JP2000230843A - 容積または質量流量計 - Google Patents

容積または質量流量計

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JP2000230843A
JP2000230843A JP2000026673A JP2000026673A JP2000230843A JP 2000230843 A JP2000230843 A JP 2000230843A JP 2000026673 A JP2000026673 A JP 2000026673A JP 2000026673 A JP2000026673 A JP 2000026673A JP 2000230843 A JP2000230843 A JP 2000230843A
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Ole Koudal
コウダル オーレ
Volker Kobbe
コッベ フォルカー
Michael Brunner
ブルンナー ミヒャエル
Bernhard Banholzer
バーンホルツァー ベルンハルト
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Endress and Hauser Flowtec AG
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/02—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 逆流量の発生を遅延なしで補償することであ
る。 【解決手段】 流量信号（“ｑ”）を形成するための第
１の部分回路（２１）と、出力信号（“ｑｃ”）を形成
するための第２の部分回路（２２）と、第３の部分回路
（２３）とを有し、前記流量信号は、所定の測定領域
（ｍ）において測定すべき流体の流量（ｑ）に高精度で
比例し、前記出力信号の周波数（ｆ）は所定の測定領域
において流量計の構造によって決められた通流方向に流
れる流体の流量に高精度で比例し、前記第３の部分回路
は、逆測定方向で測定時点に発生する逆流量（−ｑ’）
を検出し、記憶し、次に測定された流量から減算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流量センサと、評
価電子回路とを有する容積または質量流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】管路内を流れる流体の流量を測定するた
めには、それぞれ物理的法則に基づく複数の原理があ
る。流体の導電性に依存しないでその容積流量を、例え
ばカルマン渦に基づくボルテックス流量計、または超音
波流量計によって、またはその質量流量を、例えばコリ
オリ原理に基づく質量流量計、熱質量流量計、またはオ
リフィスを介した差圧の検出に基づく質量流量計によっ
て測定することができる。導電性流体の容積流量はさら
にファラデーの誘導則に基づく磁気誘導性流量計によっ
て測定することができる。
【０００３】評価電子回路は、前記原理の１つに従って
形成された信号を容積流量または質量流量に高精度で比
例する出力信号に変換する。この信号は例えば工業測定
技術では昔から使用されている、所定の測定領域に対す
る４ｍＡから２０ｍＡの直流電流とすることができる。
しかし本発明は出力信号のこの形態に関するものではな
い。
【０００４】むしろ本発明は次のように欠点を除去する
ものである。すなわち、工業測定技術で同じように昔か
ら正規化された交流測定信号（その周波数は所定の測定
領域で流量に比例する）において、流量センサの機械的
構造によって決まる測定方向に流れる流体が時折、例え
ば短時間、測定方向とは反対に流れる時に発生する欠点
を除去しようとするものである。すなわち、このような
逆流量は評価電子回路によって相応する逆周波数には変
換されない。なぜなら交流信号は周知のように負の周波
数を有することができないからである。
【０００５】機器仕様書およびデータシートでは、前に
述べた正規化された出力信号が印加される出力端は通
常、パルス／周波数出力端と称される。
【０００６】前記の逆流量は例えば、管路内の流量を測
定すべき場合に流れる流体が一定ではなく、例えば調量
ポンプによって、または圧力下で流体が弁の開閉制御に
よって衝撃的に運動する場合に発生する。調量ポンプは
０．５％までの高精度を有してるが、その構造原理に基
づき（例えばピストンポンプ、ベロー型ポンプまたはダ
