JP2619111B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は導電性流体の流量を測定する電磁流量計に関
する。

（従来の技術） 電磁流量計としては、過去においては商用電源励磁方
式のものが、また現在においては方形波励磁方式のもの
が主流となり実用に供されている。

商用電源励磁方式の電磁流量計は検知器の励磁コイル
を駆動する電源（励磁電源）として商用電源を用いてお
り、電源が簡便であることにより最も早く実用化されて
いた。

しかし、検知器の励磁コイルを商用電源で励磁してい
るので、流体、検知器、変換器の増幅器入力線によって
構成される閉回路に常時変化する磁束が通過し、この磁
束によって閉回路に起電圧が発生し、90度のノイズや同
相ノイズが発生してしまい、回路の安定度が悪いという
大きな問題があった。

また、方形波励磁方式の電磁流量計は検知器の励磁コ
イルを２値以上の値を持つ低い周波数（商用電源の1/〜
1/16程度の周波数）の定電流で駆動するため、90度ノイ
ズ、同相ノイズの発生を防止することができ、これによ
って回路の安定化、省電力化などを図ることができるた
め、現在、主流として使用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような方形波励磁方式の電磁流量
計においては、パルプ液、その他のスラリー流体の測定
にあっては、スラリー流体に含まれる固形物の影響によ
り、信号に低周波のノイズが多く重畳されるので、この
ようなスラリー流体の流量測定を行うことができないと
いう問題があった。

また、スラリー流体が発生するノイズは周波数が低く
なる程、ノイズレベルが高くなる、いわゆる1/fノイズ
（ｆは周波数）であるため、励磁周波数（即ち、流量信
号周波数）が低い程、そのS/N比が悪化してしまう。

そこでこのような問題を解決するために、励磁周波数
を上げることが考えられるが、このような方形波励磁方
式の電磁流量計では、２値以上の安定した磁束を素早く
発生させるために、ある値の電流が流れている状態で逆
電圧を加え、他の電流値に切り替えるようにしているの
で、安定した磁束を早く得るために高い逆電圧を高速で
切替なければならない。

しかし、このように磁束の変化を大きくすると、検知
器内の渦電流による損失が増加するとともに、切替時間
を短縮する割合以上に励磁コイルに印加する電圧を増加
させなければならないため、実用化が難しい。

そこで、このような問題を解決する方法として、励磁
電流を増加させることも考えられるが、このようにする
と、省電力の特徴が失われるだけでなく、電磁流量計の
巨大化を招き、一般に使用できる装置ではなくなってし
まう。

そこで、このような方形波励磁方式の電磁流量計の問
題点を解決するものとして、三角波励磁方式の電磁流量
計が提案されている。

三角波励磁方式の電磁流量計は励磁電源として電流が
直線的に増加あるいは減少する電源を用いて測定を行な
う。

そして、励磁電流を徐々に変化させることから検知器
内の損失が少なく、また方形波励磁方式の励磁回路より
回路電圧などを低くできるため、周波数を上げることに
よりスラリー流体のようなものの流量測定を行なう時で
もS/N比を大きくすることができる。

また、同じ励磁周波数であるならば、方形波励磁方式
の電磁流量計の励磁回路よりも励磁回路部分を小型化す
ることができる。

しかしながら、このような三角波励磁方式の電磁流量
計においては、第４図（ｂ）に示す如くある速度で導電
性流体が流れている状態で、第４図（ａ）に示す如く磁
束を変化させたとき、検知器から第４図（ｃ）に示すよ
うなえ流量に応じた信号が出力されるが、この信号中に
は第４図（ｄ）に示す如く励磁電流が増加から減少に切
り替わるとき、または減少から増加に切り替わるときに
同相ノイズ101が重畳され、また励磁電流が増加または
減少しているとき90度ノイズ102が重畳される。

そして、励磁電流が増加から減少に切り替わるとき、
または現象から増加に切り替わるとき以外、同相ノイズ
101が含まれないため、信号処理により同相ノイズ101を
取り除くことができるものの、90度ノイズ102が過大で
あり、また励磁電流の切り替え時の処理が難しいため、
未だ実用化されていない。

