JP2016090246A - 標準信号発生器、電磁流量計の変換器および校正システム - Google Patents

Abstract

【課題】校正作業の誤りを低減し、電磁流量計の変換器と標準信号発生器との間の接続を簡略化する。
【解決手段】標準信号発生器の入力回路（３０ａ）は、励磁電流入力端子（Ｘ，Ｙ）に入力される励磁電流を整流する整流回路（Ｄ１〜Ｄ４）と、電源電圧（ＶＣＣ）が一定となるように制御する定電圧回路（Ｕ１，Ｑ１，Ｄ７，Ｒ２〜Ｒ４，Ｃ１）と、変換器から励磁電流の変化として送信される信号を整流回路の出力から取り出し、標準信号発生器の通信インタフェース回路に出力する受信回路（Ｃ１０）と、変換器へ送信すべき信号を標準信号発生器の制御回路から通信インタフェース回路を介して受け取り、受け取った信号に応じて励磁電流入力端子（Ｘ，Ｙ）の端子間電圧を変化させることにより、変換器へ信号を送信する送信回路（Ｃ１１）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と、変換器と、標準信号発生器を用いて変換器を校正する校正システムとに関するものである。

図８（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８（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８（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）を使用して定期的に校正作業を行っている（特許文献１参照）。また、変換器２の製造時の調整・検査工程においても、校正作業を行う必要がある。

校正作業では、まず検出器１の代わりに、図９（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。変換器２は、図９（Ｂ）のような励磁電流を出力する励磁回路２０と、入力された流量信号を増幅する入力信号増幅回路２１と、増幅した流量信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２２と、Ａ／Ｄ変換回路２２から入力された流量信号を流量値や流速値に変換するＣＰＵ（Central Processing Unit）からなる制御回路２３と、変換器２の設定や電磁流量計のユーザへの情報表示のための設定・表示器２４と、流量値や流速値を示すアナログ信号を出力するアナログ出力回路２５と、流量値や流速値を示すデジタル信号を出力するデジタル出力回路２６と、電源回路２７と、外部との通信のための通信インタフェース回路（以下、通信Ｉ／Ｆ）２８とから構成される。

キャリブレータ３は、変換器２から出力される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からなる制御回路３１と、制御回路３１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、外部との通信のための通信Ｉ／Ｆ３６とから構成される。

変換器２の製造時の調整・検査工程では、さらに通信Ｉ／Ｆ５を介してキャリブレータ３とＰＣ（Personal Computer）４とを接続し、通信Ｉ／Ｆ６を介して変換器２とＰＣ４とを接続する。校正作業者は、設定・表示器３３を用いてキャリブレータ３の制御回路３１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。また、自動設定を行う場合、ＰＣ４は、通信Ｉ／Ｆ５，３６を介して、制御回路３１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。

制御回路３１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９（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から出力される流量値や流速値のデータを確認して、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。また、自動設定を行う場合、ＰＣ４は、通信Ｉ／Ｆ２８，６を介して変換器２の制御回路２３から流量値や流速値のデータを取得する。

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１０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、制御回路３１に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに入力し、励磁電流Ｉｅｘの極性変化および励磁休止期間を検出するようにしている。

特開平７−１４６１６５号公報

電磁流量計の設置場所は高所など、ＰＣの操作が困難な場所の場合もあるため、作業者が変換器２およびキャリブレータ３をそれぞれ手動操作して校正作業を行っている。この場合、作業者が操作を誤ると、電磁流量計の計測精度を悪化させてしまう恐れがある。

