JP4300562B2

JP4300562B2 - 電磁流量計

Info

Publication number: JP4300562B2
Application number: JP2000094657A
Authority: JP
Inventors: 孝史佐野
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001281029A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁流量計に関するものであり、詳しくは測定流量を起電力により測定する励磁コイルに供給する励磁駆動電源を制御するＤＣ−ＤＣコンバータの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における電磁流量計の励磁回路は、図６に示すように、プラス側励磁駆動電源＋Ｖｅｘを端子Ｔ１に、マイナス側励磁駆動電源−Ｖｅｘを端子Ｔ２に接続し、端子Ｔ１、Ｔ２には、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａと、定電流回路２０と、励磁測定回路３０が接続されている。
【０００３】
降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａは、プラス側励磁駆動電源＋Ｖｅｘを供給する端子Ｔ１をスイッチング素子（ＦＥＴ）Ｑ１のドレーン側に接続し、そのソース側がコイルＬ１の一端に接続し、コイルＬ１の他端をコンデンサＣ１の一端に接続してある。又、マイナス側励磁駆動電源−Ｖｅｘを供給する端子Ｔ２をコンデンサＣ１の他端側に接続すると共に、ダイオードＤ１のアノード側を端子Ｔ２側にカソード側を、スイッチング素子Ｑ１のソース側とコイルＬ１の一端との間に接続した構成となっている。更に、スイッチング素子Ｑ１のゲートは励磁電圧制御回路１１に接続されている。このコンデンサＣ１はコイルＬ１の逆起電力により降圧した電荷を蓄えて励磁電圧Ｖｅを生成するコンデンサであり、励磁電圧制御回路１１は励磁コイルＬｅｘが励磁時にスイッチング素子Ｑ１をオンにするように制御する回路である。
【０００４】
定電流回路２０は、コンデンサＣ１に蓄えられた降圧電圧である励磁電圧Ｖｅに基づいて一定の定電流を励磁コイルＬｅｘに供給するものであり、コンデンサＣ１の一端に抵抗Ｒ１を介してスイッチング素子（ＦＥＴ）Ｑ２のドレイン側が接続し、そのソース側が励磁回路のスイッチング素子Ｑｅｘ１及びＱｅｘ２のドレイン側に接続している。そして、スイッチング素子Ｑ２のベース側には励磁電流制御回路２１が接続されている。
【０００５】
励磁測定回路３０は、コンデンサＣ１の両端に接続され、測定流量を起電力により測定する励磁コイルＬｅｘを有する回路であり、励磁コイルＬｅｘに流す励磁電流の向きと時間を制御するスイッチング素子（ＦＥＴ）Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４及び励磁タイミング回路３１とから構成されている。
【０００６】
このような接続状態を有する電磁流量計において、励磁コイルＬｅｘに一定の定電流を流している時、定電流回路２０のスイッチング素子Ｑ２に励磁駆動電源Ｖｅｘ（１００ボルト以上）がかかると発熱が大きくなるため、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａで降圧した励磁電圧Ｖｅを供給するようにして発熱を抑えている。ここで、励磁駆動電源Ｖｅｘを高電圧に維持するのは励磁コイルＬｅｘに供給する励磁電流の立ち上がりを速くさせるためである。
【０００７】
このような構成からなるＤＣ−ＤＣコンバータの動作は、先ず、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、励磁回路電源Ｖｅｘから実線矢印で示したルート方向に電流ｉ１が流れる。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、コイルＬ１から蓄えられたエネルギーが点線矢印で示されたルート方向に電流ｉ２が流れる。電流ｉ１、ｉ２が流れることで、コンデンサＣ１に電荷が蓄えられ励磁電圧Ｖｅが発生する。スイッチング素子Ｑ１のオン／オフのデューテイを制御することでコンデンサＣ１に蓄えられる励磁電圧Ｖｅを一定にすることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術における電磁流量計の励磁回路におけるＤＣ−ＤＣコンバータは、定電流回路のスイッチング素子Ｑ２の発熱を抑えるために使用されているため、励磁駆動電源＋Ｖｅｘの降圧機能しか持っていない。従って、励磁電流立ち上げ時間は、励磁駆動電源＋Ｖｅｘの電圧で決まってしまうため、励磁コイルＬｅｘ、励磁駆動電源＋Ｖｅｘが同じならば励磁電流立ち上げ時間を速くすることができないという問題がある。
【０００９】
