JP2007263859A - Vibration type measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は振動式計測装置に係り、特にセンサチューブを振動させてセンサチューブに作用するコリオリ力に応じた変位を検出するように構成された振動式計測装置に関する。 The present invention relates to a vibration type measurement apparatus, and more particularly to a vibration type measurement apparatus configured to detect a displacement corresponding to a Coriolis force acting on a sensor tube by vibrating the sensor tube.
流体が供給された管路を振動させて流体の物理量を測定する振動式測定装置として、例えばコリオリ式質量流量計または振動式密度計などがある。以下、コリオリ式質量流量計について説明する。このコリオリ式質量流量計では、被測定流体が通過するセンサチューブを加振器により管径方向に振動させ、流量に比例したコリオリ力によるセンサチューブの変位をピックアップにより検出するよう構成されている。また、振動式密度計も上記コリオリ式質量流量計と同様な構成になっており、センサチューブが被測定流体の密度に応じた周波数で振動する。 For example, a Coriolis mass flow meter or a vibratory density meter is available as a vibratory measuring device that measures a physical quantity of a fluid by vibrating a pipeline supplied with the fluid. Hereinafter, the Coriolis type mass flow meter will be described. In this Coriolis type mass flow meter, a sensor tube through which a fluid to be measured passes is vibrated in a tube diameter direction by a vibrator, and a displacement of the sensor tube due to a Coriolis force proportional to the flow rate is detected by a pickup. Further, the vibration type density meter has the same configuration as the Coriolis type mass flow meter, and the sensor tube vibrates at a frequency corresponding to the density of the fluid to be measured.
従来のコリオリ式質量流量計では、一対のセンサチューブに流体を流し、加振器（駆動コイル）の駆動力により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構成とされている（例えば、特許文献１参照）。また、従来は、加振器およびピックアップコイルがマグネットとコイルから構成されており、加振器の駆動コイルに駆動パルスまたは正負のある交番電圧（交流信号）が入力されると、センサチューブに取り付けられた駆動用マグネットに対して吸引力または反発力を作用させてセンサチューブを振動させ、振動するセンサチューブに取り付けられた検出用マグネットの変位をピックアップのセンサコイル（検出部）から出力される検出信号により検出するようになっている。 A conventional Coriolis mass flowmeter is configured to flow a fluid through a pair of sensor tubes and vibrate the pair of sensor tubes in a direction approaching and separating from each other by a driving force of a vibrator (drive coil) (for example, , See Patent Document 1). Conventionally, the exciter and the pickup coil are composed of a magnet and a coil. When a drive pulse or an alternating voltage (AC signal) with positive and negative is input to the drive coil of the exciter, it is attached to the sensor tube. The sensor tube is vibrated by applying an attractive force or a repulsive force to the drive magnet, and the displacement of the detection magnet attached to the vibrating sensor tube is detected from the sensor coil (detector) of the pickup. It is detected by a signal.
そして、コリオリの力は、センサチューブの振動方向に働き、かつセンサチューブの流入側と流出側とで逆方向である。そのため、センサチューブには、コリオリ力による捩れが生じ、この捩れ角がセンサチューブ内を流れる流体の質量流量に比例する。従って一対のセンサチューブの流入側と流出側の夫々の捩れる位置に振動及びコリオリ力による変位を検出する一対のピックアップ（コイルとマグネットとを組み合わせた振動センサ）を設け、上記センサチューブの捩れによって生じる両センサの出力検出信号の位相差（時間差）を計測して、質量流量を計測している。 The Coriolis force acts in the vibration direction of the sensor tube and is in the opposite direction between the inflow side and the outflow side of the sensor tube. Therefore, the sensor tube is twisted due to Coriolis force, and the twist angle is proportional to the mass flow rate of the fluid flowing in the sensor tube. Therefore, a pair of pickups (vibration sensors combining a coil and a magnet) for detecting displacement due to vibration and Coriolis force are provided at the twisting positions on the inflow side and the outflow side of the pair of sensor tubes. The mass flow rate is measured by measuring the phase difference (time difference) between the output detection signals of both sensors.
ところが、例えば自動車の燃料として使用されるＣＮＧや水素などの高圧に加圧されたガスを供給するガス供給経路に上記コリオリ式質量流量計を設けて流量計測を行う場合、センサチューブの耐圧強度を高める必要がある。 However, when the Coriolis mass flow meter is provided in the gas supply path for supplying a gas pressurized to a high pressure such as CNG or hydrogen used as a fuel for automobiles, the pressure resistance of the sensor tube is reduced. Need to increase.