本発明は上記の事情に鑑み、過大な90度ノイズの信号
処理方法を改善することにより、三角波励磁方式を実用
化してスラリー流体の流量を高い安定度で、かつ高い精
度で測定するとができる電磁流量計を提供することを目
的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明による電磁流量計
は、流体を流す測定管と、この測定管の直径方向内面の
対向する各面に設けられた電極と、前記測定管の軸方向
と直交する磁束を測定管内部に発生させる励磁コイルと
を備え、前記電極に発生する起電圧により流体流量を測
定する電磁流量計において、三角波状の励磁電流を発生
して前記各励磁コイルを励磁する励磁部と、前記各電極
に発生する各起電圧に応じた信号に基づいて前記各起電
圧の変化分を抽出する変化分抽出部と、この変化分抽出
部によって抽出された変化分の所定部分を切り出して平
均化する選択平均化部と、この選択平均化部によって得
られた平均化結果に基づいて前記測定管内を流れる前記
流体の流量を示す流量信号を生成する流量信号生成部と
を備えたことを特徴としている。

（作用） 上記の構成において、励磁部によって三角波状の励磁
電流を生成させて測定管の各側面に設けられた各励磁コ
イルを励磁させるとともに、変化分抽出部によって前記
測定管内の各側面に設けられた各電極に発生する各起電
圧の変化分を抽出させ、選択平均化部によって前記変化
分の所定部分を切り出させて平均化させた後、流量信号
生成部によって前記平均化結果から前記測定管内を流れ
る前記流体の流量を示す流量信号を生成させる。

（実施例） 第１図は本発明による電磁流量計の一実施例を示すブ
ロック図である。

この図に示す電磁流量計は導電性流体１の流量を検知
する検知器２と、この検知器２の出力を信号処理して前
記導電性流体１の流量を示す流量信号を出力する変換器
３とを備えており、変換器３から出力される参加波状の
励磁電流により検知器２を駆動して前記導電性流体１の
流量に応じた信号を出力させるとともに、この信号を変
換器３によって信号処理して流量信号を生成し、これを
外部に出力する。

検知器２は流量測定対象となる導電性流体１が流れる
測定管４と、この測定管４の上下に各々配置される励磁
コイル５、６と、前記測定管４内の両側面に各々取り付
けられる電極７、８とを備えており、前記変換器３から
供給される三角波状の励磁電流によって励磁コイル５、
６を励磁して測定管４内の導電性流体１に磁束を与え
て、そのとき各電極７、８に発生する起電圧を前記導電
性流体１の流量に応じた信号として変換器３に供給す
る。

変換器３はクロック発生回路10と、励磁回路11と、差
動増幅器12と、保持回路13と、差回路14と、第１平均化
回路15と、第２平均化回路16と、差動回路17とを備えて
おり、三角波状の励磁電流により検知器２を駆動して前
記導電性流体１の流量に応じた信号を出力させるととも
に、この信号を信号処理して流量信号を生成し、これを
外部に出力する。

クロック発生回路10は基本クロック信号を発生する発
振器やこの発振器によって得られた基本クロック信号を
分周する各種の分周器通を備えており、分周動作によっ
て第２図（ａ）に示すサンプリング指令信号を生成しこ
れを保持回路13に供給するとともに、第２図（ｂ）に示
す励磁極性指定信号を生成しこれを励磁回路11に供給す
る。また、第２図（ｃ）に示す第１平均化指令信号と、
第２図（ｄ）に示す第２平均化指令信号とを生成しこれ
らを第１平均化回路15と、第２平均化回路16とに各々供
給する。

励磁回路11は第２図（ｅ）に示す如く前記クロック回
路10から励磁極性指定信号が供給されているときは、正
方向に増加する励磁電流を生成し、また前記クロック回
路10か前記励磁極性指定信号が供給されていないときに
は、負方向に増加する励磁電流を生成するとともに、こ
れによって得られた三角波状の励磁電流を前記励磁コイ
ル５、６に供給して測定管４内の導電性流体１に時間と
ともにその大きさおよび極性が交互に変化する磁束を与
える。

