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JP4828745B2 - Vortex flow meter - Google Patents
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JP4828745B2 - Vortex flow meter - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は渦流量計に係り、特に流量計測の異常の有無を監視して誤計測を防止するように構成された渦流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の超音波を用いた渦流量計としては、例えば、図1及び図2に示すように、被測流体が流れる流量計本体1の流路1a中にカルマン渦を発生させる渦発生体2と、渦発生体2の下流を流れる被測流体に超音波を送信する超音波送信器3aと、流路1a内の被測流体を通過した超音波を受信して受信信号を出力する超音波受信器3bと、超音波送信器3aに入力された送信信号と超音波受信器3bから出力された受信信号との位相を比較してカルマン渦の周波数に応じた渦信号を生成する位相比較器8とを有する。
【0003】
超音波送信器3aには、発信器4からの送信信号がアンプ5で増幅されて供給される。また、超音波受信器3bから出力された受信信号は、アンプ6で増幅されて波形整形回路7で波形整形されて位相比較器8に入力される。
【0004】
また、渦流量計では、超音波送信器3aから送信された超音波を流体中に伝搬させ、カルマン渦から変調を受けたものを超音波受信器3bで受信して、増幅、波形整形して得られた受信信号と送信信号との位相を比較することで渦発生体2下流に発生する交番的なカルマン渦の発生周波数に比例した渦信号を得ていた。
【0005】
位相比較器8では、発信器4から出力された送信信号と、超音波受信器3bから出力された受信信号との位相を比較して位相差から得られた渦信号をアンプ9へ出力する。アンプ9で増幅された渦信号は、波形整形回路10で波形整形されて制御回路11に入力され、流量計測値に換算される。
【0006】
また、アンプ9で増幅された渦信号は、振幅監視回路12にも入力されており、振幅監視回路12で振幅の変化が監視され、異常の有無が制御回路11へ供給される。制御回路11では、渦信号の振幅異常が発生した場合、渦信号の積算処理を停止させて計測誤差の発生を防止している。
【0007】
発信器4から出力された送信信号は、周期が一定である。これに対して被測流体中を伝搬した超音波は、交番的に発生するカルマン渦から位相変調(ドップラー効果)を受ける。そのため、位相比較器8において、送信信号と受信信号を位相比較すると、渦の発生に応じて位相差が変化する。
【0008】
カルマン渦は、流速の増加に比例して周波数が高くなり、超音波がカルマン渦により受ける変調(渦信号振幅値)の大きさも流速に応じて大きくなることが分かっている。よって、渦流量計では、このカルマン渦の発生周波数を測定することで流量を算出している。また、波形整形回路10から出力される渦信号のパルスは、デューティ50%としている。
【0009】
しかしながら、上記のように構成された渦流量計では、被測流体が流れる配管上の他機器の影響で発生する圧力脈動や、高流量域での流れの乱れなどの影響で、被測流体の流れがないにも関わらず流量信号(渦信号)を出力してしまうことがあった。
【0010】
この場合、前述の渦信号の周波数−振幅値の比例関係が崩れてしまうことや、パルスのデューティが50%にならないことが判っているので、この現象を監視することで外乱(異常)の有無を検出し、異常があるときには渦信号の出力を停止したり、アラームを出力して報知している。
【0011】
また、前述の信号を処理する電気回路に異常が発生した場合にも出力が異常になる場合があり、このことに対しては送信信号、受信信号の信号振幅値を監視することで異常の有無が検出されている。
【0012】
超音波受信器3bから出力された受信信号は、アンプ6で増幅された後に波形整形回路7で波形整形されて位相比較器8に入力されるが、超音波送信器3a、超音波受信器3bを含めた受信アンプ回路(アンプ6、波形整形回路7)に異常が発生した場合、位相比較器8に受信信号が入力されず、その結果、位相比較器8の出力が異常となってしまう。
【0013】
そこで、従来においては、図3に示されるように、受信アンプ6の出力値が波形整形回路7でパルス化するのに十分な振幅値であるかを第2の振幅監視回路13で平均化して監視している。同様に、発信器4からの送信信号も規定の信号振幅値で超音波送信器3aに送られているかを第3の振幅監視回路14で監視している。
【0014】
また、図3に示すように、前述の監視を全て行う構成とし、送信信号、受信信号、渦信号、電気回路や被測流体の流れの状態(圧力変動による脈動の有無)を常時監視していた。
【0015】
なお、送信信号、受信信号の判定方法としては、振幅監視回路13,14の構成によるが、送受信信号を平滑回路で平滑電圧信号に変換し、制御回路11のA/D変換器で監視したり、電圧比較ICを用いるなどがある。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の渦流量計では、カルマン渦の検出異常や、電気回路の故障を監視するために、図3に示すような回路構成とし、全監視回路の信号を常に一定間隔で監視しており、結果として監視処理を行う制御回路11の処理負荷が重くなり、流量計測の演算処理が遅れるという問題があった。
【0017】
従って、従来は、回路構成が同一であれば制御回路11の処理能力を下げることとなり、流量計測性能の低下につながる。また、従来の渦流量計では、制御回路11の流量計測性能を向上させるためには、制御回路11に用いられるCPUの性能を上げる必要があり、CPUのコストが高くなる。
【0018】
そこで、本発明は上記課題を解決した渦流量計を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下のような特徴を有する。
上記請求項1記載の発明は、被測流体が流れる流路中にカルマン渦を発生させる渦発生体と、渦発生体の下流を流れる被測流体に超音波を送信する超音波送信器と、記流路内の被測流体を通過した超音波を受信して受信信号を出力する超音波受信器と、超音波送信器に入力された送信信号と超音波受信器から出力された受信信号との位相を比較してカルマン渦の周期に応じた渦信号を生成する位相比較器と、渦信号の異常の有無を監視する第1の監視手段と、送信信号を監視する第2の監視手段と、受信信号を監視する第3の監視手段と、第1の監視手段で前記渦信号の異常を検出したとき、第2の監視手段で送信信号を監視し、前記第1の監視手段で渦信号の異常を検出したとき、第3の監視手段で受信信号を監視するように切り替える制御手段と、を備えており、被測流体の流れの状態(カルマン渦の有無)を監視する渦信号監視と、送受信回路の状態を監視する送受信信号監視を同時に実施することができ、現在の出力が流れや回路の異常によるものかどうかを検出して誤計測を防止する。
【0020】
また、請求項2記載の発明は、被測流体が流れる流路中にカルマン渦を発生させる渦発生体と、渦発生体の下流を流れる被測流体に超音波を送信する超音波送信器と、流路内の被測流体を通過した超音波を受信して受信信号を出力する超音波受信器と、超音波送信器に入力された送信信号と超音波受信器から出力された受信信号との位相を比較してカルマン渦の周期に応じた渦信号を生成する位相比較器と、渦信号の異常の有無を監視する第1の監視手段と、送信信号を監視する第2の監視手段と、受信信号を監視する第3の監視手段と、送信信号の異常の有無を監視し、送信信号の異常を検出したときは、渦信号の状態にかかわらず第2の監視手段で送信信号を監視し、受信信号の異常の有無を監視し、受信信号の異常を検出したときは、渦信号の状態にかかわらず第3の監視手段で受信信号を監視するように切り替える制御手段と、を備えており、渦信号の状態によって送受信信号の監視を実施することから、制御回路を効率良く動作させることができ、結果計測性能を劣化させることなく、監視機能を追加することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
図4は本発明になる渦流量計の一実施例を示す構成図である。尚、図4において、前述した図1乃至図3と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【0022】
図4に示されるように、本発明の渦流量計20の制御回路21には、渦信号、送受信信号を効率よく監視することを目的として、正常状態の場合には渦信号の監視だけを行い、渦信号に異常を検出した場合には、その原因を絞り込むために送受信信号の監視を行う制御プログラム(制御手段)が格納されている。
【0023】
本実施例では、渦信号の振幅値を監視する第1の振幅監視回路(第1の監視手段)22に平滑回路を採用し、信号振幅に比例した電圧信号を制御回路21のA/D入カボート28に取り込み、制御回路21で監視する。振幅監視回路22の構成は、カップリングコンデンサ25によって交流成分を取り出した後、抵抗26とコンデンサ27で平滑信号電圧を取り出す構成となっている。
【0024】
