(57)【要約】【課題】コリオリ流量計において、被測定流体の圧力の高低に関わらず、被測定流体の気泡の状態を正確に判定するコリオリ流量計を提供する。【解決手段】被測定流体が流れる測定管を振動させ、この振動によって被測定流体に生じるコリオリ力を含む振動を検出し、この検出信号に基づいて被測定流体の質量流量を測定するコリオリ流量計１０において、検出信号ＳＡに基づく揺らぎを算出する揺らぎ算出手段５０と、揺らぎ算出手段５０によって算出された揺らぎに基づいて、被測定流体中の気泡の状態を表す状態値を算出する状態値算出手段６０と、記状態値算出手段６０によって算出された状態値に基づいて気泡の状態を判定する判定手段７０と、を備えたことを特徴とするもの。【選択図】図２
2011022020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体が流れる測定管を振動させ、この振動によって前記被測定流体に生じるコリオリ力を含む振動を検出し、この検出信号に基づいて前記被測定流体の質量流量を測定するコリオリ流量計において、
前記検出信号に基づく揺らぎを算出する揺らぎ算出手段と、
前記揺らぎ算出手段によって算出された揺らぎに基づいて、前記被測定流体中の気泡の状態を表す状態値を算出する状態値算出手段と、
前記状態値算出手段によって算出された状態値に基づいて前記気泡の状態を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とするコリオリ流量計。
【請求項２】
前記揺らぎ算出手段は、
前記検出信号に基づいて算出する周波数または角速度を用いて、基準信号を生成する基準信号生成手段と、
前記基準信号生成手段によって生成された基準信号と前記検出信号とに基づく平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段によって算出された平均値の変動を前記揺らぎとして算出する平均値変動算出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計。
【請求項３】
前記基準信号生成手段は、第１基準信号と、この第１基準信号に対し９０度位相の異なる第２基準信号とを生成し、
前記平均値算出手段は、前記検出信号と前記第１基準信号との積を平均した第１平均値を算出し、前記検出信号と前記第２基準信号との積を平均した第２平均値を算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載のコリオリ流量計。
【請求項４】
平均値変動算出手段は、前記平均値の今回値、前回値および前々回値に基づいて前記平均値の変動を前記揺らぎとして算出することを特徴とする請求項２または３に記載のコリオリ流量計。
【請求項５】
前記状態値算出手段は、前記揺らぎの自乗平均、自乗平均平方根、絶対値平均または絶対値平均平方根を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のコリオリ流量計。
【請求項６】
平均値変動算出手段は、前記第１平均値の今回値、前回値および前々回値に基づいて前記第１平均値の変動を第１揺らぎとして算出し、前記第２平均値の今回値、前回値および前々回値に基づいて前記第２平均値の変動を第２揺らぎとして算出し、
前記状態値算出手段は、前記第１揺らぎの自乗と前記第２揺らぎの自乗の平均、この平均の平方根、前記第１揺らぎの絶対値と前記第２揺らぎの絶対値の平均またはこの平均の平方根を算出する、
ことを特徴とする請求項３に記載のコリオリ流量計。
【請求項７】
前記判定手段は、前記状態値と閾値とを比較して前記気泡の状態を判定することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のコリオリ流量計。
【請求項８】
前記気泡が存在しないときに算出された前記状態値に基づく値を、前記閾値として生成する閾値生成手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載のコリオリ流量計。
【請求項９】
前記揺らぎ算出手段は、
一方の振動検出手段によって検出された第１検出信号に対し９０度位相の異なる第１シフト検出信号を生成する第１シフト手段と、
前記第１シフト手段によって生成された第１シフト検出信号、他方の振動検出手段によって検出された第２検出信号および前記第１検出信号に基づく平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段によって算出された平均値の変動を前記揺らぎとして算出する平均値変動算出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計。
【請求項１０】
前記揺らぎ算出手段は、
一方の振動検出手段によって検出された第１検出信号に対し９０度位相の異なる第１シフト検出信号を生成する第１シフト手段と、
他方の振動検出手段によって検出された第２検出信号に対し９０度位相の異なる第２シフト検出信号を生成する第２シフト手段と、
前記第１シフト手段によって生成された第１シフト検出信号、前記第２シフト手段によって生成された第２シフト検出信号、前記第１検出信号および前記第２検出信号に基づく平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段によって算出された平均値の変動を前記揺らぎとして算出する平均値変動算出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリオリ流量計に関し、特に、被測定流体中の気泡の状態を判定するコリオリ流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学プラントなどで行われる流量制御において、コリオリ流量計が被測定流体の流量測定に用いられる。一例として、特許文献１にコリオリ流量計の構成が示されている。
