JPH0623939Y2 - 電磁流量計 - 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った。
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２図はこの従来の電磁流量計の構成を示すブロック図
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，１
１ｂ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，これによっ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Ｅ
_１はスイッチＳＷ_１を介して増幅器Ｑ_１の非反転入力端
（＋）に印加され，その出力端はトランジスタＱ_２のベ
ースに接続されている。トランジスタＱ_２のエミッタは
抵抗Ｒ を介してコモンＣＯＭに接続されると共に増幅
器Ｑ_１の反転入力端（−）に接続されている。コモンＣ
ＯＭとトランジスタＱ_２のコレクタとの間には励磁電圧
Ｅ_ＳがスイッチＳＷ_２とＳＷ_３の直列回路とこれに並列
に接続されたスイッチＳＷ_４とＳＷ_５の直列回路を介し
て印加される。励磁コイル１２はスイッチＳＷ_２、ＳＷ
_３の接続点とスイッチＳＷ_４、ＳＷ_５の接続点にそれぞ
れ接続される。タイミング信号Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３はそれ
ぞれスイッチＳＷ_１，ＳＷ_２とＳＷ_５，ＳＷ_３とＳＷ_４
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１４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
信号電圧はスイッチＳＷ_７を介して、或いは反転増幅器
Ｑ_３とスイッチＳＷ_８の直列回路を介してそれぞれ小さ
な時定数をもつ低域波器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ッチＳＷ_９を
介して、或いは反転増幅器Ｑ_４とスイッチＳＷ_１０の直
列回路を介してそれぞれ小さな時定数をもつ低域波器
１７に印加されている。スイッチＳＷ_７，ＳＷ_８，ＳＷ
_９，ＳＷ_１０はそれぞれタイミング回路１８からのタイ
ミング信号Ｓ_７，Ｓ_８，Ｓ_９，Ｓ_１０で開閉される。低
域波器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１５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。

低域波器１６の出力である信号Ｓ_Ｌは高域波器２２
に入力され、その出力は基準電圧Ｅ_３が入力の他端に与
えられた比較器Ｑ_５と基準電圧Ｅ_４が入力の他端に与え
られた比較器Ｑ_６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Ｑ_５とＱ_６の出力はオアゲートＱ
_７の各入力端に印加され、その出力でスイッチＳＷ_１１
の開閉を制御する。そして、高域波器２２、比較器Ｑ
_５、Ｑ_６、オアゲートＱ_７、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Ｖ_Ｃが印加されたスイ
ッチＳＷ_１１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２図に示す電磁流量計の動作について第３図に
示す波形図を参照して説明する。

タイミング信号Ｓ_１は第３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Ｅ_１が増幅器Ｑ_１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Ｓ_２（第３図（ロ））とＳ_３
（第３図（ハ））により低周波でスイッチＳＷ_２とＳＷ
_５、およびスイッチＳＷ_３とＳＷ_４が交互にオンとされ
るので第３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３図（ホ），（ヘ）に
示すタイミング信号Ｓ_７とＳ_８でサンプリングされるの
で、第３図（ト）に示す電圧がスイッチＳＷ_７の出力側
に得られる。これを低域波器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３図（チ）、
（リ）に示すタイミングでタイミング信号Ｓ_９とＳ_１０
によりサンプリングされるので、スイッチＳＷ_９の出力
側には第３図（ヌ）で示す信号電圧が出力され、この信
号電圧は低域波器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、低域波器１６の出力である信号Ｓ_Ｌの変化値が
基準電圧Ｅ_３とＥ_４の間にある場合はスイッチＳＷ_１１
は信号Ｓ_Ｌ側に切り換えられ、基準電圧Ｅ_３或いはＥ_４
を越える場合にはスイッチＳＷ_１１は合成出力Ｖ_Ｃ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２図に示す電磁流量計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、大きな雑音が入力されるとハイパスフイルタ
とローパスフイルタの時定数が大きいので、低周波側と
高周波側のサンプリング間隔の相違に起因するサンプリ
ング時点の相違（第３図（ホ）、（ヘ）と（チ）、
（リ）参照）によりハイパスフイルタとローパスフイル
タの入力値が異なり、このためこれ等の各出力の和が正
常な流量値からずれてしまい正常値に復帰するのに時間
を要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に、第１周波
数とこれより低い第２周波数の２つの異なった周波数を
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，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聞ける第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ったときに
異常出力を出し上限値或いは下限値を越えないときに正
常出力を出す比較手段と、この比較手段の出力が正常出
力のときは第２復調手段の出力側に切り替え異常出力の
ときは加算手段の出力側に切り替え切替手段と、第２復
調手段の出力側に切り替えられているときにハイパスフ
イルタとローパスフイルタの時定数を小さい値に選定す
る選定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、比較手段の出力が正常出力の時は切替
手段により第２復調手段の出力側に切り替えられ、異常
出力のときは加算手段の出力側に切り替えられるが、第
２復調手段の出力側に切り替えられているときに選定手
段によりハイパイフイルタとローパスフイルタの時定数
が小さい値に選定されるようにして、雑音が混入されて
加算手段側に切り替えられたときに速やかに正常な流量
指示が得られるように動作する。

〈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ック図であ
る。なお、第２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図に示すローパスフイルタ１９とハイパスフイルタ
２０の部分以外の部分は第２図に示す回路と同じであ
る。

ローパスフイルタ２６は抵抗Ｒ_１、コンデンサＣ_１、抵
抗Ｒ_２、スイッチＳＷ_１２などより構成されている。抵
抗Ｒ_１の一端は低域波器１６の出力端に接続され、そ
の他端は加算点２１に接続されている。また抵抗Ｒ_１の
他端はコンデンサＣ_１の一端に接続され、その他端は共
通電位点ＣＯＭに接続されている。更に、抵抗Ｒ_１の両
端には抵抗Ｒ_２とスイッチＳＷ_１２の直列回路が接続さ
れている。

スイッチＳＷ_１２は、選択手段として機能し、雑音検出
回路２３の出力Ｖηがローレベルの状態でオンになるよ
うに制御される。

ハイパスフイルタ２７は抵抗Ｒ_３、コンデンサＣ_２、抵
抗Ｒ_３、スイッチＳＷ_１３などより構成されている。コ
ンデンサＣ_２の一端は低域波器１７の出力端に接続さ
れ、その他端は加算点２１に接続されている。またコン
デンサＣ_２の他端は抵抗Ｒ_３の一端に接続され、その他
端は共通電位点ＣＯＭに接続されている。更に、抵抗Ｒ
_３の両端には抵抗Ｒ_４とスイッチＳＷ_１３の直列回路が
接続されている。

スイッチＳＷ_１３は、選択手段として機能し、雑音が混
入され雑音検出回路２３の出力Ｖηがハイレベルの状態
に切り替えられるとオフになるように制御される。

次に、以上のように構成された第１図に示す実施例の動
作について説明する。

低周波側の低域波器１６の出力端に現れる雑音が小さ
い状態では雑音検出回路２３の出力Ｖηはローレベルと
なっており、このローレベルの出力Ｖηによりスイッチ
ＳＷ_１１は低域波器１６側に切り替えられ、これと同
時にスイッチＳＷ_１２とスイッチＳＷ_１３とは共にオン
に制御され、小さな時定数に選定されている。

従って、雑音の小さい状態では低周波励振の状態で動作
しこの出力がスイッチＳＷ_１１を介して出力端２５に出
力されている。また、このときには２周波側の出力は小
さい時定数で動作しているが出力端２５にはその加算出
力Ｖ_ｃｓは出力されない。

低周波側の低域波器１６の出力端に現れる雑音が大き
くなると、雑音検出回路２３の出力Ｖηはハイレベルと
なり、このハイレベルの出力ＶηによりスイッチＳＷ
_１１は加算点２１側に切り替えられ、これと同時にスイ
ッチＳＷ_１２とスイッチＳＷ_１３はオフとされる。

従って、雑音が大きくなった時点ではローパスフイルタ
２６とハイパスフイルタ２７の各時定数が小さい状態に
なっているので、これ等の出力Ｖ_ＬＳ、Ｖ_ＨＳは速やか
に応答し、その加算出力Ｖ_ＣＳはこれ等の和（Ｖ_ＬＳ＋
Ｖ_ＨＳ）として出力端２５に出力される。所定時間を経
過すると大きな時定数を持つ正常な２周波出力を出力端
２５に出力する。

なお、以上の実施例はデスクリートな回路をベースとし
て説明したが、これに限られることはなく例えばマイク
ロプロセッサを用いた演算手段を用いても同様に実現す
ることができる。

〈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、イニシャルセットがきちんとなされるため、大き
な雑音が混入しても低周波側と高周波側のサンプリング
時点の相違によるローパスフイルタ２６とハイパスフイ
ルタ２７への入力値が異なることによって生じる流量の
正常値からずれを大幅に低減することができる。

【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ック図、第
２図は従来の電磁流量計の構成を示すブロック図、第３
図は第２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……低域波器、１８……タイミング回
路、１９、２６……ローパスフイルタ、２０、２７……
ハイパスフイルタ、２１……加算点、２３……雑音検出
回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】第１周波数とこれより低い第２周波数の２
   つの異なっ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ったとき
   に異常出力を出し前記上限値或いは下限値を越えないと
   きに正常出力を出す比較手段と、この比較手段の出力が
   正常出力のときは前記第２復調手段の出力側に切り替え
   異常出力のときは前記加算手段の出力側に切り替える切
   替手段と、前記第２復調手段の出力側に切り替えられて
   いるときに前記ハイパスフイルタと前記ローパスフイル
   タの時定数を小さい値に選定する選定手段とを具備する
   ことを特徴とする電磁流量計。