(57)【要約】【課題】  機械的な振動や衝撃に起因する誤計測を防止する。【解決手段】  流体の流速に比例して発生する渦を圧電素子１１で検出し、検出回路１２で渦周波数の電圧信号に変換する。検出回路１２の出力はフィルター回路１３でノイズ成分が除去され、所定レベル以上の信号をパルス化回路１４でパルス信号に変換し、Ｆ／Ｖ変換回路１５で該パルス信号の周波数に比例した電圧信号を出力する。出力処理部１６は、Ｆ／Ｖ変換回路１５の出力が計測範囲下限出力電圧以下であるときには、計測出力を０として出力信号Ｖｏを出力する。これにより、機械的な振動に起因する計測信号を出力することが防止できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流速に比例して発生する渦を検出する圧電素子と、
該圧電素子に接続され、渦周波数の信号を出力する検出回路と、
該渦周波数の信号が入力され、計測範囲に対応する周波数を通過させるフィルター回路と、
該フィルター回路から出力された信号を２値化するパルス化回路と、
該２値化された信号を周波数−電圧変換するＦ／Ｖ変換回路と、
前記Ｆ／Ｖ変換回路の出力電圧が計測範囲下限出力電圧以上であるときにのみ、該Ｆ／Ｖ変換回路の出力を出力する出力処理部と
を備えたことを特徴とする渦流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を用いた渦流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を用いて渦を検出する渦流量計が知られている。
このような渦流量計において、カルマン渦により作用する交番力を検出する圧電素子からの出力を別々に受ける２つのチャージアンプ回路を設け、該２つのチャージアンプ回路の出力の差分をとることでコモンモードノイズ成分を相殺することが提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特許第３４７８３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記提案されている構成によれば、電気的なコモンモードノイズは除去することができるが、ウオーターハンマーによる機械的な衝撃、機械の運転又は停止時の機械的な衝撃、あるいは、装置運転時の断続的な振動などの機械的な振動が配管を通して圧電素子に加えられることなどにより、実際には流体が流れていないのに前記機械的な振動によるノイズで流量計測を誤計測するという問題があった。
そこで、本発明は、配管の振動や機械的衝撃等によって流量計測を誤計測することがない渦流量計を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明の渦流量計は、流体の流速に比例して発生する渦を検出する圧電素子と、該圧電素子に接続され、渦周波数の信号を出力する検出回路と、該渦周波数の信号が入力され、計測範囲に対応する周波数を通過させるフィルター回路と、該フィルター回路から出力された信号を２値化するパルス化回路と、該２値化された信号を周波数−電圧変換するＦ／Ｖ変換回路と、前記Ｆ／Ｖ変換回路の出力電圧が計測範囲下限出力電圧以上であるときにのみ、該Ｆ／Ｖ変換回路の出力を出力する出力処理部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の渦流量計によれば、圧電素子が断続的に繰り返し発生する配管振動等による計測値を出力処理部で処理して計測範囲下限出力電圧以上の計測値のみを出力するようにしているため、計測範囲下限出力電圧に達しない計測値は出力されず、機械的振動による誤計測を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、本発明の渦流量計の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
この図において、１１は、例えばＰＺＴなどの圧電材料で形成され、その両端に電極が張り付けられた圧電素子であり、カルマン渦により作用する交番力によって前記電極間に電荷を発生する。前記カルマン渦の発生周波数（渦周波数：単位時間当たりに発生する渦の数）は、流体の流速に比例しており、流速が速くなれば渦周波数は高くなる。一般的に、カルマン渦によって前記圧電素子の電極間に生じる電荷は、流路の口径が小さい場合は発生する電荷は小さいが周波数は高くなり、口径の大きい場合は発生する電荷は大きいが周波数は低くなる特性を有しており、また、圧電素子には流量（流速）の２乗に比例した大きさの電荷が発生する。
