CN102243087B - 电磁流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电磁流量计，其将微分噪音检测为大的值，提高了异常判定的可靠性。该电磁流量计将从正励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第1期间(T1)，将从负励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第2期间(T2)，就每个第1期间(T1)以及第2期间(T2)求出此时的检测电极(4a)所产生电压与检测电极(4b)所产生的电压之和作为电极间的电压和，根据该电极间的电压和，判定电磁流量计的异常(排空检测、绝缘性的异物附着在电极上等)。

Description

电磁流量计
技术领域
本发明涉及一种在各种工艺系统中测定具有导电性的流体的流量的电磁流量计，尤其涉及一种夹着无励磁期间交替地将向正方向以及负方向的励磁电流提供给励磁线圈并测定流体的流量的电磁流量计。
背景技术
以往，作为该种电磁流量计，有电池驱动型的电磁流量计(以下，称为电池式电磁流量计)。电池式电磁流量计在其内部搭载电池并将该电池作为电源来驱动励磁电路和流量测定电路，以此来代替利用工业电源供给电源，该流量测定电路根据相对地配置在测定管内的一对电极之间所得到的信号电动势生成流量测定信号。
图6示出以往的电池式电磁流量计的主要部分(例如参照专利文献1、2)。在该图中，1是测定管；2是励磁线圈，其配置为其磁场的发生方向与流过测定管1内的流体的流动方向垂直；3是励磁电路，其夹着无励磁期间交替地将向正方向以及负方向的励磁电流Iex供给至励磁线圈2(参照图7)，以在无励磁期间的前后设置正励磁期间以及负励磁期间；4a、4b是一对检测电极，其与在测定管1内流过的流体的流动方向以及励磁线圈2的发生磁场的方向正交地相对配置在测定管1内；5是接地电极；6是流量测定电路，其检测电极4a、4b之间得到的信号电动势，基于该被检测的信号电动势输出占空比的脉冲信号作为流量测定信号，该占空比的频率随着测定管1内流过的流体的流量变化；7是内置电池。来自内置电池7的电源电压VB被供给励磁电路3以及流量测定电路6。
在该电池式电磁流量计中，励磁电路3具有励磁电流方向转换电路3-1、励磁电流值调整电路3-2等。励磁电流方向切换电路3-1接收来自流量测定电路6的指示，使流向励磁线圈2的励磁电流Iex的方向夹着无励磁期间交替地向正方向以及负方向切换。励磁电流值调整电路3-2接收来自流量测定电路6的指示，调整流向励磁线圈2的励磁电流Iex的值。流量测定电路6具有CPU6-1。指示从该CPU6-1输出到励磁电流方向切换电路3-1、励磁电流值调整电路3-2。又，通过CPU6-1基于检测电极4a、4b之间所得到的信号电动势计算出流量。
该电池式电磁流量计，其动作电源依靠于内置电池7，如果内置电池没电的话，必须更换新的电池。因此，要求延长电池更换的周期，在向励磁线圈2供给励磁电流Iex时，通过在正励磁期间和负励磁期间之间设置无励磁期间，可以谋求电力消耗的削减。以下，将在正励磁期间和负励磁期间之间设置无励磁期间的方式、即在无励磁期间的前后设置正励磁期间以及负励磁期间的方式称为3值励磁。
专利文献3中揭示的电磁流量计为，在这样的3值励磁电磁流量计中，能够检测在测定管中是空的、或在电极上粘附绝缘性的异物时等产生的异常，将从正励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第1期间，将从负励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第2期间，求出第1期间的电极间的电压差和第2期间的电极间的电压差，运算第1期间的电极间的电压差与第2期间的电极间的电压差的差，在该差超过了规定的基准值时判定为异常。
即，在专利文献3所示的电磁流量计中，在励磁期间的切换时产生微分噪声，在测定管中为空的情况下，所发生的微分噪声由于形成在励磁线圈和电极之间的寄生电容而变大。检测出该微分噪声作为正励磁期间至无励磁期间的过渡时的第1期间的电极间的电压差，还检测出该微分噪声作为负励磁期间至无励磁期间的过渡时的第2期间的电极间的电压差，根据该检测出的电极间的电压差进行异常判定。另外，在第1期间在电极之间发生的微分噪声和在第2期间在电极之间发生的微分噪声其极性相反，因此通过求出第1期间的电极间的电压差与第2期间的电极间的电压差之差，在电极之间发生的微分噪声被检测为2倍的大小。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平9-129848号公报
专利文献2：日本专利特开2001-281029号公报
