JP2000509496A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電磁流量計において、強磁性コアは、両極間にメータチューブが配置される内向きに対向された両磁極を有する閉じた形状で、平坦で平行な両端面を有し、一方の磁極の基部のみがコイルによって取り囲まれている。このような電磁石を有する電磁流量計は、コアの両側において両磁極の端面および閉じた形状の隣接部に密に重なり合う強磁性および導電性のフランジ部材を備えて、メータチューブをその軸に鋭角な方向の磁界に対して遮蔽する。

Description

【発明の詳細な説明】 電磁流量計 技術分野 導管内の導電性流体の流量を計測するための電磁流量計は、英国規格BS 5792 ：パート１：1993(ISO 6817:1992)の仕様書に記述されている。この仕様書にお いて、電磁流量計は、流れに垂直な磁界を発生する流量計として形成されており 、この磁界内の導電性流体の運動によって生じる誘導起電力(e.m.f.)から流速を 求めるようにしている。この電磁流量計は、第１装置および１またはそれ以上の 第２装置を含んでいる。この仕様書に記載されているように、第１装置は、一般 的に、流量計測される導電性流体を流通させる電気的に絶縁されたメータチュー ブと、流体中で生じる信号が計測される１またはそれ以上の対の径方向に対向し て横切る電極と、メータチューブ内で磁界を発生させるための電磁石とを備えて いる。第２装置は、流体の運動によって生じる電極間の電位差（いわゆる「電極 信号」）としての「流量信号」を受信して増幅する回路を備えている。背景技術 一般的な第１装置は、例えば前記英国規格に記載されているように、メータチ ューブ上に配置される１またはそれ以上のサドル状のコイルに各々が取り囲まれ た対向する磁極片を備えた鉄芯によって形成された電磁石を含む大きくて重い構 造であり、磁極片は、これを保持して磁気回路を構成する２つの弓状部分にボル ト留めされている。メータチューブは、磁界を妨げないように非磁性でなければ ならず、また、電極信号の短絡を避けるように電気的に絶縁され、または、少な くとも両電極間を絶縁しなければならず、ガラス、セラミック、プラスチック等 の計測すべき流体に侵食されない、すなわち、反応しない完全に電気的に絶縁す る材料で製造することができ、あるいは、電極の周囲が電気的に絶縁されたアル ミニウム等の非磁性金属で製造することができる。強度のため非金属メータチュ ーブを金属で覆うこともできる。 前記英国規格に記載されたものより軽量または簡単な構造の電磁流量計が、例 えば英国特許明細書第4.454.766号、第4.932.268号、欧州特許明細書第0 045646 A1号および第0 255 275A1号において提案されてきている。これらの全ての 提案では、その構造は、各々がコイルによって囲まれた２つの磁極を有する電磁 石に関して対称である。英国特許明細書第2 269 443A号には、メータチューブを またぐ馬蹄形コアを有し、このコアの中央部の周囲に単一のコイルが設けられた 流量計が記載されている。 電磁流量計によって生じる流量信号は、流速およびメータチューブを横切る磁 界の強さに比例し、一般的にマイクロボルトのオーダに過ぎず、通常、メータチ ューブと交差するスプリアス磁界によって生じる信号を含む電極信号を構成する 他の信号によって混信を受ける。この混信は、電磁流量計の性能を低下させ、ま た、第２装置に複雑で強力な増幅およびフィルタ回路を必要とし、そして、製造 を煩雑にして製造コストを増加させる。このようなスプリアス磁界は、例えば電 気回路の近傍でのスイッチングによって、流量計の周囲のラジオまたは電磁通信 装置によって、または、電磁石に関連して誘導される渦電流によって生じること がある。 本発明は、このようなスプリアス磁界の影響を解消または減少させることを目 的とする。発明の開示 本発明によれば、電磁流量計の電磁石は、メータチューブが配置される磁界領 域をその間に形成する内向きに直接対向する磁極を有するほぼ閉じた形状の強磁 性コアを備え、少なくとも１つの導電コイルが強磁性コアの一部を取り囲み、こ のコイルが磁界領域および磁極の間のコアの周囲に磁界を発生させるための電流 発生源に接続するための手段を有しており、強磁性コアの両端面がほぼ平坦かつ 平行で、一方の磁極の基部のみがコイルによって取り囲まれていることを特徴と する。 磁極の「基部」は、その磁極の自由端から、ほぼ閉じた形状との結合部の方へ 離れた部分を意味する。コイルがその結合部まで真直ぐ延びることは重要ではな く、磁極の重要な先端部がコイルから離れて延びていることが、後述される目的 のために充分なことである。 好ましくは、ほぼ閉じた形状は、長方形で、強磁性コアの両端面は、ほぼ閉じ た形状および両磁極に共通し、両磁極は異なる長さを有しており、その一方はコ イルに囲まれる基部を有せず短くなっている。ほぼ閉じた形状は、好ましくは完 全に閉じられて磁束の損失を最小限にする。コアは、流量計の組立の便宜を得る ために少なくとも２つの部品とする必要があるとともに、これらの部品は、緊密 に一体化され、または、閉じた形状を得るために重ね合わされるべきである。 本発明によれば、さらに、電磁流量計は、その内壁に互いに電気的に絶縁され て対向する電極を有するメータチューブと、前述したようにメータチューブを横 切る磁界を誘導するための電磁石とを備えている。 このような電磁流量計においては、強磁性および導電性のフランジ部材は、好 ましくは、環状でメータチューブの軸を取り囲んでおり、前記強磁性コアの両端 面の各々と緊密に接合し、各フランジ部材は、両磁極の端部およびほぼ閉じた形 状の隣接部と重ね合わさるような寸法で、メータチューブの軸に鋭角な方向のス プリアス磁界に対して磁界領域を遮蔽している。このフランジ部材は、好ましく は、メータチューブと同軸とし、また、メータチューブを流量計測すべき流体を 流通させるパイプラインに接続するためのパイプユニオンとする。 磁気的性能を改善するため、コアは、好ましくは、変圧器コアの通常の構造に おけるように、鉄等の多数の薄板または積層物から組立てられる。コイルおよび できればメータチューブもコアとともに簡単に組立てられるように、各積層物は 、２つの部品に分割されて、コアが組立てられる際に分割線が交互にずれるよう に隣接する積層物が異なる線で分割されるようにする。このほかの構造において は、各積層物は、同様の位置で分割されて、全ての同様の分割部分は、一体に結 合される。この分割部分の結合された各グループの分割された表面は、互いに噛 み合うように正確に成形されて、組立時に結合部の磁束損失が無視できるように する。さらにほかの構成方法においては、コアは、フェライトまたは強磁性ポリ マー合成物で成型することができる。 コア自体は、両電極を含む領域でメータチューブをほぼ取り囲むことから、メ ータチューブの軸にほぼ垂直な方向のスプリアス磁界に対する効果的な遮蔽を提 供し、また、フランジ部材は、その軸に鋭角な方向の磁気に対する遮蔽を提供す る。非対称磁極のため、その軸は、従来の流量計のようにほぼ閉じた形状の中心 にはないが、閉じた形状の長い磁極に隣接する部分よりも、短い磁極に隣接す る部分により接近している。このことは、適度な寸法のフランジ部材が強磁性体 コアの上述の部分に重なり合うことができるようにする。メータチューブは、好 ましくは、正確な間隔をもった両端フランジを有し、このフランジが両磁極の両 端表面およびコアのほぼ閉じた形状の隣接部分に当接し、また、フランジ部材は 、コアの両端面とそれぞれのフランジ部材との間のメータチューブのフランジと ともにコアに結合される。必要ならば、これらの間に液密シール手段が設けられ る。ほぼ平坦な表面およびメータチューブの正確な間隔をもったフランジによっ て、フランジ部材のコアへの結合は、メータチューブ自体に大きな圧縮力を作用 させることがない。このことは、メータチューブの機械的損傷の危険性および従 来の電磁流量計において不正確な作動の原因となったメータチューブの歪みを防 止する。このように、効果的な磁気的遮蔽の提供に加えて、コアは、メータチュ ーブのための機械的な保護を提供する。これにより、セラミック、ガラスまたは プラスチック材料等の電気的に絶縁する材料のメータチューブが使用できるよう になり、上述した金属の覆い等の補強の必要性が解消される。 さらに、本発明によれば、電磁流量計は、その内壁に対向する両電極を設けた 電気的に絶縁した材料のメータチューブと、内向きに対向してその間にメータチ ューブが配置される磁界領域を形成する両磁極を有する閉じた形状の強磁性コア とを備え、閉じた形状および対向する両磁極は、メータチューブの軸に垂直な共 通する平坦な両端表面を有し、少なくとも１つの導電コイルが強磁性コアの一部 を取り囲み、コイルは、磁界領域および両磁極の間のコアの周囲に磁界を発生さ せるために電流源に接続する手段を有するものであって、メータチューブは、そ の両端に前記コアの平坦表面に当接するように間隔をもった外側フランジを有し 、両磁極は異なる長さを有し、長い方の磁極の基部側の部分のみがコイルによっ て取り囲まれて、少なくともメータチューブの外側フランジの径方向寸法に等し い長さの自由先端部分が残され、強磁性および導電性のパイプユニオンがメータ チューブを被計測流体を流通させるパイプラインに接続するためにメータチュー ブの両端に同軸に取付けられ、各パイプユニオンは、両磁極および閉じた形状の 隣接部分の端部と重なり合うような寸法のメータチューブに隣接する平坦な端部 表面を有して、メータチューブをメータチューブの軸に鋭角の方向の磁界 に対して遮蔽しており、パイプユニオンを各々のユニオンの平坦表面とコアとの 間のメータチューブのフランジとともにコアに締結するためのクランプ手段が含 まれることを特徴とする。図面の簡単な説明 図１は、電磁流量計の被計測流体の流れ方向における端面図であり、 図２は、パイプユニオンを取り外して電極が見えるようにメータチューブを断 面した図１と同様の端面図であり、また、 図３は、図２のIII−III線に沿って断面したコアを有する流量計の分解側面図 である。好適な実施形態の詳細な説明 電磁流量計は、強磁性コア１および必要な磁界を発生させるために電流源に接 続する端接続を設けたコイル２を有する電磁石を備えている。コア１は、２つの 側片７によって結合される上下の長方形の辺５，６を有し、上下の辺５，６から それぞれ内向きに対向する磁極３，４を有する閉じた長方形の形状をしている。 コイル２は、磁極３の基部を取り囲み、磁極３は磁極４よりも長く、コイルを収 容して自由先端部を残している。コイル２が励磁されて磁極３に沿って磁界が生 じたとき、磁界は対向する磁極間に形成された磁界領域を横切り、上下の辺５， ６および２つの側辺７に沿って戻る。磁極３および４を有するコア１の対称形状 により、磁界は２つの辺７の間でほぼ等しく分配される。これらの辺の長さが異 なるか形状が異なる場合、分配は等しくならず、キャリブレーションは異なるが 、流量計の性能に大きく影響することはない。同様に、一方の側辺または上下の 辺がコアのその部分を通る磁界を大幅に減少させるエアギャップを含む場合も、 磁極間の磁界領域を通る磁束およびこれによる流量計の性能には大きく影響する ことはない。 コア１は、変圧器コアと同様の方法で多数の薄板または積層物から組立てられ ている。コアをコイルと組立可能にするため、各積層物は、２つの部品に分割す る必要があり、また、磁気的および機械的な完全な安定のため、隣接する積層物 の分割部８，９は交互にずらされている。磁極３，４の対向端は、湾曲されてこ れらの間にメータチューブ10を収容、配置する磁界領域を形成しており、また、 コア１の両端表面は、少なくとも磁極３、磁極４の先端、閉じた形状の下部辺６ および側辺７の下部の領域において、平坦かつ平行である。メータチューブ10は 、端部外側フランジ11を有する真円筒で、両フランジ11は、正確な間隔を有し、 チューブ10が磁界領域に配置されたとき、図３に示されるように、フランジ11が コアの平坦面に対して緊密に配置され、長い磁極３の自由先端部および短い磁極 ４の全体が両フランジ11の間にはまるようになっている。２つの径方向に対向す る電極12は、メータチューブ10の真円筒の側壁の中央部に取付けられている。導 電流体がメータチューブに沿って流れ、コイル２が励磁された場合、両電極12間 に流速に比例する誘導起電力が生じる。 フランジ11を有するメータチューブ10は、型にインサートとして位置決めされ た電極12とともにポリプロピレン等のプラスチックで一体成型される。このほか 、メータチューブは、金属および互いから電気的に絶縁された電極を設けて金属 で作ることができる。このようなメータチューブは、電極を貫通させた絶縁ライ ニングを設けるべきである。 流量計を被計測流体を流通させるパイプラインに取付けるため、六角フランジ 14および雌螺子が切られたカラー15を有する強磁性および導電性の金属パイプユ ニオン13が、フランジ11とフランジ14とを対向させてメータチューブ10の両端部 に同軸に取付けられ、これらのアセンブリがクランプボルト17によって締結され て、Ｏリング16がフランジ11とフランジ14との間を液密的にシールする。このア センブリは、メータチューブ10のフランジ11がコア１の表面に対して堅固に締結 されるので、機械的に強固であり、さらに、メータチューブの正確な寸法どりに よって、メータチューブ自体の真円筒部上に、流量計の不正確な計測を引き起こ す真円筒の歪みまたは損傷の原因となる大きな圧縮力が作用することがない。 図２に最も明確に参照されるように、メータチューブ10の真円筒部は、コア１ の中に完全に囲まれ、このことから、メータチューブをほぼ横切る方向のスプリ アス磁界に対して、コアによって磁気的に遮蔽されるだけでなく、コアによって 機械的な衝撃による損傷から保護されることにもなる。導電性としたパイプユニ オン13の金属フランジ14およびカラー15は、静電遮蔽およびメータチューブ10の 軸に鋭角な方向のスプリアス磁界に対する遮蔽を提供し、また、クランプボル トが締付けられたアセンブリの完成状態は、堅固な強度を与え、特に、電磁流量 計がパイプラインに不注意に取付けられる際にしばしば生じる捩りによる損傷か らメータチューブを保護する。これにより、流量信号が生じる両電極12間の領域 は、流量信号に混信するスプリアス磁界に対して確実に遮蔽され、また、メータ チューブ自体は、損傷に対して機械的に保護される。 図２においては、対向する両磁極３，４とメータチューブ10との間に隙間が示 されているが、この寸法は、隙間をなくしてチューブが両磁極に確実に保持され るようにしてもよい。このようにするために、コイル２を越えて延びる磁極３の 先端部は、メータチューブ10のフランジ11の径方向寸法と少なくとも等しい長さ にしなければならない。 このほかの構造としては、メータチューブは、フランジを有しないが、その両 端が、磁極３の自由端部、磁極４およびコア１の閉じた形状の隣接部６，７の平 坦表面に重ね合わさるようにしたフランジ14と同様の寸法のフランジを有する同 軸のフランジ部材にはめ込まれる構造とすることができ、このフランジがこの表 面と整合して、メータチューブの軸に鋭角な方向の磁界に対する遮蔽を提供する 。Ｏリング16等のシール手段は、必須ではない。フランジ部材は、被計測流体が 流通するパイプに結合してもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．両極間にメータチューブ(10)が配置される磁界領域を形成する内向きに対向 させた両磁極(3,4)を有する閉じた形状(5,6,7)の強磁性コア(1)と、前記磁界領 域および前記両磁極間の前記コア(1)の周囲に磁界を発生させるために電流源に 接続する手段を有する前記強磁性コアの一部を取り囲む少なくとも１つの導電性 コイル(2)とを備え、 前記強磁性コア(1)の両端面は、ほぼ平坦かつ平行で、前記一方の磁極(3)の基 部のみが前記コイル(2)によって取り囲まれていることを特徴とする電磁流量計 用の電磁石。 ２．前記閉じた形状(5,6,7)は、ほぼ長方形であることを特徴とする請求の範囲 １に記載の電磁石。 ３．前記強磁性コア(1)の両端面は、前記閉じた形状(5,6,7)および前記両磁極（ 3,4）に共通することを特徴とする請求の範囲２に記載の電磁石。 ４．前記コア(1)の前記両磁極(3,4)は、長さが異なり、前記コイル(2)に取り囲 まれた部分を有していない一方の磁極(4)が短くなっていることを特徴とする請 求の範囲３に記載の電磁石。 ５．互いに電気的に絶縁され対向された両電極(12)を内壁に含むメータチューブ (10)と、該メータチューブを横切る磁界を発生させるための電磁石(1,2)とを備 え、 前記電磁石(1,2)は、請求の範囲１ないし４のいずれかに記載されているもの であることを特徴とする電磁流量計。 ６．互いに電気的に絶縁され対向された両電極(12)を内壁に含むメータチューブ (10)と、該メータチューブを横切る磁界を発生させるための電磁石(1,2)とを備 え、 前記電磁石(1,2)は、両端面が前記メータチューブ(10)の軸にほぼ垂直で、両 極間にメータチューブ(10)が配置される磁界領域を形成する内向きに対向された 両磁極(3,4)を有する閉じた形状(5,6,7)の強磁性コア(1)と、前記磁界領域およ び前記両磁極(3,4)間の前記コア(1)の周囲に磁界を発生させるために電流源に接 続する手段を有し、前記強磁性コアの一部を取り囲む少なくとも１つの導電 性コイル(2)とを備えた電磁流量計であって、 前記強磁性コア(1)の両端面は、ほぼ平坦で前記一方の磁極(3)の基部のみが前 記コイル(2)によって取り囲まれて前記磁極(3)の自由先端部が残され、強磁性か つ導電性材料のフランジ部材(13,14)が前記メータチューブ(10)を周囲を囲むよ うに前記強磁性コア(1)の両端面の各々に密接し、前記フランジ部材(13,14)の各 々は、前記両磁極(3,4)の端部および前記ほぼ閉じた形状の隣接部分(6,7)に重な り合うような寸法とされて、前記メータチューブ(10)の軸に鋭角な方向の磁界に 対して前記磁界領域を遮蔽することを特徴とする電磁流量計。 ７．前記強磁性コア(1)の両端面は、前記閉じた形状(5,6,7)および前記両磁極（ 3,4）に共通することを特徴とする請求の範囲６に記載の電磁流量計。 ８．前記コア(1)の前記両磁極(3,4)は、長さが異なり、前記コイル(2)に取り囲 まれた一方の磁極(4)が長くなっていることを特徴とする請求の範囲７に記載の 電磁流量計。 ９．メータチューブ(10)は、両端にフランジ(11)を有し、該フランジ(11)間の長 さは、該両フランジ(11)が前記コア(1)の両端面に当接するような長さで、前記 環状のフランジ部材(13,14)が前記メータチューブ(10)に圧縮による損傷の危険 性なしに前記コア(1)に結合されるようになっていることを特徴とする請求の範 囲７に記載の電磁流量計。 10．前記環状のフランジ部材(13,14)は、当該流量計を被計測流体を流通させる パイプラインに接続するためのパイプユニオンであり、該パイプユニオン(13)を 前記強磁性コア(1)に、これらの間に前記メータチューブ(10)の前記フランジ(11 )を並べて、一体に締結するクランプ手段が設けられていることを特徴とする請 求の範囲９に記載の電磁流量計。 11．対向させた両電極(12)を内壁に含む電気的絶縁材料のメータチューブ(10)と 、 両極間にメータチューフ(10)が配置される磁界領域を形成する内向きに対向さ れた両磁極(3,4)を有する閉じた形状(5,6,7)で、該閉じた形状(5,6,7)および前 記対向された両磁極(3,4)が前記メータチューブ(10)の軸にほぼ垂直な共通する 両端平坦面を有する強磁性コア(1)と、 前記磁界領域および前記両磁極(3,4)間の前記コア(1)の周囲に磁界を発生させ るために電流源に接続する手段を有する前記強磁性コアの一部を取り囲む少なく とも１つの導電性コイル(2)とを備えた電磁流量計であって、 前記メータチューブ(10)は、その両端に前記コア(1)の両端面に当接するよう な間隔をもった外側フランジ(11)を有し、前記両電極(3,4)は、長さが異なり、 長い方の電極(3)の基部側部分のみが前記コイル(2)によって取り囲まれて、少な くとも前記メータチューブ(10)の前記外側フランジ(11)の径方向寸法に等しい長 さの前記磁極の自由先端部が残って前記両フランジ(11)間を貫通して前記メータ チューブ(10)に達するようになっており、強磁性および導電性のパイプユニオン (13)が、前記メータチューブを被計測流体が流通するパイプラインに接続するた めに、前記メータチューブ(10)の両端部に同軸に取付けられ、各パイプユニオン (13)は、前記両磁極(3,4)の端部および前記閉じた形状の隣接部分(6,7)に重なり 合うような寸法で、前記メータチューブ(10)に隣接する端部平坦面を有して、前 記メータチューブ(10)の軸に鋭角な方向の磁界に対して前記磁界領域を遮蔽して おり、前記パイプユニオン(13)を前記それぞれのユニオン(13)の平坦表面と前記 コア(1)との間の前記メータチューブ(10)のフランジ(11)とともに前記コア(1)に 締結するクランプ手段(17)を含んでいることを特徴とする電磁流量計。