JP5163852B2 - 電磁流量計とそのゼロ点測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁流量計における測定流体のゼロ点測定に関し、測定流体を静止させたときの流量値と前回のゼロ点測定値との差が所定の値の範囲内の場合、電磁流量計の出力電流を変更しないでゼロ点測定を行う電磁流量計に関するものである。

電磁流量計は、検出器の管内を流れる測定流体に対し磁界を与え、その磁界により測定流体中に発生する電気信号を検出し、その電気信号に基づき測定流体の流量を演算し出力するものである。そして、前記測定流体を静止させた状態において演算される流量値をゼロ点測定値として測定し、通常の状態での流量測定においてこのゼロ点測定値による誤差を除去するため、演算された流量値からゼロ点測定値を減じるゼロ点補正演算を行う。このとき、前記ゼロ点測定は、電磁流量計の出力電流値、励磁電流値および励磁方式を変更して実施する。このような電磁流量計について、図１１を用いて説明する。

電磁流量計２８は、検出器４、増幅回路８、ＡＤ変換部９、絶縁回路１０、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２、演算制御部２１、励磁回路２２、電流出力回路２３などから構成される。

電磁流量計２８の一対の出力端子の一方は、直流電源２６の正極端子（＋）に接続され、他方の出力端子は抵抗２５を介し直流電源２６の負極端子（−）に接続される。直流電源２６は、直流電圧および演算された流量値に対応する電流（例えば４から２０ミリアンペアの範囲内）を、電磁流量計２８に供給する。抵抗２５の両端に接続されたコントローラ２７は、電磁流量計２８から出力された電流を抵抗２５を介して測定し、その測定値を流量値に換算してプロセス制御（例えば流量制御）を行う。

直流電源２６の正極端子（＋）に接続された出力端子は、第１電源ラインＬ１に接続される。演算制御部２１、励磁回路２２、電流出力回路２３、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２の入力側（ＳＷ制御回路１１）の電源端子は、第１電源ラインＬ１に接続される。

電流出力回路２３と出力電流検出抵抗２４の接続部は、第１コモンラインＬ２に接続される。演算制御部２１、励磁回路２２、電流出力回路２３、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２の入力側（ＳＷ制御回路１１）のコモン（基準電位）端子は、第１コモンラインＬ２に接続される。そして、演算制御部２１、励磁回路２２、電流出力回路２３、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２は、第１電源ラインＬ１から電力の供給を受ける。

ＤＣ−ＤＣ変換回路１２の出力側の電源端子は、第２電源ラインＬ３に接続される。増幅回路８、ＡＤ変換部９、絶縁回路１０の電源端子は、第２電源ラインＬ３に接続される。

ＤＣ−ＤＣ変換回路１２の出力側のコモン（基準電位）端子は、第２コモンラインＬ４に接続される。増幅回路８、ＡＤ変換部９、絶縁回路１０のコモン（基準電位）端子は、第２コモンラインＬ４に接続される。そして、増幅回路８、ＡＤ変換部９、絶縁回路１０は、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２の出力（第２電源ラインＬ３）から電力の供給を受ける。

励磁回路２２は、励磁回路制御部２０と励磁コイル１に接続される。励磁回路２２は、励磁回路制御部２０の制御信号に基づき、励磁コイル１に励磁電流を流す。励磁コイル１は検出器４の管内に磁界を発生し、管内の測定流体に磁界を与えることにより、その磁界の磁束密度および測定流体の流速に比例した電気信号（起電力）が、管内を流れる測定流体に発生する。検出器４は、励磁コイル１、電極２、３、測定流体を流す管（図示しない）などから構成され、前記電気信号は、管内に配置された電極２、３によって検出される。

増幅回路８は、バッファ（ボルテージフォロワ）５、６、差動増幅器７から構成される。バッファ５、６の入力はそれぞれ電極２、３に接続され、バッファ５、６の出力は差動増幅器７の入力に接続される。増幅回路８は、電極２、３によって検出された電気信号の差信号を生成し、ＡＤ変換部９に出力する。この差信号は、測定流体の流速に比例する。

ＡＤ変換部９は、前記差信号をデジタルデータにＡＤ変換し、そのデータを絶縁回路１０を介して流量演算部１３に出力する。絶縁回路１０は、基準電位（第１コモンラインＬ２と第２コモンラインＬ４）が異なる回路間で、信号を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。

ＤＣ−ＤＣ変換回路１２は、インバータ方式の絶縁型の直流電圧変換回路である。ＤＣ−ＤＣ変換回路１２は、第１電源ラインＬ１の直流電圧をＳＷ制御回路１１によって交流電圧に変換し、トランスで昇圧または降圧した後にダイオードおよびキャパシターによって整流して、第２電源ラインＬ３の直流電圧に変換する。これにより、第１電源ラインＬ１および第１コモンラインＬ２に接続される回路群、並びに第２電源ラインＬ３および第２コモンラインＬ４に接続される回路群は、電気的に絶縁される。

演算制御部２１は、流量演算部１３、ゼロ点測定部１４、記憶部１５、ゼロ点測定制御部１６、ゼロ点補正部１７、スケーリング部１８、ＰＷＭ信号変換部１９、励磁回路制御部２０から構成され、電磁流量計２８の動作制御や信号処理を行う。

流量演算部１３は、絶縁回路１０から受け取る測定流体の流速に比例する差信号のデジタルデータに、検出器４の管内の内径を乗算するなどを行い、測定流体の流量値を演算する。ゼロ点測定部１４は、測定流体を静止させた状態における流量値（以下、「ゼロ点測定値」という）を流量演算部１３から取得し、記憶部１５に記憶する。

