JPH0222513A - 渦流量計 - 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、測定流量を電気信号に変換してこの測定流量
に対応した渦信号を出力する渦流量計に係り、特にこの
渦信号に重畳する高周波のノイズを有効に除去して安定
な出力を出す渦流量計に関する。

〈従来の技術〉 工業用の渦流量計は測定流量に対応して発生する渦の数
を電気信号に変換して出力するが、この渦流量計の検出
する検出信号には測定流量に対応した渦周波数成分のほ
かに流体の状態に起因する低周波ノイズ、或いは配管状
態に起因する高周波のノイズ等が重畳する。特に、渦に
よって渦発生体に発生する応力を検出する応力検出方式
−カンチレバーによる力／歪み検出方式、或いはダイア
フラムの変位による容量変化を検出する容量検出方式等
は渦発生体の共振、センナ部の共振などにより重畳され
るノイズが大きい。

そこで、これ等の方式では、ノイズを低減するために各
種の低域ｒ波器（フィルタ）が使用されている。

これ等の低域ｒ波器の代表的な方式として、（イ）第１
にコーナ周波数を固定する固定低域ろ波器方式がある。

これは、測定流速範囲と口径によって決定される信号周
波数の範囲を決め、これ以外の周波数の信号は減衰させ
る方式である。

（ロ）第２にコーナ周波数を信号周波数で変化させるト
ラッキングろ波器方式がある。これは、信号周波数（渦
周波数）に比例する信号により低域ろ波器を構成する抵
抗又はコンデンサの値を変化させることにより信号周波
数以外の周波数成分を減衰させる方式である。

（イ）の方式はノイズ低減の基本的な方式であり周知の
技術であるので、ここでは（ロ）の方式について図を用
いて簡単に説明する。

第８図は従来のトラッキングろ波器方式を説明するブロ
ック図である。

端子Ｔ、には測定流＃Ｑに対応した電圧に変換する信号
変換手段で変換された渦信号Ｓｖが印加されている。こ
の渦信号Ｓｖは電界効果トランジスタＦＥＴとコンデン
サＣ１で構成される可変低域ろ波器１０に印加される。

この可変低域Ｐ波器１０の出力は増幅器１１で増幅され
てシュミットトリガ回路１２に印加され端子Ｔ２に渦の
周波数信号ＦＶとして出力されると共にこの周波数信号
Ｆｖは周波数／電圧変換器１３を介して可変低域ろ波器
１０を構成するＦＥＴのゲートに印加される。

次に、以上のように構成されたトラッキングｒ波器の動
作について第９図を参照して説明する。

渦信号Ｓｖ　（第９図（Ａ））は可変低域Ｐ波器１０を
介して増幅器１１に入力され、その出力は周波数変換手
段として機能するシュミットトリガ回路１２で周波数信
号Ｆｖ（第９図（Ｂ））に変換される。

このアナログの渦信号Ｓｖはシュミットトリガ回路１２
のヒステリシス幅ΔＨ（第９図（Ａ））をスレッシュホ
ールド値として周波数信号Ｆｖに変換される。変換され
た周波数信号Ｆｖは測定流量Ｑに対応した周波数となっ
ており、これは周波数／′Ｗ＆圧変換器１３でアナログ
信号に変換されて電界効果トランジスタＦＥＴのゲート
電圧を変更する。電界効果トランジスタＦ　Ｅ　Ｔはそ
のドレインとソース間の抵抗Ｒ７がこのゲート電圧で変
更されてコンデンサＣ１と共に可変低域ろ波器を構成す
る。

この場合、このＲ，Ｃ，の°時定数で決定される可変低
域ろ波器１０のコーナ周波数は渦周波数によって決定さ
れる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様なトラッキングｒ波器を用いた従
来の渦流量計は以下に説明する問題かある。

渦周波数として最終的に弁別するのはシュミットトリガ
回路のヒステリシス幅ΔＨであるので、渦信号に含まれ
る高周波のノイズ等によりその振幅が変動すると誤差に
なる。この点について、第１０図に示す波形図を用いて
説明する。

第１０図（Ａ）に示すように、渦信号ＳＶの振幅は、ρ
（密度）とＶ２（流速）２との積に比例して増大するが
、一般に渦信号ＳＶに重畳するノイズＮＺもρ■２に比
例して増大する傾向にあるので、第１０図（Ｂ）に示す
ようにシュミットトリガ回路の出力の周波数信号Ｆ■。

