JP2000258211A - 電磁流量計 - Google Patents
電磁流量計Info
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Abstract
用電源周波数ノイズに起因する計測出力のふらつきを減
衰させる。 【解決手段】 サンプルホールド部3より後段に帯域減
衰フィルタ4を設けて、流体流速に応じて直流電位が変
化する直流流量信号13に含まれるふらつきの周波数成
分、すなわち励磁周波数の整数倍の周波数と商用電源周
波数の整数倍の周波数との差の周波数成分を減衰させ
る。
Description
し、特に商用電源周波数より高い周波数の交流励磁電流
により管内の流体に磁界を印加し、電極から得られた流
体の信号起電力を信号処理することにより計測流量を得
る電磁流量計に関するものである。
に示すような構成となっている。同図において、10は
所定の交流励磁電流に基づいて管内の流体に磁界を印加
し、流体に発生した信号起電力を検出信号として検出出
力する検出器、11は検出器10に対して所定の交流励
磁電流を出力するとともに、検出器10からの検出信号
を信号処理することにより管内の流量を算出出力する変
換器である。
信号9Cに基づいて矩形波からなる所定周波数の交流励
磁電流を出力する。検出器10の励磁コイル10Dは、
変換器11からの交流励磁電流により励磁されて、管1
0C内を流れる流体に対して所定の磁界を印加し、これ
により流体の流速に応じた振幅を有する信号起電力が発
生する。この信号起電力は、管10Cの内壁であって対
向する位置に設けられた電極10A,10Bにより検出
され、検出信号として変換器11に出力される。
下、HPFという)1において、検出器10から得られ
た検出信号のうち低周波数成分を減衰させることによ
り、この検出信号に混入するパルス状ノイズや低周波ノ
イズを減衰する。続いて、AC増幅部2において、HP
F1からの出力を交流増幅し交流流量信号12として出
力する。
部9からのスイッチング信号9A,9Bに基づいて、A
C増幅部2からの交流流量信号12をサンプリングし直
流流量信号13として出力する。演算処理部6は、A−
D変換部5を介してサンプルホールド部3からの直流流
量信号13をディジタル情報として取り込み、所定の演
算処理を実行することにより所望の計測流量値を算出
し、出力部7で所定の信号に変換して出力する。
イミングチャートであり、9Cはスイッチング部9から
の励磁信号、12はサンプルホールド部3へ入力される
交流流量信号である。また、9A,9Bはスイッチング
部9からサンプルホールド部3へ入力されるサンプリン
グ信号であり、交流流量信号12のサンプリング期間
(斜線部)を規定している。
安定性から励磁信号9C(交流流量信号12)の各パル
スの後縁付近に設けられており、サンプルホールド部3
では、このサンプリング期間だけスイッチ3A,3Bを
それぞれ短絡して交流流量信号12を積分し、直流流量
信号13として出力する。なお、交流流量信号12が正
側の場合には、スイッチング信号9Aに基づいてスイッ
チ3Aのみが短絡され、交流流量信号12が負側の場合
には、スイッチング信号9Bに基づいてスイッチ3Bの
みが短絡される。
連続したノイズ、例えば商用電源周波数50/60Hz
と等しい周波数のノイズなどが混入した場合には、サン
プルホールド部3の動作特性に起因して、ここから出力
される直流流量信号13にふらつき61が発生する。例
えば、図8では、流量を一定に保持した場合の交流流量
信号12に、この種のノイズが混入している状態を示し
ている。
る各パルス波形のサンプリング期間で、混入したノイズ
の振幅により、それぞれ誤差d0〜d7が生じる。この
誤差d0〜d7が、サンプルホールド部3によりサンプ
リングされ、ふらつき61を有する直流流量信号13と
して出力されるものとなる。図9は、サンプルホールド
部におけるノイズ周波数とふらつきの関係を示す説明図
であり、横軸は励磁周波数の倍数でノイズ周波数を示
し、縦軸はふらつきの大きさを示している。
周波数のノイズが混入した場合に最もふらつきが大き
く、励磁周波数fexを中心としてここから離れるにつれ
てふらつきが減少し、周波数ゼロおよび励磁周波数fex
の2倍のノイズ周波数でふらつきが理論上ゼロとなる山
型の特性が見られる。同様にして、励磁周波数の奇数
倍、例えば3倍,5倍‥の各ノイズ周波数を中心とし、
