JP2004117011A

JP2004117011A - 容量式電磁流量計

Info

Publication number: JP2004117011A
Application number: JP2002276637A
Authority: JP
Inventors: Yoshitomi Sameda; 鮫田　芳富; Tatsuya Kimura; 木村　達也; Hiroshi Nakatani; 中谷　博司; Takashi Higuchi; 樋口　隆司
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: JP4053392B2

Abstract

【課題】本発明は、流体ノイズ、微分ノイズの影響を受けない空検出が可能な容量式電磁流量計を提供することを目的とする。
【解決手段】被測定流体２の流速に比例した検出信号ｅを、測定管１と一対の面電極４Ａ、４Ｂとで形成される静電容量を介して検出する容量式電磁流量計において、前記一方の面電極からの第１の信号を増幅する増幅部の出力と前記一方の面電極に対応するガード電極との間に、空検出信号発生回路９から励磁電流の基本周波数より高い周波数の空検出信号を印加し、前記一対面電極４Ａ、４Ｂからの検出信号に含まれる前記空検出信号の周波数成分をフーリエ変換処理によって分離検出して、この出力を所定のレベルで比較判定する比較判定処理機能を持つ信号処理部１１を備えたことを特長とする容量式電磁流量計。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定管を流れる被測定流体の流量を測定する電磁流量計に関し、更に詳しくは被測定流体の空状態を検出できる容量式電磁流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ポンプ等を用いて流体を輸送する場合、配管の状態によってはポンプが停止すると配管の中が空になる場合がある。この時、電磁流量計の出力に誤差が生じる為、空検知機能を有する電磁流量計が開発されている。接液形の電磁流量計の場合は、流体の流速に比例する起電圧を検出する電極間のインピーダンスが、満水時と空時で大きく異なるため、空検知が比較的容易に行えた。
【０００３】
しかし、電極が被測定流体に接触しない容量式電磁流量計の場合においては、電極間インピーダンスが非常に高いため、空検知は困難な点が多い。
【０００４】
この空検知をするため、励磁電流の立ち上がり時と立下り時に検出信号に重畳する微分ノイズを検出し、空時や異物付着時の電極間インピーダンスの変化によって生じる微分ノイズの変動の差を求めて空状態を検出（以後、空検出と言い、空検出は、異物付着を含むものと定義する。）している。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２６１８０８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法は励磁電流の変化時に、検出信号に誘導されるノイズ成分（以後微分ノイズと称す）のピーク値をサンプリングして検出する方法であるので、検出信号に重畳するノイズ成分によって微分ノイズのピーク値が変化する。
【０００７】
例えば、励磁コイルによって印加される励磁磁場の反磁場となる渦電流の変動によって励磁磁界波形に変動が生じるので、微分ノイズの波形が歪むことになる。
【０００８】