专利文献3：日本专利特开平3-144314号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，专利文献3所示的3值励磁的电磁流量计，根据电极间的电压差来判定异常，即以图6所示的实例为例来说，根据检测电极4a所产生的电压与检测电极4b所产生的电压的差来判定异常，因此，具有只能将微分噪声检测为较小的值，且异常判定的可靠性低这样的问题。
本发明正是为了解决这样的课题而做出的，其目的在于提供一种能将微分噪声检测为较大的值并能提高异常判定的可靠性的电磁流量计。
解决问题的手段
为了达到这样的目的，本发明的电磁流量计，其具有：励磁线圈，配置为其磁场的发生方向与流过测定管内的流体的流动方向垂直；励磁电路，其夹着无励磁期间交替地将向正方向以及负方向的励磁电流供给至该励磁线圈，以在无励磁期间的前后设置正励磁期间以及负励磁期间；第一以及第二电极，其与在测定管内流过的流体的流动方向以及励磁线圈的发生磁场的方向正交地相对配置在测定管内；和流量测定电路，其基于该第一以及第二电极之间得到的信号电动势，输出与在测定管内流过的流体的流量相对应的信号作为流量测定信号，所述电磁流量计的特征在于，具有：电极间电压和计算单元，其将从正励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第1期间，将从负励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第2期间，就每个第1期间以及第2期间求出此时的第一电极所产生电压与第二电极所产生的电压之和作为电极间的电压和；以及异常判定单元，其根据由该电极间电压和计算单元所求出的每个第一以及第二期间的电极间的电压和来判定电磁流量计的异常。
根据该发明，就每个第1期间以及第2期间求出此时的第一电极所产生电压与第二电极所产生的电压之和作为电极间的电压和，根据所求出的每个第一以及第二期间的电极间的电压和来判定电磁流量计的异常。在这种情况下，通过取得第一电极所产生电压与第二电极所产生的电压之和，将第一电极所产生微分噪声和第二电极所产生的微分噪声相加，微分噪音作为较大的值被检测出。
另外，在本发明中，将第一电极所产生电压与第二电极所产生的电压之和作为电极间的电压和的话，不仅由于形成于励磁线圈和检测电极之间的寄生电容而产生的微分噪声(以下，称为信号噪声)的成分变为大的值，由于工业噪声、流过电极自身的1/f噪声等而产生的噪声(以下，称为杂音噪声)的成分也变为大的值。在这样的杂音噪声成为问题的情况下，通过从电极间的电压和提取规定的频率成分，可以去除成为杂音噪声的频率成分。
发明效果
根据本发明，将从正励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第1期间，将从负励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第2期间，就每个第1期间以及第2期间求出此时的第一电极所产生电压与第二电极所产生的电压之和作为电极间的电压和，并根据所求出的每个第一以及第二期间的电极间的电压和来判定电磁流量计的异常，因此可以将微分噪声检测为较大的值，可以提高异常判定的可靠性。
附图说明
图1是示出本发明的电磁流量计的一实施形态的主要部分的图。
图2是该电磁流量计的异常检测电路的框图。
图3是例示该电磁流量计的微分噪音的发生状况的时间图表。
图4是示出该电磁流量计的电极之间的电压和的频率谱的分析结果的图。
图5是示出该电磁流量计的在将测定管内的流体排出→排空了时的采样保持信号与比较器输出的关系的图。
图6是示出以往的电池式电磁流量计的主要部分的图。
图7是示出夹着无励磁期间向正方向及相反方向提供的励磁电流的图。
符号说明
1…测定管，2…励磁线圈，3…励磁电路，3-1…励磁电流方向切换电路，3-2…励磁电流值调整电路，4a、4b…检测电极，5…接地电极，6…流量测定电路，6-1…CPU，7…内置电池，8…异常检测电路，8-1、8-2…带通滤波器，8-3…加法电路，8-4…放大电路，8-5…频率成分提取滤波器，8-6…直流信号转换电路，8-7…低通滤波器，8-8…放大电路，8-9…异常判定电路。
具体实施方式
下面，根据实施形态对本发明进行具体地说明。
图1是示出本发明的电磁流量计的一实施形态的主要部分的图。在该图中，与图6相同的符号表示与参照图6所说明的构成要素相同或者同等的构成要素，其说明省略。
在本实施形态中，在电磁流量计内设置异常检测电路8，将检测电极4a所产生的电压Va以及检测电极4b所产生的电压Vb赋予异常检测电路8。
