JPH063382B2 - 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、特願昭６０−１９７１６８号（発明の名称；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
流成分とこれより低い周波数の励磁電流成分を励磁コイ
ルに同時に流して複合磁場を形成する複合励磁方式が提
案されている。

そして、この複合磁場の印加のもとに測定流体を流すと
２つの周波数を含む信号電圧が発生する。この信号電圧
を商用周波数に基づいて弁別した高周波の信号電圧と低
い周波数に基づいて弁別した低周波の信号電圧をそれぞ
れ大きな時定数を持つローパスフイルタとハイパスフイ
ルタを介して出力し、更にこれらの出力を加算して出力
することにより高い周波数での励磁方式と低い周波数の
励磁方式の各々の利点を持つ出力を得ている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、この様な電磁流量計では低周波側はスラ
リーノイズの影響を低減させるためにローパスフイルタ
の時定数を大きくとる必要があり、これに伴なって出力
の応答をスムーズにするためにハイパスフイルタの時定
数も大きくとることになる。

この場合に、スラリーノイズとは無関係の微分状のノイ
ズが混入すると低周波側は大きな時定数のためにその影
響が出力に現れないが、高周波側は大きい時定数のため
にこの微分ノイズの影響を受け、長期的には安定するが
大きな時定数で決まるかなりの期間のあいだゼロ点が変
動するという問題がある。

＜問題点を解決するための手段＞ この発明は、以上の問題点を解決するため、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濾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濾波するローパ
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、信号電圧に含
まれるノイズを検出しこのノイズに関連して第１周波数
を変更するノイズ判別手段とを具備するようにしたもの
である。

＜実施例＞ 以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明す
る。第１図は本発明の１実施例を示すブロツク図であ
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，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、励磁回路１３から励磁電
流Ｉ_ｆ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E₁
はスイッチＳW₁を介して増幅器Q₁の非反転入力端（＋）
に印加され、その出力端はトランジスタQ₂のベースに接
続されている。トランジスタQ₂のエミッタは抵抗R_fを介
してコモンＣＯＭに接続されると共に増幅器Q₁の反転入
力端（−）に接続されている。コモンＣＯＭとトランジ
スタQ₂のコレクタとの間には励磁電圧ＥｓがスイッチＳ
W₂とＳW₃の直列回路とこれに並列に接続されたスイッチ
ＳW₄とＳW₅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ＳW₂，ＳW₃の接続点とスイッチＳW₄，Ｓ
W₅の接続点にそれぞれ接続される。タイミング信号S₁，
S₂，S₃はそれぞれスイッチＳW₁，ＳW₂とＳW₅，ＳW₃とＳ
W₄の開閉を制御する。このようにして、例えば低周波の
周波数が６．２５Ｈｚ、高周波の周波数が２００Ｈｚの
複合された励磁電流を得ることができる。

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ＳW₇を介して、或いは反転増幅器Q₃
とスイッチＳW₈の直列回路を介してそれぞれ小さな時定
数をもつ低域濾波器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ＳW₃を介
して、或いは反転増幅器Q₄とスイッチＳW₁₀の直列回路
を介してそれぞれ小さな時定数をもつ低域濾波器１７に
印加されている。スイッチＳW₇，ＳW₈，ＳW₉，ＳW₁₀は
それぞれタイミング回路１８からのタイミング信号S₇，
S₈，S₉，S₁₀で開閉される。低域濾波器１６は大きな時
定数をもつローパスフイルタ１９を介して、低域濾波器
１７の出力は可変利得増幅器Q₅とハイパスフイルタ２０
の直列回路を介してそれぞれ加算点２１で加算される。
加算点２１での加算出力はローパスフイルタ２２を介し
て出力端２３に流量に比例した信号電圧として出力され
る。

なお、可変増幅器Q₅はローパスフイルタ１９の出力電圧
Ｖ_Ｌとハイパスフイルタ２０の出力電圧Ｖ_Ｈの大きさが
等しくなるように調節するためのものである。

低域濾波器１６の出力はノイズ弁別回路２４に入力され
る。ノイズ弁別回路２４は低周波側の低域濾波器１６の
出力に現れるスラリーノイズなどのノイズを検出してそ
の大きさに対応した周波数変更信号S_fを出力し、これに
よりタイミング回路１８からの例えばタイミング信号S₁
を変更する。

このノイズ弁別回路２４は比較器Q₆、比較器Q₇、オアゲ
ートQ₈で構成されている。低域濾波器１６の出力は入力
の一端に基準電圧E₂が印加された比較器Q₆と入力の一端
に基準電圧E₃が印加された比較器Q₇の各入力の他端に印
加され、その各出力はオアゲートQ₈の各入力に印加され
ている。オアゲートQ₈の出力は周波数変更信号S_fとして
出力される。

