JPH06249688A

JPH06249688A - 電磁流量計

Info

Publication number: JPH06249688A
Application number: JP3535793A
Authority: JP
Inventors: Takashi Torimaru; 尚鳥丸; Takashi Sano; 孝史佐野
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 1994-09-09

Abstract

(57)【要約】【目的】商用周波のノイズを受けても安定な流量信号
が出力できるように改良された電磁流量計を提供するに
ある。【構成】一対の検出電極と励磁コイルが設けられ測定
流体が流されるパイプと、先の励磁コイルに流れる励磁
電流に関連する参照電圧で先の検出電極で検出された信
号電圧を同期整流する同期整流手段と、この同期整流回
路の出力信号を平滑して流量信号を出力する平滑手段
と、第１商用周波数の整数倍の周波数群の上限変動周波
数値とこの第１商用周波数より高い第２商用周波数の整
数倍の周波数群の下限変動周波数値との間の周波数帯域
に励磁周波数が固定された励磁電流を先の励磁コイルに
流す励磁手段とを具備するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測定流体に商用周波数
より高い周波数の磁場を印加して測定流体が流れる流量
に対応する起電力を検出することにより測定流体の流量
を測定する電磁流量計に係り、特に、商用周波のノイズ
を受けても安定な流量信号が出力できるように改良され
た電磁流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁流量計の励磁電源として商用周波数
（５０Ｈｚ、又は６０Ｈｚ）を用いる場合には、この商
用周波数の電源に同期したタイミング信号を作り、これ
をベースとして励磁電流を切り換える励磁切換信号、及
び測定流体の流量に比例した信号電圧を電源周波数に同
期した形でサンプリングし、このサンプリング結果を用
いて、信号処理を実行するのが一般的である。

【０００３】電磁流量計の励磁電源として直流電源のみ
を使用している場合は、例えば、第３４回自動制御連合
講演会予稿集（平成３年１１月２０日、２１日、２２日
開催）第４４７頁「４００３：２線式電磁流量計のＡＣ
同期方式」に示されているように、何らかの形で交流ノ
イズを検出してこれを用いて電源周波数に同期したタイ
ミング信号とする。

【０００４】次に、この種の電磁流量計の概要を図５に
示す構成図を用いて説明する。パイプ１０には測定流体
Ｑに接液してこのパイプ１０とは絶縁して一対の検出電
極１１Ａ、１１Ｂが固定されている。更に、この測定流
体Ｑには励磁コイル１２から商用周波数の偶数分の１に
分周された低周波の交流磁場Ｂが印加されている。

【０００５】この交流磁場Ｂの印加により検出電極１１
Ａ、１１Ｂで検出された測定流体Ｑの流量に対応する各
検出電圧は、これ等の差が演算器１３で演算されて、増
幅器１４に出力される。この増幅器１４の出力は、サン
プル／ホールド信号Ｓ_1、Ｓ₂で制御されるサンプル／ホ
ールド回路１５でサンプリングされてアナログ／デジタ
ル変換器１６に流量信号Ｓ_Qとして出力される。

【０００６】一方、検出電極１１Ａ、１１Ｂで検出され
た各検出電圧は、これ等の和が演算器１７で演算されて
ノイズを検出し、増幅器１８に出力される。この増幅器
１８の出力は、５０Ｈｚ〜６０Ｈｚのバンドパスフイル
タ１９に出力され、ここで商用周波数のノイズ成分が残
るようにフイルタされて、これが同期信号Ｓ_Tとして出
力される。

【０００７】２０は入出力を直流的に絶縁する絶縁回路
であり、ここで流量信号Ｓ_Q、同期信号Ｓ_Tが絶縁され
て、それぞれ流量信号Ｓ_Q´、同期信号Ｓ_T´として出力
される。

【０００８】流量信号Ｓ_Q´は、マイクロプロセッサ
（ＣＰＵ）２１に出力されて信号処理がなされ、出力端
２２に出力される。また、マイクロプロセッサ２１は、
交流ノイズ（同期信号Ｓ_T´）のレベルをモニタしてお
り、使用条件によりこのレベルが小さく交流同期がとれ
ないときには、補助同期信号をオアゲート２４に出力す
る。