ゼロ点補正部１７は、ゼロ点測定値による誤差を除去するため、流量演算部１３において演算された流量値から、記憶部１５に記憶されたゼロ点測定値を減じて、ゼロ点補正された流量値を演算する。

スケーリング部１８は、ゼロ点補正された流量値を受け取り、その値を所定の流量値に対しスケーリング（正規化）を行う（例えば０から１の範囲）。ＰＷＭ信号変換部１９は、スケーリングされた値を受け取り、その値に比例する電流（例えば、０のとき４ミリアンペア、１のとき２０ミリアンペア）を出力するためのデューティーを有するＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）を、電流出力回路２３に出力する。

励磁コイル１に対する励磁は、電流出力回路２３から出力される出力電流値が小さいときには、励磁電流値を小さくした励磁方式による励磁を行い、出力電流値が大きいときには、励磁電流値を大きくした励磁方式による励磁を行い、電極２、３により検出される電気信号のＳ／Ｎ比を良好にする。そのため、励磁回路制御部２０は、励磁回路２２に対し、出力電流値の大きさによって励磁電流値と励磁方式を変更する制御を行う。このとき、励磁回路制御部２０は、スケーリング部１８から、出力電流値に比例したスケーリング値を受け取り、前記制御を行う。

前記それぞれの励磁電流値と励磁方式において行われるゼロ点測定値は異なるため、ゼロ点測定部１４は、それぞれの励磁電流値と励磁方式において、ゼロ点測定値の測定を行う。ゼロ点測定制御部１６は、出力電流を小さくするため、スケーリング部１８に例えば０のデータを送る。そして、スケーリング部１８は０を出力することにより、出力電流値は４ｍＡになり、それに対応した励磁が行われる。この状態で、ゼロ点測定部１４は、ゼロ点測定値を演算し記憶部１５に記憶する。つぎに、ゼロ点測定制御部１６は、出力電流を大きくするため、スケーリング部１８に例えば０．５のデータを送る。そして、スケーリング部１８は０．５を出力することにより、出力電流値は１２ｍＡになり、それに対応した励磁が行われる。この状態で、ゼロ点測定部１４は、ゼロ点測定値を演算し記憶部１５に記憶する。通常の流量演算において、ゼロ点補正部１７は、それぞれの励磁電流値と励磁方式に対応したゼロ点測定値を記憶部１５から取得し、補正演算を行う。

特開２００２−３４０６３８号公報

検出器４の管内の付着物や測定流体の導電率などの影響により、ゼロ点測定値が変化することがある。そのため、演算された流量値の誤差を小さくするため、定期的または必要に応じてゼロ点の測定が行なわれる。

電磁流量計２８、コントローラ２７、制御弁（図示しない）から構成される流量制御システムにおいて、ゼロ点測定は、制御弁を強制的に閉じて測定流体を静止させた状態で行われる。このとき、電磁流量計２８の出力電流値は約４ミリアンペアである。そして、ゼロ点測定が行われる数分の間、出力電流値は１２ミリアンペアと大きくなるため、電磁流量計２８の出力と制御弁の開度は一致しない。そのため、その不一致による異常をコントローラ２７が発生することがある。また、この異常の発生を防止するため、コントローラ２７をオフライン状態にした後にゼロ点測定が行われることにより、その間流量制御が一時的に中断される。

一方、出力電流値を４ミリアンペアと小さくして、ゼロ点測定を行ったとき、そのゼロ点測定値と前回測定されたゼロ点測定値との差が所定の値の範囲内であれば、測定流体のゼロ点測定値の変化はほとんど生じていない。そのような場合、出力電流値を１２ミリアンペアと大きくして、ゼロ点測定を行わなくてもよい。

本発明の目的は、電磁流量計における流体のゼロ点測定に関し、今回測定されたゼロ点測定値と前回測定されたゼロ点測定値との差が所定の値の範囲内の場合、電磁流量計の出力電流を変更しないでゼロ点測定を行う電磁流量計を提供することである。なお、前記の差が所定の値の範囲外の場合、測定流体のゼロ点測定値は変化しているため、出力電流を変更してゼロ点測定を行う。

このような目的を達成するために、請求項１の発明は、
測定流体に磁界を与える励磁コイルに励磁電流を供給し、前記磁界により前記測定流体中に発生する電気信号を検出して、前記電気信号に基づく流量値を演算する電磁流量計において、
ゼロ点測定の実行を開始するための開始信号を受け取った各回毎に、前記測定流体のゼロ点を測定するゼロ点測定部と、
その測定されたゼロ点測定値を記憶する記憶部と、
前記開始信号を受け取った各回毎に測定された前記ゼロ点測定値のうち、前記記憶部に記憶された前回のゼロ点測定値と今回測定されたゼロ点測定値との差が、所定の値の範囲外であるかどうかを判別する判別部と、
その判別部により、前記所定の値の範囲外であると判別されたとき、その判別結果を伝送する伝送部または表示する表示部の少なくともいずれか一方を備え、
前記伝送または表示された判別結果の少なくともいずれか一方に基づき、前記測定流体のゼロ点をさらに測定する要求信号を取得する取得部を備え、
その取得した信号に基づき、前記電磁流量計の出力電流、前記励磁電流および励磁方式を変更した後、前記ゼロ点測定部によりゼロ点を測定し、そのゼロ点測定値を前記記憶部に記憶する、
ことを特徴とする。

