JP6830862B2

JP6830862B2 - 電磁流量計

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Publication number: JP6830862B2
Application number: JP2017105419A
Authority: JP
Inventors: 喜彦岡山
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2017-05-29
Filing date: 2017-05-29
Publication date: 2021-02-17
Anticipated expiration: 2037-05-29
Also published as: JP2018200249A

Description

本発明は、導電性を有する流体の流量を測定する電磁流量計に関する。

従来から、電磁流量計は、測定管内を流れる流体の流れ方向に対して垂直に磁界を加え、流体の流速に比例した起電力を検出し、検出した起電力をもとに流体の流量を測定するようになっている。電磁流量計が検出する起電力は非常に小さいことから、従来の電磁流量計には、検出値の安定化を図るために、フィルタ処理の一種であるダンピング処理を行うものもある（例えば、特許文献１参照）。特に、測定管内の流体が低流量になると、ノイズ成分が大きくなり、電磁流量計が検出する起電力の安定性が低下する。そのため、特許文献１の電磁流量計は、流体の流量が小さい場合に、ダンピング時定数を大きくすることで、ゼロ点付近のふらつきを小さくし、検出値の安定化を図っている。

ところで、電磁流量計では、ダンピング時定数の決定時における流体の流量の判定に、ダンピング処理前の入力信号を用いるか、ダンピング処理後の出力信号を用いるかによって、流量の減少時である立ち下がり時の処理時間と流量の増加時である立ち上がり時の処理時間との間に違いが生じる。すなわち、ダンピング処理前の入力信号をもとに流量判定を行うと、立ち上がりよりも立ち下がりに時間がかかる。一方、ダンピング処理後の出力信号をもとに流量判定を行うと、立ち下がりよりも立ち上がりに時間がかかる。

特開２０１０−２３２１号公報

しかしながら、特許文献１のような従来の電磁流量計は、立ち下がりであるか立ち上がりであるかにかかわらず、流体の流量の大小を、ダンピング処理後の出力信号に基づいて画一的に判定している。よって、従来の電磁流量計では、立ち下がりに比べて立ち上がりが遅くなるため、流量の積算値に誤差が生じ、流量の積算精度が低下するという課題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、流量の積算値の誤差を抑制し、流量の積算精度の向上を図る電磁流量計を提供することを目的とする。

本発明に係る電磁流量計は、測定管内を流れる流体の流量に応じた起電力を検出する検出器と、検出器において検出された起電力をもとに、流体の流量を求める変換器と、を備え、変換器は、起電力に基づく入力信号にダンピング処理を施して出力信号を生成するダンピング処理部と、サンプリング時間ごとに入力信号と出力信号とを取得し、入力信号の値が出力信号の値よりも小さい場合は出力信号の値をもとにダンピング時定数を求め、入力信号の値が出力信号の値よりも大きい場合は入力信号の値をもとにダンピング時定数を求める判定処理部と、を有し、ダンピング処理部は、判定処理部が求めたダンピング時定数を用いてダンピング処理を行うものである。

本発明は、起電力に基づく入力信号とダンピング処理後の出力信号との大小関係をもとにダンピング時定数を求めることから、流体の流量の増減に対応づけて、立ち下がりの時間と立ち上がりの時間とのバランスを調整することができる。そのため、流量の積算値の誤差を抑制し、流量の積算精度の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係る電磁流量計の構成を概略的に示すブロック図である。図１のダンピング処理部への入力信号が立ち下がりの状態にある場合の判定処理に関する説明図である。図１のダンピング処理部への入力信号が立ち上がりの状態にある場合の判定処理に関する説明図である。図１の時定数決定部がダンピング時定数を求める際に参照する時定数テーブルを例示した表である。図１の時定数決定部が入力信号のみ又は出力信号のみを用いてダンピング時定数を求めた場合のダンピング処理の様子を例示した説明図である。図１の時定数決定部が流量判定部からの流量値を用いてダンピング時定数を求めた場合のダンピング処理の様子を例示した説明図である。図１の電磁流量計の動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態の変形例に係る電磁流量計の時定数決定部が、入力信号のみ又は出力信号のみを用いてダンピング時定数を求め、ダンピングの入出力バッファを初期化した場合のダンピング処理の様子を例示した説明図である。本発明の実施形態の変形例に係る電磁流量計の時定数決定部が流量判定部からの流量値を用いてダンピング時定数を求め、ダンピングの入出力バッファを初期化した場合のダンピング処理の様子を例示した説明図である。

実施形態．
図１は、本発明の実施形態に係る電磁流量計の構成を概略的に示すブロック図である。電磁流量計１００は、導電性を有する流体の流量を測定するものである。図１に示すように、電磁流量計１００は、検出器１０と、変換器２０と、を有している。検出器１０は、測定管１１と、励磁コイル１２と、電極１３ａと、電極１３ｂと、を有している。

