(57)【要約】【課題】設定変更に対応して高精度なゲインの補正を容易に行う電磁流量計などを得る。【解決手段】交流の励磁電流を供給する励磁回路２１０と、流体の流量に対応した検出信号を出力する検出器１００と、励磁電流によって、基準電圧に基づく疑似の検出信号を出力する基準電圧発生回路２８０と、検出信号を増幅する交流増幅回路２２０と、交流増幅回路２２０が増幅した検出信号をサンプリングして、直流信号を出力するサンプルホールド回路２３０と、直流信号を増幅する直流増幅回路２４０と、増幅した直流信号を、対応するＡＤカウント値を含むデジタル信号に変換するＡＤ変換器２５０と、ＡＤカウント値を処理する制御演算器２６０とを備え、制御演算器２６０は、設定の変更が行われると、変更前と変更後とにおける、疑似の検出信号により得られるＡＤカウント値に基づいて、交流増幅回路２２０および直流増幅回路２４０のゲインの補正を行うものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流の励磁電流を供給する励磁回路と、
前記励磁電流に基づいて磁界を発生させ、流体の流量に対応した起電力に基づく検出信号を出力する検出器と、
前記励磁電流によって、基準電圧に基づく疑似の前記検出信号を出力する基準電圧発生回路と、
前記検出信号を増幅する交流増幅回路と、
該交流増幅回路が増幅した前記検出信号をサンプリング処理して、直流信号を出力するサンプルホールド回路と、
前記直流信号を増幅する直流増幅回路と、
該直流増幅回路が増幅した前記直流信号を、増幅した前記直流信号に対応するＡＤカウント値を含むデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
前記ＡＤカウント値を処理する制御演算器とを備え、
前記制御演算器は、
設定の変更が行われると、変更前と変更後とにおける、前記疑似の前記検出信号により得られる前記ＡＤカウント値に基づいて、前記交流増幅回路および前記直流増幅回路におけるゲインの補正を行う電磁流量計。
【請求項２】
あらかじめ設定された前記ゲインをＧ０、前記変更前における前記疑似の前記検出信号により得られる前記ＡＤカウント値をＧｒｅｆ、前記変更前のゼロ点に係る前記ＡＤカウント値をＺｒｅｆ、前記変更後における前記疑似の前記検出信号により得られる前記ＡＤカウント値をＧｓｅｔ、前記変更後の前記ゼロ点に係る前記ＡＤカウント値をＺｓｅｔとすると、
前記制御演算器は、
Ｇ＝Ｇ０×（Ｇｓｅｔ−Ｚｓｅｔ）／（Ｇｒｅｆ−Ｚｒｅｆ）
となるゲインＧを演算し、前記ゲインの補正を行う請求項１に記載の電磁流量計。
【請求項３】
前記励磁電流における励磁周波数および前記サンプルホールド回路においてサンプリングした信号を保持するサンプルホールド時間のうち、少なくとも一方の設定が変更されたとき、またはプログラマブルゲインアンプにおける前記ゲインを切り替える必要があるときに、前記ゲインの補正が行われる請求項１または請求項２に記載の電磁流量計。
【請求項４】
前記検出器と前記交流増幅回路との間の信号接続または前記基準電圧発生回路と前記交流増幅回路との間の信号接続を選択する選択回路をさらに備える請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電磁流量計。
【請求項５】
交流の励磁電流を供給する励磁回路と、
前記励磁電流に基づいて磁界を発生させ、流体の流量に対応した起電力に基づく検出信号を出力する検出器と、
前記励磁電流によって、基準電圧に基づく疑似の前記検出信号を出力する基準電圧発生回路と、
前記検出信号を増幅する交流増幅回路と、
該交流増幅回路が増幅した前記検出信号をサンプリング処理して、直流信号を出力するサンプルホールド回路と、
前記直流信号を増幅する直流増幅回路と、
該直流増幅回路が増幅した前記直流信号を、増幅した前記直流信号に対応するＡＤカウント値を含むデジタル信号に変換するＡＤ変換器とを備える電磁流量計の補正方法であって、
回路における設定を変更する際、
変更前の前記疑似の前記検出信号に基づく前記ＡＤカウント値および前記変更前のゼロ点に係る前記ＡＤカウント値を取得する工程と、
変更後の前記疑似の前記検出信号に基づく前記ＡＤカウント値および前記変更後のゼロ点に係る前記ＡＤカウント値を取得する工程と、
取得した前記ＡＤカウント値に基づいて、前記交流増幅回路および前記直流増幅回路におけるゲインの補正を行う工程と
を有する電磁流量計の補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種プロセス系において、導電性を有する流体の流量を計測する電磁流量計および電磁流量計の補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電磁流量計は、たとえば、検出器および変換器を備え、流体の流速、流量などを計測することができる装置である。電磁流量計は、検出器および変換器を備えている。検出器は、流体が通過する計測管内に磁界を発生させ、流体の通過により発生する起電力に基づく信号を出力する。変換器は、検出器が出力した信号に基づいて、流量値などに変換する処理を行う。
