JPH06508929A - コリオリ式計器及びコリオリ式計器について機械的零位置を得る方法 - Google Patents

コリオリ式計器及びコリオリ式計器について機械的零位置を得る方法

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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】 コリオリ式計器及びコリオリ式計器の機械的零位値を得る方法本発明は、実例を 挙げると、温度による測定誤差を実質的に除去するコリオリ式質量流量計に係る 装置及び方法に関するものであり、かかる質量流量計に設けられる2つの別個の 大刀チャンネル回路間の特性の相違によって生じ得る測定誤差を実質的に除去す るものである。
2、従来技術の説明 現在、コリオリ式質量流量計は、種々のプロセス流体の質量流量率の正確な計測 手段として、種々の幅広い商業的用途に益々使用されてきている。
一般に、(1985年1月1日付けでジエー・イー・スミス(J、 E。
Sm1th)ほかに発行され、本願の譲受人の所有に係る)合衆国特許番号第4 .491,025号(以下、゛ 025スミス特許という)に述べられているよ うなコリオリ式質量流量計は、1または2の平行管路を備えている。各管路は、 典型的には、U字状の流路若しくは流管からなる。。
025スミス特許に示されているように、各流路を作動すると、軸を中心とした 振幅が生じ、基準回転フレーム(rotational frame of r eference)を形成する。U字状の流路にとって、この軸は、曲げ軸(b endi、ng axis)と呼ぶことができる。プロセス流体が振幅する流路 の各々を流れるとき、流体の移動により、流体速度及び流路の角速度の両方と直 交するコリオリの力が反応的に発生する。これらの反応的なコリオリの力は、流 路を駆動する力と比べて非常に小さなものであるが、なお、U字状の流路の曲げ 軸に対して垂直なねじり軸を中心として、前記流路にねじりを引き起こす。各流 路に加えられるねじり量は、流路を流れるプロセス流体の質量流量率に関係する 。このねじりは、各流路が移動する際の他の流路または固定基準点に対する完全 な速度プロフィールを提供すべく、流路の一方または両方に取付けられた磁気的 速度センサから得られる速度信号を使用して、頻繁に測定される。別々の2つの 管路からなるコリオリ式質量流量計においては、各流路が音叉の分割された枝部 のように振幅するよう、両流路は反対方向に作動される。この“音叉”動作は、 有利なことに、さもなければコリオリの力を遮断するであろう好ましくない振動 の全てを実質的に消滅させる。
かかるコリオリ式計器では、計器を通過する流体の質量流量率は、一般的に、流 路の一方の側方脚部に位置する一方の点が所定の位置(例えば、その振幅の中間 平面)を横切る瞬間から、流路の反対側の側方脚部に位置する対応する他方の点 がその対応する位置(例えば、その他方の点についての振幅の中間平面)を横切 る瞬間までに経過する時間間隔(いわゆる“Δt”の値)に比例する。平行な2 つの流路(管路)からなるコリオリ式質量流量計にとって、この間隔は、一般に 、これらの流路を駆動する基本(共振)周波数において両流路に発生する速度信 号間の位相差に等しい。更に、各流路が振動する共振周波数は、その流路の全質 量、即ち、空の流路自体の質量とその流路を流れる全流体の質量との和に依存す る。前記全質量は、流路を流れる流体の密度の変化に応じて変化するので、共振 周波数は、流体密度のあらゆる変化に伴い同様に変化し、これにより、流体密度 の変化の跡を追うために使用することができる。
これまで、業界では、両速度信号を少なくとも何らかのアナログ回路を介して処 理し、プロセス流体の質量流量に比例する出力信号を発生することが開示されて きた。特に、各速度センサに関する出力信号は、通常は、例えば、ゼロ(零位) 交差検出器(zero crossing detector) (比較器)を 後段に接続する積分器のような、別個の対応する入力チャンネル内に備えたアナ ログ回路を介して加えられる。この点に関しては、具体的には、合衆国特許第4 ,879.911号(1989年11月14日、エム・シエー・ソロツク(M、 J、zOIOCk)ニ発行)、第4. 872゜351号(1989年10月1 0日、ジエー・アール・ルエシュ(J、 R。
Ruesch)に発行)、第4,843.890号(1989年7月4日、ニー ・エル・サムソン(A、 L、 Samson)に発行)、及び第4. 422 . 338号(1983年12月27日、ジエー・イー・スミス(J、 E、  Sm1th)に発行)を参照されたい。なお、これら全ての特許は、また、本願 の譲受人の所有にかかるものである。これらの特許に示される種々のアプローチ により、広範囲の用途において十分に正確な結果が得られる一方、これらの文献 に開示される計器は、公知のコリオリ式計器と同様に、やはり、その使用を困難 にする共通の欠点を有している。
具体的には、コリオリ式質量流量計は、両速度センサから発生される信号間にお ける非常に小さな相互チャンネル位相差(inter−channel pha se defference)と実質上等しいΔtの値を検出し、この差を質量 流量率に比例する信号に変換すべく動作する。表面上は、Δtの値は、時間差測 定により得られるものであるが、この値は、実際は、位相測定でもある。このよ うな時間差測定の使用は、速度センサ信号間に表れる位相差を正確に測定する方 法を提供するのに便利である。本願の譲受人により現在製造されているコリオリ 式質量流量計においては、この差は、最大流量で約13Qlsecに達する傾向 にある。コリオリ式質量流量計における各入力チャンネルは、その入力信号に対 しいくらかの内部位相遅延(internal phase delay)を付 与する。この遅延量は、一般に非常に小さいものであるが、検出中の前記小さな 相互チャンネル位相差、即ち1301sec以下の位相差と比較した場合に、し ばしば重要な意味を持つことがある。現在利用可能なコリオリ式質量流量計は、 各入力チャンネルが、対応する速度信号に対し有限かつ一定量の位相遅延を付与 するという想定に基づくものである。これにより、これらのコリオリ式質量流量 計は、一般に、計器校正中に生じる真のゼロ流動(true zero flo wcondiition)条件で、相互チャンネル位相差(Δt)または指示さ れた質量流量のいずれかをまず測定する。その後、実際の流量を測定する一方、 これらの計器は、その結果得られる値を、何らかの方法で、測定されたΔtまた は質量流量率の値のいずれかから適宜減算し、その後計器を流れるプロセス流体 について、表面上は正確な質量流量率値を発生する。
残念なことに、実用上、かかる想定は不正確であることが証明されている。まず 、各入力チャンネルは、しばしば、他方の入力チャンネルに対し、異なる量の内 部位相遅延を生じるばかりでなく、また、各入力チャンネルにより発生される位 相遅延は、温度に依存し、対応する温度変化にともない、一方の入力チャンネル と他方の人力チャンネルとの間で異なる変化をする。この温度変動性は、温度に よる相互チャンネル位相差を引き起こす。計器を通って流れる実際の流動の結果 生じる測定位相差(Δt)は比較的小さいので、温度誘発された相互チャンネル 位相差に起因する速度信号間の測定位相差における誤差は、ある場合は、重大な ものとなり得る。この誤差は、一般に、現在利用されているコリオリ式質量流量 計では考慮されていない。ある状況下では、この誤差は、顕著な温度依存誤差を 質量流量率測定に引き起こし、測定にある程度悪影響を与える。
この誤差を防止すべく、業界で周知の解決方法の一つとして、据付パイプ式(i nstalled piped)のコリオリ式質量流量計を、その電気的構成を 含めて、温度制御された遮蔽手段(enclosure)で覆うものがある。こ の方法は、計器が外部の温度変化に晒されることを防止し、計器をその動作中に 相対的に一定温度に維持するものであるが、計器の据付コストを大いに増加する ため、全ての用途に適しているとはいえない。よって、据付コストに関心がおか れるような用途では、この方法は一般に採用されない。具体的には、特に、計器 が室内に置かれ、広範な温度変化に晒されないような用途乃至場所では、温度誘 発された相互チャンネル位相差が引き起こす測定誤差は、一般的には予期される ものの、非常に小さく、かつ、比較的一定となる傾向にある。したがって、この 誤差は、通常は使用者にとって許容範囲にある。残念なことに、計器が温度制御 された遮蔽手段に収容されないような用途、例えば、計器が動作温度において広 範な変動を被ることが予想される室外据付のような場合は、かかる誤差は、一般 に異なるものとなり、重大なものとなり得るため、考慮に入れる必要がある。
温度誘発された相互チャンネル位相差から生じる誤差以外にも、多くの現在利用 可能なコリオリ式質量流量計には、不具合なことに、温度に関係して測定を不正 確にする他の原因がある。特に、コリオリ式質量流量計は、一般に、流路の温度 を測定すると共に、温度によって流路の弾性が変化することから、流路の現在温 度に基づき、計器因子の値を補正する。この計器因子は、補正された後、引続い て、相互チャンネル位相差(Δt)の値を質量流量に比例的に関係付けるために 使用される。流路温度は、流路の外部表面に取り付けられる、白金RTD (抵 抗温度検出器)のような適当なアナログ式温度センサの出力をデジタル化するこ とにより測定される。デジタル出力は、通常は、しばしば電圧周波数(V/F) 変換器から発生される周波数信号の形を取り、かかる周波数信号は、所定のタイ ミング時間にわたって合計(計数)され、流路温度に比例する累積デジタル値を 発生する。残念なことに、実用上、V/F変換器は、流路温度測定において、通 常は、周囲温度の変化の度合によって、数度程度の流路温度の測定誤差に至る可 能性のある温度ドリフト(drift)をなにがしか呈する。この誤差は、今度 は、質量流量率に悪影響を与える。
コリオリ式質量流量計の入力チャンネルの特性の温度依存変化を表面上取扱うべ く、業界で提案される解決方法として、合州国特許第4,817.448号(1 989年4月4日、ジエー・ダブリュ・バーガートン(J、 f、 Barga rten)に発行され、かつ、本願の譲受人により所有されるものであり、以下 ° 448バーガートンほか特許という)に開示されるものがある。この特許に は、コリオリ式質量流量計に使用される2チャンネル切換入力回路が開示されて いる。特に、この回路は、2極2連(two−polar two−throw ) F E T (電界効果トランジスタ)スイッチを、速度センサの出力と両 チャンネルへの入力との間に配置している。一方の位置で、FETスイッチは、 左右の速度センサを左右のチャンネルの対応する入力へとそれぞれ接続すると共 に、他方の位置では、これらの接続が反転される。このFETスイッチは、流路 の運動の連続する各サイクル毎に、その位置を変更すべく動作される。このよう にして、各速度センサの出力は、両チャンネルに交互に連続して加えられる。2 サイクルの時間の間、両チャンネルに加えられる速度波形に関して適正な時間間 隔が測定され、その後、それらの時間間隔が平均化されて、各個別のチャンネル に起因する誤差を除去した単一の時間間隔値が発生される。
この結果得られる時間間隔値は、その後、計器を流れる質量流量率を決定する際 に使用される。
この解決方法は、確かに、相互チャンネル位相差を実質的に除去するが、その使 い勝手がなにがしか制限されるという欠点を有する。特に、′448バーガート ンほか特許に開示される装置の入力回路は、積分器を備えていない。かかる積分 器により提供されるはずの低域フィルタ機能が全くないために、これらの入力回 路はノイズの影響を受け易い。残念なことに、この特許に開示されるスイッチン グの構成は、入力回路のスイッチ部分に積分器を備えることを許容していないた め、ノイズ防護のため、積分器をFETスイッチの後段に置く必要がある。残念 なことに、かかる場所では、積分器に固有の位相遅延の補償は、多少は可能だと しても、容易に行えるものではない。積分器は、不具合なことに、入力回路にお ける位相遅延の最も大きな原因となる傾向にあるため、かような積分器を設ける ことは、測定されたΔを値に、誤差成分、即ち、補償されない位相遅延を付加す ることになる。よって、その結果としての測定流量率の値は、誤差成分を含むこ とになる。したがって、’448/1−ガートンほか特許にある解決方法は、比 較的ノイズを免れた環境に限定的に適用できるものである。
よって、業界では、周囲温度の変化に対し実質的に感度が低く、温度による好ま しくない影響を顕著に示さず、かつ、顕著なノイズ防護性を示すことができる正 確な流量及び流量率の出力値を供給するコリオリ式質量流量計に対する要求があ る。かかる計器は、周囲温度のかなり広範な変化に対し、もしあるにしても、無 視できる程度の温度誘発された測定誤差しか示さない。その結果、かかる計器は 、広範囲の用途において、高度に正確な流量測定に使用でき、特に、温度制御さ れた遮蔽手段内に収容する必要なしに使用できる。有利なことに、かかる計器に より提供されるより高い測定精度、及び、これに付随する据付コストの削減によ り、計器の利用範囲が広がるものと思われる。
発明の概要 本発明の目的は、周囲温度の変化に対し実質的に感度が低く、正確な出力測定を 可能にするコリオリ式質量流量計を提供することにある。
具体的な目的は、全くではないにせよ、温度制御された遮蔽手段の必要性を実質 的に無くしたコリオリ式質量流量計を提供することにある。
別の具体的な目的は、測定流量及び流量率の値が、さもなくばスイッチング過渡 現象から生じるような顕著な誤差を、多少はあるにしても、含むことのないコリ オリ式質量流量計を提供することにある。
上記及び他の目的は、本発明の開示に従い、各チャンネルを、特に比較的短い間 隔で、(a)当該チャンネルの内部位相遅延の測定と、(b)未処理の流動ベー スのΔを値(単数または複数)の測定との間で、周期動作させることにより達成 される。前記未処理のΔを値は、その後、典型的には位相遅延の測定値をそこか ら減算することにより補償され、補正Δを値を発生する。質量流量率の現在値は 、その後、従来のように未処理のΔを値を使用するのではなく、補正Δを値を使 用することにより決定される。
