JP3137211B2 - Coriolis mass flowmeter - Google Patents
Coriolis mass flowmeterInfo
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- JP3137211B2 JP3137211B2 JP04214143A JP21414392A JP3137211B2 JP 3137211 B2 JP3137211 B2 JP 3137211B2 JP 04214143 A JP04214143 A JP 04214143A JP 21414392 A JP21414392 A JP 21414392A JP 3137211 B2 JP3137211 B2 JP 3137211B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、コリオリ質量流量計に
関し、特にコリオリ力による振動パイプの変形を測定し
て、質量流量に換算する信号処理方式に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Coriolis mass flowmeter and, more particularly, to a signal processing system for measuring the deformation of a vibrating pipe due to Coriolis force and converting the deformation into a mass flow rate.
【0002】[0002]
【従来の技術】図3は従来の直管式のコリオリ質量流量
計の構成図である。図3において、1は内部に測定流体
を流すことができるパイプであり、このパイプ1の両端
は、固定部2,3で固定されている。4は固定部2と3
の間のパイプ1の中央に設置された励振手段であり、パ
イプ1をパイプ1の中心軸に対して直角方向に加振して
上下に変位させる。5,6はパイプ1の振動を検出する
振動検出手段である。2. Description of the Related Art FIG. 3 is a block diagram of a conventional straight tube type Coriolis mass flow meter. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a pipe through which a measurement fluid can flow, and both ends of the pipe 1 are fixed by fixing portions 2 and 3. 4 is fixed parts 2 and 3
The excitation means is provided at the center of the pipe 1 between the two, and excites the pipe 1 in a direction perpendicular to the central axis of the pipe 1 and displaces the pipe 1 up and down. Reference numerals 5 and 6 denote vibration detecting means for detecting the vibration of the pipe 1.
【0003】このような構成において、図4はパイプ1
の振動パターンを示している。図4において、a,bは
励振手段4により励振された時に、パイプ1が各瞬間に
表す振動パターンであり、c,dはパイプ1中を流れる
流体に働くコリオリ力により表れる非対称たわみ振動の
パターンである。なお、実際には、この2種類の振動パ
ターンが重畳された形でパイプ1は振動する。この振動
は、振動検出手段5,6で検出され、振動変位信号が出
力される。この振動変位信号は、図示しない信号処理回
路に入力され、質量流量に換算される。In such a configuration, FIG.
3 shows a vibration pattern. In FIG. 4, a and b are vibration patterns that the pipe 1 represents at each moment when excited by the excitation means 4, and c and d are patterns of asymmetric flexural vibrations expressed by the Coriolis force acting on the fluid flowing through the pipe 1. It is. Actually, the pipe 1 vibrates in a form in which the two types of vibration patterns are superimposed. This vibration is detected by the vibration detecting means 5 and 6, and a vibration displacement signal is output. This vibration displacement signal is input to a signal processing circuit (not shown) and is converted into a mass flow rate.
【0004】この質量流量変換の信号処理方式として
は、従来、時間差測定方式と同期整流方式があった。こ
れらの方式を以下に示す。Conventionally, as a signal processing method for the mass flow rate conversion, there have been a time difference measurement method and a synchronous rectification method. These methods are described below.
【0005】パイプ1に流体が流れていない状態のパイ
プの振動状態を図5(イ)の実線で示す。この時は励振
振動だけである。これに対し、パイプ1に流体が流れる
と、図5(ロ)に示すような、流体によるコリオリ力に
よる振動があらわれる。この振幅は、パイプ1に流れる
質量流量に比例し、位相は励振振動と90°ずれてい
る。ゆえに、パイプ1の振動は、励振振動の振幅が一定
とすれば、図5(イ)中の点線に示すように、励振振動
から、コリオリ力による振動変位に比例した位相差をも
った振動となる。つまり、質量流量に比例した位相差を
もった振動である。したがって、この位相差を測定すれ
ば、質量流量を求めることができる。[0005] The vibration state of the pipe in a state where no fluid is flowing through the pipe 1 is shown by a solid line in FIG. At this time, only the excitation vibration occurs. On the other hand, when the fluid flows through the pipe 1, vibrations due to the Coriolis force due to the fluid appear as shown in FIG. This amplitude is proportional to the mass flow rate flowing through the pipe 1, and the phase is shifted from the excitation vibration by 90 °. Therefore, assuming that the amplitude of the excitation vibration is constant, the vibration of the pipe 1 is changed from the excitation vibration to the vibration having a phase difference proportional to the vibration displacement due to the Coriolis force, as shown by the dotted line in FIG. Become. That is, the vibration has a phase difference proportional to the mass flow rate. Therefore, the mass flow rate can be obtained by measuring the phase difference.
【0006】時間差測定方式は、この位相差を時間差と
して測定する方式である。しかし、この方式は、時間差
測定回路のため、装置が複雑になり、測定分解能は時間
差計数時計に左右され、微小流量検出に適さず、直接時
間を計ることは、一般に精度が悪い。The time difference measuring method is a method of measuring the phase difference as a time difference. However, since this method is a time difference measurement circuit, the device becomes complicated, the measurement resolution depends on the time difference counting clock, and it is not suitable for detecting a minute flow rate, and directly measuring time is generally inaccurate.
