JP2012093170A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、電極への異物の付着の有無を正確に検知する。
【解決手段】交流増幅回路２２からのアナログの流量信号（流量信号成分＋ノイズ成分）を第１のＡ／Ｄ変換部２６でデジタル信号に変換する。励磁周波数ｆｅｘの例えば１周期を所定期間としてこのデジタル信号をサンプリングし、このサンプリングされた所定期間のデジタル信号の全ての周波数成分の絶対値を積算した値を第１の積算値Ｘとする。また、その所定期間のデジタル信号の周波数成分のうち、カットオフ周波数ｆｃ（例えば、ｆｅｘの８倍）以上の周波数成分の絶対値を積算した値を第２の積算値Ｙとする。そして、この第１の積算値Ｘに対する第２の積算値Ｙの比率（Ｙ／Ｘ）を高周波レシオＨＲ（付着ノイズ評価値）として算出する。この高周波レシオＨＲが診断用閾値ＳＰ_HRを上回った場合に電極への異物の付着ありと判定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、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、その極性が交互に変化する所定の周波数の電流を励磁電流として供給するようにしている。この励磁電流の周波数ｆｅｘを励磁周波数と呼ぶ。

そして、励磁コイルへ励磁周波数ｆｅｘの励磁電流を供給することにより、この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起電力（信号起電力）を生じさせ、この信号起電力をアナログの流量信号として検出し、この検出したアナログの流量信号をデジタル信号に変換して処理することにより計測流量を得るようにしている。

この電磁流量計では、電極に異物が付着した場合、この異物の付着によるノイズ成分が信号起電力に影響を及ぼし、流体の流量を正確に測定することができなくなる（例えば、特許文献１参照）。すなわち、電極間に生じる信号起電力には流量信号成分とノイズ成分とが含まれ、この信号起電力に含まれるノイズ成分の比率が大きくなり、流体の流量を正確に測定することができなくなる。

したがって、電極に異物が付着したことを自動的に検知する機能（電極付着検知機能）を電磁流量計に付加すれば、異物の除去清掃を適時に行うことができ、利便性を向上させることができる。このような電極付着検知機能を有する電磁流量計の一例が特許文献２，３に示されている。

特許文献２に示された電磁流量計では、電極の抵抗を測定するようにし、この測定された電極の抵抗が所定値以上となった場合に（電極抵抗の増大が検知された場合に）、電極に異物が付着したと判断する。

特許文献３には２つのタイプの電磁流量計が示されている。この特許文献３に示された第１のタイプの電磁流量計では、正方向の励磁電流による励磁を正励磁、励磁電流をゼロとする励磁を無励磁、負方向の励磁電流による励磁を負励磁とする３値励磁方式とし、期間Ｋ₁〜Ｋ₅（Ｋ₁，Ｋ₃，Ｋ₅：無励磁、Ｋ₂：正励磁、Ｋ₄：負励磁）において得られる信号起電力（Ｖ₁₁〜Ｖ₁₅：異物が付着していない状態での信号起電力、Ｖ₂₁〜Ｖ₂₅：異物が付着している状態での信号起電力）の大きさに基づいて、演算結果Ｒ₁〜Ｒ₄（Ｒ₁＝−Ｖ₂₁＋Ｖ₂₂＋Ｖ₂₃−Ｖ₂₄、Ｒ₂＝（−Ｖ₂₁＋２Ｖ₂₂−２Ｖ₂₄＋Ｖ₂₅）／２、Ｒ₃＝−Ｖ₁₁＋Ｖ₁₂＋Ｖ₁₃−Ｖ₁₄、Ｒ₄＝（−Ｖ₁₁＋２Ｖ₁₂−２Ｖ₁₄＋Ｖ₁₅）／２）を算出し、この算出した演算結果Ｒ₁〜Ｒ₄から異物の付着影響成分を求める。

特許文献３に示された第２のタイプの電磁流量計では、２つの励磁周波数（使用励磁周波数ｆ_H、低励磁周波数ｆ_L）を有する２値励磁方式とし、異物が付着していない状態で、使用励磁周波数ｆ_Hの期間の信号起電力の平均化処理値から低励磁周波数ｆ_Lの信号起電力の平均化処理値を減算して微分ノイズ成分を求め、この求めた微分ノイズ成分をＲＡＭ変数Ａとしてメモリに格納しておく。そして、異物が付着している状態で、使用励磁周波数ｆ_Hの期間の信号起電力の平均化処理値から低励磁周波数ｆ_Lの信号起電力の平均化処理値を減算し、この減算値からメモリに格納されているＲＡＭ変数Ａ（微分ノイズ成分）を減算することにより、異物の付着影響成分を求める。

特表２０１０−５２１６５９号公報 特開２００３−２８６８４号公報 特開２００２−１６８６６６号公報 特表２００４−５２８５２７号公報

しかしながら、特許文献２に示された電磁流量計では、電極抵抗の増大を検知する方式としているため、誤診断を招く虞がある。すなわち、電極抵抗の増大は、異物が電極へ付着した場合だけではなく、測定流体中の抵抗値が変化した場合にも生じる。このため、電極抵抗の増大を一義的に異物の電極への付着であるとみなすことはできず、誤診断を招く虞がある。また、特許文献２に示された電磁流量計では、電極の抵抗を測定するために、電極引出線などの特別な構成が必要となる。

