JPH0541377Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、磁場を被測定流体に印加しその流量
を測定する電磁流量計に係り、特にその励磁方式
とこれに伴なう信号処理方式を改良した電磁流量
計に関する。

〈従来の技術〉 工業用の電磁流量計は従来から商用電源を用い
て励磁する商用周波の励磁方式が採用されてき
た。商用周波の励磁方式は、(イ)応答速度が早く低
コストに出来る。(ロ)スラリ性の流体や低導電率の
流体で発生する流速と共に増加する低周波のラン
ダムノイズ（以下、フローノイズという）の影響
を受けがたい、という利点があるが、稼動状態で
比較的に長期、例えば１日程度の間、放置してお
くとゼロ点が変動するという欠点がある。

このため、商用周波の1/2、あるいはこれ以下
の低周波で励磁する低周波励磁方式が採用される
ようになつた。低周波励磁方式にすると周知のよ
うにゼロ点の安定な電磁流量計が得られる利点が
ある。しかし、励磁周波数が低いのでフローノイ
ズの周波数と近接し、このためフローノイズの影
響を受け易く、特に流速が大になるとこの影響が
顕著になる。また、フローノイズの影響を軽減す
るためにダンピングをかけると応答が遅くなる欠
点を有している。更に、最近の電磁流量計は省電
力化を図る傾向にあるが、特に２線により電源の
供給と信号の伝送を同時に行う２線式の電磁流量
計では省電力化が必須の要件となる。

この様な場合には単位流速当たりの起電力を小
さくする必要があり、例えば従来の低周波励磁方
式では0.5mV／ｍ／ｓ程度であつたものが２線式
にすると10μV／ｍ／ｓ程度と小さくなる。発生
起電力が従来に比べて１桁以上も小さくなるとフ
ローノイズの影響は相対的に増大するので低周波
励磁方式で省電力化を図ることには限界がある。

そこで、特願昭60−197168号（発明の名称：電
磁流量計）で提案されているように商用周波数の
励磁電流成分あるいはこれより高い周波数を持つ
高周波の励磁電流成分と、これより低い周波数の
励磁電流成分とを励磁コイルに同時に流して複合
磁場を形成する２周波励磁方式が提案されてい
る。

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この提案された２周波励磁方式
の場合には、ゼロ点は安定でありフローノイズに
対しても安定であるという利点があるが、例えば
高周波信号処理側に励磁回路から電極へ容量結合
などにより微分性のノイズが混入しこれが突変す
ると高周波側に挿入されている大きな時定数を持
つハイパスフイルタにより、長期的には安定する
が中期的には変動するゆつくりした変動（中期的
変動）が生じるという欠点を持つ。

〈問題点を解決するための手段〉 この考案は、以上の問題点を解決するため、第
１周波数とこれより低い第２周波数の２つの異な
つた周波数を有する磁場を供給する励磁手段と、
この励磁手段により励磁され流量に対応して発生
する信号電圧を前記第１周波数に基づいて弁別し
て出力する第１復調手段と、この第１復調手段の
出力を高域濾波するハイパスフイルタと、信号電
圧を第２周波数に基づいて弁別して復調する第２
復調手段と、この第２復調手段の出力を低域濾波
するローパスフイルタと、ハイパスフイルタとこ
のローパスフイルタとの各出力を加算的に合成す
る加算手段と、第２復調手段の出力から信号の揺
動を検出する雑音検出手段と、合成手段の出力と
第２復調手段の出力との加算比率を雑音検出手段
の出力により変更する比率制御手段とを具備する
るようにしたものである。

〈実施例〉 以下、本考案の実施例について図面に基づき説
明する。第１図は本考案の一実施例を示すブロツ
ク図である。１０は電磁流量計の検出器の導管で
あり、絶縁性のライニングがその内面に施されて
いる。１１ａ，１１ｂは信号電圧を検出するため
の電極である。１２は励磁コイルであり、これに
よつて発生した磁場が被測定流体に印加される。
励磁コイル１２には、励磁回路１３から励磁電流
I_fが供給されている。

