JPH07113559B2 - 電磁流量計の励振方法 - Google Patents

電磁流量計の励振方法

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JPH07113559B2
JPH07113559B2 JP24539988A JP24539988A JPH07113559B2 JP H07113559 B2 JPH07113559 B2 JP H07113559B2 JP 24539988 A JP24539988 A JP 24539988A JP 24539988 A JP24539988 A JP 24539988A JP H07113559 B2 JPH07113559 B2 JP H07113559B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、電磁流量計の励振方法に係り、特に流速に関
連して変化するノイズに対してその影響を受け難いよう
に改良した電磁流量計の励振方法に関する。
<従来の技術> 低周波励振方式はゼロ点は安定であるが反面で流量変化
に対して対応が遅い欠点があり、低周波に対してより周
波数の高い商用周波数での励振では応答が速いがゼロ点
変動を生じるという欠点がある。
そこで、流量の小さい測定領域では応答はさほど要求さ
れない点に着目して、低流量領域では励振周波数を低く
してゼロ点の安定を図り、流量が大きい測定領域ではゼ
ロ点の変動の影響が相対的に低減する点に着目して、高
流量領域では励振周波数を高くして相対的に一定の精度
を確保するようにした電磁流量計がある。
第3図はこの種の従来の電磁流量計の励振方法を実現す
る特公昭57−56008号に開示されている回路構成図であ
る。
次に、この開示の内容についての概要を説明する。
1は電磁流量計検出器、2は導管、3、4は導管2に設
けられた電極、5は電磁コイル、6は電源、7はスイッ
チ、8は励磁電流検出抵抗、10は比較信号の受信回路、
11はプリアンプ、12は偏差増幅器、13、14、15は半導体
スイッチ、16は差演算と平滑を行う差演算平滑回路、17
は電圧/周波数変換器、18は周波数/電流変換器、19は
分周回路、20はタイミング発生回路、21は発振器であ
る。
電源6はスイッチ7を介して励磁コイル5と励磁電流検
出抵抗8との直列回路に接続され、この直列回路には並
列にダイオード9が接続されている。抵抗8の両端は受
信回路10の入力端に接続されている。電極3、4はプリ
アンプ11の入力端に接続されその出力端には流量信号Vi
を出力する。偏差増幅器12の一方の入力端には流量信号
Viが印加され、他方の入力端には半導体スイッチ13を介
して受信回路10の出力である比較信号Vrが印加されてい
る。偏差増幅器12の出力端は半導体スイッチ14、15から
なるサンプル回路を介して差演算平滑回路16の両入力端
に接続されている。差演算平滑回路16の出力端は電圧/
周波数変換器17の入力端に接続され、その出力端は周波
数/電流変換器18の入力端とアンド回路22の一方の入力
端に接続されている。アンド回路22の他方の入力端は発
振器21に接続され、その出力端は分周回路19の入力端に
接続されている。分周回路19の出力端はタイミング発生
回路20の入力端に接続されている。スイッチ7は分周回
路19により、半導体スイッチ13は電圧/周波数変換器17
により、さらに半導体スイッチ14、15はタイミング発生
回路20によりオン/オフ駆動される。
第2図は第1図に示す電磁流量計の動作波形図である。
スイッチ7が第4図(1)に示されるようなタイミング
でオン/オフ駆動されると励磁コイル5にはこれに対応
して矩形波状の励磁電流が流れ第4図(2)に示す波形
の比較信号Vrが、抵抗8と受信回路10により検出され
る。また、プリアンプ11の出力端には導管2を流れる流
体の流量に比例した第4図(5)に示すような流量信号
Viが得られる。偏差増幅器12の入力端には比較信号Vr
電圧/周波数変換器17の出力周波数Fを乗算した積VrF
と流量信号Viとが入力されこれ等が一致するように動作
するので、次式が成立する。