また、特許文献３に示された電磁流量計では、励磁周波数を１つとする通常の２値励磁方式に対し、３値励磁方式としたり、２つの励磁周波数を有する２値励磁方式としなけければならず、この特殊な励磁方式を実現するための回路構成や処理が複雑となる。

なお、特許文献４には、電極からの流量信号成分とノイズ成分とを含むアナログ信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号を処理してスペクトル成分を生成し、このスペクトル成分から流量信号成分と既知のノイズ成分とを分離して抽出し、この抽出した既知のノイズ成分に基づいてノイズ診断出力を生成する電磁流量計が示されている。

しかしながら、この特許文献４に示された電磁流量計において、ノイズ診断出力の対象とされるノイズは商用電源周波数に一致するノイズや１／Ｆノイズと呼ばれる励磁周波数よりも低い既知のノイズである。この特許文献４に示された電磁流量計では、後述する本発明の実施の形態の記載からも分かるように、電極への異物の付着によって生じる周波数成分のノイズを抽出していないので、電極への異物の付着の有無を検出することはできない。

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、簡単な構成で、電極への異物の付着の有無を正確に検知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、本発明に係る電磁流量計は、流体を流す測定管と、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、励磁コイルへその極性が交互に変化する励磁周波数ｆｅｘの励磁電流を供給する励磁電流供給手段と、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、電極間に生じる起電力をアナログの流量信号として検出する流量信号検出手段と、流量信号検出手段によって検出されたアナログの流量信号をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換手段と、第１のＡ／Ｄ変換手段によってデジタル信号に変換された流量信号を所定の周期でサンプリングするサンプリング手段と、サンプリング手段によってサンプリングされた所定期間のサンプルデータの全ての周波数成分の絶対値を積算した値を第１の積算値として算出する第１の積算手段と、サンプリング手段によってサンプリングされた所定期間のサンプルデータの周波数成分のうち、励磁周波数ｆｅｘよりも高い所定の周波数以上の周波数成分を抽出する高周波成分抽出手段と、高周波成分抽出手段によって抽出された周波数成分の絶対値を積算した値を第２の積算値として算出する第２の積算手段と、第１の積算手段によって算出された第１の積算値に対する第２の積算手段によって算出された第２の積算値の比率を起電力に及ぼす電極への異物の付着によるノイズ成分の影響度を評価する付着ノイズ評価値として算出する付着ノイズ評価値算出手段と、付着ノイズ評価値算出手段によって算出された付着ノイズ評価値と予め定められている診断用閾値とを比較し、その比較結果に基づいて電極に対する異物の付着の有無を判定する電極付着診断手段とを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、電極間に生じる起電力がアナログの流量信号として検出され、この検出されたアナログの流量信号がデジタル信号に変換され、このデジタル信号に変換されたノイズ成分を含む流量信号が所定の周期でサンプリングされる。そして、サンプリングされた所定期間のサンプルデータの全ての周波数成分の絶対値を積算した値が第１の積算値として算出され、サンプリングされた所定期間のサンプルデータの周波数成分のうち励磁周波数ｆｅｘよりも高い所定の周波数以上の周波数成分の絶対値を積算した値が第２の積算値として算出され、この算出された第１の積算値に対する第２の積算値の比率が付着ノイズ評価値として算出される。そして、この算出された付着ノイズ評価値と診断用閾値とが比較され、その比較結果に基づいて電極に対する異物の付着の有無が判定される。

本発明によれば、電極間に生じる起電力をアナログの流量信号として検出し、この検出されたアナログの流量信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号に変換された流量信号を所定の周期でサンプリングし、このサンプリングされた所定期間のサンプルデータの全ての周波数成分の絶対値を積算した値を第１の積算値として算出し、そのサンプリングされた所定期間のサンプルデータの周波数成分のうち励磁周波数ｆｅｘよりも高い所定の周波数以上の周波数成分の絶対値を積算した値を第２の積算値として算出し、この算出した第１の積算値に対する第２の積算値の比率を付着ノイズ評価値として算出し、この算出した付着ノイズ評価値と診断用閾値とを比較し、その比較結果に基づいて電極に対する異物の付着の有無を判定するようにしたので、簡単な構成で、電極への異物の付着の有無を正確に検知することが可能となる。