イヤフラムポンプ）各調量ステップの際に発生する逆
流、すなわち逆流量を回避することができない。
【０００７】これまで逆流量を評価電子回路において減
衰により補正しようとしていた。しかしこのことによっ
て流量測定は流量変化に対して遅延応答し、とりわけ減
衰の時定数を流量に適合しなければならない。すなわち
時定数は可変でなければならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
の欠点を除去し、別の有利な手段を提供することであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題は、流量センサ
と評価電子回路を有する容積流量計または質量流量計に
おいて、流量信号を形成するための第１の部分回路と、
出力信号を形成するための第２の部分回路と、第３の部
分回路とを有し、前記流量信号は、所定の測定領域にお
いて測定すべき流体の流量に高精度で比例し、前記出力
信号の周波数は所定の測定領域において流量計の構造に
よって決められた通流方向に流れる流体の流量に高精度
で比例し、前記第３の部分回路は、逆測定方向で測定時
点に発生する逆流量を検出し、記憶し、次に測定された
流量から減算するように構成して解決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の有利な改善形態によれ
ば、評価電子回路は記憶された逆流量を別個の加算し、
後続処理のためにおよび／または表示のために使用され
る。
【００１１】本発明および／または本発明の改善実施例
の有利な形態によれば、第３の部分回路は請求項３記載
の構成を有する。
【００１２】本発明の利点は、所定の時点で発生した逆
流量がバランス化のためにすでに次の流量値の測定の際
に、いわゆるリアルタイムで考慮されることである。従
って本発明の通流変化のバランス化は遅延なしで行われ
る。これにより時定数の変更が必要ない。
【００１３】本発明のさらなる利点を、図面に示された
実施例に基づき詳細に説明する。同じ部材には図面が異
なっても同じ参照符号が付してある。しかしわかりやす
くするために、すでに説明した参照符号は後の図面では
省略されている。さらにすでに説明した詳細については
後の図面では説明しない。
【００１４】
【実施例】図１に示されたブロック回路図は極端に抽象
化されており、概略的に本発明の容積流量計または質量
流量計の基本構造を示す。以下、容積流量計かまたは質
量流量計かについて区別せずに共通に流量計を使用す
る。本発明を適用することのできる流量計の有利な形式
は冒頭にすでに述べた。
【００１５】この種の流量計の主構成部分はそれ自体通
常の流量センサ１と評価電子回路２である。流量センサ
１は実質的に図示しない、それぞれの測定原理およびそ
の動作に必要な機械部材を有している。これらは少なく
とも測定管と場合によりケーシングである。この測定管
を測定すべき流体が通流する。
【００１６】測定管には少なくとも１つの測定原理に固
有の励起装置および／または少なくとも１つのセンサ装
置が固定されている。後者は物理的電気変換器として用
いられ、出力信号を出力する。この出力信号は流量をす
でに直接的に表す。
【００１７】評価電子回路２はこの出力信号または複数
のセンサ装置からのそれぞれの出力信号を次のように処
理する。すなわち流量を例えばディスプレイに表示でき
るように処理し、および／またはこれをさらなる電子処
理のために少なくとも１つの適切な別の信号形状に変換
する。この信号形状は、本発明にとって重要な冒頭に述
べた周波数出力規格の信号波形である。
【００１８】磁気誘導型流量計の場合は、測定原理固有
の励起装置は、測定管を通過する磁界を形成するための
装置であり、例えば所属のコイル電流発生器を備えたコ
イル装置である。測定原理固有のセンサ装置は少なくと
も２つの電極を有する。これら電極により、導電性でな
ければならない流動流体においてファラデーの誘導則に
基づき誘導された電圧が取り出される。
【００１９】ボルテックス流量計の場合は、測定原理固
有の励起装置は、測定管内で流動流体に立ちはだかる堰
形成体である。この堰形成体により渦、すなわち圧力変
動が形成される。そして測定原理固有のセンサ装置は少
なくとも１つのセンサ素子を有し、このセンサ素子はこ
の圧力変動に応答する。
【００２０】コリオリ質量流量計の場合は、測定原理固
有の励起装置は少なくとも１つの測定管に作用し、これ
を例えば共振振動させる。測定原理固有のセンサ装置は
センサ素子を有し、このセンサ素子は入口側測定管運動
