JP4378765B2

JP4378765B2 - Excitation circuit of electromagnetic flow meter

Info

Publication number: JP4378765B2
Application number: JP2000394128A
Authority: JP
Inventors: 孝史佐野
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP2002195862A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁流量計の励磁回路に関し、詳しくは、励磁電源の電圧に更に電圧を付加して励磁コイルに供給するようにしてスイッチング素子の発熱量を抑え且つ励磁コイルへ流れる励磁電流の迅速化を図った回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における、電磁流量計の励磁回路は、シリーズ方式の励磁回路とスイッチング方式の励磁回路があり、シリーズ方式の励磁回路は、図３に示すように、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流を一定に制御する励磁定電流制御回路Ｕ１と、励磁電流を一定に制御するＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１と、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流の向きを制御する励磁タイミング回路Ｕ２と、励磁電流値を検出する励磁電流検出抵抗Ｒ１と、励磁電流の向きを制御するＦＥＴである励磁制御スイッチング素子Ｑｅｘ１〜Ｑｅｘ４とから構成されている。
【０００３】
このような構成からなる励磁回路の接続状態は、先ず励磁電源Ｖｅｘのプラス側に励磁電流検出抵抗Ｒ１とスイッチング素子Ｑ１と直列に接続し、抵抗Ｒ１の電源Ｖｅｘ側の端子とスイッチング素子Ｑ１のゲートに並列に定電流制御回路Ｕ１を接続する。又、スイッチング素子Ｑ１のドレイン側には、電源Ｖｅｘのマイナス側に並列に、直列接続したスイッチング素子Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、スイッチング素子Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４が接続してある。このスイッチング素子Ｑｅｘ１とＱｅｘ２との中間位置とスイッチング素子Ｑｅｘ３とＱｅｘ４との中間位置との間には励磁コイルＬｅｘが接続されている。更に、スイッチング素子Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４のゲートは励磁タイミング回路Ｕ２に接続されている。
【０００４】
このような構成からなり且つ接続状態を有する励磁回路においては、励磁電源の励磁電流を定電流制御回路Ｕ１によりスイッチング素子Ｑ１をオン／オフ制御して一定の電流電圧を励磁コイルＬｅｘに流すように制御する。同時に、タイミング回路Ｕ２は、Ｑｅｘ１及びＱｅｘ４をオンにして励磁コイルに電流を流し、又、Ｑｅｘ３及びＱｅｘ２をオンして励磁コイルに逆方向の電流を流すように制御する。
【０００５】
又、スイッチング方式の励磁回路は、図４に示すように、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流を一定に制御する励磁定電流制御回路Ｕ１と、励磁電流を一定に制御するＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１と、励磁電流値を検出する励磁電流検出抵抗Ｒ１と、励磁電流の向きを制御するＦＥＴである励磁制御スイッチング素子Ｑｅｘ１〜Ｑｅｘ４とから構成されている。又、この励磁定電流制御回路Ｕ１は、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流の向きを制御する機能も備えている。
【０００６】
このような構成からなる励磁回路の接続状態は、先ず励磁電源Ｖｅｘのプラス側に励磁電流検出抵抗Ｒ１を直列に接続し、抵抗Ｒ１の電源Ｖｅｘ側の端子を定電流制御回路Ｕ１に接続する。又、抵抗Ｒ１には、電源Ｖｅｘのマイナス側に並列に、直列接続したスイッチング素子Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、スイッチング素子Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４が接続されている。このスイッチング素子Ｑｅｘ１及びＱｅｘ２の中間位置とスイッチング素子Ｑｅｘ３及びＱｅｘ４の中間位置との間には励磁コイルＬｅｘが接続されている。更に、スイッチング素子Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４のゲートは定電流制御回路Ｕ１に接続されている。
【０００７】
