JPH0477853B2

JPH0477853B2 -

Info

Publication number: JPH0477853B2
Application number: JP59187577A
Authority: JP
Inventors: Toyofumi Tomita
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-09-07
Filing date: 1984-09-07
Publication date: 1992-12-09
Also published as: DE3531869C2; JPS6166123A; DE3531869A1; US4644799A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、方形波励磁方式を用いた電磁流量計
変換器に関し、特に電磁流量計検出器に発生する
雑音成分の除去手段を備えた電磁流量計変換器に
関する。

〔発明の技術的背景〕

第９図は従来における方形波励磁方式を採用し
た電磁流量計の構成図である。この電磁流量計
は、電磁流量計検出器（以下、検出器と略す）１
と電磁流量計変換器（以下、変換器と略す）２と
から構成されるもので、検出器１は１対の電極３
ａ，３ｂを設けた管４と、この管４を介して設け
られた励磁コイル５ａ，５ｂから構成され、これ
ら励磁コイル５ａ，５ｂに商用電源周波数の偶数
分の１という低周波の方形波電流が供給されて励
磁されるものとなつている。すなわち、変換器２
内に設けられたクロツク発生回路６から商用電源
周波数の偶数分の１の周波数を有する励磁信号ｇ
が出力されると、この励磁信号ｇに同期して励磁
切換スイツチ７が切換わり、互いに出力方向が逆
方向に設けられた各定電流源８，９から電流（方
形波電流）が各励磁コイル５ａ，５ｂに供給され
る。ここで、管４内に導電性の流体例えば水道
水、薬品等が流れると、フアラデイーの法則に従
つて各電極３ａ，３ｂ間に起電力が発生する。こ
の起電力は変換器２に送られ変換器２内の前置増
幅器１０により所定レベルに増幅されて極性切換
スイツチ１１および反転増幅器１２に送られる
〔第１０図、ｋ１〕。極性切換スイツチ１１は、前
記励磁信号ｇに同期して切換動作するようになつ
ており、これにより極性切換スイツチ１１を通つ
た流量信号k2は第１０図に示すように常に負極
性となつている。そうして、この流量信号k2が、
検出器１内での磁束が安定する期間つまり励磁信
号ｇの立上り、立下り直前におけるＴ期間におい
てサンプリングされる。すなわち、クロツク発生
回路６からは第１０図に示すような励磁信号ｇの
立上り、立下り直前のＴ期間だけハイレベル（以
下、「Ｈ」レベルと称す）となるサンプリング信
号ｓが出力され、このサンプリング信号ｓの
「Ｈ」レベル期間に同期して極性切換スイツチ１
１に接続されたサンプリングスイツチ１３が閉じ
る。これによりサンプリングされた流量信号は、
演算増幅器１４、コンデンサ１５および抵抗１６
から構成される積分回路１７に送られる。この積
分回路１７からは第１０図に示すように正方向に
増加する信号k3が出力され、この信号k3はコモ
ンレベルを基準レベルとする比較器１８を通つて
制御回路１９に送られる。そこで、サンプリング
スイツチ１３が開き、積分回路１７の出力レベル
が正電圧であれば、制御回路１９は基準電圧源用
スイツチ２０に対して閉の制御信号１９ａを送出
する。これにより、積分回路１７の出力レベルは
しだいに減少し、ゼロレベルに達すると制御回路
１９は基準電圧源用スイツチ２０に対して開の制
御信号１９ａを送出する。ここで、積分回路１７
の出力レベルがゼロレベルになるまでの期間τ
は、サンプリングした流量信号電圧レベルに比例
する。つまり、サンプリング期間をＴ、サンプリ
ングされた流量信号k2の電圧レベルをV_i、基準
電圧源２１の電圧をV_Rとすれば、期間τは、 τ＝V_i／V_R×Ｔ ……(1) と表わされ、V_iに比例することが判る。なお、積
分回路１７は、その出力波形が第１０図に示すよ
うに正負の傾斜を持つので一般に２重積分方式と
呼ばれる機能のものである。そこで、制御回路１
９は、出力回路２２と電気的な絶縁を図つたホト
カプラ２３を期間τだけ発光させて流量に応じた
情報を出力回路２２に送る。出力回路２２は、期
間τからなるパルス幅の信号Ｐを平滑等して流量
に比例した電圧信号または電流信号Ｒに変換して
出力する。なお、２４は負の基準電圧源であり、
２５は基準電圧源用スイツチである。

