JP3356390B2 - 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５
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９Ｃ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、
変換器１１からの交流励磁電流により励磁されて、管１
０Ｃ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１２と
して出力する。ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３では、Ａ
Ｃ増幅部１からの交流流量信号１２のうち低周波数成分
を減衰させることにより、この検出信号に混入する低周
波ノイズを減衰し、サンプリング入力信号１３として出
力する。

【０００５】サンプルホールド部４では、スイッチング
部９からのスイッチング信号９Ａに基づいて、スイッチ
４Ａ，４Ｂを制御することにより、ハイパスフィルタ３
からのサンプリング入力信号１３のうち、正側および負
側をそれぞれサンプリングし直流流量信号１４として出
力する。演算処理部６は、Ａ−Ｄ変換部５を介してサン
プルホールド部４からの直流流量信号１４をディジタル
情報として取り込み、所定の演算処理を実行することに
より所望の計測流量値を算出し、出力部７で所定の信号
に変換して出力する。

【０００６】図６は、従来のサンプリング動作を示すタ
イミングチャートであり、９Ｃはスイッチング部９から
の励磁信号、１２はＡＣ増幅部１からの交流流量信号、
１３はサンプルホールド部４へ入力されるサンプリング
入力信号である。また、４Ａ，４Ｂはスイッチング部９
からのスイッチング信号９Ａに基づいて動作するスイッ
チであり、サンプリング入力信号１３のサンプリング期
間（斜線ハッチング部分）が規定される。

【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９Ｃ（交流流量信号１２）の各パル
スの後縁付近に設けられており、サンプルホールド部４
では、このサンプリング期間だけスイッチ４Ａ，４Ｂを
それぞれ短絡してサンプリング入力信号１３を積分し、
直流流量信号１４として出力する。なお、サンプリング
入力信号１３が正側の場合には、スイッチ４Ａのみが短
絡され、サンプリング入力信号１３が負側の場合には、
スイッチ４Ｂのみが短絡される。

【０００８】

【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、商用電源周波数よりも高い
励磁周波数を用いた場合、交流流量信号１２の波形によ
っては、ハイパスフィルタ３から出力されるサンプリン
グ入力信号１３のサンプリング期間を含む直流部分にオ
フセットが生じ、僅かではあるがサンプルホールド部４
から出力される直流流量信号１４に誤差が発生するとい
う問題点があった。一般に、製紙原料や土砂などの固形
物を含むスラリ流体の流量を計測する場合、これら固形
物の電極１０Ａ，１０Ｂ（図５参照）へのぶつかりによ
り、１／ｆ周波数特性を有するスラリ流体特有のノイズ
（以下、スラリノイズという）がランダムに発生する。

【０００９】したがって、比較的高い励磁周波数を用い
ることにより、スラリノイズのノイズレベルが低い領域
で各種信号処理を行うことができ、スラリノイズの影響
を低減できる。また、頻繁に変化する流量を計測する場
合、あるいは高精度で流量を計測する場合などには、電
磁流量計として高い応答性が要求される。したがって、
この場合も比較的高い励磁周波数を用いることにより、
流量を迅速に計測でき高い応答性が得られる。

【００１０】しかし、従来の電磁流量計では、比較的高
い励磁周波数を用いた場合、交流流量信号１２の各パル
スの立ち上がりにおいて、スパイク状の微分ノイズが顕
著となり、ハイパスフィルタ３から出力されるサンプリ
ング入力信号１３のサンプリング期間を含む直流部分に
オフセットが生ずる。例えば、図６に示すように、交流
流量信号１２の直流部分には、流量に対応した電圧Ｖａ
が発生し、直流流量信号１４ａが得られる。

【００１１】しかし、各パルスの立ち上がりにおいて、
スパイク状の微分ノイズが顕著な場合、ハイパスフィル
タ３により直流部分が変動し、当初の電圧Ｖａより僅か
に変化した電圧Ｖｂとなり、サンプルホールド部４から
は、僅かな誤差を含む直流流量信号１４ｂが出力される
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、比較的高い励磁周波数を用いた
場合でも高精度で計測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、ハイパスフィル
タの前段に設けられ、励磁信号の立ち上がりから所定期
間だけ交流流量信号の出力を停止し、他の期間に交流流
量信号をハイパスフィルタに出力する信号選択部を備え
るものである。したがって、比較的高い励磁周波数を用
いることにより励磁信号の立ち上がり時において交流流
量信号に微分ノイズが発生しても、信号選択部によりそ
の微分ノイズが発生する期間だけ交流流量信号の出力が
停止され、微分ノイズを含まない交流流量信号が後段に
出力される。

