JPS594250Y2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は電磁流量計発信器の導管内の流体が空になっ
たとき、このことを検出して警報信号を出力したり、通
常の出力を上限側または下限側に振り切らすなどの一種
のバーンアウト機能を備えた電磁流量計に関するもので
ある。

電磁流量計は導管の中を流れる流体の流量を一対の電極
により測定するものであるが、導管内の流体がなくなり
空の状態になると電極間のインピーダンスが極めて大き
くなるため、この電磁から信号を取出す信号線が外界の
誘導ノイズを拾い、電磁流量計の出力が不安定となる。

第１図はこのような空の状態時に出力を一方に振り切ら
すバーンアウト機能を備えた、商用電源励磁方式の従来
からの電磁流量計発信器の概略構成を示すブロック系統
図である。

破線で囲まれた部分１は発信器側を示し、他の部分は変
換器側に属し、発信器と変換器は端子Ａ、Ｂ、Ｃ，ＲＣ
，ＲＮにより接続されている。

一般に発信器と変換器とはシールドケーブルにより接続
されているが、本図では簡略化のため省略して図示して
いない。

１０は測定流体を流す導管であり、１ ａ、１ ａ’は
導管１０の直径方向に取付けられた一対の電極を示す。

１ｂは導管１０に垂直な磁界を発生する励磁コイルであ
り、一般に商用電源ｅＡＣにより励磁される。

１Ｃは励磁コイルと電源ｅＡＣとの間にその１次側巻線
が直列に接続され、その２次巻線が端子ＲＣ，ＲＮに接
続されたカレントトランスで、電源ｅＡＣの変動により
生ずる磁界の変動を励磁電流により検出するためのもの
である。

電極１ａ、１ａ’は夫々端子Ａ、Ｈに接続され、導管１
０より接液電位線が端子Ｃに接続される。

電極１ａ、１ａ’間に発生する流量信号は端子Ａ、Ｂよ
り取り出され差動アンプ２によりその電圧信号が増幅さ
れた後、割算器２１で電源ｅＡＣの変動によって生じる
流量信号の変動を補償する。

即ち、電源ｅＡＣの変動により生じる流量信号の変動は
、端子ＲＣ，ＲＮ間に接続された抵抗ｒにより比較電圧
に変換され、差動アンプ２の出力はこの比較電圧で割算
され測定流体の流速に比例した信号が出力される。

また端子Ａと端子ＲＮ（或はＲＣ）との間にはバーンア
ウトコンデンサ１１が接続され、バーンアウト回路を構
成している。

以下バーンアウト回路について若干の説明を行うが、こ
のバーンアウト回路は、日刊工業新聞発行の流量（下）
Ｐ、１３８に詳しく述べられている。

電極１ａ、ｌａ’と導管１０との間または電極１ａ、１
ａ’間のインピーダンスは測定流体の導電率によって変
化する。

これらインピーダンスはＲａ。Ｒｅ 、 Ｒｃなるイン
ピーダンス各々一端を共通に他端が電極１ａ、１ａ’、
導管１０に接続されたものと等価である。

導管１０内に流体が流れている時は、コンデンサ１１の
容量は例えば２０ ＰＦ程度に選択されており小さいの
でそのインピーダンスはインピーダンスＲａ 、 Ｒｂ
、 Ｒｃと比してきわめて大きな値である。

したがって比較電圧信号はアンプ２の出力値にはあまり
影響を与えない。

一方導管１０内の液体がなくなり空の状態になると、イ
ンピーダンスＲａ。

Ｒｂ、ＲＣがコンデンサ１１のインピーダンスに比較し
て非常に大きな値となる。

したがって比較電圧が端子Ｃ，Ａ間に加わり、アンプ２
の出力が上限又は下限の方向に振り切れる。

なお、導管１０内の液体が空になったとき、出力を上限
側に振り切らすか下限側に振り切らすかは、バーンアウ
トコンデンサ１１の一端を端子ＲＣか又は端子ＲＮのい
ずれに接続するかによって決まる。