励磁回路１３は次のように構成されている。基
準電圧E₁はスイツチSW₁を介して増幅器Q₁の非
反転入力端（＋）に印加され、その出力端はトラ
ンジスタQ₂のベースに接続されている。トラン
ジスタQ₂のエミツタは抵抗R_fを介してコモン
COMに接続されると共に増幅器Q₁の反転入力端
（−）に接続されている。コモンCOMとトランジ
スタQ₂のコレクタとの間には励磁電圧E_sがスイ
ツチSW₂とSW₃の直列回路とこれに並列に接続さ
れたスイツチSW₄とSW₅の直列回路を介して印加
される。励磁コイル１２はスイツチSW₂，SW₃の
接続点とスイツチSW₄，SW₅の接続点にそれぞれ
接続される。タイミング信号S₁，S₂，S₃はそれぞ
れスイツチSW₁，SW₂とSW₅，SW₃とSW₄の開閉
を制御する。

一方、信号電圧は電極１１ａ，１１ｂで検出さ
れ、前置増幅器１４に出力される。前置増幅器１
４でコモンモード電圧の除去とインピーダンス変
換がなされその出力端を介して結合点１５に出力
される。結合点１５における信号電圧はスイツチ
SW₇を介して、或いは反転増幅器Q₃とスイツチ
SW₈の直列回路を介してそれぞれ小さな時定数を
もつ低域濾波器１６に印加されている。

また、結合点１５における信号電圧はスイツチ
SW₉を介して、或いは反転増幅器Q₄とスイツチ
SW₁₀の直列回路を介してそれぞれ小さな時定数
をもつ低域濾波器１７に印加されている。スイツ
チSW₇，SW₈，SW₉，SW₁₀はそれぞれタイミン
グ回路１８からのタイミング信号S₇，S₈，S₉，
S₁₀で開閉される。低域濾波器１６は大きな時定
数をもつローパスフイルタ１９を介して、低域濾
波器１７の出力はローパスフイルタ１９の時定数
と同じく大きな時定数を持つハイパスフイルタ２
０を介してそれぞれ加算点２１で加算され、合成
出力V_cを出力する。

そして、ローパスフイルタ１９を経由する結合
点１５と加算点２１とで形成される低周波のルー
プと、ハイパスフイルタ２０を経由する結合点１
５と加算点２１とで形成される高周波のループと
の各ループの伝達関数の和が１となるように各定
数が選定されている。

低周波側の低域濾波器１６の出力からスラリー
ノイズなどを含む信号S_Lを検出し、高域濾波器２
２でその変化分ΔS_Lを取り出して絶対値回路２３
に出力する。絶対値回路２３ではこの変化分ΔS_L
の絶対値｜ΔS_L｜をとり低域濾波器２４を介して
雑音出力eΔとして出力する。これ等の高域濾波
器２２、絶対値回路２３、低域濾波器２４で雑音
検出回路２５を構成している。

２６は減算器であり、その入力の一端には低域
濾波器２４の雑音出力eΔが、その他端には基準
電圧E₂がそれぞれ印加され、これ等の差電圧が
乗算器２７に印加される。ここで、雑音出力eΔ
は０≦eΔ≦E₂に選定されているので信号S_Lの変
化分ΔS_Lが大きくなるにしたがつて乗算器２７に
印加される電圧は小さくなる。乗算器２７は信号
S_Lと減算器２６の出力との積をとり加算器２８の
一端に出力する。

一方、乗算器２９は加算点２１からの合成出力
V_cと低域濾波器２４の雑音出力eΔとの積をとり
加算器２８の他端に印加する。この関係を式で示
せば、 V₀＝kVc＋（１−ｋ）S_L となる。ただし、ｋは雑音出力eΔで制御される
比率である。

