JPH06241856A - 容量式電磁流量計 - Google Patents
容量式電磁流量計Info
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- JPH06241856A JPH06241856A JP2421193A JP2421193A JPH06241856A JP H06241856 A JPH06241856 A JP H06241856A JP 2421193 A JP2421193 A JP 2421193A JP 2421193 A JP2421193 A JP 2421193A JP H06241856 A JPH06241856 A JP H06241856A
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Abstract
維持しながら浮遊容量の影響を低減させるように改良し
た容量式電磁流量計を提供するにある。 【構成】 測定流体の流量を電気信号に変換し静電容量
を介して先の流量に対応する流量信号を出力する容量式
電磁流量計において、先の静電容量を介して出力された
信号がゲートに印加される電界効果トランジスタと、こ
の電界効果トランジスタのソースからの信号が入力され
これを増幅度がほぼ1の検出信号として出力すると共に
この検出信号を先の電界効果トランジスタのドレインに
帰還コンデンサを介して帰還する増幅手段と、先のゲー
トと共通電位点との間に直列に抵抗が接続された直列抵
抗の分圧点に先の検出信号がコンデンサを介して印加さ
れたブートストラップ手段とを具備するようにしたもの
である。
Description
信号に変換し静電容量を介して前記流量に対応する流量
信号を出力する容量式電磁流量計に係り、特に、変換部
の入力端の入力インピーダンスを高く維持しながら浮遊
容量の影響を低減させるように改良した容量式電磁流量
計に関する。
概要を示す構成図である。10は励磁回路であり所定の
波形、周波数で励磁コイル11A、11Bに励磁電流I
fを流すと共に信号処理に必要なタイミング信号T1を変
換部12に出力している。
に対応する波形・周波数を持つ磁場Bを測定流体Qに印
加している。検出電極13A、13Bは測定流体Qとは
絶縁して絶縁性の導管14に固定されている。これらの
検出電極13A、13Bは変換部12の前置増幅器15
A、15Bの入力端に端子TA、TBを介して接続されて
いる。
る電気信号は差動増幅器16で差動演算がなされて信号
処理回路17に出力される。ここで信号処理がなされて
変換部12の出力端18に流量信号として出力される。
この信号処理の際にタイミング信号T1が用いられる。
管14に流れると、この導管14の内部には測定流体Q
の流量に対応する起電力が発生している。これらの起電
力は測定流体Qと検出電極13A、13Bとの間に形成
されている静電容量CA、CBを介して前置増幅器15
A、15Bの入力端に出力されている。
ンピーダンスであるが、これを低インピーダンスに変換
して差動増幅器16に出力し、ここでコモンモード信号
などを除去して信号処理回路17に出力する。
15Bはそれぞれ図6に示すように構成されている。い
ずれの前置増幅器15A、15Bも同じように構成され
るので、ここでは前置増幅器15Aをベースとして説明
する。
列回路を介して共通電位点COMに接続されると共に演
算増幅器Q1の非反転入力端(+)に接続されている。
演算増幅器Q1の非反転入力端(+)は出力端との間に
正帰還用のコンデンサC1が接続されている。
の出力端の電圧を抵抗R3とR4で分圧した分圧電圧が印
加されると共にこの分圧電圧はコンデンサC2を介して
抵抗R1とR2との分圧点に印加されている。これらの抵
抗R1とR2及びコンデンサC 2によりブートストラップ
回路を構成している。なお、CSは演算増幅器Q1の入力
容量である。
15Aの動作について数式を用いて説明する。入力電圧
をvi、出力電圧をvo、前置増幅器15Aに流入する電
流をiとすれば、次式が成立する。
(−)との電位差がゼロになるように前置増幅器15A
が制御するので、次の関係が成立する。 vo=vi(R3+R4)/R4 (2) (2)式を(1)式に代入すると、 i=jωvi[Cs−C1(R3/R4)] を得る。
ピーダンスZiは Zi=vi/i=1/jωvi[Cs−C1(R3/R4)] (3) となる。ここで、(3)式の分母がゼロになれば、入力
インピーダンスZiは無限大となり、入力容量CSの影響
を受けないこととなる。
影響は受けないこととなる。
サC2を介して同電位になるので、ここには電流が流れ
ず、入力インピーダンスを高く維持することができる。
以上のようにして、入力インピーダンスを高く維持しな
がら、入力容量CSの影響を受けないようにすることが
できる。
示すような方式で入力インピーダンスを高く維持しなが
ら入力容量CSの影響を受けないようにする容量式電磁
流量計は、コンデンサC1を介して前置増幅器15Aの
入力側に正帰還をかけて前置増幅器15Aの入力容量C
Sの影響を除去するので、発振しやすいという問題があ
る。
りバラツクので、1台毎にコンデンサC1の値を調整し
て入力容量CSを除去しなければならない面倒があり、
その上、温度により入力容量CSが変化すると、再調整
しなければならないという問題がある。
解決するための構成として、測定流体の流量を電気信号
に変換し静電容量を介して先の流量に対応する流量信号
を出力する容量式電磁流量計において、先の静電容量を
介して出力された信号がゲートに印加される電界効果ト
ランジスタと、この電界効果トランジスタのソースから
の信号が入力されこれを増幅度がほぼ1の検出信号とし
