JP2016090386A - 電磁流量計の変換器および電磁流量計の校正方法 - Google Patents

電磁流量計の変換器および電磁流量計の校正方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電磁流量計の校正作業に要するコストを低減する。【解決手段】電磁流量計の変換器は、電磁流量計の検出器から入力される流量信号を増幅する増幅回路と、増幅された流量信号をデジタル信号に変換するADコンバータ(222)と、ADコンバータの出力値を流速値に変換する流速算出手段(224)と、校正モード時に疑似流量信号を生成する疑似流量信号生成手段(220,221,223)と、校正モード時に疑似流量信号を増幅回路に入力する選択手段と、校正モード時に外部の電圧計によって計測された疑似流量信号の電圧値と疑似流量信号の入力によって得られたADコンバータ(222)の出力値とを用いて、流速算出手段(224)のゼロ調整、ゲイン調整を行う校正手段(225)とを備える。【選択図】 図4

Description

本発明は、電磁流量計の変換器を校正する技術に関するものである。
電磁流量計の性能のバラつきの原因として、電磁流量計の変換器に使用される電子回路のバラつきがあり、具体的にはオペアンプやADコンバータの特性のバラつきがある。従来は、図6に示すように、電磁流量計の検出器1の代わりに、キャリブレータ3を変換器2に接続し、検出器1からの流量信号(起電力)と同等の基準流量信号(例えば流速10m/s、2.5m/s、0m/sに対応する電圧)をキャリブレータ3から変換器2に入力することで、変換器2を校正するようにしていた(特許文献1参照)。
特開平7−146165号公報
以上のように、従来の電磁流量計の校正作業には機種ごとに正確な信号電圧を発生させるキャリブレータを用意して現場に持っていかなければならないのとこのキャリブレータ自身の校正も必要になるため手間がかかった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、校正作業に要する手間を低減することができ、キャリブレータのような特殊な機器がなくても電磁流量計の変換器および電磁流量計の校正ができることを目的とする。
本発明の電磁流量計の変換器は、電磁流量計の検出器から入力される流量信号を増幅する増幅回路と、この増幅回路によって増幅された流量信号をデジタル信号に変換するADコンバータと、このADコンバータの出力値を流速値に変換する流速算出手段と、校正モード時に疑似流量信号を生成する疑似流量信号生成手段と、前記疑似流量信号を外部の電圧計に出力するための信号出力端子と、通常モード時に前記検出器からの流量信号を前記増幅回路に入力し、前記校正モード時に前記疑似流量信号生成手段からの疑似流量信号を前記増幅回路に入力する選択手段と、前記校正モード時に前記電圧計によって計測された疑似流量信号の電圧値と前記疑似流量信号の入力によって得られた前記ADコンバータの出力値とを用いて、前記流速算出手段のゼロ調整、ゲイン調整を行う校正手段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、前記疑似流量信号生成手段は、前記疑似流量信号のデジタル値を出力する疑似流量信号出力手段と、この疑似流量信号のデジタル値をアナログ信号に変換するDAコンバータと、このDAコンバータの出力信号を降圧する降圧回路とから構成され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、前記疑似流量信号生成手段は、前記校正モード時に、対応する流速値が異なる複数の疑似流量信号を順次生成し、前記校正手段は、前記複数の疑似流量信号の電圧値と疑似流量信号毎のADコンバータの出力値とを用いて、ADコンバータの出力値と流速値との関係を示す式を求め、前記流速算出手段のゼロ調整、ゲイン調整を行う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、前記疑似流量信号出力手段は、直線性確認モード時に、前記疑似流量信号のデジタル値を直線的に変化させ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構成例は、さらに、前記校正モード時に出力された前記疑似流量信号のデジタル値と前記ADコンバータの出力値とを記憶し、診断モード時に、前記記憶している疑似流量信号のデジタル値を前記疑似流量信号出力手段から出力させ、このときに得られる前記ADコンバータの出力値に基づいて前記増幅回路と前記ADコンバータと前記DAコンバータの特性に変化があるか否かを診断する診断手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明は、電磁流量計の検出器から入力される流量信号を増幅する増幅回路と、この増幅回路によって増幅された流量信号をデジタル信号に変換するADコンバータと、このADコンバータの出力値を流速値に変換する流速算出手段とを備えた電磁流量計の変換器を校正する校正方法において、校正モード時に疑似流量信号を生成して、前記検出器からの流量信号の代わりに前記疑似流量信号を前記増幅回路に入力する疑似流量信号生成ステップと、前記疑似流量信号の電圧値を外部の電圧計で計測する計測ステップと、前記校正モード時に前記電圧計によって計測された疑似流量信号の電圧値と前記疑似流量信号の入力によって得られた前記ADコンバータの出力値とを用いて、前記流速算出手段のゼロ調整、ゲイン調整を行う校正ステップとを含むことを特徴とするものである。
本発明によれば、キャリブレータを使用することなく、電磁流量計の校正を変換器だけで行うことができるので、キャリブレータを開発しなくても良いのと校正作業に要する手間や準備を低減することができる。電圧計は電磁流量計の校正作業では以前から使用されている計測機器なので、電圧計を校正作業のために改めて用意する必要はない。
また、本発明では、直線性確認モード時に、疑似流量信号のデジタル値を直線的に変化させることにより、変換器の直線性を確認することができる。
また、本発明では、診断手段を設けることにより、変換器の電子回路(増幅回路とADコンバータとDAコンバータ)の特性に変化があるか否かを診断することができる。
本発明の実施の形態に係る電磁流量計の校正方法の概要を説明する図である。 本発明の実施の形態に係る電磁流量計の校正方法を説明するブロック図である。 電磁流量計の各部の信号波形を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電磁流量計の変換器のCPUの機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る電磁流量計の校正方法を説明するフローチャートである。 電磁流量計の従来の校正方法を説明する図である。
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電磁流量計の校正方法の概要を説明する図である。本実施の形態では、検出器1からの流量信号(起電力)に相当する疑似流量信号を変換器2a内部で発生させ、発生させた流量信号の電圧を電圧計4で測り、読み値を変換器2aに入力することで変換器2aの校正を行う。電圧計4としては、デジタルボルトメータあるいはデジタルマルチメータがある。
図2は本実施の形態に係る電磁流量計の校正方法を説明するブロック図である。電磁流量計の検出器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。
通常の計測時には、変換器2aは、検出器1の励磁コイル10に図3(A)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3(B)のような流量信号を流量値に変換する。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20と、入力された流量信号を増幅する増幅回路21と、増幅された流量信号を流速値に変換するCPU(Central Processing Unit)22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23と、CPU22から出力される疑似流量信号を反転させる反転コンバータ24と、CPU22から出力される疑似流量信号を降圧する降圧回路25−1と、反転コンバータ24から出力される疑似流量信号を降圧する降圧回路25−2と、検出器1からの流量信号と降圧回路25−1,25−2からの疑似流量信号のうちいずれか一方を選択する選択回路26−1,26−2とから構成される。
励磁回路20と増幅回路21と設定・表示器23とは、従来の変換器と同様の構成であるが、本実施の形態では、従来の変換器に反転コンバータ24と降圧回路25−1,25−2と選択回路26−1,26−2と信号出力端子Dとグランド端子Fとを追加し、またCPU22のプログラムを変更している。CPU22は、図4に示すように、DA(Digital-to-Analog)コンバータ220と、AD(Analog-to-Digital)コンバータ222と、記憶手段227とを有すると共に、疑似流量信号出力手段223と、流速算出手段224と、校正手段225と、制御手段226と、診断手段228とを構成している。疑似流量信号出力手段223とDAコンバータ220と反転コンバータ24と降圧回路25−1,25−2とは、疑似流量信号生成手段を構成している。
以下、本実施の形態の動作について説明する。変換器2aのCPU22は、CPU22の内部に配置される記憶手段227に格納されたプログラムまたは外部に配置される記憶装置(不図示)に格納されたプログラムに従って疑似流量信号出力手段223、流速算出手段224、校正手段225、制御手段226、診断手段228として機能し、以下の処理を実行する。
