JPH0216852B2 - - Google Patents
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- JPH0216852B2 JPH0216852B2 JP56212523A JP21252381A JPH0216852B2 JP H0216852 B2 JPH0216852 B2 JP H0216852B2 JP 56212523 A JP56212523 A JP 56212523A JP 21252381 A JP21252381 A JP 21252381A JP H0216852 B2 JPH0216852 B2 JP H0216852B2
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- zero
- flow rate
- negative
- noise
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/56—Measuring 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
- G01F1/58—Measuring 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
- G01F1/60—Circuits therefor
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、低周波励磁方式の電磁流量計の改良
に関する。
に関する。
一般に電磁流量計は、流体の流れ方向に対して
垂直に磁界を与え、同時に流体流路中の電気的信
号の変化を検出し、これに基づいて流体の流量を
計測するように構成されている。最近の電磁流量
計は、交流励磁方式や直流励磁方式に比して零点
の安定性にすぐれている台形波励磁や方形波励磁
などと呼ばれている低周波励磁方式のものが多く
用いられている。低周波励磁方式の電磁流量計で
は、励磁コイルに供給する電流を2つの定常値間
で周期的に切換えて、励磁電流が一定になつたと
き電極間に発生する誘起電圧をそれぞれ1回ずつ
サンプリングした後隣り合つたサンプリング信号
の差をとることにより、電気化学的な直流電圧や
回路に基づくオフセツト電圧による影響を除去
し、流体の流量に対応した信号を得ている。この
ような低周波励磁方式の電磁流量計においても、
励磁電流が一定値に達してから十分な時間が経過
した後サンプリングしないと零点がドリフトす
る。これは電極間に発生する誘起電圧に、流体の
流量に比例した信号成分と電気化学的な直流電圧
や回路によるオフセツト電圧の外に、励磁電流の
切換時に電極と電極リード間のループで生ずる電
磁結合ノイズと流体中を流れる渦電流が液抵抗と
電極の界面電気二重層容量とで形成される一次遅
れ回路によつて生ずる渦電流ノイズとを含む励磁
電流の切換えに伴うノイズ成分が重畳されている
ためである。電磁結合ノイズと渦電流ノイズとは
励磁電流を切換えるたびに極性が反転するので、
隣り合うサンプリング信号の差をとつても消去で
きず、しかも電磁結合ノイズは短時間で零になる
が、渦電流ノイズは十分に時間が経過しないと零
にならないためである。よつて、零点の安定性の
面から考えると励磁周波数は低いほど有利であ
り、実用化されている電磁流量計には商用電源周
波数の1/32に選ばれているものもある。ところが
励磁周波数をあまり低くすると応答性が遅くなつ
たり、制御ループを組んだときハンチングを生じ
たりする。
垂直に磁界を与え、同時に流体流路中の電気的信
号の変化を検出し、これに基づいて流体の流量を
計測するように構成されている。最近の電磁流量
計は、交流励磁方式や直流励磁方式に比して零点
の安定性にすぐれている台形波励磁や方形波励磁
などと呼ばれている低周波励磁方式のものが多く
用いられている。低周波励磁方式の電磁流量計で
は、励磁コイルに供給する電流を2つの定常値間
で周期的に切換えて、励磁電流が一定になつたと
き電極間に発生する誘起電圧をそれぞれ1回ずつ
サンプリングした後隣り合つたサンプリング信号
の差をとることにより、電気化学的な直流電圧や
回路に基づくオフセツト電圧による影響を除去
し、流体の流量に対応した信号を得ている。この
ような低周波励磁方式の電磁流量計においても、
励磁電流が一定値に達してから十分な時間が経過
した後サンプリングしないと零点がドリフトす
る。これは電極間に発生する誘起電圧に、流体の
流量に比例した信号成分と電気化学的な直流電圧
や回路によるオフセツト電圧の外に、励磁電流の
切換時に電極と電極リード間のループで生ずる電
磁結合ノイズと流体中を流れる渦電流が液抵抗と
電極の界面電気二重層容量とで形成される一次遅
れ回路によつて生ずる渦電流ノイズとを含む励磁
電流の切換えに伴うノイズ成分が重畳されている
ためである。電磁結合ノイズと渦電流ノイズとは
励磁電流を切換えるたびに極性が反転するので、
隣り合うサンプリング信号の差をとつても消去で
きず、しかも電磁結合ノイズは短時間で零になる
が、渦電流ノイズは十分に時間が経過しないと零
にならないためである。よつて、零点の安定性の
面から考えると励磁周波数は低いほど有利であ
り、実用化されている電磁流量計には商用電源周
波数の1/32に選ばれているものもある。ところが
励磁周波数をあまり低くすると応答性が遅くなつ
たり、制御ループを組んだときハンチングを生じ
たりする。
そこで、電磁流量計発信器の励磁コイルに定常