また、被測定流体が低導電体の場合、被測定流体が流動することによって被測定流体中に流体ノイズと呼ばれる低周波の電位変動が発生する。この雑音は、流速に比例して変動する特性を持っているが、この雑音成分も検出信号に重畳するため、微分ノイズの波形が歪むことになる。
【０００９】
この様に、微分ノイズのピーク値を捉える方法では、微分ノイズの波形の歪みの影響を受けやすく、また、流体ノイズの変動等に対して安定した空検出が困難であった。
【００１０】
本発明は、上記点に鑑みてなされたもので、流体ノイズ、微分ノイズの影響を受けにくい空検出が可能な容量式流量計を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の容量式電磁流量計は、被測定流体を流す測定管の外壁に対向して配置された励磁コイルと、前記励磁コイルによる磁場の方向と直行する方向で前記測定管の外壁に対向対置された一対の面電極と、及びガード電極と、前記測定管と面電極との間、及び面電極と面電極を覆う様に配置されたガード電極との間の静電容量を介して前記被測定流体の流速に比例して発生する起電圧を増幅する手段と、この起電圧を増幅する手段の出力から差動増幅器を介して流量を求める信号処理手段と、前記１対の面電極の一方の面電極からの第１の信号を増幅する増幅部の出力と、前記一方の面電極に対応するガード電極との間に前記励磁コイルにおける励磁電流の基本周波数より高い周波数の第２の信号を印加する手段と、前記差動増幅器の出力信号の周波数成分を検出する分離検出手段と、前記第２の信号の周波数成分の分離検出手段の出力を所定のレベルで比較判定する比較判定出力手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、流体ノイズ、微分ノイズの影響を受けにくい空検出が可能な容量式電磁流量計を提供することが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図１乃至図５を参照して説明する。図１は本発明に係る容量式電磁流量計を説明する概略図である。
【００１４】
本発明の実施の形態による容量式電磁流量計は、流速に比例する起電圧を検出する検出部１０と、検出部１０で検出された検出信号ｅから流量測定処理と空判定処理を行う信号処理部１１とで構成される。
【００１５】
検出部１０を示す図１において、１は被測定流体２を流す測定管で、セラミックス等の絶縁物で作られる。４Ａ、４Ｂは、被測定流体２中で発生した起電圧を検出するための面状の電極で、この面電極４Ａ、ＡＢは、被測定流体２とは測定管１で絶縁され、測定管１の外周、又は、測定管１の管壁内に埋め込まれて対向配置されている。
【００１６】
前記測定管１の外周面には、前記面電極４Ａ、４Ｂを結ぶ軸と前記測定管１の管軸と直交する方向に磁場が形成される様に、励磁コイル３Ａと３Ｂが対向して配置されている。そして、励磁コイル３Ａ、３Ｂの外周面は静電シールドされ、基準電位であるアースＧに接続されている。
【００１７】
面電極４Ａ、４Ｂの外周には、これらを覆う様に所定の距離と絶縁を保持して、ガード電極５Ａと５Ｂが夫々配置されている。また、測定管１の図示しない両端部には、被測定流体２の基準電位となる接液電極Ｅが設けられ、前記アースＧと接続されている。
【００１８】
面電極４Ａ、４Ｂは夫々、前置増幅器６Ａ、６Ｂの非反転入力端＋に接続され、その出力端は夫々、反転入力端−に接続されている。また、一方のガード電極５Ａと前記前置増幅器６Ａの出力端との間には、後述する空検出信号発生回路９が接続される。他方のガード電極５Ｂは、前記前置増幅器６Ｂの出力に接続されている。
