WO1993005368A1

WO1993005368A1 - Debimetre electromagnetique pour canalisation d'eau a moitie pleine

Info

Publication number: WO1993005368A1
Application number: PCT/JP1992/001124
Authority: WO
Inventors: Yutaka Yoshida
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 1993-03-18
Anticipated expiration: 1994-03-03
Also published as: EP0555493B1; EP0555493A4; DE69223394D1; EP0555493A1; DE69223394T2

Description

明細非満水用電磁流量計技術分野

本発明は流路を非満水状態で流れる流量を計測する電磁流量計に関する。背景技術

流路の上下にコイルを配設し、各コイルの出力に基づいて流体が流路に対して満水であるか否かを検出する装置が知られている（ J P — A 5 9 - 2 3 0 1 1 5 ) 。

また流路の上下に配置されたコイルを直列接続する構成が J P — A 5 2 — 4 8 3 5 6 にみられる。

本出願人は、流路を非満水状態で流れる流量を電磁流量計の原理を用いて計測する非満水用電磁流量計を提案した（ J P — A 3 — 5 6 3 1 ) 。この出願は本願の優先期間である 1 9 9 2 年月日に公開されている ( J P - A ：) 。

この技術は、図 1 に示すような構成をもっていた。

1 は断面が円形の流路、 2 , 2 は流路 1 の中心を通る垂直線に対し左右対称の位置に設けた 1 対の電極、 U と L は流路 1 の上側と下側にそれぞれ設けた磁束コィル . 交互に励磁され、空間的に異なる不均一な磁束分布を異なる期間の間に発生する。符号 4 はこのような構造の流量検出機を示す。

5 は励磁回路で、タイミング回路 6 の信号に応じて上側と下側の励磁コイル ϋと L とを交互に励磁する。 7 は電極 2， 2 間に誘起した電圧を増幅して出力するアンプ、 S 1 は切替スィッチでタイミング回路 6 の信号で切替作動し、前記 2 つの励磁コイル ϋ と Lの励磁時期を切替える切替スィッチ S ₂ と同期して切替作動し、上側の励磁コイル ϋが励磁されているときに a側に、下側の励磁コィル Lが励磁されているときに b側に切替えられる。

8 A と 8 Bは切替スィッチ S ！の a接点と b接点の出力電圧ど u と ε ι^ とを夫々入力してサンプルホールドするサンプル &ホールド回路、 9 はサンプル &ホールド回路 8 A , 8 Bからのアナログ信号をディジタル信号に変換する A Z D変換回路、 1 0 は補正演算を行なうプログラムを備えた補正演算回路、 1 1 は演算結果としての流量信号を出力する出力端子である。 ·

アンプ 1 の出力電圧と ε との比 _L / ε υ は、水位 h と一定の閧係にあり、図 2 のように水位 hを横軸に、比 ε ι· / ε u を縦軸にとると両者の関係を示す 1 本の曲線ィを得る。

" 又、出力電圧 £ ti と実流量 Q との比 £ _U / Qは流量計の感度で、この感度を kであらわすと、水位 h と感度 k は図 3 のように曲線口で示す関数関係にある。なお、かかる水位 h と感度 k との関係は流路の勾配に無関係である。なお、図 2 と図 3 は、横軸の水位 hを流路 1 の直径 (内径） Dの比率であらわしている。そして、流路 1 を図 4 に示すように適当な勾配 t a n S に固定して、ただ管路に取付け、水位 hを 0 から 1 . 0 D まで変えて出力比どしノどリと感度 kを測定して曲線ィ、口を予め求めておく。

次に流量検出器 4 を、流量を計測すべき管路に接続して、計測したときの出力比がどし ₀ / ど _U 0 = P 0 であったとすると、そのときの水位 h 。は図 2 の曲線ィから知ることができる。更に図 3 の曲線口から、水位 h 。のときの感度 k 。を知り、真の流量 Q。を

Q 0 = ε υ ο 0 (1) として補正演算回路 1 0 で求めるのが、先に出願した従来技術の主旨である。

そして、この背景技術では、図 2 の曲線ィは、管路勾配 t a n 0 に無関係であると考えられていた。

発明の開示

しかし、本発明者らは上記背景技術を改良し、より計測精度を上げるべく鋭意検討を重ねた結果、以下に気が付いた。

即ち、実際に管路勾配が変ると、同一水位であっても平均流速が変化するため流速分布が微妙に変化する。従つて、図 2 及び図 3 の曲線はそれぞれ図 5 及び図 6 に示すように、各管路勾配が変化するに従ってシフトする。このシフトが計測誤差の原因となっていた。なお、水位 hは出力比 ε _L / ε υ から感度 kを求める為の介在項としての役割しかなく、又、一定範囲の管路勾配では水位 h と流量 Qの間には 1 対 1 の対応が付くから、図 5 、図 6 の横軸は、その測定したときの勾配における流量 Qで置き換えた。

