JPH04339217A - Electromagnetic flowmeter - Google Patents

Electromagnetic flowmeter

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JPH04339217A
JPH04339217A JP1215491A JP1215491A JPH04339217A JP H04339217 A JPH04339217 A JP H04339217A JP 1215491 A JP1215491 A JP 1215491A JP 1215491 A JP1215491 A JP 1215491A JP H04339217 A JPH04339217 A JP H04339217A
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JP
Japan
Prior art keywords
high frequency
noise
calculating
differential
flow rate
Prior art date
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Pending
Application number
JP1215491A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Torimaru
尚 鳥丸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP1215491A priority Critical patent/JPH04339217A/en
Publication of JPH04339217A publication Critical patent/JPH04339217A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable the computing of a flow rate with a range of cycle of a high frequency by computing a flow rate signal with a cycle of high frequency as base using a time constant, a low frequency and a high frequency amplitude of a differentiatial noise and a sampling data. CONSTITUTION:In a microprocessor (MPU) 19, a timing signal Ts2 is applied to an excitation circuit 15 and an excitation current If containing two kinds of frequencies... high an low... is applied to a measuring fluid Q as magnetic field through an excitation coil 14. When on a symmetry exists on the up stream and down stream sides with respect to a line aligning detection electrodes 11 and 12, low and high frequency differential noises are generated with respect to a noise electromotive force which is generated in a fluid Q between the electrodes 11 and 12. A voltage between the electrodes 11 and 12 is read into a memory of the MPU 19 through a differential amplifier 16, a sampling circuit 17 and an A/D converter 18. The MPU 19 uses a time constant, low and high frequency amplitudes of a differentiatial noise and a sampling data to compute a flow rate signal with the cycle of the high frequency.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、高い周波数で励磁する
電磁流量計に係り、特に測定流体の中に発生する微分ノ
イズなどの影響を受けないように改良した電磁流量計に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electromagnetic flowmeter that is excited at a high frequency, and more particularly to an electromagnetic flowmeter that is improved so that it is not affected by differential noise generated in a fluid to be measured.

【0002】0002

【従来の技術】本出願人はこの種の電磁流量計として特
願平3−7316(発明の名称:電磁流量計)を平成3
年1月24日に出願している。この電磁流量計は、励磁
手段により励磁コイルに高周波電流とこれより低い周波
数の低周波電流を重畳して流して測定流体にこれ等の複
合磁場を印加し、次に、サンプリング手段でこの高周波
電流における高周波のタイミングにより測定流体に発生
した電圧をサンプリングしてサンプリングデ−タとして
出力し、更に、ノイズ演算手段により低周波電流におけ
る低周波の周期内でこのサンプリングデ−タの時系列的
変化を用いて測定流体の流量に無関係なノイズ成分を算
出して、この後、流量演算手段によりこのノイズ成分と
サンプリングデ−タとを用いてノイズの影響を受けない
流量信号を演算するようにしたものである。
[Prior Art] The present applicant filed Japanese Patent Application No. 3-7316 (title of invention: Electromagnetic Flowmeter) in 1991 as an electromagnetic flowmeter of this type.
The application was filed on January 24th. In this electromagnetic flowmeter, a high-frequency current and a low-frequency current with a lower frequency are applied to the fluid to be measured by superimposing a high-frequency current and a low-frequency current with a lower frequency into an excitation coil using an excitation means, and then the high-frequency current is applied to the fluid to be measured using a sampling means. The voltage generated in the fluid to be measured is sampled according to the high frequency timing of the signal and output as sampling data, and the noise calculation means is used to calculate the time-series changes in this sampling data within the period of the low frequency of the low frequency current. A noise component unrelated to the flow rate of the measured fluid is calculated using a flow rate calculation means, and then a flow rate signal that is not affected by noise is calculated using this noise component and sampling data by a flow rate calculation means. It is.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の電磁流量計は、微分ノイズのパラメ−タを算出する
ために、第1に低周波の周期のオ−ダで流量変化がない
、第2に低周波周期のオ−ダで電極の直流ノイズに変化
がない、のいずれかの条件が成立するアプリケ−ション
にしか使用できないという問題がある。具体的には、前
者では高速応答を必要とするアプリケ−ションに、後者
では電極の電位が不安定となるスラリ−を含む流体を測
定するアプケ−ションには使用できない。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in order to calculate the differential noise parameter, this conventional electromagnetic flowmeter first calculates a flow rate that does not change on the order of a low frequency period. However, there is a problem in that it can only be used in applications where one of the following conditions is met: there is no change in the DC noise of the electrode on the order of a low frequency cycle. Specifically, the former cannot be used for applications that require high-speed response, and the latter cannot be used for applications that measure fluids containing slurry, where the electrode potential becomes unstable.

