(57)【要約】【課題】流量計において、マイクロコンピュータ等の処理負荷を増大させることなく、流量の計測精度を高める。【解決手段】被測流体の流れによって渦発生柱３の下流に発生するカルマン渦Ｋを超音波センサ４、５によって検出し、位相比較器７によってカルマン渦Ｋの発生周波数の正弦波信号を得る。この正弦波信号を波形整形処理部９によって矩形波に変換して渦パルス信号を得る。流量演算部１０によって渦パルス信号の周波数を演算し、これに基づいて被測流体の流量を得る。このとき、演算した渦パルス信号の周波数ｆをこの周波数ｆにタイマの分解能τを乗じて１を加えた値（１＋ｆ・τ）で除し、その結果（ｆ／（１＋ｆ・τ））を渦パルス信号の周波数とする。これにより、渦パルスの周波数を演算する際の計測周期の誤差を補正することができ、流量の計測精度を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測流体の流量に応じた流量パルスを出力する流量パルス発生手段と、時間をカウントするタイマと、前記流量パルス発生手段によって出力される流量パルスの数をカウントする流量パルスカウント手段と、前記タイマによるカウント数及び前記流量パルスカウント手段による流量パルスのカウント数に基づいて流量パルスの周波数を演算する周波数演算手段とを備え、前記周波数演算手段によって演算した流量パルスの周波数に基づいて被測流体の流量を得る流量計において、
前記周波数演算手段は、演算した流量パルスの周波数（ｆ）を該周波数（ｆ）に前記タイマの分解能（τ）を乗じて１を加えた値（１＋ｆ・τ）で除し、その結果（ｆ／（１＋ｆ・τ））を流量パルスの周波数とすること特徴とする流量計。
【請求項２】
前記タイマの分解能（τ）を、予め設定した流量パルスの最大周波数（ｆｍ）に対応する周期（１／ｆｍ）に所望の計測精度（ｅ）を乗じた値（ｅ／ｆｍ）の１〜２倍の範囲に設定したことを特徴とする請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
前記流量パルス発生手段は、被測流体の流れによるカルマン渦の発生に応じた流量パルスを出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測流体の流量をパルス信号として検出し、パルス信号に基づいて流量を演算する流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載されているように、被測流体の流れによって回転する回転子に磁石を取付け、この磁石に対向させて磁気センサを配置し、回転子（磁石）の回転を磁気センサによって磁束の変化として検出し、変換回路によってパルス信号（流量パルス）に変換し、マイクロコンピュータ等を利用して計測周期毎のパルス数をカウントすることによって流量を演算する流量計が知られている。
【特許文献１】特開平３−１３５７３１号公報
【０００３】
一般的に、この種の流量計では、次のようにして流量の演算を行っている。マイクロコンピュータは、流量パルスの立ち上がりに同期して流量パルス及びタイマのカウントを開始する。タイマカウント数が一定の計測周期に達したとき、流量パルスのカウント数を記録してゼロクリアする。そして、次の流量パルスの立ち上がりに同期して、タイマカウント数を記録してゼロクリアし、次周期の流量パルス及びタイマのカウントを開始する。これを繰返して、流量パルス及びタイマのカウント数に基づいて流量を演算する。
【０００４】
しかしながら、上記従来の流量計による流量計測では、次のような問題がある。通常は、流量パルスの立ち上がりとタイマのカウントアップとは一致していないため、流量パルスのカウントの周期毎に、真の計測周期とタイマのカウント数による計測周期との間に僅かなずれが生じることになり、これが計測精度を低下させる原因となっている。この真の計測周期とタイマのカウント数による計測周期との間のずれは、タイマの分解能（サンプリング周波数）に依存するので、分解能を高めることにより流量の計測精度を高めることができるが、これによって増大する処理負荷に対応してマイクロコンピュータの動作クロックを高める必要があり、コストがかかると共に消費電力も増大する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、マイクロコンピュータ等の処理負荷を増大させることなく、流量の計測精度を高めることができる流量計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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１にかかる発明は、被測流体の流量に応じた流量パルスを出力する流量パルス発生手段と、時間をカウントするタイマと、前記流量パルス発生手段によって出力される流量パルスの数をカウントする流量パルスカウント手段と、前記タイマによるカウント数及び前記流量パルスカウント手段による流量パルスのカウント数に基づいて流量パルスの周波数を演算する周波数演算手段とを備え、前記周波数演算手段によって演算した流量パルスの周波数に基づいて被測流体の流量を演算する流量計において、
