に基づき図示し
ない回路により質量流量を求める。但し、実際には温度
変動により位相差信号104が変動するため、図4中の
温度検出器6の出力に基づき温度補償をした後で質量流
量信号として出力することになる。
づき励振信号を発生させて、図4中の加振器4を駆動す
る。
よって生じるコリオリ振動成分は加振器4によって励振
される励振振動成分と比較して数100分の1程度の振
幅であるためS/Nが良くないと言った問題点がある。
クリート・フーリエ変換に使用する正弦波及び余弦波の
データをDFT回路11及び14内等に格納しておく必
要があり記憶容量が大きくなる。
位相信号を求める際には”tan-1 ”の演算をする必要が
あり演算量が増加してしまうと言った問題点がある。従
って本発明の目的は、質量流量が精度良く測定でき、記
憶容量及び演算量を減少させることが可能なコリオリ質
量流量計を実現することにある。
るために、本発明の第1では、被測定流体が流れる両端
が固定された管を振動させ、この際に生じるコリオリ力
を2つの振動検出器で検出し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2つの
振動検出器の出力信号を各々増幅した後に和信号及び差
信号を求めると共にこれら和信号及び差信号を各々増幅
して出力するアナログ演算手段と、このアナログ演算手
段からの2つの出力を取り込むサンプリング手段と、こ
のサンプリング手段の2つの出力をディスクリート・フ
ーリエ変換すると共にディスクリート・フーリエ変換し
た2つの信号の各々の実数部成分及び虚数部成分に基づ
き質量流量を演算するディジタル演算手段とを備えたこ
とを特徴とするものである。
端が固定された管を振動させ、この際に生じるコリオリ
力を2つの振動検出器で検出し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2つ
の振動検出器の出力信号を取り込むサンプリング手段
と、このサンプリング手段の2つの出力を乗算し、一方
の出力と他方の出力を90°移相させたものとを乗算す
ると共にこれら2つの乗算結果の累算に基づき質量流量
を演算する演算手段とを備えたことを特徴とするもので
ある。
信号及び差信号を求め、和信号及び差信号をディスクリ
ート・フーリエ変換した信号の各々の実数部成分及び虚
数部成分を用いることにより、コリオリ振動成分を選択
的に取り出すことができるのでS/Nが改善される。
いて2つの振動検出器の出力に振幅差をつけることによ
り、後に信号処理が容易な振幅レベルにすることが可能
である。
方の出力及び他方の出力を90°移相させた信号の乗算
信号とのそれぞれの累算結果に基づき質量流量を演算す
ることにより、従来例で用いられていたDFT回路が不
要になり、ディスクリート・フーリエ変換に使用する正
弦波及び余弦波のデータを格納しておく必要がなくな
る。
を求めることから、位相信号を求める際の”tan-1 ”の
演算が不要になる。
図1は本発明に係るコリオリ質量流量計の第1の実施例
を示す構成ブロック図である。ここで、5a,5b,7
〜10,12,13,16,50,100及び101は
図6と同一符号を付してある。
路、17,18,21及び22は増幅器、19は減算
器、20は加算器、23は演算回路である。また、10
5及び107は実数部成分信号、106及び108は虚
数部成分信号、109は位相差信号である。
を、7〜10,12及び13はサンプリング手段52
を、11a,14a及び23はディジタル演算手段53
をそれぞれ構成している。
測定回路7、励振回路16及び増幅器17にそれぞれ接
続され、振動検出器5bの出力信号101は増幅器18
に接続される。
端子及び加算器20の一方の入力端子にそれぞれ接続さ
れ、増幅器18の出力は減算器19の減算入力端子及び
加算器20の他方の入力端子にそれぞれ接続される。
れ増幅器21及び22を介してT&H回路9及び12に
接続される。T&H回路9及び12の出力はA/D変換
器10及び13に接続され、A/D変換器10及び13
の出力はDFT回路11a及び14aにそれぞれ接続さ
れる。
信号105及び虚数部成分信号106とDFT回路14
aの出力である実数部成分信号107及び虚数部成分信
号108とはそれぞれ演算回路23に接続され、演算回
路23は位相差信号109を出力する。
グ生成回路8に接続され、タイミング生成回路8の出力
はT&H回路9及び12にそれぞれ接続される。さら
に、励振回路16の出力は励振信号としてセンサ部50
に供給される。
説明する。但し、図6に示す従来例と同様の動作に関し
ては説明は省略する。また、増幅器17,18,21及
び22の利得はそれぞれ”1”、”α(=0.5〜0.
