(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体用のコリオリ流量測定装置のコリオリ管路に作用する振動発生器（１）の制御方法において、
振動発生器（１）に、パルス幅が変化するパルス列の複数のパルスから構成され、その包絡線が正弦波状となる制御信号を供給する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
コリオリの原理により作動する、流体用の流量測定装置の振動発生器（１）の給電回路において、
流量測定装置の振動発生器（１）は、パルス幅が変化するパルス列の複数のパルスから構成され、その包絡線が正弦波状となる制御信号を用いて制御することを特徴とする給電回路。
【請求項３】
コリオリ管路の偏向がセンサ（１０）により測定され、
前記センサ（１０）の測定信号により、パルス列の複数のパルスのパルス幅が変化するように制御される前記パルス列からなる複数のパルスを形成する手段が設けられており、
前記センサ（１０）の前記測定信号から、一定周波数を有する連続的な正弦波信号を導出する手段が設けられており、
前記パルス列の複数のパルスを前記連続的な正弦波信号に乗算する手段が設けられており、
前記振動発生器（１）に、パルス幅が変化するパルス列の複数のパルスから構成され、その包絡線が正弦波状となる制御信号が供給される
請求項２記載の給電回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方では、流体用のコリオリ流量測定装置のコリオリ管路に作用する振動発生器の制御方法に関し、他方では、コリオリの原理により作動する、流体用の流量測定装置の振動発生器の給電回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コリオリの原理により作動する流体の流量測定装置の測定方法は、流量測定装置のコリオリ管路が振動発生器を用いて振動され、それにより、コリオリ管路を貫通して流れる流体がコリオリ力を受け、このコリオリ力を検出することにより、コリオリ管路を通って流れる流体流量の尺度が提供されることに基づいている。その際、振動発生器は、典型的には、コイルと磁石とからなるシステムを有しており、その際、コイルか、又は、磁石のどちらかがコリオリ管路と固定して結合されており、その結果、このシステムが交番して励振され、つまり、交互に、磁石がコイル内に入ったり、乃至、コイルから出たりして、コリオリ管路が振動励振される。
【０００３】
コリオリ管路の、そのような振動励起時の最大効率は、特に、コリオリ管路が、振動により実質的に当該コリオリ管路の固有周波数で励振された場合に達成される。その際、コリオリ管路の振動振幅は、典型的には、アナログ増幅回路を用いて流体内で達成すべきコリオリ力となるように制御される。そのために、コリオリ管路の実際の振動振幅が、コリオリ管路に取り付けられたセンサを用いて検出され、検出された振幅値は、振幅値の目標値と比較され、検出された振幅値の、振幅値の目標値からの偏差に依存して、正弦波状の励振信号が相応の値だけ増幅されて、振動発生器のコイルに給電される。
【０００４】
しかし、励振信号の増幅の際、増幅回路での熱損失に基因して相当なエネルギ損失となる。これは、殊に、利用可能な電気エネルギが、例えば、バッテリ作動時のように、限定要因を示すような状況では否定的な影響を及ぼす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、流体用のコリオリ流量測定装置のコリオリ管路に作用する振動発生器の制御用方法、並びに、単数乃至複数の当該の振動発生器を用いて、振動発生器の給電用に既存の電力を良好に利用することができるような振動発生器用の給電回路を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によると、流体用のコリオリ流量測定装置のコリオリ管路に作用する振動発生器の制御方法において、振動発生器に、パルス幅が変化するパルス列の複数のパルスから構成され、その包絡線が正弦波状となる制御信号を供給することによって解決される。
【０００７】
この課題は、本発明によると、コリオリの原理により作動する、流体用の流量測定装置の振動発生器の給電回路において、流量測定装置の振動発生器は、パルス幅が変化するパルス列の複数のパルスから構成され、その包絡線が正弦波状となる制御信号を用いて制御することによって解決される。
【０００８】
本発明によると、振動発生器の給電用に連続的な正弦波信号が利用されるのではなく、パルス幅が変化するパルス列の複数のパルスから構成され、その包絡線が正弦波状となる制御信号が利用される（以下、この信号を、振動発生器用の制御信号と呼ぶ）。その際、この制御信号により伝送されるエネルギは、振動発生器用の制御信号を形成する際に行われるパルス幅変調を介して制御される。総体的に、連続的な正弦波信号を用いた場合と実質的に同じエネルギが、振動発生器内に給電される必要があるので、このような、振動発生器用の制御信号を用いる場合に、パルス幅が変化するパルス列の複数のパルスから構成され、その包絡線が正弦波状となる、振動発生器用の制御信号の振幅は、その信号の、ゼロとは異なった領域全体で、それぞれ、連続的な正弦波信号の振幅よりも常に大きい。
【０００９】
前述のようにして、一方では、振動発生器用の制御信号の場合の励振信号は、連続的な正弦波信号よりも、増幅回路で達成可能な最大信号値に常に明らかに近い。他方では、増幅回路の最適効率は、完全に遮断された、乃至、完全に導通接続された状態でしか達成できないが、しかし、その間の増幅領域内では、増幅回路内での熱損失に基因して相当なエネルギ損失が生じ、このエネルギ損失は、何れにせよ、増幅回路の通過帯域を上昇させると低減させることができ、従って、信号増幅の効率は、振動発生器用の制御信号の場合に、連続的な正弦波信号の場合よりも明らかに良くなる。その理由は、増幅回路に、振動発生器用の制御信号を用いると、熱損失が比較的小さくなるからである。振動発生器用の制御信号の各パルス間の領域内、つまり、振動発生器用の制御信号がゼロである領域内では、電流は流れず、従って、電流が損失熱に変換されないから、増幅効率は何れにせよ最適である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の装置の有利な実施例では、コリオリ管路の偏向がセンサにより測定され、センサの測定信号により、パルス列の複数のパルスのパルス幅が変化するように制御されるパルス列からなる複数のパルスを形成する手段が設けられており、センサの測定信号から、一定周波数を有する連続的な正弦波信号を導出する手段が設けられており、パルス列の複数のパルスを連続的な正弦波信号に乗算する手段が設けられており、振動発生器に、パルス幅が変化するパルス列の複数のパルスから構成され、その包絡線が正弦波状となる、振動発生器用の制御信号が供給される。
【００１１】
パルス幅変調されて、パルス幅が変化するパルス列の複数のパルス（以下、パルス幅変調信号と呼ぶ）のオンオフ比、つまり、パルス幅変調信号の個別パルスの幅と、個別パルス相互の間隔との比であるデューティ比は、有利には、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：比例−積分−微分）コントローラを用いて調整される。その際、単にパルスの幅が変えられ、つまり、パルスの間隔相互は一定のままである。
【００１２】
パルス幅変調の特に効率的な制御は、ＰＩＤコントローラでの、パルス幅変調信号のデューティ比を、センサによって測定されたコリオリ管路の偏向（たわみ）と、予め決められた所定の偏向目標値との差から求められた誤差信号を考慮して調整される場合に達成することができる。この制御は、有利なやり方で、パルス幅変調信号の振幅を一定に保持する際には、更に簡単となる。
【００１３】
更に、パルス幅変調信号の周波数を、連続的な正弦波信号の周波数よりも明らかに大きくすると有利である。その際、振動発生器用の制御信号の周波数を、実質的に、コリオリ管路の共振周波数に相応させるとよく、そのことは、パルス幅変調信号の周波数領域内で、コリオリ管路に振動が実際上伝わらないようにして達成され、その結果、コリオリ管路の障害振動に基因するエネルギ損失を防止することができる。
【００１４】
給電回路の出力側には、増幅器が設けられており、振動発生器は、この増幅器を介して給電される。振動発生器用の制御信号を、振動発生器に供給する前に増幅器によって増幅するようにするとよい。
【００１５】
更に、給電回路は、本発明の実施例によると、有利には、給電回路がマルチプレクサを有しており、該マルチプレクサを用いて、パルス幅変調信号は、一定の所定周波数の連続的な正弦波信号と乗算可能であるように構成される。
【００１６】
有利には、給電回路には、ＰＩＤコントローラを有するゲートアレイが設けられており、該ＰＩＤコントローラを用いて、パルス幅変調信号のデューティ比が調整可能である。
【００１７】
パルス幅変調信号を、自由にプログラミング可能なゲートアレイを用いて発生するようにするとよい。このゲートアレイを用いてパルス幅変調信号が発生可能であるようにするとよい。
【００１８】
自由にプログラミング可能なゲートアレイでのパルス幅変調信号のデューティ比を、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）コントローラを用いて調整するようにするとよい。
【００１９】
ＰＩＤコントローラでのパルス幅変調信号のデューティ比の調整を、センサによって測定されたコリオリ管路の偏向と所定の偏向目標値との間の差から求めるようにするとよい。
【００２０】
デューティ比を、規則
Ａ＝Ｓ＋Ｋ・Ｆ＋（Ｋ／Ｔｉ）∫Ｆｄｔ＋（Ｋ・Ｔｄ）ｄＦ／ｄｔ
によって調整し、その際、Ａは、ＰＩＤコントローラの出力信号、Ｓは、目標値を維持するための信号、Ｆは、誤差信号、Ｋは、増幅率、Ｔｉは、積分時間、Ｔｄは、微分時間であるようにするようにするとよい。
【００２１】
パルス幅変調信号の振幅を一定にするようにするとよい。
【００２２】
パルス幅変調信号の周波数を、連続的な正弦波信号の周波数よりも明らかに大きくするようにするとよい。
【００２３】
連続的な正弦波信号の周波数を、実質的に、コリオリ管路の共振周波数に相応させるようにするとよい。
【００２４】
コリオリの原理により作動する、流体用の流量測定装置の振動発生器の給電回路において、流量測定装置の振動発生器は、給電回路により、振動発生器用の制御信号を用いて制御可能であるようにするとよい。
【００２５】
【実施例】
以下、図示の実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。
【００２６】
図１には、本発明の実施例による、流体用のコリオリ流量測定装置の振動発生器用の給電回路が略示されている。コリオリ管路の振動は、振動発生器１を用いて励振され、この振動発生器は、図示されていないコイル及びコリオリ管路に取り付けられている同様に図示されていない磁石を有している。振動発生器１は、給電回路の出力側に設けられた増幅器２を介して給電される。増幅器２には、一方では、マルチプレクサ３で発生された信号が供給される。
【００２７】
マルチプレクサ３は、一方では、自由にプログラミング可能なゲートアレイ４（この構成は、図２に略示されている）によって制御される。自由にプログラミング可能なゲートアレイ４は、ＰＩＤコントローラ５、比較ユニット６及びデジタル整流器７を有している。Ａ／Ｄ変換器８及び給電回路の入力側に設けられた増幅器９を介して、ゲートアレイ４は、コリオリ管路に設けられたセンサ１０と接続されている。
【００２８】
他方では、マルチプレクサ３に、当該マルチプレクサ３の前に接続された増幅器１１を介して、コリオリ管路に取り付けられたセンサ１０によって検出されて、入力側の増幅器９によって増幅された信号が供給される。この信号は、実質的に、図３に示されているような、連続的な正弦波信号に相応している。マルチプレクサ３に自由にプログラミング可能なゲートアレイ４から供給される信号は、図４に示されているような、一定周波数のパルス幅変調信号である。
【００２９】
センサ１０によって検出されて、入力側増幅器９によって増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換器８によってデジタル化され、それから、自由にプログラミング可能なゲートアレイ４に給電される。そこで、この信号は、先ずデジタル整流器７を用いて整流され、それから、比較ユニット６で、コリオリ管路の振動の振幅の目標値と比較される。比較ユニット６は、目標値と、検出された振動振幅の実際値との差に依存して誤差値Ｆを形成する。
【００３０】
ＰＩＤコントローラ５では、誤差値Ｆが規則
Ａ＝Ｓ＋Ｋ・Ｆ＋（Ｋ／Ｔｉ）∫Ｆｄｔ＋（Ｋ・Ｔｄ）ｄＦ／ｄｔ
により処理され、パルス幅変調用の値が算出され、その際、Ａは、ＰＩＤコントローラの出力信号、Ｓは、目標値の維持用の信号、Ｋは、増幅率、Ｔｉは、積分時間及びＴｄは、微分時間である。
【００３１】
パルス幅変調用に算出された値を用いて、同様にゲートアレイ４内に設けられたパルス幅変調発生器１２で、パルス幅変調信号が発生され、そこから、マルチプレクサ３に給電される。マルチプレクサ３では、図３に示された連続的な正弦波信号が、図４のパルス幅変調信号と乗算される。その結果、図５の振動発生器用の制御信号が形成され、この信号は、出力側の増幅器２を介して振動発生器１の給電用に使用される。
【００３２】
既述の回路によって、制御回路が構成され、この制御回路を用いて、振動発生器用の制御信号の個別パルスの幅が、一方では、コリオリ管路の実際の振動振幅に依存して、他方では、コリオリ管路の所望の振動振幅に依存して形成される。
【００３３】
図６から分かるように、この回路の効率、即ち、振動発生器用の制御信号の効率は、振動発生器１の給電用に連続的な正弦波信号を使用する従来技術の回路での効率よりも著しく高い。振動発生器用の制御信号がゼロとは異なる領域全体で、この信号の振幅は、連続的な正弦波信号の振幅よりも明らかに大きい。上述のように、トランジスタ（本発明の実施例のように、トランジスタベースのトランジスタ）が完全に遮断されるか、乃至、完全に導通状態にスイッチングされる場合、増幅器回路内での最小の熱損失に基づいて最大効率となり、信号が大きくなればなる程、ゼロとは異なる信号の効率は大きくなる。
【００３４】
図６から分かる例では、振動発生器用の制御信号は、７８％の効率を有しており、それに対して、連続的な正弦波信号は５５％の効率しか有していない。振動発生器１の給電に必要な全電力が小さくなればなる程、この状況は、振動発生器用の制御信号にとって更に一層有利になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例の振動発生器の給電回路の略図
【図２】  本発明の実施例の自由にプログラミング可能なゲートアレイの構成の略図
【図３】  連続的な正弦波信号を示す図
【図４】  パルス幅変調信号を示す図
【図５】  マルチプレクサによって形成された振動発生器用の制御信号を示す図
【図６】  連続的な正弦波信号と、振動発生器用の制御信号とを、それぞれ同じ全振幅で比較した図
【符号の説明】
１  振動発生器
２，９，１１  増幅器
３  マルチプレクサ
４  自由にプログラミング可能なゲートアレイ
５  ＰＩＤコントローラ
６  比較ユニット
７  デジタル整流器
８  Ａ／Ｄ変換器
１０  センサ
１２  パルス幅変調発生器
【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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