JPH0623940Y2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、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、特にその励磁方式とこれに伴なう
信号処理方式を改良した電磁流量計に関する。

〈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，稼働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。

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。

そこで、例えば実願昭６２−３２１９０号（考案の名
称：電磁流量計）で提案されているように商用周波数の
励磁電流成分あるいはこれより高い周波数を持つ高周波
の励磁電流成分と、これより低い周波数の励磁電流成分
とを励磁コイルに同時に流して複合磁場を形成する２周
波励磁方式が提案されている。

以下、ここに提案されている電磁流量計について説明す
る。

第３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，１
１ｂ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Ｉ が供給されている。

励磁回路１３は次のように構成されている。基準電圧Ｅ
_１はスイッチＳＷ_１を介して増幅器Ｑ_１の非反転入力端
（＋）に印加され，その出力端はトランジスタＱ_２のベ
ースに接続されている。トランジスタＱ_２のエミッタは
抵抗Ｒ を介してコモンＣＯＭに接続されると共に増幅
器Ｑ_１の反転入力端（−）に接続されている。コモンＣ
ＯＭとトランジスタＱ_２のコレクタとの間には励磁電圧
Ｅ_ＳがスイッチＳＷ_２とＳＷ_３の直列回路とこれに並列
に接続されたスイッチＳＷ_４とＳＷ_５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ＳＷ_２、ＳＷ
_３の接続点とスイッチＳＷ_４、ＳＷ_５の接続点にそれぞ
れ接続される。タイミング信号Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３はそれ
ぞれスイッチＳＷ_１，ＳＷ_２とＳＷ_５，ＳＷ_３とＳＷ_４
の開閉を制御する。

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ＳＷ_７を介して、或いは反転増幅器
Ｑ_３とスイッチＳＷ_８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。

また、結合点１５における信号電圧はスイッチＳＷ_９を
介して、或いは反転増幅器Ｑ_４とスイッチＳＷ_１０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。スイッチＳＷ_７，ＳＷ_８，ＳＷ
_９，ＳＷ_１０はそれぞれタイミング回路１８からのタイ
ミング信号Ｓ_７，Ｓ_８，Ｓ_９，Ｓ_１０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の出力はローパスフ
イルタ１９の時定数と同じく大きな時定数を持つハイパ
スフイルタ２０を介してそれぞれ加算点２１で加算され
て合成出力Ｖ_Ｃを出力する。

そして、ローパスフイルタ１９を経由する結合点１５と
加算点２１とで形成される低周波のループと、ハイパス
フイルタ２０を経由する結合点１５と加算点２１とで形
成される高周波のループとの各ループの伝達関数の和が
１となるように各定数が選定されている。

低域波器１６の出力である信号Ｓ_Ｌは高域波器２２
に入力され、その出力は基準電圧Ｅ_３が入力の他端に与
えられた比較器Ｑ_５と基準電圧Ｅ_４が入力の他端に与え
られた比較器Ｑ_６のそれぞれの入力の一端に印加されて
いる。これ等の比較器Ｑ_５とＱ_６の出力はオアゲートＱ
_７の各入力端に印加され、その出力でスイッチＳＷ_１１
の開閉を制御する。そして、高域波器２２、比較器Ｑ
_５、Ｑ_６、オアゲートＱ_７、などで雑音検出回路２３を
構成する。

雑音検出回路２３の出力で低周波の信号である信号Ｓ_Ｌ
と２周波側の信号である合成出力Ｖ_Ｃが印加されたスイ
ッチＳＷ_１１が切換えられ、その出力はローパスフイル
タ２４を介して出力端２５に出力される。

次に、第３図に示す実施例の動作について第４図に示す
波形図を参照して説明する。

タイミング信号Ｓ_１は第４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Ｅ_１が増幅器Ｑ_１の
非反転入力端（＋）に印加されたりオフにされたりす
る。一方、タイミング信号Ｓ_２（第４図（ロ））とＳ_３
（第４図（ハ））により低周波でスイッチＳＷ_２とＳＷ
_５、およびスイッチＳＷ_３とＳＷ_４が交互にオンとされ
るので、第４図（ニ）に示すような低周波（周期：２
Ｔ）と高周波（周期：２ｔ）とが複合された励磁電流Ｉ
が流れる。

結合点１５における信号電圧は第４図（ホ），（ヘ）に
示すタイミング信号Ｓ_７とＳ_８でサンプリングされるの
で、第４図（ト）に示す電圧がスイッチＳＷ_７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。

更に、結合点１５における信号電圧は第４図（チ）、
（リ）に示すタイミングでタイミング信号Ｓ_９とＳ_１０
によりサンプリングされるので、スイッチＳＷ_９の出力
側には第４図（ヌ）で示す信号電圧が出力され、この信
号電圧は低域波器１７とハイパスフイルタ２０を介し
て加算点２１に出力される。