尚、図4において、図示していないが、送信信号の第2の振幅監視回路(第2の監視手段)24及び受信信号の第3の振幅監視回路(第3の監視手段)23も上記カップリングコンデンサ25、抵抗26、コンデンサ27をからなる平滑回路を有する振幅監視回路12の構成と同一構成である。
【0025】
次に、図5(A)〜(C)を参照して本実施例の監視手段の監視動作を説明する。
今、渦流量計20には、故障もなく、また被測流体の流れにも異常(圧力変動による脈動)が発生していないとする。このとき、制御回路21では、通常、アンプ9から出力された渦信号の監視だけを一定間隔t1で実施している。
ここで、図5(A)に示されるように、監視Aのタイミングで渦信号に異常を検出した場合には、次の渦信号の監視タイミング(監視B)まで、図5(B)(C)に示されるように、送信信号及び受信信号を一定間隔t2で監視する。
【0026】
次に、図6(A)〜(C)を参照して別の監視タイミングについて説明する。図6(A)に示されるように、今、監視Aのタイミングで渦信号に異常を検出し、送受信信号の監視を行ったところ、送信信号に異常があることが判ったとする。この場合、図6(B)に示されるように、送信信号の監視は、渦信号の状態に依らず一定間隔t2で監視を継続する。
【0027】
一方、受信信号は正常であったため、図6(C)に示されるように、監視Aから監視Bまでの間だけ監視を行った後は、再び監視動作を停止する。さらに、監視Cで渦信号に異常を検出した場合には、図5の場合と同様に受信信号の監視を再開する。
【0028】
次に、上記監視方法(図5,図6参照のこと)を実現するために制御回路21で実行する演算処理について図7乃至図11、図13のフローチャート、及び図12の状態遷移マトリクスを参照して説明する。
【0029】
各フローチャートで実行する処理を大別すると、図7は実際の監視を行う一定時間割り込み処理を行う制御プログラム、図8は渦パルス立ち上がり割り込みを行う制御プログラムと、図9は渦パルス立ち下がり割り込み処理を行う制御プログラムに分類される。さらに、図10は一定時間割り込みルーチンで渦信号監視を行う制御プログラム、図11は受信信号監視を行う制御プログラム、送信信号監視ルーチン(図示せず)を行う制御プログラムに分類される。
【0030】
まず、図7を参照して一定時間割り込み処理について説明する。
図7に示されるように、この一定時間割り込み処理は、制御回路21のタイマカウンタ割り込み機能を利用しており、所定時間毎(例えば100msec間隔や1sec間隔)で起動するものである。
【0031】
図7のステップS1(以下「ステップ」を省略する)で、所定時間が経過すると制御回路21は、渦パルスを取り込む時間を計測するカウンタを読み出す。
【0032】
次のS2では、渦パルスの取り込み時間(カウンタ値)が経過したかどうかをチェックする。そして、S2において、渦パルスの取り込み時間(カウンタ値)が経過したときは、S3に進み、渦信号監視ルーチン(渦信号監視プログラム)を起動する。
【0033】
また、S2において、渦パルスの取り込み時間(カウンタ値)が経過していないときは、渦信号監視ルーチンを起動せずにS4に進み、受信信号監視ルーチン(受信信号監視プログラム)を起動する。
【0034】
続いて、S5で送信信号監視ルーチン(送信信号監視プログラム)を起動する。これで、今回の処理を終了し、この後、一定時間経過後に再び上記S1以降の処理を実行する。
【0035】
次に、渦パルス立ち上がり割り込みルーチン及び、渦パルス立ち下がり割り込みルーチンについて図8、図9を参照して説明する。
【0036】
渦パルスは、制御回路21の入カポートに入力されており、渦パルスの立ち上がり、渦パルスの立ち下がりに同期して各々図8、図9の割り込みプログラムが起動する。
【0037】
まず、渦パルスの立ち上がり信号が入力すると、図8に示す渦パルス立ち上がり割り込みプログラムが起動し、S7で、まず流量フラグによって1パルス目かどうかを確認する。
【0038】
S7において、1パルス目の場合、つまりフラグがリセット状態の場合には、S8に進み、流量フラグをセットする。その後S12に進み、タイマカウンタをリセットスタートし、S13でパルス数を記憶するパルス数カウンタをインクリメントして今回の渦パルスの立ち上がり割り込みプログラムを終了する。
【0039】
また、上記S7において、1パルス目ではない場合、つまりフラグがセットされている場合には、S9に進み、現在のタイマカウンタ値を読み出す。次のS10では、読み出したタイマカウンタ値を渦パルスがローレベルだった時間t2としてメモリに記憶する。続いて、S11に進み、パルスハイレベル時間t1をメモリから読み出して、デューティ=t1/(t1+t2)を計算してメモリ内部に格納する。
【0040】
S12では、パルス幅(渦パルスがハイレベルの時間)を計測するためにタイマカウンタをリセットスタートする。次のS13では、パルス数カウンタをインクリメントし、今回の渦パルス立ち上がり割り込みプログラムを終了する。
【0041】
パルス立ち下がり信号が入力すると、制御回路21は図9に示すパルス立ち下がり割り込みプログフムを起動し、S14でその時点のタイマカウンタ値を読み出す。次のS15では、読み出したタイマカウンタ値をパルスハイレベル時間として記憶する。続いて、S16では、渦パルスがローレベルの時間を計測するためにタイマカウンタをリセットスタートして、今回のパルス立ち下がり割り込みプログラムを終了する。
【0042】
次に、図10を参照して渦信号監視処理について説明する。
図10に示されるように、制御回路21は、渦信号監視ルーチンが起動すると、S17で、まずパルス数カウンタを読み出してその値を取り込み時間で除算した値を計測周波数f0として制御回路21のメモリに記憶する。次のS18では、次の取り込み時間中の周波数を計測するためにパルス数カウンタをゼロリセットする。そして、S19に進み、計測周波数f0が監視方法切り替え周波数f1以下か、あるいはそれより高いかを確認する。
【0043】
S19において、f0≦f1の場合には、S20に進み、現在の渦信号振幅v0を計測してメモリに記憶する。さらに、S21では、予めプログラム内部に記憶されている渦信号周波数fと渦信号振幅vの関係を示す近似式を用いて、計測周波数f0の時の渦信号振幅値の理論値v1を算出する。
【0044】
次のS22では、上記v0とv1を比較してvOがv1の−n%以下かどうかをチェックする。S22において、vOがv1の−n%以下であるならば、S24に進み、渦信号は異常であると判断する。
【0045】
また、S22において、vOがv1の−n%より大きいならば、S23に進み、vOがv1の+n%以上かどうかをチェックする。S23において、vOがv1の+n%以上のときは、S24に進み、渦信号は異常であると判断する。また、S23において、vOがv1の+n%より未満のときは、S25に進み、渦信号は正常であると判断する。
【0046】
また、上記S19において、f0>f1の場合には、S26に進み、前述のデューティを制御回路11のメモリから読み出し、デューティが−m%以下であるかを確認する。S26において、デューティが−m%以下であるときは、S28に進み、渦信号は異常と判断する。また、S26において、デューティが−m%より大きいときは、S27に進み、デューティが+m%以上であるかを確認する。
【0047】
S27において、デューティが+m%以上のときは、S28で渦信号は異常と判断する。また、S27において、デューティが+m%未満のときは、S29に進み、渦信号は正常と判断する。
【0048】
次に、受信信号監視処理について図11を参照して説明する。
図11に示されるように、受信信号監視処理では、受信信号振幅の状態によって処理内容を選択しており、現在の状態が状態1のときは正常状態、状態2のときは検査状態、状態3のときは異常状態である。
【0049】
S30において、渦信号が正常な状態のときは、状態1が選択的に起動され、S31に進み、渦信号の異常の有無をチェックしており、例えば、渦信号監視結果を(図示しないが)フラグ等で確認する。
【0050】
S31において、渦信号を監視した結果、渦信号が正常であるときは、今回の処理を終了する。また、S31において、渦信号を監視した結果、渦信号に異常があるときは、S32に進み、振幅監視回路13で平滑化された受信信号振幅値の出力電圧信号を制御回路11のA/D入カポート(図示せず)から取得する。続いて、S33に進み、受信信号振幅値と予め設定された規定値とを比較する。
【0051】
尚、上記規定値は、回路の構成から決められており、波形整形回路7でパルス化するために必要な振幅値に相当する平滑電圧値に設定している。
【0052】
S33において、受信信号振幅値が規定値以下であるときは、S34に進み、連続発生をカウントするカウンタを1にセットし、状態を状態2に変更して今回の処理を終了する。これにより、次回の起動時には、S30において、状態2を選択して処理することになる。
【0053】
また、上記S33において、受信信号振幅値が規定値以上であるときは、S35に進み、連続発生をカウントするカウンタをリセットして今回の処理を終了する。これにより、次回の起動時には、S30において、状態1(正常状態)を選択して処理することになる。
【0054】
次に、状態2(監視状態)について説明する。
状態2は、図5、図6の検査時間t1に該当し、t1時間中の受信信号の状態を一定周期t2で監視するための処理である。
