JPS5836290B2 - カルマン渦流量計 - Google Patents
カルマン渦流量計Info
- Publication number
- JPS5836290B2 JPS5836290B2 JP53084413A JP8441378A JPS5836290B2 JP S5836290 B2 JPS5836290 B2 JP S5836290B2 JP 53084413 A JP53084413 A JP 53084413A JP 8441378 A JP8441378 A JP 8441378A JP S5836290 B2 JPS5836290 B2 JP S5836290B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vortex
- output
- frequency
- time
- pulse
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- 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
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
- G01F1/3282—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting variations in infrasonic, sonic or ultrasonic waves, due to modulation by passing through the swirling fluid
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は,カルマン渦を利用して流体の流量を測定する
カルマン渦流量計に関するものである。
カルマン渦流量計に関するものである。
流体中に柱状の物体を挿入すると,この物体の両側面に
交互に渦が発生し,下流に渦列となって流されていく。
交互に渦が発生し,下流に渦列となって流されていく。
この渦はカルマン渦と呼ばれ.既に周知の現象である。
このカルマン渦を用いた流量計の渦発生装置及び渦の検
出方法については,特許公告昭51−13428に詳し
く記載されている。
出方法については,特許公告昭51−13428に詳し
く記載されている。
カルマン渦流量計を例えば自動車用エンジンの吸入空気
量測定に用い,この吸入空気量を基にデイジタルコンピ
ュータでエンジン制御を行うシステムを構或する場合,
デイジタルコンピュータは吸入空気量情報をデイジタル
量として取込む必要がある。
量測定に用い,この吸入空気量を基にデイジタルコンピ
ュータでエンジン制御を行うシステムを構或する場合,
デイジタルコンピュータは吸入空気量情報をデイジタル
量として取込む必要がある。
この方法としては.吸入空気量に比例して発生するカル
マン渦を,渦に比例した周波数として取出し.この周波
数を周波数一電圧変換回路により電圧に変換し,さらに
この電圧をアナログデイジタル変換器によってデイジタ
ル量とすることが考えられる。
マン渦を,渦に比例した周波数として取出し.この周波
数を周波数一電圧変換回路により電圧に変換し,さらに
この電圧をアナログデイジタル変換器によってデイジタ
ル量とすることが考えられる。
エンジンの吸入空気量は.エンジン回転及び負荷の大小
によジ約30倍変化し,その精度は3係程度必要である
。
によジ約30倍変化し,その精度は3係程度必要である
。
従って,吸入空気量をデイジタル量に変換した場合の値
Vi50〜1500となる。
Vi50〜1500となる。
カルマン渦周波数を電圧に変換した時の最大電圧をIO
Vとすると.この電圧のl能Vi6.7mVとなる。
Vとすると.この電圧のl能Vi6.7mVとなる。
よって,Lに述べた方法によれば、回路の調整及びノイ
ズ等の問題により、七記電圧の分解能の点からL記精度
を維持するのは難しい。
ズ等の問題により、七記電圧の分解能の点からL記精度
を維持するのは難しい。
本発明は、L記の様な問題を除去するため,L記周波数
に同期してこの周波数全サンプリングL,このサンプリ
ングタイム間のパルス数およびその巾をカウンタによう
計測し、パルス数およびその巾のデータを基に演算装置
で周波数を計算し.吸入空気量を計算することによシ上
記の精度を得るカルマン渦流量計を提供することにある
。
に同期してこの周波数全サンプリングL,このサンプリ
