JP2011232136A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】サンプルホールド部からＡ／Ｄ変換部の間で混入したノイズも除去できるようにする。
【解決手段】サンプルホールド部３とＡ／Ｄ変換部５との間にノイズ除去回路４を設ける。ノイズ除去回路４において、サンプルホールド部３からの直流流量信号３Ａをバッファ４１を介し第１の入力信号Ｓ１として演算増幅器４３の一方の入力端へ送り、ハイパスフィルタ４４およびバッファ４２を介し第２の入力信号Ｓ２として演算増幅器４３の他方の入力端へ送る。ハイパスフィルタ４４は、直流流量信号３Ａに含まれる所定の周波数以上の信号をノイズ成分として通過させる。演算増幅器４３は、第１の入力信号Ｓ１（流量信号成分＋ノイズ成分）と第２の入力信号Ｓ２（ノイズ成分）との差を求め、この差（流量信号成分）をＡ／Ｄ変換部５への直流流量信号４Ａとして出力する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、各種プロセス系において導電性を有する流体の流量を測定する電磁流量計に関するものである。

従来より、この種の電磁流量計では、測定管内を流れる流体の流れ方向に対してその磁界の発生方向を垂直として配置された励磁コイルへ交流の励磁電流Ｉｅｘを供給し、励磁コイルの発生磁界と直交して測定管内に配置された一対の電極間に生じる信号起電力を含む電気信号を交流流量信号として検出し、この検出した交流流量信号をサンプリングして信号処理することにより計測流量を得るようにしている。

図３に従来の電磁流量計の概略を示す。同図において、１０は交流の励磁電流Ｉｅｘに基づいて測定管１０Ｃ内を流れる流体に磁界を印加し、その流体に発生した信号起電力を含む電気信号を交流流量信号として検出出力する検出器、１１は検出器１０に対して交流の励磁電流Ｉｅｘを出力するとともに、検出器１０からの交流流量信号を信号処理することにより測定管１０Ｃ内を流れる流体の流量を算出出力する変換器である。

この電磁流量計において、変換器１１の励磁部８は、スイッチング部９からの励磁信号９Ｂに基づいて矩形波からなる所定周波数の交流の励磁電流Ｉｅｘを出力する。検出器１０の励磁コイル１０Ｄは、変換器１１からの交流の励磁電流Ｉｅｘにより励磁されて、測定管１０Ｃ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。そして、この信号起電力を含む電気信号が電極１０Ａ，１０Ｂにより検出され、交流流量信号として変換器１１に出力される。

変換器１１では、ＡＣ増幅部１において、検出器１０からの交流流量信号を増幅し、増幅された交流流量信号１Ａとして出力する。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に基づいて、サンプリング回路３１，３２のスイッチ３１Ｓ，３２Ｓを制御することにより、ＡＣ増幅部１からの交流流量信号１Ａのうち、正側および負側をそれぞれサンプリングし、演算増幅器３３より直流流量信号３Ａとして出力する。

サンプルホールド部３から出力された直流流量信号３ＡはＡ／Ｄ変換部５においてデジタル信号に変換される。演算処理部６は、Ａ／Ｄ変換部５からのデジタル信号を取り込み、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。

図４は、図３に示した電磁流量計のサンプリング動作を示すタイミングチャートであり、図４（ａ）はスイッチング部９からの励磁信号９Ｂ、図４（ｂ）はサンプルホールド部３へ入力される交流流量信号１Ａ、図４（ｃ）はスイッチング部９からのサンプリング信号９Ａに基づいて動作するスイッチ３１Ｓのスイッチング動作、図４（ｃ）はスイッチング部９からのサンプリング信号９Ａに基づいて動作するスイッチ３２Ｓのスイッチング動作、図４（ｅ）はサンプルホールド部３から出力される直流流量信号３Ａである。

この場合、スイッチＳ３１Ｓ，３２Ｓによるサンプリング期間（図４（ｂ）の斜線で示す期間）は、その波形安定性から励磁信号９Ｂ（交流流量信号１Ａ）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３１Ｓ，３２Ｓをそれぞれオンとして交流流量信号１Ａを積分し、直流流量信号３Ａとして出力する。

この電磁流量計では、電極１０Ａ，１０Ｂから混入するノイズとして、スパイク性ノイズ、低周波ノイズなど多種存在する。殊に、スパイク性ノイズの影響は顕著であり、このスパイク性ノイズを放置することは計測精度の低下を招く。

このスパイク性ノイズの影響を排除するために、例えば、特許文献１に示された電磁流量計では、ＡＣ増幅器１とサンプルホールド部３との間に、スパイク性ノイズを除去するノイズ除去回路を設けるようにしている。

特開２０００−２９２２３０号公報

しかしながら、ＡＣ増幅器１とサンプルホールド部３との間にノイズ除去回路を設けた構成では、サンプルホールド部３からＡ／Ｄ変換部５の間でノイズが混入した場合、その混入したノイズを除去することができない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、サンプルホールド部からＡ／Ｄ変換部の間で混入したノイズも除去することが可能な電磁流量計を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、測定管内を流れる流体の流れ方向に対してその磁界の発生方向を垂直として配置された励磁コイルと、この励磁コイルへ交流の励磁電流を供給する励磁手段と、測定管内を流れる流体の流れ方向および励磁コイルの発生磁界の方向と直交して測定管内に配置された一対の電極と、この電極間に生じる信号起電力を含む電気信号を交流流量信号として検出する検出手段と、この検出手段が検出した交流流量信号を増幅する増幅手段と、この増幅手段で増幅された交流流量流量をサンプリングし直流流量信号とするサンプリング手段と、このサンプリング手段からの直流流量信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段とを備えた電磁流量計において、サンプリング手段とＡ／Ｄ変換手段との間に、Ａ／Ｄ変換手段への直流流量信号に含まれるノイズ成分を除去するノイズ除去手段を設けたものであり、このノイズ除去手段は、サンプリング手段からの直流流量信号からノイズ成分のみを抽出するノイズ成分抽出手段と、サンプリング手段からの直流流量信号を第１の入力信号とし、ノイズ成分抽出手段によって抽出されたノイズ成分を第２の入力信号とし、第１の入力信号と第２の入力信号との差をＡ／Ｄ変換手段への直流流量信号として出力する出力手段とを備えることを特徴とする。

この発明において、ノイズ除去手段は、サンプリング手段からの直流流量信号を第１の入力信号とし、サンプリング手段からの直流流量信号からノイズ成分のみを抽出して第２の入力信号とし、この第１の入力信号と第２の入力信号との差をＡ／Ｄ変換手段への直流流量信号として出力する。これにより、第１の入力信号（流量信号成分＋ノイズ成分）から第２の入力信号（ノイズ成分）が差し引かれ、流量信号成分のみがＡ／Ｄ変換手段への直流流量信号として出力されるものとなる。

本発明によれば、サンプリング手段とＡ／Ｄ変換手段との間にＡ／Ｄ変換手段への直流流量信号に含まれるノイズ成分を除去するノイズ除去手段を設けたので、流量信号成分のみがＡ／Ｄ変換手段への直流流量信号として出力されるものとなり、電極から混入するスパイク性ノイズだけではなく、サンプルホールド部からＡ／Ｄ変換部の間で混入したノイズも除去することができるようになる。

本発明に係る電磁流量計の一実施の形態の要部を示す図である。 本発明に係る電磁流量計の他の実施の形態の要部を示す図である。 従来の電磁流量計の要部を示す図である。 この電磁流量計のサンプリング動作を示すタイミングチャートである。

以下、本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。
図１はこの発明に係る電磁流量計の一実施の形態の要部を示す図である。同図において、図３と同一符号は図３を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態の電磁流量計の図３に示した従来の電磁流量計と異なる点は、サンプルホールド部３とＡ／Ｄ変換部５との間（Ａ／Ｄ変換部５の直前）にノイズ除去回路４を設けた点にある。このノイズ除去回路４は、バッファ４１，４２と、演算増幅器４３と、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１とを備えている。

ノイズ除去回路４において、バッファ４１は、サンプルホールド部３からの直流流量信号３Ａを第１の入力信号Ｓ１として演算増幅器４３の一方の入力端（正極性入力端）に入力する。コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１とはハイパスフィルタ４４を構成し、サンプルホールド部３からの直流流量信号３Ａに含まれる所定の周波数以上の信号をノイズ成分として通過させ、この通過させたノイズ成分を第２の入力信号Ｓ２として演算増幅器４３の他方の入力端（負極性入力端）に入力する。

この例において、ハイパスフィルタ４４における所定の周波数とは、サンプルホールド部３からの直流流量信号３Ａに含まれる流量信号成分を完全に除去できる程度の周波数として設定されている。この周波数を直流成分ぎりぎりまでの値として設定することにより、ノイズ除去回路４におけるノイズの除去性能がアップする。このノイズ除去回路４において、ハイパスフィルタ４４が本発明でいうノイズ成分抽出手段に相当し、演算増幅器４３が本発明でいう出力手段に相当する。また、ノイズ除去回路４が本発明でいうノイズ除去手段に相当する。

この電磁流量計では、従来の電磁流量計と同様にして、変換器１１の励磁部８が、スイッチング部９からの励磁信号９Ｂに基づいて矩形波からなる所定周波数の交流の励磁電流Ｉｅｘを出力する。検出器１０の励磁コイル１０Ｄは、変換器１１からの交流の励磁電流Ｉｅｘにより励磁されて、測定管１０Ｃ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。そして、この信号起電力を含む電気信号が電極１０Ａ，１０Ｂにより検出され、交流流量信号として変換器１１に出力される。

