(57)【要約】【課題】計測量に応じたパルスを精度よく生成すると共に、パルスの出力間隔の乱れを抑制するパルス出力装置、電磁流量計、及びパルス出力方法を提供する。【解決手段】測定周期ごとに更新される計測データの大きさに応じて、パルスを出力する周期であるパルス更新周期を求め、パルス更新周期ごとに、周期積算値をパルス重みで割った値の整数部分をパルス数として求める。そして、パルス更新周期の間に、パルス数分のパルスを出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位時間あたりの計測量の情報であり、測定周期ごとに更新される計測データの大きさに応じて、パルスを出力する周期であり、前記測定周期以下の時間となるパルス更新周期を経時的に求める更新周期演算部と、
前記パルス更新周期ごとの計測量の積算値である周期積算値を求め、求めた前記周期積算値をパルス重みで割った値の整数部分をパルス数として求めるパルス数演算部と、
前記パルス更新周期の間に、前記パルス数分のパルスを出力するパルス出力処理部と、を有する、パルス出力装置。
【請求項２】
前記更新周期演算部は、
前記パルス更新周期が、前記測定周期の半分以上の時間となるように演算するものである、請求項１に記載のパルス出力装置。
【請求項３】
前記更新周期演算部は、
前記パルス更新周期が、前記測定周期と前記パルス重みに対する前記計測データの割合との乗算値を整数倍した値のうち、前記測定周期と同じ時間、又は前記測定周期未満で且つ前記測定周期に最も近い時間となるように演算するものである、請求項１又は２に記載のパルス出力装置。
【請求項４】
前記更新周期演算部は、
前記計測データが０より大きければ、前記計測データと前記測定周期との積が前記パルス重み以下であるか否かを判定し、
前記計測データと前記測定周期との積が前記パルス重み以下であれば、前記パルス重みに対する前記計測データの割合を、前記計測データに応じて定まる２以上の整数である除算用整数で割って、前記パルス更新周期を求め、
前記計測データと前記測定周期との積が前記パルス重みより大きければ、前記パルス重みに対する前記計測データの割合に、前記計測データに応じて定まる１以上の整数である乗算用整数を乗じて、前記パルス更新周期を求めるものである、請求項１〜３の何れか一項に記載のパルス出力装置。
【請求項５】
前記除算用整数は、前記パルス重みを前記計測データと前記測定周期との積で割った値の整数部分に１を加えたものであり、
前記乗算用整数は、前記計測データと前記測定周期との積を前記パルス重みで割った値の整数部分である、請求項４に記載のパルス出力装置。
【請求項６】
測定管内を流れる流体の流量に応じた起電力を検出する検出器と、
請求項１〜５の何れか一項に記載のパルス出力装置を備えた変換器と、を有し、
前記変換器は、
前記測定周期ごとに、前記検出器において検出された起電力から前記計測データを求める計測量演算部を有する、電磁流量計。
【請求項７】
単位時間あたりの計測量の情報であり、測定周期ごとに更新される計測データの大きさに応じて、パルスを出力する周期であり、前記測定周期以下の時間となるパルス更新周期を求め、
前記パルス更新周期ごとの計測量の積算値である周期積算値を求め、
前記周期積算値をパルス重みで割った値の整数部分をパルス数として求め、
前記パルス更新周期の間に、前記パルス数分のパルスを出力する、パルス出力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測データに基づくパルス信号を生成して出力するパルス出力装置、電磁流量計、及びパルス出力方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流量計又は熱量計などの計測機器は、検出器による検出データをもとに、瞬時流量などの計測量を求めるようになっている。こうした計測機器は、検出データに基づくパルス信号を生成して出力するパルス出力装置を備えている。
【０００３】
パルス出力装置には、複数のタイマをカスケード接続してＣＰＵのクロックを所望の周波数まで分周し、計測量に比例したパルス周波数を生成する周波数分周方式を採用したものがある。また、パルス出力装置には、測定周期ごとに計測量を積算し、積算値をパルス重みで除した商分のパルスを出力して、積算値から出力パルス分を減算する処理を繰り返す周期積算カウント方式も採られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１８３２１２号公報
【特許文献２】特開平１０−１１１１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、周波数分周方式の場合は、低い周波数を複数のタイマで分周したとき、パルス周期の切り替わり時にゆらぎ又は遅れが発生するため、出力するパルスの数に誤差が生じるという課題がある。また、周期積算カウント方式では、パルスの発生周期が測定周期に近い場合などにおいて、パルスの出力間隔が一定にならないことがある。すなわち、周期積算カウント方式の場合は、定期的に、パルスの出力数が相対的に少なくなる測定周期、又はパルスの出力数が相対的に多くなる測定周期が発生するため、パルスの出力間隔に乱れが生じるという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、計測量に応じたパルスを精度よく生成すると共に、パルスの出力間隔の乱れを抑制するパルス出力装置、電磁流量計、及びパルス出力方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るパルス出力装置は、単位時間あたりの計測量の情報であり、測定周期ごとに更新される計測データの大きさに応じて、パルスを出力する周期であり、測定周期以下の時間となるパルス更新周期を経時的に求める更新周期演算部と、パルス更新周期ごとの計測量の積算値である周期積算値を求め、求めた周期積算値をパルス重みで割った値の整数部分をパルス数として求めるパルス数演算部と、パルス更新周期の間に、パルス数分のパルスを出力するパルス出力処理部と、を有するものである。
