雙線式電磁流量計的製作方法
2023-04-22 16:45:41
專利名稱：雙線式電磁流量計的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電磁流量計，其用於在各種處理系統中測量具有導電係數的流體的流速，尤其是，本發明涉及一種雙線式電磁流量計，其通過調節流向一對從直流電源得到外部電壓供應的電源線的輸出電流而輸出測量值。
如圖5所示，來自直流電源200的外部電壓Vs通過一對電源線L1和L2被提供給傳統的雙線式電磁流量計100。外部負載RL(阻抗250Ω)連接到電源線L2(直流24V)上。在這種情況下，通過從直流電源200的電源電壓中減去外部負載RL上的電壓降來獲得施加到雙線式電磁流量計100上的外部電壓Vs的數值。
傳統的雙線式電磁流量計100包括激勵線圈2，其被設置成使磁場的產生方向垂直於流過測量管1的流體流動方向；激勵電路3，其在第一導線LA和第二導線LB之間產生激勵電壓Vex，並周期性地向激勵線圈2提供具有矩形波形的激勵電流Iex；測量電極4a和4b，它們設置在測量管1上，垂直於由激勵線圈2產生的磁場；接地電極5；以及流量測量輸出電路6，其測量在測量電極4a和4b之間獲得的信號電動勢，根據測得的信號電動勢獲得測量值，並依據獲得的測量值在4到20mA的電流範圍內調節要返回直流電源200的輸出電流I(Iout)。
激勵電路3包括激勵電壓電路(恆壓電路)3-1、D/A電路3-2、以及激勵電流調節電路3-3。激勵電壓電路3-1包括電晶體Q1、比較器CP1、基準電阻Ref、穩壓二極體(齊納二極體)ZD1、以及電阻R1和R2。對產生在穩壓二極體ZD1和基準電阻Ref的連接點之間的基準電壓Vref與產生在電阻R1和R2的連接點之間的測量電壓Vpv進行比較。比較器CP1控制在電晶體Q1的集電極和發射極間流通的電流，以使基準電壓Vref與測量電壓Vpv匹配。因而，在第一導線LA和第二導線LB之間產生一個恆定的8.5V的電壓作為激勵電壓Vex。
D/A電路3-2包括電阻R3、R4和R5，電容C1，比較器CP2，和開關SW5。電阻R3一端連接至電阻R1和R2間的連接點。電阻R3的另一端通過開關SW5連接到電阻R4的一端。電阻R4的另一端連接到導線LB。電阻R4的一端通過電阻R5連接到比較器CP2的同相輸入端。電容C1連接在導線LB和比較器CP2的同相輸入端之間。
激勵電流調節電路3-3包括電阻R6、電晶體Q2、開關SW1到SW4。D/A電路3-2中的比較器CP2的輸出端連接到電晶體Q2的基極。電晶體Q2的發射極通過電阻R6連接到導線LB，並連接到比較器CP2的反相輸入端。電晶體Q2的集電極通過開關SW4和SW1的串聯電路以及開關SW3和SW2的串聯電路連接到導線LA。激勵線圈2連接在開關SW1和SW4的連接點P1和開關SW2和SW3的連接點P2之間。
激勵電流調節電路3-3在預定周期內根據來自流量測量輸出電路6的指令交替地開啟開關SW1和SW3和開關SW2和SW4，由此產生極性交替轉換的矩形波形狀的激勵電流Iex。D/A電路3-2根據來自流量測量輸出電路6的CPU6-4的指令對開關SW5實現開/關控制，以使激勵電流Iex的值(峰值)根據流量測量輸出電路6的測量值轉換為多個電平，如圖6所示。
流量測量輸出電路6包括信號電動勢檢測電路6-1、採樣保持電路6-2、A/D轉換電路6-3、中央處理器6-4、D/A轉換電路6-5、電流調節電路(CCS)6-6、以及為上述電路供電的恆壓電路6-7。