【０００３】
コリオリ流量計は流量測定の他、被測定流体中の気泡を検出することも可能であり、特許文献２に気泡検出方法が示されている。この気泡検出方法について図９を用いて説明する。図９は、コリオリ流量計検出器の測定管を駆動する駆動回路の駆動利得の時間変化を表した図である。
【０００４】
被測定流体に気泡が混入した場合、測定管の駆動エネルギー損失が増加し、測定管の振動振幅が小さくなる。この場合、所定の振動を保持するために、駆動回路の駆動利得および駆動回路から出力される駆動電圧が上昇する。そして、この駆動利得が閾値を超えたとき、気泡が混入したことを検出する。
【０００５】
図９において、気泡検出のための閾値を６０６とする。時間ｔ０からｔ１の間には気泡は混入しておらず、駆動利得は閾値６０６より小さい。
【０００６】
そして、時間ｔ１に気泡が混入し始め、時間６００の間混入している。このため、この間、駆動利得は閾値６０６を超え、気泡の混入を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２９２２９号公報
【特許文献２】特表２００２−５２５６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、被測定流体の圧力が高い場合、低圧力の場合と比べて気泡の直径が小さくなるので、駆動エネルギー損失は小さくなり、図９の時間６００の間の駆動利得は低下する。
【０００９】
そして、時間６００の間の駆動利得の平均値が閾値６０６より僅かに大きくなった場合、駆動利得は揺らいでいるので閾値６０６を境に上下する。この揺らぎによって、時間６００の間、気泡の有り／無しを繰り返すことになって正確な気泡検出ができない、という問題がある。
【００１０】
本発明は、コリオリ流量計において、被測定流体の圧力の高低に関わらず、被測定流体中の気泡の状態を正確に判定するコリオリ流量計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、請求項１の発明は、
被測定流体が流れる測定管を振動させ、この振動によって前記被測定流体に生じるコリオリ力を含む振動を検出し、この検出信号に基づいて前記被測定流体の質量流量を測定するコリオリ流量計において、
前記検出信号に基づく揺らぎを算出する揺らぎ算出手段と、
前記揺らぎ算出手段によって算出された揺らぎに基づいて、前記被測定流体中の気泡の状態を表す状態値を算出する状態値算出手段と、
前記状態値算出手段によって算出された状態値に基づいて前記気泡の状態を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記揺らぎ算出手段は、
前記検出信号に基づいて算出する周波数または角速度を用いて、基準信号を生成する基準信号生成手段と、
前記基準信号生成手段によって生成された基準信号と前記検出信号とに基づく平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段によって算出された平均値の変動を前記揺らぎとして算出する平均値変動算出手段と、
を備えたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記基準信号生成手段は、第１基準信号と、この第１基準信号に対し９０度位相の異なる第２基準信号とを生成し、
前記平均値算出手段は、前記検出信号と前記第１基準信号との積を平均した第１平均値を算出し、前記検出信号と前記第２基準信号との積を平均した第２平均値を算出する、
ことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項２または３に記載の発明において、
平均値変動算出手段は、前記平均値の今回値、前回値および前々回値に基づいて前記平均値の変動を前記揺らぎとして算出することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、
前記状態値算出手段は、前記揺らぎの自乗平均、自乗平均平方根、絶対値平均または絶対値平均平方根を算出することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項３に記載の発明において、
平均値変動算出手段は、前記第１平均値の今回値、前回値および前々回値に基づいて前記第１平均値の変動を第１揺らぎとして算出し、前記第２平均値の今回値、前回値および前々回値に基づいて前記第２平均値の変動を第２揺らぎとして算出し、
前記状態値算出手段は、前記第１揺らぎの自乗と前記第２揺らぎの自乗の平均、この平均の平方根、前記第１揺らぎの絶対値と前記第２揺らぎの絶対値の平均またはこの平均の平方根を算出する、
ことを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、
前記判定手段は、前記状態値と閾値とを比較して前記気泡の状態を判定することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７に記載の発明において、
前記気泡が存在しないときに算出された前記状態値に基づく値を、前記閾値として生成する閾値生成手段を備えたことを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記揺らぎ算出手段は、
一方の振動検出手段によって検出された第１検出信号に対し９０度位相の異なる第１シフト検出信号を生成する第１シフト手段と、
前記第１シフト手段によって生成された第１シフト検出信号、他方の振動検出手段によって検出された第２検出信号および前記第１検出信号に基づく平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段によって算出された平均値の変動を前記揺らぎとして算出する平均値変動算出手段と、
