JP2001281028A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定管の口径が大きくても流量を精度良く測
定することができる電磁流量計を提供する。 【解決手段】 励磁コイル２ａ，２ｃは、測定管１の周
方向における端部２０ａ，２０ｃが測定電極４ａの近く
に配置されており、励磁コイル２ｂ，２ｄは、測定管１
の周方向における端部２０ｂ，２０ｄが測定電極４ｂの
近くに配置されている。このために、コア３ａとコア３
ｃとが接近するとともに、コア３ｂとコア３ｄとが接近
して、コア３ａ，３ｂのＮ極から帰還磁路６ａ，６ｂに
流れ込む磁束や、帰還磁路６ａ，６ｂからコア３ｃ，３
ｄのＳ極に流れ込む磁束を少なくすることができる。そ
の結果、測定管１内に磁界が略均一に発生して、測定管
１内の磁束密度を高く、かつ、均一にすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流体の流量を測
定する電磁流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の電磁流量計を概略的に示
す断面図である。従来の電磁流量計は、図３に示すよう
に、測定管１０１と、励磁コイル１０２ａ，１０２ｂ
と、コア１０３ａ，１０３ｂと、測定電極１０４ａ，１
０４ｂと、アース電極１０５と、帰還磁路１０６などか
ら構成されている。従来の電磁流量計では、励磁コイル
１０２ａ，１０２ｂに電流が流れると、コア１０３ａの
Ｎ極からコア１０３ｂのＳ極に向けて磁力線が形成され
て、測定管１０１内に磁界が発生する。従来の電磁流量
計では、測定管１０１内を流れる流体Ｆが磁界を横切る
ときに発生する起電力を一対の測定電極１０４ａ，１０
４ｂによって検出し、この起電力に基づいて測定管１０
１内を流れる流体Ｆの流量を測定する。

【０００３】このような電磁流量計では、測定管１０１
の外側に発生する磁界は、電極１０４ａ，１０４ｂが検
出する起電力には寄与せず、測定管１０１内を通過した
磁束は、透磁率が大きく磁気的な損失が少ないコア１０
３ａ，１０３ｂ及び帰還磁路１０６に流れ込む。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図４は、従来の電磁流
量計において測定管の口径が大きいときの磁束分布を示
す図である。図４に示すように、例えば、測定管１０１
が５００ｍｍ以上の大口径になると、コア１０３ａとコ
ア１０３ｂとの間の距離（測定管１０１の口径）に比べ
て、実際は交番磁場が使用されるが、説明のため、片側
の極性に励磁されている状態で示すが、コア１０３ａ，
１０３ｂと帰還磁路１０６との間の距離が相対的に短く
なる。このために、コア１０３ａのＮ極からコア１０３
ｂのＳ極に向かう磁束よりも、コア１０３ａのＮ極から
帰還磁路１０６に流れ込む磁束や、帰還磁路１０６から
コア１０３ｂのＳ極に流れ込む磁束が多くなる。その結
果、測定管１０１の口径が大きくなるほど、帰還磁路１
０６に逃げる磁束が増加するが、測定管１０１内を通過
する磁束が減少して、起電力に影響を与える磁界を測定
管１０１内に効率的に発生させることが困難になる。

【０００５】この発明の課題は、測定管の口径が大きく
ても流量を精度良く測定することができる電磁流量計を
提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、以下のよう
な解決手段により、前記課題を解決する。なお、この発
明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これ
に限定するものではない。請求項１の発明は、流体
（Ｆ）の流量を測定する電磁流量計であって、前記流体
が流れる測定管（１）と、前記測定管内に磁界を発生さ
せる少なくとも４つの励磁コイル（２ａ，２ｂ，２ｃ，
２ｄ）と、前記磁界内を前記流体が横切るときに発生す
る起電力を検出する２つの電極（４ａ，４ｂ）とを含
み、前記４つの励磁コイルは、前記測定管内に前記磁界
が略均一に発生するように、前記２つの電極の近くに配
置されていることを特徴とする電磁流量計である。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載の電磁
流量計において、前記４つの励磁コイルは、前記測定管
の周方向における前記電極側の端部（２０ａ，２０ｂ；
２０ｃ，２０ｄ）とは反対側の端部（２１ａ，２１ｂ；
２１ｃ，２１ｄ）を互いに接触させて配置されているこ
とを特徴とする電磁流量計である。

【０００８】請求項３の発明は、請求項２に記載の電磁
流量計において、端部を互いに接触させた２つの励磁コ
イル（２ａ，２ｂ；２ｃ，２ｄ）は、電流が流れたとき
に前記測定管側が同じ極性（Ｎ；Ｓ）になるように巻か
れていることを特徴とする電磁流量計である。

