JPH01248022A - 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、流体の流量とともに、導電度を同時に計測で
きる電磁流量針に関する。

〔従来技術〕

導電性流体を計測するには、電磁流量計などの流量計が
用いられている。　近時、流量のみでなく流体の性質、
例えば導電度に関する情報を必要とする度合が高まって
きている。

〔本発明が解決しようとする課題〕

従来の電磁流量針は、流量を計測するだけの機能しかな
いため、流体の導電度を計測するには、別の計測器を必
要とし、システム全体が複雑となる欠点がある。

そこで本発明は、電磁流量計をわずかに変更することで
、流体の流量と導電度の両方を同時に計測できる電磁流
量針を提供することが特許請求の範囲第１項記載の発明
の目的である。

又、特許請求の範囲第２項記載の発明は、計測管内の流
体が非満水であることを検出する電磁流量計を提供する
ことが目的である。

更に、特許請求の範囲第３項記載の発明は、消費電力の
少ない電磁流量計を提供することが目的である。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的を達成するために、本発明の電磁流量計
においては、計測管に流れる流体の流れる方向と直角な
磁束を発生する手段と、流れによって流体に発生する誘
起電圧を検出するため流体に接して計測管に設けられた
２個の電極とを有する電磁流量計において、励磁電流の
切換わりに同期した電気インパルスを一方の電極と接地
との間に供給し、この電気インパルスにより流体の電気
抵抗に発生する電圧降下を検出し、流体の流量と導電度
に夫々対応する流量信号と導電度信号とを得るようにし
たことを特徴とするものである。

又、流体の電気抵抗に発生する上記電圧降下を増幅して
基準電圧と比較し、基準電圧を越えることにより、計測
管内の流体が非満水であることを検出し、上記第２の目
的を達成する。

更に、上記第３の目的を達成するために、導電度が小さ
くなる程励磁磁界を大きくするようにした。

〔作用〕

本来流体の流速に応じた誘起電圧を検出する２個の電極
の一方と接地との間に、励磁電流に同期した電気インパ
ルスを供給するため、この一方の電極と接地との間の流
体の電気抵抗に生じる電圧降下が、流体の導電度と対応
する。　そのため、流体の流速に応じた流量信号と、流
体の導電度に応じた導電度信号の両方を得ることができ
る。

又、計測管内の流体が非満水となり、前記電気インパル
スを供給している電極が露出すると、前記電圧降下が大
幅に上昇する。　従ってこの電圧降下を基準電圧と比較
することで、流体が非満水であることを検出できる。

更に、励磁磁界を常時小さくしておいて、導電度が小さ
くなると、励Ｍ！磁界を大きくする。　流体の伝導度が
小さいと、流速に応じた誘起電圧即ち流量信号が小さく
なるとともに、そのばらつきも大きくなりＳ／Ｎ比が悪
くなるが、流体の導電度が小さくなったことを導電度信
号の変化で検出して、励磁磁界を増すと、流量信号のば
らつきが減少する。　従って平均的な消費電力の少ない
電磁流量針が実現できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の１実施例である。　一端を接地した電
源Ｆ、ｓとスイッチＳｌ及び抵抗Ｒｓを直列に接続した
パルス注入回路９を設け、Ｒｓの一端と２個の電極の一
方、例えば電極２ａと接続する。　スイッチＳ１を励磁
電流に同期して、短時間ＯＮすると、電極２ａには抵抗
Ｒｓを通して一方向（例えば正方向）のみの電気インパ
ルスが与えられる。　印加されたインパルス電圧は、電
極とアース間の流体の電気抵抗Ｒｆと前記抵抗Ｒｓによ
り分圧された電圧（以下電気抵抗Ｒｆによる電圧降下と
呼ぶ）となり、流速に応じた誘起電圧とともに電極２ａ
　−２ｂで検出される。　差動増幅器３の出力電圧は２
つのサンプリング回路７とｌＯに供給される。　サンプ
リング回路７の出力は流量信号であり、出方回路８によ
りデジタルコード又は４〜２０ｍＡなどのアナログ信号
等に変換され外部へ出力される。　サンプリング回路ｌ
Ｏの出力は、Ａ／Ｄ変換器１１でデジタル量に変換され
た後、マイクロコンピュータ１２”ｉ”本Ｑ明で求めよ
うとしている導電度信号に変換された後、出力回路１３
により流量信号と同様にデジタルコード又は４〜２０（
イ）Ａなどとして外部に出力される。

