JPS6166123A

JPS6166123A - 電磁流量計変換器

Info

Publication number: JPS6166123A
Application number: JP59187577A
Authority: JP
Inventors: Toyofumi Tomita; 冨田　豊文
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-09-07
Filing date: 1984-09-07
Publication date: 1986-04-04
Also published as: DE3531869C2; DE3531869A1; JPH0477853B2; US4644799A

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】〔発明の技術分野〕本発明は、方形波励磁方式を用いた電磁流量計変換器に
関し、特に電磁流量計検出器に発生する雑音成分の除去
手段を備えた電磁流量計変換器に関する。

〔発明の技術的背景〕

第９図は従来における方形波励磁方式を採用した電磁流
量計の構成図である。この電磁流量計は、電磁流量計検
出器（以下、検出器と略す）１と電磁流量計変換器（以
下、変換器と略す）２とから構成されるもので、検出器
１は１対の電極Ｊａ　、３ｂを設けた管４と、この管４
を介して設けられた励磁コイル５ＩＬ、５ｂから構成さ
れ、これら励磁コイル５ａ、５ｂに商用電源周波数の偶
数分の１という低周波の方形波電流が供給されて励磁さ
れるものと力っている。すなわち、変換器２内に設けら
れたクロック発生回路６から商用電源周波数の偶数分の
１の周波数を有する励磁信号ｇが出力されると、この励
磁信号ｇに同期して励磁切換スイッチ７が切換わり、互
いに出力方向が逆方向に設けられた各定電流源８，９か
ら電流（方形波電流）が各励磁コイル５ｍ　、５ｂに供
給される。ここで、管４内に導電性の流体例えば水道水
、薬品等が流れると、ファラデイーの法則に従って各電
極Ｊａ　、３ｂ間に起電力が発生する。この起電力は変
換器２に送られ変換器２内の前置増幅器１０により所定
レベルに増幅されて極性切換スイッチ１ノおよび反転増
幅器１２に送られる〔第１０図、ｋ１〕。極性切換スイ
ッチ１１は、前記励磁信号ｇに同期して切換動作するよ
うになっており、これにより極性切換スイッチ１１を通
った流量信号に２は第１０図に示すように常に負極性と
なっている。そうして、この流量信号に２が、検出器１
内での磁束が安定する期間つ１シ励磁信号ｇの立上シ、
立下り直前におけるＴ期間においてサンプリングされる
。すなわち、クロック発生回路６からは第１０図に示す
ような励磁信号ｇの立上り、立下シ直前のＴ期間だけハ
イレベル（以下、「Ｈ」レベルと称す）となるサンプリ
ング信号８が出力され、とのサンプリング信号８の「Ｈ
」レベル期間に同期して極性切換スイッチ１１に接続さ
れたサンプリングスイッチ１３が閉じる。これによりサ
ンプリングされた流量信号は、演算増幅器１４、コンデ
ンサ１５および抵抗１６から構成される積分回路１７に
送られる。この積分回路１７からは第１０図に示すよう
に正方向に増加する信号に３が出力され、この信号に３
はコモンレベルヲ基準レベルとする比較器１８を通って
制御回路１９に送られる。そこで、サンプリングスイッ
チ１３が開き、積分回路１７の出力レベルが正電圧であ
れば、制御回路１９は基準電圧源用スイッチ２０に対し
て閉の制御信号１９ａを送出する。これにより、積分回
路１７の出力レベルはしだいに減少し、ゼロレベルに達
すると制御回路１９は基準電圧源用スイッチ２０に対し
て開の制御信号１９ｔｈを送出する。ここで、積分回路
１７の出力レベルがゼロレベルになるまでの期間τは、
サンプリングした流量信号電圧レベルに比例する。つま
り、サンプリング期間をＴ１サンプリングされた流量信
号に２の電圧レベルをＶｉ、基準電圧源２１の電圧をｖ
Ｒとすれば、期間τは、と表わされ、■、に叱例するこ
とが判る。々お、積分回路１７は、その出力波形が第１
０図に示すように正負の傾斜を持つので一般に２重積分
方式と呼ばれる機能のものである。そこで、制御回路１
９は、出力回路２２と電気的な絶縁を図ったホトカノラ
２３を期間τたけ発光させて流量に応じた情報を出力回
路２２に送る。出力回路２２は、期間τからなる・やル
ヌ幅の信号Ｐを平滑等して流部に比例した電圧信号また
は電流信号Ｒに変換して出力する。なお、２４は負の基
準電圧源であり、２５は基準電圧源用スイッチである。

