JP2016085148A

JP2016085148A - 標準信号発生器

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Publication number: JP2016085148A
Application number: JP2014218949A
Authority: JP
Inventors: 修百瀬; Osamu Momose
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: JP6276677B2

Abstract

【課題】変換器の機種設定の自動化を実現する。
【解決手段】標準信号発生器の入力回路（３０ａ）は、励磁電流Ｉｅｘを整流する整流回路（Ｄ１〜Ｄ４）と、整流回路の出力端子間に設けられた抵抗（Ｒ１）と、抵抗（Ｒ１）の両端電圧を増幅した出力電圧ＶＡＤを出力する増幅回路（Ｕ１，Ｒ２，Ｒ３）とを有する。標準信号発生器の制御手段は、標準信号発生器に接続されている電磁流量計の変換器の機種を、入力回路（３０ａ）から出力された電圧に応じて判定し、判定した機種に応じた基準流量信号を発生して変換器に出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁流量計の変換器を校正するための標準信号発生器に関するものである。

図８（Ａ）は従来の電磁流量計の構成を示すブロック図である。電磁流量計は、検出器１と、変換器２とから構成される。検出器１は、磁界を発生する励磁コイル１０と、励磁コイル１０から発生する磁界中に配置され、測定対象の流体がこの磁界中を流れることにより発生する起電力を検出してその流速に比例した流量信号を出力する測定管１１とから構成される。変換器２は、検出器１の励磁コイル１０に図８（Ｂ）に示すような励磁電流を供給し、検出器１から入力される図８（Ｃ）のような流量信号を流体の流量や流速を示すアナログ信号またはデジタル信号に変換する。

検出器１から変換器２に入力される流量信号はμＶオーダーの微小信号のため、変換器２に使用している電気部品の経年変化により計測精度が悪化する恐れがある。このため、電磁流量計が設置されている現場にて標準信号発生器（以下、キャリブレータ）を使用して下記のように定期的に校正作業を行っている（特許文献１参照）。

校正作業では、まず検出器１の代わりに、図９（Ａ）に示すような構成のキャリブレータ３を変換器２に接続する。キャリブレータ３は、変換器２から入力される図９（Ｂ）のような励磁電流を受ける入力回路３０と、基準流量信号を発生するＣＰＵ（Central Processing Unit）３１と、ＣＰＵ３１で発生した基準流量信号を出力する出力回路３２と、キャリブレータ３の設定や校正作業者への情報表示のための設定・表示器３３と、電源回路３４とから構成される。校正作業者は、設定・表示器３３を用いてキャリブレータ３に、変換器２の機種情報および校正ポイントの流速値を設定する。

キャリブレータ３のＣＰＵ３１は、変換器２のＸＹ端子から入力回路３０を介して入力される励磁電流に同期して、設定された流速値に相当する基準流量信号を出力する。この基準流量信号は、出力回路３２を介して、図９（Ｃ）に示すような信号として変換器２に入力される。校正作業者は、基準流量信号に応じて変換器２から出力されるデータを確認して、変換器２の計測精度が許容範囲内であるかどうかを確認する。作業者は、この確認結果に応じて、必要であれば、変換器２のゲイン調整等の再調整を実施することになる。

キャリブレータ３は１台で複数機種の変換器２に対応する必要があるが、励磁電流は機種によりさまざまである。４線式電磁流量計の標準タイプでは、励磁電流が±１００〜２００ｍＡ程度であるが、紙パルプなどの固形物が混入した流体用である、流体ノイズ対応タイプの電磁流量計では、±３００ｍＡ以上の励磁電流を流してＳ／Ｎ比を向上させている。逆に使用できる電流に制限がある２線式電磁流量計では、励磁電流が±３．５〜１２ｍＡ程度となっている（特許文献２参照）。同じ流体流速であったとしても励磁電流が違えば流量信号レベルも異なるので、キャリブレータ３は、変換器２の機種および設定された流速値に応じた流量信号を出力する必要がある。

また、２線式電磁流量計や電池式電磁流量計では、消費電流の平均値低減のため、励磁電流の休止期間（＝０ｍＡ）を設けているタイプもある（特許文献３参照）。この休止期間中はキャリブレータ３が出力する流量信号もゼロにする必要がある。

