JP2003172643A - 電磁流量計 - Google Patents
電磁流量計Info
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- JP2003172643A JP2003172643A JP2001372857A JP2001372857A JP2003172643A JP 2003172643 A JP2003172643 A JP 2003172643A JP 2001372857 A JP2001372857 A JP 2001372857A JP 2001372857 A JP2001372857 A JP 2001372857A JP 2003172643 A JP2003172643 A JP 2003172643A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 自ら整流作用を有するものとする。粘性が大
きく変化する流体であってもその流量を計測可能とす
る。 【解決手段】 円筒状の測定管路１の中央部の内壁面１
Ａの形状を、流体の流れ方向（矢印Ａ方向（正方向））
に沿って１／４楕円の輪郭線形状で狭まり（前半形状１
Ａ１）、最も狭まった位置から同じく流体の流れ方向に
沿って１／４楕円の輪郭線形状で広がった形状（後半形
状１Ａ２）とする。これにより、測定管１のスロート部
１Ｄに流線の乱れた流体を流すと、旋回流や偏流が矯正
され、あたかも長い直管距離を通過した状態と等しい整
流効果が得られる。また、流速分布が均一となり、電極
部分の流速が増大する。
きく変化する流体であってもその流量を計測可能とす
る。 【解決手段】 円筒状の測定管路１の中央部の内壁面１
Ａの形状を、流体の流れ方向（矢印Ａ方向（正方向））
に沿って１／４楕円の輪郭線形状で狭まり（前半形状１
Ａ１）、最も狭まった位置から同じく流体の流れ方向に
沿って１／４楕円の輪郭線形状で広がった形状（後半形
状１Ａ２）とする。これにより、測定管１のスロート部
１Ｄに流線の乱れた流体を流すと、旋回流や偏流が矯正
され、あたかも長い直管距離を通過した状態と等しい整
流効果が得られる。また、流速分布が均一となり、電極
部分の流速が増大する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、導電性を有する
流体の流量を測定する電磁流量計に関するものである。
流体の流量を測定する電磁流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は一般的に使用されている電磁流量
計の要部を示すブロック図である。同図において、１’
は測定管、２は測定管１’内を流れる流体の流れ方向に
対してその磁界の発生方向を垂直として配置された励磁
コイル、３は励磁コイル２へ矩形状の励磁電流を周期的
に供給する励磁回路、４ａ，４ｂは励磁コイル２の発生
磁界と直交して測定管１’内に対向して配置された検出
電極（以下、単に電極という）、５はアースリング、６
は電極４ａ，４ｂ間に得られる信号起電力を検出する初
段増幅回路、７は初段増幅回路６が検出する信号起電力
を周期的に励磁電流の流れ方向が切り換わる直前で保持
し、この保持した信号起電力をアナログ流量信号とする
サンプルホールド回路、８はサンプルホールド回路７か
らのアナログ流量信号をデジタル流量信号に変換するＡ
／Ｄ変換器、９はＣＰＵ、１０はＤ／Ａ変換器である。
計の要部を示すブロック図である。同図において、１’
は測定管、２は測定管１’内を流れる流体の流れ方向に
対してその磁界の発生方向を垂直として配置された励磁
コイル、３は励磁コイル２へ矩形状の励磁電流を周期的
に供給する励磁回路、４ａ，４ｂは励磁コイル２の発生
磁界と直交して測定管１’内に対向して配置された検出
電極（以下、単に電極という）、５はアースリング、６
は電極４ａ，４ｂ間に得られる信号起電力を検出する初
段増幅回路、７は初段増幅回路６が検出する信号起電力
を周期的に励磁電流の流れ方向が切り換わる直前で保持
し、この保持した信号起電力をアナログ流量信号とする
サンプルホールド回路、８はサンプルホールド回路７か
らのアナログ流量信号をデジタル流量信号に変換するＡ
／Ｄ変換器、９はＣＰＵ、１０はＤ／Ａ変換器である。
【０００３】この電磁流量計１００’において、励磁回
路３は、励磁コイル２へ励磁電流を周期的に供給し、測
定管１’内に交流磁界を発生させる。これにより、電極
４ａ，４ｂ間に測定管１’を流れる流体の流速と磁界と
の相互作用により信号起電力が生じ、この信号起電力が
初段増幅回路６を介してサンプルホールド回路７へ与え
られる。なお、サンプルホールド回路７へ与えられる信
号起電力ｅは、ｋを定数、Ｄを測定管１’の内径、ｖを
流体の平均流速、Ｂを発生磁束密度とした時、ｅ＝ｋ・
Ｂ・ｖ・Ｄとして表される。
路３は、励磁コイル２へ励磁電流を周期的に供給し、測
定管１’内に交流磁界を発生させる。これにより、電極
４ａ，４ｂ間に測定管１’を流れる流体の流速と磁界と
の相互作用により信号起電力が生じ、この信号起電力が
初段増幅回路６を介してサンプルホールド回路７へ与え
