(57)【要約】【課題】位相差の精度を保ちながらＣＰＵの負荷を軽減させることを可能とするコリオリ質量流量計を実現する。【解決手段】測定管路に所定距離を隔てて配置された上流側センサ及び下流側センサの夫々の周波数検出信号を、増幅回路、ＡＤコンバータを介して信号処理部に入力すると共に、温度検出信号をＡＤコンバータを介して信号処理部に入力し、前記周波数検出信号の位相差信号、周波数信号、温度信号を算出するコリオリ質量流量計において、  前記上流側センサまたは下流側センサの一方の周波数検出信号を所定の更新タイミングで他方の前記増幅回路に接続したときに演算される位相差エラー信号と、前記周波数信号及び温度信号とを取得して更新される位相差エラー補正テーブル手段と、  この位相差エラー補正テーブル手段から読み出された位相差エラー信号に基づいて、算出された前記位相差信号を補正する位相差補正手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定管路に所定距離を隔てて配置された上流側センサ及び下流側センサの夫々の周波数検出信号を、増幅回路、ＡＤコンバータを介して信号処理部に入力すると共に、温度検出信号をＡＤコンバータを介して信号処理部に入力し、前記周波数検出信号の位相差信号、周波数信号、温度信号を算出するコリオリ質量流量計において、
前記上流側センサまたは下流側センサの一方の周波数検出信号を所定の更新タイミングで他方の前記増幅回路に接続したときに演算される位相差エラー信号と、前記周波数信号及び温度信号とを取得して更新される位相差エラー補正テーブル手段と、
この位相差エラー補正テーブル手段から読み出された位相差エラー信号に基づいて、算出された前記位相差信号を補正する位相差補正手段と、
を備えることを特徴とするコリオリ質量流量計。
【請求項２】
前記位相差補正手段は、前記位相差エラー補正テーブル手段より前記周波数信号及び温度信号をキーとした検索により前記位相差エラー信号を読み出す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。
【請求項３】
前記位相差エラー補正テーブル手段は、工場出荷時にテスト環境の学習により取得したデフォルト値が書き込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項４】
運用中に前記デフォルト値を短期間で更新する微調整用位相差エラー補正テーブル手段を備えることを特徴とする請求項３に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項５】
前記所定の更新タイミングで前記信号処理部により算出される位相差エラー信号と前記位相差エラー補正テーブル手段から読み出される位相差エラー信号とを比較し、その差が所定の閾値を超えるときにアラーム信号を出力する診断手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
【請求項６】
前記位相差エラー信号は、前記上流側センサ及び下流側センサと前記ＡＤコンバータ間の入力回路誤差であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定管路に所定距離を隔てて配置された上流側センサ及び下流側センサの夫々の周波数検出信号を、増幅回路、ＡＤコンバータを介して信号処理部に入力すると共に、温度検出信号をＡＤコンバータを介して信号処理部に入力し、前記周波数検出信号の位相差信号、周波数信号、温度信号を算出するコリオリ質量流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コリオリ質量流量計のセンサ部の構成及び質量流量演算の信号処理については、特許文献１に詳細な技術開示がある。センサ部の構成及び１次モード及び２次モード振動について簡単に説明する。
【０００３】
図４は、コリオリ質量流量計のセンサ部の基本構成図である。被測定流体Ｑを流す測定管路１の両端は、支持部材２、３に固定されている。この測定管路１の中央部近傍には、この測定管路１を上下に機械振動をさせる加振器４が設置されている。
【０００４】
測定管路１の支持部材２、３に固定されている近傍には、この測定管路１の振動を検出する上流側センサ５及び下流側センサ６が固定されている。
【０００５】
