JPH02201120A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、導電性流体の流量を測定する電磁流量計の
改良に関する。

（従来の技術） この種の電磁流量計の励磁方式としては、古くは商用電
源励磁方式が、現在では方形波励磁方式が主流となり、
実用に起用されている。

また、古くから三角波励磁方式も提案されてはいるもの
の、種々の問題により実用化が遅れている。

商用電源励磁方式は、検出器励磁コイルを駆動する電源
（励磁電源）として商用電源を用いることから、取扱い
が簡単であり最も早く実用化が行われた。

しかしながら、この商用電源励磁方式では、検出器励磁
コイルを商用電源で励磁することから、流体、検出器電
力、変換器増幅器入力線が形成する閉回路にその変化率
が一定でない交番磁束が叉交するため、所３１９０　”
ノイズ、同相ノイズが発生し、それらノイズのため安定
度が悪いという大きな問題がある。

また、方形波励磁方式は検出器励磁コイルを低周波の２
値以上の値を持つ一定電流で駆動するもので、９０’、
同相ノイズが発生しないことから、安定性、消電力性等
で優れ、現在主流となっている。

しかし、この方形波励磁方式にあっても、バルブ液等の
ようなスラリー液体の１測定にあっては、スラリー液体
に含まれる固形物の影響により、検出器１ｒ１ｉの出力
中には多量の低周波ノイズ成分が含まれ、測定不可能と
なる場合があった。

即ち、スラリー液体の場合に発生するノイズは周波数が
低くなる程ノイズレベルが高くなる１／Ｆ型ノイズであ
り、励磁周波数（即ち流量信号周波数）が低い程そのＳ
／Ｎ値が悪くなり、またこれを回避するために励磁電流
を増加させ、流量信号を大きくすれば、消電力性が損な
われるばかりでなく、装置の大型化を招きその用途が著
しく制限される結果となる。

これに対して三角波励磁方式は励磁電源として電流が直
線的に増加あるいは減少する電源を用いるもので、励磁
ｔＳ流を徐々に変化させることから、検出器内部におけ
る電力損失が少なく、方形波励磁方式の励磁回路よりも
回路電圧を低く設定することができ、同一励磁周波数で
比較すれば方形波励磁方式よりも装置の小型化を図るこ
とかできる。

また、検出器電極からの信号中には、９０°ノイズは含
まれるものの、同相ノイズについては励磁電流が増加（
減少）から減少（増加）へ切換わる時以外には現れない
ため、ノイズ除去処理は原理的には可能である。

しかしながら、９０″ノイズが過大であること。

及び励磁電流切換時の処理が困難なこと等から今だ実用
に供されてはいない。

（発明が解決しようとする課題） スラリー液体を高安定に測定するためには、励磁周波数
を高めることが不可欠であるが、方形波励磁方式におい
て、励磁周波数を高めようとすると、励磁電源が大型化
してしまうという問題点がある。

即ち、方形波励磁方式においては、２値以上の安定した
磁束を素早く発生させる必要から、ある値の電流が流れ
ている状態でコイルに逆電圧を加え別の電流に切換える
ことを行っており、この場合安定した磁束を素早く得る
ためには高い逆電圧が必要となる。

従って、スラリー流体測定のために励磁周波数を上げよ
うとすると、磁束切換時間を更に短くしなければならな
いことから、加える電圧も一層増大せねばならず、磁束
の変化が大きいほど検出器内の渦電流による損失は大き
いため、このような損失を考慮すれば、切換時間の短縮
に必要とされる割合よりも一層変化電圧を増大させねば
ならない。

また、励磁電流を増加させる場合も同様であって、切換
時における検出器内部損失が増大することから、この損
失を考慮すれば、励磁周波数が同一の場合、本来必要な
電流増加分よりも更に多くの電力消費が必要となる。

一方、三角波励磁方式の場合にあっても、第７図に示さ
れるように、励磁電流２０−１として三角波を、またそ
の状態で流量値２０−２が変化すれば、真の流量信号２
０−３が得られるはずであるが、実際には過大な９０°
ノイズ２０−４が含まれることから、実際の信号２０−
５は過大な丸状パルスを含んだものとなり、そのため変
換器側増幅器においてダイナミックレンジ制限され、高
精度測定の妨げとなるという問題点がある。

この発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、そ
の目的とするところは、スラリー液体を高精度に測定す
ることができるようにした三角波励磁方式による電磁流
量計を提供することにある。

［発明の購成］ （課題を解決するための手段） この発明は、上記の目的を達成するために、流体が流れ
る測定管と、前記測定管の直径方向に相対峙してその内
壁に取付けられた電極と、前記測定管の管軸方向に磁束
を加える励磁コイルと、前記励磁コイルに対して三角波
乃は至略三角波励磁を行なう励磁回路と、前記電極から
の起電力信号から磁束極性切換時の前後一定期間分の信
号を除去する除去回路と、前記除去回路の出力信号にｚ
ナシて励磁半周期に対応する期間の積分値が零となるよ
うな補正を加える補正回路と、前記補正回路の出力信号
を整流平滑して流量信号を生成する整流平滑回路と、か
らなることを特徴とするものである。