値が零・正・零・負の順で繰り返す励磁電流を供
給し、電磁流量計発信器から与えられる励磁電流
の定常値が正の前の零のときの信号電圧と正のと
きの信号電圧との差、または負の前の零のときの
信号電圧と負のときの信号電圧との差を求めれば
励磁電流の切換えに伴うノイズ成分の影響を小さ
くすることができる。しかしながらこの方式にお
いても、励磁電流の定常値が正または負のときの
ノイズ成分の大きさと定常値が零のときのノイズ
成分の大きさに差があるため、その影響を受け
る。
値が零・正・零・負の順で繰り返す励磁電流を供
給し、電磁流量計発信器から与えられる励磁電流
の定常値が正の前の零のときの信号電圧と正のと
きの信号電圧との差、または負の前の零のときの
信号電圧と負のときの信号電圧との差を求めれば
励磁電流の切換えに伴うノイズ成分の影響を小さ
くすることができる。しかしながらこの方式にお
いても、励磁電流の定常値が正または負のときの
ノイズ成分の大きさと定常値が零のときのノイズ
成分の大きさに差があるため、その影響を受け
る。
本発明は、励磁電流を切換えるときに発生する
渦電流が電極と測定流体との間に形成される抵抗
とコンデンサにより分圧されて電極間に発生する
微分ノイズが変動し、さらに、励磁電流の定常値
が正または負のときのノイズ成分の大きさと定常
値が零のときのノイズ成分の大きさとの間に差が
ある点に着目し、これ等に起因して零点が変化す
るのを除去することを目的とする。
渦電流が電極と測定流体との間に形成される抵抗
とコンデンサにより分圧されて電極間に発生する
微分ノイズが変動し、さらに、励磁電流の定常値
が正または負のときのノイズ成分の大きさと定常
値が零のときのノイズ成分の大きさとの間に差が
ある点に着目し、これ等に起因して零点が変化す
るのを除去することを目的とする。
第1図は本発明電磁流量計の一実施例を示す接
続図である。図において、1は励磁回路で、直流
定電流源11と、定電流源11からの一定流量Is
を切換えるスイツチ12a,12bとを有してい
る。2は電磁流量計発信器で、励磁コイル21、
流体が流れるパイプ22および電極22a,23
bを備えている。3は信号処理回路で、電磁流量
計発信器2の電極23a,23b間に誘起する電
圧eaを増幅する交流増幅器31と、増幅器31の
出力ebをサンプリングするスイツチ32と、スイ
ツチ32でサンプリングされた増幅器出力ebをデ
イジタル信号に変換するA/D変換器33と、
A/D変換器33からのデイジタル信号に基づい
て所望のデイジタル演算を行うマイクロプロセツ
サ34と、マイクロプロセツサ34の出力をアナ
ログ信号に変換するD/A変換器35と、D/A
変換器35の出力をサンプルホールドし出力電圧
epを発生するサンプルホールド回路36とを有し
ている。マイクロプロセツサ34はデイジタル演
算を行うとともに、励磁回路1のスイツチ12
a,12bを駆動するパルスP1a,P1b、サンプリ
ングスイツチ32およびサンプルホールド回路3
6を制御するパルスP2,P3を発生する。
続図である。図において、1は励磁回路で、直流
定電流源11と、定電流源11からの一定流量Is
を切換えるスイツチ12a,12bとを有してい
る。2は電磁流量計発信器で、励磁コイル21、
流体が流れるパイプ22および電極22a,23
bを備えている。3は信号処理回路で、電磁流量
計発信器2の電極23a,23b間に誘起する電
圧eaを増幅する交流増幅器31と、増幅器31の
出力ebをサンプリングするスイツチ32と、スイ
ツチ32でサンプリングされた増幅器出力ebをデ
イジタル信号に変換するA/D変換器33と、
A/D変換器33からのデイジタル信号に基づい
て所望のデイジタル演算を行うマイクロプロセツ
サ34と、マイクロプロセツサ34の出力をアナ
ログ信号に変換するD/A変換器35と、D/A
変換器35の出力をサンプルホールドし出力電圧
epを発生するサンプルホールド回路36とを有し
ている。マイクロプロセツサ34はデイジタル演
算を行うとともに、励磁回路1のスイツチ12
a,12bを駆動するパルスP1a,P1b、サンプリ
ングスイツチ32およびサンプルホールド回路3
6を制御するパルスP2,P3を発生する。
このように構成した本発明の動作を第2図の波
形図を参照して以下に説明する。まずスイツチ1
2a,12bは第2図イ,ロに示す如き駆動パル
スP1a,P1bで制御され、P1aがオンとなつている
期間T2には定電流源11からの電流Isを正方向
に、P1bがオンとなつている期間T4には定電流源
11からの電流Isを逆方向に切換えて励磁コイル
21に流し、P1a,P1bが共にオフとなつている期
間T1,T3には励磁コイル21に電流を流さない。
よつて励磁コイル21には第2図ハに示すように
定常値が零の休止期間T1,T3と、正の励磁期間
T2および負の励磁期間T4を有する励磁電流Iwが
供給される。なお励磁電流Iwはスイツチ12a,
12bで切換えられたとき、励磁コイル21のイ
ンダクタンスと抵抗による時定数で実際には立上
り、立下り部分で遅れを伴つたのち定常値となる
が図では省略してある。電磁流量計発信器2の電
極23a,23b間には第2図ニに示すように励
磁電流Iwに応じた誘起電圧eaが発生する。誘起電
圧eaには、パイプ22を流れる流体の流量Fに比
例した信号成分Vsの外に、励磁電流の切換えに
伴うノイズ成分Voと、電気化学的な直流電位や
回路によるオフセツト電圧成分Vfとが重畳され
ている。ノイズ成分Voは、励磁電流の切換時に
電極と電極リード間のループで生ずる電磁結合ノ
イズと、流体中を流れる渦電流が液抵抗Rと電極
