JPH11248495A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷抵抗値が適正なものになっているか否か
を判定できる測定装置を提供する。 【解決手段】 流量計への直流電源の印加電圧を計測し
（ステップS4）、前記印加電圧が流量計の最低動作電圧
に余裕分αを加えた値以上であるか否か（印加電圧≧最
低動作電圧＋α？）を判定する（ステップS5）。ステッ
プS5でNO（印加電圧が流量計の最低動作電圧を十分確保
できない）と判定した場合、アラーム信号Ｄを送出する
（ステップS9）ので、ユーザが誤った負荷抵抗を選択し
て流量計の使用中に印加電圧が最低動作電圧を下まわっ
て流量計が突然動作しなくなる前に、印加電圧が所定電
圧を下まわった時点で負荷抵抗の選択の誤りによる印加
電圧の不足を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定体の流量、
圧力または温度等の物理量を連続的に計測する測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】流量計、圧力計または温度計等のプロセ
スセンサとして用いられる測定装置は、一般に、ＤＣ２
４Ｖの電源に接続され、計測した被測定体の流量、圧力
または温度等の物理量に対応する大きさ（最大値に対す
る割合）の電流値（４〜２０ｍＡ）を電力供給ラインに
流すようにして用いられる。そして、ユーザ側では、負
荷抵抗を前記測定装置及び前記電源と共にループをなす
ように接続し、このループ（電源ライン）を流れる電流
値を前記負荷抵抗によって電圧値に変換し、この電圧値
に基づいて前記物理量を把握するようにしている。この
場合、測定装置は、４〜２０ｍＡの信号出力と電力供給
を共通の２線で行ういわゆる２線式の配線とされ、ケー
ブル線数の低減化等が図られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、測定装置に
印加される電圧（印加電圧）は、電源電圧から負荷抵抗
の電圧降下を引いた値になるが、この印加電圧が測定装
置に必要とされる最低の電圧（最低動作電圧）を下回る
と、測定装置は正常動作を行えなくなることがある。一
方、ユーザ側に設けられる負荷抵抗は、測定装置の容量
（許容抵抗値）に応じて選択され、一般には５００Ωの
ものが用いられるが、２５０Ω、６００Ωあるいはその
他のものが用いられることもある。

【０００４】そして、測定装置の許容抵抗値に応じて負
荷抵抗として５００Ωのものを用いるべきところユーザ
が選択を誤って仮に６００Ωのものを用いたような場
合、負荷抵抗の電圧降下が大きくなり、印加電圧（測定
装置に印加される電圧）が最低動作電圧を下回ってしま
うことが起こり得、これにより正常動作できなくなる虞
がある。

【０００５】例えば、最低動作電圧が１４Ｖで、計測し
た流量値に応じて４〜２０ｍＡの範囲の計測電流がルー
プ（電源ライン）に流れるように信号出力を行う流量計
を２４Ｖのユーザ側電源で用いる場合には、５００Ωの
負荷抵抗を選択すると、負荷抵抗による電圧降下は２．
０〜１０Ｖとなるため、流量計に印加される電圧（印加
電圧）が２２．０〜１４Ｖとなる。したがって、流量計
測レンジの最大値の流量が計測されて２０ｍＡの信号出
力を行っても印加電圧は最低動作電圧と等しい１４Ｖと
なるため、正常動作できる。

【０００６】しかし、６００Ωの負荷抵抗を選択する
と、負荷抵抗による電圧降下は２．４〜１２Ｖとなるた
め、流量計の印加される電圧が２１．６〜１２Ｖとな
る。この場合、流量計測値が大きくなって、１７ｍＡを
超えると、電圧降下が１０Ｖを越えてしまい、印加電圧
が最低動作電圧の１４Ｖに満たなくなって流量計が正常
動作できなくなる。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、負荷抵抗値が適正なものになっているか否かを判定
できる測定装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
被測定体の物理量を示す電圧値を検出して物理量を測定
する測定手段と、該測定手段の測定した物理量に対応す
る所定範囲の電流を出力する出力手段とからなり、該出
力手段を負荷抵抗及び直流電源と共にループ状をなすよ
うに接続して用いる測定装置において、直流電源からの
印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、該印加電圧検
出手段が検出した印加電圧が測定装置の最低動作電圧以
上の所定の電圧よりも大きいか否かを判定する電圧判定
手段とを設けたことを特徴とする。

