(57)【要約】【課題】使用中の流量計の精度を確認することができる電磁流量計提供する。【解決手段】測定管（１１）と励磁コイル（１４）と一対の検出電極（１２ａ、１２ｂ）とを有する検出器（１）と、励磁回路（３）と、前記測定管の内部を流れる流体の流量を算出する流量算出回路（４）とを有する電磁流量計であって、測定管（１１）内に配置された一対の検出電極（１２ａ、１２ｂ）に生じる起電力から磁束微分ノイズのレベルを計測するように構成された微分ノイズ計測回路（５）と、前記微分ノイズ計測回路によって計測された前記磁束微分ノイズのレベルに基づいて前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を算出するように構成された指標算出回路（６）とを有する。【選択図】  図１
2019052909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定管と、前記測定管の長手方向に対して直交する磁界を発生させる励磁コイルと、流体の流れ方向および磁界の方向と直交する方向に互いに対向してその測定管内に配置された一対の検出電極とを有する検出器と、前記励磁コイルに、励磁電流の方向を変えてかつ正励磁期間と負励磁期間との間に無励磁期間を設けて周期的に供給する励磁回路と、前記励磁コイルに励磁電流を流したときに前記一対の検出電極の間に生じる起電力に基づいて前記測定管の内部を流れる流体の流量を算出する流量算出回路とを有する電磁流量計の誤差検出回路であって、
前記一対の検出電極に生じる起電力から磁束微分ノイズのレベルを計測するように構成された微分ノイズ計測回路と、
前記微分ノイズ計測回路によって計測された前記磁束微分ノイズのレベルに基づいて前記電磁流量計の前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を算出するように構成された指標算出回路と
を有する、電磁流量計の誤差検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載された、電磁流量計の誤差検出回路において、
前記微分ノイズ計測回路は、
前記一対の検出電極の電圧を加算する加算回路と、
前記加算回路の出力のうち、前記無励磁期間の冒頭の所定の期間の出力をサンプリングするサンプリング回路と、
前記サンプリング回路の出力をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器と
を備え、
前記指標算出回路は、
前記電磁流量計の校正時の磁束微分ノイズのレベルを記憶したメモリと、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力と前記メモリに記憶された前記校正時の磁束微分ノイズのレベルとに基づいて前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を算出する演算処理回路と
を備えることを特徴とする、電磁流量計の誤差検出回路。
【請求項３】
請求項２に記載された、電磁流量計の誤差検出回路において、
前記サンプリング回路は、正励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズと、負励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズとをサンプリングすることを特徴とする、電磁流量計の誤差検出回路。
【請求項４】
請求項２に記載された、電磁流量計の誤差検出回路において、
前記サンプリング回路は、正励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズと前記磁束微分ノイズが収束したと認められる値との差、および負励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズと前記磁束微分ノイズが収束したと認められる値との差をサンプリングすることを特徴とする、電磁流量計の誤差検出回路。
【請求項５】
請求項２または４に記載された、電磁流量計の誤差検出回路において、
前記サンプリング回路に、正励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズと、負励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズとをサンプリングさせるサンプリング制御回路をさらに備えることを特徴とする、電磁流量計の誤差検出回路。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれかに記載された、電磁流量計の誤差検出回路において、
前記演算処理回路は、前記指標として、前記メモリに記憶された前記校正時の磁束微分ノイズのレベルに対する前記Ａ／Ｄ変換器の出力の割合を算出することを特徴とする、電磁流量計の誤差検出回路。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載された、電磁流量計の誤差検出回路において、
前記指標算出回路によって算出された前記指標を出力する出力回路をさらに備えることを特徴とする、電磁流量計の誤差検出回路。
【請求項８】
測定管と、前記測定管の長手方向に対して直交する磁界を発生させる励磁コイルと、流体の流れ方向および磁界の方向と直交する方向に互いに対向してその測定管内に配置された一対の検出電極とを有する検出器と、
前記励磁コイルに、励磁電流の方向を変えてかつ正励磁期間と負励磁期間との間に無励磁期間を設けて周期的に供給する励磁回路と、
前記励磁コイルに励磁電流を流したときに前記一対の検出電極の間に生じる起電力に基づいて前記測定管の内部を流れる流体の流量を算出する流量算出回路と、
