JP5152538B2 - コリオリ質量流量計 - Google Patents

Description

本発明は、測定チューブ内を流れる流体の質量流量を測定するコリオリ質量流量計に関する。

従来から、両端が固定されている測定チューブ（Ｕ字管や直管）内に流体を流し、測定チューブを振動させ、測定チューブの両端の変形量を測定する２つのセンサで得られる一対の出力信号に基づいて流体の質量流量を演算するコリオリ質量流量計が提供されている。

このようなコリオリ質量流量計においては、測定チューブがコリオリ力によって振動するが、その効果を正確に発生させるために共振するように励振する。具体的には、測定チューブの変形量をセンサにて検知し、これに応じた電力を加振器に供給して、測定チューブを加振する。

例えば特許文献１には、アナログ回路による励振回路の構成が開示されている。特許文献１では、測定チューブの口径ごとに共振特性が異なることに鑑みて、共振振動の振幅を変更可能とすることにより、口径の異なる複数の測定チューブに対しても安定な振動を確保しうる構成が開示されている。

特開２００３−３０２２７２号公報

特許文献１に示されているように、口径ごとに共振振動の振幅を制御することは有益である。しかし、アナログ回路によって特許文献１に示されるような回路を構築すると、フィルタを構成するためのオペアンプやアナログスイッチ、演算抵抗、コンデンサなど、部品点数が多くなり、基板面積が大きく、また高価になってしまうという問題がある。これに対しデジタル信号処理とすることにより、ゲートアレイ、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)などの集積化したＩＣを使用することができ、基板面積の削減と低価格化を図ることができる。

しかし一般に、高精度な質量流量測定を行うコリオリ質量流量計は、市販されている高精度なΔΣ方式のＡＤコンバータのＩＣを用いることがある。このＡＤコンバータは、ΔΣ変調器とＬＰＦとが内蔵されており、このＬＰＦによってアナログ信号をデジタル信号に変換する際に遅延を生じる。したがって共振による励振を行おうとした際に位相にずれが生じ、振動制御の精度が低下し、ひいては測定の精度が低下してしまうという問題がある。

そこで本発明は、デジタル信号処理を行いながらも遅延の少ない高精度で安定した励振を行うことが可能なコリオリ質量流量計を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるコリオリ質量流量計の代表的な構成は、両端が固定されている測定チューブ内に流体を流し、測定チューブを振動させ、測定チューブの変形量を測定する２つのセンサで得られる一対の出力信号に基づいて流体の質量流量を演算するコリオリ質量流量計において、２つのセンサの出力信号をパルス密度信号にする第１ΔΣ変調器および第２ΔΣ変調器と、第１ΔΣ変調器および第２ΔΣ変調器が出力したパルス密度信号をそれぞれ多ビット信号にする第１ＬＰＦおよび第２ＬＰＦと、２つの多ビット信号から質量流量を演算する信号演算処理部と、センサの出力信号に基づいて励振信号を生成する共振回路と、励振信号を増幅する駆動出力部と、増幅された励振信号によって測定チューブを加振する加振器と、を有し、共振回路は、第１ΔΣ変調器または第２ΔΣ変調器のいずれか一方が出力したパルス密度信号を増幅する乗算器と、第１ＬＰＦまたは第２ＬＰＦから出力された多ビット信号に基づいて測定チューブの振幅が安定するように乗算器の増幅率を制御する増幅率制御部と、乗算器によって増幅された信号をパルス密度信号にする第３ΔΣ変調器と、第３ΔΣ変調器が出力したパルス密度信号から励振信号を生成するＤＡＣと、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、励振するための信号には遅延が極めて小さいΔΣ変調器だけを用い、その増幅率は多ビット信号に基づいて制御する。これによりデジタル制御においても遅延の少ない高精度な共振による励振を行うことができる。そして、デジタル制御とすることにより、従来のアナログ回路と比較して部品点数を削減することができ、基板面積の縮小および部品コストの低減を図ることができる。

