JPH01167617A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、磁場を被測定流体に印加しその流量を測定す
る電磁流量計に係り、特にその励磁方式とこれに伴なう
信号処理方式を改良した電磁流量計に関する。

〈従来の技術〉 工業用の電磁流量計は従来から商用電源を用いて励磁す
る商用周波の励磁方式が採用されてきた。

商用周波の励磁方式は、（イ）応答速度が早く低コスト
に出来る。（ロ）スラリ性の流体や低導電率の流体で発
生する流速と共に増加する低周波のランダムノイズ（以
下、フローノイズという）の影響を受けがたい、という
利点があるが、稼動状態で比較的に長期１例えば１日程
度の間、放置しておくとゼロ点が変動するという欠点が
ある。

このため、商用周波の１／２．あるいはこれ以下の低周
波で励磁する低周波励磁方式が採用されるようになった
。低周波励磁方式にすると周知のようにゼロ点の安定な
電磁流量計が得られる利点がある。しかし、励磁周波数
が低いのでフローノイズの周波数と近接し、このためフ
ローノイズの影響を受は易く、特に流速が大になるとこ
の影響が顕著になる。また、フローノイズの影響を軽減
するためにダンピングをかけると応答が遅くなる欠点を
有している。

そこで９例えば特願昭６２−５０８０９号（発明の名称
：電磁流量計）で提案されているように商用周波数のｌ
ｌＩ磁電流成分とこれより低い周波数の励磁電流成分を
励磁コイルに同時に流して複合磁場を形成し、これによ
って発生する各励磁電流に対応する周波数の信号電圧を
格別にアナログ／デジタル変換器によりデジタル信号に
変換してマイクロコンピュータに読み込みデジタル式に
信号処理をする複合励磁方式が提案されている。

以下、この従来のｔｒａ流量計について第４図〜第７図
を用いてその概要を説明する。

第４図はこの従来の電磁流量計の構成を示すブロック図
である。

１０は電磁流量計の検出器の導管であり、絶縁性のライ
ニングがその内面に施されている。１１ａ＋１１ｂは信
号電圧を検出するための電極である。１２は励磁コイル
であり、これによって発生した磁場が被測定流体に印加
される。励磁コイル１２には、励磁口Ｒ１３から励磁電
流Ｉ、が供給されている。

励磁回路１３は次のように構成されている。基準電圧Ｅ
１は増幅器Ｑ１の非反転入力端（＋）に印加され、その
出力端はトランジスタＱ２のベースに接続されている。

トランジスタＱ２のエミッタは抵抗Ｒｆを介してコモン
ＣＯＭに接続されると共に増幅器Ｑ１の反転入力端（−
）に接続されている。コモンＣＯＭとトランジスタＱ２
のコレクタとの開には励磁電圧ＥｓがスイッチＳＷ２と
ＳＷ３の直列回路とこれに並列に接続されたスイッチＳ
Ｗ４とＳＷＳの直列回路を介して印加される。励磁コイ
ル１２はスイッチｓｗ２、ｓｗ、の接続点とスイッチＳ
Ｗ、ｊ　、ＳＷ、の接続点にそれぞれ接続される。タイ
ミング信号Ｓ２．Ｓ、、Ｓ４、Ｓ５はそれぞれスイッチ
ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷａ　、ＳＷ５の開閉を制御する。

一方、信号電圧は電極１１ａ、ｌｌｂで検出され、前置
増幅器１４に出力される。前置増幅器１４でコモンモー
ド電圧の除去とインピーダンス変換がなされその出力端
１５に出力される。

出力端１５における前置増幅器１４の出力はアナログ／
デジタル変換器（Ａ／Ｄ　Ｌ　）　１６とアナログ／デ
ジタル変換器（Ａ／ＤＢ　）１７でそれぞれデジタル信
号に変換されてバス１８を介してランダムアクセスメモ
リ（ＲＡＭ）１９に格納される。リードオンリーメモリ
（ＲＯＭ）２０には所定の演算プログラムおよび初期デ
ータが格納されており、プロセッサ（ＣＰＵ）２１の制
御の基にＲＯＭ２０に格納された演算手順にしたがって
演算され、その結果はＲＡＭ１９に格納される。

