JPH04198718A - 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、測定流体の流量を電気信号に変換する渦流量
計に係り、特に測定流体の種別を自動的に判別して対応
する流量信号を出力できるように改良された渦流量計に
関する。

〈従来の技術〉 以下、従来の渦流量変換器の構成について第５図、第６
図を用いて説明する。

第５図は従来の渦センサの断面を示す縦断面図である。

１０は流体が流れる管路、１１は管路１０に直角に設け
られた円筒状のノズルである。１２はノズル１１とは間
隔を持って管路１０に直角に挿入された台形断面を持つ
柱状の渦発生体であり、その一端はネジ１３により管路
１０に固定され、他端はフランジ部１４でノズル１１に
ネジ或いは溶接により固定されている。１５は渦発生体
１２のフランジ部１４側に設けられた凹部である。この
凹部１５の中には上下に所定の間隔をもって一対の圧電
素子１６．１７が配置され、これ等の圧電素子１６．１
７はガラスなどの封着体１８で絶縁して封着されている
。圧電素子１６．１７には２分割された半円環状の電極
が上下にそれぞれ配置されている。各圧電素子１６．１
７はそれらの左側の上下の電極で挟まれた圧電体と右側
の上下の電極で挟まれた圧電体とはそれぞれ逆方向に分
極されており同じ方向の応力に対して互いに上下の電極
に逆極性の電荷を発生する。

以上のように構成された渦センサからの渦信号は第６図
に示す変換回路に入力される。

この渦センサの圧電素子１６．１７に発生した渦信号の
渦周波数に対応する周波数を持つ電荷ＱＶｌ、ＱＶ２は
チャージコンバータ１９．２０に入力され交流の電圧信
号に変換される。チャージコンバータ１９の電圧信号と
チャージコンバータ２０の電圧信号をボリウム２１を介
した電圧信号とは加算器２２で加算され、この加算出力
はローパスフィルタ２３で低域ｒ波された後、増幅器２
４で所定の大きさに増幅される。

増幅器２４の出力は所定のしステリシス幅を有するシュ
ミットトリガ２５に入力されて、このしステリシス幅以
上の振幅を持つ渦信号を渦周波数に１：１に対応したパ
ルス信号に変換される。

このパルス信号はトランス２６で直流的に絶縁されて周
波数／電圧変換器２７に入力され、ここでボリウム２８
によりスパンに対応したアナログの電圧信号に変換され
る。

この電圧信号は、ボリウム２９によりゼロ点が設定され
た直流増幅器３０によりトランジスタ３１のベース電流
を制御して′ｒ＆流出力Ｉ［に変換され、そのコレクタ
端とエミッタ端から出力端子Ｔ１、Ｔ２を介して外部電
源Ｅｓを持つ受信計器の受信抵抗ＲＬに伝送される。こ
の場合、トランジスタ３１と出力端子Ｔ２との間には帰
還抵抗Ｒ／が挿入されており帰還抵抗Ｒｆの両端に発生
する帰還電圧Ｅｆは直流増幅器３０の入力端に帰還され
、この入力端の電圧信号に対応する４〜２０ｍＡの統一
されたｔ流出力ＩＬに制御される。

まな、！流出力ＩＬのうちベース部分のほぼ４ｍＡは変
換回路の内部電源を作るために用いられる。すなわち、
この電流の一部は定電流回路３２を介して定電圧回路３
３に供給されここに発生された基２Ｉ！電圧を用いてボ
リウム２９の両端にゼロ電圧を発生させる。更に、４ｍ
Ａのｔ７Ｘの他の一部はトランジスタ３４に供給されて
交流／直流変換回路３５に入力され、ここで交流電圧に
変換されてこの変換された交流電圧はトランス３６を介
して内部電源回路３７に供給される。内部電源回路３７
は変換回路の動作に必要な内部電圧子Ｖ、−■を作る。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、以上のような渦流量計は、ガス、スチー
ム、液体などの流体の流量を測定することができるが、
カス（スチームを含む）と液体とでは発生する渦周波数
が異なっているので、これ等の信号を処理する回路構成
も異なったものとなっている。つまり、液体用とガス用
とはその信号処理回路を異にしている。

