(57)【要約】【課題】アナログ伝送方式とフィールドバス方式の両方で使用できるようにする。【解決手段】コイル２１を用いて管路２２内の流体に対して磁界を印加する励磁回路１１と、印加された磁界により管路２２内の流体に生じた起電力から当該流体の流量を算出する信号処理回路１２とをスイッチ１４Ａ〜１４Ｅで切り替え接続する。このとき、アナログ伝送方式では、スイッチ１４Ａ〜１４Ｅを用いて励磁回路１１および信号処理回路１２を信号線ＬＡ，ＬＢに対して直列接続し、フィールドバス方式では、スイッチ１４Ａ〜１４Ｅを用いて励磁回路１１および信号処理回路１２を信号線ＬＡ，ＬＢに対して並列接続する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の信号線を介して処理装置から供給された電源に基づき動作して、管路を流れる流体の流量を測定するとともに、得られた流量を計測流量値として前記信号線を介して前記処理装置へ伝送する２線式電磁流量計において、
管路内の流体に対して磁界を印加する励磁回路と、
印加された磁界により管路内の流体に生じた起電力から当該流体の流量を算出する信号処理回路と、
前記励磁回路および信号処理回路を前記信号線に対して直列接続あるいは並列状態のいずれかの接続状態へ切り替える切替手段とを備えることを特徴とする２線式電磁流量計。
【請求項２】
請求項１記載の２線式電磁流量計において、
前記切替手段は、前記信号線を流れる電流量の大きさで流量計測値を伝送するとともに、その電流値を動作電源とするアナログ伝送方式で当該２線式電磁流量計を使用する際には、前記励磁回路および信号処理回路を前記信号線に対して直列接続の接続状態へ切り替えることを特徴とする２線式電磁流量計。
【請求項３】
請求項１記載の２線式電磁流量計において、
前記切替手段は、前記信号線を介してデジタルデータ伝送を行うことにより計測流量値を伝送するとともに、前記信号線を介して供給される電源電圧を動作電源とするフィールドバス方式で当該２線式電磁流量計を使用する際には、前記励磁回路および信号処理回路を前記信号線に対して並列接続の接続状態へ切り替えることを特徴とする２線式電磁流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２線式電磁流量計に関し、特に電源が供給される一対の信号線を介して計測流量値を伝送する２線式電磁流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁界中を流体が流れることによって、流体の流速に対応した信号起電力が発生することが知られており、電磁流量計はこの原理を応用したものである。一般に、電磁流量計は図５に示すように、管路１２２を流れる流体へコイル１２１で磁界を印加するとともに流体に発生した起電力を検出する検出器１０２と、この検出器１０２へ磁界発生のための励磁電流を励磁回路１１１から供給するとともに、検出器１０２から得られた起電力に基づき信号処理回路１１２で流量を算出し、これを計測流量値として処理装置（制御コントローラ）へ伝送する変換器１０１とから構成される。
電磁流量計は、その多くが処理装置と離れた場所に設置されるため、両者は信号線によって接続されて、その信号線を介して処理装置から電磁流量計へ電源が供給され、電磁流量計から処理装置へ計測流量値が伝送される。
【０００３】
従来より、電磁流量計と処理装置とを結ぶ信号線として１対（２線）の信号線を用い、この信号線を流れる直流電流により電磁流量計に対して電源供給を行うとともに、その直流電流値に基づき計測流量値を処理装置へ伝送する２線式電磁流量計が広く使用されている。
このような２線式電磁流量計では、４〜２０ｍＡのアナログ直流電流値に基づき計測流量値を伝送するアナログ伝送方式が普及しており、この伝送方式によれば、最低４ｍＡという極めて少ない電流で、検出器へ励磁電流を供給する励磁回路と検出器からの信号起電力に基づき流量を算出し計測流量値として出力する信号処理回路とを動作させる必要がある。
【０００４】
従来、このような２線式電磁流量計として、図５に示すように、励磁回路１１１と信号処理回路１１２を信号線ＬＡ，ＬＢに対して直列に接続することにより、動作電流を有効に活用できるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１など参照）。これによれば、励磁回路１１１および信号処理回路１１２のいずれにも最低４ｍＡの電流を供給でき、励磁電流の低減によるＳ／Ｎ比の劣化や間欠励磁による応答性の低下を回避できる。
