JPH07333020A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極に接続された導線および流体により形成
される閉ループによって生じるワンターンノイズ（微分
性のノイズ）が出力信号に混入しないように改良された
電磁流量計を提供する。 【構成】 管路を流れる測定流体の直角方向に磁束を印
加する磁束発生手段と、前記磁束の印加方向に直角に配
置された電極により前記測定流体の流量を電気信号に変
換し前記流量に対応する流量信号を出力する電磁流量計
において、前記磁束発生手段の励磁コイル(1a)に直列に
接続され励磁電流を電圧値に変換する検出抵抗(Ｒ₁₄）
と、前記検出抵抗に発生する電位差を微分する微分回路
(20,21)と、前記微分回路の出力の大きさを前記電極に
接続された導線および流体により形成される閉ループ等
に起因する微分ノイズと同等の大きさに調整する分圧器
(Ｒ₁₇）と、前記流量信号と前記分圧器からの出力を入
力しそれらの差の信号を出力する差動増幅器(22)とを具
備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測定流体の流量を電気
信号に変換しこの流量に対応する流量信号を出力する電
磁流量計に係り、特に、励磁波形として高周波（例えば
１００Ｈｚ以上）で、かつ矩形波や三角波を用いた場合
磁場の変化に起因する微分性のノイズが出力信号に混入
するが、これを取り除くことが可能な改良された電磁流
量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁流量計は導管を流れる被測定流体の
流れ方向に対して直角な方向にコイルにより磁界を作用
させ、この磁界により被測定流体中にその流量に応じて
発生した電圧を前記磁界に対して直角な方向に設けた一
対の検出用電極で取り出す様にしたものである。電極か
らは流体の流速に対応した電圧が取り出せるがこの電圧
レベルは極めて小さいものであるため、特に低流速時で
は出力側にわずかでも雑音電圧が存在すると流量測定に
顕著な誤差を生じる。

【０００３】従って電磁流量計においては電極を軸とし
て左右の構造的、電気的な対称性が雑音防止に対する最
も重要な要素となる。しかし完全な対称性を確保するこ
とは極めて難しい。そのため各種の手段を講じて雑音電
圧の補償を行ない測定精度の向上を図っている。雑音電
圧には大別すると９０°雑音（微分ノイズ）、同相雑音
の２種類に分類でき、その発生原因として９０°雑音は
電極に接続された導線および流体により形成される閉ル
ープによるものであり、同相雑音は励磁コイルによる磁
場の分布密度のアンバランスや交番磁束によりコア等に
渦電流が発生しこれが電極を軸として左右に不均一に分
布することなどに起因するものである。

【０００４】図２は９０°ノイズを除去した従来例を示
す構成図である。図において１は励磁部であり、励磁コ
イル１ａとコア１ｂ等から形成されている。２は測定流
体が流れる管路、３ａ，３ｂは管路２の内壁に互いに対
向して取り付けられた電極である。５は励磁回路でこれ
に商用電源を供給し、励磁することによって電極３ａ，
３ｂに流量に関連した電極間起電力信号を得ることがで
きる。６は励磁コイルと直列に設けられた励磁電流検出
用トランスで、このトランスにより励磁電流の変化分を
検出し、この検出信号を比較電圧として変換器４に供給
し、この比較電圧と流量に対応した信号との比をとるこ
とによって励磁電流の変動による影響を除去している。

【０００５】７は位相調整回路であり、トランス６から
得られる比較電圧の位相と電極３ａ，３ｂから得られる
流量に対応した電極間起電力信号との位相を合わせる。
８は９０°ノイズ補償回路であり、抵抗器Ｒ₁，Ｒ₂と摺
動抵抗Ｒ₃からなるブリッジ９とこのブリッジ９に比較
電圧を印加する静電容量Ｃ₁，Ｃ₂により構成されてい
る。そして、ブリッジ回路９を構成する抵抗器Ｒ₁，Ｒ₂
の接続点にはケーブル１０を介して電極３ｂが接続さ
れ，摺動抵抗Ｒ₃の摺動子が変換器４の一方の入力端子
に接続され，電極３ａはケーブル１１を介して変換器４
の他方の入力端子に接続される。一方ブリッジ９を構成
する抵抗器Ｒ₁，Ｒ₂と摺動抵抗器Ｒ₃のそれぞれの接続
点には静電容量Ｃ₁，Ｃ₂を通じて比較電圧が供給され
る。

