JP3277747B2 - 容量式電磁流量計 - Google Patents
容量式電磁流量計Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、容量式電磁流量計の改
良に関し、更に詳しくは電磁流量計発信器の管路内の流
体の空状態を検出できる容量式電磁流量計に関するもの
である。
良に関し、更に詳しくは電磁流量計発信器の管路内の流
体の空状態を検出できる容量式電磁流量計に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ポンプ等を用いて流体を輸送し
バッチコントロールする様な場合、配管の状態によって
は、ポンプが停止すると配管の中が空になる場合があ
る。その結果、電磁流量計の出力値に誤差が生じるとい
う問題がある。図９は空検知機能を持つ従来の電磁流量
計の構成を示すブロック図である。１０は内面が絶縁さ
れ測定流体Ｑを流すことの出来る導管であり、この導管
１０には測定流体Ｑと接液する一対の測定電極１１ａ、
１１ｂが導管１０とは絶縁されて固定され、測定流体Ｑ
を接地する接液電極１１ｃは接地点Ｇに接続されてい
る。
バッチコントロールする様な場合、配管の状態によって
は、ポンプが停止すると配管の中が空になる場合があ
る。その結果、電磁流量計の出力値に誤差が生じるとい
う問題がある。図９は空検知機能を持つ従来の電磁流量
計の構成を示すブロック図である。１０は内面が絶縁さ
れ測定流体Ｑを流すことの出来る導管であり、この導管
１０には測定流体Ｑと接液する一対の測定電極１１ａ、
１１ｂが導管１０とは絶縁されて固定され、測定流体Ｑ
を接地する接液電極１１ｃは接地点Ｇに接続されてい
る。
【０００３】この測定流体Ｑに磁場を印加するための励
磁コイル１２がこの導管１０に近接して配置され、この
励磁コイル１２には励磁回路１３から励磁電流Ｉfが流
されている。そして、これ等の導管１０、励磁コイル１
２などにより検出器１４が構成されている。
磁コイル１２がこの導管１０に近接して配置され、この
励磁コイル１２には励磁回路１３から励磁電流Ｉfが流
されている。そして、これ等の導管１０、励磁コイル１
２などにより検出器１４が構成されている。
【０００４】また、測定電極１１ａ、１１ｂには前置増
幅器１５が接続されているが、この前置増幅器１５は入
力端が測定電極１１ａ、１１ｂに接続されたバッフア増
幅器１５ａ、１５ｂとこれ等の出力端が入力端に接続さ
れた差動増幅器１５ｃとで構成されている。さらに、こ
れ等の測定電極１１ａ、１１ｂにはダイオ−ドＤ1、Ｄ2
のカソ−ドが接続されている。これ等のダイオ−ド
Ｄ1、Ｄ2のアノ−ドは負電源−Ｖにそれぞれ接続され、
ダイオ−ドＤ1、Ｄ2と負電源−Ｖにより定電流回路１６
（１６ａ、１６ｂ）が形成されている。
幅器１５が接続されているが、この前置増幅器１５は入
力端が測定電極１１ａ、１１ｂに接続されたバッフア増
幅器１５ａ、１５ｂとこれ等の出力端が入力端に接続さ
れた差動増幅器１５ｃとで構成されている。さらに、こ
れ等の測定電極１１ａ、１１ｂにはダイオ−ドＤ1、Ｄ2
のカソ−ドが接続されている。これ等のダイオ−ド
Ｄ1、Ｄ2のアノ−ドは負電源−Ｖにそれぞれ接続され、
ダイオ−ドＤ1、Ｄ2と負電源−Ｖにより定電流回路１６
（１６ａ、１６ｂ）が形成されている。
【０００５】バッフア増幅器１５ｂの出力端と共通電位
点ＣＯＭとの間にはツエナダイオ−ドＤZ1とＤZ2とが互
いに逆極性に直列に接続された直列回路が接続されてい
る。差動増幅器１５ｃの出力端は、信号処理回路１７の
入力端に接続され、信号処理回路１７はこの出力端に現
れる測定電圧ＶM1を用いて流量信号ＶQを演算して出力
端１８に出力する。
点ＣＯＭとの間にはツエナダイオ−ドＤZ1とＤZ2とが互
いに逆極性に直列に接続された直列回路が接続されてい
る。差動増幅器１５ｃの出力端は、信号処理回路１７の
入力端に接続され、信号処理回路１７はこの出力端に現
れる測定電圧ＶM1を用いて流量信号ＶQを演算して出力
端１８に出力する。
【０００６】また、空検知回路１９は測定電圧ＶM1の内
の測定電極１１ａ、１１ｂに現れる直流電圧Ｅa、Ｅbの
差に対応する差電圧Ｅd1と基準電圧源２０からの第１閾
値電圧ＶR1とを比較してその出力端２１に空検知信号Ｖ
e1を出力する。
の測定電極１１ａ、１１ｂに現れる直流電圧Ｅa、Ｅbの
差に対応する差電圧Ｅd1と基準電圧源２０からの第１閾
値電圧ＶR1とを比較してその出力端２１に空検知信号Ｖ
e1を出力する。
【０００７】次に、以上のように構成された電磁流量計
の動作について説明する。励磁回路１３からは、例えば
矩形波状の励磁電流Ｉfが励磁コイル１２に流され、こ
れにより測定流体Ｑに矩形波状の磁場が印加される。こ
れに伴ない測定電極１１ａ、１１ｂに発生する測定電圧
は前置増幅器１５でインピ−ダンス変換されてその出力
端に測定電圧ＶM1として出力される。次段の信号処理回
路１７はこの測定電圧ＶM1を用いて流量演算をして出力
端１８に流量信号ＶQとして出力する。
の動作について説明する。励磁回路１３からは、例えば
矩形波状の励磁電流Ｉfが励磁コイル１２に流され、こ
れにより測定流体Ｑに矩形波状の磁場が印加される。こ
れに伴ない測定電極１１ａ、１１ｂに発生する測定電圧
は前置増幅器１５でインピ−ダンス変換されてその出力
端に測定電圧ＶM1として出力される。次段の信号処理回
路１７はこの測定電圧ＶM1を用いて流量演算をして出力
端１８に流量信号ＶQとして出力する。
【０００８】一方、測定電極１１ａ、１１ｂにはアノ−