の界面電気二重層容量Cとで形成される一次遅れ
回路によつて生ずる渦電流ノイズを含んでいる。
その結果第2図ニに斜線で示すように誘起電圧ea
を休止期間では2回づつ、励磁期間では1回づつ
サンプリングしたときの電圧ea1′,ea1,ea2,
ea3′,ea3,ea4はそれぞれ次式で与えられる。
形図を参照して以下に説明する。まずスイツチ1
2a,12bは第2図イ,ロに示す如き駆動パル
スP1a,P1bで制御され、P1aがオンとなつている
期間T2には定電流源11からの電流Isを正方向
に、P1bがオンとなつている期間T4には定電流源
11からの電流Isを逆方向に切換えて励磁コイル
21に流し、P1a,P1bが共にオフとなつている期
間T1,T3には励磁コイル21に電流を流さない。
よつて励磁コイル21には第2図ハに示すように
定常値が零の休止期間T1,T3と、正の励磁期間
T2および負の励磁期間T4を有する励磁電流Iwが
供給される。なお励磁電流Iwはスイツチ12a,
12bで切換えられたとき、励磁コイル21のイ
ンダクタンスと抵抗による時定数で実際には立上
り、立下り部分で遅れを伴つたのち定常値となる
が図では省略してある。電磁流量計発信器2の電
極23a,23b間には第2図ニに示すように励
磁電流Iwに応じた誘起電圧eaが発生する。誘起電
圧eaには、パイプ22を流れる流体の流量Fに比
例した信号成分Vsの外に、励磁電流の切換えに
伴うノイズ成分Voと、電気化学的な直流電位や
回路によるオフセツト電圧成分Vfとが重畳され
ている。ノイズ成分Voは、励磁電流の切換時に
電極と電極リード間のループで生ずる電磁結合ノ
イズと、流体中を流れる渦電流が液抵抗Rと電極
の界面電気二重層容量Cとで形成される一次遅れ
回路によつて生ずる渦電流ノイズを含んでいる。
その結果第2図ニに斜線で示すように誘起電圧ea
を休止期間では2回づつ、励磁期間では1回づつ
サンプリングしたときの電圧ea1′,ea1,ea2,
ea3′,ea3,ea4はそれぞれ次式で与えられる。
ea1′=Vo1′+Vf
ea1=Vo1+Vf
ea2=Vs1+Vo2+Vf
ea3′=−Vo1′+Vf
ea3=−Vo1+Vf
ea4=−Vs2−Vo2+Vf (1)
そして、励磁電流の切換えに伴なうノイズ成分
Voは各切換えで一定であり、励磁電流が一定の
ときはほぼ指数関数的に減少していく。
Voは各切換えで一定であり、励磁電流が一定の
ときはほぼ指数関数的に減少していく。
各期間のサンプリング間隔(t2−t1)、(t5−t4)
をΔt、減衰定数KをK=exp(−Δt/CR)とし、
Vo1 -のタイミングを基準とすれば、このタイミ
ングよりΔt前の負励磁から零励磁へ変化したと
きのVo1 -への影響は励磁電流の切換えに伴なう
ノイズ成分Voが各切換えの時点で一定である点
に着目して次のようになる。
をΔt、減衰定数KをK=exp(−Δt/CR)とし、
Vo1 -のタイミングを基準とすれば、このタイミ
ングよりΔt前の負励磁から零励磁へ変化したと
きのVo1 -への影響は励磁電流の切換えに伴なう
ノイズ成分Voが各切換えの時点で一定である点
に着目して次のようになる。
Vo1 -(1)=VoK (2)
3Δt前の零励磁から負励磁への変化による影響
はVo1 -(2)は Vo1 -(2)=Vo(−K3) (3) 5Δt前の正励磁から零励磁への変化による影響
はVo1 -(3)は Vo1 -(3)=Vo(−K5) (4) 7Δt前の零励磁から正励磁への変化による影響
はVo1 -(4)は Vo1 -(4)=VoK7 (5) 9Δt前の負励磁から零励磁への変化による影響
はVo1 -(5)は Vo1 -(5)=VoK9 (6) 11Δt前の零励磁から負励磁への変化による影
響はVo1 -(6)は Vo1 -(6)=Vo(−K11) (7) 13Δt前の正励磁から零励磁への変化による影
響はVo1 -(7)は Vo1 -(7)=Vo(−K13) (8) 15Δt前の零励磁から正励磁への変化による影
響はVo1 -(8)は Vo1 -(8)=VoK15 (9) となり、これが続く。そしてこれ等の(2)〜(9)式、
…の和がVo1 -となる。従つて、Vo1 -は Vo1 -=ΣVo1 -(m)、m=1〜∞ =Vo(K−K3−K5+K7+K9 −K11−K13+K15+…) =Vo(K−K3−K5+K7)x (1+K8+K16+…) =VoK(1−K2)(1−K4)x [1/(1−K8)] =VoK(1−K2)/(1+K4) …(10) となる。
はVo1 -(2)は Vo1 -(2)=Vo(−K3) (3) 5Δt前の正励磁から零励磁への変化による影響
はVo1 -(3)は Vo1 -(3)=Vo(−K5) (4) 7Δt前の零励磁から正励磁への変化による影響
はVo1 -(4)は Vo1 -(4)=VoK7 (5) 9Δt前の負励磁から零励磁への変化による影響
はVo1 -(5)は Vo1 -(5)=VoK9 (6) 11Δt前の零励磁から負励磁への変化による影
響はVo1 -(6)は Vo1 -(6)=Vo(−K11) (7) 13Δt前の正励磁から零励磁への変化による影
響はVo1 -(7)は Vo1 -(7)=Vo(−K13) (8) 15Δt前の零励磁から正励磁への変化による影
響はVo1 -(8)は Vo1 -(8)=VoK15 (9) となり、これが続く。そしてこれ等の(2)〜(9)式、
