CN106066196A - 电磁流量计的信号提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种电磁流量计的信号提取方法，其能根据消耗电力少的励磁方法来改善S/N，进行输出变动少的信号处理。其中，在励磁电流波形(c)中，于正励磁区间、负励磁区间之间设置励磁停止区间，根据时机信号(d)来确定正、负励磁区间的各自的采样时间T1、T2、励磁停止区间的采样时间T0，根据于时间T1、T2与时间T0中所提取的电极电位的差分，求出流速以及流量。在时间T0、T1、T2所采样的电极电位中，除作为流量信号的电动势以外，还同时采样于电极重叠的流动噪音(e)以及缓慢变动的电极电位(f)。求出时间T1、T2与之前的时间T0的电极电位的差分，根据以短的采样周期来获得流量，从而能够得到正确的流速以及流量，并且流动噪音(e)、电极电位的变动(f)也互相抵消，从而能够有效地除去。

Description

电磁流量计的信号提取方法

技术领域

本发明提供一种电磁流量计的信号提取方法，其能除去噪音的影响，并且以良好的精度求出流量信号。

背景技术

在电磁流量计中，使用励磁线圈来对流过测定管中且具有导电性的流体施加交流磁场，并且根据法拉第定律，基于在与流体方向以及磁场方向相垂直方向产生的电动势，求出流体的流速。

在该电磁流量计中，由于所得到的信号电动势微弱，因此，为了改善信噪比S/N(signal to noise ratio)并谋求输出的稳定化，长久以来一直采用下述两种对策。

(1)流过大的励磁电流以形成强磁场，使产生的电动势信号增大。

(2)对于寄生于电磁流量计的噪音，采用合适的信号处理。

但是，在(1)的对策中，因励磁所消耗的电力增大，与省电的要求相悖。

又，作为(2)的对策中必须考虑的电磁流量计中寄生的主要的噪音如下：(i)电极的接触电位差所产生的电极电位与该电极电位的缓慢的继时变动；(ii)根据随时间变化的磁场，在电极间产生的电磁感应噪音；(iii)流体内的杂质或气泡等的流动导致的流动噪音、(iv)来自商用交流电源的感应噪音等。

作为这些的对策，对于(i)来说，根据将施加的磁场作为交流磁场而产生的电极电位的交流成分来测定流量。

关于(ii)的噪音，为了避免磁场的变化的时机，即根据磁场为一定的时机来对电极电位进行取样。

关于(iii)的流动噪音，人们公知具有如图3所示那样的特性，即，以频率Fc为边界，噪音大小对应于高频而减少的1/F特性，通过增大信号处理的频率，从而降低噪音的大小。

又，流动噪音中包含：根据流体所含的固体物对电极进行碰撞所产生的泥浆噪音、根据化学液体注入等而不均匀的流体通过电极部时产生的流体噪音、低导电率流体所产生的低导电率噪音等。

关于(iv)的噪音，采用使商用交流电源与采样时间的时机同步化等的对策。

图4表示一般的电磁流量计的构成图，由检测部1与转换部2构成。检测部1由供被测定流体流动的测定管3、配置于测定管3的周围的励磁线圈4、在测定管3内设置的一对电极5a、5b构成。

在转换部2中设置缓冲放大器6，其对电极5a、5b所产生的两个流量信号进行差动接收。该缓冲放大器6的输出实行流体运算等，并且依次连接于具有A/D转换器的功能的CPU 7以及输出电路8。一方面，基于励磁电路9的励磁电流的输出连接于励磁线圈4以及实行流体运算等的CPU 7，时机信号发生电路10的输出连接于励磁电路9以及CPU 7。

与以时机信号发生电路10所生成的信号周期同步，来自于励磁电路9的正负的励磁电流Iex被供给到励磁线圈4，若如此，作为与流过测定管3内的流体的流速成比例的流量信号，在电极5a、5b之间产生出电动势Es。