このように動作する従来の方形波励磁方式の電磁流量計
では、次のような利点がある。すなわち、商用電源励磁
方式の電磁流量計の問題点である電極３ａ、３ｂ、前置
増幅器１０および流体によシ形成されるループに発生す
る磁束変化により誘導される直角雑音、同相雑音が本質
的に発生せず安定性が向上したこと、流量信号に２のサ
ンシリング期間を商用電源周波数の−６一周期毎とすることにより商用電源の誘導により発生する
靴音の高除去率（高耐雑音性）を実現したこと、また、
励磁信号ｇにより前置増幅器１０および反転増幅器１２
から交互に流量信号に２を得ることにより前置増幅器１
０のオフセット電圧等の直流成分の雑音から超低周波領
域の雑音に対しても高い除去率を実現したことである。

このような各種雑音に対して高い除去率を有しているの
で、励磁電流値を小さくし、流量信号にノを小さくして
も高い安定性を保つことができ、これによって省電力化
を計ることができる。なお、励磁電流値を小さくするこ
とにより電極Ｊａ　、３ｂに発生する単位流量当シの起
電力は商用電源励磁方式のものと比較して５分の１ない
し１０分の１に々る。

〔背景技術の問題点〕

ところで、各種雑音には、流体のイオン成分によシ各電
極３ａ、３ｂが溶解して極低周波成分の雑音を発生し、
電極３ｈ、３ｂ間に発生する起電力を上げたシ、下げた
シする電気化学的雑音がある。この雑音は流体の成分、
電極３ａ。

３ｂの材質およびその表面状態等により異なったレベル
を示し、特にスラリー液体ではそのレベルが高＜カる。

そこで、この雑音のレベルが変換器２の雑音許容値以下
の場合は、変換器２内の動作によって除去され、測定精
度を低下させることけ彦いが、雑音許容値以上になると
変換器２内で信号が飽和状態となって異常動作を起こし
、大幅に測定精度を低下させてしまう。

例えば、電気化学的雑音のレベルが大きくなり積分回路
１７に入力する流量信号が負側になら々いと、制御回路
１９は正常力動作を行りえなくなってしまう。このよう
な場合は、サンプリングスイッチ１３と同時に基準電圧
源用スイッチ２５を閉じて基準電圧源２４から負電圧の
バイアスを積分回路１７に加え、動作範囲を拡大してい
る。なお、加えたバイアスは出力回路２２において除去
されるようになっている。

しかし、流量信号に対してバイアスを加えて増減するこ
とは、積分回路１７などの回路動作範囲に対する流量信
号の変化範囲を小さくし、積分回路１７の後段に接続さ
れる回路において拡大することになる。このため、積分
回路１７等におけるオフセット電圧のドリフトの拡大、
また流量信号を判別する分解能の低下を生じてしまい、
バイアス量に限度がある。

このため、従来は第１１図に示すようなリミッタ回路を
前置増幅器１０の出力端と極性切換スイッチ１１および
反転増幅器１２との間に接続して電気化学的雑音を除去
していた。このリミッタ回路は、演算増幅器２６の反転
入力端子と出力端子との間に、互いに極性を逆方向して
接続したゼナダイオード２７．２８と抵抗２９との並列
回路を接続して構成し、各ゼナダイオード２７．２８に
よシ上限、下限のリミットを作成している。

