JP3018311B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁流量計に関し、特
に流量を測定する管の内部が流体で満たされているか否
かを検出する空検出を行う電磁流量計に関するものであ
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は計測さ
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で流量検出系を構成している。

【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であり、また基準電圧Ｖａ，Ｖｂ
は、それぞれ電源電圧＋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は電
源電圧＋Ｖから抵抗Ｒｂ、検出電極４ｂ、流体抵抗Ｚｂ
およびコモン電極５を介して接地電位に流れる電流であ
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
が発生す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、 Ｉａ×Ｚａ＞Ｖａ すなわち ＋Ｖ×Ｚａ／（Ｚａ＋Ｒａ）＞Ｖａ となった場合に、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。

【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では、空検出の判断基準となる基準
電圧Ｖａ，Ｖｂや電流Ｉａ，Ｉｂが標準的な値に設定さ
れているため、これに応じて決定される範囲以外の流体
抵抗を生じる流体については空検出することが不可能と
なり、導電率が低い流体、例えば蒸留水などのような場
合には、導電率に反比例して流体抵抗Ｚａが大きくなる
ため、前述の式において検出電極４ａの電圧すなわちコ
ンパレータ１９ａに入力される電圧Ｉａ×Ｚａが上昇
し、管３が流体で満たされている状態すなわち満水状態
であっても空状態であると誤検出され、逆に基準電圧Ｖ
ａをある程度高く設定した場合には、比較的低い導電率
の流体に対する空検出感度が悪化するというような問題
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、導電率の異なる流体に対しても正確な空検
出を実施することができる電磁流量計を提供することを
目的としている。

【０００９】

【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は、流量に応じた信
号起電力を検出する一対の検出電極の少なくともいずれ
か一方の検出電極に高抵抗を介して電流を供給するとと
もに、検出電極の電位と基準電圧とを比較し、検出電極
の電位が基準電圧を越えた場合に被計測流体の空状態を
検出する電磁流量計において、異なる電圧値からなる複
数の基準電圧と、これら基準電圧のうちのいずれかと検
出電極の電位とを比較する比較手段とを備えるものであ
る。また、比較手段を各基準電圧ごとに複数設け、各比
較手段のうちのいずれかの比較結果に応じて被計測流体
の空状態を検出するようにしたものである。

【００１０】また、各基準電圧のうちのいずれかを選択
する選択手段を備え、比較手段により、選択手段により
選択された基準電圧と検出電極の電位とを比較し、この
比較結果に応じて被計測流体の空状態を検出するように
したものである。また、基準電圧は、想定される低導電
率の被計測流体が満水状態の場合に検出電極に発生する
電位よりも高い電圧値であって、かつ被計測流体が空状
態の場合に検出電極に発生する電位よりも低い電圧値を
含むようにしたものである。また、被計測流体を満水状
態として、比較手段により最も低い基準電圧から順に各
基準電圧と検出電極の電位とを比較し、その比較結果が
最初に満水状態を示したときの基準電圧を被計測流体に
対応した空検出のための基準電圧として設定する基準電
圧設定手段を備えるものである。

【００１１】

【作用】したがって、比較手段により、異なる電圧値か
らなる複数の基準電圧のうちのいずれかと検出電極の電
位とが比較され、検出電極の電位が基準電位を越えた場
合に被計測流体の空状態が検出される。

【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のブロッ
ク図であり、同図において、前述（図４）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、２
１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Ｖａ，ＶｃおよびＶｂ，Ｖｄとを比較するコンパレ
ータ２１ａ，２１ｃおよび２１ｂ，２１ｄ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Ｖ
ａ，ＶｃまたはＶｂ，Ｖｄを越えた場合に空検出信号を
制御部１７に出力する空検出部（比較手段）である。

【００１３】基準電圧Ｖｃ（＝Ｖｄ）は、被計測流体と
して想定されうる最も低い導電率の流体に対応する基準
電圧として、基準電圧Ｖａ（＝Ｖｂ）に比較して高い値
に設定されており、特に、導電率や検出電極４ａ，４ｂ
およびコモン電極５の直径などに基づいて各種流体抵抗
が算出されるとともに、これら流体抵抗と抵抗Ｒａ，Ｒ
ｂとから満水状態における検出電極４ａ，４ｂの電位が
算出され、満水状態においてこれら電位より高く、空状
態において流体抵抗がほぼ無限大となった場合の検出電
極４ａ，４ｂの電位より低い電圧値が基準電圧として設
定されている。

【００１４】次に、図１を参照して、本発明の動作を説
明する。空検出の開始に先だって、制御部１７（基準電
圧設定手段）により計測対象となる流体に適した基準電
圧を選択設定する設定処理が実施される。まず、管３内
の流体を満水状態としておき、制御部１７により導電率
が比較的高い流体すなわち流体抵抗が低い流体に対応す
る空検出信号として、基準電圧が最も低いコンパレータ
からの空検出信号が検出される。この場合、最も低い基
準電圧Ｖａ，Ｖｂがコンパレータ２１ａ，２１ｂに入力
されているため、制御部１７はコンパレータ２１ａ，２
１ｂから出力されている空検出信号を検出する。

【００１５】ここで、これら空検出信号が満水状態を示
す場合には、現在の基準電圧により満水状態が確実に検
出されるとともに、空状態となった場合に現在の基準電
圧より高い基準電圧と比較して、現在の基準電圧が流体
抵抗の増加による検出電極４ａ，４ｂの電位の上昇を最
も正確に検出しうると判断して、空検出用の基準電圧と
してＶａ，Ｖｂを設定し、以降の実際の流量測定におい
て、コンパレータ２１ａ，２１ｂから出力される空検出
信号に基づいて空検出動作を実施する。一方、コンパレ
ータ２１ａ，２１ｂからの空検出信号が空状態を示す場
合には、管３内の流体の導電率が比較的低いと判断し
て、次に低い基準電圧が入力されているコンパレータか
らの空検出信号を検出する。

【００１６】ここで、これら空検出信号が満水状態を示
す場合には、前述と同様に現在選択されている基準電圧
に基づいて正確な空検出が実施されると判断して、空検
出用の基準電圧として現在選択されている値を設定し、
この基準電圧を入力とするコンパレータから出力される
空検出信号に基づいて、以降の実際の流量測定における
空検出動作が実施される。一方、これら空検出信号が空
状態を示す場合には、管３内の流体の導電率がさらに低
いと判断して、次に低い基準電圧が入力されているコン
パレータからの空検出信号を検出し、以降最も高い基準
電圧まで前述と同様設定処理が繰り返し実施され、満水
状態が検出された時点の基準電圧が実際の流量測定にお
ける空検出のための基準電圧として設定される。

【００１７】図１の場合、基準電圧がＶａ（＝Ｖｂ）と
Ｖｃ（＝Ｖｄ）の２種類であることから、検出する空検
出信号として次に低い基準電圧Ｖｃ，Ｖｄが入力されて
いるコンパレータ２１ｃ，２１ｄからの空検出信号が選
択され、これら信号が満水状態を示す場合には、基準電
圧Ｖｃ，Ｖｄが実際の流量測定における空検出のための
基準電圧として設定される。なお、最も高い基準電圧が
入力されているコンパレータ２１ｃ，２１ｄからの空検
出信号が空状態を示す場合には、空検出不具合の旨の警
報が出力される。

【００１８】このように、複数の導電率に対応する基準
電圧を設けて、実際に計測対象となる流体に応じて所定
の基準電圧を選択するようにしたので、異なる導電率の
流体に対しても正確な空検出を実施することが可能とな
る。また、流体を満水状態としておき、最も低い基準電
圧から順に満水状態が検出されるか否か判断し、満水状
態が検出された場合にはその時点の基準電圧を実際の空
検出のための基準電圧として設定するようにしたので、
満水状態が正確に検出されるとともに、最も空検出が検
出されやすい基準電圧を設定することが可能となる。

【００１９】なお、電磁流量計では、管３内を満水状態
とするとともに流体の流量を「０」すなわち流体を停止
させ、そのとき変換器１０の出力インターフェース部１
８から出力されるプロセス制御信号が流量「０」を示す
ように調整するゼロ点調整を保守点検時に実施するもの
となっており、このようなゼロ点調整と同時に、前述の
基準電圧の選択処理を実施するようにしてもよく、これ
により理想的な満水状態が得られるとともに、流体が停
止していることから流体ノイズが比較的少なく、より正
確な基準電圧の設定処理を実施することが可能となる。

【００２０】また、以上の説明において、空検出部２１
に異なる基準電圧が入力された複数のコンパレータを設
けた場合について説明したが、図２に示すように基準電
圧を切り替えて入力するようにしてもよい。図２は、本
発明による電磁流量計の他の実施例を示すブロック図で
あり、同図において、２２は制御部１７からの制御信号
に応じて、複数の基準電圧をコンパレータ２１ａに切換
接続する切替スイッチ（選択手段）である。

【００２１】この場合、各基準電圧は、電源電圧＋Ｖと
接地電位との間に直列に接続された複数の抵抗により生
成されており、制御部１７は、基準電圧選択処理に応じ
て所定の制御信号を出力することにより、切替スイッチ
２２内の最も低い基準電圧に対応するスイッチを動作さ
せて、基準電圧Ｖａとしてコンパレータ２１ａに入力す
るとともに、コンパレータ２１ａからの空検出信号が空
状態を示すのに応じて制御信号を出力することにより、
切替スイッチ２２内の次に低い基準電圧に対応するスイ
ッチのみを動作させて、基準電圧Ｖａとして順にコンパ
レータ２１ａに入力する。

【００２２】また、コンパレータ２１ａからの空検出信
号が満水状態を示すのに応じて、切替スイッチ２２の現
在の状態を維持することにより、現在選択されている基
準電圧をコンパレータ２１ａに固定的に入力し、基準電
圧選択処理を終了する。このように、複数の基準電圧を
コンパレータに切換接続する切替スイッチ２２を設け
て、いずれかの基準電圧を切換接続するようにしたの
で、図１のように複数のコンパレータを設けた場合と比
較して、少ない回路部品で実現することが可能となる。

【００２３】さらに、以上の説明において、複数の基準
電圧を設けて、計測対象となる流体の導電率に対応した
基準電圧を選択するようにした場合について説明した
が、空検出のために各検出電極４ａ，４ｂに供給される
電流Ｉａ，Ｉｂの値を複数設けて、計測対象となる流体
の導電率に対応した電流Ｉａ，Ｉｂを選択するようにし
ても、基準電圧を切換接続した場合と同等の作用が得ら
れる。図３は、本発明による電磁流量計の他の実施例を
示すブロック図であり、同図において、２３は制御部１
７からの制御信号に応じて電流Ｉａ，Ｉｂを切換制御す
る電流制御部である。

【００２４】この場合、各電流は、電流制御部２３内の
各スイッチと直列に接続された抵抗によりそれぞれ生成
され、制御部１７は、基準電圧選択処理に応じて所定の
制御信号を出力することにより、電流制御部２３内の最
も大きい電流値に対応するスイッチを動作させ、電流Ｉ
ａとして電極４ａに供給し、このときの検出電極４ａの
電位と基準電圧Ｖａとの比較結果としてコンパレータ２
１ａから出力された空検出信号が空状態を示す場合に
は、制御信号を出力することにより、電流制御部２３内
の次に大きい電流値に対応するスイッチのみを動作させ
て、電流Ｉａとして順に検出電極４ａに供給する。

【００２５】また、コンパレータ２１ａからの空検出信
号が満水状態を示すのに応じて、電流制御部２３の現在
の状態を維持することにより、現在選択されている電流
Ｉａを検出電極４ａに固定的に供給し、電流選択処理を
終了する。このように、空検出のための複数の電流値を
電極に切換供給する電流制御部を設けて、いずれかの電
流値を切換供給するようにしたので、図２と同様の作用
効果を奏するものとなる。

【００２６】また、以上の説明において、空検出部２１
内に各検出電極４ａ，４ｂに対応して双方に空検出用の
コンパレータ２１ａ，２１ｃおよび２１ｂ，２１ｄを設
けた場合について説明したが、これは検出電極４ａまた
は４ｂのいずれか一方だけに空検出用のコンパレータ２
１ａ，２１ｃまたは２１ｂ，２１ｄを設けるようにして
もよく、前述と同様の作用効果が得られる。さらに、各
コンパレータ２１ａ〜２１ｄの−端子に基準電圧Ｖａ〜
Ｖｄを入力するとともに＋端子に各検出電極４ａ，４ｂ
の電位を入力し、この電位が基準電圧Ｖａ〜Ｖｄを越え
た場合、すなわち各コンパレータからの比較結果の
「Ｈ」レベルに応じて空状態を検出するようにした場合
について説明したが、これら論理を全く逆にしてもよ
く、その場合の基準電圧設定処理は、最も高い電圧値の
基準電圧から順に比較されるものとなる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、流量に
応じた信号起電力を検出する一対の検出電極の少なくと
もいずれか一方の検出電極に高抵抗を介して電流を供給
するとともに、検出電極の電位と基準電圧とを比較手段
により比較し、検出電極の電位が基準電圧を越えた場合
に被計測流体の空状態を検出する電磁流量計において、
異なる電圧値からなる複数の基準電圧のうちのいずれか
と検出電極の電位とを比較するようにしたので、異なっ
た導電率を有する流体に対しても適当な基準電圧を選択
することにより正確な空検出を実施することが可能とな
る。

【００２８】また、比較手段を各基準電圧ごとに複数設
け、各比較手段のうちのいずれかの比較結果に応じて被
計測流体の空状態を検出するようにしたので、複数の空
検出信号のうちのいずれかを選択するだけでよく、制御
が簡単になる。また、各基準電圧のうちのいずれかを選
択する選択手段を備え、比較手段により、選択手段によ
り選択された基準電圧と検出電極の電位とを比較し、こ
の比較結果に応じて被計測流体の空状態を検出するよう
にしたので、比較的少ない回路部品で複数の基準電圧の
うちのいずれかを選択することが可能となる。

【００２９】また、基準電圧は、想定される低導電率の
被計測流体が満水状態の場合に検出電極に発生する電位
よりも高い電圧値であって、かつ被計測流体が空状態の
場合に検出電極に発生する電位よりも低い電圧値を含む
ようにしたので、低導電率の流体に対して確実に空検出
を実施することが可能となる。また、被計測流体を満水
状態として、比較手段により最も低い基準電圧から順に
各基準電圧と検出電極の電位とを比較し、その比較結果
が最初に満水状態を示したときの基準電圧を被計測流体
に対応した空検出のための基準電圧として基準電圧設定
手段により設定するようにしたので、満水状態が正確に
検出されるとともに、最も空検出が検出されやすい基準
電圧を設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】 本発明の他の実施例による電磁流量計のブロ
ック図である。

【図３】 本発明の他の実施例による電磁流量計のブロ
ック図である。

【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、２１…空検出部、
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…コンパレータ、２２
…切替スイッチ、２３…電流制御部、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖ
ｃ，Ｖｄ…基準電圧、Ｒａ，Ｒｂ…抵抗。

Claims (5)

(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一対
   の検出電極の少なくともいずれか一方の検出電極に高抵
   抗を介して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、前記検出電極の電位が前記基
   準電圧を越えた場合に被計測流体の空状態を検出する電
   磁流量計において、 異なる電圧値からなる複数の基準電圧と、 これら基準電圧のうちのいずれかと前記検出電極の電位
   とを比較する比較手段とを備えることを特徴とする電磁
   流量計。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電磁流量計において、 前記比較手段を前記各基準電圧ごとに複数設け、 前記各比較手段のうちのいずれかの比較結果に応じて前
   記被計測流体の空状態を検出するようにしたことを特徴
   とする電磁流量計。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電磁流量計において、 前記各基準電圧のうちのいずれかを選択する選択手段を
   備え、 前記比較手段により、前記選択手段により選択された基
   準電圧と前記検出電極の電位とを比較し、この比較結果
   に応じて被計測流体の空状態を検出するようにしたこと
   を特徴とする電磁流量計。
4. 【請求項４】 請求項１記載の電磁流量計において、 前記基準電圧は、想定される低導電率の被計測流体が満
   水状態の場合に前記検出電極に発生する電位よりも高い
   電圧値であって、かつ前記被計測流体が空状態の場合に
   前記検出電極に発生する電位よりも低い電圧値を含むこ
   とを特徴とする電磁流量計。
5. 【請求項５】 請求項１記載の電磁流量計において、 被計測流体を満水状態として、前記比較手段により最も
   低い基準電圧から順に前記各基準電圧と前記検出電極の
   電位とを比較し、その比較結果が最初に満水状態を示し
   たときの基準電圧を前記被計測流体に対応する空検出の
   ための基準電圧として設定する基準電圧設定手段を備え
   ることを特徴とする電磁流量計。