JPH08110252A - カルマン渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】カルマン渦流量計の実流量校正において校正流
体の流量を流量校正ポイントの流量値に合わせ込まなく
とも正確な流量補正結果が得られるようにして実流量校
正試験の作業を簡素化する。 【構成】カルマン渦流量計の伝送部２に、実流量校正試
験において基準流量計で計測された流量校正ポイントに
おける流量値と流量補正量の値とを書込み保持しておく
ＥＰＲＯＭを設け、リニア補正フラグが補正演算実施を
指示する通常測定の場合には、流量検出部１の出力パル
スを周波数・流量演算処理して得られる流量計測値を、
ＥＰＲＯＭが保持する流量値と流量補正量の値を用いて
直線補間して補正値を演算して出力し、リニア補正フラ
グが補正演算非実施を指示する実流量校正試験の場合に
は、周波数・流量演算処理で得られた流量計測値をその
まま出力してＥＰＲＯＭに書き込む流量校正ポイントに
おける流量値と流量補正量の値が得られるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気や水等の流量を測
定するカルマン渦流量計における、流量出力補正手段に
関する。

【０００２】

【従来の技術】カルマン渦流量計は、流体の流れの中に
柱状の障害物を置いたとき、流れの方向に直交する障害
物の両端から流体の流速に反比例する周期で交互に渦が
発生する現象を利用した流量計である。このカルマン渦
流量計の流量検出部には、障害物によって渦が発生する
ときの流体のわずかなパルス状の圧力変動を捉える圧電
素子などからなるカルマン渦センサと、圧電素子などが
出力する微弱パルス信号を増幅整形して出力する波形整
形回路とが設けられており、流量検出部からは流体の流
量に対応した周波数のパルス信号が発信されるので、伝
送部において流量検出部が発信するパルス信号の周波数
または周期を測定して演算処理することによって流体の
流量を計測出力している。

【０００３】カルマン渦流量検出部が発信するパルス信
号の周波数は、基本的には流量検出部を流れる流体の流
量に比例するが、高精度の流量測定が要求される場合に
は、予め流量基準器を用いてカルマン渦流量検出部に各
流量校正ポイントの基準流量を流して検出流量値と基準
流量値との偏差を流量補正量として求めておき、測定現
地での実際の測定にあたっては、カルマン渦流量検出部
が捕らえたパルス信号から流量を求める伝送部が行う演
算処理の過程で、上記の予め求めておいた流量補正量を
用いて直接計測値に対してリニア補正をおこなって流量
計測値として出力している。

【０００４】従来技術によるリニア補正は、予め定めた
所定の流量校正ポイント、たとえば、測定フルスケール
の25%,50%,75% 及び100%に固定して得た流量補正量を用
いて処理する方式であり、流量補正量を得るための実流
量校正試験にあたっては、流量検出部に流す校正流体の
流量を、正確に流量校正ポイントの流量値に合わせ込ん
で試験する必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明の従来技術
によってリニア補正演算処理を行うカルマン渦流量計に
対する流量補正量を得る試験にあたっては、流量検出部
に正確に流量校正ポイントの流量に調整した校正流体を
流す必要があるが、この流量設定は手数のかかる困難な
作業であり、また、流量校正ポイントの流量値への合せ
込みが不正確であると不正確な流量補正量が決定されて
しまいリニア補正演算処理を行っても正確な流量測定が
出来ないという問題がある。