しかしながら、このリミット回路では、電気化学的雑音
を制限するが流量信号をも制限することになり、電気化
学的雑音の除去の手段としてはいまだ不十分のものであ
る。

〔発明の目的〕

本発明は上記実情に基づいて々されたもので、その目的
とするところは、電気化学的雑音が過大に発生しても、
この雑音を確実に除去し得て測定精度を向上させた電磁
流量計変換器を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、電磁流量計検出器からＵ」力される流量信号
を、遅延手段により前記電磁流量計検出器を励磁する方
形波信号よシも半周期遅延して出力し、この遅延手段か
ら出力される流量信号を用いて誤差除去手段によシ前記
電磁流量計検出器から出力される流量信号に含まれる低
周波の誤差分を除去し、この誤差分の除去された流量信
号から流量に比例した直流信号を得る電磁流量計変換器
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係る電磁流量計変換器の第１の実施例に
ついて縞１図ないし第４図を参照して説明する。なお、
第９図と同一部分には同一符号を付しである。第１図は
本発明の電磁流量計変換器の全体構成図である。この変
換器３゜には、検出器１の電極３ｈ、３ｂに接続された
前置増幅器３１の出力端と極性切換スイッチ３２および
反転増幅器３３の入力端との間に電気化学的雑音を除去
する雑音除去回路４０が接続されている。

この雑音除去回路４０は、前置増幅器３１から出力され
る流量信号Ｌ１を、クロック発生回路３４から送出され
るサンプリング信号ｓを受けて励磁信号ｇの半周期たけ
遅延し、この遅延された流量信号と前置増幅器３１から
の流量信号Ｌ１との差をとって、電気化学的雑音を除去
するものである。具体的には、第２図に示すようにサン
プリング信号Ｓを受け、このサンプリング信号ＳのＦＴ
（Ｊレベル時に前置増幅器３１から出力される流量信号
Ｌ１をホールドしながら出力する第１のサンプルホール
ド回路４１と、この第１のサンプルホールド回路４）か
ら出力される流量信号ｆ１をインバータ４２を通ってき
たサンプリング信号８の「Ｈ」レベル時にホールドして
出力する第２のサンプルホールド回路４３と、この第２
のサンプルホールド回路４３から構成される装置増幅器
３ノから出力される流量信号を半周期遅延した流量信号
ｆ２と前置増幅器３１から出力される流量信号Ｌ１との
差を出力する差動増幅回路４４とから構成されている。

ここで、変換器３０全体の構成について簡単に説明する
。定電流源ｓｓ、ｓ６は、励磁切換スイッチ３７を介し
て検出器１の各励磁コイル５ｍ　、５ｂと接続され、励
磁切換スイッチ３７が切換接続されることによシ方形波
電流が各励磁コイル５１１，５ｂに供給されるようにな
っている。また、雑音除去回路４０からの流量信号Ｌ２
と反転増幅器３３からの流量信号Ｌ３とを切換える極性
切換スイッチ３２には、サンプリングスイッチ３８を介
して積分回路３９が接続されている。この積分回路３９
は、２重積分方式を採用したもので演算増幅器３９ａ１
コンデンサ３９ｂおよび抵抗３９ｏから構成されている
。この積分回路３９の出力端は、比較器５０を介して制
御回路５１に接続されている。この制御回路５１は、サ
ンプリング信号Ｓを受けて基準電圧源５２．５３と積分
回路３９の入力端との間にそれぞれ接続された基準電圧
源用スイッチ５４．５５を開閉制御するとともに、比較
器５０からの信号のｒＨＪレベル期間だけ出力回路５２
との間に設けられたホトカプラ５３のホトダイオード５
４を発生させる機能を持っている。出力回路５２はホト
カプラ５３を介して受けたパルス信号をそのパルス幅に
応じた直流の電圧または電流信号Ｖに変換して出力する
ものである。

次に上記の如く構成された変換器の動作、特に電気化学
的雑音除去の動作について説明する。

クロック発生回路３４から励磁信号ｇが出力されると、
検出器１の各励磁コイル５ｍ　、５ｂに方形波電流が供
給され、電極３ｍ、Ｓｂ間には流量に比例した起電力が
発生する。この起電力は流量信号として変換器３０に送
られ前置増幅器３１により所定レベルに増幅され、雑音
除去回路４０に送られる。

さて、雑音除去回路４０では次のような動作が行なわれ
る。第１のサンプルホールド回路４１はサンプリング信
号８のｒＨＪレベル時につｔり励磁信号ｇの立上シ、立
下シ直前に前置増幅回路３１から出力される流量信号Ｌ
ノのレベルＥ８　＋　Ｅ８をホールドし、このレベルＥ
８　＊　Ｅ８を次のサンプリングタイミング壕で遅延し
て出力ｆ１する。そして、第２のサンプルホールド回路
４３は、インバータ４２を通って反転されたサンプリン
グ信号８を受け、このサンプリング信号８の立上り時に
第１のサンプルホールド回路４３から出力される流量信
号ｆノをホールドし、次のホールＰ時までホールドして
出力ｆ２する。これにより、第２のサンプルホールド回
路４３から出力される流量信号ｆ２は、前置増幅器３１
から出力される流量信号Ｌノの半周期前の流量信号レベ
ル−Ｅ８　＊　Ｅ８となっている。かくして、差動増幅
回路４４の非反転入力端子に流量信号Ｌノが入力し、反
転入力端子に流量信号ｆ２が入力するので、差動増幅回
路４４からはレベル２Ｅ８．−２ｇ、の流量信号ｆ３が
出力される。

ここで、第４図に示すように前置増幅器３ノから出力さ
れる流量信号Ｌノに電極３ｍ、３ｂと流体との間で発生
する電気化学的雑音２が含まれているとする。すると、
第２のサンプルホールド回路４３から出力される流量信
号ｆ２は流量信号Ｌ１の半周期前のレベルとなる。した
がって、差動増幅回路４４から出力される流量信号ｆ３
は流量信号Ｌ１と１２との差をとったものとなる。なお
、電気的雑音２は励磁信号の周波数よりも低い周波数（
直流信号に近似できる程度）となっている。そこで、差
動増幅回路４４では、流量信号Ｌ１の半周期前の雑音レ
ベルの変化分が除去される。したがって、差動増幅回路
４４からは第４図に示すような正負いずれかの方向に片
寄りのない流量信号ｆ３として出力される。そうして、
この流量信号ｆ３が極性切換スイッチ３２を通ることに
より第４図に示すような常に負側の流量信号ｅとなる。

さらに、この流量信号ｅがサンプリングスイッチ３８の
開閉によってサンプリングされて積分回路３９に送られ
、この積分回路３９からは第４図に示すようが信号りが
出力される。そうして、この信号りの減衰期間Ｔ０に応
じて制御回路５ノはホトダイオード５４を発光させ、こ
れにより出力回路５２からは流量に比例した直流電圧ま
たは直流電流Ｖが出力される。

このように本発明の変換器においては、前置増幅器３１
の出力端に雑音除去回路４０と設け、前置増幅器３ノか
ら出力される流メ信号Ｌ１を第１および第２のサンプル
ホールド回路４１゜４３によシ半周期遅延して出力し、
この遅延された流量信号ｆ２と流量信号Ｌ１との差を差
動回路４４から出力して後段の積分回路３９に送るよう
にしたので、流量信号ａの半周期前の雑音の変化分が除
去され、これにより雑音が大幅に除去される。ところで
、電気化学的雑音の周波数は通常ＩＨｚ程度であり、こ
れに対し励磁信号ｇの周波数は商用電源周波数の偶数分
の１で例えば５０　Ｈｚの８分の１およそ６Ｈｚである
。このようにＩＨｚの電気化学的雑音および６Ｈｚの励
磁信号であると演算増幅器力とから構成されるアクティ
ブフィルター等により弁別でき雑音を除去できるが、反
面波形歪や位相ずれが生じてしまい正確に方形波の流量
信号とサンプリングすることができない、つまシ、アク
ティブフィルター自身が誤差発生要因となってしまう。

これに対し本発明の変換器３０では、上記に説明した如
く方形波の流１信号Ｌノを正確に増幅し、かつ靴音除去
回路４０により電気化学的雑音を除去できる。そして、
電気化学的雑音が過大になっても常に半周期前の雑音だ
け除去され、測定誤差の発生をなくすことができる。

さらに靴音除去回路４０は、電気化学的雑音の他に、励
磁信号ｇの一周期の間一定な変化率の雑音であれば完全
に除去できる。なお、雑音除去回路４０では除去できな
い雑音は、励磁信号ｇの立上り、立下シ直前でのサンプ
リングと積分回路３９によシ積分動作によシ除去できる
。

次に本発明の変換器の第２実施例について第５図および
第６図を参照して説明する。第５図は変換器の特に雑音
除去回路の構成図であって、この雑音除去回路は変換器
の前置増幅器３１の出力端と極性切換スイッチ３２およ
び反転増幅器３３との間に接続されている。そして、雑
−音除去回路の構成は、前置増幅器３１の出力端にトラ
ンジスタ等の半導体ヌイッチング素子６０とコンデンサ
６１および半導体スイッチング素子６２とコンデンサ６
３の各直列回路を接続し、さらに半導体スイッチング素
子６０．６２とコンデンサ６１．６３との各接続点と差
動増幅回路６４の反転入力端子との間に半導体スイッチ
ング素子６５．６６を接続したものとなっている。そこ
で、半導体スイッチング素子６０と６５は第６図に示す
ように励磁信号ｇのｒＨＪレベル期間閉じ、他方の半導
体２イツチング素子６２゜６６は励磁信号ｇのロールレ
ベル期間閉じるようになっている。したがって、差動増
幅器６４の非反転入力端子には、前置増幅器３１から出
力される流量信号Ｌ１が半周期遅延されて入力すること
に彦る〔第６図、ｒｒ＋ｚ）。よって、第１の実施例と
同様に流量信号Ｌ１と半周期遅延された流量信号ｍ１と
の差が差動増幅器６４から出力される〔第６図、ｍ２〕
。これにより、第１の実施例と同様の効果を奏すること
ができるうえ、コンデンサ６１．６３によ多構成するの
で、サンプルホールド回路を用いた場合よりも構成が簡
単に彦る。

次に本発明の変換器の第３の実施例について第７図およ
び第８図を参照して説明する。なお、第５図と同一部分
に同一符号を付しである。第７図は変換器の特に雑音除
去回路の構成図であって、この雑音除去回路は第１およ
び第２の実施例における雑音除去回路と同一位置に接続
されている。この雑音除去回路の構成は、半導体スイッ
チング素子６０．６２とコンデンサ６１゜６３との間に
それぞれ半導体スイッチング素子７０．７７を接続し、
各コンデンサ６１　、６３と接地との間に半導体スイッ
チング素子７２゜７３をそれぞれ接続し、さらに、とれ
らコンデンサ６１．６３と半導体スイッチング素子７２
゜７３との各接続点とバッファアン７６２４との間に半
導体スイッチング素子７５．７６を接続している。そう
して、バッファアンプ７４の出力端と前置増幅器３１の
出力端とがそれぞれ演算増幅器７７と抵抗７８〜８０と
から構成される加算回路８ノに接続されている。そうし
て、半導体スイッチング素子６０，７１，７２．７５は
励磁信号ｇのｒＨＪレベル期間閉じ、また半導体スイッ
チング素子６２，７０，７３．７６は励磁信号ｇのｒＬ
Ｊレベル期間閉じるようになっている。したがって、各
コンデンサ６　Ｊ　、６３からは流量信号Ｌ１の半周期
前のレベルが反転されてバッファアンプ７４に送出され
る。第８図には各コンデンサ６１．６３の流量信号ｇの
入力側の端ａ、ｂでのレベル変化を示しである。

そうして、バッファアン７６７４から出力された流量信
号ｍ３と前置増幅回路３１から出力される流量信号Ｌ１
とが加算回路８１において加算され、この加算された流
１′信号ｍ４が極性切換スイッチ３２および反転増幅器
３３に出力される。

このように雑音除去回路を構成［２ても上記第１および
第２の実施例と同様の効果を奏することができるうえ、
さらに差動増幅回路を用いた場合よりも構成が簡単にな
る。つまり、差動増幅回路を実際に構成するには、少々
くとも演算増幅器３個および精密抵抗４個必要となり、
加算回路８１よりも複親である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電磁流ｌ゛計検出器からの流量信号を
電磁流量計検出器を励磁する方形波信号の半周期だけ遅
延し、この遅延した流量信号により電磁流量計検出器か
らの流量信号に含まれる誤差分を除去するので、電気化
学的雑音が過大に発生しても、この雑音を確実に除去し
得て測定精度を向上させた電磁流量計変換器を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電磁流量計変換器の第１の実施例
を示す全体構成図、第２図は第１図に示す変換器におけ
る雑音除去回路の具体的な構成図、第３図および第４図
は第１図に示す変換器の雑音除去動作を示すタイミング
図、第５図は本発明に係る電磁流量計変換器の第２の実
施例における雑音除去回路の構成図、第６図は第５図に
示す回路の動作を示すタイミング図、第７図は本発明に
係る電磁流量計変換器の第３の実施例における雑音除去
回路の構成図、第８図は第７図に示す回路の動作を示す
タイミング図、第９図は従来の電磁流量計変換器の全体
構成図、第１０図は第９図に示す変換器の動作タイミン
グ図、第１１図は第９図に示す変換器に用いる雑音除去
のリミッタ回路の構成図である。１・・・電磁流量計検出器、３ｏ・・、電磁流量計変換
器、３１・・・前置増幅器、３２・・・極性切換スイッ
チ、３３・・・反転増幅器、３４・・クロック発生回路
、３８・・・サンプリングヌイッチ、３９・・・積分回
路、４０・・−雑音除去回路、４１・・第１のサンプル
ホールド回路、４２・・・インバータ、４３・・・第２
のサンプルホールド回路、４４・・・差動増幅回路、５
０・・比較器、５１・・・制御回路、５２・・・出力回
路、６１．６３・・・コンデンサ、６０゜６２．６５．
６６・・・半導体スイッチング素子、６４・・・差動増
幅回路、８１・・・加算回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電磁流量計検出器に方形波信号を加えて励磁し、
前記電磁流量計検出器から出力される流量信号を直流信
号に変換する電磁流量計変換器において、前記電磁流量
計検出器から出力される流量信号を前記方形波信号より
も半周期遅延させて出力する遅延手段と、この遅延手段
によって遅延された流量信号により前記電磁流量計検出
器から出力される流量信号に含まれる低周波の誤差成分
を除去する誤差除去手段とを具備したことを特徴とする
電磁流量計変換器。
（２）遅延手段は、方形波信号の立上り、立下り直前に
おける流量信号レベルを保持するホールド回路を有する
構成の特許請求の範囲第（１）項記載の電磁流量計変換
器。
（３）遅延手段は、方形波信号のハイレベルおよびロー
レベル期間に同期して前記方形波信号の半周期間だけ流
量信号レベルを蓄えるコンデンサを有する構成の特許請
求の範囲第（１）項記載の電磁流量計変換器。
（４）誤差除去手段は、電磁流量計検出器から出力され
る流量信号とホールド回路またはコンデンサからの流量
信号との差信号を出力する差動増幅回路を有する構成の
特許請求の範囲第（１）項記載の電磁流量計変換器。
（５）誤差除去手段は、電磁流量計検出器から出力され
る流量信号とコンデンサからの流量信号の反転信号とを
加算する加算回路を有する構成の特許請求の範囲第（１）項記載の電磁流量計
変換器。