テキサス・インスツルメンツ（TI）の流量計ソリューション

業界における流量測定のアプリケーションでは、低コストの流量測定から石油化学プラントや製薬プラントで使用される高精度で高速の流量測定まで、さまざまな種類が求められます。電磁流量計とコリオリ流量計の 2 つの方法が主に使用されています。

電磁流量計は、電磁コイルを巻いた非強磁性体チューブで構成されています。絶縁されたチューブの内面上にある電極は、チューブ内を流れる（伝導性のある）液体に接しています。パイプに巻かれたコイルによって、チューブ内に磁場が生成されます。この磁場は液体によって電圧が誘導され、その大きさはチューブ内を流れる液体の速度に比例します。この電圧は、電極を介して測定されます。測定される電圧は非常に小さいため、高精度、低ノイズの信号処理が必要になります。

コリオリ流量計は、広く使用されている流量計で、質量流量を直接測定します。液体が流れるパイプに強力な磁場を発生させることにより、特定の共振周波数でパイプを振動させます。パイプ内に液体が流れると、コリオリの力が生じます。パイプの振動動作が流体の流れと重なることによって、パイプにねじれ力がかかります。このねじれは、パイプの両端で反対方向に作用するコリオリの力で垂直動作に対する液体の抵抗に起因します。パイプの入り口と出口の両方にセンサ電極が配置され、この動作によって生じる時間差が測定されます。ねじれから生じるこの位相シフトによって、質量流量が直接測定されます。

励起方式：

フィールド・コイルは、AC、DC、またはパルス DC 電場によって励起されます。どの方法にも、特定のアプリケーション要件に応じて長所と短所があり、ある方法が他の方法より適している場合があります。TI では、フィールド・コイルの励起に使用できる製品として、PWM ドライバ、高電圧出力 DAC を用意しています。

信号収集と信号処理：

代表的なシグナル・チェーン・パスでは、高精度 ADC 前段に低ノイズの計測アンプが使用されます。TI の高分解能、差動入力 ADC は、低消費電力、広ダイナミック・レンジ、低ノイズです。これは、高分解能、高精度の測定のために、アナログ出力をデジタル形式に変換する場合に使用できます。同時サンプリング・アーキテクチャを備えたマルチ・チャネル ADC では、温度、位相、密度などの複数の測定を同時に行えます。

更にキャリブレーション・ルーチンとアルゴリズムを、超低消費電力 MSP430 上で実行できます。より高度な信号処理が要求される場合は、TI の DSP コアが使用できます。TI の低消費電力 DSP コアには、FFT アクセラレータ・コアが搭載されており、FFT 演算が数秒間で完了でき、ごくわずかな電流しか必要としません。DSP の超低消費電力アーキテクチャは、4～20mA ループからの電力供給による、優れた信号処理が可能です。

インターフェイスと通信：

従来のアナログ（4 ～ 20mA）インターフェイスは、現在も、産業用制御とセンサのアプリケーションに広く使用されています。他の一般的なプロトコルには、HART、Profibus、および IO-Link があります。TI の IO-Link インターフェイス製品には、レギュレータと診断出力機能も内蔵されています。さらに、IEEE 802.15.4 プロトコルをベースとするワイヤレス・オプションも普及が進んでいます。TI は、従来のアプリケーションおよび急成長中の産業用アプリケーションの両方に対してソリューションを提供しています。

パワー・マネージメント

フィールド・トランスミッタへの電力は、ループからの供給か、あるいは専用の電源ラインから供給できます。ライン・パワー・トランスミッタは、12V または 24V の電圧レールから電力が供給される一般的な形式です。ループ・パワー・トランスミッタでは、4 ～ 20mA のループから電力が供給されます。このようなトランスミッタでは、ソリューション全体がループから電力を供給する必要があるので、非常に低電力のアーキテクチャが必要になります。TI は、ライン・パワー・トランスミッタとループ・パワー・トランスミッタに適した、低静止電流と低出力リップル特性を持つ高効率の降圧コンバータを提供しています。