JP4228765B2 - Electromagnetic flow meter - Google Patents

Electromagnetic flow meter Download PDF

Info

Publication number
JP4228765B2
JP4228765B2 JP2003115623A JP2003115623A JP4228765B2 JP 4228765 B2 JP4228765 B2 JP 4228765B2 JP 2003115623 A JP2003115623 A JP 2003115623A JP 2003115623 A JP2003115623 A JP 2003115623A JP 4228765 B2 JP4228765 B2 JP 4228765B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow rate
output
signal
excitation
integration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003115623A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004325076A (en
Inventor
郁光 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP2003115623A priority Critical patent/JP4228765B2/en
Publication of JP2004325076A publication Critical patent/JP2004325076A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4228765B2 publication Critical patent/JP4228765B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

【発明の属する技術分野】
この発明は、半硬質磁性材料のコアを使用することができ、かつ簡単な構成で高精度な測定が可能な電磁流量計に関するものである。
【0001】
【従来の技術】
特許文献1には、励磁電流の変動による誤差を補償して、高精度な測定が可能な電磁流量計の発明が記載されている。以下、この発明について、図5に基づいて概要を説明する。
【0002】
図5において、導管81内に設置された電極2a、2bに発生する起電力は差動増幅器82によって増幅されてA/D変換器83に入力される。A/D変換器83の出力は流量演算回路88に入力される。一方、励磁コイル84には励磁回路85から、その極性が交互に変化する励磁電流Ifが供給される。
【0003】
この励磁電流の大ききは抵抗Rfによって電圧Vfに変換される。このVfはサンプルホールド回路86でホールドされ、そのホールド電圧VeはA/D変換器83に入力される。87は励磁回路85、サンプルホールド86およびA/D変換器83に供給するタイミングパルスP1〜P4を生成する。
【0004】
励磁コイル84が発生する磁束密度は、コアに軟磁性体を用いると励磁電流に比例する。また、電極2a、2bに発生する起電力は磁束密度に比例する。そのため、A/D変換器83として2重積分型のA/D変換器を用い、励磁電流の大きさを表すVeをA/D変換器83の基準電圧として用いることにより、高精度な電磁流量計を実現することができる。
【0005】
電磁流量計の消費電力を下げるためには、励磁電流を間欠的に供給すればよい。特許文献2には、コアとしてある程度以上の保持力を有する普通鋼を用いて、間欠的に励磁電流を供給する電磁流量計の発明が記載されている。また、特許文献3には、間欠的に励磁電流を供給する電磁流量計において、電極の起電力の大きさによって増幅器のゲインを自動的に変化させることにより、小流量でも高精度の測定ができる電磁流量計の発明が記載されている。
【特許文献1】
特開2001−235352号公報
【特許文献2】
特公昭59−7930号公報
【特許文献3】
特公平3−81087号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電磁流量計には次のような課題があった。
【0007】
特許文献1に記載された発明は励磁電流が変化しても自動的にその影響を補償することができるので、高精度測定が可能になる。しかしながら、保持力が高い半硬質磁性材料をコアに用いると、励磁電流と発生する磁束密度との間には比例関係がなくなる。そのため、この方式は半硬質磁性材料をコアに使用して、励磁電流を間欠的に供給する電磁流量計には適用することができないという課題があった。
【0008】
また、特許文献3に記載された発明は増幅器の利得を変化させなければならないために構成が複雑になり、かつ分解能を高くするためにはクロック周波数を高くしなければならず、消費電力が増大してしまうという課題があった。
【0009】
従って本発明の目的は、保持力が高い半硬質磁性材料をコアに使用することができ、かつ簡単な構成で小流量でも高精度な測定が可能な電磁流量計を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、所定の値以上の保磁力を有する半硬質磁性材料を使用したコアを具備した励磁コイルに間欠的に励磁電流を流し、前記励磁コイルによって発生した磁束と流体の流れとに起因して誘起する流量信号に基づいて前記流体の流量を測定する電磁流量計であって、前記励磁コイルに流れる励磁電流を検出する電流検出部と、この電流検出部の出力が入力され前記励磁電流を制御する信号を出力する励磁信号発生部とを有し、この励磁信号発生部は前記電流検出部が検出した前記励磁電流の値が予め定められた所定の値以上になったときに、前記励磁電流を停止し、この時に前記コアに保持される一定値の磁束で前記流量を測定し、前記流量信号をデジタル値に変換する2重積分方式のアナログデジタル変換部を有し、前記アナログデジタル変換部内の積分器の出力と所定の電圧を比較する比較部を有し、前記積分器の出力が前記所定の電圧以上になったことを前記比較部が検出したときに、前記流量信号に関連する信号の積分を中止して、逆積分を開始することによって、前記積分器の積分期間は、前記流量が低くなると長く、高くなると短くなり、前記所定の電圧は、逆積分時間のカウント数のカウント誤差が所望の値以下になる前記カウント数から決めるものである。常に磁束密度が一定の状態で測定できる。デジタル出力が得られ、コストダウンを図れ、小流量において高精度な積算値が得られる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下に、図に基づいて本発明を詳細に説明する。
図1は本発明に係る電磁流量計の一実施例を示す構成図である。図1において、1は測定部であり、被測定流体の流速に比例する信号を出力する。13は被測定流体が流れる測定管であり、この測定管13の外側には半硬質磁性材料で作られたコア11と、このコア11に巻かれた励磁コイル12が設置されている。14は対面して設置され、被測定流体に接液する測定電極であり、この測定電極14に被測定流体の流速に比例する起電力が発生する。なお、通常帰還磁路が実装されるが、この図では省略している。
【0024】
15はバッファであり、測定電極14の起電力をインピーダンス変換する。6は差動増幅器であり2つの測定電極14の起電力の差を演算する。17は反転増幅器であり、差動増幅器16の出力の極性を反転した信号を出力する。
【0025】
2は励磁回路であり、電源E1、E2とブリッジ接続された4つのスイッチQ1〜Q4および励磁コイル12と直列に接続される抵抗21で構成される。抵抗21は電流検出部を構成している。スイッチQ1〜Q4は信号T1〜T4でそのオン・オフが制御され、そのため2つの励磁コイル12には交互に極性が反対の励磁電流が流れる。この励磁電流は抵抗21に流れる。従って、抵抗21両端の電圧Viexは励磁電流に比例する。
【0026】
3は2重積分方式のA/D変換器であり、差動増幅器16と反転増幅器17の出力および積分器33の出力を選択するアナログスイッチ32、基準電圧+Vref、−Vrefを選択するアナログスイッチ31,アナログスイッチ31,32の出力を積分する積分器33および積分器33の出力が入力される比較器34で構成される。
【0027】
AD変換は次のようにして行う。まずアナログスイッチ32で測定部1の出力を積分器33に入力し、時間T1の間積分する。そして、アナログスイッチ31で積分した電圧とは逆極性の基準電圧Vrefを選択し、比較器34が反転するまで逆積分する。
【0028】
逆積分の時間をT2とすると、測定部1の出力である差動増幅器16または反転増幅器17の出力Vinは
Vin=(T2/T1)×Vref ・・・・・・ (1)
で求めることができる。前記T1,T2は、これらの時間より十分短い周期のクロックをカウントすることによって、CPU4で計測する。
【0029】
5はスイッチQ1〜Q4およびアナログスイッチ31,32を制御する信号を発生する励磁信号発生部である。51はバッファであり、励磁電流に比例する電圧Viexが入力される。52は反転増幅器であり、バッファ51の出力極性を反転する。53はアナログスイッチであり、バッファ51と反転増幅器52の出力を選択する。このアナログスイッチ53は選択部として機能する。54は基準電源であり、基準電源Vrefを分圧して、Vi_refを出力する。
【0030】
55は比較器であり、アナログスイッチ53の出力と基準電圧Vi_refを比較して、その結果を出力する。56はD型フリップフロップであり、比較器55の出力がそのクロック端子に入力される。また、その反転出力はD端子に入力される。
【0031】
57はタイミング発生回路でありT5〜T9のタイミング信号を発生する。タイミング信号T5,T6はアナログスイッチ31,32を駆動する。また、タイミング信号T7はフリップフロップ56のリセット端子に入力される。58はANDゲートであり、フリップフロップ56の反転出力とタイミング信号T9が入力され、その出力はレベル変換回路581を介して信号T2,T4として励磁回路2に出力される。59はANDゲートであり、フリップフロップ56の反転出力とタイミング信号T8が入力され、その出力はレベル変換回路591を介して信号T1,T3として励磁回路2に出力される。
【0032】
6は基準電圧回路であり、A/D変換器3に供給する基準電圧+Vref、−Vrefを作成する。そのために、電源E1、E2をツェナダイオード61、62で安定化して基準電圧+Vref、−Vrefを作っている。
【0033】
次に、図2に基づいてこの実施例の動作を説明する。図2において、(ア)はT8の波形である。T8は所定の周期かつデューティ比を有する波形であり、この高レベル区間でスイッチQ1,Q3がオンになり、励磁コイル12に励磁電流を流す。(イ)はT9の波形であり、T8と同じ周期、デューティ比を有するが、位相が異なる。T9の高レベル期間でスイッチQ2,Q4がオンになり、(ア)とは逆方向に励磁電流を流す。なお、コア11に半硬質磁性材料を用いているので、励磁電流が流れない期間を設けている。
【0034】