【0004】0004

【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、励磁コイルに3値の定常値をとる高周
波電流とこれより低い周波数の2値の定常値をとる低周
波電流を重畳して流し測定流体にこれ等の電流によって
発生する複合磁場を印加する励磁手段と、先の各定常値
において電極に発生した電圧をサンプリングしてサンプ
リングデ−タとして出力するサンプリング手段と、少な
くとも高周波の1周期内でサンプリングされた4つの先
のサンプリングデ−タを用いてこれ等の代数演算により
電極に発生した流量信号成分と直流ノイズ成分と微分ノ
イズのうち高周波成分を除去して低周波微分電圧のみを
算出するノイズ算出手段と、低周波の同一半周期内でサ
ンプリングされた複数の低周波微分電圧の比率を演算し
これから微分ノイズの時定数を算出する時定数演算手段
と、この時定数と先の低周波微分電圧を用いて微分ノイ
ズの低周波成分の低周波振幅を演算する低周波振幅演算
手段と、先の時定数と先の低周波振幅とを用いて先の微
分ノイズの高周波成分の高周波振幅を演算する高周波振
幅演算手段と、先の時定数と先の低周波振幅と先の高周
波振幅と先のサンプリングデ−タを用いて高周波の周期
をベ−スとして流量信号を演算する流量演算手段とを具
備するようにしたものである。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention provides an excitation coil with a high frequency current that takes three steady values and a low frequency current that takes two steady values at a lower frequency. excitation means for applying a composite magnetic field generated by these currents to the flow measurement fluid by superimposing them; and sampling means for sampling the voltage generated at the electrode at each of the above steady-state values and outputting it as sampling data; Using the four previous sampling data sampled within at least one period of high frequency, these algebraic operations are used to remove high frequency components among the flow rate signal component, DC noise component, and differential noise generated at the electrode. a noise calculating means for calculating only the frequency differential voltage; a time constant calculating means for calculating the ratio of a plurality of low frequency differential voltages sampled within the same half period of the low frequency and calculating a time constant of the differential noise from this; low frequency amplitude calculation means for calculating the low frequency amplitude of the low frequency component of the differential noise using the time constant and the previous low frequency differential voltage; A high frequency amplitude calculating means for calculating the high frequency amplitude of the high frequency component of Flow rate calculation means for calculating .

【0005】[0005]

【作  用】励磁手段により励磁コイルに3値の定常値
をとる高周波電流とこれより低い周波数の2値の定常値
をとる低周波電流を重畳して流し測定流体にこれ等の電
流によって発生する複合磁場を印加する。サンプリング
手段は先の各定常値において電極に発生した電圧をサン
プリングしてサンプリングデ−タとして出力する。ノイ
ズ算出手段は、少なくとも高周波の1周期内でサンプリ
ングされた4つの先のサンプリングデ−タを用いてこれ
等の代数演算により電極に発生した流量信号成分と直流
ノイズ成分と微分ノイズのうち高周波成分を除去して低
周波微分電圧のみを算出する。そして、時定数演算手段
により低周波の同一半周期内でサンプリングされた複数
の低周波微分電圧の比率を演算しこれから微分ノイズの
時定数を算出し、低周波振幅演算手段によりこの時定数
と先の低周波微分電圧を用いて微分ノイズの低周波成分
の低周波振幅を演算する。高周波成分についても、同様
に高周波振幅演算手段により先の時定数と先の低周波振
幅とを用いて先の微分ノイズの高周波成分の高周波振幅
を演算する。流量演算手段は先の時定数と先の低周波振
幅と先の高周波振幅と先のサンプリングデ−タを用いて
高周波の周期をベ−スとして流量信号を演算する。
[Operation] The excitation means superimposes a high-frequency current that takes a three-value steady value in the excitation coil and a low-frequency current that takes a two-value steady value of a lower frequency, and generates the fluid to be measured by these currents. Apply a compound magnetic field. The sampling means samples the voltage generated at the electrode at each of the above steady-state values and outputs it as sampling data. The noise calculation means calculates the high frequency component of the flow rate signal component, DC noise component, and differential noise generated in the electrode by performing these algebraic calculations using the four previous sampling data sampled within at least one period of high frequency. is removed and only the low frequency differential voltage is calculated. Then, the time constant calculation means calculates the ratio of a plurality of low frequency differential voltages sampled within the same half period of the low frequency, calculates the time constant of the differential noise from this, and the low frequency amplitude calculation means calculates the time constant of the differential noise. The low frequency amplitude of the low frequency component of the differential noise is calculated using the low frequency differential voltage of . Regarding the high frequency component, the high frequency amplitude calculation means similarly calculates the high frequency amplitude of the high frequency component of the differential noise using the above time constant and the above low frequency amplitude. The flow rate calculating means calculates a flow rate signal based on the period of the high frequency using the above time constant, the above low frequency amplitude, the above high frequency amplitude, and the above sampling data.

【0006】[0006]

【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図1は本発明の1実施例の構成を示す構成図で
ある。10はセラミックパイプ或いは内面に絶縁のため
のライニングが施されたステンレススチ−ルなどの非磁
性の導管である。更に、導管10とは絶縁して一対の検
出電極11、12が固定されている。また、測定流体Q
を接地するために接液電極13が共通電位点COMに接
続されている。
[Embodiments] Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the structure of one embodiment of the present invention. 10 is a non-magnetic conduit made of ceramic pipe or stainless steel whose inner surface is lined for insulation. Furthermore, a pair of detection electrodes 11 and 12 are fixed insulated from the conduit 10. Also, the measuring fluid Q
A wetted electrode 13 is connected to a common potential point COM for grounding.

【0007】導管10の外部には励磁コイル14が固定
されており、ここに励磁電流If が励磁回路15の内
部の定電流源からから一定の電流として供給されている
。 一方、検出電極11、12は、差動増幅器16(簡単な
ため、増幅度は1とする)の各入力端に接続されており
、ここでコモンモ−ドノイズなどが除去された後でサン
プリング回路17に出力される。
[0007] An excitation coil 14 is fixed outside the conduit 10, and an excitation current If is supplied thereto as a constant current from a constant current source inside an excitation circuit 15. On the other hand, the detection electrodes 11 and 12 are connected to each input terminal of a differential amplifier 16 (for simplicity, the amplification degree is assumed to be 1), and after common mode noise is removed, the sampling circuit 17 is output to.

