JPH04305121A - 電磁流量計 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、休止期間を有する矩形
波状の励磁を行う電磁流量計に係り、特にコアに残留す
る残留磁場の影響を除去するように改良した電磁流量計
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の電磁流量計の構成を示すブ
ロック図である。図６はその動作を説明する波形図であ
る。以下、この電磁流量計の概要について説明する。

【０００３】１は励磁部であり、励磁コイル１ａとコア
１ｂなどから成り立っている。２は導管であり、この中
に被測定流体が流される。導管２には電極３ａ、３ｂが
磁界Ｂと直角方向に配設されている。４と５は高インピ
−ダンスのバッフアアンプでありその入力端は電極３ａ
、３ｂに接続されている。６は同相雑音を除去する外部
抵抗Ｒ１〜Ｒ４を付した差動アンプでバッフアアンプ４
、５の出力を受ける。

【０００４】７は差動アンプの出力、８は差動アンプ７
の出力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）である。９はマイ
クロプロセッサ（以下、ＣＰＵと略称する）、１０はメ
モリ（ＲＯＭ／ＲＡＭ）、１１は入出力ポ−ト（Ｉ／Ｏ
）、１２はデジタル／アナログ変換器（以下、Ｄ／Ａ変
換器と略称する）であり、これ等によりマイクロコンピ
ュ−タ１３を構成している。１４はアドレスバス、１５
はデ−タバス、１６は最終出力である。

【０００５】励磁コイル１ａは直流定電流源１７にスイ
ッチＳＷ１−ａ、ＳＷ１−ｂ、ＳＷ２−ａ、ＳＷ２−ｂ
を介して接続されており、これ等のスイッチは励磁コイ
ル１ａに図６（ａ）のごとくゼロ・正・ゼロ・負・ゼロ
の５つの期間Ｔ０〜Ｔ４で１周期となる矩形波の励磁電
流が流れるように入出力ポ−ト１１を介したＣＰＵ９か
らのタイミング信号１８により開閉される。これ等の周
期は全て同じ間隔とし、励磁周波数は例えば５０／４Ｈ
ｚとする。

【０００６】差動アンプ６の出力７はＣＰＵ９の指定す
るタイミング、この例では図６（ｂ）に示すごとく、励
磁期間Ｔ１、Ｔ３と休止期間Ｔ０、Ｔ４の各１回励磁電
流が変化する直前のタイミングｔ０、ｔ１、ｔ３および
ｔ４でＡ／Ｄ変換器８によりサンプリングされ、そのデ
ジタル化されたデ−タがメモリ１０に格納される。

【０００７】ＣＰＵ９はメモリ１０に時系列的に得られ
たこれ等のデ−タに対し、デ−タを１つづつ更新しなが
ら各タイミングｔ０〜ｔ４における４つのデ−タを１組
とした演算を逐次行ってその演算出力を出力する。

【０００８】電磁流量計の発信器の電極３ａ、３ｂには
図６（ｃ）に示すような励磁電流の波形（図６（ａ））
に対応した信号電圧Ｖｓ、−Ｖｓが発生している。さら
に図６（ｄ）に示すように図６（ａ）の励磁電流がゼロ
である休止期間、例えばＴ０、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６にも発
信器のコア１ｂによる残留磁束Ｂｒ、−Ｂｒと被測定流
体の流速により発生した雑音電圧が電極３ａ、３ｂ間に
現れる。このような雑音電圧になるのは、コア１ｂの磁
気ヒステリシス曲線（Ｂ−Ｈ曲線）に起因し、休止期間
Ｔ０で残留磁束が−Ｂｒであるときには被測定流体の流
速に比例した−ｋＶｓ（ｋは定数）の雑音電圧が発生し
、励磁期間Ｔ１の正励磁に至り、さらにゼロ励磁である
休止期間Ｔ２で正の残留磁束＋Ｂｒとなり被測定流体の
流速に比例した＋ｋＶｓになり、次に負の励磁期間Ｔ３
を経て休止期間Ｔ４に至りＢ−Ｈ曲線上の元の位置とな
り雑音電圧−ｋＶｓが発生するからである。つまり、信
号のサンプリング期間である休止期間Ｔ０〜休止期間Ｔ
４を周期としてＢ−Ｈ曲線上を１巡し、以下これを繰り
返している。

【０００９】励磁電流（図６（ａ））が切換わるときに
は、被測定流体と電極３ａ、３ｂからの信号リ−ド線な
どで形成される面積に磁界が直交して図６（ｅ）に示す
ような微分ノイズが電極３ａ、３ｂ間に発生する。