ドが負電源−Ｖに接続されたダイオ−ドＤ1、Ｄ2によっ
てダイオ−ドの逆方向のリ−ク電流による定電流回路１
６が形成されているので、検出器１４が空になり測定電
極１１ａと１１ｂとの間の接液抵抗Ｒa、Ｒbが大きくな
ると測定電極１１ａと１１ｂの直流電圧Ｅa、Ｅbが大き
くなる。
ドが負電源−Ｖに接続されたダイオ−ドＤ1、Ｄ2によっ
てダイオ−ドの逆方向のリ−ク電流による定電流回路１
６が形成されているので、検出器１４が空になり測定電
極１１ａと１１ｂとの間の接液抵抗Ｒa、Ｒbが大きくな
ると測定電極１１ａと１１ｂの直流電圧Ｅa、Ｅbが大き
くなる。
【０００９】差動増幅器１５ｃはこれ等の直流電圧
Ｅa、Ｅbの差を演算してその出力端に差電圧Ｅd1を出力
する。空検知回路１９はこの差電圧Ｅd1が閾値電圧ＶR1
を越えると、導管１０の中は空と判断してその出力端２
１に、例えば負に振切れる空検知信号Ｖe1を出力する。
Ｅa、Ｅbの差を演算してその出力端に差電圧Ｅd1を出力
する。空検知回路１９はこの差電圧Ｅd1が閾値電圧ＶR1
を越えると、導管１０の中は空と判断してその出力端２
１に、例えば負に振切れる空検知信号Ｖe1を出力する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
空検知手段は電極が接液しているため、空時と満水時で
は電極インピーダンスの差が大きく異なる。従ってその
差を測定することにより空検知を比較的容易に行うこと
ができた。しかしながら、上記の原理を電極が流体に接
触しない容量式電磁流量計に用いると、容量式電磁流量
計では電極インピーダンスが元々大きなためこれをもと
に空検知を行っても空検知は出来ないという問題があ
る。本発明は上記従来技術の問題を解決するためになさ
れたもので、空検知が可能な容量式電磁流量を提供する
ことを目的とする。
空検知手段は電極が接液しているため、空時と満水時で
は電極インピーダンスの差が大きく異なる。従ってその
差を測定することにより空検知を比較的容易に行うこと
ができた。しかしながら、上記の原理を電極が流体に接
触しない容量式電磁流量計に用いると、容量式電磁流量
計では電極インピーダンスが元々大きなためこれをもと
に空検知を行っても空検知は出来ないという問題があ
る。本発明は上記従来技術の問題を解決するためになさ
れたもので、空検知が可能な容量式電磁流量を提供する
ことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、管路中を流れる測定流体に零励磁区間を含
む矩形波の励磁電流を流すことにより磁場が印加され、
前記測定流体の流量に対応した電圧を前記測定流体と一
対の流量検出電極の間に形成される静電容量を介して検
出する容量式電磁流量計において、前記管路中の流体の
満水時と空時において前記励磁電流の立ち上がりと立ち
下がり時に発生する微分ノイズを検出し、前記満水時と
空時における微分ノイズの差に基づいて空状態を検知す
る空検知回路を具備したことを特徴とするものである。
に本発明は、管路中を流れる測定流体に零励磁区間を含
む矩形波の励磁電流を流すことにより磁場が印加され、
前記測定流体の流量に対応した電圧を前記測定流体と一
対の流量検出電極の間に形成される静電容量を介して検
出する容量式電磁流量計において、前記管路中の流体の
満水時と空時において前記励磁電流の立ち上がりと立ち
下がり時に発生する微分ノイズを検出し、前記満水時と
空時における微分ノイズの差に基づいて空状態を検知す
る空検知回路を具備したことを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】管路が満水の状態と空の状態とでは微分ノイズ
の大きさに差が発生する。満水状態における微分ノイズ
のピークの所定時間の平均値と空状態における微分ノイ
ズのピークの平均値を予め測定し、その平均値の差に基
づいて空状態と判定するための所定値を設定する。そし
て流体の測定状態において所定時間における微分ノイズ
のピークの平均値と前記記憶した所定値とを常に比較し
て、測定状態における前記平均値が前記所定値を越えた
ときに空状態と判定する。また、微分ノイズの検出手段
として同期整流回路を用いれば低導電率の流体を測定す
る際のフローノイズの影響を除去した状態で空検知を行
うことができる。以下、実施例に基づき詳細に説明す
る。
の大きさに差が発生する。満水状態における微分ノイズ
のピークの所定時間の平均値と空状態における微分ノイ
ズのピークの平均値を予め測定し、その平均値の差に基
づいて空状態と判定するための所定値を設定する。そし
て流体の測定状態において所定時間における微分ノイズ
のピークの平均値と前記記憶した所定値とを常に比較し
て、測定状態における前記平均値が前記所定値を越えた
ときに空状態と判定する。また、微分ノイズの検出手段
として同期整流回路を用いれば低導電率の流体を測定す
る際のフローノイズの影響を除去した状態で空検知を行
うことができる。以下、実施例に基づき詳細に説明す
る。
【００１３】
【実施例】図１は本発明の容量式電磁流量計の概要の構
成を示す構成図である。図１において、３０は測定流体
Ｑを流すパイプ（管路）であり、このパイプ３０はセラ
ミックス或いは塩化ビニール樹脂等の絶縁物で作られて
いる。３１、３２は測定流体の中に発生した信号電圧を
検出するための検出電極であり、この検出電極３１、３
２は測定流体とは直流的に絶縁されてパイプ３０の外面
或いはパイプ管壁内に埋め込み配置されている。
成を示す構成図である。図１において、３０は測定流体
