WO2007125725A1 - 変換器用パルス幅整形回路及び渦流量計 - Google Patents

Abstract

本発明の変換器用パルス幅整形回路６は、流量検出部１及び流量計数機構３間の更に波形整形装置４と誤出力防止装置５との間に設けられる。変換器用パルス幅整形回路６は、所定値以上の高周波数のパルス信号の連続入力があるとこの高周波数のパルス信号を結合して低周波数のパルス信号に変換した後、ローカット機能を有する誤出力防止装置５へ出力する。本発明では、このような変換器用パルス幅整形回路６を含む変換器２を備えて渦流量計が構成される。

Description

変換器用パルス幅整形回路及び渦流量計 技術分野

本発明は、 変換器用パルス幅整形回路と、 この変換器用パルス 幅整形回路を変換器の構成に含んでなる渦流量計とに関する。 背景技術

渦流量計は、 周知のように、 流体の流れの中に渦発生体を配設 したとき、 所定のレイノルズ数範囲では、 渦発生体から単位時間内 に発生するカルマン渦の数 （渦周波数） が気体、 液体に関係なく流 量に比例することを利用したもので、 この比例定数はス トロ一ハル 数と呼ばれている。 渦検出用の検出センサとしては、 熱センサ、 歪 みセンサ、 光センサ、 圧力センサ、 超音波センサ等が挙げられ、 こ れらは渦による熱変化、 揚力変化等を検出することが可能なものに なっている。 渦流量計は、 被測定流体の物性に影響されずに流量を 測定できる簡易な流量計であって、 気体や流体の流量計測に広く使 用されている。 渦流量計は、 検出センサからのカルマン渦信号をト リガ回路でトリガして流量信号パルスを得るように構成されている 圧縮性流体の流量計測機構においては、 流量計の下流又は上流 側に設けられた締切弁を閉じて流れを停止する場合にも、 気体の如 き圧縮性流体によって閉じられた管路内で流体が圧縮 ·膨張して流 体に脈動が生じてしまい、 流量検出部が流体の移動を検知して、 こ の流量検出部に接続した信号発信部が信号を発信し、 恰も流量を計 測したかの如くの状態になるという不都合がある。 この流体揺動 （ 脈動） によるノイズ信号以外には、 流体の圧縮性にかかわらず、 流 量停止時において、 配管の振動、 電気的ノイズ等のノイズ信号が大 きく、 このノィズ信号がトリガレベルを超えた場合でも流量信号と してパルス化され、 正常な計測が阻害される場合がある。 この時、 渦流量計に警報装置が設置されている場合には、 警報が鳴ってしま うことになる。

上記の不都合は、 渦流量計の如く流量範囲が広く、 流体の流速 によって流量を積算検出する流量計に顕著に見受けられる。 従来の 流量計測装置においては、 管路内の流量検出部とパルス信号を発生 する信号 （ト リガ） との間に （シグナルコンディショナー） S Z N 比を高めるため、 通常フィルタを配設してあるが、 フィル夕は流量 範囲をカバ一するように選定されているので上記の不都合は解消さ れないという問題点を有している。 このような現象は、 締切弁を閧 いて連続的に圧縮性流体を流し、 この流量を計測している時には問 題とならないが、 実際に、 締切弁は一日の大半が閉じられているこ とが多いので、 圧縮性流体が管路内の脈動を流量として計数してし まうことになる。 トリガレベルを拡大することによって、 これらの ノイズのトリガをある程度抑制することは可能であるが、 トリガレ ベルの拡大により計測できる流量範囲も抑制されてしまうという弊 害が生じてしまうことになる。

実公昭 5 3— 1 4 1 9 9号公報には、 渦流量計における誤計数を 防止するための誤計数防止装置に関する技術が開示されている。 ま た、 特許第 3 5 6 4 1 1 1号公報には、 実公昭 5 3— 1 4 1 9 9号 公報の技術を更に改良してなる誤出力防止装置 （誤計数防止装置と も云える） に関する技術が開示されている。 実公昭 5 3 - 1 4 1 9 9号公報及び特許第 3 5 6 4 1 1 1号公報に開示される技術は、 本 願出願人の提案によるものである。

実公昭 5 3— 1 4 1 9 9号公報に開示される誤計数防止装置は、 管路内の流量検出部に接続してパルス信号を発信する信号発信部と 該信号を計数して流量を計数する計数機構との間に蓄積カウン夕と 夕イマを配設することにより、 夕イマの設定時間内に蓄積カウン夕 が設定値に達しない場合は、 揺動によるパルス信号の発生であるた め、 この誤パルス信号は遮断されて、 計数機構へは送られず、 流体 の揺動によっては計数機構は積算を開始しないようにして誤計測を 防止する、 という特徴を有している。 実公昭 5 3 - 1 4 1 9 9号公 報において、 誤計数防止装置の信号発信部は、 フィル夕とトリガと を備えるシグナルコンディショナ一を含んでいる。

