JPS63217227A - 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滝川を測定す
るＴｉ電磁流量計係り、特にその励磁方式とこれに伴な
う儲り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きた。

商用周波の励磁方式は、（イ）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）の影響を受けがたい、という
利点があるが、稼動状態で比較的に長期１例えば１日程
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になった
。低周波励磁方式にすると周知のようにゼロ点の安定な
電磁流量計が得られる利点がある。しかし、励磁周波数
が低いのでフローノイズの周波数と近接し、このためフ
ローノイズの影響を受は易く、特に流速が大になるとこ
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。

そこで、特願昭６０−１９７１６８号（発明の名称：電
磁流量ｊ１）で提案されているように商用周波数の励磁
電流成分とこれより低い周波数の励磁電流成分を励磁コ
イルに同時に流して複合磁場を形成する複合励磁方式が
提案されている。

・〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この提案においては励磁電流の切換え、
励磁コイルの変形、或いは電極への遺物の付着などに伴
なって発生する微分ノイズなどが信号電圧に重畳すると
これによりゼロ誤差が生ずるという問題がある。

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
敗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づる高域濾波手段と、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、この第２復調手段の出力を低域濾波Ｊる低域濾
波手段と、高域濾波手段と低域濾波手段との各出力を加
算的に合成する加算手段とを具備し、励磁手段は第１周
波数と第２周波数とを乗算的に合成して得られる波形を
持つ励磁電流を供給し、第１復調手段は第１周波数成分
の励１？ｌ流のレベルが変化する毎にサンプリングされ
た信号電圧のサンプリング値の連続する３回のサンプリ
ング値に対してそれぞれ一１倍、＋２倍、−１倍の係数
を乗じて加暮すると共にこの連続する３回のサンプリン
グの間に第２周波数の励！！電流のレベルの変化が含ま
れる場合にはこの３回のサンプリング値の代わりに連続
する４回のサンプリング値に対してそれぞれ１倍、−１
倍、１倍、−１倍の係数と第２周波数の励磁レベルによ
り決まる符号を乗じて加算演算するようにしたものであ
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１実施例を示すブロック図である。

１０は電磁流量計の検出器の導管であり、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磁場が被測定流体に印加
される。励磁コイル１２には、励磁回路１３から励磁電
流Ｉｔが供給されている。

励磁回路１３は次のように構成されている。基準電圧Ｅ
＋は増幅器Ｑ＋の非反転入力端（＋）に印加され、その
出力端はトランジスタＱ２のペースに接続されている。

トランジスタＱ２のエミッタは抵抗Ｒｆを介してコモン
ＣＯＭに接続されると共に増幅器Ｑ＋の反転入力端（−
）に接続されている。コモンＣＯＭとトランジスタＱ２
のコレクタとの間には励磁電圧ＥｓがスイッチＳＷ２と
ＳＷ３の直列回路とこれに並列に接続されたスイッチＳ
　Ｗ　ａとＳＷ５の直列回路を介して印加される。励磁
コイル１２はスイッチＳ　Ｗ　２　、Ｓ　Ｗ　３の接続
点とスイッチＳＷ４、ＳＷ５の接続点にそれぞれ接続さ
れる。タイミング信号８２　、　Ｓ３　、Ｓ４、Ｓ５は
それぞれスイッチＳＷ２、ｓＷ３、Ｓ’Ｖ’／　ａ　、
Ｓ　Ｗ　ｓの開閉を制御する。

一方、信号電圧は電極１１ａ、１１ｂで検出され、前置
増幅器１４に出力される。前置増幅器１４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＃
４１５に出力される。

出力端１５における１ｔＪ置増幅器１４の出力はアナロ
グ／デジタル変換器（Ａ１０Ｌ）１６とアナログ／デジ
タル変換器（Ａ／ＤＨ）１７でそれぞれデジタル信号に
変換されてバス１８を介してランダムアクセスメモリ（
ＲＡＭ＞１９に格納される。リードオンリーメモリ（Ｒ
ＯＭ）２０には所定の演算プログラムおよび初期データ
が格納されており、プロセッサ（ＣＰＵ）２１の制御の
基にＲＯＭ２０に格納された演算手順にしたがって演算
され、その結果はＲＡＭ１９に格納される。

２２はクロック発生器であり、ここで発生されたクロッ
クは分周器２３で１／ｎに分周されシステムクロックＳ
ｈとしてＣＰＬＩ２１とアナログ／デジタル変換器１７
に供給される。

ＣＰＵ２１はＲＯＭ２０に格納された演算プログラムに
従いバス１８を介してタイミング信号出力ボート（Ｔｏ
＞２４に励磁電流Ｉｆの波形を決めるタイミングを出力
する。タイミング信号出力ボート２４はこのタイミング
に従い励磁電流を切換えるタイミング信号Ｓ２．８３．
８４．８５を出力する。

また、タイミング信号出力ボート２４はＣＰＵ２１の指
定するタイミングに従いタイミング信号Ｓ１をアナログ
／デジタル変換器１６に出力し前置増幅器１４の出力を
サンプルする。

一方、ＲＯＭ２０に格納された演算プログラムによりＲ
ＡＭ１９に格納されたデータを用いてＣＰＬＩ２１によ
り所定の演算が実行され、その演算の結果はＲＡＭ１９
に格納されると共にバス１８を介してデジタル／アナロ
グ変換器２５を介して出力端２６に流量出力として出力
される。

次に、第２図に示すタイミング図、第３図に示すフロー
チャート図、第４図に示す演鋒図を用いて第１図に示す
実施例の動作を説明する。

第１図に示す分周器２３の出力に得られるシステムクロ
ックＳｈは第２図（ａ）に示す波形であり、これがＣＰ
Ｕ２１に供給されている。

第３図のステップ１において、ＣＰＵ２１はこのシステ
ムクロックＳｈの割込タイミング（第２図（９））に同
期してＲＯＭ２０に格納された所定の演算プログラムに
よりバス１８を介してタイミング信号出力ボート２４に
励磁波形の切換タイミングを示ずタイミング信号を出力
する。

ステップ２において、タイミング信号出力ボート２４は
この切換タイミングを受け、タイミング信号８５　（第
２図（ｂ））、８４　（第２図（Ｃ））、Ｓ３（第２図
（ｄ））、８２（第２図（ｅ））をそれぞれ励磁回路１
３のスイッチＳＷ５、ＳＷａ　、ＳＷ３　、ＳＷ２に出
力する。或いはタイミング信号８４をスイッチＳ　Ｗ　
３　、Ｓ　Ｗ　ａに同時に出力し、かつタイミング信号
Ｓ２をスイッチＳ　Ｗ　２、ＳＷ５に同時に出力しても
良い。励磁回路１３はこれ等のタイミング信号を受番プ
第２図（ｆ）に示す波形の励磁電流ｌ！を励磁コイル１
２に出力する。この励磁波形は第２図（ｈ）（ｉ）に示
すようにタイミング番号ｉが０〜１５で１サイクルを構
成してこれを繰り返す波形であり、第２図ではｎサイク
ルの部分を中心にして示しである。この励磁波形は低周
波の波形と高周波の波形を乗算しｋｉｓ形の波形をして
いる。

次に、ステップ３に移行する。ステップ３〜ステツプ６
まではアナログ／デジタル変換器１６．１７からのデー
タの読み込みをする手順を示している。

ステップ３ではシステムクロックＳｈ　（第２図（ａ）
）に同期して各サイクル毎にアナログ／デジタル変換器
１７から入力されるデータを第２図（ｊ）に示すように
バス１８を介してＣＰｔ１２１の制御の基にＲＡＭ１９
の所定のデータ領域１−ＩＬに格納する。

次に、ステップ４に移り、読み込んだタイミング番号ｉ
が０か否かを判断し、０でなければステップ６に移行し
、０ならばステップ８に移行する。

ステップ６では読み込んだタイミング番号ｉが８か否か
を判断し８でなければステップ８に移行し、８ならばス
テップ７に移行する。

ステップ７では、タイミング信号出力ボート２４から出
力されたタイミング信号Ｓｉ　（第２図（ｋ））による
リンプルタイミングにより、アナログ／デジタル変換器
１０’）Ｓｌう入力されるデータを第２図＜１＞に示す
ようにバス１８を介してＣＰＵ２１の制御の基にＲＡＭ
１９の所定のデータ領域・・・、Ｌｏ　　（ｎ　　！１
）、Ｌｏ　　（ｎ）、Ｌｏ　　（ｎ＋１）、・・・に格
納し、ステップ５に移る。

