JP2018077118A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】容量式の電磁流量計において流量の計測精度を向上させることにある。【解決手段】本発明に係る電磁流量計は、測定管に設けられた励磁コイルの磁界に垂直に対向して配設された一対の電極Ｅａ，Ｅｂに発生した起電力を増幅するプリアンプ回路とシールドケース３０が載置された基板を有し、プリアンプ回路は、オペアンプ２３，２４と、電極Ｌａとオペアンプ２３の非反転入力端子とを接続する配線Ｌａと、電極Ｅｂとオペアンプ２４の非反転入力端子とを接続する配線Ｌｂと、オペアンプ２３の出力端子と反転入力端子を接続する抵抗ＲＦ１と、オペアンプ２４の出力端子と反転入力端子とを接続する抵抗ＲＦ２と、オペアンプ２３，２４の反転入力端子間を接続する抵抗ＲＧとを含み、プリアンプ回路は１倍より大きい増幅率であり、シールドケースは、基板上にオペアンプ２３、２４、配線Ｌａ，Ｌｂ、電極Ｅａ，Ｅｂを囲んで配設されている。【選択図】図６

Description

本発明は、各種プロセス系において流体の流量を計測する電磁流量計に関し、特に、容量式の電磁流量計に関する。

電磁流量計は、測定管内を流れる流体の流れ方向に対して垂直な方向に磁界を発生させる励磁コイルと、測定管に配置され、励磁コイルによって発生した磁界と直交する方向に配置された一対の電極を備え、励磁コイルに流す励磁電流の極性を交互に切り替えながら上記電極間に発生する起電力を検出することにより、測定管内を流れる被検出流体の流量を計測する計測機器である。

一般に、電磁流量計は、測定管に設けられた電極を計測対象の流体に直接接触させて、上記流体の起電力を検出する接液式と、測定管に設けられた電極を計測対象の流体に接触させることなく、上記流体の起電力を流体と電極間の静電容量を介して検出する容量式（非接液式）とに大別される。

容量式の電磁流量計では、電極間に発生した起電力を信号増幅回路（例えば差動増幅回路）によって増幅してから、Ａ／Ｄ変換回路によってデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をマイクロコントローラ等のプログラム処理装置に入力して所定の演算処理を実行することにより、流量の計測値を算出している。このような容量式の電磁流量計は、電極が劣化し難くメンテナンスが容易であることから、近年、特に注目されている。

しかしながら、容量式の電磁流量計は、被検出流体と電極とが非接触となるように構成されていることから、被検出流体と電極との間のインピーダンスが非常に高くなる。そのため、電極と信号増幅回路の入力端子との間の配線にノイズが重畳すると、電磁流量計の計測精度および計測安定性が低下するという問題があった。

この問題を解決するための従来技術が、例えば、特許文献１乃至３に開示されている。
具体的に、特許文献１，２には、パイプ（測定管）に設けられた２つの検出電極をガード電極で覆うとともに、検出電極と差動増幅回路とを接続する信号線にシールドケーブルを使用することにより、検出電極と信号増幅回路との間の信号ラインにノイズが重畳することを防止した容量式の電磁流量計が開示されている。

一般に、シールドケーブルを用いる場合、シールドケーブルが長くなるほど、シールドケーブルの芯線−シールド導体間の静電容量に起因する、芯線を伝搬する信号の減衰率が大きくなる傾向がある。そこで、特許文献１，２に開示された電磁流量計では、２つの検出電極と差動増幅回路の２つの入力端子との間に、プリアンプを夫々接続することによって検出電極で検出された検出信号を低インピーダンス化してシールドケーブルの芯線を伝搬させるとともに、この低インピーダンス化された検出信号によってシールドケーブルのシールド導体を駆動することにより、シールドケーブルの芯線を伝搬する検出信号の減衰を防止している。

また、特許文献３には、測定管に設けられた２つの検出電極に夫々接続された２つのプリアンプを、夫々別個の基板（プリアンプ基板）に搭載し、それらのプリアンプ基板を検出電極の直近に配置するとともに、２つのプリアンプ基板を対応する検出電極とともにシールドケースで覆うことによって、検出電極とプリアンプとの間の信号ラインにノイズが重畳することを防止した容量式の電磁流量計が開示されている。

特開平５−１７２６００号公報 特開２００４−２２６３９４号公報 特開２０１４−２０２６６２号公報

しかしながら、上述した特許文献１乃至３に開示された容量式の電磁流量計では、以下に示す課題があることが明らかとなった。

特許文献１，２に開示された電磁流量計では、シールドケーブルの芯線の電位とシールド導体の電位とを同電位にすることにより、シールドケーブルの芯線−シールド導体間の静電容量に起因する信号の減衰を抑えているため、プリアンプはバッファアンプである必要がある。そのため、特許文献１，２に開示された電磁流量計では、プリアンプによってコモンモードノイズを除去することができず、電磁流量計の計測精度および計測安定性が低下するおそれがある。

また、特許文献３に開示された電磁流量計では、プリアンプのゲインを大きくするとコモンモードノイズの影響で出力信号が飽和してしまうおそれがあるため、特許文献１，２に開示された電磁流量計と同様に、プリアンプはゲイン１倍のバッファアンプである必要がある。そのため、特許文献１，２に開示された電磁流量計と同様に、プリアンプによってコモンモードノイズを除去することができず、電磁流量計の計測精度および計測安定性が低下するおそれがある。

以上のように、従来の容量式の電磁流量計では、流量の計測精度および計測安定性が低下するおそれがある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、容量式の電磁流量計において、流量の計測精度および計測安定性を向上させることにある。

本発明に係る電磁流量計（１０）は、被検出対象の流体が流れる測定管（Ｐｅｘ）と、測定管の外側に配設され、供給された電流（Ｉｅｘ）に応じた磁界を発生させる励磁コイル（Ｌｅｘ＿１，Ｌｅｘ＿２）と、測定管の外周面に設けられ、励磁コイルから発生した磁界に対して垂直な方向に対向して配設された一対の第１電極（Ｅａ）および第２電極（Ｅｂ）と、第１電極と第２電極との間に発生した起電力を増幅するプリアンプ回路（２１）と、プリアンプ回路が載置された基板（４０）と、基板上に配設されたシールドケース（３０）と、プリアンプ回路によって増幅された信号に基づいて流体の流量を算出するデータ処理制御回路（１２）とを有し、プリアンプ回路は、第１オペアンプ（２３）および第２オペアンプ（２４）と、第１電極と第１オペアンプの非反転入力端子（＋）とを接続する第１配線（Ｌａ）と、第２電極と第２オペアンプの非反転入力端子（＋）とを接続する第２配線（Ｌｂ）と、第１オペアンプの出力端子と第１オペアンプの反転入力端子（−）との間に接続された第１抵抗（ＲＦ１）と、第２オペアンプの出力端子と第２オペアンプの反転入力端子との間に接続された第２抵抗（ＲＦ２）と、第１オペアンプの反転入力端子と第２オペアンプの反転入力端子との間に接続された第３抵抗（ＲＧ）とを含み、プリアンプ回路の増幅率は１倍より大きく、シールドケースは、基板上に、第１オペアンプ、第２オペアンプ、第１配線、第２配線、第１電極、および第２電極を囲んで配設されていることを特徴とする。

上記電磁流量計において、第１オペアンプと第２オペアンプは、上記基板上に、互いに近接して配置されていてもよい。

上記電磁流量計において、第１オペアンプと第２オペアンプは１つのパッケージに封止されたＩＣであってもよい。

上記電磁流量計において、第１オペアンプから出力された信号（Ｖａ）と第２オペアンプから出力された信号（Ｖｂ）との減算結果に応じた信号（Ｖ_FL）を生成する減算回路（２２）を更に有し、データ処理制御回路（１２）は、減算結果に応じた信号（Ｖ_FL）に基づいて流体の流量を算出し、減算回路は、第３オペアンプ（２５）と、第１オペアンプの出力端子と第３オペアンプの非反転入力端子（＋）との間に接続された第４抵抗（Ｒ１）と、第２オペアンプの出力端子と第３オペアンプの反転入力端子（−）との間に接続された第５抵抗（Ｒ２）と、一端に基準電圧（Ｖ_REF）が供給され、他端が第３オペアンプの非反転入力端子に接続された第６抵抗（Ｒ３）と、第３オペアンプの反転入力端子と第３オペアンプの出力端子との間に接続された第７抵抗（Ｒ４）とを含み、減算回路の増幅率（Ａｄ₂）は、プリアンプ回路の増幅率（Ａ_d1）よりも小さくてもよい。

上記電磁流量計において、減算回路の増幅率は１倍であってもよい。

上記電磁流量計において、基板（４０）は、第１オペアンプおよび第２オペアンプが載置された第１主面（４０ａ）と、第１主面と反対側の第２主面（４０ｂ）と、第２主面上に形成され、固定電位（Ｖ_COM）に接続された金属から成るシールドパターン（４１）と、第１主面と第２主面を貫通する貫通孔（４８）とを含み、測定管は貫通孔に挿入され、シールドケース（３０）は、第１主面上に測定管を囲んで配置され、励磁コイルはシールドケースの外側に配置されていてもよい。

