(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路の上側に配置した上励磁コイルと、下側に配置した下励磁コイルと、流路に配置した堰と、該堰の内側面に対向配置した１対の電極とを備えた堰式非満水電磁流量計であって、
電極からプリアンプへ至る導線をアースへ短絡する短絡抵抗（Ｒｓ）と、短絡抵抗（Ｒｓ）を接続したり、切り離したりするスイッチ（Ｓ２）を設け、短絡スイッチ（Ｓ２）をオフにしたときの流量信号と、オンにしたときの流量信号に基づいて流体の導電率を演算して求めることで、導電率の変化による誤差を補正する導電率補正機能と、
励磁状態で短絡スイッチ（Ｓ２）がオフの時とオンの時の流量信号を求めた後、無励磁状態で前記励磁状態と同様に短絡スイッチ（Ｓ２）がオフの時とオンの時の流量信号を求め、前記励磁状態での流量信号から無励磁状態での流量信号を引き算して、短絡スイッチがオン・オフすることに伴って発生する直流オフセット電圧の変動の影響を除去する無励磁補償機能とを備えたものにおいて、
電極信号の変動をとらえて、一時的に短絡スイッチ（Ｓ２）のオン動作と無励磁補償をやめ、励磁モードを上だけ励磁とするとともに、電極信号の変動をとらえる直前の導電率を使って流量を算出する
ことを特徴とする非満水電磁流量計。
【請求項２】
流量が急増したときの電極電位の急激な変化があったときに、電極信号の変動をとらえたとして励磁モードを上だけ励磁とする
ことを特徴とする請求項１記載の非満水電磁流量計。
【請求項３】
電極信号の一番新しく測定した値と、その直前までの測定値から求めた移動平均値との差の絶対値が一定値を超えたときに、電極信号の変動をとらえたとして励磁モードを上だけ励磁とすることを特徴とする請求項１又は２記載の非満水電磁流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁流量計の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
〔第１の従来技術〕
出願人は、流路内を非満水状態で流れる流体の流量を電磁流量計の原理に基いて計測する流量計測方法と、その方法に使う流量検出器を提案した（１９９１年１月２２日出願、特願平３−５６３１号）。この出願の内容は国際公開番号ＷＯ９３／０５３６７に引用されて公知である。
【０００３】
この流量検出方法と流量検出器を、図６〜図１０に基いて説明する。以下これを第１の従来技術という。
図６〜図８において、１は断面が円形の流路、２，２は流路１の中心を通る垂直線に対し対称の位置に設けた１対の電極、３Ａと３Ｂは第１と第２の励磁コイルで、それぞれ異なる磁束密度分布ＢＡとＢＢを異なる期間（時間）の間に発生する。符号４はこのような構造の流量検出器を示す。
【０００４】
５は励磁回路で、タイミング回路６の信号に応じて、第１と第２の励磁コイル３Ａと３Ｂとを交互に励磁する。７は電極２，２間に誘起した電圧を増幅して出力するプリアンプ、Ｓ1 は切り替えスイッチで、タイミング回路６の信号で切替作動し、前記２つの励磁コイル３Ａと３Ｂの励磁時期の切替と同期して切替作動し、第１の励磁コイル３Ａが励磁されているときにａ側に、第２の励磁コイル３Ｂが励磁されているときにｂ側に切り替えられる。
【０００５】
８Ａと８Ｂは切替スイッチＳ1 のａ接点とｂ接点の信号を入力してオフセット補償、サンプル＆ホールドする増幅回路、９はＣＰＵ回路、１０は増幅器８Ａ，８Ｂからのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、１１は演算回路で、後述する演算を行うプログラムを備えている。１２は演算結果としての流量信号を出力する出力端子である。
【０００６】
図９は図６の電磁流量計タイミングチャートで、上から順に、タイミング回路６の信号、第１の励磁コイル３Ａの励磁電流、第２の励磁コイル３Ｂの励磁電流、切替スイッチＳ1 の動作、プリアンプ７の出力、増幅回路８Ａの入力、増幅回路８Ｂの入力をそれぞれ示す。
【０００７】
流路１に流れる非満水状態の流体の流量を計測するには、次の手順による。
手順１．流量を計測すべき流路１と同じ断面形状の流路を用い、この流路の勾配を一定にして水位ｈを変え、その水位のときの流量Ｑに応じた出力ＯＡとＯＢとを予め計測しておく。同一流路において、水位と流量は１対１の関係にある。なお、出力ＯＡとＯＢは電磁流量計の原理による流量検出器４を用い、同じ流量Ｑを第１と第２の励磁コイル３Ａと３Ｂでそれぞれ計測したときの流量信号である（図１０（ａ））。
【０００８】
手順２．被測定流体が流れている流路１の未知の流量Ｑ′を前記流量検出器４で計測し、出力ＯＡ′とＯＢ′を得る。
手順３．ＯＢ′とＯＡ′の比ＯＢ′／ＯＡ′を求め、手順１で求めたＯＢとＯＡとの比ＯＢ／ＯＡがＯＢ′／ＯＡ′と同じ値になる流量Ｑαを手順１のデータから求め（図１０（ｂ）（ｃ））、この流量Ｑαのときの手順１の出力ＯＡαから、手順１における流量Ｑαの条件のときの感度ＯＡα／Ｑαを算出する（図１０（ｄ））。
