JP2003529783A - 制御された信号を駆動システムへ供給する回路 - Google Patents
制御された信号を駆動システムへ供給する回路Info
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Abstract
Description
の電源から負荷に印加される電圧の極性を変化させるシステムに関する。更に特
定すると、本発明は、コリオリ流量計の駆動システムに対して電力を供給する回
路に関する。
を必要とする。電圧の極性が反転すると、負荷に流れる電流の方向が変わる。こ
の電流の方向の変化は、負荷により行われる或る機能を達成する。印加される電
圧の極性の変化を要求する負荷の一例は、コリオリ流量計に対する駆動システム
である。
情報を計測する。コリオリ流量計の例は、全てがJ.E.スミス等の1978年
8月29日付けの米国特許第4,109,524号、1985年1月1日付けの
同第4,491,025号及び1982年2月11日付けの米国再発行特許第3
1,450号において開示されている。これらの流量計は、直線状或いは湾曲状
の形態である1本以上の管路を備えている。コリオリ質量流量計における各管路
の構成は、単純な曲げ又は捻れ或いは結合型であり得る1組の固有振動モードを
有する。各管路は、このような固有振動モードの1つで共振状態で振動するよう
に駆動される。物質は、流量計の流入側に接続されたパイプラインから流量計へ
入り、管路を流れるよう向きを変え、流量計の流出側を経て流量計から出る。物
質で充填され且つ振動するシステムの固有振動モードは、管路と管路に流れる物
質との質量の組合わせによって部分的に規定される。
正可能な一定の初期位相の小さなオフセットで、印加される駆動力に起因して振
動する。物質が流れ始めると、コリオリの力が管路の各点に異なる位相を生じさ
せる。管路の流入側における位相は駆動装置より遅れるが、管路の流出側におけ
る位相は駆動装置より進む。管路上のピックオフ・センサは、管路の運動を表わ
す正弦波信号を生じる。ピックオフ・センサから出力される信号は、ピックオフ
・センサ間の位相差を決定するよう処理される。2つのピックオフ・センサ信号
間の位相差は、管路に流れる物質の質量流量に比例する。
信号に応答して管路を振動させる。コリオリ流量計に対する従来の駆動装置は、
コイルに対して対向状態に取付けられた磁石を有する。駆動装置の制御回路は、
電流すなわち駆動信号を駆動信号のコイルへ印加する。コイルに流れる電流によ
り、コイルと磁石との間に電磁力が生じる。コイルは、磁石による引き寄せと反
発を交互に受ける。この引き寄せと反発が流管を振動させる。
が反転させられる。これにより、駆動装置は管路に対して振動の半サイクル毎に
力を印加する。
路に対して2つの個別の供給経路が必要なことである。これにより、駆動装置の
制御回路の複雑さ及び製造コストが増大する。
を制御することである。しかし、管路に対して印加される運動エネルギ即ち力へ
の電気エネルギの変換は、ファラデーの法則によって示されるように、電流に依
存する。印加電圧と管路に対し加えられる力との間の関係は間接的である。従っ
て、電圧が制御されるとき、電流は管路の運動と同相ではない。これにより、管
路を振動させる力への電力変換の効率が低減する。
がら駆動回路の本質的安全性を維持することである。本質的安全性の要件は、駆
動システムのような負荷に対して印加される最大の瞬時電圧及び電流に対して制
限を課す。しかし、管路の機械的運動は、駆動システムに対して印加される平均
の電圧及び電流に依存する。従って、駆動信号は、駆動システムの効率を最大化
するよう、ピーク値と平均値との差を最小化しなければならない。
ための回路によって解決され、技術の進歩が達成される。本発明の回路は、1つ
の電力供給部が負荷に交互に反転する極性の電圧を供給することを可能にする。
これにより、回路のコスト及び複雑さが低減される。この回路はまた、電圧の量
ではなく、負荷に印加される電流の量を制御することを可能にする。本発明の回
路はまた、電圧及び電流に対するピーク値と平均値との間の差を最小化すること
によって、負荷に印加される平均電圧と電流を最大化する方形波の形の電流を提
供する。
の極性を反転させる一定振幅の用途に供される。H−ブリッジは、負荷を回路に
接続する端子に接続される2組のスイッチを備える。このスイッチの組は、負荷
に対する電流の方向を反転させるため交互に開閉される。第1の組のスイッチの
第1及び第2のスイッチが閉じられると、電流はH−ブリッジを介して第1の方
向において負荷に流れる。第2の組のスイッチの第3及び第4のスイッチが閉じ
られると、電流はH−ブリッジを介して第1の方向とは逆の第2の方向で負荷に
流れる。
に印加され且つ負荷へ供給される電流の振幅を調整することができる電源に接続
される。
する回路である。電流源は負荷へ印加される電流の振幅を制御する。第1のスイ
ッチと第2のスイッチは負荷と電流源との間に接続され、閉じられると、電流源
から負荷に対して電流を第1の方向に流す。第3のスイッチと第4のスイッチも
また負荷と電流源との間に接続される。第3及び第4のスイッチは、閉じられる
と、電流源から負荷に対して第2の方向に電流を流す。
4のスイッチとを開閉して第1の方向と第2の方向との間で電流の流れの方向を
変える制御回路である。
どのスイッチを閉じるかを決定する比較器を備えることである。 本発明の別の特徴は、比較器がゼロ交差型比較器であることである。
ことである。 本発明の別の特徴は、流れる要素を有するコリオリ流量計における少なくとも
1つの管路を振動させる駆動システムへ駆動信号を供給するための回路である。
電流源は負荷へ印加される電流を制御する。第1のスイッチと第2のスイッチは
駆動システムと電流源との間に接続され、第1のスイッチと第2のスイッチとが
閉じられると、電流は電流源から駆動システムへ第1の方向に流れる。第3のス
イッチと第4のスイッチは駆動システムと電流源との間に接続され、第3のスイ
ッチと第4のスイッチが閉じられると、電流は電流源から駆動システムへ第2の
方向に流れる。
4のスイッチとを開閉して第1の方向と第2の方向との間で電流の方向を変える
制御回路である。
ックオフ・センサからフィードバック信号を受け取り、前記フィードバック信号
に応答してどのスイッチを閉じるかを決定する比較器を備えることである。
印加される電流の振幅を制御することである。
解することができよう。 詳細な記述 本発明は、制御された交番方形波を電源から負荷に供給することに関する。図
1は、本発明により動作する回路を組み込んだ駆動回路を備えたコリオリ流量計
を示している。コリオリ流量計100は流量計組立体110と計器電子装置15
0とを備えている。計器電子装置150はリード線120を介して流量計組立体
110に接続され、例えば、密度、質量流量、体積流量及び合計質量流量の情報
を経路175により提供する。コリオリ流量計の構造について記述するが、当業
者には明らかなように、本発明は交番電圧の電流を必要とする負荷を有する任意
の装置に関連して実施可能である。
明は管路を流れる物質の特性を計測するため振動する管路を備える任意の装置に
関連して実施可能である。この装置の第2の例は、コリオリ質量流量計により提
供される付加的な計測能力を持たない振動管型密度計である。
02及び管路103A、103Bを備える。駆動装置104、ピックオフ・セン
サ105、105′及び温度センサ107は、管路103A、103Bに接続さ
れる。ブレース・バー105、105′は、各管路がそれに関して振動する軸W
、W′を規定するよう働く。
流量計100が挿入されると、物質はフランジ101を介して流量計組立体11
0へ入り、マニフォールド102を通過して管路103A、103Bに入るよう
向きを変える。次に、物質は管路103A、103Bを通過して再びマニフォー
ルド102へ戻り、これからフランジ101′を経て流量計組立体110から出
る。
同じ質量分布、慣性モーメント及び弾性率を持つように選定され、マニフォール
ド102に取り付けられる。管路103A、103Bはマニフォールドから外方
へ実質的に平行に延びている。
′に関して反対方向に、流量計のいわゆる第1の位相ずれ曲げモードで駆動され
る。駆動装置104は多くの周知の装置のうちの任意の1つ、例えば、管路10
3Aに取付けられた磁石と管路103Bに取付けられ且つ管路を振動させるため
に交流が流される対向コイルなどを含む。計器電子装置150によって、適切な
駆動信号が経路112を介して駆動装置104へ印加される。
くとも一方の両端部に固定され、管路の振動を計測する。管路103A−103
Bが振動すると、ピックオフ・センサ105−105′が第1のピックオフ信号
と第2のピックオフ信号とを生成する。第1のピックオフ信号及び第2のピック
オフ信号は、経路111、111′に印加される。駆動装置速度信号は経路11
2へ印加される。
定される。温度センサ107は、システムの温度に対する式を修正するために管
路の温度を計測する。経路111″は温度センサ107から計器電子装置150
へ温度信号を運ぶ。
111′に現われる第2のピックオフ信号を受け取る。計器電子装置150は、
流量計組立体10を流れる物質の質量流量、密度その他の特性を計算するため第
1の速度信号及び第2の速度信号を処理する。この計算された情報は計器電子装
置150により経路175を介して利用手段(図示せず)へ印加される。
いて極めて類似する。振動管型密度計も、流体が流れる振動管を用い、サンプル
型の密度計の場合には流体が保持される振動管を用いる。また、振動管型密度計
は、管路を励振して振動させる駆動システムを用いる。密度の計測には周波数の
