JPH0477854B2

JPH0477854B2 -

Info

Publication number: JPH0477854B2
Application number: JP59274608A
Authority: JP
Inventors: Toyofumi Tomita
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1992-12-09
Also published as: US4658653A; JPS61155820A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、方形波励磁方式の電磁流量計に係
り、特に励磁手段を改良して流量出力の安定化を
図る電磁流量計に関する。

〔発明の技術的背景〕

従来、一般に使用されている方形波励磁方式の
電磁流量計は、第６図および第７図に示すように
タイミング回路１から発生されるタイミング信号
S1を受けて励磁回路２より低周波で交番の定電
流としての励磁電流S2を検出器本体３の一対の
コイル４，４′に印加して励磁するとともに、こ
のときコイル４，４′から発生する磁束と流体の
速度に比例して導電性流体に誘起せられる起電力
Ｓ３，Ｓ３′を前記磁束方向と垂直に測定管５の
内壁に絶縁されて取付けられた一対の電極６，
６′にて検出し、この検出起電力を信号変換器７
のサンプリングホールド回路８で磁束の安定する
時即ち磁束方向が切換わる直前にタイミング回路
１からのサンプリング信号S4，S4′によつてサン
プリングして出力することにより、流体の平均速
度を測定する構成となつている。

この電磁流量計にあつては、一対の電極６，
６′からの起電力Ｓ３，Ｓ３′は励磁１周期に２回
サンプリングされ時間的に隣り合うサンプリング
の値の差が出力される。従つて、このようなサン
プリング手段をとれば、励磁周波数の偶数倍の周
波数の信号や励磁周波数より十分に低い周波数の
信号即ち雑音成分を除去することができる。但
し、この場合の励磁周波数は、商用電源の誘導雑
音が最も大きいことに着目して商用電源の偶数分
の１（主に1/8）に定められている。

ところで、以上のような電磁流量計の電極６，
６′は直接流体と接触しているので、電極６，
６′の表面と流体に含まれるイオン等による電池
作用により、一対の電極６，６′には流量信号と
は無関係な起電力が発生する。これは、電気化学
的雑音と呼ばれ、起電力の大きさが流量信号の10
〜100倍以上と過大なものである。但し、この雑
音の周波数成分は、通常励磁周波数に比較して低
い成分であるので、サンプリングを行なうことに
よつて除去することができる。

しかし、この電気化学的雑音は、電極６，６′
の表面状態に大きく影響を受けるので、流量計に
取付けられている配管内の急激な圧力変動に伴な
う微少な流体の動きによつても変化する。特に、
配管内の急激な圧力変動はピストン方式のポンプ
を流体が殆んど流れない状態で使用した場合など
に多く発生する。このピストン式ポンプの通常の
使用範囲は0.1〜３Hz程度であるが、複筒複動式
のものなどではその吐出圧の波形がポンプ回転数
の４倍以上の成分を有し、電気化学的雑音も吐出
圧と同じ周波数成分をもつこととなり、励磁周波
数と一致してしまうことがある。

〔背景技術の問題点〕

ところが、以上のような状態が発生すると、電
磁流量計の出力は現実に流体が流れていないにも
拘らず流量出力が出たりあるいはふらついたりし
て使用不能となつてしまう。この対策としては、
ポンプの吐出側に圧力変化が起らない様にバツフ
アタンクを設けることがあるが、コストやスペー
スの上で大きな問題がある。また、励磁周波数を
より高い周波数に変えるという対策も考えられる
が、ポンプの使用周波数は広い範囲にあるので、
電気化学的雑音の最高周波数を限定することは困
難であるし、また高い方形波励磁周波数で動作す
る電磁流量計の場合には検出器磁気回路の応答を
速くしなければならず、高コスト化および大電力
化を招く問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は以上のような点に着目してなされたも
ので、雑音が発生しても常に安定に流量信号を測
定し得る電磁流量計を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、検出器本体の出力に含まれる周波数
成分から雑音を検出する雑音検出手段と、２種類
の励磁周波数信号を選択する励磁信号選択手段と
を有し、この雑音検出手段により流量出力に雑音
が含まれていると判断したとき、前記励磁信号選
択手段によつて雑音周波数より離れた励磁周波数
信号を選択して検出器本体を励磁する電磁流量計
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について第１図を参照
して説明する。同図において１０は導電性流体の
流速に比例した起電力を検出する検出器本体を示
し、これは導電性流体が流通される測定管１１
と、この測定管１１の管軸方向と直交する方向に
磁束を形成する励磁コイル１２，１２′と、この
励磁コイル１２，１２′の磁束方向および流体の
流れ方向に対して垂直となる様に前記測定管１１
の内壁に対向配置され、導電性流体に誘起される
起電力を取り出す一対の電極１３，１３とによつ
て構成されている。

２０は検出器本体１０から出力される起電力を
信号変換して流体の流速に比例した流量信号を得
る信号変換器である。この信号変換器２０は、検
出器本体１１の一対の電極１３，１３からの起電
力を増幅する前置増幅器２１およびこの増幅器２
１の出力をサンプリング信号に基づいてサンプリ
ングして出力するサンプリングホールド回路２２
を有し、さらに増幅器２１の出力端にハイパスフ
イルタ２３およびローパスフイルタ２４が接続さ
れている。これらのフイルタ２３，２４は増幅器
２１の出力の周波数成分から雑音を検出するもの
であり、特にハイパスフイルタ２３は増幅器２１
の出力が予め定めた遮断周波数以上の周波数成分
を含んでいるときハイレベル信号“Ｈ”を出力
し、一方、ローパスフイルタ２４は増幅器２１の
出力が予め定めた遮断周波数以下の周波数成分を
含んでいるときにハイレベル信号“Ｈ”を出力す
る機能をもつている。このフイルタ２３，２４の
出力端にはそれぞれ個別に例えばNOR回路など
のゲート回路２５，２６が接続されている。これ
らのゲート回路２５，２６はクロツク発生回路２
７およびゲート制御回路２８によつて交互にオン
制御されるようになつている。このクロツク発生
回路２７は、発振器などによつて構成され、励磁
周波数信号とサンプリング信号とを交互にある周
期をもつて発生させるためのクロツク信号を出力
し、またゲート制御回路２８は、例えばＤ形フリ
ツプ・フロツプ回路によつて構成され、前記クロ
ツク発生回路２７から出力されるクロツクを受
け、このクロツクの立下りで出力が反転して該ク
ロツクより２倍周期の信号を出力してゲート回路
２５，２６を交互にオン制御するものである。さ
らに、ゲート回路２５，２６の出力端にはゲート
回路２５の出力端をＴ入力端とし、ゲート回路２
６の出力端をＫ入力端とし、かつ前記クロツク発
生回路２７から出力されるクロツクを受けてその
クロツクの立上りで出力を反転する例えばJK形
フリツプ・フロツプ回路などの切替信号発生回路
２９が接続されている。３０は切替信号発生回路
２９の出力を受けて励磁周波数を選択する励磁信
号選択回路であつて、これらは例えば開閉スイツ
チ３０ａ，３０ｂによつて構成され、開閉スイツ
チ３０ａのオンにより発振器３１から出力される
周波数信号_cを選択してタイミング回路３２に与
え、一方、開閉スイツチ３０ｂのオンにより発振
器３３から出力される周波数信号_b（_b＜_c）を
選択してタイミング回路３２に与える構成となつ
ている。このタイミング回路３２は、発振器３１
の出力を受けて励磁周波数信号_Ecを出力し、同
様に発振器３３の出力を受けて励磁周波数信号
_Eb（_Eb＜_Ec）を出力し、これらは励磁回路３４
に与えるとともに、前記サンプリングホールド回
路２２にサンプリング信号を供給する。従つて、
励磁回路３４は前記励磁周波数_Ec又は_Eb受けて
励磁コイル１２，１２′に励磁信号を供給する。
３５は開閉スイツチ３０ｂのオン時および通電さ
れたときに各回路２８，２９のＱ出力をハイレベ
ル、出力をローレベルにプリセツトするプリセ
ツト回路である。なお、前記ハイパスフイルタ２
３の遮断周波数_Hcは（_Ec＋_Eb）／２の関係にあ
り、ローパスフイルタ２４の遮断周波数_Lcは_Eb
に設定されている。また、雑音成分は主に高周波
であるので、２つの励磁周波数信号は整数比の関
係にあつてはならない。

次に、以上のように構成された電磁流量計の作
用について第２図および第３図を参照して説明す
る。第２図は雑音を含まない場合の通常動作を示
し、第３図は雑音を含んだ場合の動作を示す。な
お、両図とも励磁周波数の変化に着目したもので
あり、流量信号のサンプリング等は第７図と同じ
なので図示していない。

先ず、雑音を含まない通常動作について述べ
る。第２図において時刻t₀〜t₁ではプリセツトが
解けたときであるので、ゲート制御回路２８およ
び切替信号発生回路２９の各Ｑ端子からハイレベ
ル信号“Ｈ”が出力されており、このため開閉ス
イツチ３０ａがオンとなつている。従つて、発振
器３１の出力信号_cが開閉スイツチ３０ａを介し
てタイミング回路３２に供給されており、該回路
３２から高い励磁周波数信号_Ecが出力されてい
る。一方、ローパスフイルタ２４はローレベル
“Ｌ”、ハイパスフイルタ２３の出力は流量信号が
有る時にはハイレベル、無い時にはローレベルで
ある。第２図は流量信号がある場合を示してい
る。

今、クロツク発生回路２７から第２図に示すク
ロツクが出力され、また流量有りの状態のために
ハイパスフイルタ２３からハイレベル、ローパス
フイルタ２４からローレベル信号が出力されてい
る。従つて、この状態においてクロツクを受けて
ゲート制御回路２８はクロツクの立下りで反転す
る２倍周期となるハイレベル信号がＱ端子および
Ｑ端子から交互に出力される。この結果、時刻t₁
では、ゲート回路２５の出力はローレベルとな
り、切替信号発生回路２９のＱ端子がローレベ
ル、端子がハイレベルにそれぞれ反転する。従
つて、開閉スイツチ３０ａがオフ、開閉スイツチ
３０ｂがオンとなるので、発振器３３の出力_bが
タイミング回路３２に与えられ、この回路３２か
ら出力_bで定まる低い励磁周波数信号_Ebが出力
され、励磁回路３４で励磁コイル１２，１２′を
励磁することになる。

時刻t₁からt₂では、流量信号の有無に拘らず、
ハイパスフイルタ２３の出力はローレベル、ロー
パスフイルタ２４の出力は流動信号の有無により
変化するが、時刻t₂においてはゲート回路２５の
出力はハイレベル、ゲート回路２６の出力はロー
レベルとなるので、切替信号発生回路２９の出力
は再び反転する。このため、再び高い励磁周波数
_Ecとなる。以後、雑音がない場合には時刻t₀〜t₂
の繰返しとなり、励磁周波数_Ecおよび_Ebが周期
的に切替つて出力されることになる。

次に、雑音を含んだ場合の動作について第３図
を参照して述べる。同図は（_Eb＋_Ec）／２以上
の周波数成分をもつた雑音が存在した場合のタイ
ムチヤートである。先ず、時刻t₀〜t₁の間は第２
図と同様であり、よつて励磁周波数は_Ecである。
さらに、時刻t₁においては励磁周波数は_Ebとな
る。

ところで、例えば時刻t₃において雑音が混入し
たとすると、ハイパスフイルタ２３は雑音を検出
して以降ハイレベルとなり、これに伴なつてゲー
ト回路２５の出力は以降ローレベルとなる。一
方、ローパスフイルタ２４は流量信号が有る場合
にはハイレベル、無い場合にはローレベルとなる
が、この場合には流量信号があるのでハイレベル
となつており、このためゲート回路２６の出力は
ローレベルとなる。よつて、切替信号発生回路２
９の出力はクロツクパルスの立ち上がる前の状態
を保持し、開閉スイツチ３０ａはオフ状態、開閉
スイツチ３０ｂはオン状態を保持し、発振器３３
の出力信号_bで定まる低い励磁周波数信号_Ebで
励磁コイル１２，１２′を励磁することになる。
即ち、励磁コイル１２，１２′は雑音の周波数成
分より離れた低い励磁周波数信号_Ebによつて励
磁される。

時刻t₄では、流量信号が有る場合には両方のゲ
ート回路２５，２６の出力がともにローレベル、
流量信号が無い場合にはゲート回路２５の出力が
ローレベル、ゲート回路２６の出力がハイレベル
となるが、何れにせよ、開閉スイツチ３０ａがオ
フ状態、開閉スイツチ３０ｂがオン状態を続け、
以降雑音が無くなるまで低い励磁周波数信号_Eb
を用いて励磁を続行する。なお、第３図において
ローパスフイルタ２４の出力およびゲート回路２
６の出力の実線は流量信号が有る場合、一点鎖線
は流量信号が無い場合を示す。

混入雑音が低い励磁周波数信号_Eb以下の周波
数成分をもつたものである場合、フイルタ２３，
２４およびゲート回路２５，２６は前述と全く逆
の動作となり、高い励磁周波数_Ecを用いて励磁
コイル１２，１２′を励磁することになる。

従つて、以上のような実施例の構成によつて次
のような利点を有する。即ち、ピストン式ポンプ
等により励磁周波数に近い高調波成分をもつ電気
化学的雑音が発生し、これが原因で流量出力が不
安定となるのは、雑音の高調波周波数と励磁周波
数が一致若しくは非常に近づいたために発生す
る。そこで、上記実施例では、常時は２つの励磁
周波数信号_Ec，_Ebを交互に切替えて検出器本体
１０を駆動するが、雑音が混入したときには励磁
周波数を雑音周波数からより離れた励磁周波数に
固定して検出器本体１０を駆動するので、雑音が
混入しても流量信号を安定に測定できるものであ
る。

