JP5511552B2 - 振動式測定装置 - Google Patents

Description

本発明は振動式測定装置に係り、特に計測精度を高めるように構成された振動式測定装置に関する。

被測流体が流れる流路を有するセンサチューブを振動させて被測流体の物理量（質量や密度など）を測定する測定装置として、コリオリ式質量流量計または振動式密度計と呼ばれる振動式測定装置がある。以下では、被測流体の質量流量を測定するコリオリ式質量流量計について説明する。

この振動式測定装置では、例えば、被測流体の質量流量を測定する場合、被測流体が流れるセンサチューブを当該センサチューブの固有振動数（共振周波数）で加振器により管径方向に振動させ、小さな駆動力でセンサチューブの振幅を大きくすることで、質量流量に比例したコリオリ力によるセンサチューブの変位をピックアップにより検出するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

また、振動式測定装置においては、センサチューブの流入側変位と流出側変位との差を求め、この変位差に基づいてセンサチューブを流れる被測流体の流量を演算している。そのため、計測精度を高めるには、流入側の検出信号と流出側の検出信号との振幅は一致させる必要がある。

特開２００８−６４５４４号公報

従来の振動式測定装置では、流入側の検出信号と流出側の検出信号との振幅の不一致を解消する手段として、例えば、ＡＧＣ制御（オートゲインコントロール）により流入側の検出信号の振幅と流出側の検出信号の振幅とを一致させる方法が用いられている。

しかしながら、振動式測定装置では、例えば、センサチューブを所定の形状に加工する際、あるいはピックアップをセンサチューブの所定位置に取り付ける際に、センサチューブの形状のずれ、あるいはピックアップの取付位置の位置ずれが生じる場合がある。その場合、センサチューブの変位を検出する検出信号の直流電圧分がずれてＤＣオフセットが生じるため、２つの検出信号の振幅を一致させても振幅の中間点がゼロクロス位置からずれてしまい、計測精度が低下するという問題があった。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した振動式測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
本発明は、被測流体が流れるセンサチューブと、
加振信号の入力により前記センサチューブを加振する加振器と、
前記加振器による加振力を制御する励振制御手段と、
前記センサチューブの流入側の変位を検出する流入側検出器と、
前記センサチューブの流出側の変位を検出する流出側検出器と、
前記流入側検出器によって検出された流入側変位と前記流出側検出器により検出された流出側変位との差を演算する演算手段と、
を備えた振動式測定装置において、
前記流入側検出器から得られる検出信号のデューティ比と前記流出側検出器から得られる検出信号のデューティ比とが一致するようにＤＣオフセットを補正する補正手段を有し、
前記演算手段は、前記補正手段によりデューティ比を補正された信号を用いて流入側変位と流出側変位との差を演算し、
前記補正手段は、前記流入側検出器及び流出側検出器から得られる信号のデューティ比を、ゼロクロス時の前記加振器に入力される加振信号のデューティ比と一致させるように前記流入側検出器及び流出側検出器から得られる信号のレベルを変化させることを特徴とする。

本発明によれば、流入側検出器から得られる検出信号のデューティ比と流出側検出器から得られる検出信号のデューティ比とが一致するようにＤＣオフセットを補正し、当該補正された信号を用いて流入側変位と流出側変位との差を演算し、補正手段により流入側検出器及び流出側検出器から得られる信号のデューティ比を、ゼロクロス時の加振器に入力される加振信号のデューティ比と一致させるように流入側検出器及び流出側検出器から得られる信号のレベルを変化させるため、例えセンサチューブの形状的なずれや検出器の位置ずれなどによる信号の振幅ずれが生じることを防止でき、ＤＣオフセットが生じても流入側変位と流出側変位との差を正確に計測することができ、計測精度をより高めることができる。

本発明による振動式測定装置の一実施例の正面図である。 振動式測定装置の側面図である。 流量計測制御回路を示すブロック図である。 流入側振動ピックアップ及び流出側振動ピックアップにより検出される通常の変位検出信号の波形図である。 流入側振動ピックアップ及び流出側振動ピックアップにより検出されるＤＣオフセットされた変位検出信号の波形図である。 流量計測制御回路が実行する流量計測処理１の処理手順を説明するためのフローチャートである。 流量計測制御回路が実行する流量計測処理２の処理手順を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

