JP2707757B2 - Electromagnetic flow meter - Google Patents
Electromagnetic flow meterInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、２つの異なる周波数をもつ磁場を被測定流
体に印加しその流量を測定する電磁流量計に係り、特に
被測定流体が導管の中で空になったときに異常出力が生
じないように改良した電磁流量計に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial application> The present invention relates to an electromagnetic flowmeter for applying a magnetic field having two different frequencies to a fluid to be measured and measuring the flow rate of the fluid. The present invention relates to an electromagnetic flowmeter improved so that an abnormal output does not occur when the inside becomes empty.
＜従来の技術＞ 工業用の電磁流量計は従来から商用電源を用いて励磁
する商用周波の励磁方式が採用されてきた。商用周波の
励磁方式は，（イ）応答速度が早く低コストに出来る。
（ロ）スラリ性の流体や低導電率の流体で発生する流速
と共に増加する低周波のランダムノイズ（以下，フロー
ノイズという）の影響を受けがたい，という利点がある
が，稼動状態で比較的に長期，例えば１日程度の間，放
置しておくとゼロ点が変動するという欠点がある。<Prior Art> An industrial electromagnetic flowmeter conventionally employs a commercial frequency excitation method in which excitation is performed using a commercial power supply. The commercial frequency excitation method (a) has a high response speed and can be manufactured at low cost.
(B) There is an advantage that it is hardly affected by low-frequency random noise (hereinafter referred to as flow noise) that increases with the flow velocity generated by a slurry fluid or a low-conductivity fluid. However, there is a drawback that the zero point fluctuates if left for a long period of time, for example, about one day.
このため，商用周波の1/2,あるいはこれ以下の低周波
で励磁する低周波励磁方式が採用されるようになった。
低周波励磁方式にすると周知のようにゼロ点の安定な電
磁流量計が得られる利点がある。しかし，励磁周波数が
低いのでフローノイズの周波数と近接し，このためフロ
ーノイズの影響を受け易く，特に流速が大になるとこの
影響が顕著になる。また，フローノイズの影響を軽減す
るためにダンピングをかけると応答が遅くなる欠点を有
している。For this reason, a low-frequency excitation method has been adopted in which excitation is performed at a low frequency equal to or lower than half the commercial frequency.
The use of the low-frequency excitation method has an advantage that a stable electromagnetic flowmeter having a zero point can be obtained, as is well known. However, since the excitation frequency is low, the frequency is close to the frequency of the flow noise, and thus is easily affected by the flow noise. In particular, when the flow velocity becomes large, this effect becomes remarkable. Further, when damping is applied in order to reduce the influence of flow noise, there is a disadvantage that the response becomes slow.
そこで，特願昭60−197168号（発明の名称：電磁流量
計）で提案されているように商用周波数の励磁電流成分
とこれより低い周波数の励磁電流成分を励磁コイルに同
時に流して複合磁場を形成する複合励磁方式が提案され
ている。Therefore, as proposed in Japanese Patent Application No. 60-197168 (title of the invention: electromagnetic flowmeter), an exciting current component of a commercial frequency and an exciting current component of a lower frequency are simultaneously passed through an exciting coil to form a composite magnetic field. A composite excitation system to be formed has been proposed.
そして、この複合磁場の印加のもとに測定流体を流す
と２つの周波数を含む信号電圧が発生する。この信号電
圧を商用周波数に基づいて弁別した高周波の信号電圧と
低い周波数に基づいて弁別した低周波の信号電圧をそれ
ぞれ大きな時定数を持つローパスフイルタとハイパスフ
イルタを介して出力し、更にこれらの出力を加算して出
力することにより高い周波数での励磁方式と低い周波数
の励磁方式の各々の利点を持つ出力を得ている。Then, when the measurement fluid flows under the application of the composite magnetic field, a signal voltage including two frequencies is generated. A high-frequency signal voltage discriminated based on the commercial frequency and a low-frequency signal voltage discriminated based on the low frequency are output through a low-pass filter and a high-pass filter having large time constants, respectively. , And outputs having the advantages of the high-frequency excitation method and the low-frequency excitation method.
＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、この様な電磁流量計では低週波側では
スラリーノイズの影響を低減させるためにローパスフイ
ルタの時定数を大きくとる必要があり、これに伴なって
出力の応答をスムーズにするためにハイパスフイルタの
時定数も大きくとることになる。<Problems to be Solved by the Invention> However, in such an electromagnetic flowmeter, it is necessary to increase the time constant of the low-pass filter on the low frequency side in order to reduce the influence of slurry noise. In order to make the response smooth, the time constant of the high-pass filter is also increased.
この場合に、導管の中が空になると測定の状態に比べ
て電極間のインピーダンスが極めて大きくなるので、外
部からこの大きなインピーダンスを介して微分状のノイ
ズが混入する。この様な微分状のノイズが混入しても低
周波側は各信号のサンプリング間でこの微分ノイズがキ
ャンセルされる上に大きな時定数のためにその影響が出
力に現れないが、高周波側は各信号のサンプリング間で
この微分ノイズがキャンセルされずその上大きい時定数
のためにこの影響が拡大され異常出力となるという問題
がある。In this case, when the inside of the conduit becomes empty, the impedance between the electrodes becomes extremely large as compared with the state of the measurement, so that differential noise is mixed in from the outside via this large impedance. Even if such differential noise is mixed, the differential noise is canceled between the sampling of each signal on the low frequency side, and its effect does not appear in the output due to a large time constant. There is a problem that the differential noise is not canceled between signal samplings, and the influence is enlarged due to a large time constant, resulting in an abnormal output.
＜課題を解決するための手段＞ この発明は、以上の問題点を解決するため、第１周波
数とこれより低い第２周波数の２つの異なった周波数を
有する磁場を供給する励磁手段と、この励磁手段により
励磁され流量に対応して発生する信号電圧を第１周波数
に基づいて弁別して出力する第１復調手段と，この第１
復調手段の出力を高域波するハイパスフイルタと，信
号電圧を第２周波数に基づいて弁別して復調する第２復
調手段と、この第２復調手段の出力を低域波するロー
パスフイルタと、ハイパスフイルタとローパスフイルタ
との各出力を加算的に合成する加算手段と、第１復調手
段の出力と第２復調手段の出力に関連した信号とが入力
されこれ等の偏差を演算しこの偏差が所定の値を越えた
ときに空信号を出力する偏差演算手段と、加算手段の出
力である流量信号が入力され空信号によりこの流量信号
を所定の状態にロックする出力手段とを具備するように
したものである。<Means for Solving the Problems> In order to solve the above problems, the present invention provides exciting means for supplying a magnetic field having two different frequencies, a first frequency and a second frequency lower than the first frequency. First demodulation means for discriminating and outputting a signal voltage excited by the means and generated in accordance with the flow rate based on the first frequency;
A high-pass filter that performs high-frequency output of the demodulator, a second demodulator that discriminates and demodulates the signal voltage based on the second frequency, a low-pass filter that performs low-frequency output of the second demodulator, and a high-pass filter. Adding means for adding the outputs of the first and second low-pass filters together; and a signal relating to the output of the first demodulating means and the output of the second demodulating means. A deviation calculating means for outputting an empty signal when a value is exceeded, and an output means for receiving a flow rate signal output from the adding means and locking the flow rate signal in a predetermined state by the empty signal. It is.
＜作 用＞ 測定流体が空になったときには電極間のインピーダン
スが上昇してこれ等の間に外部から所定の周波数を有す
るノイズが混入する。<Operation> When the measurement fluid becomes empty, the impedance between the electrodes rises, and noise having a predetermined frequency is mixed in between the electrodes.
一方、第１復調手段側と第２復調手段側とではその復
調のベースとなる周波数が異なるので、所定の周波数を
有するノイズに対する減衰特性が大幅に異なっている。
そこで、これ等の第１復調手段と第２復調手段の各出力
端から出力信号を取り出してこれ等の偏差を偏差演算手
段で演算し、この結果、所定の偏差を越えた偏差となる
ときは空信号を出力手段に出力して流量信号を強制的に
所定の値に保持する。これにより、異常出力を防止す
る。On the other hand, since the base frequency of the demodulation is different between the first demodulation unit side and the second demodulation unit side, the attenuation characteristics for noise having a predetermined frequency are significantly different.
