JPH0419516A - 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） 本発明は導電性流体の流量を測定する電磁流量計に関す
る。

（従来の技術） 電磁流量計としては、過去においては商用電源励磁方式
のものが、また現在においては方形波励磁方式のものが
主流となり実用に供されている。

商用電源励磁方式の電磁流量計は検知器の励磁コイルを
駆動する電源（励磁電源）として商用電源を用いており
、電源が簡便であることにより最も早く実用化されてい
た。

しかし、検知器の励磁コイルを商用電源で励磁している
ので、流体、検知器、変換器の増幅器入力線によって構
成される閉回路に常時変化する磁束が通過し、この磁束
によって閉回路に起電圧が発生し、９０度ノイズや同相
ノイズが発生してしまい、回路の安定度が悪いという大
きな問題があった。

また、方形波励磁方式の電磁流量計は検知器の励磁コイ
ルを２値以上の値を持つ低い周波数（商用電源の１／〜
１／１６程度の周波数）の定電流で駆動するため、９０
度ノイズ、同相ノイズの発生を防止することができ、こ
れによって回路の安定化、省電力化などを図ることがで
きるため、現在、主流として使用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような方形波励磁方式の電磁流量計
においは、パルプ液、その他のスラリー流体の測定にあ
っては、スラリー流体に含まれる固形物の影響により、
信号に低周波のノイズが多く重畳されるので、このよう
なスラリー流体の流量測定を行なうことができないとい
う問題があった。

また、スラリー流体が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、いわゆる１／ｆノイズ
（ｆは周波数）であるため、励磁周波数（即ち、流量信
号周波数）が低い程、そのＳ／Ｎ比が悪化してしまう。

そこでこのような問題を解決するために、励磁周波数を
上げることが考えられるが、このような方形波励磁方式
の電磁流量計では、２値以上の安定した磁束を素早く発
生させるために、ある値の電流が流れている状態で逆電
圧を加え、他の電流値に切り替えるようにしているので
、安定した磁束を早く得るために高い逆電圧を高速で切
替なければならない。

しかし、このように磁束の変化を大きくすると、検知器
内の渦電流による損失が増加するとともに、切替時間を
短縮する割合以上に励磁コイルに印加する電圧を増加さ
せなければならないため、実用化が難しい。

そこで、このような問題を解決する方法として、励磁電
流を増加させることも考えられるが、このようにすると
、省電力の特徴が失われるだけでなく、電磁流量計の巨
大化を招き、一般に使用できる装置ではなくなってしま
う。

そこで、このような方形波励磁方式の電磁流量計の問題
点を解決するものとして、三角波励磁方式の電磁流量計
が提案されている。

三角波励磁方式の電磁流量計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て測定を行なう
。

そして、励磁電流を徐々に変化させることから検知器内
の損失が少なく、また方形波励磁方式の励磁回路より回
路電圧などを低くできるため、周波数を上げることによ
りスラリー流体のようなものの流量測定を行なう時でも
Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。

また、同じ励磁周波数であるならば、方形波励磁方式の
電磁流量計の励磁回路よりも励磁回路部分を小型化する
ことができる。

しかしながら、このような三角波励磁方式の電磁流量計
においては、第４図（ｂ）に示す如くある速度で導電性
流体が流れている状態で、第４図（ａ）に示す如く磁束
を変化させたとき、検知器から第４図（ｃ）に示すよう
な流量に応じた信号が出力されるが、この信号中には第
４図（ｄ）に示す如く励磁電流が増加から減少に切り替
わるとき、または減少から増加に切り替わるときに同相
ノイズ１０１が重畳され、また励磁電流が増加または減
少しているとき９０度ノイズ１０２が重畳される。

そして、励磁電流が増加から減少に切り替わるとき、ま
たは減少から増加に切り替わるとき以外、同相ノイズ１
０１が含まれないため、信号処理により同相ノイズ１０
１を取り除くことができるものの、９０度ノイズ１０２
が過大てあり、また励磁電流の切り替え時の処理が難し
いため、未だ実用化されていない。

