JP2974478B2 - 非満水状態での流量計測方法と、この方法に使う流量検出器及び電磁流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流路内を非満水状態で流
れる流体の流量を計測する方法と、この方法に使う流量
検出器及び電磁流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】流路内を非満水状態で流れる流体の流量
を計測する方法として、次の三つの方法がある。

【０００３】１．超音波水位計などにより水位を測定
し、水理学公式により流量を推定算出する水位測定方
式。 ２．水路途中に堰を設け、その点での水位を計測して水
理学公式により流量を算出する堰式。

【０００４】３．超音波、圧力などにより水位を、超音
波、電磁などにより流速を測定して流量を算出する水位
＆流速測定方式。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
次のような問題点があった。 １．水位測定手段が必要なため、構造が複雑になるばか
りでなく、流水表面の波や泡などの影響による計測誤差
が大きい。又、堰式では原理的に満水（例えば圧送状
態）での流量測定ができない。

【０００６】２．流路に障害物を生じたり、開放部が必
要になるとかの制約が生じる。例えば堰式は原理的に流
路に障害物ができてしまい、固形物が引っ掛かったり、
沈澱したりする原因となる。又、水位＆流速測定方式で
も、流路内に測定器を設置する場合が多く同様の問題を
生じる。水位測定方式では流路上部に開放部を要する場
合があり流路に制約が生じる。

【０００７】３．水位測定法では、その近辺の管路勾配
の影響を受けて計測誤差が大きくなる。 ４．水位測定方式や堰式では被測定流体の粘性など物性
の影響を受ける。

【０００８】本発明は上記従来の方式の問題点を解消で
きる流量計測方法と、この方法に使う流量検出器を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の流量計測方法は、次の手順１から４までの
手順を含むことを特徴とするが、その順番は手順１から
手順４までの数字通りの順番で実行されるに限ることは
ない。

【００１０】手順１．流量を計測すべき流路と同じ断面
形状の流路（１）を用い、この流路の勾配を一定にして
水位ｈを変え、その水位のときの流量Ｑに応じた出力Ｏ
ＡとＯＢとを予め計測しておく。なお、出力ＯＡとＯＢ
は電磁流量計の原理による流量検出器を用い、同じ流量
Ｑを異なる磁束密度分布ＢＡとＢＢでそれぞれ計測した
ときの流量信号である。

【００１１】手順２．被測定流体が流れている流路の未
知の流量Ｑ′を前記流量検出器で計測し、出力ＯＡ′と
ＯＢ′を得る。 手順３．ＯＢ′とＯＡ′の比ＯＢ′／ＯＡ′を求め、手
順１で求めたＯＢとＯＡとの比ＯＢ／ＯＡがＯＢ′／Ｏ
Ａ′と同じ値になる流量Ｑαを手順１のデータから求
め、この流量Ｑαのときの手順１の出力ＯＡαから、手
順１における流量Ｑαの条件のときの感度ＯＡα／Ｑα
を算出する。

【００１２】手順４．手順２で計測した出力ＯＡ′と、
手順３で得た感度ＯＡα／Ｑαとから、未知の流量Ｑ′
を次の式で算出する。 Ｑ′＝ＯＡ′・Ｑα／ＯＡα 前記流量計測方法に使用する流量検出器としては、電磁
流量計と同様に電磁誘導の法則を利用する構造で、１対
の電極（２，２）が流路を横切って水平方向に対向配置
されていると共に、磁束密度分布形状が異なる二つの磁
束密度分布ＢＡとＢＢを発生する励磁コイル（３Ａ，３
Ｂ）を具備したものが好適である。

【００１３】

【作用】上記、課題を解決するための手段の作用を直接
述べると、反って理解し難いと思われるので、この発明
による流量測定の原理を、以下にいくつかの項目に分け
て解説的に述べることで本発明の作用を説明する。

【００１４】１．流管の勾配に対する水位と流量の関係 断面形状が一定の流管を、管路勾配を変えて敷設したと
きの自然流下状態での流下流量は周知の通りマニングの
式で計算できる。この計算式は、下水管の流下流量を算
出するに好都合である。

【００１５】図２は口径２００mmの塩ビ配管で、横軸に
管路勾配をパーミル〔‰〕で、縦軸に流量を〔ｍ³ ／
ｈ〕で示した、マニングの式での流下流量の計算結果
で、３本の曲線は、それぞれ水位が管内径Ｄの 0.2
Ｄ，0.5 Ｄ及び0.9 Ｄの場合を示している。