を備えたことを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記揺らぎ算出手段は、
一方の振動検出手段によって検出された第１検出信号に対し９０度位相の異なる第１シフト検出信号を生成する第１シフト手段と、
他方の振動検出手段によって検出された第２検出信号に対し９０度位相の異なる第２シフト検出信号を生成する第２シフト手段と、
前記第１シフト手段によって生成された第１シフト検出信号、前記第２シフト手段によって生成された第２シフト検出信号、前記第１検出信号および前記第２検出信号に基づく平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段によって算出された平均値の変動を前記揺らぎとして算出する平均値変動算出手段と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コリオリ流量計において、検出信号に基づく揺らぎを算出し、この揺らぎに基づいて気泡の状態を表す状態値を算出し、この状態値に基づいて気泡の状態を判定する。これによって、被測定流体の圧力の高低に関わらず、被測定流体中の気泡の状態を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】コリオリ流量計の検出部であり、（ａ）は構成図、（ｂ）は動作説明図の例である。
【図２】本発明を適用したコリオリ流量計の構成図の例である。
【図３】本発明を適用した気泡診断処理の動作フローチャート図の例である。
【図４】気泡混入の有／無の場合の平均値Ｓ１、Ｓ２のグラフの例である。
【図５】本発明を適用したコリオリ流量計の構成図の他の例である。
【図６】本発明を適用した気泡診断処理の動作フローチャート図の他の例である。
【図７】本発明を適用したコリオリ流量計の構成図の他の例である。
【図８】本発明を適用した気泡診断処理の動作フローチャート図の他の例である。
【図９】背景技術で示したコリオリ流量計検出器の測定管を駆動する駆動回路の駆動利得の時間変化を表した図の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の実施例］
図１（ａ）はコリオリ流量計の検出部ＳＮＳの構成図、（ｂ）は検出部ＳＮＳの動作を説明する動作説明図、図２は、本実施例を適用したコリオリ流量計１０の構成図であり、これらを用いて説明する。
【００１５】
図１（ａ）において、測定管は、例えばＵ字管方式など他の方式でも良いが、簡単のため直管方式のもので説明する。
【００１６】
１は被測定流体を流す測定管であり、被測定流体は左から右に流れる。測定管１の両端は支持部材２、３に固定されている。測定管１の中央部近傍には、測定管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。
【００１７】
そして、測定管１の支持部材２、３に固定されている近傍には、測定管１の振動を検出する上流センサ５Ａ（一方の振動検出手段）、下流センサ５Ｂ（他方の振動検出手段）が固定されている。また、支持部材３の近傍には温度補償に使用する温度センサ６が設けられている。以上によりセンサ部ＳＮＳが構成されている。
【００１８】
図１（ｂ）において、加振器４から測定管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１に被測定流体が流れると、被測定流体にコリオリ力が生じ、Ｍ３、Ｍ４に示すような２次モードの形状で測定管１が振動する。
【００１９】
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１が振動する。測定管１の振動による変形を、上流センサ５Ａ、下流センサ５Ｂで検出した変位信号ＳＡ（第１検出信号）、ＳＢ（第２検出信号）に基づいて、コリオリ流量計は被測定流体の質量流量を測定する。
【００２０】
図２において、本実施例を適用したコリオリ流量計１０の特徴は、基準信号生成手段５１と平均値算出手段５２と平均値変動算出手段５３を有する揺らぎ算出手段５０、状態値算出手段６０、判定手段７０および閾値生成手段８０を備えた点である。
【００２１】
ここで、基準信号生成手段５１は、変位信号ＳＡを受け取り、基準信号ＤＲを平均値算出手段５２へ出力する。平均値算出手段５２は、基準信号生成手段５１から基準信号ＤＲ、およびローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０から出力信号ＤＡ３を受け取り、平均値を平均値変動算出手段５３へ出力する。平均値変動算出手段５３は、平均値算出手段５２から平均値を受け取り、揺らぎＦを状態値算出手段６０へ出力する。
【００２２】
状態値算出手段６０は、平均値変動算出手段５３から揺らぎＦを受け取り、状態値ＤＳを判定手段７０へ出力する。判定手段７０は、状態値算出手段６０から状態値ＤＳ、および閾値生成手段８０から閾値を受け取り、気泡の状態を判定する。
【００２３】
つぎに、検出部ＳＮＳから出力される変位信号ＳＡ、ＳＢに対する、トラックアンドホールド（Ｔ＆Ｈ）回路１８、２４、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１９、２５およびローパスフイルタ（ＬＰＦ）２０、２６における動作について説明する。
【００２４】
クロック信号発振器１７は測定管１の振動とは関係なしに、所定のサンプリング周期を持つタイミング信号ＴＣを生成する。
【００２５】
