CN110779583B - 电磁流量计 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁流量计，在不增加电磁流量计的尺寸的情况下高精度地测量流体的流量和电导率。信号生成电路(11B)以预先设定好的信号频率(fs)生成具有固定振幅(设定电流(Is))的交流的矩形波电流作为矩形波信号(SG)，并施加于安装在测定管(2)上的电极(T1、T2)，电导率检测电路(11)通过对从该(T1、T2)检测出的检测电压(Vt)进行采样来检测检测电压(Vt)的振幅。

Description

电磁流量计

技术领域

本发明涉及一种电磁流量计，其具备测量成为流量测量对象的流体的电导率的功能。

背景技术

电磁流量计用于测量在测定管内流动的流体的流量，以流体一定程度充满测定管内为前提，基于从流体检测出的电动势来计算流量。因此，在流体未充满测定管内的情况下，计算出的流量不能表示准确的值。因此，有些电磁流量计具备对流体未充满检验管内的所谓空状态进行检测(空检测)的功能。

一直以来，作为检测空状态的技术，专利文献1中提出了基于流体的阻抗和电导率的关系而进行空检测的技术。图14为表示现有空检验的电路图。如图14所示，在专利文献1的方式中，将直流电压施加于用于测量流量的电极Ta、Tb，并通过缓冲放大器U1a、U1b稳定所得到的检测电压Vza、Vzb之后，使用比较器U2a、U2b与基准电压Vsa、Vsb进行比较，基于所得到的比较结果Sa、Sb，判定是否处于流体未充满测定管内的空状态。

但是，专利文献1的方式是将用于测量流量的电极兼用于空检测的方式，不能测量电导率。并且，即使追加了用于测量电导率的电路，也不能以相同的电极同时测量流量和电导率。因此，需要将流量测量周期的一部分分配给电导率测量期间，由于要分配该电导率测量期间，因此在缩短流量测量期间的情况下，成为导致流量测量精度降低的主要原因，在延长了流量测量周期的情况下，成为导致流量测量响应降低的主要原因。

另一方面，作为同时测量流量和电导率的技术，专利文献2中提出了一种使用与用于测量流量的电极分开设置的电极来测量电导率的技术。图15是表示现有的其它空检测的电路图。如图15所示，专利文献2的方式为如下方式：在设置于测定管50的电导率检测电极T21、T22和接地环形电极51之间施加交流信号，利用与用于检测流量的运算放大器U1不同的运算放大器U2检测这些电极之间所产生的电信号，由此计算出存在于电极T21、T22之间的流体的阻抗并导出电导率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-210888号公报

专利文献1：日本特开平7-5005号公报

发明内容

发明要解决的问题

根据专利文献2的方式，如图15所示，由于能够使用与用于测量流量的电极T11、T12分开设置的电极T21、T22来测量电导率，因此能够在电磁流量计中同时测量流体的流量和电导率。此时，用于电导率的施加信号不干扰用于测量流量的施加信号这一点至关重要。

另一方面，在导出流体的电导率的情况下，电极之间的距离越大，越能够高精度地测定电导率。但是，由于测定管的长度有限，因此当用于测量电导率的电极和用于测量流量的电极接近时，用于电导率的施加信号会干扰用于测量流量的施加信号，从而导致流量的测量精度降低。因此，存在如下问题：为了减少这样的干扰，需要延长测定管的长度，或在彼此的电极之间配置接地环，从而不能减小电磁流量计的尺寸。

本发明用于解决这样的课题，其目的在于，提供一种能够在不增加电磁流量计的尺寸的情况下高精度地测量流体的流量和电导率的电磁流量计。

解决问题的技术手段

为了实现这样的目的，本发明所涉及的电磁流量计是测量在测定管内流动的流体的流量的电磁流量计，具备：信号生成电路，其以预先设定的信号频率生成具有固定振幅的交流矩形波电流作为矩形波信号；第一电极及第二电极，它们安装在所述测定管中，并将所述矩形波信号施加于所述流体；检测电路，其通过对从所述第一电极及所述第二电极检测到的检测电压进行采样，来检测所述检测电压的振幅；以及运算处理电路，其基于所述振幅通过运算处理求出与所述流体相关的电导率。

并且，在本发明所涉及的上述电磁流量计的一种构成例中，还具备：印刷电路板，其配置于所述第一电极及所述第二电极的附近位置处，装载有所述信号生成电路、及缓冲放大器中的至少任意一个或两个，所述缓冲放大器稳定所述检测电压并将其向所述检测电路输出。

并且，在本发明所涉及的上述电磁流量计的一种构成例中，所述第一电极由与所述流体接液的接液电极构成，所述第二电极由形成于所述测定管的外周部、且不与所述流体接液的非接液电极构成。