また、差動増幅器12は前記検知器２の各電極７、８か
ら出力される各信号の差を取り出して第２図（ｆ）に示
す検知信号を生成しこれを保持回路13と差回路14とに供
給する。

保持回路13は非反転入力端子によって前記差動増幅器
12から出力される検知信号を取り込む演算増幅器20と、
前記クロック回路10からサンプリング指令信号が供給さ
れたとき幅の狭いサンプリング信号を発生するワンショ
ット回路21と、このワンショット回路21からサンプリン
グ信号が出力されたとき閉じるスイッチ22と、このスイ
ッチ22が閉じられているとき前記演算増幅器20から出力
されている電圧を取り込んで保持するコンデンサ23と、
このコンデンサ23に保持されている電圧を取り込んでこ
れを増幅率“1"で増幅して前記演算増幅器20の反転入力
端子に供給して前記スイッチ20が閉じられている間、電
圧バッファループを構成するとともに、増幅動作によっ
て得られた電圧を基準検知信号として前記差回路14に供
給するバッファアンプ24とを備えている。

そして、この保持回路13は、前記クロック回路10から
サンプリング指令信号が供給される毎に、前記差動増幅
器12から出力されている検知信号をサンプリングホール
ドしてこれを基準検知信号として前記差回路14に供給す
る。

差回路14は前記差動増幅器12から出力される検知信号
を分圧する２つの抵抗25,26と、非反転入力端子によっ
て前記抵抗25、26によって分圧された検知信号を取り込
む演算増幅幅器27と前記信号回路13から出力される基準
検知信号を前記演算増幅器27の反転入力端子に導く入力
抵抗28と、前記演算増幅器27の出力端子から出力される
差信号を前記演算増幅器27の反転入力端子に導く帰還抵
抗29とを備てえおり、前記保持回路13から出力される基
準検知信号と前記差動増幅器12から出力される検知信号
との差を抽出して第２図（ｇ）を示す差信号を生成し、
これを第１平均化回路15と、第２平均化回路16とに供給
する。

第１平均化回路15は前記クロック回路10から第１平均
化指令信号が出力されているときに閉じるスイッチ30
と、抵抗31およびコンデンサ32を有し前記スイッチ30が
閉じられているとき前記差回路14から出力される差信号
を取り込んで平均化する積分回路33とを備えており、前
記クロック回路10から第１平均化指令信号が供給されて
いるとき、第２図（ｈ）に示す如く前記差回路14から出
力される差信号を取り込んでこれを平均化して差動回路
17の非反転入力端子に供給する。そして、前記クロック
回路10から第１平均化指令信号が供給されなくなったと
き、これが再び供給されまで、最後に得られた平均化結
果を前記差動回路17の非反転入力端子に供給し続ける。

また、第２平均化回路16は前記クロック回路10から第
２平均化指令信号が出力されているときに閉じるスイッ
チ34と、抵抗35およびコンデンサ36を有し前記スイッチ
34が閉じられているとき前記差回路14から出力される差
信号を取り込んで平均化する積分回路37とを備てえお
り、前記クロック回路10から第２平均化指令信号が供給
されているとき、第２図（ｈ）に示す如く前記差回路14
から出力される差信号を取り込んでこれを平均化して差
動回路17の反転入力端子に供給する。そして、前記クロ
ック回路10から第２平均化指令信号が供給されなくなっ
たとき、これが再び供給されまで、最後に得られた平均
化結果を前記差動回路17の反転入力端子に供給し続け
る。

差動回路17は前記第１平均化回路15から出力される第
１平均化信号と、前記第２平均化回路16から供給される
第２平均化信号との差を抽出して第２図（ｉ）に示す流
量信号（直流電圧信号）を生成し、これを外部に出力す
る。

次に、第１図および第２図を参照しながらこの実施例
の動作を説明する。

まず、クロック回路10から出力される励磁極性指定信
号の有無に応じて、励磁回路11は三角波状の励磁電流を
発生して検知器２の励磁コイル５、６を励磁し測定管４
内を流れる導電性流体１に磁束を与える。