【００１０】図６において、ｔ０〜ｔ６のタイミングに
よりＣＰＵ９の制御の下にＡ／Ｄ変換器８を介してサン
プリングされたデ−タＶ００〜Ｖ０６は同図（ｃ）に示
す被測定流体の流量と励磁電流とに比例した信号電圧、
同図（ｄ）に示すコアの残留磁気と被測定流体の流量と
に比例した雑音電圧、同図（ｅ）に示す微分ノイズｄが
重畳されたものであり、図中の値を用いれば各デ−タに
含まれる成分は次の通りである。 　　Ｖ００＝　　　　　　−ｋＶｓ＋ｄ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　（１）　　Ｖ０１＝　　Ｖ
ｓ　　　　　　　　＋ｄ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　（２）　　Ｖ０２＝　　　　　　　　ｋＶ
ｓ−ｄ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３
）　　Ｖ０３＝−Ｖｓ　　　　　　　　−ｄ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　（４）　　Ｖ０４＝　
　　　　　−ｋＶｓ＋ｄ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　（５）　　Ｖ０５＝　　Ｖｓ　　　　　　
　　＋ｄ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（
６）　　Ｖ０６＝　　　　　　　　ｋＶｓ−ｄ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　（７）となる。これ
等のサンプリング値はメモリ１０に順次格納される。格
納されたこれ等のサンプリング値から信号電圧Ｖｓのみ
を算出する演算式は次の各場合によって異なる。

【００１１】（イ）正励磁の前のタイミングから開始す
る場合（ｔ０〜ｔ４）この場合の演算式は、演算結果を
Ｖｐとすれば次の通りとなる。 　　Ｖｐ＝−Ｖ００＋２・Ｖ０１−２・Ｖ０３＋Ｖ０４
　　　　　　　　　　　　（８）この式に前記の（１）
、（２）、（３）及び（５）式を代入すると、 　　Ｖｐ＝４・Ｖｓ＋４ｄ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（９）となる。

【００１２】（ロ）負励磁の前のタイミングから開始す
る場合（ｔ２〜ｔ６）この場合の演算式は、演算結果を
Ｖｎとすれば次の通りとなる。 　　Ｖｎ＝Ｖ０２−２・Ｖ０３＋２・Ｖ０５−Ｖ０６　
　　　　　　　　　　　　　（１０）この式に前記の（
３）、（４）、（６）及び（７）式を代入すると、 　　Ｖｎ＝−４・Ｖｓ−４ｄ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（
１１）となる。ここで、（イ）と（ロ）とを比較すると
、正励磁の前のタイミングから開始した場合と負励磁の
前のタイミングから開始した場合とでは、単にその演算
出力の符号が変化するだけであることが分かる。

【００１３】これ等の演算式はメモリ１０のＲＯＭ内に
格納されており、ＣＰＵ９の制御の基にこれ等の演算が
逐一実行されＩ／Ｏポ−ト１１、Ｄ／Ａ変換器１２をそ
れぞれ介して順次出力Ｖ０される。

【００１４】以上の式（９）、式（１１）から分かるよ
うに残留磁気により発生する雑音電圧ｋＶｓは完全に除
去することができるが微分ノイズｄは除去することがで
きない。

【００１５】そこで、この微分ノイズｄを除去するため
に、次の演算をすることが考えられる。式（１）〜（４
）を用いて次の演算をしてその演算結果をＶｑとすれば
、 　　　　　　Ｖｑ＝−Ｖ００＋Ｖ０１＋Ｖ０２−Ｖ０３
　　　　　　　　　　　　　　　　（１２）　　　　　
　　　　　＝−（−ｋＶｓ＋ｄ）＋（Ｖｓ＋ｄ）＋（ｋ
Ｖｓ−ｄ）　　　　　　　　　　　　−（−Ｖｓ−ｄ）
　　　　　　　　　　＝２Ｖｓ＋２ｋＶｓ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（１３）となり、微分ノイズｄを除去することができ
るが、残留磁気による雑音ｋＶｓは除去することはでき
ない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】この様に、従来の電磁
流量計では、残留磁気による雑音電圧を演算により除去
しようとすれば微分ノイズを除去することが出来ず、微
分ノイズを演算により除去しようとすれば残留磁気によ
る雑音電圧を除去することができない。本発明は、残留
磁気による雑音電圧をハ−ド的に除去する手段を提供す
ることにより、微分ノイズを含む各種のノイズの演算に
よる除去を容易にしようとするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するために、無励磁の休止期間を有し矩形波状の励
磁電流をコアを有する励磁コイルに供給しこの励磁によ
り流量に対応して電極間に発生する信号電圧を信号処理
して流量信号として出力する電磁流量計において、前記
励磁電流が前記休止期間に移行するときに交流の振動を
伴なって減衰する励磁手段を具備するようにしたもので
ある。

