(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体に交流磁場を印加し、この交流磁場によって発生する起電力に関連するアナログ流量信号をデジタル値に変換して、前記流体の流量を測定する電磁流量計において、
入力されたサンプリング信号の立ち上がりに同期して、前記アナログ流量信号をデジタル値に変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部の出力値から流量値を演算して出力する流量演算部と、
前記流量演算部が演算した流量値が入力され、この流量値のばらつきを演算して出力するばらつき演算部と、
前記ばらつき演算部の出力が入力され、前記ＡＤ変換部に出力される前記サンプリング信号を生成すると共に、前記ばらつきが所定の閾値を越えたときに、前記サンプリング信号の周波数を変更するサンプリング信号生成部と、
を備えたことを特徴とする電磁流量計。
【請求項２】
流体に交流磁場を印加し、この交流磁場によって発生する起電力に関連するアナログ流量信号をデジタル値に変換して、前記流体の流量を測定する電磁流量計において、
前記アナログ流量信号をデジタル値に変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部の出力デジタル値を間引いて出力すると共に、入力されたばらつきが所定の閾値を越えたときに、間引き率を変更する間引部と、
前記間引部の出力が入力され、この入力された値から流量値を演算して出力する流量演算部と、
前記流量演算部が演算した流量値が入力され、この流量値のばらつきを演算して、前記間引部に出力するばらつき演算部と、
を備えたことを特徴とする電磁流量計。
【請求項３】
前記電磁流量計は電流信号を出力する２線式電磁流量計であって、前記ＡＤ変換部に入力されるサンプリング信号の周波数の上限値を、前記電流信号の値によって変化させるようにしたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の電磁流量計。
【請求項４】
前記ＡＤ変換部は、逐次比較型の離散サンプリング方式のＡＤ変換部であることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の電磁流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量信号にノイズが重畳していても、流量測定値のばらつきを小さくすることができる電磁流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４に電磁流量計の構成を示す。図４において、流量を測定する流体が流れる配管１０には電極１１ａ、１１ｂが取り付けられ、また励磁コイル１２から交流磁場が印加される。このため、電極１１ａ、１１ｂには、配管１０に流れる流体の流量に比例する起電力が発生する。
【０００３】
電極１１ａ、１１ｂに発生した起電力は差動増幅部１３で増幅され、ＡＤ変換部１４でデジタル値に変換されて、ＣＰＵ１５に入力される。
【０００４】
ＣＰＵ１５は入力されたデジタル値から配管１０に流れる流体の流量を演算し、この演算した流量値を出力部１６および表示部１７に出力する。出力部１６は、入力された流量値を４−２０ｍＡの電流信号あるいはデジタル信号に変換して、外部に出力する。表示部１７は入力された流量値を表示する。
【０００５】
ＣＰＵ１５は励磁回路１８を制御する。励磁回路１８は、ＣＰＵ１５から入力される制御信号に基づいて、励磁コイル１２を駆動する駆動電流を発生させる。励磁コイル１２はこの駆動電流によって交流磁場を発生する。
【０００６】
ＡＤ変換部１４として、従来は積分型ＡＤ変換部が多用されてきた。積分型ＡＤ変換器は電磁流量計特有の微分ノイズを除去し易いという利点はあるが、消費電流が大きく、かつ診断や信号の品質を上げる工夫がやり難いという欠点があった。特に、２線式電磁流量計は消費電流を低くすることが求められるので、消費電流が大きい積分型ＡＤ変換器は使用し難いという課題があった。
【０００７】
