JP3324057B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁流量計に関
し、特に所定の交流励磁電流により管内の流体に磁界を
印加し、電極から得られた流体の信号起電力を含む検出
信号をサンプリングして信号処理することにより計測流
量を得る電磁流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の電磁流量計では、図３
に示すような構成となっている。同図において、１０は
所定の交流励磁電流に基づいて管内の流体に磁界を印加
し、流体に発生した信号起電力を検出信号として検出出
力する検出器、１１は検出器１０に対して所定の交流励
磁電流を出力するとともに、検出器１０からの検出信号
を信号処理することにより管内の流量を算出出力する変
換器である。

【０００３】励磁部８は、スイッチング部９からの励磁
信号９Ｂに基づいて矩形波からなる所定周波数の交流励
磁電流を出力する。検出器１０の励磁コイル１０Ｄは、
励磁部８からの交流励磁電流により励磁されて、管１０
Ｃ内を流れる流体に対して所定の磁界を印加し、これに
より流体の流速に応じた振幅を有する信号起電力が発生
する。この信号起電力は、管１０Ｃの内壁であって対向
する位置に設けられた電極１０Ａ，１０Ｂにより検出さ
れ、検出信号として変換器１１に出力される。

【０００４】変換器１１では、ＡＣ増幅部１において、
検出器１０からの出力を交流増幅し交流流量信号２とし
て出力する。Ａ−Ｄ変換部３では、スイッチング部９か
らのサンプリング信号９Ａに基づいて、交流流量信号２
のうち、所定期間例えば正負各パルスの後縁付近をＡ−
Ｄ変換し、ディジタルデータ列からなるサンプリング出
力信号４として出力する。

【０００５】演算処理部５では、復調部５１において、
演算処理によりサンプリング出力信号４のうち負側デー
タを正側に反転させ、流体の流量に応じた直流値を示す
復調出力信号５５を生成し、ディジタルフィルタなどで
構成されるローパスフィルタ５２において、演算処理に
より復調出力信号５５に含まれる高周波ノイズ成分を除
去して流量出力信号６として出力する。そして、この流
量出力信号６が、出力部７で所定の信号に変換されて出
力される。

【０００６】図４は、従来の演算処理部の動作を示すタ
イミングチャートであり、９Ｂはスイッチング部９から
の励磁信号、２はＡＣ増幅部１からの交流流量信号、４
はＡ−Ｄ変換部３からのサンプリング出力信号であり、
サンプリング信号９Ａ（図示せず）により交流流量信号
２のサンプリング期間（斜線ハッチング部分）が規定さ
れる。また、５５は演算処理部５の復調部５１からの復
調出力信号、６はＬＰＦ５２からの流量出力信号であ
る。

【０００７】この場合、サンプリング期間は、その波形
安定性から励磁信号９Ｂ（交流流量信号２）の各パルス
の後縁付近に設けられており、Ａ−Ｄ変換部３では、こ
のサンプリング期間だけ交流流量信号２をＡ−Ｄ変換
し、サンプリング出力信号４として出力する。なお、こ
こでは、交流流量信号２のうち、時刻Ｔ０，Ｔ１‥の直
前にＡ−Ｄ変換された値が、時刻Ｔ０，Ｔ１‥からサン
プリング出力信号４のデータＸ(０)，Ｘ(１)‥として出
力されるものとする。

【０００８】演算処理部５の復調部５１は、このサンプ
リング出力信号４のうち負側データ、すなわちデータＸ
(１)，Ｘ(３)，Ｘ(５)，Ｘ(７)‥を演算処理により正側
に反転させて復調出力信号５５が生成される。したがっ
て、流量一定の場合には、一定直流電位の復調出力信号
５５が出力され、応答性を考慮した所定ダンピング時定
数を有するＬＰＦ５２で高周波ノイズ成分が除去され、
流量出力信号６として出力される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電磁流量計では、サンプリング出力信号を復
調した後、応答性を考慮した所定ダンピング時定数を有
するＬＰＦで高周波ノイズ成分を除去するものとなって
いるため、交流流量信号にスパイク状、あるいはステッ
プ状のノイズが混入しやすい計測環境では、これらノイ
ズが計測出力として出力されてしまうという問題点があ
った。

【００１０】例えば、図４に示すように、時刻Ｔ４の直
前にスパイク状のノイズが交流流量信号２に混入した場
合、そのノイズに起因してサンプリング出力信号４のデ
ータＸ（４）が大きく変化し、復調出力信号５５も時刻
Ｔ４〜Ｔ５において大きく変化する。ここで、ＬＰＦ５
２のダンピング時定数として応答性を考慮した小さな値
が選択されている場合には、この変化が低減されず、出
力流量信号６として出力されてしまうという問題点があ
った。

【００１１】また、ＬＰＦ５２のダンピング時定数を大
きくしてこれらノイズに対応した場合には、流量変化が
緩やかな場合でも、実際の流量変化が計測データとして
出力されるまでに遅れが生じ応答性が低下するという問
題点があった。本発明はこのような課題を解決するため
のものであり、応答性を低下させることなく、スパイク
状あるいはステップ状のノイズを低減できる電磁流量計
を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による電磁流量計は、流量に応じた振
幅を有する正負各パルスからなる交流流量信号をＡ−Ｄ
変換し正負のディジタルデータ列のサンプリング出力信
号として出力するＡ−Ｄ変換部と、サンプリング出力信
号の負側データを正側に変換することにより流量に応じ
た値を示す復調出力信号を生成する復調部と、所定のダ
ンピング時定数に基づき復調部からの復調出力信号に含
まれる高周波成分を減衰させ所望の計測流量を示す流量
出力信号を出力するローパスフィルタと、サンプリング
出力信号のうちの複数の正負データから自己相関を算出
する自己相関算出部と、自己相関算出部での算出の結
果、サンプリング出力信号の自己相関が取れている場合
には所定の第１のダンピング時定数を選択してローパス
フィルタに設定し、サンプリング出力信号の自己相関が
取れていない場合には第１のダンピング時定数より大き
な第２のダンピング時定数を選択してローパスフィルタ
に設定する時定数制御部とを備えるものである。

【００１３】また、時定数制御部は、自己相関算出部で
の算出の結果、サンプリング出力信号の自己相関が取れ
ている場合にはローパスフィルタのダンピング時定数を
小さくし、サンプリング出力信号の自己相関が取れてい
ない場合にはローパスフィルタのダンピング時定数を大
きくするようにしたものである。また、時定数制御部
は、自己相関算出部での算出の結果、サンプリング出力
信号の自己相関が取れている場合には比較的小さなダン
ピング時定数を選択してローパスフィルタに設定し、サ
ンプリング出力信号の自己相関が取れていない場合には
比較的大きなダンピング時定数を選択してローパスフィ
ルタに設定するようにしたものである。

【００１４】したがって、自己相関算出部により、サン
プリング出力信号のうちの複数の正負データから自己相
関が算出され、この算出の結果、サンプリング出力信号
の自己相関が取れている場合には、時定数制御部により
小さなダンピング時定数が選択されてローパスフィルタ
に設定され、ローパスフィルタに入力される復調出力信
号の変化に大きな遅れを生じることなく流量出力信号が
出力される。また、サンプリング出力信号の自己相関が
取れていない場合には、時定数制御部により大きなダン
ピング時定数が選択されローパスフィルタに設定され、
ローパスフィルタに入力される復調出力信号の急激な変
化が抑制され、流量出力信号として出力される。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１は本発明の一実施の形態である電磁
流量計のブロック図であり、同図において、前述の説明
（図３参照）と同じまたは同等部分には、同一符号を付
してある。図１において、１０は所定の交流励磁電流に
基づいて管内の流体に磁界を印加し、流体に発生した信
号起電力を検出信号として検出出力する検出器、１１は
検出器１０に対して所定の交流励磁電流を出力するとと
もに、検出器１０からの検出信号を信号処理することに
より管内の流量を算出出力する変換器である。

【００１６】検出器１０において、電極１０Ａ，１０Ｂ
は被測定流体が流れる管１０Ｃの内壁に対向して配置さ
れ、流体に発生した信号起電力を検出する電極、励磁コ
イル１０Ｄは変換器１１からの交流励磁電流に基づいて
励磁され、管１０Ｃ内の流体に磁界を印加するコイルで
ある。変換器１１において、スイッチング部９は、所定
クロックに基づいて後述するスイッチング信号９Ａおよ
び励磁信号９Ｂを生成出力する回路部、励磁部８はスイ
ッチング部９からの励磁信号９Ｂに基づいて矩形波から
なる所定周波数の交流励磁電流を出力する回路部であ
る。

【００１７】ＡＣ増幅部１は、検出器１０からの検出信
号を交流増幅し、流体流速に応じて振幅が変化する交流
流量信号２として出力する回路部、Ａ−Ｄ変換部３は、
スイッチング信号９Ａに基づいて、交流流量信号２の正
負各パルスのうち後縁付近をＡ−Ｄ変換し、ディジタル
データ列からなるサンプリング出力信号４として出力す
る回路部である。また、演算処理部５は、ＣＰＵなどか
ら構成され、サンプリング出力信号４を復調し、高周波
ノイズ成分を減衰させた後、流量出力信号６として出力
する回路部、出力部７は演算処理部５で算出された流量
出力信号６を所定の信号に変換して出力する回路部であ
る。

【００１８】演算処理部５において、復調部５１は、サ
ンプリング出力信号４のうち負側データを正側に反転さ
せることにより復調出力信号５５を生成する処理部、ロ
ーパスフィルタ（以下、ＬＰＦという）５２は、復調出
力信号５５に含まれる高周波ノイズ成分を減衰させ流量
出力信号６を生成する処理部である。また、自己相関算
出部５３は、サンプリング出力信号４の自己相関係数を
算出する処理部、時定数制御部５４は、自己相関算出部
５３で算出された自己相関係数に対応するダンピング時
定数をＬＰＦ５２に設定する処理部である。

【００１９】次に、図１を参照して、本発明の動作を説
明する。スイッチング部９からの励磁信号９Ｂに基づい
て、所定周波数を有する矩形波の交流励磁電流が変換器
１１の励磁部８から出力され、検出器１０の励磁コイル
１０Ｄが励磁される。これにより、励磁コイル１０Ｄが
励磁されて、管１０Ｃ内を流れる流体に対して所定の磁
界が印加され、流体の流速に応じた振幅を有する信号起
電力が発生する。

【００２０】この信号起電力は、管１０Ｃの内壁であっ
て対向する位置に設けられた電極１０Ａ，１０Ｂにより
検出され、検出信号として変換器１１に出力される。変
換器１１のＡＣ増幅部１では、この検出信号が増幅され
交流流量信号２として出力される。Ａ−Ｄ変換部３で
は、スイッチング部９からのサンプリング信号９Ａに基
づいて、交流流量信号２のうち、所定期間例えば正負各
パルスの後縁付近をＡ−Ｄ変換し、ディジタルデータ列
からなるサンプリング出力信号４として出力する。

【００２１】演算処理部５では、復調部５１において、
演算処理によりサンプリング出力信号４のうち負側デー
タを正側に反転させ、流体の流量に応じた直流値を示す
復調出力信号５５が生成される。これと並列して、自己
相関算出部５３において、サンプリング出力信号４の所
定期間における自己相関係数が算出される。

【００２２】図２は演算処理部の動作を示すタイミング
チャートであり、前述（図４参照）と同じ部分には同一
符号を付してある。図２において、５６は時定数制御部
５４からＬＰＦ５２に設定されるダンピング時定数の大
小を示している。以下では、自己相関算出部５３におい
て、４つのデータから自己相関係数を算出する場合を例
に説明する。

【００２３】なお、ここでは、交流流量信号２のうち、
時刻Ｔ０，Ｔ１‥の直前にＡ−Ｄ変換された値が、時刻
Ｔ０，Ｔ１‥からサンプリング出力信号４のデータＸ
(０)，Ｘ(１)‥として出力されるものとする。時刻Ｔ３
において、データＸ(３)が取得された後、自己相関算出
部５３は、Ｘ(０)〜Ｘ(３)の４つのデータからなる区間
Ｙ０の自己相関係数Ｒxxを算出する。

【００２４】まず、基準となる自己相関係数Ｒｘｘ(０)
は、 Ｒxx(０)＝｛Ｘ(０)2 ＋Ｘ(１)2 ＋Ｘ(２)2 ＋Ｘ(３)2
｝／４ で求める。続いて、データ２つ分だけずらした場合の自
己相関係数Ｒxx(２)は、 Ｒxx(２)＝｛Ｘ(０)・Ｘ(０＋２）＋Ｘ(１)・Ｘ(１＋
２)｝／４ で求め、時定数制御部５４に出力する。

【００２５】流量が一定あるいは緩やかに変化している
場合には、サンプリング出力信号４が安定した状態とな
ることから、 Ｒxx(０)＝２・Ｒxx(２) が成立し、流量がノイズなどにより急激に変化した場合
には、サンプリング出力信号４が大きく変化し、 Ｒxx(０)＞２・Ｒxx(２) となり、流量変化が大きいほど両者の差Ｒxx(０)−２・
Ｒxx(２)が大きくなる。

【００２６】時定数制御部は、これらＲxx(０)，Ｒxx
(２)、例えば係数差Ｒxx(０)−２・Ｒxx(２)と所定しき
い値との比較結果に基づいて、ＬＰＦ５２のダンピング
時定数５６を選択出力する。ここで、係数差がしきい値
を上回り流量変化が大きい場合、すなわちサンプリング
出力信号４の相関が取れていない場合には、比較的大き
な時定数（第２の時定数）を選択する。これにより、ノ
イズなどにより流量が急激に変化した場合、ＬＰＦ５２
のダンピング時定数が一時的に大きくなってカットオフ
周波数が低くなり、ＬＰＦ５２から出力される流量出力
信号６の急激な変化が抑制される。

【００２７】また、係数差がしきい値以下であり流量変
化が小さい場合、すなわちサンプリング出力信号４の相
関が取れている場合（通常時）には、比較的小さな時定
数（第１の時定数：第１の時定数＜第２の時定数）を選
択する。これにより、流量が一定あるいは緩やかに変化
している場合、ＬＰＦ５２のダンピング時定数が小さく
なってカットオフ周波数が高くなり、ＬＰＦ５２での応
答の遅れが軽減される。したがって、図２の区間Ｙ０で
は、自己相関係数Ｒxx(０)，Ｒxx(２)がほぼ等しくな
り、比較的小さなダンピング時定数５６が選択される。

【００２８】続いて、時刻Ｔ４直前に交流流量信号２に
スパイク状のノイズ２１が混入した場合、サンプリング
出力信号４のデータＸ(４)が大きく変化する。したがっ
て、データＸ(４)を含む区間Ｙ１〜Ｙ４では、自己相関
係数Ｒxx(０)，Ｒxx(２)の差が大きくなり、比較的大き
なダンピング時定数５６が選択され、この間、すなわち
時刻Ｔ４〜Ｔ８まで、流量出力信号６の急激な変化が抑
制される。

【００２９】また、その後のデータＸ(４)を含まない区
間Ｙ５では、自己相関係数Ｒxx(０)，Ｒxx(２)がほぼ等
しくなり、比較的小さなダンピング時定数５６が選択さ
れ、ＬＰＦ５２での応答性の遅れが軽減される。これに
より、ＬＰＦ５２から出力される流量出力信号６は、図
２中破線で示すように、固定的に比較的小さいダンピン
グ時定数を用いた場合と比較して、ノイズの影響を抑制
でき、急激な流量変化がない場合には比較的小さいダン
ピング時定数が選択されることから、所望の応答性が維
持される。

【００３０】なお、以上の説明では、自己相関係数に応
じてＬＰＦ５２のダンピング時定数を制御する場合を例
に説明したが、復調部５１にダンピング時定数を持た
せ、このダンピング時定数を制御してもよく、前述と同
様の作用効果が得られる。また、自己相関係数の算出方
法は、前述の方法に限定されるものではなく、他の算出
方法を用いてもよい。また、２つのダンピング時定数を
切り替え選択するようにした場合を例に説明したが、自
己相関が取れている場合には、ＬＰＦ５２のダンピング
時定数を小さく変化させ、自己相関が取れていない場合
にはＬＰＦ５２のダンピング時定数を大きく変化させる
ようにしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、サンプ
リング出力信号のうちの複数の正負データから自己相関
を算出する自己相関算出部を設けて、自己相関算出部で
の算出の結果、サンプリング出力信号の自己相関が取れ
ている場合には小さなダンピング時定数を選択してロー
パスフィルタに設定するようにしたので、ローパスフィ
ルタに入力される復調出力信号の変化に大きな遅れを生
じることなく流量出力信号を出力できる。また、サンプ
リング出力信号の自己相関が取れていない場合には小さ
なダンピング時定数を選択してローパスフィルタに設定
するようにしたので、復調出力信号の急激な変化を抑制
した流量出力信号を出力できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態による電磁流量計のブ
ロック図である。

【図２】 演算処理部の動作を示すタイミングチャート
である。

【図３】 従来の電磁流量計のブロック図である。

【図４】 従来の演算処理部の動作を示すタイミングチ
ャートである。

【符号の説明】

１…ＡＣ増幅部、２…交流流量信号、３…Ａ−Ｄ変換
部、４…サンプリング出力信号、５…演算処理部、５１
…復調部、５２…ローパスフィルタ、５３…自己相関算
出部、５４…時定数制御部、５５…復調出力信号、５６
…時定数制御部、７…出力部、８…励磁部、９…スイッ
チング部、１０…検出器、１０Ａ，１０Ｂ…電極、１０
Ｃ…管、１０Ｄ…励磁コイル。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定矩形波の励磁信号に応じて管内の流
   体に磁界を印加し、電極から得られた流体の信号起電力
   を含む交流流量信号をサンプリングし信号処理すること
   により計測流量を得る電磁流量計において、 流量に応じた振幅を有する正負各パルスからなる交流流
   量信号をＡ−Ｄ変換し正負のディジタルデータ列のサン
   プリング出力信号として出力するＡ−Ｄ変換部と、 サンプリング出力信号の負側データを正側に変換するこ
   とにより流量に応じた値を示す復調出力信号を生成する
   復調部と、 所定のダンピング時定数に基づき復調部からの復調出力
   信号に含まれる高周波成分を減衰させ所望の計測流量を
   示す流量出力信号を出力するローパスフィルタと、 サンプリング出力信号のうちの複数の正負データから自
   己相関を算出する自己相関算出部と、 自己相関算出部での算出の結果、サンプリング出力信号
   の自己相関が取れている場合には所定の第１のダンピン
   グ時定数を選択してローパスフィルタに設定し、サンプ
   リング出力信号の自己相関が取れていない場合には第１
   のダンピング時定数より大きな第２のダンピング時定数
   を選択してローパスフィルタに設定する時定数制御部と
   を備えることを特徴とする電磁流量計。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電磁流量計において、 時定数制御部は、 自己相関算出部での算出の結果、サンプリング出力信号
   の自己相関が取れている場合にはローパスフィルタのダ
   ンピング時定数を小さくし、サンプリング出力信号の自
   己相関が取れていない場合にはローパスフィルタのダン
   ピング時定数を大きくすることを特徴とする電磁流量
   計。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電磁流量計において、 時定数制御部は、 自己相関算出部での算出の結果、サンプリング出力信号
   の自己相関が取れている場合には比較的小さなダンピン
   グ時定数を選択してローパスフィルタに設定し、サンプ
   リング出力信号の自己相関が取れていない場合には比較
   的大きなダンピング時定数を選択してローパスフィルタ
   に設定することを特徴とする電磁流量計。