JP2016085149A

JP2016085149A - 標準信号発生器

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Publication number: JP2016085149A
Application number: JP2014218950A
Authority: JP
Inventors: 修百瀬; Osamu Momose
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: JP6276678B2

Abstract

【課題】電源として電池を使用する必要のない標準信号発生器を提供する。【解決手段】標準信号発生器の入力回路（３０ａ）は、励磁電流を整流する整流回路（Ｄ１〜Ｄ４）と、標準信号発生器で使用する電源電圧を供給するための電源電圧出力端子と整流回路の出力端子との間に設けられた抵抗（Ｒ１）と、電源電圧出力端子の電圧が一定となるように制御する定電圧回路（Ｕ１，Ｑ１，Ｒ２〜Ｒ４，Ｃ１）とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電磁流量計の変換器を校正するための標準信号発生器に関するものである。

図９（Ａ）は従来の電磁流量計の構成を示すブロック図である。電磁流量計は、検出器１と、変換器２とから構成される。検出器１は、磁界を発生する励磁コイル１０と、励磁コイル１０から発生する磁界中に配置され、測定対象の流体がこの磁界中を流れることにより発生する起電力を検出してその流速に比例した流量信号を出力する測定管１１とから構成される。変換器２は、検出器１の励磁コイル１０に図９（Ｂ）に示すような励磁電流を供給し、検出器１から入力される図９（Ｃ）のような流量信号を流体の流量や流速を示すアナログ信号またはデジタル信号に変換する。

検出器１から変換器２に入力される流量信号はμＶオーダーの微小信号のため、変換器２に使用している電気部品の経年変化により計測精度が悪化する恐れがある。このため、電磁流量計が設置されている現場にて標準信号発生器（以下、キャリブレータ）を使用して下記のように定期的に校正作業を行っている（特許文献１参照）。

校正作業では、まず検出器１の代わりに、図１０（Ａ）に示すような構成のキャリブレータ３を変換器２に接続する。キャリブレータ３は、変換器２から入力される図１０（Ｂ）のような励磁電流を受ける入力回路３０と、基準流量信号を発生するＣＰＵ（Central Processing Unit）３１と、ＣＰＵ３１で発生した基準流量信号を出力する出力回路３２と、キャリブレータ３の設定や校正作業者への情報表示のための設定・表示器３３と、電源回路３４と、電池３５とから構成される。校正作業者は、設定・表示器３３を用いてキャリブレータ３に、変換器２の機種情報および校正ポイントの流速値を設定する。

キャリブレータ３のＣＰＵ３１は、変換器２のＸＹ端子から入力回路３０を介して入力される励磁電流に同期して、設定された流速値に相当する基準流量信号を出力する。この基準流量信号は、出力回路３２を介して、図１０（Ｃ）に示すような信号として変換器２に入力される。校正作業者は、基準流量信号に応じて変換器２から出力されるデータを確認して、変換器２の計測精度が許容範囲内であるかどうかを確認する。この確認結果に応じて、必要であれば、変換器２の再調整を実施することになる。

キャリブレータ３は１台で複数機種の変換器２に対応する必要があるが、励磁電流は機種によりさまざまである。４線式電磁流量計の標準タイプでは、励磁電流が±１００〜２００ｍＡ程度であるが、紙パルプなどの固形物が混入した流体用である、流体ノイズ対応タイプの電磁流量計では、±３００ｍＡ以上の励磁電流を流してＳ／Ｎ比を向上させている。逆に使用できる電流に制限がある２線式電磁流量計では、励磁電流が±３．５〜１２ｍＡ程度となっている（特許文献２参照）。同じ流体流速であったとしても励磁電流が違えば流量信号レベルも異なるので、キャリブレータ３は、変換器２の機種および設定された流速値に応じた流量信号を出力する必要がある。

また、２線式電磁流量計や電池式電磁流量計では、消費電流の平均値低減のため、励磁電流の休止期間（＝０ｍＡ）を設けているタイプもある（特許文献３参照）。この休止期間中はキャリブレータ３が出力する流量信号もゼロにする必要がある。

キャリブレータ３は、設置現場で作業しやすいよう小形軽量である必要があるため、検出器１の励磁コイルのような大きな部品を内蔵することはできない。このため、キャリブレータ３の入力回路３０は、図１１に示すような非常に簡単な回路となっている。すなわち、検出器１の励磁コイルの代わりとなる部品は、逆方向で並列接続されたダイオードＤ１００，Ｄ１０１および並列抵抗Ｒ１００であり、これらの部品に励磁電流Ｉｅｘを流している。これらの部品の両端電圧（ＸＹ端子間電圧）Ｖｘｙに、抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２とコンデンサＣ１００とによってオフセット電圧を加算して単一極性化した電圧ＶＡＤを、ＣＰＵ３１に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに入力し、励磁電流Ｉｅｘの極性変化および休止期間を検出するようにしている。