つまり、図 5 、図 6 のように横軸を流量 Qでプロットすれば、流量 Q ：出力比 ε / e u の関係をあらわす曲線は、図 5 のように勾配， β , ァによって横軸方向に移動するが、流量 Q ：感度 kの関係をあらわす曲線も図 6 のように全く同じに移動する。

― 管路勾配と流量との関係

今、管路勾配 /0が朱知とする。更にこの時の出力比 1_> £ ₁；が？。でぁるとすると、図 5 の 0： , β , 7 のパラメータとする曲線群を使って、先ず流量 Q 。， Q u ， Q ァ。が確定する。この Q 。， Q /3 。， Q ァ。は「現在流れている流量 Q。は、もし勾配が ( β , ァ）ならば流量 Q 。，（ Q /3。， Q ァ。）が流れている時と同じ水位の流量である』ことを表わしている。若し iO = α:ならば Q。 = Q a 0

p = ならば Q。 = Q ;8。

P = ァならば Q 0 = Q ァ。

となることは当然である。しかし、今勾配 p は未知であるから、 Q a。， Q 。， Q y fl をそれぞれ介在項として図 6 の曲線から感度 k α を求め、補正演算回路 1 0 で £ _u。Z k。の演算により実流量 Q。を知ることになる。こうして求まった Q o と Q α。， Q yS Q 7 。との関係は

若し p < ひならば Q o < Q a o 図 7 ( a )

p — a 7よりば Q。 = Q 。図 7 ( b ) jo 〉ひならば Q > Q o 図 7 ( c ) であり、同様に

p < β ならば Q o < Q β o

ρ = β ならば Q o = Q

ρ > β ならば Q o > Q β o

等々である。

従って、必要な分解能と範囲で、種々の勾配， β ， 7 , δ , .·■·で図 5、図 6 に相当するデータを取っておき Q 0 , Q β 0 , Q 7 ο , Q δ ο , …と Q。とを図 7 ( a ) 、（ b ) 、（ c ) のように比較すれば、その精度 ■ で現在の未知の勾配 Pを知ることができる。

本発明は高精度の非満水用電磁流量計を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、流路（ 1 ) の上側に設けた励磁コイル（ U ) と下側に設けた励磁コィル L とを交互に励磁すると共に、各励磁ユイル（U) と ( L ) が夫々励磁されているときの出力電圧の比 s _L。Z • £ u。= P。と、そのときの感度 k。と力、ら流量 Q。を Q « = £ _U。Z k。として求める非満水用電磁流量計において、流量 Q ：出力比 s L / ε V と、流量 Q ：感度 kの関係を種々の管路勾配ひ， β , ？' , 0 , …をパラメ一夕として予めデータを取っておき、これらのデ一夕から未知の管路勾配 p に近い勾配のデータの曲線を用いて流量 Q 0 を補正演算して求めることを特徵とする。

現在の勾配 p (未知）に最も近い勾配で測定した図 5 、図 6 に相当する曲線を使って補正演算をすればよいので、それには、背景技術の項で説明した方法によって現在の勾配）0 を知ればよい。

例えば勾配で測定しておいた図 5 、図 6 に相当する曲線を使って Q α。と Q β ₀ を先ず求める。

そして、 ρ - ならば、 Q。 ≠ (真の実流量）であるが

ρ < αならば Q。 < Q α。

jo = αならば Q o = Q a a

p > ならば Q o > Q a o

となる大小関係は変らないから、背景技術の項に述べたと同じ方法で現在の勾配 P を知ることができる。

更に詳細に説明するならば、種々の勾配について予め求められている図 5 及び図 6 の閱係（曲線）のなかから、適当な勾配 or及び ^についての関係を選択する。この選択はオペレータが任意に行う。また、ひ， yS は固定することもできる。 a , /3 は先の計測で甩ぃたものをそのまま利用してもよい。