【０００９】オアゲート２４には交流ノイズのレベルが
大きいときには同期信号Ｓ_T´が遅延回路２３を介して
入力され、このレベルが小さいときにはマイクロプロセ
ッサ２１からの補助同期信号が入力される。オアゲート
２４は、これ等の論理和を演算して分周器２５に同期信
号を出力する。なお、遅延回路２３は同期信号Ｓ_T´の
位相シフトを調整する。

【００１０】分周器２５は入出力を直流的に絶縁する絶
縁回路２６に励磁電流を切り換えるタイミング信号を出
力すると共にサンプル／ホールド信号Ｓ_1、Ｓ₂を制御す
るサンプリング信号Ｓ₃を絶縁回路２０に出力する。

【００１１】絶縁回路２６はこのタイミング信号を直流
的に絶縁して切換信号ＳＳを励磁回路２７に出力する。
励磁回路２７は、この切換信号ＳＳで開閉が制御される
ブリッジ状に形成された４個のスイッチと直流の定電流
源ＣＣなどで構成され、商用周波数の交流ノイズに同期
しその偶数分の１の周波数である低周波の励磁電流Ｉ _f
を励磁コイル１２に流す。

【００１２】このような電磁流量計では、パイプ１０は
現場の配管に固定されて測定流体が流されるので、一般
に配管から商用周波数のノイズが検出電極１１Ａ、１１
Ｂを介して信号電圧に混入されて出力の変動を引き起こ
すが、このような交流電源との同期をとるための同期信
号を作る回路を設けて、この影響を除去しようとするも
のである。

【００１３】図５に示す電磁流量計は、交流電源を用い
ずに直流電源のみで低周波励磁を行うときに商用周波数
のノイズが混入すると出力変動を引き起こすので、これ
を避けるために、検出電極１１Ａ、１１Ｂを介して交流
ノイズを検出して、これを用いて同期をとり出力の安定
化を図ろうとするものである。

【００１４】しかし、このような低周波励磁を行うと、
励磁周波数がいわゆるフローノイズと称する測定流体の
移動に伴う低周波ノイズの周波数帯域と接近して、これ
等を分離することが困難となる。

【００１５】そこで、直流電源のみで駆動しながら商用
周波数より高い周波数である高周波で励磁することが検
討されているが、この場合にも、商用周波数のノイズが
信号電圧に混入すると、出力の揺動を伴うので、図５に
示す低周波励磁の場合と同様にノイズ検出回路を設けて
商用周波数のノイズを検出し、これに同期させることが
考えられる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ノイズ
が検出される場合に、商用電源の周波数の偶数倍に同期
した高周波で励磁すれば、商用周波数のノイズに伴う出
力の揺動を一応は避けることはできるが、商用周波数の
奇数倍に同期した周波数で励磁した場合には、逆に商用
周波数のノイズは拡大されて大きな出力変動を伴う。

【００１７】また、商用電源の周波数の偶数倍に同期し
た周波数で励磁しても、信号電圧に混入される商用周波
数の誘導ノイズに波形歪が存在すると、この波形歪がバ
イアスとして流量信号に重畳されて出力されるので、こ
れが出力揺動の原因をなすという問題がある。

【００１８】特に、誘導ノイズには波形歪を伴うことが
多いので、問題が大きい。したがって、図５に示すノイ
ズ検出方式を高周波励磁をする場合にそのまま転用して
も安定な出力を得ることができない。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための構成として、一対の検出電極と励磁コイ
ルが設けられ測定流体が流されるパイプと、先の励磁コ
イルに流れる励磁電流に関連する参照電圧で先の検出電
極で検出された信号電圧を同期整流する同期整流手段
と、この同期整流回路の出力信号を平滑して流量信号を
出力する平滑手段と、第１商用周波数の整数倍の周波数
群の上限変動周波数値とこの第１商用周波数より高い第
２商用周波数の整数倍の周波数群の下限変動周波数値と
の間の周波数帯域に励磁周波数が固定された励磁電流を
先の励磁コイルに流す励磁手段とを具備するようにした
ものである。

