JPS5916645B2 - 電磁流量計の励振回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 フ 本発明は、商用電源周波数より低い周波数又は直流
で電磁流量計発信器の励磁を行なう電磁流量計の励振回
路に関し、励磁電流に応じた比較電圧の検出回路に特徴
を持つものである。

第１図は従来の電磁流量計の一例を示す原理構５ 成図
であり、１は電磁流量計発信器、２は被測定流体が通る
導管、３、４は導管に設けられた電極、５は励磁コイル
、６は電極３、４間に発生した流量信号を増幅する信号
増幅器、Ｔは割算回路、８は励磁電流検出抵抗、９は励
磁電流検出抵抗８に０ 発生した比較電圧を増幅する信
号増幅器、１０は励磁コイル５に発生する逆起電力によ
つて生ずる電流を流すダイオード、１１は商用電源、１
２は低周波発生回路、１３は低周波発生回路１２により
制御されるＯＮ−ＯＦＦスイッチ、１４は電源５ トラ
ンス、１５は製流器である。

この回路の構成は次のようである。

商用電源１１は電源トランス１４の１次巻線に接続され
ている。

電源トランス１４の２次巻線は整流器１５に接続され、
整流器１５の出力端には０ 低周波ＯＮ−ＯＦＦスイッ
チ１３と励磁電流検出抵抗８と励磁コイル５が直列に接
続されている。またダイオード１０が励磁コイル５と励
磁電流検出抵抗８との直列回路と並列に接続されている
。電極３、４間に発生した流量信号は信号増幅器６５に
より増幅され、割算回路Ｔに供給されている。励磁電流
検出抵抗８に発生した比較電圧は信号増幅幅９により増
幅され、割算回路Ｔに供給されてクーいる。

この電磁流量計は、励磁コイルに供給される励磁電流の
変動に対する補償を行なうに、励磁電流検出抵抗８によ
り励磁電流に比例した比較電圧を検出し、この比較電圧
で電磁流量計発信器１の電極３，４間に発生する信号を
割算するようにしたものである。

なお電源トランス１４は比較電圧と商用電源との絶縁を
とるものである。この絶縁の必要性は、一般に被測定流
体がほとんどの場合接地されているので、商用電源が接
地を介して短絡するものを防止するためである。しかし
ながらこのような従来装置にあつては、次のような欠点
がある。

（ａ）励磁電流を商用電源と絶縁するため容量の大きな
電源トランス１４が必要であり、容量の大きな電源トラ
ンスによりコストが高くなると共に、小形軽量化の障害
となる。

（ｂ）励磁電流検出抵抗８には大電流が流されるので、
抵抗の放熱を考慮する必要がある。

（ｃ）抵抗８の放熱を低く押えるため抵抗８の抵抗値を
低くとる必要があるが、低抵抗値の抵抗は安定なものが
得にくい。

このため実際には多数の抵抗を並列接続して実現させる
のでこの抵抗部分の寸法が大きくなり小形化の障害とな
る。（ｄ）抵抗８の抵抗値を低くとらなければならない
ために、抵抗８に発生する比較電圧は低い値であり、割
算回路７に供給する前に信号増幅器９で増幅する必要が
ある。（ｅ）抵抗８の代わりにカレントトランスを挿入
することも考えられるが、励磁電流が低い周波数である
ため精度の良い比較電圧の検出は困難であり、また強い
てカレントトランスを使用するとしても大きなサイズの
ものを使用しなければならない。

そこで本発明は、上記の欠点を改良するために比較電圧
を検出するに、励磁電流が低周波電流又は直流となる前
の商用電源周波の状態でカレントトランスを介して検出
するようにしたものである。

第２図は本発明による電磁流量計の一実施例を示す原理
構成図であり、１６は比較電圧検出用のカレントトラン
ス、１７は比較電圧用の整流器、１８はカレントトラン
ス１６の負荷抵抗、１９はスイツチ駆動回路、２０はス
イツチであり、第１図と同一要素には同一符号を付した
。この回路の構成は次のようである。商用電源１１はカ
レントトランス１６の１次巻線１６ａを介して整流器１
５に接続され、整流器１５の出力にはスイツチ２０を介
して励磁コイル５とダイオード１０の並列回路か接続さ
れている。