Therefore, the output signals are taken out from the respective output terminals of the first demodulation means and the second demodulation means, and these deviations are calculated by the deviation calculating means. As a result, when the deviation exceeds a predetermined deviation, An empty signal is output to the output means to forcibly hold the flow signal at a predetermined value. This prevents abnormal output.
＜実施例＞ 以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明す
る。第１図は本発明の１実施例を示すブロック図であ
る。<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.
10は電磁流量計の検出器の導管であり、絶縁性のライ
ニングがその内面に施されている。11a、11bは信号電圧
を検出するための電極である。12は励磁コイルであり，
これによって発生した磁場が被測定流体に印加される。
励磁コイル12には，励磁回路13から励磁電流Ifが供給さ
れている。Numeral 10 is a conduit for the detector of the electromagnetic flowmeter, which is provided with an insulating lining on its inner surface. 11a and 11b are electrodes for detecting a signal voltage. 12 is an exciting coil,
The magnetic field generated by this is applied to the fluid to be measured.
An excitation current If is supplied from an excitation circuit 13 to the excitation coil 12.
励磁回路13は次のように構成されている。基準電圧E1
はスイッチSW1を介して増幅器Q1の非反転入力端（＋）
に印加され，その出力端はトランジスタQ2のベースに接
続されている。トランジスタQ2のエミッタは抵抗Rfを介
してコモンCOMに接続されると共に増幅器Q1の反転入力
端（−）に接続されている。コモンCOMとトランジスタQ
2のコレクタとの間には励磁電圧ESがスイッチSW2とSW3
の直列回路とこれに並列に接続されたスイッチSW4とSW5
の直列回路を介して印加される。励磁コイル12はスイッ
チSW2、SW3の接続点とスイッチSW4、SW5の接続点にそれ
ぞれ接続される。タイミング信号S1,S2,S3はそれぞれス
イッチSW1,SW2とSW5,SW3とSW4の開閉を制御する。The excitation circuit 13 is configured as follows. Reference voltage E 1
The non-inverting input of amplifier Q 1 via the switch SW 1 is (+)
Is applied, the output terminal is connected to the base of the transistor Q 2 in. Inverting input of amplifier Q 1 together with the emitter of the transistor Q 2 is connected to the common COM via a resistor R f (-) to which is connected. Common COM and transistor Q
Switch SW 2 excitation voltage E S is between the second collector and SW 3
Series circuit and switches SW 4 and SW 5 connected in parallel
Is applied through a series circuit of. The excitation coil 12 is connected to a connection point between the switches SW 2 and SW 3 and a connection point between the switches SW 4 and SW 5 . Timing signals S 1 , S 2 , and S 3 control the opening and closing of switches SW 1 , SW 2 and SW 5 , and SW 3 and SW 4 , respectively.
一方，信号電圧は電極11a,11bで検出され，前置増幅
器14に出力される。前置増幅器14でコモンモード電圧の
除去とインピーダンス変換がなされその出力端を介して
結合点15に出力される。結合点15における信号電圧はス
イッチSW7を介して、或いは反転増幅器Q3とスイッチSW8
の直列回路を介してそれぞれ小さな時定数をもつ低域
波器16に印加されている。On the other hand, the signal voltage is detected by the electrodes 11a and 11b and output to the preamplifier 14. The common-mode voltage is removed and the impedance is converted by the preamplifier 14, and is output to the connection point 15 via the output terminal. The signal voltage at the coupling point 15 via the switch SW 7, or inverting amplifier Q 3 and the switch SW 8
Are applied to the low-pass filters 16 each having a small time constant through the series circuit.
これ等のスイッチSW7、SW8及び反転増幅器Q3などで低
周波側の復調器DEM1を構成している。These switches SW 7 and SW 8 and the inverting amplifier Q 3 constitute a low-frequency-side demodulator DEM1.
また、結合点15における信号電圧はスイッチSW9を介
して、或いは反転増幅器Q4とスイッチSW10の直列回路を
介してそれぞれ小さな時定数をもつ低域波器17に印加
されている。The signal voltage at the coupling point 15 via the switch SW 9, or is applied to a low pass-receiver 17, each through a series circuit of the inverting amplifier Q 4 and the switch SW 10 having a small time constant.