【０００６】本発明は、流量補正量を得るための実流量
校正試験にあたって、流量検出部に流す校正流体の流量
を正確に流量校正ポイントに合せ込む必要のないリニア
補正演算処理手段を提供し、校正試験の手数が簡素であ
りながら高精度の流量測定が可能なカルマン渦流量計を
実現することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的達成のため、
本発明においては、伝送部に流量計測値に対するリニア
補正演算の実行非実行の切替えを示すリニア補正フラグ
と、実流量校正試験において基準流量計によって計測さ
れた流量校正ポイントにおける流量値と流量補正量の値
と、を書き込んで保持しておくＥＰＲＯＭからなるメモ
リを設け、マイクロコピュータのＲＡＭに、リニア補正
演算の工程で生成される計数値と仮数値を一時記憶して
おく補正演算作業域を確保し、伝送部が流量検出部の出
力パルス信号を計測して流量を求める演算処理を行った
とき、リニア補正フラグがリニア補正演算を指示してい
る場合には、流量検出部の出力パルスを周波数・流量演
算処理して得られた流量計測値に対し、前記ＥＰＲＯＭ
から読みだした流量校正ポイントにおける流量値と流量
補正量の値を用いる直線補間によって補正値を演算して
出力処理し、リニア補正フラグがリニア補正演算を指示
していない場合には、流量検出部の出力パルスを周波数
・流量演算処理して得られた流量計測値そのまま出力処
理するようにしてカルマン渦流量計を構成する。

【０００８】

【作用】電源有無にかかわらずデータの保持機能有する
ＥＰＲＯＭによって、カルマン渦流量計の実流量校正試
験で得られた流量校正ポイントにおける流量と補正流量
の値が保持され、リニア補正フラグをリニア補正演算実
行に設定した流量測定モードの場合には、流量検出部の
出力パルスを周波数・流量演算処理して得られた流量計
測値に対し、ＥＰＲＯＭから読みだした校正ポイントの
流量と補正流量の両方の値を用いる直線補間によって補
正値が演算されて出力される。

【０００９】一方、リニア補正フラグをリニア補正演算
非実行に設定した実流量校正試験の場合には、流量検出
部の出力パルスを周波数・流量演算処理して得られた流
量計測値はそのまま出力されるので、この流量計測値と
実流量校正試験に用いた基準流量計が示す基準流量値と
から上記のＥＰＲＯＭに書き込み格納しておくべき校正
ポイントにおける流量と補正流量の値が得られる。

【００１０】

【実施例】本発明によるカルマン渦流量計の一実施例の
概略構成を図１に示す。図１において、１は流体の流速
に反比例する周期でパルス信号を発生するカルマン渦セ
ンサと、このカルマン渦センサのパルス信号を増幅整形
して出力する波形成形回路とを備えた流量検出部であ
る。

【００１１】２は、流量検出部１が発信するカルマン渦
パルス信号を入力信号として流量値を演算によって求め
て出力する伝送部である。この伝送計測部２において、
３は、渦流量検出部発１の出力パルス信号を受信して流
量を求める演算を行い出力する処理を行うマイクロコン
ピュータであり、４は、カルマン渦流量検出部１の出力
パルス信号を受信して行う計測演算処理の周期の基本単
位を定める基準周期タイマであって計測演算の各工程の
実行タイミングは、このタイマが与える単位周期をもと
に定められる。

【００１２】５は、流量発検出部１が発信するパルス信
号間の時間間隔を計測するパルス間隔測定カウンタであ
り、上記の基準周期タイマによって定められる計測演算
処理周期毎に、このパルス間隔測定カウンタで計測され
たパルス間時間間隔の累計値と計測したパルス数とによ
って計測演算処理周期におけるパルスの周波数が求めら
れる。

【００１３】ＲＯＭ８は、マイクロコンピュータ３の動
作プロセスが格納されている読み出し専用の記憶手段で
あり、格納プログラムには、計測演算処理周期毎に流量
検出部１の出力パルス信号をサンプリングしてこの周期
におけるパルス信号の周波数を測定して流量を求める演
算処理を行う周波数・流量測定プログラムと、周波数・
流量測定結果をもとに流量値の表示出力処理を行う出力
プログラムが含まれている。

【００１４】ＲＡＭ７は、マイクロコンピュータ３の演
算処理の実行過程で一時記憶が必要となる符号（フラ
グ）やカウント値を一時格納しておく随時書き込み読み
出し可能な記憶手段としてのＲＡＭである。そして、６
は、このカルマン渦流量計の伝送部２に測定対象に係わ
る定数値や動作条件などを設定入力する設定器である。