このような構成からなり且つ接続状態を有する励磁回路においては、励磁電源の励磁電流を定電流制御回路Ｕ１は制御して一定の電流電圧を励磁コイルＬｅｘに流すように制御する。同時に、定電流制御回路Ｕ１は、Ｑｅｘ１及びＱｅｘ４をオンにして励磁コイルに電流を流し、又、Ｑｅｘ３及びＱｅｘ２をオンして励磁コイルに逆方向の電流を流すように制御する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術における励磁回路においては、▲１▼励磁による消費電力を小さくすると、起電力を大きくするために励磁コイルＬｅｘの巻数を多くする必要があり、その分、励磁コイルＬｅｘのインダクタンスは大きくなり励磁方向切り換え時の励磁電流立ち上がりは遅くなり高周波励磁（５０Ｈｚ以上）には無理であるという問題がある。
【０００９】
▲２▼励磁コイルＬｅｘのインダクタンスが大きいときに、高周波励磁をしようとすると励磁電源電圧Ｖｅｘは極めて高くなるため、電源トランスの巻数が多くなり、電源回路自体が大きくなるという問題がある。
【００１０】
▲３▼更に、従来技術で説明したシリーズ方式の励磁回路の場合、励磁電流が一定値のとき励磁電源Ｖｅｘ（高電圧）と励磁コイル両端の電圧（低電圧）の電圧差は大きくなり、励磁定電流制御用のスイッチング素子Ｑ１（ＦＥＴ）の発熱が大きくなり、その分、スイッチング素子Ｑ１に取りつける放熱板が大きくなり、励磁回路自体が大きくなってしまうという問題がある。
【００１１】
▲４▼また、従来技術で説明したスイッチング方式の励磁回路の場合、励磁電流の定電流制御がスイッチングで行われるため、スイッチングノイズが流量信号にのりサンプリングされてしまうため、出力揺動の原因になるという問題がある。
【００１２】
従って、▲１▼起電力を大きくするため励磁コイルの巻数を多くした低消費電力の電磁流量計励磁回路で５０Ｈｚ以上の高周波励磁を可能にする回路構成、▲２▼励磁コイルの巻数を多くした低消費電力の電磁流量計励磁回路において、励磁回路電源として高電圧を必要としないで、電源トランスを小型化することができる回路構成に解決しなければならない課題を有する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る電磁流量計の励磁回路は、次に示す構成にすることである。
【００１４】
（１）励磁電源と、該励磁電源の両端に接続した励磁コイルと、前記励磁電源と励磁コイルとの間に直列接続した励磁電流検出抵抗及び第１のスイッチング素子とからなる励磁回路であって、前記第１のスイッチング素子と前記励磁電源との間に電圧を昇圧させる昇圧手段を設け、励磁電流立ち上げ時に、前記励磁電源の電圧に前記昇圧手段により得られた電圧をたし合わせた電圧にする第２のスイッチング素子をオンにし、前記第１のスイッチング素子がオンしたときに前記たし合わせた電圧を前記励磁コイルに供給するようにし、
前記励磁電流が一定のときに、前記第２のスイッチング素子をオフにして、前記励磁電源の電圧を前記励磁コイルに供給するようにしたことを特徴とする電磁流量計の励磁回路。
（２）前記昇圧手段は、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする（１）記載の電磁流量計の励磁回路。
（３）前記昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータは、励磁電源の両端に直列接続したコンデンサ及びダイオード及び開閉スイッチと、励磁電源のプラス側端子と前記ダイオードと前記開閉スイッチとの間に並列接続したコイルとからなり、前記開閉スイッチがオンのときは前記励磁電源のプラス側からの電流をコイルに流し、前記開閉スイッチがオフのときは前記コイルから発生する逆起電力を前記コンデンサに流して蓄積することを繰り返し行って前記コンデンサに所定の電圧を蓄積することを特徴とする（２）記載の電磁流量計の励磁回路。
【００１５】
このように、励磁電源のほかに昇圧手段を設けて、励磁電源からの励磁電圧に、昇圧手段で昇圧した電圧を加えて励磁コイルに供給するようにしたことにより、定電流回路、スイッチング素子で構成する励磁回路であっても発熱が少ない回路を提供することができ、これは、又、回路を小型化にすることが可能になる。又、定電流制御がスイッチングによるものではないので、スイッチングノイズが流量信号にのることがなく、安定した出力信号を得ることが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る電磁流量計の励磁回路の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、従来技術で説明したものと同じものには同一符号を付与して説明する。
【００１７】