Vi=VrF 従って、出力周波数Fは F=Vi/Vr として求められ、励磁電流の変動による誤差を補償して
いる。
差演算平滑回路16は第4図(3)(4)に示す半導体ス
イッチ14、15のタイミングに従って偏差増幅器12の出力
がサンプルされた電圧を平滑して第4図(6)に示す直
流電圧にする。この直流電圧は電圧/周波数変換器17に
より出力周波数Fに変換される。
ここで、スイッチ7のオン/オフ駆動の周波数、すなわ
ち励振周波数としては出力周波数Fと発振器21からのバ
イアス用の一定周波数Foをアンド回路22により加算した
周波数(F+Fo)を分周回路19で分周した周波数であっ
て流速に比例した励振周波数である。
従って、流速が小さい時は応答は遅いがゼロ点が安定な
低周波の周波数であり、流速が大きくなるにしたがって
ゼロ点の安定度は下がるが応答の速い高い励振周波数に
なるように変化する。このため、流動のフルスケールに
対してではなく各流量測定値に対して一定の誤差範囲に
入る流量測定が可能となる。
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、実際には流速の増大と共に増加するノイ
ズとして例えば流動ノイズ、或いはスラリノイズがあ
る。このようなノイズが流体に混入した場合にはこの従
来の電磁流量計では、各流量測定値に対して一定の誤差
範囲に入るようにすることは出来ても、この様なノイズ
を効果的に低減させることは困難である。
<課題を解決するための手段> 本発明は、以上の課題を解決するために、 第1に、電磁流量計の検出器の出力信号とこの検出器の
励磁コイルに流す励磁電流に対応する参照信号との比率
に関連する流量信号を出力する電磁流量計の励振方法に
おいて、励磁電流の値を高流量領域では高く低流量測定
範囲では低く制御するようにし、 第2に、.磁流量計の検出器の出力信号とこの検出器の
励磁コイルに流す励磁電流に対応する参照信号との比率
に関連する流量信号を出力する電磁流量計の励振方法に
おいて、励磁電流の値を高流量領域では高く低流量測定
範囲では低く制御すると共にこの励磁電流の周波数も高
流量領域では高く低流量測定範囲では低く制御するよう
にしたものである。
<作 用> 第1発明によれば、励磁電流の値を高流量領域では高く
低流量測定範囲では低くなるように制御するようにし
て、信号レベルを高流量領域で大きくして流速の増加と
共に大きくなるノイズの影響を受けないようにし、 第2発明によれば、第1発明の作用に加えて流動ノイズ
等を低減させて精度の向上を図ると共に各流量測定値に
対する指示精度を向上させた流量測定を可能にする。
<実施例> 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。第1図は本発明を実現する1実施例の構成を示すブ
ロック図である。第1図ではいわゆる2周波励振方式の
電磁流量計を例にとって説明してある。
23は例えば商用周波数の交流電源であり、端子L、Nを
介して回路の直流電圧などを作る電源回路24に接続され
ている。電源回路24で作られた直流電圧は励磁回路25に
供給されると共に図示しない変換回路の電源電圧とな
る。
励磁回路25からは励磁電流検出抵抗8を介して検出器と
変換器とを分ける端子EX1、EX2を経由して電磁コイル5
に励磁電流が供給されている。
この励磁電流はプロセッサ(CPU)26からのタイミング
信号により励磁回路25の直流電圧が切り換えられて、例
えば矩形波状の高周波と低周波の2種類の異なる周波数
を持つ励磁電流として電磁コイル5に供給される。従っ
て、励磁電流検出抵抗8には高周波と低周波を含む比較
信号Vr -が発生される。
このため、電極3、4に発生する流量に比例した信号も
高周波と低周波の2種類の周波数を持つ信号となる。電
極3、4で検出された信号は検出器と変換器とを分ける
端子A、B、Cを介してプリアンプ27に入力され、その
出力端に流量信号Viを得る。
この流量信号Vi -は高周波成分をデジタル信号に変換す
るアナログ/デジタル変換器28でデジタル信号Dhに変換
されると共に低周波成分をデジタル信号に変換するアナ
ログ/デジタル変換器(A/DL)29でデジタル信号Dlに変
換される。この変換のタイミングはプロセッサ26からの
タイミング信号により制御される。
また、比較信号Vrもそれぞれアナログ/デジタル変換器
28、29に入力されそれぞれデジタル信号Rh、Rlに変換さ
れる。
これ等のデジタル信号Dh、Dl、Rh、Rlはそれぞれプロセ
ッサ26の制御の基にランダムアクセスメモリ29に格納さ
れる。ランダムアクセスメモリ29には、例えばデジタル
信号Dh、DlとRh、Rlが交互に取り込まれる。プロセッサ
26が演算する手順、初期値、初期化プログラム、、パラ
メータ等はリードオンリーメモリ30にあらかじめ格納さ
れている。
このようにしてランダムアクセスメモリ27に格納された
高周波のデジタル信号Dhはリードオンリーメモリ30に格
納されている高域波演算プログラムにより高域波演
算が実行され、その演算結果がランダムアクセスメモリ
29に格納される。この高域波演算結果に対して高周波
側の比較信号であるデジタル信号Rhで割算を実行する割
算プログラムが実行される。
また、低周波のデジタル信号Dlはリードオンリーメモリ
30に格納されている低域波演算プロクラムにより低域
波演算が実行され、その演算結果はランダムアクセス
メモリ29に格納される。この低域波演算結果に対して
低周波側の比較信号であるデジタル信号Rlで割算を実行
する割算プログラムが実行される。
このようにして割算が実行されてランダムアクセスメモ
リ29に格納された高周波側と低周波側の各データはそれ
ぞれ加算演算されて流量出力QMとなる。得られた流量出
力QMは低域波演算結果での安定なゼロ点と高域波演
算結果での高速応答性とを兼ね備えている。
次に、励磁電流変更プログラムに移行する。以上のよう
にして得られた流量出力QMはランダムアクセスメモリ29
に格納されているが、プロセッサ26はこのデータを用い
てこれに比例して励磁回路25から電磁コイル5に供給す
る励磁電流のレベルを変更する信号を励磁回路25に送出
する。これにより、流量出力QMに比例して励磁電流のレ
ベルが増加することになる。このように励磁電流のレベ
ルを変更しても前述のように流量信号と比較信号との割
算が実行されるので流量出力QMの誤差は生じない。
なお、31はマンマシンインタフェイスであり、外部から
オペレータがパラメータの設定その他データにアクセス
するために使用する。32は外部との通信をするためのコ
ミュニケーションインタフエイスである。33はプロセッ
サ26で信号処理をした流量信号を例えば4〜20mA等の統
一電流信号に変換して2線の伝送路に出力するために使
用される。また、電磁コイル5、導管2などで検出器を
構成し、交流電源23を除くその他の部分で変換器を構成
している。
次に、流量出力QMが増加するにしたがってこれに比例し
て励磁電流のレベルを増加させたときの効果について説
明する。
流量の増加にしたがって増加するノイズには例えば、流
動ノイズNfがある。この流動ノイズNfはVを流速、σを
導電率、νを動粘度、ζをツエータ電位とすれば、次式
で現すことができる。
Nf=2Vζ/νσ この式から判るように、この流動ノイズNfは流速Vの増
加と共に増大し、かつ測定流体の導電率が小さいほど大
きくなる傾向を示す。従って、低導電率の流体を測定の
対象とする場合に特に問題となる。
一方、流量の増加にしたがって増加するノイズには例え
ばスラリーノイズNSがある。このスラリーノイズNSは流
体の中にスラリーが含まれている場合には流速が速いほ
どスラリーが電極に当る確率が大きくなるのでノイズが
大きくなる傾向を示す。従って、スラリー流体を測定の
対象とする場合にも特に問題となる。
そのスペクトラムは第2図に示すように、横軸に周波数
f、縦軸にノイズNSを取れば1/fなる変化傾向を示す
が、流動ノイズNfも同様な変化を示す。
以上のような流体を測定する場合には、流速の増大と共
にノイズが大きくなるが、第1図を用いて説明したよう
な励磁方法を採用すると、流速の増大に対応して励磁電
流を増加させるので、信号電圧も増大しノイズの影響は
マスクされて流量信号に顕在化することはない。
次に、流速の増大に対応して励磁電流を増大させる励振
方法に対して、さらに第3図を用いて説明したように流
速の増大に比例して励磁周波数を増加させる励振方法を
結合すると、フルスケールに対してではなく各流量測定
値に対して所定の誤差の中に入る高精度の流量測定が可
能になる。この場合は、さらに周波数に対してノイズの
スペクトラムは第2図に示すような1/fの変化を示すの
で、ノイズ低減効果はさらに増加する。
この励振方法を第1図に示す2周波励振の電磁流量計に
適用する場合には、低周波側も高周波側も同時に流量出
力QMに対応して励磁周波数がシフトするような励振方法
となる。
以上の説明は、2周波励振の電磁流量計をベースとして
説明したが、これに限られることはなく、例えば従来か
らの1励振周波数の場合、或いは励振波形も正弦波、矩
形波、三角波の場合など各種の場合に適用することがで
きる。また、励磁電流は流量出力QMに対してステップ状
に、或いは不連続に変更しても良い。
さらに、流量に対応して励磁周波数を変更する場合に、
流量に比例して励磁周波数を変更しなくても、例えば商
用周波電源(例えば50、60、400Hz)とその整数倍の周
波数でジャンプするように励磁周波数を自動可変として
もよい。このようにすると電源ノイズの影響がなくな
る。
なお、検出器の導管2としてはセラミックパイプのよう
な絶縁体を使用すると鉄損の影響がないので、周波数を
可変にしてもスパン、ゼロ点の変動の問題を起こさせな
い。さらに、図示してはいないが検出器のコアに例えば
アモルファス金属を使っても同様の効果がある。
<発明の効果> 以上、実施例と共に具体的に説明したように第1発明に
よれば、励磁電流の値を高流量領域では高く低流量測定
範囲では低く制御するようにしたので流動ノイズ或いは
スラリーノイズ等のように流速の増大と共に増加するノ
イズをマスクしてノイズの影響を低減することができ、
さらに第2発明によれば励磁電流の周波数を高流量領域
では高く低流量測定範囲では低く制御するようにしたの
で各流量測定値に対して所定の誤差の中に入る高精度の
流量測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施する電磁流量計の構成を示すブロ
ック図、第2図はスラリーノイズの周波数分布を示す特
性図、第3図は従来の電磁流量計の励振方法を説明する
ための構成を示すブロック図、第4図は第3図に示す電
磁流量計の動作を説明する波形図である。 1……電磁流量計発信器、2……導管、3、4……導
管、5……電磁コイル、6……電源、8……励磁電流検
出抵抗、10……受信抵抗、11……プリアンプ、12……偏
差増幅器、13、14、15……半導体スイッチ、16……差演
算平滑回路、19……分周回路、20……タイミング発生回
路、21……発振器、23……交流電源、25……励磁回路、
26……プロセッサ、28、29……アナログ/デジタル変換
器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電磁流量計の検出器の出力信号とこの検出
    器の励磁コイルに流す励磁電流に対応する参照信号との
    比率に関連する流量信号を出力する電磁流量計の励振方
    法において、前記励磁電流の値を高流量領域では高く低
    流量測定範囲では低く制御することを特徴とする電磁流
    量計の励振方法。
  2. 【請求項2】電磁流量計の検出器の出力信号とこの検出
    器の励磁コイルに流す励磁電流に対応する参照信号との
    比率に関連する流量信号を出力する電磁流量計の励振方
    法において、前記励磁電流の値を高流量領域では高く低
    流量測定範囲では低く制御すると共に前記励磁電流の周
    波数も高流量領域では高く低流量測定範囲では低く制御
    することを特徴とする電磁流量計の励振方法。
JP24539988A 1988-09-29 1988-09-29 電磁流量計の励振方法 Expired - Lifetime JPH07113559B2 (ja)

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