（作用） このような構成によれば、検出器電極の誘起電圧信号中
より過大な９０°ノイズ成分を除去し、また比較的簡単
な回路構成によって、高安定、高精度な流量信号を生成
することができる。

（実施例） 第１図は本発明に係わる電磁流量計の一実施例を示す回
路図である。

同図において、検出器１は、流体が流れる測定管３と、
この測定管３の直径方向に相対峙してその内壁に取付け
られた電極４．４′と、測定管３の管軸方向に磁界を加
える励磁コイル２２゛とから構成されている。

一方、変換器５は励磁回路１５．増幅器６　スイッチ８
．増幅器９．補正回路１２．１３．スイッチ１０．１０
−．１１．１１”、整流回路１４゜出力回路１６とから
構成されている。

励磁回路１５は、検出器１内の励磁コイル２゜２′に対
して三角波励磁を行うようになっている。

増幅器６は、検出器１内の電Ｉ５！４．４−から送られ
てくる誘起電圧信号を増幅するものである。

スイッチ８は、増幅器６の出力信号７から、磁束極性切
換時の前後一定期間分の信号を除去する除去回路として
機能するものである。

増幅器９は除去回路の出力を増幅するものであり、補正
回路１２．１３及びスイッチ１０．ｉｆ’）１１．１１
−は増幅器９の出力信号に対して励磁半周期に対応する
期間の積分値が零となるような補正を加える補正回路と
して機能するものである。

整流回路１４は、この増幅器９の出力信号を平滑して流
量信号を生成するものである。

出力回路１６は、整流回路１４から得られる出力信号を
適宜レベル変換して外部へ出力するものである。

第３図は変換器５の更に具体的な一例を示す回路図であ
る。

同図に示されるように、励磁回路１５は、２個の基準電
圧源３１，３２．スイッチ３３．演算増幅器３４．抵抗
器３５．コンデンサ３６．電流出力回路３７により構成
されている また、増幅器９は、抵抗器４０．演算増幅器４１により
構成されている。

また、補正回路１２は、抵抗器４２．コンデンサ４３．
演算増幅器４４により構成されている。

また、補正回路１３は、抵抗器４５．コンデサ４６、演
算増幅器４７により構成されている。

そして、演算増幅器４４．４７の各出力は、スイッチ１
０’、１１−を経由した後、反転増幅器４つ、抵抗器３
９を介して演算増幅器４１の入力側へと帰還されている
。

また、整流回路１４は、スイッチ５０．反転増幅器５１
１時定数回路５２により構成されている。

そして、上述した各回路に含まれるスイッチ８゜１０．
１０−．１１．ｌｌ”、３３．５０は、クロック回路３
０から出力されるクロック信号５３５４．５５　（詳細
は第４図に示す）によりオン・オフ制御される。

次に、以上の構成よりなる電磁流量計の動作を第２図及
び第４図のタイミングチャートを参照しながら系統的に
説明する。

励磁回路１５内においては、スイッチ３３の切換により
方形波が作られ、これが演算増幅器３４を介して三角波
に変換され、更に、電流出力回路３７を介して電圧／電
流変換が行われ、これにより検出器１内の励磁コイル２
，２′には三角波電流が流れる（第２図２１−１参照）
。

また、測定管３内の流体の流量は適宜変動しているもの
と想定する（第２図２ｌ−２）。

すると、増幅器６の出力側には、パルス状を有する過大
な９０＠ノイズ及び同相ノイズを含んだ出力信号７が現
れる（第２図２１−３参照）。

この状態で、スイッチ８がクロック信号５５（第４図参
照）に同期してスイッチングを繰返すと、スイッチ８の
出力側には、磁束極性切換時の前後一定期間分の信号を
除去された信号が現れる（第２図２１−４参照）。

一方、スイッチ１０．１０−及びスイッチ１１゜１１′
は励磁半周期に対応して交互にオン・オフを繰返すため
（第２図２２−５．２２−６参照）、増幅器９の出力側
には、励磁半周期に対応する期間の積分値が零となるよ
うな補正が加えられた信号が現れる（第２図２２−７参
！ｆｆ１）。

次いで、増幅器９の出力信号は整流回路１４において整
流、平滑がなされ、その結果整流回路１４の出力側には
流量２１−２に対応した直流信号が出力される（第２図
２２−８点線参照）。

このように、本実施例によれば、９０″ノイズ成分及び
同ト目ノイズ成分が除去された高精度、高安定な流量信
号を比較的簡単な回路構成で得ることができる。

、即ち、除去回路を構成するスイッチ８においては、過
大なノイズ電圧が除かれるため、後段の回路等で飽和現
象等が発生することを防止することができる。

また、同を目ノイズが発生している。励磁電流の極性変
化直後の期間のみを除くと後に施される補正。

処理に支障を来すので、直前の信号も直後の期間を同じ
期間除かれる。

極性変化直後の期間では、信号から同相ノイズ。

９０″ノイズそして流量信号が取除かれ、直前の期間で
は９０″ノイズと流量信号が除かれる。この２期間の除
去により除かれるのは同−半周期内では９０６ノイズは
同一極性で同量１流量信号は極性が異なるが同量である
。

また、補正回路１２．１３における補正においては、補
正回路の時定数は励磁周期に比較して充分長いものとし
ており、また９０°ノイズは流体の電気型導度や検出器
の構造により決まり、流量により変化しないものとして
いる。９０″ノイズの変化は補正回路の時定数よりも充
分遅いものとする。これは実用上全く問題のない仮定あ
る。

励磁半周期のみ注目すれば、９０’ノイズは直流ノイズ
である。補正回路は増幅器の出力が０になるよう働くの
で補正回路の時定数を考慮すれば、増幅器の出力には直
流分が除去された。即ち９０６が除去された磁束変化に
比例した流量信号が現れることがわかる。

流量信号の変化は半周期積分することにより必ず零とな
る。

即ち正負の電流値は絶対値が等しいのでその電流に比例
する磁束及び流量信号は同様に極性が異なり、絶対値が
等しいのでその区間の積分は零である。前段で取除かれ
た流量信号骨は正負同量なのでこの結果に影響はない。

そのため、補正回路の出力は安定した状態では９０°ノ
イズ（半周期骨）を保持することになる。

半周期毎に９０＠ノイズは異なるので、当然２個の補正
回路は相異る補正値を保持する。

このように、補正回路の働きで９０″ノイズは除去され
、過大ノイズが含まれないので、増幅等が極めて容易と
なるのである。

従って、この実施例によれば、信号を短い時間のサンプ
リングにより取込み信号処理を行うということをしてい
ないので高い動作安定性を得ることができる。

また、スラリー液体によるノイズは１／Ｆノイズである
が高い周波数成分のノイズも多くあるのが通常であり、
信号を略全周期に亘って取込み、平均化できる本方式は
高周波数成分を容易に除去できる。

また、補正も略全周期に亘ってこおなわれているので、
外来ノイズによる誤補正の可能性もサンプリング方式に
比較して低いという効果がある。

補正回路１２．１３の主な誤差要因は演算増幅器の入力
オフセットであるが、これは整流回路１４によって除去
される。このことは、変換器内の前段に補正回路を配置
することができることであり（流量信号は低いレベルの
状態で補正が行えること、補正後のノイズの少い信号を
出力レベルまで増幅できること）、変換器を構成する演
算増幅器等の電子部品に関する要求が緩かになり、また
回路電圧等の設計が容易となる。

第５図は励磁回路１５の他の一例を示す回路図である。

第３図に示した励磁回路によると、三角形の頂点の部分
では磁束変化の方向が急変するため同相ノイズ成分が多
く発生する。

このノイズはスイッチ８の効果により除去されるが、除
去する分を減らすため同を目ノイズの発生を演算増幅器
６２によって軽減するものである。

即ち、抵抗器６０．コンデンサ６１．演算増幅器６２か
らなる遅れ要素の追加により三角形の頂点は丸くなり（
第６図参照）、磁束の変化は断続から連続になるため、
渦電流の発生、同相ノイズの発生が更に少なくなる。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、三角波
励磁方式で発生するノイズを除去するので励磁周波数を
高くしてスラリー流体測定用の電磁流量計を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる電磁流量計の一実施例を概略
的に示すブロック図、第２図は第１図における各部の信
号状態を示すタイミングチャート、第３図は変換器５の
具体的な一例を示す回路図、第４図は第３図におけるク
ロック信号の状態を示すタイミングチャート、第５図は
励磁回路の他の一例を示す回路図、第６図は第５図にお
ける各部の信号状態を示す波形図、第７図は従来の三角
波励磁方式の問題点を説明するためのタイミングチャー
トである。 １・・・検出器　　　　２，２′・・・励磁コイル３・
・・Ａｐｌ定管　　　　４，４′・・・電極５・・・変
換器　　　　６・・・増幅器８・・・スイッチ　　　９
・・・増幅器１０．１０’、１１．１１＝・・・・・・
スイッチ１２．１３・・・補正回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流体が流れる測定管と、前記測定管の直径方向に相対峙
   してその内壁に取付けられた電極と、前記測定管の管軸
   方向に磁束を加える励磁コイルと、前記励磁コイルに対
   して三角波乃至略三角波励磁を行なう励磁回路と、前記
   電極からの起電力信号から磁束極性切換時の前後一定期
   間分の信号を除去する除去回路と、前記除去回路の出力
   信号に対して励磁半周期に対応する期間の積分値が零と
   なるような補正を加える補正回路と、前記補正回路の出
   力信号を整流平滑して流量信号を生成する整流平滑回路
   と、からなることを特徴とする電磁流量計。