【0008】サンプリング回路17はサンプリングスイ
ッチSW、ホ−ルドコンデンサC、バッフア増幅器Qな
どで構成され、サンプリング信号SMPHにより差動増
幅器16の出力電圧をサンプリングしてホ−ルドコンデ
ンサCにホ−ルドする。ホ−ルドされたホ−ルド電圧V
Hはアナログ/デジタル変換回路18を介してマイクロ
プロセッサ19に取り込まれる。マイクロプロセッサ1
9は、取り込まれたデ−タを用いて所定の演算を実行し
て流量信号FQとして出力端20に出力すると共に所定
のタイミング信号TS1をアナログ/デジタル変換回路
18に出力してアナログ/デジタル変換を制御する。
The sampling circuit 17 is composed of a sampling switch SW, a hold capacitor C, a buffer amplifier Q, etc., and samples the output voltage of the differential amplifier 16 using a sampling signal SMPH and holds it in the hold capacitor C. . Hold voltage V
H is taken into the microprocessor 19 via the analog/digital conversion circuit 18. microprocessor 1
9 executes a predetermined calculation using the captured data and outputs it to the output terminal 20 as a flow rate signal FQ, and also outputs a predetermined timing signal TS1 to the analog/digital conversion circuit 18 for analog/digital conversion. control.

【0009】また、マイクロプロセッサ19はサンプリ
ング回路17のサンプリングスイッチSWを制御するサ
ンプリング信号SMPHをサンプリングスイッチSWに
出力する。この他、マイクロプロセッサ19は励磁回路
15に励磁電流If を切換えるタイミング信号TS2
を出力して定電流を切換えて励磁電流If の波形を制
御する。  この励磁電流If は周期がTの高周波成
分と周期が2nTの低周波成分をそれぞれが有する複合
電流として励磁コイル14に励磁回路15から供給され
る。したがって、測定流体Qには高周波成分と低周波成
分を有する磁場が印加されることとなり、検出電極11
、12にはこれ等の周波数成分を含む電圧Eが発生する
The microprocessor 19 also outputs a sampling signal SMPH for controlling the sampling switch SW of the sampling circuit 17 to the sampling switch SW. In addition, the microprocessor 19 sends a timing signal TS2 to the excitation circuit 15 to switch the excitation current If.
The waveform of the excitation current If is controlled by outputting and switching the constant current. This excitation current If is supplied from the excitation circuit 15 to the excitation coil 14 as a composite current each having a high frequency component with a period of T and a low frequency component with a period of 2nT. Therefore, a magnetic field having a high frequency component and a low frequency component is applied to the measurement fluid Q, and the detection electrode 11
, 12, a voltage E containing these frequency components is generated.

【0010】次に、以上のように構成された実施例の動
作について図2に示す微分ノイズ説明図、図3に示すフ
ロ−チャ−ト図、図4に示す波形図、図5に示す波形説
明図、図6に示す演算図を用いて説明するが、最初に図
2に示す微分ノイズ説明図を用いて電極間に発生するノ
イズについて説明する。
Next, regarding the operation of the embodiment configured as described above, the differential noise explanation diagram shown in FIG. 2, the flowchart diagram shown in FIG. 3, the waveform diagram shown in FIG. 4, and the waveform diagram shown in FIG. This will be explained using an explanatory diagram and a calculation diagram shown in FIG. 6, but first the noise generated between the electrodes will be explained using a differential noise explanatory diagram shown in FIG.

【0011】電極11、12含む導管10の内部は図2
(a)に示すようになっている。ここで、上流側のノイ
ズ起電力はe1 、下流側はe2 、上流側の流体イン
ピ−ダンスはR11、R12、下流側の流体インピ−ダ
ンスはR21、R22、上流側の電極容量はC11、C
12、下流側の電極容量はC21、C22である。
The inside of the conduit 10 including the electrodes 11 and 12 is shown in FIG.
It is as shown in (a). Here, the noise electromotive force on the upstream side is e1, the downstream side is e2, the fluid impedance on the upstream side is R11, R12, the fluid impedance on the downstream side is R21, R22, and the electrode capacitance on the upstream side is C11, C.
12. The downstream electrode capacitances are C21 and C22.

【0012】そこで、これ等を整理して等価回路として
示したのが図2(b)である。この場合の各定数は、 
 C1 =(C11・C12)/(C11+C12) 
                       (1
)  C2 =(C21・C22)/(C21+C22
)                        
(2)  R1 =R11+R12         
                         
          (3)  R2 =R21+R2
2                        
                    (4)とな
る。したがって、この回路の時定数Gは  G=C1 
C2 (R1 +R2 )/(C1 +C2 )   
               (5)として算出でき
る。
FIG. 2(b) shows an arrangement of these components as an equivalent circuit. Each constant in this case is
C1 = (C11・C12)/(C11+C12)
(1
) C2 = (C21・C22)/(C21+C22
)
(2) R1 = R11 + R12

(3) R2 = R21 + R2
2
(4) becomes. Therefore, the time constant G of this circuit is G=C1
C2 (R1 +R2)/(C1 +C2)
It can be calculated as (5).

【0013】図2(b)に示す等価回路において電極1
1と12を結ぶ線に対して上流側、下流側の測定流体中
に発生するノイズ起電力e1 、e2 の和をen0と
し、ノイズ起電力e1 、e2 の上流側と下流側とに
非対称性(非対称度β)が生じると、電極11と12と
の間には次式で示す微分ノイズen (t)が発生する
。この微分ノイズen (t)は、図2(b)を参照し
て、ラプラス変換及びラプラス逆変換を実行することに
より次式のように計算することができる。
In the equivalent circuit shown in FIG. 2(b), electrode 1
The sum of the noise electromotive forces e1 and e2 generated in the measured fluid on the upstream and downstream sides of the line connecting 1 and 12 is defined as en0, and the asymmetry ( When the degree of asymmetry β) occurs, differential noise en (t) expressed by the following equation is generated between the electrodes 11 and 12. This differential noise en (t) can be calculated as shown in the following equation by performing Laplace transform and Laplace inverse transform with reference to FIG. 2(b).