并且，在本发明所涉及的上述电磁流量计的一种构成例中，所述第一电极及第二电极由与所述流体接液的接液电极构成。

并且，在本发明所涉及的上述电磁流量计的一种构成例中，所述检测电路在所述矩形波信号的半周期的中央时间位置处对所述检测电压进行采样。

并且，在本发明所涉及的上述电磁流量计的一种构成例中，所述信号生成电路包括：电流检测电路，其检测所述矩形波信号的大小；以及运算放大器，其基于表示所述信号频率的时钟信号和来自所述电流检测电路的检测结果，将所述矩形波信号的振幅维持为设定电流。

发明的效果

根据本发明，由于检测电压的斜率是线性的，因此即使使用高于励磁频率的频率、例如高于励磁频率100倍以上的频率作为用于测量电导率的信号频率，也能够稳定检测电压的振幅来进行检测。因此，即使用于电导率的施加信号干涉用于测量流量的施加信号，由于励磁频率<<信号频率，因此也可以通过低通滤波器容易地去除信号频率。

由此，不需要为了减少上述干扰而增大用于测量流量的电极和用于电导率的电极的距离。因此，无需延长测定管的长度或在彼此的电极间配置接地环，结果能够在不增加电磁流量计尺寸的情况下高精度地测量流体的流量和电导率。

附图说明

图1是表示第一实施方式所涉及的电磁流量计的电路结构的框图。

图2是第一实施方式所涉及的电磁流量计的俯视图。

图3是第一实施方式所涉及的电磁流量计的剖面侧视图。

图4是第一实施方式所涉及的电磁流量计的组装图。

图5是第一实施方式所涉及的电磁流量计的主要部分侧视图。

图6是第一实施方式所涉及的电磁流量计的主要部分俯视图。

图7是表示第一实施方式所涉及的电磁流量计的动作的信号波形图。

图8是矩形波电流源的构成例。

图9是第一实施方式所涉及的电极侧的等效电路。

图10是表示使用了矩形波恒压信号的电磁流量计的动作的信号波形图。

图11是表示振幅数据和电导率的对应关系的特性图。

图12为第二实施方式的电磁流量计的主要部分侧视图。

图13是第二实施方式所涉及的电磁流量计的主要部分俯视图。

图14是表示现有空检测的电路图。

图15是表示现有的其它的空检测的电路图。

具体实施方式

接着，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

[第一实施方式]

首先，参照图1，对本发明的第一实施方式的电磁流量计10进行说明。图1是表示第一实施方式的电磁流量计的电路结构的框图。

下面，将以用于测量流量的一对电极Ta、Tb不直接与测定管中流动的流体接液的电容式电磁流量计为例进行说明，但并不限定于此，直接与流体接液的接液式电磁流量计也同样适用于本发明。

如图1所示，电磁流量计10具备电导率检测电路11、流量检测电路12、运算处理电路(CPU)13、设定及显示电路14、以及传输电路15作为主要电路部。

电导率检测电路11具有如下功能：将为预先设定好的信号频率fs且具有固定振幅Is的交流矩形波电流作为矩形波信号，并施加于用于测量电导率的电极T1、T2，对T1、T2之间所产生的检测电压Vt进行采样，并输出表示振幅的振幅数据DA。

流量检测电路12具有如下功能：将具有预先设定好的励磁频率的交流励磁电流Iex提供给励磁线圈3A、3B，根据励磁线圈3A、3B上所产生的磁通来检测用于测量流量的电极Ta、Tb之间所产生的电动势Va、Vb，并输出表示从Va、Vb得到的流量信号VF的流量数据DF。

运算处理电路13具有如下功能：基于来自电导率检测电路11的振幅数据DA，计算出流体的电导率的功能；基于所得到的电导率判定与测定管2内的流体相关的空状态的功能；以及基于来自流量检测电路12的流量数据DF计算出流体的流量的功能。

设定及显示电路14具备操作按钮或LED、LCD等显示装置，其具备如下功能：检测操作者的设定操作输入并向运算处理电路13输出的功能；以及显示来自运算处理电路13的各种数据的功能。

传输电路15具备如下功能：经由传输线路LT与控制器等上位装置(未图示)之间进行数据传输的功能；以及将由运算处理电路13得到的电导率或空状态判定结果发送给上位装置的功能。

[电导率检测电路]

接着，参照图1，对本实施方式的电导率检测电路11的构造进行详细说明。

如图1所示，电导率检测电路11具备时钟生成电路11A、信号生成电路11B、缓冲放大器11C、采样保持电路11D、以及A/D转换电路11E作为主要电路部。

时钟生成电路11A具有如下功能：基于来自于运算处理电路13的时钟信号CLKO，生成用于生成矩形波信号SG的时钟信号CLKs、以及用于采样控制的时钟信号CLKh、CLKl。

信号生成电路11B具有如下功能：以预先设定好的信号频率fs生成具有固定振幅(设定电流Is)的交流的矩形波电流作为矩形波信号SG即矩形波恒流信号。具体而言，信号生成电路11B整体上由进行导通断开动作的矩形波电流源IG构成，它具有如下功能：基于CLKs生成矩形波信号SG，该矩形波信号SG的振幅为设定电流Is且具有与CLKs相同的信号频率fs。