Ｑを流すパイプ（管路）であり、このパイプ３０はセラ
ミックス或いは塩化ビニール樹脂等の絶縁物で作られて
いる。３１、３２は測定流体の中に発生した信号電圧を
検出するための検出電極であり、この検出電極３１、３
２は測定流体とは直流的に絶縁されてパイプ３０の外面
或いはパイプ管壁内に埋め込み配置されている。
【００１４】これらの検出電極３１、３２を結ぶ線と直
角方向のパイプ３０の外面には一対の励磁コイル３３、
３４が配置されている。そして、励磁コイル３３、３４
の外面はいずれも静電シールドが施され、基準電位であ
るアース電極Ｇに接続されている。
角方向のパイプ３０の外面には一対の励磁コイル３３、
３４が配置されている。そして、励磁コイル３３、３４
の外面はいずれも静電シールドが施され、基準電位であ
るアース電極Ｇに接続されている。
【００１５】また、検出電極３１、３２の外側には、こ
れらの検出電極３１、３２の全体を覆うように検出電極
３１と３２とは絶縁を保持してガード電極３５、３６が
配置されている。パイプ３０には接液電極Ｅが設けられ
てあり、この接液電極Ｅは測定流体により発生する信号
電圧の基準電位を決定するものであり、アース電極Ｇに
接続されている。
れらの検出電極３１、３２の全体を覆うように検出電極
３１と３２とは絶縁を保持してガード電極３５、３６が
配置されている。パイプ３０には接液電極Ｅが設けられ
てあり、この接液電極Ｅは測定流体により発生する信号
電圧の基準電位を決定するものであり、アース電極Ｇに
接続されている。
【００１６】検出電極３１と３２はそれぞれ高入力イン
ピーダンスを持つプリアンプ３７、３８の非反転入力端
（＋）に接続され、その反転入力端（−）はそれぞれガ
ード電極３５、３６に接続されると共にこれらのプリア
ンプ３７、３８の出力端に接続されている。そして、プ
リアンプ３７、３８の出力端は差動増幅器３９の入力端
にそれぞれ接続されている。励磁回路４０は図示しない
制御回路から制御信号を受信して励磁コイル３３、３４
に２値以上の定常値を持つ正負に変化する方形波の励磁
電流Ｉfを供給する。
ピーダンスを持つプリアンプ３７、３８の非反転入力端
（＋）に接続され、その反転入力端（−）はそれぞれガ
ード電極３５、３６に接続されると共にこれらのプリア
ンプ３７、３８の出力端に接続されている。そして、プ
リアンプ３７、３８の出力端は差動増幅器３９の入力端
にそれぞれ接続されている。励磁回路４０は図示しない
制御回路から制御信号を受信して励磁コイル３３、３４
に２値以上の定常値を持つ正負に変化する方形波の励磁
電流Ｉfを供給する。
【００１７】差動増幅器３９の出力はＡ／Ｄ変換器５０
に接続され、このＡ／Ｄ変換器５０の出力はＣＰＵ５１
の流量演算回路５１ａに接続されている。５２は差動増
幅器３９の出力端に接続された絶対値回路であり、この
絶対値回路の出力はサンプルホールド回路５３に入力さ
れる。そして、サンプルホールド回路の出力はＡ／Ｄ変
換器５４でデジタル信号に変換された後ＣＰＵ内の空演
算回路５１ｂに入力する。なお、サンプルホールド５３
内に設けられたスイッチ５３ｃは空演算回路５１からの
所定のタイミングでコンデンサ５３ｄの電圧をリセット
する。５３ｅはダイオードである。
に接続され、このＡ／Ｄ変換器５０の出力はＣＰＵ５１
の流量演算回路５１ａに接続されている。５２は差動増
幅器３９の出力端に接続された絶対値回路であり、この
絶対値回路の出力はサンプルホールド回路５３に入力さ
れる。そして、サンプルホールド回路の出力はＡ／Ｄ変
換器５４でデジタル信号に変換された後ＣＰＵ内の空演
算回路５１ｂに入力する。なお、サンプルホールド５３
内に設けられたスイッチ５３ｃは空演算回路５１からの
所定のタイミングでコンデンサ５３ｄの電圧をリセット
する。５３ｅはダイオードである。
【００１８】次に、以上のように構成された実施例の動
作について説明する。測定流体Ｑには、図示しない制御
信号発生回路から出力される制御信号により励磁回路４
０に内蔵する直流電流が切換えられて励磁コイル３３、
３４に正負に変化する矩形波状の励磁電流Ｉfが流され
て、同様な波形を持つ磁場が印加されている。ここで、
測定流体Ｑがパイプ３０に流れると、絶縁性パイプ３０
の内面には測定流体Ｑの流量に対応した信号電圧が発生
する。この信号電圧は、測定流体Ｑと各検出電極３１、
３２との間に介在する静電容量を介して、各検出電極３
１、３２で検出される。
作について説明する。測定流体Ｑには、図示しない制御
信号発生回路から出力される制御信号により励磁回路４
０に内蔵する直流電流が切換えられて励磁コイル３３、
３４に正負に変化する矩形波状の励磁電流Ｉfが流され
て、同様な波形を持つ磁場が印加されている。ここで、
測定流体Ｑがパイプ３０に流れると、絶縁性パイプ３０
の内面には測定流体Ｑの流量に対応した信号電圧が発生
する。この信号電圧は、測定流体Ｑと各検出電極３１、
３２との間に介在する静電容量を介して、各検出電極３
１、３２で検出される。
【００１９】検出された信号電圧は、プリアンプ３７、
３８を介して差動増幅器３９で増幅され、その出力はＡ
／Ｄ変換器５０でデジタル信号に変換されてＣＰＵに内
臓された流量演算回路５１ａに入力され、流量に対応し
た電気信号として出力される。一方絶対値回路５２は正
負に変化する差動増幅器３９の出力を正の連続した電気
信号として出力する。この信号はサンプルホールド回路
５３に入力されてプリアンプ５３ａ、ダイオード５３
ｂ、プリアンプ５３ｃ及びＡ／Ｄ変換器５４を経て空演
算回路５１ｂに入力する。
３８を介して差動増幅器３９で増幅され、その出力はＡ