図１は本発明による振動式測定装置の一実施例の正面図である。図２は振動式測定装置の側面図である。なお、振動式測定装置は、被測流体の密度、及び密度を利用して質量流量を求めることができるため、振動式密度計及びコリオリ式質量流量計として用いられる。振動式密度計とコリオリ式質量流量計とは、同様な構成であるので、本実施例では質量流量計として用いた場合について詳細に説明する。

図１及び図２に示されるように、振動式測定装置１０は、マニホルド１１と、マニホルド１１の上面に接続され、平行に形成された逆Ｕ字状のセンサチューブ１２，１３と、センサチューブ１２，１３の円弧状の中間部分１２ｃ，１３ｃ間に取り付けられた加振器１４と、センサチューブ１２と１３との流入側の相対変位を検出する流入側振動ピックアップ（流入側検出器）１５と、センサチューブ１２と１３との流出側の相対変位を検出する流出側振動ピックアップ（流出側検出器）１６を有する。

マニホルド１１は、例えば、直方体形状の金属ブロックからなり、一方の端部に流入口１１ａが設けられ、他方の端部に流出口１１ｂが設けられている。そして、センサチューブ１２，１３の流入側端部１２ａ，１３ａが流入口１１ａに連通され、センサチューブ１２，１３の流出側端部１２ｂ，１３ｂが流出口１１ｂに連通されている。したがって、流入口１１ａに流入された流体は、センサチューブ１２，１３を通過して流出口１１ｂより外部に流出される。

加振器１４は、センサチューブ１２の先端に取り付けられた励振コイル１４ａとセンサチューブ１３の先端に取り付けられたマグネット１４ｂからなる。また、図２に示す流出側振動ピックアップ１６は、センサチューブ１２に取り付けられたセンサコイル１６ａと、センサチューブ１３に取り付けられたマグネット１６ｂとからなる。なお、流入側振動ピックアップ１５は、図２において、流出側振動ピックアップ１６と重なって見えないが、流出側振動ピックアップ１６と同様に、振動するセンサチューブ１２に取り付けられたセンサコイル１５ａと、センサチューブ１３に取り付けられたマグネット１５ｂとからなる。

また、本実施例では、図１に示すように、センサチューブ１２，１３の流入側又はマニホルド１１の流入口１１ａ付近の温度を測定する温度センサ１７が設けられている。

加振器１４、流入側振動ピックアップ１５、流出側振動ピックアップ１６は、図１に示すように正面からみてセンサチューブ１２，１３の中間位置を横切る縦線に対して対称に、且つ加振器１４を中心に流入側振動ピックアップ１５と流出側振動ピックアップ１６とが左右対称に設けられている。そして、加振器１４は流量計測制御回路２０により駆動制御され、流入側振動ピックアップ１５、流出側振動ピックアップ１６により検出された検出信号は、流量計測制御回路２０に入力される。

加振器１４は、励振コイル１４ａに正負のある交番電圧（交流信号）が印加されて生じる磁界に対してマグネット１４ｂが吸引又は反発することで、センサチューブ１２の中間部分を水平方向（Ｙ方向、図２参照）に振動させる。当然センサチューブ１３へはその反力として同じ力が働き、反対方向に振動する。

流入側振動ピックアップ１５は、センサコイル１５ａとマグネット１５ｂから構成されているので、センサコイル１５ａとマグネット１５ｂが流入側のセンサチューブ１２とセンサチューブ１３と共に近接・離間するため、センサコイル１５ａからは、流入側におけるセンサコイル１５ａとマグネット１５ｂの変位量（変位速度）に応じた検出信号が出力される。

また、流出側振動ピックアップ１６は、上記センサコイル１６ａとマグネット１６ｂとから構成されているので、センサコイル１６ａ、マグネット１６ｂが流出側のセンサチューブ１２，１３と共に、近接・離間するため、センサコイル１６ａからは、流出側におけるセンサコイル１６ａとマグネット１６ｂの変位量（変位速度）に応じた検出信号が出力される。

次に、上述した流量計測制御回路２０について図３を用いて説明する。

図３は、流量計測制御回路を示すブロック図である。図３に示されるように、流量計測制御回路２０は、本質安全防爆バリア回路３０（以下、バリア回路３０と略称する。）と、信号処理回路４０と、演算回路５０とを有するよう構成されている。

また、信号処理回路４０は、マイクロコンピュータからなり、振幅検出・励振検出手段４１と、励振手段４２と、温度測定手段４３と、デューティ比補正手段４４とを有するよう構成されている。