【０００９】請求項２記載の発明は、被測定体の物理量
を示す電圧値を検出して物理量を測定する測定手段と、
該測定手段の測定した物理量に対応する所定範囲の電流
を出力する出力手段とからなり、該出力手段を負荷抵抗
及び直流電源と共にループ状をなすように接続して用い
る測定装置において、直流電源からの印加電圧を検出す
る印加電圧検出手段と、前記所定範囲内の２つの所定値
の電流を通電させたときに前記印加電圧検出手段で検出
した２つの印加電圧値から前記負荷抵抗の負荷抵抗値を
算出する負荷抵抗値算出手段と、該負荷抵抗値算出手段
が算出した負荷抵抗値に基づいて前記所定範囲における
最大値の電流を通電したときの印加電圧値を算出する印
加電圧算出手段と、該印加電圧算出手段が算出した印加
電圧値が測定装置の最低動作電圧以上の所定の電圧より
も大きいか否かを判定する電圧判定手段とを設けたこと
を特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図１ないし図３に基づいて説明する。本実施の形態で
は、測定装置として超音波渦流量計を例にしている。図
１において、流量計１は、ユーザ側に備えられる、２４
Ｖの直流電源２及び負荷抵抗３を有する計測回路４に、
２つの出力端子５ａ，５ｂを介して接続され、前記直流
電源２及び負荷抵抗３と共にループＬをなすようにされ
ている。流量計１に備えられる、流体（被測定体）が流
れる管６内には、渦発生柱７が設けられており、両側に
交番的にカルマン渦を発生させるようになっている。管
６には、超音波を送受信するＰＺＴ等の圧電セラミック
ス製の送・受信器８，９からなる超音波センサ１０が設
けられている。送・受信器８，９は、管６内のカルマン
渦発生領域を間にして相対向して管６の壁に取り付けら
れている。送信器８には、発振回路１１が接続されてお
り、発振回路１１からの駆動信号Ａにより駆動されて前
記カルマン渦発生領域を通して超音波を受信器９に送信
するようにしている。

【００１１】受信器９の出力端子（符号省略）には増幅
回路１２が接続されており、受信器９からの信号を増幅
する。増幅回路１２及び発振回路１１には位相比較回路
１３が接続されており、増幅回路１２からの信号及び前
記発振回路１１からの信号（駆動信号Ａと同等位相の信
号）に対して位相比較を行い、この位相比較結果に基づ
いて渦の発生周期〔ひいては流体の流速（流量）〕に対
応する渦信号Ｂを出力する。

【００１２】渦信号Ｂは、位相比較回路１３に接続され
た増幅器１４で増幅され、かつ波形成形されて渦パルス
Ｃとして、マイコン回路１５に入力される。本実施の形
態では、前記超音波センサ１０、発振回路１１、増幅回
路１２、位相比較回路１３及び増幅器１４から測定手段
を構成している。

【００１３】マイコン回路１５では、信号の平滑化（平
均化）を含む図２に示す演算処理を行うと共に、前記渦
パルスＣから流体の流量値を算出し、周波数電圧変換回
路（以下、Ｆ／Ｖ回路という。）１６を介して電圧電流
変換回路（以下、Ｖ／Ｉ回路という。）１７を制御し、
前記流量値に比例した大きさの電流（４〜２０ｍＡ）が
ループＬ（電源ライン）に流れるようにしている。本実
施の形態では、４〜２０ｍＡの電流範囲が所定範囲の電
流を構成する。なお、計測回路４には、負荷抵抗３の端
子電圧を求めることにより、流体の流量を計測する流量
計測部（図示省略）が設けられている。本実施の形態で
は、マイコン回路１５、Ｆ／Ｖ回路１６、Ｖ／Ｉ回路１
７から出力手段を構成している。