／Ｄ変換器５０でデジタル信号に変換されてＣＰＵに内
臓された流量演算回路５１ａに入力され、流量に対応し
た電気信号として出力される。一方絶対値回路５２は正
負に変化する差動増幅器３９の出力を正の連続した電気
信号として出力する。この信号はサンプルホールド回路
５３に入力されてプリアンプ５３ａ、ダイオード５３
ｂ、プリアンプ５３ｃ及びＡ／Ｄ変換器５４を経て空演
算回路５１ｂに入力する。
【００２０】ここで空演算回路５１ｂの演算手順につい
て図２のフローチャートを用いて説明する。流量測定に
先立ってパイプ３０に流体Ｑを満たし、流速が零の状態
で前述の矩形波を印加する。図３（ａ），（ｂ），
（ｃ）は測定流体として水道水を用い、励磁電流として
零励磁区間を含む矩形波（ａ）を印加した場合の差動増
幅器３９の出力信号をオシログラフで見た例を示すもの
である。（ｂ）図はパイプを満水とした状態における励
磁電流の立ち上がり立ち下がり時における微分ノイズを
示し、図示の場合微分ノイズのピーク値ｈ1は例えば
２．５ｍＶであったとする。なお、流体を流した状態で
は点線で示すＡ部分が流量に対応して上下に変動する。
て図２のフローチャートを用いて説明する。流量測定に
先立ってパイプ３０に流体Ｑを満たし、流速が零の状態
で前述の矩形波を印加する。図３（ａ），（ｂ），
（ｃ）は測定流体として水道水を用い、励磁電流として
零励磁区間を含む矩形波（ａ）を印加した場合の差動増
幅器３９の出力信号をオシログラフで見た例を示すもの
である。（ｂ）図はパイプを満水とした状態における励
磁電流の立ち上がり立ち下がり時における微分ノイズを
示し、図示の場合微分ノイズのピーク値ｈ1は例えば
２．５ｍＶであったとする。なお、流体を流した状態で
は点線で示すＡ部分が流量に対応して上下に変動する。
【００２１】（ｃ）図はパイプを空とした状態における
励磁電流の立ち上がり立ち下がり時における微分ノイズ
を示し、図示の場合、微分ノイズのピーク値ｈ2は例え
ば１０ｍＶであったとする。図（ｂ），（ｃ）から分か
るように満水状態と空状態では微分ノイズのピークの値
が大きく異なっている。
励磁電流の立ち上がり立ち下がり時における微分ノイズ
を示し、図示の場合、微分ノイズのピーク値ｈ2は例え
ば１０ｍＶであったとする。図（ｂ），（ｃ）から分か
るように満水状態と空状態では微分ノイズのピークの値
が大きく異なっている。
【００２２】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は図３に示す
微分ノイズのピーク値が絶対値回路（図１参照）で正の
連続した電気信号とされ、それをサンプルホールド回路
５３からＡ／Ｄ変換器５４に出力する状態を示すもの
で、ここでは例えば100ｍｓ当たり６つのピークを検出
し、その内のもっとも高いピーク電圧を出力する。すな
わち、コンデンサ５３ｄは始めのピーク２．２ｍＶで充
電され、その電圧値は次の信号で２．５ｍＶに上昇し次
の２．１ｍＶの場合は前回分を維持し、次の２．７ｍＶ
の信号で２．７ｍＶに上昇する。次とその次の２．２及
び２．５ｍＶでは前回分の２．７ｍＶを維持し、これら
６個における最大電圧値である２．７ｍＶを次に微分ノ
イズを検出する迄の所定のタイミングでＡ／Ｄ変換器５
４に送出し、同時にスイッチ５３ｃを一瞬オンとしてコ
ンデンサ内の電荷を零にする。
微分ノイズのピーク値が絶対値回路（図１参照）で正の
連続した電気信号とされ、それをサンプルホールド回路
５３からＡ／Ｄ変換器５４に出力する状態を示すもの
で、ここでは例えば100ｍｓ当たり６つのピークを検出
し、その内のもっとも高いピーク電圧を出力する。すな
わち、コンデンサ５３ｄは始めのピーク２．２ｍＶで充
電され、その電圧値は次の信号で２．５ｍＶに上昇し次
の２．１ｍＶの場合は前回分を維持し、次の２．７ｍＶ
の信号で２．７ｍＶに上昇する。次とその次の２．２及
び２．５ｍＶでは前回分の２．７ｍＶを維持し、これら
６個における最大電圧値である２．７ｍＶを次に微分ノ
イズを検出する迄の所定のタイミングでＡ／Ｄ変換器５
４に送出し、同時にスイッチ５３ｃを一瞬オンとしてコ
ンデンサ内の電荷を零にする。
【００２３】 そして空検知回路５１ｂは100msでの時間
の間のピーク値２．７ｍＶを図示しない記憶領域（ＲＡ
Ｍ）に記憶する。更に、同様のことを例えば３秒間繰り
返し、その時間におけるピークの平均値（ＶA→ｙ’…
一般式，図２のステップ１）を記憶する。 次に、パイプ内の水道水を抜いて空状態にし、空の状態
で同様の励磁電流を印加する。そしてこの空状態でも例
えば３秒間同様のことを繰り返し、その時間におけるピ
ークの平均値（ＶB…図２のステップ２）を記憶する。
の間のピーク値２．７ｍＶを図示しない記憶領域（ＲＡ
Ｍ）に記憶する。更に、同様のことを例えば３秒間繰り
返し、その時間におけるピークの平均値（ＶA→ｙ’…
一般式，図２のステップ１）を記憶する。 次に、パイプ内の水道水を抜いて空状態にし、空の状態
で同様の励磁電流を印加する。そしてこの空状態でも例
えば３秒間同様のことを繰り返し、その時間におけるピ
ークの平均値（ＶB…図２のステップ２）を記憶する。
【００２４】そしてここでは、水道水においてはパイプ
内が空の状態では微分ノイズの最大値の平均は例えば１
０ｍＶであり、満水状態での最大値の平均が２．７ｍＶ
であったとする。この場合電圧差は７．３ｍＶとなる
が、この差は必ずしも安定したものではなく多少の変動
が発生する。
内が空の状態では微分ノイズの最大値の平均は例えば１
０ｍＶであり、満水状態での最大値の平均が２．７ｍＶ
