JPS59195125A - 電磁流量計変換器 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、電磁流量計発信器からの受信信号に含まれる
電気化学的要因に基づく直流ノイズ電圧など電極間直流
電位の突変の影響を除くように信号処理方式を改良した
電磁流量計変換器に関する。

〈従来技術〉 電磁流量計発信器からの受信信号には、励磁の磁束密度
の時間的変化に起因する電磁誘導ノイズ電圧、電極と流
体の間で電気化学的要因により発生する直流ノイズ電圧
、商用電源に起因する商用周波ノイズ電圧の各種のノイ
ズが含まれているため、従来からノイズ除去のための各
種信号処理方式が提案されている。

電気化学的直流ノイズの除去については、特開昭５０−
１２８５５１、発明の名称−「２つの磁気誘導度間で切
換えられる直流磁界を用いた電磁流量計の電気化学的１
謔害直流電圧補償方式」）や特開昭５４−８９６５６８
号（発明の名称：「訪導型流量測定方法及び装置」）等
の技術が知られている。これ等の技術は、電気化学的直
流ノイズは励磁周期に比較して十分緩慢に変化する等の
仮定に立っているため、電極間直流電位が突変する場合
には必ずしも有効ではなかった。即ち、実際には電気化
学的直流ノイズは数１０ｍ５ｅｃ〜ｌ５ｅｃ程度の期間
で突変し、突変の振幅が流量信号に比べて極端に大きな
ものでおることが判った。

そこで、電極間直流電位の突変による受信信号の変化率
が、流速に起因する変化率に比べて遥かに大きい点に着
目して突変の影響を除く信号処理方式が特願昭５７−４
９１、発明の名称：「電磁流量計変換器」）として提案
されている。即ち、電磁流量計発信器からの受信信号値
の時系列的平均値を算出して出力とするが、この平均値
に追従して平均値の上下一定幅の範囲を正常信号領域即
ち窓とし、新たな受信信号値がこの窓の中にあるか否か
を判定し、窓の中にあれば新たな受信信号値を値算出に
用いるものである。

第１図はこの従来の方式の実施例を示す。同図中、１は
電磁流量計発信器であり、測定管路２、電極３ＥＬ、３
ｂ及び励磁コイル４がらなり、発信器１はタイミング回
路５がらの信号ｉで切換スイッチ５Ｗ１−１〜５Ｗ１−
４を制御することにより励磁される。

発信器１の出力は高入力インピーダンス増幅器６を経た
のち、タイミング回路５がらの信号ｊにょシ励磁極性に
対応して制御される切換スイッチＳＷ　　　、　　５ｗ
２−２と増幅器７とからなる同期整流口−１ 路により同期整流される。この同期整流回路の出力ａは
、通常はスイッチ５Ｗ３−２を介して平均化回路８に入
力され、ここで時系列的に平均化されて流速に比例した
出力信号ｄとして出力される。

９−び９ｂは比較器であり、一方の比較器９ａＵ平均化
された出力信号ｄから直流電源が与える成る一定値ｆを
引いてなる下限境界値ｇ、＝　ｄ　−ｆと同期整流出力
ａとを比較し、ＪＬ　＜　ｇのときはその比較出力すに
よりスイッチ５Ｗ３−１が平均化回路ｇに接続され、ｇ
＝ｄ−ｆの値が与えられる。他方の比較器９ｂは平均化
出力信号ｄに直流電源の与える成る一定値ｅを加えてな
る上限境界値ｈ＝ｄ＋ｅと同期整流出力ａとを比較し、
ａ　）　ｈのときはその比較出力Ｃによシスイッチ５Ｗ
３−３が平均化回路８に接続され、ｈ＝ｄ＋ｅの値が与
えられる。なお、１０は加算回路、１１は減算回路であ
る。

以上の如く、平均化回路８への入力信号は平均化出力信
号ｄと一定値ｅ、　ｆとが定める上下の境界値ｄ十ｅと
ｄ−ｆとにより窓処理される。

従って、発信器１からの受信信号が突変した場合は轟然
同期整流出力ａが突変し、平均化回路８には突変信号の
代シにｄ−ｆ又はｄ＋ｅが入力されるため、平均化出力
信号ｄの変動が抑えられる。