られる。なお、サンプルホールド回路７へ与えられる信
号起電力ｅは、ｋを定数、Ｄを測定管１’の内径、ｖを
流体の平均流速、Ｂを発生磁束密度とした時、ｅ＝ｋ・
Ｂ・ｖ・Ｄとして表される。
【０００４】初段増幅回路６からの信号起電力ｅは、周
期的に励磁電流の流れ方向が切り換わる直前でサンプル
ホールド回路７にて保持され、この保持された信号起電
力ｅがアナログ流量信号とされる。そして、このサンプ
ルホールド回路７からのアナログ流量信号がＡ／Ｄ変換
器８へ与えられ、ＣＰＵ９からの指令に基づくサンプリ
ング周期でデジタル流量信号に変換され、ＣＰＵ９へ取
り込まれる。ＣＰＵ９は、このＡ／Ｄ変換器８からのデ
ジタル流量信号より計測値を０〜１００％値として求
め、その求めた計測値に応じたアナログ信号（４〜２０
ｍＡ範囲の電流信号）をＤ／Ａ変換器１０を介して出力
する。
期的に励磁電流の流れ方向が切り換わる直前でサンプル
ホールド回路７にて保持され、この保持された信号起電
力ｅがアナログ流量信号とされる。そして、このサンプ
ルホールド回路７からのアナログ流量信号がＡ／Ｄ変換
器８へ与えられ、ＣＰＵ９からの指令に基づくサンプリ
ング周期でデジタル流量信号に変換され、ＣＰＵ９へ取
り込まれる。ＣＰＵ９は、このＡ／Ｄ変換器８からのデ
ジタル流量信号より計測値を０〜１００％値として求
め、その求めた計測値に応じたアナログ信号（４〜２０
ｍＡ範囲の電流信号）をＤ／Ａ変換器１０を介して出力
する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図５に従来の電磁流量
計１００’における測定管１’を横方向から見た断面図
を示す。従来の電磁流量計１００’では測定管１’の内
径Ｄが流体の流れ方向に沿って一定とされている。すな
わち、測定管１’の正面から見た断面形状は、同一直径
の円とされている。このため、以下に説明するような様
々な問題が生じていた。
計１００’における測定管１’を横方向から見た断面図
を示す。従来の電磁流量計１００’では測定管１’の内
径Ｄが流体の流れ方向に沿って一定とされている。すな
わち、測定管１’の正面から見た断面形状は、同一直径
の円とされている。このため、以下に説明するような様
々な問題が生じていた。
【０００６】従来の電磁流量計１００’では、例えば曲
がり管の直後に電磁流量計１００’を設置した場合、曲
がり管において生じた旋回流や偏流が測定管１’内に流
れ込み、旋回流や偏流が矯正されずにそのまま通過する
ので、正確な流量の測定を行うことができない。このた
め、従来においては、電磁流量計１００’の上流側に旋
回流や偏流を整流するためのかなりの長さの直管部分
（直管距離：５Ｄ程度）を必要とし、この直管距離を確
保することができない場所には電磁流量計１００’を設
置することができなかった。特に、正逆両方向の流れを
測定する場合、上流側が電磁流量計１００’の前後２箇
所となるので、通常の正方向のみの場合に比べ２倍の直
管距離が必要となり、さらに設置できる場所が限られて
くる。
がり管の直後に電磁流量計１００’を設置した場合、曲
がり管において生じた旋回流や偏流が測定管１’内に流
れ込み、旋回流や偏流が矯正されずにそのまま通過する
ので、正確な流量の測定を行うことができない。このた
め、従来においては、電磁流量計１００’の上流側に旋
回流や偏流を整流するためのかなりの長さの直管部分
（直管距離：５Ｄ程度）を必要とし、この直管距離を確
保することができない場所には電磁流量計１００’を設
置することができなかった。特に、正逆両方向の流れを
測定する場合、上流側が電磁流量計１００’の前後２箇
所となるので、通常の正方向のみの場合に比べ２倍の直
管距離が必要となり、さらに設置できる場所が限られて
くる。
【０００７】また、例えば、水路に堰板を設け、この堰
板に穴を開け、この穴に電磁流量計１００’を設置する
と、水路の流量を測定することが可能である。この場
合、電磁流量計１００’の流入側、流出側にベルマウス
を設け、測定管路１’への流体の流れを整流する必要が
あった。ベルマウスは高価であり、大形となり、狭い場
所では設置できないこともある。
板に穴を開け、この穴に電磁流量計１００’を設置する
と、水路の流量を測定することが可能である。この場
合、電磁流量計１００’の流入側、流出側にベルマウス
を設け、測定管路１’への流体の流れを整流する必要が
あった。ベルマウスは高価であり、大形となり、狭い場
所では設置できないこともある。
【０００８】液体のみが流れる一相流体の場合、一般的
に流体の粘性変化の幅は１０倍程度であるが、粘度が１
０4 〜４×１０4 〔mPa.s〕程度の固体塊が混入する固
液の二相流体（以下、単に二相流体という）となると固
体含有率と液体の粘度変化が相乗して、二相流体の粘度
変化幅は１０4 倍以上となる。
に流体の粘性変化の幅は１０倍程度であるが、粘度が１
０4 〜４×１０4 〔mPa.s〕程度の固体塊が混入する固
液の二相流体（以下、単に二相流体という）となると固
体含有率と液体の粘度変化が相乗して、二相流体の粘度
変化幅は１０4 倍以上となる。
