JP3808871B2 - 温度補正機能付計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、計測信号を計測温度に基づき補正し、該温度及び補正された計測信号をそれぞれ出力しかつ表示部に表示する温度補正機能付計測装置に関する。

図３は、従来技術による流量計測装置を示す図である。流量センサで検出されたセンサ信号は、流量計測部でパルス信号として出力される。このパルス信号は、マイコン（マイクロプロセッサ）の流量演算処理部で受信されて、流量演算処理され、瞬時流量値或いは流量の総量として出力する。

この流量値は、温度の影響を受けるため、温度補正をする必要がある。このため、マイコンの温度演算処理部には、温度センサにより検出される温度信号が温度計測部を経て入力される。温度センサは、測温抵抗体に一定電流を流したときの抵抗体両端の電圧を測定することにより、温度を測定することが可能となる。このようにして測定された温度、及びそれに基づき補正された流量値はそれぞれ流量表示部及び温度表示部で表示される。

温度信号の入力に対して正しい温度値が表示されるように事前に温度計測部の校正（調整）が必要である。校正作業は、既知の正確な値の抵抗体を接続し、この抵抗体に電流を流したときの温度の表示を調整することにより行われる。この調整作業は、温度表示を見ながら行うため、温度計測周期が長いと温度表示の更新間隔が長くなり、作業が完了するまでに長時間を要することになる。

このように、流量計計数部は、外部の温度センサ（測温抵抗体）と接続し、温度センサからの信号を基に温度計測を行って、その結果を温度表示部に表示し、そして流量計測値に対し温度補正を行う機能を有しているが、通常、流量計計数部の主要部は、マイコンによって構成されると共に、計測現場への取付を容易にするため、電源として電池を使用している。そのため、電池の寿命を長くするために、流量計計数部の低電力化が要求される。

流量計測時は、流量計測のためにマイコンの高い処理能力を得るため、高いクロック周波数で動作させる必要がある。同様に、流量計測時の温度計測或いは温度校正時の温度計測は、速い応答性（温度計測（更新）周期の短縮）が要求されるために、高いクロック周波数で動作させて、短い周期で、温度センサに電流を頻繁に流す必要がある。

しかし、例えば、タンク内に充填する流体の流量を測定する場合のように、流量計測信号が検出されるのは、タンク内に充填しているとき、或いは排出しているときであり、その他の時間に信号は検出されない。或いは、間歇的に流れる流体の流量信号もまた、流れているときは検出されるが、その他の時間に信号は検出されない。

そこで、本発明は、低電力化を図るために、マイコン自身が流量信号の入力が有るときと無いときを判別してマイコンが動作するクロック周波数と動作モードを自動で切り替え、併せて温度計測（更新）周期を変えるようにし、不必要な電力の消費を抑えることを目的としている。

また、本発明は、校正（回路調整）時には、温度計測周期を短くして温度入力信号の変化に対する追従性を上げることで、不必要な電力の消費を抑えつつ、調整作業の効率化を図ることを目的としている。

本発明の温度補正機能付計測装置は、検出された計測信号を計測パルス信号として入力する流量演算処理部と共に、計測された温度が入力される温度演算処理部をマイコンにより構成し、該マイコンが、計測信号を計測温度に基づき補正し、該温度及び補正された計測信号をそれぞれ出力しかつ表示部に表示する。このマイコンは、高低２つの周波数の発振子を用いて、計測パルス信号の入力が有るときは、高い周波数の発振子を起動してアクティブモードにて動作する一方、最後に入力された計測パルス信号からある期間内に信号の再入力が無い場合、高い周波数の発振子の動作を停止して低い周波数の発振子による動作に切り替え、低消費電力モードに遷移する。そして、計測信号を補正するための温度の計測時に、温度計測周期を短くし、温度変化に対する応答性を上げる一方、温度補正のための温度計測が終了すると、温度計測周期を長くして測定した温度を、温度表示部で表示するために用いる。

また、温度の計測を、抵抗体の抵抗の変化により検出する温度計測部を、マイコンにより構成した温度演算処理部に接続して、該抵抗と温度の関係を予め知るための温度計測部の校正時に、温度計測周期を短くして温度入力信号の変化に対する追従性を上げるよう構成する。

本発明によれば、流量計計数部の主要部を構成するマイコンが計測状態を認識し、マイコン自身が発振子の動作を制御してクロック周波数と動作モードを自動で切り換えることによって、計数部の低電力化を図ることができる。これによって、計数部全体の消費電流は、計測信号が無いときは、計測時（温度計測中を含む）に対し約１／４に低減することが可能になった。

また、計測時の温度計測（更新）周期を短くし（１秒）、計測をしないときは長く（３０秒）することにより、計測持の温度変化に対する応答性の確保と、入力計測信号が無いときの低電力化を実現することができた。

さらに、稼動時と温度計測部回路調整時のそれぞれの温度計測周期を切り換えることで、計数部の低電力化と調整作業の効率化を図ることができる。計測をしない時の温度計測周期は長く（３０秒）するのに対して、校正時は短く（１秒）することで、調整後の結果が直ぐに表示に現れるため、調整作業がスムーズに行うことが可能になる。これによって、調整作業に掛かる時間を、１／３０に短縮することも可能になった。なお、調整中は、消費電流が高くなるが、調整に掛かる時間は、連続稼動時間（電池寿命：１年間）に比べて無視できるほどなので、電池寿命に殆ど影響を来さない。

図１は、本発明に基づき構成した流量計測装置の一例を示す図である。本発明は、一般的計測信号の測定、入力パルス信号の計数技術に対して適用することができるが、以下、計測信号として流量信号を例として説明する。流量信号は種々の形式の流量センサ（例えば容積流量計）で検出される。検出されたセンサ信号は、流量計測部で、例えば一定時間あたりのパルス数（パルス周波数）に変換したパルス信号として出力される。この流量計測部では、流量が、一定周期（サンプリング周期）Ｔ毎に算出され、この算出された流量値が、出力すべきパルス数に変換され、次に、一定周期の間に、算出されたパルス数を出力するものとして、パルス周期が算出されて、出力される。

このパルス信号は、マイコン（一般的に、マイクロプロセッサ或いはＣＰＵとも称されている）によって構成される流量演算処理部に受信されて、パルスの単位時間当たりのパルス数をカウントすることにより、或いはパルス周期を演算することにより、瞬時流量値を得ることができ、また、パルス数を積算することにより、流量の総量（積算流量値）を得ることができる。

この計測値、例えば流量値は、温度の影響を受けるため、温度補正をする必要がある。容積流量の場合、温度の変化につれて容積が変化するので、一定温度（例えば、１５℃）での流量値に換算されて出力される。このため、マイコンの温度演算処理部には、測定すべき流体中に挿入された温度センサにより検出される流体温度信号が温度計測部を経て入力され、温度演算処理される。温度センサは、測温抵抗体（例えば白金）により構成される。白金測温抵抗体は、広い温度範囲に渡る（例えば、−１０℃〜＋１５０℃）温度の変化につれて、抵抗値を変化させるものである。それ故、この測温抵抗体に一定電流を流したときの抵抗体両端の電圧を測定することにより、温度を測定することが可能となる。このようにして測定された温度、及びそれに基づき補正された流量値はそれぞれ流量表示部及び温度表示部で表示される。また、測定された温度、及び流量信号は、下流側装置に伝送されて利用される。

このような流量計測装置において、流量計計数部の主要部を構成するマイコンの動作環境に、高低２つの周波数の発振子（水晶発振子など）XTAL1、XTAL2を用いる。これによって、流量計測部からマイコンの入力ポートに流量パルス信号の入力が有るときは、マイコンは高い周波数の発振子XTAL1（例えば１ＭＨｚ）を起動し、アクティブモードにて動作する。

一方、最後に入力された流量パルス信号からある期間内に信号の再入力が無い場合、マイコンは高い周波数の発振子XTAL1の動作を停止して、低い周波数の発振子XTAL2（例えば３２ＫＨｚ）による動作に切り替え、低消費電力モードに遷移する。

この流量計測装置の動作について、さらに図２を参照して説明する。図中最上段には、「マイコンへの流量信号入力」を示しており、パルス入力無しの状態からパルス入力が開始され、そして、所定時間継続した後にパルス入力が終了したと仮定している。図中の中段に示す「マイコンの動作状態」は、パルス入力開始と共に、低い周波数クロックの低消費電力モードから高い周波数クロックのアクティブモードに移行し、そして、最後のパルス入力を検出してから５秒間パルス入力が無いことを検出して、再度低い周波数クロックの低消費電力モードに移行することを示している。

温度計測は、計測流体の温度を温度表示部に表示し、且つ計測流体値を温度補正するために行われる。表示器で表示するための温度計測に、速い追従性（応答性）は求められないのに対して、温度補正するための温度計測には、速い追従性が求められる。

温度計測を行うタイミングは、マイコンで制御を行うが、温度補正をするための温度計測は、上述の流量計測のためのマイコンの動作モードに一致させる。即ち、温度補正をするために、マイコンは高い周波数の発振子を起動し、アクティブモードにて動作する。これは、マイコンの入力ポートに流量信号（パルス）の入力が有るか否かを検出することによりアクティブモードにて動作する。入力が有るときは、温度計測周期を短くし、温度変化に対する応答性を上げる。

一方、温度補正のための温度計測が終了すると、マイコンは高い周波数の発振子の動作を停止して、低い周波数の発振子による動作に切り替え、低消費電力モードに遷移する。この場合、低消費電力モードへの遷移と同時に温度計測周期を長くする。この低消費電力モードで測定された温度が、温度表示部で表示するために用いられることは上述した通りである。

図２の最下段に示す温度計測周期は、低い周波数クロックの低消費電力モードに対応して、長い周期（例えば３０秒間隔）で温度計測をする一方、高い周波数クロックのアクティブモードに対応して短い周期（例えば１秒間隔）で温度計測をする。但し、詳細は後述するように、温度校正時は、マイコンへの流量信号が無い状態でも、高い周波数クロックのアクティブモードに移行する。

上述したように、温度の計測を、抵抗体の抵抗の変化により検出しているために、抵抗と温度の関係を予め知っておく必要がある。即ち、温度信号の入力に対して正しい温度値が表示されるように事前に温度計測部の校正（調整）が必要である。校正作業は、既知の正確な値の抵抗体を接続し、この抵抗体に電流を流したときの温度の表示を調整することにより行われる。例えば、１００Ωの抵抗体を接続したときに、０℃を表示するように調整する。この調整作業は、温度表示を見ながら行うため、温度計測周期が長いと温度表示の更新間隔が長くなり、作業が完了するまでに長時間を要することになる。

そのため、図１に示す流量計測装置は、温度校正時に、マイコンへの流量信号が無い状態でも、高い周波数クロックのアクティブモードに移行するよう構成している。温度校正時（温度計測部回路調整時）であるのか、通常の流量計測時（稼動時）かの判別は、マイコンの入力ポートのステータス信号（例えばスイッチのオン／オフ信号）を検出することにより行うことができる。そして、稼動時は、上述したように、流量信号入力の有無に応じて、温度計測（更新）周期を決定する一方、回路調整時は周期を短くして（例えば１秒間隔）、温度入力信号の変化に対する追従性を上げることで、稼動時の低電力化と調整作業の効率化を図ることができる。

なお、電源として電池を用いることにより本装置を計測現場へ取付けることが容易になるため、電池は通常に用いられる電源であり、この場合、低電力化を図ることのできる本発明によれば、電池の寿命を長くすることが可能になるが、しかし、本装置の電源としては電池に限らずその他のＡＣ、ＤＣ電源も用いることができる。

本発明に基づき構成した流量計測装置の一例を示す図である。 図１に例示の流量計測装置の動作を説明する図である。 従来技術による流量計測装置を示す図である。

Claims (2)

1. 検出された計測信号を計測パルス信号として入力する流量演算処理部と共に、計測された温度が入力される温度演算処理部をマイコンにより構成し、該マイコンが、前記計測信号を前記計測温度に基づき補正し、該温度及び補正された計測信号をそれぞれ出力しかつ表示部に表示する温度補正機能付計測装置において、
   前記マイコンは、高低２つの周波数の発振子を用いて、前記計測パルス信号の入力が有るときは、高い周波数の発振子を起動してアクティブモードにて動作する一方、最後に入力された計測パルス信号からある期間内に信号の再入力が無い場合、高い周波数の発振子の動作を停止して低い周波数の発振子による動作に切り替え、低消費電力モードに遷移し、かつ
   前記計測信号を補正するための温度の計測時に、温度計測周期を短くし、温度変化に対する応答性を上げる一方、温度補正のための温度計測が終了すると、温度計測周期を長くして測定した温度を、前記温度表示部で表示するために用いる、
   ことから成る温度補正機能付計測装置。
2. 前記温度の計測を、抵抗体の抵抗の変化により検出する温度計測部を、前記マイコンにより構成した温度演算処理部に接続し、該抵抗と温度の関係を予め知るための前記温度計測部の校正時に、温度計測周期を短くして温度入力信号の変化に対する追従性を上げるよう構成した請求項１に記載の温度補正機能付計測装置。
   

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