本発明に係る電磁流量計の励磁回路は、シリーズ方式の励磁回路であり、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路を備えた回路構成になっており、それは、図３に示すように、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流を一定に制御する励磁定電流制御回路Ｕ１と、励磁電流を一定に制御するＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１と、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流の向きを制御する励磁タイミング回路Ｕ２と、励磁電流値を検出する励磁電流検出抵抗Ｒ１と、励磁電流の向きを制御するＦＥＴである励磁制御スイッチング素子Ｑｅｘ１〜Ｑｅｘ４と、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路とから構成されている。
【００１８】
昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、昇圧用コンデンサＣ１、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、コイルＬ１、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ２とから構成されている。
【００１９】
このような構成からなる励磁回路の接続状態は、先ず励磁電源Ｖｅｘのプラス側に励磁電流検出抵抗Ｒ１とスイッチング素子Ｑ１と直列に接続し、抵抗Ｒ１の電源Ｖｅｘ側の端子とスイッチング素子Ｑ１のゲートＧに並列に定電流制御回路Ｕ１を接続する。又、スイッチング素子Ｑ１のドレインＤ側には、励磁電源Ｖｅｘのマイナス側に並列に、直列接続したスイッチング素子Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、スイッチング素子Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４が接続してある。このスイッチング素子Ｑｅｘ１とＱｅｘ２との中間位置とスイッチング素子Ｑｅｘ３とＱｅｘ４との中間位置との間には励磁コイルＬｅｘが接続されている。更に、スイッチング素子Ｑｅｘ１、Ｑｅｘ２、Ｑｅｘ３、Ｑｅｘ４のゲートは励磁タイミング回路Ｕ２に接続されている。
【００２０】
昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路の接続状態は、励磁電源Ｖｅｘの両端子に直列接続したコンデンサＣ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ２を並列に接続し、励磁電源Ｖｅｘのプラス側端子とコンデンサＣ１との間とダイオードＤ１とスイッチング素子Ｑ２との間にコイルＬ１を接続している。又、励磁電源Ｖｅｘのプラス端子とコンデンサＣ１との間と励磁電流検出抵抗Ｒ１との間にダイオードＤ２を接続し、ダイオードＤ１のアノード側と、ダイオードＤ２のアノードと抵抗Ｒ１との間に、スイッチング素子Ｑ３を接続している。
【００２１】
このような構成からなり且つ接続状態を有する励磁回路においては、励磁電源Ｖｅｘの励磁電流Iｅｘを定電流制御回路Ｕ１によりスイッチング素子Ｑ１をオン／オフ制御して一定の電流電圧を励磁コイルＬｅｘに流すように制御する。同時に、タイミング回路Ｕ２は、スイッチング素子Ｑｅｘ１及びＱｅｘ４をオンにして励磁コイルＬｅｘに電流を流し、又、スイッチング素子Ｑｅｘ３及びＱｅｘ２をオンして励磁コイルＬｅｘに逆方向の電流を流すように制御する。
【００２２】
さて、このような接続状態を有するＤＣ−ＤＣコンバータ回路の動作は、先ず▲１▼励磁立ち上げ時でないときに、スイッチング素子Ｑ２をオンすると、励磁電源Ｖｅｘからの電流がコイルＬ１、スイッチング素子Ｑ２方向への電流ｉ１が流れる。この時、コイルＬ１にエネルギーが貯えられる。充分にエネルギーが貯えられたところで、スイッチング素子Ｑ２をオフすると、コイルＬ１のエネルギー（逆起電力）がコイルＬ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１方向への電流ｉ２が流れることにより、コイルＬ１に貯まっていたエネルギーが電流となってコンデンサＣ１に貯えられる。このときスイッチング素子Ｑ３はオフを維持する。スイッチング素子Ｑ２をオン／オフすること、即ち、スイッチングすることでコンデンサＣ１の電圧は段々に高くなってゆく。
【００２３】
このようにして、コンデンサに所定の電圧Ｖｃ１を蓄積しておいた状態で、励磁立ち上げ、即ち、励磁コイルＬｅｘに励磁電流Iｅｘを流す時には、スイッチング素子Ｑ３をオンして、コンデンサＣ１にチャージしている電圧Ｖｃ１と、励磁電源Ｖｅｘの電圧Ｖｃをたし合わせた電圧にし、スイッチング素子Ｑ１をオンすれば、励磁コイルＬｅｘには「Ｖｃ＋Ｖｃ１」の高電圧を供給できると共に励磁電源Ｖｅｘの低電圧の電流が供給することができるため、励磁コイルＬｅｘに流れる励磁電流Iｅｘを迅速に立ち上げることができる。又、電圧は高電圧であっても、励磁電流Iｅｘは励磁電源Ｖｅｘの低電圧の電流であるため、スイッチング素子Ｑ１から発生する発熱を抑えることができる。これは、従来の如くスイッチング素子Ｑ１からの発熱を放熱させるための放熱板等を小さくすることができ、その分回路自体の小型化を図ることが可能になる。更に、励磁電源Ｖｅｘからの電圧Ｖｃを低電圧にすることができるため、電源トランスの巻線数を少なくすることも可能であり、電源トランス自体を小型化にできる。このように電源部分の回路も励磁回路自体も小型化できるために、電磁流量計自体も小型化できる。また、定電流の制御はシリーズ方式であるため、スイッチングノイズが流量信号サンプリングに入ることはないので、安定した出力を得ることができる。