この間パルス注入回路９、励磁回路４、サンプリンク回
路７及び１０．　Ａ／Ｄ変換回路１１などはタイミング
回路６によって制御される。

第２図は一連の動作のタイミングを示す。

第２図Ａは励磁コイルに流れる励磁電流を示す。

第２［ｍＢはパルス注入回路９のスイッチＳｔがＯＮす
るタイミングを示す。　インパルス流入回路９から電極
２ａに流入するのは、励磁電流が切換ゎる時点をスター
ト点としてスイッチｓ１をＯＮＬ、励磁電流の半サイク
ルより短い一定時間幅のパルスである。　半サイクルよ
り短いということは、流量信号のサンプリング領域への
影響が大きくならない程度に短いことと、電極と流体間
の電気化学作用を十分小さく抑えれる程度に短いという
意味である。

第２図Ｃはパイプ内の流体の電気抵抗Ｒｆと抵抗Ｒｓに
よる分圧により発生した電圧降下を示す。

この電圧は電極とアース間の流体の電気抵抗Ｒｆに比例
し、そのとき流体が流れておれば、電極間には第２図り
のような波形が現れる。　即ち電気抵抗Ｒｆによる電圧
降下分と流速に比例した誘起電圧骨が重なった形になっ
て現れる。　波形の立上り部分（ａｔ及び３２部分）は
電気抵抗Ｒｆによる電圧降下分が大きな比重をしめ、波
形の中央部分（ｂｌ及びｂ２部分）は流量信号が主体で
ある。

なお３２部は流、量信号が負であるため、これとＣのパ
ルスが重なったものはａｌと異なる波形である。　ここ
で励磁電極の切換りやパルスの流入により出力波形には
スパイク状の細いノイズが発生するが、第２図のＣ，Ｄ
では、これを省略しである。

次に、このＤの波形とａｌ、ａ２とｂｌ、ｂ２をそれぞ
れ別々にサンプリングする。

ａｌ、ａ２部分のみサンプリングしたのが、第２図のＥ
である。　第２図のＥは電気抵抗Ｒｆによる電圧降下分
の比較が大きい部分ａｌ、ａ２のみを取り出して図示し
たもので、第２図のＦは流量信号分が主体となる部分ｂ
１．ｂ２だけを取り出して図示したものである。

次に、このａｌ、ａ２及びｂｌ、ｂ２をそれぞれ別々に
サンプリングして出力信号とする。

第１図において、サンプリング回路７は電磁流量計にか
けるニ般的なサンプリング方法である同期整流を行ない
、ｂｌ部の面積は正極性のままサンプリングし、ｂ２部
の面積は逆極性に反転させてサンプリングし、両者を加
算する。　この結果、ｂｌ、ｂ２部の流量信号は加算さ
れるが、ｂｌ。

ｂ２部に含まれるＲ「による電圧降下分の微小な尾引き
は互いに逆極性となって打消し合い除去され、流量信号
のみが出力回路８で出力信号に変換される。

一方、サンプリング回路１０は３１部の面積と３２部の
面積を単に加算した値としてＡ／Ｄ変換器１１に送る。

このようにするとＲｆによる電圧降下分は和となり、ａ
ｌ、３２部に含まれる流量信号分は、逆極性であるため
、相殺して打消し合う。

この結果Ｒｆによる電圧降下分のみがＡ／Ｄ変換回路１
１に供給される。

第３図はＲｆの電圧降下による出力信号と流体の導電度
との関係の概略を示す。　導電度が高くなれば出力信号
が減少し、導電度が低くなれば出力信号は大きくなり、
Ｒｆによる電圧降下分と導電度は一定の関係を持つ。