キャリブレータ３は、設置現場で作業しやすいよう小形軽量である必要があるため、検出器１の励磁コイルのような大きな部品を内蔵することはできない。このため、キャリブレータ３の入力回路３０は、図１０に示すような非常に簡単な回路となっている。すなわち、検出器１の励磁コイルの代わりとなる部品は、逆方向で並列接続されたダイオードＤ１００，Ｄ１０１および並列抵抗Ｒ１００であり、これらの部品に励磁電流Ｉｅｘを流している。これらの部品の両端電圧（ＸＹ端子間電圧）Ｖｘｙに、抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２とコンデンサＣ１００とによってオフセット電圧を加算して単一極性化した電圧ＶＡＤを、ＣＰＵ３１に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに入力し、励磁電流Ｉｅｘの極性変化および休止期間を検出するようにしている。

４線式標準タイプの電磁流量計の変換器２（励磁電流Ｉｅｘが±１５０ｍＡ）にキャリブレータ３を接続したときの動作波形の例を図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示す。図１１（Ａ）は励磁電流Ｉｅｘ、図１１（Ｂ）は変換器２のＸＹ端子間電圧Ｖｘｙ、図１１（Ｃ）は入力回路３０の出力電圧ＶＡＤを示している。

以上のような構成の入力回路３０のため、４線式標準タイプの電磁流量計の変換器２や流体ノイズ対応タイプの電磁流量計の変換器２をキャリブレータ３に接続した場合のように入力回路３０に大きな励磁電流Ｉｅｘが流れても、ＸＹ端子間電圧ＶｘｙはダイオードＤ１００，Ｄ１０１のＩＦ−ＶＦ（順電流−順電圧）特性により±１Ｖ未満に抑えられるので、ダイオードＤ１００，Ｄ１０１およびその他の内部部品が発熱することはない。

また、２線式電磁流量計の変換器２をキャリブレータ３に接続したときのように励磁電流Ｉｅｘが小さい場合は、ダイオードＤ１００，Ｄ１０１はハイインピーダンスに近い状態となるため、入力回路３０の出力電圧ＶＡＤは直線に近い特性となり極性変化および休止期間が検出できるようになっている。励磁電流Ｉｅｘを横軸として−３００ｍＡ〜＋３００ｍＡまで変化させたときのＸＹ端子間電圧Ｖｘｙおよび出力電圧ＶＡＤの特性を図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示す。

また、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）において励磁電流Ｉｅｘが−２０ｍＡ〜＋２０ｍＡまでの領域、すなわち２線式使用領域を拡大した図を図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示す。ただし、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）では、周囲温度が常温の場合と高温の場合と低温の場合の３つの特性について示している。Ｖｘｙｏ，Ｖｘｙｈ，Ｖｘｙｃはそれぞれ常温、高温、低温の場合のＸＹ端子間電圧Ｖｘｙ、ＶＡＤｏ，ＶＡＤｈ，ＶＡＤｃはそれぞれ常温、高温、低温の場合の出力電圧ＶＡＤである。

特開平７−１４６１６５号公報特開２００４−６１４５０号公報特開平１１−１４２１９９号公報

従来のキャリブレータの入力回路では、ダイオードＤ１００，Ｄ１０１のＩＦ−ＶＦ特性がノンリニアで温度影響も大きいため、キャリブレータ側が正確に励磁電流値を計測することができないという問題があった。この問題により、さらに次のような問題点が生じていた。

（１）励磁電流Ｉｅｘの違いで変換器の機種を自動判別することが困難。その理由は、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）の特性から明らかなように、４線式で使用する励磁電流領域（１５０ｍＡ以上および−１５０ｍＡ以下）では、ほとんど出力電圧ＶＡＤが変化しないため、キャリブレータ側が励磁電流Ｉｅｘの違いで標準タイプの電磁流量計の変換器と流体ノイズ対応タイプの電磁流量計の変換器を見分けることができないからである。したがって、機種設定の自動化ができないため、ユーザが機種設定を間違うと、誤った基準信号のまま変換器の校正をしてしまうことになる。

（２）２線式電磁流量計では、特許文献２に開示されているように流量計測値によって励磁電流Ｉｅｘが多段で変化するが、キャリブレータ側がこれらの励磁電流Ｉｅｘの違いを判別できないため、校正ポイントが限定されてしまう。その理由は、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）の特性から明らかなように、２線式で使用する励磁電流領域（−１３ｍＡ〜＋１３ｍＡ）では、４線式の励磁電流領域よりも出力電圧ＶＡＤの変化が大きいが、ダイオードＤ１００，Ｄ１０１の順電圧ＶＦが温度により変化してしまうため、正確に励磁電流Ｉｅｘを計測することができないからである。したがって、予め決められた流量計測範囲（励磁電流Ｉｅｘが一定の範囲）でしか変換器を校正できないことになる。

