JPS594648B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電磁流量計に関し、特に低周波励振型電磁流
量計において励磁電流の変化にもとずいて発生する雑音
の影響を除去するように構成しようとするものである。

従来より商用電源周波数より低い周波数の矩形波電流に
より励磁する低周波励振型電磁流量計が種々提案されて
いる。

第１図は一般に使用されている低周波励振型電磁流量計
の全体の構成を示す。図中１は電磁流量計発信器を示し
、２はこの発信器１から出力される微少検出信号を所定
のレベルを持つ例えば４〜２０ｍＡをスパンとする電流
信号に変換する変換器を示す。発信器１は周知のよ５
うに被測定流体が流れる導管３と、この導管３の軸と直
交する方向に互に対向して取付けられた一対の電極４回
４と、この電極４回４を結ぶ線と直交する方向の磁界を
導管３内に形成する励磁コイル５−５とにより構成され
、この励磁コイル５一１０５に励磁電源回路６から低周
波の矩形波電流を供給する。励磁電源回路６は商用電源
Ｔから供給される商用電源電圧を整流する整流回路８と
、この整流回路８に供給される商用電源電圧を低周波の
周期例１５えばＰｏ−Ｈ２の周期で断続制御するスイッ
チ９と、励磁電流に比例した信号を取出す比較電圧検出
回路１０とを有し、整流回路８から断続的に出力される
整流出力を発信器１の励磁コイル５−５に供給するよう
に構成されている。

２０励磁コイル５−５の励磁により電極４回４からは導
管３を流れる流体の流速に比例した電圧信号が得られる
。

この電圧信号は変換器２に送られ先ず前置増幅器１１に
て所要のレベルにまで増幅し、、その増幅出力を高域通
過フィルタ１２を通じて割２５算器１３に供給される。
割算器１３では比較電圧検出回路１０から検出される励
磁電流に比例した電圧信号によつて電極４回４から得ら
れる流速信号を割算し励磁電流の変動に伴う信号レベル
の変動を除去するようにしている。割算器１３は後述３
０する電圧−周波数変換器１４から出力される周波数信
号によつてスイッチ１５を開閉制御し、このスイッチ１
５の開閉率に応じて割算が行われる。尚１６はインピー
ダンス整合器を兼ねた増幅器を示す。割算器１３の出力
はサンプリング回路１７３５に供給される。つまりこの
種低周波励磁型電磁流量計ではその励磁周波数は例えば
豊Ｈ２程度である。このため励磁電流の立上り及び立下
り時点では第２図Ａに示すように励磁電流波形Ｓａの変
化率が大きい。これがために電極４−４には第２図Ｂに
示すような磁束変化に基ずく雑音波形Ｓｂが発生する。
この雑音波形Ｓｂを除去するために励磁電流波形Ｓａが
安定した時点でサンプリング回路１７を動作させ、割算
器１３の出力をコンデンサ１８にホールドするように構
成している。コンデンサ１８のホールド電圧は電圧一周
波数変換回路１４で周波数に変換し、その周波数信号に
よつて割算器１３のスイツチ１５を駆動すると共にその
周波数信号を周波数一電流変換回路１９に供給し、この
変換回路１９から出力端子２０を通じて４〜２０ｍＡの
スパンを持つ電流信号を出力するようにしている。２１
は商用電源周波数を分周して励磁用スイツチ９をオン、
オフ制御すると共にその分周信号の一部をタイミング信
号発生回路２２に供給し、このタイミング信号発生回路
２２にてサンプリング回路１７を駆動するようにしてい
る。

以上により低周波励磁型電磁流量計の構成と及びその動
作が理解できよう。ところで上述したように従来はサン
プリング回路１７は励磁電流波形Ｓａが充分安定した時
点、つまり第２図Ｄに示すように各励磁周期Ｔの終了近
くでサンプリング動作させている。

然し乍らこのように励磁周期Ｔの終了近くでサンプリン
グを行うと別の要因による雑音が発生することが解つた
。つまり電極４−４が流体に接液していることによりこ
の間に電気化学的な要因によつて電圧が発生する。

この電圧は元々は直流電圧であるが流体の乱れ等によつ
てその電圧が変動し、第３図に曲線Ｎで示すような周波
数スペクトラムを有する。この電気化学的な雑音の交流
成分を除去する目的でここでは前置増幅器１１の後段側
に第３図に曲線Ｍで示すような周波数特性を持つ高域通
過フイルタ１２を設け、電気化学的な雑音の主成分であ
る直流から数Ｈｚの雑音を除去するようにしている。と
ころで高域通過フイルタ１２の挿入により次のような不
都合が発生した。つまり高域通過フイルタ１２には直流
阻止用コンデンサが信号路に対し直列に挿入される。こ
のため高域通過フイルタ１２を通過した信号は第２図Ｃ
に示すような波形になる。第２図Ｂ及びＣに示す波形は
流速がゼロの状態における雑音波形である。高域通過フ
イルタ１２を挿入しない状態では流速がゼロのときは各
励磁周期Ｔの終了点では磁束変化に基ずく雑音成分はゼ
ロとなつているため雑音による影響を除去できる。然し
乍ら高域通過フイルタ１２を設けたことにより雑音波形
Ｓｂは第２図Ｃに示すようにゼロクロス点が変化した信
号Ｓｂ′になつてしまつ０このため従来のように各励磁
周期Ｔの終了時点でサンプリングを行うと第２図Ｅに示
すように雑音成分のサンプリング出力Ｓｅが発生し、よ
つて流速検知信号にこの雑音のサンプリング成分が重畳
するため磁束変化に伴う雑音のレベルが変動しゼロ点変
動等を来す大きな欠点となる。

