JPH06201424A - 誘導流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘導流量計において、保磁力または渦電流に
よって測定エラーが発生することなく、励磁電圧の積分
サイクルにわたる積分を行えるようにする。 【構成】 管内において磁界を発生する磁界発生器は、
電子スイッチを介して、交流電源に接続されている。電
子スイッチは、交流電圧のゼロクロシング点のみにおい
て導通状態になり、励磁電流の次のゼロクロシング点ま
で導通状態に維持される。電極から取り出される有用な
電圧は積分器で積分され、これにより、自己誘導によっ
て電極ループに取り込まれる寄生電流がゼロになる。保
磁力の影響を除去するため、積分が行われる各電流パル
スの前に、プリパルスが発生される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、管内において該管を
横切る方向に磁界が発生され、該磁界が、前記管内を流
れる導電性の液体と共に、前記管に設けられた電極によ
って検出され評価される電圧を発生する誘導流量計に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】管内において該管横切る方向に磁界が発
生され、該磁界が、前記管内を流れる導電性の液体と共
に、前記管に設けられた電極によって検出され評価され
る電圧を発生する誘導流量計は、例えば、本願の発明者
であるドール（Doll）に付与された米国特許第5,018,39
1号（対応日本出願・特願平2-22304号）によって知られ
ている。

【０００３】上記従来の流量計にあっては、正の励磁電
流および負の励磁電流が、交互に磁界発生器で発生さ
れ、管内において磁束Ｂを発生する。各々の励磁電流
は、印加される交流電圧の１サイクルより短い時間だけ
流れる。前記電極に接続された評価回路において、前記
交流電圧の各サイクルに関する積分が行われる。該積分
は正確に１サイクルにわたって行われるので、幹線路か
ら取り込まれ、前記交流電圧と同じ周波数を有する寄生
電圧が補償される。幹線路のサイクルの終わりにおける
積分値は、その後さらなる寄生信号から解放される有用
な信号を供給する差動アンプに与えられる。この従来の
流量計の原理は、積分を行うために使用されるサイクル
の終りにおける磁気流動密度Ｂ2が、励磁開始時におけ
る磁気流動密度Ｂ1に等しい、という事実に基づいてい
る。しかし、実際上、この条件は概ね満たされるにすぎ
ない。積分の始めおよび終りにおける励磁電流はゼロだ
が、磁束密度Ｂはゼロではない。これは、磁界発生器に
使用されている鉄に固有の保磁力による。この保磁力に
よる効果は、磁束密度が、積分インターバルの始めにお
いて、依然として、反対極性の前の励磁パルスによって
引出され測定結果を示す値を有する、ということであ
る。というのは、Ｂ2＝Ｂ1である場合のみ、誘導寄生電
圧の積分値（表１）が除去されるからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述の点に
鑑みてなされたもので、保磁力または渦電流によって測
定エラーが発生することなく、励磁電圧の積分サイクル
にわたる積分が行われるようにした流量計を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明に係る流量計は、交流電圧（Ｕ）に接続可
能な磁界発生器（１１）と、１対の電極（１６ａ、１６
ｂ）と、前記交流電圧（Ｕ）のゼロクロシングを検出す
るゼロクロシング検出器を備えた制御回路（２５）と、
前記磁界発生器（１１）を前記交流電圧（Ｕ）に接続す
る電子スイッチ（１３）であって、前記交流電圧（Ｕ）
のゼロクロシング点のみにおいて導通状態になり、励磁
電流（ｉ）のゼロクロシング点において非導通状態にな
るよう、前記制御回路（２５）によって制御される前記
電子スイッチ（１３）と、前記電極（１６ａ、１６ｂ）
に接続された評価回路（１７）であって、前記電子スイ
ッチ（１３）が導通状態になった時から、前記交流電圧
（Ｕ）の１サイクルまたは数サイクルに対応する積分サ
イクル（ＴＩ）にわたって前記電極（１６ａ、１６ｂ）
の電圧を積分する積分器（１９）を備えた評価回路（１
７）とを具備した誘導流量計であって、各前記積分サイ
クル（ＴＩ）の前に前記電子スイッチ（１３）の少なく
とも１つのプリパルス（ＶＰ）が発生し、該プリパルス
（ＶＰ）の間において、前記電子スイッチ（１３）が、
前記積分器（１９）をオンすることなしに、連続的な前
記積分サイクル（ＴＩ）におけるものと同一の極性の電
流を伝えるものである。

【０００６】

【作用】この発明の流量計は、その全体的な構成および
効果において、米国特許第5、018、391号に対応するもの
である。この米国特許と異なる点は、各積分時間の前に
プリパルス（ＶＰ）が発生され、該プリパルス（ＶＰ）
が、積分が行われて評価がなされる連続的な積分時間に
おけるパルスと同一の極性を有することである。前記プ
リパルス（ＶＰ）は反対極性の前のパルスの“記憶”を
消去し、前記磁界発生器（１１）は次の測定パルスの極
性のために用意される。こうして、各測定パルスの始め
と終わりにおける磁束の値は等しくなり（しかし、ゼロ
ではない）、測定結果を得るのが容易になる。