【０００９】この二相流体の流量を従来の電磁流量計１
００’を使用して測定しようとした場合、流速分布が変
わると計測される流量と実際の流量との間には差が生じ
てくる。図７に粘性によって変化する測定管１’内の流
速分布を示す。図７において、横軸は測定管１’の中心
線（軸線）を０としてその半径で規格化した管内径を示
し、縦軸は規格化した流速を示す。粘性が低い場合に
は、測定管１’内の流速分布は管壁付近でも、管の中心
部でも、流速はほとんど同じである。しかし、粘性が高
い場合は、管壁付近で流速が遅く、中心部で速い流速分
布となる。
００’を使用して測定しようとした場合、流速分布が変
わると計測される流量と実際の流量との間には差が生じ
てくる。図７に粘性によって変化する測定管１’内の流
速分布を示す。図７において、横軸は測定管１’の中心
線（軸線）を０としてその半径で規格化した管内径を示
し、縦軸は規格化した流速を示す。粘性が低い場合に
は、測定管１’内の流速分布は管壁付近でも、管の中心
部でも、流速はほとんど同じである。しかし、粘性が高
い場合は、管壁付近で流速が遅く、中心部で速い流速分
布となる。
【００１０】このような粘性による管内流速分布の違い
を図６に模式的に示す。例えば、粘性が高くなって流速
分布が図６に示すような円錐形となった場合、実際の流
量は図中破線で示した円錐形状の流量ＱR であるにも拘
わらず、計測される流量は円筒状の流量ＱP となり、Ｑ
P −ＱR の計測誤差が生じる。また、測定管１’の内壁
面への固体の付着・剥離により内径変化が生じ、正しい
流量測定が行えなくなる。
を図６に模式的に示す。例えば、粘性が高くなって流速
分布が図６に示すような円錐形となった場合、実際の流
量は図中破線で示した円錐形状の流量ＱR であるにも拘
わらず、計測される流量は円筒状の流量ＱP となり、Ｑ
P −ＱR の計測誤差が生じる。また、測定管１’の内壁
面への固体の付着・剥離により内径変化が生じ、正しい
流量測定が行えなくなる。
【００１１】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、自ら整流作
用を有し、かつ粘性が大きく変化する流体であってもそ
の流量を計測することの可能な電磁流量計を提供するこ
とにある。
なされたもので、その目的とするところは、自ら整流作
用を有し、かつ粘性が大きく変化する流体であってもそ
の流量を計測することの可能な電磁流量計を提供するこ
とにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、上述した電磁流量計において、その
内径が検出電極に至るまで流れ方向に沿って小径化する
スロート部を測定管に設け、このスロート部の測定管の
軸線を含む断面をほゞ１／４楕円の輪郭線形状を有した
形としたものである。これにより、本発明によれば、水
が自然落下するときの噴流の流線とほゞ同型に形成され
た測定管路の内壁面に沿って流体が流れことにより、旋
回流や偏流が矯正され、流速分布が均一となる。また、
狭められた通路を流体が通過するので、電極部分の流速
が増大する。
るために本発明は、上述した電磁流量計において、その
内径が検出電極に至るまで流れ方向に沿って小径化する
スロート部を測定管に設け、このスロート部の測定管の
軸線を含む断面をほゞ１／４楕円の輪郭線形状を有した
形としたものである。これにより、本発明によれば、水
が自然落下するときの噴流の流線とほゞ同型に形成され
た測定管路の内壁面に沿って流体が流れことにより、旋
回流や偏流が矯正され、流速分布が均一となる。また、
狭められた通路を流体が通過するので、電極部分の流速
が増大する。
【００１３】例えば、水道の蛇口から流れる水は、旋回
流や偏流がない静かな状態では広い口から流れ出てそれ
が細い流れとなる。もし、流れが乱れれば、細い流れが
隅に偏ったり、渦を巻いたりしてしまう。本発明は、こ
の現象を逆に利用し、静かな状態の流れの形状で管壁の
形状を固定すれば乱れも整流されるという考え方に基づ
いている。そして、その時の流れの形状（噴流の流線の
形状）が１／４楕円の輪郭線形状と近似することに着目
し、測定管路の内径を流体の流れ方向に沿ってほゞ１／
４楕円の輪郭線形状で狭めることによって、流体の旋回
流や偏流を矯正するようにしている。
流や偏流がない静かな状態では広い口から流れ出てそれ
が細い流れとなる。もし、流れが乱れれば、細い流れが
隅に偏ったり、渦を巻いたりしてしまう。本発明は、こ
の現象を逆に利用し、静かな状態の流れの形状で管壁の
形状を固定すれば乱れも整流されるという考え方に基づ
いている。そして、その時の流れの形状（噴流の流線の
形状）が１／４楕円の輪郭線形状と近似することに着目
し、測定管路の内径を流体の流れ方向に沿ってほゞ１／
４楕円の輪郭線形状で狭めることによって、流体の旋回
流や偏流を矯正するようにしている。
【００１４】この整流効果は、一相流体のみならず、二
相流体でも得られる。すなわち、二相流体のように、粘
性が大きくなるときに中心部が周辺部より流速が遅い円
錐形状の流速分布を示す流体でも、スロート部を通する