前記一対の検出電極に生じる起電力から計測される磁束微分ノイズのレベルに基づいて前記電磁流量計の前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を算出するように構成された誤差検出回路とを備え、
前記誤差検出回路は、請求項１ないし７のいずれかに記載された、電磁流量計の誤差検出回路であることを特徴とする電磁流量計。
【請求項９】
請求項８に記載された電磁流量計において、
前記指標算出回路によって算出された、前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標に基づいて、前記流量を補正する補正回路
をさらに備えることを特徴とする電磁流量計。
【請求項１０】
請求項８または９に記載された電磁流量計において、
前記指標算出回路によって算出された、前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を表示する表示部
をさらに備えることを特徴とする電磁流量計。
【請求項１１】
測定管と、前記測定管の長手方向に対して直交する磁界を発生させる励磁コイルと、流体の流れ方向および磁界の方向と直交する方向に互いに対向してその測定管内に配置された一対の検出電極とを有する検出器と、前記励磁コイルに、励磁電流の方向を変えてかつ正励磁期間と負励磁期間との間に無励磁期間を設けて周期的に供給する励磁回路と、前記励磁コイルに励磁電流を流したときに前記一対の検出電極の間に生じる起電力に基づいて前記測定管の内部を流れる流体の流量を算出する流量算出回路とを有する電磁流量計の誤差検出方法であって、
前記一対の検出電極に生じる起電力に含まれる磁束微分ノイズのレベルを計測する微分ノイズ計測ステップと、
前記微分ノイズ計測ステップによって計測された前記磁束微分ノイズのレベルに基づいて前記電磁流量計の前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を算出する指標算出ステップと
を有する、電磁流量計の誤差検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁流量計の誤差検出回路および誤差検出方法ならびに電磁流量計に関し、特に、正励磁期間と負励磁期間との間に無励磁期間を有する矩形波励磁方式の電磁流量計の誤差検出回路および誤差検出方法ならびに電磁流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁流量計は、測定管と、その測定管内の流体の流れ方向に対して直交する磁界を発生させる励磁コイルと、流体の流れ方向および磁界の方向と直交する方向に互いに対向してその測定管内に配置された一対の検出電極とを有する検出器を備え、励磁コイルに励磁電流を供給するとともに、その励磁コイルによって発生した磁界内を流体が流れるときに検出電極間に生じる起電力に基づいて、その測定管内を流れる流体の流量を測定する流量計である。
【０００３】
電磁流量計の励磁方式のひとつとして、励磁コイルに流れる励磁電流の向きを切り替える矩形波励磁方式が用いられている。近年では、正励磁期間と負励磁期間との間に無励磁期間を有する、いわゆる「３値励磁方式」を採用することによって、消費電力の削減を図ったり（特許文献１、特許文献２）、測定管内が空になる等の異常を判定したりする技術が開発されている（特許文献３、特許文献４）。また、被測定流体の流量を０にすることなく出力の０点の誤差を補正する技術も開発されている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２６８４８号公報
【特許文献２】特開２００１−２８１０２９号公報
【特許文献３】特開平３−１４４３１４号公報
【特許文献４】特許第５４４４０８６号公報
【特許文献５】特開２００５−３５１８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、電磁流量計は、検出器のばらつきを補正するために、流体として水道水を用いて校正した後に出荷されている。
【０００６】
化学プラントへの応用など、電磁流量計の適用範囲が広がるにつれて、流量測定の対象となる流体は多岐にわたる。測定対象となる流体が水に近い導電率や性状を有する場合には、出荷前の校正時と同様の精度で流量を測定することができる。しかし、流体が数十万μＳ／ｃｍの高い導電率を有する場合や、薬剤に金属が溶けているような場合、流体が界面活性剤など高い誘電率を有する場合には、一対の検出電極間に生じる起電力を取り出すことができず、流量を精度よく測定することができない。また、電極に絶縁物が付着した場合や、測定管内のライニング内面とアースリングとの間に導電性の物質が付着した場合も、一対の検出電極間の起電力を取り出すことができず、流量を精度よく測定することができなくなる。したがって、校正時に使用した流体、例えば、水とは異なる流体の流量を測定する場合には、使用中の流量計の精度が得られているのかわからないことがあった。
【０００７】
本発明は、使用中の電磁流量計の精度を確認することができる電磁流量計の誤差検出回路および誤差検出方法ならびに電磁流量計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電磁流量計の誤差検出回路は、測定管（１１）と、前記測定管の長手方向に対して直交する磁界を発生させる励磁コイル（１４）と、前記測定管の長手方向および磁界の方向と直交する方向に互いに対向してその測定管内に配置された一対の検出電極（１２ａ、１２ｂ）とを有する検出器（１）と、前記励磁コイルに、励磁電流の方向を変えてかつ正励磁期間と負励磁期間との間に無励磁期間を設けて周期的に供給する励磁回路（３）と、前記励磁コイルに励磁電流を流したときに前記一対の検出電極の間に生じる起電力に基づいて前記測定管の内部を流れる流体の流量を算出する流量算出回路（４）とを有する電磁流量計の誤差検出回路（５、６）であって、前記一対の検出電極に生じる起電力から磁束微分ノイズのレベルを計測するように構成された微分ノイズ計測回路（５）と、前記微分ノイズ計測回路によって計測された前記磁束微分ノイズのレベルに基づいて前記電磁流量計の前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を算出するように構成された指標算出回路（６）とを有する。