在电极5a、5b之间产生的、作为从缓冲放大器6输出的电极5a、5b之间的电极电位的电动势Es在不考虑各种噪音的场合，能以下述(1)式所表示。

电动势Es＝κ·B·V·D······(1)

其中，κ为比例常数、B为基于励磁线圈4产生的磁感应强度、V是流体的流速、D是测定管3的口径。

磁感应强度B与励磁电流Iex成比例，根据(1)式，流速V根据下述(2)式而得到。其中，α为每个检测部1所规定的常数。

V＝α·Es/Iex······(2)

电动势Es以缓冲放大器6接收信息，进而被输入到CPU 7中。CPU 7根据所输入的电动势Es以时机信号发生电路10作出的样品时机信号进行采样，与作为励磁电路9的输出值的(2)式的励磁电流Iex进行相除运算，将得到的流速V输入到输出电路8。输出电路8中，转换为程序用的规定的输出，并且进行输出。

现有技术

[专利文献]

[专利文献1]日本特开平3-186716号公报

[专利文献2]日本特开平7-306069号公报

发明内容

发明要解决的课题

图5为一直以来的励磁电流波形与样品时机信号的说明图。励磁电路9如图5(a)所示的那样，在一个励磁周期T中，对励磁线圈4供给交替进行正负输出的励磁电流Iex。缓冲放大器6的输出在励磁电流Iex到达正负的一定值以后，以基于从时机信号发生电路10输出的时机信号T的采样时间T1、T2，在CPU 7中进行采样，进而，在CPU 7中进行与从励磁电路9所得到的励磁电流Iex的振幅的相除运算，求出流过测定管3的流体的流速V。

在这样的正负的交流励磁状态中、将励磁电流Iex以平时状态的时机采样，将求出的电极5a、5b之间的差动电压进行同步整流，由此，之前所述的主要的噪音中，除去了(i)的电极电位与缓慢的继时变动导致的噪音；(ii)根据随时间变化的磁场，除去电极中产生的电磁感应噪音，由此对流量进行测定。

一方面，前述的(iii)的流动噪音如图3所示那样，公知为高频率成分F的噪音比低频率成分F小。在低频率的励磁周期需要同步整流的低频率励磁式的电磁流量计中，存在(iii)的流动噪音变大而变得不利的问题。

又，因经过所有的励磁周期T，对励磁线圈4进行正负任何一个的交流励磁，由此，平时消耗励磁所需的电力与省电的目的相悖。由此，为了省电，根据间歇的励磁、即所谓的3值励磁来消减励磁所需电力，这样的技术公开于专利文献1、2中。

在专利文献1中，公开了根据间歇的励磁谋求减少消耗电力的技术、或降低之前(ii)的电磁感应噪音的影响的技术，基于间歇励磁的反复周期的电极电位的采样与同步整流，从而得到流量信号。由此，无法期待关于具有1/F特性的流动噪音的改善。

专利文献2为专利文献1的改良发明，公开了根据间歇的励磁来消减励磁线圈的励磁所需的电力的技术、降低之前的(ii)的电磁感应噪音的影响的技术。但是，在采样的前后，根据转换部2内的电路，将电极信号进行复位，由此，失去了复位前后的电极电位的信息，之前的(i)的电极的电极电位的缓慢的变动而产生的噪音无法有效地除去。

本发明的目的在于提供一种电磁流量计的信号提取方法，其能解决上述课题，能减少消耗电力的同时，除去各种噪音的影响，并降低输出变动。

在为达成上述目的的本发明的电磁流量计的信号提取方法中，在该电磁流量计中，以规定的周期对励磁线圈进行间歇通电，反复进行励磁以及励磁停止，在上述励磁停止时的励磁停止区间的长度比上述励磁时的励磁区间的长度大，其中，在上述励磁区间中，对上述励磁时的电极电位进行采样，在上述励磁停止区间中，对将上述励磁区间之前以及之后的励磁停止时的电极电位进行采样，基于上述励磁时所采样的电极电位与上述励磁区间之前以及之后的上述励磁停止时所采样的两个电极电位的平均值的差分，算出流量。

