JP5196232B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

本発明は、電磁流量計に関し、特に、異常が発生したとき、励磁コイルの消費電力を小さくして、継続して異常を診断する電磁流量計に関するものである。

電磁流量計は、プロセス制御（流量制御）などにおいて被測定流体の流量を測定するものである。図１０は電磁流量計５０の構成図であり、電磁流量計５０の構成および動作について図１０を用いて説明する。

図１０において、検出器４の励磁コイル１は、測定管１３を流れる被測定流体ＦＬＤに磁界を加える。電極２、３は、磁界によって発生したプロセス信号（起電力）ＰＳ１、ＰＳ２を検出する。増幅回路８は、プロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２を増幅して増幅信号をＡＤ変換部９へ出力する。ＡＤ変換部９は、増幅信号をＡＤ変換してＡＤ変換データを絶縁回路１０を介して演算制御部２０へ出力する。

演算制御部２０は、流量演算手段２１、異常診断手段２２、出力電流制御手段２３および励磁制御手段２４を備えている。流量演算手段２１は、ＡＤ変換データに基づいて被測定流体ＦＬＤの流量を演算し、出力電流制御手段２３は、流量に対応した出力電流設定信号ＩＰＷＭを電流出力部４０へ出力する。

電流出力部４０は、出力電流設定信号ＩＰＷＭに基づいて流量に対応した出力電流Ｉｏを外部へ出力する。そして、プロセス制御を行うコントローラ（図示しない）などは、抵抗６１に発生する電圧に基づいて出力電流Ｉｏおよび流量を算出してプロセス制御（流量制御）を行う。

演算制御部２０の励磁制御手段２４は、励磁コイル１に励磁電流ＩＥＸを供給するための制御信号（第１励磁制御信号Ｅ１、第２励磁制御信号Ｅ２、励磁電流設定信号ＥＰＷＭ）を励磁部３０へ出力する。励磁部３０は、励磁制御手段２４からの制御信号に基づいて、励磁コイル１への接続線Ｃ１およびＣ２を介して励磁電流ＩＥＸを励磁コイル１に供給する。

演算制御部２０の異常診断手段２２は、プロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２に基づく異常をＡＤ変換データより診断して、この診断結果に基づいて出力電流制御手段２３および励磁制御手段２４を制御する。

特開２００２−３４０６３８号公報 特開２００６−２９３８７１号公報 特開昭６３−２１７２２７号公報

ところで、例えば、プロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２にノイズが重畳した場合、プロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２は通常の測定範囲に対し過大な電圧になることがある。これにともない、演算制御部２０の異常診断手段２２は、この過大な電圧に対応した過大なＡＤ変換データを受け取り、このＡＤ変換データを所定値と比較し所定値以上であると判断した結果、プロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２が過大なため異常状態であることを診断する（以下、この診断結果を「プロセス信号過大異常」という）。

電磁流量計５０は、外部に接続されるコントローラなどに流量値などを伝送するため、流量値などに対応した出力電流Ｉｏを例えば４ｍＡ（０％）〜２０ｍＡ（１００％）として出力する。一方、上述した異常が発生したとき、電磁流量計５０は、異常をコントローラなどに認識させるため、出力電流Ｉｏを０％以下（例えば３．６ｍＡ）にして出力する。

ここで、電磁流量計５０は、外部に接続された直流電源６０から電力の供給を受けて動作している。このため、電磁流量計５０が出力電流Ｉｏを０％以下にしたとき、電磁流量計５０内部の消費電力が直流電源６０からの供給電力を超えて、電磁流量計５０が動作不能になる場合がある。

これを防止するため、電磁流量計５０は、励磁電流ＩＥＸを停止または励磁電流値を小さくして、電磁流量計５０内部の消費電力（特に励磁コイル１の消費電力）を小さくした後に、出力電流Ｉｏを０％以下にする。なお、励磁電流パルスの振幅をゼロまたは小さくすることによって、励磁電流ＩＥＸを停止または励磁電流値を小さくすることができる。

しかし、ノイズが重畳中および消滅後も、励磁電流ＩＥＸは停止しておりプロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２は発生しないため、異常診断手段２２は、プロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２に対する異常診断を行うことができない。また、励磁電流ＩＥＸの電流値を小さくした場合、発生するプロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２は小さいため、異常診断手段２２は、プロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２に対する異常診断を正確に行うことができない場合がある。

このため、電磁流量計５０は、ノイズが重畳中および消滅後も、出力電流Ｉｏを０％以下にした状態を継続する。そして、ユーザーは、直流電源６０からの電源供給を止め再度投入して（以下、「直流電源６０のＯＦＦ／ＯＮ」という）電磁流量計５０を再起動させないと、電磁流量計５０は、励磁電流ＩＥＸを励磁コイル１へ供給し、異常診断を正確に行い、流量を演算して流量に対応した出力電流Ｉｏを出力することができない。

本発明の目的は、異常が発生したとき、励磁電流を停止または励磁電流値を小さくすること無く励磁電流を励磁コイルに供給し、励磁コイルの消費電力を小さくすることによって、例えば直流電源６０のＯＦＦ／ＯＮをすることなく、継続して異常を診断し流量を演算して出力する電磁流量計を提供することである。