このようにして選択された 2つの曲線を用い、背景技術で説明した（1)式から仮の実流量 Q。 ' 及び Q。 " を求める。なお、 Q α ' ， Q 0 " は勾配， /3 についてそれぞれ求めたものである。この仮の実流量 Q。 ' ， Q 0 " は、本出願人が先に日本国特許庁の提出した特許願平 3 - 5 6 3 1 ( J P - A ) では、実流量とされていたものであり、ある程度真の値（実流量）に近いものであることはいうまでもない。

本願では、上記仮の実流量 Q。 ' 及び Q。 " を求めるなお、 Q。 ' , Q。〃並びに図 5 より得られる Q 。及び Q /S 。を用いて真の勾配 P を求める。

真の勾配 p と選択した勾配及び /3の関係が p く a < /Sのときには、図 8 Aの関係が得られる。

同様にして、 ρ < く / Sのときには図 8 Bの関係がひく /S く ιθ のときには図 8 Cの関係が得られる。

各図の関係を式で表わすと、

Q。' - Q α。

十 β (2)

Q ;S。一 Q n+ Q (/— Q ₀" となる。

このようにして勾配 ρが知れたら、それに最も近い勾配で測定した曲線を使うか、あるいは測定しておいた曲線から内挿または外揷により、適当な曲線を求めてから補正演算して正確な誤差の少ない流量を求める。図面の簡単な説明

図 1 は背景技術の非満水用電磁流量計のプロック図。. 図 2 は水位対出力比線図。図 3 は水位対感度線図。

図 4 は管路勾配を説明する略図。

図 5 は流量対出力線図。

図 6 は流量対感度線図。

図 7 は流量対感度比線図で、（ a ) 、（ b ) 、 ( c ) は測定時の勾配 Ρ と予めデータを取ったときの勾配 α との大小関係が違うときの図。

図 8 Αは a < p < ySのときの勾配と流量差との関係を示す図。

図 8 Β は ρ く a く ySのときの勾配と流量差との関係を示す図。

図 8 Cは α < ;δ く P のときの勾配と流量差との関係を示す図。

図 9 は（ a ) は流量検出器の正面図、（ b ) はその A 一 A断面図、（ c ) は実施例の流量計のブロック図。

図 1 0 は通水装置の略図。

図 1 1 及び 1 2 は器差曲線。

図 1 3 は実施例の処理を示すフローチヤ一卜。

図 1 4 は実施例のコイルの斜視図。発明を実施するための最良の形態図 9 ( a ) 、（ b ) に示すような流量検出器 4 を試作し、図 9 Cのブロック図の非満水用電磁流量計を構成して、図 1 0 の通水設備を用い、管路 1 3 の勾配を予め 2 / 1 0 0 0 と 6 / 1 0 0 0 で図 5 、図 6 に相当する曲線のデータをとつてメモリ 1 0 0 に格納する。

図 9 C において図 1 と同一の部材には同一の参照番号を付してその説明を部分的に省略する。

図 1 1 は上記 2 つのデータを用いて本発明の方法で、未知の流路の勾配が現在の勾配 2 1 0 0 0 と 6 / 1 0 0 0 の何れに近いかを判断し、近いと判断された基準曲線を使って補正演算したときの器差曲線である。なお測定対象となった流路の実際の勾配は 0 ノ 1 0 0 0 であつた。なお、器差は（測定値—真値） Z真値 X 1 0 0 ( % ) で表わされる。真値は標準流量計で得る。

因みに図 1 2 は勾配 6 ノ 1 0 0 0 で測定しておいた図 5 ，図 6 に相当する曲線を基準とし、流量を計測した場合の器差で、基準曲線のデータを取ったときの勾配 6 Z 1 0 0 0 と計測時の勾配 0 Z 1 0 0 0 との違いが大きいため器差が比較的大きい。

図 1 1 と図 1 2 と比較することで、本発明の効果は明らかであり、さらに基準曲線の数や範囲を増すことで、計測精度の向上が可能である。

次に実施例の装置の動作を図 1 3 のフローチャートに示す。

ステップ 1 では、アンプ 1 の出力電圧 ε υ。とど、即ち上コイルと下コイルの出力の比より Ρ 。 ε L O ε υ ο を求める。比の計算は補正演算回路 1 0 が実行する。この回路 1 0 には専用の C P Uを用いる。

次にステツプ 3 では回路 1 0 力メモリ 1 0 0 力、ら勾配 2 / 1 0 ひ 0 6 Z 1 0 0 0 における図 5 の関係を読み出し、 P _Q に対応する各勾配における流量 Q _2/1 0 0 0 ,

