JP2019184544A - Converter for electromagnetic flow meter, electromagnetic flow meter, and method for operating flow rate - Google Patents

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Abstract

To provide a converter for an electromagnetic flow meter, an electromagnetic flow meter, and a method for operating a flow rate which can secure a stable interval for an excitation current by simple processing regardless of the type of a detector and the diameter of a measurement tube.SOLUTION: The present invention relates to a converter for an electromagnetic flow meter which determines the flow rate of a fluid on the basis of a signal electromotive force proportional to the rate of a fluid flowing in the measurement tube of a detector having an excitation coil. The converter includes: a current measurement unit for measuring the magnitude of an excitation current as an excitation current value before a signal becomes stable at an excitation switching point; and a current controller for fixing the magnitude of the excitation current at an excitation current value while the signal is stable at the excitation switching point.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、導電性を有する流体の流量を測定する電磁流量計の変換器、電磁流量計、及び流量演算方法に関する。   The present invention relates to a converter for an electromagnetic flow meter that measures the flow rate of a fluid having conductivity, an electromagnetic flow meter, and a flow rate calculation method.

電磁流量計は、検出器の励磁コイルに矩形波状の励磁電流を流して測定管内に磁界を発生させ、測定管を流れる流体の流速に比例した信号起電力を検出し、検出した信号起電力に基づいて流体の流量を測定する装置である。   The electromagnetic flow meter generates a magnetic field in the measurement tube by passing a rectangular wave excitation current through the excitation coil of the detector, detects a signal electromotive force proportional to the flow velocity of the fluid flowing through the measurement tube, and generates a detected signal electromotive force. It is a device for measuring the flow rate of a fluid based on it.

電磁流量計では、測定管内の磁束密度が安定しているときに信号起電力を検出しなければ、正確な流量を得ることができない。ここで、測定管内の磁束密度は、励磁コイルに流す励磁電流に比例する。そして、励磁電流は、励磁コイルのインダクタンスなどの影響で、電流値が安定するまでにある程度の時間を要する。つまり、励磁電流は、励磁コイルの巻数、励磁コイルに印加される電圧、及び励磁コイルへの電圧の印加時間などに応じて変化する。そのため、流体の流量を精度よく求めるためには、励磁電流が安定したところで一定の安定区間を確保し、信号起電力をサンプリングする必要がある。   In the electromagnetic flow meter, an accurate flow rate cannot be obtained unless the signal electromotive force is detected when the magnetic flux density in the measuring tube is stable. Here, the magnetic flux density in the measuring tube is proportional to the exciting current flowing through the exciting coil. The exciting current takes a certain amount of time until the current value is stabilized due to the inductance of the exciting coil. In other words, the excitation current changes according to the number of turns of the excitation coil, the voltage applied to the excitation coil, the application time of the voltage to the excitation coil, and the like. Therefore, in order to accurately determine the flow rate of the fluid, it is necessary to secure a certain stable section when the exciting current is stabilized and to sample the signal electromotive force.

そこで、従来の電磁流量計は、励磁方向を切り替えてから一定の待ち時間が経過したときに、信号起電力をサンプリングするという手法を採っている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, the conventional electromagnetic flow meter employs a technique of sampling the signal electromotive force when a certain waiting time has elapsed after switching the excitation direction (see, for example, Patent Document 1).

特開2001−235352号公報JP 2001-235352 A

しかしながら、励磁電流が安定するまでの立ち上がり時間は、検出器の種類及び測定管の口径などによって異なるため、検出器によっては、待ち時間が不足することがある。この場合、変換器は、磁束密度が安定しないところで信号起電力をサンプリングすることになる。   However, since the rise time until the excitation current is stabilized differs depending on the type of detector and the diameter of the measurement tube, the waiting time may be insufficient depending on the detector. In this case, the converter samples the signal electromotive force where the magnetic flux density is not stable.

よって、従来は、一定の安定区間を確保するため、検出器の設計時に、変換器と組み合わせた精密な検証及び調整を行っている。すなわち、従来の電磁流量計では、検出器ごとに、励磁周波数、励磁電圧、及び信号起電力のサンプリングタイミングを決める必要がある。したがって、複数種類の検出器の各々の励磁周波数、励磁電圧、及び信号起電力のサンプリングタイミングの情報を変換器に登録しておくか、または、全ての検出器が同じ特性となるように設計する必要がある。   Therefore, conventionally, in order to secure a certain stable interval, precise verification and adjustment combined with a transducer are performed at the time of detector design. That is, in the conventional electromagnetic flow meter, it is necessary to determine the sampling timing of the excitation frequency, the excitation voltage, and the signal electromotive force for each detector. Therefore, register information on the excitation frequency, excitation voltage, and signal electromotive force sampling timing of each of multiple types of detectors in the converter, or design all detectors to have the same characteristics. There is a need.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、検出器の種類及び測定管の口径などによらず、簡易な処理によって励磁電流の安定区間を確保する電磁流量計の変換器、電磁流量計、及び流量演算方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a converter for an electromagnetic flowmeter that secures a stable section of excitation current by simple processing regardless of the type of detector and the diameter of a measurement tube. An object is to provide an electromagnetic flow meter and a flow rate calculation method.

本発明に係る電磁流量計の変換器は、励磁コイルを備えた検出器の測定管を流れる流体の流速に比例する信号起電力をもとに流体の流量を求める変換器であって、励磁コイルに供給される励磁電流の極性が入れ替わるタイミングである励磁切替点の信号安定時間前に、励磁電流の大きさを励磁電流値として測定する電流測定部と、励磁切替点までの信号安定時間の間、励磁電流の大きさを励磁電流値に固定する電流制御部と、を有するものである。   The converter of the electromagnetic flowmeter according to the present invention is a converter for obtaining a flow rate of a fluid based on a signal electromotive force proportional to a flow velocity of the fluid flowing through a measurement tube of a detector having an excitation coil, the excitation coil Between the current measurement unit that measures the magnitude of the excitation current as the excitation current value and the signal stabilization time to the excitation switching point before the signal stabilization time at the excitation switching point, which is the timing at which the polarity of the excitation current supplied to the And a current control unit for fixing the magnitude of the exciting current to the exciting current value.

本発明に係る電磁流量計は、測定管内を流れる流体に磁界を印加する励磁コイルを有し、測定管内を流れる流体の流速に応じて発生する信号起電力を検出する検出器と、検出器において検出された信号起電力をもとに流体の流量を求める上記の変換器と、を有している。   An electromagnetic flowmeter according to the present invention includes an excitation coil that applies a magnetic field to a fluid flowing in a measurement tube, a detector that detects a signal electromotive force generated according to the flow velocity of the fluid flowing in the measurement tube, and a detector And the above-described converter for obtaining the flow rate of the fluid based on the detected signal electromotive force.

本発明に係る流量演算方法は、検出器の励磁コイルに供給される励磁電流の極性が入れ替わるタイミングである励磁切替点の信号安定時間前に、励磁電流の大きさを励磁電流値として取得し、励磁切替点までの信号安定時間の間、励磁電流の大きさを励磁電流値に固定し、検出器の測定管を流れる流体の流速に比例する信号起電力を、励磁切替点から信号安定時間の間にサンプリングし、サンプリングしたデータを用いて流体の流量を求めるようになっている。   The flow rate calculation method according to the present invention acquires the magnitude of the excitation current as the excitation current value before the signal stabilization time of the excitation switching point, which is the timing at which the polarity of the excitation current supplied to the excitation coil of the detector is switched, During the signal stabilization time to the excitation switching point, the magnitude of the excitation current is fixed to the excitation current value, and the signal electromotive force proportional to the flow velocity of the fluid flowing through the measuring tube of the detector is changed from the excitation switching point to the signal stabilization time. Sampling is performed in the meantime, and the flow rate of the fluid is obtained using the sampled data.

本発明によれば、励磁切替点までの信号安定時間の間、励磁電流の大きさを、励磁切替点の信号安定時間前における励磁電流の大きさである励磁電流値に固定する。そのため、励磁電流及び信号起電力について、信号安定時間分の安定区間を確保することができることから、検出器の種類及び測定管の口径などによらず、簡易な処理によって励磁電流の安定区間を確保することができる。   According to the present invention, during the signal stabilization time until the excitation switching point, the magnitude of the excitation current is fixed to the excitation current value that is the magnitude of the excitation current before the signal stabilization time at the excitation switching point. As a result, a stable section for the signal stabilization time can be secured for the excitation current and the signal electromotive force, so that a stable section for the excitation current can be secured by simple processing regardless of the type of detector and the diameter of the measuring tube. can do.

本発明の実施の形態に係る電磁流量計の構成を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly the structure of the electromagnetic flowmeter which concerns on embodiment of this invention. 図1の制御装置の機能的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the control apparatus of FIG. 電磁流量計の励磁コイルに励磁電流を流したとき、励磁コイルが比較的早く磁気飽和する場合の電流値の変化例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a change of an electric current value when an exciting coil is magnetically saturated comparatively early when an exciting current is sent through the exciting coil of an electromagnetic flowmeter. 電磁流量計の励磁コイルに励磁電流を流したとき、励磁コイルが比較的遅く磁気飽和する場合の電流値の変化例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a change of an electric current value when an excitation coil flows into an excitation coil of an electromagnetic flowmeter, and an excitation coil magnetically saturates comparatively late. 電磁流量計の励磁コイルに励磁電流を流したとき、励磁コイルが磁気飽和する前に励磁電流の極性が入れ替わる場合の電流値の変化例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a change of an electric current value when the polarity of an exciting current switches before an exciting coil magnetically saturates when an exciting current is sent through the exciting coil of an electromagnetic flowmeter. 電磁流量計の励磁コイルに励磁電流を流し、図1の変換器によって安定区間を確保した場合の電流値の変化例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a change of an electric current value when an exciting current is sent through the exciting coil of an electromagnetic flowmeter, and the stable area is ensured with the converter of FIG. 電磁流量計の励磁コイルに励磁電流を流し、図1の変換器によって安定区間を確保した場合の電流値の変化を、図4の場合と対比して示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the change of the electric current value at the time of supplying an exciting current to the exciting coil of an electromagnetic flowmeter, and ensuring the stable area with the converter of FIG. 1 compared with the case of FIG. 電磁流量計の励磁コイルに励磁電流を流し、図1の変換器によって安定区間を確保した場合の電流値の変化を、図5の場合と対比して示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the change of the electric current value when an exciting current is sent through the exciting coil of an electromagnetic flowmeter, and the stable area was ensured with the converter of FIG. 1 compared with the case of FIG. 図1のスイッチ回路及びサンプルホールド回路の動作と、励磁電流及び信号起電力の変化とを対応づけて例示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the operation of the switch circuit and the sample hold circuit of FIG. 1 in association with changes in excitation current and signal electromotive force. 図2の電圧制御部による励磁電圧制御を例示した説明図である。It is explanatory drawing which illustrated the excitation voltage control by the voltage control part of FIG. 図1の電磁流量計が2線式電磁流量計である場合の励磁電流安定化に関する動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement regarding stabilization of an excitation current in case the electromagnetic flowmeter of FIG. 1 is a 2-wire type electromagnetic flowmeter. 図1の電磁流量計が4線式電磁流量計である場合の励磁電流安定化に関する動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement regarding stabilization of exciting current in case the electromagnetic flowmeter of FIG. 1 is a 4-wire type electromagnetic flowmeter. 図1の電磁流量計による流量演算の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of the flow volume calculation by the electromagnetic flowmeter of FIG. 図1の電磁流量計による電圧制御の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of the voltage control by the electromagnetic flowmeter of FIG.