缓冲放大器11C由例如运算放大器、缓冲电路构成，它具有如下功能：稳定从电极T1、T2检测出的检测电压Vt并将其作为输出电压Vt’而输出。

采样保持电路11D具有如下功能：基于来自时钟生成电路11A的时钟信号CLKh、CLKl，对来自缓冲放大器11C的输出电压Vt’进行采样保持，并将得到的检测电压VH、VL输出给A/D转换电路11E。

A/D转换电路11E具有如下功能：将来自采样保持电路11D的VH、VL的差分电压即Vt的振幅电压进行A/D转换，将得到的振幅数据DA输出给运算处理电路13。

在本实施方式中，以使用不直接与测定管2中流动的流体接液的非接液电极作为用于测量电导率的电极T2的情况为例进行说明，但并不限定于此，也可以使用接液电极作为T2。

[流量检测电路]

接着，参照图1，对本实施方式的流量检测电路12的构造进行详细说明。

如图1所示，流量检测电路12具备励磁电路12A、信号放大电路12B、以及信号检测电路12C作为主要电路部。

励磁电路12A具有如下功能：基于预先设定好的励磁周期，输出用于切换励磁电流Iex的极性的励磁控制信号Vex。具体而言，励磁电路12A基于来自运算处理电路13的励磁控制部13C的励磁控制信号Vex，将交流的励磁电流Iex提供给励磁线圈3A、3B。

信号放大电路12B具有如下功能：通过低通滤波器及高通滤波器对由电极Ta、Tb检测出的电动势Va、Vb中所含的噪声分量进行滤波后，输出通过放大而得到的交流的流量信号VF。

信号检测电路12C具有如下功能：对来自信号放大电路12B的流量信号VF进行采样保持，将得到的直流电压A/D转换为流量数据DF，并输出给运算处理电路13。

[运算处理电路]

接着，参照图1，对本实施方式所涉及的运算处理电路13的构成进行详细说明。

运算处理电路13具备CPU及其外围电路，它具有如下功能：由CPU执行预先设定的程序，使硬件和软件协作，由此实现用于执行与流量测量相关的处理的各种处理部。

作为由运算处理电路13实现的主要处理部，具有电导率计算部13A、空状态判定部13B、励磁控制部13C、以及流量计算部13D。

电导率计算部13A具有基于来自电导率检测电路11的振幅数据DA来计算出流体的电导率的功能。具体而言，可以使用预先设定的电导率计算公式来计算与振幅数据DA对应的电传导率，也可以预先测量振幅数据DA和电传导率的对应关系，预先将得到的特性设定为查找表，基于来自电导率检测电路11的振幅数据DA来参照查找表，由此导出与流体相关的电导率。

空状态判定部13B具有如下功能：基于由电导率计算部13A计算出的流体的电导率来判定测定管2内是否存在流体。

通常，流体的电导率大于空气的电导率。因此，空状态判定部13B通过对由电导率计算部13A计算出的流体的电导率进行阈值处理来判定是否存在流体。

励磁控制部13C具有如下功能：基于预先设定的励磁周期来输出用于切换励磁电流Iex的极性的励磁控制信号Vex。

流量计算部13D具有如下功能：基于来自流量检测电路12的流量数据DF计算出流体的流量的功能；以及将流量测量结果输出给设定及显示电路14、传输电路15的功能。

[电磁流量计的结构]

接着，参照图2～图4，对电磁流量计10的结构的构成进行详细说明。图2是第一实施方式所涉及的电磁流量计的俯视图。图3是第一实施方式所涉及的电磁流量计的剖面侧视图。图4是第一实施方式所涉及的电磁流量计的组装图。

如图2～图4所示，测定管2由呈圆筒形状的陶瓷或树脂等绝缘性及介电特性优越的材料构成，在测定管2的外侧，大致呈C字形的磁轭(例如，与图4的磁轭4的形状相同)和一对励磁线圈3A、3B以夹着测定管2的方式相对配置，以使得磁通方向(第二方向)Y与测定管2的长度方向(第一方向)X正交。另外，下面，为了容易看图，图中仅示出了相对的磁轭端面，即磁轭表面4A、4B。

另一方面，在测定管2的外周面2P上，在与长度方向X以及磁通方向(第二方向)Y正交的电极方向(第三方向)Z上相对配置有用于测量流量的电极Ta、Tb。Ta、Tb由一对表面电极形成，该一对表面电极由薄膜导体构成。

由此，当将交流的励磁电流Iex提供给励磁线圈3A、3B时，位于励磁线圈3A、3B中央的磁轭面4A、4B之间产生磁通，在测定管2中流动的流体中，沿着电极方向Z产生具有与流体流速相应的振幅的交流电动势，利用电极Ta、Tb，通过流体与电极Ta、Tb之间的静电电容来检测该电动势。

壳体8由上方具有开口部8B、内部收纳测定管2的有底箱状的树脂或金属框体构成。在壳体8的内壁部中与长度方向X平行的一对内壁部8A上，引导部分81A、81B形成于彼此相对的位置，引导部83A、83B形成于彼此相对的位置。

