JP2009063570A - 調整可能なサンプリング周波数を有するアナログデジタルコンバータを備えたコリオリ型質量流量測定装置及び質量流量の測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流動媒体の質量流量を測定するコリオリ型質量流量測定装置であって、流管2と該流管を回転軸線まわりに振動を起こさせる駆動手段と、流管の動きにしたがってその位置に対応するアナログ信号を該流管と協働して生ずるセンサ測定部と、サンプリング周波数のもとでアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータ(ADC)25と、デジタル信号について演算を行ない質量流量を表わす測定信号を得る手段とを有している流量測定装置において、センサ信号のサンプリングを異なる複数の周波数で実行する手段と、流れが変化するときにその変化の割合を測定する手段と、測定された変化の割合に依存して、予め定められたサンプリング周波数を選択する手段とを有している。
【選択図】図2
Description
b)高熱放散
・第二のサンプリング周波数は第一のサンプリング周波数の逓倍とすることができ、
・選択手段は、第一のサンプリング周波数での実行中に、所定の時間枠の間に測定された流体が所定値を超えて変化したとき、第二のサンプリング周波数を選択するようになっており、
・選択手段は、第二のサンプリング周波数での実行中に、所定の時間枠の間に測定された流体が所定値よりも少ない変化のとき、第一のサンプリング周波数を選択するようになっており(この場合と、前の場合において、上記予め定められた値は、例えば、実測あるいは公称範囲に対して或るパーセント、例えば40%として定めることができる)、
・選択手段は、第二のサンプリング周波数が、定められた期間だけ維持され、あるいは同種の流れの変化が生じるまで維持されるようになっていて、この場合には、上記期間は新たにスタートされる。
ADCのサンプリング周波数と演算の間隔の両方が採用されている。これは、図5に図式で示されている。この原理は、流量の変化の割合が低いときになされるサンプリング間隔(図5d)の増大にあり、その結果、プロセッサでの待機時間が演算時間(図5c)に比し長くなり、したがって平均エネルギ消費が低くなる(図5e)。次の解決策が実用的である。すなわち、サンプリング周波数が、正規では、低く、流れが急に変化したときに、一時的に増大する。サンプリング周波数は、ステップのない連続した様子となるが、実際に広く用いられているAD1939コーデックだと三つのステップが許容される。これらは、24,48そして98KHzであり、特殊な水晶(クロック)を用いてなされる。
・サンプリング周波数とこれに伴う流量演算の採用が流量の変化の割合に見合っている。
・サンプリング周波数とこれに伴う流量演算が、流量の変化の割合の予め定められた複数に分けられたステップで行なわれる。
・サンプリング周波数とこれに伴う流量演算が、流量の変化の割合の予め定められた二つもしくは三つに分けられたステップで行なわれる。
・上記三つの形態で、演算周波数がサンプリング周波数とは同じでなく、それよりも小さな整数倍であり、一回の演算に対して数回のサンプリングが行なわれる。
ADCのサンプリング周波数のみがここで採用され、演算周波数(1秒あたりの演算回数)は一定に保たれた。この方法は、エネルギ消費が抑制される一方で、所望の応答速度と許容ノイズレベルとの間で歩み寄りを可能とする。
・各演算サイクル毎に一つのサンプルを採るような流れの変化率に比例したサンプリング周波数の採用で、その平均値は流量演算ための入力となる。
・各演算サイクル毎に一つよりも多いサンプルを採るような、いくつか(例えば、二つあるいは三つ)の分離したステップでの流れの変化率についてサンプリング周波数の採用で、その平均値は流量演算のための入力となる。
・演算サイクル毎に、二つのサンプルに代えて四つのサンプルが採られるような流れの上記定められた変化率を超えるサンプリング周波数の採用で、その平均値は流量演算のための入力となり、「二モード切換」で次に述べるように精度が向上する。
・流れの変化率に応じて、流れの演算での最終ステップを形成する低域通過フィルタのパラメータの採用。
・ADCそしてDAC機能を有するアナログデバイスAD1939Audioコーデックチップが用いられる。しかし、同様なチップの供給業者のものも使用可能である。
・コーデックにおける「クロック分周器」と呼ばれるソフトウェアは、プロセッサで周期的に行なわれるソフトウェアによって適合されることができる。これはどの周波数でADCがアナログ信号をサンプリングするかで決まる。この周波数は、典型的なクロック水晶を用いるときには、AD1939に対して24,48あるいは96KHzである。
・このサンプリング周波数は、演算ユニットによって実行される演算の繰り返し周波数よりも、時間の整数倍だけ大きい。12KHzの周波数だと、フィルタは2,4あるいは8である。センサ信号は管の瞬時の位置を表わす。各サンプリングの後、ADCがこの位置、すなわち、アナログ電圧を出力バッファでビットのデジタル列に変換し、新しいデータがあるということを示すトリガ信号を演算ユニットに供する。
・演算ユニットはこれらのデータを読み取り一時的に蓄積する。
・これは二つの演算の間の待機時間で得られた各サンプルについて繰り返される。
・次の演算の開始直前に、演算ユニットは、動きを検知する各センサ測定部について、蓄積された平均値(管の位置)の平均値を決定する。したがって、これは、この場合、センサ測定部毎に2あるいは4あるいは8の数の平均化に関連する。
・クロック分周器の適合のための基準は、演算された流れの変化率であり、これは、上述のように、連続する二つもしくはそれよりも多い演算値から装置により決定される。
この形態では、「静的」そして「動的」な流れ状態が区別されている。
・これらの状態は、ADCの24そして48KHzのサンプリング周波数となる、クロック分周器の二つの値に対応する。
・プロセッシングサイクルは、常に12KHzである。
・流れの変化率が特定の限界、例えば、1秒以内に調整範囲の50%を超えたとき、特定期間だけ、例えば10秒だけスイッチが働いて「動的」とする。サンプリング周波数はこの間は、24から48KHzへと二倍になる。
・この限界を10秒以内でもう一度超えたなら、この時間は10秒のスタートにリセットされる。
・二つのサンプルの平均化は、「動的」モードで次の演算のために入力として行なわれる。
・さらに、「動的」モードにおいて、最終演算ステップを形成する低域通過フィルタが、例えば、固定ファクタ、例えば2というファクタで形成される。
ソフトウェアによるコーデック(すなわちADC/DAC)ハードウェアの再構成においては、もし要求があれば(例えば、入ってくるアナログ信号のモニタのために)、高いサンプリング周波数が選定されてもよい。高いサンプリング周波数は多くの情報を発生し高精度とする。この高入力精度は「高速」端部フィルタ設定にも拘らず同じ入力精度を達成するために犠牲にすることもできる。これは、同じ有効出力精度で維持されているが、測定の応答を早めることとなる。これに加え、消費電力の増大の点で費用が嵩み、また、熱放散(高サンプリング周波数におけるオフセット)が増大する。測定精度は、これによって、悪影響を受ける。しばしば、一方の特性(低速、低温、同じ最終精度)が有利な点となったり、他方の特性(高速、高温、同じ最終精度)が有利な点となることもある。
1)大体の流量信号が端部フィルタに入る前にこの信号を決定ブロックが検知する。
2)瞬時における「大体の流量」と予め設定された値あるいは前回の測定値と比較する。
3)もし、変動が速いと検出されたとき(例えば、測定値が前回の値に対して「常に」「大幅に」変動しているとき)には、測定は、高速そして高温(ダイナミックあるいはターボ)モードで運転するように決定する。
4)上記3)の場合には、「常に」の定義(例えば、何回)と「大幅に」の定義(例えば、どの位の強さ)が、例えば、測定装置の運転状況そして実績から知得した情報から求めておく。
5)ブロックが「定常」と検出されたとき(前回に比し変化していないで定常とされるとき)には、ブロックは装置を低速そして低温モードで運転することを決定する。
6)時には、オプションとして、ターボモードに一旦切り替えられると一定時間これが保持されることを確実とするように、二つのモード間での好ましくない切替えを避けるために、遅れを採用させることもある。
7)測定量が急速に変動しあるいは変動しようとしているとき(例えば、測定者になされた設定点の変更による場合)に他の確実な方法があるときには、この情報が決定プロセスに影響を及ぼすように加えられてもよい。したがって、決定プロセスは1)から7)に述べたファクタにもとづくが、これに限定されるものではない。
8)二つのモードはシステムを運転するために上述のように決定される。すなわち、通常あるいは低速そしてターボモード(二モード切換)である。用いられている関連ハードウェアそしてソフトウェアによって定まる特性によっては、しかしながら、いくつかの中間モード、さらには徐々に変化するモードを設定することも可能である。
2 流管(検出管)
11a (第一)センサ測定部
11b (第二)センサ測定部
11c (第三)センサ測定部
25 AD/DAコンバータ
Claims (22)
- 流動媒体の質量流量を測定するコリオリ型質量流量測定装置であって、流管と該流管を回転軸線まわりに振動を起こさせる駆動手段と、流管の動きにしたがってその位置に対応するアナログ信号を該流管と協働して生ずるセンサ測定部と、サンプリング周波数のもとでアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータ(ADC)と、デジタル信号について演算を行ない質量流量を表わす測定信号を得る手段とを有している流量測定装置において、センサ信号のサンプリングを異なる複数の周波数で実行する手段と、流れが変化するときにその変化の割合を測定する手段と、測定された変化の割合に依存して、予め定められたサンプリング周波数を選択する手段とを有していることを特徴とするコリオリ型質量流量測定装置。
- 測定装置が、測定された変化の割合の演算周波数をも採用している手段を有していることとする請求項1に記載のコリオリ型質量流量測定装置。
- 演算周波数が一定であることとする請求項1に記載のコリオリ型質量流量測定装置。
- サンプリング周波数が、少なくとも、静的モードの第一サンプリング周波数と動的モードのより高い周波数の第二サンプリング周波数の間で選択可能となっていることとする請求項1、請求項2そして請求項3のうちの一つに記載のコリオリ型質量流量測定装置。
- 第二サンプリング周波数が第一サンプリング周波数の逓倍の周波数であることとする請求項4に記載のコリオリ型質量流量測定装置。
- 選択手段は、第一サンプリング周波数での実行中に、所定の時間枠の間に測定される流体が所定値を超えて変化したときに、第二サンプリング周波数を選択するようになっていることとする請求項4に記載のコリオリ型質量流量測定装置。
- 選択手段は、第二サンプリング周波数で実行中に、予定の時間枠の間に測定される流体が所定値よりも小さく変化したときに、第一サンプリング周波数を選択するようになっていることとする請求項4に記載のコリオリ型質量流量測定装置。
- 選択手段は、選択されたサンプリング周波数が予め定められた所定時間の間維持されあるいは同様の流れの変化が生じるまで維持されるようになっていて、上記所定時間は新たにスタートすることとする請求項1ないし請求項7のうちの一つに記載のコリオリ型質量流量測定装置。
- 静的モードと動的モードの両方に、演算サイクルごと、平均値として用いられる複数のサンプルが決定されることとする請求項4に記載のコリオリ型質量流量測定装置。
- 静的モードよりも動的モードにおける方が多くのサンプルを平均化していることとする請求項9に記載のコリオリ型質量流量測定装置。
- 流管と、該流管の動きを示すセンサ信号を発生するように該流管と協働するセンサを有するコリオリ型質量流量装置を用いた流動媒体の質量流量の測定方法であって、流管は回転軸線まわりに振動して、センサ信号がデジタルセンサ信号となるようにサンプル周波数でサンプリングされ、演算周波数のもとでデジタルセンサ信号から質量流量を表わす測定信号を得ることとする測定方法において、測定信号の変化の割合が測定され、変化が高い割合のときに高サンプリング周波数が用いられそして変化が低い割合のときに低サンプリング周波数が用いられるようにサンプリング周波数を測定信号に対して採用することを特徴とする質量流量の測定方法。
- サンプリング周波数と演算周波数が測定値の変化の割合に対して依存して採用されていることとする請求項11に記載の質量流量の測定方法
- 演算周波数は一定した周波数であることとする請求項11に記載の質量流量の測定方法。
- 流量測定信号の変化の割合について定められた範囲で区分されたステップ毎にサンプリング周波数が決められていることとする請求項11、請求項12そして請求項13のうちの一つに記載の質量流量の測定方法。
- 流量測定信号の変化の割合について定められた範囲で区分されたステップ毎にサンプリング周波数そして流量演算周波数が決められることとする請求項11又は請求項12に記載の質量流量の測定方法。
- 変化の割合に比例したサンプリング周波数が採用され、一つもしくはそれよりも多いサンプルが演算サイクル毎に得られ、これらのサンプルの平均値が流量演算のための入力として用いられることとする請求項11、請求項12そして請求項13のうちの一つに記載の質量流量の測定方法。
- 区分された複数のステップにおける変化の割合に対してサンプリング周波数が採用され、各演算サイクル毎に一つあるいはそれよりも多いサンプルが得られ、これらのサンプルの平均値が流量演算のための入力として用いられることとする請求項11に記載の質量流量の測定方法
- 区分されたステップの数は少なくとも2であることとする請求項17に記載の質量流量の測定方法。
- 演算サイクル毎のサンプル数が2に代えて4とするように予め定められた変化の割合を超えてサンプリング周波数を二倍とし、サンプルの平均値が流量演算の入力として用いられることとする請求項11に記載の質量流量の測定方法。
- 測定信号の演算にてアルゴリズムを用い、該アルゴリズムが低域通過フィルタに関連し、該低域通過フィルタがサンプリング周波数に関連して採用されていることとする請求項11ないし請求項19のうちの一つに記載の質量流量の測定方法。
- 測定信号を演算するための手段が低域通過フィルタと関連していることとする請求項1ないし請求項10のうちの一つに記載のコリオリ型質量流量測定装置。
- 低域通過フィルタのパラメータがサンプリング周波数と関連していることとする請求項21に記載のコリオリ型質量流量測定装置。
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