電極３，４間に発生した流量信号は信号増幅器６により
増幅され、割算回路７に供給されている。カレントトラ
ンス１６の２次巻線１６ｂは整流器１７に接続され、整
流器１７の出力には負荷抵抗１８が接続され、負荷抵抗
１８の両端間に発生した比較電圧が割算回路７に供給さ
れている。第３図は第２図実施例の動作説明用の波形図
であり、（１）は商用電源１１の電圧波形、（２）はス
イツチ駆動回路１９の０Ｎ−０ＦＦ出力、（３）は励磁
コイル５に印加される電圧、（４）は励磁コイル５に流
れる励磁電流、（５）はカレントトランス１６の１次巻
線１６ａに流れる電流、（６）は負荷抵抗１８の両端間
に発生する比較電圧である。次に第２図の装置の動作を
第３図波形図を参照して説明する。

スイツチ２０がスイツチ駆動回路１９により第３図波形
（２）の如く０Ｎ−０ＦＦ制御されると、励磁コイル５
には第３図波形（３）に示す如き電圧が印加され、励磁
コイル５には第３図波形（４）に示す如き励磁電流が流
れる。

こ＼で励磁電流のリツブルが大部分取り除かれるのは励
磁コイル５のインダクタンスの作用により、またスイツ
チ２０の０ＦＦ時に励磁コイル両端間に発生するスパイ
ク状の逆電圧が取り除かれるのはタイオート１０の作用
による。カレントトランス１６にはスイツチ２０が０Ｎ
の時第３図波形（５）に示す如き電流が流れ、負荷抵抗
１８の両端間に第３図波形（６）に示す如く励磁電流に
比例した比較電圧が得られる。

第４図は割算回路７の一例を示す回路図であり、２１，
２５ａ，２５ｂはサンプルスイツチ、２２，２８はＲＣ
平滑回路、２３，２７は減算器、２４は増幅器、２６は
スイツチ駆動回路、２９は電圧／周波数変換器、３０は
周波数／電流変換器であり、サンプルスイツチ２１は電
圧／周波数変換器２９の出力周波数により０Ｎ−０ＦＦ
制御され、サンプルスイツチ２５ａ，２５ｂはスイツチ
駆動回路２６により０Ｎ−０ＦＦ制御される。

比較電圧Ｖｒはサンブルスイツチ２１によりサンプルさ
れ、ＲＣ平滑回路２２によりサンブルノイズを除去され
、負帰還電圧として減算器２３に入力される。

また減算器２３には流量信号Ｖｉも入力される。減算器
２３の出力は増幅器２４で増幅され、サンプルスイツチ
２５ａ，２５ｂを介して互に逆極性で減算器２７に入力
される。減算器２７の出力はＲＣ平滑回路２８によりリ
ツプルの少ない直流電圧に変換され、電圧／周波数変換
器２９に入力される。電圧／周波数変換器２９の出力Ｆ
は周波数／電流変換器３０で電流信号に変換されて出力
される。第５図は、第４図に示す割算回路の動作を説明
するための波形図であり、（１）は流量信号Ｖｉの波形
、（２）は流量信号Ｖｉに含まれ励磁電流の変化により
発生する誘導ノイズ成分の波形、（３）はサンプルスイ
ツチ２５ａの駆動波形、（４）はサンブルスイツチ２５
ｂの駆動波形である。

第４図に示す割算回路の動作原理は次のようである。

電圧／周波数変換器２９の出力周波数をＦとし、増幅器
２４の増幅率を十分大きいものとすると、次の関係式が
成立する。

周波数／電圧変換器３０において入力周波数Ｆと出力電
流１との関係を比例常数Ｋ１を使用したとすると、（１
）式より出力電流１はとなる。

こ＼で流量信号Ｖｉは、励磁電流１と導管２内の流体の
平均流速ｖとに比例した電圧であり、比例常数Ｋ２を使
用した次の関係式を満足する。

また比較電圧ｒは励磁電流１と比例し、比例常数Ｋ３を
使用した次の関係式を満足する。したがつて（３）式は
（４），（５）式よりとなり、出力電流１は励磁電流１
の変動に影響されない値となる。なおサンプルスイツチ
２５ａ，２５ｈの働きは励磁電流が安定し、流量信号中
の誘導ノイズ成分がほとんど零となつた時点の流量信号
をサンプルするためであり、サンプルスイツチ２５ｂで
非励磁時にも流量信号を逆極性でサンプルしているのは
電気回路から発生した信号中に含まれる直流成分を除去
するためである。

以上本発明においては、励磁電流が第３図波形（４）に
示す如き低い周波数であるが、励磁電流の大きさを検出
するに第３図波形（５）に示す如き整流前の商用電源の
出力電流をカレントトランスで検出している。

したがつて本発明によれば次のような長所がある。（ａ
）カレントトランスの扱う周波数は励磁電流の周波数よ
り高い商用電源の周波数であるので、カレントトランス
は小さなサイズでも高精度の比較電圧が容易に得られる
。

（ｂ）カレントトランスの２次巻線には比較的高い値の
比較電圧が得られるので、増幅器９が不要である。

（ｃ）商用電源と比較電圧との絶縁がカレントトランス
によりとられるので、電源トランス１４が不要である。

次に本発明の変形実施例を説明する。

第２図実施例にあつては、スイツチ２０を励磁コイル５
と整流器１５との間に挿入したが、商用電源１１と整流
器１５との間に挿入してもよい。

ただしこの場合、スイツチには交流電流が流れるので、
スイツチ素子として半導体を用いるとしたらトライアツ
ク等の両方向素子を使用するか、又は第６図実施例に示
すように、ダイオードブリツジ回路３１と直流スイツチ
素子３２とを組合せた回路を使用すればよい。なおこの
実施例においては、ダイオード１０の役割を整流器１５
が兼ねるのでダイオード１０を省略することもできる。
第７図実施例は、カレントトランス１６の１次巻線を１
６ａ１と１６ａ２との２個に分割し、整流器ｌの２辺に
挿入したものである。第８図実施例は第２図におけるス
イツチ２０に代えてブリツジ整流器１−５の２辺をサイ
リスタ等のスイツチ３３，３４に変更したものであり、
３７はスイツチ駆動回路である。

第９図は第８図実施例の動作を説明するための波形図で
あり、（１）は商用電源１１の電圧波形、（２）はスイ
ツチ３４の０Ｎ−０ＦＦ制御信号、（３）はスイツチ３
３の０Ｎ−０ＦＦ制御信号、（４）は励磁コイル５に印
加される電圧である。

この第８図実施例は、低周波の励磁電流を得るにスイツ
チ駆動回路３７により商用電源の電圧波形に同期させて
スイツチ３３，３４を０Ｎ−０ＦＦ制御するものである
。

第１０図実施例は、励磁電流を励振状態と非励振状態の
繰返しとする例ではなく、正の励振状態と負の励振状態
との繰返し、或いは正・零（非励振状態）・負・零の励
振状態の繰返しとするものであり、３８ａ，３８ｂは励
磁電流の極性切換えスイツチ、３９は切換スイツチ駆動
回路、４０は同期整流回路、４１，４２は励磁コイル５
の逆起電力をパスする抵抗とコンデンサである。

第１１図実施例は、第８図実施例におけるカレントトラ
ンス１６の挿入箇所をブリツジ１５内に挿入したもので
あり、カレントトランスの１次巻線はブリツジ１５の２
辺の電流を検出するために１６ａ１と１６ａ２とに２分
割している。

第１２図実施例は、商用電源１１が１次巻線に印加され
ている電源トランス４３の２次巻線とカレントトランス
１６の１次巻線とをダイオード４４，４５を介して接続
し、電源トランス４３の２次巻線のセンタータツプとカ
レントトランス１６の１次巻線のセンタータツプとの間
にスイツチ２０と励磁コイル５を直列に接続したもので
ある。

この実施例によれば、電源トランス４３が必要となる他
は従来の欠点を改善できる。また励振時のスイツチ制御
信号のデユーテイサイクルを変化させるようにしてもよ
い。

例えば、第６図実施例において、第３図波形（２）に示
す制御信号を第１３図波形（２）に示す制御信号に変え
るような場合であり、励磁電流の値を調節できる。

第１３図はこの実施例の動作を説明するための波形図で
あり、（１）は商用電源１１の電圧波形、（２）はスイ
ツチ駆動回路１９の０Ｎ−０ＦＦ出力、（３）は励磁コ
イル５に整流器１５を介して印加される電圧、（４）は
カレントトランス１６に流れる電流、（５）は励磁コイ
ル５に流れる励磁電流である。

この実施例によれば、次のような工業上の効果がある。
（ａ）電源電圧が大幅に異なる場合、例えば１００Ｖと
２００Ｖとでは別の励磁コイルを使用しなければならな
いのを、スイツチのデユーテイサイクルを調整すること
により励磁コイルを共通に使用できる。

（ｂ）このことは製造上、電磁流量計発振器の種類が減
少すると共に、設置後も容易に電源電圧を変更すること
ができる。

（ｃ）特別に消費電流が問題となり励磁電流を減らした
い場合でも、設計変更なしにスイツチ駆動回路１９の調
整によつて処置することができる。

なお、この実施例の場合は、比較電圧を平滑するために
負荷抵抗１８の次にＲＣ平滑回路を設ける必要がある。
或いは励磁電流が安定した時であつて、スイツチ３２が
０Ｎの時に、比較電圧と流量信号とをサンプルするよう
にし、ＲＣ平滑回路を省略してもよい。

第１４図はその実施例であり、４６，４７はサンプルス
イツチ、４８はスイツチ駆動回路である。

第１５図は第１４図実施例の動作を説明するための波形
図であり、第１５図波形１〜５は第１３図波形１〜５と
同様であり、第１５図波形（６）は負荷抵抗１８の両端
間に発生する比較電圧、第１５図波形７はサンプルスイ
ツチ４６，４７を制御するためのスイツチ駆動回路４８
の０Ｎ−０ＦＦ出力である。また、このようなスイツチ
のデユーテイサイクルの調整により励磁電流を調節する
実施例の変形例として、励磁電流の立上り速度を改善す
るため励磁電流の立上り付近でスイツチのデユーテイサ
イクルを大きくするようにしてもよい。

これまで述べた例では低周波数の励磁電流を得るのに、
スイツチ要素の開閉を用いたが、その他に第１６図実施
例の如く、，信号発生器４９と電力増幅器５０とからな
る交流電源を使用しても実現できる。

すなわち、第１７図波形１に示す信号を信号発生器４９
から発生させ、電力増幅器５０で電力増幅し、励磁コイ
ル５に第１７図波形２に示す低周波電流を供給するもの
である。

また、信号発生器４９から第１８図波形１に示す信号を
発生させ、励磁コイル５に第１８図波形２に示す正弦波
状の低周波電流を供給することも可能である。

本発明は、励磁電流を定電流化した電磁流量計にも適用
できる。

第１９図はその実施例であり、−５１は励磁電流制御用
のトランジスタ、５２はトランジスタ駆動回路、５３は
励磁電流制御基準信号発生器である。

第２０図は第１９図実施例の動作を説明するための波形
図であり、１は商用電源の電圧、２は励磁電流制御基準
信号、３はトランジスタ５１の内部抵抗、４は励磁電流
、５はカレントトランス１６の２次巻線に発生する電圧
を示す波形である。この実施例のように、商用周波数の
段階の励磁電流をカレントトランス１６で検出し、カレ
ントトランスで検出した比較電圧を基に励磁電流を定電
流化できる。或いはスイツチのデユーテイサイクルの変
化により定電流化することもできる。

第２１図はその実施例であり、５４は電圧／デユーテイ
サイクル変換回路、５５はスイツチである。なお、比較
電圧検出用の整流器１７を理想化ダイオード回路とすれ
ば、更に高精度の比較電圧が得られる。

以上の第２図から第２１図までの実施例のうち、スイツ
チ２０，３２，３３，３４，および５５での低周波切換
の０Ｎ−０ＦＦ動作を除去した実施例は第１発明の実施
例に相当し、直流励磁方式の励振回路に適用することが
できる。

第２図から第２１図までの実施例は第２発明の実施例に
相当し、低周波励磁方式の実施例に適用することができ
る。更に、第１９図から第２１図までの実施例は第３発
明の実施例に相当し、第２図から第１８図までの実施例
が電圧励振方式に適用されるのに対して定電流励振方式
の電磁流量計の励振回路に適用することができる。以上
、本発明によれば、低い周波数或いは直流の励磁電流の
値も小形のカレントトランスで精度良く検出でき、その
工業上の効果が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電磁流量計の一例を示す原理構成図、第
２図、第３図は本発明の一実施例を示す原理構成図とそ
の動作波形図、第４図、第５図は割算回路の一例を示す
原理構成図とその動作波形図、第６図から第２１図は本
発明の他の実施例を示す原理構成図とその動作波形図で
ある。 １：電磁流量計発信器、３，４：電極Ｉ５：励磁コイノ
レ、６：信号増幅器、７：割算回路、１１：商用電源、
１５，１７：整流器、１９，３７，４８：スイツチ駆動
回路、２０，３２，３３，３４，５５：スイツチ、３１
：ダイオードブリツジ回路、３８ａ，３８ｂ：極性切換
えスイツチ、３９：切換えスイツチ駆動回路、４０：同
期整流回路、４３：電源トランス、４９：信号発生器、
５０：電力増幅器、５１：励振電流制御用トランジスタ
、５２：トランジスタ駆動回路、５３：励振電流制御基
準信号発生器、５４：電圧／デユーテイサイクル変換回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源と、前記交流電源の電圧を整流して整流電
   圧を得る整流手段と、前記整流電圧が印加される励磁コ
   イルと、前記交流電源と前記整流手段との間に流れる前
   記交流電源と同一周波数の成分を含む交流電流を検出す
   るカレントトランスと、前記カレントトランスの出力か
   ら前記励磁コイルに流れる励磁電流に比例した比較電圧
   を得ることを特徴とする電磁流量計の励振回路。 ２ 交流電源と、前記交流電源の電圧を整流して整流電
   圧を得る整流手段と、前記整流電圧が印加される励磁コ
   イルと、前記交流電源と前記整流手段との間に流れる前
   記交流電源と同一周波数の成分を含む交流電流を検出す
   るカレントトランスと、前記励磁コイルに流れる励磁電
   流を前記交流電源の周波数の周期より長い周期を有して
   開閉するスイッチ手段と、前期カレントトランスの出力
   から前記励磁コイルに流れる励磁電流に比例した比較電
   圧を得ることを特徴とする電磁流量計の励振回路。 ３ 交流電源と、前記交流電源の電圧を整流して整流電
   圧を得る整流手段と、前記整流電圧が印加される励磁コ
   イルと、前記整流手段と励磁コイルまたは前記交流電源
   との間に挿入された励磁電流制御要素と、前記交流電源
   と前記整流手段との間に流れる前記交流電源と同一周波
   数の成分を含む交流電流を検出するカレントトランスと
   、前記カレントトランスの出力から前記励磁コイルに流
   れる励磁電流に比例した比較電圧を得る手段と、前記比
   較電圧と基準信号とから前記励磁電流制御要素を制御し
   て励磁電流を定電流化したことを特徴とする電磁流量計
   の励振回路。