JPH0623938Y2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、磁場を被測定流体に印加しその流量を測定す
る電磁流量計に係り、特にその励磁方式とこれに伴なう
信号処理方式を改良した電磁流量計に関する。

〈従来の技術〉 工業用の電磁流量計は従来から商用電源を用いて励磁す
る商用周波の励磁方式が採用されてきた。商用周波の励
磁方式は，（イ）応答速度が早く低コストに出来る。
（ロ）スラリ性の流体や低導電率の流体で発生する流速
と共に増加する低周波のランダムノイズ（以下，フロー
ノイズという）の影響を受けがたい，という利点がある
が，稼動状態で比較的に長期，例えば１日程度の間，放
置しておくとゼロ点が変動するという欠点がある。

このため，商用周波の1/2，あるいはこれ以下の低周波
で励磁する低周波励磁方式が採用されるようになった。
低周波励磁方式にすると周知のようにゼロ点の安定な電
磁流量計が得られる利点がある。しかし，励磁周波数が
低いのでフローノイズの周波数と近接し，このためフロ
ーノイズの影響を受け易く，特に流速が大になるとこの
影響が顕著になる。また，フローノイズの影響を軽減す
るためにダンピングをかけると応答が遅くなる欠点を有
している。

そこで、例えば実願昭６２−３２１９０号（考案の名
称：電磁流量計）で提案されているように商用周波数の
励磁電流成分あるいはこれより高い周波数を持つ高周波
の励磁電流成分と、これより低い周波数の励磁電流成分
とを励磁コイルに同時に流して複合磁場を形成する２周
波励磁方式が提案されている。

以下、ここに提案されている電磁流量計について説明す
る。

第２図はこの従来の電磁流量計の構成を示すブロック図
である。１０は電磁流量計の検出器の導管であり，絶縁
性のライニングがその内面に施されている。１１ａ，１
１ｂは信号電圧を検出するための電極である。１２は励
磁コイルであり，これによって発生した磁場が被測定流
体に印加される。励磁コイル１２には，励磁回路１３か
ら励磁電流Ｉ が供給されている。

励磁回路１３は次のように構成されている。基準電圧Ｅ
_１はスイッチＳＷ_１を介して増幅器Ｑ_１の非反転入力端
（＋）に印加され、その出力端はトランジスタＱ_２のベ
ースに接続されている。トランジスタＱ_２のエミッタは
抵抗Ｒ を介してコモンＣＯＭに接続されると共に増幅
器Ｑ_１の反転入力端（−）に接続されている。コモンＣ
ＯＭとトランジスタＱ_２のコレクタとの間には励磁電圧
Ｅ_ＳがスイッチＳＷ_２とＳＷ_３の直列回路とこれに並列
に接続されたスイッチＳＷ_４とＳＷ_５の直列回路を介し
て印加される。励磁コイル１２はスイッチＳＷ_２、ＳＷ
_３の接続点とスイッチＳＷ_４、ＳＷ_５の接続点にそれぞ
れ接続される。タイミング信号Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３はそれ
ぞれスイッチＳＷ_１，ＳＷ_２とＳＷ_５，ＳＷ_３とＳＷ_４
の開閉を制御する。

一方、信号電圧は電極１１ａ，１１ｂで検出され、前置
増幅器１４に出力される。前置増幅器１４でコモンモー
ド電圧の除去とインピーダンス変換がなされその出力端
を介して結合点１５に出力される。結合点１５における
信号電圧はスイッチＳＷ_７を介して、或いは反転増幅器
Ｑ_３とスイッチＳＷ_８の直列回路を介してそれぞれ小さ
な時定数をもつ低域波器１６に印加されている。

また、結合点１５における信号電圧はスイッチＳＷ_９を
介して、或いは反転増幅器Ｑ_４とスイッチＳＷ_１０の直
列回路を介してそれぞれ小さな時定数をもつ低域波器
１７に印加されている。スイッチＳＷ_７，ＳＷ_８，ＳＷ
_９，ＳＷ_１０はそれぞれタイミング回路１８からのタイ
ミング信号Ｓ_７，Ｓ_８，Ｓ_９，Ｓ_１０で開閉される。低
域波器１６の出力は大きな時定数をもつローパスフイ
ルタ１９を介して、低域波器１７の出力はローパスフ
イルタ１９の時定数と同じく大きな時定数を持つハイパ
スフイルタ２０を介してそれぞれ加算点２１で加算され
て合成出力Ｖ_Ｃを出力する。