图2示出异常检测电路8的框图。异常检测电路8具有：带通滤波器8-1、8-2，加法电路8-3，放大电路8-4，频率成分提取滤波器8-5，直流信号转换电路8-6，低通滤波器8-7，放大电路8-8及异常判定电路8-9。
图3例示了该电磁流量计的微分噪音的发生状况。图3(a)是励磁电流Iex。励磁电流Iex夹着无励磁期间交替地向正方向以及负方向切换，并被供给至励磁线圈2。由此，在无励磁期间的前后设置有正励磁期间以及负励磁期间。图3(b)是检测电极4a所产生的微分噪声，图3(c)是检测电极4b所产生的微分噪声，在励磁期间的切换时产生。
以下，结合异常检测电路8内的各个电路的功能对其动作进行说明。
在异常检测电路8中，带通滤波器8-1将检测电极4a所产生的电压Va作为输入，将从正励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第1期间T1，将从负励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第2期间T2，使该第1期间T1以及第2期间T2的输入电压Va通过，将其发送到后段的加法电路8-3。
带通滤波器8-2将检测电极4b所产生的电压Vb作为输入，将从正励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第1期间T1，将从负励磁期间至无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第2期间T2，使该第1期间T1以及第2期间T2的输入电压Vb通过，将其发送到后段的加法电路8-3。
加法电路8-3对来自带通滤波器8-1的输入电压Va与来自带通滤波器8-2的输入电压Vb进行相加(Va+Vb)，将其绝对值(|Va+Vb|)作为检测电极4a、4b间的电压和(电极间电压和)Vab发送给放大电路8-4。放大电路8-4将来自加法电路8-3的电极间电压和Vab放大，发送给频率成分提取滤波器8-5。
频率成分提取过滤器8-5将通过放大电路8-4放大了的来自加法电路8-3的电极间电压和Vab作为输入，从该电极间电压和Vab仅提取规定的频率成分，并发送给直流信号转换电路8-6。
〔频率成分提取滤波器对规定的频率成分的提取〕
例如，在测定管1中为空的情况下，检测电极4a以及4b所产生的微分噪声由于形成于励磁线圈2和检测电极4a以及4b之间的寄生电容而变大。由此，在第1期间T1中，来自带通滤波器8-1的输入电压Va以及来自带通滤波器8-2的输入电压Vb都向负方向变大，将该输入电压Va和Vb相加所得到的电极间电压和Vab也变大。又，在第2期间T2中，来自带通滤波器8-1的输入电压Va以及来自带通滤波器8-2的输入电压Vb都向正方向变大，将该输入电压Va和Vb相加所得到的电极间电压和Vab也变大。
这时，电极间电压和Vab，不仅由于形成于励磁线圈2和检测电极4a以及4b之间的寄生电容而产生的微分噪声(信号噪声)的成分变为大的值，由于工业噪声、流过电极自身的1/f噪声等而产生的噪声(杂音噪声)的成分也变为大的值。
在本实施形态中，为了去除成为这样的杂音噪声的频率成分，频率成分提取滤波器8-5从电极间电压和Vab提取规定的频率成分。具体地说，仅提取大于5Hz且小于50Hz的频率成分。
图4示出电极间电压和Vab的频谱的解析结果。在图4(a)中，fex是励磁频率，电极间电压和Vab含有fex、3fex、5fex、7fex、9fex、10fex、11fex的信号噪声。但是，在检测电极4a、4b中，在满水时或者空着时重叠有具有图4(b)所示的频率成分(5Hz以下的1/f噪声、50Hz或者60Hz的噪声)的杂音噪声。因此，频率成分提取滤波器8-5通过仅提取大于5Hz且小于50Hz的频率成分来去除成为杂音噪声的频率成分。
对于通过频率成分提取滤波器8-5提取的每个第1期间T1以及第2期间T2的规定的频率成分的电压和，直流信号转换电路8-6仅对该期间中的电压和比规定值高的部分进行采样，并转换为与所采样的电压和的累计值相对应的值的直流信号。这时，直流信号转换电路8-6构成为采样保持电路。
另外，也可以采用峰值保持电路作为直流信号转换电路8-6，对于通过频率成分提取滤波器8-5提取的每个第1期间T1以及第2期间T2的规定的频率成分的电压和，峰值保持电路将该期间中的电压和的最大值保持为峰值，并转换为与该所保持的电压和的峰值相对应的值的直流信号。
通过直流信号转换电路8-6转换的直流信号通过低通滤波器8-7被放大电路8-8放大，并被赋予异常判定电路8-9。低通滤波器8-7通过仅使规定的频率以下的信号通过来去除来自直流信号转换电路8-6的直流信号中所包含的噪声成分。
异常判定电路8-9将被发送来的直流信号的值和规定的基准值相比较，在直流信号的值超过基准值时输出异常检测信号。