増幅率制御部は、第１ＬＰＦまたは第２ＬＰＦから出力された多ビット信号の正の値をとる整流回路と、整流回路の出力信号の高周波をカットして平滑する第３ＬＰＦと、平滑した多ビット信号と目標値との間で差分値を取る減算器と、差分値を増幅する可変増幅器と、第３ＬＰＦで用いるカットオフ周波数、減算器で用いる目標値、および可変増幅器で用いる増幅率を、測定チューブの口径に応じて記憶するレジスタとを含むことが好ましい。

増幅率制御部において、カットオフ周波数、減算器で用いる目標値、可変増幅器で用いる増幅率について、口径ごとに適した値を設定することにより、単一の励振回路で、口径の異なる測定チューブを安定に励振することができる。なお、測定チューブの口径を変更した場合には、使用するレジスタ値の設定も変更すればよい。

前記第１ＬＰＦまたは第２ＬＰＦから出力された多ビット信号を二値化するコンパレータと、二値化された信号をアナログ信号に変換する第２ＤＡＣとを含み、駆動出力部に駆動のための励振信号を入力する第２共振回路と、共振回路または第２共振回路を選択的に切り替えるセレクタと、セレクタの動作を制御する切替判定部とをさらに備え、切替判定部は、第１ＬＰＦまたは第２ＬＰＦから出力された多ビット信号の正の値をとる整流回路と、整流回路の出力信号の高周波をカットして平滑する第４ＬＰＦと、高周波をカットした多ビット信号と閾値との間で比較を行う比較器と、第４ＬＰＦで用いるカットオフ周波数を測定チューブの口径に応じて記憶し、比較器で用いる閾値を減算器で用いる目標値に応じて記憶するレジスタとを含み、駆動出力部は、セレクタによって選択された回路の出力信号を励振信号として増幅することが好ましい。

上記構成によれば、測定チューブの振幅が小さい起動時には増幅率の大きな第２共振回路で励振を行い、測定チューブの振幅が大きくなってくるとその振幅が一定となるように制御された共振回路で励振を行うことにより、迅速に安定状態にすることができる。

第１ΔΣ変調器および第２ΔΣ変調器が出力したパルス密度信号を加算する第２加算器と、第１ＬＰＦおよび第２ＬＰＦが出力した多ビット信号を加算する第３加算器をさらに備え、乗算器には第２加算器が加算した信号を入力し、増幅率制御部には第３加算器が加算した多ビット信号を入力することが好ましい。

２つの信号を加算した値を用いることにより、流体に気泡が混入してセンサの出力が乱れた場合であっても、乱れの影響を小さくすることができる。

本発明によれば、デジタル信号処理を行いながらも遅延の少ない高精度で安定した励振を行うことが可能なコリオリ質量流量計を提供することができる。

第１実施形態にかかるコリオリ質量流量計を示す図である。 増幅率制御部の構成を説明する図である。 第３ＬＰＦとカットオフ周波数の設定を説明する図である。 第２実施形態にかかるコリオリ質量流量計を示す図である。 第２ＨＰＦ、第３ＨＰＦ、加算器、駆動出力部の構成例である。 切替判定部の構成を説明する図である。 第３実施形態にかかるコリオリ質量流量計を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

［第１実施形態］
図１は第１実施形態にかかるコリオリ質量流量計１００を示す図である。検出器１１０には、両端が固定されている測定チューブ（不図示）の両端の変形量（振動）を測定する第１センサ１１２と第２センサ１１４、および後述する励振信号によって測定チューブを加振する加振器１１６が備えられている。測定チューブは既知のものを利用することができ、Ｕ字管または直管のいずれでもよい。また測定チューブは、口径の異なる複数種類のものを装着可能である。

測定チューブは上下に加振されると、流体が流れていない場合は１次モードの振動（半波長、すなわち腹が１つの振動）をする。しかし内部に流体が流れているとコリオリ力を受けてねじれを生じるため、２次モードの振動（１波長、すなわち節が１つで腹が２つの振動）をするようになる。このねじれ角は流体の質量流量に比例するため、測定チューブの両端の変形量を第１センサ１１２、第２センサ１１４で測定することにより、流体の質量流量を検知することができる。

第１センサ１１２、第２センサ１１４から出力された一対の出力信号は、それぞれ第１ΔΣ変調器１２０および第２ΔΣ変調器１２２によってΔΣ変調されて１ビットのパルス密度信号になる。ΔΣ変調自体は１ビットとは限らず、多ビットの出力のものもあるが、本実施形態では１ビットのもので説明する。なお、本発明は１ビットのΔΣ変調器に限定するものではない。