と出口側測定管運動との間の位相差を取り出す。
【００２１】超音波流量計の場合は、測定原理固有の励
起装置と測定原理固有のセンサ装置は次のように相互に
作用結合されている。すなわち、測定管と結合された第
１の超音波変換器と、測定管と結合され、第１の超音波
変換器に対してずらして配置された第２の超音波変換器
とが周期的に交互に駆動され、一方が送信器として、同
時に他方が受信器として作用する。これにより超音波は
通流方向と反通流方向とで交互に流体に送信され、超音
波の伝搬時間差から流動速度およびひいては流量が検出
される。
【００２２】熱的質量流量計の場合は、測定原理固有の
励起装置は流体に配置された加熱素子であり、測定原理
固有のセンサ装置は温度センサを有する。温度センサ
は、これと加熱素子との間の、質量流量に依存する温度
差を検出する。
【００２３】圧力差質量流量計の場合は、測定原理固有
の励起装置は、流体に配置され、通流横断面を狭めるオ
リフィスであり、測定原理固有のセンサ装置は通流方向
を基準にしてそれぞれオリフィスの前後に配置された圧
力取り出し部を有する。この圧力取り出し部は圧力差セ
ンサに導かれている。
【００２４】図１では、評価電子回路２は第１の部分回
路２１を有し、この部分回路は流量信号“ｑ”を形成す
る。この流量信号は所定の測定領域ｍにおいて、流量セ
ンサ１を流れる流体の流量ｑ２に高精度で比例する。
【００２５】評価電子回路２はさらに第２の部分回路２
２を有し、この部分回路は前記の規格に相応して出力信
号“ｑｃ”を形成する。この出力信号の周波数は所定の
測定領域ｍにおいて、流量センサの構造によって決めら
れる流動流体の測定方向で発生する流量ｑｃに高精度で
比例する。第２の部分回路２２は例えば矩形発生器とす
ることができ、その周波数ｆは流量ｑｃにより制御さ
れ、その出力信号は所定の、しかし固定のパルス休止比
を有する。
【００２６】この関連が図２の線図に概略的に示されて
いる。図２に対しては簡単化のために、座標軸がそれぞ
れ線形部分を有し、従って依存関係ｑ〜ｆが極端に線形
であることが前提とされる。従って座標原点を通る直線
群が得られ、そのパラメータは周波数ｆの最大値ｆmax
に配属された、流量ｑの測定領域ｍである。
【００２７】図１では、第２と第１の部分回路の間にさ
らに第３の部分回路２３が配置されている。この部分回
路は、サンプリングインターバルδｔの間に反測定方向
で発生する逆流量−ｑ’を検出し、記憶し、次の測定流
量から減算する。
【００２８】図３は、この逆流量−ｑ’の発生と関連し
た欠点を説明するための図である。図３は、横軸に時間
ｔが縦軸に流量ｑがプロットされている。
【００２９】図３の曲線は、ｑ値が正である横軸の上方
だけでなく下方にも延在する。従って負のｑ値−ｑ’が
生じる。これは冒頭に述べた原因によるものであり、測
定結果に誤差を生じさせ、その精度を低下させる。さら
に図３には持続時間δｔが示されており、この時間では
流量が平均値ｑｍを有する。
【００３０】図４のブロック回路図には有利な実施例の
詳細が示されている。この回路図は実質的に第３の部分
回路２３に関するものである。クロック発生器２３１は
周期的クロックパルスの形成に用いる。このクロックパ
ルスは所定のクロック持続時間δｔを有している。すな
わち、図３の持続時間δｔと同じである。
【００３１】図４の左下にはクロック発生器２３１のク
ロックパルスの時間経過が示されている。このクロック
パルスはここではパルス休止比が１である矩形パルスで
あり、適切な周波数を有する。
【００３２】クロック発生器２３１により平均値段２３
２が制御され、その入力側には流量信号“ｑ”が供給さ
れる。その出力側は各クロックパルスの終了時に、クロ
ック持続時間δｔにわたって平均化された流量平均値信
号“ｑｍ”が出力される。この流量平均値信号“ｑｍ”
は平均値ｑｍを表す。
【００３３】第１の割り算器２３３の除数入力側には、
クロック持続時間δｔを表すクロック持続時間信号“ｑ
ｔ”が供給される。割り算器２３３の被除数入力側は書
き込み／読み出しメモリ２３４の出力側と接続されてい
る。このメモリは通常のＲＡＭであるが、ＥＥＰＲＯＭ
とすることもできる。
【００３４】第１の加算器２３５の第１の入力側は平均
値段２３２の出力側と、第２の入力側は第１の割り算器
２３３の出力側と、出力側は第１の乗算器２３６の第１
の入力側と接続されている。第１の乗算器の第２の入力
側には、逆質量または逆容積表す調整信号“ｋ”が供給
される。乗算器２３６は出力側に、周波数Ｆを表す周波
数信号“Ｆ”を出力する。