【０００３】
図４は、従来における電磁流量計の校正について説明する図である。上述したような電磁流量計において、変換器の入出力に関する校正を行うときには、キャリブレータ３００が用いられる（たとえば、特許文献１参照）。キャリブレータ３００は、検出器からの励磁電流に応じて、基準流量に対応する電圧波形の信号を擬似的に発生させることができる装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２０６０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、電磁流量計においては、たとえば、検出器の種類、流体が流れる管口径などにより、最適な励磁周波数、信号が安定する時間が異なる。このため、検出器において磁界を発生させる際の励磁周波数、変換器において信号をサンプリング処理する際のサンプルホールド時間などを、計測の状況に対応して変更したいという要求がある。ここで、励磁周波数が変更されると、変換器が有する増幅回路のゲインおよびサンプルホールド時間が変化する。また、サンプルホールド時間が変更されると、変換器内にあるコンデンサの充放電時間が変わり、変換器内のＡＤ変換器に入力される信号の電圧が変化する。このため、変換器において、再度、ゼロ点およびゲインを調整する必要がある。
【０００６】
ゼロ点およびゲインは、調整された値が、工場出荷時に設定されており、現場で調整値を変更することは難しい。たとえば、前述した図４のキャリブレータ３００を用いれば、ゼロ点およびゲインの再調整を行うことができる。しかし、再調整のために、電磁流量計を、工場に搬入することは、手間がかかる。また、現場にキャリブレータ３００を持ち込んで再調整を行う場合でも、配線を変更して変換器と接続して調整するおよび調整後に検出器と変換器とを再度接続することを行わなければならないため、手間がかかる。以上のことから、電磁流量計の再調整を実現することが難しかった。
【０００７】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、設定を変更したときに、変更後のゲインに対し、高精度な補正を容易に行うができる電磁流量計および電磁流量計の補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、この発明に係る電磁流量計は、交流の励磁電流を供給する励磁回路と、励磁電流に基づいて磁界を発生させ、流体の流量に対応した起電力に基づく検出信号を出力する検出器と、励磁電流によって、基準電圧に基づく疑似の検出信号を出力する基準電圧発生回路と、検出信号を増幅する交流増幅回路と、交流増幅回路が増幅した検出信号をサンプリング処理して、直流信号を出力するサンプルホールド回路と、直流信号を増幅する直流増幅回路と、直流増幅回路が増幅した直流信号を、増幅した直流信号に対応するＡＤカウント値を含むデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、ＡＤカウント値を処理する制御演算器とを備え、制御演算器は、設定の変更が行われると、変更前と変更後とにおける、疑似の検出信号により得られるＡＤカウント値に基づいて、交流増幅回路および直流増幅回路におけるゲインの補正を行うものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、基準電圧発生回路から出力される疑似の検出信号によって得られるＡＤカウント値に基づいて、増幅回路におけるゲインの補正を行うようにしたので、キャリブレータを用いずに、たとえば、現場において、容易に高精度なゲインの補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るゲインＧの補正に係る手順を説明する図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係るサンプルホールド時間に係るデューティＸとゲインＧとの関係を示す図である。
【図４】従来における電磁流量計の校正について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電磁流量計の構成を示すブロック図である。以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。実施の形態１の電磁流量計は、検出器１００と変換器２００とを有している。
【００１２】