ことにより、旋回流や偏流が矯正され、流速分布の均一
な流れとなる。また、電極部分の流速も増大する。流速
分布が均一となると、計測される流量と実際の流量との
差が小さくなる。また、電極部分の流速が増大すると、
測定管の内壁面への固体の付着が防止される。
相流体でも得られる。すなわち、二相流体のように、粘
性が大きくなるときに中心部が周辺部より流速が遅い円
錐形状の流速分布を示す流体でも、スロート部を通する
ことにより、旋回流や偏流が矯正され、流速分布の均一
な流れとなる。また、電極部分の流速も増大する。流速
分布が均一となると、計測される流量と実際の流量との
差が小さくなる。また、電極部分の流速が増大すると、
測定管の内壁面への固体の付着が防止される。
【００１５】なお、その内径が検出電極に至るまで流れ
方向に沿って小径化する第１のスロート部と、この第１
のスロート部の最小径位置から同じく流体の流れ方向に
沿って拡径する第２のスロート部とを測定管に設け、第
１および第２のスロート部の測定管の軸線を含む断面を
ほゞ１／４楕円の輪郭線形状を有する形としてもよい。
このようにすれば、正逆両方向の流れに対して、整流効
果が得られる。
方向に沿って小径化する第１のスロート部と、この第１
のスロート部の最小径位置から同じく流体の流れ方向に
沿って拡径する第２のスロート部とを測定管に設け、第
１および第２のスロート部の測定管の軸線を含む断面を
ほゞ１／４楕円の輪郭線形状を有する形としてもよい。
このようにすれば、正逆両方向の流れに対して、整流効
果が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。図１に本発明に係る電磁流量計の一
実施の形態における測定管を横方向から見た断面図を示
す。なお、この電磁流量計１００の電気回路構成は、従
来の電磁流量計１００’（図４）と同じとし、その詳細
な説明は省略する。
き詳細に説明する。図１に本発明に係る電磁流量計の一
実施の形態における測定管を横方向から見た断面図を示
す。なお、この電磁流量計１００の電気回路構成は、従
来の電磁流量計１００’（図４）と同じとし、その詳細
な説明は省略する。
【００１７】この電磁流量計１００では、円筒状の測定
管路１の中央部の内壁面１Ａの形状を、流体の流れ方向
（矢印Ａ方向（正方向））に沿って１／４楕円の輪郭線
形状で狭まり（前半形状１Ａ１）、最も狭まった位置か
ら同じく流体の流れ方向に沿って１／４楕円の輪郭線形
状で広がった形状（後半形状１Ａ２）としている。
管路１の中央部の内壁面１Ａの形状を、流体の流れ方向
（矢印Ａ方向（正方向））に沿って１／４楕円の輪郭線
形状で狭まり（前半形状１Ａ１）、最も狭まった位置か
ら同じく流体の流れ方向に沿って１／４楕円の輪郭線形
状で広がった形状（後半形状１Ａ２）としている。
【００１８】すなわち、測定管１は、その内径が流体の
流れ方向に沿って小径化する第１のスロート部（前半形
状１Ａ１）と、この測定管１のほゞ中央部における第１
のスロート部の最小径位置から同じく流れ方向に沿って
拡径する第２のスロート部（後半形状１Ａ２）とを有
し、これらのスロート部１Ａ１，１Ａ２の測定管１の軸
線を含む断面はほゞ１／４楕円の輪郭線形状を有してい
る。また、内径が最小となる測定管１の中央部には、励
磁コイル２によって発生する磁界の方向と直交する方向
に１対の検出電極４ａ，４ｂが対向して配置されてい
る。
流れ方向に沿って小径化する第１のスロート部（前半形
状１Ａ１）と、この測定管１のほゞ中央部における第１
のスロート部の最小径位置から同じく流れ方向に沿って
拡径する第２のスロート部（後半形状１Ａ２）とを有
し、これらのスロート部１Ａ１，１Ａ２の測定管１の軸
線を含む断面はほゞ１／４楕円の輪郭線形状を有してい
る。また、内径が最小となる測定管１の中央部には、励
磁コイル２によって発生する磁界の方向と直交する方向
に１対の検出電極４ａ，４ｂが対向して配置されてい
る。
【００１９】なお、本実施の形態において、測定管１は
両側にフランジ部１Ｂ，１Ｃを有する測定管本体１−１
と、測定管本体１−１の管内に設けられた筒状体１−２
とからなり、筒状体１−２に上述した前半形状１Ａ１お
よび後半形状１Ａ２が形成されている。筒状体１−２は
耐食性のある合成樹脂によって形成されている。なお、
筒状体１−２は、必ずしも耐食性のある合成樹脂でなく
てもよく、金属としてもよい。楕円の輪郭線形状はＮＣ
マシンでは作り易く、安価に大量に作製することがで
き、低コストで提供することができる。
両側にフランジ部１Ｂ，１Ｃを有する測定管本体１−１
と、測定管本体１−１の管内に設けられた筒状体１−２
とからなり、筒状体１−２に上述した前半形状１Ａ１お
よび後半形状１Ａ２が形成されている。筒状体１−２は
耐食性のある合成樹脂によって形成されている。なお、
筒状体１−２は、必ずしも耐食性のある合成樹脂でなく
てもよく、金属としてもよい。楕円の輪郭線形状はＮＣ
マシンでは作り易く、安価に大量に作製することがで
き、低コストで提供することができる。
【００２０】この測定管１内に流線の乱れた流体を流す
と、それぞれ１／４楕円の輪郭線形状を有する２つの連
