JPH0376405B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、電磁流量計発信器からの受信信号に
含まれる電気化学的要因に基づく直流ノイズ電圧
など電極間直流電位の突変の影響を除くように信
号処理方式を改良した電磁流量計変換器に関す
る。

＜従来技術＞ 電磁流量計発信器からの受信信号には、励磁の
磁束密度の時間的変化に起因する電磁誘導ノイズ
電圧、電極と流体の間で電気化学的要因により発
生する直流ノイズ電圧、商用電源に起因する商用
周波ノイズ電圧の各種のノイズが含まれているた
め、従来からノイズ除去のための各種信号処理方
法が提案されている。

電気化学的直流ノイズの除去については、特開
昭50−128551号（発明の名称：「２つの磁気誘導
度間で切換えられる直流磁界を用いた電磁流量計
の電気化学的障害直流電圧補償方式」）や特開昭
54−896568号（発明の名称：「誘導型流量測定方
法及び装置」）等の技術が知られている。これ等
の技術は、電気化学的直流ノイズは励磁周期に比
較して十分緩慢に変化する等の仮定に立つている
ため、電極間直流電位が突変する場合には必ずし
も有効ではなかつた。即ち、実際には電気化学的
直流ノイズは数10ｍsec〜1sec程度の期間で突変
し、突変の振幅が流量信号に比べて極端に大きな
ものであることが判つた。

そこで、電極間直流電位の突変による受信信号
の変化率が、流速に起因する変化率に比べて遥か
に大きい点に着目して突変の影響を除く信号処理
方式が特願昭57−4911（発明の名称：「電磁流量計
変換器」）として提案されている。即ち、電磁流
量計発信器からの受信信号値の時系列的平均値を
算出して出力とするが、この平均値に追従して平
均値の上下一定幅の範囲を正常信号領域即ち窓と
し、新たな受信信号値がこの窓の中にあるか否か
を判定し、窓の中にあれば新たな受信信号値を平
均値算出に用いるが、もし窓の外にあれば新たな
受信信号値の代りに窓の境界値や算出済の平均値
を平均値算出に用いるものである。

第１図はこの従来の方式の実施例を示す。同図
中、１は電磁流量計発信器であり、測定管路２、
電極３_a，３_b及び励磁コイル４からなり、発信器
１はタイミング回路５からの信号ｉで切換スイツ
チSW_1-1〜SW_1-4を制御することにより励磁され
る。発信器１の出力は高入力インピーダンス増幅
器６を経たのち、タイミング回路５からの信号ｊ
により励磁極性に対応して制御される切換スイツ
チSW_2-1，SW_2-2と増幅器７とからなる同期整流
回路により同期整流される。この同期整流回路の
出力ａは、通常はスイツチSW_3-2を介して平均化
回路８に入力され、ここで時系列的に平均化され
て流速に比例した出力信号ｄとして出力される。

９_a及び９_bは比較器であり、一方の比較器９_a
は平均化された出力信号ｄから直流電源が与える
或る一定値ｆを引いてなる下限境界値ｇ＝ｄ−ｆ
と同期整流出力ａとを比較し、ａ＜ｇのときはそ
の比較出力ｂによりスイツチSW_3-1が平均化回路
ｇに接続され、ｇ＝ｄ−ｆの値が与えられる。他
方の比較器９_bは平均化出力信号ｄに直流電源の
与える或る一定値ｅを加えてなる上限境界値ｈ＝
ｄ＋ｅと同期整流出力ａとを比較し、ａ＞ｈのと
きはその比較出力ｃによりスイツチSW_3-3が平均
化回路８に接続され、ｈ＝ｄ＋ｅの値が与えられ
る。なお、１０は加算回路、１１は減算回路であ
る。

