JP2945476B2

JP2945476B2 - 非満水用電磁流量計

Info

Publication number: JP2945476B2
Application number: JP5505107A
Authority: JP
Inventors: 豊吉田
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 1999-09-06
Anticipated expiration: 2014-09-06

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は流路を非満水状態で流れる流量を計測する電
磁流量計に関する。

背景技術流路の上下にコイルを配設し、各コイルの出力に基づ
いて流体が流路に対して満水であるか否かを検出する装
置が知られている（JP−A 59−230115）。

また流路の上下に配置されたコイルを直列接続する構
成がJP−A 52−48356にみられる。

本出願人は、流路を非満水状態で流れる流量を電磁流
量計の原理を用いて計測する非満水用電磁流量計を提案
した（JP−A3−5631）。

この技術は、図１に示すような構成をもっていた。

参照符号１は断面が円形の流路、2,2は流路１の中心
を通る垂直線に対し左右対称の位置に設けた１対の電
極、ＵとＬは流路１の上側と下側にそれぞれ設けた磁束
コイルで、交互に励磁され、空間的に異なる不均一な磁
束分布を異なる期間の間に発生する。符号４はこのよう
な構造の流量検出機を示す。

参照符号５は励磁回路で、タイミング回路６の信号に
応じて上側と下側の励磁コイルＵとＬとを交互に励磁す
る。７は電極2,2間に誘起した電圧を増幅して出力する
アンプ、S₁は切替スイッチでタイミング回路６の信号で
切替作動し、前記２つの励磁コイルＵとＬの励磁時期を
切替える切替スイッチS₂と同期して切替作動し、上側の
励磁コイルＵが励磁されているときにａ側に、下側の励
磁コイルＬが励磁されているときにｂ側に切替えられ
る。

8Aと8Bは切替スイッチS₁のａ接点とｂ接点の出力電圧
ε_Uとε_Lとを夫々入力してサンプルホールドするサンプ
ル＆ホールド回路、９はサンプル＆ホールド回路8A,8B
からのアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変
換回路、10は補正演算を行なうプログラムを備えた補正
演算回路、11は演算結果として流量信号を出力する出力
端子である。

アンプ１の出力電圧ε_Uとε_Lとの比ε_L／ε_Uは、水位
ｈと一定の関係にあり、図２のように水位ｈを横軸に、
比ε_L／ε_Uを縦軸にとると両者の関係を示す１本の曲線
イを得る。

又、出力電圧ε_Uと実流量Ｑとの比ε_U/Qは流量計の感
度で、この感度をｋであらわすと、水位ｈと感度ｋは図
３のように曲線ロで示す関数関係にある。なお、かかる
水位ｈと感度ｋとの関係は流路の勾配に無関係である。

なお、図２と図３は、横軸の水位ｈを流路１の直径
（内径）Ｄの比率であらわしている。そして、流路１を
図４に示すように適当な勾配tanθに固定して、ただ管
路に取付け、水位ｈを０から1.0Dまで変えて出力比ε_L
／ε_Uと感度ｋを測定して曲線イ、ロを予め求めてお
く。

次に流量検出器４を、流量を計測すべき管路に接続し
て、計測したときの出力比がε_L0／ε_U0＝P₀であったと
すると、そのときの水位h₀は図２の曲線イから知ること
ができる。更に図３の曲線ロから、水位h₀のときの感度
k₀を知り、真の流量Q₀を Q₀＝ε_U0／k₀ （１）として補正演算回路10で求めるのが、先に出願した従来
技術の主旨である。

そして、この背景技術では、図２の曲線イは、管路勾
配tanθに無関係であると考えられていた。

発明の開示しかし、本発明者らは上記背景技術を改良し、より計
測精度を上げるべく鋭意検討を重ねた結果、以下に気が
付いた。

即ち、実際に管路勾配が変ると、同一水位であっても
平均流速が変化するため流速分布が微妙に変化する。従
って、図２及び図３の曲線はそれぞれ図５及び図６に示
すように、各管路勾配が変化するに従ってシフトする。
このシフトが計測誤差の原因となっていた。

