KR102065262B1 - A driving method and driving device for thermal-sensing element, and vortex flowmeter - Google Patents

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KR102065262B1 KR1020180090193A KR20180090193A KR102065262B1 KR 102065262 B1 KR102065262 B1 KR 102065262B1 KR 1020180090193 A KR1020180090193 A KR 1020180090193A KR 20180090193 A KR20180090193 A KR 20180090193A KR 102065262 B1 KR102065262 B1 KR 102065262B1
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Abstract

온도가 변화되어도 센서의 감도를 자동적으로 유지하기 위한 감온 소자의 구동 방법, 구동 장치, 및 와류 유량계를 제공한다. 온도의 변화에 의해 저항값이 변화되는 감온 소자의 온도 특성에 의한 출력 변화를 보상하는 감온 소자의 구동 방법이다. 감온 소자의 저항값을 구하는 저항값 산출 단계와, 구한 저항값으로부터, 주위 온도 또는 피측정 유체의 온도가 변화되어도 감온 소자의 온도 변화에 대한 출력 변화가 일정해지는 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류를 구하는 온도 보상 산출 단계와, 구한 구동 전압 또는 구동 전류를 감온 소자에 출력하는 구동 전압 또는 구동 전류 제어 단계를 포함한다. A method of driving a thermosensitive element, a drive device, and a vortex flow meter for automatically maintaining the sensitivity of a sensor even when the temperature changes. A method of driving a thermosensitive element, which compensates for an output change caused by a temperature characteristic of a thermosensitive element whose resistance value changes due to a change in temperature. From the resistance value calculating step of obtaining the resistance value of the thermosensitive element, and from the obtained resistance value, the drive voltage or the drive current of the thermosensitive element whose output change with respect to the temperature change of the thermosensitive element is constant even if the ambient temperature or the temperature of the fluid to be measured changes. And a driving voltage or driving current control step of outputting the driving voltage or driving current to the thermosensitive element.

Figure 112018076494025-pat00026
Figure 112018076494025-pat00026

Description

감온 소자의 구동 방법, 구동 장치, 및 와류 유량계{A DRIVING METHOD AND DRIVING DEVICE FOR THERMAL-SENSING ELEMENT, AND VORTEX FLOWMETER}A DRIVING METHOD AND DRIVING DEVICE FOR THERMAL-SENSING ELEMENT, AND VORTEX FLOWMETER

본 발명은, 감온(感溫) 소자의 구동 방법, 구동 장치, 및 와류 유량계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온도의 변화에 의해 저항값이 변화되는 감온 소자의 온도 특성에 의한 출력 변화를 보상하는 감온 소자의 구동 방법, 구동 장치, 및 와류 유량계에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for driving a thermosensitive element, a drive device, and a vortex flow meter, and more particularly to compensate for a change in output due to a temperature characteristic of a thermosensitive element whose resistance value changes due to temperature change. A method for driving a thermosensitive element, a drive device, and a vortex flowmeter.

와류 유량계는, 카르만 와류(Karman vortex)를 발생시키는 와류 발생체(블러프 바디(bluff body)라고도 한다), 카르만 와류를 검출하는 센서(그 일례로서 감온 소자), 및 센서에서 검출한 신호를 처리하는 변환기로 구성된다. 와류 발생체는, 예를 들어 삼각 기둥 형상으로 형성되고, 측정관 내에서 유체의 흐름에 직각으로 놓여진다. 센서(감온 소자)에서는, 와류 발생체에 발생하는 카르만 와류에 의해서 발생한 차압(差壓)을 유속의 변화로 취하여, 검출할 수 있다. The vortex flowmeter processes a vortex generator (also called bluff body) that generates a Karman vortex, a sensor for detecting the Karman vortex (a thermosensitive element as an example thereof), and a signal detected by the sensor. It consists of a converter. The vortex generator is formed, for example, in the shape of a triangular column and placed at right angles to the flow of the fluid in the measuring tube. In the sensor (thermoelement), the differential pressure generated by the Karman vortex generated in the vortex generator can be detected as a change in the flow rate.

카르만 와류에서 발생하는 주파수(와류 주파수라고도 한다)는 유속에 비례한다. 변환기에서는, 검출한 와류 주파수로부터 측정관 내의 유속을 구하고, 이 유속에 측정관의 단면적을 곱하여 유량을 구하고 있다. The frequency (also called the vortex frequency) occurring in the Karman vortex is proportional to the flow rate. In the transducer, the flow velocity in the measuring tube is determined from the detected vortex frequency, and the flow rate is calculated by multiplying the flow rate by the cross-sectional area of the measuring tube.

또한, 변환기에서는, 와류 주파수를 검출할 때, 센서로부터 출력된 신호를 대역 통과 필터(band-pass filter)에 통과시켜서 노이즈를 제거한다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 통과시키는 대역 통과 필터를 선택하는 기술이 개시되어 있다. In the converter, when detecting the vortex frequency, the signal output from the sensor is passed through a band-pass filter to remove noise. For example, Patent Literature 1 discloses a technique for selecting a band pass filter to pass.

일본 공개특허공보 2001-153698호Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-153698

그런데, 주위 온도 또는 피측정 유체의 온도가 낮은 경우에는, 센서의 감도(상세하게는, 온도 변화에 대한 출력 변화의 크기)가 저하된다. 센서의 감도가 저하된 경우, 필터 후의 신호 파형의 진폭이 작아지고, 적절한 대역 통과 필터를 선택할 수 없다. 이 때문에, 이 신호 파형을 펄스화하면, 노이즈를 신호로서 펄스화하거나 반대로 신호를 노이즈로서 펄스화하지 않기 때문에, 트리거 파형은 간격이나 진폭이 고르지 않게 되고, 출력 펄스에는 노이즈가 섞인다. By the way, when the ambient temperature or the temperature of the fluid under test is low, the sensitivity of the sensor (in detail, the magnitude of the output change with respect to the temperature change) is lowered. When the sensitivity of the sensor is lowered, the amplitude of the signal waveform after the filter becomes small, and an appropriate band pass filter cannot be selected. For this reason, when the signal waveform is pulsed, the noise is not pulsed as the signal or the signal is not pulsed as the noise. Therefore, the trigger waveform has an uneven interval and amplitude, and the output pulses contain noise.

드물게, 주위 온도 또는 피측정 유체의 온도가 낮아지고, 출력 펄스에 노이즈가 섞일 것 같은 경우, 센서의 감도를 높이기 위해, 작업자는 와류 유량계의 설치 현장에서 센서의 구동 전압을 수동으로 조정할 필요가 있다. In rare cases, when the ambient temperature or the temperature of the fluid under test is low and noise is mixed in the output pulse, the operator needs to manually adjust the driving voltage of the sensor at the installation site of the vortex flowmeter in order to increase the sensitivity of the sensor. .

그러나 공업 계기인 와류 유량계는 위험 장소[방폭(防爆) 기기를 필요로 한다]에 설치되는 경우가 많고, 센서의 구동 전압을 조정하기 어려우며, 또한 그 조정 중에는 센서에 의한 계측을 중단해야 한다고 하는 문제가 있다. However, vortex flowmeters, which are industrial instruments, are often installed in hazardous locations (requires explosion-proof equipment), make it difficult to adjust the driving voltage of the sensor, and stop the measurement by the sensor during the adjustment. There is.