一定値ｅ及びｆを小さな値とすると平均化出力信号ｄの
応答特性が悪くなるが、一般には電極間直流電位の突変
は流速変動に比べて遥かに大きな変化率を示すため、ｅ
及びｆを例えば゛出方スパンの５０％程度など成る程度
大きくとっても突変に対しては十分速い応答特性を確保
しながら、突変が与える出力への影響を抑えることが可
能である。

しかし、以上の従来技術では電気化学的直流ノイズの突
変の発生頻度が少ない場合には有効であるが、その発生
頻度が多くなると流量の変化による受信信号と電気化学
的直流ノイズの突変による受信信号との区別がっかなく
なり、結局流量の変化に対する電磁流量計変換器の出力
応答速度が遅くなる欠点を有している。例えば電気化学
的直流ノイズの発生頻度が多くなシ、上下の境界値ｄ−
ｆ及びｄ＋ｅを越える状態が続くと平均化回路の出力は
ｄ−ｆ及びｆ十ｅの平均値にクランプされた状態となシ
、実際の流量変化に追従しない状態が起シ電磁流量計変
換器の出方の応答速度が遅くなる欠点がある。

〈発明の目的〉 本発明は、上記従来技術に鑑み、電極間直流電位の突変
が継続して生じた場合にもその影響を除去した電磁流量
計を提供することを目的とする。

〈発明の構成〉 第２図は本発明の構成を明示するための全体構成図であ
る。発信器からの受信信号は増幅度を変更できる増幅器
を介して受信信号が所定の境界値内にあるか否かが比較
され、境界値内におるときは新たな受信信号をそのまま
流量出力として出力する。この境界値は増幅器を介した
後の受信信号に追従して受信信号に対して一定の比率で
受信信号の上下一定幅の範囲に設定される。受信信号が
前記の境界値の範囲外になったときは直流電位の突変に
起因する揺動の程度を検出し、揺動の程度が小さいとき
は前回受信した受信信号を流量出力として出力する一方
、その揺動の頻度が許容できる範囲内か否かを更に判１
新し、許容範囲外のときは発信器の励磁電流を増大し、
同時に増幅器の増幅度を励磁電流の増大の程度に応じて
小さく変更する。この構成によシ変換器への受信信号の
信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を改善して境界値にかかる揺
動の回数を減らし、応答性を改善することができる。

〈実施例〉 以下図面に従って本発明の詳細な説明する。

第３図はこの実施例の構成要素の全体的な配置を示す。

第１図と同じ機能を有する部分についてはその符号を付
し説明を省略する。励磁コイル４は測定管路２内の流体
の流れ方向と測定管路２における電極３ａ’　”ｂの取
付方向とのいずれにも直交した磁界を発生するように配
設されている。励磁コイル４は直流電流源工よシ切換ス
イッチ５Ｗ１−１〜Ｓ１″１１−４を介し、更に励磁電
流を検出する検出抵抗１２を通して励磁電流工、が供給
される構成である。

一定倍増幅器６は電極３ユ、３ｂ間に発生した信号電圧
を高人力インピーダンスで増幅する増幅器でちる。増幅
器６の出力と検出抵抗１２に得られた比較電圧Ｖは切換
スイッチ１３によシ切換えられて可変ゲイン増幅器１４
で増幅される。可変ゲイン増幅器１４の出力信号は信号
のサンプリングを兼ねたアナログ・デジタル変換器（以
下、Ａ／Ｄ変換器と略称する）１５に入力される。１６
はマイクロプロセッサ（以下、ＣＰＵと略称する）、１
７はメモリ（ＲＯＭ／ＲＡＭ）、１８は入出カポ−）　
（Ｉｌｏ）　、１９はデジタル・アナログ変換器（以下
、Ｄ／Ａ変換器と略称する）、２０はアドレスバス、２
１はデータバス、２２は流量出力である。メモリ１７の
ＲＯ）Ｊ中にはＣｐＵ　ＩＧを制御するプログラムが書
込まれてお９、ＣＰＵ１６はこのプログラムに従ってＩ
１０ボート１８よシ必要とされる信号データを取込んだ
り、励磁電流Ｉ、や可変ゲイン増幅器１４を制御した）
、あるいは又メモリ１７のＲＡＭとの間でデータの授受
を行なったりしながら演算処理し、必要に応じて処理し
たデータｉ　Ｉ１０ボート１９へ出力する。Ｄ／Ａ変換
器１９はＩ１０ポート１８よシ与えられるデータをアナ
ログ信号に変換して出力スル。２３はＣＰＵ　：Ｌ６で
指定するタイミングで切換スイッチ　５Ｗ１−□〜ＳＷ
□−４含切換えて５ステート状態の励ｍ電流Ｉ、を得る
ための切換制御回路である。