引导部81A、81B由与电极方向Z平行地形成的两个凸条构成，这些凸条之间的嵌合部82A、82B与从开口部8B插入的印刷电路板5的侧端部5I、5J相嵌合。引导部83A、83B由与电极方向Z平行地形成的两个凸条构成，这些凸条之间的嵌合部84A、84B与从开口部8B插入的印刷电路板6的侧端部6I、6J相嵌合。

此外，引导部81A、81B、83A、83B的凸条不需要在电极方向Z上连续形成，也可以按照供侧端部5I、5J、6I、6J顺畅地插入的间隔而以分割为多个的方式形成。并且，引导部81A、81B、83A、83B也可以不是凸条，而是形成于内壁部8A上以供侧端部5I、5J、6I、6J插入的槽。

在壳体8侧面中与磁通方向Y平行的一对侧面8C上，配设有由金属材料(例如，SUS)构成的管状接头1A、1B，该管状接头1A、1B能够联接设于电磁流量计10外部的管道(未图示)和测定管2。此时，测定管2沿长度方向X收纳于壳体8的内部，并且接头1A和接头1B以夹着一对O形环87的方式分别联接于测定管2的两端部。

在此，接头1A、1B中的至少一个作为电极T1(公共电极)发挥作用。例如，接头1A连接到于公共电位(接地电压GND)，由此不仅联接外部管道和测定管2，并且也作为电极T1发挥作用。

这样一来，通过由金属构成的接头1A来实现电极T1，从而扩大了与T1的流体接触的面积。由此，即使在T1上产生了异物的附着或腐蚀的情况下，产生了异物的附着或腐蚀的部分的面积相对于T1的整体面积也相对较小，因此可以抑制由于极化电容的变化而导致的测定误差。

在壳体8中的内壁部8A的两侧的侧面8E和壳体8的底部8D的外侧面上，安装有由截面为“コ”字形的金属板构成的屏蔽件9。由此，能够降低从电磁流量计10辐射向外部的噪声。

[印刷电路板]

印刷电路板5是用于安装电子部件的普通印刷电路板(例如，板厚1.6mm的玻璃布基材环氧树脂覆铜箔层压板)，如图4所示，在印刷电路板5的大致中央位置形成有用于使测定管2贯穿的管孔5H。因此，印刷电路板5沿着与测定管2交叉的方向安装。该管孔5H的大小设定为与测定管2的外周部的大小相同或比其略小。测定管2被压入管孔5H中并卡止于印刷电路板5。

另外，测定管2的外周面2P和管孔5H的端部也可以通过粘合剂固定。在图4的示例中，尽管管孔5H没有朝向印刷电路板5的侧端部开口，但也可以切掉管孔5H的周部的一部分，直接朝向印刷基板5的侧端部开口从而形成切口，或者，也可以通过缝隙间接开口。在这种情况下，设置在印刷电路板5上的切口形成将供测定管2压入的管孔5H。

因此，在将测定管2组装在壳体8内的情况下，首先，在将安装有励磁线圈3A、3B的磁轭4螺纹固定在壳体8的底部8D的状态下，以使侧端部5I、5J与壳体8的引导部81A、81B的嵌合部82A、82B相嵌合的方式，将测定管2已经压入管孔5H中的印刷基板5从壳体8的开口部8B插入到壳体8的内部。然后，从壳体8的外侧隔着一对O形环87而在测定管2的两端联接接头1A、1B，并将接头1A、1B螺纹固定到壳体8上。

由此，在已经将测定管2压入管孔5H中的状态下，将印刷电路板5安装在壳体8的内部，结果，测定管2通过该印刷电路板5而被安装于壳体8的内部。此时，无需通过引导部81A、81B固定印刷电路板5，反而是存在少许间隙的情况下，对接头1A、1B进行螺纹固定时，才不会向测定管2或者印刷电路板5施加机械应力。

与印刷电路板5一样，印刷电路板6也是用于安装电子部件的普通印刷电路板(例如，板厚1.6mm的玻璃布基材环氧树脂覆铜箔层压板)，在印刷电路板6的大致中央位置形成有用于使测定管2贯穿的管孔6H。因此，印刷电路板6沿着与测定管2交叉的方向安装。该管孔6H的大小设定为与测定管2的外周部的大小相同或比其略小。

并且，在图4的示例中，尽管管孔6H没有朝向印刷电路板6的侧端部开口，但也可以切掉管孔6H的周部的一部分，直接朝向印刷基板6的侧端部开口从而形成切口，或者也可以通过缝隙间接开口。在这种情况下，设置在印刷电路板6上的切口形成供测定管2压入的管孔6H。并且，和印刷电路板5一样，也可以在管孔6H的孔壁面上具备凸部，并使该凸部与外周面2P抵接。

电极Ta、Tb经由形成于测定管2的外周面2P的管侧布线图案2A、2B和跳线(未图示)而与印刷电路板5连接。印刷电路板5经由连接布线(未图示)与例如安装于壳体8上侧的上侧壳体内的主电路板(均未图示)的流量检测电路12连接。

