JPH0749978B2

JPH0749978B2 - 電磁流量計

Info

Publication number: JPH0749978B2
Application number: JP12286488A
Authority: JP
Inventors: 隆弘筆保
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1988-05-19
Filing date: 1988-05-19
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPH01292215A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明は電磁流量計、特にA/D変換器を備える電磁流
量計に関する。

（ロ）従来の技術従来の電磁流量計には、第３図に示すものがある。この
電磁流量計は、流体管１の内壁面に露出して一対の電極
2a、2bが対面して設けられる一方、流体管１の軸方向及
び電極2a、2bを結ぶ方向のいずれにも垂直となる方向に
磁界が印加されるように励磁コイル３が配置されてい
る。励磁コイル３には、励磁回路４より、抵抗Ｒを介し
て低周波パルス状の励磁電流が流される。すなわち、制
御演算部（CPU）８からのスイッチ制御信号により、励
磁回路４のスイッチS₁、S₂と、スイッチS₃、S₄が交互に
オン・オフされ、定電流源13からの電流が正負反転され
て励磁コイル３に流れる（第４図のａ、励磁電流参
照）。流体管１に水・下水・薬品等の導電性を有する液
体が流れていると、電極2a、2b間に電磁誘導作用によ
り、流量に応じた誘導電圧が発生する（第４図のｂ、電
極間の発生電圧参照）。この誘導電圧が、バッファアン
プ5a、5bを経て、差動アンプ６で差動増幅され、A/D変
換器７でデジタル信号に変換されて制御演算部８に取り
込まれる。また、励磁電流は抵抗Ｒで電圧信号に変換さ
れ、アンプ９を経て、A/D変換器10でデジタル信号に変
換され、制御演算部８に取り込まれる。A/D変換器７、1
0のサンプリング動作は、第４図のｃで示すように励磁
電流の安定するタイミングに行われる。制御演算部８
は、これらの入力に基づいて流量を計算する。この計算
結果、つまり流量はD/A変換器11でアナログ信号に変換
され、出力回路12より４〜20mAの信号に変換されて出力
される。

今、例えば、正方向に励磁した時の電極2a、2bに発生し
た電圧をE₁、励磁電流をI₁とし、負方向に励磁した時の
発生電圧、励磁電流をE₂、I₂とする。そして、A/D変換
器７の変換係数をK₁、A/D変換器10の変換係数をK₂とす
ると、流量Ｑは、Ｑ＝（K₁＊E₁−K₁＊E₂）／（K₂＊I₁−K₂＊I₂）＝（K₁／K₂）＊（E₁−E₂）／（I₁−I₂）となる。通常は、K₁＝K₂なので、Ｑ＝（E₁−E₂）／（I₁−I₂）で表され、この流量Ｑが演算制御部８で算出する。発生
電圧を同時に測定した励磁電流の値で割算することで定
電流源13のドリフトの影響を取り除くことができる。ま
た、K₁＊E₁−K₁＊E₂のように差を取っているので、A/D
変換器のゼロ点の影響を除去できる。

（ハ）発明が解決しようとする課題上記従来の電磁流量計において、A/D変換器に注目する
と、上記演算式からも明らかなように、A/D変換器のス
パンの性能は、測定全体の精度に直接影響する。例え
ば、温度変化について考えると、これらのA/D変換器の
スパンの温度特性は性能に直結する。そのため、従来は
精度を確保するため、温度特性の優れたA/D変換器を使
用せざるを得ず、しかも、そのA/D変換器１を２個必要
とするため、非常にコスト高となっていた。また、他の
方法として、温度特性の優れた基準電圧を用意し、周期
的に、この電圧をA/D変換器に与えA/D変換器の温度変化
を補償する方法もあるが、こうした基準電圧源もやはり
高価であり、コスト高から、やはり問題があった。