(ウ)はViexの波形である。前述したように、Viexは励磁電流を表している。T8またはT9が高レベルの期間だけ励磁電流が流れ、かつT8とT9では流れる方向が逆になっている。(エ)はアナログスイッチ53の出力波形である。アナログスイッチ53はバッファ51と反転増幅器52の出力を切り替えて出力するので、励磁電流が逆方向に流れてもその出力は正になる。なお、励磁コイル12のインダクタンスの影響で、励磁電流は徐々に増加する。
【0035】
(オ)は比較器55の出力である。この出力はViexがVi_refより大きくなると高レベルになる。ViexがVi_refに一致したときの励磁電流のピーク値Iexは、
Iex=Vi_ref/Ref
になる。但し、Refは抵抗21の抵抗値である。
【0036】
(カ)はフリップフロップ56のリセット信号である。この信号は励磁電流が流れていないときに所定の期間高レベルになり、フリップフロップ56をリセットする。(キ)、(ク)はそれぞれフリップフロップ56の出力と反転出力である。フリップフロップ56は比較器55の立ち上がりでセットされ、T7の高レベルでリセットされるので、フリップフロップ56の反転出力はこの期間だけ低レベルになる。
【0037】
(ケ)はANDゲート58の出力である。ANDゲート58の出力はT8とフリップフロップ56の反転出力が共に高レベルの期間のみ高レベルになる。前述したように、この高レベル期間にスイッチQ1,Q3がオンになり、励磁電流が流れる。(コ)はANDゲート59の出力であり、T9とフリップフロップ56の反転出力が共に高レベルのときのみ高レベルになる。この高レベル期間にスイッチQ2,Q4がオンになり、逆方向に励磁電流が流れる。
【0038】
(サ)は流量信号の波形である。コアに半硬質磁性材料を使用しているので、励磁電流が流れない期間でも磁束は維持され、安定した流量信号が得られている。(シ)、(ス)、(セ)、(ソ)はそれぞれ積分器33の出力、アナログスイッチ32,31の状態、比較器34の出力を表す。この部分は一般的な2重積分方式のAD変換器の動作と同じなので、説明を省略する。流量信号(サ)が安定な期間にバッファ16または反転増幅器17の出力で積分し、その後+Vrefまたは−Vrefで逆積分する。
【0039】
(タ)は逆積分する期間を表す。前記(1)式にからわかるように、流量信号のデジタル値は逆積分期間T2に比例するので、実質的にこの逆積分期間が流量信号のアナログデジタル変換の期間になる。
【0040】
このように、この実施例では抵抗21で励磁電流を測定し、励磁電流が予め定められた一定値に達すると励磁電流を遮断するようにした。コア11に半硬質磁性材料を使用しているので、磁束密度はこの一定値のときの値に保持される。そのため、常に同じ磁束密度で流量を測定でき、コアの非直線性の影響を受けることがなくなる。
【0041】
なお、この実施例では抵抗21によって励磁電流を検出し、この励磁電流が所定の値になったところで励磁電流を遮断して磁束密度が常に一定になるようにしたが、励磁コイル12に励磁電流を供給する電源の電圧を安定化するようにしてもよい。励磁コイル12のインピーダンスは一定なので、このようにしても励磁電流が一定になり、結果として磁束密度を一定にすることができる。
【0042】
図3に本発明の他の実施例を示す。なお、図1と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図3において、7は比較回路であり、比較器71を内蔵している。比較器71には積分器33の出力および+Vrefを分圧して作成したVadが入力され、これらの入力の比較結果をCPU4に出力する。
【0043】
水道メータのような積算流量計では積算値の精度が重要であり、瞬時流量の精度はそれに比べると低くてもよい。そのため、積分期間に比較器71で積分器の出力と一定の基準電圧を比較し、一致するとその出力を高レベルにしてCPU4に知らせる。CPU4はこの出力によって積分期間を終了させ、逆積分期間を開始する。
【0044】
通常の2重積分方式のA/D変換器では積分期間は一定であるので、入力電圧が小さくなると積分器の出力も小さくなり、変換誤差が大きくなる。しかし、この実施例では流量が低くなって電極14の起電力が小さくなると積分器33による積分期間が自動的に長くなり、流量が高くなると積分期間が短くなるように制御され、積分器33の出力は一定になるので、小流量でも誤差が大きくなることはない。
【0045】
積分期間が長くなると応答性が悪くなるが、積算流量計では瞬時流量値はそれほど重要視されないので、実用上支障を来すことはない。また、特許文献3に記載された発明のように増幅器の利得を可変させる方式でないので、構成が簡単になる。
【0046】
次に、図4に基づいてこの実施例の動作を説明する。なお、(ア)から(ス)までは図2と同じなので、説明を省略する。図2実施例では時刻t1で逆積分が開始されるが、この実施例では(セ)に示すように積分器33の出力が一定値に達していないので、逆積分は開始されず、積分が続行される。時刻t2で積分器33の出力が一定値を越えたので、逆積分が開始される。
【0047】
すなわち、図2に比べて積分期間が2倍になっている。流量がさらに低くなると、それに応じて積分期間も長くなる。そのため応答性は悪くなるが、小流量でも積算値の誤差が増加することはない。
【0048】
逆積分時間計測用のクロック周期T3は、所定の分解能が得られるようにT2/T3のカウント数を設定する。時間測定では1〜2クロックのカウント誤差は必然的に発生するので、カウント数をNとすると、2/N×100(%)のカウント誤差が発生する。このことを考慮して誤差が所望の値以下になるようにカウント数Nを設定し、このカウント数Nが得られるようにVadを決めればよい。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次の効果が期待できる。
請求項1記載の発明によれば、半硬質材料のコアを有する励磁コイルに電流を流して磁界を発生させて流量を測定する電磁流量計において、前記励磁コイルに流れる電流値が所定の値になると電流を停止させるようにした。
【0050】
磁束密度が一定の状態で流量を測定できるので、励磁電流の変動に起因する誤差が生じない。そのため、励磁電流の変動に対する補正が不要になるので、簡単な構成で高精度の流量測定ができるという効果がある。また、励磁電流が一定の状態でコアに保持された磁気を用いて流量測定を行うので、励磁電流と発生する磁束密度との間に比例関係がない半硬質磁性材料のコアを用いても、誤差が発生しないという効果もある。さらに、構成が簡単になるので、コストダウンを図ることができるという効果もある。
【0051】
アナログデジタル変換器を用いて流量値をデジタル値に変換し、このアナログデジタル変換器として2重積分方式のアナログデジタル変換器を用いるようにした。さらに、流量信号の大きさによって積分時間を変化させるようにし、アナログデジタル変換器内の積分器の出力が所定の値になるまで積分を行い、所定の値以上になると逆積分を開始するようにした。
【0052】
デジタル出力が得られるので、データ処理が簡単になるという効果がある。また、2重積分方式のアナログデジタル変換器を使用することにより、コストダウンを図ることができるという効果もある。さらに、小流量で積分時間を長くすることにより高精度で積算流量を測定することができるという効果もあり、積分器の出力を監視して逆積分を開始することにより、流量によらず最適な状態でデジタル変換ができるという効果もある。
また、逆積分時間のカウント数のカウント誤差を所望の値以下にすることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成図である。
【図2】本発明の一実施例の実施例の動作を示すタイムチャートである。
【図3】本発明の他の実施例の構成図である。
【図4】本発明の他の実施例の動作を示すタイムチャートである。
【図5】従来の電磁流量計の構成図である。
【符号の説明】
1 測定部
11 コア
12 励磁コイル
14 電極
2 励磁回路
21 抵抗
3 A/D変換器
31,32,53 アナログスイッチ
33 積分器
34,55、71 比較器
54 基準電源
56 フリップフロップ
57 タイミング回路
58,59 ANDゲート
6 基準電圧回路
7 比較回路
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic flowmeter that can use a core of a semi-hard magnetic material and can perform high-accuracy measurement with a simple configuration.
[0001]
[Prior art]
Patent Document 1 discloses an invention of an electromagnetic flow meter that can compensate for an error caused by fluctuations in excitation current and perform highly accurate measurement. The outline of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0002]
In FIG. 5, the electromotive force generated in the electrodes 2 a and 2 b installed in the conduit 81 is amplified by the differential amplifier 82 and input to the A / D converter 83. The output of the A / D converter 83 is input to the flow rate calculation circuit 88. On the other hand, an excitation current If whose polarity is alternately changed is supplied from the excitation circuit 85 to the excitation coil 84.
[0003]
The magnitude of this exciting current is converted to a voltage Vf by the resistor Rf. This Vf is held by the sample hold circuit 86, and the hold voltage Ve is input to the A / D converter 83. 87 generates timing pulses P <b> 1 to P <b> 4 to be supplied to the excitation circuit 85, the sample hold 86, and the A / D converter 83.
[0004]