２２はクロヅク発生器であり、ここで発生されたクロッ
クは分周器２３で１　／　ｎに分周されシステムクロッ
クＳｈとしてＣＰＵ２１とアナログ／デジタル変換器１
７に供給される。

ＣＰＵ２１はＲＯＭ２０に格納された演算プログラムに
従いバス１８を介してタイミング信号量カポ−）　（Ｔ
ｏ＞２４に励磁電流１．の波形を決めるタイミングを出
力する。タイミング信号出力ボート２４はこのタイミン
グに従い励磁電流を切換えるタイミング信号Ｓ２、Ｓ３
、Ｓ４、Ｓ５を出力する。

また、タイミング信号出力ボート２４はＣＰＵ２１の指
定するタイミングに従いタイミング信号Ｓ１をアナログ
／デジタル変換器１６に出力し前１増幅器１４の出力を
サンプルする。

一方、ＲＯＭ２０に格納された演算プログラムによりＲ
ＡＭ１９に格納されたデータを用いてＣＰＵ２１により
所定の演算が実行され、その演算の結果はＲＡＭ１９に
格納されると共にバス１８を介してデジタル／アナログ
変換器２５を介して出力端２６に流量出力として出力さ
れる。

次に、第５図に示すタイミング図、第６図に示すフロー
チャート図、第７図に示す演算図を用いて第４図に示す
実施例の動作を説明する。

第４図に示す分周器２３の出力に得られるシステムクロ
ックＳｈは第５図（ａ）に示す波形であり、これがＣＰ
Ｕ２１に供給されている。

第６図のステップ１において、ＣＰＵ２１はこのシステ
ムクロックＳｈの割込タイミングく第５図（ｇ））に同
期してＲＯＭ２０に格納された所定の演算プログラムに
よりバス１８を介してタイミング信号出力ポート２４に
励磁波形の切換タイミングを示すタイミング信号を出力
する。

ステップ２において、タイミング信号出力ポート２４は
この切換タイミングを受け、タイミング信号Ｓ５　（第
５図（ｂ））、Ｓ４（第５図（Ｃ））、Ｓ３（第５図（
ａ））、Ｓ２（第５図〈ｅ））をそれぞれ励磁回路１３
のスイッチｓｗ、　、ｓｗ４、ＳＷ３、ＳＷ２に出力す
る。或いはタイミング信号Ｓ４をスイッチＳＷ３、ＳＷ
４に同時に出力し、かつタイミング信号Ｓ２をスイッチ
ＳＷ２＋ＳＷ５に同時に出力しても良い。励磁回路１３
はこれ等のタイミング信号を受は第５図（ｆ）に示す波
形の励磁電流Ｉｆを励磁コイル１２に出力する。この励
磁波形は第５図（ｈ）（ｉ）に示すようにタイミング番
号ｉがＯ〜１５で１サイクルを構成してこれを繰り返す
波形であり、第５図ではｎサイクルの部分を中心にして
示しである。この励磁波形は低周波の波形と高周波の波
形を乗算した乗算形の波形をしている。

次に、ステップ３に移行する。ステップ３〜ステツプ６
まではアナログ／デジタル変換器１６．１７からのデー
タの読み込みをする手順を示している。

ステップ３ではシステムクロックＳｈ　（第５図（ａ）
）に同期して各サイクル毎にアナログ／デジタル変換器
１７から入力されるデータを第５図（ｊ）に示すように
バス１８を介してＣＰＵ２１の制御の基にＲＡＭ１９の
所定のデータ領域Ｈ２に格納する。