変位信号ＳＡは、例えばＡ×ｓｉｎ（ωＡ×ｔ＋ΦＡ）なる形でトラックアンドホールド回路１８に入力され、ここでサンプリングの時点を決めるタイミング信号ＴＣにより、順次サンプル／ホールドされて、トラックアンドホールド回路１８は、Ａ×ｓｉｎ（ωＡ×ｔ（ｉ）＋ΦＡ）をアナログ／デジタル変換器１９に出力する。
【００２６】
ここで、Ａは変位信号ＳＡの電圧振幅（Ｖ）、ωＡは変位信号ＳＡの角速度（ｒａｄ／ｓ）、変数ｉはサンプリング時点に対し時系列に付した連続番号（整数）、ｔ（ｉ）はサンプリング時点ｉの時間（ｓ）を示す。また、ΦＡは、変位信号ＳＡと、後述する基準信号ＤＲ１（正弦波  ｓｉｎ（ω×ｔ））との位相差（ｒａｄ）を示す。
【００２７】
ホールドされた変位信号ＳＡはアナログ／デジタル変換器１９に入力され、ここで順次デジタル信号ＤＡ２に変換されて、デジタル形式で処理されるローパスフイルタ２０に出力される。
【００２８】
ローパスフイルタ２０は、測定管の振動周波数付近よりも高い周波数成分を除去して、デジタル信号ＤＡ３を平均値算出手段５２に出力する。例えば、ローパスフイルタ２０は、デジタルフイルタの１種であるＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フイルタを用いる。
【００２９】
一方、変位信号ＳＢは、例えばＢ×ｓｉｎ（ωＢ×ｔ＋ΦＢ）なる形でトラックアンドホールド回路２４に入力され、ここでサンプリングの時点を決めるタイミング信号ＴＣにより、順次サンプル／ホールドされて、トラックアンドホールド回路２４は、Ｂ×ｓｉｎ（ωＢ×ｔ（ｉ）＋ΦＢ）をアナログ／デジタル変換器２５に出力する。
【００３０】
ここで、Ｂは変位信号ＳＢの電圧振幅（Ｖ）、ωＢは変位信号ＳＢの角速度（ｒａｄ／ｓ）、変数ｉはサンプリング時点に対し時系列に付した連続番号（整数）、ｔ（ｉ）はサンプリング時点ｉの時間（ｓ）を示す。また、ΦＢは、変位信号Ｓと、後述する基準信号ＤＲ１（正弦波  ｓｉｎ（ω×ｔ））との位相差（ｒａｄ）を示す。
【００３１】
ホールドされた変位信号ＳＢはアナログ／デジタル変換器２５に入力され、ここで順次デジタル信号ＤＢ２に変換されて、デジタル形式で処理されるローパスフイルタ（ＬＰＦ）２６に出力される。
【００３２】
このローパスフイルタ２６はローパスフイルタ２０と同一の構成であり、測定管の振動周波数付近よりも高い周波数成分を除去して、デジタル信号ＤＢ３を平均値算出手段５２に出力する。なお、ローパスフイルタ２０、２６がＦＩＲフィルタの場合には、ゲイン特性および群遅延特性なども共通に選定しておく。
【００３３】
なお、励振回路３２には変位信号ＳＡが入力され、この変位信号ＳＡに対応する加振電圧を加振器４に出力し、加振器４を例えば正弦波状に駆動する。
【００３４】
つぎに、揺らぎ算出手段５０内の基準信号生成手段５１、平均値算出手段５２、平均値変動算出手段５３、状態値算出手段６０、判定手段７０および閾値生成手段８０を用いて実施する気泡診断処理について、図３も交えて説明する。図３は、気泡診断処理の動作フローチャート図である。
【００３５】
なお、気泡診断処理は、変位信号ＳＡを用いて説明するが、この代わりに、変位信号ＳＢを用いてもよい。
【００３６】
図３のステップＳ１０において、基準信号生成手段５１は、ｊ（変数）に１を設定する。なお、ｊは、平均値Ｓ１、Ｓ２および揺らぎＦ１、Ｆ２の各時系列の値に付した連続番号（整数）を示す。
【００３７】
ステップＳ１５において、基準信号生成手段５１は、変位信号ＳＡの角速度ω（ｒａｄ／ｓ）を算出し、ステップＳ２０において、変数ｉに１を設定する。
【００３８】
例えば、角速度ωの算出は、所定時間内に、変位信号ＳＡの電圧が０Ｖになる回数をカウントし、所定時間とカウント値を用いて算出することができる。また、角速度ωの代わりに、変位信号ＳＡの周波数ｆ（Ｈｚ）を算出し、この周波数ｆを用いて角速度ωを算出（ω＝２×π×ｆ（πは円周率））してもよい。
【００３９】
そして、ステップＳ２５において、基準信号生成手段５１は、時間ｔ（ｉ）毎に、角速度ωを用いて基準信号ＤＲ１  ｓｉｎ（ω×ｔ（ｉ））（正弦波、第１基準信号）を生成するとともに、基準信号ＤＲ１に対し９０度位相の異なる基準信号ＤＲ２  ｃｏｓ（ω×ｔ（ｉ））（余弦波、第２基準信号）を生成し、基準信号ＤＲ１、ＤＲ２を平均値算出手段５２へ出力する。
【００４０】
ステップＳ３０において、平均値算出手段５２は、ローパスフィルタ２０から、Ａ×ｓｉｎ（ωＡ×ｔ（ｉ）＋ΦＡ）をデジタル形式に変換した信号（ＤＡ３）を受け取る。
【００４１】
そして、ステップＳ３５において、平均値算出手段５２は、信号ＤＡ３と基準信号ＤＲ１との積のＭ個分の平均値Ｓ１（ｊ）（第１平均値）を下記式（１）によって算出する。また、信号ＤＡ３と基準信号ＤＲ２との積のＭ個分の平均値Ｓ２（ｊ）（第２平均値）を下記式（２）によって算出する。
【００４２】
【数１】
2011022020.tif 000003
【００４３】
【数２】
2011022020.tif 000004
【００４４】
なお、変数ｉがＭ（第１所定個数）より小さい場合（ステップＳ４０のＮｏ）、ステップＳ４５に移行し、変数ｉに１を足して、ステップＳ２５に戻り、各ステップを繰り返すことによって、平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）は、式（１）、（２）の分子をＭ個分積算する。そして、変数ｉがＭになった場合（ステップＳ４０のＹｅｓ）、この積算値をＭで除算して算出される。なお、平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）は、移動平均によって算出してもよい。
【００４５】