この発明の目的はこのようにして発生する雑音による影
響を除去することができる低周波励磁型電磁流量計を提
供するにある。

この発明ではサンプリングのタイミングを高域通過フイ
ルタ１２を通過した信号Ｓｂ′のゼロクロス点を含むよ
うに選定し、ゼロクロス点を含む位置でサンプリングす
ることにより雑音成分を打消すことができるようにした
ものである。

即ち第４図Ｂに示すようにサンプリングのタイミングを
雑音波形Ｓｂ′のゼロクロス点Ｔ。

，ｔ，，ｔ２・・・・・・を含むように選定することに
よりそのサンプリング出力は第３図Ｃに示すように雑音
波形Ｓｂ′の正極電圧と負極電圧を含んでサンプリング
される。よつて雑音成分の平均値は雑音波形Ｓｂ″のレ
ベル変動に関係なく常にゼロにすることができ、磁束変
化に伴つて発生する雑音の影響を除去できる。尚ここで
雑音波形Ｓｂ″には例えば割算器１３側からの直流バイ
アスが重畳することがある。このような場合は雑音波形
Ｓｂ″のゼロクロス点は例えば第４図Ａに一点鎖線で示
すような位置になつてしまう。然し乍らこのようなゼロ
クロス点でサンプリングすることはなく直流バイアスが
重畳していても、この発明ではサンプリングのタイミン
グは第４図に示すＴ。，ｔ，，ｔ２・・・・・・とする
ものである。このためタイミングＴ。，ｔｌ，ｔ２・・
・・・・は雑音波形Ｓｂ″の正側と負側との面積が等し
くなるように分離する線とのクロス点と規定する。この
クロス点をこの明細書では中性点と称することとし、結
局この発明では雑音波形の中性点を含むようにサンプリ
ングのタイミングを選定するものである。第５図はサン
プリング回路１７の具体例とタイミング信号発生回路２
２の具体例を示す。

割算回路１３の出力がコンデンサ２３を通じて抵抗器２
４−２５及び２６−２７の直列回路を通じて演算増幅器
２８の逆相入力端子と正相入力端子に供給される。演算
増．幅器２８の逆相入力端子には増幅器２８の出力側か
ら負帰還が施され、また正相入力端子は抵抗器２９を通
じて共通電位点に接続される。抵抗器２４−２５及び２
６−２７の接続点と共通電位点との間に電界効果トラン
ジスタ３０，３１が接続され、この電界効果トランジス
タ３０と３１を雑音波形Ｓｂ′の中性点を含むタイミン
グにおいて交互にオンに制御しコンデンサ１８に流量信
号を同極性でサンプリングするようにしている。つまり
流体が流速を持つ場合には流速に比例した電圧信号が発
生する。この流速信号は第６図Ａに示す電圧＋ＥＯと−
ＥＯに対応しこの電圧信号＋ＥＯと−ＥＯに第４図Ａに
示した雑音波形Ｓｂ′が重畳するものである。ここで電
界効果トランジスタ３０，３１が共にオフであれば演算
増幅器２８の出力はゼロである。流速信号が正極性の期
間に電界効果トランジスタ３０が例えば第６図Ｂに示す
タイミング信号Ｐ１によつてオンとなると演算増幅器２
８の正相入力端子に正極性の流速信号が与えられるため
演算増１幅器２８の出力には正極性の電圧が出力されコ
ンデンサ１８に第６図Ｄに示すように正極性の電圧ＶＣ
ｌが充電される。流速信号が負極性の期間に電界効果ト
ランジスタ３１が第６図Ｃに示すタイミング信号Ｐ２に
よつてオンとなると演算増幅器２８の逆相入力端子に負
極性の流速信号が与えられる。よつてこの場合も演算増
・幅器２８の出力側に正極性の電圧が出力され、コンデ
ンサ１８に第６図Ｄに示す電圧Ｃ２が充電される。結局
この例ではコンデンサ１８に正負の流速信号が正極性の
電圧でサンプリングされ、電圧一周波数変換器１４では
その平均値に応じた周波数を出力する。タイミング信号
発生回路２２は例えば分周器３２に商用電源信号が与え
られ、出力端子３２ｂに励磁電流の断続周期Ｔを与える
例えば臀肚の矩形波Ｐｂを第７図Ｂに示すように出力す
る。

出力端子３２ａには第７図Ａに示す例えば坪肚の矩形波
Ｐａを出力する。矩形波Ｐｂは励磁電流を断続制御する
スイツチ９に与えられ、このスイツチをオン、オフ制御
すると共にアンドゲート回路３３の一方の入力端子に供
給する。またアンドゲート回路３４の一方の入力端子に
はインバータ３５を通じて矩形波Ｐｂを供給する。出力
端子３２ａに得られた矩形波Ｐａは単安定マルチバイブ
レータ３６に供給される。単安定マルチバイブレータ３
６は矩形波Ｐａの立上り毎にトリガされ第７図Ｃに示す
矩形波Ｐｃを出力する。単安定マルチバイブレータ３６
の出力Ｐｃは更に別の単安定マルチバイブレータ３７に
供給される。この単安定マルチバイブレータ３７は前段
の単安定マルチバイブレータ３６の立下りによりトリガ
され単安定マルチバイブレータ３７の出力パルスＰｄが
アンドゲート回路３３と３４によつて第７図Ｅ及びＦに
示すように交互に振り分けられ、この振り分けられたパ
ルスＰｅ（５Ｐｆをサンプリング回路１７を構成する電
界効果トランジスタ３０と３１の各ゲートに供給される
。ここで単安定マルチバイブレータ３６と３７の反転復
帰時間τ１とτ２を適当に選・定することにより第７図
Ｇに示すように雑音波形Ｓｂ′の中性点のタイミングＴ
。，ｔｌ，ｔ２・・・・・・において電界効果トランジ
スタ３０と３１のゲートに供給されるパルスＰｅ，Ｐｆ
がＨ論理となるように設定することができ、よつて雑音
波形Ｓｂ′の中性・点のタイミングＴ。，ｔｌ，ｔ２−
・・・・・を含むようにサンプリングすることができ、
その結果雑音波形Ｓｂ′のサンプル成分は第７図Ｈに示
すように正と負の面積が等しいタイミングを選定するこ
とができ雑音成分の影響を除去することができる。尚励
磁電源６に定電流回路を設け、定電流回路を通じて励磁
コイル５に励磁電流を供給することもある。このような
場合には励磁電流波形及び流速信号波形Ｓａは第８図Ａ
のように台形波となる。よつてこのとき磁束変化に基ず
く雑音信号波形５Ｓｂは第８図Ｂに示すように３値の値
に変化するパルス波形となる。この３値パルスＳｂが高
域通過フイルタ１２を通過すると同図Ｃに示すような波
形となる。従来は同図Ｄに示すようなタイミングでサッ
プＯリングしているため同図Ｅに示すように雑音成分が
サンプリングされてしまう。

これに対しこの発明では同図Ｆに示すようにサンプリン
グのタイミングを雑音波形Ｓｂ″の中性点を含むように
したから雑音波形Ｓｂ′に関するサンプリングの結果は
同フ図Ｇに示すように正と負を含むようにすることがで
き、その正と負の面積が等しくなるようにサンプリング
のタイミングを設定することにより雑音成分をほぼ完全
に除去することができる。

以上説明したようにこの発明によればサンプリングのタ
イミングを高域通過フイルタ１２を通過した後の磁束変
化に基ずく雑音波形Ｓｂ′の中性点を含むように設定す
るだけで磁束変化に基ずく雑音の影響を除去することが
できゼロ点変動が少ない従つて信頼件が高い電磁流量計
を得ることができる。

よつて簡単な設定変更に過ぎないがその効果は実用に供
して頗る大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般に使われている低周波励磁型電磁流量計を
説明するための系統図、第２図は従来の低周波励磁型電
磁流量計の動作を説明するための波形図、第３図は低周
波励磁型電磁流量計において問題となる雑音の周波数ス
ペクトラム及びその雑音を除去するための高域通過フイ
ルタの周波数特性を説明する特性曲線図、第４図はこの
発明による低周波励磁型電磁流量計の動作の説明に供す
る波形図、第５図はこの発明の要部の具体的な実施例を
示す接続図、第６図及び第７図はその具体的な実施例の
動作を説明するための波形図、第８図は励磁方式の異な
る場合にもこの発明を適用できることを説明するための
波形図である。 １：電磁流量計発信器、２：電磁流量計変換器、３：導
管、４：電極、１１：前置増幅器、１２：高域通過フイ
ルタ、１７：サンプリング回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被測定流体が通る導管と、この導管の内壁に設けら
   れた一対の電極と、この電極を結ぶ方向と直交する方向
   に磁界を形成する励磁コイルと、上記電極に発生する信
   号を増幅する変換器と、上記励磁コイルに矩形波状の励
   磁電流を流す励磁電源とから構成される矩形波励振形電
   磁流量計において、上記変換器の信号増幅部分に励磁電
   流の基本周波数以上の周波数成分を通過させる高域通過
   フィルタと、この高域通過フィルタの後段側にサンプリ
   ング回路を設け、このサンプリング回路のサンプリング
   時点を上記高域通過フィルタの出力側において励磁電流
   の変化にもとずいて発生する雑音波形が中性点を通過す
   る時点を含むように選定したことを特徴とする電磁流量
   計。