隣接する偶数倍、例えば2倍,4倍‥のノイズ周波数で
ふらつきが理論上ゼロとなる山型の特性が繰り返し見ら
れる。
ールド部3の動作特性を積極的に利用して、ふらつきが
理論上ゼロとなるノイズ周波数と、混入するノイズの周
波数すなわち商用電源周波数とが一致するように、励磁
周波数を選択することにより、交流流量信号12に混入
するノイズに起因する直流流量信号13のふらつきを減
衰するものとなっていた。
うな従来の電磁流量計では、商用電源周波数のノイズを
減衰する場合、その商用電源周波数とふらつきが理論上
ゼロとなるノイズ周波数とが一致するような励磁周波数
を選択させる必要があり、その場合、励磁周波数は必然
的に商用電源周波数より低い値となる。したがって、商
用電源周波数より高い周波数を励磁周波数として用いる
場合には適用できず、ふらつきを減衰できないという問
題点があった。
むスラリ流体の流量を計測する場合、これら固形物の電
極10A,10B(図7参照)へのぶつかりにより、ス
ラリ流体特有のノイズ(以下、スラリノイズという)が
ランダムに発生する。図10は、スラリノイズの周波数
特性を示す説明図であり、横軸は励磁周波数fexの倍数
でノイズ周波数を示し、縦軸はノイズの大きさを示して
いる。
リ流体のノイズ特性であり、従来の所定励磁周波数fex
の4倍付近まで、ノイズ周波数に反比例する1/f特性
が見られる。また、82は土砂を含むスラリ流体のノイ
ズ特性であり、励磁周波数fexの6倍付近まで1/f特
性が見られる。したがって、励磁周波数として比較的高
い周波数を用いることにより、これらスラリノイズの影
響を低減できると考えられる。
波数として必然的に商用電源周波数より低い値となるた
め、スラリノイズの減衰に有効な比較的高い励磁周波数
を用いる場合には適用できず、商用電源周波数ノイズに
よるふらつきを減衰できないという問題点があった。本
発明はこのような課題を解決するためのものであり、比
較的高い励磁周波数を用いる場合でも、商用電源周波数
ノイズに起因する計測出力のふらつきを減衰できる電磁
流量計を提供することを目的としている。
るために、本発明による電磁流量計は、サンプリングに
より得られた直流流量信号に含まれる周波数成分のう
ち、fexを励磁周波数、fn を商用周波数とした場合
に、下記の式 f=|mfex±nfn |(但し、m,nは正整数) に示す周波数fの成分を減衰させる帯域減衰フィルタ手
段を備えるものである。したがって、サンプリングによ
り得られた直流流量信号に含まれる周波数成分のうち、
励磁周波数と商用電源周波数との差の周波数の成分すな
わち直流流量信号に含まれるふらつきが減衰する。
ングにより得られた直流流量信号を順次ディジタル情報
に変換するA−D変換器と、これらディジタル情報のう
ち、連続する複数のディジタル情報から順次移動平均値
を算出出力する移動平均処理部とを有するものである。
したがって、A−D変換器により、サンプリングにより
得られた直流流量信号が順次ディジタル情報に変換さ
れ、移動平均処理部により、これらディジタル情報のう
ち、連続する複数のディジタル情報から順次移動平均値
が算出出力される。
ングにより得られた直流流量信号を積分しその直流電位
に応じた周波数のパルス信号に変換出力する電圧−周波
数変換部と、この電圧−周波数変換部からのパルス信号
を所定期間ごとに計数しディジタル情報として出力する
カウンタとを有するものである。したがって、電圧−周
波数変換部により、サンプリングにより得られた直流流
量信号が積分されてその直流電位に応じた周波数のパル
ス信号に変換出力され、カウンタにより、この電圧−周
波数変換部からのパルス信号が所定期間ごとに計数され
ディジタル情報として出力される。
して説明する。図1は本発明の一実施の形態である電磁
流量計のブロック図であり、同図において、前述の説明
(図7参照)と同じまたは同等部分には、同一符号を付
してある。図1において、10は所定の交流励磁電流に
基づいて管内の流体に磁界を印加し、流体に発生した信
号起電力を検出信号として検出出力する検出器、11は
検出器10に対して所定の交流励磁電流を出力するとと
もに、検出器10からの検出信号を信号処理することに
より管内の流量を算出出力する変換器である。
は被測定流体が流れる管10Cの内壁に対向して配置さ
れ、流体に発生した信号起電力を検出する電極、励磁コ
イル10Dは変換器11からの交流励磁電流に基づいて