しかしながら、センサチューブの肉厚を厚くすると、センサチューブを振動させる加振器の駆動力を大きくしなければならず、かつセンサチューブの剛性が高くなった分、コリオリ力によるセンサチューブの変形が小さくなるので、入口側および出口側の振動センサの位相角（捩れ角）が小さくなってしまい、計測上の精度が低下する原因となっていた。 However, if the thickness of the sensor tube is increased, the driving force of the vibrator that vibrates the sensor tube must be increased, and the sensor tube is increased in rigidity, and the deformation of the sensor tube due to the Coriolis force is reduced. As a result, the phase angle (twist angle) of the vibration sensors on the inlet side and the outlet side becomes small, which causes a decrease in measurement accuracy.
そこで、従来のコリオリ式質量流量計では、センサチューブの入口側と出口側の距離を狭めたり、センサチューブの長さを伸ばしたりして、コリオリ力による捩れすなわち位相角を増やすようにすることが検討されている。
しかしながら、コリオリ式質量流量計において、コリオリ力に対するピックアップによる検出感度を上げることは、外部からの振動に対してセンサチューブが強度的に弱くなることを意味しており、例えば、センサチューブ全体がコリオリ力と同じ方向に振動してしまい、長時間かかって減衰するような現象が生じる場合がある。 However, in a Coriolis mass flow meter, increasing the detection sensitivity of a Coriolis force by picking up means that the sensor tube is weakened against vibrations from the outside. For example, the entire sensor tube is Coriolis. It may vibrate in the same direction as the force, causing a phenomenon that decays over a long time.
そのため、従来のものでは、センサチューブの真の流量と異なった検出信号に基づいて流量調整弁を制御するようなことが発生したり、流量がゼロのときに信号が出力させないためのゼロカット回路が動作して実際の流量と異なった値を出力することになり、流量制御及び計測精度が低下するおそれがある。 For this reason, in the conventional one, a zero cut circuit for controlling the flow rate adjustment valve based on a detection signal different from the true flow rate of the sensor tube or for preventing the signal from being output when the flow rate is zero. Will operate and output a value different from the actual flow rate, which may reduce the flow control and measurement accuracy.
さらに、ピックアップにより検出された信号の１周期ごとのばらつきは長時間平均化するとゼロとなるが、１周期ごとのばらつきが大きい場合には、必要な精度にまで平均化するための時間が長くなるといった問題が生じる。 Further, the variation for each cycle of the signal detected by the pickup becomes zero when averaged for a long time, but when the variation for each cycle is large, the time for averaging to the required accuracy becomes longer. Problems arise.
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した振動式計測装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a vibration type measuring apparatus that solves the above-described problems.
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following means.
請求項１記載の発明は、 被測定流体が流れるセンサチューブと、前記センサチューブを加振する加振器と、前記センサチューブの流入側変位を検出する流入側ピックアップと、前記センサチューブの流出側変位を検出する流出側ピックアップと、前記流入側ピックアップから得られる第１の検出信号と前記流出側ピックアップから得られる第２の検出信号との位相差を測定する位相差測定手段とを有する振動式計測装置において、前記位相差信号の変化に基づいて前記センサチューブに作用するコリオリ力以外の外乱による前記センサチューブの振動状態が変動したか否かを測定する振動状態測定手段と、前記センサチューブが前記コリオリ力以外の外乱による振動成分を有する場合に、そのときの振動周波数に応じて位相差信号の処理を変更する信号処理変更手段と、備えており、記課題を解決するものである。
The invention according to
前記信号処理変更手段は、前記コリオリ力以外の外乱により前記センサチューブが周期的に変動する場合に、その周期に応じた平均値を演算して位相差信号を補正することが望ましい。 When the sensor tube periodically changes due to disturbances other than the Coriolis force, the signal processing changing unit preferably calculates an average value corresponding to the period and corrects the phase difference signal.
前記信号処理変更手段は、前記コリオリ力以外の外乱により前記センサチューブが周期的に変動する場合に、その周期を検出する変動周期検出手段と、該変動周期検出手段により検出された変動周期に応じてフィルタ定数を変更して平均化時間を演算する演算手段と、を有することが望ましい。 The signal processing changing means includes a fluctuation period detecting means for detecting a period when the sensor tube periodically fluctuates due to a disturbance other than the Coriolis force, and a fluctuation period detected by the fluctuation period detecting means. And calculating means for calculating the averaging time by changing the filter constant.