第１ΔΣ変調器１２０および第２ΔΣ変調器１２２が出力したパルス密度信号は、それぞれ第１ＬＰＦ１２４および第２ＬＰＦ１２６によって多ビット信号（普通のデジタルデータ）に変換される。

２つの多ビット信号は信号演算処理部１２８へと送られ、質量流量と密度が演算される。信号演算処理部１２８の動作については、例えば出願人の先願である特開平７-１８１０６９号に詳細に開示されているので、細部の説明は省略する。

励振回路１３０は加振器１１６を駆動させて測定チューブを励振するための回路である。励振回路１３０は、本実施形態では第１ΔΣ変調器１２０が出力するパルス密度信号と、第１ＬＰＦ１２４が出力する多ビット信号によって動作する。

励振回路１３０は、センサの出力信号に基づいて励振信号を生成する共振回路１３２と、励振信号を増幅する駆動出力部１３４を含んでいる。共振回路１３２について、順に説明する。

共振回路１３２では、第１ΔΣ変調器１２０が出力したパルス密度信号のパルス高さ（レベル）を乗算器１４０によって増幅し、多ビットのパルス密度信号にする。一方、第１ＬＰＦ１２４が出力した多ビット信号はＨＰＦ１４２によって直流信号（オフセット信号）をカットして、この多ビット信号に基づいて増幅率制御部１４４が乗算器１４０の増幅率を決定する。

増幅率制御部１４４は、ＨＰＦ１４２から出力された多ビット信号に基づいて測定チューブの振幅が安定するように増幅率を制御する。増幅率制御部１４４の詳しい構成例は後述する。

なお、図１では第１ΔΣ変調器１２０が出力したパルス密度信号を増幅しているが、第１ΔΣ変調器１２０または第２ΔΣ変調器１２２のいずれか一方が出力したパルス密度信号を増幅することができる。この場合において、ＨＰＦ１４２（すなわち増幅率制御部１４４）には、乗算器１４０が接続された第１ΔΣ変調器１２０または第２ΔΣ変調器１２２に接続された第１ＬＰＦ１２４または第２ＬＰＦ１２６から出力された多ビット信号が入力される。

乗算器１４０においてパルス高さが増幅された多ビットのパルス密度信号は、第３ΔΣ変調器１４６によってΔΣ変調して１ビットのパルス密度信号にする。仮に乗算器１４０で１．２倍に増幅したとしたら、第３ΔΣ変調器１４６でパルス密度が１．２倍となる。第１ΔΣ変調器１２０から第３ΔΣ変調器１４６までは、デジタル信号で処理が行われる。

第３ΔΣ変調器１４６が出力した１ビットのパルス密度信号は、ＤＡＣ１４８によってアナログ信号に変換する。アナログ変換の例としては、例えばＬレベルは０Ｖ、Ｈレベルは２．５Ｖのように変換することができる。そして第５ＬＰＦ１５０でΔΣ変調の高周波成分（量子化ノイズ）を除去し、通常のアナログ波形に変換する。そして第２ＨＰＦ１５２で直流信号をカットして、アナログ信号である励振信号を駆動出力部１３４に入力する。駆動出力部１３４は励振信号を増幅して加振器１１６を駆動する。この一連の動作により、共振による励振が行われる。

ここで特筆すべきは、第１ΔΣ変調器１２０および第２ΔΣ変調器１２２においては原理的に遅延が極めて小さいのに対し、第１ＬＰＦ１２４および第２ＬＰＦ１２６では遅延が発生することである。一方、増幅率の制御のように、信号の値を判断する場合には多ビット信号（通常のデジタル信号）が必要である。そこで上記構成では、励振するための信号には遅延が極めて小さいΔΣ変調器の出力だけを行い、その増幅率は多ビット信号に基づいて制御する。これによりデジタル制御においても遅延の少ない高精度な共振による励振を行うことができ、安定した振幅を得ることができる。また、デジタル制御とすることにより、従来のアナログ回路と比較して部品点数を削減することができ、基板面積の縮小および部品コストの低減を図ることができる。