次に、ステップ４に移り、読み込んだタイミング番号ｉ
が０か否かを判断し、０でなければステップ５に移行し
、０ならばステップ６に移行する。

ステップ５では、タイミング信号出力ポート２４から出
力されたタイミング信号Ｓ１　（第５図（ｋ））による
サンプルタイミングにより、アナログ／デジタル変換器
１６から入力されるデータを第５図＜１＞に示すように
バス１８を介してＣＰｔＪ２１の制御の基にＲＡＭ１９
の所定のデータ領域・・・、Ｌｏ　　（ｎ　　１）、Ｌ
ｏ　　（ｎ）、Ｌｏ　　（ｎ＋１）、・・・に格納し、
ステップ６に移る。

ステップ６では読み込んだタイミング番号ｉが８か否か
を判断し８でなければステップ８に移行し、８ならばス
テップ７に移行する。

次に、ステップ６では、タイミング信号出力ポート２４
から出力されたタイミング信号Ｓ１　（第５図（ｋ））
によるサンプルタイミングにより、アナログ／デジタル
変換器１６から入力されるデータを第５図（１）に示す
ようにバス１８を介してＣＰｔＪ２１の制御の基にＲＡ
　Ｍ　１９の所定のデータ領域−ｚ　Ｌ＋　　（ｎ−１
）−Ｌ＋　　（ｎ）−Ｌ＋（ｎ＋１＞、・・・に格納し
、ステップ８に移る。

ステップ８ではタイミング番号ｉが奇数か否かを判断し
、奇数ならばステップ９に移行し、奇数でないならばス
テップ１１に移行する判断をする。

ステップ９は高周波の復調演算をする。復調演算に際し
ては、ＲＡＭ１９に格納されたデータＨｉを用い、第５
図（ｍ）に示すタイミングでＣＰＵ２１の制御の基にＲ
ＯＭ２０に格納された第７図に示す高周波復調演算６１
日の欄で示す演算式で演算をしてその結果をＲ’Ａ　Ｍ
　１９に格納する。

この復調演算により、前記の特願昭６２−５０８０９号
に詳細に説明されているように、電極１１ａ、１１ｂに
発生する電気化学的な直流電圧は除去され、微分ノイズ
は一定値に保持され誤差要因とはならない、なお、第７
図においてＡなる定数は、Ｔｃを微分或いは積分の定数
、ΔＴＣを第６図（ｆ）に示す演算周期とすればＡ＝Ｔ
ｃ　／　（ＴＣ＋ΔＴｃ　）で示される。

次に、ステップ１０に移る。ここでは、高周波側の高域
ろ波演算ｐｏｔを実行する。

ろ波演算に際しては、ＲＡＭ１９に格納されたデータｅ
Ｈｊと前回のろ波演算結果とを用い、ＣＰＵ２１の制御
の基にＲＯＭ２０に格納された第７図に示す高域ろ波演
算ＦＨｊの欄で示す演算式で演算をしてその結果をＲＡ
Ｍ１９に格納する。

次にステップ１１に移る。−ステップ１１ではタイミン
グ番号１が０または８か否かを判断し、０または８なら
ばステップ１２に移行し、０または８でないならばステ
ップ１４に移行する判断をする。

ステップ１２では、低周波の復調演算をする。

復調演算に際しては、ＲＡＭ１９に格納されたデータ・
・・、Ｌｏ　　（ｎ　　１）、Ｌｏ　　（ｎ）、Ｌｏ　
　（ｎ＋１）、−Ｌｌ　（ｎ　　　１）、Ｌｔ　　（ｎ
）、Ｌ＋（ｎ＋１）、・・・を用い、第５図（ｎ）に示
すタイミングでＣＰＵ２１の制御の基にＲＯＭ２０に格
納された第７図に示す低周波復調演算ｅＬｊの欄で示す
演算式で演算をしてその結果をＲＡＭ１９に格納する。

なお、第７図において、定数Ｂは、Ｂ＝ΔＴ／（ΔＴ＋
Ｔ　）で示される。

ステップ１３では、低周波側の低域−波演算ＦＬ７を実
行する。

Ｐ波演算に際しては、ＲＡＭ１９に格納されなブーツｅ
Ｌｏ、ｅＬｉｌと前回のろ波演算結果とを用い、ＣＰｔ
Ｊ２１の制御の基にＲＯＭ２０に格納された第７図に示
す低域ろ波演算ＦＬｊの欄で示す演算式で演算をしてそ
の結果をＲＡＭ１９に格納する。