본 발명은 상술과 같은 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 온도가 변화되어도 센서의 감도를 자동적으로 유지하기 위한 감온 소자의 구동 방법, 구동 장치, 및 와류 유량계를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method of driving a thermosensitive element, a drive device, and a vortex flowmeter for automatically maintaining the sensitivity of the sensor even when the temperature changes.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 기술 수단은, 온도의 변화에 의해 저항값이 변화되는 감온 소자의 온도 특성에 의한 출력 변화를 보상하는 감온 소자의 구동 방법으로서, 상기 감온 소자의 저항값을 구하는 저항값 산출 단계와, 상기 구한 저항값으로부터, 주위 온도 또는 피측정 유체의 온도가 변화되어도 상기 감온 소자의 온도 변화에 대한 출력 변화가 일정해지는 상기 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류를 구하는 온도 보상 산출 단계와, 상기 구한 구동 전압 또는 구동 전류를 상기 감온 소자에 출력하는 구동 전압 또는 구동 전류 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 한 것이다. In order to solve the said subject, the 1st technical means of this invention is a drive method of a thermosensitive element which compensates for the output change by the temperature characteristic of the thermosensitive element whose resistance value changes with a temperature change, Comprising: Calculating a drive voltage or a drive current of the thermosensitive element from which the output change with respect to the temperature change of the thermosensitive element is constant even if the ambient temperature or the temperature of the fluid to be measured changes from the obtained resistance value; And a driving voltage or driving current control step of outputting the calculated driving voltage or driving current to the thermosensitive element.

제2 기술 수단은, 상기 온도 보상 산출 단계가, 상기 구한 저항값에 기초하여 상기 감온 소자의 온도를 구하는 온도 산출 단계와, 상기 구한 온도에 기초하여 상기 감온 소자의 감도를 구하는 감도 산출 단계와, 주위 온도 또는 피측정 유체의 온도가 변화되어도 상기 감온 소자의 감도를 온도 변화의 전후로 일정하게 유지하기 위한 상기 감온 소자의 감도와 상기 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류와의 관계에 기초하여, 상기 감도 산출 단계에서 구한 감도로부터 상기 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류의 보상 계수를 구하는 보상 계수 산출 단계와, 상기 구한 보상 계수에 기초하여 상기 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류를 구하는 구동 전압 또는 구동 전류 산출 단계를 갖는 것을 특징으로 한 것이다. The second technical means includes the temperature calculating step of calculating a temperature of the thermosensitive element based on the obtained resistance value, a sensitivity calculating step of calculating the sensitivity of the thermosensitive element based on the obtained temperature; The sensitivity of the thermosensitive element for maintaining the sensitivity of the thermosensitive element constant before and after a temperature change even when the ambient temperature or the temperature of the fluid under test changes, the sensitivity based on a relationship between a driving voltage or a driving current of the thermosensitive element Compensation coefficient calculating step of calculating the compensation coefficient of the drive voltage or drive current of the thermosensitive element from the sensitivity obtained in the calculation step, and drive voltage or drive current calculating the drive voltage or drive current of the thermosensitive element based on the obtained compensation coefficient It is characterized by having a step.

제3 기술 수단은 상기 감온 소자가 감온 소자 센서인 것을 특징으로 한 것이다. The third technical means is that the thermosensitive element is a thermosensitive element sensor.

제4 기술 수단은, 온도의 변화에 의해 저항값이 변화되는 감온 소자의 온도 특성에 의한 출력 변화를 보상하는 감온 소자의 구동 장치로서, 상기 감온 소자의 저항값을 구하는 저항값 산출부와, 상기 구한 저항값으로부터, 주위 온도 또는 피측정 유체의 온도가 변화되어도 상기 감온 소자의 온도 변화에 대한 출력 변화가 일정해지는 상기 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류를 구하는 온도 보상 산출부와, 상기 구한 구동 전압 또는 구동 전류를 상기 감온 소자에 출력하는 구동 전압 또는 구동 전류 제어부를 갖는 것을 특징으로 한 것이다. The fourth technical means is a drive device for a thermosensitive element that compensates for an output change caused by a temperature characteristic of a thermosensitive element whose resistance value changes due to a temperature change, comprising: a resistance value calculating unit for obtaining a resistance value of the thermosensitive element, A temperature compensation calculation unit for obtaining a drive voltage or a drive current of the thermosensitive element from which the ambient temperature or the temperature of the fluid under test changes, even if the ambient temperature or the temperature of the fluid under test changes; Or a driving voltage or a driving current controller for outputting a driving current to the thermosensitive element.

제5 기술 수단은 상술의 감온 소자의 구동 방법을 실시하는 것을 특징으로 하는 와류 유량계다. The fifth technical means is a vortex flowmeter, characterized in that the above-described method for driving a thermosensitive element is carried out.

본 발명에 의하면, 온도 변화에 대한 출력 변화를 일정하게 하는 구동 전압(구동 전류)을, 감온 소자의 저항값으로부터 구하여 감온 소자에 출력하므로, 온도가 변화되어도 감온 소자의 감도를 자동적으로 유지할 수 있다. 그 결과, 감온 소자의 감도를 조정하기 위해, 작업자가 와류 유량계의 설치 현장에 나가지 않아도 되고, 또한 감온 소자에 의한 계측을 중단할 필요도 없다. According to the present invention, the drive voltage (driving current) which makes the output change constant with the temperature change is obtained from the resistance value of the thermosensitive element and outputted to the thermosensitive element, so that the sensitivity of the thermosensitive element can be automatically maintained even if the temperature changes. . As a result, in order to adjust the sensitivity of the thermosensitive element, the operator does not have to go to the installation site of the vortex flowmeter, and there is no need to interrupt the measurement by the thermosensitive element.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 와류 유량계의 검출기를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 검출기에 의한 카르만 와류의 검출 원리를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1의 와류 유량계의 구성도이다.
도 4는 도 3의 온도 보상 산출부의 구성도이다.
도 5는 센서 온도와 파고치(波高値) 변화 비율과의 관계, 및 센서 온도와 센서 구동 전압과의 관계를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 실시예의 파형 데이터를 설명하는 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the detector of the vortex flowmeter which concerns on one Embodiment of this invention.
FIG. 2 is a view for explaining the principle of detecting the Karman vortex by the detector of FIG. 1.
3 is a configuration diagram of the vortex flow meter of FIG. 1.
4 is a configuration diagram illustrating a temperature compensation calculator of FIG. 3.
5 is a diagram illustrating a relationship between a sensor temperature and a crest change rate, and a relationship between a sensor temperature and a sensor driving voltage.
6 is a view for explaining waveform data of this embodiment.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 감온 소자의 구동 방법, 구동 장치, 및 와류 유량계의 적합한 실시형태에 대해 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment of the drive method, the drive device, and a vortex flowmeter of the thermosensitive element of this invention are described, referring an accompanying drawing.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 와류 유량계의 검출기를 나타내는 도면이며, 예를 들어 플랜지형의 검출기(1)를 나타내고 있다. 도 2는 도 1의 검출기에 의한 카르만 와류의 검출 원리를 설명하는 도면이다. 1: is a figure which shows the detector of the vortex flowmeter which concerns on one Embodiment of this invention, and has shown the flange-shaped detector 1, for example. FIG. 2 is a view for explaining the principle of detecting the Karman vortex by the detector of FIG. 1.

검출기(1)는, 예를 들어 삼각 기둥 형상으로 형성된 와류 발생체(3)를 갖고, 와류 발생체(3)의 측면이 피측정 유체의 흐름(도 2의 화살표 방향)에 직각이 되도록, 원통 형상의 측정관(2) 내에 설치되어 있다. 측정관(2)의 상면에는 센서 하우징(4)이 설치되고, 예를 들어 볼트 등의 체결 부재로 측정관(2)에 고정된다. 센서 하우징(4)의 상방에는, 장착통(5)을 통해 단자 박스(6)가 설치되어 있다. The detector 1 has, for example, a vortex generator 3 formed in a triangular column shape, and has a cylindrical shape such that the side surface of the vortex generator 3 is perpendicular to the flow of the fluid under measurement (arrow direction in FIG. 2). It is provided in the measuring tube 2 of a shape. The sensor housing 4 is provided in the upper surface of the measuring tube 2, and is fixed to the measuring tube 2 by fastening members, such as a bolt, for example. The terminal box 6 is provided above the sensor housing 4 via the mounting cylinder 5.

