JPH10275U - 渦流量計変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同一流管内を流通する流体が、液体又は気体
の何れであるかを、流れの雑音成分に影響を受けること
なく、自動的に判別して、一台の渦流計で当該流体の流
量計測を行う。 【構成】 センサ１の入力信号をチャージアンプ２で増
幅して、気体用変換回路３と液体用変換回路４とに入力
し、液体流量計測時は、気体用高周波検知回路３３から
出力される低レベル信号と、液体用のパルス検知回路４
３から出力される高レベル信号とでインバータ６、第
１，第３アンドゲート５，９を介して気体の信号入力を
禁止し、液体流量パルスのみを端子１１より出力する。
気体流量計測時は、液体流量パルスは出力されず、イン
バータ８、第２アンドゲート７を介して気体流量パルス
が出力される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】

本考案は、同一流管内を通過する、液体又は気体の流量の何れか一方の流体流 量を、該流管に配設された一つの渦流量計の液体および気体用変換回路の何れか を、自動的に切替えて、該当する流体の流量パルスを選別出力する機能をもつ渦 流量計の変換器に関する。

【０００２】

【従来技術】

渦流量計は、周知の如く、流管内に装着し、該渦発生体から発生分離するカル マン渦を検出して、単位時間当たりの渦の数から流量を求める、という極めて簡 易な原理と構造をもっており、渦信号は、容易にパルス信号に変換でき、デジタ ル流量信号が得られ、計測可能流量範囲も広いことから計装における流量検出端 として有用であり、近年、被計測流体の種類、適用範囲も拡大されている。また 、渦流量計の流量パルスのパルス定数は、ストローハル数により定められるが、 このストローハル数はレイノルズ数に依存するので、ストローハル数が一定の範 囲では、パルス定数が定まり、気体、液体の密度の異なる流体であっても、前記 レイノルズ数範囲では、パルス定数を変更せずに流量パルスを演算し、計測でき るという利点もあり、一つの渦流量計で液体、又は気体の流量を計測することが 試みられている。例えば、Ａの液体を計測後、蒸気洗浄し、Ｂの液体と切替え再 び蒸気洗浄しＡの液体計測をすることを繰返す等があげられる。この場合、Ａ液 、Ｂ液および蒸気流量は当然乍ら各々液別に計測される。

【０００３】 一方、渦流量計における渦の検出方式として、渦変動圧力または揚力変化を利 用する方式が多用されているが、これらの検出信号は、流体密度と流速の２乗に 比例した信号レベルとなる。工業的用途においては、計測対象となる流体で液体 は、密度が高く流速は小さいが、気体は、密度が小さく流速が大きいので、液体 と気体との測定流量範囲における、渦信号の周波数範囲、および信号レベルは大 きく異なり、一つの渦流量計で、液体と気体の流量を測定する場合、従来は、液 体用の信号変換器（以降単に変換器と呼ぶ）と気体用の変換器とを併置し、各々 の変換器の切替えを、液体、又は気体の流体源からの流路切替え時点で手動に切 替えていた。この方式では、液体、又は気体の流体源から流管に流入する流体路 切替え時点で、当該流体用変換器を切替えるという煩雑さがあり、また誤操作の 起こる危険性もあった。

【０００４】 上述の問題点に対し、本出願人は、実願平１−２９３３５号において、同一流 管を流通している流体が液体又は気体の何れかであるかを、自動的に判断して計 測する渦流量計変換器を提案した。この渦流量計変換器は、渦信号の周波数が、 液体では低く、気体では高いことを利用したもので、各々液体、気体の計測範囲 をカバーする各々の帯域フィルタにより、液体の渦信号と、気体の渦信号とを分 離して出力したものである。この信号分離の原理は、液体の渦信号レベルをもつ 周波数範囲内には、検知可能な気体の信号レベルの渦周波数が含まれ、気体の渦 信号レベルの周波数範囲内には、検知可能な液体の渦信号レベルが含まれないこ とに着目して、気体の渦周波数の渦信号は、そのまま通過させて出力する。一方 液体の渦周波数の渦信号は、液体の渦信号をパルス変換して出力する禁止信号に より、気体の渦信号を遮断して出力するものである。

【０００５】 上述の従来技術は、気体の渦信号に、液体の渦信号の周波数帯域の成分の信号 が含まれない、という条件によって成立するものであるが、気体流量が大きくな ると、正規の渦信号が低周波雑音で変調され、この雑音成分により誤動作液体渦 信号として計測されるという問題点があった。

