JPH063381B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、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来た。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）の影響を受け難い、という利点がある
が、稼動状態で比較的長期、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、キャリヤ周波
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やすく、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。更に、最近の電磁流量計は省電力化
を図る傾向にあるが、特に２線により電源の供給と信号
の伝送を同時に行なう２線式の電磁流量計では省電力化
が必須の要件となる。この様な場合には単位流速度当り
の起電力を小さくする必要があり、例えば従来の低周波
励磁方式では0.5mV/m/s程度であったものが２線式にす
ると10μV/m/s程度と小さくなる。発生起電力が従来に
比べて１桁以上も小さくなるとフローノイズの影響は相
対的に増大するので低周波励磁方式で省電力化を図るこ
とには限界がある。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 商用周波数による励磁では、応答速度が大きくかつフロ
ーノイズによる影響を受け難い利点があるが、反面ゼロ
点が不安定な欠点が存在する。

一方、低周波による励磁では、ゼロ点は安定であるが、
フローノイズの影響を受けやすい欠点があり、いずれの
励磁方式を採用してもゼロ点が安定でかつフローノイズ
の影響を受け難く、更に応答速度も大きい電磁流量計を
得ることができず、また省電力化の障害を除去すること
もできないという問題点がある。

＜問題点を解決するための手段＞ この発明は、これ等の問題点を一掃するため、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
励磁された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流量信号として出力する信号処理手
段と、流量信号に比例した電圧と信号電圧のうちの第２
周波数成分との偏差がとられゼロ信号として検出するゼ
ロ検出手段と、このゼロ信号を用いて流量信号を補正す
るゼロ補正手段とを具備するようにしたものである。

＜作用＞ 第１周波数で信号処理がされた流量信号に対して、信号
電圧のうちの第２周波数成分とこの流量信号に関連した
電圧との偏差を演算してゼロ信号を算出し、このゼロ信
号で流量信号のうちのゼロ点変動分を除去するように作
用する。

＜実施例＞ 以下、本発明の実施例について図面に基づき説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図である。

１０は電磁流量計の発信器の導管であり、絶縁性のライ
ニングがその内面に施されている。11a,11b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には抵抗１３を介して商用定電流源
１４より商用周波数の定電流が流され、また、同時に励
磁コイル１２には抵抗１５を介して低周波定電流源１６
より例えば50/8Hz程度の低周波の定電流が重畳して流さ
れている。これにより、被測定流体には商用周波数と商
用周波数の1/8の周波数の２種類の異なった周波数の磁
場が印加されている。

一方、信号電圧は電極11a,11bで検出され、前置増幅器
１７に出力される。前置増幅器１７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１８を
介して結合点１９に出力される。

結合点１９では前置増幅器１７の出力と乗算器２０の出
力との偏差がとられ増幅器２１により増幅され復調器２
２により同期整流またはサンプルホールドされる。その
平滑された直流出力は電圧・周波数変換器２３により一
定パルス幅を持つパルス周波数信号に変換されて乗算器
２０に帰還されると共に低域濾波器（ローパスフィル
タ）２４に出力されて平滑され、その出力Ｖ_Ｌはゼロ補
正回路２５に出力される。乗算器２０は例えばスイッチ
で構成されている。このスイッチの一端には抵抗１３の
両端に発生した商用周波の比較電圧が印加され、電圧・
周波数変換器２３の出力パルスでこのスイッチを開閉
し、その他端に生じた電圧を結合点１９に出力する。ま
た復調器２２には抵抗１３からの商用周波の比較電圧が
印加されている。

増幅器２１、複調器２２、電圧・周波数変換器２３、低
域濾波器２４および乗算器２０はこれ等で商用周波の信
号電圧を処理する商用周波信号処理回路２６を構成し、
被測定流体の流量信号のうち商用周波励磁に対応する信
号を処理してゼロ補正回路２５に出力Ｖ_Ｌとして出力す
る。この商用周波信号処理回路２６における時定数は低
域濾波器２４の時定数を小さくとり、応答を早くしてお
く。

