JP3018309B2 - 電磁流量計の空検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁流量計の空検出方
法に関し、特に電磁流量計により流量を測定する管の内
部が流体で満たされているか否かを検出する電磁流量計
の空検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁界中の流体から得られる信号起
電力に基づき流量を測定する電磁流量計では、図４に示
すような構成により流体の空検出を実施していた。同図
において、１は所定の磁界を発生させるとともに流体か
ら信号起電力を検出する検出部、１０は検出器１からの
信号起電力を信号処理して流量を算出し、所定のプロセ
ス制御信号に変換出力する変換器である。検出器１にお
いて、２は所定の磁界を発生させるコイル、３は測定さ
れる流体が流れる管、４ａ，４ｂは管３の内側面に対向
して流体に接液するように配設された検出電極、５は管
３内の流体に管３と同一の電位（接地電位）を与えるた
めのコモン電極（アースリング）である。

【０００３】変換器１０において、１１はプロセス制御
装置（図示せず）から供給されるループ電流から所定の
電源電圧を生成する電源部、１２は所定周波数の励磁電
流をコイル２に出力する励磁部、１３はバッファ、１４
は検出電極４ａ，４ｂから得られた信号起電力を差動増
幅する交流増幅部、１５は交流増幅部１４の出力のうち
流体ノイズなどの低周波成分を減衰させるハイパスフィ
ルタ、１６はハイパスフィルタ１５の出力を所定間隔で
サンプリングするとともにディジタル情報に変換するＡ
／Ｄ変換部、１７はＡ／Ｄ変換部１６の出力から流量を
算出するとともに変換器１０内の各部を制御する制御
部、１８は制御部１７からの流量情報に基づき所定のプ
ロセス制御信号を出力する出力インターフェース部であ
り、１４〜１７により流量検出系が構成されている。

【０００４】Ｒａ，Ｒｂは検出電極４ａ，４ｂに対して
空検出のための微少な電流を供給する抵抗、１９はバッ
ファ１３を介して得られた検出電極４ａ，４ｂの電位と
各検出電極４ａ，４ｂに対して設けられた基準電圧Ｖ
ａ，Ｖｂとを比較するコンパレータ１９ａ，１９ｂを有
し、各検出電極４ａ，４ｂの電位がそれぞれ対応する基
準電圧Ｖａ，Ｖｂを越えた場合に空検出信号を制御部１
７に出力する空検出部である。なお、＋Ｖは接地電位よ
り高い正の電源電圧、−Ｖは接地電位より低い負の電源
電圧であり、また基準電圧Ｖａ，Ｖｂは、それぞれ電源
電圧＋Ｖ，−Ｖと接地電位との間の所定値に設定されて
いる。

【０００５】次に、電磁流量計における従来の空検出方
法について説明する。図５は、空検出に関する回路部分
を示す説明図であり、（ａ）は図４に示す電磁流量計の
うち空検出に関する回路部分を示す説明図、（ｂ）は検
出電極４ａ側を示す説明図である。図５において、Ｚ
ａ，Ｚｂは流体により検出電極４ａ，４ｂとコモン電極
５との間にそれぞれ発生する流体抵抗、Ｉａは電源電圧
＋Ｖから抵抗Ｒａ、検出電極４ａ、流体抵抗Ｚａおよび
コモン電極５を介して接地電位に流れる電流、Ｉｂは接
地電位からコモン電極５、流体抵抗Ｒｂ、検出電極４ｂ
および抵抗Ｒｂを介して電源電圧−Ｖに流れる電流であ
る。

【０００６】流体が管３内を流れる場合、検出電極４
ａ，４ｂとコモン電極５との間に流体抵抗Ｚａ，Ｚｂ、
例えば水の場合には数ＫΩから十数ＫΩ程度の流体抵抗
を発生させることが知られており、その変化により流体
の有無すなわち空検出を行うことが可能となる。実際に
は、図５（ｂ）に示すように、抵抗Ｒａを介して電源電
圧＋Ｖから流体抵抗Ｚａに対して、常時、微少な電流Ｉ
ａを供給しておき、抵抗Ｒａと流体抵抗Ｚａとの中点電
位すなわち検出電極４ａの電位と基準電圧Ｖａとをコン
パレータ１９ａにより比較することにより、流体抵抗Ｚ
ａの変化に伴う電流Ｉａの変化を検出している。