実施の形態.
図1は、本発明の実施の形態に係る電磁流量計の構成を概略的に示すブロック図である。図1を参照して、電磁流量計100の全体的な構成を説明する。
Embodiment.
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of an electromagnetic flow meter according to an embodiment of the present invention. With reference to FIG. 1, the whole structure of the electromagnetic flowmeter 100 is demonstrated.

電磁流量計100は、導電性を有する流体の流量を測定する機器である。図1に示すように、電磁流量計100は、検出器10と、変換器20と、を有している。検出器10は、測定管11と、励磁コイル12と、電極13aと、電極13bと、接地電極14と、を有している。測定管11は、パイプ状に形成され、流体を通過させるものである。電磁流量計100は、導電性を有する流体が測定管11内を流れるように配設される。励磁コイル12は、測定管11内に磁界を発生させ、測定管11内を流れる流体に磁界を印加するものである。励磁コイル12は、磁界の発生方向が、測定管11内を流れる流体の流れ方向に対して垂直となるように配置されている。   The electromagnetic flow meter 100 is a device that measures the flow rate of a conductive fluid. As shown in FIG. 1, the electromagnetic flow meter 100 includes a detector 10 and a converter 20. The detector 10 has a measuring tube 11, an excitation coil 12, an electrode 13 a, an electrode 13 b, and a ground electrode 14. The measurement tube 11 is formed in a pipe shape and allows fluid to pass therethrough. The electromagnetic flow meter 100 is disposed so that a conductive fluid flows in the measurement tube 11. The exciting coil 12 generates a magnetic field in the measurement tube 11 and applies a magnetic field to the fluid flowing in the measurement tube 11. The exciting coil 12 is arranged so that the direction in which the magnetic field is generated is perpendicular to the flow direction of the fluid flowing in the measuring tube 11.

電極13a及び電極13bは、電極13aと電極13bとを結ぶ直線が、測定管11内を流れる流体の流れ方向、及び励磁コイル12が発生させる磁界の方向に対して直交するように測定管11内に配置されている。電極13a及び電極13bは、励磁コイル12が発生させる磁界中を流体が流れることで生じる起電力に基づく信号起電力Eを取り出すための一対の電極を構成している。信号起電力Eは、電極13aと電極13bとの間に生じる、流体の流量に比例した電圧である。検出器10は、電極13aと電極13bとを用いて信号起電力Eを検出し、検出した信号起電力Eを変換器20へ出力する。   The electrodes 13a and 13b are arranged in the measurement tube 11 so that the straight line connecting the electrodes 13a and 13b is orthogonal to the flow direction of the fluid flowing in the measurement tube 11 and the direction of the magnetic field generated by the excitation coil 12. Is arranged. The electrodes 13a and 13b constitute a pair of electrodes for extracting a signal electromotive force E based on an electromotive force generated when a fluid flows in a magnetic field generated by the exciting coil 12. The signal electromotive force E is a voltage generated between the electrode 13a and the electrode 13b and proportional to the flow rate of the fluid. The detector 10 detects the signal electromotive force E using the electrode 13 a and the electrode 13 b and outputs the detected signal electromotive force E to the converter 20.

変換器20は、励磁コイル12を備えた検出器10の測定管11を流れる流体の流速に比例する信号起電力Eをもとに、測定管11内を流れる流体の流量を求める。つまり、変換器20は、検出器10において検出された信号起電力Eをもとに、測定管11内を流れる流体の流量を求める。変換器20は、交流増幅回路30と、サンプルホールド回路35と、AD変換器40と、制御装置50と、記憶装置58と、励磁回路60と、励磁電流生成部70と、励磁電圧生成部80と、電流測定部90と、測定抵抗Roと、を有している。   The converter 20 obtains the flow rate of the fluid flowing through the measurement tube 11 based on the signal electromotive force E proportional to the flow velocity of the fluid flowing through the measurement tube 11 of the detector 10 having the excitation coil 12. That is, the converter 20 obtains the flow rate of the fluid flowing through the measurement tube 11 based on the signal electromotive force E detected by the detector 10. The converter 20 includes an AC amplifier circuit 30, a sample hold circuit 35, an AD converter 40, a control device 50, a storage device 58, an excitation circuit 60, an excitation current generation unit 70, and an excitation voltage generation unit 80. And a current measuring unit 90 and a measuring resistance Ro.

励磁回路60は、制御装置50からの周波数指令信号に応じて、極性が交互に変化する励磁周波数Fの励磁電流Iexを生成し、生成した励磁電流Iexを励磁コイル12へ供給する。励磁回路60は、励磁切替回路61と、スイッチ回路62と、を含んでいる。   The excitation circuit 60 generates an excitation current Iex having an excitation frequency F whose polarity changes alternately according to a frequency command signal from the control device 50, and supplies the generated excitation current Iex to the excitation coil 12. The excitation circuit 60 includes an excitation switching circuit 61 and a switch circuit 62.

スイッチ回路62は、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3、及び第4スイッチSW4を有している。第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3、及び第4スイッチSW4は、MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)、又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのスイッチング素子により構成することができる。   The switch circuit 62 includes a first switch SW1, a second switch SW2, a third switch SW3, and a fourth switch SW4. The first switch SW1, the second switch SW2, the third switch SW3, and the fourth switch SW4 are configured by switching elements such as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). be able to.

第1スイッチSW1と第2スイッチSW2との接続点Pは、接続点Nに接続されており、第3スイッチSW3と第4スイッチSW4との接続点Qは、励磁電流生成部70に接続されている。第1スイッチSW1と第3スイッチSW3との接続点Rは、検出器10の端子Yに接続されている。第2スイッチSW2と第4スイッチSW4との接続点Sは、検出器10の端子Xに接続されている。つまり、励磁コイル12は、接続点Rと接続点Sとの間に接続されている。   The connection point P between the first switch SW1 and the second switch SW2 is connected to the connection point N, and the connection point Q between the third switch SW3 and the fourth switch SW4 is connected to the excitation current generator 70. Yes. A connection point R between the first switch SW1 and the third switch SW3 is connected to a terminal Y of the detector 10. A connection point S between the second switch SW2 and the fourth switch SW4 is connected to a terminal X of the detector 10. That is, the exciting coil 12 is connected between the connection point R and the connection point S.

励磁切替回路61は、制御装置50からの周波数指令信号に従い、第2スイッチSW2及び第3スイッチSW3をオンにし、第1スイッチSW1及び第4スイッチSW4をオフにした第1状態と、第1スイッチSW1及び第4スイッチSW4をオンにし、第2スイッチSW2及び第3スイッチSW3をオフにした第2状態とを、所定の周期で繰り返す。すなわち、励磁切替回路61は、スイッチ回路62の各スイッチのオンオフ動作を制御することにより、極性が交互に切り替わる矩形波状の励磁電流Iexを生成する。本実施の形態では、第1状態のとき、励磁コイル12に正の励磁電流Iexが流れ、第2状態のとき、励磁コイル12に負の励磁電流Iexが流れる。   In accordance with the frequency command signal from the control device 50, the excitation switching circuit 61 turns on the second switch SW2 and the third switch SW3 and turns off the first switch SW1 and the fourth switch SW4, and the first switch The second state in which the SW1 and the fourth switch SW4 are turned on and the second switch SW2 and the third switch SW3 are turned off is repeated at a predetermined cycle. That is, the excitation switching circuit 61 generates a rectangular wave excitation current Iex whose polarity is switched alternately by controlling the on / off operation of each switch of the switch circuit 62. In the present embodiment, a positive exciting current Iex flows through the exciting coil 12 in the first state, and a negative exciting current Iex flows through the exciting coil 12 in the second state.

交流増幅回路30は、検出器10から信号起電力Eを取得して増幅する。サンプルホールド回路35は、交流増幅回路30の出力側に配設されており、制御装置50からのSH時間制御信号に応じて動作する。サンプルホールド回路35は、励磁コイル12に供給される励磁電流Iexの極性が入れ替わるタイミングである励磁切替点の信号安定時間Ts前から、信号安定時間Tsの間、交流増幅回路30において増幅された信号起電力Eをサンプリングする。   The AC amplifier circuit 30 acquires the signal electromotive force E from the detector 10 and amplifies it. The sample hold circuit 35 is disposed on the output side of the AC amplifier circuit 30 and operates in accordance with the SH time control signal from the control device 50. The sample hold circuit 35 is a signal amplified in the AC amplifier circuit 30 for the signal stabilization time Ts from the excitation stabilization point signal stabilization time Ts, which is the timing at which the polarity of the excitation current Iex supplied to the excitation coil 12 is switched. The electromotive force E is sampled.

ここで、信号安定時間Tsは、信号安定時間Tsの間にサンプリングされる信号起電力Eの、流速演算用のデータとしての精度が確保できるように設定される。信号安定時間Tsは、例えば7[ms]に設定され、適宜変更することができる。   Here, the signal stabilization time Ts is set so that the accuracy of the signal electromotive force E sampled during the signal stabilization time Ts as data for calculating the flow velocity can be ensured. The signal stabilization time Ts is set to 7 [ms], for example, and can be changed as appropriate.

AD変換器40は、直流増幅機能を備えたAD変換器である。AD変換器40は、ゲイン設定部41と、直流増幅部42と、変換部43と、を有している。ゲイン設定部41は、例えばPGA(Programmable Gain Amplifier)からなり、制御装置50からのゲイン調整信号に応じて変換器20のゲインGを設定する。直流増幅部42は、ゲイン設定部41によって設定されたゲインGを用いて、サンプルホールド回路35によりサンプリングされた信号起電力Eを差動で増幅する。変換部43は、信号起電力Eに基づくアナログ信号から流速Vに対応するADカウント値を生成する。すなわち、変換部43は、直流増幅部42によって増幅されたアナログの信号起電力Eをデジタルの値であるADカウント値に変換する。   The AD converter 40 is an AD converter having a DC amplification function. The AD converter 40 includes a gain setting unit 41, a direct current amplification unit 42, and a conversion unit 43. The gain setting unit 41 is made of, for example, PGA (Programmable Gain Amplifier), and sets the gain G of the converter 20 in accordance with a gain adjustment signal from the control device 50. The DC amplifier 42 differentially amplifies the signal electromotive force E sampled by the sample hold circuit 35 using the gain G set by the gain setting unit 41. The converter 43 generates an AD count value corresponding to the flow velocity V from the analog signal based on the signal electromotive force E. That is, the conversion unit 43 converts the analog signal electromotive force E amplified by the DC amplification unit 42 into an AD count value that is a digital value.

制御装置50は、サンプルホールド回路35、AD変換器40、励磁回路60、励磁電流生成部70、及び励磁電圧生成部80の動作を制御する。記憶装置58には、制御装置50の動作プログラムの他、制御装置50が演算処理に用いる種々のデータが記憶されている。   The control device 50 controls operations of the sample hold circuit 35, the AD converter 40, the excitation circuit 60, the excitation current generation unit 70, and the excitation voltage generation unit 80. In addition to the operation program of the control device 50, the storage device 58 stores various data used by the control device 50 for arithmetic processing.

例えば、記憶装置58には、ADカウント値を電圧値に換算するための電圧換算データが記憶されている。電圧換算データは、ADカウント値と電圧値とを変数とする直線式のデータ、又はADカウント値と電圧値とを対応づけたテーブル情報である。電圧換算データは、ADカウント値が大きくなれば、電圧値が大きくなるように、ADカウント値と電圧値とが対応づけられている。また、記憶装置58には、電圧値と流速Vとの関係性を示す流速変換データが記憶されている。さらに、記憶装置58には、励磁電流Iexから流体の流速Vを求める際の基準となる基準励磁電流EXIが記憶されている。   For example, the storage device 58 stores voltage conversion data for converting an AD count value into a voltage value. The voltage conversion data is linear data with the AD count value and the voltage value as variables, or table information in which the AD count value and the voltage value are associated with each other. In the voltage conversion data, the AD count value and the voltage value are associated with each other so that the voltage value increases as the AD count value increases. The storage device 58 stores flow velocity conversion data indicating the relationship between the voltage value and the flow velocity V. Further, the storage device 58 stores a reference excitation current EXI that serves as a reference for obtaining the fluid flow velocity V from the excitation current Iex.

電流測定部90は、励磁電流Iexの極性が入れ替わるタイミングである励磁切替点の信号安定時間Ts前に、励磁電流Iexの大きさを励磁電流値EXIfixとして測定する回路である。電流測定部90は、アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換器91を有している。電流測定部90は、励磁切替点の信号安定時間Ts前に、接続点Mと接続点Nとの間に設けられた測定抵抗Roに流れる電流を測定し、測定した電流の値を励磁電流値EXIfixとして制御装置50に出力する。測定抵抗Roとしては、例えば1[Ω]の抵抗が用いられる。 The current measurement unit 90 is a circuit that measures the magnitude of the excitation current Iex as the excitation current value EXI fix before the signal stabilization time Ts at the excitation switching point, which is the timing at which the polarity of the excitation current Iex is switched. The current measuring unit 90 includes an AD converter 91 that converts an analog signal into a digital signal. The current measuring unit 90 measures the current flowing through the measuring resistor Ro provided between the connection point M and the connection point N before the signal stabilization time Ts at the excitation switching point, and the measured current value is the excitation current value. It outputs to the control apparatus 50 as EXI fix . For example, a resistance of 1 [Ω] is used as the measurement resistance Ro.

励磁電流生成部70は、励磁電流Iexの大きさを連続的に変更することができる回路である。励磁電流生成部70は、デジタル信号をアナログ信号に変換するDA変換器71を有しており、制御装置50からの電流指令信号に応じた大きさの励磁電流Iexを生成する。すなわち、励磁電流生成部70は、励磁電流Iexの大きさを、制御装置50からの電流指令信号に含まれる励磁電流値EXIfixに固定する。本実施の形態の励磁電流生成部70は、0[mA]から320[mA]までの間で励磁電流Iexを調整することができる。 The exciting current generator 70 is a circuit that can continuously change the magnitude of the exciting current Iex. The exciting current generator 70 includes a DA converter 71 that converts a digital signal into an analog signal, and generates an exciting current Iex having a magnitude corresponding to the current command signal from the control device 50. That is, the excitation current generator 70 fixes the magnitude of the excitation current Iex to the excitation current value EXI fix included in the current command signal from the control device 50. The exciting current generator 70 of the present embodiment can adjust the exciting current Iex between 0 [mA] and 320 [mA].

励磁電圧生成部80は、励磁コイル12に供給する励磁電圧Vexを連続的に変更することができる回路である。励磁電圧生成部80は、デジタル信号をアナログ信号に変換するDA変換器81を有しており、制御装置50からの電圧指令信号に応じた大きさの励磁電圧Vexを生成する。本実施の形態において、励磁電圧生成部80は、0[V]から36[V]の間で励磁電圧Vexを調整することができる。   The excitation voltage generator 80 is a circuit that can continuously change the excitation voltage Vex supplied to the excitation coil 12. The excitation voltage generator 80 includes a DA converter 81 that converts a digital signal into an analog signal, and generates an excitation voltage Vex having a magnitude corresponding to a voltage command signal from the control device 50. In the present embodiment, the excitation voltage generator 80 can adjust the excitation voltage Vex between 0 [V] and 36 [V].

図2は、図1の制御装置の機能的構成を示すブロック図である。図2を参照して、制御装置50の機能的な構成を説明する。制御装置50は、切替制御部51と、電流取得部52と、電流制御部53と、電圧制御部54と、流量演算部55と、サンプリング処理部56と、ゲイン調整部57と、を有している。   FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the control device of FIG. A functional configuration of the control device 50 will be described with reference to FIG. The control device 50 includes a switching control unit 51, a current acquisition unit 52, a current control unit 53, a voltage control unit 54, a flow rate calculation unit 55, a sampling processing unit 56, and a gain adjustment unit 57. ing.

切替制御部51は、励磁電流Iexの励磁方向の切り替えを指示する周波数指令信号を励磁切替回路61へ出力することで、励磁電流Iexの励磁周波数Fを制御する。すなわち、切替制御部51は、励磁切替回路61を介してスイッチ回路62を制御し、励磁コイル12に流れる励磁電流Iexの励磁方向の切り替え処理を行う。切替制御部51が切り替える励磁方向には、励磁電流Iexが端子X、励磁コイル12、端子Yの順に流れる第1状態の方向と、励磁電流Iexが端子Y、励磁コイル12、端子Xの順に流れる第2状態の方向とがある。つまり、上述した励磁切替点とは、切替制御部51が励磁電流Iexの励磁方向を切り替えるタイミングのことである。   The switching control unit 51 controls the excitation frequency F of the excitation current Iex by outputting a frequency command signal instructing switching of the excitation direction of the excitation current Iex to the excitation switching circuit 61. That is, the switching control unit 51 controls the switch circuit 62 via the excitation switching circuit 61 and performs a switching process of the excitation direction of the excitation current Iex flowing through the excitation coil 12. In the excitation direction switched by the switching control unit 51, the excitation current Iex flows in the order of the terminal X, the excitation coil 12, and the terminal Y, and the excitation current Iex flows in the order of the terminal Y, the excitation coil 12, and the terminal X. There is a direction of the second state. That is, the above-described excitation switching point is a timing at which the switching control unit 51 switches the excitation direction of the excitation current Iex.

電流取得部52は、励磁切替点の信号安定時間Ts前に、電流測定部90から励磁電流値EXIfixを取得し、取得した励磁電流値EXIfixを、電流制御部53、電圧制御部54、及び流量演算部55に出力する。 The current acquisition unit 52 acquires the excitation current value EXI fix from the current measurement unit 90 before the signal stabilization time Ts of the excitation switching point, and acquires the acquired excitation current value EXI fix from the current control unit 53, the voltage control unit 54, And output to the flow rate calculation unit 55.

電流制御部53は、励磁切替点までの信号安定時間Tsの間、励磁電流Iexの大きさを励磁電流値EXIfixに固定する。より具体的に、電流制御部53は、電流取得部52から取得した励磁電流値EXIfixに基づいて、電流の調整を指示する電流指令信号を生成し、励磁電流生成部70へ出力する。これにより、電流制御部53は、励磁電流生成部70のDA変換器71に励磁電流値EXIfixを設定する。すなわち、電流制御部53は、励磁切替点の信号安定時間Ts前において、励磁電流生成部70が生成する励磁電流Iexの大きさを、その際に電流測定部90が測定した励磁電流値EXIfixに固定する。 The current control unit 53 fixes the magnitude of the excitation current Iex to the excitation current value EXI fix during the signal stabilization time Ts until the excitation switching point. More specifically, the current control unit 53 generates a current command signal instructing current adjustment based on the excitation current value EXI fix acquired from the current acquisition unit 52, and outputs the current command signal to the excitation current generation unit 70. As a result, the current control unit 53 sets the excitation current value EXI fix in the DA converter 71 of the excitation current generation unit 70. That is, the current control unit 53 determines the magnitude of the excitation current Iex generated by the excitation current generation unit 70 before the signal stabilization time Ts at the excitation switching point, and the excitation current value EXI fix measured by the current measurement unit 90 at that time. Secure to.

電圧制御部54は、励磁切替点において、励磁コイル12に供給される励磁電圧Vexの大きさが、予め設定された切替電圧値Voとなるように制御する。切替電圧値Voは、励磁電圧生成部80によって生成できる範囲の正の電圧値であり、相対的に大きく設定される。つまり、電圧制御部54は、励磁切替点において、励磁電圧生成部80から励磁コイル12に供給する励磁電圧Vexの大きさを、相対的に大きな電圧値である切替電圧値Voに設定する。   The voltage control unit 54 performs control so that the magnitude of the excitation voltage Vex supplied to the excitation coil 12 becomes a preset switching voltage value Vo at the excitation switching point. The switching voltage value Vo is a positive voltage value within a range that can be generated by the excitation voltage generation unit 80, and is set to be relatively large. That is, the voltage control unit 54 sets the magnitude of the excitation voltage Vex supplied from the excitation voltage generation unit 80 to the excitation coil 12 to the switching voltage value Vo that is a relatively large voltage value at the excitation switching point.

ここで、励磁切替点では、励磁電流Iexを早く立ち上げたいため、切替電圧値Voは、例えば励磁電圧生成部80によって生成可能な最大電圧に設定される。もっとも、切替電圧値Voは、励磁電流Iexにおける所定値以上のSN比(Signal−to−Noise rati)を確保することができれば、励磁電圧生成部80によって発生可能な最大電圧よりも小さな値に設定してもよい。   Here, at the excitation switching point, the switching voltage value Vo is set to, for example, the maximum voltage that can be generated by the excitation voltage generation unit 80 in order to quickly raise the excitation current Iex. However, the switching voltage value Vo is set to a value smaller than the maximum voltage that can be generated by the excitation voltage generator 80 if a signal-to-noise ratio (Signal-to-Noise ratio) greater than a predetermined value in the excitation current Iex can be secured. May be.

また、電圧制御部54は、励磁切替点の信号安定時間Ts前に、励磁電圧Vexの大きさを、切替電圧値Voよりも小さく設定された下限電圧値EXVまで低下させる。下限電圧値EXVは、励磁電流Iexの大きさを励磁電流値EXIfixで維持できる範囲において、相対的に小さな電圧値に設定される。電圧制御部54は、励磁電流値EXIfixと、励磁コイルの内部抵抗Rとを用いて、下限電圧値EXVを求めるようになっている。 In addition, the voltage control unit 54 reduces the magnitude of the excitation voltage Vex to the lower limit voltage value EXV set to be smaller than the switching voltage value Vo before the signal stabilization time Ts at the excitation switching point. The lower limit voltage value EXV is set to a relatively small voltage value within a range in which the magnitude of the excitation current Iex can be maintained at the excitation current value EXI fix . The voltage control unit 54 obtains the lower limit voltage value EXV using the exciting current value EXI fix and the internal resistance RL of the exciting coil.

より具体的に、電圧制御部54は、下記の式(1)により下限電圧値EXVを求める。ここで、αは、励磁電圧生成部80での発熱などを考慮して設定される補填係数であり、0以上の値に設定される。補填係数αは、外的要因による電力消費の補填用の係数である。外的要因としては、励磁電流生成部70及び励磁電圧生成部80などの、変換器20の内部構成での発熱等が想定される。   More specifically, the voltage control unit 54 obtains the lower limit voltage value EXV by the following equation (1). Here, α is a compensation coefficient set in consideration of heat generation in the excitation voltage generator 80, and is set to a value of 0 or more. The compensation coefficient α is a coefficient for compensating power consumption due to external factors. As an external factor, heat generation in the internal configuration of the converter 20 such as the excitation current generation unit 70 and the excitation voltage generation unit 80 is assumed.