【００２０】

【作用】一対の検出電極と励磁コイルが設けられたパ
イプには測定流体が流される。同期整流手段は先の励磁
コイルに流れる励磁電流に関連する参照電圧で先の検出
電極で検出された信号電圧を同期整流する。

【００２１】平滑手段はこの同期整流回路の出力信号を
平滑して流量信号を出力する。励磁手段は第１商用周波
数の整数倍の周波数群の上限変動周波数値とこの第１商
用周波数より高い第２商用周波数の整数倍の周波数群の
下限変動周波数値との間の周波数帯域に励磁周波数が固
定された励磁電流を先の励磁コイルに流す。

【００２２】直流電源のみで高周波励磁する電磁流量計
の場合に、このような特定の高周波の励磁周波数を用い
ることにより、平滑手段により効果的な平滑が期待でき
るので、商用周波数のノイズが信号電圧に混入しても安
定な出力を得ることができ、さらに、混入される誘導ノ
イズの波形に歪があっても安定な出力を得ることができ
る。

【００２３】

【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は検出電極が測定流体に接触しない容量式
電磁流量計として構成した実施例を示す。３０は測定流
体を流すためのパイプであり、このパイプ３０はセラミ
ックス或いは塩化ビニール樹脂などの絶縁物で作られて
いる。

【００２４】３１、３２は測定流体の中に発生した信号
電圧を検出するための検出電極であり、この検出電極３
１、３２は測定流体とは直流的に絶縁されてパイプ３０
の外面或いはパイプ管壁内に埋め込み配置されている．

【００２５】これ等の検出電極３１、３２を結ぶ線と直
角方向のパイプ３０の外面には一対の励磁コイル３３、
３４が配置されている。そして、励磁コイル３３、３４
の外面はいずれも静電シールドが施され、基準電位であ
るアース電極Ｇに接続されている。

【００２６】また、検出電極３１、３２の外側には、こ
れらの検出電極３１、３２の全体を覆うように検出電極
３１と３２とは絶縁を保持してガード電極３５、３６が
配置されている。パイプ３０には接液電極Ｅが設けられ
てあり、この接液電極Ｅは測定流体により発生する信号
電圧の基準電位を決定するものであり、アース電極Ｇに
接続されている。

【００２７】検出電極３１と３２はそれぞれ高入力イン
ピーダンスを持つプリアンプ３７、３８の非反転入力端
（＋）に接続され、その反転入力端（−）はそれぞれガ
ード電極３５、３６に接続されると共にこれ等のプリア
ンプ３７、３８の出力端に接続されている。そして、プ
リアンプ３７、３８の出力端は差動増幅器３９の入力端
にそれぞれ接続されている。

【００２８】励磁回路４０は制御信号Ｖ_C0を受信して励
磁コイル３３、３４に２値以上の定常値を持つ正負に変
化する方形波の励磁電流Ｉ_fを供給する。そして、この
励磁回路４０は５０Ｈｚの商用周波数ｆ_C1の整数倍ｎの
周波数群の上限変動周波数値と、この５０Ｈｚより高い
商用周波数ｆ_C2である６０Ｈｚの整数倍の周波数群の下
限変動周波数値との間の周波数帯域に励磁周波数ｆ_hが
固定された励磁電流Ｉ_fとして励磁コイル３３、３４に
流す。

【００２９】一般に、これ等の商用周波数ｆ_C1、ｆ
_C2は、完全に５０Ｈｚ、或いは６０Ｈｚに一致しておら
ず、瞬間的にみると、ある変動幅Δｆで変動している。
選定される励磁周波数ｆ_hの範囲は、ｎ＝１、２、３、
…としてｎ・ｆ_C1（１＋Δｆ／ｆ_C1）＜ｆ_h＜ｎｆ_C2・（１−Δｆ／ｆ_C2） …（１）となる。

【００３０】ここで、この変動幅Δｆを、例えば±３Ｈ
ｚ程度とみなして、励磁周波数ｆ_hが選定される範囲を
図示すると、図２に示すようになる。横軸は励磁周波
数、縦軸は５０Ｈｚと６０Ｈｚをベースとしたときの周
波数変動範囲と、これ等を基にして選定される斜線で示
す励磁周波数ｆ_hが記載されている。

