JPS6263820A - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、磁場を被測定流体に印加しその流量を測定す
る電磁流量計に係り、特にその励磁方式とこれに伴う信
号処理方式を改良した電磁流量計に関する。

〈従来の技術〉 工業用の電磁流量計は従来から商用電源を用いて励磁す
る商用周波の励磁方式が採用されて来た。

商用周波の励磁方式は、０）応答速度が早く低コストに
出来る、（ロ）スラリ性の流体や低導電率の流体で発生
する流速と共に増加する低周波のランダムノイズ（以下
、フローノイズという）の影響を受は難い、という利点
があるが、稼動状態で比較的長期、例えば１日１度の間
、放置しておくとゼロ点が変動するという欠点がある。

このため、商用周波の１／２、あるいはこれ以下の低周
波で励磁する低周波励磁方式が採用されるようＫなった
。低周波励磁方式にすると周知のようにゼロ点の安定が
電磁流量計が得られる利点かの影響を受けやすく、特に
流速が大に々るとこの影響が顕著になる。また、フロー
ノイズの影響を軽減するためにダンピングをかけると応
答が遅くなる欠点を有している。更に、最近の電磁涛保
計は省電力化を図る傾向にあるが、特ＶＣ２Ｍにより電
源の供給と信号の伝送を同時に行なう２線式の電磁流量
計では省電力化が必須の要件となる。この様な場合には
単位流速当りの起電力を小さくする必要がち抄、例えば
従来の低周波励磁方式では０　、５　ｒｎＶ／ｍ／Ｓ程
度であったものが２線式にすると１ＯＩＪｖ／ｍ／／＠
程度と小さくなる。発生起電力が従来に比べて１桁以上
も小さくなるとフローノイズの影響は相対的に増大する
ので低周波励磁方式で省電力化を図ることＫは限界があ
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉 商用周波数による励磁では、応答速度が大きくかつフロ
ーノイズによる影響を受は難い利点がちるが、反面ゼロ
点が不安定な欠点が存在する。

一方、低周波による励磁では、ゼロ点は安定であるが、
フローノイズの影響を受けやすい欠点があり、いずれの
励磁方式を採用してもゼロ点が安定でかつフローノイズ
の影響も受は難く、更に応応速度も大きい電磁流量計を
得ることができず、また省電力化の障害を除去すること
もできないという問題点があるゆ 〈問題点を解決するための手段〉 この発明は、これ等の問題点を一掃するため、第１周波
数とこれよ妙低い第２周波数の２つの異なった周波数を
有する磁場を供給する励磁手段と、この励磁手段により
励磁され流量に対応して発生する信号電圧を第１周波数
に基づいて弁別して出力する第１復調手段と、この第１
復調手段の出力を高域濾波する濾波手段と、信号電圧を
第２周波数に基づいて弁別して復調する第２復調手段と
、濾波手段と第２復調手段の各出力を加算的に合成する
合成手段とを具備するように構成しまた屯のである。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づき説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すプロ。

り図である。この実施例は電磁流量計の変換器の帰還ル
ープとして個別に設けた場合を示している。

１０は電磁流量計の発信器の導管でちゃ、絶縁性のライ
ニングがその内面に施されているｏｌｌａ＋１１ｂは信
号電圧を検出するための電極でちる。１２は励磁コイル
であり、これＫよって発生した磁場が被測定流体に印加
される。励磁コイル１２には抵抗１３を介して商用定電
流源１４より商用周波数の定電流が流され、また、同時
に励磁コイル１２には抵抗１５を介して低周波定電流源
１６より例えば５０／８Ｈｚ程度の低周波の定電流が重
畳して流されている。

これＫよね、被測定流体くは商用周波数と商用周波数の
１／８の周波数の２種類の異なった周波数の磁場が印加
されている。

一方、信号電圧は電極１１ａ、ｌｌｂで検出され、前置
増幅器１７に出力される。前置増幅器１７でフモンモー
ド電圧の除去とインピーダンス変換がなされその出力端
１８を介して結合点１９に出力される。

結合点１９では前置増幅器１７の出力と乗算器２０の出
力との偏差がとられ増幅器２１により増幅され復調器２
２により同期整流またはサンプルホールドされる。その
平滑された直流出力は電圧・周波数変換器２３により一
定パルス幅を持つパルス周波数信号に変換されて乗算器
２０に帰還されると共に低域濾波器（ローパスフィルタ
）２４に出力されて平滑され、その出力ＶＬは加算点２
５に出力される。乗算器２０は例えばスイッチで構成さ
れている。このスイッチの一端には抵抗１５の両端に発
生した低周波の比較電圧が印加され、電圧・周波数変換
器２３の出力パルスでこのスイッチを開閉し、その他端
に生じた電圧を結合点ＩＨＣ出力する。また復調器２２
には抵抗１５からの低周波の比較電圧が印加されている
。

