JP2009121867A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】瞬間的な電源電圧の変動に対し、同期パルス信号の周波数の変動を生じ難くし、正確な流量計測を可能とする。
【解決手段】商用電源の周波数に同期したパルス信号（同期パルス信号）を生成する交流同期回路１０におけるコンパレータをヒステリシス機能を有するコンパレータ７’とする。コンパレータ７’に第１の閾値Ｖｔｈ１と第１の閾値Ｖｔｈ１よりも低い第２の閾値Ｖｔｈ２とを設定する。コンパレータ７’は、分圧回路６からの分圧交流信号のレベルと第１の閾値Ｖｔｈ１とを比較し、分圧交流信号のレベルが第１の閾値Ｖｔｈ１を上回った場合に同期パルス信号のレベルを「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルへと反転させ、分圧交流信号のレベルが第２の閾値Ｖｔｈ２を下回った場合に同期パルス信号のレベルを「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへと反転させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、商用電源の周波数に同期したパルス信号を基準として定められるタイミングで、励磁コイルへ供給する励磁電流の方向の切り替えおよび信号電極間に生じる流量信号のサンプリングを行う電磁流量計に関するものである。

従来より、この種の電磁流量計は、測定管内を流れる流体の流れ方向に対して直交する方向に磁界を作る励磁コイルと、この励磁コイルが作る磁界と直交する方向に対向して測定管内に設けられた信号電極とを有し、励磁コイルが作る磁界により測定管内を流れる流体に発生する起電力を流量信号として信号電極より取り出すようにしている。

図８に従来の電磁流量計の要部を示す。同図において、１は測定管であり、非磁性金属製パイプ（例えば、非磁性ステンレス製のパイプ）２と、この非磁性金属製パイプ２の内側に形成された絶縁性の樹脂によるライニング３とから構成される。４，４は測定管１の内周面に対向して設けられた信号電極である。

なお、図８には示されていないが、測定管１内を流れる流体の流れ方向に対して直交する方向に磁界を作る励磁コイルが設けられており、この励磁コイルが作る磁界と直交する方向に、対向して信号電極４，４が設けられている。

この電磁流量計は、例えば特許文献１に示されているように、商用電源の周波数に同期したパルス信号を生成する交流同期回路を備え、この交流同期回路が生成するパルス信号を基準として定められるタイミングで、励磁コイルへ供給する励磁電流の方向の切り替えおよび信号電極間に生じる流量信号のサンプリングを行う。

図９に特許文献１に示された電磁流量計における交流同期回路を含む回路構成を示す。同図において、５は電源回路、６は分圧回路、７はコンパレータ、８は偶数倍分周回路、９はタイミング回路であり、電源回路５と分圧回路６とコンパレータ７とで交流同期回路１０が構成されている。この回路構成において、コンパレータ７には、唯一の閾値Ｖｔｈが設定されている。以下、交流同期回路１０が生成する商用電源の周波数に同期したパルス信号を同期パルス信号と呼ぶ。

図１０に図９における各部の信号波形を示す。図９に示した回路構成において、商用電源から入力される交流信号は電源回路５を介して分圧回路６へ送られ、分圧回路６によって分圧されて分圧交流信号（図１０（ａ））とされ、コンパレータ７に入へ送られる。コンパレータ７は、分圧回路６からの分圧交流信号のレベルを監視し、分圧交流信号のレベルが閾値Ｖｔｈを上回った場合にその出力を「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルへと反転し、分圧交流信号のレベルが閾値Ｖｔｈを下回った場合にその出力を「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへと反転する。これにより、コンパレータ７からの出力信号として、図１０（ｂ）に示されるような同期パルス信号が得られる。

この同期パルス信号の一方は、タイミング回路９に直接出力されるとともに、他方は偶数倍分周回路８で偶数倍に分周されてタイミング回路９へ出力される。この結果、タイミング回路９の端子Ｘから、図１０（ｃ）に示すように、偶数倍分周回路８からの分周された同期パルス信号がそのまま第１のタイミング信号として出力され、この第１のタイミング信号によって励磁コイルへの励磁電流の方向の切り替えが行われる。また、タイミング回路９の端子Ｙから図１０（ｄ）に示すような信号が第２のタイミング信号として出力され、タイミング回路９の端子Ｚから図１０（ｅ）に示すような信号が第３のタイミング信号として出力され、この第２および第３のタイミングの信号によって信号電極４，４間に生じる流量信号のサンプリングが行われる。

