JP2002328052A - 流体用の磁気誘導式流量測定計および磁気誘導式流量測定方法 - Google Patents

流体用の磁気誘導式流量測定計および磁気誘導式流量測定方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気誘導式流量測定計またはこの種の磁気誘
導式の流量測定方法において、流量の指示以外の付加的
な情報をユーザに供給できるようにする。 【解決手段】 出力装置が設けられており、１つまたは
２つの測定電極でそれぞれ基準電位に対して取り出され
た電圧のうち直流電圧成分の値がユーザに表示される
か、および／またはさらなる処理のためにユーザに供給
される、

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定管と、測定管
軸線に対して少なくともほぼ垂直に延在し時間的に交番
変化する磁界を形成するために用いられる磁石と、測定
管軸線に対して少なくともほぼ垂直に磁界方向で延在す
る接続線路に沿って配置された測定電極とを備えてい
る、流体用の磁気誘導式流量測定計に関する。
【０００２】本発明はまた、測定管と、測定管軸線に対
して少なくともほぼ垂直に磁界方向で延在する接続線路
に沿って配置された２つの測定電極とを備えており、測
定管軸線に対して少なくともほぼ垂直に延在し時間的に
交番変化する磁界を形成し、１つまたは２つの測定電極
で基準電位に対して取り出された電圧の直流成分の値を
求める流体用の磁気誘導式の流量測定方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】磁気誘導式流量測定計および磁気誘導式
の流量測定方法は基本的にはかなり以前から良く知られ
ており、種々の適用分野で多様に使用されている。流体
用の磁気誘導型流量測定計の基本原理はファラデーにま
で遡り、彼により電磁誘導の原理を流速測定に使用する
ことが１８３２年に提案されている。ファラデーの誘導
法則によれば、電荷担体をともなう流体が磁界を通って
流れると流れ方向および磁界に対して垂直に電界が発生
する。ファラデーの誘導法則は、一般にそれぞれ１つず
つの磁気コイルによる２つの磁極から成る磁石により測
定管内の流れ方向に対して垂直な磁界を形成する磁気誘
導型流量測定計で利用されている。磁界内部では磁界を
通って運動する所定数の電荷担体を含む流体の体積要素
がこの体積要素内に発生する磁界強度により測定電極で
取り出し可能な測定電圧に寄与する。測定電極は周知の
磁気誘導型流量測定計では流体と電気化学的に結合され
ているかまたは容量的に結合されている。磁気誘導型流
量測定計の特徴は測定電圧と測定管の断面積で平均され
た流体の流速とが比例すること、すなわち測定電圧と体
積流との比例関係である。
【０００４】冒頭で述べたように、時間的に交番変化す
る磁界が形成される。従来技術からはこのための種々の
手法が知られている。例えば交流磁界により動作する磁
気誘導式流量測定計が可能であり、この場合典型的には
磁石の磁気コイルは直接に電源から正弦波形状の５０Ｈ
ｚの交流電圧を給電される。ただし流体によって測定電
極間に形成される測定電圧にはトランスを介した障害電
圧および電源からの障害電圧が重畳されている。したが
ってこんにちの磁気誘導式流量測定計は一般に極性反転
可能な直流磁界により作動される。このような極性反転
可能な直流磁界は、磁石の磁気コイルに対して時間的に
矩形の特性を有する電流を供給し、その極性を時間的に
交番変化させることにより得られる。また磁気誘導式の
流量測定において、磁石の磁気コイルに対して周期的に
時間的に矩形のつねに同じ極性を有する電流を供給し、
パルス状の直流磁界を用いることもできる。
【０００５】冒頭に言及した形式の磁気誘導式流量測定
計および磁気誘導式の流量測定方法は例えば米国特許第
５６７７４９６号明細書から公知である。この刊行物で
は、一方または双方の測定電極でそれぞれ基準電位に対
して取り出される電圧の直流電圧成分の値が求められ、
この値が、測定管を通る流体の流量を表す値とここでの