これ等のスイッチSW9、SW10及び反転増幅器Q4などで
低周波側の復調器DEM2を構成している。Etc. This switch SW 9, such as, SW 10 and the inverting amplifier Q 4 constituting the demodulator DEM2 the low frequency side.
そして、スイッチSW7,SW8,SW9、SW10はそれぞれタイ
ミング回路18からのタイミング信号S7,S8,S9、S10で開
閉される。低域波器16の出力は大きな時定数をもつロ
ーパスフイルタ19を介して，低域波器17の出力は可変
利得増幅器Q5とハイパスフイルタ20の直列回路を介して
それぞれ加算点21で加算される。ローパスフイルタ19は
抵抗器R1とコンデンサC1で構成され、ハイパスフイルタ
20は抵抗器R2とコンデンサC2でそれぞれ構成されてい
る。さらに、加算点21での加算出力はローパスフイルタ
22を介して出力回路23に出力される。Then, is opened and closed by the timing signal S 7, S 8, S 9 , S 10 from the switch SW 7, SW 8, SW 9 , SW 10 are each a timing circuit 18. The output of the low pass duplexer 16 via a low-pass filter 19 having a large time constant, the output of the low pass duplexer 17 are added at each addition point 21 through a series circuit of a variable gain amplifier Q 5 and a high-pass filter 20 You. Low pass filter 19 is constituted by a resistor R 1 and capacitor C 1, a high-pass filter
20 is constituted respectively by the resistor R 2 and capacitor C 2. Further, the addition output at the addition point 21 is a low-pass filter.
Output to the output circuit 23 via 22.
なお、可変増幅器Q5はローパスフイルタ19の出力電圧
VLとハイパスフイルタ20の出力電圧VHの大きさが等しく
なるように調節するためのものである。The variable amplifier Q 5 is the output voltage of the low-pass filter 19
Is for the magnitude of the output voltage V H of the V L and a high-pass filter 20 is adjusted to be equal.
低域波器16の出力NLと低域波器17の出力NHとはそ
れぞれ偏差演算回路24に入力される。偏差演算回路24は
これ等の出力NLとNHとを比較してこれ等の偏差ΔＥが所
定の値を越えたときに空信号Semを出力回路23に出力す
る。The output NL of the low-pass filter 16 and the output NH of the low-pass filter 17 are input to the deviation calculation circuit 24, respectively. The deviation calculation circuit 24 compares these outputs N L and N H and outputs an empty signal Sem to the output circuit 23 when these deviations ΔE exceed a predetermined value.
出力回路23はローパスフイルタ22の流量信号SQを所定
のレベルに変換して出力端25に出力する。The output circuit 23 outputs a flow rate signal S Q low pass filter 22 convert to the output terminal 25 to a predetermined level.
次に、第１図に示す電磁流量計の動作につき第２図に
示す波形図を参照して説明する。Next, the operation of the electromagnetic flow meter shown in FIG. 1 will be described with reference to the waveform diagram shown in FIG.
タイミング信号S1は第２図（イ）で示すようにオン／
オフを繰返し、これにより基準電圧E1の増幅器Q1の非反
転入力端（＋）への印加が制御される。一方、タイミン
グ信号S2（第２図（ロ））とS3（第２図（ハ））により
低周波でスイッチSW2とSW5、およびスイッチSW3とSW4が
交互にオンとされるので、第２図（ニ）に示すような低
周波（周期:2T）と高周波（周期:2t）とが複合された励
磁電流Ifが流れる。Timing signals S 1 is turned on as shown in FIG. 2 (b) /
Repeat off, thereby applying the non-inverting input of the amplifier to Q 1 reference voltage E 1 to the (+) is controlled. On the other hand, the timing signal S 2 (FIG. 2 (b)) and S 3 (FIG. 2 (c)) by the switch SW 2 and SW 5 at a low frequency, and the switch SW 3 and SW 4 are turned on alternately Therefore, as shown in FIG. 2 (d), an exciting current If in which a low frequency (period: 2T) and a high frequency (period: 2t) are combined flows.