【０００８】
本発明に係る電磁流量計は、測定管内を流れる流体の流量に応じた起電力を検出する検出器と、上記のパルス出力装置を備えた変換器と、を有し、変換器は、測定周期ΔＴごとに、検出器において検出された起電力から計測データを求める計測量演算部を有している。
【０００９】
本発明に係るパルス出力方法は、単位時間あたりの計測量の情報であり、測定周期ごとに更新される計測データの大きさに応じて、パルスを出力する周期であり、測定周期以下の時間となるパルス更新周期を求め、パルス更新周期ごとの計測量の積算値である周期積算値を求め、周期積算値をパルス重みで割った値の整数部分をパルス数として求め、パルス更新周期の間に、パルス数分のパルスを出力するようになっている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、計測データの大きさに応じたパルス更新周期を求めると共に、パルス更新周期ごとにパルス数を求めてパルス数分のパルスを出力する。そして、パルス更新周期Δｔは測定周期ΔＴ以下となるため、計測量に比例したパルスを精度よく生成すると共に、パルスの出力間隔の乱れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る計測機器の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１のパルス出力装置による演算処理をシミュレーションしたデータのうち、経過時間が０．０００［ｓ］〜１０．６２６［ｓ］までの範囲に対応するデータを示す表である。
【図３】図１のパルス出力装置による演算処理をシミュレーションしたデータのうち、経過時間が１０．７７７［ｓ］〜１９．０３６［ｓ］までの範囲に対応するデータを示す表である。
【図４】図１のパルス出力装置による演算処理をシミュレーションしたデータのうち、経過時間が１９．１８８［ｓ］〜２９．３５５［ｓ］までの範囲に対応するデータを示す表である。
【図５】図２〜図４の表に対応するグラフである。
【図６】パルス周波数と測定周期とパルス更新周期との関係性を例示した表である。
【図７】図１のパルス出力装置による動作のうち、パルス更新周期の演算処理、及びパルス更新周期ごとのパルス出力処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】従来のパルス出力装置において、測定周期ΔＴとパルス周期との関係が変化したときのパルスの出力間隔のバラつきを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
本発明の実施の形態に係る計測機器の構成を概略的に示すブロック図である。計測機器１００は、電磁流量計、積算熱量計、又は差圧流量計などの計測機器である。本実施の形態では、計測機器１００として、導電性を有する流体の流量を測定する電磁流量計を例示している。
【００１３】
図１に示すように、計測機器１００は、検出器１０と、変換器２０と、を有している。検出器１０は、測定管１１と、励磁コイル１２と、電極１３ａと、電極１３ｂと、を有している。測定管１１は、パイプ状に形成され、流体を通過させるものである。計測機器１００は、導電性を有する流体が測定管１１内を流れるように配設される。励磁コイル１２は、測定管１１内に磁界を発生させ、測定管１１内を流れる流体に磁界を印加するものである。励磁コイル１２は、磁界の発生方向が、測定管１１内を流れる流体の流れ方向に対して垂直となるように配置されている。
【００１４】
電極１３ａ及び電極１３ｂは、電極１３ａと電極１３ｂとを結ぶ直線が、測定管１１内を流れる流体の流れ方向、及び励磁コイル１２が発生させる磁界の方向に対して直交するように測定管１１内に配置され、一対の電極を構成している。電極１３ａ及び電極１３ｂは、励磁コイル１２が発生させる磁界中を流体が流れることで発生する起電力を検出し、検出した起電力を示す起電力信号を変換器２０へ出力するものである。
【００１５】
変換器２０は、増幅処理回路３０と、ＡＤ変換器３５と、記憶装置４０と、制御装置５０と、パルス出力装置６０と、励磁回路８０と、表示装置９０と、を有している。パルス出力装置６０は、パルス制御部６１と、割り込みタイマ７１と、インターバルタイマ７２と、ワンショットタイマ７３と、を有している。
【００１６】
割り込みタイマ７１は、後述するパルス更新周期Δｔごとに、パルス制御部６１へクロックを出力する。インターバルタイマ７２は、タイムアウトする度に出力の状態が反転する（トグルする）ようになっており、計測データＰＶに応じた数のパルスをワンショットタイマ７３へ出力する。ワンショットタイマ７３は、インターバルタイマ７２から出力されるパルスのデューティ比を調整して外部機器へ出力する。
【００１７】
