JP2004294162A

JP2004294162A - 電磁流量計

Info

Publication number: JP2004294162A
Application number: JP2003084420A
Authority: JP
Inventors: Ikumitsu Ishikawa; 郁光石川
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】測定対象の流体に、その流体とは異なる流体が混ざりきらないで測定管を通過する際についても、安定した流量測定値が出力可能な電磁流量計を提供する。
【解決手段】交流信号発生回路３、９は、電極Ａ及び電極Ｂに診断信号を供給する。電磁抵抗信号Ａ／Ｄ変換器５、は、診断信号に対する応答をバッファ４、１２を介して受信し、電極Ａ及び電極Ｂと接地電極との間の電極抵抗を求める。導電率監視部６３は、電極抵抗の変動を監視し、変化率又は変化量が所定の値を超えたと判断すると、流量出力部６２に、流量測定値の出力値のホールド処理を指示する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁流量計に関し、更に詳しくは、測定管内を流れる導電性流体に磁界を印加して流量を測定する電磁流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁流量計は、測定管内を流れる導電性を有する流体に磁界を印加し、その磁界によって流体に生じた起電力を測定することで流体の流量を測定する。通常、電磁流量計は、測定管内が流体で満たされているか否かを検知する空検知を行なう回路や、電極に絶縁物が付着しているか否かを検知する付着物検出を行なう回路を備える。従来の空検知を行なう回路構成は、例えば、特許第２８８０８３０号や、特表平９−５０２２６７号公報に記載されており、付着検出を行う回路構成は、例えば、特許第３０１８３１０号に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、先願である特願２００１−２８６７７８号において、電磁流量計の電極に診断信号として交流信号を印加することによって、空検知、付着検知、及び、流体の導電率測定を行うことができる回路構成を採用した。このような回路構成を採用する電磁流量計を、例えば、農業排水の監視に採用し、農業排水の導電率を測定することで、農業排水中に含まれる土砂の量を監視することができる。しかし、上記構成を採用して、例えば農業排水を監視する場合、土砂とは異なる流体が農業排水と混ざりきらないまま測定管を通過し、或いは、農業排水以外の流体が測定管を通過すると、流体の導電率が変動することに起因して、流量出力値がハンチングすることが判明した。
【０００４】
本発明は、上記先願の問題を解消するためになされたものであって、測定管内を流れる流体の種類が変わった場合、或いは、測定対象の流体に、その流体とは異なる流体が混ざりきらないで測定管を通過した場合についても、安定した流量出力値を出力可能な電磁流量計を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の電磁流量計は、測定管内を流れる導電性流体に磁界を印加し、該磁界によって前記導電性流体に生じた起電力に基づいて前記導電性流体の流量を測定する電磁流量計において、前記流量の測定値を出力する流量出力回路と、前記導電性流体の導電率を測定する導電率測定回路と、前記導電率測定回路で測定された導電率の変化を監視する導電率監視回路とを備え、前記流量出力回路は、前記導電率監視回路によって検出された前記導電率の変化に基づいて、流量測定値の出力値を制御することを特徴とする。
【０００６】
本発明の電磁流量計では、流量出力回路の出力値を、導電率の変化に基づいて制御することで、測定管を流れる流体の種類が変わった場合、或いは、流体に他の流体が混ざりきらないで測定管を通過した場合についても、安定的に流量測定値を出力できる。
【０００７】
本発明の電磁流量計では、前記流量出力回路は、導電率監視回路が前記導電率の変化率又は変化量が所定値以上になったことを検出すると、流量測定値の出力値をホールドする構成を採用することができる。
【０００８】
本発明の電磁流量計では、前記流量出力回路は、複数回の測定サンプルの平均値を演算して流量測定値として出力可能であり、前記導電率監視回路によって検出された導電率の変化率又は変化量に基づいて、平均値を演算する測定サンプルの数を制御する構成を採用することができる。
【０００９】
本発明の電磁流量計では、前記導電率測定回路を、前記起電力を計測するための一対の検出電極に診断信号を印加する診断信号発生回路と、前記診断信号によって前記検出電極に発生する電位を検出する電位検出回路と、該電位検出回路によって検出された電位に基づいて流体の導電率を演算する導電率演算回路とを備える回路として構成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態例を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態例の電磁流量計の構成を機能ブロック図として示している。電磁流量計１００は、各一対の交流信号発生回路３、９、電極抵抗信号Ａ／Ｄ変換器５、８、バッファ４、１２、及び、電極Ａ、Ｂと、ＣＰＵ６と、クロック源７と、差動増幅器１０と、流量信号Ａ／Ｄ変換器１１、励磁回路１３とを備える。電極Ａ及び電極Ｂは、測定対象の流体が流れる測定管（図示せず）に配置される。測定管は、電極Ａ及び電極Ｂの他に、流体に磁界を印加するための励磁コイル、及び、基準電位が与えられる接地電極を備える。
【００１１】
励磁回路１３は、励磁コイルに励磁電流を供給し、流体に磁界を印加する。印加された磁界によって流体に生じる起電力は、電極Ａ及び電極Ｂ、並びに、バッファ４、１２を介して差動増幅器１０に入力される。差動増幅器１０は、入力した電極Ａと電極Ｂの電位差を増幅して出力する。流量信号Ａ／Ｄ変換器１１は、差動増幅器１０の出力をデジタル値に変換し、そのデジタル値を流量信号としてＣＰＵ６に入力する。
【００１２】
流体の電気抵抗（電極抵抗）は、電極Ａと接地電極との間、及び、電極Ｂと接地電極との間に、それぞれ、診断信号を与えて、電極Ａ及び電極Ｂに発生する診断信号に対する応答を、同期検波によって検出することで、測定される。交流信号発生回路３、９は、それぞれ、電極Ａ及び電極Ｂに診断信号を与える。電極抵抗信号Ａ／Ｄ変換器５、８は、バッファ４、１２を介して、診断信号に対する電極Ａ及び電極Ｂの応答を入力する。電極抵抗信号Ａ／Ｄ変換器５、８は、入力値を同期検波によってサンプリングし、そのサンプリング値を用いて計算された電極抵抗値を、デジタル値である電極抵抗信号として出力する。
【００１３】
ＣＰＵ６は、タイミング生成部６１、流量出力部６２、及び、導電率監視部６３を有する。タイミング生成部６１は、クロック源７から入力するクロック信号を分周し、交流信号発生回路３、９に診断タイミング信号を送信し、電極抵抗Ａ／Ｄ変換器５、８にサンプリングタイミング信号を送信し、また、励磁回路１３に励磁タイミング信号を送信する。励磁回路１３は、励磁タイミング信号に基づいて、正の励磁電流又は負の励磁電流を、励磁コイルに供給する。交流信号発生回路３、９は、診断タイミング信号に基づいて、電極Ａ及び電極Ｂに、正の診断信号と負の診断信号とを供給する。電極抵抗Ａ／Ｄ変換器５、８は、サンプリングタイミング信号に基づいて、診断信号に対する電極Ａ及び電極Ｂの応答をサンプリングする。
【００１４】
図２は、電磁流量計１００の動作例をタイミングチャートとして示している。同図では、電極Ａに対応して配置される交流信号発生回路３に入力される診断タイミング信号と、電極Ｂに対応して配置される交流信号発生回路９に入力される診断タイミング信号とが共通であり、電極Ａに対応して配置される電極抵抗信号Ａ／Ｄ変換器５に入力されるサンプリングタイミング信号と、電極Ｂに対応して配置される電極抵抗信号Ａ／Ｄ変換器８に入力されるサンプリングタイミング信号とが共通である例について示している。
【００１５】
図３は、図１の交流信号発生回路３、９を定電流源を用いて構成した電磁流量計１００の例を、回路図で示している。なお、同図では、図１の一部を省略して図示しており、交流信号発生回路３、９は、定電流回路１４、１５、及び、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を用いて構成されている。スイッチＳＷ１及びＳＷ２は、診断タイミング信号に基づいて制御される。以下、図１から図３を参照して、電磁流量計１００の動作について説明する。
【００１６】
図３の例では、交流信号発生回路３、９は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２のスイッチングに応じて、定電流回路１４、１５から、電極Ａ及び電極Ｂにそれぞれ正の定電流Ｉｏ又は負の定電流Ｉｏ（診断信号）を供給する。診断タイミング信号は、励磁回路１３に入力される励磁タイミング信号の整数倍の周波数を有し、図２の例では、２倍の周波数を有する。電極Ａ及び電極Ｂには、診断タイミング信号がＨレベルの期間に正の定電流Ｉｏが供給され、診断タイミング信号がＬレベルの期間に負の定電流Ｉｏが供給される。
【００１７】
電極抵抗Ａ／Ｄ変換器５、８は、サンプリングタイミング信号に基づいて、正の診断信号が供給される期間と、負の診断信号が供給される期間の双方で、それぞれ、電極Ａ及び電極Ｂの電位をサンプリングする。図２の例では、電極抵抗Ａ／Ｄ変換器５、８は、正の診断信号が供給される期間の後半の期間で立ち上がるサンプリングタイミング信号（正）に基づくタイミングで、電極Ａ及び電極Ｂの電位をサンプリングし、負の診断信号が供給される期間の後半の期間で立ち上がるサンプリングタイミング信号（負）に基づくタイミングで電極Ａ及び電極Ｂの電位をサンプリングする。
【００１８】
電極Ａ−接地電極間、及び、電極Ｂ−接地電極間の抵抗は、それぞれ、正の診断信号が供給される際の電極Ａ及び電極Ｂの電位と、負の診断信号が供給される際の電極Ａ及び電極Ｂの電位とを用いて、求められる。診断信号の電流値をＩｏとし、検出された電極Ａの電位をＶ_Ａ、電極Ｂの電位をＶ_Ｂとすれば、電極Ａ及び電極Ｂの電極抵抗Ｒ（対地間抵抗）は、それぞれ、Ｒ_Ａ＝Ｖ_Ａ／Ｉｏ、Ｒ_Ｂ＝Ｖ_Ｂ／Ｉｏによって計算される。電極抵抗信号Ａ／Ｄ変換器５、８は、計算された電極抵抗Ｒ_Ａ、Ｒ_Ｂを、デジタル値として出力する。
【００１９】
流量出力部６２（図１）は、流量信号Ａ／Ｄ変換器１１から流量信号を入力し、流量信号の平均化処理等を行なって、記録装置や表示装置等に、測定した流体の流量値を出力する。導電率監視部６３は、電極抵抗信号Ａ／Ｄ変換器５、８から電極Ａ及び電極Ｂの電極抵抗信号を入力し、流体導電率の変動を監視する。流体導電率σは、求められた電極抵抗Ｒと、既知の電極面積Ｓとを用いて、σ＝ｋ／（Ｓ・Ｒ）（ｋは定数）によって算出される。
【００２０】
測定管内を、同じ流体が定常的に流れる場合には、流体導電率は、変化量が少なく、電磁流量計１００が出力する流量出力値は、安定的である。しかし、測定管内を流れる流体の種類が変わった場合、或いは、２種類以上の流体が混ざりきらない状態で測定管内を通過した場合には、電極Ａ及び電極Ｂの電位が変動し、流量計測値は変動する。この場合、流量計測値をそのまま出力すると、電磁流量計の流量出力値が安定的ではなくなり、流量出力値の信頼性が低くなる。流体の変化、或いは、２種以上の流体が混ざりきらない状態は、流体導電率σの変化率又は変化量によって観察できる。そこで、導電率監視部６３は、流体導電率σの変化率又は変化量がしきい値を超えたと判断すると、流量出力部６２に、平均化処理のサンプリング数の変更、又は、出力値のホールド処理を指示する。
【００２１】
本実施形態例では、導電率監視部６３が上記処理を行なうことで、流量出力部６２は、流量計測値がハンチングした場合でも、平均化処理のサンプリング数を多くして、安定した流量出力値を出力することができる。また、流量出力部６２が、出力値をホールドする場合には、異常な流量出力値が出力されるのを防ぐことができる。
【００２２】
ここで、図２の例では、診断信号を、電極Ａ及び電極Ｂに、同じタイミングで供給する。この場合、電極Ａ及び電極Ｂの双方に、絶縁物が同様に付着しているとすれば、電極Ａ及びＢに発生する診断信号による影響はほぼ同じ値を示し、流量信号に現れる、診断信号を印加することによる影響をほぼゼロとすることができる。測定管が微小口径の測定管として構成され、電極Ａと電極Ｂとの間の距離が近い場合には、診断信号を電極Ａ及び電極Ｂに同時に供給すると、互いの電極に影響を及ぼすため、電極Ａに診断信号を供給するタイミングと、電極Ｂに診断信号を供給するタイミングとを異なるタイミングにするとよい。
【００２３】
励磁電流、及び、流量信号に含まれる周波数成分は、励磁タイミング信号の周波数である励磁基本周波数と、その奇数倍の高調波成分とで構成される。診断タイミング信号の周波数を、励磁基本周波数の偶数倍の周波数とする場合には、双方の周波数成分が異なるため、電極Ａ及び電極Ｂを利用した導電率の測定によって、流量信号の検出特性が悪化しない電磁流量計を得ることができる。また、診断タイミング信号の周波数を励磁基本周波数の奇数倍とする場合についても、流量信号のサンプリング期間を、診断信号の積分値がゼロになるような時間に設定することで、導電率の測定によって、流量信号の検出特性が悪化しない電磁流量計１００を得ることができる。
【００２４】
診断タイミング信号の周波数を高くするにつれて、電極金属と流体の界面で形成される容量絶縁体を構成する双極子の回転が追いつかなくなって、電極容量が構造分散を起こし、正しく流体導電率を求めることができなくなる。このため、診断タイミング信号の周波数は、電極容量が構造分散を起こさない範囲内の値に設定するとよい。
【００２５】
図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、交流信号発生回路３を定電流源を用いて構成した電磁流量計１００の別の例を、回路図で示している。なお、同図（ａ）及び（ｂ）では、図１の一部を省略して図示し、電極Ｂに診断信号を印加する交流信号発生回路９は、電極Ａに診断信号を印加する交流信号発生回路３と同様な構成を有する。図４に示すように、交流信号発生回路３、９を、定電流源１６（同図（ａ））、又は、定電流源１７（同図（ｂ））を用いて構成した場合についても、図３の例と同様に、流体の導電率σの変動率又は変化量を監視して、流量出力部６２の平均化処理のサンプリング数の変更処理、又は、出力値のホールド処理により、流量出力値のハンチングや、異常な流量計測値が出力されるのを防ぐことができる。
【００２６】
なお、交流信号発生回路３、９を使用して、電極Ａ及び電極Ｂに絶縁物が付着しているか否かを検知する付着検知、或いは、測定管内部が流体で満たされているか否かを検知する空検知を行なう場合には、診断信号の定電流値Ｉｏを電流値大と、電流値小の２段階に切り替え可能にして、流体の導電率の監視をする際には、大きな電流値の診断信号を使用し、付着検出或いは空検知を行う際には、小さな電流値を診断信号を使用するとよい。また、上記実施形態例では、診断信号が矩形波の信号として構成される例を示したが、診断信号は、励磁基本周波数の整数倍となる周波数の診断タイミング信号を使用して同期をとるので、矩形波のほうが実現は容易であるが、正弦波や三角波を用いて構成してもよい。
【００２７】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の電磁流量計は、上記実施形態例にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した電磁流量計も、本発明の範囲に含まれる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電磁流量計は、測定管内を流れる流体の導電率の変化に基づいて、例えば、測定された流体の流量の出力値の平均化処理のサンプリング数を変更し、或いは、出力値のホールド処理を行なうことで、測定管内を流れる流体の種類が変わる際、或いは、測定対象の流体に、その流体とは異なる流体が混ざりきらないで測定管を通過する際についても、出力値の変動を抑え、安定的に流量値を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例の電磁流量計の構成を示す機能ブロック図。
【図２】電磁流量計の動作例を示すタイミングチャート。
【図３】図１の交流信号発生回路を定電流源を用いて構成した電磁流量計の構成の一部を示す回路図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、交流信号発生回路を定電流源を用いて構成した電磁流量計の別の例を示す回路図。
【符号の説明】
３、９交流信号発生回路
４、１２バッファ
５、８電極抵抗信号Ａ／Ｄ変換器
６ＣＰＵ
７クロック源
１０差動増幅器
１１流量信号Ａ／Ｄ変換器
１３励磁回路
６１タイミング生成部
６２導電率監視部
６３流量出力部

Claims

測定管内を流れる導電性流体に磁界を印加し、該磁界によって前記導電性流体に生じた起電力に基づいて前記導電性流体の流量を測定する電磁流量計において、
前記流量の測定値を出力する流量出力回路と、
前記導電性流体の導電率を測定する導電率測定回路と、
前記導電率測定回路で測定された導電率の変化を監視する導電率監視回路とを備え、
前記流量出力回路は、前記導電率監視回路によって検出された前記導電率の変化に基づいて、流量測定値の出力値を制御することを特徴とする電磁流量計。
前記流量出力回路は、導電率監視回路が前記導電率の変化率又は変化量が所定値以上になったことを検出すると、流量測定値の出力値をホールドすることを特徴とする、請求項１に記載の電磁流量計。
前記流量出力回路は、複数回の測定サンプルの平均値を演算して流量測定値として出力可能であり、前記導電率監視回路によって検出された導電率の変化率又は変化量に基づいて、平均値を演算する測定サンプルの数を制御することを特徴とする、請求項１に記載の電磁流量計。
前記導電率測定回路は、前記起電力を計測するための一対の検出電極に診断信号を印加する診断信号発生回路と、前記診断信号によって前記検出電極に発生する電位を検出する電位検出回路と、該電位検出回路によって検出された電位に基づいて流体の導電率を演算する導電率演算回路とを備えることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の電磁流量計。