JPH03144314A

JPH03144314A - 電磁流量計

Info

Publication number: JPH03144314A
Application number: JP28452189A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kuromori; 黒森　健一; Takashi Torimaru; 尚鳥丸; Norihiro Shukutani; 憲弘宿谷
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1991-06-19
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JP2707762B2

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】りＮ・業」二の利用分野〉本発明は、導管の中の測定流体が空になるなどの異常状
態を検知する＄ｌａ流量計に係り、特に電極間に発生ず
るノイズ電圧か感度良く検知できるように改良された電
磁流量計に関する。

〈従来の技術〉電磁流量計では導管の中が空になったとき、電極に絶縁
性の異物が付着したとき、あるいは信号線が断線したと
きなどに生じる異常を自己検知することが出来れば便利
である。

このような従来の電磁流量計の構成を示ず１１７１２図
を第８図に示す。

１０は内面が絶縁され測定流体Ｑを流すことのできる専
管であり、この導管１０には測定流体Ｑと接液する一対
の検出型ｔｉ＆　１　］　ａ、ｌｌｂと測定流体Ｑを接
地する接液電極１２が導管１０とは絶縁されて固定され
ている。

検出電極１１ａ、ｌｌｂは前置増幅器１３の入力端に接
続されると共にダイオードＩ）１．１）２のカソードに
接続されている。これ等のダイオードＤ、、Ｉ）２のア
ノードは負電源−■にそれぞれ接続されている。接液電
極１２は共通電位点ＣＯＭに接続されている。

この測定流体Ｑに磁場を印加するための励磁コイル１４
はこの導管１０に近接して配置されている。

そして、これ等の専管１０などと励磁コイル１４などで
検出器１５を構成している。

励磁コイル１４には励磁回路１６から抵抗１（１を介し
て励磁電流１ｆが流されている。この抵抗Ｒ４の一端は
共通電位点ＣＯＭに接続され、１ｔ！！端はスイッチ回
路１７に接続されている。

この励磁回Ｉｐ６１６はタイミング回路１８からのタイ
ミング信号Ｓ、で制御されて、３つの定常状態、例えば
零、正、零、負を１サイクルとして繰り返す矩形波状の
励磁電流Ｉｆとされる。

一方、前置増幅器１３の出力端はスイッチ回路１７のサ
ンプリングスイッチＳＷ１の一端に、抵抗Ｒ１の他端は
サンプリングスイッチＳＷ２の一端にそれぞれ接続され
ている。

サンプリングスイッチｓｗ、　、ｓｗ２の＠！端はそれ
ぞれ流量演算回路２０の入力端に接続されると共に全検
知回路２１の入力端にも接続されている。

流址演算回ｖ８２０ではサンプリングスイッチＳＷ、で
サンプリングされた励磁電流Ｉｆが零、正、零、工１の
各状態の各サンプル電Ｊ−ＥＶｓ＋とサンプリングスイ
ッチＳＷ２でサンプリングされた励磁電流１ｆに比例し
た比較電圧Ｖ１２とを用いて所定の演算式を用いて流量
成分を演算する流Ｍ演算を実行して出力回路２２を介し
て出力端に流ｉ信すｖＱを出力する。この場合に、比較
電圧ｖＲは励磁電流１ｉの影響を除くためにサンプル電
圧Ｖ６、との割算に使用される。

一方、全検知回路２１は励磁電流１．が零、正、零、負
の各状態の各サンプル電圧Ｖｌｊ＋を用いて電極間に発
生する直流電圧成分を演算し、この直流電Ｉ十Ｖ　ｏと
測定流体Ｑが空になったときに検出量＠ｉ　］　１　ａ
、ｌｌｂ間に発生ずる直流ノイズの値に相当する設定値
Ｓ　Ｅｌ’と比較して、直流電圧ＶＤがこの設定値Ｓ　
Ｅ　１’の値を越えたときに保持信号Ｖ　Ｈ＋を出力回
路２２に送出し、流を信号ｖＱを例えば０％などに強制
的に固定する。

これ等のスイッチ回路１７、流量演算回路２０、全検知
回路２１などはそれぞれタイミング信号Ｓ２、Ｓ３およ
びＳ４などで演算の同期がとられている。

次に、以」二のように構成された電磁流量計の全検知の
動作について説明する。

負電源−■に対してダイオードＤ１、Ｄ２がそれぞれ逆
極性に接続されており、前置増幅器１３の入力インピー
ダンスは高いので、結局、定電流素子として機能するダ
イオードＤ、　、Ｄ２からのリーク″ｊｉ４流１１　＋
　、１１２が検出量＆１１ａ、１１ｂと接液電極１２と
の間に流れる。