【００２４】
図２は、この昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路によるコンデンサＣ１によりチャージした電圧Ｖｃ１を励磁電源Ｖｅｘの電圧Ｖｃに加えて励磁コイルＬｅｘに印加する様子を示したタイミングチャートである。
【００２５】
先ず、励磁電流Iｅｘが流れる方向を決定するスイッチング素子Ｑｅｘ１・Ｑｅｘ４がオン、Ｑｅｘ３・Ｑｅｘ２がオフの状態で、スイッチング素子Ｑ２をオン／オフのスイッチングをしてコンデンサＣ１に電圧Ｖｃ１なる電圧をチャージした状態でスイッチング素子Ｑ３をオンする（Ｐ１の位置）。すると、励磁コイルＬｅｘには「Ｖｃ＋Ｖｃ１」の高電圧が印加でき（Ｐ２の位置）、励磁コイルＬｅｘに励磁電流Iｅｘが流れる（Ｐ３の位置）。励磁電流ｌｅｘが流れている間にスイッチング素子Ｑ３がオフになる（Ｐ４の位置）と、スイッチング素子Ｑ２が再度オン／オフのスイッチングが開始してコンデンサＣ１にチャージして電圧Ｖｃ１を得る（Ｐ５の位置）。
【００２６】
次に、励磁電流Iｅｘの流れる方向を逆方向に決定するスイッチング素子Ｑｅｘ１・Ｑｅｘ４がオフ、Ｑｅｘ３・Ｑｅｘ２がオンの状態でスイッチング素子Ｑ３がオンすると（Ｐ６の位置）と、励磁コイルＬｅｘには「Ｖｃ＋Ｖｃ１」の高電圧が印加できる（Ｐ７の位置）。すると、励磁コイルＬｅｘに励磁電流Iｅｘの電流が逆方向に流れる（Ｐ８の位置）。励磁電流Iｅｘが流れている間にスイッチング素子Ｑ３がオフになる（Ｐ９の位置）と、スイッチング素子Ｑ２が再度オン／オフのスイッチングが開始してコンデンサＣ１にチャージして電圧Ｖｃ１を得る（Ｐ１０の位置）。
【００２７】
このようにしてコンデンサＣ１にチャージをしては、チャージした電圧Ｖｃ１を励磁電源Ｖｅｘの電圧Ｖｃに加えた高電圧にして励磁コイルに供給することができることは、所謂、起電力を大きくすることと同じであり、これは、励磁コイルＬｅｘを多巻線にした低消費電力型の電磁流量計でも、早い励磁電流の立ち上げが必要な、例えば５０Ｈｚ以上の高周波励磁にも適用可能になる。
【００２８】
尚、実施例においては、励磁コイルＬｅｘに対して、順方向及び逆方向に励磁電流Iｅｘを流す２値励磁について説明したが、これに限定されることなく、３値励磁、２周波励磁などの全ての励磁方式に提供できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電磁流量計の励磁回路は、励磁コイルに電圧を印加するときに励磁電源の電圧にコンデンサでチャージした電圧を加えて印加するようにしたことによって、励磁電源の低電圧の電流を、高電圧にして励磁コイルに供給することができるため、励磁電流を迅速に立ち上げることができるばかりでなく、励磁電圧を供給するスイッチング素子からの発熱を抑えることができ、放熱板等を小型化にできるため、その分励磁回路自体を小型化にすることができるという効果がある。
【００３０】
又、起電力を大きくとれるため、多巻線にした零時コイルを持つ低消費電力の電磁流量計励磁回路でも、例えば５０Ｈｚ以上の高周波励磁が可能になる。
【００３１】
更に、励磁回路電源に高電圧を必要としないため、電源トランス等を小型化、及び電源回路及び励磁回路を小型化することができるため、電磁流量計自体も小型化にできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁流量計の励磁回路の略示的な回路図である。
【図２】同タイミングチャートである。
【図３】従来技術におけるシリーズ方式の電磁流量計の励磁回路を示した略示的な回路図である。
【図４】従来技術におけるスイッチング方式の電磁流量計の励磁回路を示した略示的な回路図である。
【符号の説明】
Ｕ１励磁定電流制御回路
Ｕ２励磁タイミング回路
Ｖｃ１コンデンサＣ１チャージ電圧
Ｖｅｘ励磁電源
Ｖｃ励磁電源の電圧
Ｌｅｘ励磁コイル
Iｅｘ励磁電流[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an excitation circuit for an electromagnetic flow meter. More specifically, the present invention relates to an excitation power supply that further adds a voltage to the excitation coil and supplies it to the excitation coil. The present invention relates to a circuit that is designed to be a simple circuit.
[0002]
[Prior art]
The excitation circuit of the electromagnetic flowmeter in the prior art includes a series type excitation circuit and a switching type excitation circuit, and the series type excitation circuit keeps the excitation current flowing through the excitation coil Lex constant as shown in FIG. An excitation constant current control circuit U1 for controlling, a switching element Q1 which is an FET for controlling the excitation current to be constant, an excitation timing circuit U2 for controlling the direction of the excitation current flowing in the excitation coil Lex, and an excitation for detecting the excitation current value It comprises a current detection resistor R1 and excitation control switching elements Qex1 to Qex4 that are FETs for controlling the direction of the excitation current.
[0003]
The connection state of the excitation circuit having such a configuration is as follows. First, the excitation current detection resistor R1 and the switching element Q1 are connected in series to the plus side of the excitation power source Vex, the terminal on the power source Vex side of the resistor R1 and the gate of the switching element Q1. The constant current control circuit U1 is connected in parallel to the above. In addition, switching elements Qex1 and Qex2 and switching elements Qex3 and Qex4 connected in series are connected in parallel to the negative side of the power supply Vex on the drain side of the switching element Q1. An exciting coil Lex is connected between an intermediate position between the switching elements Qex1 and Qex2 and an intermediate position between the switching elements Qex3 and Qex4. Furthermore, the gates of the switching elements Qex1, Qex2, Qex3, Qex4 are connected to the excitation timing circuit U2.
[0004]
In the excitation circuit having such a configuration and having a connection state, the constant current control circuit U1 controls on / off of the excitation current of the excitation power source so that a constant current voltage flows through the excitation coil Lex. Control. At the same time, the timing circuit U2 controls Qex1 and Qex4 to be turned on so that a current flows through the exciting coil, and Qex3 and Qex2 is turned on so that a reverse current flows through the exciting coil.
[0005]
As shown in FIG. 4, the switching type excitation circuit includes an excitation constant current control circuit U1 that controls the excitation current flowing in the excitation coil Lex to be constant, and a switching element Q1 that is an FET that controls the excitation current to be constant. The excitation current detection resistor R1 for detecting the excitation current value and the excitation control switching elements Qex1 to Qex4, which are FETs for controlling the direction of the excitation current. The excitation constant current control circuit U1 also has a function of controlling the direction of the excitation current flowing through the excitation coil Lex.
[0006]
In the connection state of the excitation circuit having such a configuration, first, the excitation current detection resistor R1 is connected in series to the plus side of the excitation power source Vex, and the terminal on the power source Vex side of the resistor R1 is connected to the constant current control circuit U1. In addition, switching elements Qex1 and Qex2 and switching elements Qex3 and Qex4 connected in series are connected to the resistor R1 in parallel to the negative side of the power supply Vex. An exciting coil Lex is connected between an intermediate position between the switching elements Qex1 and Qex2 and an intermediate position between the switching elements Qex3 and Qex4. Furthermore, the gates of the switching elements Qex1, Qex2, Qex3, Qex4 are connected to the constant current control circuit U1.
[0007]
In the excitation circuit having such a configuration and having a connection state, the constant current control circuit U1 controls the excitation current of the excitation power source so that a constant current voltage flows through the excitation coil Lex. At the same time, the constant current control circuit U1 controls Qex1 and Qex4 to be turned on so that a current flows through the exciting coil, and Qex3 and Qex2 is turned on to cause a current in the reverse direction to flow through the exciting coil.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the excitation circuit in the prior art described above, (1) if the power consumption by excitation is reduced, it is necessary to increase the number of turns of the excitation coil Lex in order to increase the electromotive force, and accordingly, the inductance of the excitation coil Lex. Has a problem that the rise of the excitation current at the time of switching the excitation direction is delayed, which is impossible for high-frequency excitation (50 Hz or more).
[0009]
{Circle around (2)} When the inductance of the exciting coil Lex is large, the excitation power supply voltage Vex becomes extremely high when high frequency excitation is attempted, so that there is a problem that the number of turns of the power transformer increases and the power supply circuit itself becomes large.
[0010]
(3) Further, in the case of the series type excitation circuit described in the prior art, when the excitation current is a constant value, the voltage difference between the excitation power source Vex (high voltage) and the voltage across the excitation coil (low voltage) becomes large. There is a problem that heat generation of the switching element Q1 (FET) for constant current control increases, and accordingly, a heat sink attached to the switching element Q1 increases, and the excitation circuit itself increases.
[0011]
(4) In the case of the switching type excitation circuit described in the prior art, since constant current control of the excitation current is performed by switching, switching noise is sampled on the flow rate signal, which may cause output fluctuation. There is a problem of becoming.
[0012]
Therefore, (1) a circuit configuration that enables high-frequency excitation of 50 Hz or more with an electromagnetic flowmeter excitation circuit with low power consumption in which the number of turns of the exciting coil is increased in order to increase the electromotive force, and (2) the number of turns of the exciting coil is increased. In an electromagnetic flowmeter excitation circuit with low power consumption, there is a problem to be solved in a circuit configuration that can reduce the size of a power transformer without requiring a high voltage as an excitation circuit power supply.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the excitation circuit of the electromagnetic flowmeter according to the present invention is configured as follows.
[0014]
(1) An excitation circuit comprising an excitation power supply, an excitation coil connected to both ends of the excitation power supply, an excitation current detection resistor and a first switching element connected in series between the excitation power supply and the excitation coil. A voltage boosting means for boosting the voltage between the first switching element and the excitation power supply, and a voltage obtained by adding the voltage obtained by the boosting means to the voltage of the excitation power supply when the excitation current is raised; The second switching element to be turned on, and when the first switching element is turned on, the combined voltage is supplied to the exciting coil ;
An excitation circuit for an electromagnetic flowmeter , wherein, when the excitation current is constant, the second switching element is turned off and the voltage of the excitation power supply is supplied to the excitation coil .
(2) The excitation circuit of the electromagnetic flowmeter according to (1), wherein the boosting means is a boosting type DC-DC converter.
(3) The step-up DC-DC converter includes a capacitor, a diode, and an open / close switch connected in series to both ends of the excitation power supply, and a coil connected in parallel between the positive terminal of the excitation power supply, the diode, and the open / close switch. When the open / close switch is on, a current from the positive side of the excitation power supply is passed through the coil, and when the open / close switch is off, the counter electromotive force generated from the coil is passed through the capacitor for storage. The excitation circuit of the electromagnetic flowmeter according to (2), wherein a predetermined voltage is accumulated in the capacitor by repeating the operation.
[0015]
In this way, the boosting means is provided in addition to the excitation power supply, and the voltage boosted by the boosting means is added to the excitation voltage from the excitation power supply and supplied to the excitation coil. Even if the excitation circuit is configured, it is possible to provide a circuit that generates less heat, and this also makes it possible to reduce the size of the circuit. In addition, since constant current control is not based on switching, switching noise does not appear in the flow rate signal, and a stable output signal can be obtained.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of an excitation circuit for an electromagnetic flowmeter according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the same thing as what was demonstrated by the prior art.
[0017]
The excitation circuit of the electromagnetic flowmeter according to the present invention is a series-type excitation circuit and has a circuit configuration including a step-up type DC-DC converter circuit. As shown in FIG. An excitation constant current control circuit U1 that controls the excitation current flowing through the constant current, a switching element Q1 that is an FET that controls the excitation current constant, an excitation timing circuit U2 that controls the direction of the excitation current flowing through the excitation coil Lex, An excitation current detection resistor R1 for detecting an excitation current value, excitation control switching elements Qex1 to Qex4, which are FETs for controlling the direction of the excitation current, and a step-up DC-DC converter circuit.
[0018]
The step-up DC-DC converter circuit includes a step-up capacitor C1, a diode D1, a diode D2, a coil L1, a switching element Q2, and a switching element Q2.
[0019]
The connection state of the excitation circuit having such a configuration is as follows. First, the excitation current detection resistor R1 and the switching element Q1 are connected in series to the plus side of the excitation power source Vex, the terminal on the power source Vex side of the resistor R1 and the gate of the switching element Q1. A constant current control circuit U1 is connected in parallel with G. In addition, switching elements Qex1, Qex2, switching elements Qex3, Qex4 connected in series are connected to the drain D side of the switching element Q1 in parallel to the minus side of the excitation power source Vex. An exciting coil Lex is connected between an intermediate position between the switching elements Qex1 and Qex2 and an intermediate position between the switching elements Qex3 and Qex4. Furthermore, the gates of the switching elements Qex1, Qex2, Qex3, Qex4 are connected to the excitation timing circuit U2.
[0020]
The step-up DC-DC converter circuit is connected in such a manner that a capacitor C1, a diode D1, and a switching element Q2 connected in series to both terminals of the excitation power source Vex are connected in parallel, and the positive side terminal of the excitation power source Vex and the capacitor C1 are connected. The coil L1 is connected between the diode D1 and the switching element Q2. In addition, a diode D2 is connected between the positive terminal of the excitation power source Vex and the capacitor C1 and between the excitation current detection resistor R1, and switching is performed between the anode side of the diode D1, the anode of the diode D2, and the resistor R1. Element Q3 is connected.
[0021]
In the excitation circuit having such a configuration and having a connection state, the excitation current Iex of the excitation power source Vex is controlled to turn on / off the switching element Q1 by the constant current control circuit U1, and a constant current voltage is supplied to the excitation coil Lex. To control. At the same time, the timing circuit U2 controls the switching elements Qex1 and Qex4 to be turned on so that a current flows through the exciting coil Lex, and the switching elements Qex3 and Qex2 are turned on so that a reverse current flows through the exciting coil Lex.
[0022]
The operation of the DC-DC converter circuit having such a connection state is as follows. (1) When the switching element Q2 is turned on when the excitation is not started, the current from the excitation power source Vex is supplied to the coil L1 and the switching element Q2. A current i1 in the direction flows. At this time, energy is stored in the coil L1. When the switching element Q2 is turned off when the energy is sufficiently stored, the energy (back electromotive force) of the coil L1 is stored in the coil L1 due to the current i2 flowing in the direction of the coil L1, the diode D1, and the capacitor C1. The energy becomes current and is stored in the capacitor C1. At this time, the switching element Q3 is kept off. By turning on / off the switching element Q2, that is, switching, the voltage of the capacitor C1 gradually increases.
[0023]
In this way, when the excitation is started with the predetermined voltage Vc1 stored in the capacitor, that is, when the exciting current Iex is supplied to the exciting coil Lex, the switching element Q3 is turned on to charge the capacitor C1. If the voltage Vc1 and the voltage Vc of the excitation power supply Vex are combined and the switching element Q1 is turned on, a high voltage of “Vc + Vc1” can be supplied to the excitation coil Lex and the low voltage of the excitation power supply Vex Since the current can be supplied, the exciting current Iex flowing through the exciting coil Lex can be quickly raised. Even if the voltage is high, the excitation current Iex is a low voltage current of the excitation power supply Vex, and thus heat generated from the switching element Q1 can be suppressed. This makes it possible to reduce the heat dissipation plate or the like for radiating the heat generated from the switching element Q1 as in the prior art, and the circuit itself can be miniaturized accordingly. Furthermore, since the voltage Vc from the excitation power supply Vex can be reduced, the number of windings of the power transformer can be reduced, and the power transformer itself can be reduced in size. Thus, since the circuit of the power supply part and the excitation circuit itself can be miniaturized, the electromagnetic flowmeter itself can be miniaturized. In addition, since the constant current control is a series system, since the switching noise does not enter the flow rate signal sampling, a stable output can be obtained.
[0024]
FIG. 2 is a timing chart showing a state in which the voltage Vc1 charged by the capacitor C1 by the step-up DC-DC converter circuit is applied to the excitation coil Lex in addition to the voltage Vc of the excitation power supply Vex.
[0025]
First, with the switching elements Qex1 and Qex4 that determine the direction in which the excitation current Iex flows being on and Qex3 and Qex2 being off, the switching element Q2 is switched on / off to charge the capacitor C1 with the voltage Vc1. In the state, the switching element Q3 is turned on (position P1). Then, a high voltage of “Vc + Vc1” can be applied to the exciting coil Lex (P2 position), and an exciting current Iex flows to the exciting coil Lex (P3 position). If the switching element Q3 is turned off while the exciting current lex is flowing (position of P4), the switching element Q2 starts on / off switching again and charges the capacitor C1 to obtain the voltage Vc1 (P5 position).
[0026]
Next, when the switching elements Qex1 and Qex4 for determining the flowing direction of the excitation current Iex are turned off and the switching element Q3 is turned on with the Qex3 and Qex2 turned on (position P6), the exciting coil Lex has “ A high voltage of “Vc + Vc1” can be applied (position P7). Then, the exciting current Iex flows in the opposite direction to the exciting coil Lex (position P8). When the switching element Q3 is turned off while the exciting current Iex is flowing (position of P9), the switching element Q2 starts switching on / off again and charges the capacitor C1 to obtain the voltage Vc1 (P10). position).
[0027]
By charging the capacitor C1 in this way, the charged voltage Vc1 can be supplied to the exciting coil in a high voltage added to the voltage Vc of the exciting power source Vex, which increases the so-called electromotive force. The same applies to a low power consumption type electromagnetic flowmeter in which the exciting coil Lex has multiple windings, and can be applied to high-frequency excitation of, for example, 50 Hz or more, which requires a quick startup of excitation current.
[0028]
In the embodiment, the binary excitation in which the excitation current Iex is supplied to the excitation coil Lex in the forward direction and the reverse direction has been described. However, the present invention is not limited to this. It can be provided for all excitation methods.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, the excitation circuit of the electromagnetic flowmeter according to the present invention is configured such that when a voltage is applied to the excitation coil, the voltage charged by the capacitor is applied to the excitation power supply voltage. Since the low voltage current can be supplied to the exciting coil at a high voltage, not only the exciting current can be quickly raised but also the heat generation from the switching element that supplies the exciting voltage can be suppressed. Since the heat sink and the like can be reduced in size, the excitation circuit itself can be reduced in size accordingly.
[0030]
In addition, since the electromotive force can be increased, high-frequency excitation of, for example, 50 Hz or more is possible even with a low power consumption electromagnetic flowmeter excitation circuit having a multi-winding zero-time coil.
[0031]
Further, since a high voltage is not required for the excitation circuit power supply, the power transformer and the like can be downsized, and the power supply circuit and the excitation circuit can be downsized, so that the electromagnetic flowmeter itself can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of an excitation circuit of an electromagnetic flow meter according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart of the same.
FIG. 3 is a schematic circuit diagram showing an excitation circuit of a series type electromagnetic flow meter in the prior art.
FIG. 4 is a schematic circuit diagram showing an excitation circuit of a switching type electromagnetic flow meter in the prior art.
[Explanation of symbols]
U1 excitation constant current control circuit U2 excitation timing circuit Vc1 capacitor C1 charge voltage Vex excitation power supply Vc excitation power supply voltage Lex excitation coil
Iex excitation current

Claims

And excitation power supply, a excitation circuit consisting of the excitation coil which is connected to both ends of the excitation power supply, and the exciting current detection resistor and a first switching element connected in series between said excitation power supply and the exciting coil, the second A boosting means for boosting the voltage is provided between one switching element and the excitation power supply, and a voltage obtained by adding the voltage obtained by the boosting means to the voltage of the excitation power supply when the excitation current is raised. 2 switching element is turned on, and when the first switching element is turned on, the combined voltage is supplied to the exciting coil ,
An excitation circuit for an electromagnetic flowmeter , wherein, when the excitation current is constant, the second switching element is turned off and the voltage of the excitation power supply is supplied to the excitation coil .

2. An exciting circuit for an electromagnetic flowmeter according to claim 1, wherein the boosting means is a boost type DC-DC converter.

The step-up DC-DC converter includes a capacitor, a diode, and an on / off switch connected in series to both ends of the excitation power source, and a coil connected in parallel between the positive terminal of the excitation power source and the diode and the on / off switch. When the open / close switch is on, a current from the positive side of the excitation power supply is passed through the coil, and when the open / close switch is off, the back electromotive force generated from the coil is passed through the capacitor and stored repeatedly. 3. The excitation circuit for an electromagnetic flowmeter according to claim 2, wherein a predetermined voltage is accumulated in the capacitor.