【０００６】

【目的】

本考案は、上述の問題点に鑑みなされたもので、同一流管内を液体又は気体の 何れかで流通し、これを、渦流量計により計測する場合、現在流通する何れかの 流体を、切替えて、流れ雑音成分の影響を受けることなく、当該流体の流量を計 測する渦流量計変換器を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【構成】

本考案は、上記目的を達成するために、同一流管内の通過する、液体、または 気体何れか一方の流体流量を計測する渦流量計の変換器において、渦信号を増幅 する増幅回路と、液体流量範囲における低い上限周波数の渦信号を液体流量パル スに変換し、変換時に高いレベル信号を出力する液体用変換回路と、気体流量範 囲における高い上限周波数渦信号を気体流量パルスに変換し、変換した気体流量 パルスが高周波数である時に高いレベル信号を出力する気体用変換回路と、前記 気体用変換回路の高レベル信号により液体用変換回路の高レベル出力を禁止し、 気体流量計測時に液体用変換回路に入力する低周波成分ノイズによる誤動作を防 止するゲート手段とからなり、前記増幅回路に液体用変換回路および気体用変換 回路を各々接続し、液体流量計測時は、前記液体用変換回路の高レベル信号によ り気体流量パルスを閉じて液体流量パルス信号のみを出力し、気体流量計測時は 、液体流量パルスを閉じて気体流量パルス信号のみを出力し、液体、気体の何れ かの計測流体の流量パルスを判別して出力することを特徴とするものである。 以下、本考案の一実施例に基づいて説明する。

【０００８】 図１は、本考案の渦流量計変換器の構成を示すブロック図で、図中、１はセン サ、２はチャージアンプ、３は気体用変換回路、３１は気体用アンプ、３２はト リガ回路、３３は高周波検知回路、４は液体用変換回路、４１は液体用アンプ、 ４２はトリガ回路、４３はパルス検知回路、５は第１のアンドゲート、６はイン バータ、７は第２のアンドゲート、８はインバータ、９は第３のアンドゲート、 １０はオアゲート、１１は出力端子である。

【０００９】 図示において、センサ１は、図示しない流管に介装され、液体又は気体流量を 計測する渦流量計の渦信号を検出するセンサで、図示のものは、渦変動圧力を電 気信号として検出する圧電素子センサを示す。検出信号は、圧電係数、流体密度 および流量の２乗に比例したレベルで出力される。チャージアンプ２は前記高イ ンピーダンスの圧電信号を受けて、液体および気体の流量範囲に対応する広範囲 な渦周波数を比例増幅する。該チャージアンプ２は、気体用変換回路３と液体用 変換回路４とに接続される。 気体用変換回路３は、気体の流量範囲の高い上限周波数を有する渦信号を気体 流量パルスとして出力する回路で、アンプ３１と、トリガ回路３２と、気体流量 パルスが高周波数である時に高レベル信号を出力する高周波数検知回路３３とか ら構成されている。 また、液体用変換回路４は、液体の流量範囲の低い上限周波数を有する渦信号 を液体パルスとして出力する回路で、アンプ４１と、トリガ回路４２と、液体計 測時に高レベル信号を出力するパルス検知回路４３とから構成されている。 第１のアンドゲート５は、高周波数検知回路３３の出力に、インバータ６を介 した信号と、パルス検知回路４３の出力とを入力する。第２のアンドゲート７は 、気体用変換回路３の気体流量パルス出力と、前記第１のゲートの出力をインバ ータ８を介したものとを入力する。第３のアンドゲート９は、液体用変換回路４ の液体流量パルス出力と、前記第１のゲート５の出力とを入力する。オアゲート １０は、前記第２、第３のアンドゲート出力７，９を入力とし、出力端子１１よ り液体又は気体流量パルスを出力する。

【００１０】 次に、図示のブロック図の動作を説明する。チャージアンプ２の出力は、気体 用アンプ３１および液体用アンプ４１に同時に入力されるが、気体用アンプ３１ は、流速の大きい気体流量に対応して高い渦周波数を増幅し、流量範囲外の周波 数成分を遮断するとともに信号レベル変化を小さくするために、高次のローパス フィルタを有している。液体用アンプ４１も、同様に、流速の小さい液体流量に 対応した低い渦周波数に対応する、好適な高次のローパスフィルタを有している 。

