JP5224886B2 - Electromagnetic flow meter - Google Patents
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Description
本発明は、10Hz以下の周波数で励磁される電磁流量計に係り、特に、検出信号に含まれる流体ノイズを除去する電磁流量計に関する。 The present invention relates to an electromagnetic flow meter that is excited at a frequency of 10 Hz or less, and more particularly, to an electromagnetic flow meter that removes fluid noise contained in a detection signal.
励磁周波数が10H以下で励磁される電磁流量計においては、電気化学的な作用による低周波ノイズ(流体ノイズとも言う。以後ここでは流体ノイズと称す。)の影響を受けるため、種々の改良がなされている。 An electromagnetic flow meter excited at an excitation frequency of 10H or less is affected by low-frequency noise (also referred to as fluid noise, hereinafter referred to as fluid noise) due to electrochemical action, and various improvements have been made. ing.
例えば、周期的に定常値が変化する直流磁界によって流体の流量を計測する電磁流量計の場合、増幅器の出力電圧を積分回路によって積分し、この積分回路の出力電圧をこの増幅器の入力側に逆極性となるように帰還することにより、信号電圧に重畳する直流電圧成分を積分して、この直流分を零にする補償回路を設ける技術が開示されている(特許文献1参照。)。 For example, in the case of an electromagnetic flowmeter that measures the flow rate of a fluid using a DC magnetic field whose steady-state value changes periodically, the output voltage of the amplifier is integrated by an integration circuit, and the output voltage of the integration circuit is reversed to the input side of the amplifier. There has been disclosed a technique of providing a compensation circuit that integrates a direct-current voltage component superimposed on a signal voltage and makes this direct-current component zero by performing feedback so as to have polarity (see Patent Document 1).
さらに、この積分回路では、直流磁界の定常値の切換りに伴って生じるスパイクノイズ(以後、微分ノイズと言う)によって補償電圧が尾引きを生じ、この微分ノイズの波形が、被測定流体の温度や導電度で変化するため、微分ノイズが変化する時間を含む期間、この積分回路の入力を開放することによって、微分ノイズの影響を除去し、零点を安定化させる技術が開示されている(特許文献2参照。)。 Further, in this integration circuit, the compensation voltage is tailed by spike noise (hereinafter referred to as differential noise) that occurs due to switching of the steady-state value of the DC magnetic field, and the waveform of this differential noise indicates the temperature of the fluid to be measured. Since it varies depending on the conductivity and the period including the time when the differential noise changes, a technique is disclosed in which the influence of the differential noise is removed and the zero point is stabilized by opening the input of this integration circuit (patent) Reference 2).
しかしながら、この積分回路による補償の場合には、この低周波フィルタ特性により検出信号波形に、波形歪みや位相遅れが生じ、流量信号を正確に検出できない問題がある。 However, in the case of compensation by this integrating circuit, there is a problem that the flow rate signal cannot be accurately detected due to waveform distortion and phase delay in the detection signal waveform due to this low frequency filter characteristic.
このような問題に対しては、流量信号を方形波の励磁信号よりも半周期遅延させて出力する遅延手段と、この遅延手段よって遅延された流量信号により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電磁流量計がある(特許文献3参照。)。 For such a problem, a delay means for outputting the flow rate signal with a half-cycle delay from the square wave excitation signal, and a flow rate output from the electromagnetic flowmeter detector by the flow rate signal delayed by the delay means. There is an electromagnetic flow meter including an error removing unit that removes a low-frequency error component included in a signal (see Patent Document 3).
この技術によれば、流量信号を励磁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、流体ノイズが過大に発生しても、この雑音を確実に除去できるとしている。 According to this technology, the flow rate signal is delayed by a half cycle of the excitation signal, and the error contained in the flow rate signal from the electromagnetic flowmeter detector is removed by this delayed flow rate signal, so fluid noise is excessively generated. However, this noise can be surely removed.
また、この雑音除去手段によれば、流体ノイズの他に、励磁信号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、雑音除去回路で除去できない白色雑音は、励磁信号の立ち上がり、立下り直前でのサンプリングと積分回路により除去できるとしている。
しかしながら、特許文献3に開示された遅延手段よって遅延された流量信号により、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の場合においては、アナログ回路による処理のため、サンプルホールド回路の半導体スイッチや積分コンデンサの定数の相違により、流量信号に雑音が混入することが避けられない問題がある。
However, in the case of an error removing unit that removes a low-frequency error component included in the flow rate signal by the flow rate signal delayed by the delay unit disclosed in
また、流体ノイズの周波数成分が励磁周波数に対して直流成分と見なせない周波数で変化した場合には、即ち、この遅延時間内に低周波のノイズ成分が変化する場合には、流量信号が変化したものと見なされるので、流量信号に含まれる流体ノイズ成分による測定誤差を除去できない問題がある。 Also, if the frequency component of fluid noise changes at a frequency that cannot be regarded as a DC component with respect to the excitation frequency, that is, if the low-frequency noise component changes within this delay time, the flow rate signal changes. Therefore, there is a problem that the measurement error due to the fluid noise component included in the flow rate signal cannot be removed.
