专利名称：电磁流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电磁流量计，具体地，本发明涉及一种能够消除由混入流体中的市电噪声引起的测量流速中的波动的电磁流量计。
背景技术：
当要被电磁流量计测量的流体通过泵或者电磁阀时，由设备造成的50Hz/60Hz的市电噪声会混入流体中，如果这种市电噪声混入了流体中，由于市电噪声被叠加在从检测器获得的信号电动势上，所以具有在市电频率和采样频率之间的差分频率的差分噪声也被叠加在通过采用信号电动势而获得的直流流速信号。当这种直流流速信号作为数字流速信号被加载时，由于差分噪声的影响，在测量流速中出现波动。
通常，作为一种能够用于消除由这种市电噪声造成的在测量流速中的波动的电磁流量计，如图12所示，已经有人提出了一种具有用于消除直流流速信号112A中的差分噪声的带阻滤波器(以下称为BEF)120(例如，日本公开专利2000-258211)。
如图12所示，检测器100按照预定的交流激励电流将磁场施加于管线中，并且检测/输出流体产生的信号电动势，作为检测信号。变换器110将预定的交流激励电流输出到检测器100，并且通过对来自检测器100的检测信号进行信号处理来计算/输出管线中的流速。
如图13A到13E所示，激励部分116输出具有预定频率的交流激励电流，并且所述的交流激励电流按照来自切换部分117的激励信号117C由方波形成。
检测器100的线圈100c被来自变换器110的交流激励电流激励，以便将预定的磁场施加到管线101中流动的流体。这产生了幅度对应于流体的流速的信号电动势。
该信号电动势被设置在管线内壁彼此相对的电极100a和100b检测，并被作为检测信号输出到变换器110。
在变换器110中，第一级放大部分111通过使用高通滤波器等来衰减从检测器100获得的检测信号，以便衰减混入该检测信号中的脉冲噪声和低频噪声、对该信号极性交流放大并且输出结果信号，作为交流流速信号111A。
采样/保持部分112对来自第一级放大部分111的交流流速信号111A的每个波形后沿部分(阴影部分)进行采样，该部分已经稍稍被激励线圈110c产生的磁通量差分噪声所影响，并且，采样/保持部分112输出结果信号，作为直流流速信号112A。带阻滤波器120衰减差分噪声分量，该噪声具有下面的频率Δf＝|fn-fex|它对应于激励电流频率fex和包含在来自采样/保持部分112的直流流速信号112A中包含的市电频率fn之间的差值。
运算处理部分114通过BEF 120加载从采样/保持部分112输出的直流流速信号112A，作为数字流速信号，并且通过执行预定的运算处理来计算测量流速。输出部分115然后将该流速转换成预定的流速信号(回路电流)并将其输出。
以这种方式，获得了已经将由差分噪声造成的波动的测量流速。
也可以使用电磁流量计，该电磁流量计获得了表示从各自的检测电极100a和100b获得的电极电压EA和EB之间的差值的输出电压ES，以便减少由差分噪声引起的市电噪声，而不是以上面的方式来直接减少噪声，如图14所示。
通常，混入流体中的市电噪声作为共模噪声NC同等地混入各自的电极100a和100b。当这种共模噪声NC混入流体中时，在各自的电极100a和100b与地电位100d之间产生的电极电压EA和EB如下给出EA＝SA+NCEB＝SB+NC其中，SA和SB是由电极100a和100b产生的信号电动势。
此时，由于信号电动势如下表示
SA＝-SB当减法器151计算这两个电极EA和EB之间的电极电压时，获得共模噪声NC被消除的输出电压ES＝EA-EB＝2SA与此相反，当加法器152将电极电压EA和EB相加时，流速信号彼此相抵消，求得表示市电噪声的噪声电压EN＝EA+EB＝2NC通过从该噪声电压中提取市电频率并与频率的提取同步执行激励，运算处理部分114可以在减法器151中进行运算操作。
更具体地，像图12中所示的采样/保持部分112一样，运算处理部分114通过使用相移半个周期的EA和EB来在半个周期中采样电极电压EA和EB，以便获得ES。在这种情况下，由于激励定时与市电频率同步，共模噪声NC同等地混入相移半个周期的EA和EB中。这就消除了相移并且可以有效地消除共模噪声NC，而不使用减法器151。
以这种方式，得到已经将差分噪声造成的波动消除的测量流速。
但是这种常规的电磁流量计另外还需要模拟信号处理部分，用于消除在市电频率和采样频率之间有差分频率的差分噪声的波动。这导致增加了制造成本和电能消耗。在最大电流消耗限制在4mA或者更小的两线式电磁流量计中，特别地，电能消耗的增加有严重的问题。
在前一种情况下，当差分噪声被BEF消除时，靠近差分频率的相对窄的频带也被有效地消除。在这种情况下，需要特定规模的滤波器电路，并且电能的消耗是不可避免的。
在后一种情况下，当市电噪声作为噪声源被消除时，电磁流量计需要用于从电极电压中精确消除相位相反的市电噪声的减法电路，和用于从市电噪声中精确提取市电频率的加法电路，造成了电流消耗的增加。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种电磁流量计，它可以实现将精度提高到一定程度使得没有波动影响和市电频率造成的混合噪声问题的流速测量。
为了达到上述的目的，提供一种电磁流量计，包括线圈，它将磁场施加到管线中的流体；激励装置，用于向线圈提供激励电流；噪声消除装置，用于通过使用市电频率和激励频率之间的差分频率分量来消除从激励状态下的流体检测的测量信号中的噪声；和运算处理装置，用于按照从噪声消除装置输出的测量信号来计算测量流速，其中，所述噪声消除装置包括A/D转换装置，用于将测量信号转换成数字信号；和流速信号产生装置，用于以与激励频率和混入流体的市电噪声的市电频率之间的差分频率的整数倍相对应的频率加载来自所述A/D转换装置的输出信号
图1示出了根据本发明第一实施例的电磁流量计的配置的方框图；图2A到2F示出了图1中的电磁流量计的工作情况的信号波形图；图3是用于解释差分噪声的频率特性的曲线；图4是用于解释流速信号产生处理的频率特性的曲线；图5示出了根据本发明第二实施例的电磁流量计的方框图；图6A到图6E示出了采样操作的定时图；图7是用于解释噪声频率和采样/保持部分的波动之间的关系的曲线；图8A和8B示出了A/D转换部分的配置的示例方框图；图9是用于解释移动平均处理的频率特性的曲线；图10示出了BEF的配置示例的电路图；图11是用于解释波动的频率特性的曲线；图12示出了常规电磁流量计的配置的方框图；图13A到13E示出了图12的电磁流量计的工作情况的信号波形图；图14是用于解释另一常规电磁流量计的基本配置的视图；图15示出了图14中的电磁流量计的工作情况的信号波形图。
具体实施例方式
下面将参考附图对本发明的具体实施例进行说明。
图1示出了本发明一个实施例的电磁流量计的配置。在该电磁流量计中，检测器10B按照预定的激励电流将磁场施加到管线中到流体中，并且检测/输出在流体中产生的信号电动势，作为检测信号。变换器10A将预定的交流激励电流输出到检测器10B并通过对从来自检测器10B的检测信号进行信号处理来计算/输出流速。
在检测器10B中，检测电极9a和9b是在目标流体流过的管线9的内壁面对面设置的电极，并且检测电极检测流体中的信号电动势。激励线圈9c根据来自变换器10A的激励电流来激励，并且将磁场施加到管线9的流体中。
在变换器10A中，切换部分8按照预定的时钟产生并输出采样信号8A和8B，以及激励信号8C。按照来自切换部分8的激励信号8C，激励部分7输出具有交变方波和预定频率的激励电流。
第一级放大器1通过使用高通滤波器来衰减混入从检测器10B的检测电极9a和9b的获得的检测信号中的脉冲噪声和低频噪声、使用交流放大电路对检测信号进行交流放大，并输出结果信号，作为幅度随流速变换的交流流速信号11。
采样/保持部分2按照来自切换部分8的采样信号8A和8B来采样交流流速信号11，并且输出结果信号，作为直流分量随流速变化的直流流速信号12。
A/D转换部分3将来自采样/保持部分2的直流流速信号A/D转换成数字流速信号13，并将其输出。
流速信号产生部分4按照来自运算处理部分5的控制信号17，将来自A/D转换部分3的频率ft的数字流速信号13作为流速信号加载到运算处理部分5。
运算处理部分5包括流速计算部分5a、测量流速计算部分5b和激励电流切换部分5c。该流速计算部分5a通过对从流速信号产生部分4输入的流速信号14执行预定的运算处理来计算流速。测量流速计算部分5b按照与该时刻使用的激励电电流值相对应的调节系数校正极端的流速，并输出结果数据作为测量流速15。激励电流切换部分5c按照计算的测量流速对激励电流的电流值进行切换控制。
输出部分6将从运算处理部分5输出的测量流速15转换成预定的流速信号(回路电流)16并将其输出。
下面参考图2A到2F描述第一实施例的电磁流量计的工作情况。图2A到2F示出了第一实施例的电磁流量计的工作情况。
基于来自切换部分8的激励信号8C，具有高于市电频率fn的预定频率fex的方波形式的交流激励电流，从变换器10A的激励部分7提供到检测器10B的激励线圈9C部分。
激励线圈9C由该信号激励，以便将预定的磁场施加到管线9中流动的流体，因此产生具有幅度对应于流体的流速的信号电动势。
该信号电动势被面对面设置在管线9内壁的检测电极9a和9b检测，并且被作为检测信号输出到变换器10A。变换器10A的第一级放大部分1衰减从检测器10B获得的检测信号的低频分量。混入检测信号中的脉冲噪声和低频噪声因此被衰减掉，并且对该信号进行交流放大。结果信号被输出，作为交流流速信号11。
采样/保持部分2按照由来自切换部分8的采样信号8A和8B指示的采样期对来自第一级放大部分1的交流流速信号11进行采样，并且输出结果信号，作为直流流速信号12。
要注意的是，采样期是在来自第一级放大部分1的交流流速信号11的波形的后沿部分(阴影部分)，所述的后沿部分已经稍稍被激励线圈9C产生的磁通量差分噪声所影响。采样/保持部分2仅仅在该采样期间通过短路开关2a和2b来积分交流流速信号11，并且输出结果信号，作为直流流速信号12。
当交流流速信号11处于正极侧时，仅仅开关2a按照切换信号8A被短路。当交流流速信号处于负极侧时，交流流速信号11被反相器2c反相，然后，仅仅开关2b按照切换信号8B被短路。
接下来说明从采样/保持部分2输出的直流流速信号12的噪声特性。
如上所述，当市电噪声被混入到交流流速信号11中时，由于采样/保持部分2中的采样频率，即激励频率的缘故，在直流流速信号12中产生差分噪声。因此，在测量流速中出现波动。
图3示出了包含在直流流速信号中的差分噪声的频率特性。在下面这些与预定频率fex(21)的m倍频和市电频率fn(22)的n倍频之间的差值相对应的频率处(m和n是正整数)，直流流速信号12中出现波动Δf＝|mfex±nfn|
特别地，当m＝1且n＝1时，fex-fn(23)和fex+fn(24)接近于激励频率fex，并且因此对测量流速的影响相对较大。
第一实施例包括流速信号产生部分4，以便在预定的定时负载直流流速信号。这消除了由包含在直流流速信号中的差分噪声导致额波动。例如，如图2F所示，当直流流速信号12与差分噪声的频率同步被加载时，差分噪声的量值在各自的加载定时处变得几乎彼此相等，因此消除了波动。
这种加载定时的频率ft可以是差分噪声的频率即差分频率Δf的整数倍，并且如下给出ft＝Δf/k(其中k是自然数)要注意的是，差分噪声分量24在比差分噪声分量23更远离信号频率分量(直流分量及其相邻的分量)的频率被加载，因此，在许多情况下可以通过通用的低通滤波器来充分地衰减。
由于差分噪声分量24在频率上比激励频率fex高，并且通过在运算处理部分5中的平均而被衰减到一定的程度，所以流速信号产生部分4可以仅仅衰减差分噪声分量23。
以这种方式，直流流速信号12和来自A/D转换部分3的数字流速信号被流速信号产生部分4以预定的频率ft加载，并且被作为流速信号14输出到运算处理部分5。
运算处理部分5通过对流速信号14执行预定的运算处理来从流体的流速计算测量流速值。然后输出部分6将该值转换成预定的信号并将其输出。
图4解释了由流速信号产生部分4进行的加载处理的频率特性。如图4所示，横坐标表示通过将差分噪声的差分频率Δf除以频率ft而获得的值Δf/ft(＝k)而纵坐标表示输出电平。
上述处理具有在Δf/ft变为整数的频率处输出电平大大降低的特性。
通过使用该特性来调节市电频率和激励频率(采样频率)或者频率ft之间的关系，以致将通过该处理被大大衰减的频率与差分噪声分量23和24相匹配(见图3)，该差分噪声分量23和24是引起波动的频率分量。这就有可能衰减包含在直流流速信号12中的波动。
例如，如果激励频率fex＝27.5Hz并且市电频率fn＝50Hz，则在低频率侧的差分噪声频率变成Δf(＝fn-fex)＝2.5Hz(m＝1，n＝1)。
因此，如果频率ft(＝Δf/k)为2.5Hz，ft变成Δf的1/9倍频率(k＝9)。很明显，这种差分噪声被消除。在这种情况下，在高频率侧的差分噪声的频率，即Δf＝fn+fex变成了Δf＝77.5Hz(m＝1，n＝1)。但是，由于这个频率变为差分频率Δf的1/31倍(k＝31)，可以明显看出该噪声得到消除。可以使用这两个差分频率的分频来有效地消除差分噪声。
因为市电频率fn和两倍的采样频率即激励频率已知，所以可以很容易计算用于控制流速信号产生部分4的控制信号17的频率ft。运算处理部分5可以产生具有频率ft的控制信号17。注意，控制信号17的产生并不局限于运算处理部分5。这个信号可以由另一电路，例如切换部分8来产生。
流速信号产生部分4可以由通用的开关电路或者门电路来实现，并且不需要已有技术中所述的模拟信号处理电路。因此，由在市电频率和采样频率之间具有差分频率的差分噪声引起的波动可以被相对简单的电路配置来有效消除，而不增加电能消耗。
注意，流速信号产生部分4可以由加载定时控制功能按照运算处理部分5的CPU输入端口来实现，或者由运算处理部分5内侧的数字流速信号13的选择处理来实现。可选择地，这种功能可以通过向A/D转换部分3提供控制信号17或者在A/D转换部分3中使用A/D转换处理的转换定时控制功能来实现。
以上的描述已经例证了传输共享相同一对信号线的信号和电源的方案，即，两线式电磁流量计。但是，本发明并不局限于此，本发明还可以应用于通过不同的线路，例如四线式电磁流量计来传输信号和电源的方案，以获得与上述相同的效果。
下面说明本发明第二实施例的电磁流量计。
根据本发明第二实施例的电磁流量计既可以工作在50Hz的市电，也可以工作在60Hz的市电。
图5示出了本发明第二实施例的电磁流量计。图5中相同的标号表示与第一实施例相对应的电磁流量计的相同或者等同的部分(见图1)。
参考图5，检测器10B按照预定的激励电流将交变磁场施加于管线中的流体，并且检测/输出在流体中产生的信号电动势，作为检测信号。变换器10A将预定的交流激励电流输出到检测器10B，并且通过对来自检测器10B的检测信号执行信号处理来计算/输出流速。
在检测器10B中，检测电极9a和9b是彼此面对面设置在目标流体流过的管线的内壁上的电极。激励线圈9c按照来自变换器10A的交流激励电流来激励，并且将磁场施加到管线9的流体。
在变换器10A中，切换部分8按照预定的时钟产生并输出采样信号8A和8B以及激励信号8C。按照来自切换部分8的激励信号8C，激励部分7输出具有交流方波和预定频率的交流激励电流。
第一级放大部分1包括高通滤波器(以下称为HPF)1a和交流放大部分1b。HPF1a衰减从检测器10B的检测电极9a和9b获得的检测信号的低频分量，以便衰减混入检测信号中的脉冲噪声和低频噪声。交流放大部分1b对来自HPF的检测信号进行交流放大并且输出结果信号，作为幅度随流体的流速变化的交流流速信号11。采样/保持部分2按照来自切换部分8的采样频率8A和8B对来自第一级放大器1的交流流速信号进行采样，并且输出结果信号，作为直流分量随流体的流速变换的直流流速信号。
带阻滤波器(以下称为BEF)20对与激励频率和包含在来自采样/保持部分2的直流流速信号12中的市电频率之间的差值相对应的频率分量进行衰减。A/D转换部分3通过对来自BEF20的直流流速信号12进行积分来将其转换成数字信息。
运算处理部分5包括流速计算部分5a、测量流速计算部分5b和激励电流切换部分5c。测量电流计算部分通过对来自A/D转换部分3的数字信号进行预定的运算处理来计算流速。测量流速计算部分5b按照与该时刻激励电流值相对应的调节系数来校正计算的流速，并且输出结果数据，作为测量流速15。激励电流切换部分5c按照计算的测量流速对激励电流的电流之进行切换控制。
输出部分6将由运算处理部分5计算的测量流速转换成预定的信号，并将其输出。
下面描述第二实施例的电磁流量计的工作情况。
图6A到图6E示出了采样操作的定时，如图6A到6E所示，参考数字8C表示来自切换部分8的激励信号；11表示输入到采样/保持部分2的交流流速信号(见图5)；8A和8B表示从切换部分8输出到采样/保持部分2的彩样信号，这两个信号规定了交流流速信号11的采样期(阴影部分)。
在这种情况下，鉴于波形的稳定性，在靠近每个激励信号8C(交流流速信号11)的脉冲的后沿处设置采样期。采样/保持部分2仅仅在该采样期才短路开关2d和2e，以便积分交流流速信号11，并且输出结果信号，作为直流流速信号12。当交流流速信号11处于正极侧时，按照切换信号11仅仅开关2d被短路。当交流流速信号11处于负极侧时，按照切换信号8B仅仅开关2e被短路。
变换器10A的激励部分7按照来自切换部分8的激励信号8C输出具有低于市电频率fac的预定频率fex的方波形式的交流激励电流，因此激励检测器10B的激励线圈9c。
借助这种操作，激励线圈9c被激励，以便将预定的磁场施加到在管线9中流动的流体，从而产生具有幅度对应于流体的流速的信号电动势。
该信号电动势被面对面设置在管线9内壁上的电极9a和9b检测，并被作为检测信号输出到变换器10A。
变换器10A的HPF衰减从检测器10B获得的检测信号的低频分量，以便衰减混入检测信号中的脉冲信号和低频噪声。
接着，交流放大部分1b对HPF1a的输出进行交流放大，并且输出结果信号，作为交流流速信号11。
采样/保持部分2按照由来自切换部分8的切换信号8A和8B指示的采样期(见图6B和6C)对来自交流放大部分1b的交流流速信号11进行采样，并且输出结果信号作为直流流速信号12。
注意，鉴于波形的稳定性，在靠近每个激励信号8C的脉冲的后沿处设置采样期。采样/保持部分2仅仅在该采样期才短路开关2d和2e，以便积分交流流速信号11，并且输出结果信号，作为直流流速信号12。
当交流流速信号11处于正极侧时，按照切换信号8A，仅仅开关2d被短路。当交流流速信号11处于负极侧时，按照切换信号8B，仅仅开关2e被短路。
BEF20将与激励频率fex和市电频率fac(50/60Hz)之间的差相对应的直流流速信号12的频率分量衰减掉。
下面说明从采样/保持部分2输出的直流流速信号12的噪声特性。
如上所述见图(6A到6E)，当具有市电频率的噪声混入了直流流速信号11中时，由于采样/保持部分2的特性的缘故，在直流流速信号12中出现波动。
图7解释了包含在直流流速信号中的波动的频率特性。在与预定频率fex(21)的m倍频和市电频率fac(22)的n倍频之间的差值相对应的频率处(m和n是正整数，且m或者n不是1)，即，mfex-nfac(23)和mfex+nfac(24)，直流流速信号12中出现波动。
因此，如果图7中具有频率特性25和26的BEF20被连接到采样/保持部分2的输出级，以便衰减包含在直流流速信号12中的差分频率分量23和24，可以衰减由市电频率造成的波动。
在第二实施例中，考虑到50Hz市电噪声和60Hz市电噪声，由BEF20对频率分量进行衰减。更具体地，设fex为激励频率(例如，27.5Hz)，fac1为第一市电频率(例如，50Hz)，而fac2为第二市电频率(例如，60Hz)，BEF20用于衰减满足下式的频率分量ff＝|m1fex±n1fac1|＝|m2fex±2fac2|其中，m1、n1、m2和n2是正整数。
这能够衰减由两种市电噪声造成的各自的波动。
注意，由mfex+nfac表示的频率分量24位于比差分噪声分量23更远离信号频率分量(直流分量及其相邻的分量)的高频上。因此，在多数情况下，它可以被通用的LPF有效地衰减。
由于频率分量24在频率上高于激励频率fex，并且通过在积分A/D转换部分3中或者在后一级的运算处理部分5中的处理被衰减到一定程度，所以BEF20可以仅仅衰减差分噪声分量23。
以这种方式，BEF 20衰减由市电频率噪声造成的直流流速信号12中的波动，并且将结果信号输出到A/D转换部分3。
A/D转换部分3将来自BEF20的直流流速信号12输出，作为与其直流分量相对应的数字信息。
运算处理部分5通过A/D转换部分3加载来自采样/保持部分2的直流流速信号12，作为数字信息，并且执行预定的运算，以便根据流体的流速计算测量流速值。输出部分6将该值转换成预定的信号并将其输出。
注意，BEF 20可以具有由有源滤波器或者数字滤波器构成的通用配置。但是，如果BEF 20由A/D转换部分3使用移动平均处理的频率特性来实现，侧不需要准备作为分立单元的BEF20。
图8A到8B解释了A/D转换部分3的配置示例。图8A示出了使用移动平均处理部分的情况。图8B示出了使用电压/频率转换部分的情况。
参考图8A，A/D转换器3a将BEF 20的输出转换成数字信息段。移动平均处理部分3b顺序地计算这些连续数字信息段的多个连续数据的平均值，并将它们输出到运算处理部分5。
因此，来自采样/保持部分2的直流流速信号12由A/D转换器3a顺序地转换成数字信息。此外，移动平均处理部分3b将这些数据段与它们之前或者之后的相继数字信息平均。因此，衰减了混入原始直流流速信号12中的脉冲噪声。
图9解释了移动平均处理的频率特性。横坐标表示输入信号频率f和移动平均时间τ的乘积fτ，而纵坐标表示输出电平。
移动平均时间τ是与要进行移动平均处理的后续输入数字信息的数据量相对应的预定的时间间隔。
移动平均处理具有这样的特性，即，在与移动平均时间τ和输入信号频率f的乘积fτ相对应的频率处，输出电平被大大地衰减。
使用该特性来选择执行了移动平均处理的时间间隔τ，而在移动平均之后输出电平被大大衰减处的频率与作为上述波动的频率分量的频率分量23和24(见图7)，从而衰减了包含在直流流速信号12中的波动。
例如，如果具有市电频率fac1＝50Hz(n＝1)的频率分量在激励频率fex＝27.5Hz(m＝1)处产生，则在低频侧的差值频率f(＝|mfex-nfac|)＝22.5Hz处出现波动。因此，通过设置移动平均时间τ＝0.0444S，fτ＝1，则可以大大衰减f＝22.5Hz的频率。
图8B示出了从电压/频率转换部分(以下称为V/F转换部分)3c来形成A/D转换部分3的情况。
V/F转换部分3c以预定的时间常数积分输入信号电压，并且输出对应于积分的电压值的频率脉冲。
在这种情况下，由计数器3d以预定的间隔对来自V/F转换部分3c的脉冲进行技术，而每个计数值作为数字信息被输出到运算处理部分5。
因此，与上述使用A/D转换器3a和使用移动平均处理部分3b相比较，使用V/F转换部分3c降低了电路构成元件的成本，从而减少了转换器10A的成本。
图10示出了由无源滤波器构成BEF20的配置示例。
图10示出了BEF20的配置的示例。在这种情况下，串联的电容性元件41和42并行连接于串联连接的电阻性元件43和44。电阻性元件45被连接到地电位和电容性元件41和42的节点之间，电容性元件46被连接到地电位和电阻性元件43和44的节点之间，从而构成了BEF20。具有理想的频率特性的BEF20可以通过选择电容性元件41、42、和46，以及电阻性元件43、44和45的值来构成。
除了上述这些之外，还有许多带阻滤波器配置的示例，并且使用其它的形式也可以获得相似的效果。
下面说明本发明第二实施例的电磁流量计的功能。在图12所示的常规流量计中，当具有预定频率的连续的噪声，例如频率等于市电频率50/60Hz的噪声混入到交流流速信号111A中，由于其工作特性的缘故，在从采样/保持部分112输出的直流流速信号112A中出现波动61。例如，如图6E所示，当流速保持为常数时，这种类型的噪声混入交流流速信号111A中。
在这种情况下，由于混入的噪声幅度的缘故，造成了在毗邻脉冲波形的采样期中的直流流速信号111A中产生误差d0到d7。这些误差d0到d7被采样/保持部分112采样，并且结果信号被输出作为具有波动61的直流流速信号112A。
图11示出了采样/保持部分112中的噪声频率和和波动之间的关系。如图11所示，横坐标表示作为激励频率的倍数噪声频率，而纵坐标表示波动的赋值。
在这种情况下，出现了山状的特性曲线；当噪声频率等于激励频率fex的噪声混入信号中时，波动的幅值变成最大值，并且波动的幅值随着作为中心的激励频率fex的距离逐渐减小，并且在零频率和两倍于激励频率fex的噪声频率处，波动的幅值在理论上变成零。同样，山状的特性曲线连续出现；在噪声频率等于激励频率的整数倍处，即两倍、四倍、……，波动的幅度在理论上变成零，所述的激励频率的整数倍毗邻等于每个都作为中心的奇数倍激励频率的噪声频率。
因此，如果带阻滤波器120被连接到采样/保持部分112的输出级，并且激励频率和包含在直流流速信号中的频率分量的市电频率分别由fex和fac表示，则具有下式给出的频率f的分量被衰减f＝|mfex±nfac|(其中m和n是正整数)这种配置消除了由市电噪声的畸变所产生的谐波分量的影响，并且降低了由泥浆流体引起的泥浆噪声。该配置还衰减了在市电频率噪声采样之后在直流流速信号中引起的波动。
但是，这种电磁流量计假设使用高于市电频率的预定的激励频率，因此，需要相对昂贵的激励电路(转换器)和磁路(检测器)。
如果电磁流量计使用高于市电频率的激励频率，例如85Hz，因为磁通量的上升时间需要迅速上升的缘故，则需要高激励电压来加速激励电路中的激励电流。此时，在激励电流上升并且变得与保持的高电压稳定时，所有的高电压产生热量，并且转换器受热量的影响。
为了防止这个问题，需要一种电路配置，在激励电流上升时，它仅仅施加高电压，在电流稳定时，它将该电压切换到低电压。此外，因为要处理高电压，所以必须选择具有高击穿电压的大尺寸、昂贵的元件来作为电子元件。
为了加速磁通量的上升时间，具有高磁响应的磁性材料被选择为磁路的芯。这种磁性材料具有高的相对磁导率，但是具有高的电阻率，并且变得昂贵。在金属测量管中，必须减小涡流损耗。鉴于此，必须对测量管线进行处理，导致高成本。
此外，可以想到一种将激励频率与市电频率同步的方案。但是，由于有两种类型的市电频率，即50Hz和60Hz，对于50Hz和60Hz，需要具有不同截止频率的带阻滤波器。此外，需要激励电路，用于输出具有与市电频率相对应的激励频率。因此，可以针对各自的市电频率分别制造两种类型具有带阻滤波器和与市电频率相对应的激励电路的电磁流量计，但是每个电磁流量计不能同时用于两种市电频率。可以设计一种配置，以致于准备两种类型的带阻滤波器，并且对与市电频率相对应的带阻滤波器和激励频率进行切换使用。但是，在这种情况下，电路的尺寸变大，成本增加。
想到一种通过选择激励频率来消除两种市电交流噪声的方案，以致第一半个激励周期的采样开始时间和第二半个激励周期的采样开始时间之间的时间间隔变为每个50Hz和60Hz市电周期的整数倍(见，例如日本专利公开10-111157)。但是，在这种方案中，由于激励频率必须设置为200ms的整数倍，所以激励频率变成了次声波激励的激励频率，例如，5Hz、2.5Hz或者1.67Hz。泥浆噪声的影响不能忽略。
因此，在第二实施例的电磁流量计中，通过使用频率低于50Hz和60Hz市电频率的交流激励电流来将磁场施加到管中的流体，并且通过对从电极获得的流体的信号电动势执行信号处理。
表1a和1b示出了在各自的市电频率处的波动的频率分量。
表1(a)(Hz) 表1(b)(Hz) 要衰减的频率如上所述(见图11)，由激励频率fex本身(m＝1)造成的包含在直流流速信号12中的波动表现出了最高的电平，而等于激励频率fex奇数倍的谐波造成的波动在电平上随着与fex的距离而逐渐降低。
在频率上高于激励频率fex的频率分量可以很容易被通用的LPF衰减，并且很容易衰减由这些分量引起的波动。因此，BEF 20可以衰减在低于激励频率fex的范围中产生的波动的频率分量。
假设激励频率fex＝27.5Hz。在这种情况下，在市电频率fac1＝50Hz处，如表1(a)所示，作为在低于fex的范围中产生的波动的频率分量，即，f＝|m1fex±n1fac1|由等于fex的奇数倍和fac1的整数倍的谐波产生以下的波动22.5Hz(m1＝1，n1＝1)、17.5Hz(m1＝3，n1＝2)、12.5Hz(m1＝5，n1＝3)、7.5Hz(m1＝7，n1＝4，和m1＝13，n1＝7)、2.5Hz(m1＝9，n1＝5和m1＝11，n1＝6)，等等。
在市电频率fac2＝60Hz，如表1(b)所示，作为可以在低于fex的范围中产生的波动的频率分量，即f＝|m2fex±n2fac2|由等于fex的奇数倍和fac2的整数倍的谐波产生以下的波动22.5Hz(m2＝3，n2＝1)、17.5Hz(m2＝5，n2＝2)、12.5Hz(m2＝7，n2＝3)、7.5Hz(m2＝9，n2＝4，和m2＝15，n2＝7)、2.5Hz(m2＝11，n2＝5和m2＝13，n2＝6)，等等。
在第二实施例中，由50Hz市电频率和60Hz市电频率造成的相同的频率分量f被BEF20衰减。在激励频率fex＝27.5Hz的表1(1)和1(b)中，在22.5Hz(m1＝1，n1＝1，m2＝3，n2＝1)的电平在50Hz市电频率和60Hz市电频率的两种情况下是最高的。
对衰减了频率分量f＝22.5Hz的BEF 20的设定可以实现精确度达到一定程度的流量测量，以致于对于市电频率造成的波动和泥浆噪声不产生任何问题，以及可以以相对较低的成本实现既在50Hz市电频率又在60Hz市电频率工作的电磁流量计，而不需要任何新的电路配置。
第二实施例已经例证了传输共享相同的信号线的信号和电源的方案，即两线式电磁流量计。但是，本发明并不局限于此。本发明也可以应用于通过不同的线路来传输信号和电源以获得与如上所述相同的效果的方案，例如，四线式电磁流量计。
如上所述，根据本发明，直流流速信号作为数字流速信号，是以与激励频率和混入流体中的市电噪声的市电频率之间的差分频率的整数倍相对应的频率被加载到运算处理部分，进而计算测量流速。这就不需要使用任何的模拟信号处理电路，并且以相对简单的电路配置和较低的成本有效地消除了由差分噪声造成的测量流速中的波动，而不增加电能消耗。
此外，在采样/保持部分的输出既设置了带阻滤波器，以消除包含在直流电动势随流体的流速变化的波动的频率分量，即，频率分量f，它具有作为激励频率fex的整数倍m1的频率和作为市电频率的整数倍n1的频率之间的差的频率分量|m1fex±n1fac1|，和作为激励频率fex的整数倍m2的频率和作为市电频率的整数倍n2的频率之间的差的频率分量|m2fex±n2fac1|。这种配置可以实现精确度达到一定程度的流量测量，以致于对于市电频率造成的波动和泥浆噪声不产生任何问题，以及能够以相对较低的成本实现既在50Hz市电频率又在60Hz市电频率工作的电磁流量计，而不需要增加任何新的电路配置。
权利要求
1.一种电磁流量计，包括线圈(9c)，它将磁场施加到在管线中流动的流体；激励装置(7)，用于向所述的线圈提供激励电流；噪声消除装置(1，2，3，4，20)，用于通过使用市电频率和激励频率之间的差分频率分量来消除从激励状态下的流体中检测的测量信号的噪声；和运算处理装置(5)，用于按照从所述噪声消除装置输出的测量信号来计算测量流速，其特征在于所述噪声消除装置(1，2，3，20)包括带阻滤波装置(20)，用于通过向所述线圈提供具有低于被用作市电频率的第一和第二市电频率的频率的激励电流来衰减频率f的分量，所述的频率f是包含在从激励状态下的流体中检测的测量信号的频率分量的频率，其满足f＝|m1fex±n1fac1|＝|m2fex±n2fac2|其中，fex是激励频率，fac1是第一市电频率，而fac2是第二市电频率；和A/D转换装置(3)，用于将来自带阻滤波装置的输出转换成数字信号。
全文摘要
一种电磁流量计包括线圈、激励部分、噪声消除部分和运算处理部分。线圈将磁场施加到在管线中流动的流体。激励部分用于向所述的线圈提供激励电流。噪声消除装置用于通过使用市电频率和激励频率之间的差分频率分量来消除从激励状态下的流体中检测的测量信号的噪声。运算处理部分用于按照从所述噪声消除装置输出的测量信号来计算测量流速。
文档编号G01F1/58GK1707226SQ200510081948
公开日2005年12月14日 申请日期2003年4月18日 优先权日2002年4月18日
发明者奥田浩二, 铃木伸, 光武一郎 申请人:株式会社山武