電磁流量計的信號提取方法
【專利摘要】本發明的課題在于提供一種電磁流量計的信號提取方法，其能根據消耗電力少的勵磁方法來改善S/N，進行輸出變動少的信號處理。其中，在勵磁電流波形(c)中，于正勵磁區間、負勵磁區間之間設置勵磁停止區間，根據時機信號(d)來確定正、負勵磁區間的各自的采樣時間T1、T2、勵磁停止區間的采樣時間T0，根據于時間T1、T2與時間T0中所提取的電極電位的差分，求出流速以及流量。在時間T0、T1、T2所采樣的電極電位中，除作為流量信號的電動勢以外，還同時采樣于電極重疊的流動噪音(e)以及緩慢變動的電極電位(f)。求出時間T1、T2與之前的時間T0的電極電位的差分，根據以短的采樣周期來獲得流量，從而能夠得到正確的流速以及流量，并且流動噪音(e)、電極電位的變動(f)也互相抵消，從而能夠有效地除去。
【專利說明】
電磁流量計的信號提取方法
技術領域
[0001]本發明提供一種電磁流量計的信號提取方法，其能除去噪音的影響，并且以良好的精度求出流量信號。
【背景技術】
[0002]在電磁流量計中，使用勵磁線圈來對流過測定管中且具有導電性的流體施加交流磁場，并且根據法拉第定律，基于在與流體方向以及磁場方向相垂直方向產生的電動勢，求出流體的流速。
[0003]在該電磁流量計中，由于所得到的信號電動勢微弱，因此，為了改善信噪比S/N(signal to noise rat1)并謀求輸出的穩定化，長久以來一直采用下述兩種對策。
[0004](I)流過大的勵磁電流以形成強磁場，使產生的電動勢信號增大。
[0005](2)對于寄生于電磁流量計的噪音，采用合適的信號處理。
[0006]但是，在(I)的對策中，因勵磁所消耗的電力增大，與省電的要求相悖。
[0007]又，作為(2)的對策中必須考慮的電磁流量計中寄生的主要的噪音如下:(i)電極的接觸電位差所產生的電極電位與該電極電位的緩慢的繼時變動；(ii)根據隨時間變化的磁場，在電極間產生的電磁感應噪音；(i i i)流體內的雜質或氣泡等的流動導致的流動噪音、(iv)來自商用交流電源的感應噪音等。
[0008]作為這些的對策，對于(i)來說，根據將施加的磁場作為交流磁場而產生的電極電位的交流成分來測定流量。
[0009]關于(ii)的噪音，為了避免磁場的變化的時機，即根據磁場為一定的時機來對電極電位進行取樣。
[0010]關于(iii)的流動噪音，人們公知具有如圖3所示那樣的特性，S卩，以頻率Fe為邊界，噪音大小對應于高頻而減少的1/F特性，通過增大信號處理的頻率，從而降低噪音的大小。
[0011]又，流動噪音中包含:根據流體所含的固體物對電極進行碰撞所產生的泥漿噪音、根據化學液體注入等而不均勻的流體通過電極部時產生的流體噪音、低導電率流體所產生的低導電率噪音等。
[0012]關于(iv)的噪音，采用使商用交流電源與采樣時間的時機同步化等的對策。
[0013]圖4表示一般的電磁流量計的構成圖，由檢測部I與轉換部2構成。檢測部I由供被測定流體流動的測定管3、配置于測定管3的周圍的勵磁線圈4、在測定管3內設置的一對電極5a、5b構成。
[0014]在轉換部2中設置緩沖放大器6，其對電極5a、5b所產生的兩個流量信號進行差動接收。該緩沖放大器6的輸出實行流體運算等，并且依次連接于具有A/D轉換器的功能的CPU7以及輸出電路8。一方面，基于勵磁電路9的勵磁電流的輸出連接于勵磁線圈4以及實行流體運算等的CPU 7，時機信號發生電路10的輸出連接于勵磁電路9以及CPU 7。
[0015]與以時機信號發生電路10所生成的信號周期同步，來自于勵磁電路9的正負的勵磁電流Iex被供給到勵磁線圈4，若如此，作為與流過測定管3內的流體的流速成比例的流量信號，在電極5a、5b之間產生出電動勢Es。
[00? 6]在電極5a、5b之間產生的、作為從緩沖放大器6輸出的電極5a、5b之間的電極電位的電動勢Es在不考慮各種噪音的場合，能以下述(I)式所表示。
[0017]電動勢Es= K.B.V.D......(I)