ところで、この流体ノイズは、流体の成分、電極の材質およびその表面状態等により異なつたレベルを示し、特に、スラリー液体ではそのレベルが高くなる。 By the way, this fluid noise shows different levels depending on fluid components, electrode materials, surface conditions, and the like, and the level is particularly high in slurry liquid.
この雑音のレベルが信号処理回路部の許容値以下の場合は、変換器内の動作によって除去され、測定精度を低下させることはないが、許容値以上になると信号処理回路部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問題がある。 If the noise level is less than the allowable value of the signal processing circuit, it is removed by the operation in the converter and does not degrade the measurement accuracy. However, if the noise level exceeds the allowable value, the signal is saturated in the signal processing circuit. As a result, there is a problem that abnormal operation is caused and the measurement accuracy is greatly lowered.
このような場合は、流量信号に負電圧のバイアスを加え、信号処理回路の動作範囲を拡大するようにしているが、流量信号に対してバイアスを加えて増減する技術も開示されているが、流量信号の分解能の低下を生じてしまう問題がある。 In such a case, a negative voltage bias is applied to the flow rate signal to expand the operating range of the signal processing circuit, but a technique for increasing or decreasing the flow rate signal by adding a bias is also disclosed. There is a problem that the resolution of the flow rate signal is lowered.
さらに、上述したような流体ノイズの除去と合せて、電極間が被測定状態で満たされない空状態が発生した場合、流量測定中にこの異常状態を検出できない問題がある。 Furthermore, in combination with the removal of fluid noise as described above, there is a problem that this abnormal state cannot be detected during flow rate measurement when an empty state occurs in which the gap between the electrodes is not satisfied in the state to be measured.
本発明は、上記問題点を解決するために成されたもので、微分ノイズや、流体ノイズの除去性能を向上させるとともに、信号処理回路の飽和が起き難い、さらに、流量測定中に被測定流体の空判定が可能な電磁流量計を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, improves the performance of removing differential noise and fluid noise, and is difficult to cause saturation of the signal processing circuit. An object of the present invention is to provide an electromagnetic flow meter that can determine whether there is no air.
上記目的を達成するために、本発明による電磁流量計は、方形波の励磁信号を生成して、被測定流体を流す測定管の外部から該測定管の管軸と直交する軸方向で周期的に方向が反転する磁界を印加し、該管軸方向及び該磁界方向と直交する軸方向の前記測定管の管壁で、前記被測定流体に接液して設けた電極間で検出される信号を増幅して、前記被測定流体の流量を測定する電磁流量計であって、前記電極間で検出された信号を増幅して検出信号とする差動増幅器と、前記磁界の反転に対応する前記励磁信号の夫々の中央位置のタイミングで、前記検出信号を予め設定された基準電位にクランプするクランプ回路部と、前記クランプ回路部の出力信号から、クランプ後の正方向の方形波信号の第1の平均値と、負方向の方形波信号の第2の平均値との差を求めて、該求めた信号から流量を求める演算部と、前記励磁信号、前記クランプ回路部のクランプタイミング信号、及び前記第1の平均値及び前記第2の平均値の差を求める演算タイミング信号を生成する制御部とを備えたことを特徴とする電磁流量計。 In order to achieve the above object, an electromagnetic flow meter according to the present invention generates a square wave excitation signal and is periodic from the outside of a measurement tube through which a fluid to be measured flows in an axial direction orthogonal to the tube axis of the measurement tube. A signal detected between electrodes provided in contact with the fluid to be measured on the tube wall of the measuring tube in the tube axis direction and an axial direction orthogonal to the magnetic field direction. And a differential amplifier for amplifying a signal detected between the electrodes to obtain a detection signal, and corresponding to the inversion of the magnetic field. A clamp circuit unit that clamps the detection signal to a preset reference potential at the timing of each central position of the excitation signal, and a first square wave signal in the positive direction after clamping from the output signal of the clamp circuit unit And the second flat of the negative square wave signal A calculation unit for obtaining a difference from the obtained value and obtaining a flow rate from the obtained signal; and a difference between the excitation signal, a clamp timing signal of the clamp circuit unit, and the first average value and the second average value. An electromagnetic flow meter comprising: a control unit that generates a calculation timing signal to be obtained.