【0007】これに対し、同期整流方式は、図5(ロ)
のコリオリ力による振動変位だけを検出する方式であ
る。上述のとおり、この振動変位は質量流量に比例す
る。この方式は、図5(ハ)に示すような同期整流を行
い、1周期に渡って積分を行う方法であり、これにより
加振振動の振幅はキャンセルされ、コリオリ力による振
動の振幅のみを測定することができる。ここで、同期積
分をとるタイミングは、例えば、同じパイプの中央部に
取り付けた振動検出手段からの信号により行う。しか
し、この方式は、同期整流タイミング信号発生回路のた
め、装置が複雑になり、励振振動振幅に対して、コリオ
リ力によって発生する振動振幅は非常に小さい(例え
ば、直管型の場合、数百分の一)ため、同期整流を行う
タイミングによって大きく左右されていた。また、タイ
ミング信号は、上流と下流の振動変位信号の平均値また
は中央に位置した振動検出手段の出力などから作製する
ため、他モード振動やノイズの混入、また温度変化など
による形状関数の変化などにより、タイミングがずれる
可能性が高く、誤差の発生しやすい信号処理方法であっ
た。On the other hand, in the synchronous rectification system, FIG.
In this method, only the vibration displacement due to the Coriolis force is detected. As described above, this vibration displacement is proportional to the mass flow rate. This method is a method of performing synchronous rectification as shown in FIG. 5 (c) and performing integration over one cycle, thereby canceling the amplitude of the excitation vibration and measuring only the amplitude of the vibration due to Coriolis force. can do. Here, the timing at which the synchronous integration is performed is performed by, for example, a signal from a vibration detecting unit attached to the center of the same pipe. However, in this method, the device becomes complicated because of the synchronous rectification timing signal generation circuit, and the vibration amplitude generated by the Coriolis force is very small with respect to the excitation vibration amplitude (for example, several hundreds in the case of a straight tube type). Therefore, the timing was greatly influenced by the timing of performing the synchronous rectification. In addition, since the timing signal is created from the average value of the upstream and downstream vibration displacement signals or the output of the vibration detection means located at the center, the other mode vibration and noise are mixed, and the shape function changes due to temperature change. Therefore, there is a high possibility that the timing is shifted, and the signal processing method is likely to cause an error.
【0008】つまり、従来の質量流量変換の信号処理方
式では、装置が複雑となり、測定精度、測定分解能とも
に十分とはいえなかった。That is, in the conventional signal processing method of mass flow rate conversion, the apparatus becomes complicated, and the measurement accuracy and the measurement resolution are not sufficient.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の課題を踏まえて成されたものであり、振動検出手段
から得られた振動パイプの変位信号から、コリオリ力に
よって発生した振動成分だけを安定して正確に取り出す
ことにある。特に、励振振動成分と位相差を合わせたタ
イミング信号を用いることなく、上下流2つの振動変位
信号の演算によりコリオリ成分を求められる安定で高精
度、かつ装置を簡略化できるコリオリ質量流量計を提供
することを目的としたものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is based on a displacement signal of a vibrating pipe obtained from a vibration detecting means. Is to take out stably and accurately. In particular, it provides a Coriolis mass flow meter that can obtain a Coriolis component by calculating a Coriolis component by calculating two vibration displacement signals, upstream and downstream, without using a timing signal in which the phase difference between the excitation vibration component and the phase difference is combined. It is intended to do so.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1におい
ては、被測定流体が振動するパイプ内を通過するときに
発生するコリオリ力を検出して質量流量を測定するコリ
オリ質量流量計において、前記振動パイプの上流側およ
び下流側に設置された一対の振動検出手段から出力され
る変位信号を質量流量に換算する信号処理手段であっ
て、前記一対の振動検出手段から出力される2つの前記
変位信号の一方を2乗した積と2つの前記変位信号の一
方と他方を乗じた積のそれぞれを振動の1周期分積分し
て、2つの積分値の和と差をそれぞれ求めた後、差を和
で除算した商の平方根を求めるという演算を行うことに
より前記質量流量を求めるようにしたことを特徴とする
コリオリ質量流量計である。 また、本発明の請求項2に
おいては、被測定流体が振動するパイプ内を通過すると
きに発生するコリオリ力を検出して質量流量を測定する
コリオリ質量流量計において、前記振動パイプの上流側
および下流側に設置された一対の振動検出手段から出力
される変位信号(A 0 ,B 0 )を質量流量に換算する信号
処理手段であって、前記一対の振動検出手段の中央部に
第3の振動検出手段を備え、前記一対の振動検出手段か
ら出力される2つの変位信号(A 0 ,B 0 )に前記第3の
振動検出手段から出力される変位信号(R 1 )およびこ
の変位信号を90°移相したもの(R 2 )をそれぞれ乗
じた積(E 1 ,F 1 ,G 1 ,H 1 )を振動の1周期分積分し
て、この4つの積分値(E 2 ,F 2 ,G 2 ,H 2 )の加減算
(E 2 +G 2 ,F 2 −H 2 ,E 2 −G 2 ,−F 2 −H 2 )をそれ
ぞれ行った後、差(F 2 −H 2 )を和(E 2 +G 2 )で除算
した商(K/J)、差(E 2 −G 2 )を和(−F 2 −H 2 )
で除算した商(L/M)を求め、この商(K/J)及び
商(L/M)に基づいて前記質量流量を求めるようにし
たことを特徴とするコリオリ質量流量計である。 According to the first aspect of the present invention,
When the fluid to be measured passes through the vibrating pipe,
Coriolis that measure the mass flow rate by detecting the generated Coriolis force
In the orifice mass flow meter, the upstream side of the vibrating pipe and
Output from a pair of vibration detection means
Signal processing means for converting the displacement signal
And two of the two vibration detection means output from the pair of vibration detection means.