この発明は、上記問題点に着目してなされたものであっ
ても、安価なA/D変換器を用いても、温度特性等に優
れ、高精度を得る電磁流量計を提供することを目的とし
ている。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この発明の電磁流量計は、流体管の内壁に露出し、互い
に対面して設けられる一対の電極と、前記流体管の軸方
向及び電極方向に直交する方向に磁界を印加する励磁コ
イルと、この励磁コイルに低周波の周期電流を流す励磁
回路と、前記励磁コイルに流れる励磁電流を検出する励
磁電流検出回路と、前記一対の電極間に誘起する流量に
応じた信号電圧を出力する流量信号導出回路と、この流
量信号導出回路からの流量信号をデジタル信号に変換す
る第１のA/D変換器と、前記励磁電流検出回路の出力を
デジタル信号に変換する第２のA/D変換器と、これら第
１及び第２のA/D変換器からの信号を受けて流量を算出
する演算手段とを備えるものにおいて、前記流量信号導
出回路と前記励磁電流検出回路の出力を、前記第１のA/
D変換器と第２のA/D変換器に切替えて接続する切替回路
を備えるとともに、前記演算手段は、前記流量信号導出
回路の出力が第１のA/D変換器に接続され、前記励磁電
流検出回路の出力が第２のA/D変換器に接続される場合
と、前記流量信号導出回路の出力が第２のA/D変換器に
接続され、前記励磁電流検出回路の出力が第１のA/D変
換器に接続される場合のそれぞれに流量を算出する手段
と、算出された両流量の積を算出する積演算手段と、算
出された積を開平し、その開平結果を流量信号として出
力する開平演算手段とを含む構成としている。

この電磁流量計で、流量を測定する場合、切替回路によ
り、先ず、流量信号導出回路の出力を第１のA/D変換器
に接続し、励磁電流検出回路の出力を第２のA/D変換器
に接続する。この接続状態で、第１及び第２のA/D変換
器の出力に基づいて、演算手段で流量を算出する。次
に、切替回路を動作させて、流量信号導出回路の出力を
第２のA/D変換器に接続し、励磁電流検出回路の出力を
第１のA/D変換器に接続し、この接続状態で第２のA/D変
換器から出力される流量に応じた電圧信号と第１のA/D
変換器から出力される励磁電流に応じた電圧信号とによ
り流量を演算手段で算出する。そして、それぞれ算出さ
れた流量の積を求め、この積を開平して、流量信号を得
る。以上の処理過程で、第１及び第２のA/D変換器の変
換係数K₁、K₂は流量Ｑの算出式から除去され、したがっ
て、流量ＱはA/D変換器の変換係数K₁、K₂に依存せず、
温度変化の影響を受けない。

（ホ）実施例以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明す
る。

第１図は、この発明の一実施例を示す電磁流量計のブロ
ック図である。この実施例電磁流量計は、第３図に示す
ものと同様に、流体管１の内壁面に露出して、一対の電
極2a、2bが対面して設けられている。また、流体管１の
軸方向及び電極2a、2bを結ぶ方向のいずれも垂直となる
方向に磁界が印加されるように励磁コイル３が配置され
ている。さらに、励磁コイル３に励磁電流を流す励磁回
路４、電極2a、2b間に発生する電圧を増幅するバッファ
アンプ5a、5b及び差動アンプ６、励磁電流検出用の抵抗
Ｒ、この抵抗Ｒの両端に得られた、励磁電流に対応する
電圧を増幅するアンプ９、２個のA/D変換器７、10、流
量を算出する演算制御部（マイクロコンピュータで構成
される）８、算出された流量をアナログ値に変換するD/
A変換器11、このD/A変換器11の出力を、さらに４〜20mA
の電流に変換して出力する出力回路12を備えている。

この実施例電磁流量計の特徴は、切替回路14により、差
動アンプ６の出力とアンプ９の出力をそれぞれ切替え
て、A/D変換器７とA/D変換器10に交互接続するようにし
たことである。

切替回路14は、スイッチS₅、S₆、S₇、S₈からなり、差動
アンプ６の出力端が、スイッチS₅、S₇の一端に、さらに
アンプ９の出力端がスイッチS₆、S₈の一端にそれぞれ接
続され、また、スイッチS₅、S₆の他端がA/D変換器７の
入力端に、さらにスイッチS₇、S₈の他端がA/D変換器10
の入力端に接続されている。

演算制御部８は、励磁回路４のスイッチS₁乃至S₄を切替
えて、励磁電流を発生させる機能を有する他、A/D変換
器７、10にサンプリング信号Ａ、Ｂを供給する機能、さ
らに、切替回路14にスイッチS₅乃至S₈をオン／オフする
切替信号を供給する機能、また、切替回路14の切替えに
より、A/D変換器７を介して入力される流量信号と、A/D
変換器10を介して入力される励磁電流により流量を算出
する機能、さらに、逆にA/D変換器10を介して入力され
る流量信号と、A/D変換器７を介して入力される励磁電
流とにより流量を算出する機能、上記２回の流量の積を
求める機能、さらに、この求めた積を開平して、流量を
算出する機能をそれぞれ備えている。

次に、この実施例電磁流量計の全体動作について説明す
る。

先ず、演算制御部８より、励磁回路４のスイッチS₁、S₂
とS₃、S₄を交互に切替えて、励磁回路４より、励磁コイ
ル３及び抵抗Ｒの直列回路に、第２図ａに示す励磁電流
を流す。この励磁電流により、流体管１に交互磁界が印
加され、これにより、流体管１に流れる液体の流量に応
じた電圧が電極2a、2b間に電磁誘導によって発生される
（第２図ｂの波形参照）。この発生電圧がバッファアン
プ5a、5b及び差動アンプ６を介して出力される。一方、
励磁コイル３に流れる電流に応じた電圧が抵抗Ｒの両端
より導出され、これがアンプ９を介して出力される。切
替回路14のスイッチS₅とS₈が演算制御部８からのスイッ
チ切替信号（第２図のｅ参照）によりオンされ、これに
より差動アンプ６の出力は、A/D変換器７の入力端に接
続される。アンプ９の出力端は、A/D変換器10の入力端
に接続される。演算制御部８からのスイッチS₅とS₈のオ
ン切替信号に同期して、A/D変換器７とA/D変換器10にそ
れぞれサンプリング信号Ａ（第２図のｃ参照）が与えら
れ、それぞれ差動アンプ６の出力及びアンプ９の出力、
つまり流量信号と励磁電流が、A/D変換器７及び10を介
して、演算制御部８に取り込まれる。演算制御部８で
は、これら入力された流量信号と励磁電流により流量を
算出する。

次に、続いて演算制御部８は、切替回路14のスイッチS₆
とS₇に、これらスイッチをオンするための切替信号（第
２図のｆ参照）を供給すると同時に、A/D変換器７、10
にもサンプリング信号Ｂ（第２図のｄ参照）を出力す
る。このスイッチS₆とS₇のオンにより、今度は差動アン
プ６の出力端がA/D変換器10に接続される。アンプ９の
出力端がA/D変換器７の入力端に接続される。その結
果、演算制御部８には、A/D変換器10を経て、流量信号
が取り込まれ、逆にA/D変換器７を経て、励磁電流が取
り込まれる。この流量信号と励磁電流により、同じく流
量が算出される。そして、演算制御部８では、２回に亘
り求めた積を求めるとともに、これを開平演算し、その
開平値を最終結果値の流量Ｑとして、D/A変換器11でア
ナログ信号に変換し、出力回路12を経て出力する。

上記切替回路14とA/D変換器７、A/D変換器10及び演算制
御部８の動作に関し、第１のサンプリング信号Ａが入力
された第１のタイミングのA/D変換器７より演算制御部
８に入力される信号は、K₁＊E₁であり、A/D変換器10か
ら取り込まれる信号は、K₂＊I₂となる。これに対し、サ
ンプリング信号Ｂが入力される第２のタイミングで演算
制御部８に取り込まれる信号は、A/D変換器７よりK₂＊E
₂となり、A/D変換器10よりK₁＊I₁となる。