図５は、１次モード及び２次モード振動を説明する模式図である。加振器４から測定管路１に、Ｍ１、Ｍ２に示すような１次モードの形状で振動が与えられている状態で、測定管路１に被測定流体Ｑが流れると、Ｍ３、Ｍ４に示すような２次モードの形状で測定管路１が振動する。
【０００６】
実際には、この２種類の振動パターンが重畳された形で測定管路１が振動する。測定管路１のこの振動変形を、上流側センサ５及び下流側センサ６で、周波数検出信号ＶＳ１及び周波数検出信号ＶＳ２で検出する。
【０００７】
図６は、従来のコリオリ質量流量計の構成例を示す機能ブロック図である。上流側センサ５の周波数検出信号ＶＳ１及び下流側センサ６の周波数検出信号ＶＳ２は、夫々増幅回路７及び８で所定レベルに増幅された後、雑音抑制用のローパスフィルタ９及び１０を介してＡＤコンバータ１１に入力され、夫々デジタル信号に変換されてＣＰＵ手段で構成される信号処理部１２に入力される。
【０００８】
測定管路１に設けた流体Ｑの温度センサ１３による温度検出信号は、ＡＤコンバータ１４でデジタル変換されて信号処理部１２に入力される。信号処理部１２は、ＡＤコンバータ１１及びＡＤコンバータ１４からのデジタル信号を取得し、ヒルベルト変換処理等による位相差信号Δθ、周波数検出アルゴリズムによる周波数信号Ｆ、温度信号Ｔを演算して出力する。図示されていないが、これら出力信号に基づいて流体Ｑの質量流量が演算される。この信号処理の詳細については、特許文献１に技術開示がある。
【０００９】
上流側センサ５側の増幅回路７及びローパスフィルタ９よりなる第１入力回路並びに下流側センサ６側の増幅回路８及びローパスフィルタ１０よりなる第２入力回路は、上流側センサ５及び下流側センサ６の周波数特性の変化、温度変動による温度特性変化に起因して、信号処理部１２で算出される位相差に影響を与え、位相差エラーを発生させる。
【００１０】
質量流量に比例した位相差信号Δθは、測定可能な最大流量のときに数十ミリラジアンであり、高精度化（例えば±0.1％）するためには、数マイクロラジアンの測定精度が必要となる。このために、位相差エラーは高精度化の障害要因となるので、エラー補正の仕組みを設ける必要がある。
【００１１】
位相差エラー補正のために、切り替え回路１５及び補正器１６が設けられている。信号処理部１２のＣＰＵからの定期的な補正指令Ｃにより、切り替え回路１５を一定時間切替え操作する。
【００１２】
切り替え回路１５は、定常状態では接点ａを介して増幅回路８の入力を下流側センサ６に接続しているが、補正指令Ｃによる切り替え操作により、増幅回路８の入力を、接点ｂを介して上流側センサ５に接続する。
【００１３】
この接続状態では、増幅回路７及び８の入力信号は同一信号Ｖｓ１であるため、理想的には位相差はゼロである。従って、信号処理部１２が演算して出力する位相差信号は、入力回路誤差等に起因する位相差エラー信号Ｅｒｒである。
【００１４】
補正器１６は、この位相差エラー信号Ｅｒｒを取得保持し、切り替え回路１５の接点が定常接続に戻った状態で算出される位相差信号Δθを、位相差エラー信号Ｅｒｒで補正した位相差信号Δθ´を出力する。これにより、入力回路誤差による位相差エラーを補正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平７−１８１０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従来装置では次のような問題がある。
（１）切替え回路１５が切り換え操作されている位相差エラー信号の算出期間では、下流側センサ６の周波数検出信号ＶＳ２は切り離されるため、周期的に連続測定できない期間が存在する。
【００１７】
（２）連続測定できない期間を短くすると、位相差エラーの算出精度が悪くなる。また位相差エラーの算出処理は、信号処理部１２のＣＰＵ負荷を増大させ、消費電力の増加につながる。
【００１８】
本発明の目的は、位相差の精度を保ちながらＣＰＵの負荷を軽減させることを可能とするコリオリ質量流量計を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）測定管路に所定距離を隔てて配置された上流側センサ及び下流側センサの夫々の周波数検出信号を、増幅回路、ＡＤコンバータを介して信号処理部に入力すると共に、温度検出信号をＡＤコンバータを介して信号処理部に入力し、前記周波数検出信号の位相差信号、周波数信号、温度信号を算出するコリオリ質量流量計において、