測定管１１は、パイプ状に形成され、流体を通過させるものである。電磁流量計１００は、導電性を有する流体が測定管１１内を流れるように配設される。励磁コイル１２は、測定管１１内に磁界を発生させ、測定管１１内を流れる流体に磁界を印加するものである。励磁コイル１２は、磁界の発生方向が、測定管１１内を流れる流体の流れ方向に対して垂直となるように配置されている。

電極１３ａ及び電極１３ｂは、電極１３ａと電極１３ｂとを結ぶ直線が、測定管１１内を流れる流体の流れ方向、及び励磁コイル１２が発生させる磁界の方向に対して直交するように測定管１１内に配置され、一対の電極を構成している。電極１３ａ及び電極１３ｂは、励磁コイル１２が発生させる磁界中を流体が流れることで発生する起電力を検出し、検出した起電力を示す起電力信号を変換器２０へ出力するものである。

変換器２０は、増幅処理回路３０と、Ａ／Ｄ変換器４０と、制御部５０と、励磁部８０と、を有している。増幅処理回路３０は、電極１３ａ及び電極１３ｂから出力される起電力信号を増幅させるものである。増幅処理回路３０は、例えば、交流増幅回路と、サンプルホールド回路と、直流増幅回路と、を含んで構成することができる。交流増幅回路は、電極１３ａからの起電力信号と電極１３ｂからの起電力信号との差を増幅するものである。サンプルホールド回路は、励磁電流Ｉｅｘが正極性及び負極性のそれぞれのときの起電力信号の電圧を保持するものである。直流増幅回路は、励磁電流Ｉｅｘが正極性のときの起電力信号の電圧と、励磁電流Ｉｅｘが負極性のときの起電力信号の電圧との差を増幅するものである。Ａ／Ｄ変換器４０は、増幅処理回路３０において増幅されたアナログの起電力信号をデジタルの起電力信号に変換し、変換した起電力信号を制御部５０に出力するものである。

制御部５０は、演算処理部６０と、記憶部７０と、を有している。演算処理部６０は、励磁制御部６１と、ダンピング処理部６２と、判定処理部６３と、流量演算処理部６４と、出力処理部６５と、を有している。

記憶部７０には、演算処理部６０の動作プログラムが格納されている。例えば、記憶部７０には、初期状態においてダンピング処理部６２が用いるダンピング時定数である初期時定数が記憶されている。また、記憶部７０には、後述する入力信号及び出力信号に対応する流量値とダンピング時定数とが関連づけられた時定数情報が記憶されている。時定数情報では、流量値とダンピング時定数とが、流量値が大きくなるとダンピング時定数が小さくなるように関連づけられている。励磁制御部６１は、励磁部８０に対して励磁電流Ｉｅｘの生成を指示するものである。

ダンピング処理部６２は、Ａ／Ｄ変換器４０から出力される起電力信号にダンピング処理を施し、ダンピング処理後の起電力信号を流量演算処理部６４へ出力するものである。ここで、ダンピング処理とは、一次遅れのデジタルフィルタに基づくフィルタ処理である。以降では、Ａ／Ｄ変換器４０から出力され、ダンピング処理部６２に入力される起電力信号を「入力信号」ともいい、ダンピング処理部６２がダンピング処理後に出力する起電力信号を「出力信号」ともいう。

すなわち、ダンピング処理部６２は、検出器１０において検出された起電力に基づく入力信号にダンピング処理を施して出力信号を生成するものである。より具体的に、ダンピング処理部６２は、入力信号に対し、指定した時間遅れのデジタルフィルタの演算を実施することにより、起電力信号のふらつきを防止するものである。本実施形態において、ダンピング処理部６２は、下記の式（１）に基づくダンピング処理を実行する。

式（１）において、ＫＦは、一次遅れのデジタルフィルタにおける係数であり、「ＫＦ＝ＴＳ／（ＴＳ＋ＴＫ）」の関係がある。ＴＳは、予め設定されたサンプリング時間であり、ＴＫは、ダンピング時定数である。また、ｎは、サンプリングタイミングを示すものである。すなわち、Ｘ_ｎは、今回のタイミングでサンプリングした入力信号の値であり、Ｙ_ｎは、今回のタイミングで生成した出力信号の値であり、Ｙ_ｎ−１は、Ｙ_ｎの１つ前のタイミングで生成した出力信号の値である。

判定処理部６３は、サンプリング時間ＴＳごとに入力信号と出力信号とを取得するものである。そして、判定処理部６３は、入力信号の値が出力信号の値よりも小さい場合、出力信号の値をもとにダンピング時定数を求めるものである。また、判定処理部６３は、入力信号の値が出力信号の値よりも大きい場合、入力信号の値をもとにダンピング時定数を求めるものである。

