| 【発明の名称】 |
測定装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】吉倉 博史
【氏名】杉本 小弥太
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| 【要約】 |
【課題】負荷抵抗値が適正なものになっているか否かを判定できる測定装置を提供する。
【解決手段】流量計への直流電源の印加電圧を計測し（ステップS4）、前記印加電圧が流量計の最低動作電圧に余裕分αを加えた値以上であるか否か（印加電圧≧最低動作電圧＋α？）を判定する（ステップS5）。ステップS5でNO（印加電圧が流量計の最低動作電圧を十分確保できない）と判定した場合、アラーム信号Ｄを送出する（ステップS9）ので、ユーザが誤った負荷抵抗を選択して流量計の使用中に印加電圧が最低動作電圧を下まわって流量計が突然動作しなくなる前に、印加電圧が所定電圧を下まわった時点で負荷抵抗の選択の誤りによる印加電圧の不足を検出することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 被測定体の物理量を示す電圧値を検出して物理量を測定する測定手段と、該測定手段の測定した物理量に対応する所定範囲の電流を出力する出力手段とからなり、該出力手段を負荷抵抗及び直流電源と共にループ状をなすように接続して用いる測定装置において、直流電源からの印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、該印加電圧検出手段が検出した印加電圧が測定装置の最低動作電圧以上の所定の電圧よりも大きいか否かを判定する電圧判定手段とを設けたことを特徴とする測定装置。
【請求項２】 被測定体の物理量を示す電圧値を検出して物理量を測定する測定手段と、該測定手段の測定した物理量に対応する所定範囲の電流を出力する出力手段とからなり、該出力手段を負荷抵抗及び直流電源と共にループ状をなすように接続して用いる測定装置において、直流電源からの印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、前記所定範囲内の２つの所定値の電流を通電させたときに前記印加電圧検出手段で検出した２つの印加電圧値から前記負荷抵抗の負荷抵抗値を算出する負荷抵抗値算出手段と、該負荷抵抗値算出手段が算出した負荷抵抗値に基づいて前記所定範囲における最大値の電流を通電したときの印加電圧値を算出する印加電圧算出手段と、該印加電圧算出手段が算出した印加電圧値が測定装置の最低動作電圧以上の所定の電圧よりも大きいか否かを判定する電圧判定手段とを設けたことを特徴とする測定装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定体の流量、圧力または温度等の物理量を連続的に計測する測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】流量計、圧力計または温度計等のプロセスセンサとして用いられる測定装置は、一般に、ＤＣ２４Ｖの電源に接続され、計測した被測定体の流量、圧力または温度等の物理量に対応する大きさ（最大値に対する割合）の電流値（４〜２０ｍＡ）を電力供給ラインに流すようにして用いられる。そして、ユーザ側では、負荷抵抗を前記測定装置及び前記電源と共にループをなすように接続し、このループ（電源ライン）を流れる電流値を前記負荷抵抗によって電圧値に変換し、この電圧値に基づいて前記物理量を把握するようにしている。この場合、測定装置は、４〜２０ｍＡの信号出力と電力供給を共通の２線で行ういわゆる２線式の配線とされ、ケーブル線数の低減化等が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、測定装置に印加される電圧（印加電圧）は、電源電圧から負荷抵抗の電圧降下を引いた値になるが、この印加電圧が測定装置に必要とされる最低の電圧（最低動作電圧）を下回ると、測定装置は正常動作を行えなくなることがある。一方、ユーザ側に設けられる負荷抵抗は、測定装置の容量（許容抵抗値）に応じて選択され、一般には５００Ωのものが用いられるが、２５０Ω、６００Ωあるいはその他のものが用いられることもある。
【０００４】そして、測定装置の許容抵抗値に応じて負荷抵抗として５００Ωのものを用いるべきところユーザが選択を誤って仮に６００Ωのものを用いたような場合、負荷抵抗の電圧降下が大きくなり、印加電圧（測定装置に印加される電圧）が最低動作電圧を下回ってしまうことが起こり得、これにより正常動作できなくなる虞がある。
【０００５】例えば、最低動作電圧が１４Ｖで、計測した流量値に応じて４〜２０ｍＡの範囲の計測電流がループ（電源ライン）に流れるように信号出力を行う流量計を２４Ｖのユーザ側電源で用いる場合には、５００Ωの負荷抵抗を選択すると、負荷抵抗による電圧降下は２．０〜１０Ｖとなるため、流量計に印加される電圧（印加電圧）が２２．０〜１４Ｖとなる。したがって、流量計測レンジの最大値の流量が計測されて２０ｍＡの信号出力を行っても印加電圧は最低動作電圧と等しい１４Ｖとなるため、正常動作できる。
【０００６】しかし、６００Ωの負荷抵抗を選択すると、負荷抵抗による電圧降下は２．４〜１２Ｖとなるため、流量計の印加される電圧が２１．６〜１２Ｖとなる。この場合、流量計測値が大きくなって、１７ｍＡを超えると、電圧降下が１０Ｖを越えてしまい、印加電圧が最低動作電圧の１４Ｖに満たなくなって流量計が正常動作できなくなる。
【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、負荷抵抗値が適正なものになっているか否かを判定できる測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、被測定体の物理量を示す電圧値を検出して物理量を測定する測定手段と、該測定手段の測定した物理量に対応する所定範囲の電流を出力する出力手段とからなり、該出力手段を負荷抵抗及び直流電源と共にループ状をなすように接続して用いる測定装置において、直流電源からの印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、該印加電圧検出手段が検出した印加電圧が測定装置の最低動作電圧以上の所定の電圧よりも大きいか否かを判定する電圧判定手段とを設けたことを特徴とする。
【０００９】請求項２記載の発明は、被測定体の物理量を示す電圧値を検出して物理量を測定する測定手段と、該測定手段の測定した物理量に対応する所定範囲の電流を出力する出力手段とからなり、該出力手段を負荷抵抗及び直流電源と共にループ状をなすように接続して用いる測定装置において、直流電源からの印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、前記所定範囲内の２つの所定値の電流を通電させたときに前記印加電圧検出手段で検出した２つの印加電圧値から前記負荷抵抗の負荷抵抗値を算出する負荷抵抗値算出手段と、該負荷抵抗値算出手段が算出した負荷抵抗値に基づいて前記所定範囲における最大値の電流を通電したときの印加電圧値を算出する印加電圧算出手段と、該印加電圧算出手段が算出した印加電圧値が測定装置の最低動作電圧以上の所定の電圧よりも大きいか否かを判定する電圧判定手段とを設けたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態を図１ないし図３に基づいて説明する。本実施の形態では、測定装置として超音波渦流量計を例にしている。図１において、流量計１は、ユーザ側に備えられる、２４Ｖの直流電源２及び負荷抵抗３を有する計測回路４に、２つの出力端子５ａ，５ｂを介して接続され、前記直流電源２及び負荷抵抗３と共にループＬをなすようにされている。流量計１に備えられる、流体（被測定体）が流れる管６内には、渦発生柱７が設けられており、両側に交番的にカルマン渦を発生させるようになっている。管６には、超音波を送受信するＰＺＴ等の圧電セラミックス製の送・受信器８，９からなる超音波センサ１０が設けられている。送・受信器８，９は、管６内のカルマン渦発生領域を間にして相対向して管６の壁に取り付けられている。送信器８には、発振回路１１が接続されており、発振回路１１からの駆動信号Ａにより駆動されて前記カルマン渦発生領域を通して超音波を受信器９に送信するようにしている。
【００１１】受信器９の出力端子（符号省略）には増幅回路１２が接続されており、受信器９からの信号を増幅する。増幅回路１２及び発振回路１１には位相比較回路１３が接続されており、増幅回路１２からの信号及び前記発振回路１１からの信号（駆動信号Ａと同等位相の信号）に対して位相比較を行い、この位相比較結果に基づいて渦の発生周期〔ひいては流体の流速（流量）〕に対応する渦信号Ｂを出力する。
【００１２】渦信号Ｂは、位相比較回路１３に接続された増幅器１４で増幅され、かつ波形成形されて渦パルスＣとして、マイコン回路１５に入力される。本実施の形態では、前記超音波センサ１０、発振回路１１、増幅回路１２、位相比較回路１３及び増幅器１４から測定手段を構成している。