検出器１００は、励磁コイル１１０および計測管１２０を有する。励磁コイル１１０は、変換器２００から供給される交流の励磁電流に基づいて、磁界を発生させる。また、計測管１２０は、計測対象の流体が通過する管である。励磁コイル１１０が発生した磁界に含まれるように配置される。また、計測管１２０は、起電力を検出する電極を有している。ファラデーの法則により、導電性を有する流体の流れる方向と磁界の方向とに直交する方向に起電力が誘起される。計測管１２０は、流体が磁界中を流れることにより発生する起電力を検出する。起電力は、流体の流速に対応する。そして、流体の流速および計測管１２０の断面積から流体の流量を導くことができる。計測管１２０は、検出した起電力などに基づいて、流量に対応した検出信号を出力する。検出器１００が出力する検出信号は交流の信号となる。
【００１３】
変換器２００は、たとえば、計測を行う際、検出器１００の励磁コイル１１０に励磁電流を供給する。そして、検出器１００から送られる検出信号を流量値に変換するなどの処理を行う。変換器２００は、励磁回路２１０、交流増幅回路２２０、サンプルホールド回路２３０、直流増幅回路２４０、ＡＤ（Analog-to-Digital）変換器２５０、制御演算器２６０、表示器２７０、基準電圧発生回路２８０および選択回路２９０を有している。
【００１４】
励磁回路２１０は、励磁電流を発生させて検出器１００に供給する。励磁電流は、励磁周波数に基づく交流の電流である。また、交流増幅回路２２０は、検出器１００から送られた検出信号を増幅する。
【００１５】
サンプルホールド回路２３０は、交流増幅回路２２０の出力側に設置されている。励磁電流の正極側のタイミングでスイッチＳ１をオンにすることで、正極側における信号のサンプリング処理を行い、励磁電流が正極性のときの検出信号における電圧を保持する。また、励磁電流の負極側のタイミングでスイッチＳ２をオンにすることで、負極側における信号のサンプリング処理を行い、励磁電流が負極性のときの検出信号における電圧を保持する。これらの差の電圧を計測することで、流量（流速）に対応した検出信号を出力する。
【００１６】
直流増幅回路２４０は、サンプルホールド回路２３０が出力した検出信号の差動電圧を増幅する。特に限定するものではないが、ここでは、直流増幅回路２４０は、プログラマブルゲインアンプを有し、ＡＤ変換器２５０に入力される直流信号の電圧を変化させることができる。
【００１７】
ＡＤ変換器２５０は、直流増幅回路２４０が差動電圧を増幅した信号を、検出信号が示す数値として表したＡＤカウント値を含む信号（デジタル信号）に変換する。制御演算器２６０は、たとえば、ＡＤカウント値に基づいて、流量値などを演算する処理を行う。そして、流量値などを表示させる表示信号を表示器２７０に送る。また、実施の形態１の制御演算器２６０は、たとえば、電磁流量計における設定の変更があった場合に、ゼロ点の調整および増幅回路全体（交流増幅回路２２０および直流増幅回路２４０）におけるゲインの補正を行う処理をすることができる。ゲインの補正については、後述する。表示器２７０は、制御演算器２６０から送られる表示信号に基づく表示を行う。
【００１８】
また、基準電圧発生回路２８０は、変換器２００内部において、基準電圧を発生させ、励磁回路２１０からの励磁電流に基づく、疑似検出信号を出力する回路である。経時的、温度による変化を抑え、基準電圧を安定して発生できるように、実施の形態１の基準電圧発生回路２８０は、たとえば、互いに逆の方向に同じ大きさの電圧を印加する２つの直流電源を有している。直流電源が印加する電圧の大きさについては、交流増幅回路２２０、直流増幅回路２４０およびＡＤ変換器２５０が飽和しない範囲でなるべく高い電圧を選ぶと精度がよくなる。そこで、ここでは、たとえば、±１．０ｍＶのような、検出器１００が検出する起電力の中で、比較的大きな電圧と同等の電圧を印加するようにする。
【００１９】
選択回路２９０は、たとえば、制御演算器２６０からの指示に基づいて、検出器１００と交流増幅回路２２０との間の信号接続または基準電圧発生回路２８０と交流増幅回路２２０との間の信号接続を選択する回路である。このため、検出器１００からの検出信号または基準電圧発生回路２８０からの疑似検出信号のいずれか一方が交流増幅回路２２０に送られる。
【００２０】
次に、流体の流量などの計測を行うときの、各回路などの動作について説明する。励磁回路２１０は、検出器１００に励磁電流を流す。検出器１００は、励磁電流に基づいて磁界を発生させる。管内の流体が磁界内を通過する。このとき、流体の流速（流量）に基づく起電力が発生する。検出器１００は起電力を検出し、検出信号を出力する。検出信号は、変換器２００に入力される。ここで、検出器１００から変換器２００に入力される検出信号は、μＶオーダーの微小信号である。そこで、変換器２００において、交流増幅回路２２０は、入力された検出信号を、サンプルホールド回路２３０の変換に十分なレベルの電圧の信号に増幅する。サンプルホールド回路２３０は、交流の検出信号を直流の検出信号に変換して出力する。直流増幅回路２４０は、ＡＤ変換器２５０が、流量値への変換を行うために、十分なレベルの電圧に増幅する。ＡＤ変換器２５０は、直流増幅回路２４０が増幅した検出信号を、ＡＤカウント値を含むデジタル信号に変換する。制御演算器２６０は、ＡＤ変換器２５０からのデジタル信号に含まれるＡＤカウント値に基づき、流量値、流速値などのデータに変換し、流量値、流速値などの数値を表示器２７０に表示させる。
【００２１】
次に、実施の形態１において、励磁周波数、サンプルホールド時間などの設定を変更した場合の、電磁流量計における、ゼロ点および増幅回路全体のゲインＧの補正方法について説明する。励磁周波数、サンプルホールド時間などを変更すると、変換器２００の内部におけるゼロ点およびゲインＧの調整を行う必要がある。ゼロ点とは、流体の流量が０の状態においても流れるオフセット電流などのバイアスを差し引いて調整された点である。ここで、設置後において、流体の実流量が０の状態をつくることができる。このため、ゼロ点については、設置後において、再調整を行うことができる。したがって、設定変更に対応したゲインＧが決められればよい。ここで、ゲインＧは、次式（１）で表すことができる。ここで、ＡＤカウント値とは、ＡＤ変換器２５０が、直流信号を数値として表したものであり、デジタル信号に含まれる値である。
【００２２】
Ｇ＝規定流量のＡＤカウント値−ゼロ点のＡＤカウント値            …（１）
【００２３】
たとえば、前述した図４のようなキャリブレータ３００は、規定の流速、規定の流量などに対応した電圧の信号を、正確に発生することができる。ここで、設定変更前のゲインＧと設定変更後のゲインＧとの比は、変更前と変更後における、同じ電圧において得られるＡＤカウント値とゼロ点において得られる２つのＡＤカウント値との比と同じになる。そして、このときの電圧は、規定の流量または流速に対応した信号電圧である必要がない。
【００２４】
そこで、実施の形態１においては、設定変更前後の基準電圧発生回路２８０の発生に係る基準電圧による疑似検出信号に基づいて、ゲインＧを補正するようにする。したがって、キャリブレータ３００を用いた規定の流量（流速）に対応した正確な信号電圧に対するＡＤカウント値は、工場出荷（初期設定）のときに取得している値だけでよい。工場出荷時に調整されているゲインＧは、図４のようなキャリブレータ３００を用いたＡＤカウント値を反映している。このため、現場において、図４のようなキャリブレータ３００を用いる必要がなくなる。
【００２５】
そして、次式（２）で表されるように、設定変更後の補正に係るゲインＧを導くことができる。ここで、（２）式におけるパラメータは、次のように定義される。ここで、Ｇ０は、工場出荷時に設定されているゲインＧである。
（Ａ）設定変更前（工場出荷時）の励磁周波数またはサンプルホールド時間で動作させたときの調整値
変換器２００内部で発生するゼロ点に対応するＡＤカウント値…Ｚｒｅｆ
変換器２００内部で発生する基準電圧に対応するＡＤカウント値…Ｇｒｅｆ
（Ｂ）設定変更後の励磁周波数またはサンプルホールド時間で動作させたときの調整値
変換器２００内部で発生するゼロ点に対応するＡＤカウント値…Ｚｓｅｔ
変換器２００内部で発生する基準電圧に対応するＡＤカウント値…Ｇｓｅｔ
（Ｃ）工場出荷時にキャリブレータによって設定した調整値
キャリブレータで発生するゼロ点に対応するＡＤカウント値…Ｚｓｈｉｐ
キャリブレータで発生する基準電圧に対応するＡＤカウント値…Ｇｓｈｉｐ
【００２６】
Ｇ＝（Ｇｓｈｉｐ−Ｚｓｈｉｐ）×（Ｇｓｅｔ−Ｚｓｅｔ）
／（Ｇｒｅｆ−Ｚｒｅｆ）
＝Ｇ０×（Ｇｓｅｔ−Ｚｓｅｔ）／（Ｇｒｅｆ−Ｚｒｅｆ）    …（２）
【００２７】
図２は、この発明の実施の形態１に係るゲインＧの補正に係る手順を説明する図である。ここでは、制御演算器２６０が処理を行うものとして説明する。制御演算器２６０は、設定変更前の励磁周波数またはサンプルホールド時間で動作させたときの、ＡＤカウント値ＺｒｅｆおよびＡＤカウント値Ｇｒｅｆを取得する（ステップＳＴ１）。次に、設定変更後の励磁周波数またはサンプルホールド時間で動作させたときの、ＡＤカウント値ＺｓｅｔおよびＡＤカウント値Ｇｓｅｔを取得する（ステップＳＴ２）。そして、前述した（２）式に基づいて、補正に係る新たなゲインＧを算出して設定する（ステップＳＴ３）。
【００２８】
以上のことから、実施の形態１の電磁流量計では、基準電圧発生回路２８０を有することで、励磁周波数、サンプルホールド時間などを変更したときに得られる、ゼロ点に対応するＡＤカウント値および基準電圧発生回路２８０を介して印加される電圧によって得られる基準電圧に対応するＡＤカウント値に基づき、現場において、励磁周波数、サンプルホールド時間などの変更を行った場合でも、図４のようなキャリブレータ３００を用いずに、容易に、ゲインＧを補正することができる。
【００２９】
実施の形態２．
前述した実施の形態１では、特に示さなかったが、図１の電磁流量計においては、直流増幅回路２４０がプログラマブルゲインアンプを有している。たとえば、従来、プログラマブルゲインアンプにおけるゲインを切り替えて、ＡＤ変換器２５０に直流信号を送るような場合は、工場などで、あらかじめ、図４のキャリブレータ３００などで、切り替えに係る複数の各ゲインに対するゼロ点などで調整を行っておいて、調整値をデータとして記憶しておく。現場において、ゲインを切り替えた場合には、あらかじめ記憶された調整値のデータを用いて、調整値を変更していた。
【００３０】
ここでは、基準電圧発生回路２８０による基準電圧に基づき、疑似検出信号によるゲインの補正を行うことができる。そこで、たとえば、工場では、図４のようなキャリブレータ３００で、切り替えに係る１つのゲインに対する調整値をデータとして記憶しておく。そして、他の切り替えに係るゲインについては、制御演算器２６０が、実施の形態１において説明した処理を行って、補正による算出を行う。これにより、複数のゲインの補正値を自動的に設定することができる。したがって、たとえば、複数のゲインを記憶させておく必要はなく、記憶するデータ量を減らすことができる。
【００３１】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３に係るサンプルホールド時間に係るデューティＸとゲインＧとの関係を示す図である。実施の形態３において用いる電磁流量計の構成については、基本的には、実施の形態１で説明した電磁流量計と同じであるものとする。
【００３２】
前述したように、ゲインＧは、（１）式で表すことができる。また、サンプルホールド回路２３０が有するコンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の充放電によるピーク電圧がホールドされ、直流信号の電圧となる。励磁周波数とサンプルホールド時間とが変わると、前述したように、変換器２００のサンプルホールド回路２３０内のコンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の充放電時間が変わり、ＡＤ変換器２５０に入力される直流信号の電圧が変化する。そして、直流信号の電圧は、サンプルホールド時間を励磁周期（励磁周波数の逆数）で割ったデューティＸに比例する。
【００３３】
一方、励磁周波数が変化すると、増幅回路のゲインが変化する。この影響が小さい励磁周波数の範囲で変更すると、ゲインＧとデューティＸとの関係は、図３に示すように、Ｇ＝ａＸ＋ｂのように、一次関数で近似することができる。図３において、点線の細線は、主となる実測値をつないだ線である。直線の太線は、近似によるゲインの補正が適用できるデューティＸとゲインＧの範囲における一次関数による直線を表す。点線の太線は、適用外の部分であることを示す。
【００３４】
そこで、工場出荷時の調整では、傾き（変化の割合）ａと切片（定数）ｂの値を、調整値として、制御演算器２６０が有する記憶装置（図示せず）に記憶させておく。そして、励磁周波数、サンプルホールド時間の少なくとも一方を変更したときに、制御演算器２６０は、デューティＸを演算し、算出したデューティＸを一次関数に入力して得られたゲインＧで補正する。
【００３５】
以上のように、実施の形態３の電磁流量計によれば、ゲインＧとデューティＸとの関係を一次関数で近似することで、変更した設定に基づいて、ゲインＧを容易に補正することができる。
【００３６】
実施の形態４．
前述した実施の形態１〜実施の形態３においては、制御演算器２６０がゲインＧの補正の処理を行うものとして説明したが、これに限定するものではない。たとえば、得られたＡＤカウント値に基づいて、人が、ゲインＧの補正を行うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
この発明は、電磁流量計だけでなく、たとえば、電磁流量計の計測に係る流量に基づいて、熱量を計測する熱量計などにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１００…検出器、１１０…励磁コイル、１２０…計測管、２００…変換器、２１０…励磁回路、２２０…交流増幅回路、２３０…サンプルホールド回路、２４０…直流増幅回路、２５０…ＡＤ変換器、２６０…制御演算器、２７０…表示器、２８０…基準電圧発生回路、２９０…選択回路、３００…キャリブレータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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