従って、測定流体Ｑによる検出電極１１ａ（１１ｂ＞と
接液電極１２間の接液抵抗Ｒ＋ａ（Ｒ＋ｂ）とリーク電
流Ｔｆ＋　　（１１２）との積に対応する直流電圧Ｖａ
ａ　　（Ｖｄｂ　）がそれぞれの検出電極１１ａ、ｌｌ
ｂに発生する。

しかし、測定流体Ｑが専管１０の中に満たされていると
きは、接液抵抗Ｒ＋　ａ　（Ｒｆｂ　）が小さいので、
発生する直流電圧Ｖａａとｖｃｔｂとの差は小さく、サ
ンプル電圧ＶＳ＋を用いて演算される直流電圧も小さい
。

しかし、測定流体Ｑが空になったときは、接液抵抗ＦＬ
ｉａ　（ｕｓ　ｂ　）が大きくなるのでこれとリーク電
流＋１＋　　（ｌｚ２）との積も大きくなり、一般にこ
れ等の差電圧が大きくなる。したがって、サンプル電圧
ｖｓ、を用いて演算される直流電圧も大きくなり、設定
値Ｓ　Ｅ’ｆ’を越える。

このため、全検知回路２１はその出力端に保持信号Ｖ　
１１　＋を出力して出力回路２２の流量信りｖＱを例え
ば０％に固定する。この場合に設定値ＳＥＴとしては、
検出量ｌ１１１ａ、ｌｌｂに発生する分極電圧のアンバ
ランスを考慮して例えば０゜７Ｖ程度に相当する値に設
定される。

なお、以上の全検知機能は、同時に電極に絶縁性の異物
が付着したとき、あるいは信号線か断線したときなどに
生じる異常などの場合にも同様に機能する。

く本発明が解決しようとする課題〉しかしながら、以上のような電磁流量計の全検知回路で
は高人力インピーダンスが要求される前置増幅器１３の
入力端をダイオードで構成される定電流回路が知略する
こととなるので、全体として入力インピーダンスの低下
を栢さ、また検出電極に直流電流を流すので検出電極の
表面状態が変化し精度低下の要因をなし、さらに全検知
の電圧が検出電極により形成される分極電圧の影ぜを受
けるので設定値ｓ　Ｅ’ｒを小さくすることが出来ず、
ａ！１定流体Ｑが空になるなどして異常が起こり始めた
初期の段階でこの異常を検知することが困難となる。こ
のため、回路が飽和して正常復帰に時間を要するという
問題がある。

く課題を解決するための手段〉本発明は、以上の課題を解決するために、正励磁と負励
磁と非励磁の３つの励磁状態を持って流体に磁場を印加
し電極に発生ずる電極間電圧を信号処理して流量信号を
出力する電磁流層、計において、正励磁から非励磁に移
行する第１期間と負励磁から非励磁に移行する第２期間
とを含む非励磁期間とでそれぞれ電極間電圧をサンプリ
ングして第１サンプル信号と第２サンプル信号を出力す
るサンプリング手段と、第１サンプル信号と第２サンプ
ル信号との差を演算して差信号を出力する差演算手段と
、この差信号と所定の基準値とを比較してこの基準値を
越えたときに異常１８号を出力する異常検出手段とを具
備するようにしたものである。

く作　用〉サンブリンク手段で正励磁から非励磁に移行する第１期
間と５’ｆ励磁から非励磁に移行する第２期間とを含む
期間とでそれぞれ電極間電圧をサンプリングして異常の
場合に発生ずる大きな微分ノイズを第１サンプル信号と
第２サンプル信ｉ１として出力し、これ當・のサンプル
信号の差を差演′：Ａ、ｆ段で演算した差信号を用いて
異常を検出するので、電極間に発生ずる直流電圧が除去
された状態でしかも励磁電圧が最大の値となる第１、第
２期間で電極間電圧を検出することになり、異常ノイズ
として発生ずる微分ノイズの検出感度が向」ユする。

く実繕例〉以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。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
。なお、第７図に示す従来の電磁流量計と同一の機能を
有する部分については同一の符号を付して適宜にその説
明を省略する。

