JP3111370B2 - Electromagnetic flow meter - Google Patents

Electromagnetic flow meter

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JP3111370B2
JP3111370B2 JP06022381A JP2238194A JP3111370B2 JP 3111370 B2 JP3111370 B2 JP 3111370B2 JP 06022381 A JP06022381 A JP 06022381A JP 2238194 A JP2238194 A JP 2238194A JP 3111370 B2 JP3111370 B2 JP 3111370B2
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郁光 石川
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、磁場を測定流体に印加
して発生する起電力から測定流体の流量を計測する電磁
流量計に係り、特に低消費電力で高周波励磁を行うこと
ができるように改良した電磁流量計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electromagnetic flowmeter for measuring a flow rate of a measurement fluid from an electromotive force generated by applying a magnetic field to the measurement fluid, and particularly to a high-frequency excitation with low power consumption. To an improved electromagnetic flowmeter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の電磁流量計としては、各種の形式
のものがあるが、このようなもののうち矩形波で励磁す
るものの1例として図8に示す構成の電磁流量計ががあ
る。以下,この図8を用いてその概要を説明する。
2. Description of the Related Art There are various types of conventional electromagnetic flowmeters. Among them, there is an electromagnetic flowmeter having a configuration shown in FIG. The outline will be described below with reference to FIG.

【0003】10は測定流体Qを流す絶縁性の円筒状の
パイプである。励磁コイル11a、11bには、励磁回
路12Aから励磁電流Ifが流され、これにより磁場B
が発生され、測定流体Qに印加される。
[0003] Reference numeral 10 denotes an insulating cylindrical pipe through which the measurement fluid Q flows. An exciting current If flows from the exciting circuit 12A to the exciting coils 11a and 11b, and the magnetic field B
Is generated and applied to the measurement fluid Q.

【0004】この励磁回路12Aにはタイミング回路1
3Aから励磁電流Ifを例えば矩形波状に切り換えるタ
イミング信号ST1が印加されるが、このタイミング回
路13Aはマイクロプロセッサ(CPU)14からのタ
イミング信号ST2により制御される。
The exciting circuit 12A includes a timing circuit 1
Although the timing signal ST 1 to switch the exciting current I f from 3A for example, a rectangular wave is applied, the timing circuit 13A is controlled by the timing signal ST 2 from the microprocessor (CPU) 14.

【0005】一方、測定流体Qが流れることにより発生
した電圧は、パイプ10に固定され測定流体Qに接した
検出電極15a、15bで検出される。この検出電極1
5a、15bで検出された電圧eS1、eS2は,それぞれ
高入力インピーダンスを持つ増幅器Q1とQ2の入力端
に印加される。
On the other hand, the voltage generated by the flow of the measurement fluid Q is detected by the detection electrodes 15a and 15b fixed to the pipe 10 and in contact with the measurement fluid Q. This detection electrode 1
The voltages e S1 and e S2 detected by 5a and 15b are applied to the input terminals of amplifiers Q1 and Q2 having high input impedance, respectively.

【0006】増幅器Q1とQ2の出力は、それぞれ差動
増幅器Q3に印加されてこれ等の差が演算されて出力電
圧eS0として出力される。これ等の増幅器Q1とQ2、
差動増幅器Q3により入力回路16が構成されている。
The outputs of the amplifiers Q1 and Q2 are applied to a differential amplifier Q3, and the difference between them is calculated and output as an output voltage e S0 . These amplifiers Q1 and Q2,
The input circuit 16 is constituted by the differential amplifier Q3.

【0007】出力電圧eS0は、そのまま或いは反転増幅
器Q4を介してサンプル・ホールド回路17に出力され
る。サンプル・ホールド回路17は、スイッチSW1
SW2 ホールド用のコンデンサC1、増幅器Q5などか
ら構成されている。
The output voltage e S0 is output to the sample and hold circuit 17 as it is or via the inverting amplifier Q4. The sample and hold circuit 17 includes a switch SW 1 ,
SW 2 , a hold capacitor C 1, an amplifier Q 5, and the like.

【0008】出力電圧eS0はスイッチSW1の一端に、
或いは反転増幅器Q4を介してスイッチSW2の一端に
それぞれ接続され、スイッチSW1、SW2の他端はコン
デンサC1を介して共通電位点COMに接続されると共
に増幅器Q5の入力端に接続されている。
[0008] The output voltage e S0 to one end of the switch SW 1,
Or are connected through an inverting amplifier Q4 to one end of the switch SW 2, the other end of the switch SW 1, SW 2 is connected to the input of amplifier Q5 is connected to the common potential point COM through the capacitor C1 I have.

【0009】そして、これ等のスイッチSW1、SW2
マイクロプロセッサ14から出力される低周波の励磁電
流Ifに同期したタイミング信号ST3によりその開閉が
制御されて、サンプリングされる。
The switching of these switches SW 1 and SW 2 is controlled by a timing signal ST 3 synchronized with a low-frequency excitation current If output from the microprocessor 14 and is sampled.