…の和がVo1 -となる。従つて、Vo1 -は Vo1 -=ΣVo1 -(m)、m=1〜∞ =Vo(K−K3−K5+K7+K9 −K11−K13+K15+…) =Vo(K−K3−K5+K7)x (1+K8+K16+…) =VoK(1−K2)(1−K4)x [1/(1−K8)] =VoK(1−K2)/(1+K4) …(10) となる。
また、Vo1はVo1 -と同様に、Vo1のタイミング
を基準として計算すると、次のようになる。
を基準として計算すると、次のようになる。
2Δt前の負励磁から零励磁への変化による影響
はVo1(1)は Vo1(1)=VoK2 (11) 4Δt前の零励磁から負励磁への変化による影響
はVo1(2)は Vo1(2)=Vo(−K4) (12) 6Δt前の正励磁から零励磁への変化による影響
はVo1(3)は Vo1(3)=Vo(−K6) (13) 8Δt前の零励磁から正励磁への変化による影響
はVo1(4)は Vo1(4)=VoK8 (14) 10Δt前の負励磁から零励磁への変化による影
響はVo1(5)は Vo1(5)=VoK10 (15) 12Δt前の零励磁から負励磁への変化による影
響はVo1(6)は Vo1(6)=Vo(−K12) (16) 14Δt前の正励磁から零励磁への変化による影
響はVo1(7)は Vo1(7)=Vo(−K14) (17) 16Δt前の零励磁から正励磁への変化による影
響はVo1(8)は Vo1(8)=VoK16 (18) となり、これが続く。そしてこれ等の(11)〜(18)
式、…の和がVo1となる。従つて、Vo1は Vo1=ΣVo1(m)、m=1〜∞ =Vo(K2−K4−K6+K8+K10 −K12−K14+K16+…) =Vo(K2−K4−K6+K8)x (1+K8+K16+…) =VoK2(1−K2)(1−K4) ×[1/(1−K8)] =VoK2(1−K2)/(1+K4) …(19) となる。
はVo1(1)は Vo1(1)=VoK2 (11) 4Δt前の零励磁から負励磁への変化による影響
はVo1(2)は Vo1(2)=Vo(−K4) (12) 6Δt前の正励磁から零励磁への変化による影響
はVo1(3)は Vo1(3)=Vo(−K6) (13) 8Δt前の零励磁から正励磁への変化による影響
はVo1(4)は Vo1(4)=VoK8 (14) 10Δt前の負励磁から零励磁への変化による影
響はVo1(5)は Vo1(5)=VoK10 (15) 12Δt前の零励磁から負励磁への変化による影
響はVo1(6)は Vo1(6)=Vo(−K12) (16) 14Δt前の正励磁から零励磁への変化による影
響はVo1(7)は Vo1(7)=Vo(−K14) (17) 16Δt前の零励磁から正励磁への変化による影
響はVo1(8)は Vo1(8)=VoK16 (18) となり、これが続く。そしてこれ等の(11)〜(18)
式、…の和がVo1となる。従つて、Vo1は Vo1=ΣVo1(m)、m=1〜∞ =Vo(K2−K4−K6+K8+K10 −K12−K14+K16+…) =Vo(K2−K4−K6+K8)x (1+K8+K16+…) =VoK2(1−K2)(1−K4) ×[1/(1−K8)] =VoK2(1−K2)/(1+K4) …(19) となる。
さらに、Vo2もVo1 -などと同様にVo2のタイミ
ングを基準として計算すると、次のようになる。
ングを基準として計算すると、次のようになる。
2Δt前の零励磁から正励磁への変化による影響
はVo2(1)は Vo2(1)=VoK2 (20) 4Δt前の負励磁から零励磁への変化による影響
はVo2(2)は Vo2(2)=Vo(+K4) (21) 6Δt前の零励磁から負励磁への変化による影響
はVo2(3)は Vo2(3)=Vo(−K6) (22) 8Δt前の正励磁から零励磁への変化による影響
はVo2(4)は Vo2(4)=Vo(−K8) (23) 10Δt前の零励磁から正励磁への変化による影
響はVo2(5)は Vo2(5)=VoK10 (24) 12Δt前の負励磁から零励磁への変化による影
響はVo2(6)は Vo2(6)=Vo(+K12) (25) 14Δt前の零励磁から負励磁への変化による影
響はVo2(7)は Vo2(7)=Vo(−K14) (26) 16Δt前の正励磁から零励磁への変化による影
響はVo2(8)は Vo2(8)=Vo(−K16) (27) となり、これが続く。そしてこれ等の(20)(11)〜
(27)式、…の和がVo2となる。従つて、Vo2は Vo2=ΣVo2(m)、m=1〜∞ =Vo(K2+K4−K6−K8+K10 +K12−K14−K16+…) =Vo(K2+K4−K6−K8)x (1+K8+K16+…) =VoK2(1+K2)(1−K4) ×[1/(1−K8)] =VoK2(1+K2)/(1+K4) …(28) となる。
はVo2(1)は Vo2(1)=VoK2 (20) 4Δt前の負励磁から零励磁への変化による影響
はVo2(2)は Vo2(2)=Vo(+K4) (21) 6Δt前の零励磁から負励磁への変化による影響
はVo2(3)は Vo2(3)=Vo(−K6) (22) 8Δt前の正励磁から零励磁への変化による影響
はVo2(4)は Vo2(4)=Vo(−K8) (23) 10Δt前の零励磁から正励磁への変化による影
響はVo2(5)は Vo2(5)=VoK10 (24) 12Δt前の負励磁から零励磁への変化による影
響はVo2(6)は Vo2(6)=Vo(+K12) (25) 14Δt前の零励磁から負励磁への変化による影
響はVo2(7)は Vo2(7)=Vo(−K14) (26) 16Δt前の正励磁から零励磁への変化による影
