JPS588450B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電磁流量計に関し、特にスイッチ素子を介し
て励磁電流を供給するようにした電磁流量計の信頼性を
向上することを目的とするものである。

従来電磁流量計では電極に発生する電圧から信号電圧と
電極の電気化学的性質により発生する直流的なノイズ電
圧を分離するために商用電源による交流励磁を行ってい
る。

この場合励磁回路が受動素子のみで構成できるという有
利な点がある反面、次のような欠点がある。

■ 商用電源からの誘導ノイズを受けやすい。

■ 電極および電極から引き出される信号機の作るルー
プが磁束と鎖交して磁束の時間変化に比例するいわゆる
９０度ノイズが発生するため変換器でこれを除去しなけ
ればならず変換器の構成が複雑になる。

このため最近、商用周波数以下の周波数で励磁を行う低
周波励磁方法が実用化されつつある。

この方法では励振周波数を商用周波の偶数分の１に同期
させると共に励振波形を矩形波とし励磁が安定状態にあ
る部分でのみの信号をサンプリングすることにより上記
■■の欠点を除去している。

反面商用周波励磁では励磁回路が受動素子のみで構成さ
れるのに対し低周波励磁では励磁電流制御用素子例えば
半導体スイッチ素子のような能動素子が不可欠となる。

励磁回路に能動素子を使うことによって信頼性の低下が
問題となる。

励磁回路の信頼性は電磁流量計全体の信頼性に影響を及
ぼす。

励磁電流制御回路の信頼性設計に関し、 （イ）使用素子に十分なデイレーテイングを見込む。

（口）励磁電流のスイッチ素子を複数個並列に動作させ
ることにより制御回路部分の冗長度を持たせる。

等の方法がとられている。

しかし上記（イ）の方法ではデイレーテイングにより得
られる信頼性には限界があり、■の方法では１個の素子
の破壊により他のスイッチング素子に流れる電流が増加
し、残った素子の信頼性は低下する方向に変化するため
スイッチ素子の数に対応した冗長度は得られない等の欠
点がある。

この発明の目的は能動素子即ちスイッチ素子によって励
磁電流を断続制御するようにした電磁流量計の信頼性を
向上させることにある。

この発明では励磁電流を断続制御する励磁電流制御回路
に互に並列接続された複数個のスイッチ素子を設け各ス
イッチを順次開閉することにより所望の周波数で励磁を
行なうように励磁電流制御回路を構成すると共に並列接
続されたスイッチ素子の内で何れかが正常動作しないと
きはその正常動作しないスイッチ素子がオンとなるべき
区間の流量信号を検出しないように構成し、一部のスイ
ッチ素子が破損しても正常な流量信号を検出するように
したものである。

以下この発明の一実施例を図面について詳細に説明する
。

第１図はこの発明の一実施例を示す。

図において１は直流の励磁電源である。

この直流励磁電源１は例えば商用電源を整流した直流電
源で構成することができる。

励磁電源１の直流出力は励磁電流制御回路２を通じて流
量計発信器３の励磁コイル４に与えられる。

尚励磁コイル４には励磁電流検出手段を構成する抵抗器
Ｒが直列に接続され、またコイル４に流れ込んだ電流が
断にされる毎にエネルギを放出させるダイオードＤが並
列接続される。

この発明においては励磁電流制御回路２においてスイッ
チ素子を複数並列接続し、各スイッチ素子を順次時分割
的にオンにさせ励磁コイル４に所定の周波数の矩形波電
流を供給するように構成するものである。

この列では２個のスイッチ素子Ｓｌ，Ｓ２を並列接続し
た場合を示す。

スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２としては例えば図示の如くトラ
ンジスタを用いることができ、両スイッチ素子Ｓ１，Ｓ
２には直列に例えばサーキットブレーカ５及び６が接続
され、例えばスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２がオンの状態に或
る時間放置されたとき、又はコイル４或いはダイオード
Ｄに短絡事故が起きたときこれらサーキットブレーカ５
及び６が動作しスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２或いはコイル４
等を保護するようにしている。

スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２は制御信号発生器７から出力さ
れる商用電源の周波数より低い周波数の矩形波信号によ
って時分割的にオン、オフ制御される。

制御信号発生器７は商用電源８の商用周波数信号を例え
ば矩形波に波形整形する波形整形回路９と、この波形整
形回路９の出力を受けて商用電源周波数の例えば１／２
と１／４，１／８，！／１６の各分周出力が得られる分
周器１０と、この分周器１０の１／８と１／１６の分周
出力をアンドゲートするアンド回路１１と、１／１６分
周出力を極性反転するインバータ１２と、その反転出力
と届分周出力とをアンドゲートするアンド回路１３とに
より構成することができ、アンド回路１１と１３の出力
をスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２の制御電極に供給する。

制御信号発生器７をこのように構成することによりスイ
ッチ素子Ｓ１，Ｓ２？とは第２図ＦとＧに示すような制
御信号Ｐｆ，Ｐｇが供給され、この制御信号Ｐｆ，Ｐｇ
によってスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２は交互にオン、オフ制
御され励磁コイル４には同図Ｈに示すような励磁電流Ｉ
ｈが流れる。

尚第２図Ａに示す信号Ｐａは波形整形回路９の出力に得
られる商用電源周波数の矩形波信号を示し、Ｂ−Ｅに示
す信号Ｐｂ＝Ｐｅはそれぞれ分周器１０のレ２１／ａ，
１／８，１／１６分周出力信号を示す。

励磁コイル４に励磁電流Ｉｈが流れることにより流量計
発信器３の流量検出電極１４−１４間に流体の流速に比
例した起電力が発生し、この起電力を信号処理装置Ｋの
前置増幅器１５に供給し、所要のレベルに増幅して割算
回路１６に供給する。

割算回路１６では励磁電流検出抵抗Ｒの両端から検出し
た励磁電流Ｉｈに比例した信号によって流量信号を割算
し励磁電流Ｉｈの変動による流量信号の変動を除去する
ようにしている。

割算回路１６の出力はサンプルホールド回路１７に供給
される。

サンプルホールド回路１７ではスイッチＳ３，Ｓ４が電
流波形Ｉｈと同期して交互にオン、オフされて同期整流
と共にサンプルホールドされ、その出力には流量に比例
した直流信号が得られる。

この出力信号は必要に応じて出力回路１８にて例えば電
流信号に変換され出力端子１９から例えば指示計等に送
出される。

サンプルホールド回路１７のスイッチ８３＋８４はアン
ド回路２０．２１の出力によって制御される。

アンド回路２０には分周器１０の１／２と１／４分周出
力をノアゲート回路２２を通じて得られた信号と、縮分
周出力とを供給し、アンド回路２１にはノアゲート回路
２２の出力と１／８分周出力をインバータ２３にて極性
反転した信号とを供給し、アンド回路２０と２１から第
２図ＮとＯに示すようなサンプリングパルスＰｎとＰｏ
を得るようにし、スイッチＳ３，Ｓ４を制御する。

第２図Ｍに示す波形Ｐｍはノアゲート回路２２の出力波
形である。

こトでこの発明においては励磁電流制御回路２のスイッ
チ素子Ｓ，，Ｓ２が正常動作しないときはその区間のサ
ンプリング動作を停止するように構成するものである。

このため各スイッチＳ１，Ｓ２が正常に動作したか否か
を検出するために増幅器２４の出力から励磁電流信号を
取出し、その励磁電流信号を波形整形回路２５にて第２
図■に示すような矩形波信号Ｐｉに波形整形し、この矩
形波信号Ｐｉをセットリセットフリツプフロツプ２６，
２７のセット端子Ｓに供給する。