【0010】さらに、増幅器Q5の出力電圧は、マイク
ロプロセッサ14から出力される低周波の励磁電流If
に同期したタイミング信号ST4により変換のタイミン
グが制御されるアナログ/デジタル変換器18によりデ
ジタル信号に変換されてマイクロプロセッサ14に出力
される。
Further, the output voltage of the amplifier Q5 is the low-frequency excitation current I f output from the microprocessor 14.
The signal is converted into a digital signal by an analog / digital converter 18 whose conversion timing is controlled by a timing signal ST 4 synchronized with the digital signal and output to the microprocessor 14.

【0011】マイクロプロセッサ14は、入力されたこ
のデジタル信号を用いて内蔵されるプログラムを用いて
流量演算を実行し、得られた流量信号を出力回路19を
介して出力端20に出力する。
The microprocessor 14 executes a flow rate calculation by using a built-in program using the input digital signal, and outputs the obtained flow rate signal to an output terminal 20 via an output circuit 19.

【0012】次に、図9に示す波形図を用いて図8に示
す電磁流量計の動作について説明する。図9(a)に示
すような矩形状の波形を持つ励磁電流Ifを励磁コイル
11a、11bに流すと、測定流体の流量に比例した信
号電圧eS0が差動増幅器Q3の出力端に出力電圧eS0
して出力される。
Next, the operation of the electromagnetic flow meter shown in FIG. 8 will be described with reference to the waveform diagram shown in FIG. When an exciting current If having a rectangular waveform as shown in FIG. 9A flows through the exciting coils 11a and 11b, a signal voltage e S0 proportional to the flow rate of the measurement fluid is output to the output terminal of the differential amplifier Q3. It is output as voltage e S0 .

【0013】この出力電圧eS0は、マイクロプロセッサ
14から出力される励磁電流Ifに同期したタイミング
信号ST3(図9(b))により、励磁電流Ifが切り換
わる直前でサンプリングされてアナログ/デジタル変換
器18に出力される。
The output voltage e S0 is sampled and analogized just before the excitation current If is switched by a timing signal ST 3 (FIG. 9B) synchronized with the excitation current If output from the microprocessor 14. / Digital converter 18

【0014】アナログ/デジタル変換器18はマイクロ
プロセッサ14から出力されるタイミング信号ST
4(図9(c))により、タイミング信号ST3(図9
(b))と同じ繰り返し周期で、変換時間Tcでデジタ
ル信号に変換されて、マイクロプロセッサ14に出力さ
れる。
The analog / digital converter 18 outputs a timing signal ST output from the microprocessor 14.
4 (FIG. 9C), the timing signal ST 3 (FIG.
At the same repetition period as in (b)), the signal is converted into a digital signal with the conversion time Tc and output to the microprocessor 14.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような電磁流量計は、励磁電流を励磁コイルに連続的に
流すので消費電力が大きくなり、しかも低周波側で増大
するフローノイズの影響を低減するために高周波励磁を
行うにはさらに消費電力が増大する。したがって、例え
ば2本の伝送線で共用して負荷側から回路電力を供給す
ると共に検出器側から負荷側に信号の伝送を行う2線式
の電磁流量計を高周波励磁で実現することが難しくなる
という問題がある。
However, in the above-described electromagnetic flowmeter, since the exciting current is continuously supplied to the exciting coil, the power consumption increases, and the influence of the flow noise which increases on the low frequency side is reduced. In order to perform high-frequency excitation, power consumption further increases. Therefore, it becomes difficult to realize, for example, a two-wire electromagnetic flow meter that shares circuit power from the load side and transmits signals from the detector side to the load side by sharing the two transmission lines with high-frequency excitation. There is a problem.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための構成として、直流の励磁電源の両端に切
換信号により開閉が制御されるスイッチ素子とコンデン
サとが直列に接続されこのコンデンサの両端から参照抵
抗を介して励磁コイルにエネルギーを付与する励磁回路
と、先の励磁コイルから測定流体に磁場が付与されて発
生する信号電圧を受信する前置増幅器と、LRモードと
LCRモードを切り換える先の切換信号を出力する切換
信号発生器と、先の参照抵抗の両端に発生する電圧の正
負を判別するコンパレータと、先の切換信号が入力され
このコンパレータの出力のうちLRモードの電圧を抑制
した参照電圧を出力するゲート手段と、先の参照電圧と
先の切換信号を用いて先の前置増幅器の出力電圧を同期
整流する同期整流回路と、この同期整流回路の出力を用
いて信号処理をして先の測定流体の流量に対応する流量
信号を出力するようにしたものである。
According to the present invention, as a configuration for solving the above problems, a switching element and a capacitor whose opening and closing are controlled by a switching signal are connected in series to both ends of a DC excitation power supply. An excitation circuit for applying energy to the excitation coil from both ends of the capacitor via a reference resistor; a preamplifier for receiving a signal voltage generated by applying a magnetic field to the measurement fluid from the previous excitation coil; an LR mode and an LCR mode A switching signal generator for outputting a switching signal to switch between the two, a comparator for determining whether the voltage generated at both ends of the reference resistor is positive or negative, and a voltage in the LR mode among the outputs of the comparator to which the previous switching signal is input. Gate means for outputting a reference voltage in which noise is suppressed, and synchronous rectification for synchronously rectifying the output voltage of the preceding preamplifier using the preceding reference voltage and the preceding switching signal Road and, in which to output a flow rate signal corresponding to the flow rate of the synchronous rectifier circuit the previous measurement fluid by the signal processing using the output of.