本発明に係る電磁流量計の一実施の形態（実施の形態１）の要部を示す図である。 この電磁流量計の制御部における第１の積算値および第２の積算値の算出を含む付着ノイズ評価値の算出動作のフローチャートである。 この電磁流量計の制御部における付着ノイズ評価値に基づく電極付着診断ルーチンのフローチャートである。 この電磁流量計における交流増幅回路からのアナログの流量信号（流量信号成分＋ノイズ成分）の観測波形を例示する図である。 この観測波形の周波数成分を示す図である。 電極への異物の付着状況が異なる電磁流量計（サンプルＮＯ．１のメータ）におけるアナログの流量信号（流量信号成分＋ノイズ成分）の観測波形を示す図である。 電極への異物の付着状況が異なる電磁流量計（サンプルＮＯ．２のメータ）におけるアナログの流量信号（流量信号成分＋ノイズ成分）の観測波形を示す図である。 電極への異物の付着状況が異なる電磁流量計（サンプルＮＯ．３のメータ）におけるアナログの流量信号（流量信号成分＋ノイズ成分）の観測波形を示す図である。 電極への異物の付着状況が異なる電磁流量計（サンプルＮＯ．４のメータ）におけるアナログの流量信号（流量信号成分＋ノイズ成分）の観測波形を示す図である。 電極への異物の付着状況が異なる電磁流量計（サンプルＮＯ．５のメータ）におけるアナログの流量信号（流量信号成分＋ノイズ成分）の観測波形を示す図である。 電極への異物の付着状況が異なる電磁流量計（サンプルＮＯ．６のメータ）におけるアナログの流量信号（流量信号成分＋ノイズ成分）の観測波形を示す図である。 サンプルＮＯ．０〜ＮＯ．６のメータにおいて算出された高周波レシオＨＲ〔％〕と流量の測定誤差Ｅｒｒｏｒ〔％〕との関係を示す図である。 高周波レシオＨＲを縦軸とし、流量の測定誤差Ｅｒｒｏｒを横軸として、高周波レシオＨＲと流量の測定誤差Ｅｒｒｏｒとの関係をプロットしたグラフを示す図である。 励磁周波数ｆｅｘを商用電源周波数ＡＣ５０Ｈｚに同期させる場合の励磁周波数ｆｅｘ、励磁周期、サンプリング数およびカットオフ周波数ｆｃの具体例を示す図である。 励磁周波数ｆｅｘを商用電源周波数ＡＣ６０Ｈｚに同期させる場合の励磁周波数ｆｅｘ、励磁周期、サンプリング数およびカットオフ周波数ｆｃの具体例を示す図である。 ＡＣ非同期の場合の励磁周波数ｆｅｘ、励磁周期、サンプリング数およびカットオフ周波数ｆｃの具体例を示す図である。 実施の形態２（実施の形態１の変形例１）の電極付着診断ルーチンのフローチャートである。 実施の形態３（実施の形態１の変形例２）の電極付着診断ルーチンのフローチャートである。 実施の形態４（実施の形態１の変形例３）の電磁流量計の要部を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１は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。同図において、１はその極性が交互に変化する周波数ｆｅｘの励磁電流Ｉｅｘの供給を受けて測定管１１内を流れる流体に磁界を印加し、その流体に発生した起電力を出力する検出器、２は検出器１に対して励磁電流Ｉｅｘを供給するとともに、検出器１からの起電力をアナログの流量信号として検出し、このアナログの流量信号をデジタル信号に変換して処理することにより測定管１１内を流れる流体の流量を算定する変換器である。この検出器１と変換器２とによって電磁流量計１００が構成されている。

検出器１において、１２は測定管１１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１２であり、１３Ａ，１３Ｂは測定管１１内を流れる流体の流れ方向および励磁コイル１２の発生磁界の方向と直交して測定管１１内に配置された一対の電極である。

変換器２からの励磁電流Ｉｅｘは励磁コイル１２に供給される。これにより、測定管１１内を流れる流体に対して励磁コイル１２からの発生磁界が印加され、電極１３Ａ，１３Ｂ間に流体の流速に応じた振幅を有する起電力が発生する。この電極１３Ａ，１３Ｂ間に発生する起電力が変換器２に送られる。

変換器２は、初段回路２１と、交流増幅回路２２と、励磁部２３と、直流増幅回路２４と、ノイズ除去回路２５と、第１のＡ／Ｄ変換部２６と、第２のＡ／Ｄ変換部２７と、制御部２８と、流量出力部２９と、付着診断出力部３０とを備えている。

この実施の形態において、制御部２８は、プロセッサ（ＣＰＵ）や記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、通常の流量算定機能に加えて、本実施の形態特有の機能として電極付着診断機能を備えている。

なお、この実施の形態において、第１のＡ／Ｄ変換部２６としては、制御部２８におけるＣＰＵ内蔵のＡ／Ｄ変換器が使用されている。また、第２のＡ／Ｄ変換部２７としては、第１のＡ／Ｄ変換部２６よりもそのアナログ信号のデジタル信号への変換精度が高いＡ／Ｄ変換器が使用されている。

変換器２において、初段回路２１には、検出器１からの起電力が与えられる。この初段回路２１に与えられた起電力は、交流増幅回路２２において増幅され、アナログの流量信号として第１のＡ／Ｄ変換部２６および直流増幅回路２４へ送られる。このアナログの流量信号には流量信号成分とノイズ成分とが含まれている。

第１のＡ／Ｄ変換部２６は、交流増幅回路２２からのアナログの流量信号をデジタル信号に変換し、制御部２８へ送る。直流増幅回路２４は、交流増幅回路２２からのアナログの流量信号を直流流量信号に変換増幅し、ノイズ除去回路２５に送る。ノイズ除去回路２５は、直流増幅回路２４からの直流流量信号に含まれるノイズ成分を除去し、流量信号成分のみとして第２のＡ／Ｄ変換部２７へ送る。第２のＡ／Ｄ変換部２７は、ノイズ除去回路２５からのノイズ成分が除去された直流流量信号をデジタル信号に変換し、制御部２８へ送る。励磁部２３は、制御部２８からの指令を受けて、その極性が交互に変化する励磁周波数ｆｅｘの励磁電流Ｉｅｘを出力する。