は渦信号Ｓｖに対応する周波数信号ＦＶよりノイズによ
る周波数ＦＮの分だり増大し、誤差になる。

これを防ぐには、シュミットトリガ回路のヒステリシス
幅ΔトＩを拡げる必要があるが、このようにすると低流
速では信号レベルが小さくなるので測定不能になる低流
速領域が拡がる、という新たな問題が生じる。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、以上の課題を解決するための第１の手段とし
て、測定流量を渦信号に変換する信号変換手段と、この
信号変換手段の出力を制御信号によって決定されるコー
ナ周波数で低域Ｐ波する低ｉ！！ｌ１ｉＰ波手段と、こ
の低域ｒ技手段の出力を測定流量に対応した周波数信号
に変換する周波数変換手段と、低域ｒ技手段の出力から
渦信号に重畳する高周波ノイズを検出する高域Ｐ波器と
、この高域ろ波器の出力を整流して制御信号を出力する
整流手段とを具備するように構成し、 第２の手段として、測定′ａ麓を渦信号に変換する信号
変換手段と、この信号変換手段の出力をスイッチによっ
て切り換えられるコーナ周波数で低１ｊｌｌＰ波する低
域Ｐ技手段と、この低域ろ技手段の出力を測定流量に対
応した周波数信号に変換する周波数変換手段と、低域ろ
技手段の出力から渦信号に重畳する高周波ノイズを検出
する高域ろ波器と、この高域ろ波器の出力を整流する整
流手段と、この整流手段の出力を複数の比較電圧と比較
しこれ等の比較電圧に対応してスイッチを切り換える切
換信号を出力する比較手段とを具備するように構成し、 第３の手段として、測定流量を渦信号に変換する信号変
換手段と、増幅度制御信号で決定される増幅度でこの信
号変換手段の出力を増幅する可変増幅手段と、この可変
増幅手段の出力を所定のコーナ周波数で低域ろ波する低
域ろ技手段と、この低域Ｐ技手段の出力を測定流量に対
応した周波数信号に変換する周波数変換手段と、低域−
技手段の出力から渦信号に重畳する高周波ノイズを検出
する高域ろ波器と、この高域ｒ波器の出力を整流して増
幅度制御信号を出力する整流手段とを具備するようにし
たものである。

く作　用〉 第１の手段によれば、低域Ｐ波器の出力に現れる高周波
のノイズを高域沢波器で検出しこの大きさに応じて低域
Ｐ波器のコーナ周波数を連続的に変更して高周波ノイズ
が低域Ｐ波器の出力に生じないように作用し、 第２の手段によれば、低域Ｐ波器の出力に現れる高周波
のノイズを高域ろ波器で検出しこの大きさに応じて低域
ろ波器のコーナ周波数を段階的に変更して高周波ノイズ
が低域ろ波器の出力に生じないように作用し、 第３の手段によれば、低域ろ波器の出力に現れる高周波
のノイズを高域ろ波器で検出しこの大きさに応じて可変
増幅手段の増幅度を変更して高周波ノイズが低域Ｐ波器
の出力に生じないように作用する。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づき説明する。

第１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図であ
る。なお、従来と同一のＲ能を持つ構成部分には同一の
符号を付して適宜にその説明を省略する。

１４は渦センサであり、渦センサ１４は測定流量Ｑに対
応した渦周波数の応力変化を例えば圧電素子などで電荷
の変化として検出し、渦電荷ｑとして出力する。

この渦電荷ｑは信号変換手段としてＲ能するチャージコ
ンバータ１５で交流の渦信号Ｓｖに変換されて低域Ｐ波
器１６に入力される。

低域ろ波器１６は渦信号ＳＶを設定されたコーナ周波数
ｆｃで低域ろ波してＰ波出力Ｓｆ＋を増幅器１１に出力
する。増幅器１１はこのろ波出力Ｓｆｔを増幅しな後さ
らにシュミットトリガ回路１２で周波数信号ＦＶｏに変
換して端子Ｔ２に出力する。