結合点15における信号電圧は第２図（ホ），（ヘ）に
示すタイミング信号S7とS8でサンプリングされるので，
第２図（ト）に示す電圧がスイッチSW7の出力側に得ら
れる。これを低域波器16で平滑した電圧がローパスフ
イルタ19の出力側に得られる。Signal voltage second view of attachment point 15 (e), since it is sampled by the timing signal S 7 and S 8 shown in (f),
Voltage shown in FIG. 2 (g) is obtained at the output side of the switch SW 7. The voltage smoothed by the low-pass filter 16 is obtained at the output side of the low-pass filter 19.
更に、結合点15における信号電圧は第２図（チ）、
（リ）で示すタイミングでタイミング信号S9、S10によ
りサンプリングされるので、スイッチSW9の出力側には
第２図（ヌ）で示す信号電圧が出力され、この信号電圧
は可変利得増幅器Q5でその大きさが調節されてハイパス
フイルタ19を介して加算点21に出力される。Further, the signal voltage at the node 15 is shown in FIG.
Because it is sampled by a timing signal S 9, S 10 at the timing shown by (i), the output side of the switch SW 9 is output signal voltage shown in FIG. 2 (j), the signal voltage is a variable gain amplifier Q The size is adjusted at 5 and output to the addition point 21 via the high-pass filter 19.
加算点21で加算された各信号電圧はローパスフイルタ
22で平滑されて流量信号SQとして出力回路23に出力され
る。Each signal voltage added at the addition point 21 is a low-pass filter.
Is smoothed is output to the output circuit 23 as a flow rate signal S Q 22.
導管10の内部に測定流体が充満されているときは電磁
11a、11bの間のインピーダンスが低いので低域波器1
6、17の出力端に現れるノイズによる電圧は極めて低
い。従って、出力NLとNHは出力偏差演算回路24の偏差許
容値の中にありその出力端から空信号Semは出力され
ず、このため出力回路23からは流量信号SQがレベル変換
されてそのまま出力される。When the measurement fluid is filled inside the conduit 10, electromagnetic
Since the impedance between 11a and 11b is low,
The voltage due to noise appearing at the output terminals 6 and 17 is extremely low. Thus, the output N L and N H is empty signal Sem from its output end located in the deviation allowable value of the output deviation calculation circuit 24 is not outputted, Therefore the flow rate signal S Q is level converted from the output circuit 23 Output as is.
これに対して、導管10の内部の測定流体が空になった
ときは電極11a、11bの間のインピーダンスが極めて高く
なり、所定の周波数を持つノイズが大きくなる。このノ
イズはそれぞれ復調器DEM1、DEM2に出力されるが、これ
等の復調器DEM1、DEM2の周波数を弁別する機能は大きく
異なっているので、これらの出力端にはそれぞれ異なっ
た出力NLとNHとして出力される。On the other hand, when the measurement fluid inside the conduit 10 becomes empty, the impedance between the electrodes 11a and 11b becomes extremely high, and noise having a predetermined frequency becomes large. This noise is output to the demodulators DEM1 and DEM2, respectively, but since the functions of discriminating the frequencies of these demodulators DEM1 and DEM2 are greatly different, different outputs NL and N Output as H.
偏差演算回路24はこれ等の出力NLとNHの偏差が所定値
を越えたときには、導管10の中が空になったものとして
その出力端から空信号Semを出力回路23に出力し、出力
回路23は例えば空信号Semが出力される直前の流量信号S
Q値に固定したり、ゼロ％側、或いは100％側に振れ切ら
せたりする。When the deviation between these outputs NL and NH exceeds a predetermined value, the deviation calculation circuit 24 outputs an empty signal Sem to the output circuit 23 from its output end assuming that the inside of the conduit 10 is empty, The output circuit 23 is, for example, a flow signal S immediately before the empty signal Sem is output.
Fix to Q value, or swing to the 0% side or 100% side.
なお、以上の説明では出力NLとNHを低域波器16と17
の出力端で検出したが、これに限られず例えば復調器DE
M1、DEM2の各出力端から検出しても良い。In the above description, the outputs NL and NH are set to the low-pass filters 16 and 17 respectively.