信號電動勢檢測電路6-1通過將接地電極5的電壓作為基準來檢測在電極4a和4b間得到的信號電動勢。採樣保持電路6-2在極性改變之前即時地對信號電動勢檢測電路6-1測得的信號電動勢進行採樣和保持。A/D轉換電路6-3將採樣保持電路6-2輸出的信號電動勢(模擬數值)轉換為數位訊號，並將該數字值發送給中央處理器6-4。
基於來自A/D轉換電路6-3的信號電動勢，中央處理器6-4獲得測量值(0％到100％的數值)並將測量值輸出到D/A轉換電路6-5。D/A轉換電路6-5將來自中央處理器6-4的測量值(數字值)轉換為模擬值，並將該模擬值發送到電流調節電路6-6。電流調節電路6-6包括比較器CP3、電晶體Q3、和電阻R7。通過使比較器CP3調節電晶體Q3的基極電流，依據來自D/A轉換電路6-5的測量值調節在電晶體Q3的集電極和發射極間流通的電流Iccs。
根據基於來自A/D轉換電路6-3的信號電動勢而獲得的測量值，中央處理器6-4對激勵電路3發出指令，使得激勵電流Iex依據附圖6所示的關係提供給激勵線圈2。更具體地，中央處理器6-4向激勵電流調節電路3-3發出一個指令，以交替地開啟開關SW1和SW3以及開關SW2和SW4，以此將極性交替轉換的矩形波形狀的激勵電流Iex供給激勵線圈2。中央處理器6-4輸出一個指令到D/A電路3-2，以與測量值相對應的佔空比(依據測量值逐步設定的佔空比)實現對開關SW5的開/關控制，以此調節去向比較器CP2同相輸入端的電壓值。由此，調節流向電晶體Q2的電流值，即，流向激勵線圈2的激勵電流Iex的數值。
在雙線式電磁流量計100中，激勵電路3和流量測量輸出電路6被串聯在電源線L1和L2之間。流過激勵電路3的電流流入流量測量輸出電路6並成為返回直流電源200的輸出電流Iout。圖7示出了雙線式電磁流量計100的簡化電路配置。
例如，當中央處理器6-4的測量值為0％時，激勵線圈2的激勵電流Iex的指示值為3.5mA。激勵電路3需要0.5mA的電流，以使激勵電壓電路3-1產生激勵電壓Vex，或設置比較器CP2的同相輸入端的電壓值。因此，設Ia(0.5mA)為流過包括D/A電路3-2的激勵電壓電路3-1一側的電流，流過激勵電路3的電流I1由下式給出I1＝Ia+Iex＝0.5mA+3.5mA＝4mA4mA的電流I1流入流量測量輸出電路6。設Ib為流過流量測量輸出電路6中的恆壓電路6-7一側的電流。Ib必須具有3mA的數值，以驅動中央處理器6-4和類似設備。因此，當流過電晶體Q3一側的電流Iccs被調節到1mA時，流過流量測量輸出電路6的電流I2(＝Iccs+Ib)為4mA。流過激勵電路3的電流I1等於流過流量測量輸出電路6的電流I2。因而，返回到直流電源200的輸出電流Iout為4mA。
當中央處理器6-4的測量值為例如10％的數值時，中央處理器6-4將流過電晶體Q3一側的電流Iccs調節至2.6mA，以將輸出電流Iout設置為5.6mA(＝4mA+1.6mA)。在這種情況下，激勵電路3中的激勵電流Iex為3.5mA。因而，流過激勵電壓電路3-1包含D/A電路3-2一側的電流Ia為2.1mA。
接下來，將對依據測量值將激勵電流Iex的數值切換為多個電平的原因作出說明。基於附圖6所示的關係，由中央處理器6-4依據測量值將激勵電流Iex的數值切換為多個電平。將激勵電流Iex的數值切換為多個電平的方案被稱為多點激勵切換方案。如果不實施多點激勵切換方案，而是比如將激勵電流Iex的數值固定至3.5mA，則在電流中延伸的磁通密度將較低，同時信號電動勢檢測電路6-1獲得的信號電動勢較小。因此，由於根據流速迭加到電極4a和4b上的噪聲的影響而導致輸出的較大波動。也就是說，由於信號電動勢中包含的噪聲比在流速增加時變高，信噪比將變低，因而難以實現穩定的流量測量。