【００３１】４１はサンプル回路であり、サンプル回路
４１は励磁電流Ｉ_fが定常値になった状態で制御信号Ｖ
_C1の制御のもとに差動増幅器３９の出力信号をサンプリ
ングし、サンプル信号Ｓとして切換回路４２に出力す
る。

【００３２】切換回路４２は_、サンプル信号Ｓを制御信
号Ｖ_C2により励磁電流Ｉ_fが正の状態と負の状態に対応
して非反転と反転とを切り換えて平滑回路４３に出力し
て流量信号を得る。そして、これらのサンプル回路４１
と切換回路４２で同期整流回路を構成している。

【００３３】制御信号発生回路４４は、例えば水晶発振
器などが内蔵されており高精度で安定な基準周波数を発
生させることができ、この基準周波数を分周して励磁回
路４０、サンプル回路４１、切換回路４２などのスイッ
チを切り換えるタイミングを制御する制御信号Ｖ_C0、Ｖ
_C1、Ｖ_C2を発生させる。

【００３４】次に、以上のように構成された実施例の動
作について説明する。測定流体Ｑには、制御信号発生回
路４４から出力される制御信号Ｖ_C0により励磁回路４０
に内蔵する直流電流が切り換えられて励磁コイル３３、
３４に正負に変化する矩形波状の励磁電流Ｉ_fが流され
て、同様な波形を持つ磁場が印加されている。

【００３５】ここで、測定流体Ｑがパイプ３０に流れる
と、絶縁性のパイプ３０の内面には測定流体Ｑの流量に
対応した信号電圧が発生する。この信号電圧は、測定流
体Ｑと各検出電極３１、３２との間に介在する静電容量
を介して、各検出電極３１、３２で検出される。

【００３６】検出された信号電圧は、プリアンプ３７、
３８を介して差動増幅器３９で差動増幅され、サンプル
回路４１に出力される。サンプル回路４１は矩形波状の
信号電圧として出力される正負の定常状態になって時点
で制御信号Ｖ_C1により信号電圧をサンプルしてホールド
する。

【００３７】このホールドされた電圧は、切換回路４２
で制御信号Ｖ_C2により、信号電圧が正の定常時点でサン
プルされた電圧のときはそのまま平滑回路４３に出力
し、信号電圧が負の定常時点でサンプルされた電圧のと
きは反転して平滑回路４３に出力する。このようにし
て、平滑回路４３の出力には、測定流体Ｑの流量に対応
した信号電圧が、同期整流され平滑された直流電圧とし
て出力される。

【００３８】ところで、この場合に、励磁電流Ｉ_fの励
磁周波数ｆ_hを（１）式で示す範囲に設定すると、格別
にノイズ検出回路などを設けなくても、商用電源に基づ
くノイズによる出力変動を充分に抑えることができる。

【００３９】図３は励磁周波数を商用周波数５０Ｈｚの
６倍（偶数倍）の近傍でスウイープしたときの出力揺動
の状態を示したものである。横軸は励磁周波数を、縦軸
は出力揺動をそれぞれ示している。

【００４０】これは、同期整流（４１、４２）の出力の
平滑回路４３のダンピングが１秒で、１ｍ／ｓの流速に
おいて入力信号が１２０μＶ_pp、このときの平滑回路４
３の出力が３００ｍＶＤＣという条件で、検出器のアル
ミニウムのドアを開けて商用電源からの誘導ノイズが大
きくなるようにして測定したものである。

【００４１】図３において、Ａで示す範囲は、商用周波
数５０Ｈｚの６倍（偶数倍）の周波数と正確に同期して
いるときの出力揺動を示している。この範囲Ａを若干ず
れると大きな出力揺動を伴い、この後はＡで示す範囲と
ほぼ同様な出力揺動を示している。

【００４２】このように、同期が若干ずれると出力揺動
が大きくなるのは、商用周波数のノイズと流量信号とで
生じるビート周波数が低く、平滑回路４３で減衰させる
ことができないからである。

