专利名称：电磁流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在各种加工系统中对具有导电性的流体的流量进行测定的电磁流量计。
背景技术：
以往，这种电磁流量计中，对励磁线圈供给极性被交替切换的励磁电流，所述励磁线圈被配置为其磁场的产生方向与流过测定管内的流体的流动方向垂直，对与励磁线圈产生的磁场垂直相交地配置在测定管内的一对电极之间所产生的信号电动势进行检测，再将该电极之间所产生的信号电动势差动放大作为交流流量信号，将该交流流量信号进一步地放大，通过采样进行信号处理得到测定流量。该电磁流量计根据其驱动电源方式的不同，被分为电池式电磁流量计、2线式电磁流量计、4线式电磁流量计等。另外，该电磁流量计随着励磁电流的增大，其电极间产生的信号电动势也增大，因此，具有测定精度增大的性质。4线式电磁流量计是通过与2线的信号线不同系统的2线的电源线来对电磁流量计供给电力的，因此，与测定的流量无关，在励磁线圈流通的励磁电流可以取得较大。与之相对，2线式电磁流量计是根据通过2线的信号线发送来的4 20mA的电流信号来生成自己动作的电力的，能在励磁线圈中流通的励磁电流不能取得较大。进一步地，电池式电磁流量计的用于驱动的电力依存于内置的电池电源，励磁电流只能是小电流。由此可见，2线式电磁流量计、电池式电磁流量计与4线式电磁流量计相比，其励磁电流是小电流，因此，电极间得到的信号电动势也较小。因此，2线式电磁流量计、电池式电磁流量计的信号放大电路的增益与4线式电磁流量计的增益相比要被设定得较大。另外，在电极间得到的信号电动势随着测定流体的流量(流速)的增大而变大，因此，与流量对应地切换信号放大电路的增益的话，即流量大时为低增益、流量小时为高增益的话，可以根据测定流量的范围提高精度。图10概略示出具有根据流量自动地切换信号放大电路的增益的功能的电磁流量计(例如，参照专利文献1)。在该图中，100是接受励磁电流Iex的供给后对在测定管IC 内流通的流体施加磁场、并输出该流体所产生的信号电动势的检测器，200是对检测器100 供给励磁电流lex、并且通过处理来自检测器100的信号电动势而对在测定管IC内流通的流体的流量进行测定的转换器。在该电磁流量计中，转换器200包括差动放大电路2、交流放大电路3、采样保持电路4、直流放大电路5、A/D转换电路6、处理部7和励磁电路8。另外，检测器100设有励磁线圈1D，该励磁线圈ID被配置为其磁场的产生方向与在测定管IC内流动的流体的流动方向垂直，在测定管IC内配置有一对的电极IA和1B，该一对的电极IA和IB与在该测定管 IC内流动的流体的流动方向以及励磁线圈ID产生磁场的方向垂直相交。在该电磁流量计中，励磁电路8根据来自处理部7的指令，输出由矩形波构成的规定频率的交流的励磁电流lex。励磁线圈ID通过来自励磁电路8的励磁电流Iex而被励磁，从而产生磁场，对在测定管IC内流动的流体施加该产生的磁场。由此，在电极1A、1B间产生具有与流体的流速相应的振幅的信号电动势。然后，将该电极1A、1B间产生的信号电动势输入到差动放大电路2。差动放大电路2将电极1A、电极IB间产生的信号电动势差动放大并将其作为交流流量信号。该交流流量信号在交流放大电路3中被放大，再向采样保持电路4输出。采样保持电路4对来自交流放大电路3的被放大了的交流流量信号采样，并将其作为直流流量信号。该直流流量信号在直流放大电路5中被放大，向A/D转换电路6输出。A/D转换电路 6将来自直流放大电路5的被放大了的直流流量信号转换为数字信号，再向处理部7发送。 处理部7根据来自A/D转换电路6的数字信号计算出在测定管IC内流动的流体的流量，将该计算出的流量作为测定流量输出。处理部7根据该计算出的流量，对交流放大电路3的增益、即对来自差动放大电路2的交流流量信号施加的增益进行切换。此时，测定流量大时增益低，测定流量小时增益高。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平6-258111号公报

发明内容
发明要解决的技术问题但是，根据图10所示的以往的电磁流量计中，由于对采样保持电路4的上游的交流放大电路3的增益进行切换，因此，在低流量高增益时产生低频噪音等的情况下(在流体中的固体物质碰到测定电极的情况下等产生低频噪音)，交流放大电路3的运算放大器发生饱和的可能性较高，该饱和的发生可能会导致测定流量产生误差。本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种能够不发生饱和、 且提高测定流量的精度的电磁流量计。