JP2545658B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プロセス制御などにお
いて導電性流体の流量を検出する電磁流量計に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】磁界中を流れる導電性流体に接触させた
電極に発生する電圧を所定のタイミングでサンプリング
することによって、流体の流量に対応した検出信号を得
ることができ、この原理が電磁流量計に使用されてい
る。

【０００３】ところで、電磁流量計において検出信号に
は電気化学ノイズが重畳しているので、励磁電流の極性
を交互に変えることによってその電気化学ノイズを除去
するようにしている。しかし、このように交互に極性を
変えると状態が安定するまで所定の時間がかかるので、
励磁極性が変わる度に状態が安定するまで待って、安定
時点以後にサンプリングを行って検出信号を得るように
している。

【０００４】このため、励磁電流の極性切換を行う励磁
電流切換タイミングと、サンプリングを行うためのサン
プリングタイミングが必要であり、これは内部にタイミ
ング発生手段を設けて双方のタイミングを作り出してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらノイズに
は前述の電気化学ノイズの他に商用電源ノイズなどの外
来ノイズがある。このうち商用電源ノイズが小さい場合
は問題ないが、商用電源ノイズと内部で発生するタイミ
ング信号とは同期がとれていないので、商用電源ノイズ
の振幅が大きい場合、出力の変動あるいはふらつきが顕
著に現れ、時としてビートと呼ばれる長時間の周期を持
つうねりが発生し、測定の妨害になることがある。

【０００６】商用電源によって動作する装置の場合はタ
イミング信号を商用電源から作り出せば、タイミング信
号と商用電源ノイズとは同期するので、ノイズリダクシ
ョン効果を期待できる。ところが、商用電源ノイズは電
源系統の違う系のものが混入することが多く、期待した
ほどの効果をあげられないことが多い。また、直流電源
によって動作する装置の場合は、商用電源と同期する信
号を持たないため、出力の変動、ふらつきが現れる場合
が多い。

【０００７】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、商用電源ノイズと同期したタイミング信号を作
り出すことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、流体に重畳しているノイズを電極か
ら検出するノイズ検出手段と、このノイズ検出手段より
検出されたノイズから商用電源周波数成分だけフィルタ
リングにより取り出すフィルタ手段と、このフィルタ手
段より取り出された信号を入力として商用電源周波数の
半周期ごとのタイミングのパルス信号を発生するパルス
発生手段と、前記ノイズ検出手段からノイズ信号が検出
されないときそのノイズ信号と同一周期を有する疑似ノ
イズ信号を発生する疑似ノイズ発生手段と、前記パルス
発生手段から発生する商用電源ノイズに同期したパルス
信号または前記疑似ノイズ発生手段から発生する疑似ノ
イズ信号に基づいて磁界を発生させる励磁電流の発生タ
イミングおよび流量信号のサンプリングタイミングを作
り出すタイミング信号発生手段とを備えたものである。

【０００９】

【作用】本発明においては、電極に重畳してくる広帯域
の周波数成分をもつノイズから商用電源周波数成分のみ
をフィルタリングにより取り出し、高精度に商用電源周
波数に同期したタイミング信号が得られる。これによっ
て、出力が安定するとともに耐ＡＣノイズ性が向上す
る。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示すブロック図で
ある。図１において管路１内に導電性の流体が流れてお
り、その流体に励磁コイル２ａ、２ｂに流れる電流によ
って発生する磁界が与えられることによって、１対の電
極１ａ、１ｂから流量に対応した信号が得られるように
なっている。

【００１１】検出された信号は増幅器３ａ、３ｂによっ
て増幅され、差動増幅器３ｃを介して増幅され、サンプ
リング回路４によってサンプリングされ、増幅器３ｄを
介してＡ／Ｄ変換器５に供給されそこでデジタル信号に
変換され、ＣＰＵ６で処理され、Ｄ／Ａ変換器７によっ
て流量信号の最低値がＤＣ４ｍＡ、最大値がＤＣ２０ｍ
Ａのアナログ信号に変換されて、２線式の線路Ｌに出力
されるようになっている。なお、Ｄ／Ａ変換器７は線路
を介して外部装置から供給される電源に基づいて、この
装置内で使用する電圧Ｖを作り出している。

【００１２】電極１ａ、１ｂには前述したように外来ノ
イズが発生している。この外来ノイズは増幅器３ａ、３
ｂによって増幅され、例えば加算器８ａによって構成さ
れるノイズ検出部８によってノイズが検出され、それが
増幅器３ｅで増幅されるたのち、５０〜６０Ｈz の帯域
通過特性をもつバンドパスフィルタ９で商用電源周波数
成分のみのノイズが取り出される。

【００１３】このようにして検出された商用電源ノイズ
はパルス発生部１０でその商用電源周波数の半周期ごと
のタイミングのパルス信号に作成されたうえ、そのパル
ス信号がオア回路１１を通してタイミング信号発生部２
及びＣＰＵ６に送出される。これによりタイミング信号
発生部１２はその信号に基づいて商用電源ノイズに同期
した信号を発生する。そして、この信号に基づいて励磁
回路１３によって励磁電流を発生し、その励磁電流が励
磁コイル２ａ、２ｂに供給される。また、タイミング信
号発生部１３は商用電源ノイズに同期したサンプリング
信号も発生しており、このサンプリング信号によってサ
ンプリング回路４のサンプリングスイッチ４ａ、４ｂを
制御し、サンプリングされたデータをコンデンサ４ｃ、
４ｄに蓄積させている。