増幅処理回路３０は、電極１３ａ及び電極１３ｂから出力される起電力信号を増幅させる。増幅処理回路３０は、例えば、交流増幅回路と、サンプルホールド回路と、直流増幅回路と、を含んで構成される。交流増幅回路は、電極１３ａからの起電力信号と電極１３ｂからの起電力信号との差を増幅する。サンプルホールド回路は、励磁電流Ｉｅｘが正極性及び負極性のそれぞれのときの起電力信号の電圧をサンプリングする。直流増幅回路は、励磁電流Ｉｅｘが正極性のときの起電力信号の電圧と、励磁電流Ｉｅｘが負極性のときの起電力信号の電圧との差を増幅する。
【００１８】
ＡＤ変換器３５は、増幅処理回路３０において増幅されたアナログの起電力信号をデジタルの起電力信号に変換し、変換した起電力信号をパルス出力装置６０へ出力する。記憶装置４０には、制御装置５０の動作プログラム、及びパルス出力装置６０の動作プログラムが格納されている。また、記憶装置４０には、制御装置５０及びパルス出力装置６０のそれぞれが演算に用いる種々のデータが記憶される。
【００１９】
パルス制御部６１は、検出器１０による検出データに基づいてパルス信号を生成し、生成したパルス信号を外部機器へ出力する。パルス信号に含まれるパルスには、予め規定の計測量が対応づけられている。パルス制御部６１は、計測量演算部６２と、更新周期演算部６３と、パルス数演算部６４と、パルス出力処理部６５と、を有している。
【００２０】
計測量演算部６２は、測定周期ΔＴごとに、検出器１０による検出データ、すなわち検出器１０が検出した起電力から、単位時間あたりの計測量を示す計測データＰＶを求める。本実施の形態１において、計測データＰＶは、１［ｓ］あたりの計測量を示す情報である。なお、計測データＰＶが示す計測量は、０以上の値となる。
【００２１】
測定周期ΔＴは、例えば２００［ｍｓ］に設定され、適宜変更することができる。本実施の形態の計測量演算部６２は、測定周期ΔＴごとに、ＡＤ変換器３５から出力される起電力信号の値であるＡＤ値を用いて、測定管１１内を流れる流体の流速を求める。
【００２２】
より具体的に、計測量演算部６２は、下記の式（１）により、測定管１１内を流れる流体の流速を求める。最大流速、最大流速ＡＤ値、及びゼロ点ＡＤ値は、電磁流量計の回路の特性のバラツキなどに応じて決まる値であり、キャリブレーション等で予め記憶装置４０に記憶されている。ゼロ点とは、流体の流量が０の状態でも流れるオフセット電流などのバイアスを差し引いて調整された点である。ゼロ点ＡＤ値は、ゼロ点におけるＡＤ値である。
【００２３】
【数１】
2019191108.tif 000003
【００２４】
また、計測量演算部６２は、式（１）から求めた流速をもとに、下記の式（２）により、１［ｓ］あたりの流量である瞬時流量を求める。式（２）の断面積は、測定管１１の断面積のことであり、下記の式（３）のように、測定管１１の口径から求まる。
【００２５】
【数２】
2019191108.tif 000004
【００２６】
【数３】
2019191108.tif 000005
【００２７】
測定管１１の断面積の情報は、予め記憶装置４０に記憶されていてもよく、計測量演算部６２が、式（３）により都度計算してもよい。いずれにせよ、計測量演算部６２は、求めた流速に測定管１１の断面積を乗算して瞬時流量を求める。そして、計測量演算部６２は、求めた瞬時流量を計測データＰＶとして記憶装置４０に記憶させる。つまり、計測量演算部６２は、測定周期ΔＴごとに、ＡＤ変換器３５から起電力信号を取得して計測データＰＶを求め、求めた計測データＰＶによって記憶装置４０内の計測データＰＶを更新する。
【００２８】
ここで、計測量演算部６２は、測定管１１内を流れる流体の１［ｓ］あたりの熱量である瞬時熱量を演算する機能を有していてもよい。すなわち、計測機器１００は、ビル空調などの熱交換器で消費した熱量を計測する機能を有していてもよい。この場合、例えば、検出器１０は、流体の流れにおける熱交換器の下流側に設けられる。流体の流れにおける熱交換器の上流側には、熱交換器に流入する流体の温度である往温度を計測する往温度センサを含む往側感温部が設けられる。流体の流れにおける熱交換器の下流側には、熱交換器から流出する流体の温度である還温度を計測する還温度センサを含む還側感温部が設けられる。
【００２９】
そして、計測量演算部６２は、往温度センサから往温度を取得すると共に、還温度センサから還温度を取得し、下記の式（４）により瞬時熱量を求め、求めた瞬時熱量を計測データＰＶとして記憶装置４０に記憶させる。つまり、計測量演算部６２は、測定周期ΔＴごとに記憶装置４０内の計測データＰＶを更新する。
【００３０】
【数４】
2019191108.tif 000006
【００３１】
往還温度差は、往温度センサにおいて計測された往温度と、還温度センサにおいて計測された還温度との差分のことである。なお、測定管１１内を流れる流体が水の場合、熱量換算係数は「４．１２３」に設定される。
【００３２】
更新周期演算部６３は、単位時間あたりの計測量の情報であり、測定周期ΔＴごとに更新される計測データＰＶの大きさに応じて、パルスを出力する周期であり、測定周期ΔＴ以下の時間となるパルス更新周期Δｔを経時的に求める。
【００３３】
本実施の形態において、パルス更新周期Δｔと測定周期ΔＴとの間には、「ΔＴ／２≦Δｔ≦ΔＴ」という関係がある。すなわち、更新周期演算部６３は、パルス更新周期Δｔが、前記測定周期ΔＴの半分以上で且つ測定周期ΔＴ以下の時間となるように演算する。パルス更新周期Δｔは、初期状態において、例えば測定周期ΔＴと同じ時間に設定される。そして、パルス更新周期Δｔは、更新周期演算部６３により経時的に更新される。
【００３４】
