JPH0554886B2 - - Google Patents

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JPH0554886B2
JPH0554886B2 JP61250945A JP25094586A JPH0554886B2 JP H0554886 B2 JPH0554886 B2 JP H0554886B2 JP 61250945 A JP61250945 A JP 61250945A JP 25094586 A JP25094586 A JP 25094586A JP H0554886 B2 JPH0554886 B2 JP H0554886B2
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JP
Japan
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signal
period
voltage
compensation
value
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JP61250945A
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Buratsutaa Matsukusu
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Endress and Hauser Flowtec AG
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Endress and Hauser Flowtec AG
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Publication of JPH0554886B2 publication Critical patent/JPH0554886B2/ja
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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】 産業上の利用分野 本発明は、磁界が連続する半周期において交互
に反対の極性の値を有しかつ信号電圧を各々の半
周期において測定信号−標本化期間の間標本化し
かつ磁界の反対の極性の値において得られた、そ
の都度２つの信号値の差を形成することによつ
て、有効信号を取り出し、かつ同じ半周期内の
各々の測定信号−標本化期間に続く補償期間にお
いて信号電圧の標本化および記憶によつて信号電
圧に反対方向に重畳される補償電圧を発生し、該
補償電圧が補償期間内の信号電圧を０に補償しか
つ次の補償期間まで維持する、周期的に極性が交
番する直流磁界を用いた磁気−誘導形流量測定に
おける電極回路における障害電圧の補償方法に関
する。
従来の技術 このような形式の方法は、西独国特許第
2744845号明細書および西独国特許第3132471号明
細書から公知である。これら公知の方法において
は、各々の半周期において測定信号−標本化期間
およびそれに続く補償期間がある。重畳される補
償電圧およびその都度２つの順次得られた信号値
の差形成によつて、信号電圧に含まれている障害
直流電圧は、それらが２つの連続する測定信号−
標本化期間の間においてリニヤに変化する時で
も、抑圧される。上記西独国特許第3132471号明
細書では、磁界は各々の半周期の終了時に直ちに
反対の極性の値に極性変換される。従つて磁界は
各々の補償期間において先行する測定信号−標本
化期間と同じ値を有し、その結果補償期間におい
て記憶された補償電圧は、全体の測定電圧も含ん
でいる。従つて差形成によつて得られる有効信号
値は、４つの順次検出された測定電圧値、即ち信
号電圧中に含まれている測定電圧成分の約４倍の
値に相応する。これに対して上記西独国特許第
2744845号明細書に記載の方法では、各々の半周
期において、磁界が２つの反対の極性の値の一方
または他方の値をとる、アクテイブな時相に、磁
界が値０をとる、磁界の加わらない時相が続く。
各々の半周期において測定信号−標本化期間はア
クテイブな時相にあり、補償期間は磁界の加わら
ない時相にある。この場合差形成によつて得られ
る有効信号値は、２つの順次検出された測定電圧
値、即ち信号電圧中に含まれている測定電圧成分
の約２倍の値に相応する。その理由は、磁界の加
わらない時相において検出されかつ記憶された補
償電圧は測定電圧成分を含んでいないからであ
る。
磁気−誘導形流量測定は、次の２つの傾向を呈
している： − 磁界周波数が益々高くなる傾向がありかつこ
れとの関連において遮断周波数特性が改善され
なければならない； − 消費電力を一層小さくしようと努力が払われ
ているが、このことは感度の低下と結び付いて
いる。
一層小さなコイル電力ですませようという傾向
は、一層小さな電界強度を実現するが、結果的に
これに相応して信号レベルも一層低くなる。その
際有効信号レベルは、増幅器雑音、流れの乱れお
よび類似の効果によつて惹き起こされかつ以下そ
の全体をひつくるめて雑音信号と表すことにする
交番電圧障害レベルに益々近付く。公知の方法
は、雑音信号抑圧に関して最適ではない。その理
由は、標本化の都度検出された有効信号に雑音信
号の偶然の瞬時値が重畳されるからである。
発明が解決しようとする問題点 確かに標本化および記憶回路において積分作用
するRC素子を使用することによつて、雑音信号
のある程度の平均化を実現することが出来るが、
この作用は非常に制限されている。というのは、
RC時定数は常時、利用することが出来る標本化