２４は直流電流源Ｉの電流の大きさをＣＰＵ　１６がら
の制御信号により変更するための電流制御回路である０
切換スイツチ１３又は可変ゲイン増幅器１４はいずれも
ＣＰＵ　１６の制御信号によりそれぞれ制御される構成
である。

以上のように構成された本実節制の電磁流量計変換器の
動作を第４図の波形図と第５図のフローチ ヤードを用いて説明する。

先ず信号処理プログラムについて説明する（第５図■〜
■ステ、グ）、メモリ１７のＲＯＭ中に書き込まれた励
磁電流の制御プログラムにより指定されたタイミングで
切換制御回路２３を制御して切換スイッチＳＷ□−□〜
ＳＷ□−４を切換えて第４図（ａ）の如き励磁電流工、
を作って発信器１を３ステート状態で励磁する。これに
伴ない検出抵抗１２には第４図（ｂ）に示す波形の比較
電圧Ｖが発生する。流体が測足管路２に流れると励磁電
流とほぼ同じ波形の第４図（ｅ）に示す流＠信号が得ら
れる。この流量信号はムロ４図Ｔｏ）に示すタイミング
で４ケのサンプル値Ｓ□〜Ｓ４が１サイクル分としてＡ
／Ｄ変換器より読込まれＲＡＭ内に記憶される。この様
にして記憶されたサンプルデータはＣＰＵ　１６によシ
例えば次式に示す演算がなされ緩慢な直流ノイズが除去
され流量信号Ｅ工とされる。

Ｅ１″″Ｓ１＋５２−８３−８４ この様な演算が繰９返し実行され各サイクルごとの流量
信号Ｅがつぎつぎに得られる。一方比較電圧Ｖは流量信
号Ｅのサンプル周期に対（７１０倍からｒ　　　　　　
　　　　　　　　　　ｎ２０倍の周期のＣＰＵ　１６か
らの制御信号により切換スイツチ１３が比較電圧側へ切
換えられて、比較電圧■が割り込みによシＡ／Ｄ変換器
１５に取り込まれ、デジタル変換されてメモリー７のＲ
ＡＭ中に記憶される。

この様にして得られた流量信号Ｅｎと比較電圧ｖｒとは
ＣＰＵ　１６によ５Ｅｎ／Ｅ″１の割算が施され受信信
号Ｅとされる。励磁電流工、の変動による出力誤差を除
去するためである。

次に窓処理について説明する（第５図のステップ■〜■
）。前記のように処理された受信信号Ｅ８に対してめら
かじめメモリー７のＲＯＭ中に記憶された比率で受信信
号の上下一定幅の範囲に上下の境界値をＣＰＵ　１６に
より演算し、算出された上下の境界値Ｃに対して新たに
受信した受信信号Ｅと前回受信した受信信号Ｅｓ−□と
を比較判断する。即ち、新たに受信した受信信号Ｅ８と
前回受信した受信信号Ｅ６−０との差の絶対値である’
　Ｅｓ”ｓ−１’が前記の境界値Ｃよシ小さい場合には
、新たに受信した受信信号Ｅには電極間の直流電位の突
変はないものと判断し、新たな受信信号Ｅｓを流量出力
として出力する０新たな受信信号Ｅ６と前回の受信信号
。

