JPH0755519A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直流ノイズや励磁周波数より低い周波数のノ
イズ、突変ノイズの影響下でも、Ａ／Ｄ変換回路の入力
範囲に対して適正な自動ゲイン切り換えを行ない、これ
によって小流量から大流量までの範囲で一定の測定精度
を得る。 【構成】 励磁回路８から出力される駆動信号の極性が
切り換わり、検出器２から流量信号が出力される毎に、
高速Ａ／Ｄ変換を行なう第２Ａ／Ｄ変換回路１１によっ
て増幅回路９から出力される流量信号の大きさを判定
し、この判定結果に基づいて演算回路１２を制御して前
記増幅回路９の増幅率を調整し、精密なＡ／Ｄ変換を行
なう第１Ａ／Ｄ変換回路１０に入力される流量信号の大
きさを予め設定されている範囲内に収める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導電性流体の流量を測定
する電磁流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】導電性の流体の流量を測定する電磁流量
計として、従来、図６に示す流量計が知られている。

【０００３】この図に示す電磁流量計１０１は流体の流
量を検出する検出器１０２と、この検出器１０２を駆動
したり、前記検出器１０２の検出結果を処理して前記流
体の流量を示す流量信号を生成したりする変換器１０３
とを備えており、測定対象となる流体が流れている配管
に取り付けられ、この配管中を流れる流体の流量を検出
して指定された形式の流量検出信号を生成し、これを外
部に出力する。

【０００４】検出器１０２は前記配管の切れ間に介挿さ
れる筒状の測定管１０４と、この測定管１０４の外側に
配置され、前記変換器１０３から供給される交流の駆動
信号に基づいて前記測定管１０４中に交番磁界を発生す
る１対の励磁コイル１０５と、前記測定管１０４の内部
に、前記各励磁コイル１０５と直交する位置に配置さ
れ、前記励磁コイル１５によって生成された磁界中を前
記流体が流れているとき、この流体の流速に応じて生じ
た起電圧を取り込んで、これを流量信号として前記変換
器１０３に供給する１対の電極１０６とを備えており、
前記変換器１０３から出力される駆動信号によって励磁
コイル１０５により、測定管１０４内に交番磁界を生成
するとともに、この交番磁界中を流体が流れることによ
って生じる起電圧を各電極１０６によって取出し、これ
を流量信号として前記変換器１０３に供給する。

【０００５】変換器１０３は予め設定されている周期で
指定されたタイミング信号を生成するタイミング制御回
路１０７と、このタイミング制御回路１０７から出力さ
れるタイミング信号に基づいて交流の駆動信号を生成し
て前記検出器１０２の各励磁コイル１０５を駆動する励
磁回路１０８と、前記検出器１０２から出力される流量
信号を取り込んで増幅する増幅回路１０９と、前記タイ
ミング制御回路１０７から出力されるタイミング信号に
基づいて前記増幅回路１０９から出力される流量信号を
取り込んでＡ／Ｄ変換（アナログ／デジタル変換）し、
デジタル形式の流量信号を生成するＡ／Ｄ変換回路１１
０と、前記タイミング制御回路１０７から出力されるタ
イミング信号に基づいて前記Ａ／Ｄ変換回路１１０から
出力される流量信号を信号処理してノイズや直流成分の
影響を除去する演算回路１１１と、この演算回路１１１
から出力される処理結果を取り込んで予め指定された信
号形式の流量信号に変換して外部に出力する出力回路１
１２とを備えている。

【０００６】そして、予め設定されている周期で交流の
駆動信号を生成して前記検出器１０２の励磁コイル１０
５を駆動しながら、前記検出器１０２の各電極１０６か
ら出力される流量信号を取り込んでこれを増幅するとと
もに、Ａ／Ｄ変換してデジタル形式の流量信号にした
後、信号処理してノイズや直流成分の影響を除去し、外
部に出力する。

【０００７】この場合、励磁極性を切り換えて交番の磁
界にし、これによって検出器１０２に設けられた電極１
０６に電気化学的な作用による直流的な電極電圧の影響
が出ないようにするとともに、双方向の励磁方向でサン
プリングした流量信号の差をとることにより、直流ノイ
ズの影響を除去するようにしている。

【０００８】さらに、Ａ／Ｄ変換回路１１０は分解能の
限界があるため、小流量で流量信号の値が小さくなれ
ば、当然、Ａ／Ｄ変換精度が悪くなり、また小流量に合
わせて分解能を選択すれば、かなり分解能の高いＡ／Ｄ
変換回路が必要になり、コストが高くなってしまうこと
から、変換器１０３において、増幅回路１０９のゲイン
を自動的に切り換えて検出器１０２から出力される流量
信号の大きさに応じた最適な分解能になるようにしてい
る。

【０００９】これによって、演算後の測定流量が小流量
のとき、増幅回路１０９の増幅率を上げ、大流量のとき
には、増幅回路１０９の増幅率を下げて、Ａ／Ｄ変換回
路１１０に入力される流量信号の値をＡ／Ｄ変換精度の
高い範囲に保ち、サンプリング値から得られる流量値に
対し、増幅率に反比例する補正値を乗じることで正しい
流量を得ることができ、特に高い分解能のＡ／Ｄ変換回
路を用いなくとも、小流量から大流量まで充分なＡ／Ｄ
変換精度を得ることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の電磁流量計においては、次に述べるような問題が
あった。

【００１１】すなわち、従来の電磁流量計１０１で使用
されている自動ゲイン切り換えでは、直流ノイズや励磁
周波数より低い周波数のノイズ、または突発的なノイズ
の影響下では、増幅した流量信号がＡ／Ｄ変換回路１１
０の適正な入力範囲を越えてしまい、Ａ／Ｄ変換に誤差
が生じて正確な流量測定ができなくなってしまうことが
あった。

【００１２】例えば、図７（ａ）に示す如く励磁回路１
０８から駆動信号が出力されて、励磁コイル１０５によ
って図７（ｂ）に示す如く測定管１０４内に交番磁界が
生成されている状態で、電極１０６から出力される流量
信号に図７（ｃ）に示す如く励磁周波数よりも低い周波
数のノイズ成分が重畳され、増幅回路１０９から図７
（ｄ）に示す流量信号が出力されてていると、Ａ／Ｄ変
換回路１１０の入力範囲を越えてしまう。

【００１３】このようなとき、従来の電磁流量計１０１
では、流量信号の正／逆極性の差によって測定流量を求
めるようにしているので、Ａ／Ｄ変換回路１１０に入力
される流量信号の値が入力範囲を越えていても、この流
量信号の正／逆極性の差が予め設定されている一定値以
上にならなとき、増幅回路１０９の増幅率が切り換えら
れずに、Ａ／Ｄ変換回路１１０でＡ／Ｄ変換誤差が発生
してしまうという問題があった。

【００１４】そこで、このような問題に対処するため、
流量信号の正／逆極性の差に代えて、前記流量信号の絶
対値に応じて増幅回路１０９の増幅率を変化させ、これ
によって緩やかなノイズに対してある程度、適正な増幅
率切り換えを行なうことも考えられる。

【００１５】しかしながら、このようにしても、１回以
上前のサンプリング値に応じて増幅率を切り換えること
に変わりはないので、例えば、図８（ａ）に示す如く励
磁回路１０８から駆動信号が出力されて、励磁コイル１
０５によって図８（ｂ）に示す如く測定管１０４内に交
番磁界が生成されている状態で、電極１０６から出力さ
れる流量信号に図８（ｃ）に示す如く励磁周波数に近い
周波数の突変ノイズが生じ、増幅回路１０９から図８
（ｄ）に示す流量信号が出力されたとき、増幅率の切り
換えが間に合わずに、Ａ／Ｄ変換回路１１０に入力され
る流量信号の値が入力範囲を越えてしまうという問題が
ある。

【００１６】本発明は上記の事情に鑑み、直流ノイズや
励磁周波数より低い周波数のノイズ、突変ノイズの影響
下でも、Ａ／Ｄ変換回路の入力範囲に対して適正な自動
ゲイン切り換えを行なうことができ、これによって小流
量から大流量までの範囲で一定の測定精度を得ることが
できる電磁流量計を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、励磁コイルによって交番磁束を発生して
測定管内の流体に交番磁界を与えながら、前記測定管内
に設けられた電極に発生する起電圧を取込み、増幅回路
によってこれを増幅して前記測定管内を流れる流体の流
量を測定する電磁流量計において、前記励磁コイルによ
って生成される交番磁束の極性が切り換えられる毎に、
前記増幅回路から出力される流量信号のレベルを判定し
て前記増幅回路の増幅率を制御する増幅率制御部と、こ
の増幅率制御部によって増幅率が制御された前記増幅回
路から出力される流量信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換
部とを備えたことを特徴としている。

【００１８】

【作用】上記の構成において、励磁コイルによって生成
される交番磁束の極性が切り換えられる毎に、増幅率制
御部によって増幅回路から出力される流量信号のレベル
が判定されて前記増幅回路の増幅率が制御された後、Ａ
／Ｄ変換部によって前記増幅率制御部で増幅率が制御さ
れた前記増幅回路から出力される流量信号がＡ／Ｄ変換
される。

【００１９】

【実施例】図１は本発明による電磁流量計の一実施例を
示すブロック図である。

【００２０】この図に示す電磁流量計１は流体の流量を
検出する検出器２と、この検出器２を駆動したり、前記
検出器２の検出結果を処理して前記流体の流量を示す流
量信号を生成したりする変換器３とを備えており、測定
対象となる流体が流れている配管に取り付けられ、この
配管中を流れる流体の流量を検出し、この流量の値に応
じた増幅率で前記検出動作によって得られた流量信号を
増幅して指定された形式の流量検出信号を生成し、これ
を外部に出力する。

【００２１】検出器２は前記配管の切れ間に介挿される
筒状の測定管４と、この測定管４の外側に配置され、前
記変換器３から供給される交流の駆動信号に基づいて前
記測定管４中に交番磁界を発生する１対の励磁コイル５
と、前記測定管４の内部に、前記各励磁コイル５と直交
する位置に配置され、前記励磁コイル５によって生成さ
れた磁界中を前記流体が流れているとき、この流体の流
速に応じて生じた起電圧を取り込んで、これを流量信号
として前記変換器３に供給する１対の電極６とを備えて
おり、前記変換器３から出力される駆動信号によって励
磁コイル５により、測定管４内に交番磁界を生成すると
ともに、この交番磁界中を流体が流れることによって生
じる起電圧を各電極６によって取出し、これを流量信号
として前記変換器３に供給する。

【００２２】変換器３はタイミング制御回路７と、励磁
回路８と、増幅回路９と、第１Ａ／Ｄ変換回路１０と、
第２Ａ／Ｄ変換回路１１と、演算回路１２と、出力回路
１３とを備えており、予め設定されている周期で交流の
駆動信号を生成して前記検出器２の励磁コイル５を駆動
しながら、前記検出器２の各電極６から出力される流量
信号を取り込み、その大きさを判定し、この判定結果に
基づいて増幅率を切り換えて最適な増幅率で前記流量信
号を増幅するとともに、Ａ／Ｄ変換してデジタル形式の
流量信号にした後、信号処理してノイズや直流成分の影
響を除去し、外部に出力する。

【００２３】タイミング制御回路７は計時動作を行なう
タイマ回路やこのタイマ回路から出力される計時信号を
分周して各種のタイミング信号を生成するタイミング生
成回路などを備えており、予め設定されている周期で指
定されたタイミング信号を生成し、これを前記励磁回路
８と、第１Ａ／Ｄ変換回路１０と、第２Ａ／Ｄ変換回路
１１と、演算回路１２とに供給する。

【００２４】励磁回路８は電源電圧を断続させて駆動信
号を生成するスイッチング回路などを備えており、前記
タイミング制御回路７から出力されるタイミング信号に
基づいて電源電圧をスイッチングして交流の駆動信号を
生成し、これを前記検出器２の各励磁コイル５を供給し
てこれらの各励磁コイル５を駆動する。

【００２５】また、増幅回路９は入力された制御信号の
値に応じて増幅率が切り換えられる増幅器を備えてお
り、前記検出器２から出力される流量信号を取り込んで
前記演算回路１２から出力される制御信号に基づいた増
幅率で増幅し、第１Ａ／Ｄ変換回路１０と、第２Ａ／Ｄ
変換回路１１とに供給する。

【００２６】第２Ａ／Ｄ変換回路１１は前記タイミング
制御回路７から出力されるタイミング信号に基づいて前
記増幅回路９から出力される流量信号をサンプリングす
るサンプリング・ホールド回路１４と、このサンプリン
グ・ホールド回路１４によってサンプリング・ホールド
されている流量信号を取り込むとともに、予め設定され
ている複数の基準値と比較して前記流量信号の大きさを
判定し、レベル検出信号を生成する比較回路１５とを備
えており、前記タイミング制御回路７から出力されるタ
イミング信号に基づいて前記増幅回路９から出力される
流量信号を取り込んでサンプリング・ホールドするとと
もに、ホールドしている流量信号と、予め設定されてい
る複数の基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前
記流量信号の大きさを判定してレベル検出信号を生成
し、これを演算回路１２に供給する。

【００２７】また、第１Ａ／Ｄ変換回路１０は前記増幅
回路９から出力される流量信号の大きさに応じた周波数
で発振するＶ／Ｆ変換回路１６と、前記タイミング制御
回路７から出力されるタイミング信号に基づいてＶ／Ｆ
変換回路１６から出力される交流信号を取り込んで計数
し、この計数結果を流量信号として出力するカウンタ回
路１７とを備えており、前記タイミング制御回路７から
出力されるタイミング信号に基づいて前記増幅回路９か
ら出力される流量信号を取り込むとともに、Ａ／Ｄ変換
（アナログ／デジタル変換）して、デジタル形式の流量
信号を生成し、これを演算回路１２に供給する。

【００２８】また、演算回路１２は各種の演算を行なう
演算器を備えており、前記タイミング制御回路７から出
力されるタイミング信号に基づいて、前記第２Ａ／Ｄ変
換回路１１から出力されるレベル検出信号を取り込んで
前記制御信号を生成し、この制御信号に基づいて前記増
幅回路９の増幅率を制御するとともに、前記第１Ａ／Ｄ
変換回路１０から出力される流量信号を信号処理してノ
イズや直流成分の影響を除去し、出力回路１３に供給す
る。

【００２９】出力回路１３は予め設定されている信号形
式の伝送信号を生成する出力インタフェース素子などを
備えており、前記演算回路１２から出力される処理結果
（流量信号）を取り込んで予め指定された信号形式の流
量信号に変換し、これを外部に出力する。

【００３０】次に、図２〜図４に示す各波形図を参照し
ながら、この実施例の動作を説明する。

【００３１】まず、変換器３の励磁回路８から図２
（ａ）に示す駆動信号が出力されていれば、検出器２の
励磁コイル５によって測定管４内に交番磁界が生成さ
れ、この交番磁界の大きさと、前記測定管４内を流れる
流体の流速に応じて検出器２の電極６から図２（ｂ）に
示す流量信号が出力され、これが変換器３の増幅回路９
によって増幅されて、第１Ａ／Ｄ変換回路１０と、第２
Ａ／Ｄ変換回路１１とに供給されるとともに、前記励磁
回路８から出力される駆動信号の極性が切り換わる毎
に、図２（ｄ）に示す如くタイミング制御回路７から出
力されるタイミング信号に基づき、第２Ａ／Ｄ変換回路
１１のサンプリング・ホールド回路１４によって前記増
幅回路９から出力される流量信号がサンプリング・ホー
ルドされて比較回路１５によって前記流量信号のレベル
が判定され、この判定結果に基づいてレベル検出信号が
生成されて演算回路１２に供給される。

【００３２】これによって、演算回路１２により、図２
（ｅ）に示す如く前記レベル検出信号に基づいた制御信
号が生成されて前記増幅回路９の増幅率が制御された
後、図２（ｃ）に示す如く第１Ａ／Ｄ変換回路１０によ
って前記増幅回路９から出力される流量信号が取り込ま
れてＡ／Ｄ変換されるとともに、演算回路１２によって
前記Ａ／Ｄ変換動作によって得られたデジタル形式の流
量信号が演算処理されてノイズや直流成分の影響が除去
され、これが出力回路１３によって指定された形式の伝
送信号に変換されて外部に出力される。

【００３３】この場合、第１Ａ／Ｄ変換回路１０に入力
される流量信号の値を第２Ａ／Ｄ変換回路１１によって
レベル弁別し、このレベル弁別結果に基づいて増幅回路
９の増幅率を切り換えるようにしているので、図３
（ａ）に示す如く励磁回路８から駆動信号が出力され
て、励磁コイル５によって図３（ｂ）に示す如く測定管
４内に交番磁界が生成されている状態で、電極６から出
力される流量信号に図３（ｃ）に示す如く励磁周波数よ
りも低い周波数のノイズ成分が重畳され、図３（ｄ）に
示す如く増幅回路９から出力される流量信号の値が増幅
率ダウンの判定レベルを越えているとき、増幅回路９の
増幅率が下げられて第１Ａ／Ｄ変換回路１０に入力され
る流量信号のレベルが下げられた後、この第１Ａ／Ｄ変
換回路１０によってＡ／Ｄ変換されて処理され、また図
３（ｄ）に示す如く増幅回路９から出力される流量信号
の値が増幅率アップの判定レベルより小さいとき、増幅
回路９の増幅率が上げられて第１Ａ／Ｄ変換回路１０に
入力される流量信号のレベルが上げられた後、この第１
Ａ／Ｄ変換回路１０によってＡ／Ｄ変換されて処理され
る。

【００３４】また、図４（ａ）に示す如く励磁回路８か
ら駆動信号が出力されて、励磁コイル５によって図４
（ｂ）に示す如く測定管４内に交番磁界が生成されてい
る状態で、電極６から出力される流量信号に図４（ｄ）
に示す如く励磁周波数とほぼ同じ程度の周波数を持つ突
変ノイズが重畳されて、図４（ｅ）に示す如く増幅回路
９から出力される流量信号の値が増幅率ダウンの判定レ
ベルを越えているとき、増幅回路９の増幅率が下げられ
て第１Ａ／Ｄ変換回路１０に入力される流量信号のレベ
ルが下げられた後、図４（ｃ）に示す如くこの第１Ａ／
Ｄ変換回路１０によってＡ／Ｄ変換されて処理され、ま
た図４（ｅ）に示す如く増幅回路９から出力される流量
信号の値が増幅率アップの判定レベルより小さいとき、
増幅回路９の増幅率が上げられて第１Ａ／Ｄ変換回路１
０に入力される流量信号のレベルが上げられた後、図４
（ｃ）に示す如くこの第１Ａ／Ｄ変換回路１０によって
Ａ／Ｄ変換されて処理される。

【００３５】このようにこの実施例においては、励磁回
路８から出力される駆動信号の極性が切り換わる毎に、
高速Ａ／Ｄ変換を行なう第２Ａ／Ｄ変換回路１１によっ
て増幅回路９から出力される流量信号の大きさを判定
し、この判定結果に基づいて演算回路１２を制御して前
記増幅回路９の増幅率を調整し、精密なＡ／Ｄ変換を行
なう第１Ａ／Ｄ変換回路１０に入力される流量信号の大
きさを予め設定されている範囲内に収めるようにしたの
で、直流ノイズや励磁周波数より低い周波数のノイズ、
突変ノイズの影響下でも、第１Ａ／Ｄ変換回路１０の入
力範囲に対して適正な自動ゲイン切り換えを行なうこと
ができ、これによって小流量から大流量までの範囲で一
定の測定精度を得ることができる。

【００３６】また、上述した実施例においては、励磁回
路８から出力される駆動信号の極性が切り換わる毎に、
第２Ａ／Ｄ変換回路１１によって増幅回路９から出力さ
れる流量信号のレベルを判定し、この判定結果に基づい
て前記増幅回路９の増幅率を制御した後、第１Ａ／Ｄ変
換回路１０によって前記増幅回路９から出力される増幅
率調整済みの流量信号をＡ／Ｄ変換して処理するように
しているが、図５（ａ）に示す如く励磁回路８から出力
される駆動信号の極性が切り換わり、図５（ｂ）に示す
如く検出器２の電極６から流量信号が出力される毎に、
図５（ｄ）に示す如くタイミング制御回路７から所定間
隔ＴG で出力される複数のタイミング信号に基づき、第
２Ａ／Ｄ変換回路１１のサンプリング・ホールド回路１
４によって前記増幅回路９から出力される流量信号をサ
ンプリング・ホールドし、比較回路１５によって前記流
量信号のレベルを所定間隔ＴG で複数回、判定し、これ
らの各判定結果に基づいて所定間隔ＴG 毎にレベル検出
信号を生成して演算回路１２に供給するようにしても良
い。

【００３７】これによって、演算回路１２により、図５
（ｅ）に示す如く前記各レベル検出信号に基づいた制御
信号が生成されて前記増幅回路９の増幅率が予め設定さ
れている期間単位で連続的に制御されながら、図５
（ｃ）に示す如く第１Ａ／Ｄ変換回路１０によって前記
増幅回路９から出力される流量信号が取り込まれてＡ／
Ｄ変換されるとともに、演算回路１２によって前記Ａ／
Ｄ変換動作によって得られたデジタル形式の流量信号が
演算処理されてノイズや直流成分の影響が除去され、こ
れが出力回路１３によって指定された形式の伝送信号に
変換されて外部に出力される。

【００３８】この結果、励磁回路８から出力される駆動
信号が切り換えられてから次に切り換えられる前に、検
出器２の電極６から出力される流量信号の値が変化して
も、これに応じて増幅回路９の増幅率を切り換えること
ができ、これによってサンプリング中に流量信号の値が
変化しても、これを正確にＡ／Ｄ変換することができ
る。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、直
流ノイズや励磁周波数より低い周波数のノイズ、突変ノ
イズの影響下でも、Ａ／Ｄ変換回路の入力範囲に対して
適正な自動ゲイン切り換えを行なうことができ、これに
よって小流量から大流量までの範囲で一定の測定精度を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電磁流量計の一実施例を示すブロ
ック図である。

【図２】図１に示す電磁流量計の動作例を示す波形図で
ある。

【図３】図１に示す電磁流量計の動作例を示す波形図で
ある。

【図４】図１に示す電磁流量計の動作例を示す波形図で
ある。

【図５】本発明による電磁流量計の他の実施例を示す波
形図である。

【図６】従来から知られている電磁流量計の一例を示す
ブロック図である。

【図７】図６に示す電磁流量計の動作例を示す波形図で
ある。

【図８】図６に示す電磁流量計の動作例を示す波形図で
ある。

【符号の説明】 １ 電磁流量計 ２ 検出器 ３ 変換器 ４ 測定管 ５ 励磁コイル ６ 電極 ７ タイミング制御回路 ８ 励磁回路 ９ 増幅回路 １０ 第１Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ変換部） １１ 第２Ａ／Ｄ変換回路（増幅率制御部） １２ 演算回路 １３ 出力回路 １４ サンプリング・ホールド回路 １５ 比較回路 １６ Ｖ／Ｆ変換回路 １７ カウンタ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁コイルによって交番磁束を発生して
   測定管内の流体に交番磁界を与えながら、前記測定管内
   に設けられた電極に発生する起電圧を取込み、増幅回路
   によってこれを増幅して前記測定管内を流れる流体の流
   量を測定する電磁流量計において、 前記励磁コイルによって生成される交番磁束の極性が切
   り換えられる毎に、前記増幅回路から出力される流量信
   号のレベルを判定して前記増幅回路の増幅率を制御する
   増幅率制御部と、 この増幅率制御部によって増幅率が制御された前記増幅
   回路から出力される流量信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変
   換部と、 を備えたことを特徴とする電磁流量計。