CN103314278A

CN103314278A - 电磁流量计

Info

Publication number: CN103314278A
Application number: CN2010800701849A
Authority: CN
Inventors: 文森特·罗伯特·杜利; 冈山喜彦; 松永晋辅; 光武一郎
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2030-11-19
Also published as: CN103314278B; AU2010364174A1; US20130238259A1; JP5458221B2; AU2010364174B2; JP2013540274A; WO2012066372A1; US10295386B2

Abstract

第一A/D转换单元（26）将由交流放大电路（22）提供的模拟流量信号（即流量信号成分和噪声成分）转换为数字信号。规定例如励磁频率fex的一个周期作为预定时间段，来自第一A/D转换单元（26）的数字信号的值在预定时间段内在以预定周期生成的采样时刻下被采样，并且将其与采样时刻一起作为采样数据累积在采样数据组存储单元（28D）中。在累积完成之后，对应于相同的采样时刻的采样数据和正常数据从采样数据组存储单元（28D）和正常数据组存储单元（28C）中被分别读出，并且采样数据和正常数据之间差值的绝对值的平均值作为噪声因子（NF）（即噪声评价值）被计算出来。如果噪声因子NF超过诊断阈值SP_NF，则判定电极上粘附有异物。

Description

电磁流量计

技术领域

本发明涉及一种测量导电流体的流量的电磁流量计。

背景技术

在现有技术中，这种类型的电磁流量计被配置成向励磁线圈提供按预定的频率改变极性的电流作为励磁电流，励磁线圈被布置在使其磁场被生成的方向与在测量导管内的流体的流动方向相垂直的地方。励磁电流的频率fex被称为励磁频率。

此外，向励磁线圈提供在励磁频率fex下的励磁电流会在被布置在测量导管内的一对电机之间产生电动势（即信号电动势），该电动势与由励磁线圈产生的磁场正交；此外，被测量的流量可以通过将这个信号电动势作为模拟流量信号来检测并且将这个被检测的模拟流量信号转换成数字信号来获得。

在这种电磁流量计中，如果有异物粘附到电极上，那么由这个异物的粘附造成的噪声成分就会影响信号电动势，并将无法再准确地测量流体的流量（例如，参见专利文件1）。也就是说，电极之间生成的信号电动势将包含流量信号成分和噪声成分两个成分，包含在信号电动势中的噪声成分的比率将会增加，并将无法再准确地测量流体的流量。

因此，如果在电磁流量计上加入自动检测是否有异物粘附到电极上的功能（即电极附着检测功能），则可以及时执行异物移除，从而提高电磁流量计的效用。具有这种电极附着检测功能的电磁流量计的实例在专利文献2、3中被公开。

在专利文献2中所描述的电磁流量计中，每个电极的电阻被测量，并且如果被测量的电极的电阻超过预定值（即如果检测到电极电阻的增加），则做出电极上粘附有异物的判断。

专利文献3中描述了两种类型的电磁流量计。在专利文献3中所描述的第一种类型的电磁流量计中，采用了三机励磁系统（ternary excitation system），其中由正方向上的励磁电流产生的励磁是正励磁，在励磁电流为零处的励磁是无励磁，并且由负方向上的励磁电流产生的励磁是负励磁；此外，基于在时间段K1～K5（K1，K3，K5：无励磁；K2：正励磁；且K4：负励磁）获得的信号电动势的大小（V₁₁～V₁₅：在没有异物粘附的状态下的信号电动势；V₂₁～V₂₅：在粘附有异物的状态下的信号电动势），计算结果R₁～R₄（即R₁＝－V₂₁＋V₂₂＋V₂₃－V₂₄、R₂＝（－V₂₁＋2V₂₂－2V₂₄＋V₂₅）/2、R₃＝－V₁₁＋V₁₂＋V₁₃－V₁₄、R₄＝（－V₁₁＋2V₁₂－2V₁₄＋V₁₅）/2）被计算出来并且，基于这些计算结果R₁～R₄，异物的粘附影响成分被得到。

在专利文献3中所描述的第二种类型的电磁流量计中，采用了具有两个励磁频率的两机励磁系统（binary excitation system）（即，工作励磁频率fH和低励磁频率fL）；此外，在没有粘附异物的状态下，通过从在工作励磁频率fH下的时间段内的信号电动势的平均处理值中减去在低励磁频率fL下的信号电动势的平均处理值，得到微分的噪声分量，并且这个所得的微分的噪声分量被存储在存储器中作为RAM变量A。此外，在粘附有异物的状态下，通过从在工作励磁频率fH下的时间段内的信号电动势的平均处理值中减去在低励磁频率fL下的信号电动势的平均处理值，并且接着从这个值中减去被存储在存储器中的RAM变量A（即微分噪声分量），得到异物粘附影响成分。

现有技术文献

专利文献

专利文献1

PCT国际公布编号2010-521659的日文译文

专利文献2

日本未审查的专利特开编号2003—028684

专利文献3

日本未审查的专利特开编号2002—168666

专利文献4

PCT国际公布编号2004—528527的公开日文译文

发明内容

本发明解决的问题

然而，在专利文献2描述的电磁流量计中，采用了检测电极电阻增加的系统，并且因此有误诊的风险。换句话说，电极电阻不仅当异物粘附到电极的时候会增加，而且当被测量的流体的阻抗值改变的时候也会增加。因此，电极电阻的增加不能被纯粹地看作是电极上有异物的粘附，并且因此具有误诊的风险。此外，在专利文献2描述的电磁流量计中，电极的电阻被测量，这就需要例如电极引线的特定的配置。

此外，相比于通常的采用一个励磁频率的两机励磁系统而言，在专利文献3中所描述的电磁流量计中，采用了三机励磁系统并且因此必须配置具有两个励磁频率的二机励磁系统；因此，实现这个特殊的励磁系统的电路结构以及处理变得很复杂。

