JPH0466818A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、２つ以上の定常値を持つ励磁電流を切換えて
発生する磁束密度を測定流体に印加する形式の電磁流量
計に隔り、特に励磁電流の切り換えに伴なって発生する
ノイズを有効に除去しながら信号の応答速度が向上する
ように改良された電磁流量計に関する。

〈従来の技術〉 従来のこの種の＄磁流１計として、例えば特開昭５８−
１２０１１．８ｒ発明の名称：電磁流量計」がある。

この電磁流量計は励磁コイルに正の励磁電流と負の励磁
電流を流す励磁期間と、励磁電流を流さない休止期間と
を設けた励磁電流を流し、この励磁期間と休止期間に発
信器の電極間に発生する電圧をそれぞれ２回以上サンプ
リングして励磁電流の切り換えにより発生する微分ノイ
ズを正と負の各励磁期間と休止期間との合計の期間を１
サイクルとして工この１サイクルの期間で微分ノイズを
除去する技術が開示されている。

しかしながら、この様な電磁流量計では励磁電流の定常
値を切換えることにより発生する微分ノイズは、２つの
励磁期間と２つの休止期間の合計４つの期間を経過しな
ければ微分ノイズを除去することができないので、応答
速度が遅くなるという欠点があり、また、この従来の電
磁流量計では正の励磁期間で発生する微分ノイズと負の
励磁期間で発生する微分ノイズが共に同一のエンベロブ
を有するときには良いが、これ等が異なったときには有
効に微分ノイズを除去し得ないという間趙もある。

そこで、この問題を解決するために本出願人は平成２年
６月５日に「発明の名称：電磁流量計」を特許出願して
いる。

以下、この出願の概要について第４図と第５図を用いて
説明する。

第４図はこの従来の電磁流量計の構成を示すブロック図
である。

１０はステンレススチールなどの非磁性の導管であり、
この内面には絶縁のためライニングか施されている。更
に、この導管１０とは絶縁して一対の検出電極１１．１
２が固定されている。また、測定流体Ｑを接地するため
に接液電極１３が共通電位点ＣＯＭに接続されている。

導管１０の外部には励磁コイル１４か固定されており、
ここに励磁電流１１が励磁回路１５の内部の定電流源か
ら複数の定電流値をとる励磁電流が周期的に供給されて
いる。

一方、検出電極１１．１２は、差動増幅器１６（簡単な
なめ、増幅度は１とする）の各入力端に接続されており
、ここでコモンモードノイズなどが除去された後でサン
プリング回路１７に出力される。

サンプリング回Ｆ＃１１７はサンプリングスイッチＳＷ
、ホールドコンデンサＣ２バッファ増幅器Ｑなどで構成
され、サンプリング信号ＳＭＰにより差動増幅器１６の
出力電圧をサンプリングしてホールドコンデンサＣにホ
ールドする。

ホールドされたホールド電圧ＶＨはアナログ／デジタル
変換回路１８を介してマイクロプロセッサ１９に取り込
まれる。

マイクロプロセッサ１９は取り込まれたデータを用いて
所定の演算を実行して流量信号ＦＳとして出力＃ｉ２０
に出力すると共に所定のタイミング信号ＴＳＩをアナロ
グ／デジタル変換回路１８に出力してアナログ／デジタ
ル変換を制御する。

また、マイクロプロセッサ１９はサンプリング回路１７
のサンプリングスイッチＳＷを制御するサンプリング信
号ＳＭＰをサンプリングスイッチＳＷに出力する。

このほか、マイクロプロセッサ１９は励磁回路１５に励
磁電流を切換えるタイミング信号ＴＳ２を出力して定電
流を切換えて励磁電流１１の波形を制御する。

次に、以上のように構成された実施例の動作について第
５図に示す波形図を用いて説明する。

励磁回＃１１５からはマイクロプロセッサ１９からのタ
イミング信号ＴＳ２により内部の定電流源の定電流を第
５図（ａ）に示すように２つの定常値＋ｌ０ｌ−ＩＯに
切り換えて励磁コイル１４に励磁電流１１として供給す
る。

これにより、検出電極１１．１２には測定流体Ｑの流量
に対応した信号電圧ＶＳ、磁場が入力回路で形成される
ループを切ることによって測定流体に流れる渦電流など
によって発生する微分ノイズＶｚ、及び測定流体Ｑと検
出電極１１．１２が接触することによって発生する直流
電圧Ｖｄがそれぞれ加算された′ｆ＆極間電圧Ｅｓが発
生する。

