专利名称：双线式电磁流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电磁流量计，其用于在各种处理系统中测量具有导电系数的流体的流速，尤其是，本发明涉及一种双线式电磁流量计，其通过调节流向一对从直流电源得到外部电压供应的电源线的输出电流而输出测量值。
如图5所示，来自直流电源200的外部电压Vs通过一对电源线L1和L2被提供给传统的双线式电磁流量计100。外部负载RL(阻抗250Ω)连接到电源线L2(直流24V)上。在这种情况下，通过从直流电源200的电源电压中减去外部负载RL上的电压降来获得施加到双线式电磁流量计100上的外部电压Vs的数值。
传统的双线式电磁流量计100包括激励线圈2，其被设置成使磁场的产生方向垂直于流过测量管1的流体流动方向；激励电路3，其在第一导线LA和第二导线LB之间产生激励电压Vex，并周期性地向激励线圈2提供具有矩形波形的激励电流Iex；测量电极4a和4b，它们设置在测量管1上，垂直于由激励线圈2产生的磁场；接地电极5；以及流量测量输出电路6，其测量在测量电极4a和4b之间获得的信号电动势，根据测得的信号电动势获得测量值，并依据获得的测量值在4到20mA的电流范围内调节要返回直流电源200的输出电流I(Iout)。
激励电路3包括激励电压电路(恒压电路)3-1、D/A电路3-2、以及激励电流调节电路3-3。激励电压电路3-1包括晶体管Q1、比较器CP1、基准电阻Ref、稳压二极管(齐纳二极管)ZD1、以及电阻R1和R2。对产生在稳压二极管ZD1和基准电阻Ref的连接点之间的基准电压Vref与产生在电阻R1和R2的连接点之间的测量电压Vpv进行比较。比较器CP1控制在晶体管Q1的集电极和发射极间流通的电流，以使基准电压Vref与测量电压Vpv匹配。因而，在第一导线LA和第二导线LB之间产生一个恒定的8.5V的电压作为激励电压Vex。
D/A电路3-2包括电阻R3、R4和R5，电容C1，比较器CP2，和开关SW5。电阻R3一端连接至电阻R1和R2间的连接点。电阻R3的另一端通过开关SW5连接到电阻R4的一端。电阻R4的另一端连接到导线LB。电阻R4的一端通过电阻R5连接到比较器CP2的同相输入端。电容C1连接在导线LB和比较器CP2的同相输入端之间。
激励电流调节电路3-3包括电阻R6、晶体管Q2、开关SW1到SW4。D/A电路3-2中的比较器CP2的输出端连接到晶体管Q2的基极。晶体管Q2的发射极通过电阻R6连接到导线LB，并连接到比较器CP2的反相输入端。晶体管Q2的集电极通过开关SW4和SW1的串联电路以及开关SW3和SW2的串联电路连接到导线LA。激励线圈2连接在开关SW1和SW4的连接点P1和开关SW2和SW3的连接点P2之间。
激励电流调节电路3-3在预定周期内根据来自流量测量输出电路6的指令交替地开启开关SW1和SW3和开关SW2和SW4，由此产生极性交替转换的矩形波形状的激励电流Iex。D/A电路3-2根据来自流量测量输出电路6的CPU6-4的指令对开关SW5实现开/关控制，以使激励电流Iex的值(峰值)根据流量测量输出电路6的测量值转换为多个电平，如图6所示。
流量测量输出电路6包括信号电动势检测电路6-1、采样保持电路6-2、A/D转换电路6-3、中央处理器6-4、D/A转换电路6-5、电流调节电路(CCS)6-6、以及为上述电路供电的恒压电路6-7。
信号电动势检测电路6-1通过将接地电极5的电压作为基准来检测在电极4a和4b间得到的信号电动势。采样保持电路6-2在极性改变之前即时地对信号电动势检测电路6-1测得的信号电动势进行采样和保持。A/D转换电路6-3将采样保持电路6-2输出的信号电动势(模拟数值)转换为数字信号，并将该数字值发送给中央处理器6-4。