そして、ローパスフイルタ１９を経由する結合点１５と
加算点２１とで形成される低周波のループと、ハイパス
フイルタ２０を経由する結合点１５と加算点２１とで形
成される高周波のループとの各ループの伝達関数の和が
１となるように各定数が選定されている。

低域波器１６の出力である信号Ｓ_Ｌは高域波器２２
に入力され、その出力は基準電圧Ｅ_３が入力の他端に与
えられた比較器Ｑ_５と基準電圧Ｅ_４が入力の他端に与え
られた比較器Ｑ_６のそれぞれの入力の一端に印加されて
いる。これ等の比較器Ｑ_５とＱ_６の出力はオアゲートＱ
_７の各入力端に印加され、その出力でスイッチＳＷ_１１
の開閉を制御する。そして、高域波器２２、比較器Ｑ
_５、Ｑ_６、オアゲートＱ_７、などで雑音検出回路２３を
構成する。

雑音検出回路２３の出力で低周波の信号である信号Ｓ_Ｌ
と２周波側の信号である合成出力Ｖ_Ｃが印加されたスイ
ッチＳＷ_１１が切換えられ、その出力はローパスフイル
タ２４を介して出力端２５に出力される。

次に、第２図に示す電磁流量計の動作について第３図に
示す波形図を参照して説明する。

タイミング信号Ｓ_１は第３図（イ）で示すようにオン／
オフを繰返し、これにより基準電圧Ｅ_１が増幅器Ｑ_１の
非反転入力端（＋）に印加されたりオフにされたりす
る。一方、タイミング信号Ｓ_２（第３図（ロ））とＳ_３
（第３図（ハ））により低周波でスイッチＳＷ_２とＳＷ
_５、およびスイッチＳＷ_３とＳＷ_４が交互にオンとされ
るので第３図（ニ）に示すような低周波（周期：２Ｔ）
と高周波（周期：２ｔ）とが複合された励磁電流Ｉ が
流れる。

結合点１５における信号電圧は第３図（ホ），（ヘ）に
示すタイミング信号Ｓ_７とＳ_８でサンプリングされるの
で、第３図（ト）に示す電圧がスイッチＳＷ_７の出力側
に得られる。これを低域波器１６で平滑した電圧がロ
ーパスフイルタ１９の出力側に得られる。

更に、結合点１５における信号電圧は第３図（チ）、
（リ）で示すタイミングでタイミング信号Ｓ_９とＳ_１０
によりサンプリングされるので、スイッチＳＷ_９の出力
側には第３図（ヌ）で示す信号電圧が出力され、この信
号電圧は低域波器１７とハイパスフイルタ２０を介し
て加算点２１に出力される。

また、低域波器１６の出力である信号Ｓ_Ｌの変化値が
基準電圧Ｅ_３とＥ_４の間にある場合はスイッチＳＷ_１１
は信号Ｓ_Ｌ側に切り換えられ、基準電圧Ｅ_３或いはＥ_４
を越える場合にはスイッチＳＷ_１１は合成出力Ｖ_Ｃ側に
切り換えられ、さらにローパスフイルタ２４で平滑され
て出力端２５に出力される。

この様な動作をさせることにより、次に示す利点があ
る。

低周波励磁の場合には微分性のノイズに対しては強いが
フローノイズに弱く、２周波励磁の場合にはフローノイ
ズに対して安定であるが大きな時定数を持つハイパスフ
イルタ２０により微分性のノイズの過渡変動に対して弱
い。そこで、フローノイズも微分性のノイズもない場
合、或いは微分性のノイズがある場合は、低周波信号側
だけで信号処理をしてもゼロ点の安定な出力が得られる
が、フローノイズがある場合は２周波励磁側で信号処理
をしたほうが安定なゼロ点を持つ出力を得ることができ
る。さらに、フローノイズと微分性ノイズが共にあると
きは流体が流れているときであるので、２周波励磁側は
微分性ノイズによりゼロ点がゼロを中心に適当な時間の
間変動（中期的変動）してもこのゼロ点の変動はマスク
されしかも時間と共に平均化されて実質的に誤差とはな
らない。

そこで、第２図に示す電磁流量計では低周波側の出力Ｓ
_Ｌでフローノイズの大きさを検出をしてこれを用いて低
周波側と２周波側とを切り替えて最適な出力を得るよう
にしているのである。

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、ここに提案されている２周波励磁方式の
場合には、大きな雑音が入力されるとハイパスフイルタ
とローパスフイルタの時定数が大きいので、正常値に復
帰するのに時間を要するという問題がある。

〈問題点を解決するための手段〉 この考案は、以上の問題点を解決するために、第１周波
数とこれより低い第２周波数の２つの異なった周波数を
有する磁場を供給する励磁手段と、この励磁手段により
励磁され流量に対応して発生する信号電圧を第１周波数
に基づいて弁別して出力する第１復調手段と、この第１
復調手段の出力を高域波するハイパスフイルタと、信
号電圧を第２周波数に基づいて弁別して復調する第２復
調手段と、この第２復調手段の出力を低域波するロー
パスフイルタと、ハイパスフイルタとローパスフイルタ
との各出力を加算的に合成する加算手段と、第２復調手
段の出力揺動が所定値を越えたときに加算出力側に切り
替えると共にタイミング信号を出力し所定値以下のとき
に第２復調出力側に切り替えるモード切替手段と、第２
復調手段の出力揺動の大きさに応じてハイパスフイルタ
とローパスフイルタの時定数を変更する変更信号をこれ
等に出力する時定数変更手段と、加算手段側に切り替え
られた状態でこの変更された時定数のうち最も多く選定
された最多時定数を選定してこの選定信号を時定数変更
手段に出力する時定数選定手段とを具備し、タイミング
信号が発生したときに選定信号に対応した変更信号を設
定するようにしたものである。

〈作用〉 本考案によれば、雑音が大きいときに動作する加算出力
側の動作状態で雑音の大きさに応じて選定されたハイパ
イフイルタとローパスフイルタの時定数のうち最も多く
の時定数が選定された最多時定数を記憶しておき、次に
低周波側から加算出力側に切り替えられたときにこの最
多時定数から動作を開始するようにして、プロセスに発
生する雑音に最適な時定数を選定する学習期間を低減さ
せる。

〈実施例〉 以下、本考案の実施例について図面に基づき説明する。
第１図は本考案の１実施例の構成を示すブロック図であ
る。なお、第２図に示す従来の構成要素と同じ機能を示
す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。

低域器１６と加算点２１との間にはスイッチＳＷ_１２
と抵抗Ｒ_１との直列回路、スイッチＳＷ_１３と抵抗Ｒ_２
との直列回路、およびスイッチＳＷ_１４と抵抗Ｒ_３との
直列回路がそれぞれ並列に接続されている。更にこれ等
の抵抗Ｒ_１〜Ｒ_３の接続点と共通電位点ＣＯＭとの間に
はコンデンサＣ_１が接続されている。これ等のスイッ
チ、抵抗、コンデンサでローパスフイルタ２６を構成し
ている。

また、低域波器１７と加算点２１との間にはコンデン
サＣ_２が直列に接続されている。コンデンサＣ_２と加算
点２１の接続点と共通電位点ＣＯＭとの間にはスイッチ
ＳＷ_１２ ⁻と抵抗Ｒ_１ ⁻との直列回路、ＳＷ_１３ ⁻と抵
抗Ｒ_３ ⁻との直列回路、およびスイッチＳＷ_１４ ⁻と抵
抗Ｒ_３ ⁻との直列回路がそれぞれ並列に接続されてい
る。これ等のスイッチ、抵抗、コンデンサでハイパスフ
イルタ２７を構成している。

低域波器１６の出力端はモード切替回路２８の入力端
に接続され、その出力端に出力されるモード切替信号Ｓ
_Ｍのハイ／ローのレベルでモード切替えのスイッチＳＷ
_１１を低域波器１６側或いは加算点２１側に切り替
え、スイッチＳＷ_１１の共通切替点から出力端２５にい
ずれかの出力を出す。

更に、低域波器１６の出力端は時定数変更回路２９の
入力端にも接続され、その出力端Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３から
スイッチＳＷ_１２、ＳＷ_１３、ＳＷ_１４、およびＳＷ
_１２ ⁻、ＳＷ_１３ ⁻、ＳＷ_１４ ⁻を切り替える変更信号
Ｓ_Ｃ１、Ｓ_Ｃ２、Ｓ_Ｃ３を出力する。これ等の変更信号
Ｓ_Ｃ１、Ｓ_Ｃ２、Ｓ_Ｃ３により低域波器１６の出力に
現れる雑音のレベルに対応してローパスフイルタ２６と
ハイパスフイルタ２７の時定数を切り替える。

時定数変更回路２９の出力端Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３はそれぞ
れアンドゲードＧ_１、Ｇ_２、Ｇ_３の第１の入力端に接続
され、更にこれ等のアンドゲートの第２の入力端にはク
ロック発生器３０からクロックＣＬＫが入力されてい
る。また、これ等のアンドゲートＧ_１、Ｇ_２、Ｇ_３の第
３の入力端にはモード切替回路２８の出力端からモード
切替信号Ｓ_Ｍが共通して入力されている。

アンドゲードＧ_１、Ｇ_２、Ｇ_３の出力端はそれぞれカウ
ンタＣＴ_１、ＣＴ_２、ＣＴ_３の入力端に接続され、その
出力端は各カウンタの最大カウント数を選択する選択回
路３１の入力端に接続されている。この選択回路３１の
出力端からは選定信号Ｓ_Ｓが時定数回路２９に出力され
ている。

これ等のクロック発生器３０、ゲートＧ_１、Ｇ_２、
Ｇ_３、カウンタＣＴ_１、ＣＴ_２、ＣＴ_３、選択回路３１
などで時定数選定回路３２を構成している。

なお、モード切替回路２８はモード切替信号Ｓ_Ｍを送出
して低域波器１６側から加算点２１側にスイッチＳＷ
_１１を切り替えると同時にタイミング信号Ｓ_Ｔを時定数
変更回路２９に出力するようになっている。

次に、以上のように構成された第１図に示す実施例の動
作について説明する。

低域波器１６の出力Ｓ_Ｌに雑音が発生していないとき
は、モード切替回路２８は雑音を検出せずこのためモー
ド切替信号Ｓ_Ｍはローレベルの状態でスイッチＳＷ_１１
は低域波器１６側に切り替えられて、低周波の出力Ｓ
_Ｌが出力端２５に出力されている。

次に、雑音が低域波器１６の出力端に現れるとこれを
モード切替回路２８が検出しモード切替信号Ｓ_Ｍによっ
てスイッチＳＷ_１１を加算点２１側に切り替え出力端２
５に合成出力Ｖ_Ｃ ⁻を出力する。この場合には、時定数
変更回路２９も低域波器１６の出力端に現れる雑音も
検出し、その大きさに応じてその出力端Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ
_３から変更信号Ｓ_Ｃ１、Ｓ_Ｃ２、Ｓ_Ｃ３のいずれかを出
力して一対のスイッチ（ＳＷ_１２とＳＷ_１２ ⁻）、（Ｓ
Ｗ_１３とＳＷ_１３ ⁻）、（ＳＷ_１４とＳＷ_１４ ⁻）のい
ずれかをオンとして、雑音の大きさに対応した時定数を
選定する。

一方、アンドゲードＧ_１、Ｇ_２、Ｇ_３の入力の一端には
クロック発生器３０からクロックＣＬＫが入力されてお
り、更にモード切替信号Ｓ_Ｍは加算点２１側に切り替え
るハイレベルとなっているので各アンドゲートＧ_１、Ｇ
_２、Ｇ_３の入力の他端はハイレベルになっている。この
ような状態で、雑音に対応した変更信号Ｓ_Ｃ１がハイレ
ベルになると一対のスイッチ（ＳＷ_１２とＳ
Ｗ_１２ ⁻）、（ＳＷ_１３とＳＷ_１３ ⁻）、（ＳＷ_１４と
ＳＷ_１４ ⁻）のうちの雑音の大きさに対応したスイッチ
がオンなると共にアンドゲートＧ_１、Ｇ_２、Ｇ_３のこの
変更信号によりハイレベルとなったゲートがオンにな
る。従って、このゲートの出力が与えられているカウン
タＣＴ_１、ＣＴ_２、ＣＴ_３のいずれかのカウント値が増
加する。そして、雑音の大きさが変化すると他のカウン
タのカウント値が増加する。

