JPH07113561B2 - 質量流量計 - Google Patents
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- JPH07113561B2 JPH07113561B2 JP12016887A JP12016887A JPH07113561B2 JP H07113561 B2 JPH07113561 B2 JP H07113561B2 JP 12016887 A JP12016887 A JP 12016887A JP 12016887 A JP12016887 A JP 12016887A JP H07113561 B2 JPH07113561 B2 JP H07113561B2
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
- G01F1/78—Direct mass flowmeters
- G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
- G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
- G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
- G01F1/8431—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details electronic circuits
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- G01F1/845—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits
- G01F1/8468—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits
- G01F1/8472—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits having curved measuring conduits, i.e. whereby the measuring conduits' curved center line lies within a plane
- G01F1/8477—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits having curved measuring conduits, i.e. whereby the measuring conduits' curved center line lies within a plane with multiple measuring conduits
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は質量流量計に係り、コリオリの力を利用して流
体の質量流量を測定する質量流量計に関する。
体の質量流量を測定する質量流量計に関する。
従来の技術 従来より、特開昭54−52570号に記載の如く、振動する
Ｕ字状のセンサチューブ内に流体を流し、流体に働くコ
リオリの力によって発生するセンサチューブの捩れを検
出し、流体の質量流量を計測する質量流量計がある。
Ｕ字状のセンサチューブ内に流体を流し、流体に働くコ
リオリの力によって発生するセンサチューブの捩れを検
出し、流体の質量流量を計測する質量流量計がある。
上記の質量流量計においては、一対のセンサチューブに
流体を流し、一対のセンサチューブを互いに近接，離間
する方向に振動させる。コリオリの力はセンサチューブ
の振動方向に働き、かつ入口側と出口側とで逆向きであ
るのでセンサチューブに捩れが生じ、この捩れ角は質量
流量に比例する。従って、一対のセンサチューブの入口
側及び出口側夫々の捩れる位置に振動を検出するセンサ
を設け、両センサの出力検出信号の時間差を計測して上
記センサチューブの捩れ、つまり質量流量を測定してい
る。
流体を流し、一対のセンサチューブを互いに近接，離間
する方向に振動させる。コリオリの力はセンサチューブ
の振動方向に働き、かつ入口側と出口側とで逆向きであ
るのでセンサチューブに捩れが生じ、この捩れ角は質量
流量に比例する。従って、一対のセンサチューブの入口
側及び出口側夫々の捩れる位置に振動を検出するセンサ
を設け、両センサの出力検出信号の時間差を計測して上
記センサチューブの捩れ、つまり質量流量を測定してい
る。
発明が解決しようとする問題点 従来の質量流量計では、入口側のセンサ及び出口側のセ
ンサ夫々の出力する交流の検出信号を夫々コンパレータ
で矩形波に整形し、２つの矩形波の立上がり時間差を計
測している。
ンサ夫々の出力する交流の検出信号を夫々コンパレータ
で矩形波に整形し、２つの矩形波の立上がり時間差を計
測している。
しかし、外部振動等の影響でセンサの検出信号にノイズ
が混入すると上記矩形波の立上がりに誤差を生じ、この