【００１９】
８は励磁回路で、図示しない制御回路からの信号を受信して励磁コイル３Ａ、３Ｂに矩形波の励磁電流ｉ_Ｆを供給する。この励磁電流ｉ_Ｆの周波数は、流体ノイズと区別する上で有利な周波数、例えば２００Ｈｚに設定しておく。この理由を図２で説明する。
【００２０】
図２は、前述した流体ノイズの測定結果の一例を図示したもので、横軸は周波数、縦軸はノイズ電力ｄＢｍで、流速が２．５ｍ／ｓｅｃの時と、０．５ｍ／ｓｅｃの時の特性を示す。
【００２１】
この図に示す様に、一般的に流体ノイズは流速が早くなると大きくなるが、被測定流体の流速にかかわらず１０Ｈｚ程度から減衰し、２００Ｈｚ当たりで−７０ｄＢｍレベルに収束する傾向を示す。このことから、励磁周波数は、被測定流体２の流速で発生する起電圧とのＳ／Ｎが高くなる２００Ｈｚ以上に設定する。
【００２２】
再び図１に戻って、前記前置増幅器６Ａ、６Ｂの出力は差動増幅器７の入力端に接続され、差動増幅器７の出力は、信号処理ブ１１を構成するアナログデジタル変換回路（以後ＡＤＣ回路と言う）１１１、流量測定処理部１１２、及び空判定処理部１１３の入力部であるＡＤＣ回路１１１の入力に接続される。
【００２３】
このＡＤＣ回路１１１への入力信号である検出信号ｅは、ＡＤＣ回路１１１でデジタル信号に変換され、以降デジタル処理されるため、検出信号ｅに含まれる周波数成分を失わない様にサンプリングの定理を満たす条件、即ち、この検出信号ｅに含まれる周波数成分の２倍位以上のサンプリング周波数に変換しておく。
【００２４】
例えば、検出信号ｅの周波数成分としては、検出電圧の周波数成分、即ち励磁周波数２００Ｈｚとこの第３高調波成分６００Ｈｚ，第５高調波周波数１０００Ｈｚまでの周波数成分を失うことなくデジタル処理するために必要なサンプリング周波数である、２ｋＨｚに設定しておく。
【００２５】
次に、各部の詳細設定について説明する。まず、空検出信号発生回路９の詳細について図３で説明する。前述した様に、この回路９は、正弦波の空検出信号発振回路９２で、励磁周波数（以後ｆ０と言う）２００Ｈｚよりもさらに高い空検出周波数（以後ｆ１と言う）５００Ｈｚの正弦波信号を発振させ、空検出信号発振回路９２の出力を増幅器９１の−入力端に抵抗Ｒ１を介してで接続し、更に、増幅器９１のフィードバック抵抗Ｒ２を介して増幅器９１の出力端をガード電極５Ａに接続しておく。
【００２６】
また、前置増幅器６Ａの出力端を分圧抵抗Ｒ３とＲ４を介して、前記増幅器９１の＋入力端に接続し、流速に比例して発生する電極間の起電圧と同程度の１０ｍＶレベルの空検出用微小信号ｖ_ＮＥとして、面電極４Ａとガード電極５Ａの間に印加される様に、抵抗Ｒ１乃至Ｒ４の各々の抵抗値を選択して設定する。
【００２７】
例えば、図３において、前置増幅器６Ａの＋端と−端は同一電位と見なされるので面電極４Ａの電位ｅ_Ａ、ガード電極５Ａの電位ｖ_Ｇ、空検出信号回路９２より印加する信号をｖ_Ｎとすると、
Ｒ２／Ｒ１・ｖ_Ｎ＝ｅ_Ａ（１＋Ｒ２／Ｒ１）（Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４））−ｖ_Ｇ
＝ｅ_Ａ−ｖ_Ｇ
＝ｖ_ＮＥ
の関係が成立するので、抵抗Ｒ１、Ｒ４を１００ＫΩ、抵抗Ｒ２、Ｒ３を１ＫΩとし、信号ｖ_Ｎとして、１Ｖ、５００Ｈｚの信号を抵抗Ｒ１の一方の端から印加すると、面電極４Ａとガード電極５Ａの間に空検出用微小信号ｖ_ＮＥ（ｅ_Ａ−ｖ_Ｇ）として１０ｍＶの信号が印加される。