制御部２８は、流量算定機能を実現するための機能ブロックとして流量算定部２８Ａを備え、電極付着診断機能を実現するための機能ブロックとしてサンプリング部２８Ｂ，デジタルハイパスフィルタ２８Ｃ，第１の積算部２８Ｄ、第２の積算部２８Ｅ、付着ノイズ評価値算出部２８Ｆ，診断用閾値記憶部２８Ｇおよび電極付着診断部２８Ｈを有している。なお、２８Ｉは励磁制御部であり、励磁部２３に対して励磁電流Ｉｅｘの生成を指示する。また、診断用閾値記憶部２８Ｇには、予め定められた診断用閾値ＳＰＨＲが記憶されている。

〔流量算定機能〕
制御部２８において、流量算定部２８Ａは、第２のＡ／Ｄ変換部２７によってデジタル信号に変換された直流流量信号より測定管１１内を流れている現在の流体の流量を算定し、その算定した流量を流量出力部２９を介して出力する。

〔電極付着診断機能〕
制御部２８において、電極付着診断機能は、第１の積算値の算出機能と、第２の積算値の算出機能と、第１の積算値と第２の積算値とからの付着ノイズ評価値の算出機能と、算出された付着ノイズ評価値に基づく電極付着有無判定機能とから構成される。

〔第１の積算値の算出〕
制御部２８は、電磁流量計１００を現場に設置しての運用中、励磁周波数ｆｅｘの１周期を所定期間とし、この所定期間の第１のＡ／Ｄ変換部２６からのデジタル信号の値を所定の周期で発生するサンプリングタイミングでサンプルデータとして読み込み、この読み込んだ所定期間のサンプルデータの全ての周波数成分の絶対値を積算した値を第１の積算値として算出する。この場合、デジタル信号のサンプリングはサンプリング部２８Ｂによって行われ、第１の積算値の算出は第１の積算部２８Ｄによって行われる。

なお、この例では、所定期間を励磁周波数ｆｅｘの１周期としているが、この所定期間は励磁周波数ｆｅｘの１周期に限られるものではなく、２周期、３周期、４周期などとしてもよく、さらに長周期とするなどしてもよい。また、励磁周波数ｆｅｘとは関係なく、休止期間も含めて、所定期間を任意に定めるようにしてもよい。

〔第２の積算値の算出〕
制御部２８は、電磁流量計１００を現場に設置しての運用中、励磁周波数ｆｅｘの１周期を所定期間とし、この所定期間の第１のＡ／Ｄ変換部２６からのデジタル信号の値を所定の周期で発生するサンプリングタイミングでサンプルデータとして読み込み、この読み込んだ所定期間のサンプルデータの周波数成分のうち、励磁周波数ｆｅｘよりも高い所定の周波数（この例では、励磁周波数ｆｅｘの８倍）をカットオフ周波数ｆｃとし、このカットオフ周波数ｆｃ以上の周波数成分の絶対値を積算した値を第２の積算値として算出する。

この場合、デジタル信号のサンプリングはサンプリング２８Ｂによって行われ、カットオフ周波数ｆｃ以上の周波数成分の抽出はデジタルハイパスフィルタ２８Ｃによって行われ、抽出したカットオフ周波数ｆｃ以上の周波数成分の絶対値を積算しての第２の積算値の算出は第２の積算部２８Ｅで行われる。また、この第２の積算値の算出は、第１の積算値と同じ所定期間を対象として行われ、所定期間毎に第１の積算値および第２の積算値の算出が繰り返される。

〔付着ノイズ評価値（高周波レシオＨＲ）の算出〕
制御部２８は、この所定期間毎に、その算出される第１の積算値と第２の積算値とから、第１の積算値に対する第２の積算値の比率として付着ノイズ評価値（高周波レシオＨＲ）を算出する。この付着ノイズ評価値の算出は付着ノイズ評価値算出部２８Ｆによって行われる。

図２に第１の積算値および第２の積算値の算出を含む付着ノイズ評価値の算出動作のフローチャートを示す。

制御部２８は、定周期タイマの割り込みによってサンプリングを開始し（ステップＳ１０１）、サンプリングタイミングｎにおける第１のＡ／Ｄ変換部２６からのデジタル信号の値（Ａ／Ｄ変換値）をＸｎとして読み込む（ステップＳ１０２）。また、そのデジタル信号からデジタルハイパスフィルタ２８Ｃで計算値Ｙｎを算出する（ステップＳ１０３）。なお、計算値Ｙｎは具体的には、Ｙｎ＝ＡＹｎ₋₁＋ＢＹｎ₋₂＋Ｃ（Ｘｎ−２Ｘｎ₋₁＋Ｘｎ₋₂）から算出される（但し、Ａ，Ｂ，Ｃは定数）。そして、読み込んだＸｎの絶対値を積算し、その積算値をＸ＝Σ｜Ｘｎ｜とする（ステップＳ１０４）。また、算出したＹｎの絶対値を積算し、その積算値をＹ＝Σ｜Ｙｎ｜とする（ステップＳ１０５）。