結果時間差に誤差が生じる。この時間差は例えば最大10
0μsecと小さな値であり、誤差が１μsecであれば精度
が１％程度悪化し、精度が低いという問題点があった。
が混入すると上記矩形波の立上がりに誤差を生じ、この
結果時間差に誤差が生じる。この時間差は例えば最大10
0μsecと小さな値であり、誤差が１μsecであれば精度
が１％程度悪化し、精度が低いという問題点があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、外部振
動等の影響が小さく、高精度の質量流量計を提供するこ
とを目的とする。
動等の影響が小さく、高精度の質量流量計を提供するこ
とを目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明において、ウィンドコンパレータは、流入側及び
流出側の検出信号のうち一方の検出信号を、一方の検出
信号の一定割合で、かつ一方の検出信号の中点電圧に対
して対称な２つの閾値と比較する。
流出側の検出信号のうち一方の検出信号を、一方の検出
信号の一定割合で、かつ一方の検出信号の中点電圧に対
して対称な２つの閾値と比較する。
積分回路はウィンドコンパレータの出力信号により一方
の検出信号が２つの閾値の間にあるとき、他方の検出信
号と一方の検出信号との差信号を積分する。
の検出信号が２つの閾値の間にあるとき、他方の検出信
号と一方の検出信号との差信号を積分する。
振幅制御回路は、他方の検出信号のピーク値を一定とす
るよう振動する管路の振幅を制御する。
るよう振動する管路の振幅を制御する。
これによって、積分回路は一方の検出信号と地方の検出
信号との時間差に比例した値の信号を出力する。
信号との時間差に比例した値の信号を出力する。
作用 本発明においては、積分回路の積分時間即ち一方の検出
信号が２つの閾値の間にある期間を一方の検出信号と他
方の検出信号との時間差より充分に大とすることがで
き、これによって検出信号に外部振動等の影響で生じた
ノイズが積分回路の出力信号に与える影響を小さくで
き、割算回路の出力する上記時間差に比例した値の精度
が向上する。
信号が２つの閾値の間にある期間を一方の検出信号と他
方の検出信号との時間差より充分に大とすることがで
き、これによって検出信号に外部振動等の影響で生じた
ノイズが積分回路の出力信号に与える影響を小さくで
き、割算回路の出力する上記時間差に比例した値の精度
が向上する。
実施例 第１図は本発明の質量流量計の一実施例のブロック図を
示す。
示す。
第１図を説明する前に質量流量計の計測部について第２
図及び第３図を用いて説明する。第２図（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）は計測部の斜視図，平面図，側面図を示
す。同図中、本体10は両端部にフランジ部10a,10bを有
し、フランジ部10aは上流側配管（図示せず）に接続さ
れ、フランジ部10bは下流側配管（図示せず）に接続さ
れる。
図及び第３図を用いて説明する。第２図（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）は計測部の斜視図，平面図，側面図を示
す。同図中、本体10は両端部にフランジ部10a,10bを有
し、フランジ部10aは上流側配管（図示せず）に接続さ
れ、フランジ部10bは下流側配管（図示せず）に接続さ
れる。
本体10に流体が流入する流入口11と、流体が流出する流
出口12とが穿設されており、Ｕ字状のセンサチューブ
（管路）13,14夫々の一端が流入口11に接続され、他端
が流出口12に接続されている。センサチューブ13,14間
のＵ字状湾曲部の中央位置には、センサチューブ13,14
を矢印Ｘ方向に加振するためのマグネット15及びコイル
16が取付けられている。またセンサチューブ13,14間の
Ｕ字状湾曲部の両端位置には振動センサ17,18が夫々設
けられている。
出口12とが穿設されており、Ｕ字状のセンサチューブ
（管路）13,14夫々の一端が流入口11に接続され、他端
が流出口12に接続されている。センサチューブ13,14間
のＵ字状湾曲部の中央位置には、センサチューブ13,14
を矢印Ｘ方向に加振するためのマグネット15及びコイル
16が取付けられている。またセンサチューブ13,14間の
Ｕ字状湾曲部の両端位置には振動センサ17,18が夫々設
けられている。
振動センサ17は、第３図に示す如く、センサチューブ13
に固定された保持部材19で保持されたコイル17aと、セ
ンサチューブ14に固定された保持部材20で保持されたマ
グネット17b,17cとより構成され、コイル17aはマグネッ
ト17b,17c間の磁界内に配置されている。ここで、セン
サチューブ13,14が加振されて矢印Ｘ方向に相対変位す
るとコイル17aに上記相対変位に応じた起電力が発生
し、この起電力が検出信号として取り出される。振動セ
ンサ18もまったく同一の構造である。
に固定された保持部材19で保持されたコイル17aと、セ
ンサチューブ14に固定された保持部材20で保持されたマ
