JP5320131B2

JP5320131B2 - 電磁流量計

Info

Publication number: JP5320131B2
Application number: JP2009086966A
Authority: JP
Inventors: 一郎光武
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010237113A

Description

この発明は、各種プロセス系において導電性を有する流体の流量を測定する電磁流量計に関し、特に内蔵電池を備えた電磁流量計に関するものである。

従来より、この種の電磁流量計として、電池駆動形の電磁流量計がある（以下、電池式電磁流量計と称す）。電池式電磁流量計は、商用電源によって電源が供給される代わりに、内部に電池を搭載して、その電池を電源として励磁回路を駆動するとともに、測定管内に設置された一対の電極間に得られる信号起電力より流量測定信号を生成する流量測定回路を駆動する。

図３に従来の電池式電磁流量計の要部を示す。同図において、１は測定管、２は測定管１内を流れる流体の流れ方向に対してその磁界の発生方向を垂直として配置された励磁コイル、３は励磁コイル２へ矩形波状の励磁電流Ｉｅｘを周期的に供給する励磁回路、４ａ，４ｂは測定管１内を流れる流体の流れ方向および励磁コイル２の発生磁界の方向と直交して測定管１内に配置された一対の検出電極、５は接地電極、６は検出電極４ａ，４ｂ間に得られる信号起電力を検出し、この検出される信号起電力に基づいて測定管１内を流れる流体の流量に応じたデューティ比のパルス信号を流量測定信号として出力する流量測定回路、７は内蔵電池である。励磁回路３および流量測定回路６には内蔵電池７からの電源が供給される。

この電池式電磁流量計では、通常、電池式電磁流量計に接続された流量表示部（図示せず）に測定流量を表示することで、電池式電磁流量計が設置された現場で、測定流量を確認することができるようになっている。したがって、測定流量を現場で確認する分には電池式電磁流量計には外部電源を供給する必要はない。

しかしながら、電池式電磁流量計で測定した流量を現場から離れた場所で確認したいという要求がある場合、外部電源を電送線を介して電池式電磁流量計に接続することになる。この場合、流量測定回路から出力される流量測定信号に応じて、電送線に流れる外部電源からの電流を所定の範囲（４〜２０ｍＡ）で調整する（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１１３３２８号公報

しかしながら、電池式電磁流量計に外部電源を接続すると、電池式電磁流量計の内部回路（励磁回路、流量測定回路）に電源ノイズが混入し、流量計測の信頼性が低下する虞がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、外部電源を接続した場合の電源ノイズの混入をなくし、流量計測の信頼性を高めることができる電磁流量計を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、測定管内を流れる流体の流れ方向に対してその磁界の発生方向を垂直として配置された励磁コイルと、この励磁コイルへその極性が周期的に変化する励磁電流を供給する励磁回路と、測定管内を流れる流体の流れ方向および励磁コイルの発生磁界の方向と直交して測定管内に配置された一対の電極と、この電極間に得られる信号起電力に基づいて測定管内を流れる流体の流量に応じた信号を流量測定信号として出力する流量測定回路と、励磁回路および流量測定回路に電源を供給する内蔵電池とを備えた電磁流量計において、外部電源からの電送線を介して供給される電流の値を流量測定回路からの流量測定信号に応じた値に調整する電流調整回路を設け、この電流調整回路を、流量測定回路からの流量測定信号が重畳される信号ラインと、電送線に流れる電流の調整ラインと、外部電源からの電送線を介して供給される電流を１次側の電流とし、２次側の電流を信号ラインへの供給電流とするパルストランスと、信号ラインに設けられた発光素子と調整ラインに設けられた受光素子とからなるフォトカプラを光電変換手段とし、この光電変換手段の発光素子で電気信号を光信号に変え、受光素子で光信号を電気信号に戻すことによって、信号ラインと調整ラインとを電気的に絶縁するとともに信号ラインに重畳された流量測定信号を調整ラインに移送する絶縁回路とを備えた構成としたものである。

この発明において、電流調整回路は、外部電源からの電送線を介して供給される電流の値を流量測定回路からの流量測定信号に応じた値に調整する。この電流調整回路において、流量測定回路からの流量測定信号は信号ラインに重畳され、電送線に流れる電流の調整ラインに移送される。ここで、信号ラインと調整ラインとは電気的に絶縁されているので、電磁流量計内の励磁回路や流量測定回路への外部電源からのノイズの混入が防止され、測定値の精度が保たれる。

本発明では、電流調整回路に、外部電源からの電送線を介して供給される電流を１次側の電流とし、２次側の電流を信号ラインへの供給電流とするパルストランスが設けられている。これにより、絶縁回路を駆動するための駆動電流を内蔵電池からではなく、外部電源から得ることができ、内蔵電池の消耗を防ぐことができる。また、内蔵電池が絶縁回路を駆動するための駆動電流を供給する余裕がない場合でも、絶縁を確保することができる。

なお、本発明において、信号ラインと調整ラインとの電気的な絶縁は、発光素子と受光素子とを同一光軸上に向かい合わせたフォトカプラを光電変換手段として用いることによって実現される。この場合、信号ラインに発光素子を設け、調整ラインに受光素子を設け、発光素子で電気信号を光信号に変え、受光素子で光信号を電気信号に戻すことによって、流量測定信号を信号ラインから調整ラインへと移送する。

本発明によれば、外部電源からの電送線を介して供給される電流の値を流量測定回路からの流量測定信号に応じた値に調整する電流調整回路に、流量測定回路からの流量測定信号が重畳される信号ラインと、電送線に流れる電流の調整ラインと、外部電源からの電送線を介して供給される電流を１次側の電流とし、２次側の電流を信号ラインへの供給電流とするパルストランスと、信号ラインに設けられた発光素子と調整ラインに設けられた受光素子とからなるフォトカプラを光電変換手段とし、この光電変換手段の発光素子で電気信号を光信号に変え、受光素子で光信号を電気信号に戻すことによって、信号ラインと調整ラインとを電気的に絶縁するとともに信号ラインに重畳された流量測定信号を調整ラインに移送する絶縁回路とを設けたので、電磁流量計内の励磁回路や流量測定回路への外部電源からのノイズの混入を防止し、流量計測の信頼性を高めることができるようになる。また、絶縁回路を駆動するための駆動電流を内蔵電池からではなく、外部電源から得ることができ、内蔵電池の消耗を防ぐことができる。また、内蔵電池が絶縁回路を駆動するための駆動電流を供給する余裕がない場合でも、絶縁を確保することができる。

本発明に係る電磁流量計の一実施の形態の要部を示す図である。フォトカプラを駆動するための駆動電流を内蔵電池から得るようにした電磁流量計（参考例）の要部を示す図である。従来の電池式電磁流量計の要部を示す図である。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る電磁流量計の一実施の形態の要部を示す図である。同図において、図３と同一符号は図３を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この電磁流量計１００は、電送線Ｌ１，Ｌ２を介して外部電源２００に接続されており、外部電源２００からの電送線Ｌ１，Ｌ２を介して供給される電流の値を流量測定回路６からの流量測定信号に応じた値に調整する電流調整回路８を備えている。電流調整回路８は、絶縁回路８−１と、ＣＣＳ回路８−２と、トランジスタ８−３と、パルストランス８−４とから構成されている。

電流調整回路８において、絶縁回路８−１は、発光ダイオードＬＤとフォトトランジスタＰＴとから構成されるフォトカプラＰＴＣとされている。絶縁回路８−１において、発光ダイオードＬＤは流量測定回路６からの流量測定信号が重畳される信号ラインＭ１，Ｍ２間に接続され、フォトトランジスタＰＴは電送線Ｌ１，Ｌ２に流れる電流の調整ラインＮ１，Ｎ２間に接続されている。

トランジスタ８−３は、コレクタがパルストランス８−４の１次側を介して電送線Ｌ１に接続され、エミッタが電送線Ｌ２に接続され、ベースが調整ラインＮ１に接続されている。調整ラインＮ２はトランジスタ８−３のエミッタと電送線Ｌ２との接続点に接続されている。

パルストランス８−４は、外部電源２００からの電送線Ｌ１，Ｌ２を介して供給される電流を１次側の電流とし、２次側の電流を信号ラインＭ１，Ｍ２への供給電流とする。この実施の形態において、電送線Ｌ１，Ｌ２に流れる電流は測定流量に応じて４〜２０ｍＡの範囲で調整され、パルストランス８−４は２次側に１ｍＡ以下の電流を供給する。なお、電送線Ｌ１，Ｌ２には、非測定時であっても、４ｍＡの電流が待機電流として流れるものとする。

〔電送線Ｌ１，Ｌ２に流れる電流の調整〕
この電磁流量計１００において、流量測定回路６は、検出電極４ａ，４ｂ間に得られる信号起電力を検出し、この検出される信号起電力に基づいて測定管１内を流れる流体の流量に応じたデューティ比のパルス信号を流量測定信号として出力する。

この流量測定回路６から出力される流量測定信号は、電流調整回路８における信号ラインＭ１，Ｍ２に重畳され、絶縁回路８−１を介して調整ラインＮ１，Ｎ２に移送される。

この例では、パルストランス８−４の２次側の電流に流量測定回路６からの流量測定信号が重畳され、この流量測定信号が重畳された電流の供給を受けて発光ダイオードＬＤが駆動され、この発光ダイオードＬＤからの光がフォトトランジスタＰＴで受光されることによって、流量測定回路６からの流量測定信号が信号ラインＭ１，Ｍ２から調整ラインＮ１，Ｎ２に移送される。

そして、この調整ラインＮ１，Ｎ２に移送された流量測定信号によってトランジスタ８−３が駆動され、電送線Ｌ１，Ｌ２を流れる電流の値が調整される。これにより、電送線Ｌ１，Ｌ２を流れる電流の値から、現場から離れた場所で、電磁流量計１００で測定された流量を確認することが可能となる。

この実施の形態において、電流調整回路８での信号ラインＭ１，Ｍ２と調整ラインＮ１，Ｎ２とは、フォトカプラＰＴＣによって電気的に絶縁されている。これにより、電磁流量計１００内の励磁回路３や流量測定回路６への外部電源２００からのノイズの混入が防止され、測定値の精度が保たれる。

また、この実施の形態において、電流調整回路８での信号ラインＭ１，Ｍ２には、外部電源２００からの電流を１次側の電流とするパルストランス８−４の２次側の電流が供給される。すなわち、この電流調整回路８において、フォトカプラＰＴＣを駆動するための駆動電流は、内蔵電池７からではなく、外部電源２００から得られる。これにより、内蔵電池７の消耗が防がれる。また、内蔵電池７がフォトカプラＰＴＣを駆動するための駆動電流を供給する余裕がない場合でも、絶縁を確保することができる。

なお、上述した実施の形態では、電送線Ｌ１，Ｌ２に流す非測定時の待機電流を４ｍＡとしたが、２０ｍＡとするなどとしてもよい。例えば、電送線Ｌ１，Ｌ２に流す非測定時の待機電流を２０ｍＡとし、パルストランス８−４の２次側に流す電流を４ｍＡ程度とすると、この時の余剰電流を例えば流量測定回路６におけるＣＰＵ（図示せず）に供給し、ＣＰＵの稼働時間を１秒に数１０ｍｓのところを数百ｍｓにし、演算周期を上げるなどして、従来の電池式のパフォーマンス以上の能力を発揮させることが可能となる。また、内蔵電池７の電源系統と切り替えて、電池寿命を延命させることも可能である。

なお、上述した実施の形態では、電流調整回路８にパルストランス８−４を設け、フォトカプラＰＴＣを駆動するための駆動電流を外部電源２００から得るようにしたが、フォトカプラＰＴＣを駆動するための駆動電流を内蔵電池７から得るようにすることが考えられる。

この場合、例えば図２に示すように、外部電源２００からの電送線Ｌ１，Ｌ２にフォトトランジスタＰＴを接続し、流量測定回路６からの電流供給ラインＳ１，Ｓ２間に発光ダイオードＬＤを接続し、電流供給ラインＳ１，Ｓ２に流量測定信号を重畳する。

図２に示したような構成とした場合、フォトカプラＰＴＣを駆動するための駆動電流として最近は１ｍＡ以下のものが出てきているが、それでも数百μＡの電流が必要となり、内蔵電池７の大部分の容量が消費されることになる。これに対して、図１に示したような構成とすると、フォトカプラＰＴＣを駆動するための駆動電流を外部電源２００から得ることができるので、内蔵電池７の消耗が防がれ、内蔵電池７がフォトカプラＰＴＣを駆動するための駆動電流を供給する余裕がない場合でも絶縁を確保することができる、という効果が得られる。

本発明の電磁流量計は、導電性を有する流体の流量を測定する電磁流量計として、各種プロセス系において利用することが可能である。

１…測定管、２…励磁コイル、３…励磁回路、４ａ，４ｂ…検出電極、５…接地電極、６…流量測定回路、７…内蔵電池、８…電流調整回路、８−１…絶縁回路、８−２…ＣＣＳ回路、８−３…トランジスタ、８−４…パルストランス、Ｌ１，Ｌ２…電送線、Ｍ１，Ｍ２…信号ライン、Ｎ１，Ｎ２…調整ライン、Ｓ１，Ｓ２…電流供給ライン、ＰＴＣ…フォトカプラ、ＬＤ…発光ダイオード、ＰＴ…フォトトランジスタ、１００…電磁流量計、２００…外部電源。

Claims

測定管内を流れる流体の流れ方向に対してその磁界の発生方向を垂直として配置された励磁コイルと、この励磁コイルへその極性が周期的に変化する励磁電流を供給する励磁回路と、前記測定管内を流れる流体の流れ方向および前記励磁コイルの発生磁界の方向と直交して前記測定管内に配置された一対の電極と、この電極間に得られる信号起電力に基づいて前記測定管内を流れる流体の流量に応じた信号を流量測定信号として出力する流量測定回路と、前記励磁回路および前記流量測定回路に電源を供給する内蔵電池とを備えた電磁流量計において、
外部電源からの電送線を介して供給される電流の値を前記流量測定回路からの流量測定信号に応じた値に調整する電流調整回路を備え、
前記電流調整回路は、
前記流量測定回路からの流量測定信号が重畳される信号ラインと、
前記電送線に流れる電流の調整ラインと、
前記外部電源からの電送線を介して供給される電流を１次側の電流とし、２次側の電流を前記信号ラインへの供給電流とするパルストランスと、
前記信号ラインに設けられた発光素子と前記調整ラインに設けられた受光素子とからなるフォトカプラを光電変換手段とし、この光電変換手段の発光素子で電気信号を光信号に変え、受光素子で光信号を電気信号に戻すことによって、前記信号ラインと前記調整ラインとを電気的に絶縁するとともに前記信号ラインに重畳された流量測定信号を前記調整ラインに移送する絶縁回路と
を備えることを特徴とする電磁流量計。