【００１１】 図３は、液体計測時においての液体用アンプ４２および気体用アンプ３１のア ンプ特性を示す図で、図中、Ａ（実線）は液体用アンプ特性、Ｂ（点線）は気体 用アンプ特性である。図中のＡ_LおよびＢ_Lは、液体アンプ出力および気体アンプ 出力を示すもので、縦軸ＯｄＢに相当するレベルが、次段のトリガ回路４２で、 流量パルスを出力するのに必要な下限レベルである。斜線Ｃの領域は、液体流量 範囲Ｑ_Lを表すもので、該液体流量範囲Ｑ_Lでは、液体用アンプ出力Ａ_L（実線） は、当然ながら、渦信号を次段のトリガ回路４２で流量パルスを出力するのに充 分なレベルに増幅され、下限流量においても充分なるレベルを有する。しかし、 同時に、気体用アンプ出力Ｂ_L（点線）もＰ_Gの周波数を下限として、流量パルス を出力するのに充分なレベルに増幅される。

【００１２】 図４は、気体計測時においての液体用アンプ４１および気体用アンプ３１のア ンプ特性を示す図で、Ａ，Ｂは、図２と共通した各々のアンプ特性である。斜線 Ｄの領域は気体用流量範囲Ｑ_Gを示すが、この範囲においては気体用アンプ３１ の出力Ｂ_G（点線）は、次段のトリガ回路で流量パルスを出力するのに充分なレ ベルに増幅されるが、液体用アンプ４１出力Ａ_G（実線）は流量パルスを出力す るのに必要なレベルを有しない。即ち液体計測時は、液体用トリガ回路４２、気 体用トリガ回路３２双方から流量パルスが出力されるが、気体計測時は、気体用 トリガ回路３２からのみ流量パルスが得られ、液体用トリガ回路４２からは流量 パルスが出力されない。従って、液体用トリガ回路４２に流量パルスが出力され ている時は、液体計測中であると判別でき、液体用トリガ回路４２に流量パルス が出力されていない時は、気体計測中であると判別できる。

【００１３】 パルス検知回路４３は、液体用トリガ回路４２から流量パルスが出力されたこ とを検知する回路であり、流量パルスの周波数が液体流量範囲の下限周波数より も大きい場合に、高レベル信号を出力する。 また、高周波数検知回路３３は、気体流量計測時に液体用変換回路４に入力す るノイズによりパルス検知回路４３が誤動作することを防止する目的のものであ り、気体用トリガ回路３２から出力された流量パルスの周波数が液体流量範囲の 上限周波数よりも大きい場合に、高レベル信号を出力して、パルス検知回路４３ の出力を禁止する。

【００１４】 図２は、パルス検知回路４３および高周波数検知回路３３の原理を示すブロッ ク図で、図中、１２は入力端子、１３は第１単安定マルチバイブレータ（以降単 にモノマルチと呼ぶ）、１４は第２モノマルチ、１５はアンドゲート、１６はイ ンバータである。

【００１５】 図示において、トリガ回路３２の出力に接続された入力端子１２の信号Ａは、 各々第１モノマルチ１３とインバータ１６に入力し、その出力Ｃ，Ｂはアンドゲ ート１５に入力する。該アンドゲート１５の出力Ｄは第２モノマルチ１４に入力 し出力Ｅを端子１７より出力する。 モノマルチ１３が出力する、パルスＣの高いレベルのパルス幅（時間）は、高 周波数検知回路３３及びパルス検知回路４３で検知させる周波数におけるパルス 間隔時間の１／２になるように設定し、モノマルチ１４が出力する、パルスＥの 高いレベルのパルス幅（時間）は、高周波数検知回路３３及びパルス検知回路４ ３で検知させる周波数におけるパルス間隔時間より大きく設定する。

【００１６】 図５は、パルス検知回路４３および高周波数検知回路３３の動作を説明するた めのタイムチャートを示す図で、入力パルスの周波数が検知する周波数より小さ い場合を示す。図示において、入力パルスＡの立ち上がりをトリガとして、第１ のモノマルチ１３が出力した、パルスＣの高いレベルの時間Ｔ１が、入力パルス Ａのパルス間隔時間の１／２であるＴ２よりも小さいので、アンドゲート１５の 出力Ｄは低いレベルのままであり、第２のモノマルチ１４の出力Ｅも低いレベル のままである。

【００１７】 図６は、パルス検知回路４３および高周波数検知回路３３の動作を説明するた めのタイムチャートを示す図で、入力パルスの周波数が、検知させる周波数より 大きい場合を示す。図示において、入力パルスＡのパルス幅Ｔ₂はパルス間隔時 間の１／２であり、該Ｔ２は、入力パルスＡの立ち上がりをトリガとして、第１ のモノマルチ１３が出力したパルスＣの高いレベルの時間Ｔ１よりも小さいので 、アンドゲート１５の出力にパルスＤが出力され、第２のモノマルチ１４が出力 Ｅを出力する。第２のモノマルチ１４が出力するパルスの高いレベルの時間Ｔ３ は、検知させる周波数におけるパルス間隔時間より大きく設定してあるので、高 いレベルの時間Ｔ３が終了する前に、次のアンドゲート１５の出力Ｄが入力され ることとなり、この結果、第２のモノマルチ１４の出力は、高いレベルのままと なり、高周波数検知およびパルス検知の目的をはたす。