なお、水位ｈは出力比ε_L／ε_Uから感度ｋを求める為
の介在項としての役割しかなく、又、一定範囲の管路勾
配では水位ｈと流量Ｑの間には１対１の対応が付くか
ら、図５、図６の横軸は、その測定したときの勾配にお
ける流量Ｑで置き換えた。

つまり、図５、図６のように横軸を流量Ｑでプロット
すれば、流量Q:出力比ε_L／ε_Uの関係をあらわす曲線
は、図５のように勾配α，β，γによって横軸方向に移
動するが、流量Q:感度ｋの関係をあらわす曲線も図６の
ように全く同じに移動する。

管路勾配と流量との関係今、管路勾配ρが未知とする。更にこの時の出力比ε
_L／ε_UがP₀であるとすると、図５のα，β，γのパラメ
ータとする曲線群を使って、先ず流量Ｑα₀,Qβ₀,Qγ₀
が確定する。このＱα₀,Qβ₀,Qγ₀は「現在流れている
流量Q₀は、もし勾配がα，（β，γ）ならば流量Ｑ
α₀，（Ｑβ₀,Qγ₀）が流れている時と同じ水位の流量
である」ことを表わしている。

若しρ＝αならばQ₀＝Ｑα₀ ρ＝βならばQ₀＝Ｑβ₀ ρ＝γならばQ₀＝Ｑγ₀ となることは当然である。しかし、今勾配ρは未知であ
るから、Ｑα₀,Qβ₀,Qγ₀をそれぞれ介在項として図６
の曲線から感度k₀を求め、補正演算回路10でε_U0／k₀の
演算により実流量Q₀を知ることになる。

こうして求まったQ₀とＱα₀,Qβ₀,Qγ₀との関係は若しρ＜αならばQ₀＜Ｑα₀…図７（ａ） ρ＝αならばQ₀＝Ｑα₀…図７（ｂ） ρ＞αならばQ₀＞Ｑα₀…図７（ｃ）であり、同様に ρ＜βならばQ₀＜Ｑβ₀ ρ＝βならばQ₀＝Ｑ ρ＞βならばQ₀＞Ｑβ₀ 等々である。

従って、必要な分解能と範囲で、種々の勾配α，β，
γ，δ，…で図５、図６に相当するデータを取っておき
Ｑα₀,Qβ₀,Qγ₀,Qδ₀，…Q₀とを図７（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）のように比較すれば、その精度で現在の未知の勾
配ρを知ることができる。

本発明は高精度の非満水用電磁流量計を提供すること
を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、流路（１）の
上側に設けた励磁コイル（Ｕ）と下側に設けた励磁コイ
ルＬとを交互に励磁すると共に、各励磁コイル（Ｕ）と
（Ｌ）が夫々励磁されているときの出力電圧の比ε_L0／
ε_U0＝P₀と、そのときの感度k₀とから流量Q₀をQ₀＝ε_U0
／k₀として求める非満水用電磁流量計において、流量Q:
出力比ε_L／ε_Uと、流量Q:感度ｋの関係を種々の管路勾
配α，β，γ，δ，…をパラメータとして予めデータを
取っておき、これらのデータからの未知の管路勾配ρに
近い勾配のデータの曲線を用いて流量Q₀を補正演算して
求めることを特徴とする。

現在の勾配ρ（路）に最も近い勾配で測定した図５、
図６に相当する曲線を使って補正演算をすればよいの
で、それには、背景技術の項で説明した方法によって現
在の勾配ρを知ればよい。

例えば勾配αで測定しておいた図５、図６に相当する
曲線を使ってＱα₀とＱβ₀を先ず求める。

そして、ρ＝αならば、Q₀≠（真の実流量）であるが ρ＜αならばQ₀＜Ｑα₀ ρ＝αならばQ₀＝Ｑα₀ ρ＞αならばQ₀＞Ｑα₀ となる大小関係は変らないから、背景技術の項に述べた
と同じ方法で現在の勾配ρを知ることができる。

更に詳細に説明するならば、種々の勾配について予め
求められている図５及び図６の関係（曲線）のなかか
ら、適当な勾配α及びβについての関係を選択する。

この選択はオペレータが任意に行う。また、α，βは
固定することもできる。α，βは先の計測で用いたもの
をそのまま利用してもよい。

このようにして選択された２つの曲線を用い、背景技
術で説明した（１）式から仮の実流量Q₀′及びQ₀″を求
める。なお、Q₀′，Q₀″は勾配α，βについてそれぞれ
求めたものである。この仮の実流量Q₀′，Q₀″は、本出
願人が先に日本国特許庁の提出した特許願平３−5631で
は、実流量とされていたものであり、ある程度真の値
（実流量）に近いものであることはいうまでもない。

本願では、上記仮の実流量Q₀′及びQ₀″を求める。な
お、Q₀′，Q₀″並びに図５より得られるＱα₀及びＱβ₀
を用いて真の勾配ρを求める。

真の勾配ρと選択した勾配α及びβの関係がρ＜α＜
βのときには、図8Aの関係が得られる。

同様にして、ρ＜α＜βのときには図8Bの関係がα＜
β＜ρのときには図8Cの関係が得られる。

各図の関係を式で表わすと、となる。

このようにして勾配ρが知れたら、それに最も近い勾
配で測定した曲線を使うか、あるいは測定しておいた曲
線から内挿または外挿により、適当な曲線を求めてか
ら、補正演算して正確な誤差の少ない流量を求める。

発明を実施するための最良の形態図９（ａ）、（ｂ）に示すような流量検出器４を試作
し、図9Cのブロック図の非満水用電磁流量計を構成し
て、図10の通水設備を用い、管路13の勾配を予め2/1000
と6/1000で図5,図６に相当する曲線のデータをとってメ
モリ100に格納する。

図9Cにおいて図１と同一の部材には同一の参照番号を
付してその説明を部分的に省略する。

図11は上記２つのデータを用いて本発明の方法で、未
知の流路の勾配が現在の勾配2/1000と6/1000の何れに近
いかを判断し、近いと判断された基準曲線を使って補正
演算したときの器差曲線である。なお測定対象となった
流路の実際の勾配は0/1000であった。なお、器差は（測
定値−真値）／真値×100（％）で表わされる。真値は
標準流量計で得る。

因みに図12は勾配6/1000で測定しておいた図5,図６に
相当する曲線を基準とし、流量を計測した場合の器差
で、基準曲線のデータを取ったときの勾配6/1000と計測
時の勾配0/1000との違いが大きいため器差が比較的大き
い。

図11と図12と比較することで、本発明の効果は明らか
であり、さらに基準曲線の数や範囲を増すことで、計測
精度の向上が可能である。

次に実施例の装置の動作を図13のフローチャートに示
す。

ステップ１では、アンプ１の出力電圧ε_U0とε_L0、即
ち上コイルと下コイルの出力の比よりP₀＝ε_L0／ε_U0を
求める。比の計算は補正演算回路10が実行する。この回
路10には専用のCPUを用いる。

次にステップ３では回路10がメモリ100から勾配2/100
0,6/1000における図５の関係を読み出し、P₀に対応する
各勾配における流量Q_2/1000，Q_6/1000を求め、レジスタ
に格納する。

ステップ５では、回路10がメモリ100から各勾配の図
６の関係を読み出し、式１を利用して仮の実流量Ｑ′
（2/1000）,Q″（6/1000）を求め、レジスタに格納す
る。

ステップ７では、ステップ３及びステップ５で求めた
値を用いて式（２）を実行する。すると真の勾配ρが求
まり、ほぼ0/1000となる。

従って、ステップ９ではρに近い勾配2/1000を選択
し、ステップ11では該勾配2/1000に於ける図5,図６の関
係を用いて実流量Q₀を計算する。この実施例では Q₀＝Ｑ′（2/1000）である。

上記実施例では、図5,図６の関係として、２つの勾配
のみを予め求め、それを利用したが、計測精度をより向
上するためには、より多くのデータを予め求めておくの
がよい、例えば1/1000きざみでデータを求めておく。

また、真の勾配を求めるときに用いる勾配α，βには
1/1000〜10/1000程度の勾配差を与えることが好まし
い。

なお、実施例の管路の内径は240mmである。

電極２の寸法は、流れ方向に40mmの幅を持ち、 90°の開き角度及び2mmの厚さを持つ。

上下のコイル形状及び寸法を図14に示す。

なお、コイルは1300ターン巻きのものを利用した。

発明の効果本発明の非満水用電極流量計は上述のように構成され
ているので、管路勾配の影響を補正演算して正確な流量
を求めることができ、非満水用電磁流量計の精度向上に
寄与する。

又、勾配の違いによる測定誤差が小さくなるため、精
度をある範囲で考えた場合には、取り付けられる管路勾
配の範囲が広くできる。

この発明は上記の開示に限定されない。

図面の簡単な説明図１は背景技術の非満水用電磁流量計のブロック図。

図２は水位対出力比線図。

図３は水位対感度線図。

図４は管路勾配を説明する略図。

図５は流量対出力線図。

図６は流量対感度線図。

図７は流量対感度比線図で、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
は測定時の勾配ρと予めデータを取ったときの勾配αと
の大小関係が違うときの図。

図8Aはα＜ρ＜βのときの勾配と流量差ΔＱとの関係
を示す図。

図8Bはρ＜ａ＜α＜βのときの勾配と流量差ΔＱとの
関係を示す図。

図8Cはα＜ρ＜β＜ρのときの勾配と流量差ΔＱとの
関係を示す図。

図９は（ａ）は流量検出器の正面図、（ｂ）はそのＡ
−Ａ断面図、（ｃ）は実施例の流量計のブロック図。

図10は通水装置の略図。

図11は器差曲線図。

図12は器差曲線図。

図13は実施例の処理を示すフローチャート。

図14は実施例のコイルの斜視図。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流路（１）の上側に設けた励磁コイル
（Ｕ）と下側に設けた励磁コイル（Ｌ）とを交互に励磁
すると共に、各励磁コイル（Ｕ）と（Ｌ）が夫々励磁さ
れているときの出力電圧の比ε_L0／ε_U0＝P₀と、そのと
きの感度k₀から流量Q₀をQ₀＝ε_U0／k₀として求める非満
水用電磁流量計において、流量Q:出力比ε_L／ε_Uと、流
量Q:感度ｋの関係を種々の管路勾配α，β，γ，δ，…
をパラメータとして予めデータを取っておき、これらの
データからの未知の管路勾配ρに近い勾配のデータの曲
線を用いて流量Q₀を補正演算して求めることを特徴とす
る非満水用電磁流量計。
【請求項２】流路（１）の上側に設けた励磁コイル
（Ｕ）と下側に設けた励磁コイル（Ｌ）とを交互に励磁
すると共に、各励磁コイル（Ｕ）と（Ｌ）が夫々励磁さ
れているときの出力電圧の比ε_L0／ε_U0＝P₀と、そのと
きの感度k₀から流量Q₀をQ₀＝ε_U0／k₀として求める比満
水時の流量計測方法において、流量Q:出力比ε_L／ε
_Uと、流量Q:感度ｋの関係を種々の管路勾配α，β，
γ，δ，……をパラメータとして予めデータを取ってお
き、これらのデータから未知の管路勾配ρに近い勾配の
データの曲線を用いて流量Q₀を補正演算して求める流量
計測方法。