特開平４−３４０４２３号公報（特公平７−９３７４号公報）

しかしながら、上述した従来の電磁流量計では、商用電源から入力される交流信号に瞬間的な電源電圧の変動が生じ、例えば、図１１（ａ）に符号Ｐｚで示すように、コンパレータ７への分圧交流信号のレベルが瞬間的に閾値Ｖｔｈを挾んで上下に変化した場合、これを分圧交流信号の１波形と判断してしまい、余計な個数のパルスが発生し（図１１（ｂ）参照）、同期パルス信号の周波数が変動してしまうことがあった。この場合、同期パルス信号を基準として定められる第１〜第３のタイミング信号も変動してしまい、励磁コイルへ供給する励磁電流の方向の切り替えタイミングや信号電極４，４間に生じる流量信号のサンプリングのタイミングがずれ、正確な流量計測ができなくなってしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、瞬間的な電源電圧の変動に対し、同期パルス信号の周波数の変動を生じ難くし、正確な流量計測を可能とする電磁流量計を提供することにある。

このような目的を達成するために、第１発明（請求項１に係る発明）は、測定管内を流れる流体の流れ方向に対して直交する方向に磁界を作る励磁コイルと、この励磁コイルが作る磁界と直交する方向に対向して測定管内に設けられた信号電極と、商用電源の周波数に同期したパルス信号を生成する交流同期回路とを備え、交流同期回路が生成するパルス信号を基準として定められるタイミングで、励磁コイルへ供給する励磁電流の方向の切り替えおよび信号電極間に生じる流量信号のサンプリングを行う電磁流量計において、交流同期回路に、商用電源から入力される交流信号を分圧し分圧交流信号とする分圧回路と、この分圧回路からの分圧交流信号のレベルを監視し、分圧交流信号のレベルが予め定められている第１の閾値を上回った場合にパルス信号（同期パルス信号）のレベルを第１のレベルから第２のレベルへと反転させ、分圧交流信号のレベルが第１の閾値よりも低い第２の閾値を下回った場合にパルス信号（同期パルス信号）のレベルを第２のレベルから第１のレベルへと反転させるコンパレータとを設けたものである。

この発明によれば、交流同期回路のコンパレータにおいて、分圧交流信号のレベルと第１の閾値とが比較され、分圧交流信号のレベルが第１の閾値を上回った場合に同期パルス信号のレベルが第１のレベルから第２のレベルへと反転され、分圧交流信号のレベルが第１の閾値よりも低い第２の閾値を下回った場合に同期パルス信号のレベルが第２のレベルから第１のレベルへと反転される。

これにより、分圧交流信号のレベルが第１の閾値を上回って同期パルス信号のレベルが第１のレベルから第２のレベルへと反転された以降は、分圧交流信号のレベルが第１の閾値よりも低い第２の閾値を下回らなければ同期パルス信号のレベルは第２のレベルから第１のレベルへと反転せず、また、分圧交流信号のレベルが第２の閾値を下回って同期パルス信号のレベルが第２のレベルから第１のレベルへと反転された以降は、分圧交流信号のレベルが第２の閾値よりも高い第１の閾値を上回らなければ同期パルス信号のレベルは第１のレベルから第２のレベルへと反転せず、第１の閾値と第２の閾値との差を大きくすることによって、多少の電源電圧の変動では同期パルス信号のレベルが切り替わらないようにすることができる。

第１発明では、分圧回路からの分圧交流信号のレベルをコンパレータで比較するようにしたが、分圧回路からの分圧交流信号を全波整流して全波整流信号とする全波整流回路を設け、この全波整流回路からの全波整流信号のレベルをコンパレータで比較するようにしてもよい（第２発明（請求項２に係る発明））。この場合、コンパレータにおいて、全波整流信号のレベルを監視し、全波整流信号のレベルが第１の閾値を上回った場合にパルス信号（同期パルス信号）のレベルを第１のレベルから第２のレベルへと反転させ、全波整流信号のレベルが第１の閾値よりも低い第２の閾値を下回った場合にパルス信号（同期パルス信号）のレベルを第２のレベルから第１のレベルへと反転させるようにする。

また、第１発明において、交流同期回路に、コンパレータへの分圧交流信号に含まれる商用電源の周波数よりも高い周波数の信号を除去するローパスフィルタを設けるようにしてもよい。また、第２発明において、交流同期回路に、コンパレータへの全波整流信号に含まれる商用電源の周波数よりも高い周波数の信号を除去するローパスフィルタを設けるようにしてもよい。これにより、コンパレータに入る前に、商用電源の周波数よりも高い周波数の信号（高周波のノイズ）がローパスフィルタで除去される。

本発明によれば、交流同期回路のコンパレータにおいて、分圧交流信号（全波整流信号）のレベルを監視し、分圧交流信号（全波整流信号）のレベルが第１の閾値を上回った場合に同期パルス信号のレベルを第１のレベルから第２のレベルへと反転し、分圧交流信号（全波整流信号）のレベルが第１の閾値よりも低い第２の閾値を下回った場合に同期パルス信号のレベルを第２のレベルから第１のレベルへと反転するようにしたので、第１の閾値と第２の閾値との差を大きくすることによって、多少の電源電圧の変動では同期パルス信号のレベルが切り替わらないようにすることができ、瞬間的な電源電圧の変動に対し、同期パルス信号の周波数の変動を生じ難くし、正確な流量計測を行うようにすることが可能となる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１はこの発明に係る電磁流量計における交流同期回路を含む回路構成の一例（実施の形態１）を示す図である。同図において、図９と同一符号は図９を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。この実施の形態１では、コンパレータをヒステリシス機能を有するコンパレータ７’とし、コンパレータ７’に第１の閾値Ｖｔｈ１と第１の閾値Ｖｔｈ１よりも低い第２の閾値Ｖｔｈ２とを設定している。

図２に図１における各部の信号波形を示す。図１に示した回路構成において、商用電源から入力される交流信号は電源回路５を介して分圧回路６へ送られ、分圧回路６によって分圧されて分圧交流信号（図１（ａ））とされ、コンパレータ７’に送られる。コンパレータ７’は、分圧回路６からの分圧交流信号のレベルと第１の閾値Ｖｔｈ１とを比較し、分圧交流信号のレベルが第１の閾値Ｖｔｈ１を上回った場合に同期パルス信号のレベルを「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルへと反転させ、分圧交流信号のレベルが第２の閾値Ｖｔｈ２を下回った場合に同期パルス信号のレベルを「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへと反転させる。これにより、コンパレータ７’からの出力信号として、図２（ｂ）に示されるような同期パルス信号が得られる。

この同期パルス信号の一方は、タイミング回路９に直接出力されるとともに、他方は偶数倍分周回路８で偶数倍に分周されてタイミング回路９へ出力される。この結果、タイミング回路９の端子Ｘから、図２（ｃ）に示すように、偶数倍分周回路８からの分周された同期パルス信号がそのまま第１のタイミング信号として出力され、この第１のタイミング信号によって励磁コイルへの励磁電流の方向の切り替えが行われる。また、タイミング回路９の端子Ｙから図２（ｄ）に示すような信号が第２のタイミング信号として出力され、タイミング回路９の端子Ｚから図２（ｅ）に示すような信号が第３のタイミング信号として出力され、この第２および第３のタイミングの信号によって信号電極間に生じる流量信号のサンプリングが行われる。

この実施の形態１では、分圧交流信号のレベルが第１の閾値Ｖｔｈ１を上回って同期パルス信号のレベルが「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルへと反転された以降は、分圧交流信号のレベルが第１の閾値Ｖｔｈ１よりも低い第２の閾値Ｖｔｈ２を下回らなければ同期パルス信号のレベルは「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへと反転せず、また、分圧交流信号のレベルが第２の閾値Ｖｔｈ２を下回って同期パルス信号のレベルが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへと反転された以降は、分圧交流信号のレベルが第２の閾値Ｖｔｈ２よりも高い第１の閾値Ｖｔｈ１を上回らなければ同期パルス信号のレベルは「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルへと反転せず、第１の閾値Ｖｔｈ１と第２の閾値Ｖｔｈ２との差ΔＶｔｈ（ΔＶｔｈ＝Ｖｔｈ１−Ｖｔｈ２）を大きくすることによって、多少の電源電圧の変動では同期パルス信号のレベルが切り替わらないようにすることができる。

すなわち、第１の閾値Ｖｔｈ１と第２の閾値Ｖｔｈ２との差ΔＶｔｈによってコンパレータ７’の動作にヒステリシスが設けられ、この差ΔＶｔｈを大きくすることによって、１波形と誤判断してしまうことのない電源電圧の変動幅を大きくすることが可能となる。これにより、例えば、図２（ａ）に符号Ｐｚで示すように、瞬間的な電源電圧の変動が生じても、同期パルス信号の周波数の変動が生じ難くなり、正確な流量計測を行うようにすることが可能となる。

なお、閾値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２は、同期パルス信号の生成に支障を与えないことを条件として定め、閾値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２との差ΔＶｔｈは、その条件下において、可能な限り大きな値として定めることが望ましい。

〔実施の形態２〕
図３はこの発明に係る電磁流量計における交流同期回路を含む回路構成の他の例（実施の形態２）を示す図である。この実施の形態２では、分圧回路６とコンパレータ７’との間に全波整流回路１１を設け、この全波整流回路１１で全波整流した分圧交流信号を全波整流信号としてコンパレータ７’へ送るようにしている。

図４に図３における各部の信号波形を示す。図３に示した回路構成において、商用電源から入力される交流信号は電源回路５を介して分圧回路６へ送られ、分圧回路６によって分圧されて分圧交流信号（図４（ａ））とされ、全波整流回路１１へ送られる。全波整流回路１１は、分圧回路６からの分圧交流信号を全波整流し、この全波整流した分圧交流信号を全波整流信号（図４（ｂ））としてコンパレータ７’へ送る。

コンパレータ７’は、全波整流回路１１からの全波整流信号のレベルと第１の閾値Ｖｔｈ１とを比較し、全波整流信号のレベルが第１の閾値Ｖｔｈ１を上回った場合に同期パルス信号のレベルを「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルへと反転させ、全波整流信号のレベルが第２の閾値Ｖｔｈ２を下回った場合に同期パルス信号のレベルを「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへと反転させる。これにより、コンパレータ７’からの出力信号として、図４（ｃ）に示されるような同期パルス信号が得られる。

この同期パルス信号の一方は、タイミング回路９に直接出力されるとともに、他方は偶数倍分周回路８で偶数倍に分周されてタイミング回路９へ出力される。この結果、タイミング回路９の端子Ｘから、図４（ｄ）に示すように、偶数倍分周回路８からの分周された同期パルス信号がそのまま第１のタイミング信号として出力され、この第１のタイミング信号によって励磁コイルへの励磁電流の方向の切り替えが行われる。また、タイミング回路９の端子Ｙから図４（ｅ）に示すような信号が第２のタイミング信号として出力され、タイミング回路９の端子Ｚから図４（ｄ）に示すような信号が第３のタイミング信号として出力され、この第２および第３のタイミングの信号によって信号電極間に生じる流量信号のサンプリングが行われる。

この実施の形態２では、全波整流信号のレベルが第１の閾値Ｖｔｈ１を上回って同期パルス信号のレベルが「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルへと反転された以降は、全波整流信号のレベルが第１の閾値Ｖｔｈ１よりも低い第２の閾値Ｖｔｈ２を下回らなければ同期パルス信号のレベルは「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへと反転せず、また、全波整流信号のレベルが第２の閾値Ｖｔｈ２を下回って同期パルス信号のレベルが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへと反転された以降は、全波整流信号のレベルが第２の閾値Ｖｔｈ２よりも高い第１の閾値Ｖｔｈ１を上回らなければ同期パルス信号のレベルは「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルへと反転せず、第１の閾値Ｖｔｈ１と第２の閾値Ｖｔｈ２との差ΔＶｔｈ（ΔＶｔｈ＝Ｖｔｈ１−Ｖｔｈ２）を大きくすることによって、多少の電源電圧の変動では同期パルス信号のレベルが切り替わらないようにすることができる。これにより、図４（ａ），（ｂ）に符号Ｐｚで示すように、瞬間的な電源電圧の変動が生じても、同期パルス信号の周波数の変動が生じ難くなり、正確な流量計測を行うようにすることが可能となる。

〔実施の形態３〕
図５はこの発明に係る電磁流量計における交流同期回路を含む回路構成の別の例（実施の形態３）を示す図である。この実施の形態３では、実施の形態１の構成において、分圧回路６とコンパレータ７’との間にローパスフィルタ１２を設け、コンパレータ７’への分圧交流信号に含まれる商用電源の周波数よりも高い周波数の信号を除去するようにしている。これにより、コンパレータ７’に入る前に、商用電源の周波数よりも高い周波数の信号（高周波のノイズ）がローパスフィルタ１２で除去され、高周波のノイズに対しても強くなり、さらに正確な流量計測を行うことができるようになる。

〔実施の形態４〕
図６はこの発明に係る電磁流量計における交流同期回路を含む回路構成の別の例（実施の形態４）を示す図である。この実施の形態４では、実施の形態２の構成において、分圧回路６と全波整流回路１１との間にローパスフィルタ１２を設け、コンパレータ７’への全波整流信号に含まれる高周波のノイズを除去するようにしている。なお、図７に示すように、分圧回路６と全波整流回路１１との間ではなく、全波整流回路１１とコンパレータ７’との間にローパスフィルタ１２を設け、コンパレータ７’への全波整流信号に含まれる高周波のノイズを除去するようにしてもよい。

