JP3788776B2 - 電磁流量計 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定管内を流れる被測定流体の流量を計測する電磁流量計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電磁流量計は、測定管内を流れる導電性の被測定流体の流量を電磁誘導現象を利用して電気信号に変換して測定するものである。図11に従来の電磁流量計の構成を示す。この電磁流量計は、被測定流体が流れる測定管11と、被測定流体と接触するように測定管11に対向配置された電極12a,12bと、電極12a,12b間を結ぶ電極軸EAXおよび測定管軸PAXの双方と直交する磁場Bを被測定流体に印加する励磁コイル13と、この励磁コイル13に励磁電流を供給して磁場Bを発生させる電源部14と、電極12a,12b間の起電力を検出する信号変換部15と、信号変換部15によって検出された電極間起電力から被測定流体の流量を算出する流量出力部16と、電極12a,12bと信号変換部15との間を接続する信号線17a,17bとを有している(例えば、非特許文献1参照)。
【0003】
【非特許文献1】
社団法人日本計量機器工業連合会編,「計装エンジニアのための流量計測 AtoZ」,工業技術社,1995年,p.143−160
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図12に信号線17a,17bの配線経路の1例を示す。図12の例では、導電性の被測定流体と電極12a,12bと信号線17a,17bとが実質的に閉回路CLS(図12の斜線部)を形成し、閉回路CLSが励磁コイル13による磁束と鎖交するため、この磁束の変化に応じて信号線17a,17bに信号起電力と関係のない磁束微分ノイズが誘起され、この磁束微分ノイズが流量計測誤差になるという問題点があった。
【0005】
そこで、従来は、図13に示すように、電極12a,12bを含み、かつ測定管軸PAXと直交する平面PLNに沿って信号線17a,17bを配置することにより、前記閉回路が磁束と鎖交しないようにしていた。しかしながら、このような配線経路では、信号線17a,17bが励磁コイル13の近傍を通ることになるので、励磁コイル13で発生する磁束の変化の影響を受けやすくなり、結果として図12の場合と同じような磁束微分ノイズが信号線17a,17bに発生するという問題点があった。
【0006】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電極及び信号線に発生する、磁束の変化に起因する磁束微分ノイズを低減することができる電磁流量計を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁流量計は、被測定流体が流れる測定管と、前記測定管に配設された電極と、前記流体に磁場を印加する励磁部と、前記流体に印加される磁場と前記流体の流れとによって生じた起電力を前記電極から取り出す信号線とを備え、前記測定管の軸方向と直交する、前記電極を含む平面を電極位置としたとき、前記流体に磁場を印加する励磁部の配設領域が、前記電極位置から前記測定管の軸方向に沿って離れた位置にあるものである。
また、本発明の電磁流量計の1構成例において、前記励磁部は、前記電極位置からオフセット距離だけ離れた位置に配設された励磁コイルと、この励磁コイルに励磁電流を供給する電源部とからなるものである。
また、本発明の電磁流量計の1構成例において、前記励磁部は、前記電極位置から第1のオフセット距離だけ離れた位置に配設された第1の励磁コイルと、前記電極位置から第2のオフセット距離だけ離れた位置に、前記電極位置を挟んで前記第1の励磁コイルと対向するように配設された第2の励磁コイルと、前記第1の励磁コイルと前記第2の励磁コイルに励磁電流を供給する電源部とからなるものである。
【0008】
また、本発明の電磁流量計の1構成例は、前記測定管の外部に配設されている前記電極及び前記信号線と前記測定管の外部に配設されている前記励磁コイルとを隔てる金属又は磁性体からなる隔壁部を備えるものである。
また、本発明の電磁流量計の1構成例は、前記測定管の外部に配設されている前記電極及び前記信号線と前記測定管の外部に配設されている前記第1の励磁コイルとを隔てる金属又は磁性体からなる第1の隔壁部と、前記測定管の外部に配設されている前記電極及び前記信号線と前記測定管の外部に配設されている前記第2の励磁コイルとを隔てる金属又は磁性体からなる第2の隔壁部とを備えるものである。
また、本発明の電磁流量計の1構成例は、前記測定管の外部に配設されている前記励磁コイルを覆う金属又は磁性体からなるコイル遮蔽部を備えるものである。
また、本発明の電磁流量計の1構成例は、前記測定管の外部に配設されている前記第1の励磁コイルを覆う金属又は磁性体からなる第1のコイル遮蔽部と、前記測定管の外部に配設されている前記第2の励磁コイルを覆う金属又は磁性体からなる第2のコイル遮蔽部とを備えるものである。
また、本発明の電磁流量計の1構成例は、前記測定管の外部に配設されている前記電極及び前記信号線を覆う金属又は磁性体からなる信号線遮蔽部を備えるものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図である。本実施の形態の電磁流量計は、被測定流体が流れる測定管1と、被測定流体に印加される磁場Bおよび測定管1の軸PAXの双方と直交し、かつ被測定流体と接触するように測定管1に対向配置された一対の電極2a,2bと、電極2a,2b間を結ぶ電極軸EAXおよび測定管軸PAXの双方と直交する磁場Bを被測定流体に印加する励磁コイル3と、励磁コイル3に励磁電流を供給して磁場Bを発生させる電源部4と、磁場Bと被測定流体の流れとによって生じた、電極2a,2b間の起電力を検出する信号変換部5と、この信号変換部5によって検出された電極間起電力から被測定流体の流量を算出する流量出力部6と、電極2a,2bと信号変換部5との間を接続する信号線7a,7bとを有している。
【0010】
信号変換部5によって検出された起電力から被測定流体の流量を求める導出方法については各種の方式が提案され、実用化されているが、本発明は、このような導出方法に関係なく適用できるので、流量出力部6の詳細については説明を省略する。
【0011】
励磁コイル3から発生する磁場Bが信号線7a,7bに与える影響は、距離の2乗に比例して小さくなる。したがって、励磁コイル3を電極2a,2b及び信号線7a,7bから離すことにより、磁場Bの影響を回避することができる。本実施の形態では、測定管軸PAXの方向と直交する、電極2a,2bを含む平面PLNを電極位置としたとき、この電極位置からオフセット距離d(d>0)だけ離れた位置に励磁コイル3を配設している。
【0012】
こうして、電極2a,2b及び信号線7a,7bに発生する、磁束の変化に起因する磁束微分ノイズを励磁コイル3との距離を離すことで低減することができ、流量計測誤差を低減することができる。
【0013】
[第2の実施の形態]
図2は本発明の第2の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の電磁流量計は、測定管1と、電極2a,2bと、磁場Bを被測定流体に印加する第1、第2の励磁コイル3a,3bと、第1、第2の励磁コイル3a,3bに励磁電流を供給して磁場Bを発生させる電源部4aと、信号線7a,7bとを有している。信号変換部5と流量出力部6については第1の実施の形態と同じなので、記載を省略する。
【0014】
第1の励磁コイル3aは、測定管軸PAXの方向と直交する、電極2a,2bを含む平面PLNを電極位置としたとき、この電極位置から例えば下流側に第1のオフセット距離d1(d1>0)だけ離れた位置に配設され、第2の励磁コイル3bは、電極位置から例えば上流側に第2のオフセット距離d2(d2>0)だけ離れた位置に配設されている。オフセット距離d1とd2は、同一の値でもよいし、異なる値でもよい。また、第1、第2の励磁コイル3a,3bには、電源部4aから同一の電流を供給してもよいし、異なる電流を供給してもよい。
【0015】
第1の実施の形態では、平面PLNを境とする測定管1の前後で磁場Bが非対称となるが、本実施の形態では、電源部4aから第1、第2の励磁コイル3a,3bに供給する励磁電流とオフセット距離d1,d2とを調整することで、平面PLNを境とする測定管1の前後で磁場Bを対称とすることもできるし、非対称とすることもできる。磁場Bを対称とするか非対称とするかは、電磁流量計の方式に応じて決定すればよい。
【0016】
こうして、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができ、さらに第1の実施の形態に比べて電極2a,2bに生じる信号起電力を大きくすることができる。なお、第1、第2の実施の形態において、オフセット距離d,d1,d2を大きくし過ぎると、電極2a,2bの起電力が小さくなる。したがって、起電力の大きさが問題とならない範囲でオフセット距離d,d1,d2を設定する必要がある。
【0017】
[第3の実施の形態]
図3は本発明の第3の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の電磁流量計は、測定管1と、電極2a,2bと、励磁コイル3と、信号線7a,7bと、測定管1の外部に配設されている電極2a,2b及び信号線7a,7bと測定管1の外部に配設されている励磁コイル3とを隔てる金属又は磁性体からなる隔壁部8とを有している。電源部4と信号変換部5と流量出力部6については第1の実施の形態と同じなので、記載を省略する。
【0018】
第1の実施の形態のように、電極2a,2b及び信号線7a,7bと励磁コイル3との距離を離しても、誘導磁場の影響を受ける場合には、電極2a,2b及び信号線7a,7bに影響を与える磁束を減少させればよい。このため、本実施の形態では、第1の実施の形態の電磁流量計において、電極2a,2b及び信号線7a,7bと励磁コイル3との間に金属又は磁性体からなる隔壁部8を設けている。これにより、本実施の形態では、電極2a,2b及び信号線7a,7bに発生する磁束微分ノイズを第1の実施の形態に比べてさらに低減することができる。
【0019】
[第4の実施の形態]
図4は本発明の第4の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図であり、図2と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の電磁流量計は、測定管1と、電極2a,2bと、第1、第2の励磁コイル3a,3bと、信号線7a,7bと、測定管1の外部に配設されている電極2a,2b及び信号線7a,7bと測定管1の外部に配設されている第1の励磁コイル3aとを隔てる金属又は磁性体からなる第1の隔壁部8aと、測定管1の外部に配設されている電極2a,2b及び信号線7a,7bと測定管1の外部に配設されている第2の励磁コイル3bとを隔てる金属又は磁性体からなる第2の隔壁部8bとを有している。電源部4aと信号変換部5と流量出力部6については第2の実施の形態と同じなので、記載を省略する。
【0020】
本実施の形態は、第2の実施の形態の電磁流量計に対して、第3の実施の形態と同様の考え方を適用したものである。これにより、本実施の形態では、電極2a,2b及び信号線7a,7bに発生する磁束微分ノイズを第2の実施の形態に比べてさらに低減することができる。
【0021】
[第5の実施の形態]
図5は本発明の第5の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の電磁流量計は、測定管1と、電極2a,2bと、励磁コイル3と、信号線7a,7bと、測定管1の外部に配設されている励磁コイル3を覆う金属又は磁性体からなるコイル遮蔽部9とを有している。電源部4と信号変換部5と流量出力部6については第1の実施の形態と同じなので、記載を省略する。
【0022】
本実施の形態では、第3の実施の形態の効果を更に高めるために、測定管1外部の励磁コイル3を全面的に覆うコイル遮蔽部9を設けている。これにより、励磁コイル3から測定管1外部の様々な方向に漏れる磁束を減少させることができる。
【0023】
[第6の実施の形態]
図6は本発明の第6の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図であり、図2と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の電磁流量計は、測定管1と、電極2a,2bと、第1、第2の励磁コイル3a,3bと、信号線7a,7bと、測定管1の外部に配設されている第1の励磁コイル3aを覆う金属又は磁性体からなる第1のコイル遮蔽部9aと、測定管1の外部に配設されている第2の励磁コイル3bを覆う金属又は磁性体からなる第2のコイル遮蔽部9bとを有している。電源部4aと信号変換部5と流量出力部6については第2の実施の形態と同じなので、記載を省略する。
【0024】
本実施の形態では、第4の実施の形態の効果を更に高めるために、測定管1外部の第1の励磁コイル3aを全面的に覆う第1のコイル遮蔽部9aと、測定管1外部の第2の励磁コイル3bを全面的に覆う第2のコイル遮蔽部9bとを設けている。これにより、第1、第2の励磁コイル3a,3bから測定管1外部の様々な方向に漏れる磁束を減少させることができる。
【0025】
[第7の実施の形態]
図7は本発明の第7の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図であり、図2と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の電磁流量計は、測定管1と、電極2a,2bと、第1、第2の励磁コイル3a,3bと、信号線7a,7bと、測定管1の外部に配設されている電極2a,2b及び信号線7a,7bを覆う金属又は磁性体からなる信号線遮蔽部10とを有している。電源部4aと信号変換部5と流量出力部6については第2の実施の形態と同じなので、記載を省略する。
【0026】
本実施の形態は、第5、第6の実施の形態のように励磁コイル3,3a,3bを覆う代わりに、測定管1の外部に配設されている電極2a,2b及び信号線7a,7bを信号線遮蔽部10で覆うようにしたものである。信号線7a,7bは、信号線遮蔽部10に形成された開口部91から外部に引き出される。本実施の形態のように励磁コイルを2つ用いる場合は、励磁コイル3a,3bを遮蔽部で覆うよりも効率的に磁束微分ノイズを低減することができる。
【0027】
[第8の実施の形態]
図8は本発明の第8の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図であり、図2、図6、図7と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の電磁流量計は、測定管1と、電極2a,2bと、第1、第2の励磁コイル3a,3bと、信号線7a,7bと、第1、第2のコイル遮蔽部9a,9bと、信号線遮蔽部10とを有している。電源部4aと信号変換部5と流量出力部6については第2の実施の形態と同じなので、記載を省略する。
【0028】
本実施の形態は、第6の実施の形態と第7の実施の形態を組み合わせたものである。これにより、電極2a,2b及び信号線7a,7bに発生する磁束微分ノイズをより効果的に低減することができる。
【0029】
なお、第7、第8の実施の形態では、2つの励磁コイルを使用しているが、第5の実施の形態のように1つの励磁コイル3と遮蔽部9を使用し、これに信号線遮蔽部10を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【0030】
また、第1〜第8の実施の形態で使用する電極2a,2bとしては、図9に示すように、測定管1の内壁から露出して被測定流体に接触する形式の電極でもよいし、図10に示すように、被測定流体と接触しない容量結合式の電極でもよい。容量結合式の場合、電極2a,2bは、測定管1の内壁に形成されるセラミックやテフロン(登録商標)等からなるライニング10によって被覆される。
【0031】
また、第1〜第8の実施の形態では、2個の電極2a,2bを使用する場合について説明しているが、これに限るものではなく、電極が1個だけの電磁流量計にも本発明を適用することができる。電極が1個だけの場合には、被測定流体の電位を接地電位にするための接地リングが測定管1に設けられており、1個の電極に生じた起電力(接地電位との電位差)を信号変換部5で検出すればよい。電極軸EAXは、2個の電極2a,2bを使用する場合は電極2a,2b間を結ぶ直線である。一方、電極が1個だけの場合、この1個の実電極を含む平面PLN上において、測定管軸PAXを挟んで実電極と対向する位置に仮想の電極を配置したと仮定したとき、実電極と仮想の電極とを結ぶ直線が電極軸EAXとなる。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、測定管の軸方向と直交する、電極を含む平面を電極位置としたとき、この電極位置から離れた位置に励磁部を配設することにより、電極及び信号線と励磁部とを離して配置するようにしたので、電極及び信号線に発生する、磁束の変化に起因する磁束微分ノイズを低減することができ、流量計測誤差を低減することができる。
【0033】
また、測定管の外部に配設されている電極及び信号線と測定管の外部に配設されている励磁コイルとを隔てる金属又は磁性体からなる隔壁部を設けることにより、1つの励磁コイルを用いる場合において、電極及び信号線に影響を与える磁束を減少させることができ、電極及び信号線に発生する磁束微分ノイズを低減することができる。
【0034】
また、測定管の外部に配設されている電極及び信号線と測定管の外部に配設されている第1の励磁コイルとを隔てる金属又は磁性体からなる第1の隔壁部と、測定管の外部に配設されている電極及び信号線と測定管の外部に配設されている第2の励磁コイルとを隔てる金属又は磁性体からなる第2の隔壁部とを設けることにより、2つの励磁コイルを用いる場合において、電極及び信号線に影響を与える磁束を減少させることができ、電極及び信号線に発生する磁束微分ノイズを低減することができる。
【0035】
また、測定管の外部に配設されている励磁コイルを覆う金属又は磁性体からなるコイル遮蔽部を設けることにより、1つの励磁コイルを用いる場合において、励磁コイルから測定管外部の様々な方向に漏れる磁束を減少させることができ、電極及び信号線に発生する磁束微分ノイズをさらに低減することができる。
【0036】
また、測定管の外部に配設されている第1の励磁コイルを覆う金属又は磁性体からなる第1のコイル遮蔽部と、測定管の外部に配設されている第2の励磁コイルを覆う金属又は磁性体からなる第2のコイル遮蔽部とを設けることにより、2つの励磁コイルを用いる場合において、第1、第2の励磁コイルから測定管外部の様々な方向に漏れる磁束を減少させることができ、電極及び信号線に発生する磁束微分ノイズをさらに低減することができる。
【0037】
また、測定管の外部に配設されている電極及び信号線を覆う金属又は磁性体からなる信号線遮蔽部を設けることにより、電極及び信号線に影響を与える磁束を減少させることができ、電極及び信号線に発生する磁束微分ノイズを低減することができる。特に、励磁コイルを2つ用いる場合は、第1、第2の励磁コイルをそれぞれコイル遮蔽部で覆うよりも効率的に磁束微分ノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図2】 本発明の第2の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図3】 本発明の第3の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図4】 本発明の第4の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図5】 本発明の第5の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図6】 本発明の第6の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図7】 本発明の第7の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図8】 本発明の第8の実施の形態となる電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図9】 本発明の電磁流量計で用いる電極の1例を示す断面図である。
【図10】 本発明の電磁流量計で用いる電極の他の例を示す断面図である。
【図11】 従来の電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図12】 従来の電磁流量計における信号線の配線経路の1例を示す図である。
【図13】 従来の電磁流量計における信号線の配線経路の他の例を示す図である。
【符号の説明】
1…測定管、2a、2b…電極、3、3a、3b…励磁コイル、4、4a…電源部、5…信号変換部、6…流量出力部、7a、7b…信号線、8、8a、8b…隔壁部、9、9a、9b…コイル遮蔽部、10…信号線遮蔽部。
Claims (8)
- 被測定流体が流れる測定管と、
前記測定管に配設された電極と、
前記流体に磁場を印加する励磁部と、
前記流体に印加される磁場と前記流体の流れとによって生じた起電力を前記電極から取り出す信号線とを備え、
前記測定管の軸方向と直交する、前記電極を含む平面を電極位置としたとき、前記流体に磁場を印加する励磁部の配設領域が、前記電極位置から前記測定管の軸方向に沿って離れた位置にあることを特徴とする電磁流量計。 - 請求項1記載の電磁流量計において、
前記励磁部は、
前記電極位置からオフセット距離だけ離れた位置に配設された励磁コイルと、
この励磁コイルに励磁電流を供給する電源部とからなることを特徴とする電磁流量計。 - 請求項1記載の電磁流量計において、
前記励磁部は、
前記電極位置から第1のオフセット距離だけ離れた位置に配設された第1の励磁コイルと、
前記電極位置から第2のオフセット距離だけ離れた位置に、前記電極位置を挟んで前記第1の励磁コイルと対向するように配設された第2の励磁コイルと、
前記第1の励磁コイルと前記第2の励磁コイルに励磁電流を供給する電源部とからなることを特徴とする電磁流量計。 - 請求項2記載の電磁流量計において、
前記測定管の外部に配設されている前記電極及び前記信号線と前記測定管の外部に配設されている前記励磁コイルとを隔てる金属又は磁性体からなる隔壁部を備えることを特徴とする電磁流量計。 - 請求項3記載の電磁流量計において、
前記測定管の外部に配設されている前記電極及び前記信号線と前記測定管の外部に配設されている前記第1の励磁コイルとを隔てる金属又は磁性体からなる第1の隔壁部と、
前記測定管の外部に配設されている前記電極及び前記信号線と前記測定管の外部に配設されている前記第2の励磁コイルとを隔てる金属又は磁性体からなる第2の隔壁部とを備えることを特徴とする電磁流量計。 - 請求項2記載の電磁流量計において、
前記測定管の外部に配設されている前記励磁コイルを覆う金属又は磁性体からなるコイル遮蔽部を備えることを特徴とする電磁流量計。 - 請求項3記載の電磁流量計において、
前記測定管の外部に配設されている前記第1の励磁コイルを覆う金属又は磁性体からなる第1のコイル遮蔽部と、
前記測定管の外部に配設されている前記第2の励磁コイルを覆う金属又は磁性体からなる第2のコイル遮蔽部とを備えることを特徴とする電磁流量計。 - 請求項2又は3記載の電磁流量計において、
前記測定管の外部に配設されている前記電極及び前記信号線を覆う金属又は磁性体からなる信号線遮蔽部を備えることを特徴とする電磁流量計。
Priority Applications (4)
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