【０００７】各積分時間の前に１つのプリパルス（Ｖ
Ｐ）が発生するだけで十分であるが、例えば２〜４つで
ある複数のプリパルス（ＶＰ）が発生されてもよい。ま
た、前記プリパルス（ＶＰ）の後に、例えば２つ、３つ
または４つである複数の測定パルスが発生され、これら
の測定パルスが、より長い積分時間で評価されるように
してもよい。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面を参照してこの発明を詳述す
る。既知のように、流量計は、その流量を測定すべき液
体が流れる非導電材料製の管１０からなる。管１０には
磁界発生器１１が設けられており、該磁界発生器１１
は、管１０の両側において同軸に配設されていて、電気
的に直列に接続された２つのコイル１１ａ、１１ｂから
なっている。両前記コイル１１ａ、１１ｂを流れる励磁
電流は、管１０内において、該管１０の内部を横切る方
向に磁界を発生する。

【０００９】電子スイッチ１３に直列に接続されている
ことにより、前記コイル１１ａ、１１ｂの直列接続は、
線１４、１５を介して電源ネットワークに接続されてい
る。こうして、電子スイッチ１３およびコイル１１ａ、
１１ｂの直列接続は、例えば２２０ボルト、５０Ｈｚの
電源に直接的に接続される。

【００１０】管１０の内壁において、評価回路１７に接
続された２つの電極１６ａ、１６ｂが対向して設けられ
ている。前記評価回路１７は、電極１６ａ、１６ｂに接
続されたアンプ１８を備えており、該アンプ１８の出力
信号は、積分器１９に与えられる。積分器１９の出力信
号は、２つのサンプル・アンド・ホールド回路２０ａ、
２０ｂに与えられ、これら２つのサンプル・アンド・ホ
ールド回路２０ａ、２０ｂの出力は、差動アンプ２１の
２つの入力に与えられる。差動アンプ２１の出力信号２
３は、管１０内における液体流量（レート）に比例す
る。

【００１１】線１４における交流電圧の振幅は、線２４
を介して、電子制御回路２５に与えられる。この電子制
御回路２５は、前記交流電圧の各ゼロクロシングに呼応
してパルスを発生するゼロクロシング検出器を備えてい
る。図２の上端のａ）においては、線１４、１５におけ
る交流電圧の時間変化がＵによって示されている。図２
のｃ）は、前記交流電圧Ｕの各々のゼロクロシング点に
おいて、前記ゼロクロシング検出器によって発生される
針状パルス２６を示す。

【００１２】図２のａ）において、磁界発生器１１を流
れる励磁電流の時間変化は、ｉによって示されている。
トライアックからなる電子スイッチ１３は、前記交流電
圧の各ゼロクロシング点において導通状態になるよう、
電子制御回路２５のゲートに与えられるパルスＱ0に応
じて、前記電子制御回路２５によって制御される。前記
交流電圧Ｕに対して位相ずれした電流ｉがセロになるま
で、前記トライアックは導通状態に維持される。既知の
ように、サイリスタまたはトライアックは、そのゲート
に制御電圧が無い状態で、主電流がゼロになったとき、
導通状態に制御される。図２のｄ）に示すように、信号
Ｑ0は、前記交流電圧Ｕの半波幅にわたって継続する。
こうして、電流ｉがゼロになったとき、トライアック１
３は、次の半波で反転状態になる。

【００１３】この実施例において、２番目のパルスＱ0
は、１番目のパルスＱ0の後、前記交流電圧Ｕの２番目
のゼロクロシング点と３番目のゼロクロシング点との間
に発生され、そして、１番目のパルスＱ0が再び発生さ
れる、等々である。前記１番目のパルスＱ0は、主パル
スＨＰから、交流電圧Ｕの１サイクル前に発生されるプ
リパルスである。

【００１４】前記電子制御回路２５は、ゼロクロシング
信号２６に応じて、図２のｅ）に示すパルスＱ1を発生
する。このパルスＱ1は、前記交流電圧Ｕの１サイク
ル、すなわち、１つの正の半波および１つの負の半波に
わたって継続するものである。各パルスＱ1は、前記ト
ライアック１３が主パルスＨＰによって導通状態にな
る、前記交流電圧のゼロクロシング点において開始す
る。積分器１９は、これらのパルスＱ1によって制御さ
れることによって、該パルスＱ1によって規定される積
分時間に積分を行い、強制的にリセットされる。発生す
る寄生電圧は前記交流電圧Ｕと同じ周波数（または、そ
の倍数）を有するので、この寄生電圧の積分値は、前記
交流電圧の１完全サイクルにわたってゼロとなる。これ
に対して、各サイクルにおける磁界強度の積分値はＢと
なり、該値Ｂの大きさは、図２におけるハッチング領域
に対応する。

【００１５】前記電極１６ａ、１６ｂで発生する有用な
電圧は、前記流域Ｂに比例する。各信号Ｑ1の終りにお
いて、積分器１９の出力に有用な信号が現れ、直前の磁
界のパルス時間に関する該信号の大きさは、流動速度お
よび積分値Ｂに対応する。積分器１９のこの出力値は、
前記電子制御回路２５によって発生される信号Ｑ2のタ
イミングに従って、サンプル・アンド・ホールド回路２
０ａ、２０ｂに与えられる。信号Ｑ2は、信号Ｑ1の直後
に発生される短いパルスである。ある１つの信号Ｑ2が
サンプル・アンド・ホールド回路２０ａをオンし、次の
信号Ｑ2がサンプル・アンド・ホールド回路２０ｂをオ
ンするようになっている。このようにして、図２のｂ）
において時間軸ｔの上方に位置する正の信号は、サンプ
ル・アンド・ホールド回路２０ａにラッチされ、一方、
時間軸ｔの下方に位置する負の時間積分信号は、サンプ
ル・アンド・ホールド回路２０ｂにラッチされる。サン
プル・アンド・ホールド回路２０ｂの機能は、パルスＱ
2に応じて積分器１９の各出力信号を取り込んでラッチ
し、次のパルスＱ2までラッチし続けることである。

【００１６】差動アンプ２１の正入力は、サンプル・ア
ンド・ホールド回路２０ａと接続されており、その負入
力は、サンプル・アンド・ホールド回路２０ｂに接続さ
れている。サンプル・アンド・ホールド回路２０ｂにラ
ッチされる値は負であるので、差動アンプ２１は、前記
サンプル・アンド・ホールド回路２０ａ、２０ｂにラッ
チされた２つの量を加算する。差動アンプ２１の出力に
現れる電圧は、前記電極１６ａ、１６ｂの間の電圧に比
例し、測定結果を示すものである。

【００１７】図２のｂ）は、磁界発生器１１の磁束密度
Ｂの変化を示すものである。前記信号Ｑ0はプリパルス
ＶＰを構成するが、保磁力は、その極性が反転され、す
なわち、交流電圧ＵのプリパルスＶＰ時における半波の
極性にセットされる。この位相において、積分器１９は
依然としてオフ状態である。磁束密度Ｂは、例えば負の
領域から増加し、正の最大値をとり、励磁電流ｉと共に
減少する。励磁電流ｉがゼロになると、ゼロより大きい
磁束密度Ｂの保磁力が残る。信号Ｑ0の次の主パルスＨ
Ｐが発生すると、磁束密度は、この保磁力の値から増加
し、その後、同一の値に減少する。このように、積分時
間ＴＩの終わりの磁束密度Ｂは、開始時における磁束密
度Ｂと同じ値になる。プリパルスＶＰ時における磁束密
度Ｂは、主パルスＨＰ時におけるものより増加量が小さ
い。連続的な極性反転において、先ず、プリパルスが電
流の負の方向によって発生し、次に、主パルスが同様に
電流の負の方向によって発生する。適切な測定インター
バル、すなわち、積分時間ＴＩの間においては、主パル
スＨＰの部分のみが評価される。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、この発明は、保磁力また
は渦電流によって測定エラーが発生することなく、励磁
電圧の積分サイクルにわたる積分を行える、という優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る誘導流量計を示すブ
ロック図。

【図２】図１の回路において発生する様々な信号のタイ
ミングチャート図。

【符号の説明】

１１ 磁界発生器 １３ 電子スイッチ １６ａ、１６ 電極 １７ 評価回路 １９ 積分器 ２５ 制御回路 ＴＩ 積分時間 Ｕ 交流電圧 ＶＰ プリパルス

【数１】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧（Ｕ）に接続可能な磁界発生器
   （１１）と、 １対の電極（１６ａ、１６ｂ）と、 前記交流電圧（Ｕ）のゼロクロシングを検出するゼロク
   ロシング検出器を備えた制御回路（２５）と、 前記磁界発生器（１１）を前記交流電圧（Ｕ）に接続す
   る電子スイッチ（１３）であって、前記交流電圧（Ｕ）
   のゼロクロシング点のみにおいて導通状態になり、励磁
   電流（ｉ）のゼロクロシング点において非導通状態にな
   るよう、前記制御回路（２５）によって制御される前記
   電子スイッチ（１３）と、 前記電極（１６ａ、１６ｂ）に接続された評価回路（１
   ７）であって、前記電子スイッチ（１３）が導通状態に
   なった時から、前記交流電圧（Ｕ）の１サイクルまたは
   数サイクルに対応する積分サイクル（ＴＩ）にわたって
   前記電極（１６ａ、１６ｂ）の電圧を積分する積分器
   （１９）を備えた評価回路（１７）とを具備した誘導流
   量計であって、 各前記積分サイクル（ＴＩ）の前に前記電子スイッチ
   （１３）の少なくとも１つのプリパルス（ＶＰ）が発生
   し、該プリパルス（ＶＰ）の間において、前記電子スイ
   ッチ（１３）が、前記積分器（１９）をオンすることな
   しに、連続的な前記積分サイクル（ＴＩ）におけるもの
   と同一の極性の電流を伝えるものであることを特徴とす
   る誘導流量計。