励磁コイルには、零、圧、零、負を１サイクルとして緑
り返す３ｆｔｉを持つ励磁電流Ｉ、が流されて、検出″
’ｊｉ＆　１１　ａ、ｌｌｂには測定流体Ｑの流麗に対
応する起電力が発生する。

検出電極１１ａ、ｌｌｂは発生した起電力を電極間電圧
ｅとして検出し、前置増幅器１３はこの電極間電圧ｅを
増幅して、その出力信号をスイッチ回路１７に出力する
。

この出力信号はスイッチ回路１７で選訳されて、サンプ
ル回路２３．２４にサンプル電圧Ｖ６２として出力され
る。サンプル回路２３でサンプリングされたサンプル電
圧ＶＳ３と、サンプル回路２４でサンプリングされたサ
ンプル電圧ＶＳａとはそれぞれ内蔵するアナログ／デジ
タル変換器でデジタル信号に変換されてマイクロコンピ
ュータ２５に収り込まれる。

マイクロコンピュータ２５はサンプル回路２３でサンプ
リングされたサンプル電圧ＶＳ３を用いて流量演算を実
行し、またサンプル回路２４でサンプリングされたサン
プル電圧ｙｓ４を用いて全検知演算を実行する。これ等
の流量演算プログラム、全検知演算プログラムはマイク
１７コンビユタ２５に内蔵されているＲ　Ａ　Ｍあるい
はＲＯＭなどのメモリに格納されている。

流量演算は励磁電流の零、正、工１、零の各励磁期間の
後段の安定した時点でサンプリングされメモリに格納さ
れた４個の各サンプル電圧Ｖ　ｓ３を用いてメモリに格
納された流量演算プログラムにしたがってマイクｔ７プ
ロセツサ２５の制御の下に流最成分か演算される。

また、全検知演算は正励磁から零（非）励磁に移行する
移行期間’Ｉ’、、および負励磁から零（非）励磁に移
行する移行期間′ｌ′２を含んでサンプリングされメモ
リに格納された２個のサンプル電圧Ｖｓ４を用いて、メ
モリに格納された全検知演算プログラムにしたがってマ
イクロプロセッサ２５の制御の下に演算がなされる。こ
の全検知演算プログラムではこれらの２個のサンプル電
圧ＶＳａの差を演算して差データを算出し、この差デー
タがあらかじめメモリの中に格納された基準データと比
較されて差データがこの基準データを越えたときに異常
（空）と判断して流延出力を所定の値に保持する演算を
実行する。

この基準データは、例えば導管１０の中が満水状態のと
きに電極間に発生するノイズ電圧と導管１０の中が空に
なったときに電極間に発生するノイズ電圧との差をあら
かじめ調査しておきこの差を考慮して決定される。他の
異常状態、例えば電極に絶縁性の付着物が付いたのを検
知する［１的ならばその異常状態に対応する値に設定さ
れる。

サンプル回路２３はタイミング信１）Ｓう、サンプル回
路２４はタイミング信号Ｓ６、マイクロコンビｌ−夕２
５はタイミング信号Ｓ７によりそれぞれ制御される。

以上のようにしてマイクロコンピュータ２５で演算され
た演算結果は出力回路２２を介して流Ｉ信号■Ｑ−とし
て出力される。

次に、以りのようにして構成された実施例の動作につい
て第２図、第３１ｒｉｌｌ、第４図を用いて説明する。

励磁電流Ｉｆは第２図（イ）に不ずように正励磁状態１
ｆ０、ゼロ励磁状態Ｏ１工１励磁状態−１ｆ０の３つの
励磁状態を持って励磁＝！イル１４に流されている。こ
の際に、これ雪の励磁状態間の移行は正励磁１ｆｏから
ゼロ励磁０へ移行する移行期間′Ｉ’、、ゼロ励磁Ｏか
ら負励磁−１ｆｏへ移行する移行期間１”２、負励磁−
１ｆｏからゼロ励磁０に移行する移行期間１’、、ゼロ
励磁０から正励磁Ｔｆｏへ移行する移行期間′■゛４を
ともなっている。

このため、検出電極１１ａ、ｌｌｂ間には第２図（０）
に示すように励磁電流Ｉｆに相似な波形の流域信号ＥＳ
が発生ずる。

また、検出電格１１ａ、ｌｌｂ間には励磁電流【ｆが変
化する移行期間１゛、〜Ｔ４で第２図（ハ）に示すよう
に測定流体Ｑ中に流れる渦電流などによる微分ノイズＮ
Ｏが発生し、この移行期間′ｒ。

〜、′「４か経過した後、所定の期間を経過して微分ノ
イズＮｏが消滅する。

流ｉｉｔ借りは、サンプル回路２３において微分ノイズ
Ｎｏか消滅した各励磁期間の後段で第２図（ニ）に示す
タイミング信号Ｓ５でサンプリングされたサンプルミル
ｖｓ３を用いて演算される。

また、空検知信号は、サンプル回路２４において各移行
期間１’、　、’Ｉ’３で発生した微分ノイズＮＯを含
むゼロ（非励磁）期間でサンプリングするタイミング信
号Ｓ、（第２図（ホ））でサンプリングされたサングル
電圧ＶＳ４を用いて演算される。この中には移行期間１
’＋　、　’Ｉ’３の励磁電流Ｉｆに比例する信号成分
が含まれているがこの値は過渡期のみであるので通常は
小さいとして問題がない。

正励磁Ｉｆｏおよび負励磁−Ｉｆｏが印加されている期
間は、第２図（ハ）に示すように流量信号が電極間に誘
起されているが、移行期間′Ｉ′１、′Ｉ゛３を含むタ
イミング信号Ｓ６　　（第２図（ポ））でサンプリング
することによって、サンプル回路２／１の出力Ｖ　９４
は大きなノイズ分のみを得ることが出来る。ただし、移
行期間’ｉ’、　、’ｉ”の間に発生ずるわずかな信号
成分も同時にサンプリングされるが、大部分はノイズで
あり焦視出来る。

移行期間’ｆ’　ｊ　、’１”　３では互いに励磁電流
１ｆの変化の方向が反対であるので、サンプリングされ
る微分ノイズＮＯの極性の方向は互いに反対である。マ
イクロコンピュータ２５では移行期間１゛。

を含むゼロ期間と、移行期間′■′３を含むゼし７期間
とでサンプリングされたサンプル電圧Ｖ５４の差を演算
して求める。この場合にこの中に含まれる微分ノイズは
極性が反対なので２倍の大きさとなって検出されるが、
検出量＆１１　ａ、ｌｌｂに発生ずる直流ミルは同極性
のため除去される。

さらに、マイクロコンピュータ２５はこの微分ノイズを
所定の基準レベルと比較するが、専管１０の中に」１定
流体Ｑがある場合には、通常はこの微分ノイズは小さく
、所定の基準レベル以下と判断することとなる。この基
準レベルは導管１０の中に測定流体が満たされていると
きに生じる微分ノイズより大きく設定される。

次に、専管の中が空になったときの全検知の動作につい
て第３図、第４図を用いて詳しく説明する。

専管１０の中が空になったときは、第３図に示すように
検出電極１１ａ（ｌｌｂ）と接液電極１２との間に形成
される接液抵抗Ｒ＋　ａ　（Ｒｔ　ｂ　）が極めて大き
くなる。従って、励磁コイル１４と検出型ｔ７ｆ！１１
　ａ　（１１，ｂ　）との間に形成される浮遊容ＪＥｔ
Ｃａ（Ｃｂ）と接液抵抗ｎｔ　ａ　（ｒｊｆ　１１　＞
とで励磁電圧Ｖｆを分圧した大きな微分状の分圧電圧が
励磁電流Ｉｔ　　（第４図（イ））に比例してブト生ず
る信号電圧に重畳されて第４図（ロ）に示すｇ　＆間電
圧ｅとして出力される。このうち斜線で示した部分が微
分状の分圧電圧である。

以−にのようにして発生した電極間電圧ｅは、第４図（
ハ）に示すタイミング信号Ｓ６でサンプル回路２４によ
りサンプリングされる。このサンプル電圧Ｖｓ４は第４
図（ｔ７＞の斜線で示す大きな微分ノイズを含んでいる
。

この後のマイクロコンピュータ２５による信り処理につ
いてはＨ１ｌ＋定流体Ｑか導管１０に満たされている場
合と同様であるが、サンプルされたサンプル電ＪＥ　Ｖ
　ｓ　ａは所定の基準レベルを越えているので、マイク
＋７　二？ンピュータ２５は異常（空）状態と判断する
ことになり、出力回路２２に例えば０％に強制的に振り
切らせる１ａす処理を指示することとなる。

なお、以上の説明では、基準レベルとして一定の場合を
想定して説明したが、第４図（１７）に示すように電極
間電圧ｅには励磁電流の移行期間で発生する１５１号電
圧も重畳されている。また、ｆ言号電住についてはサン
プル電圧Ｖ５３を用いて演算により求めることができる
ので、この信号電圧翌基準値に加算することによりより
正確な判定をすることもできる。

さらに、サンブリンクされたサンプル電ＥＥ　Ｖ　！；
４には導管１０の中に流れるスラリー流体により発生す
る瞬時的なノイズに大きく影響されることかある。この
様な場合には、サンプル電圧ＶＳ４をマイクロコンビ、
ｌ−夕２５により基準値と比較する椙成としてもＪ（い
。

サンプル電圧Ｖ　６４のサンプリングについては無周期
に必ず行う必要はなく、適宜に行っても良いまた。ノイズ分のサンプリング期間はゼロ励磁の期間の
全てに亘る必要はない０例えば、第７図に示すように流
量信号のサンプリング信号Ｓ５（第７図（ロ）〉が休止
している間にサンプリング信号Ｓｓ　　（第７図（ハ）
）によりノイズのサンプリングを行うこともできる。こ
のようにすれば、１個のサンプル回路２３のみを用いて
演算をすることもできる。

第１図に示す実施例では、電極間電圧は前置増幅器１３
を介してスイッチ回＆＠１７に供給したが、第５図に示
すようにこの前置増幅器１３の後段にバイパスフィルタ
ー２６を挿入して交流結合とすることもできる。この場
合は検出電極の直流電位の変動を除ノ々して微分ノイズ
のみの判定が可能である。

また、励磁電流の波形については第２図に示ず零、正、
零、１１の各レベルを繰り返す波形だけではなく、例え
ば、第６図に示すようにＪ１励磁状態を持ち低周波と高
周波を含む励磁′Ｊ：、流Ｉ、　　−を励磁：１イルに
流すいわゆる２周波励磁の場合についても適用すること
ができる。

〈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、前置増幅器の前段に定電流１ｉｉ１路などのイン
ピータンス低下の要因をなす回路を挿入しないので高入
力インピーダンスを維持することができ、また検出電極
に直流電流を流さないので検出電極の表面状態の変化に
起因する誤差要因を発生させず、さらに所定のサン１９
フフ１０１間でサン１リングしたサンプル電圧を用いて
流延Ｇ５号を演算するとともにこの流＃信号の演算に用
いない期間であり異常（空）のときに大きな電圧を発生
する移行期間でサンプリングしたサンプル電圧を用いる
ようにしたので、感度良くつまり異常（空）の開始の初
１０１段階で早期に異常（空）検知をすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の組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図に示す実施例の空検知の動作を説明する説
明図、第４図は第３図に示ず空検知の動作を説明する波
形図、第５図は本発明の第２の実施例の要部構成を示す
ブロック図、第６図は本発明の第３の実施例の要部を示
す励磁電流の波形を示す波形図、第゛７図は本発明の第
４の実施例の要部を示す励磁電流の波形を示す波形図、
第８図は従来の電磁流星計の絹成を示すブロック図であ
る。１ｏ＝−ｓ管、１．１　ａ、１　ｌ　ｂ　・・・検出型
棒、１２・・・接液型棒、１３・・・前置増幅器、１４
・・・励磁コイル、１５・・・検出器、１６・・・励磁
回路、１７・・・スイッチ回路、１８・・・タイミング
回路、２０・・・流量演算回路、２１・・・全検知回路
、２２・・・出力回路、２３．２４・・・サンプル回路
、２５・・・マイクロコンピュータ。

Claims

【特許請求の範囲】

正励磁と負励磁と非励磁の３つの励磁状態を持って流体
に磁場を印加し電極に発生する電極間電圧を信号処理し
て流量信号を出力する電磁流量計において、前記正励磁
から前記非励磁に移行する第１期間と前記負励磁から前
記非励磁に移行する第２期間とを含む非励磁期間でそれ
ぞれ前記電極間電圧をサンプリングして第１サンプル信
号と第２サンプル信号を出力するサンプリング手段と、
前記第１サンプル信号と第２サンプル信号との差を演算
して差信号を出力する差演算手段と、この差信号と所定
の基準値とを比較してこの基準値を越えたときに異常信
号を出力する異常検出手段とを具備することを特徴とす
る電磁流量計。