JPH0566138A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、測定流体とシールドドライブ用電
極との間の電気的な容量を小さくして流量測定の応答速
度を上げること、また測定管内の磁界の強さおよび流速
分布に拘らず高精度に流体の流量を測定することにあ
る。 【構成】 測定管２に小分割化された静電容量形電極３
ａ，３ａ′，３ｂ，３ｂ′，…およびこれら静電容量形
電極ごとに個別にシールドドライブ用電極４ａ，４
ａ′，４ｂ，４ｂ′，…を設けるとともに、これら静電
容量形電極の出力のうち対または複数の組をもって各増
幅器１０ａ，１０ｂ，…に送出し、ここでローインピー
ダンスに変換した後、検出起電力と同電位の電圧を対応
するシールドドライブ用電極にフィードバックする。さ
らに、これら増幅器１０ａ，１０ｂ，…の出力を信号処
理手段２０に導き、ここで各増幅器出力に適宜な重み付
けを施して加重平均化することにより、流体の流量を測
定する電磁流量計である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は静電容量形電極を有する
電磁流量計の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の静電容量形電極を用いた電磁流
量計においては、その静電容量形電極がアースレベルの
導体から十分に離して配置する必要があるが、このこと
は静電容量形電極を金属性パイプに直接取り付けて流体
の流量を測定することができないことを意味する。

【０００３】そこで、従来，金属性パイプに代えて図７
に示すようにセラミックス性パイプまたはテフロン管な
どの測定管５１を用いた電磁流量計が開発されている。
この電磁流量計は、測定管５１に一対の静電容量形電極
５２，５２が対向するように設置され、これら電極５
２，５２から測定流体５３の流速に応じて静電容量的に
変化して得られる起電力Ｅｓ，−Ｅｓを入力側ハイイン
ピーダンスのインピーダンス変換部５４に導き、ここで
ローインピーダンスの出力ｅｓ，−ｅｓに変換した後、
差動増幅器（図示せず）に送出する構成である。

【０００４】さらに、この電磁流量計は、静電容量形電
極５２，５２の検出容量が測定管５１外側のコイル，金
属ケース，信号変換手段の電源等からの外部電位による
影響を受けるのを回避する意味から、これら静電容量形
電極５２，５２の外側を覆うようにシールドドライブ用
電極５５，５５が設けられ、これらシールドドライブ用
電極５５，５５に対して、インピーダンス変換部５４か
ら静電容量形電極５２，５２で検出される起電力Ｅｓ，
−Ｅｓと同電位のローインピーダンスの電圧ｅｓ，−ｅ
ｓを印加することにより、これら電極５２，５５間の静
電容量とは無関係に電流が流れないようにしている。ま
た、この測定管５１の外側に外筐，外筐蓋等が設けられ
るが、このとき外筐，外筐蓋等とシールドドライブ用電
極５５，５５とは静電容量を介して外筐，外筐蓋等から
電極５５，５５側へ電流が流れるが、シールドドライブ
用電極５５，５５がローインピーダンスとなっているの
で測定に影響を与えず、かつ、外部からの飛び込みノイ
ズはシールドドライブ用電極５５，５５で受け止めら
れ、静電容量形電極５２，５２には何ら影響を与えずに
流体の流量を測定できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような静電容量形電磁流量計の場合、次のような問題点
が指摘されている。

【０００６】その１つは、測定流体５３と構造体との間
の静電容量結合を断ち切ってノイズの混入を防止するた
めにシールドドライブ用電極５５，５５が設けられてい
るが、これらシールドドライブ用電極５５，５５は一対
の静電容量形電極５２，５２を囲むように設けているの
で、口径の大きな測定管５１の場合には応答速度の面で
問題となる。