根据本发明的电磁流量计的信号提取方法，通过设置励磁停止区间，可在确保测定信号的振幅的同时，消减励磁所消耗的电力，在励磁停止时，进行两次信号的采样，改善了相对各种噪音的S/N，降低了输出的变动。

附图说明

图1表示参考例的励磁电流波形、时机信号的波形图。

图2表示实施例的励磁电流波形、时机信号的波形图。

图3表示流动噪音的频率特性图。

图4表示一般的电磁流量计的构成图。

图5表示一直以来的励磁电流波形、时机信号的波形图。

具体实施方式

[参考例]

本参考例的电磁流量计的电路构成基本上与图4的一直以来的例子相同，但是，时机信号发生电路10所产生的采样时机、CPU7中的运算方式与一直以来的例子不同。

图1为参考例的励磁电流波形、时机信号的波形图。图1中，图1(c)为励磁电路9所输出的励磁电流波形；图1(d)为时机信号发生电路10所输出的时机信号；图1(e)表示之前的(iii)所述的低频率的流动噪音的大小；图1(f)表示之前的(i)所述的缓慢变动的电极5a、5b的电极电位。

在励磁电流波形图1(c)中，于正励磁区间、负励磁区间之间设置励磁停止区间。又，在励磁周期T内的正、负励磁区间内的采样时间T1、T2与励磁停止区间的采样时间T0采用相同的时间宽度，采样时间T0、T1、T2基本上为与商用交流电源的周期的整数倍同步的时机。

在时机信号图1(d)中，正、负的励磁区间的励磁的采样时间T1、T2、以及正励磁的升起的开始之前、负励磁的下降的开始之前的励磁停止区间(即采样时间T1、T2之前的采样时间T0)中，输出相当于电动势的电极电位Ea，该电动势产生自电极5a、5b，并且混合有流动噪音(e)以及缓慢变动的电极电位(f)。又，采样时间T0即使为采样时间T1、T2之后的励磁停止区间内也没有关系。

基于电极5a、5b之间的电极电位的正、负的励磁的采样时间T1、T2所采样的电动势Es与之前的采样时间T0所采样的电极电位Ea，能够算出正确的流速V，对该流速V乘以测定管3的截面积以求出流量。

采样时间T1、T2、T0所采样的电极电位中，除了作为流量信号的电动势Es以外，还采样了电极电位Ea，该电极电位Ea混合有：电极所重叠的流动噪音(e)以及缓慢变动的电极5a、5b的电极电位(f)。

求出励磁区间的采样时间T1、T2的采样值与之前的采样时间T0的励磁停止区间的采样值的差分，由此，混合了流动噪音(e)、电极电位的变动(f)的电极电位Ea可在效果上抵消而被有效去除，能够得到电动势Es中不含电极电位Ea的正确的流速V以及流量。

进而，流动噪音具有图3所示的1/F特性，因此，通过对励磁停止区间的采样进行设为正、负励磁时机的附近的高频处理，能有效地除去。又，通过使这些的采样周期与商用电源的周期的整数倍同步，可有效地除去商用电源噪音。

又，与一直以来的技术相同，在本参考例中，(d)的时机信号不会在供电时的励磁电流Iex产生变化期间内发生，因此不会受到之前的(ii)所述的电磁感应噪音的影响。

又，来自之前的(4)所述的商用交流电源的感应噪音通过各采样时间T0、T1、T2等于商用交流电源周期的整数倍，能完全被除去。

关于消耗电力，通过对励磁线圈4设置励磁停止区间。由此，励磁电流的振幅(流量信号振幅)能与一直以来的低频率励磁保持为同样，同时还能消减励磁用的电力、可实现省电。

电磁流量计存在口径为2mm～200mm程度的宽范围的尺寸，根据口径，励磁电流Iex收敛到一定值后，为了使磁场收敛需要时间的场合、特别是强烈要求零点的稳定性的场合等，根据应用，低频率励磁的励磁周期、采样时机的要求不同的场合是存在的。