The magnetic flux density generated by the exciting coil 84 is proportional to the exciting current when a soft magnetic material is used for the core. Moreover, the electromotive force generated in the electrodes 2a and 2b is proportional to the magnetic flux density. Therefore, a double integral type A / D converter is used as the A / D converter 83, and Ve representing the magnitude of the excitation current is used as the reference voltage of the A / D converter 83, thereby providing a highly accurate electromagnetic flow rate. The total can be realized.
[0005]
In order to reduce the power consumption of the electromagnetic flow meter, the excitation current may be supplied intermittently. Patent Document 2 describes an invention of an electromagnetic flowmeter that intermittently supplies an exciting current using ordinary steel having a certain level of holding power as a core. Further, in Patent Document 3, in an electromagnetic flowmeter that intermittently supplies an excitation current, the gain of an amplifier is automatically changed according to the magnitude of the electromotive force of an electrode, so that high-precision measurement can be performed even at a small flow rate. An invention of an electromagnetic flow meter is described.
[Patent Document 1]
JP 2001-235352 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No.59-7930 [Patent Document 3]
Japanese Examined Patent Publication No. 3-81087 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, such an electromagnetic flow meter has the following problems.
[0007]
Since the invention described in Patent Document 1 can automatically compensate for the influence even when the excitation current changes, high-accuracy measurement becomes possible. However, when a semi-hard magnetic material having a high holding force is used for the core, there is no proportional relationship between the exciting current and the generated magnetic flux density. Therefore, this method has a problem that it cannot be applied to an electromagnetic flow meter that uses a semi-hard magnetic material as a core and intermittently supplies an excitation current.
[0008]
The invention described in Patent Document 3 has a complicated configuration because the gain of the amplifier must be changed, and the clock frequency must be increased to increase the resolution, resulting in an increase in power consumption. There was a problem of doing it.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an electromagnetic flowmeter that can use a semi-hard magnetic material having a high holding force for the core and can perform highly accurate measurement even with a small flow rate with a simple configuration.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention is such that an exciting current is intermittently applied to an exciting coil having a core using a semi-hard magnetic material having a coercive force of a predetermined value or more. An electromagnetic flow meter that measures the flow rate of the fluid based on a flow rate signal induced due to the magnetic flux generated by the excitation coil and the flow of the fluid, and detects an excitation current flowing through the excitation coil A current detection unit; and an excitation signal generation unit that outputs a signal for controlling the excitation current when the output of the current detection unit is input. The excitation signal generation unit is configured to output the excitation current detected by the current detection unit. When the value exceeds a predetermined value, the exciting current is stopped, the flow rate is measured with a constant magnetic flux held in the core at this time, and the flow rate signal is converted into a digital value. Double product An analog-to-digital converter of the system, a comparator that compares the output of the integrator in the analog-to-digital converter with a predetermined voltage, and the output of the integrator is equal to or higher than the predetermined voltage When the comparison unit detects, the integration of the signal related to the flow rate signal is stopped and the reverse integration is started, so that the integration period of the integrator is longer when the flow rate is lower and shorter when the flow rate is higher, The predetermined voltage is determined from the count number at which the count error of the count number of the reverse integration time is not more than a desired value. It can always be measured with a constant magnetic flux density. Digital output can be obtained, cost reduction can be achieved, and a highly accurate integrated value can be obtained at a small flow rate.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an electromagnetic flow meter according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a measuring unit that outputs a signal proportional to the flow velocity of the fluid to be measured. Reference numeral 13 denotes a measuring tube through which a fluid to be measured flows. A core 11 made of a semi-hard magnetic material and an exciting coil 12 wound around the core 11 are installed outside the measuring tube 13. Reference numeral 14 denotes a measurement electrode that is installed facing the fluid and contacts the fluid to be measured, and an electromotive force proportional to the flow velocity of the fluid to be measured is generated at the measurement electrode 14. Although a normal feedback magnetic path is mounted, it is omitted in this figure.
[0024]
A buffer 15 impedance-converts the electromotive force of the measurement electrode 14. Reference numeral 6 denotes a differential amplifier, which calculates the difference in electromotive force between the two measurement electrodes 14. Reference numeral 17 denotes an inverting amplifier that outputs a signal obtained by inverting the polarity of the output of the differential amplifier 16.
[0025]
An excitation circuit 2 includes four switches Q1 to Q4 that are bridge-connected to the power sources E1 and E2 and a resistor 21 that is connected in series to the excitation coil 12. The resistor 21 constitutes a current detection unit. The switches Q1 to Q4 are controlled to be turned on / off by signals T1 to T4. Therefore, excitation currents having opposite polarities alternately flow through the two excitation coils 12. This exciting current flows through the resistor 21. Therefore, the voltage Viex across the resistor 21 is proportional to the exciting current.
[0026]
Reference numeral 3 denotes a double integration type A / D converter, an analog switch 32 for selecting the outputs of the differential amplifier 16 and the inverting amplifier 17 and the output of the integrator 33, and an analog switch 31 for selecting the reference voltages + Vref and -Vref. , An integrator 33 for integrating the outputs of the analog switches 31 and 32 and a comparator 34 to which the output of the integrator 33 is inputted.
[0027]
AD conversion is performed as follows. First, the analog switch 32 inputs the output of the measuring unit 1 to the integrator 33 and integrates it for a time T1. Then, a reference voltage Vref having a polarity opposite to the voltage integrated by the analog switch 31 is selected, and the integration is performed until the comparator 34 is inverted.
[0028]
When the reverse integration time is T2, the output Vin of the differential amplifier 16 or the inverting amplifier 17 which is the output of the measurement unit 1 is Vin = (T2 / T1) × Vref (1)
Can be obtained. T1 and T2 are measured by the CPU 4 by counting clocks having a period sufficiently shorter than these times.
[0029]
An excitation signal generator 5 generates signals for controlling the switches Q1 to Q4 and the analog switches 31 and 32. A buffer 51 receives a voltage Viex proportional to the excitation current. An inverting amplifier 52 inverts the output polarity of the buffer 51. An analog switch 53 selects the output of the buffer 51 and the inverting amplifier 52. The analog switch 53 functions as a selection unit. Reference numeral 54 denotes a reference power supply, which divides the reference power supply Vref and outputs Vi_ref.
[0030]
A comparator 55 compares the output of the analog switch 53 with the reference voltage Vi_ref and outputs the result. 56 is a D-type flip-flop, and the output of the comparator 55 is input to its clock terminal. The inverted output is input to the D terminal.
[0031]
A timing generation circuit 57 generates a timing signal from T5 to T9. Timing signals T5 and T6 drive the analog switches 31 and 32. The timing signal T7 is input to the reset terminal of the flip-flop 56. 58 is an AND gate, to which the inverted output of the flip-flop 56 and the timing signal T9 are input, and the output is output to the excitation circuit 2 as the signals T2 and T4 via the level conversion circuit 581. Reference numeral 59 denotes an AND gate, which receives the inverted output of the flip-flop 56 and the timing signal T8, and outputs the signals to the excitation circuit 2 as signals T1 and T3 via the level conversion circuit 591.
[0032]
Reference voltage circuit 6 generates reference voltages + Vref and −Vref to be supplied to the A / D converter 3. For this purpose, the power supplies E1 and E2 are stabilized by Zener diodes 61 and 62 to generate reference voltages + Vref and -Vref.
[0033]
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 2, (a) is the waveform of T8. T8 is a waveform having a predetermined cycle and a duty ratio. In this high level section, the switches Q1 and Q3 are turned on, and an exciting current is supplied to the exciting coil 12. (A) is a waveform of T9, which has the same cycle and duty ratio as T8, but has a different phase. The switches Q2 and Q4 are turned on in the high level period of T9, and an exciting current is passed in the direction opposite to (a). Since a semi-hard magnetic material is used for the core 11, a period during which no exciting current flows is provided.
