電磁流量計的信號放大電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電磁流量計的信號放大電路，其能夠避免由耦合電容引起的差動放大電路中的CMRR的惡化和輸入異?；謴脱舆t。通過電阻元件（R1、R2）將被輸入至連接器（CN1）的流量信號輸入端子（T1、T2）間的流量信號輸入至儀表放大器U3的輸入端子的一個以及另一個并進行差動放大，通過耦合電容（C1）將其放大輸出信號（V3）輸出至采樣保持電路（13）。又，通過緩沖放大器（U1、U2）來緩沖被輸入至連接器（CN1）的流量信號輸入端子（T1、T2）的流量信號，將其輸出信號（V1、V2）輸出至異常檢測電路（14）。此時，用保護環(huán)圖案（GR1、GR2）來防護連接流量信號輸入端子（T1、T2）和緩沖放大器（U1、U2）的非反相輸入端子的配線圖案（L1、L2）。
【專利說明】電磁流量計的信號放大電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電磁流量計，尤其涉及對從檢測器得到的電動勢進行放大的信號 放大電路技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] -般來說，在對具有導電性的流體的流量進行測定的電磁流量計中，向勵磁線圈 提供極性交替變換的勵磁電流，對在一對檢測電極間產(chǎn)生的電動勢進行檢測，利用信號放 大電路差動放大，對得到的流量信號進行采樣并進行信號處理，由此對在配管內(nèi)流動的流 體的流量進行測定，其中該勵磁線圈被配置為磁場產(chǎn)生方向與在配管內(nèi)流動的流體的流動 方向垂直，所述一對檢測電極與由勵磁線圈產(chǎn)生的磁場正交地配置在配管內(nèi)（例如，參照專 利文獻1等)。
[0003] 此時，流過盡可能大的勵磁電流就能得到大的流量信號，可以提高測定精度。但 是，勵磁電流的上升由于勵磁線圈的電感而延遲，因此為了在流量信號的穩(wěn)定區(qū)域進行采 樣，必須與電流的增大相應(yīng)地降低勵磁頻率。另一方面，降低勵磁頻率的話，流體噪聲（1 / f特性噪聲）就會增大、s / N比就會惡化。因此，一般的電磁流量計中使用商用電源頻率 的1 / 8?1 / 4左右的勵磁頻率。
[0004] 又，在信號放大電路中，需要盡可能地提高信號放大電路的輸入阻抗，使得即使測 定對象是低導電率的流體，也不會發(fā)生流量信號的衰減。又，需要盡可能地減小從信號放大 電路流出到檢測電極側(cè)的直流電流、以及從檢測電極流出到信號放大電路的直流電流，以 避免在配管的檢測電極和流體界面之間發(fā)生電化學反應(yīng)，導致絕緣物附著在檢測電極上， 引起檢測電極的接觸電阻增大。
[0005] 圖6是現(xiàn)有的信號放大電路。在此，在轉(zhuǎn)換器50內(nèi)的信號放大電路52中，通過初 級緩沖放大器Ull、U12提高輸入阻抗。又，Ull、U12盡量采用輸入偏置電流小的FET輸入 型的運算放大器，以抑制上述那樣的由"檢測器的檢測電極與流體界面之間的電化學反應(yīng)" 導致的絕緣物的附著。
[0006] 又，F(xiàn)ET輸入的運算放大器的輸入阻抗非常高，輸入偏置電流也非常小，但與之相 應(yīng)地容易受到周邊電路所產(chǎn)生的噪聲等的影響。又，若基板的絕緣特性由于周邊濕度的影 響或異物的附著而劣化，則輸入阻抗就會降低。
[0007] 因此，用基于U11、U12的輸出端子的配線圖案(與輸入信號同電位且低阻抗）的保 護環(huán)GR1UGR12包圍從信號電纜連接用的連接器CN11到U11、U12的非反相輸入端子的配 線圖案Lll、L12,以避免受到周邊電路的影響以及基板的絕緣特性劣化的影響。
[0008] 圖7是示出現(xiàn)有的電磁流量計的結(jié)構(gòu)的框圖。在檢測器60以分離的形態(tài)設(shè)置在 遠離轉(zhuǎn)換器50的所在地的情況下，如圖7所示，通過雙重屏蔽線61將檢測器60和轉(zhuǎn)換器 50連接。此時，對內(nèi)側(cè)的屏蔽線SA、SB施加與上述的圖6的保護環(huán)相同的電壓，由此能夠 防止線間電容引起的流量信號的衰減。
[0009] 又，圖6的U11、U12的輸出也連接于圖7的異常檢測電路54,檢測出配管Pex內(nèi)的 流體排空，檢測器60的檢測電極TA、TB變?yōu)榉墙右籂顟B(tài)的情況，或者檢測器60的信號線斷 線了的情況等Ull、U12的輸出電平偏離正常范圍的情況，將輸入信號的異常通知給控制電 路56。與之相應(yīng)地，控制電路56進行異常處理，即開啟從數(shù)字輸出電路58進行警報輸出， 且將模擬輸出電路57的輸出電平設(shè)為異常檢測時的電平。