図１に示すように、判定処理部６３は、流量判定部６３ａと、時定数決定部６３ｂと、を有している。流量判定部６３ａは、サンプリング時間ＴＳごとに、入力信号と出力信号とを取得して、入力信号の値と出力信号の値とを比較するものである。そして、流量判定部６３ａは、入力信号の値と出力信号の値との大小について判定し、判定に基づく情報を時定数決定部６３ｂへ出力するものである。

図２は、図１のダンピング処理部への入力信号が立ち下がりの状態にある場合の判定処理に関する説明図である。図３は、図１のダンピング処理部への入力信号が立ち上がりの状態にある場合の判定処理に関する説明図である。図２及び図３を参照して、流量判定部６３ａが行う判定処理について具体的に説明する。ここで、立ち下がりの状態とは、流体の流量が減少しており、入力信号の値が小さくなる方向に変化している状態のことである。立ち上がりの状態とは、流体の流量が増加しており、入力信号の値が大きくなる方向に変化している状態のことである。説明の便宜上、図２では、入力信号Ｉｓが２５％から０％に低下した場合を例示し、図３では、入力信号Ｉｓが０％から２５％に上昇した場合を例示する。また、図２及び図３では、サンプリングタイミングとして、時刻ｔ_０と時刻ｔ_１とを例示している。

流量判定部６３ａは、サンプリング時間ＴＳごとに、入力信号Ｉｓの値と出力信号Ｏｓの値とを比較するものである。図２における時刻ｔ_０では、入力信号Ｉｓの値と出力信号Ｏｓの値とが等しいため、流量判定部６３ａは、入力信号Ｉｓの値を流量値として時定数決定部６３ｂへ出力するようになっている。一方、図２における時刻ｔ_１では、入力信号Ｉｓの値Ｆ_ｉｎよりも出力信号Ｏｓの値Ｆ_ｏｕｔの方が大きくなっているため、立ち下がりの状態にあると判断することができる。よって、流量判定部６３ａは、時刻ｔ_１では、出力信号Ｏｓの値Ｆ_ｏｕｔを流量値として時定数決定部６３ｂへ出力するようになっている。すなわち、流量判定部６３ａは、各サンプリングタイミングにおいて、入力信号の値よりも出力信号の値の方が大きい場合、出力信号の値を流量値として時定数決定部６３ｂへ出力するようになっている。

図３における時刻ｔ_０では、入力信号Ｉｓの値と出力信号Ｏｓの値とが等しいため、流量判定部６３ａは、入力信号Ｉｓの値を流量値として時定数決定部６３ｂへ出力するようになっている。一方、図３における時刻ｔ_１では、入力信号Ｉｓの値Ｆ_ｉｎよりも出力信号Ｏｓの値Ｆ_ｏｕｔの方が小さくなっているため、立ち上がりの状態にあると判断することができる。よって、流量判定部６３ａは、時刻ｔ_１では、入力信号Ｉｓの値Ｆ_ｉｎを流量値として時定数決定部６３ｂへ出力するようになっている。すなわち、流量判定部６３ａは、各サンプリングタイミングにおいて、入力信号の値よりも出力信号の値の方が小さい場合、入力信号の値を流量値として時定数決定部６３ｂへ出力するようになっている。

このように、本実施形態では、ダンピング処理の前後の信号値のうち、絶対値の大きい方がどちらであるかを判定することにより、立ち下がりの状態にあるか、立ち上がりの状態にあるかを判別する方式を採用している。もっとも、流量判定部６３ａは、入力信号Ｉｓの値と出力信号Ｏｓの値とが等しい場合に、出力信号Ｏｓの値を流量値として時定数決定部６３ｂへ出力するようにしてもよい。

時定数決定部６３ｂは、流量判定部６３ａから出力される流量値をもとに、ダンピング時定数を求め、求めたダンピング時定数をダンピング処理部６２へ出力するものである。時定数決定部６３ｂは、流量判定部６３ａから出力される流量値を、記憶部７０内の時定数情報に照らすことにより、ダンピング時定数を求めるようになっている。

図４は、図１の時定数決定部がダンピング時定数を求める際に参照する時定数テーブルを例示した表である。ここでは、記憶部７０に、時定数情報として、図４に例示する時定数テーブルが記憶されているものとする。図４では、ダンピング時定数が３段階に設定された時定数テーブルを例示している。なお、図４の流量値は、入力信号及び出力信号に対応しており、時定数テーブルでは、流量値とダンピング時定数とが、流量値が大きくなるとダンピング時定数が小さくなるように関連づけられている。

時定数決定部６３ｂは、流量判定部６３ａから出力される流量値が５％以上である場合、ダンピング時定数を１ｓに決定するようになっている。ここで、流量値５％以上の範囲に対応するダンピング時定数を「基本時定数」ともいう。基本時定数は、前述した
初期時定数と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