또한, 검출기(1)에는 바이패스 유로가 설치되어 있다. 이 바이패스 유로는 도 2에 나타내는 바와 같이, 와류 발생체(3)의 상류 측에 개방[바이어스 유입구(11)]되고, 센서 하우징(4)을 경유하여 와류 발생체(3)의 하류 측에 개방[바이어스 유출구(14)]되어 있다. 센서 하우징(4)에는, 예를 들어 니들 밸브(12a, 12b), 필터(13), 한 쌍의 감온 소자 센서(7)가 수납되어 있다. 또한, 도 2에서는 검출 원리의 설명을 용이하게 하기 위해, 니들 밸브(12a, 12b)나 필터(13)를 센서 하우징(4)의 외부에 배치한 도면을 나타내고 있다. In addition, the bypass flow path is provided in the detector 1. As shown in FIG. 2, the bypass flow path is opened upstream (by the bias inlet 11) of the vortex generator 3, and is provided on the downstream side of the vortex generator 3 via the sensor housing 4. It is open (bias outlet 14). In the sensor housing 4, for example, needle valves 12a and 12b, a filter 13, and a pair of thermal element sensors 7 are housed. In addition, in FIG. 2, the needle valves 12a and 12b and the filter 13 are arrange | positioned outside the sensor housing 4 in order to make description of a detection principle easy.

한 쌍의 감온 소자 센서(7)는, 도 3에서 후술하는 바와 같이, 브릿지 회로의 2변(邊)을 구성하고, 정전류 회로로부터의 미약한 전류에 의해 가열되어 있다. 또한, 감온 소자 센서는, 예를 들어 서미스터(thermistor), 열전대, 측온 저항체, 반도체 온도 센서 등을 말한다. The pair of thermal element sensors 7 constitute two sides of the bridge circuit, as described later in FIG. 3, and are heated by a weak current from the constant current circuit. In addition, a thermosensitive element sensor says a thermistor, a thermocouple, a resistance thermometer, a semiconductor temperature sensor, etc., for example.

유체가 측정관(2) 내를 흐르면, 와류 발생체(3)의 하류에는 유속에 비례한 카르만 와류가 발생하고, 와류 발생체(3)의 양측에는, 카르만 와류에 의한 교호(交互)의 압력 변동이 발생한다. 바이패스 유로에는 카르만 와류에 동기한 교번(交番)적인 유속 변화가 발생하고, 감온 소자 센서(7)의 표면에는 미약한 온도 변화가 발생한 이것에 의해, 감온 소자 센서(7)에서는, 와류 발생체(3)에 발생하는 변동 압력에 대응한 신호(와류 신호라고도 한다)가 검출되고, 단자 박스(6)를 경유하여 도 3에서 후술하는 변환기(10)에 출력된다. 보다 구체적으로는, 한 쌍의 감온 소자 센서(7)의 저항값이 교대로 변화되므로, 변환기(10)에서는, 카르만 와류에 동기한 교번 전류를 검출할 수 있다. 또한, 변환기를 검출기로부터 분리한 변환기 분리형의 예로 설명하지만, 변환기 일체형이라도 좋다. When the fluid flows in the measuring tube 2, Karman vortices in proportion to the flow velocity are generated downstream of the vortex generator 3, and alternating pressures of the vortex generator 3 are caused by carman vortices. Fluctuations occur. An alternating flow rate change in synchronization with the Karman vortex occurs in the bypass flow path, and a slight temperature change occurs on the surface of the thermal element sensor 7. Thus, in the thermal element element sensor 7, the vortex generator A signal (also referred to as a eddy current signal) corresponding to the fluctuation pressure generated in (3) is detected and output to the converter 10 described later in FIG. 3 via the terminal box 6. More specifically, since the resistance values of the pair of thermosensitive element sensors 7 alternately change, the converter 10 can detect the alternating current synchronized with the Karman vortex. In addition, although an example of the transducer separation type which isolate | separated a transducer from a detector is described, a transducer integrated type may be sufficient.

도 3은 와류 유량계의 구성도이다. 3 is a block diagram of a vortex flowmeter.

변환기(10)는, 유량 지시계(16), 제어부(15), 통신 I/F(17), 앰프부(18), 필터부(19) 등을 가지며, 이들은 버스로 접속된다. 유량 지시계(16)에는, 변환기(10)에서 구한 피측정 유체의 유량 등이 표시된다. The converter 10 has a flow rate indicator 16, a control unit 15, a communication I / F 17, an amplifier unit 18, a filter unit 19, and the like, which are connected by a bus. The flow rate indicator 16 displays the flow rate and the like of the fluid under measurement obtained by the transducer 10.

제어부(15)는 통신 I/F(17)를 통해 검출기(1)나 외부 기기와 통신 가능하다. 또한, 제어부(15)는, 예를 들어 1개 또는 복수개의 CPU(Central Processing Unit) 등으로 이루어지고, 예를 들어 ROM에 저장되어 있는 각종 프로그램이나 데이터를 RAM에 로딩하고, 이 로딩한 RAM 내의 프로그램을 실행한다. 이에 의해, 와류 유량계의 동작을 제어할 수 있다. The controller 15 can communicate with the detector 1 or an external device through the communication I / F 17. In addition, the control part 15 consists of one or several CPU (Central Processing Unit) etc., for example, loads the various programs and data stored in ROM, for example in RAM, and loads in this loaded RAM. Run the program. Thereby, operation | movement of a vortex flowmeter can be controlled.

앰프부(18)는, 예를 들어 정전류 회로(20), 증폭기(21), 출력 회로(22), 센서 전압 제어 회로(23) 등을 갖는다. 정전류 회로(20)는 검출기(1)의 감온 소자 센서(7)에 전류를 공급하고 있다. 증폭기(21)는 감온 소자 센서(7)로부터 출력된 와류 신호를 증폭한다. 이 증폭된 와류 신호는 필터부(19)에 출력된다. The amplifier unit 18 includes, for example, a constant current circuit 20, an amplifier 21, an output circuit 22, a sensor voltage control circuit 23, and the like. The constant current circuit 20 supplies a current to the thermosensitive element sensor 7 of the detector 1. The amplifier 21 amplifies the eddy current signal output from the thermosensitive element sensor 7. The amplified eddy current signal is output to the filter unit 19.

필터부(19)는, 가변 BPF(26), 콤퍼레이터(27)를 갖고 있다. 가변 BPF(26)는, 증폭기(21)에서 증폭된 와류 신호를 통과시키고, 이 와류 신호에 포함되는 불필요한 주파수 대역의 신호를 제거한다. 콤퍼레이터(27)는 가변 BPF(26)를 통과한 필터 후 파형을 펄스화한다. 펄스화된 트리거 파형은 앰프부(18)의 출력 회로(22)에 출력된다. The filter unit 19 has a variable BPF 26 and a comparator 27. The variable BPF 26 passes the eddy current signal amplified by the amplifier 21 and removes an unnecessary frequency band signal included in the eddy current signal. The comparator 27 pulses the waveform after the filter which has passed through the variable BPF 26. The pulsed trigger waveform is output to the output circuit 22 of the amplifier unit 18.