【００１６】水位が一定値 0.5Ｄであっても、管路勾配
が0.01〔‰〕から10〔‰〕まで変化すると流下流量は
２．４〔ｍ³ ／ｈ〕から７７〔ｍ³ ／ｈ〕まで変化す
る。 ２．一定水位時の非満水電磁流量計の出力 図３のように、円形断面の流路１に流路を横切って水平
方向に対向配置された1 対の電極２，２と、流路１の上
部に配置したくら形の励磁コイルからなる第１の励磁手
段３Ａとを有する電磁流量計の流量検出器に流れる流体
の水位が、流路１の直径（内径）Ｄの半分である 0.5Ｄ
に保たれるならば、そのときは、水面以下の半円形断面
の流路をもった満水型電磁流量計で測定しているのと同
じ条件と考えられる。従って、このときの電磁流量計の
出力ＯＡは図４のように流量に比例する直線であらわさ
れ、この直線の傾きｋはこの電磁流量計の感度であり、
流量をＱとすると、感度ｋはｋ＝ＯＡ／Ｑであり、水位
ｈが一定であれば感度ｋも一定である。つまり感度ｋは
水位ｈの関数である。

【００１７】勿も、この場合、第１の励磁手段３Ａによ
る磁束密度分布ＢＡは一定と考えている。一般に、電磁
流量計では、出力は磁束密度と流速と電極間距離の積で
あらわされるから、この場合も、厳密には、流路断面形
状が一定の場合、感度ｋは磁束密度分布ＢＡと水位ｈと
の関数ｋ（ＢＡ，ｈ）とあらわすことができる。

【００１８】３．水位が変わったときの感度ｋ 水位が、例えば 0.2Ｄ， 0.5Ｄ， 0.9Ｄの３種類の値を
とったとすると、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すよ
うな、それぞれ違った断面形状の満水型電磁流量計で測
定しているのと同じことになり、感度ｋはそれぞれの水
位 0.2Ｄ， 0.5Ｄ， 0.9Ｄ毎に違った値ｋ0.2 ，ｋ0.5
，ｋ0.9 をとる。

【００１９】これらの関係を図６に示す。 ４．磁束密度分布を変えたときの感度ｋ 電磁流量計の流量検出器の構造を、図５の構造と違え、
励磁コイルだけを流路１の下部に配置する（符号３Ｂ）
ように変更し、流路形状、電極形状を図５と同じままに
すると、第２の磁束密度分布ＢＢは前記磁束密度分布Ｂ
Ａと異なる分布形状となるため、感度ｋは磁束密度分布
ＢＢと水位ｈの関数としてｋ（ＢＢ，ｈ）とあらわされ
る。

【００２０】図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は、このよう
に第２の励磁手段３Ｂを流路１の下部に配置したくら形
の励磁コイルで構成した場合で、水位がそれぞれ 0.2
Ｄ， 0.5Ｄ， 0.9Ｄの場合を示す。これらの場合の感度
は、磁束密度分布が図５（ａ），（ｂ），（ｃ）の場合
のＢＡと違ってＢＢであるから、水位がそれぞれ図５
（ａ），（ｂ），（ｃ）と同じ 0.2Ｄ， 0.5Ｄ， 0.9Ｄ
であっても、図５の場合と違う値ｋ′0.2 ，ｋ′0.5 ，
ｋ′0.9 となる。もっとも、図５（ａ），（ｂ），
（ｃ）の場合と図７（ａ），（ｂ），（ｃ）の場合とで
は、何れも管路勾配は同じとしている。

【００２１】５．磁束密度分布を変えたときの出力 上述のように、励磁コイル３Ａによる第１の磁束密度分
布ＢＡで計測したときの流量に対する電磁流量計の出力
ＯＡは、例えば図８の曲線ＯＡのように示され、管路勾
配が一定である限り、その関係は変わらない。

【００２２】又、同じ管路勾配で、第２の磁束密度分布
ＢＢで計測すると、そのときの出力ＯＢは流量Ｑと一定
の関係となり、曲線ＯＢで示される。なお、図８はある
管路勾配が10〔‰〕の場合の仮想的データで、流量Ｑに
対し、水位ｈは一義的に定まる。水位ｈは流路の内径Ｄ
に対する比率で目盛り、横軸には流量Ｑ〔ｍ³ ／ｈ〕と
水位ｈ〔／Ｄ〕の両者を目盛っている。