次に、第１図に示す電磁流量計の動作につき第２図に示
す波形図を参照して説明する。

タイミング信号S₁は第２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E₁の増幅器Q₁の非反転
入力端（＋）への印加が制御される。一方、タイミング
信号S₂（第２図（ロ））とS₃（第２図（ハ））により低
周波でスイッチＳW₂とＳW₅、およびスイッチＳW₃とＳW₄
が交互にオンとされるので、第２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_fが流れる。

結合点１５における信号電圧は第２図（ホ），（ヘ）に
示すタイミング信号S₇とS₈でサンプリングされるので、
第２図（ト）に示す電圧がスイッチＳW₇の出力側に得ら
れる。これを低域濾波器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２図（チ），
（リ）で示すタイミングでタイミング信号S₉，S₁₀によ
りサンプリングされるので、スイッチＳW₉の出力側には
第２図（ヌ）で示す信号電圧が出力され、この信号電圧
は可変利得増幅器Q₅でその大きさが調節されてハイパス
フイルタ１９を介して加算点２１に出力される。

加算点２１で加算された各信号電圧はローパスフイルタ
２２で平滑されて出力端２３に出力される。

スラリーノイズとほぼ同じ周波数帯域をもつ低周波側の
低域濾波器１６はその時定数が小さく選んであるので、
その出力端には例えばスラリーノイズがあれば現れる。
そこで、ノイズ弁別回路２４でこれを検出する。

周波数変更信号S_fはスラリーノイズが基準電圧E₂，E₃を
越える大きさのときは例えばハイレベルの信号を出して
タイミング回路１８からのタイミング信号S₁の周波数を
大きな値に設定し、スラリーノイズが基準電圧E₂，E₃を
越えないときはローレベルの信号を出してタイミング回
路１８からのタイミング信号S₁の周波数を小さな値に設
定する。

スラリーノイズが小さい場合は、２周波のうちの高周波
側の周波数を例えば２５Hz程度に低くするので、たとえ
微分ノイズによる変動があってもこれに起因するゼロ点
のゆっくりした変動を小さく抑えることができ、しかも
スラリーノイズはもともと小さいので高周波側も低周波
側にもその影響は現れない。

一方、スラリーノイズが大きい場合には、２周波のうち
の高周波の周波数を例えば２００Ｈｚ程度に高くするの
で、高周波側はスラリーノイズの周波数帯域から離れ、
その影響を受けがたい。一方、低周波側は大きな時定数
を持つローパスフイルタを介して出力されるので、スラ
リーノイズの影響は現れない。また、周波数を高くする
と高周波側の微分ノイズによるゼロ点の変動は大きくな
るがスラリーノイズが大きく出ているときは流体の流量
も大きい状態なので、微分ノイズによりゼロ点がゼロを
中心に大きな時定数で決まる時間のあいだ変動してもこ
のゼロ点の変動は大きな流量指示値によりマスクされし
かも時間と共に平均化されて実質的に誤差にならず、加
算点２１には実質的に安定な出力が得られる。また、低
周波側は大きなローパスフイルタのために微分ノイズの
影響は出力に現れない。

従って、スラリーノイズの大きさに依存して高周波側の
周波数を変更することにより、実質的にスラリーノイズ
にも微分ノイズにも影響を受けない２周波励磁形の電磁
流量計を得ることができる。

なお、以上のノイズ判別回路の入力信号は低周波側だけ
でなく、高周波側或いは加算後の出力のいずれでも良
い。また、ノイズ判別回路はノイズの大きさを判別する
ことにより周波数変更信号を出力したが、ノイズの変化
を検出するようにしても良い。さらに、これ等の回路は
マイクロコンピュータを用いてソフト的に実現しても良
い。

＜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、２周波のうちの高周波側の周波数をスラリーノイ
ズに関連して変更するようにしたので、スラリーノイズ
にも微分ノイズにも影響されず安定なゼロ点をもつ電磁
流量計とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示すブロツク図、第２図は
第１図における実施例の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、１４
…前置増幅器、１５…結合点、１６，１７…低域濾波
器、１８…タイミング回路、１９…ローパスフイルタ、
２０…ハイパスフイルタ、２１…加算点、２４…ノイズ
弁別回路、S_f…周波数変更信号、

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濾波
   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濾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、前記信号電圧に含ま
   れるノイズを検出しこのノイズに関連して前記第１周波
   数を変更するノイズ弁別手段とを具備することを特徴と
   する電磁流量計。