更新周期演算部６３は、計測データＰＶが０であれば、パルス更新周期Δｔを測定周期ΔＴと同じ長さに設定する。更新周期演算部６３は、計測データＰＶが０でなければ、つまり計測データＰＶが０より大きければ、下記の不等式（５）を満たすか否かを判定する。不等式（５）において、Ｗは、１パルスあたりの計測量を示すパルス重みである。すなわち、更新周期演算部６３は、計測データＰＶが０より大きければ、計測データＰＶと測定周期ΔＴとの積がパルス重みＷ以下であるか否かを判定する。
【００３５】
【数５】
2019191108.tif 000007
【００３６】
ここで、計測データＰＶと測定周期ΔＴとの積は、測定周期ΔＴあたりの計測量を示す。したがって、計測データＰＶと測定周期ΔＴとの積がパルス重みＷ以下であるか否かの判定は、測定周期ΔＴあたりの計測量が１パルス分の計測量よりも多いか否かの判定に相当する。
【００３７】
更新周期演算部６３は、計測データＰＶと測定周期ΔＴとの積がパルス重みＷ以下であれば、下記の式（６）に基づいてパルス更新周期Δｔを求める。
【００３８】
【数６】
2019191108.tif 000008
【００３９】
ここで、式（６）の分子の「Ｗ÷ＰＶ」は、パルス重みＷに対する計測データＰＶの割合である。式（６）の分母の「ｉｎｔ（Ｗ÷（ＰＶ×ΔＴ））＋１」は、計測データＰＶに応じて定まる除算用整数である。式（６）の分母の「Ｗ÷（ＰＶ×ΔＴ）」は、不等式（５）を満たす場合、１以上の数値となるため、除算用整数は、２以上の整数となる。
【００４０】
更新周期演算部６３は、計測データＰＶと測定周期ΔＴとの積がパルス重みＷより大きければ、下記の式（７）に基づいてパルス更新周期Δｔを求める。
【００４１】
【数７】
2019191108.tif 000009
【００４２】
式（７）の「ｉｎｔ（（ＰＶ×ΔＴ）÷Ｗ）」は、計測データＰＶに応じて定まる乗算用整数である。ここで、不等式（５）を満たさない場合、「（ＰＶ×ΔＴ）÷Ｗ」は、１より大きな整数となるため、乗算用整数は、１以上の整数となる。
【００４３】
すなわち、更新周期演算部６３は、不等式（５）を満たす場合、パルス重みＷに対する計測データＰＶの割合を、計測データＰＶに応じて定まる２以上の整数である除算用整数で割ることにより、パルス更新周期Δｔを求める。一方、更新周期演算部６３は、不等式（５）を満たさない場合、パルス重みＷに対する計測データＰＶの割合に、計測データＰＶに応じて定まる１以上の整数である乗算用整数を乗じることにより、パルス更新周期Δｔを求める。
【００４４】
本実施の形態において、除算用整数は、式（６）に示すように、パルス重みＷを計測データＰＶと測定周期ΔＴとの積で割った値の整数部分に、１を加えたものである。また、乗算用整数は、式（７）に示すように、計測データＰＶと測定周期ΔＴとの積をパルス重みＷで割った値の整数部分である。
【００４５】
そして、更新周期演算部６３は、割り込みタイマ７１にパルス更新周期Δｔを設定する。すなわち、更新周期演算部６３は、パルス更新周期Δｔごとに新たなパルス更新周期Δｔを求め、求めたパルス更新周期Δｔにより割り込みタイマ７１の設定を更新する。これにより、割り込みタイマ７１は、パルス更新周期Δｔごとにクロックを出力する設定となる。また、更新周期演算部６３は、求めたパルス更新周期Δｔをパルス数演算部６４へ出力する。
【００４６】
パルス数演算部６４は、パルス更新周期Δｔごとの計測量の積算値である周期積算値Ｓを求め、求めた周期積算値Ｓをパルス重みＷで割った値の整数部分をパルス数Ｎとして求める。
【００４７】
すなわち、パルス数演算部６４は、更新周期演算部６３から出力されるパルス更新周期Δｔと、計測データＰＶとを用い、下記の式（８）に基づいて、パルス更新周期Δｔごとの計測量の積算値である周期積算値Ｓを求める。このとき、パルス数演算部６４は、記憶装置４０から計測データＰＶを取得する。
【００４８】
【数８】
2019191108.tif 000010
【００４９】
ここで、周期残量Ｒは、前回のパルス更新周期Δｔでのパルス出力処理後の周期積算値Ｓの残量である。前回のパルス更新周期Δｔにおいてインターバルタイマ７２の設定を更新した場合、今回の周期積算値Ｓの演算において、式（８）の「Ｒ」は、前回の式（８）による周期積算値Ｓから、パルス数Ｎにパルス重みＷを乗じた値を減じた値となっている。ここで、インターバルタイマ７２の設定を更新した場合とは、インターバルタイマ７２を停止させなかった場合のことであり、詳しくは後述する。
【００５０】
なお、前回のパルス更新周期Δｔにおいてインターバルタイマ７２の設定を更新した場合は、周期残量Ｒの演算後に周期積算値Ｓがクリアされるため、今回の周期積算値Ｓの演算において、式（８）右辺の「Ｓ」は０となる。もっとも、この場合において、前回のパルス更新周期Δｔでのパルス数Ｎが０の場合は、パルス数Ｎにパルス重みＷを乗じた値も０となるため、今回の周期積算値Ｓの演算において、式（８）の「Ｒ」は、前回の式（８）による周期積算値Ｓとなる。
【００５１】
一方、前回のパルス更新周期Δｔにおいてインターバルタイマ７２を停止させた場合、前回の式（８）による周期積算値Ｓがそのまま保持されており、周期残量Ｒは、後述するようにクリアされている。よって、今回の周期積算値Ｓの演算での式（８）において、右辺の「Ｓ」は前回の式（８）による周期積算値Ｓとなり、「Ｒ」は０となる。
【００５２】
周期残量Ｒは、初期状態において０に設定されている。したがって、パルス数演算部６４が初回の演算で求める周期積算値Ｓは、計測データＰＶにパルス更新周期Δｔを乗じた値となる。
【００５３】
パルス数演算部６４は、式（８）により、計測データＰＶにパルス更新周期Δｔを乗じた値に、前回の演算での周期残量Ｒを加算して、周期積算値Ｓを求めた後、周期残量Ｒを０にクリアする。また、パルス数演算部６４は、下記の式（９）に基づき、周期積算値Ｓをパルス重みＷで割ることにより、周期積算値Ｓに含まれるパルスの量であるパルス量Ｆを求める。