４線式標準タイプの電磁流量計の変換器２（励磁電流Ｉｅｘが±１５０ｍＡ）にキャリブレータ３を接続したときの動作波形の例を図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示す。図１２（Ａ）は励磁電流Ｉｅｘ、図１２（Ｂ）は変換器２のＸＹ端子間電圧Ｖｘｙ、図１２（Ｃ）は入力回路３０の出力電圧ＶＡＤを示している。

図１１に示した構成の入力回路３０のため、４線式標準タイプの電磁流量計の変換器２や流体ノイズ対応タイプの電磁流量計の変換器２をキャリブレータ３に接続した場合のように入力回路３０に大きな励磁電流Ｉｅｘが流れても、ＸＹ端子間電圧ＶｘｙはダイオードＤ１００，Ｄ１０１のＩＦ−ＶＦ（順電流−順電圧）特性により±１Ｖ未満に抑えられるので、ダイオードＤ１００，Ｄ１０１およびその他の内部部品が発熱することはない。

また、２線式電磁流量計の変換器２をキャリブレータ３に接続したときのように励磁電流Ｉｅｘが小さい場合は、ダイオードＤ１００，Ｄ１０１はハイインピーダンスに近い状態となるため、入力回路３０の出力電圧ＶＡＤは直線に近い特性となり極性変化および休止期間が検出できるようになっている。励磁電流Ｉｅｘを横軸として−３００ｍＡ〜＋３００ｍＡまで変化させたときのＸＹ端子間電圧Ｖｘｙおよび出力電圧ＶＡＤの特性を図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示す。

以上のようなキャリブレータ３を使用する校正作業においては、電磁流量計の設置現場で商用電源が取れない場合があり、このような現場でも校正作業できるよう、キャリブレータ３の電源として電池３５を使用し、電源回路３４によってキャリブレータ３の各部に必要な電圧を生成するようにしていた。

特開平７−１４６１６５号公報特開２００４−６１４５０号公報特開平１１−１４２１９９号公報

従来のキャリブレータでは、電源として電池を使用しているため、現場で電池切れを起こすと、校正作業ができなくなってしまうという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電源として電池を使用する必要のない標準信号発生器を提供することを目的とする。

本発明は、電磁流量計の校正のための基準流量信号を発生する標準信号発生器において、前記電磁流量計の変換器からの励磁電流を受ける入力回路と、前記励磁電流に同期した基準流量信号を発生する制御手段とを備え、前記入力回路は、前記励磁電流を整流する第１の整流回路と、標準信号発生器で使用する電源電圧を供給するための電源電圧出力端子と前記第１の整流回路の出力端子との間に設けられた第１の抵抗と、前記電源電圧出力端子の電圧が一定となるように制御する定電圧回路とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の標準信号発生器の１構成例において、前記定電圧回路は、前記電源電圧出力端子と接地との間に設けられたトランジスタと、前記電源電圧出力端子から出力される電源電圧を分圧した電圧を基準入力として、前記トランジスタのゲート電圧を制御するシャント・レギュレータとを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の標準信号発生器の１構成例において、前記入力回路は、さらに、前記第１の抵抗の両端電圧を増幅した第１の出力電圧を前記制御手段に出力する増幅回路を備え、前記制御手段は、標準信号発生器に接続されている前記変換器の機種を、前記入力回路から出力された第１の出力電圧に応じて判定し、判定した機種に応じた基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とするものである。
また、本発明の標準信号発生器の１構成例において、前記入力回路は、さらに、前記励磁電流の正極性側のみを整流する第２の整流回路と、この第２の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第２の抵抗と、前記励磁電流の負極性側のみを整流する第３の整流回路と、この第３の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第３の抵抗とを備え、前記制御手段は、前記第２の抵抗の両端電圧である第１の出力電圧と前記第３の抵抗の両端電圧である第２の出力電圧とに応じて前記励磁電流の極性を判定し、前記励磁電流が正極性と判定したときには正極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力し、前記励磁電流が負極性と判定したときには負極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とするものである。

また、本発明の標準信号発生器の１構成例において、前記制御手段は、標準信号発生器に接続されている電磁流量計の変換器を、２線式電磁流量計の変換器と判定したときに、前記第１の出力電圧が示す励磁電流の値に応じた基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とするものである。
また、本発明の標準信号発生器の１構成例において、前記入力回路は、さらに、前記励磁電流の正極性側のみを整流する第２の整流回路と、この第２の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第２の抵抗と、前記励磁電流の負極性側のみを整流する第３の整流回路と、この第３の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第３の抵抗とを備え、前記制御手段は、前記第２の抵抗の両端電圧である第２の出力電圧と前記第３の抵抗の両端電圧である第３の出力電圧とに応じて前記励磁電流の極性を判定し、前記励磁電流が正極性と判定したときには正極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力し、前記励磁電流が負極性と判定したときには負極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とするものである。