従って、電極間電圧Ｅｓは Ｅｓ＝Ｖｓ＋Ｖｚ十Ｖｄ　　　　−（１）となる。ここ
で、直流電圧Ｖｄは信号処理期間の間では一定であるも
のとみなす。

また、微分ノイズＶｚは第５図（ｂ）に示すようにほぼ
励磁電流工１を微分したノ、イス波形をしている。

ところで、この微分ノイズＶｚの波形は時間の経過と共
に低減し、一般に次式で示す形をする。

Ｖｚ＝Ｎ−ｅｘｐ　（−ｔａｒ）　　＝−（２）但し、
Ｎは励磁電流を定常値から切換えた当初の微分ノイズの
大きさ、τは時定数である。

このような微分ノイズＶｚを持つ電極間電圧ＥＳは、第
５図（Ｃ）に示すサンプリングの各タイミングＴ１、Ｔ
２、Ｔ３を持つマイクロプロセ・ソサ１９からのサンプ
リング信号ＳＭＰによりサンプリングされ、アナログ／
デジタル変換回路１８を介してマイクロプロセッサ１つ
に取り込まれて所定のメモリ領域に格納される。

マイクロプロセッサ１９は、各サンプリングのタイミン
グＴ１、Ｔ２、Ｔ３で格納されたデータをｅｌ”、ｅ２
”、ｅ３”とすれば、それぞれｅ　ｌ”　＝Ｖｓ”　十
Ｎ”　ｅ　ｘｐ　（−ｔ　１／τ＋）十Ｖｄ　　　　　
　　・・・（３） ｅ２”＝Ｖｓ”十Ｎ”　ｅｘｐ　（−ｔ、２／ｒ”　）
＋Ｖｄ　　　　　　　　　　・・・　（４）ｅ　３”　
＝Ｖｓ”　十Ｎ”　ｅ　ｘｐ　（−ｔ、３／τ”　）十
Ｖｄ　　　　　　　・・・（５） となる。

マイクロプロセッサ１つは、あらかじめ（１）〜（２）
式に対応する演算式を内蔵しており、各データｅ１．”
　　ｅ２”、ｅ３＋を用いて、（３）弐〜（５）式に対
応する連立方程式を立てて第５図（ｄ）の正励磁期間だ
けで微分ノイズのパラメタＮ＋、τ１を算出することが
できる。

従って、これ等のパラメータＮ＋、τ”を用いて正励磁
期間だけで微分ノイズを除去することができる。

この結果、基本的には信号電圧Ｖｓと直流電圧Ｖｄとの
和の電圧に相当するデータが正励磁期間たけで得ること
ができる。

同様にして、第５図（ｄ）に示す負励磁期間に対しても
タイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３に対応してデータｅｌ−１
ｅ２−５ｅ３−をサンプリング回路１７でサンプリング
し正励磁の場合と同様にしてマイクロプロセッサ１９に
より負励磁期間だけで信号電圧Ｖｓと直流電圧Ｖｄとの
和の電圧に相当するデータを得ることができる。

従って、これ等の正励磁期間と負励磁期間のブタの差を
演算すれば、正負の励磁により符号が変化しない直流電
圧Ｖｄの影響を受けない信号電圧のみを得ることができ
、しかも各励磁期間だけで微分ノイズが除去できるので
、正励磁のときと負励磁のときとで発生する微分ノイズ
の大きさなどが異なっていても誤差要因とはならない。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような電磁流量計では以下に説明す
るような問題がある。

この従来の電磁流量計では、検出型［１１１，１２でピ
ックアップされる微分ノイズＶｚを含む電極間電圧Ｅｓ
を指数関数あるいは時間的に減衰する多項式として扱っ
ているが、実際には、検出電極１１．１２でピックアッ
プされる電極間電圧ＥＳに含まれる微分ノイズＶｚには
性質の異なったノイズか含まれており、信号をサンプリ
ングする時点によっては正確な指数関数などの近似か出
来ない場合がある。以下にこの点の説明をする。

第６図（ａ）は励磁コイル１４に流れる励磁電流１１の
変化を示す波形図であり、この励磁電流１１が流れるこ
とにより励磁コイル１４の両端には第６図（ｂ）に示す
ような励磁電圧Ｖｆｌが発生する。

そして、励磁電流１１が変化することにより検出電極１
１、測定流体Ｑ、検出電極１２、増幅器１６の入力イン
ピーダンス、および検出電極１１で形成される信号回路
の１ターンのループに１ターンノイズＶｔが第６図（ｄ
）に示すように発生する。つまり、励磁電流１１か変化
している変動期間Ｔｄたけ１ターンノイスＶｔが発生す
る。

更に、この励磁電流１１の変化により測定流体Ｑの中に
第６図（ｃ　、）に示すように渦電流ｉｅが流れるが、
この渦を流ｉｅにより検出電極１１．１２には渦電流ノ
イズＶｅが発生する。この渦電流ノイズＶｅは自己の渦
電流ｉｅの流れるループのインダクタンス、抵抗、ある
いは検出電極と測定流体Ｑとの接触に基づくコンデンサ
などにより遅れが生じ第６図（ｃ）に示すように変動期
間Ｔｄを経過しても過度応答が継続し所定の時間の経過
により消滅する。