および補償期間の持続時間より著しく小さい選定
されなければならないからである。補償期間の持
続時間が十分に長くない時、補償電圧新しい値に
完全には調整しきれず、結果的に、測定結果に関
わつてくる誤差が付随することになる。次の点に
も別の誤差発生源がある。即ち出力側において取
り出される各々の有効信号値から組み合わされて
成る個別測定電圧成分が、場合によつては同じ周
波数特性を有していない種々の増幅器を介して取
り出されることである。
本発明の課題は、雑音信号が大幅に抑圧され、
補償電圧の場合によつて生じる誤差が作用するこ
とがないようになりかつ測定結果が増幅器の種々
の周波数特性によつて妨害作用を受けることがな
いようにした、冒頭に述べた形式の方法を提供す
ることである。
問題点を解決するための手段 本発明によればこの課題は、次のように解決さ
れる。即ち ａ 各々の測定信号−標本化期間における信号電
圧の標本化によつて得られた信号値を記憶し、 ｂ 同じ半周期内の各々の補償期間に続く補正−
標本化期間において信号電圧を新たに標本化し
かつこれにより得られた信号値を記憶し、 ｃ 異なつた半周期における２つの補償期間の間
においてその都度得られた、記憶された信号値
の差を形成し、 ｄ このようにして得られた、その都度２つの差
値の差を、有効信号を取り出すために形成する
のである。
発明の作用および発明の効果 本発明の方法では、各々の半周期において信号
電圧の２回の標本化が行われ、その際１回目の標
本化は公知のように補償期間の前に行われる。こ
れに対して２回目の標本化は、同じ半周期におい
て補償期間後に補償された信号電圧、従つて実質
的に雑音信号成分、補償電圧の場合によつて生じ
た誤差および測定電圧の一時的な変化から成る補
償された信号電圧に基いて行われる。付加的に行
われる差形成によつて、補正−標本化期間におい
て得られかつ記憶された信号値が、引続く半周期
の測定信号−標本化期間において同じ補償電圧を
使用して得られかつ記憶されている信号値から減
算される。従つてこのような２回の標本化におい
て得られた信号値に含まれている、雑音信号成分
および補償電圧の場合によつて生じた誤差は、差
形成によつて除去される。このようにして障害成
分を含んでいない、順次得られた２つの差値はそ
れからまず、新たな差形成によつて有効信号を取
り出す２つの信号値として使用される。このよう
にして得られる有効信号値は、公知の方法におけ
るように、重畳された障害直流電圧およびこの障
害直流電圧のリニヤな変化も含んでいない。
本発明の方法は、上記西独国特許第3132471号
明細書におけるように、磁界の加わらない時相の
ない磁気誘導形流量測定においても、上記西独国
特許第2744845号明細書におけるように、磁界の
加わらない時相を含む磁気誘導形流量測定におい
ても使用される。出力側に取り出される有効電圧
値はこの場合も、前者の場合信号電圧に含まれて
いる測定電圧成分の４倍の値に相応し、後者の場
合には２倍の値に相応する。
本発明の有利な実施例によれば、信号電圧を
各々の標本化期間の持続時間にわたつて積分しか
つ積分によつて得られた積分値を信号値として記
憶することによつて、雑音信号の特に申し分のな
い抑圧か実現される。
実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて
詳細に説明する。
第１図は、流量測定装置を略示する。この流量
測定装置は一部、西独国特許第3132471号明細書
に図示されかつ記載されている流量測定装置と一
致する。流量測定装置は、図平面に対して垂直に
導電性の液体が流れる内側が絶縁された導管を含
んでおり、かつ流量測定装置は、導管１内の導電
性液体の平均流量速度を表す電気信号を発生する
目的を有する。対称性の理由から、導管１の両側
に配置されている、２つの同じ半部に分割されて
いる磁界コイル２が、導管内に管軸線に対して垂
直に配向された磁界Ｈを発生する。導管１の内部
には、２つの電極３および４が配設されている。
これら電極において、フアラデイーの法則に基い
ている磁気−誘導形流量測定計の周知の測定原理
に従つて、磁界を横切る導電性の液体の平均の流
れ速度に比例する誘起された測定電圧を取り出す
ことができる。この測定電圧は磁気−誘導形流量
測定計において通例、障害直流電圧に重畳されて
いる。このような障害直流電圧は、その原因が殊
に種々の電子−化学的な平衡ポテンシヤルにあり
かつ時間の経過と共に測定電圧の数倍の値をとる
ようになる可能性がある。
コイル制御回路５は、磁界コイル２を流れる電
流を制御回路６の出力側６ａから供給されかつコ
イル制御回路５の制御入力側５ａに加わる制御信
号Ａに依存して制御する。
電極３および４は、差動増幅器７の両方の入力
側に接続されている。この差動増幅器７は小さな
増幅度を有するので、障害直流電圧が大きい場合
でも（典型的な場合には±1V）、過制御する可能
性はない。差動増幅器７の出力側は、加算回路８
の入力側に接続されており、加算回路の出力側に
は、増幅度ｖを有する増幅器９の入力側が接続さ
れている。
加算回路８の別の入力側は、増幅器９の出力側
に、公知の形式の補償回路１０を介して接続され
ている。この補償回路は、差動増幅器７の出力側
電圧Ufに含まれている障害直流電圧を抑圧しか
つこれにより増幅器９が過制御されないように、
この増幅器９の入力側から隔離する目的を有して
いる。補償回路１０は、演算増幅器１１を含んで
いる。演算増幅器の反転入力側は増幅器９の出力
側に接続されておりかつ基準入力側として用いら
れる非反転入力側は、アースに接続されている。
演算増幅器１１の出力側に、スイツチ１３、抵抗
１４および蓄積コンデンサ１５を含んでいる標本
化および記憶回路１２が接続されている。スイツ