以上の如く、平均化回路８への入力信号は平均
化出力信号ｄと一定値ｅ，ｆとが定める上下の境
界値ｄ＋ｅとｄ−ｆとにより窓処理される。

従つて、発信器１からの受信信号が突変した場
合は当然同期整流出力ａが突変し、平均化回路８
には突変信号の代りにｄ−ｆ又はｄ＋ｅが入力さ
れるため、平均化出力信号ｄの変動が抑えられ
る。一定値ｅ及びｆを小さな値とすると平均化出
力信号ｄの応答特性が悪くなるが、一般には電極
間直流電位の突変は流速変動に比べて遥かに大き
な変化率を示すため、ｅ及びｆを例えば出力スパ
ンの50％程度など或る程度大きくとつても突変に
対しては十分速い応答特性を確保しながら、突変
が与える出力への影響を抑えることが可能であ
る。

しかし、以上の従来技術では電気化学的直流ノ
イズの突変の発生頻度が少ない場合には有効であ
るが、その発生頻度が多くなると流量の変化によ
る受信信号と電気化学的直流ノイズの突変による
受信信号との区別がつかなくなり、結局流量の変
化に対する電磁流量計変換器の出力応答速度が遅
くなる欠点を有している。例えば電気化学的直流
ノイズの発生頻度が多くなり、上下の境界値ｄ−
ｆ及びｄ＋ｅを越える状態が続くと平均化回路の
出力はｄ−ｆ及びｆ＋ｅの平均値にクランプされ
た状態となり、実際の流量変化に追従しない状態
が起り電磁流量計変換器の出力の応答速度が遅く
なる欠点がある。

＜発明の目的＞ 本発明は、上記従来技術に鑑み、電極間直流電
位の突変が継続して生じた場合にもその影響を除
去した電磁流量計を提供することを目的とする。

＜発明の構成＞ 第２図は本発明の構成を明示するための全体構
成図である。発信器からの受信信号は増幅度を変
更できる増幅器を介して受信信号が所定の境界値
内にあるか否かが比較され、境界値内にあるとき
は新たな受信信号をそのまま流量出力として出力
する。この境界値は増幅器を介した後の受信信号
に追従して受信信号に対して一定の比率で受信信
号の上下一定幅の範囲に設定される。受信信号が
前記の境界値の範囲外になつたときは直流電位の
突変に起因する揺動の程度を検出し、揺動の程度
が小さいときは前回受信した受信信号を流量出力
として出力する一方、その揺動の頻度が許容でき
る範囲内か否かを更に判断し、許容範囲外のとき
は発信器の励磁電流を増大し、同時に増幅器の増
幅度を励磁電流の増大の程度に応じて小さく変更
する。この構成により変換器への受信信号の信号
対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を改善して境界値にかかる
揺動の回数を減らし、応答性を改善することがで
きる。

＜実施例＞ 以下図面に従つて本発明の実施例を説明する。

第３図はこの実施例の構成要素の全体的な配置
を示す。第１図と同じ機能を有する部分について
はその符号を付し説明を省略する。励磁コイル４
は測定管路２内の流体の流れ方向と測定管路２に
おける電極３_a，３_bの取付方向とのいずれにも直
交した磁界を発生するように配設されている。励
磁コイル４は直流電流源Ｉより切換スイツチ
SW_1-1〜SW_1-4を介し、更に励磁電流を検出する
検出抵抗１２を通して励磁電流I_fが供給される構
成である。一定倍増幅器６は電極３_a，３_b間に発
生した信号電圧を高入力インピーダンスで増幅す
る増幅器である。増幅器６の出力と検出抵抗１２
に得られた比較電圧V_rは切換スイツチ１３によ
り切換えられて可変ゲイン増幅器１４で増幅され
る。可変ゲイン増幅器１４の出力信号は信号のサ
ンプリングを兼ねたアナログ・デジタル変換器
（以下、Ａ／Ｄ変換器と略称する）１５に入力さ
れる。１６はマイクロプロセツサ（以下、CPU
と略称する）、１７はメモリ（ROM／RAM）、
１８は入出力ポート（Ｉ／Ｏ）、１９はデジタ
ル・アナログ変換器（以下、Ｄ／Ａ変換器と略称
する）、２０はアドレスバス、２１はデータバス、
２２は流量出力である。メモリ１７のROM中に
はCPU１６を制御するプログラムが書込まれて
おり、CPU１６はこのプログラムに従つてＩ／
Ｏポート１８より必要とされる信号データを取込
んだり、励磁電流I_fや可変ゲイン増幅器１４を制
御したり、あるいは又メモリ１７のRAMとの間
でデータの授受を行なつたりしながら演算処理
し、必要に応じて処理したデータをＩ／Ｏポート
１９へ出力する。Ｄ／Ａ変換器１９はＩ／Ｏポー
ト１８より与えられるデータをアナログ信号に変
換して出力する。２３はCPU１６で指定するタ
イミングで切換スイツチSW_1-1〜SW_1-4を切換え
て３ステート状態の励磁電流I_fを得るための切換
制御回路である。２４は直流電流源Ｉの電流の大
きさをCPU１６からの制御信号により変更する
ための電流制御回路である。切換スイツチ１３又
は可変ゲイン増幅器１４はいずれもCPU１６の
制御信号によりそれぞれ制御される構成である。