Q ₆ / ₁₀₀₀を求め、レジスタに格納する。

ステップ 5 では、回路 1 0 力メモリ 1 0 0 から各勾配の図 6 の関係を読み出し、式 1 を利用して仮の実流量 Q ' ( 2 / 1 0 0 0 ) ， Q " ( 6 Z 1 0 0 0 ) を求め、レジスタに格納する。

ステップ 7では、ステップ 3 及びステップ 5 で求めた値を用いて式 (2)を実行する。すると真の勾配 ιθが求まり、ほぼ 0 1 0 0 0 となる。

従って、ステップ 9 では pに近い勾配 2 Z :L 0 0 0 を選択し、ステップ 1 1 では該勾配 2 Z 1 0 0 0 に於ける図 5，図 6 の関係を甩いて実流量 Q。を計算する。この実施例では

Q。 = Q ' ( 2 / 1 0 0 0 ) である。

上記実施例では、図 5 ，図 6 の関係として、 2つの勾配のみを予め求め、それを利用したが、計測精度をより向上するためには、より多くのデ一夕を予め求めておくのがよい、例えば 1 Z 1 0 0 0 きざみでデータを求めておく。

また、真の勾配を求めるときに用いる勾配 or， ^には 1 / 1 0 0 0〜 1 0 Z 1 0 0 0 程度の勾配差を与えることが好ましい。

なお、実施例の管路の内径は 2 4 0 mmである。

電極 2 の寸法は、流れ方向に 4 0 mmの幅を持ち、 9 0 ° の開き角度及び 2 mmの厚さを持つ。

上下のコイル形状及び寸法を図 1 4 に示す。

なお、コイルは 1 3 0 0 ターン巻きのものを利用した発明の効果

本発明の非満水用電磁流量計は上述のように構成されているので、管路勾配の影響を補正演算して正確な流量を求めることができ、非満水用電磁流量計の精度向上に寄与する。

又、勾配の違いによる測定誤差が小さくなるため、精度をある範囲で考えた場合には、取り付けられる管路勾配の範囲が広くできる。

この発明は上記の開示に限定されない。

Claims

請求の範囲 I. 流路（ 1 ) の上側に設けた励磁コイル（ U ) と下側に設けた励磁コイル（ L ) とを交互に励磁すると共に、各励磁コイル（U) と（L ) が夫々励磁されているときの出力電圧の比 £ L。Z £ U Q = P。と、そのときの感度 k 0 力ヽ ' 量 Q 0 を Q 0 ― C U 0 Zk。として求める非満水用電磁流量計において、流量 Q ：出力比ど L / ε u と, 流量 Q : 感度 kの関係を種々の管路勾配（2 , β，ァ， 0 , …をパラメ一夕として予めデータを取っておき、これらのデータからの未知の管路勾配 Ρに近い勾配のデータの曲線を用いて流量 Q。を捕正演算して求めることを特徴とする非満水用電磁流量計。 2. 流路（ 1 ) の上側に設けた励磁コイル（U) と下側に設けた励磁コイル（ L ) とを交互に励磁すると共に、各励磁コイル（U) と（ L ) が夫々励磁されているときの出力電圧の比 /ど u。= P。と、そのときの感度 k 0 から流量 Q。を Q。 = £ u0/k。として求める比満水時の流量計測方法において、流量 Q ：出力比 £ L / ε υ と、流量 Q ：感度 kの関係を種々の管路勾配， β , , δ , ……をパラメ一夕として予めデータを取っておき、これらのデ一夕から未知の管路勾配に近い勾配のデータの曲線を甩いて流量 Q。を捕正演算して求める時の流量計測方法。 - 補正された請求の範囲 [1993年 1月 26日（26.01.93)国際事務局受理；出願当初の請求の範囲 2は捕正された;新しい請求の範囲 3— 7が加わった;請求の範囲 1は変更なし。（4頁)]

1. 流路（ 1 ) の上側に設けた励磁コイル（ U ) と下側に設けた励磁コイル（ L ) とを交互に励磁すると共に、各励磁コイル（ U ) と（ L ) が夫々励磁されているときの出力電圧の比 £ _L。 £ _U。= P _D と、そのときの感度 k 0 力、つ '/) S里 W。 ¾" Q 0 ^ f u 0 Z k 。として求める非満水用電磁流量計において、流量 Q ：出力比 ε / ε u と、流量 Q ：感度 k の関係を種々の管路勾配， β， 7 ， 0 , …をパラメ一夕として予めデータを取っておき、これらのデータからの未知の管路勾配 _ρ に近い勾配のデータの曲線を用いて流量 Q 。を補正演算して求めることを特徴とする非満水用電磁流量計。