従って、液体とガスとが同一の配管に流れるときには、
その都度信号処理回路を交換しなければならないという
煩わしさがあった。

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に、測定流量を交
流の渦信号に変換して出力する信号変換手段と、この渦
信号が入力され第１スイッチと第１バンドパスフイルタ
とが直列に接続された第１直列回路と、第２スイッチと
第１バンドパスフイルタとは異なる帯域を有する第２バ
ンドパスフイルタとが直列に接続されて第１直列回路に
並列に接続された第２直列回路と、これ等の第１・第２
バンドパスフイルタの出力が入力され周波数信号として
出力する周波数検出手段と、この周波数信号が入力され
測定流量に対応する電圧信号に変換して流量信号として
出力する周波数／電圧変換手段と、渦信号が入力され測
定流体が液体かガスかを区別する所定の設定値と比較し
て液体のときは第１スイッチを開閉する第１制御信号を
ガスのときは第２スイッチを開閉する第２制御信号を出
力する判別手段とを具備するようにしたものである。

〈作　用〉 信号処理手段により測定流体の流量を交流の渦信号に変
換してこの渦信号を測定流体が液体かガスかに応じて判
別手段により出力される第１・第２制御信号により周波
数帯域の異なる２つのバンドパスフィルタを自動的に切
換えて周波数／を圧変換手段に出力する。

周波数／電圧変換手段は対応する周波数を測定流体の種
別に対応する周波数で測定流体の流量信号を出力する。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。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、従来の構成と同一の機能を有する部分には同一
の符号を付して適宜にその説明を省略する。

加算器２２の出力端はスイッチＳＷＩとＳＷ２の一端に
接続され、これ等の他端はそれぞれバンドパスフィルタ
３８と３９の一端に接続されている。バンドパスフィル
タ３８と３９はそれぞれ中心周波数が興なっており、バ
ンドパスフィルタ３８はガス（スチーム）流量を測定す
るときに発生する周波数帯域に選定され、バンドパスフ
ィルタ３９は液体流量を測定するときに発生する周波数
帯域にそれぞれ選定されている。

渦流量計の場合は、中心周波数は口径あるいは測定流体
によって興なっているが、例えば口径２００Ａの場合は
、液体のときは１．７５Ｈｚでガスのときは３０Ｈｚ程
度であり、口径１５Ａの場合は、液体のときは３１．４
Ｈｚでガスのときは５０２Ｈｚの程度に選定される。

バンドパスフィルタ３８と３９の他端はシュミットトリ
ガ回路４０の入力端に接続され、その出力端はスイッチ
ＳＷ３、ＳＷ４の一端に＃続されている。

スイッチＳＷ３、ＳＷ４の各他端はそれぞれ周波数／を
圧変検回路４１．４２の各一端に接続され、その他端は
共に電圧／電流変換回８４３に接続されている。

そして、電圧／電流変換回路４３の出力端は流量出力端
４４に接続されている。

一方、加算器２２の出力端は増幅器４５を介して整流回
路４６に接続され、この出力端はコンパレータ４７の入
力の一端に接続され、その他端は定電圧Ｅｂを抵抗Ｒ１
、Ｒ２で分圧した分圧点に接続されている。そして、コ
ンパレータ４７の出力端は論理回路４８の入力端１１に
接続されている。

また、シュミットトリガ回路４０の出力周波数Ｆｖは周
波数／電圧変換回路４９を介してウィンドコンパレータ
５０に出力される。

定電圧Ｂｂは抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５で分圧されるが、抵
抗Ｒ３とＲ４との間の分圧電圧は出力端と非反転入力端
（十）に抵抗Ｒ６が接続された演算増幅器Ｑ１の非反転
入力端（＋）に、抵抗Ｒ４とＲ５との間の分圧電圧は出
力端と非反転入力端（＋）に抵抗Ｒ７が接続された演算
増幅器Ｑ２の反転入力端（−）にそれぞれ印加されてい
る。