実公昭 5 3 - 1 4 1 9 9号公報に閧示される誤計数防止装置は 、 脈動による計数の状況を観察した結果、 極短時間に計数範囲には いるような信号を発生し、 例えば 1 0秒位の期間を平均するとフィ ル夕の下限周波以下となるという点に着目して、 流体の摇動による 誤計数を防止するようにしたものである。

一方、 特許第 3 5 6 4 1 1 1号公報に開示される誤出力防止装 置は、 流量検出部の渦信号検出センサから出力された信号が所定の ト リガレベルを超えた時にパルスを出力する トリガ回路と、 該トリ ガ回路から出力されたパルスを積分する積分回路と、 該積分回路で 積分された信号を入力信号とし、 該入力信号の電圧と予め定めた上 限電圧及び下限電圧とを比較しパルス化して出力する 2つのコンパ レ一夕と、 トリガ回路から出力されたパルスを計数するカウンタ回 路と、 2つのコンパレ一夕からの両出力パルスを入力し論理演算を 行い、 カウン夕回路における計数値のリセッ トに係わる信号を出力 する論理 I Cと、 カウンタ回路における計数値が所定の値に満たな い場合に、 ト リガ回路からの出力パルスを出力せず、 カウンタ回路 における計数値が所定の値になった場合に、 トリガ回路からの出力 パルスを出力するパルス出力手段とを有し、 渦流量計はパルス出力 手段で出力されたパルスを用いて被測定流体の流量又は流速の演算 を行う、 という特徴を有している。 発明の開示

上記従来技術にあっては、 一定周波数以下のパルス信号を遮断 (ローカッ ト機能） し、 且つ、 連続して一定数以上のパルスを検出 してはじめて流量信号と見なす （メモリー機能） ようになつている 。 このため、 一定周波数以上であれば流量信号でないノイズ信号で あっても、 流量を計数する計数機構への出力が行われてしまうとい う問題点を有している。

なお、 渦流量計における検出センサの持つ固有振動数は、 高周 波域であることが知られている。 従って、 渦流量計が例えば配管振 動等の影響を受けた場合を考えると、 検出センサの持つ高周波域の 固有振動数にて発信が行われてしまう恐れがある。

本発明は、 上述した事情に鑑みてなされたもので、 誤計数 （誤 出力） 防止に寄与する変換器用パルス幅整形回路及び渦流量計を提 供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項 1記載の本発明の変 換器用パルス幅整形回路は、 流量検出部及び流量計数機構間の更に 波形整形装置と誤出力防止装置との間に設けられ、 所定値以上の高 周波数のパルス信号の連続入力があるとこの高周波数のパルス信号 を結合して低周波数のパルス信号に変換した後、 口一力ッ ト機能を 有する前記誤出力防止装置へ出力することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、 誤出力防止装置に入 力するためのパルス信号のパルス幅が整形される。 パルス幅の整形 は、 波形整形装置から所定値以上の高周波数のパルス信号の連続入 力がある場合にパルス 0 N幅が広くなるような結合が行われ、 これ 以外の場合には波形整形装置からのパルス信号が、 0 N幅が変化す るものの結合のない状態で出力される。 所定値以上の高周波数のパ ルス信号の連続入力があると、 この高周波数のパルス信号は、 波形 が結合されて 1つの低周波数のパルス信号に変換される。 変換され た低周波数のパルス信号は、 ローカツ ト機能を有する誤出力防止装 置にて、 カッ ト対象となる低周波数となってカッ トされる。 この時 の誤出力防止装置によるカツ トは、 実際には高周波数のパルス信号 のカッ トとなることから、 変換器全体として考えた場合、 口一カツ ト機能の他にハイ力ッ ト機能も有することになる。

請求項 2記載の本発明の変換器用パルス幅整形回路は、 請求項 1に記載の変換器用パルス幅整形回路において、 前記波形整形装置 及び前記誤出力防止装置間で着脱自在となる装置接続部を有するこ とを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、 設置済みとなる既存 の渦流量計に対して後付けすることが可能になる。 本発明のパルス 幅整形回路の汎用性を高めるとともに、 既存の渦流量計ュ一ザの負 担を低減することが可能になる。