変数ｉがＭ以上になった場合、ステップＳ５０に移行する。ステップＳ５０において、平均値変動算出手段５３は、時間ｔ（ｊ）、ｔ（ｊ−１）、ｔ（ｊ−２）における平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ１（ｊ−１）、Ｓ１（ｊ−２）、Ｓ２（ｊ）、Ｓ２（ｊ−１）、Ｓ２（ｊ−２）から、平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）の変動を算出し、この変動値を揺らぎＦ１（ｊ）（第１揺らぎ）、Ｆ２（ｊ）（第２揺らぎ）とする。
【００４６】
揺らぎＦ１（ｊ）は、平均値のうち、今回の演算周期で算出した今回値Ｓ１（ｊ）、前回の演算周期で算出した前回値Ｓ１（ｊ−１）、前々回の演算周期で算出した前々回値Ｓ１（ｊ−２）とすると、下記式（３）の２階差演算によって算出される。
【００４７】
【数３】
2011022020.tif 000005
【００４８】
同様に、揺らぎＦ２（ｊ）は、平均値のうち、今回の演算周期で算出した今回値Ｓ２（ｊ）、前回の演算周期で算出した前回値Ｓ２（ｊ−１）、前々回の演算周期で算出した前々回値Ｓ２（ｊ−２）とすると、下記式（４）の２階差演算によって算出される。
【００４９】
【数４】
2011022020.tif 000006
【００５０】
例えば、ｊ＝３の場合、Ｆ１（３）＝Ｓ１（３）−２×Ｓ１（２）＋Ｓ１（１）、およびＦ２（３）＝Ｓ２（３）−２×Ｓ２（２）＋Ｓ２（１）となる。
【００５１】
また、ｊ＝５０の場合、Ｆ１（５０）＝Ｓ１（５０）−２×Ｓ１（４９）＋Ｓ１（４８）、およびＦ２（５０）＝Ｓ２（５０）−２×Ｓ２（４９）＋Ｓ２（４８）となる。
【００５２】
揺らぎＦ１（ｊ）、Ｆ２（ｊ）を算出した後、ステップＳ５５に移行する。ステップＳ５５において、変数ｊがＮ（第２所定個数）より小さい場合（ステップＳ５５のＮｏ）、ステップＳ６０に移行し、変数ｊに１を足してステップＳ１５に戻り、各ステップを繰り返す。
【００５３】
変数ｊがＮ以上になった場合（ステップＳ５５のＹｅｓ）、ステップＳ６５に移行する。ステップＳ６５において、状態値算出手段６０は、平均値変動算出手段５３から、揺らぎＦ１（３）〜Ｆ１（Ｎ）およびＦ２（３）〜Ｆ２（Ｎ）を受け取った後、これらの値から気泡の状態を表す状態値ＤＳを算出する。
【００５４】
気泡が無いまたは少ない場合、揺らぎは小さいので状態値ＤＳは小さく、気泡の量が多くなるに従って揺らぎは大きくなり、これに伴って状態値ＤＳは大きくなる。
【００５５】
状態値ＤＳは、下記式（５）に示す、揺らぎＦ１（ｊ）の自乗値と揺らぎＦ２（ｊ）の自乗値の（Ｎ−３）個分の平均によって算出される。
【００５６】
【数５】
2011022020.tif 000007
【００５７】
また、状態値ＤＳは、式（５）によって算出された値の平方根値としてもよい。
【００５８】
また、他の例として、状態値ＤＳは、下記式（６）に示す、揺らぎＦ１（ｊ）の絶対値と揺らぎＦ２（ｊ）の絶対値の（Ｎ−３）個分の平均によって算出される。
【００５９】
【数６】
2011022020.tif 000008
【００６０】
また、状態値ＤＳは、式（６）によって算出された値の平方根値としてもよい。
【００６１】
状態値ＤＳを算出した後、ステップＳ７０に移行する。ステップＳ７０において、判定手段７０は、状態値算出手段６０から状態値ＤＳを受け取り、状態値ＤＳと閾値とを比較し、気泡の状態を判定する。
【００６２】
状態値ＤＳが閾値より大きいまたは以上であれば（ステップＳ７０のＹｅｓ）、気泡の量が多いので、ステップＳ７５に移行し、気泡が混入している状態または気泡量が多い状態であるとし、アラームを出力する。その後、ステップＳ１０に戻り、気泡診断処理を繰り返す。
【００６３】
一方、状態値ＤＳが閾値以下または小さければ（ステップＳ７０のＮｏ）、気泡は混入していない状態または気泡の量が少ない状態なので、アラームを出力しないでステップＳ１０に戻り、気泡診断処理を繰り返す。
【００６４】
つぎに、図４（ａ）について説明する。図４（ａ）は、気泡が混入した状態（気泡量５リットル／分）の平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）の時間変化を表したグラフである。なお、曲線１は平均値Ｓ１（ｊ）、曲線２は平均値Ｓ２（ｊ）のグラフであり、気泡が混入しているため、数秒のオーダーで揺れている。
【００６５】
図４（ａ）を用いて、図３で算出した平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）、揺らぎＦ１（ｊ）、Ｆ２（ｊ）、状態値ＤＳについて説明する。
【００６６】
まず、平均値Ｓ１（ｊ）について説明する。平均時間Ｔは、サンプリング周期をＭ倍した値である。曲線１の時間ｔ（ｊ−２）における白丸Ａ１は、式（１）によって算出されたＭ個分の平均値Ｓ１（ｊ−２）を表す。
【００６７】
同様に、曲線１の時間ｔ（ｊ−１）における白丸Ａ２は、Ｍ個分の平均値Ｓ１（ｊ−１）を表す。さらに、曲線１の時間ｔ（ｊ）における白丸Ａ３は、Ｍ個分の平均値Ｓ１（ｊ）を表す。
【００６８】
曲線２の白丸Ｂ１〜Ｂ３も同様に、式（２）によって算出されたＭ個分の平均値Ｓ２（ｊ−２）、Ｓ２（ｊ−１）、Ｓ２（ｊ）を表す。
【００６９】
例えば、サンプリング周期を０．１ミリ秒、Ｍを１０００とすると、平均時間Ｔは１００ミリ秒となる。すなわち、１００ミリ秒毎に平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）が算出される。
【００７０】
そして、揺らぎＦ１（ｊ）は、３個の白丸Ａ１〜Ａ３が表す平均値Ｓ１（ｊ−２）、Ｓ１（ｊ−１）、Ｓ１（ｊ）を用いて、式（３）によって算出される。
【００７１】
同様に、揺らぎＦ２（ｊ）は、３個の白丸Ｂ１〜Ｂ３が表す平均値Ｓ２（ｊ−２）、Ｓ２（ｊ−１）、Ｓ２（ｊ）を用いて、式（４）によって算出される。
【００７２】
そして、平均時間ＦＴは、平均時間ＴをＮ倍した値である。状態値ＤＳは、平均時間ＦＴの間で求められた揺らぎＦ１（ｊ）、Ｆ２（ｊ）を用いて、式（５）または（６）によって算出される。
【００７３】
なお、例えば、平均時間Ｔを１００ミリ秒、Ｎを５０とすると、平均時間ＦＴは、５秒となる。すなわち、５秒毎に状態値ＤＳが算出される。
【００７４】
このように、本実施例の気泡診断処理によれば、揺らぎ算出手段５０が変位信号ＳＡまたはＳＢに基づく揺らぎＦ１、Ｆ２を算出し、状態値算出手段６０が揺らぎＦ１、Ｆ２に基づいて気泡の状態を表す状態値ＤＳを算出し、判定手段７０が状態値ＤＳに基づいて気泡の状態を判定する。これによって、被測定流体の圧力の高低に関わらず、被測定流体中の気泡の状態を正確に判定することができる。
【００７５】
なお、数Ｈｚ以下の低い周波数の揺らぎが気泡によって発生するが、気泡以外の原因によって揺らぎが発生することがある。例えば、同じ測定管に取り付けられたポンプから発生する振動によって、約５０Ｈｚ以上の高い周波数の揺らぎが発生することがある。
【００７６】
この高周波数の揺らぎが気泡による低周波数の揺らぎに重畳して、気泡の状態を正確に判定できないことがある。そこで、以下の方法によって、高周波数の揺らぎの影響を除去または低減することができる。
【００７７】
式（１）（２）で示したように、平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）はＭ個分の平均である。ここで、Ｍの値は、高周波数の揺らぎは除去されるが、低周波数の揺らぎは除去されない平均個数となるように設定することによって、気泡による低周波数の揺らぎのみを算出して、より正確に気泡の状態を判定することができる。
【００７８】
例えば、図４（ａ）において説明したように、サンプリング周期を０．１ミリ秒、Ｍを１０００とすると、平均時間Ｔは１００ミリ秒となる。これによって、高周波数（例えば５０Ｈｚ以上）の揺らぎは除去され、低周波数（例えば２〜３Ｈｚ以下）の揺らぎは除去されず算出することができる。
【００７９】
Ｍの値は、気泡によって発生する揺らぎの周波数（低周波数）および気泡以外の原因によって発生する揺らぎの周波数（高周波数）に応じて、適切な値に設定変更することができる。
【００８０】
なお、式（５）（６）で示したように、状態値ＤＳは（Ｎ−３）個分の平均である。この平均処理は、気泡状態の判定精度を良くするために用いられる。
【００８１】
また、式（５）（６）で示したように、状態値ＤＳは、揺らぎＦ１（ｊ）、Ｆ２（ｊ）の自乗値または絶対値を用いて算出することによって、以下の利点がある。
【００８２】
平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）および揺らぎＦ１（ｊ）、Ｆ２（ｊ）は、正または負の値になりうる。このため、自乗値または絶対値ではなく、揺らぎＦ１（ｊ）、Ｆ２（ｊ）をそのまま用いた場合、状態値ＤＳは、揺らぎＦ１（ｊ）、Ｆ２（ｊ）の値が平均処理によって相殺されて、ゼロに近い値になることがある。この場合、状態値ＤＳは閾値以下となって、気泡が無いと判定され、正確な気泡状態の診断ができなくなることがある。
【００８３】
一方、揺らぎＦ１（ｊ）、Ｆ２（ｊ）の自乗値または絶対値を用いることによって、状態値ＤＳは正の値になり、気泡混入時には閾値より大きくなって、正確な気泡状態の診断ができる。
【００８４】
また、式（３）（４）で示したように、揺らぎＦ１（ｊ）、Ｆ２（ｊ）は、２階差演算を用いて算出することによって、以下の利点がある。
【００８５】
図４（ｂ）は、気泡が無い場合の平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）の時間変化を表したグラフである。なお、曲線１は平均値Ｓ１（ｊ）、曲線２は平均値Ｓ２（ｊ）のグラフであ
る。
【００８６】
気泡が無いため、曲線１、２はほとんど揺らがず、曲線１は一定の勾配で減少、曲線２は一定の勾配で増加している。この状態において、揺らぎＦ１（ｊ）、Ｆ２（ｊ）を１階差演算を用いて算出した場合、すなわち、Ｆ１（ｊ）＝Ｓ１（ｊ）−Ｓ１（ｊ−１）、Ｆ２（ｊ）＝Ｓ２（ｊ）−Ｓ２（ｊ−１）で算出した場合、Ｆ１（ｊ）およびＦ２（ｊ）は、一定の勾配で減少または増加した分の値になる。
【００８７】
勾配が大きい場合、揺らぎＦ１（ｊ）、Ｆ２（ｊ）は大きくなるので、式（５）または（６）で算出される状態値ＤＳは大きくなり、閾値を超えてしまい、気泡が無いのに気泡が混入しているという誤判定をすることがある。
【００８８】
一方、揺らぎＦ１（ｊ）、Ｆ２（ｊ）に２階差演算を用いた場合、図４（ｂ）の状態では、揺らぎＦ１（ｊ）、Ｆ２（ｊ）はほぼゼロになるため、状態値ＤＳはほぼゼロになって、閾値以下となり気泡無しと判定されるので、誤判定を防止することができる。
【００８９】
つぎに、図２の閾値生成手段８０について説明する。閾値生成手段８０は、判定手段７０で用いる閾値を生成するものである。生成する閾値は、以下のように算出される。
【００９０】
まず、被測定流体中に気泡が存在しない状態にする。この状態で、図３の気泡診断処理を実行して、状態値ＤＳを算出する。この状態値を無気泡状態値とすると、閾値生成手段８０は、無気泡状態値に所定係数を乗算した値、または無気泡状態値に所定値（オフセット値）を加算した値を、閾値として算出し、判定手段７０へ送る。
【００９１】
なお、所定係数および所定値は、ユーザーが許容できる気泡混入量などによって決定することができる。
【００９２】
これによって、ユーザーなどは、被測定流体中の気泡の状態、許容できる気泡混入量などに応じて閾値を生成することができ、より適切な気泡状態の診断をすることができる。
【００９３】
つぎに、被測定流体の質量流量の算出処理について説明する。
【００９４】
図２において、位相差算出手段３１は、揺らぎ算出手段５０から、式（１）および式（２）の分子に示された値を受け取り、変位信号ＳＡの位相ΦＡの正接（ｔａｎΦＡ）を、下記式（７）によって算出する。