（３）また、従来のキャリブレータでは、入力回路３０の出力電圧ＶＡＤで励磁電流Ｉｅｘの極性を検出するため、励磁電流Ｉｅｘの極性を正確に検出できない可能性があった。特に、入力回路３０には抵抗Ｒ１０１とコンデンサＣ１００とからなるフィルタ回路が設けられているので、このフィルタ回路により出力電圧ＶＡＤの立ち上がり、立ち下がりに鈍りが生じ、励磁電流Ｉｅｘの極性変化の検出が遅れる可能性があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、変換器の機種設定の自動化を実現することができ、２線式電磁流量計の校正を全流量計測範囲で実現することができる標準信号発生器を提供することを目的とする。
また、本発明は、励磁電流の極性を正確に検出することができる標準信号発生器を提供することを目的とする。

本発明は、電磁流量計の校正のための基準流量信号を発生する標準信号発生器において、前記電磁流量計の変換器からの励磁電流を受ける入力回路と、前記励磁電流に同期した基準流量信号を発生する制御手段とを備え、前記入力回路は、前記励磁電流を整流する第１の整流回路と、この第１の整流回路の出力端子間に設けられた第１の抵抗と、この第１の抵抗の両端電圧を増幅した第１の出力電圧を前記制御手段に出力する増幅回路とから構成され、前記制御手段は、標準信号発生器に接続されている前記変換器の機種を、前記入力回路から出力された第１の出力電圧に応じて判定し、判定した機種に応じた基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とするものである。

また、本発明は、電磁流量計の校正のための基準流量信号を発生する標準信号発生器において、前記電磁流量計の変換器からの励磁電流を受ける入力回路と、前記励磁電流に同期した基準流量信号を発生する制御手段とを備え、前記入力回路は、前記励磁電流の正極性側のみを整流する第１の整流回路と、この第１の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第１の抵抗と、前記励磁電流の負極性側のみを整流する第２の整流回路と、この第２の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第２の抵抗とから構成され、前記制御手段は、前記第１の抵抗の両端電圧である第１の出力電圧と前記第２の抵抗の両端電圧である第２の出力電圧とに応じて前記励磁電流の極性を判定し、前記励磁電流が正極性と判定したときには正極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力し、前記励磁電流が負極性と判定したときには負極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とするものである。

また、本発明の標準信号発生器の１構成例において、前記制御手段は、標準信号発生器に接続されている電磁流量計の変換器を、２線式電磁流量計の変換器と判定したときに、前記第１の出力電圧が示す励磁電流の値に応じた基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とするものである。
また、本発明の標準信号発生器の１構成例において、前記入力回路は、さらに、前記励磁電流の正極性側のみを整流する第２の整流回路と、この第２の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第２の抵抗と、前記励磁電流の負極性側のみを整流する第３の整流回路と、この第３の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第３の抵抗とを備え、前記制御手段は、前記第２の抵抗の両端電圧である第２の出力電圧と前記第３の抵抗の両端電圧である第３の出力電圧とに応じて前記励磁電流の極性を判定し、前記励磁電流が正極性と判定したときには正極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力し、前記励磁電流が負極性と判定したときには負極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とするものである。

本発明によれば、標準信号発生器の入力回路に第１の整流回路と第１の抵抗と増幅回路とを設けることにより、制御手段側で励磁電流を正確に計測できるので、変換器の機種設定の自動化が可能となる。

また、本発明では、標準信号発生器の入力回路に第１の整流回路と第１の抵抗と第２の整流回路と第２の抵抗とを設けることにより、励磁電流の極性を正確に検出することができる。

また、本発明では、励磁電流の大きさに比例した高精度な出力電圧を出力することができ、励磁電流の値に応じた基準流量信号を発生して変換器に出力することができ、２線式電磁流量計の校正を全流量計測範囲で実現することができる。