制御部２８は、このステップＳ１０２〜Ｓ１０５の処理動作を所定期間として定められた励磁周波数ｆｅｘの１周期の間繰り返し、ＸｎおよびＹｎの積算数が所定期間の終了を示す所定値ｋとなれば（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、その時のＸ＝Σ｜Ｘｎ｜を第１の積算値とし、Ｙ＝Σ｜Ｙｎ｜を第２の積算値とする。そして、第１の積算値Ｘに対する第２の積算値Ｙの比率を高周波レシオＨＲ（ＨＲ＝Ｙ／Ｘ）として求め（ステップＳ１０７）、この高周波レシオＨＲを電極１３Ａ，１３Ｂに対する異物の付着によるノイズ成分が流量の測定に及ぼす影響の大きさを示す付着ノイズ評価値とする。なお、高周波レシオＨＲが求められたならば、次回の高周波レシオＨＲの算出に備えてＸおよびＹをゼロクリアしておく（ステップＳ１０８）。そして、この算出した付着ノイズ評価値（高周波レシオＨＲ）に基づく電極付着診断ルーチンへ進む（ステップＳ１０９）。

〔付着ノイズ評価値に基づく電極付着診断〕
図３に付着ノイズ評価値（高周波レシオＨＲ）に基づく電極付着診断ルーチンのフローチャートを示す。制御部２８は、高周波レシオＨＲの算出が終了すると、診断用閾値記憶部２８Ｇに記憶されている診断用閾値ＳＰ_HRを読み出す（ステップＳ２０１）。そして、算出された高周波レシオＨＲと読み出した診断用閾値ＳＰ_HRとを比較する（ステップＳ２０２）。

ここで、高周波レシオＨＲが診断用閾値ＳＰ_HRを上回っていれば（ステップＳ２０３のＹＥＳ）、制御部２８は、電極１３Ａ，１３Ｂの両方あるいは片方に異物が付着していると判定し（ステップＳ２０４）、診断結果として電極付着ありを報知する（ステップＳ２０５）。高周波レシオＨＲが診断用閾値ＳＰ_HR以下であれば（ステップＳ２０３のＮＯ）、制御部２８は、電極１３Ａ，１３Ｂには異物が付着していないと判定し（ステップＳ２０６）、診断結果として電極付着なしを報知する（ステップＳ２０７）。

なお、この付着ノイズ評価値に基づく電極付着診断は電極付着診断部２８Ｈで行われ、電極付着診断部２８Ｈからの電極付着の有無の診断結果は付着診断出力部３０から出力される。

〔カットオフ周波数ｆｃについて〕
図４に電極１３Ａ，１３Ｂに異物が付着している状態の電磁流量計１００における交流増幅回路２２からのアナログの流量信号（流量信号成分＋ノイズ成分）の観測波形を例示する。なお、図４中、Ｗ１が観測波形であり、この観測波形Ｗ１に対して電極１３Ａ，１３Ｂに異物の付着がない正常時の波形Ｗ０を対比して示している。

図５に観測波形Ｗ１の周波数成分を示す。図５において、ＷＦ１が観測波形Ｗ１の周波数成分を示す波形（観測周波数成分波形）であり、この観測周波数成分波形ＷＦ１に対して正常時の波形Ｗ０の周波数成分波形（正常周波数成分波形）ＷＦ０を対比して示している。なお、この例は、商用電源周波数をＡＣ５０Ｈｚとし、励磁周波数ｆｅｘを１２．５Ｈｚとした場合である。

図５において、観測周波数成分波形ＷＦ１と正常周波数成分波形ＷＦ０とを比較すると、観測周波数成分波形ＷＦ１では１００Ｈｚ（励磁周波数ｆｅｘ＝１２．５Ｈｚの８倍）付近からその周波数成分が正常周波数成分波形ＷＦ０よりも大きくなり、１００Ｈｚ以上の周波数範囲で正常周波数成分波形ＷＦ０との差が広がっていることが分かる。すなわち、電極１３Ａ，１３Ｂへの異物の付着によって、観測周波数成分波形ＷＦ１では、１００Ｈｚ以上の周波数成分が増えていることが分かる。これにより、全体の周波数成分に対する１００Ｈｚ以上の周波数成分の比率に基づいて、電極１３Ａ，１３Ｂへの異物の付着の診断が可能であることが分かる。そこで、この例では、１００Ｈｚをカットオフ周波数ｆｃとして定める。

〔診断用閾値ＳＰ_HRについて〕
図６〜図１１に電極１３Ａ，１３Ｂへの異物の付着状況が異なる複数の電磁流量計１００をサンプルのメータとし、このサンプルのメータにおいて観測された交流増幅回路２２からのアナログの流量信号（流量信号成分＋ノイズ成分）の波形を示す。