【００２８】
この様に設定された容量式電磁流量計の動作について、図１でその概要を説明する。励磁コイル３Ａ、３Ｂに印加する励磁電流ｉ_Ｆで定常値を持つ矩形波の正負信号を印加すると、ほぼ同様の波形を持つ磁場が印加される。
【００２９】
ここで、被測定流体２が流れると、被測定流体２の流速に比例した起電圧が発生し、被測定流体２と面電極４Ａ、４Ｂとの間の静電容量を介して、前置増幅器６Ａ、６Ｂで増幅され、更に差動増幅器７で増幅されて、検出信号ｅとして後続の信号処理部１１に送られる。
【００３０】
信号処理部１１のＡＤＣ回路１１１では、前述した様に、励磁周波数（ｆ０）の１０倍以上の周波数でサンプリングされ、デジタル値として、流量測定処理部１１２と空判定処理部１１３に送り、ここに内蔵されたプログラム処理機能で処理されて、流量測定信号及び空判定信号を出力する。
【００３１】
次に、流量測定処理部１１２と空判定処理部１１３における処理について図４と図５で説明する。
【００３２】
図４の（ａ）は励磁電流ｉ_Ｆ、（ｂ）はＡＤＣ回路１１１のサンプリングパルスｓ_Ａ、（ｃ）はこの時の検出信号ｅの関係を示す。検出信号ｅには、前述した微分ノイズ（図４（ｃ）における波形のＤ部）が励磁電流の立ち上がりと立下り部分に重畳した波形となる。
【００３３】
この検出信号ｅは、励磁電流の図４（ｂ）に示すＡＤＣ回路１１１のサンプリングパルス信号ｓ_Ａのタイミングでサンプリングされ、デジタル値として流量測定処理部１１２で処理される。
【００３４】
以下この処理動作を説明する。流量測定処理部１１２における処理は図４（ｂ）に示す様に、微分ノイズ成分を含まない時間、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ９、Ｓ１０のタイミングでサンプリングされた各々の値から、一周期毎の値として
（Ｓ４＋Ｓ５）−（Ｓ９＋Ｓ１０）を求める演算を行い、この値を所定の測定周期の平均値として流量信号に変換処理して出力される。応答を早くする場合は、この励磁周波数（ｆ０）の周期毎に出力する。
【００３５】
次に、空検出処理部１１３の動作について説明する。図４（ｅ）、（ｆ）は検出信号ｅを一定時間のフーリエ変換処理した結果の出力で、周波数スペクトルＥ_Ｓ（ω）を示し、各々の横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸はその検出信号ｅのパワーを示す。
【００３６】
この周波数スペクトルＥ_Ｓ（ω）には、検出信号ｅに含まれる信号成分、雑音成分が重畳している。信号成分としては、流速に比例する起電圧に含まれる矩形波の励磁電流に含まれる周波数成分である２００Ｈｚの基本周波数（ｆ０）成分、第３高調波（この周波数を以後ｆ３と言う）成分，第５高調波（この周波数を以後ｆ５と言う）成分がある。
【００３７】
また、雑音成分としては、空検出のために印加する５００Ｈｚ（この周波数を以後ｆ１と言う）の空検出用微小信号ｖ_ＮＥ成分と、全周波数領域において一様なパワー強度を有する前置増幅器６Ａ、６Ｂからの白色雑音ｖ_ＮＷ成分、及び前述した２００Ｈｚ以下に分布する前述した流体ノイズ成分が含まれる。
【００３８】
以下、図５を参照しながら、この検出信号ｅに重畳させた空検用微小信号ｖ_ＮＥによる空判定処理部１１３での処理手順について説明する。
【００３９】
（ステップ１）