また、変換器２とキャリブレータ３のそれぞれの通信Ｉ／Ｆ間を直接接続してＰＣを仲介せずに校正ができるようにしたとしても、キャリブレータ３の出力回路３２と変換器２の入力信号増幅回路２１とを接続する流量信号ケーブルと、変換器２の励磁回路２０とキャリブレータ３の入力回路３０とを接続する励磁ケーブルと、変換器２の通信Ｉ／Ｆ２８とキャリブレータ３の通信Ｉ／Ｆ３６とを接続する通信ケーブルの３種類のケーブルを使う必要があり、作業が煩わしい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、校正作業の誤りを低減することができ、変換器と標準信号発生器との間の接続を簡略化することができる標準信号発生器、電磁流量計の変換器および校正システム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して前記変換器に出力する制御手段と、この制御手段と接続された通信インタフェース回路とを備え、前記入力回路は、前記変換器から励磁電流入力端子に入力される前記励磁電流を整流する整流回路と、この整流回路の出力を入力とし、電源電圧出力端子から出力される電源電圧が一定となるように制御する定電圧回路と、前記変換器から前記励磁電流の変化として送信される信号を前記整流回路の出力から取り出し、取り出した信号を前記制御手段に渡すべき信号として前記通信インタフェース回路に出力する受信回路と、前記変換器へ送信すべき信号を前記制御手段から前記通信インタフェース回路を介して受け取り、受け取った信号に応じて前記励磁電流入力端子の端子間電圧を変化させることにより、前記変換器へ信号を送信する送信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、前記整流回路の出力端子間に設けられるトランジスタと、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、前記受信回路は、前記変換器から前記励磁電流の変化として送信される信号を前記整流回路の出力端子から取り出す第１のコンデンサであり、前記送信回路は、前記変換器へ送信すべき信号を前記シャント・レギュレータの基準入力に加える第２のコンデンサであ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、前記整流回路の出力端子間に設けられる第１のトランジスタと、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、前記第１のトランジスタのゲート電圧を制御する第１のシャント・レギュレータとを備え、前記受信回路は、前記整流回路の出力端子間に前記第１のトランジスタと直列に設けられる抵抗と、この抵抗の両端電圧の交流成分を増幅する増幅回路と、前記変換器から前記励磁電流の変化として送信される信号を前記増幅回路の出力から取り出す第１のコンデンサとを備え、前記送信回路は、前記整流回路の出力端子間に前記第１のトランジスタおよび前記抵抗と直列に設けられる第２のトランジスタと、前記整流回路の正側の出力端子の電圧を分圧した電圧を基準入力として、前記第２のトランジスタのゲート電圧を制御する第２のシャント・レギュレータと、前記変換器へ送信すべき信号を前記第２のシャント・レギュレータの基準入力に加える第２のコンデンサとを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の電磁流量計の変換器は、電磁流量計の検出器に出力する励磁電流を生成する励磁回路と、前記検出器から入力される流量信号を流速値に変換する制御手段と、この制御手段と接続された通信インタフェース回路とを備え、前記励磁回路は、電流入力端子が第１の電源電圧に接続され、前記電流入力端子から励磁電流出力端子間に前記励磁電流を流し、この励磁電流出力端子間に流れる励磁電流の向きを周期的に切り替える励磁電流出力回路と、前記励磁電流出力端子間を経由した励磁電流が流出する前記励磁電流出力回路の電流出力端子と前記第１の電源電圧よりも低い第２の電源電圧との間に設けられ、前記励磁電流を一定に制御する定電流制御回路と、電磁流量計の校正のために前記検出器の代わりに接続される標準信号発生器から前記励磁電流出力端子の端子間電圧の変化として送信される信号を、前記電流出力端子から取り出し、取り出した信号を前記制御手段に渡すべき信号として前記通信インタフェース回路に出力する受信回路と、前記標準信号発生器へ送信すべき信号を前記制御手段から前記通信インタフェース回路を介して受け取り、受け取った信号に応じて前記励磁電流を変化させることにより、前記標準信号発生器へ信号を送信する送信回路とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の電磁流量計の変換器の１構成例において、前記定電流制御回路は、前記励磁電流出力回路の電流出力端子と前記第２の電源電圧との間に設けられたトランジスタと、基準入力と前記トランジスタの出力電圧との差に応じた電圧を前記トランジスタのゲートに印加するオペアンプとを備え、前記受信回路は、前記標準信号発生器から前記励磁電流出力端子の端子間電圧の変化として送信される信号を前記電流出力端子から取り出す第１のコンデンサであり、前記送信回路は、前記標準信号発生器へ送信すべき信号を前記オペアンプの基準入力に加える第２のコンデンサであることを特徴とするものである。
また、本発明の校正システムは、標準信号発生器と、電磁流量計の変換器とを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、標準信号発生器と電磁流量計の変換器とがＰＣを仲介せずに直接通信できるようにしたことにより、変換器の校正作業の少なくとも一部を自動化することができる。その結果、本発明では、作業者の操作の誤りによる校正作業の誤りを低減することができ、操作の誤りにより電磁流量計の計測精度を悪化させてしまう可能性を低減することができる。また、本発明では、標準信号発生器と変換器とを接続する通信ケーブルが不要となるので、流量信号ケーブルと励磁ケーブルの２本を接続するだけでよく、変換器の校正を簡単な接続作業で実現することができる。また、本発明では、高所作業や狭い場所での作業など、作業しづらい場所での作業時間も短縮することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る校正システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１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。 本発明の第１の実施の形態に係る変換器の励磁回路の構成を示す回路図である。 本発明の第１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。 本発明の第１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。 本発明の第１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。 本発明の第２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。 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。

［第１の実施の形態］
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は本発明の第１の実施の形態に係る校正システムの構成を示すブロック図であり、図９と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の変換器２ａは、励磁電流を出力する励磁回路２０ａと、入力された流量信号を増幅する入力信号増幅回路２１と、増幅した流量信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２２と、Ａ／Ｄ変換回路２２から入力された流量信号を流量値や流速値に変換するＣＰＵからなる制御回路２３ａ（制御手段）と、変換器２ａの設定や電磁流量計のユーザへの情報表示のための設定・表示器２４と、流量値や流速値を示すアナログ信号を出力するアナログ出力回路２５と、流量値や流速値を示すデジタル信号を出力するデジタル出力回路２６と、電源回路２７と、外部との通信のための通信Ｉ／Ｆ２８と、励磁回路２０ａと制御回路２３ａとを接続する通信Ｉ／Ｆ２９とから構成される。

本実施の形態のキャリブレータ３ａは、変換器２ａ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ＣＰＵからなる制御回路３１ａ（制御手段）と、制御回路３１ａ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２ａ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、外部との通信のための通信Ｉ／Ｆ３６と、入力回路３０ａと制御回路３１ａとを接続する通信Ｉ／Ｆ３７とから構成される。