Is detected at the output terminal of the demodulator DE.
It may be detected from each output terminal of M1 and DEM2.
また、スラリーノイズが混入されたときにも出力NLと
NHに偏差が生じるが、これと区別するには例えば出力NL
とNHの値をそれぞれ時間的に連続して検出したときには
これ等の差が所定の値よりも大きいときに導管10の内部
が空になったものとして判断することにより区別するこ
とができる。Also, when slurry noise is mixed, the output N L
There is a deviation in N H , which can be distinguished from, for example, the output N L
The interior of the conduit 10 when the difference between this and the like when the value of N H respectively detected sequentially in time is greater than a predetermined value can be distinguished by determining as being empty.
＜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、導管の内部の流体が空になり大きなノイズが混
入しても、２周波励磁の低周波側の復調器と高周波側の
復調器の周波数弁別機能の相違を利用して、これ等の出
力に関連した出力の差に基づく簡単な構成により異常な
流量出力を抑制することができる。<Effects of the Invention> As described above in detail with the embodiments, according to the present invention, even if the fluid inside the conduit becomes empty and large noise is mixed in, the demodulator on the low frequency side of the two-frequency excitation is used. By utilizing the difference between the frequency discrimination function of the demodulator on the high frequency side and the demodulator on the high frequency side, abnormal flow rate output can be suppressed by a simple configuration based on the output difference related to these outputs.
第１図は本発明の１実施例を示すブロック図、第２図は
第１図における実施例の各部の波形を示す波形図であ
る。 10……導管、12……励磁コイル、13……励磁回路、14…
…前置増幅器、15……結合点、16、17……低域波器、
18……タイミング回路、19……ローパスフイルタ、20…
…ハイパスフイルタ、21……加算点、23……出力回路、
24……偏差演算回路、DEM1、DEM2……復調器。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a waveform diagram showing waveforms of respective parts of the embodiment in FIG. 10 ... conduit, 12 ... excitation coil, 13 ... excitation circuit, 14 ...
... Preamplifier, 15 ... Connection point, 16, 17 ... Low pass filter,
18 ... Timing circuit, 19 ... Low-pass filter, 20 ...
... High-pass filter, 21 ... Addition point, 23 ... Output circuit,
24: Deviation calculation circuit, DEM1, DEM2: Demodulator.
Claims (1)
つの異なった周波数を有する磁場を供給する励磁手段
と、この励磁手段により励磁され流量に対応して発生す
る信号電圧を前記第１周波数に基づいて弁別して出力す
る第１復調手段と，この第１復調手段の出力を高域波
するハイパスフイルタと，前記信号電圧を前記第２周波
数に基づいて弁別して復調する第２復調手段と、この第
２復調手段の出力を低域波するローパスフイルタと、
前記ハイパスフイルタと前記ローパスフイルタとの各出
力を加算的に合成する加算手段と、前記第１復調手段の
出力と前記第２復調手段の出力に関連した信号とが入力
されこれ等の偏差を演算しこの偏差が所定の値を越えた
ときに空信号を出力する偏差演算手段と、前記加算手段
の出力である流量信号が入力され前記空信号によりこの
流量信号を所定の状態にロックする出力手段とを具備す
ることを特徴とする電磁流量計。A first frequency and a second frequency lower than the first frequency;
An exciting means for supplying magnetic fields having two different frequencies, a first demodulating means for discriminating and outputting a signal voltage excited by the exciting means and generated in accordance with the flow rate based on the first frequency; A high-pass filter that high-pass-waves the output of the demodulator, a second demodulator that discriminates and demodulates the signal voltage based on the second frequency, and a low-pass filter that low-pass-waves the output of the second demodulator;
An adder for additively combining the outputs of the high-pass filter and the low-pass filter; and a signal associated with an output of the first demodulator and an output of the second demodulator, and calculating a deviation between them. A deviation calculating means for outputting an empty signal when the deviation exceeds a predetermined value; and an output means for receiving a flow signal output from the adding means and locking the flow signal in a predetermined state by the empty signal. An electromagnetic flowmeter comprising:
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1989
- 1989-09-29 JP JP25623889A patent/JP2707757B2/en not_active Expired - Lifetime
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