チ１３は、制御回路６の出力側６ａから供給され
る制御信号Ｂによつて操作される。標本化および
記憶回路１２の出力側は、加算回路８の第２入力
側に接続されている。
スイツチ１３が閉成されている時、増幅器９の
出力側から演算増幅器１１、標本化および記憶回
路１２および加算回路８を介して増幅器９の入力
側に至る閉ループ調整回路が生じる。この調整回
路は、演算増幅器１１の反転入力側、即ち増幅器
９の出力電圧を、非反転入力側に加わる基準電
位、即ちアース電位に調整する。従つて標本化お
よび記憶回路１２の出力は、スイツチ１３の閉成
によつて決められる、各々の補償期間において補
償電圧Ukをとる。この電圧は、加算回路８の別
の入力側に同時に加わる、差動増幅器７の出力側
から供給される信号電圧Ufに反対の極性におい
て等しく、その結果加算回路８の出力電圧Ugお
よび従つて増幅器９の出力電圧ｖ・Ugが零にな
る。蓄積コンデンサ１５は、抵抗１４を介してこ
の補償電圧Ukに充電され、その結果この電圧は、
スイツチ１３の開放後も、従つて標本化および記
憶回路１２の保持相において、その出力が維持さ
れる。従つてこの記憶された補償電圧Ukは、次
の補償期間まで加算回路８においてその都度加わ
る信号電圧Ufに加算される。コンデンサ１５が
スイツチ１３の開放後、放電するのを妨げるため
に、標本化および記憶回路１２の出力側に通例の
ようにインピーダンス変換器を後置接続すること
ができる。このインピーダンス変換器は、簡単に
するために図示はされていない。
抵抗１４およびコンデンサ１５は一緒に、コン
デンサ１５のクランプ電圧が演算増幅器１１の出
力電圧の変化を遅延して追従すること出来るよう
に作用する時定数を有する積分素子を形成する。
これにより演算増幅器１１の出力電圧の迅速な変
化がスイツチ１３の閉成時間の期間中平均化され
るが、補償期間の持続時間および積分素子の時定
数を、補償電圧Ufが各々の補償期間において必
要な値に調整され得るように相互に調節すること
も必要である。
増幅器９の出力側には更に積分器１６がスイツ
チ１７を介して接続されている。スイツチ１７
は、制御回路６の出力側６ｃから送出される制御
信号Ｃによつて操作される。積分器１６は、制御
回路６の別の出力側６ｄと接続されているリセツ
ト入力側１６ａを有する。制御回路６は、出力側
６ｄにおいて、短いリセツトパルスから成る制御
信号Ｄを送出する。入力側１６ａに短いリセツト
パルスが供給される都度、積分器１６は積分に対
して前以て決められた初期値にリセツトされる。
初期状態は有利には状態零であり、以下の説明に
おいても零として扱うことにする。
スイツチ１７が閉成されている時、増幅器９の
出力電圧ｖ・Ugは、積分器１６の信号入力側に
加わる。積分器１６は、先行のリセツトパルスに
よつて決められる初期値零からスイツチ１７の閉
成時間によつて決められる積分期間の持続時間に
わたつて、信号電圧ｖ・Ugを積分する。各々の
積分期間の終了時に積分器１６の出力側に、出力
信号が取り出されるが、それは電圧ｖ・Ugの、
積分時間にわたる積分値に相応する。
積分器１６の出力側には、積分器１６から供給
される積分値から、測定すべき流速を表す有効信
号値UNを形成する評価電子装置２０が接続され
ている。評価電子装置２０は、積分器１６から順
次供給される、４つの積分値を別個に記憶しかつ
記憶された積分値間の既述の差を形成することが
出来るように、構成されている。第１図に略示さ
れている実施例では、評価電子装置２０は、この
目的のために４つのメモリ２１，２２，２３，２
４および３つの減算回路２５，２６，２７を含ん
でいる。積分器１６の出力信号がアナログ信号で
ある時、評価電子装置２０の構成部分は、図示の
ように相互接続されておりかつ同様に評価電子装
置２０に含まれている評価制御部２８によつてそ
の作動が制御されるアナログ回路とすることが出
来る。評価制御部２８は、必要に応じて積分器６
の作動と同期される。このことは、例えばこの制
御部が同様に制御回路６の出力側６ｃから制御信
号Ｃを受信するようにして、行うことが出来る。
通例、評価電子回路２０を、有利にはマイクロコ
ンピユータの使用によつて、デジタル信号処理用
に構成することが望まれる。その場合第１図に別
個に図示のメモリ２１，２２，２３，２４は、マ
イクロコンピユータの動作メモリの記憶領域であ
り、かつ減算回路２５，２６，２７の機能はマイ
クロコンピユータのマイクロプロセツサによつて
実行され、その際マイクロコンピユータの動作プ
ログラムが評価制御部２８の機能を引き受ける。
その場合積分器１６と評価電子装置２０との間
に、積分器１６のアナログ出力信号をマイクロコ
ンピユータにおける処理に適しているデジタル信
号に変換するAD変換器を設けることが出来る。
しかし有利には積分器１６はこの場合、積分器値
を表すデジタル信号を直接送出するように、構成
されている。
第２図の信号波形図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，
Ｇは、流量測定装置が、西独国特許第3132471号
明細書に記載されているように、磁界の加わらな
い相なしに作動する時、第１図に同じ記号が付さ
れている回路点に発生する信号の時間的な経過を
示す。
信号波形図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、制御回路６から
送出される、信号値１または０をとる制御信号を
表す。信号波形図Ａに図示されている、コイル制
御回路５に供給される制御信号Ａは、２つの連続
する周期ＰおよびP′が図示されている周期的な矩
形信号である。制御信号Ａは、周期Ｐにおいて半
周期HP１の期間中信号値１をとり、別の半周期
HP２の期間中信号値０をとる。次の周期P′の相