また、周波数／電圧変換回路４９の出力端は演算増幅器
Ｑ１、Ｑ２の反転入力端（−）にそれぞれ接続されてい
る。そして、演算増幅器Ｑ１の出力端は論理回路４８の
入力端■２に、演算増幅器Ｑ２の出力端は論理回路４８
の入力端Ｉ３に接続されている。

論理回路４８の出力端ＱからはスイッチＳＷ２、ＳＷ４
にそれぞれ制御信号Ｃ３Ｉを出力してその開閉を制御す
る。また、この制御信号Ｃ８１をインバータ５１を介し
て反転した制御信号Ｃ３２はスイッチＳＷＩ、ＳＷ３の
開閉を制御する制御信号として出力される。

次に、以上のように構成された渦流量計の動作を第２図
に示す真理値図、第３図に示す流量測定範囲の特性図を
用いて説明する。

測定流量に対応した交流の電圧が加算器２２の出力端に
交流の渦信号Ｖｓとして生じる。

そして、測定流体がガス（スチームも含む）の場合には
この渦信号Ｖｓは制御信号Ｃ３２によりスイッチＳＷＩ
がオンとされてバンドパスフィルタ３８に出力される。

このバンドパスフィルタ３８は不要なノイズを除去して
シュミットトリガ回路４０に出力し、ここで渦信号は測
定流量に対応した出力周波数Ｆｖとされる。このときの
出力周波数Ｆｖの最大周波数は第３図に示すようにＦｇ
ｍであり最小周波数はＦｇｎである。

さらに、測定された出力周波数Ｆｖはガスのときにオン
とする制御信号Ｃ３２によりスイッチＳＷ３がオンとさ
れて周波数／電圧変換回路４１に出力され、ここで電圧
信号に変換され、電圧／電流変換回路４３を介して流量
出力端４４に流量信号Ｑｖｌとして出力される。

次に、測定流体が液体のときにはｒｌＪｆｌｌ信号Ｃ８
１によりスイッチＳＷ’２がオンとされ、渦信号ＶＳは
バンドパスフィルタ３９に出力される。このバンドパス
フィルタ３９は渦信号から不要なノイズを除去してシュ
ミットトリガ回路４０に出力し、ここで測定流量に対応
した出力周波数Ｆｖとされる。このときの出力周波数Ｆ
ｖの最大周波数は第３図に示すようにＦｆｍであり最小
周波数はＦｆｎである。

さらに、測定された出力周波数Ｆｖは液体のときにオン
とする制御信号Ｃ３ＩによりスイッチＳＷ４がオンとさ
れて周波数／電圧変換回路４２に出力され、ここで電圧
信号に変換され、電圧／を流変換回ＦＩ＆４３を介して
流量出力端４４に流量信号Ｑｖ２として出力される。

したがって、第３図に示すように出力周波数ＦＶが非常
に大きいときはガスの流量を測定していることとなり、
非常に小さいときは液体を測定し、範囲Ｓで示す中間の
周波数範囲のときはガスのときと液体のときがあること
となる。

次に、測定している範囲が液体なのかガスなのかを判別
する判別手段について説明する。

渦信号Ｖｓの振幅は、増幅器４５を介して整流回路４６
に入力されてここで整流され、その出力は振＠電圧Ｖａ
として定電圧Ｅｂを抵抗Ｒ１とＲ２で分圧した分圧電圧
Ｖｄｌと比較器４７で比較されて、その出力端から比較
信号Ｃｏｔとして論理回路４８の入力端１１に出力され
る。この場合の分圧電圧Ｖｄｌは測定流体の密度ρ×（
ガスの最低流速）２に相当する値に設定される。

また、渦信号Ｖｓの出力周波数Ｆｖは周波数／電圧変換
回路４９で電圧信号に変換されてウィンドコンパレータ
５０を構成する演算増幅器Ｑ１とＱ２の反転入力端（−
）に周波数電圧ｖｂとして出力され、この周波数電圧ｖ
ｂは定電圧Ｅｂを抵抗Ｒ３とＲ４とＲ５で分圧した分圧
電圧Ｖｄ２、Ｖｄ３と比較されて、演算増幅器Ｑ１とＱ
２の各出力端から比較信号ＣＯ２、ＣＯ３として論理回
路４８の入力端Ｉ２、■３に出力される。この場合の分
圧電圧Ｖｄ２は測定液体の最高周波数Ｆｆｍに対応する
最高流速相当の電圧Ｖｆｍに、分圧電圧Ｖｄ３は測定ガ
スの最低周波数Ｆｇｎに対応する最低流速相当の電圧Ｖ
　ｇ　ｎにそれぞれ設定する。

論理回路４８は第２図に示す真理値図に対応する論理動
作を実行する。

比較信号ＣＯ２とＣＯ３とが共にローレベルＬのときは
、周波数電圧ｖｂはＶｄ２よりも大きな値を示すときで
あるので、ガスを測定しているものとして論理回路４８
は制御信号Ｃ３ＩをＣＯＩの大小にかかわらずハイレベ
ルＨとし、制御信号Ｃ３２によりローレベルＬにレベル
変換されてスイッチＳＷＩ、ＳＷ３をオンとする。

次に、比較信号ＣＯ２とＣＯ３とが共にハイレベルＨの
ときは、周波数電圧ｖｂはＶｄ３よりも小さな値を示す
ときであるので、液体を測定しているものとして論理回
路４８は制御信号Ｃ３ＩをＣＯＩの大小にかかわらずロ
ーレベルＬとしスイッチＳＷ２とＳＷ４をオンとする。

次に、測定周波数ＦｖがＦｇｎ＜Ｆｖ＜Ｆｆｍの範囲に
あるときは、測定周波数Ｆｖの大きさからだけでは液体
を測定しているのか、ガスを測定しているのかを判別す
ることは出来ない、つまり、この場合は第２図に示す真
理値表で比ＩＦ５！信号ｃ０２がハイレベルＨ″ＱＣＯ
３がローレベルＬの場合に相当する。

そこで、この場合は、渦信号Ｖｓの振幅を見て判断する
こととなる。この振幅に対応する信号が比較信号ＣＯＩ
である。つまり、この場合は第２図に示す真理値図で比
較信号Ｃ０１のレベルにより液体かガスかを判別する。

振幅電圧Ｖａは、測定流体の密度ρ×（ガスの最低周波
数Ｆｇｎに対応する流速）２に相当する値に設定された
分圧電圧Ｖｄｌと比較されて比較信号Ｃ０１として出力
される。一般に、液体の場合はその密度ρは気体に比べ
て大きいが出力周波数は小さく、逆にガスの場合はその
密度ρは小さいが出力周波数は大きい、従って、分圧電
圧Ｖｄ１をガスの最低周波数Ｆｇｎに対応する値に設定
した状態で密度ρの大小により液体かガスかを判別する
。

振幅電圧Ｖａが分圧電圧Ｖｄｌより大きい値のときは密
度ρが大きいものとして液体と判断し、逆のときはガス
と判断する。つまり、第２図に示すように、比較信号Ｃ
ＯＩがローレベルＬのときは液体として制御信号Ｃ８１
はローレベルＬを、比較信号ＣＯＩがハイレベルＨのと
きはガスと判断して制御信号Ｃ３ＩはハイレベルＨ１つ
まり制御信号Ｃ３２をローレベルＬとする制御信号を出
力する。

以上のようにして、論理回路４８による第２図に示す真
理値図にしたがう論理動作により測定流体が液体かガス
かを自動的に判断して対応する流量信号を出力する。

第４図は本発明の他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。この場合は測定流体が液体かガスかを密度の相違
に注目して判別するようにしたものである。