上記電磁流量計（１０Ｂ）において、シールドケースは、第１主面上に測定管、第１電極および第２電極を囲んで配設された導電材料から成る第１ケース（３０ａ）と、第１主面上に第１オペアンプおよび第２オペアンプを囲んで配設された導電材料から成る第２ケース（３０ｂ）とを含んでもよい。

上記電磁流量計において、第１配線（Ｌａ）は、測定管の外周面に、第１電極（Ｅａ）から基板の方向に延伸して形成された金属から成る第１電極側配線パターン（６０ａ）と、基板に形成された金属から成る第１プリアンプ側配線パターン（４２ａ）と、第１電極側配線パターンと第１プリアンプ側配線パターンとを接続し、第１電極側配線パターンおよび第１プリアンプ側配線パターンの配線長よりも短い第１ジャンパ線（５０ａ）とを含み、第２配線（Ｌｂ）は、測定管の外周面に、第２電極（Ｅｂ）から基板の方向に延伸して形成された金属から成る第２電極側配線パターン（６０ｂ）と、基板に形成された金属から成る第２プリアンプ側配線パターン（４２ｂ）と、第２電極側配線パターンと第２プリアンプ側配線パターンとを接続し、第２電極側配線パターンおよび第２プリアンプ側配線パターンの配線長よりも短い第２ジャンパ線（５０ｂ）とを含んでもよい。

上記電磁流量計において、第１プリアンプ側配線パターンと第２プリアンプ側配線パターンとは、基板において、平面視で、第１電極と、第２電極と、測定管の軸とを結ぶ直線に対して対称に形成されていてもよい。

上記電磁流量計（１０Ａ）において、基板（４５）は、多層基板であって、基板は、第１プリアンプ側配線パターンと第２プリアンプ側配線パターンが形成される層とシールドパターンが形成された第２主面との間の層に、金属から成る第１ガードパターン（４３ａ）および第２ガードパターン（４３ｂ）が形成され、第１ガードパターンは、平面視で第１プリアンプ側配線パターンと重なりを有して形成されるとともに、第１オペアンプの反転入力端子と接続され、第２ガードパターンは、平面視で第２プリアンプ側配線パターンと重なりを有して形成されるとともに、第２オペアンプの反転入力端子と接続されていてもよい。

上記電磁流量計（１０Ｂ）において、基板は、第１主面上に、金属から成る第３ガードパターン（４４ａ）および第４ガードパターン（４４ｂ）が更に形成され、第１プリアンプ側配線パターンおよび第２プリアンプ側配線パターンは、基板の、第１ガードパターンおよび第２ガードパターンが形成された層と第１主面との間の層に形成され、第３ガードパターンは、平面視で第１プリアンプ側配線パターンと重なりを有して形成されるとともに、第１オペアンプの反転入力端子と接続され、第４ガードパターンは、平面視で第２プリアンプ側配線パターンと重なりを有して形成されるとともに、第２オペアンプの反転入力端子と接続されていることを特徴とする。

上記電磁流量計において、測定管の外周面において、第１電極側配線パターンの測定管の軸方向（Ｚ方向）に延在する部分は、第２電極側配線パターンの測定管の軸方向（Ｚ方向）に延在する部分と、励磁コイルの磁束（Ｂ）の方向から見たときに平面視で重なりを有していてもよい。

本発明によれば、容量式の電磁流量計において、流量の計測精度および計測安定性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る電磁流量計の構成を示す図である。 実施の形態１に係る電磁流量計の信号増幅回路の構成を示す図である。 デュアルオペアンプＩＣのＩＣパッケージの構成を模式的に示す図である。 実施の形態１に係る電磁流量計のプリント基板の断面構造を模式的に示す図である。 図４Ｂは、実施の形態１に係る電磁流量計のプリアンプ回路を構成する各部品のプリント基板上の配置例を示す図である。 実施の形態１に係る電磁流量計における検出部１３周辺の構造を模式的に示す正面図である。 実施の形態１に係る電磁流量計の検出部１３周辺の構造を模式的に示す上面図である。 実施の形態１に係る電磁流量計の検出部１３周辺の構造を模式的に示す側面図である。 実施の形態１に係る電磁流量計の信号増幅回路のシールドされる範囲を模式的に示す図である。 電極Ｅａ，Ｅｂおよび電極側配線パターン６０ａ，６０ｂの構造を模式的に示す斜視図である。 電極Ｅａ，Ｅｂおよび電極側配線パターン６０ａ，６０ｂの構造を模式的に示す斜視図である。 励磁コイルから発生する磁束に対する電極側配線パターン６０ａ，６０ｂの配置例を示す図である。 励磁コイルから発生する磁束に対する電極側配線パターン６０ａ，６０ｂの配置例を示す図である。 磁束微分ノイズを説明するための図である。 実施の形態２に係る電磁流量計の検出部１３周辺の構造を模式的に示す正面図である。 実施の形態２に係る電磁流量計のプリント基板の断面構造を模式的に示す図である。 実施の形態２に係る電磁流量計のプリアンプ回路を構成する各部品のプリント基板上の配置例を示す図である。 実施の形態２に係る電磁流量計の信号増幅回路のシールドされる範囲を模式的に示す図である。 実施の形態３に係る電磁流量計の検出部１３周辺の構造を模式的に示す正面図である。 実施の形態３に係る電磁流量計の検出部１３周辺の構造を模式的に示す側面図である。 実施の形態３に係る電磁流量計のプリント基板の断面構造を模式的に示す図である。 シングルオペアンプＩＣのＩＣパッケージの構成を模式的に示す図である。 オペアンプ２３，２４としてシングルオペアンプを用いた場合における、プリアンプ回路を構成する各部品のプリント基板上の配置例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

≪実施の形態１≫
〈電磁流量計の構成〉
図１は、本発明の一実施の形態に係る電磁流量計の構成を示す図である。
図１に示される電磁流量計１０は、導電性を有する流体の流量を測定する機能を有しており、測定管Ｐｅｘ内を流れる流体の流れ方向に対して磁界発生方向が垂直となるよう配置された励磁コイルＬｅｘへ、極性が交互に切り替わる励磁電流Ｉｅｘを供給し、励磁コイルＬｅｘからの発生磁界と直交して測定管Ｐｅｘに配設された一対の電極Ｅａ，Ｅｂの間に生じる起電力を検出し、この起電力を増幅した後、サンプリングして信号処理することにより、測定管Ｐｅｘ内を流れる流体の流量を測定する。

具体的に、電磁流量計１０は、主な機能部として、電源回路１１、データ処理制御回路１２、検出部１３、励磁回路１４、設定・表示器１５、および信号増幅回路１６が設けられている。

電源回路１１は、上位装置（図示せず）からの入力直流電源ＤＣｉｎ（例えば２４Ｖ）から複数の直流電圧を生成して、データ処理制御回路１２、信号増幅回路１６、および励磁回路１４に供給する回路であり、例えばスイッチングレギュレータやシリーズレギュレータ等を含んで構成されている。例えば、電源回路１１は、信号増幅回路１６の動作電源として、入力直流電源ＤＣｉｎから電源電圧Ｖ_DDと接地電位Ｖ_COM（０Ｖ）とを生成する。

なお、以下の説明では、電圧を表す参照符号“Ｖ_DD”および“Ｖ_COM”等は、電圧のみならず、その電圧が供給される信号ラインをも表すものとする。

検出部１３は、流量測定対象となる流体が流れる測定管Ｐｅｘと、このＰｅｘに対して励磁回路１４から供給された励磁電流により磁界を発生させる励磁コイルＬｅｘと、測定管Ｐｅｘの外周面に設けられ、励磁コイルＬｅｘから発生した磁界に対して垂直な方向に対向して配設されたた一対の検出電極Ｅａ，Ｅｂとを有している。検出部１３の具体的な構造については、後述する。

励磁回路１４は、データ処理制御回路１２からの制御に基づき、検出部１３の励磁コイルＬｅｘに対して、一定周期で励磁極性が切り替えられる励磁電流Ｉｅｘを供給する機能を有している。

設定・表示器１５は、作業者の設定操作入力を検出してデータ処理制御回路１２へ出力する機能と、データ処理制御回路１２からの表示出力をＬＥＤやＬＣＤで表示する機能とを有している。

信号増幅回路１６は、電源電圧Ｖ_DDと接地電位Ｖ_COM（０Ｖ）とを電源として動作し、検出部１３の一対の電極Ｅａ，Ｅｂ間に発生した電圧を増幅して流量信号Ｖ_FLとして出力する機能部である。信号増幅回路１６の具体的な構成については後述する。

データ処理制御回路１２は、プログラム処理装置（例えばＣＰＵ）、信号処理回路、および伝送Ｉ／Ｆ回路等を含み、励磁回路１４の制御する機能と、流量算出機能と、上位装置（図示せず）に対する流量のデータの出力機能とを有している。なお、データ処理制御回路１２は、後述する信号増幅回路１６のプリアンプ回路２１と異なる基板に、載置されている。