以上のように構成された本実施例の電磁流量計
変換器の動作を第４図の波形図と第５図のフロー
チヤートを用いて説明する。

先ず信号処理プログラムについて説明する（第
５図〜ステツプ）。メモリ１７のROM中に
書き込まれた励磁電流の制御プログラムにより指
定されたタイミングで切換制御回路２３を制御し
て切換スイツチSW_1-1〜SW_1-4を切換えて第４図
ａの如き励磁電流I_fを作つて発信器１を３ステー
ト状態で励磁する。これに伴ない検出抵抗１２に
は第４図ｂに示す波形の比較電圧V_rが発生する。
流体が測定管路２に流れると励磁電流とほぼ同じ
波形の第４図ｃに示す流量信号が得られる。この
流量信号は第４図ｂに示すタイミングで４ケのサ
ンプル値S₁〜S₄が１サイクル分としてＡ／Ｄ変換
器より読込まれRAM内に記憶される。この様に
して記憶されたサンプルデータはCPU１６によ
り例えば次式に示す演算がなされ緩慢な直流ノイ
ズが除去され流量信号E₁とされる。

E₁＝S₁＋S₂−S₃−S₄ この様な演算が繰り返し実行され各サイクルご
との流量信号E_oがつぎつぎに得られる。一方比
較電圧V_rは流量信号E_oのサンプル周期に対し10
倍から20倍の周期のCPU１６からの制御信号に
より切換スイツチ１３が比較電圧側へ切換えられ
て、比較電圧V_rが割り込みによりＡ／Ｄ変換器
１５に取り込まれ、デジタル変換されてメモリ１
７のRAM中に記憶される。

この様にして得られた流量信号E_oと比較電圧
V_rとはCPU１６によりE_o／E_rの割算が施され受
信信号E_sとされる。励磁電流I_fの変動による出力
誤差を除去するためである。

次に窓処理について説明する（第５図のステツ
プ〜）。前記のように処理された受信信号E_s
に対してあらかじめメモリ１７のROM中に記憶
された比率で受信信号の上下一定幅の範囲に上下
の境界値をCPU１６により演算し、算出された
上下の境界値Ｃに対して新たに受信した受信信号
E_sと前回受信した受信信号E_s-1とを比較判断す
る。即ち、新たに受信した受信信号E_sと前回受信
した受信信号E_s-1との差の絶対値である｜E_s−
E_s-1｜が前記の境界値Ｃより小さい場合には、新
たに受信した受信信号E_sには電極間の直流電位の
突変はないものと判断し、新たな受信信号E_sを流
量出力として出力する。新たな受信信号E_sと前回
の受信信号E_s-1との差の絶対値｜E_s−E_s-1｜が境
界値Ｃより大きい場合には直流電位の突変があつ
たと判断され次の揺動検出プログラムに移行す
る。

