JP6937672B2 - 2-wire electromagnetic flowmeter - Google Patents
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Description
本発明は、導電性を有する流体の流量を測定する2線式電磁流量計に関する。 The present invention relates to a two-wire electromagnetic flow meter that measures the flow rate of a conductive fluid.
2線式電磁流量計は、測定管内を流れる流体の流れ方向に対して垂直に磁界を加え、流体の流速に比例した起電力を検出する。そして、2線式電磁流量計は、検出した起電力に基づいて流体の流量を示す電流出力を調整する。電流出力とは、外部の機器に出力される4mA〜20mAの範囲の電流信号である。2線式電磁流量計は、4−20mAの電流出力から供給される電力を使って動作することから、消費電力を抑えることができ、一対の信号線で電力供給と電流による出力とを行うことから、省配線化を図ることができるため、広く一般に用いられている。 The two-wire electromagnetic flowmeter applies a magnetic field perpendicular to the flow direction of the fluid flowing in the measuring tube, and detects an electromotive force proportional to the flow velocity of the fluid. Then, the two-wire electromagnetic flowmeter adjusts the current output indicating the flow rate of the fluid based on the detected electromotive force. The current output is a current signal in the range of 4 mA to 20 mA output to an external device. Since the 2-wire electromagnetic flowmeter operates using the power supplied from the current output of 4-20 mA, the power consumption can be suppressed, and the power supply and the output by the current are performed by a pair of signal lines. Therefore, it is widely used because it can save wiring.
ここで、2線式電磁流量計において、最も電力を消費する構成部材は、コイルに電流を流して磁場を作る励磁回路である。ファラデーの電磁誘導の法則に従うと、電極間に生じる流量に比例した電圧を示す信号起電力は、磁束密度に比例する。そして、磁束密度は励磁電流に比例するため、励磁電流は信号起電力に比例することとなる。 Here, in the two-wire electromagnetic flowmeter, the component that consumes the most power is an excitation circuit that creates a magnetic field by passing a current through the coil. According to Faraday's law of electromagnetic induction, the signal electromotive force, which indicates a voltage proportional to the flow rate generated between the electrodes, is proportional to the magnetic flux density. Since the magnetic flux density is proportional to the exciting current, the exciting current is proportional to the signal electromotive force.
2線式電磁流量計の電流出力は、信号起電力から求めた流量によって電流値が変化する。そのため、測定管内の流体が低流量になると、電流出力の電流値が4mA近くまで小さくなり、各回路に供給する電力及び励磁電流が不足する。よって、2線式電磁流量計は、電流出力の変化に応じて、励磁電流を変化させる必要がある。 The current value of the current output of the 2-wire electromagnetic flowmeter changes depending on the flow rate obtained from the signal electromotive force. Therefore, when the flow rate of the fluid in the measuring tube becomes low, the current value of the current output becomes as small as about 4 mA, and the electric power and the exciting current supplied to each circuit become insufficient. Therefore, the two-wire electromagnetic flowmeter needs to change the exciting current according to the change in the current output.
そこで、従来の2線式電磁流量計は、電流出力に対する閾値を設け、励磁電流を段階的に変えることにより、電力が不足しないように調整している(例えば、特許文献1参照)。ただし、励磁電流を段階的に変化させると、所定のスパン補正に起因して、励磁電流の切り替えの過渡区間における計測値に、突発的な変化を示すヒゲなどの現象が生じる。そのため、2線式電磁流量計には、励磁電流の切り替え直後の1秒間において、流量演算を中断して、励磁電流の切り替え直前の流量を用いる前回値ホールド処理を行うものもある。 Therefore, in the conventional two-wire electromagnetic flowmeter, a threshold value for the current output is set, and the exciting current is changed stepwise to adjust so that the electric power is not insufficient (see, for example, Patent Document 1). However, when the exciting current is changed stepwise, a phenomenon such as a whiskers showing a sudden change occurs in the measured value in the transient section of the switching of the exciting current due to the predetermined span correction. Therefore, in some 2-wire electromagnetic flowmeters, the flow rate calculation is interrupted in 1 second immediately after the switching of the exciting current, and the previous value hold process using the flow rate immediately before the switching of the exciting current is performed.
しかしながら、従来の2線式電磁流量計のように、前回値ホールド処理を行うと、流量演算を中断している1秒間の電流出力の精度が低下するという課題がある。また、前回値ホールド処理の1秒間で、電流出力と閾値との大小関係が逆転すると、さらに1秒間、当初の切り替え直前の流量が維持される。つまり、前回値ホールド処理の1秒間で、電流出力と閾値との大小関係の逆転が繰り返されると、電流出力が貼りついてしまい、電流出力の精度がさらに低下するという課題がある。 However, unlike the conventional two-wire electromagnetic flowmeter, when the previous value hold process is performed, there is a problem that the accuracy of the current output for one second during which the flow rate calculation is interrupted is lowered. Further, if the magnitude relationship between the current output and the threshold value is reversed in 1 second of the previous value hold process, the flow rate immediately before the initial switching is maintained for another 1 second. That is, if the reversal of the magnitude relationship between the current output and the threshold value is repeated within 1 second of the previous value hold process, the current output sticks and the accuracy of the current output is further lowered.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、測定管内を流れる流体の流量を示す電流出力の精度向上を実現する2線式電磁流量計を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a two-wire electromagnetic flow meter that realizes an improvement in the accuracy of a current output indicating the flow rate of a fluid flowing in a measuring tube.
本発明に係る2線式電磁流量計は、測定管内を流れる流体に磁界を印加する励磁コイルを有し、測定管内を流れる流体の流速に応じて発生する信号起電力を検出する検出器と、検出器において検出された信号起電力をもとに、測定管内を流れる流体の流量を示す電流出力を調整する変換器と、を備え、変換器は、励磁コイルに所定の励磁周波数の励磁電流を供給する励磁回路と、信号起電力に基づくアナログ信号から流速を示すADカウント値を生成するAD変換器と、電流出力を調整する電流制御回路と、AD変換器において生成されたADカウント値の変化に応じて、励磁回路が励磁コイルに供給する励磁電流を電流出力に追従させて連続的に変化させる制御装置と、を有するものである。 The two-wire electromagnetic flowmeter according to the present invention has an exciting coil that applies a magnetic field to the fluid flowing in the measuring tube, and has a detector that detects a signal electromotive force generated according to the flow velocity of the fluid flowing in the measuring tube. A converter that adjusts the current output that indicates the flow rate of the fluid flowing through the measuring tube based on the signal electromotive force detected by the detector is provided, and the converter applies an exciting current of a predetermined exciting frequency to the exciting coil. The excitation circuit to be supplied, the AD converter that generates an AD count value indicating the flow velocity from the analog signal based on the signal electromotive force, the current control circuit that adjusts the current output, and the change in the AD count value generated by the AD converter. A control device that continuously changes the exciting current supplied by the exciting circuit to the exciting coil according to the current output according to the current output.
本発明によれば、ADカウント値の変化に応じて、励磁電流を電流出力に追従させて連続的に変化させることから、ヒゲの発生を防ぐことができ、かつ前回値ホールド処理が不要となるため、測定管内を流れる流体の流量を示す電流出力の精度向上を実現することができる。 According to the present invention, since the exciting current is continuously changed according to the change of the AD count value by following the current output, the occurrence of whiskers can be prevented and the previous value holding process becomes unnecessary. Therefore, it is possible to improve the accuracy of the current output indicating the flow rate of the fluid flowing in the measuring tube.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る電磁流量計の構成を概略的に示すブロック図である。図2は、図1の電磁流量計において、第2スイッチ及び第3スイッチをオンにしたときの電流の流れを概略的に示す説明図である。図3は、図1の電磁流量計において、第1スイッチ及び第4スイッチをオンにしたときの電流の流れを概略的に示す説明図である。図1〜図3を参照して、電磁流量計100の全体的な構成を説明する。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of an electromagnetic flowmeter according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the current flow when the second switch and the third switch are turned on in the electromagnetic flowmeter of FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing the current flow when the first switch and the fourth switch are turned on in the electromagnetic flowmeter of FIG. The overall configuration of the
電磁流量計100は、導電性を有する流体の流量を測定する2線式電磁流量計である。電磁流量計100には、一対の信号線である信号線L1及び信号線L2を介して、外部電源500から電圧が供給される。外部電源500としては、例えばDC24Vの直流電源を用いることができる。信号線L2には、外部負荷RLとして、例えば250Ωの抵抗が接続されている。よって、電磁流量計100に供給される電圧は、外部電源500による外部電圧Vsから外部負荷RLにおける電圧降下を差し引いたものとなる。
The
すなわち、電磁流量計100は、外部電源500に接続された一対の信号線である信号線L1及び信号線L2に流れる電流を制御することにより、測定管11内に流れる流体の流量を示す電流出力Ioutを調整する。そして、外部負荷RLには、電流出力Ioutが流れるようになっており、外部の機器は、外部負荷RLの両端の電圧(外部負荷RLの抵抗値が250Ωの場合は1V〜5V)から、測定管11内を流れる流体の流量を知ることができる。
That is, the
図1に示すように、電磁流量計100は、検出器10と、変換器20と、を有している。検出器10は、測定管11と、励磁コイル12と、電極13aと、電極13bと、接地電極14と、を有している。測定管11は、パイプ状に形成され、流体を通過させるものである。電磁流量計100は、導電性を有する流体が測定管11内を流れるように配設される。励磁コイル12は、測定管11内に磁界を発生させ、測定管11内を流れる流体に磁界を印加するものである。励磁コイル12は、磁界の発生方向が、測定管11内を流れる流体の流れ方向に対して垂直となるように配置されている。
As shown in FIG. 1, the
電極13a及び電極13bは、電極13aと電極13bとを結ぶ直線が、測定管11内を流れる流体の流れ方向、及び励磁コイル12が発生させる磁界の方向に対して直交するように測定管11内に配置されている。電極13a及び電極13bは、信号起電力Eを取り出すための一対の電極を構成している。信号起電力Eとは、電極13aと電極13bとの間に生じる流体の流量に比例した電圧である。すなわち、検出器10は、電極13aと電極13bとにより、励磁コイル12が発生させる磁界中を流体が流れることで発生する起電力に基づく信号起電力Eを検出し、検出した信号起電力Eを変換器20へ出力する。
The
ここで、信号起電力Eと、磁束密度B[N/A・m]と、測定管11の口径(内径)D[m]と、測定管11内を流れる流体の流速(平均軸方向流体速度)V[m/s]との間には、定数kを用いた下記の式(1)の関係がある。 Here, the signal electromotive force E, the magnetic flux density B [N / A · m], the diameter (inner diameter) D [m] of the measuring tube 11, and the flow velocity of the fluid flowing in the measuring tube 11 (fluid velocity in the average axial direction). ) V [m / s] has the relationship of the following equation (1) using the constant k.
