JP2003042821A - 電磁流量計及び電磁流量計の信号処理方法 - Google Patents

電磁流量計及び電磁流量計の信号処理方法

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JP2003042821A
JP2003042821A JP2001227465A JP2001227465A JP2003042821A JP 2003042821 A JP2003042821 A JP 2003042821A JP 2001227465 A JP2001227465 A JP 2001227465A JP 2001227465 A JP2001227465 A JP 2001227465A JP 2003042821 A JP2003042821 A JP 2003042821A
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frequency
exciting
electromagnetic flowmeter
excitation
electromagnetic
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Hironobu Ota
博信 太田
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 管路に設けた励磁用コイルに周波数の異なる
励磁用周波数を順次に印加して流量信号に重畳するラン
ダムノイズを減少させる電磁流量計を提供する。 【解決手段】 被測定流体を流す管路に電磁界を発生さ
せる励磁用コイルと、この管路に設けた一対の測定電極
と、励磁用コイルに所定の励磁周波数からなる励磁電流
を印加する励磁回路と、を少なくとも備えた電磁流量計
であって、励磁周波数は、順次切り換えることができる
周波数からなることである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁流量計及び電
磁流量計の信号処理方法に関し、詳しくは被測定流体を
測定するために励磁電流を印加する励磁周波数を複数の
励磁周波数で順次切り換えて印加することにより、流量
信号に含まれるランダムノイズの影響を低減する信号処
理手法を備えた電磁流量計及び電磁流量計の信号処理方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来使用されている電磁流量計は、図3
に示すように、被測定流体を流す管路11を形成するパ
イプに備えた励磁用コイル12と、管路11の対向する
位置に備えた被測定流体の磁気変化を検出する第1及び
第2の測定電極13、14と、第1及び第2の測定電極
13、14からの信号を増幅する差動増幅器15と、増
幅された信号を所定のクロック信号でサンプリングする
サンプリング回路部16と、サンプリングした信号をデ
ジタル信号に変換するA/D変換部17と、デジタル値
に変換された信号を処理するプロセッサー18、ROM
19、RAM20、EEPROM21と、励磁用コイル
12に所定の励磁周波数からなる励磁電流を印加する励
磁回路部22とから構成されている。
【0003】励磁回路部22は、励磁用コイル12に一
定の励磁周波数からなる励磁電流を印加するもので、そ
の印加された励磁電流により一定の電磁界を管路11内
部に発生させることができ、その電磁界の変化を第1及
び第2の測定電極13、14で検出することにより被測
定流体の流量を測定する。
【0004】このような構成からなる電磁流量計におけ
る動作は、先ず、所定の励磁タイミングで電磁流量計の
励磁用コイル12に励磁電流を流すと、第1及び第2の
測定電極13、14には流量信号esが発生する。この
流量信号esを差動増幅器15で増幅したのち信号サン
プリングタイミングに基づいてサンプリングし、そのサ
ンプリングしたデータをA/D変換部17でデジタル信
号に変換したのち、プロセッサー18で信号処理する。
【0005】一方、第1及び第2の測定電極13、14
で得られた流量信号esには、図4に示すように、微分
波形形状の微分ノイズ、序々に増大するランプ状ノイ
ズ、信号形態が一定しないランダムノイズが重畳してい
る。
【0006】微分ノイズは、流体条件等により変化し、
ゼロ点の安定性に影響する。ゼロ点の安定性を確保する
ため、微分ノイズが十分小さくなった後のP1〜P2の
位置で、流量信号esはサンプリングタイミングでサン
プリングされる。更に、ランプ状ノイズ(図4において
N1、N2、N3)を除去するため、下記の式1に基づ
いてダンピング演算する。ここで、esk、esk+
1、esk+2は、それぞれk番目、k+1番目、k+
2番目のサンプリングにより得られた流量信号(ノイズ
を含む)esを表わしている。
【0007】 es=(esk−2esk+1+esk+2)/4・・・式(1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た流量信号に含まれているノイズのうち、ランダムノイ
ズには多くの周波数成分が含まれている、反面、第1及
び第2の測定電極で検出する流量信号は微弱なため、こ
のランダムノイズの影響を受け易く,その出力は揺動し
てしまうという問題がある。
【0009】ここで、図5に示すように、信号周波数を
fs、ノイズ周波数をfnとした出力には、(fs−f