【００１４】図２は各部波形を示す波形図であり、外来
ノイズはコモンモードノイズとして電極１ａ、１ｂに発
生するので、その位相は図２（ａ）、（ｂ）に示すよう
に同相となっている。このためノイズ検出部８において
内部の加算器８ａによって両信号を加算すると、図２
（ｃ）に示すノイズが得られる。これを増幅器３ｅによ
って増幅したうえ、５０〜６０Ｈz の帯域通過特性をも
つバンドパスフィルタ９を通過させると商用電極ノイズ
信号が得られる。この信号をパルス発生部１０に送出す
ると、その絶対値回路１０ａで図２（ｄ）に示すように
絶対値化され、その信号がコンパレータ１０ｂにおいて
図２（ｄ）の１点鎖線で示される閾値Ｖ_th以下となった
とき図２（ｅ）に示すように商用電源周波数の半周期ご
とのタイミングのパルス信号を発生し、それがオア回路
１１を介してタイミング信号発生部１２に送出される。

【００１５】タイミング信号発生部１２はこの信号に基
づいて図２（ｆ）に示す励磁信号と図２（ｇ）、（ｈ）
に示すサンプリング信号を発生するので、励磁信号は励
磁回路１３を駆動して励磁電流を励磁コイル２ａ、２ｂ
に供給し、サンプリング信号はサンプリングスイッチ４
ａ、４ｂを駆動してサンプリングタイミングだけ検出信
号をサンプリングする。なお、サンプリング信号は前述
したように安定した検出信号をサンプリングできるよう
に、励磁電流の最後のタイミングで発生するようにして
いる。

【００１６】図３は増幅器３ｃから出力される信号であ
り、流量に対応して電極１ａ、１ｂに発生する流量信号
ｅが電気化学ノイズＥN に重畳しており、励磁電流が交
互に極性が変わるため、その極性も同期して変わってい
る。そして流量信号に商用電源ノイズＥacが重畳してお
り、励磁電流は商用電源ノイズと同期しているので、図
３で得られる商用電源ノイズは励磁電流の極性変化に同
期している。なお、商用電源ノイズはコモンモードノイ
ズであるから差動増幅器３ｃで除去されるが、差動増幅
器３ｃだけでは完全には取りきれないことと、説明の都
合とから図３には強調して記載している。

【００１７】斜線で示した部分はサンプリングされる領
域を示し、このように励磁電流の最後の区間がサンプリ
ングされる。なお、このサンプリング信号も商用電源ノ
イズによって発生するので、サンプリング期間も図３に
示す商用電源ノイズに同期している。サンプリングされ
た信号はコンデンサ４ｃ、４ｄに蓄積され、差動増幅器
３ｄによって減算される。

【００１８】この結果、商用電源ノイズＥacは同相のた
めキャンセルされ、また電気化学ノイズＥN は励磁信号
周期に比べると変化周期が十分長いので、隣接する励磁
信号期間ではほとんど振幅が変化せず、キャンセルされ
る。これに対して流量信号ｅは隣接する励磁信号期間で
は逆相であることから、２倍の振幅になって出力され
る。

【００１９】このように本発明は、検出信号とともに重
畳している外来ノイズをノイズ検出部８で検出し、その
ノイズから商用電源周波数成分だけバンドパスフィルタ
９によって取り出し、その商用電源周波数の半周期ごと
のタイミングのパルス信号を出力して、その信号に基づ
いてタイミング信号を発生させれば、このタイミング信
号は商用電源ノイズに同期しているので、ノイズリダク
ション効果を期待できる。

【００２０】すらわち、電極１ａ、１ｂから重畳してく
るノイズは広帯域の周波数成分をもっている（図４
（ａ））。このため、図４（ｃ）に示す商用電源周波数
（東日本５０Ｈz（Ｔ≒１０ｍｓｅｃ），西日本６０Ｈz
（Ｔ≒８．３ｍｓｅｃ））の半周期ごとのタイミングの
パルス信号を得るには他の周波数成分が悪影響を及ぼ
し、図４（ｂ）に示すようにその検出精度が悪い。つま
り、図４（ｃ）に示す本来の商用電源周波数とはずれα
が生じ、このずれが出力の変動あるいはふらつきの原因
となっている。これに対して本発明では、広帯域の周波
数成分をもつノイズから商用電源周波数成分のみを取り
出しているので、高精度に商用電源周波数に同期したタ
イミング信号が得られる。その結果、出力が安定し、し
かも耐ＡＣノイズ性を向上させることができる。