従って、励磁回路におけるＤＣ−ＤＣコンバータにおける励磁コイルＬｅｘに供給する励磁電流の立ち上げ時間を速くすることに解決しなければならない課題を有する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る電磁流量計は次に示す構成にすることである。
【００１１】
（１）励磁駆動電源を所定の電圧である励磁電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータと、該励磁電圧を供給源として測定流量に対応する起電力を検出するための励磁コイルに一定の定電流が流れるように制御する定電流回路と、前記励磁コイルに流す励磁電流の向きと時間を制御している励磁測定回路とからなる電磁流量計であって、前記ＤＣ−ＤＣコンバータにより生成する励磁電圧は、前記励磁コイルが電流値一定の励磁の時には前記励磁駆動電源より降圧の電圧にし、前記励磁コイルが無励磁の時から励磁立ち上げ時には前記励磁駆動電源よりも高い昇圧の電圧にすることを特徴とする電磁流量計。
（２）上記（１）における電磁流量計において、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記励磁コイルに流す励磁電流に同期させて昇降圧の励磁電圧を生成することを特徴とする電磁流量計。
（３）上記（１）又は（２）における電磁流量計において、前記励磁駆動電源は励磁の時には前記ＤＣ−ＤＣコンバータが動作しない低電圧にしておき、無励磁の時は前記ＤＣ−ＤＣコンバータの励磁電圧は前記励磁駆動電源よりも高い昇圧の電圧にすることを特徴とする電磁流量計。
【００１２】
このように、励磁コイルが無励磁の時には、励磁コイルを供給する電圧を降圧の電圧にし、励磁の時には昇圧の電圧にすることによって定電流回路の発熱を抑えることができると共に励磁コイルに供給する励磁電流の立ち上げを速くすることができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電磁流量計における励磁回路の実施の形態について、図面を参照して説明する。尚、従来技術で説明したものと同様のものには同じ符号を付与して説明する。
【００１４】
電磁流量計における励磁回路のＤＣ−ＤＣコンバータは、昇圧と降圧の２つの機能を有する構成となっている。この励磁回路は、図１（昇圧時）及び図２（降圧時）に示すように、プラス側励磁駆動電源＋Ｖｅｘを端子Ｔ１に、マイナス側励磁駆動電源−Ｖｅｘを端子Ｔ２に接続し、端子Ｔ１、Ｔ２には、昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａと、定電流回路２０と、励磁測定回路３０が接続されている。
【００１５】
昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａは、プラス側励磁駆動電源＋Ｖｅｘを供給する端子Ｔ１をスイッチング素子（ＦＥＴ）Ｑ１のドレーン側に接続し、そのソース側がコイルＬ１の一端に接続し、コイルＬ１の他端をダイオードＤ２を介してコンデンサＣ１の一端に接続してある。又、マイナス側励磁駆動電源−Ｖｅｘを供給する端子Ｔ２をコンデンサＣ１の他端側に接続すると共に、ダイオードＤ１のアノード側を端子Ｔ２側にカソード側を、スイッチング素子Ｑ１のソース側とコイルＬ１の一端との間に接続した構成となっている。更に、加えてスイッチング素子（ＦＥＴ）Ｑ３のドレイン側が、コイルＬ１の他端とダイオードＤ２のアノード側との間に接続し、そのソース側が端子Ｔ２に接続してある。そして、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３のゲートは励磁電圧制御回路１１に接続されている。このコンデンサＣ１はコイルＬ１の逆起電力により降圧した電荷を蓄えると共に励磁コイルＬｅｘの励磁時には昇圧した電圧となる励磁電圧を生成するコンデンサである。
【００１６】
定電流回路２０は、コンデンサＣ１に蓄えられた降圧電圧である励磁電圧に基づいて一定の定電流を励磁コイルに供給するものであり、コンデンサＣ１の一端に抵抗Ｒ１を介してスイッチング素子（ＦＥＴ）Ｑ２のドレイン側が接続し、そのソース側が励磁測定回路３０のスイッチング素子Ｑｅｘ１及びＱｅｘ２のドレイン側に接続している。そして、スイッチング素子Ｑ２のベース側には励磁電流制御回路２１が接続されている。
【００１７】
励磁測定回路３０は、コンデンサＣ１の両端に接続され、測定流量を起電力により測定する励磁コイルＬｅｘを有する回路であり、励磁コイルＬｅｘに流す励磁電流の向きと時間を制御するスイッチング素子（ＦＥＴ）Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４及び励磁タイミング回路とから構成されている。
【００１８】
このような構成からなる電磁流量計の励磁回路において、昇圧時には、図１に示すように、励磁電圧制御回路１１の制御によりスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３を同時にオンする。そうすると、実線矢印ｉ１に示すルート方向に電流が流れる。次に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３を同時にオフするとコイルＬ１に逆起電力が発生し、点線矢印ｉ２で示したルート方向に電流が流れる。コイルＬ１で発生する逆起電力は、Ｌ１・ｄｉ／ｄｔの電圧が発生することになる。このようにして、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３のオン／オフ切換えにより、コイルＬ１の両端には励磁駆動電源Ｖｅｘより高い電圧（励磁電圧Ｖｅ）が発生するので、コンデンサＣ１に励磁駆動電源Ｖｅｘより高い励磁電圧Ｖｅを発生させることができる。このスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３のオン／オフデューテイを変えることによって、コンデンサＣ１に発生する励磁電圧Ｖｅが励磁駆動電源Ｖｅｘより高い電圧となるように制御することができるのである。
【００１９】
降圧時においては、図２に示すように、励磁電圧制御回路１１の制御によりスイッチング素子Ｑ３をオフの状態で、スイッチング素子Ｑ１をオンすると、実線矢印ｉ１に示すルート方向に電流が流れる。スイッチング素子Ｑ３をオフのままスイッチング素子Ｑ１をオフにすると、コイルＬ１に逆起電力が発生し、点線矢印ｉ２で示したルート方向に電流が流れる。電流ｉ１、ｉ２が流れることでコンデンサＣ１に電荷が蓄えられ励磁電圧Ｖｅが発生する。従来例と同様に、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフデューテイを制御することでコンデンサＣ１の降圧した励磁電圧Ｖｅを一定に制御することができる。
【００２０】
このようにして、励磁駆動電源Ｖｅｘより高い電圧に昇圧することができるので、励磁コイルＬｅｘに励磁電流を流す立ち上げ時、励磁コイルＬｅｘにかかる電圧が高くでき、励磁電流を流す立ち上げ時間を速くする事が可能となる。又、このＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａは降圧もできるので、従来と同様に定電流回路のスイッチング素子Ｑ２の発熱を抑えることが可能になる。
【００２１】
次に、第２の実施の形態のＤＣ−ＤＣコンバータについて、図３を参照して説明する。
【００２２】
第２の実施の形態のＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａは、励磁コイルＬｅｘに供給する励磁電流の状態に同期させてＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａの動作を変化させるようにしたものである。図１及び図２に示した昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａは励磁コイルＬｅｘに無励磁の時には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａで昇圧（図１参照）し、コンデンサＣ１に励磁駆動電源Ｖｅｘ以上の励磁電圧Ｖｅを発生させる。励磁電流立ち上げ時には、コンデンサＣ１の電圧を励磁コイルＬｅｘに供給して立ち上がりを速くさせる。励磁時における定電流時には降圧型として動作するようにする。
【００２３】
このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａを動作させると、励磁電流立ち上げ時、励磁コイルＬｅｘにかかる電圧を励磁駆動電源Ｖｅｘよりも高くでき、励磁電流を速く立ち上げることができる。又、励磁時における定電流時には従来と同様に定電流回路２０のスイッチング素子Ｑ２の発熱を抑えることができる。
【００２４】
次に、第３の実施の形態のＤＣ−ＤＣコンバータについて図４を参照して説明する。
【００２５】
第３の実施の形態のＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａは、従来型における励磁駆動電源Ｖｅｘは高電圧であったため、定電流回路２０のスイッチング素子Ｑ２の発熱が大きかったが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａにより昇圧できるため励磁駆動電源Ｖｅｘを下げることが可能となる。即ち、励磁駆動電源Ｖｅｘの電圧を下げて励磁立ち上げ時間を速くすることができる。具体的には、スイッチング素子Ｑ２の発熱が大きくならない値まで励磁駆動電源Ｖｅｘを下げる。そして、励磁コイルＬｅｘに励磁電流を供給する励磁の時は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａの動作を停止する。即ち、励磁の時はスイッチング素子Ｑ２をオン、スイッチング素子Ｑ３をオフにし、励磁電流を励磁駆動電源Ｖｅｘから供給する。無励磁の時には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａで昇圧し、コンデンサＣ１に高電圧を発生させる。励磁電流立ち上げ時は、コンデンサＣ１の電圧を励磁コイルＬｅｘにかけて立ち上がりを速くさせる。
【００２６】
このようにして、流量信号サンプリング時には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａの動作が停止状態になっているため、信号サンプリングにＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａによるスイッチングノイズの影響がなくなるため安定した出力が得られる。
【００２７】
このように昇圧／降圧の動作をすることができるＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａを利用することにより、様々な励磁波形に適宜組み合わせた励磁を作成することができる。又、立ち上げ時には励磁コイルＬｅｘで発生する逆起電力によるエネルギーをコンデンサＣ１にためておき、次の励磁立ち上げ時に再利用することができる。具体的には、図５に示すように、励磁コイルＬｅｘに左から右向きに励磁電流を流した時は実線矢印のルート方向に電流ｉ１が流れ、点線矢印はその逆をした時のルート方向に電流ｉ２が流れるためこの電流ｉ１及びｉ２による逆起電力をコンデンサＣ１に蓄積すればよい。
【００２８】
更に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０Ａで昇圧ができ、励磁電流を速く立ち上げることができるため、従来よりも励磁電源電圧Ｖｅｘを下げる事も可能である。それにより、電源回路の設計の自由度が増し、高周波励磁、２周波励磁の電源回路のコストを下げる事が可能になる。
【００２９】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明は、電磁流量計の励磁回路に用いられているＤＣ−ＤＣコンバータを昇降圧型にすることによって、発熱を抑えながらも励磁コイルに供給する励磁電流の立ち上がりを速くすることができるため、特に高周波励磁動作に有益であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁流量計の励磁回路図を構成するＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧時における電流の流れを図示した略示的な回路図である。
【図２】本発明に係る電磁流量計の励磁回路図を構成するＤＣ−ＤＣコンバータの降圧時における電流の流れを図示した略示的な回路図である。
【図３】第２の実施の形態のＤＣ−ＤＣコンバータの動作を略示的に示したタイミングチャートである。
【図４】第３の実施の形態のＤＣ−ＤＣコンバータの動作を略示的に示したタイミングチャートである。
【図５】本発明に係る電磁流量計の励磁回路図を構成する励磁測定回路における励磁電流の向きを示した略示的な回路図である。
【図６】従来技術における電磁流量計の励磁回路図を構成するＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧時における電流の流れを図示した略示的な回路図である。
【符号の説明】
１０Ａ；（昇降圧型）ＤＣ−ＤＣコンバータ、１１；励磁電圧制御回路、２０；定電流回路、２１；励磁電流制御回路、３０；励磁測定回路、３１；励磁タイミング回路

Claims

励磁駆動電源を所定の電圧である励磁電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータと、該励磁電圧を供給源として測定流量に対応する起電力を検出するための励磁コイルに一定の定電流が流れるように制御する定電流回路と、前記励磁コイルに流す励磁電流の向きと時間を制御している励磁測定回路とからなる電磁流量計であって、前記ＤＣーＤＣコンバータにより生成する励磁電圧は、前記励磁コイルが電流値一定の励磁の時には前記励磁駆動電源より降圧の電圧にし、前記励磁コイルが無励磁の時から励磁立ち上げ時には前記励磁駆動電源よりも高い昇圧の電圧にすることを特徴とする電磁流量計。
上記請求項１における電磁流量計において、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記励磁コイルに流す励磁電流に同期させて昇降圧の励磁電圧を生成することを特徴とする電磁流量計。
上記請求項１又は２における電磁流量計において、前記励磁駆動電源は励磁の時には前記ＤＣ−ＤＣコンバータが動作しない低電圧にしておき、無励磁の時は前記ＤＣ−ＤＣコンバータの励磁電圧は前記励磁駆動電源よりも高い昇圧の電圧にすることを特徴とする電磁流量計。