【０００９】請求項４の発明は、請求項２又は請求項３
に記載の電磁流量計において、前記電極の近くに配置さ
れた２つの励磁コイル（２ａ，２ｃ；２ｂ，２ｄ）の間
を覆い、前記測定管内を通過した磁束がこの測定管外を
通過して帰還する帰還磁路（６ａ；６ｂ）を備えること
を特徴とする電磁流量計である。

【００１０】請求項５の発明は、請求項４に記載の電磁
流量計において、前記帰還磁路は、前記測定管の周方向
における両端部（６０ｃ、６１ｃ；６０ｄ、６１ｄ）が
前記２つの励磁コイル（２ａ，２ｃ；２ｂ，２ｄ）をそ
れぞれ巻き付けるコアであり、かつ、前記２つの励磁コ
イルをこの測定管の外周面にそれぞれ固定する固定部で
あることを特徴とする電磁流量計である。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、図面を参
照して、この発明の第１実施形態についてさらに詳しく
説明する。図１は、この発明の第１実施形態に係る電磁
流量計を概略的に示す断面図である。なお、図１は、流
体の流れる方向と垂直な仮想平面により電磁流量計を切
断した状態を示す縦断面図である。

【００１２】この発明の第１実施形態に係る電磁流量計
は、流体Ｆが流れる測定管１内に磁界を発生させ、この
磁界を流体Ｆが横切るときに発生する起電力を測定し
て、この流体Ｆの流量を測定する装置である。電磁流量
計は、図１に示すように、測定管１と、励磁コイル２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、コア３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ
と、測定電極４ａ，４ｂと、アース電極５と、帰還磁路
６ａ，６ｂなどから構成されている。

【００１３】測定管１は、一般産業用水、上水、下水、
薬液、パルプ液などの流体Ｆが流れる管路である。測定
管１は、例えば、ステンレス管などからなり、流体Ｆと
接触する側の表面（接液面）が、フッ素樹脂、クロロプ
レンゴム、ポリウレタンゴム、セラミックスなどの絶縁
性物質によってライニングされている。

【００１４】励磁コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、測
定管１内に磁界を発生させる部材である。励磁コイル２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、それぞれコア３ａ，３ｂ，３
ｃ，３ｄに巻き付けられており、所定の励磁電流が流れ
ると、コア３ａ，３ｂのＮ極からコア３ｃ，３ｄのＳ極
に向かう磁力線が形成されて、測定管１内に磁界が発生
する。

【００１５】この第１実施形態では、図１に示すよう
に、励磁コイル２ａ，２ｃは、測定管１の周方向におけ
る端部２０ａ，２０ｃが測定電極４ａの近くに配置され
ており、励磁コイル２ｂ，２ｄは、測定管１の周方向に
おける端部２０ｂ，２０ｄが測定電極４ｂの近くに配置
されている。このために、コア３ａとコア３ｃとが互い
に接近するとともにコア３ｂとコア３ｄとが互いに接近
し、コア３ａ，３ｂのＮ極から帰還磁路６ａ，６ｂに流
れ込む磁束や、帰還磁路６ａ，６ｂからコア３ｃ，３ｄ
のＳ極に流れ込む磁束を少なくすることができる。その
結果、測定管１内に磁界が略均一に発生して、測定管１
内の磁束密度を高く、かつ、均一にすることができる。
特に、重み関数の大きい測定電極４ａ，４ｂ付近の磁界
が強くなり、流速分布の影響を少なくすることができ
る。

【００１６】また、この第１実施形態では、図１に示す
ように、励磁コイル２ａ，２ｂは、端部２０ａ，２０ｂ
とは反対側の端部２１ａ，２１ｂが互いに接触するよう
に配置されている。同様に、励磁コイル２ｃ，２ｄは、
端部２０ｃ，２０ｄとは反対側の端部２１ｃ，２１ｄが
互いに接触するように配置されている。このために、コ
ア３ａ，３ｂのＮ極から出た磁束が、端部２１ａと端部
２１ｂとの間を通過して帰還磁路６ａ，６ｂに流れ込む
のを防止することができる。同様に、帰還磁路６ａ，６
ｂから出た磁束が、端部２１ｃと端部２１ｄとの間を通
過してコア３ｃ，３ｄのＳ極に流れ込むのを防止するこ
とができる。

【００１７】さらに、この第１実施形態では、励磁コイ
ル２ａ，２ｂは、これらに電流が流れると、コア３ａ，
３ｂの測定管１側が同じ極性（Ｎ極又はＳ極）になるよ
うに、図中矢印方向に巻かれている。また、励磁コイル
２ｃ，２ｄは、これらに電流が流れると、コア３ｃ，３
ｄの測定管１側が同じ極性（Ｓ極又はＮ極）になるよう
に、図中矢印方向に巻かれている。その結果、測定管１
内の磁束密度を高くすることができる。