此外，专利文献4描述了一种电磁流量计，其中包含了来自电极的流动信号成分和噪声成分的模拟信号被转换为数字信号，这个数字信号被处理，频谱成分被生成，从这个频谱成分中分离并提取出流量信号成分和已知的噪声成分，并且基于这个提取出的已知的噪声成分生成噪声诊断输出。

然而，在专利文献4所述的电磁流量计中，噪声即噪声诊断输出的对象是，例如与商用电源频率相一致的噪声或者是被称为1/F噪声的具有比励磁频率的频率更低的频率的已知的噪声。在专利文献4描述的电磁流量计中，从以下描述的本发明的工作实例的内容中将会理解，由于电机上异物的粘附而产生的频率成分的噪声没有被提取出来，并且因此不可能检测电极上是否有异物的粘附。

构思出本发明是为了解决这种问题，并且本发明的一个目的是为了提供一种具有简单构造并能够精确地检测电极上粘附有异物的状态的电磁流量计。

解决问题的手段

为了达到上述的目的，根据本发明的一个方面的电磁流量计包括：流体流经的测量导管；励磁线圈；励磁电流供应装置，向励磁线圈提供具有励磁频率fex的励磁电流；一对设置在测量导管内部的电极；基于在电极之间产生的电动势来测量流量的装置；将电动势转换为数字信号的第一A/D转换装置；以预定周期采样数字信号的采样装置；噪声评价值计算装置，至少基于由采样装置采样的采样数据来计算由电极上粘附有异物造成的噪声成分对流量的测量的影响的大小作为噪声评价值；以及电极附着诊断装置，通过比较噪声评价值和预定的诊断阈值来判定电极的异物粘附状态。

根据本发明的这个方面，在电极之间产生的电动势被转换为数字信号，并且以预定的周期采样被转换为这个数字信号并包含噪声成分的流量信号。此外，基于这个被采样的数字信号，表示由电极上的异物粘附造成的噪声成分对流量的测量的影响的大小的评价值被作为噪声评价值计算出来，这个被计算出的噪声评价值与诊断阈值相比较，并且，基于这个比较的结果，判定电极上异物粘附的状态。

例如，本发明的一方面包括：采样数据组存储装置，在固定时间段内被采样的采样数据的每一段连同采样时刻一起被储存在其中；以及正常数据组存储装置，当电极上没有粘附异物的时候在固定间隔内被采样的采样数据的每一段连同采样时刻一起被储存在其中。此外，噪声评价值计算装置，从采样数据组存储装置和正常数据组存储装置中分别读出对应于采样时刻和采样数据和正常数据，并且计算采样数据和正常数据之间差异的绝对值的平均值作为噪声因子NF；以及电极附着诊断装置，将计算出来的噪声因子NF和诊断阈值SP_NF相比较，并且当噪声因子NF超过诊断阈值SP_NF时，判定电极粘附了异物。

例如，本发明的另一方面包括：第一总和装置，计算通过将由采样装置在预定的时间段所采样的采样数据的所有频率成分的绝对值相加而计算出的值作为第一总和值；提取装置，提取由采样装置在预定的时间段所采样的采样数据的频率成分的频率大于或等于预定的频率的频率成分，该预定的频率高于励磁频率fex；以及第二总和装置，计算通过将提取出的频率大于或等于预定频率的频率成分的绝对值相加而计算出的值作为第二总和值；其中，噪声评价值计算装置计算由第二总和装置计算出的第二总和值与由第一总和装置计算出的第一总和值的比率作为高频比率HR。此外，电极附着诊断装置将计算出来的高频比率HR和诊断阈值SP_HR相比较，并且当高频比率HR超过诊断阈值SP_HR时，则判定电极上粘附有异物。