解决问题的技术手段为了达到该目的，本发明的电磁流量计，其包括励磁线圈，其被配置为所述励磁线圈的磁场的产生方向与在测定管内流动的流体的流动方向垂直；励磁单元，其向该励磁线圈供给使该励磁线圈的极性交替切换的励磁电流；一对电极，其与在测定管内流动的流体的流动方向以及励磁线圈产生的磁场方向垂直相交地配置在测定管内；差动放大单元， 其将该电极间产生的信号电动势差动放大并作为交流流量信号；交流放大单元，其将来自该差动放大单元的交流流量信号放大；采样单元，其对已由该交流放大单元放大的交流流量信号进行采样并作为直流流量信号；直流放大单元，其将来自该采样单元的直流流量信号放大；A/D转换单元，其将已由该直流放大单元放大的直流流量信号转换为数字信号；处理单元，其根据已由该A/D转换单元转换的数字信号计算出在测定管内流动的流体的流量，所述直流放大单元包括第1 第N个别增益生成单元，其分别被输入来自采样单元的直流流量信号，在该直流流量信号上分别加上各个个别增益生成单元各自所生成的增益并输出，加在该直流流量信号上的增益被规定为依次变大的值，其中N ^ 2 ；增益选择单元，其选择第1 第N个别增益生成单元的输出中的某一个作为向所述A/D转换单元输出的直流流量信号；和饱和防止单元，其分别连接于第1 第N个别增益生成单元中的除了第1个别增益生成单元以外的其它所有的个别增益生成单元的上游，防止下游的个别增益生成单元发生饱和，所述处理单元包括根据被计算出的流体的流量，对直流放大单元的饱和防止单元的饱和防止动作的有效或无效以及所述增益选择单元的选择动作进行控制的控制单元。在本发明中，在例如N = 3的情况下，直流放大单元设有生成增益Gl的第1个别增益生成单元；生成增益G2(G2>G1)的第2个别增益生成单元；生成增益G3(G3>G2)的第3个别增益生成单元。又，在第2个别增益生成单元的上游设有防止在该第2个别增益生成单元发生饱和的饱和防止单元，在第3个别增益生成单元的上游设有防止在该第3个别增益生成单元发生饱和的饱和防止单元。这里，在第2个别增益生成单元的上游设置的饱和防止单元为第2饱和防止单元，在第3个别增益生成单元的上游设置的饱和防止单元为第3饱和防止单元，该第2饱和防止单元以及第3饱和防止单元的饱和防止动作的有效 /无效以及增益选择单元的选择动作通过控制单元来控制。例如，在本发明中，对增益选择单元的选择动作进行控制时，将输出被增益选择单元选择的个别增益生成单元作为使用增益生成单元。然后，使连接于生成的增益在该使用增益生成单元所生成的增益以下的个别增益生成单元的饱和防止单元的饱和防止动作无效，使其它的饱和防止单元的饱和防止动作有效。以上述的N = 3为例，若第2个别增益生成单元作为使用增益生成单元，使连接于第2个别增益生成单元的第2饱和防止单元的饱和防止动作无效，使连接于第3个别增益生成单元的第3饱和防止单元的饱和防止动作有效。此时，来自第2个别增益生成单元(使用增益生成单元)的输出被选择作为向A/D转换单元的直流流量信号，但由于第3饱和防止单元的饱和防止动作为有效，因此，即使来自采样单元的直流流量信号的值较大，第3个别增益生成单元也不会发生饱和。在本发明中，增益的切换不是在交流放大单元进行，而是在直流放大单元进行。直流放大单元通过适当地控制饱和防止单元的饱和防止动作的有效/无效以及增益选择单元的选择动作，可以防止生成的增益比使用增益生成电路所生成的增益高的个别增益生成电路发生饱和。由此，交流放大单元进行恒定放大，交流放大单元和直流放大单元都不会发生饱和，能够提高测定流量的精度。作为本发明的变形例，考虑在第1个别增益生成单元的上游也连接饱和防止单元。另外，在本发明中，通过控制单元来控制饱和防止单元的饱和防止动作的有效/无效， 例如，将来自采样单元的直流流量信号被赋予下游的个别增益生成单元的状态作为使饱和防止动作无效的状态，将预先规定的基准电压被赋予下游的个别增益生成单元的状态作为使饱和防止动作有效的状态。此时，饱和防止单元的基准电压的值被规定为与从该饱和防止动作有效即将被切换到无效时的流向使用增益生成单元的直流流量信号的值相对应的值。发明的效果采用本发明，增益的切换不在交流放大单元进行，而是在直流放大单元进行，因此，在直流放大单元设有第1 第N个别增益生成单元、增益选择单元、饱和防止单元，根据计算出的流量对直流放大单元的饱和防止单元的饱和防止动作的有效/无效以及增益选择单元的选择动作进行控制，因此，在交流放大单元进行恒定放大，交流放大单元和直流放大单元都不会发生饱和，能够提高测定流量的精度。


图1是概略示出本发明的电磁流量计的一实施形态的图。图2是概略示出该电磁流量计的直流放大电路的第1例(实施形态1)的内部结构(选择增益G3时的状态)的图。图3是示出在本实施形态1的直流放大电路中选择增益G2时的状态的图。图4是示出在本实施形态1的直流放大电路中选择增益Gl时的状态的图。图5是示出流速上升时(流量增大时)向A/D转换电路的输入电压的变化和在直流放大电路的增益的切换情况的图。图6是示出流速下降时(流量减少时)向A/D转换电路的输入电压的变化和在直流放大电路的增益的切换情况的图。图7是概略示出该电磁流量计的直流放大电路的第2例(实施形态2)的内部结构(选择增益G3时的状态)的图。图8是示出在本实施形态2的直流放大电路中选择增益G2时的状态的图。图9是示出在本实施形态2的直流放大电路中选择增益Gl时的状态的图。图10是概略地示出以往的电磁流量计的图。符号说明1A、1B…电极，1C···测定管，1D···励磁线圈，2…差动放大电路，3…交流放大电路， 4…采样保持电路，5A···直流放大电路，51 (51-1 51-3)…个别增益生成电路，OP (0P1 0P3)…运算放大器，Rl(Rl1-Rl3), R2(I^ R23)…电阻，LPF (LPF1 LPF3)…低通滤波器，GU G2、G3…增益，52···增益选择电路，SWl…第1开关，Sla, Slb…触点，Slc…共通端子，SW2…第2开关，S2a、S2b…触点，S2c…共通端子，53 (53-2,53-3)…饱和防止电路，T2a、 T2b、T3a、T3b…触点，T2c、T3c…共通端子，E2、E3…基准电压，6…A/D转换电路，7A…处理部，8…励磁电路，100…检测器，200…转换器。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施形态进行详细地说明。图1是概略地示出本发明的电磁流量计的一实施形态的图。在该图中，与图10相同的符号表示的是与参照图10说明了的构成要素相同或者等同的构成要素，这里省略其说明。图10所示的以往的电磁流量计中，根据来自处理部7的指令对交流放大电路3的增益进行切换，但在本实施形态的电磁流量计中，交流放大电路3进行恒定放大，根据来自处理部7的指令对直流放大电路5的增益进行切换。在图1中，为了区别于图10所示的以往的直流放大电路5，将直流放大电路5表示为5A。另外，为了区别于图10所示的以往的处理部7，将处理部7表示为7A。〔实施形态1在饱和防止电路不设定基准电压的实例(第1例)〕在图2中概略地示出直流放大电路5A的第1例(实施形态1)的内部结构。在本实施形态1中，直流放大电路5A包括个别增益生成电路51-1 51-3，其分别被输入来自采样保持电路4的直流流量信号，并将该直流流量信号加上自己生成的增益之后再输出； 增益选择电路52，其选择来自该个别增益生成电路51-1 51-3的输出中的某一个作为向 A/D转换电路6的直流流量信号；饱和防止电路53-2以及53-3，其分别连接于个别增益生
6成电路51-2以及51-3的上游。在该直流放大电路5A中，个别增益生成电路51 (51-1 51_3)包括运算放大器 OP (0P1 0P3)、低通滤波器LPF (LPF1 LPF3)、电阻Rl (Rl1 Rl3)和电阻R2购 R23)。 在该个别增益生成电路51-1、51-2、51-3中，将该生成的增益分别设为G1、G2、G3的情况下， 该增益的大小被规定为Gl <G2 <G3。S卩，个别增益生成电路51-1、51-2、51-3的增益G1、 G2、G3被规定为依次增大(小增益、中增益、大增益)。增益选择电路52包括第1开关SWl和第2开关SW2，开关SWl和SW2都是单刀双掷开关。在该增益选择电路52中，开关SWl的触点Sla连接于来自个别增益生成电路51_1 的输出线Li，开关SWl的触点Slb连接于来自个别增益生成电路51-2的输出线L2。开关 Sffl的共通端子Slc连接于开关SW2的触点S2a，开关SW2的触点S2b连接于来自个别增益生成电路51-3的输出线L3，开关SW2的共通端子S2c连接于向A/D转换电路6的输出线
L〇uto饱和防止电路53(53-2,53-3)也是与开关SW1、SW2同样的单刀双掷开关。在饱和防止电路53-2中，触点Th连接于来自采样保持电路4的输入线Lin，触点T2b是打开的， 共通端子T2c连接于个别增益生成电路51-2的运算放大器0P2的+侧的输入端。在饱和防止电路53-3中，触点T3a连接于来自采样保持电路4的输入线Lin，触点Bb是打开的， 共通端子T3c连接于个别增益生成电路51-3的运算放大器0P3的+侧的输入端。在个别增益生成电路51-1中，运算放大器OPl的+侧的输入端直接连接于来自采样保持电路4的输入线Lin。即，在运算放大器OPl的上游不设置饱和防止电路53。在从运算放大器OPl至低通滤波器LPFl的输出线上，连接有电阻Rl1和电阻RA的串联连接电路， 在电阻Rl1和电阻R2i的连接点连接有运算放大器OPl的-侧的输入端。在个别增益生成电路51-2中，同样在从运算放大器0P2至低通滤波器LPF2的输出线上，连接有电阻Rl2和电阻R4的串联连接电路，在电阻Rl2和电阻似2的连接点连接有运算放大器0P2的-侧的输入端。在个别增益生成电路51-3中，同样在从运算放大器0P3 至低通滤波器LPF3的输出线上，连接有电阻Rl3和电阻RA的串联连接电路，在电阻Rl3和电阻RA的连接点连接有运算放大器0P3的-侧的输入端。在该直流放大电路5A中，增益选择电路52的开关SWl以及SW2的动作根据从处理部7发送来的增益选择指令来控制。而且，饱和防止电路53-2以及53-3的动作根据从处理部7发送来的饱和防止动作有效/无效设定指令来控制。在本实施形态中，该增益选择指令和饱和防止动作有效/无效设定指令的组合指令被称为来自处理部7A的增益切换指令。处理部7A通过由处理器和存储装置构成的硬件、以及与这些硬件协动实现各种功能的软件来实现，处理部7A具有本实施形态特有的功能、即生成向直流放大电路5A的增益切换指令的增益切换指令生成功能。下面，以流量增大(流速增大)和流量减少(流速减少)的情况为例，对处理部7A所具有的增益切换指令生成功能以及根据该增益切换指令的直流放大电路5A的动作进行说明。〔流量增大时(流速上升时)〕〔流量小(流速小)〕现在，流量减小，流速为例如0. 32m/s以下(图5所示的t0 tl点)。此时，处理部7A根据此时的测定流量，生成向增益G1、G2、G3中的大增益即增益G3切换的增益切换指令，并向直流放大电路5A发送。此时，处理部7A向增益选择电路52发送使开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式、使开关SW2为向触点S2b侧连接的连接模式的增益选择指令，向饱和防止电路53-2 发送设置为向触点Th侧连接的连接模式的饱和防止动作无效设定指令，向饱和防止电路 53-3发送设置为向触点T3a侧连接的连接模式的饱和防止动作无效设定指令。由此，如图2所示，在增益选择电路52中，开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式，开关SW2为向触点S2b侧连接的连接模式，饱和防止电路53-2为向触点Th侧连接的连接模式，饱和防止电路53-3为向触点T3a侧连接的连接模式。由此，来自采样保持电路4的直流流量信号经过饱和防止电路53-3被输入到个别增益生成电路51-3，在该直流流量信号上加上个别增益生成电路51-3所生成的增益G3，增加了该增益G3的直流流量信号经过增益选择电路52的开关SW2，被输出到下游的A/D转换电路6。此时，来自采样保持电路4的直流流量信号也被输入到个别增益生成电路51-1以及51-2，但在增益选择电路52中，开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式，开关SW2为向触点S2b侧连接的连接模式，因此，在个别增益生成电路51-1以及51-2中被放大的直流流量信号不通过增益选择电路52，也不会被输出至下游的A/D转换电路6。此时，个别增益生成电路51-3被选择作为使用增益生成电路，来自该个别增益生成电路51-3的输出被输出到下游的A/D转换电路6，但由于被输入到个别增益生成电路511以及51-2的来自采样保持电路4的直流流量信号较小，因此，在个别增益生成电路 51-1以及51-2不会发生饱和。〔流量中〕流量增大，流速超过0. 32m/s时(图5所示的tl点)，处理部7A根据此时的测定流量，生成向增益G1、G2、G3中的中增益即增益G2切换的增益切换指令，并向直流放大电路 5A发送。此时，处理部7A向增益选择电路52发送使开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式、并使开关SW2为向触点Sh侧连接的连接模式的增益选择指令，向饱和防止电路53-2 发送设置为向触点Th侧连接的连接模式的饱和防止动作无效设定指令，向饱和防止电路 53-3发送设置为向触点Bb侧连接的连接模式的饱和防止动作有效设定指令。由此，如图3所示，在增益选择电路52中，开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式，开关SW2为向触点Sh侧连接的连接模式，饱和防止电路53-2为向触点Th侧连接的连接模式，饱和防止电路53-3为向触点Bb侧连接的连接模式。由此，来自采样保持电路4的直流流量信号经过饱和防止电路53-2被输入到个别增益生成电路51-2，在该直流流量信号上加上个别增益生成电路51-2所生成的增益G2，增加了该增益G2的直流流量信号经过增益选择电路52的开关SW1、SW2，被输出到下游的A/ D转换电路6。此时，个别增益生成电路51-2被选择作为使用增益生成电路，来自该个别增益生成电路51-2的输出被输出到下游的A/D转换电路6，但饱和防止电路53-3被设定为向触点Bb侧连接的连接模式，因此，向个别增益生成电路51-3的输入被阻止(饱和防止动作有效)，即使来自采样保持电路4的直流流量信号的值较大，个别增益生成电路51-3也不会发生饱和。即，饱和防止电路53-3被保持为向触点侧T3a连接的连接模式(饱和防止动作无效)的情况下，来自采样保持电路4的直流流量信号的值较大，因此，该直流流量信号以大增益G3被放大，个别增益生成电路51-3会发生饱和。此时，个别增益生成电路51-3的饱和对向作为使用增益生成电路的个别增益生成电路51-2的输入产生影响，向A/D转换电路 6的直流流量信号也会被该影响波及。为了不发生这样的情况，在本实施形态中，选择个别增益生成电路51-2作为使用增益生成电路的情况下，将对个别增益生成电路51-3所设的饱和防止电路53-3的饱和防止动作设为有效。〔流量大〕流量进一步增大，流速超过2. 2m/s时(图5所示的t2点)，处理部7A根据此时的测定流量，生成向增益G1、G2、G3中的小增益即增益Gl切换的增益切换指令，并向直流放大电路5A发送。此时，处理部7A向增益选择电路52发送使开关SWl为向触点Sla侧连接的连接模式、并使开关SW2为向触点Sh侧连接的连接模式的增益选择指令，向饱和防止电路53-2 发送设定为向触点T2b侧连接的连接模式的饱和防止动作有效设定指令，向饱和防止电路 53-3发送设定为向触点Bb侧连接的连接模式的饱和防止动作有效设定指令。由此，如图4所示，在增益选择电路52中，开关SWl为向触点Sla侧连接的连接模式，开关SW2为向触点Sh侧连接的连接模式，饱和防止电路53-2为向触点T2b侧连接的连接模式，饱和防止电路53-3为向触点Bb侧连接的连接模式。由此，来自采样保持电路4的直流流量信号被输入到个别增益生成电路51-1，在该直流流量信号上加上个别增益生成电路51-1所生成的增益G1，增加了该增益Gl的直流流量信号经过增益选择电路52的开关SW1、SW2，被输出到下游的A/D转换电路6。此时，个别增益生成电路51-1被选择作为使用增益生成电路，来自该个别增益生成电路51-1的输出被输出到下游的A/D转换电路6，但饱和防止电路53-2被设定为向打开的触点T2b侧连接的连接模式(饱和防止动作有效)，另外饱和防止电路53-3被设定为向触点Bb连接的连接模式(饱和防止动作有效)，因此，即使来自采样保持电路4的直流流量信号的值较大，也不会使个别增益生成电路51-2、51-3发生饱和，也不会对向A/D转换电路6的直流流量信号产生影响。〔流量减少时(流速下降时)〕〔流量大(流速大)〕设现在流量大，流速为例如1. 6m/s以上(图6所示的t2 t3点)。此时，处理部7A根据此时的测定流量，生成向增益G1、G2、G3中的小增益即增益Gl切换的增益切换指令，并向直流放大电路5A发送。此时，处理部7A向增益选择电路52发送使开关SWl为向触点Sla侧连接的连接模式、并使开关SW2为向触点Sh侧连接的连接模式的增益选择指令，向饱和防止电路53-2 发送设定为向触点T2b侧连接的连接模式的饱和防止动作有效设定指令，向饱和防止电路 53-3发送设定为向触点Bb侧连接的连接模式的饱和防止动作有效设定指令。由此，如图4所示，在增益选择电路52中，开关SWl为向触点Sla侧连接的连接模
9式，开关SW2为向触点Sh侧连接的连接模式，饱和防止电路53-2为向触点T2b侧连接的连接模式，饱和防止电路53-3为向触点Bb侧连接的连接模式。由此，来自采样保持电路4的直流流量信号被输入到个别增益生成电路51-1，在该直流流量信号上加上个别增益生成电路51-1所生成的增益G1，增加了该增益Gl的直流流量信号经过增益选择电路52的开关SW1、SW2，被输出到下游的A/D转换电路6。此时，个别增益生成电路51-1被选择作为使用增益生成电路，来自该个别增益生成电路51-1的输出被输出到下游的A/D转换电路6，但饱和防止电路53-2被设定为向触点T2b侧连接的连接模式(饱和防止动作有效)，另外饱和防止电路53-3被设定为向触点 Bb连接的连接模式(饱和防止动作有效)，因此，即使来自采样保持电路4的直流流量信号的值较大，也不会使个别增益生成电路51-2、51-3发生饱和，也不会对向A/D转换电路6 的直流流量信号产生影响。〔流量中〕流量减少，流速低于1. 6m/s时(图6所示的t2点)，处理部7A根据此时的测定流量，生成向增益Gl、G2、G3中的中增益即增益G2切换的增益切换指令，并向直流放大电路 5A发送。此时，处理部7A向增益选择电路52发送使开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式、并使开关SW2为向触点Sh侧连接的连接模式的增益选择指令，向饱和防止电路53-2 发送设定为向触点Th侧连接的连接模式的饱和防止动作无效设定指令，向饱和防止电路 53-3发送设定为向触点Bb侧连接的连接模式的饱和防止动作有效设定指令。由此，如图3所示，在增益选择电路52中，开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式，开关SW2为向触点Sh侧连接的连接模式，饱和防止电路53-2为向触点Th侧连接的连接模式，饱和防止电路53-3为向触点Bb侧连接的连接模式。由此，来自采样保持电路4的直流流量信号经过饱和防止电路53-2被输入到个别增益生成电路51-2，在该直流流量信号上加上个别增益生成电路51-2所生成的增益G2，增加了该增益G2的直流流量信号经过增益选择电路52的开关SW1、SW2，被输出到下游的A/ D转换电路6。此时，个别增益生成电路51-2被选择作为使用增益生成电路，来自该个别增益生成电路51-2的输出被输出到下游的A/D转换电路6，但饱和防止电路53-3被设定为向触点 T3b侧连接的连接模式(饱和防止动作有效)，因此即使来自采样保持电路4的直流流量信号的值较大，个别增益生成电路51-3也不会发生饱和，也不会对向A/D转换电路6的直流流量信号产生影响。〔流量小〕流量进一步减少，流速低于0. 22m/s时(图6所示的tl点)，处理部7A根据此时的测定流量，生成向增益G1、G2、G3中的小增益即增益G3切换的增益切换指令，并向直流放大电路5A发送。此时，处理部7A向增益选择电路52发送使开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式、并使开关SW2为向触点S2b侧连接的连接模式的增益选择指令，向饱和防止电路53-2 发送设定为向触点Th侧连接的连接模式的饱和防止动作无效设定指令，向饱和防止电路 53-3发送设定为向触点T3a侧连接的连接模式的饱和防止动作无效设定指令。
由此，如图2所示，在增益选择电路52中，开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式，开关SW2为向触点S2b侧连接的连接模式，饱和防止电路53-2为向触点Th侧连接的连接模式，饱和防止电路53-3为向触点T3a侧连接的连接模式。由此，来自采样保持电路4的直流流量信号被输入到个别增益生成电路51-3，在该直流流量信号上加上个别增益生成电路51-3所生成的增益G3，增加了该增益G3的直流流量信号经过增益选择电路52的开关SW2，被输出到下游的A/D转换电路6。此时，来自采样保持电路4的直流流量信号也被输入到个别增益生成电路51-1以及51-2，但在增益选择电路52中，开关SWl被设定为向触点Slb侧连接的连接模式，开关 SW2被设定为向触点S2b侧连接的连接模式，因此，在个别增益生成电路51-1以及51-2中被放大的直流流量信号不会通过增益选择电路52，也不会被输出到下游的A/D转换电路6。此时，个别增益生成电路51-3被选择作为使用增益生成电路，来自该个别增益生成电路51-3的输出被输出到下游的A/D转换电路6，但被输入到个别增益生成电路51-1以及51-2的来自采样保持电路4的直流流量信号较小，因此，在个别增益生成电路51-1以及 51-2不会发生饱和，也不会对向A/D转换电路6的直流流量信号产生影响。〔实施形态2在饱和防止电路设置基准电压的实例(第2例)〕在实施形态1中，饱和防止电路53-2以及53-3通过设定为向打开的触点I^b以及 Bb侧连接的连接模式使得饱和防止动作有效。此时，在流量减少(流速下降)的过程中， 增益从Gl向G2切换时(图6所示的t2点)，个别增益生成电路51-2从被打开的状态突然变为被输入来自采样保持电路4的直流流量信号的状态，因此，个别增益生成电路51-2的放大处理产生延迟，从而发生切换误差。同样地，增益从G2向G3切换时(图6所示的tl 点)，个别增益生成电路51-3从被打开的状态突然被输入来自采样保持电路4的直流流量信号，因此，个别增益生成电路51-3的放大处理产生延迟，从而发生切换误差。在流量增大(流速上升)的过程中，不会发生上述那样的切换误差。即，在流量增大的过程中，增益从G3向G2切换的情况下(图5所示的tl点、图2 —图3)，使得饱和防止电路53-2的饱和防止动作无效，来自采样保持电路44的直流流量信号处于已经被输入到个别增益生成电路51-2中的状态，因此，个别增益生成电路51-2的放大处理不会产生延迟，也不会发生切换误差。同样地，增益从G2向Gl切换的情况下(图5所示的t2点、图 3 —图4)，来自采样保持电路44的直流流量信号处于已经被输入到个别增益生成电路51-1 中的状态，因此，个别增益生成电路51-1的放大处理不会产生延迟，也不会发生切换误差。由此，在实施形态1中，流量增大的过程没有问题，但在流量减少的过程中会发生切换误差。因此，在本实施形态2中，为了防止在流量减少的过程中发生切换误差，如图7 所示，对饱和防止电路53-2的触点T2b连接基准电压E2，对饱和防止电路53-3的触点Bb 连接基准电压E3。此时，饱和防止电路53-2的基准电压E2，考虑了流向个别增益生成电路51-1的直流流量信号的值，被设定为与该流向个别增益生成电路51-1的直流流量信号的值相对应的值，该个别增益生成电路51-1是饱和防止电路53-2的饱和防止动作即将从有效被切换至无效时(图4—图幻的使用增益生成电路。即，假设使用增益生成电路从个别增益生成电路51-1被切换至个别增益生成电路51-2时的来自采样保持电路4的直流流量信号的电压值，将基准电压E2的值规定为与该假设的直流流量信号的电压值相等的值。
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另外，饱和防止电路53-3的基准电压E3，考虑了流向个别增益生成电路51-2的直流流量信号的值，被设定为与该流向个别增益生成电路51-2的直流流量信号的值相对应的值，该个别增益生成电路51-2是饱和防止电路53-3的饱和防止动作即将从有效被切换至无效时(图3—图幻的使用增益生成电路。即，假设使用增益生成电路即将从个别增益生成电路51-2被切换至个别增益生成电路51-3切换时的来自采样保持电路4的直流流量信号的电压值，将基准电压E3的值规定为与该假设的直流流量信号的电压值相等的值。〔流量减少时(流速下降时)〕〔流量大(流速大)〕现在，流量增大，流速为例如1. 6m/s以上(图6所示的t2 t3点)。此时，处理部7A根据此时的测定流量，生成向增益G1、G2、G3中的小增益即增益Gl切换的增益切换指令，并向直流放大电路5A发送。此时，处理部7A向增益选择电路52发送使开关SWl为向触点Sla侧连接的连接模式、并使开关SW2为向触点Sh侧连接的连接模式的增益选择指令，向饱和防止电路53-2 发送设定为向触点T2b侧设定的连接模式的饱和防止动作有效设定指令，向饱和防止电路 53-3发送设定为向触点Bb侧连接的连接模式的饱和防止动作有效设定指令。由此，如图9所示，在增益选择电路52中，开关SWl为向触点Sla侧连接的连接模式，开关SW2为向触点Sh侧连接的连接模式，饱和防止电路53-2为向触点T2b侧连接的连接模式，饱和防止电路53-3为向触点Bb侧连接的连接模式。由此，来自采样保持电路4的直流流量信号被输入到个别增益生成电路51-1，在该直流流量信号上加上个别增益生成电路51-1所生成的增益G1，增加了该增益Gl的直流流量信号经过增益选择电路52的开关SW1、SW2，被输出到下游的A/D转换电路6。此时，个别增益生成电路51-1被选择作为使用增益生成电路，来自该个别增益生成电路51-1的输出被输出到下游的A/D转换电路6，但饱和防止电路53-2为向连接于基准电压E2的触点T2b侧连接的连接模式(饱和防止动作有效)，另外饱和防止电路53-3为向连接于基准电压E3的触点Bb连接的连接模式(饱和防止动作有效)，因此，即使来自采样保持电路4的直流流量信号的值较大，也不会使个别增益生成电路51-2、51-3发生饱和，也不会对向A/D转换电路6的直流流量信号产生影响。〔流量中〕流量减少，流速低于1. 6m/s时(图6所示的t2点)，处理部7A根据此时的测定流量，生成向增益Gl、G2、G3中的中增益即增益G2切换的增益切换指令，并向直流放大电路 5A发送。此时，处理部7A向增益选择电路52发送使开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式、并使开关SW2为向触点Sh侧连接的连接模式的增益选择指令，向饱和防止电路53-2 发送设定为向触点Th侧连接的连接模式的饱和防止动作无效设定指令，向饱和防止电路 53-3发送设定为向触点Bb侧连接的连接模式的饱和防止动作有效设定指令。由此，如图8所示，在增益选择电路52中，开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式，开关SW2为向触点Sh侧连接的连接模式，饱和防止电路53-2为向触点Th侧连接的连接模式，饱和防止电路53-3为向触点Bb侧连接的连接模式。由此，来自采样保持电路4的直流流量信号经过饱和防止电路53-2被输入到个别增益生成电路51-2，在该直流流量信号上加上个别增益生成电路51-2所生成的增益G2，增加了该增益G2的直流流量信号经过增益选择电路52的开关SW1、SW2，被输出到下游的A/ D转换电路6。此时，个别增益生成电路51-2被选择作为使用增益生成电路，来自该个别增益生成电路51-2的输出被输出到下游的A/D转换电路6，但饱和防止电路53-3为向连接于基准电压E3的触点Bb侧连接的连接模式(饱和防止动作有效)，因此，即使来自采样保持电路4的直流流量信号的值较大，个别增益生成电路51-3也不会发生饱和，也不会对向A/ D转换电路6的直流流量信号产生影响。另外，在被选择作为使用增益生成电路的个别增益生成电路51-2中，已经被施加了基准电压E2，该基准电压E2与被输入到个别增益生成电路51-1的切换之前的直流流量信号的电压值相等，因为个别增益生成电路51-2是在被施加该基准电压E2的状态下被输入来自采样保持电路4的直流流量信号的，因此，个别增益生成电路51-2的放大处理不会产生延迟，也不会发生切换误差。〔流量小〕流量进一步减少，流速低于0. 22m/s时(图6所示的tl点)，处理部7A根据此时的测定流量，生成向增益G1、G2、G3中的小增益即增益G3切换的增益切换指令，并向直流放大电路5A发送。此时，处理部7A向增益选择电路52发送使开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式、并使开关SW2为向触点S2b侧连接的连接模式的增益选择指令，向饱和防止电路53-2 发送设定为向触点Th侧连接的连接模式的饱和防止动作无效设定指令，向饱和防止电路 53-3发送设定为向触点T3a侧连接的连接模式的饱和防止动作无效设定指令。由此，如图7所示，在增益选择电路52中，开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式，开关SW2为向触点S2b侧连接的连接模式，饱和防止电路53-2为向触点Th侧连接的连接模式，饱和防止电路53-3为向触点T3a侧连接的连接模式。由此，来自采样保持电路4的直流流量信号被输入到个别增益生成电路51-3，在该直流流量信号上加上个别增益生成电路51-3所生成的增益G3，增加了该增益G3的直流流量信号经过增益选择电路52的开关SW2，被输出到下游的A/D转换电路6。此时，来自采样保持电路4的直流流量信号也被输入到个别增益生成电路51-1以及51-2，但在增益选择电路52中，开关SWl为向触点Slb侧连接的连接模式，开关SW2为向触点S2b侧连接的连接模式，因此，在个别增益生成电路51-1以及51-2中被放大的直流流量信号不会通过增益选择电路52，也不会被输出到下游的A/D转换电路6。此时，个别增益生成电路51-3被选择作为使用增益生成电路，来自该个别增益生成电路51-3的输出被输出到下游的A/D转换电路6，但被输入到个别增益生成电路51-1以及51-2的来自采样保持电路4的直流流量信号较小，因此，在个别增益生成电路51-1以及 51-2不会发生饱和，也不会对向A/D转换电路6的直流流量信号产生影响。另外，在被选择作为使用增益生成电路的个别增益生成电路51-3中，已经被输入了基准电压E3，该基准电压E3与被输入到个别增益生成电路51-2的切换之前的直流流量信号的电压值相等，由于个别增益生成电路51-3是在被输入该基准电压E3的状态下被输入来自采样保持电路4的直流流量信号的，因此，个别增益生成电路51-3的放大处理不会
13产生延迟，也不会发生切换误差。根据以上的说明可知，采用本实施形态的电磁流量计，增益的切换不在交流放大电路3进行，而是在直流放大电路5A中进行。另外，直流放大电路5A通过适当地控制饱和防止电路53-2、53-3的饱和防止动作的有效/无效以及增益选择电路52的选择动作，可以防止生成比使用增益生成电路所生成的增益高的增益的个别增益生成电路发生饱和。由此，交流放大电路3进行恒定放大，交流放大电路3和直流放大电路5A都不会发生饱和，能够提高测定流量的精度。另外，在上述的实施形态1、2中，被切换的增益的数量为3个，但被切换的增益的数量也可以是2个，而且也可以增加该增益的数量。此时，要设置其增益被规定为依次增大的值的第1 第N(N > 2)的个别增益生成电路51，除了作为最小增益的第1个别增益生成电路51，其它所有的个别增益生成电路51的上游都要分别设置饱和防止电路53。然后，通过处理部7对增益选择电路52的选择动作进行控制时，将输出被增益选择电路52选择的个别增益生成电路51作为使用增益生成电路，将连接于生成该使用增益生成电路所生成的增益以下的增益的个别增益生成电路51的饱和防止电路53的饱和防止动作设为无效， 将其它的饱和防止电路53的饱和防止动作设为有效。在上述的实施形态1、2中，不存在生成的增益比个别增益生成电路51-1所生成的增益低的个别增益生成电路，因此，个别增益生成电路51-1不会发生饱和。因此，在实施形态1、2中，对个别增益生成电路51-1不设置饱和防止电路53。但是，作为变形例，也可以与个别增益生成电路51-2、51-3 —样，在个别增益生成电路51-1的上游设置饱和防止电路 53。在实施形态1、2中，对个别增益生成电路51-1不设置饱和防止电路53，因此，该支电路比较简单，也比较便宜。产业上的可利用性本发明的电磁流量计作为对在配管内流动的流体的流量进行测量的设备，其能够在程序控制等各种领域中利用。
权利要求
1.一种电磁流量计，其包括励磁线圈，其被配置为所述励磁线圈的磁场的产生方向与在测定管内流动的流体的流动方向垂直；励磁单元，其向该励磁线圈供给使该励磁线圈的极性交替切换的励磁电流；一对电极，其与在所述测定管内流动的流体的流动方向以及所述励磁线圈产生的磁场方向垂直相交地配置在所述测定管内；差动放大单元，其将该电极间产生的信号电动势差动放大并作为交流流量信号；交流放大单元，其将来自该差动放大单元的交流流量信号放大；采样单元，其对已由该交流放大单元放大的交流流量信号进行采样并作为直流流量信号；直流放大单元，其将来自该采样单元的直流流量信号放大； A/D转换单元，其将已由该直流放大单元放大的直流流量信号转换为数字信号；处理单元， 其根据已由该A/D转换单元转换的数字信号计算出在所述测定管内流动的流体的流量，所述电磁流量计的特征在于，所述直流放大单元包括第1 第N个别增益生成单元，其分别被输入来自所述采样单元的直流流量信号，在该直流流量信号上分别加上各个个别增益生成单元各自所生成的增益并输出，加在该直流流量信号上的增益被规定为依次变大的值，其中N > 2 ；增益选择单元，其选择所述第1 第N个别增益生成单元的输出中的某一个作为向所述A/D转换单元输出的直流流量信号；和饱和防止单元，其分别连接于所述第1 第N个别增益生成单元中的除了所述第1个别增益生成单元以外的其它所有的个别增益生成单元的上游，防止下游的个别增益生成单元发生饱和，所述处理单元包括根据所述被计算出的流体的流量，对所述直流放大单元的所述饱和防止单元的饱和防止动作的有效或无效以及所述增益选择单元的选择动作进行控制的控制单元。
2.如权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，所述控制单元在对所述增益选择单元的选择动作进行控制时，将输出被所述增益选择单元选择的个别增益生成单元作为使用增益生成单元，并使连接于生成的增益在该使用增益生成单元所生成的增益以下的个别增益生成单元的所述饱和防止单元的饱和防止动作无效，使其它的饱和防止单元的饱和防止动作有效。
3.如权利要求2所述的电磁流量计，其特征在于，所述饱和防止单元将来自所述采样单元的直流流量信号被赋予下游的个别增益生成单元的状态作为使所述饱和防止动作无效的状态，将预先规定的基准电压被赋予下游的个别增益生成单元的状态作为使所述饱和防止动作有效的状态，所述饱和防止单元的所述基准电压的值被规定为与从该饱和防止动作有效即将被切换到无效时的流向所述使用增益生成单元的直流流量信号的值相对应的值。
4.如权利要求1 3中的任意一项所述的电磁流量计，其特征在于，所述第1个别增益生成单元的上游也连接有所述饱和防止单元。
全文摘要
本发明的电磁流量计，在直流放大电路进行增益的切换。在直流放大电路中设有个别增益生成电路(51-1～51-3)和增益选择电路，在个别增益生成电路(51-2、51-3)的上游设有饱和防止电路(53-2、53-3)。个别增益生成电路(51-1)生成增益(G1)、个别增益生成电路(51-2)生成增益(G2)、个别增益生成电路(51-3)生成增益(G3)(G3＞G2＞G1)。增益选择电路选择个别增益生成电路(51-1～51-3)中的某一个作为使用增益生成电路，并将该输出发送给下游的A/D转换电路。向直流放大电路发送增益切换指令，对饱和防止电路的饱和防止动作的有效/无效以及增益选择电路的选择动作进行控制，可以防止在增益比使用增益生成电路的增益高的个别增益生成电路发生饱和，可以提高测定流量的精度。
文档编号G01F1/60GK102269607SQ20111011365
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月21日 优先权日2010年4月22日
发明者井上阳, 光武一郎 申请人:株式会社山武