具体的には、従来のコリオリ式質量流量計で一般に使用されるものと同様の、2 つの同一の入力チャンネル(即ち、左側及び右側のチャンネル)を、2対の入力 チャンネル(即ち、対A−C及びB−C)により置換え、各チャンネル対により 示される現在の内部位相遅延を測定するようにする。両チャンネル対の各々は、 自らの内部位相遅延の測定、即ち、“ゼロ化”モードと、実際の流動条件下での Δを値の測定、即ち、“測定”モードとの間で周期動作される。周期時間が短い 場合、現在の位相遅延値は、その時に各チャンネル対の特性に生じているいかな る温度誘発変化をも正確に反映する。一旦、各対についての現在の内部位相遅延 値が分かると、その値は、その後、当該対により当該対についての次回の測定モ ード中に順次発生される流動ベースのΔを値を補正するのに使用される。各チャ ンネル対により提供される流動ベースのΔを測定値は、当該固有の対に伴う現在 の内部位相遅延について補正されるので、これらのΔを値は、計器の周囲温度及 びその変化にかかわらず、いかなる顕著な温度誘発誤差成分をも含まない。よっ て、本発明に従い構成されたコリオリ式計器は、有利にも、広範な温度変化を伴 う環境において、基本的に温度変化による精度低下を伴うことなく使用できる。
本発明の好適実施例の開示によれば、本発明の流量測定回路は、3つの同様の別 個の入力チャンネル(即ち、チャンネノL:A、B及びC)を利用する。これら 3つのチャンネルのうちの2対の各々、即ち、対A−C及びB−Cについて、相 互チャンネル位相差測定値が、連続的、かつ、交互に取られる。チャンネルCは 、基準チャンネルとして機能し、2つの速度波形センサ信号のうちの一つ(好適 実施例用に特定すると、左側の速度センサ信号)を、その入力信号として継続的 に供給される。ゼロモード及び測定モードの両方が、1対のチャンネルにおける 相互チャンネル位相差の測定を含む一方、これらのモード間の主要な相違は、以 下の通りである。即ち、ゼロモードでは、同一の速度センサ信号が当該対の両チ ャンネルに印加され、結果的な相互チャンネル位相差測定値は、当該対の内部位 相遅延の測定値となる。一方、測定モードでは、左右の速度信号が当該対の異な る対応するチャンネルに印加され、補正はされていないものの、現在の流動ベー スのΔを測定値を提供腰それ以降、現在の質量流量及び質量流量率の値を決定す る際に使用する。相互チャンネル位相差(Δt)の測定値は、両モードの間に取 られるが、説明を簡単にして混乱を避けるため、これらの値をその発生により区 別する。
ゼロモードの間に発生する位相測定値は、相互チャンネル位相差測定値といい、 測定モードの間に発生するものは、Δを値という。
具体的には、ゼロモードで動作するいかなるチャンネル対、例えば、対A−Cに ついても、同一の、即ち、左側の速度センサ信号が当該対の両チャンネルの入力 に印加される。相互チャンネル位相差測定値4、その後、いわゆる“ゼロ化”時 間の間、連続的、かつ、反復的に取られ、かかる時間中に平均化される。理論的 には、当該対の両チャンネルカ(同一の位相遅延を呈する場合、即ち、チャンネ ルAの位相遅延力(基準チャンネルCのそれと同一の場合、結果的な相互チャン ネル位相差測定値は、全てゼロと等しくなる。しかし、実際には、いかなるとき にも、全て3つのチャンネルは、通常は、異なる内部位相遅延を有する。にもか かわらず、各対の位相遅延は、同一の基準チャンネル、即ち、チャンネルCに関 して測定されるので、2つの対の間の位相遅延におけるいかなる差も、チャンネ ルA及び3間に発生する内部位相遅延における差により引起こされる。一旦、“ ゼロ化”時間が終了すると、当該対の非基準チャンネルへの入力は、他の速度セ ンサ信号、即ち、右側の速度センサ信号に切換えられる。その後、当該対が、流 動ベースのΔを値を測定する“測定”モードで動作する前に、有限な時間、即ち 、いわゆる“切換”時間を含む時間の経過が許容される。切換時間は、全ての結 果的な切換過渡現象が安定するよう、十分長いものとされる。
1対のチャンネル、例えば、A−Cがそのゼロモードで動作する間、他方の対、 例えば、B−Cは、その測定モードで動作して、継続的な流量計測を提供する。
いかなるチャンネル対についても、その測定モード中に得られる連続する流動ベ ースのΔを値の個々のものが、典型的には減算により、前回のゼロモードの間に 当該チャンネル対について測定された内部位相遅延の最も最近の値によって補償 される。
一方のチャンネル対が測定モードで動作する時間、即ち、測定時間は、他方の対 がゼロモードで動作する時間の全体と等しい。この後者の時間は、後者のチャン ネルが、その非基準チャンネルの入力を右側から左側の速度センサ信号に切換え ると共に、最終的に、左側から再度右側の速度センサ信号に切換える時間を含む 。
測定時間の終了時に、チャンネル対は、単純に、そのモードを切換える。例えば 、チャンネル対B−Cは、最初は、その非基準チャンネルの入力を、右側から左 側の速度センサ信号に切換え、チャンネル対A−Cは、流動ベースのΔtの測定 を開始する。一旦、この入力切換が完了すると、チャンネル対B−Cは、その後 、ゼロ化を受持ち、続いて、チャンネルが反対方向に切り替えられる。なお、こ のとき、チャンネル対人−Cは、測定モード等を維持して、以降の周期動作を行 う。
更に、本発明の開示によれば、抵抗温度検出器(RT D)により提供される流 路温度の測定値における温度誘発誤差、特に、V/F変換器における温度ドリフ トに伴う誤差も、有利なことに、除去される。具体的には、これらの誤差を除去 するために、RTD電圧に加えて、2つの基準電圧が、V/F変換器を介して、 選択的、かつ、継続的に、計数の形で周波数値に変換され、その後、計数周波数 値と測定流路温度との関係を示す線形関係、特に、比例因子を画定するために使 用される。そして、RTD電圧についての計数種は数値をこの因子で単純に乗算 すること1こより、対応する測定流路温度値が得られる。基準電圧は、もしある にしても、温度変動に伴い顕著には変化せず、各々が、V/F変換器を介して、 比較的短い周期(例えば、0.8秒のオーダ)で反復的に変換されるため、V/ ’F変換器により発生する温度ドリフトのいかなるものも、これらの基準電圧自 身についての計数周波数値に正確に反映される。温度ドリフトは、側基準電圧及 びRTD電圧についての計数値に等しく影響を与えるが、それらの間の関係は変 えないので、比例因子(ま、RTD電圧についての計数周波数値で乗算した場合 、V/F変換器により発生するいかなる温度ドリフトからも実質的に独立した真 の温度値となる。
測定温度における温度誘発誤差を除去することにより、計器因子は、流路温度の 変化を正確に反映するよう、適宜補正される。
更に、本発明の計器は、計器構成中に得られる非流動Δを測定値の数に基づき機 械的零位の現在値(即ち、計器のゼロ流動オフセット値)を決定する一方、本発 明の特徴は、これらの非流動Δを測定値のノイズが十分に低い場合のみ、前記機 械的零位の現在値を使用し、その他の場合はその値を無視することにある。非流 動Δを測定値の数は、3つの因子のいずれかにより管理される。即ち、(a)こ れらの測定値の標準偏差が収束限界未満となる全てのとき、(b)ユーザが機械 的零位処理を手動により終了する全てのとき、及び、(c)かかる測定値が、所 定の最大数取られた場合、である。
図面の簡単な説明 本発明の開示は、後述する詳細な説明を、添付図面と共に考慮することにより明 瞭に理解されるであろう。図において、図1は本発明の一実施例のコリオリ式質 量流量計測装置5を示す全体図である。
図2は図1に示す周知の計器回路20を詳細に示すプロ・ツク図である。
図3は図3A及び3Bの図面用紙の正しい配置状態を示す。
図3Aは及び3Bは本発明の一実施例による流量測定回路30の好適事例の詳細 なブロック図を共同して示す。
図4は図4A及び4Bの図面用紙の正しい配置状態を示す。
図4A及び4Bは図3A及び3Bに示す流量測定回路30におけるチャンネル対 A−C及びB−Cにより遂行される動作のタイミング図を共同して示す。
図5は図3A及び3Bに示す流量測定回路30内に設けられる回路70の状態表 (state table)を示す。
図6は図3A及び3Bに示す流量測定回路30内に設けたマイクロプロセッサ8 0により実行される流量測定基本メインループ600の簡略化フローチャートを 示す。
図7は図7A及び7Bの図面用紙の正しい配置状態を示す。
図7A及び7Bは図6A及び6Bに示すメインループ600の一部として実行さ れる零位(ゼロ)決定(zero determining)ルーチン700の フローチャートを共同して示す。
図8は図8A及び8Bの図面用紙の正しい配置状態を示す。
図8A及び8Bは図7A及び7Bに示す零位決定ルーチン700の一部として実 行される機械的零位(MECHANICAL zERO)ルーチン800のフロ ーチャートを共同して示す。
図9は、機械的零位(ゼロ)処理中に得られる測定Δを値の標準偏差、即ちσΔ tにおいて、各対応する範囲で行われる零位(ゼロ化)動作を概略的に示す。
図10は機械的零位(ゼロ)値として許容可能な範囲及び許容不能な範囲を概略 的に示す。
図11は、図3A及び3Bに示す本発明の流量測定回路30内に設けたマイクロ プロセッサ80により、周期的割込ベースで実行されるRTD温度処理ルーチン 1100を示すフローチャートである。
理解を容易にすべく、適切な場合は、各図について共通な同一要素を示すため同 一の参照番号を使用する。
以下の説明を読めば、当業者であれば、本発明の技術が、多重アナログ入力チャ ンネルを利用して多重入力を測定する広範囲の回路に具体化できることを、容易 に理解するであろう。有利なことに、本発明を使用すれば、さもなくば個々のチ ャンネル間で生じると共に、例えば、内部のアナログ回路に異なる悪影響を及ぼ す温度、時間の経過及び/または他の現象に起因する特性の差から生じるような 誤差は、全てではないにせよ、実質的に除去される。勿論、計器が、流量、流量 率、密度または他のパラメータを計測するかどうかにかかわらず、どのようなコ リオリ式質量流量計をもかかる目的に使用できる。にもかかわらず、説明を簡明 にすべく、本発明の入力回路は、具体的には質量流量率(mass flow  rate)及び合計質量流量(totalized mass flow)を測 定する2流路(管路)コリオリ式質量流量計に関連して説明する。
図1はコリオリ式質量流量計測装置5を示す全体図である。
図に示すように、装置5は、2つの基本要素、即ち、コリオリ式計器アセンブリ 10及び計器回路20からなる。計器アセンブリ10番よ、所望のプロセス流体 の質量流量率を測定する。計器回路20は、リード線100を介して計器アセン ブリ10に接続され、図示の例で(よ、質量流量率及び合計質量流量に関する情 報を提供する。質量流量率情報iよ、周波数の形で、かつ、目盛化パルス(sc aled pulse)の形で、リード線26を介して供給される。更に、質量 流量率情報は、また、下流のプロセス制御及び/または計測装置への接続を容易 にすべく、4−4−2Oのアナログ信号の形で、リード線26を介して供給され る。
コリオリ式計器アセンブリ10は、図に示すように、一対のマニホルド]10及 び110′ と、管状部材150と、一対の平行な流路(チューブ)130及び 130° と、駆動機構180と、一対の速度検出コイ具備する。流路130及 び130′ は、略U字状をなし、その端部を流路取付ブロック120及び12 0“に取付けてtする。流路取付プロ・ツク120.120’ は、それぞれマ ニホルド110.110’ lこ固定されている。両流路130.130’ に は、感圧継手(pressure 5ensitivejoint)は設けられ ていない。
図1に示すように、流路130及び130°の側方脚部131.131’、13 4及び134°は、流路取付ブロック120及び120゛に固定して取付けられ ると共に、これらの流路取付ブロック120及び120′ は、マニホルド11 0及び110′に固定して取付けられている。
これにより、コリオリ式計器アセンブリ10を通過する連続的な閉流路が形成さ れる。具体的には、計器アセンブリ10を、入口端101及び出口端101°を 介して、計測中のプロセス流体を移送する流路システム(図示路)に接続する場 合、流体は、マニホルド110の入口端101内のオリフィスを介して計器内に 流入し、その内部の断面を徐々に変化させる通路を介して、流路取付ブロック1 20へ導入される。流体は、ここで分割されて、流路130及び130′により 連絡される。プロセス流体は、流路130及び130°を出るときに、流路取付 ブロック120゛ 内で単一の流れとなるよう再合流され、その後、マニホルド 110°へと連絡される。点線105で示すように、マニホルド110′内にお いて、流体は、マニホルド110内の通路と同様に断面を徐々に変化させる通路 を介して、出口端101°内のオリフィスへと流動する。
流体は、出口端101′で前記流路システムへと再流入する。管状部材150は 、いかなる流体の通路となることもない。その代わり、管状部材150は、マニ ホルド110及び110′を軸方向に整合させると共に、マニホルド110及び 110′への流路取付プロ・ツク120及び120′並びに流路130及び13 0°の取付を容易にすべく、マニホルド110及び110′の間隔を所定量に維 持すべく機能する。
U字状の流路130及び130゛は、曲げ軸w−w及びw’ −w’ に関する 慣性モーメント及びばね定数がそれぞれ実質的に同一となるよう、適宜選択して 、流路取り付はブロック120及び120°に適切に取付ける。これらの曲げ軸 W−W及びw’ −w’ は、U字状の流路130及び130゛の側方脚部13 1,131’ 、134及び134°に対して直交して配向され、各流路取付ブ ロック120及び120′の近傍に配置されている。U字状の流路130及び1 30°は、流路取付ブロック120及び120°から基本的に平行に外方へと延 び、それらの曲げ軸W−W及びw’ −w’ に関し実質的に同一の慣性モーメ ント及び同一のばね定数を有している。流路130及び130°のばね定数は温 度と共に変化するため、抵抗温度検出器(RTD)190 (典型的には白金R TD装置)が、流路130及び130゛の一方、ここでは流路130゛に取付け られ、その流路130′の温度を継続して測定する。流路130′の温度、ひい ては、内部を流れる所定の電流により抵抗温度検出器(RTD)190に現れる 電圧は、流路130′を通過する流体の温度により左右される。抵抗温度検出器 (RTD)190に現れる温度依存電圧は、周知の方法で、流路温度のいかなる 変化に対してもばね定数の値を適正に補償するよう計器回路20により使用され る。抵抗温度検出器(RTD)190は、リード線195を介して計器回路20 に接続されている。
