JPH0547383Y2

JPH0547383Y2 -

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Publication number: JPH0547383Y2
Application number: JP16884287U
Authority: JP
Priority date: 1987-11-04
Filing date: 1987-11-04
Publication date: 1993-12-14
Anticipated expiration: 2002-11-04
Also published as: JPH0174527U

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。

そこで、例えば実願昭62−32190号（考案の名
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。

以下、ここに提案されている電磁流量計につい
て説明する。

第４図はこの従来の電磁流量計の構成を示すブ
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Es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の出力は大き
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２０を介してそれぞれ加算点２１で加算され
て合成出力Vc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が
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、高域濾波器２２、比較器Q₅，Q₆、
オアゲートQ₇、などで雑音検出回路２３を構成
する。

雑音検出回路２３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Vc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２４を介して出力端２５に出
力される。

次に、第４図に示す実施例の動作について第５
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５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
５図ロ）とS₃（第５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５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が流れる。

結合点１５における信号電圧は第５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５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５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５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。

また、低域濾波器１６の出力である信号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Vc側に切り換えられ、さらにローパスフイ
ルタ２４で平滑されて出力端２５に出力される。

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４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を
用いて低周波側と２周波側とを切り替えて最適な
出力を得るようにしているのである。

＜考案が解決しようとする問題点＞しかしながら、ここに提案されている２周波励
磁方式の場合には、低周波の出力の揺動量が切り
替えのしきい値のぎりぎりのときには低周波と２
周波の各出力がスイツチSW₁₁により交互に切替
えられて出力され不安定な状態になる問題点があ
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に、
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復調手段の出力揺動の上限値
を決める第１基準電圧とこの出力揺動の下限値を
決める第２基準電圧とが与えられこの上限値或い
は下限値と第２復調手段の出力とを用いて上限値
或いは下限値を越える出力揺動があつたときは異
常出力を出すヒステリシスが付与された比較手段
と、この異常出力のないとき或いは異常出力から
所定期間の間に再び異常出力が入力されないとき
は正常出力を出すリトリガラブルモノマルチ手段
と、異常出力により加算手段の出力に或いは正常
出力により第２復調手段の出力にそれぞれ切り替
えて流量出力を出す切替手段とを具備するように
したものである。

＜作用＞本考案によれば、第２復調手段の出力揺動が所
定の上下限値を越えたときにヒステリシスを持た
せて比較手段から異常出力を出し、この異常出力
により加算出力側に切り替え、この異常出力から
所定期間のあいだ再度異常出力が出力されない
（揺動が小さくなつた）ときに第２復調手段側に
切替えて第２復調手段の出力と加算出力とが交互
に切り替わらない様に作用する。

＜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１実施例の構成を示す
ブロツク図である。なお、第４図に示す従来の構
成要素と同じ機能を示す部分には同一の符号を付
して適宜にその説明を省略する。

第１図に示す雑音検出回路２６以外の部分は第
４図に示す回路と同じである。低域濾波器１６の
出力である信号S_Lは高域濾波器２２に入力され揺
動成分のみが出力される。

この揺動成分は、出力端から非反転入力端
（＋）に抵抗R₁とR₂で出力電圧が分圧されて正帰
還がかけられヒステリシスが付与された比較器
Q₅と、出力端から非反転入力端（＋）に抵抗R₃
とR₄で出力電圧が分圧されて正帰還がかけられ
たヒステリシスが付与された比較器Q₆とにそれ
ぞれ入力され、その反転入力端（−）にはそれぞ
れ基準電圧E₃，E₄が印加され、基準電圧E₃，E₄
と揺動成分がそれぞれ比較されて対応する値を越
えると出力Sa，Sbが出される。

この出力Sa，SbはオアゲートQ₇にそれぞれ入
力され、出力SaかSbがあればオアゲートQ₇から
異常出力Scが出力される。

オアゲートQ₇の異常出力Scはリトリガラブル
モノマルチバイブレータRMMに入力される。リ
トリガラブルモノマルチバイブレータRMMはこ
の異常信号Scが入力されてから一定時間Ｔの間
は異常出力Sc′を出力し続ける。この一定時間Ｔ
の間に次の異常出力が入力されないときは正常出
力Snを出力する。

スイツチSW₁₁は加算点２１が加算された合成
出力Vcと低域濾波器１６の出力である信号S_Lと
を切替えてローパスフイルタ２４を介して出力端
２５に流量出力V₀として出力する。この切替え
はリトリガラブルモノマルチバイブレータRMM
からの異常出力Sc′があるときは合成出力Vc側に
切り替えられ、正常出力Snになると低域濾波器
１６側に切替えられる。

以上の構成によれば、揺動が大きくなると低周
波側（低域濾波器１６側）から２周波側（加算点
２１側）に切り替わり、揺動が充分に小さくなつ
た状態で低周波側に復帰するので、低周波の出力
と２周波側の出力が交互に出力されることがなく
なり、しかも流量出力V₀を一定レベル以下の揺
動に抑えることができる。

第２図は本考案の第２の実施例の構成を示すブ
ロツク図である。

第２図に示す実施例は低周波側の信号の大きさ
を瞬時値ではなく入力サンプリング値を積分した
電圧とその１サンプリング前の積分電圧を比較し
てこの出力揺動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２７に入力される。
雑音検出回路２７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２８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２８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２９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２９でホールドされた電圧は、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R₇を介して印加され、ホ
ールド回路２９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２９の出力は、また抵抗R₈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R₉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R₁₀を介
して印加され、ホールド回路２９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。

ホールド回路２８の出力は、出力端から非反転
入力端（＋）に抵抗R₁₁とR₁₂で出力電圧が分圧
されて正帰還がかけられヒステリシスが付与され
た比較器Q₁₀と、出力端から非反転入力端（＋）
に抵抗R₁₃とR₁₄で出力電圧が分圧されて正帰還
がかけられたヒステリシスが付与された比較器
Q₁₂の反転入力端（−）とにそれぞれ入力されて
いる。さらに増幅器Q₁₀の反転入力端（−）には
増幅器Q₈の出力、増幅器Q₁₂の反転入力端（−）
にはホールド回路２８の出力がそれぞれ印加さ
れ、増幅器Q₈の出力とホールド回路２８の出力
とが比較されてその変動幅が電圧＋E_Rに対応す
る値を越えると出力Sa′が出され、さらに増幅器
Q₃の出力とホールド回路２８の出力とが比較さ
れてその変動幅が電圧−E_Rに対応する値を越え
ると出力Sb′が出される。

この出力Sa′，Sb′はオアゲートQ₁₁にそれぞれ
入力され、出力Sa′かSb′があればオアゲートQ₁₁
から異常出力Sc′が出力される。

オアゲートQ₁₁の異常出力Sc′はリトリガラブル
モノマルチバイブレータRMMに入力される。リ
トリガラブルモノマルチバイブレータRMMはこ
の異常信号Sc′が入力されてから一定時間Ｔの間
は異常出力Sc″を出力し続ける。この一定時間Ｔ
の間に次の異常出力が入力されないときは正常出
力Sn′を出力する。

スイツチSW₁₁は加算点２１で加算された合成
出力Vcと低域濾波器１６の出力である信号S_Lと
を切替えてローパスフイルタ２４を介して出力端
２５に流量出力V₀として出力する。この切替え
はリトリガラブルモノマルチバイブレータRMM
からの異常出力Sc″があるときは合成出力Vc側に
切り替えられ、正常出力Sn′になると低域濾波器
１６側に切替えられる。

次に、この様に構成された雑音検出回路２７の
動作について第３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ｎ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３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２８によりホールドされる。
一方、ホールド回路２９はタイミング信号S₁₃（第
２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
してS_Lo′＞S_Lo′_-1＋E_Rならば信号の突変があつた
ものとして信号S_a′をオアゲートQ₁₁に出力し、
比較器Q₁₂はS_Lo′とS_Lo′_-1−E_Rとを比較してS_Lo′＜
S_Lo′_-1−E_Rならば信号の突変があつたものとして
信号S_b′をオアゲートQ₁₁に出力する。

これ等の信号S_a′，Sb′がオアゲートQ₁₁に入力
されるとその出力端からは異常出力Sc′が出力さ
れる。

オアゲートQ₁₁の異常出力Sc′はリトリガラブル
モノマルチバイブレータRMMに入力されるが、
この異常信号S_c′が入力されてから一定時間Ｔの
間は異常出力Sc″をリトリガラブルモノマルチバ
イブレータRMMが出力し続ける。この一定時間
Ｔの間に次の異常出力が入力されないときは正常
出力Sn′を出力する。以後の動作は第１図の場合
と同じである。

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Vc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、第２復調手段の出力揺動が所定の
上下限値を越えたときにヒステリシスを持たせて
比較手段から異常出力を出し、この異常出力によ
り加算出力側に切り替え、この異常出力から所定
期間のあいだ再度異常出力が出力されない（揺動
が小さくなつた）ときに第２復調手段側に切替え
るようにしたので、第２復調手段の出力と加算出
力とが交互に切り替わらず安定な出力を確保する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例の構成を示すブロツ
ク図、第２図は本考案の第２の実施例の構成を示
すブロツク図、第３図は第２図に示す各部の波形
を示す波形図、第４図は従来の電磁流量計の構成
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
３，２６，２７……雑音検出回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

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、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加算手段と、前記第２復調手
段の出力揺動の上限値を決める第１基準電圧とこ
の出力揺動の下限値を決める第２基準電圧とが与
えられこの上限値或いは下限値と前記第２復調手
段の出力とを用いて前記上限値或いは下限値を越
える前記出力揺動があつたときは異常出力を出す
ヒステリシスが付与された比較手段と、この異常
出力のないとき或いは前記異常出力から所定期間
の間に再び前記異常出力が入力されないときは正
常出力を出すリトリガラブルモノマルチ手段と、
前記異常出力により前記加算手段の出力に或いは
前記正常出力により前記第２復調手段の出力にそ
れぞれ切り替えて流量出力を出す切替手段とを具
備することを特徴とする電磁流量計。