応の半周期は、HP１′およびHP２′によつて示
されている。
スイツチ１３および１７に加わる制御信号Ｂな
いしＣにおいて、信号値１はスイツチの閉成を意
味し、信号値０はスイツチの開放を意味する。従
つて信号波形図Ｂにおける信号値１の各々の矩形
パルスが、持続時間Tkの補償期間を決める。そ
の経過中加算回路８の出力側における電圧Ugは
零に補償される。信号波形図Ｃにおける信号値１
の各々の矩形パルスは、持続時間Tiの標本化およ
び積分期間を決める。その経過中において、電圧
ｖ・Ugが標本化されかつ積分器１６において積
分される。
信号波形図Ｄのリセツトパルスは、時間的に信
号波形図Ｃの矩形パルスのその都度直前に現れる
短いパルスである。
コイル制御回路５は、制御信号Ａの信号値１に
おいて一定の大きさの直流電流を一方の方向にお
いて磁界コイル２を介して送出するように、また
制御信号Ａの信号値０において同じ大きさの直流
電流を反対の方向において磁界コイル２を介して
送出するように、構成されている。コイル制御回
路５は、電流を各々の極性において同じ一定の値
＋Inないし−Inに調整する電流調整器を含んでい
る。磁界コイル２を流れる電流の経過は、信号波
形図Ｅに図示されている。磁界コイルのインダク
タンスのため、電流は切換え後その都度反対の極
性の一定の値Inに所定の遅延の後達する。信号波
形図Ｅにおいて、半周期HP１において負の値か
ら正の値へ切換わる際立上り過渡振動時間Ｅ１内
に調整された正の値＋Inに達し、かつ半周期HP
１の残りの時間F1の期間中一定の電流値＋Inか
成り立つ。相応の方法において半周期HP2にお
いて正の値から負の値に切換わる際立上り過渡振
動時間E2内に一定の負の値−Inに達しかつ残り
の時間F2の期間中その値が維持される。同じ過
程が、次の周期P′の相応の時間間隔Ｅ１′，Ｆ
１′，Ｅ２′，Ｆ２′において繰返されかつ各々別
の引き続く周期において同じように繰返される。
磁界Ｈは、電流Ｉと同じ時間的な経過を示し、
その結果信号波形図Ｅは磁界Ｈに対しても当ては
まる。磁界Ｈは、時間間隔Ｆ１の期間中一方の極
性の一定の磁界強度Hnを有しかつ磁界間隔Ｆ２
の期間中反対の極性の同じ一定の磁界強度Hnを
有する。磁界周期の周期持続時間Tpは、制御信
号Ａの各々の周期Ｐ，P′，……の持続時間に等し
く、かつ磁界周期は、制御信号Ａの周期Ｐ，P′，
……と時間的に一致する。
信号波形図Ｆは、差動増幅器７の出力側におけ
る信号電圧Ufの時間的な経過を示す。電圧Ufは、
導管１における流速および磁界Ｈの磁界強度に比
例する測定電圧成分UMを含んでいる。流速が一
定の場合または周期持続時間Tpに比べて緩慢に
しか変化しない流速の場合、測定電圧成分UMは、
磁界Ｈないし信号波形図Ｅにおける電流Ｉと同じ
時間的な経過を辿ることになる。測定電圧成分
UMのこの時間的な経過は、信号波形図Ｅにおい
て破線で示されている。測定電圧UMは、殊にそ
の原因が種々異なる電子−化学的な平衡ポテンシ
ヤルにありかつ磁界および流速に無関係である障
害直流電圧USに重畳されている。障害直流電圧
USは、時間的に一定でなく、それは徐々に変化
する。それは測定電圧UMの数倍の値をとること
がある値に達する可能性がある。障害直流電圧
USの時間的な変化は、簡単にするために信号波
形図Ｆには図示されていない。即ちそれは、通例
周期持続時間の経過において非常に僅かである。
最後に測定電圧UMには、増幅器雑音、流れの
乱れおよび別の障害作用によつて発生される雑音
信号URが重畳されている。従つて差動増幅器７
の出力側において送出される信号電圧Ufは、信
号波形図Ｆにおいて実線によつて示されている経
過を有する。
信号波形図Ｇは、補償回路１０の作用によつて
加算回路８の出力側に得られる電圧Ugを示す。
補償電圧Ukは、各々の補償期間において、即ち
制御信号Ｂが信号値１を有する各々の時間期間
中、信号電圧Ufと同じ値をとるが、反対の極性
を有している。またこの電圧は、補償期間の終了
時に達した値を、次の補償期間の開始まで維持す
る。補償によつて電圧Ugは、各々の補償期間に
おいて値零にされ、かつ補償電圧Ukは、補償期
間の終了後も電圧Ufに引続き重畳された状態に
あるので、信号波形図Ｇに図示された電圧Ugの
時間的な経過が生じる。
増幅器９の出力電圧ｖ・Ugは、電圧Ugとは、
増幅係数ｖによつてのみ異なつているので、信号
波形図Ｇは、電圧の縮尺が異なつている点を除け
ば、増幅器９の出力電圧に対しても当はまる。
信号波形図Ｇには、完全な測定サイクルＭが図
示されておりかつ８つの時間区間，，，
，，，，に区分されている。次の測定
サイクルは、M′によつて示されており、かつそ
の時間区間は、相応に記号′，′，′，′…
…が付されている。測定サイクルとしてその都
度、有効信号UNを形成するために使用されるす
べての信号が得られる経過を有する時間期間が表
される。各々の測定サイクルの持続時間Tpは、
磁界周期の周期持続時間Ｔに等しいが、測定サイ
クルＭは磁界周期Ｐに対して時間的にずれてい
る。
測定サイクルＭの第１の時間区間は、制御信
号Ｂの矩形パルス、即ち持続時間TKの補償期間
に相応する。この補償期間において、同じ時間期
間において生ずる信号電圧Uf(〓)とは反対の極性
だが等しい補償電圧UK(〓)が形成される。従つて
加算回路８の出力側において電圧Uf(〓) および
UK(〓)の加算によつて得られる電圧Ug(〓)は、時間
区間Ｉにおいて実質的に値零にされる。
時間区間の開始直前に、積分器１６はリセツ
トパルスＤによつて零にリセツトされる。
時間区間は、制御信号Ｃのパルスと合致しか
つ従つて、その経過中に増幅器９の出力側におけ
る電圧ｖ・Ug(〓)がスイツチ１７の閉成によつて
標本化されかつ積分器１６において積分される、