本発明は上記の事情に鑑み、過大な９０度ノイズの信号
処理方法を改善することにより、三角波励磁方式を実用
化してスラリー流体の流量を高い安定度で、かつ高い精
度で測定するとかできる電磁流量計を提供することを目
的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明による電磁流置針は
、流体を流す測定管と、この測定管の直径方向内面の対
向する各面に設けられた電極と、前記測定管の軸方向と
直交する磁束を測定管内部に発生させる励磁コイルとを
備え、前記電極に発生する起電圧により流体流量を測定
する電磁流量計において、三角波状の励磁電流を発生し
て前記各励磁コイルを励磁する励磁部と、前記各電極に
発生する各起電圧に応じた信号に基づいて前記各起電圧
の変化分を抽出する変化分抽出部と、この変化分抽出部
によって抽出された変化分の所定部分を切り出して平均
化する選択平均化部と、この選択平均化部によって得ら
れた平均化結果に基づいて前記測定管内を流れる前記流
体の流量を示す流量信号を生成する流量信号生成部とを
備えたことを特徴としている。

（作用） 上記の構成において、励磁部によって三角波状の励磁電
流を生成させて測定管の各側面に設けられた各励磁コイ
ルを励磁させるとともに、変化分抽出部によって前記測
定管内の他の各側面に設けられた各電極に発生する各起
電圧の変化分を抽出させ、選択平均化部によって前記変
化分の所定部分を切り出させて平均化させた後、流量信
号生成部によって前記平均化結果から前記測定管内を流
れる前記流体の流量を示す流量信号を生成させる。

（実施例） 第１図は本発明による電磁流量計の一実施例を示すブロ
ック図である。

この図に示す電磁流量計は導電性流体］の流量を検知す
る検知器２と、この検知器２の出力を信号処理して前記
導電性流体１の流量を示す流量信号を出力する変換器３
とを備えており、変換器３から出力される三角波状の励
磁電流により検知器２を駆動して前記導電性流体１の流
量に応じた信号を出力させるとともに、この信号を変換
器３によって信号処理して流量信号を生成し、これを外
部に出力する。

検知器２は流量測定対象となる導電性流体１が流れる測
定管４と、この測定管４の上下に各々配置される励磁コ
イル５．６と、前記測定管４内の両側面に各々取り付け
られる電極７．８とを備えており、前記変換器３から供
給される三角波状の励磁電流によって励磁コイル５．６
を励磁して測定管４内の導電性流体１に磁束を与えて、
そのとき各電極７．８に発生する起電圧を前記導電性流
体１の流量に応じた信号として変換器３に供給する。

変換器３はクロック発生回路１０と、励磁回路１１と、
差動増幅器１２と、保持回路１３と、差回路１４と、第
１平均化回路１５と、第２平均化回路１６と、差動回路
１７とを備えており、三角波状の励磁電流により検知器
２を駆動して前記導電性流体１の流量に応じた信号を出
力させるとともに、この信号を信号処理して流量信号を
生成し、これを外部に出力する。

クロック発生回路１０は基本クロック信号を発生する発
振器やこの発振器によって得られた基本クロック信号を
分周する各種の分周器等を備えており、分周動作によっ
て第２図（ａ）に示すサンプリング指令信号を生成しこ
れを保持回路１３に供給するとともに、第２図（ｂ）に
示す励磁極性指定信号を生成しこれを励磁回路１１に供
給する。

また、第２図（Ｃ）に示す第１平均化指令信号と、第２
図（ｄ）に示す第２平均化指令信号とを生成しこれらを
第１平均化回路１５と、第２平均化回路１６とに各々供
給する。

励磁回路１１は第２図（ｅ）に示す如く前記クロック回
路１０から励磁極性指定信号が供給されているときには
、正方向に増加する励磁電流を生成し、また前記クロッ
ク回路１０から前記励磁極性指定信号が供給されていな
いときには、負方向に増加する励磁電流を生成するとと
もに、これによって得られた三角波状の励磁電流を前記
励磁コイル５．６に供給して測定管４内の導電性流体１
に時間とともにその大きさおよび極性が交互に変化する
磁束を与える。

また、差動増幅器１２は前記検知器２の各電極７．８か
ら出力される各信号の差を取り出して第２図（ｆ）に示
す検知信号を生成しこれを保持回路１３と差回路１４と
に供給する。

保持回路１３は非反転入力端子によって前記差動増幅器
１２から出力される検知信号を取り込む演算増幅器２０
と、前記クロック回路１０からサンプリング指令信号が
供給されたとき幅の狭いサンプリング信号を発生するワ
ンショット回路２１と、このワンショット回路２１から
サンプリング信号が出力されたとき閉しるスイッチ２２
と、このスイッチ２２が閉しられているとき前記演算増
幅器２０から出力されている電圧を取り込んで保持する
コンデンサ２３と、このコンデンサ２３に保持されてい
る電圧を取り込んでこれを増幅率“１”て増幅して前記
演算増幅器２０の反転入力端子に供給して前記スイッチ
２０が閉じられている間、電圧バッファループを構成す
るとともに、増幅動作によって得られた電圧を基準検知
信号として前記差回路１４に供給するバッファアンプ２
４とを備えている。

そして、この保持回路１３は前記クロック回路１０から
サンプリング指令信号が供給される毎に、前記差動増幅
器１２から出力されている検知信号をサンプリングホー
ルドしてこれを基準検知信号として前記差回路１４に供
給する。

差回路１４は前記差動増幅器１２から出力される検知信
号を分圧する２つの抵抗２５．２６と、非反転入力端子
によって前記抵抗２５．２６によって分圧された検知信
号を取り込む演算増幅器２７と、前記保持回路１３から
出力される基準検知信号を前記演算増幅器２７の反転入
力端子に導く入力抵抗２８と、前記演算増幅器２７の出
力端子から出力される差信号を前記演算増幅器２７の反
転入力端子に導く帰還抵抗２９とを備えており、前記保
持回路１３から出力される基準検知信号と前記差動増幅
器１２から出力される検知信号との差を抽出して第２図
（ｇ）に示す差信号を生成し、これを第１平均化回路１
５と、第２平均化回路１６とに供給する。

第１平均化回路１５は前記クロック回路１０から第１平
均化指令信号が出力されているときに閉じるスイッチ３
０と、抵抗３１およびコンデンサ３２を有し前記スイッ
チ３０が閉じられているとき前記差回路１４から出力さ
れる差信号を取り込んで平均化する積分回路３３とを備
えており、前記クロック回路１０から第１平均化指令信
号か供給されているとき、第２図（ｈ）に示す如く前記
差回路１４から出力される差信号を取り込んでこれを平
均化して差動回路１７の非反転入力端子に供給する。そ
して、前記クロック回路１０から第１平均化指令信号が
供給されなくなったとき、これが再び供給されまで、最
後に得られた平均化結果を前記差動回路１７の非反転入
力端子に供給し続ける。

また、第２平均化回路１６は前記クロック回路１０から
第２平均化指令信号が出力されているときに閉じるスイ
ッチ３４と、抵抗３５およびコンデンサ３６を有し前記
スイッチ３４が閉じられているとき前記差回路１４から
出力される差信号を取り込んで平均化する積分回路３７
とを備えており、前記クロック回路１０から第２平均化
指令信号が供給されているとき、第２図（ｈ）に示す如
く前記差回路１４から出力される差信号を取り込んでこ
れを平均化して差動回路１７の反転入力端子に供給する
。そして、前記クロック回路１０から第２平均化指令信
号か供給されなくなったとき、これが再び供給されまて
、最後に得られた平均化結果を前記差動回路１７の反転
入力端子に供給し続ける。

差動回路１７は前記第１平均化回路１５から出力される
第１平均化信号と、前記第２平均化回路１６から供給さ
れる第２平均化信号との差を抽出して第２図（ｉ）に示
す流量信号（直流電圧信号）を生成し、これを外部に出
力する。

次に、第１図および第２図を参照しながらこの実施例の
動作を説明する。

まず、クロック回路１０から出力される励磁極性指定信
号の有無に応じて、励磁回路１１は三角波状の励磁電流
を発生して検知器２の励磁コイル５．６を励磁し測定管
４内を流れる導電性流体１に磁束を与える。

これによって、各電極７．８に前記磁束の太きさ、極性
、導電性流体１の流速等に応じた起電圧が発生してこれ
が差動増幅器１２によって取り込まれて検知信号が生成
され、これが保持回路１３と、差回路１４とに供給され
る。