グネット17b,17cとより構成され、コイル17aはマグネッ
ト17b,17c間の磁界内に配置されている。ここで、セン
サチューブ13,14が加振されて矢印Ｘ方向に相対変位す
るとコイル17aに上記相対変位に応じた起電力が発生
し、この起電力が検出信号として取り出される。振動セ
ンサ18もまったく同一の構造である。
ここでコイル16に流す電流をセンサチューブ13,14夫々
の固有振動数で変化させると、コイル16及びマグネット
15の吸引・反発によってセンサチューブ13,14は互いに
矢印Ｘ方向に近接・離間して振動する。
の固有振動数で変化させると、コイル16及びマグネット
15の吸引・反発によってセンサチューブ13,14は互いに
矢印Ｘ方向に近接・離間して振動する。
振動するセンサチューブ13,14内を流体が流れると、コ
リオリの力が発生する。コリオリの力の方向は流体の運
動方向をセンサチューブ13,14の振動方向（角速度）の
ベクトル積の方向であり、コリオリの大きさは、流体の
質量及び速度に比例する。
リオリの力が発生する。コリオリの力の方向は流体の運
動方向をセンサチューブ13,14の振動方向（角速度）の
ベクトル積の方向であり、コリオリの大きさは、流体の
質量及び速度に比例する。
センサチューブ13,14はＵ字状湾曲部の中央位置にいく
ほど振幅が大であるので、流入側のセンサ17位置では流
体に正の加速度が与えられ、流出側のセンサ18位置では
流体に負の加速度が与えられる。従って、流入側では振
動を減衰する向きにコリオリの力が働き、流出側では振
動を増大する向きにコリオリの力が働き、センサチュー
ブ13,14夫々に捩れが生じる。この捩れ変形は流体の質
量流量に比例するから、センサ17,18夫々の検出信号の
捩れ変形により生じる時間差τは流体の質量流量に比例
する。
ほど振幅が大であるので、流入側のセンサ17位置では流
体に正の加速度が与えられ、流出側のセンサ18位置では
流体に負の加速度が与えられる。従って、流入側では振
動を減衰する向きにコリオリの力が働き、流出側では振
動を増大する向きにコリオリの力が働き、センサチュー
ブ13,14夫々に捩れが生じる。この捩れ変形は流体の質
量流量に比例するから、センサ17,18夫々の検出信号の
捩れ変形により生じる時間差τは流体の質量流量に比例
する。
第１図において、端子30,31夫々は振動センサ17,18夫々
の出力する検出信号が入来し、これらの検出信号は増幅
器32,33夫々で増幅される。
の出力する検出信号が入来し、これらの検出信号は増幅
器32,33夫々で増幅される。
増幅器32の出力する第４図（Ａ）に示す如き検出信号e1
はピークホールド回路34に供給され、ここで最大値と最
小値とがホールドされる。ピークホールド回路34の出力
する最大値，最小値夫々は抵抗R1,R2夫々を介してウィ
ンドコンパレータ35の正、負夫々の閾値入力端子h,lに
供給される。上記の抵抗R1,R2は同一抵抗値とされ、閾
値入力端子h,lの間は抵抗R3が接続されている。これに
よって閾値入力端子h,l夫々に供給される正，負夫々の
閾値VTH,VTLは検出信号e1の最大値と最小値との中点電
圧（0V）に対して対称となり、絶対値が同一となる。
はピークホールド回路34に供給され、ここで最大値と最
小値とがホールドされる。ピークホールド回路34の出力
する最大値，最小値夫々は抵抗R1,R2夫々を介してウィ
ンドコンパレータ35の正、負夫々の閾値入力端子h,lに
供給される。上記の抵抗R1,R2は同一抵抗値とされ、閾
値入力端子h,lの間は抵抗R3が接続されている。これに
よって閾値入力端子h,l夫々に供給される正，負夫々の
閾値VTH,VTLは検出信号e1の最大値と最小値との中点電
圧（0V）に対して対称となり、絶対値が同一となる。
ウィンドコンパレータ35は入力端子ｄに検出信号e1を供
給されており、この検出信号e1が負の閾値VTL以上で、
かつ正の閾値VTH以下であるときにＨレベルとなる第４
図（Ｄ）に示す矩形波信号e4を生成する。
給されており、この検出信号e1が負の閾値VTL以上で、
かつ正の閾値VTH以下であるときにＨレベルとなる第４
図（Ｄ）に示す矩形波信号e4を生成する。
引算回路36は増幅器32,33夫々から第４図（Ａ），
（Ｂ）に示す検出信号e1,e2を供給され、検出信号e2よ
り検出信号e1を引算して第４図（Ｃ）に示す差信号e3を
生成して積分回路37に供給する。
（Ｂ）に示す検出信号e1,e2を供給され、検出信号e2よ
り検出信号e1を引算して第４図（Ｃ）に示す差信号e3を
生成して積分回路37に供給する。
積分回路37は演算増幅器38、抵抗R4、コンデンサC1、ア
ナログスイッチ39より構成されている。アナログスイッ
チ39は矩形波信号e4を供給され、信号e4のＨレベル時に
開放し、Ｌレベル時に短絡する。従って、積分回路37は
信号e4のＨレベル期間に差信号e3を積分して第４図
（Ｅ）に示す積分信号e5を生成し、この積分信号e5はピ
ークホールド回路40に供給される。ピークホールド回路
40は積分信号e5の最大値をホールドして第４図（Ｆ）に