従って、微分ノイズＶｚはこれらの渦電流ノイズＶｅと
１ターンノイズＶｔの和のノイズとして第５図（ｂ）に
示すように現れる。この微分ノイズＶｚには１ターンノ
イズＶｔに起因する不連続部分があり、このためこの不
連続点の前後、或いはこの不連続点を含むタイミングで
信号電圧をサンプリングしてノイズの減衰を演算すると
誤差となる。

く課Ｕを解決するための手段〉 本発明は、以上の課題を解決するために、２つ以上の定
常値を切換えて励磁電流を流してこれにより発生する磁
束密度を測定流体に印加して電極に発生する＠極間電圧
を演算して前記測定流体の流量を算出する電磁流量計に
おいて、前記励磁電流を切換えてこの励磁電流か定常値
に達しなことを検出してこの定常値検出信号を出力する
定常値検出手段と、この定常値検出信号を受信した後に
前記各定常値の状態で前記電極間に発生する電圧を少な
くとも２回以上サンプリングしてサンプリングデータを
出力するサンプリング手段と、このサンプリングデータ
を用いて前記定常値を切換えた後に時間的に変動する変
動ノイズのエンベロブを演算して前記励磁電流が同一の
定常値を有する期間内にこの変動ノイズを除去する演算
手段とを有し、この変動ノイズが除去された信号を用い
て前記測定流体の流量に対応した流量信号を得るように
したものである。

く作　用〉 定常値検出手段により励磁電流を切換えてこの励磁電流
か定常値に達したことを検出してこの定常値検出信号を
出力し、この定常値検出信号を受信した後にサンプリン
グ手段により前記各定常値の状態で前記電極間に発生す
る電圧を少なくとも２回以上サンプリングしてサンプリ
ングデータを出力する。

次に、演算手段によりこのサンプリングデータを用いて
前記定常値を切換えた後に時間的に変動する変動ノイズ
のエンベロープを演算して前記励磁電流か同一の定常値
を有する期間内にこの変動ノイズを除去し、この後この
変動ノイズか除去された信号を用いて前記測定流体の流
量に対応した流量信号を得る。

く実施例〉 以下、本発明の実籍例について図を用いて説明する。第
１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図である
。なお、第４図に示す電磁流量計と同一の機能を有する
部分ついては同一の符号を付して適宜にその説明を省略
する。

２１はマイクロプロセッサ１９からの切換信号ＳＳによ
り制御され励磁電流Ｉ２の正負の切換周期を決定する基
１１！電圧±Ｅｒを出力する基２１！、電圧発生回路で
あり、この基準電圧Ｅｒは演算増幅器２２の非反転入力
端（＋）に印加される。その出力端は互いにベースが接
続されたトランジスタ２３．２４のベースに接続される
。

これ等のトランジスタ２３．２４のコレクタはそれぞれ
正負の電源２５．２６の正極と負極に接続され、エミッ
タは演算増幅器２２の反転久方端（−）に接続されると
共に検出抵抗２７を介して共通電位点ＣＯＭに接続され
ている。

電源２５．２６の負極と正極はそれぞれ励磁コイル１４
の一端にその他端は共通電位点ＣＯＭに接続されている
。

検出抵抗２７の両端に発生した電圧は定常値検出回路２
８に入力され、この定常値検出回路２８で検出された定
常値検出信号ＳＤはマイクロプロセッサ１９に出力され
る。

次に、以上のように構成された実施例の動作について第
２図を用いて説明する。

マイクロプロセッサ１９がらの切換信号ｓｓにより基ｉ
１！電圧電圧回路２１で正負の基準電圧±Ｅｒが励磁電
流Ｉｆ２の周期に合わせて切換えられ、第２図（ａ）に
示すような励磁電流１ｆ２が励磁コイル１４に流される
。したがって、励磁コイル１４には第２図（ｂ）に示す
ように変動期間Ｔｄの間はこの励磁電ｆｆ１ｌｆ２の立
上りの変化速度に対応した大きさの励磁電圧Ｖｆａか発
生し、励磁電流１ｆ２が定常状態に移行した後は励磁コ
イル１４の直流抵抗Ｒｆに対応した励磁電圧Ｖｆｂに保
持される。

この場合、検出電極１１．１２には第２図（ｃ）に示す
ような測定流体Ｑに発生する渦電流ｉｅに起因する渦電
流電圧■ｅ、および第２図（ｄ）に示す１ターンノイズ
Ｖｔが発生しこれ等は第２図（ｅ）に示すように合成さ
れて差動増幅器１６に出力される。第２図（ｅ）から分
かるように変動期間Ｔｄから定常期間に移行する際に大
幅な不連続点が発生している。