まず、測定管１に被測定流体２の満水状態と空状態を設定し、検出信号ｅのフーリエ変換処理を行い、この周波数スペクトルＥ_Ｓ（ω）から満水時の空検出周波数（ｆ１）成分Ｅ_Ｓ（ω）_ｆ１Ｏを求める。満水状態の設定は、通常、起電圧の発生がない被測定流体２が静止した状態とするのが好ましいが、流れた状態で設定することも可能である。
【００４０】
また、フーリエ変換処理（積分）時間は、１秒程度とし、励磁周波数の１０倍のサンプリング周波数２ｋＨｚにおいて、検出信号ｅを２０００点サンプルできる時間程度に長く設定する。
【００４１】
この満水状態での周波数スペクトルＥ_Ｓ（ω）を図４（ｅ）に示す。図４（ｅ）において、２００Ｈｚ、６００Ｈｚ、１０００Ｈｚの個所に見られるピーク値は、流速に比例する起電圧に含まれる周波数スペクトル成分で、夫々励磁周波数（ｆ０）の基本波成分、第３高調波（ｆ３）成分，第５高調波（ｆ５）を、また５００Ｈｚ個所に見られるピーク値は、空検出周波数（ｆ１）成分が現れる。
【００４２】
また、その他の周波数のスペクトル成分は，前置増幅器６Ａ、６Ｂからの白色雑音ｖ_ＮＷ成分を示し、２００Ｈｚ以下の周波数のスペクトルには、前述した流体ノイズ成分が含まれている。
【００４３】
（ステップ２）
次に、被測定流体２を流出させ面電極４Ａ、４Ｂ間に空状態を設定し、空時のＥ_Ｓ（ω）_ｆ１Ｅを求める。
【００４４】
この空状態の時の周波数スペクトルＥ_Ｓ（ω）を図４（ｆ）に破線で示す。この時の周波数スペクトルＥ_Ｓ（ω）は、図４（ｅ）に比べて大きくなる。
【００４５】
この理由について説明する。図３にした回路構成は、図７に示す様な等価回路となるので、前置増幅器６Ａの入力電圧、即ち、一方の面電極４Ａからの検出信号ｅ_Ａと空検出用微小信号ｖ_ＮＥ、及び前置増幅器６Ａの白色雑音電圧ｖ_Ｎｗの関係は、次の（１）式の様になる。
【００４６】
ｅ_Ａ＝（１＋ｊωＣ１・Ｒｓ）Ｃ２／Ｃ１×（ｖ_ＮＥ＋ｖ_Ｎｗ）・・・（１）ここで、Ｃ１は面電極４Ａと被測定流体２の間の静電容量値、Ｒｓは被測定流体２の抵抗値、Ｃ２は面電極４Ａとガード電極５Ａ間の静電容量値を示す。
【００４７】
被測定流体２に空状態が発生すると被測定流体２の抵抗値Ｒｓはさらに高抵抗値となり、また測定管１の内壁に異物が付着すると被測定流体２内の誘電率が水の場合に比べて小さいので、Ｃ１の値はより小さな値となる。その結果、満水時に比べて空時の検出信号ｅ_Ａは大きく増幅される。
【００４８】
従って、この時の周波数スペクトルＥ_Ｓ（ω）は、満水時に図４（ｅ）であったものが、空時には、図４（ｆ）（破線）に示す様に一様に大きなパワー値を示す。また、空時の空検出周波数ｆ１でのスペクトル成分（Ｅ_Ｓ（ω）_ｆ１Ｅ＝）Ｈ_Ｅも、同様に、満水時のスペクトル成分（Ｅ_Ｓ（ω）_ｆ１Ｏ＝）Ｈ_Ｏに比べて大きな値を示すことになる。
【００４９】
（ステップ３）
次に、図５ステップ３では、ステップ１とステップ２で求めた空検出周波数（ｆ１）のスペクトルのパワーの値から、空判定値Ｎ_Ｒ（ω）_ｆ１を下記の範囲で所定の値に設定する。
【００５０】
Ｈ_Ｅ＞Ｎ_Ｒ（ω）_ｆ１＞Ｈ_Ｏ・・・（２）
（ステップ４）
この空判定値Ｎ_Ｒ（ω）_ｆ１を所定の値に設定した後、通常の流量計測を前述した演算処理で行う。
【００５１】
（ステップ５）
次に、フーリエ積分時間１秒が経過する毎に、ステップ３で設定した空判定設定値Ｎ_Ｒ（ω）_ｆ１と周波数スペクトルＥ_Ｓ（ω）の空検出周波数成分Ｅ_Ｓ（ω）_ｆ１とを比較し、空判定設定値Ｎ_Ｒ（ω）_ｆ１以下であれば流量測定を継続する。
【００５２】
（ステップ６）