【０００９】
手順４．手順２で計測した出力ＯＡ′と、手順３で得た感度ＯＡα／Ｑαとから、未知の流量Ｑ′を次の式で算出する。
Ｑ′＝ＯＡ′・Ｑα／ＯＡα
このようにして、水位を検出しなくて、未知の流量Ｑ′を求める方法を提案した。
【００１０】
〔第２の従来技術〕
上記流量計測方法では、用いる流量検出器４が、電極とアース間の位置関係、電極形状と励磁磁束密度分布の関係が両者ともに、その対称性が失われ易いので、導電率の影響による計測誤差が生じるという欠点があった。
【００１１】
そこで、出願人は、かかる欠点を解消できる非満水用電磁流量計を国際公開番号ＷＯ９３／０５３６７で提案した（以下これを第２の従来技術という）。
この非満水用電磁流量計は、個々に励磁できる上側励磁コイルＣｕと下側励磁コイルＣ１と１対の対抗する電極２２を有する本体部分２４と、次の（ａ）〜（ｇ）の要件を有する変換器部分３２とを具備している。（図１１，１２参照）。
【００１２】
（ａ）励磁回路２５へ励磁のタイミングを知らせ、増幅回路ＡＭＰへタイミングを知らせる励磁タイミング回路２６を設ける。
（ｂ）短絡スイッチＳ2 の開閉を制御するタイミング信号を発生し、同時に演算処理部３１へこのタイミングを知らせる導電率測定タイミング回路２８を設ける。
【００１３】
（ｃ）励磁タイミング回路２６からの信号を受け、二つの励磁コイルＣｕ，Ｃｌを励磁する励磁回路２５を設ける。
（ｄ）電極２２からプリアンプ２７へ至る導線をアースへ短絡する短絡抵抗Ｒｓと、導電率測定タイミング回路２８からの信号により、短絡抵抗Ｒｓを接続したり、切り離したりするスイッチＳ2 を設ける。
【００１４】
（ｅ）電極２２間の信号電圧を増幅するプリアンプ２７を設ける。
（ｆ）増幅回路ＡＭＰの出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路３０と、このデータを処理して流量出力信号を出力する演算処理回路３１を設ける。
【００１５】
図１３に典型的な測定１サイクルのタイミングチャートを示す。図の期間ａ〜ｆで測定の１サイクルである。まず各々の信号について簡単に説明する。
（ｉ）上側励磁コイルＣｕは期間ａ，ｂと期間ｅ，ｆに励磁される。
【００１６】
（ii）下側励磁コイルＣ１は期間ｃ，ｄに励磁される。
（iii)導電率測定用短絡スイッチＳ2 は期間ｅ，ｆの間だけ閉となる。
（iv) プリアンプ２７の出力には励磁の違い、短絡スイッチＳ2 の位置に応じた出力が現れる。
【００１７】
（ｖ）第１の増幅回路ＡＭＰｕは上側励磁コイルＣｕで励磁されている間のプリアン２７の出力を積分し積分が完了した時点でこれをホールドし出力する。従って期間ａ，ｂの積分値が時刻ｔ2 に確定し、期間ｅ，ｆの積分値は時刻ｔ6 に確定する。
【００１８】
次に得られた信号の処理手順について説明する。
１．予め次の３種のデータを測定し演算処理部３１に記憶しておく。
▲１▼上側励磁（下側でも可）の時の第１の増幅回路ＡＭＰｕの出力Ｅｕと、その時の実流量Ｑとの比ｇ≡Ｑ／Ｅｕは水位ｈと導電率ｃを決めてやれば一定値となる。このｇ（ｈ，ｃ）を測定しておく。
【００１９】
▲２▼上側励磁の時の第１の増幅回路ＡＭＰｕの出力Ｅｕと、下側励磁の時の第２の増幅回路ＡＭＰｌの出力Ｅｌとの比ｐ≡Ｅｌ／Ｅｕも水位ｈと導電率ｃを決めれば一定値となる。このｐ（ｈ，ｃ）を測定しておく。
【００２０】
▲３▼上側励磁で短絡スイッチＳ2 開の時の出力Ｅｕと、短絡スイッチＳ2 閉の出力Ｅｕ′との比ｓ≡Ｅｕ′／Ｅｕも水位ｈと導電率ｃにより決定される。このｓ（ｈ，ｃ）を測定しておく。
２．実際の計測時に得られた信号Ｅｕ，Ｅｌにより、比ｐ0 ＝Ｅｌ／Ｅｕを求める。ｐ（ｈ，ｃ）＝ｐ0 とおけばｈ−ｃ平面上に一つの曲線が図１４のように描ける。勿も、この曲線はｐ＝ｐ0 平面上にあるが、これをｈ−ｃ平面へ正射影した曲線を使う。
【００２１】
先の従来技術（第１の従来技術）で説明した計測方法ではｐ0 と水位ｈとが一対一の関係にあるとの前提に立っていた。即ち、ｐ0 は、図１４の点線に示すように、縦軸に平行な直線で表されると考えていた。第２の従来技術は、ｐ0 が図１４の実線で示すように、水位ｈと一対一の関係になく、そこに導電率が関与しており、これが測定誤差の原因となるという発明者らが新たにみつけた課題を解決するものであった。
【００２２】
つまり、上側コイルと下側コイルの出力Ｅｕ及びＥｌのみから正確に水位を求めることができない。
３．そこで、本発明者らは、上側コイル及び／又は下側コイルの出力に何らかの処理を加え、得られた結果を図１４と同様にｈ−ｃ平面上の曲線とするよう検討した。そのような曲線が得られれば、それと図１４の曲線との交点を求めることにより、上下コイルの出力から水位ｈ及び導電率ｃを特定できることとなるからである。換言すれば、２つの変数ｈ及びｃを持つ方程式を２つ得ることにより、その解として水位ｈを求める。そのとき同時に導電率ｃが求まる。
【００２３】