The product of one of the displacement signals squared and one of the two displacement signals
Integrate each product of one and the other for one cycle of vibration
After calculating the sum and difference of the two integral values, respectively,
To calculate the square root of the quotient divided by
Characterized in that the mass flow rate is determined more.
It is a Coriolis mass flow meter. Further, in claim 2 of the present invention,
When the fluid to be measured passes through the vibrating pipe,
The mass flow rate by detecting the Coriolis force generated
In the Coriolis mass flow meter, the upstream side of the vibrating pipe
And output from a pair of vibration detection means installed on the downstream side
That converts the displacement signal (A 0 , B 0 ) to mass flow rate
Processing means, at the center of said pair of vibration detecting means
A third vibration detecting means, wherein the pair of vibration detecting means
The two displacement signals (A 0 , B 0 ) output from the third
The displacement signal (R 1 ) output from the vibration detecting means and
Of the displacement signal (R 2 ) of the displacement signal of
The integral product (E 1 , F 1 , G 1 , H 1 ) is integrated for one cycle of vibration.
And the addition and subtraction of these four integral values (E 2 , F 2 , G 2 , H 2 )
(E 2 + G 2 , F 2 −H 2 , E 2 −G 2 , −F 2 −H 2 )
After each, the difference (F 2 −H 2 ) is divided by the sum (E 2 + G 2 )
The quotient (K / J), the difference of (E 2 -G 2) sum (-F 2 -H 2)
The quotient (L / M) divided by is obtained, and this quotient (K / J) and
Calculating the mass flow rate based on a quotient (L / M)
And a Coriolis mass flowmeter.
【0011】[0011]
【作用】本発明によれば、振動検出手段で得られた上下
流の振動変位信号、または、上下流の振動検出手段で得
られた振動変位信号およびパイプの中央部に設置された
振動検出手段で得られたベース信号を、信号処理手段に
て、上記のような演算処理を施すことにより、励振振動
成分に厳密に同期したタイミング信号で同期整流をさせ
なくても、比較的容易にコリオリ振動成分だけを分離で
きる。According to the present invention, an upstream / downstream vibration displacement signal obtained by the vibration detecting means, or a vibration displacement signal obtained by the upstream / downstream vibration detecting means and the vibration detecting means provided at the center of the pipe. By performing the above-mentioned arithmetic processing on the base signal obtained in the above by the signal processing means, the Coriolis vibration can be relatively easily performed without performing the synchronous rectification with the timing signal strictly synchronized with the excitation vibration component. Only components can be separated.
【0012】[0012]
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
1は本発明のコリオリ質量流量計に用いる信号処理手段
の第1の実施例を示す構成図である。図1において、
5,6はパイプの上流側と下流側に設置された一対の振
動検出手段、7は振動検出手段5,6から出力される振
動変位信号が入力される信号処理手段である。この信号
処理手段7において、71は上流と下流の振動振幅を等
しくするための自動利得制御器、72は振動検出手段5
の出力(A0)同士を乗算する乗算器(A1=A0×
A0)、73は自動利得制御器71の出力(B1)と振動
検出手段5の出力(A0)を乗算する乗算器(B2=B1
×A0)、74,75は乗算器72,73の出力(A1,
B2)をそれぞれ積分する積分器であり、積分間隔は振
動の1周期分である。76は積分器74,75の出力
(A 2,B3)を加算する加算器(C1=A2+B3)、7
7は積分器74の出力(A2)から積分器75の出力
(B3)を減算する減算器(C2=A2−B3)、78は減
算器77の出力(C2)を加算器76の出力(C1)で除
算する除算器(C3=C2/C1)、79は除算器78の
出力(C3)の平方根を求める演算器(C4=√C3)で
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. Figure
1 is a signal processing means used in the Coriolis mass flow meter of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG.
5 and 6 are a pair of vibrators installed on the upstream and downstream sides of the pipe.
The motion detecting means 7 is provided with a vibration output from the vibration detecting means 5 and 6.
This is a signal processing unit to which a dynamic displacement signal is input. This signal
In the processing means 7, reference numeral 71 designates the amplitudes of the upstream and downstream vibrations.
An automatic gain controller 72 for controlling the vibration;
Output (A0) Multiplied by each other (A1= A0×
A0) And 73 are the outputs of the automatic gain controller 71 (B1) And vibration
The output (A0) Multiplier (B)Two= B1
× A0), 74 and 75 are the outputs (A1,
BTwo) Are integrated, and the integration interval is
One cycle of movement. 76 is the output of the integrators 74 and 75
(A Two, BThree) (C)1= ATwo+ BThree), 7
7 is the output of the integrator 74 (ATwo) To the output of integrator 75
(BThree) Is subtracted (C)Two= ATwo-BThree), 78 decreased
The output of the arithmetic unit 77 (CTwo) To the output of adder 76 (C1)
Divider (CThree= CTwo/ C1) And 79 are of the divider 78
Output (CThree) To find the square root of (C)Four= √CThree)so
is there.