【００５４】
【数９】
2019191108.tif 000011
【００５５】
ここで、パルス量Ｆをパルス更新周期Δｔで除した値は、パルス更新周期Δｔにおいてパルスを出力する周波数であるパルス周波数となる。そして、パルス数演算部６４は、下記の式（１０）により、パルス量Ｆの整数部分を抽出し、パルス更新周期Δｔの間に出力するパルスの数であるパルス数Ｎを求め、求めたパルス数Ｎをパルス出力処理部６５へ出力する。
【００５６】
【数１０】
2019191108.tif 000012
【００５７】
パルス出力処理部６５は、パルス更新周期Δｔの間に、パルス数Ｎ分のパルスを出力する。より具体的に、パルス出力処理部６５は、パルス数Ｎが０でない場合、又はパルス数Ｎが０であり且つ不等式（５）が成立しない場合、下記の式（１１）によって周期残量Ｒを求め、求めた周期残量Ｒを記憶装置４０に記憶させる。ここで、パルス数Ｎが０でない場合とは、パルス数Ｎが１以上の場合である。また、不等式（５）が成立しない場合とは、測定周期ΔＴあたりの計測量がパルス重みＷより大きい場合のことである。前回のパルス更新周期Δｔにおける周期残量Ｒが記憶装置４０に記憶されている場合、パルス出力処理部６５は、記憶装置４０内の周期残量Ｒを、新たに求めた周期残量Ｒによって更新する。パルス出力処理部６５は、周期残量Ｒを求めた後、周期積算値Ｓを０にクリアする。
【００５８】
【数１１】
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【００５９】
また、パルス出力処理部６５は、パルス周波数が「Ｆ÷Δｔ」のパルスを発生させるため、インターバルタイマ７２に、パルス周期の半周期である「（Δｔ÷Ｆ）÷２」をセットする。インターバルタイマ７２は、タイムアウトする度に出力の状態が反転するからである。これにより、インターバルタイマ７２は、パルス更新周期Δｔの間に、パルス数Ｎ分のパルスを出力する。
【００６０】
加えて、パルス出力処理部６５は、インターバルタイマ７２の後段に設けられたワンショットタイマ７３のパルス幅を設定する。これにより、インターバルタイマ７２から出力されるパルスのデューティ比を、ワンショットタイマ７３によって小さくすることができるため、消費電力を低減することができる。もっとも、ワンショットタイマ７３のパルス幅は、パルス更新周期Δｔごとに設定する必要はなく、予め設定されていてもよい。
【００６１】
一方、パルス出力処理部６５は、パルス数Ｎが０であり且つ不等式（５）が成立する場合、インターバルタイマ７２を停止させる。すなわち、パルス出力処理部６５は、パルス数Ｎが０であり、且つ測定周期ΔＴあたりの計測量がパルス重みＷ以下の場合、周期積算値Ｓ及び周期残量Ｒをそのまま保持し、パルスを停止する。
【００６２】
図２は、図１のパルス出力装置による演算処理をシミュレーションしたデータのうち、経過時間が０．０００［ｓ］〜１０．６２６［ｓ］までの範囲に対応するデータを示す表である。図３は、図１のパルス出力装置による演算処理をシミュレーションしたデータのうち、経過時間が１０．７７７［ｓ］〜１９．０３６［ｓ］までの範囲に対応するデータを示す表である。図４は、図１のパルス出力装置による演算処理をシミュレーションしたデータのうち、経過時間が１９．１８８［ｓ］〜２９．３５５［ｓ］までの範囲に対応するデータを示す表である。図５は、図２〜図４の表に対応するグラフである。
【００６３】
図２〜図４のタイマ設定の欄には、インターバルタイマ７２の設定状態が記載されている。図２〜図４のパルス発生時間の欄には、パルスの出力を開始した時間が記載されている。図２〜図４のパルス間隔の欄には、あるパルスを出力してから次のパルスを出力するまでの時間が記載されている。なお、パルス周波数は、パルス量Ｆをパルス更新周期Δｔで割った値である。図５では、経過時間を横軸にとり、計測データＰＶとしての瞬時流量を縦軸にとっている。図２〜図５では、パルス重みＷが「１．０００」に設定され、測定周期ΔＴが「０．２００」に設定されている。
【００６４】
パルス更新周期Δｔごとに、瞬時流量を０．１［ｍ３／ｓ］ずつ増減させたときのパルス発生のタイミングを計算すると、図２〜図４のようになる。図２〜図４からは、パルス周波数によってパルス更新周期Δｔが変化する様子がわかる。また、パルス間隔は、パルス周波数に比例しており、規則的に変化することがわかる。そして、パルス数Ｎとパルス重みＷとの積と、瞬時流量とパルス更新周期Δｔとの積の累積値である積算流量とが、一致している。そして、図５からは、経過時間に応じて、計測データＰＶとしての瞬時流量が規則的に変化する様子がわかる。
【００６５】
例えば、計測データＰＶが４．９００［ｍ３／ｓ］の場合は、「Ｗ＞ＰＶ×ΔＴ」となり、式（５）を満たすため、更新周期演算部６３は、式（６）を用いてパルス更新周期Δｔを求める。また、計測データＰＶが５．０００［ｍ３／ｓ］の場合は、「Ｗ＝ＰＶ×ΔＴ」となり、式（５）を満たすため、更新周期演算部６３は、式（６）を用いてパルス更新周期Δｔを求める。一方、計測データＰＶが５．１００［ｍ３／ｓ］の場合は、「Ｗ＜ＰＶ×ΔＴ」となり、式（５）を満たさないため、更新周期演算部６３は、式（７）を用いてパルス更新周期Δｔを求める。
【００６６】