本発明者らは既述の比ｓ≡Ｅｕ′／Ｅｕに注目した。そして、ｓ0 ＝Ｅｕ′／Ｅｕを求め、ｓ（ｈ，ｃ）＝ｓ0 とおくと、同じく一つの曲線が図１５のように得られた。ｈ−ｃ平面へ正射影することは同じ。
【００２４】
なお、流管１内の水位ｈと被測定流体の導電率ｃで決まる流量計本体部分２４の出力インピーダンスをＲｗとすると、流量計本体に発生する流量信号Ｅは図１７に示すように、出力インピーダンスＲｗとプリアンプ２７の入力インピーダンスＲｉで分圧されてプリアンプ２７へ入るが、通常Ｒｗ≪Ｒｉなので、Ｅｉ≒Ｅである。
【００２５】
ここで短絡スイッチＳ2 を閉じてやると、同じくＲｓ≪Ｒｉとしておけば
Ｅｉ≒Ｒｓ・Ｅ／（Ｒｗ＋Ｒｓ）
である。従って前記ｓの定義により
ｓ＝Ｒｓ／（Ｒｗ＋Ｒｓ）
である。Ｒｓは既知であり、Ｒｗ（ｈ，ｃ）だからｓ（ｈ，ｃ）と書ける。
【００２６】
４．第１の従来技術では水位ｈが流量Ｑと一対一の関係にあり、ｐ0 ＝Ｅｌ／Ｅｕ（＝ＯＢ／ＯＡ）が流量Ｑ（即ち水位ｈ）と一対一の関係にあることを前提にして実流量を求めていたが、既述の説明からｐ0 ＝ｐ（ｈ，ｃ）であるため、より精度の高い測定を行うには第１の従来技術で説明した方法は利用できない。
【００２７】
そこで発明者らは既述の比ｇ≡Ｑ／Ｅｕが水位ｈ及び導電率ｃの関数であることに着目した。
即ち、この図１４と図１５の二つの曲線の交点が現在の水位ｈ0 と導電率ｃ0 を現している（図１６）から、ｇ＝ｇ0 （ｈ0 ，ｃ0 ）によりｇ0 が求まる。ｇの定義により、現在の流量Ｑ0 をＱ0 ＝ｇ0 Ｅｕとして求める。
【００２８】
本手法は、ｇに影響を与えるパラメータｈとｃを、
ｓ（ｈ，ｃ）＝ｓ0 
ｐ（ｈ，ｃ）＝ｐ0 
なる連立方程式を解いて求めようとするもので、導電率Ｃを求めることで導電率の変化による誤差を補正する。
【００２９】
この第２の従来技術の具体例を図１８に示す。
図１８に示すように、流路１の内径がφ２００、短絡抵抗Ｒｓが１００Ω、プリアンプ２７の入力インピーダンスが１００ＭΩの場合、前記図１４、図１５に相当する曲線を取ると図１９，図２０になる。
【００３０】
図２０の水位ｈが１．０以上の部分は満管のまま流体を圧送している状態で、便宜上プロットされている。
次に、この具体例の測定方法を図２１のフローチャートに基いて説明する。
【００３１】
なお、図２２は、比ｇ≡Ｑ／Ｅｕと水位ｈ及び導電率ｃとの関係を示すグラフである。この図２２の関係、更には図１９及び２０の関係は演算処理部３１のメモリに予め格納されている。
【００３２】
ステップ１では、短絡スイッチＳ2 が開のときの上側コイルの出力Ｅｕ、同スイッチＳ2 が閉のときの出力Ｅｕ′及び下側コイルの出力Ｅｌを検出して、演算処理部３１のレジスタへ保存しておく。
【００３３】
ステップ３では、演算処理部の演算回路がレジスタからそこに保存されているＥｕ，Ｅｌを読みだして、ｐ0 ＝Ｅｌ／Ｅｕを計算し、結果を他のレジスタに保存する。
【００３４】
ステップ５では、同様にして、Ｓ0 ＝Ｅｌ′／Ｅｕを計算し、結果を他のレジスタへ保存しておく。
ステップ７では、ステップ３で得られたｐ0 の値をメモリに格納されている図１９のデータと比較して、図１９のデータから得られたｐ0 に最も近いデータを選択する。一方、ステップ５で得られたＳ0 の値をメモリに格納されている図２０のデータと比較して、その中から得られたＳ0 に最も近いデータを選択する。このようにして得られた２つのデータの交点から測定時の水位ｈ0 及び導電率ｃ0 が得られる。
【００３５】
ステップ９では、メモリに格納されている図２２のデータを参照して、ステップ７で決定された水位ｈ0 及び導電率ｃ0 からｇ0 を特定する。
ステップ１１では、上側コイルの出力Ｅｕをレジスタから読みだすとともに、該Ｅｕとステップ９で得られた比ｇ0 を乗算し、実流量Ｑ0 を計算する。
【００３６】
〔第３の従来技術〕
出願人は又、堰と電磁流量計を組み合わせた流量計（いわば堰式電磁流量計）であって、満水時でも通常の電磁流量計と同様に流量計測ができ、しかも非満水時の流量計測に際し、水位測定の必要がない堰式電磁流量計を特願平４−７０８４６（特開平５−２７３０１５）で提案した。
【００３７】
この第３の従来技術の堰式電磁流量計は、堰と、その上または上流部の流管に水平方向に対向配置された一対の電極と、流管の上部又は下部の少なくとも一方に設けられて上下方向の磁界を発生する励磁コイルとを具備しているものであった。
【００３８】
堰上での臨界点及びその上流側では水深と流速に一定の関係が成り立ち、この関係は流管と堰の形状により一意的に決まる関数関係である。
そこで、流速に比例する電極の信号電圧から、前記関数関係等を用いて非満水時の流量を演算している。
【００３９】
〔第４の従来技術〕
出願人は、第２の従来技術において、短絡スイッチＳ2 が開閉することに伴って発生する直流オフセット電圧の指数関数的な変化の悪影響を除去して正確な流量計測ができる電磁流量計を特願平８−３７８４９号（特開平９−２２９７３３）で提案した。
【００４０】