【0013】このような構成において、パイプの振動
は、振動検出手段5,6で変位を表す電気信号A0,B0
に変換される。 A0=a0sinωt+ca0cosωt B0=b0sinωt−cb0cosωt ただし、A0は上流での振動振幅、B0は下流での振動振
幅、sin成分は励振振動、cos成分はコリオリ力に
よる振動をそれぞれ表す。In such a configuration, the vibrations of the pipe are detected by the vibration detecting means 5 and 6, and the electric signals A 0 and B 0 representing the displacement.
Is converted to A 0 = a 0 sinωt + ca 0 cosωt B 0 = b 0 sinωt−cb 0 cosωt where A 0 is the vibration amplitude at the upstream, B 0 is the vibration amplitude at the downstream, the sin component is the excitation vibration, and the cos component is the Coriolis force. Vibration is represented respectively.
【0014】ここで、上流と下流の振動振幅を等しくす
るために、自動利得制御器71で調整する。この時の乗
率はa0/b0とする。その結果、上記2つの信号は、 A0=a0sinωt+ca0cosωt B1=a0sinωt−ca0cosωt となり、乗算器72,73にそれぞれ入力される。Here, an automatic gain controller 71 adjusts the amplitudes of the upstream and downstream vibrations so as to be equal. The multiplication factor at this time is a 0 / b 0 . As a result, the two signals are A 0 = a 0 sin ωt + ca 0 cos ωt B 1 = a 0 sin ωt−ca 0 cos ωt, and are input to the multipliers 72 and 73, respectively.
【0015】乗算器72では、自身の信号と乗算され、 A1=A0 2=(a0sinωt+ca0cosωt)2 =a0 2{(1−cos2ωt)/2} +2ca0 2sinωt・cosωt +(ca0)2{(1+cos2ωt)/2} となる。また、乗算器73では、他の変位信号と乗算さ
れ、 B2=B1×A0 =(a0sinωt−ca0cosωt)(a0sinωt+ca0cosωt) =a0 2sin2ωt−c2a0 2cos2ωt =a0 2{(1−cos2ωt)/2}−ca0 2{(1+cos2ωt)/2} となり、積分器74,75にそれぞれ入力される。The multiplier 72 multiplies the signal by itself, and A 1 = A 0 2 = (a 0 sinωt + ca 0 cosωt) 2 = a 0 2 ((1−cos 2ωt) / 2} + 2ca 0 2 sinωt · cosωt + (Ca 0 ) 2 {(1 + cos2ωt) / 2}. Also, the multiplier 73 is multiplied by the other displacement signal, B 2 = B 1 × A 0 = (a 0 sinωt-ca 0 cosωt) (a 0 sinωt + ca 0 cosωt) = a 0 2 sin 2 ωt-c 2 a 0 2 cos 2 ωt = a 0 2 {(1−cos 2ωt) / 2} −ca 0 2 {(1 + cos 2ωt) / 2}, which are input to the integrators 74 and 75, respectively.
【0016】積分器74,75では、任意のタイミング
からの1周期で積分が行われ、それぞれの出力は、In the integrators 74 and 75, integration is performed in one cycle from an arbitrary timing.
【0017】[0017]
【数1】 (Equation 1)
【0018】[0018]
【数2】 ただし、T0は任意である。(Equation 2) However, T 0 is arbitrary.
【0019】この積分器74,75の出力は、加算器7
6および減算器77に入力され、演算がおこなわれる。
その出力は、 C1=A2+B3=2(2π/ω)a0 2 C2=A2−B3=2(2π/ω)c2a0 2 となり、除算器78に入力される。The outputs of the integrators 74 and 75 are supplied to an adder 7
6 and a subtractor 77 to perform an operation.
The output is C 1 = A 2 + B 3 = 2 (2π / ω) a 0 2 C 2 = A 2 −B 3 = 2 (2π / ω) c 2 a 0 2 , which is input to the divider 78. .
【0020】除算器78では、C2/C1の演算が行われ
る。 C3=C2/C1={2(2π/ω)c2a0 2}/{2(2π/ω)a0 2} =c2 この商C3は、演算器79に入力され、平方根が求めら
れる。 C4=√C3=cIn the divider 78, C 2 / C 1 is calculated. C 3 = C 2 / C 1 = {2 (2π / ω) c 2 a 0 2 } / {2 (2π / ω) a 0 2 } = c 2 This quotient C 3 is input to the arithmetic unit 79, A square root is required. C 4 = √C 3 = c
【0021】このような操作により、「c」、つまり、
コリオリ力によって発生する振動振幅比が求められる。
この振動振幅比cは、コリオリ質量流量計の原理として
公知であるように、質量流量に比例するパラメータであ
り、換算して質量流量Qとして表示される。By such an operation, "c", that is,
The vibration amplitude ratio generated by the Coriolis force is determined.
The vibration amplitude ratio c is a parameter proportional to the mass flow rate, as is known as the principle of the Coriolis mass flow meter, and is expressed as the mass flow rate Q after conversion.