設e為由信號電動勢檢測電路6-1獲得的信號電動勢。信號電動勢e由下式給出e＝k·B·v·D其中k為常數，D為測量管1的直徑，v是平均流速，而B是產生的磁通密度。產生的磁通密度B與激勵電流Iex成比例。當激勵電流Iex增加時，即使在同樣的流速下信號電動勢e也將變大。在傳統的雙線式電磁流量計100中，依據測量值，即，當與測量值對應的輸出電流(4到20mA)增加時，使用輸出電流的增加量把激勵電流Iex切換為較大的數值。
例如，當測量值為20％時，激勵電流Iex的數值被改變至6.7mA。更為特殊的是，與20％的數值對應的輸出電流Iout為7.2mA。激勵電路3需要0.5mA的電流Ia。因此，可以提供高達6.7mA的電流作為激勵電流Iex。當測量值為40％時，激勵電流Iex的數值被切換成9.9mA。更具體地，與數值40％相對應的輸出電流值Iout是10.4mA。激勵電路3需要0.5mA的電流Ia。因此，可以提供高達9.9mA的電流作為激勵電流Iex。
按照這種方式，當通過按照測量值把激勵電流Iex切換成大數值來增加信號電動勢和信噪比時，可以進行穩定的流量測量。
在雙線式電磁流量計100中，直流電源200提供的外部電壓Vs，即通過從電源電壓(直流24V)中減去外部負載RL的電壓降Iout×RL而獲得的電壓Vs，被分配給激勵電路3和流量測量輸出電路6。因此，由激勵電壓電路3-1產生的激勵電壓Vex低至8.5V。供給激勵線圈2的矩形波形狀的激勵電流Iex變的越大，激勵電流Iex上升的時間就越長。
圖8示出了當激勵電流Iex切換至3.5mA、6.7mA、9.9mA以及12mA時所獲得的上升波形。當激勵電流Iex的數值小於3.5mA時，激勵電流Iex快速上升，如圖8中的波形I所示。然而，由於由激勵電壓電路3-1產生的激勵電壓Vex並未改變，所以上升的時間變長，如附圖8中的波形II、III和IV所示，當激勵電流Iex的數值增加到6.7mA、9.9mA和12mA時。因此，極性改變前即時的穩態區域(在激勵電流Iex達到預定值之後的平坦的波形)ta變短。
採樣保持電路6-2在極性改變前即時地對信號電動勢e的數值進行採樣和保持。例如，在信號電動勢e的極性改變前即時的5毫秒內的信號電動勢e被採樣，並保持其平均值。當激勵電流Iex的數值為12mA時，信號電動勢e的極性即時改變前的穩態區域ta的長度僅為5毫秒。獲得的採樣信號電動勢e的數值基於邊緣(marginally)穩定的激勵電流Iex。
然而，如果激勵電流Iex的數值超出大約12mA，信號電動勢e在激勵電流Iex仍在改變時被採樣。因而，流量測量值包含由諸如產生於電極4a和4b中的渦電流而導致的誤差。因此，在實施多點激勵切換方案的傳統雙線式電磁流量計100中，根據測量值設定為多個電平的激勵電流Iex的極限值被設定為約12mA。更為具體的是，激勵電壓Vex被設定為8.5V。激勵電流Iex的最大值被設定為約12mA。實施功率設計，以在Iex＝3.5到12mA的電流範圍內確保與5毫秒或更長時間相對應的穩態區域ta。
然而，傳統的雙線式電磁流量計100假設了激勵電流Iex的數值小於來自直流電源200的電流I(＝In＝Iout)的數值的狀態(I＞Iex)。因此，在低流速區域內的激勵電流Iex較小。低流速區域內的流量測量變得不穩定。
更為特殊的是，當激勵電流Iex的數值大於源電流I，例如，當在4mA的源電流(測量值0％)下，從中央處理器6-4到激勵電路3的指示值被設置為4.8mA時，激勵電流調節電路3-3將激勵電流Iex的峰值控制為4.8mA。另一方面，激勵電壓電路3-1的比較器CP1將基準電壓Vref與檢測電壓Vpv進行比較並進行控制，以使激勵電壓Vex保持在8.5V。當出現幾十個μA的電流時，穩壓二極體ZD1產生恆定電壓。