[0018]其中，K為比例常數、B為基于勵磁線圈4產生的磁感應強度、V是流體的流速、D是測定管3的口徑。
[0019]磁感應強度B與勵磁電流Iex成比例，根據(I)式，流速V根據下述(2)式而得到。其中，α為每個檢測部I所規定的常數。
[0020]V = Q.Es/Iex......(2)
[0021]電動勢Es以緩沖放大器6接收信息，進而被輸入到CPU7中。CPU 7根據所輸入的電動勢Es以時機信號發生電路10作出的樣品時機信號進行采樣，與作為勵磁電路9的輸出值的(2)式的勵磁電流Iex進行相除運算，將得到的流速V輸入到輸出電路8。輸出電路8中，轉換為程序用的規定的輸出，并且進行輸出。
[0022]現有技術
[0023][專利文獻]
[0024][專利文獻I]日本特開平3-186716號公報
[0025][專利文獻2]日本特開平7-306069號公報
【發明內容】
[0026]發明要解決的課題
[0027 ]圖5為一直以來的勵磁電流波形與樣品時機信號的說明圖。勵磁電路9如圖5 (a)所示的那樣，在一個勵磁周期T中，對勵磁線圈4供給交替進行正負輸出的勵磁電流lex。緩沖放大器6的輸出在勵磁電流Iex到達正負的一定值以后，以基于從時機信號發生電路10輸出的時機信號T的采樣時間T1、T2，在CPU 7中進行采樣，進而，在CPU 7中進行與從勵磁電路9所得到的勵磁電流Iex的振幅的相除運算，求出流過測定管3的流體的流速V。
[0028]在這樣的正負的交流勵磁狀態中、將勵磁電流Iex以平時狀態的時機采樣，將求出的電極5a、5b之間的差動電壓進行同步整流，由此，之前所述的主要的噪音中，除去了(i)的電極電位與緩慢的繼時變動導致的噪音；(i i)根據隨時間變化的磁場，除去電極中產生的電磁感應噪音，由此對流量進行測定。
[0029]—方面，前述的(iii)的流動噪音如圖3所示那樣，公知為高頻率成分F的噪音比低頻率成分F小。在低頻率的勵磁周期需要同步整流的低頻率勵磁式的電磁流量計中，存在
(iii)的流動噪音變大而變得不利的問題。
[0030]又，因經過所有的勵磁周期T，對勵磁線圈4進行正負任何一個的交流勵磁，由此，平時消耗勵磁所需的電力與省電的目的相悖。由此，為了省電，根據間歇的勵磁、即所謂的3值勵磁來消減勵磁所需電力，這樣的技術公開于專利文獻1、2中。
[0031]在專利文獻I中，公開了根據間歇的勵磁謀求減少消耗電力的技術、或降低之前
(ii)的電磁感應噪音的影響的技術，基于間歇勵磁的反復周期的電極電位的采樣與同步整流，從而得到流量信號。由此，無法期待關于具有1/F特性的流動噪音的改善。
[0032]專利文獻2為專利文獻I的改良發明，公開了根據間歇的勵磁來消減勵磁線圈的勵磁所需的電力的技術、降低之前的(ii)的電磁感應噪音的影響的技術。但是，在采樣的前后，根據轉換部2內的電路，將電極信號進行復位，由此，失去了復位前后的電極電位的信息，之前的(i)的電極的電極電位的緩慢的變動而產生的噪音無法有效地除去。
[0033]本發明的目的在于提供一種電磁流量計的信號提取方法，其能解決上述課題，能減少消耗電力的同時，除去各種噪音的影響，并降低輸出變動。
[0034]在為達成上述目的的本發明的電磁流量計的信號提取方法中，在該電磁流量計中，以規定的周期對勵磁線圈進行間歇通電，反復進行勵磁以及勵磁停止，在上述勵磁停止時的勵磁停止區間的長度比上述勵磁時的勵磁區間的長度大，其中，在上述勵磁區間中，對上述勵磁時的電極電位進行采樣，在上述勵磁停止區間中，對將上述勵磁區間之前以及之后的勵磁停止時的電極電位進行采樣，基于上述勵磁時所采樣的電極電位與上述勵磁區間之前以及之后的上述勵磁停止時所采樣的兩個電極電位的平均值的差分，算出流量。
[0035]根據本發明的電磁流量計的信號提取方法，通過設置勵磁停止區間，可在確保測定信號的振幅的同時，消減勵磁所消耗的電力，在勵磁停止時，進行兩次信號的采樣，改善了相對各種噪音的S/N，降低了輸出的變動。
【附圖說明】