【００９５】
【数７】
2011022020.tif 000009
【００９６】
同様に、変位信号ＳＢの位相ΦBの正接（ｔａｎΦB）を、下記式（８）によって算出する。
【００９７】
【数８】
2011022020.tif 000010
【００９８】
そして、位相差算出手段３１は、ｔａｎΦＡの逆正接（ｔａｎ−１ΦＡ）を演算して位相ΦＡを算出し、ｔａｎΦBの逆正接（ｔａｎ−１ΦB）を演算して位相ΦBを算出する。位相ΦＡから位相ΦBを減算して、変位信号ＳＡと変位信号ＳＢとの位相差ΔΦ（コリオリ力に起因）を算出する。
【００９９】
温度センサ６からは、温度信号ＳＴ１がトラックアンドホールド回路３３に出力され、サンプリングの時点を決めるタイミング信号ＴＣによりホールドされた多数の温度信号は、アナログ／デジタル変換器３４でデジタル信号に変換されて平均化回路３５に出力され、ここで平均されて温度信号ＳＴ２として出力される。
【０１００】
上流センサ５Ａで検出された変位信号ＳＡは、周波数測定手段７に入力されて、ここで信号周波数ｆＡが測定される。
【０１０１】
密度算出手段４０は、信号周波数ｆＡと温度信号ＳＴ２とが入力され、これらに基づいて被測定流体の密度Ｄを算出する。
【０１０２】
質量流量算出手段４１は、密度Ｄ、信号周波数ｆＡ、位相差ΔΦ、温度信号ＳＴ２とが入力されて、これらに基づいて質量流量ＱＭを算出する。
【０１０３】
［第２の実施例］
図５は、本実施例を適用したコリオリ１００の構成図であり、これを用いて説明する。図５において、第１シフト手段１１０の追加、図２の基準信号生成手段５１の削除、および揺らぎ算出手段１２０内の平均値算出手段１２１の平均値算出処理が、図２と相違する点である。
【０１０４】
以下の説明では、図２と同一のものは同一符号を付し説明を省略し、第１の実施例との相違点について説明する。
【０１０５】
図５において、第１シフト手段１１０は、ローパスフィルタ２０から出力信号ＤＡ３を受け取り、ヒルベルト変換処理などによって、信号ＤＡ３に対し９０度位相の異なる信号ＤＡ４（第１シフト検出信号）を生成し、平均値算出手段１２１へ出力する。
【０１０６】
平均値算出手段１２１は、信号ＤＡ３、ＤＡ４、ＤＢ３を受け取り、後述する処理（図６で説明）によって、平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）を算出し、これらを平均値変動算出手段５３へ出力する。
【０１０７】
なお、信号ＤＡ３は、Ａ×ｓｉｎ（ω’×ｔ（ｉ））、信号ＤＡ４は、Ａ×ｃｏｓ（ω’×ｔ（ｉ））、信号ＤＢ３は、Ｂ×ｓｉｎ（ω’×ｔ（ｉ）＋ΔΦ）である。
【０１０８】
ω’は、変位信号ＳＡ、ＳＢの角速度（ｒａｄ／ｓ）、ΔΦは、変位信号ＳＡとＳＢとの位相差（ｒａｄ）（コリオリ力に起因）である。
【０１０９】
つぎに、気泡診断処理について、図６も交えて説明する。図６は、気泡診断処理の動作フローチャート図であり、図３と同一のものは同一符号を付し、第１の実施例との相違点を中心に説明する。
【０１１０】
図６において、変数ｊに１を設定（ステップＳ１０）、変数ｉに１を設定（ステップＳ２０）する。なお、図３のステップＳ１５の角速度ωの算出、ステップＳ２５の基準信号の生成は行わない。
【０１１１】
図６のステップＳ１００において、平均値算出手段１２１は、信号ＤＡ３、ＤＢ３を受け取る。ステップＳ１１０において、第１シフト手段１１０は、信号ＤＡ４を生成し、平均値算出手段１２１へ送る。
【０１１２】
ステップＳ１２０において、平均値算出手段１２１は、信号ＤＡ３と信号ＤＢ３との積のＭ個分の平均値Ｓ１（ｊ）（第１平均値）を下記式（９）によって算出する。また、信号ＤＡ４と信号ＤＢ３との積のＭ個分の平均値Ｓ２（ｊ）（第２平均値）を下記式（１０）によって算出する。
【０１１３】
【数９】
2011022020.tif 000011
【０１１４】
【数１０】
2011022020.tif 000012
【０１１５】
なお、変数ｉがＭ（第１所定個数）より小さい場合（ステップＳ４０のＮｏ）、ステップＳ４５に移行し、変数ｉに１を足して、ステップＳ１００に戻り、各ステップを繰り返すことによって、平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）は、式（９）、（１０）の分子をＭ個分積算する。そして、変数ｉがＭになった場合（ステップＳ４０のＹｅｓ）、この積算値をＭで除算して算出される。なお、平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）は、移動平均によって算出してもよい。
【０１１６】
変数ｉがＭ以上になった場合、ステップＳ５０に移行する。ステップＳ５０以後の処理は、図３と同様である。
【０１１７】
このように、本実施例の気泡診断処理によれば、第１の実施例と同様に、揺らぎ算出手段１２０が変位信号ＳＡ、ＳＢ、第１シフト検出信号ＤＡ４に基づく揺らぎＦ１、Ｆ２を算出し、状態値算出手段６０が揺らぎＦ１、Ｆ２に基づいて気泡の状態を表す状態値ＤＳを算出し、判定手段７０が状態値ＤＳに基づいて気泡の状態を判定する。これによって、被測定流体の圧力の高低に関わらず、被測定流体中の気泡の状態を正確に判定することができる。
【０１１８】
［第３の実施例］
図７は、本実施例を適用したコリオリ２００の構成図であり、これを用いて説明する。図７において、第１シフト手段１１０、第２シフト手段２１０の追加、図２の基準信号生成手段５１の削除、および揺らぎ算出手段２２０内の平均値算出手段２２１の平均値算出処理が、図２と相違する点である。
【０１１９】
以下の説明では、図２と同一のものは同一符号を付し説明を省略し、第１の実施例との相違点について説明する。
【０１２０】