この第４の従来技術では、短絡スイッチＳ2 をオフにしたときの流量信号と、オンにしたときの流量信号に基いて流体の導電率を演算して求める電磁流量計で、励磁状態で短絡スイッチＳ2 がオフの時とオンの時の流量信号を求めた後、無励磁状態で前記励磁状態と同様に短絡スイッチＳ2 がオフの時とオンの時の流量信号を求め、前記励磁状態での流量信号から無励磁状態での流量信号を引き算して、短絡スイッチＳ2 がオフ・オンすることに伴って発生する直流オフセット電圧の変動の悪影響を除去して計測精度の向上を図っており、いわば無励磁補償を行っている。
【００４１】
〔第５の従来技術〕
本願発明者らは、特願平４−７０８４６号の計測原理に基づく堰式非満水電磁流量計の改良研究を行っている。そして、その開発課題において次の（ａ）（ｂ）２点が分かった。
【００４２】
（ａ）第２の従来技術（国際公開番号ＷＯ９３／０５３６７）に基づく導電率補正を行った方が計測精度が良い。
（ｂ）特願平８−３７８４９号に基づく無励磁補償を行った方が計測精度が良い。
【００４３】
そのため、堰式非満水電磁流量計の改良された全体のブロック構成は図２３のようになった。
流管５１には堰５２が設けられ、堰５２には電極５３，５３、アース電極５４が設けてある。上励磁コイル５５と下励磁コイル５６は励磁回路５７により別々に励磁される。短絡スイッチＳ2 ，Ｓ2 と短絡抵抗Ｒｓ，Ｒｓが電極５３と接地間に接続されている。
【００４４】
５８は差動増幅器からなるアンプ、マイクロプロセッサ（以下ＭＰＵと略記する）５９は励磁回路５７への励磁タイミング信号や、Ａ／Ｄ変換器６０へのサンプリングタイミング信号を発生したり、全体の制御や演算を行う。６１は補正テーブル、６２は出力回路である。
【００４５】
図２４は図２３の堰式非満水電磁流量計の励磁と短絡スイッチオン・オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）の手順と、アンプの入力電圧（信号電圧）ｅinの変化の代表例を示す。
【００４６】
電極５３，５３に発生する信号はアンプ５８に導かれるが、アンプの入力電圧（信号電圧）ｅinが被測定流体（以下簡単に水と表記する）の導電率によるインピーダンスの影響を受けにくくするため、アンプ５８の入力インピーダンスＲｉｎは通常数十〜数百ＭΩと高く設定されている（図２５参照）。
【００４７】
電極５３とアース電位間に短絡スイッチＳ2 を介して接続される短絡抵抗Ｒｓの抵抗値は、水の導電率情報を得るのに好都合なように、想定される水のインピーダンスと同程度の値、即ち数百Ωと低く設定する。こうすることで、得られる導電率情報のダイナミックレンジが広がって、導電率の変化による誤差の補正（導電率補正）に好都合なためである。
【００４８】
短絡スイッチ（以下短絡ＳＷと略記する）Ｓ2 がＯＦＦでかつ下励磁コイル５６で励磁している期間ｅ１と、短絡ＳＷＳ2 がＯＮでかつ下励磁コイル５６で励磁している期間ｅ３とは、水の導電率の変化によって生じる測定誤差を補正する導電率情報を得るための期間である。
【００４９】
期間ｅ１では短絡ＳＷがＯＦＦであるため、信号のサンプリング値はｅとなる。
期間ｅ３では、図２６のように水のインピーダンスをＲｗ、信号電圧をｅ／２とし、アンプ５８の入力インピーダンスを水のインピーダンスＲｗより十分大きいとすれば、差動増幅器であるアンプ５８の＋側入力電圧Ｅ+ は次の〔数１〕で表される。
【００５０】
【数１】
0004180702.tif 000002
アンプ５８の−側入力電圧Ｅ- は同様にして次の〔数２〕で表される。
【００５１】
【数２】
0004180702.tif 000003
従ってアンプ５８の入力電圧（信号電圧）ｅinは次の〔数３〕となる。
【００５２】
【数３】
0004180702.tif 000004
信号電圧の期間ｅｌにおけるサンプリング値ｅと、期間ｅ３におけるサンプリング値の比は次の〔数４〕のように水のインピーダンスの関数となるから、〔数４〕を変形して、水の導電率情報に関するインピーダンスＲｗを求めることができる〔数５〕。
【００５３】
【数４】
0004180702.tif 000005
【００５４】
【数５】
0004180702.tif 000006
ところが、期間ｅ３において短絡ＳＷをＯＮする操作をすると、電極５３とアース電極が低抵抗Ｒｓで接続されることになり、電極間にいわゆる腐食電流が流れて電極の電位とアース電極の電位は図２７に示すように互いに近づいていこうと時間的に変化する。
【００５５】
なお、これらの説明において、電極の電位とか、図２７に示すような電極電位という表現は信号の電圧分を差し引いたいわゆるオフセット分の電位を指す（図２８参照）。
【００５６】
期間ｅ１・ｅ２では電極５３，５３からみたアンプ５８の見掛け上の入力インピーダンスは、短絡ＳＷがＯＦＦのため高くなるから、電極電位とアース電位は互いに自然電位に戻ろうとする。この両方の電位変化は時間的に指数関数的に起こるため、結局ｅ１・ｅ２の期間、ｅ３の期間それぞれで、電極電位は常に指数関数的な変化をすることになる。この指数関数的な変化はサンプリングによって取り込まれ流量信号として扱われてしまうため、測定誤差となる（図２９参照）。