ングタイム間のパルス数およびその巾をカウンタによう
計測し、パルス数およびその巾のデータを基に演算装置
で周波数を計算し.吸入空気量を計算することによシ上
記の精度を得るカルマン渦流量計を提供することにある
。
以下,図に示す本発明の一実施例について説明する。
第1図は,本発明の一実施例を示す構或図であシ,1は
流体(例えば空気)の流れの方向を示す矢印,2は渦発
生体の外箱,21は渦発生体、22は発生(−た渦の1
つである。
流体(例えば空気)の流れの方向を示す矢印,2は渦発
生体の外箱,21は渦発生体、22は発生(−た渦の1
つである。
3は渦検出装置、31は超音波発信子,32Vi超音波
受信子である。
受信子である。
渦検出装置3は、該装置に内蔵された図示しない発振回
路により超音波発信子31を,駆動し、超音波を発生さ
せる。
路により超音波発信子31を,駆動し、超音波を発生さ
せる。
この超音波は渦22等により渦が発生する毎に周波数変
調を受け,超音波受信子32へ到達する。
調を受け,超音波受信子32へ到達する。
渦検出装置3は、上記の周波数変調を受けた超音波を超
音波受信子32で検出し,七記超音波周波数の変化を,
内蔵した図示しないFM信号復調器で復調し,パルス列
として出力する。
音波受信子32で検出し,七記超音波周波数の変化を,
内蔵した図示しないFM信号復調器で復調し,パルス列
として出力する。
4は、L記パルス列の周波数より高い周波数のパルスを
出力する発振器、6は渦検出装置3の出力をトリガ入力
とし、タイマー5の出力をプリセット入力とするDフリ
ツブフロツブである。
出力する発振器、6は渦検出装置3の出力をトリガ入力
とし、タイマー5の出力をプリセット入力とするDフリ
ツブフロツブである。
Dフリツプフロツプ6の出力は,七記ブリセット入力が
「H」レベルの時,.1:記トリガ入力とは無関係にr
HJレベルとなり.L記ブリセット入力がrLJレベル
でかつL記トリが入力が「L」からrHJレベルに変化
した時. 「L」 レベルとなる。
「H」レベルの時,.1:記トリガ入力とは無関係にr
HJレベルとなり.L記ブリセット入力がrLJレベル
でかつL記トリが入力が「L」からrHJレベルに変化
した時. 「L」 レベルとなる。
5は、演算装置10の出力するトリガ信号により一定時
間(例えば5 0 m sec) rHJレベルの信号
を上記ブリセット入力へ出力するタイマーである。
間(例えば5 0 m sec) rHJレベルの信号
を上記ブリセット入力へ出力するタイマーである。
7は、渦検出装置3の出力するパルス列を計数するパル
ス数カウンタで、演算装置10によう計数値がゼロにリ
セットされ、Dフリツプフロツブ6の出力がrHJレベ
ル[6る時のみ計数を行う。
ス数カウンタで、演算装置10によう計数値がゼロにリ
セットされ、Dフリツプフロツブ6の出力がrHJレベ
ル[6る時のみ計数を行う。
8は,発振器4の出力するパルスを計数するパルス巾カ
ウンタで,演算装置10により計数値がゼロにリセット
され,Dフリツブフロツプ6の出力が「H」レベルにち
る時のみ計数を行い,計数値がオーバーフローした時,
「L」レベルのキャリー信号を出力する。
ウンタで,演算装置10により計数値がゼロにリセット
され,Dフリツブフロツプ6の出力が「H」レベルにち
る時のみ計数を行い,計数値がオーバーフローした時,
「L」レベルのキャリー信号を出力する。
9は,Dフリツプフロツブ6の出力と,L記キャリー信
号を入力とL, Dフリツプフロツブ6の出力がrLJ
レベルになった時、又はE記キャリー信号が出力された
時,演算装置10へ割込信号を出力するアンド回路であ
る。
号を入力とL, Dフリツプフロツブ6の出力がrLJ
レベルになった時、又はE記キャリー信号が出力された
時,演算装置10へ割込信号を出力するアンド回路であ
る。
演算装置10は.例えばマイクロプロセッサの様なもの
で構或され.h記割込信号の入力時に、パルス数カウン
タ7およびパルス巾カウンタ8の計数値を取シ込み,次
KL記カウンタ7,8をリセットし.次にタイマー5ヘ
トリガ信号を出力し、その後七記カウンタ7,8の値を
基に流体の流量を計算する。
で構或され.h記割込信号の入力時に、パルス数カウン
タ7およびパルス巾カウンタ8の計数値を取シ込み,次
KL記カウンタ7,8をリセットし.次にタイマー5ヘ
トリガ信号を出力し、その後七記カウンタ7,8の値を
基に流体の流量を計算する。
次に,第2図に示すタイミングチャートにより,第1図
の実施例の動作を述べる。