【0014】[0014]

【数1】[Math 1]

【0015】但し、     K1 =[(βC2 −C1 )/(1+β)
(C1 +C2 )]        −[(βR1 
−R2 )/(1+β)(R1 +R2 )]    
    (7)    K3 =(βR1 −R2 )
/(1+β)(R1 +R2 )          
  (8)ここで、Aは各時間領域で微分ノイズの連続
条件を満たすように決定する初期値である。
[0015] However, K1 = [(βC2 - C1)/(1+β)
(C1 +C2)] −[(βR1
−R2 )/(1+β)(R1 +R2 )]
(7) K3 = (βR1 - R2)
/(1+β)(R1 +R2)
(8) Here, A is an initial value determined to satisfy the continuity condition of differential noise in each time domain.

【0016】(6)式の第1項は測定流体中に発生する
ノイズ起電力en0に比例して生じる値であり、第2項
はこのノイズ起電力en0の積分を含んでいる。従って
、第1項はノイズ起電力en0がゼロのサンプルタイミ
ングでサンプリングすることにより除去することが可能
であるが、第2項以下は積分を含むので除去できない。 そこで、励磁電流が定常状態でノイズ起電力がゼロの状
態のときに信号のサンプリングを実行することとして第
1項を無視して以下の説明をする。
The first term in equation (6) is a value generated in proportion to the noise electromotive force en0 generated in the measurement fluid, and the second term includes the integral of this noise electromotive force en0. Therefore, the first term can be removed by sampling at the sampling timing when the noise electromotive force en0 is zero, but the second and subsequent terms cannot be removed because they include integration. Therefore, the following explanation will be given by ignoring the first term and assuming that signal sampling is executed when the excitation current is in a steady state and the noise electromotive force is zero.

【0017】マイクロプロセッサ19はタイミング信号
Ts2を励磁回路15に与えて図4(d)に示すような
低周波と高周波の2種類の周波数を含む励磁電流If 
を励磁コイル14に流す。従って、この励磁電流If 
は図4(e)、(f)に示す高周波成分と低周波成分を
含んでいることとなり、これが測定流体に磁場として印
加される。このため、測定流体中には図4(d)に示す
波形と相似の波形を持つ信号電圧Vsとノイズ起電力e
n0が発生するが、いずれも図4(e)、(f)に示す
高周波成分と低周波成分を含んでいる。この測定流体中
に発生するノイズ起電力en0は図4(g)に示す高周
波成分en0H と図4(h)に示す低周波成分en0
L の2つに分離して考えることができる。
The microprocessor 19 supplies the timing signal Ts2 to the excitation circuit 15 to generate an excitation current If containing two types of frequencies, low frequency and high frequency, as shown in FIG. 4(d).
is applied to the excitation coil 14. Therefore, this exciting current If
contains the high frequency components and low frequency components shown in FIGS. 4(e) and 4(f), which are applied to the measurement fluid as a magnetic field. Therefore, in the fluid to be measured, there is a signal voltage Vs having a waveform similar to that shown in FIG. 4(d) and a noise electromotive force e.
n0 is generated, both of which include high frequency components and low frequency components shown in FIGS. 4(e) and 4(f). The noise electromotive force en0 generated in this measurement fluid has a high frequency component en0H shown in Fig. 4 (g) and a low frequency component en0 shown in Fig. 4 (h).
It can be considered separately into two parts, L.

【0018】電極11、12を結ぶ線に対して上流側と
下流側に非対称性が存在すると、図2(b)に示す等価
回路から分かるように、この等価回路は所定の時定数を
有するので、後述するように、電極間には測定流体中に
発生するノイズ起電力en0の高周波成分en0H (
図4(g))と低周波成分en0L (図4(h))に
対応して、それぞれ図4(i)に示すような高周波の微
分ノイズen H と図4(j)に示すような低周波の
微分ノイズen L が発生する。
If asymmetry exists between the upstream and downstream sides of the line connecting the electrodes 11 and 12, as can be seen from the equivalent circuit shown in FIG. 2(b), this equivalent circuit has a predetermined time constant. , as described later, between the electrodes there is a high frequency component en0H (
Corresponding to the high-frequency differential noise enH shown in Fig. 4(i) and the low-frequency component en0L (Fig. 4(h)), Frequency differential noise en L is generated.

【0019】以下の演算の説明のため、図4(d)に示
す励磁電流の高周波成分の各部に付す符号を図5(a)
に、低周波成分の各部に付す符号を図5(b)にそれぞ
れ付し、さらに簡単のため、図5に示すように励磁電流
If の立ち上げ、立ち下げを既知の一定の割合trで
変化させる場合を前提として説明する。そうすると、励
磁電流が一定の割合trで変化している期間のみ一定の
ノイズ起電力+En 、−En が発生する(図4(g
)、(h))。
For explanation of the following calculations, the symbols assigned to each part of the high frequency component of the excitation current shown in FIG. 4(d) are shown in FIG. 5(a).
The symbols assigned to each part of the low frequency component are shown in FIG. 5(b), and for the sake of simplicity, the rise and fall of the excitation current If is changed at a known constant rate tr as shown in FIG. The following explanation assumes that the Then, constant noise electromotive force +En, -En will occur only during the period when the excitation current is changing at a constant rate tr (Fig. 4 (g
), (h)).

【0020】そこで、これ等のノイズ起電力en0H 
、en0L をそれぞれ式(6)に代入し高周波成分に
ついては連続条件、低周波成分については微分ノイズが
充分に減衰した後でノイズ起電力が反転するという条件
を用いて電極11、12間に現れる微分ノイズen H
 、en L を求めると以下の式(9)〜式(16)
、式(17)〜(33)を得る。このときの微分ノイズ
en H 、en L が図4(i)、(j)に示して
ある。
Therefore, these noise electromotive force en0H
, en0L into equation (6), and using the continuous condition for the high frequency component and the condition that the noise electromotive force is reversed after the differential noise is sufficiently attenuated for the low frequency component, Differential noise en H
, en L is calculated using the following equations (9) to (16)
, formulas (17) to (33) are obtained. The differential noises en H and en L at this time are shown in FIGS. 4(i) and (j).