99)”、”γη”及び”η”に設定する。
100 ”及び”S101 ”として、 S100=A1・cosθ+B1・sinθ (1) S101=A2・cosθ+B2・sinθ (2) とする。
れて加減算されるので、減算器19及び加算器20の出
力はそれぞれ、”S100−α・S101 ”及び”S100+α・
S10 1 ”となる。
数が乗じられるので、 γη・(S100−α・S101) =γη・(A1−α・A2)・cosθ +γη・(B1−α・B2)・sinθ (3) γ・(S100+α・S101) =γ・(A1+α・A2)・cosθ +γ・(B1+α・B2)・sinθ (4) となる。
T回路11a及び14aでディスクリート・フーリエ変
換されて得られる各々の信号105,106,107及
び108を”S105 ”、”S106 ”、”S107 ”及び”
S108 ”とすれば、 S105=∫γ(S100−α・S101)cosθ・dθ =γ・(A1−α・A2) (5) S106=∫γ(S100−α・S101)sinθ・dθ =γ・(B1−α・B2) (6) S107=∫(S100+α・S101)cosθ・dθ =(A1+α・A2) (7) S108=∫(S100+α・S101)sinθ・dθ =(B1+α・B2) (8) となる。
差”Δφ”とすれば、位相差信号109である”tanΔ
φ ”は、 tanΔφ=(A2・B1−A1・B2) /(A1・A2+B1・B2) (9) となる。
をそのままディスクリート・フーリエ変換して、それぞ
れの変換結果の実数部成分と虚数部成分を式(9)に代
入して位相差信号を求めることは図6に示す従来例で用
いられているように周知である。
の和信号及び差信号をディスクリート・フーリエ変換し
た場合には、それぞれの変換結果の実数部成分と虚数部
成分を式(9)にはそのまま適用できなかった。
(8)を用いることにより、 tanΔφ=2γ(S106・S107−S105・S108)/{γ2(S107 2+S108 2) −(S105 2+S106 2)} (10) と変形できて、出力信号100と出力信号101との和
信号及び差信号をディスクリート・フーリエ変換して得
られる各々の実数部成分と虚数部成分を用いて位相差を
演算することができる。
及び14aの出力である信号105〜108を用いて式
(10)の演算を行うことにより位相差信号109を得
ることができる。
(10)に比例し、励振周波数”f”に反比例するか
ら、 Q=K・tanΔφ/f (11) 但し、”K”は温度及び被測定流体の密度の関連した補
正係数である。で表され、式(10)を代入することに
よって質量流量”Q”を求めることができる。
出器5a及び5bの出力の和信号及び差信号を求め、和
信号及び差信号をディスクリート・フーリエ変換した信
号の各々の実数部成分及び虚数部成分を用いて式(9)
で演算することにより、コリオリ振動成分を選択的に取
り出すことができるのでS/Nが改善される。
階において2つの振動検出器5a及び5bの出力に振幅
差をつけることにより、後に信号処理が容易な振幅レベ
ルにすることが可能である。
量計の第2の実施例を示す構成ブロック図である。ここ
で、5a,5b,7〜10,12,13,16,50,
52,100及び101は図1と同一符号を付してあ
る。図2において24は移相器、25及び26は乗算
器、27及び28は累算器、29は除算器である。ま
た、24〜29は演算手段54を構成している。
測定回路7、T&H回路9及び励振回路16にそれぞれ
接続され、振動検出器5bの出力信号101はT&H回
路12に接続される。
器10及び13に接続され、A/D変換器10の出力は
移相器24及び乗算器25の一方の入力端子に接続さ
れ、A/D変換器13の出力は乗算器25の他方の入力
端子及び乗算器26の一方の入力端子に接続される。ま
た、移相器24の出力は乗算器26の他方の入力端子に
接続される。
び28に接続され、累算器27及び28の出力は除算器
29にそれぞれ接続される。除算器29は位相差信号を
出力する。
グ生成回路8に接続され、タイミング生成回路8の出力
はT&H回路9及び12、移相器24、乗算器25及び
26にそれぞれ接続される。さらに、励振回路16の出
力は励振信号としてセンサ部50に供給される。
説明する。但し、図6に示す従来例と同様の動作に関し
ては説明は省略する。