【００１８】 また、第１のアンドゲート５、インバータ６、第２のアンドゲート７、インバ ータ８、第３のアンドゲート９およびオアゲート１０は、前述の渦信号特性を利 用して、液体流量計測時は、液体流量パルス、気体流量計測時は、気体流量パル ス信号を出力するゲート回路である。液体流量計測時は、液体用変換回路４にお けるパルス検知回路４３の出力である高いレベル信号と、気体用変換回路３にお ける高周波数検知回路３３の出力である低いレベル信号を、インバータ６で反転 した高いレベル信号とを入力した、第１のアンドゲート５の出力は、高いレベル 信号となる。この高いレベル信号は、インバータ８を介して、第２アンドゲート ７に入力されるので、第２のアンドゲートは閉じられ、気体流量パルスは出力さ れない。他方、第３のアンドゲート９が開かれ、オア回路１０を介して液体流量 パルスのみが出力される。また、気体流量計測時は、液体用変換回路４における パルス検知回路４３の出力が、低いレベル信号となり、第３のゲート９が閉じら れ、この結果、液体流量パルスは出力されず、気体流量パルスのみが出力される 。さらに流量パルスの周波数が、液体流量範囲の上限周波数を超えるような気体 計測時においては、気体用変換回路３における高周波数検知回路３３の出力が高 いレベルになって、液体用変換回路４におけるパルス検知回路４３の出力接続さ れた第１のアンドゲート５を閉じるので、液体変換回路４にノイズが表れてパル ス検知回路４３がパルスを検知しても、液体流量パルスは出力されず、誤動作を 防止できる。

【００１９】

【効果】

叙上の如く、本考案の渦流量計変換器によれば、液体又は気体が同一の流管を 通流した場合においても、液体又は気体の流量パルス信号を自動的に判別切替え 出力するので、人為的なミスもなく、流路切替えと同時に気体、液体用変換器を 切替える煩雑さもなく、簡易な計装ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の渦流量計変換器を構成する回路要素
のブロック図である。

【図２】 図１の構成回路に採用される高周波数検知回
路及びパルス検知回路の回路ブロック図である。

【図３】 液体計測時のアンプ特性である。

【図４】 気体計測時のアンプ特性である。

【図５】 パルス周波数が小さい場合の、高周波数検知
回路及びパルス検知回路の動作タイムチャートを示す。

【図６】 周波数が大きい場合の高周波数検知回路及び
パルス検知回路の動作タイムチャートを示す図である。

【符号の説明】

１…センサ、２…チャージアンプ、３…気体用変換回
路、４…液体用変換回路、５…第１のアンドゲート、６
…インバータ、７…第２のアンドゲート、８…インバー
タ、９…第３のアンドゲート、１０…オアゲート、１１
…出力端子、１２…入力端子、１３，１４…単安定マル
チバイブレータ、１５…アンドゲート、１６…インバー
タ、１７…出力端子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一流管内を通過する、液体、または気
   体何れか一方の流体流量を計測する渦流量計の変換器に
   おいて、渦信号を増幅する増幅回路と、液体流量範囲に
   おける低い上限周波数の渦信号を液体流量パルスに変換
   し、変換時に高いレベル信号を出力する液体用変換回路
   と、気体流量範囲における高い上限周波数渦信号を気体
   流量パルスに変換し、変換した気体流量パルスが高周波
   数である時に高いレベル信号を出力する気体用変換回路
   と、前記気体用変換回路の高レベル信号により液体用変
   換回路の高レベル出力を禁止し、気体流量計測時に液体
   用変換回路が検知する低周波成分ノイズによる誤動作を
   防止するゲート手段とからなり、前記増幅回路に液体用
   変換回路および気体用変換回路を各々接続し、液体流量
   計測時は、前記液体用変換回路の高レベル信号により気
   体流量パルスを閉じて液体流量パルス信号のみを出力
   し、気体流量計測時は、液体流量パルスを閉じて気体流
   量パルス信号のみを出力し、液体、気体の何れかの計測
   流体の流量パルスを、判別して出力することを特徴とす
   る渦流量計変換器。