【００１３】また、信号選択部は、交流流量信号の出力
停止期間に、停止直前に保持した電位を出力する出力保
持回路を有するものである。したがって、交流流量信号
の出力停止期間には、その停止直前に保持した電位が継
続して出力される。

【００１４】

【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５参照）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。

【００１５】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、選
択制御信号９Ｂおよび励磁信号９Ｃ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９Ｃ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。

【００１６】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１２として出力する回路部、信号選択部２は、
スイッチング部９からの選択制御信号９Ｂに応じてスイ
ッチ２Ａを動作させることにより、励磁信号９Ｃ（交流
流量信号１２）の各パルスのうち立ち上がりから一定期
間だけ交流流量信号１２の出力を停止する回路部、ハイ
パスフィルタ（ＨＰＦ）３は、信号選択部２の出力信号
のうち低周波数成分を減衰させることにより、この検出
信号に混入する低周波ノイズを減衰するフィルタであ
る。

【００１７】サンプルホールド部４は、スイッチング部
９からのスイッチング信号９Ａに基づいて、ハイパスフ
ィルタ３からのサンプリング入力信号１３をサンプリン
グし、流体流速に応じて直流電位が変化する直流流量信
号１４として出力する回路部である。Ａ−Ｄ変換部５
は、この直流流量信号１４を積分しディジタル情報に変
換する回路部、演算処理部６はＡ−Ｄ変換部５からのデ
ィジタル情報に対して所定の演算処理を実行することに
より所望の流量を算出する回路部、出力部７は演算処理
部６で算出された流量を所定の信号に変換して出力する
回路部である。

【００１８】図２は、信号制御部の構成例を示す説明図
であり、（ａ）は抵抗Ｒを用いた例、（ｂ）は切替スイ
ッチを用いた例、（ｃ）は保持回路を設けた例をそれぞ
れ示している。図２（ａ）では、スイッチ２Ａの出力側
が抵抗Ｒを介して接地（プルダウン）されており、スイ
ッチ２Ａがオフ（ＯＦＦ）した場合、出力信号は接地電
位となる。

【００１９】また、図２（ｂ）では、スイッチ２Ａとし
て２入力１出力の切替スイッチを用い、交流流量信号１
２と接地電位とが切替出力される。また、図２（ｃ）で
は、スイッチ２Ａの後段に出力信号を保持する回路とし
て、コンデンサＣと演算増幅器Ａとからなる保持（ホー
ルド）回路としてが設けられており、スイッチ２Ａがオ
フ（ＯＦＦ）した場合、出力信号は直前の電位に保持さ
れる。

【００２０】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９Ｃ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。

【００２１】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１２として出力される。信号選択部２で
は、スイッチング部９からの選択制御信号９Ｂが示す選
択期間に基づいてスイッチ２Ａが動作し、励磁信号９Ｃ
（交流流量信号１２）のうち、立ち上がりから一定期間
だけ交流流量信号１２の出力を停止し、各パルス波形が
比較的安定している後半の直流部分のみを選択出力す
る。

【００２２】信号選択部２からの出力信号は、ハイパス
フィルタ３により低周波成分が除去され、サンプリング
入力信号１３として出力される。サンプルホールド部４
では、スイッチング部９からのスイッチング信号９Ａが
示すサンプリング期間に応じてスイッチ４Ａ，４Ｂが動
作し、サンプリング入力信号１３がサンプリングされ直
流流量信号１４として出力される。

【００２３】図３は、信号選択部の動作を示すタイミン
グチャートであり、前述の説明（図６参照）と同じまた
は同等部分には同一符号を付してある。同図において、
２Ａは信号選択部２のスイッチ２Ａの動作（ＯＮ／ＯＦ
Ｆ）を示している。この場合、スイッチ２Ａは、励磁信
号９Ｃ（交流流量信号１２）の各パルスのうち、立ち上
がりから一定期間Ｔ１だけオフしてその出力を停止し、
接地電位を出力する。

【００２４】また、スイッチ２Ａは、波形が比較的安定
している後半の直流部分、すなわち期間Ｔ１以外の期間
Ｔ３でのみオンして交流流量信号１２を出力する。な
お、この期間Ｔ３には、サンプルホールド部４における
サンプリング期間Ｔ４（斜線ハッチング部分）が含まれ
ているが、各パルスの立ち上がり部分は含まれていな
い。

【００２５】したがって、比較的高い励磁周波数を用い
た場合、各パルスの立ち上がり部分で発生する微分ノイ
ズ１２Ａが除去され、ハイパスフィルタ３に出力され
る。これにより、ハイパスフィルタ３からのサンプリン
グ入力信号１３は、期間Ｔ３の直流部分からなるパルス
状の信号波形であって、微分ノイズ１２Ａの影響がな
く、流量に応じた当初の電圧Ｖａと等しい振幅を有する
信号となる。