これによって、各電極７、８に前記磁束の大きさ、極
性、導電性流体１の流速等に応じた起電圧が発生してこ
れが差動増幅器12によって取り込まれて検知信号が生成
され、これが保持回路13と、差回路14とに供給される。

またこの動作と並行して、タイミング回路10からサン
プリング指令信号が出力される毎に、保持回路13は前記
差動増幅器12から出力される検知信号を取り込んで次の
サンプリング指令信号が供給されるまでの間、前記検知
信号を保持しながらこれを基準検知信号として差回路14
に供給する。

差回路14は前記保持回路13から供給される基準検知信
号と、前記差動増幅器12から供給される検知信号との差
を抽出して90度ノイズ成分を除去しこの抽出結果を差信
号として第１平均化回路15と、第２平均化回路16とに供
給する。

またこの動作と並行して、前記タイミング回路10から
第１平均化指令信号が出力されたとき、第１平均化回路
15は前記第１平均化指令信号が供給されている間、即ち
前記検知器２の各励磁コイル５、６に供給される励磁電
流が単純増加し各電極７、８から出力される信号に同相
ノイズが重畳されていないとき、前記差回路14から出力
される差信号を取り込んでこれを平均化するともに、次
の第１平均化指令信号が供給されるまで平均化動作によ
って得られた第１平均化信号を差動回路17に供給する。

この後、前記タイミング回路10から第２平均化指令信
号が出力されたとき、第２平均化回路15は前記第２平均
化指令信号が供給されている間、即ち前記検知器２の各
励磁コイル５、６に供給される励磁電流が単純減少し各
電極７、８から出力される信号に同相ノイズが重畳され
ていないとき、前記差回路14から出力される差信号を取
り込んでこれを平均化するともに、次の第１平均化指令
信号が供給されるまで平均化動作によって得られた第２
平均化信号を差動回路17に供給する。

そして、差動回路17はこれら第１平均化回路15から出
力される第１平均化信号と、第２平均化回路16から出力
される第２平均化信号との差を抽出して流量信号を生成
しこれを外部に出力する。

このようにこの実施例においては、保持回路13と、差
回路14によって検知器２から出力される信号の固定成分
を除去することにより前記信号中に含まれる90度ノイズ
成分を除去し、第１平均化回路15、第２平均化回路16に
よって予め決められた期間だけ差回路14から出力される
差信号の取り込みを禁止して前記差信号中に含まれてい
る同相ノイズを除去するようにしたので、三角波励磁方
式によってスラリー流体等の流量をも高い安定度で、か
つ高い精度で測定することができる。

第３図は本発明による電磁流量計の他の実施例を示す
ブロック図である。なおこの図においては、第１図の各
部と対応する部分に同じ符号が付してある。

この図に示す電磁流量計が第１図に示す流量計と異な
る点は前記保持回路13に代えて保持回路13bを設けると
ともに、前記差回路14に代えて保持回路13bを設けたこ
とである。

保持回路13bは２つのコンデンサ40、41と、４つのス
イッチ42〜45と、１つの演算増幅器46とを備えており、
前記クロック回路10からサンプリング指令信号が供給さ
れる毎に、各コンデンサ40、41によって差動増幅器12か
ら出力されている検知信号を交互にサンプリングホール
ドさせて演算増幅器46から反転基準検知信号を出力させ
これを差回路14bに供給する。

前記スイッチ42は前記クロック回路10からサンプリン
グ指令信号が供給されていないとき、前記コンデンサ40
の一端を接地させ、前記サンプリング指令信号が供給さ
れているとき、前記コンデンサ40の前記一端を差動増幅
器12の出力端子に接続する。

また、スイッチ44は前記クロック回路10からサンプリ
ング指令信号が供給されていないとき、前記コンデンサ
40の他端を演算増幅器46の非反転入力端子に接続し、前
記サンプリング指令信号が供給されているとき、前記コ
ンデンサ40の前記他端を接地させる。

そして、これらスイッチ42、44の協調動作によって前
記前記クロック回路10からサンプリング指令信号が供給
されているとき、コンデンサ40によって前記差動増幅器
12から出力される検知信号を取り込ませてこれを保持さ
せ、この後前記サンプリング指令信号が供給されなくな
ったとき、前記コンデンサ40に保持されている検知信号
の極性を反転させて演算増幅器46の非反転入力端子に供
給させる。

