JPH0569364B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、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＞ 第４図に特願昭60−197168号（発明の名称：電
磁流量計）で提案されているこの種の従来の電磁
流量計の構成を示す。

１０は電磁流量計の発信器の導管であり、絶縁
性のライニングがその内面に施されている。１１
ａ，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には抵抗１３を介して例えば商用定電流源１
４より商用周波数の矩形波の定電流I₁が流され、
また、同時に励磁コイル１２には抵抗１５を介し
て低周波定電流源１６より例えば50／８Hz程度の
低周波の矩形波の定電流I₂が重畳して励磁電流If
として流されている。これにより、被測定流体に
は例えば商用周波数と商用周波数の１／８の周波
数の２種類の異なつた周波数の磁場が印加されて
いる。

一方、信号電圧Vsは電極１１ａ，１１ｂで検
出され、前置増幅器１７に出力される。前置増幅
器１７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１８を介して結合点１
９に出力される。

結合点１９では前置増幅器１７の出力と乗算器
２０の出力との偏差がとられ増幅器２１により増
幅され復調器２２により同期整流またはサンプル
ホールドれる。その平滑された直流出力は電圧・
周波数変換器２３により一定パルス幅を持つパル
ス周波数信号に変換されて乗算器２０に帰還され
ると共に低域濾波器（ローパスフイルタ）２４に
出力されて平滑され、その出力V_Lは加算点２５
に出力される。乗算器２０は例えばスイツチで構
成されている。このスイツチの一端には抵抗１５
の両端に発生した低周波の比較電圧が印加され、
電圧・周波数変換器２３の出力パルスでこのスイ
ツチを開閉し、その端に生じた電圧を結合点１９
に出力する。また復調器２２には抵抗１５からの
低周波の比較電圧が印加されている。

増幅器２１、復調器２２、電圧・周波数変換
器、２３、低域濾波器２４および乗算器２０はこ
れ等で低周波の信号電圧を処理する低周波の信号
処理回路２６を構成し、被測定流体の流量信号の
うち低周波励磁に対応する信号を処理して加算点
２５に出力V_Lとして出力する。この低周波の信
号処理回路２６における時定数は低域濾波器２４
の時定数を大きくとり、応答を遅くしておく。

一方、前置増幅器１７の出力端１８と加算点２
５との間には低周波の信号処理回路２６と並列的
に商用周波の信号処理回路７が接続されている。

前置増幅器１７の出力端１８の出力電圧と乗算
器２８の出力電圧との偏差が結合点２９でとられ
増幅器３０で増幅される。増幅器３０の出力は復
調器３１で抵抗１３に発生した商用周波の比較電
圧を参照電圧として同期整流され、あるいはサン
プルホールドされて平滑された直流電圧とされ
る。この直流電圧は電圧・周波数変換器３２によ
り一定パルス幅を持つパルス周波数信号に変換さ
れて乗算器２８に帰還される。電圧・周波数変換
器３２の出力電圧は低域濾波器３３で平滑して直
流電圧とし、これを高域濾波器（ハイパスフイル
タ）３４を介して加算点２５に出力V_Hとして出
力する。加算点２５では出力V_LとV_Hとを加算し
て出力端３５に合成出力Vcを出力する。

この様な構成にすると、流量変動の少ない通常
の作動の場合には、商用周波の信号処理回路２７
は高域濾波器３４の存在のために応答せず、主と
してゼロ点の安定な低周波の信号処理回路２６の
出力V_Lが合成出力Vcとして出力され、一方フロ
ーノイズに関しては、大きな時定数が選定されて
いる低域濾波器２４の存在のためにその影響が軽
減され出力V_Lの揺動としては現われず、また商
用周波の信号処理回路２７は励磁周波数が高いた
め低周波数領域に存在するフローノイズとの周波
数差が大きく、出力V_Hにその影響が現われない。
換言すれば、流量変動の少ない通常の作動の場合
は、安定なゼロ点を確保しながらフローノイズの
影響も受け難い電磁流量計とすることができる。

次に、流量が急に変動した場合には、低周波の
信号処理回路２６は低域濾波器２４の大きな時定
数のために応答しないが、商用周波の信号処理回
路２７の時定数は小さく高域濾波器３４を介して
出力しているので直ちに応答して出力V_Hが合成
出力Vcとして出力される。

また、流量がゼロの場合には、フローノイズは
発生しないのでこの影響はなく、商用周波の信号
処理回路２７は高域濾波器３４の存在によりゼロ
点のドリフトはなく出力V_Hはゼロに維持され、
ゼロ点の安定な低周波の信号処理回路２６の出力
V_Lが合成出力Vcとして出力される。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、この様な従来の電磁流量計には
以下に示す問題点がある。第５図を用いて説明す
る。第４図に示す電磁流量計において商用定電流
源１４の矩形波の定電流I₁の周波数を高くした方
がフローノイズの影響を受けないが、周波数を高
くすると磁気回路における渦電流の影響が出て磁
場が矩形波の定電流I₁より遅れた波形となる。こ
のため、信号電圧Vsの波形も励磁電流Ifの波形
より遅れたものとなる。第５においてイは商用周
波より周波数を高くしときの矩形波の定電流I₁を
示し、ロは商用周波より周波数を低くしたときの
矩形波の定電流I₂を示している。これ等を合成し
たものが励磁電流Ifとしてハに示してある。励磁
電流Ifにより発生した磁場による信号電圧Vsが
ニに示してある。信号電圧Vsの波形から判るよ
うに矩形波の定電流I₁の変化に対して渦電流に起
因する応答遅れが生じている。励磁電流Ifが流れ
ている期間に対応する正の信号電圧VsをSa、負
の信号電圧をSc流れていない期間に対応する正
の信号電圧VsをSb、負の信号電圧をSdとする
と、定電流I₁の周波数に対応する信号電圧Ｓは、
定電流I₂の切換直前の安定した状態の定電流I₁の
２サイクルのサンプル値を用いると V_S＝Sa−Sb＋Sa−Sb−（Sc−Sd＋Sc−Sd
）＝４（Sa−Sb）(1) 定電流I₂の周波数に対応する信号電圧S_Lは S_L＝Sa＋Sb＋Sa＋Sb−（Sc＋Sd＋Sc＋Sd
）＝４（Sa＋Sb）(2) となる。ただし、Sa〜Sdは各期間の信号電圧Vs
の積分値を示し、Sa＝Sc，Sb＝−Sdである。

従つて、もし遅れがなければSb＝０であり、
S_H＝S_Lとなり正しい演算出力を得るが、高周波側
の周波数が高くなり遅れが生ずると誤差を生ずる
欠点がある。

そこで、信号電圧S_Hを増幅してS_H＝S_Lにする必
要があるが、磁場の遅れは各発信器に固有の値で
あるので各発信器ごとに調整しなければならない
不便がある。

＜問題点を解決するための手段＞ この発明は、以上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被測定流体に印加する励
磁手段と、この励磁手段により励磁され被測定流
体の流量に対応して発生する信号電圧を増幅する
増幅手段と、第１周波数に基づいて信号電圧を弁
別しハイパスフイルタを介し第１信号電圧を出力
する第１信号処理手段と、第２周波数に基づいて
信号電圧を弁別し第２ローパスフイルタを介して
第２信号電圧を出力する第２信号処理手段と、第
１信号電圧に関連する電圧を第１ローパスフイル
タを介して出力された出力電圧と第２信号電圧に
関連する電圧とが入力されこれ等の比率を演算す
る比率演算手段と、この比率演算手段の出力によ
り第１および第２信号電圧が等しくなるように利
得調整されるいずれか一方の信号処理手段に設け
られた利得調整手段と、第１信号電圧と第２信号
電圧とを加算する加算手段とを具備するようにし
たものである。

＜作 用＞ 第１信号処理手段と第２信号処理手段で各々信
号処理された第１信号電圧と第２信号電圧が等し
くなるように比率演算手段を介して利得調整手段
を調整する。そして等しい大きさの第１信号電圧
と第２信号電圧を加算手段で加算して出力する。

以上により、第１信号処理手段における信号電
圧の遅れに起因する誤差を除去する。

＜実施例＞ 以下、本発明の実施例について図面に基づき説
明する。第１図は本発明の一実施例を示すブロツ
ク図である。尚、従来技術と同一の機能を有する
部分には同一の符号を付し適宜にその説明を省略
する。

前置増幅器１７の出力電圧は増幅器２１で増幅
され低周波電圧源３６から低周波電圧を参照電圧
とする復調器２２で直流電圧とされローパスフイ
ルタ２４を介して加算点２５に信号電圧V_L1とし
て出力する。増幅器２１、復調器２２、ローパス
フイルタ２４これ等で低周波の信号処理回路３７
を構成する。

前置増幅器１７の出力電圧また増幅器３０で増
幅され高周波電圧源３８からの高周波電圧を参照
電圧とする復調器３１で直流電圧とされ、可変利
得増幅器３９とハイパズフイルタ３４を介して加
算点２５に信号電圧V_H1として出力する。比率演
算回路４０は可変利得増幅器３９の出力をローパ
スフイルタ４１を介して出力した電圧と信号電圧
V_L1とが入力されてこれ等の比率を演算する。そ
の出力で可変利得増幅器３９の利得が調節され信
号電圧V_L1とV_H1とが等しくなるように制御され
る。増幅器３０、復調器３１、可変利得増幅器３
９、ハイパスフイルタ３４、ローパスフイルタ４
１および比率演算回路４０で信号処理回路４２を
構成する。

低周波電圧源３６と高調波電圧源３８からのタ
イミング信号S_tL，S_tHで定電流源４３における定
電流を切換え、励磁電流Ifとして励磁コイル１２
に流す。

以上の構成により、発信器の特性のバラツキが
あつても常に信号電圧V_L1，V_H1の大きさを等し
く制御でき、磁場の遅れに起因する誤差を除去す
ることができる。

第２図は本発明の第２の実施例を示すブロツク
図である。本実施例は、第１図の実施例に対して
各信号処理回路４４，４５に割算回路を各別に設
けた点で異なる。

第３図は本発明の第３の実施例を示すブロツク
図である。本実施例は、第１図の実施例に対して
全体に対して割算回路を設けたものである。

信号処理回路４６，４７の各信号電圧V_L2，
V_H2は加算点２５で加算された後に増幅器４８で
増幅されて出力端３５に出力されるが、この出力
電圧と励磁電流Ifを検出する抗４９での比較電圧
とが乗算器５０に入力されこれ等の積が演算され
て結合点１９に負帰還される。これにより全体と
して励磁電流と信号電圧との割算が実行される。
また、復調器２２，３１は低周波電圧源３６と高
周波電圧源３８より参照電圧を得る。

なお、励磁電流の波形は各種のものが採用され
るが、要は低周波成分と高周波成分が含まれてい
れば良い。また、可変利得増幅器３９は例えば第
１図でいえば信号処理回路３７側に入れても良
く、更に復調器３１あるいは２２の後段でなく前
段側に入れても良い。

第１図から第３図に示す実施例ではデスクリー
トな部品を用いて信号処理回路を構成したが、こ
れは信号電圧を適当な周期でサンプリングし、こ
れを用いてマイクロコンピユータ内でソフトウエ
アにより信号処理をしても良い。

可変利得増幅器３９の応答を早くするには、例
えば第１図における大きな時定数をもつローパス
フイルタ２４の前段から小さい時定数をもつロー
パスフイルタを介して比率演算回路４０に入力す
ると共にローパスフイルタ４１の時定数もこれと
同じ時定数になるようにして入力すると良い。

また、信号電圧Vsが小さいときは可変利得増
幅器３９の制御が難かしくなるが、この場合には
利得にある一定のリミツトを設けても良く、ある
いは過去の値をゲインの値としてホールドしてお
いても良い。

更に、比率演算回路４０では、例えば信号電圧
V_L1，V_H1の変化量を比較して可変利得増幅器３
９を制御しても良い。

＜発明の効果＞ 以上、実施例と共に具体的に説明したように本
発明によれば、第１信号電圧と第２信号電とが常
に等しくなるように自動的に制御するので磁場の
遅れに伴う誤差を除去することができ、各発信器
ごとの利得の調節も不要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図は本発明の第２の実施例を示すブロツク
図、第３図は本発明の第３の実施例を示すブロツ
ク図、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図に示す電磁流量計の問
題点を説明する波形図である。 １２……励磁コイル、１４……商用定電流源、
１６……低周波定電流源、１７……前置増幅器、
２２，３１……復調器、２４……ローパスフイル
タ、２６，２７……信号処理回路、３４……ハイ
パスフイルタ、３６……低周波電圧源、３７……
信号処理回路、３８……高調波電圧、３９……可
変利得増幅器、４０……比率演算回路、４２，４
４〜４７……信号処理回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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被測定流体に印
   加する励磁手段と、この励磁手段により励磁され
   前記被測定流体の流量に対応して発生する信号電
   圧を増幅する増幅手段と、前記第１周波数に基づ
   いて前記信号電圧を弁別しハイパスフイルタを介
   し第１信号電圧を出力する第１信号処理手段と、
   前記第２周波数に基づいて前記信号電圧を弁別し
   第２ローパスフイルタを介して第２信号電圧を出
   力する第２信号処理手段と、前記第１信号電圧に
   関連する電圧を第１ローパスフイルタを介して出
   力された出力電圧と前記第２信号電圧に関連する
   電圧とが入力されこれ等の比率を演算する比率演
   算手段と、この比率演算手段の出力により前記第
   １および第２信号電圧が等しくなるように利得調
   整されるいずれか一方の信号処理手段に設けられ
   た利得調整手段と、前記第１信号電圧と第２信号
   電圧とを加算する加算手段とを具備する電磁流量
   計。