上記目的を達成するために、本発明による電磁流量計は、方形波の励磁信号を生成して、被測定流体を流す測定管の外部から該測定管の管軸と直交する軸方向で周期的に方向が反転する磁界を印加し、該管軸方向及び該磁界方向と直交する軸方向の前記測定管の管壁で、前記被測定流体に接液して設けた電極間で検出される信号を増幅して、前記被測定流体の流量を測定する電磁流量計であって、前記電極間で検出された信号を増幅して検出信号とする差動増幅器と、前記磁界の反転に対応する前記励磁信号の夫々の中央位置のタイミングで、前記検出信号を予め設定される基準電位にクランプするクランプ回路部と、前記クランプ回路部の出力信号から、クランプ後の正方向の方形波信号の第1の平均値と、負方向の方形波信号の第2の平均値との差を求めて、該求めた信号から流量を求める演算部と、前記励磁信号、前記クランプ回路部のクランプタイミング信号、及び前記第1の平均値及び前記第2の平均値の差を求める演算タイミング信号を制御する制御信号を生成する制御部と、前記差動増幅器の一方の入力端と接地点との間に第1の高抵抗を接続し、他方の入力端に前記第1の高抵抗と同じ値の第2の高抵抗を接続し、該第2の高抵抗を介して前記励磁信号の周期に同期した2倍周期の微小信号を印加する空検出信号生成回路とを備え、前記演算部は、前記クランプ回路部の出力信号の一方の半周期の信号の平均値と他方の半周期の信号平均値の差を空判定検出信号として求め、前記空判定検出信号が予め設定される閾値より大きくなった場合、前記測定管が空になったと判定する空判定演算と前記流量を求める演算とを同時に実行するようにしたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an electromagnetic flow meter according to the present invention generates a square wave excitation signal and is periodic from the outside of a measurement tube through which a fluid to be measured flows in an axial direction orthogonal to the tube axis of the measurement tube. A signal detected between electrodes provided in contact with the fluid to be measured on the tube wall of the measuring tube in the tube axis direction and an axial direction orthogonal to the magnetic field direction. And a differential amplifier for amplifying a signal detected between the electrodes to obtain a detection signal, and corresponding to the inversion of the magnetic field. A clamp circuit unit that clamps the detection signal to a preset reference potential at the timing of each central position of the excitation signal, and a first square wave signal in the positive direction after clamping from the output signal of the clamp circuit unit And the second flat of the negative square wave signal A calculation unit for obtaining a difference from the obtained value and obtaining a flow rate from the obtained signal; and a difference between the excitation signal, a clamp timing signal of the clamp circuit unit, and the first average value and the second average value. A control unit that generates a control signal for controlling a calculation timing signal to be obtained; and a first high resistance connected between one input terminal of the differential amplifier and a ground point, and the first input terminal connected to the other input terminal. An empty detection signal generating circuit that connects a second high resistance having the same value as the high resistance and applies a minute signal having a double period synchronized with the period of the excitation signal through the second high resistance; The calculation unit obtains a difference between an average value of one half cycle signal of the output signal of the clamp circuit unit and a signal average value of the other half cycle as an empty determination detection signal, and the empty determination detection signal is preset. The measurement tube is empty. Wherein the empty judging operation and that it has to execute a calculation for obtaining the flow rate at the same time judges that.
微分ノイズや、流体ノイズの除去性能を向上させるとともに、信号処理回路の飽和が起き難い、さらに、流量測定中に被測定流体の空判定が可能な電磁流量計を提供することができる。 It is possible to provide an electromagnetic flowmeter that improves the performance of removing differential noise and fluid noise, is less likely to cause saturation of the signal processing circuit, and can determine whether the fluid to be measured is empty during flow measurement.
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施例について、図1及び図2を参照して説明する。図1は、本発明の方形波励磁方式の電磁流量計の構成図を示す。被測定流体を流す内部が絶縁された測定管1と、測定管1の外部で、測定管1の管軸方向と直交する方向に磁界Hを印加するための2つの励磁コイル2a、2bと、この励磁コイル2a、2bに励磁電流を供給する励磁回路2と、測定管1の管軸方向及び磁界Hの方向に直交する軸方向で、測定管1の管壁の両端に被測定流体に接液して設けられる1対の電極3a、3bと、この電極間で検出された信号を増幅して検出信号とする差動増幅器4とから成る。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram of a square wave excitation type electromagnetic flow meter of the present invention. A
さらに、差動増幅器4の出力信号、即ち、検出信号V0を、詳細を後述する励磁信号Shに同期した所定のクランプタイミングで基準電位にクランプするクランプ回路部5と、クランプ回路5の出力から流量を求める演算部6と、励磁電流を生成する同期信号となる励磁信号Sh、この励磁信号に同期してクランプ回路部5でのクランプタイミングを制御するためのクランプタイミング信号S1g、及び、検出信号から流量を求める演算部6での演算タイミングを制御するための演算タイミング信号Sgを生成する制御部7とから構成される。
Further, the output signal of the
次に、検出信号に含まれる雑音を除外するための各部の詳細構成について説明する。クランプ回路部5は、検出信号を一方の反転入力に印加した増幅器5aと、増幅器5aの出力信号を増幅器5aの他方の非反転入力に逆極性で、所定の積分時定数で、詳細を後述する所定のクランプタイミング信号の期間のみ帰還する増幅器5bと、増幅器5bの出力信号の基準電位を設定する基準電圧発生回路5cとから成る。
Next, a detailed configuration of each unit for excluding noise included in the detection signal will be described. The
さらに、詳細には、増幅器5aの反転入力と差動増幅器4の出力とは、抵抗R2を介して接続され、さらに、この反転入力と出力とは抵抗R3が接続される。また、非反転入力は抵抗R4で接地されると共に、さらに、抵抗R5を介して、積分増幅5bの出力に接続される。
More specifically, the inverting input of the amplifier 5a and the output of the
また、増幅器5aの出力は、単極のスイッチS1の一端と接続され、増幅器5bは、単極のスイッチS1の他端のコモン側に一端を、他端を増幅器5bの反転入力に接続される抵抗R1と、この反転入力と出力とを接続するコンデンサC1とから成り、積分時定数CI×R1の積分回路を構成する。
The output of amplifier 5a is connected to one end of the switch S1 of single-pole,
また、増幅器5bの非反転入力には、基準電圧発生回路5cの出力が接続され、基準電位Vrefを積分回路に与える。
Further, the output of the reference voltage generating circuit 5c is connected to the non-inverting input of the
このように構成されたクランプ回路部5は、スイッチS1がオフの時は、増幅器5bの出力V2は保持され、増幅器5aは増幅率R3/R2の増幅器として動作する。
In the
また、スイッチS1がオンの時は、増幅器5aの出力V1は、次式で示される時定数Tcで、基準電位Vrefに指数的に近づき、スイッチS1がオフと成る直前の電位に保持される。 When the switch S1 is on, the output V1 of the amplifier 5a approaches the reference potential Vref exponentially with a time constant Tc expressed by the following equation, and is held at the potential just before the switch S1 is turned off.