またフリツプフロツプ２６のリセット端子Ｒには分周器
１０の１／ｉ６分周出力をインバータ２８にて極性反転
した信号を供給し、フリツプフロツプ２７のリセット端
子Ｒには分周器臂６分周出力を直接供給する。

フリツプフロツプ２６．２７の出力をノアゲート回路２
９を通じて各アンド回路２０．２１に供給するように構
成するものである。

このように構成すれば、スイッチ素子Ｓ１と８２が正常
に動作している状態ではフリツプフロツプ２６と２７は
励磁電流信号Ｐｉにてセットされ、分周器１０の１／１
６分周出力Ｐｅの互に逆位相の信号によってリセットさ
れるから、フリツプフロツプ２６と２７の出力は第２図
のＪとＫに示すように分周器１０の１４６分周出力Ｐｅ
と同期し互に位相が逆転した信号ＰｊとＰｋとが得られ
る。

よって正常時にはオアゲート出力は第２図Ｌに示すよう
に常に「１」論理の出力が得られる。

よってアンド回路２０と２１は常にサンプリングパルス
ＰｎとＰｏを出力する状態に保持される。

一方、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２の何れか一方例えばＳ２
が破損し導通状態を続けるとプレーカ６が働きスイッチ
素子Ｓ２の回路が開放される。

このため第３図Ａに示すように励磁電流Ｉｈは正常時の
１／２の周期となる。

よって波形整形回路２５の出力Ｐｉも第３図Ｂに示すよ
うにその周期が１／２に低下する。

フリツプフロツプ２６の出力は第３図Ｃに示すように正
常に出力されるが、フリツプフロツプ２７はセットとリ
セットが同時に行なわれるためセットされる期間がなく
、その出力は第３図Ｄに示すように「０」論理に保持さ
れる。

よってオアゲート回路２９の出力は第３図Ｅに示すよう
に一方のフリツプフロツプ２６の出力Ｐｊだけとなり、
その半周期に相当する即ちスイッチ素子Ｓ２が動作する
区間はアンド回路２０．２１は閉じられ、この区間はサ
ンプリングパルスＰｎとＰｏは第３図ＦとＪに示すよう
に通過を阻止され、よってこの区間はサンプルホールド
回路１７は動作しない。

従ってアンド回路２０．２１は励磁電流検出手段が励磁
電流の無を検出したときサンプルホールド回路１７のサ
ンプリング動作を停止させる手段を構成している。

このようにしてこの発明によればスイッチ素子が正常動
作しない区間ではサンプリング動作を行なわないから正
常動作区間で得られた正確な流量信号が乱されることが
なく、流量に対応した値の出力を得ることができる。

但しサンプリング周波数が偽に低下するから流量が変化
するとき、出力信号が変化する応答蓮度は１／２に低下
する。

然し乍ら応答速度が低下しても流量に対応した正確な信
号は得ることができる。

このため１個のスイッチ素子だけで励磁電流を断続制御
する場合と比較して信頼性はスイッチ素子の並列数倍と
なる。

尚上述では２個のフリツプフロツプ２６と２７を用いて
アンド回路２０と２１を制御し、不良のスイッチ素子が
動作する区間にサンプリングパルスがサンプルホールド
回路１７に供給されるのを阻止するようにしたが、第４
図に示すように１個のフリツプフロツプ２６でその制御
を行なわせることができる。

このためには波形整形回路２５の出力と分周器１０の１
／２と１／４分周出力のノアゲ−ト出力と１／８分周出
力の極性反転出力とをアンド回路３０にてアンドゲ一ト
し、そのアンド出力をフリツプフロツプ２６のリセット
端子Ｒに供給する。

またフリツプフロツプ２６のセット端子Ｓには波形整形
回路２５の出力を微分回路３１にて微分して供給するよ
うに構成する。

このように構成すれば例えばスイッチ素子Ｓ１が破損し
て導通状態となると、一定の励磁電流がスイッチ素子Ｓ
１を通じて励磁コイル４に流れる。

よって微分回路３１からは微分出力が出力されなくなり
フリツプフロツプ２６はセットされない。

リセットパルスはノアゲート回路２２の出力毎、即ち励
磁周期に同期して発信されるのでフリツプフロツプ２６
の出力は「０」論理に保持され、アンド回路２０．２１
は閉に保持されサンプルホールド回路１Ｔには全くサン
プリングパルスが供給されなくなる。

よってザンプルホールド回路１７の出力は故障前の値を
保持し続ける。

一方スイツチ素子Ｓ１と直列接続したブレーカ５が過電
流を検出し、開となるとスイッチ素子Ｓ２による間欠励
磁が行なわれる。

このときスイッチ素子Ｓ２がオンとなるときだけフリツ
プフロツプ２６がセットされるから、スイッチ素子Ｓ１
が動作すべき区間ではフリツプフロツプ２６の出力は「
０」論理に保持され、サンプルホールド回路１７にサン
プリングパルスが供給されるのを阻止する。

従ってスイッチＳ２が動作する区間だけサンプリングパ
ルスがサンプルホールド回路１７に供給され、正常な流
量信号を発信し続けることができる。

尚、こ５でフリツプフロツプ２６の逆相出力Ｑの信号を
利用してスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２が不良となったときブ
レーカ５又は６を直ちに開極させるようにすることもで
きる。

このためフリツプフロツプ２６の出力端子Ｑの出力を第
４図に示すように２個のアンド回路３２．３３のそれぞ
れの一方の入力端子に供給し、アンド回路３２の他方の
入力端子には分周器１０のン１６分周出力を供給し、ア
ンド回路３３の他方の入力端子には１／１６分周出力を
インバータ３４にて極性反転させた信号を供給する。

このように構成すれば例えばスイッチ素子Ｓ１が導通し
たま５の状態に保持されるとアンド回路３２の出力がス
イッチ素子Ｓ１がオンとなるべきタイミングで「１」論
理となり、この信号によってブレーカ５を開極させれば
プレーカ５が過電流を検出して自動的に開極するまでの
時間遅れを小さくすることができる。

尚ブレーカ６もアンド回路３３の出力によって同様に強
制的に開極動作される。

また上述では励磁電源１を直流電源とし、スイッチ素子
Ｓ，，Ｓ２＜ま直流をスイッチ制御するようにした場合
を説明したが、第５図に示すように例えばトライアツク
等の交流スイッチ素子を用いて交流商用電源をオン、オ
フし、そのオン、オフされた商用電圧を整流回路３５で
整流し励磁コイル４に供給するようにしてもよい。

またこの場合励磁電流に比例した電流検出信号は直流側
に挿入した抵抗器の両端から得ることもできるが、図示
のように電流変成器３６より得ることもできる。

また上述ではスイッチ素子を２個並列接続した場合を例
示して説明したが、２個以上のスイッチ素子を並列接続
して使用することもできること容易に理解できよう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す接続図、第２図及び
第３図はこの発明の動作の説明に供する波形図、第４図
及び第５図はこの発明の他の実施例を示す接続図である
。 １：励磁電源、２：励磁電流制御回路、Ｓ１，Ｓ２：ス
イッチ素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｉ Ａ．励磁コイルと、 Ｂ．この励磁コイルと励磁電源との間に挿入され、オン
   、オフ動作により上記励磁コイルに励磁電流を供給する
   互に並列接続された複数のスイッチ素子と、 Ｃ一この複数のスイッチ素子を時分割的にオン、オフ制
   御する制御信号発生器と、 Ｄ．上記スイッチ素子のオン、オフ動作と同期して流量
   検出電極に得られる流量信号をサンプリングするサンプ
   リング回路と、 Ｅ．上記励磁コイルに励磁電流が供給されているか否か
   を検出する励磁電流検出手段と、 Ｆ、この励磁電流検出手段が励磁電流の無を検出したと
   き上記サンプリング回路のサンプリング動作を停止させ
   る手段と、 を具備して成る電磁流量計。