通常の計測モード時には、変換器2aの制御手段226は、選択回路26−1,26−2を制御して検出器1の出力を選択させる。これにより、検出器1からの流量信号が増幅回路21に入力される。検出器1から変換器2aに入力される流量信号はμVオーダーの微小信号のため、増幅回路21によって十分な電圧レベルまで増幅される。増幅された流量信号は、CPU22内のADコンバータ222によってデジタル信号に変換される。流速算出手段224は、ADコンバータ222の出力値を流速値に変換する。
次に、本実施の形態の校正方法を図5のフローチャートを用いて説明する。まず、校正作業者は、変換器2aの信号出力端子Dと電圧計4のプラス端子とを接続すると共に、電圧計4のマイナス端子と変換器2aのグランド端子Fとを接続する。例えば校正作業者が設定・表示器23を用いて校正モードに設定すると、変換器2aの制御手段226は、選択回路26−1,26−2を制御して降圧回路25−1,25−2の出力を選択させる(図5ステップS100)。これにより、降圧回路25−1,25−2の出力が増幅回路21に入力される。
次に、変換器2aの疑似流量信号出力手段223は、疑似流量信号のデジタル値を出力する。この疑似流量信号のデジタル値は、CPU22内のDAコンバータ220によってアナログ電圧に変換され、さらに精密抵抗からなる降圧回路25−1によって例えば1/600分圧され、μVオーダーの信号に降圧される。一方、反転コンバータ24は、DAコンバータ220から出力される疑似流量信号と絶対値が同じで極性が反転した信号を生成する。すなわち、DAコンバータ220から出力される疑似流量信号が正電圧の信号であれば、負電圧の信号を生成し、DAコンバータ220から出力される疑似流量信号が負電圧の信号であれば、正電圧の信号を生成する。反転コンバータ24から出力される信号は、降圧回路25−1と同じ構成の降圧回路25−2によって1/600分圧され、μVオーダーの信号に降圧される。そして、降圧回路25−1,25−2の出力は、選択回路26−1,26−2を介して増幅回路21に入力される。増幅回路21によって増幅された疑似流量信号は、ADコンバータ222によってデジタル信号に変換される(図5ステップS101)。
なお、検出器1から入力される流量信号は差動信号であり、これに応じて増幅回路21も差動信号に対応した増幅回路となっている。また、検出器1は、図3(A)、図3(B)から明らかなように、励磁電流が正極性のときに正極性の流量信号を出力し、励磁電流が負極性のときに負極性の流量信号を出力する。
したがって、増幅回路21の構成に対応するため、疑似流量信号出力手段223が出力する疑似流量信号も極性が切り替わるようになっており、反転コンバータ24と降圧回路25−1,25−2と選択回路26−1,26−2とは差動信号に対応した構成となっている。また、疑似流量信号出力手段223は、励磁電流が正極性のタイミングで正極性の疑似流量信号を生成し、励磁電流が負極性のタイミングで負極性の疑似流量信号を生成する。励磁電流の正極性/負極性の切り替えはCPU22が行っているため疑似流量信号の極性切り替えも、このタイミングでDAのカウント値の符号を反転させて切り替える。
CPU22の記憶手段227は、ADコンバータ222の出力値を記憶する(図5ステップS102)。
次に、疑似流量信号の極性切り替えを止めて、電圧計4は、疑似流量信号の降圧前のDAコンバータ220の出力電圧(信号出力端子Dの電圧)を計測する(図5ステップS103)。降圧回路25−1,25−2から出力される疑似流量信号は計測した電圧の数百分の1(例えば1/600)倍となっている。校正作業者は、計測した電圧値をCPU22に入力し、CPU22の記憶手段227は、入力された電圧値を記憶する(図5ステップS104)。この電圧値に降圧回路25−1,25−2の分圧比をかけて疑似流量信号の電圧に直す必要があるが、この処理はCPU22の校正手段225が行う。なお、通常は電圧計4の読み値を校正作業者が設定・表示器23を操作して手動で入力するが、電圧計4と変換器2aに通信手段が付いている場合は通信で電圧計4の読み値を取り込んでもよい。
CPU22は、以上のような疑似流量信号の生成と取込を流速値を変えながら複数回行う。例えば流速10m/s、2.5m/s、0m/sに対応する3種類の疑似流量信号を生成するものとし、各疑似流量信号毎にステップS101〜S04の処理を行う。
変換器2aの校正手段225は、全ての疑似流量信号の生成と取込が完了すると(図5ステップS105において判定YES)、電圧計4によって計測された疑似流量信号の電圧値とADコンバータ222の出力値Dとから、ADコンバータ222の出力値Dと流体の流速値Sとの関係を示す式を求める(図5ステップS106)。
今、流速0m/sに相当する疑似流量信号を電圧計4で計測した電圧値をV0、この流速0m/sに相当する疑似流量信号を増幅回路21に入力したときのADコンバータ222の出力値をD0、流速2.5m/sに相当する疑似流量信号を電圧計4で計測した電圧値をV2.5、この流速2.5m/sに相当する疑似流量信号を増幅回路21に入力したときのADコンバータ222の出力値をD2.5、流速10m/sに相当する疑似流量信号を電圧計4で計測した電圧値をV10、この流速10m/sに相当する疑似流量信号を増幅回路21に入力したときのADコンバータ222の出力値をD10とすると、流速0m/sに相当する疑似流量信号を増幅回路21に入力したときに算出される流速値S0、流速2.5m/sに相当する疑似流量信号を増幅回路21に入力したときに算出される流速値S2.5、流速10m/sに相当する疑似流量信号を増幅回路21に入力したときに算出される流速値S10は以下のようになる。
S0=V0×r/E ・・・(1)
S2.5=V2.5×r/E ・・・(2)
S10=V10×r/E ・・・(3)
rは降圧回路25−1,25−2の分圧比(例えば1/600)、Eは検出器毎に決まっている1m/s当たりの起電力(誘導電圧)である。校正手段225は、(D0,S0)、(D2.5,S2.5)、(D10,S10)の3点を通る以下のような直線の式を最小2乗法で求める。Aはゲイン、Bはオフセットである。
S=A×D+B ・・・(4)
そして、校正手段225は、ステップS106で算出した調整値(A,B)を記憶手段227に記憶させる(図5ステップS107)。以上で、流速算出手段224のゼロ調整、ゲイン調整が終了し、電磁流量計の校正が完了する。以後、流速算出手段224は、ステップS107で更新されたゲインAとオフセットBを用いて、式(4)によりADコンバータ222の出力値Dから流速値Sを簡単に算出することができる。
なお、リニアリティを考えて(D0,S0)、(D2.5,S2.5)で決まる直線と(D2.5,S2.5)、(D10,S10)決まる直線の2直線で折れ線近似としてもよい。
本実施の形態では、キャリブレータを使用することなく、電磁流量計の校正を行うことができるので、校正作業に要するコストを低減することができる。本実施の形態では、疑似流量信号の電圧値を電圧計4で計測するため、変換器内部で生成する疑似流量信号は所望の流速値に対応する正確な値でなくてもよい。デジタルボルトメータあるいはデジタルマルチメータなどの電圧計4は励磁電流や4−20mA電流出力の測定で使用されるものであり、校正作業では以前から使用されている計測機器である。したがって、電圧計4を校正作業のために改めて用意する必要はない。
また、本実施の形態では、校正終了後、DAコンバータ220の出力を変化させることで、直線性確認のためのテストを実施できる。例えば校正作業者が設定・表示器23を用いて直線性確認モードに設定すると、疑似流量信号出力手段223は、疑似流量信号のデジタル値を直線的に変化させる。これにより、流速算出手段224が連続的に算出する流速値を確認すれば、変換器2aの直線性を確認することができる。
また、校正モード時に出力された疑似流量信号のデジタル値とADコンバータ222の出力値とを対応付けて記憶手段227で記憶しているので、電子回路(増幅回路21とADコンバータ222とDAコンバータ220)の特性に変化があるか否かを診断することができる。
具体的には、診断手段228は、例えば校正作業者が設定・表示器23を用いて診断モードに設定すると、記憶手段227に記憶されている疑似流量信号のデジタル値を疑似流量信号出力手段223から出力させる。このとき、制御手段226は、選択回路26−1,26−2を制御して降圧回路25−1,25−2の出力を選択させる。これにより、上記と同様にADコンバータ222の出力値が得られるので、診断手段228は、疑似流量信号出力手段223に新たに発生させた疑似流量信号のデジタル値に対応する値として記憶手段227に記憶されているADコンバータ222の出力値と、新たに取得したADコンバータ222の出力値とを比較し、新たに取得したADコンバータ222の出力値が、記憶手段227に記憶されているADコンバータ222の出力値を中心とする所定の誤差範囲から外れているときに、電子回路の特性が変化したと判定し、新たに取得したADコンバータ222の出力値が記憶手段227に記憶されているADコンバータ222の出力値を中心とする所定の誤差範囲内であれば、電子回路の特性に変化がないと判定する。
また、本実施の形態では、変換器単体で任意の波形の疑似流量信号が生成できるので、電子回路の動作テストやソフトウェアの動作テストを変換器単体で容易に行うことができる。
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。
1…検出器、2a…変換器、4…電圧計、10…励磁コイル、11…測定管、20…励磁回路、21…増幅回路、22…CPU、23…設定・表示器、24…反転コンバータ、25−1,25−2…降圧回路、26−1,26−2…選択回路、220…DAコンバータ、222…ADコンバータ、223…疑似流量信号出力手段、224…流速算出手段、225…校正手段、226…制御手段、227…記憶手段、228…診断手段。

Claims (10)

  1. 電磁流量計の検出器から入力される流量信号を増幅する増幅回路と、
    この増幅回路によって増幅された流量信号をデジタル信号に変換するADコンバータと、
    このADコンバータの出力値を流速値に変換する流速算出手段と、
    校正モード時に疑似流量信号を生成する疑似流量信号生成手段と、
    前記疑似流量信号を外部の電圧計に出力するための信号出力端子と、
    通常モード時に前記検出器からの流量信号を前記増幅回路に入力し、前記校正モード時に前記疑似流量信号生成手段からの疑似流量信号を前記増幅回路に入力する選択手段と、
    前記校正モード時に前記電圧計によって計測された疑似流量信号の電圧値と前記疑似流量信号の入力によって得られた前記ADコンバータの出力値とを用いて、前記流速算出手段のゼロ調整、ゲイン調整を行う校正手段とを備えることを特徴とする電磁流量計の変換器。
  2. 請求項1記載の電磁流量計の変換器において、
    前記疑似流量信号生成手段は、
    前記疑似流量信号のデジタル値を出力する疑似流量信号出力手段と、
    この疑似流量信号のデジタル値をアナログ信号に変換するDAコンバータと、
    このDAコンバータの出力信号を降圧する降圧回路とから構成されることを特徴とする電磁流量計の変換器。
  3. 請求項1または2記載の電磁流量計の変換器において、
    前記疑似流量信号生成手段は、前記校正モード時に、対応する流速値が異なる複数の疑似流量信号を順次生成し、
    前記校正手段は、前記複数の疑似流量信号の電圧値と疑似流量信号毎のADコンバータの出力値とを用いて、ADコンバータの出力値と流速値との関係を示す式を求め、前記流速算出手段のゼロ調整、ゲイン調整を行うことを特徴とする電磁流量計の変換器。
  4. 請求項2記載の電磁流量計の変換器において、
    前記疑似流量信号出力手段は、直線性確認モード時に、前記疑似流量信号のデジタル値を直線的に変化させることを特徴とする電磁流量計の変換器。
  5. 請求項2記載の電磁流量計の変換器において、
    さらに、前記校正モード時に出力された前記疑似流量信号のデジタル値と前記ADコンバータの出力値とを記憶し、診断モード時に、前記記憶している疑似流量信号のデジタル値を前記疑似流量信号出力手段から出力させ、このときに得られる前記ADコンバータの出力値に基づいて前記増幅回路と前記ADコンバータと前記DAコンバータの特性に変化があるか否かを診断する診断手段を備えることを特徴とする電磁流量計の変換器。
  6. 電磁流量計の検出器から入力される流量信号を増幅する増幅回路と、この増幅回路によって増幅された流量信号をデジタル信号に変換するADコンバータと、このADコンバータの出力値を流速値に変換する流速算出手段とを備えた電磁流量計の変換器を校正する校正方法において、
    校正モード時に疑似流量信号を生成して、前記検出器からの流量信号の代わりに前記疑似流量信号を前記増幅回路に入力する疑似流量信号生成ステップと、
    前記疑似流量信号の電圧値を外部の電圧計で計測する計測ステップと、
    前記校正モード時に前記電圧計によって計測された疑似流量信号の電圧値と前記疑似流量信号の入力によって得られた前記ADコンバータの出力値とを用いて、前記流速算出手段のゼロ調整、ゲイン調整を行う校正ステップとを含むことを特徴とする電磁流量計の校正方法。
  7. 請求項6記載の電磁流量計の校正方法において、
    前記疑似流量信号生成ステップは、
    前記疑似流量信号のデジタル値を出力する疑似流量信号出力ステップと、
    この疑似流量信号のデジタル値をDAコンバータでアナログ信号に変換するDA変換ステップと、
    前記DAコンバータの出力信号を降圧回路で降圧する降圧ステップとを含むことを特徴とする電磁流量計の校正方法。
  8. 請求項6または7記載の電磁流量計の校正方法において、
    前記疑似流量信号生成ステップは、前記校正モード時に、対応する流速値が異なる複数の疑似流量信号を順次生成し、
    前記校正ステップは、前記複数の疑似流量信号の電圧値と疑似流量信号毎のADコンバータの出力値とを用いて、ADコンバータの出力値と流速値との関係を示す式を求め、前記流速算出手段のゼロ調整、ゲイン調整を行うことを特徴とする電磁流量計の校正方法。
  9. 請求項7記載の電磁流量計の校正方法において、
    さらに、直線性確認モード時に、前記疑似流量信号のデジタル値を直線的に変化させる直線性確認ステップを含むことを特徴とする電磁流量計の校正方法。
  10. 請求項7記載の電磁流量計の校正方法において、
    さらに、前記校正モード時に出力された前記疑似流量信号のデジタル値と前記ADコンバータの出力値とを記憶する記憶ステップと、
    診断モード時に、前記記憶している疑似流量信号のデジタル値を出力させて、このときに得られる前記ADコンバータの出力値に基づいて前記増幅回路と前記ADコンバータと前記DAコンバータの特性に変化があるか否かを診断する診断ステップとを含むことを特徴とする電磁流量計の校正方法。
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