であったとする。この場合電圧差は７．３ｍＶとなる
が、この差は必ずしも安定したものではなく多少の変動
が発生する。
【００２５】そこで、オペレータは満水時と空時の微分
ノイズのピーク値の所定時間における平均値の差（１０
−２．７＝７．３ｍＶ）を求め、満水時の平均値（２．
７ｍＶ）に前記差の例えば１／２程度（３．５ｍＶ）を
加えて６．２ｍＶ（２．７＋３．５）とし、この値を空
状態を判定するための所定値（ＶC）とする。すなわ
ち、満水状態で流体を測定しているときの電圧が所定値
６．２ｍＶを越えたときに空状態と判断するように空演
算回路５１ｂに内蔵されたＲＡＭ（図示せず）にその値
（所定値ＶC（ＶA＜ＶC＜ＶB）…図２のステップ３）を
入力する。
ノイズのピーク値の所定時間における平均値の差（１０
−２．７＝７．３ｍＶ）を求め、満水時の平均値（２．
７ｍＶ）に前記差の例えば１／２程度（３．５ｍＶ）を
加えて６．２ｍＶ（２．７＋３．５）とし、この値を空
状態を判定するための所定値（ＶC）とする。すなわ
ち、満水状態で流体を測定しているときの電圧が所定値
６．２ｍＶを越えたときに空状態と判断するように空演
算回路５１ｂに内蔵されたＲＡＭ（図示せず）にその値
（所定値ＶC（ＶA＜ＶC＜ＶB）…図２のステップ３）を
入力する。
【００２６】次に正規の測定状態（図２のステップ４）
に入るが、空演算回路５１ｂは例えば３秒毎に微分ノイ
ズのピーク値の平均を演算し、その値と前記ＲＡＭに記
憶された所定値（ＶC）と比較演算する（図２のステッ
プ５）。そしてその差がＶC（６．２ｍＶ）を越えた時
に空状態と判定する（図２のステップ６）。なお、本実
施例においては測定液を水道水として説明したが、満水
・空状態における微分ノイズのピーク値の差は励磁電
流、測定液、電極の形状等が変われば変化するので、測
定に先立って前記所定値ＶCを予め入力しておく必要が
ある。
に入るが、空演算回路５１ｂは例えば３秒毎に微分ノイ
ズのピーク値の平均を演算し、その値と前記ＲＡＭに記
憶された所定値（ＶC）と比較演算する（図２のステッ
プ５）。そしてその差がＶC（６．２ｍＶ）を越えた時
に空状態と判定する（図２のステップ６）。なお、本実
施例においては測定液を水道水として説明したが、満水
・空状態における微分ノイズのピーク値の差は励磁電
流、測定液、電極の形状等が変われば変化するので、測
定に先立って前記所定値ＶCを予め入力しておく必要が
ある。
【００２７】なお、上述の実施例においては満水時と空
時の微分ノイズのピーク値の所定時間における平均値を
求めて差（１０−２．７＝７．３ｍＶ）を演算し、満水
時の平均値（２．７ｍＶ）に前記差の１／２程度（３．
５ｍＶ）を加えて空状態を判定するための所定値（６．
２ｍＶ））としたが、例えば差の１／２程度である３．
５ｍＶを所定値（ＶC1）としてＲＡＭに入力し、予め求
めてある空時の微分ノイズのピークの平均値から正規の
測定状態における微分ノイズのピークの平均値を差し引
き、その差の１／２が前記所定値（ＶC1）を越えた時に
空と判定するようにしてもよい。
時の微分ノイズのピーク値の所定時間における平均値を
求めて差（１０−２．７＝７．３ｍＶ）を演算し、満水
時の平均値（２．７ｍＶ）に前記差の１／２程度（３．
５ｍＶ）を加えて空状態を判定するための所定値（６．
２ｍＶ））としたが、例えば差の１／２程度である３．
５ｍＶを所定値（ＶC1）としてＲＡＭに入力し、予め求
めてある空時の微分ノイズのピークの平均値から正規の
測定状態における微分ノイズのピークの平均値を差し引
き、その差の１／２が前記所定値（ＶC1）を越えた時に
空と判定するようにしてもよい。
【００２８】上述の測定装置は被測定流体が比較的に高
導電率の場合は空判定に対して有効である。しかしなが
ら，被測定流体が比較的に低導電率の場合はフローノイ
ズの影響を受けるので判定不能となる。フローノイズは
流体が運ぶイオンの揺らぎによりパイプ（管路）内面の
界面における電位が変化することが原因と考えられてい
る。図５は管体の口径を２５ｍｍ，流体としてイオン交
換水，流速を毎秒１ｍとして、フローノイズのパワース
ペクトル密度の周波数特性とノイズ電圧の関係を測定し
た実験例を示している。
導電率の場合は空判定に対して有効である。しかしなが
ら，被測定流体が比較的に低導電率の場合はフローノイ
ズの影響を受けるので判定不能となる。フローノイズは
流体が運ぶイオンの揺らぎによりパイプ（管路）内面の
界面における電位が変化することが原因と考えられてい
る。図５は管体の口径を２５ｍｍ，流体としてイオン交
換水，流速を毎秒１ｍとして、フローノイズのパワース
ペクトル密度の周波数特性とノイズ電圧の関係を測定し
た実験例を示している。
【００２９】図によればフローノイズは流体導電率に依
存した特性を有しており，特に５μＳ／ｃｍ以下で顕著
となる。また，周波数に依存した特性を有し，10Ｈｚ程
度の所にコーナ周波数を持つが，それ以上の周波数では
１／ｆに近い特性を示す。即ち、低導電率の流体を流し
た時には、流速が零の時には微分ノイズの出力が例えば
０．５〜３ｍＶ程度となり，空の時の微分ノイズは５〜
１０ｍＶ程度となる。これに対して流速が大きくなる場
合にはフローノイズによる出力が例えば５〜２０ｍＶ以
上となる。従って、低導電率流体で流速が大きくなると
所定値Ｖｃを越えるので空検知の警報を発することとな
り空検知としての機能が果たせない。
存した特性を有しており，特に５μＳ／ｃｍ以下で顕著
となる。また，周波数に依存した特性を有し，10Ｈｚ程
度の所にコーナ周波数を持つが，それ以上の周波数では