本発明によれば、変換器から供給される励磁電流を利用して電源電圧を生成することにより、電池無しでの標準信号発生器の駆動が可能となる。したがって、電池切れのために校正作業ができないということがなくなる。

また、本発明では、標準信号発生器の入力回路に第１の整流回路と第１の抵抗と増幅回路とを設けることにより、制御手段側で励磁電流を正確に計測できるので、変換器の機種設定の自動化が可能となる。

また、本発明では、標準信号発生器の入力回路に第２の整流回路と第２の抵抗と第３の整流回路と第３の抵抗とを設けることにより、励磁電流の極性を正確に検出することができる。

また、本発明では、励磁電流の大きさに比例した高精度な出力電圧を出力することができ、励磁電流の値に応じた基準流量信号を発生して変換器に出力することができ、２線式電磁流量計の校正を全流量計測範囲で実現することができる。

本発明の実施の形態に係るキャリブレータの構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係るキャリブレータの入力回路の構成を示す回路図である。本発明の実施の形態に係るキャリブレータの電源回路の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係るキャリブレータの入力回路の動作波形の例を示す図である。本発明の実施の形態に係るキャリブレータの入力回路の励磁電流−出力電圧特性を示す図である。本発明の実施の形態に係るキャリブレータの入力回路の励磁電流−出力電圧特性を示す図である。本発明の実施の形態に係るキャリブレータの機種設定処理を説明するフローチャートである。本発明の実施の形態に係るキャリブレータの流量信号出力処理を説明するフローチャートである。従来の電磁流量計の構成を示すブロック図および電磁流量計の各部の信号波形を示す図である。従来のキャリブレータの構成を示すブロック図およびキャリブレータの各部の信号波形を示す図である。従来のキャリブレータの入力回路の構成を示す回路図である。４線式標準タイプの電磁流量計の変換器にキャリブレータを接続したときの動作波形の例を示す図である。従来のキャリブレータの入力回路の励磁電流−出力電圧特性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係るキャリブレータの構成を示すブロック図であり、図１０（Ａ）と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のキャリブレータ３ａは、変換器２から入力される励磁電流を受ける入力回路３０ａと、励磁電流に同期した基準流量信号を発生する制御手段となるＣＰＵ３１ａと、ＣＰＵ３１ａから出力された基準流量信号を差動信号に変換して変換器２に出力する出力回路３２と、キャリブレータ３ａの設定や校正作業者への情報表示のための設定・表示器３３と、電源回路３４ａとから構成される。

図２は本実施の形態の入力回路３０ａの構成を示す回路図である。入力回路３０ａは、アノードが入力回路３０ａの入力端子Ｘに接続されたダイオードＤ１と、アノードが入力回路３０ａの入力端子Ｙに接続され、カソードがダイオードＤ１のカソードに接続されたダイオードＤ２と、カソードが入力端子Ｘに接続され、アノードが接地されたダイオードＤ３と、カソードが入力端子Ｙに接続され、アノードが接地されたダイオードＤ４と、アノードが入力端子Ｘに接続されたダイオードＤ５と、アノードが入力端子Ｙに接続されたダイオードＤ６と、一端がダイオードＤ１，Ｄ２のカソードに接続され、他端が入力回路３０ａの電源電圧出力端子に接続された抵抗Ｒ１と、一端が電源電圧出力端子に接続された抵抗Ｒ２，Ｒ３と、一端が抵抗Ｒ３の他端に接続され、他端が接地された抵抗Ｒ４と、基準入力端子が抵抗Ｒ３とＲ４の接続点に接続され、アノードが接地され、カソードが抵抗Ｒ２の他端に接続されたシャント・レギュレータＵ１と、ゲートが抵抗Ｒ２の他端およびシャント・レギュレータＵ１のカソードに接続され、ソースが電源電圧出力端子に接続され、ドレインが接地されたＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ１と、一端がダイオードＤ１，Ｄ２のカソードに接続された抵抗Ｒ５と、一端が抵抗Ｒ５の他端に接続され、他端が接地された抵抗Ｒ６と、一端が電源電圧出力端子に接続された抵抗Ｒ７と、電源入力端子に電源電圧ＶＣＣが供給され、非反転入力端子が抵抗Ｒ５とＲ６の接続点に接続され、反転入力端子が抵抗Ｒ７の他端に接続されたオペアンプＵ２と、一端がオペアンプＵ２の反転入力端子に接続され、他端がオペアンプＵ２の出力端子に接続された抵抗Ｒ８と、一端がオペアンプＵ２の出力端子に接続され、他端が入力回路３０ａの第１の信号出力端子に接続された抵抗Ｒ９と、一端がダイオードＤ５のカソードに接続され、他端が接地された抵抗Ｒ１０と、一端がダイオードＤ５のカソードに接続された抵抗Ｒ１１と、ゲートが抵抗Ｒ１１の他端に接続され、ドレインが入力回路３０ａの第２の信号出力端子に接続され、ソースが接地されたＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ２と、一端が電源電圧出力端子に接続され、他端がＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ２のドレインに接続された抵抗Ｒ１２と、一端がダイオードＤ６のカソードに接続され、他端が接地された抵抗Ｒ１３と、一端がダイオードＤ６のカソードに接続された抵抗Ｒ１４と、ゲートが抵抗Ｒ１４の他端に接続され、ドレインが入力回路３０ａの第３の信号出力端子に接続され、ソースが接地されたＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３と、一端が電源電圧出力端子に接続され、他端がＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３のドレインに接続された抵抗Ｒ１５と、一端が電源電圧出力端子に接続され、他端が接地されたコンデンサＣ１と、一端が抵抗Ｒ９の他端に接続され、他端が接地されたコンデンサＣ２と、一端が抵抗Ｒ１１の他端に接続され、他端が接地されたコンデンサＣ３と、一端が抵抗Ｒ１４の他端に接続され、他端が接地されたコンデンサＣ４とから構成される。