本発明によれば、センサチューブが前記コリオリ力以外の外乱による振動成分を有する場合に、そのときの振動周波数に応じて位相差信号の処理を変更するため、例えば、センサチューブを変形しやすくして高圧に加圧されたガスなどを感度良く計測できるようにした場合でもねじれ振動（外乱）によるセンサチューブの周期的な変動による位相差信号の誤差を除去することが可能になる。そのため、比較的比重の小さい高圧ガスの流量を計測する場合にセンサチューブにコリオリ力以外の作用で捩れ振動が生じても正確に計測することが可能になる。 According to the present invention, when the sensor tube has a vibration component due to a disturbance other than the Coriolis force, the processing of the phase difference signal is changed according to the vibration frequency at that time. Thus, even when gas pressurized at a high pressure can be measured with high sensitivity, it is possible to eliminate errors in the phase difference signal due to periodic fluctuations in the sensor tube due to torsional vibration (disturbance). Therefore, when measuring the flow rate of the high-pressure gas having a relatively small specific gravity, it is possible to accurately measure even if torsional vibration occurs in the sensor tube due to an action other than the Coriolis force.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は本発明になる振動式測定装置の一実施例としてのコリオリ式質量流量計の正面図である。図２は図１に示すコリオリ式質量流量計の側面図である。尚、振動式測定装置は、被測流体の密度、及び密度を利用して質量流量を求めることができるため、振動式密度計及びコリオリ式質量流量計として用いられる。振動式密度計とコリオリ式質量流量計とは、同様な構成であるので、本実施例では質量流量計として用いた場合について詳細に説明する。 FIG. 1 is a front view of a Coriolis mass flow meter as an embodiment of a vibration type measuring apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a side view of the Coriolis mass flow meter shown in FIG. The vibration type measuring device can be used as a vibration type density meter and a Coriolis type mass flow meter because the mass flow rate can be obtained using the density and density of the fluid to be measured. Since the vibration type density meter and the Coriolis type mass flow meter have the same configuration, this embodiment will be described in detail when used as a mass flow meter.
図１及び図２に示されるように、質量流量計１０は、マニホルド１２と、マニホルド１２の上面に接続され、平行に形成された逆Ｕ字状のセンサチューブ１４，１５と、センサチューブ１４，１５の円弧状の中間部分１４ｃ，１５ｃ間に取り付けられた加振器１６と、センサチューブ１４と１５との流入側の相対変位（相対速度）を検出する流入側振動ピックアップ１８と、センサチューブ１４と１５との流出側の相対変位（相対速度）を検出する流出側振動ピックアップ２０を有する。マニホルド１２は、例えば、直方体形状の金属ブロックからなり、一方の端部に流入口１２ａが設けられ、他方の端部に流出口１２ｂが設けられている。そして、センサチューブ１４，１５の流入側端部１４ａ，１５ａが流入口１２ａに連通され、センサチューブ１４，１５の流出側端部１４ｂ，１５ｂが流出口１２ｂに連通されている。従って、流入口１２ａに流入された流体は、センサチューブ１４，１５を通過して流出口１２ｂより外部に流出される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
加振器１６は、センサチューブ１４の先端に取り付けられた励振コイル１６ａとセンサチューブ１５の先端に取り付けられたマグネット１６ｂからなる。また、振動ピックアップ１８は、振動するセンサチューブ１４に取り付けられたセンサコイル１８ａと、センサチューブ１５に取り付けられたマグネット１８ｂとからなる。また、振動ピックアップ２０は、センサチューブ１４に取り付けられたセンサコイル２０ａと、センサチューブ１５に取り付けられたマグネット２０ｂとからなる。