本発明の実施の形態に係るキャリブレータの構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係るキャリブレータの入力回路の構成を示す回路図である。本発明の実施の形態に係るキャリブレータの入力回路の動作波形の例を示す図である。本発明の実施の形態に係るキャリブレータの入力回路の励磁電流−出力電圧特性を示す図である。本発明の実施の形態に係るキャリブレータの入力回路の励磁電流−出力電圧特性を示す図である。本発明の実施の形態に係るキャリブレータの機種設定処理を説明するフローチャートである。本発明の実施の形態に係るキャリブレータの流量信号出力処理を説明するフローチャートである。従来の電磁流量計の構成を示すブロック図および電磁流量計の各部の信号波形を示す図である。従来のキャリブレータの構成を示すブロック図およびキャリブレータの各部の信号波形を示す図である。従来のキャリブレータの入力回路の構成を示す回路図である。４線式標準タイプの電磁流量計の変換器にキャリブレータを接続したときの動作波形の例を示す図である。従来のキャリブレータの入力回路の励磁電流−出力電圧特性を示す図である。従来のキャリブレータの入力回路の励磁電流−出力電圧特性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係るキャリブレータの構成を示すブロック図であり、図９（Ａ）と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のキャリブレータ３ａは、変換器２から入力される励磁電流を受ける入力回路３０ａと、励磁電流に同期した基準流量信号を発生する制御手段となるＣＰＵ３１ａと、ＣＰＵ３１ａから出力された基準流量信号を差動信号に変換して変換器２に出力する出力回路３２と、キャリブレータ３ａの設定や校正作業者への情報表示のための設定・表示器３３と、電源回路３４とから構成される。

図２は本実施の形態の入力回路３０ａの構成を示す回路図である。入力回路３０ａは、アノードが入力回路３０ａの入力端子Ｘに接続されたダイオードＤ１と、アノードが入力回路３０ａの入力端子Ｙに接続され、カソードがダイオードＤ１のカソードに接続されたダイオードＤ２と、カソードが入力端子Ｘに接続され、アノードが接地されたダイオードＤ３と、カソードが入力端子Ｙに接続され、アノードが接地されたダイオードＤ４と、アノードが入力端子Ｘに接続されたダイオードＤ５と、アノードが入力端子Ｙに接続されたダイオードＤ６と、電源入力端子に電源電圧ＶＡが供給され、非反転入力端子がダイオードＤ１，Ｄ２のカソードに接続されたオペアンプＵ１と、一端がダイオードＤ１，Ｄ２のカソードおよびオペアンプＵ１の非反転入力端子に接続され、他端が接地された抵抗Ｒ１と、一端がオペアンプＵ１の出力端子に接続され、他端がオペアンプＵ１の反転入力端子に接続された抵抗Ｒ２と、一端がオペアンプＵ１の反転入力端子に接続され、他端が接地された抵抗Ｒ３と、一端がオペアンプＵ１の出力端子に接続され、他端が入力回路３０ａの第１の出力端子に接続された抵抗Ｒ４と、一端がダイオードＤ５のカソードに接続され、他端が接地された抵抗Ｒ５と、一端がダイオードＤ５のカソードに接続され、他端が入力回路３０ａの第２の出力端子に接続された抵抗Ｒ６と、一端がダイオードＤ６のカソードに接続され、他端が接地された抵抗Ｒ７と、一端がダイオードＤ６のカソードに接続され、他端が入力回路３０ａの第３の出力端子に接続された抵抗Ｒ８と、一端が入力回路３０ａの第１の出力端子に接続され、他端が接地されたコンデンサＣ１と、一端が入力回路３０ａの第２の出力端子に接続され、他端が接地されたコンデンサＣ２と、一端が入力回路３０ａの第３の出力端子に接続され、他端が接地されたコンデンサＣ３とから構成される。

従来のキャリブレータ３では、入力回路３０の１出力のみをＣＰＵ３１のＡ／Ｄコンバータに入力して励磁電流Ｉｅｘの極性とおよその電流値を計測していたが、本実施の形態では、入力回路３０ａの出力を３つに分けてＣＰＵ３１ａのＡ／Ｄコンバータ（ｃｈ１〜ｃｈ３）に入力している。

ダイオードＤ１〜Ｄ４とオペアンプＵ１と抵抗Ｒ１〜Ｒ４とコンデンサＣ１とは、電流値計測用入力回路を構成している。電流値計測用入力回路では、ダイオードＤ１〜Ｄ４からなる単相全波整流回路によって交流の励磁電流Ｉｅｘを整流し、単相全波整流回路の出力端子間（ダイオードＤ１，Ｄ２のカソードとダイオードＤ３，Ｄ４のアノード間）に設けた抵抗Ｒ１によって整流後の電流を電圧に変換する。この抵抗Ｒ１は低抵抗（例えば１Ω）にしておく。これにより、４線式流体ノイズ対応タイプの電磁流量計の変換器２をキャリブレータ３ａに接続したときのように大きな励磁電流Ｉｅｘが流れる場合でも、抵抗Ｒ１の発熱を抑えることができる。

抵抗Ｒ１を小さくした分、電圧レベルも小さくなるので、抵抗Ｒ１の両端電圧をオペアンプＵ１と抵抗Ｒ２，Ｒ３とからなる非反転増幅回路によって後段のＡ／Ｄコンバータで必要な分解能が得られるレベルまで増幅する。オペアンプＵ１の電源電圧ＶＡは電源回路３４から供給される。オペアンプＵ１と抵抗Ｒ１〜Ｒ３には、高精度で温度特性の小さいタイプを使用することで、流量計測精度を向上させることができる。

抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１とからなるローパスフィルタ回路は、オペアンプＵ１の出力電圧を低域濾波して出力電圧ＶＡＤ１を出力する。抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１とは、外部からのノイズにより後段のｃｈ１のＡ／Ｄコンバータが誤った計測をしないよう適当な時定数とする。

こうして、電流値計測用入力回路は、変換器２から入力される励磁電流Ｉｅｘを電圧に変換して、変換後の出力電圧ＶＡＤ１をＣＰＵ３１ａのｃｈ１のＡ／Ｄコンバータに入力する。この出力電圧ＶＡＤ１で励磁電流Ｉｅｘの極性を検出することはできないが、励磁電流Ｉｅｘの大きさに比例した高精度な出力電圧ＶＡＤ１が出力されるので、ＣＰＵ３１ａ側で励磁電流値の高精度な計測が可能となる。なお、電流値計測用入力回路では、抵抗Ｒ１の両端電圧を増幅して出力電圧ＶＡＤ１として出力するので、ダイオードＤ１〜Ｄ４のＶＦ（順電圧）特性は計測値の精度に影響しない。また、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１とからなるローパスフィルタ回路は必須の構成ではなく、オペアンプＵ１の出力電圧を出力電圧ＶＡＤ１としてもよい。

ダイオードＤ５と抵抗Ｒ５，Ｒ６とコンデンサＣ２とは、正極性検出用入力回路を構成している。正極性検出用入力回路では、ダイオードＤ５からなる単相半波整流回路によって交流の励磁電流Ｉｅｘの正極性側のみを整流し、整流後の電流を抵抗Ｒ５によって電圧に変換する。

抵抗Ｒ６とコンデンサＣ２とからなるローパスフィルタ回路は、抵抗Ｒ５の両端電圧を低域濾波して出力電圧ＶＡＤ２を出力する。こうして、正極性検出用入力回路は、励磁電流Ｉｅｘを電圧に変換して、変換後の出力電圧ＶＡＤ２をＣＰＵ３１ａのｃｈ２のＡ／Ｄコンバータに入力する。ＣＰＵ３１ａ側では、出力電圧ＶＡＤ２を励磁電流Ｉｅｘの正極性の判定のみに使用する。このとき、ＣＰＵ３１ａは、ダイオードＤ５のＶＦ特性が影響しないレベルで判定することになる。抵抗Ｒ６とコンデンサＣ２とは、外部からのノイズにより後段のｃｈ２のＡ／Ｄコンバータが誤った計測をしないよう適当な時定数とする。なお、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ２とからなるローパスフィルタ回路は必須の構成ではなく、抵抗Ｒ５の両端電圧を出力電圧ＶＡＤ２として出力してもよい。

ダイオードＤ６と抵抗Ｒ７，Ｒ８とコンデンサＣ３とは、負極性検出用入力回路を構成している。負極性検出用入力回路では、ダイオードＤ６からなる単相半波整流回路によって交流の励磁電流Ｉｅｘの負極性側のみを整流し、整流後の電流を抵抗Ｒ７によって電圧に変換する。

抵抗Ｒ８とコンデンサＣ３とからなるローパスフィルタ回路は、抵抗Ｒ７の両端電圧を低域濾波して出力電圧ＶＡＤ３を出力する。こうして、負極性検出用入力回路は、励磁電流Ｉｅｘを電圧に変換して、変換後の出力電圧ＶＡＤ３をＣＰＵ３１ａのｃｈ３のＡ／Ｄコンバータに入力する。ＣＰＵ３１ａ側では、出力電圧ＶＡＤ３を励磁電流Ｉｅｘの負極性の判定のみに使用する。このとき、ＣＰＵ３１ａは、ダイオードＤ６のＶＦ特性が影響しないレベルで判定することになる。抵抗Ｒ８とコンデンサＣ３とは、外部からのノイズにより後段のｃｈ３のＡ／Ｄコンバータが誤った計測をしないよう適当な時定数とする。なお、抵抗Ｒ８とコンデンサＣ３とからなるローパスフィルタ回路は必須の構成ではなく、抵抗Ｒ７の両端電圧を出力電圧ＶＡＤ３として出力してもよい。

