JPS6312921A - 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〉 第４図に特願昭６０−１９７１６８号（発明の名称：電
磁流量計）で提案されているこの槌の従１来のｒｌ電磁
流量計構成を示す。

１０は電磁流量計の発信器の導管であり、絶縁性のライ
ニングがその内面に施されている。１１ａ。

１１ｂは信号電圧を検出するための電極である。１２は
励磁コイルであり、これによって発生したａｍ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
て問えば商用定電流１ｆｌ１４より商用周波数の矩形波
の定電流１．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
　／　８１１ｚ程度の低周波の矩形波の定電流Ｉ２が重
畳して励磁電流１「として流されている。これにより、
被測定流体には例えば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Ｖｓは電極１１ａ、Ｉｌｂで検出され、
＃Ｉ異項幅器１７に出力される。前置増幅器１７でコモ
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：ＪＲ
器２２により同期整流またはサンプルホールドされる６
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２５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１９に出力する。また復Ｘｌ
１ｌ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．ｍ調器２２、電圧・周波数変換器２３、低
域１１１′ＩＩｔ器２４および乗算８２０はこれ等で低
周波の信号電圧を処理する低周波の信号処理回路２６を
構成し、被ｍ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に出力ｖＬとして出力す
る。この低周波の信号処理回路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、＃ｉ立置幅器１７の出力端１８と加算点２５との
間には低周波の信号処理回路２６と並列的に商用周波の
信号処理回路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でとられ増幅器３０で増
幅される。増幅器３ｏ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されて平滑された
直流電圧とされる。

この直流電圧は電圧・周波数変換器３２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２８に
帰還される。電圧・周波数変換器３２の出力電圧は低域
１１１波器３３で平滑して直流電圧とし、これを高域濾
波器（ハイパスフィルタ）３４を介して加算点２５に出
力Ｖ、として出力する。加算点２５では出力■、と■Ｈ
とを加算して出力端３５に合成出力Ｖｃ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、商用周波の信号処理回路２７は高域１１１′
ｆ！Ｉ器３４の存在のために応答せず、主としてゼロ点
の安定な低周波の信号処理回路２６の出力ｖＬ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司の揺動としては現われ
ず、また商用周波の信号処理回路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ｖ８にその影響が現われない。換言すれ
ば、流量変動の少ない通常の作動の場合は、安定なゼロ
点を確保しながらフローノイズの影響も受は無い？ｌ電
磁流量計することができる。

次に、流量が急に変動した場合には、低周波の信号処理
回路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、商用周波の信号処理回路２７の時定数は小さ
く高域濾波器３４を介して出力しているので直ちに応答
して出力ｖ８が合成出力Ｖｃとして出力される。

また、流量がゼロの場合には、フローノイズは発生しな
いのでこの影響はなく、商用周波の信号処理回路２７は
高域濾波器３４の存在によりゼロ点のドリフトはなく出
力ｖ１．１はゼロに維持され、ゼロ点の安定な低周波の
信号処理回路２６の出力ｖＬが合成出力■ｃとして出力
される。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この様な従来の電磁流量計には以下に示
す問題点がある。第５図を用いて説明する。第４図に示
す電磁流量計において商用定電流源１４の矩形波の定電
流１１の周波数を高くした方がフローノイズの影響を受
けないが、周波数を高くすると磁気回路における渦電流
の影響が出て磁場が矩形波の定電流！１より遅れた波形
となる。このため、信号電圧Ｖｓの波形も励磁電流Ｉｆ
の波形より遅れたものとなる。第５図において（イ）は
商用周波より周波数を高くしたときの矩形波の定電流１
１を示し、（ロ）は商用周波より周波数を低くしたとき
の矩形波の定電流１２を示している。これ等を合成した
ものが励磁電流Ｉｆとして（ハ）に示しである。励磁電
流１ｆにより発生した磁場による信号電圧Ｖｓが（ニ）
に示しである。信号電圧Ｖｓの波形から判るように矩形
波の定電流１１の変化に対して渦電流に起因する応答遅
れが生じている。励磁電流１ｆが流れている期間に対応
する正の信号電圧■５をＳａ、負の信号電圧をＳｃ流れ
ていない期間に対応する正の信号ＷＬ圧Ｖｓをｓｂ、負
の信号電圧をＳｄとすると、定電流１．の周波数に対応
する信号電圧Ｓは、定電流Ｉ２の切換直前の安定した状
態の定電流Ｉ＋の２サイクルのサンプル値を用いるとＳ
、ｌ　−５ａ−５ｂ＋５ａ−５ｂ−（Ｓｃ−５ｄ＋５ｃ
−５ｄ）＝　　４（Ｓａ−３ｂ）　　　　　　　　　　
　　　　　　　（１）定電流１□の周波数に対応する信
号電圧ＳＬはＳＬ　ｓ＋＋　　Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓａ＋５ｂ
−（Ｓｃ＋Ｓｄ＋Ｓｃ＋５ｄ）＝　４（Ｓａ＋Ｓｂ）　
　　　　　　　　　　　（２）となる、ただし、５ａ−
３ｄは各期間の信号電圧Ｖｓの積分値を示し、５ａ＝−
９ｃ、　５ｂ−５ｄである。

従って、もし遅れがなければｓｂ＝　ｏであり、５Ｈ＝
Ｓシとなり正しい演算出力を得るが、高周波側の周波数
が高くなり遅れが生ずると誤差を生ずる欠点がある。

そこで、信号電圧Ｓｈを増幅してＳ８−ＳＬにする必要
があるが、磁場の遅れは各発信器に固有の値であるので
各発信器ごとに１Ｊ１ｖｉｔ、なければならない不便が
ある。

く問題点を解決するための手段〉 この発明は、以上の問題点を解決するため、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
する磁場を被測定流体に印加する励磁手段と、この励磁
手段により励磁され被測定流体の流量に対応して発生す
る信号電圧を増幅する増幅手段と、第１周波数に基づい
て信号電圧を弁別しハイパスフィルタを介し第１信号電
圧を出力する第１信号処理手段と、第２周波数に基づい
て信号電圧を弁別し第２ローパスフィルタを介して第２
信号電圧を出力する第２信号処理手段と、第１信号電圧
に関連する電圧を第１ローパスフィルタを介して出力さ
れた出力電圧と第４信号電圧に関連する電圧とが入力さ
れこれ等の比率を演算する比率演算手段と、この比率演
算手段の出力により第１および第２信号電圧が等しくな
るように利得調整されるいずれか一方の信号処理手段に
設けられた利得調整手段と、第１信号電圧と第２信号電
圧とを加算する加算手段とを具備するようにしたもので
ある。

く作　用〉 第１信号処理手段と第２信号処理手段で各々信号処理さ
れた第１信号電圧と第２信号電圧が等しくなるように比
率演算手段を介して利得１１整手段を調整する。そして
等しい大きさの第１信号電圧と第２信号電圧を加算手段
で加算して出力する。

以上により、第１信号処理手段における信号電圧の遅れ
に起因する誤差を除去する。

〈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ブロック図である。尚
、従来技術と同一の機能を有する部分には同一の符号を
付し適宜にその説明を省略する。

前置増幅器１７の出力電圧は増幅器２１で増幅され低周
波電圧源３６からの低周波電圧を参照電圧とする環１１
器２２で直流電圧とされローパスフィルタ２４を介して
加算点２５に信号電圧ＶＬＩとして出力する。増幅器２
１、復調器２２、ローパスフィルタ２４はこれ等で低周
波の信号処理回路３７をｍ或する。

前置増幅′ａ１７の出力電圧はまた増幅器３０で増幅さ
れ高周波電圧源３８からの高周波電圧を参照電圧とする
復調器３１で直流電圧とされ、可変利得増幅器３９とハ
イパスフィルタ３４を介して加算点２５に信号電圧ｖ１
）として出力する。比率演算回路４０は可変利得増幅器
３９の出力をローパスフィルタ４１を介して出力した電
圧と信号電圧■、とが入力されてこれ等の比率を演算す
る。

その出力で可変利得増幅器３９の利得が調節サレ信褥電
圧ＶいとＶＭ＋　とが等しくなるように制御される。増
幅器３０、復調器３１、可変利得増幅器３９、ハイパス
フィルタ３４、ローパスフィルタ４１および比率演算回
路４０で信号処理回路４２を構成する。

低周波電圧源３６と高調波ｌ！電圧源８からのタイシン
グ信号ＳｔＬ、Ｓｔ＋で定電流源４３における定電流を
切換え、励磁電流１ｆとして励磁コイル１２に流す。

以上の構成により、発信器の特性のバラツキがあっても
常に信号電圧ＶＬ　＋　、　ＶＭ　＋の大きさを等しく
制御でき、磁場の遅れに起因する誤差を除去することが
できる。

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
。本実施例は、第１図の実施例に対して各信号処理回路
４４．４５に割算回路を各別に設けた点で異なる。

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、第１図の実施例に対して全体に対して割
算回路を設けたものである。

信号処理回路４６．４７の各信号電圧■い、　ＶＨ２は
加算点２５で加算された後に増幅器４８で増幅されて出
力ｔ４３５に出力されるが、この出力電圧と励磁電流１
ｆを検出する抵抗４９での比較電圧とが乗算器５０に入
力されこれ等の積が演算されて結合点１９に負帰還され
る。これにより全体として励磁電流と信号電圧との割算
が実行される。また、復調器２２．３１は低周波電圧源
３６と高周波電圧源３８より参＠電圧を得る。

なお、励磁電流め波形は各種のものが採用されるが、要
は低周波成分と高Ｊｉ４波成分が含まれていれば良い、
また、可変利得増幅器３９は例えば第１図でいえば信号
処理回路３７側に入れても良く、更に復Ｗ４器３１ある
いは２２の後段でなく前段側に入れても良い。

第１図から第３図に示す実施例ではデスクリートな部品
を用いて信号処理回路を構成したが、これは信号電圧を
適当な周期でサンプリングし、これを用いてマイクロコ
ンピュータ内でソフトウェアにより信号処理をしても良
い。

可変利得増幅器３９の応答を早くするには、例えば第１
図における大きな時定数をもつローパスフィルタ２４の
前段から小さい時定数をもつローパスフィルタを介して
比率演算回路４ｏに入力すると共にローパスフィルタ４
１の時定数もこれと同じ時定数になるようにして入力す
ると良い。

また、信号電圧Ｖｓが小さいときは可変利得増幅器３９
の制御が難かしくなるが、この場合には利得にある一定
のリミットを設けても良く、あるいは過去の値をゲイン
の値としてホールドしておいても良い。

更に、比率演算回路４０では、例えば信号電圧Ｖ、、、
　Ｖｌ、４．の変化量を比較して可変利得増幅器３９を
制御しても良い。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、第１信号電圧と第２信号電とが常に等しくなるよ
うに自動的に制御するので磁場の遅れに伴う誤差を除去
することができ、各発信器ごとの利得の調整も不要とな
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図は従来の電
磁流量計の構成を示すブロック図、第５図は第４図に示
す電磁流量計の問題点を説明する波形図である。 １２・・・励磁コイル、１４・・・商用定電流源、１６
・・・低周波定電流源、１７・・・前置増幅器、２２゜
３１・・・復調器、２４・・・ローパスフィルタ、２６
゜２７・・・信号処理回路、３４・・・ハイパスフィル
タ。 ３６・・・低周波電圧源、３７・・・信号処理回路、３
８・・・高調＊？！圧、３９・・・可変利得増幅器、４
０・・・比ゝ−θ　″シ

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被測定流体に印加する励磁手段と
   、この励磁手段により励磁され前記被測定流体の流量に
   対応して発生する信号電圧を増幅する増幅手段と、前記
   第１周波数に基づいて前記信号電圧を弁別しハイパスフ
   ィルタを介し第１信号電圧を出力する第１信号処理手段
   と、前記第２周波数に基づいて前記信号電圧を弁別し第
   ２ローパスフィルタを介して第２信号電圧を出力する第
   ２信号処理手段と、前記第１信号電圧に関連する電圧を
   第１ローパスフィルタを介して出力された出力電圧と前
   記第２信号電圧に関連する電圧とが入力されこれ等の比
   率を演算する比率演算手段と、この比率演算手段の出力
   により前記第１および第２信号電圧が等しくなるように
   利得調整されるいずれか一方の信号処理手段に設けられ
   た利得調整手段と、前記第１信号電圧と第２信号電圧と
   を加算する加算手段とを具備する電磁流量計。