このように動作する従来の方形波励磁方式の電
磁流量計では、次のような利点がある。すなわ
ち、商用電源励磁方式の電磁流量計の問題点であ
る電極３ａ，３ｂ、前置増幅器１０および流体に
より形成されるループに発生する磁束変化により
誘導される直角雑音、同相雑音が本質的に発生せ
ず安定性が向上したこと、流量信号k2のサンプ
リング期間を商用電源周波数の一周期毎とするこ
とにより商用電源の誘導により発生する雑音の高
除去率（高耐雑音性）を実現したこと、また、励
磁信号ｇにより前置増幅器１０および反転増幅器
１２から交互に流量信号k2を得ることにより前
置増幅器１０のオフセツト電圧等の直流成分の雑
音から超低周波領域の雑音に対しても高い除去率
を実現したことである。このような各種雑音に対
して高い除去率を有しているので、励磁電流値を
小さくし、流量信号k1を小さくしても高い安定
性を保つことができ、これによつて省電力化を計
ることができる。なお、励磁電流値を小さくする
ことにより電極３ａ，３ｂに発生する単位流量当
りの起電力は商用電源励磁方式のものと比較して
５分の１ないし10分の１になる。

〔背景技術の問題点〕

ところで、各種雑音には、流体のイオン成分に
より各電極３ａ，３ｂが溶解して極低周波成分の
雑音を発生し、電極３ａ，３ｂ間に発生する起電
力を上げたり、下げたりする電気化学的雑音があ
る。この雑音は流体の成分、電極３ａ，３ｂの材
質およびその表面状態等により異なつたレベルを
示し、特にスラリー液体ではそのレベルが高くな
る。そこで、この雑音のレベルが変換器２の雑音
許容値以下の場合は、変換器２内の動作によつて
除去され、測定精度を低下させることはないが、
雑音許容値以上になると変換器２内で信号が飽和
状態となつて異常動作を起こし、大幅に測定精度
を低下させてしまう。例えば、電気化学的雑音の
レベルが大きくなり積分回路１７に入力する流量
信号が負側にならないと、制御回路１９は正常な
動作を行なえなくなつてしまう。このような場合
は、サンプリングスイツチ１３と同時に基準電圧
源用スイツチ２５を閉じて基準電圧源２４から負
電圧のバイアスを積分回路１７に加え、動作範囲
を拡大している。なお、加えたバイアスは出力回
路２２において除去されるようになつている。

しかし、流量信号に対してバイアスを加えて増
減することは、積分回路１７などの回路動作範囲
に対する流量信号の変化範囲を小さくし、積分回
路１７の後段に接続される回路において拡大する
ことになる。このため、積分回路１７等における
オフセツト電圧のドリフトの拡大、また流量信号
を判別する分解能の低下を生じてしまい、バイア
ス量に限度がある。

このため、従来は第１１図に示すようなリミツ
タ回路を前置増幅器１０の出力端と極性切換スイ
ツチ１１および反転増幅器１２との間に接続して
電気化学的雑音を除去していた。このリミツタ回
路は、演算増幅器２６の反転入力端子と出力端子
との間に、互いに極性を逆方向して接続したゼナ
ダイオード２７，２８と抵抗２９との並列回路を
接続して構成し、各ゼナダイオード２７，２８に
より上限、下限のリミツトを作成している。

しかしながら、このリミツト回路では、電気化
学的雑音を制限するが流量信号をも制限すること
になり、電気化学的雑音の除去の手段としてはい
まだ不十分のものである。

〔発明の目的〕

本発明は上記実情に基づいてなされたもので、
その目的とするところは、電気化学的雑音が過大
に発生しても、この雑音を確実に除去し得て測定
精度を向上させた電磁流量計変換器を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明は、電磁流量計検出器から出力される流
量信号を、遅延手段により前記電磁流量計検出器
を励磁する方形波信号よりも半周期遅延して出力
し、この遅延手段から出力される流量信号を用い
て誤差除去手段により前記電磁流量計検出器から
出力される流量信号に含まれる低周波の誤差分を
除去し、この誤差分の除去された流量信号から流
量に比例した直流信号を得る電磁流量計変換器で
ある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係る電磁流量計変換器の第１の
実施例について第１図ないし第４図を参照して説
明する。なお、第９図と同一部分には同一符号を
付してある。第１図は本発明の電磁流量計変換器
の全体構成図である。この変換器３０には、検出
器１の電極３ａ，３ｂに接続された前置増幅器３
１の出力端と極性切換スイツチ３２および反転増
幅器３３の入力端との間に電気化学的雑音を除去
する雑音除去回路４０が接続されている。