制御装置５０は、表示処理部５１と、励磁制御部５２と、を有している。表示処理部５１は、各種の情報を表示装置９０に表示させる。例えば、表示処理部５１は、パルス更新周期Δｔごとにパルス制御部６１からパルス数Ｎの情報を取得するようにしてもよい。この場合、表示処理部５１は、例えば、パルス数Ｎにパルス重みＷを乗じた値をパルス更新周期Δｔごとに累積し、累積した値を表示装置９０に表示させてもよい。励磁制御部５２は、励磁回路８０に対して励磁電流Ｉｅｘの生成を指示する。
【００６７】
励磁回路８０は、励磁制御部５２からの指示に応じて、極性が交互に変化する励磁周波数ｆｅｘの励磁電流Ｉｅｘを励磁コイル１２に供給するものである。表示装置９０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、又は７セグメント式のＬＥＤディスプレイなどからなり、表示処理部５１からの制御信号に従って各種の情報を表示する。
【００６８】
ここで、パルス制御部６１及び制御装置５０は、それぞれ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などの演算装置と、こうした演算装置と協働して上記の各種機能を実現させる動作プログラムとによって構成することができる。また、記憶装置４０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等のＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、又はＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等により構成することができる。
【００６９】
図６は、パルス周期と測定周期とパルス更新周期との関係性を例示した表である。ここで、パルス周期は、パルス周波数である「Ｆ／Δｔ」の逆数、つまり「Δｔ／Ｆ」である。図６に示すように、パルス更新周期Δｔは、パルス周期の「整数」倍、又はパルス周期の「１／整数」倍となっている。
【００７０】
すなわち、図６の例において、パルス更新周期Δｔは、パルス周期が０．００００１［ｍｓ］〜２００［ｍｓ］の範囲において、パルス周期に整数値を乗じた値となっている。また、パルス更新周期Δｔは、パルス周期が３００［ｍｓ］〜１２００［ｍｓ］の範囲において、パルス周期に「１／整数値」を乗じた値となっている。
【００７１】
また、図６に示すように、パルス更新周期Δｔは、更新周期演算部６３により、測定周期ΔＴとパルス重みＷに対する計測データＰＶの割合との乗算値を整数倍した値のうち、測定周期ΔＴと同じ時間、又は測定周期ΔＴ未満で且つ測定周期ΔＴに最も近い時間となるように演算される。そのため、図６では、パルス更新周期Δｔが、１００［ｍｓ］〜２００［ｍｓ］の範囲に収まっている。つまり、パルス更新周期Δｔは、測定周期ΔＴの半分以上で且つ測定周期ΔＴ以下の時間となっている。
【００７２】
図７は、図１のパルス出力装置による動作のうち、パルス更新周期の演算処理、及びパルス更新周期ごとのパルス出力処理の流れを示すフローチャートである。図７に基づき、計測量演算部６２によって記憶装置４０内の計測データＰＶが測定周期ΔＴごとに更新されることを前提として、本実施の形態のパルス出力方法について説明する。
【００７３】
まず、パルス制御部６１は、記憶装置４０の周期積算値Ｓと周期残量Ｒとをクリアする（ステップＳ１０１）。もっとも、周期積算値Ｓ及び周期残量Ｒが既に０となっているケースでは、ステップＳ１０１は省略することができる。
【００７４】
次いで、パルス制御部６１は、記憶装置４０から計測データＰＶを取得し（ステップＳ１０２）、計測データＰＶが「０」であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。パルス制御部６１は、計測データＰＶが「０」でなければ（ステップＳ１０３／Ｎｏ）、計測データＰＶと測定周期ΔＴとの積がパルス重みＷ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。
【００７５】
パルス制御部６１は、計測データＰＶと測定周期ΔＴとの積がパルス重みＷ以下であれば（ステップＳ１０４／Ｙｅｓ）、式（６）によりパルス更新周期Δｔを求める（ステップＳ１０５）。パルス制御部６１は、計測データＰＶと測定周期ΔＴとの積がパルス重みＷより大きければ（ステップＳ１０４／Ｎｏ）、式（７）によりパルス更新周期Δｔを求める（ステップＳ１０６）。一方、パルス制御部６１は、計測データＰＶが「０」であれば（ステップＳ１０３／Ｙｅｓ）、パルス更新周期Δｔを測定周期ΔＴと同じ長さに設定する（ステップＳ１０７）。
【００７６】
すなわち、パルス制御部６１は、ステップＳ１０５、ステップＳ１０６、又はステップＳ１０７の処理により、パルス更新周期Δｔが、測定周期ΔＴとパルス重みＷに対する計測データＰＶの割合との乗算値を整数倍した値のうち、測定周期ΔＴと同じ時間、又は測定周期ΔＴ未満で且つ測定周期ΔＴに最も近い時間となるように演算する。そして、パルス制御部６１は、ステップＳ１０５、ステップＳ１０６、又はステップＳ１０７において、求めたパルス更新周期Δｔを割り込みタイマ７１に設定する。
【００７７】
次に、パルス制御部６１は、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７の何れかによって求めたパルス更新周期Δｔと、計測データＰＶとを式（８）に適用して、今回の周期積算値Ｓを求め（ステップＳ１０８）、周期残量Ｒを０にクリアする（ステップＳ１０９）。
【００７８】
次いで、パルス制御部６１は、式（９）により、周期積算値Ｓをパルス重みＷで割ってパルス量Ｆを求め（ステップＳ１１０）、式（１０）により、パルス量Ｆの整数部分であるパルス数Ｎを求める（ステップＳ１１１）。