この第３図の関係から導電度を算出することが可能であ
り、この算出は第１図のマイクロコンピュータ１２で容
易に実現できる。　このため、１台の電磁流量計で流量
信号と導電度の２つを同時に計測することができる。　
また第１図ではＡ／Ｄ変ｔ！！！！器１１とマイクロコ
ンピュータ１２を用いた構成であるが、導電度の算出及
び′：Ｘ報を出すなどの処理が容易であるために例とし
て図示したものであって、Ａ／Ｄ変換器及びマイクロコ
ンピュータソのものは本発明の必須要件ではない。

第４図乃至第７図は他の４つの実施例で、何れも励磁、
電極、差動増幅器までは第１図と同じである。

第４図に示す第２の実施例では、差動増幅器３の出力を
コンパレータ１４の一方の入力に接続し、コンパレータ
の他方の入力には基準電圧Ｅｃを接続する。　この構成
により、流体の電気抵抗Ｒｆが成る一定値を越えたとき
、コンパレータ１４の出力が反転するため、その事を検
出できる。　例えば計測管内の水が無くなると、流体の
電気抵抗Ｒｆは実質的に無限大となるため、Ｒ「による
電圧降下は大きくなる。　従って差動増幅器と基準電圧
Ｅｃの関係を選ぶことにより、計測管の非満水を検出で
きる。　即ちＲｆが無限大（非満水時）になると、コン
パレータ１４の出力の極性は反転し、これをマイクロコ
ンピュータ１２が検出することにより、非満水信号を出
したり、流量信号を零にするなど、非満水時に必要な処
理が可能となる。　この非満水検出は一般の電磁流量計
にパルス注入回路９とコンパレータ１４及び基準電圧Ｅ
ｃを加えるだけで構成でき、流量計測を防害することな
く常時非満水を監視することができる。

第４図ではコンパレータ１４の出力はマイクロコンピュ
ータ１２に直接接続されているが、第５図のようにコン
パレータ１４の出力にワンショットフリップフロップ２
３を挿入して波形整形してもよい。

また第５図に示す第３の実施例ではコンパレータ１４の
入力側にコンデンサＣＩと抵抗Ｒ１からなる微分回路２
５、さらに増幅器２０を挿入した例を示す。

この微分回路２５によりＲｆによる電圧降下分だけを増
幅することにしているため、過大な流量が流れた場合に
も流量信号によりコンパレータ１４が誤動作する可能性
を防ぐことができる。　この場合、信号用増幅器は差動
増幅器２１と増幅器２２に分けて、２１の出力に微分回
路２５の入力端を接続することが望ましい。

第６図の第４の実施例は、導電度信号を得ろことにより
、流体の導電度が低くなった時、励磁電圧を増加又は励
磁周波数を高くすることにより流量信号のバラツキを小
さくするものである。

第６図は基本的には第１図と同じであるが、励磁回路及
び流量信号の処理方法が一部異なる。

第１図における励磁回路４をスイッチ回路２８と外部か
ら抵抗Ｒνの値により出力信号を変更できる励磁用電源
２６とに分ける。　抵抗の値はアナログスイッチをマイ
クロコンピュータ１２で切換えることにより変更するこ
とができる。

第６図のサンプリング回路７は第１図の場合と同様に流
量信号を同期整流した後、Ａ／Ｄ変換器２４でデジタル
量に変換してマイクロコンピュータ１２に送る。

一方、導電度信号は第１図と全く同様にして検出し、マ
イクロコンピュータ１２に入力される。

この導電度が所定の値以下となった場合、マイクロコン
ピュータ１２は励磁電源２６の電圧設定抵抗Ｒｖの値を
変化させて、励磁電圧、即ち励磁電力を増加させる。

これにより出力信号は励磁電圧に比例して大きくなり、
ＳＮ比が改善されるため導電度の低下による出力のバラ
ツキを小さくすることができる。

励磁電圧を変化させた時は、流量信号の大きさを変化す
るので、励磁電圧の変化倍率で、流量信号をマイクロコ
ンピュータ１２の中で割算することは容易である。

また励磁周波数を高くすることによっても、流量信号の
バラツキを小さくすることが可能であるが、マイクロコ
ンピュータ１２でタイミング回路６のクロック周波数を
変化させることにより、励磁周波数をコントロールする
ことは可能である。