为了可有效地适用这样的低频率励磁用的应用(application)，如果能事先将励磁周期T、采样时间T0、T1、T2以可变参数进行设定的话，可以提高应用的自由度。

在本参考例中，说明了各正负励磁区间与励磁停止区间的采样例，但是，通过使用正励磁与励磁停止、或负励磁与励磁停止的任一方面的双值励磁，从而也可根据励磁区间与励磁停止区间的采样值的差分而求出流速V以及流量。在此场合，与正负值励磁相比较，信号振幅变成一半，但是，具有下述优点：不需要逆转励磁时的正负的电路，能够简单化。

【实施例】

在上述的参考例中，对于采用下述差分对流速V以及流量进行运算，降低流动噪音以及电极电位的缓慢的变动的影响的方法进行了说明。该差分为，在正、负励磁区间中采样的电动势Es、与正、负励磁区间之前或之后的励磁停止区间中采样的电极电位Ea的差分。

在本实施例中，如图2所示那样，以正、负励磁之前的励磁停止区间内的采样时间T0以及励磁之后的励磁停止区间内的采样时间T0’实施采样。对于正励磁区间，根据(T0、T1、T0’)这三个时机所采样的要素而进行运算，该要素分别为：励磁停止区间之前的励磁停止时的电极电位Ea1；与励磁区间的电动势Es同义的电极电位Es；励磁区间之后的励磁停止时的电极电位Ea2。即，在CPU 7中，分别在乘以1、2、1的权重系数后，将正励磁区间与励磁停止区间的差分值以(-1·Ea1+2·Es-1·Ea2)/2的运算式而运算。根据该运算式，对负励磁也同样运算负励磁区间与励磁停止区间的差分值。

根据如上的运算，得到与参考例同样省电的流量信号。同时，相对电极5a、5b的缓慢变动的电极电位以及流动噪音，利用基于励磁区间前后的励磁停止区间的电极电位Ea1、Ea2的电极电位Ea的平均值，能从正、负励磁区间中采样的电动势Es，以更良好的精度除去噪音成分。

标号的说明：

标号1表示检测部；

标号2表示转换部；

标号3表示测定管；

标号4表示励磁线圈；

标号5a、5b表示电极；

标号6表示缓冲增幅器；

标号7表示CPU；

符号8表示输出电路；

符号9表示励磁电路；

符号10表示时机信号发生电路。

Claims (5)

1.一种电磁流量计的信号提取方法，在该电磁流量计中，以规定的周期对励磁线圈进行间歇的通电，反复进行励磁以及励磁停止，在上述励磁停止时的励磁停止区间的长度比上述励磁时的励磁区间的长度大，其特征在于，

在上述励磁区间中，对上述励磁时的电极电位进行采样，

在上述励磁停止区间中，对将上述励磁区间之前以及之后的励磁停止时的电极电位进行采样，

基于上述励磁时所采样的电极电位与上述励磁区间之前以及之后的上述励磁停止时所采样的两个电极电位的平均值的差分，算出流量。

2.根据权利要求1所述的电磁流量计的信号提取方法，其特征在于，使相对上述励磁区间、上述励磁停止区间的电极电位的采样的时机与交流电源的周期的整数倍同步。

3.根据权利要求1或2所述的电磁流量计的信号提取方法，其特征在于，上述励磁区间的周期以及采样时间能以可变参数而设定。

4.根据权利要求1或2所述的电磁流量计的信号提取方法，其特征在于，上述励磁仅为正或负的极性。

5.根据权利要求1或2所述的电磁流量计的信号提取方法，其特征在于，对于上述励磁区间之前的上述励磁停止时的电极电位Ea1、上述励磁区间的电极电位Es、上述励磁区间之后的上述励磁停止时的电极电位Ea2，分别乘以1、2、1的权重系数，将上述励磁区间与上述励磁停止区间的差分值以(-1·Ea1+2·Es-1·Ea2)/2的运算式而运算，从而算出流量。