図２は本実施の形態のキャリブレータ３ａ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の励磁電流入力端子Ｘに接続されたダイオードＤ１と、アノードが入力回路３０ａの励磁電流入力端子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、カソードが励磁電流入力端子Ｘに接続され、アノードが接地されたダイオードＤ３と、カソードが励磁電流入力端子Ｙに接続され、アノードが接地されたダイオードＤ４と、アノードが励磁電流入力端子Ｘに接続されたダイオードＤ５と、アノードが励磁電流入力端子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た抵抗Ｒ１と、一端が抵抗Ｒ１の他端に接続された抵抗Ｒ２と、アノードが抵抗Ｒ１の他端に接続され、カソードが入力回路３０ａの電源電圧出力端子に接続されたダイオードＤ７と、一端が電源電圧出力端子に接続された抵抗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、ソースが抵抗Ｒ１の他端に接続され、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、一端が抵抗Ｒ１の他端に接続された抵抗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、一端が入力回路３０ａの受信信号出力端子に接続され、他端がダイオードＤ１，Ｄ２のカソードに接続されたコンデンサＣ１０と、一端が入力回路３０ａの送信信号入力端子に接続され、他端が抵抗Ｒ３とＲ４の接続点に接続されたコンデンサＣ１１とから構成される。

図３は本実施の形態の変換器２ａの励磁回路２０ａの構成を示す回路図である。励磁回路２０ａは、一端が電源電圧Ｖｅｘ−ＨＬ（第１の電源電圧）に接続され、他端が励磁回路２０ａの励磁電流出力端子Ｘに接続され、制御信号ＥＸＤ１を制御入力とするスイッチＳＷ１と、一端が励磁電流出力端子Ｘに接続され、制御信号ＥＸＤ２を制御入力とするスイッチＳＷ２と、一端が電源電圧Ｖｅｘ−ＨＬに接続され、他端が励磁回路２０ａの励磁電流出力端子Ｙに接続され、制御信号ＥＸＤ２を制御入力とするスイッチＳＷ３と、一端が励磁電流出力端子Ｙに接続され、制御信号ＥＸＤ１を制御入力とするスイッチＳＷ４と、一端が電源電圧Ｖｅｘ−ＣＣに接続された抵抗Ｒ３０と、一端が抵抗Ｒ３０の他端に接続され、他端が接地電位（第２の電源電圧）に接続された抵抗Ｒ３１と、電源入力端子に電源電圧Ｖｅｘ−ＣＣが供給され、非反転入力端子が抵抗Ｒ３０とＲ３１の接続点に接続されたオペアンプＵ３０と、ゲートがオペアンプＵ３０の出力端子に接続され、ドレインがスイッチＳＷ２，ＳＷ４の他端に接続され、ソースがオペアンプＵ３０の反転入力端子に接続されたＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３０と、一端がＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３０のソースに接続され、他端が接地電位に接続された抵抗Ｒ３２と、スイッチＳＷ２と並列に設けられたコンデンサＣ３０と、スイッチＳＷ４と並列に設けられたコンデンサＣ３１と、一端が励磁回路２０ａの送信信号入力端子に接続され、他端が抵抗Ｒ３０とＲ３１の接続点に接続されたコンデンサＣ３２と、一端が励磁回路２０ａの受信信号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Ｑ３０のドレインに接続されたコンデンサＣ３３とから構成される。励磁回路２０ａの電源電圧Ｖｅｘ−ＨＬ，Ｖｅｘ−ＣＣと、変換器２ａ内の他の構成に必要な電源電圧とは、電源回路２７から供給される。

本実施の形態では、変換器２ａの励磁回路２０ａとキャリブレータ３ａの入力回路３０ａとを接続する励磁ケーブルに流れる励磁電流Ｉｅｘに、周波数シフト・キーイングされた（ＦＳＫ：Frequency Shift Keying）信号を重畳し、キャリブレータ３ａと変換器２ａとがＰＣを仲介せずに直接通信（半二重通信）できるようにしている。また、励磁ケーブルに通信ケーブルとしての機能も兼ねさせることにより、通信専用にケーブルを用意する必要がなくなっている。

励磁電流Ｉｅｘに重畳するＦＳＫ信号の周波数は、例えばデータ“０”が１２００Ｈｚ、データ“１”が２２００Ｈｚとして、励磁周波数（通常３０Ｈｚ未満）とは桁違いに高い周波数帯域を使用することで、励磁電流ＩｅｘとＦＳＫ信号とが互いに干渉することはない。

また、従来のキャリブレータ３では、入力回路３０の１出力のみを制御回路３１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つに分けて制御回路３１ａ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２ａからの励磁電流Ｉｅｘ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。

キャリブレータ３ａの入力回路３０ａのダイオード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（ＶＣＣ）との間に設けた抵抗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２ａ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２ａ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を制御回路３１ａ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、制御回路３１ａ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。

入力回路３０ａのダイオード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（ＶＣＣ）またはＬｏｗレベル（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を制御回路３１ａの入力ポートＤＩ１に入力する。制御回路３１ａ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。