直流電圧成分の値とから成る測定された流体電圧値から
減算される。このようにして直流電圧成分の値による誤
差なく、測定管を通る流体流量を表す直接の尺度量とな
る電圧値が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、この
種の磁気誘導式流量測定計またはこの種の磁気誘導式の
流量測定方法において、流量の指示以外の付加的な情報
をユーザに供給できるようにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題は、冒頭に言及
した形式の磁気誘導式流量測定計において、出力装置が
設けられており、１つまたは２つの測定電極でそれぞれ
基準電位に対して取り出された電圧のうち直流電圧成分
の値がユーザに表示されるか、および／またはさらなる
処理のためにユーザに供給される構成により解決され
る。
【０００８】冒頭に言及した形式の磁気誘導式の流量測
定方法において、１つまたは２つの測定電極でそれぞれ
基準電位に対して取り出された電圧のうち直流電圧成分
の求められた値をユーザに表示するか、および／または
さらなる処理のためにユーザに供給することにより解決
される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明によれば、測定電極には磁
界を通って誘導される電圧のほかに、別の電圧すなわち
電気化学的な障害電圧も発生する効果を利用して、これ
を磁気誘導式流量測定計のユーザに付加的に利用できる
付加情報を提供するために用いる。本発明によりユーザ
に対して調製される付加情報については、本発明の有利
な実施例に則した以下の説明の範囲で触れる。
【００１０】本発明により利用される電気化学的な障害
電圧は、本来は流体と測定電極との接触によって発生
し、一方の流体の種々の化学ポテンシャルと他方の測定
電極の材料とから生じるコンタクト電位である。ふつう
ならば障害量を表すこうしたコンタクト電位であるが、
本発明によれば、流量値のほかに付加的な測定量をユー
ザに対して出力するために利用される。この記述は媒体
の導電性または電荷担体濃度とは別のパラメータにより
送出される。これにより例えば測定管内の媒体変化も電
気化学的な障害電圧の変化により検出可能である。
【００１１】前述したように出力装置が取り出された電
圧の直流電圧成分の値を出力するために設けられている
という場合、ここでは直流電圧成分の値そのもの、また
は直流電圧成分の平均値、または測定管を通る流体のｐ
Ｈ値など、直流電圧成分に基づいてそこから導出された
値が出力されることを意味する。
【００１２】基本的には各測定電極に対して固有の基準
電位を設けることができ、基準電位と各測定電極または
流体または測定管などとの電位差は基本的に任意に定め
ることができる。本発明の有利な実施形態によれば、こ
の基準電位はアース電位である。特にアース電位を基準
電位として使用する場合、また他の基準電位を使用する
場合であっても２つの測定電極で有利には同じ基準電位
が設けられる。特に２つの測定電極に対して基準電位と
して共通にアース電位が設けられている場合には磁気誘
導式流量測定計の構造はきわめて簡単化され、測定信号
の評価に結びつくコストも低減される。
【００１３】基本的には、時間的に交番変化する磁界の
所定の周期で基準電位に対して取り出される電圧を、直
流電圧成分の値を直接に求めるために使用することがで
きる。ただし本発明の有利な実施形態では、直流電圧成
分の値を求めるために測定電極で基準電位に対して取り
出された電圧が磁界の時間的な交番変化の複数の周期に
わたって積算され平均される。媒体の流れる条件が一定
にとどまっている場合には、このようにして直流電圧成
分のほぼ一定の近似値を出力することができる。なぜな
らこの手段により信号雑音比が著しく改善されるからで
ある。
【００１４】直流電圧成分の値を求めるために２つの測
定電極でそれぞれ基準電位に対して取り出された電圧が
使用される場合、前述の利点を達成するために、本発明
の別の有利な実施形態によれば加算装置が設けられてい