【0022】このように、上記第1の実施例によれば、
振動検出手段で得られた上下流の振動変位信号を信号処
理手段にて、上記のような演算処理を施すことにより、
励振振動成分に厳密に同期したタイミング信号で同期整
流をさせなくても、比較的容易にコリオリ振動成分だけ
を分離して質量流量を求めることができる。As described above, according to the first embodiment,
By subjecting the upstream and downstream vibration displacement signals obtained by the vibration detection means to the above-described arithmetic processing by the signal processing means,
Even without performing synchronous rectification with a timing signal strictly synchronized with the excitation vibration component, the mass flow rate can be obtained relatively easily by separating only the Coriolis vibration component.
【0023】なお、上記実施例において、信号処理は、
アナログ回路で行うようにしても良く、A/D変換後、
デジタル処理しても良い。また、自動利得制御器71が
ない構成であっても良く、その場合は、振動検出手段
5,6の位置を適正にして、構造上、上下流の振動振幅
が等しくなるようにすれば良い。また、積分時間は、振
動の1周期に対して十分長い時間であれば、1周期の時
間にこだわる必要はなく、積分器は簡単な一次遅れ回路
で良い。したがって、積分器が単純になり、積分時間に
因らなくなるので、精度の向上が期待できる。また、振
動検出手段は、変位センサ、速度センサ、加速度センサ
などどのようなものでも良く、最終的に変位信号に換算
して出力される。さらに、パイプの形状や構造は、U字
管,直管,ループ管や平行管などの多重管など何れの形
状でも良い。In the above embodiment, the signal processing is
An analog circuit may be used. After A / D conversion,
Digital processing may be performed. Further, the configuration may be such that the automatic gain controller 71 is not provided. In this case, the positions of the vibration detection means 5 and 6 may be appropriately set so that the vibration amplitudes of the upstream and downstream are equalized structurally. If the integration time is sufficiently long for one cycle of the vibration, there is no need to stick to the time of one cycle, and the integrator may be a simple first-order delay circuit. Therefore, the integrator becomes simpler and does not depend on the integration time, so that an improvement in accuracy can be expected. Further, the vibration detecting means may be any type such as a displacement sensor, a speed sensor, and an acceleration sensor, and is finally converted into a displacement signal and output. Further, the shape and structure of the pipe may be any shape such as a U-shaped pipe, a straight pipe, a multiple pipe such as a loop pipe or a parallel pipe.
【0024】次に、図2は本発明のコリオリ質量流量計
の第2の実施例を示す構成図である。なお、図2におい
て図1または図3と同一要素には同一符号を付して重複
する説明は省略する。図2において、8はパイプ1の中
央部に設けた振動検出手段であり、その出力をベース信
号R1とする。9は振動検出手段5,6,8から出力さ
れる振動変位信号A0,B0およびベース信号R1が入力
される信号処理手段である。この信号処理手段9におい
て、91は移相器であり、移相器91によりベース信号
R1を90°移相したものをベース信号R2とする。90
°移送する方法は、積分器などの簡単な構成でよい。9
2a〜92dは振動検出手段5,6の出力A0,B0にベ
ース信号R1,R2をそれぞれ乗算する乗算器であり、そ
の出力(積)をE1,F1,G1,H1とする。93a〜9
3dは乗算器92a〜92dの積E1,F1,G1,H1を
それぞれ1周期に渡って積分する積分器であり、積分開
始時間は任意である(積分値はE2,F2,G2,H2とす
る)。94a〜94dは積分器93a〜93dの出力
(E2,F2,G2,H2)を加減算する加減算器である。
なお、加減算の組み合わせは、加減算器94aは(E2
+G2)、加減算器94bは(F2−H2)、加減算器9
4cは(E2−G2)、加減算器94dは(−F2−H2)
であり、その出力をJ,K,L,Mとする。95a,9
5bは上流側,下流側の加減算器同士(94aと94
b、94cと94d)の出力(JとK、LとM)を除算
する除算器、96は減算器である。FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the Coriolis mass flow meter according to the present invention. In FIG. 2, the same elements as those in FIG. 1 or FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. 2, 8 is a vibration detecting means provided in the central portion of the pipe 1, to its output based signal R 1. Reference numeral 9 denotes a signal processing unit to which the vibration displacement signals A 0 , B 0 and the base signal R 1 output from the vibration detection units 5, 6, 8 are input. In this signal processing unit 9, 91 is a phase shifter, a base signal R 1 obtained by the 90 ° phase-based signal R 2 by the phase shifter 91. 90
° The transfer method may be a simple configuration such as an integrator. 9
Reference numerals 2a to 92d denote multipliers for multiplying the outputs A 0 and B 0 of the vibration detecting means 5 and 6 by the base signals R 1 and R 2 , respectively. The outputs (products) are E 1 , F 1 , G 1 and H. Set to 1 . 93a-9
3d is a integrator integrating over the multiplier the product of 92a-92d E 1, F 1, G 1, H 1 to each one cycle, the integration start time is arbitrary (integral value E 2, F 2 , G 2 , H 2 ). 94a~94d are subtractor for subtracting the output of the integrator 93a~93d (E 2, F 2, G 2, H 2).
Incidentally, the combination of addition and subtraction, the adder-subtracter 94a is (E 2
+ G 2 ), the adder / subtractor 94b is (F 2 −H 2 ),
4c is (E 2 -G 2), adder-subtracter 94d is (-F 2 -H 2)
And the outputs are J, K, L, and M. 95a, 9
5b is the upstream and downstream adders / subtractors (94a and 94b).
b, a divider for dividing the outputs (J and K, L and M) of 94c and 94d), and 96 is a subtractor.