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0011] 專利文獻
[0012] 【專利文獻1】日本特開平08-021756號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明要解決的課題
[0014] 采用這樣的現(xiàn)有技術(shù)的話，即使是高精度的類型，緩沖放大器Ull、U12的輸入失 調(diào)電壓對于每1 °C也有數(shù)μ V左右的溫度特性（失調(diào)電壓溫度漂移)，其DC成分從U11、U12 被輸出。該溫度特性因個體不同而有差別，如果就這樣輸入至后段的差動放大電路的話，則 U11、U12的溫度特性的差未被消除而被放大，流量計測值就會由于溫度而產(chǎn)生漂移。通常， 流量/[目號電平一般是每lm / s流速為200 μ Vp-p左右，因此可以無視。
[0015] 因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，將耦合電容Cll、C12放置在差動放大電路的輸入側(cè)，隔斷 Ull、U12輸出的DC成分。但是，存在有耦合電容Cll、C12導致的、差動放大器中的共模電 壓去除能力（以下，稱為CMRR:共模抑制比（Common-Mode Rejection Ratio))的惡化，或輸 入異?；謴脱舆t的問題點。
[0016] [CMRR 的惡化]
[0017] 首先，對差動放大電路中的CMRR的惡化進行說明。
[0018] 差動放大電路的目的在于，去除與流量信號重疊的共模噪聲成分，且將流量信號 放大。但是，在圖6中，即使U13使用了單體的CMRR高的運算放大器，作為差動放大電路的 CMRR也會被連接在差動放大電路的反相輸入和U13的反相輸入端子之間的電阻元件R11與 連接在差動放大電路的非反相輸入和U13的非反相輸入端子之間的電阻元件R12的匹配、 連接在U13的反相輸入端子和輸出端子之間的電阻元件R13與連接在U13的非反相輸入端 子和接地電位之間的電阻元件R14的匹配、以及耦合電容C11與C12的匹配很大程度地影 響。
[0019] 又，在圖6的電路結(jié)構(gòu)中，分別以C11和R11、R13的合成電阻、以及C12和R12、R14 的合成電阻形成高通濾波器。由此，如果不使它們的時間常數(shù)相對于勵磁頻率（=信號頻率） 充分變大，以避免信號頻率成分損失，則信號波形的振幅就會衰減。因此，Cll、C12需要數(shù) 十μ F以上的大容量。
[0020] 圖8是示出現(xiàn)有的差動放大電路的輸入輸出的信號波形圖。
[0021] 例如，在圖 6 的電路中，當勵磁頻率=12. 5Hz、Rll=R12=10kQ、R13=R14=100kQ (差 動放大增益：1〇倍）時，如果Cll=C12=100uF，則如圖8的（b)所示，能夠波形基本不圓鈍地 放大流量信號。
[0022] 另一方面，如果Cll=C12=10uF，則如圖8的（a)所示、U13的輸出電壓波形VII就 會圓鈍。如果這樣的變圓鈍了的波形進行采樣的話，C11、C12的溫度特性的稍許不同就會 大大影響流量計測值。
[0023] 因此，耦合電容C11、C12采用的是溫度特性較好的鉭電解電容。此時，也考慮了電 容精度良好的積層陶瓷電容(溫度補償型)，但由于只能制造到〇. luF左右，所以不能使用。
[0024] 但是，鉭電解電容的容量精度頂多為±10%左右，無法避免C11、C12的失配。尤其 是，在低頻側(cè)Cll、C12的阻抗變大，失配?阻抗程度也變大，差動放大電路的CMRR會惡化。 因此，如果存在低頻域的共模噪聲成分的話，則無法充分地將其去除，流量計測值變得不穩(wěn) 定。又，如果通過S/W對該不穩(wěn)定進行平均化處理的話，能夠提高穩(wěn)定性，但響應(yīng)性會與之 相應(yīng)地惡化。
[0025] 另外，如果增大R11、R13的合成電阻、以及R12、R14的合成電阻，則C11、C12的阻 抗就會相對地變小，因此可以改善由Cll、C12的失配導致的CMRR的惡化，但增大這些值的 話，電阻引起的熱噪聲就會增加，輸出信號的S / N比會惡化。因此，需要將這些合成電阻 設(shè)定為數(shù)kQ左右以下。
[0026] 又，即使在信號電平充分大，熱噪聲導致的S / N比的惡化不成為問題的情況下， 在增大合成電阻時也需要維持R11與R12的匹配以及R13與R14的匹配，由于高阻值且高 精度的電阻未被制造，所以必須將多個低阻值且高精度的電阻串聯(lián)使其高阻值且高精度， 從而導致成本增加。
[0027][輸入異?；謴脱舆t]
[0028] 接下來，對輸入異?；謴脱舆t進行說明。
[0029] 在配管內(nèi)的流體排空且檢測器的檢測電極為非接液狀態(tài)的情況下、檢測器的信號 線斷線了的情況下、超過允許輸入電壓范圍的噪聲與輸入信號重疊的情況下等，由于不能 進行流量測定，所以進行所述的輸入信號異常處理，但其后輸入信號正?；謴偷脑挘仨毐M 早重新開始流量測定。
[0030] 此時，在圖6的電路中，采用U13的差動放大電路的增益大時，由于由耦合電容 Cll、C12充電的電壓的影響、U13的自輸出飽和狀態(tài)的恢復比較費時間，因此不太能增大 U13的增益。因此，在后段放入采用U14的放大電路并分割為多段，以放大至能夠進行后端 的采樣&保持以及A/D轉(zhuǎn)換的電平。
[0031] 例如，在配管內(nèi)排空，然后再恢復至滿水狀態(tài)的情況下，如圖7所示，如果設(shè)置為 檢測器的檢測電極完全水平，則檢測電極TA與檢測電極TB同時接液，但在被傾斜設(shè)置的情 況下，檢測電極TB先接液，然后檢測電極TA接液等接液的時機發(fā)生偏差。
[0032] 圖9是示出圖6的信號放大電路的動作的信號波形圖，（a)示出增益50倍時的情 形，（b)示出增益10倍時的情形。另外，電源電壓是±5V、U11?U13為軌對軌輸入輸出類 型。
[0033] 圖9的（a)、（b)中共同的是，在時刻T0之前的期間中，檢測電極TA為非接液狀態(tài) (高阻抗)，由于U11的輸入偏置電流，A端子降低至負側(cè)電源電壓電平，因此U11的輸出為負 側(cè)的飽和狀態(tài)（-5V)，C11的兩端電壓VC11被充電至-5V。
[0034] 又，在時刻T0時，檢測電極TA從非接液的狀態(tài)恢復至接液狀態(tài)時，正常的信號從 檢測電極TA輸入至Ull、U11的輸出電壓從-5V正?；謴椭痢?100 μ V (信號振幅的一半)。 此時，由于C11的充電電壓VC11，差動放大電路的輸入電壓V10約為-5V，輸出電壓VII為 負側(cè)的飽和狀態(tài)（-5V)。
[0035] 然后，充到C11的電壓通過R11、R13的串聯(lián)電阻而被放電，但在圖9的（a)的增益 50倍的情況下，與R13的電阻值大的程度相應(yīng)地，C11的放電費時間，而且增益也高，因此輸 出從飽和狀態(tài)恢復至能夠進行正常的測定的狀態(tài)要花大約40秒。
[0036] 另一方面，在圖9的（b)的增益10倍的情況下，由于R13的電阻值小所以C11的 放電快，增益也低，因此輸出從飽和狀態(tài)恢復至能夠進行正常的測定的狀態(tài)約為10秒。
[0037] 因此，增大U13的差動放大增益的話，到能夠正常測定為止所需的時間變長，因此 需要將放大電路分割為多段，需要分別在各個放大器的輸出上加入例如圖6的耦合電容 C13、C14,以去除失調(diào)電壓造成的DC成分。
[0038] 如上所述，在信號放大電路中，即使輸入信號從異常值恢復正常，但由于這些C11、 C12,輸出信號的恢復正常也會延遲，流量測定的重新開始也將延遲。
[0039] 本發(fā)明正是為了解決這樣的課題而做出的，其目的在于提供一種電磁流量計的信 號放大電路技術(shù)，能夠避免由耦合電容引起的、差動放大電路中的CMRR的惡化以及輸入異 ?；謴脱舆t。
[0040] 用于解決問題的手段
[0041] 為了達到這樣的目的，本發(fā)明所涉及的信號放大電路，其是電磁流量計所采用的 信號放大電路，該電磁流量計通過該信號放大電路對由配置在配管內(nèi)的一對檢測電極檢測 到并從第一流量信號輸入端子以及第二流量信號輸入端子輸入的流量信號進行差動放大， 之后通過采樣保持電路進行采樣，由此對流經(jīng)該配管的流體的流量進行測定，且基于由該 信號放大電路得到的輸出信號，通過異常檢測電路對該流量信號的異常進行檢測，所述信 號放大電路的特征在于，包括：類型為FET輸入且單片型的儀表放大器，其一個輸入端子與 所述第一流量信號輸入端子連接，另一個輸入端子與所述第二流量信號輸入端子連接，從 輸出端子將對所述流量信號進行差動放大而得到的放大輸出信號輸出至所述采樣保持電 路；第一緩沖放大器，其非反相輸入端子與所述第一流量信號輸入端子連接，反相輸入端 子與自己的輸出端子連接，從該輸出端子將所得到的第一輸出信號輸出至所述異常檢測電 路；第二緩沖放大器，其非反相輸入端子與所述第二流量信號輸入端子連接，反相輸入端 子與自己的輸出端子連接，從該輸出端子將所得到的第二輸出信號輸出至所述異常檢測電 路；第一保護環(huán)圖案，其與所述第一緩沖放大器的輸出端子連接，并以包圍基板上的第一配 線圖案的周圍的方式形成在該基板上，所述第一配線圖案連接所述第一流量信號輸入端子 和該第一緩沖放大器的非反相輸入端子；以及第二保護環(huán)圖案，其與所述第二緩沖放大器 的輸出端子連接，并以包圍基板上的第二配線圖案的周圍的方式形成在該基板上，所述第 二配線圖案連接所述第二流量信號輸入端子和該第二緩沖放大器的非反相輸入端子。
[0042] 又，本發(fā)明所涉及的上述信號放大電路的一結(jié)構(gòu)例為，所述儀表放大器的一個輸 入端子通過第一電阻元件與所述第一流量信號輸入端子連接，且另一個輸入端子通過第二 電阻元件與所述第二流量信號輸入端子連接，所述第一保護環(huán)圖案形成為，鉆過安裝在基 板上的所述第一電阻元件之下并包圍所述第一配線圖案的周圍，所述第二保護環(huán)圖案形成 為，鉆過安裝在基板上的所述第二電阻元件之下并包圍所述第二配線圖案的周圍。
[0043] 又，本發(fā)明所涉及的其他信號放大電路，其是電磁流量計所采用的信號放大電路， 該電磁流量計通過該信號放大電路對由配置在配管內(nèi)的一對檢測電極檢測到并從第一流 量信號輸入端子以及第二流量信號輸入端子輸入的流量信號進行差動放大，之后通過采樣 保持電路進行采樣，由此對流經(jīng)該配管的流體的流量進行測定，且基于由該信號放大電路 得到的輸出信號，通過異常檢測電路對該流量信號的異常進行檢測，所述信號放大電路的 特征在于，包括：類型為FET輸入且單片型的儀表放大器，其一個輸入端子與所述第一流量 信號輸入端子連接，另一個輸入端子與所述第二流量信號輸入端子連接，從輸出端子將對 所述流量信號進行差動放大而得到的放大輸出信號輸出至所述采樣保持電路和所述異常 檢測電路；緩沖放大器，其非反相輸入端子與所述第一流量信號輸入端子連接，反相輸入端 子與自己的輸出端子連接，從該輸出端子將所得到的輸出信號輸出至所述異常檢測電路； 以及保護環(huán)圖案，其與所述緩沖放大器的輸出端子連接，并以包圍基板上的第一配線圖案 和基板上的第二配線圖案的周圍的方式形成在該基板上，所述第一配線圖案連接所述第一 流量信號輸入端子、該緩沖放大器的非反相輸入端子、以及所述儀表放大器的所述一個輸 入端子，所述第二配線圖案連接所述第二流量信號輸入端子以及所述儀表放大器的所述另 一個輸入端子。
[0044] 又，本發(fā)明所涉及的上述其他信號放大電路的一結(jié)構(gòu)例為，所述儀表放大器的所 述一個輸入端子與所述第一流量信號輸入端子直接連接，且所述另一個輸入端子與所述第 二流量信號輸入端子直接連接，
[0045] 所述保護環(huán)圖案形成為，鉆過安裝在基板上的儀表放大器之下并包圍所述第一配 線圖案以及所述第二配線圖案的周圍。
[0046] 發(fā)明效果
[0047] 根據(jù)本發(fā)明，不將來自緩沖放大器的輸出信號用于流量測定，可以通過儀表放大 器將流量信號差動放大并輸出至后段的采樣保持電路。因此，采用將緩沖放大器和儀表 放大器的作用分離的上述電路結(jié)構(gòu)，可以避免緩沖放大器的失調(diào)電壓漂移對流量測定的影 響，可以省略用于抑制該失調(diào)電壓漂移的耦合電容。
[0048] 因此，不需要像以往那樣在差動放大電路的輸入段設(shè)置耦合電容，可以避免由這 些耦合電容的失配引起的CMRR的惡化，能夠?qū)崿F(xiàn)極其良好的CMRR。又，由于不需要在差動 放大電路的輸入段設(shè)置耦合電容，所以在輸入信號從異常值恢復正常時，儀表放大器的放 大輸出信號的恢復正常也不會由于這些耦合電容而延遲，可以對應(yīng)于輸入信號的恢復正常 使儀表放大器的放大輸出信號也立刻從飽和狀態(tài)恢復。由此，在輸入信號恢復正常后，能夠 在極其早期重新開始流量測定，可以改善電磁流量計1的響應(yīng)性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0049] 圖1是示出第一實施形態(tài)所涉及的電磁流量計的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0050] 圖2是示出第一實施形態(tài)所涉及的信號放大電路的電路圖。
[0051] 圖3是利用了電阻元件的保護環(huán)圖案的形成例。
[0052] 圖4是示出第二實施形態(tài)所涉及的信號放大電路的電路圖。
[0053] 圖5是利用了儀表放大器的保護環(huán)圖案的形成例。
[0054] 圖6是現(xiàn)有的信號放大電路。
[0055] 圖7是示出現(xiàn)有的電磁流量計的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0056] 圖8是示出現(xiàn)有的差動放大電路的輸入輸出的信號波形圖。
[0057] 圖9是示出圖6的信號放大電路的動作的信號波形圖。

【具體實施方式】
[0058] 接著，參照附圖對本發(fā)明的實施形態(tài)進行說明。
[0059][第一實施形態(tài)]
[0060] 首先，參照圖1以及圖2,對本發(fā)明的第一實施形態(tài)所涉及的電磁流量計1的信號 放大電路12進行說明。圖1是示出第一實施形態(tài)所涉及的電磁流量計的結(jié)構(gòu)的框圖。圖 2是示出第一實施形態(tài)所涉及的信號放大電路的電路圖。
[0061] 該電磁流量計1包括轉(zhuǎn)換器10和檢測器20,具有對具有導電性的流體的流量進行 測定的功能。
[0062] 檢測器20中設(shè)有成為流量測定的對象的流體流經(jīng)的配管Pex和用于對于Pex內(nèi) 的流體勵磁的勵磁線圈Lex。
[0063] 在轉(zhuǎn)換器10中，設(shè)有勵磁電路11、信號放大電路12、異常檢測電路14、采樣保持電 路13、A / D轉(zhuǎn)換電路15、控制電路（CPU)16、模擬輸出電路17、數(shù)字輸出電路18、以及電源 電路19作為主要的電路部。這些電路部由安裝在基板上的電子部件和形成在基板上的配 線圖案構(gòu)成。
[0064] 在測定時，首先，從勵磁電路11向勵磁線圈Lex供給極性交替變換的勵磁電流，該 勵磁線圈Lex被配置為磁場產(chǎn)生方向與在檢測器20的配管Pex內(nèi)流動的流體的流動方向 垂直。由此，在與產(chǎn)生自勵磁線圈Lex的磁場正交地配置在配管Pex內(nèi)的一對檢測電極TA、 TB之間產(chǎn)生電動勢，該電動勢通過雙重屏蔽線21被輸入至轉(zhuǎn)換器10的信號電纜連接用的 連接器CN1。
[0065] 在連接檢測器20和轉(zhuǎn)換器10的雙重屏蔽線21內(nèi)，收納有一對屏蔽線SA、SB，通 過這些SA、SB內(nèi)的信號線A、B，流量信號被輸入至CN1的T1流量信號輸入端子(第一流量 信號輸入端子)、以及流量信號輸入端子(第二流量信號輸入端子)T2。又，雙重屏蔽線21的 屏蔽罩C與配置在配管Pex內(nèi)的接地電極TC連接，且通過CN1與信號放大電路12的接地 電位連接。
[0066] 信號放大電路12將從CN1的ΤΙ、T2輸入的流量信號差動放大并輸出。
[0067] 此后，采樣保持電路13對來自信號放大電路12的放大輸出信號進行采樣，A / D 轉(zhuǎn)換電路15對其采樣結(jié)果進行A / D轉(zhuǎn)換。
[0068] 控制電路16通過對由A / D轉(zhuǎn)換電路15得到的A / D轉(zhuǎn)換值進行運算處理，計 算流經(jīng)該配管的流體的流量計測值，將其作為測量結(jié)果從模擬輸出電路17或者數(shù)字輸出 電路18通知給上位裝置。
[0069] 電源電路19基于從上位裝置或外部電源供給的電源生成各種動作電源并予以供 給。
[0070] 如圖2所示，在信號放大電路12中設(shè)有緩沖放大器Ul、U2以及儀表放大器U3作 為主要的電路部。
[0071] 緩沖放大器(第一緩沖放大器)U1由FET輸入型的運算放大器構(gòu)成，非反相輸入端 子與T1連接，反相輸入端子與自己的輸出端子連接，具有將得到的輸出信號(第一輸出信 號）VI從該輸出端子輸出至異常檢測電路14的功能。
[0072] 緩沖放大器(第二緩沖放大器)U2由FET輸入型的運算放大器構(gòu)成，非反相輸入端 子與T2連接，反相輸入端子與自己的輸出端子連接，具有將得到的輸出信號(第二輸出信 號）V2從該輸出端子輸出至異常檢測電路14的功能。
[0073] 儀表放大器U3由作為工業(yè)用途?測定用途廣泛使用的儀表放大器等差動放大器 構(gòu)成，反相輸入端子（_)通過電阻元件(第一電阻元件）R1與T1連接，非反相輸入端子（+) 通過電阻元件(第二電阻元件）R2與T2連接，具有對從反相輸入端子以及非反相輸入端子 輸入的流量信號進行差動放大，將基準端子（ReF)的電位作為基準電位，以單端方式從輸出 端子（OUT)輸出所得到的放大輸出信號V3的功能。
[0074] 又，與U1、U2相同地，U3的反相輸入端子以及非反相輸入端子為FET輸入的類型， 輸入阻抗非常高，輸入偏置電流非常小。因此，即使U3的輸入端子(通過Rl、R2)與ΤΙ、T2 連接，也不會發(fā)生上述那樣的低導電率流體測定時的流量信號的衰減，而且還抑制了電化 學反應(yīng)所導致的絕緣物向檢測電極的附著。
[0075] 又，U3是單片型儀表放大器，通過制造工序取得內(nèi)部運算放大器以及內(nèi)部電阻的 匹配，與通過多個運算放大器和外接電阻構(gòu)成儀表放大器的情況相比，能夠容易地得到高 得多的CMRR特性。
[0076] U3的輸出端子連接于耦合電容C1的一端，C1的另一端通過電阻元件R4與接地電 位連接，且與采樣保持電路13連接。另外，連接于U3的RG端子間的電阻元件R3是用來設(shè) 定U3的放大率(增益）的電阻元件。
[0077] 保護環(huán)圖案(第一保護環(huán)圖案)GR1與U1的輸出端子連接，相對于連接T1和U1的 非反相輸入端子的基板上的配線圖案(第一配線圖案）L1，形成在基板上以包圍該配線圖案 L1的周圍。
[0078] 保護環(huán)圖案(第二保護環(huán)圖案)GR2與U2的輸出端子連接，相對于連接T2和U2的 非反相輸入端子的基板上的配線圖案(第二配線圖案）L2,形成在基板上以包圍該配線圖案 L2的周圍。
[0079] 保護環(huán)圖案是被形成為包圍高阻抗的配線圖案的周圍的、與該配線圖案電位相同 且具有低阻抗的配線圖案。通過該保護環(huán)圖案，可以抑制來自形成在高阻抗的配線圖案附 近的其他配線圖案的漏電流或噪聲的影響，還可以抑制基板的絕緣特性劣化的影響。
[0080] 在圖2中，LI、L2都是高阻抗的配線圖案。因此，通過在LI、L2的周圍形成GR1、 GR2,將GR1、GR2連接于與L1、L2同電位且具有低阻抗的U1、U2的輸出端子，從而對L1、L2 進行防護，以抑制來自其他的配線圖案的影響以及基板的絕緣特性劣化的影響。
[0081] 圖3是利用了電阻元件的保護環(huán)圖案的形成例，（a)是俯視圖，（b)是主視圖。在 用GR1、GR2對L1、L2進行防護時，需要使GR1、GR2橫穿從L1、L2向U3連接的配線圖案。在 該配線圖案中，如圖2所示，在U3的輸入端子上并聯(lián)連接有R1、R2。因此，只要鉆過安裝在 基板PC上的Rl、R2之下，將Rl、R2形成在R的下方的基板PC上即可。
[0082] 由此，在U3采用表面安裝類型的情況下，雖然引腳間隔狹窄難以在U3的引腳之間 通過GR1、GR2，但采用通過Rl、R2之下的辦法，可以在LI、L2的周圍容易地形成GR1、GR2。
[0083] 此時，通過緊靠 U3的輸入端子配置R1、R2,對于與L1、L2同樣高阻抗的U3的輸入 端子，也能夠?qū)碜云渌呐渚€圖案的影響以及基板的絕緣特性劣化的影響抑制為最小限 度。
[0084] 又，R1、R2是輸入保護用的電阻元件，通過與U3內(nèi)部的輸入保護用二極管組合，可 以防止由過大的輸入電壓導致的U3的故障。此時，R1與R2的電阻值的匹配對U3的CMRR 幾乎沒有影響。但是，如果過于增大R1和R2的電阻值的話，U3的輸出電壓的S/N比會由 于Rl、R2所產(chǎn)生的熱噪聲而惡化，因此Rl、R2被預先設(shè)為數(shù)kQ左右以下較為理想。
[0085] 另外，在無需擔心對U3施加過大輸入電壓的情況，不采用R1、R2,在將Τ1、Τ2直接 連接于U3的反相輸入端子和非反相輸入端子的情況下，采用0 Ω的跳線電阻來替代R1、R2 即可。又，可以兼用作高頻噪聲的對策，采用扼流圈來替代Rl、R2。
[0086] 又，雙重屏蔽線21內(nèi)的SA、SB的屏蔽罩分別通過CN1與GR1、GR2連接。由此，不 僅對基板上的L1、L2進行防護，還可以用發(fā)揮與保護環(huán)圖案同樣的功能的各自的屏蔽罩來 防護SA、SB內(nèi)的信號線A、B，可以抑制線間電容引起的流量信號的衰減、外部噪聲的影響。 [0087][第一實施形態(tài)的動作]
[0088] 接下來，參照圖2,對本實施形態(tài)所涉及的信號放大電路12的動作進行說明。
[0089] 被輸入至CN1的ΤΙ、T2之間的流量信號通過Rl、R2被輸入至U3的非反相輸入端 子以及反相輸入端子并被差動放大，通過C1向采樣保持電路13輸出。
[0090] 又，被輸入至CN1的T1、T2之間的流量信號由U1以及U2緩沖，其輸出信號V1、V2 被輸出至異常檢測電路14。
[0091] 由此，不將來自U1、U2的VI、V2用于流量測定，且能夠通過U3對流量信號進行差 動放大并將其向后段的采樣保持電路13輸出。
[0092] 因此，采用將U1、U2和U3的作用分離的上述電路結(jié)構(gòu)，可以避免U1、U2的失調(diào)電 壓漂移對流量測定的影響，可以省略用于抑制該失調(diào)電壓漂移的耦合電容。
[0093] 因此，不需要像以往那樣在差動放大電路的輸入段設(shè)置耦合電容，可以避免這些 耦合電容的失配所引起的CMRR的惡化，能夠?qū)崿F(xiàn)極其良好的CMRR。尤其是，用作U3的單 片型的儀表放大器通過制造工序預先取得了內(nèi)部運算放大器以及內(nèi)部電阻的匹配，與通過 多個運算放大器和外接電阻來構(gòu)成儀表放大器的情況相比，能夠容易地得到高得多的CMRR 特性。又，輸入保護用電阻R1、R2的失配也幾乎不影響CMRR。進一步地，通過預先將R1、R2 設(shè)定為數(shù)kQ左右以下，R1、R2的熱噪聲不會使U3的輸出信號的S/N比惡化。
[0094] 又，由于不需要在差動放大電路的輸入段設(shè)置耦合電容，所以即使輸入信號從異 常值恢復正常，U3的放大輸出信號的恢復正常也不會由于這些耦合電容而延遲，可以對應(yīng) 于輸入信號的恢復正常使U3的放大輸出信號也立刻從飽和狀態(tài)恢復。由此，在輸入信號恢 復正常后，能夠在極其早期重新開始流量測定，可以改善電磁流量計1的響應(yīng)性能。進一步 地，由于能夠?qū)?yīng)于輸入信號的恢復正常使U3的放大輸出信號也立刻從飽和狀態(tài)恢復，所 以能夠提高U3的增益，也可以省去后段的放大電路（圖6的U14)。
[0095] 又，U3的反相輸入端子以及非反相輸入端子是FET輸入型的，輸入阻抗非常高，所 以不會使輸入信號衰減。進一步地，由于偏置電流非常小，所以由檢測電極TA、TB和流體界 面之間的電化學反應(yīng)導致的絕緣物的生成也被抑制。
[0096] 此時，L1、L2變?yōu)楦咦杩?，但因為由GR1、GR2防護，所以能夠抑制來自其他的配線 圖案的影響以及基板的絕緣特性劣化的影響。又，通過緊靠 U3的輸入端子配置Rl、R2,對 于與L1、L2同樣高阻抗的U3的輸入端子，也可以將來自其他的配線圖案的影響以及基板的 絕緣特性劣化的影響抑制為最小限度。
[0097] [第二實施形態(tài)]
[0098] 接下來，參照圖4對本發(fā)明的第二實施形態(tài)所涉及的電磁流量計1的信號放大電 路12進行說明。圖4是示出第二實施形態(tài)所涉及的信號放大電路的電路圖。
[0099] 在第一實施形態(tài)中，以采用由Ul、U2構(gòu)成的兩個緩沖放大器、將流量信號輸出至 異常檢測電路14的情況為例進行了說明。在本實施形態(tài)中，對用U3的放大輸出信號替代 U2的放大輸出信號并將U3的放大輸出信號輸出至異常檢測電路14的情況進行說明。
[0100] 在本實施形態(tài)中，如圖4所示，省略了 U2，CN1的T2與U3的非反相輸入端子連接。 在此，省略了輸入保護用電阻R1、R2,但也可以如圖2所示的那樣插入R1、R2。
[0101] 又，U3的放大輸出信號V3被輸出至異常檢測電路14。另外，由于V3與U2的輸出 信號V2 (U1的輸出信號VI)相比振幅較大，所以只要在異常檢測電路14側(cè)通過電阻分割 等手段調(diào)整振幅即可?；蛘咭部梢栽趯1的輸出信號VI和U3的放大輸出信號V3進行了 A / D轉(zhuǎn)換之后，通過控制電路16來判斷異常。
[0102] 又，采用共同的保護環(huán)GR來對配線圖案L3以及配線圖案L4進行防護，該配線圖 案L3連接T1、U1的非反相輸入端子和U3的反相輸入端子，該配線圖案L4連接T2和U3的 非反相輸入端子。此時，輸入信號電平的ΤΙ、T2間的電位差最大為數(shù)毫伏，所以即使用GR 對L3、L4同時進行防護，也幾乎沒有問題。
[0103] 圖5是利用了儀表放大器的保護環(huán)圖案的形成例，（a)是俯視圖，（b)是主視圖。
[0104] 在用GR同時對L3、L4進行防護時，需要通過U3的引腳之間，但在U3采用表面安 裝型的情況下，引腳間隔狹窄，無法通過GR。因此，鉆過安裝在基板PC上的U3之下，將GR 形成在U3的下方的基板PC上即可。尤其是，許多儀表放大器的輸入側(cè)和輸出側(cè)的端子采 用分離成左右的引腳列的引腳配置，利用該情況，用GR包圍輸入側(cè)的引腳列即可。由此，可 以在所有的高阻抗配線圖案L3、L4的周圍形成GR，所以能夠?qū)3的輸入端子包含在內(nèi)部， 抑制來自其他的配線圖案的影響以及基板的絕緣特性劣化的影響。
[0105] [實施形態(tài)的擴展]
[0106] 以上，參照實施形態(tài)對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述實施形態(tài)。本 發(fā)明的結(jié)構(gòu)以及細節(jié)可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進行本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的各種變更。 又，關(guān)于各實施形態(tài)，可以在不矛盾的范圍內(nèi)任意組合并加以實施。
[0107] 符號說明
[0108] 1···電磁流量計、10···轉(zhuǎn)換器、11···勵磁電路、12···信號放大電路、13···米樣保持電 路、14···異常檢測電路、15··· A / D轉(zhuǎn)換電路、16···控制電路、17···模擬輸出電路、18···數(shù)字 輸出電路、19···電源電路、20···檢測器、21···雙重屏蔽線、U1···緩沖放大器(第一緩沖放大 器)、U2…緩沖放大器(第二緩沖放大器)、U3…儀表放大器、R1…電阻元件(第一電阻元件)、 R2…電阻元件(第二電阻元件)、CN1···連接器、GR1…保護環(huán)圖案(第一保護環(huán)圖案)、GR2… 保護環(huán)圖案(第二保護環(huán)圖案)、GR…保護環(huán)圖案、SA、SB…屏蔽線、A，B…信號線、C…屏蔽 罩、L1···配線圖案(第一配線圖案)、L2···配線圖案(第二配線圖案)、Pex···配管、Lex···勵磁 線圈、ΤΑ、TB···檢測電極、TC···接地電極、T1…流量信號輸入端子(第一流量信號輸入端子)、 T2…流量信號輸入端子(第二流量信號輸入端子)。
【權(quán)利要求】
1. 一種信號放大電路，其是電磁流量計所采用的信號放大電路，該電磁流量計通過該 信號放大電路對由配置在配管內(nèi)的一對檢測電極檢測到并從第一流量信號輸入端子以及 第二流量信號輸入端子輸入的流量信號進行差動放大，之后通過采樣保持電路進行采樣， 由此對流經(jīng)該配管的流體的流量進行測定，且基于由該信號放大電路得到的輸出信號，通 過異常檢測電路對該流量信號的異常進行檢測， 所述信號放大電路的特征在于，包括： 類型為FET輸入且單片型的儀表放大器，其一個輸入端子與所述第一流量信號輸入端 子連接，另一個輸入端子與所述第二流量信號輸入端子連接，從輸出端子將對所述流量信 號進行差動放大而得到的放大輸出信號輸出至所述采樣保持電路； 第一緩沖放大器，其非反相輸入端子與所述第一流量信號輸入端子連接，反相輸入端 子與自己的輸出端子連接，從該輸出端子將所得到的第一輸出信號輸出至所述異常檢測電 路； 第二緩沖放大器，其非反相輸入端子與所述第二流量信號輸入端子連接，反相輸入端 子與自己的輸出端子連接，從該輸出端子將所得到的第二輸出信號輸出至所述異常檢測電 路； 第一保護環(huán)圖案，其與所述第一緩沖放大器的輸出端子連接，并以包圍基板上的第一 配線圖案的周圍的方式形成在該基板上，所述第一配線圖案連接所述第一流量信號輸入端 子和該第一緩沖放大器的非反相輸入端子；以及 第二保護環(huán)圖案，其與所述第二緩沖放大器的輸出端子連接，并以包圍基板上的第二 配線圖案的周圍的方式形成在該基板上，所述第二配線圖案連接所述第二流量信號輸入端 子和該第二緩沖放大器的非反相輸入端子。
2. 如權(quán)利要求1所述的信號放大電路，其特征在于， 所述儀表放大器的一個輸入端子通過第一電阻兀件與所述第一流量信號輸入端子連 接，且另一個輸入端子通過第二電阻元件與所述第二流量信號輸入端子連接， 所述第一保護環(huán)圖案形成為，鉆過安裝在基板上的所述第一電阻元件之下并包圍所述 第一配線圖案的周圍， 所述第二保護環(huán)圖案形成為，鉆過安裝在基板上的所述第二電阻元件之下并包圍所述 第二配線圖案的周圍。
3. -種信號放大電路，其是電磁流量計所采用的信號放大電路，該電磁流量計通過該 信號放大電路對由配置在配管內(nèi)的一對檢測電極檢測到并從第一流量信號輸入端子以及 第二流量信號輸入端子輸入的流量信號進行差動放大，之后通過采樣保持電路進行采樣， 由此對流經(jīng)該配管的流體的流量進行測定，且基于由該信號放大電路得到的輸出信號，通 過異常檢測電路對該流量信號的異常進行檢測， 所述信號放大電路的特征在于，包括： 類型為FET輸入且單片型的儀表放大器，其一個輸入端子與所述第一流量信號輸入端 子連接，另一個輸入端子與所述第二流量信號輸入端子連接，從輸出端子將對所述流量信 號進行差動放大而得到的放大輸出信號輸出至所述采樣保持電路和所述異常檢測電路； 緩沖放大器，其非反相輸入端子與所述第一流量信號輸入端子連接，反相輸入端子與 自己的輸出端子連接，從該輸出端子將所得到的輸出信號輸出至所述異常檢測電路；以及 保護環(huán)圖案，其與所述緩沖放大器的輸出端子連接，并以包圍基板上的第一配線圖案 和基板上的第二配線圖案的周圍的方式形成在該基板上，所述第一配線圖案連接所述第一 流量信號輸入端子、該緩沖放大器的非反相輸入端子、以及所述儀表放大器的所述一個輸 入端子，所述第二配線圖案連接所述第二流量信號輸入端子以及所述儀表放大器的所述另 一個輸入端子。
4.如權(quán)利要求3所述的信號放大電路，其特征在于， 所述儀表放大器的所述一個輸入端子與所述第一流量信號輸入端子直接連接，且所述 另一個輸入端子與所述第二流量信號輸入端子直接連接， 所述保護環(huán)圖案形成為，鉆過安裝在基板上的儀表放大器之下并包圍所述第一配線圖 案以及所述第二配線圖案的周圍。
【文檔編號】G01F1/60GK104061971SQ201410088063
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月18日
【發(fā)明者】百瀨修, 光武一郎, 松永晉輔, 井上陽, 牛山昌秀 申請人:阿自倍爾株式會社