JPS58223020A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、低周波励磁方式の電磁流量計の改良に関する
。

一般に電磁流量計は、流体の流れ方向に対して垂直に磁
界を与え、同時に流体流路中の電気的信号の変化を検出
し、これに基づいて流体の流量を計測するように構成さ
れている。最近の電磁流量計は、交流励磁方式や直流励
磁方式に比Ｌ７て零点の安定性にすぐれている台形波励
磁や方形波励磁などと呼げｈている低周波励磁方式の電
磁流量計において、特に電磁流量計発信器の励磁コイル
に定常値が正・零・負・零の順でａり返す励磁電流を供
給し、電磁流量計発信器から与えられる励磁電流の定常
値が正、零・負、零の各期間の信号電圧６月、　ｅａ２
．　ｅａｓ、　ｅａ４　を用いて、信号処理回路で実質
的Ｋ　（ｅａｒ　＋ｅａ２　）　　（ｅａｓ　＋ｅａ４
）なる演算を行うものは、電気化学的な直流電圧や回路
に基づくオフセット電圧成分および励磁電流の切換えに
伴うノイズ成分の影響を除去し、流量成分に関連した出
力を得ることができる　ところでこの方式の電磁流量計
においても、電気化学的な直流電圧が変動１−オフセッ
ト電圧成分が変化するとその影響をもろに受け、出力変
動けまぬがれ得なかった。また１サイクルに正・零　負
・零の４つの励磁期間があり、各期間で励磁電流の切換
えに伴うノイズ成分の安定期間を必要としており、１サ
イクルに１回しか演算結果を出力していないので、応答
性も良〈なかった。

本発明は、電磁流量計発信器の励磁コイルに定常値が正
・零・負・零の順で繰り返す励磁電流を供給し、電磁流
量計発信器から順次与λられる励磁電流の定常値が正、
零、負、零　正または負・零　正、零・負の各期間の信
号電圧をそれぞれｅａｌ。

ｅａ２　、　ｅｃｇ　、　ｅａ４　、　ｅａｒ’とした
とき、信号処理回路で（ｅａ４−５ｅａ５　＋５ｅａ２
−ｅａ＋　）なる演算と、（ｅａｒ’　ｅａ４　　ｅａ
５＋ｅａ２　　）なる演算を交互に行うようにして、オ
フセット電圧成分や励磁電流の切換えに伴うノイズ成分
を有効に除去でき、シ、かも応答性の良好な低周波励磁
方式の電磁流量計を実現したものである。

第１図は本発明電磁流量計の一実施例を示す接続図であ
る。図忙おいて、１は励磁回路で、直流定電流源１１と
、この定電流源からの電流を切換えるスイッチ１２ａ　
、　＋２ｂとを有している。２は電磁流量計発信器で、
励磁コイル２１．流体が流れるパイプ２２および電極２
３ａ、　２３ｂを備えている。３は信号処理回路で、電
磁流量側発信器２の電極２３ａ、　２５ｂ間に誘起する
電圧ｅａを増幅する交流増幅器３１と、交流増幅器べ１
の出力電圧ｅｂが加えられる直列接続された４個のサン
プルホールド回路３２ａ〜３２ｄト、これらサンプルホ
ールド回路３２ａ〜３７ｄの出力ｅｃＨ。