１２は、前記圧電素子１１に発生した電荷を例えばチャージアンプ等を用いて電圧信号に変換して渦周波数の検出信号（Ａ）を出力する検出回路である。
１３は、前記検出信号（Ａ）から測定精度範囲外の周波数成分を減衰させ、信号（Ｂ）を出力するフィルター回路である。
１４は、前記フィルター回路１３の出力信号（Ｂ）を入力し、信号の大きさが計測範囲の信号の大きさかを判別するしきい値以上の信号のみをパルス化してパルス信号（Ｃ）を出力するパルス化回路である。
１５は、前記パルス化回路１４からのパルス信号（Ｃ）を微分した後、所定の電圧と所定のパルス幅に信号を整え積分することで入力されるパルス信号（Ｃ）の周波数に比例した出力信号（Ｆ）を得る周波数電圧変換回路（Ｆ／Ｖ変換回路）である。
【０００７】
１６は前記Ｆ／Ｖ変換回路１５からの出力信号（Ｆ）が所定の電圧（計測範囲の下限に対応する電圧：計測範囲下限出力電圧）以上であるときにのみ、該出力信号（Ｆ）を後続する処理部（この実施の形態においては、電圧電流変換部１８）に出力信号Ｖｏ（１７）として出力する処理を行う出力処理部である。すなわち、この出力処理部１６は、前記Ｆ／Ｖ変換回路１５の出力信号（Ｆ）が計測範囲下限出力電圧より低い値であるときには、出力信号Ｖｏ（１７）を出力しない（ゼロ電圧とする）処理を行う。これにより、前記検出回路１２からの検出信号（Ａ）が、機械的な振動によるノイズ等による出力であって前記パルス化回路１４でパルス化されることができる大きさはあるが信号の持続性がないことから、前記Ｆ／Ｖ変換回路１５の出力電圧が前記計測範囲下限出力電圧より低い値である場合は、前記出力処理部１６から出力信号Ｖｏ（１７）が出力されない（ゼロ電圧が出力される）ようになる。
１８は、前記出力処理部１６からの出力信号Ｖｏ（１７）を電流信号（例えば４〜２０ｍＡ）に変換する電圧電流変換部である。前記出力処理部１６により、出力信号Ｖｏ（１７）を出力しない処理がなされたときには、この電圧電流変換部１８の出力は４ｍＡとなる。なお、４−２０ｍＡ電流出力としない場合には、この電圧電流変換部１８は省略することができる。
【０００８】
図２は、渦周波数と流量の関係の一例を示す図である。ここでは、３．５Ｌ／ｍｉｎの流量計で、３．５Ｌ／ｍｉｎ（２０ｍＡ）〜０Ｌ／ｍｉｎ（４ｍＡ）のレンジにおいて計測範囲（精度保証範囲）が３．５Ｌ／ｍｉｎ（２０ｍＡ）〜０．４Ｌ／ｍｉｎ（５．８ｍＡ）の流量計の場合を示している。図示するように、この例においては、前記計測範囲に対応する渦周波数は１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚである。
前述のように、前記フィルター回路１３により前記検出回路１２からの検出信号（Ａ）から計測範囲外上限（１０００Ｈｚ）より高い周波数の信号と下限（１００Ｈｚ）より低い周波数の信号を減衰させて前記パルス化回路１４に入力し、該パルス化回路１４で所定の大きさ以上の信号をパルス信号（Ｃ）に変換して、前記Ｆ／Ｖ変換回路１５でその周波数に対応した電圧を有する出力信号（Ｆ）に変換し、前記出力処理部１６を介して、計測範囲（精度保証範囲）の周波数に対応する出力信号Ｖｏ（１７）を出力させるようにしている。
【０００９】
通常は、計測範囲下限（１００Ｈｚ）より低い周波数の信号は、前記フィルター回路１３により減衰させるため流量出力は０（４ｍＡ）となるが、配管等に断続的な振動などの機械的振動が加わり、該振動が前記フィルター回路１３で除去できない場合は前記Ｆ／Ｖ変換回路１５からは図中破線で示すような下限計測範囲外の出力Ｖｏ’（１７−１）が出力され、実際には流体が流れていないのに流量があるかのごとく出力されることとなる。
そこで前記出力処理部１６において、前記Ｆ／Ｖ変換回路１５の出力信号（Ｆ）の電圧が計測範囲の下限に対応する電圧（計測範囲下限出力電圧）Ｖｏ-SH以上であるか否かを判定し、計測範囲下限出力電圧Ｖｏ-SHより小さいときは、その出力信号は配管等に加わる断続的な振動によるノイズによるものであると判断して、流量がないもの（出力電圧＝０）として処理し、Ｖｏ-SH以上であるときは、該Ｆ／Ｖ変換回路の出力電圧を出力信号Ｖｏ（１７）として出力するようにしている。
【００１０】
図３は、流量計の計測範囲内（本例では、０．４Ｌ／ｍｉｎ（５．８ｍＡ）〜３．５Ｌ／ｍｉｎ（２０ｍＡ））の渦周波数の信号が入力された場合の各部の信号を示す図である。
図中、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び（Ｆ）は、前記図１中に示したものと同一個所の信号であり、（Ａ）は前記検出回路１２からの検出信号、（Ｂ）はフィルター回路１３の出力信号、（Ｃ）は前記パルス化回路１４から出力されるパルス信号である。
図示するように、パルス信号（Ｃ）は、前記フィルター回路１３の出力信号（Ｂ）と計測範囲の信号の大きさを判別するしきい値Ｖ-SH及びＶ-SL（Ｖ-SL＜Ｖ-SH）とを比較し、出力信号（Ｂ）が、しきい値Ｖ-SHを超えたときに立上がり、Ｖ-SLより小さくなったときに立ち下がる信号である。これにより、検出回路１２で検出された渦周波数に対応したパルス信号（Ｃ）が得られる。
（Ｄ）及び（Ｅ）は前記Ｆ／Ｖ変換回路１５内部の信号であり、（Ｄ）はＦ／Ｖ変換回路１５内において前記パルス化回路１４からのパルス信号（Ｃ）を微分した信号、（Ｅ）は前記微分した信号（Ｄ）の正の信号を所定のパルス幅及び所定の振幅を有するパルスにパルス化した信号である。
Ｆ／Ｖ変換回路１５の出力信号（Ｆ）は、渦周波数に同期したパルス信号（Ｅ）を積分（平滑）して周波数−電圧変換した出力信号（Ｖｏ-F/V）である。
この例の場合には、前記Ｆ／Ｖ変換回路１５の出力信号（Ｆ）は、計測範囲下限出力電圧Ｖｏ-SHを超えているため、前記出力処理部１６は、該出力信号（Ｆ）（Ｖｏ-F/V）をそのまま出力信号Ｖｏ（１７）として、前記電圧電流変換部１８に出力する。
【００１１】
図４は、断続的な配管振動等を圧電素子１１が検出した場合の各部の信号の例を示す図である。この図において、（Ａ）〜（Ｆ）は、前記図３の場合と同様の個所の信号を示している。
前述のように、一般的に口径の小さい流量計は圧電素子に発生する電荷は小さくなり発生周波数は高くなる特性を有している。すなわち、小口径の流量計では特に配管振動のノイズをひろい易くなる傾向にあるといえる。
したがって、配管振動などにより、図示する検出信号（Ａ）のように、所定時間、前記計測範囲内の信号周波数で所定の出力レベルを備えた信号が出力され、次第にパルス化されない信号に減衰していく。
【００１２】
前記検出信号（Ａ）は前記フィルター回路１３に入力され、前記計測範囲に対応する周波数範囲の出力信号（Ｂ）が出力される。
この出力信号（Ｂ）は前記パルス化回路１４に入力され、図示するように、しきい値Ｖ-SHを超えたときに、パルス信号（Ｃ）が生成されて、前記Ｆ／Ｖ変換回路１５に入力される。
Ｆ／Ｖ変換回路１５では、入力されたパルス信号（Ｃ）を微分して微分信号（Ｄ）を得、該微分信号（Ｄ）に基づいて所定のパルス幅と所定の振幅を有するパルス信号（Ｅ）が生成される。そして、このパルス信号（Ｅ）を平滑することにより、Ｆ／Ｖ変換出力信号Ｖｏ-F/V（Ｆ）が出力される。
【００１３】
図示するように、この出力信号Ｖｏ-F/V（Ｆ）は、前記検出信号（Ａ）が短時間で減衰していたため、流量計の口径等で決定される計測範囲下限出力電圧Ｖｏ-SHを超える電圧とはなっていない。
したがって、前記出力処理部１６は、出力電圧Ｖｏ-F/Vを出力しないようにし、出力信号Ｖｏ（１７）としてゼロ電圧を出力するように処理を行う。
これにより、前記電圧電流変換部１８からは４ｍＡが出力されることとなり、誤計測を防止することができる。
【００１４】
なお、前記出力処理部１６における処理に使用する計測範囲下限出力電圧Ｖｏ-SHは、前記流量計の構成がハードウェアのみで構成されていれば可変抵抗器等を用いて設定するようにしてもよいし、あるいは、スイッチで選択できるものであってもよい。また、記憶機能を備えていれば、記憶部に記憶して操作部から選択するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の渦流量計の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】渦周波数と流量の関係を示す図である。
【図３】流量計の計測範囲内の信号である場合における各部の信号の例を示す図である。
【図４】配管振動等を検出したときの各部の信号の例を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１１：圧電素子、１２：検出回路、１３：フィルター回路、１４：パルス化回路、１５：Ｆ／Ｖ変換回路、１６：出力処理部、１７：出力信号、１８：電圧電流変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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