【0025】このような構成において、パイプ1に取り
付けた振動検出手段5,6の出力A 0,B0は、 A0(t)=Asinωt+Bcosωt B0(t)=Asinωt−Bcosωt と表される。In such a configuration, the pipe 1
Output A of the attached vibration detecting means 5 and 6 0, B0Is A0(T) = Asinωt + BcosωtB0(T) = Asinωt−Bcosωt.
【0026】ここで、求める質量流量Qは、 Q=k・B/A (k:任意の定数) のように表される。従来は、A0,B0を用いて、 A0(t)=√(A2+B2)sin(ωt+Φ) Φ=tan-1(B/A)≒(B/A)∝Q として、移送差Φを時間差として測定して質量流量を求
めていた。Here, the mass flow rate Q to be obtained is expressed as follows: Q = kB / A (k: an arbitrary constant). Conventionally, using A 0 and B 0 , transfer as A 0 (t) = {(A 2 + B 2 ) sin (ωt + Φ) Φ = tan −1 (B / A) ≒ (B / A) ∝Q The mass flow rate was determined by measuring the difference Φ as a time difference.
【0027】また、2つのベース信号R1,R2は次式で
表されるとする。 R1(t)=Csinωt R2(t)=Ccosωt 基本的には、It is assumed that the two base signals R 1 and R 2 are represented by the following equations. R 1 (t) = C sin ωt R 2 (t) = C cos ωt Basically,
【0028】[0028]
【数3】 (Equation 3)
【0029】により、 X=(AC/2)・2π/ω Y=(BC/2)・2π/ω なので、質量流量Qは、 Q=k・Y/X=k・B/A のように演算できる。しかし、ベース信号R1,R2には
未知の移相差θがのっている場合を考えた方が現実的で
あり、この場合でも、質量流量を求めることができる。
よって、振動検出手段5,6の出力A0,B0とベース信
号R1,R2をそれぞれ乗算器92a〜92dにて乗算す
る。その出力E1,F1,G1,H1はそれぞれ次式で表さ
れる。 E1(t)=(Asinωt+Bcosωt)sin(ωt+θ) F1(t)=(Asinωt+Bcosωt)cos(ωt+θ) G1(t)=(Asinωt−Bcosωt)sin(ωt+θ) H1(t)=(Asinωt−Bcosωt)cos(ωt+θ)Thus, since X = (AC / 2) · 2π / ω Y = (BC / 2) · 2π / ω, the mass flow rate Q is as follows: Q = k · Y / X = k · B / A Can calculate. However, it is more realistic to consider a case where an unknown phase shift θ is present in the base signals R 1 and R 2 , and even in this case, the mass flow rate can be obtained.
Therefore, the outputs A 0 and B 0 of the vibration detecting means 5 and 6 and the base signals R 1 and R 2 are multiplied by the multipliers 92a to 92d, respectively. The outputs E 1 , F 1 , G 1 , and H 1 are respectively represented by the following equations. E 1 (t) = (Asinωt + Bcosωt) sin (ωt + θ) F 1 (t) = (Asinωt + Bcosωt) cos (ωt + θ) G 1 (t) = (Asinωt-Bcosωt) sin (ωt + θ) H 1 (t) = (Asinωt- Bcosωt) cos (ωt + θ)
【0030】この乗算器92a〜92dの積E1,F1,
G1,H1を積分器93a〜93dにてそれぞれ1周期に
渡って積分する。積分器93a〜93dの出力E1,
F1,G 1,H1はそれぞれ次式で表される。 E2(t)=(2π/ω){(A/2)cosθ+(B/2)sinθ} F2(t)=(2π/ω){(B/2)cosθ−(A/2)sinθ} G2(t)=(2π/ω){(A/2)cosθ−(B/2)sinθ} H2(t)=(2π/ω){−(B/2)cosθ−(A/2)sinθ}The product E of the multipliers 92a to 92d is1, F1,
G1, H1Into one cycle in each of the integrators 93a to 93d.
Integrate across. Output E of integrators 93a-93d1,
F1, G 1, H1Are represented by the following equations. ETwo(T) = (2π / ω) {(A / 2) cos θ + (B / 2) sin θ} FTwo(T) = (2π / ω) {(B / 2) cos θ− (A / 2) sin θ} GTwo(T) = (2π / ω) {(A / 2) cos θ− (B / 2) sin θ} HTwo(T) = (2π / ω) {− (B / 2) cos θ− (A / 2) sin θ}
【0031】この積分器93a〜93dの出力E2,
F2,G2,H2を加減算器94a〜94dにて、それぞ
れ上述の加減算を行う。その出力J,K,L,Mはそれ
ぞれ次式で表される。 J=E2+G2=A・(2π/ω)cosθ K=F2−H2=B・(2π/ω)cosθ L=E2−G2=B・(2π/ω)sinθ M=−F2−H2=A・(2π/ω)sinθThe outputs E 2 of the integrators 93a to 93d,
The above-described addition and subtraction of F 2 , G 2 , and H 2 are performed by the adders / subtractors 94a to 94d, respectively. The outputs J, K, L, and M are represented by the following equations. J = E 2 + G 2 = A · (2π / ω) cos θ K = F 2 −H 2 = B · (2π / ω) cos θ L = E 2 −G 2 = B · (2π / ω) sin θ M = − F 2 −H 2 = A · (2π / ω) sin θ
【0032】この加減算器94a〜94dの出力J,
K,L,Mを上流側、下流側同士でそれぞれ除算器95
a,95bにて除算することにより、質量流量Qに相当
する出力Q1,Q2が上流側、下流側で2つ求めることが
できる。 Q1=k・K/J=k・B/A Q2=k・L/M=k・B/AThe outputs J of the adders / subtractors 94a to 94d are J,
K, L and M are divided by the upstream and downstream sides, respectively.
By dividing by a and 95b, two outputs Q 1 and Q 2 corresponding to the mass flow rate Q can be obtained on the upstream side and the downstream side. Q 1 = k · K / J = k · B / A Q 2 = k · L / M = k · B / A
【0033】この2つの質量流量Q1,Q2は、理想的に
は、等しい値を示す。しかし、2つの振動検出手段5,
6の感度などの違いにより、必ずしも等しい値を示さな
い。そこで、2つの質量流量値が等しくなるように、振
動検出手段の感度を調整する機構、つまり図中に示す減
算器96を用いて、2つの質量流量値の差をとり、振動
検出手段6に帰還させれば良い。The two mass flow rates Q 1 and Q 2 ideally show equal values. However, two vibration detecting means 5,
6 do not always show the same value due to the difference in the sensitivity and the like. Therefore, a difference between the two mass flow values is obtained by using a mechanism for adjusting the sensitivity of the vibration detection means so that the two mass flow values become equal, that is, a subtractor 96 shown in the figure, and the vibration detection means 6 You just have to return.
【0034】このように、上記第2の実施例によれば、
上下流2つの振動検出手段で得られた振動変位信号およ
びパイプの中央部に設置された振動検出手段で得られた
ベース信号を、信号処理手段にて、上記のような演算処
理を施すことにより、励振振動成分に厳密に同期したタ
イミング信号で同期整流をさせなくても、比較的容易に
コリオリ振動成分だけを分離して質量流量を求めること
ができる。また、この場合、第1の実施例に比べて、積
分後は平方根を求めるような演算の必要がなく、簡単な
四則計算だけで質量流量が求められる。さらに、質量流
量値は2つ求められるため、これを利用して自動利得制
御などが行える。As described above, according to the second embodiment,
By subjecting the vibration displacement signal obtained by the two upstream and downstream vibration detecting means and the base signal obtained by the vibration detecting means provided at the center of the pipe to the above-described arithmetic processing by the signal processing means, Even without performing synchronous rectification with a timing signal strictly synchronized with the excitation vibration component, the mass flow rate can be obtained relatively easily by separating only the Coriolis vibration component. Also, in this case, there is no need to perform an operation to find the square root after integration, as compared with the first embodiment, and the mass flow rate can be obtained only by simple four arithmetic calculations. Further, since two mass flow values are obtained, automatic gain control and the like can be performed using the two mass flow values.
【0035】なお、ベース信号に未知の位相差θがのっ
ていても質量流量を得ることができるので、ベース信号
発生のための装置(図2装置では、振動検出手段8)は
必ずしも必要ではない。つまり、振動検出手段5もしく
は6の出力をベース信号として良い。Since the mass flow rate can be obtained even if an unknown phase difference θ is present in the base signal, an apparatus for generating the base signal (the vibration detecting means 8 in the apparatus shown in FIG. 2) is not always necessary. Absent. That is, the output of the vibration detecting means 5 or 6 may be used as the base signal.
【0036】また、上記実施例において、振動検出手段
は、変位センサ、速度センサ、加速度センサなどどのよ
うなものでも良く、最終的に変位信号に換算して出力さ
れる。さらに、パイプの形状や構造は、U字管,直管,
ループ管や平行管などの多重管など何れの形状でも良
い。Further, in the above embodiment, the vibration detecting means may be any type such as a displacement sensor, a speed sensor, and an acceleration sensor, and is finally converted into a displacement signal and outputted. Furthermore, the shape and structure of the pipe are U-shaped, straight,
Any shape such as a multiple tube such as a loop tube or a parallel tube may be used.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、励振振動成分と位相差を合わせ
たタイミング信号を用いることなく、上下流2つの振動
変位信号の演算によりコリオリ成分を求められる安定で
高精度、かつ装置を簡略化できるコリオリ質量流量計を
実現できる。As described above, according to the present invention, according to the present invention, the calculation of the two vibration displacement signals, upstream and downstream, can be performed without using a timing signal in which the phase difference is combined with the excitation vibration component. It is possible to realize a Coriolis mass flowmeter that is stable, requires high accuracy and requires a Coriolis component, and can simplify the apparatus.
【図1】本発明のコリオリ質量流量計に用いる信号処理
手段の第1の実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of signal processing means used for a Coriolis mass flow meter according to the present invention.
【図2】本発明のコリオリ質量流量計に用いる信号処理
手段の第2の実施例を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the signal processing means used in the Coriolis mass flow meter of the present invention.
【図3】従来のコリオリ質量流量計の一例を示す構成図
である。FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a conventional Coriolis mass flow meter.
【図4】図3装置の動作を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the device in FIG. 3;
【図5】コリオリ力によるパイプの変形の測定方法を説
明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method for measuring the deformation of a pipe due to Coriolis force.
5、6、8 振動検出手段 7、9 信号処理手段 71 自動利得制御器 72、73、92a〜92d 乗算器 74、75、93a〜93d 積分器 76 加算器 77、96 減算器 78、95a、95b 除算器 79 演算器(平方根) 91 移相器 94a〜94d 加減算器 5, 6, 8 Vibration detecting means 7, 9 Signal processing means 71 Automatic gain controller 72, 73, 92a to 92d Multiplier 74, 75, 93a to 93d Integrator 76 Adder 77, 96 Subtractor 78, 95a, 95b Divider 79 Arithmetic unit (square root) 91 Phase shifter 94a-94d Adder / subtractor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/84 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01F 1/84
Claims (2)
るときに発生するコリオリ力を検出して質量流量を測定
するコリオリ質量流量計において、 前記振動パイプの上流側および下流側に設置された一対
の振動検出手段から出力される変位信号を質量流量に換
算する信号処理手段であって、前記一対の振動検出手段から出力される2つの前記変位
信号の一方を2乗した積と2つの前記変位信号の一方と
他方を乗じた積のそれぞれを 振動の1周期分積分して、
2つの積分値の和と差をそれぞれ求めた後、差を和で除
算した商の平方根を求めるという演算を行うことにより
前記質量流量を求めるようにしたことを特徴とするコリ
オリ質量流量計。1. A Coriolis mass flowmeter for measuring a mass flow rate by detecting a Coriolis force generated when a fluid to be measured passes through a vibrating pipe, wherein the Coriolis mass flowmeter is installed on an upstream side and a downstream side of the vibrating pipe. A signal processing unit for converting a displacement signal output from a pair of vibration detection units into a mass flow rate, wherein the two displacements output from the pair of vibration detection units are provided.
Product of one of the signals squared and one of the two displacement signals
Each of the products multiplied by the other is integrated for one cycle of vibration,
A Coriolis mass flowmeter, wherein the mass flow rate is obtained by calculating a sum and a difference of two integral values, and then calculating a square root of a quotient obtained by dividing the difference by the sum.
るときに発生するコリオリ力を検出して質量流量を測定
するコリオリ質量流量計において、 前記振動パイプの上流側および下流側に設置された一対
の振動検出手段から出力される変位信号(A 0 ,B 0 )を
質量流量に換算する信号処理手段であって、 前記一対の振動検出手段の中央部に第3の振動検出手段
を備え、 前記一対の振動検出手段から出力される2つの変位信号
(A 0 ,B 0 )に前記第3の振動検出手段から出力される
変位信号(R 1 )およびこの変位信号を90°移相した
もの(R 2 )をそれぞれ乗じた積(E 1 ,F 1 ,G 1 ,
H 1 )を振動の1周期分積分して、この4つの積分値
(E 2 ,F 2 ,G 2 ,H 2 )の加減算(E 2 +G 2 ,F 2 −
H 2 ,E 2 −G 2 ,−F 2 −H 2 )をそれぞれ行った後、差
(F 2 −H 2 )を和(E 2 +G 2 )で除算した商(K/
J)、差(E 2 −G 2 )を和(−F 2 −H 2 )で除算した商
(L/M)を求め、この商(K/J)及び商(L/M)
に基づいて前記質量流量を求めるようにしたことを特徴
とするコリオリ質量流量計。2. A Coriolis mass flowmeter for measuring a mass flow rate by detecting a Coriolis force generated when a fluid to be measured passes through an oscillating pipe, wherein the Coriolis mass flowmeter is installed upstream and downstream of the oscillating pipe. A signal processing means for converting displacement signals (A 0 , B 0 ) output from the pair of vibration detecting means into a mass flow rate, comprising a third vibration detecting means at a central portion of the pair of vibration detecting means, Two displacement signals output from the pair of vibration detecting means
Products (E 1 , F 0 ) obtained by multiplying (A 0 , B 0 ) by a displacement signal (R 1 ) output from the third vibration detecting means and a signal obtained by shifting the displacement signal by 90 ° (R 2 ) , respectively. 1, G 1,
H 1 ) is integrated for one cycle of vibration, and these four integrated values are obtained.
(E 2 , F 2 , G 2 , H 2 ) addition and subtraction (E 2 + G 2 , F 2 −
H 2 , E 2 -G 2 , -F 2 -H 2 ), and then the difference
(F 2 -H 2) divided by the sum (E 2 + G 2) the quotient (K /
J), the quotient obtained by dividing the difference (E 2 −G 2 ) by the sum (−F 2 −H 2 )
(L / M), the quotient (K / J) and the quotient (L / M)
A Coriolis mass flowmeter characterized in that the mass flow rate is obtained based on the following .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04214143A JP3137211B2 (en) | 1992-04-23 | 1992-08-11 | Coriolis mass flowmeter |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP10439192 | 1992-04-23 | ||
| JP4-104391 | 1992-04-23 | ||
| JP04214143A JP3137211B2 (en) | 1992-04-23 | 1992-08-11 | Coriolis mass flowmeter |
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1992
- 1992-08-11 JP JP04214143A patent/JP3137211B2/en not_active Expired - Fee Related
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