入力回路３０ａのダイオード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（ＶＣＣ）またはＬｏｗレベル（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を制御回路３１ａの入力ポートＤＩ２に入力する。制御回路３１ａ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の極性切り替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。

入力回路３０ａのシャント・レギュレータＵ１とＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ１とダイオードＤ７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、電源電圧出力端子（ダイオードＤ７のカソード）の電圧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。こうして、電源電圧ＶＣＣが設定電圧（例えば３．０Ｖ）となるように制御される。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。

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は、入力回路３０ａで生成された電源電圧ＶＣＣから制御回路３１ａと出力回路３２と設定・表示器３３と通信Ｉ／Ｆ３６，３７とに必要な電源電圧を生成する。

次に、キャリブレータ３ａの受信動作について説明する。入力回路３０ａのカップリングコンデンサＣ１０は、変換器２ａからの受信信号ＲＸ１を、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）から取り出す受信回路を構成している。励磁電流Ｉｅｘを単相全波整流回路によって全波整流した後で受信信号ＲＸ１を取り出しているので、励磁電流Ｉｅｘの極性が反転しても受信信号ＲＸ１を問題なく取り出すことができる。

受信動作中においても、上記と同様に入力回路３０ａの定電圧回路により、電源電圧ＶＣＣが一定値（例えば３Ｖ）となるよう定電圧制御が行われている。変換器２ａ側からの通信データは励磁電流値の変化となって伝送されるので、取り出した受信信号ＲＸ１をカップリングコンデンサＣ１０を通して通信Ｉ／Ｆ３７に入力する。通信Ｉ／Ｆ３７は、受信信号ＲＸ１（ＦＳＫ信号）を“０”，“１”の受信データに変換して制御回路３１ａに入力する。

なお、入力回路３０ａの定電圧回路の電圧検出用抵抗Ｒ３，Ｒ４は、ダイオードＤ７により整流回路と分離されているので、受信信号ＲＸ１による励磁電流Ｉｅｘの変化が定電圧回路の定電圧制御により打ち消されてしまうことはない。

次に、キャリブレータ３ａの送信動作について説明する。キャリブレータ３ａが信号を送信しないとき、励磁電流Ｉｅｘは変換器２ａ側の後述する定電流制御回路により、一定電流に制御されている。通信Ｉ／Ｆ３７は、制御回路３１ａからの“０”，“１”の送信データを送信信号ＴＸ１（ＦＳＫ信号）に変換する。送信信号ＴＸ１は、送信回路を構成するカップリングコンデンサＣ１１によってシャント・レギュレータＵ１の基準入力端子に印加される。

シャント・レギュレータＵ１は、送信信号ＴＸ１に応じてＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに印加する電圧を変化させるので、ＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ１の抵抗値が変化し、通信ライン間（ＸＹ端子間）の抵抗値が変化する。これにより、励磁電流Ｉｅｘは一定値のまま通信ライン間の電圧Ｖｘｙが変化し、変換器２ａに信号が伝送される。

次に、変換器２ａの励磁回路２０ａの動作について説明する。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４とコンデンサＣ３０，Ｃ３１とは、励磁電流出力回路を構成している。励磁電流出力回路の電流入力端子（スイッチＳＷ１，ＳＷ３の接続点）は電源電圧Ｖｅｘ−ＨＬに接続され、励磁電流出力回路の電流出力端子（スイッチＳＷ２，ＳＷ４の接続点）はＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３０のドレインに接続されている。

変換器２ａの制御回路２３ａからのＨｉｇｈレベルの制御信号ＥＸＤ１に応じてスイッチＳＷ１，ＳＷ４がオンすると同時に、制御回路２３ａからのＬｏｗレベルの制御信号ＥＸＤ２に応じてスイッチＳＷ２，ＳＷ３がオフする。これにより、励磁回路２０ａの励磁電流出力端子Ｘに電源電圧Ｖｅｘ−ＨＬが出力されるので、正極性の励磁電流Ｉｅｘがキャリブレータ３ａに供給される。

一方、制御回路２３ａからのＬｏｗレベルの制御信号ＥＸＤ１に応じてスイッチＳＷ１，ＳＷ４がオフすると同時に、制御回路２３ａからのＨｉｇｈレベルの制御信号ＥＸＤ２に応じてスイッチＳＷ２，ＳＷ３がオンする。これにより、励磁回路２０ａの励磁電流出力端子Ｙに電源電圧Ｖｅｘ−ＨＬが出力されるので、負極性の励磁電流Ｉｅｘがキャリブレータ３ａに供給される。

こうして、励磁電流出力回路は、制御回路２３ａからの制御信号ＥＸＤ１，ＥＸＤ２に応じて励磁電流Ｉｅｘの極性を周期的に切り替える。なお、励磁電流Ｉｅｘの極性切替時にスイッチＳＷ２とＳＷ４が同時にオフしても、後述する送信信号ＴＸ２および受信信号ＲＸ２が途切れないようにコンデンサＣ３０，Ｃ３１が追加されている。

続いて、変換器２ａの受信動作について説明する。励磁回路２０ａのオペアンプＵ３０とＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３０と抵抗Ｒ３０〜Ｒ３２とコンデンサＣ３２，Ｃ３３とは、定電流制御回路を構成している。変換器２ａが信号を送信しないとき、オペアンプＵ３０は、非反転入力端子の電圧（抵抗Ｒ３０とＲ３１の接続点の電圧）と反転入力端子の電圧（ＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３０のソース電圧）との差に応じた電圧をＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３０のゲートに印加するようになっている。これにより、ＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３０と抵抗Ｒ３２とに一定電流が流れる。こうして、励磁電流Ｉｅｘが定電流制御回路により一定電流に制御されている。

キャリブレータ３ａからの信号は通信ライン間（ＸＹ端子間）の抵抗値変化として伝送されるので、キャリブレータ３ａから信号が送信されると、ＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３０のドレイン電位が変化する。励磁回路２０ａのカップリングコンデンサＣ３３は、キャリブレータ３ａからの受信信号ＲＸ２を、励磁電流出力回路の電流出力端子（ＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３０のドレイン）から取り出す受信回路を構成している。通信Ｉ／Ｆ２９は、カップリングコンデンサＣ３３を介して受け取った受信信号ＲＸ２（ＦＳＫ信号）を“０”，“１”の受信データに変換して制御回路２３ａに入力する。

次に、変換器２ａの送信動作について説明する。通信Ｉ／Ｆ２９は、制御回路２３ａからの“０”，“１”の送信データを送信信号ＴＸ２（ＦＳＫ信号）に変換する。送信信号ＴＸ２は、送信回路を構成するカップリングコンデンサＣ３２によって定電流制御回路の基準入力端子（分圧抵抗Ｒ３０，Ｒ３１の接続点）に入力される。これにより、送信信号ＴＸ２に応じてオペアンプＵ３０の出力電圧が変化するので、ＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ３０と抵抗Ｒ３２とに流れる電流が変化することになる。こうして、送信信号ＴＸ２に応じて励磁電流Ｉｅｘを変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。

図４（Ａ）〜図４（Ｇ）において、キャリブレータ３ａが送信中のＴ１の期間では、図４（Ａ）および図４（Ａ）を拡大した４０の波形で示すように励磁電流Ｉｅｘは一定であり、図４（Ｂ）を拡大した４１の波形で示すようにＸＹ端子間電圧Ｖｘｙが送信信号ＴＸ１に応じて変化する。

一方、変換器２ａが送信中のＴ２の期間では、図４（Ａ）を拡大した４２の波形および図４（Ｂ）を拡大した４３の波形で示すように励磁電流ＩｅｘおよびＸＹ端子間電圧Ｖｘｙが送信信号ＴＸ２に応じて変化する。

次に、本実施の形態の変換器２ａの制御回路２３ａおよびキャリブレータ３ａの制御回路３１ａの動作について説明する。制御回路２３ａは、制御回路２３ａ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。同様に、制御回路３１ａは、制御回路３１ａ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、キャリブレータ３ａにおける機種設定処理を図５のフローチャートを用いて説明する。キャリブレータ３ａの制御回路３１ａは、変換器２ａ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５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５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２ａの機種情報を入力することになる（図５ステップＳ１０２）。

自動設定モードの場合、制御回路３１ａ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５ステップＳ１０３）。制御回路３１ａは、出力電圧ＶＡＤが４線式電磁流量計の変換器２ａ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２ａに対応する範囲の場合（図５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２ａを、４線式標準タイプの電磁流量計の変換器２ａと判定する（図５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２ａ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、制御回路３１ａは、出力電圧ＶＡＤが４線式電磁流量計の変換器２ａ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２ａに対応する範囲の場合（図５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２ａを、４線式流体ノイズ対応タイプの電磁流量計の変換器２ａと判定する（図５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２ａ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、制御回路３１ａは、出力電圧ＶＡＤが４線式電磁流量計の変換器２ａ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２ａに対応する範囲の場合（図５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２ａを、２線式電磁流量計の変換器２ａと判定する（図５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２ａ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。

制御回路３１ａは、出力電圧ＶＡＤが４線式電磁流量計の変換器２ａ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２ａに対応する最低レベル未満の場合（図５ステップＳ１０７においてＮ）、異常処理を実施する（図５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。なお、後述のように変換器２ａから機種情報を送信する場合には、図５の機種設定処理は不要となる。

次に、キャリブレータ３ａにおける流量信号出力処理を図６のフローチャートを用いて説明する。まず、制御回路３１ａ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６ステップＳ２００）。そして、制御回路３１ａ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６ステップＳ２０１）。制御回路３１ａ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６ステップＳ２０２）。

制御回路３１ａは、出力電圧ＶＯ１がＬｏｗレベルの場合（変換器２ａから出力される励磁電流Ｉｅｘが正極性である場合）、変換器２ａの機種と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６ステップＳ２０３）。この基準流量信号は、制御回路３１ａのＤ／Ａコンバータおよび出力回路３２を介して変換器２ａに入力される。