[0034]
(C) is a waveform of Vex. As described above, Viex represents an exciting current. Excitation current flows only during a period when T8 or T9 is at a high level, and the flow direction is reversed between T8 and T9. (D) is an output waveform of the analog switch 53. Since the analog switch 53 switches and outputs the output of the buffer 51 and the inverting amplifier 52, the output becomes positive even if the exciting current flows in the reverse direction. The exciting current gradually increases due to the inductance of the exciting coil 12.
[0035]
(E) is the output of the comparator 55. This output goes high when Viex is greater than Vi_ref. The peak value Iex of the excitation current when Viex matches Vi_ref is
Iex = Vi_ref / Ref
become. However, Ref is the resistance value of the resistor 21.
[0036]
(F) is a reset signal of the flip-flop 56. This signal becomes high level for a predetermined period when no exciting current flows, and the flip-flop 56 is reset. (K) and (K) are the output and inverted output of the flip-flop 56, respectively. Since the flip-flop 56 is set at the rising edge of the comparator 55 and reset at the high level of T7, the inverted output of the flip-flop 56 becomes low level only during this period.
[0037]
(K) is the output of the AND gate 58. The output of the AND gate 58 is at a high level only when both T8 and the inverted output of the flip-flop 56 are at a high level. As described above, the switches Q1 and Q3 are turned on during this high level period, and an exciting current flows. (K) is the output of the AND gate 59, and becomes high only when both T9 and the inverted output of the flip-flop 56 are high. During this high level period, the switches Q2 and Q4 are turned on, and an exciting current flows in the reverse direction.
[0038]
(S) is the waveform of the flow signal. Since a semi-hard magnetic material is used for the core, the magnetic flux is maintained even during a period in which no excitation current flows, and a stable flow signal is obtained. (S), (S), (C), and (S) represent the output of the integrator 33, the states of the analog switches 32 and 31, and the output of the comparator 34, respectively. Since this part is the same as the operation of a general double integration type AD converter, a description thereof will be omitted. Integration is performed at the output of the buffer 16 or the inverting amplifier 17 during a period in which the flow rate signal (s) is stable, and then back integration is performed at + Vref or -Vref.
[0039]
(Ta) represents a period for inverse integration. As can be seen from the equation (1), the digital value of the flow rate signal is proportional to the inverse integration period T2, so this inverse integration period is substantially the period of analog-digital conversion of the flow rate signal.
[0040]
Thus, in this embodiment, the exciting current is measured by the resistor 21, and the exciting current is cut off when the exciting current reaches a predetermined constant value. Since a semi-hard magnetic material is used for the core 11, the magnetic flux density is maintained at this constant value. Therefore, the flow rate can always be measured with the same magnetic flux density and is not affected by the nonlinearity of the core.
[0041]
In this embodiment, the exciting current is detected by the resistor 21, and when the exciting current reaches a predetermined value, the exciting current is cut off so that the magnetic flux density is always constant. The voltage of the power supply that supplies the power may be stabilized. Since the impedance of the exciting coil 12 is constant, the exciting current is constant even in this way, and as a result, the magnetic flux density can be made constant.
[0042]
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element as FIG. 1, and description is abbreviate | omitted. In FIG. 3, reference numeral 7 denotes a comparison circuit, which includes a comparator 71. The comparator 71 receives the output of the integrator 33 and Vad generated by dividing + Vref, and outputs a comparison result of these inputs to the CPU 4.
[0043]
In an integrated flow meter such as a water meter, the accuracy of the integrated value is important, and the accuracy of the instantaneous flow rate may be lower than that. Therefore, during the integration period, the comparator 71 compares the output of the integrator with a certain reference voltage, and if they match, the output is raised to a high level and notified to the CPU 4. With this output, the CPU 4 ends the integration period and starts the inverse integration period.
[0044]
