JP2002340638A

JP2002340638A - 電磁流量計

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Publication number: JP2002340638A
Application number: JP2001143289A
Authority: JP
Inventors: Ikumitsu Ishikawa; 郁光石川
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2002-11-27
Anticipated expiration: 2021-05-14
Also published as: JP4110442B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低い電源電圧で動作し直流電源への適応性が
強く、高いＳ／Ｎ比の流量測定を行い、測定誤差の少な
い２線式電磁流量計を提供する。【解決手段】２線式電磁流量計は、電流出力線２５を
経由して、直流電源５１から電力供給且つ信号伝送が行
われる。ＣＰＵ６は、最適の励磁方式を実行するよう
に、励磁回路７を制御する。励磁回路７は、励磁コイル
Ｌ1に励磁電流１０１を流して、検出器１の管内に磁界
を発生させる。検出器１は、管内の流速及び磁界に比例
する流量信号を検出する。Ａ／Ｄ変換器３は、流量信号
を流量データ１０２に変換する。ＣＰＵ６は、流量デー
タ１０２に応じた出力電流が流れるように、電流出力回
路８を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁流量計に関
し、より詳細には、電流出力線で電力供給及び信号伝送
の双方を行う２線式電磁流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電磁流量計は、供給される電流に基づい
て検出器の管内に磁界を発生し、管内を流れる液体の流
速に比例した起電力を検出して、液体の流量測定を行
う。実際の工場やプラント等では、液体が流れる測定場
所とデータ処理や制御が行われるデータ管理場所とが離
れ、遠隔測定が行われる。２線式電磁流量計は、２つの
場所を電流出力線で接続し、信号伝送及び電力供給の双
方を行うことにより、遠隔測定に対応する。

【０００３】更にまた、出力電流に応じて励磁電流を制
御して、高いＳ／Ｎ比の流量測定を試みるものや、励磁
方式が変化するとゼロ点調整を予め調整してある励磁方
式から推定するものが提案されている。

【０００４】図１４は、従来知られている電磁流量計の
例を示す。この電磁流量計は、測定場所に配置され、励
磁回路８１及び信号処理回路８４が電流出力線８７の間
に直列に接続される。外部電源装置は、電流出力線８７
に所定の電源電圧を印加して電力を供給する。励磁回路
８１及び信号処理回路８４は、直列に電流が流れること
により、双方に電力が供給されて動作する。

【０００５】定電圧回路８３は、定電圧を両端に発生す
る。定電流回路８２は、定電圧に基づいて、所定の励磁
電流を励磁コイル８５に供給し、管路８６内に磁界を発
生させる。管路８６の電極には、液体の流速及び磁界に
比例した起電力が発生する。信号処理回路８４は、起電
力から流量信号を取り出し、電流出力線８７の間に流れ
る出力電流を流量信号に比例して４〜２０ｍＡの範囲に
変化させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の第１の問題
点としては、図１４に示す２線式電磁流量計では、電源
電圧が励磁回路８１及び信号処理回路８４の動作電圧の
双方の合計となり、電源電圧を高く設定する必要があ
る。また、あらゆる種類の外部電源に対応できない問題
がある。

【０００７】第２の問題点としては、流量測定のＳ／Ｎ
比が十分でない問題がある。また第３の問題点として、
流量測定のＳ／Ｎ比を確保しようとする提案においてゼ
ロ点を正確に測定できない問題とがある。

【０００８】本発明は、上記したような従来の技術が有
する問題点を解決するためになされたものであり、低い
電源電圧で動作し直流電源への適応性が強く、高いＳ／
Ｎ比の流量測定を行い、測定誤差の少ない２線式電磁流
量計を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電磁流量計は、第１の問題点に対して、流
体中に流体の流れ方向と直交する方向に磁界を印加する
励磁コイルに励磁電流を供給する励磁回路と、前記磁界
によって流体中に発生する起電力を検出する電極と、前
記起電力から流量換算したデータに基づいて、出力電流
を出力する電流出力回路と、前記励磁回路及び電流出力
回路を制御するＣＰＵと、前記励磁回路、電流出力回路
及びＣＰＵに電力を供給すると共に前記出力電流を伝送
する電流出力線とを備える電磁流量計において、前記励
磁回路及び電流出力回路は、前記電流出力線に並列に接
続されることを特徴とする。

【００１０】本発明の第１の問題点に係る電磁流量計
は、励磁回路、電流出力回路、及び、ＣＰＵが電流出力
線に並列に接続され、電源電圧を低く設定できる。ま
た、励磁電流を検出して、流量信号を正規化するので、
温度変動等によるスパン誤差を小さくできる。

【００１１】本発明の第１の問題点に係る電磁流量計で
は、前記電流出力線に供給される直流電圧を昇圧又は降
圧して、前記励磁回路及び電流出力回路に電力を供給す
るＤＣ−ＤＣ変換器を更に備えることができる。この場
合、ＤＣ−ＤＣ変換器が昇降圧する直流電圧を最適に設
定することにより、種々な直流電源への適応性が向上す
る。

【００１２】本発明の電磁流量計は、第２の問題点にお
いて、流体中に流体の流れ方向と直交する方向に磁界を
印加する励磁コイルに励磁電流を供給する励磁回路と、
前記磁界によって流体中に発生する起電力を検出する電
極と、前記起電力に比例する出力電流を出力する電流出
力回路と、前記励磁回路及び電流出力回路を制御するＣ
ＰＵと、前記励磁回路、電流出力回路及びＣＰＵに電力
を供給すると共に前記出力電流を伝送する電流出力線と
を備える電磁流量計において、前記ＣＰＵは、前記電流
出力線から供給される供給電力を計測する電力計測回路
を備え、計測された供給電力に応じて前記励磁電流を制
御することを特徴とする。

【００１３】本発明の第２の問題点に係る電磁流量計
は、計測された供給電力に応じて励磁電流を制御するの
で、優れたＳ／Ｎ比の流量測定が行える。

【００１４】また、本発明の第２の問題点に係る電磁流
量計では、前記ＣＰＵは、流量がゼロの時に出力電流を
大きくし、流量が大きいときには出力電流を小さくする
ように制御することも可能となる。この場合、流速の遅
い流量測定のＳ／Ｎ比が高くなるので、低流量の測定が
容易になる。

【００１５】また、本発明の第２の問題点に係る電磁流
量計では、前記ＣＰＵは、前記電流出力線から供給され
る電源電圧に応じて前記励磁コイルの励磁方式を変化さ
せること、前記ＣＰＵは、前記電源電圧又は供給電力が
所定値よりも高いときには２周波励磁又は２値励磁を行
い、前記電源電圧又は供給電力が所定値よりも低いとき
には３値励磁を行うこと、前記ＣＰＵは、前記電源電圧
又は供給電力が高くなると前記励磁電流を大きくし、前
記電源電圧又は供給電力が低くなると前記励磁電流を小
さくすること、又、前記ＣＰＵは、前記電流出力線から
供給される平均供給電流を計測し、該平均供給電流がほ
ぼ一定となるように前記ＤＣ−ＤＣ変換器の出力電圧を
制御し、流量演算結果をパルス周波数信号又はＰＷＭ信
号として出力電流に重畳させることもできる。

【００１６】本発明の第２の問題点に係る電磁流量計で
は、複数の電流出力回路を備え、電流出力線から供給さ
れる電源種別に応じて前記電流出力回路を選択する。こ
の場合、複数の直流電源を併用することができる。

【００１７】また、本発明の第２の問題点に係る電磁流
量計では、一方の電流出力回路に電極電位等の流量信号
以外のアナログ信号をスケーリングして出力することも
可能である。この場合、流量以外に電極電位や温度等の
情報を伝送することができる。

【００１８】本発明の電磁流量計は、第２の問題点にお
いて、他の実施例として、流体中に流体の流れ方向と直
交する方向に磁界を印加する励磁コイルに励磁電流を供
給する励磁回路と、前記磁界によって流体中に発生する
起電力を検出する電極と、前記起電力から流量換算した
データに基づいて、出力電流を出力する電流出力回路
と、前記励磁回路及び電流出力回路を制御するＣＰＵ
と、前記励磁回路、電流出力回路及びＣＰＵに電力を供
給すると共に前記出力電流を伝送する電流出力線とを備
える電磁流量計において、回路の消費電力を測定するこ
とを特徴とする。

【００１９】本発明の第２の問題点に係る他の実施例の
電磁流量計は、ＣＰＵが定電流回路からの情報により、
回路の消費電力を演算するので、効率的な励磁や流量測
定が行える。

【００２０】本発明の第２の問題点に係る他の実施例の
電磁流量計では、前記回路の消費電力は、電流出力回路
の定電流回路の消費電力に基づいて演算すること、又
は、前記回路の消費電力は、励磁コイルに印加されるコ
イル電圧に基づくコイルの消費電力により演算する。こ
の場合、ＣＰＵは、供給電力に応じて制御を最適に行
う。

【００２１】また、本発明の第２の問題点に係る他の実
施例の電磁流量計では、前記電力計測回路は、電磁流量
計内の検出温度に基づいて前記供給電力を演算するこ
と、又は、複数の電流出力回路を備え、電流出力線から
供給される電源種別に応じて前記電流出力回路を選択す
ることもできる。

【００２２】前記ＣＰＵは、計測された供給電力から余
剰電力を演算し、該余剰電力を励磁コイルの励磁電流及
び電流出力回路の電源に振り向けること、又は、前記Ｃ
ＰＵは、前記余剰電力に応じて前記励磁電流を増加させ
ることができる。この場合、無駄な余剰電力が減少し、
流量測定のＳ／Ｎ比向上に貢献する励磁電流が増加する
ので、供給電力が有効に利用される。

【００２３】本発明の電磁流量計は、第３の問題点にお
いて、流体中に流体の流れ方向と直交する方向に磁界を
印加する励磁コイルに励磁電流を供給する励磁回路と、
前記磁界によって流体中に発生する起電力を検出する電
極と、前記起電力に比例する出力電流を出力する電流出
力回路と、前記励磁回路及び電流出力回路を制御するＣ
ＰＵと、前記励磁回路、電流出力回路及びＣＰＵに電力
を供給すると共に前記出力電流を伝送する電流出力線と
を備え、供給電力／余剰電力に応じて、励磁方式を切り
替える電磁流量計において、流量がゼロでゼロ調整を行
う際に、それぞれの励磁方式に応じたゼロ調整が行える
ように、出力電流を一時的に大きくすることを特徴とす
る。

【００２４】本発明の第３の問題点に係る電磁流量計
は、実際の測定前に全ての励磁方式のゼロ点補正を予め
行えるので、励磁方式の違いによる測定誤差の発生を防
止できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例に基づ
いて、本発明の電磁流量計について図面を参照して説明
する。図１は、本発明の第１実施形態例の電磁流量計を
示す。

【００２６】電磁流量計は、検出器１、アナログ増幅回
路２、Ａ／Ｄ変換器３、絶縁回路４、ＤＣ−ＤＣ変換回
路５、ＣＰＵ６（演算／制御素子）、励磁回路７、及
び、電流出力回路８で構成される。

【００２７】外部電源装置は、直流電源５１を有し、電
流出力線２５に電源電圧を印加し、電磁流量計に電力を
供給する。

【００２８】直流電源５１の正極端子は、電流出力線２
５の一方を介して、第１電源ライン２１に接続される。
ＣＰＵ６、励磁回路７、及び、電流出力回路８の電源端
子は、第１電源ライン２１に全て接続され、ＤＣ−ＤＣ
変換回路５の入力側電源端子は、第１電源ライン２１に
接続される。

【００２９】直流電源５１の負極端子は、電流出力線２
５の他方及び出力電流抵抗Ｒoutを介して、第１コモン
ライン２２に接続される。ＣＰＵ６、励磁回路７、及
び、電流出力回路８のコモン端子は、第１コモンライン
２２に全て接続され、ＤＣ−ＤＣ変換回路５の入力側コ
モン端子は、第１コモンライン２２に接続される。

【００３０】ＤＣ−ＤＣ変換回路５の出力側電源端子
は、第２電源ライン２３に接続される。アナログ増幅回
路２、Ａ／Ｄ変換器３、及び、絶縁回路４の電源端子
は、第２電源ライン２３に全て接続される。

【００３１】ＤＣ−ＤＣ変換回路５の出力側コモン端子
は、第２コモンライン２４に接続される。アナログ増幅
回路２、Ａ／Ｄ変換器３、及び、絶縁回路４のコモン端
子は、第２コモンライン２４に全て接続される。

【００３２】励磁回路７は、励磁電流１０１を励磁コイ
ルＬ1に流して、検出器１の管内に磁界を発生させる。
管内を流れる液体は、磁界及び流速に比例した起電力を
発生する。検出器１は、管内に配置された電極３３から
起電力を検出する。

【００３３】アナログ増幅回路２は、２つのバッファ及
び差動増幅器で構成され、起電力に比例する流量信号を
生成し、Ａ／Ｄ変換器３に入力する。Ａ／Ｄ変換器３
は、流量信号を流量データ１０２にＡＤ変換し、絶縁回
路４を経由してＣＰＵ６に入力する。絶縁回路４は、基
準電位が異なる２つの回路間で、信号が送受信できるよ
うに信号変換するインターフェイス機能を有する。

【００３４】ＤＣ−ＤＣ変換回路５は、インバータ方式
の絶縁型の直流電圧変換回路であり、直流電圧を交流電
圧に変換し、トランスで昇降圧した後に整流して直流電
圧に変換する。第１電源ライン２１及び第１コモンライ
ン２２に接続される回路群と第２電源ライン２３及び第
２コモンライン２４に接続される回路群とは、電気的に
絶縁される。

【００３５】ＣＰＵ６は、電磁流量計の動作制御又は信
号処理を行う。ＣＰＵ６は、励磁ＰＷＭ信号１０４を励
磁回路７に入力して、励磁電流１０１の大きさを制御
し、４つの信号から成るタイミング信号群１０３を励磁
回路７に入力して、４つのスイッチの中で対応するもの
がオン又はオフすることにより、励磁電流１０１の方向
や導通期間を変化させて、発生する磁界を制御する。

【００３６】図２は、図１の励磁回路７の詳細を示す。
励磁回路７は、電流方向切替回路１４、ＬＰＦ１５、定
電流制御回路１６、及び、２つのＡ／Ｄ変換器３で構成
される。電流方向切替回路１４及び定電流制御回路１６
は、第１電源ライン２１と第１コモンライン２２との間
に直列に接続される。

【００３７】ＬＰＦ１５は、抵抗Ｒ8、キャパシタＣ2、
及び、演算増幅器Ａ4で構成され、定電流制御回路１６
は、抵抗Ｒ9、トランジスタＴr5、及び、演算増幅器Ａ5
で構成される。

【００３８】ＬＰＦ１５は、励磁ＰＷＭ信号１０４を直
流電圧に変換し、定電流制御回路１６に入力する。励磁
電流１０１は、第１電源ライン２１からトランジスタＴ
r1〜Ｔr4、励磁コイルＬ1、トランジスタＴr5、及び、
抵抗Ｒ9を経由して、第１コモンライン２２に流れる。
定電流制御回路１６は、ＬＰＦ１５からの直流電圧に基
づいて、励磁電流１０１を一定になるように制御する。

【００３９】一方のＡ／Ｄ変換器３は、励磁コイルＬ1
のコイル電圧を示すトランジスタＴr5ドレイン電圧をコ
イル電圧データ１０５にＡＤ変換し、ＣＰＵ６に入力す
る。他方のＡ／Ｄ変換器３は、励磁電流を示すトランジ
スタＴr5のソース電圧を励磁電圧データ１０６にＡＤ変
換し、ＣＰＵ６に入力する。

【００４０】ＣＰＵ６は、第１電源ライン２１の電圧か
ら、コイル電圧データ１０５の値を引くことでコイル電
圧を計算し、抵抗Ｒ9の電圧降下である励磁電圧データ
１０６の値をＲ9で割ることで、励磁電流を計算する。

【００４１】ＣＰＵ６は、励磁電圧及び励磁電流から成
る励磁電力を計算し、励磁ＰＷＭ信号１０４のパルス幅
を変化させて、励磁電流１０１を制御する。

【００４２】図３は、図２の電流方向切替回路１４の動
作を示す表である。ＣＰＵ６は、信号パターンＡ〜Ｃの
タイミング信号群１０３を励磁回路７の電流方向切替回
路１４に入力する。電流方向切替回路１４は、トランジ
スタＴr1〜Ｔr4及び４つの絶縁回路４で構成される。タ
イミング信号群１０３の対応する信号は、絶縁回路４を
経由してトランジスタＴr1〜Ｔr4のゲート夫々に入力さ
れる。

【００４３】電流方向切替回路１４は、トランジスタＴ
r1とＴr4又はＴr2とＴr3が信号パターンＡ〜Ｃに応じて
オン又はオフすることにより、励磁電流１０１が検出器
１の励磁コイルＬ1に流れ、正方向励磁、負方向励磁、
又は、無励磁の何れかを行う。

【００４４】ＣＰＵ６は、信号パターンＡ〜Ｃに対応す
るタイミング信号群１０３を発生し、励磁回路７に入力
することで、３値励磁、２値励磁、又は、２周波励磁の
何れかの方式で磁界を発生させる。

【００４５】図４は、電流出力回路８の詳細を示す。電
流出力回路８は、ＬＰＦ１１、加算器１２、及び、出力
電流制御回路１３（定電流回路）で構成される。ＬＰＦ
１１は、抵抗Ｒ1、キャパシタＣ1、及び、演算増幅器Ａ
1で構成され、加算器１２は、抵抗Ｒ2、Ｒ3、及び、演
算増幅器Ａ2で構成され、出力電流制御回路１３は、抵
抗Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、トランジスタＱn1、及び、演算
増幅器Ａ3で構成される。

【００４６】ＣＰＵ６は、流量データ１０２に基づいて
流量値を演算で求め、流量値を励磁電流で割算して規格
化し、規格化された流量値に比例して電流出力ＰＷＭ信
号１０７のデューティ比を変化させ、電流出力回路８に
入力する。

【００４７】ＣＰＵ６は、励磁電流を検出し、流量信号
を正規化して、温度変動等によるスパン誤差を小さくす
る。

【００４８】ＬＰＦ１１は、電流出力ＰＷＭ信号１０７
を直流電圧に変換し、加算器１２に入力する。余剰電流
は、第１電源ライン２１から抵抗Ｒ7及びトランジスタ
Ｑn1を経由して、第１コモンライン２２に流れ、電磁流
量計内の回路動作のために消費されたものではない無駄
な電流であり、流量に比例する電流信号として、信号伝
送のために流すものである。出力電流は、第１コモンラ
イン２２から出力電流抵抗Ｒoutに流れ、電磁流量計が
消費した全電流である。出力電流抵抗Ｒoutは、出力電
流に比例した出力電流検出電圧１０８を発生する。

【００４９】加算器１２は、ＬＰＦ１１からの直流電圧
と出力電流抵抗Ｒoutからの出力電流検出電圧１０８と
を加算して、加算電圧を出力電流制御回路１３に入力す
る。出力電流制御回路１３は、加算器１２からの加算電
圧がゼロになるように、出力電流を調整する。

【００５０】出力電流は、流量値に比例するように制御
される。出力電流は、電磁流量計の全消費電流であるの
で、流量値に比例する。電磁流量計は、電源電圧及び出
力電流から成る供給電力を消費する。

【００５１】流量値に比例して値が変化する出力電流に
代えて、電流出力回路８にパルス変調機能を付加し、平
均値がほぼ一定となる出力電流を採用して、パルス周波
数変調波又はパルス幅変調波を重畳させることもでき
る。或いは、通信回路を付加し値が一定な出力電流を採
用し、有線系のシリアル通信や無線通信を利用して、流
量信号又はアラーム信号の情報を伝送してもよい。

【００５２】上記実施形態例によれば、励磁回路、電流
出力回路、及び、ＣＰＵが電流出力線に並列に接続さ
れ、電源電圧を低く設定できる。また、励磁電流を検出
して、流量信号を正規化するので、温度変動によるスパ
ン誤差を小さくできる。

【００５３】図５は、本発明の第２実施形態例の電磁流
量計を示す。本実施形態例は、ＣＰＵ６と励磁回路７及
び電流出力回路８とで電源端子の電圧が異なる。電磁流
量計は、２つのＤＣ−ＤＣ変換回路９を有する。

【００５４】直流電源５１の正極端子は、電流出力線２
５の一方、一方のＤＣ−ＤＣ変換回路９、第１電源ライ
ン２１、他方のＤＣ−ＤＣ変換回路９、及び、第３電源
ライン２６を介して、ＤＣ−ＤＣ変換回路５の入力側電
源端子に接続される。励磁回路７及び電流出力回路８の
電源端子は、第１電源ライン２１に接続され、ＣＰＵ６
の電源端子は、第３電源ライン２６に接続される。

【００５５】図６の（ａ）及び（ｂ）は、図５のＤＣ−
ＤＣ変換回路９の回路図である。ＤＣ−ＤＣ変換回路９
は、非絶縁型の直流電圧変換回路であり、入力電圧Ｖin
を昇圧又は降圧して出力電圧Ｖoutに変換する。ＣＰＵ
６、励磁回路７、及び、電流出力回路８は、同一のコモ
ンラインに全て接続され、回路の基準電位が全て等しく
なる。

【００５６】同図（ａ）は、昇圧型のＤＣ−ＤＣ変換回
路９に採用されるチョッパ方式のスイッチング電源の回
路を示す。定電圧回路６４は、ツェナダイオードＤZ1が
定電圧Ｖccを発生し、ＣＲ発振回路６１及びエラーアン
プ回路６２に供給する。ＣＲ発振回路６１は、周期Ｔで
発振し、エラーアンプ回路６２、及び、波形整形回路６
３を経由して制御用ＰＷＭ信号１０９をトランジスタＱ
n2に入力する。

【００５７】トランジスタＱn2は、制御用ＰＷＭ信号１
０９に基づいてオン又はオフすることにより、インダク
タＬ2に誘導電圧を発生させる。昇圧型のＤＣ−ＤＣ変
換回路９は、入力電圧ＶinにインダクタＬ2の誘導電圧
が加わることで、入力電圧Ｖinより高い出力電圧Ｖout
を発生する。

【００５８】ここで、トランジスタＱn2のオン時間をＴ
onとすると、制御用ＰＷＭ信号１０９のデューテイ比Ｄ
は、Ｄ＝Ｔon／Ｔであり、出力電圧Ｖoutは、下記のよ
うに示される。Ｖout＝１／（１−Ｄ）×Ｖin ・・・・（１）

【００５９】同図（ｂ）は、降圧型のＤＣ−ＤＣ変換回
路９に採用されるシリーズ電源の回路を示す。演算増幅
器Ａ8は、出力電圧Ｖoutを所定の比率で分圧した電圧
と、ツェナダイオードＤZ2が発生する基準電圧とが等し
くなるように、トランジスタＱn3のベース電圧を制御す
る。

【００６０】ＤＣ−ＤＣ変換回路９は、直流電源５１か
らの電源電圧を考慮して、第１電源ライン２１及び第３
電源ライン２６の電圧が所望の値になるように、昇圧型
又は降圧型の電源回路を採用する。所望の電圧として
は、ＣＰＵ６、励磁回路７、及び、電流出力回路８の動
作電圧に基づいた値が設定される。

【００６１】また、降圧型のＤＣ−ＤＣ変換回路９に
は、シリーズ電源に代えて、降圧型のスイッチング電源
を採用しても同様な効果が得られる。

【００６２】更に、ＣＰＵ６は、電流出力線２５から供
給される電源電流を計測し、電源電流がほぼ一定となる
ようにＤＣ−ＤＣ変換器９の出力電圧を制御すれば、多
くの消費電流を確保できる。

【００６３】上記実施形態例によれば、ＤＣ−ＤＣ変換
器が昇降圧する直流電圧を最適に設定することにより、
直流電源への適応性が向上し、流量の変化に対して、パ
ルス変調波が重畳した出力電流の平均値は、ほぼ一定と
なることにより、供給電力もほぼ一定となるので、安定
した動作が確保される。

【００６４】図７は、本発明の第３実施形態例の電磁流
量計を示す。本実施形態例は、電源電圧を測定する点が
先の実施形態例と異なる。電磁流量計は、電源電圧検出
回路１０（電力計測回路）を有する。

【００６５】図８は、図７の電源電圧検出回路１０の詳
細を示す。電源電圧検出回路１０は、直流電源５１から
電源電圧が供給される。抵抗Ｒ26〜Ｒ28は、電源電圧を
所定の比率で分圧する。演算増幅器Ａ9は、分圧された
電圧をボルテージフォロワ動作により増幅し、Ａ／Ｄ変
換器３は、増幅された電圧を電源電圧データ１１２に変
換して、ＣＰＵ６に入力する。

【００６６】図９は、ＣＰＵ６が行う励磁方式の変更を
示す表である。ＣＰＵ６は、電源電圧が高いか低いかを
判断し、或いは、電源電圧及び出力電流から供給電力を
計算して、供給電力が高いか低いかを判断する。

【００６７】判断結果に従って、ＣＰＵ６は、タイミン
グ信号群１０３の信号パターンを変更することにより、
励磁波形を３種類に変更し、励磁ＰＷＭ信号１０４のデ
ューティ比を変更することにより、励磁電流値をアナロ
グ的に増減する。

【００６８】図９に示すように、励磁波形は、３値励
磁、２値励磁、又は、２周波励磁の３種類に変更され、
励磁電流値は、アナログ的に変化される。ＣＰＵ６は、
励磁波形及び励磁電流値の何れか一方又は両方を変更対
象にする。

【００６９】供給電力が低い場合、励磁波形を３値励磁
にする。又は、励磁電流値を小さくする。

【００７０】供給電力が高い場合、励磁波形を２周波励
磁又は２値励磁にする。又は、励磁電流値を大きくす
る。

【００７１】上記実施形態例によれば、電源電圧又は供
給電力が高いと信号伝送における信号レベルを大きくす
るので、優れたＳ／Ｎ比の流量測定が行え、電源電圧又
は供給電力に応じた最適な励磁が行われるので、流量測
定におけるＳ／Ｎ比を向上できる。

【００７２】また、流量が０％で最大の出力電流を流
し、流量が１００％で最小の出力電流を流して、低流速
でＳ／Ｎ比が良好な測定を行う。

【００７３】図１０は、本発明の第４実施形態例の電磁
流量計を示す。本実施形態例は、電磁流量計は、無駄に
消費される余剰電力を測定する。電磁流量計は、電流出
力回路８Ａを有し、電流出力回路８Ａは、出力電流制御
回路１３Ａを有する。

【００７４】余剰電流は、第１電源ライン２１から抵抗
Ｒ7、トランジスタＱn1、及び、出力電流検出抵抗Ｒcon
を経由して、第１コモンライン２２に流れる。出力電流
検出抵抗Ｒconは、余剰電流に比例する余剰電流検出電
圧１１１を発生する。出力電流は、第１コモンライン２
２から出力電流抵抗Ｒoutに流れる。出力電流抵抗Ｒout
は、出力電流に比例する出力電流検出電圧１０８を発生
する。

【００７５】出力電流制御回路１３Ａは、余剰電流検出
電圧１１１をＣＰＵ６に入力する。電流出力ＰＷＭ信号
１０７を変換した直流電圧と出力電流検出電圧１０８と
を加算して、加算電圧がゼロになるように、出力電流を
一定に制御する。

【００７６】ＣＰＵ６は、余剰電流検出電圧１１１から
出力電流検出抵抗Ｒconの電圧降下Ｖconを認識して、Ｖ
con／Ｒconを計算し余剰電流Ｉconを求める。余剰電流
の最小値Ｉminは、電流出力回路８Ａが動作できる最小
値として、予め測定される。

【００７７】Ｉcon−Ｉminは、電流出力回路８Ａで無駄
に消費される電流である。ＣＰＵ６は、電流の変更分Δ
Ｉ1を計算する。 ΔＩ1＝Ｋ（Ｉcon−Ｉmin）・・・・（２）

【００７８】ＣＰＵ６は、電流の変更分ΔＩ1に基づい
て、励磁ＰＷＭ信号１０４のデューティ比を変化させ
て、励磁電流１０１の増加分が電流の変更分ΔＩ1と等
しくなるように制御する。

【００７９】ここで、Ｋは係数である。出力電流は、電
磁流量計の全消費電流である。励磁回路７の励磁電流１
０１を増加させると、励磁回路７以外の回路の消費電流
が増加し、出力電流が規定値を越える恐れがある。係数
Ｋは、出力電流が規定値を越えないような値（例えば
０．５〜０．９）を設定する。規定値とは、流量値に比
例して決定される出力電流の値である。

【００８０】上記実施形態例によれば、励磁回路又は電
流出力回路の消費電力又は供給電力を把握できるので、
流量測定のＳ／Ｎ比向上に貢献するような励磁方式とす
るので、供給電力が最適に利用される。

【００８１】図１１は、本発明の第５実施形態例の電磁
流量計を示す。本実施形態例は、励磁コイルＬ1の両端
からコイル電圧を直接に測定する。電磁流量計は、励磁
回路７Ａを有し、励磁回路７Ａは、コイル電圧検出回路
１９を有する。

【００８２】コイル電圧検出回路１９は、励磁コイルＬ
1の両端からコイル電圧が入力される。演算増幅器Ａ6及
びＡ7は夫々、ボルテージホロワとして動作し、励磁コ
イルＬ1の一方及び他方の端子電圧を増幅する。

【００８３】演算増幅器Ａ8は、演算増幅器Ａ6及びＡ7
からの双方の出力電圧を差動増幅し、コイル電圧をＡ／
Ｄ変換器３に入力する。Ａ／Ｄ変換器３は、コイル電圧
をコイル電圧データ１０５に変換して、ＣＰＵ６に入力
する。

【００８４】ＣＰＵ６は、励磁コイルＬ1のコイル電圧
データ１０５及び励磁電圧データ１０６に基づいて、コ
イル電圧Ｖcoil及び励磁電流Ｉcoilを夫々認識し、温度
Ｔのコイル抵抗Ｒtを計算する。Ｒt＝Ｖcoil／Ｉcoil ・・・・（３）

【００８５】励磁コイルＬ1の最大励磁電力ＷLmaxは、
予め決定される。ＣＰＵ６は、コイル電圧Ｖcoil及び励
磁電流Ｉcoilから励磁電力Ｗcoilを計算する。Ｗcoil＝Ｖcoil×Ｉcoil ・・・・（４）

【００８６】ＷLmax−Ｗcoilは、電流出力回路８Ａで無
駄に消費される余剰電力である。ＣＰＵ６は、電流の変
更分ΔＩ2を計算する。 ΔＩ2＝√｛（ＷLmax−Ｗcoil）／Ｒt｝・・・・（５）

【００８７】ＣＰＵ６は、励磁ＰＷＭ信号１０４のデュ
ーティ比を変化させて、励磁電流１０１の増加分が電流
の変更分ΔＩ2と等しくなるように制御し、第４実施形
態例と同様に流量測定のＳ／Ｎ比向上に貢献する。

【００８８】また、室温Ｔのコイル抵抗の値Ｒtは、下
記のように示される。Ｒt＝Ｒ0＋（Ｔ−Ｔ0）×α ・・・・（６）ＣＰＵ６は、式３及び式６から温度Ｔを計算する。Ｔ＝Ｔ0＋（Ｒt−Ｒ0）／α ・・・・（７）

【００８９】ＣＰＵ６は、温度Ｔをユーザ用のプロセス
情報として、外部電源装置に伝送する。

【００９０】上記実施形態例によれば、コイル電圧検出
回路１９がコイル電圧を検出することにより、励磁電力
を計算し最適な増加が行えるので、流量測定のＳ／Ｎ比
向上に貢献する。

【００９１】図１２は、本発明の第６実施形態例の電磁
流量計を示す。本実施形態例は、励磁コイルＬ1の温度
を直接に測定する。電磁流量計は、検出器１Ａ及び温度
測定回路３２を有する。検出器１Ａは、温度センサ３１
を有する。温度センサ３１は、励磁コイルＬ1の温度が
計測できるように所定の位置に配置され、励磁コイルＬ
1の温度に応じた信号を発生する。温度測定回路３２
は、温度センサ３１からの信号を温度データ１１３に変
換して、ＣＰＵ６に入力する。

【００９２】ＣＰＵ６は、励磁電圧データ１０６に基づ
いて、励磁電流Ｉcoilを認識し、温度データ１１３に基
づいて、室温Ｔのコイル抵抗の値Ｒtを式６から計算し
て、励磁電力Ｗcoilを計算する。Ｗcoil＝Ｉcoil²×Ｒt ・・・・（８）

【００９３】ＣＰＵ６は、電流の変更分ΔＩ2を式５か
ら計算して制御することにより、第５実施形態例と同様
な効果が得られる。

【００９４】上記実施形態例によれば、温度測定回路３
２が励磁コイルＬ1の温度を測定することにより、励磁
電力を計算し最適な増加が行えるので、流量測定のＳ／
Ｎ比向上に貢献する。

【００９５】図１３は、本発明の第７実施形態例の電磁
流量計を示す。本実施形態例は、複数の電源系統を有す
る。電磁流量計は、電源機能を備える第１回路ブロック
３３及び第２回路ブロック３４を有する。第１回路ブロ
ック３３及び第２回路ブロック３４は、電流出力回路
８、ＤＣ−ＤＣ変換回路９、直流電源５１、逆流防止ダ
イオード、及び、出力電流抵抗Ｒoutで夫々構成され
る。

【００９６】直流電源５１の正極端子は、逆流防止ダイ
オード及びＤＣ−ＤＣ変換回路９を介して、第１電源ラ
イン２１に接続され、直流電源５１の負極端子は、出力
電流抵抗Ｒoutを介して、第１コモンライン２２に接続
される。電流出力回路８の電源端子は、ＤＣ−ＤＣ変換
回路９の入力電圧端子に接続され、電流出力回路８のコ
モン端子は、第１コモンライン２２に接続される。

【００９７】電流出力回路８は、出力電流検出電圧１０
８が出力電流抵抗Ｒoutから入力され、電流出力ＰＷＭ
信号１０７がＣＰＵ６から入力される。

【００９８】ＣＰＵ６は、電流出力ＰＷＭ信号１０７の
デューテイ比をゼロ又は所定の値に設定し、第１回路ブ
ロック３３又は第２回路ブロック３４の電流出力回路８
を動作又は停止させて、必要に応じて電源系統を切り替
える。

【００９９】また、双方の電流出力ＰＷＭ信号１０７の
デューテイ比を相互に調整することにより、第１回路ブ
ロック３３及び第２回路ブロック３４の出力電流が調整
されるので、双方の電源系統を併用できる。

【０１００】更に、第１回路ブロック３３が流量の情報
を伝送し、第２回路ブロック３４がコイル電圧検出回路
１９や温度測定回路３２（信号計測部）が計測する電極
電位や温度等の情報を伝送することもできる。

【０１０１】上記実施形態例によれば、電流出力回路、
ＤＣ−ＤＣ変換器、及び、第１の電源ラインから成る回
路ブロックを複数配置するので、回路ブロックに対応す
る数の直流電源を併用することができる。

【０１０２】本発明の第８実施形態例の電磁流量計は、
各励磁方式に対応するゼロ点補正を行う。本実施形態例
は、ゼロ点補正を行うためのメンテナンスモードを有す
る。電磁流量計は、インストールした後やメンテナンス
時に、メンテナンスモードに設定され、内部パラメータ
の変更やゼロ点補正を行う。

【０１０３】電磁流量計のゼロ点指示は、管内の付着物
や液体の導電率等の影響により、ゼロ点が異なり、使用
環境に応じて異なる値になる。各励磁方式に対応するゼ
ロ点補正は、定期的に行われ、測定誤差の発生が防止さ
れる。電磁流量計は、図９に示すように、種々な励磁方
式に変える。

【０１０４】メンテナンスモードの場合、流量をゼロに
した状態で、ＣＰＵ６は、各励磁方式に対応できるよう
に、各励磁方式に対応するタイミング信号群１０３及び
励磁ＰＷＭ信号１０４を夫々設定し、出力電流を増やす
ことにより、ゼロ点補正を行う。

【０１０５】上記実施形態例によれば、実際の測定前に
全ての励磁方式のゼロ点補正を予め行えるので、励磁方
式の違いによる測定誤差の発生を防止できる。

【０１０６】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の電磁流量計は、上記実施形
態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記実施形態
例の構成から種々の修正及び変更を施した電磁流量計
も、本発明の範囲に含まれる。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電磁流量
計では、励磁回路、電流出力回路、及び、ＣＰＵが電流
出力線に並列に接続され、電源電圧を低く設定できる。
また、励磁電流を検出して、流量信号を正規化するの
で、温度変動によるスパン誤差を小さくできる。

【０１０８】また、ＤＣ−ＤＣ変換器が昇降圧する直流
電圧を最適に設定することにより、直流電源への適応性
が向上し、流量の変化に対して、パルス変調波が重畳し
た出力電流の平均値は、ほぼ一定となることにより、供
給電力もほぼ一定となるので、安定した動作が確保され
る。

【０１０９】更に、供給電圧を把握し、励磁回路又は電
流出力回路の消費電力を把握できるので、ＣＰＵが行う
制御が容易になり、無駄な余剰電力が減少し、流量測定
のＳ／Ｎ比向上に貢献する励磁電力が増加するので、供
給電力が最適に利用され、実際の測定前に全ての励磁方
式のゼロ点補正を予め行えるので、励磁方式の違いによ
る測定誤差の発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態例の電磁流量計を示す。

【図２】図１の励磁回路７の詳細を示す。

【図３】図２の電流方向切替回路１４の動作を示す表で
ある。

【図４】電流出力回路８の詳細を示す。

【図５】本発明の第２実施形態例の電磁流量計を示す。

【図６】同図（ａ）及び（ｂ）は、図５のＤＣ−ＤＣ変
換回路９の回路図である。

【図７】本発明の第３実施形態例の電磁流量計を示す。

【図８】図７の電源電圧検出回路１０の詳細を示す。

【図９】ＣＰＵ６が行う励磁方式の変更を示す表であ
る。

【図１０】本発明の第４実施形態例の電磁流量計を示
す。

【図１１】本発明の第５実施形態例の電磁流量計を示
す。

【図１２】本発明の第６実施形態例の電磁流量計を示
す。

【図１３】本発明の第７実施形態例の電磁流量計を示
す。

【図１４】従来知られている電磁流量計の例を示す。

【符号の説明】

１検出器２アナログ増幅器３Ａ／Ｄ変換器４絶縁回路５、９ＤＣ−ＤＣ変換回路６ＣＰＵ７励磁回路８電流出力回路１１、１５ＬＰＦ１２加算器１３出力電流制御回路（定電流回路）１４電流方向切替回路１６定電流制御回路１９コイル電圧検出回路２１第１電源ライン２２第１コモンライン２３第２電源ライン２４第２コモンライン２５電流出力線２６第３電源ライン３１温度センサ３２温度測定回路３３第１電流出力部３４第２電流出力部５１直流電源１０１励磁電流１０２流量データ１０３タイミング信号群１０４励磁ＰＷＭ信号１０５コイル電圧データ１０６励磁電圧データ１０７電流出力ＰＷＭ信号１０８電流出力電圧１０９制御用ＰＷＭ信号１１１余剰電圧１１２電源電圧データ１１３温度データ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体中に流体の流れ方向と直交する方向に
磁界を印加する励磁コイルに励磁電流を供給する励磁回
路と、前記磁界によって流体中に発生する起電力を検出
する電極と、前記起電力から流量換算したデータに基づ
いて、出力電流を出力する電流出力回路と、前記励磁回
路及び電流出力回路を制御するＣＰＵと、前記励磁回
路、電流出力回路及びＣＰＵに電力を供給すると共に前
記出力電流を伝送する電流出力線とを備える電磁流量計
において、前記励磁回路及び電流出力回路は、前記電流出力線に並
列に接続されることを特徴とする電磁流量計。
【請求項２】前記電流出力線に供給される直流電圧を昇
圧又は降圧して、前記励磁回路及び電流出力回路に電力
を供給するＤＣ−ＤＣ変換器を更に備える、請求項１に
記載の電磁流量計。
【請求項３】流体中に流体の流れ方向と直交する方向に
磁界を印加する励磁コイルに励磁電流を供給する励磁回
路と、前記磁界によって流体中に発生する起電力を検出
する電極と、前記起電力に比例する出力電流を出力する
電流出力回路と、前記励磁回路及び電流出力回路を制御
するＣＰＵと、前記励磁回路、電流出力回路及びＣＰＵ
に電力を供給すると共に前記出力電流を伝送する電流出
力線とを備える電磁流量計において、前記ＣＰＵは、前記電流出力線から供給される供給電力
を計測する電力計測回路を備え、計測された供給電力に
応じて前記励磁電流を制御することを特徴とする電磁流
量計。
【請求項４】前記ＣＰＵは、前記電流出力線から供給さ
れる電源電圧に応じて前記励磁コイルの励磁方式を変化
させる、請求項３に記載の電磁流量計。
【請求項５】前記ＣＰＵは、前記電源電圧又は供給電力
が所定値よりも高いときには２周波励磁又は２値励磁を
行い、前記電源電圧又は供給電力が所定値よりも低いと
きには３値励磁を行う、請求項３又は４に記載の電磁流
量計。
【請求項６】前記ＣＰＵは、前記電源電圧又は供給電力
が高くなると前記励磁電流を大きくし、前記電源電圧又
は供給電力が低くなると前記励磁電流を小さくする、請
求項３又は４に記載の電磁流量計。
【請求項７】前記ＣＰＵは、流量がゼロの時に出力電流
を大きくし、流量が大きいときには出力電流を小さくす
るように制御する、請求項３又は４に記載の電磁流量
計。
【請求項８】前記ＣＰＵは、前記電流出力線から供給さ
れる平均供給電流を計測し、該平均供給電流がほぼ一定
となるように前記ＤＣ−ＤＣ変換器の出力電圧を制御
し、流量演算結果をパルス周波数信号又はＰＷＭ信号と
して出力電流に重畳させる、請求項２に記載の電磁流量
計。
【請求項９】複数の電流出力回路を備え、電流出力線か
ら供給される電源種別に応じて前記電流出力回路を選択
する、請求項２に記載の電磁流量計。
【請求項１０】一方の電流出力回路に電極電位等の流量
信号以外のアナログ信号をスケーリングして出力する、
請求項９に記載の電磁流量計。
【請求項１１】流体中に流体の流れ方向と直交する方向
に磁界を印加する励磁コイルに励磁電流を供給する励磁
回路と、前記磁界によって流体中に発生する起電力を検
出する電極と、前記起電力から流量換算したデータに基
づいて、出力電流を出力する電流出力回路と、前記励磁
回路及び電流出力回路を制御するＣＰＵと、前記励磁回
路、電流出力回路及びＣＰＵに電力を供給すると共に前
記出力電流を伝送する電流出力線とを備える電磁流量計
において、回路の消費電力を測定することを特徴とする電磁流量
計。
【請求項１２】前記回路の消費電力は、電流出力回路の
定電流回路の消費電力に基づいて演算する、請求項１１
に記載の電磁流量計。
【請求項１３】前記回路の消費電力は、励磁コイルに印
加されるコイル電圧に基づくコイルの消費電力により演
算される、請求項１１に記載の電磁流量計。
【請求項１４】前記電力計測回路は、電磁流量計内の検
出温度に基づいて前記供給電力を演算する、請求項１１
に記載の電磁流量計。
【請求項１５】前記ＣＰＵは、計測された供給電力から
余剰電力を演算し、該余剰電力を励磁コイルの励磁電流
及び電流出力回路の電源に振り向ける、請求項２、１１
〜１４の何れかに記載の電磁流量計。
【請求項１６】前記ＣＰＵは、前記余剰電力に応じて前
記励磁電流を増加させる、請求項１５に記載の電磁流量
計。
【請求項１７】流体中に流体の流れ方向と直交する方向
に磁界を印加する励磁コイルに励磁電流を供給する励磁
回路と、前記磁界によって流体中に発生する起電力を検
出する電極と、前記起電力に比例する出力電流を出力す
る電流出力回路と、前記励磁回路及び電流出力回路を制
御するＣＰＵと、前記励磁回路、電流出力回路及びＣＰ
Ｕに電力を供給すると共に前記出力電流を伝送する電流
出力線とを備え、供給電力／余剰電力に応じて、励磁方
式を切り替える電磁流量計において、流量がゼロでゼロ調整を行う際に、それぞれの励磁方式
に応じたゼロ調整が行えるように、出力電流を一時的に
大きくすることを特徴とする電磁流量計。