示す最大値信号e6を端子41より出力する。
ナログスイッチ39より構成されている。アナログスイッ
チ39は矩形波信号e4を供給され、信号e4のＨレベル時に
開放し、Ｌレベル時に短絡する。従って、積分回路37は
信号e4のＨレベル期間に差信号e3を積分して第４図
（Ｅ）に示す積分信号e5を生成し、この積分信号e5はピ
ークホールド回路40に供給される。ピークホールド回路
40は積分信号e5の最大値をホールドして第４図（Ｆ）に
示す最大値信号e6を端子41より出力する。
また検出信号e2は振幅制御回路42内のピークホールド回
路43に供給され、ここで検出信号e2の最大値がホールド
されて減算回路44に供給される。減算回路45には基準値
設定回路45より基準最大値を供給されており、この基準
最大値から検出信号e2の最大値を減算して誤差信号を得
て発振回路46に供給する。発振回路46は電圧制御増幅器
を内蔵しており、減算回路45よりの誤差信号に応じて増
幅度を可変して一定周波数出力発振信号の振幅を可変す
る。この発振信号は端子47より第２図（Ｃ）に示すコイ
ル16に供給される。
路43に供給され、ここで検出信号e2の最大値がホールド
されて減算回路44に供給される。減算回路45には基準値
設定回路45より基準最大値を供給されており、この基準
最大値から検出信号e2の最大値を減算して誤差信号を得
て発振回路46に供給する。発振回路46は電圧制御増幅器
を内蔵しており、減算回路45よりの誤差信号に応じて増
幅度を可変して一定周波数出力発振信号の振幅を可変す
る。この発振信号は端子47より第２図（Ｃ）に示すコイ
ル16に供給される。
これによって、検出信号e2の最大値が基準最大値より大
であれば誤差信号が負の値となり、発振回路46の出力す
る発振信号の振幅を小とするように働き、センサチュー
ブ13,14夫々の振動の振幅が一定に制御される。
であれば誤差信号が負の値となり、発振回路46の出力す
る発振信号の振幅を小とするように働き、センサチュー
ブ13,14夫々の振動の振幅が一定に制御される。
ここで検出信号e1,e2を次式で表わす。
e1＝A1sinωｔ e2＝A2sinω（ｔ＋τ） 信号e1が中点電圧（0V）に対して対称となる時間（−Δ
T,＋ΔＴ）で差信号e3（＝e2−e1）を積分すると、 但しＣはコンデンサC1の容量値、 Ｒは抵抗R4の抵抗値である。
T,＋ΔＴ）で差信号e3（＝e2−e1）を積分すると、 但しＣはコンデンサC1の容量値、 Ｒは抵抗R4の抵抗値である。
となり、時間差τは次式で表わされる。
時間差τと角速度ωとの積τωは位相差を表わし、位相
差の絶対値は１より非常に小さい。即ち であり、sin（ｘ）≒Ｘが成立するので次式が成立す
る。
差の絶対値は１より非常に小さい。即ち であり、sin（ｘ）≒Ｘが成立するので次式が成立す
る。
ここで、センサチューブ13の弾性係数が温度変化等によ
り変化して振動周波数ｆ即ち角速度ωが例えば増大した
としても、第１図の回路において閾値VTH,VTLが一定で
あるためΔＴが減少し、sin（ωΔＴ）の値は一定であ
る。
り変化して振動周波数ｆ即ち角速度ωが例えば増大した
としても、第１図の回路において閾値VTH,VTLが一定で
あるためΔＴが減少し、sin（ωΔＴ）の値は一定であ
る。
また検出信号e1の最大値A1が振動センサ17の温度変化等
により変化しても、ピークホールド回路34により最大値
A1の変化に応じて閾値VTH,VTLが可変され、sin（ωΔ
Ｔ）の値は一定である。
により変化しても、ピークホールド回路34により最大値
A1の変化に応じて閾値VTH,VTLが可変され、sin（ωΔ
Ｔ）の値は一定である。
更に、前記の如く検出信号e2の最大値A2は一定となるよ
う制御されている。このため、（１）式は次式の如く表
わされる。
う制御されている。このため、（１）式は次式の如く表
わされる。
τ＝ke6 …（２） 但しｋは定数 第１図のピークホールド回路40は定数ｋを１として最大
値信号e6即ち時間差τを出力している。
値信号e6即ち時間差τを出力している。
検出信号e1,e2夫々の周波数を100Hzとし両信号の位相差
を3.6度とすれば、時間差は100μsecである。ここで、
ΔＴを略1msecとするよう閾値VTH,VTLを選定するとsin
（ωΔＴ）の値は略0.59となる。このとき外部振動等の
影響で検出信号e1にノイズが混入し、１μsec程度の時
間誤差を生じたとしても、sin（ωΔＴ）の値は0.05％
の誤差となり、従来の１％の誤差に対して1/20で済み、
上記ノイズの影響ほとんど受けず精度が大幅に向上す
る。
を3.6度とすれば、時間差は100μsecである。ここで、
ΔＴを略1msecとするよう閾値VTH,VTLを選定するとsin
（ωΔＴ）の値は略0.59となる。このとき外部振動等の
影響で検出信号e1にノイズが混入し、１μsec程度の時
間誤差を生じたとしても、sin（ωΔＴ）の値は0.05％
の誤差となり、従来の１％の誤差に対して1/20で済み、
上記ノイズの影響ほとんど受けず精度が大幅に向上す
る。
なお、ピークホールド回路40の代わりに、矩形波信号e4