図６はサンプルＮＯ．１のメータでの観測波形、図７はサンプルＮＯ．２のメータでの観測波形、図８はサンプルＮＯ．３のメータでの観測波形、図９はサンプルＮＯ．４のメータでの観測波形、図１０はサンプルＮＯ．５のメータでの観測波形、図１１はサンプルＮＯ．６のメータでの観測波形を示す。

なお、図６〜図１１において、上段の図（ａ）に示したＳ１〜Ｓ６がアナログの流量信号の観測波形であり、下段の図（ｂ）に示したＳＦ１〜ＳＦ６はカットオフ周波数ｆｃ以上の周波数成分の波形である。図６（ａ）〜図１１（ａ）の観測波形Ｓ１〜Ｓ６に対しては電極１３Ａ，１３Ｂへの異物の付着のない正常時の波形Ｓ０を対比して示している。また、図６（ｂ）〜図１１（ｂ）のカットオフ周波数ｆｃ以上の周波数成分の波形ＳＦ１〜ＳＦ６に対しては電極１３Ａ，１３Ｂへの異物の付着のない正常時の波形ＳＦ０を対比して示している。ここでは、電極１３Ａ，１３Ｂへの異物の付着のない正常時の電磁流量計１００をサンプルＮＯ．０のメータとする。

図１２にＮＯ．０〜ＮＯ．６のメータにおいて算出された高周波レシオＨＲ〔％〕と流量の測定誤差Ｅｒｒｏｒ〔％〕との関係を示す。図１３に高周波レシオＨＲを縦軸とし、流量の測定誤差Ｅｒｒｏｒを縦軸として、高周波レシオＨＲと流量の測定誤差Ｅｒｒｏｒとの関係をプロットしたグラフを示す。

図１２より高周波レシオＨＲと流量の測定誤差Ｅｒｒｏｒとの間には良好な相関があることが分かる。すなわち、電磁流量計に実際に流れた測定流体の実流量と電磁流量計が測定した測定流量との誤差率と、電極から得られた信号電圧（流量信号成分＋ノイズ成分）中のカットオフ励磁周波数ｆｃ以上の周波数成分のパワーの積算値と信号電圧の全周波数成分のパワーの積算値との比率とに良好な相関があることが分かる。

この関係を利用して、この実施の形態では、高周波レシオＨＲを求め、診断用閾値ＳＰ_HRと比較することによって、電極への異物の付着の有無を判定する。図１３において、診断用閾値ＳＰ_HRを例えば１０〔％〕として定めれば、流量の測定誤差が３％を上回るＮＯ．１〜ＮＯ．６のメータが異物が付着しているメータであると判定される。このようにして、この実施の形態では、診断用閾値ＳＰ_HRを適切に定めることにより、流量の測定精度に影響を与える電極への異物の付着の有無を正確に検知することが可能となる。

また、この実施の形態では、電極に異物が付着していない状態での正常データを必要としないので、正常データ取得時の流量差や流体の状態に影響を受けない。すなわち、正常データ取得時の流量と診断時の流量とに差があったり、流体の状態が異なる（流量信号自身が相違する）と誤診断を招く虞があるが、この実施の形態では、同じ流量で、また流体の状態も同じ状態で、第１の積算値Ｘと第２の積算値Ｙを算出するので、そのような誤診断の虞がなくなる。

図１４に励磁周波数ｆｅｘを商用電源周波数ＡＣ５０Ｈｚに同期させる場合の励磁周波数ｆｅｘ、励磁周期、サンプリング数およびカットオフ周波数ｆｃの具体例を示す。図１５に励磁周波数ｆｅｘを商用電源周波数ＡＣ６０Ｈｚに同期させる場合の励磁周波数ｆｅｘ、励磁周期、サンプリング数およびカットオフ周波数ｆｃの具体例を示す。

商用電源周波数ＡＣ５０Ｈｚに同期させる場合、標準タイプとして、励磁周波数ｆｅｘを商用電源周波数の１／４である１２．５Ｈｚとし、カットオフ周波数ｆｃを励磁周波数ｆｅｘの８倍の２５Ｈｚとする。商用電源周波数ＡＣ６０Ｈｚに同期させる場合、標準タイプとして、励磁周波数ｆｅｘを商用電源周波数の１／４である１５Ｈｚとし、カットオフ周波数ｆｃを励磁周波数ｆｅｘの８倍の１２０Ｈｚとする。

図１６にＡＣ非同期の場合の励磁周波数ｆｅｘ、励磁周期、サンプリング数およびカットオフ周波数ｆｃの具体例を示す。ＡＣ非同期の場合、標準タイプとして、励磁周波数ｆｅｘを１２．５Ｈｚとし、カットオフ周波数ｆｃを励磁周波数ｆｅｘの８倍の１００Ｈｚとする。

カットオフ周波数ｆｃを定めると、１／Ｆノイズなどの低周波ノイズの影響を受けずに、電極付着診断を行うことができる。しかし、カットオフ周波数ｆｃを商用電源周波数よりも低くすると、商用電源周波数と同じノイズが含まれる可能性がある。これに対して、カットオフ周波数ｆｃを商用電源周波数よりも高くすれば、商用電源周波数と同じノイズが含まれる可能性を除去することができ、電極付着診断の信頼性が更に向上する。