n)の周波数のビート(ゆっくりした揺動)が発生す
る。信号周波数とのかけ離れた周波数のノイズ成分はダ
ンピング演算(例えば、一次のローパスフィルター処
理)により除去できる。
【0010】しかし、ノイズ周波数fnが信号周波数f
sと極めて近い場合(fs≒fn)、ビート周波数も極
めて少さい値(0.1Hz以下)となるため、上述のダ
ンピング演算では除去できない。
【0011】又、この揺動は、時間変化はゆっくりして
いるが(例えば、分オーダーで変化する)、揺動幅は大
きくなるのが特徴である。このため、ダンピング演算の
時定数を大きくしないと出力の揺動は除去できない。し
かし、ダンピング演算の時定数を大きくすると流量の変
化に対し応答性が悪くなる欠点がある。
【0012】従って、流量信号に存在するランダムノイ
ズを別途回路等を複雑にしないで効率よく低減させる信
号処理手法に解決しなければならない課題を有する。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明に係る電磁流量計及び電磁流量計の信号処理
方法は、次に示すような構成にすることである。
【0014】(1) 被測定流体を流す管路に電磁界を
発生させる励磁用コイルと、該管路に設けた一対の測定
電極と、前記励磁用コイルに所定の励磁周波数からなる
励磁電流を印加する励磁回路と、を少なくとも備えた電
磁流量計であって、前記励磁周波数は、順次切り換える
ことができる周波数からなることを特徴とする電磁流量
計。 (2) 前記順次切り換えることができる周波数は、複
数の異なる周波数を順次切り換えて繰り返すようにした
ことを特徴とする(1)に記載の電磁流量計。 (3) 前記複数の異なる周波数からなる励磁周波数の
切り換え周期は、出力のダンピング演算の時定数よりも
十分小さい値であることを特徴とする(1)乃至(2)
に記載の電磁流量計。 (4) 前記複数の異なる周波数からなる励磁周波数の
差Δfsは、出力のダンピング演算の時定数τとは、 Δfs>>1/(2πτ) の関係を満足するようにしたことを特徴とする(1)乃
至(3)に記載の電磁流量計。
【0015】(5) 被測定流体を流す管路に電磁界を
発生させ、該電磁界の変化により流量信号を検出して被
測定流体の流量を測定する電磁流量計において、前記電
磁界を発生させる励磁電流の励磁周波数を順次切り換え
るようにして、前記流量信号に重畳する微分ノイズ、ラ
ンプノイズ、ランダムノイズの内、ランダムノイズの低
減を図るようにしたことを特徴とする電磁流量計の信号
処理方法。 (6) 前記順次切り換える励磁周波数は、複数の異な
る周波数を順次切り換えて繰り返す周波数であることを
特徴とする(4)に記載の電磁流量計の信号処理方法。 (7) 前記複数の異なる周波数からなる励磁周波数の
切り換え周期は、出力のダンピング演算の時定数よりも
十分小さい値であることを特徴とする(5)乃至(6)
に記載の電磁流量計の信号処理方法。 (8) 前記複数の異なる周波数からなる励磁周波数の
差Δfsは、出力のダンピング演算の時定数τとは、 Δfs>>1/(2πτ) の関係を満足するようにしたことを特徴とする(5)乃
至(7)に記載の電磁流量計。
【0016】このように、複数の励磁周波数を順次に切
り換えた励磁電流により励磁用コイルを励磁させること
で、第1及び第2の測定電極で検出する流量信号に含ま
れるノイズのうちランダムノイズにより発生する揺動を
小なくできる。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、本発明の電磁流量計及び電
磁流量計の信号処理方法の実施形態について、図面を参
照して説明する。尚、従来技術で説明したものと同一の
ものには同一の符号を付与して説明する。
【0018】本発明に係る電磁流量計は、図1に示すよ
うに、被測定流体を流す管路11を形成するパイプに備
えた励磁用コイル12と、管路11の対向する位置に備
えた被測定流体の磁気変化を検出する第1及び第2の測
定電極13、14と、第1及び第2の測定電極13,1
4からの信号を増幅する差動増幅器15と、増幅された
信号を所定のクロック信号でサンプリングするサンプリ
ング回路部16と、サンプリングした信号をデジタル信
号に変換するA/D変換部17と、デジタル値に変換さ
れた信号を処理するプロセッサー18、ROM19、R
AM20、EEPROM21と、励磁用コイル12に複
数の異なる励磁周波数を順次発生させると共に、所定の
複数の異なる励磁周波数を組にして繰り返し発生させる
励磁周波数切換部30を備えた励磁回路部22とから構
成されている。
【0019】励磁回路部22は、励磁用コイル12に一
定の励磁周波数からなる励磁電流を印加するもので、そ
の印加された励磁電流により一定の電磁界を管路11内
部に発生させることができ、その電磁界の変化を第1及
び第2の測定電極13、14で検出することにより被測
定流体の流量を測定する。この励磁周波数は励磁周波数
切換部30により複数の異なる励磁周波数を発生させる
ことができる。例えば、図2に示すように、高い周波数
から順に低い周波数であるf1、f2、f3からなる励
磁周波数を順次に繰り返して励磁用コイル12に供給す
る。
【0020】即ち、この励磁周波数は、2つ以上の励磁
周波数fsk(k≧2)で励磁用コイル12を励磁し、
これを順次切り換える。切り換えの周期Tは、最小のダ