유량에 비례한 펄스 출력이 얻어지면, 카르만 와류에서 발생하는 주파수(와류 주파수라고도 한다)를 검출할 수 있다. 와류 주파수는 유속에 비례하고, 그 관계식은 이하와 같이 된다. When a pulse output proportional to the flow rate is obtained, the frequency (also called the vortex frequency) occurring in the Karman vortex can be detected. The vortex frequency is proportional to the flow velocity, and the relationship is as follows.

f=St·V/df = StV / d

f는 와류 주파수, V는 유체의 평균 유속, d는 와류 발생체의 폭, St는 스트로우홀 수(Strouhal number)(상수)이다. 이 스트로우홀 수는 레이놀즈 수(흐름 상태를 결정하는 수치)에 의해 변화되지만, 광범위한 레이놀즈 수에 있어서 거의 일정해진다. f is the vortex frequency, V is the average flow velocity of the fluid, d is the width of the vortex generator, and St is the Strouhal number (constant). This number of throwholes varies with the Reynolds number (the value that determines the state of the flow), but becomes nearly constant over a wide range of Reynolds numbers.

따라서 스트로우홀 수가 일정한 범위에서는, 와류 주파수(f)는 평균 유속(V)에 비례한다는 것을 알 수 있다. 또한, 와류 발생체의 폭(d)은 이미 알려져 있기 때문에, 와류 주파수(f)를 검출하면 측정관 내의 평균 유속(V)을 구할 수 있다. 여기서, 출력 회로(22)에서는, 이 평균 유속(V)에 측정관의 단면적을 곱하여 유량을 구하고 있고, 유량 지시계(16) 등에 출력한다. Therefore, it can be seen that the vortex frequency f is proportional to the average flow rate V in a range where the number of straw holes is constant. In addition, since the width d of the vortex generator is known, the average flow velocity V in the measurement tube can be obtained by detecting the vortex frequency f. Here, the output circuit 22 calculates the flow rate by multiplying the average flow rate V by the cross-sectional area of the measuring tube, and outputs it to the flow rate indicator 16 or the like.

또한, 상기의 제어부(15)는, 저항값 산출부(40), 온도 보상 산출부(41), 구동 전압·전류 제어부(42)를 갖고 있다. Moreover, the said control part 15 has the resistance value calculation part 40, the temperature compensation calculation part 41, and the drive voltage and current control part 42. As shown in FIG.

저항값 산출부(40)는 감온 소자 센서(7)의 저항값을 구하고 있다. 상세하게는, 정전류 회로(20)에는, 감온 소자 센서(7)에 발생된 전류나 전압을 검출하는 전류 검출기나 전압 검출기, A/D 컨버터가 설치되어 있고, 저항값 산출부(40)는 A/D 컨버터에서 디지털 변환된 전류치 및 전압치로부터 감온 소자 센서(7)의 저항값을 구하고 있다. 저항값 산출부(40)의 연산 결과는 온도 보상 산출부(41)에 출력되고, 온도 보상 산출부(41)에서는, 감온 소자 센서(7)의 온도 특성에 의한 출력 변화를 보상하고 있다. 또한, 전류치 및 전압치로부터 감온 소자 센서(7)의 저항값을 구하는 예로 설명했지만, 다른 수법으로 감온 소자 센서(7)의 저항값을 구해도 좋다. The resistance value calculator 40 calculates the resistance value of the thermosensitive element sensor 7. In detail, the constant current circuit 20 is provided with a current detector, a voltage detector, and an A / D converter for detecting a current or voltage generated in the thermosensitive element sensor 7, and the resistance value calculating unit 40 is A. The resistance value of the thermosensitive element sensor 7 is obtained from the current value and the voltage value digitally converted by the / D converter. The calculation result of the resistance value calculation part 40 is output to the temperature compensation calculation part 41, and the temperature compensation calculation part 41 compensates for the output change by the temperature characteristic of the thermosensitive element sensor 7. As shown in FIG. In addition, although it demonstrated as the example which calculates the resistance value of the thermosensitive element sensor 7 from a current value and a voltage value, you may calculate the resistance value of the thermosensitive element sensor 7 by another method.

도 4는 도 3의 온도 보상 산출부의 구성도이다. 온도 보상 산출부(41)는, 주위 온도 또는 피측정 유체의 온도가 변화되어도 감온 소자 센서의 온도 변화에 대한 출력 변화의 크기를 일정하게 하기 위해, 도 3의 저항값 산출부(40)에서 구한 센서 저항값으로부터 감온 소자 센서(7)의 구동 전압을 구하고 있다. 4 is a configuration diagram illustrating a temperature compensation calculator of FIG. 3. The temperature compensation calculating section 41 is obtained by the resistance value calculating section 40 of FIG. 3 in order to keep the magnitude of the output change with respect to the temperature change of the thermosensitive element sensor even when the ambient temperature or the temperature of the fluid under measurement changes. The drive voltage of the thermosensitive element sensor 7 is calculated | required from the sensor resistance value.

먼저, 온도 보상 산출부(41)는, 저항값 산출부(40)에서 구한 센서 저항값과 도 4(A)에 나타내는 저항-온도 특성(41a)으로부터 감온 소자 센서의 온도(T)를 구하고 있다. First, the temperature compensation calculator 41 calculates the temperature T of the thermosensitive element sensor from the sensor resistance value obtained by the resistance value calculator 40 and the resistance-temperature characteristic 41a shown in Fig. 4A. .

감온 소자 센서는, 반도체의 온도 계수를 이용하여 온도를 검출할 수 있는 소자이며, 온도에 의해 저항값이 변화된다. 감온 소자 센서의 저항-온도 특성은 수학식 1로 나타나는 것이 알려져 있다. A thermosensitive element sensor is an element which can detect temperature using the temperature coefficient of a semiconductor, and a resistance value changes with temperature. It is known that the resistance-temperature characteristic of the thermosensitive element sensor is represented by Equation (1).

Figure 112018076494025-pat00001
Figure 112018076494025-pat00001

T는 센서의 온도(K), R은 센서 저항값(Ω), B는 감온 소자 상수(센서 고유의 값이다), T0는 기준 온도, R0는 기준 온도일 때의 센서 저항값이며, 수학식 1에 나타내는 바와 같이, 저항값은 온도가 높아짐에 따라 지수함수적으로 작아진다. T is the sensor temperature (K), R is the sensor resistance value (Ω), B is the thermosensitive element constant (sensor-specific value), T 0 is the reference temperature, R 0 is the sensor resistance value at the reference temperature, As shown in Equation 1, the resistance value decreases exponentially as the temperature increases.

또한, 수학식 1은 수학식 2와 같이 변형할 수 있고, 이 수학식 2를 T에 대해 정리하면, 수학식 3으로 나타난다. 이 수학식 2가 저항-온도 특성(41a)에 상당하고, 도 3의 저항값 산출부(40)에서 센서 저항값(R)을 구하면, 수학식 3으로부터 센서의 온도(T)를 구할 수 있다. In addition, Equation 1 may be modified as in Equation 2, and when Equation 2 is summarized with respect to T, Equation 3 is expressed as Equation 3. This equation (2) corresponds to the resistance-temperature characteristic (41a), and when the sensor resistance value (R) is obtained from the resistance value calculator (40) of FIG. 3, the temperature (T) of the sensor can be obtained from the equation (3). .

