JPS5960318A - 電磁流量計 - Google Patents

電磁流量計

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JPS5960318A
JPS5960318A JP57171879A JP17187982A JPS5960318A JP S5960318 A JPS5960318 A JP S5960318A JP 57171879 A JP57171879 A JP 57171879A JP 17187982 A JP17187982 A JP 17187982A JP S5960318 A JPS5960318 A JP S5960318A
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    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/60Circuits therefor

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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は矩形波又は台形波の励磁方式をとった電磁流量
計に係り、特に励磁周波数とサンプリング時間とを改良
した電磁流量B1に関する。
〔発明の技術的背景及びその問題点〕
第1図t;L従来の方形波励磁電磁31r、 :lii
:計の構成であって、これは流i i−+本体Jと、こ
の流量計本体1から出力される流量信号に比例[1,た
パルス幅のパルスに変換するパルス幅gし挽回f7’l
 10と、この回路10から出力されたパルスを平滑化
して直流アナログ信号に変換「るパルス幅−電圧変換回
路30とからなっている。この流量計本体1は、流体の
流通rる導管2と、励磁コイル3と、流体の流れ方向お
よび磁束に直焚するように対向配置された一対の電極4
,4とを有し、励磁コイル3はタイミング制御回路11
からのスイッチ制御信号(第2図(a))によって切換
えられるスイッチ12を介して2つの定電流源13.1
4が交互に与えられ、これにより第2図(b)のように
方形波の定電流によって励磁される。この状態において
導管2内に導電性流体が流れれば、一対の電極4,4間
には磁界の強さおよび31C速に比例した起?n力が発
生する0そこで、この起電力を一対の電極4,4で取り
出し、交流増11vij器15で適当な電圧値上増幅(
第2図(C))された後、タイミング制御回路11で制
御されるスイン2−16により、デュアルスロープ方式
のパルス幅変換回路10に取込む。スイング〜17は、
磁束が安定した夕・fミング即ち磁束の方向が切替わる
直前に商用電源周波数の一周期にタイミング制御回路I
Jからの信号(第2図(d))によってオンとなり、増
幅された起電力をサンプリングする0このようにサンプ
リングすることにより、云わゆる直角位相雑音を含まな
い流量信号を得ることができかつ商用電源の一周期を抵
抗111,19、コンデンサ20およびオペアンプ21
よりなる精分回路でザンプリング偵分することにより、
商用電源雑音の除去された第2図(e)のような積分出
力を、得る。更に、この積分出力が最大値から零に達t
7たときに” 1″から°°0“の論理信号に変化する
コンパレータ22の出力でフリップフロップ23をリセ
ットし、かつタイミング制御回路11のオン・オフタイ
ミング信号でフリップ・フロップ23をセットとするこ
とにより、流量計本体1から出力する流−a信号に比例
するノくルス幅のパルス信号(第2図(f) ) 全出
力する。
24は基準電源、26はコンノくレータ22の出力でオ
ン・オフするスイッチである0そして、このフリップ・
フロップ23から出力されたノくルス伯号は発光素子3
1および受光素子32で絶縁され゛(パルス幅−電圧7
g換回路30に送られ、スインf J 、? ’4[オ
ン・オフ制御する。このオン・オフ11」す御により、
基準電源34がパルス化され、このパルスを抵抗35、
コンデンサ36およびメベアンブ37よりなる平滑化回
路で、例えば4〜20mA−DCめ直流アナログ信号に
変換して出力するものである。38は出力回路である。
第3図は各種のクイツブ−12,16,11等を制御す
る従来のタイミング制御回路11の構成間である。この
回路11は、商用電源IIIから出力される第4図(g