【0055】
S30において、状態2(監視状態)が選択されたときは、S36に進み、振幅監視回路13で平滑化された受信信号振幅値の出力電圧信号を制御回路11のA/D入カポート(図示せず)から取得する。続いて、S37に進み、受信信号振幅値と予め設定された規定値とを比較する。
【0056】
S37において、受信信号振幅値が規定値以下であるときは、S38に進み、連続発生をカウントするカウンタに1を加算し、S39で受信信号の異常が連続n回以上かどうかをチェックする。S39において、受信信号の異常は連続n回以上であるときは、S40に進み、受信回路に異常があると判断して、受信回路異常アラームを出力すると共に、連続発生カウンタをリセットし、且つ状態を状態3(異常状態)に変更する。また、S39において、受信信号の異常が連続n回以上でないときは、S40の処理を行わずに今回の処理を終了する。
【0057】
また、上記S37において、受信信号振幅値が規定値以上であるときは、S42に進み、検査時間t1が経過したかどうかをチェックする。S42において、検査時間t1が経過していないときは、S43に進み、状態を状態1に変更する。また、S42において、検査時間t1が経過したときは、検査時間中に受信信号異常が連続n回発生しなかったことから、受信回路に異常はないと判断してアラームを出力せずに今回の処理を終了する。
【0058】
次に、状態3(異常状態)について説明する。
状態3は、図6に示す監視Bから監視Cまでの間に行われる監視処理であり、受信信号に異常があることから渦信号の状態に関わらずに、一定時間間隔t2で監視を行うものである。
【0059】
S30において、状態3が選択されたときは、S44に進み、振幅監視回路13で平滑化された受信信号振幅値の出力電圧信号を制御回路11のA/D入カポート(図示せず)から取得する。続いて、S44aに進み、受信信号振幅値と予め設定された規定値とを比較する。
【0060】
S44aにおいて、受信信号振幅値が規定値以下(異常)であるときは、引き続き受信信号監視を行うために、連続発生カウンタをリセットして状態を変更せずに今回の処理を終了する。
【0061】
また、S44aにおいて、受信信号振幅値が規定値以上であるときは、S46に進み、連続発生をカウントするカウンタに1を加算し、S47で受信信号の正常は連続n回以上かどうかをチェックする。S47において、受信信号の正常が連続n回以上であるときは、S48に進み、受信回路が正常に復帰したものと判断して、受信回路異常アラームを解除すると共に、連続発生カウンタをリセットし、且つ状態を状態1(正常状態)に変更して今回の処理を終了する。
【0062】
図12は図11のフローチャートの内容を示す状態遷移マトリクスである。
図12において、行方向には受信信号の状態(ステータス)が示されており、列方向にはその時に発生した状況(イベント)が示されている。なお、図12中に示す“―”は、無視することを意味する。また、送信信号監視については、送信信号に対して図11と同様の処理をすることからその説明を省略する。
【0063】
次に、上記監視処理の変形例について図13を参照して説明する。
尚、上記実施例では、受信回路の異常を判定する条件を、連続して異常がn回発生した場合としていたが、本変形例では検査時間中に計測した平滑電圧値の平均値で判定する方法を用いて説明する。
【0064】
図13において、S30で状態1(正常状態)が選択されたときは、S31に進み、渦信号に異常が発生したかどうかをチェックする。S31において、渦信号に異常があった場合には、S32に進み、振幅監視回路23で平滑化された受信信号振幅値の出力電圧信号を制御回路21のA/D入カポート(図示せず)から取得する。
【0065】
次のS49では、取得した受信信号振幅値の出力電圧値を制御回路21のメモリに記録する。続いて、S50では、格納データ数を1とする。次のS51では、状態を状態2に変更して今回の処理を修了する。
【0066】
また、上記S31において、渦信号に異常がなかった場合には、状態を変更せずに状態1を継続するために今回の処理を終了させる。
【0067】
また、上記S30において、状態2(監視状態)が選択されたときは、S36に進み、振幅監視回路23で平滑化された受信信号振幅値の出力電圧信号を制御回路21のA/D入カポート(図示せず)から取得する。
【0068】
次のS52では、取得した受信信号振幅値の出力電圧値を制御回路11のメモリに記録する。続いて、S53では、格納データ数に1を加算する。
【0069】
次のS41において、検査時間t1が経過したかどうかをチェックする。S41で検査時間t1が経過していないときは、状態2の監視状態を継続するために状態を変更せずに状態3を継続するために今回の処理を終了させる。
【0070】
また、上記S41で検査時間t1が経過したときは、S54に進み、メモリに格納した複数個の平滑電圧と格納データ数から平均電圧値を求める。次のS55では、この平均電圧値が基準値以下かどうかをチェックする。S55において、平均電圧値が基準値以下のときは、S56に進み、受信回路で異常が発生したものと判断してアラーム出力すると共に、状態を状態3(異常状態)に変更する。
【0071】
また、上記S30において、状態3が選択されたときは、S44に進み、状態1,2の場合と同様に振幅監視回路23で平滑化された受信信号振幅値の出力電圧信号を制御回路21のA/D入カポート(図示せず)から取得する。
【0072】
次のS58では、取得した受信信号振幅値の出力電圧値を制御回路21のメモリに記録する。続いて、S59では、格納データ数に1を加算する。
【0073】
次のS60において、一定時間t1が経過したかどうかをチェックする。S60で一定時間t1が経過していないときは、状態を変更せずに状態3を継続するために今回の処理を終了させる。
【0074】
また、S60において、一定時間t1が経過したときは、メモリに格納した複数個の平滑電圧と格納データ数から平均電圧値を求める。次のS62では、この平均電圧値が基準値以下かどうかをチェックする。S62において、平均電圧値が基準値以下のときは、S63に進み、受信回路が正常に復帰したと判断して、アラーム出力を解除すると共に、状態を状態1(正常状態)に変更して今回の処理を終了させる。
【0075】
【発明の効果】
上述の如く、請求項1記載の発明によれば、被測流体が流れる流路中にカルマン渦を発生させる渦発生体と、渦発生体の下流を流れる被測流体に超音波を送信する超音波送信器と、記流路内の被測流体を通過した超音波を受信して受信信号を出力する超音波受信器と、超音波送信器に入力された送信信号と超音波受信器から出力された受信信号との位相を比較してカルマン渦の周期に応じた渦信号を生成する位相比較器と、渦信号の異常の有無を監視する第1の監視手段と、送信信号を監視する第2の監視手段と、第1の監視手段で渦信号の異常を検出したとき、受信信号を監視する第3の監視手段と、第2の監視手段で送信信号を監視し、前記第1の監視手段で渦信号の異常を検出したとき、第3の監視手段で受信信号を監視するように切り替える制御手段と、を備えてなるため、被測流体の流れの状態(カルマン渦の有無)を監視する渦信号監視と、送受信回路の状態を監視する送受信信号監視を同時に実施することができ、現在の出力が流れや回路の異常によるものかどうかを検出して誤計測を防止する。また、常に受信信号及び送信信号を監視する必要がないので、制御回路の負担を軽減してコストの増加を抑制できる。
【0076】
また、請求項2記載の発明によれば、被測流体が流れる流路中にカルマン渦を発生させる渦発生体と、渦発生体の下流を流れる被測流体に超音波を送信する超音波送信器と、流路内の被測流体を通過した超音波を受信して受信信号を出力する超音波受信器と、超音波送信器に入力された送信信号と超音波受信器から出力された受信信号との位相を比較してカルマン渦の周期に応じた渦信号を生成する位相比較器と、渦信号の異常の有無を監視する第1の監視手段と、送信信号を監視する第2の監視手段と、受信信号を監視する第3の監視手段と、送信信号の異常の有無を監視し、送信信号の異常を検出したときは、渦信号の状態にかかわらず第2の監視手段で送信信号を監視し、受信信号の異常の有無を監視し、受信信号の異常を検出したときは、渦信号の状態にかかわらず第3の監視手段で受信信号を監視するように切り替える制御手段と、を備えてなるため、渦信号の状態によって送受信信号の監視を実施することから、制御回路を効率良く動作させることができ、その結果計測性能を劣化させることなく、監視機能を追加することができる。また、常に受信信号及び送信信号が正常に戻ると、監視処理を解除することにより、制御回路の負担を軽減してコストの増加を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】渦流量計の従来例1を示す構成図である。
【図2】渦流量計の従来例2を示す構成図である。
【図3】渦流量計の従来例3を示す構成図である。
【図4】本発明になる渦流量計の一実施例を示す構成図である。
【図5】監視手段による監視動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図6】監視手段による監視動作の別の例を説明するためのタイミングチャートである。
【図7】実際の監視を行う一定時間割り込み処理を説明するためのフローチャートである。