【0017】[0017]

【作 用】励磁回路は直流の励磁電源の両端に切換信号
により開閉が制御されるスイッチ素子とコンデンサとが
直列に接続されこのコンデンサの両端から参照抵抗を介
して励磁コイルにエネルギーを付与する。
In the excitation circuit, a switch element and a capacitor whose opening and closing are controlled by a switching signal are connected in series to both ends of a DC excitation power supply, and energy is applied to the excitation coil from both ends of the capacitor via a reference resistor.

【0018】一方、前置増幅器は先の励磁コイルから測
定流体に磁場が付与されて発生する信号電圧を受信す
る。そして、切換信号発生器はLRモードとLCRモー
ドを切り換える先の切換信号を出力する。
On the other hand, the preamplifier receives a signal voltage generated by applying a magnetic field to the measurement fluid from the excitation coil. Then, the switching signal generator outputs a switching signal for switching between the LR mode and the LCR mode.

【0019】コンパレータは先の参照抵抗の両端に発生
する電圧の正負を判別する。ゲート手段は先の切換信号
が入力されこのコンパレータの出力のうちLRモードの
電圧を抑制した参照電圧を出力する。
The comparator determines whether the voltage generated across the reference resistor is positive or negative. The gate means receives the switching signal and outputs a reference voltage in which the LR mode voltage is suppressed from the output of the comparator.

【0020】同期整流回路は、先の参照電圧と先の切換
信号を用いて先の前置増幅器の出力電圧を同期整流し、
この後、この同期整流回路の出力を用いて信号処理をし
て先の測定流体の流量に対応する流量信号を出力する。
The synchronous rectifier circuit synchronously rectifies the output voltage of the previous preamplifier using the previous reference voltage and the previous switching signal,
Thereafter, signal processing is performed using the output of the synchronous rectification circuit to output a flow rate signal corresponding to the flow rate of the measurement fluid.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図1は本発明の1実施例の構成を示すブロック
図である。なお、図8に示す従来の電磁流量計と同一の
機能を有する部分には同一の符号を付して適宜にその説
明を省略する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention. Parts having the same functions as those of the conventional electromagnetic flow meter shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.

【0022】測定流体Qを流す絶縁性の円筒状のパイプ
10には測定流体Qに接した検出電極15a、15bが
固定されている。そして、この測定流体Qには励磁コイ
ル11a、11bから磁場Bが印加されている。
Detection electrodes 15a and 15b in contact with the measurement fluid Q are fixed to the insulating cylindrical pipe 10 through which the measurement fluid Q flows. A magnetic field B is applied to the measurement fluid Q from the excitation coils 11a and 11b.

【0023】励磁電源Ebはその電源端T1、T2に印加
され、これらの電源端T1、T2の間にはスイッチ素子S
3とコンデンサC2とが直列に接続されている。そし
て、このコンデンサC2の間には参照抵抗Rrを介して励
磁コイル11aと11bが直列に接続されている。参照
抵抗Rrと励磁コイル11aとの接続点は共通電位点C
OMに接続されている。そして、励磁回路EXCは、励
磁電源Eb、スイッチ素子SW3、コンデンサC 2、およ
び参照抵抗Rrなどで構成されている。
Excitation power supply EbIs its power terminal T1, TTwoApplied to
And these power supply terminals T1, TTwoBetween the switching element S
WThreeAnd capacitor CTwoAnd are connected in series. Soshi
And this capacitor CTwoReference resistance RrEncouraged through
Magnetic coils 11a and 11b are connected in series. reference
Resistance RrIs connected to the exciting coil 11a at a common potential point C
Connected to OM. Then, the excitation circuit EXC
Magnetic power supply Eb, Switch element SWThree, Capacitor C Two, And
And reference resistance RrIt is composed of

【0024】スイッチ素子SW3は切換信号発生器21
から出力される切換信号ST5によりその開閉が制御され
る。参照抵抗Rrの両端に発生した電圧Vr1は、反転入
力端(−)が共通電位点COMに接続されたコンパレー
タ22の非反転入力端(+)に出力される。
The switching element SW 3 is a switching signal generator 21
Opening and closing is controlled by a switching signal S T5 outputted from. The voltage V r1 generated at both ends of the reference resistor R r is output to the non-inverting input terminal (+) of the comparator 22 whose inverting input terminal (−) is connected to the common potential point COM.

【0025】ゲート23の入力端には、コンパレータ2
2の出力電圧Vr2と、切換信号ST5をインバータ24で
反転した反転切換信号<ST5>とが印加され、その出力
端T 3に参照電圧Vr3として出力される。
The input terminal of the gate 23 has a comparator 2
2 output voltage Vr2And the switching signal ST5With inverter 24
Inverted inversion switching signal <ST5> Is applied and its output
End T ThreeReference voltage Vr3Is output as

【0026】一方、検出電極15a、15bに発生した
信号電圧eS1、eS2はそれぞれ増幅器Q1、Q2に出力さ
れこれ等は差動増幅器Q3に入力されてその出力端に信
号電圧eS3として出力される。これらの増幅器Q1
2、差動増幅器Q3などで前置増幅器PAMを構成して
いる。
On the other hand, the signal voltages e S1 and e S2 generated at the detection electrodes 15a and 15b are output to amplifiers Q 1 and Q 2 , respectively, which are input to the differential amplifier Q 3 and the signal voltage e Output as S3 . These amplifiers Q 1 ,
The preamplifier PAM is constituted by Q 2 , the differential amplifier Q 3 , and the like.