发明的效果

根据本发明，可以利用简单的构造，精确地检测电极上是否粘附有异物。

附图说明

图1显示了根据本发明的电磁流量计的第一工作实例（即工作实例1）的主要部分。

图2是由工作实例1的电磁流量计中的控制单元执行的正常数据组累积（accumulation）操作的流程图。

图3是由工作实例1的电磁流量计中的控制单元执行的采样数据组累积操作的流程图。

图4是由工作实例1的电磁流量计中的控制单元执行的噪声评价值计算程序的流程图。

图5是由工作实例1的电磁流量计中的控制单元执行的基于噪声评价值的电极附着诊断程序的流程图。

图6显示在电极上粘附有异物的特别状态下电磁流量计中（即样本编号1的电磁流量计）所观察到的模拟流量信号（即流量信号分量和噪声分量）的波形。

图7显示在电极上粘附有异物的特别状态下电磁流量计中（即样本编号2的电磁流量计）所观察到的模拟流量信号（即流量信号分量和噪声分量）的波形。

图8显示在电极上粘附有异物的特别状态下电磁流量计中（即样本编号3的电磁流量计）所观察到的模拟流量信号（即流量信号分量和噪声分量）的波形。

图9显示在电极上粘附有异物的特别状态下电磁流量计中（即样本编号4的电磁流量计）所观察到的模拟流量信号（即流量信号分量和噪声分量）的波形。

图10显示在电极上粘附有异物的特别状态下电磁流量计中（即样本编号5的电磁流量计）所观察到的模拟流量信号（即流量信号分量和噪声分量）的波形。

图11显示在电极上粘附有异物的特别状态下电磁流量计中（即样本编号6的电磁流量计）所观察到的模拟流量信号（即流量信号分量和噪声分量）的波形。

图12显示在电极上粘附有异物的特别状态下电磁流量计中（即样本编号7的电磁流量计）所观察到的模拟流量信号（即流量信号分量和噪声分量）的波形。

图13显示了在编号1-7的电磁流量计中的每一个中计算出来的噪声因子NF(伏特)和流量测量误差Error（%）之间的关系。

图14是绘制了噪声因子NF和流量测量误差Error之间关系的图表，其中噪声因子NF是横坐标并且流量测量误差Error是纵坐标。

图15显示了根据本发明的电磁流量计的第二工作实例（即工作实例2）的主要部分。

图16是由工作实例2的电磁流量计的控制单元执行的包括第一总和值（integratedvalue）和第二总和值的计算的噪声评价值计算操作的流程图。

图17是由工作实例2的电磁流量计的控制单元执行的基于噪声评价值的电极附着诊断程序的流程图。

图18显示了在样本编号1-7的电磁流量计中的每一个中计算出来的高频比率HR（%）和流量测量误差Error（%）之间的关系。

图19是绘制了高频比率HR和流量测量误差Error之间关系的图表，其中高频比率HR是横坐标并且流量测量误差Error是纵坐标。

图20显示了在励磁频率fex与交流50赫兹的商用电源频率同步的情况下，励磁频率fex、励磁周期、样本大小以及截止频率fc的实施例。

图21显示了在励磁频率fex与交流60赫兹的商用电源频率同步的情况下，励磁频率fex、励磁周期、样本大小以及截止频率fc的实施例。

图22显示了在不同步交流的情况下，励磁频率fex、励磁周期、样本大小以及截止频率fc的实施例。

图23是工作实例2的变形例1中电极附着诊断程序的流程图。

图24是工作实例2的变形例2中电极附着诊断程序的流程图。

图25显示了工作实例2的变形例3中电磁流量计的主要部分。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明做出详细的说明。

（工作实例1：噪声因子NF被用作噪声评价值的实例）

在这个附图中，1是检测器，检测器1接收提供的极性以频率fex交替变化的励磁电流Iex，对在测量导管11内部流动的流体施加磁场，并且输出由该流体产生的信号电动势；此外，2是转换器，转换器2向检测器1提供励磁电流Iex，检测来自检测器1的信号电动势作为模拟流量信号，将模拟流量信号转换为数字信号，并从而计算出在测量导管11内部流动的流体的流量。检测器1和转换器2构成了工作实例1的电磁流量计100。

在检测器1中，12是励磁线圈，被布置在使其磁场被产生的方向垂直于测量导管11内部流体流动的方向，以及13A、13B是两个电极，被布置在测量导管11内部并与测量导管11内部流体流动的方向以及励磁线圈12的磁场被产生的方向正交。

励磁电流Iex从转换器2被提供给励磁线圈12。从而，由励磁线圈12所产生的磁场被施加到测量导管11内部流动的流体上，并且在电极13A、13B之间产生了具有对应于流体流速的幅值的信号电动势。在电极13A、13B之间产生的信号电动势被提供给转换器2。

转换器2包括初级电路21、交流放大电路22、励磁单元23、直流放大电路24、噪声消除电路25、第一A/D转换单元26、第二A/D转换单元27、控制单元28、流量输出单元29以及附着诊断输出单元30。

在这个工作实例中，控制单元28通过包含处理器（即CPU）、存储装置等的硬件以及与硬件配合以实现各种功能的程序来实现；此外，除了通常的流量计算功能之外，控制单元28具有本实施例特有的功能，即电极附着诊断功能。

此外，在这个工作实例中，嵌入到控制单元28中的CPU中的A/D转换器被用作第一A/D转换单元26。此外，模数转换精度高于第一A/D转换单元26的模数转换精度的A/D转换器被用作第二A/D转换单元27。

在转换器2中，来自检测器1的信号电动势被提供给初级电路21。提供给初级电路21的信号电动势在交流放大电路22中被放大，并且然后作为模拟流量信号被提供给第一A/D转换单元26和直流放大电路24。这个模拟流量信号包括流量信号分量和噪声分量。

第一A/D转换单元26将由交流放大电路22提供的模拟流量信号转换成数字信号并且将其提供给控制单元28。直流放大电路24将来自交流放大电路22的模拟流量信号转换成直流流量信号，将其放大，并且提供给噪声消除电路25。噪声消除电路25将由直流放大电路24提供的直流流量信号中包含的噪声分量消除并且仅将流量信号分量提供给第二A/D转换单元27。第二A/D转换单元27将其中的噪声分量已经被噪声消除电路25消除的直流流量信号转换成数字信号并且将其提供给控制单元28。励磁单元23接收来自于控制单元28的指令，基于该指令输出极性以励磁频率fex交替改变的励磁电流Iex。

控制单元28具有流量计算功能和电极附着诊断功能；控制单元28包括用作为实现流量计算功能的功能模块的流量计算单元28A；此外，控制单元28包括采样单元28B、正常数据组存储单元28C、采样数据组存储单元28D、噪声评价值计算单元28E、诊断阈值存储单元28F，以及用作为实现电极附着诊断功能的功能模块的电极附着诊断单元28G。此外，符号28H是励磁控制单元，该励磁控制单元28指示励磁单元23产生励磁电流Iex。此外，预定的诊断阈值SP_NF被存储在诊断阈值存储单元28F中。

（流量计算功能）

在控制单元28中，基于由第二A/D转换单元27转换为数字信号的直流流量信号，流量计算单元28A计算在测量导管11内部流动的流体当前的流量，并且经由流量输出单元29输出计算出的流量。

（电极附着诊断功能）

在控制单元28中，电极附着诊断功能包括正常数据组累积功能、在电极附着诊断期间执行的采样数据组累积功能、基于正常数据组和采样数据组执行其计算的噪声评价值计算功能，以及基于计算出的噪声评价值执行其诊断的判定功能。

（累积正常数据组）

在电极13A、13B上没有粘附异物的正常状态下，也就是说，在电磁流量计100被安装到现场时的初始阶段中，在流体的预定流量在测量导管11内部流动的状态下，操作者指示控制单元28开始累积正常数据组。