また、演算回路５０は、マイクロコンピュータからなり、時間差演算手段５１と、補正演算手段５２と、流量演算手段５３と、アナログ出力手段５４と、パルス出力手段５５とを有するよう構成されている。

また、流量計測制御回路２０には、外部電源６０から回路全体に電源を供給する電源回路７０が存在する。

バリア回路３０は、本実施形態におけるセンサユニットの各センサコイル１５ａ，１６ａや加振器１４の励振コイル１４、温度センサ１７に対する各信号を本質安全防爆化する。なお、バリア回路３０は、例えば電圧電流制限素子（例えば、ツェナーダイオード，抵抗）等からなる。

信号処理回路４０において、振幅検出・励振検出手段４１は、センサコイル１５ａ，１６ａから得られる各変位検出信号を後述のデューティ比補正手段４４に出力し、また、各変位検出信号からセンサチューブ１２，１３の振幅を検出し、センサチューブ１２、１３が共振状態の振幅まで増幅されたか否かを検出したり、振幅検出結果等に応じて共振状態の振幅に制御するための励振信号を検出する。

また、振幅検出・励振検出手段４１は、検出した励振信号を励振手段４２に出力する。更に、振幅検出・励振検出手段４１は、検出した結果からバリア回路３０における電圧電流制限や電源回路７０からの電力供給を制御する制御信号を生成してそれぞれに対応する情報を出力する。具体的には、振幅検出・励振検出手段４１は、センサチューブ１２，１３の振動を監視し、共振状態の振幅まで増幅されたか否かを判断し、その結果、充分な振幅が得られている場合には、ハイ（Ｈｉｇｈ）を、充分な振幅が得られていない場合には、ロー（Ｌｏｗ）を電源回路７０に出力する。

励振手段４２は、上述した加振器１４の励振コイル１４ａに正負のある交番電圧を印加するための加振信号を生成し、バリア回路３０を介して励振コイル１４ａに出力する。また、温度測定手段４３は、温度センサ１７により検出された温度信号から温度を測定し、測定された温度データを演算回路５０の補正演算手段５２に出力する。

デューティ比補正手段４４は、振幅検出・励振検出手段４１を介して得られるセンサコイル１５ａ，１６ａの変位を示す変位検出信号（センサ信号）のデューティ比を計測し、各変位検出信号のデューティ比が一致するように各変位検出信号のＤＣオフセット分をシフトすることによりデューティ比を補正する。

なお、各変位検出信号のデューティ比を一致させる方法としては、一の変位検出信号のＤＣオフセット分のシフト量を調整することにより一の変位検出信号のデューティ比を他の変位検出信号のデューティ比に一致させるようにしても良い。また、各変位検出信号のデューティ比が所定のデューティ比（例えば５０％（１：１））になるように各変位検出信号のＤＣオフセット分のシフト量をそれぞれ調整するようにしても良い。

ここで、本実施例におけるデューティ比について説明する。センサチューブ１２，１３が振動すると、センサコイル１５ａ（１６ａ）とマグネット１５ｂ（１６ａ）とは相対変位し、センサコイル１５ａ（１６ａ）には誘導起電力が生じる。この誘導起電力の変化（変位検出信号）を検出することによりセンサチューブ１２，１３の変位を計測することができる。

そして、センサチューブ１２，１３は、振動している（即ち、往復運動を繰り返している）ことから、縦軸を誘導起電力とし横軸を時間軸としたグラフに変位検出信号を記載すると正弦波状の信号となることがわかる。この正弦波状の信号の一周期において、所定の誘導起電力（例えば０ｍＶ）の値をゼロ点とした場合のプラス側の誘導起電力が生じている時間と、マイナス側の誘導起電力が生じている時間との比を「デューティ比」と呼んでいる。

従って、ゼロ点とする誘導起電力の値を、例えば、プラス側にシフトしたとすれば、その分プラス側の誘導起電力を生じている時間が短くなる分、マイナス側の誘導起電力を生じている時間が長くなることになり、その分、デューティ比もシフトすることになる。即ち、ゼロ点とする誘導起電力の値を変更することにより変位検出信号のデューティ比を変更することができる。また、本実施例では、ゼロ点をシフトしたときの誘導起電力の値を「ＤＣオフセット」と称している。