しかしながらこのような従来からのバーンアウト回路は
、以下の如くの種々の欠点があった。

（１）バーンアウトコンデンサ１１のインピーダンスは
電極１ａ、ｌａ’、導管１０間のインピーダンスＲａ、
Ｒｂ、Ｒｃよりも大で出力に影響をあまり与えないが、
導管内の流体の導電率が変化すると、バーンアウトコン
デンサ１１を介して端子Ａに加えられる信号の位相が変
化する。

このため出力のゼロ点が変動する。

（２）信号線のシールドを十分に行っていないと、導管
内の流体がなくなり空の状態となったときに信号線から
大きな誘導ノイズを受け、この誘導ノイズにより人力ア
ンプが飽和してしまい、コンテ゛ンサ１１によるバーン
アウトの機能が発揮されない。

（３）測定流体の導電率が低い場合には、電極１ａ。

１ａ’導管１０間のインピーダンスＲａ、Ｒｂ、Ｒｃが
高くなり、導管１０内に測定流体がない場合のインピー
ダンスＲａ、Ｒｂ、Ｒｃとのインピーダンスの差が大き
くないためにバーンアウト回路を満足に動作させること
は困難となる。

また測定流体の導電率が低いと、測定中における誘導ノ
イズの影響を大きく受ける。

（４）低周波励磁型の電磁流量計においては、従来方式
のバーンアウト回路を適用することは構成上不可能であ
ったが、商用電源から発生される誘導ノイズは原理上打
消すことが可能であり、導管１内の流体がなくなっても
誘導ノイズにより出力の不安定を起すことはない。

しかしシールドが完全でないと、上述の（２）の欠点、
即ち、入力のバッファアンプが飽和してしまうことが生
じることがあり、出力に異常が生じることがある。

本考案は、これら上記の欠点を除去した電磁流量計を提
案するものであり、一方の電極より取出される流量信号
と識別可能なインピーダンス検出信号をインピーダンス
要素を介して電極に与え、このインピーダンス検出信号
のレベルにより導管内の流体の有無を判定し、この判定
によりバーンアウトを行うものである。

そしてさらに、インピーダンス検出信号の信号源及びイ
ンピーダンス要素により流量信号を取扱う電子回路の人
力インピーダンスを低下させないために、インピーダン
ス要素が後に詳述するシールドドライブ回路に接続され
、流量信号のみがシールドドライブされる。

以下本考案を図面に基いて説明する。

第２図は本考案の説明するための原理構成図であるが、
励磁コイル及び比較電圧の発生回路部分の構成は省略し
て描いである。

また第１図と同一の構成要素には以下同一符号を付して
説明を省略する。

端子Ａ、Ｂに供給される流量信号は一般にバッファアン
プ３，３′を介して差動アンプ２により電極１ ａ、ｌ
ａ’間の信号が取り出される。

第２図においては、一方のバッファアンプ３の入力側に
インピーダンス要素４が接続され、該インピーダンス要
素４には流量信号と識別可能な検出信号■１が信号源５
より供給される。

検出信号Ｖ１は例えば直流電圧或は流量信号と周波数の
異なる交流信号が用いられる。

一方バツファアンプ３の出力は差動アンプ２に供給され
るとともに、上記流量信号は通過させるが上記検出信号
は通過させないフィルタ６を介して上記インピーダンス
要素４にフィードバックされる。

従っていまインピーダンス要素４のインピーダンスをＺ
、バッファアンプ３のループゲインをＡとすると流量信
号に対するバッファアンプの入力インピーダンスＺｉは
ＺｉｚＡＺとなり、ループゲインＡを十分大きくとれば
入力インピーダンスＺｉは無限大に近くなる。

従って、バッファアンプの入力側にインピーダンス要素
４を接続したことにより端子Ａから供給される流量信号
に悪影響を与えることはない。

また発信器１の端子Ａ−Ｃ間のインピーダンスを２１と
するとバッファアンプ３の入力には流量信号の他にｖｌ
・Ｚ／（Ｚ＋Ｚ、）なるインピーダンス検出信号が加わ
る。

よってバッファアンプ３の出力には流量信号とインピー
ダンス検出信号との和信号が出力されるが、このうちイ
ンピーダンス検出信号は分離手段７にて分離され、さら
にこの分離されたインピーダンス検出信号は判定回路８
により電極間インピーダンスが判定される。

なお第２図において分離手段は差動アンプ２の前段に記
されているが、差動アンプ２の後段に設けて、差動アン
プ２の出力信号よりインピーダンス検出信号を分離して
もよい。

第３図は本考案のさらに具体的な実施例を示す接続図で
あり、第２図と同一要素には同一符号が付されている。

端子Ａからの流量信号は差動アンプ３０の非反転入力端
子に加えられる。

差動アンプ３０の出力は反転入力端子にフィードバック
され、また反転入力端子にはコンデンサ６１及び抵抗６
２が直列接続されて接地され、コンテ゛ンサ６１と抵抗
６２との接続点ａと、差動アンプ３０の非反転入力端子
す点との間には抵抗４０が接続され、抵抗６２の接続点
ａ側でない方の端子は接地されている。

また接続点ａには抵抗４１を介して直流信号源５０が接
続されている。

コンテ゛ンサ６１と抵抗６２の直列接続された回路は、
差動アンプ３０の出力信号のうち流量信号は通すが直流
信号であるインピーダンス検出信号は通さない。

従って、ａ点はｂ点と流量信号に対しては同電位となり
、抵抗４０には流量信号は流れず差動アンプ３０は流量
信号に対して高インピーダンスを保つことができる。

このような構成をシールドドライブと言う。

しかしながら、直流信号であるインピーダンス検出信号
はフィルタの働きにより差動アンプ３０の出力よりフィ
ードバックされず、インピーダンス検出信号に対しては
シールドドライブされない。

端子Ｂからの流量信号は差動アンプ３１にてインピーダ
ンス変換される。

この差動アンプ３１は流量信号のインピーダンス変換を
行う。

また図示の如くコンデンサ３２、抵抗３３、抵抗３４よ
りなるシールドドライブ回路を構成している。

差動アンプ３０及び３１の出力は夫々抵抗２１．２４を
介して差動アンプ２の非反転入力端子及び反転入力端子
に接続される。

また非反転入力端子は抵抗２２を介して接地され、反転
入力端子は抵抗２３を介して差動アンプ２の出力と接続
されており、差動アンプ３０と３１との出力信号の差を
増幅する。

差動アンプ２の増幅ゲインは抵抗２１〜２４の値により
適切に設定される。

差動アンプ２の出力は流量信号として取り出され、本図
においては図示されてないが、第１図において既に説明
した割算器に供給される。

一方差動アンプ２の出力は抵抗７１．コンデンサ７２と
を含みローパスフィルタを構成する分離手段７を通じて
、直流信号であるインピーダンス検出信号が判定回路８
に供給される。

判定回路８は差動アンプ８０と可変抵抗８１と基準電源
■２とを含み、差動アンプ８０に供給されているインピ
ーダンス検出信号の電位が可変抵抗８１により設定され
た電位■３を越えると判定出力を出力する。

差動アンプ３０の非反転入力端子のｂ点には直流信号ｖ
ｂ が加わっている。

ここで、抵抗４０及び抵抗６２は導管１０に流体が満水
の時のインピーダンスＲａ。

Ｒｂ 、 Ｒｃに比べて十分大きな値に選ばれる。

また導管１０内に流体がなく空の状態の時は、Ｒａ、Ｒ
ｂ、Ｒｃは大きな値となる。

したがって、導管１０に流体が満水の時のｂ点の直流電
位をｖｂ′、導管１０に流体がなく空の状態の時のｂ点
の直流電位をｖｂ″とすれば゛、 となり、ｖｂ’＜ｖｂ”なる関係となる。

従って可変抵抗器８１により設定電位■３をｋ （Ｖｂ
’＋Ｖｂ”）７２（ｋは差動アンプ２の増幅ゲイン）程
度に設定しておけば、導管１０内の流体がなくなり空の
状態となると、インピーダンス検出１言号が設定値Ｖ３
を越え判定出力を発生する。

この判定出力を用いてバーンアウト動作を行わすことが
できる。

第４図は本考案の他の具体的実施例を示す接続図であり
、第３図と同一要素には同一符号を付して説明を省略す
る。

二の実施例においてはインピーダンス検出信号として交
流信号を用いているところが第２図の実施例と異なって
おり、インピーダンス検出信号の違いによりフィルタ回
路及び分離手段の構成が異っている。

即ち、検出信号源としては流量信号の周波数よりも高い
周波数の交流電圧を発生する信号源５１を用い、フィル
タ回路としては、検出信号は通過させず流量信号は通過
させるフィルタを構成する。

この例では差動アンプ３０の反転入力端子と接続点ａと
の間にコンデンサ６３とコイル６４との直列回路が挿入
され、コンデンサ６３とコイル６４との接続点はコンデ
ンサ６５を介して接地される。

このようなフィルタにより検出信号は接続点ａにはフィ
ードバックされない。

また分離回路７においては、コンテ゛ンサ７３により高
い周波数の検出信号のみが通過し、ダイオード７４によ
り整流され、整流された検出信号はコンテ゛ンサ７５と
抵抗７６との並列回路により平滑されて判定回路８へと
供給される。

よって差動アンプ２の出力に含まれる検出信号は分離回
路７によって分離される。

第５図には第３図及び第４図の接続図にて示した実施例
における差動アンプ２を省略した構成を示すものであり
、差動アンプ３１の出力は、抵抗２７を介して差動アン
プ３０の反転入力端子に供給される。

一方差動アンプ３０の出力は抵抗２５を介して反転入力
端子に接続されるとともに、反転入力端子は抵抗２６を
介して接地される。

このようにして回路、構成を簡単にすることができる。

また端子Ａ及びＢと差動アンプ３０及び３１との非反転
入力との間に保護抵抗９１．９２を挿入することもでき
る。

以上説明して来た如く、本考案においては流量信号を受
けるバッファアンプの前段にインピーダンス要素を設け
てシールドドライブしているので、流量信号に対しては
入力インピーダンスを下げることがなく、流量信号に悪
影響を与えることはない。

また、特に液体の導電率が低い場合でも、電極間のイン
ピーダンス変化を精度良く検出できるため、導管が空の
状態になるのを容易に判別できる。

さらにこのような機能を比較的簡単な構成にて実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はバーンアウト機構を備えた従来の電磁流量計を
示すブロック系統図、第２図は本考案の原理構成図、第
３図は本考案の具体的な一実施例を示す接続図、第４図
、第５図は具体的な実施例を示す接続図である。 ３．３’・・・・・バッファアンプ、４・・・・・・イ
ンピーダンス要素、５・・・・・・検出信号源、６・・
・・・・フィルタ、７・・・・・・分離手段、８・・・
・・・判定回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 導管に設けられた電極より流量信号を取り出して流量測
   定を行う電磁流量計において、上記電極の一方の信号を
   受けるバッファアンプと、該バッファアンプの入力側に
   接続されたインピーダンス要素と、該インピーダンス要
   素に上記流量信号と識別可能な検出信号を供給する信号
   源と、上記バッファアンプの出力のうち流量（Ｑ−のみ
   を通過させて上記インピーダンス要素に帰還するフィル
   タと、上記バッファアンプの出力より上記検出信号のみ
   を分離する分離手段と、上記分離手段により分離された
   検出信号により電極間インピーダンスを判定する判定回
   路とを具備してなる電磁流量計。