JPS6048689B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は励振コイルに励磁電流を断続して供給するこ
とをその断続周期よりも長い周期で繰返す事によつて励
振コイルに矩形波状電流を流すようにした電磁流量計に
関する。

発明の背景 従来一般に使用されている電磁流量計はその励磁電源と
して商用電源を用いていた。

この商用電源周波数と得られた測定信号周波数とが同一
であるため商用電源からの誘導雑音の影響を受け易い。
発信器の電極から引出される信号線が励磁磁束を横切る
ため測定信号と９０度位相が異なるいわゆる９０度雑音
が発生し、この雑音を除去する回路が必要となり変換器
全体が複雑となる。このような点より励磁周波数を商用
電源周波数より下げて励振を行う電磁流量計が提案され
ている。

これはいわゆる低周波励磁といわれ、この低周波励磁に
よれば商用電源周波数と測定信号周波数とが異なるため
商用電源からの誘導雑音が少なく、それだけ回路設計が
容易となり、シールド等も簡略化する事ができる。又こ
れにともなつて測定信号出力の大きさが小さくても良い
ため必要な励振電流を少なくする事が可能である。更に
９０度雑音が周波数に比例して小さくなるため、９０度
雑音除去回路が不要となり、変換回路が簡略化され、る
。この低周波励磁を行うため励振コイルに励磁電流を断
続的に供給する事を、その断続周期よりも長い周期て繰
返し、これによりその断続中においては励振コイルによ
る時定数に従つて電流が平滑フされて励振コイルに矩形
波状の電流が流れるようにする事が提案されている。

このようにして矩形波状の低い周波数の電流が励振コイ
ルに供給されるが、その励振電流の立上りにおいてその
電流が定常状態になるまでに時間がかかる。つまり励振
５電流が流れ始めた時点ではその電流値が漸次増加する
方向に変化するためこれが定常状態になつた後における
電極間出力信号をサンプルして取出し、つまり矩形波状
励振電流の後縁の近くにおいて出力をサンプルする方が
正確な測定が行なえる。このように十分定常状態になつ
てから測定出力をサンプルするようにするためにはその
サンプル周期が長くなり、つまり矩形波状電流の周期を
長くしなくてはならなくなる。言換えれば励磁電流を断
続する事の繰返しが長くなり、それだけ流量変動に対す
る応答速度が遅くなる。一方このように繰返し周波数が
低くなり矩形波状電流周期が長くなつて直流に近い電流
が流れると、測定信号に無関係な電圧が電極に発生し、
この電圧の周期は比較的長いため、この周期に矩形波状
励振電流の周期とが近ずき、これ等を分離する事ができ
なくなる。

即ち電極に生ずる直流電位変化の影響を受け易くなる。
矩形波状励振電流の立上りが遅れるのを改善するには励
振コイルの時定数、即ちインダクタンス値を小さくすれ
は早く定常電流に達するが、励磁電源として商用電源の
出力を整流したものを使用する場合は単に整流しただけ
では励振電流のリップル分が大きくなり性能が劣化する
。

よつて枦波器が必要となるが励振電流は最大十数アンペ
アとなるので枦波器として電力容量の非常に大きなもの
が必要となり、実用的でない。従つて励振コイルの時定
数を小さくすることは好ましくなく、むしろこの時定数
を大きくして励振コイルによつて断続電流を平滑化する
事が望まれる。このため励振電流を断続させて励振コイ
ルに供給することをその断続よりも長い周期で実行停止
を繰返し、励振コイルに矩形波状の励振電流を流すよう
にした電磁流量計が考えられている。

その一例を第１図を用いて説明する。第１図においてバ
イブ１１内には測定されるべき流体が流され、そのバイ
ブ１１内において対向して電極１２，１３が設けられ、
これ等電極間に誘起された信号は−増幅器１４にて増幅
され、割算回路１５において電源変動が補償されて標本
化保持回路１６に供給され、これより測定出力として端
子１７に得られる。バイブ１１には励振コイル１８が設
けられ、このコイルに流された電流に基ずく磁束が、バ
イｉプ１１を流れる流体の流れ方向と、電極１２及び１
３を結ぶ方向との両者に対して略直角に生じるようにさ
れている。励振コイル１８の両端はスイッチ１９を通じ
て整流回路２１の出力側に接続され、整流回路２１の入
力側には例えば商用電源２２が接続される。この励振コ
イル１８と直列に励振電流検出抵抗器２３が挿入され、
その両端の電圧は比較増幅器２４に供給され、その出力
は割算回路１５に供給される。励振コイル１８と並列に
その逆電圧を側路する回路２５が接続される。スイッチ
１９は駆動回路２６によつてオン、オフ制御される。従
来においてはスイッチ１９は第２図Ａに示すフように一
定周坦「。