加算器２８は乗算器２７，２９からの各出力を
加算して低域濾波器３０を介して出力端３１に流
量出力V₀として出力する。

これ等の減算器２６、乗算器２７、加算器２
８、乗算器２９などで比率制御回路３２を構成す
る。

次に、第１図に示す実施例の動作について第２
図に示す波形図を参照して説明する。

タイミング信号S₁は第２図イで示すようにオ
ン／オフを繰返し、これにより基準電圧E₁が増
幅器Q₁の非反転入力端（＋）に印加されたりオ
フにされたりする。一方、タイミング信号S₂（第
２図ロ）とS₃（第２図ハ）により低周波でスイツ
チSW₂とSW₅、およびスイツチSW₃とSW₄が交互
にオンとされるので、第２図ニに示すような低周
波（周期：2T）と高周波（周期：2t）とが複合
された励磁電流I_fが流れる。

結合点１５における信号電圧は第２図ホ，ヘに
示すタイミング信号S₇とS₈でサンプリングされる
ので、第２図トに示す電圧がスイツチSW₇の出力
側に得られる。これを低域濾波器１６で平滑した
電圧がローパスフイルタ１９の出力側に得られ
る。

更に、結合点１５における信号電圧は第２図
チ，リで示すタイミングでタイミング信号S₉，
S₁₀によりサンプリングされるので、スイツチ
SW₉の出力側には第２図ヌで示す信号電圧が出力
され、この信号電圧は低域濾波器１７とハイパス
フイルタ２０を介して加算点２１に出力される。

一方、低周波側の信号S_Lはその変化が雑音検出
回路２５で検出された雑音出力eΔとして比率制
御回路３２に出力される。この場合に検出される
雑音は低域濾波器１６の出力で検出するのでその
周波数帯域に近い主としてフローノイズであり微
分性の雑音は検出され難たい。

比率制御回路３２では、信号S_Lの変化分ΔS_Lが
大きくなると低域濾波器２４の出力が大きくなつ
て乗算器２７の出力を小さくし、逆に乗算器２９
の出力を大きくして、２周波側の合成出力V_cに
対して低周波側の出力S_Lの比率を小さくするよう
に動作する。

この様な動作をさせることにより、次に示す利
点がある。

低周波励磁の場合には微分性のノイズに対して
は強いがフローノイズに弱く、２周波励磁の場合
にはフローノイズに対して安定であるが大きな時
定数を持つハイパスフイルタ２０により微分性の
ノイズの過渡変動に対して弱い。そこで、フロー
ノイズも微分性のノイズもない場合、或いは微分
性のノイズがある場合は、低周波信号側だけで信
号処理をしてもゼロ点の安定な出力が得られる
が、フローノイズがある場合は２周波励磁側で信
号処理をしたほうが安定なゼロ点を持つ出力を得
ることができる。さらに、フローノイズと微分性
ノイズが共にあるときは流体が流れているときで
あるので、２周波励磁側は微分性ノイズによりゼ
ロ点がゼロを中心に適当な時間の間変動（中期的
変動）してもこのゼロ点の変動はマスクされしか
も時間と共に平均化されて実質的に誤差とはなら
ない。

そこで、第１図に示す実施例では低周波側の出
力S_Lでフローノイズの大きさを検出をしてこれに
応じて低周波側と２周波側の加算比率を可変させ
自動的に最適な出力を得るようにしているのであ
る。

第３図は第１図に示す実施例の構成を簡単にし
た本考案の第２の実施例のブロツク図である。

低域濾波器１６の出力である信号S_Lは高域濾波
器２２に入力され、その出力は基準電圧E₃が入
力の他端に与えられた比較器Q₅と基準電圧E₄の
入力の他端に与えられた比較器Q₆のそれぞれの
入力の一端に印加されている。これ等の比較器
Q₅とQ₆の出力はオアゲートQ₇の各入力端に印加
され、その出力でスイツチSW₁₁の開閉を制御す
る。そして、低域濾波器２２、比較器Q₅，Q₆、
オアゲートQ₇、などで雑音検出回路３３を構成
する。

