專利名稱：電磁流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁流量計，其用于將被測的液體的流量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⑶逸敵龅牧髁啃盘柵c通過檢測電極的流量相對應，特別是涉及一種通過提高S/N(信噪比)同時降低用于激磁和信號處理所需的能量的經(jīng)改進的節(jié)能的電磁流量計。
如下所述可以提供幾個實例，按照斷續(xù)向激磁線圈提供激磁電流的常規(guī)的電磁流量計，能夠降低激磁能量。
首先，在54-115163號已公開而未經(jīng)審查的專利申請中公開了一種電磁流量計(發(fā)明名稱為電磁流量計)。它涉及一種低頻激磁的電磁流量計，其中激磁持續(xù)時間短于非激磁持續(xù)時間，以便整體上降低平均功率消耗。
其次，在55-33685號已公開而未經(jīng)審查的專利申請中公開了一種電磁流量計(發(fā)明名稱為電磁流量計)。其公開了一種雙線電磁流量計，其中功率以電流信號的形式由在負載側(cè)的d.c(直流)電源經(jīng)過兩條傳輸線傳輸?shù)絺鞲凶兯推鱾?cè)，這個電源提供了傳感變送器側(cè)所需的所有功率，以及檢測的流量信號以電流信號的形式經(jīng)過傳輸線傳輸?shù)截撦d側(cè)。
第三，在55-76912號已公開而未經(jīng)審查的專利申請中公開了一種電磁流量計(發(fā)明的名稱為電磁流量計)。其監(jiān)測一個外部信號，例如電極電位的變化，并且僅當發(fā)生該變化時才進行激磁，借此降低整體激磁功率。
第四，在62-113019號已公開而未經(jīng)審查的專利申請中公開了一種電磁流量計(發(fā)明名稱為電磁流量計)。其向激磁線圈提供正、負脈沖形式的激磁電流，在包含每次激磁持續(xù)時間(period)的時間過程中以及一直到差致(differential)噪聲消失才對信號進行取樣，借此消除差致噪聲，并由通過同步檢波由形成的正、負激磁電平之間的電壓差得到流量信號。
然而，由于上述第一種常規(guī)電磁流量計是在由于產(chǎn)生激磁而引起的差致噪聲消失之后才進行信號取樣，ON(接通)時間(激磁時間常數(shù)Ton)變長，以及假如試圖維持預定的重復周期，因此使激磁周期也變長，導致產(chǎn)生的缺點是響應速度變慢。
第二種常規(guī)電磁流量計整體上功耗低，基本上與第一種先有技術(shù)一樣，但是存在的問題是激磁功率變大，響應速度變慢。
此外，由于第三種常規(guī)的電磁流量計是在當達到穩(wěn)態(tài)值時才對信號取樣，為了達到穩(wěn)態(tài)值所用的時間像在第一種先有技術(shù)中一樣變長了，導致產(chǎn)生的缺點是激磁功率變大。
此外，第四種常規(guī)的電磁流量計不能很好地測定差致噪聲的衰減。因而，假如取樣持續(xù)時間設定得足夠長，在這一時間的噪聲增加，降低了S/N，并且假如這一時間設定得短，則出現(xiàn)差致噪聲的影響。此外，由于進行同步檢波，需要在低頻范圍內(nèi)進行信號處理。
此外，由于需要根據(jù)第一和第二基準脈沖的各取樣值進行同步檢波，以及計算其間的差，存在的問題是使硬件和軟件結(jié)構(gòu)變得復雜。
作為為了觖上述問題而采用的基本結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明的用于將被測液體流量變轉(zhuǎn)為一種電信號并輸出一個與通過檢測電極的流量相對應的流量信號的電磁流量計包含激磁裝置，其斷續(xù)地形成激磁電流，借此向被測液體施加磁場，激磁裝置的激磁持續(xù)時間短于它的非激磁的持續(xù)時間；a.c(交流)耦合裝置，用于通過使檢測電極輸出的電極信號的a.c耦合而得到a.c信號；取樣和保持裝置，其利用—取樣信號對該a.c信號進行取樣并保持，取樣信號具有的取樣寬度包括在激磁時間之前和之后的部分，并將該a.c取樣信號輸出作為一個保持信號開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置，用于對在取樣和保持時間之前和之后，開關(guān)轉(zhuǎn)換到一個基準電位；以及信號處理裝置，用于利用該保持信號進行信號處理并輸出一個流量信號

圖1是表示本發(fā)明的一個實施例的方塊示意圖；圖2是表示圖1中所示的激磁電路結(jié)構(gòu)的電路示意圖；圖3是用于解釋圖1中所示的實施例的工況的波形圖；圖4是用于解釋圖2中所示的激磁電路工況的波形圖；圖5是表示包括圖1中所示的激磁電路的d.c電源結(jié)構(gòu)的電源電路示意圖；圖6是用于解釋圖1中所示的激磁電流的另一些波形的波形圖；圖7是表示圖1中所示的實施例的第一改型實施例的結(jié)構(gòu)的方塊示意圖；圖8是表示圖1中所示的實施例的第二改型實施例的結(jié)構(gòu)的方塊示意圖；圖9是表示圖1中所示的實施例的第三改型實施例的結(jié)構(gòu)的方塊示意圖；以及圖10是一局部方塊示意圖，其中表示的僅是圖1中所示的實施例中的檢測裝置的改型。
下面，參照附圖介紹本發(fā)明的實施例圖1是表示本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)的方塊示意圖。10為一絕緣管道，其中流有被測導電液體Q。
首先，對電容型電磁流量計進行介紹，該流量計利用電容檢測被測液體的流量。
檢測電極11a和11b固定到管道10上，與被測液體Q保持隔離，經(jīng)過電容Ca和Cb耦合到被測液體Q。此外，一個與液體相接觸的接地電極11c連接到一個共用的電位點COM上。
前置放大器12由緩沖放大器12a和12b以及差分放大器12c構(gòu)成，檢測電極11a和11b連接到前置放大器12的緩沖放大器12a和12b的輸入端。
這兩個緩沖放大器的輸出端分別連接到差分放大器12c的輸入端。
差分放大器12c的輸出端連接到高通濾波器3，該濾波器其功能是作為a、e耦合裝置。選擇高通濾波器13以便使它對于激磁波形具有足夠的通過頻帶。
另外，高通濾波器13由電容13a和電阻13b構(gòu)成，電容13a的一端連接到差分放大器12c的輸出端，而電容13a的另一端經(jīng)過電阻13b連接到共用電位點COM。
電容13a和電阻13b的連接點連接到緩沖放大器14的一個輸入端，并且經(jīng)過一個開關(guān)SW1連接到共用電位點COM，利用控制信號S1控制開關(guān)SW1的開閉。
緩沖放大器14的輸出端經(jīng)過開關(guān)SW2連接到保持電路15，利用控制信號S2控制開關(guān)SW2的開閉。保持電路15由電阻15a和電容15b構(gòu)成，電阻15a的一端連接到SW2，而其另一端經(jīng)過電容15b連接到共用的電位點COM。
電阻15a和電容15b的連接點連接到緩沖放大器16的一個輸入端，以及經(jīng)過開關(guān)SW3連接到共用的電位點COM，利用控制信號S3控制開關(guān)SW3的開閉。
緩沖放大器16的輸出端連接到信號處理單元17。信號處理單元17包括一模數(shù)變換器、微處理機、存儲器等，其進行計算并向輸出端18輸出一流量信號。
定時電路19分別向開關(guān)SW1、SW2和SW3，信號處理單元17和激磁電路20輸出控制信號S1、S2、S3、S4和S5，以控制它們的開閉。對激磁電路20利用控制信號S5按照它的開關(guān)轉(zhuǎn)換定時進行控制，以便例如將流經(jīng)激磁線圈21的激磁電流If的波形控制成為三角波，并進一步控制開關(guān)轉(zhuǎn)換的重復周期。
確切地說，激磁電路20例如由d、c(直流)電源20a、開關(guān)SW5、二極管20b等組成，如圖2所示，利用控制信號S5控制開關(guān)SW5的開閉，以便產(chǎn)生向激磁線圈21提供的準三角波。該d.c電源20a例如可以由不能重新充電的電池構(gòu)成。
下面利用在圖3和圖4所示的波形說明圖1所示的實施例的工況。定時電路19向激磁電路20輸出控制信號S5，其重復如圖3(a)所示的激磁時間T1和非激磁時間T2。
利用該控制信號S5，控制如圖2所示的開關(guān)SW5，使其分別在激磁時間T1導通，在非激磁時間T2關(guān)斷。當開關(guān)SW5導通時，從d.c電源20a通向激磁線圈21的激磁電流If在激磁時間T1的過程中按照由電阻Rf和電感Lf確定的時間常數(shù)增加，如圖4所示。
然而，當激磁時間T1過后，開關(guān)SW5關(guān)斷，因此停止從d.c電源20a提供能量，儲存在激磁線圈21中的能量經(jīng)過二極管20b釋放，激磁電流If下降，如圖4所示。當非激磁時間T2過后，開關(guān)SW5再次導通，由d.c電源20a向激磁線圈21提供能量。
在此之后，通過重復這一過程，可以向激磁線圈21提供準三角波電流。在圖3(b)中表示以這種方式得到的呈三角波形的激磁電流If。
如上所述，當使呈三角波形的激磁電流If流經(jīng)激磁線圈21時，該波形基本上與這—三角波形相似了，具有磁通密度B的磁場施加到被測液體Q上，在被測液體Q中產(chǎn)生具有類似波形的信號電壓es。
由于磁通密度為B的磁通與將檢測電極11a和11b與前置放大器12相連接的信號線回路相交鏈，隨著磁通密度B的變化而產(chǎn)生的疊加的差致噪聲出現(xiàn)在另外產(chǎn)生信號電壓es的檢測電極11a和11b之間。差致噪聲N的波形如圖3(c)中的實線所示。
如上所述，由于電極電容很小，通常為幾十到幾千PF(微微法)，如圖1所示，在檢測通過電容Ca和Cb由檢測電極11a和11b產(chǎn)生的信號電壓的結(jié)構(gòu)中，由于在被測液體Q中產(chǎn)生渦流，使電極阻抗回路的充/放電時間常數(shù)變得足夠小，因此，差致噪聲N實際上僅為由圖3(c)中用實線所述的部分，其與激磁電流的時間差成比例。
另一方面，在圖3(c)中用虛線所示的波形是關(guān)于常規(guī)的液體接觸型電磁流量計的波形。在檢測電極與液體相接觸的結(jié)構(gòu)中，由檢測電極和被測液體形成的電極電容大小為0.1～10μf(微法)，檢測電極的電化學反應表面的狀態(tài)是不穩(wěn)定的。因此，由于在被測液體中流動的渦流的影響，波形呈長的拖尾狀，如在圖3(c)中用虛線所示。
如上所述，在檢測電極11a和11b之間產(chǎn)生的電壓(es＋N)經(jīng)過前置放大器12和高通濾波器13輸出到緩沖放大器14。
利用該用于取樣的控制信號S2(圖3(g)，通過使開關(guān)SW2接通持續(xù)一固定的時間T3，與出現(xiàn)在緩沖放大器14的輸出端的電壓(es＋N)相對應的，如圖3(e)所示的輸出電壓Vs在保持電路15中被積分取樣和保持。
僅需要使固定的時間T3開始比如圖3(a)所示的激磁時間間隔的啟始更早一些以及提供一個時間寬度范圍，在該范圍內(nèi)如圖3(c)所示的差致噪聲消失。
在這種情況下，在通過接通開關(guān)SW2對在保持電路15上的輸出電壓Vs進行取樣之前，利用圖3(d)中所示的控制信號S1導通開關(guān)SW1使高通濾波器13的輸出端復原并固定到—基準電位上。通過進行這種復原控制，即使在檢測電極11a、11b或前置放大器12中產(chǎn)生d.c電壓變化，與激磁時間T1對應產(chǎn)生的信號電壓也嚴格地在共用的電位點COM處的基準電位下開始上升，如圖3(e)所示。
因此，如圖3(e)所示的輸出電壓Vs在保持電路15中在圖3(g)所示的固定時間T3內(nèi)被積分，因此，得到與流量精確成比例的電壓。此外，由于差致噪聲N的正、負分量被偏置到零，圖3(c)中所示的差致噪聲N不會影響輸出。
此外，通過將圖3(g)所示的固定的時間T3設定為檢測器安裝場所的市電頻率的周期的整數(shù)倍，可以將市電頻率的正負波形對消，以便除去由市電頻率所引起的感應噪聲。
為了進行下一步的信號處理利用圖3(h)所示的控制信號S3導通開關(guān)SW3，使保持電路15準備讓電容15b放電。以這種方式得到的取樣電壓經(jīng)過緩沖放大器16輸出到信號處理單元17。
信號處理單元17通過控制信號S4接收關(guān)于控制由定時電路19向激磁電路20輸出的激磁電流的信息，計算并向該流量計的輸出端18輸出瞬時流量，積分流量值等。此外，還能夠得到來自激磁電路20的激磁電流If，以及在計算流量的過程中計算該信號值和激磁電流值的比值，借此對量程進行補償。
然而，在常規(guī)的電磁流量計中，其中不利用開關(guān)SW1進行復原控制操作，按照高通濾波器的時間常數(shù)進行的變化一直要進行到這樣一點為止，即當由前置放大器13之類產(chǎn)生的如圖3(f)斜線陰影所示的上下部分彼此平衡時為止由于在這種情況下該信號的反極性的剩余量ε決定于信號電壓es的幅度，在固定的時間T3期間的簡單的信號取樣可能引起誤差。
此外，通常假如為了實現(xiàn)低的功率消耗，降低激磁量值，S/N會降低，輸出脈動會增加，此外，每次激磁時取樣的流量信號的模擬信號的幅度由于噪聲發(fā)生很大變化。從而，使得在信號處理單元17中包含的模數(shù)變換器的動態(tài)范圍必須要大，由此使分辨率下降。
然而，在圖1所示的實施例中，通過構(gòu)成低通濾波器的保持電路15以及利用開關(guān)SW2使被取樣的取樣電壓附加衰減，輸出脈動可以降低，使得這一缺點可以避免。在這種情況下，假如將開關(guān)SW2的on/off等(通/斷)時間比設定為B，在這個部分中，保持電路15的時間常數(shù)附加衰減B倍。
圖5是表示該包括激磁電路20的d.c電源結(jié)構(gòu)的電源電路示意圖。在這個案例中的電源電路22是開關(guān)電源電路的一個實例。d.c電源Eb經(jīng)過變壓器T的初級線圈n1和開關(guān)SW6連接到共用的電位點COM。初級線圈n1的兩端、二極管D1和電容C1相串聯(lián)。
此外，變壓器T的反饋線圈n2、二極管D2、電容C2相串聯(lián)，將在電容C2上產(chǎn)生的反饋電壓Vf加到偏差(deviation)放大器Q，的反相輸入端(-)，向其非反相輸入端(+)加上基準電壓Er。利用偏差放大器Q的輸出對開關(guān)SW6進行on/off控制。
變壓器T的次級線圈n3與二極管D3和電容C3相串聯(lián)，由電容C3的兩端得到邏輯(logic)電壓V1。該邏輯電壓V1通常是接通的，并用作產(chǎn)生每個定時信號的電源的電壓。
變壓器T的第三個線圈n4由串聯(lián)的線圈n41和n42構(gòu)成，在這兩個線圈的連接點和線圈n41的另一端之間串聯(lián)有二極管D4、開關(guān)SW7和電容C4。由電容CA的兩端得到一個正電壓+VA，作為模擬部分的電源。
此外，在該連接點和線圈42的另一端之間，二極管D5、開關(guān)SW8和電容C5相串聯(lián)，由電容C5得到一個負電壓-VA，用作模擬部分電源。
變壓器T的第四線圈n5、二極管D6、開關(guān)SW9和電容C6相串聯(lián)，二極管D7和電容C6相并聯(lián)，從電容C6的兩端得到激磁電壓Vf。
僅在接近斷續(xù)激磁時開關(guān)SW7到SW9才導通，分別向負載供電，否則它們關(guān)斷，以便整體節(jié)約功率。對于d.c電源Eb，可以來用電池之類。
此外，偏差放大器Q1對開關(guān)SW6進行on/off控制，以便產(chǎn)生一個與基準電壓Er對應的電壓，借此，響應于負載的狀態(tài)由第二線圈向第四線圈提供一個固定的電壓。
順便說，上面所作介紹是假設激磁電流If的波形是準三角波，但是這僅是舉例性質(zhì)的而非限定性質(zhì)的。圖6表示激磁波形的其它實例。
圖6(a)表示矩形的激磁波形，圖6(b)表示交替加入的正負矩形激磁波形；信號的數(shù)量通過在正、負激磁之間進行同步檢波而增加一倍。
此外，圖6(c)表示可以簡化激磁電路的三角形的激磁波形。圖6(b)表示梯形激磁波形的一個實例，假如激磁脈沖被縮短，圖6(a)中所示的矩形激磁脈沖也會變成這種梯形波激磁脈沖。
圖7是表示本發(fā)明的另一實施例結(jié)構(gòu)的方塊圖。在這種結(jié)構(gòu)中，按照預定的周期取得用于確定激磁電流值的基準電壓，該基準電壓用于利用軟件計算對信號電壓的比值，借此補償量程的變化。
具有與圖1所示的各部分相同功能的各部分使用相同的符號來標注，對它們的介紹適當省略。
下面進行詳細介紹?；鶞孰娮鑢與圖1所示結(jié)構(gòu)中的激磁線圈21相串聯(lián)，從基準電阻r的兩端取出基準電壓Vr并被加到開關(guān)SW10的一個轉(zhuǎn)換端。
通常，利用由定時電路22輸出的控制信號S6使開關(guān)SW10的一個公共端與其中一個轉(zhuǎn)換端相連通，借此在保持電路15中對信號電壓es進行取樣。
此外，利用控制信號S6使開關(guān)SW10轉(zhuǎn)換到它的另一個轉(zhuǎn)換端，該轉(zhuǎn)換的持續(xù)時間長于對信號電壓es的取樣持續(xù)時間，在保持電路15中對基準電壓Vr取樣。
這一取樣值經(jīng)過緩沖放大器16在模數(shù)變換器23中變換為數(shù)字信號，輸入到信號處理單元24存儲在包含在單元24中的存儲器的預定區(qū)域中。
在這一案例中，除去將在信號處理單元17中與模數(shù)變換器23相對應的部分被移出以外，該信號處理單元24具有與信號處理單元17相同的結(jié)構(gòu)。信號處理單元24利用變換器的輸出通過軟件處理計算對信號電壓es的比值，并將它作為流量信號輸出到輸出端18。這就使得能補償量程的變化。
這種方法具有如下的優(yōu)點。(1)由于保持電路15、緩沖放大器16和模數(shù)變轉(zhuǎn)器23均勻地作用于流量信號和基準電壓Vr，可以消除每個元件漂移的影響。(2)由于僅需要一個保持電路15和一個緩沖放大器16，簡化了硬件結(jié)構(gòu)。
在圖1所示的實施例中，已經(jīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)作了介紹，其中在信號取樣之前開關(guān)SW1即刻導通以便復原。但是也可以在非激磁時間使開關(guān)SW1保持導通，以及在信號的激發(fā)時間之前和之后之間的一定時間內(nèi)使該開關(guān)關(guān)斷。
此外，在圖1所示實施例中，已經(jīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)作了介紹，其中使用了兩個開關(guān)SW2和SW3，不過也可以利用僅采用開關(guān)SW10的結(jié)構(gòu)來替代它，開關(guān)SW10由控制信號S7控制轉(zhuǎn)換，如圖8所示。其綜合了保持電路15的信號取樣和保持。
確切地說，控制信號S7是例如通過對控制信號S1和S3進行積分得到的一種控制信號，并且通常被轉(zhuǎn)換到共用電位點COM側(cè)的基準電壓上，僅當要進行信號取樣時才受控轉(zhuǎn)換到緩沖放大器14的輸出端。
圖9是表示本發(fā)明的第三實施例結(jié)構(gòu)的方塊示意圖。在基準電阻r上檢測基準電壓Vr，通過開關(guān)SW11使之保持在保持電路26中，以便利用由定時電路25輸出的控制信號S8控制進行取樣，經(jīng)過緩沖放大器27輸出取樣值。
電壓/頻率變換電路28包含電阻Rs和Rr、積分器30、比較器31、單觸發(fā)(one-shot)電路32和開關(guān)SW12，積分器30包含運算放大器29，其非反相輸入端(+)連接到共用的電位點COM，反相輸入端(-)利用電容Cf連接到輸出端。
此外，緩沖放大器16和27的輸出分別經(jīng)過電阻Rs和Rr以及開關(guān)SW12施加到運算放大器29的反相輸入端(-)。運算放大器29的輸出加到比較器31的非反相輸入端(+)，比較器31的反相輸入端(-)連接到共用的電位點COM，比較器31的輸出加到計數(shù)器33和單觸發(fā)電路32。
利用由單觸發(fā)電路32輸出的脈沖使開關(guān)SW12導通一段固定的時間。由微處理機34周期性地讀取在計數(shù)器33的計數(shù)值。在上述結(jié)構(gòu)中，流量信號經(jīng)過電阻Rs在積分器30中被積分，并且當積分輸出值達到一固定電平時，比較器31動作以及由單觸發(fā)電路32輸出一具有固定時間寬度T的脈沖P1。
脈沖P1使開關(guān)SW12導通持續(xù)固定的時間T，使該極性與輸入的流量信號相反的基準電壓Vr經(jīng)過電阻Rr輸入到積分器30，借此復原積分器30和比較器31。
通過上述控制作用，在比較器31的輸出端產(chǎn)生的頻率f利用表達式f＝(RrVsP/RsVrP)來表達，假如設定VSP為保持在保持電路15中的保持電壓，Vrp為保持在保持電跑26中的保持電壓，因此可以得到頻率信號f，其獨立于用于積分或改變電路工作電壓的電容Cf。
此外，在沒有導通控制信號S2的持續(xù)時間過程中，控制信號S8其按照與控制信號S2或S6相似的定時使開關(guān)SW11導通，借此對基準電壓取樣。微計算機34周期性地讀取計算值，該計算值對應于計數(shù)器33的流量電壓信號和基準電壓的比值，借此了解流量。
由于按照圖9所示的實施例構(gòu)成，使得與利用圖7所示的軟件的處理方法比較，利用載有微計算機34軟件的硬件對流量電壓信號對基準電壓的比值的計算可以降低工作量。
負擔的降低可以使微處理機的低功耗模式的運行時間延長，這種低功耗模式例如為對近來的低功耗型微處理機提供的靜寂(sleep)模式，借此將功耗例如降低到1/5到1/2。雖然為了澄清與先有技術(shù)之間的差別，已經(jīng)根據(jù)電容型電磁流量計進行了介紹，如下所述，倘若某些條件充許，即使是檢測電極與被測液體相接觸的液體接觸型電磁流量計也可像電容型一樣被采用。
圖10表示接近液體接觸型電磁流量計的流量檢測單元的結(jié)構(gòu)。將檢測電極36a和36b以與被測液體Q相接觸的方式安裝在管道35上，其余的結(jié)構(gòu)與圖1所示的基本相似。
對于電容型，由于電極電容很小，由于在被測液體Q中產(chǎn)生的渦流影響使電極阻抗回路的充電/放電時間常數(shù)變得足夠小，因此即使要求對激磁的很短的重復周期有快速響應時，也能夠被采用。
另一方面，對于液體接觸型，由于檢測電極36a、36b和被測液本Q形成的電極電容變大，差致噪聲N拖尾，如圖3(c)用點狀虛線所示，因此，需要長的激磁時間，不可能實現(xiàn)快速響應。
然而，對于允許慢速響應的應用場合，例如對于例如水表的積分式流量計的應用場合，當差致噪聲N消失時，按照預定的定時使置于高通濾波器13之后使開關(guān)SW1復原，在由保持電路15進行積分的初始階段，將積分的起始值可以精確地置于零，從而得到良好的S/N。
尤其是，例如當采用用于城市供水的測量水量的電磁流量計時，假若激磁的on/off比設定為約1/100或者更小以及采用所述現(xiàn)有技術(shù)的低功率器件，可以實現(xiàn)使電磁流量計的總的功耗消耗大約為1mw(毫瓦)。
假如，功耗消耗小到如上所述的水平，通過利用電池作為驅(qū)動電源，可以構(gòu)成不再需要外部連線的電磁流量計，因此，可以在沒有外部電源裝置的區(qū)域可進行流量測量。
此外，在采用電池作為驅(qū)動電源的情況下，即使在測量瞬時流量的過程中與S/N值的輸出偏差變得少許加大，也可以保證流量計能夠充分地用于測量積分流量的水表的場合。
與上述各實施例一起已經(jīng)對本發(fā)明作了詳細的介紹，根據(jù)在各個權(quán)利要求中所述的本發(fā)明各方面，有如下的效果。
根據(jù)權(quán)利要求1、3和4所述的本發(fā)明按照比非激磁時間為短的激磁時間使激磁電流斷續(xù)流動，借此向被測液體施加一個磁場，利用a.c耦合方式使由各檢測電極輸出的各電極間的信號相耦合，以便得到一個a.c信號，利用取樣信號對該a.c信號取樣和保持，并且在取樣和保持時間之前和之后的一定時間內(nèi)，進行向一基準電位的開關(guān)轉(zhuǎn)換。因此不再進行同步檢波，能夠?qū)α髁啃盘栠M行取樣而不會引起誤差。此外，在維持節(jié)省功率的情況下，能夠有助于增加S/N。
根據(jù)在權(quán)利要求2中介紹的本發(fā)明，除了具有如在權(quán)利要求1中所述的本發(fā)明的效果之外，還有如F的效果。即由于其按照電容型構(gòu)成，電極電容很小，以及由于在被測液體中產(chǎn)生的渦流影響使電極阻抗回路的充電/放電時間常數(shù)變得足夠小。因此，差致噪聲快速衰減，在利用一個短的取樣寬度消除差致噪聲的同時，可以檢測信號，并且在具有良好S/N的頻帶范圍內(nèi)可以對信號處理，克服具有1/f特征的流動噪聲，同時保證對于激磁的短的重復周期的快速響應。
根據(jù)在權(quán)利要求5中所述的本發(fā)明，由于通過按照適當?shù)亩〞r，向激磁線圈施加一個電壓和關(guān)斷在激磁線圈中上升的激磁電流，可以形成三角波或準三角波，使激磁電路可以簡化，激磁功率消耗可以變得很小。
根據(jù)權(quán)利要求6所述的本發(fā)明，由于提供一種用于計算取樣信號和基準電壓的比值的結(jié)構(gòu)，可以易于消除由于激磁電流的變化所引起的量程的偏差。
根據(jù)權(quán)利要求7所述的本發(fā)明，由于提供一種使在基準電壓側(cè)的取樣開關(guān)的轉(zhuǎn)換周期為a.c信號側(cè)轉(zhuǎn)換周期的某一百分值的結(jié)構(gòu)，使得在由于電池之類的容量降低要校正量程的同時，可以使對于流量變化的響應很快。
根據(jù)權(quán)利要求8所述的本發(fā)明，由于可以僅在與取樣寬度或激磁時間相對應的時間內(nèi)向模擬電路提供電源電壓，可以從整體上易于節(jié)省電源。
根據(jù)權(quán)利要求9所述的本發(fā)明，由于可以構(gòu)成一個包含電池的電磁流量計，不再需要處部連線，即使在沒有提供外部電源裝置的區(qū)域內(nèi)，也可以進行流量測量。
根據(jù)權(quán)利要求10所述的本發(fā)明，由于利用例如為電壓/頻率變換器的硬件可以進行流量信號和基準電壓的比值的計算，可以減少在微計算機中軟件計算的負擔，整體上可以大量降低功率消耗。
權(quán)利要求
1.一種電磁流量計，用于將被測液體的流量變換成電信號并且輸出與流經(jīng)檢測電極的所述流量相對應的流量信號，所述電磁流量計包含激磁裝置，用于斷續(xù)地使激磁電流流通，借此向所述被測液體施加一個磁場，所述激磁裝置的激磁時間短于其非激磁時間。a.c耦合裝置，用于通過對所述檢測電極輸出的電極間信號的a.c耦合而得到一個a.c信號，第一取樣和保持裝置，用于利用一具有某一取樣寬度的取樣信號對所述a.c信號取樣和保持，該取樣寬度包括在所述激磁時間之前和之后的部分，以及將該信號輸出作為第一保持信號。開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述第一取樣和保持裝置的輸出，在所述取樣和保持時間之前和之后轉(zhuǎn)換到基準電位上，以及信號處理裝置，用于利用所述保持信號進行信號處理并將處理信號作為所述流量信號輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁流量計，其中所述的檢測電極檢測通過電容的流量信號。
3.如權(quán)利要求1所述的電磁流量計，其中所述檢測電極以與所述被測液體接觸的方式檢測流量信號。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的電磁流量計，其中所述的開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置由第一開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置和第二開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置組成，第一開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置用于利用第一開關(guān)轉(zhuǎn)換信號開關(guān)轉(zhuǎn)換所述a.c信號和所述基準電位，第二開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置用于在所述取樣和保持之后的一個定時處利用第二開關(guān)轉(zhuǎn)換信號開關(guān)轉(zhuǎn)換所述保持信號和所述基準電位。5.如權(quán)利要求1、2或3所述的電磁流量計，其中所述激磁電流的所述波形為三角形波或準三角形波。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的電磁流量計，還包含第二取樣和保持裝置，用于從所述a.c信號向一與所述激磁電流成比例的基準電壓進行取樣轉(zhuǎn)換，用所述取樣信號進行取樣和保持，并將其輸出作為第二保持信號，還包含比值計算裝置，用于利用所述第一和第二保持信號計算所述基準電壓和所述a.e信號的比值。
7.如權(quán)利要求6所述的電磁流量計，其中在所述基準電壓側(cè)的所述取樣開關(guān)的開關(guān)轉(zhuǎn)換周期是在所述a.c信號側(cè)的開關(guān)轉(zhuǎn)換周期的一個百分值。
8.如權(quán)利要求1、2或3所述的電磁流量計，還包含電源裝置，用于僅在與所述取樣寬度基本上對應的時間過程中，僅向在所述信號處理裝置的前級中的模擬信號處理單元提供電源電壓。
9.如權(quán)利要求1所述的電磁流量計，其中使用電池作為所述激磁裝置和所述信號處理裝置的驅(qū)動電源。
10.一種電磁流量計，用于將被測液體流量變換成電信號并輸出一個與通過檢測電極的所述流量相對應的流量信號，所述電磁流量計包含激磁裝置用于斷續(xù)地使激磁電流流通借此向所述被測流體施加一個磁場，所述激磁裝置的激磁時間短于其非激磁時間。a.c耦合裝置，用于通過使由所述各檢測電極輸出的各電極間的信號進行a.c耦合而得到一個a.c信號。第一取樣和保持裝置，用于利用第一取樣信號對所述a.c信號取樣和保持，第一取樣信號具有的取樣寬度包括在所述激磁時間之間和之后的部分，并將該信號輸出作為第一保持信號，開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置，用于在所述取樣和保持時間之前設定到一基準電壓上。第二取樣和保持裝置，用于利用第二取樣信號對與所述激磁電流成比例的基準電壓取樣和保持，并將其輸出作為第二保持信號，電壓/頻率變換裝置，用于利用所述第二保持信號補償所述第一保持信號，以便計算它們的比值并將其輸出作為一個頻率信號，計數(shù)裝置，用于對所述頻率信號計數(shù)，及微計算機，用于周期性地讀取計數(shù)結(jié)果、計算并輸出流量信號。
全文摘要
一種電磁流量計，將液體流量變換為電信號，其中激磁裝置使激磁電流斷續(xù)流通，向被測液體施加磁場，激磁時間短于非激磁時間。a.c耦合裝置通過a.c耦合檢測電極極間信號得到一個a.c信號。取樣和保持裝置利用取樣信號對a.c信號取樣和保護，取樣寬度包括激磁時間前和后的部分，并輸出作為保持信號，開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置在取樣保護時間前和后轉(zhuǎn)變到一基準電壓上，以及信號處理裝置，利用所述保持信號進行處理，并將處理信號輸出作為流量信號。
文檔編號G01F1/56GK1131273SQ9511611
公開日1996年9月18日 申請日期1995年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月2日
發(fā)明者鳥丸尚 申請人:橫河電機株式會社