図２は増幅率制御部１４４の構成を説明する図である。増幅率制御部１４４では、ＨＰＦから出力された多ビット信号は、整流回路の例としての絶対値回路１６０によって絶対値を取る。なお整流回路としては交流を直流にできればよく、絶対値回路を配置する代わりに、自乗回路を配置してもよい。絶対値を取った多ビット信号は、第３ＬＰＦ１６２によって高周波をカットして平滑化する。そして減算器１６４によって、平滑化した多ビット信号と目標値との間で差分値を取る。この差分値を可変増幅器１６６によって増幅して、乗算器１４０に対する増幅率とする。なお、目標値とは、測定チューブの励振の振幅を決定する値である。

上記構成によれば、多ビット信号の現在の値が目標値より小さいときは増幅率制御部１４４の出力は大きく（したがって共振回路１３２の利得が大きい）、多ビット信号の値が目標値に近づくと増幅率制御部１４４の出力は０に近づく（したがって共振回路１３２の利得は小さい）。これにより増幅率制御部１４４は、測定チューブの振幅が一定になるように増幅率を制御することができる。

また、レジスタ１６８には、第３ＬＰＦ１６２で用いるカットオフ周波数、減算器１６４で用いる目標値、および可変増幅器１６６で用いる増幅率を、測定チューブの口径に応じて記憶している。

第３ＬＰＦ１６２のカットオフ周波数については、カットオフ周波数を高くすると流体条件が変わったときの共振回路の応答が早くなる。一方で、第３ＬＰＦ１６２は多ビット信号を平滑化し直流信号を得るための回路であるため、カットオフ周波数を高くしすぎるとリップルが残り、共振回路１３２の制御が不安定になる。そこで上記のように、カットオフ周波数を口径ごとに異なる測定チューブの共振周波数にあわせて設定することで、応答が早く、安定な制御が可能となる。

図３は第３ＬＰＦ１６２とカットオフ周波数の設定を説明する図である。図３（ａ）、（ｂ）では、第３ＬＰＦ１６２を１次のＩＩＲ(Infinited Impulse Response)フィルタによって構成している。そして図３（ａ）に示す例では、口径に応じてＩＩＲフィルタの伝達関数（ゲインｋ）がレジスタ１６８に記憶しており、これを変更することによってカットオフ周波数を可変としている。図３（ｂ）に示す例では伝達関数を一定とし、ＬＰＦのサンプリング周波数を口径に応じて変更することによってカットオフ周波数を可変としている。

なお第３ＬＰＦ１６２は、図３に示した１次ＩＩＲフィルタに限らず、高次のＩＩＲフィルタ、ＦＩＲ(Finited Impulse Response)フィルタなどでも構成可能である。

減算器１６４で用いる目標値についても同様に、口径ごとに測定チューブの安定時の振幅が異なるため、これに応じた目標値をレジスタ１６８に記憶しておく。そして装着した測定チューブの口径に応じて目標値を設定することにより、安定な制御が可能となる。また、流体に気泡が混入した場合には目標値を低く設定することにより、励振電力が飽和してしまうことを回避し、質量流量出力の安定性を確保することができる。

可変増幅器１６６は、乗算器またはシフト演算器で実現することができる。増幅器１６６の増幅器を可変とする必要があるのは、ループの利得が、加振器１１６から測定チューブを経由して第１センサ１１２が検知する電圧特性に依存するためである。この電圧特性は測定チューブの口径ごとに異なるため、可変増幅器１６６の増幅率を口径ごとに適した値に設定することにより、安定な制御が可能となる。

すなわち、増幅率制御部１４４において、第３ＬＰＦ１６２で用いるカットオフ周波数、減算器１６４で用いる目標値、可変増幅器１６６で用いる増幅率について、口径ごとに適した値を設定することにより、単一の励振回路１３０で、口径の異なる測定チューブを安定に励振することができる。なお、測定チューブの口径を変更した場合には、装置の制御部に不図示の入力部から口径を入力することにより、使用するレジスタ値の設定も変更することができる。