制御回路３１ａ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６ステップＳ２０４）。制御回路３１ａは、出力電圧ＶＯ２がＬｏｗレベルの場合（変換器２ａから出力される励磁電流Ｉｅｘが負極性である場合）、図５の機種設定処理で決定した変換器２ａの機種と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６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２ａが２線式電磁流量計の変換器２ａ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（特開２００４−６１４５０号公報参照）。したがって、制御回路３１ａは、キャリブレータ３ａに接続されている変換器２ａが２線式電磁流量計の変換器２ａで、変換器２ａから出力される励磁電流Ｉｅｘが正極性の場合、変換器２ａの機種と出力電圧ＶＡＤ１が示す励磁電流Ｉｅｘの値と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２ａから出力される励磁電流Ｉｅｘが負極性の場合、変換器２ａの機種と出力電圧ＶＡＤ１が示す励磁電流Ｉｅｘの値と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）。

制御回路３１ａ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６ステップＳ２０６）。また、制御回路３１ａ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）。制御回路３１ａは、以上のような流量信号出力処理を変換器２ａ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。

次に、変換器２ａの制御回路２３ａがキャリブレータ３ａに送信する送信データ（送信信号ＴＸ２）について説明する。キャリブレータ３ａに送信する情報としては、例えばキャリブレータ３ａに対して所望の流速の基準流量信号を要求する要求情報、基準流量信号の取り込みが終了したことを示す取込終了情報、変換器２ａの機種情報などがある。

一方、キャリブレータ３ａの制御回路３１ａが変換器２ａに送信する送信データ（送信信号ＴＸ１）の例としては、制御回路３１ａが基準流量信号を送出したことを示す送信タイミング情報などがある。

変換器２ａとキャリブレータ３ａとの間では、以上のような情報のやり取りを行うことで、校正作業を自動的に行う。例えば、変換器２ａの制御回路２３ａがキャリブレータ３ａに要求情報を送信すると、キャリブレータ３ａの制御回路３１ａは、要求情報で要求された流速値に対応する基準流量信号を出力すると同時に、変換器２ａに対して送信タイミング情報を送信する。

変換器２ａの制御回路２３ａは、送信タイミング情報を受信したことにより、所望の基準流量信号が出力されたことを認識すると、Ａ／Ｄ変換回路２２を介して基準流量信号を取り込み、基準流量信号を流量値や流速値に変換する。制御回路２３ａは、基準流量信号の取り込みが終了すると、キャリブレータ３ａに対して取込終了情報を送信する。キャリブレータ３ａの制御回路３１ａは、取込終了情報を受信すると、基準流量信号の出力を停止する。複数の流速値について校正を行う場合には、要求情報の送信を繰り返すことになる。

また、校正作業の前に機種設定を自動的に行う場合には、変換器２ａの機種情報を制御回路２３ａからキャリブレータ３ａに送信することで、制御回路３１ａに変換器２ａの機種情報を設定する。
なお、本実施の形態の場合、変換器２ａの再調整を実施する機能については設けられていないので、校正作業者が、基準流量信号に応じて変換器２ａから出力される流量値や流速値のデータを確認して、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し、必要であれば、変換器２ａの制御回路２３ａに対してゼロ調整やゲイン調整等の再調整を実施することになる。

以上のように、本実施の形態では、キャリブレータ３ａと変換器２ａとがＰＣを仲介せずに直接通信できるようにしたことにより、変換器２ａの校正作業の少なくとも一部を自動化することができる。その結果、本実施の形態では、作業者の操作の誤りによる校正作業の誤りを低減することができ、操作の誤りにより電磁流量計の計測精度を悪化させてしまう可能性を低減することができる。

また、本実施の形態では、変換器２ａの通信Ｉ／Ｆとキャリブレータ３ａの通信Ｉ／Ｆとを接続する通信ケーブルが不要となるので、キャリブレータ３ａの出力回路３２と変換器２ａの入力信号増幅回路２１との間の流量信号ケーブルと、変換器２ａの励磁回路２０ａとキャリブレータ３ａの入力回路３０ａとの間の励磁ケーブルの２本を接続するだけでよく、変換器２ａの校正を簡単な接続作業で実現することができる。また、本実施の形態によれば、作業時間も短縮することができる。

また、本実施の形態では、変換器２ａ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、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、制御回路３１ａ側で励磁電流Ｉｅｘを正確に計測できるので、変換器２ａとキャリブレータ３ａとの間の通信に依らずに、変換器２ａ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２ａに出力することができ、２線式電磁流量計の変換器２ａ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。