【００１４】Ｆ／Ｖ回路１６と一方の出力端子との間に
は、Ｆ／Ｖ回路１６の出力信号の平均化（平滑化）を行
い信号の頻繁な変動を抑制して計測の安定化を図る時定
数決定コンデンサ１８及び常閉のコンデンサ切換スイッ
チ１９（トランジスタ）が介装されている。

【００１５】流量計１の各回路は、図示しない１次電源
から電源回路２０を介して電力供給され、その消費電力
が賄われるようになっている。電源回路２０の端子部に
は直流電源２の印加電圧を監視する電圧監視回路（印加
電圧検出手段）２１が設けられており、流量計１への直
流電源２の印加電圧を求めこの印加電圧値をマイコン回
路１５に入力する。

【００１６】マイコン回路１５は、前記印加電圧に基づ
いて、流量計１が必要とする最低電圧（最低動作電圧）
を確保できるか否か（印加電圧≧最低動作電圧＋α？
（α：余裕分、α≧０〔Ｖ〕））を判定し（図２ ステ
ップS5）、最低動作電圧を確保できない（印加電圧＜最
低動作電圧＋α）と判定した場合、計測流量に応じた信
号（電流）の出力を停止し、出力電流を小さい値にして
負荷抵抗３の電圧降下を抑え最低動作電圧を確保するよ
うにし（図２ ステップS6）、コンデンサ切換スイッチ
１９を開いて時定数決定コンデンサ１８による信号の平
滑化を抑え（図２ステップS8）、一定周期の信号（アラ
ーム信号）Ｄを負荷抵抗３に通電するようにしている。

【００１７】このように構成された流量計１の作用を、
図２に基づいて説明する。ユーザが流量計１を計測回路
４に接続して、流量計１、負荷抵抗３及び直流電源２か
らなる電流ループＬを構成し、流量計１に電圧を印加す
る（ステップS1）と、マイコン回路１５の定数設定等の
初期設定（スタートアップシーケンス動作）を行い（ス
テップS2）、流量演算を開始する（ステップS3）。

【００１８】ステップS3に続いて、電圧監視回路２１が
電圧計測を行う（ステップS4）。次に、前記印加電圧に
基づいて、流量計１の最低動作電圧を確保できるか否か
（印加電圧≧最低動作電圧＋α？）を判定する（ステッ
プS5）。本実施の形態では、ステップS5が電圧判定手段
を構成する。

【００１９】ステップS5でYES と判定すると、ステップ
S3に戻る。また、ステップS5でNOと判定〔最低動作電圧
付近まで印加電圧が低下（印加電圧＜最低動作電圧＋
α）と判定〕すると、計測流量に応じた信号（電流）の
出力を停止し、出力電流を固定値にして（ステップS
6）、負荷抵抗３の電圧降下を抑え最低動作電圧を確保
するようにする。続いて、コンデンサ切換スイッチ１９
を開いて時定数決定コンデンサ１８による信号の平滑化
を抑える（ステップS8）。

【００２０】なお、図２のフローチャートのステップS6
に出力電流を固定値にすると記載したが、これにより、
ステップS5で印加電圧＜最低動作電圧＋αと判定された
ときに出力していた電流値よりも、大きな電流を出力し
ない様に出力電流値を小さな電流値に固定して印加電圧
が最低動作電圧を下まわってしまうことを防止してい
る。

【００２１】また、ステップS9で送出するアラーム信号
Ｄの出力電流値も、同様の理由からハイレベルのときの
電流値が、ステップS5で印加電圧が最低動作電圧＋αよ
りも小さいと判定されたときに出力していた電流値より
も小さい値となるように設定される。

【００２２】上述したように、前記印加電圧に基づい
て、前記印加電圧が、流量計１の必要最低動作電圧を十
分確保できるか否か（印加電圧が最低動作電圧に余裕分
α（α≧０〔Ｖ〕）を加えた値よりも大きいか否か）を
判定し、最低動作電圧付近まで印加電圧が低下（印加電
圧＜最低動作電圧＋α）と判定した場合、流量計１は負
荷抵抗３に、計測流量に応じた信号に代えて例えば図３
に示すような一定周期の信号（以下、アラーム信号Ｄと
いう。）を送る（ステップS9）。このとき、コンデンサ
切換スイッチ１９を開いて時定数決定コンデンサ１８の
切離し等を行って（ステップS8）信号の平滑化を抑える
ことにより、アラーム信号Ｄが平滑化されてしまわない
ようにしている。計測回路４では、アラーム信号Ｄが、
流量の計測のためにこれまで送られてきていた流量を表
す信号と異なっていることにより、負荷抵抗３の値が流
量計１が必要とする値と整合していないことを把握する
ことが可能となる。

【００２３】本実施の形態によれば、上述したように、
流量計１への直流電源２の印加電圧が流量計１の最低動
作電圧に余裕分αを加えた値以上であるか否か（印加電
圧≧最低動作電圧＋α？（α：余裕分、α≧０
〔Ｖ〕））、すなわち流量計１の最低動作電圧以上の所
定の電圧よりも大きい否かを判定し（ステップS5）、ス
テップS5でNOと判定すると、アラーム信号Ｄを送出する
（ステップS9）ので、ユーザが誤った負荷抵抗を選択し
て流量計１の使用中に印加電圧が最低動作電圧を下まわ
って流量計１が突然動作しなくなる前に、印加電圧が所
定電圧を下まわった時点で負荷抵抗の選択の誤りによる
印加電圧の不足を検出することができる。

【００２４】また、負荷抵抗３の値が適正値になってい
ないことを報知する際、別個に報知器を設ける場合に
は、報知器に信号を出力する信号線が必要となるため、
新たにケーブルを設け２線式でなく３線式とする必要が
ある。これに対し、本実施の形態では、報知器を別個に
設けることなく上述した負荷抵抗３の値に対する報知を
行うので、２線式を維持することができ、その分、簡易
な構成となっている。

【００２５】次に、本発明の第２の実施の形態を図４及
び図５に基づいて説明する。この第２の実施の形態は、
第１の実施の形態に比して、コンデンサ切換スイッチ１
９及び時定数決定コンデンサ１８を省略したこと、マイ
コン回路１５に代わるマイコン回路１５Ａを設けたこ
と、及び図２に代わる図５の作動を行うことが異なって
いる。第１の実施の形態と同等の部材及び部分について
の説明は、適宜省略する。本実施の形態では、マイコン
回路１５Ａ、Ｆ／Ｖ回路１６、Ｖ／Ｉ回路１７から出力
手段を構成している。

【００２６】第２の実施の形態のマイコン回路１５Ａ
は、４〜２０ｍＡ（所定範囲）内の異なる２つの値（４
ｍＡ，６ｍＡ）の電流（本実施の形態では、４ｍＡ，６
ｍＡの電流が所定値の電流に相当する。）を負荷抵抗３
に通電し（図５ ステップS20，S22 ）、それぞれを通
電したときに得られる電圧値（図５ ステップS4A ，S4
B ）から印加電圧の変化量を求めるようにしている。ま
た、マイコン回路１５Ａは、負荷抵抗３に通電した電流
の変化量及びこれに対応した電圧値（ステップS4A ，S4
B ）の変化量から負荷抵抗３の値を算出する（ステップ
S24 、負荷抵抗値算出手段）。さらに、マイコン回路１
５Ａは、算出した負荷抵抗３の値に最大電流値（２０ｍ
Ａ）の電流を通電したときの負荷抵抗３の電圧降下を直
流電源２の電圧値（２４Ｖ）から引いて流量計１への直
流電源２の印加電圧を求め（ステップS25 ）、ステップ
S25 で求めた印加電圧及び前記印加電圧の変化量に基づ
いて、この状態で流量計１の最低動作電圧を確保できる
か否か（最大電流（２０ｍＡ）通電時、正常動作可能か
否か？）を判定する（ステップS5A ）。

【００２７】このように構成された流量計１の作用を、
図５に基づいて説明する。ユーザが流量計１を計測回路
４に接続して、流量計１、負荷抵抗３及び直流電源２か
らなる電流ループＬを構成し、流量計１に電圧を印加す
る（ステップS1）と、マイコン回路１５Ａの定数設定等
の初期設定（スタートアップシーケンス動作）を行い
（ステップS2）、４〜２０ｍＡ内の１つの値（４ｍＡ）
の電流を負荷抵抗３に通電し（ステップS20 ）、これに
応じた電圧値を計測する（ステップS4A ）。

【００２８】次に、４〜２０ｍＡ内の値でステップS20
のときと異なる大きさの（６ｍＡ）の電流を負荷抵抗３
に通電し（ステップS22 ）、これに応じた電圧値を計測
する（ステップS4B ）。

【００２９】ステップS4A ，S4B の計測結果に基づい
て、印加電圧の変化量を求める（ステップS23 ）。次
に、負荷抵抗３に通電した電流の変化量及びこれに対応
した電圧値の変化量（ステップS23 ）から負荷抵抗３の
値を算出する（ステップS24 ）。

【００３０】ステップS24 に続いて、ステップS24 で算
出した負荷抵抗３の値に最大電流値（２０ｍＡ）の電流
を通電したときの負荷抵抗３の電圧降下を直流電源２の
電圧値（２４Ｖ）から引いて流量計１への直流電源２の
印加電圧を求める（ステップS25 ）。本実施の形態で
は、ステップS25 が印加電圧算出手段を構成している。
次に、ステップS25 で求めた印加電圧及び前記印加電圧
の変化量に基づいて、この状態で流量計１の最低動作電
圧を確保できるか否か（最大電流（２０ｍＡ）通電時、
正常動作可能か否か？）を判定する（ステップS5A ）。
本実施の形態では、ステップS5A が電圧判定手段を構成
している。

【００３１】ステップS5A でYES と判定すると、流量演
算を開始する（ステップS3）。ステップS5A でNOと判定
すると、アラーム信号を発生し（ステップS26 ）、使用
者に負荷抵抗３が適切な値のものでないことを報知す
る。

【００３２】なお、図４のフローチャートのステップS2
6 で送出されるアラーム信号Ｄの出力電流値は、ハイレ
ベルのときの出力電流値に対応する印加電圧値が最低動
作電圧を下まわらないように、マイコン回路１５Ａ内で
逆算し、設定される。

【００３３】上述したように、印加電圧の変化量及び前
記印加電圧に基づいて、流量を表す信号の出力が最大
（２０ｍＡ）となったときの印加電圧値を算出し、この
算出した印加電圧値が最低動作電圧を越えているか否か
を判定し、印加電圧（算出値）が、流量計１の必要最低
動作電圧に満たないと判定した場合、計測流量に応じた
信号に代えてアラーム信号Ｄが発生され（ステップS26
）、これにより負荷抵抗３の値が流量計１と整合して
いないことを把握することが可能となる。

【００３４】また、上記第２の実施の形態では、流量計
１が設置され、電源が投入された時点で流量計１の出力
信号（電流）が最大のとき、つまり、流量計１に印加さ
れる電圧値が最低となるときの印加電圧値を算出し、こ
の算出した印加電圧値が最低動作電圧を越えているか否
かを判定するため、流量計１の使用前に負荷抵抗３の値
と整合しているか否かを把握することができる。

【００３５】上述したように、上記第２の実施の形態に
よれば、４〜２０ｍＡ（所定範囲）における最大値の電
流（２０ｍＡ）を通電させたときの印加電圧値つまり流
量計１に印加される電圧の最小値を算出し（ステップS2
5 ）、ステップS25 で算出したこの電圧の最小値が流量
計１の最低動作電圧よりも大きいか否かを判定する（ス
テップS5A ）ので、流量計１の使用前に印加電圧が不足
するかまたは十分であるかを予測することが可能とな
り、これにより、ユーザが誤った負荷抵抗を選択してい
るかまたは適切な負荷抵抗を選択しているかを検出でき
ることになる。

【００３６】なお、上記第２の実施の形態では、ステッ
プS5A で、算出した電圧の最小値が流量計１の最低動作
電圧よりも大きいか否かを判定しているが、最低動作電
圧以上の所定の電圧値であれば、必ずしも最低動作電圧
である必要はなく、例えば、流量計１のメーカ側の指定
する負荷抵抗を用いたときに得られる印加電圧の最低値
よりも算出した電圧の最小値が大きいか否かを判定する
ようにしてもよい。

【００３７】上記第１、第２の実施の形態では、測定装
置の一例である流量計１を例にしたが、これに代えて、
圧力センサ、温度センサ等の他の測定装置に本発明を適
用することができる。

【００３８】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、測定装置への印
加電圧が、測定装置の最低動作電圧以上の所定の電圧よ
りも大きい否かを判定するため、ユーザが誤った負荷抵
抗を選択して測定装置の使用中に印加電圧が最低動作電
圧を下まわって測定装置が突然動作しなくなる前に、印
加電圧が所定電圧を下まわった時点で負荷抵抗の選択の
誤りによる印加電圧の不足を検出することができる。

【００３９】請求項２記載の発明は、所定範囲における
最大値の電流を通電させたときの印加電圧値つまり測定
装置に印加される電圧の最小値を算出し、測定装置の最
低動作電圧以上の所定の電圧よりも大きいか否かを判定
するため、測定装置の使用前に印加電圧の不足が予測で
き、ユーザが誤った負荷抵抗を選択していることを検出
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を模式的に示すブロ
ック図である。

【図２】図１の流量計の作用を示すフローチャートであ
る。

【図３】図２のステップS9で出力するアラーム信号を示
す波形図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を模式的に示すブロ
ック図である。

【図５】図４の流量計の作用を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ 流量計 ２ 直流電源 ３ 負荷抵抗 ４ 計測回路 １０ 超音波センサ（測定手段） １１ 発振回路（測定手段） １２ 増幅回路（測定手段） １３ 位相比較回路（測定手段） １４ 増幅器（測定手段） １５ マイコン回路（出力手段、電圧判定手段） １５Ａ マイコン回路（出力手段、電圧判定手段、負荷
抵抗値算出手段、印加電圧算出手段） １６ Ｆ／Ｖ回路（出力手段） １７ Ｖ／Ｉ回路（出力手段） ２１ 電圧監視回路（印加電圧検出手段） Ｌ ループ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定体の物理量を示す電圧値を検出し
   て物理量を測定する測定手段と、該測定手段の測定した
   物理量に対応する所定範囲の電流を出力する出力手段と
   からなり、該出力手段を負荷抵抗及び直流電源と共にル
   ープ状をなすように接続して用いる測定装置において、 直流電源からの印加電圧を検出する印加電圧検出手段
   と、該印加電圧検出手段が検出した印加電圧が測定装置
   の最低動作電圧以上の所定の電圧よりも大きいか否かを
   判定する電圧判定手段とを設けたことを特徴とする測定
   装置。
2. 【請求項２】 被測定体の物理量を示す電圧値を検出し
   て物理量を測定する測定手段と、該測定手段の測定した
   物理量に対応する所定範囲の電流を出力する出力手段と
   からなり、該出力手段を負荷抵抗及び直流電源と共にル
   ープ状をなすように接続して用いる測定装置において、 直流電源からの印加電圧を検出する印加電圧検出手段
   と、前記所定範囲内の２つの所定値の電流を通電させた
   ときに前記印加電圧検出手段で検出した２つの印加電圧
   値から前記負荷抵抗の負荷抵抗値を算出する負荷抵抗値
   算出手段と、該負荷抵抗値算出手段が算出した負荷抵抗
   値に基づいて前記所定範囲における最大値の電流を通電
   したときの印加電圧値を算出する印加電圧算出手段と、
   該印加電圧算出手段が算出した印加電圧値が測定装置の
   最低動作電圧以上の所定の電圧よりも大きいか否かを判
   定する電圧判定手段とを設けたことを特徴とする測定装
   置。