在這種情況下，當激勵電流Iex上升波形幾乎達到I＝4mA時，如圖9所示，電源開始短路。流向穩壓二極體ZD1的電流減小。因而，激勵電壓Vex無法保持在8.5V，並開始下降。結果，激勵電流Iex上升波形幾乎就在超出源電流I之後突然地迴轉(rounded)。因此，無法確保與5毫秒相對應的穩態區域ta。
基於以上的理由，在傳統的雙線式電磁流量計100中，激勵電流Iex被設置為小於由直流電源200提供的電流I。例如，在數值為0％到20％的低流速區域中，激勵電流Iex的數值小到3.5mA，而在電流中延伸的磁通密度較小。因此，由信號電動勢檢測電路6-1測得的信號電動勢較小，並且流量測量不穩定。
為了實現以上目的，根據本發明，提供了一種雙線式電磁流量計，包括激勵線圈，用於產生與流過測量管的流體的流動方向垂直的磁場；流量測量輸出電路，用於按照流量測量值，對流向一對被施加了外部激勵的電源線的輸出電流進行調節，所述的流量測量值是根據在垂直於流過測量管的流體的流動方向和由激勵線圈產生的磁場的方向的方向上產生的信號電動勢而獲得的；以及激勵電路，與流量測量輸出電路串聯在所述的一對電源線之間，並將部分輸出電流作為激勵電流提供給激勵線圈，其中，激勵電路包括激勵電壓電路，用於在第一和第二導線之間產生激勵電壓；激勵電流調節電路，用於根據由流量測量輸出電路調節的輸出電流幅度，調節激勵電流的數值；以及電容器，與激勵電壓電路並聯在第一和第二導線之間。
具體實施例方式
圖1示出了本發明一個實施例的雙線式電磁流量計。參照圖1，來自直流電源200的外部電壓Vs通過一對電源線L1和L2被提供給本實施例中的雙線式電磁流量計100A。外部負載RL(阻抗值250Ω)與電源線L2(直流24V)連接。在這種情況下，通過從直流電源200的電源電壓中減去外部負載RL上的電壓降來獲得施加到雙線式電磁流量計100A上的外部電壓Vs的數值。
雙線式電磁流量計100A包括激勵線圈102，被設置成使得磁場的產生方向垂直於流過測量管101的流體的流動方向；激勵電路103，在第一導線LA和第二導線LB之間產生激勵電壓，並且周期性地為激勵線圈102提供具有矩形波形的激勵電流Iex檢測電極104a和104b，它們被設置在測量管上，垂直於由激勵線圈102所產生的磁場；接地電極105；以及流量測量輸出電路106，用於檢測在檢測電極104a和104b之間得到的信號電動勢，基於測得的信號電動勢獲得測量值，並根據獲得的測量值調節和輸出要返回直流電源200的、在4到20mA的電流範圍內的電流I(Iout)。
激勵電路103包括激勵電壓電路(恆壓電路)103-1、D/A電路103-2、以及激勵電流調節電路103-3。激勵電壓電路103-1包括電晶體Q1、比較器CP1、基準電阻Ref、穩壓二極體(齊納二極體)ZD1、以及電阻R1和R2。對產生在穩壓二極體ZD1和基準電阻Ref的連接點之間的基準電壓Vref與產生在電阻R1和R2的連接點之間的測量電壓Vpv進行比較。比較器CP1控制在電晶體Q1的集電極和發射極間流通的電流，以使基準電壓Vref與測量電壓Vpv匹配。因而，在第一導線LA和第二導線LB之間產生一個恆定的8.5V電壓作為激勵電壓Vex。
D/A電路103-2包括電阻R3、R4、和R5，電容C1，比較器CP2，和開關SW5。電阻R3一端連接至電阻R1和R2間的連接點。電阻R3的另一端通過開關SW5連接到電阻R4的一端。電阻R4的另一端連接到導線LB。電阻R4的一端通過電阻R5連接到比較器CP2的同相輸入端。電容C1連接在導線LB和比較器CP2的同相輸入端之間。