【0021】まず、高周波成分の微分ノイズen H 
は、Tを高周波の周期として、0≦t≦te1 では、
    en H =En K1 (1−e−t/G)
+A0 e−t/G                
(9)te1 ≦t≦T/4では、     en H =A1 e−(t−te1)/G 
                         
        (10)T/4≦t≦te2 では、     en H =−En K1 (1−e−(t−
T/4)/G)+A2 e−(t−T/4)/G  (
11)te2 ≦t≦T/2では、     en H =A3 e−(t−te2)/G 
                         
        (12)T/2≦t≦te3 では、     en H =−En K1 (1−e−(t−
T/2)/G)+A4 e−(t−T/2)/G  (
13)te3 ≦t≦3T/4では、     en H =A5 e−(t−te3)/G 
                         
        (14)3T/4≦t≦te4 では
、   en H =En K1 (1−e−(t−3T/
4)/G )+A6 e−(t−3T/4)/G   
(15)te4 ≦t≦Tでは、     en H =A7 e−(t−te4)/G 
                         
        (16)となる。
First, the differential noise en H of the high frequency component
If T is the period of the high frequency, 0≦t≦te1,
en H = En K1 (1-e-t/G)
+A0 e-t/G
(9) When te1≦t≦T/4, en H =A1 e-(t-te1)/G

(10) If T/4≦t≦te2, en H = −En K1 (1−e−(t−
T/4)/G)+A2 e-(t-T/4)/G (
11) If te2≦t≦T/2, en H =A3 e-(t-te2)/G

(12) If T/2≦t≦te3, en H = −En K1 (1−e−(t−
T/2)/G)+A4 e-(t-T/2)/G (
13) If te3≦t≦3T/4, en H =A5 e-(t-te3)/G

(14) 3T/4≦t≦te4, en H =En K1 (1-e-(t-3T/
4)/G )+A6 e-(t-3T/4)/G
(15) For te4 ≦t≦T, en H =A7 e-(t-te4)/G

(16).

【0022】ここで、(9)〜(16)式にt=0(T
)、te1 、T/4、te2 、T/2、te3 、
3T/4、te4 での連続条件を代入すると、定数A
0 〜A7 は次のように求めることができる。     A0 =En K1 (1−e−t1/G )
・(1−e−T/4/G)e−t2/G       
    /(1+e−T/2/G)         
                         
(17)    A1 =En K1 (1−e−t1
/G )・(1+e−T/4/G)/(1+e−T/2
/G)        =AH (1+e−T/4/G
)                        
        (18)但し、         AH =En K1 (1−e−t1
/G )/(1+e−T/2/G)      (19
)である。     A2 =En K1 (1−e−t1/G )
・(1+e−T/4/G)e−t2/G       
    /(1+e−T/2/G)         
                         
(20)    A3 =−En K1 (1−e−t
1/G )・(1−e−T/4/G)/(1+e−T/
2/G)        =−AH (1−e−T/4
/G)                      
        (21)    A4 =−En K
1 (1−e−t1/G )・(1−e−T/4/G)
e−t2/G           /(1+e−T/
2/G)                     
             (22)    A5 =
−En K1 (1−e−t1/G )・(1+e−T
/4/G)/(1+e−T/2/G)        
=−AH (1+e−T/4/G)         
                     (23)
    A6 =−En K1 (1−e−t1/G 
)・(1+e−T/4/G)e−t2/G      
     /(1+e−T/2/G)        
                         
 (24)    A7 =En K1 (1−e−t
1/G )・(1−e−T/4/G)/(1+e−T/
2/G)        =AH (1−e−T/4/
G)                       
           (25)
Here, in equations (9) to (16), t=0(T
), te1, T/4, te2, T/2, te3,
Substituting the continuity condition at 3T/4 and te4, the constant A
0 to A7 can be determined as follows. A0 = En K1 (1-e-t1/G)
・(1-e-T/4/G)e-t2/G
/(1+e-T/2/G)

(17) A1 = En K1 (1-e-t1
/G)・(1+e-T/4/G)/(1+e-T/2
/G) =AH (1+e-T/4/G
)
(18) However, AH = En K1 (1-e-t1
/G)/(1+e-T/2/G) (19
). A2 = En K1 (1-e-t1/G)
・(1+e-T/4/G)e-t2/G
/(1+e-T/2/G)

(20) A3 =-En K1 (1-e-t
1/G )・(1-e-T/4/G)/(1+e-T/
2/G) =-AH (1-e-T/4
/G)
(21) A4 =-En K
1 (1-e-t1/G)・(1-e-T/4/G)
e-t2/G /(1+e-T/
2/G)
(22) A5 =
-En K1 (1-e-t1/G)・(1+e-T
/4/G)/(1+e-T/2/G)
=-AH (1+e-T/4/G)
(23)
A6 =-En K1 (1-e-t1/G
)・(1+e-T/4/G)e-t2/G
/(1+e-T/2/G)

(24) A7 = En K1 (1-e-t
1/G )・(1-e-T/4/G)/(1+e-T/
2/G) =AH (1-e-T/4/
G)
(25)

【0023】次に、低
周波の微分ノイズen L は、0≦t≦te1 では
、     en L =En K1 (1−e−t/G)
+B0 e−t/G                
(26)te1 ≦t≦nTでは、     en L =B1 e−(t−te1)/G 
                         
