JPH0381087B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は電磁流量計に関し、積算流量に関連
したデイジタル信号を特に小流量においても高い
精度で形成できる流量計に係る。 流量に関連した周波数信号を得るための電圧一
周波数変換器を有するものにおいて、特に小流量
においても電圧一周波数変換器の精度を自動的に
ほぼ一定に保つ電磁流量計が特開昭56−61615号
公報で提案されているが、このものは次に述べる
理由で、より改善が望まれる。 特開昭56−61615号公報で提案された電磁流量
計は、第１図に示すように流体が流れる管路１の
電極２ａ，２ｂに発生する誘起電圧を増幅器１０
１で交流増幅したあと、整流回路１０２で整流し
て流量に比例した直流電圧とし、段階的に増幅度
を変更できる増幅器１０３で増幅したあと、電圧
一周波数変換器１０４でアナログ−デイジタル変
換して流量に関連した周波数信号を得、分周比が
段階的に変更できる１／Ｎ分周回路１０５で分周
して出力回路１０６に伝える。 そして、増幅器１０３の出力電圧が別に設定さ
れている下限値より小さくなつたことを検出回路
１０７で検出し、制御回路１０８を作動させて増
幅器１０３の増幅度を１ランク上に切換えると同
時に１／Ｎ分周回路１０５の分周比を１ランク下
に自動レンジ切換えを行なう。又、増幅器１０３
の出力電圧が別に設定されている上限値を超えた
ことを検出回路１０７が検出したときは、制御回
路が増幅器１０３の増幅度を１ランク下に、１／
Ｎ分周回路１０５の分周比を１ランク上に切換え
るよう作動する。設定されている下限値が上限値
の1/2の場合、増幅器１０３の出力電圧が下限値
より小さくなると、増幅器１０３の利得が今まで
の２倍に切換えられ、同時に１／Ｎ分周回路１０
５の分周比が今までの１／２倍に切換えられる。 このように増幅器１０３はその増幅度が段階的
に２倍ずつ切換可能で、１／Ｎ分周回路は分周比
が１／２倍ずつ段階的に切換可能である。このよ
うに、流量が小さくなつて信号電圧が小さくなる
と、自動的に増幅器１０３の利得を大きな値に切
換るため、電圧一周波数変換器１０４に印加され
るアナログ電圧は流量の低下にもかかわらず、一
定の範囲つまり、前記上限値と下限値の間に保持
されるため、流量に関連した周波数信号を得るア
ナログ−デイジタル変換器の精度を流量の低下に
かかわらず一定に保つものである。そして、増幅
器１０３の利得を切換ると同時に１／Ｎ分周回路
１０５の分周比を切換えているため、１／Ｎ分周
回路１０５の出力周波数信号は、制御回路１０８
の切換え動作にかかわらず、流量と一対一の対応
を有し、微少流量から最大流量までの全測定範囲
にわたり、流量に関連した精度の良い周波数信号
が得られる。特開昭56−61615号公報の電磁流量
計は、上述のように、小流量の場合でもアナログ
−デイジタル変換器の精度を一定に保つように、
自動レンジ切り換え方式を採用しているが、上下
限の検出回路１０７に数拾μAから数ｍＡの電流
を消費するアナログ回路を要し、デイジタル回路
に比較して消費電力が大きくなる欠点があつた。
一般の電磁流量計は消費電力が10w程度のため、
前記アナログ回路の電力は問題とならない。しか
し近時、電磁流量計の消費電力を減らすために、
励磁に磁気回路を残留磁気を用い数秒乃至数拾秒
程度の長い周期の間に励磁方向を切換えて矩形波
励磁を行なう残留磁気型電磁流量計が提案されて
いるが、このような流量計では励磁に必要な電力
が極めて小さく、電磁流量計全体の消費電力が従
来のものと１万分の１の１ｍｗ程度に減つている
ため、前記上下限検出回路１０７に消費電力の比
較的大きいアナログ回路を用いることは、重大な
欠点となる。 このような矩形波励磁を行う残留磁気型電磁流
量計は、特開昭55−106316号公報で公知で、磁気
回路を励磁する励磁線輪に間欠的に、毎回瞬間的
でかつ交互に方向が反対の励磁電流を流し、励磁
電流が流れない間に磁気回路が保つ残留磁束と流
体の流れとに起因して誘起する信号電圧に基づ