Figure 112018076494025-pat00002
Figure 112018076494025-pat00002

Figure 112018076494025-pat00003
Figure 112018076494025-pat00003

다음에, 온도 보상 산출부(41)는, 구한 센서의 온도(T)와 도 4(A)에 나타내는 온도-감도 특성(41b)으로부터 감온 소자 센서의 감도를 구하고 있다. Next, the temperature compensation calculator 41 calculates the sensitivity of the thermosensitive element sensor from the obtained temperature T of the sensor and the temperature-sensitivity characteristic 41b shown in Fig. 4A.

감온 소자 센서에 전류를 흘리면, 주울의 법칙에 따라서 발열(자기 발열이라고도 한다)되지만, 센서의 저항값은 온도에 대응하여 변화되므로, 센서의 감도를 구하는 경우에는 자기 발열을 고려할 필요가 있다. 충분한 시간이 경과한 평형 상태에 있어서의 주위 온도와의 온도차(t)는, 후술의 자기 발열에 의한 온도에 상당하고, 센서에 흘리는 전류(I), 소정의 비례 상수(방열 계수, 열저항이라고도 한다)(Θ)에 의해서 수학식 4로 나타난다. When a current flows through the thermosensitive element sensor, it generates heat (also called self-heating) in accordance with Joule's law. However, since the resistance value of the sensor changes in response to temperature, it is necessary to consider self-heating when obtaining the sensitivity of the sensor. The temperature difference (t) with the ambient temperature in the equilibrium state after sufficient time has passed corresponds to the temperature by the self-heating mentioned later, and also the electric current (I) which flows through a sensor, a predetermined proportionality constant (heat dissipation coefficient, heat resistance) It is expressed by (4) by (Θ).

Figure 112018076494025-pat00004
Figure 112018076494025-pat00004

여기서, 카르만 와류의 발생에 의해 감온 소자 센서에 발생된 온도 변화(ΔT)는, 자기 발열한 센서와 유체와의 온도차에 의한 강제 대류로 발생된 것이라고 생각할 수 있다. 이 때의 센서의 저항 변화(ΔR)는 수학식 5로 나타난다. Here, it can be considered that the temperature change ΔT generated in the thermosensitive element sensor due to the generation of the Karman vortex is caused by forced convection caused by the temperature difference between the self-heated sensor and the fluid. The resistance change ΔR of the sensor at this time is represented by the equation (5).

Figure 112018076494025-pat00005
Figure 112018076494025-pat00005

dR/dT는 센서의 온도 계수이며, 센서의 온도에 의해 결정된다. 이 센서의 온도 계수(dR/dT)는, 수학식 1을 T로 미분하여 수학식 6으로 나타난다. dR / dT is a temperature coefficient of the sensor and is determined by the temperature of the sensor. The temperature coefficient (dR / dT) of this sensor is expressed by equation (6) by differentiating equation (1) by T.

Figure 112018076494025-pat00006
Figure 112018076494025-pat00006

따라서, 온도 계수(dR/dT)는 부(負)의 특성을 갖고, 그 절대치는 온도가 낮을수록 커진다. Therefore, the temperature coefficient dR / dT has a negative characteristic, and the absolute value thereof becomes larger as the temperature is lower.

한편, 유체에 접촉하는 것에 의한 센서의 온도 변화를 생각하면, 열전달율(h)은 수학식 7로 나타난다. On the other hand, considering the temperature change of the sensor due to contact with the fluid, the heat transfer rate h is expressed by the equation (7).

Figure 112018076494025-pat00007
Figure 112018076494025-pat00007

Q는 열 이동량(W), A는 전파(傳搬) 면적(m2), Tw는 센서의 온도(K), Ta는 피측정 유체의 온도(K)이다. Q is the heat transfer amount (W), A is the propagation area (m 2 ), Tw is the temperature (K) of the sensor, and Ta is the temperature (K) of the fluid under measurement.

감온 소자 센서의 주위 온도와 유체의 온도가 동일한 경우, Tw-Ta는 자기 발열에 의한 온도(t)가 되고, 수학식 7은 Q=A·t·h 로 된다. 또한, 센서의 열용량(C)으로 하면, Q=CΔT 이므로, 센서의 온도 변화(ΔT)는 수학식 8로 나타난다. When the ambient temperature of the thermosensitive element sensor and the fluid temperature are the same, Tw-Ta is a temperature t by self-heating, and Equation 7 is Q = A · t · h. In addition, when the heat capacity C of a sensor is Q = C (DELTA) T, the temperature change (DELTA) T of a sensor is represented by Formula (8).

Figure 112018076494025-pat00008
Figure 112018076494025-pat00008

또한, 상기의 열전달율(h)은, 누셀트 수(Nusselt number)(Nu)를 이용하면, 유체의 열전도율(k), 대표 길이(L)로서 수학식 9로 나타난다. In addition, when the Nusselt number Nu is used, the heat transfer rate h is represented by Equation 9 as the thermal conductivity k of the fluid and the representative length L. FIG.

Figure 112018076494025-pat00009
Figure 112018076494025-pat00009

감온 소자 센서가 평판이며, 센서 부근의 흐름이 센서에 대해서 평행한 층류라고 가정하면, 누셀트 수 Nu=0.664Re1 / 2Pr1 /3 이다. Re는 레이놀즈 수이며(Re=ρvL/, ρ는 유체의 밀도, v는 유체의 속도, μ는 유체의 점성 계수), Re≤3.2×105 이다. 또한, Pr는 프랜틀 수(Prandtl number)이며, 유체에 고유의 물성치이다. A temperature sensing element the sensor is flat, when the flow sensor near the assumption that the parallel laminar flow with respect to the sensor, a press selteu be Nu = 0.664Re 1/2 Pr 1 /3. Re is the Reynolds number (Re = ρvL /, ρ is the density of the fluid, v is the velocity of the fluid, μ is the viscosity coefficient of the fluid), and Re ≦ 3.2 × 10 5 . In addition, Pr is a Prandtl number, which is inherent in the fluid.

수학식 8의 h에 수학식 9를 대입하고, 수학식 9의 Nu에 상기 누셀트 수(Nu)를 대입하면, 수학식 10으로 나타난다. Substituting Equation 9 into h of Equation 8 and Nusselt number Nu into Nu of Equation 9 results in Equation (10).

Figure 112018076494025-pat00010
Figure 112018076494025-pat00010

이 수학식 10 중, A, C, L, μ, Pr, k는 상수로 간주할 수 있으므로, 계수(α)로 정리하면, 수학식 11로 나타난다. In Equation 10, A, C, L, μ, Pr, and k can be regarded as constants. Thus, when summarized by the coefficient α, it is represented by Equation (11).

Figure 112018076494025-pat00011
Figure 112018076494025-pat00011

그리고 수학식 5의 dR/dT에 수학식 6을, 수학식 5의 ΔT에 수학식 11을, 수학식 11의 t에 수학식 4를 각각 대입하면, 수학식 12로 나타난다. Equation 6 is substituted for dR / dT in Equation 5, Equation 11 is substituted for ΔT in Equation 5, and Equation 4 is substituted for t in Equation 11, where Equation 12 is represented.

Figure 112018076494025-pat00012
Figure 112018076494025-pat00012

이상 기체(理想 氣體)의 상태 방정식 PV=nRτ(P는 압력, V는 체적, n는 물질량(몰수), R은 기체 정수, τ는 기체의 온도)에 있어서, 물질량(n)은 w/M(w는 질량, M는 기체의 평균 분자량)이며, 밀도 ρ=w/V=PM/Rτ가 된다. The state equation of the ideal gas PV = nRτ (P is the pressure, V is the volume, n is the mass of material (moles), R is the gas constant, τ is the temperature of the gas), and the mass of material (n) is w / M (w is mass and M is the average molecular weight of the gas), and the density ρ = w / V = PM / Rτ.