ステップ５の結果、周波数スペクトルＥ_Ｓ（ω）の空検出周波数成分Ｅ_Ｓ（ω）_ｆ１が、Ｎ_Ｒ（ω）_ｆ１以上になれば空状態として判定する。
【００５３】
尚、この空検出用微小信号ｖ_ＮＥは、流速測定処理部１１２に影響を与えない様に、励磁の休止期間等のみ印加する様に空検出信号発生回路９を構成してもよい。
【００５４】
また、空検出用微小信号ｖ_ＮＥが流速測定処理部１１２に影響与えない他の方法としては、検出信号ｅにフィルタを設けてＳ／Ｎを改善しておく方法がある。
【００５５】
この方法は、図８に示す様に、ＡＤＣ回路１１１Ａ、１１１Ｂを２台設け、更に、流量測定系統には、空検出信号発生回路９からの空検出用微小信号ｖ_ＮＥ成分をカットするフィルタ１１４を介した後にＡＤＣ回路１１１Ｂを介して流速測定処理部に導く様に構成すれば、各々の並列処理が可能で、流量測定処理部１１２に空検出信号発生回路９からの信号が重畳しない高精度な流量測定が行える。
【００５６】
また、面電極４Ａとガード電極５Ａ間の静電容量値Ｃ２を予め計測しておき、空検出信号発生器９から印加する空検出用微小信号ｖ_ＮＥの周波数（ｆ１）を時分割で２種以上印可して、前述した（１）式の関係を利用して、満水時と空時の検出信号ｅを測定することによって、面電極４Ａと被測定流体２の間の静電容量値Ｃ１、被測定流体２の抵抗値Ｒｓを測定する事が出来る。
【００５７】
このようにすれば、抵抗値の変化か、容量値の変化かが判別できるので、空状態が被測定流体２の導電率の変化によるものであるか、或いは異物等の付着によるものかを予測判定することが可能となる。
【００５８】
以上述べた様に、本発明の前記実施の形態によれば、検出信号ｅとして、既知の固定された空検出用微小信号ｖ_ＮＥを外部から印加しているので、検出信号ｅの微分波形の歪みに依存しない空判定が安定して行える。
【００５９】
また、空判定の処理はフーリエ変換処理による統計処理によって周波数分離され、Ｓ／Ｎ比を高く出来るので、被測定流体２が満水と空の間の半満水状態の判定も可能となる。
【００６０】
更に、励磁周波数を流体ノイズの周波数成分が小さくなる周波数以上に設定したので、流体ノイズの変動に影響されない安定した流量測定と空判定が可能となる。
【００６１】
（第２の実施の形態）
次に、図１、図４、及び図６を参照して、本発明における第２の実施の形態の作用について説明する。
【００６２】
第１の実施の形態では、空検出信号発生回路９によって新たな空検出用微小信号ｖ_ＮＥを印加して、この信号の周波数（ｆ１）の周波数スペクトル成分Ｅ_Ｓ（ω）_ｆ１の変化から空状態の変化を検出したが、本第２の発明の実施の形態では、検出信号ｅに含まれる前置増幅器６Ａ、６Ｂからの白色雑音ｖ_ＮＷ成分のスペクトルパワーの積算値Ｅ_ＳＮ（ω）_Σの変化から、空判定を行うようにしている。
【００６３】
尚、この積算する周波数範囲は、励磁周波数（ｆ０、ｆ３、ｆ５）成分を除く２００Ｈｚから１０００Ｈｚまでの範囲とする。
【００６４】
従って、第２の実施の形態と第１の実施の形態との構成の差異は、検出部１０に空検出信号発生回路９がなく、ガード電極５Ａからの接続は、ガード電極５Ｂからの接続と同様に、前置増幅器６Ａの出力と−入力端とを接続している。その他の構成は第１の実施の形態と同じである。
【００６５】
検出信号ｅのフーリエ変換出力の周波数スペクトルＥ_Ｓ（ω）は、図４（ｇ）に示す様に、満水時に実線で示すスペクトルパワーであったものが、空時には破線の様に大きくパワーが変化する。この理由は、前述した空状態の時の方が流体の内部容量値（Ｃ１）が小さくなり、大きく増幅されることによる。