Ｅ　との差の絶対値１Ｅ８−Ｅ８−□１が境界値Ｃより
−１ 大きい場合には直流電位の突変があったと判断され次の
揺動検出プログラムに移行する。

揺動検出（第５図のステップ■〜■）は次の様にして行
なわれる。前記の窓処理の結果、直流電位の突変があっ
たものと判断された場合には、メモリ１７のＲＡＭ中に
カウンタＭのエリアが設けられているのでこの部分のカ
ウント内容を＋１とする０この部分のカウント内容に対
応して、同様にしてＲＡＭ中にカウンタＭとは別のカウ
ンタＬのエリアが設けられているので、この部分のカウ
ント内容を＋１とする。次に新たな受信信号Ｅ８の変化
方向と前回受信した受＠信号の変化方向とを比較し、同
じ方向でない場合には直流電位の突変による変化と判断
してカウンタＬの内容ケリセットする。即ち、カウンタ
Ｍの内容は流量の急速な変化によって境界値ｃ’６越え
たときも直流電位の突変によシ境界値Ｃを越えたときも
共にカウントされその内容が更新されるのに対してカウ
ンタＬの内容は境界値Ｃを越えたもののうち直流電位の
突変によるものはリセ、トシて流量変化に基づく場合の
みがカウントされる。これは直流電位の突変による電位
変化は流量の変化に比べて短かくパルス状に変化するの
で、受信信号の同一方向への変化は流量変化と判断され
るのに対して直流電位の突変による変化はその変化方向
が反対でちるという点に着目して判断するためである。

従って、受信信号の変化方向が同じ場合つまシ流量変化
と判断される数がカウント内容に記憶される。カウンタ
Ｌに対してはそのカウント値がＲＯＭで設定値Ｎ□に達
しているか否かの判断プログラムがＲＯＭに書き込まれ
ており、この判断プログラムの実行により設定値Ｎ１に
達していないときはステップ■（第５図）に戻り、今ま
での処理が繰シ返し実行される。ステップ■に戻る際に
、流量出力としては前回受信した受信信号を出力する。

これは受信信号が境界値を越えた場合であるので前回の
受信信号を出力した方が妥当と判断されるためである。

メモリ１７のＲＡＭ中にはカウンタＰのエリアが設けら
れておシ、カウンタＬのカウント値がＲＯＭで設定する
設定値Ｎ工に達したときは、このカウンタＰの内容を＋
１に更新する。同時にカウンタＬの内容をリセットして
初期状態に復帰させる。従ってカウンタＰには同一方向
の受信信号の変化の回数つまυ流量変動の回数が記憶さ
れることになる。以上のようにしてカウンタＭには受信
信号の変化の回数、カウンタＰには流量変動の回数が記
憶されているので、これ等の値を用いてＣＰＵ　１６に
よｐ　Ｍ／１）の演算を施すとその結果Ｑは流量変動に
対する受信信号の変化の回数の割合を相称することとな
る。Ｑが小さいときには流量変動が多いためＰの値も大
きくなったと判断し、Ｑの値が大きいときには流量変動
がないにもかかわらすＭが大きくなったつまシ直流電位
の突変の回数が多くなったと判断できる。

従ってＱの値によ、！ｌｌぼ流電位の突変の程度を判断
することができる。

直流電位の突変の程度が許容できる範囲内か否かを判断
するのか第５図のフロチャートのヌテ。

プ■〜■で示す揺動判断でおる。前記の許容値Ｎ２とこ
の判断プログラムはＲＯＭ中に格納されている。

Ｑの値がこの許容値Ｎ２と等しいかまたは小さいときは
前記のフローチャートのステップ■に戻り今までの処理
が繰シ返される。しかしＱの値がＮ２を越えたときは直
流電位の突変の程度が許容できないこととなシ励磁電流
を変更するプログラムに入る。

励磁電流の変更手順を第５図のフローチャートのステッ
プ■〜■に示す。Ｑの値がＮ２を越えた場合は励磁電流
与を段階的に増大させる。この場合に増加した励磁電流
の値が発信器１で許容される範囲内か否かｉ　ＣＰＵ　
１６によシ判断し、計容範囲外のときは警報を出し〜例
えば動作を停止させる。