この雑音除去回路４０は、前置増幅器３１から
出力される流量信号L1を、クロツク発生回路３
４から送出されるサンプリング信号ｓを受けて励
磁信号ｇの半周期だけ遅延し、この遅延された流
量信号と前置増幅器３１からの流量信号L1との
差をとつて、電気化学的雑音を除去するものであ
る。具体的には、第２図に示すようにサンプリン
グ信号ｓを受け、このサンプリング信号ｓの
「Ｈ」レベル時に前置増幅器３１から出力される
流量信号L1をホールドしながら出力する第１の
サンプルホールド回路４１と、この第１のサンプ
ルホールド回路４１から出力される流量信号f1を
インバータ４２を通つてきたサンプリング信号ｓ
の「Ｈ」レベル時にホールドして出力する第２の
サンプルホールド回路４３と、この第２のサンプ
ルホールド回路４３から出力される前置増幅器３
１から出力される流量信号を半周期遅延した流量
信号f2と前置増幅器３１から出力される流量信号
L1との差を出力する差動増幅回路４４とから構
成されている。

ここで、変換器３０全体の構成について簡単に
説明する。定電流源３５，３６は、励磁切換スイ
ツチ３７を介して検出器１の各励磁コイル５ａ，
５ｂと接続され、励磁切換スイツチ３７が切換接
続されることにより方形波電流が各励磁コイル５
ａ，５ｂに供給されるようになつている。また、
雑音除去回路４０からの流量信号L2と反転増幅
器３３からの流量信号L3とを切換える極性切換
スイツチ３２には、サンプリングスイツチ３８を
介して積分回路３９が接続されている。この積分
回路３９は、２重積分方式を採用したもので演算
増幅器３９ａ、コンデンサ３９ｂおよび抵抗３９
ｃから構成されている。この積分回路３９の出力
端は、比較器５０を介して制御回路５１に接続さ
れている。この制御回路５１は、サンプリング信
号ｓを受けて基準電圧源５２，５３と積分回路３
９の入力端との間にそれぞれ接続された基準電圧
源用スイツチ５４，５５を開閉制御するととも
に、比較器５０からの信号の「Ｈ」レベル期間だ
け出力回路５２との間に設けられたホトカプラ５
３のホトダイオード５４を発生させる機能を持つ
ている。出力回路５２はホトカプラ５３を介して
受けたパルス信号をそのパルス幅に応じた直流の
電圧または電流信号Ｖに変換して出力するもので
ある。

次に上記の如く構成された変換器の動作、特に
電気化学的雑音除去の動作について説明する。ク
ロツク発生回路３４から励磁信号ｇが出力される
と、検出器１の各励磁コイル５ａ，５ｂに方形波
電流が供給され、電極３ａ，３ｂ間には流量に比
例した起電力が発生する。この起電力は流量信号
として変換器３０に送られ前置増幅器３１により
所定レベルに増幅され、雑音除去回路４０に送ら
れる。

さて、雑音除去回路４０では次のような動作が
行なわれる。第１のサンプルホールド回路４１は
サンプリング信号ｓの「Ｈ」レベル時につまり励
磁信号ｇの立上り、立下り直前に前置増幅回路３
１から出力される流量信号L1のレベル−Es，Es
をホールドし、このレベル−Es，Esを次のサン
プリングタイミングまで遅延して出力f1する。そ
して、第２のサンプルホールド回路４３は、イン
バータ４２を通つて反転されたサンプリング信号
ｓを受け、このサンプリング信号ｓの立上り時に
第１のサンプルホールド回路４３から出力される
流量信号f1をホールドし、次のホールド時までホ
ールドして出力f2する。これにより、第２のサン
プルホールド回路４３から出力される流量信号f2
は、前置増幅器３１から出力される流量信号L1
の半周期前の流量信号レベル−Es，Esとなつて
いる。かくして、差動増幅回路４４の非反転入力
端子に流量信号L1が入力し、反転入力端子に流
量信号f2が入力するので、差動増幅回路４４から
はレベル2Es，−2Esの流量信号f3が出力される。

ここで、第４図に示すように前置増幅器３１か
ら出力される流量信号L1に電極３ａ，３ｂと流
体との間で発生する電気化学的雑音ｚが含まれて
いるとする。すると、第２のサンプルホールド回
路４３から出力される流量信号f2は流量信号L1
の半周期前のレベルとなる。したがつて、差動増
幅回路４４から出力される流量信号f3は流量信号
L1とf2との差をとつたものとなる。なお、電気
的雑音ｚは励磁信号の周波数よりも低い周波数
（直流信号に近似できる程度）となつている。そ
こで、差動増幅回路４４では、流量信号L1の半
周期前の雑音レベルの変化分が除去される。した
がつて、差動増幅回路４４からは第４図に示すよ
うな正負いずれかの方向に片寄りのない流量信号
f3として出力される。そうして、この流量信号f3
が極性切換スイツチ３２を通ることにより第４図
に示すような常に負側の流量信号ｅとなる。さら
に、この流量信号ｅがサンプリングスイツチ３８
の開閉によつてサンプリングされて積分回路３９
に送られ、この積分回路３９からは第４図に示す
ような信号ｈが出力される。そうして、この信号
ｈの減衰期間T₀に応じて制御回路５１はホトダ
イオード５４を発光させ、これにより出力回路５
２からは流量に比例した直流電圧または直流電流
Ｖが出力される。