具体的に、データ処理制御回路１２は、励磁コイルＬｅｘに供給する励磁電流Ｉｅｘの極性を周期的に切り替えることによって、測定管Ｐｅｘ内に磁界を発生させる。
また、データ処理制御回路１２は、信号増幅回路１６から出力される、電極Ｅａ，Ｅｂ間に発生する電圧に応じた流量信号Ｖ_FLに基づいて、測定管Ｐｅｘ内を流れる被検出対象の流体の流量を算出する。

〈信号増幅回路１６の構成〉
次に、実施の形態１に係る電磁流量計１０の信号増幅回路１６について詳細に説明する。
図２は、実施の形態１に係る電磁流量計１０の信号増幅回路１６の構成を示す図である。
同図に示される信号増幅回路１６は、電極Ｅａ，Ｅｂで検出された検出信号を、１つのＩＣパッケージに封止された２つのオペアンプから成る差動増幅回路によって増幅することを一つの特徴としている。

具体的には、信号増幅回路１６は、プリアンプ回路２１と減算回路２２とを含んで構成されている。

プリアンプ回路２１は、電極Ｅａの電圧ＶＩＮａと電極Ｅｂの電圧ＶＩＮｂとの差に応じた差動信号Ｖａ，Ｖｂを生成する回路である。
具体的に、プリアンプ回路２１は、オペアンプ２３、２４、および抵抗ＲＧ，ＲＦ１，ＲＦ２を含んで構成されている。オペアンプ２３およびオペアンプ２４は、一つのＩＣパッケージ２０に封止されている。
図３は、ＩＣパッケージ２０の構成を模式的に示す図である。
図３に示すように、プリアンプ回路２１を構成する上記の回路部品のうち、オペアンプ２３およびオペアンプ２４は、一つのＩＣパッケージ２０に封止されている。

ＩＣパッケージ２０のパッケージ種類は、特に制限されない。すなわち、ＩＣパッケージ２０は、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）やＤＩＰ（Ｄｕａｌ Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）であってもよいし、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ ｇｒｉｄ ａｒｒａｙ）等であってもよく、パッケージ種類は特に限定されない。

ＩＣパッケージ２０には、少なくとも、オペアンプ２３およびオペアンプ２４が封止されていればよい。例えば、ＩＣパッケージ２０には、オペアンプ２３およびオペアンプ２４に加えて、抵抗ＲＦ１，ＲＦ２も封止されていてもよい。

本実施の形態では、ＩＣパッケージ２０が、同一の特性を有するオペアンプ２３，２４を一つのパッケージに封止したデュアルオペアンプＩＣであり、抵抗ＲＦ１，ＲＦ２，ＲＧがＩＣパッケージ２０の外部に設けられている場合を一例として説明するが、これに限定されるものではなく、オペアンプ２３およびオペアンプ２４が別々のＩＣパッケージであってもよい。

また、本実施の形態では、ＯＰアンプ２３の非反転入力端子（＋）に接続されるＩＣパッケージ２０の外部端子を端子Ｐａと表記し、ＯＰアンプ２４の非反転入力端子（＋）に接続されるＩＣパッケージ２０の外部端子を端子Ｐｂと表記する。

図２に示すように、オペアンプ２３，２４、および抵抗ＲＧ，ＲＦ１，ＲＦ２は、一つの差動増幅回路を構成している。
具体的には、オペアンプ２３の非反転入力端子（＋）は、配線Ｌａによって電極Ｅａに接続され、オペアンプ２４の非反転入力端子（＋）は、配線Ｌｂによって電極Ｅｂに接続されている。抵抗ＲＦ１は、オペアンプ２３の出力端子Ｖａとオペアンプ２３の反転入力端子（−）との間に接続されている。また、抵抗ＲＦ２は、オペアンプ２４の出力端子Ｖｂとオペアンプ２４の反転入力端子（−）との間に接続されている。抵抗ＲＧは、オペアンプ２３の反転入力端子とオペアンプ２４の反転入力端子との間に接続されている。

なお、参照符号Ｖａ，Ｖｂは、オペアンプ２３，２４の夫々の出力端子のみならず、オペアンプ２３，２４の出力端子の電圧（出力信号）をも表すものとする。

図２に示すように、プリアンプ回路２１の後段には、減算回路２２が接続されている。
減算回路２２は、オペアンプ２３の出力電圧Ｖａとオペアンプ２４の出力電圧Ｖｂとの減算結果に応じた信号を、流量信号Ｖ_FLとして出力する回路である。

なお、流量信号を表す参照符号“Ｖ_FL”は、減算回路の出力端子（後述するオペアンプ２５の出力端子）をも表すものとする。

具体的に、減算回路２２は、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とオペアンプ２５とを含んで構成されている。

抵抗Ｒ１は、オペアンプ２３の出力端子Ｖａとオペアンプ２５の非反転入力端子（＋）との間に接続されている。抵抗Ｒ２は、オペアンプ２４の出力端子Ｖｂとオペアンプ２５の反転入力端子（−）との間に接続されている。抵抗Ｒ３は、一端に基準電圧Ｖ_REFが供給され、他端がオペアンプ２５の非反転入力端子に接続されている。抵抗Ｒ４は、オペアンプ２５の反転入力端子とオペアンプ２５の出力端子Ｖ_FLとの間に接続されている。

基準電圧Ｖ_REFは、図示されていない定電圧生成回路によって生成される。上記定電圧生成回路は、信号増幅回路１６の内部に設けられていてもよいし、電源回路１１の内部に設けられていてもよい。

ここで、プリアンプ回路２１と減算回路２２の夫々の増幅率について説明する。
プリアンプ回路２１の増幅率（差動利得）Ａ_d1は、式（１）で表すことができる。

式（１）において、Ｖｏｕｔ１は、出力端子Ｖｂに対する出力端子Ｖａの電圧、すなわちプリアンプ回路２１の出力電圧を表し、ＶＩＮａは、電極Ｅａからオペアンプ２３の非反転入力端子（＋）に供給される電圧を表し、ＶＩＮｂは、電極Ｅｂからオペアンプ２４の非反転入力端子（＋）に供給される電圧を表し、ＲＦ２＝ＲＦ１としている。

式（１）から理解されるように、プリアンプ回路２１は、抵抗ＲＦ１（ＲＦ２）および抵抗ＲＧの値に基づいて増幅率（差動利得）Ａ_d1を調整することができる。

また、減算回路２２の増幅率（差動利得）Ａ_d2は、下記式（２）で表すことができる。
式（２）において、Ｖ_FLは、流量信号、すなわち減算回路２２の出力電圧を表し、Ｖａは、オペアンプ２３の出力電圧を表し、Ｖｂは、オペアンプ２４の出力電圧を表し、Ｒ２＝Ｒ１，Ｒ４＝Ｒ３としている。

式（２）から理解されるように、減算回路２２は、抵抗Ｒ１（Ｒ２）および抵抗Ｒ３（Ｒ４）の値に基づいて増幅率（差動ゲイン）Ａ_d2を調整することができる。

ここで、プリアンプ回路２１の増幅率（差動ゲイン）Ａ_d1を“１倍”よりも大きい値に設定することにより、上述した特許文献１，２に開示された従来の２つのバッファアンプから成るプリアンプ回路を用いる場合に比べて、信号増幅回路のＣＭＲＲ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ，同相信号除去比）を向上させることが可能となる。以下、詳細に説明する。

プリアンプ回路２１では、抵抗ＲＦ１と抵抗ＲＦ２とは同一の抵抗値に設定される。ここで、抵抗ＲＦ１と抵抗ＲＦ２との間に抵抗値のミスマッチがあった場合を考える。この場合に、オペアンプ２３およびオペアンプ２４の夫々の非反転入力端子（＋）に入力される信号ＶＩＮａと信号ＶＩＮｂの信号レベル（電圧）が同じであるとき、オペアンプ２３およびオペアンプ２４のイマジナリショートにより、オペアンプ２３の反転入力端子（−）とオペアンプ２４の反転入力端子（−）が同電位となる。これにより、抵抗ＲＧに電流は流れず、抵抗ＲＦ１、ＲＦ２にも電流は流れない。

すなわち、プリアンプ回路２１は、同相信号に対しては、抵抗ＲＦ１と抵抗ＲＦ２との間に抵抗値のミスマッチがあったとしてもオペアンプ２３およびオペアンプ２４はバッファアンプとして機能し、増幅動作を行わないが、差動信号に対しては、上記式（１）で決定される増幅率Ａ_d1に基づいて増幅動作を行う。したがって、プリアンプ回路２１は、増幅率Ａ_d1を大きくすることにより、高いＣＭＲＲを得ることが可能となる。

一方、後段の減算回路２２は、抵抗Ｒ１，Ｒ２と抵抗Ｒ３，Ｒ４の抵抗値が全く同じであれば、理想的な特性が得られるが、実際には抵抗Ｒ１，Ｒ２のばらつきや抵抗Ｒ３，Ｒ４のばらつきによる抵抗値のミスマッチが発生する。このミスマッチにより、差動信号だけでなく同相信号も増幅されるため、結果的にＣＭＲＲが悪化してしまう。

したがって、プリアンプ回路２１の増幅率Ａ_d1を１倍より大きい値に設定することにより、プリアンプ回路２１のＣＭＲＲを高めることができる。

また、減算回路２２の増幅率Ａ_d2をプリアンプ回路２１の増幅率Ａ_d1よりも小さく設定することにより、減算回路２２における抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗値のミスマッチや抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の抵抗値のミスマッチが生じた場合であっても、信号増幅回路１６は、同相信号の増幅を抑えつつ、差動信号を適切に増幅させることが可能となる。例えば、減算回路２２の増幅率Ａ_d2を１倍に設定することにより、信号増幅回路１６全体のＣＭＲＲを向上させることが可能となる。

プリアンプ回路２１は、一つの基板４０上に載置されている。ここで、基板４０は、例えば、プリント基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）である。プリント基板としては、ガラス・エポキシ基板等を例示することができる。

なお、本実施の形態では、一例として、基板４０がプリント基板であるとし、基板４０を「プリント基板４０」と表記する。また、本実施の形態では、プリアンプ回路２１と減算回路２２とが夫々別個の基板に載置されるものとして説明する。

図４Ａは、プリント基板４０の断面構造を模式的に示す図である。
図４Ａに示すように、プリント基板４０は、主面４０Ａ，４０Ｂを有する。
プリント基板４０の主面４０Ａには、プリアンプ回路２１を構成する各種電子部品、例えば、ＩＣパッケージ２０および抵抗ＲＧ，ＲＦ１，ＲＦ２が固定されるとともに、これらの電子部品を電気的に接続するための各種配線パターンが形成されている。

プリント基板４０の主面４０Ｂには、シールドパターン４１が形成されている。
シールドパターン４１は、例えば、上記配線パターンと同様の金属パターンから形成され、接地電位Ｖ_COMに接続されている。シールドパターン４１は、図４Ａに示されるように、主面４０Ａに形成された、電極Ｅａ，Ｅｂに接続される配線Ｌａ，Ｌｂの一部を構成する配線パターン４２ａ，４２ｂと、平面視で重なりを有して形成されている。

本実施の形態では、一例として、シールドパターン４１が、主面４０Ｂの全体を覆うベタパターンであるとして説明する。

また、本実施の形態では、一例として、プリアンプ回路２１と後段の減算回路２２とが夫々別個のプリント基板に配置されるものとして説明する。一つのプリント基板４０に、プリアンプ回路２１のみならず、後段の減算回路２２を構成する回路部品（オペアンプ２５および抵抗Ｒ１〜Ｒ４）の一部または全部が載置されていてもよい。

図４Ｂは、プリアンプ回路２１を構成する各部品のプリント基板４０上の配置例を示す図である。同図には、Ｚ軸方向からプリント基板４０の主面４０Ａを見たときの、プリアンプ回路２１を構成する各部品の配置が模式的に示されている。
図４Ｂに示すように、オペアンプ２３，２４の夫々の反転入力端子（−）と抵抗ＲＧとの接続は、プリント基板４０の主面４０ＡのＩＣパッケージ２０直下に配線パターン５１ａ，５１ｂを形成することにより、実現することができる。
これによれば、プリント基板４０の主面（裏面）４０Ｂに、信号伝達用の配線パターンを形成する必要がないので、主面４０Ｂの全面に、接地電位Ｖ_COMに接続されたシールドパターン（ベタパターン）４１を形成することができる。

〈検出部１３とプリアンプ回路２１との位置関係〉
次に、検出部１３とプリアンプ回路２１との位置関係について説明する。
図５Ａは、実施の形態１に係る電磁流量計１０の検出部１３周辺の構造を模式的に示した正面図であり、図５Ｂは、実施の形態１に係る電磁流量計１０の検出部１３周辺の構造を模式的に示した上面図であり、図５Ｃは、実施の形態１に係る電磁流量計１０の検出部１３周辺の構造を模式的に示した側面図である。

なお、図５Ａ〜５Ｃには、励磁コイルＬｅｘが２つのコイルＬｅｘ＿１およびコイルＬｅｘ＿２から構成されている場合が一例として示されている。また、図５Ｃでは、励磁コイルＬｅｘ＿１，Ｌｅｘ＿２の図示を省略している。
また、測定管Ｐｅｘの端面には接液電極Ｅｃが設けられており、これを接地電位Ｖｃｏｍに接続し、流体電位を接地電位Ｖｃｏｍと同一にしている。

図５Ａ〜５Ｃに示すように、プリント基板４０には、主面４０Ａと主面４０Ｂとを貫通する貫通孔４８が形成されている。プリント基板４０の主面４０Ａ上の貫通孔４８の周囲には、ＯＰアンプ２３，２４が封止されたＩＣパッケージ２０が載置されるとともに、ＯＰアンプ２３，２４と電極Ｅａ，Ｅｂとを接続する配線Ｌａ，Ｌｂの一部を構成する配線パターンが形成されている。なお、図５Ａ〜５Ｃでは、プリント基板４０の主面４０Ａ，４０ＢがＸ−Ｙ平面と平行になるように、プリント基板４０が配置された場合が一例として示されている。

図５Ａ〜５Ｃに示すように、プリント基板４０の貫通孔４８には、測定管Ｐｅｘが挿入され、測定管Ｐｅｘの中心軸Ｑとプリント基板４０の主面４０Ａ，４０Ｂとが略垂直となっている。すなわち、測定管Ｐｅｘは、その中心軸ＱがＺ軸と平行になるように配置されている。

電極Ｅａ，Ｅｂは、測定管Ｐｅｘの外周面に形成されている。例えば、電極Ｅａ，Ｅｂは、金属（例えば、銅を主成分とする金属）の薄膜によって形成されており、樹脂やセラミック等の非導電性材料から成る測定管Ｐｅｘの外周面上に、めっき法や蒸着法等の公知の薄膜形成技術を用いて接着されている。

図５Ａ〜５Ｃに示すように、一方の電極ＥａとＩＣパッケージ２０の端子Ｐａ（ＯＰアンプ２３の非反転入力端子（＋））とを接続する配線Ｌａは、測定管Ｐｅｘの外周面上に形成された電極側配線パターン６０ａと、プリント基板４０に形成されたプリアンプ側配線パターン４２ａと、電極側配線パターン６０ａとプリアンプ側配線パターン４２ａとを接続するジャンパ線５０ａと、から構成されている。

同様に、他方の電極ＥｂとＩＣパッケージ２０の端子Ｐｂ（ＯＰアンプ２４の非反転入力端子（＋））とを接続する配線Ｌｂは、測定管Ｐｅｘの外周面上に形成された電極側配線パターン６０ｂと、プリント基板４０に形成されたプリアンプ側配線パターン４２ｂと、電極側配線パターン６０ｂとプリアンプ側配線パターン４２ｂとを接続するジャンパ線５０ｂとから構成されている。

プリアンプ側配線パターン４２ａとプリアンプ側配線パターン４２ｂとは、プリント基板４０の主面４０Ａの貫通孔４８の周囲に、Ｚ方向から見た平面視で、電極Ｌａと、電極Ｌｂと、測定管の中心軸Ｑとを結ぶ直線Ｒに対して線対称に形成されている。
例えば、図５Ａに示すように、プリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂは、ＩＣパッケージ２０の端子Ｐａ，Ｐｂから、貫通孔４８の外周に沿って弧を描くように夫々形成されている。また、プリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂのジャンパ線５０ａ，５０ｂと接続される端部は、プリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂの他の部分よりも線幅が大きく形成されたパッド形状を夫々有している。

なお、図４Ｂに示したように、オペアンプ２３の非反転入力端子としての端子Ｐａとオペアンプ２４の非反転入力端子としての端子ＰｂとがＩＣパッケージ２０に対して非対称性に配置される場合には、配線パターン４２ａ，４２ｂの配線長が完全に一致しなくてもよい。例えば、図４Ｂに示すように、配線パターン４２ａ，４２ｂの配線長の差が、ＩＣパッケージ２０の外部端子（ピン）の１、２個分の長さである場合には、その差が全体の配線Ｌａ，Ｌｂの配線長に対して誤差と考えられるので、必ずしも配線パターン４２ａ，４２ｂの配線長が完全に一致しなくてもよい。

電極側配線パターン６０ａ，６０ｂは、測定管Ｐｅｘの外周面において、電極Ｅａ，Ｅｂからプリント基板４０の方向に延伸して形成されている。例えば、電極側配線パターン６０ａ，６０ｂは、電極Ｅａ，Ｅｂと同一の金属材料から形成されている。電極側配線パターン６０ａ，６０ｂは、電極Ｅａ，Ｅｂと同一の製造手法によって形成することができる。例えば、電極側配線パターン６０ａ，６０ｂは、電極Ｅａ，Ｅｂと同一の製造工程において、同時に形成される。

なお、電極側配線パターン６０ａ，６０ｂの具体的な形状および配置については、後述する。

ジャンパ線５０ａ，５０ｂは、平面状に形成された電極側配線パターン６０ａ，６０ｂとプリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂとを３次元的に接続する配線部品である。ジャンパ線５０ａ，５０ｂは、例えばリード線である。

ジャンパ線５０ａは、電極側配線パターン６０ａおよびプリアンプ側配線パターン４２ａの配線長よりも短い配線長を有する。同様に、ジャンパ線５０ｂは、電極側配線パターン６０ｂおよびプリアンプ側配線パターン４２ｂの配線長よりも短い配線長を有する。

上述したように、プリント基板４０の主面（裏面）４０Ｂには、接地電位Ｖ_COMに接続されたシールドパターン（ベタパターン）４１が形成されている。

また、図５Ａ〜５Ｃに示すように、プリント基板４０の主面４０Ａ上には、シールドケース３０が垂設されている。シールドケース３０は、Ｚ方向から見た平面視で、貫通孔４８および測定管Ｐｅｘの外側に、ＩＣパッケージ２０、配線Ｌａ、配線Ｌｂ、電極Ｅａ、および電極Ｅｂを囲んで配設されている。シールドケース３０は、例えば、銅，アルミ，鉄等の金属を主成分とする導電材料によって筒状に形成されるとともに、接地電位Ｖ_COMに接続されている。

したがって、図６に示すように、信号増幅回路１６におけるインピーダンスの高い部分、すなわち電極Ｅａ，Ｅｂおよび配線Ｌａ，Ｌｂを含む部分は、シールドパターン４１およびシールドケース３０によってシールドされる。

図５Ａ，５Ｂに示されるように、シールドケース３０の外側には、励磁コイルＬｅｘとしてのコイルＬｅｘ＿１，Ｌｅｘ＿２が配置されている。上述したように、コイルＬｅｘ＿１，Ｌｅｘ＿２から発生する磁束Ｂの方向と垂直な方向に、電極Ｅａと電極Ｅｂとが対向して配置される。

ここで、オペアンプ２３，２４と測定管Ｐｅｘとの位置関係について説明する。
図５Ａ〜５Ｃに示されるように、オペアンプ２３，２４は、１つのＩＣパッケージ２０内に封止されてプリント基板４０の主面４０Ａ上に載置されている。これにより、オペアンプ２３とオペアンプ２４とは、被検出対象の流体が流れる測定管Ｐｅｘに対して略同じ位置に設けられることになるので、オペアンプ２３とオペアンプ２４の温度ドリフト方向が一致し、温度変化に起因した流量の計測精度および計測安定性の低下を抑えることが可能となる。以下、この点について、従来技術と比較することによって詳細に説明する。

例えば、上述の特許文献３に開示された電磁流量計では、プリアンプ基板を検出電極の直近に配置していることから、プリアンプが測定管を流れる流体からの温度の影響を受け易い。更に、特許文献３に開示された電磁流量計は、測定管の中心軸を挟んで２枚のプリアンプ基板が対向して配置された構造を有しているため、流体が流れる流路に対して上側に配置されたプリアンプ基板と下側に配置されたプリアンプ基板とは、流体から受ける温度の影響に差が生じる場合がある。例えば、Ｘ−Ｙ平面において、測定管の中心軸がＸ−Ｙ平面に平行になるように電磁流量計を配置したときに、２つのプリアンプ基板をＸ−Ｙ平面に直交するＺ軸方向に対向させて配置した場合、測定管の下側（−Ｚ方向）と上側（＋Ｚ方向）とでは、流体からの受ける温度に差が生じるため、プリアンプ基板上の夫々のプリアンプが受ける温度の影響にも差が生じる。
したがって、特許文献３に開示された電磁流量計では、プリアンプが流体からの温度の影響を受け易い上に、各プリアンプが受ける温度影響に差が生じるので、各プリアンプの温度ドリフト方向が相違し、流量の計測精度および計測安定性が大きく悪化するおそれがある。

これに対し、本実施の形態に係る電磁流量計１０では、プリアンプ回路２１を構成する２つのオペアンプ２３，２４が一つのＩＣパッケージ２０に封止されている。すなわち、オペアンプ２３とオペアンプ２４とは、同一のプリント基板４０上で、近接して配置される。これにより、プリアンプ回路２１が測定管Ｐｅｘおよび励磁コイルＬｅｘの近くに配置された場合であっても、測定管を流れる流体に対するオペアンプ２３とオペアンプ２４との距離が略等しくなるので、オペアンプ２３およびオペアンプ２４が上記流体から受ける温度の影響も略等しくすることができる。
したがって、本実施の形態に係る電磁流量計１０によれば、測定管内の流体の温度変化に対する、オペアンプ２３とオペアンプ２４の温度ドリフト方向を一致させることが可能となるので、温度変化に起因した流量の計測精度および計測安定性の低下を抑えることが可能となる。

次に、測定管Ｐｅｘの外周面に形成された電極Ｅａ，Ｅｂおよび電極側配線パターン６０ａ，６０ｂの形状について、詳細に説明する。

図７Ａ，７Ｂは、電極Ｅａ，Ｅｂおよび電極側配線パターン６０ａ，６０ｂの構造を模式的に示す斜視図である。
図７Ａに示すように、電極Ｅａ，Ｅｂは、例えば、矩形状（より具体的には長方形状）に形成されている。電極側配線パターン６０ａは、第１パターン６１ａと第２パターン６２ａとから構成されている。同様に、電極側配線パターン６０ｂは、第１パターン６１ｂと第２パターン６２ｂとから構成されている。

図７Ａ，７Ｂに示されるように、第１パターン６１ａ，６１ｂは、長方形状の電極Ｅａ，Ｅｂの一つの長辺の中心付近から、測定管Ｐｅｘの円周方向に夫々延在している。また、第２パターン６２ａ，６２ｂは、第１パターン６１ａ，６１ｂの、電極Ｅａ，Ｅｂに接続される端部と反対側の端部から、測定管Ｐｅｘの中心軸Ｑに沿って夫々延在している。すなわち、第２パターン６２ａ，６２ｂと第１パターン６１ａ，６１ｂとは、互いのなす角が直角になるように夫々形成されている。

ここで、励磁コイルＬｅｘの磁束Ｂに対する電極側配線パターン６０ａ，６０ｂの配置について説明する。
図８Ａ，８Ｂは、励磁コイルから発生する磁束に対する電極側配線パターン６０ａ，６０ｂの配置例を示す図である。

図８Ａ，８Ｂに示すように、電極側配線パターン６０ａの中心軸Ｑ方向に延在する部分、すなわち第２パターン６２ａと、電極側配線パターン６０ｂの中心軸Ｑ方向に延在する部分、すなわち第２パターン６２ｂとは、励磁コイルＬｅｘの磁束Ｂの方向から見たときに、平面視で重なりを有している。

これにより、電極Ｅａ，Ｅｂとプリアンプ回路２１とを接続する配線Ｌａ，Ｌｂを伝搬する信号ＶＩＮａ，ＶＩＮｂに対する、励磁電流の極性の切り替わり時に発生する磁束微分ノイズの影響を、より小さくすることが可能となる。以下、詳細に説明する。

図９は、磁束微分ノイズを説明するための図である。
本実施の形態に係る電磁流量計１０では、電極Ｅａ，配線Ｌａ，プリアンプ回路２１，配線Ｌｂ，電極Ｅｂ、および流体によって１ターンのループ（コイル）が形成される。このループが、励磁電流の極性の切替えに応じた交流磁界に対して鎖交する面積を持つと、交流磁界に基づく電磁誘導により、上記ループに磁束微分ノイズが発生する。

例えば、図９に示すように、配線Ｌａを構成する第２パターン６２ａと配線Ｌｂを構成する第２パターン６２ｂとが、磁束Ｂと垂直な方向（Ｙ方向）にずれて配置されると、第２パターン６２ａと第２パターン６２ｂとによって挟まれる面積Ｓが、励磁電流の極性の切替え時に発生する交流の磁界Ｂに対して鎖交する。これにより、上記ループには電磁誘導による起電力が生じ、その起電力が磁束微分ノイズとなる。この磁束微分ノイズは、配線Ｌａ，Ｌｂ（第２パターン６２ａ，６２ｂ）を伝搬する検出信号に重畳されるため、その検出信号を増幅して得られた流量信号が安定するまでの時間を長引かせる一因となる。
したがって、磁束微分ノイズが大きくなると、流量信号が安定するまでの時間が長くなるため、励磁電流の切替周期を短くして１／ｆノイズの影響を抑えるという公知のノイズ対策を施すことができない。その結果、電磁流量計の計測精度および計測安定性が低下するおそれがある。

そこで、実施の形態１に係る電磁流量計１０では、図８Ｂに示したように、第２パターン６２ａと第２パターン６２ｂとが、励磁コイルＬｅｘの磁束Ｂの方向から見たときに、平面視で重なるように形成されている。

これによれば、励磁電流の極性の切替え時に発生する交流の磁界Ｂに対して鎖交するループの面積Ｓを小さくすることができるので、磁束微分ノイズを小さくすることが可能となる。これにより、上述したノイズ対策を施すことができるので、計測精度および計測安定性の低下を抑制することが可能となる。

〈本発明に係る電磁流量計の効果〉
以上、本発明に係る容量式の電磁流量計によれば、プリアンプ回路２１が差動増幅回路を構成しているので、コモンモードノイズを除去することができ、電磁流量計の計測精度および計測安定性の低下を抑えることが可能となる。

また、プリント基板４０上に、ＩＣパッケージ２０、配線Ｌａ、配線Ｌｂ、電極Ｅａ、および電極Ｅｂを囲んでシールドケース３０を配設しているので、外部からプリアンプ回路２１の高インピーダンスラインへ侵入するノイズを抑えることが可能となり、流量の計測精度および計測安定性の低下を抑えることが可能となる。

また、実施の形態１に係る電磁流量計１０によれば、プリアンプ回路２１は抵抗ＲＦ１，ＲＦ２に抵抗値のミスマッチが生じた場合であっても同相信号分は増幅されてない回路構成となっているので、プリアンプ回路２１の増幅率Ａ_d1を１倍より大きくすることにより、プリアンプ回路２１のＣＭＲＲを向上させることが可能となる。

したがって、本発明に係る容量式の電磁流量計によれば、従来よりも流量の計測精度および計測安定性を向上させることが可能となる。

また、実施の形態１に係る電磁流量計１０は、プリアンプ回路２１を構成する２つのオペアンプ２３，２４が一つのＩＣパッケージ２０に封止されているので、上述したように、測定管内の流体の温度変化に対する、オペアンプ２３とオペアンプ２４の温度ドリフト方向を一致させることが可能となる。これにより、温度変化に起因した流量の計測精度および計測安定性の低下を抑えることが可能となる。

また、実施の形態１に係る電磁流量計１０によれば、減算回路２２の増幅率Ａ_d2をプリアンプ回路２１の増幅率Ａ_d1よりも小さくすることにより、減算回路２２において抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗値のミスマッチや抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の抵抗値のミスマッチが生じた場合であっても、信号増幅回路１６は、同相信号成分の増幅を抑えつつ、差動信号成分を適切に増幅させることが可能となる。

特に、減算回路２２の増幅率を１倍に設定することにより、信号増幅回路１６全体のＣＭＲＲを向上させることが可能となり、流量の計測精度および計測安定性の更なる向上が期待できる。

また、実施の形態１に係る電磁流量計１０は、プリント基板４０の、ＩＣパッケージ２０が載置された主面４０Ａとその反対側の主面４０Ｂとを貫通する貫通孔４８に、測定管Ｐｅｘが挿入された構造を有しているので、測定管の外周面に形成された一対の電極Ｅａ，Ｅｂとプリアンプ回路２１を構成するＩＣパッケージ２０とを近くに配置することができる。これにより、インピーダンスの高い配線Ｌａ，Ｌｂの配線長をより短くすることが可能となり、プリアンプ回路２１はノイズの影響を受け難くなる。

また、プリント基板４０の裏面（主面４０Ｂ）にシールドパターン４１が形成されているので、プリント基板４０の裏面からのプリアンプ回路２１に侵入するノイズを抑えることが可能となる。また、これによれば、例えばプリント基板４０全体を囲む箱型のシールドケースを採用する場合に比べて、シールドケースの形状が単純となるので、シールドケースの製造コストを抑えることが可能となる。

また、励磁コイルＬｅｘ＿１，Ｌｅｘ＿２をシールドケース３０の外側に配置することにより、プリアンプ回路２１は、励磁コイルＬｅｘ＿１，Ｌｅｘ＿２からのノイズの影響を受け難くなる。これにより、流量の計測精度および計測安定性の更なる向上が期待できる。

また、実施の形態１に係る電磁流量計１０によれば、配線Ｌａ，Ｌｂのうち、測定管の外周面に形成される配線を、電極Ｅａ，Ｅｂからプリント基板４０の方向に延伸して形成された電極側配線パターン６０ａ，６０ｂによって実現しているので、電極側配線パターン６０ａ，６０ｂを電極Ｅａ，Ｅｂと同様の薄膜形成技術によって形成することができる。これにより、従来技術のようにシールドケーブルを用いる場合に比べて、製造コストを抑えることが可能となる。

また、実施の形態１に係る電磁流量計１０によれば、測定管Ｐｅｘに形成された電極側配線パターン６０ａ，６０ｂとプリント基板４０に形成されたプリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂとをジャンパ線５０ａ，５０ｂによって接続しているので、従来技術のようにシールドケーブルを用いる場合に比べて、組み立て作業が容易となり、製造コストを抑えることが可能となる。

また、実施の形態１に係る電磁流量計１０によれば、プリアンプ側配線パターン６０ａとプリアンプ側配線パターン６０ｂとは、プリント基板４０において、Ｚ方向から見た平面視で、電極Ｌａと、電極Ｌｂと、と測定管Ｐｅｘの中心軸Ｑとを結ぶ直線Ｒに対して対称に形成されているので、プリアンプ側配線パターン６０ａ，６０ｂにノイズが重畳した場合であっても、双方の配線パターンに重畳されるノイズを差動ノイズではなく、コモンモードノイズとすることが可能となり、後段のプリアンプ回路によって適切に除去することが可能となる。

また、実施の形態１に係る電磁流量計１０によれば、測定管の外周面において、電極側配線パターン６０ａの測定管の軸方向に延在する部分（第２パターン６２ａ）は、電極側配線パターン６０ｂの測定管の軸方向に延在する部分（第２パターン６２ｂ）と、励磁コイルＬｅｘ＿１，Ｌｅｘ＿２の磁束Ｂの方向から見たときに平面視で重なりを有しているので、励磁電流の極性の切替え時に発生する交流の磁束に対して鎖交するループの面積を小さくすることができる。これにより、励磁電流の極性の切替え時に発生する磁束微分ノイズの影響を小さくすることが可能となるので、上述の公知のノイズ対策を施すことにより、計測精度および計測安定性の低下を更に抑えることが可能となる。

≪実施の形態２≫
〈実施の形態２に係る電磁流量計の構成〉
図１０は、実施の形態２に係る電磁流量計の検出部１３周辺の構造を模式的に示す上面図である。
同図に示されるように、実施の形態２に係る電磁流量計１０Ａは、プリント基板４５において、プリント基板側配線パターン４２ａ，４２ｂとシールドパターン４１との間にガードパターン４３ａ，４３ｂが形成される点において、実施の形態１に係る電磁流量計１０と相違し、その他の点においては、実施の形態１に係る電磁流量計１０と同様である。

図１１Ａは、実施の形態２に係る電磁流量計１０Ａのプリント基板４５の断面構造を模式的に示す図である。
同図に示されるように、プリント基板４５は、複数の配線層を有する多層基板である。プリント基板４５において、主面４０Ｂに、接地電位Ｖ_COMに接続されたシールドパターン（ベタパターン）４１が形成され、主面４０Ａに配線Ｌａ，Ｌｂを構成するプリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂが形成され、主面４０Ａと主面４０Ｂとの間の配線層にガードパターン４３ａ，４３ｂが形成されている。

図１０，１１Ａに示すように、ガードパターン４３ａは、Ｚ方向から見た平面視でプリアンプ側配線パターン４２ａと重なりを有して形成され、ガードパターン４３ｂは、Ｚ方向から見た平面視でプリアンプ側配線パターン４２ｂと重なりを有して形成されている。

これによれば、プリアンプ側配線パターンとシールドパターンとの間に、プリアンプ回路のオペアンプの反転入力端子と同電位にされたガードパターンが形成されているので、プリアンプ側配線パターンとシールドパターンとの間に形成される寄生容量によって、電極で検出された信号の信号レベルが減衰することを抑えることが可能となる。

図１１Ｂは、プリアンプ回路２１を構成する各部品のプリント基板４５上の配置例を示す図である。同図には、Ｚ軸方向からプリント基板４０の主面４０Ａを見たときの、プリアンプ回路２１を構成する各部品の配置が模式的に示されている。

図１１Ｂに示すように、オペアンプ２３，２４の夫々の反転入力端子（−）と抵抗ＲＧとの接続は、プリント基板４０の主面４０Ａ上のＩＣパッケージ２０直下に配線パターン５１ａ，５１ｂを形成することにより、実現することができる。
これによれば、プリント基板４５の主面（裏面）４０Ｂに、信号伝達用の配線パターンを形成する必要がないので、主面４０Ｂの全面に、接地電位Ｖ_COMに接続されたシールドパターン（ベタパターン）４１を形成することができる。

また、図１１Ｂ，図１２に示すように、ガードパターン４３ａは、オペアンプ２３の反転入力端子（−）と同電位にされ、ガードパターン４３ｂは、オペアンプ２４の反転入力端子（−）と同電位にされている。

これによれば、プリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂとシールドパターン４１との間に形成される寄生容量によって、プリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂを伝搬する信号が減衰することを抑えることが可能となる。

ここで、ガードパターン４３ａ，４３ｂの出力インピーダンスについて説明する。
ガードパターン４３ａ，４３ｂは、抵抗ＲＦ１、抵抗ＲＦ２、および抵抗ＲＧの合成抵抗に基づく出力インピーダンスを夫々持つことになる。本来、ガードパターン４３ａ，４３ｂとしては、出力インピーダンスができるだけ小さい方が望ましいが、この出力インピーダンスがプリアンプ側配線パターンとシールドパターンとの間の寄生容量に基づくインピーダンスよりも十分に小さい値に設定されていれば問題はない。

例えば、一般に、プリント基板の層間容量は１０ｐＦ／ｃｍ²であるので、プリアンプ側配線パターン４２ａ（４２ｂ）とシールドパターン４１との間の寄生容量Ｃｐを１０ｐＦとし、プリアンプ側配線パターン４２ａ（４２ｂ）を介してプリアンプ回路２１に入力される信号周波数ｆｓを１００Ｈｚとした場合、寄生容量に基づくインピーダンスＺｐは、下記式（３）で表される。

したがって、この場合には、ガードパターン４３ａ（４３ｂ）の出力インピーダンスが、寄生容量に基づくインピーダンスＺｐの例えば０．０１％未満の値、すなわち１５．９ｋΩ未満となるように、抵抗ＲＦ１，ＲＦ２，ＲＧの抵抗値を設定しておけばよい。これによれば、寄生容量に基づくインピーダンスＺｐによって、電極で検出された信号の信号レベルが減衰するおそれはない。

なお、プリアンプ回路２１の増幅率Ａ_d1は、この条件を満たした上で、上記式（１）に基づいて所望の値に設定すればよい。

以上、実施の形態２に係る電磁流量計１０Ａによれば、プリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂとシールドパターン４１との間に、プリアンプ回路２１のオペアンプ２３，２４の反転入力端子（−）と同電位にされたガードパターン４３ａ，４３ｂが形成されているので、プリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂとシールドパターン４１との間に形成される寄生容量によって、プリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂを伝搬する信号が減衰することを抑えることが可能となる。これにより、プリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂの配線長が長い場合であっても、電極Ｅａ，Ｅｂで検出された信号の減衰を抑えることができ、計測精度および計測安定性の低下を抑えることが可能となる。

≪実施の形態３≫
〈実施の形態３に係る電磁流量計の構成〉
図１３は、実施の形態３に係る電磁流量計の検出部１３周辺の構造を模式的に示す上面図である。図１４は、実施の形態３に係る電磁流量計の検出部１３周辺の構造を模式的に示す側面図である。

図１３に示されるように、実施の形態３に係る電磁流量計１０Ｂは、プリント基板側配線パターン４２ａ，４２ｂが、プリント基板４６の積層方向にガードパターン４３ａ，４３ｂとガードパターン４４ａ，４４ｂとによって挟まれる構造を有するとともに、シールドケースが２つのケースから構成されている点において、実施の形態２に係る電磁流量計１０Ａと相違し、その他の点においては、実施の形態２に係る電磁流量計１０Ａと同様である。

図１５は、実施の形態３に係る電磁流量計１０Ｂのプリント基板４６の断面構造を模式的に示す図である。
同図に示されるように、プリント基板４６は、複数の配線層を有する多層基板である。プリント基板４６において、主面４０Ｂに、接地電位Ｖ_COMに接続されたシールドパターン（ベタパターン）４１が形成され、主面４０Ａにガードパターン４４ａ，４４ｂが形成され、主面４０Ａと主面４０Ｂとの間の配線層に配線Ｌａ，Ｌｂを構成するプリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂが形成され、プリアンプ側配線パターン４２ａ，４２ｂが形成された配線層と主面４０Ｂとの間の配線層にガードパターン４３ａ，４３ｂが形成されている。

図１３に示すように、ガードパターン４４ａは、ガードパターン４３ａと同様に、Ｚ方向から見た平面視でプリアンプ側配線パターン４２ａと重なりを有して形成され、ガードパターン４４ｂは、ガードパターン４３ｂと同様に、Ｚ方向から見た平面視でプリアンプ側配線パターン４２ｂと重なりを有して形成されている。
すなわち、図１５に示すように、プリアンプ側配線パターン４２ａは、プリント基板４６の積層方向において、ガードパターン４３ａとガードパターン４４ａとによって挟まれて形成され、プリアンプ側配線パターン４２ｂは、プリント基板４６の積層方向において、ガードパターン４３ｂとガードパターン４４ｂとによって挟まれて形成されている。

また、ガードパターン４４ａは、ガードパターン４３ａと同様に、オペアンプ２３の反転入力端子（−）と同電位にされ、ガードパターン４４ｂは、ガードパターン４３ｂと同様に、オペアンプ２４の反転入力端子（−）と同電位にされている。

このように、プリント基板側配線パターンを２つのガードパターンによって挟み込むことにより、上述した実施の形態２に係る電磁流量計１０Ａと同様に、プリアンプ側配線パターンとシールドパターンとの間に形成される寄生容量によってプリアンプ側配線パターンを伝搬する信号が減衰することを更に抑えることが可能となる。

また、図１３、１４に示すように、実施の形態３に係る電磁流量計１０Ｂは、プリアンプ回路２１へのノイズの侵入を防止するためのシールドケースとして、導電体材料から成るケース３０ａおよびケース３０ｂを備えている。

ケース３０ａ，３０ｂを構成する導電体材料は、例えば、実施の形態１に係る電磁流量計１０のシールドケース３０を構成する導電体材料と同様である。

図１３，１４に示すように、ケース３０ａは、プリント基板４６の主面４０Ａ上に、測定管Ｐｅｘ、電極Ｌａ，Ｌｂ、電極側配線パターン６０ａ，６０ｂ、ジャンパ線５０ａ，５０ｂを囲んで、貫通孔４８の外側に垂設されている。一方、ケース３０ｂは、プリント基板４６の主面４０Ａ上に、ＩＣパッケージ２０を囲んで垂設されている。

これによれば、ＩＣパッケージ２０と測定管Ｐｅｘとの間にケース３０ａ，３０ｂが配置されることから、オペアンプ２３，２４と測定管Ｐｅｘとを更に離し、また空間的に分離して配置することができるので、測定管Ｐｅｘを流れる流体からオペアンプ２３，２４への温度の影響を更に小さくすることができる。

また、シールドケースを２つのケース３０ａ，３０ｂに分けることにより、個々のケース３０ａ，３０ｂをより単純な形状とすることが可能となる。例えば、既成の金属製のパイプを適切な長さに切断したものをケース３０ａおよびケース３０ｂとして用いることが可能となるので、シールドケースに係る製造コストを更に抑えることが可能となる。

≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施の形態では、オペアンプ２３およびオペアンプ２４が一つのＩＣパッケージ２０に封止されている場合を例示したが、これに限られない。例えば、オペアンプ２３とオペアンプ２４とは、図１６に示すような、互いに別個のパッケージに封止されたＩＣパッケージ（シングルオペアンプＩＣ）２０＿１，２０＿２であってもよい。
この場合には、２つのシングルオペアンプＩＣ２０＿１，２０＿２（オペアンプ２３とオペアンプ２４）を、プリント基板４０（４５，４６）上に互いに近接して配置すればよい。具体的には、オペアンプ２３およびオペアンプ２４が測定管Ｐｅｘを流れる流体から受ける温度影響の差（オペアンプ２３およびオペアンプ２４の温度ドリフトの差）が無視できる程度に、シングルオペアンプＩＣ２０＿１とシングルオペアンプＩＣ２０＿２とが近くに配置されていればよい。以下に具体例を示す。

図１７は、オペアンプ２３，２４としてシングルオペアンプＩＣを用いた場合における、プリアンプ回路２１を構成する各部品のプリント基板上の配置例を示す図である。
オペアンプ２３とオペアンプ２４として、夫々別個のシングルオペアンプＩＣ２０＿１，２０＿２を用いる場合には、図１７に示されるように、プリント基板４０（４５，４６）の主面４０Ａにおいて、シングルオペアンプＩＣ２０＿１とシングルオペアンプＩＣ２０＿２とを可能な限り近づけて配置することが好ましい。例えば、Ｚ方向から見た平面視で、各シングルオペアンプＩＣの端子（ピン）を含めたサイズが約３．０ｍｍ×３．０ｍｍ、抵抗ＲＦ１，ＲＦ２，ＲＧのサイズが約１．６ｍｍ×２．０ｍｍである場合、シングルオペアンプＩＣ２０＿１とシングルオペアンプＩＣ２０＿２との間の距離Ｄは、２０ｍｍ以下にすることが好ましい。ただし、シングルオペアンプＩＣ２０＿１とシングルオペアンプＩＣ２０＿２とは、接触しないようにする必要がある。

また、図１７に示すように、オペアンプ２３，２４の夫々の反転入力端子（−）と抵抗ＲＧとの接続は、プリント基板４０の主面４０Ａ上のＩＣパッケージ２０直下に配線パターン５１ａ，５１ｂを形成することにより、実現することができる。同様に、オペアンプ２４の出力端子Ｖｂからの配線の引き出しは、配線パターン５２ｂをプリント基板４０の主面４０Ａ上のＩＣパッケージ２０直下に形成することにより、実現することができる。

また、上記実施の形態では、プリアンプ回路２１と減算回路２２とが夫々別個のプリント基板に配置されるものとして説明したが、温度影響が無視できる場合には、一つのプリント基板に、プリアンプ回路２１のみならず、後段の減算回路２２を構成する回路部品（オペアンプ２５および抵抗Ｒ１〜Ｒ４）の一部または全部が載置されていてもよい。

また、上記実施の形態では、信号増幅回路１６がプリアンプ回路２１と減算回路２２とから構成された２段増幅回路である場合を例示したが、これに限られない。例えば、信号増幅回路１６は、減算回路２２を有さない１段増幅回路であってもよい。

また、上記説明では、各実施の形態に係る信号増幅回路１６および検出部１３の構造を容量式の電磁流量計に適用する場合を例示したが、接液式の電磁流量計にも同様に適用することができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ…電磁流量計、１１…電源回路、１２…データ処理制御回路、１３…検出部、１４…励磁回路、１５…設定・表示器、１６…信号増幅回路、２０…ＩＣパッケージ（デュアルオペアンプＩＣ）、２０＿１，２０＿２…ＩＣパッケージ（シングルオペアンプＩＣ）、２１…プリアンプ回路、２２…減算回路、２３，２４，２５…オペアンプ、ＲＧ，ＲＦ１，ＲＦ２，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…抵抗、Ｖ_DD…電源電圧、Ｖ_COM…接地電位、Ｖ_REF…基準電圧、Ｌａ，Ｌｂ…配線、Ｐａ，Ｐｂ…端子、４０，４５，４６…プリント基板、４０Ａ，４０Ｂ…主面、４１…シールドパターン、４２ａ，４２ｂ…プリント基板側配線パターン、６０ａ，６０ｂ…電極側配線パターン、５０ａ，５０ｂ…ジャンパ線、５１ａ，５１ｂ，５２ｂ…配線パターン、Ｅａ，Ｅｂ…電極、Ｅｃ…接液電極、Ｐｅｘ…測定管、Ｌｅｘ，Ｌｅｘ＿１，Ｌｅｘ＿２…励磁コイル、Ｑ…測定管の中心軸、Ｒ…直線、６１ａ，６１ｂ…第１パターン、６２ａ，６２ｂ…第２パターン、４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ…ガードパターン。

Claims (12)

1. 被検出対象の流体が流れる測定管と、
   前記測定管の外側に配設され、供給された電流に応じた磁界を発生させる前記励磁コイルと、
   前記測定管の外周面に設けられ、前記励磁コイルから発生した磁界に対して垂直な方向に対向して配設された一対の第１電極および第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に発生した起電力を増幅するプリアンプ回路と、
   前記プリアンプ回路が載置された基板と、
   前記基板上に配設されたシールドケースと、
   前記プリアンプ回路によって増幅された信号に基づいて前記流体の流量を算出するデータ処理制御回路とを有し、
   前記プリアンプ回路は、
   第１オペアンプおよび第２オペアンプと、
   前記第１電極と前記第１オペアンプの非反転入力端子とを接続する第１配線と、
   前記第２電極と前記第２オペアンプの非反転入力端子とを接続する第２配線と、
   前記第１オペアンプの出力端子と前記第１オペアンプの反転入力端子との間に接続された第１抵抗と、
   前記第２オペアンプの出力端子と前記第２オペアンプの反転入力端子との間に接続された第２抵抗と、
   前記第１オペアンプの反転入力端子と前記第２オペアンプの反転入力端子との間に接続された第３抵抗とを含み、
   前記プリアンプ回路の増幅率は、１倍より大きく、
   前記シールドケースは、前記基板上に、前記第１オペアンプ、前記第２オペアンプ、前記第１配線、前記第２配線、前記第１電極、および前記第２電極を囲んで配設されている
   電磁流量計。
2. 請求項１に記載の電磁流量計において、
   前記第１オペアンプおよび前記第２オペアンプは、前記基板上に、互いに近接して配置されている
   ことを特徴とする電磁流量計。
3. 請求項１に記載の電磁流量計において、
   前記第１オペアンプおよび前記第２オペアンプが１つのパッケージに封止されたＩＣである
   ことを特徴とする電磁流量計。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の電磁流量計において、
   前記第１オペアンプから出力された信号と前記第２オペアンプから出力された信号との減算結果に応じた信号を生成する減算回路を更に有し、
   前記データ処理制御回路は、前記減算結果に応じた信号に基づいて、前記流体の流量を算出し、
   前記減算回路は、
   第３オペアンプと、
   前記第１オペアンプの出力端子と前記第３オペアンプの非反転入力端子との間に接続された第４抵抗と、
   前記第２オペアンプの出力端子と前記第３オペアンプの反転入力端子との間に接続された第５抵抗と、
   一端に基準電圧が供給され、他端が前記第３オペアンプの非反転入力端子に接続された第６抵抗と、
   前記第３オペアンプの反転入力端子と前記第３オペアンプの出力端子との間に接続された第７抵抗とを含み、
   前記減算回路の増幅率は、前記プリアンプ回路の増幅率よりも小さい
   ことを特徴とする電磁流量計。
5. 請求項４に記載の電磁流量計において、
   前記減算回路の増幅率は、１倍である
   ことを特徴とする電磁流量計。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の電磁流量計において、
   前記基板は、
   前記第１オペアンプおよび前記第２オペアンプが載置された第１主面と、
   前記第１主面と反対側の第２主面と、
   前記第２主面上に形成され、固定電位に接続された金属から成るシールドパターンと、
   前記第１主面と前記第２主面を貫通する貫通孔とを含み、
   前記測定管は、前記貫通孔に挿入され、
   前記シールドケースは、前記第１主面上に、前記測定管を囲んで配置され、
   前記励磁コイルは、前記シールドケースの外側に配置されている
   ことを特徴とする電磁流量計。
7. 請求項６に記載の電磁流量計において、
   前記シールドケースは、
   前記第１主面上で、前記測定管、前記第１電極および前記第２電極を囲んで配設された導電材料から成る第１ケースと、
   前記第１主面上で、前記第１オペアンプおよび前記第２オペアンプを囲んで配設された導電材料から成る第２ケースとを含む
   ことを特徴とする電磁流量計。
8. 請求項６または７に記載の電磁流量計において、
   前記第１配線は、
   前記測定管の外周面に、前記第１電極から前記基板の方向に延伸して形成された金属から成る第１電極側配線パターンと、
   前記基板に形成された金属から成る第１プリアンプ側配線パターンと、
   前記第１電極側配線パターンと前記第１プリアンプ側配線パターンとを接続し、前記第１電極側配線パターンおよび前記第１プリアンプ側配線パターンの配線長よりも短い第１ジャンパ線と、を含み、
   前記第２配線は、
   前記測定管の外周面に、前記第２電極から前記基板の方向に延伸して形成された金属から成る第２電極側配線パターンと、
   前記基板に形成された金属から成る第２プリアンプ側配線パターンと、
   前記第２電極側配線パターンと前記第２プリアンプ側配線パターンとを接続し、前記第２電極側配線パターンおよび前記第２プリアンプ側配線パターンの配線長よりも短い第２ジャンパ線と、を含む
   ことを特徴とする電磁流量計。
9. 請求項８に記載の電磁流量計において、
   前記第１プリアンプ側配線パターンと前記第２プリアンプ側配線パターンとは、前記基板において、平面視で、前記第１電極と、前記第２電極と、前記測定管の軸とを結ぶ直線に対して対称に形成されている
   ことを特徴とする電磁流量計。
10. 請求項８または９に記載の電磁流量計において、
    前記基板は、多層基板であって、
    前記基板は、前記第１プリアンプ側配線パターンと前記第２プリアンプ側配線パターンが形成される層と前記シールドパターンが形成された前記第２主面との間の前記配線層に、金属から成る第１ガードパターンおよび第２ガードパターンが形成され、
    前記第１ガードパターンは、平面視で前記第１プリアンプ側配線パターンと重なりを有して形成されるとともに、前記第１オペアンプの前記反転入力端子と接続され、
    前記第２ガードパターンは、平面視で前記第２プリアンプ側配線パターンと重なりを有して形成されるとともに、前記第２オペアンプの前記反転入力端子と接続されている
    ことを特徴とする電磁流量計。
11. 請求項１０に記載の電磁流量計において、
    前記基板は、前記第１主面上に、金属から成る第３ガードパターンおよび第４ガードパターンが更に形成され、
    前記第１プリアンプ側配線パターンおよび前記第２プリアンプ側配線パターンは、前記基板の、前記第１ガードパターンおよび前記第２ガードパターンが形成された層と前記第１主面との間の前記配線層に形成され、
    前記第３ガードパターンは、平面視で前記第１プリアンプ側配線パターンと重なりを有して形成されるとともに、前記第１オペアンプの前記反転入力端子と接続され、
    前記第４ガードパターンは、平面視で前記第２プリアンプ側配線パターンと重なりを有して形成されるとともに、前記第２オペアンプの前記反転入力端子と接続されている
    ことを特徴とする電磁流量計。
12. 請求項８乃至１１の何れか一項に記載の電磁流量計において、
    前記測定管の外周面において、前記第１電極側配線パターンの前記測定管の軸方向に延在する部分は、前記第２電極側配線パターンの前記測定管の軸方向に延在する部分と、前記励磁コイルの磁束方向から見たときに平面視で重なりを有している
    ことを特徴とする電磁流量計。

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