［第２実施形態］
図４は第２実施形態にかかるコリオリ質量流量計２００を示す図である。上記第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。第１実施形態で説明した共振回路１３２は、測定チューブの振動が安定状態に近づいたときに一定の振幅になるように増幅率が制御されていた。第２実施形態ではこれに加えて増幅率の大きな第２共振回路２１０を備え、これらを切り替えて動作させる構成を説明する。

図４に示す第２共振回路２１０では、ＨＰＦ１４２から出力された多ビット信号を二値化するコンパレータ２１２を備えている。コンパレータ２１２は多ビット信号（交流信号）をその中心であるゼロと比較し、ＨまたはＬの値に二値化する。すなわちコンパレータ２１２の入力と出力の間では、位相は一致しているが、少しでも正の値であれば常に最大値が出力される。

コンパレータ２１２の出力（二値化された信号）は、第２ＤＡＣ２１４によってアナログ信号に変換する。アナログ変換の例としては、例えばＬレベルは０Ｖ、Ｈレベルは２．５Ｖのように変換することができる。そして矩形波のまま第３ＨＰＦ２１６で直流信号をカットする。

また共振回路の第３ΔΣ変調器１４６とＤＡＣ１４８の間、および第２共振回路２１０のコンパレータ２１２と第２ＤＡＣ２１４の間には、共振回路１３２または第２共振回路２１０を選択的に切り替えるセレクタ２２０が介在している。

切替判定部２２２は表１に示すようにセレクタ２２０の動作を制御して、共振回路１３２の信号と第２共振回路２１０の信号のいずれか一方を通過させる。ここでＩＮ１、ＯＵＴ１は共振回路１３２側の入出力、ＩＮ２、ＯＵＴ２は第２共振回路２１０側の入出力である（図４参照）。ＨまたはＬを固定出力すると、直流信号は第２ＨＰＦ１５２または第３ＨＰＦ２１６によってカットされるため、加算器２１８まで到達しない。

共振回路１３２および第２共振回路２１０から出力された信号（励振信号）は、加算器２１８によって駆動出力部１３４より前で加算する。加算器２１８から出力された励振信号は、第１実施形態と同様に駆動出力部１３４が信号を増幅して加振器１１６を駆動する。加算器２１８から出力された励振信号は、第１実施形態と同様に駆動出力部１３４が信号を増幅して加振器１１６を駆動する。ただし、セレクタ２２０によって共振回路１３２または第２共振回路２１０の信号が択一的に選択されるため、駆動出力部１３４にはいずれか一方の信号しか伝達されない。

図５は第２ＨＰＦ１５２、第３ＨＰＦ２１６、加算器２１８、駆動出力部１３４の構成例である。これらの要素は、図５に示すように一体となった演算回路で構成することができる。詳細には、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１、オペアンプＱ１、抵抗Ｒ３によって、ゲインが−（Ｒ３／Ｒ１）のハイパスフィルタが構成される。これは第２ＨＰＦ１５２と駆動出力部１３４に相当する。また、コンデンサＣ２、抵抗Ｒ２、オペアンプＱ１、抵抗Ｒ３によって、ゲインが−（Ｒ３／Ｒ２）のハイパスフィルタが構成される。これは第３ＨＰＦ２１６と駆動出力部１３４に相当する。さらに、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２を共にオペアンプＱ１の反転入力端子に接続することにより、オペアンプＱ１、抵抗Ｒ３を共用することができる。

図６は切替判定部２２２の構成を説明する図である。切替判定部２２２では、まずＨＰＦ１４２から出力された多ビット信号から、絶対値回路２２４によって絶対値を取る。この場合においても、絶対値回路を配置する代わりに、自乗回路を配置してもよい。絶対値を取った多ビット信号は、第４ＬＰＦ２２６によって高周波をカットして平滑化する。そして比較器２２８において閾値と比較することにより、セレクタ２２０の動作を決定する。具体的には、多ビット信号が閾値より大きいときは共振回路１３２を有効にし、小さいときには第２共振回路２１０を有効にする。なお、比較器２２８をヒステリシスつきコンパレータとすることで、多ビット信号が閾値付近になるときに共振回路１３２と第２共振回路２１０の切替が頻繁に行われることを回避し、安定した動作を行うことができる。