ステップ１４ではタイミング番号ｉが奇数か否かを判断
し、奇数ならばステップ１５に移行し、奇数でないなら
ばステップ１６に移行する判断をする。

ステップ１５は加算演算を実行する。ＲＡＭｌ９に格納
された高域−波演算の結果ＦＨｊと低域Ｐ波演算の結果
ＦＬｊ　とを用い、ＣＰｔＪ２１の制御の基にＲＯＭ２
０に格納された第７図に示す加算演算ｅＡの欄で示す演
算式で演算をしてその結果をＲＡ　Ｍ　１９に格納し、
ステップ１７に移行する。

ステップ１７では、次の割り込みのタイミングまで待機
し、次の割り込みのタイミングが来たらステップ１から
ステップ１７までのフローを再び実行する。

以上のようにして、電極１１ａ、１１ｂで検出した低周
波と高周波の２周波を含む信号電圧は、マイクロコンピ
ュータを用いて低周波側と高周波側とに分けられて読み
込まれ、低周波側は低周波で復調してその出力を低域ろ
波器を介して、高周波側は高周波で復調してその出力を
高域ろ波器を介してそれぞれ出力し、低域ろ波器と高域
ろ波器の各出力を加算合成して出力することにより、ゼ
ロ点が安定でフローノイズに対しても強く、かつ応答の
良い流量出力が得られる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この提案においては高周波側と低周波側
にそれぞれアナログ／デジタル変換器を各々持つ構成と
なっており、コストの上昇の要因となる。特に、応答の
速いアナログ／デジタル変換器を用いようとするとこの
傾向を強めるという問題がある。

く問題点を解決するための手段〉 この発明は、以上の問題点を解決するために、矩形波状
の第１周波数を持つ磁場とこれより低い矩形波状の第２
周波数を持つ磁場の２つの異なった周波数を有する複合
磁場を供給する励磁手段と、この励磁手段により励磁さ
れ流量に対応して発生する信号電圧をデジタル信号に変
換する１台のアナログ／デジタル変換手段と、マイクロ
プロセッサの制御により第１周波数に関連するタイミン
グでデジタル信号が読み込まれ第１信号として格納され
るメモリと、このメモリに格納された第１信号のうち第
２周波数に基づく矩形状の波形の切替直前の所定範囲に
おけるメモリに格納された第１信号をマイクロプロセッ
サの制御により加算して第２信号として出力する加算手
段と、第１信号を第１周波数に基づくタイミングでマイ
クロプロセッサの制御により復調演算して出力する第１
復調手段と、この第１復調手段の出力をマイクロプロセ
ッサの制御により高域−被演算する高域−波手段と、第
２信号を第２周波数に基づくタイミングでマイクロプロ
セッサの制御により復調演算して出力する第２復調手段
と、この第２復調手段の出力をマイクロプロセッサの制
御により低域ろ波する低域ろ波手段と、高域ろ波手段と
低域ろ波手段との各出力をマイクロプロセッサの制御に
より加算的に合成する合成手段とを具備するようにした
ものである。

く作　用〉 流量に対応して発生する信号電圧を１台のアナログ／デ
ジタル変換手段でデジタル信号に変換して第１周波数に
関連するタイミングでこのデジタル信号が読み込まれて
メモリに第１信号として格納され、この第１信号のうち
第２周波数に基づく矩形状の波形の切替直前の所定範囲
におけるメモリに格納された第１信号をマイクロプロセ
ッサの制御により加算して第２信号としてメモリに格納
する。この様にしてメモリに格納された第１信号と第２
信号とを用いて、マイクロプロセッサにより第１復調演
算、第２復調演算、低域ろ被演算、高域−波演亘１合成
演亘を実行して流量出力を出す。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づき説明する。