なお、本実施の形態では、励磁電流Ｉｅｘの極性切替時に通信を行うと、通信波形が乱れて通信データが正常に伝送できない可能性がある。したがって、励磁電流Ｉｅｘの極性が切り替わるときには通信しないようにすることが好ましい。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図７は本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り、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の入力回路３０ｂは、ダイオードＤ１〜Ｄ６と、シャント・レギュレータＵ１と、オペアンプＵ２と、ＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ１と、ＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ２，Ｑ３と、抵抗Ｒ１〜Ｒ１５と、コンデンサＣ１〜Ｃ４，Ｃ１０，Ｃ１１と、一端がダイオードＤ１，Ｄ２のカソードに接続された抵抗Ｒ２０，Ｒ２１と、一端が抵抗Ｒ２１の他端に接続され、他端が抵抗Ｒ１の一端に接続された抵抗Ｒ２２と、基準入力端子が抵抗Ｒ２１とＲ２２の接続点に接続され、アノードが抵抗Ｒ１の一端に接続され、カソードが抵抗Ｒ２０の他端に接続されたシャント・レギュレータＵ３と、ゲートが抵抗Ｒ２０の他端およびシャント・レギュレータＵ３のカソードに接続され、ソースがダイオードＤ１，Ｄ２のカソードに接続され、ドレインが抵抗Ｒ１の一端に接続されたＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ４と、一端が抵抗Ｒ１の一端に接続されたコンデンサＣ５と、一端が抵抗Ｒ１の他端に接続されたコンデンサＣ６と、一端がコンデンサＣ５の他端に接続された抵抗Ｒ２３と、一端が抵抗Ｒ２３の他端に接続され、他端が電源電圧Ｖ１に接続された抵抗Ｒ２４と、一端がコンデンサＣ６の他端に接続された抵抗Ｒ２５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Ｒ２３とＲ２４の接続点に接続され、反転入力端子が抵抗Ｒ２５の他端に接続され、出力端子がコンデンサＣ１０の他端に接続されたオペアンプＵ４と、一端がオペアンプＵ４の反転入力端子に接続され、他端がオペアンプＵ４の出力端子に接続された抵抗Ｒ２６とから構成される。

本実施の形態は、第１の実施の形態において入力回路３０ａの代わりに入力回路３０ｂを用いるものである。入力回路３０ｂ以外のキャリブレータ３ａの構成および変換器２ａの構成については第１の実施の形態で説明したとおりである。

以下、第１の実施の形態の入力回路３０ａとの違いについて説明する。シャント・レギュレータＵ３とＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ４と抵抗Ｒ２０〜Ｒ２２とコンデンサＣ１１とは、送信回路を構成している。第１の実施の形態では、励磁電流検出用の抵抗Ｒ１の一端を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）に接続していたが、本実施の形態では、整流回路の出力端子と抵抗Ｒ１との間に送信回路を設けている。コンデンサＣ１１の他端はシャント・レギュレータＵ３の基準入力端子に接続されている。

オペアンプＵ４と抵抗Ｒ２３〜２６とコンデンサＣ５，Ｃ６，Ｃ１０とは、受信回路を構成している。第１の実施の形態では、コンデンサＣ１０の他端を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）に接続していたが、本実施の形態では、コンデンサＣ１０の他端をオペアンプＵ４の出力端子に接続している。

次に、本実施の形態の入力回路３０ｂの受信動作について説明する。変換器２ａからの信号は励磁電流Ｉｅｘの変化となって伝送されるので、この励磁電流Ｉｅｘの変化は励磁電流検出用の抵抗Ｒ１の両端電圧の変化となって現れる。カップリングコンデンサＣ５，Ｃ６を通して抵抗Ｒ１の両端電圧の交流成分（通信信号成分）のみをオペアンプＵ４と抵抗Ｒ２３〜Ｒ２６とからなる差動増幅回路で必要な信号レベルまで増幅して、増幅した信号を受信信号ＲＸ１として取り出す。この受信信号ＲＸ１をカップリングコンデンサＣ１０を通してキャリブレータ３ａの通信Ｉ／Ｆ３７に入力する。通信Ｉ／Ｆ３７は、受信信号ＲＸ１（ＦＳＫ信号）を“０”，“１”の受信データに変換して制御回路３１ａに入力する。なお、電源電圧Ｖ１は、オペアンプＵ４の非反転入力端子にオフセットを与えるための電圧であり、電源回路３４ａによって適宜生成すればよい。

次に、入力回路３０ｂの送信動作について説明する。通信Ｉ／Ｆ３７は、制御回路３１ａからの“０”，“１”の送信データを送信信号ＴＸ１（ＦＳＫ信号）に変換する。この送信信号ＴＸ１は、カップリングコンデンサＣ１１を通してシャント・レギュレータＵ３の基準入力端子に印加される。

シャント・レギュレータＵ３は、送信信号ＴＸ１に応じてＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ４のゲートに印加する電圧を変化させるので、ＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタＱ４の抵抗値が変化し、通信ライン間（ＸＹ端子間）の抵抗値が変化する。これにより、励磁電流Ｉｅｘは一定値のまま通信ライン間の電圧Ｖｘｙが変化し、変換器２ａに信号が伝送される。

第１の実施の形態では、入力回路３０ａの定電圧回路を送信回路および受信回路としても使用していたが、本実施の形態では、定電圧回路と送信回路および受信回路とを明確に分離したので、定電圧回路と送信回路および受信回路とが互いが干渉することはない。回路を分離したことにより、第１の実施の形態におけるダイオードＤ７が不要となるので、本実施の形態では、抵抗Ｒ１と入力回路３０ｂの電源電圧出力端子（ＶＣＣ）とを直接接続している。

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。

２ａ…変換器、３ａ…キャリブレータ、２０ａ…励磁回路、２１…入力信号増幅回路、２２…Ａ／Ｄ変換回路、２３ａ，３１ａ…制御回路、２４，３３…設定・表示器、２５…アナログ出力回路、２６…デジタル出力回路、２７，３４ａ…電源回路、２８，２９，３６，３７…通信インタフェース回路、３０ａ…入力回路、３２…出力回路、Ｄ１〜Ｄ７…ダイオード、Ｕ１，Ｕ３…シャント・レギュレータ、Ｕ２，Ｕ４，Ｕ３０…オペアンプ、Ｑ１，Ｑ４…ＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタ、Ｑ２，Ｑ３，Ｑ３０…ＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ１５，Ｒ２０〜Ｒ２６，Ｒ３０〜Ｒ３２…抵抗、Ｃ１〜Ｃ６，Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ３１〜Ｃ３３…コンデンサ、ＳＷ１〜ＳＷ４…スイッチ。

Claims (6)

1. 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して前記変換器に出力する制御手段と、
   この制御手段と接続された通信インタフェース回路とを備え、
   前記入力回路は、
   前記変換器から励磁電流入力端子に入力される前記励磁電流を整流する整流回路と、
   この整流回路の出力を入力とし、電源電圧出力端子から出力される電源電圧が一定となるように制御する定電圧回路と、
   前記変換器から前記励磁電流の変化として送信される信号を前記整流回路の出力から取り出し、取り出した信号を前記制御手段に渡すべき信号として前記通信インタフェース回路に出力する受信回路と、
   前記変換器へ送信すべき信号を前記制御手段から前記通信インタフェース回路を介して受け取り、受け取った信号に応じて前記励磁電流入力端子の端子間電圧を変化させることにより、前記変換器へ信号を送信する送信回路とを備えることを特徴とする標準信号発生器。
2. 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、
   前記整流回路の出力端子間に設けられるトランジスタと、
   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、
   前記受信回路は、前記変換器から前記励磁電流の変化として送信される信号を前記整流回路の出力端子から取り出す第１のコンデンサであり、
   前記送信回路は、前記変換器へ送信すべき信号を前記シャント・レギュレータの基準入力に加える第２のコンデンサであることを特徴とする標準信号発生器。
3. 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、
   前記整流回路の出力端子間に設けられる第１のトランジスタと、
   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、前記第１のトランジスタのゲート電圧を制御する第１のシャント・レギュレータとを備え、
   前記受信回路は、
   前記整流回路の出力端子間に前記第１のトランジスタと直列に設けられる抵抗と、
   この抵抗の両端電圧の交流成分を増幅する増幅回路と、
   前記変換器から前記励磁電流の変化として送信される信号を前記増幅回路の出力から取り出す第１のコンデンサとを備え、
   前記送信回路は、
   前記整流回路の出力端子間に前記第１のトランジスタおよび前記抵抗と直列に設けられる第２のトランジスタと、
   前記整流回路の正側の出力端子の電圧を分圧した電圧を基準入力として、前記第２のトランジスタのゲート電圧を制御する第２のシャント・レギュレータと、
   前記変換器へ送信すべき信号を前記第２のシャント・レギュレータの基準入力に加える第２のコンデンサとを備えることを特徴とする標準信号発生器。
4. 電磁流量計の検出器に出力する励磁電流を生成する励磁回路と、
   前記検出器から入力される流量信号を流速値に変換する制御手段と、
   この制御手段と接続された通信インタフェース回路とを備え、
   前記励磁回路は、
   電流入力端子が第１の電源電圧に接続され、前記電流入力端子から励磁電流出力端子間に前記励磁電流を流し、この励磁電流出力端子間に流れる励磁電流の向きを周期的に切り替える励磁電流出力回路と、
   前記励磁電流出力端子間を経由した励磁電流が流出する前記励磁電流出力回路の電流出力端子と前記第１の電源電圧よりも低い第２の電源電圧との間に設けられ、前記励磁電流を一定に制御する定電流制御回路と、
   電磁流量計の校正のために前記検出器の代わりに接続される標準信号発生器から前記励磁電流出力端子の端子間電圧の変化として送信される信号を、前記電流出力端子から取り出し、取り出した信号を前記制御手段に渡すべき信号として前記通信インタフェース回路に出力する受信回路と、
   前記標準信号発生器へ送信すべき信号を前記制御手段から前記通信インタフェース回路を介して受け取り、受け取った信号に応じて前記励磁電流を変化させることにより、前記標準信号発生器へ信号を送信する送信回路とを備えることを特徴とする電磁流量計の変換器。
5. 請求項４記載の電磁流量計の変換器において、
   前記定電流制御回路は、
   前記励磁電流出力回路の電流出力端子と前記第２の電源電圧との間に設けられたトランジスタと、
   基準入力と前記トランジスタの出力電圧との差に応じた電圧を前記トランジスタのゲートに印加するオペアンプとを備え、
   前記受信回路は、前記標準信号発生器から前記励磁電流出力端子の端子間電圧の変化として送信される信号を前記電流出力端子から取り出す第１のコンデンサであり、
   前記送信回路は、前記標準信号発生器へ送信すべき信号を前記オペアンプの基準入力に加える第２のコンデンサであることを特徴とする電磁流量計の変換器。
6. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の標準信号発生器と、
   請求項４または５記載の電磁流量計の変換器とを備えることを特徴とする校正システム。

Images