【０００６】このように９０°ノイズ補償回路８を構成
することにより静電容量Ｃ₁，Ｃ₂の容量値を小さくまた
抵抗器Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の抵抗値を小さくとることによっ
てブリッジ９を構成する抵抗器Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃を流れる
比較電圧による電流は比較電圧と９０°位相が異なるも
のとなる。従って摺動抵抗器Ｒ₃の摺動子を移動させブ
リッジ９のバランスを崩すと抵抗器Ｒ₁，Ｒ₂の接続点と
摺動抵抗器Ｒ₃の摺動子との間に比較抵抗と９０°位相
が異なる補償電圧を補償電圧を発生させることができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、低導
電率でのフローノイズ等を除去する目的で励磁コイルに
印加する電流の波形を矩形や三角波にすることが行われ
ている。しかしながら、図２に示すような従来の構成で
は補償回路にトランスを用いているので、流量に関連し
た出力信号と補償回路で作成された信号波形が異なり９
０°ノイズがうまくキャンセル出来ないという問題があ
った。本発明は、以上の課題を解決するためになされた
もので、補償回路に微分回路を設けた構成として正弦波
以外の波形でも９０°ノイズを除去することが可能な電
磁流量計を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、管路を流れる測定流体の直角方向に
磁束を印加する磁束発生手段と、前記磁束の印加方向に
直角に配置された電極により前記測定流体の流量を電気
信号に変換し前記流量に対応する流量信号を出力する電
磁流量計において、前記磁束発生手段の励磁コイルに直
列に接続され励磁電流を電圧値に変換する検出抵抗と、
前記検出抵抗に発生する電位差を微分する微分回路と、
前記微分回路の出力の大きさを前記電極に接続された導
線および流体により形成される閉ループ等に起因する微
分ノイズと同等の大きさに調整する分圧器と、前記流量
信号と前記分圧器からの出力を入力しそれらの差の信号
を出力する差動増幅器とを具備することを特徴とするも
のであり、また、微分回路の前段に磁気回路による印加
磁界の遅れを考慮したローパスフィルタを配置し、さら
に、微分回路を複数段とし電極に接続された導線および
流体により形成される閉ループによる微分ノイズの他高
次の微分ノイズを除去するように構成したことを特徴と
するものである。

【０００９】

【作 用】差動増幅器の一方の入力端子には微分ノイズ
を含む流量信号が入力され、励磁コイルに流れる電流に
比例した電圧は微分回路で微分されて差動増幅器の他方
の入力となる。その結果、流量信号に含まれる微分ノイ
ズが除去される。微分回路の前段に設けたローパスフィ
ルタは磁気回路による印加磁界の遅れを補償し、微分回
路を複数段とすることにより高次の微分ノイズを除去す
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図１は本発明の１実施例を示す構成図である。
なお、図５に示す従来例と同等の構成部品には同一符号
を付して重複する説明は省略する。１４，１５は高イン
ピーダンスのバッファアンプであり、その入力端は電極
３ａ，３ｂに接続されている。１６は同相雑音を除去す
る外部抵抗Ｒ₁₀〜Ｒ₁₃を付した差動増幅器でバッファア
ンプ１４，１５の出力が入力する。１７は内部に励磁電
流制御回路（図示せず）を有する励磁回路であり、ここ
からの励磁電流は検出抵抗Ｒ₁₄により参照信号として取
り出される。

【００１１】２０，２１はコンデンサＣ₁₀，Ｃ₁₁及び抵
抗Ｒ₁₅，Ｒ₁₆からなる直列に接続された２段の微分回路
であり、後段の微分回路２１の出力側は一端がコモン電
位に接続された分圧抵抗器Ｒ₁₇の他端に接続されてい
る。２２は抵抗Ｒ₁₈〜Ｒ₂₁を付した微分ノイズ除去回路
で差動増幅器１６の出力が一方の入力端に接続され、他
方の入力端は分圧抵抗器の中点に接続されている。この
微分ノイズ除去回路２２の出力は検波手段等を含む信号
処理回路２７に入力されて信号処理が行われ例えば４〜
２０ｍＡの統一信号として出力される。

【００１２】上記の構成において、励磁回路１７から励
磁電流として方形波を流すと、電極には流量に比例した
電流の他に電極に接続された導線および流体により形成
される閉ループによってｅ＝−∂Ｂ／∂ｔなる起電力が
生じ、この起電力がワンターンノイズとして流量信号に
加算されたものとなる。さらにこの起電力が磁気回路に
も生じ、磁気回路中の導電性材料に電流が流れこれによ
り磁束が生じる。この磁束によっても検出信号にワンタ
ーンノイズが含まれてくるがこのノイズは高次微分の成
分を含んだものとなる。

【００１３】このようなワンターンノイズは励磁電流の
波形が正弦波であったり，矩形波でも十数Ｈｚの低い周
波数であればテール部の電圧がゼロになるので流量信号
への影響は少ない。しかし、例えば１００Ｈｚを越える
ような高周波励磁では励磁の立上げ時間が短くなる為に
最大瞬時値が非常に大きくなってサンプリング時にもテ
ール部分の電圧がゼロにならない。そのため流量がゼロ
の時も出力信号がゼロにならずバイアス値を持ったもの
となる。従って微分回路２１，２２で２回微分した波形
を静水状態で差動増幅器の出力がゼロになるように分圧
器（Ｒ₁₇）の出力を調整すれば９０°ノイズが除去され
た出力を得ることができる。なお、図では微分回路を直
列に２段設けているが一段でもよい。

【００１４】図２は本発明の請求項２の一実施例を示す
構成図である。図において図１と異なる点は図１の一段
目の微分回路２０をローパスフィルタ３０に置き換えた
ものである。このローパスフィルタは励磁電流がコア１
ａを介して印加されることによる鉄損による磁束の位相
の遅れを補償したもので、図２Ａのイで示す検出抵抗Ｒ
₁₄からの位相と流量検出信号の位相を合わせる為のもの
である。同じく（Ｂ）は励磁電流として矩形波を流した
場合の磁場の変化に起因して発生する微分性のノイズの
波形を示し、（Ｃ）は流量信号に微分ノイズが重畳した
波形、（Ｄ）は（Ｃ）の波形から微分回路３１及び分圧
器の抵抗値を調節することにより微分ノイズを除去した
状態を示している。

【００１５】図４は本発明の請求項３の一実施例を示す
構成図である。図において図１と異なる点は直列に接続
された微分回路２０，２１に並列に第３の微分回路３２
を設け、微分回路２１及び３２の出力を差動増幅器２５
に入力し、この差動増幅器２５の出力を分圧回路Ｒ₁₇に
接続したものである。このように微分回路を並列に接続
し一方の微分回路を直列に複数段とすることにより電極
に接続された導線および流体により形成される閉ループ
による微分ノイズの他高次の微分ノイズを除去すること
ができる。

【００１６】

【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、流量信号に含まれる微分ノイズが
除去される。また、微分回路の前段に設けたローパスフ
ィルタにより磁気回路による印加磁界の遅れが補償さ
れ、さらに、微分回路を複数段とすることにより一次の
微分ノイズの他高次の微分ノイズを除去することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１の一実施例の構成を示す構成
図である。

【図２】本発明の請求項２の一実施例の構成を示す構成
図である。

【図３】図２に示す実施例の動作を示す波形図である。

【図４】本発明の請求項３の一実施例の構成を示す構成
図である。

【図５】従来例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 励磁部 ２ 管路 ３ａ，３ｂ 電極 １７ 励磁回路 ２０，２１，３２ 微分回路 ３０ ローパスフィルタ ２２，２５ 差動増幅器 Ｒ₁₄ 検出抵抗 Ｒ₁₇ 分圧器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管路を流れる測定流体の直角方向に高周波
   でかつ矩形状の磁束を発生する磁束発生手段と、前記磁
   束の印加方向に直角に配置された電極により前記測定流
   体の流量を電気信号に変換し前記流量に対応する流量信
   号を出力する電磁流量計において、前記磁束発生手段の
   励磁コイルに直列に接続され励磁電流を電圧値に変換す
   る検出抵抗と、前記検出抵抗に発生する電位差を微分す
   る微分回路と、前記微分回路の出力の大きさを前記電極
   に接続された導線および流体により形成される閉ループ
   等に起因する微分ノイズと同等の大きさに調整する分圧
   器と、前記流量信号と前記分圧器からの出力を入力しそ
   れらの差の信号を出力する差動増幅器とを具備すること
   を特徴とする電磁流量計。
2. 【請求項２】微分回路の前段に磁気回路による印加磁界
   の遅れを考慮したローパスフィルタを配置したことを特
   徴とする請求項１記載の電磁流量計。
3. 【請求項３】微分回路を複数段とし電極に接続された導
   線および流体により形成される閉ループによる微分ノイ
   ズの他高次の微分ノイズを除去するように構成したこと
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁流量
   計。