电极Ta、Tb与管侧布线图案2A、2B、跳线一起被屏蔽壳7电气屏蔽，所述屏蔽壳7与公共电位(接地电压GND)连接，并由金属板构成。屏蔽壳7呈沿长度方向X延伸的大致矩形，供测定管2贯穿内侧用的开口部从励磁线圈3A、3B的磁通区域沿上游方向和下游方向设置。由此，通过利用屏蔽壳7屏蔽整个高阻抗的电路部分来抑制外部噪声的影响。

另外，也可以在印刷电路板5上安装用于降低由Ta、Tb得到的电动势Va、Vb的阻抗的前置放大器，前置放大器也可以被屏蔽壳7屏蔽。此时，也可以在印刷电路板5上的与前置放大器的安装面相反的一侧的焊接面上形成由与接地电位连接的接地图案(实心图案)构成的屏蔽图案。由此，在构成屏蔽壳7的平面中，与印刷电路板5抵接的平面可以全部开口，能够简化屏蔽壳7的结构。

并且，电极Ta、Tb、管侧布线图案2A、2B、甚至电极T2由铜等非磁性金属薄膜构成，由于它们通过金属化处理一体形成在测定管2的外周面2P上，因此能够简化制造工序，同时也降低产品成本。另外，所述金属化处理可以为电镀处理、蒸镀处理等，进一步地，也可以粘贴预先成型的非磁性金属薄膜体。

[用于电导率的电极]

接着，参照图5及图6，对本实施方式的用于电导率的电极T1、T2进行说明。图5是第一实施方式所涉及的电磁流量计的主要部分侧视图。图6是第一实施方式所涉及的电磁流量计的主要部分俯视图。

接头1A、1B中的至少一个作为电极(第一电极)T1发挥作用。例如，如图5及图6所示，接头1A通过与公共电位(接地电压GND)连接，不仅联接外部的管道和测定管2，并且也作为电极T1发挥作用。T1经由跳线J1与形成在印刷电路板6上的焊盘(电极连接端子)P1连接。J1被软钎焊于P1和T1的外表面。

另一方面，如图5及图6所示，在测定管2的外周面2P上，在夹着印刷电路板6而与由接头1A构成的电极T1相反的一侧且在电极T1与电极Ta、Tb之间，沿测定管2的整周通过图案化而形成有由薄膜导体构成的电极(第二电极)T2以作为非接液电极。在T2中的印刷电路板6侧的侧端部上，焊盘P3向着印刷电路板6突出并通过图案化而形成。T2从P3经由跳线J2与形成在印刷电路板6上的焊盘(电极连接端子)P2连接。J2被软钎焊在P2及P3上。

由此，能够使连接印刷电路板6和电极T1、T2的J1、J2的长度非常短，从而将J1、J2的阻抗控制在非常低的水平。

并且，印刷电路板6经由连接布线(未图示)与例如安装于壳体8上侧的上侧壳体内的主基板(都未图示)的电导率检测电路11连接。因此，如果在印刷电路板6上安装信号生成电路11B或缓冲放大器11C，则连接布线的阻抗也可以被抑制为较低水平。因此，在测量电导率时，能够忽略用于与连接T1和T2的电极线路有关的阻抗。

[第一实施方式的动作]

接着，参照图7，对本实施方式的电磁流量计10的动作进行说明。图7是表示第一实施方式所涉及的电磁流量计的动作的信号波形图。

在此，将以电极T2为非接液电极且矩形波信号SG为矩形波恒压信号的情况为例进行说明。

时钟生成电路11A基于来自运算处理电路13的时钟信号CLK0，生成用于生成矩形波信号SG的时钟信号CLKs、和用于采样控制的时钟信号CLKh、CLKl。在此，示出了CLKs的频率，即矩形波信号SG的信号频率fs为150kHz的情况。

信号生成电路11B基于CLKs控制矩形波电流源IG的通断。由此，如图7所示，每个信号频率fs的半周期，外加电流Ig都在预先设定的电流Is与零之间切换并被施加于电极T2。因此，通过从信号生成电路11B提供的外加电流Ig，由电极T1、T2之间的流体的流体电阻所产生的电压成为电极T1、T2之间的电压，即检测电压Vt。

采样保持电路11D基于来自时钟生成电路11A的CLKh，对Vt被缓冲放大器11C稳定化(阻抗转换)得到的输出电压Vt′中的、提供Is的高电平期间TH(SG的半周期)内的检测电压VH进行采样。并且，采样保持电路11D基于来自时钟生成电路11A的CLKl，对Vt′中的提供零的低电平期间TL(SG的半周期)内的检测电压VL进行采样。

A/D转换电路11E将通过采样保持电路11D得到的VH和VL的差分电压ΔVtA/D转换为振幅数据DA并进行输出。

通常考虑对交流的检测电压Vt进行全波整流的方法，例如，使TL中的检测电压Vt在Vt的中间电平折返并与TH的Vt相加的方法。但是，在这种方法中，若TL和TH的Vt不相等，则即使进行全波整流也会残留脉动电流，不会形成稳定的直流电压，从而导致测量误差。