前記周波数演算手段は、演算した流量パルスの周波数（ｆ）を該周波数（ｆ）に前記タイマの分解能（τ）を乗じて１を加えた値（１＋ｆ・τ）で除し、その結果（ｆ／（１＋ｆ・τ））を流量パルスの周波数とすること特徴とする。
請求項２の発明に係る流量計は、上記請求項１の構成において、前記タイマの分解能（τ）を、予め設定した流量パルスの最大周波数（ｆｍ）に対応する周期（１／ｆｍ）に所望の計測精度（ｅ）を乗じた値（ｅ／ｆｍ）の１〜２倍の範囲に設定したことを特徴とする。
請求項３の発明に係る流量計は、上記請求項１又は２の構成において、前記流量パルス発生手段は、被測流体の流れによるカルマン渦の発生に応じた流量パルスを出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明に係る流量計によれば、流量パルスの周波数を演算する際のタイマのカウントによる計測周期の誤差を補正することができ、演算処理負荷を増大させることなく、流量の計測精度を高めることができる。
請求項２の発明に係る流量計によれば、所望の計測精度に対して、適当なタイマの分解能を設定することができる。
請求項３の発明に係る流量計によれば、渦流量計において、演算処理負荷を増大させることなく、計測精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る流量計１は、渦流量計であって、被測流体の流路を形成する本体２と、本体２内に設けられた渦発生柱３と、渦発生柱３の下流に流路を挟んで対向配置された一対の超音波センサ４、５とを備えている。送信側の超音波センサ４には、発信回路６が接続され、発信回路６は、位相比較器７（流量パルス発生手段）に接続されている。また、受信側の超音波センサ５がフィルタアンプ８を介して位相比較器７に接続されている。位相比較器７は、波形整形処理部９を介して流量演算部１０に接続されている。
【０００９】
そして、本体２の流路を被測流体が流れると、渦発生体３の下流側にカルマン渦Ｋが発生する。このカルマン渦Ｋは、被測流体の流速（流量）に比例した周期で交番的に発生することから、その発生周期を検出することによって流量を計測することができる。発信回路６の駆動信号によって送信側の超音波センサ４から超音波信号を発信して、被測流体中を伝播させ、受信側の超音波センサ５によって受信する。このとき、被測流体中を伝播する超音波信号は、カルマン渦によって変調を受ける。発信回路の駆動信号と超音波センサ５の受信信号との位相差を位相比較器７で比較することにより、カルマン渦Ｋの発生周波数の正弦波信号を得る。この正弦波信号を波形整形処理部９によって矩形波に変換して渦パルス信号Ａ（流量パルス）を得る。
【００１０】
流量演算部１０は、時間をカウントするタイマと、渦パルス信号Ａを監視して渦パルスの数をカウントする流量パルスカウント部（流量パルスカウント手段）と、タイマによるカウント数（計測周期）及び渦パルスのカウント数に基づいて渦パルス信号Ａの周波数を演算する周波数演算部（周波数演算手段）とを備えており、周波数演算部によって演算した渦パルス信号Ａの周波数に基づいて被測流体の流量を演算する。そして、その結果を必要に応じて、計器、表示器等のアナログ機器１１に出力し、また、流量信号としてデジタル機器１２へ出力する。流量演算部１０は、例えばマイクロコンピュータベースの演算処理装置とすることができ、ハードウエア又はハードウエア及びソフトウエアの組合わせを用いて以下に示す周波数演算処理を実行して、渦パルス信号Ａの周波数を演算する。
【００１１】
流量演算部１０において渦パルス信号Ａの周波数を演算するための周波数演算処理について、図２乃至図４を参照して説明する。
図２を参照して、
（１）渦パルス信号Ａを監視し、渦パルスの立ち上がりに同期して渦パルスのカウントを開始する。
（２）上記（１）と同時に（渦パルスの立ち上がりに同期して）、タイマのカウントを開始する。
（３）渦パルスの立ち上がりに同期して渦パルス数のカウントを続行する。