本発明に係る電磁流量計における交流同期回路を含む回路構成の一例（実施の形態１）を示す図である。 図１に示した回路構成における各部の信号波形を示す図である。 本発明に係る電磁流量計における交流同期回路を含む回路構成の他の例（実施の形態２）を示す図である。 図３に示した回路構成における各部の信号波形を示す図である。 図１に示した回路構成において分圧回路とコンパレータとの間にローパスフィルタを設けた例を示す図である。 図３に示した回路構成において分圧回路と全波整流回路との間にローパスフィルタを設けた例を示す図である。 図３に示した回路構成において全波整流回路とコンパレータとの間にローパスフィルタを設けた例を示す図である。 従来の電磁流量計の要部を示す図である。 特許文献１に示された電磁流量計における交流同期回路を含む回路構成を示す図である。 図９に示した回路構成における各部の信号波形を示す図である。 図９に示した回路構成において商用電源から入力される交流信号に瞬間的な電源電圧の変動が生じた場合のコンパレータへの分圧交流信号およびコンパレータからの出力信号（同期パルス信号）の波形を示す図である。

符号の説明

１…測定管、２…非磁性金属製パイプ、３…ライニング、４…信号電極、５…電源回路、６…分圧回路、７’…コンパレータ、８…偶数倍分周回路、９…タイミング回路、１０…交流同期回路、１１…全波整流回路、１２…ローパスフィルタ。

Claims (4)

1. 測定管内を流れる流体の流れ方向に対して直交する方向に磁界を作る励磁コイルと、この励磁コイルが作る磁界と直交する方向に対向して前記測定管内に設けられた信号電極と、商用電源の周波数に同期したパルス信号を生成する交流同期回路とを備え、前記交流同期回路が生成するパルス信号を基準として定められるタイミングで、前記励磁コイルへ供給する励磁電流の方向の切り替えおよび前記信号電極間に生じる流量信号のサンプリングを行う電磁流量計において、
   前記交流同期回路は、
   前記商用電源から入力される交流信号を分圧し分圧交流信号とする分圧回路と、
   この分圧回路からの分圧交流信号のレベルを監視し、前記分圧交流信号のレベルが予め定められている第１の閾値を上回った場合に前記パルス信号のレベルを第１のレベルから第２のレベルへと反転させ、前記分圧交流信号のレベルが前記第１の閾値よりも低い第２の閾値を下回った場合に前記パルス信号のレベルを前記第２のレベルから前記第１のレベルへと反転させるコンパレータと
   を備えることを特徴とする電磁流量計。
2. 測定管内を流れる流体の流れ方向に対して直交する方向に磁界を作る励磁コイルと、この励磁コイルが作る磁界と直交する方向に対向して前記測定管に設けられた信号電極と、商用電源の周波数に同期したパルス信号を生成する交流同期回路とを備え、前記交流同期回路が生成するパルス信号を基準として定められるタイミングで、前記励磁コイルへ供給する励磁電流の方向の切り替えおよび前記信号電極間に生じる流量信号のサンプリングを行う電磁流量計において、
   前記交流同期回路は、
   前記商用電源から入力される交流信号を分圧し分圧交流信号とする分圧回路と、
   この分圧回路からの分圧交流信号を全波整流し全波整流信号とする全波整流回路と、
   この全波整流回路からの全波整流信号のレベルを監視し、前記全波整流信号のレベルが予め定められている第１の閾値を上回った場合に前記パルス信号のレベルを第１のレベルから第２のレベルへと反転させ、前記全波整流信号のレベルが前記第１の閾値よりも低い第２の閾値を下回った場合に前記パルス信号のレベルを前記第２のレベルから前記第１のレベルへと反転させるコンパレータと
   を備えることを特徴とする電磁流量計。
3. 請求項１に記載された電磁流量計において、
   前記交流同期回路は、
   前記コンパレータへの分圧交流信号に含まれる前記商用電源の周波数よりも高い周波数の信号を除去するローパスフィルタ
   を備えることを特徴とする電磁流量計。
4. 請求項２に記載された電磁流量計において、
   前記交流同期回路は、
   前記コンパレータへの全波整流信号に含まれる前記商用電源の周波数よりも高い周波数の信号を除去するローパスフィルタ
   を備えることを特徴とする電磁流量計。

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