デューティ比補正手段４４により補正されたデューティ比は、時間差演算手段５１に出力される。これにより、演算回路５０の時間差演算手段５１には、デューティ比が一致した各変位検出信号が入力されることとなり、時間差演算手段５１では各変位検出信号がゼロ点と交差（ゼロクロス）したときの時間差を求めることとなる。そのため、時間差演算手段５１においては、ＤＣオフセットの影響を受けずに流入側と流出側との時間差を正確に計測することができる。

補正演算手段５２は、温度測定手段４３から得られるヤング率に基づいて、時間差に補正を行う。また、補正演算手段５２は、得られた補正情報及び時間差情報を流量演算手段５２に出力する。

流量演算手段５３は、補正演算手段５２から入力される時間差情報及び補正情報から流量に換算する。また、流量演算手段５３は、得られた流量情報をアナログ出力手段５４に出力する。

アナログ出力手段５４は、流量演算手段５３から入力される瞬時流量に相当するアナログ信号７１を生成する。また、アナログ出力手段５４は、瞬時流量をパルス出力手段５５に出力すると共に、得られたアナログ信号を、バリア回路３０を介してアナログ信号７１として出力する。

パルス出力手段５５は、アナログ出力手段５４から入力される瞬時流量から積算流量に相当する流量パルスを生成する。また、パルス出力手段５５は、得られた流量パルスを、バリア回路３０を介して流量パルス信号７２として出力する。

電源回路７０は、外部電源６０から得られる電圧を制御し、信号処理回路４０や演算回路５０に電源電圧（Ｖｃｃ）を供給する。また、電源回路７０は、演算回路５０に対し所定のタイミングでリセット信号やリセット解除信号を出力することにより、適切なタイミングで演算回路５０による流量演算処理等を行わせる。

上記構成になる振動式測定装置１０において、流量計測時は流量計測制御回路２０によって加振器１４が駆動され、センサチューブ１２，１３の振動特性（固有振動数）に応じた周期、振幅でセンサチューブ１２，１３の中間部分１２ｃ，１３ｃを振動させる。そして、センサチューブ１２，１３は、マニホルド１１に固定された両端を支点として円弧状の中間部分１２ｃ，１３ｃが近接、離間方向（Ｙ方向、図２参照）に振動する。

このとき、振動するセンサチューブ１２と１３に流体が流れると、その流量に応じた大きさのコリオリ力が発生する。そのため、センサチューブ１２の流入側と流出側で動作遅れが生じ、これにより流入側振動ピックアップ１５の変位検出信号と流出側振動ピックアップ１６の変位検出信号との間に時間差が生じる。ここで、この流入側変位検出信号と流出側変位検出信号との時間差は、流量に比例するため、流量計測制御回路２０は、上述した構成により当該時間差に基づいて流量を演算する。

したがって、センサチューブ１２，１３の変位が流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６により検出されると、上記センサチューブ１２，１３の振動に伴う時間差が求まり、流量計測制御回路２０において、当該時間差が質量流量に変換される。

ここで、流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６により検出される変位検出信号（センサ信号）について説明する。

図４Ａは流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６により検出される通常の変位検出信号の波形図である。図４Ａに示されるように、センサチューブ１２，１３は、固有振動数で振動するように加振されているため、流量計測時に流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６の各センサコイル１５ａ，１６ａにより検出される変位検出信号（センサ信号Ａ，Ｂ）は、ほぼ正弦波形として検出される。

また、流入側と流出側の各検出信号は、夫々振幅の中間点が電圧ゼロと交差（ゼロクロス）しているので、デューティ比５０％（１：１）でＤＣオフセットが無い状態を示している。すなわち、流入側と流出側の各検出信号は、夫々周期がＴ１＝Ｔ２、Ｔ３＝Ｔ４、誘導起電力の電圧分の振幅がＤ１＝Ｄ２、Ｄ３＝Ｄ４である。そして、図４Ａにおける流入側変位と流出側変位との時間差Δｔ１は、センサチューブ１２，１３を流れる流量に比例していることから、流量計測値は時間差Δｔ１に基づいて得られる。

図４Ｂは流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６により検出されるＤＣオフセットされた変位検出信号の波形図である。図４Ｂに示されるように、流入側変位を示す検出信号（センサ信号Ａ）は、振幅の中間点が誘導起電力の電圧ゼロと交差（ゼロクロス）しているので、デューティ比が５０％（１：１）である。すなわち、流入側変位を示す検出信号は、周期がＴ１＝Ｔ２、直流電圧分の振幅がＤ１＝Ｄ２である。