一方、高域沢波器１７にはこのＰ波出力Ｓｆｔが入力さ
れ、高域ろ波器１７はこれを高域ろ波して整流回路１８
に出力する。整流回路１８はこの高域−波器１７の出力
を整流して低域ろ波器１６のコーナ周波数ｆｃを変更す
る制御信号ＳＣＩを低域Ｐ波器１６に出力する。

第２図は第１図における実施例の要部の詳細を示す回路
図である。

演算増幅器Ｑ＋、抵抗Ｒ１〜Ｒａ、コンデンサＣ１、Ｃ
２、ＦＥＴトランジスタＱ４などで低域ろ波器１６が構
成されている。

また、演算増幅器Ｑ２、抵抗Ｒ５、Ｒ１５、コンデンサ
Ｃ，、Ｃ，などで高域Ｐ波器１７が構成されている。

更に、演算増幅器Ｑ３、抵抗Ｒ７〜Ｒ３、ダイオードＤ
７、Ｄ２、コンデンサ０５などで整流回路１８が構成さ
れている。

抵抗Ｒ４に並列に接続されなＦＥＴトランジスタＱ４の
ドレインとソース間の内部抵抗は整流回路１８からの制
御信号Ｓｃ＋により変更されコンデンサＣ２と結合して
構成される低域ろ波器１６のコーナ周波数ｆｃを変更す
る。

高周波ノイズが小さい場合は、高域ｒ波器１７はゼロに
近い電圧を出力する。このため、制御信号Ｓｃ＋の値も
小さく、ＦＥＴトランジスタのドレイン・ソース間の抵
抗は数Ωとなり抵抗Ｒ２に比べて無視できる程度の値と
なる。

従って、演算増幅器Ｑ１で構成される低域ろ波器１６の
コーナ周波数ｆｃは高い値となり渦信号ＳＶ＋の減衰は
ない。

これに対して、高周波ノイズが大きくなった場合には、
高域Ｐ波器１７の出力はノイズのみが出力される。この
ノイズ電圧は整流回路１８で整流されて大きな制御信号
Ｓ０１として出力されＦ’ＥＴトランジスタＱ４のドレ
イン・ソース間の抵抗を増大させる。

従って、演算増幅器Ｑ、で構成される低域ろ波器１６の
コーナ周波数ｆｃが低くなりこのＰ波出力Ｓｆ＋は高周
波ノイズを軽減した値となる。この場合、一般に高周波
ノイズが大きい場合には、渦信号Ｓｖ、の値も大きいの
で、ろ波出力Ｓｆは後段のシュミットトリガ回路１２で
の周波数変換に影響を与えることはない。

第３図は本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図
である。

チャージコンバータ１５の出力端に現れる渦信号Ｓｖは
増幅器１つに入力されその出力端に渦信号Ｓｖ−を出力
する。この渦信号ＳＶ−は低域ろ波器２０で低域ろ波さ
れその出力端にＰ波出力Ｓｆ２を出力し、増幅器１１を
介してシュミットトリガ回路１２で周波数に変換して端
子Ｔ２に流量Ｑに対応した周波数信号ＦＶ＋を出力する
。

一方、Ｐ波出力Ｓｆ２は高域ろ波器１７を介して整流回
路１８に出力され、その出力は比較器２１に出力される
。比較器２１は複数の値を異にする設定電圧を待ち、整
流回路１８の出力はこれ等の設定電圧と比較され、これ
等の設定電圧に対応した制御信号ＳＣ２で低域Ｐ波器１
６のコーナ周波数ｆＣが変更される。

第４図は第３図における実施例の要部を詳細に説明する
ブロック図である。

低域ｒ波器２０は演算増幅器Ｑ１、抵抗Ｒ７、Ｒ２、コ
ンデンサＣ２、Ｃ６、〜Ｃ日、スイッチＳＷ、　、〜Ｓ
Ｗ３などで構成されている。スイッチＳＷ、とコンデン
サＣＬ３との直列回路、スイッチＳＷ２とコンデンサＣ
７との直列回路、およびスイッチＳＷ３とコンデンサＣ
８との直列回路はそれぞれ抵抗Ｒ１とＲ２との接続点と
共通電位点ＣＯＭとの間に並列に接続されている。