【０００９】
本発明に係る電磁流量計の誤差検出回路において、前記微分ノイズ計測回路（５）は、前記一対の検出電極の電圧を加算する加算回路（５１）と、前記加算回路の出力のうち、前記無励磁期間の冒頭の所定の期間の出力をサンプリングするサンプリング回路（５４）と、前記サンプリング回路の出力をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器（５５）とを備え、前記指標算出回路（６）は、前記電磁流量計の校正時の磁束微分ノイズのレベルを記憶したメモリ（６１）と、前記Ａ／Ｄ変換器の出力と前記メモリに記憶された前記校正時の磁束微分ノイズのレベルとに基づいて前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を算出する演算処理回路（６２）とを備えるようにしてもよい。
【００１０】
本発明に係る電磁流量計の誤差検出回路において、前記サンプリング回路（５４）は、正励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズと、負励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズとをサンプリングするようにしてもよい。
また、前記サンプリング回路（５４ａ）は、正励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズと前記磁束微分ノイズが収束したと認められる値との差、および負励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズと前記磁束微分ノイズが収束したと認められる値との差をサンプリングするようにしてもよい。
【００１１】
本発明に係る電磁流量計の誤差検出回路において、前記サンプリング回路に、正励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズと、負励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズとをサンプリングさせるサンプリング制御回路（２３）をさらに備えるようにしてもよい。
【００１２】
本発明に係る電磁流量計の誤差検出回路において、前記演算処理回路（６２）は、前記指標として、前記メモリ（６１）に記憶された前記校正時の磁束微分ノイズのレベルに対する前記Ａ／Ｄ変換器（５５）の出力の割合を算出するようにしてもよい。
【００１３】
本発明に係る電磁流量計の誤差検出回路において、前記指標算出回路（６）によって算出された前記指標を出力する出力回路（６３）をさらに備えるようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明に係る電磁流量計は、測定管（１１）と、前記測定管の長手方向に対して直交する磁界を発生させる励磁コイル（１４）と、前記測定管の長手方向および磁界の方向と直交する方向に互いに対向してその測定管内に配置された一対の検出電極（１２ａ、１２ｂ）とを有する検出器（１）と、前記励磁コイルに、励磁電流の方向を変えてかつ正励磁期間と負励磁期間との間に無励磁期間を設けて周期的に供給する励磁回路（３）と、前記励磁コイルに励磁電流を流したときに前記一対の検出電極の間に生じる起電力に基づいて前記測定管の内部を流れる流体の流量を算出する流量算出回路（４）と、前記一対の検出電極に生じる起電力から計測される磁束微分ノイズのレベルに基づいて前記電磁流量計の前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を算出するように構成された誤差検出回路（５、６）とを備え、前記誤差検出回路は、上記の電磁流量計の誤差検出回路のいずれかであることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る電磁流量計において、前記指標算出回路によって算出された、前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標に基づいて、前記流量を補正する補正回路（９）をさらに備えてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る電磁流量計において、前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を表示する表示部（８）をさらに備えてもよい。
【００１７】