響はVo2(8)は Vo2(8)=Vo(−K16) (27) となり、これが続く。そしてこれ等の(20)(11)〜
(27)式、…の和がVo2となる。従つて、Vo2は Vo2=ΣVo2(m)、m=1〜∞ =Vo(K2+K4−K6−K8+K10 +K12−K14−K16+…) =Vo(K2+K4−K6−K8)x (1+K8+K16+…) =VoK2(1+K2)(1−K4) ×[1/(1−K8)] =VoK2(1+K2)/(1+K4) …(28) となる。
これ等の式のうち、(10)式と(19)式とから
Vo1=KVo1 - …(29)
を得る。
また、(19)式と(29)式から
Vo1/Vo2
=[VoK2(1−K2)/(1+K4)]
/[VoK2(1+K2)/(1+K4)]
=(1−K2)/(1+K2) …(30)
を得る。
よつて、信号処理回路3で休止期間T1,T3に
得られるサンプリング電圧ea1′,ea1,ea3′,ea3
に基づいて次式の演算を行えば、励磁電流の切換
えに伴うノイズ成分Vo1,Vo2およびKに相当す
る値eo1,eo2,kが求まり、Vo2−Vo1に相当する
補償値eoを算出できる。
得られるサンプリング電圧ea1′,ea1,ea3′,ea3
に基づいて次式の演算を行えば、励磁電流の切換
えに伴うノイズ成分Vo1,Vo2およびKに相当す
る値eo1,eo2,kが求まり、Vo2−Vo1に相当する
補償値eoを算出できる。
したがつて、補償値eoとea1,ea3を用いて励磁
電流が流れている期間T2,T4に得られるサンプ
リング電圧ea2,ea4との間で次式の演算を行う
と、 ep1=(ea2−ea1)−eo=Vs1 ep2=(ea3−ea4)−eo=Vs2 (32) となり、オフセツト電圧成分Vfを除去できると
ともに、励磁電流の切換えに伴うノイズ成分
Vo1,Vo2も有効に除去でき、流体の流量に比例
した信号成分Vs1,Vs2を得ることができる。
電流が流れている期間T2,T4に得られるサンプ
リング電圧ea2,ea4との間で次式の演算を行う
と、 ep1=(ea2−ea1)−eo=Vs1 ep2=(ea3−ea4)−eo=Vs2 (32) となり、オフセツト電圧成分Vfを除去できると
ともに、励磁電流の切換えに伴うノイズ成分
Vo1,Vo2も有効に除去でき、流体の流量に比例
した信号成分Vs1,Vs2を得ることができる。
図の信号処理回路3では、電磁流量計発信器2
からの誘起電圧eaを増幅器31で増幅した後、第
2図ホに示す如き一定間隔Δtで発生するサンプ
リングパルスP2で駆動されるサンプリングスイ
ツチ32によつて、第2図ニに斜線で示すeaのサ
ンプリング電圧ea1′,ea1,ea2,ea3′,ea3,ea4に
相当する増幅器31の出力が順次A/D変換器3
3に与えられ、デイジタル信号に変換されてマイ
クロプロセツサ34に与えられる。マイクロプロ
セツサ34は、まず休止期間T1,T3に得られる
サンプリング電圧ea1′,ea1,ea3′,ea3に相当す
るデイジタル信号を用いて、(31)式に相当する
デイジタル演算を行い補償値を算出しておき、こ
の補償値を用いて励磁電流が流れている期間T2,
T4に得られるサンプリング電圧ea2,ea4に相当す
るデイジタル信号が入力される毎にデイジタル演
算によつて(32)式に相当する演算を行い、オフ
セツト電圧成分Vfおよびノイズ成分Voを除去し、
流体の流量のみに比例した信号成分Vs1,Vs2に
相当するデイジタル値を順次出力する。なおA/
D変換器33からマイクロプロセツサ34に入力
されたサンプリング電圧ea1,ea1′,ea2,ea3′,
ea3,ea4に相当するデイジタル信号はそれぞれ専
用のレジスタに格納され、次のサイクルの信号が
入力されるまでその値がホールドされている。ま
た算出した補償値も専用のレジスタに格納されて
おり、その値は休止期間T1,T3に得られるサン
プリング電圧ea1′,ea1,ea3′,ea3に相当するデ
イジタル信号が入力される毎に(4)式に相当する演
算が行われ更新される。この場合補償値として過
去からの移動平均値を用いると演算精度を上げる
ことができる。マイクロプロセツサ34の出力は
D/A変換器35でアナログ信号に変換され、第
2図ヘに示すタイミングで発生するパルスP3に
よつてサンプルホールド回路36に順次与えられ
る。その結果サンプルホールド回路36の出力に
は、流体の流量のみに比例した信号成分Vsに相
当する出力電圧epが得られる。
からの誘起電圧eaを増幅器31で増幅した後、第
2図ホに示す如き一定間隔Δtで発生するサンプ
リングパルスP2で駆動されるサンプリングスイ
ツチ32によつて、第2図ニに斜線で示すeaのサ
ンプリング電圧ea1′,ea1,ea2,ea3′,ea3,ea4に
相当する増幅器31の出力が順次A/D変換器3
3に与えられ、デイジタル信号に変換されてマイ
クロプロセツサ34に与えられる。マイクロプロ
セツサ34は、まず休止期間T1,T3に得られる
サンプリング電圧ea1′,ea1,ea3′,ea3に相当す
るデイジタル信号を用いて、(31)式に相当する
デイジタル演算を行い補償値を算出しておき、こ
の補償値を用いて励磁電流が流れている期間T2,
T4に得られるサンプリング電圧ea2,ea4に相当す
るデイジタル信号が入力される毎にデイジタル演
算によつて(32)式に相当する演算を行い、オフ
セツト電圧成分Vfおよびノイズ成分Voを除去し、
流体の流量のみに比例した信号成分Vs1,Vs2に
相当するデイジタル値を順次出力する。なおA/
D変換器33からマイクロプロセツサ34に入力
