JPS5825965B2 - デンジリユウリヨウケイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 こめ発明は面積が比較的大きい電極を用い、かつ低周波
励磁を、大口径のものにも適用できる電磁流量計に関す
る。

一般に電磁流量計において、第１図に示すように被測定
流体が流されるパイプ２中の流体速度分布の影響を少な
くするため、電極１ａ、１ｂの表面積を、パイプ２の断
面積に比べ無視できないように大きくするか、或いは第
２図に示すようにパイプの周方向における電極１ａ、１
ｂの長さをパイプ直径にくらべ無視できないように大き
くすることが知られている。

特に、断面短形のパイプの電磁流量計においては表面積
の大きな電極を用いることにより流体の流速分布の影響
を殆んど受けないことが知られている。

これは、このような電極を用いた電磁流量計では、流体
の不均一な流速分布による起電力が平均化され、流体の
平均流速に略比例した起電力が得られるためである。

しかし、電極面積の大きな電磁流量計はゼロ点の安定性
が悪く、一般には実用に供することができず、僅かに流
体流速の高い特殊な場合にしか利用できなかった。

この原因は交流磁場を用いた場合流体中に発生する渦電
流が電極に流れ込み、ゼロ点ずれとなり、このずれ量が
電極の形状が大きい程大きくなるためである。

これに対する対策として、例えば５０Ｈｚの商用周波数
電源を一旦整流して直流を作り１０Ｈｚ程度の低周波発
振回路を動作させて電磁流量計の駆動電源とし、低周波
励磁により渦電流を減らし、電極面積は大きなものを使
用することが考えられる。

これは大口径電磁流量計では励磁のための消費電力が大
きいため実用的でない。

一方流速分布の影響が実際上問題となるのは上流側パイ
プの直管長を充分取り難い大口径の場合、即ち消費電力
の太きいときである。

そこで、この発明の目的は、流体の流速分布の影響を受
けることが少なく且つゼロ点實動の少ない電磁流量計を
実現することにあり、特に大口径電磁流量計に有効に適
用し得る点に特徴がある。

次にこの発明による電磁流量計を第３図以下の図面を参
照して説明しよう。

第３図において２は被測定流体が通されるパイプを示し
、パイプ２の内面の管軸に対称な個所に一対の電極１ａ
及び１ｂが配される。

これ等電極ｌａ、ｌｂは比較的大きな面積を有し、例え
ばパイプ２の軸と直角な断面積のに程度もあり、パイプ
２の内面で周方向に延長されている。

電極ｌａ、ｌｂ間に誘起された信号は増幅器４へ供給さ
れる。

電極１ａ？１ｂの配列方向及びパイプ２の管軸の両者に
対して直角な磁界をパイプ２内に生じさせるための励磁
コイル５及び６がパイプ２を挟んで互に対向して設けら
れる。

励磁コイル５及び６と直流電源７との間にスイッチ要素
８が押入される。

直流電源７として例えば商用電源９の電力を整流回路１
０にて全波整流したものが使用される。

この整流回路１０の出力側の一端はスイッチ用トランジ
スタ８のコレクタに接続され、トランジスタ８のエミッ
タは励磁コイル６の一端に比較信号取出回路１１を通じ
て接続され、コイル６の他端はコイル５の一端に接続さ
れる。

コイル５の他端は整流回路１０の出力側の他端に接続さ
れる。

スイッチ用トランジスタ８は制御回路１２からの、商用
電源周波数より低い周波数の繰返しでデュデイサイクル
が変化するパルス列によりオンオフ制御される。

このため可変周波数パルス発生回路１３が設けられ、パ
ルス発生回路１３は例えば演算増幅器１５の非反転入力
端が抵抗器１６を通じて入力端子１７に接続されると共
に正帰還抵抗器１８を通じて増幅器１５の出力端に接続
される。

こめ出力端は負帰還抵抗器１９，２０の直列回路を通じ
て増幅器１５の反転入力端に接続され、抵抗器ｉ９，２
００つ接続点はコンデンサ２１を通じて基準電位点に接
続される。

端子１７に印加される電圧に比例したオンオフ比で増幅
器１５の出力が繰返し反転し、抵抗器１６，１８による
分割比で決る正帰還と、コンデンサ２１による一次遅れ
要素を含む負帰還とが施され、これ等帰還の定数を選定
することにより増幅器１５の反転周波数及びデユティを
調整することができる。

この増幅器１５の出力は電流増幅用トランジスタ２３へ
供給され、そのエミッタよりの増幅出力はスイッチ用ト
ランジスタ８のベースへ供給され、このトランジスタ８
がオンオフ制御される。

トランジスタ８のオンオフのデユティ比が商用電源周波
数よりも低い周波数、例えば５０Ｈｚのに一％で漸次変
化させられる。

このため例えば低周波の正弦波発生器２４が設けられる
。

この正弦波発生器２４として商用電源９の出力が方形波
に整形されて分周回路２５により整数分の１の周波数に
分周された後、沢波器２６を通してはゾ正弦波とみなせ
る波形に整形される。

この低周波正弦波出力はパルス発生回路１３の入力端子
１７に印カ目される。

よって演算増幅器１５の出力の反転デユティ比は低周波
正弦波の各瞬時サンプリング値に比例することになり、
例えばその変正弦波Ｑつ零レベルでデユティ比が％にな
るようにパルス発生回路１３の定数が選定される。

