JP7260390B2 - 容量式電磁流量計および計測制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、測定管の外周面に形成した面電極に発生する起電力に基づいて、測定管内を流れる流体の流量を計測する容量式電磁流量計で用いられる計測制御技術に関する。
従来、電磁流量計の１つとして、測定管の外周面に形成した面電極に発生する起電力に基づいて、測定管内を流れる流体の流量を計測する容量式電磁流量計が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。図１１は、従来の容量式電磁流量計の検出器を示す正面図である。図１２は、従来の容量式電磁流量計の検出器を示す側面図である。図１３は、従来の容量式電磁流量計の検出器を示す上面図である。
図１１～図１３に示すように、従来の容量式電磁流量計５０は、測定管５１の外周面に互いに対向して形成した一対の面電極５２Ａ，５２Ｂを備え、一対の励磁コイル５３Ａ，５３Ｂに流す励磁電流の極性を交互に切り替えながら、面電極５２Ａ，５２Ｂ間に発生する起電力を検出することにより、測定管５１内を流れる流体の流量を計測する。
前述した従来の容量式電磁流量計において、測定管５１は樹脂やセラミックなどの誘電性材料からなり、電気を蓄える性質を持つ誘電体であるため、測定管５１の外周面に次のような３種類の帯電を起こす場合がある。
［流体温度変化による帯電］
測定管５１内を流れる流体の温度が短時間に大きく変化すると、焦電効果によって測定管５１の外周面に帯電を起こす場合がある。焦電効果とは、誘電体結晶を加熱すると、結晶構造が変化して、表面に焦電気と呼ばれる電荷が現れる現象である。この加熱には、例えば人体から出る赤外線による加熱も含まれ、このような僅かな加熱であっても、焦電効果により電荷が発生する場合もある。発生した電荷は、通常、表面に付着した空気中のイオンなどにより中和されるが、流体の温度が短時間に大きく変化すると多くの電荷が発生して、測定管５１の外周面に帯電することになる。
測定管５１内を流れる流体の温度が短時間に大きく変化すると、焦電効果によって測定管５１の外周面に帯電を起こす場合がある。焦電効果とは、誘電体結晶を加熱すると、結晶構造が変化して、表面に焦電気と呼ばれる電荷が現れる現象である。この加熱には、例えば人体から出る赤外線による加熱も含まれ、このような僅かな加熱であっても、焦電効果により電荷が発生する場合もある。発生した電荷は、通常、表面に付着した空気中のイオンなどにより中和されるが、流体の温度が短時間に大きく変化すると多くの電荷が発生して、測定管５１の外周面に帯電することになる。
［流体圧力変化による帯電］
測定管５１内を流れる流体の圧力が変化すると、測定管５１に歪みが発生し、圧電効果によって測定管５１の外周面に帯電を起こす場合がある。圧電効果とは、誘電体に圧力が加わると、結晶構造が変化して分極し、表面に圧電気と呼ばれる電荷が現れる現象である。発生した電荷は、測定管５１の外周面に帯電することになる。
［流体摩擦による帯電］
測定管５１内に超純水のような低導電率の流体を流すと、測定管５１の内周面と流体との摩擦によって静電気が発生し、測定管５１の外周面に帯電することになる。
測定管５１内を流れる流体の圧力が変化すると、測定管５１に歪みが発生し、圧電効果によって測定管５１の外周面に帯電を起こす場合がある。圧電効果とは、誘電体に圧力が加わると、結晶構造が変化して分極し、表面に圧電気と呼ばれる電荷が現れる現象である。発生した電荷は、測定管５１の外周面に帯電することになる。
［流体摩擦による帯電］
測定管５１内に超純水のような低導電率の流体を流すと、測定管５１の内周面と流体との摩擦によって静電気が発生し、測定管５１の外周面に帯電することになる。
これら帯電は、測定管５１の外周面に発生するため、面電極５２Ａ，５２Ｂの電極間（さらには配線パターン間）に、直流電圧（電位差）となって現れる場合がある。また、このとき発生する直流電圧は、条件によっては数十ｍＶ以上となる場合がある。一方、流体の流速に応じて面電極５２Ａ，５２Ｂの間に発生する起電力（交流電圧信号）は、数ｍＶ（ｐ－ｐ）以内である。このため、帯電によって面電極５２Ａ，５２Ｂ間に発生した直流電圧の影響を受けて、面電極５２Ａ，５２Ｂ間に発生した起電力から計算した流量がドリフトを起こしてしまう恐れがある。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、測定管の外周面に発生した帯電による流量計測への影響に対応できる計測制御技術を提供することを目的としている。
このような目的を達成するために、本発明にかかる容量式電磁流量計は、計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管と、前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に互いに対向して配置されて、前記流体に生じた起電力を検出する第１および第２の面電極と、前記起電力により前記第１および第２の面電極のそれぞれに生じた電極電圧を増幅し、得られた第１および第２の検出信号の減算結果を流量信号として出力する信号増幅回路と、前記流量信号を交流増幅してサンプルホールドすることにより、前記流体の流量に応じた直流の流量電圧を検出する信号検出回路と、前記流量電圧をＡ／Ｄ変換して得られた流量電圧データに基づいて前記流体の流量を計算する演算処理回路と、前記第１および第２の検出信号のいずれか一方または両方の直流バイアス電圧と、当該直流バイアス電圧に応じて発生する前記流量のドリフト量を示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶する記憶回路とを備え、前記演算処理回路は、前記第１および第２の検出信号のいずれか一方または両方の検出信号から抽出した直流バイアス電圧に基づいて、前記流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき前記流量を補正するようにしたものである。
また、本発明にかかる他の容量式電磁流量計は、計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管と、前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に互いに対向して配置されて、前記流体に生じた起電力を検出する第１および第２の面電極と、前記起電力により前記第１および第２の面電極のそれぞれに生じた電極電圧を増幅し、得られた第１および第２の検出信号の減算結果を流量信号として出力する信号増幅回路と、前記流量信号を交流増幅してサンプルホールドすることにより、前記流体の流量に応じた直流の流量電圧を検出する信号検出回路と、前記流量電圧をＡ／Ｄ変換して得られた流量電圧データに基づいて前記流体の流量を計算する演算処理回路と、前記流量信号の直流バイアス電圧と、当該直流バイアス電圧に応じて発生する前記流量のドリフト量を示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶する記憶回路とを備え、前記演算処理回路は、前記流量信号から抽出した直流バイアス電圧に基づいて、前記流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき前記流量を補正するようにしたものである。
また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記流量ドリフトモデルが、前記直流バイアス電圧と前記流量のドリフト量からなる前記指標値との関係を示すモデルからなり、前記演算処理回路は、前記流量ドリフトモデルから前記指標値として取得した前記ドリフト量を前記流量に加減算することにより前記流量を補正するようにしたものである。
また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記流量ドリフトモデルが、前記直流バイアス電圧と前記流量のドリフト係数からなる前記指標値との関係を示すモデルからなり、前記演算処理回路は、前記流量ドリフトモデルから前記指標値として取得した前記ドリフト係数を前記流量に乗除算することにより前記流量を補正するようにしたものである。
また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記演算処理回路が、前記直流バイアス電圧が予め設定されている正常範囲に含まれていない場合、前記測定管の外周面に帯電が発生したと判定するようにしたものである。
また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記演算処理回路が、前記直流バイアス電圧が予め設定されている正常範囲に含まれる場合にのみ、前記指標値に基づき前記流量を補正するようにしたものである。
また、本発明にかかる他の容量式電磁流量計は、計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管と、前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に互いに対向して配置されて、前記流体に生じた起電力を検出する第１および第２の面電極と、前記起電力により前記第１および第２の面電極のそれぞれに生じた電極電圧を増幅し、得られた第１および第２の検出信号の減算結果を流量信号として出力する信号増幅回路と、前記流量信号を交流増幅してサンプルホールドすることにより、前記流体の流量に応じた直流の流量電圧を検出する信号検出回路と、前記流量電圧をＡ／Ｄ変換して得られた流量電圧データに基づいて前記流体の流量を計算する演算処理回路とを備え、前記演算処理回路は、前記第１の検出信号、前記第２の検出信号、または前記流量信号から抽出した直流バイアス電圧が予め設定されている正常範囲に含まれていない場合、前記測定管の外周面に帯電が発生したと判定するようにしたものである。
また、本発明にかかる計測制御方法は、計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管と、前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に互いに対向して配置されて、前記流体に生じた起電力を検出する第１および第２の面電極と、前記起電力に基づいて、前記流体の流量を計算する処理回路とを備える容量式電磁流量計で用いられる計測制御方法であって、前記処理回路が、前記起電力により前記第１および第２の面電極のそれぞれに生じた電極電圧を増幅し、得られた第１および第２の検出信号の減算結果を流量信号として出力する信号増幅ステップと、前記処理回路が、前記流量信号を交流増幅してサンプルホールドすることにより、前記流体の流量に応じた直流の流量電圧を検出する信号検出ステップと、前記処理回路が、前記流量電圧をＡ／Ｄ変換して得られた流量電圧データに基づいて前記流体の流量を計算する演算処理ステップと、前記処理回路が、前記第１および第２の検出信号のいずれか一方または両方の直流バイアス電圧と、当該直流バイアス電圧に応じて発生する前記流量のドリフト量を示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶する記憶ステップとを備え、前記演算処理ステップは、前記第１および第２の検出信号のいずれか一方または両方の検出信号から抽出した直流バイアス電圧に基づいて、前記流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき前記流量を補正するステップを含むものである。
また、本発明にかかる他の計測制御方法は、計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管と、前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に互いに対向して配置されて、前記流体に生じた起電力を検出する第１および第２の面電極と、前記起電力に基づいて、前記流体の流量を計算する処理回路とを備える容量式電磁流量計で用いられる計測制御方法であって、前記処理回路が、前記起電力により前記第１および第２の面電極のそれぞれに生じた電極電圧を増幅し、得られた第１および第２の検出信号の減算結果を流量信号として出力する信号増幅ステップと、前記処理回路が、前記流量信号を交流増幅してサンプルホールドすることにより、前記流体の流量に応じた直流の流量電圧を検出する信号検出ステップと、前記処理回路が、前記流量電圧をＡ／Ｄ変換して得られた流量電圧データに基づいて前記流体の流量を計算する演算処理ステップと、前記処理回路が、前記流量信号の直流バイアス電圧と、当該直流バイアス電圧の際に発生する前記流量のドリフト量を示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶する記憶ステップとを備え、前記演算処理ステップは、前記流量信号から抽出した直流バイアス電圧に基づいて、前記流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき前記流量を補正するステップを含むものである。
また、本発明にかかる他の計測制御方法は、計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管と、前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に互いに対向して配置されて、前記流体に生じた起電力を検出する第１および第２の面電極と、前記起電力に基づいて、前記流体の流量を計算する処理回路とを備える容量式電磁流量計で用いられる計測制御方法であって、前記処理回路が、前記起電力により前記第１および第２の面電極のそれぞれに生じた電極電圧を増幅し、得られた第１および第２の検出信号の減算結果を流量信号として出力する信号増幅ステップと、前記処理回路が、前記流量信号を交流増幅してサンプルホールドすることにより、前記流体の流量に応じた直流の流量電圧を検出する信号検出ステップと、前記処理回路が、前記流量電圧をＡ／Ｄ変換して得られた流量電圧データに基づいて前記流体の流量を計算する演算処理ステップとを備え、前記演算処理ステップは、前記第１の検出信号、前記第２の検出信号、または前記流量信号から抽出した直流バイアス電圧が予め設定されている正常範囲に含まれていない場合、前記測定管の外周面に帯電が発生したと判定するステップを含むものである。
本発明によれば、流量計測時、検出信号または流量信号の直流バイアス電圧に基づいて、流量が自動的に補正されることになる。このため、計算により得られた流量が、測定管の外周面に発生した帯電によりドリフト量が含まれていても、帯電が発生していない状況と近しい流量を得ることが可能となる。したがって、計測して得られた流量を利用する際、帯電による流量計測への影響が抑制された流量を用いることができ、帯電による流量計測への影響に対して適切に対応することが可能となる。
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。
［第１の実施の形態］
次に、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる容量式電磁流量計の回路構成を示すブロック図である。図２は、図１の要部を示すブロック図である。
［第１の実施の形態］
次に、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる容量式電磁流量計の回路構成を示すブロック図である。図２は、図１の要部を示すブロック図である。
［容量式電磁流量計］
容量式電磁流量計１００は、励磁コイルから印加した磁束により、測定管内を流れる計測対象である流体に生じた起電力を、測定管の外周面に設けられた面電極で、流体と電極との間の静電容量を介して検出し、得られた起電力を増幅した後、サンプリングして信号処理することにより、電極を流体に接液させることなく、流体の流量を計測する。
容量式電磁流量計１００は、励磁コイルから印加した磁束により、測定管内を流れる計測対象である流体に生じた起電力を、測定管の外周面に設けられた面電極で、流体と電極との間の静電容量を介して検出し、得られた起電力を増幅した後、サンプリングして信号処理することにより、電極を流体に接液させることなく、流体の流量を計測する。
図１および図２に示すように、容量式電磁流量計１００は、主な回路部として、検出器２０、信号増幅回路２１、信号検出回路２２、励磁回路２３、記憶回路２４、伝送回路２５、設定・表示回路２６、および演算処理回路（ＣＰＵ）２７を備えている。また、演算処理回路２７は、ＣＰＵとその周辺回路を備え、予め設定されているプログラムをＣＰＵで実行して、ハードウェアとソフトウェアを協働させることにより、励磁制御部２７Ａや流量計算部２７Ｂなどの各種処理部を実現する。
本発明では、これら回路部のうち、信号増幅回路２１、信号検出回路２２、励磁回路２３、記憶回路２４、伝送回路２５、設定・表示回路２６、および演算処理回路２７をまとめて処理回路という場合がある。
検出器２０は、主な構成として、測定管２、励磁コイル３Ａ，３Ｂ、および面電極１０Ａ，１０Ｂ（第１および第２の面電極）を備えている。測定管２は、円筒形状をなすセラミックや樹脂などの絶縁性および誘電性に優れた材料からなり、測定管２の外側には、一対の励磁コイル３Ａ，３Ｂが測定管２を挟んで対向配置されている。一方、測定管２の外周面２Ａには、励磁コイル３Ａ，３Ｂ間に発生する磁束の方向と直交する方向に、薄膜導体からなる一対の面電極１０Ａ，１０Ｂが対向配置されている。
これにより、測定管２内の流路１を流れる流体に、流速に応じた起電力が発生し、この起電力により面電極１０Ａ，１０Ｂのそれぞれに生じた電極電圧Ｅａ，Ｅｂが検出器２０から出力される。
これにより、測定管２内の流路１を流れる流体に、流速に応じた起電力が発生し、この起電力により面電極１０Ａ，１０Ｂのそれぞれに生じた電極電圧Ｅａ，Ｅｂが検出器２０から出力される。
信号増幅回路２１は、検出器２０から出力された電極電圧Ｅａ，Ｅｂを増幅し、得られた検出信号Ｖａ，Ｖｂ（第１および第２の検出信号）の減算結果を流量信号Ｖｆとして出力する機能を有している。
信号増幅回路２１は、主な回路部として、プリアンプ回路２１Ａと減算回路２１Ｂとを備えている。
信号増幅回路２１は、主な回路部として、プリアンプ回路２１Ａと減算回路２１Ｂとを備えている。
プリアンプ回路２１Ａは、検出器２０から出力された電極電圧Ｅａ，Ｅｂを、オペアンプＵＡ，ＵＢで個別に増幅し、得られた検出信号Ｖａ，Ｖｂを出力する回路である。
減算回路２１Ｂは、プリアンプ回路２１Ａから出力された検出信号Ｖａ，Ｖｂを、オペアンプＵＣにより減算処理し、得られた減算結果Ｖａ－Ｖｂを流量信号Ｖｆとして出力する回路である。
減算回路２１Ｂは、プリアンプ回路２１Ａから出力された検出信号Ｖａ，Ｖｂを、オペアンプＵＣにより減算処理し、得られた減算結果Ｖａ－Ｖｂを流量信号Ｖｆとして出力する回路である。
信号検出回路２２は、信号増幅回路２１から出力された流量信号Ｖｆを交流増幅してサンプルホールドすることにより、流体の流量に応じた直流の流量電圧Ｖｓｈを検出する機能を有している。
信号検出回路２２は、主な回路部として、交流増幅回路２２Ａとサンプル・ホールド回路２２Ｂとを備えている。
信号検出回路２２は、主な回路部として、交流増幅回路２２Ａとサンプル・ホールド回路２２Ｂとを備えている。
交流増幅回路２２Ａは、信号増幅回路２１から出力された流量信号Ｖｆを、容量素子（カップリング・コンデンサ）Ｃａｃで直流成分をカットした後、オペアンプＵａｃで増幅し、交流増幅出力Ｖａｃとして出力する回路である。
サンプル・ホールド回路２２Ｂは、交流増幅回路２２Ａから出力された交流増幅出力Ｖａｃを、検出タイミングに同期してスイッチＳＷを短絡することにより、容量素子Ｃｓｈで保持し、直流の流量電圧Ｖｓｈとして出力する回路である。
サンプル・ホールド回路２２Ｂは、交流増幅回路２２Ａから出力された交流増幅出力Ｖａｃを、検出タイミングに同期してスイッチＳＷを短絡することにより、容量素子Ｃｓｈで保持し、直流の流量電圧Ｖｓｈとして出力する回路である。
記憶回路２４は、検出信号Ｖａ，Ｖｂのいずれか一方または両方の直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂと、当該直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂに応じて発生する流量Ｑｆのドリフト量ΔＱを示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶する機能を有している。
図３は、第１の実施の形態にかかる流量ドリフトモデルの構成例を示す説明図である。図３には、検出信号Ｖａ，ＶｂをＡ／Ｄ変換して得られた直流バイアス電圧（データ）Ｄａ，Ｄｂの組み合わせごとに、指標値として流量のドリフト量ΔＱがデータベースとして登録されている。
図３は、第１の実施の形態にかかる流量ドリフトモデルの構成例を示す説明図である。図３には、検出信号Ｖａ，ＶｂをＡ／Ｄ変換して得られた直流バイアス電圧（データ）Ｄａ，Ｄｂの組み合わせごとに、指標値として流量のドリフト量ΔＱがデータベースとして登録されている。
なお、流量ドリフトモデルは図３のデータベースで構成した場合に限定されるものではなく、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂとドリフト量ΔＱとの関係を示す関数で構成してもよく、他の公知のモデルで構成してもよい。
また、指標値については、流量Ｑｆのドリフト量ΔＱに限定されるものではなく、流量Ｑｆのドリフト率を示すドリフト係数Ｋｑであってもよい。
また、指標値については、流量Ｑｆのドリフト量ΔＱに限定されるものではなく、流量Ｑｆのドリフト率を示すドリフト係数Ｋｑであってもよい。
流量計算部２７Ｂは、信号検出回路２２からの流量電圧Ｖｓｈに基づいて流体の流量を算出し、流量計測結果を伝送回路２５へ出力する機能と、検出信号Ｖａ，Ｖｂのいずれか一方または両方の検出信号から抽出した直流バイアス電圧（データ）Ｄａ，Ｄｂに基づいて、記憶回路２４の流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき流量Ｑｆを補正する機能とを有している。
指標値がドリフト量ΔＱを示す場合、流量Ｑｆに対してドリフト量ΔＱを加減算することにより、流量Ｑｆを補正できる。一方、指標値がドリフト係数Ｋｑを示す場合、流量Ｑｆに対してドリフト係数Ｋｑを乗除算することにより、流量Ｑｆを補正できる。
なお、流量電圧Ｖｓｈに基づいて流体の流量を算出する際に用いる流量算出過程については、公知の手法を用いればよく、個々での詳細な説明は省略する。
なお、流量電圧Ｖｓｈに基づいて流体の流量を算出する際に用いる流量算出過程については、公知の手法を用いればよく、個々での詳細な説明は省略する。
励磁制御部２７Ａは、励磁コイル３Ａ，３Ｂの励磁切替を制御するための励磁制御信号Ｖｅｘを励磁回路２３へ出力する機能を有している。
励磁回路２３は、励磁制御部２７Ａからの励磁制御信号Ｖｅｘに基づいて、交流の励磁電流Ｉｅｘを励磁コイル３Ａ，３Ｂへ供給する機能を有している。
励磁回路２３は、励磁制御部２７Ａからの励磁制御信号Ｖｅｘに基づいて、交流の励磁電流Ｉｅｘを励磁コイル３Ａ，３Ｂへ供給する機能を有している。
伝送回路２５は、伝送路Ｌを介して上位装置との間でデータ伝送を行うことにより、演算処理回路２７で得られた流量計測結果や異常発生などの各種の処理情報を上位装置へ送信（報知）する機能を有している。
設定・表示回路２６は、例えば作業者の操作入力を検出して、流量計測、伝導率測定、空状態判定などの各種動作を演算処理回路２７へ出力する機能と、演算処理回路２７から出力された、流量計測結果や異常発生などの各種の処理情報をＬＥＤやＬＣＤなどの表示回路で表示（報知）する機能を有している。
設定・表示回路２６は、例えば作業者の操作入力を検出して、流量計測、伝導率測定、空状態判定などの各種動作を演算処理回路２７へ出力する機能と、演算処理回路２７から出力された、流量計測結果や異常発生などの各種の処理情報をＬＥＤやＬＣＤなどの表示回路で表示（報知）する機能を有している。
［第１の実施の形態の動作］
次に、図４および図５を参照して、本実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００の動作について説明する。図４は、第１の実施の形態にかかる測定管の外周面に生じた帯電による影響を示す信号波形図である。図５は、第１の実施の形態にかかる計測制御処理を示すフローチャートである。
次に、図４および図５を参照して、本実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００の動作について説明する。図４は、第１の実施の形態にかかる測定管の外周面に生じた帯電による影響を示す信号波形図である。図５は、第１の実施の形態にかかる計測制御処理を示すフローチャートである。
［帯電による流量計測への影響］
まず、図４を参照して、測定管２の外周面２Ａに生じた帯電による流量計測への影響について説明する。
図４に示すように、期間Ｔ０において、測定管２を流れる流体の流量Ｑｆと、流体の流体温度Ｔｆとを一定に保った状態とする。この状態では、測定管２の外周面２Ａに帯電が生じておらず、面電極１０Ａ，１０Ｂからは、流体に発生した起電力を示す電極電圧Ｅａ，Ｅｂが検出されて出力される。
まず、図４を参照して、測定管２の外周面２Ａに生じた帯電による流量計測への影響について説明する。
図４に示すように、期間Ｔ０において、測定管２を流れる流体の流量Ｑｆと、流体の流体温度Ｔｆとを一定に保った状態とする。この状態では、測定管２の外周面２Ａに帯電が生じておらず、面電極１０Ａ，１０Ｂからは、流体に発生した起電力を示す電極電圧Ｅａ，Ｅｂが検出されて出力される。
これにより、信号増幅回路２１のプリアンプ回路２１Ａで電極電圧Ｅａ，Ｅｂが増幅されて、ほぼ等しい直流成分を含む検出信号Ｖａ，Ｖｂが出力され、減算回路２１Ｂから安定した流量信号Ｖｆが出力される。
したがって、信号検出回路２２の交流増幅回路２２Ａから、流量Ｑｆに応じた振幅Ｖａｃ０を有する交流増幅出力Ｖａｃが出力され、これがサンプル・ホールド回路２２Ｂでサンプリングされ、直流の流量電圧Ｖｓｈが演算処理回路２７へ出力される。
したがって、信号検出回路２２の交流増幅回路２２Ａから、流量Ｑｆに応じた振幅Ｖａｃ０を有する交流増幅出力Ｖａｃが出力され、これがサンプル・ホールド回路２２Ｂでサンプリングされ、直流の流量電圧Ｖｓｈが演算処理回路２７へ出力される。
この後、期間Ｔ１において、流体温度Ｔｆが低下すると、焦電効果によって測定管２の外周面２Ａに帯電が発生し、面電極１０Ａ，１０Ｂで検出される電極電圧Ｅａ，Ｅｂの直流成分が変化し、プリアンプ回路２１Ａから出力される検出信号Ｖａ，Ｖｂの直流成分すなわち直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂも大きく変化する。
ここで、プリアンプ回路２１Ａは、図２に示すように、同相信号に対してオペアンプＵＡ，ＵＢがバッファアンプとして動作し、差動信号に対して抵抗比で決定される増幅率に基づいて増幅動作を行う。このため、増幅率をある程度大きくすれば、高いＣＭＲＲ（Common Mode Rejection Ratio：同相信号除去比）を得ることができる。したがって、電極電圧Ｅａ，Ｅｂが同相モード（コモンモード）で変化しても、検出信号Ｖａ，Ｖｂには影響しないことになる。しかし、電極電圧Ｅａ，Ｅｂの直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂが差動モード（ノーマルモード）で大きく変化した場合、検出信号Ｖａ，Ｖｂが飽和して流量計測不能となる恐れがある。
図４の例では、検出信号Ｖａの直流バイアス電圧Ｄａが期間Ｔ０より上昇し、検出信号Ｖｂの直流バイアス電圧Ｄｂが期間Ｔ０より低下しており、これにより、Ｖａ，Ｖｂの電位差が拡大して、減算回路２１Ｂから出力される流量信号Ｖｆの直流成分すなわち直流バイアス電圧Ｄｆも上昇する。
このため、交流増幅回路２２Ａからの交流増幅出力Ｖａｃの振幅が期間Ｔ０より低下し、この後の期間Ｔ２において、流体温度Ｔｆが下げ止まった場合、交流増幅出力Ｖａｃの振幅Ｖａｃ２は、期間Ｔ０の振幅Ｖａｃ０より大きく低下する。
このため、交流増幅回路２２Ａからの交流増幅出力Ｖａｃの振幅が期間Ｔ０より低下し、この後の期間Ｔ２において、流体温度Ｔｆが下げ止まった場合、交流増幅出力Ｖａｃの振幅Ｖａｃ２は、期間Ｔ０の振幅Ｖａｃ０より大きく低下する。
したがって、この交流増幅出力Ｖａｃをサンプリングして得られた流量電圧Ｖｓｈに基づき計算した期間Ｔ２の流量Ｑｆ２は、図４の破線で示すように、期間Ｔ０の流量Ｑｆ０より低い値を示すことになる。
実際の帯電時には、期間Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４における交流増幅出力をＶａｃ０，Ｖａｃ１，Ｖａｃ２，Ｖａｃ３，Ｖａｃ４とした場合、Ｖａｃ０≧Ｖａｃ１≧Ｖａｃ２であって、Ｖａｃ２≦Ｖａｃ３≦Ｖａｃ４（＝Ｖａｃ０）という大小関係で推移する。
実際の帯電時には、期間Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４における交流増幅出力をＶａｃ０，Ｖａｃ１，Ｖａｃ２，Ｖａｃ３，Ｖａｃ４とした場合、Ｖａｃ０≧Ｖａｃ１≧Ｖａｃ２であって、Ｖａｃ２≦Ｖａｃ３≦Ｖａｃ４（＝Ｖａｃ０）という大小関係で推移する。
本発明は、このような測定管２の外周面２Ａに生じた帯電による検出信号Ｖａ，Ｖｂの直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂの増大に応じて、流量Ｑｆに発生するドリフト量ΔＱが増大するという関係に着目し、予め計測した直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂとドリフト量ΔＱとの関係を示す流量ドリフトモデルを作成しておき、流量計測時に得られた検出信号Ｖａ，Ｖｂの直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂに基づき流量ドリフトモデルから取得したドリフト量ΔＱに基づいて、その検出信号Ｖａ，Ｖｂから得られた流量Ｑｆを補正するようにしたものである。
［計測制御動作］
次に、図４および図５を参照して、本実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００の流量計測における計測制御動作について説明する。
演算処理回路２７の流量計算部２７Ｂは、予め設定された流量計測タイミングの到来に応じて、図５の計測制御処理を実行する。なお、記憶回路２４には、前述の図３に示したような、流量ドリフトモデルが予め登録されているものとする。
次に、図４および図５を参照して、本実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００の流量計測における計測制御動作について説明する。
演算処理回路２７の流量計算部２７Ｂは、予め設定された流量計測タイミングの到来に応じて、図５の計測制御処理を実行する。なお、記憶回路２４には、前述の図３に示したような、流量ドリフトモデルが予め登録されているものとする。
図５に示すように、流量計算部２７Ｂは、まず、信号検出回路２２のサンプル・ホールド回路２２Ｂから出力された流量電圧ＶｓｈをＡ／Ｄ変換して、流量電圧データＤｓｈを取得し（ステップＳ１００）、得られた流量電圧データＤｓｈに基づいて、流体の流量Ｑｆを計算して、記憶回路２４に日時とともに記録する（ステップＳ１０１）。
また、流量計算部２７Ｂは、信号増幅回路２１のプリアンプ回路２１Ａから出力された検出信号Ｖａ，ＶｂをＡ／Ｄ変換して、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂを取得する（ステップＳ１０２）。Ａ／Ｄ変換については、例えば演算処理回路２７のＣＰＵに搭載されているＡ／Ｄ変換回路を利用すればよい。
また、流量計算部２７Ｂは、信号増幅回路２１のプリアンプ回路２１Ａから出力された検出信号Ｖａ，ＶｂをＡ／Ｄ変換して、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂを取得する（ステップＳ１０２）。Ａ／Ｄ変換については、例えば演算処理回路２７のＣＰＵに搭載されているＡ／Ｄ変換回路を利用すればよい。
次に、流量計算部２７Ｂは、直流バイアス電圧Ｄａと、記憶回路２４に予め登録されている直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂの正常範囲Ｖｌｉｍとを比較する（ステップＳ１０３）。正常範囲Ｖｌｉｍは、図４に示したように、上限値ＶｌｉｍＨと下限値ＶｌｉｍＬとから構成されている。
直流バイアス電圧Ｄａが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、流量計算部２７Ｂは、後述するステップＳ１０７へ移行して異常処理を実行する。
直流バイアス電圧Ｄａが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、流量計算部２７Ｂは、後述するステップＳ１０７へ移行して異常処理を実行する。
直流バイアス電圧Ｄａが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれている場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、流量計算部２７Ｂは、直流バイアス電圧Ｄｂと正常範囲Ｖｌｉｍとを比較する（ステップＳ１０４）。
直流バイアス電圧Ｄｂが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、流量計算部２７Ｂは、後述するステップＳ１０７へ移行して異常処理を実行する。
直流バイアス電圧Ｄｂが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、流量計算部２７Ｂは、後述するステップＳ１０７へ移行して異常処理を実行する。
直流バイアス電圧Ｄｂが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれている場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、流量計算部２７Ｂは、記憶回路２４の流量ドリフトモデルを参照し、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂに対応するドリフト量ΔＱを取得し（ステップＳ１０５）。得られたドリフト量ΔＱをステップＳ１０１で計算した流量Ｑｆに加算（減算）することにより、流量Ｑｆを補正して、日時さらには補正内容を示す補正データとともに記憶回路２４に記録する（ステップＳ１０６）、一連の流量計測処理を終了する。
これにより、図４に示すように、流量Ｑｆは、破線が示す値から実線が示す値に補正されることになる。
これにより、図４に示すように、流量Ｑｆは、破線が示す値から実線が示す値に補正されることになる。
また、ステップＳ１０７において、流量計算部２７Ｂは、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂのいずれか一方または両方が正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていないことから、測定管２の外周面２Ａに帯電が発生したと判定し、帯電による流量計測不良が発生したことを、日時とともに記憶回路２４に記録し、設定・表示回路２６で表示（報知）し、あるいは、伝送回路２５から伝送路Ｌを介して上位装置へ報知するという異常処理を実行し（ステップＳ１０７）、一連の流量計測処理を終了する。
これにより、ステップＳ１０１で計算した流量Ｑｆが、帯電による流量計測不良時に計測した不正な値であることが識別できる。したがって、流量Ｑｆを利用する際、流量計測不良時の流量Ｑｆを除外するなど、帯電による流量計測への影響に対して適切に対応することができる。
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、記憶回路２４で、検出信号Ｖａ，Ｖｂのいずれか一方または両方の直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂと、当該直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂに応じて発生する流量Ｑｆのドリフト量ΔＱを示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶しておき、演算処理回路２７が、検出信号Ｖａ，Ｖｂのいずれか一方または両方の検出信号から抽出した直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂに基づいて、流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき流量Ｑｆを補正するようにしたものである。