またこの動作と並行して、タイミング回路１０からサン
プリング指令信号が出力される毎に、保持回路１３は前
記差動増幅器１２から出力される検知信号を取り込んで
次のサンプリング指令信号が供給されるまでの間、前記
検知信号を保持しながらこれを基準検知信号として差回
路１４に供給する。

差回路１４は前記保持回路１３から供給される基準検知
信号と、前記差動増幅器１２から供給される検知信号と
の差を抽出して９０度ノイズ成分を除去しこの抽出結果
を差信号として第１平均化回路１５と、第２平均化回路
１６とに供給する。

またこの動作と並行して、前記タイミング回路１０から
第１平均化指令信号が出力されたとき、第１平均化回路
１５は前記第１平均化指令信号が供給されている間、即
ち前記検知器２の各励磁コイル５．６に供給される励磁
電流が単純増加し各電極７．８から出力される信号に同
相ノイスか重畳されていないとき、前記差回路１４から
出力される差信号を取り込んでこれを平均化するともに
、次の第１平均化指令信号が供給されるまで平均化動作
によって得られた第１平均化信号を差動回路１７に供給
する。

この後、前記タイミング回路１０から第２平均化指令信
号が出力されたとき、第２平均化回路１５は前記第２平
均化指令信号が供給されている間、即ち前記検知器２の
各励磁コイル５．６に供給される励磁電流が単純減少し
各電極７．８から出力される信号に同相ノイズが重畳さ
れていないとき、前記差回路１４から出力される差信号
を取り込んでこれを平均化するともに、次の第１平均化
指令信号が供給されるまで平均化動作によって得られた
第２平均化信号を差動回路１７に供給する。

そして、差動回路１７はこれら第１平均化回路１５から
出力される第１平均化信号と、第２平均化回路１６から
出力される第２平均化信号との差を抽出して流量信号を
生成しこれを外部に出力する。

このようにこの実施例においては、保持回路１３と、差
回路１４によって検知器２から出力される信号の固定成
分を除去することにより前記信号中に含まれる９０度ノ
イズ成分を除去し、第１平均化回路１５、第２平均化回
路１６によって予め決められた期間だけ差回路１４から
出力される差信号の取り込みを禁止して前記差信号中に
含まれている同相ノイズを除去するようにしたので、三
角波励磁方式によってスラリー流体等の流量をも高い安
定度で、かつ高い精度で測定するとかできる。

第３図は本発明による電磁流量計の他の実施例を示すブ
ロック図である。なおこの図においては、第１図の各部
と対応する部分に同じ符号が付しである。

この図に示す電磁流量計が第１図に示す流量計と異なる
点は前記保持回路１３に代えて保持回路１３ｂを設ける
とともに、前記差回路１４に代えて保持回路１３ｂを設
けたことである。

保持回路１３ｂは２つのコンデンサ４０．４１と、４つ
のスイッチ４２〜４５と、１つの演算増幅器４６とを備
えており、前記クロック回路１０からサンプリング指令
信号が供給される毎に、各コンデンサ４０．４１によっ
て差動増幅器１２から出力されている検知信号を交互に
サンプリンクホールドさせて演算増幅器４６から反転基
準検知信号を出力させこれを差回路１４ｂに供給する。

前記スイッチ４２は前記クロック回路１０からサンプリ
ング指令信号が供給されていないとき、前記コンデンサ
４０の一端を接地させ、前記サンプリング指令信号が供
給されているとき、前記コンデンサ４０の前記一端を差
動増幅器１２の出力端子に接続する。

また、スイッチ４４は前記クロック回路１ｏがらサンプ
リング指令信号が供給されていないとき、前記コンデン
サ４０の他端を演算増幅器４６の非反転入力端子に接続
し、前記サンプリング指令信号が供給されているとき、
前記コンデンサ４ｏの前記他端を接地させる。

そして、これらスイッチ４２．４４の協調動作によって
前記前記クロック回路１０からサンプリング指令信号が
供給されているとき、コンデンサ４０によって前記差動
増幅器１２から出力される検知信号を取り込ませてこれ
を保持させ、この後前記サンプリング指令信号か供給さ
れなくなったとき、前記コンデンサ４０に保持されてい
る検知信号の極性を反転させて演算増幅器４６の非反転
入力端子に供給させる。