励磁され、管10C内の流体に磁界を印加するコイルで
ある。変換器11において、スイッチング部9は、所定
クロックに基づいて後述するサンプリング信号9A,9
Bおよび励磁信号9Cを生成出力する回路部、励磁部8
はスイッチング部9からの励磁信号9Cに基づいて矩形
波からなる所定周波数の交流励磁電流を出力する回路部
である。
1は、検出器10の電極10A,10Bから得られた検
出信号のうち、低周波数成分を減衰させることにより、
この検出信号に混入するパルス状ノイズや低周波ノイズ
を減衰する回路部、AC増幅部2は、LPF2からの検
出信号を交流増幅し、流体流速に応じて振幅が変化する
交流流量信号12として出力する回路部、サンプルホー
ルド部3は、スイッチング部9からのスイッチング信号
9A,9Bに基づいて、AC増幅部2からの交流流量信
号12をサンプリングし、流体流速に応じて直流電位が
変化する直流流量信号13として出力する回路部であ
る。
4はサンプルホールド部3からの直流流量信号13に含
まれる、励磁周波数と商用電源周波数との差の周波数成
分を減衰する回路部、A−D変換部5はBEF4からの
直流流量信号13を積分しディジタル情報に変換する回
路部、演算処理部6はA−D変換部5からのディジタル
情報に対して所定の演算処理を実行することにより所望
の流量を算出する回路部、出力部7は演算処理部6で算
出された流量を所定の信号に変換して出力する回路部で
ある。
いて説明する。なお、本発明によるサンプリング動作の
タイミングについては、前述の説明(図8)と同様であ
る。スイッチング部9からの励磁信号9Cに基づいて、
商用電源周波数fn より高い所定周波数fexを有する矩
形波の交流励磁電流が変換器11の励磁部8から出力さ
れ、検出器10の励磁コイル10Dが励磁される。
て、管10C内を流れる流体に対して所定の磁界が印加
され、流体の流速に応じた振幅を有する信号起電力が発
生する。この信号起電力は、管10Cの内壁であって対
向する位置に設けられた電極10A,10Bにより検出
され、検出信号として変換器11に出力される。変換器
11のHPF1では、検出器10から得られた検出信号
のうち低周波数成分が減衰されて、この検出信号に混入
するパルス状ノイズや低周波ノイズが減衰される。
からの出力が交流増幅され交流流量信号12として出力
される。サンプルホールド部3では、スイッチング部9
からのスイッチング信号9A,9Bが示すサンプリング
期間(図8参照)に基づいて、AC増幅部2からの交流
流量信号12がサンプリングされ直流流量信号13とし
て出力される。
性から交流流量信号12の各パルスの後縁付近に設けら
れており、サンプルホールド部3では、このサンプリン
グ期間だけスイッチ3A,3Bをそれぞれ短絡して交流
流量信号12を積分し、直流流量信号13として出力す
る。また、交流流量信号12が正側の場合には、スイッ
チング信号9Aに基づいてスイッチ3Aのみが短絡さ
れ、交流流量信号12が負側の場合には、スイッチング
信号9Bに基づいてスイッチ3Bのみが短絡される。
ち、励磁周波数fexと商用電源周波数fn (50/60
Hz)との差の周波数成分が減衰される。ここで、サン
プルホールド部3から出力される直流流量信号13のノ
イズ特性について説明する。前述(図8参照)のよう
に、交流流量信号12に商用電源周波数のノイズが混入
する場合、サンプルホールド部3の動作特性により、直
流流量信号13にふらつきが発生する。
周波数特性を示す説明図であり、直流流量信号13のふ
らつきは、励磁周波数fex(21)のm倍の周波数と商
用電源周波数fn (22)のn倍の周波数(m,nは正
整数,かつmまたはnのいずれかが1以外)との差の周
波数、すなわちmfex−nfn (23),mfex+nf
n (24)に発生する。したがって、図2に示すような
周波数特性25,26を有するBEF4をサンプルホー
ルド部3の後段に設けて、直流流量信号13に含まれる
差の周波数成分23,24を減衰することにより、商用
電源周波数ノイズに起因して発生するふらつきを減衰す
ることができる。
成分23よりも信号周波数成分(直流とその付近)から
離れた周波数に位置していることから、一般的なLPF
で十分に減衰できる場合も多い。したがって、差の周波
数成分24については、その周波数が励磁周波数fexよ
り高く、後段の積分型A−D変換部5あるいは演算処理
部6の処理によりある程度減衰されることから、BEF