【００３５】３重比較器２３７の入力側は乗算器２３６
の出力側と接続されている。比較器の出力側は第２の部
分回路２２の入力側に接続されており、これに信号ｓを
次のように供給する。
【００３６】・周波数信号“Ｆ”値がゼロ以下である場
合、信号ｓはゼロを表す。
【００３７】・周波数信号“Ｆ”値がゼロと最大値Ｆma
xとの間である場合、信号ｓは周波数信号“Ｆ”自体で
ある。
【００３８】・周波数信号“Ｆ”値が最大値Ｆmaxより
大きい場合、信号ｓは最大値Ｆmaxを表す。
【００３９】信号ｓのこの経過は図５に示されている。
【００４０】上に述べた、周波数信号“Ｆ”がゼロ以下
であり得ることと、冒頭に述べた負の周波数は存在しな
いということは矛盾するものではない。すなわち後者
は、交流電流または交流電圧発生器の可変周波数が流量
ｑに割り当てられた部分回路２２の特性に関するもので
ある。しかし交流電流または交流電圧発生器の周波数は
正だけとすることができる。
【００４１】これに対し周波数信号“Ｆ”は、流量平均
値ｑｍを表す信号“ｑｍ”ｗ、逆容積ないし逆質量を表
す調整信号“ｋ”と乗算して得られるパラメータを表
す。このパラメータは従って周波数を表す。しかし周波
数信号“Ｆ”は負の値を取ることがある。すなわち、上
に説明したように逆流量−ｑ’が発生する場合である。
【００４２】図４で、３重比較器２３７の出力側はさら
に第２の乗算器２３８の第１の入力側と接続されてい
る。この第２の乗算器の第２の入力側にはクロック持続
時間信号“ｑｔ”が供給される。これに第２の割り算器
２３９が接続されており、この第２の割り算器の第１の
入力側は乗算器２３８の出力側と接続されており、第２
の入力側には調整信号“ｋ”が供給される。第３の乗算
器２３１０の第１の入力側は平均値段２３２の出力側と
接続されており、第２の入力側にはクロック持続時間信
号“δｔ”が供給される。
【００４３】加算／減算器２３１１の減算入力側は割り
算器２３９の出力側と接続されており、第１の加算入力
側は乗算器２３１０の出力側と、第２の加算入力側は書
き込み／読み出しメモリ２３４の出力側と接続されてい
る。加算／減算器２３１１の出力側は、クロック信号に
よりイネーブルされる書き込み／読み出しメモリ２３ ４
の入力側と接続されている。
【００４４】書き込み／読み出しメモリ２３４には、加
算／減算器２３１１の出力信号が常にクロックパルスの
下降エッジの間に書き込まれる。クロックパルス経過の
矢印を参照。流量平均値信号“ｑｍ”は常にクロックパ
ルスの上昇エッジの間に使用されるから、直接先行する
クロック期間で書き込み／読み出しメモリ２３４に書き
込まれた値は、直接後続のクロック期間の半分の長さだ
け加算器２３５の入力側に印加され、その後新たな値が
書き込み／読み出しメモリ２３４に印加される。
【００４５】このようにして逆流量−ｑ’はすでにただ
１つのクロック期間の後で、流量から減算される。従っ
て、冒頭に述べた減衰とは異なり遅延なしでバランス化
が行われる。
【００４６】流量計を投入接続する際に書き込み／読み
出しメモリ２３４には適切な初期値、例えば有利にはゼ
ロ値が書き込まれる。連続測定の間もゼロ値を読み込
み、これにより書き込み／読み出しメモリ２３４のリセ
ットを行うと有利である。
【００４７】図４にはさらに破線で、コンパレータ２３
１２と後続のアキュムレータ２３１ ３により逆流量−
ｑ’を累積し、場合により表示またはさらに処理できる
ことが示されている。例えば切換閾値の調整により、入
力信号の（正）値を抑圧することができる。
【００４８】“”で囲まれた符号は、囲まれていないパ
ラメータを表す信号を意味するものである。
【００４９】図４の個々の段の機能は相応にプログラミ
ングされたマイクロプロセッサにより実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基礎となる原理を説明するためのブロ
ック図である。
【図２】第２の部分回路の特性を説明するための線図で
ある。
【図３】本発明の問題を説明するための線図である。
【図４】第２の部分回路の有利な実施例のブロック回路
図である。
【図５】第２の部分回路の３重比較器の出力信号を特性
を示す線図である。
【符号の説明】
１ 流量計 ２ 評価電子回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フォルカー コッベ スイス国 ヴィッタースヴィル ベットヴ ィラー シュトラーセ 19 (72)発明者 ミヒャエル ブルンナー スイス国 バーゼル ノイエンシュタイナ ー シュトラーセ 11 (72)発明者 ベルンハルト バーンホルツァー ドイツ連邦共和国 エフリンゲン−キルヒ ェン フンメルガッセ 12