許容範囲内のときは割込み処理により比較電圧ｖｒを新
たにメモリ１７のＲＡＭに書き込む。

励磁電流を変更すると同時に第５図のフローチャートの
ステップ■〜■で示すように可変ゲイン増幅器１４の増
幅度を励磁電流を増加した値に対応して減少させ流Ｊｉ
Ｌ信号を励磁電流を増加させる前と同じ値にする。これ
はＡ／Ｄ変換器１５が適正な動作領域内に入るようにす
るためでりる。この処理の後ステップ■に戻る。

以上のステップ■〜■の処理により、流量信号に対する
直流電位の突変値の比っまＪ　Ｓ／Ｎ比が改善される−
６すなわち、直流電位の突変は電極材質の種類、流速流
体の種類等に依存し励磁電流には無関係であるが、流量
信号は励磁電流を増大させると増大させた分だけ増大す
るからである。励磁電流を増大させた後、以上のステッ
プ■〜■の処理を繰シ返し、ステップ■〜■で示す窓処
理で境界値内に受信信号が入ったと判断されれば励磁電
流の増大をその段階で停止し受信信号を流量出力として
出力する。励磁電流は、ステップ■〜■で示す窓処理に
よシ境界値外になるケースが例えば長時間ない場合には
励磁電流を段階的に減少させ最初の状態に戻すようにす
ることにより低消費電力化が実現できる。この励磁電流
の変更をこの例では段階的に美行する場合について説明
したが、これは必要に応じて連続的に変更しても良いし
、また励磁電流の変更を１段だけで実現しても良い。

〈発明の効果〉 以上の如〈実施例を通じて本発明の内容について具体的
に説明して来た構成によれば以下の様な効果が生じる。

（イ）　直流電位の突変が多くなシ励磁電磁を増加させ
ると、受信信号に対する直流電位の突変値の割合が小さ
くなり、境界値幅Ｃは受信信号の値との関連で設定され
ているので境界値幅Ｃにかかる回数が減少し従来技術の
欠点である応答性が大幅に改善される。

（ロ）　直流電位の突変が多い場合にも励磁電流な増加
させて受信信号のＳ／Ｎ比を改善させ、直流電位の突変
の影響を受けない流量測定ができる。

（ハ）　直流電位の突変が少い場合には少ない励磁電流
で効率の良い流量測定ができ低消費電力化が実現できる
。

に）本発明によれは直流電位の突変の生じやすい流体で
も生じ難い流体でも、これ等を特に考慮することなく使
用できるので流量測定の応用分野が拡大する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示すブロック図、第２図は本発明の全
体構成を示すブロック図、第６図は本発明の一実施例を
示すブロック図、第４図は本発明における流量信号をサ
ンプルするタイミングを示すタイミング図、第５図は第
３図における信号処理のフローチャートである。 図面中、１は発信器、１３は切換スイッチ、１４は可変
ゲイン増幅器、１５はＡ／Ｄ変換器、１６はＣＰＵ　。 １７ｉｔ：　ｌ　モリ、１８は工１０ホード、１９はＤ
／Ａ変換器、２２は流量出力、２３は切換制御回路、２
４は電流制御回路、工は定電流源、５ｗ１−□〜ＳＷ、
、は切換スイッチでるる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　電磁流量計発信器からの受（！信号に追従し
   前記受信信号に対して一定の比率で前記受信と比較する
   比較手段と、前記受信信号値が前記の境界値を越えたと
   きに前記受信信号の揺動を検出する揺動検出手段と、前
   記受信信号の揺動が所定の値を越え゛たか否かを判断す
   る揺動判断手段と、前記揺動判断手段の判断結果に基づ
   き発信器の励磁電流を変更する励磁電流変更手段と、前
   記受信化＆陥器の欄、１幅度を前記励磁電流に対応して
   変更する増幅度変更手段とを具備し前記受（ｉｉ信号値
   が前記境界値内のときは新たな前記受信信号を出力た電
   磁流量計変換器。