検出抵抗２７は励磁電流Ｉ２に対応する電圧を検出して
おり、この電圧の変化がなくなったかどうかを定常値検
出回路２８で監視しており、この変化かなくなった時点
で定常値検出回路２８は定常値検出信号ＳＤをマイクロ
プロセッサ１９に出力する。

マイクロプロセッサ１９はこの定常値検出信号ＳＤを受
信した後、サンプリング信号ＳＭＰ　１をサンプリング
回路１７に出力して第２図（ｅ）に示すｔｌ、ｔ２、ｔ
３、・・・・・・、ｔ６などのタイミングで信号電圧を
サンプルしてこのサンプルデータをアナログ／デジタル
変換回路１８を介してマイクロプロセッサ１つに取り込
む。

この後は（３）〜（５）式に示す場合と同様に同一の励
磁電流のレベルでサンプリングした値からノイズ成分を
マイクロプロセッサ１９の内部に格納された信号処理ア
ルゴリズムで除去し、更に異なる励Ｆｊ＆電流しベル間
の信号から実際の流量信号を求める。

以上の説明では、検出電極１１．１２か測定流体に接液
している構成であるか、必すしもこれに限られず検出電
極は接液している必要はない。

例えば、第３図に示すように、絶縁材で構成されたバイ
ブ２９の中に検出電極３０．３１が埋設されこの両端に
発生した信号電圧を差動増幅器３２で検出するいわゆる
容量式の電磁流量計に対しても適用できる。

また、ノイズ信号のエンベロープを算定する減衰関数は
、先に説明した指数関数のほか多項式などでも良いこと
は第４図の場合と同様である。

さらに、以上の説明では、励磁電流か定常値に達したこ
とを検出抵抗２７で検出したが、これは励磁コイル１４
に印加される励磁電圧Ｖｆ２を用いて励磁電圧Ｖｆａと
Ｖｆｂのレベルの相違で検出する定常値検出回路でも良
い。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、励磁電流が各定常値に達した後に、電極間電圧を
検出した値を用いてサンプリング手段により各定常値の
状態で電極間電圧を少なくとも２回以上サンプリングし
、このサンプリングしたデータを用いて演算手段により
定常値を切換えた後に時間的に変動する変動ノイズのエ
ンベロープを演算して励磁ｔＬ流が同一の定常値を有す
る期間内にこの変動ノイズを除去するようにしたので、
高速励磁か可能となり応答が速く誤差の少ない電磁流量
計を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は第１図に示す実施例の動作を説明する波形図、第
３図は本発明の他の実施例の構成の一部を示す部分構成
図、第４図は従来の電磁流量計の構成を示すブロック図
、第５図は第４図に示す電磁流量計の動作を説明する波
形図、第６図は第４図に示す電磁流量計の問題点を説明
する波形図である。 １０・・・導管、１１．１２・・・検出電極、１４・・
・励磁コイル、１５・・・励磁回路、１６・・・差動増
幅器、１７・・・サンプリング回路、１つ・・・マイク
ロプロセッサ、２１・・・基準電圧発生回路、２７・・
・検出抵抗、２８・・・定常値検出回路。 〆 代理人　　　弁理士　　　小浜　信助 第 図 第 図 第 図 （ｄ） Ｌ 正号力説期間 １１励稚翻閉 正ρ／ＩＣ轟ず月間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つ以上の定常値を切換えて励磁電流を流してこ
   れにより発生する磁束密度を測定流体に印加して電極に
   発生する電極間電圧を演算して前記測定流体の流量を算
   出する電磁流量計において、前記励磁電流を切換えてこ
   の励磁電流が定常値に達したことを検出してこの定常値
   検出信号を出力する定常値検出手段と、この定常値検出
   信号を受信した後に前記各定常値の状態で前記電極間に
   発生する電圧を少なくとも２回以上サンプリングしてサ
   ンプリングデータを出力するサンプリング手段と、この
   サンプリングデータを用いて前記定常値を切換えた後に
   時間的に変動する変動ノイズのエンベロープを演算して
   前記励磁電流が同一の定常値を有する期間内にこの変動
   ノイズを除去する演算手段とを有し、この変動ノイズが
   除去された信号を用いて前記測定流体の流量に対応した
   流量信号を得ることを特徴とする電磁流量計。
2. （２）前記演算手段として変動ノイズＶｚ＾−のエンベ
   ロープを時間ｔに関するａ＿ｉを係数とする多項式 Ｖｚ＾−＝ａ＿０＋ａ＿１ｔ＋ａ＿２ｔ＾２＋ａ＿３ｔ
   ＾３＋…で近似することにより求めることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電磁流量計。