然后，控制单元28在等于励磁频率fex的一个周期的预定时间段内，在以预定的循环产生的采样时刻下从第一A/D转换单元26读取数字信号的值，并且将读取的数字信号的采样值连同采样时刻一起累积在存储器中作为正常数据。在这种情况下，正常数据的采样由采样单元28B执行，并且被采样的正常数据连同采样时刻一起被累积在正常数据组存储单元28C中。

此外，在这个实例中，预定的时间段是励磁频率fex的一个周期，但不局限于此；例如，预定的时间段可以是励磁频率fex的两个周期、三个周期或者四个周期。此外，预定的时间段可以被任意的确定并与励磁频率fex没有关系，并且同样可以包括中断时间段。

图2是正常数据组累积操作的流程图。当控制单元28被指示开始累积正常数据组时（即步骤S101：是），控制单元28读取采样时刻n（即步骤S102），在采样时刻n从第一A/D转换单元26读取数字信号值X_n（即A/D转换值）（即步骤S103），将读入的数字信号值X_n与采样时刻n配对作为正常数据，并且将其累积在正常数据组存储单元28C中（即步骤S104）。

控制单元28在作为预定时间段的励磁频率fex的一个周期内重复执行步骤S102-S104的处理操作，并且当表示预定时间段结束的正常数据的样品大小达到预定值k时（即步骤S105：是）,控制单元28结束正常数据在正常数据组存储单元28C中的累积。

此外，在本实例中，使用实际的机器将正常数据组累积在正常数据组存储单元28C中，但是可以在出厂运送阶段（ex-factory shipping stage）使用主控机来预先将正常数据组累积在正常数据组存储单元28C中。换句话说，对于制造的每一个电磁流量计100，通过主控机被获得的相同的正常数据组可以在电磁流量计100出货之前被存储在正常数据组存储单元28C中。

（在电极附着诊断期间内累积采样数据组）

在将电磁流量计100安装到现场的操作期间，控制单元28以励磁频率fex的一个周期为预定的时间段，在如同正常数据组的采集时间段中的采样时刻一样的利用预定的循环产生的采样时刻下，读取由第一A/D转换单元26提供的数字信号的值，并且将用作采样数据的读入的数字信号的采样值连同采样时刻一起累积在存储器中。

在这种情况下，采样单元28B执行正常数据的采样，并且采样数据连同采样时刻一起被累积在采样数据存储单元28D中。此外，采样数据组存储单元28D中的采样数据组的累积在励磁频率fex的每个周期内重复。在这时候，采样数据组存储单元28D中的采样数据的累积覆盖了之前累积的数据。

图3是采样数据组累积操作的流程图。当固定周期的中断计时器将励磁频率fex的一个周期的开始通知给控制单元28的时候（即步骤S201中的是），控制单元28读入采样时刻n（即步骤S202），对应于采样时刻n从第一A/D转换单元26读入数字信号值Y_n（即A/D转换值）（即步骤S203），将用作采样数据的读入的数字信号值Y_n与采样时刻n配对，并且将其累积在采样数据组存储单元28D中（即步骤S204）。

控制单元28在用作预定时间段的励磁频率fex的一个周期内重复步骤S202-204的处理操作，并且当采样数据的样品大小达到表示预定时间段结束的预定值k时（即步骤S205中的是),控制单元28进行到噪声评价值计算程序（即步骤S206）。

（计算噪声评价值（即噪声因子NF））

图4是噪声评价值计算程序的流程图。当控制单元28完成将采样数据累计在采样数据组存储单元28D中时，控制单元28设定n=1（即步骤S301），从采样数据组存储单元28D中读入对应于采样时刻n的采样数据Y_n（即步骤S302），并且从正常数据组存储单元28C中读入对应于采样时刻n的正常数据X_n（即步骤S303）。此外，基于读入的采样数据Y_n和正常数据X_n，得到这些数据之间的差的绝对值Z_n（Z_n＝｜Y_n－X_n｜）（即步骤S304）。

控制单元28将n增加1（即步骤S306），重复步骤S302-S304的处理操作，并且当n达到表示采样数据组存储单元28D和正常数据组存储单元28C中的最后数据的预定值k时（即步骤S305中的是），进行到步骤S307。

在步骤S307中，控制单元28得到在步骤S304中得到的采样数据Y_n和正常数据X_n之间差值的绝对值Z_n的平均值，也就是说，作为噪声因子NF的k个绝对值Z_n的平均值（NF=∑Z_n/k），并且将这个噪声因子NF设为噪声评价值，该噪声评价值是由电极13A、13B上粘附有异物而造成的噪声分量的影响度的评价值。

此外，控制单元28进行到基于计算出来的噪声评价值（即噪声因子NF）来执行其诊断的电极附着诊断程序（即步骤S308）。此外，噪声因子NF的计算由噪声评价值计算单元28E来执行。

（基于噪声评价值来诊断电极附着）

图5是基于噪声评价值的电极附着诊断程序的流程图。当控制单元28完成噪声因子NF的计算时，控制单元28读出存储在诊断阈值存储单元28F中的诊断阈值SP_NF（即步骤S401)。此外，比较计算出的噪声因子NF和读入的诊断阈值SP_NF（即步骤S402）。

这里，如果噪声因子NF大于诊断阈值SP_NF（即步骤S403中的是），那么控制单元28判定电极13A、13B中的一个或两个上都粘附有异物（即步骤S404），并且将存在电极附着作为诊断结果报告（即步骤S405）。如果噪声因子NF小于或等于诊断阈值SP_NF（即步骤S403中的否），那么控制单元28判定电极13A、13B上没有异物粘附（即步骤S406），并且将不存在电极附着作为诊断结果报告（即步骤S407）。