このため、カウンタＣＴ_１、ＣＴ_２、ＣＴ_３群には雑音
の大きさに対応して選定されたローパスフイルタ２６と
ハイパスフイルタ２７の時定数の分布が現れる。

選択回路３１は、これ等のカウンタのうちで最も多いカ
ウント値を示すカウンタ、つまり最も多く選択されたフ
イルタの時定数を探してその結果を選定信号Ｓ_Ｓとして
加算点２１側に切り替えられている間たえず時定数変更
回路２９に出力している。

従って、この後、雑音が減少して低域波器１６に切り
替えられて動作し、次に雑音が大きくなって加算点２１
側に切り替えられたときに最初に設定されるフイルタの
時定数は、タイミング信号Ｓ_Ｔと共に選定信号Ｓ_Ｓによ
り時定数変更回路２９を介して選定された過去に加算点
２１側で選定されて動作していた時定数のうちで最も多
く選択された最多時定数から出発する。

このようにして、一番良く使用する最多時定数から２周
波出力がスタートするので、ほとんどの場合最適な時定
数を常に保つことができる。

なお、以上の実施例はデスクリートな回路をベースとし
て説明したが、これに限られることはなく例えばマイク
ロプロセッサを用いた演算手段を用いても同様に実現す
ることができる。

〈考案の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本考案によ
れば、雑音の多い２周波状態で動作しているときに時定
数の分布を調べておき、雑音の少ない低周波状態から雑
音の多い２周波状態に切り替えられたときに時定数が最
適値からスタートすることが出来るようにしたので、こ
の間の学習時間が不要となり切り替えに伴なう出力の変
動が滑らかになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は従来の電磁流量計の構成を示すブロック図、第３
図は第２図に示す各部の波形を示す波形図である。 １０……導管、１２……励磁コイル、１３……励磁回
路、１６、１７……低域波器、１８……タイミング回
路、１９、２６……ローパスフイルタ、２０、２７……
ハイパスフイルタ、２１……加算点、２３……雑音検出
回路、２８……モード切替回路、２９……時定数変更回
路、３０……クロック発生器、３１……選択回路、３２
……時定数選定回路、Ｓ_Ｍ……モード切替信号、
Ｓ_Ｃ１、Ｓ_Ｃ２、Ｓ_Ｃ３……変更信号、Ｓ_Ｓ……選定信
号、Ｓ_Ｔ……タイミング信号。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】第１周波数とこれより低い第２周波数の２
   つの異なった周波数を有する磁場を供給する励磁手段
   と、この励磁手段により励磁され流量に対応して発生す
   る信号電圧を前記第１周波数に基づいて弁別して出力す
   る第１復調手段と，この第１復調手段の出力を高域波
   するハイパスフイルタと，前記信号電圧を前記第２周波
   数に基づいて弁別して復調する第２復調手段と、この第
   ２復調手段の出力を低域波するローパスフイルタと、
   前記ハイパスフイルタと前記ローパスフイルタとの各出
   力を加算的に合成する加算手段と、前記第２復調手段の
   出力揺動が所定値を越えたときに前記加算出力側に切り
   替えると共にタイミング信号を出力し前記所定値以下の
   ときに前記第２復調出力側に切り替えるモード切替手段
   と、前記第２復調手段の出力揺動の大きさに応じて前記
   ハイパスフイルタと前記ローパスフイルタの時定数を変
   更する変更信号をこれ等に出力する時定数変更手段と、
   前記加算手段側に切り替えられた状態でこの変更された
   時定数のうち最も多く選定された最多時定数を選定して
   この選定信号を前記時定数変更手段に出力する時定数選
   定手段とを具備し、前記タイミング信号が発生したとき
   に前記選定信号に対応した前記変更信号を設定するよう
   にしたことを特徴とする電磁流量計。