で断続され、その断続比は５０％とされ、更にこの断続
周坦α。よりも長い周期でその断続が繰返され、つまり
Ｔ，毎に断続が繰返されている。これにより励振コイル
１８の両端には第２図Ｂに示すような電圧が生じ、この
励振丁コイル１８の平滑作用によつて励振コイル１８に
は第２図Ｃに示すように漸次立上る矩形波電流が流れる
。このように励振コイル１８を流れる電流は初期におい
ては安定しないため、これが一定値となつＪてからの電
極１２，１３間の誘起信号が正しい信号である。

従つて第２図Ｄに示すように矩形波状電流の前縁よりＴ
。だけ遅れた後縁に近い部分において標本化パルスによ
り割算回路１５の出力は標本化保持回路１６にて標本化
され、端子１７に測定出力が得られる。先に述べたよう
にこの励磁電流が一定値になるまでの時間が長いと、こ
の標本化パルスの周期を長くせざるを得なくなり、つま
り断続の繰返し周期ｎ゛，が長くなる。従つて応答速度
の遅いものとなる。ここでスイッチ１９の断続を、その
各断続の初めにおいてデユテイ比を大きく１００％に近
いように制御する。

例えば第２図Ｅに示すようにスイッチ１９を制御し、そ
の断続の繰返し周期Ｔ，の初めにおける期間Ｔ３の部分
はスイッチ１９をオンにしたままとする。従つてこの場
合の励振コイル１８に印加される電圧は第２図Ｆに示す
ようになり、励振コイル１８を流れる電流は第２図Ｇに
示すようにその立上りが早くなり、つまり定常値に達す
る時間が短くなつて第２図Ｈに示すように断続の開始よ
り標本化保持パルスまでの時間丁。を従来のＴ２よりも
短くする事ができ、それだけ応答速度が早くなる。尚ス
イッチ１９がオンの時は電源２２の整流出力は励振コイ
ル１８に供給されるがオフの時は励振コイルに生じる電
力により逆電圧抑制回路２５を通じて電流が流される。
この電流の立上りは励振コイル１８のインダクタンス分
と抵抗分とによつて決まる時定数で立上る。この時定数
よりも、各電流供給始めにおけるスイッチ１９の断続時
間を早くしているためその励磁電流の立上りが早くなる
。スイッチ１９をオン、オフ駆動する駆動回路２６の具
体的構成を第３図に示す。

商用電源２２の出力は波形整形回路２７にて矩形波とさ
れ、これを分周回路２８によつて分周して第４図Ａに示
すように商用電源の周期より長い周期ｎ゛，の矩形波と
される。その矩形波によつてゲート２９が開閉制御され
ると共に単安定マルチバイブレータ３１が駆動される。
ゲート２９にはパルス発生器３２からデユテイ１のパル
スが与えられ、ゲート２９から第４図Ｂに示すようにＴ
’，毎に断続出力が得られる。又単安定マルチバイブレ
ータ３１は矩形波の立上りにて駆動されて幅Ｔ３のパル
スが第４図Ｃに示すように生じ、これがオアゲート３３
に、ゲート２９の出力と共に供給される。従つてゲート
３３の出力は第２図Ｅに示した波形と同一となり、これ
が出力回路３４に供給されてスイッチ１９が駆動される
。ところて上述てはスイッチ１９の駆動回路はパルス発
生器３２、波形整形回路２７、分周回路２８、単安定マ
ルチバイブレータ３１、ゲート回路２９等を必要とし構
造が複雑となる欠点がある。

更に高周波の周期Ｔ。が一定であるため直流電源の電圧
が変動すると励磁電流値が変動する欠点がある。この欠
点を解消するために第１図の実施例では励磁電流を抵抗
器２３で検出し、その検出値により割算回路１５におい
て流速測定値を励磁電流値て割算し、励磁電流の変動分
を除去するようにしている。発明の目的 ・この発明の
第１の目的は簡単な回路構造により上記したと同様の動
作を行なうスイッチ１９の駆動回路を持つ電磁流量計を
提供しようとするものである。

この発明の第２の目的は割算回路１５を必ずし フも必
要としない電磁流量計を提供するにある。

発明の概要この発明ては励磁コイル１８に流れる電流値
を検出すると共にその電流値と基準値とを比較してその
偏差値を求め、偏差値をデユテイ比に変換してスイッチ
１９をオン、オフ制御するように構成したものである。

従つてこの発明によれば励磁回路とスイッチ駆動回路が
閉ループを構成し、励磁電流の変動はスイッチ１９のデ
ユテイ比の変化の形で帰還され、励磁電流を一定に保持
するように動作する。

発明の実施例第５図にこの発明の一実施例を示す、この
実施例では第１図で説明した低周波励磁形電磁流量計と
同等の動作を行なうように構成した場合を示す。

第５図において第１図と対応する部分には同一符号を付
してその重複説明は省略するが、この発明では電流検出
手段として励磁回路に挿入した抵抗器２３を流用し、こ
の抵抗器２３に発生する電流値を増幅器２４で増幅し、
その増幅出力電圧Ｖｍを偏差増幅器３５の一方の入力端
子に供給する。

偏差増幅器３５の他方の入力端子には基準値発生回路２
８から基準電圧値Ｖｒとゼロ乃至負電圧値を持つ第４図
Ａに示す周期２Ｔ，’の矩形波として与える。偏差増幅
器３５の出力はスイッチ駆動回路２６に供給される。

スイッチ駆動回路２６はこの発明ては電圧−デユテイ比
変換回路を用いるものとする。スイッチ駆動回路２６を
構成する電圧−デユテイ比変換回路は一定の周期て矩形
波を発生する。例えば差動増幅器とシユミツトトリガ回
路を閉ループ接続して構成した矩形波発振器を用いるこ
とができる。この一定周期の矩形波を発生する矩形波発
振器に偏差増幅器３５から制御電圧を与えることによつ
て矩形波の周期を変えることなくデユテイ比を変化させ
る。つまり偏差増幅器３５から与えられる偏差電圧が０
のときスイッチ駆動′回路２６は例えはデユテイ比が５
０％の矩形波を発生する。偏差増幅器３５から与えられ
る偏差電圧がわずかに正方向に偏奇されるときスイッチ
駆動回路２６から出力される矩形波のデユテイ比は５０
％より大きい値に変化する。ここで言うデユテイ比は矩
形波の１周期内におけるＨ論理の時間をＴＨ，．Ｌ論理
の時間をＴＬとした場合ＴＨ／（ＴＨ＋ＴＬ）で表され
る比率を指す。

従つてＴＬ＝０のときテユテイ比は１００％となり、Ｔ
Ｈ＝０のときデユテイ比はＯ％となる。偏差増幅器３５
の反転入力端子に励磁電流に比例した電圧Ｖｍを与え、
非反転入力端子に矩形波状の基準電圧Ｖｒを与える。発
明の動作説明 基準値発生回路２８の出力矩形波が基準電圧値Ｖｒに立
上つた時点では励磁コイル１８にはまだ電流が流れてい
ない、従つて抵抗器２３における電圧は小さい。

よつてこの時点で偏差増幅器３５は正極側に飽和しスイ
ッチ駆動回路２６に正極性の電圧を与える。この結果ス
イッチ駆動回路２６Ｊはデユテイ比が１００％の矩形波
を出力し、スイッチ１９のオン時間が長くなるよおに制
御する。これにより電流が励磁コイルに流れ、かつ急速
に増加して定常状態に近ずく。励磁電流が定常状態に近
ずくに従つて偏差増幅器３５の出力電圧が小さくなり０
に近すく、このときスイッチ１９を制御するデユテイ比
は例えば５０％に近ずく。デユテイ比が５０％の状態に
おいて例えば商用電源２２の電圧が高くなつて励磁電流
が増加した場合には偏差増幅器３５は負極性の偏差電圧
を出力する。スイッチ駆動回路２６に負極性の偏差電圧
が与えられるとスイッチ駆動回路２６から出力される矩
形波のデユテイ比は５０％より小さくなる。この結果ス
イッチ１９のオン時間が短くなつて励磁電流を減少させ
る。デユテイ比が５０％の状態において商用電源２２の
電圧が低下し、励磁電流の値が減少したとすると、偏差
増幅器３５は正極性の偏差電圧を出力する。スイッチ駆
動回路２６に正極性の偏差電圧を与えると、スイッチ駆
動回路２６は出力する矩形波のデユテイ比を５０％より
大きくする方向に動作し、スイッチ１９のオン時間を長
くする。この結果励磁電流が増加する方向に制御される
。このようにして励磁電流の値を一定値に保つ制御動作
が行われる。一方デユテイ比が５０％で動作している状
態にお−いて基準値発生回路２８から与えられている基
準電圧値Ｖｒが０に立下がると、偏差増幅器３５は負極
方向に飽和する。

この結果スイッチ駆動回路２６には負極性の大きな電圧
が入力されスイッチ駆動回路２６は矩形波の出力を停止
する。つまりデユテイ比がｏ％の状態となる。基準値発
生回路２８から出力される非基準値電圧をわずかに負極
性となるように選定するか、或いは励磁電流検出用増幅
器２４がわずかに正極性のオフセット電圧を持つことに
よつて偏差増幅器３５は負方向に飽和した状態に維持さ
れる。

よつて励磁電流オフとなる状態がＴ，’時間存在し、Ｔ
，’時間毎に交互に励磁電流が流れる。従つて基準値発
生回路２８から偏差増幅器２８に基準値が与えられてい
る状態において励磁電流の値が変動すると、その変動に
応じてスイッチ１９の断続比が変化し、励磁電流の値を
調整する。よつて励磁電流は基準値て決まる一定の値と
なるように動作する。この実施例ては割算回路１５を設
けた例を示しているが、上記した理由からこの発明によ
れば励磁電流が一定となるようにスイッチ１９の断続比
が制御されるため、割算回路１５は必ずしも必要としな
い。発明の効果 上述したようにこの発明によればスイッチ駆動回路２６
は電圧デユテイ比変換回路によつて構成できる。

電圧デユテイ比変換回路は例えは演簿増幅器とシユミツ
トトリガ回路のループ接続により構成できるため構造は
簡単てある。然も励磁回路とスイッチ１９の駆動回路２
６が閉ループを構成し、この閉ループにより励磁電流が
基準値と対応して一定値となるように制御されるから、
特に割算回路１５を必要としない。

また割算回路１５を用いるときは測定精度を一層向上で
きる利点が得られ、高精度の電磁流量計を得ることがで
きる。また偏差増幅器３５に基準値を低周波の矩形波と
して与えることによりスイッチ１９が断続動作を開始す
る初期において、そのデユテイサイクルが自動的に１０
０％となるように動作するから励磁電流の立上りを速く
することができる、よつてそれだけ励振周波数を上げる
事がてき応答速度を上げることができる。

更に同一励振周波数であれば励振電流の変化によつて生
する誘導雑音の影響が少なくなり、それだけ性能が向上
する。更に偏差増幅器３５に与える基準値を変える事に
よつて励振電流値の大きさを簡単に調節できるので同一
の電源電圧でも各種の大きさの発信器を同一の回路で駆
動する事が可能である。つまり従来においては商用電源
用に設定された励振コイルを例えば低周波励磁するには
発信器の大きさによつてその電源電圧値を変えて励振電
流を調節する必要があつたが、この発明によれば基準値
を変える事によつて簡単に行う事がてきる。又一般に商
用電源用に設計された励振コイルはその時定数が大きい
が、この発明の電磁流量計を適用する事によつて低周波
励磁にそのまま利用しても、その励振電流の立上りが速
いため利用する事が可能である。又特にこの励振コイル
の時定数を小さくする必要がなく、つまり電源のフィル
タとして平滑性がよい大電力用のフィルタを使用する事
なく、励振コイルの時定数の大きいものを使用する事が
できる。尚上述においては励振コイル１８に対する電流
の供給の休止区間を設けたが、その休止区間においては
第２図Ｉに示すように逆方向に電流を流すようにしても
良い。その場合においても逆方向における断続の初めに
デユテイを大きくする。又上述は商用電源を整流し、そ
の出力を断続して励振コイルに供給したが、直流電源が
あればこれを直接利用して断続供給しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本となる電磁流量計の一例を示す
ブロック図、第２図は第１図に示した電磁流量計の動作
の説明に供するための波形図、第３図は第１図に示した
電磁流量計のスイッチ駆動回路の一例を示すブロック図
、第４図はその説明に供するための波形図、第５図はこ
の発明による電磁流量計の一実施例を示すブロック図で
ある。 １１：ニパイプ、１２，１３：電極、１４：信号増幅器
、１６：サンプル保持回路、１８：励振コイル、１９：
スイツチ、２１：整流回路、２３：電流検出手段を構成
する抵抗器、２６：スイツチ駆動回路、３５：偏差増幅
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ａ 励磁コイルと直流電源との間に直列接続したス
   イッチと、Ｂ 上記励磁コイルに流れる電流を検出する
   電流検出手段と、Ｃ 商用電源の周期より長い周期を持
   ち１周期内の半周期毎に基準電圧とゼロ電圧を交互に発
   生する基準値発生回路と、Ｄ 上記電流検出手段の検出
   値と上記基準値発生回路から与えられる矩形波状の基準
   電圧との偏差をもとめる演算手段と、Ｅ この演算手段
   から得られる偏差値に比例した比率を持つデユテイ比に
   変換しそのデユテイ比に従つて上記スイッチをオンオフ
   制御するスイッチ駆動回路と、から成る電磁流量計。