雑音検出回路３３の出力で低周波の信号である
信号S_Lと２周波側の信号である合成出力V_cが印
加されたスイツチSW₁₁が切換えられ、その出力
はローパスフイルタ３０を介して出力端３１に出
力される。そして、信号S_Lの変化値が基準電圧
E₃とE₄の間にある場合はスイツチSW₁₁は信号S_L
側に切り換えられ、基準電圧E₃或いはE₄を越え
る場合にはスイツチSW₁₁は合成出力V_c側に切り
換えられ、対応する信号が出力される。

第４図は本考案の第３の実施例を示すブロツク
図である。

この実施例は低周波側の信号の大きさを検出し
てこの大きさの変化の程度が所定値を越えたとき
に２周波側に切換えるようにしたものである。

スイツチSW₇とSW₈による低周波側の復調出力
である信号S_L′は雑音検出回路３４に入力される。
雑音検出回路３４の出力は、開閉が制御されたス
イツチSW₁₂を介して、反転入力端（＋）がコン
デンサC₁で共通電位点COMに接続されさらに反
転入力端（−）と出力端とが接続されたホールド
回路３５の非反転入力端（＋）に入力されホール
ドされている。ホールド回路３５の出力はスイツ
チSW₁₃を介して、非反転入力端（＋）がコンデ
ンサC₂で共通電位点COMに接続されさらに反転
入力端（−）と出力端とが接続されたホールド回
路３６の非反転入力端（＋）に入力されホールド
される。スイツチSW₁₂とSW₁₃はそれぞれタイミ
ング信号S₁₂とタイミング信号S₁₃で制御される。

ホールド回路３６でホールドされた電圧は、抵
抗R₁を介して非反転入力端（＋）が共通電位点
COMに接続されさらに反転入力端（−）と出力
端間に抵抗R₂が接続された増幅器Q₈の反転入力
端（−）に入力されている。さらに、反転入力端
（−）には雑音の変動幅を決める電圧＋E_Rが抵抗
R₄を介して印加され、ホールド回路３６にホー
ルドされたホールド電圧に電圧＋E_Rが加算され
た電圧が増幅器Q₈の出力端に得られる。

ホールド回路３６の出力は、また抵抗R₅を介
して非反転入力端（＋）が共通電位点COMに接
続されさらに反転入力端（−）と出力端間に抵抗
R₆が接続された増幅器Q₉の反転入力端（−）に
入力されている。さらに、反転入力端（−）には
雑音の変動幅を決める電圧−E_Rが抵抗R₇を介し
て印加され、ホールド回路３６にホールドされた
ホールド電圧に電圧−E_Rが加算された電圧が増
幅器Q₉の出力端に得られる。

比較器Q₁₀の一方の入力端には増幅器Q₈の出力
が、他方の入力端にはホールド回路３５の出力が
それぞれ入力され、これ等の大きさが比較されて
その出力によりオアゲートQ₁₁を介してスイツチ
SW₁₁の開閉が制御される。また、比較器Q₁₂の一
方の入力端には増幅器Q₉の出力が、他方の入力
端にはホールド回路３５の出力がそれぞれ入力さ
れ、これ等の大きさが比較されてその出力により
によりオアゲートQ₁₁を介してスイツチSW₁₁の開
閉が制御される。

次に、この様に構成された雑音検出回路３４の
動作について第４図を用いて説明する。なお、以
下の説明において信号S_L′はサンプリングの時点
を明確にするため信号S_L′に添字_oを用いて説明す
る。

復調された低周波の信号S_Lo′はタイミング信号
S₁₂（第５図ル）でその開閉が制御されたスイツチ
SW₁₂でホールド回路３５によりホールドされる。
一方、ホールド回路３６はタイミング信号S₁₃（第
４図オ）でその開閉が制御されたスイツチSW₁₃
を介して前回にホールドされた信号S_Lo′_-1をホー
ルドしている。したがつて、増幅器Q₈はS_Lo′_-1＋
E_R、増幅器Q₉はS_Lo′_-1−E_Rをそれぞれ出力する。

そこで、比較器Q₁₀はS_Lo′とS_Lo′_-1＋E_Rとを比較
し、S_Lo′＞S_Lo′_-1＋E_Rならば信号の突変があつた
ものとしてオアゲートQ₁₁を介してスイツチSW₁₁
を２周波側に切り換えて出力端３１に合成出力
V_cを出力し、S_Lo′＜S_Lo′_-1＋E_Rならば信号の突変
はないものとしてオアゲートQ₁₁を介して低周波
側に切り換え出力端３１に信号S_Lo′を出力する。

比較器Q₁₂はS_Lo′とS_Lo′_-1−E_Rとを比較し、
S_Lo′＜S_Lo′_-1−E_Rならば信号の突変があつたもの
としてオアゲートQ₁₁を介してスイツチSW₁₁を２
周波側に切り換えて出力端３１に合成出力V_cを
出力し、S_Lo′＞S_Lo′_-1＋E_Rならば信号の突変はな
いものとしてオアゲートQ₁₁を介して低周波側に
切り換え出力端３１に信号S_Lo′を出力する。

つまり、前回の信号値に対して±E_R以内の信
号の変化分であれば低周波側の信号S_Lo′を出力
し、これを越えた変化をすれば合成出力V_cを出
力するようにしたものである。

〈考案の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本
考案によれば、低周波側の信号の揺動を検出して
この値が所定値を越えるかどうかを判断し、その
結果に応じて低周波側と２周波側とを切り換える
ようにしたので、スラリーノイズに対しても微分
性のノイズに対しても強くしかもゼロ点の安定な
出力が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例を示すブロツク図、
第２図は第１図に示す各部の波形を示す波形図、
第３図は本考案の第２の実施例を示すブロツク
図、第４図は本考案の第３の実施例を示すブロツ
ク図、第５図は第４図に示す各部の波形を示す波
形図である。 １０……導管、１２……励磁コイル、１３……
励磁回路、１６，１７……低域濾波器、１８……
タイミング回路、１９……ローパスフイルタ、２
０……ハイパスフイルタ、２１……加算点、２
５，３３，３４……雑音検出回路、３２……比率
制御回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 第１周波数とこれより低い第２周波数の２つ
   の異なつた周波数を有する磁場を供給する励磁
   手段と、この励磁手段により励磁され流量に対
   応して発生する信号電圧を前記第１周波数に基
   づいて弁別して出力する第１復調手段と、この
   第１復調手段の出力を高域波するハイパスフ
   イルタと、前記信号電圧を前記第２周波数に基
   づいて弁別して復調する第２復調手段と、この
   第２復調手段の出力を低域波するローパスフ
   イルタと、前記ハイパスフイルタと前記ローパ
   スフイルタとの各出力を加算的に合成する合成
   手段と、前記第２復調手段の出力から前記信号
   の揺動を検出する雑音検出手段と、前記合成手
   段の出力と前記第２復調手段の出力との加算比
   率を前記雑音検出手段の出力により変更する比
   率制御手段とを具備することを特徴とする電磁
   流量計。 (2) 第１周波数とこれより低い第２周波数の２つ
   の異なつた周波数を有する磁場を供給する励磁
   手段と、この励磁手段により励磁され流量に対
   応して発生する信号電圧を前記第１周波数に基
   づいて弁別して出力する第１復調手段と、この
   第１復調手段の出力を高域波するハイパスフ
   イルタと、前記信号電圧を前記第２周波数に基
   づいて弁別して復調する第２復調手段と、この
   第２復調手段の出力を低域波するローパスフ
   イルタと、前記ハイパスフイルタと前記ローパ
   スフイルタとの各出力を加算的に合成する合成
   手段と、前記第２復調手段の出力から前記信号
   の揺動を検出する雑音検出手段とを具備し、こ
   の雑音検出手段の出力により前記合成手段の出
   力と前記第２復調手段の出力とを切り換えるよ
   うにしたことを特徴とする電磁流量計。