Tc=R2/(R2+R3)・(R4+R5)/R4・(C1×R1)
ここで、R2=R4,R3=R5とすると、Tc=C1×R1
と成る。
Tc = R2 / (R2 + R3). (R4 + R5) / R4. (C1.times.R1)
Here, assuming that R2 = R4 and R3 = R5, Tc = C1 × R1
It becomes.
次に、演算部6の構成について説明する。演算部6は、クランプ回路部5の出力信号を所定の精度を確保する分解能を備えたADC(Analog Digital Converter)6aと、変換されたデジタル信号から、後述する演算式と演算タイミングで流量を求めるCPU6bとから成る。
Next, the structure of the calculating
次に、図2を参照して、制御部7で生成される各回路へのタイミング信号の設定と、このタイミング信号で制御されるクランプ機能を備えた本発明の電磁流量計の動作とについて説明する。 Next, with reference to FIG. 2, the setting of the timing signal to each circuit generated by the control unit 7 and the operation of the electromagnetic flowmeter of the present invention having the clamp function controlled by this timing signal will be described. To do.
図2において、Shは、制御部7で生成される励磁信号を示し、磁界Hは、この励磁信号Shに同期した励磁電流を励磁回路2から供給して生成された状態を示す。
In FIG. 2, Sh indicates an excitation signal generated by the control unit 7, and a magnetic field H indicates a state generated by supplying an excitation current synchronized with the excitation signal Sh from the
また、この励磁信号Shに同期し、励磁信号Shの2倍の周期で、且つ、励磁信号Shの中央部で所定のパルス幅Ts1を備えたクランプタイミング信号S1gと、検出信号V0をクランプ回路部5でクランプした後の出力信号V1と、このクランプされた出力信号V1から、所定の演算で流量を求めるための演算タイミング信号Sgとを示す。 In addition, in synchronization with the excitation signal Sh, a clamp timing signal S1g having a cycle twice the excitation signal Sh and a predetermined pulse width Ts1 at the center of the excitation signal Sh and the detection signal V0 are clamped. 5 shows an output signal V1 after clamping at 5, and a calculation timing signal Sg for obtaining a flow rate from the clamped output signal V1 by a predetermined calculation.
次に、励磁信号Shの励磁周期Tの設定は、例えば、5〜10Hz(1/T)程度の低周波に設定されるものとする。すると、クランプタイミング信号S1gは、この励磁信号の倍の10〜20Hzの周波数で設定される。 Next, the excitation cycle T of the excitation signal Sh is set to a low frequency of about 5 to 10 Hz (1 / T), for example. Then, the clamp timing signal S1g is set at a frequency of 10 to 20 Hz which is twice this excitation signal.
そして、このクランプタイミング信号S1gは、スイッチS1をオンとして、パルス幅Ts1の期間でクランプ回路部5の出力信号V1を基準電位Vrefにクランプできるパルス幅に設定する。
Then, the clamp timing signal S1g is set to a pulse width that can turn on the switch S1 and clamp the output signal V1 of the
即ち、増幅器5bで構成される積分回路の時定数Tc(=C1×R1)は、クランプパルス幅Ts1>時定数Tcとし、このクランプパルス幅Ts1は、励磁信号Snに同期し、正負の方形波の中央部位置で、且つ、励磁周期Tの1/4よりも充分小さいパルス幅に設定する。
That is, the time constant Tc (= C1 × R1) of the integrating circuit constituted by the
このように設定されたクランプ回路部5の出力信号V1は、クランプタイミング信号S1gのタイミングで、検出信号V0を強制的に基準電位Vrefにクランプされた信号となる。
The output signal V1 of the
次に、演算部6では、クランプ回路部5の出力信号V1を入力して、下記の演算式に基づいて、流量信号Eoを求め、雑音を除去する。
Next, the
先ず、スイッチS1をオフにしてから、次の励磁方向が反転するまでの信号の平均値と、反転した後次にスイッチS1をオンにするまでの信号の平均値を求める。 First, the average value of the signal from when the switch S1 is turned off until the next excitation direction is reversed, and the average value of the signal after the reversal until the switch S1 is turned on next are obtained.
例えば、図に示すように、クランプ回路部5の出力信号V1の各々の区間での信号の平均値をそれe1、e2、e3、e4、・・・e6・・・、とし、このときの流量信号をEo、Eoi+1・・・、とすると、
Eoi =(e2−e1)+(e3−e4)・・・(1)
Eoi+1=(e3−e4)+(e5−e6)・・・(2)
・・・
(省略)
ここで、e1〜e6は、夫々、演算タイミング信号Sgにおける演算データの有効期間を設定する演算パルス幅T1〜T6に対応する期間の平均値を示す。
For example, as shown in the figure, the average value of the signal in each section of the output signal V1 of the
Eoi = (e2-e1) + (e3-e4) (1)
Eoi + 1 = (e3-e4) + (e5-e6) (2)
...
(Omitted)
Here, e1 to e6 indicate average values of periods corresponding to calculation pulse widths T1 to T6 for setting valid periods of calculation data in the calculation timing signal Sg.
また、(e2−e1)を求める演算パルス幅T1、T2は、夫々、クランプパルス幅Ts1の期間、及び微分ノイズの制定時間Tdnを除く範囲のパルス幅信号で、(e3−e4)を求める演算パルス幅T3、T4は、夫々、クランプパルス幅Ts1の期間、及び微分ノイズの整定期間Tdnを除く範囲の信号で、励磁信号Shに同期した信号として、制御部7で生成される。 The calculation pulse widths T1 and T2 for obtaining (e2-e1) are pulse width signals in the range excluding the period of the clamp pulse width Ts1 and the establishment time Tdn of differential noise, and the calculation for obtaining (e3-e4). The pulse widths T3 and T4 are signals in a range excluding the period of the clamp pulse width Ts1 and the settling period Tdn of differential noise, and are generated by the control unit 7 as signals synchronized with the excitation signal Sh.
また、T1+T2=T3+T4となるようなタイミングに設定することで、差を求める平均化時間を等しく、且つ、出来るだけ長い時間となるようにしておく。 Further, by setting the timings such that T1 + T2 = T3 + T4, the averaging time for obtaining the difference is made equal and as long as possible.
このクランプ回路出力V1から平均値を求める演算は、ADC6aの入力範囲の中間値を基準電位に設定し、制御部7で生成される演算タイミング信号SgをADC6aに与え、測定を有効期間(例えば、T1〜T4)の期間のみの測定を有効とすることで容易に求めることが出来る。 In the calculation for obtaining the average value from the clamp circuit output V1, the intermediate value of the input range of the ADC 6a is set to the reference potential, the calculation timing signal Sg generated by the control unit 7 is given to the ADC 6a, and the measurement is performed for an effective period (for example, It can be easily obtained by enabling the measurement only during the period of T1 to T4).
このADC6aは、二重積分方式のものを採用することで、重畳するノイズの平均電圧が零になる雑音成分を除く効果を得ることが出来る。 The ADC 6a adopting a double integration method can obtain an effect of removing a noise component in which the average voltage of superimposed noise becomes zero.
このように設定された実施例1の電磁流量計においては、励磁周期Tの1/2倍の周期で、検出信号V0の出力を基準電位Vrefにクランプするため、振幅の大きい流体ノイズが重畳しても、クランプ回路部5の出力V1は飽和しにくくなる。
In the electromagnetic flow meter of the first embodiment set in this way, the output of the detection signal V0 is clamped to the reference potential Vref at a period that is 1/2 of the excitation period T, so that fluid noise with a large amplitude is superimposed. However, the output V1 of the
また、流体ノイズがこの励磁周期Tの間に変化しない、即ち、直流成分と見なされる励磁周期T以下の低周波ノイズは、微分ノイズが除かれたクランプ出力によって、基準電位からの方形波の正負の差を求めることで完全にキャンセルすることが出来る。 In addition, the fluid noise does not change during the excitation period T, that is, low frequency noise equal to or less than the excitation period T that is regarded as a direct current component is positive or negative of the square wave from the reference potential by the clamp output from which the differential noise is removed. It is possible to cancel completely by calculating the difference between the two.
次に、図3及び図4を参照して、本発明の実施例2を説明する。この実施例2の各部について、図1に示す実施例1の電磁流量計の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
Next,
この実施例2が実施例1と異なる点は、実施例1では、図2に示す演算タイミング信号Sgの演算パルスT1〜T4のパルス幅は、それぞれクランプパルス幅Ts1、微分ノイズの整定期間Tdnを除く、検出信号の全範囲を平均化期間としたが、実施例2では、この演算に使用する平均化期間を狭め、励磁信号Shの変化する近傍に制限するようにしたことにある。 The difference between the second embodiment and the first embodiment is that in the first embodiment, the pulse widths of the calculation pulses T1 to T4 of the calculation timing signal Sg shown in FIG. 2 are the clamp pulse width Ts1 and the differential noise settling period Tdn, respectively. Except for the entire range of the detection signal, the averaging period is defined as an averaging period. However, in the second embodiment, the averaging period used for this calculation is narrowed and limited to the vicinity where the excitation signal Sh changes.
以下、その理由を説明する。図3は、検出信号V0に含まれる雑音成分をモデル化したものである。検出信号V0は、励磁信号Shの周波数(1/T)に同期した流量信号eHに、平均化されると零になる白色性雑音eAN、励磁周波数の近傍の流体ノイズeLN、及び、励磁電流の切り替わり時に発生する微分ノイズeDNが重畳した信号となる。 The reason will be described below. FIG. 3 shows a model of the noise component included in the detection signal V0. The detection signal V0 is a flow rate signal e H synchronized with the frequency (1 / T) of the excitation signal Sh, a white noise e AN that becomes zero when averaged, a fluid noise e LN near the excitation frequency, and This is a signal on which the differential noise eDN generated when the excitation current is switched is superimposed.