されたサンプリング電圧ea1,ea1′,ea2,ea3′,
ea3,ea4に相当するデイジタル信号はそれぞれ専
用のレジスタに格納され、次のサイクルの信号が
入力されるまでその値がホールドされている。ま
た算出した補償値も専用のレジスタに格納されて
おり、その値は休止期間T1,T3に得られるサン
プリング電圧ea1′,ea1,ea3′,ea3に相当するデ
イジタル信号が入力される毎に(4)式に相当する演
算が行われ更新される。この場合補償値として過
去からの移動平均値を用いると演算精度を上げる
ことができる。マイクロプロセツサ34の出力は
D/A変換器35でアナログ信号に変換され、第
2図ヘに示すタイミングで発生するパルスP3に
よつてサンプルホールド回路36に順次与えられ
る。その結果サンプルホールド回路36の出力に
は、流体の流量のみに比例した信号成分Vsに相
当する出力電圧epが得られる。
このように本発明においては、励磁電流の定常
値が正または負のときのノイズ成分と零のときの
ノイズ成分の差を補償して零点のドリフトの原因
となるノイズ成分を有効に除去しているので、励
磁周波数を低くせずにすなわち応答性を犠牲にす
ることなく零点の安定性を良好にできる。
値が正または負のときのノイズ成分と零のときの
ノイズ成分の差を補償して零点のドリフトの原因
となるノイズ成分を有効に除去しているので、励
磁周波数を低くせずにすなわち応答性を犠牲にす
ることなく零点の安定性を良好にできる。
なお上述では、オフセツト電圧成分Vfが一定
の場合を例示したが、Vfは電気化学的な直流電
位の変動によつて変化する。このようなVfをテ
ーラ展開して示した場合の誘起電圧eaのサンプリ
ング電圧ea1′,eal,ea2,ea3′,ea3,ea4,ea5′,
ea5,ea6,ea7′,ea7,ea8はそれぞれ次式で与えら
れる。
の場合を例示したが、Vfは電気化学的な直流電
位の変動によつて変化する。このようなVfをテ
ーラ展開して示した場合の誘起電圧eaのサンプリ
ング電圧ea1′,eal,ea2,ea3′,ea3,ea4,ea5′,
ea5,ea6,ea7′,ea7,ea8はそれぞれ次式で与えら
れる。
ea1′=Vo1′+Vf0
ea1=Vo1+Vf0+Vf1+Vf2+Vf3+…
ea2=Vs1+Vo2+Vf0+3Vf1+9Vf2+27Vf3+…
ea3′=−Vo1′+Vf0+4Vf1+16Vf2+64Vf3+…
ea3=−Vo1+Vf0+5Vf1+25Vf2+125Vf3+…
ea4=−Vs2−Vo2+Vf0+7Vf1+49Vf2+343Vf3+
… ea5′=Vo1′+Vf0+8Vf1+64Vf2+512Vf3+… ea5=Vo1+Vf0+9Vf1+81Vf2+729Vf3+… ea6=Vs3+Vo2+Vf0+11Vf1+121Vf2+1331Vf3+
… ea7′=−Vo1′+Vf012Vf1144Vf2+1728Vf3+… ea7=−Vo1+Vf0+13Vf1+169Vf2+2197Vf3+… ea8=−Vs4−Vo2+Vf0+15Vf1+225Vf2+3375Vf3
+… (33) したがつて、信号処理回路3でまず補償値eoを
求め実質的に次式の演算を行えば、ノイズ成分
Vo1,Vo2を除去できるとともに、オフセツト電
圧成分を1次式近似で除去でき、流量成分Vs1,
Vs2に関連した出力epを得ることができる。
… ea5′=Vo1′+Vf0+8Vf1+64Vf2+512Vf3+… ea5=Vo1+Vf0+9Vf1+81Vf2+729Vf3+… ea6=Vs3+Vo2+Vf0+11Vf1+121Vf2+1331Vf3+
… ea7′=−Vo1′+Vf012Vf1144Vf2+1728Vf3+… ea7=−Vo1+Vf0+13Vf1+169Vf2+2197Vf3+… ea8=−Vs4−Vo2+Vf0+15Vf1+225Vf2+3375Vf3
+… (33) したがつて、信号処理回路3でまず補償値eoを
求め実質的に次式の演算を行えば、ノイズ成分
Vo1,Vo2を除去できるとともに、オフセツト電
圧成分を1次式近似で除去でき、流量成分Vs1,
Vs2に関連した出力epを得ることができる。
ep=1/2(−ea4+ea3+ea2−ea1)−eo=Vs1
+Vs2/2(34) ただし、 eo=2K2/1−K2(ea3−2ea3′+3ea1−2ea1′/
2)=Vo2−Vo1 k=ea3−2ea3′+3ea1−2ea1′/2ea3−3ea3′
+2ea1−ea1′=k また信号処理回路3で実質的に次式の演算を行
えば、ノイズ成分Vo1,Vo2を除去できるととも
に、オフセツト電圧成分Vfを2次式近似で除去
できる。
+Vs2/2(34) ただし、 eo=2K2/1−K2(ea3−2ea3′+3ea1−2ea1′/
2)=Vo2−Vo1 k=ea3−2ea3′+3ea1−2ea1′/2ea3−3ea3′
+2ea1−ea1′=k また信号処理回路3で実質的に次式の演算を行
えば、ノイズ成分Vo1,Vo2を除去できるととも
に、オフセツト電圧成分Vfを2次式近似で除去
できる。
ep=1/4(ea6−ea5−2ea4+2ea3+ea2−ea1)
−eo=1/4(Vs1+2Vs2+Vs3)(35) ただし、 eo=2K2/1−K2(−ea5+2ea5′−2ea3+3eal−
2ea1′/4)=Vo2−Vo1 k=−ea5+2ea5′−2ea3+3ea1−2ea1′/−2ea
5+3ea5′−2ea3′+2ea1−ea1′=k さらに信号処理回路3で実質的に次式の演算を
行えば、ノイズ成分Vo1,Vo2を除去できるとと
