JPH0545932Y2

JPH0545932Y2 -

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Publication number: JPH0545932Y2
Application number: JP13263187U
Authority: JP
Priority date: 1987-08-31
Filing date: 1987-08-31
Publication date: 1993-11-30
Anticipated expiration: 2002-08-31
Also published as: JPS6438530U

Description

【考案の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本考案は、測定液に磁場を印加して測定液の流
量に比例して電極に発生した起電力を電極に接続
されたケーブルを介して受信する電磁流量計に係
り、特に信号ケーブルで生じる起電力の減衰を防
いだ電磁流量計に関する。

＜従来の技術＞電磁流量計は励磁コイルに励磁電流を流して磁
場を発生させ、これを被測定流体に印加すること
によつて発生する被測定流体の流量に比例した起
電力を一対の電極で検出し、この起電力を信号ケ
ーブルを介して高入力インピーダンスの増幅器を
初段に持つ変換部で受信し、必要な信号処理をし
て外部に出力する構成になつていることは良く知
られている。

この場合、電極間の出力インピーダンスが大き
いか或いは信号ケーブルが長いと、この出力イン
ピーダンスと信号ケーブルの持つ浮遊容量とで起
電力が減衰し出力誤差を生じる。そこで、信号ケ
ーブルとして２心の心線を持ちその外側を２重シ
ールドとする特別の信号ケーブルを用いその内側
のシールドに信号電圧と同じ大きさになるような
補償電圧を低インピーダンス源から供給して実質
的に浮遊容量の影響を受けないようにして起電力
の減衰を防ぐシールドドライブ方式が用いられて
いる。

第６図はこの種の従来のシールドドライブ方式
の構成を示すブロツク図である。

以下、これについて説明する。１０，１１はそ
れぞれ共通電位点１２との間に発生する起電力
e_S1，e_S2を検出する電極である。R_S1，R_S2はそれ
ぞれ電極１０と共通電位点１２との間の内部イン
ピーダンス、電極１１と共通電位点１２との間の
内部インピーダンスである。

１３は２心２重シールドのケーブルであり、１
４，１５はそれぞれ起電力e_S1，e_S2を伝送する心
線である。１６，１７はそれぞれ内側シールドで
あり、１８はこれ等の内側シールド１６，１７を
全体として囲む外側シールドである。図示されて
いないが、これ等の相互間は絶縁体で相互に絶縁
され、外側シールドの外部も絶縁物で被覆されて
いる。心線１４，１５と内側シールド１６，１７
との間に形成される浮遊容量はC_S1，C_S2で、内側
シールド１６，１７と共通電位点１２との間に形
成される浮遊容量はC₁，C₂でそれぞれ代表され
ている。

１９，２０はそれぞれ高入力インピーダンスを
持つ演算増幅器であり、その非反転入力端（＋）
はそれぞれ心線１９，２０に、反転入力端（−）
はそれぞれ出力端に接続されている。

また、各演算増幅器１９，２０の反転入力端
（−）はそれぞれ抵抗R₁，R₂を介して内側シール
ド１６，１７に接続されている。

演算増幅器１９，２０の各出力はそれぞれ差動
増幅器２１に入力され、これ等の入力電圧の差が
演算されて変換部の初段の出力端２２に出力され
る。

これ等の演算増幅器１９，２０、抵抗R₁，R₂、
差動増幅器２１などで変換部の初段を構成してい
る。

この様な構成にすると、心線１４，１５が接続
されている非反転入力端（＋）に生じている起電
力と反転入力端（−）に演算増幅器１９，２０の
出力端から負帰還された帰還電圧とは常に同一の
大きさになるので、抵抗R₁，R₂を介して他端が
開放された内側シールド１６，１７に帰還電圧が
印加されるとこの内側シールド１６，１７の電位
は常に心線１４，１５の電位と同一になる。

従つて、浮遊容量はC_S1，C_S2の両端の電位差は
常にゼロ電圧で、等価的にこれ等の浮遊容量が存
在しないものと等価になり、起電力の低下が防止
される。

一方、起電力e_S1，e_S2は高入力インピーダンス
の演算増幅器１９，２０でインピーダンス変換さ
れ、それ等の出力は差動増幅器２１で差が取られ
e_S1−（−e_S2）＝e_S1＋e_S2として出力端２２に出力さ
れる。

＜考案が解決しようとする問題点＞しかしながら、この様な従来の電磁流量計は以
下に説明する問題がある。

いま、簡単のため、e_S1＝e_S，R_S1＝R_S，C_S1＝
C_S、演算増幅器１９の出力端の電圧をe_Oとして第
６図に示す回路のうち上半分について説明する。

電極１０と演算増幅器１９の出力端との間の伝
達関数G₁（ｓ）は以下のようになる。

G₁（ｓ）＝e_O／e_S ＝［（C_S＋C₁）R₁ｓ＋１］／（C_SC₁R_SR₁＄）但し、＄＝s²＋［（C_S＋C₁）R₁ｓ／（C_SC₁R_SR₁）］＋１／（C_SC₁R_SR₁）である。これを整理して、 G₁（ｓ）＝ωn²［（C_S＋C₁）R₁ｓ＋１］／（s²＋2ζωns＋ωn²）となる。但し、ωnは固有角周波数、ζは減衰率
であり、下記の値をとる。

ωn＝１／（C_SC₁R_SR₁）^1/2 ζ＝（C_S＋C₁）R₁ ／２（C_SC₁R_SR₁）^1/2 例えば、R_S＝100KΩ、R₁＝200Ω、 C_S＝60nF（300mの信号ケーブル相当）、C₁＝45nF
（300mの信号ケーブル相当）とすると、ωn＝
2πfn、fn＝685Hz、ζ＝0.045となる。

これ等の式は、第６図に示す回路の補償電圧が
起電力の変化に対して２次遅れ系をなし、振動状
態で応答し、信号ケーブルで過渡誤差が生じるこ
とを示している。

従つて、矩形波励磁により磁場を発生させ、こ
れにより流量に対応して発生した矩形波の起電力
を波形が整定した平坦部でサンプルする電磁流量
計では、流量変動の応答を良くするなどのために
励磁周波数を上げようとすると、起電力をサンプ
ルするまでに起電力が整定せず、正常な測定が出
来ないという問題がある。

＜問題点を解決するための手段＞この考案は、以上の問題点を解決するために、
被測定液に発生する起電力を検出する一対の電極
と、この一対の電極からの各リード線に沿いこの
リード線を絶縁して囲んだガードと、各電極で検
出された起電力が加えられる高入力インピーダン
スでかつ高利得の一対の増幅器と、この各増幅器
の出力に関連する電圧が入力に負帰還されると共
に各ガードに一対のコンデンサを介して加え各電
極と各ガードとの電位を実質的に同一にする一対
の接続手段と、一対の増幅器の出力の差を出力す
る差動増幅手段とを具備するようにしたものであ
る。

＜作用＞演算増幅器の帰還電圧をコンデンサを介して低
インピーダンス源から信号ケーブルの内側シール
ドに補償電圧として印加することにより、応答遅
れを防止する。

＜実施例＞以下、本考案の実施例について図面に基づいて
説明する。第１図は本考案の１実施例の要部を示
すブロツク図である。なお、第６図に示す回路要
素と同じ回路要素の部分には同一の符号を付して
適宜にその説明を省略する。

第１図は第６図に示す回路の上半分に相当する
部分のみを示している。

この実施例は第６図に示す抵抗R₁の代わりに
コンデンサC₃を用いている。

この様な回路構成によれば、電極１０と演算増
幅器１９の出力端との間の伝達関数G₂（ｓ）は以
下のようになる。

G₂（ｓ）＝e_O′／e_S1 ＝１／［｛C_S1C₁R_S1ｓ／（C_S1＋ C₁＋C₃）｝＋１］ここで、T₁を時定数として T₁＝C_S1C₁R_S1／（C_S1＋C₁＋C₃）とおくと、 G₂（ｓ）＝１／（１＋T₁ｓ）となり、これは１次遅れ回路となつていることを
示している。

従つて、コンデンサC₃の容量を大きくするこ
とにより、時定数T₁を小さくすることができ、
さらに共振系を構成しないので、高い周波数の矩
形波励磁でも早く定常状態に移行し安定したデー
タをサンプリングすることができる。

第２図は本考案の第２の実施例の構成を示すブ
ロツク図である。

第２図に示す以降の実施例についても第５図に
示す回路の上半分に相当する部分のみを示してい
る。

第２図に示す実施例は演算増幅器１９の出力端
の電圧を演算増幅器２３で一定倍Ｋだけ増福し、
この出力電圧をコンデンサC₃を介して補償電圧
とするものである。この場合の電極１０と演算増
幅器２３の出力端との間の伝達関数G₃（ｓ）は、
時定数T₂を T₂＝C_S1R_S1（C₂＋（１−Ｋ）C₃）／（C_S1＋C₁＋C₃）とすれば、 G₃（ｓ）＝Ｋ／（１＋T₂ｓ）となる。従つて、Ｋを適当に選べば時定数T₂を
小さくすることができ、帯域を広げることができ
る。

第３図は本考案の第３の実施例の構成を示すブ
ロツク図である。

第３図に示す実施例は入力回路に直流カツト用
のコンデンサC₄が挿入されている場合の実施例
を示している。

この場合は、演算増幅器１９の非反転入力端
（＋）と共通電位点１２との間に高い抵抗値を持
つ分圧抵抗R₃とR₄が接続され、この分圧点は演
算増幅器１９の出力端とコンデンサC₅を介して
接続されている。分圧抵抗R₁，R₂で演算増幅器
１９の直流バイアス電流をバイパスする。

第４図は本考案の第４の実施例の構成を示すブ
ロツク図である。

第２図に示す実施例と第３図に示す実施例とを
組み合わせた実施例である。

直流カツトされた起電力を演算増幅器１９で増
幅しその出力を一定倍Ｋだけ増幅するようにした
場合を示している。

第５図は本考案の第５の実施例の構成を示すブ
ロツク図である。

第５図は第３図においてコンデンサC₃とC₅と
を兼用してその構成を簡単にしたものである。

＜考案の効果＞以上、実施例と共に具体的に説明したように本
考案によれば、コンデンサを介して補償電圧を得
るようにしたので、回路が１次遅れ系をなし、し
たがつて周波数の高い矩形波励磁でも誤差なく測
定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例の要部の構成を示す
ブロツク図、第２図は本考案の第２の実施例の要
部を示すブロツク図、第３図は本考案の第３の実
施例の要部を示すブロツク図、第４図は本考案の
第４の実施例の要部を示すブロツク図、第５図は
本考案の第５の実施例の要部を示すブロツク図、
第６図は従来の電磁流量計の変換部の初段の近傍
の構成を示す構成図である。１０，１１……電極、１２……共通電位点、１
３……信号ケーブル、１４，１５……心線、１
６，１７……内側シールド、１９，２０，２３…
…演算増幅器、２１……差動増幅器。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

被測定液に発生する起電力を検出する一対の電
極と、この一対の電極からの各リード線に沿いこ
のリード線を絶縁して囲んだガードと、前記各電
極で検出された起電力が加えられる高入力インピ
ーダンスでかつ高利得の一対の増幅器と、この各
増幅器の出力に関連する電圧が入力に負帰還され
ると共に前記各ガードに一対のコンデンサを介し
て加え各電極と前記各ガードとの電位を実質的に
同一にする一対の接続手段と、前記一対の増幅器
の出力の差を出力する差動増幅手段とを具備する
ことを特徴とする電磁流量計。