例えば、励磁周波数を5Hz、発生した流体ノイズが1Hzの場合には、図に示すように、クランプ信号S1gの周期内では変わらない、直流分と見なせない状態となり、平均値の差を求めても重畳したノイズ成分をキャンセルすることが出来ない。 For example, when the excitation frequency is 5 Hz and the generated fluid noise is 1 Hz, as shown in the figure, it does not change within the period of the clamp signal S1g and cannot be regarded as a direct current component, and the difference between the average values is obtained. The superimposed noise component cannot be canceled.
そこで、正負の方形波を平均化演算する演算パルス(T1〜T6)のパルス幅を狭めると共に、演算パルスの発生位置を励磁信号の変化する近傍に近接させる。 Therefore, the pulse width of the calculation pulses (T1 to T6) for averaging the positive and negative square waves is narrowed, and the generation position of the calculation pulse is brought close to the vicinity where the excitation signal changes.
即ち、図4に示すように励磁信号の立ち上がり部分では、演算パルスT1とT2(演算パルスT5とT6)、励磁信号の立下り部分では、演算パルスT3とT4、夫々、微分ノイズeDNの整定期間を除いて、励磁方向の変化する近傍に近接した位置で平均化演算を行なうようにする。 That is, in the rising portion of the excitation signal as shown in FIG. 4, operation pulses T1 and T2 (the calculation pulse T5 T6), the trailing edge of the excitation signal, calculating a pulse T3 and T4, respectively, settling of differential noise e DN Except for the period, the averaging operation is performed at a position close to the vicinity where the excitation direction changes.
そうすると、図3に示すような励磁信号周波数に近接した流体ノイズが頂上した場合でも、夫々の演算パルスが近接した位置での差を求めるために、正負の方形波のタイミングで直流的な電位の影響が軽減され、方形波の波高値を正確に求めることが可能となり、流体ノイズの測定誤差は軽減される。 Then, even when fluid noise close to the excitation signal frequency as shown in FIG. 3 is obtained, in order to obtain the difference between the positions where the respective calculation pulses are close, the DC potential is changed at the timing of the positive and negative square waves. The influence is reduced, the peak value of the square wave can be obtained accurately, and the measurement error of fluid noise is reduced.
次に、図5を参照して、本発明の実施例3を説明する。この実施例3の各部について、図1に示す実施例1の電磁流量計の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
Next,
この実施例3が実施例1と異なる点は、実施例1では、クランプ回路部5の出力をクランプする基準電位Vrefは、ADC6aの入力範囲の中間値に固定するようにしたが、実施例3では、基準電位Vrefを図5に示すように、励磁信号Shから1/4周期遅延させ、ADC6aの正負の入力範囲が拡大できる方向に印加する。
The difference between the third embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, the reference potential Vref for clamping the output of the
図5を参照して、その動作を説明する。スイッチS1がオフの間に基準電位Vrefを変更する。基準電位の印加極性は、検出信号が増大する方向と逆の方向の負正の電位Va、Vbとすることで、クランプ回路の出力信号V1がADC6aの入力範囲を拡大できる方向に印加する。 The operation will be described with reference to FIG. The reference potential Vref is changed while the switch S1 is off. The polarity of the reference potential applied is negative and positive potentials Va and Vb in the direction opposite to the direction in which the detection signal increases, so that the output signal V1 of the clamp circuit is applied in a direction that can expand the input range of the ADC 6a.
この基準電位Vrefの負正の電位Va、Vbの切り替えタイミングは、制御部7で生成される励磁信号Shを基にして、基準電圧発生回路5cで生成される。 The switching timing of the negative and positive potentials Va and Vb of the reference potential Vref is generated by the reference voltage generation circuit 5 c based on the excitation signal Sh generated by the control unit 7.
このようにすることで、演算部6への入力信号の振れ幅の最大値を、図2に示す実施例1に対して、2倍にすることができる。
By doing in this way, the maximum value of the amplitude of the input signal to the
また、この切り替えタイミングは、励磁信号Shの位相から1/4周期遅延した位相だけで無く、演算部6への信号が飽和する恐れが無い場合には、n/2(nは、整数)周期のnを大きな値に設定することで、クランプ周期を遅くして、さらに電力消費を抑えることが出来る。
Further, this switching timing is not only a phase delayed by ¼ period from the phase of the excitation signal Sh, but if there is no possibility that the signal to the
また、被測定流体の流れ方向が逆となる場合は、図5に示す基準電位Vrefの負正の電位Va、Vbの位相を変えて印加する。 When the flow direction of the fluid to be measured is reversed, the negative and positive potentials Va and Vb of the reference potential Vref shown in FIG.