根据本实施方式，不对交流的检测电压Vt进行全波整流，利用TL和TH分别进行采样，获得所得到的VH、VL的差分电压作为振幅数据DA。因此，即使在由于流体的流速变化等而在Vt中包含波动的情况、或共模噪声经由流体从外部混入至Vt的情况下，也能够避免对振幅数据DA的影响，从而能够实现电导率的稳定测量。

电导率计算部13A基于来自A/D转换电路11E的DA来计算出流体的电导率。

并且，空状态判定部13B通过将由电导率计算部13A得到的电导率与阈值传导率进行比较来判定测定管2内是否为空状态。

图8是矩形波电流源的构成例。如图8所示，矩形波电流源IG具备开关SWi、运算放大器Ug及电流检测电路DET。SWi是基于CLKs交替输出Vs和GND的模拟开关。DET是检测从IG输出的外加电流Ig的电流值的电路。Ug具有如下功能：基于来自DET的电流检测输出将Ig的电流值保持并控制为设定电流Is，且基于SWi的输出来控制Ig的输出的通断。

图9是第一实施方式所涉及的电极侧的等效电路。如上所述，在本实施方式中，使用矩形波恒流信号作为矩形波信号SG。因此，如图9所示，从印刷电路板6观察到的电极侧的等效电路形成为如下形式：表示电极T1、T2间的阻抗的一侧的等效电路Zt与信号生成电路11B的矩形波电流源IG连接。

此时，在Zt中，当电极T1、T2与流体接触时，电极-流体之间产生极化电容Cp及极化电阻Rp，由于T2为非接液电极，因此在流体与电极T2之间产生电极电容Ct。因此，若与电极T1、T2之间的流体相关的流体电阻为Rl，则Zt以极化电容Cp及极化电阻Rp的并联电路、流体电阻Rl及电极电容Ct串联而成的等效电路表示。在此，在矩形波信号SG的信号频率为fs＝150kHz的情况下，虽然Cp的阻抗相对较小，但Ct的阻抗在一定程度上变大，因此Ct的两端电压Vct以及Vt过渡性地变化。

图10是表示使用了矩形波恒压信号的电磁流量计的动作的信号波形图。与图7相同地，在fs＝150kHz的情况下，虽然Cp的阻抗相对较小，但Ct的阻抗在一定程度上变大。因此，当使用具有固定振幅(基准电压Vs)的交流的矩形波电压作为矩形波信号SG即矩形波恒压信号的情况下，Vct、Vrl、以及Vt在各自的时间常数下呈指数函数变化，从而不能再使检测VH、VL稳定并对其进行检测。

这样一来，在Vt的波形畸变的情况下，检测幅度数据DA时容易包含误差，结果成为导致与电导率相关的测定精度下降的主要原因。因此，需要使用能够忽略Cp、Ct阻抗的高频率作为fs。另一方面，当增大fs时，电极线路的线间电容Cw的影响变大，在电极线路中产生信号泄漏，从而导致Vt波形畸变。

与此相对，在本实施方式中，由于使用矩形波恒流信号作为矩形波信号SG，因此，即使在fs＝150kHz的情况下，Vct和Vt的斜率也是线性的，能够使VH、VL稳定并对其进行检测。

假设在外加电流Ig为设定电流Is的高电平期间TH内检测出的检测电压Vt为VH，此时的Vrl及Vct为VrlH及VctH，则VH＝VrlH+VctH。并且，假设在Ig＝O的低电平期间TL内检测到的检测电压Vt为VL，此时的Vrl及VctL为Vrl及VctL，则VL＝VrlL+VctL。

此时，虽然检测出的VH、VL中包括Vct，但CLKh及CLKl表示TH、TL(SG的半周期)的中央位置，因此，被采样得到的VH和VL中包含的VctH和VctL相等。由此，通过采用VH和VL的差分电压ΔVt，VctH和VctL被抵消，从而得到不包含Vct的振幅数据DA。

即，ΔVt＝VH-VL＝Vr1H-Vr1L。由此，由于Ig是固定的，所以通过下式(1)求出Rl。

【式1】

式(1)中，Ig已知，差分电压VH-VL由采样保持电路11D检测，并由A/D转换电路11E转换为振幅数据DA，被输入给运算处理电路13。因此，电导率计算部13A可以基于这些数据容易地计算出Rl。

图11是表示振幅数据和电导率的对应关系的特性图。纵轴表示振幅数据DA，横轴表示电导率。通过使用多种已知的标准流体进行校准作业，预先测量图11所示的振幅数据DA和电传导率的对应关系，将所得到的特性设定为查找表并预先设定在例如半导体存储器(未图示)中，电导率计算部13A可以基于来自电导率检测电路11的振幅数据DA，并参考查找表而导出与测定管2中的流体相关的电导率。

[第一实施方式的效果]

这样一来，在本实施方式中，信号生成电路11B以预先设定好的信号频率fs生成具有固定振幅的交流的矩形波电流作为矩形波信号SG，并施加到安装于测定管2上的电极T1、T2，电导率检测电路11通过对从T1和T2检测出的检测电压Vt采样来检测检测电压Vt的振幅。

