JPH0221527B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、導電性流体の流量を測定する方形波
励磁電磁流量計において、流体の流れ方向に垂直
で正負に切換わる一定の磁界を発生させる励磁コ
イルを駆動する励磁回路の改良に関する。

〔発明の技術的背景及びその問題点〕

方形波励磁電磁流量計は、流体の流れ方向に垂
直に正負に切換わる一定の磁界を導電性流体に作
用させ、これによつて導電性流体に発生した起電
力を一対の電極で検出し流量を測定するものであ
る。この場合、磁界が正負に切換わることによつ
て起電力の極性も反転するので、電極と流体間で
発生する直流的・電気化学的雑音の分離が容易で
あり、また磁界が一定の時に起電力を流量信号と
して測定するので、電極と流体とで形成するルー
プによる磁気的結合による雑音や電極から信号変
換部までの配線、励磁コイル等の浮遊容量による
雑音等の混入が少なくなつて高安定な流量測定が
可能である。

第１図は従来の励磁回路の構成図である。即
ち、この励磁回路は、スイツチングトランジスタ
１〜４で構成したブリツジ回路に定電流回路５を
介して電源６を接続し、前記スイツチングトラン
ジスタ１〜４をそれぞれ第２図Ａ〜Ｄに示すタイ
ミングの信号でオン・オフすることにより、ブリ
ツジ回路に接続される励磁コイル７に第２図Ｅの
ような正負の一定電流を供給する構成である。図
中、８は電流検出抵抗、９は基準電圧源、１０は
演算増幅器、１１は制御トランジスタである。

以上のような励磁回路は、単一電源により２方
向に定電流を流すことができるが、逆に次のよう
な欠点がある。つまり、トランジスタ３，４，１
１のベース電流は励磁コイル７には流れないが、
電流検出抵抗８に流れるので誤差となる。また、
トランジスタ１〜４のリーク電流も同様に誤差の
原因となる。ところで、ベース電流による誤差は
MOS形FETを使用すれば無くすことができる
が、現在入手できるFETでは、それらのFETを
オン・オフして正、負の励磁信号を得る場合に単
一電源では実現不可能であり、他の電源が必要に
なつてくる。また、数多くのトランジスタ１〜
４、１１が必要となるばかりでなく、トランジス
タ１〜４のオン・オフ制御によつて電流を切換え
るために大電力用のトランジスタでなければなら
ない。また、0.5〜2.0A程度の励磁電流が必らず
３個のトランジスタに流れるので、これらのトラ
ンジスタで消費される電力が大きく信頼性に欠け
る問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記実情にかんがみてなされたもの
で、励磁コイルを流れる電流値と電流検出素子に
流れる電流値とを同一にして誤差をなくし、また
制御素子を減らして消費電力の低減化を図つて信
頼性を高める電磁流量計の励磁回路を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、正、負の電源と複数の制御素子とを
もつて４辺回路を構成するとともに、前記正、負
電源の中間部と前記複数の制御素子の中間部との
間に、励磁コイルと電流検出素子との直列回路を
挿入し、前記複数の制御素子を励磁周期と同周期
で絶対値の等しい正、負のドライブ信号を供給す
ることにより、上記目的を達成せんとする電磁流
量計の励磁回路である。

〔発明の実施例〕

第３図は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。同図において１１はNPN形トランジスタ、
１２はPNP形トランジスタであつて、これらの
トランジスタ１１，１２のエミツタ側を共通接続
して接地するとともに、両トランジスタ１１，１
２のコレクタ間に直列接続構成とした正電源１３
および負電源１４が接続されている。そして、両
電源１３，１４の中間部と両トランジスタ１１，
１２の中間部との間に、励磁コイル１５と電流検
出抵抗１６の直列回路が挿入されている。また、
各トランジスタ１１，１２にそれぞれダイオード
１７，１８が並列に接続されている。これらのダ
イオード１７，１８は励磁電流が反転する際に発
生するサージ電圧からトランジスタ１１，１２を
保護する機能をもつている。１９は演算増幅部で
あつて、非反転入力側に前記励磁コイル１５と電
流検出抵抗１６との中間部が接続され、一方反転
入力側には基準ドライブ信号発生回路２０が接続
されている。この基準ドライブ信号発生回路２０
は励磁周期と同周期で絶対値が等しく極性の反転
した基準ドライブ信号を発生するものである。そ
して、前記演算増幅部１９の出力端は抵抗２１，
２２を介して前記トランジスタ１１，１２のベー
ス側に接続している。なお、トランジスタ１１は
Ｎチヤンネル・エンハンスメント形MOS電界効
果トランジスタで構成し、トランジスタ１２はＰ
チヤンネル・エンハンスメント形MOS電界効果
トランジスタで構成してもよい。

