JP6077843B2 - Electromagnetic flow meter - Google Patents
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Description
本発明は、各種プロセス系において導電性を有する流体の流量を測定する電磁流量計の流量積算値算出技術に関する。 The present invention relates to a flow rate integrated value calculation technique for an electromagnetic flow meter that measures the flow rate of a fluid having conductivity in various process systems.
一般に、導電性を有する流体の流量を測定する電磁流量計では、測定管内を流れる流体の流れ方向に対して磁界発生方向が垂直となるよう配置された励磁コイルへ、極性が交互に切り替わる励磁電流を供給し、励磁コイルからの発生磁界と直交して測定管内に配置された一対の電極間に生じる起電力を検出し、この電極間に生じる起電力に基づいて、測定管内を流れる流体の流量を測定している。 In general, in an electromagnetic flow meter that measures the flow rate of a fluid having electrical conductivity, an excitation current whose polarity is alternately switched to an excitation coil arranged so that the direction of magnetic field generation is perpendicular to the flow direction of the fluid flowing in the measurement tube And detects an electromotive force generated between a pair of electrodes arranged in the measurement tube perpendicular to the magnetic field generated from the excitation coil, and based on the electromotive force generated between the electrodes, the flow rate of the fluid flowing in the measurement tube Is measuring.
このような電磁流量計では、標準的な機能の1つとして、流量計測値を積算した流量積算値を算出する機能を備えている。一般的には、一定周期で起電力をサンプリングして得られた流量計測値(瞬時流量)に、そのサンプリング期間を積算することにより、流量積算値を求めることができる(例えば、特許文献1など参照)。 Such an electromagnetic flow meter has a function of calculating a flow integrated value obtained by integrating a flow rate measurement value as one of standard functions. In general, the flow rate integrated value can be obtained by integrating the sampling period with the flow rate measurement value (instantaneous flow rate) obtained by sampling the electromotive force at a constant cycle (for example, Patent Document 1) reference).
しかしながら、このような従来技術では、単に流量計測値(瞬時流量)に、固定値からなるサンプリング期間を積算することにより、流量積算値を求めているため、サンプリング周期が変動した場合、流量積算値に誤差が生じるという問題点があった。
電磁流量計において、電源周波数ノイズに対するS/N比を向上させるため、電源周波数に同期して流量計測を実行する電源周波数同期方式を採用する場合がある。この方式は、電源周波数に同期した電源同期信号を制御回路に取り込み、これに同期して起電力をサンプリングする方法である。
However, in such a conventional technique, the flow rate integrated value is obtained by simply integrating the sampling period consisting of a fixed value to the flow rate measured value (instantaneous flow rate). There was a problem that an error occurred.
In the electromagnetic flow meter, in order to improve the S / N ratio with respect to the power frequency noise, there is a case where a power frequency synchronization method for performing flow rate measurement in synchronization with the power frequency is used. In this method, a power supply synchronization signal synchronized with a power supply frequency is taken into a control circuit, and an electromotive force is sampled in synchronization with the control circuit.
この際、起電力のサンプリング周期は、電源周波数に同期して変動するが、制御回路では流量積算値の算出に用いるサンプリング周期として、予め設定した固定値を用いている。
一方、電源周波数は、50Hz/60Hzの周波数に対して0.2〜0.3Hz程度の偏差を含んでいる。このため、電源周波数が変動すると、起電力のサンプリング周期と、流量積算値の算出に用いるサンプリング周期に誤差が生じ、結果として流量積算値に誤差が生じるものとなる。
At this time, the sampling cycle of the electromotive force varies in synchronization with the power supply frequency, but the control circuit uses a fixed value set in advance as the sampling cycle used to calculate the flow rate integrated value.
On the other hand, the power supply frequency includes a deviation of about 0.2 to 0.3 Hz with respect to the frequency of 50 Hz / 60 Hz. For this reason, when the power supply frequency fluctuates, an error occurs between the electromotive force sampling period and the sampling period used to calculate the flow rate integrated value, resulting in an error in the flow rate integrated value.
例えば、50Hzの電源周波数では、基準周期が1/50=20msであるため、サンプリング周期として基準周期の10回分と設定した場合、サンプリング周期は200msとなる。
一方、電源周波数が0.2Hzずれて50.2Hzに変動した場合、基準周期は、1/50.2=19.92msとなるため、サンプリング周期は199.2msとなる。
したがって、実際の電源周波数が50.2Hzであるにも関わらず、流量積算値の算出時に、サンプリング周期として固定値200msを用いた場合、流量積算値には(200−199.2)/200=0.4%の誤差が生じることになる。
For example, since the reference period is 1/50 = 20 ms at a power supply frequency of 50 Hz, when the sampling period is set to 10 times of the reference period, the sampling period is 200 ms.
On the other hand, when the power supply frequency is shifted by 0.2 Hz and fluctuates to 50.2 Hz, the reference period is 1 / 50.2 = 19.92 ms, so the sampling period is 199.2 ms.
Therefore, when the actual power supply frequency is 50.2 Hz, when the fixed value of 200 ms is used as the sampling period when calculating the flow rate integrated value, the flow rate integrated value is (200-199.2) / 200 = An error of 0.4% will occur.
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、電源周波数が変動しても、高い精度で流量積算値を算出できる流量積算値算出技術を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a flow rate integrated value calculation technique capable of calculating a flow rate integrated value with high accuracy even when a power supply frequency varies.
このような目的を達成するために、本発明にかかる電磁流量計は、測定管内を流れる流体への励磁に応じて当該流体に発生した起電力を電極で検出し、この起電力を交流増幅して得られた交流流量信号を、外部交流電源と同期するサンプリング周期でサンプリングし、得られた直流流量信号に基づき当該流体の流量計測値を算出して出力する電磁流量計であって、前記外部交流電源から当該外部交流電源の周期と同期した電源同期信号を抽出する同期信号抽出回路と、前記電源同期信号に基づく前記サンプリング周期ごとに当該サンプリング周期を計時し、この計時結果に、当該サンプリング周期に計測された前記流量計測値を乗算した値を、順次積算することにより、流量積算値を算出する制御回路とを備えている。 In order to achieve such an object, the electromagnetic flow meter according to the present invention detects an electromotive force generated in a fluid in response to excitation of the fluid flowing in the measurement tube by an electrode, and amplifies the electromotive force by alternating current. An AC flow signal obtained by sampling at a sampling period synchronized with an external AC power source, and calculating and outputting a flow rate measurement value of the fluid based on the obtained DC flow rate signal. and synchronizing signal extracting circuit for extracting a power-supply sync signal synchronized with the period of the external AC power from the AC power supply, and timing the sampling period for each said sampling period based on the power-supply sync signal, to the time measurement result, the sampling period And a control circuit for calculating a flow integrated value by sequentially integrating values obtained by multiplying the measured flow rate values.
本発明によれば、流量積算値を算出するサンプリング周期として、流量計測値(瞬時流量)を算出するサンプリング周期と一致した値が用いられる。したがって、電源周波数が変動しても、流量積算値を算出するサンプリング周期にその変動が反映されるため、高い精度で流量積算値を算出することが可能となる。 According to the present invention, a value that coincides with the sampling period for calculating the flow rate measurement value (instantaneous flow rate) is used as the sampling period for calculating the integrated flow rate value. Therefore, even if the power supply frequency fluctuates, the fluctuation is reflected in the sampling cycle for calculating the flow integrated value, so that the flow integrated value can be calculated with high accuracy.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[本実施の形態の構成]
まず、図1を参照して、本実施の形態にかかる電磁流量計1について説明する。図1は、本発明の電磁流量計の構成を示すブロック図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of the embodiment]
First, with reference to FIG. 1, the electromagnetic flowmeter 1 concerning this Embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the electromagnetic flow meter of the present invention.
この電磁流量計1は、全体として検出器1Aと変換器1Bとから構成されており、各種プロセス系において導電性を有する流体の流量を測定する機能を有している。本実施の形態では、電磁流量計1が、外部交流電源ACで動作して、4線式の通信回線Wを介してコントローラなどの上位装置(図示せず)との間で、フィールドバス方式の伝送を行う、4線式電磁流量計である場合を例として説明する。なお、外部交流電源ACで動作するものであれば、2線式電磁流量計であっても、同様にして本実施の形態を適用できる。
The electromagnetic flow meter 1 is composed of a
検出器1Aには、主な構成として、測定管P、電極TA,TB、および励磁コイルLが設けられている。
測定管Pは、全体としてステンレスなどの非磁性金属の筒体からなり、その内側に測定対象となる流体が流れる流路を構成する。
励磁コイルLは、測定管Pの外側に対向して配置された一対のコイルからなり、変換器1Bから供給された交流励磁電流に応じて、流路を流れる流体の流れ方向に対して直交する方向に磁界を発生させる機能を有している。
The
The measuring tube P is made of a nonmagnetic metal cylinder such as stainless as a whole, and constitutes a flow path through which a fluid to be measured flows.
The exciting coil L is composed of a pair of coils arranged to face the outside of the measuring tube P, and is orthogonal to the flow direction of the fluid flowing through the flow path in accordance with the AC exciting current supplied from the
電極TA,TBは、励磁コイルLで発生した磁界の方向と直交する方向に対向して、測定管Pの内壁に、流路を流れる流体と接液するよう配置された一対の電極からなり、磁界による流体への励磁に応じて当該流体に発生した起電力E0を検出し、変換器1Bへ出力する機能を有している。
なお、測定管Pの電位は、接地端子TGを介して変換器1Bの接地電位と接続されている。
The electrodes TA and TB are composed of a pair of electrodes arranged in contact with the fluid flowing in the flow path on the inner wall of the measuring tube P, facing the direction perpendicular to the direction of the magnetic field generated by the exciting coil L, It has a function of detecting an electromotive force E0 generated in the fluid in response to excitation of the fluid by a magnetic field and outputting it to the
Note that the potential of the measuring tube P is connected to the ground potential of the
変換器1Bには、主な回路部として、励磁回路10、交流増幅回路11、サンプルホールド回路(SH)12、A/D変換器13、制御回路14、通信回路15、電源回路17、および表示器16が設けられている。
The
励磁回路10は、所定の励磁周波数を持つ交流励磁電流を検出器1Aに供給する機能を有している。
交流増幅回路11は、検出器1Aで得られた起電力E0を容量素子Cを介して入力し、この起電力E0を交流増幅し、交流流量信号E1として出力する機能を有している。
The
The
サンプルホールド回路12は、制御回路14からのサンプリング制御信号SH1,SH2に基づいて、交流流量信号E1の正側波形および負側波形のうち、波形が安定している特定期間の電圧をサンプルホールドし、直流流量信号V1として出力する機能を有している。
A/D変換器13は、直流流量信号V1の電圧値をA/D変換して制御回路14へ出力する機能を有している。
Based on the sampling control signals SH1 and SH2 from the
The A /
制御回路14は、全体としてCPUとその周辺回路からなり、メモリ(図示せず)からプログラムを読み込んで実行することにより、各種の処理を実行する機能を有している。制御回路14が実行する主な処理として、励磁制御処理、サンプリング制御処理、流量計測値算出処理、通信制御処理、および流量積算値算出処理がある。
The
励磁制御処理は、同期信号抽出回路18からの電源同期信号Tを基準とする励磁周波数に基づいて、励磁回路10を駆動する処理である。サンプリング制御処理は、同期信号抽出回路18からの電源同期信号Tを基準とする励磁周波数に基づきサンプリング制御信号SH1,SH2を生成してサンプルホールド回路12,22へ出力する処理である。流量計測値算出処理は、直流流量信号V1の電圧値に基づいて、流量計測値を算出する機能である。通信制御処理は、算出した流量計測値を、通信回路15から通信回線Wを介して上位装置へ通知する処理である。
The excitation control process is a process for driving the
流量積算値算出処理は、同期信号抽出回路18からの電源同期信号Tに基づき決定されるサンプリング周期を計時した値と、流量計測値(瞬時流量)との積を、順次積算することにより、流量積算値を算出する処理である。
The flow rate integrated value calculation processing is performed by sequentially integrating the product of the value measured by the sampling period determined based on the power supply synchronization signal T from the synchronization
通信回路15は、通信回線Wを介して上位装置と通信を行うことにより、流量計測値や流量積算値などの情報を通知する機能を有している。
表示器16は、LCDやLEDなどの表示素子からなり、制御回路14からの指示に応じて、計測電流値や空検知結果などの各種情報を表示する機能を有している。
The
The
電源回路17は、外部交流電源ACから生成した電源を変換器1B内の各回路部へ分配する機能を有している。
同期信号抽出回路18は、電源回路17の外部交流電源ACから電源同期信号Tを抽出して制御回路14へ出力する機能とを有している。
The
The synchronization
図2は、電源同期信号を示す信号波形図である。ここでは、外部交流電源ACの基準周期Tsを持つ電源同期信号Tが示されており、外部交流電源ACが50Hzの場合、基準周期Tsは20msとなる。電源同期信号Tの生成方法については、例えば外部交流電源ACを分圧してコンパレータで極性反転を検出することにより生成するなどの公知の技術を用いればよい。 FIG. 2 is a signal waveform diagram showing the power supply synchronization signal. Here, a power supply synchronization signal T having a reference period Ts of the external AC power supply AC is shown. When the external AC power supply AC is 50 Hz, the reference period Ts is 20 ms. As a method for generating the power supply synchronization signal T, for example, a known technique such as generation by dividing the external AC power supply AC and detecting polarity inversion by a comparator may be used.
[本実施の形態の動作]
次に、図3を参照して、本実施の形態にかかる電磁流量計1の動作について説明する。図3は、本発明の電磁流量計の流量積算値算出処理を示すフローチャートである。
[Operation of this embodiment]
Next, the operation of the electromagnetic flow meter 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a flow rate integrated value calculation process of the electromagnetic flow meter of the present invention.
励磁回路10は、制御回路14の励磁制御処理に基づいて、所定の励磁周波数の交流励磁電流を検出器1Aの励磁コイルLに供給する。
励磁コイルLは、この交流励磁電流に応じて、流路を流れる流体の流れ方向に対して直交する方向に磁界を発生させる。これにより、測定管Pを流れる流体に、流量に応じた大きさの起電力E0が発生する。
流体が電極TA,TBに接している正常状態の場合、電極TA,TBは、流体に発生した起電力E0を検出し、変換器1Bへ出力する。
The
The exciting coil L generates a magnetic field in a direction orthogonal to the flow direction of the fluid flowing through the flow path in accordance with the AC exciting current. As a result, an electromotive force E0 having a magnitude corresponding to the flow rate is generated in the fluid flowing through the measurement pipe P.
In a normal state where the fluid is in contact with the electrodes TA and TB, the electrodes TA and TB detect the electromotive force E0 generated in the fluid and output it to the
変換器1Bの交流増幅回路11は、容量素子Cによる静電容量結合を介して入力された検出器1Aからの起電力E0を交流増幅し、交流流量信号E1として出力する。
サンプルホールド回路12は、制御回路14のサンプリング制御処理で出力されたサンプリング制御信号SH1,SH2に基づいて、交流流量信号E1の正側波形および負側波形のうち、波形が安定している特定期間の電圧をサンプルホールドし、直流流量信号V1として出力する
A/D変換器13は、直流流量信号V1の電圧値をA/D変換して制御回路14へ出力する。
The
The
この後、制御回路14は、流量計測値算出処理として図3の流量積算値算出処理を実行する。以下、図3に基づいて、流量積算値算出処理の流れを説明する。
まず、制御回路14は、同期信号抽出回路18からの電源同期信号Tに基づいたサンプリング周期Ts毎に、流量積算値算出処理により、A/D変換器13から取得した直流流量信号V1の電圧値に基づいて、流量計測値(瞬時流量)Fsを算出する(ステップ100)。
Thereafter, the
First, the
次に、制御回路14は、CPUの内部メモリ(図示せず)に保存しておいた直前の流量積算値Feを取得し(ステップ101)、流量計測値算出処理により算出した流量計測値(瞬時流量)Fsにサンプリング周期Tsを乗算して、流量積算値Feに加算することにより、新たな流量積算値Feを算出する(ステップ102)。
続いて、制御回路14は、新たな流量積算値Feを内部メモリに保存し(ステップ103)、一連の流量積算値算出処理を終了する。この流量積算値Feは、例えば1分や1時間などの積算周期の到来に応じて、制御回路14により内部メモリから読み出され、通信回路15から通信回線Wを介して上位装置へ通知される。
Next, the
Subsequently, the
流量積算値算出処理において、制御回路14は、同期信号抽出回路18からの電源同期信号Tに基づくサンプリング周期Tsを計時する(ステップ104)。例えば、サンプリング周期Ts、電源同期信号Tの基準周期Tcの10回分に相当する場合、電源同期信号Tの基準周期Tcについて10回分の期間をCPUのタイマ機能により計時する。この際、サンプリング周期Tsの開始から終了までの期間を連続して計時してもよく、サンプリング周期Tsを構成する基準周期Tcごとに計時したものを合計してもよい。
In the flow rate integrated value calculation process, the
[第1の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、同期信号抽出回路18が、外部交流電源ACから当該外部交流電源ACの周期と同期した電源同期信号Tを抽出し、制御回路14が、電源同期信号Tに基づくサンプリング周期Tsを計時し、この計時結果Tsに流量計測値(瞬時流量)Fsを乗算した値を順次積算することにより、流量積算値Feを算出するようにしたものである。
[Effect of the first embodiment]
Thus, in the present embodiment, the synchronization
これにより、流量積算値Feを算出するサンプリング周期Tsとして、流量計測値(瞬時流量)Fsを算出するサンプリング周期Tsと一致した値が用いられる。したがって、電源周波数が変動しても、流量積算値Feを算出するサンプリング周期Tsにその変動が反映されるため、高い精度で流量積算値Feを算出することが可能となる。 As a result, a value that matches the sampling cycle Ts for calculating the flow rate measurement value (instantaneous flow rate) Fs is used as the sampling cycle Ts for calculating the flow rate integrated value Fe. Therefore, even if the power supply frequency fluctuates, the fluctuation is reflected in the sampling period Ts for calculating the flow integrated value Fe, so that the flow integrated value Fe can be calculated with high accuracy.