次に、図6及び図7を参照して、本発明の実施例4を説明する。この実施例4の各部について、図1に示す実施例1の電磁流量計の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
Next,
実施例1においては、検出信号に含まれる雑音成分を除去するための構成について説明したが、本実施例4が実施例1と異なる点は、さらに、空検出信号生成回路8を備え、被測定流体が測定管1内に満たされず、電極間が高インピーダンス状態となる測定の異常状態が発生した場合でも、流量演算と並行して、この異常を検知する空判定演算を行なうようにしたことにある。
In the first embodiment, the configuration for removing the noise component included in the detection signal has been described. However, the fourth embodiment is different from the first embodiment in that it further includes an empty detection signal generation circuit 8 and includes a device under test. Even when a measurement abnormal state in which the fluid is not filled in the
詳細には、差動増幅器4の一方の入力端と接地点との間に高抵抗R6を接続し、他方の入力端にこの高抵抗R6と同じ値の高抵抗R7を接続し、高抵抗R7を介して励磁信号Shの周期の2倍周期の微小信号V3を空検出信号生成回路8から印加する。
Specifically, a high resistance R6 is connected between one input terminal of the
そして、演算部6では、クランプ回路部5の出力信号V1の前半半周期の信号の平均値と後半半周期の信号平均値の差を下記演算式により空判定検出信号として求める。
Then, the
Ee=e2−e1−(e6−e5)
そして、この値が予め設定される閾値異常となった場合に空状態と判定する。
Ee = e2-e1- (e6-e5)
And when this value becomes a preset threshold value abnormality, it determines with an empty state.
即ち、この演算式によれば、図7に示すように、(流量)検出信号は同位相で検出されるので相殺されるが、この微小信号V3は、逆位相の差で空判定検出信号として検出できる。 That is, according to this arithmetic expression, as shown in FIG. 7, since the (flow rate) detection signal is detected in the same phase, it is canceled out. It can be detected.
また、流量演算は、実施例1に示した演算式で求めるので、重畳した微小信号V3は、測定に影響を与えない。 Further, since the flow rate calculation is obtained by the calculation formula shown in the first embodiment, the superimposed minute signal V3 does not affect the measurement.
そして、この値が予め設定される閾値より大きくなった場合には、測定管1内の被測定流体が空状態になったと判定する。
And when this value becomes larger than the preset threshold value, it determines with the to-be-measured fluid in the measurement pipe |
例えば、被測定流体が流れている時は、電極間インピーダンスは10kΩ程度であるが、空状態となった場合には、電極間が開放状態の高インピーダンス、例えば、1MΩ程度になる。 For example, when the fluid to be measured is flowing, the impedance between the electrodes is about 10 kΩ, but when it is empty, the impedance between the electrodes is high, for example, about 1 MΩ.
そこで、R6、R7=10MΩ、V3として波高値1mVの信号を印加すると、被測定流体が流れている時は、差動増幅器4の入力には1μV程度信号が発生するが、空状態になると100倍の100μVが発生する。この空判定検出信号の変化から空状態を判定する。
Therefore, when a signal having a peak value of 1 mV is applied as R6, R7 = 10 MΩ, and V3, a signal of about 1 μV is generated at the input of the
即ち、本構成によれば、空検出用の微小信号V3を検出信号に重畳させ、演算部6で、流量を求める演算に影響を与えることなく、空検出状態を求める演算を並行して、連続して、実行することが出来る。
That is, according to this configuration, the sky detection minute signal V3 is superimposed on the detection signal, and the
本発明は、上述した実施例に何ら限定されるものではなく、正負の励磁波形の中間において、検出信号を基準電位にクランプし、そのクランプされた信号の平均値の差求めるものであれば良く、励磁周波数と低周波ノイズ周波数成分によって適宜演算タイミングを調整することが可能で、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and any method may be used as long as the detection signal is clamped at the reference potential in the middle of the positive and negative excitation waveforms and the difference between the average values of the clamped signals is obtained. The calculation timing can be appropriately adjusted according to the excitation frequency and the low frequency noise frequency component, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
1 測定管
2 励磁回路
2a、2b 励磁コイル
3a、3b 電極
4 差動増幅器
5 クランプ回路部
5a、5b 増幅器
5c 基準電圧発生回路
6 演算部
6a ADC
6b CPU
7 制御部
8 空検出信号生成回路
DESCRIPTION OF
6b CPU
7 Control unit 8 Empty detection signal generation circuit
Claims (6)
前記電極間で検出された信号を増幅して検出信号とする差動増幅器と、
前記磁界の反転に対応する前記励磁信号の夫々の中央位置のタイミングで、前記検出信号を予め設定された基準電位にクランプするクランプ回路部と、
前記クランプ回路部の出力信号から、クランプ後の正方向の方形波信号の第1の平均値と、負方向の方形波信号の第2の平均値との差を求めて、該求めた信号から流量を求める演算部と、
前記励磁信号、前記クランプ回路部のクランプタイミング信号、及び前記第1の平均値及び前記第2の平均値の差を求める演算タイミング信号を生成する制御部と
を備えたことを特徴とする電磁流量計。 A square wave excitation signal is generated, and a magnetic field whose direction is periodically reversed is applied from the outside of the measurement tube through which the fluid to be measured flows to the axis direction orthogonal to the tube axis of the measurement tube. An electromagnetic flow rate that amplifies a signal detected between electrodes provided in contact with the fluid to be measured at the tube wall of the measuring tube in an axial direction perpendicular to the magnetic field direction, and measures the flow rate of the fluid to be measured A total of
A differential amplifier that amplifies a signal detected between the electrodes to form a detection signal;
A clamp circuit unit that clamps the detection signal to a preset reference potential at the timing of each central position of the excitation signal corresponding to the reversal of the magnetic field;
The difference between the first average value of the square wave signal in the positive direction after clamping and the second average value of the square wave signal in the negative direction is obtained from the output signal of the clamp circuit unit, and the obtained signal is A calculation unit for obtaining a flow rate;
An electromagnetic flow rate comprising: the excitation signal; a clamp timing signal of the clamp circuit unit; and a control unit that generates a calculation timing signal for obtaining a difference between the first average value and the second average value. Total.