計測のみを必要とし、位相の計測は不要であるため、振動管型密度計は典型的に
はフィードバック信号のみを用いる。本文における本発明の記述は、振動管型密
度計に対しても等しく当てはまる。
、ホスト・システム170と信号調整装置160とに物理的に分けられる。従来
の計器電子装置では、これらの構成要素は一つのユニットに収容される。
。当業者は認識するように、実際には駆動回路163とセンサ信号調整回路16
1は別個のアナログ回路であっても、ディジタル信号プロセッサその他のディジ
タル・コンポーネントにより提供される別個の機能であってもよい。駆動回路1
63は駆動信号を生成し、交流駆動電流を経路120の経路112を介して駆動
装置104へ印加する。本発明の回路は、駆動装置104に対して交流を供給す
るように駆動回路163に含めてもよい。
162を介してセンサ信号調整回路161に接続される。経路162により、駆
動回路は、到来するピックオフ信号を監視して駆動信号を調整することができる
。駆動回路163とセンサ信号調整回路161とを動作させる電力は、第1のワ
イヤ173と第2のワイヤ174とを介してホスト・システム170から供給さ
れる。第1のワイヤ173と第2のワイヤ174は、従来の2芯、4芯のケーブ
ルの一部或いはマルチペア・ケーブルの一部であってよい。
クオフ・センサ105′及び温度センサ107から経路111、111′、11
1″を介して入力信号を受け取る。ピックオフ回路161はピックオフ信号の周
波数を決定し、また、管路103A、103Bを流れる物質の特性を決定する。
ピックオフ・センサ105、105′からの入力信号の周波数及び物質の特性が
決定された後、この情報を送るパラメータ信号が生成され、経路176を介して
ホスト・システム170の二次処理ユニット171へ送られる。望ましい実施の
形態においては、経路176は2本のリード線を含む。しかし、当業者は認識す
るように、経路176は第1のワイヤ173と第2のワイヤ174によって、又
は他の任意の数のワイヤによって媒介され得る。
。電力供給部172は電源から電気を受け取り、受け取った電気をシステムが必
要とする適正な電力へ変換する。処理システム171はセンサ信号調整回路16
1からパラメータ信号を受け取って、ユーザが必要とする、管路103A、10
3Bを流れる物質の特性を提供するのに必要な処理を行う。このような特性は密
度、質量流量及び体積流量を含むが、これに限定されるものではない。
含む駆動回路163の従来の実現形態を示している。正弦波信号が経路162を
介してセンサ105、105′(図1)から乗算器204により受け取られる。
乗算器は駆動信号の大きさを調整する。乗算器204からの調整信号は増幅器2
01へ印加される。増幅器201は、駆動装置104(図1)に振動を行わせる
ため、正弦波信号を適正レベルまで増幅する。供給電圧は電流リミッタ202又
は203から増幅器へ印加される。電流リミッタ202、203は、駆動装置1
04(図1)のような負荷における過度に低いインピーダンスに対する保証とな
る。
て周期的に反転される。この極性反転により、駆動装置104(図1)は振動の
各半サイクルの期間に管路103A、103Bに対しエネルギを与えることがで
きる。電圧の極性反転には、供給経路Vcc、Veeを分けることが必要である
。供給経路Vcc、Veeは逆の電圧極性を有する。
を増大する。電力消費が増加するのは、駆動回路162に典型的に用いられる簡
単な増幅器201は、供給経路に近いが等しくはない出力を駆動するからである
。これは、駆動装置104(図1)に対して或る電圧を供給するよう、追加の電
圧オーバーヘッドを要する。
しかしながら、駆動装置104における電気エネルギから運動エネルギへの変換
は、ファラデーの法則により電流に依存する。印加電圧が印加電流を生じるとは
いえ、印加される力と印加される電圧との間の関係は間接的であり、他の因子に
依存する。例えば、コイルのインダクタンス及び管路103A、103Bの運動
は、印加される力をもたらす。従って、電圧ではなく電流を制御することが望ま
しい。
を受けながら、駆動装置104へ供給される電力を最大化する能力である。本質
的安全性の規格は、回路からの火花又は熱が環境において揮発性物質を発火させ
ないことを保証するよう、種々の管轄官庁により設定されている。本質的安全性
の規格は、駆動装置104(図1)のような負荷へ供給される最大の瞬時電圧及
び電流に対し制限を課す。しかし、管路103A、103Bに対して印加される
力は、印加される電流の平均値に依存する。このため、最大効率は、平均電流レ
ベルとピーク電流レベルとの間の差を最小化することによって達成される。駆動
装置104(図1)は正弦波電流を用いるので、生成される電磁力もまた正弦波
状である。正弦波電流と生成される電磁力の積もまた正弦波状であってシステム
の有効電力である。正弦波電圧と方形波電流との積は2つの正弦波の積より大き
な平均電力を生じるので、方形波電流の方が、同じ平均電力に対して低いピーク
値を許容することになる。
3を示している。駆動回路163には1つの電流源333がある。駆動装置10
4(図1)のような負荷に対して印加される電圧の極性は、H−ブリッジ回路3
50における2組のスイッチによって決定される。スイッチ301、302を含
む第1の組のスイッチが閉じられると、電流は駆動装置104(図1)に対し第
1の方向へ流れる。第1の組のスイッチが開かれ、第2の組のスイッチであるス
イッチ303、304が閉じられると、電圧は駆動装置104に対して逆の方向
に印加される。
電流は次のように駆動装置104に流れる。供給経路Vccは、経路321によ
り、閉じられたスイッチ301と開かれたスイッチ303とに電流を印加する。
電流はスイッチ301を経て経路315へ、また経路315を介して駆動装置1
04へ流れる。次いで、電流は駆動装置へ流れ、経路316を経て戻る。電流は
閉じられたスイッチ302を通って経路315により電流源333へ流れる。電
流源333は接地されている。
電流は次のように駆動装置104へ流れる。供給経路Vccは経路318を介し
て電流をスイッチ303へ印加する。電流はスイッチ303を経て流れ、経路3
16を介して駆動装置104へ印加される。電流は経路315を経て戻り、閉じ
られたスイッチ304を経て経路317へ流れる。これは、スイッチ301、3
02により提供される経路とは反対の方向である。駆動装置104へ印加される
電圧の極性を変化させるため、制御回路320はスイッチ301−304を開閉
する。制御回路320はフィードバック信号を経路162を介して受け取る。フ
ィードバック信号から、制御回路は流れの方向を変える。望ましい実施の形態に
おいては、制御回路320はゼロ比較器を含む。ゼロ比較器は、信号を受け取っ
て逆の信号をスイッチ301−304へ交互に印加して該スイッチを開閉する遅
延回路321とインバータ322とを備える。遅延回路321は経路312、3
13を介して信号をスイッチ301、302へ印加する。インバータ322は経
路310、311を介して信号をスイッチ303、304へ印加する。
しいので、一定のインピーダンスに設定される。振幅は、経路331を介して経
路163から振幅信号を受け取る電流源333において周知の方法で制御される
。これが有効なのは、H−ブリッジ350が、電流源に接続された負荷の実質的
部分であるからである。スイッチ301−304は完全に開かれ或いは完全に閉
じられるので、出力は方形の波形として現われる。
の形態の記述である。当業者は、請求項に記載された発明を文字どおり又は均等
論により侵害する代替回路を設計することができるものと考えられる。
る。
ある。
Claims (6)
- 【請求項1】 負荷(104)に対して印加される電流量を制御する電流源
(333)を有するユニポーラ電源から前記負荷(104)に対して交流を供給
する回路であって、 前記負荷と前記電流源との間に接続された第1のスイッチ及び第2のスイッチ
であって、閉じられると、前記電流源(333)から前記負荷(104)へ電流
を第1の方向へ流す第1のスイッチ(301)及び第2のスイッチ(302)と
、 前記負荷と前記電流源(333)との間に接続された第3のスイッチ及び第4
のスイッチであって、閉じられると、前記電流源(333)から前記負荷へ電流
を第2の方向へ流す第3のスイッチ(303)及び第4のスイッチ(304)と
、 を備える回路(163)。 - 【請求項2】 前記第1のスイッチ(301)と前記第2のスイッチ(30
2)と前記第3のスイッチ(303)と前記第4のスイッチ(304)とを開閉
して前記第1の方向と前記第2の方向との間で電流の前記流れの方向を変える制
御回路(320)を更に備える、請求項1記載の回路(163)。 - 【請求項3】 前記制御回路(320)が、前記負荷からフィードバック信
号を受け取って前記スイッチのどれを閉じるかを決定する比較器を備える、請求
項2記載の回路(163)。 - 【請求項4】 前記比較器がゼロ交差型比較器である、請求項3記載の回路
(163)。 - 【請求項5】 前記負荷へ印加される前記電流の振幅を調整する振幅制御回
路を更に備える、請求項1記載の回路(163)。 - 【請求項6】 前記回路が、コリオリ流量計(100)の駆動装置(104
)へ印加される駆動信号を供給して前記駆動装置(104)が管路を相互に逆方
向に振動させる、請求項 記載の回路(163)。
Applications Claiming Priority (3)
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Publications (3)
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