JP2687261B2 - 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、プロセス制御装置にお
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】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外来ノイズ（大部分は商
用電源ノイズであるため、以下ノイズの主体を識別する
必要があるとき以外は商用電源ノイズと称する）があ
る。この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
るために第１の発明は、外部装置から２線式線路を介し
て共給される直流電流に基づいて前記磁界を発生するた
めの励磁および各回路動作に必罪な直流電流を供給する
とともに、流量を示す信号を前記直流電流の変化により
前記２線式線路を介して前記外部装置に出力する入出力
手段と、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、ノイズ検出手段から検出されたノイ
ズ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ものである。第２の発明は
第１の発明において、ノイズ検出手段からノイズが検出
されないときはノイズ信号と同一周期を有する疑似信号
をタイミング信号発生手段に出力する疑似ノイズ発生手
段を備えたものである。

【０００９】

【作用】第１の発明においては、入出力手段によって外
部装置から２線式線路を介して供給される直流電流に基
づいて磁界を発生するための励磁および各回路動作に必
要な直流電圧が供給されるとともに、流量を示す信号を
直流電流の変化により前記２線式線路を介して外部装置
に出力され、この直流電圧にて動作するノイズ検出手段
によって検出されたノイズに基づいてタイミング信号が
作られるので、タイミング信号とノイズは同期がとれて
おり、交流電源を使用せず２線式線路を介して供給され
る直流電流でのみ動作する電磁流量計であっても、ノイ
ズリダクション効果が得られる。第２の発明は何らかの
理由でノイズが検出されない期間があっても、その期間
は疑似ノイズ発生手段から疑似ノイズを発生させ、その
疑似ノイズに基づいてタイミング信号が発生する。

【００１０】

【実施例】図１は第１の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、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（入出
力手段）によって流量信号の最低値がＤＣ４ｍＡ、最大
値がＤＣ２０ｍＡ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商用電
源ノイズが発生している。この商用電源ノイズは増幅器
３ａ、３ｂによって増幅され、例えば加算器８ａによっ
て構成される商用電源ノイズ検出部８によって商用電源
ノイズが検出され、それが増幅器３ｅで増幅される。

【００１３】このようにして検出された商用電源ノイズ
に基づいてタイミング信号発生部９によって、商用電源
ノイズに同期した信号が発生する。そしてこの信号に基
づいて励磁回路１０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９はＡＣ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４
ａ、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、商用
電源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。このため商用電源ノイズ検出
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）に示す商用電源ノイズが得られる。こ
れを増幅器３ｅによって飽和レベルまで増幅すると図２
（ｄ）に示す信号が得られる。

【００１５】この信号に基づいてタイミング信号発生回
路９は図２（ｅ）に示す励磁信号と図２（ｆ）、（ｇ）
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１０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】なお、装置の動作開始時点では商用電源ノ
イズが得られないが、このときも励磁電流を発生させる
必要がある。この場合は例えばタイミング信号発生部９
において商用電源周波数と等しいタイミング信号を発生
させておき、商用電源ノイズが発生した時点で、このタ
イミング信号を商用電源ノイズの位相に同期させること
によって、所望のタイミング信号が得られようにしてお
けば良い。また、商用電源ノイズ検出部８には必要に応
じて商用電源周波数成分以外ものを除去するフィルタを
備えれば、他の外来雑音による不都合を防止することも
可能になる。

【００２０】図４は第２の発明の一実施例を示すブロッ
ク図であり、要部のみすなわち、商用電源ノイズが得ら
れなくなったとき疑似信号を発生する部分のみを示し、
点線で示した部分は図１に示した部分と同一である。

【００２１】図４において、商用電源ノイズ検出部８に
よって検出された商用電源ノイズはトリガ信号発生部１
１に供給される。トリガ信号発生部１１は商用電源ノイ
ズが得られている間はそれによって発生したトリガ信号
を送出し、商用電源ノイズが得られない期間はその時点
まで得られていた商用電源ノイズの周期を有する疑似ノ
イズを発生するようになっている。

【００２２】トリガ信号発生部１１は商用電源ノイズ検
出部８によって検出された商用電源ノイズが絶対値回路
１１ａに供給され、そこで図５（ａ）に示すように絶対
値化される。絶対値化された信号はコンパレータ１１ｂ
において図５（ａ）の点線で示される閾値以下となった
とき図５（ｂ）に示すパルス信号を発生し、それがオア
回路１１ｃ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。

【００２３】図５（ｂ）に示すパルス信号はＣＰＵ１１
ｄにも供給されており、ＣＰＵ１１ｄ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１１ｃ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も、継続し
てトリガ信号が得られるようになる。なお、ＣＰＵ１１
ｄは疑似ノイズ発生手段を構成するが、ＣＰＵ１１ｄは
ＣＰＵ６で兼用する事もできる。

【００２４】このトリガ信号は商用電源ノイズに同期し
ており、トリガ信号発生部１１から出力されるトリガ信
号が供給されているタイミング信号発生部は、前述した
説明と同様に商用電源ノイズに同期したタイミング信号
を発生するので、図４に点線で示す回路は前述したと同
様な商用電源ノイズと同期した動作を行う。すなわち商
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ＣＰＵ１１ｄ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１０
１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】以上の実施例は商用電源ノイズを想定して
説明しているが、外来ノイズが商用電源ノイズと周波数
が異なりノイズ振幅が大きく定状的に発生しているノイ
ズに対しても同様に適用できる。この場合、商用電源ノ
イズ検出部８にフィルタを備えているときは、フィルタ
の遮断周波数はこのノイズの周波数を考慮して決める必
要がある。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明は、入出
力手段を設けて、外部装置から２線式線路を介して供給
される直直電流に基づいて磁界を発生するための励磁お
よび各回路動作に必要な直流電圧を供給するとともに、
流量を示す信号を直流電流の変化により前記２線式線路
を介して外部装置に出力し、この直流電圧にて動作する
ノイズ検出手段により検出した外来ノイズに同期して励
磁信号およびサンプリング信号を発生するようにしたの
で、交流電源を使用せず２線式線路を介して供給される
直流電流でのみ動作する電磁流量計であっても、ノイズ
リダクション作用を高めることができるという効果を有
する。第２の発明は、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信号
を発生するようにしたので、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】第１の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】第２の発明の一実施例を示すブロック図

【図５】図４の回路の各部波形を示す波形図

【図６】図４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 ７ Ｄ／Ａ変換器 ８ 商用電源ノイズ検出部 ８ａ 加算器 ９ タイミング信号発生部 １０ 励磁回路 １１ トリガ信号発生部 １１ａ 絶対値化回路 １１ｂ コンパレータ １１ｃ オア回路 １１ｄ ＣＰＵ

Claims (2)

(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、外部装置から２線式線路を介して供給される直流電流に
   基づいて前記磁界を発生するための励磁および各回路動
   作に必要な直流電圧を供給するとともに、流量を示す信
   号を前記直流電流の変化により前記２線式線路を介して
   前記外部装置に出力する入出力手段と、 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、 ノイズ検出手段から検出されたノイズに基づいて前記磁
   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。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記ノイズ検出手段
   からノイズが検出されないときは前記ノイズ信号と同一
   周期を有する疑似信号を前記タイミング信号発生回路に
   出力する疑似ノイズ発生手段を備えたことを特徴とする
   電磁流量計。