１／ｆに近い特性を示す。即ち、低導電率の流体を流し
た時には、流速が零の時には微分ノイズの出力が例えば
０．５〜３ｍＶ程度となり，空の時の微分ノイズは５〜
１０ｍＶ程度となる。これに対して流速が大きくなる場
合にはフローノイズによる出力が例えば５〜２０ｍＶ以
上となる。従って、低導電率流体で流速が大きくなると
所定値Ｖｃを越えるので空検知の警報を発することとな
り空検知としての機能が果たせない。
【００３０】図６はフローノイズの影響を除去するため
の処理フローを示すもので、ここでは、満水時および空
時における微分ノイズのピークの平均値の他にそれぞれ
の状態における分散値（ΔＶA→Ｓｙ2…一般式）を演算
する。
の処理フローを示すもので、ここでは、満水時および空
時における微分ノイズのピークの平均値の他にそれぞれ
の状態における分散値（ΔＶA→Ｓｙ2…一般式）を演算
する。
【００３１】即ち、ここでは前述と同様の手順により満
水時における微分ノイズのピークの平均値（ＶＡ）を求
める（ステップ１）。次に上記式を用いて満水時にお
ける微分ノイズの分散値（ΔＶA）を演算する（ステッ
プ２）。同様に空時における微分ノイズのピークの平均
値（ＶＢ）を求める（ステップ３）。
水時における微分ノイズのピークの平均値（ＶＡ）を求
める（ステップ１）。次に上記式を用いて満水時にお
ける微分ノイズの分散値（ΔＶA）を演算する（ステッ
プ２）。同様に空時における微分ノイズのピークの平均
値（ＶＢ）を求める（ステップ３）。
【００３２】同じく式を用いて空時における微分ノイ
ズの分散値（ΔＶB）を演算する（ステップ４）。Ｖ
Ａ，ＶＢの値から空状態判定のための所定値（ＶＣ）を
設定する（ステップ５）。次に、流速の有無を判定する
ための分散値ΔＶCを設定する（ΔＶC＞ΔＶA，Δ
ＶB）。即ち、流体が流れていればΔＶCはフローノイズ
の影響により必ず大きくなるのでΔＶA，ΔＶBより大き
な所定の値に設定する（ステップ６）。
ズの分散値（ΔＶB）を演算する（ステップ４）。Ｖ
Ａ，ＶＢの値から空状態判定のための所定値（ＶＣ）を
設定する（ステップ５）。次に、流速の有無を判定する
ための分散値ΔＶCを設定する（ΔＶC＞ΔＶA，Δ
ＶB）。即ち、流体が流れていればΔＶCはフローノイズ
の影響により必ず大きくなるのでΔＶA，ΔＶBより大き
な所定の値に設定する（ステップ６）。
【００３３】上記ＶＣ，ΔＶCを設定した後通常の流量
計測を行う（ステップ７）。一方空検知回路５１ｂはス
テップ２，３と同じ方法により流体が流れている状態で
の微分ノイズの分散値（ΔＶf）を演算し、ステップ６
で設定した分散値ΔＶCと比較する。このΔＶfがΔＶC
より大きければ流体の導電率が低く，かつ，流れている
ことが分かるのでＹＥＳとなり流量計測を続行する（ス
テップ８）。ＮＯ（ΔＶfがΔＶCより小さい）の場合
は、導電率が高く満水状態である。導電率の高，低
にかかわらず空であることが考えられる。
計測を行う（ステップ７）。一方空検知回路５１ｂはス
テップ２，３と同じ方法により流体が流れている状態で
の微分ノイズの分散値（ΔＶf）を演算し、ステップ６
で設定した分散値ΔＶCと比較する。このΔＶfがΔＶC
より大きければ流体の導電率が低く，かつ，流れている
ことが分かるのでＹＥＳとなり流量計測を続行する（ス
テップ８）。ＮＯ（ΔＶfがΔＶCより小さい）の場合
は、導電率が高く満水状態である。導電率の高，低
にかかわらず空であることが考えられる。
【００３４】そこでＮＯの場合は流量信号（Ｖf）と空
状態判定のための所定値（ＶＣ）を比較する（ステップ
９）。ここで、ＶfがＶＣより小さければ高導電率流体
が満水状態であると判断して測定を続行し、ＶfがＶＣ
より大きければ導電率の高，低にかかわらず空であるこ
とが分かる。上記のシーケンスにより演算を行えば流体
導電率に依存することなく空検知が可能である。
状態判定のための所定値（ＶＣ）を比較する（ステップ
９）。ここで、ＶfがＶＣより小さければ高導電率流体
が満水状態であると判断して測定を続行し、ＶfがＶＣ
より大きければ導電率の高，低にかかわらず空であるこ
とが分かる。上記のシーケンスにより演算を行えば流体
導電率に依存することなく空検知が可能である。
【００３５】図７は本発明の請求項２に関する一実施例
を示すものであり、差動増幅器３９の出力をＡ／Ｄ変換
器５０を介して流量演算回路５１ａに取り込み流量演算
を行う手段は従来通りである。本発明においては差動増
幅器３９の出力を同期整流回路に導入し、この回路の出
力をＡ／Ｄ変換器５４を介して流量演算回路５１ａに取
り込んでいる。
を示すものであり、差動増幅器３９の出力をＡ／Ｄ変換
器５０を介して流量演算回路５１ａに取り込み流量演算
を行う手段は従来通りである。本発明においては差動増
幅器３９の出力を同期整流回路に導入し、この回路の出
力をＡ／Ｄ変換器５４を介して流量演算回路５１ａに取
り込んでいる。
【００３６】ここで、同期整流回路５５は差動増幅器の
出力を入力する反転増幅器５５ａ，この増幅器の出力を
入力するアナログスイッチ５５ｂ，このスイッチの出力
を入力するローパスフィルタ５５ｃからなっている。ア
ナログスイッチ５５ｂはＸ，Ｙ，Ｚの３個のスイッチで
構成され、Ｘのスイッチはオンの状態(1)では差動増幅
器３９の出力端子に接続され、オフの状態では接地端子
に接続される。
出力を入力する反転増幅器５５ａ，この増幅器の出力を
入力するアナログスイッチ５５ｂ，このスイッチの出力
を入力するローパスフィルタ５５ｃからなっている。ア
ナログスイッチ５５ｂはＸ，Ｙ，Ｚの３個のスイッチで