持続時間Tiの標本化および積分期間である。
時間区間において、補償回路１０の調整ルー
プは開放されているが、補償電圧Uk(〓)は、引き
続き電圧Ufに重畳される。時間区間における
電圧Uf(〓)は、先行の時間区間における電圧
Uf(〓)とは異なつている。それは、障害直流電圧
USの僅かな上昇、流速が一定でない場合の測定
電圧UMの場合により生ずる変動によるが、重畳
される雑音信号URの不規則性によるものが主な
原因である。従つて障害直流電圧USおよび測定
電圧UMが変化することがないものと仮定すると、
時間区間における電圧Ug(〓)は実質的に雑音信
号成分からのみ成つている。一方測定電圧UM(〓)
および障害直流電圧US(〓)は引き続補償電圧UK(〓)
によつて補償されて取り除かれる。即ち増幅器９
の出力側における相応に増幅された電圧ｖ・
Ug(〓)は時間区間においてスイツチ１７の閉成
によつて標本化されかつ積分器１６において積分
時間Tiにわたつて零から増分積分される。積分
は、時間区間の終了時におけるスイツチ１７の
開放によつて終了する。それから積分器１６の出
力側には、積分結果として積分値g(〓)が取り出
される。
時間区間において標本化されかつ積分された
雑音信号成分および補償電圧UKの生じる可能性
がある誤差は、後で説明するように、測定結果の
補正のために使用される。それ故に時間区間
は、“補正−標本化期間”と表すことが出来る。
時間区間の終了後、積分値g(〓)は評価制御
部２８によつてメモリ２１に入力される。この過
程は、例えば制御信号Ｃの矩形パルスの下降する
側縁によつて開始させることが出来る。
次の時間区間は、磁界コイルにおける電流
が正の値＋Inから負の値−Inに移行しかつ従つて
磁界Ｈの極性が反転する半周期HP2における立
ち上がり過渡振動時間Ｅ２に相応する。この時間
区間における磁界Ｈは一定でないので、時間区間
は流量測定のために利用することは出来ない。
時間区間の開始の直前に、積分器１６はリセ
ツトパルスＤによつて零にリセツトされる。
時間区間は、制御信号Ｃのパルスと一致する
ので、再び標本化および積分期間である。時間区
間は、電流Ｉがその一定の負の値−Inを有しか
つ磁界Ｈが反対極性の方向において一定である、
次の補償期間の前に位置する、時間期間F2つ部
分に相応する。それ故にその後電圧Uf(〓)におけ
る測定電圧成分UMは、反対の極性を有し（負）、
一方障害電圧USの極性は変化しない。引き続い
て電圧Uv(〓)には、時間区間Ｉにおいて形成され
た補償電圧UK(〓)が重畳されるので、その後は補
償電圧UK(〓)に含まれている測定電圧成分−UMは
電圧Uf(〓)の負の測定電圧成分−UMに加算され、
一方障害直流電圧成分USは相互に打ち消される。
従つて電圧Ug(〓)は実質的に測定電圧（負の極性
をする）の２倍の値および重畳された雑音信号か
ら成つている。
相応の電圧ｖ・Ug(〓)は、時間区間の持続時
間の期間中スイツチ１７の閉成によつて標本化さ
れかつ積分器１６において積分時間Tiにわたつて
零から積分される。標本化された信号電圧は実質
的に有効な測定電圧成分−2UMから成つているの
で、時間区間は、“測定信号標本期間”である。
時間区間の終了時に、積分器１６の出力側に
おいて積分値g(〓)が取り出される。この積分値
は、評価制御部２８を介してメモリ２２に入力さ
れる。
時間区間によつて、測定サイクルＭの第１の
半部が終了する。第２の半部の時間区分，，
，において、同じ過程が繰り返されるが、そ
の場合電流、磁界および測定電圧の極性は反対で
ある。
時間区間は、同じ時間区間において生じる信
号電圧Uf(v)とは同じであるが反対の極性である補
償電圧UK(v)が形成される、持続時間Tiの補償期
間でもある。これら２つの電圧の加算によつて、
加算回路８の出力側における電圧Ug(〓)は、時間
区間におけるように、実質的に値零にされる。
時間区間の開始の直前に積分器１６はリセツト
パルスＤによつて零にリセツトされる。
時間区間は再び、制御信号Ｃのパルスによつ
て規定されかつ従つて標本化および持続時間Tiの
積分期間である。この時間区間において電圧
Uf(〓)は、重畳された雑音信号URを除けば、実質
的にまだ時間区間の場合と同じ値を有し、かつ
また記憶かつ重畳された補償電圧UK(〓)は変わつ
ていないので、時間区間における電圧Ug(〓)は
この場合も実質的に雑音信号成分と補償電圧UK
の場合により生じる誤差とから成る。即ちこの場
合も、“補正標本期間”である。
時間区間の終了時に電圧ｖ・Ug(〓)の標本化
および積分によつて得られた積分値g(〓)は、メ
モリ２３に入力される。
時間区間は、次の磁界P′の第１の半周期HP
１′における立ち上がり過渡振動時間Ｅ１′に相応
する。この時間区間において電流Ｉは再び負の値
−Inから正の値＋Inに移行しかつ磁界Ｈは新たに
極性が切り換えられる。従つてこの時間区間は、
流量測定に利用することは出来ない。時間区間
の直前に、積分器１６はリセツトパルスＤによつ
て零にリセツトされる。
時間区間は、測定サイクルＭの最後の標本化
および積分期間である。この時間区間において
磁界Ｈは再び第１の極性の一定の値を有し、かつ
電圧Uf( )は、障害直流電圧USおよび／または流
速の一時的な変動並びに重畳される雑音障害号
URを考慮にいれなければ、この場合も時間区間
およびの場合と同じ値を有する。測定電圧成
分UMの極性は再び正であり、一方障害電圧成分
USの極性は依然として変わらない。信号電圧
Uf( )には引き続き補償電圧UK(〓)が重畳され続け
るので、その後もこれら２つの電圧における正の
測定電圧成分＋UMが加算され、一方障害直流電
圧成分は引き続き相互に打ち消される。それ故電
圧Ug( )は、時間区間において実質的にその時