また、前記スイッチ４３は前記クロック回路１０からサ
ンプリング指令信号が供給されていないとき、前記コン
デンサ４１の前記一端を差動増幅器１２の出力端子に接
続させ、前記サンプリング指令信号が供給されていると
き、前記コンデンサ４１の一端を接地させる。

また、スイッチ４５は前記クロック回路１０からサンプ
リング指令信号が供給されていないとき、前記コンデン
サ４１の前記一端を接地させ、前記サンプリング指令信
号が供給されているとき、前記コンデンサ４１の他端を
演算増幅器４６の非反転入力端子に接続させる。

そして、これらスイッチ４３．４５の協調動作によって
前記クロック回路１０からサンプリング指令信号か供給
されていないとき、コンデンサ４１によって前記差動増
幅器１２から出力される検知信号を取り込ませてこれを
保持させ、この後前記サンプリング指令信号が供給され
たとき、前記コンデンサ４１に保持されている検知信号
の極性を反転させて演算増幅器４６の非反転入力端子に
供給させる。

演算増幅器４６は反転入力端子と出力端子とが接続され
て電圧バッファを構成しており、前記各コンデンサ４０
．４１から反転された極性の検知信号が供給されている
とき、これを増幅率“１”で増幅して反転基準検知信号
を生成するとともに、これを差回路１４ｂに供給する。

差回路１４ｂは反転入力端子が接地された演算増幅器４
８と、前記保持回路１３ｂから出力される反転基準検知
信号を前記演算増幅器４８の非反転入力端子に導く入力
抵抗４９と、前記差動増幅器１２から出力される検知信
号を前記演算増幅器４８の非反転入力端子に導く入力抵
抗５０と、前記演算増幅器４８の出力端子から出力され
る差信号を前記演算増幅器４８の非反転入力端子に導く
帰還抵抗５１とを備えており、前記保持回路１３ｂから
出力される反転基準検知信号と前記差動増幅器１２から
出力される検知信号とを加算して前記検知信号と前記反
転基準検知信号を反転した値との差を抽出するとともに
、この抽出結果を差信号として第１平均化回路１５と、
第２平均化回路１６とに供給する。

このように構成することにより、この実施例においては
、第１図に示す電磁流量計と同様に三角波励磁方式によ
ってスラリー流体の流量を高い安定度で、かつ高い精度
で測定するとかできるとともに、測定精度に影響する抵
抗器や演算増幅器の使用数を低減させることができ、こ
れによって高い精度の電磁流量計を安価に制作すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、三角波励磁方式に
よってスラリー流体の流量を高い安定度で、かつ高い精
度で測定するとかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電磁流量計の一実施例を示すブロ
ック図、第２図は第１図に示す電磁流量計の動作例を示
す波形図、第３図は本発明による電磁流量計の他の実施
例を示すブロック図、第４図は従来から提案されている
三角波励磁方式の電磁流量計の測定動作例を示す波形図
である。 １・・・流体（導電性流体） ２・・・検知器 ３・・・変換器 ４・・・測定管 ５．６・・・励磁コイル ７．８・・・電極 １１・・・励磁部（励磁回路） １３・・・変化分抽出部（保持回路） １４・・・変化分抽出部（差回路） １５・・・選択平均化部（第１平均化回路）１６・・・
選択平均化部（第２平均化回路）１７・・・流量信号生
成部（差動回路）代麩弁七三好秀和 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体を流す測定管と、この測定管の直径方向内面
   の対向する各面に設けられた電極と、前記測定管の軸方
   向と直交する磁束を測定管内部に発生させる励磁コイル
   とを備え、前記電極に発生する起電圧により流体流量を
   測定する電磁流量計において、 三角波状の励磁電流を発生して前記各励磁コイルを励磁
   する励磁部と、 前記各電極に発生する各起電圧に応じた信号に基づいて
   前記各起電圧の変化分を抽出する変化分抽出部と、 この変化分抽出部によって抽出された変化分の所定部分
   を切り出して平均化する選択平均化部と、この選択平均
   化部によって得られた平均化結果に基づいて前記測定管
   内を流れる前記流体の流量を示す流量信号を生成する流
   量信号生成部と、を備えたことを特徴とする電磁流量計
   。