しかしながら、流出側変位を示す検出信号（センサ信号Ｂ）の波形は、ゼロクロスにおいて、直流電圧分が非対称となるように推移しており、ＤＣオフセット（Ｄ１−Ｄ３）が生じている。振幅の中心が電圧ゼロと交差しておらず、ゼロクロスではない。すなわち、流出側の検出信号は、周期がＴ３＜Ｔ１＜Ｔ４、直流電圧分の振幅がＤ３＜Ｄ１＜Ｄ４であ。この場合のデューティ比は、ＤＣオフセットに応じて、例えば、３０％（３：７）〜４０％（４：６）となる。

この場合、流出側変位の立ち下がり時の時間差はΔｔ２であるのに対し、流出側変位の立ち上がり時の時間差はΔｔ３である（Δｔ２＜Δｔ１＜Δｔ３）。このように、変位検出信号の波形がＤＣオフセットを有する場合、ゼロクロスにおける振幅が流入側と流出側とで一致しないため、流出側変位の立ち下がり時の時間差と立ち上がり時の時間差が不一致となる。そのため、流量計測時の時間差を安定的に検出することができず、本来ならば時間差Δｔ１が検出されるところを時間差Δｔ２またはΔｔ３が検出されてしまい、流量計測に誤差が生じるおそれがある。

ここで、図４Ｂに示すような時間差の検出誤差を解消する制御方法について図５を参照して説明する。

図５は流量計測制御回路２０が実行する流量計測処理１の処理手順を説明するためのフローチャートである。図５に示されるように、流量計測制御回路２０は、Ｓ１１で流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６の各センサコイル１５ａ，１６ａにより検出される変位検出信号（センサ信号Ａ、Ｂ）を読み込む。続いて、Ｓ１２では、各センサコイル１５ａ，１６ａにより検出される変位検出信号（センサ信号Ａ，Ｂ）のうち電圧値の低い方に予め設定された任意のシフト量ｄ１又はｄ２を加算する。これにより、ＤＣオフセットが生じた変位検出信号に対する振幅が＋側にシフトして振幅の中間点が電圧ゼロ側に補正される。

次のＳ１３では、流入側の変位検出信号（センサ信号Ａ）が一波長を計測したか否かをチェックする。Ｓ１３において、流入側の変位検出信号（センサ信号Ａ）が一波長を計測されたときは（ＹＥＳの場合）、Ｓ１４に進み、当該流入側の変位検出信号（センサ信号Ａ）のデューティ比ｘａを計測する。続いて、Ｓ１５では、上記デューティ比ｘａに基づいてシフト量ｄ１を演算し、当該シフト量ｄ１をメモリに記憶する。

また、上記Ｓ１３において、流入側の変位検出信号（センサ信号Ａ）が一波長を計測されていないときは（ＮＯの場合）、Ｓ１４、Ｓ１５の処理を行なわずにＳ１６に進む。

Ｓ１６では、流出側の変位検出信号（センサ信号Ｂ）が一波長を計測したか否かをチェックする。Ｓ１６において、流出側の変位検出信号（センサ信号Ｂ）が一波長を計測されたときは（ＹＥＳの場合の場合）、Ｓ１７に進み、当該流出側の変位検出信号（センサ信号Ｂ）のデューティ比ｘｂを計測する。続いて、Ｓ１８では、上記デューティ比ｘｂに基づいてシフト量ｄ２を演算し、当該シフト量ｄ２をメモリに記憶する。

また、上記Ｓ１６において、流出側の変位検出信号（センサ信号Ｂ）が一波長を計測されていないときは（ＮＯの場合）、Ｓ１７、Ｓ１８の処理を行なわずにＳ１９に進む。

Ｓ１９では、流入側のデューティ比ｘａと流出側のデューティ比ｘｂとが一致するか否かをチェックする。Ｓ１９において、流入側のデューティ比ｘａと流出側のデューティ比ｘｂとが一致しないときは（ＮＯの場合）、Ｓ２０に進み、現在のシフト量ｄ１（又はｄ２）に所定値を加算または減算してシフト量ｄ１（又はｄ２）を更新する。そして、Ｓ１２に戻り、更新されたシフト量ｄ１（又はｄ２）を用いてＳ１２〜Ｓ１９の処理を繰り返す。