此外，基于噪声评价值的电极附着诊断由电极附着诊断单元28G来执行，并且来自于电极附着诊断单元28G的诊断结果，即是否存在电极附着从附着诊断输出单元30被输出。

（关于诊断阈值SP_NF）

图6到图12显示了在样本流量计（sample）上观察到的来自交流放大电路22的模拟流量信号（即流量信号分量加上噪声分量）的波形，其中电极13A、13B（即“A”电极、“B”电极）上异物粘附的状态彼此不同的多个电磁流量计100用作样本流量计。

图6图示了在样本编号1的流量计上观察到的波形（附着状态（外观）；使用的流量计；整个大量附着）；图7图示了在样本编号2的流量计上观察到的波形（粘附状态（外观）；整个极度大量附着）；图8图示了在样本编号3的流量计上观察到的波形（粘附状态（外观）；部分附着；“B”电极上少量硬的附着；“A”电极干净）；以及图9图示了在样本编号4的流量计上观察到的波形（粘附状态（外观）；“A”电极附着；“B”电极部分附着）。

图10图示了在样本编号5的流量计上观察到的波形（粘附状态（外观）；两个电极上都中等到大量附着）；图11图示了在样本编号6的流量计上观察到的波形（粘附状态（外观）；整个大量附着；两个电极被完全覆盖）；图12图示了在样本编号7的流量计上观察到的波形（粘附状态（外观）；整个中等附着；两个电极都被覆盖）。

此外，在图6到图12中，符号S1-S7是在流量计上观测到的波形，以及波形S0是当电极A、B上没有粘附异物时的正常波形，并且是为了比较的目的而被显示的。

图13描述了在编号1-7的流量计中计算出来的噪声因子N（伏特）和流量测量误差Error（%）之间的关系。图14是绘制了噪声因子NF和流量测量误差Error之间关系的图表，其中横坐标代表噪声因子NF并且纵坐标代表流量测量误差Error。

在图14中，符号P1是编号1流量计的标绘点，符号P2是编号2流量计的标绘点，符号P3是编号3流量计的标绘点，符号P4是编号4流量计的标绘点，符号P5是编号5流量计的标绘点，符号P6是编号6流量计的标绘点，符号P7是编号7流量计的标绘点。

在图14中，噪声因子NF和流量测量误差Error之间没有发现良好的关联性，但是，如果诊断阈值SP_NF被设置为例如0.003（伏特），那么可以确定的是其中流量测量误差大于等于5%的流量计，即编号1-编号3流量计，以及编号5-编号7流量计是其中粘附有异物的流量计。然后，在工作实例1中，适当地设定诊断阈值SP_NF使得可以精确地检测电极上是否存在有影响流量测量精确性的异物的粘附。

（工作实例2：使用高频比率HR作为噪声评价值的实例）

图15显示了根据本发明的电磁流量计的第二工作实例（即工作实例2）的主要部分。在这个图中，与图1中相同的那些符号表示与那些参考图1说明的相同或等效的组成元件，并且因此省略它们的说明。此外，在工作实例2中，为了与工作实例1中的控制单元28相区别，符号31表示转换器2中的控制单元。此外，整个电磁流量计由符号200表示。

在工作实例2中，控制单元31包括用作为了实现流量计算功能的功能模块的流量计算单元31A，以及包括采样单元31B，数字高通滤波器31C，第一总和单元31D，第二总和单元31E，噪声评价值计算单元31F，诊断阈值存储单元31G，以及用作为了实现电极附着诊断功能的功能模块的电极附着诊断单元31H。

此外，符号31I是励磁控制单元，其指示励磁单元23产生励磁电流Iex。此外，预定的诊断阈值SP_HR被存储在诊断阈值存储单元31G中。

（流量计算功能）

在控制单元31中，基于由第二A/D转换单元27转换为数字信号的直流流量信号，流量计算单元31A计算在测量导管11内部流动的流体当前的流量，并且经由流量输出单元29输出计算出的流量。

（电极附着诊断功能）

在控制单元31中，电极附着诊断功能包括第一总和值计算功能、第二总和值计算功能、基于第一总和值和第二总和值来执行其计算的噪声评价值计算功能，以及基于计算出的噪声评价值来执行其诊断的判定功能。

（计算第一总和值）

在将电磁流量计200安装到现场的操作期间内，控制单元31以励磁频率fex的一个周期为预定的时间段，在以预定的循环产生的采样时刻下，读入来自于第一A/D转换单元26的数字信号的值，并且通过将在预定时间段内读入的数字信号的所有频率成分的绝对值相加所得的值作为第一总和值计算出来。在这种情况下，采样单元31B执行数字信号的采样并且第一总和单元31D执行第一总和值的计算。

此外，同样，在这个实例中，预定的时间段是励磁频率fex的一个周期，但不局限于此；例如，预定的时间段可以是励磁频率fex的两个周期、三个周期或者四个周期。此外，预定的时间段可以被任意的确定并与励磁频率fex没有关系，并且还可以包括中断时间段。

（计算第二总和值）

在将电磁流量计200安装到现场的操作期间，控制单元31以励磁频率fex的一个周期为预定的时间段，在以预定的循环产生的采样时刻下，读入来自第一A/D转换单元26的数字信号的值，并且通过将在预定时间段期间内读入的数字信号的频率分量中大于或等于截止频率fc的频率成分的绝对值相加来计算第二总和值，截止频率fc被定义为大于励磁频率fex的预定频率（在当前实例中，大于8倍）。

在这种情况下，采样单元31B执行数字信号的采样，数字高通滤波器31C执行大于或等于截止频率fc的频率成分的提取，并且第二总和单元31E通过将提取出的大于或等于截止频率fc的频率成分的绝对值相加来执行第二总和值的计算。此外，与第一总和值一起，在预定时间段执行第二总和值的计算，并且第一总和值和第二总和值两个值的计算都在预定的时间段被重复。