【図8】渦パルス立ち上がり割り込み処理を説明するためのフローチャートである。
【図9】渦パルス立ち下がり割り込み処理を説明するためのフローチャートである。
【図10】渦信号監視処理を説明するためのフローチャートである。
【図11】受信信号監視処理を説明するためのフローチャートである。
【図12】図11のフローチャートの内容を示す状態遷移マトリクスである。
【図13】監視処理の変形例を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
1 流量計本体
2 渦発生体
3a 超音波送信器
3b 超音波受信器
4 発信器
5,6,9 アンプ
7,10 波形整形回路
8 位相比較器
20 渦流量計
21 制御回路
22 第1の振幅監視回路
23 第3の振幅監視回路
24 第2の振幅監視回路
25 カップリングコンデンサ
26 抵抗
27 コンデンサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vortex flowmeter, and more particularly, to a vortex flowmeter configured to monitor the presence or absence of abnormality in flow measurement to prevent erroneous measurement.
[0002]
[Prior art]
As a conventional vortex flowmeter using ultrasonic waves, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, a vortex generator 2 that generates Karman vortices in a flow path 1a of a flowmeter main body 1 through which a fluid to be measured flows, The ultrasonic transmitter 3a that transmits ultrasonic waves to the fluid to be measured flowing downstream of the vortex generator 2, and the ultrasonic reception that receives the ultrasonic waves that have passed through the fluid to be measured in the flow path 1a and outputs a reception signal A phase comparator 8 for generating a vortex signal corresponding to the frequency of the Karman vortex by comparing the phases of the transmitter 3b and the transmission signal input to the ultrasonic transmitter 3a with the reception signal output from the ultrasonic receiver 3b. And have.
[0003]
A transmission signal from the transmitter 4 is amplified by the amplifier 5 and supplied to the ultrasonic transmitter 3a. The reception signal output from the ultrasonic receiver 3 b is amplified by the amplifier 6, shaped by the waveform shaping circuit 7, and input to the phase comparator 8.
[0004]
In the vortex flowmeter, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitter 3a is propagated in the fluid, and the modulated wave from the Karman vortex is received by the ultrasonic receiver 3b, and amplified and shaped in waveform. By comparing the phases of the obtained reception signal and transmission signal, a vortex signal proportional to the frequency of the alternating Karman vortex generated downstream of the vortex generator 2 was obtained.
[0005]
The phase comparator 8 compares the phases of the transmission signal output from the transmitter 4 and the reception signal output from the ultrasonic receiver 3 b and outputs a vortex signal obtained from the phase difference to the amplifier 9. The vortex signal amplified by the amplifier 9 is subjected to waveform shaping by the waveform shaping circuit 10 and input to the control circuit 11 to be converted into a flow rate measurement value.
[0006]
The vortex signal amplified by the amplifier 9 is also input to the amplitude monitoring circuit 12, the amplitude monitoring circuit 12 monitors the change in amplitude, and the presence or absence of abnormality is supplied to the control circuit 11. In the control circuit 11, when an amplitude abnormality of the vortex signal occurs, the vortex signal integration process is stopped to prevent a measurement error from occurring.
[0007]
The transmission signal output from the transmitter 4 has a constant period. On the other hand, the ultrasonic wave propagated in the fluid to be measured is subjected to phase modulation (Doppler effect) from the Karman vortex generated alternately. Therefore, when the phase comparator 8 compares the phase of the transmission signal and the reception signal, the phase difference changes according to the generation of vortices.
[0008]
It is known that the Karman vortex has a higher frequency in proportion to the increase in the flow velocity, and the magnitude of the modulation (vortex signal amplitude value) that the ultrasonic wave receives by the Karman vortex increases in accordance with the flow velocity. Therefore, the vortex flowmeter calculates the flow rate by measuring the frequency of the Karman vortex generation. The pulse of the vortex signal output from the waveform shaping circuit 10 has a duty of 50%.