渦信号Ｖｓは増幅器５２で増幅され、さらに２次のロー
パスフィルタ５３を介して密度信号Ｖｍとしてコンパレ
ータ５４の反転入力端（−）に出力される。

一方、コンパレータ５４は定電圧Ｅｂを抵抗Ｒ８とＲ９
で分圧して非反転入力端（＋）に印加された分圧電圧Ｖ
ｄ４と密度信号Ｖｍとを比較し、その比較結果を制御信
号Ｃ３４としてスイッチＳＷ１とＳＷ３に出力すると共
にインバータ５５を介してレベル反転した制御信号Ｃ３
３をスイッチＳＷ２とＳＷ４に出力する。この場合の分
圧電圧Ｖｄ４はガスと液体とを区別することの出来る所
定の値に相当する電圧に設定される。

渦信号Ｖｓは、密度をρ、流速をＶとすれば、ρＶ２に
比例する振幅を有するので、これを１次のフィルタを介
して取り出せば、ρＶに比例した信号となり、更にもう
一度１次のフィルタを通す、つまり全体として２次のフ
ィルタを通すことにより密度ρに比例した信号となる。

従って、ローパスフィルタ５３の出力には密度信号Ｖｍ
を得ることができる。

コンパレータ５４は所定の分圧電圧Ｖｄ４より小さな密
度信号Ｖｍがローパスフィルタ５３から出力されたとき
は測定流体はガスであると判断し、制御信号Ｃ８４をハ
イレベルＨとしてスイッチＳＷ１、ＳＷ３をオンとする
。逆の場合は、液体であるとして制御信号Ｃ３４をロー
レベルＬ、つまり制御信号Ｃ３３をハイレベルＨとして
スイッチＳＷ２、ＳＷ４をオンとする。

以上の動作により液体とガスとを自動判別して測定流量
をそれぞれ出力することができる。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、測定流体の渦信号自体を用いて測定流体が液体か
ガスかを自動判別することができるので、同一配管に液
体とガス（スチームを含む）とが別々に流れるときでも
渦流量計として液体用とガス用とを区別することなくし
かも何の調整も要することなく流量測定をすることがで
きる。

【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図に示す実施例の動作を説明する真理値図、
第３図は第１図に示す実施例の測定流量範囲を説明する
説明図、第４図は本発明の他の実施例の構成を示すブロ
ック図、第５図は従来の渦流量計のうち渦センサの部分
の構成を示す１！１断面図、第６図は従来の渦流量計の
全体構成を示すブロック図である。 １６．１７・・・圧電素子、１９．２０・・・チャージ
コンバータ、２２・・・加算器、２５・・・シュミット
トリガ、３８．３９・・・バンドパスフィルタ、４０・
・・シュミットトリガ回路、４７・・・コンパレータ、
４８・・・論理回路、５０・・・ウインドコンｉくレー
タ、５３・・・ローパスフィルタ、５４・・・コンｉく
レータ。 第２図 第３［イ１ 一一一→１渦周波数（Ｆｖ） 第５［′

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定流量を交流の渦信号に変換して出力する信号変換手
   段と、この渦信号が入力され第１スイッチと第１バンド
   パスフイルタとが直列に接続された第１直列回路と、第
   ２スイッチと前記第１バンドパスフイルタとは異なる帯
   域を有する第２バンドパスフイルタとが直列に接続され
   て前記第１直列回路に並列に接続された第２直列回路と
   、これ等の第１・第２バンドパスフイルタの出力が入力
   され周波数信号として出力する周波数検出手段と、この
   周波数信号が入力され前記測定流量に対応する電圧信号
   に変換して流量信号として出力する周波数／電圧変換手
   段と、前記渦信号が入力され測定流体が液体かガスかを
   区別する所定の設定値と比較して液体のときは前記第１
   スイッチを開閉する第１制御信号をガスのときは前記第
   ２スイッチを開閉する第２制御信号を出力する判別手段
   とを具備することを特徴とする渦流量計。