)のような商用電源周波数全バッファ回路112f介し
て第4図(h)のよ♂トルス伯号とした後、D形フリッ
プ・フロップ113〜115で分周してスイッチ12゜
16を制御する信瞑第4図(k))を得、更にクリップ
・フロップ113,114の端子4の出力(第4図(1
) s (j) )全アンドゲート114でアンドして
スイッチJ7を制御する信号tを得ている。第3図の回
路では、励磁半周期の極性切替え直前で商用電源−周期
だけオンするパルスが容易に得られる。
しかし、第3図の回路のタイミングは、その流量信号を
サンプリングする迄の時間が周“波数50 Hz  或
いは60 Hz  の場合では異なることとなる。これ
は厳密に極性反転の過渡応答の影V(流量計本体1の磁
束の遅れ、変換回路10゜30の遅れ等)を考慮すると
、励磁電流が一定であるとはいえ、得られる出力は流量
値が同一でも微妙に異なって来ることがわかる0その状
態を図5に示す。
第5図(イ)は磁束の遅れ2回路の遅れを考慮した信号
を示す曲線であり、(ロ)は60 I(7,の場合の励
磁電流を示す波形、(ハ)は50 )Iy、  の場合
の励磁電流を示す波形である。また、横線に)で影をつ
けた部分は、60H1の場合、斜線0令で影をつけた部
分は50 H7,の場合のサンプリングするタイミング
を示したものである。励磁電流が同一でも5 Q Hz
  と60 Hz  では高さが異なること、つまり(
t2号の大きさが異なることを示している。このことは
、高精度で使用する場合には50 Hz  と60 )
Iz  とでは、変換回路10の増幅度または励磁電流
の大きさを変えなくてはならないことを示す。実際には
変換回路10の互換性のため、各変換回路間で増幅度を
一定としているため50 Hz  と601−1y、 
 では励磁電流の大きさを変えるということが行われて
いる。
これを避けるに豪よ、流量計本体Jの磁束の立ち上がり
(応答性)、回路10の応答性を速くすればよいのだが
、磁束の立ち一ヒがりを速くするには流量側本体1を渦
電流が流れにくい構造にしたり、励磁回路、定電流源1
3.14の回路電圧を高くすることが考えられる。しか
し、こノコとは流量n1木休1の構造全複雑に、かつコ
スト高にしたり、励磁回路を大型化させてしまう0 また、回路の応劣性を速くすることは、回路10の帯域
を広げることとなり、電極4,4間に発生する711]
電力が微弱なことλ・考えあわせるとS/N 比を低下
させ得策ではない。また、スイッチI7がオンしている
時間k 100 r+1st!f:とすることにより、
50Hy、  でも60 )Tz  でも雑音が除去で
き、励磁周波数を固定する方法も考えられるが、この方
法では励磁周波数がかなり低くなり、電磁流量計の応答
が遅くなるという大きな欠点をもつ。
〔発明の目的〕
本発明は上記実情にかんがみてなされたもので、従来の
励磁周波数よりも低下させないで共通の励磁周波数とし
、59 Hz  と60 Hz  とでは励磁電流が異
なるという欠点を除去し、た電磁流量計を提供すること
にある。
〔発明の概要〕
商用電源周波数の偶数分の1の周波数の方形波の励磁電
流を励磁コイルに供給する励磁回路と、導電性流体に誘
起された電圧を検出する一対電極と、前記励磁電流が定
常値になるタイミングで、前記一対の電極から取り出さ
れる誘起電圧全サンプリングする回路からなる方形波励
磁方式の電磁流型側において、方形波励磁電流の励磁周
波数を50 Hz  の偶数分の1とし、サンプリング
する時間を鴇秒とし1、または励磁周波数を60 Hz
  の偶数分の1とし、サンプリングするII、7間を
ll/’50秒としたタイミング制御回路を備えた電磁
流置引である。
〔発明の実施例〕
次に、本発明の一実施例について第6図ないし第10図
を参照して説明する。なお、第6図はタイミング制御回
路40の概念図、第7図はその回路40から出力するス
イッチ制御信号のタイミング図、第8図は本発明の要部
となるタイミング制御回路40の具体的構成を示す図、
第9図および第・10図は雑音除去の説明をする波形図
である。なお、電磁流量計全体の構成は第1図と同じで
あるので、ここではその構成の説明は省略する0先ず、
第6図に示すタイミング制御回路417においてmは第
1図に示すスイッチ12.16fオン・オフ制御するス
イッチ制御信号であり、nはスイッチ17をオン・オフ
制a1jするスイッチ制a1+ (i号である。このタ
イミング制御回路4oは、スイッチ制御信号mが商用電
源周波に’1.5011z  の偶数分の1の周波数で
あるならば、nはサンプリングする時間音1/60se
cとしたパルスを出力する。これば、スイッチ制御信号
mが60 Hz  の偶数分の1の周波数のときには、
nによるサンプリング時間は”150 度でもよい。第
7図はm、nの出力波形を示す。
次に、第8図はスイッチ制御伝号nが1/60secの
タイミング時間で、がっスイッチ制御信号mが50 H
7,の場合の具体的なタイミング制御回路4oである。
同図において信号発振器4Iは、例えば水晶振動子等か
ら発振されるパルス周波数を分周して300 I(zの
パルス信号を出力するフリーランの発振器であり、この
信号発振器4Iからのパルス信号はポジティブ・トリガ
のD形フリップ・フロップ42a〜42cおよびJK形
スフリップフロップ43a、43bからなる分周回路4
4で24分周するOJK形フリフリップロップ43 a
 、 4 、? bの■(端子はVl)D(Hレベル)
に接続されている。従って、以」二のような分周回路4
4で300 Hzのパルス信号を分周すれば、0750
7  となる。各7リツ24−’−4 ブー7oツブ42&〜42c、43a 43bの出力は
インバータ44a、44b、NORゲート45a〜45
gにより、300 )T zが5周期分即ち、’4 s
へ・たりオンとなるスイッチ制御信号n¥:得る。さら
に、スイッチ制御信号nはD形フリップ・フロップ46
で17b分周されてスイッチ制御18号mとなる。この
D形フリップ・フロップ46は、ポジイティブ・エツジ
トリガ。
なので、インバータ47で反転し、同フリップ・フロッ
プ46のクロックとして入力する。
次に、以上のようなタイミング制御回路4を使用した3
6合の電磁流■計の作用を説明する′0今、タイミング
制御回路40からスイッチ制御48号n、mが出力され
るが、粕にnはスイッチ11、mはスイング−12,1
6の制御に用いられる。[7かして、スイッチ制御信号
mによって定電流源Z3が選択されたとき、交流増幅器
15の出力端に負電圧が表われるものとすると、このと
き同時にスイッチI6がオンし”〔交流増幅器I5の出
力Ciサンプルする。スイッチ12により、定電流源1
4を選択1〜だときは、交流増@器15の出力Cは正電
圧、反転増幅器26の出力は負電圧となり、スイッチ1
6は反転席′幅器26の出力に接続されるものとする。
即ちスイッチ17には常に負電圧が加わるようスイング
゛16は選択される。
今、本タイミング制御回路40を採用した電磁流量H1
が商用電源周波数が5 Q TT%  地区で使用され
、G OHy、  の0導雑音が流量イハ号に混入した
とする。この場合、スイン117′−17のオン時間は
”(K) ”なので−周期積分されることとなり、第9
図に示すように誘導雑音には信号は全く影響を受けない
ことがわかる0第9図(C)′は雑音が重畳した信号波
形、(d)はれと等しい、(e)’ l−J、雑音が重
畳したときの(e)の出力であって雑音重畳しない場合
と積分終了時の電圧は等し、い0次に、5 Q Hy、
 地区で使用され、同様にDf導雑音が11【介したと
きの雑、音除去の様能は3110図に示T通りである。
(f)、(f)′で示される出力パルスの幅は・シーン
ブリング(積分)したときの(e)および(e)″の′
rL正に比例fるから、以後、(、)“のサンプリング
後の電圧値をもって説明する。
(c)の血圧が正極性のとき、スイッチ16によって反
転出力が選択されるので、信号に力える雑音の影響ΔN
 −I  IIl、 となる。ここC1目 は・す”ンブリング時間(−”/
6o R) 、 kは定数p k O−) 前0−) 
−符号ハfJr 分することによるものであり、8石(
100πを十〇)の前の−ね号は反転出力が選択された
ことによるものである。θはt=Q  におりる雑音の
位相テする。そこで、(I)弐klu理すると、となる
また、(C)の電圧が負極性のとき、信号に与える雑音
の影響ΔN−は同様に となる0ΔN 、ΔN−は積分するときの位相の+ ずれによって信号に+、−又は−、十の影響を与えるが
、絶縁後のパルス幅を電圧値に戻す回路のスムージング
コンデンサ36で平滑平均化されるので、 ΔN++ΔN−二〇  ・・・・・・・・・(4)とな
り、雑音の影響は除去される。
次に、第11図にてタイミング制御回路4゜の他の例を
説明する。これは、バランレイン/シリアルアウト又は
シリアル・イン/シリアルアウトの8ビツトシフトレジ
スタ(例えば東芝02MO8TC402113P)5 
zと18ビツトOJ シフトレジスタ(回TC4006
DI’ )52’fz使用したタイミング制御回路であ
る。本回路は、全体を24ビツトのシフトレジスタとし
、最初にイニシャライズ回路53により、bl〜b、’
inレベル、他をLレベルにセットし、信号発振器41
により1.i>o s”ごとに右ヘシフトさせ、b 2
Lをスイッチ制御信号nとしてとりだすものである。こ
の信号nはHレベルになって”/30 X 5 = ’
 /60sec経過すると立ち下がるので、これをシリ
アルイン/パラレルイン コントロール回路54で検出
しパラレルインとし、再びb1〜b5をZIレベルとす
ることにより、サンプリング時間11082周期80m
8のパルスが得られる。本回路はシフトレジスタ51の
PI6をHレベルに接続し全20ビツトの構成とすれば
、サンプリング時間11508、周期66.66”・m
sのパルスが容易に得られる0 次に、第12図はフェーズロックドループ回路60を用
いて信号発振器41石:構成した例である。、即ち、こ
の発振器4Jは、商用電源61の出力をコンパレータ6
2で比較す′ることにより、電源周波わに同期したパル
ス全イひるとともに、この電源周波数に同期させてフェ
ースロックドループ回路60で発振させて300Hzi
得るものである。601はフェーズコンパレータ、60
2は電圧制御発振器、603は分周回路であって切換ス
イップー604により−又はh分周に切換え設定される
。このように7工−ズロツクドルーブ回路60を用いれ
ば、通常電源周波数が比較的安定しているので、更に雑
音除去を完全に行うことができる0 〔発明の効果〕 従って、以上のようなタイミング制御回路を用いた本発
明の電磁流量計によれば、励磁周波数が固定であっても
従来方式と同様に50 Ifz 。
60 Hz  の電源詠導絹音を除去できるので、50
 Hy、  地区と60 H7地区とを区別する必要が
なくなル。更に、従来)−J、 50 H;、  と6
0 H7゜の差が小さくなるよう設M1さ才1ていたが
、固定励磁周波数となるとさほどその必要性がなくなり
、流量側木体の応答性の向上や変換回路の広帯域が従来
はど必要がなくなるので、流量計本体のコスト低減およ
び変換回路の狭帯域化によるS/N 比の向上などが期
待できる。
なお、・リーンシリング時間1/′s、励磁周波数0 50 / 8 Hz  の場合■7か説明していないが
、ザン1/ ブリング時1−G   e、励磁、周波数50/2.(
q:60 整数)の場合でも、サンプリング時間”/’5081励
磁周波数60/  の場合でも同僚に”O/60rIZ
q の雑音が除去できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の方形波励磁方式の電磁流置引の構成図、
第2図は第1図の電磁流景側の各部の信号波形図、#r
’ 3図は第1図のタイミング制御回路の具体的柘成因
、第4区は詑3図の各部の信号波形図、第5図は従来の
電磁K fi、ftlにおける5 0 Hz  、’4
60 Hz  との差による欠点を説明する図、第6図
ないし第8図ンJ木発明の電磁流量計に適用するタイミ
ング制御回路を説明するためQもので、第6図はタイミ
ング制御回路の概念図、第7囚は第6図から出力するス
イッチ制御(5号の波形図、第8図は本発明の、要部で
あるタイミング制御回路の構成図、第9図および第10
図は60 Hz  および50 Hz  (2) %合
の雑音除去の状態を示す図、第11図はタイミング制御
回路の他の構成例を示す図、第12図はタイミング制御
回路に用いる信号発振器の他の構成例を示す図である。 1・・・流量側本体、3・・・励磁コイル、4・・電極
、10・・・パルス幅変換回路、12,16,17・・
・スイッチ、13.14・・・定電流源、15・・・文
流州幅器、30・・・パルス幅・・・電圧変換回路、4
0・・−タイミング制御回路、41・・・信号発振器、
44・・・分周回路、46・・・フリップ・フロップ、
61.52・・・シフトレジスタ、53・・・イニシャ
ンイズ回路、54・・・シリアルイン/パラレルイン−
コン) r:+−ル回9&、6o−°°ンエーズロック
ドループ回Ri、61・・・商用電源、62・・・コン
パレータ〇 出願人イ(埋入 弁理士  @ 江 武 彦第9 第7図 (m)                     (
e’)第 8  図          呂 97− 手続補正書 昭□11.L只3.6.11B 特許庁長官  若 杉 和 大  殿 1、事件の表示 生!i11+!f’l昭 5 7−1  7 1 8 
7 9  案″2、発明の名イイ」・ ′11磁流ぽ計 3、補正をする者 事件との関係 勉許出願人 (307)  東京芝浦゛亀気株式会社4、代理人 6、補正の別家 7補正の内容 (1)明細p(第5 ’US j’F’、’ 18行1
−1の[コン・Qレーダ22の1とあるヲ[フリップ・
フロツ7″230互の1と訂i[する。 (2)  明細j’r ’:IS (’i自第7行目な
いし同頁第9行目の「例えば4〜2011A−DC・・
・回路である。」とあるを1−38は出力回Hであり、
例えば4〜2 Q +uAe D Cの直流アナログ信
号に変換して出力1−るものである。なお、回路21゜
22.24..11のアース点と34.37のアース点
I」: ’R,1,+−った部分にh /、r、うもの
とする。」と訂正1−る。 (3)明細%<i’ 2f’+ 11頁第8行目ないし
同頁第9行目の[第7図f、l m 、 nの出力?+
u JI′7k 7T”す。−1とある又rL′I:を
削除1−る。 (4)明細tFltQ ’L 1白第12 ?1月t7
) l’ 5 Q 14 zの場合」とあるk I” 
50 HZの偶数分の1の周波数のMj1合]とH1市
1゛る。 (5)  明細椙第19自第16行目の「30・・−・
(117幅・・・′市川変換回路」とある%: [3o
・・−・ぞルス幅/電圧変換回路」と訂正する。 (6)  図面I杭1図を別組のようにバ「市”「る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1のスイッチ全制御して方形波の励磁電流を得
    、この励磁電流を励磁コイルに与えることによって導電
    性流体に誘起される電圧を一対のN、極で流量信号とし
    て取出す流量計本体と、この流量計本体から出力された
    流量信号を第2のスイン′f−を制御し°C取込むとと
    もに、前記励磁電流が定常値となるタイミングで第3の
    スイッチ全所定期間オン制御して前記第2のスイッチに
    よって取込んだ(i Fr−をサンプリングし、前記流
    量信号に比例するパルス幅の信号に変換するパルス幅変
    換回路と、前記第1ないし第3のスイン=f−を制御す
    るスイッチ制御信号全出力するタイミング制御回路とを
    備えた電磁流量計におい′〔、前記タイミング制御回路
    は、前記第1および第2のスイッチを制御する第1のス
    イッチ制御信号が前記方形波励磁電流の周波数50 H
    z  の偶数分の1の周波数のとき、前記第3のスイツ
    f’rオンとするサンプリング時間が一0秒になるよう
    に前記第2のスイッチ制御信号を出力し、前記第1のス
    ・「ツブ−制御信号が方形波励磁電流の周波数601’
    ty、 の偶数分の1の周波数のとき、前記第3のスイ
    ッチをオンとするサンプリング時間が1150秒どなる
    ように第2のスイッチ制御信号全出力するようにしたこ
    とを特徴とする電磁流量1i−t。
  2. (2)タイミング制御回路は、300H7のパルス信号
    を出力する信号発生部と、この信号発生部のパルス信号
    を所定の分周比で分周して第2のスイッチ制御信号を・
    得る第1の分周回路と、この第1の分周回路の出力を史
    に分周して第1のスイッチ制御信号ヲ・イヒる第2の分
    周回路とを備えでいることをII′ν徴どする特許請求
    の範囲第1項記載の′ru磁流〃、計。
  3. (3)  タイミング制御回路は300H7のパルス信
    号を出力する(−9発生部と、この信号発生&15の出
    力す、パラレルイン/シリアルアウト又はシリアルイン
    /シリアルアラントのシフトレジスタと4=用いている
    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
    It。
  4. (4)郁号発生部は、フェーズロックドループ回路を用
    いて、商用電源周波数に同期させて300Hzのパルス
    信号を出力するものである特許請求の範囲第2項又は第
    3項ン(−記N’+2の電磁流量計。
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