ここで、第１のタイミングにおける流量Q₁は、となり、第２回目の流量Q₂は、となる。

制御演算部８では、このQ₁、Q₂の積を求め、この式より明らかなように、A/D変換器７、及び10の係
数K₁とK₂は消去された形となり、その結果、出力される
流量Ｑは、A/D変換器７、10の変換係数K₁、K₂の影響を
受けず、温度変化等の影響を受けない、極めて特性の良
い計測を行うことができる。すなわち、温度が変化し、
変換係数がK₁からK₁′、K₂からK₂′に変化しても、演算
結果Ｑには何ら影響を与えなく、変化の影響を受けない
ことになる。また、当然のことではあるが、K₁＊E₁−K₁
＊K₂といったような形でそれぞれの差をとっているの
で、ゼロ点の影響を従来例と同様に除去し得る。

なお、上記実施例では、励磁電流を正負交互に繰返す場
合を例を示したが、この発明は、励磁電流を正・休止・
負・休止・正・…と繰返す場合、あるいは正・休止・正
・休止・…、また、負・休止・負・休止・…と繰返す場
合にも、もちろん適用できる。

（ヘ）発明の効果この発明によれば、流量信号導出回路の出力と、励磁電
流検出回路の出力をそれぞれ第１、第２のA/D変換器に
切替えて接続し、第１、第２のA/D変換器から、それぞ
れ流量信号と励磁電流を切替えて取出し、これらの信号
に基づいて流量を算出し、その流量の算出積を開平し
て、流量を求めるものであるから、各A/D変換器の変換
係数が流量結果から消去されることになり、従って、A/
D変換器の変換係数の影響を何ら受けることなく流量を
検出することができるので、温度変化等の影響を受けな
い、精度の良い流量計測が可能となる。しかも、そのた
め安価なA/D変換器を使用しても差し支えないので、全
体としても安価な電磁流量計を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す電磁流量計のブロ
ック図、第２図は、同電磁流量計の動作を説明するため
の波形タイムチャート、第３図は従来の電磁流量計のブ
ロック図、第４図は、同電磁流量の動作を説明するため
の波形タイムチャートである。 1:流体管、2a・2b:電極、3:励磁コイル、4:励磁回路、5
a・5b:バッファアンプ、6:差動アンプ、７・10:A/D変換
器、8:演算制御部、9:アンプ、R:励磁電流検出用抵抗、
14:切替回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体管の内壁に露出し、互いに対面して設
けられる一対の電極と、前記流体管の軸方向及び電極方
向に直交する方向に磁界を印加する励磁コイルと、この
励磁コイルに低周波の周期電流を流す励磁回路と、前記
励磁コイルに流れる励磁電流を検出する励磁電流検出回
路と、前記一対の電極間に誘起する流量に応じた信号電
圧を出力する流量信号導出回路と、この流量信号導出回
路からの流量信号をデジタル信号に変換する第１のA/D
変換器と、前記励磁電流検出回路の出力をデジタル信号
に変換する第２のA/D変換器と、これら第１及び第２のA
/D変換器からの信号を受けて流量を算出する演算手段と
を備える電磁流量計において、前記流量信号導出回路と前記励磁電流検出回路の出力
を、前記第１のA/D変換器と第２のA/D変換器に切替えて
接続する切替回路を備えるとともに、前記演算手段は、
前記流量信号導出回路の出力が第１のA/D変換器に接続
され、前記励磁電流検出回路の出力が第２のA/D変換器
に接続される場合と、前記流量信号導出回路の出力が第
２のA/D変換器に接続され、前記励磁電流検出回路の出
力が第１のA/D変換器に接続される場合のそれぞれに流
量を算出する手段と、算出された両流量の積を算出する
積演算手段と、算出された積を開平し、その開平結果を
流量信号として出力する開平演算手段とを含むものであ
ることを特徴とする電磁流量計。