【００６６】
以下図４（ｇ）の周波数スペクトルＥ_Ｓ（ω）のデータについて図６で、空判定処理部１１３でのこの処理手順を説明する。
【００６７】
（ステップ１、ステップ２）
まず、第１の実施の形態と同様に、測定管１の被測定流体２の満水時と空時の状態を設定し、フーリエ変換処理後の周波数スペクトルＥ_Ｓ（ω）から下記式によって、白色雑音ｖ_ＮＷの積算値、周波数スペクトルＥ_ＳＮ（ω）_Σを求める。
【００６８】
Ｅ_ＳＮ（ω）_Ｚ＝Ｅ_Ｓ（ω）_Ｚ−Ｅ_Ｓ（ω）−Ｅ_Ｓ（ω）_０ _〜 _ｆ０−Ｅ_Ｓ（ω）_{ｆ３＋ｆ５}　・・・（３）
（３）式の積算範囲を図示すると、図４（ｇ）の斜線の範囲となる。
【００６９】
即ちＥ_ＳＮ（ω）_Σは、周波数が０からｆ５の全周波数範囲のスペクトル成分Ｅｓ（ω）_Σから、周波数が０からｆ０（２００Ｈｚ）の範囲の成分Ｅｓ（ω）_０〜ｆ０と、励磁周波数のｆ３、ｆ５の高調波周波数成分Ｅｓ（ω）_{ｆ３＋ｆ５}を除いたものである。
【００７０】
上演算式において、満水時の値、Ｅ_ＳＮ（ω）_ΣＯ（ステップ１）、空時の値、Ｅ_ＳＮ（ω）_ΣＥ（ステップ２）を求める。
【００７１】
（ステップ３）
次に、空判定値Ｎ_Ｒ（ω）_Σとして所定の値を下記の範囲内で設定する。
【００７２】
Ｅ_ＳＮ（ω）_ΣＥ＞Ｎ_Ｒ（ω）_Σ＞Ｅ_ＳＮ（ω）_ΣＯ・・・（４）
（ステップ４）
上記の空判定値Ｎ_Ｒ（ω）_Σを設定した後、通常の流量計測を前述した演算処理で行う。
【００７３】
（ステップ５）
次に、フーリエ積分時間１秒が経過する毎に、ステップ３で設定した空判定設定値Ｎ_Ｒ（ω）_Σと（３）式で求めた白色雑音ｖ_ＮＷのスペクトル積分値Ｅ_ＳＮ（ω）_Σを比較し、空判定値Ｎ_Ｒ（ω）_Σ以下であれば流量測定を継続する。
【００７４】
（ステップ６）
（ステップ５）で空判定値Ｎ_Ｒ（ω）_Σ以上になれば空状態として判定する。
【００７５】
前述した（３）式では、スペクトル積分値Ｅ_ＳＮ（ω）_Σとして、励磁周波数成分（ｆ０）、（ｆ３）、（ｆ５）と励磁周波数（ｆ０）以下の成分を除外したが、前置増幅器６Ａ、６Ｂからの白色雑音ｖ_ＮＷ成分が励磁周波数成分に比べて充分大きいパワーがあれば、これらの流速に比例する起電圧の周波数成分を除外することなく判定することも可能である。
【００７６】
以上述べた様に、第２の実施の形態によれば、流体ノイズや微分ノイズに影響されにくい、空判定が可能となる。又、ソフトウエアー機能の追加のみで、新たな構成部品を要しないで実現できる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、周波数スペクトルの状態変化によって微分ノイズと流体ノイズの周波数範囲を除外した範囲で空判定処理をしたことにより、Ｓ／Ｎ比が高く、流体ノイズ、微分ノイズの影響を受けにくい空状態が検出可能な容量式電磁流量計を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す構成図。
【図２】低導電率流体の流体ノイズの説明図。
【図３】空検出用信号の印加方法の実施態様説明図。
【図４】本発明の作用を説明図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の説明図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の説明図。