（噪声评价值的计算（高频比率HR））

在预订的时间段，控制单元31计算作为计算出的第二总和值与计算出的第一总和值的比率的噪声评价值（即高频比率HR）。高频比率HR的计算由噪声评价值计算单元31F执行。

图16是包括第一总和值和第二总和值的计算的噪声评价值（即高频比率HR）计算操作的流程图。

控制单元31在固定周期计时器的中断下开始采样（即步骤S501）并且在采样时刻n下读出来自第一A/D转换单元26的数字信号的值（即A/D转换值）作为X_n（即步骤S502）。此外，基于这个数字信号，数字高通滤波器31C计算计算出的值Y_n（即步骤S503）。此外，计算出的值Y_n具体地由式子Y_n=AY_n-1+BY_n-2+C（X_n-2X_n-1+X_n-2）计算出来（其中A、B和C是常数）。

此外，读入的X_n的绝对值被相加，也就是，总和值X＝∑｜X_n｜（即步骤S504）。此外，计算出的Y_n的绝对值被相加，也就是，总和值Y=∑|Y_n|（即步骤S505）。

控制单元31在被定义为预定时间段的励磁频率fex的每个周期内重复步骤S502-S505中的处理操作；此外，当X_n和Y_n的总和数达到表示预定时间段的结束的预定值k时（即步骤S506中的是），那时的X＝∑｜X_n｜的值被指定为第一总和值，并且那时的Y=∑|Y_n|的值被指定为第二总和值。此外，第二总和值Y与第一总和值X的比率被计算出来并被指定为高频比率HR，也就是，HR=Y/X（即步骤S507），并且高频比率HR被指定为噪声评价值，噪声评价值表示由电极13A、13B上异物的粘附而造成的噪声分量对流量的测量的幅值的影响的大小。此外，一旦高频比率HR被计算出来，X和Y值在为了高频比率HR的下一次计算的准备中被清除（即清零）（即步骤S508）。此外，该方法然后进行到基于计算出的噪声评价值（即高频比率HR）的电极附着诊断程序（即步骤S509）。

（基于噪声评价值的电极附着诊断）

图17是基于噪声评价值（即高频比率HR）的电极附着诊断程序的流程图。当高频比率HR的计算结束时，控制单元31读出存储在诊断阈值存储单元31G中的诊断阈值SP_HR（即步骤S601）。此外，比较计算出的高频比率HR和读出的诊断阈值SP_HR（即步骤S602）。

这里，如果高频比率HR大于诊断阈值SP_HR（即步骤S603中的是），那么控制单元31判定电极13A、13B中的一个或两个上都粘附有异物（即步骤S604），并且将存在电极附着作为诊断结果报告（即步骤S605）。如果高频比率HR小于或等于诊断阈值SP_HR（即步骤S603中的否），那么控制单元31判定电极13A、13B上没有粘附异物（即步骤S606），并且将不存在电极附着作为诊断结果报告（即步骤S607）。

此外，基于噪声评价值的电极附着诊断由电极附着诊断单元31H执行，并且来自于电极附着诊断单元31H的电极附着诊断结果，即是否有电极附着，从附着诊断输出单元30被输出。

（关于诊断阈值SP_HR）

图18显示了在样本编号1-编号7的流量计中计算出的流量测量误差Error（%）和高频比率HR（%）之间的关系，如图6至图12所示为样本编号1-编号7的流量计的被观测到的波形S1-S7。图19绘制了高频比率HR和流量测量误差Error之间的关系，其中横坐标代表高频比率HR，以及纵坐标代表流量测量误差Error。

在图19中，P1是编号1流量计的标绘点，P2是编号2流量计的标绘点，P3是编号3流量计的标绘点，P4是编号4流量计的标绘点，P5是编号5流量计的标绘点，P6是编号6流量计的标绘点，以及P7是编号7流量计的标绘点。

在图19中，绘制在点P3的编号3流量计处在其中仅一个电极粘附有绝缘物的状态中，且因此高频比率HR很小；但是很显然，高频比率HR和流量测量误差Error之间存在良好的关联性。也就是，以下两者之间存在良好的关联性：实际流经电磁流量计的被测流体的流量和由电磁流量计测量的流量之间的误差百分比的差值；通过将从电极获得的信号电压（即流量信号成分和噪声成分的两者）中频率大于或等于截止频率fc的频率成分的功率相加而计算出的值与通过将信号电压中所有频率成分的功率相加而计算出的值之间的比率。

利用这个关系，在工作实例2中，电极上是否粘附有异物的问题可以通过计算高频比率HR并且将它和诊断阈值SP_HR相比较来判定。在图19中，如果诊断阈值SP_HR被设定为例如10（%），那么其中粘附有异物的流量计被判定为那些其中流量测量误差超过5%的流量计，也就是编号1-编号3以及编号5-编号7的流量计。因此，在工作实例2中，适宜地设定诊断阈值SP_HR使得可以精确的检测电极是否有影响流量测量精确性的异物的粘附的存在。

此外，在工作实例2中，不需要工作实例1中的正常数据组，并且因此在正常数据获取期间内流量的差异、流体的状态等没有影响。也就是，在工作实例1中，具有误诊的风险，例如如果在正常数据组获取期间内的流量和在诊断期间内的流量之间存在差异，或者如果流体状态变化了（即如果流量信号本身存在差异）。相反，在工作实例2中，基于相同的流量和相同的流体状态计算出第一总和值X和第二总和值Y，并且因此不存在这样的误诊的风险。此外，在工作实例2中，没有必要使采样开始时刻与励磁开始时刻协调一致，并且因此控制单元中的处理更简单。

图20显示了励磁频率fex、励磁周期、样品大小以及截止频率fc的实施例，这里励磁频率fex与商用电源频率交流50赫兹同步。图21显示了励磁频率fex、励磁周期、样品大小以及截止频率fc的实施例，这里励磁频率fex与商用电源频率交流60赫兹同步。