一方、前置増幅器１７の出力幅１８とゼロ補正回路２５
との間にはゼロ検出回路２７が接続されている。

前置増幅器１７の出力端１８の出力電圧と乗算器２８の
出力電圧との偏差が結合点２９でとられ増幅器３０で増
幅される。増幅器３０の出力は復調器３１で抵抗１５に
発生した低周波の比較電圧を参照電圧として同期整流さ
れ、あるいはサンプルホールドされて平滑された直流電
圧とされる。この直流電圧は電圧・周波数変換器３２に
より一定パルス幅を持つパルス周波数信号に変換されて
乗算器２８に帰還される。電圧・周波数変換器３２の出
力電圧は低域濾波器３３で平滑して直流電圧とし、これ
を減算器３４の入力の一端（−）に出力する。減算器３
４の入力の他端（＋）には低域濾波器２４の出力が低域
濾波器３５を介して印加されている。この低域濾波器３
５は、低周波の信号処理をする必要から低域濾波器３３
の時定数を大きく選定するため、これに対応して時定数
を大きく保ち応答速度を同じにするために設けてある。
減算器３４の入力には商用周波の信号と低周波の信号と
が入力され、これ等の偏差がとられるのでその出力には
両者のゼロ点のずれに相当するゼロ信号εが得られる。

低域濾波器２４の出力はゼロ補正回路２５でゼロ信号ε
を減算し出力端３６に流量出力を出す。

なお、以上の構成においては、増幅器２１、復調器２
２、電圧・周波数変換器２３および乗算器２０で構成さ
れる増幅系３７と、増幅器３０、復調器３１、電圧・周
波数変換器３２および乗算器２８で構成される増幅系３
８との各々の増幅度は同じにしておく必要がある。

増幅系３７は商用周波の信号処理を行なうので、フロー
ノイズの影響は受けず応答は早いが反面ゆっくりしたゼ
ロ点の変動がある。一方、増幅系３８は低周波の信号処
理を行なうので、フローノイズの影響を受けるがゼロ点
は安定である。しかし、フローノイズは大きな時定数を
もつ低域濾波器３３のためにその出力には影響が表われ
ない。従って、増幅系３７の出力を大きい時定数をもつ
低域濾波器３５を介して得た出力と低域濾波器３３の出
力との偏差を減算器３４でとるとその出力にはゆっくり
した応答ではあるが増幅系３７で生じるゼロ点のずれを
示すゼロ信号εが現われる。

一方、ゼロ補正回路２５には商用周波信号処理回路２６
のゼロ点は変動するが応答の早い信号とこのゼロ点の変
動に対応するゼロ信号εとが入力されこれ等の減算がゼ
ロ補正回路２５でとられるので、出力端３６には応答が
早くフローノイズもなくかつゼロ点変動の除去された流
量信号が得られる。

第２図は本発明の第２の実施例を示すブロツク図であ
る。以下、第１図に示す各部と同じ機能を有する部分に
は同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。第１図
における実施例では増幅系３７と増幅系３８の直線性は
等しくとっておく必要があるが、第２図における実施例
ではこの必要性をなくして構成を簡単にしている。

増幅系３９は増幅器２１、復調器２２、電圧・周波数変
換器２３、乗算器２０、ゼロ補正回路４０などで構成さ
れている。ゼロ補正回路４０には乗算器２０の出力とゼ
ロ信号εとが入力され、これ等の差がとられて結合点１
９に出力するようになっている。

乗算器４１は電圧・周波数変換器２３の出力と抵抗１５
からの低周波の比較電圧が入力され、この比較電圧で変
調された低周波の変調電圧を偏差増幅器４２の入力の一
端に印加する。偏差増幅器４２の入力の他端には前置増
幅器１７の出力が印加されている。偏差増幅器４２は前
置増幅器１７の出力と変調電圧との偏差をとり復調器３
１に出力する。復調器３１は抵抗１５からの低周波の比
較電圧が印加されているので、その出力には信号電圧の
うちの低周波成分に対応した直流電圧が得られる。この
直流電圧は抵抗１３からの商用周波の電圧で乗算器４３
により変調され、商用周波のゼロ信号εとしてゼロ補正
回路４０に出力される。ゼロ補正回路４０では商用周波
に変調されたゼロ信号εで乗算器２０の商用周波の出力
から減算するので、出力端３６にはゼロ点が自動補正さ
れた流量信号が得られる。

偏差増幅器４２、復調器３１、乗算器４３などでゼロ検
出回路４４が構成される。

なお、電圧・周波数変換器２３の出力は低域濾波器４５
を介して平滑されて出力端３６に出力される。

ゼロ検出回路４４はゼロ点の抑制のみに使用され全体と
して一種の偏差増幅器として動作するので直線性は重要
ではない。また、商用周波におけるゼロ点は通常ゆっく
り変動するので、ゼロ検出回路４４の応答は遅くしても
良く、これによりフローノイズも平滑化できる。

第３図は本発明の更に他の実施例を示すブロツク図であ
る。第２図に示す実施例に対してゼロ信号εの補正点を
変更したものである。

増幅系３７の復調器２２の出力とゼロ信号εがゼロ補正
回路４６に入力され減算されて電圧・周波数変換器４７
に出力される。電圧・周波数変換器４７は電圧・周波数
変換器２３の増幅度と等しく選定される。

乗算器４１は電圧・周波数変換器４７の出力と抵抗１５
からの低周波の比較電圧が入力され、この比較電圧で変
調された低周波の変調電圧を偏差増幅器４２の入力の一
端に印加する。その他端には前置増幅器１７の出力が印
加されている。偏差増幅器４２は前置増幅器１７の出力
と変調電圧との偏差をとり復調器３１に出力する。復調
器３１は信号電圧のうち低周波成分に対応した直流電圧
をゼロ信号εとしてゼロ補正回路４６に出力する。

ゼロ検出回路４８は、乗算器４１、偏差増幅器４２、復
調器３１などで構成されている。

なお、第１図〜第３図に示す実施例はディスリリートな
回路で実現したが、これ等において実行する各種演算は
アナログ／デジタル変換器やデジタル／アナログ変換器
などのインタフェイスを具えたマイクロコンピユータで
実行しても良い。

また、以上の説明では励磁周波数を商用周波数とこれよ
り低い周波数との複合で構成したが、これに限られるこ
とはなく商用周波数の代りにこれより高い周波数に代え
ても良いことはもちろんである。更に、励磁波形として
は正弦波に限らず矩形波、梯形波、三角波など各種の波
形でも実行できる。

＜発明の効果＞ 以上、実施例とともに具体的に説明した様に本発明によ
れば、ゼロ点が安定でフローノイズの影響を受けること
もなく、しかも応答も良いという従来にはない優れた電
磁流量計が実現できる。

また、ノイズに対して強くなる結果、単位流速当りの起
電力を小さくすることが可能となり、省電力化を可能に
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、第２図は
本発明の第２の実施例を示すブロツク図、第３図は本発
明の第３の実施例を示すブロツク図である。 １７…前置増幅器、２２，３１…復調器、２３，３２，
４７…電圧・周波数変換器、２４，３３，３５，４５…
低域濾波器、２６…商用周波信号処理回路、２７，４
４，４８…ゼロ検出回路、２５，４０，４６…ゼロ補正
回路、３４…減算器、３７，３８，３９…増幅系、４２
…偏差増幅器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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た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流量信
   号として出力する信号処理手段と、前記流量信号に比例
   した電圧と前記信号電圧のうちの第２周波数成分との偏
   差がとられゼロ信号として検出するゼロ検出手段と、こ
   のゼロ信号を用いて前記流量信号を補正するゼロ補正手
   段とを具備することを特徴とする電磁流量計。