前記上流側センサまたは下流側センサの一方の周波数検出信号を所定の更新タイミングで他方の前記増幅回路に接続したときに演算される位相差エラー信号と、前記周波数信号及び温度信号とを取得して更新される位相差エラー補正テーブル手段と、
この位相差エラー補正テーブル手段から読み出された位相差エラー信号に基づいて、算出された前記位相差信号を補正する位相差補正手段と、
を備えることを特徴とするコリオリ質量流量計。
【００２０】
（２）前記位相差補正手段は、前記位相差エラー補正テーブル手段より前記周波数信号及び温度信号をキーとした検索により前記位相差エラー信号を読み出すことを特徴とする（１）に記載のコリオリ質量流量計。
【００２１】
（３）前記位相差エラー補正テーブル手段は、工場出荷時にテスト環境の学習により取得したデフォルト値が書き込まれていることを特徴とする（１）または（２）に記載のコリオリ質量流量計。
【００２２】
（４）運用中に前記デフォルト値を短期間で更新する微調整用位相差エラー補正テーブル手段を備えることを特徴とする（３）に記載のコリオリ質量流量計。
【００２３】
（５）前記所定の更新タイミングで前記信号処理部により算出される位相差エラー信号と前記位相差エラー補正テーブル手段から読み出される位相差エラー信号とを比較し、その差が所定の閾値を超えるときにアラーム信号を出力する診断手段を備えることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
【００２４】
（６）前記位相差エラー信号は、前記上流側センサ及び下流側センサと前記ＡＤコンバータ間の入力回路誤差であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）比較的長周期で実行される位相差エラー補正テーブル手段の更新期間を除いて切り換え回路１５による信号切り替えが不要のため、質量流量の連続測定ができる。
【００２６】
（２）位相差エラー補正テーブル手段から読み出される位相差エラー信号で補正を実行するので、短周期で入力回路誤差量を求める演算が不要となり、ＣＰＵの負荷が軽くなる。
【００２７】
（３）リアルタイム補正を行うことができるため、測定精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用したコリオリ質量流量計の一実施例を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明で採用される位相差エラー補正テーブルの構成例である。
【図３】位相差エラー補正テーブル更新の手順を示すフローチャートである。
【図４】コリオリ質量流量計のセンサ部の基本構成図である。
【図５】１次モード及び２次モード振動を説明する模式図である。
【図６】従来のコリオリ質量流量計の構成例を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用したコリオリ質量流量計の一実施例を示す機能ブロック図である。図６で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３０】
従来構成と比較した本発明の構成上の特徴部は、位相差エラー補正テーブル手段１００と、位相差補正手段２００と、スイッチ３００を設けた点にある。位相差補正手段２００は、図６で説明した補正器１６と同一機能を備え、位相差信号Δθを位相差エラー信号Ｅｒｒで補正した位相差信号Δθ´を出力する。
【００３１】
信号処理部１２のＣＰＵから所定の更新周期で出力される更新指令Ｄにより、一定時間切り替え回路１５を操作し、更新期間中に上流側センサ５の周波数検出信号ＶＳ１を、下流側センサ６の増幅回路８に切り替え接続する。
【００３２】
この更新期間中に信号処理部１２で算出される位相差エラー信号Ｅｒｒと、このときの周波数信号Ｆ及び温度信号Ｔを取得して、位相差エラー補正テーブル手段１００のデータが更新される。
【００３３】
このテーブル手段の更新期間中は、位相差補正手段２００は、ＣＰＵから操作されるスイッチ３００により従来構成と同様に、信号処理部１２で算出された位相差エラー信号Ｅｒｒで補正した位相差信号Δθ´を出力する。
【００３４】