更に、比較器２１は比較器Ｑｓ、〜Ｑｙ、ツェナダイオ
ードＤ３．抵抗Ｒ１ｏ、〜Ｒ，３などで構成されている
。電源電圧Ｅｂは抵抗Ｒ７゜を介してツェナダイオード
Ｄ３で設定電圧ＥＳｊとされ、これを抵抗ＲＩ　Ｉ〜Ｒ
１３でそれぞれ分圧して設定電圧Ｅ、、、Ｅｓ２を得て
いる。比較器Ｑ５〜Ｑ７の各非反転入力＠（＋）に印加
される整流回路１８の出力であるノイズ電圧■πは比較
器Ｑ５〜Ｑ７の各反転入力端（−）に印加される設定電
圧Ｅｓ１、Ｅｓ２、ＥＳ３と比較されてその出力端にそ
れぞれ制御信号５Ｃ２１，５Ｃ２２，５Ｃ２３を出力す
る。

これ等の制御信号ＳＣ２＋　、ＳＣ２２、ＳＣ２によつ
スイッチｓｗ、　、ｓｗ７、ｓｗ３がそれぞれ開閉され
る。

低域Ｐ波器２０の出力に含まれる高周波ノイズのレベル
が大きくなると、これを高域ろ波器１７が検出して整流
回路１８の出力端にノイズ電圧Ｖπを出力させる。この
ノイズ電圧■πはＱ５〜Ｑ７で構成される比較器２１の
設定電圧ＥＳＩ〜ＥＳ、と比較され、このノイズ電圧■
１がこれ等の設定電圧Ｅｓ１、〜ＥＳ３のいずれかより
大きい場合にはこれに対応する比較器の出力でスイッチ
ＳＷ、〜ＳＷ３をオンとする。

つまり、ノイズ電圧Ｖ１か大きくなると、この大きさに
対応するスイッチかオンとされて低域Ｐ波器２０のコー
ナ周波数ｆｃが低くなり、この結果、高周波ノイズの減
衰が大きくなり低域Ｐ波器２０のｒ波出力Ｓｆ２に含ま
れる高周波ノイズのレベルが低下する。従って、ｆ＆段
のシュミットトリガ回路１２での誤差が除去出来る。

以上の説明では、比較器２１として３個使用する例を示
したがこの数を増やせばコーナ周波数の切換えに伴なう
出力変動を小さくすることができる。

また、第４図に示す回路ではコンデンサを切り換える方
式としたが、抵抗Ｒ７などを切り換えるようにしても良
い。

第５図は本発明の第３の実施例の構成を示すブロック図
である。

チャージコンバータ１５の出力端に現れる渦信号Ｓｖは
可変増幅器２２に入力されその出力端に渦信号ＳＶ−一
を出力する。この渦信号ＳＶ　−−は低域ろ波器２３で
低域ろ波されその出力端にＰ波出力Ｓｆｚを出力し、増
幅器１１を介してシュミットトリガ回路１２で周波数に
変換して端子Ｔ２に流延Ｑに対応した周波数信号ド■２
を出力する。

一方、Ｐ波出力Ｓｆ３は高域沖波器１７を介して整流回
路１８に出力され、その制御出力ＳＣ３は可変増幅器２
２に出力され、制御出力Ｓｃ、に対応してその増幅度を
変更する。

第６図は第５図における実施例の要部を詳細に説明する
ブロック図である。

可変増幅器２２は、その非反転入力端（＋）が共通電位
点ＣＯＭに接続され反転入力端（−）が抵抗Ｒ１６を介
して出力端に接続された演算増幅器Ｑｓ、抵抗Ｒ１ａ　
、Ｒ＋　５　、ＦＥ’ｆ’トランジスタＱ９などで構成
されている。

整流回路１８からの制御信号Ｓｃ３によりＦＥゴトラン
ジスタＱ日のドレイン・ソース間の抵抗が第７図に示す
ように例えば数Ω〜数ＭΩに亘って変化され、これに伴
なって演算増幅器Ｑ８の増幅度が変更される１例えば、
Ｒ＋ａ＝ＩＫΩ、Ｒ＋５＝１００にΩ、Ｒ＋ｇ＝１００
にΩに選定すれば、増幅度は１．００／（１００＋１）
〜１００／′１の間で変更できる。このようにして、低
域Ｐ波器２３の出力に現れる高周波ノイズを低減するこ
とができる。