【００１８】コア３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、磁気回路
の一部を構成する鉄心である。コア３ａ，３ｃは測定管
１の外周面と帰還磁路６ａの内周面との間に固定されて
おり、コア３ｂ，３ｄは測定管１の外周面と帰還磁路６
ｂの内周面との間に固定されている。

【００１９】測定電極４ａ，４ｂは、磁界内を流体Ｆが
横切るときに発生する起電力を検出する部材である。測
定電極４ａ，４ｂは、例えば、ステンレス、白金イリジ
ウム、タンタル、チタンなどの導電体である。測定電極
４ａ，４ｂは、測定管１内で互いに対向して配置されて
いる。測定電極４ａ，４ｂが検出した電極電圧（電極間
の電位差）を図示しない変換器に出力すると、この変換
器が電極電圧から流量信号だけを抽出して流量に比例し
た電圧（信号起電力）に変換する。アース電極５は接地
用の電極である。

【００２０】帰還磁路６ａ，６ｂは、測定管１内を通過
する磁束が測定管１外を通過して帰還する磁気回路の一
部である。帰還磁路６ａはコア３ａ，３ｃとともに磁気
回路を構成し、帰還磁路６ｂは、コア３ｂ，３ｄととも
に磁気回路を構成する。帰還磁路６ａ，６ｂは、測定管
１との間に間隙部を形成するように、測定管１の外周面
側に配置されている。帰還回路６ａ，６ｂは、例えば、
透磁率の高いケイ素鋼鈑などに絶縁性塗料を塗布したも
のを複数重ね合わせて形成した部材である。帰還回路６
ａは、コア３ａのＮ極からコア３ｃのＳ極に向かう磁束
がコア３ｃのＳ極からコア３ａのＮ極に戻るように、測
定管１の周方向における両端部６０ａ，６１ａがそれぞ
れコア３ａ，３ｃに固定されている。同様に、帰還回路
６ｂは、コア３ｂのＮ極からコア３ｄのＳ極に向かう磁
束がコア３ｄのＳ極からコア３ｂのＮ極に戻るように、
測定管１の周方向における両端部６０ｂ，６１ｂがそれ
ぞれコア３ｂ，３ｄに固定されている。

【００２１】この第１実施形態では、励磁コイル２ａと
励磁コイル２ｃとの間を帰還磁路６ａによって覆い、励
磁コイル２ｂと励磁コイル２ｄとの間を帰還磁路６ｂに
よって覆っている。その結果、磁気的な抵抗の少ない帰
還磁路６ａ，６ｂ内を磁束が通過するために、測定管１
内を通過する磁束を増加させることができる。

【００２２】次に、この第１実施形態に係る電磁流量計
の動作を説明する。図１に示す励磁コイル２ａ，２ｂ，
２ｃ，２ｄに一定の電流が流れると、コア３ａ，３ｂの
測定管１側がＮ極（Ｓ極）になり、コア３ｃ，３ｄの測
定管１側がＳ極（Ｎ極）になる。その結果、Ｎ極からＳ
極に向かう磁束が測定管１内を通過して、測定管１内に
略均一な磁界が形成される。測定管１内を流体Ｆが流れ
ると、この測定管１内の磁界を流体Ｆが横切るために、
ファラデーの電磁誘導の法則により起電力が発生する。
この起電力を測定電極４ａ，４ｂが検出して、測定管１
内を流れる流体Ｆの流量がこの起電力に基づいて測定さ
れる。

【００２３】この第１実施形態に係る電磁流量計には、
以下に記載するような効果がある。 （１） この第１実施形態では、励磁コイル２ａ，２ｃ
が測定電極４ａの近傍に配置され、励磁コイル２ｂ，２
ｄが測定電極４ｂの近傍に配置されている。このため
に、測定管１内に流れ込む磁束が多くなり、測定管１内
に効率的に磁界を発生させることができる。その結果、
大口径の電磁流量計であっても、Ｓ／Ｎを向上させて流
量を正確に精度よく測定することができる。

【００２４】（２） この第１実施形態では、端部２１
ａと端部２１ｂとが互いに接触し、かつ、端部２１ｃと
端部２１ｄとが互いに接触するように、励磁コイル２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを測定管１の外周面に配置してい
る。その結果、端部２１ａと端部２１ｂとの間に磁束が
流れ込むのを防止し、かつ、端部２１ｃと端部２１ｄと
の間に磁束が流れ込むのを防止して、測定管１内の磁束
密度を高くすることができる。

【００２５】（第２実施形態）図２は、この発明の第２
実施形態に係る電磁流量計を概略的に示す断面図であ
る。図２に示す帰還磁路６ｃは、励磁コイル２ａ，２ｃ
を巻き付けるコアであり、かつ、励磁コイル２ａ，２ｃ
を測定管１の外周面に固定する固定部である。また、帰
還磁路６ｄは、励磁コイル２ｂ，２ｄを巻き付けるコア
であり、かつ、励磁コイル２ｂ，２ｄを測定管１の外周
面に固定する固定部である。帰還磁路６ｃは、測定管１
の周方向における両端部６０ｃ，６１ｃが励磁コイル２
ａ，２ｃの中心を通過するようにそれぞれ折り曲げら
れ、その先端部がねじ７ａ，７ｃによって測定管１の外
周面にそれぞれ固定されている。同様に、帰還磁路６ｄ
は、測定管１の周方向における両端部６０ｄ，６１ｄが
励磁コイル２ｂ，２ｄの中心を通過するようにそれぞれ
折り曲げられており、その先端部がねじ７ｂ，７ｄによ
って測定管１の外周面にそれぞれ固定されている。

【００２６】この第２実施形態に係る電磁流量計には、
第１実施形態の効果に加えて、励磁コイル２ａ，２ｂ，
２ｃ，２ｄを巻き付けるコアとして、帰還磁路６ｃ，６
ｄを利用することができる。また、励磁コイル２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄを測定管１の外周面に固定する固定部と
して、帰還磁路６ｃ，６ｄを利用することができる。

【００２７】（他の実施形態）この発明は、以上説明し
た実施形態に限定するものではなく、以下に記載するよ
うに種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発
明の範囲内である。 （１） この実施形態では、測定電極４ａ，４ｂと流体
Ｆとを接触させる形式の電磁流量計を例に挙げて説明し
たが、これに限定するものではない。例えば、測定管の
外周面に膜状の電極を取り付けて、静電容量を介して起
電力を測定する容量検出式の電磁流量計についても、こ
の発明を適用することができる。

【００２８】（２） この実施形態では、励磁コイル２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを４つ設置した場合を例に挙げて
説明したが、設置個数はこれに限定するものではない。
例えば、励磁コイル２ａ，２ｃと励磁コイル２ｂ，２ｄ
との間に１又は２以上の励磁コイルを設置してもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による
と、測定管内に磁界が略均一に発生するように、２つの
電極の近くに４つの励磁コイルを配置したので、測定管
の口径が大きくても流量を精度良く測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態に係る電磁流量計を概
略的に示す断面図である。

【図２】この発明の第２実施形態に係る電磁流量計を概
略的に示す断面図である。

【図３】従来の電磁流量計を概略的に示す断面図であ
る。

【図４】従来の電磁流量計において測定管の口径が大き
いときの磁束分布を示す図である。

【符号の説明】

１ 測定管 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 励磁コイル ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２１ａ，２１ｂ，２
１ｃ，２１ｄ 端部 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ コア ４ａ，４ｂ 測定電極 ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 帰還磁路 ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６１ａ，６１ｂ，６
１ｃ，６１ｄ 両端部 Ｆ 流体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流量を測定する電磁流量計であっ
   て、 前記流体が流れる測定管と、 前記測定管内に磁界を発生させる少なくとも４つの励磁
   コイルと、 前記磁界内を前記流体が横切るときに発生する起電力を
   検出する２つの電極とを含み、 前記４つの励磁コイルは、前記測定管内に前記磁界が略
   均一に発生するように、前記２つの電極の近くに配置さ
   れていること、 を特徴とする電磁流量計。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電磁流量計において、 前記４つの励磁コイルは、前記測定管の周方向における
   前記電極側の端部とは反対側の端部を互いに接触させて
   配置されていること、 を特徴とする電磁流量計。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の電磁流量計において、 端部を互いに接触させた２つの励磁コイルは、電流が流
   れたときに前記測定管側が同じ極性になるように巻かれ
   ていること、 を特徴とする電磁流量計。
4. 【請求項４】 請求項２又は請求項３に記載の電磁流量
   計において、 前記電極の近くに配置された２つの励磁コイルの間を覆
   い、前記測定管内を通過した磁束がこの測定管外を通過
   して帰還する帰還磁路を備えること、 を特徴とする電磁流量計。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の電磁流量計において、 前記帰還磁路は、前記測定管の周方向における両端部が
   前記２つの励磁コイルをそれぞれ巻き付けるコアであ
   り、かつ、前記２つの励磁コイルをこの測定管の外周面
   にそれぞれ固定する固定部であること、 を特徴とする電磁流量計。