第７図に示す第５の実施例は磁界発生の方法として、残
留磁気方式を用いた場合を示す。

残留磁気方式は残留磁気回路２７に励磁電流をインパル
ス状に短時間流すことにより、矩形波磁界が発生する方
式であるため、第７図の励磁回路２８のようにスイッチ
と電源の負側の間に抵抗Ｒ２を挿入することにより、第
１図におけるパルス注入回路９と同等の機能が得られる
。　抵抗Ｒ２の電圧降下を抵抗Ｒｓを通じて一方の電！
％２ａにインパルスとして注入する。

以下の動作は他の例示と全く同様である。

以上の実施例におけるＲ「による電圧降下分のサンプリ
ング期間は、第２図のＢ及びＥで示されるようにスイッ
チＳ１がＯＮする期間に等しい。　これは１例であり、
第２図Ｅで示されるサンプリング期間はスイッチＳｌの
ＯＮ時間より短くてもよく、逆に長くともよい。

さらに第２図りの波形の全体を積分回路に印加して、全
面積を求めてもよい。　この場合、流量信号は半周期ご
とに逆極性であるため打消し合ってＲ「による電圧降下
分だけが得られ、スイッチＳｌのＯＮ時間だけサンプリ
ングする実施例と同様になる。　ただし、差動増幅器３
のオフセント電圧を考慮すれば、第２図のようなサンプ
リング期間が望ましい。

パルス注入の方法に対する他の実施例を第８図ａ〜Ｃに
示す。

第８図ａはパルス注入回路９と一方の電極２ａの間にコ
ンデンサＣ５を挿入した例である。　Ｃ５を入れること
により、パルス注入回路９が直流オフセントを持つ場合
でも、インパルスだけを注入することができ、オフセッ
トにより差動増幅ｒ５３が影響を受けない。

第８図すは差動増幅器３がコンデンサＣ３、抵抗Ｒ３及
びコンデンサＣ４、抵抗Ｒ４を通じ°ζ電極に接続され
る交流結合の場合の実施例である。　、この場合はコン
デンサＣ３と電極２ａの間にパルス注入回路９を接続す
ることにより、他の実施例と同様の効果が１７られる他
、パルス注入回路９が直流のオフセットを持つ場合でも
差動増幅器３に影響を与えない。

第８図Ｃはパルス注入回路９において、抵抗Ｒｓをコン
デンサＣｓに置換えた実施例である。　この場合の各部
の波形を第９図に示す。

第９図のＡ、　Ｂ、　Ｃは第２図のＡ、　Ｂ、　Ｃに対
応ずものであり、Ｄ、Ｅ、Ｆは第２図と同様であるため
省略する。

第９図ＢのタイミングでスイッチＳｌがＯＮすると、心
棒２ａには第９図Ｃのような微分波形が発生ずる。　こ
の波形は流体抵抗Ｒ「に、電極とアース間の極めて微小
なストレイキャパシティＣｉｎが並列に加わることによ
り、電気抵抗ＲｆとコンデンサＣｓだけの場合の理想的
な微分波形の立上りがなまったものである。

この第８図Ｃの構成も信号増幅以後の流量信号と導電度
信号の分用１検出は他の実施例と全く同様である。　た
だし、導電度信号のサンプリング期間はスイッチＳ１の
ＯＮ時間に等しいか、それ２下であることが望ましい。

Ｒ「による電圧降下分の値は、流量信号と同程度の値か
ら１００倍程度が望ましい。　Ｒｆによる電圧降下は抵
抗ＲｓとＲｆの比率によって決まるため、抵抗Ｒｓは流
体の電気抵抗Ｒｆに対して充分大きな値が必要となり、
小さくとも数ＭΩ、大きい場合は数１０００ＭΩが必要
となる。