なお、第４図〜第７図に示す実施例と同一の機能を持つ
部分については適宜にその説明を省略する。

第１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図であ
る。

ｖ！ＩＪ磁回路１３から低周波と高周波の２つの周波数
を持つ複合周波数を持つ励磁電流Ｉ、が励磁コイル１２
に印加され、これにより電極１１ａ、１１ａに複合周波
数の成分を持つ信号電圧が発生する。この信号電圧は前
置増幅器１４で増幅され、その出力はアナログ／デジタ
ル変換器２７に入力されてデジタル信号に変換される。

このアナログ／デジタル変換器２７にはクロック発生器
２２のタロツクを分周器２３で分周したシステムクロッ
クＳｈが入力され、これに同期して各サイクル毎にアナ
ログ／デジタル変換器２７からデジタル信号が入力され
るようになっている。

その他のハードの構成は第４図に示す構成とほぼ同一で
ある。

次に、第２図に示すタイミング図、第３図に示すフロー
チャート図を用いて第１図に示す実施例の動作を説明す
る。

第１図に示す分周器２３の出力に得られるシステムクロ
ックＳｈは第２図＜ａ）に示す波形であり、これがＣＰ
Ｕ２１に供給されている。

第３図のステップ１において、ＣＰＵ２１はこのシステ
ムクロックＳｈの割込タイミング（第２図（ｇ））に同
期してＲＯＭ２０に格納された所定の演算プログラムに
よりバス１８を介してタイミング信号出力ボート２４に
励磁波形の切換タイミングを示すタイミング信号を出力
する。

ステップ２において、タイミング信号比カポ−２４はこ
の切換タイミングを受け、タイミング信号５５−（第２
図（ｂ））、Ｓ４（第２図（Ｃ））、８３　（第２図（
ｄ））、Ｓ２（第２図（ｅ））をそれぞれ励磁回路１３
のスイッチＳＷ５、ＳＷ４、ＳＷ、＋　ＳＷ２に出力す
るか−或いはタイミング信号Ｓ４をスイッチＳＷ３　、
ｓｗａに同時に出力し、かつタイミング信号Ｓ２をスイ
ッチＳＷ２、ＳＷ５に同時に出力する。励磁回路１３は
これ等°）タイミング信号を受は第２図（ｆ＞に示す波
形の励磁電流１．を励磁コイル１２に出力する。この励
？ａ電流Ｉｆの波形は第２図（ｈ）（ｉ）に示すように
タイミング番号ｉがＯ〜１５で１サイクルを構成してこ
れを繰り返す波形でり、低周波の波形と高周波の波形を
乗算した乗算形の波形である。

次に、ステップ３に移行する。ステップ３〜ステツプ６
までは本実施例の特徴を示すアナログ／デジタル変換器
２７からのデータの読み込みの手順を示している。

ステップ３ではシステムクロックＳｈ　（第２図（ａ）
）に同期して各サイクル毎にアナログ／デジタル変換器
２７から入力されるデータを第２図（ｊ）に示すように
バス１８を介してＣＰＵ２１の制御の基にＲＡＭ１９の
所定のデータ領域Ｈｔに格納する。

次に、ステップ４に移り、読み込んだタイミング番号ｉ
が４〜７の範囲にあるかが否かを判断し、この範囲にな
ければステップ６に移行し、この範囲にあるならばステ
ップ５に移行する。

ステップ５では、第２図（ｋ）に示す加算演算タイミン
グ１のタイミング（タイミング番号ｉが４〜７）でＲＡ
Ｍ１９の所定のデータ領域Ｈｉに読み込まれた各データ
をＣＰＵ２１の制御の基に読み出して加算する加算演算
１を実行してＲＡＭ１９の所定のデータ領域・・・、Ｌ
ｏ（ｎ　　１）、Ｌ。（ｎ）、Ｌｏ　　（ｎ＋１）、・
・・に格納する。

次に、ステップ６に移り、読み込んだタイミング番号ｉ
が１２〜１５の範囲にあるかか否かを判断し、この範囲
になければステップ８に移行し、この範囲にあるならば
ステップ７に移行する。