揺動検出（第５図のステツプ〜）は次の様
にして行なわれる。前記の窓処理の結果、直流電
位の突変があつたものと判断された場合には、メ
モリ１７のRAM中にカウンタＭのエリアが設け
られているのでこの部分のカウント内容を＋１と
する。この部分のカウント内容に対応して、同様
にしてRAM中にカウンタＭとは別のカウンタＬ
のエリアが設けられているので、この部分のカウ
ント内容を＋１とする。次に新たな受信信号E_sの
変化方向と前回受信した受信信号の変化方向とを
比較し、同じ方向でない場合には直流電位の突変
による変化と判断してカウンタＬの内容をリセツ
トする。即ち、カウンタＭの内容は流量の急速な
変化によつて境界値Ｃを越えたときも直流電位の
突変により境界値Ｃを越えたときも共にカウント
されその内容が更新されるのに対してカウンタＬ
の内容は境界値Ｃを越えたもののうち直流電位の
突変によるものはリセツトして流量変化に基づく
場合のみがカウントされる。これは直流電位の突
変による電位変化は流量の変化に比べて短かくパ
ルス状に変化するので、受信信号の同一方向への
変化は流量変化と判断されるのに対して直流電位
の突変による変化はその変化方向が反対であると
いう点に着目して判断するためである。従つて、
受信信号の変化方向が同じ場合つまり流量変化と
判断される数がカウンタＬ中に記憶される。カウ
ンタＬに対してはそのカウント値がROMで設定
値N₁に達しているか否かの判断プログラムが
ROMに書き込まれており、この判断プログラム
の実行により設定値N₁に達していないときはス
テツプ（第５図）に戻り、今までの処理が繰り
返し実行される。ステツプに戻る際に、流量出
力としては前回受信した受信信号を出力する。こ
れは受信信号が境界値を越えた場合であるので前
回の受信信号を出力した方が妥当と判断されるた
めである。メモリ１７のRAM中にはカウンタＰ
のエリアが設けられており、カウンタＬのカウン
ト値がROMで設定する設定値N₁に達したとき
は、このカウンタＰの内容を＋１に更新する。同
時にカウンタＬの内容をリセツトして初期状態に
復帰させる。従つてカウンタＰには同一方向の受
信信号の変化の回数つまり流量変動の回数が記憶
されることになる。以上のようにしてカウンタＭ
には受信信号の変化の回数、カウンタＰには流量
変動の回数が記憶されているので、これ等の値を
用いてCPU１６によりＭ／Ｐの演算を施すとそ
の結果Ｑは流量変動に対する受信信号の変化の回
数の割合を指称することとなる。Ｑが小さいとき
には流量変動が多いためＰの値も大きくなつたと
判断し、Ｑの値が大きいときには流量変動がない
にもかかわらずＭが大きくなつたつまり直流電位
の突変の回数が多くなつたと判断できる。従つて
Ｑの値により直流電位の突変の程度を判断するこ
とができる。

直流電位の突変の程度が許容できる範囲内か否
かを判断するのが第５図のフロチヤートのステツ
プ〜で示す揺動判断である。前記の許容値
N₂とこの判断プログラムはROM中に格納されて
いる。Ｑの値がこの許容値N₂と等しいかまたは
小さいときは前記のフローチヤートのステツプ
に戻り今までの処理が繰り返される。しかしＱの
値がN₂を越えたときは直流電位の突変の程度が
許容できないこととなり励磁電流を変更するプロ
グラムに入る。

励磁電流の変更手順を第５図のフローチヤート
のステツプ〜に示す。Ｑの値がN₂を越えた
場合は励磁電流I_fを段階的に増大させる。この場
合に増加した励磁電流の値が発信器１で許容され
る範囲内か否かをCPU１６により判断し、許容
範囲外のときは警報を出し例えば動作を停止させ
る。許容範囲内のときは割込み処理により比較電
圧V_rを新たにメモリ１７のRAMに書き込む。

励磁電流を変更すると同時に第５図のフローチ
ヤートのステツプ〜で示すように可変ゲイン
増幅器１４の増幅度を励磁電流を増加した値に対
応して減少させ流量信号を励磁電流を増加させる
前と同じ値にする。これはＡ／Ｄ変換器１５が適
正な動作領域内に入るようにするためである。こ
の処理の後ステツプに戻る。

以上のステツプ〜の処理により、流量信号
に対する直流電位の突変値の比つまりＳ／Ｎ比が
改善される。すなわち、直流電位の突変は電極材
質の種類、流速流体の種類等に依存し励磁電流に
は無関係であるが、流量信号は励磁電流を増大さ
せると増大させた分だけ増大するからである。励
磁電流を増大させた後、以上のステツプ〜の
処理を繰り返し、ステツプ〜で示す窓処理で
境界値内に受信信号が入つたと判断されれば励磁
電流の増大をその段階で停止し受信信号を流量出
力として出力する。励磁電流は、ステツプ〜
で示す窓処理により境界値外になるケースが例え
ば長時間ない場合には励磁電流を段階的に減少さ
せ最初の状態に戻すようにすることにより低消費
電力化が実現できる。この励磁電流の変更をこの
例では段階的に実行する場合について説明した
が、これは必要に応じて連続的に変更しても良い
し、また励磁電流の変更を１段だけで実現しても
良い。

＜発明の効果＞ 以上の如く実施例を通じて本発明の内容につい
て具体的に説明して来た構成によれば以下の様な
効果が生じる。

(イ) 直流電位の突変が多くなり励磁電磁を増加さ
せると、受信信号に対する直流電位の突変値の
割合が小さくなり、境界値幅Ｃは受信信号の値
との関連で設定されているので境界値幅Ｃにか
かる回数が減少し従来技術の欠点である応答性
が大幅に改善される。

(ロ) 直流電位の突変が多い場合にも励磁電流を増
加させて受信信号のＳ／Ｎ比を改善させ、直流
電位の突変の影響を受けない流量測定ができ
る。

(ハ) 直流電位の突変が少い場合には少ない励磁電
流で効率の良い流量測定ができ低消費電力化が
実現できる。

(ニ) 本発明によれば直流電位の突変の生じやすい
流体でも生じ難い流体でも、これ等を特に考慮
することなく使用できるので流量測定の応用分
野が拡大する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示すブロツク図、第２図は本
発明の全体構成を示すブロツク図、第３図は本発
明の一実施例を示すブロツク図、第４図は本発明
における流量信号をサンプルするタイミングを示
すタイミング図、第５図は第３図における信号処
理のフローチヤートである。 図面中、１は発信器、１３は切換スイツチ、１
４は可変ゲイン増幅器、１５はＡ／Ｄ変換器、１
６はCPU、１７はメモリ、１８はＩ／Ｏポート、
１９はＤ／Ａ変換器、２２は流量出力、２３は切
換制御回路、２４は電流制御回路、Ｉは定電流
源、SW_1-1〜SW_1-4は切換スイツチである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電磁流量計発信器からの受信信号に追従し前
   記受信信号に対して一定の比率で前記受信信号の
   上下一定幅の範囲に上下の境界値を設定する境界
   値設定手段と、新たな受信信号値を上下の境界値
   と比較する比較手段と、前記受信信号値が前記の
   境界値を越えたときに前記受信信号の揺動を検出
   する揺動検出手段と、前記受信信号の揺動が所定
   の値を越えたか否かを判断する揺動判断手段と、
   前記揺動判断手段の判断結果に基づき発信器の励
   磁電流を変更する励磁電流変更手段と、前記受信
   信号を増幅する増幅器の増幅度を前記励磁電流に
   対応して変更する増幅度変更手段とを具備し前記
   受信信号値が前記境界値内のときは新たな前記受
   信信号を出力し前記受信信号値が前記境界値の範
   囲外のときは前回受信した受信信号を出力するこ
   とを特徴としち電磁流量計変換器。