このため、消費電流が低く、かつ信号処理に優れている逐次比較型の離散サンプリング方式のＡＤ変換器も用いられている。逐次比較型のＡＤ変換器は、ＤＡ変換器の出力とＡＤ変換する信号を比較して、両者が一致するようにＤＡ変換器の入力値を制御する方式のＡＤ変換器である。ＤＡ変換器は抵抗とスイッチ素子だけで構成することができるので構成が簡単であり、かつ積分型ＡＤ変換器より高速で動作させることができるという利点がある。
【０００８】
図５に、励磁電流の変化とアナログ流量信号（差動増幅部１３の出力信号）、およびアナログ流量信号を取り込むタイミングを決めるサンプリング信号の関係を示す。図５において、（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ励磁電流、アナログ流量信号、サンプリング信号の波形である。
【０００９】
時刻ｔ１で励磁電流が立ち上がると、アナログ流量信号の出力は大きく変化する。時刻ｔ２で励磁電流が一定になると、アナログ流量信号は流量に比例する一定値に落ち着く。サンプリング信号は差動増幅部１３の出力が安定する時刻ｔ３で高レベルに遷移する。この高レベルへの遷移タイミングで、ＡＤ変換部１４はアナログ流量信号をデジタル値に変換する。
【００１０】
このようにすることにより、正確な流量信号を取り込むことができる。ＡＤ変換部１４は、サンプリング信号に基づいて、複数回アナログ流量信号をデジタル値に変換する。
【００１１】
特許文献１には、スイッチング制御方式の励磁回路を具備する電磁流量計が記載されている。特許文献１では、励磁電流に含まれる励磁スイッチング制御周波数成分のリプルに起因する出力揺動を除去するために、励磁スイッチング制御周波数を、励磁基本周波数の整数倍以外の周波数に選定するようにした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２０２１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、このような電磁流量計には、次のような課題があった。
図５（Ａ）に示すように、励磁電流にはその電源に起因するリプルが重畳する。２０は励磁電流に重畳したリプルを表している。このリプルが誘導ノイズとして、アナログ流量信号に重畳される。２１は重畳されたリプルを表している。
【００１４】
アナログ流量信号はサンプリング信号の立ち上がりに同期してデジタル値に変換されて取り込まれるが、このリプル２１のために変換されたデジタル値のばらつきが大きくなり、正確な流量を測定することができないという課題があった。
【００１５】
ＡＤ変換部１４として逐次比較型の離散サンプリング方式ＡＤ変換部を用いる場合には、サンプリング周期Ｔとリプルの周波数ｆｎとの間に下記（１）式の関係があるとビートが発生し、測定値のばらつきが大きくなって正確な流量を測定することができない。
ｆｎ＝（２ｎ＋１）／Ｔ  ・・・・・  （１）
（ｎは任意の整数）
【００１６】
特に、直流電流をスイッチングして交流磁場を発生させる方式の電磁流量計ではこのリプルが大きくなり、測定値のばらつきが大きくなって正確な流量を測定することが困難になるという課題があった。
【００１７】
特許文献１記載の発明は、励磁スイッチング制御周波数を励磁基本周波数の整数倍以外の周波数に設定することによってリプルに起因する出力揺動を除去しているが、励磁スイッチング制御周波数に制限が生じることと、励磁電流のリプル以外のノイズによる影響を除去することができないという課題があった。
【００１８】
本発明の目的は、アナログ流量信号にリプル等のノイズが重畳しても、測定値のばらつきを小さくすることができる電磁流量計を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
流体に交流磁場を印加し、この交流磁場によって発生する起電力に関連するアナログ流量信号をデジタル値に変換して、前記流体の流量を測定する電磁流量計において、
入力されたサンプリング信号の立ち上がりに同期して、前記アナログ流量信号をデジタル値に変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部の出力値から流量値を演算して出力する流量演算部と、
前記流量演算部が演算した流量値が入力され、この流量値のばらつきを演算して出力するばらつき演算部と、
前記ばらつき演算部の出力が入力され、前記ＡＤ変換部に出力される前記サンプリング信号を生成すると共に、前記ばらつきが所定の閾値を越えたときに、前記サンプリング信号の周波数を変更するサンプリング信号生成部と、
を備えたものである。アナログ流量信号にリプルが重畳していても、正確に流量を測定できる。
【００２０】
請求項２記載の発明は、
流体に交流磁場を印加し、この交流磁場によって発生する起電力に関連するアナログ流量信号をデジタル値に変換して、前記流体の流量を測定する電磁流量計において、
前記アナログ流量信号をデジタル値に変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部の出力デジタル値を間引いて出力すると共に、入力されたばらつきが所定の閾値を越えたときに、間引き率を変更する間引部と、
前記間引部の出力が入力され、この入力された値から流量値を演算して出力する流量演算部と、
前記流量演算部が演算した流量値が入力され、この流量値のばらつきを演算して、前記間引部に出力するばらつき演算部と、
を備えたものである。アナログ流量信号にリプルが重畳していても、正確に流量を測定できる。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、
前記電磁流量計は電流信号を出力する２線式電磁流量計であって、前記ＡＤ変換部に入力されるサンプリング信号の周波数の上限値を、前記電流信号の値によって変化させるようにしたものである。消費電流が制限される２線式電磁流量計において、効果が大きい。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３いずれかに記載の発明において、
前記ＡＤ変換部として、逐次比較型の離散サンプリング方式のＡＤ変換部を用いたものである。アナログ流量信号に重畳するリプルとサンプリング周波数との間でビートが発生し易い離散サンプリング方式のＡＤ変換部で特に効果が大きい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１、２、３、および４の発明によれば、アナログ流量信号をデジタル値に変換して流量を測定する電磁流量計において、流量値のばらつきを演算し、このばらつきが所定の閾値を越えると、ＡＤ変換部のサンプリング周波数あるいはデジタル値を間引く間引部の間引き率を変更するようにした。
【００２４】
アナログ流量信号に重畳されるリプル等のノイズとＡＤ変換部のサンプリング周波数との間でビートが発生し、流量値のばらつきが大きくなるとサンプリング周波数あるいは間引き率を変更してビートの発生を防止するので、ばらつきが少ない、安定した流量値が得られるという効果がある。本発明は、ビートが発生し易い離散サンプリング方式のＡＤ変換部を用いる電磁流量計において、特に効果が大きい。
【００２５】
また、ＡＤ変換部の消費電流はそのサンプリング周波数が高くなると増大するので、２線式電磁流量計の場合、出力電流の値によってＡＤ変換部のサンプリング周波数の上限値を変更するようにすることにより、正確で安定した電流信号を出力することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図２】図１実施例の動作を説明するための図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】従来の電磁流量計の構成図である。
【図５】励磁電流とアナログ流量信号、サンプリング信号の関係を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る電磁流量計の一実施例を示した構成図である。なお、図４と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００２８】
図１において、励磁回路１８で生成された駆動電流は励磁コイル１２に入力される。励磁コイル１２は、入力された駆動電流によって交流磁場を発生する。この交流磁場は配管１０に印加される。この交流磁場によって発生した起電力は電極１１ａ、１１ｂで検出され、差動増幅部１３で増幅されて、ＡＤ変換部１４でデジタル値に変換される。差動増幅部１３の出力をアナログ流量信号とする。
【００２９】
３０はＣＰＵであり、流量演算部３１、ばらつき演算部３２、およびサンプリング信号生成部３３で構成される。これら流量演算部３１、ばらつき演算部３２、サンプリング信号生成部３３は、ＣＰＵ３０上で動作するソフトウエアで構成される。
【００３０】
ＡＤ変換部１４で変換されたデジタル値は、流量演算部３１に入力される。流量演算部３１は、入力されたデジタル値から配管１０に流れる流量を演算し、この流量値を出力部１６、表示部１７、およびばらつき演算部３２に出力する。
【００３１】
出力部１６は、入力された流量値を４−２０ｍＡの電流値やデジタル信号に変換し、外部に出力する。表示部１７は、入力された流量値を表示する。
【００３２】
ばらつき演算部３２は、流量演算部３１が出力する流量値のばらつきを演算し、このばらつきをサンプリング信号生成部３３に出力する。ばらつき演算部３２は、下記（２）式に基づいて連続した複数の流量値についてその分散Ｖを演算し、この演算した分散Ｖをサンプリング信号生成部３３に出力する。
Ｖ＝（Σ（ｘｉ−ｘｍ）２）／ｎ  ・・・・・・  （２）
ｘｉ：流量値
ｘｍ：流量値ｘｉの平均値
ｎ：流量値ｘｉの数
【００３３】
サンプリング信号生成部３３はサンプリング信号を生成し、この生成したサンプリング信号をＡＤ変換部１４に出力する。ＡＤ変換部１４は、このサンプリング信号の立ち上がりのタイミングでアナログ流量信号をデジタル値に変換し、流量演算部３１に出力する。
【００３４】
また、サンプリング信号生成部３３は、ばらつき演算部３２の出力信号が予め設定された閾値より大きくなると、出力するサンプリング信号の周波数を変更する。
【００３５】
なお、ＣＰＵ３０には励磁回路１８を制御する制御信号を生成する制御信号生成部も内蔵されているが、図４従来例と同じなので、記載を省略している。
【００３６】
次に、図２に基づいてこの実施例の動作を説明する。図２（Ａ）は励磁コイル１２に流れる励磁電流の波形図である。励磁電流は正側に一定期間流れ（正励磁）、続いて負側に一定時間流れる（負励磁）動作を１周期とし、この周期を繰り返す。
【００３７】
同図（Ｂ）は、ばらつき演算部３２の出力であるばらつきの波形図である。ばらつき演算部３２は、流量演算部３１の出力値の連続するｎ個について、前記（２）式に基づいて分散を演算し、この分散をサンプリング信号生成部３３に出力する。
【００３８】
同図（Ｃ）はサンプリング信号生成部３３が生成、出力するサンプリング信号の波形図である。ＡＤ変換部１４は、このサンプリング信号の立ち上がりに同期して、アナログ流量信号をデジタル値に変換して流量演算部３１に出力し、流量演算部３１はこのデジタル値に基づいて流量値を演算して出力する。
【００３９】
時刻ｔ１０までは、ばらつき演算部３２が出力するばらつきは小さい。このため、サンプリング信号生成部３３は正励磁、負励磁の各期間で４個のサンプリングパルスを等間隔で出力する。
【００４０】
時刻ｔ１０の直前でアナログ流量信号に重畳されるリプルの周波数が変化し、ＡＤ変換部１４のサンプリング周波数との間でビートが発生する。このため、時刻ｔ１０でばらつき演算部３２が出力するばらつきが大きくなり、閾値Ｖｔｈを越える。
【００４１】
このため、サンプリング信号生成部３３はサンプリング信号の周波数を変化させ、正励磁、負励磁の各々について８個のサンプリングパルスを出力する。ＡＤ変換部１４は以前の倍の頻度で差動増幅器１３の出力をデジタル値に変換する。なお、正励磁と負励磁でＡＤ変換部１４のサンプリング数を同じにすると、微分ノイズを容易に除去することができる。
【００４２】
この結果、アナログ流量信号に重畳されるリプルとＡＤ変換部１４のサンプリング周波数との間のビートが解消され、時刻ｔ１１でばらつき演算部３２が出力するばらつきが小さくなる。サンプリング信号生成部３３は時刻ｔ１０で変化させたサンプリング周波数を維持する。
【００４３】
このように、サンプリング信号生成部３３はばらつき演算部３２の出力であるばらつきが大きくなって閾値を越えると、サンプリング信号の周波数を変化させ、ばらつきが小さくなってもこの状態を維持するようにした。このため、アナログ流量信号に重畳されるリプルとＡＤ変換部１４のサンプリング周波数との間でビートが発生して流量信号のばらつきが大きくなると、自動的にサンプリング信号の周波数が変化してビートが解消されるので、ばらつきが少ない正確に流量を測定することができる。
【００４４】
図３に、本発明の他の実施例を示す。この実施例はＡＤ変換部１４のサンプリング周波数を一定とし、ばらつき演算部３２の出力で間引き率を変えるようにしたものである。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００４５】
図３において、４０はＣＰＵであり、間引部４１、流量演算部３１、ばらつき演算部３２、サンプリング信号生成部４２で構成される。ＡＤ変換部１４として、オーバーサンプリング方式のＡＤ変換器を用いる。
【００４６】
ＡＤ変換部１４が変換したデジタル値は間引部４１に入力される。間引部４１は、ＡＤ変換部１４の出力デジタル値を設定された間引き率で間引き、この間引いたデジタル値を流量演算部３１に出力する。すなわち、間引き率をｍとすると、間引き部４１は入力されたデジタル値ｍ個について１個のデジタル値を出力する。
【００４７】
間引部４１の出力は流量演算部３１に入力されて流量値に変換され、ばらつき演算部３２はこの流量値のばらつきを演算して、間引部４１に出力する。サンプリング信号生成部４２は一定周波数のサンプリング信号を生成し、ＡＤ変換部１４に出力する。
【００４８】
間引部４１は、ばらつき演算部３２が出力するばらつきが所定の閾値より大きくなると間引き率を変更し、この変更した間引き率でＡＤ変換部１４の出力を間引いて流量演算部３１に出力する。このようにすると、ＡＤ変換部１４のサンプリング周波数を変更する場合と同じ効果が得られる。
【００４９】
なお、図３実施例において、サンプリング信号生成部４２を用いないで、ＡＤ変換部１４が自律的に一定周期で差動増幅部１３の出力をデジタル値に変換するようにしてもよい。
【００５０】
また、図１、図３実施例において、ＡＤ変換部１４は逐次比較型の離散サンプリング方式ＡＤ変換器として説明したが、その他の方式のＡＤ変換器を用いてもよい。
【００５１】
また、一般的にＡＤ変換器はサンプリング周波数が大きくなると消費電流が増大する。２線式電磁流量計は消費電流の上限が出力電流に制限されるので、ＡＤ変換部１４のサンプリング周波数の上限を出力電流の値に応じて変化させるようにしてもよい。
【００５２】
このために、出力電流の値をサンプリング信号生成部３３または４２に入力し、サンプリング信号生成部３３または４２がＡＤ変換部１４に出力するサンプリング信号の周波数の上限を出力電流の値によって変化させればよい。
【００５３】
また、図２実施例ではサンプリング信号の周波数を２倍に変更するようにしたが、サンプリング信号生成部３３が出力するサンプリング信号の周波数、および間引部４１に設定する間引き率は任意の値とすることができる。ビートを除去するためには、非整数の比率で変化させた方がよい。また、サンプリング信号、あるいは間引きの間隔は必ずしも一定でなくてもよい。
【００５４】
また、図２ではばらつきが閾値を越えたときにサンプリング信号の周波数を増加させるようにしたが、減少させるようにしてもよい。
【００５５】
また、これらの実施例ではアナログ流量信号には励磁電流のリプルに起因するリプルが重畳するとして説明したが、励磁電流に起因するリプル以外のノイズが重畳した場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００５６】
さらに、図１、図３実施例では、ばらつき演算部３２は流量値の分散を演算するようにしたが、必ずしも分散でなくてもよい。要は、流量値のばらつきを表す値であればよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０  配管
１１ａ、１１ｂ  電極
１２  励磁コイル
１３  差動増幅部
１４  ＡＤ変換部
１８  励磁回路
３０、４０  ＣＰＵ
３１  流量演算部
３２  ばらつき演算部
３３、４２  サンプリング信号生成部
４１  間引部
【図１】
0005817968.tif 000002
【図２】
0005817968.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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