上記構成によれば、測定チューブの振幅が小さい起動時には増幅率の大きな第２共振回路２１０で励振を行い、測定チューブの振幅が大きくなってくるとその振幅が一定となるように制御された共振回路１３２で励振を行うことにより、迅速に安定状態にすることができる。

レジスタ２３０には、第４ＬＰＦ２２６で用いるカットオフ周波数を測定チューブの口径に応じて記憶している。そして、使用する測定チューブの口径に応じてカットオフ周波数を呼び出して使用する。

切替判定部２２２内の第４ＬＰＦ２２６のカットオフ周波数については、カットオフ周波数を高くすると、共振回路１３２と第２共振回路２１０の切替の応答が早くなる。一方で、第４ＬＰＦ２２６は信号を平滑し直流信号を得るための回路であるため、カットオフ周波数を高くしすぎると、リップルが残り制御が不安定になる。そこで上記のように、カットオフ周波数を口径ごとに異なるセンサの共振周波数にあわせて設定することで、応答が早く、安定な制御が可能となる。

なお第４ＬＰＦ２２６は、図３に示した増幅率制御部１４４の第３ＬＰＦ１６２と同様に１次ＩＩＲフィルタで構成することができ、さらに高次のＩＩＲフィルタ、ＦＩＲフィルタなどでも構成可能である。

またレジスタ２３０には、比較器２２８で用いる閾値を、減算器１６４で用いる目標値に応じて記憶している。具体的には、目標値が大きい場合には閾値も大きくすることにより、増幅率の大きな第２共振回路２１０によって早期に安定状態まで持って行くことができる。そこで、レジスタ２３０には目標値に対応した閾値を記憶しておき、目標値を変更した際に、比較器２２８の閾値も変更する。

［第３実施形態］
図７は第３実施形態にかかるコリオリ質量流量計３００を示す図である。上記各実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。第１および第２実施形態においては、第１ΔΣ変調器１２０のパルス密度信号と第１ＬＰＦ１２４の多ビット信号を用いるように説明した。

これに対し本実施形態では、図７に示すように、第１ΔΣ変調器１２０および第２ΔΣ変調器１２２が出力したパルス密度信号を加算する第２加算器３０２を備え、乗算器１４０には第２加算器３０２が加算した信号を入力する。また、第１ＬＰＦ１２４および第２ＬＰＦ１２６が出力した多ビット信号を加算する第３加算器３０４を備え、ＨＰＦ１４２には第３加算器３０４が加算した多ビット信号を入力するよう構成している。

このように、２つの信号を加算した値を用いることにより、流体に気泡が混入して第１センサ１１２または第２センサ１１４の出力が乱れた場合であっても、２つの出力信号の平均が取られることから、出力の乱れの影響を小さくすることができる。

［他の実施形態］
上記各実施形態において、第１ＬＰＦ１２４と第２ＬＰＦ１２６は、信号演算処理部１２８と励振回路１３０で共用する構成として例示した。しかし本発明はこれに限定するものではなく、信号演算処理部１２８と励振回路１３０でそれぞれ独立にＬＰＦを配置してもよい。

増幅率制御部１４４の絶対値回路１６０と切替判定部２２２の絶対値回路２２４は、別々の要素として説明したが、共用することができる。すなわち、ＨＰＦ１４２の下流側に共用の絶対値回路を設けて、これから第３ＬＰＦ１６２および第４ＬＰＦ２２６が信号を受け取るように分岐してもよい。なお、絶対値回路に代えて自乗回路を配置する場合も同様である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、測定チューブ内を流れる流体の質量流量を測定するコリオリ質量流量計として利用することができる。

１００…コリオリ質量流量計、１１０…検出器、１１２…第１センサ、１１４…第２センサ、１１６…加振器、１２０…第１ΔΣ変調器、１２２…第２ΔΣ変調器、１２４…第１ＬＰＦ、１２６…第２ＬＰＦ、１２８…信号演算処理部、１３０…励振回路、１３２…共振回路、１３４…駆動出力部、１４０…乗算器、１４２…ＨＰＦ、１４４…増幅率制御部、１４６…第３ΔΣ変調器、１４８…ＤＡＣ、１５０…第５ＬＰＦ、１５２…第２ＨＰＦ、１６０…絶対値回路、１６２…第３ＬＰＦ、１６４…減算器、１６６…増幅器、１６８…レジスタ、２００…コリオリ質量流量計、２１０…第２共振回路、２１２…コンパレータ、２１４…第２ＤＡＣ、２１６…第３ＨＰＦ、２１８…加算器、２２０…セレクタ、２２２…切替判定部、２２４…絶対値回路、２２６…第４ＬＰＦ、２２８…比較器、２３０…レジスタ、３００…コリオリ質量流量計、３０２…第２加算器、３０４…第３加算器

Claims (4)

1. 両端が固定されている測定チューブ内に流体を流し、前記測定チューブを振動させ、前記測定チューブの変形量を測定する２つのセンサで得られる一対の出力信号に基づいて流体の質量流量を演算するコリオリ質量流量計において、
   前記２つのセンサの出力信号をパルス密度信号にする第１ΔΣ変調器および第２ΔΣ変調器と、
   前記第１ΔΣ変調器および第２ΔΣ変調器が出力したパルス密度信号をそれぞれ多ビット信号にする第１ＬＰＦおよび第２ＬＰＦと、
   前記２つの多ビット信号から質量流量を演算する信号演算処理部と、
   前記センサの出力信号に基づいて励振信号を生成する共振回路と、
   前記励振信号を増幅する駆動出力部と、
   増幅された励振信号によって前記測定チューブを加振する加振器と、
   を有し、
   前記共振回路は、
   前記第１ΔΣ変調器または第２ΔΣ変調器のいずれか一方が出力したパルス密度信号を増幅する乗算器と、
   前記第１ＬＰＦまたは第２ＬＰＦから出力された多ビット信号に基づいて測定チューブの振幅が安定するように前記乗算器の増幅率を制御する増幅率制御部と、
   前記乗算器によって増幅された信号をパルス密度信号にする第３ΔΣ変調器と、
   前記第３ΔΣ変調器が出力したパルス密度信号から前記励振信号を生成するＤＡＣと、
   を含むことを特徴とするコリオリ質量流量計。
2. 前記増幅率制御部は、
   前記第１ＬＰＦまたは第２ＬＰＦから出力された多ビット信号の正の値をとる整流回路と、
   前記整流回路の出力信号の高周波をカットして平滑する第３ＬＰＦと、
   平滑した多ビット信号と目標値との間で差分値を取る減算器と、
   前記差分値を増幅する可変増幅器と、
   前記第３ＬＰＦで用いるカットオフ周波数、前記減算器で用いる目標値、および前記可変増幅器で用いる増幅率を、前記測定チューブの口径に応じて記憶するレジスタとを含むことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ質量流量計。
3. 前記第１ＬＰＦまたは第２ＬＰＦから出力された多ビット信号を二値化するコンパレータと、二値化された信号をアナログ信号に変換する第２ＤＡＣとを含み、前記駆動出力部に駆動のための励振信号を入力する第２共振回路と、
   前記共振回路または前記第２共振回路を選択的に切り替えるセレクタと、
   前記セレクタの動作を制御する切替判定部とをさらに備え、
   前記切替判定部は、
   前記第１ＬＰＦまたは第２ＬＰＦから出力された多ビット信号の正の値をとる整流回路と、
   前記整流回路の出力信号の高周波をカットして平滑する第４ＬＰＦと、
   高周波をカットした多ビット信号と閾値との間で比較を行う比較器と、
   前記第４ＬＰＦで用いるカットオフ周波数を前記測定チューブの口径に応じて記憶し、前記比較器で用いる閾値を前記減算器で用いる目標値に応じて記憶するレジスタとを含み、
   前記駆動出力部は、前記セレクタによって選択された回路の出力信号を前記励振信号として増幅することを特徴とする請求項２に記載のコリオリ質量流量計。
4. 前記第１ΔΣ変調器および第２ΔΣ変調器が出力したパルス密度信号を加算する第２加算器と、
   前記第１ＬＰＦおよび第２ＬＰＦが出力した多ビット信号を加算する第３加算器をさらに備え、
   前記乗算器には前記第２加算器が加算した信号を入力し、
   前記増幅率制御部には前記第３加算器が加算した多ビット信号を入力することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のコリオリ質量流量計。

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