【図７】空検出原理を説明する等価回路図。
【図８】信号処理部の他の実施事例。
【符号の説明】
１　測定管
２　被測定流体
３Ａ、３Ｂ　励磁コイル
４Ａ、４Ｂ　面電極
５Ａ、５Ｂ　ガード電極
６Ａ、６Ｂ　前置増幅器
７　差動増幅器
８　励磁回路
９　空検出信号発生回路
１０　検出部
１１　信号処理部
９２　空検出信号発振器
１１１、１１１Ａ，１１１Ｂ　ＡＤＣ回路
１１２　流量測定処理部
１１３　空判定処理部
１１４　フィルタ

Claims

被測定流体を流す測定管の外壁に対向して配置された励磁コイルと、
前記励磁コイルによる磁場の方向と直行する方向で前記測定管の外壁に対向対置された一対の面電極と、及びガード電極と、
前記測定管と面電極との間、及び面電極と面電極を覆う様に配置されたガード電極との間の静電容量を介して前記被測定流体の流速に比例して発生する起電圧を増幅する手段と、
この起電圧を増幅する手段の出力から差動増幅器を介して流量を求める信号処理手段と、
前記１対の面電極の一方の面電極からの第１の信号を増幅する増幅部の出力と、前記一方の面電極に対応するガード電極との間に前記励磁コイルにおける励磁電流の基本周波数より高い周波数の第２の信号を印加する手段と、
前記差動増幅器の出力信号の周波数成分を検出する分離検出手段と、
前記第２の信号の周波数成分の分離検出手段の出力を所定のレベルで比較判定する比較判定出力手段とを
備えたことを特徴とする容量式電磁流量計。
前記第２の信号の周波数分離検出手段は、前記第２の信号を所定の時間毎にフーリエ変換処理し、前記第２の基本周波数成分を出力することを特長とする請求項１記載の容量式電磁流量計。
被測定流体を流す測定管の外壁に対向して配置励磁コイルと、
前記励磁コイルによる磁場の方向と直行する方向で前記測定管の外壁に対向対置された一対の面電極と、及びガード電極と、
前記測定管と面電極との間、及び面電極と面電極を覆う様に配置されたガード電極との間の静電容量を介して前記被測定流体の流速に比例して発生する起電圧を増幅する手段と、
この起電圧を増幅する手段の出力から差動増幅器を介して流量を求める信号処理手段と、
前記差動増幅器の出力信号から前記励磁電流の周波数以外の周波数成分と、励磁電流の基本周波数以下の周波数成分とを除外した周波数範囲の雑音を検出する雑音検出手段と、
前記雑音検出手段の出力を所定のレベルで比較判定する比較判定出力手段とを
備えたことを特徴とする容量式電磁流量計。
前記雑音検出手段は、検出信号を所定の時間でフーリエ変換処理し、励磁電流の高調波成分を含む周波数波成分と、励磁電流の基本周波数以下の周波数範囲とを除外した範囲の成分の総和を所定の時間毎に出力することを特長とする請求項３記載の容量式電磁流量計。
測定流体を流す測定管の外壁に対向して配置された励磁コイルと、
前記励磁コイルによる磁場の方向と直行する方向で前記測定管の外壁に対向対置された一対の面電極と、及びガード電極と、
前記測定管と面電極との間、及び面電極と面電極を覆う様に配置されたガード電極との間の静電容量を介して前記被測定流体の流速に比例して発生する起電圧を増幅する手段と、
この起電圧を増幅する手段の出力から差動増幅器を介して流量を求める信号処理手段と、
前記差動増幅器の出力を所定の時間でフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換手段の出力を所定のレベルで比較判定する比較判定出力手段とを
備えたことを特徴とする容量式電磁流量計。