て出力すると共にこの検出信号を先の電界効果トランジ
スタのドレインに帰還コンデンサを介して帰還する増幅
手段と、先のゲートと共通電位点との間に直列に抵抗が
接続された直列抵抗の分圧点に先の検出信号がコンデン
サを介して印加されたブートストラップ手段とを具備す
るようにしたものである。
体の流量が電気信号に変換されて静電容量を介して出力
された信号が印加される。増幅手段は、この電界効果ト
ランジスタのソースからの信号が入力されこれを増幅度
がほぼ1の検出信号として出力する。
ジスタのドレインに帰還コンデンサを介して帰還され
る。この結果、電界効果トランジスタのゲートとドレイ
ンの電位は同一に保持されるので、これ等の間に形成さ
れる入力容量の影響が現れることはない。
トと共通電位点との間に直列に抵抗が接続された直列抵
抗の分圧点に先の検出信号がコンデンサを介して印加さ
れるので、ゲートに接続される抵抗には電流が流れるこ
とはなく、高入力インピーダンスを確保することができ
る。
明する。図1は本発明の1実施例の要部構成を示す構成
図である。図1に示す構成は、基本的には図5に示す前
置増幅器15A、15Bに対応する実施例の構成を示し
ている。
力、Cdは測定流体Qと検出電極13Aとで形成される
静電容量である。電界効果トランジスタQ2のゲートG
は、一端が検出電極13Aに接続され、さらに抵抗R5
とR6が直列に接続された直列回路を介して共通電位点
COMに接続されている。
抗R7を介して電源VSSに接続されると共に演算増幅器
Q3の非反転入力端(+)に接続されている。また、そ
のドレインDは抵抗R8を介して電源VDDに接続されて
いる。したがって、この電界効果トランジスタQ2はソ
ースフオロワとして機能している。
C3を介して電界効果トランジスタQ2のドレインDに接
続され、さらにこの出力端TCは演算増幅器Q3の反転入
力端(−)に接続されると共にコンデンサC4を介して
抵抗R5とR6との接続点に接続されている。これらの抵
抗R5、R6、及びコンデンサC4でブートストラップ回
路BSを構成している。
は高インピーダンス回路を構成しているので、これらの
周囲はシールド板20で覆われ、このシールド板20は
出力端TCに接続されて、互に同電位に保持されてい
る。
タQ2はソースフオロワとして機能している。したがっ
て、この場合の電界効果トランジスタQ2の順方向アド
ミッタンスをgmとすれば、その増幅度は gm/[(1/R7)+gm] となり、R7を大きくとることにより、ほぼ1となる。
また、演算増幅器Q3はボルテージフオロワーとして構
成されているので、この増幅度も1である。
算増幅器Q3とを総合した合成の増幅度はほぼ1となる
ので、演算増幅器Q3の出力端TCと電界効果トランジス
タQ2のゲートGとは同電位になっている。
の出力端TCと電界効果トランジスタQ2のドレインDと
の間に接続されているので、これらの間は交流的に同一
電位に保持されることとなる。
ゲートGとドレインDの電位は同一になっているので、
この間には容量CGDは形成されない。また電界効果トラ
ンジスタQ2はソースフオロワとして機能しているの
で、そのゲートGとソースSとの間は交流的にはほぼ同
電位になっており、これらの間にも容量CGSは形成され
ない。このため、これ等を総合すると電界効果トランジ
スタQ2の入力容量が除去される。
に接続されている抵抗R5とR6との接続点にはコンデン
サC4を介して演算増幅器Q3の出力端の電圧が印加され
ているので、抵抗R5とR6との接続点は実質的にゲート
Gと同電位になっており、抵抗R5には電流が流れな
い。したがって、検出電極13A側から電界効果トラン
ジスタQ2側をみたインピーダンスは無限大となる。
素と同一の機能を有するものには同一の符号を付して適
宜にその説明を省略する。図2は本発明の第2の要部実
施例の構成を示す構成図である。この場合は、図1に示
す演算増幅器Q3の代わりにトランジスタQ4をエミッタ
フオロワとして用いて図1と同一の効果を得るようにし
たものである。
が、電源VSSには抵抗R9を介してそのエミッタが、電
界効果トランジスタQ2のソースにはそのベースがそれ
ぞれ接続されている。このように構成しても図1に示す
場合と同様に動作する。なお、このトランジスタQ4は
電界効果トランジスタをソースフオロワとして用いても
同様に構成できる。
示す構成図である。図1に示す演算増幅器Q3の前段に
差動増幅器DAを配置したものである。差動増幅器DA
は一対の電界効果トランジスタQ5、Q6、抵抗R10、R
11、定電流回路CCなどで構成されている。
は何れも抵抗R8の一端に接続され、そのソースはそれ
ぞれ抵抗R10とR11の一端と接続されその他端は定電流
回路CCに接続されている。定電流回路CCは電界効果
トランジスタQ7と抵抗R12との直列回路で構成されて
いる。
トは検出電極13Aに、Q6のゲートは出力端TCにそれ
ぞれ接続されている。また、電界効果トランジスタ
Q5、Q6、及び抵抗R5はシールド板21で覆われ、こ
のシールド板21は出力端TCに接続されて、互いに同
電位に保持されている。
度は、gm1、gm2をそれぞれ電界効果トランジスタ
Q5、Q6の順方向アドミッタンスとすれば、 1+[Δgm/(gm2+gm1gm2R)] で示される。ただし、Δgm=gm1−gm2、R=R10+
R11である。
電界効果トランジスタQ5とQ6の順方向アドミッタンス
の差によって変更されるので、特性のそろったペアの電
界効果トランジスタを選定すれば、増幅度は1となる。
したがって、図1に示す場合と同様に動作する。
示す構成図である。これは、図3の構成において、温度
に強い構成に改良した要部実施例の構成を示すものであ
る。図において、22は測定流体Qが流れる検出部本体
を、23はこの検出部の上部に設けられた端子筐をそれ
ぞれ示している。
は高インピーダンス回路となっているので、検出電極1
3Aとの距離を長くするとドライブシールドをしても浮
遊容量により低入力容量を実現することができない。
電極13Aの近傍に配置すれば、低入力容量の問題は一
応は解決するが、演算増幅器Q3の使用温度範囲が、通
常、85°C程度までなので、高温の測定流体の測定に
は使用できない。85°C程度以上にも耐える素子もあ
るが高価である。
度まで使用温度範囲がある電界効果トランジスタQ5、
Q6、及び抵抗R5の部分を検出部本体22の中に収納
し、演算増幅器Q3を主体とする回路を端子筐23の中
に収容する。このような構成にすることにより、高い流
体温度まで使用できる低入力容量の前置増幅器が実現で
きる。
中には電界効果トランジスタQ5、Q6、抵抗R5、検出
電極13A等が収納され、シールドケース24は演算増
幅器Q3の出力電圧でドライブされ、検出電極13Aと
同電位に保持されている。また、これ等の構成は図1、
図2の示すものに対しても同様に適用出来る。
うに本発明によれば、ブートストラップ回路を用いると
共に増幅手段の出力と電界効果トランジスタのドレイン
とを帰還コンデンサにより交流的に同一電位にすること
により等価的にそのゲート電圧と同一の電位になるよう
にしたので、入力インピーダンスを高く維持しながら入
力容量CSの影響を受けず発振し難い前置増幅器が実現
できる。さらに、前置増幅器のバラツキの影響も受けに
くいので、再調整の手間も省けるメリットがある。
る。
である。
である。
である。
ある。
細を説明する構成図である。
Claims (1)
- 【請求項1】測定流体の流量を電気信号に変換し静電容
量を介して前記流量に対応する流量信号を出力する容量
式電磁流量計において、前記静電容量を介して出力され
た信号がゲートに印加される電界効果トランジスタと、
この電界効果トランジスタのソースからの信号が入力さ
れこれを増幅度がほぼ1の検出信号として出力すると共
にこの検出信号を前記電界効果トランジスタのドレイン
に帰還コンデンサを介して帰還する増幅手段と、前記ゲ
ートと共通電位点との間に直列に抵抗が接続された直列
抵抗の分圧点に前記検出信号がコンデンサを介して印加
されたブートストラップ手段とを具備することを特徴と
する容量式電磁流量計。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP05024211A JP3123042B2 (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | 容量式電磁流量計 |
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---|---|---|---|
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Family Applications (1)
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JP05024211A Expired - Fee Related JP3123042B2 (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | 容量式電磁流量計 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008053624A1 (fr) * | 2006-10-31 | 2008-05-08 | Yamatake Corporation | Débitmetre électromagnétique capacitif |
US7421907B2 (en) | 2006-03-16 | 2008-09-09 | Yokogawa Electric Corporation | Electromagnetic flowmeter including a feedback voltage distributed to the inner conductor of the shielded cable and the input circuit |
CN113225036A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-08-06 | 上海电气集团股份有限公司 | 一种前置放大器及医用压电薄膜传感器 |
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-
1993
- 1993-02-12 JP JP05024211A patent/JP3123042B2/ja not_active Expired - Fee Related
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US7950292B2 (en) | 2006-10-31 | 2011-05-31 | Yamatake Corp. | Capacitive electromagnetic flowmeter |
AU2007315667B2 (en) * | 2006-10-31 | 2012-07-12 | Yamatake Corporation | Capacitive electromagnetic flowmeter |
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