【００５７】
そこで、このｅ１・ｅ２・ｅ３の期間の直後に、励磁を行わないで短絡ＳＷの操作だけは同じタイミングで行う無励磁期間ｅ１′・ｅ２′・ｅ３′を設けると、期間ｅ１′においては流量信号は全くないが、電極の指数関数的な電位変化は期間ｅ１と同じだけ含む信号が得られるから、期間ｅ１におけるサンプリング値から期間ｅ１′におけるサンプリング値を差し引いた値を新しくサンプリング値Ｅ１とすることにより、電極の指数関数的な電位変化の影響を除いたサンプリング値が得られる（図３０参照）。以下同様にＥ２，Ｅ３を得る。これを無励磁補償と呼ぶことにする。
【００５８】
信号Ｅ２と流量とは、導電率を一定にすれば１対１の関係が成り立つから、あらかじめ何点か導電率をパラメータとして、Ｅ２と流量との関係を測定し、補正テーブルＡとして記憶させておく。一方で、同じく導電率をパラメータとして、Ｅ３／Ｅ１の比の値と流量との関係を測定しておき補正テーブルＢとして記憶させておく。
【００５９】
補正テーブルＡと補正テーブルＢの内容を〔表１〕と〔表２〕にそれぞれ示すが、これら両補正テーブルＡ，Ｂは、図２３における補正テーブル６１を構成するメモリに記憶させておくものである。
【００６０】
【表１】
0004180702.tif 000007
【００６１】
【表２】
0004180702.tif 000008
なお、〔表１〕の補正テーブルＡと〔表２〕の補正テーブルＢをグラフ化して示すと、それぞれ図３１と図３２のようになる。
【００６２】
そして、流量Ｑを図３３の流量算出アルゴリズムにより算出する。演算はＭＰＵ５９で行う。
図３４は図３３の流量算出アルゴリズムで、補正テーブルＡを使い導電率がＣである時の流量とＥ２の関係を求める説明図である。
【００６３】
図３５は図３３の流量算出アルゴリズムで、測定して求めたＥ２の値から流量Ｑを求める説明図である。
また図３６（ａ）（ｂ）は図３３の流量算出アルゴリズムで、流量がＱである時のＥ３／Ｅ１と導電率との関係を〔表２〕の補正テーブルＢを使って求める説明図である。
【００６４】
そして、図３７は図３３の流量算出アルゴリズムで、求めたＥ３／Ｅ１と導電率の関係式に測定したＥ３／Ｅ１を照らして導電率Ｃ′を求める説明図である。こうして、第３の従来技術と比較して極めて低い流量まで精度良く測定できるようになった。図３８にこうした堰式非満水電磁流量計の精度を例示する。
【００６５】
【発明が解決しようとする課題】
前記の非満水電磁流量計において、電極の自然電位は、電極表面の、水と接触している部分の電気化学的な平衡により決まっている。そこで、流量が少ないときには、電極の上の部分は水面より上に出ているため、電気化学的平衡状態になっていない。
【００６６】
今、急に流量が増えると、今まで水につかっていなかった電極部分が水と接触するようになるため、電極の電位が安定するには、新たにこの部分を含めた、電極と水との接触面全体の電気化学的平衡が達成されなければならない。これには、数秒から、長いときには数分を要する。この間電極の電位は安定せず、信号電圧よりはるかに大きい電圧振幅で不規則に変化する。
【００６７】
無励磁補償・導電率補正ともに励磁・サンプリング手順の一周期間では流量、導電率及び電極電位の３つが時間的に一定であることを前提としているが、この状態ではその前提が成り立たない。
【００６８】
例えば、サンプリング期間ｅ１とｅ１′で、通常は電極電位の変化は同じと見なせるからＥ１＝ｅ１−ｅ１′とできるが、電極電位が不安定に変動しているときには、この操作をすればかえってＥ１に不規則な誤差を導入することになってしまう。期間ｅ２とｅ２′、期間ｅ３とｅ３′についても同様である。
【００６９】
また、導電率補正はＥ１とＥ３が互いに関連性を持ってある値になることを使って補正を行っているが、このようにＥ１，Ｅ３いずれもばらつきが大きくなる状況下では、かえって補正によって誤差を導き入れてしまうことになる。
【００７０】
このように流量が急変したとき、特に急増したときに電極の自然電位が急激に変化してしばらくの間一時的に安定しない傾向がある。その結果、無励磁補償や導電率補正がかえって計測値である流量のばらつきと誤差の要因になるという問題点があった。
【００７１】
また、固形物が電極をこすったりするときに発生するいわゆるスラリー性のノイズは、要するに電極電位の不安定性によるノイズであり、このノイズによる計測値のばらつきや誤差が無励磁補償や導電率補正により強く出てしまうという問題点もあった。
【００７２】
そこで、本発明はこれらの問題点を解消できる非満水電磁流量計を提供することを目的とする。
【００７３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、流路の上側に配置した上励磁コイルと、下側に配置した下励磁コイルと、流路に配置した堰と、該堰の内側面に対向配置した１対の電極とを備えた堰式非満水電磁流量計であって、
電極からプリアンプへ至る導線をアースへ短絡する短絡抵抗（Ｒｓ）と、短絡抵抗（Ｒｓ）を接続したり、切り離したりするスイッチ（Ｓ２）を設け、短絡スイッチ（Ｓ２）をオフにしたときの流量信号と、オンにしたときの流量信号に基づいて流体の導電率を演算して求めることで、導電率の変化による誤差を補正する導電率補正機能と、
励磁状態で短絡スイッチ（Ｓ２）がオフの時とオンの時の流量信号を求めた後、無励磁状態で前記励磁状態と同様に短絡スイッチ（Ｓ２）がオフの時とオンの時の流量信号を求め、前記励磁状態での流量信号から無励磁状態での流量信号を引き算して、短絡スイッチがオン・オフすることに伴って発生する直流オフセット電圧の変動の影響を除去する無励磁補償機能とを備えたものにおいて、
電極信号の変動をとらえて、一時的に短絡スイッチ（Ｓ２）のオン動作と無励磁補償をやめ、励磁モードを上だけ励磁とするとともに、電極信号の変動をとらえる直前の導電率を使って流量を算出する
ことを特徴とする非満水電磁流量計である。
【００７４】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の非満水電磁流量計において、流量が急増したときの電極電位の急激な変化があったときに、電極信号の変動をとらえたとして励磁モードを上だけ励磁とする
ことを特徴とする非満水電磁流量計である。
そして、請求項３の発明は、請求項１又は２記載の非満水電磁流量計において、
電極信号の一番新しく測定した値と、その直前までの測定値から求めた移動平均値との差の絶対値が一定値を超えたときに、電極信号の変動をとらえたとして励磁モードを上だけ励磁とすることを特徴とするものである。
【００７５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好ましい実施の形態を実施例に従って説明する。
〔実施例１〕
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図２に示す堰式非満水電磁流量計は、図２３〜図３８で説明した第５の従来技術の堰式非満水電磁流量計の図２３に示したブロック構成をハードウエア的には変更することなく、ソフトウエアだけを後述するように変更構成することによって実施することができたもので、図２３と比較してＭＰＵの符号を５９から５９Ａに変更しただけで、他の構成要素の機能は同じで同一符号を示してある。
【００７６】
この実施例１では、図２４に示す期間ｅ１〜ｅ３′を測定の１周期とする通常励磁を繰り返しているときに、
｜Ｅ２−Ｅ２移動平均値｜＞６０ｍＶ・・・判定条件１
でかつ、
通常励磁継続回数＞２０回          ・・・判定条件２
のときに、励磁と短絡スイッチＯＮ／ＯＦＦの手順を図２４の通常励磁の状態から図１（ｂ）の上だけ励磁の状態に変更する。
【００７７】
上だけ励磁のときの流量算出アルゴリズムは、図１（ｃ）に示す。この図１（ｃ）の流量算出アルゴリズムで、最後の通常励磁というのは上だけ励磁に変更する直前の通常励磁を意味する。
【００７８】
また、上だけ励磁の状態を繰り返しているときに、
｜ΔＥ２｜指数平均＜３．７５ｍＶ  ・・・判定条件３
または、
上だけ励磁継続回数＞１２０回      ・・・判定条件４
のときに、励磁と短絡スイッチＯＮ／ＯＦＦの手順を図１（ｂ）の上だけ励磁の状態から図２の通常励磁の状態に戻す。この図２の通常励磁の状態は図２４と同じである。
【００７９】
なお、条件１〜４で用いた用語の意味は次のようである。
（１）｜ΔＥ２｜指数平均
一番新しく測定したＥ２と、その直前に測定したＥ２との値の差の絶対値を適当な複数回指数平均した値。例えばこの実施例では１６回とした。
【００８０】
ｎ回の指数平均値とは、測定値の時系列・・ａn-2 ，ａn-1 ，ａn ，ａn+1 ・・・に対して、
【００８１】
【数６】
0004180702.tif 000009
によって求める系列値｛Ａｎ｝である。
これは、Ｅ２のばらつき度合いを表す指標となる。｜ΔＥ２｜指数平均の値が大きいときは、スラリー性ノイズや流量の急変による電極電位の不安定さがまだ残っていると推定されるため、上だけ励磁を続ける判定とする。
【００８２】
この｜ΔＥ２｜指数平均がある程度小さくなったならば、上記不安定さが解消されていると推定されるから通常励磁に戻る判定とする。
この実施例における判定基準となる電圧や継続回数などの数値は、実施例における最適値ではあるが、流量計全体の特性やアンプの増幅度、また想定する測定対称の状態などによって変わりうるものであって、特にこの値に限定する意図はない。
【００８３】
（２）上だけ励磁継続回数
通常励磁から上だけ励磁に切り替わってから何回励磁が行われたかの回数。例えば図１（ｂ）に示されている上だけ励磁の回数は６回である。
【００８４】
この回数の最大値に制限を設ける理由は、ばらつきが多い環境に流量計が設置されたとき全く通常励磁にならないような状態を避けるためである。
上だけ励磁では導電率の測定ができないため、少なくともある間隔では通常励磁に戻して導電率補正のためのデータを測定しなければならない。
【００８５】
（３）｜Ｅ２−Ｅ２移動平均値｜
一番新しく測定したＥ２と、その直前までのＥ２の測定値から求めたＥ２の移動平均値との差の絶対値。移動平均の採集個数は、この実施例では８回である。
【００８６】
ｎ個の移動平均とは、
【００８７】
【数７】
0004180702.tif 000010
によって求める系列｛Ａｉ｝である。
｜Ｅ２−Ｅ２移動平均値｜がある値以下であるということは、Ｅ２のばらつきがその平均値の周りのある範囲内にとどまっていることを意味表し、スラリー性ノイズや流量の急変による電極電位の不安定さが無いと推定されるため、通常励磁継続の判定とする。
【００８８】
一方、スラリー性ノイズや流量の急変による電極電位の不安定が発生すると、Ｅ２には極めて大きい値の変化が発生するため、｜Ｅ２−Ｅ２移動平均値｜がある値以下という条件が破れる。そこで、これを捉えて上だけ励磁になる判定とすることができる。
【００８９】
（４）通常励磁継続回数
上だけ励磁から通常励磁に切り替わってから何回励磁が行われたかの回数。
ばらつきの大きいときには上だけ励磁を続けることになるが、上だけ励磁を長期間続けていると導電率補正のための新しいデータを得ることができないため、その間の水の導電率の変化に対応することができない。そこで、（２）の項で説明したように、少なくともある間隔で通常励磁に戻る必要がある。
【００９０】
しかし、上だけ励磁から通常励磁に戻ったときには、１回の測定動作では信号のばらつきなどにより正確な導電率補正のためのデータＥ１・Ｅ３が得られないこともあるため、少なくとも何回かは通常励磁を継続して平均的なＥ１・Ｅ３を得る必要がある。そのため上だけ励磁から一旦通常励磁に戻ったら、少なくともある規定回数だけは通常励磁を続けるようにする。
【００９１】
図２に示した通常励磁の手順では、時間ｔ１の間に流量算出が１回しかできないのに対して、図１（ｂ）に示した上だけ励磁の手順では、３回行うことができるため、実効的に励磁周波数を６倍にした効果が得られ、単位時間あたりの測定回数が増えるから、更にばらつきを低減させることができる。
【００９２】
実施例１の口径１５０ｍｍの非満水電磁流量計をトイレの配水管に設置して試験したときのＥ２の有様を図３に示す。
時刻１０８０秒の付近で発生した排水によって生じた最初のＥ２の変化を捉えて、流量計は上だけ励磁のモードに移っている。符号Ａは上だけ励磁モードの期間を示す。
【００９３】
図４は同じトイレの配水管に従来の非満水電磁流量計を組み込んだ場合のＥ２の値で、時刻４６１０秒付近で排水が発生し、信号が大きくばらついている。
図４と比較して図３では効果的にばらつきが押さえられていることが明らかである。
【００９４】
本実施例においては、各種励磁やサンプリングのタイミング信号はＭＰＵから、ソフトウエアの指令によって供給されるため、図２３に示したブロック構成をハードウエア的には変更することなく、ソフトウエアだけをこのように構成することによって実施することができた。
【００９５】
タイミング回路が別途ハードウエアによって構成されている場合には、例えば通常励磁と上だけ励磁それぞれのタイミング信号を発生するタイミング回路を用意しておき、ＭＰＵからの切り替え指令信号によってこれを切り替えることで実施することもできる。
【００９６】
［参考例］
これは堰式非満水電磁流量計でない、国際公開番号ＷＯ９３／０５３６７で提案した前記第２の従来技術のタイプの非満水電磁流量計に応用したものである。
【００９７】
この場合、堰５２はなく、電極５３，５３は流管５１の内壁側面に対向配置される。そして、流量の算出には下励磁コイルで励磁したときの信号と、上励磁コイルで励磁したときの信号との両方が必要であるから、実施例１で、上だけ励磁に相当する場合の励磁と短絡スイッチＯＮ／ＯＦＦの手順を図１（ｂ）の代わりに図５のように変更して実現する。
【００９８】
なお、この場合の流量算出の手順については国際公開番号ＷＯ９３／０５３６７に詳細に開示されているので、ここでは説明を省略する。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の非満水電磁流量計は上述のように構成されているので、流量が急に変化したとき、特に流量が急増したときに、短絡スイッチ（Ｓ２）のオン動作や無励磁補償を一時的に行わないから、これらをすることで呼び込んでいたばらつきや誤差が入ってこない。その結果、流量計側のばらつきや誤差が小さくできた。
【０１００】
また、固形物が電極をこすったりする、いわゆるスラリー性のノイズによるばらつきや誤差も小さくなった。
そして、実効的な励磁周波数が上がった結果により更にばらつきが減少した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で（ａ）はブロック図、（ｂ）は上だけ励磁時のタイミングチャート、（ｃ）は上だけ励磁時の流量算出アルゴリズムである。
【図２】図１の実施例の通常励磁時のタイミングチャートである。