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流量センサと、評価電子回路とを有する
    容積または質量流量計において、 流量信号（“ｑ”）を形成するための第１の部分回路
    （２１）と、 出力信号（“ｑｃ”）を形成するための第２の部分回路
    （２２）と、 第３の部分回路（２３）とを有し、 前記流量信号は、所定の測定領域（ｍ）において測定す
    べき流体の流量（ｑ）に高精度で比例し、 前記出力信号の周波数（ｆ）は所定の測定領域において
    流量計の構造によって決められた通流方向に流れる流体
    の流量に高精度で比例し、 前記第３の部分回路は、逆測定方向で測定時点に発生す
    る逆流量（−ｑ’）を検出し、記憶し、次に測定された
    流量から減算する、ことを特徴とする容積または質量流
    量計。
  2. 【請求項２】 評価電子回路（２）は、逆流量を別個に
    累積し、後続処理のためおよび／または表示のために使
    用する、請求項１記載の容積または質量流量計。
  3. 【請求項３】 第３の部分回路（２３）は、クロック発
    生器（２３１）と、該クロック発生器により制御される
    平均値段（２３２）と、書き込み／読み出しメモリ（２
    ３４）と、第１の割り算器（２３３）と、第１の加算器
    （２３５）と、第１の乗算器（２３６）と、３重比較器
    （２３７）と、第２の乗算器（２３８）と、第２の割り
    算器（２３９）と、第３の乗算器（２３１０）と、加算
    ／減算器（２３１１）とを有し、 前記クロック発生器（２３１）は、所定のクロック持続
    時間（δｔ）の周期的クロックパルスを形成し、 前記平均値段（２３２）の入力側には流量信号
    （“ｑ”）が供給され、出力側からはクロック持続時間
    にわたって平均化された平均値（ｑｍ）を表す流量平均
    値信号（“ｑｍ”）が出力され、 前記第１の割り算器（２３３）の除数入力側にはクロッ
    ク持続時間を表すクロック持続時間信号（“δｔ”）が
    供給され、被除数入力側は書き込み／読み出しメモリ
    （２３４）と接続されており、 前記第１の加算器（２３５）の第１の入力側は平均値段
    （２３２）の出力側と、第２の入力側は第１の割り算器
    （２３３）の出力側と接続されており、 前記第１の乗算器（２３６）の第１の入力側は第１の加
    算器（２３５）の出力側と接続されており、第２の入力
    側には逆質量または逆容積を表す調整信号（“ｋ”）が
    供給され、出力側からは周波数（Ｆ）を表す周波数信号
    “Ｆ”が出力され、 前記３重比較器（２３７）の入力側は第１の乗算器（２
    ３６）と接続されており、出力側は第２の部分回路（２
    ２）の入力側と接続されていて、信号（ｓ）を出力し、 該信号（ｓ）は、周波数信号（“Ｆ”）値がゼロより小
    さいときゼロを表し、該周波数信号値がゼロと調整可能
    な最大値（ｆmax）との間であるとき周波数信号
    （“Ｆ”）と同じであり、周波数信号値が最大値（ｆma
    x）より大きいとき最大値（ｆmax）を表し、 前記第２の乗算器（２３８）の第１の入力側は３重比較
    器（２３７）の出力側と接続されており、第２の入力側
    にはクロック持続時間信号（“δｔ”）が供給され、 前記第２の割り算器（２３９）の第１の入力側は第２の
    乗算器（２３８）の出力側と接続されており、第２の入
    力側には調整信号（“ｋ”）が供給され、 前記第３の乗算器（２３１０）の第１の入力側は平均値
    段（２３２）の出力側と接続されており、第２の入力側
    にはクロック持続時間信号（“δｔ”）が供給され、 前記加算／減算器（２３１１）の減算入力側は第２の割
    り算器（２３９）の出力側と、第１の加算入力側は第３
    の乗算器（２３１０）の出力側と、第２の加算入力側は
    書き込み／読み出しメモリ（２３４）の出力側と接続さ
    れており、出力側は、クロック信号によりイネーブルさ
    れる書き込み／読み出しメモリ（２３４）の入力側と接
    続されている、請求項１または２記載の容積または質量
    流量計。
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