なお、第５図に示す￥権利では、入力抵抗を変更したが
、帰還抵抗を変更してら同様な結果を得ることができる
。また、第６図に示す実施例では、低域と波器２３の出
力から高周波ノイズを検出したが、可変増幅器２２の出
力から検出するようにしても良い。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように第１請求項
〜第３請求項に係る発明によれば、いずれも渦信号の中
に重畳されている高周波ノイズを高域ろ波器を介して検
出し、前段に負帰還させることによりこの高周波ノイズ
の影響を除去するようにしているので、誤差のない流量
出力を得ることができる。また、高周波ノイズが大きい
ときには渦信号も大きいので、ｆＬ帰還による渦信号の
）成衰に起因する誤差は発生しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は第１図に示す実施例の要部を詳細に説明する回路
図、第３図は本発明の第２の実施例の構成を示すブロッ
ク図、第４図は第３図に示す実施例の要部を詳細に説明
する回路図、第５図は本発明の第３の実施例の構成を示
すブロック図、第６図は第５図に示す実施例の要部を詳
細に説明する回路図、第７図は第６図に示すＦＥＴトラ
ンジスタの特性を示す特性図、第８図は従来のトラッキ
ングろ波器の構成を示ずブロック図、第９図は第８図に
示すトラッキングｒ波器の動作を説明する波形図、第１
０図は第８図に示す従来のトラッキングろ波器の問題点
を説明する波形図である。 １０・・・可変低域ろ波器、１１・・・増幅器、１２・
・・シュミットトリガ回路、１３・・・周波数／を圧変
換器、１４・・・渦センサ、１５・・・チャージコンバ
ータ、１６・・・低域ろ波器、１７・・・高域ろ波器、
１８・・・整流回路、１９・・・増幅器、２０・・・低
域Ｐ波器、２１・・・比較器、２２・・・可変増幅器、
２３・・・低域ろ波器、ｑ・・・渦電前、Ｓｖ・・・渦
信号、Ｓｆｔ〜Ｓｆｓ・・・ろ波出力、Ｓｃ１〜Ｓｃ３
・・・制御信号。 第 ズ ｚｌＬ較捲 １７勘域戒壕ち ÷ 図 に、１ セＪイッｐｌ認、５ｃ３

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定流量を渦信号に変換する信号変換手段と、こ
   の信号変換手段の出力を制御信号によって決定されるコ
   ーナ周波数で低域ろ波する低域ろ波手段と、この低域ろ
   波手段の出力を前記測定流量に対応した周波数信号に変
   換する周波数変換手段と、前記低域ろ波手段の出力から
   前記渦信号に重畳する高周波ノイズを検出する高域ろ波
   器と、この高域ろ波器の出力を整流して前記制御信号を
   出力する整流手段とを具備することを特徴とする渦流量
   計。
2. （２）測定流量を渦信号に変換する信号変換手段と、こ
   の信号変換手段の出力をスイッチによって切り換えられ
   るコーナ周波数で低域ろ波する低域ろ波手段と、この低
   域ろ波手段の出力を前記測定流量に対応した周波数信号
   に変換する周波数変換手段と、前記低域ろ波手段の出力
   から前記渦信号に重畳する高周波ノイズを検出する高域
   ろ波器と、この高域ろ波器の出力を整流する整流手段と
   、この整流手段の出力を複数の比較電圧と比較しこれ等
   の比較電圧に対応して前記スイッチを切り換える切換信
   号を出力する比較手段とを具備することを特徴とする渦
   流量計。
3. （３）測定流量を渦信号に変換する信号変換手段と、増
   幅度制御信号で決定される増幅度でこの信号変換手段の
   出力を増幅する可変増幅手段と、この可変増幅手段の出
   力を所定のコーナ周波数で低域ろ波する低域ろ波手段と
   、この低域ろ波手段の出力を前記測定流量に対応した周
   波数信号に変換する周波数変換手段と、前記低域ろ波手
   段の出力から前記渦信号に重畳する高周波ノイズを検出
   する高域ろ波器と、この高域ろ波器の出力を整流して前
   記増幅度制御信号を出力する整流手段とを具備すること
   を特徴とする渦流量計。