在与商用电源频率交流50赫兹同步的情况下，在标准类型中，励磁频率fex被设定为12.5赫兹即商用电源频率1/4，并且截止频率被设定为100赫兹即励磁频率fex八倍。在与商用电源频率交流60赫兹同步的情况下，在标准类型中，励磁频率fex被设定为15赫兹即商用电源频率1/4，并且截止频率被设定为120赫兹即励磁频率fex八倍。

图22显示了励磁频率fex、励磁周期、样品大小以及截止频率fc的实施例，这里励磁频率fex与交流电源频率交流60赫兹不同步。在与交流电源频率不同步的情况下，在标准类型中，励磁频率fex被设定为12.5赫兹，并且截止频率被设定为100赫兹即励磁频率fex八倍。

一旦已经确定了截止频率fc，就可以不受例如1/F噪声的低频噪声的影响来诊断电极附着。但是，如果截止频率fc被设定为低于商用电源频率，则可能的是具有与商用电源频率的频率相同的频率的噪声可能被包含。相反，如果截止频率fc被设定为高于商用电源频率，那么具有与商用电源频率的频率相同的频率的噪声不可能被包含，这进一步提高了电极附着诊断的可靠性。

此外，如果数字高通滤波器31C设置有去除与商用电源频率的频率成分相同的频率成分的功能，那么即使截止频率fc没有被设定为高于商用电源频率，也只有与商用电源频率的频率成分相同的频率成分被消除，并且从而电极附着诊断的可靠性能够得到提高。此外，在工作实例2中，截止频率fc被设定为励磁频率fex的八倍，但是本发明当然不局限于此。

（工作实例2的变形实例1）

在上述的工作实例2中，如果高频比率HR即使是超过了诊断阈值SP_HR一次，那么也会做出异物粘附到电极上的判定。比较而言，在工作实例2的变形实例1中，如果高频比率HR不仅仅是超过诊断阈值SP_HR一次而是连续超过诊断阈值SP_HR预定次数，则判定存在有电极附着。

图23是这种情况下电极附着诊断程序的流程图。在这个电极附着诊断程序中，与图17中所示的工作实例2的流程图相比较，可以理解的是，在步骤S603和步骤S604之间设置了步骤S608，并且这个步骤S608验证高频比率HR是否连续超过诊断阈值SP_HRN次（例如10次）。

因此，如果异物连续粘附到电极上并且高频比率HR连续超过诊断阈值SP_HRN次（即步骤S603中的是），则首先判定异物粘附到电极上（即步骤S604、S605）。此外，如果异物暂时粘附到电极上，并且然后随即与电极分离，则不判定存在电极附着，这增加了判定的可靠性。

（工作实例2的变形实例2）

虽然对于在固定时间段连续粘附到电极上的异物而言很少会自然分离，但是也有由流体或与流体相混合的物质而造成的异物与电极分离的情况。对于这种情况，在工作实例2的变形实例2中，如果在工作实例2的变形实例1中判定异物粘附到电极上并且高频比率HR接着连续低于诊断阈值SP_HR预定次数，则判定电极附着是不存在的。

图24是针对这种情况的电极附着诊断的流程图。在这种情况下，在高频比率HR连续超过SP_HRN次并且判定存在电极附着之后，继续计算高频比率HR，并且在计算出的高频比率HR和诊断阈值SP_HR之间做比较（即步骤S701至S703）。

此外，当验证了高频比率HR持续低于诊断阈值SP_HRN次（例如10次）时（即步骤S708中的是），判定异物不再粘附在电极上（即步骤S704、S705）。直到判定了异物不再粘附在电极上，方法根据步骤S703中的否或者步骤S708中的否进行到步骤S706、S707，并且判定异物连续粘附到电极上。

因此，如果已经判定了异物粘附在电极上，并且然后验证了电极上异物的粘附的解除已经继续，则此时判定异物没有粘附到电极上，这构成了更可靠的判定。

（工作实例2的变形实例3）

在工作实例2中，第一A/D转换单元26对包含噪声的信号进行A/D转换，并且因此转换精度没有必要都这么高；然而，优选的是A/D转换器的转换速度要很快。从而，嵌入到控制单元28中的CPU中的A/D转换器被使用。此外，因为第二A/D转换单元27处理流量信号，所以即使采样周期相对较长，具有高转换精度的A/D转换器也是优选的。从而，以高于第一A/D转换单元26的转换精度的精度将模拟信号转换为数字信号的A/D转换器被用作第二A/D转换单元27。因此，获得了同时具有高流量计算精度以及高电极附着诊断可靠性的电磁流量计。

相反，在工作实例2的变形实例3中，来自交流放大电路22的模拟流量信号和来自噪声消除电路25的直流流量信号被提供给第一A/D转换单元26；此外，在来自于设置在控制单元31中的时间分割单元31J的指令下，以时间分割的方式，第一A/D转换单元26将来自交流放大电路22的模拟流量信号和来自噪声消除电路25的直流流量信号转换为数字信号。

然后，以时间分割的方式，第一A/D转换单元26位电极附着诊断执行A/D转换并为计算流量执行A/D转换，这使得不需要第二A/D转换单元27（参见图15），并且可以降低成本。符号201表示根据工作实例2的变形实例3的电磁流量计。此外，在电磁流量计201中，第一A/D转换单元26处理流量信号，并且因此最好是具有高转换精度。在这种情况下，为了高转换精度可以使用嵌入到控制单元31中的CPU中的A/D转换器，或者具有高转换精度的A/D转换器可以与控制单元31分开设置作为第一A/D转换单元26。