続するスロート部１Ａ１，１Ａ２からなる通路部分（以
下、この部分を楕円スロートと呼ぶ）１Ｄを通過する際
に旋回流や偏流が矯正され、あたかも長い直管距離を通
過した状態と等しい整流効果が得られる。
と、それぞれ１／４楕円の輪郭線形状を有する２つの連
続するスロート部１Ａ１，１Ａ２からなる通路部分（以
下、この部分を楕円スロートと呼ぶ）１Ｄを通過する際
に旋回流や偏流が矯正され、あたかも長い直管距離を通
過した状態と等しい整流効果が得られる。
【００２１】以下、楕円スロート１Ｄが整流効果を持つ
原理について、水が自然落下するとき、その噴流の流線
の形は１／４楕円の輪郭線形状に近似できることを基に
図２を用いて説明する。
原理について、水が自然落下するとき、その噴流の流線
の形は１／４楕円の輪郭線形状に近似できることを基に
図２を用いて説明する。
【００２２】図２（ａ）において、１１は円管、１２は
この円管１１の先端から噴出する水、１２ａは噴出する
水１２の流線である。円管１１の先端から水１２が噴出
するとき、乱れのない静かな状態では、流れ方向に垂直
な面を通過する水１２の流速分布は一定となり、図２
（ａ）に示すような流線となる。例えば自然落下で生じ
る流線１２ａの形状は次のようにして計算できる。
この円管１１の先端から噴出する水、１２ａは噴出する
水１２の流線である。円管１１の先端から水１２が噴出
するとき、乱れのない静かな状態では、流れ方向に垂直
な面を通過する水１２の流速分布は一定となり、図２
（ａ）に示すような流線となる。例えば自然落下で生じ
る流線１２ａの形状は次のようにして計算できる。
【００２３】時間ｔを経過したところの水の落下速度ｖ
は、ｇを重力加速度（９．８ｍ／ｓ 2 ）とすると、下記
（１）式で表される。 ｖ＝ｇ・ｔ ・・・・（１） 距離ｈだけ落下するのに必要な時間は下記（２）式で表
される。 ∫ｖ・ｄｔ＝ｈ ・・・・（２） 上記（１）式および（２）式により下記（３）式が得ら
れる。
は、ｇを重力加速度（９．８ｍ／ｓ 2 ）とすると、下記
（１）式で表される。 ｖ＝ｇ・ｔ ・・・・（１） 距離ｈだけ落下するのに必要な時間は下記（２）式で表
される。 ∫ｖ・ｄｔ＝ｈ ・・・・（２） 上記（１）式および（２）式により下記（３）式が得ら
れる。
【００２４】
【数１】
【００２５】また、その位置での水の落下速度ｖは、
（１）式により下記（４）式で示される。
（１）式により下記（４）式で示される。
【００２６】
【数２】
【００２７】同じく、その位置での断面積ａは流量ｑで
連続すれば、 ａ＝ｑ／ｖ ・・・・（５） と表される。噴流速度は（４）式で計算できるが、円管
１１を出るとき初速ｖ0 があるので、次の（６）式とな
る。
連続すれば、 ａ＝ｑ／ｖ ・・・・（５） と表される。噴流速度は（４）式で計算できるが、円管
１１を出るとき初速ｖ0 があるので、次の（６）式とな
る。
【００２８】
【数３】
【００２９】また、初速ｖ0 は下記（７）式で計算でき
る。 Ｖ0 ＝ｑ／ａ0 ＝ｑ／（πｄ0 2／４） ・・・・（７） 但し、ａ0 ：円管１１の内面積（ｍ2 ）、ｄ0 ：円管１
１の内径（ｍ）。噴流の断面積ａは上記（５）式および
（６）式により次の（８）式、（９）式となる。
る。 Ｖ0 ＝ｑ／ａ0 ＝ｑ／（πｄ0 2／４） ・・・・（７） 但し、ａ0 ：円管１１の内面積（ｍ2 ）、ｄ0 ：円管１
１の内径（ｍ）。噴流の断面積ａは上記（５）式および
（６）式により次の（８）式、（９）式となる。
【００３０】
【数４】
【００３１】噴流の直径ｄは（８）式および（９）式に
より次の（１０）式となる。
より次の（１０）式となる。
【００３２】
【数５】
【００３３】流量ｑ＝４×１０-3ｍ3 ／ｓとして（１
０）式を計算した結果を図３に示す。この結果をプロッ
トすると流線１２ａの形状はほゞ１／４楕円の輪郭線形
状となる。図２（ｂ）に流線１２ａの形状に楕円の輪郭
線を重ね合わせた状態を示す。この図からも流線１２ａ
の形状が１／４楕円の輪郭線形状と一致していることが
分かる。
０）式を計算した結果を図３に示す。この結果をプロッ
トすると流線１２ａの形状はほゞ１／４楕円の輪郭線形
状となる。図２（ｂ）に流線１２ａの形状に楕円の輪郭
線を重ね合わせた状態を示す。この図からも流線１２ａ
の形状が１／４楕円の輪郭線形状と一致していることが
分かる。
【００３４】ここで、重要なことは、自然落下する噴流
が１／４楕円の輪郭線形状で狭まるには、旋回流や偏流
がないことが流れの条件となる。逆に、旋回流や偏流が
流れに含まれると、自然落下する噴流は、１／４楕円の
輪郭線形状で狭まって行かない。噴流が曲がったり、膨
らんだりしてしまう。なお、自然現象としては存在しな
いが、仮に重力加速度の方向が１８０゜反転したとすれ
ば、噴流は１／４楕円の輪郭線形状で広がる。
が１／４楕円の輪郭線形状で狭まるには、旋回流や偏流
がないことが流れの条件となる。逆に、旋回流や偏流が
流れに含まれると、自然落下する噴流は、１／４楕円の
輪郭線形状で狭まって行かない。噴流が曲がったり、膨
らんだりしてしまう。なお、自然現象としては存在しな