ステップ７では、第２図（りに示す加算演算タイミング
２のタイミング（タイミング番号ｉが１２〜１５）でＲ
ＡＭ１９の所定のデータ領域Ｈ□に読み込まれた各デー
タをＣＰＵ２１の制御の基に読み出して加算する加算演
算２を実行してＲＡＭ１９の所定のデータ領域・・・、
Ｌｌ　（ｎ　　１）、Ｌｌ　（ｎ）、Ｌｔ　　（ｎ＋１
＞、・”に格納し、ステップ８に移る。

この後の第３図に示す各ステップでの判断、演算、およ
び処理については第５図（ｍ）、＜ｎ＞に示す演算タイ
ミング、第６図に示す処理フロー、第７図に示す演算図
に示す演算と同一である。

なお、低周波側の信号をサンプルして演算するステップ
５、ステップ７の加算演ｘ１．２はＬｏ　　（ｎ）＝Ｈ
ａ　　（ｎ）＋Ｈｓ　　（ｎ）Ｌ＋　　（ｎ）＝Ｈ＋　
２　　＜ｎ＞＋Ｈｔ　ａ　　（ｎ）により算出しても良
い。

また、今までの実施例では低周波と高周波の励磁電流の
波形を乗算的に合成した場合について説明したが、これ
に限ることはなく、例えば特願昭６２−１２４８７８号
の明細書に記載されているように加算的に合成した場合
にも同様に適用することが出来る。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、低周波と高周波の２つの波形が複合された信号電
圧を１つのアナログ／デジタル変換器により高周波のタ
イミングでデジタル信号に変換しこの結果から低周波の
信号を分離して所定の演算をするようにしたので、コス
トを低減することができ、特に高速のアナログ／デジタ
ル変換器を用いる場合に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は第１図に示す実施例の動作を説明する波形図、第
３図は第１図に示す実施例の信号処理の手順を示すフロ
ーチャート図、第４図は従来の電磁流量計の構成を示す
ブロック図、第５図は第４図に示す電磁流量計の動作を
説明する波形図、第６図は第４図に示す電磁流量計の信
号処理の手順を示すフローチャート図、第７図は第６図
に示すフローチャートにおける演算手順を示す演算図で
ある。 １０・・・導管、１２・・・励磁コイル、１３・・・励
磁回路、１８・・・バス、１９・・・ランダムアクセス
メモリ。 ２０・・・リードオンリメモリ、２１・・・マイクロプ
ロセッサ、２２・・・クロック発生器、２４・・・タイ
ミング信号出力ボート、２７・・・アナログ／デジタル
変換器。 ′ｊＡ６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 矩形波状の第１周波数を持つ磁場とこれより低い矩形波
   状の第２周波数を持つ磁場の２つの異なった周波数を有
   する複合磁場を供給する励磁手段と、この励磁手段によ
   り励磁され流量に対応して発生する信号電圧をデジタル
   信号に変換する１台のアナログ／デジタル変換手段と、
   マイクロプロセッサの制御により前記第１周波数に関連
   するタイミングで前記デジタル信号が読み込まれ第１信
   号として格納されるメモリと、このメモリに格納された
   前記第１信号のうち前記第２周波数に基づく矩形状の波
   形の切替直前の所定範囲における前記メモリに格納され
   た前記第１信号を前記マイクロプロセッサの制御により
   加算して第２信号として出力する加算手段と、前記第１
   信号を前記第１周波数に基づくタイミングで前記マイク
   ロプロセッサの制御により復調演算して出力する第１復
   調手段と、この第１復調手段の出力を前記マイクロプロ
   セッサの制御により高域ろ波演算する高域ろ波手段と、
   前記第２信号を前記第２周波数に基づくタイミングで前
   記マイクロプロセッサの制御により復調演算して出力す
   る第２復調手段と、この第２復調手段の出力を前記マイ
   クロプロセッサの制御により低域ろ波する低域ろ波手段
   と、前記高域ろ波手段と前記低域ろ波手段との各出力を
   前記マイクロプロセッサの制御により加算的に合成する
   合成手段とを具備することを特徴とする電磁流量計。