の測定電圧の値、時間区間において補正された
測定電圧の値、補正電圧UKのばあいにより生じ
る誤差および重畳された雑音信号URから成つて
いる。即ち時間区間は、再び“測定信号標本化
期間”である。電圧ｖ・Ug( )は、時間区間に
おいてスイツチ１７の閉成によつて標本化されか
つ積分器１６において積分時間Tiにわたつて零か
ら積分される。時間区間の終了時に得られた積
分値g( )は、評価制御部２８によつてメモリ２
４に入力される。
このようにして、測定サイクルＭが終了し、か
つ評価電子装置２０のメモリ２１ないし２４に、
この測定サイクルの経過中得られた４つの積分器
値が記憶され、これらは引き続き有効信号値UN
を取り出すために処理される。
この目的のために、評価制御部２８は次の演算
を実行するように働く： １ 減算回路２５が、メモリ２１および２２に記
憶されている積分値の間の差を形成する： U25＝g(〓)−g(〓) ２ 減算回路２６が、メモリ２３および２４に記
憶されている積分値の間の差を形成する： U26＝g( )−g(〓) ３ 減算回路２７が、減算回路２５および２６の
出力側にて取り出される差値間の差を形成す
る： UN＝U26−U25＝（g( )−g(〓)）−（g(〓)−
Ug(〓)） これらの演算は、次の意味を有している： １ 減算回路２５における減算により、２つの補
償期間およびの間に得られた、即ち同じ補
償電圧UK(〓)を用いて形成された２つの積分値
が相互に減算される。それ故に、この補償電圧
の形成の際生じるすべての誤差およびこの補償
電圧に含まれている雑音信号成分は、この差形
成によつて取り除かれる。更に積分期間およ
びにおいて積分された雑音信号成分も、相互
に補償される。これに対して第２の積分値
Ug(〓)に含まれている、いる、積分された測定
電圧UMの２倍の値はそのまま維持される。
２ 減算回路２６における減算によつて、連続す
る測定サイクルＭの補償期間Ｖと次の測定サイ
クルM′の第１の補償期間I′との間に得られた、
即ち同じ補償電圧UK(〓)を用いて形成された２
つの積分値が相互に減算される。
３ 減算回路２７における差形成によつて、補償
の電圧の誤差および雑音信号成分が大幅に取り
除かれた信号値が、相互に減算される。その際
これら信号値に含まれている積分された測定電
圧成分が、反対の極性のため加算される。それ
故得られた有効信号値は、積分された測定電圧
UMの４倍の値を含んでいる（ないし測定電圧
が変化する場合、順次積分された、４つの測定
電圧値の合計）。
西独国特許第3132471号明細書から公知の方法
との比較により直ちに次のことが明らかである。
２つの減算回路２５および２６の出力信号が、有
効電圧値を形成するための公知の方法において使
用される標本値に相当することである。公知の方
法におけるように、減算回路２７における差形成
によつて障害直流電圧USのリニヤな変化も取り
除かれる。補償期間に直接続く付加的な障害標本
期間およびにおいて得られる積分値を使用し
た、減算回路２５および２６における新たに付け
加えられた差形成により、付加的に次の利点が生
じる。即ち雑音信号が、使用される観察時間区間
，，，にわたつて最適に平均化され、か
つ補償電圧UKの形成の際場合により生じた誤差
が、取り除かれることである。殊に４つの測定信
号値は、測定増幅器特性および雑音電圧抑圧に関
して等価に処理される。付加的に、時間区間，
ないし，において得られた積分値の差を、
有利にもデジタルフイルタリングの後にも引き続
き処理することが出来、これにより変化する障害
直流電圧差も最適に抑圧される。
同じ過程が、再び４つの積分値が評価電子装置
に入力されかつ有効信号値を形成するために既述
の仕方で処理される経過を有する次の測定サイク
ルM′において繰り返される。
付加的に、各々の積分値を２回利用することに
よつて、得られた有効信号値の数を２倍にするこ
とが出来る。第２図の信号波形図Ｇには、その都
度半分が測定サイクルＭおよびM′とオーバラツ
プしている測定サイクルM*が図示されている。
即ち測定サイクルM*は、測定サイクルＭの時間
区間，，，と、測定サイクルM*の時間
区間′，′，′，′とから組み合わされて成
つている。測定サイクルＭおよびM′のように、
測定サイクルM′も補償期間によつて始まる。測
定サイクルM′の第１の半部は、時間区間およ
びにおける積分値g(〓)およびg( )がメモリ２
３および２４に入力された時、自動的に実現さ
れ、かつ測定サイクルM*の第２の半部は、次の
測定サイクルM′の時間区間′および′におけ
る積分値g(〓′)およびg(〓′)がメモリ２１および
２
２に入力された時、自動的に実現される。既述の
仕方においてこれら４つの記憶された標本値の差
形成によつて、測定サイクルM*に対しても有効
信号値UNが形成される。このようにして、磁界
の各々の半周期の後、導管１における流量に対す
る効果的な測定値を取り出すことが出来る。
第２図に種々に示されている、測定サイクルの
時間区間を設定するために、次の点を説明してお
く： 流量測定計の所定の構成に対して、各々の周期
における立ち上がり過渡振動時間Ｅ１およびＥ２
の持続時間TEが決められる。その際補償期間の
持続時間TKも、補償回路の調整ループの最小時
定数によつてオーダが前以て決められる。従つて
測定サイクルＭの全体の接続時間のうち立ち上が
り過渡振動時間区間およびおよび補償時間区
間およびは、その持続時間に関してもはや自
由に選択可能でない。これら時間区間は、信号観
察および流量測定のために利用することが出来な
い“デツドタイム”である。従つて測定サイクル
Ｍにおけるデツドタイム全体TXは、固定的に前
以て決められておりかつ次の値を有する： TX＝T〓＋T〓＋T〓＋T これに対して標本化および積分期間，，