なお、デジタルハイパスフィルタ３１Ｃに商用電源周波数と同じ周波数成分をカットする機能を設けるようにすれば、カットオフ周波数ｆｃを商用電源周波数よりも高くしなくても、商用電源周波数と同じ周波数成分を除去でき、電極付着診断の信頼性を向上させることができる。また、この実施の形態１では、カットオフ周波数ｆｃを励磁周波数ｆｅｘの８倍としているが、励磁周波数ｆｅｘの８倍に限られるものでないことは言うまでもない。

〔実施の形態２（実施の形態１の変形例１）〕
上述した実施の形態１では、高周波レシオＨＲが１回でも診断閾値ＳＰ_HRを上回ると、異物が電極に付着していると判断される。これに対して、実施の形態２では、電極付着を１回で判定せずに、所定回数連続して高周波レシオＨＲが診断閾値ＳＰ_HRを上回った場合に電極付着ありと判定する。

図１７にこの場合の電極付着診断ルーチンのフローチャートを示す。なお、図１７のフローチャート中の各ステップには、図３のフローチャート中の同内容のステップと同じステップ番号が付されている。この電極付着診断ルーチンでは、図３に示した実施の形態１でのフローチャートと比較して分かるように、ステップＳ２０３とステップ２０４との間にステップＳ２０８を設け、高周波レシオＨＲが診断閾値ＳＰ_HRを連続してＮ回（例えば、１０回）上回ったか否かを確認するようにしている。

これにより、電極への異物の付着が継続し、高周波レシオＨＲが診断閾値ＳＰ_HRを連続してＮ回上回った時に（ステップＳ２０８のＹＥＳ）、初めて電極に異物が付着していると判定されるものとなる（ステップＳ２０４，Ｓ２０５）。したがって、異物が一時的に電極に付着してもすぐに電極から剥離するような場合、電極付着ありと判定されることがなく、判定の信頼性が増す。

〔実施の形態３（実施の形態２の変形例）〕
一定期間継続して電極に付着した異物が自然に剥離するのは稀であるが、流体又は流体に混入した物質によって剥離する場合もある。このような場合を想定して、実施の形態３では、実施の形態２において、電極に異物が付着していると判定された後に、所定回数連続して高周波レシオＨＲが診断閾値ＳＰ_HRを下回った場合に電極付着なしと判定する。

図１８にこの場合の電極付着診断ルーチンのフローチャートを示す。この場合、高周波レシオＨＲがＮ回連続してＳＰ_HRを上回って電極付着ありと判断された後も高周波レシオＨＲの算出を続け、その算出した高周波レシオＨＲと診断用閾値ＳＰ_HRとの比較を行う（ステップＳ３０１〜Ｓ３０３）。

そして、高周波レシオＨＲが診断閾値ＳＰ_HRを連続してＮ回（例えば、１０回）下回ったことが確認された時点で（ステップＳ３０８のＹＥＳ）、電極への異物の付着がなくなったと判定する（ステップＳ３０４，Ｓ３０５）。電極への異物の付着がなくなったと判定されるまでは、ステップＳ３０３のＮＯあるいはステップＳ３０８のＮＯに応じて、ステップＳ３０６，Ｓ３０７へ進み、電極に異物が継続して付着していると判定する。

これにより、電極に異物が付着していると判定された後、電極への異物の付着が解消された状態が継続していることを確認したうえで、電極に異物が付着していないと判定されるものとなり、判定の信頼性が増す。

〔実施の形態４（実施の形態１の変形例３）〕
実施の形態１において、第１のＡ／Ｄ変換部２６は、ノイズを含んだ信号をＡ／Ｄ変換するので、変換精度は比較的高くなくてもよいが、変換スピードの速いＡ／Ｄ変換器が望まれる。このため、制御部２８におけるＣＰＵ内蔵のＡ／Ｄ変換器を使用している。一方、第２のＡ／Ｄ変換部２７は、流量算定部２８Ａによる流量算定の基礎となる流量信号を扱うので、サンプリング周期は比較的長くても、変換精度の高いＡ／Ｄ変換器が望まれる。このため、第２のＡ／Ｄ変換部２７としては、第１のＡ／Ｄ変換部２６よりもそのアナログ信号のデジタル信号への変換精度が高いＡ／Ｄ変換器を使用している。これにより、流量算定精度が高く、且つ、電極付着診断の信頼性の高い電磁流量計が得られる。

これに対して、実施の形態４では、図１９に示すように、第２のＡ／Ｄ変換部２７を設けず、交流増幅回路２２からのアナログの流量信号とノイズ除去回路２５からの直流流量信号とを第１のＡ／Ｄ変換部２６へ与えるようにし、制御部２８に設けた時分割部２８Ｊからの指令によって、第１のＡ／Ｄ変換部２６に交流増幅回路２２からのアナログの流量信号のデジタル信号への変換とノイズ除去回路２５からの直流流量信号のデジタル信号への変換とを時分割で行わせるようにしている。