In an ordinary double integration type A / D converter, the integration period is constant. Therefore, when the input voltage decreases, the output of the integrator also decreases and the conversion error increases. However, in this embodiment, when the flow rate is reduced and the electromotive force of the electrode 14 is reduced, the integration period by the integrator 33 is automatically lengthened, and when the flow rate is increased, the integration period is controlled to be shortened. Since the output is constant, the error does not increase even at a small flow rate.
[0045]
Although the responsiveness deteriorates as the integration period becomes longer, the instantaneous flow rate value is not so important in the integrating flow meter, so there is no practical problem. Further, since the amplifier gain is not variable as in the invention described in Patent Document 3, the configuration is simplified.
[0046]
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. Since (a) to (su) are the same as those in FIG. In the embodiment of FIG. 2, the inverse integration is started at time t1, but in this embodiment, the output of the integrator 33 has not reached a constant value as shown in (c), so the inverse integration is not started and the integration is not performed. Continued. Since the output of the integrator 33 exceeds a certain value at time t2, reverse integration is started.
[0047]
That is, the integration period is doubled compared to FIG. As the flow rate is further reduced, the integration period is increased accordingly. Therefore, the responsiveness is deteriorated, but the error of the integrated value does not increase even at a small flow rate.
[0048]
For the clock cycle T3 for measuring the reverse integration time, the count number of T2 / T3 is set so that a predetermined resolution is obtained. In time measurement, a count error of 1 to 2 clocks inevitably occurs. Therefore, if the count number is N, a count error of 2 / N × 100 (%) occurs. In consideration of this, the count number N is set so that the error is not more than a desired value, and Vad is determined so that the count number N is obtained.
[0049]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the following effects can be expected according to the present invention.
According to the first aspect of the present invention, in the electromagnetic flowmeter that measures the flow rate by generating a magnetic field by passing a current through an exciting coil having a semi-rigid material core, the value of the current flowing through the exciting coil becomes a predetermined value. Then, the current was stopped.
[0050]
Since the flow rate can be measured in a state where the magnetic flux density is constant, there is no error caused by fluctuations in the excitation current. This eliminates the need for correction for fluctuations in the excitation current, and has the effect of allowing highly accurate flow measurement with a simple configuration. In addition, since the flow rate is measured using magnetism held in the core with a constant excitation current, even if a semi-hard magnetic material core having no proportional relationship between the excitation current and the generated magnetic flux density is used, There is also an effect that no error occurs. Further, since the configuration is simplified, there is an effect that the cost can be reduced.
[0051]
The flow rate value was converted into a digital value using an analog-digital converter, and a double integral type analog-digital converter was used as the analog-digital converter. Furthermore, the integration time is changed according to the magnitude of the flow rate signal, integration is performed until the output of the integrator in the analog-digital converter becomes a predetermined value, and reverse integration is started when the output exceeds the predetermined value. did.
[0052]
Since digital output is obtained, there is an effect that data processing is simplified. In addition, there is an effect that cost can be reduced by using a double integration type analog-digital converter. In addition, the integrated flow rate can be measured with high accuracy by extending the integration time with a small flow rate. By monitoring the output of the integrator and starting the reverse integration, it is optimal regardless of the flow rate. There is also an effect that digital conversion can be performed in the state.
In addition, there is an effect that the count error of the count number of the reverse integration time can be reduced to a desired value or less.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time chart showing the operation of an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a time chart showing the operation of another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional electromagnetic flow meter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement part 11 Core 12 Excitation coil 14 Electrode 2 Excitation circuit 21 Resistance 3 A / D converter 31, 32, 53 Analog switch 33 Integrator 34, 55, 71 Comparator 54 Reference power supply 56 Flip-flop 57 Timing circuit 58, 59 AND gate 6 Reference voltage circuit 7 Comparison circuit

Claims (1)

所定の値以上の保磁力を有する半硬質磁性材料を使用したコアを具備した励磁コイルに間欠的に励磁電流を流し、前記励磁コイルによって発生した磁束と流体の流れとに起因して誘起する流量信号に基づいて前記流体の流量を測定する電磁流量計において、
前記励磁コイルに流れる励磁電流を検出する電流検出部と、この電流検出部の出力が入力され前記励磁電流を制御する信号を出力する励磁信号発生部とを有し、この励磁信号発生部は前記電流検出部が検出した前記励磁電流の値が予め定められた所定の値以上になったときに、前記励磁電流を停止し、この時に前記コアに保持される一定値の磁束で前記流量を測定し、
前記流量信号をデジタル値に変換する2重積分方式のアナログデジタル変換部を有し、
前記アナログデジタル変換部内の積分器の出力と所定の電圧を比較する比較部を有し、前記積分器の出力が前記所定の電圧以上になったことを前記比較部が検出したときに、前記流量信号に関連する信号の積分を中止して、逆積分を開始することによって、前記積分器の積分期間は、前記流量が低くなると長く、高くなると短くなり、
前記所定の電圧は、逆積分時間のカウント数のカウント誤差が所望の値以下になる前記カウント数から決める、
ことを特徴とする電磁流量計。
A flow rate that is induced due to a magnetic flux generated by the exciting coil and a fluid flow by intermittently passing an exciting current through the exciting coil having a core using a semi-hard magnetic material having a coercive force of a predetermined value or more. In an electromagnetic flow meter for measuring the flow rate of the fluid based on a signal,
A current detection unit for detecting an excitation current flowing in the excitation coil; and an excitation signal generation unit for outputting a signal for controlling the excitation current when an output of the current detection unit is input. When the value of the excitation current detected by the current detector exceeds a predetermined value, the excitation current is stopped, and the flow rate is measured with a constant magnetic flux held in the core at this time. And
A double integral type analog-digital converter for converting the flow rate signal into a digital value;
A comparator that compares the output of the integrator in the analog-digital converter with a predetermined voltage, and the flow rate when the comparator detects that the output of the integrator is equal to or higher than the predetermined voltage; By stopping the integration of the signal associated with the signal and starting the reverse integration, the integration period of the integrator is longer when the flow rate is lower and shorter when it is higher,
The predetermined voltage is determined from the count number at which the count error of the count number of the reverse integration time is not more than a desired value.
An electromagnetic flow meter characterized by that.
JP2003115623A 2003-04-21 2003-04-21 Electromagnetic flow meter Expired - Fee Related JP4228765B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003115623A JP4228765B2 (en) 2003-04-21 2003-04-21 Electromagnetic flow meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003115623A JP4228765B2 (en) 2003-04-21 2003-04-21 Electromagnetic flow meter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004325076A JP2004325076A (en) 2004-11-18
JP4228765B2 true JP4228765B2 (en) 2009-02-25