いが、仮に重力加速度の方向が１８０゜反転したとすれ
ば、噴流は１／４楕円の輪郭線形状で広がる。
【００３５】そこで、本実施の形態のような測定管１の
如く、流体の流れ方向に沿ってその内径が１／４楕円の
輪郭線形状で狭まる前半形状１Ａ１を有する楕円スロー
ト１Ｄ内に強制的に流体を流すと、旋回流や渦流が矯正
（消滅または軽減）され、あたかも長い直管距離を通過
した状態と等しい整流効果が得られる。測定管１の流入
口の内径をＤとすると、楕円スロート部１Ｄの最小径が
０．７Ｄとなるように構成する。すると、検出電極４
ａ，４ｂが設けられた最小径位置では、流束の面積は
０．４９倍、平均流速は２倍、運動エネルギーは４倍と
なる。なお、上述においては、楕円スロート部１Ｄの最
小径を０．７Ｄとしたが、０．５Ｄ〜０．７Ｄが適当で
ある。
如く、流体の流れ方向に沿ってその内径が１／４楕円の
輪郭線形状で狭まる前半形状１Ａ１を有する楕円スロー
ト１Ｄ内に強制的に流体を流すと、旋回流や渦流が矯正
（消滅または軽減）され、あたかも長い直管距離を通過
した状態と等しい整流効果が得られる。測定管１の流入
口の内径をＤとすると、楕円スロート部１Ｄの最小径が
０．７Ｄとなるように構成する。すると、検出電極４
ａ，４ｂが設けられた最小径位置では、流束の面積は
０．４９倍、平均流速は２倍、運動エネルギーは４倍と
なる。なお、上述においては、楕円スロート部１Ｄの最
小径を０．７Ｄとしたが、０．５Ｄ〜０．７Ｄが適当で
ある。
【００３６】なお、図１では矢印Ａ方向（正方向）を流
体の流れ方向としたが、矢印Ｂ方向（逆方向）を流体の
流れ方向とした場合にも同様にして、流体の流れ方向に
沿ってその内径が１／４楕円の輪郭線形状で狭まる後半
形状１Ａ２により、あたかも長い直管距離を通過した状
態と等しい整流効果が得られる。
体の流れ方向としたが、矢印Ｂ方向（逆方向）を流体の
流れ方向とした場合にも同様にして、流体の流れ方向に
沿ってその内径が１／４楕円の輪郭線形状で狭まる後半
形状１Ａ２により、あたかも長い直管距離を通過した状
態と等しい整流効果が得られる。
【００３７】したがって、測定管１の上流側に直管距離
がなくても、あるいは従来よりも格段に短い直管距離で
も、正確な流量測定が可能となる。これにより、従来片
側で５Ｄ程度、両側で１０Ｄ程度必要としていた直管距
離を不要、または短縮することができ、設置場所が限ら
れるという問題を解消することができる。また、ベルマ
ウスを使用することなく、水路を流れる流体の正確な流
量測定が可能となる。
がなくても、あるいは従来よりも格段に短い直管距離で
も、正確な流量測定が可能となる。これにより、従来片
側で５Ｄ程度、両側で１０Ｄ程度必要としていた直管距
離を不要、または短縮することができ、設置場所が限ら
れるという問題を解消することができる。また、ベルマ
ウスを使用することなく、水路を流れる流体の正確な流
量測定が可能となる。
【００３８】また、本実施の形態の電磁流量計１００に
よれば、楕円スロート１Ｄによって流体の通過通路が狭
められるため、電極４ａ，４ｂの部分の流速が増大す
る。これにより、得られる信号起電力ｅが大きくなり、
信号起電力ｅに含まれるノイズの割合が低くなって、Ｓ
／Ｎ比が改善され、従来測定することが困難であった低
流速の流体や低電気伝導の流体の流量測定が可能とな
る。
よれば、楕円スロート１Ｄによって流体の通過通路が狭
められるため、電極４ａ，４ｂの部分の流速が増大す
る。これにより、得られる信号起電力ｅが大きくなり、
信号起電力ｅに含まれるノイズの割合が低くなって、Ｓ
／Ｎ比が改善され、従来測定することが困難であった低
流速の流体や低電気伝導の流体の流量測定が可能とな
る。
【００３９】また、本実施の形態の電磁流量計１００に
よれば、内径が一定の測定管を流れる場合にはその流速
分布が円錐形となるような粘度の大きな流体（図６，図
７参照）であっても、楕円スロート１Ｄを通過する際に
は流体の流速分布が円筒形状に矯正されて均一な流速分
布とされる。したがって、二相流体のように流体の粘度
によって変化する流速分布が円筒形の流速分布に矯正さ
れるので、計測誤差が生じなくなる。また、二相流体の
場合も一相流体の場合と同様に、電極４ａ，４ｂの部分
の流速が増大する。これにより、測定管１の内壁面への
固体の付着が防止され、内径変化が生じず、正しい流量
測定が可能となる。
よれば、内径が一定の測定管を流れる場合にはその流速
分布が円錐形となるような粘度の大きな流体（図６，図
７参照）であっても、楕円スロート１Ｄを通過する際に
は流体の流速分布が円筒形状に矯正されて均一な流速分
布とされる。したがって、二相流体のように流体の粘度
によって変化する流速分布が円筒形の流速分布に矯正さ
れるので、計測誤差が生じなくなる。また、二相流体の
場合も一相流体の場合と同様に、電極４ａ，４ｂの部分
の流速が増大する。これにより、測定管１の内壁面への
固体の付着が防止され、内径変化が生じず、正しい流量
測定が可能となる。
【００４０】なお、上述した実施の形態では、楕円スロ
ート１Ｄの前半形状１Ａ１および後半形状１Ａ２を１／