請求項２の発明は、
測定流体に磁界を与える励磁コイルに励磁電流を供給し、前記磁界により前記測定流体中に発生する電気信号を検出して、前記電気信号に基づく流量値を演算する電磁流量計において、
ゼロ点測定の実行を開始するための開始信号を受け取った各回毎に、前記測定流体のゼロ点を測定するゼロ点測定部と、
その測定されたゼロ点測定値を記憶する記憶部と、
前記開始信号を受け取った各回毎に測定された前記ゼロ点測定値のうち、前記記憶部に記憶された前回のゼロ点測定値と今回測定されたゼロ点測定値との差が、所定の値の範囲外であるかどうかを判別する判別部と、
その判別部により、前記所定の値の範囲外であると判別されたとき、その判別結果を伝送する伝送部または表示する表示部の少なくともいずれか一方を備え、
前記判別部により、前記所定の値の範囲外であると判別されたとき、さらに前記電磁流量計の出力電流、前記励磁電流および励磁方式を変更した後、前記ゼロ点測定部によりゼロ点を測定し、そのゼロ点測定値を前記記憶部に記憶する、
ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の発明において、
前記電磁流量計は、その出力電流を伝送する伝送線から電力の供給を受ける２線式電磁流量計である、
ことを特徴とする。

請求項４の発明は、
測定流体に磁界を与える励磁コイルに励磁電流を供給し、前記磁界により前記測定流体中に発生する電気信号を検出して、前記電気信号に基づく流量値を演算する電磁流量計のゼロ点測定方法において、
ゼロ点測定の実行を開始するための開始信号を受け取った各回毎に、前記測定流体のゼロ点を測定するステップと、
その測定されたゼロ点測定値を記憶するステップと、
前記開始信号を受け取った各回毎に測定された前記ゼロ点測定値のうち、前記記憶された前回のゼロ点測定値と今回測定されたゼロ点測定値との差が、所定の値の範囲外であるかどうかを判別するステップと、
その判別するステップにより、前記所定の値の範囲外であると判別されたとき、その判別結果を伝送するステップまたは表示するステップの少なくともいずれか一方を備え、
前記伝送または表示された判別結果の少なくともいずれか一方に基づき、前記測定流体のゼロ点をさらに測定する要求信号を取得するステップと、
その取得した信号に基づき、前記電磁流量計の出力電流、前記励磁電流および励磁方式を変更した後、前記ゼロ点を測定するステップによりゼロ点を測定し、そのゼロ点測定値を記憶するステップと、を備えた、
ことを特徴とする。

請求項５の発明は、
測定流体に磁界を与える励磁コイルに励磁電流を供給し、前記磁界により前記測定流体中に発生する電気信号を検出して、前記電気信号に基づく流量値を演算する電磁流量計のゼロ点測定方法において、
ゼロ点測定の実行を開始するための開始信号を受け取った各回毎に、前記測定流体のゼロ点を測定するステップと、
その測定されたゼロ点測定値を記憶するステップと、
前記開始信号を受け取った各回毎に測定された前記ゼロ点測定値のうち、前記記憶された前回のゼロ点測定値と今回測定されたゼロ点測定値との差が、所定の値の範囲外であるかどうかを判別するステップと、
その判別するステップにより、前記所定の値の範囲外であると判別されたとき、その判別結果を伝送するステップまたは表示するステップの少なくともいずれか一方を備え、
前記判別するステップにより、前記所定の値の範囲外であると判別されたとき、さらに前記電磁流量計の出力電流、前記励磁電流および励磁方式を変更した後、前記ゼロ点を測定するステップによりゼロ点を測定し、そのゼロ点測定値を記憶するステップを備えた、
ことを特徴とする。

本発明によれば、電磁流量計における流体のゼロ点測定に関し、今回測定されたゼロ点測定値と前回測定されたゼロ点測定値との差が所定の値の範囲内の場合、電磁流量計の出力電流を変更しないでゼロ点測定を行う。それにより、コントローラによる異常の発生を防止し、コントローラをオンライン状態にしてゼロ点測定を行うことを実現できる。

［第１の実施例］
第１の実施例を図１を用いて説明する。図１は、本発明を適用した電磁流量計のブロック図であり、図１１と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。本実施例は、今回測定されたゼロ点測定値と前回測定されたゼロ点測定値との差が所定の値の範囲内であるかどうかを判別し、範囲外であれば判別結果を伝送、表示するものである。

電磁流量計３２は、検出器４、増幅回路８、ＡＤ変換部９、絶縁回路１０、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２、演算制御部２１、伝送部３０、表示部３１、励磁回路２２、電流出力回路２３などから構成される。なお、伝送部３０と表示部３１は、少なくともいずれか一方を備えていればよい。

電磁流量計３２の一対の出力端子の一方は、直流電源２６の正極端子（＋）に接続され、他方の出力端子は、抵抗２５を介し直流電源２６の負極端子（−）に接続される。直流電源２６は、直流電圧および演算された流量値に対応する電流（例えば４から２０ミリアンペアの範囲内）を、電磁流量計３２に供給する。抵抗２５の両端に接続されたコントローラ２７は、電磁流量計３２から出力された電流を抵抗２５の両端に発生した電圧より測定し、その測定値を流量値に換算してプロセス制御（例えば流量制御）を行う。流量制御システムは、電磁流量計３２、コントローラ２７、制御弁（図示しない）から構成され、コントローラ２７は、電磁流量計３２の出力（流量値）を取得し、目標の流量値となるように制御弁の開度を制御する。

直流電源２６の正極端子（＋）に接続された出力端子は、第１電源ラインＬ１に接続される。演算制御部２１、励磁回路２２、電流出力回路２３、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２の入力側（ＳＷ制御回路１１）、伝送部３０、表示部３１の電源端子は、第１電源ラインＬ１に接続される。