図３は本実施の形態の電源回路３４ａの構成を示すブロック図である。電源回路３４ａは、入力回路３０ａの電源電圧出力端子から出力される直流電源電圧ＶＣＣを入力とし、直流電源電圧（＋ＶＡ）を生成するＤＣ−ＤＣコンバータ３４０と、直流電源電圧ＶＣＣを入力とし、直流電源電圧（−ＶＡ）を生成するＤＣ−ＤＣコンバータ３４１と、直流電源電圧ＶＣＣを入力とし、直流電源電圧（＋ＶＤ）を生成するＤＣ−ＤＣコンバータ３４２とから構成される。

従来のキャリブレータ３では、入力回路３０の１出力のみをＣＰＵ３１のＡ／Ｄコンバータに入力して励磁電流Ｉｅｘの極性とおよその電流値を計測していたが、本実施の形態では、入力回路３０ａの出力を３つに分けてＣＰＵ３１ａのＡ／Ｄコンバータと入力ポートに入力している。また、本実施の形態では、変換器２からの励磁電流を利用してキャリブレータ３ａで使用する電源電圧を生成している。

ダイオードＤ１〜Ｄ４とオペアンプＵ２と抵抗Ｒ１，Ｒ５〜Ｒ９とコンデンサＣ２とは、電流値計測用入力回路を構成している。電流値計測用入力回路では、ダイオードＤ１〜Ｄ４からなる単相全波整流回路によって交流の励磁電流Ｉｅｘを整流し、単相全波整流回路の出力端子（ダイオードＤ１，Ｄ２のカソード）と電源電圧出力端子間に設けた抵抗Ｒ１によって整流後の電流を電圧に変換する。この抵抗Ｒ１は低抵抗（例えば１Ω）にしておく。これにより、４線式流体ノイズ対応タイプの電磁流量計の変換器２をキャリブレータ３ａに接続したときのように大きな励磁電流Ｉｅｘが流れる場合でも、抵抗Ｒ１の発熱を抑えることができる。

抵抗Ｒ１を小さくした分、電圧レベルも小さくなるので、抵抗Ｒ１の両端電圧をオペアンプＵ２と抵抗Ｒ５〜Ｒ８とからなる差動増幅回路によって後段のＡ／Ｄコンバータで必要な分解能が得られるレベルまで増幅する。オペアンプＵ２と抵抗Ｒ１，Ｒ５〜Ｒ８には、高精度で温度特性の小さいタイプを使用することで、流量計測精度を向上させることができる。

抵抗Ｒ９とコンデンサＣ２とからなるローパスフィルタ回路は、オペアンプＵ２の出力電圧を低域濾波して出力電圧ＶＡＤを出力する。抵抗Ｒ９とコンデンサＣ２とは、外部からのノイズにより後段のＡ／Ｄコンバータが誤った計測をしないよう適当な時定数とする。

こうして、電流値計測用入力回路は、変換器２から入力される励磁電流Ｉｅｘを電圧に変換して、変換後の出力電圧ＶＡＤをＣＰＵ３１ａのＡ／Ｄコンバータに入力する。この出力電圧ＶＡＤで励磁電流Ｉｅｘの極性を検出することはできないが、励磁電流Ｉｅｘの大きさに比例した高精度な出力電圧ＶＡＤが出力されるので、ＣＰＵ３１ａ側で励磁電流値の高精度な計測が可能となる。なお、電流値計測用入力回路では、抵抗Ｒ１の両端電圧を増幅して出力電圧ＶＡＤとして出力するので、ダイオードＤ１〜Ｄ４のＶＦ（順電圧）特性は計測値の精度に影響しない。また、抵抗Ｒ９とコンデンサＣ２とからなるローパスフィルタ回路は必須の構成ではなく、オペアンプＵ２の出力電圧を出力電圧ＶＡＤ１としてもよい。

ダイオードＤ５とＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ２と抵抗Ｒ１０〜Ｒ１２とコンデンサＣ３とは、正極性検出用入力回路を構成している。正極性検出用入力回路では、ダイオードＤ５からなる単相半波整流回路によって交流の励磁電流Ｉｅｘの正極性側のみを整流し、整流後の電流を抵抗Ｒ１０によって電圧に変換する。

抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ３とからなるローパスフィルタ回路は、抵抗Ｒ１０の両端電圧を低域濾波する。このローパスフィルタ回路を通過した電圧は、ＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ２によってＨｉｇｈレベル（例えば３Ｖ）またはＬｏｗレベル（例えば０Ｖ）の出力電圧ＶＯ１に変換される。すなわち、励磁電流Ｉｅｘが正極性の場合は出力電圧ＶＯ１がＬｏｗレベルとなり、励磁電流Ｉｅｘが負極性の場合は出力電圧ＶＯ１がＨｉｇｈレベルとなる。

こうして、正極性検出用入力回路は、励磁電流Ｉｅｘを電圧に変換して、変換後の出力電圧ＶＯ１をＣＰＵ３１ａの入力ポートＤＩ１に入力する。ＣＰＵ３１ａ側では、出力電圧ＶＯ１を励磁電流Ｉｅｘの正極性の判定のみに使用する。抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ３とは、外部からのノイズにより後段の入力ポートＤＩ１が誤った計測をしないよう適当な時定数とする。なお、抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ３とからなるローパスフィルタ回路は必須の構成ではない。

ダイオードＤ６とＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３と抵抗Ｒ１３〜Ｒ１５とコンデンサＣ４とは、負極性検出用入力回路を構成している。負極性検出用入力回路では、ダイオードＤ６からなる単相半波整流回路によって交流の励磁電流Ｉｅｘの負極性側のみを整流し、整流後の電流を抵抗Ｒ１３によって電圧に変換する。

抵抗Ｒ１４とコンデンサＣ４とからなるローパスフィルタ回路は、抵抗Ｒ１３の両端電圧を低域濾波する。このローパスフィルタ回路を通過した電圧は、ＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３によってＨｉｇｈレベル（例えば３Ｖ）またはＬｏｗレベル（例えば０Ｖ）の出力電圧ＶＯ２に変換される。すなわち、励磁電流Ｉｅｘが負極性の場合は出力電圧ＶＯ２がＬｏｗレベルとなり、励磁電流Ｉｅｘが正極性の場合は出力電圧ＶＯ２がＨｉｇｈレベルとなる。

こうして、負極性検出用入力回路は、励磁電流Ｉｅｘを電圧に変換して、変換後の出力電圧ＶＯ２をＣＰＵ３１ａの入力ポートＤＩ２に入力する。ＣＰＵ３１ａ側では、出力電圧ＶＯ２を励磁電流Ｉｅｘの負極性の判定のみに使用する。抵抗Ｒ１４とコンデンサＣ４とは、外部からのノイズにより後段の入力ポートＤＩ２が誤った計測をしないよう適当な時定数とする。なお、抵抗Ｒ１４とコンデンサＣ４とからなるローパスフィルタ回路は必須の構成ではない。

プルダウン抵抗Ｒ１０，Ｒ１３は高抵抗（例えば１００ｋΩ）とする。これにより、抵抗Ｒ１を通らず抵抗Ｒ１０，Ｒ１３を通して流れる励磁電流Ｉｅｘを無視できる。出力電圧ＶＯ１，ＶＯ２の立下がり速度（トランジスタＱ２，Ｑ３がＯＦＦからＯＮに切り換わる速度）が遅れると、励磁電流Ｉｅｘの極性切換えの検出が遅れてしまうが、出力電圧ＶＯ１，ＶＯ２の立上がり速度は遅れても良いため、抵抗Ｒ１０，Ｒ１３は大きな抵抗値でも問題にならない。

次に、シャント・レギュレータＵ１とＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ１と抵抗Ｒ２〜Ｒ４とコンデンサＣ１とは、励磁電流Ｉｅｘから直流電源電圧ＶＣＣを生成する定電圧回路を構成している。定電圧回路では、励磁電流検出用の抵抗Ｒ１を通過した後の電圧（電源電圧ＶＣＣ）を分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧して、この分圧した電圧をシャント・レギュレータＵ１の基準入力端子に入力する。

シャント・レギュレータＵ１は、基準入力端子に入力される電圧と内部基準電圧とが同一になるようにＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ１のゲート電圧を制御する。その結果として、抵抗Ｒ１の他端（電源電圧出力端子）の電圧ＶＣＣが設定電圧（例えば３．０Ｖ）となるように制御される。こうして、変換器２から入力される励磁電流Ｉｅｘの値が変化しても、電源電圧ＶＣＣは一定値となる。また、電源電圧出力端子と接地との間には、平滑用のコンデンサＣ１が設けられている。定電圧回路で生成される電源電圧ＶＣＣは、入力回路３０ａ内で利用されると共に、電源回路３４ａに供給される。

なお、４線式流体ノイズ対応タイプの電磁流量計の変換器２をキャリブレータ３ａに接続したときのように大きな励磁電流Ｉｅｘが流れる場合、ＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ１の発熱量が大きくなる。ただし、トランジスタＱ１のドレインが回路ＧＮＤに接続されており、ＧＮＤベタパターンを広くするのは基板レイアウト上容易なので、このベタパターンを広げて放熱すれば問題ない。パワーＭＯＳトランジスタの放熱フィンはドレイン端子と内部接続されており熱抵抗はほとんどない。

励磁電流Ｉｅｘの休止期間では電流供給がなくなってしまうが（＝０ｍＡ）、休止期間は通常数百ｍｓ以下なので、この間の電源はコンデンサＣ１に蓄積した電荷で保持させれば問題ない。

電源回路３４ａのＤＣ−ＤＣコンバータ３４０は、入力回路３０ａの電源電圧出力端子から出力される電源電圧ＶＣＣを入力とし、電源電圧（＋ＶＡ）を生成する。この電源電圧（＋ＶＡ）は、ＣＰＵ３１ａと出力回路３２とに供給される。電源回路３４ａのＤＣ−ＤＣコンバータ３４１は、電源電圧ＶＣＣを入力とし、電源電圧（−ＶＡ）を生成する。この電源電圧（−ＶＡ）は、出力回路３２に供給される。電源回路３４ａのＤＣ−ＤＣコンバータ３４２は、電源電圧ＶＣＣを入力とし、電源電圧（＋ＶＤ）を生成する。この電源電圧（＋ＶＤ）は、ＣＰＵ３１ａと設定・表示器３３とに供給される。このようにＤＣ−ＤＣコンバータ３４０〜３４２を用いることで、電源電圧ＶＣＣに多少のリップルがあったとしても、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４０〜３４２で安定化させることができる。

本実施の形態の入力回路３０ａの動作波形の例を図４（Ａ）〜図４（Ｇ）に示す。図４（Ａ）は励磁電流Ｉｅｘ、図４（Ｂ）はＸＹ端子間電圧Ｖｘｙ、図４（Ｃ）は電源電圧ＶＣＣ、図４（Ｄ）は電源電流ＩＣＣ、図４（Ｅ）は出力電圧ＶＡＤ、図４（Ｆ）は出力電圧ＶＯ１、図４（Ｇ）は出力電圧ＶＯ２を示している。ここでは、励磁電流Ｉｅｘ＝±１５０ｍＡ、電源電流ＩＣＣ＝３ｍＡとしている。

励磁電流Ｉｅｘを横軸として−３００ｍＡ〜＋３００ｍＡまで変化させたときのＸＹ端子間電圧Ｖｘｙ、電源電圧ＶＣＣ、電源電流ＩＣＣおよび出力電圧ＶＡＤ，ＶＯ１，ＶＯ２の特性を図５（Ａ）〜図５（Ｆ）に示す。また、図５（Ａ）〜図５（Ｆ）において励磁電流Ｉｅｘが−２０ｍＡ〜＋２０ｍＡまでの領域、すなわち２線式使用領域を拡大した図を図６（Ａ）〜図６（Ｆ）に示す。

次に、本実施の形態のキャリブレータ３ａのＣＰＵ３１ａの動作について説明する。ＣＰＵ３１ａは、ＣＰＵ３１ａの内部または外部に配置されるメモリ（不図示）に格納されたプログラムに従って以下の処理を実行する。

まず、機種設定処理を図７のフローチャートを用いて説明する。ＣＰＵ３１ａは、変換器２の機種を自動的に判別して設定する自動設定モードである場合（図７ステップＳ１００においてＹ）、入力回路３０ａからの出力電圧ＶＡＤをＡ／Ｄコンバータを介して取り込む（図７ステップＳ１０１）。自動設定モードとするか否かは、校正作業者が予め設定・表示器３３を用いて決定しておくことができる。自動設定モードとしない場合は、校正作業者が設定・表示器３３を用いて変換器２の機種情報を入力することになる（図７ステップＳ１０２）。

自動設定モードの場合、ＣＰＵ３１ａは、Ａ／Ｄコンバータを介して取り込んだ出力電圧ＶＡＤのレベルを判定する（図７ステップＳ１０３）。ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤが４線式電磁流量計の変換器２に対応する最低レベル以上で、かつ４線式標準タイプの電磁流量計の変換器２に対応する範囲の場合（図７ステップＳ１０４においてＹ）、キャリブレータ３ａに接続されている変換器２を、４線式標準タイプの電磁流量計の変換器２と判定する（図７ステップＳ１０５）。ステップＳ１０４において判定Ｙとなることは、出力電圧ＶＡＤが示す励磁電流の値が４線式標準タイプの電磁流量計の変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘの範囲にあることを示している。

また、ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤが４線式電磁流量計の変換器２に対応する最低レベル以上で、かつ４線式流体ノイズ対応タイプの電磁流量計の変換器２に対応する範囲の場合（図７ステップＳ１０４においてＮ）、キャリブレータ３ａに接続されている変換器２を、４線式流体ノイズ対応タイプの電磁流量計の変換器２と判定する（図７ステップＳ１０６）。ステップＳ１０４において判定Ｎとなることは、出力電圧ＶＡＤが示す励磁電流の値が４線式流体ノイズ対応タイプの電磁流量計の変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘの範囲にあることを示している。

また、ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤが４線式電磁流量計の変換器２に対応する最低レベル未満で、かつ２線式電磁流量計の変換器２に対応する範囲の場合（図７ステップＳ１０７においてＹ）、キャリブレータ３ａに接続されている変換器２を、２線式電磁流量計の変換器２と判定する（図７ステップＳ１０８）。ステップＳ１０７において判定Ｙとなることは、出力電圧ＶＡＤが示す励磁電流の値が２線式電磁流量計の変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘの範囲にあることを示している。

ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤが４線式電磁流量計の変換器２に対応する最低レベル未満で、かつ２線式電磁流量計の変換器２に対応する最低レベル未満の場合（図７ステップＳ１０７においてＮ）、異常処理を実施する（図７ステップＳ１０９）。この異常処理では、設定・表示器３３を通じて校正作業者に設定不可であることを通知する。以上で、機種設定処理が終了する。

次に、流量信号出力処理を図８のフローチャートを用いて説明する。まず、ＣＰＵ３１ａは、入力回路３０ａからの出力電圧ＶＡＤをＡ／Ｄコンバータを介して取り込む（図８ステップＳ２００）。そして、ＣＰＵ３１ａは、Ａ／Ｄコンバータを介して取り込んだ出力電圧ＶＡＤのレベルを判定する（図８ステップＳ２０１）。ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤが所定の休止レベルより高い場合、入力ポートＤＩ１を介して取り込んだ出力電圧ＶＯ１のレベルを判定する（図８ステップＳ２０２）。

ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＯ１がＬｏｗレベルの場合（変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘが正極性である場合）、図７の機種設定処理で決定した変換器２の機種と予め設定された流速値とに対応する正極性の基準流量信号を出力する（図８ステップＳ２０３）。この基準流量信号は、ＣＰＵ３１ａのＤ／Ａコンバータおよび出力回路３２を介して変換器２に入力される。

ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＯ１がＬｏｗレベルでなく、Ｈｉｇｈレベルの場合、入力ポートＤＩ２を介して取り込んだ出力電圧ＶＯ２のレベルを判定する（図８ステップＳ２０４）。ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＯ２がＬｏｗレベルの場合（変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘが負極性である場合）、図７の機種設定処理で決定した変換器２の機種と予め設定された流速値とに対応する負極性の基準流量信号を出力する（図８ステップＳ２０５）。

なお、キャリブレータ３ａに接続されている変換器２が２線式電磁流量計の変換器２の場合、同じ流速設定値であっても、励磁電流Ｉｅｘの値に応じて基準流量信号を変える必要がある（特許文献２参照）。したがって、ＣＰＵ３１ａは、キャリブレータ３ａに接続されている変換器２が２線式電磁流量計の変換器２で、変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘが正極性の場合、図７の機種設定処理で決定した変換器２の機種と出力電圧ＶＡＤ１が示す励磁電流Ｉｅｘの値と予め設定された流速値とに対応する正極性の基準流量信号を出力し（ステップＳ２０３）、変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘが負極性の場合、図７の機種設定処理で決定した変換器２の機種と出力電圧ＶＡＤ１が示す励磁電流Ｉｅｘの値と予め設定された流速値とに対応する負極性の基準流量信号を出力することになる（ステップＳ２０５）。

ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＯ２がＬｏｗレベルでなく、Ｈｉｇｈレベルの場合、基準流量信号を０Ｖとする（図８ステップＳ２０６）。また、ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤが休止レベル以下の場合も、基準流量信号を０Ｖとする（ステップＳ２０６）。ＣＰＵ３１ａは、以上のような流量信号出力処理を変換器２からの励磁電流Ｉｅｘ（入力回路３０ａから入力される出力電圧ＶＡＤ，ＶＯ１，ＶＯ２）と同期して行う。

以上のように、本実施の形態では、変換器２から供給される励磁電流Ｉｅｘを利用して電源電圧ＶＣＣを生成することにより、電池無しでのキャリブレータ３ａの駆動が可能となる。したがって、電池切れのために校正作業ができないということがなくなる。また、本実施の形態では、特別な放熱部品を使用しなくても、内部部品の発熱を抑えることができる。

