专利名称：电磁流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量导电性流体流量的电磁流量计，特别是涉及具有能有效地去除流量信号中所包含的尖峰脉冲噪声成分，尤其是可有效去除在靠近励磁周期间隙处所产生的尖峰脉冲噪声，而且对流量的响应性无损害等功能的电磁流量计。
图1是已有的电磁流量计的结构实例概示图。
该电磁流量计包括检测器1和转换器11。
检测器1具有供流体流通的测量管2和装在测量管2内壁上的电极4以及赋予测量管磁通的励磁线圈3。
转换器11包含有能使电流流过励磁线圈3且定期切换该电流方向的励磁电路5、将电极4的感应电势(流量信号)放大的放大器6、对经放大的信号进行定时采样并将其转换成数字值的A/D转换电路7、切换励磁方向并控制采样时间的控制电路8、处理数字化流量信号的运算电路9和输出流量信号的输出电路10。
在上述结构中，之所以要施加使励磁线圈3中流过的电流方向定期切换的交变磁通，是为了防止因检测器1的电极4所产生的电化学作用而形成的直流极化电压对流量信号的影响(即通过在双向励磁方向上采到的流量信号差来防止直流噪声的影响)。
对于上述这种流量计来说，当流体中的固体物质撞击电极4等部件时，所产生的尖峰脉冲噪声将有可能造成指示(输出)的不稳定。
虽然通过加大阻尼系数对流量信号进行平均化可在某种程度上抑制指示的晃动，但是因为这种方法必须牺牲电磁流量计的响应性，因而不可能充分发挥原有的性能。
公知测试技术中，对于按一定周期进行测量的测量器来说，相对于测量器的输入范围虽然可以考虑排除超过该范围的测量值或者将其变换成模拟值后再进行运算的技术，但是如果在励磁周期附近形成的间隔中产生尖峰脉冲噪声，则一个励磁周期内的每个测量值通常都要受到噪声的影响，从而使上述技术无效。
如上所述，已有的电磁流量计存在着或者对流量的响应性有损害或者因受尖峰脉冲噪声的影响而使指示(输出)变得不稳定的缺点。
本发明的目的在于提供一种具有可以有效地除去流量信号中所包含的尖峰脉冲噪声成分，特别是除去靠近励磁周期的间隙中产生的尖峰脉冲噪声，而且对流量的响应性无损害等功能的且具有极高可靠性的电磁流量计。
本发明的上述目的是通过权利要求1、特别是权利要求2、权利要求3，以及权利要求4、权利要求5来实现的。
在本发明的电磁流量计中，对某个磁通方向上的流量信号进行多次采样，再对这些采样值中特别大或特别小的值(此外，当在反相位上同时采得的值的差超过一定范围时)进行排除或将其转换成模拟值的运算。
由此，能有效地除去流量信号中所包含的尖峰脉冲器声成分，特别是在临近励磁周期的间隔中发生的尖峰脉冲噪声。同时不会损坏对流量的响应性。从而提供了一种具有去除噪声功能、且具有极高可靠性的电磁流量计。
图1是已有的电磁流量计结构例的概略图。
图2是本发明所述电磁流量计的一个实施例的概略图。
图3A-图3E是本实施例所述电磁流量计的励磁信号、流量信号、计数器控制信号的时基图。
图4A-图4E是本实施例所述电磁流量计的励磁信号、流量信号、计数器控制信号的时基图。
图5是本实施例中信号处理程序的流程图。
图6A-图6E是本实施例所述电磁流量计的励磁信号、流量信号、计数器控制信号的时基图(流量信号上叠加有噪声信号时的一个例子)。
本发明的核心是，在交变磁通励磁方式的电磁流量计中，对一周期的同相位流量信号进行多次采样，当上述多次采样值中出现特别大或特别小的值时(即超出所定范围时)，应排除这些值或将这些值转换成模拟值进行运算。在这种情况下，所谓的超出所定范围还包含与在同一周期的反相位上相位反转之后同一时刻采样值的差超出所定范围的情况。
下面将参照附图详细说明以上述思考方法为基础的本发明的一个实施例。
图2是表示本发明所述电磁流量计的结构实例的概要图。对与公知例图1中相同的部分使用了相同的标号。为了便于说明起见，在以下说明的实施例中将一周期中同一相的采样次数取为3次，但并不为此所限，一周期中同一相的采样次数可以适当设定。
本实施例的电磁流量计包括检测器1、转换器11。
检测器1包括设在流动流体测量管2的内壁上的电极4和使测量管2产生磁通的励磁线圈3。
转换器11包括使励磁线圈3中有电流流过且定期对该电流的方向进行切换的励磁电路5、对电极4的感应电势(流量信号)进行放大的放大器6、在一定时间内对放大的电流信号进行采样并将其转换数字值的A/D转换电路7、切换励磁方向并控制采样时间的控制电路8、对数字化的流量信号进行处理的运算电路9和输出流量信号的输出电路10。
A/D转换电路7包含将电压电平转换为频率的V/F转换电路12，对V/F转换电路12输出的脉冲进行计数的第1-第3计数器13-15。
控制电路8分别按不同的时间控制第1-第3计数器13-15，按不同时间启动的第1-第3计数器13-15根据采样时间输出流量信号的A/D转换值(累计值)。
参照图3A-6E说明具有上述结构的实施例的动作。
图3A-图3E是表示励磁信号、流量信号以及第1-第3计数器控制信号，即采样时间控制信号的实施例的时基图。
在来自控制电路8的计数器控制信号的电平为“H”期间，计数器13-15的门是导通的，并累计来自V/F转换电路12的输出脉冲。
在图3A-3E中，一周期中同一相的各采样时间Tsa、Tsb、Tsc之间的关系为Tsa＝Tsb＝ 2/3 Tsc。各采样时间的定时采样值取为Sa、Sb、Sc，而采样时间相等，采样定时不同的采样值S1、S2、S3可根据S2＝Sc-Sb，S2＝Sa+Sb-Sc，S3＝Sc-Sa获得。
这样根据图4A-图4E所示的采样控制方法，以及图3A-图3E所示的采样方法，可以通过加长一次采样的时间，来实现以较高分辨率进行A/D转换。
在这种情况下，用一周期内同相位的一个采样值Sc所进行的运算是公知的运算方式。
图3A-图3E以及图4A-图4E中，S1′-S3′的采样值表示的是与同一周期中反相位的S1-S3对应的定时采样值。
图5是利用本实施例装置得到的相对于一周期内周一相位的3个采样值S1-S3的处理程序的流程图。
对采样值变量S、计数器n以及一周期内的相同采样数(本实施例为3)进行设定(步骤A1)(→N的初始值为3时，可根据n的初始值必须为1的理由来改变A1的内容)。
检验第一次的采样值S1是否处在所定的范围(步骤A2)。在步骤A2中，当采样值S1处于所定范围之外时，应判断在同一周期内的反相位中与采样值S1对应的时间内得到的采样值S1′与S1之差是否处于所定的范围内(步骤A3)。
在步骤A3中，如果在同一周期内的反相位中与采样值S1对应的时间内得到的采样值S1′与S1的差处于所定范围之外，则该采样值S1应作为不适当的值而去除。随之，将采样数N＝3变为N＝2(步骤A4)。
在步骤A2中，如果采样值S1处于所定的范围内，或在步骤A3中，在同一周期的反相位中，如果在与采样值S1对应的时间内(也称为在反相位的相同时间内)得到的采样S1′与S1的差处在所定的范围内，则在采样值变量S上加上采样值S1的值(步骤A5)。
此后，为了检验采样值的合适性，而将计数器的值n增加1(步骤A6)。
如果计数器值n超过3(步骤A7)，则表明已没有采样数据，这时用采样数N除采样变量S以求得采样值的平均值(步骤A8)。如果计数器的值n在3以下，表明还有采样数据，则返回到从步骤A2开始的上述步骤进行操作(步骤A7)。
利用上述动作，当如图6A-6E所示的流量信号(例如极样值S2)上叠加有噪声信号时，已有技术中是利用图6E中所示的Tsc间的采样值(计数器的累计值)计算流体流量，因此会受到噪声的影响。但是本实施例中，由于先分解成3个采样值S1、S2、S3，再将含有噪声成分的采样值S2排除，最后仅用剩下的S1、S3进行运算，因此输出值可以不受噪声成分的影响。
如果只是根据对采样值S1、S2、S3进行比较来排出异常值，就会造成使因切换励磁方向所产生的同相噪声而形成的突出采样值作为排除对象，而通常不能被放到运算中，这样就不能得到正常的测量值。本实施例中增加了上述动作，即只有当逆相位的采样值与和其对应的同一周期内的采样值的差大于所定值时，才将其作为排除对象，这样就不会发生那种不适宜的情况。
在对步骤A4的说明中，当步骤A2中采样值Sn处于所定范围之外，以及在步骤A3中逆相位的同一时间中得到的采样值Sn′与Sn的差处于所定范围之外时，应将采样值Sn作为不合适的值而除去，但并不仅限于此，还应在步骤8中将求得的采样值Sn的平均值等转换成模拟值。
上述本发明的装置包含检测器1和转换器11，检测器1上还包括使流体流过的测量管2，装在测量管2内壁上的电极4，给测量管2加磁通的励磁线圈3;转换器11进一步包括使电流在励磁线圈3中流动并对该电流方向进行定期切换的励磁电路5，将电极4上的感应电势放大的放大器6，将放大的流量信号按一定时间进行采样并将其转换成数字值的A/D转换电路7，控制励磁方向的切换和采样时间的控制电路8，对数字化流量信号进行处理的运算电路9和输出流量信号的输出电路10。按照这种结构，通过安装在测量管2上的电极4对在各磁通方向上按法拉第定律在流体上产生的感应电势(流量信号)进行采样，再施以运算处理，就可以得到流量。
本发明装置中，A/D转换电路具有将电压电平转换成频率的V/F转换电路12、对V/F转换电路12输出的脉冲进行计数的第1-第3计数器13-15，利用控制电路8可以按各不相同的时间控制第1-第3计数器13-15，并输出第1-第3计数器13-15在不同时间、采样时间的流量信号的A/D转换值(累计值)，对某个磁通方向的流量信号进行多次采样，将多次采样的值Sn(n＝1-N)中超出限制范围的值以及如果该值与在反相位中相同时间内采样值的差超过一定范围时，将该值排除或进行转换成模拟值的运算。
在这种情况下，“限制范围”可以是予先固定的值、从数据中求得的分散值或是标准偏差等，例如可以将该值设定为2倍或3倍范围。而“模拟值”可以是例如采样值的算术平均值等。
根据上述的本发明，能够使含有低频噪声的采样值不加入运算中进行处理(即使超出转换器的采样电路、A/D转换电路能力的值不反映到运算中，从而不会损害已有的励磁频率及响应性并消除了尖峰脉冲噪声的影响)。
由于含有噪声成分的采样值从一开始就不反映到运算中，因此，既使是不进行长时间的平均化和大阻尼系数的处理，也可以产生去除噪声影响的效果。
只排除突出的采样值，会将在励磁切换时所产生的因同相噪声而造成的突出的采样值也作为排除对象，而接常规不加入运算中，这样将得不到正常的测量值。然而在本实施例中，是将其与反相位中同一时间的采样值进行比较，只将差值大的情况作为排除对象，这样就可以防止不合适的情况。
由上所述，可以有效排除流量信号中所包含的尖峰脉冲噪声，特别是在靠近励磁周期间隔处所产生的尖峰脉冲噪声，而对流量的响应性没有损害。
本发明不受上述实施例的限制。按以下方式同样可以实施本发明。
(a).上述实施例说明的是用对某个磁通方向上的流量信号进行多次采样，当这些采样值中出现特别大或特别小的值时，将该值排除或是转换成模拟值进行运算的方式，将在某个磁通方向上的多次采样值Sn(n＝1-N)中，超出限制范围的值，并且当其与反相位上相同时间内采样值的差超过一定范围时，排除该值或将其转换成模拟值进行运算的情况。然而本发明并不限于此，也可以采用计算的方式除去相对于原来的流量信号的明显的噪声成分。
具体地说，将在一周期内所定的磁通方向上的多次采样值Sn(n＝1-N)的平均值Σn=1NSn/N]]>
作为基准，当采样值超过所定限制范围时，排除该值或将该值转换成模拟值进行运算，也可以获得与上述实施例情况相同的效果。在这种情况下，最好是与上述实施例一样，设计一个当采样值Sn与反相位同时间的采样值的差超过一定范围时再进行排除或运算的限制。
(b).根据上述(a)的计算方式并通过计算比较效果的计算方式，在上述某磁通方向上的多次采样值Sn(n＝1-N)中，当某个采样值Si超过以从这些采样值中去除Si后剩下的采样值的平均值 为基准的某个限制范围时，则应该将该值排除或将其转换成模拟值进行运算，在这种情况下，与上述实施例相同，最好设计当采样值Sn与反相位相同时间内的采样值的差超过一定范围时再进行排除或运算的限制。
(c).以上实施例说明的是，用对一周期内所定磁通方向上的流量信号进行多次采样，当在这些采样值中出现特别大或特别小的值时，排除该值或将其转换成模拟值进行运算的方式，对上述多次采样值Sn(n＝1-N)中超出所定范围的值进行排除或将其转换成模拟量进行运算的情况。但本发明并不限于此，也可以采用例如将前后采样值进行比较而将突发的噪声除去的运算方式。
即具体地讲，在上述某磁通方向上的多次采样值Sn(n＝1-N)中，当某个采样值Si超过以其前后采样值S(i-1)、S(i+1)为基准的某限制范围时，应排除该值或将其转换成模拟值进行运算，也能获得与上述实施例同样的效果。在这种情况下，与上述实施例相同，最好设计一个当采样值Sn和反相位同时间的采样值的差超过一定范围再进行排除或运算的限制。
此外，在上述实施例的说明中，说明的是对一周期内的采样值的处理，也可以将从上次以前的周期中得到的采样值算入基准值中。
对本发明来说，在不改变本发明主题的范围内可以对其进行其它的各种变更。
权利要求
1.电磁流量计，包括使作为测量对象的流体流过的测量管。在与上述流体流动的方向相垂直的平面上的第一方向以及与上述第一方向相反的第二方向上施加对所加磁场进行定期切换的交变磁场的交变磁场施加装置。在同一周期内的同一方向上，对由上述第一方向和上述第二方向上的磁场在上述流体中产生的感应电势进行多次采样的采样装置，对从上述多次采样得到的采样值中超过所定范围之外的采样值进行排除以及转换成模拟值进行计算而得到流量的运算装置。
2.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中，上述运算装置包含对上述第一以及上述第二方向的至少一个方向上的多次采样值Sn(n＝1-N)中超出所定范围的采样值进行排除或者转换成模拟值的装置。
3.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中，上述运算装置包含对上述第一以及上述第二方向的至少一个方向上的多次采样值Sn(n＝1-N)中超过采样值的平均值。 为基准的所定范围之外的采样值进行排除或者转换成模拟值的装置。
4.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中，上述运算装置包含当上述第一以及上述第二方向的至少一个方向上的多次采样值Sn(n＝1-N)中的某个采样值Si超过以除了该采样值以外的基它采样值的平均值(Σn=1i-1sn+Σn-i=1NSn)/(N-1)]]>为基准所定的范围时，排除该采样值或将其转换为模拟值的装置。
5.根据权利要求1所述的电磁流量计，其中，上述运算装置包含当上述第一以及上述第二方向的至少一个方向上的多次采样值Sn(n＝1-N)中的某个采样值Si超过以Si前后的采样值S(i-1)、S(i+1)为基准所定的范围之外时，排除该采样值或者将其转换成模拟值的装置。
6.根据权利要求1-5所述的电磁流量计，其中，上述运算装置包括，当反相位同时间的采样值的差超过一定范围时，排除该采样值或者将其转换成模拟值的装置。
7.根据权利要求1-6所述的电磁流量计，其中，上述模拟值包含同一磁场方向上的采样值的平均值。
8.流量测量方法，包括以下步骤在与流体流动方向垂直的平面上的第一方向以及与上述第一方向相反的第二方向上施加对已加磁场进行定期切换的交变磁场，在同一周期内的同一方向上对由上述第一和上述第二方向的磁场在上述流体中产生的感应电势进行多次采样，从上述多次采样的采样值中排除超出所定范围之外的采样值或将其转换成模拟值进行运算得出流量。
全文摘要
本发明的电磁流量计包括，使作为测量对象的流体流过的测量管，对在垂直于上述流体流动方向的平面上的第一方向以及与第一方向相反的第二方向上所加的磁场施加定期切换的交变磁场的交变磁场施加装置，在同一周期内的相同方向上对由上述第一方向和上述第二方向上的磁场在上述流体中产生的感应电势进行多次采样的采样装置，对上述多次采样的采样值中超过所定范围的采样值进行排除和将其转换成模拟值中的任一种结果进行运算并得到流量的运算装置。
文档编号G01F1/58GK1108385SQ9410915
公开日1995年9月13日 申请日期1994年7月8日 优先权日1993年7月9日
发明者樋口隆司 申请人:株式会社东芝