此外，在上述的工作实例1中，与工作实例2的变形实例1相同，当噪声因子NF连续超过诊断阈值预定次数时，电极附着可以被判定为存在。此外，与工作实例2的变形实例2中相同，在已经判定了电极附着存在之后，当噪声因子NF连续低于诊断阈值SP_NF预定次数时，电极附着可以被判定为不存在。此外，与工作实例2的变形实例3相同，可以以时间分割的方式执行第一A/D转换单元26中的A/D转换。

此外，在上述的工作实例1和工作实例2中，诊断阈值SP（即SP_NF、SP_HR）可以被用于分阶段诊断电极上异物的粘附；例如，在分两阶段的情况下，在第一阶段中可以报告轻微警报，并且在第二阶段中可以报告严重警报。

本发明的工业领域

本发明的电磁流量计可以被用于测量导电流体的流量的各种处理系统中。

符号说明

1 检测器

2 转换器

11 测量导管

12 励磁线圈

13A、13B 电极

21 初级电路

22 交流放大电路

23 励磁单元

24 直流放大电路

25 噪声消除电路

26 第一A/D转换单元

27 第二A/D转换单元

28 控制单元

28A 流量计算单元

28B 采样单元

28C 正常数据组存储单元

28D 采样数据组存储单元

28E 噪声评价值计算单元

28F 诊断阈值存储单元

28G 电极附着诊断单元

28H 励磁控制单元

29 流量输出单元

30 附着诊断输出单元

31 控制单元

31A 流量计算单元

31B 采样单元

31C 数字高通滤波器

31D 第一总和单元

31E 第二总和单元

31F 噪声评价值计算单元

31G 诊断阈值存储单元

31H 电极附着诊断单元

31I 励磁控制单元

31J 时间分割单元

100、200、201 电磁流量计。

Claims

1.一种电磁流量计，其特征在于，包括：

流体流经的测量导管（11）；

励磁线圈（12）；

励磁电流供给装置（23），将具有励磁频率fex的励磁电流提供给所述励磁线圈；

一对电极（13A、13B），设置在所述测量导管内部；

装置（24、25、26、27、28A、31A），基于在所述电极之间生成的电动势来测量流量；

第一A/D转换装置（26），将所述电动势转换为数字信号；

采样装置（28B），以预定周期对所述数字信号进行采样；

噪声评价值计算装置（28E、31F），至少基于由所述采样装置所采样的采样数据来计算由电极上异物的粘附而造成的噪声成分对流量的测量值的影响的大小作为噪声评价值（NF、HR）；以及

电极附着诊断装置（28G、31H），通过比较所述噪声评价值（NF、HR）和预定的诊断阈值（SP_NF、SP_HR）来判定电极上异物粘附的状态。

2.如权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，包括：

采样数据组存储装置（28D），在固定时间段内被采样的采样数据的每一段连同采样时刻一起被储存在其中；以及

正常数据组存储装置（28C），当电极上没有异物粘附时，在固定时间段内被采样的采样数据的每一段连同采样时刻一起被储存在其中；

其中，

所述噪声评价值计算装置（28E）从所述采样数据组存储装置和所述正常数据组存储装置中分别读出对应于所述采样时刻的所述采样数据和所述正常数据，并且计算所述采样数据和所述正常数据之间的差值的绝对值的平均值作为噪声因子（NF）；且

所述电极附着诊断装置（28G）使用所述噪声因子（NF）作为所述噪声评价值。

3.如权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，包括：

第一总和装置（31D），计算通过将在预定时间段由所述采样装置所采样的所述采样数据的所有频率成分的绝对值相加而计算出的值作为第一总和值；

高频成分提取装置（31C），提取在预定时间段由所述采样装置所采样的所述采样数据的频率成分中频率大于或等于预定频率的频率成分，所述预定频率大于所述励磁频率fex；以及

第二总和装置（31E），计算通过将所提取出的频率大于或等于所述预定频率的频率成分的绝对值相加而计算出的值作为第二总和值；

其中，

所述噪声评价值计算装置（31F），计算由所述第二总和装置计算出的所述第二总和值与由所述第一总和装置计算出的所述第一总和值之间的比率作为高频比率（HR）；且

所述电极附着诊断装置（31H）使用所述高频比率（HR）作为所述噪声评价值。

4.如权利要求3所述的电磁流量计，其特征在于，

所述高频成分提取装置（31C）在要被提取的频率成分中不包含与商用电源频率的频率成分相同的频率成分。

5.如权利要求3所述的电磁流量计，其特征在于，

如果被计算出的作为所述噪声评价值的所述高频比率（HR）连续超过所述诊断阈值（SP_HR）预定次数，则所述电极附着诊断装置（31H）判定所述电极上粘附有异物。

6.如权利要求5所述的电磁流量计，其特征在于，

在已经判定所述电极上粘附有异物之后，如果被计算出的作为所述噪声评价值的所述高频比率（HR）连续低于所述诊断阈值（SP_HR）所述预定次数，则所述电极附着诊断装置（31H）判定所述电极上没有粘附有异物。

7.如权利要求3所述的电磁流量计，其特征在于，包括：

直流流量信号转换装置（24），将所述电动势转换为直流流量信号；

噪声消除装置（25），消除包含在所述直流流量信号中的噪声成分；

第二A/D转换装置(27)，将其中所述噪声成分已经被消除的所述直流流量信号转换为数字信号；以及

流量计算装置（31A），基于被转换为所述数字信号的所述直流流量信号来计算所述流体的流量；

其中，

所述第二A/D转换装置（27）具有比所述第一A/D转换装置（26）的模数信号转换精度更高的模数信号转换精度。

8.如权利要求3所述的电磁流量计，其特征在于，包括：

装置（31J），使得所述第一A/D转换装置（26）以时间分割的方式将包含所述噪声成分的所述电动势和其中所述噪声分量已经被消除的所述直流流量信号转换为数字信号；以及

流量计算装置（31A），基于被转换为所述数字信号的所述直流流量信号来计算所述流体的流量。