構成され、Ｘのスイッチはオンの状態(1)では差動増幅
器３９の出力端子に接続され、オフの状態では接地端子
に接続される。
【００３７】Ｙのスイッチはオンの状態(1)では反転増
幅器５５ａの出力端子に接続され、オフの状態では接地
端子に接続される。また、Ｚの端子はオン(1)の状態で
接地端子に接続され、オフの状態ではローパスフィルタ
５５ｃ側に接続される。
幅器５５ａの出力端子に接続され、オフの状態では接地
端子に接続される。また、Ｚの端子はオン(1)の状態で
接地端子に接続され、オフの状態ではローパスフィルタ
５５ｃ側に接続される。
【００３８】次に同期整流回路５５の動作について図８
を用いて説明する。なおアナログスイッチは励振回路の
励振の立ち上がりと立ち下がりのタイミングに同期して
スイッチングが行われる。図８において（ａ）は励振波
形であり、（ｂ）は励振波形の立ち上がりとたち立ち下
がり時に発生する微分ノイズ、（ｃ）は励振波形の立ち
上がりと立ち下がりに同期してオンオフするスイッチ
Ｘ，Ｙ，Ｚのタイミングを示している。
を用いて説明する。なおアナログスイッチは励振回路の
励振の立ち上がりと立ち下がりのタイミングに同期して
スイッチングが行われる。図８において（ａ）は励振波
形であり、（ｂ）は励振波形の立ち上がりとたち立ち下
がり時に発生する微分ノイズ、（ｃ）は励振波形の立ち
上がりと立ち下がりに同期してオンオフするスイッチ
Ｘ，Ｙ，Ｚのタイミングを示している。
【００３９】アナログスイッチ５５ｂのスイッチにおい
て、Ｘのスイッチがオン、Ｙ，Ｚのスイッチがオフとな
る（イ）のタイミングの時は差動増幅器３３の出力がロ
ーパスフィルタ５５ｃ側に出力され、Ｘ，Ｙのスイッチ
がオフ，Ｚのスイッチがオンとなる（ロ）のタイミング
の時は各スイッチは接地状態となるのでローパスフィル
タ側への出力は零となる。また、Ｘのスイッチがオフ、
Ｙ，Ｚのスイッチがオンとなる（ハ）のタイミングの時
は反転増幅器５５ａの出力がローパスフィルタ側に出力
される。
て、Ｘのスイッチがオン、Ｙ，Ｚのスイッチがオフとな
る（イ）のタイミングの時は差動増幅器３３の出力がロ
ーパスフィルタ５５ｃ側に出力され、Ｘ，Ｙのスイッチ
がオフ，Ｚのスイッチがオンとなる（ロ）のタイミング
の時は各スイッチは接地状態となるのでローパスフィル
タ側への出力は零となる。また、Ｘのスイッチがオフ、
Ｙ，Ｚのスイッチがオンとなる（ハ）のタイミングの時
は反転増幅器５５ａの出力がローパスフィルタ側に出力
される。
【００４０】（ｆ）はスイッチＸ，Ｙ，Ｚを上記励振波
形に同期した（イ），（ロ），（ハ）のタイミングによ
り駆動して微分ノイズを正の連続した電気信号として取
り出した状態を示しており、この信号からは同期整流に
よりフローノイズの影響は除去されている。ローパスフ
ィルタ５５ｃはこの信号を取り込んで平滑し直流電圧と
してＡ／Ｄ変換器５４に出力する。
形に同期した（イ），（ロ），（ハ）のタイミングによ
り駆動して微分ノイズを正の連続した電気信号として取
り出した状態を示しており、この信号からは同期整流に
よりフローノイズの影響は除去されている。ローパスフ
ィルタ５５ｃはこの信号を取り込んで平滑し直流電圧と
してＡ／Ｄ変換器５４に出力する。
【００４１】Ａ／Ｄ変換器５４の出力は空検知回路５１
に入力するが、以降の処理は前述の図５で説明したもの
と同様の手順で行われる。この同期整流回路５５を用い
ることによりフローノイズの影響を除去することがで
き、導電率の高低にかかわらず図２に示すフローチャー
トの手順により空検知を行うことができる。
に入力するが、以降の処理は前述の図５で説明したもの
と同様の手順で行われる。この同期整流回路５５を用い
ることによりフローノイズの影響を除去することがで
き、導電率の高低にかかわらず図２に示すフローチャー
トの手順により空検知を行うことができる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、管路中の
流体の満水時と空時において励磁電流の立ち上がりと立
ち下がりに発生する微分ノイズを検出し、流体の満水時
と空時における微分ノイズの差に基づいて空状態を検知
するようにしているので、容量式電磁流量計におる空検
知を比較的簡単な構成で実現することができる。また、
本発明では空検出の基準となる所定値を微分ノイズのピ
ークの平均値により決定しているのでより正確に空状態
を検知することができ、フローノイズ除去対策を施すこ
とにより導電率の高低にかかわらず空状態を検知するこ
とができる。
流体の満水時と空時において励磁電流の立ち上がりと立
ち下がりに発生する微分ノイズを検出し、流体の満水時
と空時における微分ノイズの差に基づいて空状態を検知
するようにしているので、容量式電磁流量計におる空検
知を比較的簡単な構成で実現することができる。また、
本発明では空検出の基準となる所定値を微分ノイズのピ
ークの平均値により決定しているのでより正確に空状態
を検知することができ、フローノイズ除去対策を施すこ
とにより導電率の高低にかかわらず空状態を検知するこ
とができる。
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】本発明の電磁流量計の空検知の手順を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図３】励磁電流印加に伴って発生する満水状態と空状
態の微分ノイズを示す説明図である。
態の微分ノイズを示す説明図である。
【図４】微分ノイズのばらつきとコンデンサに充電され