もに、オフセツト電圧成分を3次式近似で除去で
きる。
−eo=1/4(Vs1+2Vs2+Vs3)(35) ただし、 eo=2K2/1−K2(−ea5+2ea5′−2ea3+3eal−
2ea1′/4)=Vo2−Vo1 k=−ea5+2ea5′−2ea3+3ea1−2ea1′/−2ea
5+3ea5′−2ea3′+2ea1−ea1′=k さらに信号処理回路3で実質的に次式の演算を
行えば、ノイズ成分Vo1,Vo2を除去できるとと
もに、オフセツト電圧成分を3次式近似で除去で
きる。
ep=1/8(−ea8+ea7+3ea6−3ea5−3ea4+3ea3+
ea2−ea1)−eo =1/8(Vs1+3Vs2+3Vs3+Vs4) (36) ただし eo=2K2/1−K2 (ea7−2ea7′+2ea5+2ea5′−5ea3+2ea3′+3ea
1−2ea1′/8)=Vo2−Vo1 k=ea7−2ea7′+2ea5+2ea5′−5ea3+2ea3′
+3ea1−2ea1′/2ea7−3ea7′−2ea5+5ea5′−2ea3−
ea3′+2ea1−ea1′=k また実質的に次式の演算を行つても、ノイズ成
分Vo1,Vo2を除去できるとともに、オフセツト
電圧成分を3次式近似で除去できる。
ea2−ea1)−eo =1/8(Vs1+3Vs2+3Vs3+Vs4) (36) ただし eo=2K2/1−K2 (ea7−2ea7′+2ea5+2ea5′−5ea3+2ea3′+3ea
1−2ea1′/8)=Vo2−Vo1 k=ea7−2ea7′+2ea5+2ea5′−5ea3+2ea3′
+3ea1−2ea1′/2ea7−3ea7′−2ea5+5ea5′−2ea3−
ea3′+2ea1−ea1′=k また実質的に次式の演算を行つても、ノイズ成
分Vo1,Vo2を除去できるとともに、オフセツト
電圧成分を3次式近似で除去できる。
ep=1/4(−ea7+3ea6−2ea5−2ea4+3ea3−e
a2)−eo =1/4(3Vs3+2Vs2−Vs1) (37) ただし eo=2K2/1−K2 (ea7−2ea7′+2ea5−2ea5′−5ea3+2ea3′+3ea
1−2ea1′/8)=Vo2−Vo1 k=ea7−2ea7′+2ea5+2ea5′−5ea3+2ea3′+3ea
1−2ea1′/2ea7−3ea7′+2ea5−5ea5′−2ea3−ea3′
+2ea1−ea1′=k また上述では、増幅器31の出力ebをサンプリン
グスイツチ32を介してA/D変換器33に与え
る場合を例示したが、第3図に示すように増幅器
出力ebを積分器37を介してA/D変換器33に
与えるようにしてもよい。この場合積分時間tsを
商用電源周期の整数倍に選べば電源周波数ノイズ
の影響を除去できる。なお第3図においては、積
分器37として、抵抗RIと、演算増幅器OPと、
OPの帰還回路に接続された積分用コンデンサCI
と、入力積分時間を制御するタイミングスイツチ
TSおよび積分開始直前にそれ以前の積分値をリ
セツトするリセツトスイツチRSとを有し、TSお
よびRSがマイクロプロセツサ34からのパルス
P4およびP5で駆動されるものが例示されている。
このときのサンプリングタイムの一例を第4図に
示してある。なお第4図においては、零・正・
零・負の各期間が3Δtに選ばれているので、Vo1
とVo2との関係は次式で表わされる。
a2)−eo =1/4(3Vs3+2Vs2−Vs1) (37) ただし eo=2K2/1−K2 (ea7−2ea7′+2ea5−2ea5′−5ea3+2ea3′+3ea
1−2ea1′/8)=Vo2−Vo1 k=ea7−2ea7′+2ea5+2ea5′−5ea3+2ea3′+3ea
1−2ea1′/2ea7−3ea7′+2ea5−5ea5′−2ea3−ea3′
+2ea1−ea1′=k また上述では、増幅器31の出力ebをサンプリン
グスイツチ32を介してA/D変換器33に与え
る場合を例示したが、第3図に示すように増幅器
出力ebを積分器37を介してA/D変換器33に
与えるようにしてもよい。この場合積分時間tsを
商用電源周期の整数倍に選べば電源周波数ノイズ
の影響を除去できる。なお第3図においては、積
分器37として、抵抗RIと、演算増幅器OPと、
OPの帰還回路に接続された積分用コンデンサCI
と、入力積分時間を制御するタイミングスイツチ
TSおよび積分開始直前にそれ以前の積分値をリ
セツトするリセツトスイツチRSとを有し、TSお
よびRSがマイクロプロセツサ34からのパルス
P4およびP5で駆動されるものが例示されている。
このときのサンプリングタイムの一例を第4図に
示してある。なお第4図においては、零・正・
零・負の各期間が3Δtに選ばれているので、Vo1
とVo2との関係は次式で表わされる。
Vo1/Vo2
=[VoK2(1−K3)/(1+K6)]
/[VoK2(1+K3)/(1+K6)]
=(1−K2)/(1+K2) (38)
さらに上述では励磁電流が正と負の定常値のと
き1回サンプリングしているが、2回以上サンプ
リングすれば応答や電気ノイズに対するS/N比
がさらによくなる。また励磁電流の定常値が零の
休止期間T1,T3にそれぞれ2回サンプリングし
て補償値を算出しているが、3回以上サンプリン
グして補償値を算出してもよい。
き1回サンプリングしているが、2回以上サンプ
リングすれば応答や電気ノイズに対するS/N比
がさらによくなる。また励磁電流の定常値が零の
休止期間T1,T3にそれぞれ2回サンプリングし
て補償値を算出しているが、3回以上サンプリン
グして補償値を算出してもよい。