[数1]
EXV[V]=EXIfix[A]×R[Ω]×α ・・・ (1)
[Equation 1]
EXV [V] = EXI fix [A] × R L [Ω] × α (1)

すなわち、電圧制御部54は、励磁切替点の信号安定時間Ts前に電流測定部90が測定した励磁電流値EXIfixに、内部抵抗Rと補填係数αとを乗じることにより、下限電圧値EXVを求める。そして、電圧制御部54は、求めた下限電圧値EXVへの変更を指示する電圧指令信号を生成し、励磁電圧生成部80へ出力する。 In other words, the voltage control unit 54 multiplies the excitation current value EXI fix measured by the current measurement unit 90 before the signal stabilization time Ts of the excitation switching point by the internal resistance RL and the compensation coefficient α to thereby set the lower limit voltage value EXV. Ask for. Then, the voltage control unit 54 generates a voltage command signal instructing the change to the obtained lower limit voltage value EXV and outputs the voltage command signal to the excitation voltage generation unit 80.

ところで、内部抵抗Rは、励磁コイル12の両端に規定の電圧をかけ、そのときに流れる電流の測定値を用いて演算し、記憶装置58に記憶させておくとよい。なお、内部抵抗Rの演算には、電流測定部90を用いることができる。補填係数αは、例えば1.2に設定され、変換器20の回路構成などに応じて適宜変更することができる。下限電圧値EXVは、補填係数αを調整することにより、励磁電流Iexの大きさが励磁電流値EXIfixである状態を励磁電流生成部70によって維持できる最小電圧に設定することができる。 By the way, the internal resistance RL is preferably calculated by applying a specified voltage to both ends of the exciting coil 12, using the measured value of the current flowing at that time, and stored in the storage device 58. Note that the current measuring unit 90 can be used for the calculation of the internal resistance RL . The compensation coefficient α is set to 1.2, for example, and can be appropriately changed according to the circuit configuration of the converter 20. The lower limit voltage value EXV can be set to a minimum voltage that can be maintained by the exciting current generating unit 70 such that the magnitude of the exciting current Iex is the exciting current value EXI fix by adjusting the compensation coefficient α.

本実施の形態において、電圧制御部54は、第1状態のとき、励磁電圧生成部80に正の励磁電圧Vexを発生させ、第2状態のとき、励磁電圧生成部80に負の励磁電圧Vexを発生させる。すなわち、電圧制御部54は、第1状態に切り替わる励磁切替点において、励磁電圧生成部80に、大きさが切替電圧値Voである正の励磁電圧Vexを発生させる。電圧制御部54は、第2状態に切り替わる励磁切替点において、励磁電圧生成部80に、大きさが切替電圧値Voである負の励磁電圧Vexを発生させる。   In the present embodiment, the voltage controller 54 causes the excitation voltage generator 80 to generate a positive excitation voltage Vex when in the first state, and causes the excitation voltage generator 80 to generate a negative excitation voltage Vex when in the second state. Is generated. That is, the voltage control unit 54 causes the excitation voltage generation unit 80 to generate a positive excitation voltage Vex having a switching voltage value Vo at the excitation switching point at which the first state is switched. The voltage control unit 54 causes the excitation voltage generation unit 80 to generate a negative excitation voltage Vex having a switching voltage value Vo at the excitation switching point at which the second state is switched.

また、電圧制御部54は、第1状態での励磁切替点の信号安定時間Ts前において、励磁電圧生成部80に発生させる励磁電圧Vexを、大きさが下限電圧値EXVである正の電圧値まで低下させる。電圧制御部54は、第2状態での励磁切替点の信号安定時間Ts前において、励磁電圧生成部80に発生させる励磁電圧Vexを、大きさが下限電圧値EXVである負の電圧値まで上昇させる。   Further, the voltage control unit 54 sets the excitation voltage Vex to be generated by the excitation voltage generation unit 80 to a positive voltage value having a lower limit voltage value EXV before the signal stabilization time Ts at the excitation switching point in the first state. To lower. The voltage control unit 54 increases the excitation voltage Vex generated by the excitation voltage generation unit 80 to a negative voltage value whose magnitude is the lower limit voltage value EXV before the signal stabilization time Ts at the excitation switching point in the second state. Let

流量演算部55は、測定周期ΔTごとに、検出器10において検出された信号起電力Eに基づいて、単位時間あたりの流体の流量を求める。本実施の形態において、流量演算部55は、1[s]あたりの流体の流量である瞬時流量を求めるようになっている。ここで、測定周期ΔTは、例えば200[ms]に設定され、適宜変更することができる。   The flow rate calculation unit 55 obtains the flow rate of the fluid per unit time based on the signal electromotive force E detected by the detector 10 for each measurement period ΔT. In the present embodiment, the flow rate calculation unit 55 obtains an instantaneous flow rate that is a flow rate of fluid per 1 [s]. Here, the measurement cycle ΔT is set to 200 [ms], for example, and can be changed as appropriate.

流量演算部55は、信号起電力Eをもとに、励磁電流Iexから流速Vを求める際の基準となる基準励磁電流EXIと、電流測定部90において測定された励磁電流値EXIfixとの関係を利用して、基準励磁電流EXIに対応する換算電圧Vconを生成する。そして、流量演算部55は、生成した換算電圧Vconを用いて流体の流量を求める。 The flow rate calculation unit 55 is based on the signal electromotive force E, and the relationship between the reference excitation current EXI serving as a reference for obtaining the flow velocity V from the excitation current Iex and the excitation current value EXI fix measured by the current measurement unit 90. Is used to generate a converted voltage V con corresponding to the reference excitation current EXI. And the flow volume calculating part 55 calculates | requires the flow volume of the fluid using the produced | generated conversion voltage Vcon .

より具体的に、流量演算部55は、測定周期ΔTごとに、AD変換器40から出力されるADカウント値を電圧換算データに照らすことにより、ADカウント値に対応する電圧値である信号電圧Vinを求める。そして、流量演算部55は、信号電圧Vinから、下記の式(2)により、流体の流速Vに比例する換算電圧Vconを求める。すなわち、流量演算部55は、信号電圧Vinに、基準励磁電流EXIを励磁電流値EXIfixで除した値を乗じることにより、換算電圧Vconを求める。 More specifically, the flow rate calculation unit 55 compares the AD count value output from the AD converter 40 with the voltage-converted data at each measurement period ΔT, so that the signal voltage V that is a voltage value corresponding to the AD count value is obtained. Find in. The flow rate calculation unit 55, the signal voltage V in, by the following equation (2), obtaining the converted voltage V con which is proportional to the flow velocity V of the fluid. That is, the flow rate calculation unit 55, the signal voltage V in, by multiplying the value obtained by dividing the reference exciting current EXI by the excitation current value EXI fix, determine the conversion voltage V con.

[数2]
con[V]=Vin[V]×(EXI/EXIfix) ・・・ (2)
[Equation 2]
V con [V] = V in [V] × (EXI / EXI fix ) (2)

そして、流量演算部55は、電圧値と流速Vとの関係性を示す流速変換データを用いて、換算電圧Vconから流速Vを求める。流速変換データは、例えば、流速が1[m/s]であれば電圧値が100[μV]になる、といった関係性を示すデータである。この例の場合、流量演算部55は、換算電圧Vconが1[mV]であれば、流速変換データにより、流速として10[m/s]を求めることができる。 And the flow volume calculating part 55 calculates | requires the flow velocity V from the conversion voltage Vcon using the flow velocity conversion data which show the relationship between a voltage value and the flow velocity V. FIG. The flow rate conversion data is data indicating a relationship that, for example, if the flow rate is 1 [m / s], the voltage value becomes 100 [μV]. In the case of this example, if the conversion voltage V con is 1 [mV], the flow rate calculation unit 55 can obtain 10 [m / s] as the flow velocity from the flow velocity conversion data.

また、流量演算部55は、求めた流速Vから、下記の式(3)により、瞬時流量を求める。式(3)の断面積は、測定管11の断面積のことであり、下記の式(4)のように、測定管11の口径から求まる。   Further, the flow rate calculation unit 55 obtains an instantaneous flow rate from the obtained flow velocity V according to the following equation (3). The cross-sectional area of the equation (3) is the cross-sectional area of the measuring tube 11 and is obtained from the diameter of the measuring tube 11 as in the following equation (4).

[数3]
瞬時流量[m/s]=流速V[m/s]×断面積[m] ・・・ (3)
[Equation 3]
Instantaneous flow rate [m 3 / s] = flow velocity V [m / s] × cross-sectional area [m 2 ] (3)

[数4]
断面積[m]=π×口径[m]×口径[m]/4 ・・・ (4)
[Equation 4]
Cross-sectional area [m 2 ] = π × caliber [m] × caliber [m] / 4 (4)

測定管11の断面積の情報は、予め記憶装置58に記憶されていてもよいし、流量演算部55が、式(4)により、都度計算するようにしてもよい。いずれにせよ、流量演算部55は、求めた流速に測定管11の断面積を乗じて瞬時流量を求める。そして、流量演算部55は、求めた瞬時流量を示す情報を外部に出力したり、表示部(図示せず)に表示させたりする。   Information on the cross-sectional area of the measurement tube 11 may be stored in the storage device 58 in advance, or the flow rate calculation unit 55 may calculate it each time according to the equation (4). In any case, the flow rate calculation unit 55 calculates the instantaneous flow rate by multiplying the calculated flow velocity by the cross-sectional area of the measurement tube 11. And the flow volume calculating part 55 outputs the information which shows the calculated | required instantaneous flow volume outside, or displays it on a display part (not shown).

サンプリング処理部56は、信号起電力Eのサンプリングに用いるクロックを含むSH時間制御信号をサンプルホールド回路35へ出力する。すなわち、サンプリング処理部56は、励磁切替点の信号安定時間Ts前から信号安定時間Tsの間、つまり、励磁切替点までの信号安定時間Tsにおいて、サンプルホールド回路35に信号起電力Eをサンプリングさせる。   The sampling processing unit 56 outputs an SH time control signal including a clock used for sampling the signal electromotive force E to the sample hold circuit 35. That is, the sampling processing unit 56 causes the sample hold circuit 35 to sample the signal electromotive force E during the signal stabilization time Ts before the excitation switching point signal stabilization time Ts, that is, during the signal stabilization time Ts until the excitation switching point. .

ゲイン調整部57は、流量演算部55において演算された流速Vの変化に応じて変換器20のゲインGを調整する。すなわち、ゲイン調整部57は、流速Vに応じてゲインGの調整を指示するゲイン調整信号を生成し、生成したゲイン調整信号をゲイン設定部41へ出力することにより、直流増幅部42が用いるゲインGを調整する。   The gain adjusting unit 57 adjusts the gain G of the converter 20 according to the change in the flow velocity V calculated by the flow rate calculating unit 55. That is, the gain adjustment unit 57 generates a gain adjustment signal instructing the adjustment of the gain G according to the flow velocity V, and outputs the generated gain adjustment signal to the gain setting unit 41, whereby the gain used by the DC amplification unit 42 is obtained. Adjust G.

図3は、電磁流量計の励磁コイルに励磁電流を流したとき、励磁コイルが比較的早く磁気飽和する場合の電流値の変化例を示す説明図である。図4は、電磁流量計の励磁コイルに励磁電流を流したとき、励磁コイルが比較的遅く磁気飽和する場合の電流値の変化例を示す説明図である。図5は、電磁流量計の励磁コイルに励磁電流を流したとき、励磁コイルが磁気飽和する前に励磁電流の極性が入れ替わる場合の電流値の変化例を示す説明図である。図3〜図5では、便宜上、同様の意味で用いる時刻に同一の符号を付している。図3〜図5を参照して、従来の電磁流量計の励磁コイルに励磁電流Iexを流したときの電流値の変化パターンについて説明する。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a change in current value when the exciting coil is magnetically saturated relatively quickly when an exciting current is passed through the exciting coil of the electromagnetic flow meter. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a change in current value when the exciting coil is magnetically saturated relatively slowly when an exciting current is passed through the exciting coil of the electromagnetic flow meter. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a change example of the current value when the polarity of the excitation current is switched before the excitation coil is magnetically saturated when an excitation current is passed through the excitation coil of the electromagnetic flow meter. 3 to 5, for convenience, the same reference numerals are assigned to times used in the same meaning. With reference to FIGS. 3 to 5, the change pattern of the current value when the exciting current Iex is passed through the exciting coil of the conventional electromagnetic flow meter will be described.

一般に、励磁コイル12に直流電圧Vを印加すると、励磁コイル12に流れる電流iは、励磁コイル12が磁気飽和するまでの間、下記の式(6)のように変化する。ここで、Lは励磁コイル12のインダクタンスであり、tは直流電圧Vの印加時間である。 In general, when a DC voltage VL is applied to the exciting coil 12, the current i flowing through the exciting coil 12 changes as shown in the following equation (6) until the exciting coil 12 is magnetically saturated. Here, L is the inductance of the exciting coil 12, and t is the application time of the DC voltage VL .

[数6]
i=(V/L)×t ・・・(6)
[Equation 6]
i = (V L / L) × t (6)

図3の例では、励磁方向を切り替えた後、励磁電流Iexが徐々に上昇し、時刻th1において、励磁コイル12が磁気飽和する。そのため、励磁切替点である時刻tの信号安定時間Ts前、つまり時刻t01では、既に励磁電流Iexが安定している。同様に、図3の例では、時刻t以降、励磁電流Iexが徐々に減少し、時刻th2において、励磁コイル12が磁気飽和する。そのため、励磁切替点である時刻tの信号安定時間Ts前、つまり時刻t02では、既に励磁電流Iexが安定している。つまり、図3のような場合は、信号安定時間Ts以上の安定区間を確保することができる。 In the example of FIG. 3, after switching the excitation direction, the excitation current Iex gradually rises, and the excitation coil 12 is magnetically saturated at time t h1 . Therefore, the signal stabilization time Ts before time t 1 is the excitation switching point, in other words the time t 01, already excitation current Iex is stable. Similarly, in the example of FIG. 3, after time t 1, the excitation current Iex gradually decreases at time t h2, the excitation coil 12 is magnetically saturated. Therefore, the signal stabilization time Ts before time t 2 is the excitation switching point, in other words the time t 02, already excitation current Iex is stable. That is, in the case as shown in FIG. 3, it is possible to secure a stable section longer than the signal stabilization time Ts.

一方、図4の例では、励磁コイル12が磁気飽和する時刻th1は、時刻t01よりも後であるため、時刻t01では励磁電流Iexが安定していない。同様に、励磁コイル12が磁気飽和する時刻th2は、時刻t02よりも後であるため、時刻t02では励磁電流Iexが安定していない。したがって、図4のような場合は、信号安定時間Ts以上の安定区間を確保することができず、適量の安定した信号起電力Eをサンプリングすることができない。さらに、図5の例では、励磁電流Iexが立ち上がってから励磁切替点までの間に、励磁コイル12が磁気飽和しない。そのため、図5のような場合においても、十分な安定区間を確保することができず、適量の安定した信号起電力Eをサンプリングすることができない。 Meanwhile, in the example of FIG. 4, the time t h1 of the excitation coil 12 is magnetically saturated because is later than the time t 01, the time t 01 the excitation current Iex is not stable. Similarly, time t h2 of the excitation coil 12 is magnetically saturated because is later than the time t 02, the time t 02 the excitation current Iex is not stable. Therefore, in the case as shown in FIG. 4, it is not possible to secure a stable section longer than the signal stabilization time Ts, and it is not possible to sample an appropriate amount of stable signal electromotive force E. Further, in the example of FIG. 5, the excitation coil 12 is not magnetically saturated between the excitation current Iex rising and the excitation switching point. Therefore, even in the case of FIG. 5, a sufficient stable section cannot be secured, and an appropriate amount of stable signal electromotive force E cannot be sampled.

図6は、電磁流量計の励磁コイルに励磁電流を流し、図1の変換器によって安定区間を確保した場合の電流値の変化例を示す説明図である。なお、図6に示す立ち上がり区間Hは、励磁電圧Vexと励磁コイル12のインダクタンスによって決まる。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a change in current value when an excitation current is passed through the excitation coil of the electromagnetic flow meter and a stable section is secured by the converter of FIG. 6 is determined by the excitation voltage Vex and the inductance of the excitation coil 12.

図6では、制御装置50が、励磁切替点である時刻tの信号安定時間Ts前、つまり時刻t01に、電流測定部90から励磁電流値EXIfixとして「I」を取得したことを想定している。この場合、制御装置50は、図6に示すように、励磁電流生成部70が生成する励磁電流Iexの電流値を「I」に固定する。同様に、図6では、制御装置50が、励磁切替点である時刻tの信号安定時間Ts前、つまり時刻t02に、電流測定部90から励磁電流値EXIfixとして「I」を取得したことを想定している。この場合、制御装置50は、図6に示すように、励磁電流生成部70が生成する励磁電流Iexの電流値を「−I」に固定する。 In FIG. 6, the control device 50 acquires “I 1 ” as the excitation current value EXI fix from the current measurement unit 90 before the signal stabilization time Ts at time t 1 that is the excitation switching point, that is, at time t 01. Assumed. In this case, as shown in FIG. 6, the control device 50 fixes the current value of the excitation current Iex generated by the excitation current generator 70 to “I 1 ”. Similarly, in FIG. 6, the control device 50 acquires “I 2 ” as the excitation current value EXI fix from the current measurement unit 90 before the signal stabilization time Ts of time t 2 that is the excitation switching point, that is, at time t 02. Assuming that In this case, as shown in FIG. 6, the control device 50 fixes the current value of the excitation current Iex generated by the excitation current generator 70 to “−I 2 ”.

このように、本実施の形態の電磁流量計100は、検出器10として、様々な種類の検出器を適用した場合でも、検出器10ごとに異なる励磁電流Iexの立ち上がり特性の違いを、変換器20によって吸収することができる。すなわち、本実施の形態の変換器20は、検出器10の種類によらず、励磁電流Iexの安定区間を確保することができる。つまり、変換器20は、精密な検証及び調整を伴わずに、励磁電流Iexの立ち上がり特性が異なる様々な検出器10と組み合わせて、信号安定時間Tsの安定区間が確保された電磁流量計100を構成することができる。   Thus, even when various types of detectors are applied as the detector 10, the electromagnetic flow meter 100 according to the present embodiment converts the difference in the rising characteristics of the excitation current Iex, which is different for each detector 10, into a converter. 20 can be absorbed. That is, the converter 20 of the present embodiment can ensure a stable section of the excitation current Iex regardless of the type of the detector 10. In other words, the converter 20 is combined with various detectors 10 having different rising characteristics of the excitation current Iex without precise verification and adjustment, and the electromagnetic flow meter 100 in which the stable section of the signal stabilization time Ts is secured. Can be configured.

図7は、電磁流量計の励磁コイルに励磁電流を流し、図1の変換器によって安定区間を確保した場合の電流値の変化を、図4の場合と対比して示した説明図である。図8は、電磁流量計の励磁コイルに励磁電流を流し、図1の変換器によって安定区間を確保した場合の電流値の変化を、図5の場合と対比して示した説明図である。図7では、図4で示した波形を破線で示し、本実施の形態における波形を実線で示している。図8では、図5で示した波形を破線で示し、本実施の形態における波形を実線で示している。なお、図7及び図8では、制御装置50が、図6の場合と同様の励磁電流値EXIfixを電流測定部90から取得したことを想定する。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing a change in the current value when an excitation current is passed through the excitation coil of the electromagnetic flow meter and a stable section is secured by the converter of FIG. 1 in comparison with the case of FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram showing a change in the current value when an excitation current is passed through the excitation coil of the electromagnetic flow meter and a stable section is secured by the converter of FIG. 1 in comparison with the case of FIG. In FIG. 7, the waveform shown in FIG. 4 is indicated by a broken line, and the waveform in the present embodiment is indicated by a solid line. In FIG. 8, the waveform shown in FIG. 5 is indicated by a broken line, and the waveform in the present embodiment is indicated by a solid line. 7 and 8, it is assumed that the control device 50 has acquired the same excitation current value EXI fix from the current measurement unit 90 as in FIG. 6.

従来の構成によっては、一定の安定区間を確保することができなかった図4のような場合でも、本実施の形態の変換器20を用いれば、図7に示すように、信号安定時間Tsの安定区間を確保することができる。同様に、従来の構成によっては、一定の安定区間を確保することができなかった図5のような場合でも、本実施の形態の変換器20を用いれば、図7に示すように、信号安定時間Tsの安定区間を確保することができる。つまり、変換器20は、励磁電流Iexの磁気飽和による安定区間を十分に確保できない場合でも、簡易な処理によって確実に、信号安定時間Tsの安定区間を確保することができる。   Even in the case of FIG. 4 in which a certain stable section could not be secured depending on the conventional configuration, if the converter 20 of the present embodiment is used, the signal stabilization time Ts can be increased as shown in FIG. A stable section can be secured. Similarly, even in the case of FIG. 5 where a certain stable section could not be ensured depending on the conventional configuration, if the converter 20 of the present embodiment is used, as shown in FIG. A stable section of time Ts can be secured. That is, even when the converter 20 cannot sufficiently secure a stable section due to magnetic saturation of the excitation current Iex, the converter 20 can reliably secure a stable section of the signal stabilization time Ts by simple processing.

図9は、図1のスイッチ回路及びサンプルホールド回路の動作と、励磁電流及び信号起電力の変化とを対応づけて例示した説明図である。図9では、第2スイッチSW2及び第3スイッチSW3がオンの第1状態と、第1スイッチSW1及び第4スイッチSW4がオンの第2状態とが、交互に繰り返されている。そして、制御装置50は、励磁電流Iexの制御を上記のように行うため、励磁電流Iexの安定区間が信号安定時間Tsだけ確保されている。   FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating the operation of the switch circuit and the sample hold circuit of FIG. 1 in association with changes in excitation current and signal electromotive force. In FIG. 9, the first state where the second switch SW2 and the third switch SW3 are on and the second state where the first switch SW1 and the fourth switch SW4 are on are alternately repeated. Since the control device 50 controls the excitation current Iex as described above, a stable section of the excitation current Iex is ensured for the signal stabilization time Ts.

したがって、信号起電力Eの安定区間も、信号安定時間Tsだけ確保される。つまり、信号起電力Eの波形には、微分ノイズなどの影響で安定しない区間も存在するが、図9に示すように、少なくとも励磁切替点である時刻t〜時刻tのそれぞれまでの信号安定時間Tsは、信号起電力Eが安定する。よって、サンプルホールド回路35は、励磁切替点までの信号安定時間Tsの間、交流増幅回路30によって増幅された安定性の高い信号起電力Eをサンプリングすることができる。そして、AD変換器40は、サンプルホールド回路35によってサンプリングされた信号起電力Eを差動で増幅し、ADカウント値を精度よく求めることができるため、制御装置50は、測定管11を流れる流体の流量を正確に求めることができる。 Therefore, the stable section of the signal electromotive force E is also secured for the signal stabilization time Ts. That is, the waveform of the signal electromotive force E includes a section that is not stable due to the influence of differential noise or the like, but as shown in FIG. 9, at least signals from time t 0 to time t 7 that are excitation switching points. During the stabilization time Ts, the signal electromotive force E is stabilized. Therefore, the sample hold circuit 35 can sample the highly stable signal electromotive force E amplified by the AC amplifier circuit 30 during the signal stabilization time Ts until the excitation switching point. Since the AD converter 40 differentially amplifies the signal electromotive force E sampled by the sample and hold circuit 35 and can accurately obtain the AD count value, the control device 50 allows the fluid flowing through the measurement tube 11 to flow. The flow rate can be accurately determined.

図10は、図2の電圧制御部による励磁電圧制御を例示した説明図である。図10を参照して、電圧制御部54による励磁電圧制御について具体的に説明する。   FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating excitation voltage control by the voltage control unit of FIG. With reference to FIG. 10, the excitation voltage control by the voltage control part 54 is demonstrated concretely.

励磁切替点において励磁コイル12に印加する励磁電圧Vexを高くすると、励磁電流Iexを早く上昇させることができるため、所定値以上のSN比に早く到達させることができる。一方、安定区間、つまり励磁切替点の信号安定時間Ts前に到達してからも、高い励磁電圧Vexを維持すると、励磁電流生成部70が発熱して無駄な電力を消費することになる。そのため、本実施の形態の変換器20は、励磁電圧生成部80を用いて励磁電圧Vexを調整できるようになっている。   When the excitation voltage Vex applied to the excitation coil 12 is increased at the excitation switching point, the excitation current Iex can be increased quickly, so that the SN ratio equal to or higher than a predetermined value can be reached quickly. On the other hand, if the high excitation voltage Vex is maintained even after reaching the stable section, that is, before the signal stabilization time Ts of the excitation switching point, the excitation current generator 70 generates heat and consumes useless power. For this reason, the converter 20 of the present embodiment can adjust the excitation voltage Vex using the excitation voltage generation unit 80.

電圧制御部54は、励磁電流Iexの極性が入れ替わるタイミングにおいて、励磁電圧生成部80から励磁コイル12に供給される励磁電圧Vexの大きさを切替電圧値Voに設定する。すなわち、電圧制御部54は、スイッチ回路62が第1状態に切り替わったとき、励磁電圧Vexを、大きさが切替電圧値Voである正の電圧値に設定する。また、電圧制御部54は、スイッチ回路62が第2状態に切り替わったとき、励磁電圧Vexを、大きさが切替電圧値Voである負の電圧値に設定する。図10では、切替電圧値Voが、励磁電圧生成部80によって発生可能な最大電圧である36[V]に設定された場合を例示している。   The voltage control unit 54 sets the magnitude of the excitation voltage Vex supplied from the excitation voltage generation unit 80 to the excitation coil 12 to the switching voltage value Vo at the timing when the polarity of the excitation current Iex is switched. That is, when the switch circuit 62 is switched to the first state, the voltage control unit 54 sets the excitation voltage Vex to a positive voltage value whose magnitude is the switching voltage value Vo. Further, when the switch circuit 62 is switched to the second state, the voltage control unit 54 sets the excitation voltage Vex to a negative voltage value whose magnitude is the switching voltage value Vo. FIG. 10 illustrates a case where the switching voltage value Vo is set to 36 [V], which is the maximum voltage that can be generated by the excitation voltage generator 80.

さらに、電圧制御部54は、励磁切替点の信号安定時間Ts前になったとき、励磁電圧Vexの大きさを下限電圧値EXVに設定する。すなわち、電圧制御部54は、第1状態における時刻t01になったとき、励磁電流値EXIfixとしてのIに、内部抵抗Rと補填係数αとを乗じることにより、下限電圧値EXVとして「V」を求める。そして、電圧制御部54は、図10に示すように、励磁電圧Vexを、大きさが「V」である正の電圧値まで低下させる。また、電圧制御部54は、第2状態における時刻t02になったとき、励磁電流値EXIfixとしてのIに、内部抵抗Rと補填係数αとを乗じることにより、下限電圧値EXVとして「V」を求める。そして、電圧制御部54は、図10に示すように、励磁電圧Vexを、大きさが「V」である負の電圧値まで上昇させる。 Furthermore, the voltage control unit 54 sets the magnitude of the excitation voltage Vex to the lower limit voltage value EXV when the signal stabilization time Ts before the excitation switching point is reached. That is, when the time t 01 in the first state is reached, the voltage control unit 54 multiplies I 1 as the excitation current value EXI fix by the internal resistance RL and the compensation coefficient α to obtain the lower limit voltage value EXV. “V 1 ” is obtained. Then, as shown in FIG. 10, the voltage control unit 54 reduces the excitation voltage Vex to a positive voltage value whose magnitude is “V 1 ”. Further, when the time t 02 in the second state is reached, the voltage control unit 54 multiplies I 2 as the excitation current value EXI fix by the internal resistance RL and the compensation coefficient α to obtain the lower limit voltage value EXV. “V 2 ” is obtained. Then, as illustrated in FIG. 10, the voltage control unit 54 increases the excitation voltage Vex to a negative voltage value having a magnitude of “V 2 ”.

制御装置50は、CPU(Central Processing Unit)などの演算装置と、こうした演算装置と協働して上記の各種機能を実現させる動作プログラムとにより構成することができる。記憶装置58は、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等のPROM(Programmable ROM)、又はHDD(Hard Disk Drive)などにより構成することができる。   The control device 50 can be configured by an arithmetic device such as a CPU (Central Processing Unit) and an operation program that realizes the various functions described above in cooperation with such an arithmetic device. The storage device 58 can be configured by a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), a PROM (Programmable ROM) such as a flash memory, or an HDD (Hard Disk Drive).

図11は、図1の電磁流量計が2線式電磁流量計である場合の励磁電流安定化に関する動作を示すフローチャートである。図11を参照して、変換器20による流量演算方法のうち、励磁電流Iexの安定化処理について説明する。   FIG. 11 is a flowchart showing an operation relating to excitation current stabilization when the electromagnetic flow meter of FIG. 1 is a two-wire electromagnetic flow meter. With reference to FIG. 11, the stabilization process of the exciting current Iex in the flow rate calculation method by the converter 20 will be described.

電流取得部52は、励磁切替点の信号安定時間Ts前になるまで待機する(ステップS101/No)。電流取得部52は、励磁切替点の信号安定時間Tsになると(ステップS101/Yes)、電流測定部90から励磁電流値EXIfixを取得する。つまり、電流取得部52は、励磁切替点の信号安定時間Tsにおける励磁電流Iexの大きさを、電流測定部90から励磁電流値EXIfixとして取得する。そして、電流取得部52は、取得した励磁電流値EXIfixを、電流制御部53、電圧制御部54、及び流量演算部55に出力する(ステップS102)。 The current acquisition unit 52 waits until the excitation switching point before the signal stabilization time Ts (step S101 / No). The current acquisition unit 52 acquires the excitation current value EXI fix from the current measurement unit 90 when the signal stabilization time Ts of the excitation switching point is reached (step S101 / Yes). That is, the current acquisition unit 52 acquires the magnitude of the excitation current Iex in the signal stabilization time Ts at the excitation switching point as the excitation current value EXI fix from the current measurement unit 90. Then, the current acquisition unit 52 outputs the acquired excitation current value EXI fix to the current control unit 53, the voltage control unit 54, and the flow rate calculation unit 55 (step S102).

次いで、電流制御部53は、励磁切替点までの信号安定時間Tsの間、励磁電流Iexの大きさを励磁電流値EXIfixに固定する(ステップS103)。切替制御部51は、励磁切替点の信号安定時間Ts前から信号安定時間Tsが経過し、励磁切替点に到達するまで待機する(ステップS104/No)。そして、切替制御部51は、信号安定時間Tsが経過し、励磁切替点になったときに(ステップS104/Yes)、励磁コイル12に流れる励磁電流Iexの励磁方向の切り替えを行う(ステップS105)。 Next, the current control unit 53 fixes the magnitude of the excitation current Iex to the excitation current value EXI fix during the signal stabilization time Ts until the excitation switching point (step S103). The switching control unit 51 waits until the signal stabilization time Ts elapses before the signal stabilization time Ts before the excitation switching point and the excitation switching point is reached (step S104 / No). Then, when the signal stabilization time Ts has elapsed and the excitation switching point is reached (Yes at Step S104), the switching control unit 51 switches the excitation direction of the excitation current Iex flowing through the excitation coil 12 (Step S105). .

制御装置50は、上記のステップS101〜S105の一連の処理を、励磁電流Iexの極性が入れ替わる周期ごとに実行する。すなわち、電磁流量計100が2線式の場合、流体の流量を示す4−20mA電流の出力によって、励磁電圧Vex及び励磁周波数Fを変更する必要がある。そのため、励磁切替点の信号安定時間Tsになる度に、電流測定部90から励磁電流値EXIfixを取得する必要がある。 The control device 50 executes the above-described series of processing of steps S101 to S105 for each cycle in which the polarity of the excitation current Iex is switched. That is, when the electromagnetic flowmeter 100 is a two-wire type, it is necessary to change the excitation voltage Vex and the excitation frequency F by outputting a 4-20 mA current indicating the flow rate of the fluid. Therefore, it is necessary to acquire the excitation current value EXI fix from the current measurement unit 90 every time the excitation stabilization point signal stabilization time Ts is reached.

図12は、図1の電磁流量計が4線式電磁流量計である場合の励磁電流安定化に関する動作を示すフローチャートである。図12を参照して、変換器20による流量演算方法のうち、励磁電流Iexの安定化処理について説明する。   FIG. 12 is a flowchart showing an operation relating to excitation current stabilization when the electromagnetic flow meter of FIG. 1 is a four-wire electromagnetic flow meter. With reference to FIG. 12, the stabilization process of the exciting current Iex in the flow rate calculation method by the converter 20 will be described.

制御装置50は、ステップS101及びS102の処理を、図11の場合と同様に実行する。また、電流取得部52は、電流測定部90から取得した励磁電流値EXIfixを記憶装置58に記憶させる(ステップS201)。 The control device 50 executes the processes in steps S101 and S102 in the same manner as in FIG. Moreover, the current acquisition unit 52 stores the excitation current value EXI fix acquired from the current measurement unit 90 in the storage device 58 (step S201).

次いで、制御装置50は、ステップS103〜S105の処理を、図11の場合と同様に実行する。電流制御部53は、励磁切替点の信号安定時間Ts前になるまで待機し(ステップS202/No)、励磁切替点の信号安定時間Tsになると(ステップS202/Yes)、記憶装置58から励磁電流値EXIfixを読み出す(ステップS203)。そして、電流制御部53は、次の励磁切替点までの信号安定時間Tsにおける励磁電流Iexの大きさを、記憶装置58から読み出した励磁電流値EXIfixに固定する(ステップS204)。 Next, the control device 50 executes the processes of steps S103 to S105 as in the case of FIG. The current control unit 53 waits until the excitation switching point signal stabilization time Ts is reached (step S202 / No). When the excitation switching point signal stabilization time Ts comes (step S202 / Yes), the storage device 58 receives the excitation current. The value EXI fix is read (step S203). Then, the current control unit 53 fixes the magnitude of the excitation current Iex in the signal stabilization time Ts until the next excitation switching point to the excitation current value EXI fix read from the storage device 58 (step S204).

そして、制御装置50は、上記のステップS104、S105、S202〜S204の一連の処理を、励磁電流Iexの極性が入れ替わる周期ごとに実行する。ところで、電磁流量計100が4線式の場合、検出器10の励磁コイル12のインダクタンスは、測定管11内に流れる流体の種類及び流速の変化によって左右されない。そのため、励磁周波数F及び励磁電圧Vexが一定であれば、励磁切替点の信号安定時間Ts前の励磁電流値EXIfixは一定となる。よって、励磁切替点の信号安定時間Tsになる度に、電流測定部90から励磁電流値EXIfixを取得する必要はない。すなわち、電磁流量計100が4線式の場合は、電源投入時、新しい検出器10と組み合わせて調整するとき、又は励磁周波数Fもしくは励磁切替時に印加する励磁電圧Vexを変更したときに、一度だけ励磁電流値EXIfixを取得してもよい。そして、計測中は、最初に取得した励磁電流値EXIfixを用いて励磁電流Iexの制御を行ってもよい。 And the control apparatus 50 performs a series of processes of said step S104, S105, S202-S204 for every period in which the polarity of the exciting current Iex switches. By the way, when the electromagnetic flowmeter 100 is a four-wire type, the inductance of the exciting coil 12 of the detector 10 is not influenced by the type of fluid flowing in the measuring tube 11 and the change in flow velocity. Therefore, if the excitation frequency F and the excitation voltage Vex are constant, the excitation current value EXI fix before the signal stabilization time Ts at the excitation switching point is constant. Therefore, it is not necessary to acquire the excitation current value EXI fix from the current measuring unit 90 every time the excitation stabilization point signal stabilization time Ts is reached. That is, when the electromagnetic flowmeter 100 is a four-wire type, it is only once when the power is turned on, when adjusting in combination with the new detector 10, or when the excitation frequency Fex or the excitation voltage Vex applied at the time of excitation switching is changed. The excitation current value EXI fix may be acquired. During the measurement, the excitation current Iex may be controlled using the excitation current value EXI fix acquired first.

図13は、図1の電磁流量計による流量演算の動作を示すフローチャートである。図13を参照して、変換器20による流量演算方法について、流量演算部55による処理を中心に説明する。   FIG. 13 is a flowchart showing the flow rate calculation operation by the electromagnetic flow meter of FIG. With reference to FIG. 13, the flow rate calculation method by the converter 20 will be described focusing on the processing by the flow rate calculation unit 55.

まず、サンプリング処理部56は、測定周期ΔTにおける各励磁切替点までの信号安定時間Tsの間の信号起電力Eを、サンプルホールド回路35にサンプリングさせる。すると、AD変換器40は、サンプルホールド回路35によってサンプリングされた信号起電力Eを差動で増幅してADカウント値を生成し、流量演算部55へ出力する。これにより、流量演算部55は、ADカウント値を取得する(ステップS301)。   First, the sampling processing unit 56 causes the sample and hold circuit 35 to sample the signal electromotive force E during the signal stabilization time Ts to each excitation switching point in the measurement period ΔT. Then, the AD converter 40 differentially amplifies the signal electromotive force E sampled by the sample hold circuit 35 to generate an AD count value, and outputs the AD count value to the flow rate calculation unit 55. Thereby, the flow volume calculating part 55 acquires AD count value (step S301).

次いで、流量演算部55は、ADカウント値を電圧換算データに照らして信号電圧Vinを求める(ステップS302)。次に、流量演算部55は、上記の式(2)に、信号電圧Vinと励磁電流値EXIfixとを適用して換算電圧Vconを求める。ここで、流量演算部55は、励磁電流値EXIfixとして、ステップS102において電流取得部52から出力された励磁電流値EXIfix、又はステップS201において記憶装置58に記憶された励磁電流値EXIfixを用いる(ステップS303)。 Then, the flow rate calculation unit 55 calculates the signal voltage V in the light of the AD count value to the voltage conversion data (step S302). Then, the flow rate calculation unit 55, the above equation (2), by applying an excitation current value EXI fix the signal voltage V in obtaining the converted voltage V con. Here, the flow rate calculation unit 55 uses the excitation current value EXI fix output from the current acquisition unit 52 in step S102 or the excitation current value EXI fix stored in the storage device 58 in step S201 as the excitation current value EXI fix . Used (step S303).

続いて、流量演算部55は、換算電圧Vconをもとに、流速変換データを利用して、流速Vを求める(ステップS304)。そして、流量演算部55は、ステップS304で求めた流速Vから、上記の式(3)により、1[s]あたりの流体の流量である瞬時流量を求める(ステップS305)。制御装置50は、測定周期ΔTごとに、上記のステップS301〜S305の一連の処理を実行する。 Subsequently, the flow rate calculation unit 55 obtains the flow velocity V using the flow velocity conversion data based on the converted voltage V con (step S304). And the flow volume calculating part 55 calculates | requires the instantaneous flow volume which is the flow volume of the fluid per 1 [s] from said flow velocity V calculated | required by step S304 by said Formula (3) (step S305). The control apparatus 50 performs a series of processes of said step S301-S305 for every measurement period (DELTA) T.

図14は、図1の電磁流量計による電圧制御の動作を示すフローチャートである。図14を参照して、変換器20による流量演算方法のうち、電圧制御部54による励磁電圧Vexの変更処理を中心に説明する。   FIG. 14 is a flowchart showing the voltage control operation by the electromagnetic flow meter of FIG. With reference to FIG. 14, the flow rate calculation method by the converter 20 will be described focusing on the excitation voltage Vex change processing by the voltage control unit 54.

電圧制御部54は、励磁切替点において、励磁コイル12に供給される励磁電圧Vexの大きさを切替電圧値Voにする(ステップS401)。次に、電圧制御部54は、次の励磁切替点の信号安定時間Ts前に、ステップS102において電流取得部52から出力された励磁電流値EXIfix、又はステップS201において記憶装置58に記憶された励磁電流値EXIfixを取得する(ステップS402)。次いで、電圧制御部54は、取得した励磁電流値EXIfixを上記の式(1)に適用して、下限電圧値EXVを求める(ステップS403)。そして、電圧制御部54は、求めた下限電圧値EXVへの変更を指示する電圧指令信号を励磁電圧生成部80へ出力して、励磁電圧Vexの大きさを下限電圧値EXVに変更する(ステップS404)。電圧制御部54は、上記のステップS401〜S404の一連の処理を、励磁電流Iexの極性が入れ替わる周期ごとに実行する。 The voltage control unit 54 sets the magnitude of the excitation voltage Vex supplied to the excitation coil 12 to the switching voltage value Vo at the excitation switching point (step S401). Next, the voltage control unit 54 stores the excitation current value EXI fix output from the current acquisition unit 52 in step S102 or the storage device 58 in step S201 before the signal stabilization time Ts of the next excitation switching point. An excitation current value EXI fix is acquired (step S402). Next, the voltage control unit 54 obtains the lower limit voltage value EXV by applying the acquired excitation current value EXI fix to the above equation (1) (step S403). Then, the voltage control unit 54 outputs a voltage command signal instructing the change to the obtained lower limit voltage value EXV to the excitation voltage generation unit 80, and changes the magnitude of the excitation voltage Vex to the lower limit voltage value EXV (step). S404). The voltage control unit 54 executes the series of processes of steps S401 to S404 for each cycle in which the polarity of the excitation current Iex is switched.

以上のように、本実施の形態における変換器20及び電磁流量計100によれば、励磁切替点までの信号安定時間Tsの間、励磁電流Iexの大きさを、励磁切替点の信号安定時間Ts前における励磁電流値EXIfixに固定する。そのため、励磁電流Iex及び信号起電力Eについて、信号安定時間Ts分の安定区間を確保することができることから、検出器10の種類及び測定管の口径などによらず、簡易な処理によって励磁電流の安定区間を確保することができる。そして、変換器20は、検出器10の測定管11を流れる流体の流速に比例する信号起電力Eを、励磁切替点から信号安定時間Tsの間にサンプリングし、サンプリングしたデータを用いて流体の流量を求める。そのため、流体の流量を精度よく求めることができる。 As described above, according to the converter 20 and the electromagnetic flow meter 100 in the present embodiment, during the signal stabilization time Ts to the excitation switching point, the magnitude of the excitation current Iex is changed to the signal stabilization time Ts at the excitation switching point. The previous excitation current value EXI fix is fixed. Therefore, since it is possible to secure a stable section corresponding to the signal stabilization time Ts for the excitation current Iex and the signal electromotive force E, the excitation current can be reduced by simple processing regardless of the type of the detector 10 and the diameter of the measurement tube. A stable section can be secured. The converter 20 samples the signal electromotive force E proportional to the flow velocity of the fluid flowing through the measurement tube 11 of the detector 10 during the signal stabilization time Ts from the excitation switching point, and uses the sampled data to Find the flow rate. Therefore, the fluid flow rate can be obtained with high accuracy.

すなわち、変換器20は、検出器10ごとに励磁電流Iexの立ち上がり特性などを調べることなく、既存の検出器10、新規の検出器10、又は特性の不明な検出器10など、多様な検出器10と組み合わせて利用することがでる。そして、信号安定時間Tsの安定区間を確保することができるため、安定したデータの取得及び生成を実現することができる。   That is, the converter 20 can detect various detectors such as the existing detector 10, the new detector 10, or the detector 10 with unknown characteristics without checking the rising characteristics of the excitation current Iex for each detector 10. 10 can be used in combination. Since a stable section of the signal stabilization time Ts can be secured, stable data acquisition and generation can be realized.

また、流量演算部55は、信号起電力Eをもとに、基準励磁電流EXIと励磁電流値EXIfixとの関係を利用して、基準励磁電流EXIに対応する換算電圧Vconを生成し、換算電圧Vconを用いて流体の流量を求める。したがって、励磁電流値EXIfixが基準励磁電流EXIとは異なっていても、換算電圧Vconを用いて流速及び流量を正確に求めることができる。 Further, the flow rate calculation unit 55 generates a converted voltage V con corresponding to the reference excitation current EXI using the relationship between the reference excitation current EXI and the excitation current value EXI fix based on the signal electromotive force E, The flow rate of the fluid is obtained using the converted voltage Vcon . Therefore, even if the excitation current value EXI fix is different from the reference excitation current EXI, the flow velocity and flow rate can be accurately obtained using the converted voltage V con .

さらに、電圧制御部54は、励磁切替点において切替電圧値Voとなっている励磁電圧Vexの大きさを、励磁切替点の信号安定時間Ts前になったときに、下限電圧値EXVまで低下させる。すなわち、電圧制御部54は、安定区間に達したとき、そのときの励磁電流Iexの大きさである励磁電流値EXIfixを維持できる相対的に小さな下限電圧値EXVまで、励磁電圧Vexの大きさを下げる。そのため、変換器20の内部回路の発熱と抑制することができ、かつ無駄な電力の消費を防ぐことができる。 Further, the voltage control unit 54 reduces the magnitude of the excitation voltage Vex, which is the switching voltage value Vo at the excitation switching point, to the lower limit voltage value EXV before the signal stabilization time Ts at the excitation switching point. . That is, when the voltage control unit 54 reaches the stable interval, the voltage control unit 54 increases the magnitude of the excitation voltage Vex up to a relatively small lower limit voltage value EXV that can maintain the excitation current value EXI fix that is the magnitude of the excitation current Iex at that time. Lower. Therefore, heat generation in the internal circuit of the converter 20 can be suppressed, and wasteful power consumption can be prevented.

加えて、電圧制御部54は、励磁電流値EXIfixと励磁コイル12の内部抵抗Rとを用いて下限電圧値EXVを求める。すなわち、電圧制御部54は、励磁電流値EXIfixに、内部抵抗Rと補填係数αとを乗じることにより、下限電圧値EXVを求める。よって、変換器20の内部回路などで発生した熱により電力が消費され、励磁電流値EXIfixの大きさを励磁電流Iexで維持するために、余分な電圧が必要となる場合でも、励磁電流Iexの大きさを、確実に励磁電流値EXIfixで維持することができる。 In addition, the voltage control unit 54 obtains the lower limit voltage value EXV using the excitation current value EXI fix and the internal resistance RL of the excitation coil 12. That is, the voltage control unit 54 obtains the lower limit voltage value EXV by multiplying the excitation current value EXI fix by the internal resistance RL and the compensation coefficient α. Therefore, even if an extra voltage is required to maintain the magnitude of the excitation current value EXI fix with the excitation current Iex due to the power consumed by the heat generated in the internal circuit of the converter 20, etc., the excitation current Iex Can be reliably maintained at the exciting current value EXI fix .

上述した各実施の形態は、電磁流量計の変換器、電磁流量計、および流量演算方法における好適な具体例であり、本発明の技術的範囲は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、上記の説明では、励磁切替点の信号安定時間Ts前に、電圧制御部54が励磁電圧Vexを変更する場合を例示したが、これに限定されない。すなわち、変換器20は、励磁電圧Vexを連続的に変更することができる励磁電圧生成部80を設けずに構成してもよい。ただし、変換器20に励磁電圧生成部80を設け、励磁切替点の信号安定時間Ts前に励磁電圧Vexの大きさを低下させた方が、省エネルギー化を図ることができる。   Each embodiment mentioned above is a suitable example in a converter of an electromagnetic flow meter, an electromagnetic flow meter, and a flow rate calculation method, and the technical scope of the present invention is not limited to these modes. For example, in the above description, the case where the voltage control unit 54 changes the excitation voltage Vex before the signal stabilization time Ts at the excitation switching point is illustrated, but the present invention is not limited to this. That is, the converter 20 may be configured without providing the excitation voltage generation unit 80 that can continuously change the excitation voltage Vex. However, it is possible to save energy by providing the converter 20 with the excitation voltage generator 80 and reducing the magnitude of the excitation voltage Vex before the signal stabilization time Ts at the excitation switching point.

また、電流測定部90によって励磁コイル12の内部抵抗Rを測定することができるため、制御装置50は、電流測定部90による測定値を用いて、断線又はショートなどの故障診断を行うようにしてもよい。なお、電流測定部90は、高精度でなくても、励磁電流生成部70が正確な励磁電流Iexを生成するように構成すれば、励磁電流制御の精度を確保することができる。 Further, since the internal resistance RL of the exciting coil 12 can be measured by the current measuring unit 90, the control device 50 performs failure diagnosis such as disconnection or short using the measured value by the current measuring unit 90. May be. In addition, even if the current measurement unit 90 is not highly accurate, if the excitation current generation unit 70 is configured to generate an accurate excitation current Iex, the accuracy of the excitation current control can be ensured.

加えて、上記実施の形態では、AD変換器40が直流増幅機能を備えている場合を例示したが、これに限定されない。変換器20は、AD変換器40の代わりに、ゲイン設定部41及び直流増幅部42と同様に機能する直流増幅器と、変換部43と同様に機能するAD変換器と、を有していてもよい。   In addition, in the said embodiment, although the case where AD converter 40 was provided with the direct current | flow amplification function was illustrated, it is not limited to this. The converter 20 may include a DC amplifier that functions similarly to the gain setting unit 41 and the DC amplification unit 42 and an AD converter that functions similarly to the conversion unit 43 instead of the AD converter 40. Good.

10 検出器、11 測定管、12 励磁コイル、13a、13b 電極、14 接地電極、20 変換器、30 交流増幅回路、35 サンプルホールド回路、40 AD変換器、41 ゲイン設定部、42 直流増幅部、43 変換部、50 制御装置、51 切替制御部、52 電流取得部、53 電流制御部、54 電圧制御部、55 流量演算部、56 サンプリング処理部、57 ゲイン調整部、58 記憶装置、60 励磁回路、61 励磁切替回路、62 スイッチ回路、70 励磁電流生成部、71、81 DA変換器、80 励磁電圧生成部、90 電流測定部、91 AD変換器、100 電磁流量計、E 信号起電力、EXI 基準励磁電流、EXV 下限電圧値、F 励磁周波数、G ゲイン、H 立ち上がり区間、Iex 励磁電流、M、N、P〜S 接続点、R 内部抵抗、Ro 測定抵抗、SW1 第1スイッチ、SW2 第2スイッチ、SW3 第3スイッチ、SW4 第4スイッチ、Ts 信号安定時間、V 流速、V 直流電圧、Vcon 換算電圧、Vex 励磁電圧、Vin 信号電圧、Vo 切替電圧値、X、Y 端子、ΔT 測定周期、α 補填係数。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Detector, 11 Measuring tube, 12 Excitation coil, 13a, 13b Electrode, 14 Ground electrode, 20 Converter, 30 AC amplifier circuit, 35 Sample hold circuit, 40 AD converter, 41 Gain setting part, 42 DC amplifier part, 43 conversion unit, 50 control device, 51 switching control unit, 52 current acquisition unit, 53 current control unit, 54 voltage control unit, 55 flow rate calculation unit, 56 sampling processing unit, 57 gain adjustment unit, 58 storage device, 60 excitation circuit , 61 Excitation switching circuit, 62 Switch circuit, 70 Excitation current generation unit, 71, 81 DA converter, 80 Excitation voltage generation unit, 90 Current measurement unit, 91 AD converter, 100 Electromagnetic flow meter, E signal electromotive force, EXI reference excitation current, EXV lower limit voltage value, F excitation frequency, G gain, H leading edge, Iex excitation current, M, N, P~S connection point, R L Part resistance, Ro measuring resistor, SW1 first switch, SW2 second switch, SW3 third switch, SW4 fourth switch, Ts signal stabilization time, V flow velocity, V L DC V oltage, V con converted voltage, Vex excitation V oltage, V in signal voltage, Vo switching voltage value, X and Y terminals, ΔT measurement period, α compensation coefficient.

Claims (7)

励磁コイルを備えた検出器の測定管を流れる流体の流速に比例する信号起電力をもとに前記流体の流量を求める変換器であって、
前記励磁コイルに供給される励磁電流の極性が入れ替わるタイミングである励磁切替点の信号安定時間前に、前記励磁電流の大きさを励磁電流値として測定する電流測定部と、
前記励磁切替点までの信号安定時間の間、前記励磁電流の大きさを前記励磁電流値に固定する電流制御部と、を有する、電磁流量計の変換器。
A converter for obtaining a flow rate of the fluid based on a signal electromotive force proportional to a flow velocity of the fluid flowing through a measurement tube of a detector having an excitation coil,
A current measurement unit that measures the magnitude of the excitation current as an excitation current value before the signal stabilization time of the excitation switching point, which is a timing at which the polarity of the excitation current supplied to the excitation coil is switched;
An electromagnetic flowmeter converter comprising: a current control unit that fixes the magnitude of the excitation current to the excitation current value during a signal stabilization time to the excitation switching point.
前記信号起電力をもとに、前記励磁電流から流速を求める際の基準となる基準励磁電流と、前記電流測定部において測定された前記励磁電流値との関係を利用して、前記基準励磁電流に対応する換算電圧を生成し、生成した前記換算電圧を用いて前記流体の流量を求める流量演算部を有する、請求項1に記載の電磁流量計の変換器。   Based on the signal electromotive force, the reference excitation current is obtained by using a relationship between a reference excitation current that is a reference for obtaining a flow velocity from the excitation current and the excitation current value measured in the current measurement unit. The converter of the electromagnetic flowmeter of Claim 1 which has the flow volume calculating part which produces | generates the conversion voltage corresponding to 1 and calculates | requires the flow volume of the fluid using the produced | generated said conversion voltage. 前記励磁切替点において、前記励磁コイルに供給される励磁電圧の大きさが、予め設定された切替電圧値となるように制御する電圧制御部を有し、
前記電圧制御部は、
前記励磁切替点の信号安定時間前に、前記励磁電圧の大きさを、前記切替電圧値よりも小さく設定された下限電圧値まで低下させるものである、請求項1又は2に記載の電磁流量計の変換器。
A voltage control unit that controls the excitation voltage supplied to the excitation coil to have a preset switching voltage value at the excitation switching point;
The voltage controller is
3. The electromagnetic flow meter according to claim 1, wherein the excitation voltage is reduced to a lower limit voltage value set smaller than the switching voltage value before the signal stabilization time of the excitation switching point. Converter.
前記電圧制御部は、
前記励磁電流値と前記励磁コイルの内部抵抗とを用いて前記下限電圧値を求めるものである、請求項3に記載の電磁流量計の変換器。
The voltage controller is
The converter of the electromagnetic flowmeter according to claim 3, wherein the lower limit voltage value is obtained using the exciting current value and an internal resistance of the exciting coil.
前記電圧制御部は、
前記励磁電流値に、前記内部抵抗と、外的要因による電力消費の補填用の補填係数とを乗じて、前記下限電圧値を求めるものである、請求項4に記載の電磁流量計の変換器。
The voltage controller is
The electromagnetic flowmeter converter according to claim 4, wherein the lower limit voltage value is obtained by multiplying the excitation current value by the internal resistance and a compensation coefficient for compensating power consumption due to an external factor. .
測定管内を流れる流体に磁界を印加する励磁コイルを有し、前記測定管内を流れる前記流体の流速に応じて発生する信号起電力を検出する検出器と、
前記検出器において検出された前記信号起電力をもとに前記流体の流量を求める、請求項1〜3の何れか一項に記載の変換器と、を有する、電磁流量計。
A detector for detecting a signal electromotive force generated in accordance with a flow velocity of the fluid flowing in the measurement tube, the excitation coil applying a magnetic field to the fluid flowing in the measurement tube;
An electromagnetic flowmeter comprising: the converter according to any one of claims 1 to 3, wherein a flow rate of the fluid is obtained based on the signal electromotive force detected by the detector.
検出器の励磁コイルに供給される励磁電流の極性が入れ替わるタイミングである励磁切替点の信号安定時間前に、前記励磁電流の大きさを励磁電流値として取得し、
前記励磁切替点までの信号安定時間の間、前記励磁電流の大きさを前記励磁電流値に固定し、
前記検出器の測定管を流れる流体の流速に比例する信号起電力を、前記励磁切替点から前記信号安定時間の間にサンプリングし、サンプリングしたデータを用いて前記流体の流量を求める、流量演算方法。
Before the signal stabilization time of the excitation switching point, which is the timing at which the polarity of the excitation current supplied to the excitation coil of the detector is switched, the magnitude of the excitation current is acquired as the excitation current value.
During the signal stabilization time to the excitation switching point, the magnitude of the excitation current is fixed to the excitation current value,
A flow rate calculation method of sampling a signal electromotive force proportional to the flow velocity of the fluid flowing through the measurement tube of the detector during the signal stabilization time from the excitation switching point, and obtaining the flow rate of the fluid using the sampled data .
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