次に、ステップ６では、タイミング信号出力ボート２４
から出力されたタイミング信号Ｓ１　（第２図（ｋ））
によるサンプルタイミングにより、アナログ／デジタル
変換器１６から入力されるデータを第２図Ｃ１＞に示す
ようにバス１８を介してＣＰＵ２１の制御の基にＲＡＭ
１９の所定のデータ領域・・・、Ｌ＋　　（ｎ　　１）
、Ｌ＋　　（ｎ）、Ｌ＋（ｎ＋１　）　、・・・に格納
し、ステップ８に移る。

ステップ８ではタイミング番号ｉが奇数か否かを判断し
、奇数ならばステップ９に移行し、奇数でないならばス
テップ１１に移行する判断をする。

ステップ９は高周波の復調演算をする。復調演算に際し
ては、ＲＡＭ１９に格納されたデータＨ４を用い、第２
図（ｍ）に示すタイミングでＣＰＵ２１のｆｆｒｌｌ　
ＩＩＩの基にＲＯＭ２０に格納された第４図に示す高周
波復調演１３　ｅ　ｕ　ｉの欄で示す演算式で演算をし
てその結果をＲＡＭ１９に格納する。

この復調演算により電極１１ａ、１１ｂに発生する電気
化学的な直流電圧は除去され、微分ノイズは一定値に保
持され誤差要因とはならない。この演算については詳し
く俊述する。なお、第４図においてＡなる定数は、Ｔｃ
を微分或いは積分の定数、ΔＴｃを第２図（ｆ）に示づ
演算周期とずれば△−Ｔｃ／（Ｔｃ＋ΔＴｃ）で示され
る。

次に、ステップ１ｏに移る。ここでは、高周波側の高域
濾波演算Ｆ１１．を実行する。

濾波演算に際しては、ＲＡＭ１９に格納されたデータｅ
　Ｈｉと前回の濾波演算結果とを用い、ＣＰＬＩ２１の
制御の基にＲＯＭ２０に格納された第４図に示す高域濾
波演ｎ　Ｆ　Ｈｉの欄で示す演ｐ式で演算をしてその結
果をＲＡＭ１９に格納プる。

次にステップ１１に移る。ステップ１１ではタイミング
番号ｉがＯまたは８か否かを判断し、０または８ならば
ステップ１２に移行し、０または８でないならばステッ
プ１４に移行する判断をする。

ステップ１２では、低周波の復調演算をする。

復ｍ８Ｉｉｖ！ｉに際しては、ＲＡＭ１９に格納された
データ・・・、Ｌｏ　　（ｎ−１＞、Ｌｏ　　（ｎ＞、
Ｌｏ　　（ｎ＋１）、−Ｌ＋　　＜ｎ　　　１）、　Ｌ
＋　　（ｎ）、　Ｌ＋（ｎ＋１　＞　、・・・を用い、
第２図（ｎ＞に示すタイミングでＣＰＵ２１の制御の基
にＲＯＭ２０に格納された第４図に示す低周波復調演Ｒ
ｅＬＬの欄で示ず演算式で演算をしてその結果をＲＡＭ
１９に格納する。なお、第４図において、定ａＢは、Ｂ
＝ΔＴ／（ΔＴ＋Ｔ）で示される。

ステップ１３では、低周波側の低域濾波演算ＦＬｉを実
行する。

濾波演算に際しては、ＲＡＭ１９に格納されたデータｅ
Ｌｏ　、ｅＬ８と前回の濾波演算結果とを用い、ＣＰＵ
２１の制御の基にＲＯＭ２０に格納された第４図に示す
低域濾波演ＬＩ　Ｆ　Ｌ　ｉの欄で示す演算式で演算を
してその結果をＲＡＭ１９に格納する。

ステップ１４ではタイミング番号ｉＳ奇数か否かを判断
し、奇数ならばステップ１５に移行し、奇数でないなら
ばステップ１６に移行する判断をする。

ステップ１５は加算演算を実行する。ＲＡＭ１９に格納
された高域濾波演算の結果Ｆｕｉと低域濾波演算の結果
ＦＬｊとを用い、ＣＰＵ２１の制御の基にＲＯＭ２０に
格納された第４図に示ず加篩８！ｉ算ｅＡの欄で示づ演
算式で演算をしてその結果をＲＡＭ１９に格納し、ステ
ップ１７に移行する。