る。この加算装置により前記直流電圧成分の値を求める
ために所定の測定期間にわたって２つの測定電極で基準
電位に対して取り出された電圧の和が求められる。これ
に関連して特に有利には、付加的に平均化装置が設けら
れており、この装置により前記直流電圧成分の値を求め
るために測定電極で基準電位に対して取り出された電圧
について磁界の時間的な交番変化の複数の周期にわたる
和が平均される。
【００１５】所定の比を得るために、本発明の有利な別
の実施形態によればさらに、流体の接地装置が設けられ
ている。この種の接地装置として有利には、少なくとも
１つのアース電極、少なくとも１つの接地リングおよび
／または少なくとも部分的に金属から成る管路などが挙
げられる。この場合一方の接地装置と他方の測定電極と
に対して同じ材料が使用される。本発明の別の有利な実
施形態では、接地装置の材料は測定電極の材料とは異な
る。このようにすれば、測定管を通って流れる一方の媒
体と異なる材料から形成された他方の測定電極または接
地装置との間に異なるコンタクト電位が生じる効果を利
用できる。
【００１６】磁気誘導式流量測定計の出力装置は例えば
光学ディスプレイ、バスシステム（フィールドバス）、
電流出力、および／または周波数出力のかたちで実現す
ることができる。出力装置のタイプには依存せずに、本
発明の有利な実施形態によれば、出力装置は閾値関数部
を備えたステータス出力側を有する。これにより出力装
置は直流電圧成分の値のみでなく、所定のステータスが
存在するか否かを表すステータス値も出力する。ステー
タス出力側はこの場合、測定値が所定の閾値を上方超過
または下方超過した場合に所定のステータスが存在する
と検出や表示を行うように構成されている。
【００１７】本発明の別の有利な実施形態ではｐＨ計算
装置が設けられており、この装置により流体のｐＨ値が
１つまたは２つの測定電極でそれぞれ基準電位に対して
取り出された電圧の直流電圧成分を用いて計算される。
その際にｐＨ計算装置は１つの手段としては出力装置の
構成要素であってもよく、他の手段としてはまたこれと
別個に設けられてもよい。本発明のこの有利な実施形態
では、取り出された電圧の直流電圧成分を用いてｐＨ値
を計算する手段が構成され、これによりオンザスポット
キャリブレーションが可能となる。この場合求められた
ｐＨ値は装置の内部で使用してもよいし、および／また
は出力してもよい。
【００１８】本発明の有利な実施形態によればさらに補
正装置が設けられており、この装置により１つまたは２
つの測定電極でそれぞれ基準電位に対して取り出された
電圧の直流電圧成分の値が流体の流量に依存して補正さ
れる。その際に、取り出された電圧の直流電圧成分が測
定管を通る流体の流速に依存することが考慮される。し
たがってこの影響量による誤差は一貫して回避される。
【００１９】磁気誘導式流量測定方法の有利な他の実施
形態は本発明の磁気誘導式流量測定計の有利な実施形態
に類似したかたちで得られる。
【００２０】
【実施例】以下に詳細に本発明の磁気誘導式流量測定計
および磁気誘導式の流量測定方法を実施する複数の手段
を示す。そのために独立請求項および従属請求項に示さ
れた実施態様と本発明の有利な実施例とを図を参照しな
がら説明する。
【００２１】図１には概略的に磁気誘導式流量測定計の
構造が本発明の有利な実施例にしたがって示されてい
る。磁気誘導式流量測定計は測定管１、２つの磁気コイ
ル２を備えた磁石、および２つの測定電極３を有してい
る。測定電極３は測定管１を通って流れる媒体と電気化
学的に導通するように結合されている。磁気コイル２に
より時間的に交番変化する磁界が形成され、この磁界は
測定管軸線に対してほぼ垂直に延在する。図示されてい
る本発明の有利な実施例によれば、時間的にほぼ矩形の
特性で経過し、図２に示されているように周期的に極性
を変化させる。測定電極３はその接続線が一方では測定
管軸線に対して垂直に、他方では時間的に交番変化する
磁界の方向に対して垂直に延在するように配置されてい
る。
【００２２】測定管１を通って電荷担体を有する媒体が
流れる場合、磁界のターンオンにより電圧が誘導され、