前記増幅器の出力信号を前記増幅器の他方の非反転入力に逆極性で、所定の積分時定数で、前記クランプタイミング信号の期間のみ帰還する積分回路と
前記積分回路の出力信号の基準電位を設定する基準電圧発生回路と、
を備え、
前記積分回路の時定数は、前記クランプタイミング信号の期間よりも小さい値とし、前記クランプタイミング信号の期間内で前記検出信号を前記基準電位にクランプするようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電磁流量計。 The clamp circuit unit includes an amplifier that applies the detection signal to one inverting input;
An integration circuit that feeds back the output signal of the amplifier to the other non-inverting input of the amplifier with a reverse polarity, a predetermined integration time constant, and a period of the clamp timing signal, and a reference potential of the output signal of the integration circuit are set. A reference voltage generation circuit;
With
2. The time constant of the integration circuit is set to a value smaller than the period of the clamp timing signal, and the detection signal is clamped to the reference potential within the period of the clamp timing signal. The described electromagnetic flow meter.
且つ、第1の平均値及び前記第2の平均値を求める期には、夫々、前記クランプタイミング信号の期間と、前記磁界の反転する前記検出信号の方向が変化する所定の期間の除くようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電磁流量計。 The period for obtaining the first average value and the period for obtaining the second average value are periods equal to or less than ¼ of the period of the excitation signal,
In addition, in the period of obtaining the first average value and the second average value, the period of the clamp timing signal and the predetermined period in which the direction of the detection signal where the magnetic field is inverted change are excluded. The electromagnetic flow meter according to claim 1, wherein
前記電極間で検出された信号を増幅して検出信号とする差動増幅器と、
前記磁界の反転に対応する前記励磁信号の夫々の中央位置のタイミングで、前記検出信号を予め設定される基準電位にクランプするクランプ回路部と、
前記クランプ回路部の出力信号から、クランプ後の正方向の方形波信号の第1の平均値と、負方向の方形波信号の第2の平均値との差を求めて、該求めた信号から流量を求める演算部と、
前記励磁信号、前記クランプ回路部のクランプタイミング信号、及び前記第1の平均値及び前記第2の平均値の差を求める演算タイミング信号を制御する制御信号を生成する制御部と、
前記差動増幅器の一方の入力端と接地点との間に第1の高抵抗を接続し、他方の入力端に前記第1の高抵抗と同じ値の第2の高抵抗を接続し、該第2の高抵抗を介して前記励磁信号の周期に同期した2倍周期の微小信号を印加する空検出信号生成回路とを
備え、
前記演算部は、前記クランプ回路部の出力信号の一方の半周期の信号の平均値と他方の半周期の信号平均値の差を空判定検出信号として求め、
前記空判定検出信号が予め設定される閾値より大きくなった場合、前記測定管が空になったと判定する空判定演算と前記流量を求める演算とを同時に実行するようにしたことを特徴とする電磁流量計。 A square wave excitation signal is generated, and a magnetic field whose direction is periodically reversed is applied from the outside of the measurement tube through which the fluid to be measured flows to the axis direction orthogonal to the tube axis of the measurement tube. An electromagnetic flow rate that amplifies a signal detected between electrodes provided in contact with the fluid to be measured at the tube wall of the measuring tube in an axial direction perpendicular to the magnetic field direction, and measures the flow rate of the fluid to be measured A total of
A differential amplifier that amplifies a signal detected between the electrodes to form a detection signal;
A clamp circuit section that clamps the detection signal to a preset reference potential at the timing of each central position of the excitation signal corresponding to the reversal of the magnetic field;
The difference between the first average value of the square wave signal in the positive direction after clamping and the second average value of the square wave signal in the negative direction is obtained from the output signal of the clamp circuit unit, and the obtained signal is A calculation unit for obtaining a flow rate;
A control unit for generating a control signal for controlling the excitation signal, a clamp timing signal of the clamp circuit unit, and a calculation timing signal for obtaining a difference between the first average value and the second average value;
A first high resistance is connected between one input terminal of the differential amplifier and a ground point, and a second high resistance having the same value as the first high resistance is connected to the other input terminal, An empty detection signal generation circuit that applies a minute signal having a double period synchronized with the period of the excitation signal via a second high resistance;
The calculation unit obtains, as an empty determination detection signal, a difference between an average value of one half cycle signal of the output signal of the clamp circuit unit and a signal average value of the other half cycle,
When the empty determination detection signal is greater than a preset threshold value, an empty determination calculation for determining that the measurement tube is empty and an operation for obtaining the flow rate are performed simultaneously. Flowmeter.
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