【００２６】このように、ハイパスフィルタ３の前段
に、信号選択部２を設けて、励磁信号９Ｃ（交流流量信
号１２）の立ち上がりから所定期間だけ、交流流量信号
１２の出力を停止するようにしたので、比較的高い励磁
周波数を用いた場合、各パルスの立ち上がり部分で発生
する微分ノイズ１２Ａが除去され、微分ノイズに起因し
てハイパスフィルタで生ずる直流部分のオフセットが抑
止される。これにより、比較的高い励磁周波数を用いた
場合でも高精度な計測が実現される。

【００２７】また、信号選択部２において、交流流量信
号１２の出力を停止している期間には、流量ゼロを示す
接地電位を出力するようにしたので、出力停止期間Ｔ１
において、ノイズなどによる不確定なレベルの信号が交
流流量信号１２として信号選択部２から出力されなくな
り、後段の回路動作が安定する。

【００２８】なお、図３では、スイッチ２Ａがオフの場
合、信号選択部２からの出力が接地電位となる構成、例
えば図２（ａ），図２（ｂ）を用いた構成を例に説明し
たが、スイッチ２Ａがオフの場合、信号選択部２からそ
の直前電位を保持出力する構成、例えば図２（ｃ）の構
成では、図４のようになる。図４は、信号選択部の他の
動作を示すタイミングチャートであり、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。

【００２９】ここでは、信号選択部２のスイッチ２Ａが
オフの場合、その直前の電位が保持出力される。したが
って、図３の場合と比較して、サンプリング入力信号１
３は接地電位を示さず正負相互に直接変化するが、微分
ノイズ１２Ａの影響がなく、流量に応じた当初の電圧Ｖ
ａと等しい振幅を有する信号となる。

【００３０】このように、信号選択部２で交流流量信号
１２の出力が停止されている期間Ｔ３では、その停止直
前に保持した交流流量信号１２の電位を継続して出力す
るようにしたので、サンプルホールド部４でのサンプリ
ング期間が終了した後も、サンプリング入力信号１３が
保持されるものとなり、僅かにサンプリング期間位置が
時間的に変動した場合でも、より安定した計測が可能と
なる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ハイパ
スフィルタの前段に信号選択部を設けて、励磁信号の立
ち上がりから所定期間だけ交流流量信号の出力を停止
し、他の期間に交流流量信号をハイパスフィルタに出力
するようにしたので、比較的高い励磁周波数を用いるこ
とにより励磁信号の立ち上がり時において交流流量信号
に微分ノイズが発生しても、信号選択部によりその微分
ノイズが発生する期間だけ交流流量信号の出力が停止さ
れ、微分ノイズを含まない交流流量信号が後段に出力さ
れる。したがって、この微分ノイズに起因してハイパス
フィルタで生ずる直流部分のオフセットが抑止され、比
較的高い励磁周波数を用いた場合でも高精度な計測が実
現される。

【００３２】また、信号選択部において、交流流量信号
の出力停止期間に、停止直前に保持した電位を出力する
ようにしたので、後段において交流流量信号をサンプリ
ングする期間が終了した後も、信号レベルが保持される
ものとなり、僅かにサンプリング期間位置が時間的に変
動した場合でも、より安定した計測が可能となる。

【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】 信号選択部の動作を示すタイミングチャート
である。

【図３】 信号選択部の他の動作を示すタイミングチャ
ートである。

【図４】 信号選択部の構成例を示す説明図である。

【図５】 従来の電磁流量計のブロック図である。

【図６】 従来のサンプリング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…信号選択部、２Ａ…スイッチ、３
…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、４…サンプルホールド
部、４Ａ，４Ｂ…スイッチ、４…直流流量信号、５…Ａ
−Ｄ変換部、６…演算処理部、７…出力部、８…励磁
部、９…スイッチング部、９Ａ…スイッチング信号、９
Ｂ…選択制御信号、９Ｃ…励磁信号、１０…検出器、１
０Ａ，１０Ｂ…電極、１０Ｃ…管、１０Ｄ…励磁コイ
ル、１１…変換器、１２…交流流量信号、１３…サンプ
リング入力信号、１４…直流流量信号。

Claims (2)

(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の低周波成分をハイパスフィルタで
   除去した後にサンプリングし、サンプリングにより得ら
   れた直流流量信号を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、 ハイパスフィルタの前段に設けられ、励磁信号の立ち上
   がりから所定期間だけ交流流量信号の出力を停止し、他
   の期間に交流流量信号をハイパスフィルタに出力する信
   号選択部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、 信号選択部は、 交流流量信号の出力停止期間に、停止直前に保持した電
   位を出力する出力保持回路を有することを特徴とする電
   磁流量計。