このような目的を達成するために、請求項１の発明は、
励磁電流を供給される励磁コイルから加えられる磁界によって被測定流体に発生するプロセス信号に基づいて流量を演算するとともに、前記プロセス信号に基づく異常を診断する演算制御部を備えた電磁流量計において、
前記演算制御部は、前記励磁電流を供給する時間を前記異常が発生したときに短くする制御を行う短縮制御手段を備え、
前記短縮制御手段は前記励磁電流を供給する時間が短くされている間、前記励磁電流の絶対値を前記異常が発生していない場合よりも小さくせず、
前記演算制御部は、前記短縮制御手段により前記励磁電流を供給する時間が短くされている間も前記プロセス信号の異常の有無を検出することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記短縮制御手段は、前記励磁コイルへ供給および供給停止を繰り返す前記励磁電流の１周期に対する前記時間の比率を前記異常が発生したときに小さくする制御を行う、
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、
前記演算制御部は、第１周波数およびこれより低い第２周波数に基づいて供給される前記励磁電流を制御する２周波励磁を行うとともに、前記制御を行っている間は、前記第１周波数に基づいて供給された前記励磁電流によって発生する前記プロセス信号に基づき前記流量を演算する、
ことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、
前記演算制御部が前記流量に対応した出力電流を前記異常の発生中に強制的に０％以下にするとき、前記短縮制御手段が前記制御を行う、
ことを特徴とする。

本発明によれば、異常が発生したとき、励磁電流を停止または励磁電流値を小さくすること無く、励磁電流を励磁コイルに供給する供給時間を正常のときより小さくし、励磁コイルの消費電力を小さくすることによって、例えば直流電源６０のＯＦＦ／ＯＮをすることなく、継続して異常を診断し流量を演算して出力する電磁流量計を実現できる。

［第１の実施例］
第１の実施例について図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８０の構成図であり、図１０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、異常が発生したとき、励磁電流ＩＥＸを励磁コイル１に供給する時間を短くする制御を行う短縮制御手段７２を演算制御部７０の励磁制御手段７１に備えたものである。

図１において、電磁流量計８０は、被測定流体ＦＬＤに発生するプロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２を検出する検出器４、プロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２を増幅する増幅回路８、増幅信号をＡＤ変換（アナログ−デジタル変換）するＡＤ変換部９、ＡＤ変換データを絶縁して演算制御部７０へ送る絶縁回路１０、ＡＤ変換部９などに電力を供給するＤＣ−ＤＣ変換回路１２、被測定流体ＦＬＤの流量を演算し励磁電流ＩＥＸを制御する演算制御部７０、励磁コイル１へ励磁電流ＩＥＸを供給する励磁部３０および流量に対応した出力電流Ｉｏを出力する電流出力部４０などから構成される。

検出器４は、被測定流体ＦＬＤが流れる測定管１３、被測定流体ＦＬＤに磁界を加える励磁コイル１および被測定流体ＦＬＤに発生するプロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２を検出する電極２、３を備えている。

演算制御部７０は、流量演算手段２１、異常診断手段２２、出力電流制御手段２３および励磁制御手段７１を備えており、励磁制御手段７１は短縮制御手段７２を備えている。

例えば、電磁流量計８０が２線式フィールド機器の場合、電磁流量計８０は外部に接続された直流電源６０から電力の供給を受けて動作する。

直流電源６０の正極端子（＋）は、電磁流量計８０の一方の出力端子ＴＭ１および第１電源ラインＬ１に接続される。負極端子（−）は、抵抗６１を介して他方の出力端子ＴＭ２、出力電流検出抵抗４１の一端および接続線Ｌ５を介して電流出力部４０に接続される。また、出力電流検出抵抗４１の他端は第１コモンラインＬ２に接続される。

ＳＷ制御回路１１、励磁部３０、電流出力部４０および演算制御部７０の各部の電源とコモンは、第１電源ラインＬ１と第１コモンラインＬ２に接続される。

また、ＤＣ−ＤＣ変換回路１２は、トランスによって絶縁されており、ＳＷ制御回路１１およびトランスによって、第１電源ラインＬ１と第１コモンラインＬ２との間の電圧を昇圧または降圧した電圧を第２電源ラインＬ３と第２コモンラインＬ４との間に発生させる。

増幅回路８を構成するバッファ５、６、差動増幅器７のほか、ＡＤ変換部９および絶縁回路１０の各部の電源とコモンは、第２電源ラインＬ３と第２コモンラインＬ４に接続される。

励磁部３０は、接続線Ｃ１およびＣ２を介して励磁コイル１と接続されており、励磁コイル１へ励磁電流ＩＥＸを供給する。そして、励磁コイル１から磁界が生じ、被測定流体ＦＬＤに磁界が加わって、電極２、３は、磁界によって被測定流体ＦＬＤに発生したプロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２を検出する。例えば、プロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２は、電磁誘導によって被測定流体ＦＬＤに発生する起電力である。

バッファ（ボルテージフォロワ）５、６はプロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２をバッファして、差動増幅器７はこれらの差電圧を増幅した信号をＡＤ変換部９へ出力する。ＡＤ変換部９は、増幅信号をＡＤ変換して、ＡＤ変換データを絶縁回路１０を介して演算制御部７０へ出力する。

演算制御部７０において、流量演算手段２１は、受け取ったＡＤ変換データに基づいて被測定流体ＦＬＤの流速および流量を演算する。出力電流制御手段２３は、流量演算手段２１から受け取った流量に対応したデューティ比を有するＰＷＭ信号を出力電流設定信号ＩＰＷＭとして電流出力部４０へ出力する。

電流出力部４０は、出力電流検出抵抗４１によって検出された出力電流Ｉｏに対応した電圧をＬ５を介して帰還して、デューティ比（流量）に対応した出力電流Ｉｏ（例えば４ｍＡ（０％）〜２０ｍＡ（１００％）の範囲内）を外部へ出力する。

演算制御部７０の励磁制御手段７１は、第１励磁制御信号Ｅ１、第２励磁制御信号Ｅ２および励磁電流設定信号ＥＰＷＭを励磁部３０へ出力し、励磁部３０から励磁コイル１へ供給する励磁電流ＩＥＸを制御する。

ここで、励磁部３０の回路図について図２を用いて説明する。

図２の励磁部３０において、直列接続されたトランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ３が、直列接続されたトランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ４に並列接続される。トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２との接続点は第１電源ラインＬ１に接続され、トランジスタＴｒ３とトランジスタＴｒ４との接続点は定電流回路ＣＣの一方に接続される。また、定電流回路ＣＣの他方は第１コモンラインＬ２に接続される。なお、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であってもよい。

トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ３との接続点は、接続線Ｃ１を介して励磁コイル１（図示しない）の一方に接続され、トランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ４との接続点は、接続線Ｃ２を介して励磁コイル１の他方に接続される。

励磁制御手段７１から出力された第１励磁制御信号Ｅ１は、絶縁回路ＩＳ１を介してトランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ４のベース（ゲート）端子に入力される。また、第２励磁制御信号Ｅ２は、絶縁回路ＩＳ２を介してトランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ３のベース（ゲート）端子に入力される。

励磁電流設定信号ＥＰＷＭは、ローパスフィルタＬＰＦに入力され、ローパスフィルタＬＰＦの出力は定電流回路ＣＣに入力される。励磁電流設定信号ＥＰＷＭは、励磁電流ＩＥＸの電流値に対応したデューティ比を有するＰＷＭ信号である。

ローパスフィルタＬＰＦは、励磁電流設定信号ＥＰＷＭを平滑し、デューティ比に対応した直流電圧を出力する。定電流回路ＣＣが、この直流電圧に対応した励磁電流ＩＥＸを流すように動作することによって、励磁電流ＩＥＸは、励磁電流設定信号ＥＰＷＭのデューティ比に対応した電流値となる。

つぎに、演算制御部７０の異常診断手段２２が異常診断を行い、異常状態であると判断したときの演算制御部７０の動作について説明する。図３は、演算制御部７０の処理を表すフローチャート図であり、まず図３を用いて説明する。

図３において、直流電源６０から供給電源が投入された後、励磁制御手段７１は、励磁電流ＩＥＸの励磁コイル１への供給時間（正常時供給時間）および１周期を第１励磁制御信号Ｅ１および第２励磁制御信号Ｅ２に設定し、第１励磁制御信号Ｅ１および第２励磁制御信号Ｅ２を励磁部３０へ出力する（ステップＳ１０）。これに従い、励磁部３０は、励磁コイル１へ励磁電流ＩＥＸを供給する。

そして、励磁制御手段７１は、励磁電流ＩＥＸの電流値に対応したデューティ比を励磁電流設定信号ＥＰＷＭに設定し、励磁電流設定信号ＥＰＷＭを励磁部３０へ出力する（ステップＳ１１）。なお、ステップＳ１０とステップＳ１１は、演算制御部７０の初期設定処理である。

そして、励磁電流ＩＥＸが供給されている間に被測定流体ＦＬＤにプロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２が発生し、流量演算手段２１および異常診断手段２２は、プロセス信号ＰＳ１とＰＳ２との差動増幅信号をＡＤ変換したＡＤ変換データを受け取る（ステップＳ１２）。

そして、流量演算手段２１は、プロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２に基づくＡＤ変換データを用いて被測定流体ＦＬＤの流速および流量を演算する（ステップＳ１３）。

そして、異常診断手段２２は、プロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２に基づく異常を診断する(ステップＳ１４）。このプロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２に基づく異常としてつぎのような場合がある。

例えば、ノイズが、プロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２に重畳したり、励磁電流ＩＥＸに重畳した場合、プロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２が通常の測定範囲に対し過大な電圧になることがある。これにともない、異常診断手段２２は、上述したプロセス信号過大異常と診断する。また、バッファ５、６の出力や差動増幅器７の出力にノイズが重畳した場合も過大な電圧となって同様のことが起こりえる。なお、このノイズは、電磁流量計８０に混入する電気的ノイズや電磁流量計８０（例えば検出器４）に加えられた振動によって発生するノイズなどがある。

異常診断手段２２は、上述したような異常が発生したかどうかを判断し（ステップＳ１５）、出力電流制御手段２３および励磁制御手段７１は、異常診断手段２２から異常診断結果を受け取り、以下の処理を行う。

異常が発生していないとき、出力電流制御手段２３は、演算された流量に対応したデューティ比を出力電流設定信号ＩＰＷＭに設定し、出力電流設定信号ＩＰＷＭを電流出力部４０へ出力する（ステップＳ１６）。これに従い、電流出力部４０は、デューティ比（流量）に対応した出力電流Ｉｏを外部へ出力する。

また、励磁制御手段７１は、励磁電流ＩＥＸの励磁コイル１への供給時間（正常時供給時間）および１周期を第１励磁制御信号Ｅ１および第２励磁制御信号Ｅ２に設定し、第１励磁制御信号Ｅ１および第２励磁制御信号Ｅ２を励磁部３０へ出力する（ステップＳ１７）。これに従い、励磁部３０は、励磁コイル１へ励磁電流ＩＥＸを供給する。そして、ステップＳ１２に戻って、上述したステップを繰り返す。

一方、異常が発生したとき、励磁制御手段７１の短縮制御手段７２は、励磁電流ＩＥＸの励磁コイル１への供給時間（異常時供給時間）および１周期を第１励磁制御信号Ｅ１および第２励磁制御信号Ｅ２に設定し、第１励磁制御信号Ｅ１および第２励磁制御信号Ｅ２を励磁部３０へ出力する短縮制御を行う（ステップＳ１８）。これに従い、励磁部３０は、励磁コイル１へ励磁電流ＩＥＸを供給する。

この短縮制御によって、異常時供給時間が正常時供給時間より短くなる、または１周期に対する異常時供給時間の比率が、１周期に対する正常時供給時間の比率より小さくなる。このため、異常が発生したとき、励磁コイル１の消費電力は正常のときより小さくすることができる。

また、出力電流制御手段２３は、０％以下（例えば出力電流Ｉｏが３．６ｍＡ）または１００％以上（例えば出力電流Ｉｏが２１ｍＡ）に対応したデューティ比を出力電流設定信号ＩＰＷＭに設定し、出力電流設定信号ＩＰＷＭを電流出力部４０へ出力する（ステップＳ１８）。これに従い、電流出力部４０は、０％以下または１００％以上の出力電流Ｉｏを外部へ出力する。そして、ステップＳ１２に戻って、上述したステップを繰り返す。

なお、ユーザーが、出力電流Ｉｏを０％以下または１００％以上にするかを設定できる。また、演算制御部７０は、ＣＰＵなどのプロセッサを用いてプログラム（ソフトウエア）に従って、図３に示す各ステップの処理を行うことができる。

つぎに、図３で説明した処理、特にステップＳ１５〜Ｓ１９の処理を、各信号のタイミングチャート図（図４）を用いて説明する。図４は、２周波励磁を行っているときの各信号のタイミングチャート図であり、（ａ）は正常または異常状態、（ｂ）は第１励磁制御信号Ｅ１、（ｃ）は第２励磁制御信号Ｅ２、（ｄ）は励磁電流ＩＥＸを表す。なお、（ｂ）と（ｃ）の縦軸はボルト（電圧）、（ｄ）の縦軸はアンペア（電流）である。

図４（ａ）において、電磁流量計８０は時間Ｔ６ａまで正常な状態が続き、時間Ｔ６ａとＴ７ａとの間において異常が発生し、時間Ｔ１２ａとＴ１３ａとの間まで異常が続き、その後正常な状態に戻る。

まず正常状態での動作について説明する。図４（ｂ）において、図３のステップＳ１７によって、第１励磁制御信号Ｅ１（ｂ）は、Ｔ１ａからＴ２ａまでの時間Ｔｃｌｋ１ａを１周期とし、この１周期Ｔｃｌｋ１ａのうちの正常時供給時間Ｔｆ１ａの間はハイレベル電圧（以下、「Ｈ電圧」という）となり、時間Ｔｓ１ａの間はローレベル電圧（以下、「Ｌ電圧」という）となり、これを時間Ｔ４ａまで繰り返し、時間Ｔ４ａから時間Ｔ７ａまでの間はＬ電圧となる。

同様に、図４（ｃ）において、図３のステップＳ１７によって、第２励磁制御信号Ｅ２（ｃ）は、時間Ｔ１ａから時間Ｔ４ａまでの間はＬ電圧となり、Ｔ４ａからＴ５ａまでの時間Ｔｃｌｋ１ａを１周期とし、この１周期Ｔｃｌｋ１ａのうちの正常時供給時間Ｔｆ１ａの間はＨ電圧となり、時間Ｔｓ１ａの間はＬ電圧となり、これを時間Ｔ７ａまで繰り返す。

そして、この第１励磁制御信号Ｅ１（ｂ）および第２励磁制御信号Ｅ２（ｃ）の動作によって、励磁電流ＩＥＸは図４（ｄ）のように動作する。

時間Ｔ１ａからＴ２ａ（１周期Ｔｃｌｋ１ａ）において正常時供給時間Ｔｆ１ａの間では、第１励磁制御信号Ｅ１（ｂ）によってトランジスタＴｒ１とＴｒ４が導通するため（図２参照）、励磁電流ＩＥＸ（ｄ）は、第１電源ラインＬ１、トランジスタＴｒ１、接続線Ｃ１、励磁コイル１、接続線Ｃ２、トランジスタＴｒ４、定電流回路ＣＣおよび第１コモンラインＬ２の経路で励磁コイル１に供給される。このときの励磁電流ＩＥＸ（ｄ）の電流値をＩＥＸ＋とする。

図４（ｄ）に戻り、１周期Ｔｃｌｋ１ａのうちの時間Ｔｓ１ａの間はトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４が導通しないため、励磁電流ＩＥＸ（ｄ）は励磁コイル１へ供給されない。励磁電流ＩＥＸ（ｄ）は、これを時間Ｔ４ａまで繰り返す。

時間Ｔ４ａからＴ５ａ（１周期Ｔｃｌｋ１ａ）において正常時供給時間Ｔｆ１ａの間では、第２励磁制御信号Ｅ２（ｃ）によってトランジスタＴｒ２とＴｒ３が導通するため（図２参照）、励磁電流ＩＥＸ（ｄ）は、第１電源ラインＬ１、トランジスタＴｒ２、接続線Ｃ２、励磁コイル１、接続線Ｃ１、トランジスタＴｒ３、定電流回路ＣＣおよび第１コモンラインＬ２の経路で励磁コイル１に供給される。このときの励磁電流ＩＥＸ（ｄ）の電流値をＩＥＸ−とする。

図４（ｄ）に戻り、１周期Ｔｃｌｋ１ａのうちの時間Ｔｓ１ａの間はトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４が導通しないため、励磁電流ＩＥＸ（ｄ）は励磁コイル１へ供給されない。励磁電流ＩＥＸ（ｄ）は、これを時間Ｔ７ａまで繰り返す。なお、励磁電流値ＩＥＸ＋とＩＥＸ−は、励磁コイル１に対し互いに反対方向に流れるため、ＩＥＸ＋は正電流、ＩＥＸ−は負電流とした。

すなわち、励磁電流ＩＥＸ（ｄ）は、１周期Ｔｃｌｋ１ａのうちの正常時供給時間Ｔｆ１ａの間は励磁コイル１に供給され、時間Ｔｓ１ａの間は供給停止される。

続けて異常状態での動作について説明する。図４（ｂ）において、図３のステップＳ１８によって、第１励磁制御信号Ｅ１（ｂ）は、時間Ｔ７ａから時間Ｔ８ａまでの１周期Ｔｃｌｋ１ａのうちの異常時供給時間Ｔｆ１１ａの間はＨ電圧となり、時間Ｔｓ１１ａの間はＬ電圧となり、これを時間Ｔ１０ａまで繰り返し、時間Ｔ１０ａから時間Ｔ１３ａまではＬ電圧となる。

同様に、図４（ｃ）において、図３のステップＳ１８によって、第２励磁制御信号Ｅ２（ｃ）は、時間Ｔ７ａから時間Ｔ１０ａまではＬ電圧となり、時間Ｔ１０ａから時間Ｔ１１ａまでの１周期Ｔｃｌｋ１ａのうちの異常時供給時間Ｔｆ１１ａの間はＨ電圧となり、時間Ｔｓ１１ａの間はＬ電圧となり、これを時間Ｔ１３ａまで繰り返す。

図４（ｄ）において、励磁電流ＩＥＸ（ｄ）は、時間Ｔ７ａから時間Ｔ８ａ（１周期Ｔｃｌｋ１ａ）における異常時供給時間Ｔｆ１１ａの間は電流値ＩＥＸ＋となり、時間Ｔｓ１１ａの間は励磁コイル１へ供給されず、これを時間Ｔ１０ａまで繰り返す。

そして、励磁電流ＩＥＸ（ｄ）は、時間Ｔ１０ａから時間Ｔ１１ａ（１周期Ｔｃｌｋ１ａ）における異常時供給時間Ｔｆ１１ａの間は電流値ＩＥＸ−となり、時間Ｔｓ１１ａの間は励磁コイル１へ供給されず、これを時間Ｔ１３ａまで繰り返す。

このような動作によって、異常が発生したときの励磁電流ＩＥＸ（ｄ）の異常時供給時間Ｔｆ１１ａは、正常のときの正常時供給時間Ｔｆ１ａより短くなる。すなわち、異常が発生したときの励磁電流ＩＥＸ（ｄ）のパルス幅は短くなる。

また、異常および正常のときの１周期はＴｃｌｋ１ａと同じである。このため、異常が発生したときの励磁電流ＩＥＸ（ｄ）の１周期Ｔｃｌｋ１ａに対する異常時供給時間Ｔｆ１１ａの比率は、正常のときの１周期Ｔｃｌｋ１ａに対する正常時供給時間Ｔｆ１ａの比率より小さくなる。すなわち、励磁電流ＩＥＸ（ｄ）の異常のときのデューティ比は、正常のときのデューティ比より小さい。

異常時供給時間Ｔｆ１１ａは正常時供給時間Ｔｆ１ａより小さい。このため、異常のときの励磁コイル１の消費電力は正常のときの消費電力より小さくなるため、異常のときに出力電流Ｉｏが０％以下になって（図３のステップＳ１９）、直流電源６０からの供給電力が小さくなっても、電磁流量計８０は動作可能である。

また、正常および異常のときの励磁電流値はＩＥＸ＋、ＩＥＸ−で同じなため、異常が発生したとき、電磁流量計８０は、正常のときと同じ大きさのプロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２を得て正確な異常診断および流量測定を行うことができる。

このため、図４（ａ）において、時間Ｔ１２ａから時間Ｔ１３ａの間において正常になったとき、電磁流量計８０は、異常（例えばプロセス信号過大異常）が無くなったことを診断でき、その後も継続して異常を診断し流量を演算して出力できる。

つぎに、図４の変形例として、２周波励磁において、正常と異常のときの励磁電流ＩＥＸの供給時間は変えないで、１周期を変えた場合について図５を用いて説明する。図５は、図４と同様に、２周波励磁を行っているときの各信号のタイミングチャート図であり、（ａ）は正常または異常状態、（ｂ）は第１励磁制御信号Ｅ１、（ｃ）は第２励磁制御信号Ｅ２、（ｄ）は励磁電流ＩＥＸを表す。なお、図４との相違点を中心に説明し、共通点の説明は省略する。

図５（ｂ）（ｃ）（ｄ）において、第１励磁制御信号Ｅ１（ｂ）、第２励磁制御信号Ｅ２（ｃ）および励磁電流ＩＥＸ（ｄ）の正常時供給時間Ｔｆ１ｂと異常時供給時間Ｔｆ１１ｂとは同じであるが、異常のときの１周期Ｔｃｌｋ１１ｂは正常のときの１周期Ｔｃｌｋ１ｂより長い。

このため、励磁電流ＩＥＸ（ｄ）の全体として（例えば単位時間当たり）の異常時供給時間は正常時供給時間より短くなる。また、異常が発生したときの励磁電流ＩＥＸ（ｄ）の１周期Ｔｃｌｋ１１ｂに対する異常時供給時間Ｔｆ１１ｂの比率は、正常のときの１周期Ｔｃｌｋ１ｂに対する正常時供給時間Ｔｆ１ｂの比率より小さくなる。すなわち、異常が発生したときの励磁電流ＩＥＸ（ｄ）のパルスの１周期は長くなる。このため、電磁流量計８０は、図４と同様の動作を実現できる。

また、図４を３値励磁に変形した例について、図６を用いて説明する。図６は、３値励磁を行っているときの各信号のタイミングチャート図であり、（ａ）は正常または異常状態、（ｂ）は第１励磁制御信号Ｅ１、（ｃ）は第２励磁制御信号Ｅ２、（ｄ）は励磁電流ＩＥＸを表す。なお、図４との相違点を中心に説明し、共通点の説明は省略する。

図６（ｂ）（ｃ）（ｄ）において、第１励磁制御信号Ｅ１（ｂ）、第２励磁制御信号Ｅ２（ｃ）および励磁電流ＩＥＸ（ｄ）の異常時供給時間Ｔｆ１１ｃは正常時供給時間Ｔｆ１ｃより短くなる。異常と正常のときの１周期は同じである。

これによって、異常が発生したときの励磁電流ＩＥＸ（ｄ）の１周期Ｔｃｌｋ１２ｃに対する異常時供給時間Ｔｆ１１ｃの比率は、正常のときの１周期Ｔｃｌｋ１２ｃに対する正常時供給時間Ｔｆ１ｃの比率より小さくなる。

このため、電磁流量計８０は、図４と同様の動作を実現できる。また、図６は、図５と同様に、正常時供給時間Ｔｆ１ｃは異常時供給時間Ｔｆ１１ｃと同じにし、異常のときの１周期は正常のときの１周期より長くしてもよい。

なお、図４（ｄ）において、励磁電流ＩＥＸの正常と異常の場合の１周期Ｔｃｌｋ１ａは同じであるため、電磁流量計８０は、いずれの場合も同じ周期（Ｔｃｌｋ１ａ）で診断、演算および出力をすることができ、周期的な動作をすることができる。図６（ｄ）の励磁電流ＩＥＸの場合（１周期Ｔｃｌｋ１２ｃ）も同様である。

上述したように、短縮制御は、第１励磁制御信号Ｅ１および第２励磁制御信号Ｅ２を制御することによって行ったが、他の制御方法として励磁電流設定信号ＥＰＷＭを制御することによって行うことができる。この制御方法について図７を用いて説明する。

図７は、演算制御部７０の処理を表すフローチャート図であり、図３との相違点は、ステップＳ１７とＳ１８（図３）をステップＳ１７ａとＳ１８ａ（図７）に変更した点である。図３との相違点を中心に説明し、図３と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。

図７において、異常が発生（ステップＳ１５）していない場合、励磁制御手段７１は、励磁電流設定信号ＥＰＷＭを、励磁電流ＩＥＸ（図４（ｄ））の正常時供給時間Ｔｆ１ａの間は励磁部３０へ出力し、時間Ｔｓ１ａの間は出力しないように制御する（ステップＳ１７ａ）。

異常が発生した場合、短縮制御手段７２は、励磁電流設定信号ＥＰＷＭを、励磁電流ＩＥＸ（図４（ｄ））の異常時供給時間Ｔｆ１１ａの間は励磁部３０へ出力し、時間Ｔｓ１１ａの間は出力しないように制御する（ステップＳ１８ａ）。

このステップＳ１７ａおよびステップＳ１８ａの動作によって、励磁電流ＩＥＸは、図４（ｄ）のように動作することができる。この動作は、図５、６においても同様に行うことができる。

本実施例によれば、異常時供給時間を正常時供給時間より短くする、または１周期に対する異常時供給時間の比率を１周期に対する正常時供給時間の比率より小さくする。このため、異常が発生したとき、励磁コイルの消費電力は正常のときの消費電力より小さくなり、電磁流量計は直流電源からの供給電源によって動作を継続できる。

また、正常および異常のとき、励磁電流ＩＥＸの電流値は同じ（ＩＥＸ＋、ＩＥＸ−）であるため、電磁流量計は、異常発生中および正常に戻った後も継続して正確に異常を診断し流量を演算して出力できる。

［第２の実施例］
第２の実施例は、２周波励磁において、短縮制御中の２周波励磁の演算を変形させたものである。この演算動作について図８を用いて説明する。図８は、演算制御部７０の処理を表すフローチャート図であり、図３との相違点は、ステップＳ１３（図３）をステップＳ１３ａ〜Ｓ１３ｃ（図８）に変更した点である。図３との相違点を中心に説明し、図３と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。

なお、２周波励磁は、図４（ｄ）の励磁電流ＩＥＸにおいて、第１周波数（１周期Ｔｃｌｋ１ａの逆数）およびこれより低い第２周波数（Ｔ１ａからＴ７ａまでの時間の逆数）を合成させた形の励磁電流ＩＥＸを励磁コイル１に供給する。

図８において、流量演算手段２１は、短縮制御中（ステップＳ１３ａ）でなければ（正常のとき）、第１周波数および第２周波数に基づく励磁電流ＩＥＸによって発生したプロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２の差動増幅信号をＡＤ変換したデータ（以下、「第１および第２周波数に基づくデータ」という）を用いて流速と流量を演算する（ステップＳ１３ｂ）。例えば、この演算は、特許文献３で示したような第１復調手段、高域濾波手段、第２復調手段および低域濾波手段を用いる。

一方、流量演算手段２１は、短縮制御中であれば（異常のとき）、第１周波数に基づく励磁電流ＩＥＸによって発生したプロセス信号ＰＳ１、ＰＳ２の差動増幅信号をＡＤ変換したデータ（以下、「第１周波数に基づくデータ」という）を用いて流速と流量を演算する（ステップＳ１３ｃ）。例えば、この演算は、特許文献３で示したような第１復調手段、高域濾波手段を用いる。

ここで、特許文献３で示したと同様に、図４（ｄ）の異常中における第１周波数に基づくデータは、時間Ｔ７ａ〜時間Ｔ１２ａの６回分のデータを用いるが、第２周波数に基づくデータは、時間Ｔ７ａと時間Ｔ１０ａの２回分のデータしか用いない。

第１周波数に基づくデータはデータ数が多いため、これを用いて演算された流量は安定である。一方、第２周波数に基づくデータはデータ数が少ないため、これを用いて演算された流量は第１周波数の流量に比べて不安定となる場合がある。

このため、本実施例によれば、第１の実施例に加え、図８のステップＳ１３ｃにおいて、流量演算手段２１は、異常が発生しているとき、第１周波数に基づくデータを用いて流速と流量を演算することによって、安定した流量を得て出力することができる。

また、流量が安定しているため、正常に戻ったとき、迅速およびスムーズに流量出力が復帰できる。なお、ステップＳ１３ａ〜Ｓ１３ｃの動作は、図５の２周波励磁の動作に適用でき、図７のステップＳ１３に代えて適用できる。

［第３の実施例］
第３の実施例は、出力電流Ｉｏを強制的に０％以下にするときに短縮制御を行うものであり、この処理について図９を用いて説明する。図９は、演算制御部７０の処理を表すフローチャート図であり、図３との相違点は、ステップＳ１８とＳ１９（図３）をステップＳ１８〜Ｓ２０（図９）に変更した点である。図３との相違点を中心に説明し、図３と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。

図９において、異常が発生（ステップＳ１５）したとき、出力電流制御手段２３が、出力電流Ｉｏを強制的に１００％以上に制御する場合には、１００％以上に対応したデューティ比を出力電流設定信号ＩＰＷＭに設定し、出力電流設定信号ＩＰＷＭを電流出力部４０へ出力する（ステップＳ１９ｂ）。これに従い、電流出力部４０は、強制的に１００％以上の出力電流Ｉｏを外部へ出力する。そして、この場合、直流電源６０からの供給電力が大きいため、励磁コイル１の消費電力を小さくする短縮制御は行わない。

一方、出力電流制御手段２３が、出力電流Ｉｏを強制的に０％以下に制御する場合には、短縮制御手段７２は、励磁電流ＩＥＸの励磁コイル１への供給時間（異常時供給時間）および１周期を第１励磁制御信号Ｅ１および第２励磁制御信号Ｅ２に設定し、第１励磁制御信号Ｅ１および第２励磁制御信号Ｅ２を励磁部３０へ出力して短縮制御を行う（ステップＳ１８）。これに従い、励磁部３０は、励磁コイル１へ励磁電流ＩＥＸを供給する。

そして、出力電流制御手段２３が、強制的に０％以下に対応したデューティ比を出力電流設定信号ＩＰＷＭに設定し、出力電流設定信号ＩＰＷＭを電流出力部４０へ出力する（ステップＳ１９ａ）。これに従い、電流出力部４０は、強制的に０％以下の出力電流Ｉｏを外部へ出力する。

なお、ステップＳ１８、Ｓ１９ａ、Ｓ１９ｂおよびＳ２０の処理は、図７のステップＳ１８ａおよびＳ１９に代えて、また図８のステップＳ１８およびＳ１９に代えて適用できる。

本実施例によれば、第１および第２の実施例に加え、異常が発生して出力電流Ｉｏを強制的に０％以下にするときには短縮制御が行われ、１００％以上にするときには短縮制御が行われないため、演算制御部７０は処理負担を軽減できる。

なお、本発明は、前述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲で、さらに多くの変更および変形を含むほか、上述した各部の組み合わせ以外の組み合わせを含むことができる。

本発明を適用した電磁流量計８０の構成図の例である。 図１における励磁部３０の回路図の例である。 本発明を適用した演算制御部７０の処理を表すフローチャート図の例である。 図３の処理に対応した各信号のタイミングチャート図であり（２周波励磁の場合）、（ａ）は正常または異常状態、（ｂ）は第１励磁制御信号Ｅ１、（ｃ）は第２励磁制御信号Ｅ２、（ｄ）は励磁電流ＩＥＸのタイミングチャート図の例である。 図３の処理に対応した各信号のタイミングチャート図であり（２周波励磁の場合）、（ａ）は正常または異常状態、（ｂ）は第１励磁制御信号Ｅ１、（ｃ）は第２励磁制御信号Ｅ２、（ｄ）は励磁電流ＩＥＸのタイミングチャート図の他の例である。 図３の処理に対応した各信号のタイミングチャート図であり（３値励磁の場合）、（ａ）は正常または異常状態、（ｂ）は第１励磁制御信号Ｅ１、（ｃ）は第２励磁制御信号Ｅ２、（ｄ）は励磁電流ＩＥＸのタイミングチャート図の他の例である。 本発明を適用した演算制御部７０の処理を表すフローチャート図の他の例である。 本発明を適用した演算制御部７０の処理を表すフローチャート図の他の例である。 本発明を適用した演算制御部７０の処理を表すフローチャート図の他の例である。 背景技術における電磁流量計５０の構成図の例である。

符号の説明

１ 励磁コイル
２、３ 電極
４ 検出器
２１ 流量演算手段
２２ 異常診断手段
２３ 出力電流制御手段
３０ 励磁部
４０ 電流出力部
７０ 演算制御部
７１ 励磁制御手段
７２ 短縮制御手段
５０、８０ 電磁流量計
ＦＬＤ 被測定流体
ＩＥＸ 励磁電流
ＰＳ１、ＰＳ２ プロセス信号

Claims (4)

1. 励磁電流を供給される励磁コイルから加えられる磁界によって被測定流体に発生するプロセス信号に基づいて流量を演算するとともに、前記プロセス信号に基づく異常を診断する演算制御部を備えた電磁流量計において、
   前記演算制御部は、前記励磁電流を供給する時間を前記異常が発生したときに短くする制御を行う短縮制御手段を備え、
   前記短縮制御手段は前記励磁電流を供給する時間が短くされている間、前記励磁電流の絶対値を前記異常が発生していない場合よりも小さくせず、
   前記演算制御部は、前記短縮制御手段により前記励磁電流を供給する時間が短くされている間も前記プロセス信号の異常の有無を検出することを特徴とする電磁流量計。
2. 前記短縮制御手段は、前記励磁コイルへ供給および供給停止を繰り返す前記励磁電流の１周期に対する前記時間の比率を前記異常が発生したときに小さくする制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁流量計。
3. 前記演算制御部は、第１周波数およびこれより低い第２周波数に基づいて供給される前記励磁電流を制御する２周波励磁を行うとともに、前記制御を行っている間は、前記第１周波数に基づいて供給された前記励磁電流によって発生する前記プロセス信号に基づき前記流量を演算する、
   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. 前記演算制御部が前記流量に対応した出力電流を前記異常の発生中に強制的に０％以下にするとき、前記短縮制御手段が前記制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電磁流量計。

Images