位相差補正手段２００は、ＣＰＵから操作されるスイッチ３００の切り替えにより、テーブル手段の更新期間以外の期間中は、位相差エラー補正テーブル手段１００から読み出される位相差エラー信号Ｅｒｒを取得して補正した位相差信号Δθ´を出力する。
【００３５】
位相差エラー補正テーブル手段１００から読み出される位相差エラー信号Ｅｒｒによる補正期間中は、信号処理部１２による位相差エラー信号Ｅｒｒの算出処理を停止することにより、ＣＰＵ負荷を大幅に軽減することができる。
【００３６】
本発明において信号処理部１２のＣＰＵから出力される更新指令Ｄの周期は、位相差エラー補正テーブル手段１００の導入により、従来構成における補正指令Ｃの周期に比較して充分長く設定することができるので、質量流量の連続測定が可能となる。
【００３７】
図２は、本発明で採用される位相差エラー補正テーブルの構成例である。安定な周波数検出信号ＶＳ１，ＶＳ２の周波数及び温度が検出できた時点以降に、更新周期毎に取得される周波数信号Ｆ１，Ｆ２，…、温度信号Ｔ１，Ｔ２，…、位相差エラー信号Ｅｒｒ１，Ｅｒｒ２，…が登録される。
【００３８】
位相差補正手段２００は、補正周期毎に位相差エラー補正テーブル手段１００より、そのタイミングでの周波数信号Ｆ及び温度信号Ｔをキーとした検索により最適な値の位相差エラー信号Ｅｒｒを読み出して補正を実行する。
【００３９】
位相差エラー補正テーブル手段１００の読み出し精度は、更新を続けることで学習効果がでるが、工場出荷時には、テスト環境の学習により取得したデフォルト値を初期データとして書き込んでおくことができる。
【００４０】
図３は、位相差エラー補正テーブル更新の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１で更新処理がスタートすると、ステップＳ２で位相差エラーを求め、ステップＳ３で１サンプル前の位相差エラーとの差分を求める。
【００４１】
ステップＳ４では、差分がある閾値以下であるかがチェックされ、閾値以下と判定されれば位相差エラー信号は収斂傾向にあるとみて所定時間後にテーブル登録するためのタイマーを起動させる。
【００４２】
ステップＳ５のタイマー起動チェックで、タイマーが起動中であればステップＳ６でタイマー満了を確認した後、ステップＳ７で周波数、温度と共に求めた位相差エラー信号をテーブルに登録し、ステップＳ８で終了する。
【００４３】
ステップＳ６のタイマー満了チェックで、タイマーが満了していない場合には、ステップＳ８に移り、テーブルに登録させずに終了する。
【００４４】
ステップ５のタイマー起動チェックで、タイマーが起動していない場合には、ステップＳ９で位相差エラー信号を一時記憶した後にステップＳ１０でタイマーを起動し、ステップＳ８に移り、テーブルに登録させずに終了する。
【００４５】
ステップＳ４のチェックで差分が閾値以下でないと判定された場合には、ステップＳ１１で位相差エラー信号を一時記憶した後ステップＳ１２で、タイマーが起動中であればこれを停止し、ステップＳ８に移り、テーブルに登録させずに終了する。
【００４６】
本発明の実施形態として、運用中に工場出荷時にテーブルに登録されたデフォルト値を短期間で更新する微調整用位相差エラー補正テーブル手段を増設し、この補正テーブル手段からのオフセット値をデフォルト値に付け加えてデフォルト値を補正する学習機能を持たせてもよい。
【００４７】
更に本発明の実施形態として、所定のタイミングで信号処理部１２により算出される位相差エラー信号Ｅｒｒと位相差エラー補正テーブル手段１００から読み出される位相差エラー信号Ｅｒｒとを比較し、その差が所定の閾値を超えるときにシステムの異常を示すアラーム信号を出力する診断手段を備えるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  測定管路
５  上流側センサ
６  下流側センサ
７，８  増幅回路
９，１０  ローパスフィルタ
１１，１４  ＡＤコンバータ
１２  信号処理部（ＣＰＵ）
１３  温度センサ
１００  位相差エラー補正テーブル手段
２００  位相差補正手段
３００  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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