このようにすることにより、第１のＡ／Ｄ変換部２６で電極付着診断用のＡ／Ｄ変換と流量を算定するためのＡ／Ｄ変換とが時分割で行われ、第２のＡ／Ｄ変換部２７（図１参照）を不要として、コストダウンを図ることができる。この実施の形態４の電磁流量計を符号１０１で示す。なお、この電磁流量計１０１において、第１のＡ／Ｄ変換部２６は、流量信号を取り扱うので、変換精度の高いものが望まれる。この場合、制御部２８におけるＣＰＵ内蔵のＡ／Ｄ変換器を高変換精度としてもよいが、変換精度の高いＡ／Ｄ変換器を第１のＡ／Ｄ変換部２６として制御部２８とは別に設けるようにしてもよい。

なお、上述した実施の形態１〜４において、診断用閾値ＳＰ_HRを例えば２段階として、１段階目では軽警報、２段階目では重警報というように、段階的に電極への異物の付着の診断を行うようにしてもよい。

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…検出器、２…変換器、１１…測定管、１２…励磁コイル、１３Ａ，１３Ｂ…電極、２１…初段回路、２２…交流増幅回路、２３…励磁部、２４…直流増幅回路、２５…ノイズ除去回路、２６…第１のＡ／Ｄ変換部、２７…第２のＡ／Ｄ変換部、２８…制御部、２８Ａ…流量算定部、２８Ｂ…サンプリング部、２８Ｃ…デジタルハイパスフィルタ、２８Ｄ…第１の積算部、２８Ｅ…第２の積算部、２８Ｆ…付着ノイズ評価値算出部、２８Ｇ…診断用閾値記憶部、２８Ｈ…電極付着診断部、２８Ｉ…励磁制御部、２８Ｊ…時分割部、２９…流量出力部、３０…付着診断出力部、１００，１０１…電磁流量計。

Claims (6)

1. 流体を流す測定管と、
   前記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、
   前記励磁コイルへその極性が交互に変化する励磁周波数ｆｅｘの励磁電流を供給する励磁電流供給手段と、
   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、
   前記電極間に生じる起電力をアナログの流量信号として検出する流量信号検出手段と、
   前記流量信号検出手段によって検出されたアナログの流量信号をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換手段と、
   前記第１のＡ／Ｄ変換手段によってデジタル信号に変換された流量信号を所定の周期でサンプリングするサンプリング手段と、
   前記サンプリング手段によってサンプリングされた所定期間のサンプルデータの全ての周波数成分の絶対値を積算した値を第１の積算値として算出する第１の積算手段と、
   前記サンプリング手段によってサンプリングされた所定期間のサンプルデータの周波数成分のうち、前記励磁周波数ｆｅｘよりも高い所定の周波数以上の周波数成分を抽出する高周波成分抽出手段と、
   前記高周波成分抽出手段によって抽出された周波数成分の絶対値を積算した値を第２の積算値として算出する第２の積算手段と、
   前記第１の積算手段によって算出された第１の積算値に対する前記第２の積算手段によって算出された第２の積算値の比率を前記起電力に及ぼす前記電極への異物の付着によるノイズ成分の影響度を評価する付着ノイズ評価値として算出する付着ノイズ評価値算出手段と、
   前記付着ノイズ評価値算出手段によって算出された付着ノイズ評価値と予め定められている診断用閾値とを比較し、その比較結果に基づいて前記電極に対する異物の付着の有無を判定する電極付着診断手段と
   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、
   前記高周波成分抽出手段は、
   前記抽出する周波数成分に商用電源周波数と同じ周波数成分を含めない
   ことを特徴とする電磁流量計。
3. 請求項１に記載された電磁流量計において、
   前記電極付着診断手段は、
   前記付着ノイズ評価値として算出された前記比率が所定回数連続して前記診断用閾値を上回った場合に、前記電極に異物が付着していると判定する
   ことを特徴とする電磁流量計。
4. 請求項３に記載された電磁流量計において、
   前記電極付着診断手段は、
   前記電極に異物が付着していると判定した後、前記付着ノイズ評価値として算出された前記比率が所定回数連続して前記診断用閾値を下回った場合に、前記電極に異物が付着していないと判定する
   ことを特徴とする電磁流量計。
5. 請求項１に記載された電磁流量計において、
   前記起電力を直流流量信号に変換する直流流量信号変換手段と、
   前記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と、
   前記ノイズ成分が除去された直流流量信号をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換手段と、
   前記デジタル信号に変換された直流流量信号より前記流体の流量を算定する流量算定手段とを備え、
   前記第２のＡ／Ｄ変換手段は、前記第１のＡ／Ｄ変換手段よりそのアナログ信号のデジタル信号への変換精度が高い
   ことを特徴とする電磁流量計。
6. 請求項１に記載された電磁流量計において、
   前記起電力を直流流量信号に変換する直流流量信号変換手段と、
   前記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と、
   前記第１のＡ／Ｄ変換手段にノイズ成分を含む前記起電力のデジタル信号への変換と前記ノイズ成分が除去された直流流量信号のデジタル信号への変換とを時分割で行わせる手段と、
   前記デジタル信号に変換された直流流量信号より前記流体の流量を算定する流量算定手段と
   を備えることを特徴とする電磁流量計。

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