4において差の周波数成分23のみを減衰するようにし
てもよい。このようにして、BEF4により、直流流量
信号13から商用電源周波数ノイズに起因して発生する
ふらつきが減衰され、A−D変換部5に出力される。
流量信号13を、その直流電位に対応するディジタル情
報として出力する。演算処理部6では、A−D変換部5
を介してサンプルホールド部3からの直流流量信号13
がディジタル情報として取り込まれ、所定の演算処理を
実行することにより、流体流速から所望の計測流量値を
算出し、出力部7で所定の信号に変換して出力する。
ィルタやディジタルフィルタなどの一般的な構成例が考
えられるが、移動平均処理の周波数特性を利用して、B
EF4をA−D変換部5により実現してすることによ
り、BEF4を別体として設ける必要がなくなる。図3
はA−D変換部の構成例を示す説明図であり、(a)は
移動平均処理部を用いた例、(b)は電圧−周波数変換
部を用いた例を示している。
−D変換器5Aでディジタル情報に変換し、移動平均処
理部5Bにおいて、これらディジタル情報のうち連続す
る複数個のデータの平均値を順次算出して演算処理部6
へ出力される。したがって、サンプルホールド部3から
の直流流量信号13がA−D変換器5により順次ディジ
タル情報に変換され、さらに、これらディジタル情報
が、その前または後に連続する複数のディジタル情報と
平均化され、もとの直流流量信号13に混入するパルス
状ノイズが減衰される。
明図であり、横軸は入力信号周波数fと移動平均時間τ
とのfτ積を示し、縦軸は出力のレベルを示している。
移動平均時間τとは、順次入力されるディジタル情報に
おいて移動平均を行うデータ数分に対応する一定の時間
区間のことである。移動平均処理は、この移動平均時間
τと入力信号周波数fとの積fτの整数倍の周波数で、
出力レベルが大幅に減衰するという特性を有している。
時間区間τを選択し、移動平均処理後の出力レベルが大
幅に減衰する周波数を、前述したふらつきの周波数成分
である差の周波数成分23,24(図2参照)と一致さ
せることにより、直流流量信号13に含まれるふらつき
を減衰させることができる。たとえば、励磁周波数fex
=66.7Hz(m=1)で、商用電源周波数fn=5
0Hzの2倍(n=2)の高周波成分が発生する場合に
は、低周波数側の差の周波数f(=|mfex−nfn
|)=33.3Hzとなる。
とすることにより、fτ=1となり、差の周波数f=3
3.3Hzを大幅に減衰させることができる。なお、移
動平均時間τ=0.03sとした場合、fτ=5では、
差の周波数mfex+nfn に等しい周波数成分f=16
6.7Hzが大幅に減衰されるものとなり、いずれの差
の周波数も効率よく減衰させることができる。
部5を電圧−周波数変換部(以下、V−F変換部とい
う)により構成したものである。V−F変換部とは、入
力信号電圧を所定の時定数で積分し、その積分電圧値に
対応する周波数パルスを出力するものであり、前述した
移動平均処理と同様の特性を有することが知られてい
る。
を所定期間ごとにカウンタ5Dで計数し、その計数値を
ディジタル情報として演算処理部6へ出力している。こ
れにより、前述のA−D変換器5Aおよび移動平均処理
部5Bを用いる場合と比較して、V−F変換部5Cを用
いた方が回路構成部品が安価となり、変換器11のコス
トダウンが図れる。
した例を図5に示す。図5はBEFの構成例を示す回路
図であり、ここでは、直列接続された容量素子41,4
2と、直列接続された抵抗素子43,44とが、並列的
に接続されており、容量素子41,42の接続点と接地
電位との間に抵抗素子45が接続され、抵抗素子43,
44の接続点と接地電位との間に容量素子46が接続さ
れて、BEFが構成されている。
素子43,44,45の値を選択することにより、所望
の周波数特性を有するBEF4を構成できる。なお、こ
れ以外にも、BEFの構成例は多数あり、いずれを用い
ても同様の効果が得られる。
は、それら周波数にあわせた複数の周波数特性を有する
BEF4を構成すればよい。例えば図6(a)に示すよ
うに、励磁周波数fex=165Hz,商用周波数fn =
50Hzの場合、|fex±3fn|=15Hz(m=
1,n=3)の成分を除去する特性のほかに、|fex±
4fn|=35Hz(m=1,n=4)や|3fex±1
0fn|=5Hz(m=3,n=10)の成分を除去す