【００７９】
そして、パルス制御部６１は、パルス数Ｎが０であるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。パルス出力処理部６５は、パルス数Ｎが０でなければ（ステップＳ１１２／Ｎｏ）、式（１１）により、周期積算値Ｓから、パルス数Ｎにパルス重みＷを乗じた値を減算して周期残量Ｒを求め、求めた周期残量Ｒを記憶装置４０に記憶させる。このとき、パルス制御部６１は、周期積算値Ｓをクリアする（ステップＳ１１４）。
【００８０】
また、パルス制御部６１は、パルス周波数の半周期である「（Δｔ÷Ｆ）÷２」をインターバルタイマ７２にセットして、インターバルタイマ７２の設定を更新する。これにより、インターバルタイマ７２は、パルス更新周期Δｔの間に、パルス数Ｎ分のパルスを出力する。そして、ワンショットタイマ７３から、デューティ比が調整されたパルス数Ｎ分のパルスを含むパルス信号が、外部機器に向けて出力される（ステップＳ１１５）。
【００８１】
一方、パルス制御部６１は、パルス数Ｎが０であれば（ステップＳ１１２／Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４と同様、計測データＰＶと測定周期ΔＴとの積がパルス重みＷ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１３）。なお、ステップＳ１１３の判定は、測定周期ΔＴ内に１つ以上のパルスを出力する必要があるか否かの判定に相当する。
【００８２】
パルス制御部６１は、計測データＰＶと測定周期ΔＴとの積がパルス重みＷより大きければ（ステップＳ１１３／Ｎｏ）、ステップＳ１１４及びＳ１１５の処理を上記同様に実行する。式（５）を満たさない場合は、測定周期ΔＴ内に１つ以上のパルスを出力する必要があるからである。すなわち、パルス制御部６１は、式（１１）によって周期残量Ｒを求めて記憶装置４０に記憶させ、周期積算値Ｓをクリアする。そして、パルス制御部６１は、パルス周波数の半周期である「（Δｔ÷Ｆ）÷２」をインターバルタイマ７２にセットして、インターバルタイマ７２の設定を更新する。
【００８３】
これに対し、計測データＰＶと測定周期ΔＴとの積がパルス重みＷ以下であれば（ステップＳ１１３／Ｙｅｓ）、パルス制御部６１は、インターバルタイマ７２を停止させる。式（５）を満たす場合は、測定周期ΔＴ内にパルスを出力する必要がないからである。このとき、パルス制御部６１は、ステップＳ１０８で求めた周期積算値Ｓを、次回のステップＳ１０８における式（８）右辺の「Ｓ」として保持する（ステップＳ１１６）。
【００８４】
続いて、パルス制御部６１は、パルス更新周期Δｔが経過するまで待機し（ステップＳ１１７／Ｎｏ）、パルス更新周期Δｔが経過すると（ステップＳ１１７／Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２の処理へ移行する。すなわち、パルス制御部６１は、ステップＳ１０２〜Ｓ１１６の一連の処理をパルス更新周期Δｔごとに繰り返し実行する。
【００８５】
以上のように、本実施の形態におけるパルス出力装置６０は、計測データＰＶの大きさに応じたパルス更新周期Δｔを求めると共に、パルス更新周期Δｔごとにパルス数Ｎを求めてパルス数分のパルスを出力する。そして、パルス更新周期Δｔは測定周期ΔＴ以下となるため、計測量に応じたパルスを精度よく生成すると共に、パルスの出力間隔の乱れを抑制することができる。また、パルス出力装置６０は、測定周期ΔＴとは別にパルス更新周期Δｔを設定し、パルス更新周期Δｔごとに、周期積算値Ｓに含まれるパルスを出力する。そして、パルス出力装置６０は、出力後の残量である周期残量Ｒを次回の周期積算値Ｓの演算時に加算する。そのため、パルスの数の誤差をなくすことができる。
【００８６】
より具体的に、パルス出力装置６０は、現在の周期積算値Ｓに含まれるパルスをパルス更新周期Δｔの間に全て出力するために、パルス周波数（Ｆ÷Δｔ） を計算し、計算したパルス周波数をインターバルタイマ７２で発生させる。つまり、パルス出力装置６０において、インターバルタイマ７２にセットする値は、「（ΔＴ÷Ｎ）÷２」ではなく、「（Δｔ÷Ｎ）÷２」となっている。ここで、測定周期ΔＴとパルス更新周期Δｔとを別にすると、流量演算又は各種フィルタ処理の時間がバラついても、パルス更新周期Δｔは、タイマ割り込みでバラつかないようになっているため、正確なパルスの出力間隔を維持することができる。
【００８７】
また、パルス出力装置６０は、パルス数Ｎが０のときにだけインターバルタイマ７２を停止させる。そして、パルス出力装置６０は、パルス数Ｎが１以上であれば、インターバルタイマ７２を起動させておき、パルス更新周期Δｔごとにインターバルタイマ７２の設定だけを更新する。なお、インターバルタイマ７２は、設定値を変更しても、再起動するかタイムアウトしない限り、新しい設定とならないため、パルス間隔が不連続になることはない。
【００８８】
ところで、インターバルタイマ７２を停止すると、パルス周波数が連続しなくなる。よって、パルス出力装置６０は、パルス周期をパルス更新周期Δｔの整数倍にして、停止している時間をパルス周期に同期させるために、パルス更新周期Δｔが可変となるように構成されている。すなわち、パルス更新周期Δｔをパルス周期の「整数」倍、又は「１／整数」倍にすることで、０°のゼロクロス点でパルス更新されるためパルスの消滅を防ぐことができる。
【００８９】