の実施例の動作を述べる。
aは渦検出装置3の出力する上記パルス列の信号,bは
タイマー5の出力信号,CはDフリツブフロツプ6の出
力信号、cl発振器4の出力するパルス,efl演算装
置10がパルス数カウンタ7およびパルス巾カウンタ8
の計数値を取9込み,タイマー5ヘトリガ信号を出力す
る1での時間、f!I′i演算装置10が流体の流量を
計算する時間を示す。
タイマー5の出力信号,CはDフリツブフロツプ6の出
力信号、cl発振器4の出力するパルス,efl演算装
置10がパルス数カウンタ7およびパルス巾カウンタ8
の計数値を取9込み,タイマー5ヘトリガ信号を出力す
る1での時間、f!I′i演算装置10が流体の流量を
計算する時間を示す。
時亥11t1 において,タイマー5の出力信号bが「
L」レベルに在り,渦検出装置3の出力するパルス列の
信号aがrLJ レベルからrHJレベルに変化したと
すると,Dフリツブフロツプ6の出力信号Cは「L」レ
ベルとなる。
L」レベルに在り,渦検出装置3の出力するパルス列の
信号aがrLJ レベルからrHJレベルに変化したと
すると,Dフリツブフロツプ6の出力信号Cは「L」レ
ベルとなる。
Dフリツブフロツブ6の出力信号cy>E「LJレベル
となることにより、パルス数カウンタ7およびパルス巾
カウンタ8は計数動作を停止L. tたアンド回路9
は割込信号を発生する。
となることにより、パルス数カウンタ7およびパルス巾
カウンタ8は計数動作を停止L. tたアンド回路9
は割込信号を発生する。
演算装置10はこの割込信号を検知し.パルス数カウン
タ7およびパルス巾カウンタ8の計数値を取り込み、次
にとのカウンタ7,8をリセットし,次に時刻t2にタ
イマー5ヘトリガ信号を出力する。
タ7およびパルス巾カウンタ8の計数値を取り込み、次
にとのカウンタ7,8をリセットし,次に時刻t2にタ
イマー5ヘトリガ信号を出力する。
タイマー5の出力はrHJレベルとなり.Dフリツブフ
ロツブ6のブリセット入力がrHJレベルとなるため,
Dフリツブフロツブ6の出力u rHJレベルとなり,
パルス数カウンタ7およびパルス巾カウンタ8は計数動
作を開始する。
ロツブ6のブリセット入力がrHJレベルとなるため,
Dフリツブフロツブ6の出力u rHJレベルとなり,
パルス数カウンタ7およびパルス巾カウンタ8は計数動
作を開始する。
演算装置10ili.時刻t2 よシ流体の流量の計算
全開始し,時刻131でにその計数を完了する。
全開始し,時刻131でにその計数を完了する。
タイマー5は.時刻t2 よシ時間△t3(例えば50
msec)経過した時刻t4K,出力をrLJレベルに
する。
msec)経過した時刻t4K,出力をrLJレベルに
する。
その後,時刻t5に渦検出装置3の出力するパルス列が
rLJレベルからrHJレベルに変化すると、パルス数
カウンタ7およびパルス巾カウンタ8は計数動作を停止
し,アンド回路9は割込信号を発生し,演算装置10は
L述したと同様の動作をくり返す。
rLJレベルからrHJレベルに変化すると、パルス数
カウンタ7およびパルス巾カウンタ8は計数動作を停止
し,アンド回路9は割込信号を発生し,演算装置10は
L述したと同様の動作をくり返す。
ここで,時刻t1からt2tでの時△t1は,100μ
sec以下であり(演算装置10をN−MOSマイクロ
プロセッサで構或し,そのクロックク周波数が2MH2
程度の場合).これに対しカルマン渦の生或周波数は数
KH2程度であるため、時間△t1 の間にパルス列a
のパルスがパルス数カウンタ7へ入力されることがない
。
sec以下であり(演算装置10をN−MOSマイクロ
プロセッサで構或し,そのクロックク周波数が2MH2
程度の場合).これに対しカルマン渦の生或周波数は数
KH2程度であるため、時間△t1 の間にパルス列a
のパルスがパルス数カウンタ7へ入力されることがない
。
従ってパルス数カウンタ7tjパルス列aをミスカウン
トすることはない。
トすることはない。
昔た,時間△t1 はほぼ一定時間であるため,時間△
t1の間にパルス巾カウンタ8が数えない発振器4の出
力パルス数はほぼ一定の数値となる。
t1の間にパルス巾カウンタ8が数えない発振器4の出
力パルス数はほぼ一定の数値となる。
従って,この数値をパルス巾カウンタ8の計数値に加算
することにより.時刻t1 から時刻t2の間にパルス
巾カウンタ8が発振器4の出力するパルスを計数する値
を正確に求めることができる。
することにより.時刻t1 から時刻t2の間にパルス
巾カウンタ8が発振器4の出力するパルスを計数する値
を正確に求めることができる。
次に、演算装置10がパルス数カウンタ7およびパルス
巾カウンタ8の計数値から流量を求める方法について述
べる。
巾カウンタ8の計数値から流量を求める方法について述
べる。
ここで,渦発生体21によシ発生したカルマン渦の周波
数をfK(Hz)tカルマン渦1つ当シに対する流量つ
1りパルス定数をC(7/パルス)とすると、流量■は V−C− fK(7) ・・・・・・・・・・・・
・・・・川・・・・・(])となる。
数をfK(Hz)tカルマン渦1つ当シに対する流量つ
1りパルス定数をC(7/パルス)とすると、流量■は V−C− fK(7) ・・・・・・・・・・・・
・・・・川・・・・・(])となる。
い1,パルス数カウンタ7の計数値をN,パルス巾カウ
ンタ8の計数値をT,発振器40周波数をfs.(H2
)とすると,周波数fKは従って,演算装置10は、パ
ルス数カウンタ7およびパルス巾カウンタ8の計数値か
ら,式(3)により流量を計算することができる。
ンタ8の計数値をT,発振器40周波数をfs.(H2
)とすると,周波数fKは従って,演算装置10は、パ
ルス数カウンタ7およびパルス巾カウンタ8の計数値か
ら,式(3)により流量を計算することができる。
ここで,パルス数カウンタ7およびパルス巾カウンタ8
は,渦検出装置3の出力するパルス列に同期して計数す
るので,上記カルマン渦の周波数fKを正確に求めるこ
とができる。
は,渦検出装置3の出力するパルス列に同期して計数す
るので,上記カルマン渦の周波数fKを正確に求めるこ
とができる。
曾た、この周波数fKのサンプリング時間は,タイマー
5によって定1り,ほぼ一定であるため,パルス巾カウ
ンタ8の計数値も周波数fKの大小に関係な〈ほぼ一定
となり,周波数fKはどの周波数においても一定の精度
で求められる。
5によって定1り,ほぼ一定であるため,パルス巾カウ
ンタ8の計数値も周波数fKの大小に関係な〈ほぼ一定
となり,周波数fKはどの周波数においても一定の精度
で求められる。
つまシ、演算装置10Kよって計算される流量精度は,
その流量の大小に関係なくほぼ一定であり、また発振器
4の周波数f3の設定により,必要な流量精度全得るこ
とができる。
その流量の大小に関係なくほぼ一定であり、また発振器
4の周波数f3の設定により,必要な流量精度全得るこ
とができる。
第1図の実施例において,流量が零に近い場合,カルマ
ン渦はほとんど発生しなくなるため、タイマー5の出力
が「L」レベルになった後もDフリツブフロツブ6の出
力UI’−HJレベルの11となる。
ン渦はほとんど発生しなくなるため、タイマー5の出力
が「L」レベルになった後もDフリツブフロツブ6の出
力UI’−HJレベルの11となる。
この場合、パルス巾カウンター8Vi所定時間後オーバ
ーフロー(キャリー信号を発生するので,これによりア
ンド回路9が割込信号を発生し.演算装置10は流量を
計算する。
ーフロー(キャリー信号を発生するので,これによりア
ンド回路9が割込信号を発生し.演算装置10は流量を
計算する。
従って,流量が零にもかかわらず、演算装置10の流量
演算結果が零Kならないと言うことはない。
演算結果が零Kならないと言うことはない。
昔た,この様な低流量時には,カルマン渦周波数と同期
してそのパルス巾を計数することは不可能となるが,例
えばエンジン制御の場合,その様な低空気量は実用範囲
外なため,問題にはならない。
してそのパルス巾を計数することは不可能となるが,例
えばエンジン制御の場合,その様な低空気量は実用範囲
外なため,問題にはならない。
第1図の実施例でu, Dフリツブフロツブ6の出力
25ErHJレベルの時のみカウンタ7,8が計数動作
を行う様にした6E.常時カウンタ7,8が計数動作を
行う様KL,,f:記割込信号が入力される毎に演算装
置10がカウンタ7,8の計数値を取り込み,前回の割
込信号の入力時に取り込んだカウンタ7,9の計数値と
の差から前回と今回の割込信号の間にカウンタ7,8の
計数した値を求めても良い。
25ErHJレベルの時のみカウンタ7,8が計数動作
を行う様にした6E.常時カウンタ7,8が計数動作を
行う様KL,,f:記割込信号が入力される毎に演算装
置10がカウンタ7,8の計数値を取り込み,前回の割
込信号の入力時に取り込んだカウンタ7,9の計数値と
の差から前回と今回の割込信号の間にカウンタ7,8の
計数した値を求めても良い。
1た,タイマー5の出力信号を演算装置10の中で作っ
ても良い。
ても良い。
以上の説明で明らかな様に,本発明によればカルマン渦
の発生に同期してほぼ一定の時間でその周波数を計数し
.その計数値から流量を計算するので常に所定の精度を
得ることができ、1た取扱う電圧レベルが数Vオーダで
丘述した周波数一電圧変換で取扱う電圧レベルよりも犬
き論ため耐ノイズ性を高めることができる。
の発生に同期してほぼ一定の時間でその周波数を計数し
.その計数値から流量を計算するので常に所定の精度を
得ることができ、1た取扱う電圧レベルが数Vオーダで
丘述した周波数一電圧変換で取扱う電圧レベルよりも犬
き論ため耐ノイズ性を高めることができる。
1た、演算装置がカルマン渦の周波数情報をデイジタル
量として直接取り込れるため,デイジルコンピュータに
最適の制御方法を実現することができる。
量として直接取り込れるため,デイジルコンピュータに
最適の制御方法を実現することができる。
第1図は,本発明の一実施例を示す構或図でちる。
第2図は、この実施例の動作を示すタイミングチャート
である。 2・・・・・・渦発生体の外箱,21・・・・・・渦発
生体,3・・・・・・渦検出装置,4・・・・・・発振
器.5・・・・・・タイマー6・・・・・・Dフリツブ
フロツブ,7・・・・・・パルス数カウンタ,8・・・
・・・パルス巾カウンタ、10・・・・・・演算装置。
である。 2・・・・・・渦発生体の外箱,21・・・・・・渦発
生体,3・・・・・・渦検出装置,4・・・・・・発振
器.5・・・・・・タイマー6・・・・・・Dフリツブ
フロツブ,7・・・・・・パルス数カウンタ,8・・・
・・・パルス巾カウンタ、10・・・・・・演算装置。
Claims (1)
- 1 流体中に設けられたカルマン渦発生装置,この渦発
生装置で発生した渦周波数に対応してパルス列を発生す
る渦検出装置,上記パルス列を計数する第1のカウンタ
.基準周波数を発生する発振器,この発振器の出力を計
数する第2のカウンタ,一定時間を作るタイマー.h記
第1と第2のカウンタの計数値よりL記流体の流量を計
算する演算装置より構吠され、L記パルス列に同期して
L記タイマーを起動し,この起動時点から上記所定時間
経過後の丘記パルス列の最初のパルスまでに計数するE
記第1および第2のカウンタの値をそれぞれNおよびT
とL, h記発振器の出力周波数をF8とするとき,
L記演算装置によりNとFsの積と、Tとの比に対応し
た値を演算し、該演算値によりE記流量を求めることを
特徴とするカルマン渦流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53084413A JPS5836290B2 (ja) | 1978-07-10 | 1978-07-10 | カルマン渦流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53084413A JPS5836290B2 (ja) | 1978-07-10 | 1978-07-10 | カルマン渦流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5510579A JPS5510579A (en) | 1980-01-25 |
| JPS5836290B2 true JPS5836290B2 (ja) | 1983-08-08 |
Family
ID=13829893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53084413A Expired JPS5836290B2 (ja) | 1978-07-10 | 1978-07-10 | カルマン渦流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5836290B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03242514A (ja) * | 1990-02-20 | 1991-10-29 | Nec Corp | 流量検出システム |
-
1978
- 1978-07-10 JP JP53084413A patent/JPS5836290B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5510579A (en) | 1980-01-25 |
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