这样，在本实施形态中，求出检测电极4a所产生的电压Va与检测电极4b所产生的电压的和作为电极间电压和Vab，根据该电极间电压和Vab来判定异常，因此可以将微分噪声检测为较大的值，可以提高异常判定的可靠性。
图5例示出测定管1内的流体排出→排空时的被赋予异常判定电路8-9的直流信号(采样保持信号)与来自异常判定电路8-9的异常检测信号(比较器输出)的关系。在该实例中，在排水结束之后10秒左右，可以检测到测定管1内已变为空的。
另外，在上述实施形态中，设置有频率成分提取滤波器8-5作为异常检测电路8的构成要素，但是未必一定要设置频率成分提取滤波器8-5，也可以作成省略了低通滤波器8-7、放大电路8-4、8-8的构成。
又，在上述实施形态中，将带通滤波器8-1和8-2放置在加法电路8-3的前段，但也可以将一个带通滤波器放置在加法电路8-3的后段来代替。
又，在上述实施形态中，第1期间T1以及第2期间T2可以比预想信号噪声发生的期间长，也可以是至无励磁期间结束为止的整个期间。
又，在上述实施形态中，就每个第1期间T1以及第2期间T2求出电极间电压和Vab，将根据所求出的每个第1期间T1以及第2期间T2的电极间电压和Vab得到的直流信号的值与基准值进行比较来进行异常判定，但也可以将在第1期间T1求出的电极间电压和Vab与在第2期间T2求出的电极间电压和Vab相加，比较根据该电极间电压和的加法值得到的直流信号的值和基准值来进行异常判定。
又，在上述实施形态中，通过与流量测定电路6分开设置的异常检测电路8来检测在测定管1中是空的、或在检测电极4a、4b上粘附了绝缘性的异物时等产生的异常，但基于流量测定电路6内的CPU6-1的程序的处理动作也可以得到相同的功能。
产业上的可利用性
本发明的电磁流量计作为对具有导电性的流体的流量进行测定的电磁流量计能够利用于各种程序系统。

Claims (4)

1.一种电磁流量计，其具有：
励磁线圈，配置为其磁场的发生方向与流过测定管内的流体的流动方向垂直；
励磁电路，其夹着无励磁期间交替地将向正方向以及负方向的励磁电流供给至该励磁线圈，以在所述无励磁期间的前后设置正励磁期间以及负励磁期间；
第一以及第二电极，其与在所述测定管内流过的流体的流动方向以及所述励磁线圈的发生磁场的方向正交地相对配置在所述测定管内；和
流量测定电路，其基于该第一以及第二电极之间得到的信号电动势，输出与在所述测定管内流过的流体的流量相对应的信号作为流量测定信号，
所述电磁流量计的特征在于，具有：
电极间电压和计算单元，其将从所述正励磁期间至所述无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第1期间，将从所述负励磁期间至所述无励磁期间的过渡开始到经过规定期间为止的无励磁期间设为第2期间，就每个所述第1期间以及第2期间求出此时的所述第一电极所产生电压与所述第二电极所产生的电压之和作为电极间的电压和；
异常判定单元，其根据由该电极间电压和计算单元所求出的每个所述第1以及第2期间的所述电极间的电压和来判定所述电磁流量计的异常，以及
频率成分提取单元，其从由该电极间电压和计算单元所求出的每个所述第1以及第2期间的所述电极间的电压和中仅提取规定的频率成分，
所述异常判定单元基于由该频率成分提取单元所提取的每个所述第1以及第2期间的电极间的规定的频率成分的电压和来判定所述电磁流量计的异常。
2.如权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，
具有直流信号转换单元，其对于由所述频率成分提取单元所提取的每个所述第1以及第2期间的所述电极间的规定的频率成分的电压和，仅对该第1期间以及第2期间中比规定值高的电压和部分采样，并转换为与所采样的电压和的累计值相应的值的直流信号，
所述异常判定单元，对由所述直流信号转换单元转换后的直流信号的值和规定的基准值进行比较，在直流信号的值超过基准值时输出异常信号。
3.如权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，
具有直流信号转换单元，其对于由所述频率成分提取单元所提取的每个所述第1以及第2期间的电极间的规定的频率成分的电压和，将该第1期间以及第2期间中的电压和的最大值保持为峰值，并转换为与该所保持的电压和的峰值相应的值的直流信号，
所述异常判定单元，对由所述直流信号转换单元转换后的直流信号的值和规定的基准值进行比较，在直流信号的值超过基准值时输出异常信号。
4.如权利要求2或3所述的电磁流量计，其特征在于，
在所述直流信号转换单元与所述异常判定单元之间设置有使规定的频率以下的信号通过的低通滤波器。
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