通常，使用数十Hz～数百Hz左右的频率作为用于测量流量的励磁频率fex。特别是，在使用非接液的表面电极作为用于测量流量的电极Ta、Tb的情况下，为了尽可能减小在Ta、Tb和流体之间所产生的电容分量，具有使用比采用接液电极的情况高的励磁频率fex的趋势。

根据本实施方式，由于Vt的斜率是线性的，因此即使使用高于fex的频率、例如高fex的100倍以上的数kHz～数十kHz左右的频率作为用于测量电导率的信号频率fs，也可以使检测电压Vt的振幅稳定并对其进行检测。

因此，即使用于电导率的施加信号对用于测量流量的施加信号产生了干扰，由于fex<<fs，因此也能够通过信号放大电路12B的低通滤波器容易地去除fs。

由此，不需要为了减少上述那样的干扰而增大用于测量流量的电极Ta、Tb和用于电导率的电极T1、T2的距离。因此，不需要延长测定管2的长度，或在彼此的电极之间配置接地环，结果，能够在不增加电磁流量计10的尺寸的情况下高精度地测量流体的流量和电导率。

并且，根据本实施方式，如上所述，检测电压Vt的斜率变为线性的，能够使检测电压Vt的振幅稳定并对其进行检测，因此，可以使用能够抑制连接T1、T2的电极线路的线间电容所产生的影响的频率作为fs，能够高精度地测量电导率。

并且，在本实施方式中，也可以使用与流体接液的接液电极作为T1，使用形成于测定管2的外周部且不与流体接液的非接液电极作为T2。

由此，能抑制因电极面附着污秽及电极腐蚀而引起的测量误差的发生。并且，不需要使用像铂黑那样价格高昂的接液电极，从而谋求大幅降低成本。并且，在使用非接液电极的情况下，虽然在电极和流体之间会产生电极电容Ct，但由于使用矩形波流信号作为矩形波信号SG，因此能够使检测电压Vt的振幅稳定并对其进行检测。

并且，在本实施方式中，电导率检测电路11也可以在矩形波信号SG的半周期的中央时间位置处对检测电压Vt进行采样。

由此，即使在使用非接液电极作为T2的情况下，在高电平期间TH内采样到的VH中包含的T2的电极电容Ct的两端电压VctH和在低电平期间TL内采样到的VL中包含的Ct的两端电压VctL也相等。因此，通过采用VH和VL的差分电压ΔVt，VctH和VctL被抵消，从而能够得到不包含Vct的振幅数据DA。因此，可以高精度地测量电导率。

并且，在本实施方式中，信号生成电路11B的矩形波电流源IG可以由检测作为矩形波信号SG的外加电流Ig的大小的电流检测电路DET、及基于表示信号频率fs的时钟信号CLKs和来自电流检测电路DET的检测结果将Ig的振幅维持为设定电流Is的运算放大器Ug构成。由此，可以通过相对简单的构成来生成高精度的稳定的Ig。

并且，在本实施方式中，可以将印刷电路板6配置在安装于测定管2上的电极T1、T2的附近位置，将生成矩形波信号SG的信号生成电路11B、及使从电极T1、T2检测到的检测电压Vt稳定并予以输出的缓冲放大器11C中的至少任一方或双方装载于印刷电路板6。

由此，能够大幅缩短连接信号生成电路11B、缓冲放大器11C与电极T1、T2的电极线路即跳线J1、J2的长度，从而能够减小电极线路间的线间电容。因此，即使使用相对高的信号频率，也能够高精度地测量电导率。

并且，在本实施方式中，也可以通过在印刷电路板5、6上设置供测定管2插入的管孔5H、6H，管孔5H、6H与测定管2的外周面2P抵接，从而安装于外周面2P。

由此，能够不使用安装螺丝等固定构件，而通过极其简单的构成将印刷电路板6固定于测定管2。

并且，通过这样的构成，能够使印刷电路板6与测定管2的长度方向正交地将印刷电路板6配置在电极T1和电极T2之间。因此，从印刷电路板6至电极T1、T2之间的电极线路即跳线J1、J2能够被配置、连接在不同的位置和方向，从而能够使电极线路间的线间电容变得非常小。并且，在金属管道与作为电极T1的接头1A连接的情况下，对流体的外加电流可能传递至金属管道而产生测量误差，但是通过上述构成，能够以与T1保持一定程度的距离的方式容易地配置T2。因此，能够抑制外加电流向金属管道的传递，能够高精度地测量电导率。

并且，在本实施方式中，可以在印刷电路板6的图案面上形成用于连接去往电极T1、T2的电极线路的焊盘(电极连接端子)P1、P2、及用于将信号生成电路11B和缓冲放大器11C的至少任意一方或双方与焊盘P1、P2连接的布线图案。

由此，能够不使用连接器，而通过跳线J1、J2非常容易地连接安装于印刷电路板6的信号生成电路11B、缓冲放大器11C以及电极T1、T2。

[第二实施方式]