次に、第４図は第３図のNPN形トランジスタ
１１の代りにPNP形トランジスタ１１′を用い、
PNP形トランジスタ１２の代りにNPN形トラン
ジスタ１２′を用いたものである。この場合、両
トランジスタ１１′，１２′の両コレクタ側を共通
接続するとともに、両エミツタ側に直列接続構成
とした正電源１３および負電源１４が接続されて
いる。さらに、演算増幅部１９の反転入力側に前
記励磁コイル１５と電流検出抵抗１６との中間部
が接続され、一方、非反転入力側にドライブ信号
発生回路２０が接続されている。この回路の場合
もPNP形トランジスタ１１′およびNPN形トラ
ンジスタ１２′として、ＰチヤンネルおよびＮチ
ヤンネルのエンハンスメント形MOS電界効果ト
ランジスタを用いてもよいものである。

次に、第５図ないし第７図はそれぞれ前記基準
ドライブ信号発生回路２０の内部構成例を示す図
である。先ず、第５図に示す基準ドライブ信号発
生回路２０は、直列接続構成とした正基準電圧源
２０１および負基準電圧源２０２と、励磁信号
ESの極性反転に基づいて正又は負の基準電圧源
２０１，２０２を交互に選択して演算増幅部１９
に供給するスイツチ２０３とで構成されている。
この場合、両基準電圧源２０１，２０２の電圧の
絶対値は等しいものとする。

第６図に示すドライブ信号発生回路２０は、正
又は負の基準電圧源２０１，２０２の何れか一つ
を用いて構成した例である。この回路の場合には
例えば正基準電圧源２０１と、−１倍のゲインを
もつた反転回路２０４と、励磁電流の極性反転信
号ESに基づいて正基準電圧源２０１と同電源２
０１を反転する反転回路２０４の出力とを選択す
るスイツチ２０３とで構成されている。２０５は
励磁電流値を調整する可変抵抗である。なお、ス
イツチ２０３は半導体スイツチでもよく、或いは
電磁リレーのような機械式接点でもよいものであ
る。

次に、第７図に示す基準ドライブ信号発生回路
２０は、励磁電流値を調整する可変抵抗２０５と
演算増幅部１９との間に、３極双投スイツチ２０
６およびコンデンサ２０７を設け、同スイツチ２
０６により極性切換え、コンデンサ２０７への電
源電圧の充電およびコンデンサ２０７からの極性
反転電圧の供給を行なう構成である。即ち、本回
路２０は、励磁電流の極性反転信号ESのオフの
とき、図示するように電源２０１の電圧を可変抵
抗２０５を介して演算増幅部１９にそのまま供給
すると同時に同電圧をコンデンサ２０７に蓄え
る。次に、信号ESがオンすると、演算増幅部１
９の入力側にコンデンサ２０７の負極性側が接続
され、同コンデンサ２０７の正極性側はコモンに
接続される。この結果、コンデンサ２０７に充電
された電圧が反転して演算増幅部１９に加えられ
る。信号ESは励磁電流に同期しているので、回
路２０は第５図および第６図と同様に絶対値の等
しい正負の電圧を演算増幅部１９に与えることが
できる。

次に、以上のように構成された第３図の励磁回
路の動作を説明する。なお、第４図は第３図と比
較して極性が異なるだけであるので、ここではそ
の動作説明を省略する。スイツチ２０３により正
基準電圧源２０１が選択されると、基準ドライブ
信号発生回路２０からは正極性側の電圧が出力さ
れ、これが演算増幅部１９の反転入力側に入力さ
れる。この結果、演算増幅部１９より負電圧が出
力されるので、トランジスタ１１は逆バイアスに
よつてオフとなり、トランジスタ１２は逆に順バ
イアスによつてオンとなる。これにより、負電源
１４の正極性側から励磁コイル１５、電流検出抵
抗１６およびトランジスタ１２のエミツタ−コレ
クタを通つて励磁電流が流れる。このとき、電流
検出抵抗１６に現われる起電圧とドライブ信号発
生回路２０の出力電圧とは演算増幅部１９の働き
により等しくなるので、励磁コイル１５に流れる
励磁電流は一定となる。

次に、スイツチ２０３の切換動作によつてドラ
イブ信号発生回路２０から負電圧が出力される
と、演算増幅部１９から正電圧が出力される。こ
のため、トランジスタ１２は逆バイアスとなつて
オフ、反対にトランジスタ１１は順バイアスによ
つてオンとなる。これにより、正電源１３の正極
性側からトランジスタ１１のコレクタ−エミツ
タ、電圧検出抵抗１６および励磁コイル１５を通
つて励磁電流が流れる。そして、この励磁電流に
よつて電流検出抵抗１６に得られた電圧を演算増
幅部１９の非反転入力側に供給する。そして、演
算増幅部１９によつて電流検出抵抗１６の検出電
圧と基準ドライブ信号発生回路２０の出力電圧と
が等しくなるように制御する。ここで、基準電圧
源２０１，２０２の正、負の基準電圧値は絶対値
が等しいので、正、負に切換わる絶対値の等しい
励磁電流を得ることができる。

なお、上記実施例では、正電源１３と負電源１
４の２つを用いたが、例えば第８図のように一個
の交流電源３１と、第１および第２の平滑回路３
２，３３をもつた倍電圧整流回路とで正、負の直
流電圧を得る構成である。なお、図中、３２１，
３３１は整流素子、３２２，３３２は平滑用抵
抗、３２３，３３３は平滑コンデンサである。こ
の回路によれば、例えば励磁コイル１５の＋から
−に励磁電流が流れているとき、トランジスタ１
１はオフしているので、整流素子３２１、平滑用
抵抗３２２および平滑コンデンサ３２３からなる
平滑回路３２には負荷電流は全く流れず、他の平
滑回路３３からは交流電源３１の実効電圧を
Vrmsとすれば、√２Vrmsのピーク電圧が出力
される。通常、励磁電流の周期は商用電源周期の
４倍〜16倍であるので、必らず上記のようなピー
ク電圧が得られる。第９図は第８図の動作波形を
示す。同図Ａは励磁電流、Ｂは平滑回路３２の出
力電圧、Ｃは平滑回路３３の出力電圧の波形であ
る。即ち、第８図に示す励磁回路は、励磁信号に
よりトランジスタ１１がオンし、トランジスタ１
２がオフすると、平滑回路３２から√２Vrmsの
ピーク電圧が得られ、このとき平滑回路３３の出
力は低下していく。

この励磁回路は、励磁電流の極性が切換わると
きのみ励磁コイル１５の両端に高電圧が加わり、
所定の電流値になると平滑電圧は低下するので、
励磁電流が一定となるまでの時間を立上り時間と
すれば、立上り時間が短かく、なおかつトランジ
スタ１１，１２の消費電力を減らすことができる
構成となつている。なお、交流電源３１は、電源
トランスの２次側巻線の出力でもよく、商用電源
でもよい。また、平滑用抵抗３２２，３３２は例
えば電源トランスの巻線抵抗又は整流素子の動作
抵抗等をもつて代えてもよいものである。

次に、第１０図は基準ドライブ信号発生回路２
０の正、負電源の不ぞろいや演算増幅部１９のオ
フセツト等によつて生ずる２方向の励磁電流の相
違を自動的に補正する回路を追加したものであ
る。即ち、この励磁回路は、電流検出抵抗１６で
得た電圧を、抵抗３４、コンデンサ３５および演
算増幅部３６よりなる積分器で積分し、その積分
電圧を反転回路３７とドライブ信号発生回路２０
の出力とを混合して演算増幅部３８の反転入力側
に加えたもので、サーボ回路を構成している。こ
の抵抗３４とコンデンサ３５の時定数は励磁周期
より大きくとつてある。また、可変抵抗３９は演
算増幅部３６のオフセツト補正を行なうものであ
り、必要な性能に対しオフセツトが小さければ必
要ない。

而して、上記構成としたので、何らかの原因に
よつて、励磁電流が−→＋方向より＋→−方向に
多く流れたとすると、電流検出抵抗１６の起電圧
は＋電圧の方が大きくなり、積分器の出力は低下
する。積分器の出力が低下すると、反転回路３７
の出力は増加し、演算増幅部３８の出力は負のバ
イアスがかかつたことになり、励磁電流は＋→−
方向が減り、−→＋方向が増えて２方向の励磁電
流の相違を消去するように働く。従つて、第１０
図のような構成の回路を用いると、基準ドライブ
信号発生回路２０の正、負の基準電圧を正確に合
せたり、各演算増幅器のオフセツト調整が不用と
なる。また、チエツク等で励磁電流を一方向に流
し続けたいときは、抵抗１６と３４の接続をスイ
ツチ等で切り離せばよい。なお、演算増幅部３６
は、入力バイアスの小さいリーク電流の小さいコ
ンデンサ３５を使用すれば、しや断直前の積分電
圧を保持するので、前記チエツク中に励磁電流が
低下するようなことはない。その他、本発明はそ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施でき
る。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、２つの制
御素子が定電流制御とスイツチング機能との両方
を兼ねているので、制御素子の削減により低価格
を図れるとともに、消費電力を大幅に減らすこと
ができる。また、オフしている制御素子のリーク
電流やベース電流は必らず電流検出抵抗を流れる
ので、従来回路のような誤差をなくすことができ
る。また、定電流制御時の電力損失は励磁周期が
デユーテイ1/2であるのでほぼ1/2となり、従来の
ように制御素子に電力損失が集中するようなこと
がないので放熱等の実装が容易である。さらに、
制御素子のエミツタ同志を接続しこれをコモンと
しているので、制御素子のドライブ電圧が低くて
もよい等の種々の効果を有する電磁流量計の励磁
回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来回路の構成図、第２図Ａ〜Ｅは第
１図の回路動作を説明する波形図、第３図は本発
明に係る電磁流量計の励磁回路の一実施例を示す
構成図、第４図は他の実施例回路の構成図、第５
図ないし第７図はそれぞれ第３図、第４図のドラ
イブ信号発生回路の具体的構成を示す図、第８図
は他の実施例回路を示す構成図、第９図Ａ〜Ｃは
第８図に示す回路の動作を説明する波形図、第１
０図は他の実施例回路を示す構成図である。 １１，１１′，１２，１２′……制御トランジス
タ（制御素子）、１３……正電源、１４……負電
源、１５……励磁コイル、１６……電流検出抵
抗、１９……演算増幅部、２０……ドライブ信号
発生回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 正、負の電圧を発生する電源と、この電源の
   両端間に直列に挿入された複数の制御素子と、こ
   の複数の制御素子のコモン部と前記電源の正、負
   電圧のコモン部との間に挿入された直列接続され
   た電磁流量計の励磁コイルおよび励磁コイルに流
   れる励磁電流によつて生ずる電圧を検出する電圧
   検出回路と、前記励磁コイルの励磁周期と同周期
   で交互に絶対値の等しい正、負のドライブ信号を
   出力する基準ドライブ信号発生回路と、この回路
   の出力電圧と前記電圧検出回路で得た電圧とを演
   算しその演算出力で前記複数の制御素子を交互に
   オンする演算部とを備えたことを特徴とする電磁
   流量計の励磁回路。 ２ 電源は、一個の交流電源と、この交流電源か
   ら出力された交流電圧を倍電圧整流して正、負の
   電圧を得る整流回路とよりなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電磁流量計の励磁回
   路。 ３ 基準ドライブ信号発生回路は、絶対値の等し
   い正、負の電源と、これらの正、負電源を選択す
   るスイツチとを備えたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電磁流量計の励磁回路。 ４ 基準ドライブ信号発生回路は、正、負の何れ
   かの電源と、この電源の電圧を反転する反転回路
   と、この反転回路の出力と前記電源とを選択する
   スイツチとを備えたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の電磁流量計の励磁回路。