[数1]
E=kBDV ・・・(1)
[Number 1]
E = kBDV ・ ・ ・ (1)
変換器20は、検出器10において検出された信号起電力Eをもとに、測定管11内の流体の流量を求める。変換器20は、交流増幅回路30と、サンプルホールド回路40と、AD変換器50と、制御装置60と、記憶装置70と、励磁回路80と、電流制御回路90と、を有している。
The
励磁回路80は、制御装置60からの周波数指令信号に応じて、極性が交互に変化する励磁周波数Fの励磁電流Iexを生成し、生成した励磁電流Iexを励磁コイル12へ供給する。励磁回路80は、励磁切替回路81と、スイッチ回路82と、を含んでいる。
The
スイッチ回路82は、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3、及び第4スイッチSW4を有している。第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3、及び第4スイッチSW4は、MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)、又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのスイッチング素子により構成することができる。
The
第1スイッチSW1と第2スイッチSW2との接続点Pは、外部電源500のプラス側に接続されている。第3スイッチSW3と第4スイッチSW4との接続点Qは、電流制御回路90に接続されている。第1スイッチSW1と第3スイッチSW3との接続点Rは、検出器10の端子Yに接続されている。第2スイッチSW2と第4スイッチSW4との接続点Sは、検出器10の端子Xに接続されている。つまり、励磁コイル12は、接続点Rと接続点Sとの間に接続されている。
The connection point P between the first switch SW1 and the second switch SW2 is connected to the positive side of the
励磁切替回路81は、制御装置60からの周波数指令信号に従い、図2のように第2スイッチSW2及び第3スイッチSW3をオンにしたXY状態と、図3のように第1スイッチSW1及び第4スイッチSW4をオンにしたYX状態とを所定の周期で繰り返す。すなわち、励磁切替回路81は、スイッチ回路82の各スイッチのオンオフ動作を制御することにより、極性が交互に切り替わる矩形波状の励磁電流Iexを生成する。なお、XY状態において、第1スイッチSW1及び第4スイッチSW4はオフであり、YX状態において、第2スイッチSW2及び第3スイッチSW3はオフである。XY状態では、励磁電流Iexが端子Xから端子Yに流れ、YX状態では、励磁電流Iexが端子Yから端子Xに流れる。
The
ここで、電磁流量計100では、スイッチ回路82を構成する2つのスイッチと励磁コイル12と電流制御回路90とが、信号線L1と信号線L2との間で直列に接続されている。つまり、図2の状態では、外部電源500と、第2スイッチSW2と、励磁コイル12と、第3スイッチSW3と、電流制御回路90と、外部負荷RLとが、閉ループ回路を形成している。また、図3の状態では、外部電源500と、第1スイッチSW1と、励磁コイル12と、第4スイッチSW4と、電流制御回路90と、外部負荷RLとが、閉ループ回路を形成している。したがって、電磁流量計100は、電流出力Ioutの大きさと励磁電流Iexの大きさとが等しくなっている。
Here, in the
電流制御回路90は、制御装置60からの電流制御信号に従い、電流出力Ioutを4mA〜20mAの範囲で調整する。より具体的に、電流制御回路90は、抵抗値が可変となるように構成されており、制御装置60からの電流制御信号に応じて抵抗値を変化させることで、電流出力Ioutを調整する。電磁流量計100では、電流出力Ioutと励磁電流Iexとが等しくなっているため、電流制御回路90は、制御装置60からの電流制御信号に従って励磁電流Iexも調整する。
The
交流増幅回路30は、検出器10から信号起電力Eを取得して増幅する。サンプルホールド回路40は、交流増幅回路30の出力側に配設されており、制御装置60からのSH時間制御信号に応じて動作する。サンプルホールド回路40は、交流増幅回路30において増幅された信号起電力Eを、励磁電流Iexの極性が入れ替わる直前の値で保持してサンプルホールドする。
The
AD変換器50は、直流増幅機能を備えたAD変換器である。AD変換器50は、ゲイン設定部51と、直流増幅部52と、変換部53と、を有している。ゲイン設定部51は、例えばPGA(Programmable Gain Amplifier)からなり、制御装置60からのゲイン調整信号に応じて変換器20のゲインGを設定する。直流増幅部52は、ゲイン設定部51によって設定されたゲインGを用いて、サンプルホールド回路40によってサンプルホールドされた信号起電力Eを増幅する。変換部53は、信号起電力Eに基づくアナログ信号から流速Vを示すADカウント値を生成する。すなわち、変換部53は、直流増幅部52によって増幅されたアナログの信号起電力Eをデジタルの値であるADカウント値に変換する。
The
記憶装置70には、後述する式(2)〜(5)に関連する種々のデータ、及び制御装置60の動作プログラムなどが記憶されている。例えば、記憶装置70には、ゼロ基準値D0と、スパン基準値DSと、が記憶されている。ゼロ基準値D0及びスパン基準値DSは、それぞれ、励磁電流Iexの基準である基準励磁電流I0と、励磁周波数Fの基準である基準励磁周波数F0と、ゲインGの基準である基準ゲインG0とを用いて求められる。
The
すなわち、ゼロ基準値D0は、基準励磁電流I0、基準励磁周波数F0、及び基準ゲインG0のときの、ゼロ点でのADカウント値である。ゼロ点とは、流体の流量が0の状態で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。より具体的に、ゼロ基準値D0は、励磁電流Iexを基準励磁電流I0とし、励磁周波数Fを基準励磁周波数F0とし、ゲインGを基準ゲインG0とし、図1の接点Aと接点Bと接点Cとをショートさせた状態で求められるADカウント値である。 That is, the zero reference value D 0 is the AD count value at the zero point when the reference excitation current I 0 , the reference excitation frequency F 0 , and the reference gain G 0. The zero point is a point adjusted by subtracting a bias such as an offset current that flows even when the flow rate of the fluid is zero. More specifically, the zero reference value D 0 has the excitation current Iex as the reference excitation current I 0 , the excitation frequency F as the reference excitation frequency F 0 , the gain G as the reference gain G 0, and the contact A and the contact in FIG. It is an AD count value obtained in a state where B and contact C are short-circuited.
スパン基準値DSは、基準励磁電流I0、基準励磁周波数F0、及び基準ゲインG0のときの、最大の流速に基づくADカウント値である。より具体的に、スパン基準値DSは、最大調整カウント値DMAXからゼロ基準値D0を減算した値である。最大調整カウント値DMAXは、励磁電流Iexを基準励磁電流I0とし、励磁周波数Fを基準励磁周波数F0とし、ゲインGを基準ゲインG0としたときの、検出可能な流速の最大値(100%の値)に対応する起電力に基づくADカウント値である。 Span reference value D S is the reference excitation current I 0, the reference excitation frequency F 0, and when the reference gain G 0, is AD count value based on the maximum flow rate. More specifically, the span reference value D S is a value obtained by subtracting the zero reference value D 0 from the maximum adjustment count value D MAX. The maximum adjustment count value D MAX is the maximum value of the detectable flow velocity when the exciting current Iex is set to the reference exciting current I 0 , the exciting frequency F is set to the reference exciting frequency F 0 , and the gain G is set to the reference gain G 0. It is an AD count value based on the electromotive force corresponding to (100% value).
例えば、基準励磁電流I0は20[mA]に設定され、基準励磁周波数F0は22.5[Hz]に設定され、基準ゲインG0は1に設定される。ゼロ基準値D0及びスパン基準値DSは、製造工場での出荷前などに設定される。 For example, the reference excitation current I 0 is set to 20 [mA], the reference excitation frequency F 0 is set to 22.5 [Hz], and the reference gain G 0 is set to 1. Zero reference value D 0 and span the reference value D S is set like before shipment of the manufacturing plant.