【００１５】一方、９は、このカルマン渦流量計の実流
量校正試験によって定められた流量校正ポイントにおけ
る流量と補正流量の値、およびこれらの値を用いて行う
流量のリニア補正演算の実行非実行の切替えを示すリニ
ア補正フラグの状態とを書き込んで電源有無にかかわら
ず保持しておくＥＰＲＯＭである。次に、図２に、図１
に例示のカルマン渦流量計の基本動作の流れを示し、こ
の図によってまずこのカルマン渦流量計動作の基本を説
明し、続いて実流量校正試験の工程について説明する。

【００１６】図１に例示の本発明によるカルマン渦流量
計の伝送部２は、初期条件が設定されてスタンバイされ
ると、基準周期タイマ４からの割込みを上位とし、流量
検出部１の出力による割込みを下位とする割込み待機状
態に入る。そして基準周期タイマ４がカウントアップし
たとき、基準周期の倍数として設定されたサンプリング
期間を経過したか否かを判定し、サンプリング時間内と
判断したときには、ただちに割込みから復帰してサンプ
リング時間経過待機の状態を継続し、サンプリング時間
が経過したと判断したときには次の周波数・流量演算処
理プログラの実行に移行する。

【００１７】周波数・流量演算処理の工程では、パルス
間隔測定カウンタによる計測値をもとに、カルマン渦流
量検出部がサンプリング期間中に発信したパルス信号の
周波数を演算によって求め、この周波数に相当する流量
の値をＲＡＭ７の周波数・流量演算作業域に確保されて
いる未補正流量値バッファＰＦに一旦格納して出力処理
プログラの実行に移行する。

【００１８】出力処理の工程に入ると、最初にリニア補
正フラグを参照し、このフラグがリニア補正演算非実行
を指定しているときには、出力処理プログラムは未補正
流量値バッファＰＦに格納の測定流量のデータをそのま
ま出力する処理を行い、リニア補正フラグがリニア補正
演算の実行を指定しているときには、出力処理プログラ
ムの中に設けられたリニア補正演算プログラムを実行し
て補正値を出力する処理を行った後新たなサンプリング
時間経過待機の状態に復帰する。

【００１９】上記のカルマン渦流量計を実流量校正する
ときには、流量検出部１を流量基準器に接続して図３に
示す手順に従って試験する。まず、伝送部２の設定器６
によってＥＰＲＯＭ９に確保されたリニア補正フラグに
補正非実行を設定してカルマン渦流量計を起動する（Ｓ
２）。上記のようにリニア補正フラグを設定して未補正
流量値バッファＰＦに格納の測定流量のデータがそのま
ま表示出力されるようにした状態で、まず校正流体の流
量を校正対象のカルマン渦流量計フルスケールの約 25%
相当に設定し（Ｓ３）、このときの流量基準器の指示値
Ｑ１およびカルマン渦流量計の指示値ＰＦ１と流量基準
器の指示値Ｑ１との差ＬＶ１＝ＰＦ１−Ｑ１を、設定器
６を通じてＥＰＲＯＭ９に確保されている流量校正ポイ
ント流量値と流量補正量の記憶領域（ＬＰ１）（ＬＶ
１）に書き込む（Ｓ４）（Ｓ５）。

【００２０】引続いて校正流体の流量を流量計フルスケ
ールの約 50%,75%,100% の各々に設定し、流量基準器の
指示値Ｑｉ（ｉ＝2,3,4 ）およびカルマン渦流量計の指
示値ＰＦｉ（ｉ＝2,3,4 ）と流量基準器の指示値Ｑｉと
の差ＬＶｉ＝ＰＦｉ−Ｑｉとを読み取って設定器６を通
じてＥＰＲＯＭ９の流量校正ポイントの流量値と流量補
正量の記憶領域（ＬＰ１）（ＬＶ１）に書き込む（Ｓ
６）〜（Ｓ14）。

【００２１】以上の操作が終了したら設定器６によって
ＥＰＲＯＭ９のリニア補正フラグを補正実行に書換え設
定して（Ｓ２）校正試験を終了する（Ｓ16）。以上の結
果、ＥＰＲＯＭ９の流量校正ポイント流量値（ＬＰｉ）
と流量補正量（ＬＶ１）の記憶領域とには、カルマン渦
流量計が直接計測した流量値から折れ線近似補正によっ
て流量の真値を求める図４に例示のような校正折れ線グ
ラフを描くための校正データが対をなして格納保持され
ることとなる。

【００２２】次に、ＥＰＲＯＭ９に格納されている校正
データを用いて出力処理プログラムのリニア補正演算プ
ログラムが実行する演算処理実施例のフローを図５に示
し補正演算処理のを説明する。実流校正試験によって得
られた各流量校正ポイントにおける流量値（ＬＰｉ）と
流量補正量（ＬＶｉ）の値がＥＰＲＯＭ９に書き込まれ
た本発明によるカルマン渦流量計を測定対象流路に装着
して測定を開始すると、サンプリング周期が経過したと
き、周波数・流量演算処理が実行されて流量計測値がＲ
ＡＭ７の周波数・流量演算作業域の未補正流量値バッフ
ァＰＦに格納されて処理は出力処理に移行する。

【００２３】出力処理プログラムは最初の工程でリニア
補正フラグを参照するが（Ｌ２）、このフラグは前述の
ように実流量校正試験が終了したときリニア補正実行に
設定されているので、下記（Ｌ４）工程以降の補正演算
プログラムを実行する。補正演算プログラムの工程（Ｌ
４）においては、最初にＥＰＲＯＭ９に格納されている
流量校正ポイントにおける流量値（ＬＰｉ）と流量補正
量（ＬＶｉ）の値を用いて下記式（１）の折れ線近似補
正の折れ点の位置を定める演算を行って補正演算定数表
としてＲＡＭ７のリニア補正演算作業域に設けられた演
算バッファＰＦｉ（ｉ＝1,2,3,4 ）に一時記憶する。

【００２４】

【数１】 ＰＦｉ＝ＬＰｉ＋ＬＶｉ （１） ただし ｉ＝１，２，３，４ つづいて、ＲＡＭ７の周波数・流量演算作業域の未補正
流量値バッファＰＦに格納されてている今回サンプリン
グ期間に計測された流量値ＰＦを、順次上記の演算バッ
ファＰＦｉに格納の折れ点値と比較し、未補正流量値バ
ッファＰＦの格納値に最も近く且つこの値を超えた折れ
点位置の値を格納している演算バッファＰＦｉを検出し
（Ｌ５）（Ｌ７）（Ｌ９）、引き続いて検出した演算バ
ッファＰＦｉと、この演算バッファに対応の折れ点の手
前の折れ点に対応する演算バッファＰＦi-1 の間を、直
線近似する場合の直線を表す定数を求める下記式（２）
ないし（６）の演算を行ってＲＡＭ７のリニア補正演算
作業域に確保したそれぞれの演算値に対応の演算バッフ
ァ（ＰＦＳ，ＰＦＺ，ＬＰＳ，ＬＰＢ）に一時記憶する
（Ｌ６）（Ｌ８）（Ｌ10）（Ｌ11）。

【００２５】

【数２】 ＰＦＳ＝ＰＦｉ−ＰＦ(i-1) （２）

【００２６】

【数３】 ＰＦＺ＝ＰＦｉ （３）

【００２７】

【数４】 ＬＰＳ＝ＬＰｉ−ＬＰ(i-1) （４）

【００２８】

【数５】 ＬＰＢ＝ＬＰｉ （５） ただし ｉ＝１，２，３，４ かつ、ＰＦ０＝０ Ｌ
Ｐ０＝０ 以上によって、今回サンプリング期間に計測された流量
値ＰＦが属する区間を校正データで直線補間する場合の
直線を表す式の定数決定に必要な値が得られたので、式
（６）の演算を行って計測された流量値ＰＦに対応する
校正データでリニア補正された流量真値ＰＦＬを求めこ
の値を出力する（Ｌ12）（Ｌ13）。

【００２９】

【数６】

【００３０】上記によるリニア補正された流量真値ＰＦ
Ｌの出力処理が終了すると、出力処プログラムから基準
周期タイマ割込みで制御される周波数測定プログラムに
リターンする（Ｌ14）。なお、リニア補正フラグがリニ
ア補正非実行に設定されている実流校正試験の場合に
は、すでに説明の如く周波数・流量演算処理によってＲ
ＡＭ７の周波数・流量演算作業域の未補正流量値バッフ
ァＰＦに格納された流量計測値ＰＦは、流量真値ＰＦＬ
として転送され（Ｌ３）、そのまま出力される（Ｌ1
3）。

【００３１】

【発明の効果】本発明によるカルマン渦流量計の伝送部
においては、実流量校正を実施するときに基準流量計に
よって得られた流量校正ポイントにおける基準の流量値
と、校正対象のカルマン渦流量計が直接測定した流量測
定値と基準の流量値との差の値をＥＰＲＯＭに書き込み
格納し、このＥＰＲＯＭの格納値によって流量校正ポイ
ント間を直線補間して流量真値を求めているので、実流
量校正にあたって流量検出部に流通させる校正流体の流
量を流量校正ポイントの流量値に合わせ込む必要はなく
なり校正作業の能率が向上するという効果が先ず得られ
る。そして、基準流量計によって測定された流量校正ポ
イントにおける基準の流量値を用いてリニア補正演算が
行われるので、基準値と設定値間のずれによる誤差がな
くなり正確な信頼度の高い計測値が得られるという効果
も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるカルマン渦流量計の一実施例の
概略構成図

【図２】図１の流量計の流量計測動作を説明するフロー
図

【図３】実流量校正試験の手順を説明する図

【図４】折れ線近似補正を説明する図

【図５】出力処理の詳細を説明するフロー図

【符号の説明】

１ カルマン渦流量検出部 ２ 伝送部 ３ マイクロコンピュータ ４ 基準周期タイマ ５ パルス間隔測定カウンタ ６ 設定器 ７ ＲＡＭ ８ ＲＯＭ ９ ＥＰＲＯＭ ＦＲＢ 周波数・流量演算作業域バッファ ＬＲＢ 周波数レジスタ ＦＬＧ リニア補正フラグ ＬＰｉ（ｉ＝1,2,3,4 ）流量校正ポイント流量値領域 ＬＶｉ（ｉ＝1,2,3,4 ）流量補正値領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カルマン渦センサを流量検出端とするカル
   マン渦流量検出部と、該流量検出部の出力パルス信号を
   計測して流量を求める演算と出力処理を行うマイクロコ
   ピュータと周辺デバイスで構成された伝送部とからなる
   カルマン渦流量計であって、 前記伝送部に、流量計測値に対するリニア補正演算の実
   行非実行の切替えを示すリニア補正フラグと、実流量校
   正試験において基準流量計によって計測された流量校正
   ポイントにおける流量値と流量補正量の値と、を書き込
   んで保持しておくＥＰＲＯＭと、 マイクロコピュータのＲＡＭに設けられ、前記流量校正
   ポイントの流量値と流量補正量の値を用いて行う流量の
   リニア補正演算の工程で生成される計数値と仮数値を一
   時記憶しておく補正演算作業域と、を備え、 前記伝送部が流量検出部の出力パルス信号を計測して流
   量を求める演算処理を行ったとき、リニア補正フラグが
   リニア補正演算を指示している場合には、流量検出部の
   出力パルスを周波数・流量演算処理して得られた流量計
   測値に対し、前記ＥＰＲＯＭから読みだした流量校正ポ
   イントの流量値と流量補正量の値を用いる直線補間によ
   って補正値を演算して出力処理し、リニア補正フラグが
   リニア補正演算を指示していない場合には、流量検出部
   の出力パルスを周波数・流量演算処理して得られた流量
   計測値をそのまま出力処理するようにしたことを特徴と
   するカルマン渦流量計。