激勵電流調節電路103-3包括電阻R6、電晶體Q2、和開關SW1到SW4。D/A電路103-2的比較器CP2的輸出端連接到電晶體Q2的基極。電晶體Q2的發射極通過電阻R6連接到導線LB，並連接到比較器CP2的反相輸入端。電晶體Q2的集電極通過開關SW4和SW1的串聯電路以及開關SW3和SW2的串聯電路連接到導線LA。激勵線圈102連接在開關SW1和SW4的連接點P1和開關SW2和SW3的連接點P2之間。
激勵電流調節電路103-3在預定的周期內根據來自流量測量輸出電路106的指令交替地開啟開關SW1和SW3以及開關SW2和SW4，由此產生極性交替轉換的矩形波形狀的激勵電流Iex。D/A電路103-2根據來自流量測量輸出電路106的CPU106-4的指令對開關SW5實現開/關控制，以使激勵電流Iex的值(峰值)根據流量測量輸出電路106的測量值轉換為多個電平，如圖2所示。
流量測量輸出電路106包括信號電動勢檢測電路106-1、採樣保持電路106-2、A/D轉換電路106-3、中央處理器106-4、D/A轉換電路106-5、電流調節電路(CCS)106-6、以及為上述電路供電的恆壓電路106-7。
信號電動勢檢測電路106-1通過將接地電極105的電壓作為基準來檢測在電極104a和104b間得到的信號電動勢。採樣保持電路106-2在極性改變之前即時地對信號電動勢檢測電路106-1測得的信號電動勢進行採樣和保持。A/D轉換電路106-3將採樣保持電路106-2輸出的信號電動勢(模擬數值)轉換為數位訊號，並將該數字值發送給中央處理器106-4。
基於來自A/D轉換電路106-3的信號電動勢，中央處理器106-4獲得測量值(0％到100％的數值)並將測量值輸出到D/A轉換電路106-5。D/A轉換電路106-5將來自中央處理器106-4的測量值(數字值)轉換為模擬值，並將該模擬值發送到電流調節電路106-6。電流調節電路106-6包括比較器CP3、電晶體Q3、電阻R7。通過使比較器CP3調節電晶體Q3的基極電流，依據來自D/A轉換電路106-5的測量值來調節在電晶體Q3的集電極和發射極間流通的電流Iccs。
根據基於來自A/D轉換電路106-3信號電動勢而獲得的測量值，中央處理器106-4對激勵電流103發出指令，使得激勵電流Iex被依據附圖2所示的關係提供給激勵線圈102。更具體的是，中央處理器106-4向激勵電流調節電路103-3發出一個指令，以交替地開啟開關SW1和SW3以及開關SW2和SW4，由此將極性交替轉換的矩形波形狀的激勵電流Iex供給激勵線圈102。
中央處理器106-4輸出一個指令到D/A電路103-2，以與測量值相對應的佔空比(依據測量值逐步設定的佔空比)對開關SW5實現開/關控制，以此調節去向比較器CP2同相輸出端的電壓值。由此，調節流向電晶體Q2的電流值，即，流向激勵線圈2的激勵電流Iex的數值。
雙線式電磁流量計100A還包括一個電容值為數百μF或更大值的電容C2，其在激勵電路103的激勵電壓電路103-1輸入側被連接在導線LA和LB之間。電容C2隻需與激勵電壓電路並聯在導線LA和LB之間。電容C2可能在激勵電壓電路103-1的輸出側被連接在導線LA和LB之間。
根據基於來自A/D轉換電路106-3的信號電動勢而獲得的測量值，中央處理器106-4向激勵電路103發出一個指令，以使具有由附圖2所示關係而決定的數值的電流被設置為激勵電流Iex。更具體的是，中央處理器106-4向激勵電路103發出一個指令，以使激勵電流Iex在測量值在0％(包含)到5％(不包含)的數值範圍內變化時被設置為4.8mA，在測量值在5％(包含)到20％(不包含)的數值範圍內變化時被設置為7.2mA，以及在測量值在20％(包含)到100％(不包含)的數值範圍內變化時被設置為12mA。