【０００７】この場合には、流量の減少により流体が検
出電極４ａに接液しなくなって流体抵抗Ｚａが増加しあ
るいは無限大となり、検出電極４ａの電位が基準電圧Ｖ
ａより上昇した場合に、コンパレータ１９ａの出力が反
転し、管３内の流体、特に検出電極４ａとコモン電極５
側の流体が空状態であると検出出力され、直前に検出さ
れた流量の有効無効判断や空検出警報の出力に利用され
る。なお、電源電圧−Ｖが常時供給される検出電極４ｂ
では、前述とは逆に中点電位すなわち検出電極４ｂの電
位が基準電圧Ｖｂより降下した場合に空状態が検出出力
される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって、このよう
な従来の電磁流量計における空検出方法では、検出電極
４ａ，４ｂに対してそれぞれ電源電圧＋Ｖ，−Ｖから常
時電流を供給しているため、流体抵抗Ｚａ，Ｚｂを介し
て一方向に電荷の移動が発生し、この電荷により検出電
極４ａ，４ｂの材質と流体との関係から、検出電極４
ａ，４ｂと流体との界面で電気化学反応が起こって、検
出電極４ａまたは４ｂの接液表面に絶縁物が付着し、こ
の絶縁物により流体との接触抵抗が増大するものとな
り、本来の流量を示す信号起電力を検出電極４ａ，４ｂ
により正確に検出することが不可能となるという問題点
があった。

【０００９】また検出電極４ａ，４ｂとして電気化学反
応が起こりにくい金属、例えば白金などを使用する方法
もあるが、これらの希少金属は高価であり装置としてか
なり高価なものとなってしまうという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、
検出電極における絶縁物生成速度を抑制し、長期間にわ
たって正確な流量を安定して検出することができる電磁
流量計の空検出方法を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による電磁流量計の空検出方法は、検
出電極への電流を供給／遮断制御する電流制御手段と、
検出電極の電位を保持し、また保持した電位を検出電極
に復帰出力する電圧保持手段とを設けて、流量測定時に
は、電流制御手段により検出電極への電流供給を遮断す
るとともに、電圧保持手段を検出電極から切り離すこと
により空検出を停止し、空検出時には、流量測定を停止
して、直前の検出電極の電位を電圧保持手段により保持
したのち、電流制御手段により検出電極に対して電流を
供給して空検出を実施し、空検出終了後、電圧保持手段
により保持しておいた電位を検出電極に復帰出力するよ
うにしたものである。

【００１１】

【作用】したがって、流量測定時には、電流制御手段に
より検出電極への電流供給が遮断されるとともに、電圧
保持手段が検出電極から切り離され、空検出時には、直
前の検出電極の電位が電圧保持手段により保持されたの
ち、電流制御手段により検出電極に対して電流が供給さ
れて空検出が実施され、空検出終了後、電圧保持手段に
より保持しておいた電位が出力されて検出電極の電位が
空検出実施直前の電位となる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例である電磁流量計を示すブ
ロック図であり、同図において、前述の説明と同じまた
は同等部分には同一符号を付してある。図１において、
２１は制御部１７からの制御信号に応じて空検出のため
に検出電極４ａ，４ｂに供給される電流を制御する電流
制御部、２２は空検出実施前の検出電極４ａ，４ｂの電
位を保持し、空検出終了後に保持していた電位を検出電
極４ａ，４ｂに出力する電圧保持部である。

【００１３】次に、本発明の動作を図２および図３を参
照して説明する。図２は、空検出に関する回路部分示す
説明図であり、Ａ／Ｄ変換部１６において、１６ｂは入
力信号電圧を保持出力するＳ／Ｈ回路、１６ａは制御部
１７からの制御信号に基づきハイパスフィルタ１５の出
力をＳ／Ｈ回路１６ｂに入力するスイッチ、１６ｃはＳ
／Ｈ回路１６ｂにより保持出力された電圧信号をディジ
タル情報に変換出力するＡ／Ｄ変換回路である。電流制
御部２１において、２１ａ，２１ｂは制御部１７からの
制御信号に応じて動作する独立した２つのスイッチであ
り、電圧保持部２２において、２２ｃ，２２ｄは入力電
位を保持出力するサンプルホールド回路（以下、Ｓ／Ｈ
回路という）、２２ａ，２２ｂは制御部１７からの制御
信号に応じてＳ／Ｈ回路２２ｃ，２２ｄに検出電極４
ａ，４ｂの電位を入力するスイッチ、２２ｅ，２２ｆは
Ｓ／Ｈ回路２２ｃ，２２ｄからの出力を検出電極４ａ，
４ｂの電位として出力するスイッチである。