の立下がり時にサンプリングを行なうサンプルホールド
回路を用い、ここでサンプルホールドされた値の絶対値
を割算回路41の端子ａに供給しても良い。
の立下がり時にサンプリングを行なうサンプルホールド
回路を用い、ここでサンプルホールドされた値の絶対値
を割算回路41の端子ａに供給しても良い。
また、ピークホールド回路43は、振幅センサの出力が正
弦波であるので実効値を求める回路であってもよい。
弦波であるので実効値を求める回路であってもよい。
また同様にピークホールド回路34も実効値を求めて正負
の電圧を計算するようにした回路であってもよい。
の電圧を計算するようにした回路であってもよい。
なお、センサチューブ13,14はＵ字状に限らず、例えば
本出願人が先に提案した特願昭62−97183号に示す如
く、α状であっても良く、上記実施例に限定されない。
本出願人が先に提案した特願昭62−97183号に示す如
く、α状であっても良く、上記実施例に限定されない。
発明の効果 上述の如く、本発明の質量流量計によれば、外部振動等
の影響をほとんど受けることがなく、質量流量のばらつ
きが小さく、精度が大幅に向上し、実用上きわめて有用
である。
の影響をほとんど受けることがなく、質量流量のばらつ
きが小さく、精度が大幅に向上し、実用上きわめて有用
である。
第１図は本発明の質量流量計の一実施例のブロック図、
第２図及び第３図は本発明の質量流量計の計測部を説明
するための図、第４図は第１図に示す回路各部の信号波
形図である。 13,14……管路（センサチューブ）、17,18……振動セン
サ、34,40,42……ピークホールド回路、35……ウィンド
コンパレータ、36……引算回路、37……積分回路、42…
…振幅制御回路、44……減算回路、45……基準値設定回
路、46……発振回路。
第２図及び第３図は本発明の質量流量計の計測部を説明
するための図、第４図は第１図に示す回路各部の信号波
形図である。 13,14……管路（センサチューブ）、17,18……振動セン
サ、34,40,42……ピークホールド回路、35……ウィンド
コンパレータ、36……引算回路、37……積分回路、42…
…振幅制御回路、44……減算回路、45……基準値設定回
路、46……発振回路。
Claims (1)
- 【請求項１】振動する管路に流体を流すことにより発生
するコリオリの力により該管路を変形させ、該管路の流
入側及び出力側夫々で振動を検出して、その検出信号の
時間差より該流体の質量流量を測定する質量流量計にお
いて、 該流入側及び流出側の検出信号のうち一方の検出信号
を、該一方の検出信号の一定割合で、かつ該一方の検出
信号の中点電圧に対して対称な２つの閾値と比較するウ
ィンドコンパレータと、 該ウィンドコンパレータの出力信号により該一方の検出
信号が該２つの閾値の間にあるとき、他方の検出信号と
該一方の検出信号との差信号を積分する積分回路と、 該他方の検出信号のピーク値を一定とするよう該振動す
る管路の振幅を制御する振幅制御回路とを有し、 該積分回路より該一方の検出信号と他方の検出信号との
時間差に比例した値の信号を出力することを特徴とする
質量流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12016887A JPH07113561B2 (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | 質量流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12016887A JPH07113561B2 (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | 質量流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63285417A JPS63285417A (ja) | 1988-11-22 |
| JPH07113561B2 true JPH07113561B2 (ja) | 1995-12-06 |
Family
ID=14779624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12016887A Expired - Fee Related JPH07113561B2 (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | 質量流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07113561B2 (ja) |
-
1987
- 1987-05-19 JP JP12016887A patent/JPH07113561B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63285417A (ja) | 1988-11-22 |
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