Family

ID=33496120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003115623A Expired - Fee Related JP4228765B2 (en) 2003-04-21 2003-04-21 Electromagnetic flow meter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4228765B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004325076A (en) 2004-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9417293B2 (en) Magnetic field sensor linearization architecture and method
EP2220567B1 (en) An isolated current to voltage, voltage to voltage converter
JPS60104263A (en) Detector measuring parameter
JP4386855B2 (en) Operation method of magnetic inductive flow meter
JP2007078423A (en) Signal detecting circuit for magnetic sensor
JP6293516B2 (en) Double integral type A / D converter
US11561249B2 (en) Inductive sensing methods, devices and systems
JP4228765B2 (en) Electromagnetic flow meter
JP2019132601A (en) Proximity sensor and detection distance change method
JP6551448B2 (en) Current sensor
US6729191B1 (en) Electrical inductive flowmeter circuits including coil excitors and current regulators
JPH01219580A (en) Magnetic sensor
JP2004325208A (en) Magnetic flowmeter
JP5877262B1 (en) Calibrator for electromagnetic flowmeter
JP3996464B2 (en) 2-wire electromagnetic flow meter
JP6043606B2 (en) Magnetic element control device, magnetic element control method, and magnetic detection device
JP3131758B2 (en) Distributor for electromagnetic flowmeter
JP3015996B2 (en) 2-wire electromagnetic flowmeter
RU1830135C (en) Electromagnetic flowmeter
JP2005265709A (en) Current sensor
JP2005049184A (en) Current sensor and overcurrent determination device
JPH0450496Y2 (en)
JPH085397A (en) Offset cancelling device for detecting sensor
JPH0450500Y2 (en)
JPS6222813Y2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051006

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080402

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080508

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080620

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080826

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081017

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20081111

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081124

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111212

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees