JP2004226394A - 容量式電磁流量計 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、励磁磁路に生じる渦電流を極力削減して、耐振性、耐湿性に優れた高信頼の容量式電磁流量計を提供することを目的とする。
【解決手段】商用周波数以上で励磁し、励磁磁束波形が平坦部を持つ様に励磁電流のゲイン周波数特性を補正する特性補正フィルタ８Ｂを備え、検出部１０は、面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂの間の静電容量値を検出面電極４Ａ、４Ｂと被測定流体２間の静電容量値よりも小さくし、励磁コイル３Ａ、３Ｂをコイル固定板９Ａ、９Ｂで静電遮蔽して円柱ヨークに固定し、この円柱ヨークと測定管１の両端部を管軸及び電極軸に対して対称にしてアースリング１Ａ１、１Ａ２で固定し、さらに、検出部１０内部全てをエポキシ樹脂で充填して固着したことを特徴とする容量式電磁流量計。
【選択図】 図１
【解決手段】商用周波数以上で励磁し、励磁磁束波形が平坦部を持つ様に励磁電流のゲイン周波数特性を補正する特性補正フィルタ８Ｂを備え、検出部１０は、面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂの間の静電容量値を検出面電極４Ａ、４Ｂと被測定流体２間の静電容量値よりも小さくし、励磁コイル３Ａ、３Ｂをコイル固定板９Ａ、９Ｂで静電遮蔽して円柱ヨークに固定し、この円柱ヨークと測定管１の両端部を管軸及び電極軸に対して対称にしてアースリング１Ａ１、１Ａ２で固定し、さらに、検出部１０内部全てをエポキシ樹脂で充填して固着したことを特徴とする容量式電磁流量計。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定管内を流れる非測定流体の流量を測定する電磁流量計に係わり、特に容量式電磁流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁流量計には、電極が被測定流体と直接接触し、被測定流体に発生する起電力を直接検出する接液電極形電磁流量計と、電極が被測定流体と直接接触せず、被測定流体に発生する起電力を被測定流体と電極間の静電容量を介して検出する非接液電極形の電磁流量計（以下容量式電磁流量計と呼ぶ）の２種類が存在する。
【０００３】
更に、電磁流量計は、ノイズの影響を除去して安定した流量信号を得る必要があるが、このノイズの原因も各種存在し、従って対応する除去手段も異なることから多種の電磁流量計が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１に開示された容量式電磁流量計については、その後に改良された種々のノイズ対策が知られている（例えば、特許文献２）。以下、この構成と作用を図１９乃至図２１で説明する。
【０００５】
まず、図１９でその構成を説明する。この図に示す様に、この容量式電磁流量計は、検出部１０と、検出部１０で検出された検出信号ｅから流量を求める信号処理部１１とで構成されている。
【０００６】
検出部１０では、絶縁性物質で作られた測定管１を流れる被測定流体２の外壁に対向して配置された磁極７に巻かれた励磁コイル３Ａ、３Ｂに励磁回路８から励磁電流ｉＦを流すことにより、被測定流体２に対して図示していない帰還磁路を形成して磁束を印加する。
【０００７】
そして、この磁束の方向と直交する方向で測定管１の外壁に対向配置された一対の面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂと、測定管１と前記夫々の面電極４Ａ、４Ｂとの間、及び面電極４Ａ、４Ｂとこの面電極４Ａ、４Ｂを覆う様に配置されたガード電極５Ａ、５Ｂとの間の静電容量を介して前記被測定流体２の流速に比例した起電圧を増幅器６Ａ、６Ｂで増幅し、更に、増幅器６Ａ、６Ｂからの夫々の信号の差ｅＡＢを差動増幅器６Ｃで増幅し、検出信号ｅを検出する。
【０００８】
次に、この検出信号ｅは信号変換部１１に送られ、検出信号ｅの立ち上がり部分（微分ノイズと言う。）を除いた位置をサンプリングして、流量測定を行うものである。
【０００９】
この方式は、面電極４Ａ、４Ｂと被測定流体２間のインピーダンスが非常に高いため、検出部１０の内部では各種のノイズ対策が設定される。
【００１０】
その１つに、面電極４Ａ、４Ｂ間に誘導されるノイズ対策がある。この対策は、ガード電極５Ａ、５Ｂを面電極４Ａ、４Ｂと同電位に保持して、増幅器６Ａ、６Ｂでインピーダンス変換した後、差動増幅器６Ｃで増幅し、面電極４Ａ、４Ｂ間に同相で誘導されるノイズを除去している。
【００１１】
また、ガード電極５Ａ、５Ｂと励磁コイル３Ａ、３Ｂ間の磁束磁路には、後述するダンピング箔７Ａ、７Ｂを設定配置している。
【００１２】
更に、この様な検出部１０の接地は、測定管１の図示しない外周の接液している金属パイプケースのアースＥと回路の共通電位アースＣとを接続し、接地Ｇに接続している。
【００１３】
この様に構成された容量式電磁流量計の検出信号ｅには、前述した微分ノイズと称するノイズが重畳する。
【００１４】
このノイズは、励磁磁束との電磁結合による誘導によって両面電極４Ａ、４Ｂ間と増幅器６Ａ、６Ｂの間に形成される検出ループに誘導されるもので、励磁磁束が変動した時に両接地Ｇ点と夫々の面電極４Ａ、４Ｂとの間の電位変動の差が雑音として検出信号ｅの立ち上がり部分に重畳する。
【００１５】
この詳細を図２０で説明する。図２０（ａ）に示す矩形波の励磁電流ｉＦを励磁コイル３Ａ、３Ｂに流すと、励磁磁束φは図２０（ｂ）に示す励磁磁束経路の内部生じる渦電流ｉＥによって、図２０（ｃ）に示す様に励磁磁路内の反磁界作用の応答時定数で立ちり部分がやや鈍った特性の波形となる。
【００１６】
この励磁磁束φの変化により、図２０（ｄ）におけるＮｄ部に示す様に、前述した検出信号ｅの立ち上がり部分に微分状の雑音、即ち微分ノイズが重畳する。
【００１７】
その為、検出器１０内の構造は、励磁磁路に発生する渦電流ｉＥを最小に押さえる様に設定配置することが必要である。
【００１８】
また、安定した流量信号成分を検出するため、図２０（ｅ）に示す様に、微分ノイズの値が小さくなるサンプリング信号ｓＰのタイミングでサンプリングし、流量を求めている。
【００１９】
前述した微分ノイズの他に、流体ノイズと称する低周波ノイズが検出信号ｅに重畳する。この流体ノイズの発生メカニズムは、被測定流体２が運ぶイオンの揺らぎによって被測定流体２中に低周波の電位変動が生じるものと推定されているが、この流体ノイズは、被測定流体２の流速が早くなると大きくなる。
【００２０】
この流体ノイズと流速に比例する起電圧を分離するために、励磁電流の周波数を商用周波数以上に高くし、且つ、短時間で磁束波形が整定する様に、励磁回路が設定される。
【００２１】
しかしながら、励磁コイル３Ａ、３Ｂのインダクタンスが５０ｋＨｚ近辺の高周波領域で共振点を持つ特性のために、励磁電流ｉＦを高周波で制御しているにもかかわらず、図２１に示す様に、励磁電流ｉＦが振動する現象が発生する。
【００２２】
そのため、振動の共振点を消滅させるダンピング箔７Ａ、７Ｂと称する導電性の薄い板を、励磁コイル３Ａ、３Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂの間に設定配置している。
【００２３】
【特許文献１】
特開平８−３０４１３２号公報
【００２４】
【特許文献２】
特開２００１−１１６５９８号公報
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した様に、従来の容量式電磁流量計は、流体ノイズの影響を避けるため励磁電流の励磁周波数を商用周波数以上に高くし、励磁周波数を高くしたことによって生じる励磁電流の振動を押さえる為に、磁束磁路にダンピング箔を設けている。
【００２６】
しかしながら、このダンピング箔が、磁束磁路に置かれるため渦電流の発生が避けられないこと、また、励磁コイルとの静電結合によってダンピング箔上の電位の変動がノイズとして検出されてしまう問題が起きる。そのため、更にガード電極とダンピング箔の間に絶縁層を設ける等の対策も必要となるなど雑音対策のために構造が複雑となる欠点があった。
【００２７】
また、前述したように面電極からの出力インピーダンスは非常に高いため増幅器の入力インピーダンスは数ＧΩ程度の高い値が必要となるため、この部分わずかな絶縁特性の変化によって測定誤差が発生するため、絶縁低下を防ぐ目的で面電極、ガード電極の周囲の測定管内部には、エポキシ樹脂を充填することが行われていた。
【００２８】
しかし、エポキシ樹脂を充填して固定する方法の場合、その加熱された樹脂が収縮する時に、面電極、ガード電極との間に応力が発生し、亀裂が生じ、絶縁低下が起こる恐れがあった。さらに、面電極やガード電極の形状が大きいため測定間内を流れる流体によって検出部全体が機械的に振動すると、両面電極の出力インピーダンスに差が生じるため誘導ノイズが発生する。また、信号ケーブルの振動によって摩擦ノイズを発生させてしまう。
【００２９】
本発明は、上記従来の容量式電磁流量計の問題点を解決するためになされたもので、磁束磁路に反磁場作用の生じる障害物を極力少なくして、微分ノイズ（電磁誘導ノイズ）や静電誘導ノイズ、摩擦ノイズの影響の少ない、且つ、流体ノイズの影響を受けにくい耐振性、耐湿性にすぐれた安定した容量式電磁流量計を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１では、被測定流体が流れる絶縁性物質で作られた測定管と、前記測定管の管軸方向と直交する方向の磁束を与える前記測定管の周囲に対向配置された磁極に巻かれた励磁コイルと、前記磁束の方向と前記測定管の管軸方向との夫々に直交する方向で前記測定管の外壁周囲に対向配置された１対の面電極と、前記面電極と所定の間隔を保持して、前記面電極をその外周から覆う様に配置されたガード電極と、前記励磁コイルに商用周波数以上の周波数の励磁電流を供給する励磁回路と、前記被測定流体と前記１対の面電極との夫々の間と、この面電極と夫々のガード電極との間の静電容量を介して検出される検出信号を増幅する前置増幅部と、前記面電極及びガード電極を前記前置増幅部に接続するケーブルと、前記前置増幅部の出力信号から前記被測定流体の流速を出力する信号処理部と、前記励磁コイルの外周を覆う様に前記測定管と同心的に配置された励磁磁場の帰磁路を形成する円柱ヨークと、前記励磁コイルを覆い、前記円柱ヨークと電気的に接続固定された非磁性体のコイル固定板と、前記円柱ヨークの外周部にこの円柱ヨークと同心的に配置された金属パイプ及び前記円柱ヨークを、前記測定管の両端部に設けられた前記一対の面電極の中心を結ぶ軸と測定管の管軸に対して対称に配置固定し、且つ電気的に接続したアースリングとを備え、前記励磁回路は、励磁磁束波形が平坦部を有する様に励磁電流の波形制御するフィルタ手段を備え前記面電極と前記ガード電極との間に形成される静電容量の値を、被測定流体と前記面電極との間の静電容量の値より小さい値としたことを特徴とする。
【００３１】
従って、本発明によれば、励磁電流の周波数を高く、所定の整定時間で制御したので、ダンピング箔を不要とし磁路の渦電流を押さえて励磁磁束波形が平坦部を持つ様にすることが出来るので、微分ノイズ、静電ノイズ、流体ノイズの影響を受けない高精度で安定した流量測定ができる。
【００３２】
また、励磁コイルからの静電誘導ノイズをコイル固定板で遮蔽し、面電極とガード電極の間の静電容量値を小さくし、検出信号に重畳する誘導ノイズの増幅ゲインを低くでしたので、誘導ノイズに強い容量式電磁流量計とすることが出来る。
【００３３】
請求項２では、前記面電極及びガード電極は、非磁性体製の高導電率の材質とし、前記測定管の外周曲面に沿って切れ込みを持つ形状であることを特長とする。
【００３４】
従って、本発明によれば、渦電流の発生を防止できるのので、磁束磁路を乱す恐れが少ない。また所定の機械的強度を有するので熱変形にも強い容量式電磁流量計と出来る。
【００３５】
請求項３では、前記面電極とガード電極から前記前置増幅部までの信号ケーブルは非磁性体製の金属材質で構成した芯線の外周にシールドとガードシールドを設けた２重シールド線であり、前記励磁磁場の方向と同一の平面で円柱ヨークの外周に沿って絶縁物を介して一定の間隔で固定して這わせ、前記円柱ヨークの頂上部で交差させて前記前置増幅部に接続されたことを特長とする。
【００３６】
従って、本発明によれば、検出ループと交差する面積が小さくなり、電磁誘導ノイズを小さくすることが出来る。又、検出電極と前置増幅部との間は、非磁性のケーブルとし固定されたので、流体の振動によるケーブルの振動ノイズ、電磁誘導によるノイズの発生のない容量式電磁流量計と出来る。
【００３７】
請求項４では、前記測定管と前記円柱ヨークとの間及び前記測定管と前記面電極とガード電極との間に夫々エポキシ樹脂を充填して固定するようにしたことを特長とする。
【００３８】
従って、本発明によれば、流体の振動によるノイズ発生、励磁コイルの振動によるノイズ発生がない容量式電磁流量計と出来る。
【００３９】
請求項５では、前記前置増幅部を検出部と信号処理部との間の首部に挿入し、前記測定管と金属パイプ及びアースリングで囲まれる検出部内と前記首部までの検出部内の全てをエポキシ樹脂で充填して固定するようにしたことを特徴とする。
【００４０】
従って、本発明によれば前記信号ケーブル長を最短とし、前記差動増幅部を首部内にコンパクトに収納し、且つ前記面電極及びガード電極から前記前置増幅部までの高インピーダンス部全てを固定したので振動による雑音の発生を最小に押さえるとともに、耐湿性に優れた容量式電磁流量計とすることができる。
【００４１】
請求項６では、被測定流体が流れる絶縁性物質で作られた測定管と、前記測定管の管軸方向と直交する方向の磁束を与える前記測定管の周囲に対向配置された励磁手段と、前記磁束の方向と前記測定管の管軸方向との夫々に直交する方向で前記測定管の外壁周囲に対向配置された１対の面電極と、前記面電極と所定の間隔を保持して、前記面電極をその外周から覆う様に配置されたガード電極と、前記励磁コイルに商用周波数以上の周波数の励磁電流を供給する励磁回路と、前記被測定流体と前記１対の面電極との夫々の間と、この面電極と夫々のガード電極との間の静電容量を介して検出される検出信号を増幅する前置増幅部と、前記面電極及びガード電極を前記前置増幅部に接続するケーブルと、前記前置増幅部の出力信号から前記被測定流体の流速を出力する信号処理部と、前記励磁コイルの外周において、前記測定管と同心的に配置された励磁磁場の帰磁路を形成する円柱ヨークと、前記励磁コイルを固定し、前記円柱ヨークと電気的に接続固定された非磁性体のコイル固定板と、前記円柱ヨークの外周部にこの円柱ヨークと同心的に配置された金属パイプ及び前記円柱ヨークを、前記測定管の両端部に設けられた前記一対の面電極の中心を結ぶ軸と測定管の管軸に対して対称に配置固定し、且つ電気的に接続したアースリングとを備え、前記コイル固定板及び前記円柱ヨークは、前記測定管の管軸中心と直行する磁束の中心軸平面がこの円柱ヨークの外周と交差する線状において、前記管軸方向の両端部を対称に切り欠き、前記検出信号に含まれる雑音成分が所定の値以下になるような切り欠き形状としたことを特徴とする。
【００４２】
従って、本発明によれば、コイル固定板と円柱ヨークを所定の形状で切り欠き、渦電流の発生を抑制し、励磁磁束の立ち上がりを早くして励磁周波数を速くしたので、流体ノイズの影響の少ない容量式電磁流量計とすることができる。
【００４３】
さらに、請求項８では、前記面電極と前記ガード電極の表面には軟質ゴムを塗布し、前記測定管と前記円柱ヨークとの間、前記測定管と前記面電極及びガード電極との間にエポキシ樹脂を充填して固定するようにしたことを特徴とする。
【００４４】
従って、本発明によれば、面電極、ガード電極とエポキシ樹脂の間にシリコン樹脂または軟質ゴムを塗布したのでエポキシ樹脂が熱収縮する際に生じる応力を軟質ゴムが吸収するので、面電極、ガード電極とエポキシ樹脂の間に亀裂が生じない構造とすることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について図１乃至図１０を参照して説明する。まず、図１乃至図３において、本発明の実施の形態の構成を説明する。本発明の第１の実施の形態の容量式電磁流量計は、流体の流速を検出する検出部１０、検出部１０の検出信号から流量信号を求める信号処理部１１及び検出部１０内の励磁コイルに励磁電流を供給する励磁回路８とで構成される。
【００４６】
図２は、検出部１０の側部断面図で、図３は、検出部１０の断面図である。励磁回路８及び信号処理部１１は、図２及び図３に示す様に検出部１０の上部のボックス内に前置増幅部６を含めて収納される一体型の構成となっている。
【００４７】
尚、これらは別置きされる分離型とすることも出来る。
【００４８】
これらの図において、１は、測定管で、セラミックス等の絶縁物で作られている。測定管１の外周部には、磁極７に巻かれた励磁コイル３Ａと３Ｂとが対向して配置されるとともに、直列に接続されている。
【００４９】
そして、励磁コイル３Ａ、３Ｂの外周に位置されて測定管１と同心的に配置された円柱ヨーク７１とによって、測定管１の管軸方向と直交する方向の磁束が与えられる様に設定配置される。
【００５０】
４Ａ、４Ｂは銅板等の高導電率を有する非磁性体製の面電極で、測定管１の外周に対向して配置され、その中心を結ぶ軸は、励磁磁束の磁場方向と被測定流体２の流れる管軸の双方に直交する様に配置されている。また、ガード電極５Ａ、５Ｂは、夫々面電極４Ａ、４Ｂを完全に覆う様に、且つ、面電極４Ａ、４Ｂと夫々のガード電極５Ａ、５Ｂ間の距離を一定とし、後述する所定の静電容量値以下となる様に固定して設定配置されている。
【００５１】
コイル固定板９Ａ、９Ｂは、銅板などの高導電率を有する非磁性体製の金属板で構成され、励磁コイル３Ａ３Ｂを完全に覆い、円柱ヨーク７１と電気的に接続し、固定されている。
【００５２】
尚１Ａ１、１Ａ２は測定間の両端に設けられたフランジを形成するアースリングで、前記金属パイプ１Ｂ及び円柱ヨーク７１の両端を固定している。
【００５３】
更に、回路の共通アースＣと接続されるアースリング１Ａ１、１Ａに設けられるアース端子Ｅは、安定電位である接地Ｇ点を選択して接続される。
【００５４】
１０Ａ、１０Ｂは信号ケーブルで、芯線、この芯線の外周に設けたシールド及びガードシールドを絶縁物で被覆して構成された２重シールド線として構成されており、この信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂの芯線を面電極４Ａ、４Ｂと、またシールドをガード電極５Ａ、５Ｂと、ガードシールドを回路の共通アースＣに夫々接続し、円柱ヨーク７１の外周に沿って、図示しない絶縁物のスペーサを置いて所定の距離を保持して固定し、金属パイプ１Ｂに設けた導通孔を通して前置増幅部６の増幅器６Ａ、６Ｂに接続している。
【００５５】
更に詳述すれば、前記励磁磁場の方向と同一の平面で、前記円柱ヨーク７１の外周に沿って絶縁物を介して一定の間隔で固定して這わせ、円柱ヨーク７１の頂上部で交差させて前記前置増幅部６に接続されている。
【００５６】
前記信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂを構成する芯線、シールド及びガードシールドはいずれも銅等の高導電率の非磁性体製である。
【００５７】
また、面電極４Ａ、４Ｂ、ガード電極５Ａ、５Ｂは、夫々増幅器６Ａ、６Ｂの非反転入力、反転入力、及びその出力に夫々接続され、夫々の増幅器６Ａ、６Ｂの出力は差動増幅器６Ｃで差動増幅され、検出信号ｅとして信号処理部１１のアナログデジタル変換回路（以後ＡＤＣ回路と言う。）１１Ａに接続される。
【００５８】
このＡＤＣ回路１１Ａで検出信号ｅをデジタル信号に変換した後、その出力を流量測定処理回路１１Ｂに送り、ここで流量信号に変換処理する。
【００５９】
励磁回路８は、矩形波発振器８Ａで３００Ｈｚの矩形波信号を発振し、この信号を特性補正フィルタ８Ｂに供給し、この特性補正フィルタ８Ｂで後述する励磁磁束波形に平坦部を持つ様にゲイン周波数特性を補正処理した後、この特性補正フィルタ８Ｂの出力を、電流制御アンプ８Ｃを介して、前述の励磁コイル３Ａ、３Ｂに励磁電流ｉＦとして供給する。
【００６０】
次に、この様に設定された本発明の容量式電磁流量計の各部の更に詳細な設定とその作用について説明する。
【００６１】
まず、図４、図５は、本発明による容量式電磁流量計の測定原理を説明する図である。図４は検出原理を説明する図で、測定管１の壁面の面電極４Ａ、４Ｂを結ぶ中心軸をｘ軸とし、これと直交する励磁磁束φの軸方向をｙ軸とし、流体の移動する管軸方向をｚ軸としたとき、面電極４Ａ、４Ｂ間に流速に比例した起電力が発生することを表すモデル図である。
【００６２】
高精度で安定した容量式電磁流量計とするには、前述した各種のノイズ対策が必要になる。まず、これらのノイズ対策には、従来例で説明した電磁誘導による微分ノイズ、流体内に発生する流体ノイズ、及び、起電圧を検出する検出回路に誘導される検出部１０内での電磁的結合、静電的結合によって生じる誘導ノイズ対策等が必要である。
【００６３】
図４において、微分ノイズ、流体ノイズの影響を避けるために、詳細を後述する理想的な平坦部を持つ高周波の励磁磁束φを印加し、この励磁磁束φと交差し、励磁磁束φの波形を乱す磁束磁路の渦電流発生要素成分を極力少なくし、面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂとで構成される検出電極（以後検出電極と言う。）と前置増幅部６で形成される検出ループに誘導されるノイズを極力小さくして、流量信号成分のみを正確に分離抽出する様に各部を設定する。
【００６４】
従って、面電極４Ａ、４Ｂと前置増幅部６で形成される検出ループは、図５に示す様に斜線に示す面積Ｓを小さく、且つ、励磁磁束φと平行な平面に形成する様にし、この検出ループと交差する磁束を出来るだけ小さく押さえることにより、電磁結合で誘導されるノイズを除去する様に信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂを設定する。
【００６５】
また、図２、図３に示した様に検出部１０は、面電極４Ａ、４Ｂの各々が設置Ｇに対して同電位となる様に、静電的にも、電磁的にも電気的に対称な構造とし、差動増幅器６Ｃによって同相で誘導されるノイズを除去する。
【００６６】
更に、流体の起電圧がミリボルトレベルであるのに対して、励磁コイル３Ａ、３Ｂの部分は数十ボルトの高電位レベルにあるので、励磁コイル３Ａ、３Ｂは、銅等の非磁性体製で構成したコイル固定板９Ａ、９Ｂで隙間なく覆い、円柱ヨーク７１とともにアースリング１Ａ１、１Ａ２を介して接地Ｇに接続して、励磁回路からの信号が、面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂへの静電誘導により誘導されるノイズを遮蔽しておく。
【００６７】
このように両面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂに誘導される雑音信号が同位相でかつ同じレベルの最小になるように対称構造とし、且つアースリング１Ａ１、１Ａ２を安定した接地Ｇに接続しておく。
【００６８】
また、励磁磁束φの磁路内にある金属製部材も、磁極７、及び、帰還磁路を形成する円柱ヨーク７１を除いて、渦電流の発生を押さえるため、銅等の高導電率の非磁性体製とし、渦電流による磁束成分を極力発生させない様に設定する。
【００６９】
さらに、これらの設定条件が振動や湿気で変化しない様に検出部を構成する各要素部品、部材を固定しておく。
【００７０】
以上の考え方を基本として各部が設定される。
【００７１】
次に、この考え方に基づく各部の詳細な設定についてまず、励磁電流ｉＦの詳細な設定と作用について図６乃至図８で説明する。
【００７２】
始めにこの励磁電流ｉＦの周波数は、流体ノイズと区別する上で有利な、流体ノイズが小さくなる高い周波数に設定する。この理由を図８で説明する。
【００７３】
図８は、前述した流体ノイズの測定結果の一例を図示したもので、横軸は周波数、縦軸はノイズ電力ｄＢｍで、流速が２．５ｍ／ｓｅｃの時と、０．５ｍ／ｓｅｃの時の特性を示す。この図に示す様に、一般的に流体ノイズは、被測定流体２の流速が早くなると大きくなる。
【００７４】
しかしながら、被測定流体２の流速にかかわらず周波数が１０Ｈｚ程度から減衰し、２００Ｈｚ当たりでノイズ電力が−７０ｄＢｍレベルに収束する傾向を示す。このことから、励磁周波数は、流体ノイズに影響されない、被測定流体２の流速で発生する起電圧とのＳ／Ｎが高くなる商用周波数以上の周波数２００Ｈｚ以上に、例えば、この値を３００Ｈｚとして矩形波発振器８Ａで発振周波数を設定しておく。
【００７５】
次に、励磁電流ｉＦによる励磁磁束φの波形の補正の詳細設定について図６及び図７で説明する。この目的は、前述した様に励磁磁束φの立ち上がりを早くして、検出信号ｅに含まれる微分ノイズの立ち上がりと、整定時間を早くすることである。
【００７６】
図６（ａ）に示す様に、一般に励磁電流ｉＦは、励磁の基本周波数（ｆ０）の近傍から減衰する１次遅れ回路のゲイン周波数特性を持っている。従って、励磁電流ｉＦによって作られる励磁磁束φもこれに追従した波形となる。
【００７７】
そこで、図６（ｂ）に示す、励磁の基本周波数（ｆ０）の高調波成分を含めた励磁回路のