JP4110442B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁流量計に関し、より詳細には、電流出力線で電力供給及び信号伝送の双方を行う２線式電磁流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電磁流量計は、供給される電流に基づいて検出器の管内に磁界を発生し、管内を流れる液体の流速に比例した起電力を検出して、液体の流量測定を行う。実際の工場やプラント等では、液体が流れる測定場所とデータ処理や制御が行われるデータ管理場所とが離れ、遠隔測定が行われる。２線式電磁流量計は、２つの場所を電流出力線で接続し、信号伝送及び電力供給の双方を行うことにより、遠隔測定に対応する。
【０００３】
更にまた、出力電流に応じて励磁電流を制御して、高いＳ／Ｎ比の流量測定を試みるものや、励磁方式が変化するとゼロ点調整を予め調整してある励磁方式から推定するものが提案されている。
【０００４】
図１４は、従来知られている電磁流量計の例を示す。この電磁流量計は、測定場所に配置され、励磁回路８１及び信号処理回路８４が電流出力線８７の間に直列に接続される。外部電源装置は、電流出力線８７に所定の電源電圧を印加して電力を供給する。励磁回路８１及び信号処理回路８４は、直列に電流が流れることにより、双方に電力が供給されて動作する。
【０００５】
定電圧回路８３は、定電圧を両端に発生する。定電流回路８２は、定電圧に基づいて、所定の励磁電流を励磁コイル８５に供給し、管路８６内に磁界を発生させる。管路８６の電極には、液体の流速及び磁界に比例した起電力が発生する。信号処理回路８４は、起電力から流量信号を取り出し、電流出力線８７の間に流れる出力電流を流量信号に比例して４〜２０ｍＡの範囲に変化させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の第１の問題点としては、図１４に示す２線式電磁流量計では、電源電圧が励磁回路８１及び信号処理回路８４の動作電圧の双方の合計となり、電源電圧を高く設定する必要がある。また、あらゆる種類の外部電源に対応できない問題がある。
【０００７】
第２の問題点としては、流量測定のＳ／Ｎ比が十分でない問題がある。また第３の問題点として、流量測定のＳ／Ｎ比を確保しようとする提案においてゼロ点を正確に測定できない問題とがある。
【０００８】
本発明は、上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、低い電源電圧で動作し直流電源への適応性が強く、高いＳ／Ｎ比の流量測定を行い、測定誤差の少ない２線式電磁流量計を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電磁流量計は、第１の問題点に対して、電流出力線で信号伝送および電力供給を行うように構成された２線式電磁流量計であって、
流体中に流体の流れ方向と直交する方向に磁界を印加する励磁コイルに励磁電流を供給する励磁回路と、前記磁界によって流体中に発生する起電力を検出する電極と、前記起電力に基づき流量に関連した出力電流を出力する電流出力回路と、前記励磁回路及び電流出力回路を制御するＣＰＵとを備え、
前記電流出力線には、前記励磁回路と電流出力回路及びＣＰＵの電源端子とコモン端子が並列に接続されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第１の問題点に係る電磁流量計は、励磁回路、電流出力回路、及び、ＣＰＵの電源端子とコモン端子が電流出力線に並列に接続され、電源電圧を低く設定できる。また、励磁電流を検出して、流量信号を正規化するので、温度変動等によるスパン誤差を小さくできる。
【００１１】
本発明の第１の問題点に係る電磁流量計では、前記電流出力線に供給される直流電圧を昇圧又は降圧するＤＣ−ＤＣ変換器を備え、このＤＣ−ＤＣ変換器の出力側電源端子と出力側コモン端子間には、前記起電力に比例する流量信号を生成するアナログ増幅回路と流量信号を流量データにＡＤ変換するＡ／Ｄ変換器及び流量データを前記ＣＰＵに入力する絶縁回路の電源端子とコモン端子が並列に接続されることを特徴とする。この場合、ＤＣ−ＤＣ変換器が昇降圧する直流電圧を最適に設定することにより、種々な直流電源への適応性が向上する。
【００１２】
本発明の電磁流量計は、第２の問題点において、前記ＣＰＵは、前記電流出力線から供給される供給電力を計測する電力計測回路を備え、計測された供給電力に応じて前記励磁電流を制御することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２の問題点に係る電磁流量計は、計測された供給電力に応じて励磁電流を制御するので、優れたＳ／Ｎ比の流量測定が行える。
【００１４】
また、本発明の第２の問題点に係る電磁流量計では、前記ＣＰＵは、流量がゼロの時に出力電流を大きくし、流量が大きいときには出力電流を小さくするように制御することも可能となる。この場合、流速の遅い流量測定のＳ／Ｎ比が高くなるので、低流量の測定が容易になる。
【００１５】
また、本発明の第２の問題点に係る電磁流量計では、前記ＣＰＵは、前記電流出力線から供給される電源電圧に応じて前記励磁コイルの励磁方式を変化させること、前記ＣＰＵは、前記電源電圧又は供給電力が所定値よりも高いときには２周波励磁又は２値励磁を行い、前記電源電圧又は供給電力が所定値よりも低いときには３値励磁を行うこと、前記ＣＰＵは、前記電源電圧又は供給電力が高くなると前記励磁電流を大きくし、前記電源電圧又は供給電力が低くなると前記励磁電流を小さくすること、又、前記ＣＰＵは、前記電流出力線から供給される平均供給電流を計測し、該平均供給電流がほぼ一定となるように前記ＤＣ−ＤＣ変換器の出力電圧を制御し、流量演算結果をパルス周波数信号又はＰＷＭ信号として出力電流に重畳させることもできる。
【００２０】
本発明の第２の問題点に係る他の実施例の電磁流量計では、前記ＣＰＵは、励磁コイルに印加されるコイル電圧に基づきコイルの消費電力を測定する。この場合、ＣＰＵは、供給電力に応じて制御を最適に行う。
【００２１】
また、本発明の第２の問題点に係る他の実施例の電磁流量計では、前記ＣＰＵは、電磁流量計内の検出温度に基づいて前記供給電力を測定する。
【００２２】
前記ＣＰＵは、計測された供給電力から余剰電力を演算し、該余剰電力を励磁コイルの励磁電流及び電流出力回路の電源に振り向けること、又は、前記ＣＰＵは、前記余剰電力に応じて前記励磁電流を増加させることができる。この場合、無駄な余剰電力が減少し、流量測定のＳ／Ｎ比向上に貢献する励磁電流が増加するので、供給電力が有効に利用される。
【００２３】
本発明の電磁流量計は、第３の問題点において、前記ＣＰＵは、供給電力／余剰電力に応じて励磁方式を切り替えるとともに、流量がゼロでゼロ調整を行う際に、それぞれの励磁方式に応じたゼロ調整が行えるように、出力電流を一時的に大きくすることを特徴とする。
【００２４】
本発明の第３の問題点に係る電磁流量計は、実際の測定前に全ての励磁方式のゼロ点補正を予め行えるので、励磁方式の違いによる測定誤差の発生を防止できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例に基づいて、本発明の電磁流量計について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態例の電磁流量計を示す。
【００２６】
電磁流量計は、検出器１、アナログ増幅回路２、Ａ／Ｄ変換器３、絶縁回路４、ＤＣ−ＤＣ変換回路５、ＣＰＵ６（演算／制御素子）、励磁回路７、及び、電流出力回路８で構成される。
【００２７】
外部電源装置は、直流電源５１を有し、電流出力線２５に電源電圧を印加し、電磁流量計に電力を供給する。
【００２８】
直流電源５１の正極端子は、電流出力線２５の一方を介して、第１電源ライン２１に接続される。ＣＰＵ６、励磁回路７、及び、電流出力回路８の電源端子は、第１電源ライン２１に全て接続され、ＤＣ−ＤＣ変換回路５の入力側電源端子は、第１電源ライン２１に接続される。
【００２９】
直流電源５１の負極端子は、電流出力線２５の他方及び出力電流抵抗Ｒoutを介して、第１コモンライン２２に接続される。ＣＰＵ６、励磁回路７、及び、電流出力回路８のコモン端子は、第１コモンライン２２に全て接続され、ＤＣ−ＤＣ変換回路５の入力側コモン端子は、第１コモンライン２２に接続される。
【００３０】
ＤＣ−ＤＣ変換回路５の出力側電源端子は、第２電源ライン２３に接続される。アナログ増幅回路２、Ａ／Ｄ変換器３、及び、絶縁回路４の電源端子は、第２電源ライン２３に全て接続される。
【００３１】
ＤＣ−ＤＣ変換回路５の出力側コモン端子は、第２コモンライン２４に接続される。アナログ増幅回路２、Ａ／Ｄ変換器３、及び、絶縁回路４のコモン端子は、第２コモンライン２４に全て接続される。
【００３２】
励磁回路７は、励磁電流１０１を励磁コイルＬ1に流して、検出器１の管内に磁界を発生させる。管内を流れる液体は、磁界及び流速に比例した起電力を発生する。検出器１は、管内に配置された電極３３から起電力を検出する。
【００３３】
アナログ増幅回路２は、２つのバッファ及び差動増幅器で構成され、起電力に比例する流量信号を生成し、Ａ／Ｄ変換器３に入力する。Ａ／Ｄ変換器３は、流量信号を流量データ１０２にＡＤ変換し、絶縁回路４を経由してＣＰＵ６に入力する。絶縁回路４は、基準電位が異なる２つの回路間で、信号が送受信できるように信号変換するインターフェイス機能を有する。
【００３４】
ＤＣ−ＤＣ変換回路５は、インバータ方式の絶縁型の直流電圧変換回路であり、直流電圧を交流電圧に変換し、トランスで昇降圧した後に整流して直流電圧に変換する。第１電源ライン２１及び第１コモンライン２２に接続される回路群と第２電源ライン２３及び第２コモンライン２４に接続される回路群とは、電気的に絶縁される。
【００３５】
ＣＰＵ６は、電磁流量計の動作制御又は信号処理を行う。ＣＰＵ６は、励磁ＰＷＭ信号１０４を励磁回路７に入力して、励磁電流１０１の大きさを制御し、４つの信号から成るタイミング信号群１０３を励磁回路７に入力して、４つのスイッチの中で対応するものがオン又はオフすることにより、励磁電流１０１の方向や導通期間を変化させて、発生する磁界を制御する。
【００３６】
図２は、図１の励磁回路７の詳細を示す。励磁回路７は、電流方向切替回路１４、ＬＰＦ１５、定電流制御回路１６、及び、２つのＡ／Ｄ変換器３で構成される。電流方向切替回路１４及び定電流制御回路１６は、第１電源ライン２１と第１コモンライン２２との間に直列に接続される。
【００３７】
ＬＰＦ１５は、抵抗Ｒ8、キャパシタＣ2、及び、演算増幅器Ａ4で構成され、定電流制御回路１６は、抵抗Ｒ9、トランジスタＴr5、及び、演算増幅器Ａ5で構成される。
【００３８】
ＬＰＦ１５は、励磁ＰＷＭ信号１０４を直流電圧に変換し、定電流制御回路１６に入力する。励磁電流１０１は、第１電源ライン２１からトランジスタＴr1〜Ｔr4、励磁コイルＬ1、トランジスタＴr5、及び、抵抗Ｒ9を経由して、第１コモンライン２２に流れる。定電流制御回路１６は、ＬＰＦ１５からの直流電圧に基づいて、励磁電流１０１を一定になるように制御する。
【００３９】
一方のＡ／Ｄ変換器３は、励磁コイルＬ1のコイル電圧を示すトランジスタＴr5ドレイン電圧をコイル電圧データ１０５にＡＤ変換し、ＣＰＵ６に入力する。他方のＡ／Ｄ変換器３は、励磁電流を示すトランジスタＴr5のソース電圧を励磁電圧データ１０６にＡＤ変換し、ＣＰＵ６に入力する。
【００４０】
ＣＰＵ６は、第１電源ライン２１の電圧から、コイル電圧データ１０５の値を引くことでコイル電圧を計算し、抵抗Ｒ9の電圧降下である励磁電圧データ１０６の値をＲ9で割ることで、励磁電流を計算する。
【００４１】
ＣＰＵ６は、励磁電圧及び励磁電流から成る励磁電力を計算し、励磁ＰＷＭ信号１０４のパルス幅を変化させて、励磁電流１０１を制御する。
【００４２】
図３は、図２の電流方向切替回路１４の動作を示す表である。ＣＰＵ６は、信号パターンＡ〜Ｃのタイミング信号群１０３を励磁回路７の電流方向切替回路１４に入力する。電流方向切替回路１４は、トランジスタＴr1〜Ｔr4及び４つの絶縁回路４で構成される。タイミング信号群１０３の対応する信号は、絶縁回路４を経由してトランジスタＴr1〜Ｔr4のゲート夫々に入力される。
【００４３】
電流方向切替回路１４は、トランジスタＴr1とＴr4又はＴr2とＴr3が信号パターンＡ〜Ｃに応じてオン又はオフすることにより、励磁電流１０１が検出器１の励磁コイルＬ1に流れ、正方向励磁、負方向励磁、又は、無励磁の何れかを行う。
【００４４】
ＣＰＵ６は、信号パターンＡ〜Ｃに対応するタイミング信号群１０３を発生し、励磁回路７に入力することで、３値励磁、２値励磁、又は、２周波励磁の何れかの方式で磁界を発生させる。
【００４５】
図４は、電流出力回路８の詳細を示す。電流出力回路８は、ＬＰＦ１１、加算器１２、及び、出力電流制御回路１３（定電流回路）で構成される。ＬＰＦ１１は、抵抗Ｒ1、キャパシタＣ1、及び、演算増幅器Ａ1で構成され、加算器１２は、抵抗Ｒ2、Ｒ3、及び、演算増幅器Ａ2で構成され、出力電流制御回路１３は、抵抗Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、トランジスタＱn1、及び、演算増幅器Ａ3で構成される。
【００４６】
ＣＰＵ６は、流量データ１０２に基づいて流量値を演算で求め、流量値を励磁電流で割算して規格化し、規格化された流量値に比例して電流出力ＰＷＭ信号１０７のデューティ比を変化させ、電流出力回路８に入力する。
【００４７】
ＣＰＵ６は、励磁電流を検出し、流量信号を正規化して、温度変動等によるスパン誤差を小さくする。
【００４８】
ＬＰＦ１１は、電流出力ＰＷＭ信号１０７を直流電圧に変換し、加算器１２に入力する。余剰電流は、第１電源ライン２１から抵抗Ｒ7及びトランジスタＱn1を経由して、第１コモンライン２２に流れ、電磁流量計内の回路動作のために消費されたものではない無駄な電流であり、流量に比例する電流信号として、信号伝送のために流すものである。出力電流は、第１コモンライン２２から出力電流抵抗Ｒoutに流れ、電磁流量計が消費した全電流である。出力電流抵抗Ｒoutは、出力電流に比例した出力電流検出電圧１０８を発生する。
【００４９】
加算器１２は、ＬＰＦ１１からの直流電圧と出力電流抵抗Ｒoutからの出力電流検出電圧１０８とを加算して、加算電圧を出力電流制御回路１３に入力する。出力電流制御回路１３は、加算器１２からの加算電圧がゼロになるように、出力電流を調整する。
【００５０】
出力電流は、流量値に比例するように制御される。出力電流は、電磁流量計の全消費電流であるので、流量値に比例する。電磁流量計は、電源電圧及び出力電流から成る供給電力を消費する。
【００５１】
流量値に比例して値が変化する出力電流に代えて、電流出力回路８にパルス変調機能を付加し、平均値がほぼ一定となる出力電流を採用して、パルス周波数変調波又はパルス幅変調波を重畳させることもできる。或いは、通信回路を付加し値が一定な出力電流を採用し、有線系のシリアル通信や無線通信を利用して、流量信号又はアラーム信号の情報を伝送してもよい。
【００５２】
上記実施形態例によれば、励磁回路、電流出力回路、及び、ＣＰＵが電流出力線に並列に接続され、電源電圧を低く設定できる。また、励磁電流を検出して、流量信号を正規化するので、温度変動によるスパン誤差を小さくできる。
【００５３】
図５は、本発明の第２実施形態例の電磁流量計を示す。本実施形態例は、ＣＰＵ６と励磁回路７及び電流出力回路８とで電源端子の電圧が異なる。電磁流量計は、２つのＤＣ−ＤＣ変換回路９を有する。
【００５４】
直流電源５１の正極端子は、電流出力線２５の一方、一方のＤＣ−ＤＣ変換回路９、第１電源ライン２１、他方のＤＣ−ＤＣ変換回路９、及び、第３電源ライン２６を介して、ＤＣ−ＤＣ変換回路５の入力側電源端子に接続される。励磁回路７及び電流出力回路８の電源端子は、第１電源ライン２１に接続され、ＣＰＵ６の電源端子は、第３電源ライン２６に接続される。
【００５５】
図６の（ａ）及び（ｂ）は、図５のＤＣ−ＤＣ変換回路９の回路図である。ＤＣ−ＤＣ変換回路９は、非絶縁型の直流電圧変換回路であり、入力電圧Ｖinを昇圧又は降圧して出力電圧Ｖoutに変換する。ＣＰＵ６、励磁回路７、及び、電流出力回路８は、同一のコモンラインに全て接続され、回路の基準電位が全て等しくなる。
【００５６】
同図（ａ）は、昇圧型のＤＣ−ＤＣ変換回路９に採用されるチョッパ方式のスイッチング電源の回路を示す。定電圧回路６４は、ツェナダイオードＤZ1が定電圧Ｖccを発生し、ＣＲ発振回路６１及びエラーアンプ回路６２に供給する。ＣＲ発振回路６１は、周期Ｔで発振し、エラーアンプ回路６２、及び、波形整形回路６３を経由して制御用ＰＷＭ信号１０９をトランジスタＱn2に入力する。
【００５７】
トランジスタＱn2は、制御用ＰＷＭ信号１０９に基づいてオン又はオフすることにより、インダクタＬ2に誘導電圧を発生させる。昇圧型のＤＣ−ＤＣ変換回路９は、入力電圧ＶinにインダクタＬ2の誘導電圧が加わることで、入力電圧Ｖinより高い出力電圧Ｖoutを発生する。
【００５８】
ここで、トランジスタＱn2のオン時間をＴonとすると、制御用ＰＷＭ信号１０９のデューテイ比Ｄは、Ｄ＝Ｔon／Ｔであり、出力電圧Ｖoutは、下記のように示される。
Ｖout＝１／（１−Ｄ）×Ｖin ・・・・ （１）
【００５９】
同図（ｂ）は、降圧型のＤＣ−ＤＣ変換回路９に採用されるシリーズ電源の回路を示す。演算増幅器Ａ8は、出力電圧Ｖoutを所定の比率で分圧した電圧と、ツェナダイオードＤZ2が発生する基準電圧とが等しくなるように、トランジスタＱn3のベース電圧を制御する。
【００６０】
ＤＣ−ＤＣ変換回路９は、直流電源５１からの電源電圧を考慮して、第１電源ライン２１及び第３電源ライン２６の電圧が所望の値になるように、昇圧型又は降圧型の電源回路を採用する。所望の電圧としては、ＣＰＵ６、励磁回路７、及び、電流出力回路８の動作電圧に基づいた値が設定される。
【００６１】
また、降圧型のＤＣ−ＤＣ変換回路９には、シリーズ電源に代えて、降圧型のスイッチング電源を採用しても同様な効果が得られる。
【００６２】
更に、ＣＰＵ６は、電流出力線２５から供給される電源電流を計測し、電源電流がほぼ一定となるようにＤＣ−ＤＣ変換器９の出力電圧を制御すれば、多くの消費電流を確保できる。
【００６３】
上記実施形態例によれば、ＤＣ−ＤＣ変換器が昇降圧する直流電圧を最適に設定することにより、直流電源への適応性が向上し、流量の変化に対して、パルス変調波が重畳した出力電流の平均値は、ほぼ一定となることにより、供給電力もほぼ一定となるので、安定した動作が確保される。
【００６４】
図７は、本発明の第３実施形態例の電磁流量計を示す。本実施形態例は、電源電圧を測定する点が先の実施形態例と異なる。電磁流量計は、電源電圧検出回路１０（電力計測回路）を有する。
【００６５】
図８は、図７の電源電圧検出回路１０の詳細を示す。電源電圧検出回路１０は、直流電源５１から電源電圧が供給される。抵抗Ｒ26〜Ｒ28は、電源電圧を所定の比率で分圧する。演算増幅器Ａ9は、分圧された電圧をボルテージフォロワ動作により増幅し、Ａ／Ｄ変換器３は、増幅された電圧を電源電圧データ１１２に変換して、ＣＰＵ６に入力する。
【００６６】
図９は、ＣＰＵ６が行う励磁方式の変更を示す表である。ＣＰＵ６は、電源電圧が高いか低いかを判断し、或いは、電源電圧及び出力電流から供給電力を計算して、供給電力が高いか低いかを判断する。
【００６７】
判断結果に従って、ＣＰＵ６は、タイミング信号群１０３の信号パターンを変更することにより、励磁波形を３種類に変更し、励磁ＰＷＭ信号１０４のデューティ比を変更することにより、励磁電流値をアナログ的に増減する。
【００６８】
図９に示すように、励磁波形は、３値励磁、２値励磁、又は、２周波励磁の３種類に変更され、励磁電流値は、アナログ的に変化される。ＣＰＵ６は、励磁波形及び励磁電流値の何れか一方又は両方を変更対象にする。
【００６９】
供給電力が低い場合、励磁波形を３値励磁にする。又は、励磁電流値を小さくする。
【００７０】
供給電力が高い場合、励磁波形を２周波励磁又は２値励磁にする。又は、励磁電流値を大きくする。
【００７１】
上記実施形態例によれば、電源電圧又は供給電力が高いと信号伝送における信号レベルを大きくするので、優れたＳ／Ｎ比の流量測定が行え、電源電圧又は供給電力に応じた最適な励磁が行われるので、流量測定におけるＳ／Ｎ比を向上できる。
【００７２】
また、流量が０％で最大の出力電流を流し、流量が１００％で最小の出力電流を流して、低流速でＳ／Ｎ比が良好な測定を行う。
【００７３】
図１０は、本発明の第４実施形態例の電磁流量計を示す。本実施形態例は、電磁流量計は、無駄に消費される余剰電力を測定する。電磁流量計は、電流出力回路８Ａを有し、電流出力回路８Ａは、出力電流制御回路１３Ａを有する。
【００７４】
余剰電流は、第１電源ライン２１から抵抗Ｒ7、トランジスタＱn1、及び、出力電流検出抵抗Ｒconを経由して、第１コモンライン２２に流れる。出力電流検出抵抗Ｒconは、余剰電流に比例する余剰電流検出電圧１１１を発生する。出力電流は、第１コモンライン２２から出力電流抵抗Ｒoutに流れる。出力電流抵抗Ｒoutは、出力電流に比例する出力電流検出電圧１０８を発生する。
【００７５】
出力電流制御回路１３Ａは、余剰電流検出電圧１１１をＣＰＵ６に入力する。電流出力ＰＷＭ信号１０７を変換した直流電圧と出力電流検出電圧１０８とを加算して、加算電圧がゼロになるように、出力電流を一定に制御する。
【００７６】
ＣＰＵ６は、余剰電流検出電圧１１１から出力電流検出抵抗Ｒconの電圧降下Ｖconを認識して、Ｖcon／Ｒconを計算し余剰電流Ｉconを求める。余剰電流の最小値Ｉminは、電流出力回路８Ａが動作できる最小値として、予め測定される。
【００７７】
Ｉcon−Ｉminは、電流出力回路８Ａで無駄に消費される電流である。ＣＰＵ６は、電流の変更分ΔＩ1を計算する。
ΔＩ1＝Ｋ（Ｉcon−Ｉmin） ・・・・ （２）
【００７８】
ＣＰＵ６は、電流の変更分ΔＩ1に基づいて、励磁ＰＷＭ信号１０４のデューティ比を変化させて、励磁電流１０１の増加分が電流の変更分ΔＩ1と等しくなるように制御する。
【００７９】
ここで、Ｋは係数である。出力電流は、電磁流量計の全消費電流である。励磁回路７の励磁電流１０１を増加させると、励磁回路７以外の回路の消費電流が増加し、出力電流が規定値を越える恐れがある。係数Ｋは、出力電流が規定値を越えないような値（例えば０．５〜０．９）を設定する。規定値とは、流量値に比例して決定される出力電流の値である。
【００８０】
上記実施形態例によれば、励磁回路又は電流出力回路の消費電力又は供給電力を把握できるので、流量測定のＳ／Ｎ比向上に貢献するような励磁方式とするので、供給電力が最適に利用される。
【００８１】
図１１は、本発明の第５実施形態例の電磁流量計を示す。本実施形態例は、励磁コイルＬ1の両端からコイル電圧を直接に測定する。電磁流量計は、励磁回路７Ａを有し、励磁回路７Ａは、コイル電圧検出回路１９を有する。
【００８２】
コイル電圧検出回路１９は、励磁コイルＬ1の両端からコイル電圧が入力される。演算増幅器Ａ6及びＡ7は夫々、ボルテージホロワとして動作し、励磁コイルＬ1の一方及び他方の端子電圧を増幅する。
【００８３】
演算増幅器Ａ8は、演算増幅器Ａ6及びＡ7からの双方の出力電圧を差動増幅し、コイル電圧をＡ／Ｄ変換器３に入力する。Ａ／Ｄ変換器３は、コイル電圧をコイル電圧データ１０５に変換して、ＣＰＵ６に入力する。
【００８４】
ＣＰＵ６は、励磁コイルＬ1のコイル電圧データ１０５及び励磁電圧データ１０６に基づいて、コイル電圧Ｖcoil及び励磁電流Ｉcoilを夫々認識し、温度Ｔのコイル抵抗Ｒtを計算する。
Ｒt＝Ｖcoil／Ｉcoil ・・・・ （３）
【００８５】
励磁コイルＬ1の最大励磁電力ＷLmaxは、予め決定される。ＣＰＵ６は、コイル電圧Ｖcoil及び励磁電流Ｉcoilから励磁電力Ｗcoilを計算する。
Ｗcoil＝Ｖcoil×Ｉcoil ・・・・ （４）
【００８６】
ＷLmax−Ｗcoilは、電流出力回路８Ａで無駄に消費される余剰電力である。
ＣＰＵ６は、電流の変更分ΔＩ2を計算する。
ΔＩ2＝√｛（ＷLmax−Ｗcoil）／Ｒt｝ ・・・・ （５）
【００８７】
ＣＰＵ６は、励磁ＰＷＭ信号１０４のデューティ比を変化させて、励磁電流１０１の増加分が電流の変更分ΔＩ2と等しくなるように制御し、第４実施形態例と同様に流量測定のＳ／Ｎ比向上に貢献する。
【００８８】
また、室温Ｔのコイル抵抗の値Ｒtは、下記のように示される。
Ｒt＝Ｒ0＋（Ｔ−Ｔ0）×α ・・・・ （６）
ＣＰＵ６は、式３及び式６から温度Ｔを計算する。
Ｔ＝Ｔ0＋（Ｒt−Ｒ0）／α ・・・・ （７）
【００８９】
ＣＰＵ６は、温度Ｔをユーザ用のプロセス情報として、外部電源装置に伝送する。
【００９０】
上記実施形態例によれば、コイル電圧検出回路１９がコイル電圧を検出することにより、励磁電力を計算し最適な増加が行えるので、流量測定のＳ／Ｎ比向上に貢献する。
【００９１】
図１２は、本発明の第６実施形態例の電磁流量計を示す。本実施形態例は、励磁コイルＬ1の温度を直接に測定する。電磁流量計は、検出器１Ａ及び温度測定回路３２を有する。検出器１Ａは、温度センサ３１を有する。温度センサ３１は、励磁コイルＬ1の温度が計測できるように所定の位置に配置され、励磁コイルＬ1の温度に応じた信号を発生する。温度測定回路３２は、温度センサ３１からの信号を温度データ１１３に変換して、ＣＰＵ６に入力する。
【００９２】
ＣＰＵ６は、励磁電圧データ１０６に基づいて、励磁電流Ｉcoilを認識し、温度データ１１３に基づいて、室温Ｔのコイル抵抗の値Ｒtを式６から計算して、励磁電力Ｗcoilを計算する。
Ｗcoil＝Ｉcoil²×Ｒt ・・・・ （８）
【００９３】
ＣＰＵ６は、電流の変更分ΔＩ2を式５から計算して制御することにより、第５実施形態例と同様な効果が得られる。
【００９４】
上記実施形態例によれば、温度測定回路３２が励磁コイルＬ1の温度を測定することにより、励磁電力を計算し最適な増加が行えるので、流量測定のＳ／Ｎ比向上に貢献する。
【００９５】
図１３は、本発明の第７実施形態例の電磁流量計を示す。本実施形態例は、複数の電源系統を有する。電磁流量計は、電源機能を備える第１回路ブロック３３及び第２回路ブロック３４を有する。第１回路ブロック３３及び第２回路ブロック３４は、電流出力回路８、ＤＣ−ＤＣ変換回路９、直流電源５１、逆流防止ダイオード、及び、出力電流抵抗Ｒoutで夫々構成される。
【００９６】
直流電源５１の正極端子は、逆流防止ダイオード及びＤＣ−ＤＣ変換回路９を介して、第１電源ライン２１に接続され、直流電源５１の負極端子は、出力電流抵抗Ｒoutを介して、第１コモンライン２２に接続される。電流出力回路８の電源端子は、ＤＣ−ＤＣ変換回路９の入力電圧端子に接続され、電流出力回路８のコモン端子は、第１コモンライン２２に接続される。
【００９７】
電流出力回路８は、出力電流検出電圧１０８が出力電流抵抗Ｒoutから入力され、電流出力ＰＷＭ信号１０７がＣＰＵ６から入力される。
【００９８】
ＣＰＵ６は、電流出力ＰＷＭ信号１０７のデューテイ比をゼロ又は所定の値に設定し、第１回路ブロック３３又は第２回路ブロック３４の電流出力回路８を動作又は停止させて、必要に応じて電源系統を切り替える。
【００９９】
また、双方の電流出力ＰＷＭ信号１０７のデューテイ比を相互に調整することにより、第１回路ブロック３３及び第２回路ブロック３４の出力電流が調整されるので、双方の電源系統を併用できる。
【０１００】
更に、第１回路ブロック３３が流量の情報を伝送し、第２回路ブロック３４がコイル電圧検出回路１９や温度測定回路３２（信号計測部）が計測する電極電位や温度等の情報を伝送することもできる。
【０１０１】
上記実施形態例によれば、電流出力回路、ＤＣ−ＤＣ変換器、及び、第１の電源ラインから成る回路ブロックを複数配置するので、回路ブロックに対応する数の直流電源を併用することができる。
【０１０２】
本発明の第８実施形態例の電磁流量計は、各励磁方式に対応するゼロ点補正を行う。本実施形態例は、ゼロ点補正を行うためのメンテナンスモードを有する。電磁流量計は、インストールした後やメンテナンス時に、メンテナンスモードに設定され、内部パラメータの変更やゼロ点補正を行う。
【０１０３】
電磁流量計のゼロ点指示は、管内の付着物や液体の導電率等の影響により、ゼロ点が異なり、使用環境に応じて異なる値になる。各励磁方式に対応するゼロ点補正は、定期的に行われ、測定誤差の発生が防止される。電磁流量計は、図９に示すように、種々な励磁方式に変える。
【０１０４】
メンテナンスモードの場合、流量をゼロにした状態で、ＣＰＵ６は、各励磁方式に対応できるように、各励磁方式に対応するタイミング信号群１０３及び励磁ＰＷＭ信号１０４を夫々設定し、出力電流を増やすことにより、ゼロ点補正を行う。
【０１０５】
上記実施形態例によれば、実際の測定前に全ての励磁方式のゼロ点補正を予め行えるので、励磁方式の違いによる測定誤差の発生を防止できる。
【０１０６】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の電磁流量計は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した電磁流量計も、本発明の範囲に含まれる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電磁流量計では、励磁回路、電流出力回路、及び、ＣＰＵが電流出力線に並列に接続され、電源電圧を低く設定できる。また、励磁電流を検出して、流量信号を正規化するので、温度変動によるスパン誤差を小さくできる。
【０１０８】
また、ＤＣ−ＤＣ変換器が昇降圧する直流電圧を最適に設定することにより、直流電源への適応性が向上し、流量の変化に対して、パルス変調波が重畳した出力電流の平均値は、ほぼ一定となることにより、供給電力もほぼ一定となるので、安定した動作が確保される。
【０１０９】
更に、供給電圧を把握し、励磁回路又は電流出力回路の消費電力を把握できるので、ＣＰＵが行う制御が容易になり、無駄な余剰電力が減少し、流量測定のＳ／Ｎ比向上に貢献する励磁電力が増加するので、供給電力が最適に利用され、実際の測定前に全ての励磁方式のゼロ点補正を予め行えるので、励磁方式の違いによる測定誤差の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例の電磁流量計を示す。
【図２】図１の励磁回路７の詳細を示す。
【図３】図２の電流方向切替回路１４の動作を示す表である。
【図４】電流出力回路８の詳細を示す。
【図５】本発明の第２実施形態例の電磁流量計を示す。
【図６】同図（ａ）及び（ｂ）は、図５のＤＣ−ＤＣ変換回路９の回路図である。
【図７】本発明の第３実施形態例の電磁流量計を示す。
【図８】図７の電源電圧検出回路１０の詳細を示す。
【図９】ＣＰＵ６が行う励磁方式の変更を示す表である。
【図１０】本発明の第４実施形態例の電磁流量計を示す。
【図１１】本発明の第５実施形態例の電磁流量計を示す。
【図１２】本発明の第６実施形態例の電磁流量計を示す。
【図１３】本発明の第７実施形態例の電磁流量計を示す。
【図１４】従来知られている電磁流量計の例を示す。
【符号の説明】
１ 検出器
２ アナログ増幅器
３ Ａ／Ｄ変換器
４ 絶縁回路
５、９ ＤＣ−ＤＣ変換回路
６ ＣＰＵ
７ 励磁回路
８ 電流出力回路
１１、１５ ＬＰＦ
１２ 加算器
１３ 出力電流制御回路（定電流回路）
１４ 電流方向切替回路
１６ 定電流制御回路
１９ コイル電圧検出回路
２１ 第１電源ライン
２２ 第１コモンライン
２３ 第２電源ライン
２４ 第２コモンライン
２５ 電流出力線
２６ 第３電源ライン
３１ 温度センサ
３２ 温度測定回路
３３ 第１電流出力部
３４ 第２電流出力部
５１ 直流電源
１０１ 励磁電流
１０２ 流量データ
１０３ タイミング信号群
１０４ 励磁ＰＷＭ信号
１０５ コイル電圧データ
１０６ 励磁電圧データ
１０７ 電流出力ＰＷＭ信号
１０８ 電流出力電圧
１０９ 制御用ＰＷＭ信号
１１１ 余剰電圧
１１２ 電源電圧データ
１１３ 温度データ

Claims (13)

1. 電流出力線で信号伝送および電力供給を行うように構成された２線式電磁流量計であって、
   流体中に流体の流れ方向と直交する方向に磁界を印加する励磁コイルに励磁電流を供給する励磁回路と、前記磁界によって流体中に発生する起電力を検出する電極と、前記起電力に基づき流量に関連した出力電流を出力する電流出力回路と、前記励磁回路及び電流出力回路を制御するＣＰＵとを備え、
   前記電流出力線には、前記励磁回路と電流出力回路及びＣＰＵの電源端子とコモン端子が並列に接続されることを特徴とする電磁流量計。
2. 前記電流出力線に供給される直流電圧を昇圧又は降圧するＤＣ−ＤＣ変換器を備え、このＤＣ−ＤＣ変換器の出力側電源端子と出力側コモン端子間には、前記起電力に比例する流量信号を生成するアナログ増幅回路と流量信号を流量データにＡＤ変換するＡ／Ｄ変換器及び流量データを前記ＣＰＵに入力する絶縁回路の電源端子とコモン端子が並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電磁流量計。
3. 前記ＣＰＵは、前記電流出力線から供給される供給電力を計測する電力計測回路を備え、計測された供給電力に応じて前記励磁電流を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁流量計。
4. 前記ＣＰＵは、前記電流出力線から供給される電源電圧に応じて前記励磁コイルの励磁方式を変化させる、請求項1又は２に記載の電磁流量計。
5. 前記ＣＰＵは、前記電源電圧又は供給電力が所定値よりも高いときには２周波励磁又は２値励磁を行い、前記電源電圧又は供給電力が所定値よりも低いときには３値励磁を行う、請求項４に記載の電磁流量計。
6. 前記ＣＰＵは、前記電源電圧又は供給電力が高くなると前記励磁電流を大きくし、前記電源電圧又は供給電力が低くなると前記励磁電流を小さくする、請求項４に記載の電磁流量計。
7. 前記ＣＰＵは、流量がゼロの時に出力電流を大きくし、流量が大きいときには出力電流を小さくするように制御する、請求項４に記載の電磁流量計。
8. 前記ＣＰＵは、励磁コイルに印加されるコイル電圧に基づきコイルの消費電力を測定する請求項１又は２に記載の電磁流量計。
9. 前記ＣＰＵは、電磁流量計内の検出温度に基づいて前記供給電力を測定する請求項１又は２に記載の電磁流量計。
10. 前記ＣＰＵは、計測された供給電力から余剰電力を演算し、該余剰電力を励磁コイルの励磁電流及び電流出力回路の電源に振り向ける、請求項１又は２に記載の電磁流量計。
11. 前記ＣＰＵは、前記余剰電力に応じて前記励磁電流を増加させる請求項１０に記載の電磁流量計。
12. 前記ＣＰＵは、供給電力／余剰電力に応じて励磁方式を切り替えるとともに、流量がゼロでゼロ調整を行う際に、それぞれの励磁方式に応じたゼロ調整が行えるように、出力電流を一時的に大きくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁流量計。
13. 前記ＣＰＵは、前記電流出力線から供給される平均供給電流を計測し、該平均供給電流がほぼ一定となるように前記ＤＣ−ＤＣ変換器の出力電圧を制御し、流量演算結果をパルス周波数信号又はＰＷＭ信号として出力電流に重畳させる請求項２に記載の電磁流量計。

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