（４）タイマのカウント数を監視して、そのカウント数が一定の計測周期（例えば１秒）に達したことを認識する。
（５）タイマのカウント数が計測周期に達したとき、その時点の渦パルスのカウント数を記録して渦パルスのカウント数をゼロクリアする。
（６）次の計測周期の渦パルスの立ち上がりに同期して、その時点のタイマのカウント数（実際の計測周期）を記録して、タイマのカウント数をゼロクリアする。
（７）上記（５）で記録した渦パルス数及び上記（６）で記録したタイマのカウント数（実際の計測周期）に基づいて渦パルス信号Ａの周波数を演算する。
以上の（１）〜（７）を繰返す。
【００１２】
次に、上述の周波数演算処理を実行するための制御フローについて図４を参照して説明する。
図４を参照して、ステップＳ１で渦パルスの立ち上がりを検出し、ステップＳ２で渦パルスの立ち上がりと同期してタイマのカウントを開始し、ステップＳ３で渦パルスのカウント数を１とする。ステップＳ４では、一定の計測周期の経過を監視し、タイマのカウント数が計測周期に達するまでは（ノー）、ステップＳ５で渦パルスの立ち上がりを検出する毎にステップＳ６で渦パルスのカウント数に１を加え、これを繰返して渦パルスのカウントを続行する。ステップＳ４でタイマのカウント数が計測周期に達したとき（イエス）、ステップＳ７で、その時点の渦パルスのカウント数を記録して、渦パルスのカウント数をゼロクリアする。ステップＳ８で次の周期の渦パルスの立ち上がりを検出したら、ステップＳ９で、その時点のタイマのカウント数（実際の計測周期）を記録する。ステップＳ１０で、タイマのカウント数をゼロクリアし、渦パルスのカウント数を１とする。ステップＳ１１では、ステップＳ７で記録した渦パルスのカウント数及びステップＳ９で記録したタイマのカウント数（実際の計測周期）に基づいて渦パルスの周波数を演算して、ステップＳ４へ戻る。このようにして、渦パルスの周波数を演算することができる。
【００１３】
次に、タイマによる計測周期のカウントについて図３を参照して説明する。
図３を参照して、時間ｔ０において、渦パルスの立ち上がりに同期して開始されたタイマによる計測周期Ｔ（実際の計測周期）のカウントは、一定の計測周期（例えば１秒）が経過した後、時間ｔ１において、次の周期の渦パルスの立ち上がりが検出されたとき終了し、計測周期Ｔは、タイマの分解能τにタイマのカウント数ｎを乗じて計算される（計測周期Ｔ＝ｎ×τ）。
【００１４】
ところが、タイマのカウント終了時点である時間ｔ１における渦パルスの立ち上がりとタイマのカウントアップのタイミングは必ずしも一致しないので、真の計測周期Ｔ０とタイマのカウント数による計測周期Ｔ＝ｎ×τとの間に誤差が生じることになる。
【００１５】
そこで、流量演算部１０では、計測周期Ｔ（＝ｎ×τ）に、タイマの分解能τを加えて誤差を補正して、計測周期Ｔを真の計測周期Ｔ０に近似させる。
Ｔ０≒Ｔ＋τ＝（ｎ＋１）τ…（１）
これにより、渦パルスの真の周波数ｆ０を次式によって演算することができる。
ｆ０＝１／Ｔ０≒１／（Ｔ＋τ）＝（１／Ｔ）／（１＋（τ／Ｔ））…（２）
ここで、計測周期Ｔと、これに基づく計測周波数ｆとの関係はｆ＝１／Ｔであるから、
ｆ０≒ｆ／（１＋ｆ・τ）…（３）
このように、計測周期Ｔに基づいて演算した計測周波数ｆを１＋ｆ・τで除すことによって誤差を修正することができ、真の周波数ｆ０に充分近似した渦パルスの周波数を得ることができる。
【００１６】
上記（３）式を適用して、周波数１ｋＨｚ以下の矩形波に対して、計測精度±１０％を目標として、異なる分解能（サンプリング周波数）で周波数を計測、演算した結果を図７乃至図９に示す。図７乃至図９において、実線は真の周波数を示し、破線は目標計測精度±１０％の上限及び下限周波数を示し、△は上記（３）式を適用した場合の演算結果を示し、□は上記（３）式を適用しない場合の演算結果を示している。
【００１７】
図７はサンプリング周波数１０ｋＨｚの場合を示し、図８はサンプリング周波数４ｋＨｚの場合を示し、図９はサンプリング周波数２ｋＨｚの場合を示しており、図１乃至図９から分かるように、上記（３）式を適用しない場合には、サンプリング周波数を小さくすると（分解能を低下させると）、高い周波数領域で計測誤差が大きくなっているのに対して、上記（３）式を適用した場合には、サンプリング周波数を小さくしても、計測誤差は小さく、いずれのサンプリング周波数でも、目標計測精度±１０％を達成することができる。
【００１８】