【００１３】マイコン回路１５では、信号の平滑化（平均化）を含む図２に示す演算処理を行うと共に、前記渦パルスＣから流体の流量値を算出し、周波数電圧変換回路（以下、Ｆ／Ｖ回路という。）１６を介して電圧電流変換回路（以下、Ｖ／Ｉ回路という。）１７を制御し、前記流量値に比例した大きさの電流（４〜２０ｍＡ）がループＬ（電源ライン）に流れるようにしている。本実施の形態では、４〜２０ｍＡの電流範囲が所定範囲の電流を構成する。なお、計測回路４には、負荷抵抗３の端子電圧を求めることにより、流体の流量を計測する流量計測部（図示省略）が設けられている。本実施の形態では、マイコン回路１５、Ｆ／Ｖ回路１６、Ｖ／Ｉ回路１７から出力手段を構成している。
【００１４】Ｆ／Ｖ回路１６と一方の出力端子との間には、Ｆ／Ｖ回路１６の出力信号の平均化（平滑化）を行い信号の頻繁な変動を抑制して計測の安定化を図る時定数決定コンデンサ１８及び常閉のコンデンサ切換スイッチ１９（トランジスタ）が介装されている。
【００１５】流量計１の各回路は、図示しない１次電源から電源回路２０を介して電力供給され、その消費電力が賄われるようになっている。電源回路２０の端子部には直流電源２の印加電圧を監視する電圧監視回路（印加電圧検出手段）２１が設けられており、流量計１への直流電源２の印加電圧を求めこの印加電圧値をマイコン回路１５に入力する。
【００１６】マイコン回路１５は、前記印加電圧に基づいて、流量計１が必要とする最低電圧（最低動作電圧）を確保できるか否か（印加電圧≧最低動作電圧＋α？（α：余裕分、α≧０〔Ｖ〕））を判定し（図２ ステップS5）、最低動作電圧を確保できない（印加電圧＜最低動作電圧＋α）と判定した場合、計測流量に応じた信号（電流）の出力を停止し、出力電流を小さい値にして負荷抵抗３の電圧降下を抑え最低動作電圧を確保するようにし（図２ ステップS6）、コンデンサ切換スイッチ１９を開いて時定数決定コンデンサ１８による信号の平滑化を抑え（図２ステップS8）、一定周期の信号（アラーム信号）Ｄを負荷抵抗３に通電するようにしている。
【００１７】このように構成された流量計１の作用を、図２に基づいて説明する。ユーザが流量計１を計測回路４に接続して、流量計１、負荷抵抗３及び直流電源２からなる電流ループＬを構成し、流量計１に電圧を印加する（ステップS1）と、マイコン回路１５の定数設定等の初期設定（スタートアップシーケンス動作）を行い（ステップS2）、流量演算を開始する（ステップS3）。
【００１８】ステップS3に続いて、電圧監視回路２１が電圧計測を行う（ステップS4）。次に、前記印加電圧に基づいて、流量計１の最低動作電圧を確保できるか否か（印加電圧≧最低動作電圧＋α？）を判定する（ステップS5）。本実施の形態では、ステップS5が電圧判定手段を構成する。
【００１９】ステップS5でYES と判定すると、ステップS3に戻る。また、ステップS5でNOと判定〔最低動作電圧付近まで印加電圧が低下（印加電圧＜最低動作電圧＋α）と判定〕すると、計測流量に応じた信号（電流）の出力を停止し、出力電流を固定値にして（ステップS6）、負荷抵抗３の電圧降下を抑え最低動作電圧を確保するようにする。続いて、コンデンサ切換スイッチ１９を開いて時定数決定コンデンサ１８による信号の平滑化を抑える（ステップS8）。
【００２０】なお、図２のフローチャートのステップS6に出力電流を固定値にすると記載したが、これにより、ステップS5で印加電圧＜最低動作電圧＋αと判定されたときに出力していた電流値よりも、大きな電流を出力しない様に出力電流値を小さな電流値に固定して印加電圧が最低動作電圧を下まわってしまうことを防止している。
【００２１】また、ステップS9で送出するアラーム信号Ｄの出力電流値も、同様の理由からハイレベルのときの電流値が、ステップS5で印加電圧が最低動作電圧＋αよりも小さいと判定されたときに出力していた電流値よりも小さい値となるように設定される。
【００２２】上述したように、前記印加電圧に基づいて、前記印加電圧が、流量計１の必要最低動作電圧を十分確保できるか否か（印加電圧が最低動作電圧に余裕分α（α≧０〔Ｖ〕）を加えた値よりも大きいか否か）を判定し、最低動作電圧付近まで印加電圧が低下（印加電圧＜最低動作電圧＋α）と判定した場合、流量計１は負荷抵抗３に、計測流量に応じた信号に代えて例えば図３に示すような一定周期の信号（以下、アラーム信号Ｄという。）を送る（ステップS9）。このとき、コンデンサ切換スイッチ１９を開いて時定数決定コンデンサ１８の切離し等を行って（ステップS8）信号の平滑化を抑えることにより、アラーム信号Ｄが平滑化されてしまわないようにしている。計測回路４では、アラーム信号Ｄが、流量の計測のためにこれまで送られてきていた流量を表す信号と異なっていることにより、負荷抵抗３の値が流量計１が必要とする値と整合していないことを把握することが可能となる。
【００２３】本実施の形態によれば、上述したように、流量計１への直流電源２の印加電圧が流量計１の最低動作電圧に余裕分αを加えた値以上であるか否か（印加電圧≧最低動作電圧＋α？（α：余裕分、α≧０〔Ｖ〕））、すなわち流量計１の最低動作電圧以上の所定の電圧よりも大きい否かを判定し（ステップS5）、ステップS5でNOと判定すると、アラーム信号Ｄを送出する（ステップS9）ので、ユーザが誤った負荷抵抗を選択して流量計１の使用中に印加電圧が最低動作電圧を下まわって流量計１が突然動作しなくなる前に、印加電圧が所定電圧を下まわった時点で負荷抵抗の選択の誤りによる印加電圧の不足を検出することができる。
【００２４】また、負荷抵抗３の値が適正値になっていないことを報知する際、別個に報知器を設ける場合には、報知器に信号を出力する信号線が必要となるため、新たにケーブルを設け２線式でなく３線式とする必要がある。これに対し、本実施の形態では、報知器を別個に設けることなく上述した負荷抵抗３の値に対する報知を行うので、２線式を維持することができ、その分、簡易な構成となっている。
【００２５】次に、本発明の第２の実施の形態を図４及び図５に基づいて説明する。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態に比して、コンデンサ切換スイッチ１９及び時定数決定コンデンサ１８を省略したこと、マイコン回路１５に代わるマイコン回路１５Ａを設けたこと、及び図２に代わる図５の作動を行うことが異なっている。第１の実施の形態と同等の部材及び部分についての説明は、適宜省略する。本実施の形態では、マイコン回路１５Ａ、Ｆ／Ｖ回路１６、Ｖ／Ｉ回路１７から出力手段を構成している。
【００２６】第２の実施の形態のマイコン回路１５Ａは、４〜２０ｍＡ（所定範囲）内の異なる２つの値（４ｍＡ，６ｍＡ）の電流（本実施の形態では、４ｍＡ，６ｍＡの電流が所定値の電流に相当する。）を負荷抵抗３に通電し（図５ ステップS20，S22 ）、それぞれを通電したときに得られる電圧値（図５ ステップS4A ，S4B ）から印加電圧の変化量を求めるようにしている。また、マイコン回路１５Ａは、負荷抵抗３に通電した電流の変化量及びこれに対応した電圧値（ステップS4A ，S4B ）の変化量から負荷抵抗３の値を算出する（ステップS24 、負荷抵抗値算出手段）。さらに、マイコン回路１５Ａは、算出した負荷抵抗３の値に最大電流値（２０ｍＡ）の電流を通電したときの負荷抵抗３の電圧降下を直流電源２の電圧値（２４Ｖ）から引いて流量計１への直流電源２の印加電圧を求め（ステップS25 ）、ステップS25 で求めた印加電圧及び前記印加電圧の変化量に基づいて、この状態で流量計１の最低動作電圧を確保できるか否か（最大電流（２０ｍＡ）通電時、正常動作可能か否か？）を判定する（ステップS5A ）。
【００２７】このように構成された流量計１の作用を、図５に基づいて説明する。ユーザが流量計１を計測回路４に接続して、流量計１、負荷抵抗３及び直流電源２からなる電流ループＬを構成し、流量計１に電圧を印加する（ステップS1）と、マイコン回路１５Ａの定数設定等の初期設定（スタートアップシーケンス動作）を行い（ステップS2）、４〜２０ｍＡ内の１つの値（４ｍＡ）の電流を負荷抵抗３に通電し（ステップS20 ）、これに応じた電圧値を計測する（ステップS4A ）。
【００２８】次に、４〜２０ｍＡ内の値でステップS20 のときと異なる大きさの（６ｍＡ）の電流を負荷抵抗３に通電し（ステップS22 ）、これに応じた電圧値を計測する（ステップS4B ）。
【００２９】ステップS4A ，S4B の計測結果に基づいて、印加電圧の変化量を求める（ステップS23 ）。次に、負荷抵抗３に通電した電流の変化量及びこれに対応した電圧値の変化量（ステップS23 ）から負荷抵抗３の値を算出する（ステップS24 ）。
【００３０】ステップS24 に続いて、ステップS24 で算出した負荷抵抗３の値に最大電流値（２０ｍＡ）の電流を通電したときの負荷抵抗３の電圧降下を直流電源２の電圧値（２４Ｖ）から引いて流量計１への直流電源２の印加電圧を求める（ステップS25 ）。本実施の形態では、ステップS25 が印加電圧算出手段を構成している。次に、ステップS25 で求めた印加電圧及び前記印加電圧の変化量に基づいて、この状態で流量計１の最低動作電圧を確保できるか否か（最大電流（２０ｍＡ）通電時、正常動作可能か否か？）を判定する（ステップS5A ）。本実施の形態では、ステップS5A が電圧判定手段を構成している。
【００３１】ステップS5A でYES と判定すると、流量演算を開始する（ステップS3）。ステップS5A でNOと判定すると、アラーム信号を発生し（ステップS26 ）、使用者に負荷抵抗３が適切な値のものでないことを報知する。
【００３２】なお、図４のフローチャートのステップS26 で送出されるアラーム信号Ｄの出力電流値は、ハイレベルのときの出力電流値に対応する印加電圧値が最低動作電圧を下まわらないように、マイコン回路１５Ａ内で逆算し、設定される。
【００３３】上述したように、印加電圧の変化量及び前記印加電圧に基づいて、流量を表す信号の出力が最大（２０ｍＡ）となったときの印加電圧値を算出し、この算出した印加電圧値が最低動作電圧を越えているか否かを判定し、印加電圧（算出値）が、流量計１の必要最低動作電圧に満たないと判定した場合、計測流量に応じた信号に代えてアラーム信号Ｄが発生され（ステップS26 ）、これにより負荷抵抗３の値が流量計１と整合していないことを把握することが可能となる。
【００３４】また、上記第２の実施の形態では、流量計１が設置され、電源が投入された時点で流量計１の出力信号（電流）が最大のとき、つまり、流量計１に印加される電圧値が最低となるときの印加電圧値を算出し、この算出した印加電圧値が最低動作電圧を越えているか否かを判定するため、流量計１の使用前に負荷抵抗３の値と整合しているか否かを把握することができる。
【００３５】上述したように、上記第２の実施の形態によれば、４〜２０ｍＡ（所定範囲）における最大値の電流（２０ｍＡ）を通電させたときの印加電圧値つまり流量計１に印加される電圧の最小値を算出し（ステップS25 ）、ステップS25 で算出したこの電圧の最小値が流量計１の最低動作電圧よりも大きいか否かを判定する（ステップS5A ）ので、流量計１の使用前に印加電圧が不足するかまたは十分であるかを予測することが可能となり、これにより、ユーザが誤った負荷抵抗を選択しているかまたは適切な負荷抵抗を選択しているかを検出できることになる。
【００３６】なお、上記第２の実施の形態では、ステップS5A で、算出した電圧の最小値が流量計１の最低動作電圧よりも大きいか否かを判定しているが、最低動作電圧以上の所定の電圧値であれば、必ずしも最低動作電圧である必要はなく、例えば、流量計１のメーカ側の指定する負荷抵抗を用いたときに得られる印加電圧の最低値よりも算出した電圧の最小値が大きいか否かを判定するようにしてもよい。
【００３７】上記第１、第２の実施の形態では、測定装置の一例である流量計１を例にしたが、これに代えて、圧力センサ、温度センサ等の他の測定装置に本発明を適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、測定装置への印加電圧が、測定装置の最低動作電圧以上の所定の電圧よりも大きい否かを判定するため、ユーザが誤った負荷抵抗を選択して測定装置の使用中に印加電圧が最低動作電圧を下まわって測定装置が突然動作しなくなる前に、印加電圧が所定電圧を下まわった時点で負荷抵抗の選択の誤りによる印加電圧の不足を検出することができる。
【００３９】請求項２記載の発明は、所定範囲における最大値の電流を通電させたときの印加電圧値つまり測定装置に印加される電圧の最小値を算出し、測定装置の最低動作電圧以上の所定の電圧よりも大きいか否かを判定するため、測定装置の使用前に印加電圧の不足が予測でき、ユーザが誤った負荷抵抗を選択していることを検出できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０５６
【氏名又は名称】トキコ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】萼 経夫 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２４８４９５ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月１７日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−５３２９２ |
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