[0009]
However, in the vortex flowmeter configured as described above, due to the influence of pressure pulsation caused by other equipment on the pipe through which the fluid to be measured flows and the turbulence of the flow in the high flow area, In some cases, a flow signal (vortex signal) is output even though there is no flow.
[0010]
In this case, it is known that the proportional relationship between the frequency and the amplitude value of the vortex signal is lost, and the duty of the pulse does not become 50%. When there is an abnormality, the output of the vortex signal is stopped or an alarm is output for notification.
[0011]
Also, when an abnormality occurs in the electrical circuit that processes the above-mentioned signals, the output may also become abnormal. For this, the presence or absence of abnormality is monitored by monitoring the signal amplitude value of the transmission signal and reception signal. Has been detected.
[0012]
The reception signal output from the ultrasonic receiver 3b is amplified by the amplifier 6 and then subjected to waveform shaping by the waveform shaping circuit 7 and input to the phase comparator 8. The ultrasonic transmitter 3a and the ultrasonic receiver 3b When an abnormality occurs in the reception amplifier circuit (amplifier 6 and waveform shaping circuit 7) including the received signal, the reception signal is not input to the phase comparator 8, and as a result, the output of the phase comparator 8 becomes abnormal.
[0013]
Therefore, in the prior art, as shown in FIG. 3, the second amplitude monitoring circuit 13 averages whether the output value of the receiving amplifier 6 is an amplitude value sufficient to be pulsed by the waveform shaping circuit 7. Monitoring. Similarly, the third amplitude monitoring circuit 14 monitors whether the transmission signal from the transmitter 4 is also transmitted to the ultrasonic transmitter 3a with a specified signal amplitude value.
[0014]
In addition, as shown in FIG. 3, the above-described monitoring is performed in all cases, and the transmission signal, the reception signal, the vortex signal, the electric circuit and the flow state of the fluid to be measured (presence of pulsation due to pressure fluctuation) are constantly monitored. It was.
[0015]
Note that the transmission signal and reception signal determination method depends on the configuration of the amplitude monitoring circuits 13 and 14, but the transmission / reception signal is converted into a smooth voltage signal by the smoothing circuit and monitored by the A / D converter of the control circuit 11. And a voltage comparison IC.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional vortex flowmeter has a circuit configuration as shown in FIG. 3 in order to monitor Karman vortex detection abnormality and electric circuit failure, and always monitors the signals of all the monitoring circuits at regular intervals. As a result, there is a problem that the processing load of the control circuit 11 that performs the monitoring process becomes heavy and the calculation process of the flow rate measurement is delayed.
[0017]
Therefore, conventionally, if the circuit configuration is the same, the processing capacity of the control circuit 11 is lowered, leading to a decrease in flow rate measurement performance. Moreover, in the conventional vortex flowmeter, in order to improve the flow measurement performance of the control circuit 11, it is necessary to improve the performance of the CPU used in the control circuit 11, and the cost of the CPU increases.
[0018]
Therefore, an object of the present invention is to provide a vortex flowmeter that solves the above problems.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
The invention according to claim 1 includes a vortex generator that generates a Karman vortex in a flow path through which the fluid to be measured flows, an ultrasonic transmitter that transmits ultrasonic waves to the fluid to be measured flowing downstream of the vortex generator, An ultrasonic receiver that receives an ultrasonic wave that has passed through the fluid to be measured in the flow path and outputs a reception signal; a transmission signal that is input to the ultrasonic transmitter; and a reception signal that is output from the ultrasonic receiver. A phase comparator that generates a vortex signal corresponding to the cycle of the Karman vortex, a first monitoring unit that monitors whether the vortex signal is abnormal, and a second monitoring unit that monitors the transmission signal When the abnormality of the vortex signal is detected by the third monitoring means for monitoring the received signal and the first monitoring means, the transmission signal is monitored by the second monitoring means, and the vortex signal is detected by the first monitoring means. When an abnormality is detected, the third monitoring means switches to monitor the received signal. And vortex signal monitoring for monitoring the flow state of the fluid to be measured (Karman vortex presence / absence) and transmission / reception signal monitoring for monitoring the state of the transmission / reception circuit can be performed at the same time. Detects whether the error is caused by a flow or circuit abnormality to prevent erroneous measurement.
[0020]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a vortex generator that generates a Karman vortex in a flow path through which a fluid to be measured flows, an ultrasonic transmitter that transmits ultrasonic waves to the fluid to be measured that flows downstream of the vortex generator, and An ultrasonic receiver that receives an ultrasonic wave that has passed through the fluid to be measured in the flow path and outputs a reception signal; a transmission signal that is input to the ultrasonic transmitter; and a reception signal that is output from the ultrasonic receiver. A phase comparator that generates a vortex signal corresponding to the cycle of the Karman vortex, a first monitoring unit that monitors whether the vortex signal is abnormal, and a second monitoring unit that monitors the transmission signal The third monitoring means for monitoring the received signal and the presence or absence of abnormality of the transmission signal are monitored. When the abnormality of the transmission signal is detected, the transmission signal is monitored by the second monitoring means regardless of the state of the vortex signal. And monitor the reception signal for abnormalities and detect abnormalities in the reception signal. And control means for switching so that the received signal is monitored by the third monitoring means regardless of the signal state, and the transmission / reception signal is monitored according to the state of the vortex signal, so that the control circuit operates efficiently. The monitoring function can be added without degrading the result measurement performance.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the vortex flowmeter according to the present invention. In FIG. 4, the same parts as those in FIGS. 1 to 3 described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0022]
As shown in FIG. 4, the control circuit 21 of the vortex flowmeter 20 of the present invention only monitors the vortex signal in the normal state for the purpose of efficiently monitoring the vortex signal and the transmission / reception signal. When an abnormality is detected in the vortex signal, a control program (control means) for monitoring transmission / reception signals is stored in order to narrow down the cause.
[0023]
In the present embodiment, a smoothing circuit is employed as the first amplitude monitoring circuit (first monitoring means) 22 for monitoring the amplitude value of the vortex signal, and a voltage signal proportional to the signal amplitude is input to the A / D input of the control circuit 21. The data is taken into the cover 28 and monitored by the control circuit 21. The configuration of the amplitude monitoring circuit 22 is such that an AC component is extracted by the coupling capacitor 25 and then a smoothed signal voltage is extracted by the resistor 26 and the capacitor 27.
[0024]
Although not shown in FIG. 4, the second amplitude monitoring circuit (second monitoring means) 24 for the transmission signal and the third amplitude monitoring circuit (third monitoring means) 23 for the reception signal are also connected to the cup. The configuration is the same as the configuration of the amplitude monitoring circuit 12 having a smoothing circuit including a ring capacitor 25, a resistor 26, and a capacitor 27.
[0025]
Next, the monitoring operation of the monitoring means of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
Now, it is assumed that there is no failure in the vortex flowmeter 20 and no abnormality (pulsation due to pressure fluctuation) has occurred in the flow of the fluid to be measured. At this time, the control circuit 21 normally only monitors the vortex signal output from the amplifier 9 at a constant interval t1.
Here, as shown in FIG. 5A, when an abnormality is detected in the vortex signal at the timing of monitoring A, until the monitoring timing (monitoring B) of the next vortex signal, FIG. ), The transmission signal and the reception signal are monitored at a constant interval t2.