ｅＣ２、ｅｃｇ　、　ｅｃ４の加減演算を行う演算器３
３＋１．３３ｂと、演算器３３ａの出力ｅｄａと演算器
＜、ｑｂの出力ｅｄｂを交互に切換えるスイッチ３４と
、スイッチ３４を介して加わるｅｄａとｅｄｂを反転す
るインバータ３５と、スイッのスイッチ１？ａ、　１２
ｂを制御するパルスｐ１８．　Ｐ＋ｈ　とサンプルホー
ルド回路５２ａ〜３２ｒｌのサンプリングを制御するパ
ルスＰ２　ａ　＝　Ｐ２　ｄ　と、スイッチう４，３６
の切換えを制御するパルスＰ、、Ｐ、および、サンプル
ホールド回路３７のサンプリンク゛を制御するパルスト
５令−発牛するタイミングパルス発生回路３８とを有し
−ｃｃ゛ｈ、＋’Ｌ″″１”°°°２°１・″（ｊＩ［
１１″“、１１０Ｐ１ａと６個の演算抵抗Ｒ１１ｌ−Ｒ
ｈ１１からなるものが示さねており、サンプルホールド
回路３２ａと３２ｄの出力ｅｃ１．　ｅＣａがそれぞれ
抵抗ＩＬＳｓ、　Ｒ４ａを介して０Ｐ１ａの非反転入力
端子（＋）に加えられ、サンプルホールド回路３２ｈと
５２ｃの出力ｅｃ２　、　ｅｃ３がそれぞれ抵抗ｎ、Ｉ
　ａ　、　Ｒ２ａを介してＯＰｌの反転入力端子（＝）
に加夕ら引ている。オたＯＰ、の出力端子は抵抗Ｒ２５
３を介１〜てＯＰ　１ａの反転入力端子←）に接続され
、０Ｐ１ａの非反転入力端子（４−）は抵抗Ｔ１．４ａ
を介して基準点に接続されている。そして各演算抵抗ｒ
Ｌ１ｇ−１％ａの値を、５　Ｒ１ａ＝　Ｒ２＋＋　”＝
　Ｒ１％　＝　３　Ｒ，４ａ　＝　２几５ａ　＝＝　２
　ｎ６　ａに選びＯＦ、の出力端に、　（ｅｅ１５ｅｃ
２　＋　３ｅｃ４−？ｃ４　）なる演算器出力ｅｄａを
得るものが示されている。捷だ演算器３３ｂとしでも、
演嘗増幅器ｏｐ、ｈと６個の演算抵抗Ｒ１ｂ　−’Ｒ，
６ｂからなるものが示さねている。サンプルホールド回
路５２ａと３２ｄの出力ｅｃ１．　ｅＣ４がそれぞれ抵
抗Ｒ８ｂ。

１’Ｌ４ｂを介してＯＦ山の非反転入力端子（−１−）
に加えられ、−９ンプルオ一ルド回路３２ｂ、３２ｃの
出力ｅｅ２．　ｅｃｇ　がそす１ぞれ抵抗Ｒ，Ｊ　Ｒ２
ｂを介してＯＦ、ｂの反転入力端子←）Ｋ加えらハてい
る。ｏｐ、ｂの出力端子は抵抗Ｒ，５ｂを介して０ＰＩ
ｂの反転入力端子←）Ｋ接続され、ｏｐｌｂの非反転入
力端子（＋）は抵抗Ｒ６ｂを介して基準点に接続されて
いる。各演算抵抗Ｒ，ｂ−ＴＬ、ｂの値を、Ｒｌｈ　＝
　Ｒ２ｂ　＝　Ｒ３ｈ　＝　ｎａｂ　＝　２　Ｒ５ｈ　
＝　２　Ｒ６ｂ　Ｋ　）巽び、ｏｐ、ｔ、の出力端に、
　（ｅｃ＋　　ｅｃ２’　ｅｃｓ　＋ｅＣａ　）なる演
算出力ｅｄｂを得るものが示されている。

このように構成した本発明の動作を第２図の波形図を参
照して以下に説明する。オずスイッチ１２ａ。

＋２ｂけ第２図に示す如き駆動パルスｐＨｌ、　Ｐｕｂ
　　で制御され、Ｐ＋ｎがオンとなっている期間Ｔ１に
は定電流源１１から電流Ｔｓを正方向に、Ｐ、ｂがオン
となっている期間Ｔ５には定電流源１１からの電流Ｉｓ
を逆方向に切換えて励磁コイル２１に流し、Ｐｅａ、　
Ｐｕｂが共にオフとなっている期間’］’２．Ｔ４には
励磁コイル２１に電流を流さないっよって励磁コイル２
１には第２図に示すように定常値が零の休止期間’ｒ２
．’ｒ、と、正の励磁期間Ｔ１および角の励磁期間Ｔ３
があり、定常値正。

零・負・零の順で繰り返す励磁電流１ｗが供給される。

なお、励磁電流ｉｗはスイッチｊ２ａ、　１２ｈで切換
えられたとき、定電流源１１が有限の出力電圧しか供給
できぬから励磁コイル２１のインダクタンスと抵抗によ
る時定数で実際には立上り、立下りの部分で遅れを伴っ
たのち定常値となるが図では省略しである。電磁流量計
発信器２の電極２３ａ　、　２３ｂ間には励磁電流１ｗ
に応じた誘起電圧ｅ＋＋が発生する。

誘起電圧ｅａには第２図に示すように、パイプ２２を流
れる流体の流量Ｆに比例した流量成分Ｖｓの外に、電気
化学的な直流電位や回路によるオフセット電圧成分Ｖｎ
と、励磁電流の切換えに伴うノイズ成分Ｖｅとが重畳さ
れている。その結果第２図に示す励磁電流の定常値が正
・零・負・零・正・零・負・零の各期間に発生する誘起
電圧ｅａを一定間隔Δｔでサンプリングして得た信号電
圧ｅａ１．　ｅａ２．　ｅｓ３．　ｅａ４゜ｅａｒ’、
　ｅｓ２’、　ｅａｒ’、　ｅａ４’はそれぞれ次式で
与えられる。

なおオフセット笥、圧成分Ｖｎはテーラ展開して１次式
近イ以で示しである。

信号処理回路３では、まず電磁流量計発信器２からの誘
起電圧ｅａを増幅器３１で増幅し、第２図に示す如きタ
イミングで発生するサンプリングパルールド値ｅｃ１け
第２図に示す如きタイミングで発生するサンプリングパ
ルスｐ２ｂによってサンプルホールド回路３２ｂにホー
ルドされる。同様にサンプルホールド回路３２ｂ、　Ｓ
２ｃのホールド値ｅｅ２．　ｅＣ５も第２図に示す如き
タイミングで発生するサンプリングパルスＰ２ｃ、　Ｐ
２（１によってそれぞれサンプルホールド回路３２ｃ　
、　３２ｄにホールドされる。したがって、サンプルホ
ールド回路３２ａに信号電圧ｅａ４に関連した電圧がホ
ールドされた時点での１サンプルホ一ルド回路、５２ｂ
−５２ｄにけｅａ５〜ｅａ　Ｉにそれぞれ関連した電圧
がホールドされ、サンプルホールド回路３２ａ　Ｉｃ　
ｅａ６　Ｋ関連した電圧がホールドされた時点では、サ
ンプルホールド回路３２ｂ〜３２ｄＫけ　　１゛１ｅａ
４〜ｅａ２にそわぞれ関連した電圧がホールドさねる。

これらサンプルホ・−ルド回路３２ａ〜３２ｄのホール
ド電圧ｅｅｌ〜ｅｃ４けそれぞわ演算器５ｓｓ、　３ｓ
ｂ　Ｋ加見られ、＝（ｅｃｌ−５ｅｃ４　＋　５ｅｃｇ
−ｅｃ４）なる加減演算と、−（ｅｃ＋−ｅｃ２−ｅｃ
３＋ｅｃ４　）なる加減演算が行われる。

その結果演算器３３Ｒの出力端には第２図に示すように
、サンプルホールド回路３２に信号電圧ｅｓ４に相当す
る増幅器３１の出力がホールドされたときの演算結果ｅ
ｄａ　＋と、信畳電ＦＦｅＡ１’に相当する増幅器３１
の出力がホールドされたときの演算結果ｅｄａ２と、信
号電圧ｅｓ２’　ＩＣ相当する増幅器３１の出力がホー
ルドされたときの演算結果ｅｄａ５と、信号電圧ｅａ　
！′に相当する増幅器３１の出力がホールドされたとき
の演算結果ｅｄａ４を順次繰り返す波形の電圧ｅｄａが
得られるうそしてｅｄａ１〜ｅｄａ４　　は増幅器５１
のゲインをｋとするとそれぞれ次式で４身られる。

ｅｄａＩ＝−ｋ　（ｅａ４−３ｅａ５　＋３ｅａ２−ｅ
ａ＋　）　＝　ｋＶａｅｄａ２　＝　　ｋ　（ｅａｒ’
　５ｅａｓ　＋３６ａ３　２ａ２　）　＝　ｋ（Ｖｓ＋
２Ｖｅ）ｅｄａｑ　＝−ｋ　（ｅａ２’　−３ｅａ＋’
＋　３ｅａｓ　−ｅａｓ　）　＝−に’ｓｅｄａ　４　
＝　−ｋ　（ｅａｒ’　−５ｅａ２’＋　３ｅａｌ’−
ｅａ４）　＝　ｋ　（Ｖｓ＋２Ｖｅ　）よって、演算回
路３５ａの出力端にけ、サンプルホールド回路５２ａに
励磁電流の定常値が正または負のときの信号電圧に相当
する増幅器３１の出力がホールドされる毎に、　　１次
式近似でオフセット電圧成分Ｖｎが除去されるとともに
、励磁電流の切換えに伴うノイズ成分Ｖｅも除去さね、
流量成分Ｖ８のみを得ることができろう 一方演算回路ｓ３ｂの出力端には＠２図に示すように１
サンプルホ一ルド回路５２に信号電圧ｅａ４に相当する
増幅器３１の出力がホールドされたときの演算結果ｅｄ
ｂ、と、信号電圧ｅａ　、ｚに相当する増幅器３１の出
力がホールドされたときの演算結果ｅｄｂ２と、信号電
圧ｅ　ａ２’に相当する増幅器３１の出力がホールドさ
れたときの演算結果ｅｄｂ、と、信号電圧ｅａｒ’に相
当する増幅器ろ１の出力がホールドされたときの演算結
果ｅｄｂ４を順次繰り返す波形の電圧ｅｄｂが得うｔ’
Ｌルｏ　ソＬテｅｄｂ、〜ｅｄｂ４　は増幅器３１のゲ
インをｋとするとそれぞれ次式で与えられる。

ｅｄｂ＋　＝Ｔｋ（ｅａｎ　−ｅｇｇ　−ｅａ２　＋ｅ
ａ＋　）　＝　ｋ（Ｖｓ＋２Ｖｅ）ｅｄｂ＋　＝−ｋ　
（ｅｓＨ’−ｅｓａ　−ｅｇｇ　＋ｅａ２　）　＝　ｋ
Ｖｓｅｄｔ＋８＝＝−ｋ　（ｅａ２’−ｅａｒ’　ｅａ
４＋ｅａｓ　）　＝−ｋ（Ｖｓ＋２Ｖｅ）ｅｄｂ４　＝
　＝−ｋ　（ｅａ３’−ｅａ２’−ｅａｌ’＋ｅｓ４）
　＝　−ｋＶｓよって、演算回路３３ｂの出力には、サ
ンプルホールド回路３２＋ＩＫ励磁市、流の定常値が零
のときの信号零圧に相当する増幅器５１の出力がホール
ドされる毎に、１次式近似でオフセラ）１ｆｆ、ＦＥ成
分Ｖｎが除去されるとともに励磁電流の切換えに伴うノ
イズ成分Ｖｅも除去され、流１１威分ｖｓのみを得るこ
とができる。すなわち演算回路３３ａ　、　３３ｂの出
力端には、励磁電流の切換えに同期して流量成分ｖ８の
みに関連した演算結果が交互に出力されている。

そこで、第２図に示すタイミングで発生するパルスＰ５
でスイッチ３４を制御して演算回路３５ｓ　、　３３ｂ
の出力を交互に切換え、ｅｄａｌ、　ｅｄｂ２．　ｅｄ
ｂ５．ｅｄｂａを順次取り出し、かつパルスＰ４で制御
されるスイッチ３６を介してサンプルホールド回路３７
には、ｅｄａｌと、ｅｄｂ２を反転した電圧と、ｅｄａ
３を反転した電圧と、ｅｄｂ４が順次ホールドされる。

よってサンプルホールド回路３７の出力端には流量成分
Ｖｓに関連した出力電圧ｅｏが得られる。しかも信号成
分をサンプリングする毎に演算結果を出力することがで
きるので、応答性が良好になる。

なお上述では、増幅器３１の出力ｅｂをサンプルホール
ド回路３２ｇに直接与える場合を例示したが、第３図に
示すように増幅器出力ｅｂを積分器３９で一定時間積分
した後サンプルホールド回路５２３に与えるようにして
屯よい。との場合積分時間Ｔｓを商用電源周期の整数倍
に選べば電源周波数ノイズの影響を除去できる。なお第
３図においては、積分器３９として抵抗量と、演算増幅
器ＯＰ２と、ＯＦ２の帰還回路に接続された積分用コン
デンサ引と、入力積分時間Ｔ８を制御するタイミングス
イッチＴ８および積分値をリセットするリセットスイッ
チＩｔ８を有し、ＴＳおよびＲ８はタイミングパルス発
生器３８からのパルスＰ６１Ｐ７によって駆動されるも
のが例示されている。また信号処理回路３は第４図に示
すようにディジタル演算を行うマイクロプロセッサ４０
を用いて構成してもよい。第４図においては、積分器３
９の出力ｅｉがＡ／Ｄ変換器４１でディジタル信号に変
換されてマイクロプロセッサ４０に与えられ、マイクロ
プロセッサ４０で、（ｅｃ＋　　５ｅｃ２　＋　５ｅｃ
５−　ｅｃａ　）および（ｅｃ＋　　ｅｃ２　ｅＣ５＋
ｅＣａ　）に相当するディジタル演算を行い流量成分Ｖ
Ｓに相当するディジタル値を出力し、Ｄ／Ａ変換器４２
でアナログ信号に変換後サンプルホールド回路３７でホ
ールドして、その出力端に流量成分Ｖｓに関連した出力
電圧ｅ。を得るものが例示されている。さらに上述では
励磁電流Ｔｗとして矩形波の場合を例示したが、台形波
や商用交流電源を周波数変換した後整流して得た波形の
もの等必要に応じて種々の波形のものを用いることがで
きる。

以上説明したように本発明によれば、オフセット電圧成
分や励磁電流の切換えに伴うノイズ成分を有効に除去で
き、しかも応答性の良好な低周波励磁方式の電磁流量計
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電磁流量計の一実施例を示す接続図、第
２図はその動作説明のための波形図、第３図および第４
図は本発明電磁流量計の他の実施例を示す接続図である
。 １・・励磁回路、２・・・電磁流量計発信器、３・・・
信号処理回路、３１・・・増幅器、３２ａ〜３２ｄ・・
・サンプルホールド回Ｗ’ｒ、ｓ３ａ、　３３ｂ・・・
演算回路、３７・・・サンプルホールド回路、３８・・
・タイミングパルス発生器、３９・・・積分器、４０・
・・マイクロプロセッサ、４１・・・Ａ／Ｄ変換器、４
２・・・Ｄ／Ａ変換器。 手続補正書（自制 特許庁長官若杉和夫殿 ２、発明の名称　　　　電磁流量計 ３、補正する者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　　　　東京都武蔵野市中町２丁目９番３２号
名　称　　　　（６７０）株式会社横河電機製作所４、
代理人 自　　発　　　　　　　　　７．て＝：：−：５、＆　
補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄。 ７、　補正の内容 別紙のとおり。 １、； 特許請求の範囲 電磁流量計発信器の励磁コイルに定常値が正・零・負・
零の順で繰り返す励磁電流を供給する励磁回路と、電磁
流量計発信器から順次与えられる励磁電流の定常値がそ
れぞれ正・零・負・零・正または負・零・正・零・負の
各期間の信号電圧を”ａｌ、ｅａ２．ｅａ３．ｅａ４．
ｅａｌ’としたとき実質的に（ｅａ４−３ｅ　　＋３ｅ
　　−ｅ　　）なる演算と（ｅａ１’　−ｅａ４−　ｅ
ａ３　”　”ａ２）ａ３　　　　　ａ２　　　　ａｌ なる演算を交互に行う信号処理回路とを有する電磁流を
計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電磁流量計発信器の励磁コイルに定常値が°正・零・負
   ・零の順で繰り返す励磁電流を供給する励磁回路上、電
   磁流量計発信器から順次与えられる励磁電流の定常値が
   それぞれ正・零・負・零・正または負・零・正・零・負
   の各期間の信号電圧をｅａ’＋　ｅａ２＋　”＋ｄ＋　
   ｅ１１＋、　ｅａｒ’としたとき実質的に（ｅａｌ　−
   ３ｅａ３　＋３ｅａ２　　ｅａｔ　　）なる演算と（ｅ
   ａｌ　’−ｅａ４−　ｅａ５　＋ｅａ２）なる演算を゛
   交互に行う信号処理回路とを有する電磁流量計。