また、本実施の形態では、制御回路14が、サンプリング周期Tsごとに当該サンプリング周期Tsを計時し、この計時結果Tsに、当該サンプリング周期Tsに得られた流量計測値(瞬時流量)Fsを乗算した値を、順次積算することにより、流量積算値Feを算出するようにしてもよい。
これにより、流量積算値Feを算出する際、同一期間に得られた計時結果Tsと流量計測値(瞬時流量)Fsとを用いることができ、電源周波数が短い期間で変動しても、極めて高い精度で流量積算値Feを算出することが可能となる。
In the present embodiment, the
Thereby, when calculating the flow rate integrated value Fe, the time measurement result Ts and the flow rate measurement value (instantaneous flow rate) Fs obtained in the same period can be used, and even if the power supply frequency fluctuates in a short period, it is extremely high. It becomes possible to calculate the flow rate integrated value Fe with accuracy.
なお、サンプリング周期Tsの計時については、サンプリング周期Tsより長い周期で、定期的に計時してCPUの内部メモリに保存しておき、流量積算値Feを算出する際、内部メモリから読み出したサンプリング周期Tsの計時結果を用いるようにしてもよく、制御回路14の処理負担を軽減でき、消費電力の削減に繋がる。
Note that the sampling period Ts is measured at a period longer than the sampling period Ts, periodically stored in the CPU internal memory, and the sampling period read from the internal memory when calculating the flow rate integrated value Fe. The time measurement result of Ts may be used, the processing load on the
[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
[Extended embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
1…電磁流量計、1A…検出器、1B…変換器、10…励磁回路、11…交流増幅回路、12…サンプルホールド回路、13…A/D変換器、14…制御回路、15…通信回路、16…表示器、17…電源回路、18…同期信号抽出回路、P…測定管、TA,TB…電極、L…励磁コイル、E0…起電力、E1…交流流量信号、V1…直流流量信号、SH1,SH2…サンプリング制御信号、AC…外部交流電源、T…電源同期信号、Ts…サンプリング周期、Fs…流量計測値、Fe…流量積算値。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electromagnetic flowmeter, 1A ... Detector, 1B ... Converter, 10 ... Excitation circuit, 11 ... AC amplification circuit, 12 ... Sample hold circuit, 13 ... A / D converter, 14 ... Control circuit, 15 ... Communication circuit , 16 ... Display, 17 ... Power supply circuit, 18 ... Synchronization signal extraction circuit, P ... Measuring tube, TA, TB ... Electrode, L ... Excitation coil, E0 ... Electromotive force, E1 ... AC flow rate signal, V1 ... DC flow rate signal SH1, SH2 ... Sampling control signal, AC ... External AC power supply, T ... Power supply synchronization signal, Ts ... Sampling cycle, Fs ... Flow rate measurement value, Fe ... Flow rate integrated value.
Claims (1)
前記外部交流電源から当該外部交流電源の周期と同期した電源同期信号を抽出する同期信号抽出回路と、
前記電源同期信号に基づく前記サンプリング周期ごとに当該サンプリング周期を計時し、この計時結果に、当該サンプリング周期に計測された前記流量計測値を乗算した値を、順次積算することにより、流量積算値を算出する制御回路と
を備えることを特徴とする電磁流量計。 An electromotive force generated in the fluid in response to excitation of the fluid flowing in the measuring tube is detected by an electrode, and an AC flow signal obtained by AC amplification of this electromotive force is sampled at a sampling period synchronized with an external AC power source. An electromagnetic flow meter that calculates and outputs a flow rate measurement value of the fluid based on the obtained DC flow rate signal,
A synchronization signal extraction circuit for extracting a power supply synchronization signal synchronized with the cycle of the external AC power supply from the external AC power supply;
For each sampling period based on the power supply synchronization signal, the sampling period is timed, and by integrating the value obtained by multiplying the time measurement result by the flow rate measurement value measured in the sampling period , the flow rate integrated value is obtained. An electromagnetic flow meter comprising: a control circuit for calculating.
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