このように、本実施の形態は、記憶回路２４で、検出信号Ｖａ，Ｖｂのいずれか一方または両方の直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂと、当該直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂに応じて発生する流量Ｑｆのドリフト量ΔＱを示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶しておき、演算処理回路２７が、検出信号Ｖａ，Ｖｂのいずれか一方または両方の検出信号から抽出した直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂに基づいて、流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき流量Ｑｆを補正するようにしたものである。
具体的には、流量ドリフトモデルとして、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂと流量Ｑｆのドリフト量ΔＱからなる指標値との関係を示すモデルを用い、演算処理回路２７が、流量ドリフトモデルから指標値として取得したドリフト量ΔＱを流量Ｑｆに加減算することにより流量Ｑｆを補正するようにしたものである。
あるいは、流量ドリフトモデルとして、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂと流量Ｑｆのドリフト係数Ｋｑからなる指標値との関係を示すモデルを用い、演算処理回路２７が、流量ドリフトモデルから指標値として取得したドリフト係数Ｋｑを流量Ｑｆに乗除算することにより流量Ｑｆを補正するようにしたものである。
あるいは、流量ドリフトモデルとして、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂと流量Ｑｆのドリフト係数Ｋｑからなる指標値との関係を示すモデルを用い、演算処理回路２７が、流量ドリフトモデルから指標値として取得したドリフト係数Ｋｑを流量Ｑｆに乗除算することにより流量Ｑｆを補正するようにしたものである。
これにより、流量計測時、検出信号Ｖａ，Ｖｂの直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂに基づいて、流量Ｑｆが自動的に補正されることになる。このため、計算により得られた流量Ｑｆが、測定管２の外周面２Ａに発生した帯電によりドリフト量ΔＱが含まれていても、帯電が発生していない状況と近しい流量Ｑｆを得ることが可能となる。したがって、計測して得られた流量Ｑｆを利用する際、帯電による流量計測への影響が抑制された流量Ｑｆを用いることができ、帯電による流量計測への影響に対して適切に対応することが可能となる。
また、本実施の形態において、演算処理回路２７が、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂが予め設定されている正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていない場合、測定管２の外周面２Ａに帯電が発生したと判定するようにしてもよい。
これにより、帯電による流量計測不良が発生したことを、日時とともに記憶回路２４に記録し、設定・表示回路２６で表示（報知）し、あるいは、伝送回路２５から伝送路Ｌを介して上位装置へ報知するという異常処理を実行することができる。したがって、計算した流量Ｑｆが、帯電による流量計測不良時に計測した不正な値であることが識別でき、流量Ｑｆを利用する際、流量計測不良時の流量Ｑｆを除外するなど、帯電による流量計測への影響に対して適切に対応することができる。
これにより、帯電による流量計測不良が発生したことを、日時とともに記憶回路２４に記録し、設定・表示回路２６で表示（報知）し、あるいは、伝送回路２５から伝送路Ｌを介して上位装置へ報知するという異常処理を実行することができる。したがって、計算した流量Ｑｆが、帯電による流量計測不良時に計測した不正な値であることが識別でき、流量Ｑｆを利用する際、流量計測不良時の流量Ｑｆを除外するなど、帯電による流量計測への影響に対して適切に対応することができる。
また、本実施の形態において、演算処理回路２７が、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂが予め設定されている正常範囲Ｖｌｉｍに含まれる場合にのみ、指標値に基づき流量Ｑｆを補正するようにしてもよい。
これにより、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていて、適正に補正可能な場合にのみ、流量Ｑｆが補正されることになる。このため、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれておらず、適正な補正が実施できない場合であるにも関わらず、流量Ｑｆが補正されて、不適正な流量Ｑｆが記録されることを回避でき、流量計測の信頼性を高めることができる。
これにより、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていて、適正に補正可能な場合にのみ、流量Ｑｆが補正されることになる。このため、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれておらず、適正な補正が実施できない場合であるにも関わらず、流量Ｑｆが補正されて、不適正な流量Ｑｆが記録されることを回避でき、流量計測の信頼性を高めることができる。
［第２の実施の形態］
次に、図６および図７を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００について説明する。図６は、第２の実施の形態にかかる容量式電磁流量計の回路構成を示すブロック図である。図７は、図６の要部を示すブロック図である。
次に、図６および図７を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００について説明する。図６は、第２の実施の形態にかかる容量式電磁流量計の回路構成を示すブロック図である。図７は、図６の要部を示すブロック図である。
第１の実施の形態では、流量Ｑｆのドリフト量ΔＱを特定するための変数として、検出信号Ｖａ，Ｖｂのいずれか一方または両方の直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂを用いる場合を例として説明した。この際、前述の図４で示したように、帯電発生時における流量信号Ｖｆの変化は、検出信号Ｖａ，Ｖｂとほぼ同様に変化していることが分かる。本実施の形態では、図６および図７に示すように、流量Ｑｆのドリフト量ΔＱを特定するための変数として、検出信号Ｖａ，Ｖｂの減算結果である流量信号Ｖｆの直流バイアス電圧Ｄｆを用いる場合について説明する。
すなわち、本実施の形態において、記憶回路２４は、信号増幅回路２１の減算回路２１Ｂから出力された流量信号Ｖｆの直流バイアス電圧Ｄｆと、当該直流バイアス電圧Ｄｆに応じて発生する流量Ｑｆのドリフト量ΔＱを示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶する機能を有している。
図８は、第２の実施の形態にかかる流量ドリフトモデルの構成例を示す説明図である。図８には、流量信号ＶｆをＡ／Ｄ変換して得られた直流バイアス電圧（データ）Ｄｆの組み合わせごとに、指標値として流量のドリフト量ΔＱがデータベースとして登録されている。
図８は、第２の実施の形態にかかる流量ドリフトモデルの構成例を示す説明図である。図８には、流量信号ＶｆをＡ／Ｄ変換して得られた直流バイアス電圧（データ）Ｄｆの組み合わせごとに、指標値として流量のドリフト量ΔＱがデータベースとして登録されている。
なお、流量ドリフトモデルは図８のデータベースで構成した場合に限定されるものではなく、直流バイアス電圧Ｄｆとドリフト量ΔＱとの関係を示す関数で構成してもよく、他の公知のモデルで構成してもよい。
また、指標値については、流量Ｑｆのドリフト量ΔＱに限定されるものではなく、流量Ｑｆのドリフト率を示すドリフト係数Ｋｑであってもよい。
また、指標値については、流量Ｑｆのドリフト量ΔＱに限定されるものではなく、流量Ｑｆのドリフト率を示すドリフト係数Ｋｑであってもよい。
また、流量計算部２７Ｂは、流量信号Ｖｆから抽出した直流バイアス電圧（データ）Ｄｆに基づいて、記憶回路２４の流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき流量を補正する機能を有している。