[0036]圖1表示參考例的勵磁電流波形、時機信號的波形圖。
[0037]圖2表示實施例的勵磁電流波形、時機信號的波形圖。
[0038]圖3表示流動噪音的頻率特性圖。
[0039]圖4表示一般的電磁流量計的構成圖。
[0040]圖5表不一直以來的勵磁電流波形、時機信號的波形圖。
【具體實施方式】
[0041 ][參考例]
[0042]本參考例的電磁流量計的電路構成基本上與圖4的一直以來的例子相同，但是，時機信號發生電路1所產生的米樣時機、CPU7中的運算方式與一直以來的例子不同。
[0043]圖1為參考例的勵磁電流波形、時機信號的波形圖。圖1中，圖1(c)為勵磁電路9所輸出的勵磁電流波形；圖1(d)為時機信號發生電路10所輸出的時機信號；圖1(e)表示之前的(iii )所述的低頻率的流動噪音的大小；圖1 (f)表示之前的(i)所述的緩慢變動的電極5a、5b的電極電位。
[0044]在勵磁電流波形圖1 (c)中，于正勵磁區間、負勵磁區間之間設置勵磁停止區間。又，在勵磁周期T內的正、負勵磁區間內的采樣時間T1、T2與勵磁停止區間的采樣時間TO采用相同的時間寬度，采樣時間Τ0、Τ1、Τ2基本上為與商用交流電源的周期的整數倍同步的時機。
[0045]在時機信號圖1(d)中，正、負的勵磁區間的勵磁的采樣時間Tl、Τ2、以及正勵磁的升起的開始之前、負勵磁的下降的開始之前的勵磁停止區間(即采樣時間Τ1、Τ2之前的采樣時間TO)中，輸出相當于電動勢的電極電位Ea，該電動勢產生自電極5a、5b，并且混合有流動噪音(e)以及緩慢變動的電極電位(f)。又，采樣時間TO即使為采樣時間T1、T2之后的勵磁停止區間內也沒有關系。
[0046]基于電極5a、5b之間的電極電位的正、負的勵磁的采樣時間Tl、T2所采樣的電動勢Es與之前的采樣時間TO所采樣的電極電位Ea，能夠算出正確的流速V，對該流速V乘以測定管3的截面積以求出流量。
[0047]采樣時間Tl、Τ2、TO所采樣的電極電位中，除了作為流量信號的電動勢Es以外，還采樣了電極電位Ea，該電極電位Ea混合有:電極所重疊的流動噪音(e)以及緩慢變動的電極5a、5b的電極電位(f)。
[0048]求出勵磁區間的采樣時間T1、T2的采樣值與之前的采樣時間TO的勵磁停止區間的采樣值的差分，由此，混合了流動噪音(e)、電極電位的變動(f)的電極電位Ea可在效果上抵消而被有效去除，能夠得到電動勢Es中不含電極電位Ea的正確的流速V以及流量。
[0049]進而，流動噪音具有圖3所示的1/F特性，因此，通過對勵磁停止區間的采樣進行設為正、負勵磁時機的附近的高頻處理，能有效地除去。又，通過使這些的采樣周期與商用電源的周期的整數倍同步，可有效地除去商用電源噪音。
[0050]又，與一直以來的技術相同，在本參考例中，(d)的時機信號不會在供電時的勵磁電流Iex產生變化期間內發生，因此不會受到之前的(ii)所述的電磁感應噪音的影響。
[0051 ]又，來自之前的(4)所述的商用交流電源的感應噪音通過各采樣時間TO、T1、T2等于商用交流電源周期的整數倍，能完全被除去。
[0052]關于消耗電力，通過對勵磁線圈4設置勵磁停止區間。由此，勵磁電流的振幅(流量信號振幅)能與一直以來的低頻率勵磁保持為同樣，同時還能消減勵磁用的電力、可實現省電。
[0053]電磁流量計存在口徑為2mm?200mm程度的寬范圍的尺寸，根據口徑，勵磁電流Iex收斂到一定值后，為了使磁場收斂需要時間的場合、特別是強烈要求零點的穩定性的場合等，根據應用，低頻率勵磁的勵磁周期、采樣時機的要求不同的場合是存在的。
[0054]為了可有效地適用這樣的低頻率勵磁用的應用(applicat1n)，如果能事先將勵磁周期T、采樣時間T0、T1、T2以可變參數進行設定的話，可以提高應用的自由度。
[0055]在本參考例中，說明了各正負勵磁區間與勵磁停止區間的采樣例，但是，通過使用正勵磁與勵磁停止、或負勵磁與勵磁停止的任一方面的雙值勵磁，從而也可根據勵磁區間與勵磁停止區間的采樣值的差分而求出流速V以及流量。在此場合，與正負值勵磁相比較，信號振幅變成一半，但是，具有下述優點:不需要逆轉勵磁時的正負的電路，能夠簡單化。
[0056]【實施例】
[0057]在上述的參考例中，對于采用下述差分對流速V以及流量進行運算，降低流動噪音以及電極電位的緩慢的變動的影響的方法進行了說明。該差分為，在正、負勵磁區間中采樣的電動勢Es、與正、負勵磁區間之前或之后的勵磁停止區間中采樣的電極電位Ea的差分。
[0058]在本實施例中，如圖2所示那樣，以正、負勵磁之前的勵磁停止區間內的采樣時間TO以及勵磁之后的勵磁停止區間內的采樣時間Τ0’實施采樣。對于正勵磁區間，根據(Τ0、T1、T0’)這三個時機所采樣的要素而進行運算，該要素分別為:勵磁停止區間之前的勵磁停止時的電極電位EaI ；與勵磁區間的電動勢Es同義的電極電位Es;勵磁區間之后的勵磁停止時的電極電位Ea2。即，在CPU 7中，分別在乘以1、2、1的權重系數后，將正勵磁區間與勵磁停止區間的差分值以(-1.Eal+2.Es-1.Ea2)/2的運算式而運算。根據該運算式，對負勵磁也同樣運算負勵磁區間與勵磁停止區間的差分值。
[0059]根據如上的運算，得到與參考例同樣省電的流量信號。同時，相對電極5a、5b的緩慢變動的電極電位以及流動噪音，利用基于勵磁區間前后的勵磁停止區間的電極電位Eal、Ea2的電極電位Ea的平均值，能從正、負勵磁區間中采樣的電動勢Es，以更良好的精度除去噪音成分。
[0060]標號的說明:
[0061 ] 標號I表示檢測部；
[0062]標號2表示轉換部；
[0063]標號3表示測定管；
[0064]標號4表不勵磁線圈；
[0065]標號5a、5b表不電極；
[0066]標號6表示緩沖增幅器；
[0067]標號7表不CPU;
[0068]符號8表示輸出電路；
[0069]符號9表示勵磁電路；
[00"70]符號10表不時機信號發生電路。
【主權項】
1.一種電磁流量計的信號提取方法，在該電磁流量計中，以規定的周期對勵磁線圈進行間歇的通電，反復進行勵磁以及勵磁停止，在上述勵磁停止時的勵磁停止區間的長度比上述勵磁時的勵磁區間的長度大，其特征在于， 在上述勵磁區間中，對上述勵磁時的電極電位進行采樣， 在上述勵磁停止區間中，對將上述勵磁區間之前以及之后的勵磁停止時的電極電位進行米樣， 基于上述勵磁時所采樣的電極電位與上述勵磁區間之前以及之后的上述勵磁停止時所采樣的兩個電極電位的平均值的差分，算出流量。2.根據權利要求1所述的電磁流量計的信號提取方法，其特征在于，使相對上述勵磁區間、上述勵磁停止區間的電極電位的采樣的時機與交流電源的周期的整數倍同步。3.根據權利要求1或2所述的電磁流量計的信號提取方法，其特征在于，上述勵磁區間的周期以及采樣時間能以可變參數而設定。4.根據權利要求1或2所述的電磁流量計的信號提取方法，其特征在于，上述勵磁僅為正或負的極性。5.根據權利要求1或2所述的電磁流量計的信號提取方法，其特征在于，對于上述勵磁區間之前的上述勵磁停止時的電極電位Eal、上述勵磁區間的電極電位Es、上述勵磁區間之后的上述勵磁停止時的電極電位Ea2，分別乘以1、2、1的權重系數，將上述勵磁區間與上述勵磁停止區間的差分值以(-1.Eal+2.Es-1.Ea2)/2的運算式而運算，從而算出流量。
【文檔編號】G01F1/58GK106066196SQ201610251319
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年4月21日 公開號201610251319.0, CN 106066196 A, CN 106066196A, CN 201610251319, CN-A-106066196, CN106066196 A, CN106066196A, CN201610251319, CN201610251319.0
【發明人】鳥丸尚, 竹田修, 逢強, 陳立功, 陸經偉, 姚迪斐
【申請人】東京計裝株式會社