従って例えば低周波発生器２４の出力正弦波が第４図Ａ
に示す状態の時、演算増幅器１５の出力は第４図Ｂに示
すように低周波正弦波の最大値でデユティ比が最大にな
り、正弦波の最小値でデユティ比が最小になり、これ等
間で正弦波的にデユティ比が変化する。

一方商用電源９の全波整流出力は第４図Ｃで示され、こ
れが第４図Ｂの波形でスイッチングされて励磁コイル５
，６へ供給される。

トランジスタ８のオン区間はその時の整流出力の瞬時値
に応じてコイル５．６に電流が流れ、オフ区間はコイル
５，６の直列回路の両端に接続されたダイオード２７を
通じてコイル５，６に蓄えられたエネルギーによりコイ
ル５，６に同一方向の一定電流値を保持するように電流
が流れる。

トランジスタ８のスイッチング周波数は商用電源９の周
波数より十分高く、このスイッチングのデユティ比が低
周波正弦波で変化するため、励磁コイル５，６に流れる
電流波形は第４図りに示すように低周波正弦波と同期し
た低周波の脈流にスイッチング周波数のリップルが重畳
したようなものになる。

このリップル分は励磁コイル５，６のインダクタンスに
より十分小さくなり、平滑しない全波整流の直流電源７
でも、正弦波状の低周波で励磁コイル５，６を励振する
ことができる。

ダイオード２７は上述のようにトランジスタ８がオフの
時の電流を保持すると共にそのオフに伴いコイル５，６
のインダクタンスにより発生する不要なキックバック電
圧がトランジスタ８のスイッチ回路や電源７に印加され
るのを防いでいる。

電極１ａ、ｌｂ間に誘起された低周波信号は信号変換部
２８内の増幅器４を通じて割算回路２９へ供給される。

一方、比較信号取出回路１１から励磁コイル５，６に流
れる電流に比例した信号が割算回路２８へ供給され、こ
れにより増幅器４の出力が割算され、電源７の電力の変
動分が除去され、パイプ２内の流量に応じた出力が変換
部２８の出力端子３０に得られる。

デユティ比の変化は正弦波状でなく、例えば三角波状で
も漸次変化するものであれば励磁コイル５．６に流れる
電流は短形波よりも高調波成分は少ないものになる。

電源７として多相交流を使用すれば励磁電流のリップル
が減少する。

また電源７として直流又は脈流の定電流源を使用しても
よく、その場合は比較信号取出回路１１の出力により励
磁電流値をはシ一定値に制御して定電流励磁とし、割算
回路２９は省略する。

例えば第５図に第３図と対応する部分を同一符号を付け
て示すように制御回路１２のろ波器２６とパルス発生回
路１３との間に励磁電流制御回路３１を押入し、この回
路３１に比較信号取出回路１１の出力を供給して入力の
一定振幅低周波信号と比較し、スイッチのデユティ比を
調整することにより励磁電流を一定に制御する。

パルス発生回路１３の出力をいわゆるフォトカップラを
通じてスイッチングトランジスタ８へ供給し、スイッチ
ングのデユティ比を制御する側と、電源７側とを直流的
に絶縁してそれぞれ基準電位点を任意にとることができ
るようにすることもできる。

スイッチング要素としてはトランジスタのみならず、サ
イリスクを使用してもよい。

以上述べたように、この発明の電磁流量計によれば商用
電源周波数よりも低い周波数で励磁コイル５，６を駆動
することができ、渦電流の影響が少ないものが得られる
。

よって面積の大きい電極１ａ、１ｂを使用でき、パイプ
２中の流速分布の影響を受は難い。

更にスイッチング要素８がスイッチング制御されるため
、電力増幅器を必要とせず、回路素子の電力容量を大き
くする必要はなく、かつスイッチングのデユティ比が低
い周波数で漸次変化するため励磁コイル５，６には高調
波成分の少ない低周波電流が流れ、高調波成分の電磁誘
導による影響を除去する特殊な回路を必要としない。

電源９としては商用電源を使用することができ、大電力
を必要とする大口径用としても簡単な構成のものとする
ことができ、しかも流速分布に影響されず正確な測定が
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ比較的大きな面積の電磁流
量計の電極部分を特に示す路線図、第３図はこの発明に
よる電磁流量計の一例を示す系統図、第４図はその動作
の説明に供するための波形図、第５図はこの発明の電磁
流量計の他の例を示す系統図である。 ｌａ、ｌｂ：面積の大きい電極、２：パイプ、５．６：
励磁コイル、７：直流電源、８：スイッチ要素、１２：
デユティサイクルが変化するパルス列を発生する回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被測定流体の流体速度分布の影響を受けない起電力
   を得るに充分な大きさの表面積の電極と励磁コイルとを
   備えた発信器と、上記励磁コイルに励磁電流を供給する
   直流電源と、上記励磁コイルと上記直流電源との間に介
   在されたスイッチ手段と、商用電源周波数より低い周波
   数を発生する正弦波発生回路と、該正弦波発生回路の低
   周波正弦波出力を受け、この低周波正弦波に対応してデ
   ユーティ比が変化するパルス列を発生するパルス発生回
   路と、該パルス発生回路の出力で上記スイッチ手段をオ
   ンオフ制御するようにしたことを特徴とする電磁流量計
   。