JP6183309B2 - 流量計及び絶縁劣化診断システム - Google Patents

Description

本発明は、流量計及び絶縁劣化診断システムに関する。

流量計は、液体、気体、その他の流体の流量を測定するために広く用いられており、測定対象である流体の性質、用途等に応じて様々なものが開発されている。このような流量計の一種に電磁流量計がある。この電磁流量計は、流体に対して磁界を印加することによって発生する起電力（流速に比例した起電力）を検出して流体の流量を測定するものである。

上記の電磁流量計は、流体が流れる配管に取り付けられていて、流体に印加する磁界を発生する励磁コイルと流体で発生した起電力を検出する検出電極とが設けられた検出部を備える。ここで、検出部に設けられた励磁コイルの絶縁劣化が生ずると、流体に印加される磁界の大きさが変化してしまい、流体の流量が変化していないにも拘わらず流体で発生する起電力が変化して誤った流量が測定されてしまう。このため、電磁流量計では、励磁コイルの絶縁劣化の診断が行われる。

以下の特許文献１〜８には、励磁コイルの絶縁劣化を診断する機能を有する従来の電磁流量計が開示されている。例えば、以下の特許文献１には、励磁コイルのインダクタンスの変化から絶縁劣化を診断する電磁流量計が開示されている。また、以下の特許文献４には、絶縁劣化診断のための専用の信号線を省略するために、流量測定信号に絶縁劣化診断の信号を重畳させるようにした電磁流量計が開示されている。

特開２００８−０２０３６４号公報 特開２００７−２４０２３１号公報 特開２００７−２２５４８７号公報 特開２００５−２０７９８４号公報 特開２００３−１７７０４０号公報 特開２００３−１０６８７９号公報 特開２００３−０９７９８６号公報 特開２００２−１９５８６１号公報

ところで、電磁流量計の検出部は、上述した通り、流体が流れる配管に取り付けられている。このため、検出部の交換や変更を行う場合には、配管を流れる流体を止めて配管を空にする必要があり、検出部の交換や変更を容易に行うことはできない。また、検出部の交換や変更のために配管を流れる流体を止めてしまうと、プラントや工場等においては大きな機会損失が生ずる可能性も考えられる。

このように、検出部の交換や変更は容易ではないことから、例えば既に配管に取り付けられている検出部に対して絶縁劣化診断に必要となる構成を追加し、或いは、既に配管に取り付けられている検出部を、絶縁劣化診断に必要となる構成を備えるものに交換することは困難であるという問題がある。この問題は、電磁流量計に限られるものではなく、他の流量計（例えば、流体が流れるチューブを励振する必要があるコリオリ式質量流量計）でも生じ得るものである。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、構成を大幅に変更することなしに絶縁劣化を診断することが可能な流量計及び絶縁劣化診断システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の流量計は、測定対象である流体を励起する励起部（１１）と、励起された前記流体の状態を検出する状態検出部（１２ａ、１２ｂ）とを備え、前記状態検出部の検出結果（Ｄ１）を用いて前記流体の流量を測定する流量計（１〜３）において、前記励起部を駆動するための励起電流（Ｉ）を供給する駆動部（２１、４０、Ｘ）と、前記励起部と前記駆動部との間に設けられて前記励起電流を検出する電流検出部（２２）と、前記電流検出部の検出結果（Ｄ２）の変化に応じて、前記励起部の絶縁劣化を診断する診断処理を行う処理部（２６）とを備える。
この発明によると、励起部を駆動するための励起電流が駆動部から供給され、駆動部から励起部に供給される励起電流が電流検出部で検出され、電流検出部の検出結果の変化に応じて励起部の絶縁劣化を診断する診断処理が行われる。
また、本発明の流量計は、前記処理部が、前記状態検出部の検出結果を用いて前記流体の流量を測定するとともに、前記電流検出部の検出結果を用いて、測定した前記流体の流量を補正する補正処理を行うことを特徴としている。
また、本発明の流量計は、前記処理部が、前記励起部の絶縁劣化が生じていない場合の前記励起電流を基準励起電流（ＳＩ）として記憶しており、前記電流検出部の検出結果と前記基準励起電流との差が予め規定された閾値（ＴＨ）を超えた場合に前記励起部の絶縁劣化が生じていると診断することを特徴としている。
また、本発明の流量計は、前記駆動部が、前記励起電流を検出する制御用電流検出部（４１、Ｒ１）と、該制御用電流検出部の検出結果（Ｄ３）に基づいて前記励起電流の大きさを制御する電流制御部（４３）とを備えており、前記処理部が、前記電流検出部の検出結果と前記制御用電流検出部の検出結果との差が予め規定された閾値（ＴＨ１）を超えた場合に前記励起部の絶縁劣化が生じていると診断することを特徴としている。
また、本発明の流量計は、前記励起部が、前記流体を励磁するための励磁コイルを備え、前記状態検出部が、前記流体が励磁されることによって発生する起電力を検出する検出電極を備えることを特徴としている。
また、本発明の流量計は、前記駆動部が、前記励磁コイルに対して前記励起電流を正方向及び負方向に交互に供給し、前記処理部が、前記励起電流を正方向に供給する場合、及び前記励起電流を負方向に供給する場合の双方で前記診断処理を行うことを特徴としている。
また、本発明の流量計は、前記起電力の基準電位を規定する基準電極（１３）を備えており、前記駆動部と前記電流検出部との接続点の電位は、前記基準電極の電位と同じ電位に設定されていることを特徴としている。
本発明の絶縁劣化診断システムは、流量計における絶縁劣化を診断する絶縁劣化診断システム（ＤＳ）であって、測定対象である流体を励起する励起部（１１）と、励起された前記流体の状態を検出する状態検出部（１２ａ、１２ｂ）と、前記状態検出部の検出結果（Ｄ１）を用いて前記流体の流量を測定する処理部（２６）と、前記励起部を駆動するための励起電流（Ｉ）を供給する駆動部（２１、４０、Ｘ）と、前記励起部と前記駆動部との間に設けられて前記励起電流を検出する電流検出部（２２）と、該電流検出部の検出結果を外部に出力する出力部（６２）とを有する流量計（１〜３）と、前記流量計から出力される前記電流検出部の検出結果の変化に応じて、前記流量計に設けられた前記励起部の絶縁劣化を診断する診断装置（７０）とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、励起部を駆動するための励起電流を駆動部から供給し、駆動部から励起部に供給される励起電流を電流検出部で検出し、電流検出部の検出結果の変化に応じて励起部の絶縁劣化を診断する診断処理を行うようにしているため、構成を大幅に変更することなしに絶縁劣化を診断することが可能であるという効果がある。

本発明の第１実施形態による流量計の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における励磁回路の内部構成を示す図である。 本発明の第１実施形態による流量計における励磁電流の電流経路を示す図である。 本発明の第１実施形態による流量計における励磁電流の波形の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態による流量計が備える励磁回路の内部構成を示す図である。 本発明の第３実施形態による流量計の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による絶縁劣化診断システムの要部構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による流量計及び絶縁劣化診断システムについて詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による流量計の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の流量計１は、検出部１０及び変換部２０を備える電磁流量計であり、測定対象としての流体に対して磁界を印加することによって発生する起電力（流速に比例した起電力）を検出して流体の流量を測定する。

検出部１０は、測定対象としての流体が流れる配管である測定管Ｐに取り付けられており、測定管Ｐ内を流れる流体に磁界を印加し、これによって発生する起電力を検出するものである。この検出部１０は、励磁コイル１１（励起部）、検出電極１２ａ，１２ｂ（状態検出部）、及び基準電極１３を備える。励磁コイル１１は、測定管Ｐの外側に配設されており、変換部２０からの励磁電流Ｉによって励磁されて、測定管Ｐ内を流れる流体に印加するための磁界を発生するものである。尚、励磁コイル１１は、例えば測定管Ｐを挟むように複数設けられていても良い。

検出電極１２ａ，１２ｂは、測定管Ｐ内を流れる流体に磁界を印加した際に発生する起電力を検出するために設けられる電極であり、測定管Ｐ内において測定管Ｐの中心軸を挟むように対向して配設されている。基準電極１３は、検出電極１２ａ，１２ｂに対する基準電位を規定するために設けられる電極であり、検出電極１２ａ，１２ｂと同様に測定管Ｐ内に配設されている。つまり、検出電極１２ａ，１２ｂで検出される起電力は、それぞれ検出電極１２ａと基準電極１３との間に生ずる起電力、及び検出電極１２ｂと基準電極１３との間に生ずる起電力である。尚、基準電極１３は、図１に示す通り、検出部１０の筐体（ボディ）及び変換部２０のアースに接続されている。

変換部２０は、励磁回路２１（駆動部）、電流検出抵抗２２（電流検出部）、差動増幅器２３、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器２４、Ａ／Ｄ変換器２５、及びＣＰＵ（中央処理装置）２６（処理部）を備える。このような変換部２０は、検出部１０に対して励磁電流Ｉを供給し、検出電極１２ａ，１２ｂで検出された起電力から測定管Ｐ内を流れる流体の流量を測定し、電流検出抵抗２２の検出結果を用いて検出部１０に設けられた励磁コイル１１の絶縁劣化を診断するものである。

励磁回路２１は、電流検出抵抗２２を介して検出部１０の励磁コイル１１に接続されており、ＣＰＵ２６から出力される励磁制御信号Ｃ１に基づいて、検出部１０に供給すべき励磁電流Ｉを生成する。尚、詳細は後述するが、励磁回路２１は、予め規定された励磁周波数（例えば、数〜百数十［Ｈｚ］）で励磁コイル１１に対して励磁電流Ｉを正方向及び負方向に交互に供給する（励磁コイル１１の正励磁及び負励磁を交互に行う）。尚、励磁回路２１は、正励磁を行う場合の励磁電流Ｉと、負励磁を行う場合の励磁電流Ｉとが同じ大きさとなるようにする。

電流検出抵抗２２は、励磁回路２１と検出部１０の励磁コイル１１との間に設けられており、励磁回路２１から励磁コイル１１に供給される励磁電流Ｉを検出する。尚、詳細は後述するが、励磁コイル１１の絶縁劣化が生じた場合には、励磁電流Ｉの一部が電流検出抵抗２２を介さない他の経路を介して流れるため、その一部を除いた残りの励磁電流Ｉが電流検出抵抗２２で検出されることになる。

ここで、励磁回路２１と電流検出抵抗２２との接続点Ｑはアースに接続されている。前述の通り、検出部１０に設けられた基準電極１３は、変換部２０のアースに接続されている。このため、励磁回路２１と電流検出抵抗２２との接続点Ｑは、検出部１０に設けられた基準電極１３の電位と同じ電位に設定されているということができる。

差動増幅器２３は、検出部１０の検出電極１２ａ，１２ｂに接続されており、検出電極１２ａ，１２ｂで検出された起電力の差分を示す信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器２４は、差動増幅器２３から出力される信号をディジタル信号に変換し、検出電極１２ａ，１２ｂで検出された起電力の差分を示す起電力データＤ１をＣＰＵ２６に出力する。Ａ／Ｄ変換器２５は、電流検出抵抗２２で検出される励磁電流Ｉ（正確には、電流検出抵抗２２に励磁電流Ｉが流れることによって生ずる電圧）をディジタル信号に変換し、電流検出抵抗２２を流れる励磁電流Ｉを示す励磁電流データＤ２をＣＰＵ２６に出力する。

ＣＰＵ２６は、励磁回路２１に対して励磁制御信号Ｃ１を出力し、励磁コイル１１に印加される励磁電流Ｉを制御する。また、ＣＰＵ２６は、Ａ／Ｄ変換器２４からの起電力データＤ１を用いて測定管Ｐ内を流れる流体の流量を測定するとともに、Ａ／Ｄ変換器２５からの励磁電流データＤ２を用いて、測定した流量を補正する補正処理を行う。つまり、励磁電流Ｉが変化すると流体に印加される磁界が変化して流体の流量が誤って測定されるため、励磁電流Ｉが変化した場合には、励磁電流データＤ２を用いて測定した流体の流量を補正する。

また、ＣＰＵ２６は、励磁電流データＤ２の変化に応じて、検出部１０に設けられた励磁コイル１１の絶縁劣化を診断する。具体的に、ＣＰＵ２６は、励磁コイル１１の絶縁劣化が生じていない場合に励磁コイル１１に流れる励磁電流Ｉを示す基準励磁電流ＳＩ（基準励起電流）と予め規定された診断閾値ＴＨ（閾値）とを記憶しており、励磁電流データＤ２と基準励磁電流ＳＩとの差が診断閾値ＴＨを超えた場合に、励磁コイル１１の絶縁劣化が生じていると診断する。ここで、ＣＰＵ２６は、上記の診断を、正励磁を行う場合、及び負励磁を行う場合の双方で行う。或いは、正励磁と負励磁との差分で診断しても良い。尚、励磁コイル１１の絶縁劣化が生じていると診断した場合には、ＣＰＵ２６は、その診断結果をアラームとして出力する。また、ＣＰＵ２６は、上述した補正処理を行わないことでも異常な状態を外部に知らせることができる。

図２は、本発明の第１実施形態における励磁回路の内部構成を示す図である。尚、図２においては、図１に示す構成のうち、励磁回路２１の説明に必要な構成（励磁コイル１１、電流検出抵抗２２、及びＣＰＵ２６）を抜き出して図示している。図２に示す通り、励磁回路２１は、励磁電源３１、励磁電流制御部３２、スイッチ３３ａ〜３３ｄ、及び励磁正負制御部３４を備える。

励磁電源３１は、検出部１０の励磁コイル１１に励磁電流Ｉを供給するために必要となる電力を供給する直流電源である。励磁電流制御部３２は、励磁電源３１の正極に接続されており、励磁コイル１１に供給される励磁電流Ｉの大きさ（絶対値）を一定にする制御を行う。具体的に、励磁電流制御部３２は、電流（励磁電源３１を流れる電流）を検出する電流検出抵抗（制御用電流検出部：図示省略）と、この電流検出抵抗の検出結果に基づいて上記電流を一定にする制御を行う電流制御部とを備えている。

スイッチ３３ａ〜３３ｄは、励磁コイル１１に対して励磁電流Ｉを正方向に供給するか（励磁コイル１１の正励磁を行うか）、或いは励磁コイル１１に対して励磁電流Ｉを負方向に供給するか（励磁コイル１１の負励磁を行うか）を切り替えるために設けられる。具体的に、スイッチ３３ａ，３３ｃが直列接続されるとともに、スイッチ３３ｂ，３３ｄが直列接続されており、これら直接接続された回路が励磁電流制御部３２と励磁電源３１の負極との間に接続されている。尚、スイッチ３３ａ，３３ｃの接続点には励磁コイル１１の一端が接続されており、スイッチ３３ｂ，３３ｄの接続点には電流検出抵抗２２を介して励磁コイル１１の他端が接続されている。

これらスイッチ３３ａ〜３３ｄは、例えばバイポーラトランジスタ或いはＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）等の電子スイッチであり、励磁正負制御部３４から出力される正負制御信号Ｃ１１，Ｃ１２によってオン状態及びオフ状態が切り替えられる。例えば、スイッチ３３ａ，３３ｄは、正負制御信号Ｃ１１が「Ｈ（ハイ）」レベルの場合にオン状態になり、「Ｌ（ロー）」レベルの場合にオフ状態になる。スイッチ３３ｂ，３３ｃは、正負制御信号Ｃ１２が「Ｈ」レベルの場合にオン状態になり、「Ｌ」レベルの場合にオフ状態になる。

励磁正負制御部３４は、ＣＰＵ２６からの励磁制御信号Ｃ１に基づいて正負制御信号Ｃ１１，Ｃ１２を出力することにより、励磁コイル１１の正励磁及び負励磁の何れを行うかを制御する。具体的な例として、励磁正負制御部３４は、励磁コイル１１の正励磁を行う場合には、「Ｈ」レベルの正負制御信号Ｃ１１及び「Ｌ」レベルの正負制御信号Ｃ１２を出力する。これに対し、励磁コイル１１の負励磁を行う場合には、「Ｌ」レベルの正負制御信号Ｃ１１及び「Ｈ」レベルの正負制御信号Ｃ１２を出力する。尚、図２では、励磁制御信号Ｃ１を１つの信号として図示しているが、この励磁制御信号Ｃ１は、正負制御信号Ｃ１１，Ｃ１２の制御方式に合わせて複数の信号であっても良い。

次に、上記構成における流量計１の動作について説明する。以下では、まず検出部１０に設けられた励磁コイル１１の絶縁劣化が生じていない場合の動作（正常時動作）について説明し、次いで励磁コイル１１の絶縁劣化が生じた場合の動作（絶縁劣化時動作）について説明する。図３は、本発明の第１実施形態による流量計における励磁電流の電流経路を示す図であって、（ａ）は正励磁を行う場合の電流経路を示す図であり、（ｂ）は負励磁を行う場合の電流経路を示す図である。また、図４は、本発明の第１実施形態による流量計における励磁電流の波形の一例を示す図であって、（ａ）は正常時の波形を示す図であり、（ｂ）は絶縁劣化時の波形を示す図である。

〈正常時動作〉
動作が開始されると、ＣＰＵ２６から励磁回路２１の励磁正負制御部３４に対して励磁制御信号Ｃ１が出力される（図２参照）。この励磁制御信号Ｃ１が入力されると、励磁正負制御部３４からスイッチ３３ａ〜３３ｄに対し、予め規定された励磁周波数でレベルが交互に変化する正負制御信号Ｃ１１，Ｃ１２が出力され、これにより励磁コイル１１の正励磁及び負励磁が交互に行われる。

具体的に、励磁コイル１１の正励磁が行われる場合には、「Ｈ」レベルの正負制御信号Ｃ１１及び「Ｌ」レベルの正負制御信号Ｃ１２が励磁正負制御部３４から出力され、図３（ａ）に示す通り、スイッチ３３ａ及びスイッチ３３ｄがオン状態にされ、スイッチ３３ｂ及びスイッチ３３ｃがオフ状態にされる。これにより、図３（ａ）中の電流経路Ｐ１１を介する励磁電流Ｉが流れる。

つまり、励磁電源３１の正極から流出して、励磁電流制御部３２、スイッチ３３ａ、励磁コイル１１、電流検出抵抗２２、及びスイッチ３３ｄを順に介した後に励磁電源３１の負極に流入する励磁電流Ｉが流れる。尚、この励磁電流Ｉは、励磁コイル１１に対して正方向に供給される電流である。このような励磁電流Ｉが流れたときに、電流検出抵抗２２で検出される励磁電流Ｉの電流値（ＣＰＵ２６に入力される励磁電流データＤ２の値）をＡ０とする。

これに対し、励磁コイル１１の負励磁が行われる場合には、「Ｌ」レベルの正負制御信号Ｃ１１及び「Ｈ」レベルの正負制御信号Ｃ１２が励磁正負制御部３４から出力され、図３（ｂ）に示す通り、スイッチ３３ａ及びスイッチ３３ｄがオフ状態にされ、スイッチ３３ｂ及びスイッチ３３ｃがオン状態にされる。これにより、図３（ｂ）中の電流経路Ｐ２１を介する励磁電流Ｉが流れる。

つまり、励磁電源３１の正極から流出して、励磁電流制御部３２、スイッチ３３ｂ、電流検出抵抗２２、励磁コイル１１、及びスイッチ３３ｃを順に介した後に励磁電源３１の負極に流入する励磁電流Ｉが流れる。尚、この励磁電流Ｉは、励磁コイル１１に対して負方向に供給される電流である。このような励磁電流Ｉが流れたときに、電流検出抵抗２２で検出される励磁電流Ｉの電流値（ＣＰＵ２６に入力される励磁電流データＤ２の値）をＢ０とする。

ここで、上述した正励磁が行われる場合及び負励磁が行われる場合の何れの場合であっても、励磁電流制御部３２では、内部に設けられた不図示の電流検出抵抗で励磁電流Ｉを検出し、この検出結果に基づいて励磁電流Ｉを一定する制御が行われる。このため、正常動作時には、正励磁が行われる場合に得られる励磁電流Ｉ１の電流値Ａ０と、負励磁が行われる場合に得られる励磁電流Ｉ１の電流値Ｂ０とは等しくなる。従って、励磁コイル１１の絶縁劣化が生じていない場合には、図４（ａ）に示す通り、電流値の絶対値が一定で、予め規定された励磁周波数で極性が変化する励磁電流Ｉが電流検出抵抗２２に流れることとなる。

このように、励磁コイル１１の正励磁及び負励磁が交互に行われると、測定管Ｐ内を流れる流体に対して、励磁コイル１１に供給される正方向の励磁電流Ｉ（図３（ａ）参照）に応じた磁界と、負方向の励磁電流Ｉ（図３（ｂ）参照）に応じた磁界とが交互に印加される。すると、測定管Ｐ内では、励磁コイル１１によって印加された磁界の大きさ（磁束密度）と流体の平均流速との積に比例した起電力が発生する。

測定管Ｐ内で発生した起電力（基準電極１３の電位を基準とした起電力）は、検出電極１２ａ，１２ｂでそれぞれ検出され、これら検出された起電力の差分を示す信号が差動増幅器２３から出力される。差動増幅器２３から出力された信号は、Ａ／Ｄ変換器２４でディジタル信号に変換されて、起電力データＤ１としてＣＰＵ２６に出力される。すると、ＣＰＵ２６では、起電力データＤ１を用いて流体の流量を求める処理が行われる。具体的には、起電力データＤ１から流体の平均流速を求め、この平均流速に対して測定管Ｐの断面積を乗算して流体の流量を求める処理が行われる。

以上の動作が行われている間、励磁コイル１１に供給される励磁電流Ｉが、電流検出抵抗２２で検出される。この電流検出抵抗２２の検出結果は、Ａ／Ｄ変換器２５でディジタル信号に変換されて励磁電流データＤ２としてＣＰＵ２６に出力される。すると、ＣＰＵ２６では、励磁電流データＤ２を用いて上記の処理で求めた流体の流量を補正する処理が行われる。このようにして、流体の流量が測定される。

また、ＣＰＵ２６では、以上の処理と並行して、励磁電流データＤ２と基準励磁電流ＳＩとの差を求め、この差が診断閾値ＴＨを超えているか否かを判断する処理が行われる。具体的には、電流値Ａ０を示す励磁電流データＤ２と基準励磁電流ＳＩとの差、及び電流値Ｂ０を示す励磁電流データＤ２と基準励磁電流ＳＩとの差の双方が、診断閾値ＴＨを超えているか否かを判断する処理が行われる。尚、正常時には、励磁電流データＤ２と基準励磁電流ＳＩとの差が診断閾値ＴＨを超えてはいないと判断され、これにより励磁コイル１１の絶縁劣化は生じていないと診断される。

〈絶縁劣化時動作〉
検出部１０内への流体の流入等の要因によって、励磁コイル１１の絶縁劣化が発生したとすると、励磁コイル１１は、図３（ａ），（ｂ）に示す通り、抵抗Ｒを介して検出部１０の筐体と電気的に接続された状態になる。尚、抵抗Ｒは、例えば絶縁劣化が生じた絶縁体（励磁コイル１１を筐体と絶縁するために用いられる絶縁体）の電気抵抗である。すると、励磁電流Ｉの一部は、図３（ａ），（ｂ）に示す通り、本来の電流経路Ｐ１１，Ｐ２１とは異なる電流経路Ｐ１２，Ｐ２２を介して流れる。

具体的に、励磁コイル１１の正励磁が行われる場合には、図３（ａ）に示す通り、励磁コイル１１に供給された励磁電流Ｉの一部が、抵抗Ｒ、変換部２０のアース、及び接続点Ｑ（励磁回路２１と電流検出抵抗２２との接続点）を順に介してスイッチ３３ｄに至る電流経路Ｐ１２を流れる。また、励磁コイル１１の負励磁が行われる場合には、図３（ｂ）に示す通り、スイッチ３３ｂを介した励磁電流Ｉの一部が、接続点Ｑ、変換部２０のアース、及び抵抗Ｒを順に介して励磁コイル１１に至る電流経路Ｐ２２を流れる。

図３（ａ），（ｂ）に示す通り、電流経路Ｐ１２，Ｐ２２を流れる励磁電流Ｉは、何れも電流検出抵抗２２を流れない。このため、励磁コイル１１の正励磁が行われる場合に、電流検出抵抗２２で検出される励磁電流Ｉの電流値は、上述した正常時の電流値Ａ０から電流経路Ｐ１２を流れる励磁電流Ｉの分だけ減じたものとなる。また、励磁コイル１１の負励磁が行われる場合に、電流検出抵抗２２で検出される励磁電流Ｉの電流値は、上述した正常時の電流値Ｂ０から電流経路Ｐ２２を流れる励磁電流Ｉの分だけ減じたものとなる。

電流経路Ｐ１２を流れる励磁電流Ｉの電流値をＡ１とし、電流経路Ｐ２２を流れる励磁電流Ｉの電流値をＢ１とする。励磁コイル１１の絶縁劣化が生じた場合には、図４（ｂ）に示す通り、予め規定された励磁周波数（図４（ａ）に示す励磁電流と同じ励磁周波数）で極性が変化するものの、励磁コイル１１が正励磁される場合には（Ａ０−Ａ１）なる電流値を有し、励磁コイル１１が負励磁される場合には（Ｂ０−Ｂ１）なる電流値を有する励磁電流Ｉが電流検出抵抗２２に流れることとなる。

このような変化（電流検出抵抗２２に流れる励磁電流Ｉの変化）が生ずると、ＣＰＵ２６では、励磁電流データＤ２と基準励磁電流ＳＩとの差が診断閾値ＴＨを超えていると判断され、これにより励磁コイル１１の絶縁劣化が生じていると診断される。尚、励磁コイル１１の絶縁劣化が生じていると診断された場合には、その診断結果がアラームとして出力される。また、前述した補正処理（励磁電流データＤ２を用いて、流体の流量を補正する処理）を行わないことにより、異常な状態を外部に知らせることができる。

以上の通り、本実施形態では、励磁コイル１１に接続された電流検出抵抗２２に流れる励磁電流Ｉを示す励磁電流データＤ２と、予め規定された基準励磁電流ＳＩとの差を求め、この差が診断閾値ＴＨを超えたか否かに応じて励磁コイル１１の絶縁劣化が生じたか否かを診断するようにしている。ここで、励磁コイル１１の絶縁劣化を診断するには、ＣＰＵ２６で実行されるプログラムを変更するだけで良いため、構成を大幅に変更することなく、絶縁劣化を診断することが可能である。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態による流量計が備える励磁回路の内部構成を示す図である。本実施形態の流量計は、図１に示す流量計１とおおむね同様の構成であるが、流量計１の励磁回路２１に代えて図５に示す励磁回路４０を設け、励磁コイル１１に流れる励磁電流ＩをＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御するようにしたものである。尚、図５においては、図２に示す構成と同じものについては同じ符号を付してある。

図５に示す通り、励磁回路４０は、図２に示す励磁回路２１の励磁電流制御部３２を省略して、電流検出抵抗４１（制御用電流検出部）、波形整形回路４２、励磁電流制御回路４３（電流制御部）、及びＡＮＤ回路４４ａ，４４ｂを設けた構成である。電流検出抵抗４１は、励磁コイル１１に流れる励磁電流ＩをＰＷＭ制御するために設けられたものであり、一端がスイッチ３３ｂ，３３ｄの接続点に接続され、他端が電流検出抵抗２２の一端（接続点Ｑ）に接続されている。

ここで、図３を参照すると、電流検出抵抗４１が設けられる位置（スイッチ３３ｂ，３３ｄの接続点と接続点Ｑとの間の位置）では、正励磁が行われる場合及び負励磁が行われる場合の何れの場合であっても、励磁電源３１の正極から流出した励磁電流Ｉの全てが流れる。このため、励磁コイル１１の絶縁劣化が生じた場合であっても、電流検出抵抗４１を用いて励磁コイル１１に流れる励磁電流を一定に制御することが可能になる。

波形整形回路４２は、電流検出抵抗４１で検出された信号（励磁電流が電流検出抵抗４１を流れることによって生ずる電圧信号）の波形整形を行う。励磁電流制御回路４３は、波形整形回路４２から出力される信号に基づいて、励磁電流Ｉを一定するためのＰＷＭ制御信号Ｃ２０を生成して出力する。尚、ＰＷＭ制御信号Ｃ２０は、励磁電流Ｉの励磁周波数よりも高い周波数（例えば、１００倍程度高い周波数）を有する信号である。ＡＮＤ回路４４ａは、励磁正負制御部３４からの正負制御信号Ｃ１１と励磁電流制御回路４３からのＰＷＭ制御信号Ｃ２０との論理積を演算してスイッチ３３ａに出力し、ＡＮＤ回路４４ｂは、励磁正負制御部３４からの正負制御信号Ｃ１２と励磁電流制御回路４３からのＰＷＭ制御信号Ｃ２０との論理積を演算してスイッチ３３ｂに出力する。

次に、上記構成における励磁回路４０の動作について簡単に説明する。ＣＰＵ２６から励磁制御信号Ｃ１が出力されると、第１実施形態と同様に、励磁正負制御部３４から、予め規定された励磁周波数でレベルが交互に変化する正負制御信号Ｃ１１，Ｃ１２が出力され、これにより励磁コイル１１の正励磁及び負励磁が交互に行われる。また、正励磁が行われる場合及び負励磁が行われる場合の何れの場合であっても、電流検出抵抗４１で検出された信号に応じたデューティ比を有するＰＷＭ制御信号Ｃ２０が励磁電流制御回路４３から出力される。そして、ＡＮＤ回路４４ａにおいて、正負制御信号Ｃ１１とＰＷＭ制御信号Ｃ２０との論理積が演算され、ＡＮＤ回路４４ｂにおいて、正負制御信号Ｃ１２とＰＷＭ制御信号Ｃ２０との論理積が演算される。

これにより、正励磁が行われる場合には、スイッチ３３ｄがオン状態にされ、スイッチ３３ｂ及びスイッチ３３ｃがオフ状態にされ、スイッチ３３ａがオン・オフを繰り返すよう制御される。具体的に、スイッチ３３ａは、ＰＷＭ制御信号Ｃ２０の各周期において、上記のデューティ比で規定される期間だけオン状態になり、残りの期間はオフ状態になるよう制御される。これに対し、負励磁が行われる場合には、スイッチ３３ａ及びスイッチ３３ｄがオフ状態にされ、スイッチ３３ｃがオン状態にされ、スイッチ３３ｂがオン・オフを繰り返すよう制御される。尚、スイッチ３３ｂは、正励磁が行われる場合のスイッチ３３ａと同様に制御される。

ここで、電流検出抵抗４１で検出された信号に応じてＰＷＭ制御信号Ｃ２０のデューティ比が変化すると、そのデューティ比の変化に応じて励磁電流Ｉの電流値（平均値）変わる。このような制御が行われることによって、励磁コイル１１に流れる励磁電流Ｉを一定にすることができる。尚、以上説明した励磁回路４０の動作以外の動作は、基本的には第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上の通り、本実施形態では、励磁コイル１１に流れる励磁電流ＩをＰＷＭ制御するようにしているものの、第１実施形態と同様の方法で、励磁コイル１１の絶縁劣化が生じたか否かを診断するようにしている。ここで、本実施形態では、電流検出抵抗２２以外に、電流検出抵抗４１を設ける必要があるものの、構成を大幅に変更することなく、絶縁劣化を診断することが可能である。

〔第３実施形態〕
図６は、本発明の第３実施形態による流量計の要部構成を示すブロック図である。前述した第１，第２実施形態では、基準励磁電流ＳＩ（励磁コイル１１の絶縁劣化が生じていない場合に励磁コイル１１に流れる励磁電流Ｉ）を用いて劣化診断を行うものであったが、本実施形態では、基準励磁電流ＳＩを用いずに劣化診断を行うものである。尚、図６においては、図１に示す構成と同じものについては同じ符号を付してある。

図６に示す通り、本実施形態の流量計２は、図１に示す流量計１の変換部２０にＡ／Ｄ変換器５０を設けた構成である。尚、図６中の励磁回路Ｘは、図１中の励磁回路２１、或いは図５中の励磁回路４０である。また、励磁回路Ｘ内の抵抗Ｒ１は、図１の励磁回路２１に設けられている不図示の電流検出抵抗、或いは図５中の励磁回路４０に設けられている電流検出抵抗４１である。

Ａ／Ｄ変換器５０は、電流検出抵抗Ｒ１で検出される励磁電流Ｉ（正確には、電流検出抵抗Ｒ１に励磁電流Ｉが流れることによって生ずる電圧）をディジタル信号に変換し、電流検出抵抗Ｒ１を流れる励磁電流Ｉを示す励磁電流データＤ３をＣＰＵ２６に出力する。ＣＰＵ２６は、Ａ／Ｄ変換器２５からの励磁電流データＤ２と、Ａ／Ｄ変換器５０からの励磁電流データＤ３との差が、予め規定された診断閾値ＴＨ１（閾値）を超えた場合に、励磁コイル１１の絶縁劣化が生じていると診断する。尚、診断閾値ＴＨ１は、第１，第２実施形態で用いていた診断閾値ＴＨと同じものであっても、異なるものであっても良い。また、Ａ／Ｄ変換器２５とＡ／Ｄ変換器５０とを共通化し、この共通化したＡ／Ｄ変換器に対して、電流検出抵抗２２で検出される励磁電流Ｉと電流検出抵抗Ｒ１で検出される励磁電流Ｉとをマルチプレクサ等により選択的に入力するようにしても良い。

前述の通り、正励磁が行われる場合及び負励磁が行われる場合の何れの場合であっても、図５中の励磁回路４０に設けられた電流検出抵抗４１には、励磁電源３１の正極から流出した励磁電流Ｉの全てが流れる。これは、図１中の励磁回路２１に設けられている不図示の電流検出抵抗についても同様である。これに対し、電流検出抵抗２２に流れる励磁電流Ｉは、励磁コイル１１の絶縁劣化の有無に応じて変化する。このため、励磁電流データＤ２と励磁電流データＤ３とを比較すれば、絶縁劣化が生じているか否かを診断することができる。

以上の通り、本実施形態では、電流検出抵抗２２に流れる励磁電流Ｉを示す励磁電流データＤ２と、励磁回路Ｘ内に設けられた電流検出抵抗Ｒ１に流れる励磁電流Ｉを示す励磁電流データＤ３との差を求め、この差が診断閾値ＴＨ１を超えたか否かに応じて励磁コイル１１の絶縁劣化が生じたか否かを診断するようにしている。ここで、本実施形態では、電流検出抵抗２２以外に、電流検出抵抗Ｒ１及びＡ／Ｄ変換器５０を設ける必要があるものの、構成を大幅に変更することなく、絶縁劣化を診断することが可能である。

〔絶縁劣化診断システム〕
図７は、本発明の一実施形態による絶縁劣化診断システムの要部構成を示す図である。本実施形態の絶縁劣化診断システムＤＳは、励磁コイル１１の絶縁劣化を流量計単体で行わずに、流量計とは異なる診断装置で行うようにしたものである。尚、図７においては、図１に示す構成と同じものについては同じ符号を付してある。

図７に示す通り、本実施形態の絶縁劣化診断システムＤＳは、流量計３と診断装置７０とを備える。流量計３は、図１に示す流量計１の変換部２０に表示部６１及び出力部６２を設けたものである。但し、ＣＰＵ２６は、励磁コイル１１の絶縁劣化を診断する機能を備えていないものとする。表示部６１は、液晶表示装置等の表示装置を備えており、ＣＰＵ２６で測定された流量等を表示する。出力部６２は、伝送線Ｌを介して診断装置７０に接続されており、ＣＰＵ２６から出力される励磁電流データＤ２を診断装置７０に出力する。尚、上記の伝送線Ｌは、例えば「４〜２０ｍＡ」信号の伝送に使用される二線式の伝送線である。

診断装置７０は、伝送線Ｌを介して出力部６２に接続されており、出力部６２から出力される励磁電流データＤ２を用いて、励磁コイル１１の絶縁劣化が生じているか否かを診断する。具体的に、診断装置７０は、第１実施形態におけるＣＰＵ ２６と同様に、出力部６２から出力される励磁電流データＤ２と基準励磁電流ＳＩとの差が診断閾値ＴＨを超えた場合に、励磁コイル１１の絶縁劣化が生じていると診断する。このように、本実施形態では、ある程度の構成の変更は必要であるものの、流量計３に接続された外部の診断装置７０によって励磁コイル１１の絶縁劣化を診断することができる。

尚、本システムは、第２，第３実施形態の流量計に対しても適用することができる。例えば、第３実施形態の流量計２（図６参照）に適用する場合には、流量計２の変換部２０に出力部６２を設けて、励磁電流データＤ２と励磁電流データＤ３とを診断装置７０に出力するようにする。そして、診断装置７０では、これら励磁電流データＤ２と励磁電流データＤ３とを比較して絶縁劣化が生じているか否かを診断するようにすれば良い。

以上、本発明の実施形態による流量計及び絶縁劣化診断システムについて説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、流量計が電磁流量計である場合について説明したが、本発明は、コリオリ式質量流量計につても適用することができる。ここで、コリオリ式質量流量計は、流体が流れるチューブを振動させ、チューブの上下流における異なる２点の振動検出信号の位相差からチューブを流れる流体の質量流量を測定するものである。

１〜３ 流量計
１１ 励磁コイル
１２ａ，１２ｂ 検出電極
１３ 基準電極
２１ 励磁回路
２２ 電流検出抵抗
２６ ＣＰＵ
４０ 励磁回路
４１ 電流検出抵抗
４３ 励磁電流制御回路
６２ 出力部
７０ 診断装置
Ｄ１ 起電力データ
Ｄ２ 励磁電流データ
Ｄ３ 励磁電流データ
ＤＳ 絶縁劣化診断システム
Ｉ 励磁電流
Ｒ１ 電流検出抵抗
ＳＩ 基準励磁電流
ＴＨ，ＴＨ１ 診断閾値
Ｘ 励磁回路

Claims (7)

1. 測定対象である流体を励磁するための励磁コイルを有する励起部と、前記流体が励磁されることによって発生する起電力を検出する検出電極を有する状態検出部とを備え、前記状態検出部の検出結果を用いて前記流体の流量を測定する流量計において、
   前記励起部を駆動するための交流の励起電流を供給する駆動部と、
   前記励起部と前記駆動部との間に設けられて前記励起電流を検出する電流検出部と、
   前記励起電流が前記駆動部から前記励起部に供給されているときの前記電流検出部の検出結果の変化に応じて、前記励起部の絶縁劣化を診断する診断処理を行う処理部と
   を備えることを特徴とする流量計。
2. 前記処理部は、前記状態検出部の検出結果を用いて前記流体の流量を測定するとともに、前記電流検出部の検出結果を用いて、測定した前記流体の流量を補正する補正処理を行うことを特徴とする請求項１記載の流量計。
3. 前記処理部は、前記励起部の絶縁劣化が生じていない場合の前記励起電流を基準励起電流として記憶しており、
   前記電流検出部の検出結果と前記基準励起電流との差が予め規定された閾値を超えた場合に前記励起部の絶縁劣化が生じていると診断する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の流量計。
4. 前記駆動部は、前記励起電流を検出する制御用電流検出部と、該制御用電流検出部の検出結果に基づいて前記励起電流の大きさを制御する電流制御部とを備えており、
   前記処理部は、前記電流検出部の検出結果と前記制御用電流検出部の検出結果との差が予め規定された閾値を超えた場合に前記励起部の絶縁劣化が生じていると診断する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の流量計。
5. 前記駆動部は、前記励磁コイルに対して前記励起電流を正方向及び負方向に交互に供給し、
   前記処理部は、前記励起電流を正方向に供給する場合、及び前記励起電流を負方向に供給する場合の双方で前記診断処理を行う
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の流量計。
6. 前記起電力の基準電位を規定する基準電極を備えており、
   前記駆動部と前記電流検出部との接続点の電位は、前記基準電極の電位と同じ電位に設定されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の流量計。
7. 流量計における絶縁劣化を診断する絶縁劣化診断システムであって、
   測定対象である流体を励磁するための励磁コイルを有する励起部と、前記流体が励磁されることによって発生する起電力を検出する検出電極を有する状態検出部と、前記状態検出部の検出結果を用いて前記流体の流量を測定する処理部と、前記励起部を駆動するための交流の励起電流を供給する駆動部と、前記励起部と前記駆動部との間に設けられて前記励起電流を検出する電流検出部と、該電流検出部の検出結果を外部に出力する出力部とを有する流量計と、
   前記励起電流が前記駆動部から前記励起部に供給されているときに前記流量計から出力される前記電流検出部の検出結果の変化に応じて、前記流量計に設けられた前記励起部の絶縁劣化を診断する診断装置と
   を備えることを特徴とする絶縁劣化診断システム。

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