【図３】図１の実施例のＥ２のばらつきを示す線図である。
【図４】従来技術のＥ２のばらつきを示す線図である。
【図５】参考例のタイミングチャートである。
【図６】第１の従来技術のブロック図である。
【図７】第１の従来技術の流量検出器の正面図である。
【図８】図７の流量検出器のＡ−Ａ′断面図である。
【図９】図６の従来技術のタイミングチャートである。
【図１０】第１の従来技術による流量計測方法の手順を説明する図で、（ａ）は流量計出力線図、（ｂ）は流量計出力比を示す線図、（ｃ）は未知の流量から得た出力比から同一水位の流量Ｑαを求める手順を説明する図、（ｄ）は出力曲線ＯＡから感度を求める手順を説明する図である。
【図１１】第２の従来技術のブロック図である。
【図１２】図１１のブロック図の一部の詳細を示す図である。
【図１３】図１１の従来技術のタイミングチャートである。
【図１４】ｈ−ｃ平面上でのｐ曲線の図である。
【図１５】ｈ−ｃ平面上でのｓ曲線の図である。
【図１６】ｈ−ｃ平面上でのｐ曲線とｓ曲線の図である。
【図１７】図１１の従来技術の電気回路の要部である。
【図１８】図１７の電気回路の具体例である。
【図１９】図１８の具体例によるｈ−ｃ平面上でのｐ曲線の図である。
【図２０】図１８の具体例によるｈ−ｃ平面上でのｓ曲線の図である。
【図２１】第２の従来技術による流量計測方法を説明するフローチャートである。
【図２２】ｇ，ｈ，ｃの関係を示すグラフである。
【図２３】第５の従来技術のブロック図である。
【図２４】図２３のタイミングチャートである。
【図２５】アンプの入力インピーダンスを説明する図である。
【図２６】水のインピーダンスとアンプの入力信号の関係を説明する電気回路図である。
【図２７】電極電位とアース電極電位の変化を示す線図である。
【図２８】電極の電位を説明する線図である。
【図２９】誤差分の発生を説明する線図である。
【図３０】無励磁補償を説明する図である。
【図３１】〔表１〕の補正テーブルＡをグラフ化した図である。
【図３２】〔表２〕の補正テーブルＢをグラフ化した図である。
【図３３】流量算出アルゴリズムである。
【図３４】補正テーブルＡから導電率がＣであるときの流量とＥ２の関係を求める図である。
【図３５】測定したＥ２の値から流量Ｑを求める図である。
【図３６】流量がＱであるときの導電率とＥ３／Ｅ１の関係を求める図で、（ａ）は流量とＥ３／Ｅ１の関係を、（ｂ）は導電率とＥ３／Ｅ１の関係を示す。
【図３７】測定したＥ３／Ｅ１から導電率Ｃ′を求める図である。
【図３８】第５の従来技術の精度の例を示す線図である。
【図１】
0004180702.tif 000011
【図２】
0004180702.tif 000012
【図３】
0004180702.tif 000013
【図４】
0004180702.tif 000014
【図５】
0004180702.tif 000015
【図６】
0004180702.tif 000016
【図７】
0004180702.tif 000017
【図８】
0004180702.tif 000018
【図９】
0004180702.tif 000019
【図１０】
0004180702.tif 000020
【図１１】
0004180702.tif 000021
【図１２】
0004180702.tif 000022
【図１３】
0004180702.tif 000023
【図１４】
0004180702.tif 000024
【図１５】
0004180702.tif 000025
【図１６】
0004180702.tif 000026
【図１７】
0004180702.tif 000027
【図１８】
0004180702.tif 000028
【図１９】
0004180702.tif 000029
【図２０】
0004180702.tif 000030
【図２１】
0004180702.tif 000031
【図２２】
0004180702.tif 000032
【図２３】
0004180702.tif 000033
【図２４】
0004180702.tif 000034
【図２５】
0004180702.tif 000035
【図２６】
0004180702.tif 000036
【図２７】
0004180702.tif 000037
【図２８】
0004180702.tif 000038
【図２９】
0004180702.tif 000039
【図３０】
0004180702.tif 000040
【図３１】
0004180702.tif 000041
【図３２】
0004180702.tif 000042
【図３３】
0004180702.tif 000043
【図３４】
0004180702.tif 000044
【図３５】
0004180702.tif 000045
【図３６】
0004180702.tif 000046
【図３７】
0004180702.tif 000047
【図３８】
0004180702.tif 000048