[0026]
Next, another monitoring timing will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 6A, when an abnormality is detected in the vortex signal at the timing of monitoring A and the transmission / reception signal is monitored, it is determined that the transmission signal is abnormal. In this case, as shown in FIG. 6B, the monitoring of the transmission signal is continued at a constant interval t2 regardless of the state of the vortex signal.
[0027]
On the other hand, since the reception signal is normal, as shown in FIG. 6C, after monitoring only from monitoring A to monitoring B, the monitoring operation is stopped again. Further, when an abnormality is detected in the vortex signal in the monitoring C, the monitoring of the received signal is resumed as in the case of FIG.
[0028]
Next, regarding the arithmetic processing executed by the control circuit 21 to realize the monitoring method (see FIGS. 5 and 6), refer to the flowcharts of FIGS. 7 to 11, FIG. 13, and the state transition matrix of FIG. To explain.
[0029]
FIG. 7 is a control program for interrupting for a certain period of time for actual monitoring, FIG. 8 is a control program for performing vortex pulse rising interrupt, and FIG. 9 is a vortex pulse falling interrupt processing. The control program is classified as follows. Further, FIG. 10 is classified into a control program for monitoring a vortex signal by a predetermined time interruption routine, and FIG. 11 is classified into a control program for monitoring a received signal and a control program for performing a transmission signal monitoring routine (not shown).
[0030]
First, interrupt processing for a certain period of time will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 7, this fixed time interrupt processing uses the timer counter interrupt function of the control circuit 21 and is activated at predetermined time intervals (for example, at 100 msec intervals or 1 sec intervals).
[0031]
In step S1 of FIG. 7 (hereinafter, “step” is omitted), when a predetermined time has elapsed, the control circuit 21 reads a counter that measures the time for taking in the vortex pulse.
[0032]
In the next S2, it is checked whether the eddy pulse capturing time (counter value) has elapsed. When the vortex pulse capturing time (counter value) has elapsed in S2, the process proceeds to S3, and the vortex signal monitoring routine (vortex signal monitoring program) is started.
[0033]
In S2, when the vortex pulse capturing time (counter value) has not elapsed, the process proceeds to S4 without starting the eddy signal monitoring routine, and the received signal monitoring routine (received signal monitoring program) is started.
[0034]
Subsequently, a transmission signal monitoring routine (transmission signal monitoring program) is started in S5. Thus, the current process is terminated, and thereafter, the process after S1 is executed again after a predetermined time has elapsed.
[0035]
Next, the vortex pulse rising interrupt routine and the vortex pulse falling interrupt routine will be described with reference to FIGS.
[0036]
The vortex pulse is input to the input port of the control circuit 21, and the interrupt programs shown in FIGS. 8 and 9 are started in synchronization with the rise and fall of the vortex pulse.
[0037]
First, when the rising signal of the eddy pulse is inputted, the eddy pulse rising interruption program shown in FIG. 8 is started, and at S7, it is first confirmed whether it is the first pulse by the flow rate flag.
[0038]
In S7, in the case of the first pulse, that is, in the case where the flag is in the reset state, the process proceeds to S8 and the flow rate flag is set. Thereafter, the process proceeds to S12, where the timer counter is reset and started. In S13, the pulse number counter for storing the pulse number is incremented, and the current eddy pulse rising interrupt program is terminated.
[0039]
If it is not the first pulse in S7, that is, if the flag is set, the process proceeds to S9 to read the current timer counter value. In the next S10, the read timer counter value is stored in the memory as time t2 when the vortex pulse was at the low level. In S11, the pulse high level time t1 is read from the memory, and duty = t1 / (t1 + t2) is calculated and stored in the memory.
[0040]
In S12, the timer counter is reset and started in order to measure the pulse width (the time during which the vortex pulse is at a high level). In the next S13, the pulse number counter is incremented, and the current eddy pulse rising interrupt program is terminated.
[0041]
When the pulse falling signal is input, the control circuit 21 activates the pulse falling interrupt program shown in FIG. 9, and reads the timer counter value at that time in S14. In the next S15, the read timer counter value is stored as a pulse high level time. Subsequently, in S16, the timer counter is reset and started in order to measure the time during which the vortex pulse is at the low level, and the current pulse falling interrupt program is terminated.
[0042]
Next, the vortex signal monitoring process will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 10, when the eddy signal monitoring routine is started, the control circuit 21 first reads out the pulse number counter and, in S17, sets the value obtained by dividing the value by the acquisition time as the measurement frequency f0 and stores the memory of the control circuit 21. To remember. In the next S18, the pulse number counter is reset to zero in order to measure the frequency during the next acquisition time. In step S19, it is confirmed whether the measurement frequency f0 is equal to or lower than the monitoring method switching frequency f1.
[0043]
In S19, if f0 ≦ f1, the process proceeds to S20, where the current vortex signal amplitude v0 is measured and stored in the memory. Further, in S21, the theoretical value v1 of the vortex signal amplitude value at the measurement frequency f0 is calculated using an approximate expression showing the relationship between the vortex signal frequency f and the vortex signal amplitude v stored in advance in the program.
[0044]
In the next S22, the above v0 and v1 are compared to check whether vO is −n% or less of v1. In S22, if vO is −n% or less of v1, the process proceeds to S24, and it is determined that the vortex signal is abnormal.
[0045]
In S22, if vO is larger than -n% of v1, the process proceeds to S23, and it is checked whether vO is greater than + n% of v1. In S23, when vO is + n% or more of v1, the process proceeds to S24 and it is determined that the vortex signal is abnormal. In S23, when vO is less than + n% of v1, the process proceeds to S25 and it is determined that the vortex signal is normal.
[0046]
In S19, if f0> f1, the process proceeds to S26, where the aforementioned duty is read from the memory of the control circuit 11, and it is confirmed whether the duty is -m% or less. In S26, when the duty is -m% or less, the process proceeds to S28, and it is determined that the vortex signal is abnormal. In S26, if the duty is larger than -m%, the process proceeds to S27, and it is confirmed whether the duty is + m% or more.
[0047]
In S27, when the duty is + m% or more, it is determined in S28 that the vortex signal is abnormal. In S27, when the duty is less than + m%, the process proceeds to S29 and it is determined that the vortex signal is normal.
[0048]
Next, the received signal monitoring process will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 11, in the received signal monitoring process, the processing content is selected according to the state of the received signal amplitude. When the current state is state 1, the normal state, when it is state 2, the inspection state, and state 3 Is in an abnormal state.
[0049]
In S30, when the vortex signal is in a normal state, the state 1 is selectively activated, and the process proceeds to S31 to check whether there is an abnormality in the vortex signal. For example, the vortex signal monitoring result (not shown) Check with flags.
[0050]
If the vortex signal is normal as a result of monitoring the vortex signal in S31, the current process is terminated. If the vortex signal is abnormal as a result of monitoring the vortex signal in S31, the process proceeds to S32, and the output voltage signal of the received signal amplitude value smoothed by the amplitude monitoring circuit 13 is converted to the A / D of the control circuit 11. Obtained from the incoming port (not shown). Subsequently, the process proceeds to S33, where the received signal amplitude value is compared with a preset specified value.
[0051]
The specified value is determined from the circuit configuration, and is set to a smooth voltage value corresponding to an amplitude value necessary for pulsing by the waveform shaping circuit 7.
[0052]
If the received signal amplitude value is equal to or less than the specified value in S33, the process proceeds to S34, the counter for counting the continuous occurrence is set to 1, the state is changed to state 2, and the current process is terminated. Thus, at the next start-up, the state 2 is selected and processed in S30.