また、Ｓ１９において、流入側のデューティ比ｘａと流出側のデューティ比ｘｂとが一致したときは（ＹＥＳの場合）、Ｓ２１に進む。Ｓ２１では、シフトされた流入側の変位検出信号（センサ信号Ａ）とシフトされた流出側の変位検出信号（センサ信号Ｂ）とのゼロクロス間の時間差を計測する。

このように、流入側のデューティ比ｘａと流出側のデューティ比ｘｂとが一致するように各センサコイル１５ａ，１６ａにより検出される変位検出信号に任意のシフト量ｄ１（又はｄ２）を加算または減算し、流入側のデューティ比ｘａと流出側のデューティ比ｘｂとを一致させた状態で流入側の変位検出信号と流出側の変位検出信号とのゼロクロス間の時間差を計測するため、ＤＣオフセットの影響を受けずに流入側と流出側との時間差を正確に計測することができ、センサチューブ１２，１３の形状的なばらつきや流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６の取付位置のずれ等による計測誤差を解消することができる。

尚、上記実施例においては、各変位検出信号のデューティ比を一致させる方法として、一方の変位検出信号のデューティ比が他方の変位検出信号のデューティ比に一致するまで一方の変位検出信号に任意のシフト量ｄ１（又はｄ２）を加算または減算することを繰り返すことにより、一の変位検出信号のデューティ比が他の変位検出信号のデューティ比に一致するようにしている。しかし、各変位検出信号のデューティ比を一致させる方法はこれに限るものではなく、例えば、予め任意のデューティ比を決定しておき、各変位検出信号のそれぞれのデューティ比が予め定められたデューティ比となるまで各変位検出信号に任意のシフト量ｄ１（又はｄ２）を加算または減算することを繰り返すことにより、各変位検出信号のデューティ比を予め決定した所定のデューティに一致させることにより、一の変位検出信号のデューティ比と他の変位検出信号のデューティ比とを一致させるようにしてもよい。更に、この目標とするデューティ比は、５０％（１：１）など特定の比に設定しなくてはならないものではなく、例えば、２０％（２：８）などの任意の比に設定してもよい。

ここで、流量計測処理の変形例について説明する。
〔変形例１〕
図６は流量計測制御回路２０が実行する流量計測処理２の処理手順を説明するためのフローチャートである。図６において、Ｓ２１〜Ｓ２５は前述したＳ１１〜Ｓ１５と同様な処理であるので、その説明を省略する。

Ｓ２６では、Ｓ２５で演算されたシフト量ａが予め設定された異常シフト量Ｈ１（下限閾値）以下か否かをチェックする。Ｓ２６において、シフト量ａが予め設定された異常シフト量Ｈ１以下でない場合（ＮＯの場合）は、Ｓ２７に進み、当該シフト量ａが予め設定された異常シフト量Ｈ２（上限閾値）以下か否かをチェックする。

Ｓ２７において、当該シフト量ａが予め設定された異常シフト量Ｈ２以下の場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ２８に進み、流入側振動ピックアップ１５のセンサコイル１５ａにより検出される変位検出信号（センサ信号Ａ）が軽度の異常であると判定し、当該判定結果をメモリに記憶する。

また、Ｓ２７において、当該シフト量ａが予め設定された異常シフト量Ｈ２以上の場合（ＮＯの場合）は、Ｓ２９に進み、流入側振動ピックアップ１５のセンサコイル１５ａにより検出される変位検出信号（センサ信号Ａ）が重度の異常であると判定し、当該判定結果をメモリに記憶する。この後は、Ｓ３１の処理に進む。

また、Ｓ２６において、シフト量ａが予め設定された異常シフト量Ｈ１以下である場合（ＹＥＳの場合）、あるいはＳ２８の処理を行なった後は、Ｓ３０に進み、上記シフト量ｄ１をシフト量ａに更新する。尚、シフト量ａ＝ｄ１＋Δｄであり、Δｄは、任意の数値である。これにより、シフト量ａが設定され、シフト量の最適化が図られる。

また、Ｓ２３において、流入側の変位検出信号（センサ信号Ａ）が一波長を計測されていないときは（ＮＯの場合）、Ｓ２４〜Ｓ３０の処理を行なわずにＳ３１に進む。

また、Ｓ３１〜Ｓ３３の処理は、前述したＳ１６〜Ｓ１８の処理と同じなので、その説明は省略する。

Ｓ３４では、Ｓ３３で演算されたシフト量ｂが予め設定された異常シフト量Ｈ１（下限閾値）以下か否かをチェックする。Ｓ３３において、シフト量ｂが予め設定された異常シフト量Ｈ１以下でない場合（ＮＯの場合）は、Ｓ３５に進み、当該シフト量ａが予め設定された異常シフト量Ｈ２（上限閾値）以下か否かをチェックする。