およびは、自由に選択可能である。既述の実施
例では、すべての積分期間は同じ接続時間Tiを有
する： T〓＝T〓＝T〓＝T＝Ti このことは、最適である。その理由は、その場
合相応に積分された信号電圧は同じ重みで測定に
係わつてくるからである。
従つて、最適な積分時間Tiを雑音抑圧に関して
求めることが、重要である。
信号観察および流量測定のために利用可能な全
体の時間TNは、各々の測定サイクルＭにおいて
４つの標本化および積分期間の和に等しい： TN＝T〓＋T〓＋T〓＋T＝４・Ti 更に最適値を定めるために、スペクトル雑音電
圧密度は、磁界周波数の根に反比例することが、
仮定される（例えば半導体における１／ｆ−雑音
が参考になる）。更に、雑音信号は係数 １／√TN／TP に相応して比TN／TPが上昇するに従つて低下す
ることが、周知である。
従つて結果として生じる雑音電圧を最小限にす
るために、次の関数の最小値 ｆ（TN）＝√TP／√TN／TP＝TP／√TN＝TN＋TX／√TN を求めることが出来る。
分析により、この関数がその最小値を TN＝TX において有することが、認められる。即ち、全体
の積分時間は、信号観察のために利用出来ない全
体の時間と同じ長さを有しているはずである。
別の理由から、磁界切換周波数を出来るだけ高
く選択したい場合があるが、その場合でも雑音信
号抑圧の最適値から余り離れないようにしたい。
第３図には、関数ｆ（TN）の相対的な経過が図示
されている。全体の積分時間は、結果的に生じる
雑音電圧が10％以上高められることなく、おおよ
そ次の領域 TN＝0.4TX……1.0TX に選択することが出来ることが解る。
第４図の信号波形図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、西
独国特許第2744845号明細書に記載されているよ
うな、磁気誘導形流量測定装置が磁界の加わらな
い時相によつて作動される時、第１図の同じ記号
は付されている回路点に発生する信号の時間的な
経過を示している。第４図に示されている記号お
よび値が、第２図の記号および値と一致する場合
には、それらは同じ意味を有する。それ故詳細な
説明は繰り返さない。第２図の電圧波形図Ｆおよ
びＧは、第４図には簡単にするために省略されて
いる。その理由は、磁界の別の時間的な経過に関
して測定サイクル部分の時間的な位置のみが重要
だからである。
第４図の方法の、第２図の方法に対する重要な
差異は、制御信号Ａの別の時間的な経過によつて
得られる磁界Ｈが別の時間的な経過を辿ることに
ある（波形図Ｅ）。制御信号Ａは、３つの異なつ
た値＋１，０，−１をとることが出来、かつコイ
ル制御回路５は、コイル電流も、それに応じて
磁界Ｈも制御信号Ａに依存して３つの値を取るよ
うに構成されており、その際次の対応関係が成り
立つ： 制御信号Ａ コイル電流 磁界Ｈ ＋１ ＋n ＋Hn ０ ０ ０ −１ −n −Hn 磁界周期Ｐは、この場合も２つの半周期HP１
およびHP２に分割されている。制御信号Ａは、
信号値＋１を半周期HP１の第１の部分Ｈ１にお
いてのみ取り、一方半周期HP１の残りの部分Ｒ
１において信号値０を有する。第２の半周期HP
２の第１の部分Ｈ２において、制御信号Ａは、信
号値−１を取り、かつ半周期HP2の残りの部分
において制御信号は再び信号値０を有する。
従つて第１の半周期HP１において、磁界Ｈが
値＋Hnをとるアクテイブな時相Ｈ１があり、か
つそれに続く、磁界Ｈが値０を取る磁界の加わら
ない時相Ｒ１がある。第２の半周期Ｈ２におい
て、磁界Ｈが反対の極性の値−Hnをとるアクテ
イブな時相Ｈ２、および磁界Ｈが値０を取る、引
き続く磁界の加わらない時相Ｒ２がある。勿論同
じ過程は、次の周期P′および引き続く各々の周期
において繰り返される。
制御信号Ｂ，Ｃおよび測定サイクルＭの相応の
時間区間は、これら磁界時相に関連して次の時間
的な位置を有する： 制御パルスＢと一致する補償期間は、磁界の
加わらない時相Ｒ１第１の部分にある。
制御パルスＣと一致する補正標本期間は、補
償期間に続いて同じく磁界の加わらない時相Ｒ
１にある。
同じく制御信号Ｃと一致する測定信号標本期間
は、磁界Ｈがその一定の値−Hnに達するアク
テイブな時相Ｈ２の部分にある。
補償期間は、磁界の加わらない時相Ｒ２の第
１の部分にある。
補正標本期間は、補償期間に続いて同様磁
界の加わらない時相Ｒ２にある。
測定信号標本期間は、次の周期P′のアクテイ
ブな時相Ｈ１′にある。
評価電子装置２０における補償電圧UKの形成
および記憶並びに電圧ｖ・Ugの標本化および積
分、積分値の記憶および記憶された積分値の差の
形成は、第２図の信号波形図に基いて既に説明し
たのとまさに同じ仕方において行われる。同じこ
とは、既述の、積分時間の最適な設定に対する規
則にも当てはまる。
しかし既述の方法に対して次の差異がある： 補償電圧UKの形成および記憶がここでは磁界の
加わらない時相において行われるので、記憶され
た補償電圧値は測定電圧成分を含んでいない。そ
れ故評価電子装置２０の出力側において得られる
それぞれの有効信号値UNは、第２図の方法にお
ける４つの標本化された測定電圧値の和に代わつ
て、２つの標本化された測定電圧値の和に相応す
る。
しかしこの差異を除けば、第４図の方法によつ
て、第１図の方法の場合と同じ有利な作用が実現
される。
第５図は、第１図の流量測定装置とは次の点で
のみ異なつている流量測定装置の変形実施例を示
す。即ち積分器１６の代わりに補償信号１０の標
本化および記憶回路１２と同じ構成および同じ動
作方法を有することが出来る標本化および記憶回
路３０が設けられていることである。標本化およ
び記憶回路３０は、スイツチ３１、抵抗３２およ
び蓄積コンデンサ３３を含んでいる。スイツチ３
１は、制御回路６の出力側６ｃから送出される制
御信号Ｃによつて操作される。第１図の実施例に
おいて制御回路６の出力側６ｄにおいて送出され
るリセツトパルスＤは、第５図の実施例において
は必要ない。第５図の装置の残りの構成部分およ
びその機能は、第１図の実施例と比べて変わつて
いないので、第２図および第４図の信号波形図が
基本的に第５図に対しても該当する。
スイツチ３１の閉成によつて規定されるその都
度の標本期間の期間中、増幅器９の出力電圧ｖ・
Ugが標本化されかつ蓄積コンデンサ３３に記憶
され、その際標本期間中に発生する電圧ｖ・Ug
の変動は、RC素子３２，３３の積分作用によつ
て平均化される。迅速な用途の場合、勿論抵抗３
２を省略することが出来る。各々の標本期間の終
了後、標本化および記憶回路３０の出力側におい
て標本値が取り出される。測定信号標本期間後得
られる２つの新しい標本値は、第１図の装置の場
合に得られる積分値と同じ仕方において評価電子
装置２０のメモリ２１ないし２４に入力され、か
つ各々の測定信号標本期間の終了の後、記憶され
た標本値の差が既述の方法において減算回路２
５，２６，２７によつて形成されて、これにより
有効信号値UNが得られる。標本値がそれ以前に
AD変換されていれば、勿論このことをマイクロ
プロセツサによつて実施することが出来る。
標本化および記憶回路３０は、RC素子３２，
３３の積分作用にも拘わらず第１図の積分器１６
の意味における積分器を形成するのではないこと
に注目すべきである。標本化および記憶回路３０
は、各々の標本過程の前に所定の出発状態にリセ
ツトされないので、この回路は、標本化された信
号電圧ｖ・Ugの積分を実施せず、かつ従つて
各々の標本期間の終わりに得られる標本値は、同
じ信号電圧において積分器１６において得られる
はずの積分値とは異なつている。
第１図の流量測定装置における積分によつて得
られる、雑音信号の抑圧は最適であるが、第５図
において適用される簡単な信号標本化において
も、西独国特許第3132471号明細書および西独国
特許第2744845号明細書から公知である方法に比
べて著しい改良が実施される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の方法を実施するための装置
のブロツク回路図であり、第２図は、磁界の加わ
らない時相のない磁気誘導形流量測定が実施され
る時の、第１図の装置の種々の回路点に生ずる信
号の波形図であり、第３図は、積分時間の最適な
設定を説明する信号波形図であり、第４図は、磁
界の加わらない時相がある磁気誘導形流量測定が
実施される時の、第１図の装置の種々の回路点に
生ずる信号の波形図であり、第５図は、第１図の
装置の変形実施例のブロツク回路図である。 １……導管、２……磁界コイル、３，４……電
極、５……コイル制御回路、６……制御回路、７
……差動増幅器、８……加算回路、９……増幅
器、１０……補償回路、１２……標本化および記
憶回路、１６……積分器、２０……評価電子回
路、２１，２２，２３，２４……メモリ、２８…
…評価制御部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 磁界が連続する半周期において交互に反対の
    極性の値を有しかつ信号電圧を各々の半周期にお
    いて測定信号−標本化期間の間標本化しかつ磁界
    の反対の極性の値において得られた、その都度２
    つの信号値の差を形成することによつて、有効信
    号を取り出し、かつ同じ半周期内の各々の測定信
    号−標本化期間に続く補償期間において信号電圧
    の標本化および記憶によつて信号電圧に反対方向
    に重畳される補償電圧を発生し、該補償電圧が補
    償期間内の信号電圧を値０に補償しかつ次の補償
    期間まで維持する、周期的に極性が交番する直流
    磁界を用いた磁気−誘導形流量測定における電極
    回路における障害電圧の補償方法において、 ａ 各々の測定信号−標本化期間における信号電
    圧の標本化によつて得られた信号値を記憶し、 ｂ 同じ半周期内の各々の補償期間に続く補正−
    標本化期間において信号電圧を新たに標本化し
    かつこれにより得られた信号値を記憶し、 ｃ 異なつた半周期における２つの補償期間の間
    においてその都度得られた、記憶された信号値
    の差を形成し、 ｄ このようにして得られた、その都度２つの差
    値の差を、有効信号を取り出すために形成する
    ことを特徴とする電極回路における障害電圧の
    補償方法。 ２ 信号電圧を各々の標本化期間の持続時間にわ
    たつて積分しかつ積分によつて得られた積分値を
    信号値として記憶する特許請求の範囲第１項記載
    の電極回路における障害電圧の補償方法。 ３ すべての積分期間は相互に実質的に同じ大き
    さである特許請求の範囲第２項記載の電極回路に
    おける障害電圧の補償方法。 ４ 各々の磁界周期において積分期間の全体の持
    続時間の、残りの期間の全体の持続時間に対する
    比は、約0.4ないし1.0の領域にある特許請求の範
    囲第２項または第３項記載の電極回路における障
    害電圧の補償方法。 ５ 各々の磁界周期において積分期間の全体の持
    続時間は、残りの期間の全体の持続時間に実質的
    に等しい特許請求の範囲第５項記載の電極回路に
    おける障害電圧の補償方法。
JP61250945A 1985-10-23 1986-10-23 電極回路における障害電圧の補償方法 Granted JPS62174615A (ja)

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