これらの両流路130及び130°は、典型的には正弦波で、各々の曲げ軸W− W及びw’ −w’ を中心として、反対方向に、かつ、基本的にそれらに同一 の共振周波数で駆動される。このように、両流路130及び130°は、音叉の 分岐部(tines)と同様にして振動する。駆動機構180は、流路130及 び130°に振動駆動力を付与する。この駆動機構180は、両流路130及び 130゛に同一周波数の正弦波振動を付与する多くの周知の装置の一つより構成 することができ、例えば、図示の流路130′に取付けられた磁石と、図示の流 路130に取付けられ、交流電流が通過する対向コイルより構成することができ る。駆動機構180には、リード線185を介して計器回路20より適当な駆動 信号が印加される。
これらの流路130及び130′を反対方向に駆動する間、流体が両流路130 及び130′を通って流れると、コリオリの力が各流路130.130’の隣接 する側方脚部131及び131′または134及び134°に沿って、かつ、反 対方向に発生する。即ち、側方脚部131に発生するコリオリの力は、側方脚部 131°に発生するコリオリの力と反対方向となる。流体が流路130及び13 0°内を基本的に同一方向に平行して流れるにもかかわらず、(所定の振幅で) 振動する流路130及び130°の角速度ベクトルは、基本的に平行方向にでは あるが、反対方向に位置するということにより、かかる現象が発生する。したが って、コリオリの力の結果として、両流路130及び130°の2分の1の振動 サイクルの間、側方脚部131及び131′ は、駆動機構180から流路13 0及び130°に発生する振動運動のみによって側方脚部131及び131゛間 の距離が最小となる場合よりも、更に互いに接近するようねじりを加えられる。
次の2分の1サイクルの間、上記のように発生したコリオリの力は、駆動機構1 80から流路130及び130°に発生する振動運動のみによって側方脚部13 1及び131゛間の距離が最大となる場合よりも、更に互いに離間するよう側方 脚部131及び131′にねじりを加える。
流路130及び130°の振動中、他方の対の側方脚部より一層互いに接近する よう付勢される一方の対の隣接する側方脚部は、他方の対の側方脚部の速度がゼ ロ交差する前、その速度がゼロ交差したときに、移動終点に到達する。一方の対 の隣接する側方脚部が移動終点に達する瞬間から、他方の対の側方脚部、即ち、 更に離間するよう付勢される対の側方脚部がその移動終点に到達する瞬間まで継 続する時間間隔(本文中では、相互チャンネル位相差、時間差または単に“Δt ”値という)は、実質的に、計器アセンブリー0を通って流れる流体の質量流量 率に比例する。平行通路型コリオリ式質量流量計の動作原理についての、上記の ものより一層詳細な説明については、合衆国特許第4,491.025号(19 85年1月1日、ジエー・イー・スミス(J、 E、 Sm1th)に発行)を 参照されたい。
時間間隔、Vtを計測すべく、流路130及び130°のいずれか一方の自由端 近傍には、速度検出コイル160 及び160Rが取付けられると共に、他方の 流路130.130’ の自由端近傍には永久磁石170 及び170 が取付 けられている。永久磁石170L及び170L R 7は、各永久磁石ビ0 17〇−取巻くと共に、磁界が本質的にL゛ 均一である体積空間中に、前記速度検出コイル160 160Rを位り。
置させるよう配置される。この構成により、速度検出コイル160L及び160  から発生される電気信号出力により、流路130及び130′の移動行程全体 の速度プロフィールが得られ、また、前記電気信号出力は、多くの周知の方法の いずれかにより、前記時間間隔及び計器を通過する流体の質量流量率を決定すべ く処理可能である。特に、速度検出コイル160 及び160Rは左右の速度信 号を発生し、それらの速度信り 号はリード線165 及び165 にそれぞれ現れる。こうして、速度L R 検出コイル160 及び160R並びに対応する永久磁石170−び170 は 、それぞれ、左右の速度センサを構成する。前記時間間隔Vtは、表面上は時差 測定により得られるけれども、時間間隔Vtは、実際は位相測定である。こうし た時差測定の利用により、左右の速度センサ信号間で生じている筈の位相差を正 確に測定する方法が提供される。
注記のように、計器回路20は、リード線195に現れるRTD (抵抗温度検 出器)信号、並びに、リード線165 及び165Rに現れる左右の速度信号を 入力として受取る。計器回路20は、また、注記のように、リード線185への 駆動信号を発生する。リード線1650.165 185及び195は、集合的 にリード線100という。計器口路20は、左右の速度信号の両方及びRTD信 号を処理して、計器アセンブリ10を通って流れる流体の質量流量率及び合計質 量流量を決定する。この質量流量率は、計器回路20により、4〜20mAのア ナログ信号の形で、リード線26内の関連回線に供給される。質量流量率の情報 は、また、下流の装置へ接続するリード線26内の適当な回線に、周波数の形で (典型的には、最大0〜10KIlzの範囲で)供給される。
公知の計器回路20のブロック図を図2に示す。ここで、図示のように、計器回 路20は、流量測定回路23と、流路(流管)駆動回路27と、ディスプレイ2 9より構成される。
図2に示すように、流路駆動回路27は、リード線185を介して、駆動機構1 80に、適正に交互に反復された、または、パルス化された駆動信号を供給する 。この流路駆動回路27は、駆動信号をリード線165 及び25に現れる左側 の速度信号と同期させる。流路駆動回路27は、動作中に、両流路(流管)を、 基本共振周波数で反対方向へ正弦波振動運動するよう維持する。業界で知られる ように、この周波数は、流路自身の種々の特徴及び流路を流れるプロセス流体の 密度を含む数々の因子に左右される。流路駆動回路27は、業界で周知であり、 その具体的な実施は、本発明のいかなる部分をも構成しな0ので、この流路駆動 回路27は、ここでは、これ以上詳細に説明しなt)。この点蕎こ関しては、合 衆国特許第5,009,109号(1991年4月23日、ピー・カロテイ(P 、 Kalotay)ほかに発行)、第4.934,196号(1990年6月 19日、ビー10?−)(P、 Romano)に発行)、及び、第4゜876 .879号(1989年10月31日、ジエー・ルエシュ(J、 Ru6sch )に発行)を参照されたい。これらは全て、本願の譲受人ζこより所有され、流 路駆動回路に関する異なる実施例につ0て記述するものである。
流量測定回路23は、リード線195に現れるRTD信号と共1こ、1ノード線 165 及び165 に現れる左右の速度信号を、周知の方法にL R より、それぞれ処理して、計器アセンブリ10を通過するプロセス流体の質量流 量率及び合計質量流量を決定する。結果として得られる質量流量率情報は、その 他の下流のプロセス制御装置(図示略)への接続を容易にするために、4〜20 i1への出力信号としてリード線263を介して供給されると共に、遠隔積算計 (remote totalizer) (図示略)への接続を容易にするため に、目盛化(scaled)周波数信号として1ノード線262を介して供給さ れる。リード線262及び2631こ現れる信号li、図1に示すリード線26 に集合的に現れるプロセス信号の一部を構成する。
リード線26内の他のリード線(特に図示しなL))l;!、他のプロセス/臂 うメータと同様に、合計流量情報を、適当なディスプレイ、遠隔ff111定装 置及び/または下流の処理装置への接続月に、デジタル信号の形で供給する。
流量測定回路23が質量流量率及び合計流量情報を発生するための方法は、当業 者にとって周知であるので、本発明と密接な関係のある回路構成部分についての み、以下に説明する。この点に関し、流量測定回路23は、2つの別個の入力チ ャンネル、即ち、左側のチャンネル202及び右側のチャンネル212を備える 。各チャンネル202,212は、積分器206,216と、2つのゼロ交差検 出器(zero crossfng detector) 208.218とを 備える。両チャンネル202.212内では、左右の速度信号が、実際には低域 フィルタを構成する積分器206及び216にそれぞれ印加される。その結果こ れらの積分器206及び216から得られる出力は、ゼロ交差検出器(実際には 比較器)208及び218に印加される。各ゼロ交差検出器208.218は、 対応する積分速度信号が、所定の小さな正または負の電圧レベル、例えば±Vに より表される電圧ウィンド(voltage window)を超えたときは、 常に、レベル変更を行う。両ゼロ交差検出器208及び218の出力は、これら の出力における対応する変化間で生じるタイミング間隔を、クロックパルスの計 数により測定すべく、カウンタ220に制御信号として供給される。この間隔は 、周知のΔを値であり、プロセス流体の質量流量率と共に変化する。計数して得 られた値は、処理回路235に入力データとして並列に印加される。更に、抵抗 温度検出器(RTD)190は、RTD入力回路224の人力に接続されている 。RTD入力回路224は、一定の駆動電流を抵抗温度検出器(RTD)190 に供給すると共に、抵抗温度検出器(RTD)190に現れる電圧を線形化し、 この電圧を、電圧周波数(V/F)変換器226を使用して、RTD電圧におけ るいかなる変化に対しても比例して変化する目盛化周波数(scaled fr equency)を有する一連のパルスに変換する。その結果としてRTD入力 回路224から得られる一連のパルスは、カウンタ228に入力として印加され る。カウンタ228は、前記一連の、(ルスを周期的;こ計数し、力1つ、測定 温度に比例する値を計数の形で発生する。カウンタ228の内容ζよ、また、処 理回路235に、人力データとして並列=印加される。典型的にはマイクロプロ セッサをベースとしたシステム力\らなる処理回路235は、そこに印加される デジタル化したΔを値及び温度値力)ら、現在の質量流量率を決定する。この点 に関し、デジタル化した温度値(ま、流路の現在温度に基づき計器因子の値を補 正するため、及び、そうすることにより、温度による流路の弾性の変化を補償す るため書こ使用される。補正された計器因子(即ち、温度補償された計器因子R F)i;!、続(1て、現在の測定旧位から質量流量率を比例的に決定するため ↓こ使用される。
質量流量率を決定したら、処理回路235は、合計質量流量を更新すると共に、 例えば、局所のディスプレイ29及び/またCヨ下流のプロセス制御装置に接続 するリード線26を介して、適切な質量流量率出力信号を供給する。
左右のチャンネル202.212内に備えられたアナログ回路(ま、不利なこと に、処理回路235から発生する結果的な質量流量及び質量流量率の値に、いく らかの誤差を投入すること力く明ら力へとなって0る。具体的には、積分器20 6,216の入力及びゼロ交差検出器208. 218の出力間で測定した場合 に、各人カチャンネル202.212力く、他方のチャンネル202,212に 対し、異なる量の位相遅延を有するのみならず、各チャンネル202.212内 部番二発生する位相遅延力(、温度に依存し、かつ、温度の対応する変化1こ伴 (1、一方のチャンネル202.212と他方のチャンネル202.212との 間でし1fLlf異なる変化をする。すると、例えば、左側のチャンネル202 1!、右倶11のチャンネル212が呈する位相遅延とは異なる温度依存度イヒ をする位相遅延を呈する。かかる変化の結果、自ら測定Δを値における誤差成分 となる温度誘発された相互チャンネル位相遅延が生じる。計器を通過する実際の 流量自身の結果生じるΔを値は、比較的小さいので、かかる誤差成分は、ある場 合には、重要な意味を持つ。この誤差は、一般に、現在利用可能なコリオリ式質 量流量計では考慮されていない。ある状況下では、特に、計器が室外環境に置か れ、広範な温度変動を受ける場合は、かかる誤差により、質量流量率測定には顕 著な温度依存誤差が生じ、測定に何らかの悪影響を与える。
ここで、測定Δを値における温度依存誤差とは別に、温度測定回路23自体が、 処理回路235により得られる質量流量及び流量率の値における温度誘発測定誤 差の原因を付加する。この点に関し、RTD入力回路224内に設けたV/F変 換器226は、かかる全ての変換器と同様に、温度ドリフトを呈する。この温度 ドリフトは、周囲温度の変化の大きさに基づくものであり、流路温度の測定にお いて、数度程度に達する誤差となる可能性がある。この誤差は、また、質量流量 率及び合計質量流量の値を損なう補正計器因子中の誤差ともなる。
公知のコリオリ式計器、特に、流量測定回路23を典型とする回路を備えるもの に伴う欠点を除去すべく、出願人は、コリオリ式計器の流量測定回路に使用され 、計器により得られる質量流量及び質量流量率の値の温度変化に対する感度を実 質的に低くして、その全体の精度を向上する技術を開発した。
具体的には、本発明の開示によれば、従来技術の測定回路で通常使用される2つ の同一の人力チャンネル(即ち、左側及び右側のチャンネル)が、2つの対の入 力チャンネル(即ち、対A−C及びB−C)により置き換えられ、それらの2対 のチャンネルにより、各チャンネル対が呈する位相遅延の測定が許容されるよう になっている。位相遅延の現在値を各チャンネル対が検出すると、その値は、順 次、そのチャンネル対により続いて測定される流動ベースのΔを値の補正に使用 される。チャンネル対の各々は、自身の内部位相遅延の測定、即ち、“ゼロ化( 零位)”モードと、実際の流動条件についてのΔを値の測定、即ち、“測定”モ ードとの間を、比較的短い間隔で周期動作するため、位相遅延の現在値は、各チ ャンネル対の特性にその後生じるいかなる温度誘発変化をも正確に反映する。各 チャンネル対により供給される流動ベースのΔtの測定値が、当該対に伴う現在 の内部位相遅延について補正されるので、これらのΔを値には、計器の周囲温度 及びその変化にかかわらず、いかなる重要な温度誘発誤差成分も含まれない。よ って、本発明に従い構成されたコリオリ式計器は、広範に温度が変化する環境に おいて有利に使用可能であり、基本的に温度変化による精度の低下を伴わない。