図７において、第１シフト手段１１０は、ローパスフィルタ２０から出力信号ＤＡ３を受け取り、ヒルベルト変換処理などによって、信号ＤＡ３に対し９０度位相の異なる信号ＤＡ４（第１シフト検出信号）を生成し、平均値算出手段２２１へ出力する。
【０１２１】
第２シフト手段２１０は、ローパスフィルタ２６から出力信号ＤＢ３を受け取り、ヒルベルト変換処理などによって、信号ＤＢ３に対し９０度位相の異なる信号ＤＢ４（第２シフト検出信号）を生成し、平均値算出手段２２１へ出力する。
【０１２２】
平均値算出手段２２１は、信号ＤＡ３、ＤＡ４、ＤＢ３、ＤＢ４を受け取り、後述する処理（図８で説明）によって、平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）を算出し、これらを平均値変動算出手段５３へ出力する。
【０１２３】
なお、信号ＤＡ３は、Ａ×ｓｉｎ（ω’×ｔ（ｉ））、信号ＤＡ４は、Ａ×ｃｏｓ（ω’×ｔ（ｉ））、信号ＤＢ３は、Ｂ×ｓｉｎ（ω’×ｔ（ｉ）＋ΔΦ）、信号ＤＢ４は、Ｂ×ｃｏｓ（ω’×ｔ（ｉ）＋ΔΦ）である。
【０１２４】
ω’は、変位信号ＳＡ、ＳＢの角速度（ｒａｄ／ｓ）、ΔΦは、変位信号ＳＡとＳＢとの位相差（ｒａｄ）（コリオリ力に起因）である。
【０１２５】
つぎに、気泡診断処理について、図８も交えて説明する。図８は、気泡診断処理の動作フローチャート図であり、図３と同一のものは同一符号を付し、第１の実施例との相違点を中心に説明する。
【０１２６】
図８において、変数ｊに１を設定（ステップＳ１０）、変数ｉに１を設定（ステップＳ２０）する。なお、図３のステップＳ１５の角速度ωの算出、ステップＳ２５の基準信号の生成は行わない。
【０１２７】
図８のステップＳ２００において、平均値算出手段２２１は、信号ＤＡ３、ＤＢ３を受け取る。ステップＳ２１０において、第１シフト手段１１０は、信号ＤＡ４を生成し、平均値算出手段２２１へ送り、第２シフト手段２１０は、信号ＤＢ４を生成し、平均値算出手段２２１へ送る。
【０１２８】
ステップＳ２２０において、平均値算出手段２２１は、信号ＤＡ３と信号ＤＢ４との積（Ｚ１）から信号ＤＡ４と信号ＤＢ３との積（Ｚ２）を減算した値のＭ個分の平均値Ｓ１（ｊ）（第１平均値）を下記式（１１）によって算出する。また、信号ＤＡ４と信号ＤＢ４との積（Ｚ３）に信号ＤＡ３と信号ＤＢ３との積（Ｚ４）を加算した値のＭ個分の平均値Ｓ２（ｊ）（第２平均値）を下記式（１２）によって算出する。
【０１２９】
【数１１】
2011022020.tif 000013
【０１３０】
なお、式（１１）のＺ１は、下記式（１１ａ）であり、Ｚ２は、下記式（１１ｂ）である。
【０１３１】
【数１２】
2011022020.tif 000014
【０１３２】
【数１３】
2011022020.tif 000015
【０１３３】
【数１４】
2011022020.tif 000016
【０１３４】
なお、式（１２）のＺ３は、下記式（１２ａ）であり、Ｚ４は、下記式（１２ｂ）である。
【０１３５】
【数１５】
2011022020.tif 000017
【０１３６】
【数１６】
2011022020.tif 000018
【０１３７】
なお、変数ｉがＭ（第１所定個数）より小さい場合（ステップＳ４０のＮｏ）、ステップＳ４５に移行し、変数ｉに１を足して、ステップＳ２００に戻り、各ステップを繰り返すことによって、平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）は、式（１１）、（１２）の分子をＭ個分積算する。そして、変数ｉがＭになった場合（ステップＳ４０のＹｅｓ）、この積算値をＭで除算して算出される。なお、平均値Ｓ１（ｊ）、Ｓ２（ｊ）は、移動平均によって算出してもよい。
【０１３８】
そして、変数ｉがＭ以上になった場合、ステップＳ５０に移行する。ステップＳ５０以後の処理は、図３と同様である。
【０１３９】
このように、本実施例の気泡診断処理によれば、第１の実施例と同様に、揺らぎ算出手段２２０が変位信号ＳＡ、ＳＢ、第１シフト検出信号ＤＡ４、第２シフト検出信号ＤＢ４に基づく揺らぎＦ１、Ｆ２を算出し、状態値算出手段６０が揺らぎＦ１、Ｆ２に基づいて気泡の状態を表す状態値ＤＳを算出し、判定手段７０が状態値ＤＳに基づいて気泡の状態を判定する。これによって、被測定流体の圧力の高低に関わらず、被測定流体の気泡の状態を正確に判定することができる。
【０１４０】
なお、揺らぎ算出手段５０、１２０、２２０、状態値算出手段６０、判定手段７０、閾値生成手段８０、第１シフト手段１１０および第２シフト手段２１０は、プロセッサによって所定のプログラムに従って実行、または論理回路によって実現してもよい。
【０１４１】
なお、本発明は、前述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲で、さらに多くの変更および変形を含む。また、前述した各手段の組み合わせ以外の組み合わせを含むことができる。
【符号の説明】
【０１４２】
１０、１００、２００  コリオリ流量計
５０、１２０、２２０  揺らぎ算出手段
５１  基準信号生成手段
５２、１２１、２２１  平均値算出手段
５３  平均値変動算出手段
６０  状態値算出手段
７０  判定手段
８０  閾値生成手段
【図１】
2011022020.tif 000019
【図２】
2011022020.tif 000020
【図３】
2011022020.tif 000021
【図５】
2011022020.tif 000022
【図６】
2011022020.tif 000023
【図７】
2011022020.tif 000024
【図８】
2011022020.tif 000025
【図９】
2011022020.tif 000026
【図４】
2011022020.tif 000027