【0027】マルチプレクサ25は、スイッチ素子SW
4、SW5、SW6などから構成され、スイッチ素子SW4
の共通切換端は参照電圧Vr3により、スイッチ素子SW
5の共通切換端は参照電圧Vr3をインバータ26で反転
された反転参照電圧<Vr3>により、スイッチ素子SW
6は切換信号ST5によりそれぞれ切り換えられる。
The multiplexer 25 includes a switch element SW
4, SW 5, consists like SW 6, the switch element SW 4
Common switch end by reference voltage V r3, the switch SW of
The common switching terminal of No. 5 uses the inverted reference voltage <V r3 > obtained by inverting the reference voltage V r3 by the inverter 26 to switch the switch element SW
6 are switched respectively by switching signal S T5.

【0028】各スイッチ素子の共通切換端は、非反転増
幅器27の非反転入力端(+)に接続されると共にスイ
ッチ素子SW4、SW5、およびSW6のそれぞれの切換
端bに接続されている。
The common switching terminal of each switching element is connected to the non-inverting input terminal (+) of the non-inverting amplifier 27 and to the switching terminal b of each of the switching elements SW 4 , SW 5 and SW 6. I have.

【0029】また、スイッチ素子SW4の切換端aには
信号電圧eS3が、スイッチ素子SW5の切換端aには反
転増幅器28を介して反転信号電圧<eS3>が、スイッ
チ素子SW6の切換端aには共通電位点COMの電位が
それぞれ印加されている。
The switching terminal a of the switching element SW 4 receives the signal voltage e S3 , the switching terminal a of the switching element SW 5 receives the inverted signal voltage <e S3 > via the inverting amplifier 28, and the switching element SW 6 Are applied with the potential of the common potential point COM.

【0030】非反転増幅器27の出力端に得られる信号
電圧eS4は抵抗RL1とコンデンサC L1で構成された低域
濾波器29で濾波されて非反転増幅器30を介してアナ
ログ/デジタル変換器31に出力される。これらのマル
チプレクサ25、非反転増幅器27、反転増幅器28、
低域濾波器29、非反転増幅器30などで同期整流回路
SRFを構成している。
The signal obtained at the output of the non-inverting amplifier 27
Voltage eS4Is the resistance RL1And capacitor C L1Low frequency composed of
The signal is filtered by the filter 29, and is analyzed through the non-inverting amplifier 30.
Output to the log / digital converter 31. These circles
A multiplexer 25, a non-inverting amplifier 27, an inverting amplifier 28,
Synchronous rectification circuit with low-pass filter 29, non-inverting amplifier 30, etc.
Constituting the SRF.

【0031】このアナログ/デジタル変換器31で信号
電圧eS4に対応するデジタル信号に変換され次の信号処
理回路32で信号処理がなされて流量信号QSとして出
力端33に出力される。
[0031] is output to the output terminal 33 as the analog / digital converter 31 is converted into a digital signal corresponding to the signal voltage e S4 in the signal processing in the following signal processing circuit 32 is made flow signal Q S.

【0032】次に、以上のように構成された実施例の動
作について図3に示す各部の波形図、図2に示す各モー
ドの等価回路図、図4に示す各モードの特性図などを用
いて説明する。
Next, the operation of the embodiment constructed as described above will be described with reference to the waveform diagrams of the respective parts shown in FIG. 3, the equivalent circuit diagrams of the respective modes shown in FIG. 2, and the characteristic diagrams of the respective modes shown in FIG. Will be explained.

【0033】切換信号発生器21からスイッチ素子SW
3に切換信号ST5が送出され、これにより図3(a)に
示すようにスイッチ素子SW3が期間TLRだけオンにな
る。この期間TLRをLRモードといい、その等価回路は
図2(a)に示され、この等価回路にしたがって励磁電
源Ebから励磁電流Iexが図3(c)に示すように流れ
る。
From the switching signal generator 21 to the switch element SW
3 switching signal S T5 is sent to, thereby the switch element SW 3 as shown in FIG. 3 (a) will only ON period T LR. This period TLR is called the LR mode, and its equivalent circuit is shown in FIG. 2A, and the exciting current Iex flows from the exciting power supply Eb as shown in FIG. 3C according to this equivalent circuit.

【0034】このときに流れる励磁電流Iexは Iex=Eb[1−exp(−Rft/Lf)]/Rf (1) となる。Rf、Lfはそれぞれ励磁コイル11a、11b
の抵抗とインダクタンスを示す。
The excitation current I ex flowing through this time is I ex = E b [1- exp (-R f t / L f)] / R f (1). R f and L f are excitation coils 11a and 11b, respectively.
Shows the resistance and inductance of.

【0035】ここで、励磁電流IexがIex=I0になる
時間t0は、 t0=−(Lf/Rf)ln[1−(Iexf/Eb)] (2) となる。
Here, the time t 0 at which the exciting current I ex becomes I ex = I 0 is t 0 = − (L f / R f ) ln [1- (I ex R f / E b )] (2) ).