また、本実施の形態では、入力回路３０ａに電流値計測用入力回路を設けることにより、ＣＰＵ３１ａ側で励磁電流Ｉｅｘを正確に計測できるので、変換器２の機種設定の自動化が可能となる。また、本実施の形態では、励磁電流Ｉｅｘの大きさに比例した高精度な出力電圧ＶＡＤ１を出力することができ、上記のとおり励磁電流Ｉｅｘを正確に計測できるので、励磁電流Ｉｅｘの値に応じた基準流量信号を発生して変換器２に出力することができ、２線式電磁流量計の変換器２の校正を全流量計測範囲で実現することができる。

また、本実施の形態では、入力回路３０ａに正極性検出用入力回路と負極性検出用入力回路を設けることにより、励磁電流の極性を正確に検出することができる。本実施の形態では、正極性検出用入力回路および負極性検出用入力回路の出力にローパスフィルタ回路を設けた場合でも、励磁電流Ｉｅｘの極性検出に最適化したローパスフィルタ回路の時定数設定が可能となるので、出力電圧ＶＯ１，ＶＯ２の立上がり、立ち下がりの遅れを小さくすることができ、従来よりも励磁電流Ｉｅｘの極性変化の検出速度を向上させることができる。

本発明は、電磁流量計の変換器を校正する技術に適用することができる。

２…変換器、３ａ…キャリブレータ、３０ａ…入力回路、３１ａ…ＣＰＵ、３２…出力回路、３３…設定・表示器、３４ａ…電源回路、３４０〜３４２…ＤＣ−ＤＣコンバータ、Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード、Ｕ１…シャント・レギュレータ、Ｕ２…オペアンプ、Ｑ１…ＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタ、Ｑ２，Ｑ３…ＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ１５…抵抗、Ｃ１〜Ｃ４…コンデンサ。

Claims

電磁流量計の校正のための基準流量信号を発生する標準信号発生器において、
前記電磁流量計の変換器からの励磁電流を受ける入力回路と、
前記励磁電流に同期した基準流量信号を発生する制御手段とを備え、
前記入力回路は、
前記励磁電流を整流する第１の整流回路と、
標準信号発生器で使用する電源電圧を供給するための電源電圧出力端子と前記第１の整流回路の出力端子との間に設けられた第１の抵抗と、
前記電源電圧出力端子の電圧が一定となるように制御する定電圧回路とを備えることを特徴とする標準信号発生器。
請求項１記載の標準信号発生器において、
前記定電圧回路は、
前記電源電圧出力端子と接地との間に設けられたトランジスタと、
前記電源電圧出力端子から出力される電源電圧を分圧した電圧を基準入力として、前記トランジスタのゲート電圧を制御するシャント・レギュレータとを備えることを特徴とする標準信号発生器。
請求項１または２記載の標準信号発生器において、
前記入力回路は、
さらに、前記第１の抵抗の両端電圧を増幅した第１の出力電圧を前記制御手段に出力する増幅回路を備え、
前記制御手段は、標準信号発生器に接続されている前記変換器の機種を、前記入力回路から出力された第１の出力電圧に応じて判定し、判定した機種に応じた基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とする標準信号発生器。
請求項１記載の標準信号発生器において、
前記入力回路は、
さらに、前記励磁電流の正極性側のみを整流する第２の整流回路と、
この第２の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第２の抵抗と、
前記励磁電流の負極性側のみを整流する第３の整流回路と、
この第３の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第３の抵抗とを備え、
前記制御手段は、前記第２の抵抗の両端電圧である第１の出力電圧と前記第３の抵抗の両端電圧である第２の出力電圧とに応じて前記励磁電流の極性を判定し、前記励磁電流が正極性と判定したときには正極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力し、前記励磁電流が負極性と判定したときには負極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とする標準信号発生器。
請求項３記載の標準信号発生器において、
前記制御手段は、標準信号発生器に接続されている電磁流量計の変換器を、２線式電磁流量計の変換器と判定したときに、前記第１の出力電圧が示す励磁電流の値に応じた基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とする標準信号発生器。
請求項３または５記載の標準信号発生器において、
前記入力回路は、
さらに、前記励磁電流の正極性側のみを整流する第２の整流回路と、
この第２の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第２の抵抗と、
前記励磁電流の負極性側のみを整流する第３の整流回路と、
この第３の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第３の抵抗とを備え、
前記制御手段は、前記第２の抵抗の両端電圧である第２の出力電圧と前記第３の抵抗の両端電圧である第３の出力電圧とに応じて前記励磁電流の極性を判定し、前記励磁電流が正極性と判定したときには正極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力し、前記励磁電流が負極性と判定したときには負極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とする標準信号発生器。