このように本発明の変換器においては、前置増
幅器３１の出力端に雑音除去回路４０と設け、前
置増幅器３１から出力される流量信号L1を第１
および第２のサンプルホールド回路４１，４３に
より半周期遅延して出力し、この遅延された流量
信号f2と流量信号L1との差を差動回路４４から
出力して後段の積分回路３９に送るようにしたの
で、流量信号ａの半周期前の雑音の変化分が除去
され、これにより雑音が大幅に除去される。とこ
ろで、電気化学的雑音の周波数は通常１Hz程度で
あり、これに対し励磁信号ｇの周波数は商用電源
周波数の偶数分の１で例えば50Hzの８分の１およ
そ６Hzである。このように１Hzの電気化学的雑音
および６Hzの励磁信号であると演算増幅器などか
ら構成されるアクテイブフイルター等により弁別
でき雑音を除去できるが、反面波形歪や位相ずれ
が生じてしまい正確に方形波の流量信号とサンプ
リングすることができない。つまり、アクテイブ
フイルター自身が誤差発生要因となつてしまう。

これに対し本発明の変換器３０では、上記に説
明した如く方形波の流量信号L1を正確に増幅し、
かつ雑音除去回路４０により電気化学的雑音を除
去できる。そして、電気化学的雑音が過大になつ
ても常に半周期前の雑音だけ除去され、測定誤差
の発生をなくすことができる。

さらに雑音除去回路４０は、電気化学的雑音の
他に、励磁信号ｇの一周期の間一定な変化率の雑
音であれば完全に除去できる。なお、雑音除去回
路４０では除去できない雑音は、励磁信号ｇの立
上り、立下り直前でのサンプリングと積分回路３
９により積分動作により除去できる。

次に本発明の変換器の第２実施例について第５
図および第６図を参照して説明する。第５図は変
換器の特に雑音除去回路の構成図であつて、この
雑音除去回路は変換器の前置増幅器３１の出力端
と極性切換スイツチ３２および反転増幅器３３と
の間に接続されている。そして、雑音除去回路の
構成は、前置増幅器３１の出力端にトランジスタ
等の半導体スイツチング素子６０とコンデンサ６
１および半導体スイツチング素子６２とコンデン
サ６３の各直列回路を接続し、さらに半導体スイ
ツチング素子６０，６２とコンデンサ６１，６３
との各接続点と差動増幅回路６４の反転入力端子
との間に半導体スイツチング素子６５，６６を接
続したものとなつている。そこで、半導体スイツ
チング素子６０と６５は第６図に示すように励磁
信号ｇの「Ｈ」レベル期間閉じ、他方の半導体ス
イツチング素子６２，６６は励磁信号ｇのロール
レベル期間閉じるようになつている。したがつ
て、差動増幅器６４の非反転入力端子には、前置
増幅器３１から出力される流量信号L1が半周期
遅延されて入力することになる〔第６図、m1〕。
よつて、第１の実施例と同様に流量信号L1と半
周期遅延された流量信号m1との差が差動増幅器
６４から出力される〔第６図、m2〕。これによ
り、第１の実施例と同様の効果を奏することがで
きるうえ、コンデンサ６１，６３により構成する
ので、サンプルホールド回路を用いた場合よりも
構成が簡単になる。