        (27)nT≦t≦nT+te1 で
は、     en L =−En K1 (1−e−(t−
nT)/G )+B2 e−(t−nT)/G )(2
8)nT+te1 ≦t≦2nTでは、     en L =B3 e−(t−nT−te1)
/G )                     
       (29)
Next, the low-frequency differential noise en L is expressed as en L =En K1 (1-e-t/G) when 0≦t≦te1.
+B0 e-t/G
(26) If te1 ≦t≦nT, en L =B1 e-(t-te1)/G

(27) If nT≦t≦nT+te1, en L =−En K1 (1−e−(t−
nT)/G)+B2 e-(t-nT)/G)(2
8) When nT+te1 ≦t≦2nT, en L =B3 e-(t-nT-te1)
/G)
(29)

【0024】ここで、(26)
〜(29)式にt=0(2nT)、te1 、nT、n
T+te1 での連続条件を代入すると、定数B0 〜
B3 は、    B0 =−En K1 (1−e−
t1/G )e−(nT−t1)/G(1+e−nT/
G )                      
                         
               (30)    B1
 =En K1 (1−e−t1/G )(1+e−n
T/G )        =AL         
                         
               (31)    B2
 =En K1 (1−e−t1/G )e−(nT−
t1)/G(1+e−nT/G )         
                         
                         
   (32)    B3 =−En K1 (1−
e−t1/G )(1+e−nT/G )      
  =−AL                   
                         
   (33)として求めることができる。低周波成分
の微分ノイズen L の後半の半周期についても、こ
こでは省略するが、同様にして求めることができる。そ
して、図2(b)に示す等価回路に基づいて算出された
これ等の演算式はマイクロプロセッサ19のメモリにあ
らかじめ格納されている。
Here, (26)
~(29), t=0(2nT), te1, nT, n
Substituting the continuity condition at T+te1, the constant B0 ~
B3 is B0 = -En K1 (1-e-
t1/G )e-(nT-t1)/G(1+e-nT/
G)

(30) B1
=En K1 (1-e-t1/G) (1+e-n
T/G)=AL

(31) B2
=En K1 (1-e-t1/G)e-(nT-
t1)/G(1+e-nT/G)


(32) B3 =-En K1 (1-
e-t1/G) (1+e-nT/G)
=-AL

It can be obtained as (33). Although the latter half period of the differential noise en L of the low frequency component is omitted here, it can be obtained in the same manner. These arithmetic expressions calculated based on the equivalent circuit shown in FIG. 2(b) are stored in advance in the memory of the microprocessor 19.

【0025】まず、図3に示す演算フロ−のステップ1
について説明する。いま、図5(a)に示すように励磁
電流If が定常値になったタイミングT/4、T/2
、3T/4、T、……で電極11、12間の電圧をサン
プリング回路17でサンプリング(図4(c))してア
ナログ/デジタル変換回路18を介してマイクロプロセ
ッサ19のメモリに読み込む(図3、ステップ1)と、
図6の演算図に示すように、このメモリに格納されたサ
ンプリング電圧e01、e02、e03、e04(演算
サンプルNO.1〜4)…、eK1、eK2、eK3、
eK4(演算サンプルNO.7〜10)…、e2K1 
、e2K2 、e2K3 、e2K4 (演算サンプル
NO.12〜15)…には、それぞれ流量信号eS の
欄、電極直流ノイズeD の欄、高周波成分の微分ノイ
ズen H の欄、および低周波成分の微分ノイズen
 L の欄に記載されている信号と各ノイズが重畳され
た形となっている。
First, step 1 of the calculation flow shown in FIG.
I will explain about it. Now, as shown in FIG. 5(a), the excitation current If reaches a steady value at timings T/4 and T/2.
, 3T/4, T, ..., the voltage between the electrodes 11 and 12 is sampled by the sampling circuit 17 (FIG. 4(c)) and read into the memory of the microprocessor 19 via the analog/digital conversion circuit 18 (FIG. 4(c)). 3. Step 1) and
As shown in the calculation diagram of FIG. 6, the sampling voltages e01, e02, e03, e04 (calculation samples No. 1 to 4) stored in this memory..., eK1, eK2, eK3,
eK4 (calculation samples No. 7 to 10)..., e2K1
, e2K2, e2K3, e2K4 (calculation samples No. 12 to 15)... respectively have a column for flow rate signal eS, a column for electrode DC noise eD, a column for differential noise of high frequency components enH, and a column for differential noise of low frequency components. en
The signal listed in the L column and each noise are superimposed.

【0026】次に、図3に示すフロ−における低周波ノ
イズを算出するステップ2に移行する。高周波周期内の
4つのサンプリング電圧(e01、e02、e03、e
04)、(eK1、eK2、eK3、eK4)、(e2
K1 、e2K2 、e2K3 、e2K4 )を用い
てマイクロプロセッサ19によりそのメモリに格納され
た演算サンプルNO.5、11、16の演算式の欄に記
載された代数演算プログラムを実行することによって、
流量信号eS 、電極直流ノイズeD 、および高周波
成分en H を除去して図6の演算図に記載されてい
る低周波成分en L のみで構成される低周波ノイズ
e0 、eK 、e2Kをそれぞれ算出する。
Next, the process moves to step 2 of calculating low frequency noise in the flow shown in FIG. Four sampling voltages (e01, e02, e03, e
04), (eK1, eK2, eK3, eK4), (e2
K1 , e2K2 , e2K3 , e2K4 ) are used to calculate calculation sample NO. By executing the algebraic calculation program described in the calculation formula columns of 5, 11, and 16,
The flow rate signal eS, the electrode DC noise eD, and the high frequency component enH are removed to calculate the low frequency noises e0, eK, and e2K, which are composed only of the low frequency component enL shown in the calculation diagram of FIG. 6, respectively. .