変換器１１では、ＡＣ増幅部１において、検出器１０からの交流流量信号を増幅し、増幅された交流流量信号１Ａとして出力する。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に基づいて、サンプリング回路３１，３２のスイッチ３１Ｓ，３２Ｓを制御することにより、ＡＣ増幅部１からの交流流量信号１Ａのうち、正側および負側をそれぞれサンプリングし、演算増幅器３３より直流流量信号３Ａとして出力する。

このサンプルホールド部３から出力された直流流量信号３Ａはノイズ除去回路４へ送られる。ノイズ除去回路４において、サンプルホールド部３からの直流流量信号３Ａは、バッファ４１およびハイパスフィルタ４４へ送られる。

バッファ４１は、サンプルホールド部３からの直流流量信号３Ａを第１の入力信号Ｓ１として演算増幅器４３の一方の入力端へ送り、ハイパスフィルタ４４は、サンプルホールド部３からの直流流量信号３Ａに含まれる所定の周波数以上の信号をノイズ成分として通過させ、この通過させたノイズ成分を第２の入力信号Ｓ２とし、バッファ４２を介して演算増幅器４３の他方の入力端へ送る。

演算増幅器４３は、バッファ４１から送られてくる第１の入力信号Ｓ１とハイパスフィルタ４４から送られてくる第２の入力信号Ｓ２との差を求め、この差をＡ／Ｄ変換部５への直流流量信号４Ａとして出力する。この場合、演算増幅器４３では、第１の入力信号Ｓ１（流量信号成分＋ノイズ成分）から第２の入力信号Ｓ２（ノイズ成分）が差し引かれる。

このようにして、本実施の形態では、流量信号成分のみがＡ／Ｄ変換部５への直流流量信号４Ａとして出力されるものとなり、電極１０Ａ，１０Ｂから混入するスパイク性ノイズだけではなく、サンプルホールド部３からＡ／Ｄ変換部５の間で混入したノイズも除去されるものとなる。

ノイズ除去回路４から出力された直流流量信号４ＡはＡ／Ｄ変換部５においてデジタル信号に変換される。演算処理部６は、Ａ／Ｄ変換部５からのデジタル信号を取り込み、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。

なお、図２に示すように、ＡＣ増幅部１にハイパスフィルタ１２を設け、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低周波ノイズを抑えるようにしてもよい。

本発明の電磁流量計は、導電性を有する流体の流量を測定する電磁流量計として、各種プロセス系において利用することが可能である。

１…ＡＣ増幅部、１Ａ…交流流量信号、３…サンプルホールド部、３Ａ…直流流量信号、３１，３２…サンプリング回路、３３…演算増幅器、３１Ｓ，３２Ｓ…スイッチ、４…ノイズ除去回路、４１，４２…バッファ、４３…演算増幅器、４４…ハイパスフィルタ、Ｃ１…コンデンサ、Ｒ１…抵抗、Ｓ１…第１の入力信号、Ｓ２…第２の入力信号、４Ａ…直流流量信号、５…Ａ／Ｄ変換部、６…演算処理部、７…出力部、８…励磁部、９…スイッチング部、９Ａ…サンプリング信号、９Ｂ…励磁信号、１０…検出器、１０Ａ，１０Ｂ…電極、１０Ｃ…測定管、１０Ｄ…励磁コイル、１１…変換器、１２…ハイパスフィルタ、Ｉｅｘ…励磁電流。

Claims (2)

1. 測定管内を流れる流体の流れ方向に対してその磁界の発生方向を垂直として配置された励磁コイルと、この励磁コイルへ交流の励磁電流を供給する励磁手段と、前記測定管内を流れる流体の流れ方向および前記励磁コイルの発生磁界の方向と直交して前記測定管内に配置された一対の電極と、この電極間に生じる信号起電力を含む電気信号を交流流量信号として検出する検出手段と、この検出手段が検出した交流流量信号を増幅する増幅手段と、この増幅手段で増幅された交流流量流量をサンプリングし直流流量信号とするサンプリング手段と、このサンプリング手段からの直流流量信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段とを備えた電磁流量計において、
   前記サンプリング手段と前記Ａ／Ｄ変換手段との間に設けられ前記Ａ／Ｄ変換手段への直流流量信号に含まれるノイズ成分を除去するノイズ除去手段を備え、
   前記ノイズ除去手段は、
   前記サンプリング手段からの直流流量信号からノイズ成分のみを抽出するノイズ成分抽出手段と、
   前記サンプリング手段からの直流流量信号を第１の入力信号とし、前記ノイズ成分抽出手段によって抽出されたノイズ成分を第２の入力信号とし、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との差を前記Ａ／Ｄ変換手段への直流流量信号として出力する出力手段と
   を備えることを特徴とする電磁流量計。
2. 請求項１に記載された電磁流量計において、
   前記ノイズ成分抽出手段は、
   前記サンプリング手段からの直流流量信号に含まれる所定の周波数以上の信号をノイズ成分として通過させるハイパスフィルタである
   ことを特徴とする電磁流量計。

Images