Ｓ３５において、当該シフト量ｂが予め設定された異常シフト量Ｈ２以下の場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ３６に進み、流出側振動ピックアップ１６のセンサコイル１６ａにより検出される変位検出信号（センサ信号Ｂ）が軽度の異常であると判定し、当該判定結果をメモリに記憶する。

また、Ｓ３５において、当該シフト量ｂが予め設定された異常シフト量Ｈ２以上の場合（ＮＯの場合）は、Ｓ３７に進み、流出側振動ピックアップ１６のセンサコイル１６ａにより検出される変位検出信号（センサ信号Ｂ）が重度の異常であると判定し、当該判定結果をメモリに記憶する。この後は、Ｓ３９の処理に進む。

また、Ｓ３４において、シフト量ａが予め設定された異常シフト量Ｈ１以下である場合（ＹＥＳの場合）、あるいはＳ３６の処理を行なった後は、Ｓ３８に進み、上記シフト量ｄ２をシフト量ｂに更新する。尚、シフト量ｂ＝ｄ２＋Δｄであり、Δｄは、任意の数値である。これにより、シフト量ｂが設定され、シフト量の最適化が図られる。

また、Ｓ３１において、流入側の変位検出信号（センサ信号Ｂ）が一波長を計測されていないときは（ＮＯの場合）、Ｓ３２〜Ｓ３８の処理を行なわずにＳ３９に進む。

Ｓ３９では、流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６が正常か否かをチェックする。Ｓ３９において、例えば、流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６のセンサコイル１５ａ、１６ａにより検出された変位検出信号（センサ信号）が異常なしであれば、正常と判定し（ＹＥＳの場合）、Ｓ４０に進む。

Ｓ４０では、流入側のデューティ比ｘａと流出側のデューティ比ｘｂとが一致するか否かをチェックする。Ｓ４０において、流入側のデューティ比ｘａと流出側のデューティ比ｘｂとが一致しないときは（ＮＯの場合）、Ｓ４１に進み、現在のシフト量ｄ１（又はｄ２）に所定値を加算または減算してシフト量ｄ１（又はｄ２）を更新する。そして、Ｓ２２に戻り、更新されたシフト量ｄ１（又はｄ２）を用いてＳ２２〜Ｓ４０の処理を繰り返す。

また、Ｓ４０において、流入側のデューティ比ｘａと流出側のデューティ比ｘｂとが一致したときは（ＹＥＳの場合）、Ｓ４２に進む。Ｓ４２では、シフトされた流入側の変位検出信号（センサ信号Ａ）とシフトされた流出側の変位検出信号（センサ信号Ｂ）とのゼロクロス間の時間差を計測する。

また、Ｓ３９において、センサコイル１５ａ、１６ａにより検出された変位検出信号（センサ信号）が軽度の異常または重度の異常であると判定された場合には、Ｓ４３に進み、アラーム信号を出力して異常があることを報知する。

続いて、Ｓ４４では、センサコイル１５ａ、１６ａにより検出された変位検出信号（センサ信号）が軽度の異常であるか否かをチェックする。Ｓ４４において、変位検出信号（センサ信号）が軽度の異常である場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ４２に進み、シフトされた流入側の変位検出信号（センサ信号Ａ）とシフトされた流出側の変位検出信号（センサ信号Ｂ）とのゼロクロス間の時間差を計測する。

また、Ｓ４４において、変位検出信号（センサ信号）が重度の異常である場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ４２の処理を行なわずに今回の処理を終了する。

このように、流入側のデューティ比ｘａと流出側のデューティ比ｘｂとが一致するように各センサコイル１５ａ，１６ａにより検出される変位検出信号に任意のシフト量ｄ１（又はｄ２）を加算或いは減算し、流入側のデューティ比ｘａと流出側のデューティ比ｘｂとを一致させた状態で流入側の変位検出信号と流出側の変位検出信号とのゼロクロス間の時間差を計測するため、ＤＣオフセットの影響を受けずに流入側と流出側との時間差を正確に計測することができ、センサチューブ１２，１３の形状的なばらつきや流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６の取付位置のずれ等による計測誤差を解消することができる。
〔変形例２〕
変形例２では、流量計測制御回路２０において、流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６の各センサコイル１５ａ，１６ａにより検出される変位検出信号のデューティ比と、加振器１４に入力される加振信号のデューティ比とが一致するように、各変位検出信号のシフト量を調整するデューティ比補正手段を用いても良い。

このデューティ比補正手段は、流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６の各センサコイル１５ａ，１６ａから得られる信号のデューティ比を、ゼロクロス時の加振器１４に入力される加振信号のデューティ比と一致させるように流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６の各センサコイル１５ａ，１６ａから得られる信号のレベルを変化させる。

従って、変形例２においては、流入側のデューティ比ｘａまたは流出側のデューティ比ｘｂと、加振器１４への加振信号デューティ比が一致するように各センサコイル１５ａ，１６ａにより検出される変位検出信号に任意のシフト量ｄ１、ｄ２を加算し、流入側のデューティ比ｘａと流出側のデューティ比ｘｂとを一致させた状態で流入側の変位検出信号と流出側の変位検出信号とのゼロクロス間の時間差を計測するため、ＤＣオフセットの影響を受けずに流入側と流出側との時間差を正確に計測することができ、センサチューブ１２，１３の形状的なばらつきや流入側振動ピックアップ１５及び流出側振動ピックアップ１６の取付位置のずれ等による計測誤差を解消することができる。

尚、上記変形例１，２においても、デューティ比ｘａ、ｘｂが予め設定された任意のデューティ比となるようにしても良いし、あるいは何れか一方のデューティ比を基準として他方のデューティ比を調整する補正方法を用いても良い。

尚、上記実施例では、センサチューブが逆Ｕ字状に曲げられた構成のものを例に挙げて説明したが、これに限らず、他の形状とされたセンサチューブを振動させる構成のものにも本発明が適用することができるのは勿論である。

また、上記実施例では、センサチューブの流入側変位と流出側変位とを、コイルとマグネットとを組み合わせたピックアップを用いた構成について説明したが、これに限らず、これ以外の構成からなる変位検出センサを用いても良いのは勿論である。

また、上記実施例では、流入側変位検出信号と流出側変位検出信号との時間差を求める場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、時間差演算手段５１に代わりに流入側変位検出信号と流出側変位検出信号との位相差を演算する位相差演算手段を設けるようにしても良い。

１０ 振動式測定装置
１１ マニホルド
１２，１３ センサチューブ
１４ 加振器
１４ａ 励振コイル
１４ｂ マグネット
１５ 流入側振動ピックアップ
１６ 流出側振動ピックアップ
１５ａ、１６ａ センサコイル
１５ｂ、１６ｂ マグネット
１７ 温度センサ
２０ 流量計測制御回路
３０ 本質安全防爆バリア回路
４０ 信号処理回路
４１ 振幅検出・励振検出手段
４２ 励振手段
４３ 温度測定手段
４４ デューティ比補正手段
５０ 演算回路
５１ 時間差演算手段
５２ 補正演算手段
５３ 流量演算手段
５４ アナログ出力手段
５５ パルス出力手段
６０ 外部電源
７０ 電源回路
７１ アナログ信号
７２ 流量パルス信号

Claims (1)

1. 被測流体が流れるセンサチューブと、
   加振信号の入力により前記センサチューブを加振する加振器と、
   前記加振器による加振力を制御する励振制御手段と、
   前記センサチューブの流入側の変位を検出する流入側検出器と、
   前記センサチューブの流出側の変位を検出する流出側検出器と、
   前記流入側検出器によって検出された流入側変位と前記流出側検出器により検出された流出側変位との差を演算する演算手段と、
   を備えた振動式測定装置において、
   前記流入側検出器から得られる検出信号のデューティ比と前記流出側検出器から得られる検出信号のデューティ比とが一致するようにＤＣオフセットを補正する補正手段を有し、
   前記演算手段は、前記補正手段によりデューティ比を補正された信号を用いて流入側変位と流出側変位との差を演算し、
   前記補正手段は、前記流入側検出器及び流出側検出器から得られる信号のデューティ比を、ゼロクロス時の前記加振器に入力される加振信号のデューティ比と一致させるように前記流入側検出器及び流出側検出器から得られる信号のレベルを変化させることを特徴とする振動式測定装置。

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