特に、本発明の流量測定回路は、3つの別個、かつ、同様の入力チャンネル(即 ち、チャンネルA、B及びC)を利用し、それらのチャンネルを介して、3つの チャンネルについての2対、即ち、対A−C及びB−Cについて、連続して交互 に、相互チャンネル位相遅延の測定値を取る。チャンネル対A−Cはチャンネル A及びCからなり、チャンネル対B−CはチャンネルB及びCからなる。チャン ネルCは、基準チャンネルとして機能し、その入力信号として、前記2つの速度 波形センサ信号のうちの一つ、好適事例用に具体的に示すならば前記左側の速度 センサ信号が、連続的に供給される。左右の速度センサ信号のいずれかが、チャ ンネルA及びBへの入力となる。ゼロ化モード(ゼロモード)及び測定モードの 両方とも、一対のチャンネルにおける相互チャンネル位相差の測定を含む一方、 両モード間の主要な相違点は以下の点にある。即ち、ゼロモードでは、前記(左 側の)速度センサ信号が前記対の両チャンネルに印加され、結果として得られる 相互チャンネル位相差の測定値により、当該対についての内部位相遅延の測定値 を提供するようになっている。一方、測定モードでは、左右の速度信号が、前記 対における異なるチャンネルに対応して印加され、現在の質量流量及び質量流量 率の値を決定するために次段で使用する現在の流動ベースのΔを値についての測 定値を、補正はしないものの、提供する。相互チャンネル位相差(Δt)の測定 値は、両モードの間中得られるが、問題を簡略化して混乱を避けるため、これら の値を、その発生により区別する。以後、ゼロモードの間に発生する位相測定値 は、相互チャンネル位相差測定値といい、測定モードの間に発生するものは、Δ を値という。また、全てのチャンネル対についての相互チャンネル位相差測定値 及びΔを値の両者は、以後、集合的にタイミング測定値という。
具体的には、ゼロモードで動作する全てのチャンネル対、例えば対A−Cに対し 、前記(左側の)速度センサ信号が当該対の両チャンネルの入力に印加される。
その後、いわゆる“ゼロ化”時間(zeroing 1nterval)の間、 相互チャンネル位相差測定値が連続的、かつ、反復的に取られ、その結果がこの 時間の間に平均化される。理論的には、この対のチャンネルの両者が同一の内部 位相遅延を呈する場合、即ち、チャンネルAを介した位相遅延が基準チャンネル Cの位相遅延と同一である場合、結果としての相互チャンネル位相差測定値は、 全てゼロと等しくなる。しかし、実際には、いかなるときでも、3つのチャンネ ルの全てが、通常は、異なる内部位相遅延を有している。にもかかわらず、各対 についての位相遅延は、前記基準チャンネル、即ち、チャンネルCに関して測定 されるので、2つの対の間での位相遅延におけるいかなる差も、チャンネルA及 び8間に発生する内部位相遅延における差により引き起こされることになる。“ ゼロ化”時間が終了すると、前記対における非基準チャンネルへの入力は、もう 一方の速度センサ信号、即ち、右側の速度センサ信号に切換えられる。その後、 流動ベースのΔを値を測定する“測定”モードで前記チャンネル対が動作される 前に、いわゆる“切換(スイッチング)”時間を含む有限な時間の終了が許容さ れる。切換時間は、全ての結果的に生じる切換過渡現象(switching  transients)が安定可能なよう、即ち、その振幅が所定レベル以下と なることができるよう十分に長いものとされる。
一方の対のチャンネル、例えば、A−Cは、そのゼロモードで動作する一方、他 方の対、例えば、B−Cは、その測定モードで動作する。各チャンネル対につい て、その測定モードの間に得られる連続して測定される流動ベースのΔを値の各 々は、典型的には減算により、その前のゼロモードの間に当該チャンネル対につ いて測定された内部位相遅延の最も最近の値により補償される。
一方のチャンネル対が測定モードで動作する時間、即ち、前記測定時間は、他方 の対がゼロモードで動作する時間の全体に等しい。後者の時間(即ち、前記“ゼ ロ化”時間)は、後者のチャンネルがその非基準チャンネルの入力を右側から左 側の速度センサ信号に切換える時間(即ち、前記“切換え”時間)を含み、(い わゆる“ゼロ化”時間の間)ゼロ化を遂行し、最終的に、その非基準チャンネル の入力を左側から再度右側の速度センサ信号に切換える。前記ゼロ化時間は、2 つの切換時間及び1つのゼロ化時間の両方を含むことに注意されたい。
測定時間の終了時に、前記チャンネル対は、単純にモードを切換える。
即ち、図示の例では、チャンネル対B−Cは、最初はその非基準チャンネルの入 力を右側から左側の速度センサ信号に切換え、チャンネル対A−Cは、流動ベー スのΔtの測定を開始する。この入力切換が終了すると、チャンネル対B−Cは 、次に、ゼロ化を受持ち、その後、チャンネルが反対方向に切換えられる。一方 、チャンネル対A−Cは、測定モード等を、連続的周期動作の間維持する。チャ ンネル対が、後者の切換動作を終了した後で、かつ、その測定モードでの動作を 開始する前に、そのチャンネルは、所望であれば、構成の簡略化のために“ゼロ イシ時間と同一時間継続する所定時間(以下、“活動中(active)”の時 間という)の間、流動ベースのΔを値の測定を受持つ。両チャンネルは、前記“ 活動中”の時間中、両速度センサ信号から、流動ベースのΔを値を同時に供給す るため、理論的には、ノイズ、隔離摂動(isolated perturba tion)、または、前記両射のチャンネルに関連する内部位相遅延間の差が全 くないときは、同一のΔを値が、両チャンネルから発生される筈である。
よって、追加的チェックとして、“活動中”の時間中に各チャンネル対から得ら れる1以上の流動ベースの測定Δを値は、当該対の測定位相遅延についての最も 最近の値により補償して、対応する対の補正Δを値を発生することができる。か かる各対における2つの値は、その後、互いに比較することができる。これらの 対のいずれにおいても、それらの値開て十分な不一致があるときは、一般に、誤 差(エラー)状態を意味する。
チャンネル切換は、流動ベースの測定値を供給するために使用中のチヤンネル対 とは反対側のチャンネル対についてのみ生じるので、いかなる切換過渡現象(及 びそれに伴うノイズ)も、流量及び流量率の測定値から効果的に隔離され、有利 なことに、その測定値を損なうことはない。
また、適切な長さの切換時間をゼロ化開始前であっても終了させるようにすると 、切換過渡現象は、有利なことに、ゼロ化中のチャンネル対についての内部位相 遅延の測定値に悪影響を与えない。よって、本発明を利用するコリオリ式計器の 特性は、全てではないにせよ、実質的に入力切換過渡現象等を免れる。
ゼロ化時間及び切換時間の具体的長さは、決定的なものではない。しかし、切換 過渡現象は、かなり早く消滅し、また、平均化を追加すると、一般に、内部位相 遅延の測定の精度が向上するため、前記切換時間は、典型的には、ゼロ化時間よ りかなり短く設定される。この点に関し、流路サイクル(管路周期)で測定され る切換時間は、例示的には、16乃至32の流路サイクル(tube cycl e)の間継続してもよく、一方、ゼロ化時間は、例示的には、2048以上の流 路サイクルを消費するよう設定してもよい。
更に、本発明の開示によれば、前記抵抗温度検出器(RTD)を介して供給され る流管(流路)温度の測定値における温度誘発誤差、具体的には、V/F変換器 における温度ドリフトに伴う温度誘発誤差もまた、有利なことに、除去される。
具体的には、これらの誤差を除去するために、RTD電圧に加え、2つの基準電 圧が、V/F変換器を介して、選択的、かつ、連続的に、計数の形で、周波数値 に変換され、その後、前記計数周波数値と測定流管温度との関係を示す線形関係 、具体的には比例因子を画定するために使用される。よって、RTD電圧につい ての計数周波数値をこの因子で単純に乗算すると、対応する流管温度の測定値が 出てくる。前記基準電圧は、温度変動によっては、あるにしても顕著には変化せ ず、また、各々が、V/F変換器を介して、比較的短い周期で、例えば0.8秒 のオーダで、反復的に変換されるので、V/F変換器により生じるいかなる温度 ドリフトも、基準電圧自身についての周波数値の計数結果に正確に反映される。
温度ドリフトは、両基準電圧についての計数値及びRTD電圧に等しく影響を与 えるが、それらの関係は変えないので、前記比例因子は、RTD電圧についての 計数周波数値で乗算すると、V/F変換器から生じるいかなる温度ドリフトにも 実質的に依存しない真の温度値を発生する。測定温度における温度誘発誤差を除 去することにより、計器因子は、流管温度の変化を正確に反映するよう、適正に 補正される。
A、ハードウェアの説明 この説明を念頭に置き、発明に係る流量測定回路30の好適事例のより詳細なブ ロック図を、図3A及び3Bに集合的に示し、これらの図の図面用紙の正確な配 置を、図3に示す。
基本的に、流量測定回路30は、入力マルチプレクサと、その一つを基準チャン ネルCとした3つの同様の入力チャンネルと、タイミングカウンタを含む有限状 態機械(finite 5tate machine)と、マイクロコンピュー タ装置とを備えている。2つの非基準チャンネルA及びBへの入力は、マルチプ レクサを介して、有限状態機械により、有限状態機械がその種々の状態を循環す る際に選択される。3つのチャンネルからの出力は、2つのチャンネル対A−C 及びB−Cのそれぞれについてのタイミング測定値、即ち、相互チャンネル位相 差測定値及びΔを値を発生すべく、前記カウンタに印加される。これらのカウン タから供給されるタイミング測定値は、有限状態機械からの状態情報と共に、対 応する質量流量率の現在値を決定するマイクロコンピュータに供給される。更に 、RTD出力及び前記2つの基準電圧は、適当な入力スイッチ、V/F変換器及 び関連回路を介して、連続的に、対応する周波数値に変換されると共に、有限状 態機械に備えられたタイミングカウンタにより計数される。
その結果としての計数値は、その後、このカウンタからマイクロコンピュータへ 供給され、計器因子を適宜補正する際に使用される。
具体的には、図示のように、流量測定回路30は、3つの同様の入力チャンネル 44.54及び64を備えている。これらは、本文中では、それぞれチャンネル A、C及びBともいう。更に、この流量測定回路30は、マルチプレクサ31、 回路70、アナログスイッチ35、基準電圧発生器39、RTD入力回路42、 マイクロコンピュータ80、出力回路90及び入力回路95を具備する。
RTD入力回路42は、図3A及び3Bに示すように、図2A及び2Bに図示の RTD入力回路224と同一の機能を遂行し、基本的に同一の回路構成を備えて いる。
チャンネルA及びBの各々は、アナログ入力回路を備える。なお、アナログ入力 回路は、単に、レベル検出器に接続される増幅器として現されている。なお、チ ャンネルBは、チャンネルAの増幅器46及びレベル検出器48と同様の増幅器 66及びレベル検出器68を備えるため、そのうちチャンネルAについて以下説 明する。チャンネルAに関し、増幅器46は、左側の速度センサ信号について適 宜入力フィルタリング(濾波)動作を行うと共に、レベルシフト動作を行い、結 果的にシフトされた信号の増幅を行う。レベル検出器48は、実際にはウィンド 比較器(windowing comparator)であり、増幅器46が発 生する出力信号が、小さな所定の正または負の電圧から上下に増減するときは、 常に、自らの出力信号のレベルを変化させる。この点に関し、これらのチャンネ ルの各々は、図2に示す流量測定回路23における対応する回路と、基本的に同 一の機能を果たす。図3A及び3Bに示すチャンネルCは、増幅器56及びレベ ル検出器58により表される。基準チャンネルCは、増幅器56からの出力信号 が小さな正の電圧レベルを超えた場合を常に検出するために、レベル検出器58 が、ウィンド比較器ではなく、単一のレベル検出器からなるという点を除いて、 チャンネルA及びBと全く同様である。マルチプレクサ31は、図示の例では3 つの別個の2対1マルチプレクサからなり、リード線165Lに現れる左側の速 度センサ信号またはリード線165Rに現れる右側の速度センサ信号のいずれか を、3つのチャンネルの各入力に選択的に連絡する。この点に関し、左右の速度 センサ信号は、マルチプレクサ31の第1の入力(Ao、Bo及びC計並びに第 2の入力(A1.B1.及びC1)にそれぞれ印加される。選択信号So、S1 及びB2の状態により、左右いずれの速度センサ信号がマルチプレクサ31の3 つの別個の出力(OA、OB及びOc)のいずれに印加されるかが特定される。
選択信号33は、選択人力S。
及びSlに接続される信号RPOA及びRPOBより構成され、マルチプレクサ 31が、左右いずれかの速度センサ信号をチャンネルA及びBへの入力として、 リード線45または65を介して、それぞれ別個に連絡するようにする。一方、 接地選択信号S2は、マルチプレクサ31が、リード線165.に現れる左側の 速度センサ信号を基準チャンネルCの入力に、リード線55を介して、継続的に 連絡するようにする。
選択信号33は、回路70内の制御ロジック72により、適宜大刀切換を遂行す るよう設定される。
回路70は、制御ロジック72と、タイミングカウンタ74.76及び78とを 備える。回路70は、好ましくは単一アプリケーション特定集積回路からなり、 基本的には、周期的な、かつ、反復的に発生する一連のタイミング時間及びそれ に伴う状態を画定する有限状態機械である。