【0036】この時間t0は回路時定数TC=Lf/Rf
対して−ln[1−(Iexf/Eb)]倍になるので、
励磁電源Ebを大きくすることにより時間t0を小さくす
ることができる。これを図示すると、図4(a)に示す
ようになる。横軸はIexf/Eb、縦軸は−ln[1−
(Iexf/Eb)]を示している。
This time t 0 is -ln [1- (I ex R f / E b )] times the circuit time constant T C = L f / R f .
By increasing the excitation power supply E b can be reduced time t 0. This is illustrated in FIG. 4A. The horizontal axis I ex R f / E b, the vertical axis -ln [1-
(I ex R f / E b )].

【0037】なお、このLRモードの期間では、切換信
号ST5により同期整流回路SFRのスイッチ素子SW6
が共通電位点COMにその電位が固定されるので、非反
転増幅器27の出力端には信号電圧eS4(図3(f))
は現れない。
[0037] In the period of the LR mode, the switch elements of the synchronous rectifier circuit SFR by switching signal S T5 SW 6
Is fixed at the common potential point COM, so that the output terminal of the non-inverting amplifier 27 has a signal voltage e S4 (FIG. 3 (f)).
Does not appear.

【0038】次に、切換信号ST5によりスイッチ素子S
3がオフに切り換えられ、図3(a)に示す期間TLCR
のLCRモードになると、その等価回路は図2(b)に
示すようになり、コンデンサC2に蓄積された電荷によ
り励磁コイル11a、11bに励磁電流Iexが流れる。
Next, the switching element S is generated by the switching signal ST5.
W 3 is switched off, the period T LCR shown in FIG. 3 (a)
Comes to the LCR mode, the equivalent circuit is as shown in FIG. 2 (b), the exciting coil 11a, the exciting current I ex to 11b flows by the charge stored in the capacitor C 2.

【0039】この励磁電流Iexは、図3(c)に示すよ
うに振動しながら減衰する。この減衰時定数TdはTd
2Lf/Rfであり、LRモードの2倍の時定数となる。
しかも、この減衰時定数Tdは(1−1/e)倍なる時
間で振幅値は63.2%となる。この減衰の様子は図4
(b)に示す通りである。
The exciting current I ex attenuates while oscillating as shown in FIG. This decay time constant T d is T d =
2L f / R f, which is twice the time constant of the LR mode.
In addition, the amplitude value becomes 63.2% in the time when the attenuation time constant Td is (1-1 / e) times. This attenuation is shown in FIG.
This is as shown in FIG.

【0040】図4(b)から判るように、減衰率を3T
dとすれば、95%の減衰率で、LRモードの時定数に
対する比率をRateとすれば、 Rate=(LCRモードの時定数/LRモードの時定
数)=(3Td/TC)=6 となり、LCRモードの時定数はLRモードの時定数に
比べて6倍の時定数を持つこととなる。
As can be seen from FIG. 4B, the attenuation rate is 3T.
if d, in 95% damping factor, if the ratio time constant of the LR mode R ate, R ate = (time constant of the constant / LR mode when the LCR mode) = (3T d / T C ) = 6, and the time constant of the LCR mode has a time constant that is six times that of the LR mode.

【0041】このLCRモードで励磁コイル11a、1
1bに流れる励磁電流Iexにより発生する磁場により発
生する信号電圧eS1、eS2が、前置増幅器PAMに入力
され、その出力端に信号電圧eS3(図3(e))として
出力される。
In the LCR mode, the excitation coils 11a, 1
The signal voltages e S1 and e S2 generated by the magnetic field generated by the exciting current I ex flowing through 1b are input to the preamplifier PAM, and output to the output terminal thereof as the signal voltage e S3 (FIG. 3 (e)). .

【0042】一方、この励磁電流Iexにより参照抵抗R
rの両端に発生した電圧Vr1がコンパレータ22に出力
されて振動波形のうち正の波形に対応する部分だけ矩形
波状に出力され、さらにゲート23で図3(b)に示す
反転切換信号<ST5>によりこの正の波形のうちLRモ
ードに対応する期間が抑圧されてゲート23の出力端に
は図3(d)に示すような波形の参照電圧Vr3が得られ
る。
On the other hand, the reference resistor R by the exciting current I ex
The voltage V r1 generated at both ends of r is output to the comparator 22 and only the portion corresponding to the positive waveform in the oscillation waveform is output in a rectangular wave shape. Further, the gate 23 outputs the inversion switching signal <S shown in FIG. The period corresponding to the LR mode in the positive waveform is suppressed by T5 >, and a reference voltage Vr3 having a waveform as shown in FIG.

【0043】同期整流回路SRFのスイッチ素子SW4
とSW5には、参照電圧Vr3(図3(d))と反転参照
電圧<Vr3>がそれぞれ印加されるが、これらのスイッ
チ素子は相補的に動作するので、信号電圧eS3(図3
(e))とこれを反転した反転信号電圧<eS3>は、こ
れらの参照電圧により同期整流されて非反転増幅器27
の出力端に信号電圧eS4(図3(f))として出力され
る。
Switch element SW 4 of synchronous rectifier circuit SRF
And the SW 5, although the reference voltage V r3 (FIG. 3 (d)) and the inverted reference voltage <V r3> are applied respectively, since these are the switching elements operate in a complementary manner, the signal voltage e S3 (FIG. 3
(E)) and its inverted signal voltage <e S3 > are synchronously rectified by these reference voltages to form a non-inverting amplifier 27.
Is output as a signal voltage e S4 (FIG. 3 (f)).

【0044】低域濾波器29はこの信号電圧eS4を濾波
して非反転増幅器30を介してアナログ/デジタル変換
器31に出力し、ここでデジタル信号に変換され次の信
号処理回路32で信号処理がなされて流量信号QSとし
て出力端33に出力される。
The low-pass filter 29 filters the signal voltage e S4 and outputs it to the analog / digital converter 31 via the non-inverting amplifier 30. The low-pass filter 29 converts the signal voltage e S4 into a digital signal. processing is outputted to the output terminal 33 as a flow rate signal Q S is made.

【0045】LCRモードでは励磁電流Iexを減衰振動
させるが、このときの条件はRf 2<4Lf/C2となる。
このときに発生する信号電圧は、同期整流回路SFRで
同期整流するので、測定流体中に流れる渦電流、ワンタ
ーンノイズなどの90°成分はキャンセルされ出力端3
3に現れない。
[0045] In LCR mode attenuates vibration exciting current I ex, but condition at this time is R f 2 <4L f / C 2.
Since the signal voltage generated at this time is synchronously rectified by the synchronous rectifier circuit SFR, 90 ° components such as eddy current and one-turn noise flowing in the measurement fluid are canceled and the output terminal 3
3 does not appear.

【0046】また、このLCRモードにおける振動周波
数fは、 f=[(1/Lf2)−(Rf/2Lf21/2/2π で表わされるが、この周波数値を大きくすることにより
高周波で励磁(例えば75Hz以上)することができ、
これによりフローノイズの影響を小さくすることができ
る。
[0046] The vibration frequency f in the LCR mode, f = [(1 / L f C 2) - (R f / 2L f) 2] is represented by 1/2 / 2 [pi, increasing this frequency value To excite at a high frequency (for example, 75 Hz or more),
Thereby, the influence of the flow noise can be reduced.

【0047】次に、消費電力について説明する。先ず、
LRモードの時間は(Lf/Rf)の−ln[1−(Iex
f/Eb)]倍である。例えばLf/Rfを0.1に設定
すると、Lf/Rfの1/10の時間であり励磁電流Iex
を立上げることができる。
Next, power consumption will be described. First,
LR mode of time -ln of (L f / R f) [ 1- (I ex
R f / E b )] times. For example, if L f / R f is set to 0.1, the time is 1/10 of L f / R f and the exciting current I ex
Can be launched.

【0048】一方、LCRモードの時間は、6(Lf
f)であるので。これらのモードの時間差は60倍と
なる。さらに、(Iexf/Eb)を小さくすると、この
比を大きくすることができ、これは低消費電力化に寄与
することとなる。
On the other hand, the time of the LCR mode is 6 (L f /
R f ). The time difference between these modes is 60 times. Furthermore, when (I ex R f / E b ) a reduced, it is possible to increase this ratio, it becomes possible to contribute to reduction in power consumption.

【0049】換言すれば、信号処理の際には励磁コイル
に供給する電力はないので、このLCRモードの時間を
大きくし、さらにLRモードの時間を小さくすることに
より低消費電力で動作する電磁流量計を実現することが
できる。
In other words, since there is no power to be supplied to the exciting coil at the time of signal processing, the time in the LCR mode is increased, and the time in the LR mode is further reduced, so that the electromagnetic flow rate which operates with low power consumption is reduced. Meter can be realized.

【0050】この際の消費電力Pは、 P≒EbmLR/[2(TLCR+TLR)] で示される。但し、Imは励磁電流Iexの最大値であ
る。
The power consumption P at this time is represented by P ≒ E b Im T LR / [2 (T LCR + T LR )]. However, I m is the maximum value of the exciting current I ex.

【0051】図5は図1に示す励磁回路の変形実施例の
構成を示す。この励磁回路は励磁コイルに正負の励磁電
流を供給して、正負対称の信号電圧が発生するようにし
て、検出電極15a、15bなどに発生する所定極性の
オフセットドリフトの影響を受け難いようにしたもので
ある。
FIG. 5 shows the configuration of a modification of the excitation circuit shown in FIG. This exciting circuit supplies positive and negative exciting currents to the exciting coil so that positive and negative symmetric signal voltages are generated, so that it is hardly affected by offset drift of a predetermined polarity generated in the detection electrodes 15a and 15b. Things.

【0052】コンデンサC2の両端には、正励磁電源+
b1と、ダイオードD1と、正の励磁電流+Iex´の流
れる方向とは逆極性でダイオードD3が接続された電界
効果トランジスタで構成されたスイッチ素子SW7とが
並列に接続されている。
[0052] The both ends of the capacitor C 2, the positive excitation power supply +
And E b1, a diode D 1, a positive and energizing current + I ex 'direction of flow of the switching element SW 7 which diode D 3 in the opposite polarity is constituted by field effect transistors connected in is connected in parallel .

【0053】さらに、このコンデンサC2の両端に、負
励磁電源−Eb1と、ダイオードD2と、負の励磁電流−
ex´の流れる方向とは逆極性でダイオードD4が接続
された電界効果トランジスタで構成されたスイッチ素子
SW8とが並列に接続されている。
[0053] Further, both ends of the capacitor C 2, a negative excitation power supply -E b1, a diode D 2, a negative excitation current -
The direction of flow of I ex 'and the switching element SW 8 composed of a field effect transistor the diode D 4 in reverse polarity is connected are connected in parallel.

【0054】 そして、これらのスイッチ素子SW7とス
イッチ素子SW8とは、それぞれ切換信号発生器21か
ら送出される切換信号ST6、ST7でその開閉が制御さ
れ、これに伴って流れる励磁電流±Iex´に起因する参
照電圧Vr4がコンパレータ22の非反転入力端(+)に
出力される。
[0054] And these switch elements SW7And su
Switch element SW8Means switching signal generator 21
Switching signal S sent fromT6, ST7With its opening and closing controlled
And the exciting current ± IexParticipation caused by ´
Lighting voltage Vr4Is connected to the non-inverting input terminal (+) of the comparator 22.
Is output.

【0055】次に、図6を用いて図5に示す回路の動作
を説明する。最初に、図6(a)に示す切換信号ST6
そのLRモードの期間の間スイッチ素子SW7をオンと
して励磁コイル11(11aと11bとの直列)に、正
の励磁電流+Iex´を流し、LCRモードの期間の間ス
イッチ素子SW7をオフとする。
Next, the operation of the circuit shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG. First, the (series of 11a and 11b) the exciting coil 11 between the switch element SW 7 as ON period of the switching signal S T6 its LR mode shown in FIG. 6 (a), a positive excitation current + I ex ' It flowed, and off between switch elements SW 7 for a period of LCR mode.

【0056】これにより図6(c)に示すようにLRモ
ードでコンデンサC2を充電し、LCRモードでこのコ
ンデンサC2に充電された電荷と励磁コイル11のイン
ダクタンスと抵抗により減衰振動をする。
Thus, as shown in FIG. 6C, the capacitor C 2 is charged in the LR mode, and the capacitor C 2 oscillates attenuated by the charge charged in the capacitor C 2 and the inductance and resistance of the exciting coil 11 in the LCR mode.

【0057】次に、図6(b)に示す切換信号ST7はそ
のLRモードの期間の間スイッチ素子SW8をオンとし
て励磁コイル11に負の励磁電流−Iex´を流し、LC
Rモードの期間の間スイッチ素子SW8をオフとする。
Next, flow of negative exciting current -I ex 'to the exciting coil 11 as an on between the switch elements SW 8 periods of the switching signal S T7 its LR mode shown in FIG. 6 (b), LC
Turning off the period of R mode switch elements SW 8.

【0058】これにより図6(c)に示すようにLRモ
ードでコンデンサC2を逆極性で充電し、LCRモード
でこのコンデンサC2に充電された電荷と励磁コイル1
1のインダクタンスと抵抗により正励磁のときとは逆極
性の減衰振動をする。
As a result, as shown in FIG. 6C, the capacitor C 2 is charged with the opposite polarity in the LR mode, and the charge charged in the capacitor C 2 and the exciting coil 1 in the LCR mode.
Due to the inductance and resistance of No. 1, a damped oscillation having a polarity opposite to that of the positive excitation occurs.

【0059】このように、正の励磁と負の励磁とを交互
に繰り返すことにより、検出電極15a、15bに一定
の極性で現れるオフセット電圧の影響を長期的に見ると
キャンセルすることができる。
As described above, by alternately repeating the positive excitation and the negative excitation, it is possible to cancel the influence of the offset voltage appearing in the detection electrodes 15a and 15b with a constant polarity in a long term.

【0060】なお、図1に示す切換信号発生器21から
送出される切換信号ST6、ST7はスイッチ素子SW7
スイッチ素子SW8にはそれぞれ別々に送出されるが、
インバータ24にはこれらを加算した形で送出される。
The switching signals S T6 and S T7 transmitted from the switching signal generator 21 shown in FIG. 1 are separately transmitted to the switching elements SW 7 and SW 8 , respectively.
These are added to the inverter 24 and sent out.

【0061】なお、図1に示す構成では、簡単のため磁
束の帰路としてのコアについては、明示していないが、
実際にはコアが使用される。このコアの材質としては周
波数応答が良く、飽和しないでかつ磁気回路遅れのない
軟磁性材料のものものが使用される。
In the configuration shown in FIG. 1, the core as the return path of the magnetic flux is not explicitly shown for simplicity.
In practice, a core is used. As the material of the core, a soft magnetic material which has a good frequency response, does not saturate, and has no magnetic circuit delay is used.

【0062】また、図1に示す構成ではサイン状の振動
をする励磁波形を持つ励磁回路として説明したが、低保
持力Hcで磁束密度が飽和する磁性材料をコアとして用
いれば、矩形波励磁をすることもできる。
[0062] Further, although in the configuration shown in FIG. 1 has been described as an excitation circuit having an excitation waveform to a sinusoidal vibration, the use of the magnetic material the magnetic flux density in a low coercive force H c is saturated as the core, a rectangular wave excitation You can also

【0063】例えば、LCRモードの時間を3T´とす
れば、3T´のときには95%に励磁電流値が減衰す
る。この0.05×Iexなる励磁電流値を与えたときに
磁気回路が飽和するようにすれば、得られる磁束は方形
波となる。この場合に飽和磁束が温度に対して大きい感
度を有するときは、ホール素子などを励磁コイルの近傍
に配置して磁束密度の温度補正をするようにすれば良
い。
For example, if the time of the LCR mode is 3T ', the excitation current value is attenuated to 95% at the time of 3T'. If the magnetic circuit is saturated when the exciting current value of 0.05 × I ex is given, the obtained magnetic flux becomes a square wave. In this case, if the saturation magnetic flux has high sensitivity to temperature, a Hall element or the like may be arranged near the exciting coil to correct the temperature of the magnetic flux density.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに本発明によれば、励磁電源から電圧を供給するLR
モードと供給しないLCRモードとを切り換え、LCR
モードでの共振周波数を高く維持した高周波励磁を行な
って信号を検出する構成であるので、低周波励磁で生じ
るフローノイズなどの問題を低消費電力で解決すること
ができ、この結果として、低消費電力が要求される2線
式電磁流量計などの実現が可能になる。
As described above, according to the present invention, the LR for supplying the voltage from the excitation power supply is described.
Mode and LCR mode without supply
Since the signal is detected by performing high-frequency excitation while maintaining the resonance frequency in the mode high, problems such as flow noise generated by low-frequency excitation can be solved with low power consumption. It is possible to realize a two-wire type electromagnetic flow meter that requires electric power.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の1実施例の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of one embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す実施例における各モードの等価回路
図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of each mode in the embodiment shown in FIG.

【図3】図1に示す実施例の各部の波形を示す波形図で
ある。
FIG. 3 is a waveform chart showing waveforms at various parts in the embodiment shown in FIG. 1;

【図4】図1に示す実施例の各モードの特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram of each mode of the embodiment shown in FIG.

【図5】図1に示す実施例を改良した変形実施例の構成
図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a modified embodiment obtained by improving the embodiment shown in FIG. 1;

【図6】図5に示す変形実施例の動作を説明する波形図
である。
FIG. 6 is a waveform chart for explaining the operation of the modified embodiment shown in FIG. 5;

【図7】図1に示す実施例のコアの特性を示す特性図で
ある。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing characteristics of the core of the embodiment shown in FIG. 1;

【図8】従来の電磁流量計の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional electromagnetic flow meter.

【図9】図8に示す電磁流量計の動作を説明する波形図
である。
FIG. 9 is a waveform diagram illustrating the operation of the electromagnetic flow meter shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 パイプ 11、11a、11b 励磁コイル 12A 励磁回路 13A タイミング回路 14 マイクロプロセッサ 17 サンプル・ホールド回路 21 切換信号発生器 22 コンパレータ 25 マルチプレクサ 27 非反転増幅器 28 反転増幅器 29 低域濾波器 32 信号処理回路 EXC 励磁回路 PAM 前置増幅器 SRF 同期整流回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Pipe 11, 11a, 11b Excitation coil 12A Excitation circuit 13A Timing circuit 14 Microprocessor 17 Sample and hold circuit 21 Switching signal generator 22 Comparator 25 Multiplexer 27 Non-inverting amplifier 28 Inverting amplifier 29 Low-pass filter 32 Signal processing circuit EXC Excitation Circuit PAM Preamplifier SRF Synchronous rectifier circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/58 - 1/60 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01F 1/58-1/60

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】直流の励磁電源の両端に切換信号により開
閉が制御されるスイッチ素子とコンデンサとが直列に接
続されこのコンデンサの両端から参照抵抗を介して励磁
コイルにエネルギーを付与する励磁回路と、前記励磁コ
イルから測定流体に磁場が付与されて発生する信号電圧
を受信する前置増幅器と、LRモードとLCRモードを
切り換える前記切換信号を出力する切換信号発生器と、
前記参照抵抗の両端に発生する電圧の正負を判別するコ
ンパレータと、前記切換信号が入力されこのコンパレー
タの出力のうちLRモードの電圧を抑制した参照電圧を
出力するゲート手段と、前記参照電圧と前記切換信号を
用いて前記前置増幅器の出力電圧を同期整流する同期整
流回路と、この同期整流回路の出力を用いて信号処理を
して前記測定流体の流量に対応する流量信号を出力する
ことを特徴とする電磁流量計。
An exciting circuit for applying energy to an exciting coil from both ends of a capacitor via a reference resistor and a switch element whose opening and closing are controlled by a switching signal is connected in series to both ends of a DC exciting power supply. A preamplifier that receives a signal voltage generated by applying a magnetic field to the measurement fluid from the excitation coil, and a switching signal generator that outputs the switching signal for switching between LR mode and LCR mode;
A comparator for determining whether the voltage generated at both ends of the reference resistor is positive or negative; a gate for receiving the switching signal and outputting a reference voltage in which an LR mode voltage is suppressed among outputs of the comparator; A synchronous rectifier circuit for synchronously rectifying the output voltage of the preamplifier using a switching signal; anda signal processing using the output of the synchronous rectifier circuit to output a flow rate signal corresponding to the flow rate of the measurement fluid. Characteristic electromagnetic flow meter.
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