ンピング時定数τに比べ十分小さい値とする。又、隣り
合った励磁周波数の差をΔfs、最小のダンピング時定
数をτとすると、 Δfs≫(1/(2πτ)) が成り立つように励磁周波数の差を選ぶ。
【0021】また、励磁周波数が複数の場合は、従来技
術で説明したダンピング演算の式1は、下記に示す式2
のように修正する必要がある。その他の動作は従来例と
同じである。
【0022】 流量信号es= (mk・esk−2mk+1・esk+1・mk+2・esk+2)・・・式2 mk(k=整数)は励磁周波数に関係した補正係数
【0023】このように、複数の励磁周波数を切り換え
て励磁用コイル12を励磁するようにすると、図2に示
すように、(a)複数の励磁周波数に対して、(b)ダ
ンピング演算前の出力揺動に対して、ランダムノイズと
信号周波数との周波数差による出力揺動の継続時間が短
くなり、更に、その切り換え周期がダンピング演算の時
定数よりも短いため、結果として出力揺動の幅が小さく
できる((c)参照)。切り換え周期を短くすれば、ダ
ンピング時定数を余り大きくする必要がないので、流量
の変化に対しても応答性を良くすることができる。
【0024】尚、信号処理が複雑になるが、励磁周波数
の切り換えは必ずしも一定の周期である必要はなく、時
定数に比べ十分短いという条件の範囲でランダムな周期
でもよい。又、実施例では励磁周波数が高いほうから低
いほうに変化させているが、励磁周波数の切り換えの順
番は任意でよい。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明の電磁流
量計は、複数の励磁周波数を切り換えて励磁用コイルを
励磁するようにしたことにより、ランダムノイズと信号
周波数との周波数差による出力揺動の継続時間が短くな
り、更に、その切り換え周期がダンピング演算の時定数
よりも短いため、揺動の幅が小さくできると共に、切り
換え周期を短くすれば、ダンピング時定数を余り大きく
する必要がないので、流量の変化に対しても応答性が良
くすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電磁流量計のブロック図である。
【図2】同励磁周波数を順次に切り換える様子を示した
タイミングチャートである。
【図3】従来技術における電磁流量計のブロック図であ
る。
【図4】従来技術における電磁流量計のブロック図であ
る。
【図5】ランダムノイズによる出力揺動を示したグラフ
である。
【符号の説明】
11 管路 12 励磁用コイル 13 第1の測定電極 14 第2の測定電極 15 差動増幅器 16 サンプリング回路部 17 A/D変換部 18 プロセッサ 19 ROM 20 RAM 21 EEPROM 22 励磁回路部 30 励磁周波数切換部

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定流体を流す管路に電磁界を発生さ
    せる励磁用コイルと、該管路に設けた一対の測定電極
    と、前記励磁用コイルに所定の励磁周波数からなる励磁
    電流を印加する励磁回路と、を少なくとも備えた電磁流
    量計であって、前記励磁周波数は、順次切り換えること
    ができる周波数からなることを特徴とする電磁流量計。
  2. 【請求項2】 前記順次切り換えることができる周波数
    は、複数の異なる周波数を順次切り換えて繰り返すよう
    にしたことを特徴とする請求項1に記載の電磁流量計。
  3. 【請求項3】 前記複数の異なる周波数からなる励磁周
    波数の切り換え周期は、出力のダンピング演算の時定数
    よりも十分小さい値であることを特徴とする請求項1乃
    至2に記載の電磁流量計。
  4. 【請求項4】 前記複数の異なる周波数からなる励磁周
    波数の差Δfsは、出力のダンピング演算の時定数τと
    は、 Δfs>>1/(2πτ) の関係を満足するようにしたことを特徴とする請求項1
    乃至3に記載の電磁流量計。
  5. 【請求項5】 被測定流体を流す管路に電磁界を発生さ
    せ、該電磁界の変化により流量信号を検出して被測定流
    体の流量を測定する電磁流量計において、前記電磁界を
    発生させる励磁電流の励磁周波数を順次切り換えるよう
    にして、前記流量信号に重畳する微分ノイズ、ランプノ
    イズ、ランダムノイズの内、ランダムノイズの低減を図
    るようにしたことを特徴とする電磁流量計の信号処理方
    法。
  6. 【請求項6】 前記順次切り換える励磁周波数は、複数
    の異なる周波数を順次切り換えて繰り返す周波数である
    ことを特徴とする請求項4に記載の電磁流量計の信号処
    理方法。
  7. 【請求項7】 前記複数の異なる周波数からなる励磁周
    波数の切り換え周期は、出力のダンピング演算の時定数
    よりも十分小さい値であることを特徴とする請求項5乃
    至6に記載の電磁流量計の信号処理方法。
  8. 【請求項8】 前記複数の異なる周波数からなる励磁周
    波数の差Δfsは、出力のダンピング演算の時定数τと
    は、 Δfs>>1/(2πτ) の関係を満足するようにしたことを特徴とする請求項5
    乃至7に記載の電磁流量計。
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