【０００５】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】
特開平４−３７０７１５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電磁流量計を含む各種フィールド機器と処理装置との伝送方式として、工業計器各社共通通信規格であるフィールドバス方式が導入されつつある。しかしながら、上記のような励磁回路と信号処理回路とを直列接続した従来の２線式電磁流量計では、フィールドバス方式に対応できず、良好なＳ／Ｎ比や応答性を得ることができないという問題点があった。
フィールドバス方式の１つとして、１対の信号線を介して、９〜３２Ｖの直流電圧が処理装置から電磁流量計へ電源供給し、計測流量値はデジタルデータ伝送により電磁流量計から処理装置へ伝送する方式がある。このようなフィールドバス方式では、電磁流量計での電流消費についてはあまり制限されない代わりに、電圧が最低９Ｖに制限されるため、従来のように励磁回路と信号処理回路とを直列接続した場合は、両回路で使用できる電源電圧が２つに分割されて、比較的低い電源電圧で励磁回路と信号処理回路とを動作させなければならず、励磁電流の低減によるＳ／Ｎ比の劣化や間欠励磁による応答性の低下が問題となる。
【０００７】
これに対して、図６のように、信号線ＬＡ，ＬＢに対して励磁回路１１１と信号処理回路１１２とを並列接続することにより、フィールドバス方式に対応した電磁流量計もある。この構成によれば、励磁回路１１１と信号処理回路１１２の両方に最低９Ｖが供給されるため、良好なＳ／Ｎ比や応答性を得ることができる。ここで、実際に電磁流量計が設置される現場では、従来のアナログ伝送方式の処理装置とフィールドバス方式の処理装置とが混在して使用されているため、両方式の電磁流量計をそれぞれ個別に設置する必要がある。しかしながら、仕様変更に伴って処理装置が変更された場合は、それに合わせて電磁流量計も変更する必要があり、作業およびコストの負担が極めて大きい。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、アナログ伝送方式とフィールドバス方式の両方で使用できる２線式電磁流量計を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にかかる２線式電磁流量計は、１対の信号線を介して処理装置から供給された電源に基づき動作して、管路を流れる流体の流量を測定するとともに、得られた流量を計測流量値として信号線を介して処理装置へ伝送する２線式電磁流量計において、管路内の流体に対して磁界を印加する励磁回路と、印加された磁界により管路内の流体に生じた起電力から当該流体の流量を算出する信号処理回路と、励磁回路および信号処理回路を信号線に対して直列接続あるいは並列状態のいずれかの接続状態へ切り替える切替手段とを備えるものである。
【０００９】
この際、切替手段では、信号線を流れる電流量の大きさで流量計測値を伝送するとともに、その電流値を動作電源とするアナログ伝送方式で当該２線式電磁流量計を使用する際には、励磁回路および信号処理回路を信号線に対して直列接続の接続状態へ切り替える。
また、切替手段では、信号線を介してデジタルデータ伝送を行うことにより計測流量値を伝送するとともに、信号線を介して供給される電源電圧を動作電源とするフィールドバス方式で当該２線式電磁流量計を使用する際には、励磁回路および信号処理回路を信号線に対して並列接続の接続状態へ切り替える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、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は本発明の一実施の形態にかかる２線式電磁流量計の構成を示すブロック図である。
この電磁流量計は、流体へ磁界を印加するとともに流体に発生した起電力を検出する検出器２と、この検出器２へ磁界発生のための励磁電流を供給するとともに、検出器２から得られた起電力に基づき流量を算出し、これを計測流量値として上位の処理装置（制御コントローラ：図示せず）へ伝送する変換器とから構成される。
【００１１】
検出器２には、管路２２内を流れる流体に対して磁界を印加するコイル２１、および管路２２の内壁に流体と接液するように対向して設けられ、コイル２１から印加された磁界により流体の流速に応じた大きさで発生する起電力を検出する１対の電極２２Ａ，２２Ｂが設けられている。
【００１２】
変換器１には、検出器２のコイル２１に対して磁界発生のための励磁電流を供給する励磁回路１１、検出器２の電極２２Ａ，２２Ｂから検出された起電力に基づき流量を算出するとともに、アナログ伝送方式で用いる場合にその流量に応じたアナログ直流電流を計測流量値として信号線ＬＡ，ＬＢに出力する信号処理回路１２、フィールドバス方式で用いる場合に信号線ＬＡ，ＬＢを用いてデジタルデータ伝送を行うことにより信号処理回路１２で算出された計測流量値をデジタルデータにより伝送するフィールドバス回路１３、およびアナログ伝送方式／フィールドバス方式で用いる場合にこれら励磁回路１１、信号処理回路１２およびフィールドバス回路１３を切り替え接続するスイッチ１４（１４Ａ〜１４Ｅ：切替手段）が設けられている。
【００１３】
具体例としては、図１に示すように、励磁回路１１の一端Ｎ１が信号線ＬＡに接続され、信号処理回路１２の一端Ｎ４が信号線ＬＢに接続されている。またスイッチ１４Ａは、励磁回路１１の他端Ｎ２と信号処理回路１２の他端Ｎ３との間に設けられている。さらにスイッチ１４Ｂは信号線ＬＡと信号処理回路１２の他端Ｎ３との間に設けられ、スイッチ１４Ｃは信号線ＬＢと励磁回路１１の他端Ｎ２との間に設けられている。
またスイッチ１４Ｄは、信号線ＬＡとフィールドバス回路１３の一端Ｎ５との間に設けられ、スイッチ１４Ｅは、信号線ＬＢとフィールドバス回路１３の他端Ｎ６との間に設けられている。
【００１４】
励磁回路１１には、コイル２１と直列に接続されて、信号線ＬＡすなわち一端Ｎ１から供給された電流を励磁電流として定電流でコイル２１へ供給する定電流回路１１Ａ、および一端Ｎ１と他端Ｎ２との間に、すなわちコイル２１と定電流回路１１Ａの直列接続と並列して接続されて、端点Ｎ１−Ｎ２間に定電圧を発生させる定電圧回路１１Ｂとが設けられている。
【００１５】
信号処理回路１２には、検出器２の電極２２Ａ，２２Ｂから検出された起電力に基づき計測流量を算出する流量算出回路１２Ａ、および端点Ｎ３−Ｎ４間に設けられ、アナログ伝送方式で用いる場合にその計測流量に応じたアナログ直流電流を計測流量値として信号線ＬＡ，ＬＢに出力するアナログ出力回路１２Ｂが設けられている。
【００１６】
フィールドバス回路１３には、信号線ＬＡ，ＬＢ（端点Ｎ５−Ｎ６）間に設けられ、フィールドバス方式で用いる場合に上位の処理装置とフィールドバス方式でデータ伝送を行い計測流量値や各種制御データを送受信する伝送回路１３Ａと、この伝送回路１３Ａで受信された上位の処理装置からの制御データに基づき、必要に応じて励磁回路１１や信号処理回路１２を制御する制御回路１３Ｂが設けられている。
【００１７】
次に、図１および図２を参照して、本発明の動作を説明する。図２は図１のスイッチ１４Ａ〜１４Ｅの切り替え状態を示す説明図である。
電磁流量計をアナログ伝送方式で用いる場合、図２に示されているように、スイッチ１４Ａがオン（短絡状態）に切り替えられ、スイッチ１４Ｂ〜１４Ｅがすべてオフ（開放状態）に切り替えられる。
これにより、励磁回路１１の他端Ｎ２と信号処理回路１２の他端Ｎ３とがスイッチ１４Ａを介して接続され、結果として信号線ＬＡ，ＬＢ間に励磁回路１１および信号処理回路１２が直列に接続されることになる。
【００１８】
したがって、従来のアナログ伝送方式と同様に、励磁回路１１および信号処理回路１２のいずれにも最低４ｍＡの電流を供給でき、励磁電流の低減によるＳ／Ｎ比の劣化や間欠励磁による応答性の低下を回避できる。
この場合、フィールドバス回路１３は、スイッチ１４Ｄ，１４Ｅがオフに切り替えられるため、信号線ＬＡ，ＬＢから切り離されて動作しない。
【００１９】
信号処理回路１２の流量算出回路１２Ａでは、所定励磁周波数の励磁信号を励磁回路１１へ出力する。励磁回路１１の定電流回路１１Ａでは、その励磁信号に基づき所定励磁周波数の励磁電流を定電流で検出器２のコイル２１へ供給する。
流量算出回路１２Ａでは、検出器２の電極２２Ａ，２２Ｂに生じた起電力に基づき管路２２内を流れる流体の流量を算出し、計測流量値としてアナログ出力回路１２Ｂへ出力する。アナログ出力回路１２Ｂでは、その計測流量値に応じたアナログ直流電流をアナログ伝送方式で端点Ｎ３，Ｎ４へ出力する。これにより、アナログ伝送方式で計測流量値が信号線ＬＡ，ＬＢを介して上位の処理装置へ送信される。
【００２０】
一方、電磁流量計をフィールドバス方式で用いる場合は、アナログ伝送方式とは逆に、スイッチ１４Ａがオフ（開放状態）に切り替えられ、スイッチ１４Ｂ〜１４Ｅがすべてオン（短絡状態）に切り替えられる。
これにより、励磁回路１１の他端Ｎ２がスイッチ１４Ｃを介して信号線ＬＢと接続されるとともに、信号処理回路１２の他端Ｎ３がスイッチ１４Ｂを介して信号線ＬＡと接続され、結果として信号線ＬＡ，ＬＢ間に励磁回路１１および信号処理回路１２が並列に接続されることになる。
また、信号線ＬＡとフィールドバス回路１３の一端Ｎ５とがスイッチ１４Ｄにより接続されるとともに、信号線ＬＢとフィールドバス回路１３の他端Ｎ６とがスイッチ１４Ｅにより接続される。
【００２１】
この場合、信号処理回路１２の流量算出回路１２Ａでは、所定励磁周波数の励磁信号を励磁回路１１へ出力する。励磁回路１１の定電流回路１１Ａでは、その励磁信号に基づき所定励磁周波数の励磁電流を定電流で検出器２のコイル２１へ供給する。
流量算出回路１２Ａでは、検出器２の電極２２Ａ，２２Ｂに生じた起電力に基づき管路２２内を流れる流体の流量を算出し、計測流量値としてフィールドバス回路１３へ出力する。
【００２２】
フィールドバス回路１３の伝送回路１３Ａでは、流量算出回路１２Ａからの計数流量値を示すデジタルデータをフィールドバス方式で端子Ｎ５−Ｎ６間へ出力する。これにより、フィールドバス方式で計測流量値が信号線ＬＡ，ＬＢを介して上位の処理装置へ送信される。
したがって、従来のフィールドバス方式と同様に、励磁回路１１および信号処理回路１２のいずれにも最低９Ｖの電圧を供給でき、励磁電流の低減によるＳ／Ｎ比の劣化や間欠励磁による応答性の低下を回避できる。
【００２３】
本実施の形態では、このように、管路内の流体に対して次回を印加する励磁回路と、印加された磁界により管路内の流体に生じた起電力から当該流体の流量を算出する信号処理回路とを、スイッチを用いて、信号線に対して直列状態あるいは並列状態のいずれかの接続状態へ切り替えるようにしたので、アナログ伝送方式およびフィールドバス方式のいずれであっても十分な電流または電圧を励磁回路および信号処理回路の両方へ供給でき、安定した計測動作を実現できる。特に、アナログ伝送方式の場合には、励磁回路と信号処理回路とが直列接続されるため、最低でも４ｍＡという十分な電流を両回路へ供給できる。また、フィールドバス方式の場合には、励磁回路と信号処理回路とが並列接続されるため、最低でも９Ｖという十分な電圧をこれら両回路へ供給できる。
【００２４】
したがって、機器を交換することなく同一電磁流量計でアナログ伝送方式とフィールドバス方式の両方に対応することができ、例えば上位の処理装置の伝送方式にあわせてアナログ伝送方式からフィールドバス方式へ伝送方式を切り替える場合でも即座に対応でき、伝送方式の切り替えに要する作業やコストの負担を大幅に軽減できる。
なお、図１では、フィールドバス回路１３と各信号線ＬＡ，ＬＢとの間にそれぞれスイッチ１４Ｄ，１４Ｅを設けて両切りする場合を例として説明したが、スイッチ１４Ｄ，１４Ｅのいずれか一方のみを設け他方を短絡した片切りであってもよい。
【００２５】
次に、図３を参照して、フィールドバス回路をユニット化した場合について説明する。図３はフィールドバス回路をユニット化した場合の実装例を示す説明図である。
電磁流量計をアナログ伝送方式で用いる場合、フィールドバス回路１３は不要であり、フィールドバス方式で用いる場合にはじめて必要となる。したがって、フィールドバス回路１３を別体のフィールドバスユニット１Ｂ、例えば励磁回路１１や信号処理回路１２が搭載されたメインユニット１Ａとは別個の基板ユニットに搭載し、これをメインユニット１Ａへコネクタ１Ｃを介して実装するようにしてもよい。
【００２６】
この際、図３に示すように、フィールドバスユニット１Ｂ側にジャンパＪ（実装通知手段）を設け、フィールドバスユニット１Ｂの実装有無をメインユニット１Ａ側で自動的に検出し、各スイッチをアナログ伝送方式からフィールドバス方式へ切り替え制御するようにしてもよい。
具体的には、フィールドバスユニット１Ｂ側のジャンパＪをコネクタ１Ｃの２つの端子へ接続しておく。一方、メインユニット１Ａ側では、上記端子の一方を接地電位に接続し、他方を電源電圧Ｖｃｃへプルアップするとともに信号処理回路１２のＣＰＵの入力ポートＩＮへ接続する。これにより、フィールドバスユニット１Ｂが実装されていない場合、入力ポートＩＮは電源電圧Ｖｃｃの電位となり、フィールドバスユニット１Ｂが実装されている場合、入力ポートＩＮはジャンパＪを介して接地されることになる。
【００２７】
したがって、ＣＰＵでは、入力ポートＩＮがＨＩＧＨレベルすなわち電源電圧Ｖｃｃの電位であれば、フィールドバスユニット１Ｂが実装されていないと判断し、アナログ伝送方式で動作させるため、出力ポートＯＵＴからの制御信号により、スイッチ１４Ａをオン状態とし、他のスイッチ１４Ｂ〜１４Ｅをオフ状態へ制御する。これにより、前述したように、励磁回路１１および信号処理回路１２が信号線ＬＡ，ＬＢに対して直列に接続される。
一方、入力ポートＩＮがＬＯＷレベルすなわち接地電位であれば、フィールドバスユニット１Ｂが実装されていると判断し、フィールドバス方式で動作させるため、出力ポートＯＵＴからの制御信号により、スイッチ１４Ａをオフ状態とし、他のスイッチ１４Ｂ〜１４Ｅをオン状態へ制御する。これにより、前述したように、励磁回路１１および信号処理回路１２が信号線ＬＡ，ＬＢに対して並列に接続される。
【００２８】
このように、フィールドバスユニット１Ｂにコネクタ１Ｃの所定の端子へ所定の実装信号を出力する実装通知手段を設け、メインユニット１Ａ側でコネクタ１Ｃの当該端子からの実装信号の有無に応じて、スイッチ１４を制御するようにしたので、フィールドバスユニット１Ｂの実装有無に応じて自動的にスイッチ１４が切り替えられてアナログ伝送方式／フィールドバス方式に対応した接続構成となる。これにより、フィールドバスユニット１Ｂの実装／着脱時に必要なスイッチ１４の切り替え設定作業が不要となり、未設定や誤設定による不具合を完全に回避できる。
なお、実装通知手段としては、上記のようなコネクタ１Ｃの２つの端子を接続するジャンパＪに限定されるものではなく、所定の実装信号、例えば所定の電位や電流をメインユニット１Ａ側へ出力するものであればいずれでもよい。また、スイッチ１４Ｄ，１４Ｅをコネクタ１Ｃの端子で代用してもよい。
【００２９】
図４にスイッチ１４の構成例を示す。
図３で示したように、各スイッチ１４を回路で制御する場合には、図４（ａ）のアナログスイッチ、図４（ｂ）のトランジスタ、あるいは図４（ｃ）の電界効果形トランジスタ（ＦＥＴ）などを使用できる。一方、各ステッチ１４を手動で切り替える場合は、図４（ｄ）のディップスイッチなどの機械式スイッチを用いればよい。特に、フィールドバス回路が実装されている状態でアナログ伝送方式を採用する場合、機械式スイッチは有用である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、管路内の流体に対して磁界を印加する励磁回路と、印加された磁界により管路内の流体に生じた起電力から当該流体の流量を算出する信号処理回路とを、スイッチを用いて、信号線に対して直列接続あるいは並列状態のいずれかの接続状態へ切り替えるようにしたので、アナログ伝送方式およびフィールドバス方式のいずれであっても十分な電流または電圧を励磁回路および信号処理回路の両方に供給でき、安定した計測動作を実現できる。
したがって、機器を交換することなく同一電磁流量計でアナログ伝送方式とフィールドバス方式の両方に対応することができ、上位の処理装置の伝送方式に合わせてアナログ伝送方式からフィールドバス方式へ伝送方式を切り替える場合でも即座に対応でき、伝送方式の切り替えに要する作業やコストの負担を大幅に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる２線式電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図２】スイッチの切り替え状態を示す説明図である。
【図３】フィールドバス回路をユニット化した場合の実装例を示す説明図である。
【図４】スイッチの構成例を示す説明図である。
【図５】従来の２線式電磁流量計（アナログ伝送方式）を示すブロック図である。
【図６】従来の２線式電磁流量計（フィールドバス方式）を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…変換器、１Ａ…メインユニット、１Ｂ…フィールドバスユニット、１Ｃ…コネクタ、１１…励磁回路、１１Ａ…定電流回路、１１Ｂ…定電圧回路、１２…信号処理回路、１２Ａ…流量算出回路、１２Ｂ…アナログ出力回路、１３…フィールドバス回路、１３Ａ…伝送回路、１３Ｂ…制御回路、１４Ａ〜１４Ｅ…スイッチ、２…検出器、２１…コイル、２２…管路、２２Ａ，２２Ｂ…電極、ＬＡ，ＬＢ…信号線、Ｎ１〜Ｎ６…端点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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