また、時定数決定部６３ｂは、流量判定部６３ａから出力される流量値が１％以上５％未満である場合、ダンピング時定数を１０ｓに決定するようになっている。さらに、時定数決定部６３ｂは、流量判定部６３ａから出力される流量値が１％未満である場合、ダンピング時定数を２０ｓに決定するようになっている。そして、時定数決定部６３ｂは、決定したダンピング時定数をダンピング処理部６２へ出力するようになっている。

図５は、図１の時定数決定部が入力信号のみ又は出力信号のみを用いてダンピング時定数を求めた場合のダンピング処理の様子を例示した説明図である。図６は、図１の時定数決定部が流量判定部からの流量値を用いてダンピング時定数を求めた場合のダンピング処理の様子を例示した説明図である。図５及び図６には、説明の便宜上、０％〜２５％の矩形波を入力したときのローフローカット後の波形を示している。ここで、図５には、本実施形態の比較例におけるダンピング処理を示し、図６には、本実施形態におけるダンピング処理を示している。図４〜図６を参照して、本実施形態におけるダンピング処理について説明する。

図５（ａ）には、立ち下がりの状態及び立ち上がりの状態の双方で入力信号をもとにダンピング時定数を求めた場合のダンピング処理後の出力信号Ｏ_ｉｎを示している。図５（ｂ）には、立ち下がりの状態及び立ち上がりの状態の双方で出力信号をもとにダンピング時定数を求めた場合のダンピング処理後の出力信号Ｏ_ｏｕｔを示している。図５（ａ）では、立ち下がり開始直後のサンプリングタイミングとして時刻ｔ_２を例示し、立ち上がり開始直後のサンプリングタイミングとして時刻ｔ_３を例示している。図５（ｂ）では、立ち下がり開始直後のサンプリングタイミング、及びそれ以降の任意のサンプリングタイミングとして、時刻ｔ_４、時刻ｔ_５、時刻ｔ_６を例示している。また、図５（ｂ）では、立ち上がり開始直後のサンプリングタイミング、及びそれ以降の任意のサンプリングタイミングとして、時刻ｔ_７、時刻ｔ_８、時刻ｔ_９を例示している。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）には、矩形波状の入力信号Ｉｓを破線で示している。後述する図６、図８、及び図９においても同様である。

ここで、時定数決定部６３ｂが、図４の時定数テーブルを用いる場合を想定する。
図５（ａ）の場合、時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_２における入力信号Ｉｓの値が０％であるため、立ち下がり開始直後におけるダンピング時定数を２０ｓに決定する。また、時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_３における入力信号Ｉｓの値が２５％であるため、立ち上がり開始直後におけるダンピング時定数を１ｓに決定する。したがって、ダンピング処理部６２によるダンピング処理後の出力信号Ｏ_ｉｎは、立ち上がりよりも立ち下がりに時間がかかっている。その結果、図５（ａ）の場合では、入力信号Ｉｓと出力信号Ｏ_ｉｎとの間の、立ち下がりにおける領域Ｄ_ｉｎと、立ち上がりにおける領域Ｕ_ｉｎとの間に大きな差が生じるため、精確な流量値を求めることができず、流量の積算精度が低下することになる。

図５（ｂ）の場合、時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_４における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が５％を超えているため、立ち下がり開始直後におけるダンピング時定数を１ｓに決定する。時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_５における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が１％以上５％未満であるため、ダンピング時定数を１０ｓに決定する。時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_６における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が１％未満であるため、ダンピング時定数を２０ｓに決定する。また、時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_７における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が１％未満であるため、立ち上がり開始直後におけるダンピング時定数を２０ｓに決定する。時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_８における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が１％以上５％未満であるため、ダンピング時定数を１０ｓに決定する。時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_９における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が５％以上であるため、ダンピング時定数を１ｓに決定する。したがって、ダンピング処理部６２によるダンピング処理後の出力信号Ｏ_ｏｕｔは、立ち下がりよりも立ち上がりに時間がかかっている。その結果、図５（ｂ）の場合では、入力信号Ｉｓと出力信号Ｏ_ｏｕｔとの間の、立ち下がりにおける領域Ｄ_ｏｕｔと、立ち上がりにおける領域Ｕ_ｏｕｔとの間に大きな差が生じるため、精確な流量値を求めることができず、流量の積算精度が低下することになる。

これに対し、本実施形態における時定数決定部６３ｂは、上述したように、流量判定部６３ａからの流量値をもとにダンピング時定数を求めるように構成されている。図６には、立ち下がりの状態で出力信号を用い、立ち上がりの状態で入力信号を用いてダンピング時定数を求めた場合のダンピング処理後の出力信号Ｏｓを示している。図６では、複数のサンプリングタイミングを、図５（ａ）の立ち上がりと、図５（ｂ）の立ち下がりとに対応づけて例示している。

ここで、時定数決定部６３ｂが、図４の時定数テーブルを用いる場合を想定する。
時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_４における出力信号Ｏｓの値が５％を超えているため、立ち下がり開始直後におけるダンピング時定数を１ｓに決定する。時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_５における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が１％以上５％未満であるため、ダンピング時定数を１０ｓに決定する。時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_６における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が１％未満であるため、ダンピング時定数を２０ｓに決定する。また、時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_３における入力信号Ｉｓの値が２５％であるため、立ち上がりにおけるダンピング時定数を１ｓに決定する。したがって、ダンピング処理部６２によるダンピング処理後の出力信号Ｏｓは、立ち下がりの時間と立ち上がりの時間とが同程度になっている。その結果、入力信号Ｉｓと出力信号Ｏｓとの間の、立ち下がりにおける領域Ｄ_ｏｕｔと、立ち上がりにおける領域Ｕ_ｉｎとの間の差を小さくすることができるため、精確な流量値を求めることができ、流量の積算精度の向上を図ることができる。

流量演算処理部６４は、ダンピング処理部６２からの出力信号をもとに、測定管１１内を流れている現在の流体の流量を求め、求めた流量の情報を出力処理部６５へ出力するものである。流量演算処理部６４は、測定管１１内を流れる流体の熱量を演算する機能を有していてもよい。出力処理部６５は、流量演算処理部６４が求めた流量の情報を外部の機器等へ出力するものである。ここで、変換器２０が、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙ）からなる表示部、又は７セグメント式の表示部などを有する場合、出力処理部６５は、流量演算処理部６４が求めた流量の情報を表示部に表示させるものであってよい。

励磁部８０は、励磁制御部６１からの指示に応じて、極性が交互に変化する励磁周波数ｆｅｘの励磁電流Ｉｅｘを励磁コイル１２に供給するものである。すなわち、本実施形態では、図１に示すように、矩形波励磁方式を採用している。

演算処理部６０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）又はＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）等の演算装置と、こうした演算装置と協働して上記の各種機能を実現させる動作プログラムとによって構成することができる。記憶部７０は、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等のＰＲＯＭ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）、又はＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）等により構成することができる。

図７は、図１の電磁流量計の動作を示すフローチャートである。図７を参照して、制御部５０の処理内容を説明する。

ダンピング処理部６２は、増幅処理回路３０及びＡ／Ｄ変換器４０を介して、検出器１０からの起電力信号を入力信号として取得する。次いで、ダンピング処理部６２は、初期時定数を用いて、入力信号に対し、式（１）に基づくダンピング処理を施し、出力信号を生成する。その際、ダンピング処理部６２は、式（１）において最初「Ｙ_ｎ＝Ｙ_ｎ−１＝Ｘ_ｎ」とすることによりダンピング処理を開始する。そして、ダンピング処理部６２は、生成した出力信号を流量演算処理部６４へ出力する（ステップＳ１０１）。

流量判定部６３ａは、ダンピング処理部６２に入力される入力信号と、ダンピング処理部６２から出力される出力信号とを取得する（ステップＳ１０２）。次いで、流量判定部６３ａは、入力信号の値と出力信号の値との大小を比較し、入力信号の値が出力信号の値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

流量判定部６３ａは、入力信号の値が出力信号の値よりも小さければ（ステップＳ１０３／Ｙｅｓ）、立ち下がりの状態にあると判断することができるため、出力信号の値を流量値として時定数決定部６３ｂへ出力する（ステップＳ１０４）。一方、流量判定部６３ａは、入力信号の値が出力信号の値以上であれば（ステップＳ１０３／Ｎｏ）、入力信号の値を流量値として時定数決定部６３ｂへ出力する。これは、入力信号の値が出力信号の値よりも大きければ、立ち上がりの状態にあると判断することができるからである。また、入力信号の値と出力信号の値とが等しい場合は、どちらの値を送信してもよいため、本実施の形態では、流量判定部６３ａが、入力信号の値を時定数決定部６３ｂへ出力するようになっている（ステップＳ１０５）。

次いで、時定数決定部６３ｂは、流量判定部６３ａから出力された流量値を、時定数情報に照らすことにより、ダンピング時定数を求める（ステップＳ１０６）。そして、時定数決定部６３ｂは、求めたダンピング時定数をダンピング処理部６２へ出力する（ステップＳ１０７）。ダンピング処理部６２は、時定数決定部６３ｂから取得したダンピング時定数を用いて、入力信号に対し、式（１）に基づくダンピング処理を施し、出力信号を生成する。そして、ダンピング処理部６２は、生成した出力信号を流量演算処理部６４へ出力する（ステップＳ１０８）。制御部５０は、ステップＳ１０２〜Ｓ１０８の一連の処理を、サンプリング時間ＴＳごとに繰り返し実行する。

ここで、上記の説明では、時定数決定部６３ｂが、求めたダンピング時定数をダンピング処理部６２へ出力する場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、時定数決定部６３ｂは、求めたダンピング時定数を記憶部７０に記憶させるようにしてもよい。そして、ダンピング処理部６２は、時定数決定部６３ｂがサンプリングタイミングごとに記憶部７０に記憶させたダンピング時定数を読み出してダンピング処理を行うようにしてもよい。

以上のように、本実施形態における電磁流量計１００は、起電力に基づく入力信号とダンピング処理後の出力信号との大小関係をもとにダンピング時定数を求める。そのため、流体の流量の増減に対応づけて、立ち下がりの時間と立ち上がりの時間とのバランスを調整することができるため、流量の積算値の誤差を抑制し、流量の積算精度の向上を図ることができる。

ところで、ダンピング処理部６２に入力される信号の波形は一定ではなく、実際には、ダンピング処理部６２にどんな波形の信号が入力されるか分からない。この点、本実施形態では、ダンピング処理後の出力信号は入力信号よりも遅延することに着目し、ダンピング処理の前後の信号値のうち、絶対値の大きい方がどちらであるかを判定する方式を採用している。すなわち、電磁流量計１００は、入力信号が立ち下がりの状態にあれば「入力信号の値＜出力信号の値」となり、入力信号が立ち上がりの状態にあれば「入力信号の値＞出力信号の値」となることを利用して、立ち下がりの状態にあるか、立ち上がりの状態にあるかを判別するようになっている。そのため、電磁流量計１００によれば、立ち下がりに出力信号を用い、立ち上がりに入力信号を用いるという処理を自動的に行うことができるため、精度のよい流量測定を実現することができる。

また、記憶部７０には、流量値の範囲とダンピング時定数とが段階的に関連づけられた時定数テーブルが記憶されている。そして、判定処理部６３は、入力信号の値又は出力信号の値を時定数テーブルに照らしてダンピング時定数を求めるようになっている。そのため、流量値の閾値（図４の例では１％及び５％）を基準としたダンピング時定数の切替処理を精度よく行うことができる。すなわち、電磁流量計１００によれば、図６の例のように、立ち下がりの状態と立ち下がりの状態との双方において、基本時定数を用いたダンピング処理を行うことができるため、流量の積算値の誤差を小さくすることができる。

さらに、本実施形態の電磁流量計１００は、ダンピング時定数が変化したときに初期化を行わないことから、流量値が閾値を跨いで変化し、ダンピング時定数が切り替わったときでも、出力信号が円滑に変化するため、流体の流量を精度よく測定することができる。

ここで、時定数情報は、図４のようなテーブル情報に限らず、流量とダンピング時定数とが、流量が大きくなるとダンピング時定数が小さくなるように関連づけられたグラフ等の情報であってもよい。この場合、時定数情報は、流量がある値を超えると、ダンピング時定数が一定となるように構成するとよい。このようにしても、本実施形態の電磁流量計１００は、ダンピング時定数が変化したときに初期化を行わないことから、ダンピング時定数の切り替わりの際に、出力信号が急激に変化する飛びが発生しないため、流体の流量を精度よく測定することができる。

＜変形例＞
図８は、本発明の実施形態の変形例に係る電磁流量計の時定数決定部が、入力信号のみ又は出力信号のみを用いてダンピング時定数を求め、ダンピングの入出力バッファを初期化した場合のダンピング処理の様子を例示した説明図である。図９は、本発明の実施形態の変形例に係る電磁流量計の時定数決定部が流量判定部からの流量値を用いてダンピング時定数を求め、ダンピングの入出力バッファを初期化した場合のダンピング処理の様子を例示した説明図である。本変形例の電磁流量計は、ダンピング時定数が変化したときに初期化を行う点に特徴があるが、図１の例と同様に構成されているため、同等の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。

本変形例のダンピング処理部６２は、判定処理部６３が求めたダンピング時定数が、前回のサンプリングタイミングで判定処理部６３が求めたダンピング時定数から変化している場合に、初期化を行うように構成されている。本変形例において、ダンピング処理部６２は、ダンピング時定数が変更されたとき、式（１）において「Ｙ_ｎ＝Ｙ_ｎ−１＝Ｘ_ｎ」とすることにより初期化を行い、ダンピング処理を実行するようになっている。

図８及び図９には、説明の便宜上、０％〜２５％の矩形波を入力したときのローフローカット後の波形を示している。ここで、図８には、本変形例の比較例におけるダンピング処理を示し、図９には、本変形例におけるダンピング処理を示している。図４と図８及び図９とを参照して、本変形例におけるダンピング処理について説明する。

図８（ａ）には、立ち下がりの状態及び立ち上がりの状態の双方で入力信号をもとにダンピング時定数を求めた場合のダンピング処理後の出力信号Ｏ_ｉｎを示している。図８（ｂ）には、立ち下がりの状態及び立ち上がりの状態の双方で出力信号をもとにダンピング時定数を求めた場合のダンピング処理後の出力信号Ｏ_ｏｕｔを示している。図８（ａ）では、立ち下がり開始直後のサンプリングタイミングとして時刻ｔ_２を例示し、立ち上がり開始直後のサンプリングタイミングとして時刻ｔ_３を例示している。図８（ｂ）では、立ち下がり開始直後のサンプリングタイミング、及びそれ以降の任意のサンプリングタイミングとして、時刻ｔ_４、時刻ｔ_５、時刻ｔ_６を例示している。また、図８（ｂ）では、立ち上がり開始直後のサンプリングタイミング、及びそれ以降の任意のサンプリングタイミングとして、時刻ｔ_７、時刻ｔ_８、時刻ｔ_９を例示している。

ここで、時定数決定部６３ｂが、図４の時定数テーブルを用いる場合を想定する。
図８（ａ）の場合、時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_２における入力信号Ｉｓの値が０％であるため、立ち下がり開始直後におけるダンピング時定数を２０ｓに決定する。本変形例のダンピング処理部６２は、ダンピング時定数が変更されたときに初期化を行うため、図８（ａ）に示すように、ダンピング時定数の切り替わりの際に飛びが発生し、出力信号Ｏ_ｉｎが急激に低下する。

また、時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_３における入力信号Ｉｓの値が２５％であるため、立ち上がりにおけるダンピング時定数を１ｓに決定する。本変形例のダンピング処理部６２は、ダンピング時定数が変更されたときに初期化を行うため、図８（ａ）に示すように、ダンピング時定数の切り替わりの際に飛びが発生している。

したがって、ダンピング処理部６２によるダンピング処理後の出力信号Ｏ_ｉｎは、立ち上がりよりも立ち下がりの方が早くなっている。その結果、図８（ａ）の場合では、入力信号Ｉｓと出力信号Ｏ_ｉｎとの間の、立ち下がりにおける領域Ｄ_ｉｎと、立ち上がりにおける領域Ｕ_ｉｎとの間に大きな差が生じるため、精確な流量値を求めることができず、流量の積算精度が低下することになる。

図８（ｂ）の場合、時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_４における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値５％を超えているため、立ち下がり開始直後におけるダンピング時定数を１ｓに決定する。時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_５における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が１％以上５％未満であるため、ダンピング時定数を１０ｓに決定する。時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_６における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が１％未満であるため、ダンピング時定数を２０ｓに決定する。本変形例のダンピング処理部６２は、ダンピング時定数が変更されたときに初期化を行うため、ダンピング時定数の切り替わりの際に、図５（ｂ）の場合よりも、出力信号Ｏ_ｏｕｔの変化が大きくなっている。

また、時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_７における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が１％未満であるため、立ち上がり開始直後におけるダンピング時定数を２０ｓに決定する。時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_８における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が１％以上５％未満であるため、ダンピング時定数を１０ｓに決定する。時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_９における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が５％以上であるため、ダンピング時定数を１ｓに決定する。本変形例のダンピング処理部６２は、ダンピング時定数が変更されたときに初期化を行うため、図５（ｂ）の場合よりも、出力信号Ｏ_ｏｕｔの変化が大きくなっている。特に、ダンピング時定数を２０ｓに決定したときに、出力信号Ｏ_ｏｕｔが急激に変化している。

したがって、ダンピング処理部６２によるダンピング処理後の出力信号Ｏ_ｏｕｔは、立ち下がりよりも立ち上がりに時間がかかっている。その結果、図８（ｂ）の場合では、入力信号Ｉｓと出力信号Ｏ_ｏｕｔとの間の、立ち下がりにおける領域Ｄ_ｏｕｔと、立ち上がりにおける領域Ｕ_ｏｕｔとの間に大きな差が生じるため、精確な流量値を求めることができず、流量の積算精度が低下することになる。

これに対し、本変形例における時定数決定部６３ｂは、上述したように、流量判定部６３ａからの流量値をもとにダンピング時定数を求めるように構成されている。図９には、立ち下がりの状態で出力信号を用い、立ち上がりの状態で入力信号を用いてダンピング時定数を求めた場合のダンピング処理後の出力信号Ｏｓを示している。図９では、複数のサンプリングタイミングを、図８（ａ）の立ち上がりと、図８（ｂ）の立ち下がりとに対応づけて例示している。

ここで、時定数決定部６３ｂが、図４の時定数テーブルを用いる場合を想定する。
時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_４における出力信号Ｏｓの値が５％を超えているため、立ち下がりにおけるダンピング時定数を１ｓに決定する。時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_５における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が１％以上５％未満であるため、ダンピング時定数を１０ｓに決定する。時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_６における出力信号Ｏ_ｏｕｔの値が１％未満であるため、ダンピング時定数を２０ｓに決定する。また、時定数決定部６３ｂは、時刻ｔ_３における入力信号Ｉｓの値が２５％であるため、立ち上がりにおけるダンピング時定数を１ｓに決定する。したがって、ダンピング処理部６２によるダンピング処理後の出力信号Ｏｓは、立ち下がりの時間と立ち上がりの時間とが同程度になっている。その結果、入力信号Ｉｓと出力信号Ｏｓとの間の、立ち下がりにおける領域Ｄ_ｏｕｔと、立ち上がりにおける領域Ｕ_ｉｎとの間の差を小さくすることができるため、精確な流量値を求めることができ、流量の積算精度の向上を図ることができる。ただし、本変形例のダンピング処理部６２は、ダンピング時定数が変更されたときに初期化を行うため、図９に示すように、ダンピング時定数の切り替わりの際に飛びが発生している。

（まとめ）
ここで、図５、図６、図８、及び図９を参照して、本実施形態における電磁流量計１００について考察する。図５と図６との比較、及び図８と図９との比較によると、ダンピング時定数の切り替わりの際、初期化を行う場合でも、初期化を行わない場合でも、本願の方式、すなわち、立ち下がりに出力信号を用い、立ち上がりに入力信号を用いる方式の方が、流量値の誤差が少ないといえる。さらに、図５と図９との比較、及び図６と図８との比較を交えると、初期化を行うか否かにかかわらず、本願の方式の方が、入力信号のみ又は出力信号のみを用いてダンピング時定数を求める方式よりも、流量値の誤差が少ないことがわかる。

ここで、図６と図９とを比較すると、ダンピング時定数の切り替わりの際に飛びが発生する変形例の方が、流量値の誤差が大きくなっている。したがって、立ち下がりに出力信号を用い、立ち上がりに入力信号を用いることによりダンピング時定数を求め、ダンピング時定数の切り替わりの際に初期化を行わない処理が最も好ましいといえる。

上述した実施形態は、電磁流量計における好適な具体例であり、本発明の技術的範囲は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、図４の時定数テーブルでは、流量の閾値として１％及び５％を採用しているが、これに限らず、時定数テーブルにおける流量の閾値は、任意に設定変更することができる。また、図４の時定数テーブルでは、ダンピング時定数として、１ｓと１０ｓと２０ｓとを例示したが、これに限らず、時定数テーブルにおけるダンピング時定数は、任意に設定変更することができる。例えば、流量５％以上に対応するダンピング時定数は２ｓであってもよい。さらに、図４では、ダンピング時定数が３段階に設定された時定数テーブルを例示したが、これに限らず、時定数テーブルは、ダンピング時定数が２段階に設定されたものであってもよく、４段階以上に設定されたものであってもよい。

ここで、変換器２０は、ユーザの操作を受け付ける操作部を有するようにしてもよい。もしくは、制御部５０が、外部の機器との連携によりユーザの操作を受け付ける機能を有していてもよい。そして、ユーザが、操作部又は外部の機器を介して、流量の閾値及びダンピング時定数を設定し変更できるようにしてもよい。

１０検出器、１１測定管、１２励磁コイル、１３ａ、１３ｂ電極、２０変換器、３０増幅処理回路、４０Ａ／Ｄ変換器、５０制御部、６０演算処理部、６１励磁制御部、６２ダンピング処理部、６３判定処理部、６３ａ流量判定部、６３ｂ時定数決定部、６４流量演算処理部、６５出力処理部、７０記憶部、８０励磁部、１００電磁流量計。

Claims

測定管内を流れる流体の流量に応じた起電力を検出する検出器と、
前記検出器において検出された前記起電力をもとに、前記流体の流量を求める変換器と、を備え、
前記変換器は、
前記起電力に基づく入力信号にダンピング処理を施して出力信号を生成するダンピング処理部と、
サンプリング時間ごとに前記入力信号と前記出力信号とを取得し、前記入力信号の値が前記出力信号の値よりも小さい場合は前記出力信号の値をもとにダンピング時定数を求め、前記入力信号の値が前記出力信号の値よりも大きい場合は前記入力信号の値をもとにダンピング時定数を求める判定処理部と、を有し、
前記ダンピング処理部は、
前記判定処理部が求めたダンピング時定数を用いて前記ダンピング処理を行うものである電磁流量計。
前記入力信号及び前記出力信号に対応する流量値とダンピング時定数とが、前記流量値が大きくなるとダンピング時定数が小さくなるように関連づけられた時定数情報を記憶する記憶部をさらに有し、
前記判定処理部は、
前記入力信号の値又は前記出力信号の値を前記時定数情報に照らしてダンピング時定数を求めるものである請求項１に記載の電磁流量計。
前記時定数情報は、
前記流量値の範囲とダンピング時定数とが段階的に関連づけられたテーブル情報である請求項２に記載の電磁流量計。
前記ダンピング処理部は、
前記判定処理部が求めたダンピング時定数が、前回のサンプリングタイミングで前記判定処理部が求めたダンピング時定数から変化している場合に初期化を行うものである請求項１〜３の何れか一項に記載の電磁流量計。