ために基本波のみを含む正弦波と仮定し、それぞれ”S
10”及び”S13”とし、その位相差を”Δφ”すると、 S10=A・sinθ (12) S13=B・sin(θ+Δφ) =BE・sinθ+BC・cosθ (13) となる。
項はA/D変換器13の出力のうち励振成分及びコリオ
リ成分をそれぞれ示しており、 B2=BE 2+BC 2 (14) tanΔφ=BC/BE (15) という関係がある。
出力とを乗算するので、その出力”S25”は、 S25=A・sinθ・(BE・sinθ+BC・cosθ) (16) となる。
力とA/D変換器10の出力を90°移相したものを乗
算するので、その出力”S26”は、 S26=A・cosθ・(BE・sinθ+BC・cosθ) (17) となる。
27及び28で振動の1周期若しくは複数周期に渡って
累算されて、 ΣS25=Σ{A・sinθ・(BE・sinθ+BC・cosθ)} =Σ{A・BE・sin2θ+A・BC・sinθ・cosθ} =A・BE (18) ΣS26=Σ{A・cosθ・(BE・sinθ+BC・cosθ)} =Σ{A・BE・sinθ・cosθ+A・BC・cos2θ} =A・BC (19) となる。
比をとることにより、 A・BC/A・BE=BC/BE=tanΔφ (20) を得る。
述の式(11)に示すように表され、式(20)を用い
て質量流量”Q”を求めることができる。
信号と、一方の出力及び他方の出力を90°移相させた
信号の乗算信号とのそれぞれの累算結果に基づき質量流
量を演算することにより、従来例で用いられていたDF
T回路が不要になり、ディスクリート・フーリエ変換に
使用する正弦波及び余弦波のデータを格納しておく必要
がなくなり記憶容量が減少する。
を求めることから、位相信号を求める際の”tan-1 ”の
演算が不要になるので演算量が減少する。
量計の第3の実施例を示す構成ブロック図である。ここ
で、5a,5b,7〜10,12,13,16,50,
100及び101は図1と同一符号を付してある。
22aは増幅器、19aは減算器、20aは加算器、2
4aは移相器、25a及び26aは乗算器、27a及び
28aは累算器、29aは除算器、30はT&H回路、
31はA/D変換器である。
51aを、7〜10,12,13,30及び31はサン
プリング手段52aを、24a〜29aは演算手段54
aをそれぞれ構成している。
測定回路7、励振回路16及び増幅器17aにそれぞれ
接続され、振動検出器5bの出力信号101は増幅器1
8aに接続される。
入力端子、加算器20aの一方の入力端子及びT&H回
路30にそれぞれ接続され、増幅器18aの出力は減算
器19aの減算入力端子及び加算器20aの他方の入力
端子にそれぞれ接続される。
れぞれ増幅器21a及び22aを介してT&H回路9及
び12に接続される。T&H回路9、12及び30の出
力はA/D変換器10、13及び31に接続される。
び乗算器25aの一方の入力端子に接続され、A/D変
換器10の出力は乗算器25aの他方の入力端子に接続
される。
6aの一方の入力端子に接続され、さらに、移相器24
aの出力は乗算器26aの他方の入力端子に接続され
る。
7a及び28aにそれぞれ接続され、累算器27a及び
28aの出力は除算器29aにそれぞれ接続され、除算
器29aは位相差信号を出力する。
グ生成回路8に接続され、タイミング生成回路8の出力
はT&H回路9、12及び30、移相器24a、乗算器
25a及び26aにそれぞれ接続される。さらに、励振
回路16の出力は励振信号としてセンサ部50に供給さ
れる。
実施例を組み合わせたものであり、詳しい動作に関して
は説明は省略する。
オリ振動成分を選択的に取り出すことができるのでS/
Nが改善され、記憶容量及び演算量を減少させることが
可能なコリオリ質量流量計が実現できる。
号100を励振回路16に入力しているが、出力信号1
01を用いても良い。また、A/D変換器10,13及
び31に関してはT&H機能を有するものであれはT&
H回路9,12及び30は不要であり、マルチプレクサ
等を用いればA/D変換器は1つでも良い。
号100及び101をA/D変換器によって変換された
ディジタル信号に基づき信号処理を行っているが、アナ
ログ値のままアナログ演算処理をしても良い。
示すような直管状のチューブを用いているがこれに限る
訳ではなく、どのような形状のチューブであっても良