加えて、パルス出力装置６０は、ＣＰＵのクロックを低い周波数に分周する処理が不要になるため、複数のハードウェアタイマを占有する必要がない。つまり、パルス出力装置６０は、測定周期ΔＴ以下の周期に対応する周波数を生成すればよいため、周波数分周方式のような複数段の分周タイマは必要なく、１段の割り込みタイマ７１を有していればよい。なお、測定周期ΔＴが２００［ｍｓ］であれば、これに対応する周波数は５［Ｈｚ］であるため、パルス出力装置６０は、５［Ｈｚ］以上の周波数を生成すればよい。
【００９０】
さらに、パルス出力装置６０は、３０００［Ｈｚ］又は１００００［Ｈｚ］ といった比較的高いパルス周波数についても発生させることができる。ところで、周波数分周方式では、低い周波数から高い周波数に変化したときのタイムアウトの遅れ及びゆらぎが問題となっている。この点、パルス出力装置６０では、測定周期ΔＴが経過すれば、例えば５［Ｈｚ］から３０００［Ｈｚ］のような大きく離れた周波数であっても、一気に変化させることができるため、積算誤差は生じない。
【００９１】
すなわち、パルス出力装置６０によるパルス出力処理は、測定周期ΔＴ以下のパルス周期でパルスを出力する場合に周波数分周方式を用い、測定周期ΔＴ以上のパルス周期でパルスを出力する場合に周期積算カウント方式を用いる処理に相当する。したがって、パルス出力装置６０によれば、周波数分周方式及び周期積算カウント方式のそれぞれの利点を活かして、パルスの数の誤差を低減し、パルスの出力間隔のバラつきを抑制することができる。
【００９２】
ここで、図８を参照して、従来の周期積算カウント方式の課題、及び本実施の形態のパルス出力装置によって得られる効果について、より詳細に説明する。図８は、従来のパルス出力装置において、測定周期ΔＴとパルス周期との関係が変化したときのパルスの出力間隔のバラつきを示す説明図である。
【００９３】
図８（ａ）に示すように、測定周期ΔＴとパルス周期とが一致する場合は、従来の周期積算カウント方式においても、パルスの出力間隔が一定になる。しかしながら、図８（ｂ）に示すように、測定周期ΔＴがパルス周期よりも短い場合は、流体の流量が一定であっても、定期的にパルスが抜ける測定周期ΔＴが発生する。また、図８（ｃ）に示すように、測定周期ΔＴがパルス周期よりも長い場合は、流体の流量が一定であっても、定期的にパルスが増える測定周期ΔＴが発生する。
【００９４】
したがって、パルス出力装置から出力されるパルスに基づくパルス画像を表示装置に表示させると、流体の流量が一定であるにもかかわらず、パルスが抜けている部分、又はパルスが密集している部分が定期的に現れてしまう。また、パルス出力装置から出力されるパルスをもとに、計測量の積算値又はパルス画像などを生成して表示装置に表示させると、流体の流量が一定であるにもかかわらず、一瞬だけ数値が急増したり、数値の増加が緩やかになったりすることになる。
【００９５】
このように、周期積算カウント方式を採用したパルス出力装置は、流体の流量が一定であっても、パルスの出力間隔に乱れが生じる。そのため、従来から、パルスの出力間隔が瞬時流量又は瞬時熱量に比例した値となるパルス出力装置が望まれている。この点、本実施の形態におけるパルス出力装置６０は、図２〜図４にも示すように、パルスの出力間隔が瞬時流量又は瞬時熱量に比例した値となるため、パルスの出力間隔のバラつきを防ぐことができる。
【００９６】
上述した実施の形態は、パルス出力装置、電磁流量計、及びパルス出力方法における好適な具体例であり、本発明の技術的範囲は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、図１では、計測量演算部６２がパルス制御部６１に設けられている場合を例示したが、これに限らず、計測量演算部６２は、制御装置５０など、パルス制御部６１の外部の装置に設けてもよい。また、割り込みタイマ７１、インターバルタイマ７２、及びワンショットタイマ７３は、ハードウェアタイマであってもよく、ソフトウェアタイマであってもよい。さらに、上記実施の形態では、計測機器１００が電磁流量計である場合を例示したが、これに限らず、計測機器１００は、積算熱量計、差圧流量計、渦流量計、又はコリオリ質量流量計などであってもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１０  検出器、１１  測定管、１２  励磁コイル、１３ａ、１３ｂ  電極、２０  変換器、３０  増幅処理回路、３５  ＡＤ変換器、４０  記憶装置、５０  制御装置、５１  表示処理部、５２  励磁制御部、６０  パルス出力装置、６１  パルス制御部、６２  計測量演算部、６３  更新周期演算部、６４  パルス数演算部、６５  パルス出力処理部、７１  割り込みタイマ、７２  インターバルタイマ、７３  ワンショットタイマ、８０  励磁回路、９０  表示装置、１００  計測機器、Ｆ  パルス量、Ｉｅｘ  励磁電流、Ｎ  パルス数、ＰＶ  計測データ、Ｒ  周期残量、Ｓ  周期積算値、Ｗ  パルス重み、ｆｅｘ  励磁周波数、ΔＴ  測定周期、Δｔ  パルス更新周期。
【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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【図７】
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【図８】
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