[0053]
If the received signal amplitude value is greater than or equal to the specified value in S33, the process proceeds to S35, the counter for counting continuous occurrence is reset, and the current process is terminated. As a result, at the next start-up, the state 1 (normal state) is selected and processed in S30.
[0054]
Next, state 2 (monitoring state) will be described.
State 2 corresponds to the inspection time t1 in FIGS. 5 and 6, and is a process for monitoring the state of the received signal during the time t1 at a constant period t2.
[0055]
When the state 2 (monitoring state) is selected in S30, the process proceeds to S36, and the output voltage signal of the received signal amplitude value smoothed by the amplitude monitoring circuit 13 is input to the A / D input port (not shown) of the control circuit 11. )). Subsequently, the process proceeds to S37, where the received signal amplitude value is compared with a preset specified value.
[0056]
If the received signal amplitude value is equal to or smaller than the specified value in S37, the process proceeds to S38, and 1 is added to the counter for counting the occurrence of continuity, and in S39, it is checked whether or not the abnormality of the received signal is continuous n times or more. In S39, when the reception signal abnormality is continuous n times or more, the process proceeds to S40, it is determined that there is an abnormality in the reception circuit, a reception circuit abnormality alarm is output, the continuous occurrence counter is reset, and the state Is changed to state 3 (abnormal state). In S39, when the abnormality of the received signal is not continuous n times or more, the current process is terminated without performing the process of S40.
[0057]
If the received signal amplitude value is greater than or equal to the specified value in S37, the process proceeds to S42 to check whether the inspection time t1 has elapsed. If the inspection time t1 has not elapsed in S42, the process proceeds to S43 and the state is changed to state 1. In S42, when the inspection time t1 has elapsed, since the reception signal abnormality did not occur n times during the inspection time, it is determined that there is no abnormality in the receiving circuit, and an alarm is not output and the current time is not output. The process ends.
[0058]
Next, state 3 (abnormal state) will be described.
State 3 is a monitoring process performed between the monitoring B and the monitoring C shown in FIG. 6, and monitoring is performed at a constant time interval t2 regardless of the state of the vortex signal because there is an abnormality in the received signal. It is.
[0059]
When the state 3 is selected in S30, the process proceeds to S44, and the output voltage signal of the received signal amplitude value smoothed by the amplitude monitoring circuit 13 is obtained from the A / D input port (not shown) of the control circuit 11. To do. Subsequently, the process proceeds to S44a, where the received signal amplitude value is compared with a preset specified value.
[0060]
In S44a, when the received signal amplitude value is less than or equal to the specified value (abnormal), in order to continue monitoring the received signal, the current process is terminated without resetting the continuous occurrence counter and changing the state.
[0061]
If the received signal amplitude value is greater than or equal to the specified value in S44a, the process proceeds to S46, and 1 is added to the counter that counts continuous occurrences, and in S47, it is checked whether the received signal is normal n times or more. . In S47, when the normality of the received signal is continuous n times or more, the process proceeds to S48, it is determined that the receiving circuit has returned to normal, the receiving circuit abnormality alarm is canceled, and the continuous occurrence counter is reset, And the state is changed to state 1 (normal state), and the current process is terminated.
[0062]
FIG. 12 is a state transition matrix showing the contents of the flowchart of FIG.
In FIG. 12, the state (status) of the received signal is shown in the row direction, and the situation (event) occurring at that time is shown in the column direction. Note that “-” shown in FIG. 12 means to be ignored. Further, regarding the transmission signal monitoring, the same processing as in FIG.
[0063]
Next, a modified example of the monitoring process will be described with reference to FIG.
In the above embodiment, the condition for determining the abnormality of the receiving circuit is the case where the abnormality occurs continuously n times, but in this modification, the condition is determined by the average value of the smoothed voltage values measured during the inspection time. The method will be described.
[0064]
In FIG. 13, when the state 1 (normal state) is selected in S30, the process proceeds to S31 and it is checked whether or not an abnormality has occurred in the vortex signal. If there is an abnormality in the vortex signal in S31, the process proceeds to S32, and the output voltage signal of the received signal amplitude value smoothed by the amplitude monitoring circuit 23 is input to the A / D input port (not shown) of the control circuit 21. Get from.
[0065]
In the next S49, the output voltage value of the acquired received signal amplitude value is recorded in the memory of the control circuit 21. Subsequently, in S50, the number of stored data is set to one. In the next S51, the state is changed to state 2 and the current process is completed.
[0066]
In S31, when there is no abnormality in the vortex signal, the current process is terminated in order to continue the state 1 without changing the state.
[0067]
When the state 2 (monitoring state) is selected in S30, the process proceeds to S36, and the output voltage signal of the received signal amplitude value smoothed by the amplitude monitoring circuit 23 is output to the A / D input port of the control circuit 21. (Not shown).
[0068]
In the next S52, the output voltage value of the acquired received signal amplitude value is recorded in the memory of the control circuit 11. Subsequently, in S53, 1 is added to the number of stored data.
[0069]
In the next S41, it is checked whether or not the inspection time t1 has elapsed. If the inspection time t1 has not elapsed in S41, the current process is terminated in order to continue the state 3 without changing the state in order to continue the state 2 monitoring state.
[0070]
When the inspection time t1 has elapsed in S41, the process proceeds to S54, and an average voltage value is obtained from a plurality of smoothed voltages stored in the memory and the number of stored data. In next S55, it is checked whether or not the average voltage value is equal to or less than a reference value. In S55, when the average voltage value is less than or equal to the reference value, the process proceeds to S56, where it is determined that an abnormality has occurred in the receiving circuit, an alarm is output, and the state is changed to state 3 (abnormal state).
[0071]
When the state 3 is selected in S30, the process proceeds to S44, and the output voltage signal of the received signal amplitude value smoothed by the amplitude monitoring circuit 23 is output from the control circuit 21 as in the case of the states 1 and 2. Acquired from A / D input port (not shown).
[0072]
In the next S58, the output voltage value of the acquired reception signal amplitude value is recorded in the memory of the control circuit 21. Subsequently, in S59, 1 is added to the number of stored data.
[0073]
In the next S60, it is checked whether or not a predetermined time t1 has elapsed. If the predetermined time t1 has not elapsed in S60, the current process is terminated in order to continue the state 3 without changing the state.
[0074]
In S60, when the predetermined time t1 has elapsed, an average voltage value is obtained from a plurality of smoothed voltages stored in the memory and the number of stored data. In next step S62, it is checked whether or not the average voltage value is equal to or less than a reference value. In S62, when the average voltage value is less than or equal to the reference value, the process proceeds to S63, where it is determined that the receiving circuit has returned to normal, the alarm output is canceled, and the state is changed to state 1 (normal state). End the process.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the vortex generator that generates the Karman vortex in the flow path through which the fluid to be measured flows, and the ultrasonic wave that transmits ultrasonic waves to the fluid to be measured that flows downstream of the vortex generator. An ultrasonic transmitter, an ultrasonic receiver that receives an ultrasonic wave that has passed through the fluid to be measured in the recording channel and outputs a reception signal, and a transmission signal that is input to the ultrasonic transmitter and an output from the ultrasonic receiver A phase comparator that generates a vortex signal corresponding to the cycle of the Karman vortex by comparing the phase with the received signal, a first monitoring means that monitors whether the vortex signal is abnormal, and a first that monitors the transmission signal When the abnormality of the vortex signal is detected by the second monitoring means and the first monitoring means, the third monitoring means for monitoring the received signal and the second monitoring means monitor the transmission signal, and the first monitoring When the vortex signal abnormality is detected by the means, the received signal is monitored by the third monitoring means. And a control means for switching, so that the vortex signal monitoring for monitoring the flow state of the fluid to be measured (the presence or absence of Karman vortex) and the transmission / reception signal monitoring for monitoring the state of the transmission / reception circuit can be performed simultaneously. Detects whether the current output is due to flow or circuit abnormality to prevent erroneous measurement. In addition, since it is not necessary to constantly monitor the reception signal and the transmission signal, it is possible to reduce the burden on the control circuit and suppress an increase in cost.
[0076]
According to the invention of claim 2, the vortex generator for generating Karman vortices in the flow path through which the fluid to be measured flows, and the ultrasonic transmission for transmitting the ultrasonic waves to the fluid to be measured flowing downstream of the vortex generator. , An ultrasonic receiver that receives the ultrasonic wave that has passed through the fluid to be measured in the flow path and outputs a reception signal, a transmission signal that is input to the ultrasonic transmitter, and a reception that is output from the ultrasonic receiver A phase comparator that generates a vortex signal corresponding to the cycle of the Karman vortex by comparing the phase with the signal, a first monitoring means that monitors whether the vortex signal is abnormal, and a second monitor that monitors the transmission signal Means, a third monitoring means for monitoring the received signal, and the presence or absence of abnormality in the transmission signal. When the abnormality in the transmission signal is detected, the transmission signal is transmitted by the second monitoring means regardless of the state of the vortex signal. Is monitored, whether there is an abnormality in the received signal, and an abnormality in the received signal is detected. Includes control means for switching so that the third monitoring means monitors the reception signal regardless of the state of the vortex signal. Therefore, the transmission / reception signal is monitored according to the state of the vortex signal. Can be efficiently operated, and as a result, a monitoring function can be added without degrading measurement performance. Further, when the reception signal and the transmission signal always return to normal, by canceling the monitoring process, it is possible to reduce the burden on the control circuit and suppress an increase in cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a conventional example 1 of a vortex flowmeter.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a conventional example 2 of a vortex flowmeter.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a conventional example 3 of a vortex flowmeter.
FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of a vortex flowmeter according to the present invention.
FIG. 5 is a timing chart for explaining a monitoring operation by a monitoring unit.
FIG. 6 is a timing chart for explaining another example of the monitoring operation by the monitoring means.
FIG. 7 is a flowchart for explaining interrupt processing for a fixed time for actual monitoring.
FIG. 8 is a flowchart for explaining eddy pulse rising interrupt processing;
FIG. 9 is a flowchart for explaining eddy pulse falling interrupt processing;
FIG. 10 is a flowchart for explaining vortex signal monitoring processing;
FIG. 11 is a flowchart for explaining received signal monitoring processing;
12 is a state transition matrix showing the contents of the flowchart of FIG.
FIG. 13 is a flowchart for explaining a modified example of the monitoring process;
[Explanation of symbols]
1 Flow meter body
2 Vortex generator
3a Ultrasonic transmitter
3b Ultrasonic receiver
4 Transmitter
5,6,9 amplifier
7,10 Waveform shaping circuit
8 Phase comparator
20 Vortex flowmeter
21 Control circuit
22 First amplitude monitoring circuit
23 Third amplitude monitoring circuit
24 Second amplitude monitoring circuit
25 Coupling capacitor
26 Resistance
27 Capacitor

Claims (2)

被測流体が流れる流路中にカルマン渦を発生させる渦発生体と、
該渦発生体の下流を流れる被測流体に超音波を送信する超音波送信器と、
前記流路内の被測流体を通過した超音波を受信して受信信号を出力する超音波受信器と、
前記超音波送信器に入力された送信信号と前記超音波受信器から出力された受信信号との位相を比較してカルマン渦の周期に応じた渦信号を生成する位相比較器と、
前記渦信号の異常の有無を監視する第1の監視手段と、
前記送信信号を監視する第2の監視手段と、
前記受信信号を監視する第3の監視手段と、
前記第1の監視手段で前記渦信号の異常を検出したとき、前記第2の監視手段で送信信号を監視し、前記第1の監視手段で前記渦信号の異常を検出したとき、前記第3の監視手段で受信信号を監視するように切り替える制御手段と、
を備えてなることを特徴とする渦流量計。
A vortex generator for generating Karman vortices in the flow path through which the fluid to be measured flows;
An ultrasonic transmitter for transmitting ultrasonic waves to a fluid to be measured flowing downstream of the vortex generator;
An ultrasonic receiver that receives the ultrasonic wave that has passed through the fluid to be measured in the flow path and outputs a reception signal;
A phase comparator that generates a vortex signal corresponding to a cycle of the Karman vortex by comparing the phase of the transmission signal input to the ultrasonic transmitter and the reception signal output from the ultrasonic receiver;
First monitoring means for monitoring the presence or absence of abnormality of the vortex signal;
Second monitoring means for monitoring the transmission signal;
Third monitoring means for monitoring the received signal;
When the abnormality of the vortex signal is detected by the first monitoring means, the transmission signal is monitored by the second monitoring means, and when the abnormality of the vortex signal is detected by the first monitoring means, the third Control means for switching so as to monitor the received signal by the monitoring means,
A vortex flowmeter characterized by comprising:
被測流体が流れる流路中にカルマン渦を発生させる渦発生体と、
該渦発生体の下流を流れる被測流体に超音波を送信する超音波送信器と、
前記流路内の被測流体を通過した超音波を受信して受信信号を出力する超音波受信器と、
前記超音波送信器に入力された送信信号と前記超音波受信器から出力された受信信号との位相を比較してカルマン渦の周期に応じた渦信号を生成する位相比較器と、
前記渦信号の異常の有無を監視する第1の監視手段と、
前記送信信号を監視する第2の監視手段と、
前記受信信号を監視する第3の監視手段と、
前記送信信号の異常の有無を監視し、前記送信信号の異常を検出したときは、前記渦信号の状態にかかわらず前記第2の監視手段で前記送信信号を監視し、前記受信信号の異常の有無を監視し、前記受信信号の異常を検出したときは、前記渦信号の状態にかかわらず前記第3の監視手段で前記受信信号を監視するように切り替える制御手段と、
を備えてなることを特徴とする渦流量計。
A vortex generator for generating Karman vortices in the flow path through which the fluid to be measured flows;
An ultrasonic transmitter for transmitting ultrasonic waves to a fluid to be measured flowing downstream of the vortex generator;
An ultrasonic receiver that receives the ultrasonic wave that has passed through the fluid to be measured in the flow path and outputs a reception signal;
A phase comparator that generates a vortex signal corresponding to a cycle of the Karman vortex by comparing the phase of the transmission signal input to the ultrasonic transmitter and the reception signal output from the ultrasonic receiver;
First monitoring means for monitoring the presence or absence of abnormality of the vortex signal;
Second monitoring means for monitoring the transmission signal;
Third monitoring means for monitoring the received signal;
Whether or not the transmission signal is abnormal is monitored, and when the transmission signal is abnormal, the transmission signal is monitored by the second monitoring means regardless of the state of the vortex signal, and the abnormality of the reception signal is detected. Control means for monitoring the presence or absence of the received signal and switching the received signal to be monitored by the third monitoring means regardless of the state of the vortex signal;
A vortex flowmeter characterized by comprising:
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