【００１４】図３は、図２における各スイッチの動作を
示すタイミングチャートであり、３１はＡ／Ｄ変換部１
６のスイッチ１６ａ、３２は電圧保持部２２のスイッチ
２２ｅ，２２ｆの動作タイミング、３３は電流制御部２
１のスイッチ２１ａ，２１ｂの動作タイミング、３４は
電圧保持部２２のスイッチ２２ａ，２２ｂの動作タイミ
ング、３５は制御部１７の内部における空検出信号の読
み込みタイミングをそれぞれ示している。図３のタイミ
ングチャートに示したように、本発明では、流量測定と
空検出とを時分割で行っており、ここでは流量測定３回
に１回の割合で空検出を実施する場合を例に説明する。

【００１５】時刻Ｔ0 において、制御部１７からの制御
信号により、Ａ／Ｄ変換部１６のスイッチ１６ａが導通
状態「ＯＮ」となり（３１）、検出電極４ａ，４ｂから
の信号起電力がバッファ１３、交流増幅部１４、ハイパ
スフィルタ１５、スイッチ１６ａを介してＳ／Ｈ回路１
６ｂに入力される。この入力電圧が安定する所定期間
後、スイッチ１６ａが非導通状態「ＯＦＦ」に制御さ
れ、そのときの入力電圧がＳ／Ｈ回路１６ｂによって保
持され、Ａ／Ｄ変換回路１６ｃによりディジタル情報に
変換されて制御部１７に入力され、流量が算出される。
この間、他のスイッチはすべて「ＯＦＦ」となってい
る。

【００１６】同様にして、時刻Ｔ1 ，Ｔ2 においても流
量測定が実施され、時刻Ｔ2 からの流量測定において、
スイッチ１６ａが「ＯＦＦ」する時刻Ｔ3 以後、空検出
が開始される。まず、制御部１７からの制御信号により
電圧保持部２２のスイッチ２２ａ，２２ｂがそれぞれ
「ＯＮ」に制御され（３２）、バッファ１３の出力すな
わち時刻Ｔ2 からの流量測定直後の検出電圧４ａ，４ｂ
の電位がＳ／Ｈ回路２２ｃ，２２ｄに入力される。

【００１７】この入力電圧が安定する所定時間後、スイ
ッチ２２ａ，２２ｂが「ＯＦＦ」に制御され、そのとき
の入力電圧がＳ／Ｈ回路２２ｃ，２２ｄによって保持さ
れたのち、制御部１７からの制御信号により電流制御部
２１のスイッチ２１ａ，２１ｂが「ＯＮ」に制御され
（３４）、電源電圧＋Ｖから抵抗Ｒａ、スイッチ２１
ａ、検出電極４ａ、流体抵抗Ｚａ、コモン電極５を介し
て接地電位に電流Ｉａが流れるとともに、接地電位か
ら、コモン電極５、流体抵抗Ｚｂ、検出電極４ｂ、スイ
ッチ２１ｂ、抵抗Ｒｂを介して電源電圧−Ｖに電流Ｉｂ
が流れる。このとき、スイッチ２１ａ，２１ｂ以外のス
イッチは、すべて「ＯＦＦ」となっているため、抵抗Ｒ
ａ，Ｒｂと流体抵抗Ｚａ，Ｚｂとにより分圧された電
位、すなわち検出電極４ａ，４ｂの電位は、それぞれバ
ッファ１３を介して空検出部１９の各コンパレータ１９
ａ，１９ｂに入力される。

【００１８】ここで、各検出電圧１４ａ，１４ｂの電位
は、それぞれ基準電圧Ｖａ，Ｖｂと比較され、管３内の
流体が減少して検出電極１４ａ，１４ｂと接液していな
い場合すなわち空状態の場合には、それぞれの流体抵抗
Ｚａ，Ｚｂが増加しあるいは無限大となって検出電極１
４ａ，１４ｂの電位が基準電圧Ｖａ，Ｖｂを越えて電源
電圧＋Ｖ，−Ｖ側に変化するため、コンパレータ１９
ａ，１９ｂの出力が反転し、空検出信号として制御部１
７に出力される。制御部１７は、スイッチ２１ａ，２１
ｂを「ＯＮ」に制御してから、コンパレータ１９ａ，１
９ｂの出力すなわち空検出信号が安定する所定時間後に
空検出信号を読み取り（３５）、空状態を判定する。

【００１９】空検出信号の読み取り終了後、スイッチ２
１ａ，２１ｂが「ＯＦＦ」に制御され、電圧保持部２２
のスイッチ２２ｅ，２２ｆが「ＯＮ」に制御されて（３
４）、Ｓ／Ｈ回路２２ｃ，２２ｄに保持されていた空検
出実施直前の電位が検出電極４ａ，４ｂに出力され、検
出電極４ａ，４ｂの電位が安定した後スイッチ２２ｅ，
２２ｆが「ＯＦＦ」に制御され、時刻Ｔ4 以降、前述の
流量測定が繰り返し実施されるものとなる。

【００２０】このように、空検出のための電流を制御す
る電流制御部２１と、検出電極４ａ，４ｂの電位を保持
する電圧保持部２２を設けて、流量測定時には検出電極
４ａ，４ｂに対する空検出のための電流を遮断し、空検
出時には電圧保持部２２により空検出実施直前の検出電
極４ａ，４ｂの電位を保持しておき、空検出終了後保持
しておいた電位を出力して検出電極４ａ，４ｂの電位を
空検出実施直前の電位に復帰させるようにしたので、各
検出電極４ａ，４ｂの接液表面に付着する絶縁物の割合
が減少し、検出電極４ａ，４ｂにおける絶縁物生成速度
が抑制されるものとなり、より長い期間にわたって正確
な流量を安定して検出することができるとともに、空検
出における電流の供給により検出電極４ａ，４ｂの電位
が変動し、流体抵抗Ｚａ，Ｚｂや配線などの容量成分に
より電位差が生じた場合でも、その後、直ちに流量測定
を実施することが可能となり、流量をより正確に間断な
く測定することが可能となる。

【００２１】なお、前述の説明において、各部のスイッ
チを制御部１７からの制御信号により制御するようにし
た場合について説明したが、これらスイッチの動作制御
を一括して制御するスイッチ制御部を設けてもよいし、
また制御部１７からのクロック信号に基づき、各部で個
々に制御するようにしてもよい。また、流量測定と空検
出とを一定周期で時分割により実施するようにした場合
について説明したが、必要に応じて空検出を不定期に実
施するようにしてもよく、この場合にも前述と同様に、
電圧保持部２２により空検出実施直前の検出電極４ａ，
４ｂの電位を保持しておき、空検出終了後保持しておい
た電位を出力して検出電極４ａ，４ｂの電位を空検出実
施直前の電位に復帰させることにより、前述と同様の作
用効果を得ることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、空検出
のための電流を制御する電流制御手段と、検出電極の電
位を保持する電圧保持手段を設けて、流量測定時には検
出電極に対する空検出のための電流を遮断し、空検出時
には電圧保持手段により空検出実施直前の検出電極の電
位を保持しておき、空検出終了後保持しておいた電位を
出力して検出電極の電位を空検出実施直前の電位に復帰
させるようにしたので、各検出電極の接液表面に付着す
る絶縁物の割合が減少して絶縁物生成速度が抑制される
ものとなり、より長い期間にわたって正確な流量を安定
して検出することができるとともに、空検出における電
流の供給により検出電極の電位が変動し、流体抵抗や配
線などの容量成分により電位差が生じた場合でも、その
後、直ちに流量測定を実施することが可能となり、流量
をより正確に間断なく測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による電磁流量計のブロッ
ク図である。

【図２】 空検出に関する回路部分示す説明図である。

【図３】 図２の各スイッチの動作を示すタイミングチ
ャートである。

【図４】 従来の電磁流量計のブロック図である。

【図５】 従来の空検出に関する回路部分を示す説明図
である。

【符号の説明】

１…検出器、２…コイル、３…管、４ａ，４ｂ…検出電
極、５…コモン電極、１０…変換器、１１…電源部、１
２…励磁部、１３…バッファ、１４…交流増幅部、１５
…ハイパスフィルタ、１６…Ａ／Ｄ変換部、１７…制御
部、１８…出力インターフェース部、１９…空検出部、
１９ａ，１９ｂ…コンパレータ、Ｖａ，Ｖｂ…基準電
圧、２１…電流制御部（電流制御手段）、Ｒａ，Ｒｂ…
抵抗、２２…電圧保持部（電圧保持手段）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流量に応じた信号起電力を検出する検出
   電極に対して所定の電流を供給するとともに、前記検出
   電極の電位と基準電圧とを比較し、この比較結果に応じ
   て被測定流体の空状態を検出する電磁流量計の空検出方
   法において、 前記検出電極への電流を供給／遮断制御する電流制御手
   段と、 前記検出電極の電位を保持し、また保持した電位を検出
   電極に復帰出力する電圧保持手段とを設けて、 流量測定時には、前記電流制御手段により前記検出電極
   への電流供給を遮断するとともに、前記電圧保持手段を
   前記検出電極から切り離すことにより空検出を停止し、 空検出時には、流量測定を停止して、直前の前記検出電
   極の電位を前記電圧保持手段により保持したのち、前記
   電流制御手段により前記検出電極に対して電流を供給し
   て空検出を実施し、空検出終了後、前記電圧保持手段に
   より保持しておいた電位を前記検出電極に復帰出力する
   ようにしたことを特徴とする電磁流量計の空検出方法。