基于来自A/D转换电路6-3的信号电动势，中央处理器6-4获得测量值(0％到100％的数值)并将测量值输出到D/A转换电路6-5。D/A转换电路6-5将来自中央处理器6-4的测量值(数字值)转换为模拟值，并将该模拟值发送到电流调节电路6-6。电流调节电路6-6包括比较器CP3、晶体管Q3、和电阻R7。通过使比较器CP3调节晶体管Q3的基极电流，依据来自D/A转换电路6-5的测量值调节在晶体管Q3的集电极和发射极间流通的电流Iccs。
根据基于来自A/D转换电路6-3的信号电动势而获得的测量值，中央处理器6-4对激励电路3发出指令，使得激励电流Iex依据附图6所示的关系提供给激励线圈2。更具体地，中央处理器6-4向激励电流调节电路3-3发出一个指令，以交替地开启开关SW1和SW3以及开关SW2和SW4，以此将极性交替转换的矩形波形状的激励电流Iex供给激励线圈2。中央处理器6-4输出一个指令到D/A电路3-2，以与测量值相对应的占空比(依据测量值逐步设定的占空比)实现对开关SW5的开/关控制，以此调节去向比较器CP2同相输入端的电压值。由此，调节流向晶体管Q2的电流值，即，流向激励线圈2的激励电流Iex的数值。
在双线式电磁流量计100中，激励电路3和流量测量输出电路6被串联在电源线L1和L2之间。流过激励电路3的电流流入流量测量输出电路6并成为返回直流电源200的输出电流Iout。图7示出了双线式电磁流量计100的简化电路配置。
例如，当中央处理器6-4的测量值为0％时，激励线圈2的激励电流Iex的指示值为3.5mA。激励电路3需要0.5mA的电流，以使激励电压电路3-1产生激励电压Vex，或设置比较器CP2的同相输入端的电压值。因此，设Ia(0.5mA)为流过包括D/A电路3-2的激励电压电路3-1一侧的电流，流过激励电路3的电流I1由下式给出I1＝Ia+Iex＝0.5mA+3.5mA＝4mA4mA的电流I1流入流量测量输出电路6。设Ib为流过流量测量输出电路6中的恒压电路6-7一侧的电流。Ib必须具有3mA的数值，以驱动中央处理器6-4和类似设备。因此，当流过晶体管Q3一侧的电流Iccs被调节到1mA时，流过流量测量输出电路6的电流I2(＝Iccs+Ib)为4mA。流过激励电路3的电流I1等于流过流量测量输出电路6的电流I2。因而，返回到直流电源200的输出电流Iout为4mA。
当中央处理器6-4的测量值为例如10％的数值时，中央处理器6-4将流过晶体管Q3一侧的电流Iccs调节至2.6mA，以将输出电流Iout设置为5.6mA(＝4mA+1.6mA)。在这种情况下，激励电路3中的激励电流Iex为3.5mA。因而，流过激励电压电路3-1包含D/A电路3-2一侧的电流Ia为2.1mA。
接下来，将对依据测量值将激励电流Iex的数值切换为多个电平的原因作出说明。基于附图6所示的关系，由中央处理器6-4依据测量值将激励电流Iex的数值切换为多个电平。将激励电流Iex的数值切换为多个电平的方案被称为多点激励切换方案。如果不实施多点激励切换方案，而是比如将激励电流Iex的数值固定至3.5mA，则在电流中延伸的磁通密度将较低，同时信号电动势检测电路6-1获得的信号电动势较小。因此，由于根据流速迭加到电极4a和4b上的噪声的影响而导致输出的较大波动。也就是说，由于信号电动势中包含的噪声比在流速增加时变高，信噪比将变低，因而难以实现稳定的流量测量。
设e为由信号电动势检测电路6-1获得的信号电动势。信号电动势e由下式给出e＝k·B·v·D其中k为常数，D为测量管1的直径，v是平均流速，而B是产生的磁通密度。产生的磁通密度B与激励电流Iex成比例。当激励电流Iex增加时，即使在同样的流速下信号电动势e也将变大。在传统的双线式电磁流量计100中，依据测量值，即，当与测量值对应的输出电流(4到20mA)增加时，使用输出电流的增加量把激励电流Iex切换为较大的数值。
例如，当测量值为20％时，激励电流Iex的数值被改变至6.7mA。更为特殊的是，与20％的数值对应的输出电流Iout为7.2mA。激励电路3需要0.5mA的电流Ia。因此，可以提供高达6.7mA的电流作为激励电流Iex。当测量值为40％时，激励电流Iex的数值被切换成9.9mA。更具体地，与数值40％相对应的输出电流值Iout是10.4mA。激励电路3需要0.5mA的电流Ia。因此，可以提供高达9.9mA的电流作为激励电流Iex。
按照这种方式，当通过按照测量值把激励电流Iex切换成大数值来增加信号电动势和信噪比时，可以进行稳定的流量测量。
在双线式电磁流量计100中，直流电源200提供的外部电压Vs，即通过从电源电压(直流24V)中减去外部负载RL的电压降Iout×RL而获得的电压Vs，被分配给激励电路3和流量测量输出电路6。因此，由激励电压电路3-1产生的激励电压Vex低至8.5V。供给激励线圈2的矩形波形状的激励电流Iex变的越大，激励电流Iex上升的时间就越长。
图8示出了当激励电流Iex切换至3.5mA、6.7mA、9.9mA以及12mA时所获得的上升波形。当激励电流Iex的数值小于3.5mA时，激励电流Iex快速上升，如图8中的波形I所示。然而，由于由激励电压电路3-1产生的激励电压Vex并未改变，所以上升的时间变长，如附图8中的波形II、III和IV所示，当激励电流Iex的数值增加到6.7mA、9.9mA和12mA时。因此，极性改变前即时的稳态区域(在激励电流Iex达到预定值之后的平坦的波形)ta变短。
采样保持电路6-2在极性改变前即时地对信号电动势e的数值进行采样和保持。例如，在信号电动势e的极性改变前即时的5毫秒内的信号电动势e被采样，并保持其平均值。当激励电流Iex的数值为12mA时，信号电动势e的极性即时改变前的稳态区域ta的长度仅为5毫秒。获得的采样信号电动势e的数值基于边缘(marginally)稳定的激励电流Iex。
然而，如果激励电流Iex的数值超出大约12mA，信号电动势e在激励电流Iex仍在改变时被采样。因而，流量测量值包含由诸如产生于电极4a和4b中的涡电流而导致的误差。因此，在实施多点激励切换方案的传统双线式电磁流量计100中，根据测量值设定为多个电平的激励电流Iex的极限值被设定为约12mA。更为具体的是，激励电压Vex被设定为8.5V。激励电流Iex的最大值被设定为约12mA。实施功率设计，以在Iex＝3.5到12mA的电流范围内确保与5毫秒或更长时间相对应的稳态区域ta。
然而，传统的双线式电磁流量计100假设了激励电流Iex的数值小于来自直流电源200的电流I(＝In＝Iout)的数值的状态(I＞Iex)。因此，在低流速区域内的激励电流Iex较小。低流速区域内的流量测量变得不稳定。
更为特殊的是，当激励电流Iex的数值大于源电流I，例如，当在4mA的源电流(测量值0％)下，从中央处理器6-4到激励电路3的指示值被设置为4.8mA时，激励电流调节电路3-3将激励电流Iex的峰值控制为4.8mA。另一方面，激励电压电路3-1的比较器CP1将基准电压Vref与检测电压Vpv进行比较并进行控制，以使激励电压Vex保持在8.5V。当出现几十个μA的电流时，稳压二极管ZD1产生恒定电压。
在这种情况下，当激励电流Iex上升波形几乎达到I＝4mA时，如图9所示，电源开始短路。流向稳压二极管ZD1的电流减小。因而，激励电压Vex无法保持在8.5V，并开始下降。结果，激励电流Iex上升波形几乎就在超出源电流I之后突然地回转(rounded)。因此，无法确保与5毫秒相对应的稳态区域ta。
基于以上的理由，在传统的双线式电磁流量计100中，激励电流Iex被设置为小于由直流电源200提供的电流I。例如，在数值为0％到20％的低流速区域中，激励电流Iex的数值小到3.5mA，而在电流中延伸的磁通密度较小。因此，由信号电动势检测电路6-1测得的信号电动势较小，并且流量测量不稳定。
为了实现以上目的，根据本发明，提供了一种双线式电磁流量计，包括激励线圈，用于产生与流过测量管的流体的流动方向垂直的磁场；流量测量输出电路，用于按照流量测量值，对流向一对被施加了外部激励的电源线的输出电流进行调节，所述的流量测量值是根据在垂直于流过测量管的流体的流动方向和由激励线圈产生的磁场的方向的方向上产生的信号电动势而获得的；以及激励电路，与流量测量输出电路串联在所述的一对电源线之间，并将部分输出电流作为激励电流提供给激励线圈，其中，激励电路包括激励电压电路，用于在第一和第二导线之间产生激励电压；激励电流调节电路，用于根据由流量测量输出电路调节的输出电流幅度，调节激励电流的数值；以及电容器，与激励电压电路并联在第一和第二导线之间。
具体实施例方式
图1示出了本发明一个实施例的双线式电磁流量计。参照图1，来自直流电源200的外部电压Vs通过一对电源线L1和L2被提供给本实施例中的双线式电磁流量计100A。外部负载RL(阻抗值250Ω)与电源线L2(直流24V)连接。在这种情况下，通过从直流电源200的电源电压中减去外部负载RL上的电压降来获得施加到双线式电磁流量计100A上的外部电压Vs的数值。
双线式电磁流量计100A包括激励线圈102，被设置成使得磁场的产生方向垂直于流过测量管101的流体的流动方向；激励电路103，在第一导线LA和第二导线LB之间产生激励电压，并且周期性地为激励线圈102提供具有矩形波形的激励电流Iex检测电极104a和104b，它们被设置在测量管上，垂直于由激励线圈102所产生的磁场；接地电极105；以及流量测量输出电路106，用于检测在检测电极104a和104b之间得到的信号电动势，基于测得的信号电动势获得测量值，并根据获得的测量值调节和输出要返回直流电源200的、在4到20mA的电流范围内的电流I(Iout)。
激励电路103包括激励电压电路(恒压电路)103-1、D/A电路103-2、以及激励电流调节电路103-3。激励电压电路103-1包括晶体管Q1、比较器CP1、基准电阻Ref、稳压二极管(齐纳二极管)ZD1、以及电阻R1和R2。对产生在稳压二极管ZD1和基准电阻Ref的连接点之间的基准电压Vref与产生在电阻R1和R2的连接点之间的测量电压Vpv进行比较。比较器CP1控制在晶体管Q1的集电极和发射极间流通的电流，以使基准电压Vref与测量电压Vpv匹配。因而，在第一导线LA和第二导线LB之间产生一个恒定的8.5V电压作为激励电压Vex。
D/A电路103-2包括电阻R3、R4、和R5，电容C1，比较器CP2，和开关SW5。电阻R3一端连接至电阻R1和R2间的连接点。电阻R3的另一端通过开关SW5连接到电阻R4的一端。电阻R4的另一端连接到导线LB。电阻R4的一端通过电阻R5连接到比较器CP2的同相输入端。电容C1连接在导线LB和比较器CP2的同相输入端之间。
激励电流调节电路103-3包括电阻R6、晶体管Q2、和开关SW1到SW4。D/A电路103-2的比较器CP2的输出端连接到晶体管Q2的基极。晶体管Q2的发射极通过电阻R6连接到导线LB，并连接到比较器CP2的反相输入端。晶体管Q2的集电极通过开关SW4和SW1的串联电路以及开关SW3和SW2的串联电路连接到导线LA。激励线圈102连接在开关SW1和SW4的连接点P1和开关SW2和SW3的连接点P2之间。
激励电流调节电路103-3在预定的周期内根据来自流量测量输出电路106的指令交替地开启开关SW1和SW3以及开关SW2和SW4，由此产生极性交替转换的矩形波形状的激励电流Iex。D/A电路103-2根据来自流量测量输出电路106的CPU106-4的指令对开关SW5实现开/关控制，以使激励电流Iex的值(峰值)根据流量测量输出电路106的测量值转换为多个电平，如图2所示。
流量测量输出电路106包括信号电动势检测电路106-1、采样保持电路106-2、A/D转换电路106-3、中央处理器106-4、D/A转换电路106-5、电流调节电路(CCS)106-6、以及为上述电路供电的恒压电路106-7。
信号电动势检测电路106-1通过将接地电极105的电压作为基准来检测在电极104a和104b间得到的信号电动势。采样保持电路106-2在极性改变之前即时地对信号电动势检测电路106-1测得的信号电动势进行采样和保持。A/D转换电路106-3将采样保持电路106-2输出的信号电动势(模拟数值)转换为数字信号，并将该数字值发送给中央处理器106-4。
基于来自A/D转换电路106-3的信号电动势，中央处理器106-4获得测量值(0％到100％的数值)并将测量值输出到D/A转换电路106-5。D/A转换电路106-5将来自中央处理器106-4的测量值(数字值)转换为模拟值，并将该模拟值发送到电流调节电路106-6。电流调节电路106-6包括比较器CP3、晶体管Q3、电阻R7。通过使比较器CP3调节晶体管Q3的基极电流，依据来自D/A转换电路106-5的测量值来调节在晶体管Q3的集电极和发射极间流通的电流Iccs。
根据基于来自A/D转换电路106-3信号电动势而获得的测量值，中央处理器106-4对激励电流103发出指令，使得激励电流Iex被依据附图2所示的关系提供给激励线圈102。更具体的是，中央处理器106-4向激励电流调节电路103-3发出一个指令，以交替地开启开关SW1和SW3以及开关SW2和SW4，由此将极性交替转换的矩形波形状的激励电流Iex供给激励线圈102。
中央处理器106-4输出一个指令到D/A电路103-2，以与测量值相对应的占空比(依据测量值逐步设定的占空比)对开关SW5实现开/关控制，以此调节去向比较器CP2同相输出端的电压值。由此，调节流向晶体管Q2的电流值，即，流向激励线圈2的激励电流Iex的数值。
双线式电磁流量计100A还包括一个电容值为数百μF或更大值的电容C2，其在激励电路103的激励电压电路103-1输入侧被连接在导线LA和LB之间。电容C2只需与激励电压电路并联在导线LA和LB之间。电容C2可能在激励电压电路103-1的输出侧被连接在导线LA和LB之间。
根据基于来自A/D转换电路106-3的信号电动势而获得的测量值，中央处理器106-4向激励电路103发出一个指令，以使具有由附图2所示关系而决定的数值的电流被设置为激励电流Iex。更具体的是，中央处理器106-4向激励电路103发出一个指令，以使激励电流Iex在测量值在0％(包含)到5％(不包含)的数值范围内变化时被设置为4.8mA，在测量值在5％(包含)到20％(不包含)的数值范围内变化时被设置为7.2mA，以及在测量值在20％(包含)到100％(不包含)的数值范围内变化时被设置为12mA。
即使在本实施例的双线式电磁流量计100A中，激励电路103和流量测量输出电路106也被串联于电源线L1和L2之间，与在传统的双线式电磁流量计100中相同。流过激励电路103的电流流向流量测量输出电路106，并成为返回到直流电源200的输出电流Iout。图4示出了双线式电磁流量计100A的简化电路配置。
正如对附图4和7的电路的比较所表明的，仅通过在激励电路3的导线LA和LB之间添加电容C2而简单地实现了对本实施例的双线式电磁流量计100A的改进。〔测量值在0％(包含)到5％(不包含)的数值范围内变化的区间〕当测量值在0％(包含)到5％(不包含)的数值范围内变化时，流量测量输出电路106的中央处理器106-4指示激励电路103根据附图2所示的关系将激励电流Iex的数值设置为4.8mA。更具体的是，中央处理器106-4给出一个大于当激励电路103的测量值为0％时获得的源电流值I＝4mA，作为激励电流Iex的指示值，直到在测量值从0％的数值即时地达到5％的数值之前。
在本例中，测量值为5％时的源电流I为4.8mA。因此，大于那时的源电流I的数值将被提供给激励电路103，作为在测量值从0％的数值即时地达到5％的数值之前的整个区间内的激励电流Iex的指示值。
例如，设当前的测量值为0％，而输出电流Iout，即，源电流I为4mA。此时，中央处理器106-4指示激励电路103根据附图2所示的关系将激励电流Iex的数值设置为4.8mA。因此，对D/A电路103-2的开关SW5进行打开/关闭控制，以使流向激励电流调节电路103-3的晶体管Q2的电流的数值，即流向激励线圈102的激励电流Iex的数值被设置为4.8mA，也就是大于那时的源电流I＝4mA。
此时，激励电流Iex的上升波形不等于附图9所示的波形，但是也可以确保对应于5毫秒或更长时间的稳态区域ta，如图3所示。下面将对此时的激励电流Iex的上升波形作出说明。在激励电流Iex的上升波形超出I＝4mA的源电流之前，呈现出一个由附图3中阴影部分W1表示的设计的额外功率。由额外功率W1在电容C2上积累电荷。
当激励电流Iex的上升波形超过源电流I＝4mA，流向稳压二极管ZD1的电流减小，同时由激励电压电路103-1产生的激励电压Vex降低。此时，由于聚集到电容C2上的电荷为稳压二极管ZD1提供了一个附加电流，激励电压Vex的降低将受到抑制，或激励电压Vex被保持在预定的数值而不会降低。因此，即使是在超出源电流I＝4mA之后，激励电流Iex的上升波形也不会剧烈地回转，而确保了足够长的稳态区域ta。图3中阴影部分W5表示了由聚集到电容C2上的电荷额外提供的功率。
以上描述了测量值为0％的数值时的情形，在测量值达到5％的数值前的整个区间内执行了与以上描述中相同的操作。因此，在测量值从0％的数值(包含)到5％的数值(不包含)变化的整个区间内，可以获得能够确保对应于5毫秒或更长时间的稳态区域ta的激励电流Iex的上升波形。〔测量值在5％(包含)到20％(不包含)的数值范围内变化的区间〕当测量值在5％(包含)到20％(不包含)的数值范围内变化时，流量测量输出电路106的中央处理器106-4指示激励电路103根据图2所示的关系将激励电流Iex的数值设置为7.2mA。更具体的是，中央处理器106-4给出一个大于当激励电路103的测量值为5％获得的源电流I＝4.8mA的数值，作为激励电流Iex的指示值，直到在测量值从5％的数值即时地达到20％的数值之前。
在本例中，测量值为20％时的源电流I为7.2mA。因此，大于那时的源电流I的数值将被提供给激励电路103，作为在测量值从5％的数值即时地达到20％的数值之前的整个区间内的激励电流Iex的指示值。
例如，以下将对测量值为5％，而输出电流Iout，即，源电流I为4.8mA的情况作出说明。中央处理器106-4指示激励电路103根据图2所示的关系将激励电流Iex的数值设置为7.2mA。
在这种情况下，额外功率导致电荷聚集到电容C2上，直到激励电流Iex的上升波形超过源电流I＝4.8mA。当激励电流Iex超过源电流I＝4.8mA时，流向稳压二极管ZD1的电流由电容C2上移出的电荷额外地补偿。因此，激励电压Vex的降低得到了抑制，或激励电压Vex被保持在一个预定的数值而不会降低。因此，即使是在超出源电流I＝4.8mA之后，激励电流Iex的上升波形也不会剧烈地回转，同时确保了足够长的稳态区域ta。
以上描述了测量值为5％的数值时的情形，在测量值达到20％的数值前的整个区间内执行了与以上描述中相同的操作。因此，在测量值从5％的数值(包含)到20％的数值(不包含)变化的整个区间内，可以获得能够确保对应于5毫秒或更长时间的稳态区域ta的激励电流Iex的上升波形。〔测量值在20％(包含)到100％(不包含)的数值范围内变化的区间〕当测量值在20％(包含)到100％(不包含)的数值范围内变化时，流量测量输出电路106的中央处理器106-4根据图2所示的关系将激励电流Iex的数值控制为12mA。更特别的是，中央处理器106-4向激励电路103提供一个大于当测量值为20％的数值时所获得的I＝7.2mA的源电流的数值，作为激励电流Iex的指示值，直到测量值从20％的数值即时地达到100％的数值。
在本例中，测量值为50％的数值时的源电流I为12mA。因此，大于那时的源电流I的数值将被提供给激励电路103，作为在测量值即时地从20％的数值达到50％的数值之前的整个区间内的激励电流Iex的指示值。
例如，以下将对测量值为20％的数值，而输出电流Iout，即源电流I为7.2mA的情况作出说明。中央处理器106-4命令激励电路103依据图2所示的关系将激励电流Iex的数值设置为12mA。
在这种情况下，额外功率导致电荷聚集到电容C2上，直到激励电流Iex的上升波形超过源电流I＝7.2mA。当激励电流Iex超过源电流I＝7.2mA时，流向稳压二极管ZD1的电流由电容C2上移出的电荷额外地提供(补偿)。因此，激励电压Vex的降低得到了抑制，或激励电压Vex被保持在一个预定的数值而不会降低。因此，即使是在超出源电流I＝7.2mA之后，激励电流Iex的上升波形也不会剧烈地回转，同时确保了足够长的稳态区域ta。
以上描述了测量值为20％的数值时的情形，在测量值达到50％的数值前的整个区间内执行了与以上描述中相同的操作。因此，在测量值从20％的数值(包含)到50％的数值(不包含)变化的整个区间内，可以获得能够确保对应于5毫秒或更长时间的稳态区域ta的激励电流Iex的上升波形。
在测量值达到50％的数值之后，小于那时的源电流I的数值将被输出给激励电路103作为测量值。因此，流向稳压二极管ZD1的电流不会降低。即使没有聚集在电容C2上的电荷提供的附加电流，激励电压Vex也仍被保持在一个预定的数值。此区间内的激励电流Iex的数值足够大到12mA，因而确保了流量测量的稳定性。
根据本实施例，可以增加低流速区域内的激励电流Iex的数值，同时提高了低流速区域内的流速测量的稳定性。
在以上描述的实施例中，在测量值从0％的数值(包含)到5％的数值(不包含)变化的整个区间或测量值从5％的数值(包含)到20％的数值(不包含)变化的整个区间内，大于那时的源电流I的数值将被设置为激励电流Iex的指示值。激励电流Iex的指示值无需总是大于这整个区间内当时的源电流I。例如，激励电流Iex的指示值在测量值从0％的数值(包含)到10％的数值(不包含)变化的区间可能是4.8mA，或者在测量值从5％的数值(包含)到30％的数值(不包含)变化的区间内为7.2mA。
如上文所述，根据本发明，当激励线圈的激励电流Iex的数值被设置的大于当时的源电流I(I＜Iex)时，设计的额外功率将电荷聚集于连接在第一和第二导线间的电容上，直到激励电流Iex的上升波形超过源电流I。当激励电流Iex的上升波形超过源电流I时，聚集于电容上的电荷对流向激励电压电路的电流进行补偿。因此，激励电压Vex的降低得到了抑制，或激励电压Vex被保持在一个预定的数值而不会降低。
因此，即使是在超出源电流I之后，激励电流Iex的上升波形也不会剧烈地回转，而确保了足够长的稳态区域ta。因此，可以增加低流速区域内的激励电流Iex的数值，同时提高了低流速区域内的流速测量的稳定性。
权利要求
1.一种双线式电磁流量计，其特征在于包括激励线圈(102)，用于产生与流过测量管的流体的流动方向垂直的磁场；流量测量输出电路(106)，用于根据流量测量值对流向一对被施加了外部激励的电源线的输出电流进行调节，所述的流量测量值是根据在垂直于流过测量管的流体的流动方向和由激励线圈产生的磁场的方向的方向上产生的信号电动势而获得的；以及激励电路(103)，它与流量测量输出电路串联在所述的一对电源线之间，并将部分输出电流作为激励电流提供给激励线圈，其中所述的激励电路包括激励电压电路(103-1)，用于在第一和第二导线之间产生激励电压，激励电流调节电路(103-3)，用于根据由流量测量输出电路调节的输出电流幅度调节激励电流的数值，以及电容(C2)，与激励电压电路并联在第一和第二导线之间。
2.根据权利要求1所述的双线式电磁流量计，其中所述的流量计还包括开关电路(SW1-SW4)，用于周期性地切换来自激励电压电路的激励电压的极性，并将该激励电压施加到所述的激励线圈上，以及所述的激励电流调节电路通过所述的开关电路与所述的激励线圈并联于第一和第二导线之间。
3.根据权利要求1所述的双线式电磁流量计，其中所述的流量计还包括指示装置(106-4)，用于根据由所述的流量测量输出电路调节的输出电流幅度指示激励电流值，所述指示装置指示出一个大于在流量测量值从0到预定值之间改变的区间内由所述流量测量输出电路调节的输出电流的最小值的数值，作为激励电流值，以及所述的激励电流调节电路根据由所述的指示装置给出的指示值调节激励电流值。
4.根据权利要求1所述的双线式电磁流量计，其中所述的电容在激励电流超出源电流之前由额外的功率充电，并在来自激励电压电路的激励电流超出源电流之后，由从所述电容的移出电荷对激励电流进行补偿。
5.根据权利要求1所述的双线式电磁流量计，其中所述的电容具有不小于数百μF的电容值。
全文摘要
在双线式电磁流量计中，激励线圈产生与流过测量管的流体的流动方向垂直的磁场。流量测量输出电路根据流量测量值对流向一对被施加了外部激励的电源线的输出电流进行调节，该流量测量值是根据在垂直于流过测量管的流体的流动方向和由激励线圈产生的磁场的方向的方向上的信号电动势而获得的。激励电路与流量测量输出电路串联在这一对电源线之间，并将部分输出电流作为激励电流提供给激励线圈。在激励电路中，激励电压电路在第一和第二导线之间产生激励电压。激励电流调节电路根据由流量测量输出电路调节的输出电流幅度调节激励电流的数值。电容与激励电压电路并联在第一和第二导线之间。
文档编号G01F1/60GK1475777SQ0315244
公开日2004年2月18日 申请日期2003年7月31日 优先权日2002年7月31日
发明者光武一郎 申请人:株式会社山武