数１０００ＭΩといった大きな抵抗は高価であり、寸法
も大きいため微少容量（数ＰＰ−数１０００ＰＦ）のコ
ンデンサＣ８で置換えることは、計器の低コスト化や小
型化にメリットが大きい。

〔発明の効果〕

（１１電磁流量計の流量計測機能を全く損なわず、また
、その大部分の回路をそのま＼利用し、小数の部品で済
むパルス注入回路及びサンプリング回路１０、Ａ／Ｄ変
換器１１を設けることにより流量信号と導電度信号を分
離することができるため、電磁流量計のコストを上げる
ことなく、２つの信号を同時に１７ることができる。

使用者は、電磁流量計を設置ずろのみで、そこに流れる
流量とその導電度（水質）の両方を知ることができ、水
質の監視が可能となる。

このことは、上水道での末端の配管誤接続による、汚水
や薬品の引込み等の監視に極めて有効である。

また、下水道で使用される場合も、水質の汚染度合によ
って、どのくらいの処理簡力が必要かなどの有効な情報
源となる。

（２）導電度が無限大又は一定レベル以上になったこと
を検出することができる。　この非満水であることを検
出することにより、電磁流量計の出力信号を強制的に零
又は零以下にすることにより、受信器側で積算針が異状
カウントするなどの誤動作を防ぐことができる（一般の
電磁流量計は、非満水時には出力が零以下から最大流量
以上の間で、どこになるか不確実となり、時間的にも変
動する。）非満水時には電磁流量針は計測動作をする必
要が無いため、バッテリー動作の電磁流量計では励磁電
流を止めるなどの処理により、消費電力を大幅に下げる
ことが可能となる。

（３）電磁流量計は一般に、高導電度流体では出力信号
のバラツキが小さく、低導電流体では出力信号のバラツ
キは大きくなる性質を有する。

このバラツキは励磁磁界を強くすることによりバラツキ
を押さえることができる。

また、励磁の周波数を高くすることによってもバラツキ
を押さえることができる。　流体が時々低導電度になる
場合、例えば薬品混合のような場合、低導電度となった
ときのみ励磁電圧（又は電流）を大きくしたり、励磁周
波数を高くすることによりバラツキを押さえるようにす
れば全体として消費電力を押さえることができる。

特に残留磁気型の励磁方式の場合、周波数を高くするこ
とは消費電力の増加になるため、通常は低周波励磁で動
作させ、低導電度になったときのめ励磁周波数を高くす
ることは、平均的な消費電力が少なくなり、バッテリー
動作の場合に動作時間を拮くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例、第４図乃至第７図は他の実施
例、第２図はタイミングチャート、第３図は流体の導電
度と出力信号の関係を示す線図、第８図ａ、ｂ、ｃは他
の実施例の要部、第９図Ａ。 Ｂ、Ｃは第８図の波形を示す図、第１０図は従来の電磁
流量針の一例を示す図である。 １・・・計測管、２ａ、　２ｂ・・・電極、３・・・増
幅器、５・・・励磁コイル、９・・・パルス注入回路、
１４・・・コンパレータ、Ｅｃ・・・基準電圧 第２図 ＜　　　　　　１：Ｑ（Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、計測管に流れる流体の流れる方向と直角な磁束を発
   生する手段と、流れによって流体に発生する誘起電圧を
   検出するため流体に接して計測管に設けられた２個の電
   極とを有する電磁流量計において、励磁電流の切換わり
   に同期した電気インパルスを一方の電極と接地との間に
   供給し、この電気インパルスにより流体の電気抵抗に発
   生する電圧降下を検出し、流体の流量と導電度に夫々対
   応する流量信号と導電度信号とを得るようにしたことを
   特徴とする電磁流量計。 ２、流体の電気抵抗に発生する電圧降下を増幅して基準
   電圧と比較し、基準電圧を越えることにより、計測管内
   の流体が非満水であることを検出するようにした特許請
   求の範囲第１項記載の電磁流量計。 ３、導電度信号の大きさに応じて励磁磁界を変化させ、
   かつ導電度が小さい程励磁磁界を大きくするようにした
   特許請求の範囲第１項記載の電磁流量計。