【０００７】すなわち、一般に、口径の小さい測定管５
１の場合、静電容量形電極５２とシールドドライブ用電
極５５との間、或いはシールドドライブ用電極５５と測
定流体５３との間の静電容量が小さいので、流体の流速
の変化に対して必要な応答速度をもって流体の流量を測
定することができる。しかし、口径の大きな測定管５１
の場合には、各電極５２を取り囲むシールドドライブ用
電極５５の面積が大きくなり、それに伴ってシールドド
ライブ用電極５５と流体５３との間の静電容量が著しく
大きくなることから測定の応答速度が非常に遅くなり、
流体の流速変化に追従できず、測定誤差となって現われ
る問題がある。

【０００８】他の１つは、測定管５１内部にほぼ一様な
流速の流体が流れ、かつ、測定管５１の全周に複数のシ
ールドドライブ用電極を設け、これら複数のシールドド
ライブ用電極に対して静電容量形電極５２の出力の抵抗
分割出力をフィードバックすることも考えられるが、測
定管５１内の磁界の強さおよび測定管５１内の流速分布
の違いなどから静電容量形電極５２，５２における測定
管内各部位の測定寄与率が異なり、さらに出力インピー
ダンスの違いなどから、流体の流量を高精度に測定でき
ない問題がある。

【０００９】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、流体の流速変化に対して適切な応答速度で流体の流
量を測定し得、また測定管内の磁界の強さおよび流速分
布の影響を低減化しうる電磁流量計を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】先ず、請求項１，２に対
応する発明は上記課題を解決するために、測定管に設置
する前記静電容量形電極を分割化するとともに、これら
分割された静電容量形電極に個別にシールドドライブ用
電極を設け、また、各分割静電容量形電極の出力をロー
インピーダンスに変換してそれぞれ対応するシールドド
ライブ用電極にフィードバックする信号増幅部を設け、
さらに信号増幅部の出力にそれぞれ磁界の強さや流速分
布などに応じて重み付けを施し、さらに加重平均化処理
を行って流体の流量に比例する信号を得る信号処理手段
を設けた電磁流量計である。

【００１１】次に、請求項３に対応する発明は、分割さ
れた静電容量形電極に個別にシールドドライブ用電極を
設けたものを静電容量電極集合体とし、これら複数の静
電容量電極集合体を前記測定管の流体流通方向にそって
配置してなる電磁流量計である。

【００１２】さらに、請求項４に対応する発明は、請求
項１，２と同様に分割された静電容量形電極に個別にシ
ールドドライブ用電極を設け、かつ、この分割されたシ
ールドドライブ用電極にフィードバックする信号増幅部
を設けるが、この信号増幅部の各出力の中から所望の出
力だけを取り出して流体の流量に比例する信号を得る構
成としたものである。

【００１３】さらに、請求項５に対応する発明は、請求
項３に記載するように測定管の流体流通方向にそって複
数の静電容量電極集合体を配置したものに対し、さらに
請求項２，４に記載する回路構成を付加したものであ
る。

【００１４】

【作用】従って、請求項１，２に対応する発明は以上の
ような手段を講じたことにより、分割された静電容量形
電極にそれぞれ個別にシールドドライブ用電極を設けた
ので、口径の大きな測定管でも各シールドドライブ用電
極の面積が小さくなり、これに伴って測定流体とシール
ドドライブ用電極との間の静電容量が小さくなり、流量
測定時の応答速度を上げることができる。また、請求項
２に対応する発明の場合には、信号増幅器の各出力に対
して測定管内の磁界の強さおよび必要に応じて流速分布
に応じて重み付けを施して処理することにより、高精度
に流体の流量を測定することが可能となる。

【００１５】さらに、請求項３に対応する発明では、測
定管の流体流通方向に分割して複数の静電容量電極集合
体を配置したことにより、流体流通方向にそって異なる
磁界の強さに対しても重み付けを考慮しながら信号処理
を行うことができる。

【００１６】さらに、請求項４に対応する発明は、信号
増幅部の各出力のうち、流量測定上最も望ましい出力を
取り出して信号処理することから、信号処理系の構成を
簡素化できる。

【００１７】さらに、請求項５に対応する発明は、測定
管の流体流通方向に配置された複数の静電容量電極集合
体について、請求項２および請求項４に係わる信号処理
系を接続することにより、流量測定の応答速度が上げら
れ、かつ、測定管内の磁束の強さおよび必要に応じて流
速分布に応じて重み付けを施して処理できるので、流体
の流量を高精度に測定できる。

【００１８】

【実施例】以下、請求項１，２に係わる発明の一実施例
について図１および図２を参照して説明する。これらの
図において１は磁界発生装置（図示せず）から発生する
磁界と流体とが作用することにより流体に誘起する起電
力を静電容量的に検出する測定管部であって、この測定
管部１には、誘電体例えばセラミックスやテフロンなど
の測定管２に、当該測定管２内の流体と直接接触しない
ような状態で小分割化された小分割静電容量形電極３
ａ，３ａ′、３ｂ，３ｂ′、…が設けられ、さらにこれ
ら小分割静電容量形電極３ａ，３ａ′、３ｂ，３ｂ′、
…にそれぞれ外側から個別に囲むように小分割シールド
ドライブ用電極４ａ，４ａ′、４ｂ，４ｂ′、…が設け
られている。

【００１９】なお、静電容量形電極およびシールドドラ
イブ用電極の数，つまり分割数は、流体とシールドドラ
イブ用電極４ａ，４ａ′，４ｂ，４ｂ′，…との間の電
気的な容量がシールドドライブ用電極４ａ，４ａ′，４
ｂ，４ｂ′，…の面積に依存すること、測定管２内の磁
界の強さおよび流速分布が流量測定の寄与率に関係する
ことなどから、これら電気的な容量、磁界の強さおよび
流速分布等を考慮しながら定めるものとし、さらに必要
に応じて製造上の問題やコストなどを考慮して定めるも
のとする。

【００２０】また、測定管１には電極群を２分する位置
に相対向するようにアース電極５，５が設けられ、これ
は後述する増幅器の中点または増幅器のアースラインと
電気的に接続される。さらに、前記静電容量形電極３
ａ，３ａ′、３ｂ，３ｂ′、…およびシールドドライブ
用電極４ａ，４ａ′，４ｂ，４ｂ′，…よりそれぞれリ
ード線が導出され、後続の信号増幅部１０に接続されて
いる。

【００２１】この信号増幅部１０は、例えば対をなす静
電容量形電極（３ａ，３ａ′）、（３ｂ，３ｂ′）、…
の出力を、それぞれ入力側ハイインピ…ダンスの増幅器
１０ａ，１０ｂ，…で受けて例えば増幅度“１”で増幅
しローインピーダンスに変換した後、各静電容量形電極
（３ａ，３ａ′）、（３ｂ，３ｂ′）、…に対応するシ
ールドドライブ用電極（４ａ，４ａ′）、（４ｂ，４
ｂ′）、…にフィードバックする構成である。なお、増
幅器１０ａ，１０ｂ，…の中点はアースされている。

【００２２】従って、これら静電容量形電極（３ａ，３
ａ′）、（３ｂ，３ｂ′）、…によって検出された静電
容量の変化に対応して変化する起電力（Ｅａ，Ｅ
ａ′）、（Ｅｂ，Ｅｂ′）、…と、これら増幅器１０
ａ，１０ｂ，…からのフイードバック出力（ｅａ，ｅ
ａ′）、（ｅｂ，ｅｂ′）、…は同電位となるので、静
電容量の変化に拘らず、静電容量形電極３ａ，３ａ′、
３ｂ，３ｂ′、…とシールドドライブ用電極４ａ，４
ａ′，４ｂ，４ｂ′，…との間で電流が流れず、外部か
らの飛び込みノイズに対してシールドドライブ用電極４
ａ，４ａ′、４ｂ，４ｂ′、…で阻止することができ、
静電容量形電極３ａ，３ａ′、３ｂ，３ｂ′、…には測
定上何ら影響を与えるようなことがない。

【００２３】なお、静電容量形電極３ａ，３ａ′、３
ｂ，３ｂ′、…の出力はそれぞれ対をなす状態で各増幅
器１０ａ，１０ｂ，…に導入するようにしたが、例えば
各静電容量形電極３ａ，３ａ′、３ｂ，３ｂ′、…と増
幅器とを１対１の状態で接続してもよく、或いは対でな
く複数の静電容量形電極の出力ごとに増幅器に入力する
構成であってもよい。

【００２４】２０は各増幅器１０ａ，１０ｂ，…の出力
を取り込んで所定の演算処理を行う信号処理手段であっ
て、具体的には各増幅器１０ａ，１０ｂ，…の出力を取
り込んで測定管２内の磁界の強度および流速分布に応じ
て重み付けを施した後、これら重み付け後の各出力の総
和を増幅器の数で除算して平均値を求めることにより、
測定管１内のの流量に比例した信号を得るものである。

【００２５】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、小分割化された静電容量形電極３ａ，３ａ′、３
ｂ，３ｂ′、…にそれぞれ個別にシールドドライブ用電
極４ａ，４ａ′、４ｂ，４ｂ′、…を設けたので、口径
の大きな測定管２でもその分割数に応じて各シールドド
ライブ用電極４ａ，４ａ′、４ｂ，４ｂ′、…の面積が
小さくなり、これに伴って測定流体とシールドドライブ
用電極との間の静電容量が小さくなり、流量測定の応答
速度を上げることができる。また、各増幅器１０ａ，１
０ｂ，…の出力に重み付けを施して処理することによ
り、測定管２内の磁界の強さおよび必要に応じて流速分
布を考慮しつつ高精度に流体の流量を測定することがで
きる。

【００２６】なお、上記実施例では、静電容量形電極を
対の関係，つまり３ａ：３ａ′、３ｂ：３ｂ′、…の関
係をもたせて構成したが、例えば１：ｎの関係、つまり
電極３ａに対してｎ個の電極３ａ′，３ｂ，３ｂ′，…
を順次切り替えながら対をなすようにして流量検出信号
を取り込む構成でもよく、或いはｉ（ｉ＝２以上）：ｎ
の関係をもって必要な静電容量形電極の出力を選択的に
切り替えて流量検出信号を取り込む構成であってもよ
い。

【００２７】次に、請求項３に係わる発明の一実施例に
ついて図３および図４を参照しながら説明する。通常、
この種の電磁流量計は、磁界発生装置のコイル形状や静
電容量形電極の配置などから測定管部１の流体流通方向
の位置と起電力信号波形（図示実線イ）とは図３
（ａ），（ｂ）のような関係となるが、測定管部１から
取り出すべき起電力信号波形は理想的には図示点線
（ロ）のように高レベル、かつ、フラットな状態で取り
出すことが望ましい。図中，６は外筐、７はフランジで
ある。

【００２８】そこで、この電磁流量計は、図４に示すよ
うに小分割化された静電容量形電極に個別にシールドド
ライブ用電極を施して静電容量電極集合体とし、かかる
複数の静電容量電極集合体８Ａ，８Ｂ，…を測定管２の
流体流通方向に対し複数個配置してなるものである。

【００２９】図４（ａ）は測定管２の流体流通方向の中
央部に位置する静電容量電極集合体８Ａを構成する静電
容量電極３ａａ，３ａａ′、３ｂａ，３ｂａ′、…およ
びそのシールドドライブ用電極４ａａ，４ａａ′、４ｂ
ａ，４ｂａ′、…との設置状態を示し、同図（ｂ）は複
数の静電容量電極集合体８Ａ，８Ｂ，…の配置状態を示
し、同図（ｃ）はＮ個目の静電容量電極集合体６Ｎを構
成する静電容量電極３ａｎ，３ａｎ′、３ｂｎ，３ｂ
ｎ′、…およびそのシールドドライブ用電極４ａｎ，４
ａｎ′、４ｂｎ，４ｂｎ′、…との設置状態を示す図で
ある。

【００３０】従って、このような実施例の構成によれ
ば、各静電容量電極集合体８Ａ，８Ｂ，…ごとに図１の
ように信号増幅部１０Ａ，１０Ｂ，…を接続し、かつ、
これら信号増幅部１０Ａ，１０Ｂ，…の各増幅器出力ご
とに重み付けを施すようにすれば、図３のような理想的
な流量検出信号を取り出すことができる。このことは、
測定流体とシールドドライブ用電極との間の静電容量を
小さくして流量測定の応答速度を上げられ、また、測定
管２内の磁束の強度および必要に応じて流速分布を考慮
しつつ高精度に流体の流量を測定でき、磁界発生装置の
コイル形状や静電容量形電極の配置などに左右されず
に、安定な流量検出信号を得ることができる。

【００３１】さらに、請求項４に係わる発明の一実施例
について図５を参照しながら説明する。この電磁流量計
は、測定管部１および信号増幅部１０のインピーダンス
変換機能は図１とほぼ同様な構成および機能を有してお
り、特に異なるところは、信号増幅部１０を構成する複
数の増幅器１０ａ，１０ｂ，…の出力のうち、流量測定
上、最も平均化した流量信号を検出可能な一対の静電容
量形電極例えば３ｃ，３ｃ′の出力を選択して信号処理
手段２０′に送出し、ここで適宜な信号処理を行って流
量信号を得るものである。

【００３２】さらに、請求項５に係わる発明の一実施例
について図６を参照して説明する。この電磁流量計は、
図４に示すように測定管２の流体流通方向に複数の静電
容量電極集合体８Ａ，８Ｂ，…を配置した電磁流量計に
おいて、各静電容量電極集合体８Ａ，８Ｂ，…ごとに図
１または図５に示すような信号変換系１０ａ，１０ｂ，
…，１０ｎ、２０（２０′）を接続し、或いは任意の１
個または複数個の静電容量電極集合体に対して図６
（ｂ）に示すようにインピーダンス変換の目的で信号増
幅部を設けた構成である。その他、本発明はその要旨を
逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような種々の効果を奏する。

【００３４】請求項１，２の発明では、静電容量形電極
を小分割化するとともに、これら小分割静電容量形電極
に個別に小分割シールドドライブ用電極を設けことによ
り、測定流体とシールドドライブ用電極との間の静電容
量が小さくなり、流量測定の応答速度を上げることがで
き、また、測定管内の磁束の強度および流速分布に応じ
て適宜に信号処理して高精度に流体の流量を測定でき
る。

【００３５】次に、請求項３の発明では、測定管の流体
流通方向に複数の静電容量電極集合体を配置したことに
より、測定管の流体流通方向に対してほぼ一定の流量検
出能力をもって流体の流量を測定できる。

【００３６】さらに、請求項４の発明では、複数の信号
増幅部の出力のうち、流量測定上最も望ましい出力を取
り出して信号処理するので、流量測定の応答速度を上げ
られるばかりでなく、信号処理系の構成を簡素化するこ
とができる。

【００３７】さらに、請求項５の発明は、流量測定の応
答速度を上げられ、かつ、高精度に流体の流量を測定で
き、しかも測定管の流体流通方向に対しほぼ一定の流量
検出能力をもって流体の流量を測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 請求項１，２の発明に係わる静電容量形電極
を用いた電磁流量計の一実施例を示す構成図。

【図２】 図１の電磁流量計の測定管部のみを示す図で
あって、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）の図示右側方向から見た図。

【図３】 請求項３の発明の一実施例である電磁流量計
を実現するために、従来問題となっていた測定管の流体
流通方向の起電力の関係を示す図。

【図４】 請求項３の発明の一実施例である電磁流量計
を説明するための図であって、同図（ａ）は測定管中央
部分に配置された静電容量電極集合体の縦断面図、同図
（ｂ）は測定管の図示左側半分に配置される複数の静電
容量電極集合体を示す図、同図（ｃ）はＮ番目に配置さ
れた静電容量電極集合体の縦断面図。

【図５】 請求項４の発明に係わる静電容量形電極を用
いた電磁流量計の一実施例を示す構成図。

【図６】 請求項５の発明である電磁流量計を説明する
ための図であって、同図（ａ）はある静電容量電極集合
体とその信号処理回路系とを示す構成図、同図（ｂ）は
他の静電容量電極集合体とその信号処理回路系との関係
を示す図。

【図７】 従来の静電容量形電極を用いた電磁流量計の
概略構成を示す図。

【符号の説明】

１…測定管部、２…測定管、３ａ，３ａ′，３ａａ，３
ａａ′、３ｂ，３ｂ，３ａｂ，３ａｂ′，… …静電容
量形電極、４ａ，４ａ′，４ａａ，４ａａ′、４ｂ，３
ｂ，３ａｂ，３ａｂ′，… …シールドドライブ用電
極、８Ａ，８Ｂ，……静電容量電極集合体、１０…信号
増幅部、１０ａ，１０ｂ，… …増幅器、２０，２０′
…信号処理手段。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電容量形電極を有する電磁流量計にお
   いて、 測定管に設置する前記静電容量形電極を分割化するとと
   もに、これら分割された静電容量形電極に個別にシール
   ドドライブ用電極を設け、各分割静電容量形電極の出力
   をインピーダンス変換してそれぞれ対応するシールドド
   ライブ用電極にフィードバックすることを特徴とする電
   磁流量計。
2. 【請求項２】 静電容量形電極を有する電磁流量計にお
   いて、 電気的な容量および測定管内の磁界の強さの面から、当
   該測定管に設置する前記静電容量形電極を分割化すると
   ともに、これら分割された静電容量形電極に個別にシー
   ルドドライブ用電極を設けてなる静電容量電極集合体
   と、この静電容量電極集合体の各分割静電容量形電極の
   出力を個別または前記測定管内の磁界の強さの面から対
   または組をなすように取り込んでローインピーダンスに
   変換した後、それぞれ対応するシールドドライブ用電極
   にフィードバックする信号増幅部と、この信号増幅部の
   各出力にそれぞれ所望の重み付けを施し、さらに加重平
   均化処理を行って流体の流量に比例する信号を得る信号
   処理手段とを備えたことを特徴とする電磁流量計。
3. 【請求項３】 静電容量形電極を有する電磁流量計にお
   いて、 測定管に設置する前記静電容量形電極を分割化するとと
   もに、これら分割された静電容量形電極に個別にシール
   ドドライブ用電極を設けてなる静電容量電極集合体を、
   前記測定管内の流体流通方向にそって複数個配置したこ
   とを特徴とする電磁流量計。
4. 【請求項４】 静電容量形電極を用いた電磁流量計にお
   いて、 測定管に設置する前記静電容量形電極を分割化するとと
   もに、これら分割された静電容量形電極に個別にシール
   ドドライブ用電極を設けてなる静電容量電極集合体と、
   この静電容量電極集合体の各分割静電容量形電極の出力
   を個別または前記測定管内の磁界の強さの面から対また
   は組をなすように取り込んでローインピーダンスに変換
   した後、それぞれ対応するシールドドライブ用電極にフ
   ィードバックする信号増幅部と、この信号増幅部の各出
   力の中から所望とする出力を取り出して流体の流量に比
   例する信号を得る信号処理手段とを備えたことを特徴と
   する電磁流量計。
5. 【請求項５】 静電容量形電極を有する電磁流量計にお
   いて、 測定管に設置する前記静電容量形電極を分割化するとと
   もに、これら分割された静電容量形電極に個別にシール
   ドドライブ用電極を設けてなる静電容量電極集合体を前
   記測定管内の流体流通方向にそって複数個配置する電極
   配置手段と、この電極配置手段を構成する各静電容量電
   極集合体からの分割静電容量形電極の出力を個別または
   前記測定管内の磁界の強さの面から対または組をなすよ
   うに取り込んでローインピーダンスに変換した後、それ
   ぞれ対応するシールドドライブ用電極にフィードバック
   する信号増幅部と、この信号増幅部の各出力の中から所
   望とする出力を取り出し、或いはこれら信号増幅部の出
   力にそれぞれ所望の重み付けを施して加重平均化処理に
   より、流体の流量に比例する信号を得る信号処理手段と
   を備えたことを特徴とする電磁流量計。