ステップ１７では、次の＾１Ｊり込みのタイミングまで
待機し、次の割り込みのタイミングが来たらステップ１
からステップ１７までのフローを再び実行する。

以上のようにして、電極１１ａ、１１ｂで検出した低周
波と高周波の２周波を含む信号電圧は、マイクロコンピ
ュータを用いて低周波側と高周波側とに分けられて読み
込まれ、低周波側は低周波で復調してイの出力を低域濾
波器を介して、高周波側は高周波で復調してその出力を
高１１！！濾波器を介してそれぞれ出力し、低域濾波器
ど高域濾波器の各出力を加障合成して出力することによ
り、ゼロ点が安定でフローノイズに対しても強く、かつ
応答の良い流量出力が得られる。

さらに、本発明における高周波復調演１（ｅｈＬ）では
励磁電流の切り換えで生ずる微分ノイズ或いは電極の両
端に生ずる電気化学的な直流電圧等の影響をも除去し得
ることについて第５図、第６図を用いて説明する。

第５図（Ｃ）に示ず励磁電流Ｉｆは、第２図（ｆ）に示
す励磁電流１ｒを転記したものであり、＋Ｉｏ、Ｏ１Ｉ
ｏの３値をとり、高周波のＯ／＋ＩｏとＯ／Ｉｏの繰返
しが低周波で切り換えられた波形である。これは、高周
波成分がＯ／１、低周波成分ｔｊ−１／＋ｉの状態をそ
れぞれの周期で繰り返すと考えることにより、励磁電流
Ｉｆは第５図（Ｃ）に示す波形と第５図（ｂ）に示す波
形を乗算的に合成したものと見ることができる。

各タイミング時点・・・、ｔ−１、ｔＯ％　ｉ＋　、〜
ｔ、５、・・・（第５図（ａ））での励磁電流値は第６
図のＩｔの欄、これに伴なう信号電圧は一定の流量が流
れているとしてｅｓの欄にそれぞれ記載されている。ま
た、第５図（ｄ）に示す励磁電流Ｉｆの切り換えに伴な
う微分ノイズｅ’ｎ＋の波形は第５図（ｅ）に示されて
おり、各タイミング時点での大きさは第６図のｅＴＬＩ
の欄に記載されている。微分ノイズは励磁電流の変化方
向で極性が決まるが、その変化方向が低周波の半周期毎
に反転するので微分ノイズも同じ周期で変化する。また
、電極に発生する電気化学的な直流電圧０１２　　　′
の波形は第５図に示すように時間と共に一定の割り合い
で変化するが、各タイミング時点での大きさは第６図の
直流電圧ｅＴＬ２の欄に記載されている。ただし、直流
電圧ｅＴＬ２は、タイミング時点１ｏでｅｏを持ちタイ
ミング時点が１つずれるにしたがって、εだけ変化する
ものとして示しである。

以上を総合すると、前置増幅器１４の出力として得られ
る電圧ｅは次のようになる。

ｅ−ｅ５　＋ｅｆｉ　、　＋ｅＴＬ２　　　−　（１）
ここで、２つの励磁レベルに於ける電圧のサンプル値ｅ
ｊ　、ｅ［−＋の差から１１１純に電圧ｅ　Ｈｔを求め
ると、Ｐｔを低周波の波形（第５図（ｂ））がハイレベ
ルのとき１でローレベルのとき−１とすれば、 ｅＨｊ　　　＝Ｐｔ　　　＜ｅｔ　　　−＋　　　　　
ｅｊ　　　）　　・＝　　（２＞となる。ただし、Ｊ＝
１．３．５、・・・であり、これは高周波の基本周期毎
に１回の流量演算を実行することに対応する。この演算
結果は第６図の演算結果Ａに記載されている。この結果
をみると、直流電圧の変化分εが信号電圧と微分ノイズ
に型骨しこれが変化しているので、εが誤差要因として
残る。

次に、次式で示す演算をすると、 ｅＨｔ＝　　（Ｐｔ　−２Ｘｅｉ　−２Ｐｊ　−＋Ｘｅ
ｊ　−＋　）＋　（Ｐｔ　−＋　Ｎｅｔ　−＋Ｐｔ　Ｎ
ｅｔ） ””　　ＰＬ−２Ｘｅｉ　−２＋２Ｐｔ−＋Ｘｅｊ　−
１−Ｐ（Ｘｅｔ　　−（３）となる。ただし１．ｊ＝１
．３．５、・・・である。この演算結果は第６図の演算
結果已に示しであるが、直流電圧の変化分さなどが各リ
ンブリングの時点で異なり誤差要因となる。ここで、第
６図の演算結果Ｂによれば、（ｉ−２）〜ｌのタイミン
グ時点における信号のサンプリング中に低周波の波形の
係数ＰＬ−２〜Ｐｔが変化している場合に誤差を含む。

そこで、＜１−２＞〜ｌの信号のサンプリング中に低周
波の波形の状態が変化し係数Ｐ、が変化する場合にかぎ
り、次式のｘｉ７を行うと第６図の演算結果Ｃに示す結
果を（りる。

ｅ１４ｔ　＝ＰＬ−３Ｘｅｔ　−３Ｐｔ　−２Ｘｅｉ　
−２＋Ｐｔ　−１Ｘｅｉ　−）　　Ｐｉ　ｘｅＬ・・・
（４） ただし１．ｊ−１，９，１７，２５・・・である。

従って、第４図の高周波復調演算ｅ　Ｈｉの掲に示すよ
うにタイミング時点ｉ＋、ｉ９、ｔ１７・・・では（４
）式、それ以外のタイミング時点では（３）式に基づき
演算することにより、含まれる微分ノイズｅＴＬ１は一
定で、直流電圧の変動εは演１で除去された高周波復調
信号ｅＨｉが得られる。この高周波＃ｓ１調信＠ｅ　Ｈ
４ｒは第３図のステップ１０で＾域濾波演痺が施される
ので、ステップ１０の出力ＦＨｔからは一定の微分ノイ
ズ成分も除去され、結果として誤差を含まない高周波成
分流■信号を得ることができる。

なお、（１）〜（４）式では流量信号の極性を第６図の
信号電圧ｅ５の欄に示したように定めたので第４図に示
す演算の各項の符号が反転されているが、これは演算上
の極性に関することで本質的なものではない。

〈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、低周波と高周波の２つの波形を乗算的に合成した
２周波により励磁され、流量に対応して発生した信号電
圧に対して２つの演算式で演算を実行づることにより信
号電圧に含まれる微分ノイズ及び電気化学的な原因で発
生する直流電圧の変動の影響を除去することができ、誤
差を含まない出力とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示ずブロック図、第２図は
第１図に示す実施例の動作を説明する波形図、第３図は
第１図に示ず実施例の信号処理の手順を示すフローチャ
ー１へ図、第４図は第３図のフローにおける演算手順を
示寸演算図、第５図は第４図における演算で所定のノイ
ズが除去出来ることを説明する波形図、第６図は第４図
における演算でブリング時点で所定のノイズが除去出来
ることを説明する説明図である。 １０・・・導管、１２・・・励磁コイル、１３・・・励
磁回路、１６．１７・・・アナログ／デジタル変換器、
１８・・・バス、１９・・・ランダムアクセスメモリ、
２０・・・リードオンリーメモリ、２１・・・マイクロ
プロセッサ、２２・・・クロック発生器、タイミング信
号出力ボート。

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高域濾波手
   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、この第２復調手段の出力を
   低域濾波する低域濾波手段と、前記高域濾波手段と前記
   低域濾波手段との各出力を加算的に合成する加算手段と
   を具備し、前記励磁手段は前記第１周波数と前記第２周
   波数とを乗算的に合成して得られる波形を持つ励磁電流
   を供給し、前記第１復調手段は前記第１周波数成分の励
   磁電流のレベルが変化する毎にサンプリングされた前記
   信号電圧のサンプリン値の連続する３回のサンプリング
   値に対してそれぞれ−１倍、＋２倍、−１倍の係数を乗
   じて加算すると共にこの連続する３回のサンプリングの
   間に前記第２周波数の励磁電流のレベルの変化が含まれ
   る場合には前記３回のサンプリング値の代わりに連続す
   る４回のサンプリング値に対してそれぞれ１倍、−１倍
   、１倍、−１倍の係数と前記第２周波数の励磁レベルに
   より決まる符号を乗じて加算演算することを特徴とする
   電磁流量計。