き、流速を検出するようにしたもので、励磁の１
周期の間に２回、瞬間的に短時間の間、反対方向
の励磁電流を流すだけであるため、励磁電力が少
なくなり、消費電力を少なくして、電池を電源と
する実用的電磁流量計の実現を可能とするもので
ある。そして、励磁の周期を数秒乃至数拾秒程度
と長くすることで、より省電力化を図ることがで
きる。 又、矩形波励磁の残留磁気型電磁流量計で、励
磁電力を減らすために励磁の周期を長くすると、
励磁の方向が一定である半周期の間においても流
量が変わることがあり、第１図の流量計のよう
に、電圧一周波数変換器１０４の入力電圧のレベ
ルを上下限検出回路１０７で常時検出していて
は、流量が変化して設定値を越えるとただちに切
換え動作が行なわれるため、電圧周波数変換器１
０４でＡ／Ｄ変換を行なう時期の決め方によつて
は、増幅器１０３と１／Ｎ分周回路１０５の比率
が一致しない場合が生じる。そのため上下限検出
回路１０７を含めた流量計全体としてのアナログ
−デイジタル変換の精度を測定範囲の全流量にわ
たり高い値に保つことが困難である。この発明は
上記にかんがみ、二つの時速密度で交互に励磁さ
れる矩形波励磁の残留磁気型電磁流量計で、特に
励磁の切換周期が比較的長いものに使用して、前
記従来の流量計の欠点や困難を解消するととも
に、流量の積算値に対応したデイジタル信号を高
い精度で得られる低消費電力の電磁流量計を提案
するのが目的である。 すなわち、この発明の電磁流量計は、磁気回路
を励磁する励磁線輪に間欠的で、毎回瞬間的でか
つ交互に方向が反対の励磁電流を流し、励磁電流
が流れていない間に磁気回路が保つ残留磁束と流
体の流れとに起因して誘起する信号電圧に基づき
流速を検出するようにした矩形波励磁の残留磁気
型電磁流量計において、前記信号電圧を増幅する
増幅器と、この増幅器の出力電圧を励磁の切換え
によりスパイクノイズが発生する短時間を除き次
の励磁方向の切換え直前まで積分し、この積分値
に対応したパルス数のパルス信号に変換するパル
ス数変換回路と、パルス数変換回路の出力パルス
を励磁の一周期毎に積算する第１の積算カウンタ
と、この積算カウンタで積算した一周期分の積分
値が所定の上限設定値を越えたとき又は所定の下
限設定値を切つたときに検出パルスを発生するコ
ンパレータと、このコンパレータの出力信号で前
記増幅器の利得を今までのＫ倍又は１／Ｋ倍に切
り換える制御回路と、前記パルス数変換回路の出
力パルスを分周する分周器と、この分周器の出力
パルスを積算する第２積算カウンタとを有し、前
記分周器は前記増幅器の利得がそれまでのＫ倍又
は１／Ｋ倍に切換えると同時に前記制御回路によ
り今までの分周比の１／Ｋ倍又はＫ倍に分周比が
切換えられ、かつパルス数変換回路の積分値に対
応したパルス数のパルス信号に変換する変換動
作、コンパレータの比較動作、制御回路による増
幅器の利得切換え及び分周器の分周比の切換え動
作が励磁の切換えによる誘起電圧の過渡変動期間
中に行われることを特徴とする。 以下、第２図の実施例に基づいて説明する。 実施例の流量計は残留磁気を用いた矩形波励磁
の電磁流量計であるが、励磁装置は公知であるの
で、その説明は省略する。流体管路１の電極２
ａ，２ｂ間に発生する矩形波の誘起電圧は増幅器
５で増幅された後、パルス数変換回路６によつて
励磁の切換えによるスパイクノイズが発生する短
時間を除いた流量信号のみが次の励磁方向の切換
え直前まで積分され、この積分値に対応したパル
ス数のパルス信号に変換される。この出力パルス
を分周器８で所定の分周をした後、第２の積算計
９で積算しコード変換回路１０でコードに変換さ
れて出力される。 またパルス数変換回路６の出力パルスを励磁の
１周期ごとに積算し、リセツトする機能を持つた
第１の積算計１１があり、コンパレータ１２は前
記積算値と上限下限２つの設定値とを比較し、積
算値が設定値の上限を超えたときと下限を切つた
時に検出パルスを発生し、制御回路１３に送る。
また制御回路１３は、第１の積算計１１の積算値
が下限Ｌ以下となつたときは可変増幅器１６の利
得を１ランク上げ分周器８の分周比も１ランク大
きくする方向に切換回路S₁，S₂を切換える。 逆に前記積算値が上限Ｈを上回つた時は切換回
路S₁，S₂を逆の方向に切換える。１周期間の積算
値が上下限の設定値HL内にある時は、パルス数
変換回路が良好な精度で作動するよう設計されて
おり、流量が変化して、１周期間の積算値が上下
限の設定値HLの範囲を外れるとコンパレータ１
２が制御回路１３を作動させて、上記精度が保た
れるように利得と分周比を制御する。７は励磁回
路４、パルス数変換回路６、第１の積算計１１及
び制御回路１３、コード変換回路１０等にタイミ
ング信号を送るタイミング回路である。流量変化
に対するレンジ切換の時間関係を第３図に示す。
第３図のクラフイは瞬間流量の変化を示すもの
で、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの段階が示してあるが、たと
えば流量がＡの段階にある時は切換回路S₁，S₂の
設定をＡとした時、一周期内の積算値がコンパレ
ータ１２の上限下限２つの設定値ＨとＬの中間の
値となる流量範囲を便宜的に示すものである。第
３図のロは直前の一周期間の積算値を棒グラフに
示したもので、同図ハとニはこの積算値がコンパ
レータの上限下限の設定値を超えたときと切つた
ときにコンパレータ１２がそれぞれ出力する検出
パルスであり、同図ホは各時点における切換回路
S₁，S₂の選択位置を示す。第３図において周期１
〜４では切換回路S₁，S₂はＡの位置にあり流量は
グラフイのＡの範囲内であるので、グラフロの積
算値は段階的に減少してはいるが上限Ｈと下限Ｌ
の範囲内であり、グラフハ又はニにはコンパレー
タ１２の検出パルスが出ない。周期５でイに示す
流量がＢの範囲に減少したため、周期５の終了直
後に発生するグラフロの積算値は下限Ｌ以下と
なり、グラフニに示すように下限検出パルスP_L
が発生する。このパルスにより制御回路１３が作
動し切換回路S₁，S₂はＢの位置に切換えられ、そ

【表】

【表】 パルス数変換器６としては、前述のように励磁
の切換りによるスパイクノイズが発生する短時間
を除いた流量信号を次の励磁方向の切換え直前ま
で積分し、この積分値に対応したパルス数のパル
ス信号、つまりデイジタル信号を得るようになつ
ている。この場合、積分値に対応したパルス信号
に変換する動作を前記次の励磁方向への切換え動
作を含む短時間の間、つまり励磁の切換えによる
誘起電圧の過渡変動期間中に行なうようにし、こ
の短時間の間にコンパレータ１２の比較動作、制
御回路１３による増幅器５の利得切換及び分周器
８の分周比の切換え動作も行なうようにすること
は容易であり、こうすることにより、誘起電圧を
その過渡変動期間を除く期間中有効に計測するこ
とが可能となり、またパルス数変換動作が過渡変
動期間中に行なわれるため、システム全体として
の精度向上に寄与する。 このようにすることで、励磁の切換りによるス
パイクノイズが発生する期間を除いた全ての期間
にわたつて流量信号を積分し、積算値として計測
しており、しかも、パルス信号へのＡ／Ｄへの変
換は数秒〜数拾秒という長い１周期に一度だけ
で、変換回数が少なく、システムの中で比較的大
きな比率を占めるＡ／Ｄ変換のための消費電力も
減少できた。また、数秒〜数拾秒という１周期毎
にコンパレータの比較動作、増幅器の利得切り換
え、及び分周器の分周比の切換え動作を行うよう
にしたので、流量変化に対する応答性も実用的に
満足できる範囲に納められた。（仮に、２〜３周
期分の積算値をまとめてコンパレータの比較動作
を行うと、流量変化に対する応答が遅くなる。） このように、数秒〜数拾秒という励磁の１周期
毎に比較動作を行うことは、消費電力の低減と流
量変化に対する応答性の確保を両立されるバラン
ス点であると考える。 なお、上記の説明で、励磁の１周期というの
は、残留磁気による矩形波励磁の一方向励磁（例
えばプラスの励磁）から次の一方向励磁までの期
間のことをいう。 上述の説明で明らかなように、この発明では下
記の効果が得られる。 (1) サンプリング、パルス数変換を含めた変換回
路が常に信号レベルの大きな範囲で働くので比
較的ローコストの部品を使用しても、広い計測
範囲にわたつて高精度のパルス数変換が可能と
なる。 (2) 上限下限の検出をパルス数変換回路の出力パ
ルスを積算した値で行なうため、1μA以下に低
消費電力化が容易なデイジタル回路でコンパレ
ータが構成できる。アナログ回路としては可変
利得の増幅器１６のみであるがこの回路も入力
増幅のためもともと必要なもので、本発明を実
現するためにアナログ回路は増加しない。切換
回路S₁，S₂としてはＣ−MOSの4066相当のIC
を使用すれば、一般のＣ−MOSICと同様に低
消費電力にできる。 (3) 一周期内の積算値で上限下限の検出を行なつ
ているため、励磁の一周期中に流量変化があつ
ても、良好な設定レベルが得られる。 (4) 誘起電圧を励磁の切換えによる過渡変動期間
を除き、次の励磁方向の切換え直前まで積分し
たあとで、この積分値に対応した数のパルス信
号に変換するので、パルス変換回路の動作回数
が少なくて済み、その結果パルス変換回路の消
費電力も極小にすることができる。 (5) 又、一周期の間の過渡変動期間を除いて、流
量信号を積算し、コンパレータで比較している
ので、システム全体としての精度向上ができ
る。 (6) 3Vの電池で消費電流が100〜200μAで、0.3〜
0.6wの微少電力で作動する電池駆動の電磁流
量計が実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電磁流量計のブロツク線図、第
２図はこの発明の実施例のブロツク線図、第３図
は第２図の電磁流量計の作動を説明する線図であ
る。 １……流体管路、２ａ，２ｂ……電極、３……
励磁コイル、４……励磁回路、５……可変利得の
増幅器、６……パルス数変換回路、７……タイミ
ング回路、８……分周器、９……第２の積算カウ
ンタ、１０……コード変換回路、１１……第１の
積算カウンタ、１２……コンパレータ、１３……
制御回路、S₁……増幅器５の利得を選択する切換
回路、S₂……分周器８の分周比を選択する切換回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 磁気回路を励磁する励磁線輪に間欠的で、毎
   回瞬間的でかつ交互に方向が反対の励磁電流を流
   し、励磁電流が流れていない間に磁気回路が保つ
   残留磁束と流体の流れとに起因して誘起する信号
   電圧に基づき流速を検出するようにした矩形波励
   磁の残留磁気型電磁流量計において、前記信号電
   圧を増幅する増幅器と、この増幅器の出力電圧を
   励磁の切換えによりスパイクノイズが発生する短
   時間を除き次の励磁方向の切換え直前まで積分
   し、この積分値に対応したパルス数のパルス信号
   に変換するパルス数変換回路と、パルス数変換回
   路の出力パルスを励磁の一周期毎に積算する第１
   の積算カウンタと、この積算カウンタで積算した
   一周期分の積分値が所定の上限設定値を越えたと
   き又は所定の下限設定値を切つたときに検出パル
   スを発生するコンパレータと、このコンパレータ
   の出力信号で前記増幅器の利得を今までのＫ倍又
   は１／Ｋ倍に切り換える制御回路と、前記パルス
   数変換回路の出力パルスを分周する分周器と、こ
   の分周器の出力パルスを積算する第２積算カウン
   タとを有し、前記分周器は前記増幅器の利得がそ
   れまでのＫ倍又は１／Ｋ倍に切換えると同時に前
   記制御回路により今までの分周比の１／Ｋ倍又は
   Ｋ倍に分周比が切換えられ、かつパルス数変換回
   路の積分値に対応したパルス数のパルス信号に変
   換する変換動作、コンパレータの比較動作、制御
   回路による増幅器の利得切換え及び分周器の分周
   比の切換え動作が励磁の切換えによる誘起電圧の
   過渡変動期間中に行われることを特徴とする電磁
   流量計。