The
また、センサチューブ１４，１５の流入側またはマニホルド１２の流入口１２ａ付近の温度を測定する温度センサ３０が設けられている。
A
加振器１６、流入側振動ピックアップ１８、流出側振動ピックアップ２０は、図１に示すように正面からみてセンサチューブ１４，１５の中間位置を横切る縦線に対して対称に、且つ加振器１６を中心に流入側振動ピックアップ１８と流出側振動ピックアップ２０とが対称に設けられている。そして、加振器１６は流量計測制御回路４０により駆動制御され、流入側振動ピックアップ１８、流出側振動ピックアップ２０により検出された検出信号は、流量計測制御回路４０に入力される。
As shown in FIG. 1, the
加振器１６は、励振コイル１６ａに正負のある交番電圧（交流信号）が印加されて生じる磁界に対してマグネット１６ｂが吸引または反発することで、センサチューブ１４の中間部分を横方向（Ｙ方向）に振動させる。当然センサチューブ１５へはその反力として同じ力が働き、反対方向に振動する。
The
流入側振動ピックアップ１８は、上記コイル１８ａと、マグネット１８ｂから構成されているので、コイル１８ａ，マグネット１８ｂが流入側のセンサチューブ１４とセンサチューブ１５とともに近接・離間するため、センサコイル１８ａからはセンサコイル１８ａとマグネット１８ｂの変位量（変位速度）に応じた検出信号を出力される。また、流出側ピックアップ２０は、上記コイル２０ａと、マグネット２０ｂから構成されているので、コイル２０ａ、マグネット２０ｂが流出側のセンサチューブ１４とセンサチューブ１５とともに近接・離間するため、センサコイル２０ａからはセンサコイル２０ａとマグネット２０ｂの変位量（変位速度）に応じた検出信号が出力される。
Since the inflow-side vibration pickup 18 is composed of the coil 18a and the magnet 18b, the coil 18a and the magnet 18b come close to and away from the
図３は質量流量計１０の流量計測制御回路４０を示すブロック図である。図３に示されるように、流量計測制御回路４０は、本質安全防爆バリア回路４２、励振回路４４、振幅検出・励振・位相差（時間差）検出回路（以下「位相差検出回路」という）４６とを有する。さらに、温度センサ３０により検出された温度信号が入力されるバリア回路３２、温度測定回路３４、ヤング率演算回路３６を有する。
FIG. 3 is a block diagram showing the flow rate
また、流量計測制御回路４０は、位相差検出回路４６から出力された位相差（時間差）信号をヤング率演算回路３６から入力された温度補正値に基づいて補正するゲイン可変アンプ５０と、ヤング率・Ｖ／Ｆ変換を行って流量パルスを出力する流量出力回路５２と、位相差の変動周期に応じて位相差信号を平均化するフィルタリング回路５４とを有する。さらに、流量計測制御回路４０は、位相差信号の振幅変化を測定する振幅変化測定回路（振動状態測定手段）６０と、振幅変化測定回路６０より出力された捩れ振動周波数、捩れ振動振幅より平均化時間（変動周期）を演算してフィルタ定数を変更するフィルタ定数変更回路（信号処理変更手段）６２とを有する。
The flow rate
フィルタ定数変更回路６２は、コリオリ力以外の外乱によりセンサチューブ１４，１５が周期的に変動する場合に、その周期を求め（変動周期検出手段）、フィルタ定数を変更して変動周期に応じた平均化時間を演算（演算手段）する。フィルタリング回路５４は、フィルタ定数変更回路６２から出力されたフィルタ定数に基づいて時間差信号を平均化する。
The filter constant changing
上記構成になる質量流量計１０において、流量計測時は流量計測制御回路４０によって加振器１６が駆動され、センサチューブ１４および１５の振動特性（固有振動数）に応じた周期、振幅でセンサチューブ１４，１５の中間部分１４ｃ，１５ｃを振動させる。そして、センサチューブ１４，１５は、マニホルド１２に固定された両端を支点として円弧状の中間部分１４ｃ，１５ｃが近接、離間方向（Ｙ方向、図２参照）に振動する。
In the
このとき、振動するセンサチューブ１４と１５に流体が流れると、その流量に応じた大きさのコリオリ力が発生する。そのため、センサチューブ１４の流入側と流出側で動作遅れが生じ、これにより流入側ピックアップ１８のセンサ信号と流出側ピックアップ２０のセンサ信号との間に位相差が生じる。
At this time, when a fluid flows through the vibrating
流量計測制御回路４０は、上記流入側センサ信号と流出側センサ信号との位相差が流量に比例するため、当該位相差に基づいて流量を演算する。よって、センサチューブ１４の変位が流入側ピックアップ１８及び流出側ピックアップ２０により検出されると、上記センサチューブ１４の振動に伴う上記位相差が流量計測制御回路４０により質量流量に変換される。
Since the phase difference between the inflow side sensor signal and the outflow side sensor signal is proportional to the flow rate, the flow rate