本発明に係る電磁流量計の誤差検出方法は、測定管（１１）と、前記測定管の長手方向に対して直交する磁界を発生させる励磁コイル（１４）と、前記測定管の長手方向および磁界の方向と直交する方向に互いに対向してその測定管内に配置された一対の検出電極（１２ａ、１２ｂ）とを有する検出器（１）と、前記励磁コイルに、励磁電流の方向を変えてかつ正励磁期間と負励磁期間との間に無励磁期間を設けて周期的に供給する励磁回路（３）と、前記励磁コイルに励磁電流を流したときに前記一対の検出電極の間に生じる起電力に基づいて前記測定管の内部を流れる流体の流量を算出する流量算出回路（４）とを有する電磁流量計の誤差検出方法であって、前記一対の検出電極に生じる起電力に含まれる磁束微分ノイズのレベルを計測する微分ノイズ計測ステップと、前記微分ノイズ計測ステップによって計測された前記磁束微分ノイズのレベルに基づいて前記電磁流量計の前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を算出する指標算出ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、一対の検出電極に生じる起電力に含まれる磁束微分ノイズのレベルに基づいて電磁流量計の流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を算出するように構成したので、使用中の流量計の精度を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電磁流量計の構成を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態に係る電磁流量計の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】図３は、流体の導電率に対する磁束微分ノイズおよび流量信号の変化を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る電磁流量計の構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施の形態に係る電磁流量計の構成を示す図である。
【図６】図６は、第３の実施の形態に係る電磁流量計の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る電磁流量計は、磁束微分ノイズのレベルに基づいて電磁流量計が計測する流量の誤差を表す指標を算出する誤差検出回路を含んでいる。
【００２１】
［電磁流量計の構成］
本発明の第１の実施の形態に係る電磁流量計１００は、図１に示すように、検出器１と、同期回路２と、励磁回路３と、流量算出回路４と、微分ノイズ計測回路５と、指標算出回路６、表示装置８とを有する。
【００２２】
検出器１は、測定管１１と、測定管１１の長手方向に対して直交する磁界を発生させる励磁コイル１４と、測定管１１の長手方向および磁界の方向と直交する方向に互いに対向して測定管１１内に配置された一対の検出電極１２ａ、１２ｂとを備えている。
【００２３】
ここで、測定管１１は、絶縁体からなる管状の部材である。測定管１１は、プラントの配管等に接続されて、その内部をその長手方向に沿って流体が流れる。測定管１１には、アースリング１３が設けられている。アースリング１３は、一対の検出電極１２ａ、１２ｂのそれぞれの電圧を測定するときの基準電圧、例えば、接地（ＧＮＤ）レベルに接続されている。
【００２４】
同期回路２は、所定の周波数のクロック（ＣＬＫ）信号を発生するＣＬＫ信号発生回路２１と、ＣＬＫ信号を分周して同期信号を発生する同期信号発生回路２２と、同期信号に基づいて、後述するサンプルホールド（ＳＨ）回路４２とサンプリング回路５４の動作をそれぞれ制御するサンプリング制御回路２３とを備えている。
【００２５】
励磁回路３は、電源７から電力の供給を受けるとともに、同期信号発生回路２２から出力される同期信号に基づいて、検出器１の励磁コイル１４に、励磁電流を供給する回路である。励磁回路３は、検出器１の励磁コイル１４に印加する電圧を変化させ、励磁コイル１４に供給する電流の値を調整する電圧調整回路３１および励磁コイル１４を流れる励磁電流の向きを切り替える励磁電流方向切替回路３２を備えている。励磁回路３は、後述するように、励磁電流の方向を変えてかつ正励磁期間と負励磁期間との間に励磁電流を供給しない無励磁期間を有する、いわゆる「３値励磁方式」により、周期的に変化する励磁電流を検出器１の励磁コイル１４に供給する。
【００２６】
なお、励磁回路３に電力を供給する電源７は、商用電源から直流電圧を生成する電源回路であってもよいし、電池であってもよい。
【００２７】
流量算出回路４は、励磁コイル１４に励磁電流を流したときに検出器１の一対の検出電極１２ａ、１２ｂの間に生じる起電力に基づいて、測定管１１の内部を流れる流体の流量を算出する回路である。本実施の形態において、流量算出回路４は、検出電極１２ａ、１２ｂの間に生じる電位差を増幅する増幅回路４１と、サンプリング制御回路２３からの第１の制御信号（サンプルホールド制御信号）Ｓ１のもとで、増幅回路４１によって増幅された信号をサンプリングしその値を一定期間ホールドするサンプルホールド回路４２と、サンプルホールドされた信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４３と、デジタル信号に変換された信号に基づいて流量を算出する演算処理回路４４とから構成されている。
【００２８】
ここで、演算処理回路４４においては、励磁コイル１４によって励磁され測定管１１内を流れる流体を貫く磁束の密度と、そのときに一対の検出電極１２ａ、１２ｂ間の起電力に対応したサンプルホールドされた信号のレベルと、測定管１１の内径と、流体の導電率とから、測定管１１内を流れる流体の平均流速を求め、この平均流速に測定管１１内の流路の断面積を乗じることによって流量を算出し、これを流量信号として出力する。
このような演算処理回路４４は、例えば、マイクロプロセッサとこのマイクロプロセッサの動作を制御するプログラムによって構成することができる。
【００２９】
演算処理回路４４によって算出された流量は、出力回路４５を介して所定の機器、例えば、表示装置８に出力され、また、ネットワークを介して図示しないコントローラや中央監視装置などに出力されて、表示その他の処理に用いられる。
なお、表示装置８は、電磁流量計１００に設けられた液晶表示装置等の表示装置であるが、その他にも、現場で作業員らが電磁流量計１００に接続して使用する携帯端末装置のモニタであってもよい。
【００３０】
微分ノイズ計測回路５と指標算出回路６とは、磁束微分ノイズのレベルに基づいて電磁流量計が計測する流量の誤差を表す指標を算出する誤差検出回路を構成している。
このうち微分ノイズ計測回路５は、一対の検出電極１２ａ、１２ｂに生じる起電力に含まれる磁束微分ノイズのレベルを計測する回路である。ここで、「磁束微分ノイズ」は、導電性の被測定流体と検出電極１２ａ、１２ｂとこれら検出電極と増幅回路４１または加算回路５１とを接続する信号線（図示せず）とが実質的に形成する閉回路と、励磁コイル１４による磁束とが鎖交し、この磁束が変化することによって上記閉回路に生じる、流体の流れによる信号起電力とは関係のない電圧である。
【００３１】
本実施の形態において、微分ノイズ計測回路５は、一対の検出電極１２ａ、１２ｂの電圧を加算する加算回路５１と、加算回路５１から出力される信号から磁束微分ノイズ以外のノイズを除去するフィルタ５２と、フィルタ５２の出力を増幅する増幅回路５３と、サンプリング制御回路２３からの第２の制御信号（サンプリング制御信号）Ｓ２のもとで、増幅回路５３から出力される信号をサンプリングして直流に変換するサンプリング回路５４と、サンプリング回路５４の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５５を備えている。
【００３２】
加算回路５１には、接地されたアースリング１３と検出電極１２ａ、１２ｂそれぞれとの間の電圧が入力されて加算される。２つの電圧信号を加算するため、加算回路５１の出力ではノイズも加算される。したがって、加算回路５１の出力信号は、フィルタ５２によってノイズを除去して増幅回路５３によって増幅された後、サンプリング回路５４に入力される。
【００３３】
サンプリング回路５４では、後述するように、サンプリング制御回路２３からの第２の制御信号（サンプリング制御信号）Ｓ２のもとで、励磁電流がＯＦＦとなり、無励磁期間となった直後の所定の期間、増幅回路５３の出力をサンプリングする。このように無励磁期間となった直後の所定の期間、サンプリングすることは、本発明における「無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズをサンプリングする」ことに該当する。このようにして抽出された磁束微分ノイズは、Ａ／Ｄ変換器５５によってデジタル信号に変換され、後段の指標算出回路６に入力される。
【００３４】
指標算出回路６は、上述した微分ノイズ計測回路５によって計測された磁束微分ノイズのレベルに基づいて電磁流量計１００の流量算出回路４が算出する流量の誤差を表す指標を算出するように構成されている。本実施の形態において、指標算出回路６は、メモリ６１と演算処理回路６２とから構成されている。
【００３５】
メモリ６１は、この電磁流量計１００の校正時に計測された磁束微分ノイズのレベルがあらかじめ記憶されている。演算処理回路６２は、微分ノイズ計測回路５のＡ／Ｄ変換器５５の出力とメモリ６１に記憶された校正時の磁束微分ノイズのレベルとに基づいて、流量算出回路４が算出する流量の誤差を表す指標を算出する。この演算処理回路６２は、例えば、流量計測中にＡ／Ｄ変換器５５から出力される磁束微分ノイズのレベルと校正時の磁束微分ノイズのレベルとの比を演算し、その結果を流量算出回路４が算出する流量の誤差を表す指標として出力することが考えられる。また、演算処理回路６２は、Ａ／Ｄ変換器５５から出力される磁束微分ノイズのレベルとして、Ａ／Ｄ変換器５５の出力を積算して時間平均を算出したり、Ａ／Ｄ変換器５５の出力の絶対値を積算して時間平均を算出したりすることが考えられる。
【００３６】
このような演算処理回路６２も、上述した演算処理回路４４と同様に、例えば、マイクロプロセッサとこのマイクロプロセッサの動作を制御するプログラムによって構成することができる。
【００３７】
本実施の形態に係る電磁流量計１００は、指標算出回路６の後段に、指標算出回路６によって算出された指標を出力する出力回路６３をさらに備えている。指標算出回路６によって算出された指標は、出力回路６３を介して表示装置８に出力されて、その値が表示装置８に表示される。また、出力回路６３をネットワークＩ／Ｆ回路とすれば、ネットワークを介して、所定の機器、例えば、図示しないコントローラや中央監視装置などに指標を出力し、その指標を表示その他の処理に用いることができる。
【００３８】
［電磁流量計の動作］
次に、本実施の形態に係る電磁流量計１００の動作について説明する。
測定管１１内を流れる流体の流量を測定するには、まず、励磁回路３から励磁コイル１４に励磁電流を供給する。励磁回路３は、同期信号発生回路２２からの同期信号に基づき、励磁電流を供給しない無励磁期間を挟んで励磁電流が流れる方向を周期的に切り替えて、励磁電流を励磁コイル１４に供給する。すなわち、励磁回路３は、図２（ａ）に示すように、一の方向に励磁電流を流す「正励磁期間」と他の方向に励磁電流を流す「負励磁期間」とが、励磁電流を供給しない「無励磁期間」を挟んで交互に現れるように、励磁コイル１４に対して電圧を印加する。
【００３９】
励磁コイル１４は、励磁回路３から励磁電流の供給を受けて磁界を発生する。励磁コイル１４に励磁電流が流れるとき、励磁コイル１４の端子間には励磁電流の時間微分に比例した逆起電力が生じるため、励磁コイル１４を流れる励磁電流、ひいては励磁コイル１４が発生する磁束密度のレベルには、図２（ｂ）に示すように、定常状態の励磁電流のレベルに応じた磁束密度レベルに到達するまで、すなわち定常状態に達するまでに時間遅れが生じる。その結果、図２（ｃ）に示すように、正励磁期間、無励磁期間および負励磁期間のそれぞれの冒頭において磁束微分ノイズが生じる。
【００４０】
そこで、流量算出回路４では、検出電極１２ａ、１２ｂに生じた電圧信号を増幅回路４１で増幅した後、サンプリング制御回路２３からの第１の制御信号（サンプルホールド制御信号）Ｓ１に基づいて、図２（ｄ）に示すように、磁束の状態が定常状態にあるタイミングでサンプルホールドし、その値に基づいて流量を算出し、流量信号として出力する。
【００４１】
一方、微分ノイズ計測回路５は、磁束密度が時間的に変化することによって生じる磁束微分ノイズを計測する。本実施の形態において、微分ノイズ計測回路５は、検出電極１２ａ、１２ｂに生じた電圧を加算した加算回路５１の出力を、サンプリング制御回路２３からの第２の制御信号Ｓ２のもとで、図２（ｅ）に示すように、励磁電流がＯＦＦとなり、無励磁期間となった直後の所定の期間、サンプリングする。本明細書では、サンプリングを行う期間を「サンプリング期間」という。無励磁期間となった直後の所定のサンプリング期間のみでサンプリングすることによって、励磁電流の微分ノイズの影響を排除して、磁束微分ノイズのみを抽出することができる。サンプリング期間の長さは、磁束微分ノイズが計測できるように、無励磁期間を上限として予め設定しておけばよい。
【００４２】
このようにして抽出された磁束微分ノイズは、Ａ／Ｄ変換器５５によってデジタル信号に変換され、指標算出回路６によって、校正時の磁束微分ノイズのレベルとの比が算出され、その値が電磁流量計１００の流量算出回路４が算出する流量の誤差を表す指標として出力回路６３より出力される。この指標は、表示装置８に表示される。
【００４３】
ここで、流量算出回路４によって算出される流量の値と、微分ノイズ計測回路５によって計測された磁束微分ノイズのレベルとの関係について検討する。
図３において、横軸は測定管１１内を流れる流体の導電率（μＳ／ｃｍ）を表し、縦軸は、水道水（導電率１５０μＳ／ｃｍ）の流量を測定したときの流量信号の大きさと磁束微分ノイズの大きさをともに１００としたときの割合（％）を示す。実線は、水道水を流したときの流量信号の大きさと、導電率の異なる流体を水道水と同じ流量で流したときの流量信号の大きさとの比を表し、破線は、水道水を流したときの磁束微分ノイズの大きさと、導電率の異なる流体を水道水と同じ流量で流したときの磁束微分ノイズの大きさとの比を表す。
【００４４】
図３によれば、導電率の大きな領域では、測定対象となる流体の導電率の変化に対して、流量信号と磁束微分ノイズとは同じように変化する傾向があることがわかる。したがって、本実施の形態のように、微分ノイズ計測回路５によって計測された磁束微分ノイズのレベルを校正時に計測された磁束微分ノイズのレベルと比較することによって、流量算出回路４が算出する流量の誤差を表す指標とすることができる。
【００４５】
例えば、化学プラントなど、水とは異なる導電率や性状を有する流体の流量を計測するときに、現場のユーザは、この指標を参照することによって、使用中の電磁流量計の精度が得られているのかを知ることができる。
【００４６】
また、上記の指標を参照することによって、以下の原因による電磁流量計の精度の低下を検出することが可能である。
（ａ）赤錆等の絶縁性付着物が検出電極等に付着した場合
（ｂ）黒錆等の導電性付着物が検出電極等に付着した場合
（ｃ）被測定流体が金属製流体（例えば、硫酸銅）や高導電率流体である場合
（ｄ）結露などに起因する、励磁コイルのコアの錆による磁力の低下
（ｅ）流体に鉄粉が混じることによるシフト。
【００４７】
以上のように、流量の誤差を表す指標として、微分ノイズ計測回路５によって計測された磁束微分ノイズのレベルに基づいて、流量算出回路４が算出する流量の誤差を表す指標を算出し、この指標を表示装置８に表示することによって、電磁流量計が使用されている現場において、使用中の電磁流量計の精度を確認することができる。
このとき、表示装置８には、流量計測中に微分ノイズ計測回路５によって計測された磁束微分ノイズのレベルを、メモリ６１に記憶された校正時の磁束微分ノイズのレベルに対する割合（％）で表示してもよいし、流量計測中に微分ノイズ計測回路５によって計測された磁束微分ノイズのレベルが、メモリ６１に記憶された校正時の磁束微分ノイズのレベルに対して、所定の範囲、例えば、±３％を超えて変化したときに、そのことを示すアラームを表示するようにしてもよい。
また、この指標をネットワークを介して中央監視装置などに出力し表示すれば、使用中の電磁流量計の精度を監視することもできる。
【００４８】
なお、メモリ６１に、基準となる流体、例えば、水道水を用いた電磁流量計の校正時の磁束微分ノイズのレベルを記憶するにあたっては、水道水の代表的な流量に対する磁束微分ノイズのレベルを記憶してもよいし、水道水の複数の流量に対してそれぞれ計測された複数の磁束微分ノイズのレベルを流量の値と対応づけて記憶してもよい。
【００４９】
メモリ６１に、水道水の複数の流量に対してそれぞれ計測された複数の磁束微分ノイズのレベルを流量の値と対応づけて記憶した場合、指標算出回路６の演算処理回路６２は、流量算出回路４が算出する流量の値を参照して、例えば、その流量の値に最も近い流量に対応付けられた磁束微分ノイズのレベルを用いて、流量の誤差を表す指標を算出するようにしてもよい。
【００５０】
また、本実施の形態において、流量の誤差を表す指標として、微分ノイズ計測回路５によって計測された磁束微分ノイズのレベルを、メモリ６１に記憶された、校正時に計測された磁束微分ノイズのレベルとの比を算出するものとして説明した。しかしながら、流量の誤差を表す指標は、これに限るものではなく、例えば、微分ノイズ計測回路５によって計測された磁束微分ノイズのレベルと校正時に計測された磁束微分ノイズのレベルとの差をとっても良いし、このようなレベルの差と校正時に計測された磁束微分ノイズのレベルとの比を指標としてもよい。
【００５１】
［第２の実施の形態］
次に本発明の第２の実施の形態に係る電磁流量計ついて、図４を参照して説明する。なお、第２の実施の形態に係る電磁流量計において、第１の実施の形態に係る電磁流量計と共通する構成要素については同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省力する。
【００５２】
第２の実施の形態に係る電磁流量計１００’は、図２に示すように、指標算出回路６によって算出された、流量算出回路４が算出する流量の誤差を表す指標に基づいて、流量算出回路４が算出した流量を補正する補正回路９を備えている。検出器１、同期回路２、励磁回路３、流量算出回路４、微分ノイズ計測回路５および指標算出回路６の構成および動作は、第１の実施の形態に係る電磁流量計１００と同一であり、第２の実施の形態に係る電磁流量計１００’は、補正回路９を備えている点で、第１の実施の形態に係る１００と相違する。
【００５３】
補正回路９は、や演算処理回路６２と同様に、マイクロプロセッサとこのマイクロプロセッサの動作を制御するプログラムによって構成することができる。
【００５４】
補正回路９による流量の補正方法としては、次のような方法が考えられる。
例えば、誤差を表す指標として、指標算出回路６が、流量計測中に微分ノイズ計測回路５によって計測された磁束微分ノイズのレベルとメモリ６１に記憶された校正時の磁束微分ノイズのレベルとの比を出力する場合は、流量算出回路４が算出する流量に対して、指標算出回路６が算出する指標に応じた補正係数を乗じて、流量を補正する。
【００５５】
このとき、ノイズの影響を排除するため、流量計測中に微分ノイズ計測回路５によって計測された磁束微分ノイズのレベルが、メモリ６１に記憶された校正時の磁束微分ノイズのレベルに対して、所定の範囲、例えば、±３％を超えて変化したことを、上述した補正の条件としてもよい。
【００５６】
また、指標算出回路６が算出する指標を所定の期間観察し、その変化が一定の範囲内に収まっていることを確認した上で、流量を補正するための補正係数を設定してもよい。
【００５７】
以上のように、本実施の形態に係る電磁流量計１００’によれば、水とは異なる導電率や性状を有する流体の流量を計測するときでも、磁束微分ノイズのレベルに応じて流量を補正するので、より流量計測の精度を向上させることが可能となる。
【００５８】
［第３の実施の形態］
次に本発明の第３の実施の形態に係る電磁流量計ついて、図５および図６を参照して説明する。なお、第１の実施の形態に係る電磁流量計と共通する構成要素については同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省力する。
【００５９】
図５に示すように、第３の実施の形態に係る電磁流量計１００ａは、上述した第１の実施の形態に係る電磁流量計１００と比較して、サンプリング回路５４ａの動作が下記の点で異なり、それ以外は同一の構成を有する。
【００６０】
次に、サンプリング回路５４ａの動作について説明する。磁束微分ノイズのレベルを計測するにあたって、第１の実施の形態においては、サンプリング回路５４が増幅回路５３の出力のうち磁束微分ノイズを含む各無励磁期間の冒頭の所定の期間の出力をサンプリングした。これに対し、第３の実施の形態においては、誤差検出回路の一部を構成する微分ノイズ計測回路５ａにおいて、サンプリング回路５４ａは、正励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズと前記磁束微分ノイズが収束したと認められる値との差、および負励磁期間から無励磁期間に切り替わった直後の磁束微分ノイズと磁束微分ノイズが収束したと認められる値との差をサンプリングするように構成されている。
【００６１】
ここで、「磁束微分ノイズが収束したと認められる値」とは、時間の経過とともに減少する磁束微分ノイズが十分収束した状態、すなわち、時間変化が極めて小さくなった状態の磁束微分ノイズの値である。このような値は、理想的には０であるが、励磁コイル１４によって生じる磁束密度が、図６（ｂ）に示すように、指数関数的に減少することを考慮すると、正励磁期間後の無励磁期間と負励磁期間後の無励磁期間とにおいて、それぞれ磁束微分ノイズの最初のレベルに対して所定の割合（例えば５％）となるレベルを「磁束微分ノイズが十分収束したと認められるレベル」としてもよい。
【００６２】
図６は、励磁回路３が励磁コイル１４に印加する電圧（図６（ａ））、励磁コイル１４によって生じる磁束密度（図６（ｂ））、磁束微分ノイズ（図６（ｃ））、磁束微分ノイズが十分収束したと認められるレベルを０とした場合における、サンプリング回路５４ａがサンプリングする、各無励磁期間における磁束微分ノイズのレベルとその磁束微分ノイズが十分収束したと認められるレベルとの差（図６（ｄ））、およびサンプリング信号（図６（ｄ））を、時間軸を共通にして互いに関係づけて示している。
【００６３】
図６（ｄ）に示すように、サンプリング回路５４ａがサンプリングする信号は、図６（ｃ）に示す磁束微分ノイズのうちサンプリング期間における磁束微分ノイズの極性が逆となった信号となる。
【００６４】
サンプリング回路５４ａによってサンプリングされた無励磁期間における磁束微分ノイズを表す信号は、Ａ／Ｄ変換器５５によってデジタル信号に変換され、第１の実施の形態と同様に、指標算出回路６によって、校正時の磁束微分ノイズのレベルとの比が算出され、その値が電磁流量計１００の流量算出回路４が算出する流量の誤差を表す指標として出力回路６３より出力される。この指標は、表示装置８に表示される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、導電性を有する流体の流量を測定する技術として、各種プロセスにおいて利用することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１００，１００’…電磁流量計、１…検出器、１１…測定管、１２ａ，１２ｂ…検出電極、１３…アースリング、１４…励磁コイル、２…同期回路、２１…ＣＬＫ信号発生回路、２２…同期信号発生回路、２３…サンプリング制御回路、３…励磁回路、４…流量算出回路、５…微分ノイズ計測回路、５１…加算回路、５２…フィルタ、５３…増幅回路、５４、５４ａ…サンプリング回路、５５…Ａ／Ｄ変換器、６…指標算出回路、６１…メモリ、６２…演算処理回路、６３…出力回路、８・・・表示装置、９…補正回路。
【図１】
2019052909.tif 000003
【図２】
2019052909.tif 000004
【図３】
2019052909.tif 000005
【図４】
2019052909.tif 000006
【図５】
2019052909.tif 000007
【図６】
2019052909.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月29日(2018.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る電磁流量計の誤差検出回路は、測定管（１１）と、前記測定管の長手方向に対して直交する磁界を発生させる励磁コイル（１４）と、前記測定管の長手方向および磁界の方向と直交する方向に互いに対向してその測定管内に配置された一対の検出電極（１２ａ、１２ｂ）とを有する検出器（１）と、前記励磁コイルに、励磁電流の方向を変えてかつ正励磁期間と負励磁期間との間に無励磁期間を設けて周期的に供給する励磁回路（３）と、前記励磁コイルに励磁電流を流したときに前記一対の検出電極の間に生じる起電力に基づいて前記測定管の内部を流れる流体の流量を算出する流量算出回路（４）とを有する電磁流量計の誤差検出回路であって、前記一対の検出電極に生じる起電力から磁束微分ノイズのレベルを計測するように構成された微分ノイズ計測回路（５）と、前記微分ノイズ計測回路によって計測された前記磁束微分ノイズのレベルに基づいて前記電磁流量計の前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を算出するように構成された指標算出回路（６）とを有する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、本発明に係る電磁流量計は、測定管（１１）と、前記測定管の長手方向に対して直交する磁界を発生させる励磁コイル（１４）と、前記測定管の長手方向および磁界の方向と直交する方向に互いに対向してその測定管内に配置された一対の検出電極（１２ａ、１２ｂ）とを有する検出器（１）と、前記励磁コイルに、励磁電流の方向を変えてかつ正励磁期間と負励磁期間との間に無励磁期間を設けて周期的に供給する励磁回路（３）と、前記励磁コイルに励磁電流を流したときに前記一対の検出電極の間に生じる起電力に基づいて前記測定管の内部を流れる流体の流量を算出する流量算出回路（４）と、前記一対の検出電極に生じる起電力から計測される磁束微分ノイズのレベルに基づいて前記電磁流量計の前記流量算出回路が算出する流量の誤差を表す指標を算出するように構成された誤差検出回路とを備え、前記誤差検出回路は、上記の電磁流量計の誤差検出回路のいずれかであることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
［第２の実施の形態］
次に本発明の第２の実施の形態に係る電磁流量計ついて、図４を参照して説明する。なお、第２の実施の形態に係る電磁流量計において、第１の実施の形態に係る電磁流量計と共通する構成要素については同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
第２の実施の形態に係る電磁流量計１００’は、図４に示すように、指標算出回路６によって算出された、流量算出回路４が算出する流量の誤差を表す指標に基づいて、流量算出回路４が算出した流量を補正する補正回路９を備えている。検出器１、同期回路２、励磁回路３、流量算出回路４、微分ノイズ計測回路５および指標算出回路６の構成および動作は、第１の実施の形態に係る電磁流量計１００と同一であり、第２の実施の形態に係る電磁流量計１００’は、補正回路９を備えている点で、第１の実施の形態に係る電磁流量計１００と相違する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
補正回路９は、演算処理回路４４や演算処理回路６２と同様に、マイクロプロセッサとこのマイクロプロセッサの動作を制御するプログラムによって構成することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
［第３の実施の形態］
次に本発明の第３の実施の形態に係る電磁流量計ついて、図５および図６を参照して説明する。なお、第１の実施の形態に係る電磁流量計と共通する構成要素については同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
図６は、励磁回路３が励磁コイル１４に印加する電圧（図６（ａ））、励磁コイル１４によって生じる磁束密度（図６（ｂ））、磁束微分ノイズ（図６（ｃ））、磁束微分ノイズが十分収束したと認められるレベルを０とした場合における、サンプリング回路５４ａがサンプリングする、各無励磁期間における磁束微分ノイズのレベルとその磁束微分ノイズが十分収束したと認められるレベルとの差（図６（ｄ））、およびサンプリング制御信号（図６（ｅ））を、時間軸を共通にして互いに関係づけて示している。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
図６（ｄ）に示すように、サンプリング回路５４ａがサンプリングする信号は、図６（ｃ）に示す磁束微分ノイズのうち、図６（ｅ）に示すサンプリング期間における磁束微分ノイズの極性が逆となった信号となる。