即使在本實施例的雙線式電磁流量計100A中，激勵電路103和流量測量輸出電路106也被串聯於電源線L1和L2之間，與在傳統的雙線式電磁流量計100中相同。流過激勵電路103的電流流向流量測量輸出電路106，並成為返回到直流電源200的輸出電流Iout。圖4示出了雙線式電磁流量計100A的簡化電路配置。
正如對附圖4和7的電路的比較所表明的，僅通過在激勵電路3的導線LA和LB之間添加電容C2而簡單地實現了對本實施例的雙線式電磁流量計100A的改進。〔測量值在0％(包含)到5％(不包含)的數值範圍內變化的區間〕當測量值在0％(包含)到5％(不包含)的數值範圍內變化時，流量測量輸出電路106的中央處理器106-4指示激勵電路103根據附圖2所示的關係將激勵電流Iex的數值設置為4.8mA。更具體的是，中央處理器106-4給出一個大於當激勵電路103的測量值為0％時獲得的源電流值I＝4mA，作為激勵電流Iex的指示值，直到在測量值從0％的數值即時地達到5％的數值之前。
在本例中，測量值為5％時的源電流I為4.8mA。因此，大於那時的源電流I的數值將被提供給激勵電路103，作為在測量值從0％的數值即時地達到5％的數值之前的整個區間內的激勵電流Iex的指示值。
例如，設當前的測量值為0％，而輸出電流Iout，即，源電流I為4mA。此時，中央處理器106-4指示激勵電路103根據附圖2所示的關係將激勵電流Iex的數值設置為4.8mA。因此，對D/A電路103-2的開關SW5進行打開/關閉控制，以使流向激勵電流調節電路103-3的電晶體Q2的電流的數值，即流向激勵線圈102的激勵電流Iex的數值被設置為4.8mA，也就是大於那時的源電流I＝4mA。
此時，激勵電流Iex的上升波形不等於附圖9所示的波形，但是也可以確保對應於5毫秒或更長時間的穩態區域ta，如圖3所示。下面將對此時的激勵電流Iex的上升波形作出說明。在激勵電流Iex的上升波形超出I＝4mA的源電流之前，呈現出一個由附圖3中陰影部分W1表示的設計的額外功率。由額外功率W1在電容C2上積累電荷。
當激勵電流Iex的上升波形超過源電流I＝4mA，流向穩壓二極體ZD1的電流減小，同時由激勵電壓電路103-1產生的激勵電壓Vex降低。此時，由於聚集到電容C2上的電荷為穩壓二極體ZD1提供了一個附加電流，激勵電壓Vex的降低將受到抑制，或激勵電壓Vex被保持在預定的數值而不會降低。因此，即使是在超出源電流I＝4mA之後，激勵電流Iex的上升波形也不會劇烈地迴轉，而確保了足夠長的穩態區域ta。圖3中陰影部分W5表示了由聚集到電容C2上的電荷額外提供的功率。
以上描述了測量值為0％的數值時的情形，在測量值達到5％的數值前的整個區間內執行了與以上描述中相同的操作。因此，在測量值從0％的數值(包含)到5％的數值(不包含)變化的整個區間內，可以獲得能夠確保對應於5毫秒或更長時間的穩態區域ta的激勵電流Iex的上升波形。〔測量值在5％(包含)到20％(不包含)的數值範圍內變化的區間〕當測量值在5％(包含)到20％(不包含)的數值範圍內變化時，流量測量輸出電路106的中央處理器106-4指示激勵電路103根據圖2所示的關係將激勵電流Iex的數值設置為7.2mA。更具體的是，中央處理器106-4給出一個大於當激勵電路103的測量值為5％獲得的源電流I＝4.8mA的數值，作為激勵電流Iex的指示值，直到在測量值從5％的數值即時地達到20％的數值之前。
在本例中，測量值為20％時的源電流I為7.2mA。因此，大於那時的源電流I的數值將被提供給激勵電路103，作為在測量值從5％的數值即時地達到20％的數值之前的整個區間內的激勵電流Iex的指示值。
例如，以下將對測量值為5％，而輸出電流Iout，即，源電流I為4.8mA的情況作出說明。中央處理器106-4指示激勵電路103根據圖2所示的關係將激勵電流Iex的數值設置為7.2mA。
在這種情況下，額外功率導致電荷聚集到電容C2上，直到激勵電流Iex的上升波形超過源電流I＝4.8mA。當激勵電流Iex超過源電流I＝4.8mA時，流向穩壓二極體ZD1的電流由電容C2上移出的電荷額外地補償。因此，激勵電壓Vex的降低得到了抑制，或激勵電壓Vex被保持在一個預定的數值而不會降低。因此，即使是在超出源電流I＝4.8mA之後，激勵電流Iex的上升波形也不會劇烈地迴轉，同時確保了足夠長的穩態區域ta。
以上描述了測量值為5％的數值時的情形，在測量值達到20％的數值前的整個區間內執行了與以上描述中相同的操作。因此，在測量值從5％的數值(包含)到20％的數值(不包含)變化的整個區間內，可以獲得能夠確保對應於5毫秒或更長時間的穩態區域ta的激勵電流Iex的上升波形。〔測量值在20％(包含)到100％(不包含)的數值範圍內變化的區間〕當測量值在20％(包含)到100％(不包含)的數值範圍內變化時，流量測量輸出電路106的中央處理器106-4根據圖2所示的關係將激勵電流Iex的數值控制為12mA。更特別的是，中央處理器106-4向激勵電路103提供一個大於當測量值為20％的數值時所獲得的I＝7.2mA的源電流的數值，作為激勵電流Iex的指示值，直到測量值從20％的數值即時地達到100％的數值。
在本例中，測量值為50％的數值時的源電流I為12mA。因此，大於那時的源電流I的數值將被提供給激勵電路103，作為在測量值即時地從20％的數值達到50％的數值之前的整個區間內的激勵電流Iex的指示值。
例如，以下將對測量值為20％的數值，而輸出電流Iout，即源電流I為7.2mA的情況作出說明。中央處理器106-4命令激勵電路103依據圖2所示的關係將激勵電流Iex的數值設置為12mA。
在這種情況下，額外功率導致電荷聚集到電容C2上，直到激勵電流Iex的上升波形超過源電流I＝7.2mA。當激勵電流Iex超過源電流I＝7.2mA時，流向穩壓二極體ZD1的電流由電容C2上移出的電荷額外地提供(補償)。因此，激勵電壓Vex的降低得到了抑制，或激勵電壓Vex被保持在一個預定的數值而不會降低。因此，即使是在超出源電流I＝7.2mA之後，激勵電流Iex的上升波形也不會劇烈地迴轉，同時確保了足夠長的穩態區域ta。
以上描述了測量值為20％的數值時的情形，在測量值達到50％的數值前的整個區間內執行了與以上描述中相同的操作。因此，在測量值從20％的數值(包含)到50％的數值(不包含)變化的整個區間內，可以獲得能夠確保對應於5毫秒或更長時間的穩態區域ta的激勵電流Iex的上升波形。
在測量值達到50％的數值之後，小於那時的源電流I的數值將被輸出給激勵電路103作為測量值。因此，流向穩壓二極體ZD1的電流不會降低。即使沒有聚集在電容C2上的電荷提供的附加電流，激勵電壓Vex也仍被保持在一個預定的數值。此區間內的激勵電流Iex的數值足夠大到12mA，因而確保了流量測量的穩定性。
根據本實施例，可以增加低流速區域內的激勵電流Iex的數值，同時提高了低流速區域內的流速測量的穩定性。
在以上描述的實施例中，在測量值從0％的數值(包含)到5％的數值(不包含)變化的整個區間或測量值從5％的數值(包含)到20％的數值(不包含)變化的整個區間內，大於那時的源電流I的數值將被設置為激勵電流Iex的指示值。激勵電流Iex的指示值無需總是大於這整個區間內當時的源電流I。例如，激勵電流Iex的指示值在測量值從0％的數值(包含)到10％的數值(不包含)變化的區間可能是4.8mA，或者在測量值從5％的數值(包含)到30％的數值(不包含)變化的區間內為7.2mA。
如上文所述，根據本發明，當激勵線圈的激勵電流Iex的數值被設置的大於當時的源電流I(I＜Iex)時，設計的額外功率將電荷聚集於連接在第一和第二導線間的電容上，直到激勵電流Iex的上升波形超過源電流I。當激勵電流Iex的上升波形超過源電流I時，聚集於電容上的電荷對流向激勵電壓電路的電流進行補償。因此，激勵電壓Vex的降低得到了抑制，或激勵電壓Vex被保持在一個預定的數值而不會降低。
因此，即使是在超出源電流I之後，激勵電流Iex的上升波形也不會劇烈地迴轉，而確保了足夠長的穩態區域ta。因此，可以增加低流速區域內的激勵電流Iex的數值，同時提高了低流速區域內的流速測量的穩定性。
權利要求
1.一種雙線式電磁流量計，其特徵在於包括激勵線圈(102)，用於產生與流過測量管的流體的流動方向垂直的磁場；流量測量輸出電路(106)，用於根據流量測量值對流向一對被施加了外部激勵的電源線的輸出電流進行調節，所述的流量測量值是根據在垂直於流過測量管的流體的流動方向和由激勵線圈產生的磁場的方向的方向上產生的信號電動勢而獲得的；以及激勵電路(103)，它與流量測量輸出電路串聯在所述的一對電源線之間，並將部分輸出電流作為激勵電流提供給激勵線圈，其中所述的激勵電路包括激勵電壓電路(103-1)，用於在第一和第二導線之間產生激勵電壓，激勵電流調節電路(103-3)，用於根據由流量測量輸出電路調節的輸出電流幅度調節激勵電流的數值，以及電容(C2)，與激勵電壓電路並聯在第一和第二導線之間。
2.根據權利要求1所述的雙線式電磁流量計，其中所述的流量計還包括開關電路(SW1-SW4)，用於周期性地切換來自激勵電壓電路的激勵電壓的極性，並將該激勵電壓施加到所述的激勵線圈上，以及所述的激勵電流調節電路通過所述的開關電路與所述的激勵線圈並聯於第一和第二導線之間。
3.根據權利要求1所述的雙線式電磁流量計，其中所述的流量計還包括指示裝置(106-4)，用於根據由所述的流量測量輸出電路調節的輸出電流幅度指示激勵電流值，所述指示裝置指示出一個大於在流量測量值從0到預定值之間改變的區間內由所述流量測量輸出電路調節的輸出電流的最小值的數值，作為激勵電流值，以及所述的激勵電流調節電路根據由所述的指示裝置給出的指示值調節激勵電流值。
4.根據權利要求1所述的雙線式電磁流量計，其中所述的電容在激勵電流超出源電流之前由額外的功率充電，並在來自激勵電壓電路的激勵電流超出源電流之後，由從所述電容的移出電荷對激勵電流進行補償。
5.根據權利要求1所述的雙線式電磁流量計，其中所述的電容具有不小於數百μF的電容值。
全文摘要
在雙線式電磁流量計中，激勵線圈產生與流過測量管的流體的流動方向垂直的磁場。流量測量輸出電路根據流量測量值對流向一對被施加了外部激勵的電源線的輸出電流進行調節，該流量測量值是根據在垂直於流過測量管的流體的流動方向和由激勵線圈產生的磁場的方向的方向上的信號電動勢而獲得的。激勵電路與流量測量輸出電路串聯在這一對電源線之間，並將部分輸出電流作為激勵電流提供給激勵線圈。在激勵電路中，激勵電壓電路在第一和第二導線之間產生激勵電壓。激勵電流調節電路根據由流量測量輸出電路調節的輸出電流幅度調節激勵電流的數值。電容與激勵電壓電路並聯在第一和第二導線之間。
文檔編號G01F1/60GK1475777SQ0315244
公開日2004年2月18日 申請日期2003年7月31日 優先權日2002年7月31日
發明者光武一郎 申請人:株式會社山武