上記課題を解決するためになされた請求項 3記載の本発明の渦 流量計は、 請求項 1又は請求項 2に記載の変換器用パルス幅整形回 路を含む変換器を備えることを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、 波形整形装置から所 定値以上の高周波数のパルス信号がパルス幅整形回路に連続して入 力されると、 この高周波数のパルス信号はパルス幅整形回路におい て結合されて 1つの低周波数のパルス信号に変換される。 そして、 変換された低周波数のパルス信号は、 パルス幅整形回路が接続され る誤出力防止装置にて力ッ トの対象となりカッ トされる。 口一カツ ト機能を有する誤出力防止装置は、 本発明のパルス幅整形回路によ りハイカヅ ト機能も有することになる。

本発明によれば、 誤計数 （誤出力） 防止に寄与することができ るという効果を奏する。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の変換器用パルス幅整形回路及び渦流量計の一 実施の形態を示す図であり、 （ a ) はブロック図、 （b ) は動作説 明図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 図面を参照しながら説明する。 図 1は本発明の変換器用 パルス幅整形回路及び渦流量計の一実施の形態を示す図であり、 （ a ) はブロック図、 （b ) は動作説明図である。

図 1 ( a ) において、 渦流量計は、 被測定流体が流通する測定 管 （流管） と、 測定管内において流れに対向して配設され、 カルマ ン渦を発生させる渦発生体と、 渦発生体により発生したカルマン渦 の信号を検出する流量検出部 （渦信号検出部） 1 と、 流量検出部 1 で検出された信号を変換してパルスを出力する変換器 2 と、 変換器 2からの出力パルスを計測することにより被測定流体の流量又は流 速を演算 ·測定する流量計数機構 3とを備えて構成されている。

流量検出部 1及び流量計数機構 3の間に設けられる変換器 2は 、 流量検出部 1に接続される波形整形装置 4と、 流量計数機構 3に 接続される誤出力防止装置 5 と、 波形整形装置 4及び誤出力防止装 置 5の間でこれらに接続されるパルス幅整形回路 6とを備えて構成 されている。 パルス幅整形回路 6は、 特に限定するものではないが 、 波形整形装置 4と誤出力防止装置 5 との間に着脱自在に設けられ ている。 パルス幅整形回路 6は、 波形整形装置 4及び誤出力防止装 置 5に対する装置接続部を有している。

波形整形装置 4は、 フィル夕回路 7と ト リガ回路 8 とを備えて いる。 フィル夕回路 7は、 図示しないアンプにより増幅された交番 電圧信号を濾波 ·整形して S / N比を高めるように構成されている 。 また、 トリガ回路 8は、 流量検出部 1から出力されフィル夕回路 7を通過した信号が所定のト リガレベルを超えた時にパルスを出力 するように構成されている。

パルス幅整形回路 6は、 本形態においてマルチバイブレ一夕 I Cからなるものであって、 所定値以上の高周波数のパルス信号の連 続入力があるとこの高周波数のパルス信号の波形を、 パルス 0 N幅 が広くなるように結合して 1つの低周波数のパルス信号に変換した 後、 誤出力防止装置 5へ出力することができるように構成されてい る。 所定値とは、 マルチバイブレー夕 I Cで整形されるパルス幅に 依存し、 具体的な周波数は、 その逆数となる。 また、 パルス幅整形 回路 6は、 所定値以上の高周波数のパルス信号の連続入力以外に関 し、 0 N幅が変化するものの結合がない状態で誤出力防止装置 5へ 出力することができるように構成されている。 パルス幅整形回路 6 は、 誤出力防止装置 5へ出力するためのパルス信号のパルス幅を整 形する機能を有している。 尚、 波形を結合して低周波数のパルス信 号に変換することに関しては、 図 1 ( b ) を参照しながら後述する ものとする。

誤出力防止装置 5は、 一種のメモリとしての機能を有している 。 具体的には、 流量計数機構 3への出力の前に、 パルス幅整形回路 6を介して入力されるパルス信号を全てメモリする機能を有してい る。 このメモリは、 あるメモリパルス数を設定し、 設定したパルス 数がメモリされるまでパルスを外部へ出力せず、 メモリが飽和した 段階から外部へ出力するようなものとなっている。 また、 誤出力防 止装置 5は、 口一カツ ト機能 （口一カッ トフィル夕） を有している 。 具体的には、 パルス幅整形回路 6を介して入力されるパルス信号 が所定の周波数以下であれば、 波形をカツ トするとともにメモリを をリセッ トするようなものとなっている。