【0027】次に、図3に示す演算フロ−における微分
ノイズ(en H 、en L )の時定数Gを算出す
るステップ3に移行する。このためには、図6の演算図
に示す演算サンプルNO.5と11で算出した低周波ノ
イズe0 、eK の比率(e0 /eK )を演算す
ることによって次の(34)のように求めることができ
る。この比率演算のプログラムもあらかじめマイクロプ
ロセッサ19のメモリに格納されている。
Next, the process moves to step 3 in which the time constant G of the differential noise (en H , en L ) in the calculation flow shown in FIG. 3 is calculated. For this purpose, calculation sample No. shown in the calculation diagram of FIG. By calculating the ratio (e0/eK) of the low frequency noise e0 and eK calculated in 5 and 11, the following (34) can be obtained. A program for this ratio calculation is also stored in the memory of the microprocessor 19 in advance.

【数2】[Math 2]

【0028】次に、図3に示す演算フロ−における微分
ノイズの低周波成分en L の振幅AL を算出する
ステップ4に移行する。このためには、(34)式で求
めた時定数Gを図6の演算サンプルNO.5に示す演算
式に代入して振幅AL を求めることができる。なお、
高周波周期Tと図5に示すt1は既知の値である。この
演算のプログラムもあらかじめマイクロプロセッサ19
のメモリに格納されている。
Next, the process moves to step 4 in which the amplitude AL of the low frequency component en L of the differential noise in the calculation flow shown in FIG. 3 is calculated. For this purpose, the time constant G determined by equation (34) must be set to the calculation sample No. 6 in FIG. The amplitude AL can be obtained by substituting it into the equation shown in 5. In addition,
The high frequency period T and t1 shown in FIG. 5 are known values. The program for this calculation is also programmed in advance by the microprocessor 19.
is stored in memory.

【0029】同様にして、図3に示すフロ−における微
分ノイズの高周波成分en H の振幅AH を算出す
るステップ5に移行する。(19)式と(31)とから
    (AH /AL )=(1+e−nT/G )
/(1+e−T/2/G)        (35)の
式を得る。G、n、Tは既知の値であるので、微分ノイ
ズの高周波成分en H の振幅AH をこの(35)
式から求めることができる。この演算のプログラムもあ
らかじめマイクロプロセッサ19のメモリに格納されて
いる。
Similarly, the process moves to step 5 in which the amplitude AH of the high frequency component en H of the differential noise in the flow shown in FIG. 3 is calculated. From equation (19) and (31), (AH/AL)=(1+e-nT/G)
/(1+e-T/2/G) (35) is obtained. Since G, n, and T are known values, the amplitude AH of the high frequency component en H of the differential noise is expressed as (35)
It can be obtained from the formula. The program for this calculation is also stored in the memory of the microprocessor 19 in advance.

【0030】次に、図3に示すフロ−における電極直流
ノイズeD を除去する演算を実行するステップ6に移
行する。この演算は、図6の演算図に示す演算サンプル
NO.6に示す演算式を用いて実行する。この演算で得
た演算結果e0 ´には図6に示すように流量信号eS
 は含むが電極直流ノイズeD は除去されている。同
様にして、図6には図示してはいないが、これと同じ代
数演算をサンプリング電圧(eK1、eK2、eK3、
eK4)、(e2K1 、e2K2 、e2K3 、e
2K4 )などに対しても実行して電極直流ノイズeD
 は除去するが流量信号eS は含む演算結果eK ´
、e2K´などを得ることができる。
Next, the process moves to step 6 in which the calculation for removing the electrode DC noise eD in the flow shown in FIG. 3 is executed. This calculation is performed using the calculation sample No. shown in the calculation diagram of FIG. This is executed using the calculation formula shown in 6. The calculation result e0' obtained by this calculation includes a flow rate signal eS as shown in FIG.
is included, but electrode DC noise eD is removed. Similarly, although not shown in FIG. 6, the same algebraic operation is performed on the sampling voltages
eK4), (e2K1, e2K2, e2K3, e
2K4) etc. to reduce electrode DC noise eD.
is removed, but the flow rate signal eS is included.
, e2K', etc. can be obtained.

【0031】次に、図3に示すフロ−における流量信号
eS を算出する演算を実行するステップ7に移行する
。 図6の演算サンプルNO.6に示す演算式で演算された
演算結果e0 ´には、流量信号eS 、高周波成分e
n H 、低周波成分en L を含んでおり、G、A
H 、AL は既述のように算出されているので、これ
等から高周波の周期Tの範囲で未知の流量信号e0 S
 を算定することができる。同様にして、高周波の周期
Tを単位として流量信号eK s 、e2KS 、…、
をそれぞれ求めることができる。
Next, the process moves to step 7 in which the flow rate signal eS in the flow shown in FIG. 3 is calculated. Operation sample No. 6 in FIG. The calculation result e0' calculated using the calculation formula shown in 6 includes a flow rate signal eS, a high frequency component e
n H , includes low frequency components en L , G, A
Since H and AL have been calculated as described above, from these, an unknown flow rate signal e0 S in the range of high frequency period T is obtained.
can be calculated. Similarly, the flow rate signals eK s , e2KS , ..., using the high frequency period T as a unit,
can be obtained for each.

【0032】次に、図3に示す演算フロ−における高周
波の微分ノイズを補正する周期を判断するステップ8に
移行する。微分ノイズは常に変動するわけではないので
、ここでは低周波の半周期、つまりnTを単位としてそ
のパラメ−タを補正する。このステップ8はこの補正を
する周期が到来したか否かを判断し、この周期に達した
ら再度ステップ2〜7の演算を実行する。
Next, the process moves to step 8 in which the cycle for correcting high-frequency differential noise in the calculation flow shown in FIG. 3 is determined. Since the differential noise does not always vary, its parameters are corrected here in units of a half period of the low frequency, that is, nT. In this step 8, it is determined whether or not the period for performing this correction has arrived, and when this period has been reached, the calculations in steps 2 to 7 are executed again.