る特性を持たせてもよい。
れかが1以外の場合を例にして説明したが、mおよびn
がいずれも1の場合にも適用できる。すなわち、図6
(b)に示すように、励磁周波数fex=82.5Hz,
商用周波数fn =50Hzの場合、|fex±fn|=3
2.5Hz(m=1,n=1)の成分を除去する特性の
ほかに、|3fex±5fn|=2.5Hz(m=3,n
=5)や|5fex±8fn|=12.5Hz(m=5,
n=8)さらには|7fex±11fn|=27.5Hz
(m=7,n=11)などの成分を除去する特性を持た
せてもよい。
線路を共用して伝送される方式すなわち2線式の電磁流
量計を例にして説明したが、これに限定されるものでは
なく、信号と電源とが異なる線路で伝送される方式、例
えば4線式の電磁流量計であっても本発明を適用でき、
前述と同様の作用効果が得られる。
リングにより得られた直流流量信号に含まれる周波数成
分のうち、励磁周波数の整数倍の周波数と商用電源周波
数の整数倍の周波数との差の周波数の成分を減衰させる
帯域減衰フィルタ手段を設けたので、直流流量信号に含
まれる周波数成分のうち、励磁周波数の整数倍の周波数
と商用電源周波数の整数倍の周波数との差の周波数の成
分を減衰させることができ、例えば商用電源周波数より
十分大きい励磁周波数を用いた場合でも、商用電源周波
数ノイズの歪みにより発生する高調波成分の影響を抑制
でき、スラリ流体が発生するスラリノイズを低減できる
とともに、商用電源周波数ノイズに起因してサンプリン
グ後の直流流量信号に発生するふらつきを減衰できる。
ングにより得られた直流流量信号を順次ディジタル情報
に変換するA−D変換器と、これらディジタル情報のう
ち、連続する複数のディジタル情報から順次移動平均値
を算出出力する移動平均処理部とから構成したものであ
る。また、帯域減衰フィルタ手段を、サンプリングによ
り得られた直流流量信号を積分しその直流電位に応じた
周波数のパルス信号に変換出力する電圧−周波数変換部
と、この電圧−周波数変換部からのパルス信号を所定期
間ごとに計数しディジタル情報として出力するカウンタ
とから構成したものである。したがって、流量信号をデ
ィジタル処理する場合には必要となるA−D変換部を利
用することができ、帯域減衰フィルタ手段を別体の回路
部として追加する必要がない。
ロック図である。
である。
る。
図である。
ャートである。
ふらつきの関係を示す説明図である。
ある。
部)、3…サンプルホールド部、4…BEF(帯域減衰
フィルタ手段)、5…A−D変換部、5A…A−D変換
器、5B…移動平均処理部、5C…V−F変換部(電圧
−周波数変換部)、5D…カウンタ、6…演算処理部、
7…出力部、8…励磁部、9…スイッチング部、9A,
9B…サンプリング信号、9C…励磁信号、10…検出
器、10A,10B…電極、10C…管、10D…励磁
コイル、11…変換器、12…交流流量信号、13…直
流流量信号。
Claims (3)
- 【請求項1】 商用電源周波数より高い所定の励磁周波
数の交流励磁電流により管内の流体に磁界を印加し、そ
の流体から検出した信号起電力を増幅してサンプリング
し、得られた直流流量信号をディジタル情報に変換して
計測流量を算出する電磁流量計において、 サンプリングにより得られた直流流量信号に含まれる周
波数成分のうち、fexを励磁周波数、fn を商用周波数
とした場合に、下記の式 f=|mfex±nfn |(但し、m,nは正整数) に示す周波数fの成分を減衰させる帯域減衰フィルタ手
段を備えることを特徴とする電磁流量計。 - 【請求項2】 請求項1記載の電磁流量計において、 帯域減衰フィルタ手段は、 サンプリングにより得られた直流流量信号を順次ディジ
タル情報に変換するA−D変換器と、 これらディジタル情報のうち、連続する複数のディジタ
ル情報から順次移動平均値を算出出力する移動平均処理
部とを有することを特徴とする電磁流量計。 - 【請求項3】 請求項1記載の電磁流量計において、 帯域減衰フィルタ手段は、 サンプリングにより得られた直流流量信号を積分しその
直流電位に応じた周波数のパルス信号に変換出力する電
圧−周波数変換部と、 この電圧−周波数変換部からのパルス信号を所定期間ご
とに計数しディジタル情報として出力するカウンタとを
有することを特徴とする電磁流量計。
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