2. 流路（ 1 ) の上側に設けた励磁コイル（ U ) と下側に設けた励磁コイル（ L ) とを交互に励磁すると共に、各励磁コイル（ U ) と（ L ) が夫々励磁されているときの出力電圧の比 ε ^Ζ ε υο- Ρ β と、そのときの感度 k 0 から流量 Q。を Q <, £ υ k 。として求める比満水時の流量計測方法において、流量 Q ：出力比 £ / £ u と、流量 Q ：感度 k の関係を種々の管路勾配 α， β、 r , δ , ……をパラメータとして予めデータを取っておき、これらのデータから未知の管路勾配； 0 に近い勾配のデ一夕の曲線を用いて流量 Q 。を補正演算して求める流量計測方法。

3. 流路の上側に設けられる上側励磁コイルと、 1 k 前記流路の下側に設けられる下側励磁コイルと、前記各コイルを励磁する手段と、

前記流路の側面に配置され、前記各コイルを励磁したとき前記流路を流れる流体の状態に応じた出力電圧を出

5 力するセンサと、

前記上側励磁コイルを励磁したときの前記センサの出力。と前記下側励磁コイルを励磁したときの前記センザの出力 E _L。との第 1 の関係：流量 Q との第 2 の関係を予め定められた種々の流路勾配について保存する手段と、ひ感度 k ：流量 Q との第 3 の関係を前記予め定められた '種々の流路勾配について保存する手段と、

前記流路の勾配を特定する手段と、

該特定された流路の勾配に近い前記予め定められた勾配についての前記第 2 及び第 3 の関係に基づいて流量を求める手段と、

を備えてなる非満水型電磁流量計。

4. 請求項 3 に記載の非満水型電磁流量計において、前記第 1 の関係は前記出力 E _L。と E _u。との比 P 。 = E _{L 0 /} E u ひある。

5. 請求項 4 に記載の非満水型電磁流量計において、前記勾配特定手段は、任意の 2つの勾配 α及び ^における前記第 .2 の関係、第 3 の関係及び下記式 ( 1 )

仮の実流量 = E _U。/感度式（ 1 ) より得られる仮の実流量 Q ひ ' 及び Q。 " と、

前記第 2の関 ί系から得られる流量 Q ひ' α 及び Q /S u とを下記式（ 2 ) へ

Q 。一 Q₀" Q o' - Q α ₍ 式 (2)

P β

へ代入することにより未知の勾配；0 を求める。

6. 流路の上側に設けられる上側励磁コイルを励磁し、前記流路の下側に設けられる下側励磁コイルを励磁し前記各コイルを励磁したとき前記流路を流れる流体の状態に応じた出力電圧を前記流路の側面に配置されたセンサから出力させ、

前記上側励磁コイルを励磁したときの前記センサの出力 E _u。と前記下側励磁コイルを励磁したときの前記センザの出力 E i^との第 1 の関係：流量 Q との第 2 の関係を予め定められた種々の流路勾配について予め保存し、感度 k ：流量 Q との第 3 の関係を前記予め定められた種々の流路勾配について予め保存し、

前記流路の勾配を特定し、

該特定された流路の勾配に近い前記予め定められた勾配についての前記第 2 及び第 3 の関係に基づいて流量を求める、 '

ことからなる流量計測方法。

7. 流路の上側に設けられる上側励磁コイルを励磁し、前記流路の下側に設けられる下側励磁コイルを励磁し前記各コイルを励磁したとき前記流路を流れる流体の状態に応じた出力電圧を前記流路の側面に配置されたセンサから出力させ、

前記上側励磁コィルを励磁したときの前記センサの出力 E 。と前記下側励磁コイルを励磁したときの前記センサの出力 E _L。との第 1 の関係：流量 Q との第 2 の関係を予め定められた種々の流路勾配について予め保存し、感度 k ：流量 Q との第 3の関係を予め定められた種々の流路勾配について予め保存し、

前記流路の勾配を特定し、

該特定された流路の勾配における第 2 及び第 3 の関係を保存されている前記第 2及び第 3 の関係に基づいて、予測し、

該予測された第 2 及び第 3 の関係に基づいて流量を求める、

ことからなる流量計測方法。