かかる各タイミング時間の間に、外部から印加される入力信号によって、適当な タイミングカウンタを開始及び停止することができる。かかるタイミング時間の 終了時に、そのタイミングカウンタの内容は、以降の使用に供するため、並列形 式で読取ることができる。この回路を流量測定回路30に適用した場合、カウン タ75として共にグループ化されるタイミングカウンタ74及び76は、それぞ れ、チャンネル対A−C及びB−Cについてのタイミング測定値を、リード線4 9.59及び69を介して入力して、判断及び決定するために使用される。タイ ミングカウンタ78は、アナログスイッチ35からリード線37を介してRTD 入力回路42に印加された選択アナログ入力信号に対してRTD入力回路42が 発生する周波数値を、リード線43を介して人力して計数するために使用される 。このカウンタ78は、変換時間(conversion 1nterval) の前に、制御ロジック72によって、リード線79に印加されている適当な信号 を、リード線73を介して印加することにより、リセットされる。制御ロジック 72は、周知の組合わせの、または、他のロジックより構成される。流路(管路 )サイクルにおいて、ゼロ化(零位化)時間及び切換(スイッチング)時間が経 過して初期化された後、制御ロジック72は、選択信号をリード線33に発生し 、マルチプレクサ31を動作して、固有の波形のセンサ信号をチャンネルAまた はBのいずれかの入力に、適宜選択して連絡し、それらのチャンネル対が、その ゼロモード及び測定モードの間中、反復的、かつ、反対方向に周期動作するよう にしている。更に、制御ロジック72は、また、リード線77及び79を介して 印加された場合に、カウンタ76及び74を各タイミング時間用に適宜初期化す る適当な制御信号を発生する。加えて、制御ロジック72は、リード線34を介 して、アナログスイッチ35の制御入力(c)へ適当な選択信号を発生する。前 記選択信号は、アナログスイッチ35が、その入力電圧の特定の一つ、即ち、リ ード線195に現れるRTD電圧または2つの基準電圧(図示の例では、それぞ れ1.9ボルト及びゼロボルトであるV 及びV )のうちの一つを、リードr efl ref2 線195.36または38を介してRTD入力回路42の入力へ連絡し、その内 部のV/F変換器41による以降の変換に供するようにしている。
基準電圧V は、リード線38を介して、基準電圧発生器39かefl ら供給される。基準電圧発生器39は、自身に、温度変動に対し無視できる程度 のドリフトしか示さない周知の高安定電圧源を備えている。以下、特に、RTD 温度処理ルーチン1100 (図11と共に説明)に関し説明するように、前記 V/F変換器41は、対応する周波数値への変換を行うべく、068秒毎に、時 間スタガベース(tfme staggered basiS)で、選択された アナログスイッチ35の入力(図示する前記3つの電圧についてはIo、It及 びI2)に印加される8つの電圧(そのうち、ここに具体的に提示及び説明する 本発明に関連する3つの電圧のみ図示)の各々について、0.1秒毎に変換を遂 行する。制御ロジック72は、任意の時間に、どの入力電圧がアナログスイッチ 35への入力電圧として選択されるべきかを画定する。回路70の状態を、それ ぞれ図4及び図5に示すタイミング図400及び状態表500と共に、以下によ り詳細に説明する。
回路70が、その異なる(合計8つの)状態間を周期動作するとき、この回路7 0は、その現在の状態の値を内部レジスタ(図示略)に書込み、内部レジスタは 、マイクロコンピュータ80によりアクセスした場合に、前記値をリード線85 に印加する。マイクロコンピュータ80は、その後、前記値を読取る。前記値に より、マイクロコンピュータ80は、カウンタ75及び78から供給される計数 値を、対応する内部レジスタ(図示略)並びにリード線87及び88を介して、 適宜処理することを許容される。リード線87は、RAW RATE A及びR AW RATE Bで示す、チャンネル対A−C及びB−Cのそれぞれについて の未処理のタイミング測定値を、マイクロコンピュータ80に供給する。
各チャンネル対の動作モードに応じ、RAW RATE A及びRAWRATE  Bは、それぞれ、計数の形で、各チャンネル対についての、単一の相互チャン ネル位相差測定値または単一のΔを値を供給する。リード線88は、マイクロコ ンピュータ80に、RTD電圧及び基準電圧についての計数周波数測定データを 供給する。更に、制御ロジック72は、また、他の内部レジスタ(特に図示せず )に、RTD入力回路42による変換用に、アナログスイッチ35によってどの アナログ電圧が選択中であるかを特定する値を書込む。この値は、また、リード 線85を介して、マイクロコンピュータ80に読取られる。
更に、マイクロコンピュータ80は、適当な信号をリード線84に印加し、回路 70の全体動作を制御する。マイクロコンピュータ80は、また、リード線82 を介して、適当なアドレス信号を供給し、マイクロコンピュータ80がデータを 読取ることになる、または、データを書込むことになる特定の内部レジスタを、 制御ロジック72に対し指定する。
マイクロコンピュータ80は、また、リード線91及び93を介して、周知の出 力回路90及び周知の入力回路95に接続されている。出力回路90は、多数の 標準出力(例示するとすれば、ディスプレイインタフェース、通信ポート、4〜 20mAの出力リード線263、及び、目盛化周波数出力リード線262等)を 、リード線26に提供する。入力回路95は、計器に、多数の周知の入力装置( スイッチ、ユーザ用キーボード、通信ポート等)へのインタフェースを提供する 。
マイクロコンピュータ80は、多くの周知の商業的に利用可能なマイクロプロセ ッサ(特に図示せず)のいずれか一つを、データ記憶用の等速呼自記憶装置(R AM)83並びにプログラム及び定数(constant)記憶用の固定記憶装 置(ROM)86と共に利用している。このプログラムは、事象駆動(evet −driven)されるタスクアーキテクチャを利用するため、マイクロコンピ ュータ80内にはデータベースが設置され、種々のタスク間で、測定及び計算さ れたデータの容易な転送及び共用(sharing)を促進する。各対のチャン ネルA−C,B−Cについての相互チャンネル位相差測定値及びΔを値、並びに 、計数周波数データ及び状態情報(それらの全てが回路70から供給される)を 含むその入力情報、具体的には前記タイミング測定値に基づき、マイクロコンピ ュータ80は、各チャンネル対A−C,B−Cから得られた測定Δを値を適宜補 正して、その測定内部位相遅延を補償し、正確な温度補償された計器因子を決定 して、その後、補正Δを値及び前記因子を使用して、現在の質量流量及び質量流 量率の値を決定する。上記の全てにつき、図6A及び6Bに示す流量測定基本メ インループ600、図7A及び7Bに示す零位(ゼロ)決定ルーチン700、図 8A及び8Bに示す機械的零位ルーチン800、及び、図11に示すRTD温度 処理ルーチン1100と共に、以下により詳細に説明する。
回路70及びマイクロコンピュータ80間の相互作用を、全体を通じて理解する ため、図4A、4B及び図5に示すタイミング図400及び状態表500につい て、まず、説明する。これらは、回路70により提供される機能及びその時間的 関係について共同して詳述するものである。
理解を容易にするため、以下の説明全体を通して、図4A、4B及び図5を同時 に参照されたい。
図4A及び4Bに示すタイミング図は、チャンネル対の各々についての通常の順 次モード動作(sequential modal operation)及び それらの間の時間的関係を説明している。
上記のように、チャンネル対の各々、A−C及びB−Cは、測定モードまたはゼ ロモードのいずれかで動作する。一方のチャンネル対が測定モードで動作する間 、他方の対は、ゼロモードで動作し、これらの動作は、それらのモードの終了時 に反転する。これらのモードの各々の継続時間(前記“モード”時間)は、常に 同一、即ち、時間“ビである。
この点に関し、チャンネル対A−Cについてのゼロモード410及びチャンネル 対B−Cについての測定モード420は、チャンネル対A−C及びB−Cのそれ ぞれについての、測定モード440及びゼロモード450並びにゼロモード47 0及び測定モード480と同様、同時に動作する。矢印430.460及び49 0は、3つの連続するモード時間の終了時におけるチャンネル対A−C及びB− C間でのモード反転を表す。
チャンネルCは、左側(L)の速度センサ信号を連続的に供給されて、基準チャ ンネルとして機能し、かかる基準チャンネルに関して、残りの2つのチャンネル の各々の内部位相遅延が連続的に測定される。しかし、非基準チャンネルA及び Bに印加される入力信号は、対応するチャンネル対A−C及びB−Cのモードに 応じて、左側及び右側(R)の速度センサ信号間で切換えられ、各々の異なる入 力構成について位相差測定が行われて、相互チャンネル位相差測定値またはΔを 値を各対について発生する。
特に、一方のチャンネル対が測定モードで動作する間、当該対における非基準チ ャンネル、例えば、対A−CのチャンネルAは、右側の速度センサ信号を供給さ れ、その対に生じる相互チャンネル位相差について測定が行われる。これらの測 定により、未処理の流動ベースのΔを値が得られる。これらの測定は、前記チャ ンネルが測定モードにある時間“t”の全体を通じて行われる。この時間の間、 これらの測定値は、対応する質量流量率値への以降の処理のため、マイクロコン ピュータ80に供給される。
これと対照的に、4つの別個の機能が、全てのチャンネル対、例えば、対B−C について、そのゼロモードの間、以降のシーケンスで行われる。
かかる4つの機能は、(a)当該対における非基準チャンネルについての入力を 、切換(スイッチング)時間の間に、右側から左側の速度センサ信号に切換える 機能、(b)ゼロ化時間の間に、当該(即ち、“ゼロ化”)チャンネル対につい ての内部位相遅延の測定値を提供する機能、(c)非基準チャンネルの入力を、 切換時間の間に、再度、右側の速度センサ信号に切換復帰する機能、及び、(d )別のゼロ化時間の間、当該対が“活動中”となり、その時間中に流動ベースの Δを測定値を得ることができるようにする機能からなる。チャンネル対B−Cが 活動中となる一方、反対側のチャンネル対、例えば、対A−Cは、その測定時間 の間に、流動ベースのΔを値を活動的に測定することとなるため、両チャンネル は、この“活動中”の時間の間、同一の速度センサ信号についての流動ベースの Δを値を同時に供給することができる。追加の誤差(エラー)チェックが必要な 場合、マイクロコンピュータは、“活動中”のチャンネル対から供給される測定 値を処理し、結果として得られる補正Δを値を、他方のチャンネル対を使用して 得られるものと比較することができる。それらの間に十分な不一致があれば、一 般に、誤差(エラー)状態にあることを示す。
図4A及び4Bに例示するように、各切換時間の継続時間は16流路(管路)サ イクルであり、各ゼロ化時間は、2048流路サイクル1こわたって連続する。
したがって、2つの交互に配置された切換(スイ・ソチング)時間及びゼロ化時 間よりなる時間“t”は、4128流路サイクルの間、継続する。計器の初期設 定の間、図3A及び3Bに示すマイクロコンピュータ80は、切換時間及びゼロ 化時間からなる継続時間を、流路サイクルの形で、前記回路70、特に、回路7 0内の制御ロジ・ツク72にロードする。
回路70についての図5に示す状態表500に示すように、この回路70は、定 常動作では、連続する8つの状態、図示の例では、状態26゜46.26,66 .6A、6C,6A及び6Eを通じて継続的に周期動作し、これらの状態のうち 、2つの状態、即ち、状態26及び6Aが繰返される。
これらの状態の各々は、一定時間(切換時間またはゼロ化時間のいずれか)の間 継続する。全ての8つの状態の間、左側の速度センサ信号が、基準チャンネルC の入力に継続して印加される。
最初の4つの状態(状態26.46.26及び66)の間、チャンネル対A−C は、測定モード(以後、チャンネルA測定モードと言う)で動作し、一方、チャ ンネル対B−Cは、そのゼロモード(以後、“チャンネルB”ゼロモードと言う )で同時に動作する。チャンネルA測定モードの間中、回路70は、マルチプレ クサ選択信号RPOAに関し低レベルのものを発生し、右側の速度センサ信号が 、チャンネルAの入力に継続して印加されるようにする。このモードの間、文字 “X”で示すように、チャンネル対A−Cは、流動ベースのΔを値を供給し、こ れにより、測定チャンネル対として機能する。更に、状態26の開始時に、回路 70は、マルチプレクサ選択信号RPOBを高レベルとすることにより、チャン ネルBゼロモードを開始させ、チャンネルBの入力を右側から左側の速度センサ 信号にまず切換える。これにより、“チャンネルB切換(スイッチング)”状態 26が開始し、その間、チャンネル対B−Cは、測定を行わず、チャンネルBに ついての全ての切換過渡現象及び同様の摂動が安定するのに十分な時間、即ち、 切換時間t を設W ける。この状態が終了すると、回路70は、“チャンネル対B−Cゼロ化”状態 46を呼出す。ゼロ化時間t の間継続する状態46のERO 間に、回路70により、チャンネル対B−Cについて、相互チャンネル位相差測 定が継続して行われる。これらの測定値は、マイクロコンビュ−タ(マイクロプ ロセッサ)80により読取られて平均化され、計数の形で、当該チャンネル対B −Cについての内部位相遅延の測定値が供給される。ゼロ化時間の終了時に、“ チャンネルB切換(スイッチング)”状!126が再度発生し、チャンネルBの 入力を左側の速度センサ信号から、再度、右側の速度センサ信号へと切換える。
そうするため、回路70は、低レベルのマルチプレクサ選択信号RPOBを発生 する。また、この状態の間、チャンネル対B−Cについて測定は行われず、この 状態は、チャンネルBについての全ての切換過渡現象等が落着くことができるよ う、切換時間t の間継続する。状態26の終了時に、“両チャW ンネル活動”状態66が、ゼロ化時間t の間発生し、その間、zer。
両チャンネルが“活動中”となり、所望であれば、チャンネル対B−Cを介して 、流動ベースのΔtの測定が行われる。このとき、それらの測定は、また、チャ ンネル対A−Cを介しても、同時に行われている。状態66が終了すると、状態 6A、6C,6A及び6Eが順次発生する。
これらの状態は、単純に、同一の動作を提供するが、反対側のチャンネル対A− Cについて行われる。前記全ての状態が、その後、順次引続いて繰返される。
B、ソフトウェアの説明 上記の理解を念頭に置いて、図3A及び3Bに示すマイクロコンピュータに80 により実行される種々の態様のソフトウェアについて説明する。マイクロコンピ ュータ80は、本発明に関係のない周知の数々の管理及び制御機能を遂行し、例 えば、データベース管理プログラム及びタスクベースアプリケーションプログラ ム用の適当なオペレーティングシステムを提供するが、以下の説明を簡単にする ため、これらの機能の全で及びこれに伴うソフトウェアは、説明から省略する。
図6は、流量測定基本メインループ(ルーチン)600の簡略化フロルチャート を示す。このルーチン600は、基本流量測定機能を提供する。
ルーチン600を開始すると、ブロック610が実行され、現在の未処理の位相 差測定データ(RAW RATE A及びRAW RATEB)並びに状態情報 を回路70から読取る。各チャンネル対の現在モードに応じて、RAW RAT E A及びRAW RATE Bは、それぞれ、単一の相互チャンネル位相差測 定値または単一のΔを値のいずれかを、計数の形で提供する。ブロック610の 実行後、ブロック620が実行される。このブロック620は、零位(ゼロ)決 定ルーチン700を実行し、未処理の位相差測定値及び状態情報に応答して、以 下に詳述するように、現在測定モードで動作中のチャンネル対についての位相差 データを、流動ベースのΔを値として処理し、他方のチャンネル対についての位 相差データを相互チャンネル位相差測定値として処理する。
この測定値は、このルーチンにより、後者のチャンネル対の電子的零位(ゼロ) 値を決定するために使用される。前記電子的零位値は、2つの値、即ち、Δtと 同一の計数で表現され、2つのチャンネル対の各々に伴う内部位相差から構成さ れる。その後、ルーチン700は、コリオリ式計器についての機械的零位を決定 する。機械的零位は、下記のように、計器構成中に生じるゼロ流動条件の間に得 られるΔを測定値における残留偏差(オフセット)値である。これらの動作が終 了した後、ルーチン700は、測定モードで動作するチャンネル対について測定 された現在のΔを値を、計器についての機械的零位及び当該対についての最も最 近の電子的零位値により補正する。なお、当該対がそのゼロモードで最後に動作 中となる一方、前記電子的零位値が予め決定される。
ルーチン700が完全に実行された後、処理は、ブロック620からブロック6 30へと移る。後者のブロック630は、実行されると、ブロック620により 得られた補正Δを値を、二極ソフトウェアフィルタ(double pole  software filter)を介して濾波(フィルタリング)し、ノイズ 等を除去して、現在の濾波済み(フィルタリングした)Δを値を発生する。その 後、ブロック640が実行され、現在の濾波済み(フィルタリングした)Δを値 及び温度補正された率因子(rate factor)を使用して、現在の容積 流量率及び質量流量率を計算する。この温度因子は、以下に詳述するように、割 込みベースで実行されるRTD温度処理ルーチン1100を介して、周期的ベー スで更新される。
ブロック640が終了すると、ブロック650が実行される。この後者のブロッ ク650は、容積流量率値及び質量流量率値を、対応する低流量カットオフ(限 界条件)と対照して試験すると共に、これらの条件が合致した場合、容積流量率 及び質量流量率を一時的にゼロに設定する。
その後、ブロック660の実行に移り、ブロック660は、実行されると、容積 流量率及び質量流量率を、ディスプレイの定期的更新、合計流量の読取り及び/ または計器出力等の、以後の使用のため、データベースに記憶する。その後、処 理は、ブロック610等に戻る。
零位(ゼロ)決定ルーチン700のフローチャートは、図7A及び7Bに集合的 に示すと共に、図7A及び7Bの図面用紙の正確な配置は図7に示す。このルー チン700は、4つの別個のセクション、即ち、電子的零位(ゼロ)決定ルーチ ン710、電子的零位補償ルーチン760、機械的零位決定ルーチン780、及 び機械的零位補償ルーチン790を備える。一般的に上述したように、ルーチン 700は、特にルーチン710を介して、現在測定モードで動作中のチャンネル 対についての現在の流動ベースのΔを値を決定すると共に、ゼロモードで動作す る他方のチャンネル対についての現在の電子的零位(ゼロ)値を決定する。ルー チン760は、測定モードで動作中のチャンネル対からの現在の測定Δを値の各 々を、当該チャンネルについての最も最近の電子的零位値により補償する。ルー チン780は、計器についての機械的零位を判断乃至決定する。最後に、ルーチ ン790は、測定モードで動作中の現在のチャンネル対についての流動ベースの Δを値を、計器についての機械的零位値により補正する。
具体的には、ルーチン700、特にルーチン710を開始すると、まず、決定ブ ロック703の実行に移る。このブロック703は、変数5TATHの値が、チ ャンネル対A−Cがゼロ化中であること(即ち、回路70の状態が値“6C”  (図5参照)により与えられていること)を示すかどうかを判断する。この値は 、マイクロコンピュータ(マイクロプロセッサ)80による照会に応じて回路7 0から供給される(図3A及び3B参照)。この状態が現在束じている場合、処 理は、図7A及び7Bに示すように、ブロック703から出る1イエス(YES )″経路を介して、ブロック706へと移る。この後者のブロック706は、実 行されると、合計早変数(totalized rate variable)  (T OT A L RATE)の値を、RAW RATE Aの現在値によ り更新する。ゼロ化時間の終了時に見られるように、この合計率の値TOTAL  RATEは零位(ゼロ)と等しく設定される。次に、ブロック709が実行さ れ、一時フラグの状態(TEMP 5TATE)を、前記チャンネル対A−Cが 現在ゼロ化中であることを示す値(ZEROING CHANNEL A)に設 定する。すると、処理は、ブロック712に移り、単純に、ループカウンタの値 (COUNTER)を一つだけ増加する。処理は、その後、決定ブロック730 に移る。若しくは、変数5TATEの現在値が、チャンネル対A−Cがゼロ化中 でないことを示す場合、処理は、決定ブロック703から出るノー(N O)経 路を介して、決定ブロック715に移る。後者の決定ブロック715は、一時フ ラグの状態TEMP 5TATEを試験し、チャンネル対A−Cについてゼロ化 がちょうど終了したかどうか、即ち、このフラグの値TEMP 5TATEが末 だZEROING CHANNNEL AGm等しいかどうかを判断する。この チャンネル対A−Cについてゼロ化がちょうど終了している場合、決定ブロック 715は、そのイエス(YES)経路を介して、ブロック718へと処理を移す 。この後者のブロック718は、実行されると、チャンネル対A−Cについての 電子的零位値、即ち、ELECT ZEROAを、別個の測定値の合計の単純な 平均値として、特に、変数TOTAL RATEをループカウンタの内容C0U TERにより除算した値として、計算する。すると、処理はブロック721に移 り、一時フラグの値TEMP 5TATEを、チャンネル対A−Cがゼロ化中で ないことを示す別の値、ここではNOT ZEROING CHANNEL A へと設定する。その後、処理は、ブロック724へと移り、単純に、ループカウ ンタ及び合計事変数の両方の値TOTAL RATE及びC0UNTERをゼロ にリセットする。若しくは、チャンネル対A−Cがゼロ化されず、及び、ゼロ化 を終了していない場合は、処理は、また、決定ブロック715から出るNo経路 を介して、前記決定ブロック730に移る。
ブロック730から751までは、ブロック703〜724と同一の動作を行う が、チャンネル対B−Cについての電子的零位値、即ち、ELECT ZERO Bを決定する。特に、決定ブロック730は、変数5TATEの値が、チャンネ ル対B−Cがゼロ化中であることを示すかどうか、即ち、回路70の状態が、前 記値“46” (図5参照)により与えられているかどうかを判断する。この状 態が生じているときは、処理は、図7A及び7Bに示す決定ブロック730から 出るYES経路を介して、ブロック733に移る。後者のブロック733は、実 行されると、合計事変数TOTAL RATEの値を、RAW RATE Bの 現在値により更新する。このゼロ化時間の終了時に見られるように、この合計事 変数TOTAL RATEは、零位(ゼロ)に等しく設定される。次に、ブロッ ク736が実行され、一時フラグの状態TEMP−8TATEを、チャンネル対 B−Cが現在ゼロ化中であることを示す値(ZEROING CHANNEL  B)に設定する。すると、処理はブロック739へと移り、単純に、ループカウ ンタの値C0UNTERを一つだけ増加する。その後、処理は、ルーチン760 に移る。若しくは、変数5TATEの現在値が、チャンネル対B−Cがゼロ化中 でないことを示す場合は、処理は、決定ブロック730から出るNo経路を介し て、決定ブロック742に移る。この後者のブロック742は、一時フラグの状 態TEMP 5TATEを試験し、チャンネル対B−Cについてゼロ化が終了し たかどうか、即ち、このフラグの値TEMP 5TATEが、未だ、ZEROI NG CHANNEL Bj:等しいかトウか判断する。このチャンネル対B− Cについてゼロ化がちょうど終了している場合、決定ブロック742は、そのY ES経路を介して、処理をブロック745に移す。この後者のブロック745は 、実行されると、チャンネル対B−Cについての電子的零位値、即ち、ELEC T ZEROBを、別個の測定値の合計の単純な平均値として、特に、変数TO TAL RATEをループカウンタの内容C0UNTERにより除算した値とし て計算する。すると、処理は、ブロック748に移り、一時フラグの値TEMP  5TATEを、チャンネル対B−Cがゼロ化中でなイコとを示す他の値1.: 、、:で1tNOT ZEROING CHANNEL Bへと設定する。その 後、処理はブロック751に移り、単に、ループカウンタ及び合計事変数の両方 の値C0UNTER及びTOTAL RATEをゼロにリセットする。処理は、 次に、ルーチン760に移る。若しくは、チャンネル対B−Cが、ゼロ化されて いない、及び、ゼロ化を終了していない場合、即ち、決定ブロック742から出 る前記No経路を介して、このルーチン760に移る。この時点で、ルーチン7 10は実行を完了している。前記両チャンネル対の一方の対が、いかなる時であ るかを問わず、ゼロモードで動作している限り、対応する変数ELECT ZE ROAまたはELEcT ZEROB(7)現在値は、上記のように、そのため に実行中である適当なステップ時に、決定中である。
電子的零位補償ルーチン760は、単純に、現在のΔtの測定値を、かかる測定 値を発生した当該チャンネル対についての電子的零位値により補正(補償)する 。特に、このルーチン760を開始すると、処理は決定ブロック763に移り、 チャンネル対B−Cまたはチャンネル対A−Cが、現在、その測定モードで動作 中であるかどうかに基づき、それぞれブロック767または769に処理を移す 。処理がブロック767に移る場合、このブロック767は、実行されると、チ ャンネル対B−Cについての電子的零位値ELECT ZEROBを、RAW  RATE Bから減算し、その結果を変数Δtに記憶する。若しくは、処理がブ ロック769に移った場合、このブロック769は、実行されて、チャンネル対 A−Cについての電子的零位値ELECT ZEROAを、RAW RATE  Aから減算し、その結果を変数Δtに記憶する。
いずれかのブロック767または769が実行された後、処理は、機械的零位決 定ルーチン780に移る。
ルーチン780は、計器についての機械的零位値の現在値を決定する。
特に、ルーチン780を開始すると、処理は、決定ブロック781に移る。この ブロック781は、実行されると、現在の機械的零位値を発見すべきかどうかを 判断する。上記のように、機械的零位は、計器校正中の非流動条件下で決定され る。計器校正が現在遂行されており、かつ、ユーザが、計器回路に関する適当な 押しボタンを押すことにより、流動が生じないよう指示した場合、決定ブロック 781は、そのYES経路を介して、ブロック784に処理を移す。この後者の ブロック784は、以下に詳述するように、機械的零位(ゼロ)ルーチン800 を実行し、計器についての現在の機械的零位(ゼロ)値(MECHZERO)を 決定する。この値が決定され、ると、処理は機械的零位補償ルーチン790に移 る。計器校正が生じておらず、または、ユーザが流動が生じないように特定して いない場合、処理は、また、決定ブロック781から出るNo経路を介して、ル ーチン790に移る。
機械的零位補償ルーチン790は、ブロック792を含み、ブロック792は、 実行されると、単純に、変数Δtの値がら、現在の機械的零位値MECHZER Oを減算し、その結果が、それ以後にメインループ600(特に、図6A及び6 Bに示すように、メインループ600内のブロック630及び640)により、 質量流量率の現在値を決定するために濾波(フィルタリング)されると共に使用 される補正Δを測定値となる。ブロック792が実行されると、図7A及び7B に示すように、処理はルーチン790及び700を脱し、流量測定基本メインル ープ600に戻る。
ソフトウェアを簡単にするために、ルーチン700は、各“活動”時間中に両チ ャンネル対について対応する補正Δを値を決定すると共に、上記のように、その 結果を比較して、それらの間での十分な不一致及びそれに伴うシステムエラー( 誤差)を検出するための適当なソフトウェアを備えていない。ルーチン700は 、かかるソフトウェアを備えるよう、当業者により容易に変更可能である。
図8A及び8Bは、機械的零位(ゼロ)ルーチン800のフローチャートを集合 的に示す。これらの図面の図面用紙の正確な配置は図8に示す。上記のように、 ルーチン800は、計器の機械的零位の現在値を決定する。基本的には、上記の ように、かかる零位の現在値は、まず、計器校正中の非流動条件の間に得られる Δを値の標準偏差σΔtを計算することにより決定される。この標準偏差は、非 流動条件下のΔを測定の際に現れるノイズの尺度となる。ノイズが十分に低い場 合のみ、即ち、標準偏差の値が、最小閾値以下である場合のみ、機械的零位の最 も最近の値は、その現在値を反映すべく更新される。さもなければ、この現在値 は単純に無視される。標準偏差の決定に使用される測定Δを値の数は、3つの基 準のいずれか一つにより制御される。かかる3つの基準は、(a) “現在の” 標準偏差が収束限界以下に低下する時、(b)ユーザが、適当な押しボタンを押 すことにより、機械的零位処理(ゼロ化)を終了すること、または、(C)所定 の数のΔを値が測定されたこと、である。更に、機械的零位の現在値が所定の限 界内にあることを確認するために、その最も最近の値を現在値で置換するに先だ ち、適当な限界チェックがなされる。
具体的には、ルーチン800を開始すると、処理は決定ブロック8゜3に移る。
このブロック803は、実行されると、フラグの状態(ZERO5TATE)を 試験し、機械的零位を決定する処理が、現在行われているかどうか特定する。こ のフラグは、適当なソフトウェア(図示時)により、かかる処理を開始すべく設 定される。かかる処理が進行中の場合、決定ブロック803は、そのYES経路 を介して、ブロック806に処理を移す。この後者のブロック806は、実行さ れると、合計変数の値(ZEROTOTAL)を現在のΔを値により更新する。
後に見るように、この合計値ZEROTOTALは、ゼロ化時間の終了時に、ゼ ロと等しく設定される。ブロック806が実行されると、処理は、ブロック80 9へ移り、ループカウンタの内容ZEROC0UNTを一つだけ増加する。その 後、処理は決定ブロック820に移る。若しくは、機械的零位値を、現在、決定 中でない場合は、即ち、フラグの状態ZERO5TATEが現在活動中でない場 合は、処理は、決定ブロック803から出るNo経路を介して、ブロック812 に移る。この後者のブロック812は、フラグの状態ZERO5TATEを活動 中にリセットし、合計変数ZEROTOTAL及びループカウンタの内容ZER OC0UNT(7)両方の値をゼロニ設定し、変数MIN STD DEVの値 を大きな所定の数(その正確な値は、それが標準偏差の期待値を十分超える限り においては重要ではない)に設定する。その後、ブロック816が実行され、機 械的零位処理に伴うエラー(誤差)フラグの全てをリセットする。その後、処理 は、決定ブロック820に移る。
決定ブロック820は、実行されると、機械的零位値を決定するために必要な最 小数の測定Δを値が発生したかどうか、即ち、特に、ループカウンタの内容ZE ROC0UNTの現在値が、典型的には十進値“100”と等しい所定の最小値 MIN ZEROC0UNTを超えたかどうかを判断する。発生したΔを値の数 が不十分な場合、処理は、経路872及び決定ブロック820から出るNo経路 822を介して、ルーチン800を脱する。若しくは、最小数のΔを値が発生し た場合は、決定ブロック820は、そのYES経路を介して、ブロック823に 処理を移す。この後者のブロック823は、実行されると、機械的零位値を決定 するためにそれまで測定中であったΔを値の標準偏差σを更新し、その結果を変 数STD DEVに記憶する。すると、処理は、決定ブロック826へと移り、 結果として得られた標準偏差値STD DEVをその最小値MIN STD D EVと対照して試験する。結果として得られた標準偏差STD DEVが、前記 最小値MIN STD DEV未満である場合は、決定ブロック826は、その YES経路を介して、処理をブロック829へ移す。この後者のブロック829 は、機械的零位の一時的な現在値(MECHZEROTEMP)を、現在の機械 的零位処理中に得られた合計Δを値の平均として、即ち、合計変数ZEROTO TALをループカウンタノ内容ZEROC0UNTI:よj:)除算した値とし て、計算する。すると、ブロック829は、最小標準偏差値MIN STD D EVを、標準偏差STD DEVの現在値と等しく設定する。そうすることによ り、かかる現在の機械的零位処理のためにそれまで決定された標準偏差の最小値 は、下記の方法で、機械的零位の現在値に余りにノイズが多く、受容不能である かどうかを決定するために、常に使用されることとなる。ブロック829が完全 に実行されると、処理は決定ブロック832に移る。若しくは、標準偏差5TD −DEvの現在値が、現在、ソノ最小値MIN STD DEVと等しい、また は、最小値MIN STD DEVを超える場合、処理は、決定ブロック826 から出るNo経路を介して、前記決定ブロック832に移る。
この時点で、機械的零位の現在値を決定するために、十分な数のΔを値が測定さ れたかどうかを判断するため、決定ブロック832.836及び840により、 別個の試験が3つまで順次行われる。十分な数となるまで、かかる測定が引き続 き行われる。特に、決定ブロック832は、標準偏差STD DEVの現在値が 収束限界未満であるかどうか判断するものである。この場合、標準偏差STD〜 DEVが、連続するΔを値に従って低下し、所定の限界値以下となったときは、 いくら追加測定を行っても、機械的零位値が影響を受けるということはまず有り 得ない。
したがって、標準偏差STD DEVがこのように低下した場合は、決定ブロッ ク832は、そのYES経路を介して、決定ブロック843へ処理を移す。若し くは、標準偏差STD DEVの現在値が、未だ、収束限界以上の場合は、処理 は、決定ブロック832から出るNo経路を介して、決定ブロック836へと移 る。この後者の決定ブロック836は、ユーザが押しボタンを押したがどうが、 または、計器に現在の機械的零位(ゼロ化)処理を終了させるための適当な指示 を送ったかどうかを判断する。ユーザがかかる処理を終了した場合、決定ブロッ ク836は、そのYES経路を介して、決定ブロック843へ処理を移す。若し くは、ユーザが現在の機械的零位(ゼロ化)処理を終了していない場合、決定ブ ロック836は、そのNo経路を介して、決定ブロック840へ処理を移す。決 定ブロック840は、実行されると、測定Δを値の数2EROC0UNTがちょ うど最大数MAX C0UNTとなったかどうか判断する。かかる測定値の数Z EROC0UNTが、最大数MAX C0UNT、例えば、2000測定値数と なった場合、決定ブロック840は、そのYES経路を介して、その処理を決定 ブロック843に移す。若しくは、測定値数ZEROC0UNTが最大数MAX  C0UNTとならない場合は、次の連続するΔtを適切に処理すべく、処理は 、決定ブロック840から出るNo経路841及び経路872を介して、ルーチ ン800を脱する。
ルーチン800のこの時点で、機械的零位の現在値は、一時的ではあるが、十分 な数の連続するΔtの測定値に基づき決定される。さて、決定ブロック843. 846及び851は、かかる機械的零位値が所定限界、例えば、図示の例では+ 3μsecの範囲内にあるかどうか、並びに、かかる機械的零位値が比較的ノイ ズを免れたものであるかどうかを判断する。具体的には、決定ブロック843は 、現在の一時的な機械的零位(ゼロ)値MECHZEROTEMPが、下限、即 ち、図示の例では一3μSeC未満であるかどうか判断する。かかる限界を負方 向に超える場合、決定ブロック843は、そのYES経路を介して、処理をブロ ック854に移す。これは、エラー(誤差)状態を意味するので、ブロック85 4は、実行されると、適当なエラー(誤差)フラグの値、即ち、MECHANI CAL ZEROToo LOW(機械的零位低すぎ)を、真に設定する。一方 、下限を負方向に超えない場合、決定ブロック843は、そのNo経路を介して 、決定プロ・ツク846に処理を移す。この後者のブロック846は、現在の一 時的な機械的零位値MECHZEROTEMPが、上限、即ち、図示の例では、 +3μsecより大きいかどうか判断する。かかる限界を正方向に超える場合、 決定ブロック846は、そのYES経路を介して、処理をブロック859に移す 。これは、エラー(誤差)状態を意味するので、ブロック859は、実行される と、適当なエラー(誤差)フラグの値、即ち、MECHANICAL ZERO TOOHIGH(機械的零位高すぎ)を、真に設定する。前記上限値及び下限値 ±3μsecは、本願の譲受人により現在製造される計器について、全ての非流 動ベースのΔを値がかかる範囲内に入るであろうとして、経験的に決定されたも のである。一方、これらの限界のいずれをも超えない場合は、決定ブロック84 6は、そのNo経路を介して、決定ブロック851に移る。この後者のブロック 851は、一時的な機械的零位値が、十分にノイズを免れたものであるかどうか 、即ち、かかる値を得るために利用される連続するΔを値の全てのものが、所定 未満の変動性を有するかどうかを、現在の最小標準偏差値MIN STD DE Vを、予め設定された収束限界の整数倍数(“n”)、典型的にはその2倍と等 しい限界と比較することにより、判断する。
この点に関し、機械的零位について最も再現可能な値は、標準偏差がその最小値 に達した時に生じる傾向にある。このことは、前記標本化(サンプリング)率の 速度センサ信号に対してうなりを発しく即ち、カウンタ75は、各流路(管路) サイクル毎に読取られる)、測定Δを値内に現れるうなり周波数を生じる60H zのハム及びその調波のような周期的ノイズにより、測定Δを値が悪影響を受け るためであると思われる。
定常動作では、かかるタイプのいくらかのノイズは、その振幅は一方の取付部( instal 1ation)から他方の取付部へと通常は変化するものの、常 に発生することが予期される。本願の譲受人により製造される範囲の計器につい ては、前記速度信号は、30〜18011zの基本周波数を有している。うなり 周波数の振幅は、ノイズがこの標本化率と同相となるとき、最も小さいものとな り、ノイズが標本化率に対し段々と位相外れとなるにつれ、増大して、測定した 非流動Δを値における変動性及び誤差を増大するようになる。よって、標準偏差 の最小値は、結果的な機械的(零位)値に余りにノイズが大きいかどうかを判断 するために使用される。
具体的には、決定ブロック851が、最小標準偏差MIN STD DEVが収 束限界の“n”倍の限界を超えたと判断した場合、現在の一時的な機械的零位値 は、単純に、あまりにノイズが大きいことになり、無視される。このことは、エ ラー(誤差)状態を意味するので、決定ブロック851は、そのYES経路を介 して、処理をブロック862に移す。
この後者のブロック862は、実行されると、適当なエラー(誤差)フラグの値 、即ち、MECHANICAL ZEROTOON0IZY(機械的零位ノイズ 大きすぎ)を真に設定する。一方、最小標準偏差MIN STD DEVが十分 小さく、一時的な機械的零位値が比較的ノイズを免れていることを示す場合は、 決定ブロック851は、そのNo経路を介して、処理をブロック865に移す。
この後者のブロック865は、機械的零位値MECHZEROを、一時的な機械 的零位値MECHZEROTEMPに等しいものとして更新する。ブロック85 4.859.862または865が実行されると、処理は、今度は、ブロック8 70に移り、機械的零位処理が終了して、今は進行中でないことを示すべく、フ ラグの状態ZERO5TATEを非活動中に設定する。すると、処理は、ルーチ ン800を脱する。
機械的零位(ゼロ化)処理について説明してきたが、図9は、かかる零位(ゼロ 化)処理の間に得ることのできる標準偏差σΔtにおいて、各対応する範囲につ いて生じる関連する零位動作を概略的に示す。具体的には、σΔtの値が、範囲 910内にあり、収束限界(1)未満にあるときは、常に、零位処理(ゼロ化) は即座に停止され、その結果得られる機械的零位(ゼロ)値が受容される。σΔ tの値が、範囲920内にあり、収束限界より大きい一方、収束限界のn”倍よ りは小さいときは、常に、零位処理は、変数MAX C0UNTの値で示される 最大数のΔtの測定値が得られるまで継続される。流路(管路)サイクルである この数は、最大零位(ゼロ化)時間を画定するものである。σΔtが、範囲93 0内にあり、収束限界の“n”倍を超えるときは、常に、零位(ゼロ化)処理は 即座に停止される。これに伴う現在の機械的零位値は、単純に無視され、その最 も最近の値が代わりに選択される。
図10は、受容可能及び受容不能な機械的零位値の範囲を概略的に示す。図示の ように、誤差のある機械的零位値とは、範囲1020内にあり、負方向の限界− 3μsecより負方向に大きいもの、または、範囲1030内にあり、正方向の 限界3μsecより正方向に大きいものを言う。機械的零位が、これらの値のい ずれかを含むと判断された場合、その値は単純に無視される。範囲1010内に あり、負方向の限界及び正方向の限界間に位置する機械的零位の値のみが、受容 される。
図11は、RTD温度処理ルーチン1100のフローチャートを示す。
上記のように、このルーチン1100は、周期的割込みベースで、0゜8秒毎に 動作し、抵抗温度検出器(RTD)190の温度ドリフトに対して基本的に感度 の低いデジタル化流路(管路)温度値を提供すると共に、その温度値を使用して 、温度補償された計器因子(RF)についての現在値を計算する。この現在値は 、マイクロコンピュータ(マイクロルーチン1100を開始すると、処理はブロ ック1110に移る。このブロック1110は、実行されると、アナログスイッ チ35により、RTD電圧を、以後の変換のため、v/F変換器41(図3A及 び3B参照)に入力する。これを正確に遂行するため、マイクロコンピュータ8 0は、適当なアドレス信号及び制御信号を、リード線82及び84を介して、回 路70、特に、その内部にある制御ロジック72に印加する。
これらの信号は、制御ロジック72に対し、適当な選択信号をリード線34を介 してアナログスイッチ35に印加するよう指示する。この後、適当な計数時間が 経過すると、図11に示すブロック1110は、周波数変換されたアナログRT D電圧に比例する計数値を含むカウンタ78(図3A及び3B参照)の内容を読 取る。その後、図11に示すように、処理はブロック1120に移る。このブロ ック1120は、実行されると、カウンタ78から読取られた内容を、二極ソフ トウェアフィルタを介して濾波(フィルタリング)し、その結果得られる濾波後 の(フィルタリングされた)値を一時的変数V To Fに記憶する。
この後、ブロック1130が実行され、濾波後の値から零位残留偏差(ゼロオフ セット)の値を除去し、現在周波数値CURRENT FREQを発生する。こ の零位残留偏差値FREQ AT OVは、零位(ゼロ)入力電圧(v )を印 加することによりV/F変換器4ef1 1から発生される、非零位(ゼロ)の濾波(フィルタリング)された計数周波数 出力の値である。その後、ブロック1140が実行され、温度数C当たりの計数 値を示す比例因子FREQ PERCを計算する。
この因子は、単純に、2つの基準電圧(図示の例では、それぞれ、接地電位及び 1.9vであるV 及びV )についての濾波後r e f 1. r e f  2 の計数値における差を、十進数“380”で除算することにより与えられる。両 基準電圧についての計数周波数値は、基本的に、流路(流管)温度の全ての変化 と同時発生で得られるため、V/F変換器41から生じるあらゆる温度ドリフト は、基本的に等しい誤差成分をこれらの計数値の両方に投入する。比例因子が、 いずれか一つのみの値の大きさではなく、これらの計数値間の差を利用して計算 されるため、比例因子の値は、基本的に、温度ドリフトに起因して計数V/F出 力に発生するいかなる偏移(シフト)によっても悪影響を受けない。零位残留偏 差値(FREQ AT OVL並びに、1.9vの電圧を濾波及び計数して得た 基準値(FREQ AT 1.9V)は、両方とも、周期的割り込みベースで、 やはり0.8秒毎に、図示しない他のルーチンによって判断乃至決定される。当 業者にとって容易に理解されるであろうこのルーチンは、回路70により、適当 な選択信号をアナログスイッチ35に印加し、最初に、時間スタガベース(ti me staggered basis)で、接地電位(V )の電圧または1 ,9V(v )の電圧のいずれかrefl ref2 を、V/F変換器41の入力に連絡し、続いて、そこから生じる周波数値を計数 して、その後、この値を読取って濾波し、その濾波した結果を記憶するものであ る。
比例因子がブロック1140により決定されると、処理は、ブロック1150に 移る。このブロック1150は、現在の周波数値CURRENT FREQを比 例因子FREQ PERCで除算することにより、抵抗温度検出器(RTD)1 90で検出された現在温度(TEMP)を計算する。その後、処理はブロック1 160に移り、計器因子の値及び現在温度の値を使用して、温度補償された計器 因子RFを計算する。コリオリ式計器にとって、前記計器因子は、製造中に経験 的に決定される公知の定数である。前記温度補償された計器因子RFが計算され ると、その計器因子RFは、データベースに記憶され、以後、質量流量率を決定 する際に使用される。その後、処理は、ルーチン1100を脱する。
一方のチャンネル対が零位(ゼロ)モードで動作する一方、他方のチャンネル対 が測定モードで動作するよう、両チャンネル対は並列的に動作されるが、これら のチャンネル対は順次動作することもできることを、当業者であれば、今や確実 に理解するであろう。この場合、動作中のチャンネル対は、他方のチャンネル対 が待機状態にあるときに、そのゼロモード及び/または測定モードで機能するで あろう。これらのチャンネル対は、その後、各モードの終了時、または、動作中 のチャンネル対がゼロモード及び測定モードの両方を順次行った後、周期的に動 作状態から待機状態に切り換えられる。順次動作では、一方のチャンネル対は、 いかなる時においても常に待機状態にあるため、回路を簡略化するために、2つ よりもむしろ1つのチャンネル対を使用して、その1つの対を常に動作させ、測 定モードとゼロモードとの間で継続的に循環させることができる。実際に動作中 の一方のチャンネル対がゼロモードにある場合においては、いかなる流量測定も 行われていないであろう。したがって、実際の流量測定の代わりに、その時間中 に生じている流量に関し、ある仮定を行うことが必要となるであろう。よって、 継続的流量測定を省略することにより、コリオリ式質量流量計において、いかな るときにも唯一実際に動作するチャンネル対を使用すると、計器が、2つのモー ド間で周期動作する唯一の有形のチャンネル対を備えるかどうか、または、その ような1つの対をいかなるときにも非活動中とする2つの対を備えるかどうかに かかわらず、多少不正確な流量測定を行うことになる。
対照的に、本発明の流量測定回路30は、通常の流量計測動作の間、一方のチャ ンネル対が、いかなるときにも実際の流量を実際に測定中となるため、回路が若 干複雑となる代わりに、非常に正確な流量測定が可能となる。
更に、“活動中1の時間は、いずれのチャンネル対についても、ゼロモード内に 設けられ、かかるゼロモードの間、例えば、二重の流量測定及びその相互チャン ネル対の比較を行うことが可能であるが、かかる時間は、必要であれば、計器精 度には何の悪影響もなしに、省略することができる。実際、ゼロモードの継続時 間を、1つのゼロ化時間(即ち、それ以外の場合には、前記チャンネル対が“活 動中”の時間として動作する時間)の分だけ短縮するため、または、そのチャン ネル対が、その後採取される内部位相遅延の測定値の数を適宜増加することによ り、実際に零位処理をしている時間を延長するため、上記のような省略を行うこ とができる。
また、開示された実施例は、U字状の流路を使用しているが、流路が軸を中心と して(所定の振幅で)振動して、基準となる非慣性フレーム(non−iner tial frame)を形成する限りにおいて、殆どどんな寸法及び形状の流 路(流管)を使用してもよいことを、当業者であれば理解する。
例えば、これらの流路は、限定的ではないが、直線状の管路、S字状の流路また は環状の流路を含んでもよい。更に、計器は、2つの平行な流路(流管)を備え るよう示されているが、単一の流管または3以上(例えば、3.4若しくはそれ 以上)の平行な流管を備える実施例を、必要であれば、使用してもよい。
本発明の単一の実施例を、ここに詳細に図示及び説明したが、本発明の開示をや はり具体化する他の種々の実施例を、当業者であれば容易に製造することができ る。
図3 図3B 図7 回 図7A ゼロ決定ルーチン L立ユ 図7B 図8B RTD温度処理ルーチン 補正書の翻訳文の提出書(特許法第184条の8)平成6年 1月11日

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.少なくとも一つの流路(130)を有し、内部を流れるプロセス流体の流量 率を測定するためのコリオリ式計器(5)について、機械的零位値を得る方法で あって、 測定すべきプロセス流体が前記流路内を流れていない間に前記流路を所定の振幅 で振動させる工程と、 前記流路の移動を検出して、前記検出された移動に対応する第1及び第2の信号 を発生する工程と、 前記プロセス流体が前記流路内を流れていない間に、前記第1及び第2の信号に 応答して、前記第1及び第2の信号の対応時点間に生じる複数の連続する時間( Δt)を測定して、対応する複数の非流動Δt測定値を発生する時間測定工程と 、 前記複数の非流動Δt測定値の標準偏差を決定する決定工程と、前記複数の非流 動Δt測定値に応答して、かつ、前記標準偏差が、所定の限界値未満である場合 、機械的零位の現在値を発生して、それ以降に流動ベースΔt測定値を補償する 際に使用し、これにより、その時に前記計器内を流れる前記プロセス流体の流量 率を決定する機械的零位現在値発生工程と を具備するコリオリ式計器について機械的零位値を得る方法。
  2. 2.更に、前記中間的機械的零位値を決定する際に使用される前記複数の非流動 Δt測定値の数が、非流動Δt測定値の所定の最大数、または、前記標準偏差が 所定の収束限界未満の値となる前に発生した前記非流動Δt測定値の合計数以下 であるかどうか判断する工程を具備する請求項1記載のコリオリ式計器について 機械的零位値を得る方法。
  3. 3.前記時間測定工程は、少なくとも所定の最小の数の連続する時間(Δt)を 測定して、前記複数の非流動Δt測定値が対応する最小の数となるようにする工 程を具備する請求項2記載のコリオリ式計器について機械的零位値を得る方法。
  4. 4.前記機械的零位現在値発生工程は、前記中間の機械的零位値を前記複数の非 流動Δt測定値の平均として計算する工程を具備する請求項3記載のコリオリ式 計器について機械的零位値を得る方法。
  5. 5.前記決定工程は、前記複数の非流動Δt測定値の連続する個々のものの発生 に応答して、前記連続する個々の非流動Δt測定値を使用して、前記複数の非流 動Δt測定値の標準偏差を更新する工程を具備する請求項4記載のコリオリ式計 器について機械的零位値を得る方法。
  6. 6.前記所定の限界値は、前記収束限界の整数倍数である請求項5記載のコリオ リ式計器について機械的零位値を得る方法。
  7. 7.前記機械的零位現在値発生工程は、前記複数の非流動Δt測定値に応答して 、中間的機械的零位値を発生する工程と、 前記標準偏差が前記所定の限界値未満の場合に、前記機械的零位の現在値を前記 中間的機械的零位値と等しく設定する機械的零位設定工程とを具備する請求項3 記載のコリオリ式計器について機械的零位値を得る方法。
  8. 8.前記機械的零位設定工程は、前記中間的機械的零位値が所定の範囲内にある 場合に、前記機械的零位の現在値を前記中間的機械的零位値と等しく設定する工 程を具備する請求項7記載のコリオリ式計器について機械的零位値を得る方法。
  9. 9.前記機械的零位現在値発生工程は、前記中間の機械的零位値を前記複数の非 流動Δt測定値の平均として計算する工程を具備する請求項8記載のコリオリ式 計器について機械的零位値を得る方法。
  10. 10.前記決定工程は、前記複数の非流動Δt測定値の連続する個々のものの発 生に応答して、前記連続する個々の非流動Δt測定値を使用して、前記複数の非 流動Δt測定値の標準偏差を更新する工程を具備する請求項9記載のコリオリ式 計器について機械的零位値を得る方法。
  11. 11.前記所定の限界値は、前記収束限界の整数倍数である請求項10記載のコ リオリ式計器について機械的零位値を得る方法。
  12. 12.内部を流れるプロセス流体の流量率を測定するためのコリオリ式計器(5 )であって、 少なくとも一つの流路(130)と、 前記流路を所定の振幅で振動させる振幅手段(180)と、前記プロセス流体が 前記流路を通過することによって誘発される反対方向のコリオリの力により発生 する前記流路の移動を検出して、前記流路の前記検出された移動に対応する第1 及び第2の信号を発生する移動検出手段(160R,160L)と、 前記第1及び第2の信号に応答して、前記プロセス流体の流量率値を提供する回 路手段(30)とを具備し、前記回路手段は、 前記プロセス流体が前記流路内を流れていない間に、前記第1及び第2の信号に 応答して、前記第1及び第2の信号の対応時点間に生じる複数の連続する時間( Δt)を測定して、対応する複数の非流動Δt測定値を発生する時間測定手段( 70,80)と、前記複数の非流動Δt測定値の標準偏差を決定する決定手段( 823)と、 前記複数の非流動Δt測定値に応答して、かつ、前記標準偏差が、所定の限界値 未満である場合、機械的零位の現在値を発生して、それ以降に流動ベースΔt測 定値を補償する際に使用し、これにより、その時に前記計器内を流れる前記プロ セス流体の流量率を決定する機械的零位現在値発生手段(826,829)を備 えるコリオリ式計器。
  13. 13.更に、前記中間的機械的零位値を決定する際に使用される前記複数の非流 動Δt測定値の数が、非流動Δt測定値の所定の最大数、または、前記標準偏差 が所定の収束限界未満の値となる前に発生した前記非流動Δt測定値の合計数以 下であるかどうか判断する手段(832、840)を具備する請求項12記載の コリオリ式計器。
  14. 14.前記時間測定手段は、少なくとも所定の最小の数の連続する時間(Δt) を測定して、前記複数の非流動Δt測定値が対応する最小の数となるようにする 手段(843)を具備する請求項13記載のコリオリ式計器。
  15. 15.前記機械的零位現在値発生手段は、前記中間の機械的零位を前記複数の非 流動Δt測定値の平均として計算する手段(829)を具備する請求項14記載 のコリオリ式計器。
  16. 16.前記決定手段は、前記複数の非流動Δt測定値の連続する個々のものの発 生に応答して、前記連続する個々の非流動Δt測定値を使用して、前記複数の非 流動Δt測定値の標準偏差を更新する手段(865)を具備する請求項15記載 のコリオリ式計器。
  17. 17.前記所定の限界値は、前記収束限界の整数倍数である請求項16記載のコ リオリ式計器。
  18. 18.前記機械的零位現在値発生手段は、前記複数の非流動Δt測定値に応答し て、中間的機械的零位値を発生する手段(806,809)と、 前記標準偏差が前記所定の限界値未満の場合に、前記機械的零位の現在値を前記 中間的機械的零位値と等しく設定する機械的零位設定手段(826)と を具価する請求項14記載のコリオリ式計器。
  19. 19.前記機械的零位設定手段は、前記中間的機械的零位値が所定の範囲内にあ る場合に、前記機械的零位の現在値を前記中間的機械的零位値と等しく設定する 手段(843,846)を具備する請求項18記載のコリオリ式計器。
  20. 20.前記機械的零位現在値発生手段は、前記中間的機械的零位値を前記複数の 非流動Δt測定値の平均として計算する手段(829)を具備する請求項19記 載のコリオリ式計器。
  21. 21.前記決定手段は、前記複数の非流動Δt測定値の連続する個々のものの発 生に応答して、前記連続する個々の非流動Δt測定値を使用して、前記複数の非 流動Δt測定値の標準偏差を更新する手段(865)を具備する請求項20記載 のコリオリ式計器。
  22. 22.前記所定の限界値は、前記収束限界の整数倍数である請求項21記載のコ リオリ式計器。
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