次に本発明の変換器の第３の実施例について第
７図および第８図を参照して説明する。なお、第
５図と同一部分に同一符号を付してある。第７図
は変換器の特に雑音除去回路の構成図であつて、
この雑音除去回路は第１および第２の実施例にお
ける雑音除去回路と同一位置に接続されている。
この雑音除去回路の構成は、半導体スイツチング
素子６０，６２とコンデンサ６１，６３との間に
それぞれ半導体スイツチング素子７０，７１を接
続し、各コンデンサ６１，６３と接地との間に半
導体スイツチング素子７２，７３をそれぞれ接続
し、さらに、これらコンデンサ６１，６３と半導
体スイツチング素子７２，７３との各接続点とバ
ツフアアンプ７４との間に半導体スイツチング素
子７５，７６を接続している。そうして、バツフ
アアンプ７４の出力端と前置増幅器３１の出力端
とがそれぞれ演算増幅器７７と抵抗７８〜８０と
から構成される加算回路８１に接続されている。
そうして、半導体スイツチング素子６０，７１，
７２，７５は励磁信号ｇの「Ｈ」レベル期間閉
じ、また半導体スイツチング素子６２，７０，７
３，７６は励磁信号ｇの「Ｌ」レベル期間閉じる
ようになつている。したがつて、各コンデンサ６
１，６３からは流量信号L1の半周期前のレベル
が反転されてバツフアアンプ７４に送出される。
第８図には各コンデンサ６１，６３の流量信号ｇ
の入力側の端ａ，ｂでのレベル変化を示してあ
る。そうして、バツフアアンプ７４から出力され
た流量信号m3と前置増幅回路３１から出力され
た流量信号L1とが加算回路８１において加算さ
れ、この加算された流量信号m4が極性切換スイ
ツチ３２および反転増幅器３３に出力される。

このように雑音除去回路を構成しても上記第１
および第２の実施例と同様の効果を奏することが
できるうえ、さらに差動増幅回路を用いた場合よ
りも構成が簡単になる。つまり、差動増幅回路を
実際に構成するには、少なくとも演算増幅器３個
および精密抵抗４個必要となり、加算回路８１よ
りも複雑である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電磁流量計検出器からの流量
信号を電磁流量計検出器を励磁する方形波信号の
半周期だけ遅延し、この遅延した流量信号により
電磁流量計検出器からの流量信号に含まれる誤差
分を除去するので、電気化学的雑音が過大に発生
しても、この雑音を確実に除去し得て測定精度を
向上させた電磁流量計変換器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電磁流量計変換器の第１
の実施例を示す全体構成図、第２図は第１図に示
す変換器における雑音除去回路の具体的な構成
図、第３図および第４図は第１図に示す変換器の
雑音除去動作を示すタイミング図、第５図は本発
明に係る電磁流量計変換器の第２の実施例におけ
る雑音除去回路の構成図、第６図は第５図に示す
回路の動作を示すタイミング図、第７図は本発明
は係る電磁流量計変換器の第３の実施例における
雑音除去回路の構成図、第８図は第７図に示す回
路の動作を示すタイミング図、第９図は従来の電
磁流量計変換器の全体構成図、第１０図は第９図
に示す変換器の動作タイミング図、第１１図は第
９図に示す変換器に用いる雑音除去のリミツタ回
路の構成図である。１…電磁流量計検出器、３０…電磁流量計変換
器、３１…前置増幅器、３２…極性切換スイツ
チ、３３…反転増幅器、３４…クロツク発生回
路、３８…サンプリングスイツチ、３９…積分回
路、４０…雑音除去回路、４１…第１のサンプル
ホールド回路、４２…インバータ、４３…第２の
サンプルホールド回路、４４…差動増幅回路、５
０…比較器、５１…制御回路、５２…出力回路、
６１，６３…コンデンサ、６０，６２，６５，６
６…半導体スイツチング素子、６４…差動増幅回
路、８１…加算回路。

Claims

【特許請求の範囲】１電磁流量計検出器に方形波信号を加えて励磁
し、前記電磁流量計検出器から出力される流量信
号を直流信号に変換する電磁流量計変換器におい
て、前記電磁流量計検出器から出力される流量信
号を前記方形波信号よりも半周期遅延させて出力
する遅延手段と、この遅延手段によつて遅延され
た流量信号により前記電磁流量計検出器から出力
される流量信号に含まれる低周波の誤差成分を除
去する誤差除去手段とを具備したことを特徴とす
る電磁流量計変換器。２遅延手段は、方形波信号の立上り、立下り直
前における流量信号レベルを保持するホールド回
路を有する構成の特許請求の範囲第１項記載の電
磁流量計変換器。３遅延手段は、方形波信号のハイレベルおよび
ローレベル期間に同期して前記方形波信号の半周
期間だけ流量信号レベルを蓄えるコンデンサを有
する構成の特許請求の範囲第１項記載の電磁流量
計変換器。４誤差除去手段は、電磁流量計検出器から出力
される流量信号とホールド回路またはコンデンサ
からの流量信号との差信号を出力する差動増幅回
路を有する構成の特許請求の範囲第１項記載の電
磁流量計変換器。５誤差除去手段は、電磁流量計検出器から出力
される流量信号とコンデンサからの流量信号の反
転信号とを加算する加算回路を有する構成の特許
請求の範囲第１項記載の電磁流量計変換器。