誤出力防止装置 5は、 特に限定するものではないが、 本形態に おいて、 論理 I Cからなり口一カツ ト機能を有するタイマー回路 9 と、 この夕イマ回路 9が C L Rに接続されるカウン夕回路 1 0 と、 カウンタ回路 1 0に対して図示のように接続される A N Dゲート 1 1、 1 2及び N O Tゲート 1 3とを備えている。

次に、 上記構成に基づき図 1 ( a ) 及び （b ) を参照しながら パルス幅整形回路 6及び誤出力防止装置 5の動作について説明する 。 尚、 説明中の数値は一例であるものとする。 また、 説明からも分 かるが、 実際には高周波数のパルス信号が力ヅ トされることになる ことから、 所定値以上の高周波数をハイカッ ト周波数と呼ぶものと する。

( 1 ) ： ハイカヅ ト周波数 （ 3 0 0 H z ) 以上のパルスが 2つ 以上連続で検出された場合には、 パルス幅整形回路 6により 1つの パルスに結合され、 この結果、 周波数の低いパルスが誤出力防止装 置 5へ出力される。 具体的には、 例えば精度保証値としての最大流 量時の周波数の時に、 パルス 0 N幅が周期に対して 5 0 %程度にな るように予め設定しておき、 ノィズと見なされる周波数 （ 3 0 0 H z ) 以上のパルスが入力された場合には、 この入力パルスが、 パル ス 0 N幅が広くなるような格好で結合されて 1つの低周波数のパル スに変換される。 変換されたパルスは、 誤出力防止装置 5へ出力さ れ 。

正常なパルス （ 3 0 0 H zを下回るパルス） は、 パルス幅整形 回路 6においてパルス 0 N幅が周期に対して 5 0 %程度になったと しても結合が生じないようになつている。 すなわち、 O N幅が変化 するものの結合がない状態で誤出力防止装置 5へ出力される。

( 2 ) ： ( 1 ) の結果、 誤出力防止装置 5の口一カッ ト設定値 (図 1 ( b ) では 7 0 H z ) を下回っていれば誤出力防止装置 5の ローカッ トフィル夕によりカッ トされる。 つまり、 流量計数機構 3 へは出力がなされず、 変換器 2からの出力パルスが計測されないこ とになる。 従って、 誤計数 （誤出力） が防止される。

( 3 ) ： ( 1 ) の結果、 誤出力防止装置 5の口一カツ ト設定値 (図 1 ( b ) では 7 0 H z ) 以上であった場合には、 誤出力防止装 置 5の口一カツ トフィルタによりカツ トされることがなく、 このま まのパルスで流量計数機構 3へ出力される。

以上、 本発明についてまとめると、 一定周波数以上のパルス信 号を、 流量に係る信号でないと判断することができる。 具体的には 、 最大流量時の周波数の時に、 パルス 0 N幅が周期に対して 5 0 % 程度 （一例であるものとする） になるように予め設定することで、 最大流量の 2倍以上の信号を出力させないようにすることができる ο

本発明は、 高周波数域で遮断しきれなかったパルスを、 パルス 幅整形回路 6と口一カツ ト機能を有する誤出力防止装置 5とにより 遮断することができる。 仮に、 高周波数域で遮断しきれなかったパ ルスを口一カヅ トでも取り除けないケースで考えると、 この場合、 本発明では従来に比べて格段にオーバ一ト リガを緩和することがで きる o

なお、 高周波数域を C P U等にて取り除く手法が考えられる。 しかしながら、 この場合は C P Uの性能をそれなりに高周波に対し ても応答できるように設計する必要があることから、 負荷が大きく 実現性に欠けることになる。 従って、 本発明は高周波数域を C P U 等にて取り除く手法よりも有用な発明であることが分かる。

その他、 本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施 可能なことは勿論である。

Claims

請求の範囲

1 . 流量検出部及び流量計数機構間の更に波形整形装置と誤出力防 止装置との間に設けられ、 所定値以上の高周波数のパルス信号の連 続入力があるとこの高周波数のパルス信号を結合して低周波数のパ ルス信号に変換した後、 口一カツ ト機能を有する前記誤出力防止装 置へ出力する

ことを特徴とする変換器用パルス幅整形回路。

2 . 請求項 1に記載の変換器用パルス幅整形回路において、 前記波形整形装置及び前記誤出力防止装置間で着脱自在となる装 置接続部を有する

ことを特徴とする変換器用パルス幅整形回路。

3 . 請求項 1又は請求項 2に記載の変換器用パルス幅整形回路を含 む変換器を備える

ことを特徴とする渦流量計。