また、前記スイッチ43は前記クロック回路10からサン
プリング指令信号が供給されていないとき、前記コンデ
ンサ41の前記一端を差動増幅器12の出力端子に接続さ
せ、前記サンプリング指令信号が供給されているとき、
前記コンデンサ41の一端を接地させる。

また、スイッチ45は前記クロック回路10からサンプリ
ング指令信号が供給されていないとき、前記コンデンサ
41の前記一端を接地させ、前記サンプリング指令信号が
供給されているとき、前記コンデンサ41の他端を演算増
幅器46の非反転入力端子に接続させる。

そして、これらスイッチ43、45の協調動作によって前
記クロック回路10からサンプリング指令信号が供給され
ていないとき、コンデンサ41によって前記差動増幅器12
から出力される検知信号を取り込ませてこれを保持さ
せ、この後前記サンプリング指令信号が供給されたと
き、前記コンデンサ41に保持されている検知信号の極性
を反転させて演算増幅器46の非反転入力端子に供給させ
る。

演算増幅器46は反転入力端子と出力端子とが接続され
て電圧バッファを構成しており、前記各コンデンサ40、
41から反転された極性の検知信号が供給されていると
き、これを増幅率“1"で増幅して反転基準検知信号を生
成するとともに、これを差回路14bに供給する。

差回路14bは反転入力端子が接地された演算増幅器48
と、前記保持回路13bから出力される反転基準検知信号
を前記演算増幅器48の非反転入力端子に導く入力抵抗49
と、前記差動増幅器12から出力される検知信号を前記演
算増幅器48の非反転入力端子に導く入力抵抗50と、前記
演算増幅器48の出力端子から出力される差信号を前記演
算増幅器48の非反転入力端子に導く帰還抵抗51とを備え
ており、前記保持回路13bから出力される反転基準検知
信号と前記差動増幅器12から出力される検知信号とを加
算して前記検知信号と前記反転基準検知信号を反転した
値との差を抽出するとともに、この抽出結果を差信号と
して第１平均化回路15と、第２平均化回路16とに供給す
る。

このように構成することにより、この実施例において
は、第１図に示す電磁流量計と同様に三角波励磁方式に
よってスラリー流体の流量を高い安定度で、かつ高い精
度で測定するとができるとともに、測定精度に影響する
抵抗器や演算増幅器の使用数を低減させることができ、
これによって高い精度の電磁流量計を安価に制作するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、三角波励磁方式
によってスラリー流体の流量を高い安定度で、かつ高い
精度で測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電磁流量計の一実施例を示すブロ
ック図、第２図は第１図に示す電磁流量計の動作例を示
す波形図、第３図は本発明による電磁流量計の他の実施
例を示すブロック図、第４図は従来から提案されている
三角波励磁方式の電磁流量計の測定動作例を示す波形図
である。 １……流体（導電性流体） ２……検知器 ３……変換器 ４……測定管 ５、６……励磁コイル ７、８……電極 11……励磁部（励磁回路） 13……変化分抽出部（保持回路） 14……変化分抽出部（差回路） 15……選択平均化部（第１平均化回路） 16……選択平均化部（第２平均化回路） 17……流量信号生成部（差動回路）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体を流す測定管と、この測定管の直径方
   向内面の対向する各面に設けられた電極と、前記測定管
   の軸方向と直交する磁束を測定管内部に発生させる励磁
   コイルとを備え、前記電極に発生する起電圧により流体
   流量を測定する電磁流量計において、 三角波状の励磁電流を発生して前記各励磁コイルを励磁
   する励磁部と、 前記各電極に発生する各起電圧に応じた信号に基づいて
   前記各起電圧の変化分を抽出する変化分抽出部と、 この変化分抽出部によって抽出された変化分の所定部分
   を切り出して平均化する選択平均化部と、 この選択平均化部によって得られた平均化結果に基づい
   て前記測定管内を流れる前記流体の流量を示す流量信号
   を生成する流量信号生成部と、 を備えたことを特徴とする電磁流量計。