る電圧の状態を示す説明図である。
る電圧の状態を示す説明図である。
【図５】フローノイズのパワースペクトル密度の周波数
特性とノイズ電圧の関係を示す図である。
特性とノイズ電圧の関係を示す図である。
【図６】低導電率対策を施した空検知の手順を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図７】低導電率対策を施した空検知手段の他の実施例
を示す構成図である
を示す構成図である
【図８】図７の動作を示す動作説明図である。
【図９】従来より一般に使用されている空検知手段を有
する電磁流量計の要部構成説明図である。
する電磁流量計の要部構成説明図である。
３０ パイプ（管路） ３１、３２ 検出電極 ３３、３４ 励磁コイル ３５、３６ ガード電極 ３７、３８、５３ａ、５３ｂ プリアンプ ３９ 差動増幅器 ４０ 励磁回路 ５０、５４ Ａ／Ｄ変換器 ５１ ＣＰＵ ５１ａ 流量演算回路 ５１ｂ 空演算回路 ５５ 同期整流回路 ５５ａ 反転増幅器 ５５ｂ アナログスイッチ ５５ｃ ローパスフィルタ
Claims (3)
- 【請求項１】管路中を流れる測定流体に零励磁区間を含
む矩形波の励磁電流を流すことにより磁場が印加され、
前記測定流体の流量に対応した電圧を前記測定流体と一
対の流量検出電極の間に形成される静電容量を介して検
出する容量式電磁流量計において、 前記管路中の流体の満水時と空時において前記励磁電流
の立ち上がりと立ち下がり時に発生する微分ノイズを検
出し、前記満水時と空時における微分ノイズの差に基づ
いて空状態を検知する空検知回路を具備したことを特徴
とする容量式電磁流量計。 - 【請求項２】前記管路中の流体の満水時と空時において
前記励磁電流の立ち上がりと立ち下がり時に発生する微
分ノイズを同期整流回路を用いて検出し、前記微分ノイ
ズの差に基づいて空状態を検知する空検知回路を具備し
たことを特徴とする請求項１記載の容量式電磁流量計。 - 【請求項３】前記満水及び空状態を検出するための微分
ノイズは所定時間内において出力するピークの平均値で
あることを特徴とする請求項１または２項記載の容量式
電磁流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08369195A JP3277747B2 (ja) | 1995-01-26 | 1995-04-10 | 容量式電磁流量計 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1042295 | 1995-01-26 | ||
| JP7-10422 | 1995-01-26 | ||
| JP08369195A JP3277747B2 (ja) | 1995-01-26 | 1995-04-10 | 容量式電磁流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08261808A JPH08261808A (ja) | 1996-10-11 |
| JP3277747B2 true JP3277747B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=26345680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08369195A Expired - Fee Related JP3277747B2 (ja) | 1995-01-26 | 1995-04-10 | 容量式電磁流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3277747B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018141667A (ja) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | アズビル株式会社 | 電磁流量計 |
| JP2020016499A (ja) * | 2018-07-24 | 2020-01-30 | アズビル株式会社 | 電磁流量計 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006214912A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Tosoh Corp | 液切れ検知装置 |
-
1995
- 1995-04-10 JP JP08369195A patent/JP3277747B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018141667A (ja) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | アズビル株式会社 | 電磁流量計 |
| JP2020016499A (ja) * | 2018-07-24 | 2020-01-30 | アズビル株式会社 | 電磁流量計 |
| JP7098465B2 (ja) | 2018-07-24 | 2022-07-11 | アズビル株式会社 | 電磁流量計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08261808A (ja) | 1996-10-11 |
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