い。例えば、U字管状等のものでも良い。また、チュー
ブの励振モード、方法等に関しても何ら限定するもので
はない。
を変えることにより、直接的に差信号及び和信号を求め
ても良い。
検出器5a及び5bの感度を変化させることにより、増
幅器17及び18等を省略しても良い。
本発明によれば次のような効果がある。請求項1の発明
に関しては、初期段階において2つの振動検出器の出力
の和信号及び差信号を求め、和信号及び差信号をディス
クリート・フーリエ変換した信号の各々の実数部成分及
び虚数部成分から位相差を求めることにより、質量流量
が精度良く測定することが可能なコリオリ質量流量計が
実現できる。
出器の出力の乗算信号と、一方の出力及び他方の出力を
90°移相させた信号の乗算信号とのそれぞれの累算結
果に基づき質量流量を演算することにより、記憶容量及
び演算量を減少させることが可能なコリオリ質量流量計
が実現できる。
例を示す構成ブロック図である。
例を示す構成ブロック図である。
例を示す構成ブロック図である。
示す平面図である。
る。
ロック図である。
変換回路 15 位相差演算回路 16 励振回路 17,17a,18,18a,21,21a,22,2
2a 増幅器 19,19a 減算器 20,20a 加算器 23 演算回路 24,24a 移相器 25,25a,26,26a 乗算器 27,27a,28,28a 累算器 29,29a 除算器 50 センサ部 51,51a アナログ演算手段 52,52a サンプリング手段 53 ディジタル演算手段 54,54a 演算手段 100,101 出力信号 102 周波数信号 103 タイミング信号 104,109 位相差信号 105,107 実数成分信号 106,108 虚数成分信号
Claims (2)
- 【請求項1】被測定流体が流れる両端が固定された管を
振動させ、この際に生じるコリオリ力を2つの振動検出
器で検出し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2つの振動検出器の出力信号を各々増幅した後に和
信号及び差信号を求めると共にこれら和信号及び差信号
を各々増幅して出力するアナログ演算手段と、 このアナログ演算手段からの2つの出力を取り込むサン
プリング手段と、 このサンプリング手段の2つの出力をディスクリート・
フーリエ変換すると共にディスクリート・フーリエ変換
した2つの信号の各々の実数部成分及び虚数部成分に基
づき質量流量を演算するディジタル演算手段とを備えた
ことを特徴とするコリオリ質量流量計。 - 【請求項2】被測定流体が流れる両端が固定された管を
振動させ、この際に生じるコリオリ力を2つの振動検出
器で検出し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2つの振動検出器の出力信号を取り込むサンプリン
グ手段と、 このサンプリング手段の2つの出力を乗算し、一方の出
力と他方の出力を90°移相させたものとを乗算すると
共にこれら2つの乗算結果の累算に基づき質量流量を演
算する演算手段とを備えたことを特徴とするコリオリ質
量流量計。
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---|---|---|---|
JP22155195A JP3555632B2 (ja) | 1995-08-30 | 1995-08-30 | コリオリ質量流量計 |
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---|---|---|---|
JP22155195A JP3555632B2 (ja) | 1995-08-30 | 1995-08-30 | コリオリ質量流量計 |
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Publication Number | Publication Date |
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- 1995-08-30 JP JP22155195A patent/JP3555632B2/ja not_active Expired - Fee Related
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