【００２３】６．出力ＯＢとＯＡとの比ＯＢ／ＯＡと水
位ｈとの関係 上述のように、流量Ｑ，水位ｈ，磁束密度分布ＢＡ，出
力ＯＡのとき、感度はｋ（ＢＡ，ｈ）であり、同じ流
量，水位で、磁束密度分布がＢＢ，出力ＯＢのとき感度
はｋ（ＢＢ，ｈ）であるから、 ＯＡ＝ｋ（ＢＡ，ｈ）Ｑ ……（１） ＯＢ＝ｋ（ＢＢ，ｈ）Ｑ ……（２） とあらわせる。

【００２４】（２）式と（１）式の比をとると、 ＯＢ／ＯＡ＝ｋ（ＢＢ，ｈ）Ｑ／ｋ（ＢＡ，ｈ）Ｑ ＝ｋ（ＢＢ，ｈ）／ｋ（ＢＡ，ｈ） ……（３） となる。磁束密度分布ＢＡとＢＢは励磁コイル３Ａと３
Ｂで得られる固定の密度分布であるから、ｋ（ＢＢ，
ｈ）／ｋ（ＢＡ，ｈ）は水位ｈだけの関数として扱うこ
とができ、これをＫ（ｈ）とおくことにより、上記
（３）式を次の（４）式に書き換えれる。

【００２５】ＯＢ／ＯＡ＝Ｋ（ｈ） このように出力ＯＢとＯＡとの比ＯＢ／ＯＡ、即ちＫ
（ｈ）は図９に示すように、水位ｈが定まれば決まる。
逆にＯＢ／ＯＡの比が決まれば図９から水位ｈが求めら
れる。

【００２６】例えば、管路勾配と、流量Ｑ′が未知のと
きの出力が、ＯＡ′とＯＢ′であったとする。ＯＢ′／
ＯＡ′の値を計算して、この値を図９の縦軸にとり、Ｋ
（ｈ）＝ＯＢ／ＯＡの曲線からＯＢ′／ＯＡ′に対する
水位ｈ′を求める。

【００２７】この図９によって、ｈ′を求める過程は、
いわば ｈ′＝Ｋ^-1（ＯＢ′／ＯＡ′） ……（４） を解いたことに他ならない。

【００２８】７．水位ｈ′から未知の流量Ｑ′を求め
る。水位ｈ′における感度はｋ（ＢＡ，ｈ′）であり、
この感度の数値はその水位ｈ′における流量Ｑαとその
流量（水位）における出力ＯＡとから ｋ（ＢＡ，ｈ′）＝ＯＡ／Ｑα ……（５） で求められる。

【００２９】前述のように未知の流量Ｑ′を計測したと
きの出力がＯＡ′とＯＢ′であるから、未知の流量Ｑ′
は次の式から求められる。 Ｑ′＝ＯＡ′／ｋ（ＢＡ，ｈ′）＝ＯＡ′・Ｑα／ＯＡ ……（６） このように、水位ｈ′に対応した流量Ｑαを用い、しか
も、ｈ′に対応した感度ｋ（ＢＡ，ｈ′）に代えて流量
Ｑαに対応した感度ＯＡ／Ｑαを使って未知の流量Ｑ′
をもとめることができる。

【００３０】こうすれば、水位ｈ′を具体的に特定する
ことなく、次のような補正方法で未知の流量Ｑ′が求め
られる。 ８．実際の補正方法 上記１〜７では説明のために水位ｈや水位ｈ′を用いた
が、実際の補正では水位を求める必要はない。

【００３１】まず、実流量を変化させ、磁束密度分布を
ＢＡとＢＢの２種類でそれぞれ電磁流量計の出力ＯＡと
ＯＢを求める。このとき管路勾配は特定の勾配に固定し
ておく。こうして得られた出力を図１（ａ）の曲線Ｏ
Ａ，ＯＢに示す。この図１（ａ）は前記図８に相当す
る。

【００３２】ここで、水位ｈと流量Ｑとの間には、管路
勾配を仲介としての関数関係が成立していて、勾配が一
定なら、水位ｈと流量Ｑとは１対１の対応関係がある。
つまり、勾配一定の条件では、水位又は流量が決まれば
流量又は水位が一義的に決まる。

【００３３】次にＯＢ／ＯＡなる演算をほどこしてやれ
ば図１（ｂ）の線図が得られる。さて今、未知の勾配の
流路で未知の流量Ｑ′が流れていて、流量Ｑ′を第１と
第２の磁束密度分布ＢＡ，ＢＢで計測したときの電磁流
量計の出力をそれぞれＯＡ′，ＯＢ′であったとする。

【００３４】ＯＢ′／ＯＡ′＝αの値を、図１（ｂ）の
縦軸に適用して、図１（ｃ）のように、前記図１（ａ）
のデータを求めた特定の勾配のときのＯＢ／ＯＡがαで
あるときの水位と同じであることから、対応する流量Ｑ
αを得る。この流量Ｑαは前記特定の管路勾配でＯＢ／
ＯＡがαであるときの流量であり、このときの出力ＯＡ
の値は図１（ａ）の曲線ＯＡの流量Ｑαのときの出力Ｏ
Ａαである（図１（ｄ）参照）。

【００３５】この水位の条件における感度ｋは、図１
（ｄ）から明らかなようにｋ＝ＯＡα／Ｑαである。従
って未知の流量Ｑ′は Ｑ′＝ＯＡ′／ｋ＝ＯＡ′・Ｑα／ＯＡα として求められる。

【００３６】請求項３の電磁流量計では、基準データ
（１４）としてＲＯＭ（１１ｂ）に記憶した流量Ｑと出
力ＯＡと出力比ＯＢ／ＯＡに基づいて、出力ＯＡ′とＯ
Ｂ′とからＣＰＵ回路（９）により、上記の補正計算方
法で未知の流量Ｑ′を求められる。

【００３７】

【実施例】図１１と図１２において、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対称の
位置に設けた１対の電極、３Ａと３Ｂは第１と第２の励
磁コイルで、それぞれ異なる磁束密度分布ＢＡとＢＢを
異なる期間（時間）の間に発生する。符号４は、このよ
うな構造の流量検出器を示す。

【００３８】５は励磁回路で、タイミング回路６の信号
に応じて、第１と第２の励磁コイル３Ａと３Ｂ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
て出力する増幅器、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３Ａ
と３Ｂの励磁時期の切替と同期して切替作動し、第１の
励磁コイル３Ａが励磁されているときにａ側に、第２の
励磁コイル３Ｂが励磁されているときにｂ側に切替えら
れる。

【００３９】８Ａと８Ｂは切替スイッチＳ１のａ接点と
ｂ接点の信号を入力してサンプルアンドホールドする第
１と第２のサンプルアンドホールド回路、９はＣＰＵ回
路、１０はサンプルアンドホールド回路８Ａ，８Ｂから
のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
器、１１は補正演算回路で、前記の補正演算を行うプロ
グラムを備えている。１２は演算結果としての流量信号
Ｑ′を出力する出力端子である。

【００４０】図１３は図１２の電磁流量計のタイミング
チャートで、上から順に、タイミング回路６の信号、第
１の励磁コイル３Ａの励磁電流、第２の励磁コイル３Ｂ
の励磁電流、切替スイッチＳ１の動作、増幅器７の出
力、サンプルアンドホールド回路８Ａの入力、サンプル
アンドホールド回路８Ｂの入力をそれぞれ示す。

【００４１】図１４は、図１１，図１２の流量検出器４
を口径 200mmの塩ビ管１３に取付けて、本発明の計測方
法の精度を検証するために実験した装置の全体で、塩ビ
管13の長さは約８ｍで、この塩ビ管の管路勾配を先ず２
／1000に固定し、第１の励磁コイル３Ａを使って測定し
た実流量Ｑと電磁流量計の出力ＯＡとの関係を図１５の
曲線ＯＡに示す。又、同一勾配で第２の励磁コイル３Ｂ
を使って測定した結果を曲線ＯＢに示す。

【００４２】図１５の両データＯＡとＯＢから、比ＯＢ
／ＯＡを求めたのが図１６である。図１６で、流量Ｑが
ほぼ１００［ｍ³ ／ｈ〕以上ではＯＢ／ＯＡが一定の最
小値になっているが、この範囲はいわゆる満水状態であ
る。図15においても、この流量Ｑがほぼ１００〔ｍ³ ／
ｈ〕以上の範囲では曲線ＯＡとＯＢが共に座標の原点を
通る直線の線分になっていることからも、いわゆる普通
の満水型電磁流量計として作動している範囲であること
が理解できる。

【００４３】図１７は、図１４の装置を使って、流路１
３の管路勾配を６／１０００に変えて測定した実流量
Ｑ′〔ｍ³ ／ｈ〕と、各励磁コイル３Ａ，３Ｂ，でそれ
ぞれ励磁したときの出力ＯＡ′とＯＢ′との関係であ
る。この実験では、図１７で実流量が既知であるが、実
流量Ｑ′〔ｍ³ ／ｈ〕を未知と仮定してＯＢ′／ＯＡ′
＝αを求め、その値と、一値する図１６のＯＢ／ＯＡの
値の点の実流量Ｑαを求め、その流量Ｑαにおける図１
５の曲線ＯＡからの感度ＯＡα／Ｑαを算出すれば、前
述の補正演算方法により次の式で未知の流量Ｑ′が求め
られる。

【００４４】Ｑ′＝ＯＡ′・Ｑα／ＯＡα この方法で、いくつかの流量Ｑ′の点で、器差を求めた
ところ、図１８のように、比較的小さな値となり、この
計測方法の実用性が確認できた。

【００４５】図１９は本発明の電磁流量計の第２実施例
で、図１２の電磁流量計の励磁回路５、切替スイッチＳ
₁ 、第１と第２のサンプルアンドホールド回路８Ａ、８
Ｂ及びＣＰＵ回路９の細部構成が追加されている。

【００４６】５の励磁回路は、タイミング回路６の信号
に応じて交互に励磁コイル３Ａと３Ｂを励磁する二つの
励磁ユニットを備えている。切替スイッチＳ₁ は切替ス
イッチＳｗａとＳｗｂとで構成され、一方の切替スイッ
チ例えばＳｗａが増幅７の出力信号を第１のサンプルア
ンドホールド回路８Ａに入力している図示の状態では、
他方の切替スイッチＳｗｂは第２のサンプルアンドホー
ルド回路８Ｂの入力ｂを接地するように作動する。

【００４７】第１と第２のサンプルアンドホールド回路
８Ａと８Ｂは、同じ細部構成で、オフセット電圧除去回
路８ａ、絶対値回路８ｂ、積分回路８ｃ、サンプルホー
ルド回路８ｄ及びオフセット、増幅度調整回路８ｅとで
構成されている。

【００４８】なお、第１と第２のサンプルアンドホール
ド回路８Ａと８Ｂの各出力端子を符号ＡとＢで示す。Ｃ
ＰＵ回路９は、Ａ／Ｄ変換器１０、内蔵ＲＡＭ１１ａと
内蔵ＲＯＭ１１ｂを備えたマイクロプロセッサユニット
１１ｃと、Ｄ／Ａ変換器１１ｄ及びＶ／Ｉ変換回路１１
ｅとで構成されている。

【００４９】内蔵ＲＯＭ１１ｃには、後述するように補
正プログラム１４と補正基準データ１５とが記憶され
る。ＣＰＵ回路９の出力端子１２には４〜２０ｍＡのア
ナログ流量信号が出力される。

【００５０】次に図１９の第２実施例の作動を説明す
る。励磁回路５の二つの励磁ユニットが交互に働らい
て、励磁コイル３Ａと３Ｂに交互に励磁電流を流す。

【００５１】電極２，２に発生する起電力は、増幅７へ
導かれ、その出力は励磁コイル３Ａ，３Ｂのどちらかが
励磁されているかによって、切替スイッチＳｗａ又はと
Ｓｗｂによって第１又は第２のサンプルアンドホールド
回路８Ａ，８Ｂへ交互に供給される。

【００５２】第１と第２のサンプルアンドホールド回路
８Ａ，８Ｂは基本的な動きが全く同じであるから、以下
第１のサンプルアンドホールド回路８Ａを例にとってそ
の作動を説明する。

【００５３】なお、以下の説明は、図２０のタイミング
チャートに基づいて説明する。，，…はタイミング
チャート番号である。 励磁コイル３Ａの励磁電流は、このように間欠的に
流れる。期間ｔ₁ ，ｔ ₃ ，…の間にこの励磁コイル３Ａ
が励磁される。（他の期間ｔ₂ ，…の間は他方の励磁コ
イル３Ｂが励磁される。） このときの増幅器７の出力電圧Ｖ₁ はこのようにな
る。不可避的に直流オフセットＶ_D が重畳されることが
知られている。

【００５４】 切替スイッチＳｗａにより、期間
ｔ₁ ，ｔ₃ ，…の間の増幅器７の出力が第１のサンプル
アンドホールド回路８Ａへ導かれる。期間ｔ₂ ではサン
プルアンドホールド回路８Ａの入力は切替スイッチＳｗ
ａにより接地される。

【００５５】 まず信号は、オフセット電圧除去回路
８ａへ導かれる。期間ｔ₁ のうちｔロ _, ｔニ に相当する
期間だけ除去回路８ａが働き、入力電圧の積分値を入力
から差し引く為に、このような電圧波形となる。

【００５６】 オフセット電圧除去回路の出力Ｖ₃ を
絶対値回路８ｂへ入れ、期間ｔハ ，ｔニ のマイナス分を
反転させ出力Ｖ₄ を得る。 絶対値回路８ｂの出力Ｖ₄ を、期間ｔロ _, ｔニ の間
積分回路８ｃで積分する。最終的に達する電圧Ｖ₅ が、
の増幅器７の出力の振幅Ｖ₁ に相当することは言うま
でもない。

【００５７】 この電圧Ｖ₅ はタイミングｔ_s におい
てサンプルホールド回路８ｄでサンプル・ホールドさ
れ、出力Ｖ₆ を得る。その後で、この出力Ｖ₆ はオフセ
ット，増幅度調整回路８ｅを経て出力電圧Ｖ ₇ として、
出力端子Ａに出力される。この出力電圧Ｖ₇ は前記出力
ＯＡやＯＡ′に相当する。

【００５８】又、同様にして、第２のサンプルアンドホ
ールド回路８Ｂの出力端子Ｂに出力される出力電圧は前
記出力ＯＢやＯＢ′に相当する。ＣＰＵ回路９は次のよ
うに作動する。

【００５９】このＣＰＵ回路は、タイミング的には上述
のサンプルアンドホールド回路８Ａ，８Ｂと独立に動い
ている。両者を同期させれば効率は良いが、特に同期さ
せなければならぬと言うこともない。

【００６０】図２１はＣＰＵ回路９の作動の流れで、図
示のステップ乃至の処理を周期ｔ_r で繰り返す。第
１と第２のサンプルアンドホールド回路８Ａ，８Ｂの出
力端子Ａ，Ｂの電圧出力は、図２０のタイミングチャー
トで明らかなように、（ｔ₁ ＋ｔ₂ ）時間毎に更新され
るから、周期ｔ_r を（ｔ₁ ＋ｔ₂ ）時間より短くするこ
とは同じ出力を複数回取り込むことになり、効果的では
ない。

【００６１】その意味では、ｔ_r ＝（ｔ₁ ＋ｔ₂ ）とす
れば、サンプルアンドホールド回路８Ａ，８Ｂからの情
報は全て取り込まれることになる。次に図２１に示すフ
ローチャートに基づいてＣＰＵ回路９の作動を詳しく説
明する。

【００６２】手順．サンプルアンドホールド回路８
Ａ，８Ｂの出力端子Ａ，Ｂの出力をＡ／Ｄ変換器１０で
Ａ／Ｄサンプリングする。このとき、未知の流量Ｑ′を
測定していて、出力端子Ａの出力は前記出力Ｏ′Ａに、
出力端子Ｂの出力は前記出力Ｏ′Ｂに相当するものとす
る。

【００６３】手順．移動平均処理 出力Ｏ′Ａ，Ｏ′Ｂにはノイズが重畳されている。本発
明では出力比Ｏ′Ｂ／Ｏ′Ａを取るなど、補雑な補正を
行なうから、先ずある程度ノイズ分を除去してから補正
手続きに移った方がよい。

【００６４】さもないと、ノイズ分による誤差が補正手
続きの間に増幅される可能性がある。ノイズを除去する
には色々な方法が考えられるが、一例として移動平均を
取ることにする。これは過去ｎ回分のＡ／Ｄサンプリン
グデータを、常にＡ／Ｄサンプリング毎に更新しつつメ
モリ上に保持し、その算術平均値を以後の補正手続きに
使う手法である。

【００６５】手順．補正処理 前述の補正方法の説明で詳しく記述した補正手順を行な
う。先ず、予め一定の流路勾配で、いくつかの流量Ｑ毎
に測定した出力ＯＡ，ＯＢから、図１（ｂ）と（ｄ）に
相当するデータを補正用基準データ１５として図１９の
ＲＯＭ１１ｂに記録しておく。

【００６６】これらのデータは実測により求められる。
先ず本発明の電磁流量計を一定の勾配を持った管路に取
り付け、流下流量を別途基準メータなどにより管理しつ
つ、出力ＯＡ，ＯＢを測定すれば、表１のようなデータ
が得られよう（但し、表内の数値は出たら目である）。

【００６７】

【表１】

【００６８】この表１から図２２と図２３に示すよう
に、前記図１（ｂ），（ｄ）の曲線上に、「・」で示し
た番号１，２，３，４，…，ｎの点の座標が得られる。
ＲＯＭ１１ｂには、この「・」の座標のデータを補正基
準データ１５（図１９）として、図２４のように並べて
記憶しておく。

【００６９】補正手続きを行なうには、この座標データ
から、線形補間（点同志を直線で結ぶこと）により、近
似的に図１（ｂ）（ｄ）の曲線を再現してやればよい。
蛇足とは思うが、線形補間により補正手続きを行なうア
ルゴリズムの１例を図２５（ａ）に示す。

【００７０】図２５は図１（ｃ）の、出力比Ｏ′Ｂ／
Ｏ′Ａから流量Ｑαを求めるアルゴリズムのフロ−チャ
−トで、前提としていくつかの点の基準データが内蔵Ｒ
ＯＭ１１ｂに記録されているものとする。

【００７１】又、ｋ番目の流量をＱ_k 、そのときの出力
比ＯＢ／ＯＡをＯＢ_k ／ＯＡ_k と表わす。なお、図２５
（ａ）のフロ−チャ−トで、Ｏ′Ｂ／Ｏ′Ａ＞ＯＢ_k ／
ＯＡ_k の判断ステップで、結果がＹＥＳになったときに
は、図２５（ｂ）のような位置関係の座標になってい
る。

【００７２】又、図２５（ａ）の最終処理の数式は、Ｏ
Ａ／ＯＢ＝Ｏ′Ａ／Ｏ′Ｂの関係より得る。そして、本
来の補正手続きの基本的流れは、図２６のステップ１０
１乃至ステップ１０５の手順で処理されるが、その詳細
は上述の説明で明らかであろう。なお、これらの処理を
行なうための補正プログラム１４は図１９に示す内蔵Ｒ
ＯＭ１１ｂに記憶させておく。

【００７３】又、図１９で、ＲＡＭ１１ａやＲＯＭ１１
ｂはマイクロプロセッサ１１ｃに内蔵するに限ることは
なく、マイクロプロセッサ１１ｃに外付けしてもよい。 手順．補正結果をＤ／Ａ変換器１１ｄでアナログ値に
変換し、更にＶ／Ｉ変換回路１１ｅで４〜２０ｍＡのア
ナログ電流出力に変換する。

【００７４】この方法で、いくつかの流量Ｑ′の点で、
器差を求めたところ、図18のように、比較的小さな値と
なり、この計測方法の実用性が確認できた。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、周知の電磁流量計と比
べて殆ど違いのない流量検出器を用い、単に２つの励磁
コイルを切替え使用することで異なる磁束密度分布ＢＡ
とＢＢを発生させ、これらの磁束密度ＢＡ，ＢＢで得た
出力ＯＡ，ＯＢをもとに補正演算して非満水状態の流量
を計測できる。

【００７６】そのため、ハードウェアの構成が従来の電
磁流量計と比較して、特別に複雑にならず、しかも、水
位測定を直接行わないで良いため、流れの表面の波や泡
などの悪影響を受けることがない。又、通常の周知の電
磁流量計と同様に流路に障害を生じない。

【００７７】さらに又、管路勾配の影響を受けないで精
度良く流量測定ができる。そのうえ、満水状態では通常
の満水型電磁流量計と同様に精度よく流量計測ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による流量計測方法の手順を説明する線
図で、（ａ）は流量対出力線図、（ｂ）は流量対出力比
を示す線図、（ｃ）は未知の流量から得た出力比から、
同一水位を流量Ｑαを求める手順を説明する図、（ｄ）
は出力曲線ＯＡから感度を求める手順を説明する図であ
る。

【図２】水位をパラメータとして、管路勾配と流量との
関係を示す図。

【図３】本発明の流量検出器の原理を説明するための略
図である。

【図４】図３の検出器で水位が０．５Ｄのときの流量と
出力との関係を示す線図である。

【図５】図３に相当する図で、（ａ），（ｂ），（ｃ）
それぞれ水位が違う場合の図である。

【図６】図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に対応する流量と
出力との関係を示す線図である。

【図７】本発明の流量検出器の原理を説明する略図で、
励磁コイルが流路の下部に配置されている。（ａ），
（ｂ），（ｃ）はそれぞれ水位の異なる態様を示す。

【図８】本発明の流量計測方法の手順を説明するための
線図である。

【図９】本発明の流量計測方法の手順を説明するための
線図である。

【図１０】本発明の流量計測方法の手順を説明するため
の線図である。

【図１１】本発明の流量検出器の実施例で、（ａ）は正
面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図１２】本発明に使う電磁流量計の一例を示すブロッ
ク図である。

【図１３】図１２の電磁流量計の作動を説明するタイミ
ングチャートである。

【図１４】本発明の流量計測方法の精度の検証に使用し
た実験装置の略図である。

【図１５】実流量Ｑと本発明の流量検出器の出力ＯＡ，
ＯＢの関係の一例を示す線図である。

【図１６】図１５のデータから計算した比ＯＢ／ＯＡと
実流量Ｑとの関係を示す線図である。

【図１７】管路勾配を変えた状態での図１５に相当する
出力線図である。

【図１８】本発明の実施例の器差特性線図である。

【図１９】本発明の電磁流量計の第２実施例のブロック
図である。

【図２０】図１９の実施例のタイミングチャートであ
る。

【図２１】図１９の実施例のＣＰＵ回路の作動を示すフ
ローチャートである。

【図２２】補正用基準データの座標を示す図である。

【図２３】補正用基準データの座標を説明する図であ
る。

【図２４】ＲＯＭへの補正用基準データの記録を説明す
る図である。

【図２５】（ａ）は出力比から流量を求めるフローチャ
ート、（ｂ）はＹＥＳの時の記憶データと補間データの
関係を示す図である。

【図２６】本発明の補正手順の基本的流れ図である。

【符号の説明】

１ 流路 ２ 電極 ３Ａ，３Ｂ 励磁コイル ４ 流量検出器 ８Ａ，８Ｂ サンプルアンドホールド回路 ９ ＣＰＵ回路 １１ｂ ＲＯＭ １４ 補正プログラム １５ 補正基準データ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次の手順を有する非満水状態での流量計
   測方法。 手順１．流量を計測すべき流路と同じ断面形状の流路
   （１）を用い、この流路の勾配を一定にして水位ｈを変
   え、その水位のときの流量Ｑに応じた出力ＯＡとＯＢと
   を予め計測しておく。なお、出力ＯＡとＯＢは電磁流量
   計の原理による流量検出器を用い、同じ流量Ｑを異なる
   磁束密度分布ＢＡとＢＢでそれぞれ計測したときの流量
   信号である。 手順２．被測定流体が流れている流路の未知の流量Ｑ′
   を前記流量検出器で計測し、出力ＯＡ′とＯＢ′を得
   る。 手順３．ＯＢ′とＯＡ′の比ＯＢ′／ＯＡ′を求め、手
   順１で求めたＯＢとＯＡとの比ＯＢ／ＯＡがＯＢ′／Ｏ
   Ａ′と同じ値になる流量Ｑαを手順１のデータから求
   め、この流量Ｑαのときの手順１の出力ＯＡαから、手
   順１における流量Ｑαの条件のときの感度ＯＡα／Ｑα
   を算出する。 手順４．手順２で計測した出力ＯＡ′と、手順３で得た
   感度ＯＡα／Ｑαとから、未知の流量Ｑ′を次の式で算
   出する。 Ｑ′＝ＯＡ′・Ｑα／ＯＡα
2. 【請求項２】 請求項１記載の流量計測方法に使用する
   流量検出器であって、電磁流量計と同様に電磁誘導の法
   則を利用する構造で、１対の電極（２，２）が流路を横
   切って水平方向に対向配置されていると共に、磁束密度
   分布形状が異なる二つの磁束密度分布ＢＡとＢＢを発生
   する励磁コイル（３Ａ，３Ｂ）を具備したことを特徴と
   する流量検出器。
3. 【請求項３】 請求項１記載の流量計測方法に使用する
   電磁流量計であって、請求項２の流量検出器（４）と、
   該流量検出器（４）を用いて一定の流路勾配でいくつか
   の流量Ｑについて測定した出力ＯＡとＯＢのうち一方の
   出力ＯＡと、出力比ＯＢ／ＯＡを流量Ｑと共に補正基準
   データ（１５）として記憶するＲＯＭ（１１ｂ）と、前
   記未知の流量Ｑ′を計測したときの出力ＯＡ′とＯＢ′
   とから前記ＲＯＭに記憶したデータを用いて請求項１の
   方法で未知の流量Ｑ′を算出する補正プログラム（１
   ４）を捕えたＣＰＵ回路（９）を具備した電磁流量計。
4. 【請求項４】 一方の励磁コイル（３Ａ）を励磁したと
   きに出力ＯＡ′を得る第１のサンプルアンドホールド回
   路（８Ａ）と、他方の励磁コイル（３Ｂ）を励磁したと
   きに出力ＯＢ′を得る第２のサンプルアンドホールド回
   路（８Ｂ）を具備した請求項３の電磁流量計。