なお、本発明は上記実施例に限定されるもので
はない。例えば流量信号と雑音の弁別を行なうた
めに２種類の励磁周波数を用いたが、それよりも
多くてもよい。また、上記実施例では、ハイパス
フイルタ２３およびローパスフイルタ２４を用い
たが、例えば電源誘導雑音や前置増幅器２１を構
成する半導体素子の素子雑音による励磁周波数の
切替え誤動作の可能性を避けるために、ハイパス
フイルタ２３の代りに高域遮断周波数を_Ec、低
域遮断周波数を（_Ec＋_Eb）／２としたバンドパ
スフイルタを用い、またローパスフイルタ２４の
代りに高域遮断周波数を_Ebとしたバンドパスフ
イルタを用いてもよい。さらに、上記実施例は３
種類の発振器２７，３１，３３を用いたが、例え
ば第４図のように１個の発振器４０を用い、この
発振器４０の出力を例えば分周回路４１で分周し
てゲート制御回路等２８，２９のクロツクとし、
またプログラマブル分周回路４２によつて分周し
て異なる２種類の励磁周波数_Ec，_Ebを得る構成
としてもよい。また、第５図に示すようにフイル
タ２３，２４の代りに開閉スイツチ３０ａ，３０
ｂに同期して動作するスイツチ４３ａ，４３ｂに
よつて遮断周波数がプログラマブルに設定される
一個のバンドパスフイルタを用いて構成してもよ
い。但し、このフイルタは信号が入力されるとハ
イレベルになるものとする。その他、本発明はそ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施でき
る。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、流量信号
に含まれる周波数成分から雑音が混入されている
と判断すると、励磁周波数を雑音周波数からより
離れた励磁周波数に設定するので、雑音が混入し
ても常に安定に流量信号を測定できる電磁流量計
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明に係る電磁流量計
の一実施例を説明するもので、第１図は本発明電
磁流量計を示す構成図、第２図は雑音が混入して
ない場合の動作を説明するタイムチヤート、第３
図は雑音が混入している場合の動作を説明するタ
イムチヤート、第４図および第５図は本発明の他
の実施例を示す構成図、第６図は従来の電磁流量
計を示す構成図、第７図は第６図に示す電磁流量
計の動作を説明するタイムチヤートである。１０…検出器本体、１１…測定管、１２，１
２′…励磁コイル、１３，１３…一対の電極、２
０…信号変換器、２２…サンプリングホールド回
路、２３…ハイパスフイルタ、２４…ローパスフ
イルタ、２５，２６…ゲート回路、２７…クロツ
ク発生回路、２８…ゲート制御回路、２９…切換
信号発生回路、３０…励磁信号選択回路、３１，
３３，４０…発振器、３２…タイミング回路、４
１…分周回路、４２…プログラマブル分周回路、
４４…バンドパスフイルタ。

Claims

【特許請求の範囲】１導電性流体が流通する測定管の外周に設けら
れた励磁コイルに励磁回路から方形波定電流の励
磁信号を供給するとともに、前記励磁コイルの磁
束方向及び流体の流れ方向に垂直となる様に前記
測定管に取付けられた一対の電極により前記導電
性流体に誘起される起電力を検出する電磁流量計
において、前記一対の電極によつて検出される起
電力に含まれる周波数成分から雑音を検出するフ
イルタと、少なくとも２種類の方形波周波数信号
を発生する周波数発生手段と、非雑音混入時にお
いて前記フイルタの出力およびクロツク発生回路
のクロツクを受けて前記２種類の方形波周波数信
号を所定周期で交互に選択して前記励磁信号と
し、かつ雑音混入時において前記フイルタが雑音
の混入を検出して予め定められた所定レベルを出
力すると、その所定レベル信号を受けて前記雑音
の周波数成分からより離れている前記一方の方形
波周波数信号を選択して前記励磁信号とする励磁
信号選択手段とを備えたことを特徴とする電磁流
量計。２フイルタは、ハイパスフイルタとローパスフ
イルタとを用いたものである特許請求の範囲第１
項記載の電磁流量計。３フイルタは、前記励磁信号選択手段による選
択動作に同期して動作するスイツチによつて遮断
周波数がプログラマブルに設定される１個のバン
ドパスフイルタを用いたものである特許請求の範
囲第１項記載の電磁流量計。４２種類の方形波周波数信号は、周波数比が整
数比でないことを条件とする特許請求の範囲第１
項記載の電磁流量計。５２種類の方形波周波数信号は１個の発振器に
分周回路を接続して得るものである特許請求の範
囲第１項記載の電磁流量計。