プルダウン抵抗Ｒ５，Ｒ７は抵抗Ｒ１に対して十分に大きな抵抗値（例えば１００ｋΩ）とする。これにより、抵抗Ｒ１を通らず抵抗Ｒ５，Ｒ７を通して流れる励磁電流Ｉｅｘを無視できる。出力電圧ＶＡＤ２，ＶＡＤ３の立上がり速度が遅れると、励磁電流Ｉｅｘの極性切換えの検出が遅れてしまうが、出力電圧ＶＡＤ２，ＶＡＤ３の立下り速度は遅れても良いため、抵抗Ｒ５，Ｒ７は大きな抵抗値でも問題にならない。

本実施の形態の入力回路３０ａの動作波形の例を図３（Ａ）〜図３（Ｅ）に示す。図３（Ａ）は励磁電流Ｉｅｘ、図３（Ｂ）はＸＹ端子間電圧Ｖｘｙ、図３（Ｃ）は出力電圧ＶＡＤ１、図３（Ｄ）は出力電圧ＶＡＤ２、図３（Ｅ）は出力電圧ＶＡＤ３を示している。

励磁電流Ｉｅｘを横軸として−３００ｍＡ〜＋３００ｍＡまで変化させたときのＸＹ端子間電圧Ｖｘｙおよび出力電圧ＶＡＤ１，ＶＡＤ２，ＶＡＤ３の特性を図４（Ａ）〜図４（Ｄ）に示す。また、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）において励磁電流Ｉｅｘが−２０ｍＡ〜＋２０ｍＡまでの領域、すなわち２線式使用領域を拡大した図を図５（Ａ）〜図５（Ｄ）に示す。

次に、本実施の形態のキャリブレータ３ａのＣＰＵ３１ａの動作について説明する。ＣＰＵ３１ａは、ＣＰＵ３１ａの内部または外部に配置されるメモリ（不図示）に格納されたプログラムに従って以下の処理を実行する。

まず、機種設定処理を図６のフローチャートを用いて説明する。ＣＰＵ３１ａは、変換器２の機種を自動的に判別して設定する自動設定モードである場合（図６ステップＳ１００においてＹ）、入力回路３０ａからの出力電圧ＶＡＤ１をｃｈ１のＡ／Ｄコンバータを介して取り込む（図６ステップＳ１０１）。自動設定モードとするか否かは、校正作業者が予め設定・表示器３３を用いて決定しておくことができる。自動設定モードとしない場合は、校正作業者が設定・表示器３３を用いて変換器２の機種情報を入力することになる（図６ステップＳ１０２）。

自動設定モードの場合、ＣＰＵ３１ａは、ｃｈ１のＡ／Ｄコンバータを介して取り込んだ出力電圧ＶＡＤ１のレベルを判定する（図６ステップＳ１０３）。ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤ１が４線式電磁流量計の変換器２に対応する最低レベル以上で、かつ４線式標準タイプの電磁流量計の変換器２に対応する範囲（図４（Ｂ）のＡの範囲）の場合（図６ステップＳ１０４においてＹ）、キャリブレータ３ａに接続されている変換器２を、４線式標準タイプの電磁流量計の変換器２と判定する（図６ステップＳ１０５）。出力電圧ＶＡＤ１が図４（Ｂ）のＡの範囲にあることは、出力電圧ＶＡＤ１が示す励磁電流の値が４線式標準タイプの電磁流量計の変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘの範囲にあることを示している。

また、ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤ１が４線式電磁流量計の変換器２に対応する最低レベル以上で、かつ４線式流体ノイズ対応タイプの電磁流量計の変換器２に対応する範囲（図４（Ｂ）のＢの範囲）の場合（図６ステップＳ１０４においてＮ）、キャリブレータ３ａに接続されている変換器２を、４線式流体ノイズ対応タイプの電磁流量計の変換器２と判定する（図６ステップＳ１０６）。出力電圧ＶＡＤ１が図４（Ｂ）のＢの範囲にあることは、出力電圧ＶＡＤ１が示す励磁電流の値が４線式流体ノイズ対応タイプの電磁流量計の変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘの範囲にあることを示している。

また、ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤ１が４線式電磁流量計の変換器２に対応する最低レベル未満で、かつ２線式電磁流量計の変換器２に対応する範囲（図４（Ｂ）、図５（Ｂ）のＣの範囲）の場合（図６ステップＳ１０７においてＹ）、キャリブレータ３ａに接続されている変換器２を、２線式電磁流量計の変換器２と判定する（図６ステップＳ１０８）。出力電圧ＶＡＤ１が図４（Ｂ）、図５（Ｂ）のＣの範囲にあることは、出力電圧ＶＡＤ１が示す励磁電流の値が２線式電磁流量計の変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘの範囲にあることを示している。

ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤ１が４線式電磁流量計の変換器２に対応する最低レベル未満で、かつ２線式電磁流量計の変換器２に対応する最低レベル未満の場合（図６ステップＳ１０７においてＮ）、異常処理を実施する（図７ステップＳ１０９）。この異常処理では、設定・表示器３３を通じて校正作業者に設定不可であることを通知する。以上で、機種設定処理が終了する。

次に、流量信号出力処理を図７のフローチャートを用いて説明する。まず、ＣＰＵ３１ａは、入力回路３０ａからの出力電圧ＶＡＤ１，ＶＡＤ２，ＶＡＤ３をそれぞれｃｈ１，ｃｈ２，ｃｈ３のＡ／Ｄコンバータを介して取り込む（図７ステップＳ２００）。そして、ＣＰＵ３１ａは、ｃｈ１のＡ／Ｄコンバータを介して取り込んだ出力電圧ＶＡＤ１のレベルを判定する（図７ステップＳ２０１）。ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤ１が所定の休止レベル（図４（Ｂ）、図５（Ｂ）のＦの範囲）より高い場合、ｃｈ２のＡ／Ｄコンバータを介して取り込んだ出力電圧ＶＡＤ２のレベルを判定する（図７ステップＳ２０２）。

ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤ２が正極性レベルの範囲にある場合（図４（Ｃ）、図５（Ｃ）のＤの範囲であり、変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘが正極性である場合）、図６の機種設定処理で決定した変換器２の機種と予め設定された流速値とに対応する正極性の基準流量信号を出力する（図７ステップＳ２０３）。この基準流量信号は、ＣＰＵ３１ａのＤ／Ａコンバータおよび出力回路３２を介して変換器２に入力される。

ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤ２が正極性レベル未満の場合、ｃｈ３のＡ／Ｄコンバータを介して取り込んだ出力電圧ＶＡＤ３のレベルを判定する（図７ステップＳ２０４）。ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤ３が負極性レベルの範囲にある場合（図４（Ｄ）、図５（Ｄ）のＥの範囲であり、変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘが負極性である場合）、図６の機種設定処理で決定した変換器２の機種と予め設定された流速値とに対応する負極性の基準流量信号を出力する（図７ステップＳ２０５）。

なお、キャリブレータ３ａに接続されている変換器２が２線式電磁流量計の変換器２の場合、同じ流速設定値であっても、励磁電流Ｉｅｘの値に応じて基準流量信号を変える必要がある（特許文献２参照）。例えば図５（Ｂ）の例では、励磁電流Ｉｅｘが１〜６の６段階で変化している。したがって、ＣＰＵ３１ａは、キャリブレータ３ａに接続されている変換器２が２線式電磁流量計の変換器２で、変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘが正極性の場合、図６の機種設定処理で決定した変換器２の機種と出力電圧ＶＡＤ１が示す励磁電流Ｉｅｘの値と予め設定された流速値とに対応する正極性の基準流量信号を出力し（ステップＳ２０３）、変換器２から出力される励磁電流Ｉｅｘが負極性の場合、図６の機種設定処理で決定した変換器２の機種と出力電圧ＶＡＤ１が示す励磁電流Ｉｅｘの値と予め設定された流速値とに対応する負極性の基準流量信号を出力することになる（ステップＳ２０５）。

ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤ３が負極性レベル未満の場合、異常処理を実施する（図７ステップＳ２０６）。この異常処理では、設定・表示器３３を通じて校正作業者にハードウェア故障があることを通知する。また、ＣＰＵ３１ａは、出力電圧ＶＡＤ１が休止レベル以下の場合、基準流量信号を０Ｖとする（図７ステップＳ２０７）。ＣＰＵ３１ａは、以上のような流量信号出力処理を変換器２からの励磁電流Ｉｅｘ（入力回路３０ａから入力される出力電圧ＶＡＤ１，ＶＡＤ２，ＶＡＤ３）と同期して行う。

以上のように、本実施の形態では、入力回路３０ａに電流値計測用入力回路を設けることにより、ＣＰＵ３１ａ側で励磁電流Ｉｅｘを正確に計測できるので、変換器２の機種設定の自動化が可能となる。

また、本実施の形態では、励磁電流Ｉｅｘの大きさに比例した高精度な出力電圧ＶＡＤ１を出力することができ、上記のとおり励磁電流Ｉｅｘを正確に計測できるので、励磁電流Ｉｅｘの値に応じた基準流量信号を発生して変換器２に出力することができ、２線式電磁流量計の変換器２の校正を全流量計測範囲で実現することができる。

また、本実施の形態では、入力回路３０ａに正極性検出用入力回路と負極性検出用入力回路を設けることにより、励磁電流の極性を正確に検出することができる。本実施の形態では、正極性検出用入力回路および負極性検出用入力回路の出力にローパスフィルタ回路を設けた場合でも、励磁電流Ｉｅｘの極性検出に最適化したローパスフィルタ回路の時定数設定が可能となるので、出力電圧ＶＡＤ２，ＶＡＤ３の立上がりの遅れを小さくすることができ、従来よりも励磁電流Ｉｅｘの極性変化の検出速度を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、ＣＰＵ３１ａが出力電圧ＶＡＤ２，ＶＡＤ３を所定の閾値と比較してレベル判定を行っているが、これに限るものではなく、出力電圧ＶＡＤ２，ＶＡＤ３と閾値とをコンパレータで比較し、その比較結果をＣＰＵ３１ａの汎用入力ポートに入力してもよい。このような構成は、ＣＰＵ３１ａのＡ／Ｄコンバータの使用チャンネル数に制限がある場合に有効となる。

本発明は、電磁流量計の変換器を校正する技術に適用することができる。

２…変換器、３ａ…キャリブレータ、３０ａ…入力回路、３１ａ…ＣＰＵ、３２…出力回路、３３…設定・表示器、３４…電源回路、Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード、Ｕ１…オペアンプ、Ｒ１〜Ｒ８…抵抗、Ｃ１〜Ｃ３…コンデンサ。

Claims

電磁流量計の校正のための基準流量信号を発生する標準信号発生器において、
前記電磁流量計の変換器からの励磁電流を受ける入力回路と、
前記励磁電流に同期した基準流量信号を発生する制御手段とを備え、
前記入力回路は、
前記励磁電流を整流する第１の整流回路と、
この第１の整流回路の出力端子間に設けられた第１の抵抗と、
この第１の抵抗の両端電圧を増幅した第１の出力電圧を前記制御手段に出力する増幅回路とから構成され、
前記制御手段は、標準信号発生器に接続されている前記変換器の機種を、前記入力回路から出力された第１の出力電圧に応じて判定し、判定した機種に応じた基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とする標準信号発生器。
電磁流量計の校正のための基準流量信号を発生する標準信号発生器において、
前記電磁流量計の変換器からの励磁電流を受ける入力回路と、
前記励磁電流に同期した基準流量信号を発生する制御手段とを備え、
前記入力回路は、
前記励磁電流の正極性側のみを整流する第１の整流回路と、
この第１の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第１の抵抗と、
前記励磁電流の負極性側のみを整流する第２の整流回路と、
この第２の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第２の抵抗とから構成され、
前記制御手段は、前記第１の抵抗の両端電圧である第１の出力電圧と前記第２の抵抗の両端電圧である第２の出力電圧とに応じて前記励磁電流の極性を判定し、前記励磁電流が正極性と判定したときには正極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力し、前記励磁電流が負極性と判定したときには負極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とする標準信号発生器。
請求項１記載の標準信号発生器において、
前記制御手段は、標準信号発生器に接続されている電磁流量計の変換器を、２線式電磁流量計の変換器と判定したときに、前記第１の出力電圧が示す励磁電流の値に応じた基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とする標準信号発生器。
請求項１または３記載の標準信号発生器において、
前記入力回路は、
さらに、前記励磁電流の正極性側のみを整流する第２の整流回路と、
この第２の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第２の抵抗と、
前記励磁電流の負極性側のみを整流する第３の整流回路と、
この第３の整流回路の出力端子と接地間に設けられた第３の抵抗とを備え、
前記制御手段は、前記第２の抵抗の両端電圧である第２の出力電圧と前記第３の抵抗の両端電圧である第３の出力電圧とに応じて前記励磁電流の極性を判定し、前記励磁電流が正極性と判定したときには正極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力し、前記励磁電流が負極性と判定したときには負極性の基準流量信号を発生して前記変換器に出力することを特徴とする標準信号発生器。