４楕円の輪郭線形状とし、正逆両方向の流量測定を正確
に行えるようにしているが、正方向のみ流量測定を行う
場合には後半形状１Ａ２を必ずしも１／４楕円の輪郭線
形状としなくてもよく、逆方向のみ流量測定を行う場合
には前半形状１Ａ１を必ずしも１／４楕円の輪郭線形状
としなくてもよい。すなわち、流体の流れ方向に沿って
徐々に広がる形状とすればよく、１／４楕円の輪郭線形
状に限られない。
ート１Ｄの前半形状１Ａ１および後半形状１Ａ２を１／
４楕円の輪郭線形状とし、正逆両方向の流量測定を正確
に行えるようにしているが、正方向のみ流量測定を行う
場合には後半形状１Ａ２を必ずしも１／４楕円の輪郭線
形状としなくてもよく、逆方向のみ流量測定を行う場合
には前半形状１Ａ１を必ずしも１／４楕円の輪郭線形状
としなくてもよい。すなわち、流体の流れ方向に沿って
徐々に広がる形状とすればよく、１／４楕円の輪郭線形
状に限られない。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、その内径が検出電極に至るまで流れ方向
に沿って小径化するスロート部を測定管に設け、このス
ロート部の測定管の軸線を含む断面をほゞ１／４楕円の
輪郭線形状を有した形とし、水が自然落下するときの噴
流の流線とほゞ同型に形成された測定管路の内壁面に沿
って流体が流れるようにしたので、旋回流や偏流が矯正
されるとともに、管内の径方向における流速分布が均一
となり、かつ電極部分の流速が増大する。これにより、
直管距離が不要あるいは短い直管距離で、正確に流量測
定を行うことが可能となる。また、ベルマウスを使用す
ることなく、水路を流れる流体の正確な流量測定を行う
ことが可能となる。さらに、固液二相流体を流した場合
は、測定管の内壁面への固体の付着も防ぐことができ
る。また、測定管の内径が最小となる位置に検出電極を
設けたことにより、固液二相流体特有の問題であった流
速分布の変化による計測誤差をなくすことができる。
発明によれば、その内径が検出電極に至るまで流れ方向
に沿って小径化するスロート部を測定管に設け、このス
ロート部の測定管の軸線を含む断面をほゞ１／４楕円の
輪郭線形状を有した形とし、水が自然落下するときの噴
流の流線とほゞ同型に形成された測定管路の内壁面に沿
って流体が流れるようにしたので、旋回流や偏流が矯正
されるとともに、管内の径方向における流速分布が均一
となり、かつ電極部分の流速が増大する。これにより、
直管距離が不要あるいは短い直管距離で、正確に流量測
定を行うことが可能となる。また、ベルマウスを使用す
ることなく、水路を流れる流体の正確な流量測定を行う
ことが可能となる。さらに、固液二相流体を流した場合
は、測定管の内壁面への固体の付着も防ぐことができ
る。また、測定管の内径が最小となる位置に検出電極を
設けたことにより、固液二相流体特有の問題であった流
速分布の変化による計測誤差をなくすことができる。
【図１】 本発明に係る電磁流量計の一実施の形態にお
ける測定管を横方向から見た断面図である。
ける測定管を横方向から見た断面図である。
【図２】 水の噴流の流線の形が１／４楕円の輪郭線形
状に近似することを説明する図である。
状に近似することを説明する図である。
【図３】 ｑ＝４×１０-3ｍ3 ／ｓとして（１０）式を
計算した結果を示す図である。
計算した結果を示す図である。
【図４】 一般的に使用されている電磁流量計の要部を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図５】 従来の電磁流量計における測定管を横方向か
ら見た断面図である。
ら見た断面図である。
【図６】 流速分布の変化による計測流量と実際の流量
との差を説明する図である。
との差を説明する図である。
【図７】 従来の電磁流量計における粘性によって変化
する測定管内の流速分布を示す図である。
する測定管内の流速分布を示す図である。
１…測定管、１−１…測定管本体、１−２…筒状体、１
Ａ…内壁面、１Ａ１…前半形状、１Ａ２…後半形状、１
Ｄ…楕円スロート、２…励磁コイル、３…励磁回路、４
ａ，４ｂ…検出電極、５…アースリング、６…初段増幅
回路、７…サンプルホールド回路、８…Ａ／Ｄ変換器、
９…ＣＰＵ、１０…Ｄ／Ａ変換器、１００…電磁流量
計。
Ａ…内壁面、１Ａ１…前半形状、１Ａ２…後半形状、１
Ｄ…楕円スロート、２…励磁コイル、３…励磁回路、４
ａ，４ｂ…検出電極、５…アースリング、６…初段増幅
回路、７…サンプルホールド回路、８…Ａ／Ｄ変換器、
９…ＣＰＵ、１０…Ｄ／Ａ変換器、１００…電磁流量
計。
Claims (3)
- 【請求項１】 測定管内を流れる流体の流れ方向に対し
てその磁界の発生方向を垂直として配置された励磁コイ
ルと、この励磁コイルへ励磁電流を供給する励磁電流供
給手段と、前記励磁コイルの発生磁界と直交して前記測
定管内に対向して配置された検出電極とを備え、前記検
出電極間に得られる信号起電力に基づいて前記測定管内
を流れる流体の流量を測定する電磁流量計において、 前記測定管は、その内径が前記検出電極に至るまで流れ
方向に沿って小径化するスロート部を有し、 このスロート部の前記測定管の軸線を含む断面が、ほゞ
１／４楕円の輪郭線形状を有することを特徴とする電磁
流量計。 - 【請求項２】 測定管内を流れる流体の流れ方向に対し
てその磁界の発生方向を垂直として配置された励磁コイ
ルと、この励磁コイルへ励磁電流を供給する励磁電流供
給手段と、前記励磁コイルの発生磁界と直交して前記測
定管内に対向して配置された検出電極とを備え、前記検
出電極間に得られる信号起電力に基づいて前記測定管内
を流れる流体の流量を測定する電磁流量計において、 前記測定管は、その内径が前記検出電極に至るまで流れ
方向に沿って小径化する第１のスロート部と、この第１
のスロート部の最小径位置から同じく流体の流れ方向に
沿って拡径する第２のスロート部とを有し、 前記第１および第２のスロート部の前記測定管の軸線を
含む断面が、ほゞ１／４楕円の輪郭線形状を有すること
を特徴とする電磁流量計。 - 【請求項３】 請求項２に記載された電磁流量計におい
て、 前記検出電極は、前記第１および第２のスロート部によ
って形成された前記測定管の前記最小径位置に設けられ
ていることを特徴とする電磁流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001372857A JP2003172643A (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 電磁流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001372857A JP2003172643A (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 電磁流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003172643A true JP2003172643A (ja) | 2003-06-20 |
Family
ID=19181673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001372857A Pending JP2003172643A (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 電磁流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003172643A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2602494C2 (ru) * | 2015-04-07 | 2016-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханский государственный технический университет", ФГБОУ ВПО "АГТУ" | Многофазный расходомер |
| JP2018525567A (ja) * | 2015-08-28 | 2018-09-06 | デイコ アイピー ホールディングス, エルエルシーDayco Ip Holdings, Llc | ベンチュリ効果を用いた制限器 |
-
2001
- 2001-12-06 JP JP2001372857A patent/JP2003172643A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2602494C2 (ru) * | 2015-04-07 | 2016-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханский государственный технический университет", ФГБОУ ВПО "АГТУ" | Многофазный расходомер |
| JP2018525567A (ja) * | 2015-08-28 | 2018-09-06 | デイコ アイピー ホールディングス, エルエルシーDayco Ip Holdings, Llc | ベンチュリ効果を用いた制限器 |
| JP7025321B2 (ja) | 2015-08-28 | 2022-02-24 | デイコ アイピー ホールディングス，エルエルシー | ベンチュリ効果を用いた制限器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040601 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060705 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20060711 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20061205 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |