JPH0119056Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、低周波励磁方式の電磁流量計の励磁
回路の改良に関する。

一般に電磁流量計は、流体の流れ方向に対して
垂直に磁界を与え、同時に流体流路中の電気的信
号の変化を検出し、これに基づいて流体の流量を
計測するように構成されている。最近の電磁流量
計は、商用電源周波数による交流励磁方式や直流
励磁方式に比して零点の安定性にすぐれている台
形波励磁や方形波励磁などと呼ばれている低周波
励磁方式のものが多く用いられている。従来の低
周波励磁方式による励磁回路においては、第１図
の背形図に示すような低周波の駆動パルスV₁，
V₂に同期してオンオフするブリツジ接続のトラ
ンジスタや電界効果トランジスタ等のスイツチS₁
〜S₄で構成された電流切換回路で電磁流量計発信
器の励磁コイルに流れる励磁電流Ｉの方向を正逆
に切換ている。そして励磁電流を電流検出抵抗で
検出して得た電圧と設定電圧とを比較して、電流
切換回路のスイツチS₁，S₂を第１図の波形図に示
すように更に高周波でオンオフ制御することによ
つて、励磁電流Ｉの定常値Irを一定に保つてい
る。したがつて励磁電流Ｉの波形には第１図に示
すように高周波成分が重畳されている。このため
電磁流量計発信器の電極間に生ずる起電力ｅにも
高周波成分が重畳され、低周波励磁方式であるに
もかかわらず渦電流によるノイズを生ずる恐れが
ある。また電流切換回路と励磁コイル間をケーブ
ルで接続した場合には、ケーブルの線間容量によ
つて励磁電流Ｉの高周波成分の一部がバイパスさ
れ、電流検出抵抗で励磁コイルに流れる電流を正
確に検出できず、励磁電流Ｉの定常値Irが設定値
と異る値を示すようになる。さらに、励磁コイル
がシヨートした場合には渦電流が流れ、電流切換
回路のトランジスタや電界効果トランジスタ等の
スイツチが破壊されることがある。このため従来
は励磁コイルに直列に保護用のコイルや抵抗を接
続し、過電流を流さないようにしてスイツチを保
護しているが、しかし励磁コイルのシヨール状態
が長時間続くと、制限したとはいえ通常の値より
大きな電流が連続して流れ続けるため、スイツチ
の劣化をまねく。

本考案は、励磁電流に含まれる高周波成分を充
分に小さくして、高周波成分による影響を有効に
除去するとともに、励磁コイルがシヨートした場
合に生ずる過電流から有効に保護できる低周波励
磁方式による電磁流量計の励磁回路を実現するこ
とを目的としたものである。

本考案は、電源からの電圧を整流回路および平
滑用コンデンサを介してトランスの一次巻線とス
イツチング素子の直列回路に加え、スイツチング
素子のオンオフによつてトランスの二次巻線に生
ずる電流を整流平滑した後電流切換回路を介して
電磁流量計発信器の励磁コイルに励磁電流として
流し、前記トランスの二次巻線とは別の二次巻線
に生ずる二次電流を整流平滑した電圧が設定電圧
と等しくなるように前記スイツチング素子のオン
オフを制御し、かつ前記励磁コイルに供給される
電流を検出してこの電流が一定になるように前記
設定電圧を制御するとともに、過電流検出器で励
磁電流のピーク値が制限値を越えたことを検出し
たとき前記設定電圧を零にし、その後徐々に大き
くして復帰させることによつて上述の目的を達成
したものである。

第２図は本考案励磁回路の一実施例を示す接続
図である。第２図において、１は電磁流量計発信
器で、励磁コイルＬと流体が流れるパイプＰおよ
び電極G₁，G₂を備えており、流体の流量に比例
した起電力ｅを発生するものである。２は
AC100VまたはDC24V等の電源、３は整流回路、
４は平滑用コンデンサ、５はトランスで、一次巻
線n₁と二次巻線n₂，n₃とを有している。６はスイ
ツチング素子であるトランジスタ、７，８は整流
平滑回路、９は電流切換回路、１０は誤差増幅
器、１１は発振器、１２は比較器、１３はトラン
ジスタ６の駆動回路、１４は電流検出抵抗、１５
は一次遅れ回路、１６はPI演算回路、１７は設
定回路、１８は過電流検出器、１９はワンシヨツ
ト回路、２０はリセツトスイツチ、２１は絶縁手
段である。

電源２からの電圧は整流回路３および平滑用コ
ンデンサ４を介してトランス５の一次巻線n₁とト
ランジスタ６の直列回路に加えられる。そしてト
ランジスタ６がオンになると一次電流i₁が流れ、
オフになるとi₁によつてトランス５の鉄心に貯え
られたエネルギが二次巻線n₂，n₃側に二次電流
i₂，i₃として放出される。二次巻線n₂側の二次電
流i₂は整流平滑回路７で整流平滑され直流電圧Eo
となつて電流切換回路９を介して電磁流量計発信
器１の励磁コイルＬに印加され、励磁コイルＬに
励磁電流Ｉを流す。電流切換回路９は第３図に示
すような低周波の駆動パルスV₁，V₂に同期して
オンオフするブリツジ接続のトランジスタや電界
効果トランジスタ等のスイツチS₁〜S₄によつて励
磁コイルＬに流れる励磁電流Ｉの方向を第３図に
示すように正逆に切換える。また二次巻線n₃側の
二次電流i₃は整流平滑回路８で整流平滑され前記
電圧Eoに関連した帰還電圧Efとなり誤差増幅器
１０の非反転入力端子（＋）に与えられる。誤差
増幅器１０は反転入力端子（−）に絶縁手段２１
を介して加えられる設定回路１７からの設定電圧
Erと帰還電圧Efとの偏差を増幅し、その出力Ea
が比較器１２で発振器１１からの三角波出力Eb
と比較される。その比較結果に基づいて駆動回路
１３がトランジスタ６をオンまたはオフにする。
このようにしてトランジスタ６がEf＝Ｅになる
ようにオンオフを繰り返し、励磁コイルＬに印加
する電圧Eoを一定値に保つている。

ところで、励磁コイルＬに流れる励磁電流Ｉは
印加される電圧が一定であつても、周囲温度等の
影響を受け変動する。そこで、励磁電流Ｉを電流
検出抵抗１４で検出し、その検出結果に基づいて
誤差増幅器１０の設定電圧Erを修正する手段を
設けて、励磁電流Ｉを一定値に保つようにしてあ
る。すなわち、電流検出抵抗１４で検出した電圧
Eiとあらかじめ設定した基準電圧Esとの偏差に
PI演算回路１６でPI演算（比例＋積分演算）を
行いその出力αを設定回路１７に加え、基準電圧
Esとの間でEs（１＋α）なる演算を行つて設定電
圧Erを算出する。この設定回路１７の出力Erは
絶縁手段２１を介して誤差増幅器１０に与えられ
る。したがつて、設定電圧Erは検出電圧Eiが基
準電圧Esと等しくなるように制御され、励磁電
流Ｉが一定値に保たれる。

また、励磁コイルＬにシヨート等が発生し、励
磁電流が過大になると、電流検出抵抗１４の両端
にパルス的に高い電圧が発生する。この電圧のピ
ーク値Eipが制限値Elを越えると過電流検出器１
８が働き、単安定マルチバルブレータ等のワンシ
ヨツト回路１９を動作させ、リセツトスイツチ２
０をオンにして設定電圧Erを強制的に零にする。
その結果トランジスタ６もオフになり、励磁コイ
ルＬへの励磁電流Ｉの供給を止める。この状態は
ワンシヨツト回路１９で決る一定時間Ts続く。
一定時間Ts経過すると再びリセツトスイツチ２
０がオフになり、PI演算回路１６に基準電圧Es
が一次遅れ回路１５を介して加わる。このため設
定電圧Erが徐々に大きくなり、トランジスタ６
を短かいオン時間から復帰させ、徐々に所定のオ
ン時間へ移行させる。したがつて、励磁コイルＬ
のシヨート状態が長時間続いても、トランジスタ
６が短かいオン時間から動作に入るので、大きな
過電流が流れる以前に再度過電流検出器１８が働
き、電流切換回路９のスイツチS₁〜S₄の劣化を防
ぐことができる。

このように構成した本考案においては、トラン
ス５の二次電流を整流平滑して高周波成分を充分
に除去した後励磁コイルＬに供給しているので、
電磁流量計発信器１の電極間に生ずる起電力ｅに
重畳される高周波成分も充分に小さく渦電流によ
るノイズを生ずる恐れがなく、また電流切換回路
９と励磁コイルＬをケーブルＫで接続しても、ケ
ーブルの線間容量による影響を受けず、励磁電流
Ｉの定常値Irを安定に制御できる。さらにトラン
ス５の一次巻線n₁と直列に接続したトランジスタ
６を高速にオンオフしているので、トランス５が
小形になり、全体構成を小形にでき、しかも電源
２を整流回路３および平滑用コンデンサ４を介し
てトランス５とトランジスタ６の直列回路に加え
ているので、電源２としてAC100V等の交流電源
でも、DC24V等の直流電源でも用いることがで
きる。

また本考案においては、第４図に示すように駆
動パルスV₁，V₂を共にオフにすることによつて、
励磁電流Ｉが零になる休止期間を設けることがで
きる。励磁コイルＬに並列に接続されたダイオー
ドD₁とコンデンサC₁の直列回路およびダイオー
ドD₂とコンデンサC₂の直列回路は、駆動パルス
V₁，V₂が共にオフになり、スイツチS₁〜S₄がオ
フになつたとき、励磁コイルＬに蓄えられたエネ
ルギを放出させ、励磁をすみやかに休止させるた
めのものである。そして応答速度は、励磁コイル
Ｌのインダクタンスと、コンデンサC₁，C₂のキ
ヤパシタンスで決り、C₁，C₂を選ぶことにより
速い応答で休止させることができる。

なお上述では、電流切換回路９として４個のス
イツチS₁〜S₄を用いる場合を例示したが、第５図
に示すようにトランス５の２個の二次巻線n₂，
n₂′を利用すれば、電流切換回路９としては２個
のスイツチS₁，S₂からなるものを用いることがで
きる。この場合電流検出抵抗１４には正逆方向の
電流が流れるが、検出電圧Eiを例えば絶対値回路
２２を介してPI演算回路１６に加える等すれば
よい。また絶縁手段２１としては、設定電圧Er
を電圧・パルス幅変換器でパルス幅信号に変換し
てフオートカプラ等で絶縁伝送した後平滑して再
び直流の設定電圧Erに変換するもの等必要に応
じて種々の構成のものを用いることができる。さ
らに、過電流検出器１８が働き、ワンシヨツト回
路１９が動作したとき、第５図に示すようにワン
シヨツト回路１９の出力で電流切換回路９のスイ
ツチS₁，S₂への駆動パルスV₁，V₂の供給をゲー
ト回路２３で禁止し、S₁，S₂を強制的にオフにす
れば、S₁，S₂の保護がより有効になる。

以上説明したように本考案においては、励磁電
流に含まれる高周波成分を充分に小さくしている
ので、高周波成分による影響を有効に除去でき、
しかも励磁コイルのシヨートによる過電流から有
効に保護できる電磁流量計の励磁回路が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の励磁回路の動作説明のための波
形図、第２図は本考案励磁回路の一実施例を示す
接続図、第３図および第４図はその動作説明のた
めの波形図、第５図は本考案励磁回路の他の実施
例を示す接続図である。 １……電磁流量計発信器、Ｌ……励磁コイル、
Ｋ……ケーブル、２……電源、３……整流回路、
４……平滑用コンデンサ、５……トランス、６…
…スイツチング素子、７，８……整流平滑回路、
９……電流切換回路、S₁〜S₄……スイツチ、１０
……誤差増幅器、１１……発振器、１２……比較
器、１３……駆動回路、１４……電流検出抵抗、
１５……一次遅れ回路、１６……PI演算回路、
１７……設定回路、１８……過電流検出器、１９
……ワンシヨツト回路、２０……リセツトスイツ
チ、２１……絶縁手段、２２……絶対値回路、
D₁，D₂……ダイオード、C₁，C₂……コンデンサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電源からの電圧を整流回路および平滑用コンデ
   ンサを介してトランスの一次巻線とスイツチング
   素子の直列回路に加える手段と、このスイツチン
   グ素子のオンオフによつてトランスの二次巻線に
   生ずる二次電流を整流平滑した後電流切換回路を
   介して電磁流量計の励磁コイルに供給する手段
   と、前記トランスの二次巻線とは別の二次巻線に
   生ずる二次電流を整流平滑した電圧が設定電圧と
   等しくなるように前記スイツチング素子のオンオ
   フを制御する手段と、前記励磁コイルに供給され
   る電流を検出し、この電流が一定になるように前
   記設定電圧を制御する手段と、過電流検出器で前
   記励磁コイルに供給される電流のピーク値が制限
   値を越えたことを検出したとき前記設定電圧をリ
   セツトして前記電流の供給を止め、その後前記設
   定電圧を徐々に大きくして復帰させる手段とを具
   備してなる電磁流量計の励磁回路。