本実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００のその他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
本実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００のその他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
［第２の実施の形態の動作］
次に、図９および図１０を参照して、本実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００の動作について説明する。図９は、第２の実施の形態にかかる測定管の外周面に生じた帯電による影響を示す信号波形図である。図１０は、第２の実施の形態にかかる計測制御処理を示すフローチャートである。
次に、図９および図１０を参照して、本実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００の動作について説明する。図９は、第２の実施の形態にかかる測定管の外周面に生じた帯電による影響を示す信号波形図である。図１０は、第２の実施の形態にかかる計測制御処理を示すフローチャートである。
［帯電による流量計測への影響］
まず、図９を参照して、測定管２の外周面２Ａに生じた帯電による流量計測への影響について説明する。
図９に示すように、期間Ｔ０において、測定管２を流れる流体の流量Ｑｆと、流体の流体温度Ｔｆとを一定に保った状態とする。この状態では、測定管２の外周面２Ａに帯電が生じておらず、面電極１０Ａ，１０Ｂからは、流体に発生した起電力を示す電極電圧Ｅａ，Ｅｂが検出されて出力される。
まず、図９を参照して、測定管２の外周面２Ａに生じた帯電による流量計測への影響について説明する。
図９に示すように、期間Ｔ０において、測定管２を流れる流体の流量Ｑｆと、流体の流体温度Ｔｆとを一定に保った状態とする。この状態では、測定管２の外周面２Ａに帯電が生じておらず、面電極１０Ａ，１０Ｂからは、流体に発生した起電力を示す電極電圧Ｅａ，Ｅｂが検出されて出力される。
これにより、信号増幅回路２１のプリアンプ回路２１Ａで電極電圧Ｅａ，Ｅｂが増幅されて、ほぼ等しい直流成分を含む検出信号Ｖａ，Ｖｂが出力され、減算回路２１Ｂから安定した流量信号Ｖｆが出力される。
したがって、信号検出回路２２の交流増幅回路２２Ａから、流量Ｑｆに応じた振幅Ｖａｃ０を有する交流増幅出力Ｖａｃが出力され、これがサンプル・ホールド回路２２Ｂでサンプリングされ、直流の流量電圧Ｖｓｈが演算処理回路２７へ出力される。
したがって、信号検出回路２２の交流増幅回路２２Ａから、流量Ｑｆに応じた振幅Ｖａｃ０を有する交流増幅出力Ｖａｃが出力され、これがサンプル・ホールド回路２２Ｂでサンプリングされ、直流の流量電圧Ｖｓｈが演算処理回路２７へ出力される。
この後、期間Ｔ１において、流体温度Ｔｆが低下すると、焦電効果によって測定管２の外周面２Ａに帯電が発生し、面電極１０Ａ，１０Ｂで検出される電極電圧Ｅａ，Ｅｂの直流成分が変化し、プリアンプ回路２１Ａから出力される検出信号Ｖａ，Ｖｂの直流成分すなわち直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂも大きく変化する。
ここで、プリアンプ回路２１Ａは、図７に示すように、同相信号に対してオペアンプＵＡ，ＵＢがバッファアンプとして動作し、差動信号に対して抵抗比で決定される増幅率に基づいて増幅動作を行う。このため、増幅率をある程度大きくすれば、高いＣＭＲＲ（Common Mode Rejection Ratio：同相信号除去比）を得ることができる。したがって、電極電圧Ｅａ，Ｅｂが同相モード（コモンモード）で変化しても、検出信号Ｖａ，Ｖｂには影響しないことになる。しかし、電極電圧Ｅａ，Ｅｂの直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂが差動モード（ノーマルモード）で大きく変化した場合、検出信号Ｖａ，Ｖｂが飽和して流量計測不能となる恐れがある。
図９の例では、検出信号Ｖａの直流バイアス電圧Ｄａが期間Ｔ０より上昇し、検出信号Ｖｂの直流バイアス電圧Ｄｂが期間Ｔ０より低下しており、これにより、Ｖａ，Ｖｂの電位差が拡大して、減算回路２１Ｂから出力される流量信号Ｖｆの直流成分も上昇する。
このため、交流増幅回路２２Ａからの交流増幅出力Ｖａｃの振幅が期間Ｔ０より低下し、この後の期間Ｔ２において、流体温度Ｔｆが下げ止まった場合、交流増幅出力Ｖａｃの振幅Ｖａｃ２は、期間Ｔ０の振幅Ｖａｃ０より大きく低下する。
このため、交流増幅回路２２Ａからの交流増幅出力Ｖａｃの振幅が期間Ｔ０より低下し、この後の期間Ｔ２において、流体温度Ｔｆが下げ止まった場合、交流増幅出力Ｖａｃの振幅Ｖａｃ２は、期間Ｔ０の振幅Ｖａｃ０より大きく低下する。
したがって、この交流増幅出力Ｖａｃをサンプリングして得られた流量電圧Ｖｓｈに基づき計算した期間Ｔ２の流量Ｑｆ２は、図９の破線で示すように、期間Ｔ０の流量Ｑｆ０より低い値を示すことになる。
実際の帯電時には、期間Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４における交流増幅出力をＶａｃ０，Ｖａｃ１，Ｖａｃ２，Ｖａｃ３，Ｖａｃ４とした場合、Ｖａｃ０≧Ｖａｃ１≧Ｖａｃ２であって、Ｖａｃ２≦Ｖａｃ３≦Ｖａｃ４（＝Ｖａｃ０）という大小関係で推移する。
実際の帯電時には、期間Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４における交流増幅出力をＶａｃ０，Ｖａｃ１，Ｖａｃ２，Ｖａｃ３，Ｖａｃ４とした場合、Ｖａｃ０≧Ｖａｃ１≧Ｖａｃ２であって、Ｖａｃ２≦Ｖａｃ３≦Ｖａｃ４（＝Ｖａｃ０）という大小関係で推移する。
本発明は、このような測定管２の外周面２Ａに生じた帯電による流量信号Ｖｆの直流バイアス電圧Ｄｆの増大に応じて、流量Ｑｆに発生するドリフト量ΔＱが増大するという関係に着目し、予め計測した直流バイアス電圧Ｄｆとドリフト量ΔＱとの関係を示す流量ドリフトモデルを作成しておき、流量計測時に得られた流量信号Ｖｆの直流バイアス電圧Ｄｆに基づき流量ドリフトモデルから取得したドリフト量ΔＱに基づいて、その流量信号Ｖｆから得られた流量Ｑｆを補正するようにしたものである。
［計測制御動作］
次に、図９および図１０を参照して、本実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００の流量計測における計測制御動作について説明する。
演算処理回路２７の流量計算部２７Ｂは、予め設定された流量計測タイミングの到来に応じて、図１０の計測制御処理を実行する。なお、記憶回路２４には、前述の図８に示したような、流量ドリフトモデルが予め登録されているものとする。
次に、図９および図１０を参照して、本実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００の流量計測における計測制御動作について説明する。
演算処理回路２７の流量計算部２７Ｂは、予め設定された流量計測タイミングの到来に応じて、図１０の計測制御処理を実行する。なお、記憶回路２４には、前述の図８に示したような、流量ドリフトモデルが予め登録されているものとする。
図１０に示すように、流量計算部２７Ｂは、まず、信号検出回路２２のサンプル・ホールド回路２２Ｂから出力された流量電圧ＶｓｈをＡ／Ｄ変換して、流量電圧データＤｓｈを取得し（ステップＳ２００）、得られた流量電圧データＤｓｈに基づいて、流体の流量Ｑｆを計算して、記憶回路２４に日時とともに記録する（ステップＳ２０１）。
また、流量計算部２７Ｂは、信号増幅回路２１の減算回路２１Ｂから出力された流量信号ＶｆをＡ／Ｄ変換して、直流バイアス電圧Ｄｆを取得する（ステップＳ２０２）。Ａ／Ｄ変換については、例えば演算処理回路２７のＣＰＵに搭載されているＡ／Ｄ変換回路を利用すればよい。
また、流量計算部２７Ｂは、信号増幅回路２１の減算回路２１Ｂから出力された流量信号ＶｆをＡ／Ｄ変換して、直流バイアス電圧Ｄｆを取得する（ステップＳ２０２）。Ａ／Ｄ変換については、例えば演算処理回路２７のＣＰＵに搭載されているＡ／Ｄ変換回路を利用すればよい。
次に、流量計算部２７Ｂは、直流バイアス電圧Ｄｆと、記憶回路２４に予め登録されている直流バイアス電圧Ｄｆの正常範囲Ｖｌｉｍとを比較する（ステップＳ２０３）。正常範囲Ｖｌｉｍは、図９に示したように、上限値ＶｌｉｍＨと下限値ＶｌｉｍＬとから構成されている。
直流バイアス電圧Ｄａが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていない場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、流量計算部２７Ｂは、後述するステップＳ２０６へ移行して異常処理を実行する。
直流バイアス電圧Ｄａが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていない場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、流量計算部２７Ｂは、後述するステップＳ２０６へ移行して異常処理を実行する。
直流バイアス電圧Ｄａが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれている場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、流量計算部２７Ｂは、記憶回路２４の流量ドリフトモデルを参照し、直流バイアス電圧Ｄｆに対応するドリフト量ΔＱを取得し（ステップＳ２０４）。得られたドリフト量ΔＱをステップＳ２０１で計算した流量Ｑｆに加算（減算）することにより、流量Ｑｆを補正して、日時さらには補正内容を示す補正データとともに記憶回路２４に記録する（ステップＳ２０５）、一連の流量計測処理を終了する。
これにより、図９に示すように、流量Ｑｆは、破線が示す値から実線が示す値に補正されることになる。
これにより、図９に示すように、流量Ｑｆは、破線が示す値から実線が示す値に補正されることになる。
また、ステップＳ２０６において、流量計算部２７Ｂは、直流バイアス電圧Ｄａ，Ｄｂのいずれか一方または両方が正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていないことから、測定管２の外周面２Ａに帯電が発生したと判定し、帯電による流量計測不良が発生したことを、日時とともに記憶回路２４に記録し、設定・表示回路２６で表示（報知）し、あるいは、伝送回路２５から伝送路Ｌを介して上位装置へ報知するという異常処理を実行し（ステップＳ２０６）、一連の流量計測処理を終了する。
これにより、ステップＳ２０１で計算した流量Ｑｆが、帯電による流量計測不良時に計測した不正な値であることが識別できる。したがって、流量Ｑｆを利用する際、流量計測不良時の流量Ｑｆを除外するなど、帯電による流量計測への影響に対して適切に対応することができる。
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、記憶回路２４で、流量信号Ｖｆの直流バイアス電圧Ｄｆと、当該直流バイアス電圧Ｄｆに応じて発生する流量Ｑｆのドリフト量ΔＱを示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶しておき、演算処理回路２７が、流量信号Ｖｆから抽出した直流バイアス電圧Ｄｆに基づいて、流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき流量Ｑｆを補正するようにしたものである。
このように、本実施の形態は、記憶回路２４で、流量信号Ｖｆの直流バイアス電圧Ｄｆと、当該直流バイアス電圧Ｄｆに応じて発生する流量Ｑｆのドリフト量ΔＱを示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶しておき、演算処理回路２７が、流量信号Ｖｆから抽出した直流バイアス電圧Ｄｆに基づいて、流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき流量Ｑｆを補正するようにしたものである。
具体的には、流量ドリフトモデルとして、直流バイアス電圧Ｄｆと流量Ｑｆのドリフト量ΔＱからなる指標値との関係を示すモデルを用い、演算処理回路２７が、流量ドリフトモデルから指標値として取得したドリフト量ΔＱを流量Ｑｆに加減算することにより流量Ｑｆを補正するようにしたものである。
あるいは、流量ドリフトモデルとして、直流バイアス電圧Ｄｆと流量Ｑｆのドリフト係数Ｋｑからなる指標値との関係を示すモデルを用い、演算処理回路２７が、流量ドリフトモデルから指標値として取得したドリフト係数Ｋｑを流量Ｑｆに乗除算することにより流量Ｑｆを補正するようにしたものである。
あるいは、流量ドリフトモデルとして、直流バイアス電圧Ｄｆと流量Ｑｆのドリフト係数Ｋｑからなる指標値との関係を示すモデルを用い、演算処理回路２７が、流量ドリフトモデルから指標値として取得したドリフト係数Ｋｑを流量Ｑｆに乗除算することにより流量Ｑｆを補正するようにしたものである。
これにより、流量計測時、流量信号Ｖｆの直流バイアス電圧Ｄｆに基づいて、流量Ｑｆが自動的に補正されることになる。このため、計算により得られた流量Ｑｆが、測定管２の外周面２Ａに発生した帯電によりドリフト量ΔＱが含まれていても、帯電が発生していない状況と近しい流量Ｑｆを得ることが可能となる。したがって、計測して得られた流量Ｑｆを利用する際、帯電による流量計測への影響が抑制された流量Ｑｆを用いることができ、帯電による流量計測への影響に対して適切に対応することが可能となる。
また、本実施の形態において、演算処理回路２７が、直流バイアス電圧Ｄｆが予め設定されている正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていない場合、測定管２の外周面２Ａに帯電が発生したと判定するようにしてもよい。
これにより、帯電による流量計測不良が発生したことを、日時とともに記憶回路２４に記録し、設定・表示回路２６で表示（報知）し、あるいは、伝送回路２５から伝送路Ｌを介して上位装置へ報知するという異常処理を実行することができる。したがって、計算した流量Ｑｆが、帯電による流量計測不良時に計測した不正な値であることが識別でき、流量Ｑｆを利用する際、流量計測不良時の流量Ｑｆを除外するなど、帯電による流量計測への影響に対して適切に対応することができる。
これにより、帯電による流量計測不良が発生したことを、日時とともに記憶回路２４に記録し、設定・表示回路２６で表示（報知）し、あるいは、伝送回路２５から伝送路Ｌを介して上位装置へ報知するという異常処理を実行することができる。したがって、計算した流量Ｑｆが、帯電による流量計測不良時に計測した不正な値であることが識別でき、流量Ｑｆを利用する際、流量計測不良時の流量Ｑｆを除外するなど、帯電による流量計測への影響に対して適切に対応することができる。
また、本実施の形態において、演算処理回路２７が、直流バイアス電圧Ｄｆが予め設定されている正常範囲Ｖｌｉｍに含まれる場合にのみ、指標値に基づき流量Ｑｆを補正するようにしてもよい。
これにより、直流バイアス電圧Ｄｆが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていて、適正に補正可能な場合にのみ、流量Ｑｆが補正されることになる。このため、直流バイアス電圧Ｄｆが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれておらず、適正な補正が実施できない場合であるにも関わらず、流量Ｑｆが補正されて、不適正な流量Ｑｆが記録されることを回避でき、流量計測の信頼性を高めることができる。
これにより、直流バイアス電圧Ｄｆが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれていて、適正に補正可能な場合にのみ、流量Ｑｆが補正されることになる。このため、直流バイアス電圧Ｄｆが正常範囲Ｖｌｉｍに含まれておらず、適正な補正が実施できない場合であるにも関わらず、流量Ｑｆが補正されて、不適正な流量Ｑｆが記録されることを回避でき、流量計測の信頼性を高めることができる。
［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。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
例えば、図２および図７に示したプリアンプ回路２１Ａは、増幅率が１倍のバッファアンプであっても良く、この場合は、後段の減算回路２１Ｂ、または交流増幅回路２２Ａの増幅率を大きくすれば良い。
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。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
例えば、図２および図７に示したプリアンプ回路２１Ａは、増幅率が１倍のバッファアンプであっても良く、この場合は、後段の減算回路２１Ｂ、または交流増幅回路２２Ａの増幅率を大きくすれば良い。
１００…容量式電磁流量計、１…流路、２…測定管、３Ａ，３Ｂ…励磁コイル、１０Ａ，１０Ｂ…面電極、２０…検出器、２１…信号増幅回路、２１Ａ…プリアンプ回路、２１Ｂ…減算回路、２２…信号検出回路、２２Ａ…交流増幅回路、２２Ｂ…サンプル・ホールド回路、２３…励磁回路、２４…記憶回路、２５…伝送回路、２６…設定・表示回路、２７…演算処理回路、２７Ａ…励磁制御部、２７Ｂ…流量計算部、ＵＡ，ＵＢ，ＵＣ，Ｕａｃ…オペアンプ、Ｃａｃ，Ｃｓｈ…容量素子、ＳＷ…スイッチ、Ｌ…伝送路、Ｖｅｘ…励磁制御信号、Ｉｅｘ…励磁電流、Ｅａ，Ｅｂ…電極電圧、Ｖａ，Ｖｂ…検出信号、Ｖｆ…流量信号、Ｖａｃ…交流増幅出力、Ｖｓｈ…流量電圧、Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｆ…直流バイアス電圧。
Claims (8)
- 計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管と、
前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に互いに対向して配置されて、前記流体に生じた起電力を検出する第１および第２の面電極と、
前記起電力により前記第１および第２の面電極のそれぞれに生じた電極電圧を増幅し、得られた第１および第２の検出信号の減算結果を流量信号として出力する信号増幅回路と、
前記流量信号を交流増幅してサンプルホールドすることにより、前記流体の流量に応じた直流の流量電圧を検出する信号検出回路と、
前記流量電圧をＡ／Ｄ変換して得られた流量電圧データに基づいて前記流体の流量を計算する演算処理回路と、
前記第１および第２の検出信号のいずれか一方または両方の直流バイアス電圧と、当該直流バイアス電圧に応じて発生する前記流量のドリフト量を示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶する記憶回路とを備え、
前記演算処理回路は、前記第１および第２の検出信号のいずれか一方または両方の検出信号から抽出した直流バイアス電圧に基づいて、前記流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき前記流量を補正する
ことを特徴とする容量式電磁流量計。 - 計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管と、
前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に互いに対向して配置されて、前記流体に生じた起電力を検出する第１および第２の面電極と、
前記起電力により前記第１および第２の面電極のそれぞれに生じた電極電圧を増幅し、得られた第１および第２の検出信号の減算結果を流量信号として出力する信号増幅回路と、
前記流量信号を交流増幅してサンプルホールドすることにより、前記流体の流量に応じた直流の流量電圧を検出する信号検出回路と、
前記流量電圧をＡ／Ｄ変換して得られた流量電圧データに基づいて前記流体の流量を計算する演算処理回路と、
前記流量信号の直流バイアス電圧と、当該直流バイアス電圧に応じて発生する前記流量のドリフト量を示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶する記憶回路とを備え、
前記演算処理回路は、前記流量信号から抽出した直流バイアス電圧に基づいて、前記流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき前記流量を補正する
ことを特徴とする容量式電磁流量計。 - 請求項１または請求項２に記載の容量式電磁流量計において、
前記流量ドリフトモデルは、前記直流バイアス電圧と前記流量のドリフト量からなる前記指標値との関係を示すモデルからなり、
前記演算処理回路は、前記流量ドリフトモデルから前記指標値として取得した前記ドリフト量を前記流量に加減算することにより前記流量を補正する
ことを特徴とする容量式電磁流量計。 - 請求項１または請求項２に記載の容量式電磁流量計において、
前記流量ドリフトモデルは、前記直流バイアス電圧と前記流量のドリフト係数からなる前記指標値との関係を示すモデルからなり、
前記演算処理回路は、前記流量ドリフトモデルから前記指標値として取得した前記ドリフト係数を前記流量に乗除算することにより前記流量を補正する
ことを特徴とする容量式電磁流量計。 - 請求項１～請求項４のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記演算処理回路は、前記直流バイアス電圧が予め設定されている正常範囲に含まれていない場合、前記測定管の外周面に帯電が発生したと判定することを特徴とする容量式電磁流量計。 - 請求項１～請求項５のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記演算処理回路は、前記直流バイアス電圧が予め設定されている正常範囲に含まれる場合にのみ、前記指標値に基づき前記流量を補正することを特徴とする容量式電磁流量計。 - 計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管と、前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に互いに対向して配置されて、前記流体に生じた起電力を検出する第１および第２の面電極と、前記起電力に基づいて、前記流体の流量を計算する処理回路とを備える容量式電磁流量計で用いられる計測制御方法であって、
前記処理回路が、前記起電力により前記第１および第２の面電極のそれぞれに生じた電極電圧を増幅し、得られた第１および第２の検出信号の減算結果を流量信号として出力する信号増幅ステップと、
前記処理回路が、前記流量信号を交流増幅してサンプルホールドすることにより、前記流体の流量に応じた直流の流量電圧を検出する信号検出ステップと、
前記処理回路が、前記流量電圧をＡ／Ｄ変換して得られた流量電圧データに基づいて前記流体の流量を計算する演算処理ステップと、
前記処理回路が、前記第１および第２の検出信号のいずれか一方または両方の直流バイアス電圧と、当該直流バイアス電圧に応じて発生する前記流量のドリフト量を示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶する記憶ステップとを備え、
前記演算処理ステップは、前記第１および第２の検出信号のいずれか一方または両方の検出信号から抽出した直流バイアス電圧に基づいて、前記流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき前記流量を補正するステップを含む
ことを特徴とする計測制御方法。 - 計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管と、前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に互いに対向して配置されて、前記流体に生じた起電力を検出する第１および第２の面電極と、前記起電力に基づいて、前記流体の流量を計算する処理回路とを備える容量式電磁流量計で用いられる計測制御方法であって、
前記処理回路が、前記起電力により前記第１および第２の面電極のそれぞれに生じた電
極電圧を増幅し、得られた第１および第２の検出信号の減算結果を流量信号として出力する信号増幅ステップと、
前記処理回路が、前記流量信号を交流増幅してサンプルホールドすることにより、前記流体の流量に応じた直流の流量電圧を検出する信号検出ステップと、
前記処理回路が、前記流量電圧をＡ／Ｄ変換して得られた流量電圧データに基づいて前記流体の流量を計算する演算処理ステップと、
前記処理回路が、前記流量信号の直流バイアス電圧と、当該直流バイアス電圧に応じて発生する前記流量のドリフト量を示す指標値との関係を示す、流量ドリフトモデルを記憶する記憶ステップとを備え、
前記演算処理ステップは、前記流量信号から抽出した直流バイアス電圧に基づいて、前記流量ドリフトモデルから対応する指標値を取得し、当該指標値に基づき前記流量を補正するステップを含む
ことを特徴とする計測制御方法。
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| JP2019089692A JP7260390B2 (ja) | 2019-05-10 | 2019-05-10 | 容量式電磁流量計および計測制御方法 |
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|---|---|
| JP2020186934A JP2020186934A (ja) | 2020-11-19 |
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| WO2022191173A1 (ja) * | 2021-03-12 | 2022-09-15 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ガス識別方法及びガス識別システム |
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|---|---|---|---|---|
| JP2002328052A (ja) | 2001-04-10 | 2002-11-15 | Krohne Messtech Gmbh & Co Kg | 流体用の磁気誘導式流量測定計および磁気誘導式流量測定方法 |
| JP2016532081A (ja) | 2013-09-26 | 2016-10-13 | マイクロ モーション インコーポレイテッド | 飽和を検出及び／又は防止する磁気流量計 |
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| JP2018141667A (ja) | 2017-02-27 | 2018-09-13 | アズビル株式会社 | 電磁流量計 |
| JP2019052909A (ja) | 2017-09-14 | 2019-04-04 | アズビル株式会社 | 電磁流量計の誤差検出回路および誤差検出方法ならびに電磁流量計 |
-
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