例えば、質量流量計１０を水素ディスペンサに設けて高圧水素の流量計測及び充填制御を行う場合、センサチューブ１４，１５を振動させて質量流量に比例するコリオリ力を流入側の振動波形と流出側の振動波形との差から測定する。高圧水素に耐えうるセンサチューブ１４，１５の肉厚では、発生する時間差が小さく現行の大きさや長さでは測定できない位相差（時間差）となってしまう。そのため、センサチューブ１４，１５の長さを伸ばしたり、マニホルド１２との接続部分の間隔を振動ピックアップ取付位置の間隔よりも小さくすることでセンサチューブ１４，１５を捩れやすくして位相差を大きくすることを必要となってくる。しかし、コリオリ力に対する感度を上げることは、外部からの振動に対して弱くなることを意味しており，センサチューブ全体がコリオリ力と同じ方向に振動してしまい、長時間かかって減衰するような現象が見られる。
For example, when the
そのため、コリオリ力による位相差（ＤＣ成分：流量）の他に外部からの振動（外乱）でセンサチューブ１４，１５が捩れるような振動が残る現象が発生することがある。この場合には、真の流量と異なった信号に基づいて流量制御することになり、流量がゼロのときに流量パルスを出力しためのゼロカット回路が動作して、実際の流量と異なった値を出力することになる。さらに、１周期ごとの流量信号のばらつきは長時間平均化するとゼロとなるが、ばらつきが大きい場合には、必要な精度にまで平均化するための時間が長くなる。
Therefore, in addition to the phase difference (DC component: flow rate) due to Coriolis force, a phenomenon may occur in which vibrations such as the
そこで、本実施例では、位相差信号（時間差信号）の一周期ごとのばらつき（移動平均やフィルタした値との差）が大きい場合に、センサチューブ１４，１５が励振モードの他に、捩れ振動が存在して振動が異常となっていると判断する手段として振幅変化測定回路６０と、その振動を抑制する制御回路としてフィルタ定数変更回路６２、フィルタリング回路５４を設けたものである。
Therefore, in this embodiment, when the variation of the phase difference signal (time difference signal) for each cycle (difference from the moving average or the filtered value) is large, the
ここで、上記センサチューブ１４を加振器１５により振動させて被測流体の流量を計測する場合の原理について図４及び図５を参照して説明する。図４は加振器１５がセンサチューブ１４を振動させる状態を模式的に示す図である。図５は振動するセンサチューブ１４に作用するコリオリ力を模式的に示す図である。
Here, the principle in the case of measuring the flow rate of the fluid to be measured by vibrating the
図４に示されるように、流量計測時は、加振器１６の励振コイル１６ａに対して上記流量計測制御回路４０の励振回路４４から正負のある交番電圧（交流信号）が交互に出力されることで、励振コイル１６ａとセンサチューブ１５に設置されているマグネット１６ｂに同じ値で反対方向の力が発生するので、センサチューブ１４，１５の中間部分とセンサチューブ１５は共振状態で振動する。
As shown in FIG. 4, during flow rate measurement, positive and negative alternating voltages (AC signals) are alternately output from the
図５に示されるように、センサチューブ１４の流入側と流出側とでは、逆方向のコリオリ力＋Ｆ，−Ｆが作用する。これにより、センサチューブ１４と１５は、流入側と流出側とで振動に位相差が生じる。
As shown in FIG. 5, reverse Coriolis forces + F and −F act on the inflow side and the outflow side of the
すなわち、センサチューブ１４の中間部分１４ｃが図４中一点鎖線で示すように駆動されるとき、図４中破線で示すようにセンサチューブ１４の流入側にコリオリ力＋Ｆが作用し、センサチューブ１４の流出側にコリオリ力−Ｆが作用する。また、センサチューブ１４が図４中破線で示すように駆動されるとき、図５中実線で示すようにセンサチューブ１４の流入側にコリオリ力−Ｆが作用し、センサチューブ１４の流出側にコリオリ力＋Ｆが作用する。
That is, when the
このセンサチューブ１４の変位は、振動ピックアップ１８，２０のセンサコイル１８ａ，２０ａにより検出され、流量計測制御回路４０において、加振器１６に入力された励振信号との位相差（時間差）Δｔの信号に変換され、さらに流量パルスに変換される。即ち、流量計測制御回路４０は、次式の演算を用いて質量流量Ｑｍを算出する。
Ｑｍ＝Ａ・Δｔ…（１）
但し、（１）式において、Ａは当該質量流量計固有の定数である。
The displacement of the
Qm = A · Δt (1)
However, in the formula (1), A is a constant specific to the mass flow meter.
また、コリオリ力は、センサチューブ１４の振動周波数と同じ周波数で作用する。しかしながら、外部からの雑音や振動などの外乱によって引き起こされたセンサチューブ１４の捩れ振動は、センサチューブ１４の振動周波数と異なった周波数である。そのため、位相差（時間差）Δｔを検出すると、一周期ごとに時間差が大きくなったり小さくなったりするというような現象が起こる。
Further, the Coriolis force acts at the same frequency as the vibration frequency of the
図３に示す流量計測制御回路４０において、コリオリ力に対しての位相差信号は、ＤＣ成分であり、捩れ振動に対してはＡＣ成分として観測される。そのため、測定した位相差信号の一周期ごとに変化するＡＣ成分のみを出力するフィルタリング回路５４、振幅変化測定回路６０及びフィルタ定数変更回路６２を設け、振幅変化測定回路６０でフィルタリング回路５４の信号の大きさと周波数から外部振動によるセンサチューブ１４，１５の捩れ振動を求め、フィルタ定数変更回路６２で捩れ振動を減衰させるように信号処理条件を変更する。
In the flow rate
これにより、センサチューブ１４，１５のバランスが温度などで変化して、捩れ信号の挙動（振幅や周波数）が変化しても捩れ振動の影響がない位相差信号が得られるので、精度よく高圧流体（例えば、水素やＣＮＧなど）を計測することができる。また、流量計測制御回路４０は、流量制御などの用途に応じて応答周波数や時定数を設定した場合でも、フィルタリング回路５４、振幅変化測定回路６０及びフィルタ定数変更回路６２により捩れ振動の周波数の影響がないフィルタ定数や平均化処理ができるので、精度よく高圧流体を計測することができる。
Thereby, even if the balance of the
ここで、振動ピックアップ１８，２０のセンサ信号の波形による位相差について図６、図７を参照して説明する。また、図６、図７において、一定の流量を計測した場合の実験データであり、一定のコリオリ力が発生している。ここでは、正弦波の中央（センサ信号が０ボルト）の点での位相差Δｔを測定したように図示してある。
Here, the phase difference due to the waveform of the sensor signals of the
図６（A）(B)は振動ピックアップ１８，２０のセンサ信号の波形図である。図６（A）に示されるように、流入側のセンサ信号S1（実線で示す）と流出側のセンサ信号S２（破線で示す）との位相差Δｔは、コリオリ力によって生じた時間差であり、図６（B）に示されるように、流量が時間の経過と共に一定であれば、一定値となる。
6A and 6B are waveform diagrams of sensor signals of the
図７（A）(B)はセンサチューブ１４，１５に他の振動たとえばねじり振動が発生した場合に検出された振動ピックアップ１８，２０のセンサ信号の波形図である。図７（A）に示されるように、流入側のセンサ信号S1（実線で示す）と流出側のセンサ信号S２（破線で示す）との位相差Δｔは、A領域でプラスであるが、B領域でほとんどゼロに変化し、C領域でプラスに戻る。通常の流量計測において、流量が変化した場合には、位相差Δｔが流量変化に比例して増減する。
FIGS. 7A and 7B are waveform diagrams of sensor signals of the
しかしながら、センサチューブ１４，１５に他の振動、例えばねじり振動（外乱）が発生した場合には、位相差Δｔが急速に増減したり、流量があるのにゼロに低下するといった現象が生じる。例えば、図７（B）に示されるように、領域Bの位相差Δｔがゼロに低下した場合は、センサチューブ１４，１５に外乱によるねじり振動が発生したものと判定することが可能になる。
However, when other vibrations such as torsional vibration (disturbance) occur in the
また、図７（A）に示すセンサ信号の波形では、振動ピックアップ１８のセンサ信号S1と振動ピックアップ２０のセンサ信号S2は、時々刻々と時間軸方向の間隔すなわち位相差（時間差）が発生しており、図７（B）に示されるように、位相差Δｔの測定結果（センサ信号S1とS2の位相差）には１周期ごとにばらつき（階段状に変化）が生じることが分かる。
Further, in the sensor signal waveform shown in FIG. 7A, the sensor signal S1 of the vibration pickup 18 and the sensor signal S2 of the
この位相差Δｔの変動（ばらつき）は、周期的に発生するため、センサチューブ１４，１５にねじり振動によって生じているものと考えられる。そして、センサチューブ１４，１５にねじり振動が生じた場合、センサチューブ１４，１５の流入側と流出側とでは、一方で位相が進み、他方で位相が遅れため、流入側と流出側の位相差の平均値との差をとれば捩れ振動そのものであることになる。
Since the fluctuation (variation) in the phase difference Δt occurs periodically, it is considered that the
従って、流量計測制御回路４０では、図３に示す回路構成とすることにより、この位相差信号から捩れ振動の周波数、振幅を求め、ねじれ振動による外乱成分を除去するように演算している。すなわち、流量計測制御回路４０においては、位相差検出回路４６の出力から位相差信号に含まれるＤＣ成分（これがコリオリ力による時間差）と位相差信号に含まれるＡＣ成分（センサチューブ１４，１５が捩れて振動している信号）を振幅変化測定回路６０で分離することで、センサチューブ１４，１５のねじれ振動を検出し、その信号に応じて流量信号をフィルタリング回路５４もしくはフィルタ定数変更回路６２により移動平均する回路の定数を変更して、流量信号を生成する。
Therefore, the flow rate
図８乃至図１０にセンサチューブ１４，１５に流体を流した状態でねじれ振動（外乱）が加わった場合の位相差信号の変化をグラフI（破線）で示す。この一定流量を計測する状態において、位相差信号は、例えば、センサチューブ１４，１５のねじれ振動によって４周期に１回程度で位相差信号が上下（増減方向に変動）している。また、本実施例のセンサチューブ１４，１５を用いた場合には、４周期のｎ倍の周期の位相差信号成分が存在していることが実験データより分かる。
FIG. 8 to FIG. 10 show graph I (broken line) changes in the phase difference signal when torsional vibration (disturbance) is applied in a state where fluid flows through the
ここで、フィルタリング回路５４によりフィルタ処理および移動平均処理した場合の時間差信号の変化を見てみると、時定数固定とした場合のフィルタ処理のグラフII（図８参照）と平均時間固定の移動平均処理のグラフIII（図９参照）では、１周期の４分の１の周波数の成分が残っていることが分かる。（尚、図９の平均時間は、１０周期に相当している。）
また、本実施例では、センサチューブ１４，１５のねじれ振動が４周期に１回起こっていることから、４周期の１回の倍数平均時間を平均時間となるように移動平均の処理を変えてみると、図１０のグラフIVに示されるように、位相差のばらつきが減少しており、平均時間固定に比べ約１／２に減少し、フィルタ処理に比べて位相差信号の変動が約１／３に減少することが分かる。
Here, looking at changes in the time difference signal when the filtering process and the moving average process are performed by the filtering circuit 54, the graph II of the filter process when the time constant is fixed (see FIG. 8) and the moving average with the fixed average time. In the processing graph III (see FIG. 9), it can be seen that a component having a frequency of one quarter of one cycle remains. (The average time in FIG. 9 corresponds to 10 cycles.)
In this embodiment, since the torsional vibration of the
このように、センサチューブ１４，１５に発生したねじり振動の周期に応じた位相差信号の平均化処理を行うことにより、ねじり振動による位相差のばらつきを減少させることができ、質量流量計１０による計測精度をより高めることが可能になる。特に、比較的比重の小さい水素やCNGなどの高圧ガスの質量流量を計測する場合には、計測感度を高めるためにセンサチューブ１４，１５の剛性や支持強度を下げることがある。このような、センサチューブ１４，１５の剛性や支持強度が低下した場合においては、前述したようなセンサチューブ１４，１５にねじれ振動が発生することおそれがある。しかしながら、本実施例のように流量計測制御回路４０においては、位相差検出回路４６の出力から位相差信号に含まれるコリオリ力による位相差とセンサチューブ１４，１５が捩れて振動している信号成分を振幅変化測定回路６０で分離することで、センサチューブ１４，１５のねじれ振動を検出し、その信号に応じて流量信号をフィルタリング回路５４もしくはフィルタ定数変更回路６２により移動平均する回路の定数を変更して、流量信号を生成するため、ねじれ振動による信号成分を除去した位相差信号が得られ、流量計測精度が確保される。
Thus, by performing the averaging process of the phase difference signal according to the period of the torsional vibration generated in the
尚、上記実施例では、センサチューブ１４，１５の形状を逆U字状に形成した場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、他の形状（例えば、直管状、流入側端部と流出側端部との間隔を狭くしたΩ形状、あるいはJ字状に曲げた形状など）でも良いのは勿論である。
In the above embodiment, the case where the
また、上記実施例では、計測される高圧流体として水素やCNGを例示したが、これ以外の高圧ガスを計測する場合にも適用できるのは言うまでもない。 Moreover, in the said Example, although hydrogen and CNG were illustrated as a high pressure fluid to be measured, it cannot be overemphasized that it is applicable also when measuring high pressure gas other than this.
１０ 質量流量計
１２ マニホルド
１４，１５ センサチューブ
１６ 加振器
１８ 流入側振動ピックアップ
２０ 流出側振動ピックアップ
３０ 温度センサ
３４ 温度測定回路
３６ ヤング率演算回路
４０ 流量計測制御回路
４４ 励振回路
４６ 振幅検出・励振・位相差検出回路
５０ ゲイン可変アンプ
５２ 流量出力回路
５４ フィルタリング回路
６０ 振幅変化測定回路
６２ フィルタ定数変更回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記センサチューブを加振する加振器と、
前記センサチューブの流入側変位を検出する流入側ピックアップと、
前記センサチューブの流出側変位を検出する流出側ピックアップと、
前記流入側ピックアップから得られる第１の検出信号と前記流出側ピックアップから得られる第２の検出信号との位相差を測定する位相差測定手段とを有する振動式計測装置において、
前記位相差信号の変化に基づいて前記センサチューブに作用するコリオリ力以外の外乱による前記センサチューブの振動状態が変動したか否かを測定する振動状態測定手段と、
前記センサチューブが前記コリオリ力以外の外乱による振動成分を有する場合に、そのときの振動周波数に応じて位相差信号の処理を変更する信号処理変更手段と、
を備えたことを特徴する振動式計測装置。 A sensor tube through which the fluid to be measured flows;
A vibrator for vibrating the sensor tube;
An inflow side pickup for detecting an inflow side displacement of the sensor tube;
An outflow side pickup for detecting outflow side displacement of the sensor tube;
In a vibration type measuring apparatus having a phase difference measuring means for measuring a phase difference between a first detection signal obtained from the inflow side pickup and a second detection signal obtained from the outflow side pickup,
Vibration state measuring means for measuring whether or not the vibration state of the sensor tube has changed due to a disturbance other than the Coriolis force acting on the sensor tube based on the change of the phase difference signal;
When the sensor tube has a vibration component due to disturbances other than the Coriolis force, signal processing changing means for changing the processing of the phase difference signal according to the vibration frequency at that time;
A vibration type measuring apparatus characterized by comprising:
前記コリオリ力以外の外乱により前記センサチューブが周期的に変動する場合に、その周期を求める変動周期検出手段と、
該変動周期検出手段により検出された変動周期に応じてフィルタ定数を変更して平均化時間を演算する演算手段と、
を有することを特徴する請求項２に記載の振動式計測装置。 The signal processing changing means includes
When the sensor tube periodically fluctuates due to disturbances other than the Coriolis force, fluctuation period detecting means for obtaining the period;
A calculation means for calculating the averaging time by changing the filter constant according to the fluctuation period detected by the fluctuation period detection means;
The vibration type measuring apparatus according to claim 2, wherein
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010223804A (en) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Tokiko Techno Kk | Vibration-type measuring device |
| CN104197984A (en) * | 2014-08-21 | 2014-12-10 | 天信仪表集团有限公司 | Fuel gas energy metering method |
| KR20210033522A (en) * | 2018-07-30 | 2021-03-26 | 마이크로 모우션, 인코포레이티드 | Meter electronics and methods for validation diagnostics for flow meters |
| CN113899388A (en) * | 2021-10-08 | 2022-01-07 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | Self-adaptive data acquisition method for vibrating wire sensor |
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- 2006-03-29 JP JP2006091484A patent/JP2007263859A/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010223804A (en) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Tokiko Techno Kk | Vibration-type measuring device |
| CN104197984A (en) * | 2014-08-21 | 2014-12-10 | 天信仪表集团有限公司 | Fuel gas energy metering method |
| KR20210033522A (en) * | 2018-07-30 | 2021-03-26 | 마이크로 모우션, 인코포레이티드 | Meter electronics and methods for validation diagnostics for flow meters |
| JP2021533346A (en) * | 2018-07-30 | 2021-12-02 | マイクロ モーション インコーポレイテッド | Electronic measuring instrument for flowmeter and verification diagnostic method |
| JP7206368B2 (en) | 2018-07-30 | 2023-01-17 | マイクロ モーション インコーポレイテッド | Electronic measuring instrument and verification diagnostic method for flow meter |
| KR102528999B1 (en) | 2018-07-30 | 2023-05-03 | 마이크로 모우션, 인코포레이티드 | Meter electronics and methods for verification diagnostics on flow meters |
| US11821779B2 (en) | 2018-07-30 | 2023-11-21 | Micro Motion, Inc. | Flow meter with improved operational verification method |
| CN113899388A (en) * | 2021-10-08 | 2022-01-07 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | Self-adaptive data acquisition method for vibrating wire sensor |
| CN113899388B (en) * | 2021-10-08 | 2022-05-20 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | Self-adaptive data acquisition method for vibrating wire sensor |
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