以上説明したように本発明においては、励磁電
流の切り換えに伴なう微分ノイズが消滅する前に
励磁電流を切り換え、励磁電流の定常値が零の期
間に電極間に誘起する電圧を2回以上サンプリン
グして得たデータを用いて励磁電流の切り換えに
伴なつて発生する微分ノイズに起因する補償値を
切換えの度に算出し、この補償値を用いて中間流
量に対して代数加算して微分ノイズを補償するよ
うにしているので、速い応答速度を維持しなが
ら、たとえ微分ノイズが変動しても零点の変動は
なく、また定常値が正又は負の場合と零の場合と
で異なつていても零点の変動を来たさない。
流の切り換えに伴なう微分ノイズが消滅する前に
励磁電流を切り換え、励磁電流の定常値が零の期
間に電極間に誘起する電圧を2回以上サンプリン
グして得たデータを用いて励磁電流の切り換えに
伴なつて発生する微分ノイズに起因する補償値を
切換えの度に算出し、この補償値を用いて中間流
量に対して代数加算して微分ノイズを補償するよ
うにしているので、速い応答速度を維持しなが
ら、たとえ微分ノイズが変動しても零点の変動は
なく、また定常値が正又は負の場合と零の場合と
で異なつていても零点の変動を来たさない。
第1図は本発明の電磁流量計の一実施例を示す
接続図、第2図はその動作説明のための波形図、
第3図は本発明電磁流量計の他の実施例を示す接
続図、第4図はその動作説明のための波形図であ
る。 1……励磁回路、2……電磁流量計発信器、2
1……励磁コイル、23a,23b……電極、3
……信号処理回路、31……交流増幅器、32…
…サンプリングスイツチ、33……A/D変換
器、34……マイクロプロセツサ、35……D/
A変換器、36……サンプルホールド回路、37
……積分器。
接続図、第2図はその動作説明のための波形図、
第3図は本発明電磁流量計の他の実施例を示す接
続図、第4図はその動作説明のための波形図であ
る。 1……励磁回路、2……電磁流量計発信器、2
1……励磁コイル、23a,23b……電極、3
……信号処理回路、31……交流増幅器、32…
…サンプリングスイツチ、33……A/D変換
器、34……マイクロプロセツサ、35……D/
A変換器、36……サンプルホールド回路、37
……積分器。
Claims (1)
- 1 電磁流量計発信器の励磁コイルに定常値が
零・負・零・正の順で繰り返す励磁電流を供給す
るようにした電磁流量計において、前記定常値が
零の期間に電磁流量計発信器の電極間に誘起する
電圧を2回以上サンプリングすると共に零以外の
定常値の期間に少なくとも1回サンプリングする
サンプリング手段と、前記定常値が零の期間でサ
ンプリングされたサンプルデータを用いて前記励
磁電流が正又は負のときと零のときとの切り換え
に伴なう各微分ノイズの差を演算して補償値を算
出する補償値算出手段と、前記定常値の各期間で
サンプリングされたサンプル値を用いて中間流量
を演算をする中間流量演算手段と、この中間流量
に対して前記補償値を代数加算して流量出力を演
算する流量演算手段とを具備することを特徴とす
る電磁流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21252381A JPS58115323A (ja) | 1981-12-29 | 1981-12-29 | 電磁流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21252381A JPS58115323A (ja) | 1981-12-29 | 1981-12-29 | 電磁流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58115323A JPS58115323A (ja) | 1983-07-09 |
| JPH0216852B2 true JPH0216852B2 (ja) | 1990-04-18 |
Family
ID=16624075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21252381A Granted JPS58115323A (ja) | 1981-12-29 | 1981-12-29 | 電磁流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58115323A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016124976A1 (de) * | 2016-12-20 | 2018-06-21 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts und ein solches Durchflussmessgerät |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0228807B2 (ja) * | 1981-05-14 | 1990-06-26 | Yokogawa Electric Corp | Denjiryuryokei |
-
1981
- 1981-12-29 JP JP21252381A patent/JPS58115323A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58115323A (ja) | 1983-07-09 |
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