また、低域波器１６の出力である信号Ｓ_Ｌの変化値が
基準電圧Ｅ_３とＥ_４の間にある場合はスイッチＳＷ_１１
は信号Ｓ_Ｌ側に切り換えられ、基準電圧Ｅ_３或いはＥ_４
を越える場合にはスイッチＳＷ_１１は合成出力Ｖ_Ｃ側に
切り換えられ、さらにローパスフイルタ２４で平滑され
て出力端２５に出力される。

この様な動作をさせることにより、次に示す利点があ
る。

低周波励磁の場合には微分性のノイズに対しては強いが
フローノイズに弱く、２周波励磁の場合にはフローノイ
ズに対して安定であるが大きな時定数を持つハイパスフ
イルタ２０により微分性のノイズの過渡変動に対して弱
い。そこで、フローノイズも微分性のノイズもない場
合、或いは微分性のノイズがある場合は、低周波信号側
だけで信号処理をしてもゼロ点の安定な出力が得られる
が、フローノイズがある場合は２周波励磁で信号処理を
したほうが安定なゼロ点を持つ出力を得ることができ
る。さらに、フローノイズと微分性ノイズが共にあると
きは流体が流れているときであるので、２周波励磁側は
微分性ノイズによりゼロ点がゼロを中心に適当な時間の
間変動（中期的変動）してもこのゼロ点の変動はマスク
されしかも時間と共に平均化されて実質的に誤差とはな
らない。

そこで、第４図に示す実施例では低周波側の出力Ｓ_Ｌで
フローノイズの大きさを検出をしてこれを用いて低周波
側と２周波側とを切り替えて最適な出力を得るようにし
ているのである。

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、ここに提案されている２周波励磁方式の
場合には、フローノイズが小さく低域波器１６の出力
が流量出力として出力されている状態で急にフローノイ
ズが大きくなり加算点２１側に切り替えられると、第４
図（ホ），（ヘ）に示す低周波側のタイミング信号
Ｓ_７、Ｓ_８の復調時点と第４図（チ）、（リ）に示す高
周波側のタイミング信号Ｓ_９、Ｓ_１０の復調時点とが異
なるので、ローパスフイルタ１９とハイパスフイルタ２
０の出力の和が正確な流量値からずれてしまうことがあ
る。そして、このずれはこれ等のフイルタの時定数が大
きく選定されているので、なかなか正常に復帰しないと
いう問題がある。

〈問題点を解決するための手段〉 この考案は、以上の問題点を解決するために、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２復調手
段の出力揺動が所定値より大きくなったときに異常出力
を所定値より小さくなったときに正常出力を出す雑音検
出手段と、この雑音検出手段の出力が印加され異常出力
により加算手段の出力に正常出力により第２復調手段の
出力にそれぞれ切り替えられて流量出力を出す切替手段
と、雑音検出手段が印加され正常出力が入力されている
間は所定の周期でリセットパルスを出力するタイマ手段
と、リセットパルスによりローパスフイルタとハイパス
フイルタをイニシャライズするようにしたものである。

〈作用〉 本考案によれば、フローノイズが小さく第２復調出力が
流量出力として出力されている状態で急にフローノイズ
が大きくなると加算手段側に切り替えられる。一方、第
２復調出力側に切り替えられている状態ではタイマ手段
によりハイパイフイルタとローパスフイルタが所定の周
期でイニシャライズされている。従って、これ等のフイ
ルタの時定数は実質的に第２復調出力側に切り替ええら
れている間は小さく保持されており、加算手段の出力が
正確な流量置からずれても直ぐに正常出力に復帰する。

〈実施例〉 以下、本考案の実施例について図面に基づき説明する。
第１図は本考案の１実施例の構成を示すブロック図であ
る。なお、第３図に示す従来の構成要素と同じ機能を示
す部分には同一の符号を付して適宜にその説明を省略す
る。

低域器１６の出力端は抵抗Ｒ_１の一端に接続されその
他端は加算点２１に接続されている。抵抗Ｒ_１の他端と
共通電位点ＣＯＭとの間にはコンデンサＣ_１が接続され
ている。抵抗Ｒ_１の両端にスイッチＳＷ_１２が接続され
ている。これ等の抵抗Ｒ_１、コンデンサＣ_１およびスイ
ッチＳＷ_１２でローパスフイルタ２６を構成している。

また、低域波器１７の出力端はコンデンサＣ_２の一端
に接続されその他端は加算点２１の接続されている。コ
ンデンサＣ_２の他端と共通電位点ＣＯＭとの間には抵抗
Ｒ_２が接続されている。Ｒ_２の両端にスイッチＳＷ_１３
が接続されている。これ等の抵抗Ｒ_２、コンデンサＣ_２
およびスイッチＳＷ_１３でハイパスフイルタ２７を構成
している。

雑音検出回路２３のオアゲートＱ_７の出力は切替スイッ
チＳＷ_１１に印加されると共にタイマ回路２８に入力さ
れている。オアゲートＱ_７からはフローノイズが小さい
ときに正常出力が出されスイッチＳＷ_１１は低域波器
１６側に切り替えられているるが、この出力が出されて
いる間は同時にタイマ回路２８から所定の周期でリセッ
トパルスがローパスフイルタ２６のスイッチＳＷ_１２と
ハイパスフイルタ２７のスイッチＳＷ_１３に印加されて
いる。スイッチＳＷ_１２とＳＷ_１３はこのリセットパル
スが到来する度にこれ等のスイッチをオンとしてコンデ
ンサＣ_１とＣ_２に充電された電荷を放出してイニシャラ
イズしている。一方、フローノイズ大きくオアゲートＱ
_７から異常出力が出され加算点２１側にスイッチＳＷ
_１１が切り替えられている間はタイマ回路は停止してリ
セットパルスは送出されない。

以上の点を第２図を用いて更に説明する。第２図（イ）
はオアゲートＱ_７の出力を示しており、第２図（ロ）は
タイマ回路２８の出力を示している。

期間Ｔ_Ｎは正常出力が出されている期間、期間Ｔ_Ａは異
常出力が出されている期間をそれぞれ示している。異常
出力が消滅して正常出力になった時点ｔ_１からタイマ回
路２８はリセットパルスＰ_Ｒを所定の周期で出力する。
このリセットパルスＰ_Ｒは正常出力が出されているあい
だ出力され異常出力が出される時点ｔ_２まで続く、そし
て、異常出力が出されている間は出力されない。

以上はデスクリートな回路をベースとして説明したが、
これはマイクロプロセッサを用いてソフトで実現するこ
ともできる。この場合には以下に説明するように実行す
る。

まずローパスフイルタのイニシャライズについて説明す
る。

ローパスフイルタに入力される流量信号をＬη、サンプ
リング周期をΔｔ、出力をＹη時定数をＴとすれば、出
力Ｙηは Ｙη＝Ｙη_−１＋Δｔ（Ｌη−Ｙη_−１） ／（Ｔ＋Δｔ） で与えられるが、イニシャライズするときはこの式でＴ
＝０と置いたときに相当し、Ｙη＝Ｌηを実行すること
になる。

次に、ハイパスフイルタのイニシャライズについて説明
する。

ハイパスフイルタに入力される流量信号をＨη、出力を
Ｚηとすれば、出力Ｚηは Ｚη＝Ｔ（Ｚη_−１＋Ｈη−Ｈη_−１） ／（Ｔ＋ΔＴ） で求めることができる。イニシャライズするときはこの
式でＴ＝０と置いたときに相当し、Ｚη＝０、Ｈη＝Ｈ
η_−１を実行することになる。

〈考案の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本考案によ
れば、フローノイズが小さく第２復調出力が流量出力と
して出力されている状態で急にフローノイズが大きくな
ると加算手段側に切り替えられるが、第２復調出力側に
切り替えられている状態ではタイマ手段によりハイパス
フイルタとローパスフイルタが所定の周期でイニシャラ
イズされているので、これ等のフイルタの時定数は実質
的に第２復調出力側に切り替えられている間は小さく保
持されて、加算手段の出力が正確な流量値からずれても
直ぐに正常出力に復帰する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は第１図に示す要部の波形を示す波形図、第３図は
従来の電磁流量計の構成を示すブロック図、第４図は第
３図に示す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、１６、１７……低域波器、１８……タイミング回
路、１９、２６……ローパスフイルタ、２０、２７……
ハイパスフイルタ、２１……加算点、２３……雑音検出
回路、２８……タイマ回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】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２復調手段の
   出力揺動が所定値より大きくなったときに異常出力を所
   定値より小さくなったときに正常出力を出す雑音検出手
   段と、この雑音検出手段の出力が印加され前記異常出力
   により前記加算手段の出力に前記正常出力により前記第
   ２復調手段の出力にそれぞれ切り替えられて流量出力を
   出す切替手段と、前記雑音検出手段が印加され前記正常
   出力が入力されている間は所定の周期でリセットパルス
   を出力するタイマ手段と、前記リセットパルスにより前
   記ローパスフイルタと前記ハイパスフイルタをイニシャ
   ライズすることを特徴とする電磁流量計。