増幅器２１、複調器２２、電圧・周波数変換器２３、低
域濾波器２４および乗算器２０はこれ等で低周波の信号
電圧を処理する低周波信号処理系２６を構成し、被測定
流体の流量信号のうち低周波励磁に対応する信号を処理
して加算点２５にａ力■１として出力する。この低周波
信号処理系２６における時定数は低域濾波器２４の時定
数を大きくとり、応答を遅くしておく。

一方、前置増幅器１７の出力端１８と加算点２５との間
には低周波信号処理系２６と並列的に商用周波信号処理
系２７が接続されている。

前置増幅器１７の出力端１８の出力電圧と乗算器２８の
出力電圧との偏差が結合点２９でとられ増幅ａ　３０で
増幅される。増幅器３０の出力は復調器３１で抵抗１３
に発生した商用周波の比較電圧を参照電圧として同期整
流され、あるいはサンプルホールドサして平滑された直
流電圧とされる。この直流電圧は電圧・周波数変換器３
２によレ一定パルス幅を持つパルス周波数信号に変換さ
れて乗算器２８に帰還される。電圧・周波数変換器３２
の出力電圧は低域濾波器３３で平滑して直流電圧とし、
これを高＃Ｒ濾波器（バイパスフィルタ）３４を介して
加算点２５に出力■８として出力する。加算点２５では
出力ｖＬとＶｕとを加算して出力端３５に合成出力Ｖ。

を出力する。

この様な構成にすると、流量変動の少ない通常の作動の
場合には、商用周波信号処理系２７は高域濾波器３４の
存在のために応答せず、主としてゼロ点の安定な低周波
信号処理系２６の出力ｖ１が合成出力Ｖｃとして出力さ
れ、一方フローノイズに関しては、大きな時定数が選定
されている低域濾波器２４の存在のためにその影響が軽
減され出力ｖＬの揺動としでは現われず、、また商用周
波信号処理系２７は励磁周波数が高いため低周波領域に
存在するフローノイズとの周波数差が大きく、出力′ｖ
１ｉ【でその影響が現われない。換言すれば、流ｉ変動
の少ない通常の作動の場合には、安定なゼロ点を確保し
、なからフローノイズの影響も受は難い電磁流量計とす
ることができる。

次に、流量が急に変動した場合圧は、低周波信号処理系
２６は低域濾波器２４の大きな時定数のために応答しな
いが、商用周波信号処理系２７の時定数は小さく高域濾
波益友を介して出力し５ているので直ちに応答して出力
−が合成出力Ｖｅと１〜で出力される。

また、流量がゼロの場合には、フローノイズは発生しな
いのでこの影響はかく、商用周波信号処理系２７は高塘
濾波器３４の存在によりゼロ点のドリフトはなく出力ｖ
３はゼロに維持され、ゼロ点の安定な低周波信号処理系
２６の出力−が合成出力にとして出力される。

なお、低周波信号処理系２６の全体の増幅度と商用周波
信号処理系２７の全体の増幅度とをほぼ同じくし、更に
低周波信号処理系２６の全体の低塘濾波としての時定数
と商用周波信号処理系２７の高域濾波としての時定数と
をほぼ同じにしておくと流量が急に変動し定常流量に至
る合成出力Ｖ。の応答がスムーズな動作となる。

第２図は本発明の第２の実施例を示すブロック図である
。この実施例は電磁流量計の変換器の帰還ループとして
同一の帰還ループを用いた場合を示している。以下、第
１図に示す各部と同じ機能を有する部分には同一の符号
を付し、適宜その説明を省略する。

低周波定電流源１６と商用定電流源１４からの各定電流
は抵抗３６を介して励磁コイル１２に供給され、抵抗３
６には低周波と商用周波の複合した比較電圧が発生して
いる。

一方、前置増幅器１７の出力と乗算器３７の出力とは結
合点１９で偏差がとられ増幅器２１．３０にそれぞれ入
力される。増幅器２１の出力は周波数分離回路３８で低
周波成分だけ分離して比較電圧として供給された復調器
２２に入力され、その出力端に低周波の励磁に対応して
生じた直流の流量信号が生じる。

この流量信号は低域濾波器２４を介し２て加算点３９に
出力ｖｔとして出力される。増幅器３０の出力は周波数
分離回路３８で商用周波成分だけ分離して比較電圧とし
て供給された復調器３１に入力され、その出力端に商用
周波の励磁に対応して生じた直流の流量信号が生じる。

この流量信号は高域濾波器３４を介して加算点３９に出
力■晶　として出力される。

加算点３９で出力Ｖ′　とｖｔとが加算的に合成された
合成出力Ｖ。′は電圧周波数変換器４０によロ一定のパ
ルス幅のデユティを持つパルス列に変換され乗算器３７
ＶＣ帰還されると共に出力端４１に出力Ｖ。

を出力する。乗算器３７はスイ５．チなどで構成され、
このスイッチは電圧周波数変換器４０の出力のノ（ルス
で開閉され、抵抗３６の両端に発生し九復合周波数の比
較電圧を結合点１９に帰還する。

以上の構成においても低域濾波器２４の時定数を大きく
選定することにより第１図の場合と同様に動作する。

第３図は本発明の第３の実施例を示すブロック図である
。本実施例は異なる周波数を重畳する励磁回路の具体例
とマイクロコンピュータによる信号処理の具体例を示し
ている。

４２ハマイクロコンビエータ４３へのインターフェイス
回路である。４４は励磁コイル１２を妻−＃福励磁する
励磁電源部、４５はタイミング制御部、４６は出力端４
７に信号を送る出力回路である。

タイミング制御部４５は複数のタイミングノくルスＧ１
．　Ｇ２を励磁電源部４４Ｋ”供給して複合励磁の励磁
タイミングを与え、またマイクロコンビ、−夕４３にも
供給され信号処理のための時間基準とされる。

タイミング制御部４５において、４８はクロック発生器
でｌ＋ｊ）、４Ｇはステップダウンカウンタである。

励磁コイル１２への複合励磁において、第１図および第
２図の実施例では商用周波数と商用周波数のｌ／８の周
波数をもつ低周波との複合励磁の場合として説明したが
、これ等の周波数に限定されることはない。ここでは、
高い方の周波数として１２８Ｈ１，低い方の周波数とし
て１１１１ｚを採用した場合を例にとシ説明する。クロ
ック発生器４８の発生周波数ｆｃを４．０９６　（ｋＨ
ｚ）とする。これをステップダウンカウンタ４９のクロ
ック端子ＣＬに印加し、ステップダウンした出力端Ｑ１
Ｑ２〜Ｑ１□の出力うち出力端Ｑから１２８１１ｚ（第
４図（イ））、Ｇ１２からＩＨｚ（第４図（ロ））を得
てインバータ５０　、５１を介してアンドゲート５２の
各入力端に印加し、その出力端に第４図（ハ）Ｋ示すタ
イミングパルスＧｌを得ている。また、出力端Ｑ５．Ｑ
１□の各出力はナントゲート５３の各入力端に入力され
、その出力端に第４図に）に示すタイミングパルスＧ２
を得ている。なお、各論理素子は正電源＋Ｅ、負電源−
Ｅで付勢されている。

励磁電源部４４　において、抵抗５４．５５　、５６は
タイミングパルスＧ１．Ｇ２のオン・オフに基づいて多
重モードの励磁電流の値を設定するための設定部であり
、抵抗５４．５５の一端に与えられたタイミングパルス
Ｇｌ、Ｇ、を各々抵抗５６で電圧分割し、抵抗５６の両
端に設定電圧′ｖＴ（第４図（ホ））を発生させる。

抵抗５７は励磁コイル１２の一端と直列に接続され、こ
こに比較電圧ｖＲ（第４図（へ））を生じさせている。

比較器５８は設定電圧−が非反転入力端に、比較電圧ｖ
Ｒが反転入力端にそれぞれ印加され、スイッチ回路５９
を制御して設定電圧ｖＴＶＣ比較電圧ｖＲを追従させる
。ここで、±Ｅ＝±５．５Ｍ、抵抗５４．５５の値を５
（ｋΩ）、抵抗５６の値を５００＠に選定すると一＝＋
　０．５（ｖ）−ｏ　〜−ｏ、５（Ｖ）ｏ　ｓ　ｖへｈ
ｏＦｌｌ定値をもつ。また、例えば抵抗５７の値を１＠
に選定すると励磁電流Ｉｆは０．５囚−一０．５■にな
る。

スイッチ回路５９にはＣ−ＭＯＳ　トランジスタによリ
スイッチ６０．６１が形成され、その一端には＋Ｅ。

−にの電圧が印加されその他端は励磁コイル１２の他端
に接続されている。スイ、チロ０のオンにより励磁電流
工が増加し、比較電圧ｖ８が増加する。スイッチ６１の
オンによし励磁電流１ｆが減少し、比較電圧ｖＲが減少
する。この増減を比較器５８の出力で操作して比較電圧
ｖＲは設定電圧ｖｒｌＣ追従する。この結果、励磁コイ
ル１２の両端の励磁電圧ｅ（は第４図（ト）に示す様な
オン・オフ波形となる。一方、励磁電流Ｉｆは励磁コイ
ル１２のインダクタンスにより第４図（へ）Ｋ示す比較
電圧ｖＲと同じく励磁電圧ｅｆを平滑した波形となり、
１２８ＨｚとｍＨｚの２つの周波数を含む波形となる。

従って、これ等の周波数に対応する磁場が検測定流体に
印加され、対応する周波数を含む信号電圧ｅ、が前置増
幅器１７の出力端に現われる。

信号電圧６は流速ゼロのときは第４図（イ）、流速があ
るときは第４図υ）Ｋ示す如く微分電圧が重畳し励磁の
タイミングに同期した波形となる。

信号電圧ｅ３、比較電圧■Ｒはインタフェイス回路４２
でそれぞれ重圧・周波数変換回路６２．６３により周波
数に変換され、マイクロコンピュータ４３に入力される
。なお、電圧・周波数変換回路６２．６３の代νにアナ
ログ・デジタル変換器を用いても良い。

マイクロコンビ、−夕４３で、は以下に説明する信号処
理がなされる。

先ず、第１図における商用周波信号処理系２７＆で対応
する高速信号処理系としての演算は、次式Ｈで示される
演算をタイミングパルスＧｌ　、Ｇｚを受けてマイクロ
コンピュータ４３で繰り返し実行する。

期間ｔ′２．　ｔ／１に対しても（１）式の各期間ｔ２
＋ｔｌと入れ変えて同じ様に演算される。この演算は非
励磁期間ｔ１と励磁期間ｔ２における信号電圧の差と比
較電圧の差との比率を演算するものであり、励磁電流の
変動を補償して信号電圧を検出している。この場合のデ
ータ更新サイクルは１２８　Ｈｚであり早い応答速度を
示す。

次Ｋ、第１図における低周波信号処理系２６に対応する
低速信号処理系としての演算は、次式して示される演算
をタイミングパルスＧｌ　、Ｇ２　ｔ　受ｎてマイクロ
コンピュータ４３で繰シ返し実行する。

ただし、期間Ｔは期間１１．！　２の総和であり、期間
ＴＢは期間ｔ′１．ｔ６の総和でちる。期間ＴＡの中に
は期間ｔ１．ｔ２が各々６４個存在し、期間ＴＢの中に
も期間ｔＩ、　、　ｔ／、が各々６４個存在する。この
場合のデータ更新サイクルはＩ　Ｈｚの遅い応答速度を
示す。

（１）、（２）弐において、励磁電流が変動しないので
あれば、各式の分母の演算は不要である。

マイクロコンピュータ４３は（１）式で得られたデータ
に対して低緘濾波演算を施し、（２）式で得られたデー
タに対しては高琥濾波演算を施し、これ等を加算演算し
て出力回路４６に出力する。

以上のマイクロコンピュータによる信号処理により、第
１図または第２図に示すものと同様な結果が得られる。

なお、以上の説明では励磁は正弦波、あるいは矩形波を
ベースとして述べたが、これ等の波形に限定はされず、
梯形波、三角波など各種の波形でも実行できる。また、
励磁コイル１２は１個としこれに２種類の周波数の励磁
電流を供給する構成としたが、励磁コイルを二重に巻き
各別に異なる周波数の励磁電流を流すようＫしても良い
。

〈発明の効果〉 以上、実施例とともに具体的忙説明した様に本発明によ
れば、ゼロ点が安定でフローノイズの影響を受けること
もなく、しかも応答も良いという従来にはない優れた電
磁流量計が実現できる。

また、ノイズに対して強くなる結果、単位流速当りの起
電力を小さくすることが可能となり、省電力化を可能に
する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明の第２の実施例を示すブロック図、第３図は本発
明の第３の実施例を示すブロック図第４図は第３図にお
ける各部の波形を示す波形図である。 １７・・・前置増幅器、２２．３１・・・復調器、２３
　、３２．４０・・・電圧・周波数変換器、２４・・・
低域濾波器、２６・・・低周波信号処理系、２７・・・
商用周波信号処理系、３４・・・高域濾波器、４２・・
・インタフェイス回路、４３・・・マイクロコンピュー
タ、４４・・・励磁電源部、４５・・・タイミング制御
部、４６・・・出力回路、４８・・・クロック発生器、
４９・・・ステップダウンカウンタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１周波数とこれより低い第２周波数の２つの異なった
   周波数を有する磁場を供給する励磁手段と、この励磁手
   段により励磁され流量に対応して発生する信号電圧を前
   記第１周波数に基づいて弁別して出力する第１復調手段
   と、この第１復調手段の出力を高域濾波する濾波手段と
   、前記信号電圧を前記第２周波数に基づいて弁別して復
   調する第２復調手段と、前記濾波手段と前記第２復調手
   段の各出力を加算的に合成する合成手段とを具備するこ
   とを特徴とする電磁流量計。