【００４３】図４は励磁周波数を商用周波数５０Ｈｚの
５倍（奇数倍）の近傍でスウイープしたときの出力揺動
の状態を示したものである。横軸は励磁周波数を、縦軸
は出力揺動をそれぞれ示している。これ以外の条件は図
３と同一である。

【００４４】図４において、Ｂで示す範囲は、商用周波
数５０Ｈｚの５倍（奇数倍）の周波数とほぼ同期してい
るときの出力揺動を示している。この範囲Ｂでは大きな
出力揺動を伴い、この後は図３のＡで示す同期範囲とほ
ぼ同様な出力揺動を示している。

【００４５】以上の点から、励磁周波数が商用周波数の
奇数倍に同期している周波数範囲、或いは偶数倍から若
干ずれた周波数範囲では、商用周波数のノイズを受ける
と出力が不安定になることが分かる。逆に、これ等の周
波数範囲から離れた周波数範囲では、格別に同期をとら
なくても、出力揺動が小さいことを示している。

【００４６】図１に示すように、交流電源を用いない
で、直流電源のみで高周波励磁する場合には、励磁周波
数の安定度は制御信号発生回路４４に内蔵される水晶発
振器などの周波数安定度で決定され、高精度の安定化が
期待できる。

【００４７】しかし、商用電源の周波数は電源側の状
況、或いは負荷の状況により、必ずしも安定化されてい
ない。励磁周波数を高精度で安定化しても商用電源の周
波数の変化によって出力揺動が大きくなる。

【００４８】したがって、商用周波数は変動する点を考
慮すると、（１）式で示す範囲に励磁周波数を設定すれ
ば、格別にノイズ検出回路などを設けることなく、しか
も商用電源との同期を考慮しなくても、出力揺動を低減
させることができる。

【００４９】以上は、容量式電磁流量計をベースとして
説明したが、容量式の場合は信号源インピーダンスが極
めて大きいので、商用電源からのノイズの影響を受けや
すいので、このように励磁周波数を選定する効果が大き
い。

【００５０】このほか、例えば２４ＶＣＤなどの電源か
ら２本の伝送線を介して遠方から電流が供給され、これ
を用いて回路電源とすると共に流量信号もこの２本の伝
送線を介して遠方に伝送する２線式電磁流量計などで
は、大きな信号レベルを確保することができない関係か
ら、このように励磁周波数を選定する効果が大きい。

【００５１】

【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、第１商用周波数の整数倍の周波数
群の上限変動周波数値とこの第１商用周波数より高い第
２商用周波数の整数倍の周波数群の下限変動周波数値と
の間の周波数帯域に励磁周波数が固定された励磁電流を
励磁コイルに流し、平滑手段により同期整流回路の出力
信号を平滑して流量信号を出力するようにしたので、格
別な同期手段を必要とすることなく簡単な構成で商用周
波のノイズによる出力揺動を安定に低減させることがで
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構成図である。

【図２】図１に示す実施例の励磁周波数の選定範囲を説
明する説明図である。

【図３】図１に示す実施例の効果を説明する特性図であ
る。

【図４】図１に示す実施例の効果を説明する他の特性図
である。

【図５】従来の電磁流量計の構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１０パイプ１１Ａ、１１Ｂ、３１、３２検出電極１２、３３励磁コイル１７演算器１９バンドパスフイルタ２５分周器２７、４０励磁回路４１サンプル回路４２切換回路４３平滑回路４４制御信号発生回路Ｖ_C0、Ｖ_C1、Ｖ_C2 制御信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の検出電極と励磁コイルが設けられ測
定流体が流されるパイプと、前記励磁コイルに流れる励
磁電流に関連する参照電圧で前記検出電極で検出された
信号電圧を同期整流する同期整流手段と、この同期整流
回路の出力信号を平滑して流量信号を出力する平滑手段
と、第１商用周波数の整数倍の周波数群の上限変動周波
数値とこの第１商用周波数より高い第２商用周波数の整
数倍の周波数群の下限変動周波数値との間の周波数帯域
に励磁周波数が固定された励磁電流を前記励磁コイルに
流す励磁手段とを具備することを特徴とする電磁流量
計。