接着，参照图12及图13，对本发明的第二实施方式的电磁流量计10进行说明。图12是第二实施方式所涉及的电磁流量计的侧视图。图13是第二实施方式所涉及的电磁流量计的俯视图。

在第一实施方式中，以使用不与流体接液的非接液电极作为电极T2的情况为例进行了说明。在本实施方式中，将对使用与流体接液的接液电极作为电极T2的情况进行说明。

如图12及图13所示，在测定管2的外周面2P中的、夹着印刷电路板6与接头1A相反的一侧，以贯穿测定管2的壁部并向测定管2内突出的方式安装有由金属棒体构成的接液电极即电极T2。向测定管2内突出的部分与测定管2内的流体接液。

此时，T2经由跳线J2与形成于印刷电路板6的焊盘P2连接。J2被软钎焊于P2及T2。

[第二实施方式的动作]

接着，对本实施方式的电磁流量计10的动作进行说明。

当将电极T2从非接液电极变更为接液电极的情况下，非接液电极的情况下的T2与流体之间的电极电容Ct消失。因此，图9所示的等效电路Zt以极化电容Cp及极化电阻Rp的并联电路与流体电阻Rl串联而成的等效电路表示。关于本实施方式的其它电导率测量动作，与第1实施方式相同，在此不予赘述。

[第二实施方式的效果]

这样一来，在本实施方式中，电极T1、T2由与流体接液的接液电极构成。由此，能够排除使用非接液电极作为T2的情况下特有的、在流体和电极T2之间所产生的电容Ct的影响，并且能够使用相对低的频率作为矩形波信号SG的信号频率。因此，能够使电极线路即跳线J1、J2的线间电容的影响变得非常小，从而能够以极高的精度测量电导率。

[实施方式的扩展]

上面，参照实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。能够在本领域的范围内，对于本发明的构成和细节进行本领域技术人员能够理解的各种变更。并且，对于各实施方式，能够在不矛盾的范围内任意组合而加以实施。

符号说明

10…电磁流量计，1A、1B…接头，2…测定管，2A、2B…管侧布线图案，2P…外周面，3A、3B…励磁线圈，4…磁轭，4A、4B…磁轭面，5、6…印刷电路板，5H、6H…管孔，5I、5J、6I、6J…侧端部，7…屏蔽壳，8…壳体，8A…内壁部，8B…开口部，8C、8E…侧面，8D…底部，81A、81B、83A、83B…引导部，82A、82B、84A、84B…嵌合部，9…屏蔽板，11…电导率检测电路，11A…时钟生成电路，11B…信号生成电路，11C…缓冲放大器，11D…采样保持电路，11E…A/D转换电路，12…流量检测电路，12A…励磁电路，12B…信号放大电路，12C…信号检测电路，13…运算处理电路，13A…电导率计算部，13B…空状态判定部，13C…励磁控制部，13D…流量计算部，14…设定及显示电路，15…传输电路，IG…矩形波电流源，Ta、Tb…电极，T1、T2…电极，P1、P2、P3…焊盘，J1、J2…跳线，SWi…开关，CLKO、CLKs、CLKh、CLKl…时钟信号，Vs…基准电压，GND…接地电压，SG…矩形波信号，Ig…外加电流、Vt、VH、VL…检测电压，Vt’…输出电压，DA…振幅数据，Vex…励磁控制信号，Iex…励磁电流，Va、Vb…电动势，VF…流量信号，DF…流量数据。

Claims (4)

1.一种电磁流量计，测量在测定管内流动的流体的流量，其特征在于，具备，

信号生成电路，其以预先设定好的信号频率生成具有固定振幅的交流的矩形波电流作为矩形波信号；

第一电极及第二电极，它们安装在所述测定管上，并将所述矩形波信号施加于所述流体；

检测电路，其通过对从所述第一电极及所述第二电极检测到的检测电压进行采样来检测所述检测电压的振幅；以及

运算处理电路，其基于所述振幅通过运算处理求出与所述流体相关的电导率,

所述第一电极由与所述流体接液的接液电极构成，所述第二电极由形成于所述测定管的外周部、且不与所述流体接液的非接液电极构成，

用于检测流量的电极与所述第一电极以及所述第二电极分开地设置。

2.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，还具备：

印刷电路板，其配置于所述第一电极及所述第二电极的附近位置，装载有所述信号生成电路及缓冲放大器中的至少任意一方或双方，所述缓冲放大器使所述检测电压稳定并向所述检测电路输出。

3.根据权利要求1或2所述的电磁流量计，其特征在于，

所述检测电路在所述矩形波信号的半周期的中央时间位置对所述检测电压进行采样。

4.根据权利要求1或2所述的电磁流量计，其特征在于，

所述信号生成电路包括：

电流检测电路，其检测所述矩形波信号的大小；以及

运算放大器，其基于表示所述信号频率的时钟信号和来自所述电流检测电路的检测结果，将所述矩形波信号的振幅维持为设定电流。

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