JPH0541378Y2 - - 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
励磁電流成分とこれより低い周波数の励磁電流成
分を励磁コイルに同時に流して複合磁場を形成さ
せ、発生する信号電圧のうち高周波成分はハイパ
スフイルターを介して、低周波成分は大きな時定
数をもつローパスフイルターを介してそれぞれ出
力し、これらの出力を加算合成して出力する複合
励磁方式が提案されている。

この様な構成により、低周波側については大き
な時定数をもつローパスフイルターにより、高周
波側についてはフローノイズとの励磁周波数の相
違により、これらの出力にはそれぞれフローノイ
ズの影響が現れず、しかも信号の早い応答につい
ては高周波側が応答し長期的なゼロ点の変動につ
いては低周波側で確保され、低周波と高周波の
各々の利点を持つ出力が得られる。

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この提案による電磁流量計では
低周波側と高周波側の各出力を単に加算的に合成
するようにしているので、高周波側での応答が良
く、したがつてときとして大きな振幅の高周波側
の励磁周波数に近い周波数成分を持つ突変ノイズ
などが信号電圧に混入するとこれに高周波側が応
答し出力が突変するという問題がある。

〈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
出力をレートリミツトするレートリミツト手段
と、このレートリミツト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を具備す
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低域濾波器１７に入力
され、その出力はレートリミツト回路１８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１９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２０
を介して、レートリミツト回路１８の出力は大き
な時定数を持つハイパスフイルタ２１を介してそ
れぞれ加算器２２で加算され、ローパスフイルタ
２３を介して出力端２４に出力される。

以上の構成において、ローパスフイルタ２０を
経由する結合点１５と加算点２２とで形成される
低周波のループと、ハイパスフイルタ２１を経由
する結合点１５と加算点２２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。

次に、第１図に示す実施例の動作につき第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V_Lがローパスフイルタ２０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
され低域濾波器１７、レートリミツト回路１８お
よびハイパスフイルタ２１を介して加算点２２に
電圧V_Hとして出力される。

この場合に、電極１１ａ，１１ｂに発生した信
号電圧の中に励磁電流I_f（第２図ニ）の高周波成
分を含む突変ノイズが混入されていると、高周波
側では応答が早いので、ただちに応答するがレー
トリミツト回路１８が高周波側に挿入されている
ので一定の振幅に制限され加算点２２には大きな
変動として伝達されない。

一方、低周波側は大きな時定数を持つローパス
フイルタ２０があるので、この突変ノイズの影響
は受けない。

従つて、出力端２４には突変ノイズの影響は現
れない。しかし。流量の変化に基づく変化に対し
てはレートリミツト回路１８のレートリミツト幅
を適当に選定しておくことにより、この幅の中で
充分に応答する。

次に、第３図を参照してレートリミツト回路１
８について詳細に説明する。

入力端２５は低域濾波器１７の出力端に接続さ
れており高周波で復調された第２図ルで示す波形
の電圧が入力されている。この電圧は第２図オに
示すタイミング信号S₁₁で開閉されるスイツチ
SW₁₁を介してコンデンサC₁とボルテージフオロ
ワーとして構成された増幅器Q₅とから成るサン
プル／ホールド回路２６に入力され、その出力は
スイツチSW₁₂とSW₁₃の直列回路を介して出力端
２７に出力される。この出力端２７はハイパスフ
イルタ２１に接続されている。

また、出力端２７はスイツチSW₁₄を介して一
端が共通電位点COMに接続されたコンデンサC₂
とボルテージフオロワーとして構成された増幅器
Q₆から成るサンプル／ホールド回路２８に接続
されている。サンプル／ホールド回路２８の出力
端はスイツチSW₁₅を介して一端が共通電位点
COMに接続されたコンデンサC₃とボルテージフ
オロワーとして構成された増幅器Q₆とから成る
サンプル／ホールド回路２９に接続されている。
スイツチSW₁₄は第２図ワに示すタイミング信号
S₁₄でスイツチSW₁₅は第２図カに示すタイミング
信号S₁₅でそれぞれ開閉され、サンプル／ホール
ド回路２８と２９はサンプル／ホールド回路２６
にホールドされた前回のホールド電圧をホールド
する。

サンプル／ホールド回路２９の出力は、抵抗
R₁を介して非反転入力端（＋）が共通電位点
COMにそして反転入力端（−）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
はレートリミツト幅を決めるレートリミツト電圧
＋E_Rが抵抗R₃を介して印加され、サンプル／ホ
ールド回路３０にホールドされたホールド電圧に
レートリミツト電圧＋E_Rが加算された負の電圧
が増幅器Q₈の出力端に得られる。さらに、抵抗
R₇とR₈と増幅器Q₁₀で構成される反転増幅器でサ
ンプル／ホールド回路２９にホールドされたホー
ルド電圧にレートリミツト電圧＋E_Rが加算され
た電圧が増幅器Q₁₀の出力端に得られる。

サンプル／ホールド回路２９の出力は、また抵
抗R₄を介して非反転入力端（＋）が共通電位点
COMに反転入力端（−）と出力端間に抵抗R₅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（−）にはレー
トリミツト幅を決めるレートリミツト電圧−E_R
が抵抗R₆を介して印加され、サンプル／ホール
ド回路２９にホールドされたホールド電圧にレー
トリミツト電圧−E_Rが加算された電圧の負の電
圧が増幅器Q₉の出力端に得られる。さらに、抵
抗R₉とR₁₀と増幅器Q₁₁で構成される反転増幅器
でサンプル／ホールド回路２９にホールドされた
ホールド電圧にレートリミツト電圧−E_Rが加算
された電圧が増幅器Q₁₁の出力端に得られる。

比較器Q₁₂の一方の入力端には増幅器Q₁₀の出
力が、他方の入力端にはサンプル／ホールド回路
２６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スイツチSW₁₂の開
閉が制御される。また、比較器Q₁₃の一方の入力
端には増幅器Q₁₁の出力が、他方の入力端にはサ
ンプル／ホールド回路２６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
りスイツチSW₁₃の開閉が制御される。

さらに、増幅器Q₁₀の出力はスイツチSW₁₂の切
換端ｂに、増幅器Q₁₁の出力はスイツチSW₁₃の切
換端ｂにそれぞれ接続されている。

次に、この様に構成されたレートリミツト回路
の動作について説明する。

復調された高周波の信号電圧E_oは第２図オに
示すタイミング信号S₁₁のタイミングでサンプ
ル／ホールド回路２６でホールドされる。一方サ
ンプル／ホールド回路２９は第２図ワに示すタイ
ミング信号S₁₄のタイミングでサンプル／ホール
ド回路２８でサンプルされた前回の信号電圧E_o-1
をタイミング信号S₁₅（第２図カ）で制御されたス
イツチSW₁₅の開閉によりホールドしている。し
たがつて、増幅器Q₁₀はE_o-1＋E_R、増幅器Q₁₁は
E_o-1−E_Rをそれぞれ出力する。

そこで、比較器Q₁₂はE_oとE_o-1＋E_Rを比較し、
E_o＞E_o-1＋E_Rならばノイズの突変があつたもの
としスイツチSW₁₂の共通端ｃを切換端ｂ側に切
り換え出力端２７にE_o-1＋E_Rなるレートリミツト
幅の中の電圧を出力し、E_o＜E_o-1＋E_Rならばノ
イズの突変はないものとして切換端ａ側に切り換
え出力端２７に信号電圧E_oを出力する。

比較器Q₁₃はE_oとE_o-1−E_Rを比較し、E_o＜E_o-1
−E_Rならばノイズの突変があつたものとしスイ
ツチSW₁₃の共通端ｃを切換端ｂ側に切り換え出
力端２７にE_o-1−E_Rなるレートリミツト幅の中の
電圧を出力し、E_o＞E_o-1−E_Rならばノイズの突
変はないものとして切換端ａ側に切り換え出力端
２７に信号電圧E_oを出力する。

したがつて、ハイパルスフイルタ２１にはE_o-1
±E_R以内の電圧が入力されるので、その電圧の
変化分は±E_Rとなる。今、レートリミツト電圧
E_Rをフルスケール電圧の100％の値とすると、高
周波の周波数が100Hz、ダンピングが１秒のとき
の出力突変ΔEは下記のように約１％に抑えるこ
とができる。

ΔE＝100×0.01／（１＋0.01）〜１％ 以上はレートリミツト回路としてアナログ回路
で実現したが、同様の処理をマイクロプロセツサ
を用いたソフト処理で実現しても良いことはいう
までもない。

〈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、複合励磁方式の高周波側にレート
リミツト手段を挿入したので、励磁周波数のうち
高周波側の周波数に近い周波数を持つ突変ノイズ
が信号電圧に混入しても出力変動が低減され、複
合励磁の場合におけるノイズに対する安定性が増
す。

【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図に示す実施例の各部の波形を示す
波形図、第３図は第１図に示すレートリミツト回
路の詳細を示す回路図。 １０……導管、１２……励磁コイル、１３……
励磁回路、１８……レートリミツト回路、１９…
…タイミング回路、２０……ローパスフイルタ、
２１……ハイパスフイルタ、２５，３０……ホー
ルド回路、２６，２８，２９……サンプル／ホー
ルド回路。

Claims (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
   段の出力をレートリミツトするレートリミツト手
   段と、このレートリミツト手段の出力を高域濾波
   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濾波するロ
   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
   合成手段とを具備することを特徴とする電磁流量
   計。