【0033】なお、このステップ7における流量演算は
以上の演算のほかにもいろいろな演算手段がある。例え
ば、高周波のタイミングでサンプリングされた値e01
、e02、e03、e04などから微分ノイズen を
除去して得られた4つの連続した値に対してそれぞれ(
+、−、−、+)の演算を実行して電極直流ノイズeD
 を除去することによって流量信号を得ることもできる
し、また高周波のタイミングでサンプリングされた値e
01、e02、e03、e04、e11、e12…など
から微分ノイズen を除去して得られた5つの連続し
た値に対して次の高周波の周期Tの一部のサンプリング
電圧を用いる(−1、+2、+0、−2、+1)の演算
を実行することによって流量信号を得ることもできる。
[0033] In addition to the above-mentioned calculations, there are various calculation means for calculating the flow rate in step 7. For example, the value e01 sampled at high frequency timing
, e02, e03, e04, etc. for the four consecutive values obtained by removing the differential noise en (
+, -, -, +) to calculate the electrode DC noise eD.
It is also possible to obtain a flow rate signal by removing the value e sampled at high frequency timing.
For the five consecutive values obtained by removing the differential noise en from 01, e02, e03, e04, e11, e12, etc., a sampling voltage of a part of the period T of the next high frequency is used (-1, +2, +0, -2, +1) to obtain the flow rate signal.

【0034】[0034]

【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、従来のように低周波の周期のオ−
ダで流量変化がないとか電極の直流ノイズに変化がない
などの条件を必要とせずに、高周波の周期の範囲で流量
信号を演算することができるので、高速応答を必要とす
るアプリケ−ションあるいはスラリ−を含む流体を測定
するアプケ−ションに使用することができる。
Effects of the Invention As described above in detail with the embodiments, according to the present invention, the period of low frequency is
Since the flow rate signal can be calculated within a high frequency period range without requiring conditions such as no change in flow rate or no change in DC noise at the electrode, it is suitable for applications that require high-speed response or It can be used in applications that measure fluids containing slurries.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】図1は本発明の1実施例の構成を示す構成図で
ある。
FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention.

【図2】図2は微分ノイズの発生するメカニズムを説明
する説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the mechanism by which differential noise occurs.

【図3】図3は図1に示す実施例の演算フロ−を示す演
算フロ−図である。
FIG. 3 is a calculation flow diagram showing the calculation flow of the embodiment shown in FIG. 1;

【図4】図4は図1に示す実施例の各部の波形を示す波
形図である。
FIG. 4 is a waveform diagram showing waveforms at various parts of the embodiment shown in FIG. 1;

【図5】図5は図4に示す波形図の説明に用いる波形説
明図である。
FIG. 5 is a waveform explanatory diagram used to explain the waveform diagram shown in FIG. 4;

【図6】図6は図3に示す演算フロ−各内容の詳細を説
明する演算図である。
FIG. 6 is a calculation diagram illustrating details of each content of the calculation flow shown in FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10  導管 11、12  検出電極 14  励磁コイル 22  励磁回路 17  サンプリング回路 21  マイクロプロセッサ 10 Conduit 11, 12 Detection electrode 14 Excitation coil 22 Excitation circuit 17 Sampling circuit 21 Microprocessor

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】励磁コイルに3値の定常値をとる高周波電
流とこれより低い周波数の2値の定常値をとる低周波電
流を重畳して流し測定流体にこれ等の電流によって発生
する複合磁場を印加する励磁手段と、前記各定常値にお
いて電極に発生した電圧をサンプリングしてサンプリン
グデ−タとして出力するサンプリング手段と、少なくと
も高周波の1周期内でサンプリングされた4つの前記サ
ンプリングデ−タを用いてこれ等の代数演算により前記
電極に発生した流量信号成分と直流ノイズ成分と微分ノ
イズのうち高周波成分を除去して低周波微分電圧のみを
算出するノイズ算出手段と、低周波の同一半周期内でサ
ンプリングされた複数の前記低周波微分電圧の比率を演
算しこれから前記微分ノイズの時定数を算出する時定数
演算手段と、この時定数と前記低周波微分電圧を用いて
前記微分ノイズの低周波成分の低周波振幅を演算する低
周波振幅演算手段と、前記時定数と前記低周波振幅とを
用いて前記微分ノイズの高周波成分の高周波振幅を演算
する高周波振幅演算手段と、前記時定数と前記低周波振
幅と前記高周波振幅と前記サンプリングデ−タを用いて
高周波の周期をベ−スとして流量信号を演算する流量演
算手段とを具備することを特徴とする電磁流量計。
Claim 1: A complex magnetic field generated by these currents in a fluid to be measured by superimposing a high-frequency current that takes a three-value steady value and a low-frequency current that takes a two-value steady value at a lower frequency in an excitation coil. excitation means for applying the voltage, sampling means for sampling the voltage generated in the electrode at each of the steady-state values and outputting the sampled data as sampling data, a noise calculating means for calculating only a low frequency differential voltage by removing high frequency components of the flow rate signal component, DC noise component and differential noise generated in the electrode by these algebraic operations; a time constant calculating means for calculating a time constant of the differential noise by calculating a ratio of the plurality of low frequency differential voltages sampled within the differential noise; a low frequency amplitude calculation means for calculating a low frequency amplitude of a frequency component; a high frequency amplitude calculation means for calculating a high frequency amplitude of a high frequency component of the differential noise using the time constant and the low frequency amplitude; An electromagnetic flowmeter comprising flow rate calculation means for calculating a flow rate signal based on a high frequency cycle using the low frequency amplitude, the high frequency amplitude, and the sampling data.
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