なお、所望の計測精度ｅを得るために必要なタイマの分解能τは、予め設定した流量パルスの最大周波数ｆｍに対応する周期１／ｆｍに所望の計測精度ｅを乗じた値ｅ／ｆｍの１〜２倍の範囲になるように設定するとよい。これにより、所望の計測精度ｅに応じて適当なタイマの分解能τを設定することができる。
【００１９】
このように、本実施形態に係る流量計１によれば、タイマの分解能を高めたり、マイクロコンピュータ等の演算処理部の負荷を増大させたりすることなく、流量計測精度を高めることができる。あるいは、計測精度を維持したまま、タイマの分解能を低下させ、また、マイクロコンピュータ等の演算処理部の負荷を軽減することが可能になるので、消費電力の低減及び低コスト化を達成することができる。
【００２０】
次に、本発明の第２実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。なお、上記第１実施形態に対して、同様の部分には同一の符号を付して、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
【００２１】
図５に示すように、本実施形態に係る流量計１３は、ルーツ型の容積式流量計であって、ケーシング１４の計量室１５内に一対のルーツ型の回転子１６、１７が設けられ、回転子１６、１７は、それぞれ回転軸１８、１９によってケーシング１４に回転可能に支持されている。回転軸１８、１９の一端部には、互いに噛合うタイミングギヤ２０、２１が取付けられており、被測流体が計量室１５を流通することにより、その流量に比例して一対の回転子１６、１７が互いに非接触状態で同期回転するようになっている。一方の回転軸１６の他端部には、磁石２２が取付けられ、ケーシング１４には、磁石２２に対向させて磁気センサ２３か取付けられている。そして、磁石２２の回転（すなわち、回転子１６、１７の回転）を磁気センサ２３によって磁束の変化として検出する。磁気センサ２３には、上記第１実施形態と同様の波形処理部９及び流量演算部１０を含む演算ユニット２４が接続されている。
【００２２】
図６に示すように、磁気センサ２３は、磁石２２の回転による磁束変化を正弦波信号Ｂとして出力する。上記第１実施形態と同様、正弦波信号Ｂを波形整形処理部９によって矩形波に変換して流量パルス信号Ｃを得る。そして、流量パルス信号Ｃに基づいて流量演算部１０によって被測流体の流量を演算する。このようにして、被測流体の流量を計測することができ、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００２３】
なお、本発明は、上記第１実施形態の渦流量計及び上記第２実施形態のルーツ型の容積式流量計のほか、流量をパルス信号として検出して、その周波数を演算することによって流量計測を行うものであれば、他のあらゆる形式の流量計にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る渦流量計の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す渦流量計の流量演算部による周波数演算処理を示すタイミングチャートである。
【図３】図１に示す渦流量計の流量演算部による計測周波数の補正処理を示す説明図である。
【図４】図１に示す渦流量計の流量演算部による周波数演算処理を実行するための制御を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る容積式流量計の概略構成を示す縦断面図である。
【図６】図５に示す容積式流量計において、磁気センサが検出した正弦波信号及びこれを矩形波に整形した流量パルス信号を示すグラフ図である。
【図７】本発明に係る補正処理を実行した場合のサンプリング周波数１０ｋＨｚにおける周波数の演算結果を示すグラフ図である。
【図８】本発明に係る補正処理を実行した場合のサンプリング周波数４ｋＨｚにおける周波数の演算結果を示すグラフ図である。
【図９】本発明に係る補正処理を実行した場合のサンプリング周波数２ｋＨｚにおける周波数の演算結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  流量計、７  位相比較器（流量パルス発生手段）、１０  流量演算部（タイマ、流量パルスカウント手段、周波数演算手段）
【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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【図９】
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