図4は、図1の制御装置の機能的構成を示すブロック図である。制御装置60は、測定周期ごとに、AD変換器50からADカウント値を読み込み、読み込んだADカウント値の変化に応じて、励磁電流Iexを電流出力Ioutに追従させて連続的に変化させる。測定周期は、例えば200[ms]に設定され、適宜変更することができる。図4に示すように、制御装置60は、ゼロ調整値演算部61と、スパン調整値演算部62と、流速演算部63と、電流制御部64と、励磁制御部65と、ゲイン調整部66と、SH時間調整部67と、を有している。
FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the control device of FIG. The
ゼロ調整値演算部61は、ゲインGを用いてゼロ基準値D0を補正することにより、任意の励磁電流Iex及びゲインGのときのゼロ調整カウント値CZEROを求める。すなわち、ゼロ調整値演算部61は、下記の式(2)に基づき、ゼロ基準値D0にゲインGを乗じることにより、ゼロ調整カウント値CZEROを求める。
The zero adjustment
[数2]
CZERO=D0×G ・・・(2)
[Number 2]
C ZERO = D 0 x G ... (2)
スパン調整値演算部62は、励磁電流Iexの基準励磁電流I0に対する割合とゲインGとを用いてスパン基準値DSを補正することにより、任意の励磁電流Iex及びゲインGのときのスパン調整カウント値CSPANを求める。すなわち、スパン調整値演算部62は、下記の式(3)に基づき、スパン基準値DSに、励磁電流Iexの基準励磁電流I0に対する割合及びゲインGを乗じてスパン調整カウント値CSPANを求める。
Span adjustment
[数3]
CSPAN=DS×(Iex/I0)×G ・・・(3)
[Number 3]
C SPAN = D S × (Iex / I 0) × G ··· (3)
流速演算部63は、AD変換器50おいて生成された測定周期ごとのADカウント値、ゼロ調整カウント値CZERO、及びスパン調整カウント値CSPANを用いて、下記の式(4)により、流速Vを演算する。ここで、最大流速(100%の流速)は、検出可能な流速Vの最大値であり、電磁流量計100の回路特性のバラツキなどに応じて決まるもので、キャリブレーション等において予め記憶装置70に記憶される。
The flow
[数4]
流速V[m/s]=最大流速[m/s]×(ADカウント値−CZERO)/CSPAN ・・・(4)
[Number 4]
Flow velocity V [m / s] = Maximum flow velocity [m / s] × (AD count value-C ZERO ) / C SPAN ... (4)
つまり、流速演算部63は、流速Vの最大値と、現在のADカウント値からゼロ調整カウント値CZEROを減算した値とを乗算した値を、スパン調整カウント値CSPANで除して、流速Vを求める。流速演算部63は、式(4)により求めた流速Vと、測定管11の口径Dとを用いて、下記の式(5)により、1[s]あたりの流量である瞬時流量を求める機能を有していてもよい。
That is, the flow
[数5]
瞬時流量[m3/s]=流速V[m/s]×π×口径[m]×口径[m]/4 ・・・(5)
[Number 5]
Instantaneous flow rate [m 3 / s] = flow velocity V [m / s] x π x caliber [m] x caliber [m] / 4 ... (5)
電流制御部64は、ADカウント値、励磁電流Iex、及びゲインGの変化に応じて定まる流速Vの変化に応じて電流制御回路90の抵抗値を調整し、電流出力Ioutを連続的に変化させる。つまり、電流制御部64は、流速Vが大きくなれば電流出力Ioutが大きくなり、流速Vが小さくなれば電流出力Ioutが小さくなるように電流制御回路90の抵抗値を調整し、電流出力Ioutを連続的に変化させる。より具体的に、電流制御部64は、流速演算部63において演算された流速Vに応じて電流制御信号を生成し、電流制御信号を電流制御回路90へ出力することにより、電流制御回路90の抵抗値を調整する。これにより、電流出力Iout及び励磁電流Iexが、流速Vの変化に応じて連続的に変化する。
The
励磁制御部65は、励磁電流Iexの励磁周波数Fを制御する。すなわち、励磁制御部65は、励磁電流Iexの励磁周波数Fを指示する周波数指令信号を生成し、周波数指令信号を励磁回路80へ出力することにより、励磁電流Iexの励磁周波数Fを調整する。
The
励磁制御部65は、電流出力Ioutの変化、すなわち流速演算部63において演算された流速Vの変化に応じて励磁周波数Fを制御する。つまり、励磁制御部65は、電流出力Ioutが相対的に小さくなると励磁周波数Fを低くし、電流出力Ioutが相対的に大きくなると励磁周波数Fを高くする。
The
ゲイン調整部66は、電流出力Ioutの変化、すなわち流速演算部63において演算された流速Vの変化に応じて変換器20のゲインGを調整する。すなわち、ゲイン調整部66は、電流出力Ioutの変化に応じてゲインGの調整を指示するゲイン調整信号をゲイン設定部51へ出力することにより、直流増幅部52が用いるゲインGを調整する。SH時間調整部67は、信号起電力Eのサンプルホールドに用いるクロックを含むSH時間制御信号をサンプルホールド回路40へ出力する。
The
制御装置60は、CPU(Central Processing Unit)又はDSP(Digital Signal Processor)等の演算装置と、こうした演算装置と協働して上記の各種機能を実現させる動作プログラムとによって構成することができる。記憶装置70は、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等のPROM(Programmable ROM)、又はHDD(Hard Disk Drive)等により構成することができる。
The
図5は、図1の電磁流量計において、流速を一定の割合で経時的に低下させた場合におけるADカウント値及び流量割合の変化を示すグラフである。図6は、図1の電磁流量計において、流速を一定の割合で経時的に低下させ、数回のゲインの切り替えを行った場合のADカウント値及び流量割合の変化を示すグラフである。図7は、図1の電磁流量計において、励磁電流及び流速を一定の割合で経時的に低下させ、数回のゲインの切り替えを行った場合のADカウント値及び流量割合の変化を示すグラフである。図8は、図7のシミュレーションの比較例であり、電流補正を行わなかった場合のADカウント値及び流量割合の変化を示すグラフである。図9は、図5〜図8のシミュレーションに用いるキャリブレータを例示した説明図である。図5〜図8では、横軸に時間[s]をとり、縦軸にADカウント値と流量割合[%]とをとっている。 FIG. 5 is a graph showing changes in the AD count value and the flow rate ratio when the flow velocity is decreased with time at a constant rate in the electromagnetic flow meter of FIG. 1. FIG. 6 is a graph showing changes in the AD count value and the flow rate ratio when the flow velocity is decreased with time at a constant rate and the gain is switched several times in the electromagnetic flow meter of FIG. 1. FIG. 7 is a graph showing changes in the AD count value and the flow rate ratio when the exciting current and the flow velocity are decreased at a constant rate over time in the electromagnetic flow meter of FIG. 1 and the gain is switched several times. be. FIG. 8 is a comparative example of the simulation of FIG. 7, and is a graph showing changes in the AD count value and the flow rate ratio when the current correction is not performed. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating the calibrator used in the simulation of FIGS. 5 to 8. In FIGS. 5 to 8, the horizontal axis represents time [s], and the vertical axis represents the AD count value and the flow rate ratio [%].
ここで、図9に例示するキャリブレータ300は、一般に、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用いられる。キャリブレータ300は、変換器20からの励磁電流Iex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機能を有する。
Here, the
図5〜図8のシミュレーションは、流体の流量に連動させて、ゲインG、励磁周波数F、励磁電流を連続的に変化させたときに、流速Vを正確に求めることができるか否かを確かめた結果である。図5〜図8のシミュレーションでは、キャリブレータ300を使って、励磁周波数Fに同期し、かつ電流出力Ioutに比例した信号電圧を生成させている。キャリブレータ300は、信号電圧を、流量割合100[%]に対応する値から、1秒間隔で0.1[%]ずつ下げていくように設定されている。励磁周波数Fは、流量割合100[%]から流量割合0[%]までに対して、22.5[Hz]から3.125[Hz]まで連続的に低下させるように設定されている。励磁電流Iexと電流出力Ioutとは同一になっている。
The simulations of FIGS. 5 to 8 confirm whether or not the flow velocity V can be accurately obtained when the gain G, the exciting frequency F, and the exciting current are continuously changed in conjunction with the flow rate of the fluid. This is the result. In the simulations of FIGS. 5 to 8, the
図6〜図8のシミュレーションでは、ADカウント値の上限値を「200000」に設定し、ADカウント値の下限値を「50000」に設定している。そして、変換器20は、ゲインGは、1倍、4倍、16倍、64倍の4段階で切り替えるように設定されている。つまり、変換器20は、ゲインGの初期値を1倍にしておき、ADカウント値が下限値まで低下したときに、ゲインGの切り替えを行うように設定されている。変換器20は、計測したADカウント値から、上述した式(2)〜(5)などに基づく演算によって流量割合[%]を計算し、200[ms]のサンプリング周期で1000秒間のトレンドを記録するように設定されている。ここで、流量割合[%]は、式(5)で求まる瞬時流量の最大値を100[%]として、瞬時流量を割合に換算した値である。
In the simulations of FIGS. 6 to 8, the upper limit of the AD count value is set to "200,000" and the lower limit of the AD count value is set to "50,000". The
本実施の形態1の電磁流量計100によれば、図5のようにゲインGを変化させない場合だけでなく、図6のようにゲインGを変化させる場合においても、流量割合[%]が信号電圧の変化に追従して連続的に変化することがわかる。ところで、図6には、流量割合[%]の理想直線を破線で示している。ここで、理想直線と流量割合[%]の実測値を表す直線とを比較すると、傾き及び低流量の領域に若干の違いがあるものの、電磁流量計100によれば、従来のように励磁電流Iexを段階的に切り替える構成よりも計測値を精度よく演算することができる。
According to the
また、図8の比較例のように、式(3)の「Iex/I0」に相当する電流補正を行わなければ、流量割合[%]が直線的に変化せず、正確な計測値を演算することができない。この点、電磁流量計100は、電流補正を含む式(3)によって求めるスパン調整カウント値CSPANを用いて流速Vを演算するようになっている。よって、図7に示すように、信号電圧の変化に追従させて、流量割合[%]を直線的に変化させることができる。
Further, as in the comparative example of FIG. 8, unless the current correction corresponding to “Iex / I 0 ” of the equation (3) is performed, the flow rate ratio [%] does not change linearly, and an accurate measured value can be obtained. Cannot calculate. In this respect, the
以上のように、本実施の形態1の電磁流量計100は、ADカウント値の変化に応じて、励磁電流Iexを電流出力Ioutに追従させて連続的に変化させることから、ヒゲの発生を防ぐことができ、かつ前回値ホールド処理が不要となる。よって、測定管内を流れる流体の流量を示す電流出力Ioutの精度向上を実現することができる。
As described above, the
また、電磁流量計100は、電流出力Ioutの大きさと励磁電流Iexの大きさとが等しくなるように構成されている。よって、電流出力Ioutと励磁電流Iexとを個別に制御しなくてよいため、電流出力Ioutの制御用の定電流回路と、励磁電流Iexの制御用の定電流回路と、を個別に設ける必要がなく、特許文献1のような励磁電圧回路も不要となる。つまり、電磁流量計100は、図1に示すように、電流制御用の定電流回路として、電流制御回路90を1つだけ備えていればよいため、構成の単純化及びコストの削減を図ると共に、演算処理の単純化を図ることができる。
Further, the
さらに、電磁流量計100は、流速Vを求めるための基準値として、ゼロ基準値D0とスパン基準値DSとの2つだけを設定しておけばよい。よって、励磁電流Iexを段階的に変化させる従来の構成よりも、出荷時等における調整箇所を減らすことができるため、調整時に要する時間を削減することができる。そして、電磁流量計100は、電流補正を採り入れていることから、流速Vの演算精度が向上するため、電流出力Ioutの精度を高めることができる。
Furthermore, the
加えて、励磁電流を段階的に変更する従来の構成では、キャリブレータ300でゼロスパン調整又は疑似入力を行うとき、キャリブレータ300が段階的な励磁電流の切り替えに対応した信号電圧を生成している場合は、キャリブレータ300の切替判定と変換器の切替判定とが同期していないため、切り替え点で信号電圧に矛盾が発生することがある。これに対し、励磁電流Iexを連続的に変化させる電磁流量計100を用いる場合は、キャリブレータ300が交流の励磁電流Iexを正確に測る機能を備えていなくても、直流である4−20mAの電流出力Ioutから、キャリブレータ300に、変換器20が要求している励磁電流Iex及び励磁周波数Fに対応する信号電圧を出力させることができる。
In addition, in the conventional configuration in which the exciting current is changed stepwise, when the
ところで、本実施の形態1では、基準励磁周波数F0が22.5[Hz]に設定される例を示したが、これに限らず、基準励磁周波数F0は、3.125[Hz]から22.5[Hz]までの範囲内で設定し、適宜変更することができる。基準励磁電流I0及び基準ゲインG0についても同様に、適宜変更することができる。 By the way, in the first embodiment, the reference excitation frequency F 0 is set to 22.5 [Hz], but the present invention is not limited to this, and the reference excitation frequency F 0 starts from 3.125 [Hz]. It can be set within a range of up to 22.5 [Hz] and changed as appropriate. Similarly, the reference exciting current I 0 and the reference gain G 0 can be changed as appropriate.
