(57)【要約】【課題】流量計の配管内に混入する気泡を適切に検出して、流量プロセスの異常をアラームとして出力するとともに、流量の測定精度が低下する状態での流量測定にもアラームを出力できる配管内気泡検出装置を実現すること。【解決手段】測定流体が流れる管路に設けられた流量計の流量検出信号のジッタや振幅比や周波数比を用いて前記配管中の流体への気泡混入の度合いを検出する気泡混入判定部を設け、流量プロセスの異常と測定精度の低下の少なくともいずれかについてアラームを出力することを特徴とする配管内気泡検出装置。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定流体が流れる管路に設けられた流量計の流量検出信号の振幅が気泡混入量に応じて変化することにより得られる振幅比に基づき、前記配管中の流体への気泡混入の度合いを検出する気泡混入判定部を設けたことを特徴とする配管内気泡検出装置。
【請求項２】
測定流体が流れる管路に設けられた流量計の流量検出信号を周波数解析して求めた変調周波数が気泡混入量に応じて変化することにより得られる周波数比に基づき、前記配管中の流体への気泡混入の度合いを検出する気泡混入判定部を設けたことを特徴とする配管内気泡検出装置。
【請求項３】
測定流体が流れる管路に設けられた流量計の流量検出信号のジッタが気泡混入量に応じて変化することに基づき、前記配管中の流体への気泡混入の度合いを検出する気泡混入判定部を設けたことを特徴とする配管内気泡検出装置。
【請求項４】
前記請求項１から請求項３記載の少なくとも１つの気泡混入判定結果に基づき、流量プロセスの異常と測定精度の低下の少なくともいずれかについてアラームを出力することを特徴とする配管内気泡検出装置。
【請求項５】
前記流量計は渦流量計であることを特徴とする前記請求項１から請求項４のいずれかに記載の配管内気泡検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管内気泡検出装置に関し、詳しくは、流量計の配管内に混入する気泡を検出する装置の改善に関するものである。
【０００２】
流量計の一種に、測定流体が流れる測定管路の中央に柱状の渦発生体を挿入し、測定流体が渦発生体をよぎることにより発生するカルマン渦に対応して渦発生体に発生する応力をこの渦発生体に固定された一対の圧電素子により電荷の変動としてカルマン渦の数を検出するように構成された渦流量計がある。
【０００３】
特許文献１には、超音波信号に重畳するノイズを有効に除去して安定な渦信号を出力するように改良した超音波渦流量計の構成が記載されている。
【特許文献１】特開平１０−３３２４４８号公報
【０００４】
図７は、このような従来の渦流量計における信号処理回路の一例を示すブロック図である。図７において、カルマン渦を検出する一方の圧電素子１の出力信号は、チャージアンプ２を介してＡ／Ｄ変換器３に入力され、デジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器３の出力信号は、減算器４の一方の入力端子にされるとともに、周波数解析部５に入力される。
【０００５】
カルマン渦を検出する他方の圧電素子６の出力信号は、チャージアンプ７を介してＡ／Ｄ変換器８に入力され、デジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器８の出力信号は、ゲイン調整部９を介して減算器４の他方の入力端子にされるとともに、周波数解析部１０に入力される。
【０００６】
減算器４の出力信号は、バンドパスフィルタ１１および周波数解析部１２に入力されている。周波数解析部１２の出力信号は、バンドパスフィルタ１１に制御信号として入力される。
【０００７】
バンドパスフィルタ１１の出力信号は、ヒステリシスを有するシュミット回路１３に入力されてパルス列に変換される。
【０００８】
周波数解析部５および周波数解析部１０の出力信号は制御部１４に入力され、制御部１４の出力信号はゲイン調整部９に制御信号として入力される。
【０００９】
シュミット回路１３の出力信号は、流量演算部１５に入力されている。流量演算部１５は、演算結果を出力回路１６に出力する。
【００１０】
図８は、渦流量計が設けられた配管内に気泡が混入した場合における流量演算部１５の出力信号の変動例を示す特性図であり、実線は流量演算部１５の出力信号を示し、破線は水の流量を示している。図７の構成では、流量演算部１５の出力信号が±２０％を越すときに流体異常としてエラー信号を出力するようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、このような従来の構成によれば、流量演算部１５の出力信号の変動幅だけを見てエラー信号を出力しているので、必ずしも測定管路内の気泡による出力変動のときだけにエラーが発生するわけではない。また、たとえば図８の例では気泡混入量が２％を越すと流量の誤差が大きくなって測定精度が低下するにもかかわらず、実際には気泡混入量がほぼ５％に達した時点から異常を発報するので、気泡混入量が２％を越えて高精度の測定ができないプロセス状態に陥ったことを見逃していることになる。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、流量計の配管内に混入する気泡を適切に検出して、流量プロセスの異常をアラームとして出力するとともに、流量の測定精度が低下する状態での流量測定にもアラームを出力できる配管内気泡検出装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
測定流体が流れる管路に設けられた流量計の流量検出信号の振幅が気泡混入量に応じて変化することにより得られる振幅比に基づき、前記配管中の流体への気泡混入の度合いを検出する気泡混入判定部を設けたことを特徴とする配管内気泡検出装置である。
【００１４】
請求項２記載の発明は、
測定流体が流れる管路に設けられた流量計の流量検出信号を周波数解析して求めた変調周波数が気泡混入量に応じて変化することにより得られる周波数比に基づき、前記配管中の流体への気泡混入の度合いを検出する気泡混入判定部を設けたことを特徴とする配管内気泡検出装置である。
【００１５】
請求項３記載の発明は、
測定流体が流れる管路に設けられた流量計の流量検出信号のジッタが気泡混入量に応じて変化することに基づき、前記配管中の流体への気泡混入の度合いを検出する気泡混入判定部を設けたことを特徴とする配管内気泡検出装置である。
【００１６】
請求項４記載の発明は、
前記請求項１から請求項３記載の少なくとも１つの気泡混入判定結果に基づき、流量プロセスの異常と測定精度の低下の少なくともいずれかについてアラームを出力することを特徴とする配管内気泡検出装置である。
【００１７】
請求項５記載の発明は、前記請求項１から請求項４のいずれかに記載の配管内気泡検出装置において、
前記流量計は渦流量計であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、流量計の配管内に混入する気泡を適切に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図７と共通する部分には同一の符号を付けている。
【００２０】
図１において、シュミット回路１３の出力信号は、流量演算部１５に入力されるとともに、ジッタ測定部１７にも入力されている。周波数解析部５および周波数解析部１０の出力信号は、制御部１４に入力されるとともに、信号検出部１８にも入力されている。信号検出部１８には、バンドパスフィルタ１１の出力信号も入力されている。これらジッタ測定部１７および信号検出部１８の出力信号は気泡混入判定部１９に入力され、気泡混入判定部１９の出力信号は出力回路１６に入力されている。ここで、信号検出部１８は、入力される信号の振幅変動、周波数変動、位相変動などを検出する。
【００２１】
図１の構成に基づく流量計の配管内に混入する気泡の検出動作を説明する。
＜検出動作１＞
気泡混入判定部１９は、信号検出部１８で検出したＡ／Ｄ変換後のバンドパスフィルタ１１の出力信号の最大値Ａ０と配管内への気泡混入量に応じて減少した振幅Ａ１の比Ａ０／Ａ１を計算し、比の値が閾値以下のときに気泡混入と判断する。
【００２２】
図２は、気泡混入１％のときの信号波形例であって、波形Ａはバンドパスフィルタ１１のデジタル出力信号を図示しないＤ／Ａ変換器を介してアナログ信号に変換したものであり、波形Ｂはシュミット回路１３から出力されるパルス信号列である。測定流速は1.3m/sec、時間軸の目盛は100ms/div、パルス信号列の周期に基づく渦周波数は24Hzになっている。
【００２３】
＜検出動作２＞
また、信号検出部１８は、周波数解析を行う。そして、気泡混入判定部１９は、正常時の渦による信号周波数ｆ０と気泡混入による変調周波数ｆ１を検出し、ｆ０とｆ１の周波数の比ｆ０／ｆ１が閾値以下であることとｆ１が検出される時間の割合が閾値以上であることから気泡混入と判断する。
【００２４】
図３も、気泡混入１％のときの信号波形例であって、波形Ａはバンドパスフィルタ１１のデジタル出力信号を図示しないＤ／Ａ変換器を介してアナログ信号に変換したものであり、波形Ｂはシュミット回路１３から出力されるパルス信号列である。測定流速は1.3m/sec、時間軸の目盛は100ms/div、パルス信号列の周期に基づく渦周波数は24Hzになっている。波形Ｃは気泡混入時の変調周波数ｆ１を示し、波形Ｄは気泡が混入していない正常時の変調周波数ｆ０を示している。
【００２５】
＜検出動作３＞
配管内の流量測定にあたっては、配管振動と気泡混入を弁別しなければならない場合がある。そこで、信号検出部１８は、一方の圧電素子１の信号出力と他方の圧電素子６の信号出力について、それぞれ検出動作１に示す振幅Ａ０とＡ１と、検出動作２に示す変調周波数ｆ０とｆ１を求める。そして気泡混入判定部１９は、気泡混入による変調周波数の振幅と、周波数の変化による一方の圧電素子１の信号出力と他方の圧電素子６の信号出力が振動による信号とは振幅の比と位相が異なることを利用して、配管振動と識別することができる。
【００２６】
＜検出動作４＞
気泡の混入量が多いときは、図４に示すようにＡ／Ｄ変換後の信号品質がかなり低下するため、検出動作１の振幅比Ａ０／Ａ１による検出や、検出動作２の周波数比ｆ０／ｆ１による検出を安定に行うことが困難になる。この場合は、流量演算部１５への入力パルスのジッタが大きくなるので、気泡混入判定部１９は、ジッタ測定部１７におけるジッタの標準偏差を計算して、それが閾値よりも大きくなったときに気泡混入と判断する。実際にはこの気泡混入量が多く信号品質が悪いときの処理を一番先に行う必要があるので、次のフローチャートに従って判定を行う。
【００２７】
図５は、図１の気泡混入判定部１９における一連の動作の流れを説明するフローチャートである。流量演算部１５への入力パルスに関連したジッタ測定部１７のジッタの標準偏差の測定結果に基づき（ＳＰ１）、ジッタの標準偏差が閾値よりも大きいか否かを判断する（ＳＰ２）。ジッタの標準偏差が閾値よりも大きい場合は大量の気泡が混入していると判定する（ＳＰ３）。
【００２８】
ジッタの標準偏差が閾値よりも小さい場合には、信号検出部１８の出力信号に基づき（ＳＰ４）、振幅比が閾値よりも大きいか否かを判断し（ＳＰ５）、振幅比が閾値よりも小さい場合は周波数比が閾値よりも大きいか否かを判断する（ＳＰ６）。そして、周波数比も閾値よりも小さい場合は、気泡混入なしと判定する（ＳＰ７）。振幅比が閾値よりも大きい場合および周波数比が閾値よりも大きい場合は、必要に応じてこれらの論理和を求めて（ＳＰ８）、少量の気泡が混入していると判定する（ＳＰ９）。
【００２９】
このように気泡混入判定部１９で配管中の流体への気泡混入の度合いを検出することにより、流量プロセスの異常をアラームとして出力することができるとともに、精度が悪い状態での流量測定に対してアラームを出力することもできる。
【００３０】
なお、気泡混入が少ない領域では、気泡による変調信号の成分が小さいため、気泡混入による流量の減少を補償演算して出力することができる可能性がある。ただし、たとえば図６に示す程度に気泡混入量が多い（２％のときの信号波形例）場合は、波形Ｂに示す渦信号が一部消失しているので、補償演算は困難である。
【００３１】
また、上記実施例では、渦流量計において配管内に混入する気泡を検出する例について説明したが、これに限るものではなく、流量検出信号のジッタや振幅比や周波数比を用いることにより、差圧伝送器や電磁流量計や超音波流量計などの他の流量計についても配管内に混入する気泡を検出することができる。
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、流量計の配管内に混入する気泡を適切に検出でき、流量プロセスの異常をアラームとして出力するとともに、流量の測定精度が低下する状態での流量測定に適切にアラームを出力する配管内気泡検出装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の信号波形例図である。
【図３】図１の他の信号波形例図である。
【図４】図１の他の信号波形例図である。
【図５】図１の動作の流れを説明するフローチャートである。
【図６】図１の他の信号波形例図である。
【図７】従来の配管内気泡検出装置の一例を示すブロック図である。
【図８】気泡混入による流量計出力信号変動特性例図である。
【符号の説明】
【００３４】
１、６  圧電素子
２、７  チャージアンプ
３、８  Ａ／Ｄ変換器
４  減算器
５、１０、１２  周波数解析部
９  ゲイン調整部
１１  バンドパスフィルタ
１３  シュミット回路
１４  制御部
１５  流量演算部
１６  出力回路
１７  ジッタ測定部
１８  信号検出部
１９  気泡混入判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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