この電圧が測定電極３の間で取り出される。一方の各測
定電極３と他方のアースとの間で電圧を取り出すことが
これに等価である。ただし測定電極３で取り出された電
圧は磁界と流体とによって誘導された電圧のみでなく、
電気化学的な障害電圧をも含んでいる。この障害電圧は
流体のコンタクト電位により測定電極３の個所で発生す
るものである。図２のｂからわかるように、測定電極３
でアースに対して取り出される電圧Ｕに対して、電気化
学的な障害電圧Ｕｃに対称な特性も発生している。ここ
でこの電気化学的な障害電圧は媒体のタイプ、すなわち
例えば導電率および電荷担体濃度に依存している。
【００２３】アースに対する電気化学的な障害電圧を測
定するために測定装置４が用いられる。電気化学的な障
害電圧を求めるには、測定装置４に後置接続された加算
装置５により、時間的に交番変化する磁界の各周期ひい
ては取り出される電圧の周期において、２つの測定電極
３で基準電位（アース電位）に対して取り出された電圧
の和が求められる。加算装置５で形成された和信号は平
均化装置６へ伝送され、そこでこの和信号が時間的に平
均される。この信号はさらに出力装置７へも伝送され、
２つの測定電極３でアースに対して取り出された電圧の
直流電圧成分値が出力される。この出力はここに示した
本発明の実施例では、電圧値の表示のかたちで行われて
いる。
【００２４】表示された電圧値により、磁気誘導式流量
測定計のユーザは測定管１を通る流体の導電率または電
荷担体濃度を求めるための値を得ることができる。例え
ば出力装置７から出力された値が磁気誘導式流量測定計
のユーザの見ているところで変化すれば、媒体の導電率
または電荷担体濃度が変化したことを検出することがで
きる。これにより管路内の媒体の変化を検出することが
できる。
【００２５】測定管１を通る流体を接地するために、本
発明のここでの実施例によれば、測定管１の底部にアー
ス電極８が設けられる。すでに基準電位としてアース電
位が選択されているので、アース電極８に対しては測定
電極３とは異なる材料が選択されている。
【００２６】予め定められた磁気誘導式流量測定計を用
い、測定管１を通る流体が不変であれば、電気化学的な
障害電圧は測定管１を通る流体の速度に依存する。電気
化学的な障害電圧に対して求められた値を測定管１を通
る流体の速度に依存して補正するために、以下の構成が
設けられている。測定電極３の間に誘導される電圧は一
般に磁気誘導式流量測定計で通常行われているように、
測定管１を通る流体の流量を求めるために使用される。
こうした本来の流量測定は流量測定装置９で行われる。
流量測定装置９を用いれば、測定管１を通る流体の流量
に対して求められた値を光学ディスプレイまたはバスシ
ステムを介して出力することができる。他方では本発明
の有利な実施例にしたがってこの流量値も補正装置１０
へ供給される。この補正装置は出力装置７に接続されて
おり、出力装置７から出力される取り出された電圧の直
流電圧成分値が測定管１を通る流体の流量に依存して補
正される。
【００２７】さらに出力装置７にはステータス出力側１
１が設けられている。このステータス出力側には閾値関
数部が設けられている。閾値は例えば本発明の有利な実
施例では磁気誘導式流量測定計のユーザによって設定さ
れる。これにより出力装置８から出力される取り出され
た電圧の直流電圧成分値の変化分が設定されたものであ
った場合には、ランプ１２などのシグナリング装置が作
動される。ランプ１２の作動によりユーザに対して、流
体の電荷担体濃度の変化により測定管１内の媒体変化が
検出されたことが指示される。前提として閾値関数部に
より上方の閾値および下方の閾値を備えたウィンドウが
定義される。取り出された電圧の直流電圧成分に対して
求められた値がこのウィンドウ内に入っている場合、こ
れは測定管１を通る流体が変化していないことに相応す
る。上方の閾値が上方超過される場合または下方の閾値
が下方超過される場合、これらは取り出された電圧の直
流電圧成分の変化量がエラー限界を超過していることを
指示している。この場合にはランプ１２により媒体が変
化しているという指示がなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有利な実施例による流量測定計の構造
の概略図である。
【図２】形成された磁界および測定電極で取り出された
電圧の特性図である。
【符号の説明】 １ 測定管 ２ 磁気コイル ３ 測定電極 ４ 測定装置 ５ 加算装置 ６ 平均化装置 ７ 出力装置 ８ アース電極 ９ 流量測定装置 １０ 補正装置 １１ ステータス出力側 １２ ランプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘルムート ブロックハウス ドイツ連邦共和国 ディンスラーケン マ ルタシュトラーセ 62 Ｆターム(参考） 2F035 CB10

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 測定管（１）と、測定管軸線に対して少
    なくともほぼ垂直に延在し時間的に交番変化する磁界を
    形成するために用いられる磁石と、測定管軸線および磁
    界方向に対して少なくともほぼ垂直に延在する接続線に
    沿って配置された２つの測定電極（３）とを備えてい
    る、 流体用の磁気誘導式流量測定計において、 出力装置（７）が設けられており、１つまたは２つの測
    定電極（３）でそれぞれ基準電位に対して取り出された
    電圧のうち直流電圧成分の値がユーザに表示されるか、
    および／またはさらなる処理のためにユーザに供給され
    る、ことを特徴とする流体用の磁気誘導式流量測定計。
  2. 【請求項２】 前記基準電位はアース電位である、請求
    項１記載の流量測定計。
  3. 【請求項３】 ２つの測定電極（３）に対して同じ基準
    電位が設けられている、請求項１または２記載の流量測
    定計。
  4. 【請求項４】 加算装置および平均化装置が設けられて
    おり、該装置により前記直流電圧成分の値を求めるため
    に測定電極（３）で基準電位に対して取り出された電圧
    が磁界の時間的な交番変化の複数周期にわたって積算さ
    れ平均される、請求項１から３までのいずれか１項記載
    の流量測定計。
  5. 【請求項５】 加算装置（５）が設けられており、該装
    置により前記直流電圧成分の値を求めるために所定の測
    定期間にわたって２つの測定電極（３）で基準電位に対
    して取り出された電圧の和が求められる、請求項１から
    ３までのいずれか１項記載の流量測定計。
  6. 【請求項６】 平均化装置（６）が設けられており、該
    装置により前記直流電圧成分の値を求めるために測定電
    極（３）で基準電位に対して取り出された電圧について
    磁界の時間的な交番変化の複数の周期にわたる和が平均
    される、請求項５記載の流量測定計。
  7. 【請求項７】 流体の接地装置が設けられている、請求
    項１から６までのいずれか１項記載の流量測定計。
  8. 【請求項８】 接地装置の材料は測定電極（３）の材料
    とは異なっている、請求項７記載の流量測定計。
  9. 【請求項９】 少なくとも１つのアース電極（８）、少
    なくとも１つの接地リングおよび／または少なくとも部
    分的に金属から成る管路が設けられている、請求項７ま
    たは８記載の流量測定計。
  10. 【請求項１０】 補正装置（１０）が設けられており、
    該装置により１つまたは２つの測定電極（３）でそれぞ
    れ基準電位に対して取り出された電圧の直流電圧成分の
    値が流体の流量に依存して補正される、請求項１から９
    までのいずれか１項記載の流量測定計。
  11. 【請求項１１】 ｐＨ計算装置が設けられており、該装
    置により流体のｐＨ値が１つまたは２つの測定電極
    （３）でそれぞれ基準電位に対して取り出された電圧の
    直流電圧成分を用いて計算される、請求項１から１０ま
    でのいずれか１項記載の流量測定計。
  12. 【請求項１２】 出力装置（７）は閾値関数部を備えた
    ステータス出力側（１１）を有する、請求項１から１０
    までのいずれか１項記載の流量測定計。
  13. 【請求項１３】 ステータス出力側（１１）により媒体
    の変化が指示される、請求項１２記載の流量測定計。
  14. 【請求項１４】 流体の流量を測定するために測定管
    （１）と、測定管軸線に対して少なくともほぼ垂直に磁
    界方向で延在する接続線に沿って配置された２つの測定
    電極（３）とを備えており、 測定管軸線に対して少なくともほぼ垂直に延在し時間的
    に交番変化する磁界を形成し、 １つまたは２つの測定電極（３）でそれぞれ基準電位に
    対する電圧を取り出し、該１つまたは２つの測定電極
    （３）でそれぞれ基準電位に対して取り出された電圧の
    うち直流電圧成分の値を求める磁気誘導式流量測定方法
    において、 １つまたは２つの測定電極（３）でそれぞれ基準電位に
    対して取り出された電圧について求められた直流電圧成
    分値をユーザに表示するか、および／またはさらなる処
    理のためにユーザに供給する、ことを特徴とする流体用
    の磁気誘導式流量測定方法。
  15. 【請求項１５】 基準電位としてアース電位を使用す
    る、請求項１４記載の流量測定方法。
  16. 【請求項１６】 ２つの測定電極（３）に対して同じ基
    準電位を使用する、請求項１４記載の流量測定方法。
  17. 【請求項１７】 直流電圧成分の値を求めるために、測
    定電極（３）で基準電位に対して取り出された電圧を時
    間的に交番変化する磁界の複数の周期にわたって積算し
    平均化する、請求項１４から１６までのいずれか１項記
    載の流量測定方法。
  18. 【請求項１８】 直流電圧成分の値を求めるために、測
    定電極（３）で基準電位に対して取り出された電圧につ
    いて時間的に交番変化する磁界の複数の周期にわたる和
    を形成する、請求項１４から１６までのいずれか１項記
    載の流量測定方法。
  19. 【請求項１９】 直流電圧成分の値を求めるために、測
    定電極（３）で基準電位に対して取り出された電圧につ
    いて時間的に交番変化する磁界の複数の周期にわたる和
    を平均する、請求項１８記載の流量測定方法。
  20. 【請求項２０】 流体を接地する、請求項１４から１９
    までのいずれか１項記載の流量測定方法。
  21. 【請求項２１】 流体を接地するために接地装置を使用
    し、該装置の材料を測定電極（３）の材料とは異ならせ
    る、請求項２０記載の流量測方法。
  22. 【請求項２２】 流体を接地するために少なくとも１つ
    のアース電極（８）、少なくとも１つの接地リング、お
    よび／または少なくとも部分的に金属から成る管路を使
    用する、請求項２０または２１記載の流量測定方法。
  23. 【請求項２３】 １つまたは２つの測定電極（３）でそ
    れぞれ基準電位に対して取り出された電圧の直流成分の
    値の出力を閾値関数部を備えたステータス出力側（１
    １）を介して行う、請求項１４から２２までのいずれか
    １項記載の流量測定方法。
  24. 【請求項２４】 ステータス出力側（１１）により媒体
    の変化を指示する、請求項２３記載の流量測定方法。
  25. 【請求項２５】 流体のｐＨ値を１つまたは２つの測定
    電極（３）で基準電位に対して取り出された電圧の直流
    成分を用いて計算する、請求項１４から２４までのいず
    れか１項記載の流量測定方法。
  26. 【請求項２６】 １つまたは２つの測定電極（３）でそ
    れぞれ基準電位に対して取り出された電圧の直流成分の
    値を流体の流量に依存して補正する、請求項１４から２
    ５までのいずれか１項記載の流量測定方法。
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