【００２１】なお、バンドパスフィルタ９は商用電源周
波数成分として５０Ｈz〜６０Ｈzを取り出すもの以外に
５０Ｈzのみ、あるいは６０Ｈzのみを取り出すものいず
れで構成してもよい。また、このバンドパスフィルタ９
はＣ（コンデンサ）とＲ（抵抗）のみで形成するハイパ
スフィルタ，ローフィルタの組み合わせ、高次のものに
してもよいし、オペアンプとＣ，Ｒとで高次のアクティ
ブフィルタで構成しててもよい。

【００２２】以上は商用電源ノイズが得られるときの場
合であるが、何らかの事情によって商用電源ノイズが得
れなくなる場合がある。このとき、ＣＰＵ６によって商
用電源ノイズが得られなくなったことを検出し、その検
出結果に基づき商用電源ノイズと同一周期の疑似ノイズ
を発生し、発生した疑似ノイズをタイミング信号発生部
１２に供給する。これによって商用電源ノイズが得られ
なくなったときでもタイミング信号を発生することがで
きる。

【００２３】すなわち、バンドパスフィルタ９によって
検出された商用電源ノイズがパルス発生部１０の絶対値
回路１０ａで図５（ａ）に示すように絶対値化され、そ
の信号はコンパレータ１０ｂにおいて図５（ａ）の点線
で示される閾値Ｖ_th以下となったとき図５（ｂ）に示す
パルス信号を発生し、それがオア回路１１を介してトリ
ガ信号としてタイミング信号発生部９に供給される。

【００２４】この図５（ｂ）に示すパルス信号はＣＰＵ
６にも供給されており、ＣＰＵ６はそのパルス信号を監
視してその周期を記憶しており、商用電源ノイズが得ら
れなくなりパルス信号が供給されなくなると、記憶して
いる周期を有する疑似パルス信号を出力するようになっ
ている。これによりオア回路１１は図５（ｄ）に示すよ
うに商用電源ノイズが得られない期間Ｔａも、継続して
信号が得られるようになる。その結果、商用電源ノイズ
が何らかの理由である期間得られなくなっても、商用電
源ノイズに同期した励磁電流およびサンプリング信号は
支障無く発生する。

【００２５】図６はＣＰＵ６において商用電源ノイズが
得られない期間に疑似ノイズ信号を発生するための動作
を示すフローチャートの一例である。ステップ１００で
初期化された後に、ステップ１０１において入力パルス
が供給されたことを検出すると、ステップ１０２におい
て次回入力パルスを取り込むタイミングを定める。ま
た、ステップ１０１において入力パルスが供給されなく
なったことを検出するとステップ１０３において疑似ノ
イズ信号を発生させた後、ステップ１０２に進む。ステ
ップ１０４においてステップ１０２で定めたタイミング
になるまで待ちステップ１０２で定めたタイミングにな
ったならば、ステップ１０１に進み、前記動作を繰り返
す。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、電極に重
畳してくる広帯域の周波数成分をもつノイズから商用電
源周波数成分のみをフィルタリングにより取り出し、高
精度に商用電源周波数に同期したタイミング信号を得る
ことにより、あらゆる周波数のノイズが電極から入って
きても、精度良く商用電源周波数成分が検出できるの
で、出力が安定するとともに耐ＡＣノイズ性が向上す
る。また、外来ノイズが得られない期間はその時点まで
得られていたノイズの周期を有する疑似ノイズ信号を発
生することによって、安定したノイズリダクション作用
が得られるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図

【図２】図１の回路の各部波形を示す波形図

【図３】図１の回路の流量信号を表す波形図

【図４】ノイズからの商用電源周波数の半周期ごとのパ
ルスのずれを説明する波形図

【図５】図１の回路の各部波形を示す波形図

【図６】図１の回路におけるＣＰＵの動作を説明するフ
ローチャート

【符号の説明】

１ 管路 １ａ、１ｂ 電極 ２ａ、２ｂ 励磁コイル ３ａ〜３ｅ 増幅器 ４ サンプリング回路 ５ Ａ／Ｄ変換器 ６ ＣＰＵ ８ ノイズ検出部 ９ バンドパスフィルタ １０ パルス発生部 １１ オア回路 １２ タイミング信号発生部 １３ 励磁回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁界中を流れる導電性流体に接触させた
   電極に発生する電圧を所定のタイミングでサンプリング
   して検出信号を得る電磁流量計において、 流体に重畳しているノイズを前記電極から検出するノイ
   ズ検出手段と、 前記ノイズ検出手段より検出されたノイズから商用電源
   周波数成分だけフィルタリングにより取り出すフィルタ
   手段と、 前記フィルタ手段より取り出された信号を入力として商
   用電源周波数の半周期ごとのタイミングのパルス信号を
   発生するパルス発生手段と、 前記ノイズ検出手段からノイズ信号が検出されないとき
   そのノイズ信号と同一周期を有する疑似ノイズ信号を発
   生する疑似ノイズ発生手段と、 前記パルス発生手段から発生する商用電源ノイズに同期
   したパルス信号または前記疑似ノイズ発生手段から発生
   する疑似ノイズ信号に基づいて前記磁界を発生させる励
   磁電流の発生タイミングおよび前記サンプリングタイミ
   ングを作り出すタイミング信号発生手段とを備えたこと
   を特徴とする電磁流量計。