実施の形態2.
図10は、本発明の実施の形態2に係る電磁流量計の構成を概略的に示すブロック図である。本実施の形態2の電磁流量計100Aの全体的な構成は、実施の形態1と同様であるため、同等の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。
FIG. 10 is a block diagram schematically showing the configuration of the electromagnetic flowmeter according to the second embodiment of the present invention. Since the overall configuration of the
本実施の形態2の記憶装置70には、上述した式(4)及び式(5)と後述する式(6)〜(9)とに関連する種々のデータ、及び制御装置60の動作プログラムなどが記憶されている。例えば、記憶装置70には、第1ゼロ基準値D01と、第2ゼロ基準値D02と、第1スパン基準値DS1と、第2スパン基準値DS2と、が記憶されている。
The
第1ゼロ基準値D01は、基準励磁電流I0、第1基準励磁周波数FL、及び基準ゲインG0のときの、ゼロ点でのADカウント値である。第2ゼロ基準値D02は、基準励磁電流I0、第2基準励磁周波数FH、及び基準ゲインG0のときの、ゼロ点でのADカウント値である。第1スパン基準値DS1は、基準励磁電流I0、第1基準励磁周波数FL、及び基準ゲインG0のときの、検出可能な流速の最大値に対応する起電力に基づくADカウント値である。第2スパン基準値DS2は、基準励磁電流I0、第2基準励磁周波数FH、及び基準ゲインG0のときの、検出可能な流速の最大値に対応する起電力に基づくADカウント値である。ここで、第2基準励磁周波数FHは、第1基準励磁周波数FLよりも高くなるように設定される。 The first zero reference value D 01 is an AD count value at the zero point when the reference excitation current I 0 , the first reference excitation frequency FL , and the reference gain G 0. The second zero reference value D 02 is an AD count value at the zero point when the reference excitation current I 0 , the second reference excitation frequency HF , and the reference gain G 0. The first span reference value DS1 is an AD count value based on the electromotive force corresponding to the maximum value of the detectable flow velocity when the reference excitation current I 0 , the first reference excitation frequency FL , and the reference gain G 0. be. The second span reference value DS2 is an AD count value based on the electromotive force corresponding to the maximum value of the detectable flow velocity when the reference excitation current I 0 , the second reference excitation frequency F H , and the reference gain G 0. be. Here, the second reference excitation frequency F H is set to be higher than the first reference excitation frequency F L.
例えば、基準励磁電流I0は20mAに設定され、基準ゲインG0は1に設定される。また、第1基準励磁周波数FLは、励磁周波数Fの最小値である3.125[Hz]に設定され、第2基準励磁周波数FHは、励磁周波数Fの最大値である22.5[Hz]に設定される。第1ゼロ基準値D01、第2ゼロ基準値D02、第1スパン基準値DS1、及び第2スパン基準値DS2は、製造工場での出荷前などに設定される。 For example, the reference exciting current I 0 is set to 20 mA and the reference gain G 0 is set to 1. The first reference excitation frequency F L is set to the minimum value of the excitation frequency F 3.125 [Hz], the second reference excitation frequency F H is the maximum value of the excitation frequency F 22.5 [ It is set to [Hz]. The first zero reference value D 01 , the second zero reference value D 02 , the first span reference value D S1 , and the second span reference value D S 2 are set before shipment at the manufacturing factory.
図11は、図10の制御装置の機能的構成を示すブロック図である。図11に示すように、制御装置60Aは、ゼロ調整値演算部61Aと、スパン調整値演算部62Aと、流速演算部63と、電流制御部64と、励磁制御部65と、ゲイン調整部66と、SH時間調整部67と、を有している。
FIG. 11 is a block diagram showing a functional configuration of the control device of FIG. As shown in FIG. 11, the
ゼロ調整値演算部61Aは、第1ゼロ基準値D01と、第2ゼロ基準値D02とを用いて、下記の式(6)により、任意の励磁電流Iex、励磁周波数F、及びゲインGのときのゼロ調整カウント値CZEROを求める。
The zero adjustment
[数6]
CZERO=[(D02−D01)×(F−FL)/(FH−FL)+D01]×G ・・・(6)
[Number 6]
C ZERO = [(D 02 -D 01) × (F-F L) / (F H -F L) + D 01] × G ··· (6)
すなわち、ゼロ調整値演算部61Aは、第1ゼロ基準値D01及び第1基準励磁周波数FLと、第2ゼロ基準値D02及び第2基準励磁周波数FHとに基づく線形補完により、現在の励磁周波数Fに対応するゼロ基準カウント値を求める。そして、ゼロ調整値演算部61Aは、求めたゼロ基準カウント値に変換器20のゲインGを乗じることにより、ゼロ調整カウント値CZEROを求める。
That is, zero adjustment
スパン調整値演算部62Aは、第1スパン基準値DS1と、第2スパン基準値DS2とを用いて、下記の式(7)により、任意の励磁電流Iex、励磁周波数F、及びゲインGのときのスパン調整カウント値CSPANを求める。
Span adjustment
[数7]
CSPAN=[(DS2−DS1)×(F−FL)/(FH−FL)+DS1]×(Iex/I0)×G ・・・(7)
[Number 7]
C SPAN = [(D S2 -D S1) × (F-F L) / (F H -F L) + D S1] × (Iex / I 0) × G ··· (7)
すなわち、スパン調整値演算部62Aは、第1スパン基準値DS1及び第1基準励磁周波数FLと、第2スパン基準値DS2及び第2基準励磁周波数FHとに基づく線形補完により、現在の励磁周波数Fに対応するスパン基準カウント値を求める。そして、スパン調整値演算部62Aは、求めたスパン基準カウント値にゲインGを乗じることにより、スパン調整カウント値CSPANを求める。
That is, the span adjustment
ここで、基準励磁電流I0が20mAに設定され、第1基準励磁周波数FLが3.125[Hz]に設定され、第2基準励磁周波数FHが22.5[Hz]に設定された場合、式(6)は下記の式(8)のようになり、式(7)は下記の式(9)のようになる。 Here, the reference exciting current I 0 is set to 20 mA, the first reference excitation frequency F L is set to 3.125 [Hz], the second reference excitation frequency F H is set to 22.5 [Hz] In this case, the equation (6) becomes the following equation (8), and the equation (7) becomes the following equation (9).
[数8]
CZERO=[(D02−D01)×(F−3.125)/19.375+D01]×G ・・・(8)
[Number 8]
C ZERO = [(D 02- D 01 ) x (F-3.125) /19.375 + D 01 ] x G ... (8)
[数9]
CSPAN=[(DS2−DS1)×(F−3.125)/(19.375)+DS1]×(Iex/I0)×G ・・・(9)
[Number 9]
C SPAN = [(D S2 -D S1) × (F-3.125) / (19.375) + D S1] × (Iex / I 0) × G ··· (9)
本実施の形態2の流速演算部63は、現在のADカウント値と、ゼロ調整値演算部61Aが求めるゼロ調整カウント値CZEROと、スパン調整値演算部62Aが求めるスパン調整カウント値CSPANとを用いて、式(4)から、流速Vを演算する。制御装置60Aの他の構成は、実施の形態1の制御装置60と同様である。
The flow
図12は、図10の電磁流量計において、流速を一定の割合で経時的に低下させた場合におけるADカウント値及び流量割合の変化を示すグラフである。図13は、図10の電磁流量計において、励磁電流及び流速を一定の割合で経時的に低下させ、数回のゲインの切り替えを行った場合のADカウント値及び流量割合の変化を示すグラフである。図12及び図13のシミュレーションは、図5〜図8のシミュレーションと同様の条件で行っている。 FIG. 12 is a graph showing changes in the AD count value and the flow rate ratio when the flow velocity is reduced with time at a constant rate in the electromagnetic flow meter of FIG. FIG. 13 is a graph showing changes in the AD count value and the flow rate ratio when the exciting current and the flow velocity are reduced with time at a constant rate and the gain is switched several times in the electromagnetic flow meter of FIG. be. The simulations of FIGS. 12 and 13 are performed under the same conditions as the simulations of FIGS. 5 to 8.
本実施の形態2の電磁流量計100Aは、ゼロ調整カウント値CZERO及びスパン調整カウント値CSPANの演算に、2点間の線形補完である励磁周波数補正を採り入れている。そのため、図12に示すように、流量割合[%]の実測値を表す直線の傾きが、図6の場合よりも、さらに理想直線に近づいている。より具体的に、流量割合[%]の実測値を表す直線の傾きは、電磁流量計100Aの方が電磁流量計100よりも、理想直線の傾きに1[%]程度に近いことがわかる。よって、図12では、低流量の領域を除いて、理想直線の視認が困難になっている。また、図12では、低流量の領域においても、図6の場合と比べて、計測値の精度が向上していることがわかる。
The
以上のように、本実施の形態2の電磁流量計100Aによっても、実施の形態1の電磁流量計100と同様、測定管内を流れる流体の流量を示す電流出力Ioutの精度向上を実現することができる。また、電磁流量計100Aにおいても、電流出力Ioutの大きさと励磁電流Iexの大きさとが等しくなるように構成されているため、構成の単純化及びコストの削減を図ると共に、演算処理の単純化を図ることができる。
As described above, the
加えて、電磁流量計100Aは、流速Vを求めるための基準値として、第1ゼロ基準値D01と第2ゼロ基準値D02と第1スパン基準値DS1と及び第2スパン基準値DS2との4つだけを設定しておけばよい。よって、励磁電流Iexを段階的に変化させる従来の構成よりも、出荷時等における調整箇所を減らすことができるため、調整時に要する時間を削減することができる。そして、電磁流量計100Aは、電流補正と共に励磁周波数補正を採り入れていることから、流速Vの演算精度がさらに向上するため、電流出力Ioutの精度向上を図ることができる。また、電磁流量計100Aは、励磁電流Iexを連続的に変化させるため、キャリブレータ300に、直流である4−20mAの電流出力Ioutを入力することで、変換器20が要求している励磁電流Iex及び励磁周波数Fに対応する信号電圧を出力させることができる。
In addition, the
ところで、本実施の形態2では、第1基準励磁周波数FLが3.125[Hz]に設定され、第2基準励磁周波数FHが22.5[Hz]に設定される例を示したが、これに限定されない。第1基準励磁周波数FL及び第2基準励磁周波数FHは、「FL<FH」という条件を満たす限り、3.125[Hz]から22.5[Hz]までの範囲内において、適宜設定変更することができる。基準励磁電流I0及び基準ゲインG0についても同様に、適宜変更することができる。 Incidentally, in the second embodiment, the first reference excitation frequency F L is set to 3.125 [Hz], but the second reference excitation frequency F H is an example that is set to 22.5 [Hz] , Not limited to this. The first reference excitation frequency F L and the second reference excitation frequency F H, unless the condition that "F L <F H", in the range from 3.125 [Hz] to 22.5 [Hz], as appropriate You can change the settings. Similarly, the reference exciting current I 0 and the reference gain G 0 can be changed as appropriate.
実施の形態3.
図14は、本発明の実施の形態3に係る電磁流量計の構成を概略的に示すブロック図である。図15は、測定管の口径が異なる検出器を備えた電磁流量計のそれぞれについて、ある励磁電流での信号起電力に対する、他の励磁電流での信号起電力の割合を示す表である。本実施の形態3の電磁流量計100Bの全体的な構成は、実施の形態1及び2と同様であるため、同等の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。
FIG. 14 is a block diagram schematically showing the configuration of the electromagnetic flowmeter according to the third embodiment of the present invention. FIG. 15 is a table showing the ratio of the signal electromotive force at one exciting current to the signal electromotive force at another exciting current for each of the electromagnetic flowmeters provided with detectors having different diameters of measuring tubes. Since the overall configuration of the
実施の形態1及び2で説明した流速Vの計算は、励磁電流Iexと磁束密度B(信号起電力E)とが比例関係にあるという前提では正しい。しかし、実際には、磁束密度Bは、検出器10のコイルの特性によって湾曲する。この点について、図15を用いて説明する。
The calculation of the flow velocity V described in the first and second embodiments is correct on the assumption that the exciting current Iex and the magnetic flux density B (signal electromotive force E) are in a proportional relationship. However, in reality, the magnetic flux density B is curved due to the characteristics of the coil of the
図15には、測定管11の口径Dが5[mm]、10[mm]、15[mm]、25[mm]、40[mm]、50[mm]、65[mm]、80[mm]、100[mm]、200[mm]である電磁流量計100のそれぞれに関する各種データを示している。測定管11の口径Dが5[mm]、100[mm]、及び200[mm]である電磁流量計100での計測処理は、励磁周波数Fを17.5[Hz]にして行っている。測定管11の口径が10[mm]、15[mm]、25[mm]、40[mm]、50[mm]、65[mm]、及び80[mm]である電磁流量計100での計測処理は、励磁周波数Fを22.5[Hz]にして行っている。
In FIG. 15, the diameter D of the measuring tube 11 is 5 [mm], 10 [mm], 15 [mm], 25 [mm], 40 [mm], 50 [mm], 65 [mm], 80 [mm]. ], 100 [mm], and 200 [mm], and various data relating to each of the
図15の「励磁電流による信号起電力比」の欄では、励磁電流Iexが11.9[mA]のときの信号起電力Eを1としている。そして、7.0[mA]の欄には、励磁電流Iexが11.9[mA]のときの信号起電力Eに対する励磁電流Iexが7.0[mA]のときの信号起電力Eの割合(比の値)が記載されている。同様に、4.9[mA]の欄には、励磁電流Iexが11.9[mA]のときの信号起電力Eに対する励磁電流Iexが4.9[mA]のときの信号起電力Eの割合(比の値)が記載されている。 In the column of "Signal electromotive force ratio by exciting current" in FIG. 15, the signal electromotive force E when the exciting current Iex is 11.9 [mA] is set to 1. Then, in the column of 7.0 [mA], the ratio of the signal electromotive force E when the exciting current Iex is 7.0 [mA] to the signal electromotive force E when the exciting current Iex is 11.9 [mA]. (Ratio value) is described. Similarly, in the column of 4.9 [mA], the signal electromotive force E when the exciting current Iex is 4.9 [mA] with respect to the signal electromotive force E when the exciting current Iex is 11.9 [mA]. The ratio (ratio value) is listed.
図15からは、励磁電流Iexが小さい方が、信号起電力Eが相対的に高くなることがわかる。これは、励磁電流Iexを相対的に大きくすると、磁場をつくるエネルギーが熱などで消費され、磁場が減ってくるためであると推察される。そこで、本実施の形態3では、励磁電流Iexと磁束密度B(信号起電力E)との関係を、流速Vの補正用の補正係数Co(Iex)を用いて補正するようになっている。 From FIG. 15, it can be seen that the smaller the exciting current Iex, the higher the signal electromotive force E. It is presumed that this is because when the exciting current Iex is relatively large, the energy for creating the magnetic field is consumed by heat or the like, and the magnetic field decreases. Therefore, in the third embodiment, the relationship between the exciting current Iex and the magnetic flux density B (signal electromotive force E) is corrected by using the correction coefficient Co (Iex) for correcting the flow velocity V.
図16は、図14の制御装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。図16に示すように、制御装置60Bは、図13に示すように、ゼロ調整値演算部61と、スパン調整値演算部62と、電流制御部64と、励磁制御部65と、ゲイン調整部66と、SH時間調整部67と、を有している。また、制御装置60Bは、補正係数演算部68Bと、流速演算部63Bと、を有している。
FIG. 16 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the control device of FIG. As shown in FIG. 16, as shown in FIG. 13, the
流速演算部63Bは、上述した式(4)の代わりに、下記の式(10)を用いるようになっている。つまり、流速演算部63Bは、流速Vの最大値と、現在のADカウント値からゼロ調整カウント値CZEROを減算した値とを乗算して、スパン調整カウント値CSPANで除した値に、補正係数Co(Iex)を乗じて、流速Vを求める。
The flow
[数10]
流速V[m/s]=最大流速[m/s]×(ADカウント値−CZERO)/CSPAN×Co(Iex) ・・・(10)
[Number 10]
Flow velocity V [m / s] = Maximum flow velocity [m / s] x (AD count value-C ZERO ) / C SPAN x Co (Iex) ... (10)
補正係数演算部68Bは、検出器10ごとに設定される検出器定数と、励磁電流Iexの変化とに基づいて、式(10)の補正係数Co(Iex)を求める。すなわち、信号起電力Eは、励磁電流Iexの大きさによって変化するため、補正係数演算部68Bは、励磁電流Iex及び検出器10の特性に応じて、補正係数Co(Iex)を変化させるように構成されている。ここで、検出器定数は、電磁流量計100の検出器10ごとに異なる定数である。検出器定数は、部品の加工精度及び組立のばらつき等が精度に影響を与えないよう、実際に検出器10に流体を流して行う実流校正の際に求められる。電磁流量計100では、検出器定数を変換器20に設定することにより、流量の測定を正確に行うことができる。
The correction
本実施の形態3において、補正係数演算部68Bは、補正係数Co(Iex)を、3点の実流校正によって決めるようになっている。すなわち、本実施の形態3の記憶装置70には、第1検出器定数EX1と第2検出器定数EX2と第3検出器定数EX3とが記憶されている。第1検出器定数EX1は、実流校正で励磁電流Iexが係数基準電流I1のときの検出器定数であり、補正係数Co(Iex)の基準となる。第2検出器定数EX2は、実流校正で励磁電流Iexが判定基準電流I2のときの検出器定数である。第3検出器定数EX3は、実流校正で励磁電流Iexが低流量基準電流I3のときの検出器定数である。係数基準電流I1と判定基準電流I2と低流量基準電流I3との間には、「I1>I2>I3」という関係がある。つまり、低流量基準電流I3は判定基準電流I2よりも小さく、かつ係数基準電流I1は判定基準電流I2よりも大きくなっている。
In the third embodiment, the correction
ここで、検出器定数は、流速1[m/s]において、励磁電流Iexを一定とした場合の信号起電力Eに相当する。したがって、図15からもわかるように、第1検出器定数EX1と第2検出器定数EX2と第3検出器定数EX3との間には、「EX1<EX2<EX3」という関係がある。すなわち、励磁電流Iexと検出器定数との間には、励磁電流Iexが大きくなれば検出器定数が小さくなり、励磁電流Iexが小さくなれば検出器定数が大きくなる、という関係がある。第1検出器定数EX1、第2検出器定数EX2、及び第3検出器定数EX3は、それぞれ、検出器10の銘板などに記載される。第1検出器定数EX1、第2検出器定数EX2、及び第3検出器定数EX3のそれぞれの値を変換器20に設定することにより、検出器10と変換器20との様々な組み合わせに応じた流速Vの演算を精度よく行うことができる。
Here, the detector constant corresponds to the signal electromotive force E when the exciting current Iex is constant at a flow velocity of 1 [m / s]. Therefore, as can be seen from FIG. 15, there is a relationship of "EX1 <EX2 <EX3" between the first detector constant EX1, the second detector constant EX2, and the third detector constant EX3. That is, there is a relationship between the exciting current Iex and the detector constant that the detector constant decreases as the exciting current Iex increases and the detector constant increases as the exciting current Iex decreases. The first detector constant EX1, the second detector constant EX2, and the third detector constant EX3 are described on the name plate of the
より具体的に、補正係数演算部68Bは、励磁電流Iexが判定基準電流I2未満であるか否かを判定する。補正係数演算部68Bは、励磁電流Iexが判定基準電流I2未満であれば、第2検出器定数EX2と第3検出器定数EX3との間を線形補完した値である低流量定数を求め、低流量定数の第1検出器定数EX1に対する割合を補正係数Co(Iex)として求める。低流量定数は、下記の式(11)の中括弧内の演算により求まる値である。
More specifically, the correction
[数11]
Co(Iex)=[(Iex−I3)×(EX2−EX3)/(I2−I3)+EX3]/EX1 ・・・(11)
[Number 11]
Co (Iex) = [(Iex -I 3) × (EX2-EX3) / (I 2 -I 3) + EX3] / EX1 ··· (11)
つまり、補正係数演算部68Bは、式(11)をもとに、第2検出器定数EX2及び判定基準電流I2と、第3検出器定数EX3及び低流量基準電流I3とに基づく線形補完により、現在の励磁電流Iexに対応する低流量定数を求める。そして、補正係数演算部68Bは、式(11)をもとに、低流量定数を第1検出器定数EX1で除して補正係数Co(Iex)を求める。
That is, the correction
また、補正係数演算部68Bは、励磁電流Iexが判定基準電流I2以上であれば、第1検出器定数EX1と第2検出器定数EX2との間を線形補完した値である安定流量定数を求める。そして、補正係数演算部68Bは、求めた安定流量定数の第1検出器定数EX1に対する割合を補正係数Co(Iex)として求める。安定流量定数は、下記の式(12)の中括弧内の演算により求まる値である。
Further, if the exciting current Iex is the determination reference current I 2 or more, the correction
[数12]
Co(Iex)=[(Iex−I2)×(EX1−EX2)/(I1−I2)+EX2]/EX1 ・・・(12)
[Number 12]
Co (Iex) = [(Iex-I 2 ) x (EX1-EX2) / (I 1- I 2 ) + EX2] / EX1 ... (12)
つまり、補正係数演算部68Bは、式(12)をもとに、第1検出器定数EX1及び係数基準電流I1と、第2検出器定数EX2及び判定基準電流I2とに基づく線形補完により、現在の励磁電流Iexに対応する安定流量定数を求める。そして、補正係数演算部68Bは、式(12)をもとに、安定流量定数を第1検出器定数EX1で除して補正係数Co(Iex)を求める。
That is, the correction
例えば、係数基準電流I1が20.0[mA]に設定され、判定基準電流I2が12.0[mA]に設定され、低流量基準電流I3が8.0[mA]に設定された場合、式(11)は下記の式(13)のようになり、式(12)は下記の式(14)のようになる。 For example, the coefficient reference current I 1 is set to 20.0 [mA], the determination reference current I 2 is set to 12.0 [mA], and the low flow rate reference current I 3 is set to 8.0 [mA]. In this case, the equation (11) becomes the following equation (13), and the equation (12) becomes the following equation (14).
[数13]
Co(Iex)=[(Iex−8)×(EX2−EX3)/4+EX3]/EX1 ・・・(13)
[Number 13]
Co (Iex) = [(Iex-8) x (EX2-EX3) / 4 + EX3] / EX1 ... (13)
[数14]
Co(Iex)=[(Iex−12)×(EX1−EX2)/8+EX2]/EX1 ・・・(14)
[Number 14]
Co (Iex) = [(Iex-12) x (EX1-EX2) / 8 + EX2] / EX1 ... (14)
この場合、補正係数演算部68Bは、励磁電流Iexが12.0[mA]未満であるか否かを判定する。そして、補正係数演算部68Bは、励磁電流Iexが12.0[mA]未満であれば、式(8)により補正係数Co(Iex)を求める。一方、補正係数演算部68Bは、励磁電流Iexが12.0[mA]以上であれば、式(9)により補正係数Co(Iex)を求める。
In this case, the correction
なお、第1検出器定数EX1、第2検出器定数EX2、及び第3検出器定数EX3は、それぞれ、上記の設定に限定されない。つまり、係数基準電流I1と判定基準電流I2と低流量基準電流I3との組み合わせは、20.0[mA]と12.0[mA]と8.0[mA]との組み合わせに限定されない。係数基準電流I1と判定基準電流I2と低流量基準電流I3とは、「I1>I2>I3」という関係を満たす限り、それぞれ任意の電流値に設定変更することができる。 The first detector constant EX1, the second detector constant EX2, and the third detector constant EX3 are not limited to the above settings, respectively. That is, the combination of the coefficient reference current I 1 and the judgment reference current I 2 and the low flow rate reference current I 3 is limited to the combination of 20.0 [mA], 12.0 [mA], and 8.0 [mA]. Not done. The coefficient reference current I 1 , the determination reference current I 2, and the low flow rate reference current I 3 can be set to arbitrary current values as long as the relationship of "I 1 > I 2 > I 3" is satisfied.
図17は、図14の制御装置の機能的構成の他の例を示すブロック図である。図17に示すように、制御装置60Bは、ゼロ調整値演算部61とスパン調整値演算部62との代わりに、実施の形態2におけるゼロ調整値演算部61Aとスパン調整値演算部62Aとを有していてもよい。この場合、電磁流量計100Bは、電流補正のみならず、励磁周波数補正も実行することができるため、流速Vの演算精度がさらに向上し、電流出力Ioutの精度をより高めることができる。
FIG. 17 is a block diagram showing another example of the functional configuration of the control device of FIG. As shown in FIG. 17, the
以上のように、本実施の形態3の電磁流量計100Bによっても、実施の形態1の電磁流量計100と同様、測定管内を流れる流体の流量を示す電流出力Ioutの精度向上を実現することができる。また、電磁流量計100Bにおいても、電流出力Ioutの大きさと励磁電流Iexの大きさとが等しくなるように構成されているため、構成の単純化及びコストの削減を図ると共に、演算処理の単純化を図ることができる。
As described above, the
ところで、従来は、電流出力Ioutが4.9mA(流量割合5.6%)となるような低流量での実流校正は困難であるため、実施しておらず、検出器定数を一定値(デフォルト値)にしている。この点、電磁流量計100Bは、励磁電流Iexを連続的に変化させるため、判定基準電流I2と低流量基準電流I3とにより実流校正した結果を用いて補完計算することができる。そのため、実際の検出器10の励磁特性に適合した補正を行うことができ、電流出力Ioutの精度をさらに向上させることができる。他の効果については、実施の形態1及び2と同様である。
By the way, conventionally, since it is difficult to perform actual flow calibration at a low flow rate such that the current output Iout is 4.9 mA (flow rate ratio 5.6%), the detector constant is set to a constant value (constant value). Default value). In this respect, since the
本実施の形態3では、第1検出器定数EX1と、第2検出器定数EX2と、第3検出器定数EX3との3個の検出器定数を用いてCo(Iex)を求める場合を例示したが、これに限定されない。電磁流量計100Bは、異なる励磁電流Iexに対応する4個以上の検出器定数を用いてCo(Iex)を求めてもよい。例えば、電磁流量計100Bは、4個の検出器定数を用いてCo(Iex)を求める場合、励磁電流Iexに応じて、式(13)及び式(14)と同様に構成された3個の演算式を使い分けるとよい。すなわち、電磁流量計100Bは、n(nは3以上の自然数)個の検出器定数を用いてCo(Iex)を求める場合、励磁電流Iexに応じて、式(13)及び式(14)と同様に構成されたn−1個の演算式を使い分けるとよい。
In the third embodiment, a case where Co (Iex) is obtained by using three detector constants of the first detector constant EX1, the second detector constant EX2, and the third detector constant EX3 has been illustrated. However, it is not limited to this. The
ここで、図18〜図22を参照して、電磁流量計100によって得られる効果を詳細に説明する。図18は、従来の2線式流量計において、励磁電流を段階的に切り替えた様子を示すグラフである。図19は、従来の2線式流量計において、図18のように励磁電流を変更した場合のADカウント値の変化を示すグラフである。図20は、図19の初期時間帯でスパン補正を切り替えた場合のADカウント値の変化を示すグラフである。図21は、図19の中期時間帯でスパン補正を切り替えた場合のADカウント値の変化を示すグラフである。図22は、図19の後期時間帯でスパン補正を切り替えた場合のADカウント値の変化を示すグラフである。
Here, the effect obtained by the
従来の2線式電磁流量計のように、励磁電流を段階的に切り替える場合、励磁電流の変化に伴って信号起電力Eが変化するため、切り替えの過渡区間では、流体の流量が変わっていなくても、AD変換器から出力されるADカウント値が変化する。すなわち、2線式電磁流量計において、励磁電流を増加させると、測定管内の流体に印加される磁界が大きくなり、信号起電力Eが上昇するため、流体の流量の変化にかかわらず、ADカウント値が大きくなる。同様に、2線式電磁流量計において、励磁電流を減少させると、測定管内の流体に印加される磁界が小さくなり、信号起電力Eが低下するため、流体の流量の変化にかかわらず、ADカウント値が小さくなる。 When the exciting current is switched stepwise as in the conventional 2-wire electromagnetic flowmeter, the signal electromotive force E changes according to the change in the exciting current, so the fluid flow rate does not change in the transitional section of the switching. However, the AD count value output from the AD converter changes. That is, in the 2-wire electromagnetic flowmeter, when the exciting current is increased, the magnetic field applied to the fluid in the measuring tube becomes large and the signal electromotive force E rises, so that the AD count is performed regardless of the change in the flow rate of the fluid. The value increases. Similarly, in a 2-wire electromagnetic flowmeter, when the exciting current is reduced, the magnetic field applied to the fluid in the measuring tube becomes smaller and the signal electromotive force E decreases. The count value becomes smaller.
そのため、従来は、段階的に設定された励磁電流ごとに、調整用の2つのADカウント値を設定しておき、これらを用いたスパン補正により、励磁電流の切り替えに伴うADカウント値の変化を抑制している。調整用の2つのADカウント値としては、流量0%のときのADカウント値であるゼロ調整AD値と、流量100%のときのADカウント値である最大調整AD値とが設定される。スパン補正とは、例えば、ゼロ調整AD値及び最大調整AD値から正規化した値である正規化値を計算する補正のことである。つまり、従来の2線式電磁流量計は、ある励磁電流のときのスパン補正を下記の式(15)により行って正規化値を求める。そして、従来の2線式電磁流量計は、正規化値に最大流速を乗じて流速を演算し、演算した流速をもとに電流出力Ioutを求める。 Therefore, conventionally, two AD count values for adjustment are set for each exciting current set stepwise, and the change of the AD count value due to the switching of the exciting current is changed by span correction using these. It is suppressing. As the two AD count values for adjustment, a zero adjustment AD value which is an AD count value when the flow rate is 0% and a maximum adjustment AD value which is an AD count value when the flow rate is 100% are set. The span correction is, for example, a correction for calculating a normalized value which is a normalized value from a zero adjusted AD value and a maximum adjusted AD value. That is, in the conventional two-wire electromagnetic flowmeter, the span correction at a certain exciting current is performed by the following equation (15) to obtain the normalized value. Then, the conventional two-wire electromagnetic flowmeter calculates the flow velocity by multiplying the normalized value by the maximum flow velocity, and obtains the current output Iout based on the calculated flow velocity.
[数15]
正規化値=(ADカウント値−ゼロ調整AD値)/(最大調整AD値−ゼロ調整AD値) ・・・(15)
[Number 15]
Normalized value = (AD count value-zero adjustment AD value) / (maximum adjustment AD value-zero adjustment AD value) ... (15)
ここで、従来の2線式電磁流量計が、励磁電流を4.9mA、7.0mA、11.9mA、14mAの4段階で切り替える場合を想定する。この例において、図18のように、時刻t0で励磁電流を7.0mAから11.9mAに切り替えた場合、励磁電流の増加に伴って信号起電力Eが上昇する。そのため、図19のように、切り替えの過渡区間では、流体の流量が変わっていなくても、AD変換器から出力されるADカウント値が除々に上昇する。 Here, it is assumed that the conventional two-wire electromagnetic flowmeter switches the exciting current in four stages of 4.9 mA, 7.0 mA, 11.9 mA, and 14 mA. In this example, as shown in FIG. 18, when the exciting current is switched from 7.0 mA to 11.9 mA at time t 0, the signal electromotive force E increases as the exciting current increases. Therefore, as shown in FIG. 19, in the transitional section of switching, the AD count value output from the AD converter gradually increases even if the flow rate of the fluid does not change.
従来の2線式電磁流量計は、励磁電流の切り替え点以外では、式(15)のゼロ調整AD値及び最大調整AD値として、励磁電流ごとの共通の値を用いるが、励磁電流の切り替え点では、式(15)のゼロ調整AD値及び最大調整AD値を突然変化させる。そのため、励磁電流の切り替え点に応じて、電流出力Ioutに多様なヒゲが発生する。例えば、図19のように、励磁電流7.0mAのスパン補正から励磁電流11.9mAのスパン補正に変更するタイミングが異なると、図20〜図22のように、電流出力Ioutには、スパン補正の変更タイミングに応じて異なるヒゲが生じる。このヒゲは、特に、励磁電流7.0mAの最大調整AD値よりも、励磁電流11.9mAの最大調整AD値の方が大きいことに起因して発生する。 The conventional 2-wire electromagnetic flowmeter uses a common value for each exciting current as the zero adjustment AD value and the maximum adjustment AD value in the equation (15) except for the exciting current switching point, but the exciting current switching point. Then, the zero-adjusted AD value and the maximum-adjusted AD value of the equation (15) are suddenly changed. Therefore, various whiskers are generated in the current output Iout according to the switching point of the exciting current. For example, if the timing of changing from the span correction of the exciting current of 7.0 mA to the span correction of the exciting current of 11.9 mA is different as shown in FIG. 19, the span correction is applied to the current output Iout as shown in FIGS. 20 to 22. Different whiskers occur depending on the change timing of. This whiskers are particularly generated because the maximum adjusted AD value of the exciting current 11.9 mA is larger than the maximum adjusted AD value of the exciting current 7.0 mA.
すなわち、図19の過渡期間における初期時間帯(A)の時刻t1でスパン補正を変更した場合、図20に示すように、マイナス側にヒゲが発生する。また、図19の過渡期間における中期時間帯(B)の時刻t2でスパン補正を変更した場合、図21に示すように、マイナス側とプラス側の両方にヒゲが発生する。図19の過渡期間における後期時間帯(C)の時刻t3でスパン補正を変更した場合、図21に示すように、プラス側にヒゲが発生する。そして、このようなヒゲにより、電流出力が閾値を跨いで変化するため、励磁電流の切り替えが頻発するハンチング現象が起こる。また、上述したように、前回値ホールド処理を採用しても、電流出力の精度がさらに低下するという課題がある。 That is, when you change the span correction at time t 1 of the initial time period (A) during the transient of FIG. 19, as shown in FIG. 20, whiskers is generated in the minus side. Also, if you change the span correction at time t 2 of the medium-term time zone (B) during the transient of FIG. 19, as shown in FIG. 21, whiskers occurs in both the negative and the positive side. If you change the span correction at time t 3 the late hours of the transition period of Figure 19 (C), as shown in FIG. 21, whiskers are generated on the plus side. Then, due to such a whiskers, the current output changes across the threshold value, so that a hunting phenomenon occurs in which switching of the exciting current occurs frequently. Further, as described above, even if the previous value hold process is adopted, there is a problem that the accuracy of the current output is further lowered.
この点、上記各実施の形態における電磁流量計は、励磁電流Iexを連続的に変化させるため、従来のように、励磁電流の切り替え時におけるヒゲ、ホールド、及び段差の発生を防ぐことができる。すなわち、図5〜図7、図12、及び図13に示すように、ゲインG、励磁周波数F、及び励磁電流Iexを、流体の流量に連動させて動的に変化させても、上記各実施の形態における電磁流量計では、正常な流量値に変換される。つまり、流速V及び瞬時流量が不連続な値をとらない。 In this respect, since the electromagnetic flowmeter in each of the above embodiments continuously changes the exciting current Iex, it is possible to prevent the occurrence of whiskers, holds, and steps when the exciting current is switched, as in the conventional case. That is, as shown in FIGS. 5 to 7, 12, and 13, even if the gain G, the exciting frequency F, and the exciting current Iex are dynamically changed in conjunction with the flow rate of the fluid, each of the above implementations is performed. In the electromagnetic flowmeter in the form of, it is converted to a normal flow rate value. That is, the flow velocity V and the instantaneous flow rate do not take discontinuous values.
また、従来の2線式電磁流量計は、スパン補正を行うため、工場出荷時などの調整時に、段階的に設定された励磁電流ごとに2つの調整AD値を求めて記憶させておく必要がある。例えば、上記の例のように、励磁電流を4.9mA、7.0mA、11.9mA、14mAの4段階で切り替える2線式電磁流量計の場合は、8つの調整AD値を求めて記憶させておく必要があり、調整処理に時間がかかる。さらに、励磁周波数を変更させる構成を追加すると、調整箇所が増加し、調整処理に費やす時間が増える。加えて、流量が小さくなると、ADカウント値が変化しにくくなることから、低流量時にアンプのゲインを上げるような設定を追加すると、調整箇所が増加し、調整処理の時間がさらに増加する。例えば、励磁周波数の基準値を2つ設定し、ゲインの基準値を2つ設定すると、励磁電流を4段階で切り替える構成では、調整箇所が32箇所も必要となってしまう。さらに、段階的に設定された励磁電流ごとの2つの調整AD値が狂っていると、仮に過渡期間がなかったとしても、励磁電流の切り替え時に、電流出力Ioutに段差が発生する。 In addition, since the conventional 2-wire electromagnetic flowmeter performs span correction, it is necessary to obtain and store two adjustment AD values for each exciting current set in stages at the time of adjustment such as at the time of factory shipment. be. For example, in the case of a two-wire electromagnetic flowmeter that switches the exciting current in four stages of 4.9 mA, 7.0 mA, 11.9 mA, and 14 mA as in the above example, eight adjusted AD values are obtained and stored. It is necessary to keep it, and the adjustment process takes time. Further, if a configuration for changing the excitation frequency is added, the number of adjustment points increases, and the time spent for the adjustment process increases. In addition, as the flow rate becomes smaller, the AD count value is less likely to change. Therefore, if a setting for increasing the gain of the amplifier is added at a low flow rate, the number of adjustment points increases and the adjustment processing time further increases. For example, if two reference values for the excitation frequency are set and two reference values for the gain are set, 32 adjustment points are required in the configuration in which the excitation current is switched in four stages. Further, if the two adjusted AD values for each exciting current set stepwise are out of order, a step is generated in the current output Iout when the exciting current is switched, even if there is no transient period.
この点、実施の形態1の電磁流量計100、及び図16の制御装置60Bを備えた実施の形態3の電磁流量計100Bでは、流速Vを求めるための基準値を2つだけ設定しておけばよい。また、実施の形態2の電磁流量計100A、及び図17の制御装置60Bを備えた実施の形態3の電磁流量計100Bでは、流速Vを求めるための基準値を4つだけ設定しておけばよい。よって、上記各実施の形態における電磁流量計によれば、励磁電流Iexを段階的に変化させる従来の構成よりも、出荷時等における調整箇所を減らすことができるため、調整時に要する時間を削減することができる。
In this regard, in the
上述した各実施の形態は、2線式電磁流量計における好適な具体例であり、本発明の技術的範囲は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、上記各実施の形態では、AD変換器50が直流増幅機能を備えている場合を例示したが、これに限定されない。変換器20は、AD変換器50の代わりに、ゲイン設定部51及び直流増幅部52と同様に機能する直流増幅器と、変換部53と同様に機能するAD変換器と、を有していてもよい。
Each of the above-described embodiments is a suitable specific example in a two-wire electromagnetic flowmeter, and the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments. For example, in each of the above embodiments, the case where the
また、上記の説明では、スイッチ回路82が、XY状態とYX状態とを所定の周期で繰り返す場合を例示したが、これに限定されない。例えば、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3、及び第4スイッチSW4を何れもオフにする全オフ状態を、XY状態とYX状態との間に設けてもよい。例えば、励磁制御部65は、「XY状態→全オフ状態→YX状態→全オフ状態→XY状態」のように3つの状態を所定のパターンで繰り返させるような周波数指令信号を生成して、励磁切替回路81に出力してもよい。このようにすれば、励磁電流Iexが流れない区間を設けることができることから、電流値を下げることができるため、消費電力を抑えることができる。そして、全オフ状態の設定時間を調整することにより、測定管11内を流れる流体の流量が低下し、電流出力Ioutが4.0[mA]以下になった場合でも、流速Vを精度よく演算することができる。
Further, in the above description, the case where the
つまり、特許文献1の電磁流量計は、最低の励磁電流Iexを、4−20mAの出力電流の最低値よりも高い4.8[mA]としているため、電流出力を4.0[mA]以下にすることができないという制限がある。この点、上記各実施の形態の電磁流量計に、全オフ状態を適用すれば、バーンアウトしたとき(重故障が起きたとき)又は低流量のときに、消費電力を動的に減らすことができるため、電流出力Ioutの下限の制限値を低下させることができる。
That is, the electromagnetic flowmeter of
10 検出器、11 測定管、12 励磁コイル、13a、13b 電極、14 接地電極、20 変換器、30 交流増幅回路、40 サンプルホールド回路、50 AD変換器、51 ゲイン設定部、52 直流増幅部、53 変換部、60、60A、60B 制御装置、61、61A ゼロ調整値演算部、62、62A スパン調整値演算部、63、63B 流速演算部、64 電流制御部、65 励磁制御部、66 ゲイン調整部、67 SH時間調整部、68B 補正係数演算部、70 記憶装置、80 励磁回路、81 励磁切替回路、82 スイッチ回路、90 電流制御回路、100、100A、100B 電磁流量計、300 キャリブレータ、500 外部電源、A〜C 接点、CSPAN スパン調整カウント値、CZERO ゼロ調整カウント値、Co(Iex) 補正係数、D 口径、D0 ゼロ基準値、D01 第1ゼロ基準値、D02 第2ゼロ基準値、DMAX 最大調整カウント値、DS スパン基準値、DS1 第1スパン基準値、DS2 第2スパン基準値、E 信号起電力、EX1 第1検出器定数、EX2 第2検出器定数、EX3 第3検出器定数、F 励磁周波数、F0 基準励磁周波数、FH 第2基準励磁周波数、FL 第1基準励磁周波数、G ゲイン、G0 基準ゲイン、I 励磁電流、I0 基準励磁電流、I1 係数基準電流、I2 判定基準電流、I3 低流量基準電流、Iex 励磁電流、Iout 電流出力、L1、L2 信号線、P〜S 接続点、RL 外部負荷、SW1 第1スイッチ、SW2 第2スイッチ、SW3 第3スイッチ、SW4 第4スイッチ、V 流速。 10 Detector, 11 Measuring tube, 12 Exciting coil, 13a, 13b electrode, 14 Ground electrode, 20 Converter, 30 AC amplification circuit, 40 Sample hold circuit, 50 AD converter, 51 Gain setting unit, 52 DC amplification unit, 53 Conversion unit, 60, 60A, 60B control device, 61, 61A Zero adjustment value calculation unit, 62, 62A Span adjustment value calculation unit, 63, 63B Flow velocity calculation unit, 64 Current control unit, 65 Excitation control unit, 66 Gain adjustment Unit, 67 SH time adjustment unit, 68B correction coefficient calculation unit, 70 storage device, 80 excitation circuit, 81 excitation switching circuit, 82 switch circuit, 90 current control circuit, 100, 100A, 100B electromagnetic flowmeter, 300 calibrator, 500 external Power supply, AC contacts, C SPAN span adjustment count value, C ZERO zero adjustment count value, Co (Iex) correction coefficient, D caliber, D 0 zero reference value, D 01 1st zero reference value, D 02 2nd zero reference value, D MAX maximum adjustment count, D S span reference value, D S1 first span reference value, D S2 second span reference value, E signal EMF, EX1 first detector constant, EX2 second detector constants , EX3 third detector constant, F the excitation frequency, F 0 reference excitation frequency, F H second reference excitation frequency, F L first reference excitation frequency, G gain, G 0 reference gain, I exciting current, I 0 reference excitation Current, I 1 coefficient reference current, I 2 judgment reference current, I 3 low flow reference current, Iex excitation current, Iout current output, L1, L2 signal line, PS connection point, RL external load, SW1 first switch, SW2 2nd switch, SW3 3rd switch, SW4 4th switch, V flow velocity.
Claims (7)
前記検出器において検出された前記信号起電力をもとに、前記測定管内を流れる流体の流量を示す電流出力を調整する変換器と、を備え、
前記変換器は、
前記励磁コイルに所定の励磁周波数の励磁電流を供給する励磁回路と、
前記信号起電力に基づくアナログ信号から前記流速を示すADカウント値を生成するAD変換器と、
前記電流出力を調整する電流制御回路と、
前記AD変換器において生成された前記ADカウント値の変化に応じて、前記励磁回路が前記励磁コイルに供給する前記励磁電流を前記電流出力に追従させて連続的に変化させる制御装置と、を有する、2線式電磁流量計。 A detector having an exciting coil that applies a magnetic field to the fluid flowing in the measuring tube and detecting a signal electromotive force generated according to the flow velocity of the fluid flowing in the measuring tube.
A converter that adjusts the current output indicating the flow rate of the fluid flowing in the measuring tube based on the signal electromotive force detected by the detector is provided.
The converter
An exciting circuit that supplies an exciting current with a predetermined exciting frequency to the exciting coil,
An AD converter that generates an AD count value indicating the flow velocity from an analog signal based on the signal electromotive force, and
A current control circuit that adjusts the current output and
It has a control device that continuously changes the exciting current supplied by the exciting circuit to the exciting coil according to the change of the AD count value generated in the AD converter according to the current output. , 2-wire electromagnetic flowmeter.
前記制御装置は、
前記ゼロ基準値に、前記変換器のゲインを乗じてゼロ調整カウント値を求めるゼロ調整値演算部と、
前記スパン基準値に、前記励磁電流の前記基準励磁電流に対する割合及び前記ゲインを乗じてスパン調整カウント値を求めるスパン調整値演算部と、
前記AD変換器において生成された前記ADカウント値、前記ゼロ調整カウント値、及び前記スパン調整カウント値を用いて前記流速を演算する流速演算部と、
前記流速演算部において演算された前記流速の変化に応じて前記電流制御回路の抵抗値を調整し、前記電流出力を連続的に変化させる電流制御部と、を有する、請求項1又は2に記載の2線式電磁流量計。 Stores the zero reference value, which is the AD count value at the zero point, and the span reference value, which is the AD count value based on the maximum flow velocity, at the reference excitation current, the reference excitation frequency, and the reference gain. Has a storage device
The control device is
A zero adjustment value calculation unit that obtains a zero adjustment count value by multiplying the zero reference value by the gain of the converter.
A span adjustment value calculation unit for obtaining a span adjustment count value by multiplying the span reference value by the ratio of the exciting current to the reference exciting current and the gain.
A flow velocity calculation unit that calculates the flow velocity using the AD count value, the zero adjustment count value, and the span adjustment count value generated by the AD converter.
The invention according to claim 1 or 2, further comprising a current control unit that adjusts the resistance value of the current control circuit according to the change in the flow velocity calculated by the flow velocity calculation unit and continuously changes the current output. 2-wire electromagnetic flowmeter.
前記制御装置は、
前記第1ゼロ基準値及び前記第1基準励磁周波数と、第2ゼロ基準値及び前記第2基準励磁周波数とに基づく線形補完により、前記励磁周波数に対応するゼロ基準カウント値を求め、前記ゼロ基準カウント値に前記変換器のゲインを乗じてゼロ調整カウント値を求めるゼロ調整値演算部と、
前記第1スパン基準値及び前記第1基準励磁周波数と、第2スパン基準値及び前記第2基準励磁周波数とに基づく線形補完により、前記励磁周波数に対応するスパン基準カウント値を求め、前記スパン基準カウント値に前記ゲインを乗じてスパン調整カウント値を求めるスパン調整値演算部と、
前記AD変換器において生成された前記ADカウント値、ゼロ調整カウント値、及びスパン調整カウント値を用いて前記流速を演算する流速演算部と、
前記流速演算部において演算された前記流速に応じて前記電流制御回路の抵抗値を調整して、前記電流出力を連続的に変化させる電流制御部と、を有する、請求項1又は2に記載の2線式電磁流量計。 The first zero reference value, which is the AD count value at the zero point at the reference excitation current, the first reference excitation frequency, and the reference gain, and the first span reference, which is the AD count value based on the maximum flow velocity. The maximum value, the reference exciting current, the second reference excitation frequency larger than the first reference excitation frequency, and the second zero reference value which is the AD count value at the zero point at the reference gain. It has a storage device for storing the second span reference value which is the AD count value based on the flow velocity.
The control device is
The zero reference count value corresponding to the excitation frequency is obtained by linear complementation based on the first zero reference value and the first reference excitation frequency, and the second zero reference value and the second reference excitation frequency, and the zero reference is obtained. A zero adjustment value calculation unit that obtains a zero adjustment count value by multiplying the count value by the gain of the converter.
The span reference count value corresponding to the excitation frequency is obtained by linear complementation based on the first span reference value and the first reference excitation frequency, and the second span reference value and the second reference excitation frequency, and the span reference is obtained. A span adjustment value calculation unit that obtains the span adjustment count value by multiplying the count value by the gain.
A flow velocity calculation unit that calculates the flow velocity using the AD count value, the zero adjustment count value, and the span adjustment count value generated by the AD converter.
The invention according to claim 1 or 2, further comprising a current control unit that adjusts the resistance value of the current control circuit according to the flow velocity calculated by the flow velocity calculation unit to continuously change the current output. 2-wire electromagnetic flowmeter.
前記検出器に設定される検出器定数と前記励磁電流の変化とに基づいて、前記流速の補正用の補正係数を求める係数演算部を有し、
前記流速演算部は、
前記係数演算部において求められた前記補正係数をさらに用いて前記流速を求めるものである、請求項3又は4に記載の2線式電磁流量計。 The control device is
It has a coefficient calculation unit for obtaining a correction coefficient for correcting the flow velocity based on a detector constant set in the detector and a change in the exciting current.
The flow velocity calculation unit
The two-wire electromagnetic flowmeter according to claim 3 or 4, wherein the flow velocity is obtained by further using the correction coefficient obtained by the coefficient calculation unit.
前記流速の最大値と、前記ADカウント値から前記ゼロ調整カウント値を減算した値とを乗算して、前記スパン調整カウント値で除した値に、前記補正係数を乗じて前記流速を求めるものである、請求項5に記載の2線式電磁流量計。 The flow velocity calculation unit
The maximum value of the flow velocity is multiplied by the value obtained by subtracting the zero adjustment count value from the AD count value, and the value divided by the span adjustment count value is multiplied by the correction coefficient to obtain the flow velocity. The two-wire electromagnetic flowmeter according to claim 5.
実流校正で前記励磁電流が係数基準電流のときの第1検出器定数と、実流校正で前記励磁電流が判定基準電流のときの第2検出器定数と、実流校正で前記励磁電流が低流量基準電流のときの第3検出器定数と、を記憶しており、
前記低流量基準電流は前記判定基準電流よりも小さく、かつ前記係数基準電流は前記判定基準電流よりも大きくなっており、
前記係数演算部は、
前記励磁電流が前記判定基準電流未満の場合に、
前記第2検出器定数及び前記判定基準電流と、前記第3検出器定数及び前記低流量基準電流とに基づく線形補完により前記励磁電流に対応する低流量定数を求め、前記低流量定数を前記第1検出器定数で除して前記補正係数を求め、
前記励磁電流が前記判定基準電流以上の場合に、
前記第1検出器定数及び前記係数基準電流と、前記第2検出器定数及び前記判定基準電流とに基づく線形補完により前記励磁電流に対応する安定流量定数を求め、前記安定流量定数を前記第1検出器定数で除して前記補正係数を求めるものである、請求項5又は6に記載の2線式電磁流量計。 The storage device is
In the actual flow calibration, the first detector constant when the exciting current is the coefficient reference current, in the actual flow calibration, the second detector constant when the exciting current is the judgment reference current, and in the actual flow calibration, the exciting current is It stores the third detector constant at the time of low flow rate reference current,
The low flow rate reference current is smaller than the determination reference current, and the coefficient reference current is larger than the determination reference current.
The coefficient calculation unit
When the exciting current is less than the determination reference current,
A low flow rate constant corresponding to the exciting current is obtained by linear complementation based on the second detector constant and the determination reference current, and the third detector constant and the low flow rate reference current, and the low flow rate constant is used as the first. 1 Divide by the detector constant to obtain the correction coefficient.
When the exciting current is equal to or greater than the determination reference current,
The stable flow rate constant corresponding to the exciting current is obtained by linear complementation based on the first detector constant and the coefficient reference current, and the second detector constant and the determination reference current, and the stable flow rate constant is used as the first. The two-wire electromagnetic flowmeter according to claim 5 or 6, wherein the correction coefficient is obtained by dividing by a detector constant.
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