【００１８】

【作　　用】無励磁の休止期間を有し矩形波状の励磁電
流をコアを有する励磁コイルに供給すると、無励磁の休
止期間に励磁サイクルが移行したときにコアのＢ−Ｈ曲
線に従う残留磁気が現れる。この場合に被測定流体が流
れているとこの残留磁気との乗算結果として雑音電圧が
現れる。この雑音電圧は休止期間に移行する前の励磁状
態に関連した極性で現れる。そこで、励磁状態から休止
期間に移行したときに交流の振動を伴なって減衰してゼ
ロの励磁電流になるような減衰共振回路を励磁手段に設
けることにより励磁状態の如何を問わず残留磁気の影響
を受けないようにする。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図１は本発明の１実施例の構成を示すブロック
図である。なお、図５、図６に示す従来の電磁流量計と
同一の機能を有する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。

【００２０】励磁部１は励磁コイル１ａとコア１ｂなど
から成り立っている。導管２の中に被測定流体が流され
る。導管２には電極３ａ、３ｂが磁界Ｂと直角方向に配
設されている。４と５は高インピ−ダンスのバッフアア
ンプでありその入力端は電極３ａ、３ｂに接続され、こ
れ等の出力端は同相雑音を除去するための差動増幅器６
の各入力端に接続されている。

【００２１】差動増幅器６の出力端に現れた電圧はＡ／
Ｄ変換器８、メモリ２０などの信号処理に必要な部分を
含むマイクロコンピュ−タ２１に出力され、ここで必要
な信号処理がなされて流量信号Ｖｑを出力する。

【００２２】２２は励磁回路であり、励磁回路２２はマ
イクロコンピュ−タ２１のＩ／Ｏポ−ト１１から制御信
号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を受けて励磁コイル１ａに所定の波
形を持つ励磁電流Ｉｆを供給している。

【００２３】励磁回路２２は、直流電源Ｅｂ、定電流回
路ＣＣ、スイッチＳＷ３−ａ、ＳＷ３−ｂ、スイッチＳ
Ｗ４−ａ、ＳＷ４−ｂ、スイッチＳＷ５、コンデンサＣ
などで構成されている。一端が共通電位点ＣＯＭに接続
された直流電源Ｅｂの他端はスイッチＳＷ３−ａとＳＷ
４−ａの各一端に接続され、その他端は励磁コイル１ａ
に接続されると共にそれぞれスイッチＳＷ４−ｂとＳＷ
３−ｂの一端に接続されている。スイッチＳＷ４−ｂと
ＳＷ３−ｂの他端は定電流回路ＣＣを介して共通電位点
ＣＣＯに接続されている。また、励磁コイル１ａの両端
にはスイッチＳＷ５とコンデンサＣとの直列回路が接続
されている。スイッチＳＷ３−ａとＳＷ３−ｂとは制御
信号Ｓ１により、スイッチＳＷ４−ａとＳＷ４−ｂとは
制御信号Ｓ２により、スイッチＳＷ５は制御信号Ｓ３に
よりそれぞれその開閉が制御される。これ等の制御信号
の制御順序とその内容をついてはメモリ２０に格納され
ている。

【００２４】次に、以上のように構成された実施例の動
作について図２に示す波形図を用いて説明する。図２（
ａ）に示すように制御信号Ｓ１をオン、図２（ｂ）に示
すように制御信号Ｓ２をオフ、図２（ｃ）に示すように
制御信号Ｓ３をオフの状態では、スイッチＳＷ３−ａと
ＳＷ３−ｂはオン、ＳＷ４−ａとＳＷ４−ｂはオフ、ス
イッチＳＷ５はオフであるので、励磁電流Ｉｆは例えば
正の一定値＋Ｉｃ（図２（ｅ））となる。

【００２５】次に、図２（ａ）に示すように制御信号Ｓ
２をオン、図２（ｂ）に示すように制御信号Ｓ１をオフ
、図２（ｃ）に示すように制御信号Ｓ３をオフの状態で
は、スイッチＳＷ４−ａとＳＷ４−ｂはオン、ＳＷ３−
ａとＳＷ３−ｂはオフ、スイッチＳＷ５はオフであるの
で、励磁電流Ｉｆは例えば負の一定値−Ｉｃ（図２（ｅ
））となる。

【００２６】さらに、図２（ａ）に示すように制御信号
Ｓ１をオフ、図２（ｂ）に示すように制御信号Ｓ２をオ
フ、図２（ｃ）に示すように制御信号Ｓ３をオンの状態
では、スイッチＳＷ３−ａ、ＳＷ３−ｂ、ＳＷ４−ａ、
ＳＷ４−ｂのいずれもオフであるので、直流電源Ｅｂか
ら電力は励磁コイル１ａに供給されない。しかし、スイ
ッチＳＷ５はオンであるので、励磁コイル１ａのＬと抵
抗ＲとコンデンサＣとによりＬＣＲ共振回路を構成し、
励磁コイル１ａのインダクタンスＬに、正、負の励磁期
間で蓄えられたエネルギは、休止期間でＲ＜２・（Ｌ／
Ｃ）１　／　２　の条件の下に減衰振動を起こす。以上
のようにして図２（ｅ）に示すように休止期間で減衰振
動を伴なう３値励振の励磁電流Ｉｆとなる。

【００２７】この様に休止期間で残留振動を伴なう励振
を行うと、図３に示すようにコア１ｂのＢ−Ｈ曲線は、
当初大きなル−プに対応するＩｆ＝０の大きな残留磁束
Ｂｒを持って休止期間に入るが、図示のように減衰振動
を起こさせてＢ−Ｈ曲線の中央に動作点を持ってくると
残留磁束が殆ど消去されるので、休止期間に磁束が残留
しない。

【００２８】一方、差動増幅器６の出力（図２（ｇ））
はＩ／Ｏポ−ト１１から出力された制御信号Ｓ４により
Ａ／Ｄ変換器８で図２（ｄ）に示すタイミングにより図
２（ｈ）に示すようにサンプリングされメモリ２０のＲ
ＡＭに格納される。ＣＰＵ９はこのメモリ２０のＲＡＭ
に格納されたサンブリングデ−タを読出し、メモリ２０
の例えばＲＯＭに格納されている（１２）式に示すよう
な演算式にしたがって流量演算を実行する。

【００２９】従来の（１２）式による演算では、微分ノ
イズｄは除去できるが図６（ｄ）に対応する雑音電圧を
含む図２（ｆ）に示す信号電圧から分かるように残留磁
気による雑音電圧ｋＶｓは除去できなかったが、図１に
示す実施例では図２（ｇ）に示す波形から分かるように
雑音電圧ｋＶｓによる影響は除去されている。

【００３０】図４（ａ）は休止期間を有し実線で示す高
周波の矩形波状の電流と点線で示す低周波の矩形波状の
電流が重畳されたような２周波励磁をして高周波の信号
と低周波の信号をそれぞれ別途に検出しこれ等を合成し
て流量信号として出力する電磁流量計に使用するような
場合の励磁電流を示しているが、この様な場合でも図１
に示す構成を応用することができる。また、図４（ｂ）
に示すように、正の一定値Ｉｃとゼロとを繰り返す２値
で励磁する電磁流量計の場合にも図１に示す構成を応用
することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに本発明によれば、無励磁の休止期間を有し矩形波状
の励磁電流をコアを有する励磁コイルに供給しこの励磁
により流量に対応して電極間に発生する信号電圧を信号
処理して流量信号として出力する電磁流量計で励磁電流
が休止期間に移行するときに交流の振動を伴なって減衰
するようにしたので、休止期間を伴なう励磁電流で励磁
する各種の電磁流量計において残留磁界の影響を簡単に
除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１に示す実施例の動作を説明する波形図であ
る。

【図３】図１に示す実施例の動作を説明する特性図であ
る。

【図４】図１に示す実施例で使用する励磁電流の他の例
を示す波形図である。

【図５】従来の電磁流量計の構成を示すブロック図であ
る。

【図６】図５に示す実施例の動作を説明する波形図であ
る。

【符号の説明】

１　　励磁部、 １ａ　　励磁コイル １ｂ　　コア ２　　導管 ３ａ、３ｂ　　電極 １３、２１　　マイクロコンピュ−タ １７　　直流定電流源 １８　　タイミング信号 ２０　　メモリ ２２　　励磁回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無励磁の休止期間を有し矩形波状の励磁電
   流をコアを有する励磁コイルに供給しこの励磁により流
   量に対応して電極間に発生する信号電圧を信号処理して
   流量信号として出力する電磁流量計において、前記励磁
   電流が前記休止期間に移行するときに交流の振動を伴な
   って減衰する励磁手段を具備することを特徴とする電磁
   流量計。