기체의 온도(τ)를 일정하다고 간주하면, 밀도(ρ)는 압력(P)에 비례한다. 따라서, 이 비례 상수(즉, M/Rτ)와 상기 α, Θ, B를 계수(β)로 정리하면, 감온 소자 센서의 저항 변화(ΔR)는 수학식 13으로 나타난다. If the temperature τ of the gas is assumed to be constant, the density ρ is proportional to the pressure P. Therefore, if this proportionality constant (i.e., M / Rτ) and α, Θ, and B are summed up by the coefficient β, the resistance change ΔR of the thermosensitive element sensor is represented by equation (13).

Figure 112018076494025-pat00013
Figure 112018076494025-pat00013

이 센서의 저항 변화(ΔR)는, 센서에 흘리는 전류(I)로부터 전압으로 변환되어 도 3에서 설명한 증폭기에서 증폭된다. 증폭기의 게인(gain)(G)으로 하면, 출력되는 와류 신호의 파고치(진폭치라고도 한다)(ΔV)는, ΔV=G·I·ΔR 이기 때문에, 이 ΔR에 수학식 13을 대입하면, 수학식 14로 나타난다. The resistance change ΔR of the sensor is converted into a voltage from the current I flowing through the sensor and amplified by the amplifier described with reference to FIG. 3. When the gain (G) of the amplifier is used, the peak value (also referred to as an amplitude value) (ΔV) of the output eddy current signal is ΔV = G · I · ΔR, so when Equation 13 is substituted into this ΔR, Equation 14 is shown.

Figure 112018076494025-pat00014
Figure 112018076494025-pat00014

그리고 유속이 일정한 조건 하에서, 온도나 압력 등이 변화된 경우, 즉 와류 신호의 파고치가 ΔV0로부터 ΔV로 변화된 경우(센서 저항값, 센서 전류, 센서의 온도, 압력이 각각 R0, I0, T0, P0 로부터 R, I, T, P 로 변화된 경우), 와류 신호의 파고치의 변화 비율(진폭비라고도 하고, 센서의 감도에 상당한다)(m)은, m=ΔV0/V이므로 수학식 15로 나타난다. 이와 같이, 와류 신호의 파고치의 변화 비율은, 감온 소자 센서의 와류 검출 원리로부터 이론적으로 도출할 수 있다는 것을 알 수 있다. And under the condition of constant flow rate, when the temperature or pressure is changed, that is, when the crest value of the vortex signal is changed from ΔV 0 to ΔV (sensor resistance value, sensor current, sensor temperature, pressure are respectively R 0 , I 0 , T The ratio of change in crest value of the eddy current signal (also referred to as amplitude ratio and equivalent to the sensitivity of the sensor) (m) is 0 = P 0 to R, I, T, P, and m is Appears as 15. In this way, it can be seen that the rate of change of the crest value of the vortex signal can be theoretically derived from the vortex detection principle of the thermosensitive element sensor.

Figure 112018076494025-pat00015
Figure 112018076494025-pat00015

보다 상세하게는, 압력도 일정한 조건 하에서, 센서 전압이 각각 V0로부터 V로 변화된 경우, I=V/R이므로, 수학식 15는 수학식 16으로 나타난다. More specifically, when the sensor voltage is changed from V 0 to V, respectively, under the condition that the pressure is also constant, Equation 15 is expressed by Equation 16 since I = V / R.

Figure 112018076494025-pat00016
Figure 112018076494025-pat00016

따라서, 수학식 16의 R/R0에 수학식 2를 대입하면, 수학식 17로 나타나므로, 와류 신호의 파고치의 변화 비율(m)은, 온도에 의해서 변화되고(즉, 후술의 온도에 의한 파고치의 변화 비율의 항을 갖고), 센서 구동 전압의 제어에 의해서 조정할 수 있음을 알 수 있다. Therefore, when Equation 2 is substituted into R / R 0 in Equation 16, Equation 17 is used. Therefore, the change ratio m of the crest value of the eddy current signal is changed by temperature (that is, by the temperature described later). It can be seen that it can be adjusted by the control of the sensor drive voltage with the term of the change ratio of crest value).

Figure 112018076494025-pat00017
Figure 112018076494025-pat00017

이 온도에 의한 파고치의 변화 비율을 구한다. T0를 약 20℃로 하여 전압을 일정하게 한 경우, 와류 신호의 파고치를 세로축, 온도를 가로축으로 하여 수학식 17을 그래프로 하면, -40℃ ~ 80℃의 범위에서는 거의 직선이었다. 여기서 계산을 간략화하기 위해, 온도에 의한 파고치의 변화 비율을 1차식으로 근사한다. 전압 일정으로 하여 수학식 17을 T로 미분하면, 수학식 18로 나타난다. The rate of change of crest value due to this temperature is obtained. When the T 0 by a constant voltage of about 20 ℃, when the equation (17) the peak value of the eddy current signal by the vertical axis and temperature as the horizontal axis in the graph was a straight line substantially in the range of -40 ℃ ~ 80 ℃. Here, in order to simplify the calculation, the rate of change of crest value due to temperature is approximated first-order. If the equation 17 is differentiated by T as the voltage constant, it is represented by the equation (18).

Figure 112018076494025-pat00018
Figure 112018076494025-pat00018

T=T0로 하여 T0 부근의 기울기를 구하면, 수학식 19로 나타난다. If T = T 0 is used, the inclination around T 0 is expressed by equation (19).

Figure 112018076494025-pat00019
Figure 112018076494025-pat00019

따라서 T0 부근에 있어서의 파고치의 변화 비율(m)의 1차식 근사(직선)는, 온도(T-T0)가 최악으로 되어도 m=1을 유지한다고 상정하면 수학식 20으로 나타나고, 이를 온도에 의한 파고치의 변화 비율로 간주한다. 상기 수학식 19가 온도-감도 특성(41b)에 상당하고, 센서의 온도를 구하면, 수학식 17로부터 감온 소자 센서의 감도를 구할 수 있다. Therefore, the first-order approximation (straight line) of the change ratio m of the crest value in the vicinity of T 0 is expressed by Equation 20 assuming that m = 1 is maintained even when the temperature TT 0 becomes worst. It is regarded as the rate of change of crest value. Equation 19 corresponds to the temperature-sensitivity characteristic 41b, and when the temperature of the sensor is obtained, the sensitivity of the thermosensitive element sensor can be obtained from Equation 17.

Figure 112018076494025-pat00020
Figure 112018076494025-pat00020

계속하여, 온도 보상 산출부(41)는, 센서의 온도가 변화되어도 감도를 온도 변화의 전후로 일정(m=1)하게 유지하기 위한, 도 4(A)에 나타내는 감도-센서 전압 특성(41c)에 기초하여, 구한 센서의 감도로부터 센서 구동 전압의 보상 계수를 구하고 있다. 또한, 도 4(A)에 나타낸 온도-감도 특성(41b) 및 감도-센서 전압 특성(41c) 대신에, 도 4(B)에 나타내는 바와 같이, 온도-센서 전압 특성(41d)을 이용해도 좋다. Subsequently, the temperature compensation calculating section 41 maintains the sensitivity constant (m = 1) before and after the temperature change even when the temperature of the sensor is changed, the sensitivity-sensor voltage characteristic 41c shown in Fig. 4A. Based on the above, the compensation coefficient of the sensor drive voltage is obtained from the obtained sensor sensitivity. In addition, instead of the temperature-sensitivity characteristic 41b and sensitivity-sensor voltage characteristic 41c shown in FIG. 4 (A), you may use the temperature-sensor voltage characteristic 41d as shown in FIG. 4 (B). .

계산을 간략화하기 위해, 수학식 17 중 온도에 의한 파고치의 변화 비율의 항을 수학식 20으로 치환하면 수학식 21로 나타난다. 이것이 감도-센서 전압 특성(41c)이며, 센서의 감도를 구하면, 수학식 21로부터 센서 구동 전압을 구할 수 있다. In order to simplify the calculation, if the term of the rate of change of crest value due to temperature in Equation 17 is replaced with Equation 20, Equation 21 is represented. This is the sensitivity-sensor voltage characteristic 41c. When the sensitivity of the sensor is obtained, the sensor drive voltage can be obtained from equation (21).

Figure 112018076494025-pat00021
Figure 112018076494025-pat00021

그리고 와류 신호의 파고치의 변화 비율이 일정해지는 조건을 구하기 위해서, m=1로 하여, 온도 보상에 의한 센서 전압의 변화 비율 V/V0에 대해서 수학식 21을 변형하면, 수학식 22로 나타난다. In order to determine the condition under which the change rate of the crest value of the vortex signal is constant, the equation (21) is modified with respect to the change ratio V / V 0 of the sensor voltage due to temperature compensation by m = 1.

Figure 112018076494025-pat00022
Figure 112018076494025-pat00022

온도 보상 산출부(41)는, 이 온도 보상에 의한 센서 전압의 변화 비율 V/V0를 전압 보상 계수 Vadj로서 구동 전압·전류 제어부(42)에 출력한다. 구동 전압·전류 제어부(42)는 센서 구동 전압(V)을 V0×Vadj로 설정할 수 있다. The temperature compensation calculating part 41 outputs the change ratio V / V 0 of the sensor voltage by this temperature compensation to the drive voltage / current control part 42 as a voltage compensation coefficient Vadj. The drive voltage and current control unit 42 can set the sensor drive voltage V to V 0 × Vadj.

이 V0를, 주위 온도가 상온(예를 들어 20℃)시의 센서 전압이라고 하면, 센서 온도(T)가 상온보다 낮아진 경우, 구동 전압·전류 제어부(42)는 센서 구동 전압(V)을 V0×Vadj로 설정하고, 센서 전압 제어 회로(23)에 출력하고 있다. When this V 0 is a sensor voltage when the ambient temperature is room temperature (for example, 20 ° C.), when the sensor temperature T is lower than the room temperature, the driving voltage and current control unit 42 adjusts the sensor driving voltage V. set to V 0 × Vadj, and is output to the sensor voltage control circuit 23.

센서 전압 제어 회로(23)는, 구동 전압·전류 제어부(42)에서 설정된 센서 구동 전압(V)을 D/A 컨버터에서 아날로그 변환하여 감온 소자 센서(7)에 출력한다. 이에 의해, 센서의 감도는 일정하게 유지된다. The sensor voltage control circuit 23 analog-converts the sensor drive voltage V set by the drive voltage and current control unit 42 by the D / A converter and outputs the result to the thermosensitive element sensor 7. Thereby, the sensitivity of the sensor is kept constant.

또한, 상기에서는, 구한 센서의 저항값, 센서 온도, 센서의 감도를 각 식에 대입하여 센서 온도, 센서의 감도, 센서 전압을 각각 구하는 예를 들어 설명했지만, 저항-온도 특성의 테이블, 온도-감도 특성의 테이블, 감도-센서 전압의 테이블, 또는 온도-센서 전압의 테이블을 이용하는 것도 가능하다. In the above description, an example of obtaining the sensor temperature, the sensor sensitivity, and the sensor voltage by substituting the obtained resistance value, sensor temperature, and sensor sensitivity for each equation is described. It is also possible to use a table of sensitivity characteristics, a table of sensitivity-sensor voltages, or a table of temperature-sensor voltages.

도 5는 센서 온도와 파고치의 변화 비율과의 관계, 및 센서 온도와 센서 구동 전압과의 관계를 설명하는 도면이며, 도 6은 본 실시예의 파형 데이터(신호 전압의 시간 경과)를 설명하는 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the sensor temperature and the rate of change of crest value, and the relationship between the sensor temperature and the sensor driving voltage, and FIG. 6 is a diagram illustrating waveform data (time lapse of signal voltage) according to the present embodiment. .

센서 온도가 약 20℃를 하회했음에도 불구하고, 센서 구동 전압을 변경하지 않았던 경우(비교예로 칭한다)에는, 와류 신호의 파고치의 변화 비율은, 도 5에 파선으로 나타내는 바와 같이 0.8을 크게 하회하므로 센서의 감도도 크게 저하된다. When the sensor drive voltage is not changed (referred to as a comparative example) even though the sensor temperature is lower than about 20 ° C, the rate of change of the crest value of the eddy current signal is significantly lower than 0.8 as indicated by the broken line in FIG. 5. The sensitivity of the sensor is also greatly reduced.

이에 비해, 본 실시예에서는, 센서 온도가 약 20℃를 하회한 경우, 도 5에 1점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 센서 구동 전압을 예를 들어 V0×Vadj로 높이고 있으므로, 와류 신호의 파고치의 변화 비율은 도 5에 실선으로 나타내는 바와 같이 약 20℃의 시점과 동등 이상으로 되고, 센서의 감도는 양호해진다. 이 경우, 도 6(A)에 나타내는 바와 같이 안정된 신호 전압이 얻어지고, 필터 후 파형의 피크 간격이나 진폭치가 고르게 되기 때문에, 이 파형을 펄스화하면, 트리거 파형은, 도 6(B)에 나타내는 바와 같이 안정된 펄스가 얻어져서 간격이나 진폭이 고르게 되고, 출력 펄스에는 노이즈가 섞이지 않게 된다. In contrast, in the present embodiment, when the sensor temperature is lower than about 20 ° C., as shown by the dashed-dotted line in FIG. 5, the sensor drive voltage is increased to, for example, V 0 × Vadj. As shown by the solid line in FIG. 5, the change ratio is equal to or higher than the viewpoint of about 20 ° C., and the sensitivity of the sensor becomes good. In this case, as shown in Fig. 6A, a stable signal voltage is obtained, and the peak interval and amplitude value of the post-filtered waveform are uniform. When the waveform is pulsed, the trigger waveform is shown in Fig. 6B. As described above, stable pulses are obtained so that the intervals and amplitudes are even, and noise is not mixed in the output pulses.

또한, 도 5의 □ 표시는, 본 실시예에 의한 파고치의 변화 비율의 실측치이며, 센서 온도가 -20℃에서 85℃의 범위에서는, 도 5에 실선으로 나타낸 이론치에 거의 일치한다. 또한, 도 5의 ○ 표시는, 본 실시예에 의한 센서 구동 전압의 실측치이며, 도 5에 1점쇄선으로 나타낸 이론치에 거의 일치한다. 5 is an actual value of the change ratio of the crest value according to the present embodiment, and almost coincides with the theoretical value indicated by the solid line in FIG. 5 when the sensor temperature is in the range of -20 ° C to 85 ° C. 5 is a measured value of the sensor drive voltage which concerns on a present Example, and corresponds substantially to the theoretical value shown by the dashed-dotted line in FIG.

이와 같이, 감도를 온도 변화의 전후로 일정하게 유지하기 위한 센서 구동 전압을, 센서 저항값으로부터 구하여 감온 소자 센서에 출력하므로, 온도가 변화되어도 센서의 감도를 자동적으로 유지할 수 있다. 그 결과, 센서의 감도를 조정하기 위해, 작업자가 와류 유량계의 설치 현장에 나가지 않아도 되고, 또한, 센서에 의한 계측을 중단할 필요도 없다. In this way, the sensor drive voltage for keeping the sensitivity constant before and after the temperature change is obtained from the sensor resistance value and output to the thermosensitive element sensor, so that the sensitivity of the sensor can be automatically maintained even when the temperature changes. As a result, in order to adjust the sensitivity of a sensor, an operator does not have to go to the installation site of a vortex flowmeter, and it does not need to interrupt measurement by a sensor.

또한, 감온 소자 센서의 전압과 전류를 계측하고 있고, 센서의 이상(예를 들어 단선이나 단락)도 검출 가능하게 된다. In addition, the voltage and current of the thermosensitive element sensor are measured, and abnormality (for example, disconnection or short circuit) of the sensor can be detected.

또한, 상기 실시예에서는 감온 소자의 구동 전압을 구하는 예로 설명했지만, 감온 소자의 구동 전류를 구하는 것도 가능하다. In the above embodiment, the driving voltage of the thermosensitive element has been described as an example, but it is also possible to obtain the driving current of the thermosensitive element.

1: 검출기
2: 측정관
3: 와류 발생체
4: 센서 하우징
5: 장착통
6: 단자 박스
7: 감온 소자 센서
10: 변환기
11: 바이어스 유입구
12a, 12b: 니들 밸브
13: 필터
14: 바이어스 유출구
15: 제어부
16: 유량 지시계
17: 통신 I/F
18: 앰프부
19: 필터부
20: 정전류 회로
21: 증폭기
22: 출력 회로
23: 센서 전압 제어 회로
26: 가변 BPF
27: 콤퍼레이터
40: 저항값 산출부
41: 온도 보상 산출부
41a: 저항-온도 특성
41b: 온도-감도 특성
41c: 감도-센서 전압 특성
41d: 온도-센서 전압 특성
42: 구동 전압·전류 제어부1: detector
2: measuring tube
3: vortex generator
4: sensor housing
5: mounting bin
6: terminal box
7: temperature sensor
10: converter
11: bias inlet
12a, 12b: needle valve
13: filter
14: bias outlet
15: control unit
16: flow indicator
17: Communication I / F
18: amplifier section
19: filter part
20: constant current circuit
21: amplifier
22: output circuit
23: sensor voltage control circuit
26: variable BPF
27: comparator
40: resistance value calculation unit
41: temperature compensation calculator
41a: resistance-temperature characteristics
41b: temperature-sensitivity characteristics
41c: Sensitivity-Sensor Voltage Characteristics
41d: Temperature-Sensor Voltage Characteristics
42: drive voltage and current control unit

Claims (5)

온도의 변화에 의해 저항값이 변화되는 감온 소자의 온도 특성에 의한 출력 변화를 보상하는 감온 소자의 구동 방법으로서,
상기 감온 소자의 저항값을 구하는 저항값 산출 단계와,
상기 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류를 구하는 온도 보상 산출 단계와,
상기 구한 구동 전압 또는 구동 전류를 상기 감온 소자에 출력하는 구동 전압 또는 구동 전류 제어 단계를 포함하고,
상기 온도 보상 산출 단계가,
상기 구한 저항값에 기초하여 상기 감온 소자의 온도를 구하는 온도 산출 단계와,
상기 구한 온도에 기초하여 상기 감온 소자의 감도를 구하는 감도 산출 단계와,
주위 온도 또는 피측정 유체의 온도가 변화되어도 상기 감온 소자의 감도를 온도 변화의 전후로 일정하게 유지하기 위한 상기 감온 소자의 감도와 상기 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류와의 관계에 기초하여, 상기 감도 산출 단계에서 구한 감도로부터 상기 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류의 보상 계수를 구하는 보상 계수 산출 단계와,
상기 구한 보상 계수에 기초하여 상기 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류를 구하는 구동 전압 또는 구동 전류 산출 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 감온 소자의 구동 방법.
A method of driving a thermosensitive element for compensating for an output change caused by a temperature characteristic of a thermosensitive element whose resistance value changes due to a change in temperature,
A resistance value calculating step of obtaining a resistance value of the thermosensitive element,
A temperature compensation calculating step of obtaining a driving voltage or a driving current of the thermosensitive element;
A driving voltage or driving current control step of outputting the obtained driving voltage or driving current to the thermosensitive element;
The temperature compensation calculating step,
A temperature calculating step of obtaining a temperature of the thermosensitive element based on the obtained resistance value;
A sensitivity calculation step of obtaining the sensitivity of the thermosensitive element based on the obtained temperature;
The sensitivity of the thermosensitive element for maintaining the sensitivity of the thermosensitive element constant before and after a temperature change even when the ambient temperature or the temperature of the fluid under test changes, the sensitivity based on a relationship between a driving voltage or a driving current of the thermosensitive element A compensation coefficient calculating step of obtaining a compensation coefficient of a driving voltage or a driving current of the thermosensitive element from the sensitivity obtained in the calculating step;
And a driving voltage or driving current calculating step of obtaining a driving voltage or driving current of the thermosensitive element based on the obtained compensation coefficient.
제 1 항에 있어서,
상기 감온 소자가 감온 소자 센서인 것을 특징으로 하는 감온 소자의 구동 방법.
The method of claim 1,
And the thermosensitive element is a thermosensitive element sensor.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 감온 소자의 구동 방법을 실시하는 것을 특징으로 하는 와류 유량계.
The vortex flowmeter which implements the method of driving the thermosensitive element of Claim 1 or 2.
온도의 변화에 의해 저항값이 변화되는 감온 소자의 온도 특성에 의한 출력 변화를 보상하는 감온 소자의 구동 장치로서,
상기 감온 소자의 저항값을 구하는 저항값 산출부와,
상기 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류를 구하는 온도 보상 산출부와,
상기 구한 구동 전압 또는 구동 전류를 상기 감온 소자에 출력하는 구동 전압 또는 구동 전류 제어부를 갖고,
상기 온도 보상 산출부가,
상기 구한 저항값에 기초하여 상기 감온 소자의 온도를 구하고,
상기 구한 온도에 기초하여 상기 감온 소자의 감도를 구하고,
주위 온도 또는 피측정 유체의 온도가 변화되어도 상기 감온 소자의 감도를 온도 변화의 전후로 일정하게 유지하기 위한 상기 감온 소자의 감도와 상기 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류와의 관계에 기초하여, 상기 구한 감도로부터 상기 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류의 보상 계수를 구하고,
상기 구한 보상 계수에 기초하여 상기 감온 소자의 구동 전압 또는 구동 전류를 구하는 것을 특징으로 하는 감온 소자의 구동 장치. A drive device for a thermosensitive element that compensates for a change in output due to a temperature characteristic of a thermosensitive element whose resistance is changed by a change in temperature,
A resistance value calculating unit for obtaining a resistance value of the thermosensitive element,
A temperature compensation calculating unit obtaining a driving voltage or a driving current of the thermosensitive element;
It has a drive voltage or drive current control part which outputs the obtained drive voltage or drive current to the said thermosensitive element,
The temperature compensation calculation unit,
The temperature of the thermosensitive element is obtained based on the obtained resistance value;
The sensitivity of the thermosensitive element is determined based on the obtained temperature;
Based on the relationship between the sensitivity of the thermosensitive element and the driving voltage or driving current of the thermosensitive element for maintaining the sensitivity of the thermosensitive element constant before and after a temperature change even when the ambient temperature or the temperature of the fluid under test changes. From the sensitivity, the compensation coefficient of the drive voltage or drive current of the thermosensitive element is obtained,
And a drive voltage or a drive current of the thermosensitive element based on the obtained compensation coefficient. 삭제delete
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