電流出力回路２３と出力電流検出抵抗２４の接続部は、第１コモンラインＬ２に接続される。演算制御部２１、励磁回路２２、電流出力回路２３、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２の入力側（ＳＷ制御回路１１）、伝送部３０、表示部３１のコモン（基準電位）端子は、第１コモンラインＬ２に接続される。そして、演算制御部２１、励磁回路２２、電流出力回路２３、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２、伝送部３０、表示部３１は、第１電源ラインＬ１から電力の供給を受ける。

ＤＣ−ＤＣ変換回路１２の出力側の電源端子は、第２電源ラインＬ３に接続される。増幅回路８、ＡＤ変換部９、絶縁回路１０の電源端子は、第２電源ラインＬ３に接続される。

ＤＣ−ＤＣ変換回路１２の出力側のコモン（基準電位）端子は、第２コモンラインＬ４に接続される。増幅回路８、ＡＤ変換部９、絶縁回路１０のコモン（基準電位）端子は、第２コモンラインＬ４に接続される。そして、増幅回路８、ＡＤ変換部９、絶縁回路１０は、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２の出力（第２電源ラインＬ３）から電力の供給を受ける。

励磁回路２２は、励磁回路制御部２０と励磁コイル１に接続される。励磁回路２２は、励磁回路制御部２０の制御信号に基づき、励磁コイル１に励磁電流を流す。励磁コイル１は検出器４の管内に磁界を発生し、管内の測定流体に磁界を与えることにより、その磁界の磁束密度および測定流体の流速に比例した電気信号（起電力）が、管内を流れる測定流体に発生する。検出器４は、励磁コイル１、電極２、３、測定流体を流す管（図示しない）などから構成され、前記電気信号は、管内に配置された電極２、３によって検出される。

増幅回路８は、バッファ（ボルテージフォロワ）５、６、差動増幅器７から構成される。バッファ５、６の入力はそれぞれ電極２、３に接続され、バッファ５、６の出力は差動増幅器７の入力に接続される。バッファ５、６は、電極２、３によって検出された電気信号をインピーダンス変換し、差動増幅器７は、バッファ５、６の出力の差信号を生成し、ＡＤ変換部９に出力する。この差信号は、測定流体の流速に比例する。

ＡＤ変換部９は、前記差信号をデジタルデータにＡＤ変換し、そのデータを絶縁回路１０を介して流量演算部１３に出力する。絶縁回路１０は、基準電位（第１コモンラインＬ２と第２コモンラインＬ４）が異なる回路間で、信号を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。なお、絶縁回路１０は、例えばフォトカプラなどの光伝送素子やトランスを用いる。

ＤＣ−ＤＣ変換回路１２は、インバータ方式の絶縁型の直流電圧変換回路である。ＤＣ−ＤＣ変換回路１２の入力側は、ＳＷ（スイッチング）制御回路とそれに接続されたトランスの一方の巻き線から構成される。出力側は、トランスの他方の巻き線とそれに接続されたダイオード、およびそのダイオードに接続されたキャパシターから構成される。ＤＣ−ＤＣ変換回路１２は、第１電源ラインＬ１の直流電圧をＳＷ制御回路１１によって交流電圧に変換し、トランスで昇圧または降圧した後にダイオードおよびキャパシターによって整流して、第２電源ラインＬ３の直流電圧に変換する。これにより、第１電源ラインＬ１および第１コモンラインＬ２に接続される回路群、並びに第２電源ラインＬ３および第２コモンラインＬ４に接続される回路群は、電気的に絶縁される。

演算制御部２１は、流量演算部１３、ゼロ点測定部１４、記憶部１５、ゼロ点測定制御部１６、ゼロ点補正部１７、判定部２９、スケーリング部１８、ＰＷＭ信号変換部１９、励磁回路制御部２０から構成され、電磁流量計３２の動作制御や信号処理を行う。

流量演算部１３は、絶縁回路１０から入力される測定流体の流速に比例する差信号のデジタルデータに、検出器４の管内の内径を乗算するなどを行い、測定流体の流量値を演算する。ゼロ点測定部１４は、測定流体を静止させた状態における流量値（以下、「ゼロ点測定値」という）を流量演算部１３から取得し、記憶部１５に記憶する。

ゼロ点補正部１７は、ゼロ点測定値による誤差を除去するために、流量演算部１３において演算された流量値から、記憶部１５に記憶されたゼロ点測定値を減じて、ゼロ点補正された流量値を演算する。なお、測定流体を静止させた状態における流速をゼロ点測定値として記憶し、流量演算部１３において演算された流速からゼロ点測定値（流速）を減じた後、流量値を演算してもよい。

スケーリング部１８は、ゼロ点補正された流量値を受け取り、その値を所定の流量値に対しスケーリング（正規化）を行う（例えば０から１の範囲に対し、所定の流量値を１にする）。ＰＷＭ信号変換部１９は、スケーリングされた値を受け取り、その値に比例する電流（例えば、０のとき４ミリアンペア、１のとき２０ミリアンペア）を出力するためのデューティーを有するＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）を、電流出力回路２３に出力する。

励磁コイル１に対する励磁は、電流出力回路２３から出力される出力電流値が小さいときには励磁電流値を小さくした励磁方式による励磁を行い、出力電流値が大きいときには励磁電流値を大きくした励磁方式による励磁を行う。励磁電流値を大きくすることによって、電極２、３により検出される電気信号が大きくなるため、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

そのため、励磁回路制御部２０は、励磁回路２２に対し、出力電流値の大きさによって励磁電流値と励磁方式を変更する制御を行う。励磁回路制御部２０は、スケーリング部１８から、出力電流値に比例したスケーリング値を受け取り、前記制御を行う。詳しくは、図６（ｂ）において、出力電流値が小さいとき（例えば１２ミリアンペア未満）、励磁電流値を小さくして（例えば、最大電流は数ミリアンペア）、３値励磁を行う。また、出力電流値が大きいとき（例えば１２ミリアンペア以上）、励磁電流値を大きくして（例えば最大電流は数十ミリアンペア）、２周波励磁または２値励磁を行う。

励磁回路２２の動作を図５、図６を用いて説明する。図５は励磁回路２２の回路ブロック図、図６は励磁制御のパターンを表す。励磁回路制御部２０は、励磁回路２２に励磁ＰＷＭ信号Ｌ１０を出力して励磁電流値を制御し、タイミング信号Ｌ６からＬ９を出力して励磁電流を流す方向と時間を制御する。

励磁回路２２は、励磁電流方向切換回路４６、定電流制御回路４７、ローパスフィルタ４８から構成される。励磁電流方向切換回路４６、定電流制御回路４７は、第１電源ラインＬ１と第１コモンラインＬ２の間に直列に接続される。励磁コイル１の両端はそれぞれ、励磁電流方向切換回路４６のトランジスタＱ１およびＱ３の接続部、トランジスタＱ２およびＱ４の接続部に接続される。トランジスタＱ１からＱ４はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であってもよい。

ローパスフィルタ４８は、抵抗Ｒ２、キャパシターＣ１、演算増幅器Ａ１から構成され、定電流制御回路４７は、抵抗Ｒ１、トランジスタＱ５、演算増幅器Ａ２から構成される。

励磁ＰＷＭ信号Ｌ１０は、励磁回路制御部２０からローパスフィルタ４８に入力し、抵抗Ｒ２とキャパシターＣ１によって平滑される。その平滑された電圧は、演算増幅器Ａ１によってバッファされ、定電流制御回路４７に入力される。定電流制御回路４７は、励磁コイル１に流れる励磁電流を抵抗Ｒ１で検出した検出電圧と演算増幅器Ａ１の出力とが一致するように動作して、励磁コイル１に一定の励磁電流を流す。そのため、励磁ＰＷＭ信号Ｌ１０の有するデューティーに対応した一定の励磁電流が、第１電源ラインＬ１からトランジスタＱ１（またはＱ２）、励磁コイル１、トランジスタＱ４（またはＱ３）、トランジスタＱ５、抵抗Ｒ１を経由して、第１コモンラインＬ２に流れる。図６（ｂ）において、励磁ＰＷＭ信号Ｌ１０のデューティーを小さくすることにより、小さな励磁電流を流し、デューティーを大きくすることにより、大きな励磁電流を流す。

励磁電流方向切換回路４６は、図６（ａ）に示された信号パターンにより、励磁電流の流れる方向および時間を制御する。信号パターンＡにおいて、トランジスタＱ１とＱ４は、励磁回路制御部２０から出力されるタイミング信号Ｌ７とＬ９に基づきオンされ、トランジスタＱ２とＱ３は、励磁回路制御部２０から出力されるタイミング信号Ｌ６とＬ８に基づきオフされることによって、第１電源ラインＬ１からトランジスタＱ１、励磁コイル１、トランジスタＱ４、トランジスタＱ５、抵抗Ｒ１を経由して、第１コモンラインＬ２に流れる。この励磁電流によって励磁コイル１が発生する磁界の方向を正方向とする。

信号パターンＢにおいて、トランジスタＱ１とＱ４は、励磁回路制御部２０から出力されるタイミング信号Ｌ７とＬ９に基づきオフされ、トランジスタＱ２とＱ３は、励磁回路制御部２０から出力されるタイミング信号Ｌ６とＬ８に基づきオンされることによって、第１電源ラインＬ１からトランジスタＱ２、励磁コイル１、トランジスタＱ３、トランジスタＱ５、抵抗Ｒ１を経由して、第１コモンラインＬ２に流れる。この励磁電流によって励磁コイル１が発生する磁界の方向を逆方向とする。

信号パターンＣにおいて、トランジスタＱ１からＱ４は、励磁回路制御部２０から出力されるタイミング信号Ｌ６からＬ９に基づきオフされることによって、励磁電流は流れず、励磁コイル１は磁界を発生しない。なお、タイミング信号Ｌ６からＬ９は、絶縁回路４２から４５を経由して、トランジスタＱ１からＱ４に入力される。

３値励磁は、信号パターンＡ、Ｃ、Ｂ、Ｃ、Ａ、Ｃを繰り返して行う。２値励磁は、信号パターンＡ、Ｂ、Ａ、Ｂを繰り返して行う。２周波励磁は、繰り返し周波数の高い２値励磁（例えば数十Ｈｚ）と繰り返し周波数の低い２値励磁（例えば数Ｈｚ）を組み合わせて行う。

電流出力回路２３の動作を図７を用いて説明する。電流出力回路２３は、ローパスフィルタ４９、加算器５０、出力電流制御回路５１、出力電流検出抵抗２４から構成される。直流電源２６の正極端子（＋）と負極端子（−）の間に、第１電源ラインＬ１、抵抗Ｒ９、トランジスタＱ６、出力電流検出抵抗２４、抵抗２５が直列に接続される。第１コモンラインＬ２は、トランジスタＱ６と出力電流検出抵抗２４の接続部に接続される。

ローパスフィルタ４９は、抵抗Ｒ３、キャパシターＣ２、演算増幅器Ａ３から構成され、加算器５０は、抵抗Ｒ４、Ｒ５、演算増幅器Ａ４から構成され、出力電流制御回路５１は、
抵抗Ｒ６からＲ９、トランジスタＱ６、演算増幅器Ａ５から構成される。

ＰＷＭ信号変換部１９から出力されたＰＷＭ信号は、ローパスフィルタ４９に入力され、抵抗Ｒ３とキャパシターＣ２によって平滑される。その平滑された電圧は、演算増幅器Ａ３によってバッファされ、加算器５０に入力される。

出力電流検出抵抗２４には、抵抗Ｒ２５に向かって、電磁流量計内部（回路など）に流れる電流が第１コモンラインＬ２を経由して流れ、さらに抵抗Ｒ９とトランジスタＱ６を経由した電流が流れ、出力電流検出電圧Ｌ５が発生する。加算器５０は、ローパスフィルタ４９から入力された電圧と出力電流検出電圧Ｌ５とを加算して、加算電圧を出力電流制御回路５１に出力する。出力電流制御回路５１は、その加算電圧をほぼゼロ（第１コモンラインＬ２の電位）にするように、トランジスタＱ６に流れる電流を調整する。そして、ローパスフィルタ４９の出力電圧と出力電流検出電圧Ｌ５の絶対値が等しくなるため、出力電流検出抵抗２４には、ＰＷＭ信号変換部１９から出力されたＰＷＭ信号のデューティーに比例した電流が流れる。そして、ＰＷＭ信号のデューティーは、ゼロ点補正された流量値に比例するため、抵抗２５には、ゼロ点補正された流量値に比例した出力電流が流れる。

つぎにゼロ点測定について、図８も用いて説明する。図８は、演算制御部２１が行うゼロ点測定処理のフローチャートである。図６（ｂ）に示した励磁電流値と励磁方式において測定されるゼロ点測定値はそれぞれ異なる。そのため、測定流体を静止させた後、ゼロ点測定部１４は、図６（ｂ）に示した励磁電流値と励磁方式において、ゼロ点測定値の測定を行う。なお、ゼロ点補正部１７は、それぞれの励磁電流値と励磁方式に対応したゼロ点測定値を減じて補正演算を行う。

ゼロ点測定処理は、コントローラ２７からのゼロ点測定実行コマンドを有する送信信号を、抵抗２５、電流出力回路２３、通信部（図示しない）を介して受け取ることによって、またはコントローラ２７からのゼロ点測定実行するための接点入力信号（図示しない）を受け取ることによって開始される。

ゼロ点測定制御部１６は、スケーリング部１８に０のデータを送る。スケーリング部１８は受け取ったデータの０を出力し、出力電流は４ｍＡになり、小さくなる。そして、励磁回路制御部２０からのタイミング信号Ｌ６からＬ１０に基づき、励磁回路２２は、励磁電流を小さくし３値励磁を行う（ステップＳ１）。ゼロ点測定制御部１６の制御信号に基づきゼロ点測定部１４は、演算された流量値を流量演算部１３から取得する（ステップＳ２）。ここで、安定したゼロ点測定値を得るため、ゼロ点測定は数分間継続して行われる。そのため、取得した流量値を平均し（ステップＳ３）、前記ゼロ点測定時間（数分間）を経過していなければ（ステップＳ４）ステップＳ１から繰り返し、経過していればステップＳ５の処理を行う。ステップＳ３において平均された流量値をゼロ点測定値（以下、「今回のゼロ点測定値）という）として、記憶部１５に記憶する（ステップＳ５）。

判定部２９は、前回ゼロ点測定が行われ、記憶部１５に記憶された前回のゼロ点測定値と今回のゼロ点測定値との差が所定の値の範囲外であるかどうかを判別する(ステップＳ６)。範囲内（例えば、１００％の出力に対応する流量値の−１％から＋１％の範囲内）であれば、測定流体のゼロ点測定値の変化はほとんどないため、出力電流と励磁電流を大きくし励磁方式を変更した状態でゼロ点測定を行わず、ゼロ点測定処理を終了する。一方、範囲外であれば、測定流体のゼロ点測定値は変化しているため、判定部２９は、その判別結果を伝送部３０、表示部３１に出力する（ステップＳ７）。伝送部３０は、判別結果を有する送信信号を、電流出力回路２３を介しコントローラ２７に送信したり、判別結果を表す接点信号をコントローラ２７に出力する。表示部３１は、液晶表示部などの表示機能を有し、判別結果を表示する。

本実施例によって、電磁流量計における流体のゼロ点測定に関し、今回測定されたゼロ点測定値と前回測定されたゼロ点測定値との差が所定の値の範囲内の場合、電磁流量計の出力電流を変更しないでゼロ点測定を行う。これにより、コントローラによる異常の発生を防止し、コントローラをオンライン状態にしてゼロ点測定を行うことを実現できる。また、範囲外であれば、その判別結果をコントローラに伝送したり、表示することによりユーザーに知らせることができる。

［第２の実施例］
第２の実施例を図２を用いて説明する。図２は、本発明を適用した電磁流量計のブロック図であり、図１と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。本実施例は、今回測定されたゼロ点測定値と前回測定されたゼロ点測定値との差が所定の値の範囲範囲外のとき、ゼロ点測定要求信号に基づき、出力電流などを変更してゼロ点測定を行うものである。図２は、図１に対し取得部３３が追加され、取得部３３の電源端子は第１電源ラインＬ１に、コモン（基準電位）端子は第１コモンラインＬ２に接続される。

ゼロ点測定について、図９も用いて説明する。図９は、前記要求信号取得時の処理のフローチャートである。図８のゼロ点測定処理において、前回のゼロ点測定値と今回のゼロ点測定値との差が所定の値の範囲外であると判別し(ステップＳ６)、判別結果を伝送部３０が伝送、表示部３１が表示したとき(ステップＳ７)、測定流体のゼロ点測定値は変化しているため、出力電流と励磁電流を大きくし、励磁方式を変更した状態においてもゼロ点測定を行う。

前記判別結果を伝送されたコントローラ２７は、さらにゼロ点測定を行う要求信号を送信し、取得部３３は、その信号を抵抗２５、電流出力回路２３、通信部（図示しない）を介して受け取る。

取得部３３から前記要求信号を受け取ったゼロ点測定制御部１６は、スケーリング部１８に０．５のデータを送る。スケーリング部１８は受け取ったデータの０．５を出力し、出力電流は１２ｍＡになり、大きくなる。そして、励磁回路制御部２０からのタイミング信号Ｌ６からＬ１０に基づき、励磁回路２２は、励磁電流を大きくし２周波励磁または２値励磁を行う（ステップＳ８）。ゼロ点測定制御部１６の制御信号に基づきゼロ点測定部１４は、演算された流量値を流量演算部１３から取得する（ステップＳ９）。ここで、安定したゼロ点測定値を得るため、ゼロ点測定は数分間継続して行われる。そのため、取得した流量値を平均し（ステップＳ１０）、前記ゼロ点測定時間（数分間）を経過していなければ（ステップＳ１１）ステップＳ９から繰り返し、経過していればステップＳ１０において平均された流量値をゼロ点測定値（以下、「今回のゼロ点測定値）という）として、記憶部１５に記憶する（ステップＳ１２）。なお、コントローラ２７は、前記要求信号を接点信号として取得部３３に出力してもよい。また、ユーザーが、表示部３１に表示される判別結果を確認して、コントローラ２７を介して要求信号を送ってもよい。

また、図１０において、ゼロ点測定制御部１６は、前記要求信号に関係なく、前回のゼロ点測定値と今回のゼロ点測定値との差が所定の値の範囲外であると判別したとき（ステップＳ１３からステップＳ１８）、出力電流と励磁電流を大きくし励磁方式を変更してゼロ点測定を行い（ステップＳ１９からステップＳ２４）、一方、範囲内であると判別したときには行わない。図１０は、このゼロ点測定処理のフローチャートであり、ステップＳ１３からＳ１９は、図８のＳ１からＳ７と同様であり、ステップＳ２０からＳ２４は、図９のＳ８からＳ１２と同様である。

本実施例によって、今回測定されたゼロ点測定値と前回測定されたゼロ点測定値との差が所定の値の範囲外の場合、電磁流量計の出力電流を変更してゼロ点測定を行い、ゼロ点測定値の変化による電磁流量計の出力の誤差を除去することを実現できる。

［第３の実施例］
第３の実施例を図３を用いて説明する。図３は、本発明を適用した電磁流量計のブロック図であり、図２と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。本実施例は、演算された流量値をパルス数に変換して出力を行うものである。

図３は、図２に対しパルス変換部３５とパルス出力回路３７が追加される。パルス出力回路３７は、トランジスタ３６と抵抗から構成され、パルス数変換部３５の出力が、抵抗を介してトランジスタ３６のベースに入力される。トランジスタ３６のベースとエミッタとの間に抵抗が接続され、エミッタに第１コモンラインＬ２が接続される。トランジスタ３６のコレクタとエミッタがそれぞれ、一対の出力端子を介してコントローラ２７に接続される。

パルス数変換部３５は、スケーリング部１８でスケーリングされた値を受け取り、その値に所定のパルス数に換算する係数を乗算して、パルス数を演算する。パルス数変換部３５は、演算されたパルス数に相当するパルス信号をパルス出力回路３７に出力する。パルス出力回路３７は、トランジスタ３６をオン、オフすることによって、そのパルス信号をコントローラ２７に伝達する。なお、演算制御部２１はマイクロプロセッサを用いて行ってもよい。

本実施例によって、ゼロ点補正された流量値に対応したパルスをコントローラに出力することにより、コントローラは、流量値をデジタル値（カウント値）で取得し、流量制御することを実現できる。

また、図４は、本発明を適用した電磁流量計のブロック図であり、商用周波数（例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）を有する商用電源（例えば１００Ｖ）から、電力の供給を受ける電磁流量計である。なお、図３と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。

商用電源４０は一対の端子を介して、電源回路３９に接続される。電源回路３９は、商用電源４０から入力された交流電圧を直流電圧に変換して、その直流電圧を第１電源ラインＬ１に供給する。これによって、商用電源から電力の供給を受ける電磁流量計においても、同様のゼロ点測定処理を実現できる。

また、電磁流量計の出力は、４から２０ミリアンペアの範囲の電流信号について説明したが、フィールドバス通信（ファウンデーションフィールドバス、プロフィーバスなど）を行う電磁流量計でもよい。

本発明を適用した電磁流量計のブロック図の例である。 本発明を適用した電磁流量計のブロック図の他の例である。 本発明を適用した電磁流量計のブロック図の他の例である。 本発明を適用した商用電源から電力供給を受ける電磁流量計のブロック図の例である。 励磁回路２２のブロック図の例である。 励磁回路２２の励磁電流、励磁方式、トランジスタＱ１からＱ４の動作の組合せを示す表の例である。 電流出力回路２３のブロック図の例である。 本発明を適用したゼロ点測定処理の動作フローチャートの例である。 本発明を適用した要求信号取得時の動作フローチャートの例である。 本発明を適用したゼロ点測定処理の動作フローチャートの他の例である。 従来の電磁流量計のブロック図である。

符号の説明

１ 励磁コイル
２、３ 電極
４ 検出器
５、６ バッファ
７ 差動増幅器
８ 増幅回路
９ ＡＤ変換部
１０ 絶縁回路
１１ ＳＷ制御回路
１２ ＤＣ−ＤＣ変換回路
１３ 流量演算部
１４ ゼロ点測定部
１５ 記憶部
１６ ゼロ点測定制御部
１７ ゼロ点補正部
１８ スケーリング部
１９ ＰＷＭ信号変換部
２０ 励磁回路制御部
２１ 演算制御部
２２ 励磁回路
２３ 電流出力回路
２４ 出力電流検出抵抗
３２ 電磁流量計
Ｌ１ 第１電源ライン
Ｌ２ 第１コモンライン
Ｌ３ 第２電源ライン
Ｌ４ 第２コモンライン
Ｌ５ 出力電流検出電圧

Claims (5)

1. 測定流体に磁界を与える励磁コイルに励磁電流を供給し、前記磁界により前記測定流体中に発生する電気信号を検出して、前記電気信号に基づく流量値を演算する電磁流量計において、
   ゼロ点測定の実行を開始するための開始信号を受け取った各回毎に、前記測定流体のゼロ点を測定するゼロ点測定部と、
   その測定されたゼロ点測定値を記憶する記憶部と、
   前記開始信号を受け取った各回毎に測定された前記ゼロ点測定値のうち、前記記憶部に記憶された前回のゼロ点測定値と今回測定されたゼロ点測定値との差が、所定の値の範囲外であるかどうかを判別する判別部と、
   その判別部により、前記所定の値の範囲外であると判別されたとき、その判別結果を伝送する伝送部または表示する表示部の少なくともいずれか一方を備え、
   前記伝送または表示された判別結果の少なくともいずれか一方に基づき、前記測定流体のゼロ点をさらに測定する要求信号を取得する取得部を備え、
   その取得した信号に基づき、前記電磁流量計の出力電流、前記励磁電流および励磁方式を変更した後、前記ゼロ点測定部によりゼロ点を測定し、そのゼロ点測定値を前記記憶部に記憶する、
   ことを特徴とする電磁流量計。
2. 測定流体に磁界を与える励磁コイルに励磁電流を供給し、前記磁界により前記測定流体中に発生する電気信号を検出して、前記電気信号に基づく流量値を演算する電磁流量計において、
   ゼロ点測定の実行を開始するための開始信号を受け取った各回毎に、前記測定流体のゼロ点を測定するゼロ点測定部と、
   その測定されたゼロ点測定値を記憶する記憶部と、
   前記開始信号を受け取った各回毎に測定された前記ゼロ点測定値のうち、前記記憶部に記憶された前回のゼロ点測定値と今回測定されたゼロ点測定値との差が、所定の値の範囲外であるかどうかを判別する判別部と、
   その判別部により、前記所定の値の範囲外であると判別されたとき、その判別結果を伝送する伝送部または表示する表示部の少なくともいずれか一方を備え、
   前記判別部により、前記所定の値の範囲外であると判別されたとき、さらに前記電磁流量計の出力電流、前記励磁電流および励磁方式を変更した後、前記ゼロ点測定部によりゼロ点を測定し、そのゼロ点測定値を前記記憶部に記憶する、
   ことを特徴とする電磁流量計。
3. 前記電磁流量計は、その出力電流を伝送する伝送線から電力の供給を受ける２線式電磁流量計である、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁流量計。
4. 測定流体に磁界を与える励磁コイルに励磁電流を供給し、前記磁界により前記測定流体中に発生する電気信号を検出して、前記電気信号に基づく流量値を演算する電磁流量計のゼロ点測定方法において、
   ゼロ点測定の実行を開始するための開始信号を受け取った各回毎に、前記測定流体のゼロ点を測定するステップと、
   その測定されたゼロ点測定値を記憶するステップと、
   前記開始信号を受け取った各回毎に測定された前記ゼロ点測定値のうち、前記記憶された前回のゼロ点測定値と今回測定されたゼロ点測定値との差が、所定の値の範囲外であるかどうかを判別するステップと、
   その判別するステップにより、前記所定の値の範囲外であると判別されたとき、その判別結果を伝送するステップまたは表示するステップの少なくともいずれか一方を備え、
   前記伝送または表示された判別結果の少なくともいずれか一方に基づき、前記測定流体のゼロ点をさらに測定する要求信号を取得するステップと、
   その取得した信号に基づき、前記電磁流量計の出力電流、前記励磁電流および励磁方式を変更した後、前記ゼロ点を測定するステップによりゼロ点を測定し、そのゼロ点測定値を記憶するステップと、を備えた、
   ことを特徴とする電磁流量計のゼロ点測定方法。
5. 測定流体に磁界を与える励磁コイルに励磁電流を供給し、前記磁界により前記測定流体中に発生する電気信号を検出して、前記電気信号に基づく流量値を演算する電磁流量計のゼロ点測定方法において、
   ゼロ点測定の実行を開始するための開始信号を受け取った各回毎に、前記測定流体のゼロ点を測定するステップと、
   その測定されたゼロ点測定値を記憶するステップと、
   前記開始信号を受け取った各回毎に測定された前記ゼロ点測定値のうち、前記記憶された前回のゼロ点測定値と今回測定されたゼロ点測定値との差が、所定の値の範囲外であるかどうかを判別するステップと、
   その判別するステップにより、前記所定の値の範囲外であると判別されたとき、その判別結果を伝送するステップまたは表示するステップの少なくともいずれか一方を備え、
   前記判別するステップにより、前記所定の値の範囲外であると判別されたとき、さらに前記電磁流量計の出力電流、前記励磁電流および励磁方式を変更した後、前記ゼロ点を測定するステップによりゼロ点を測定し、そのゼロ点測定値を記憶するステップを備えた、
   ことを特徴とする電磁流量計のゼロ点測定方法。

Images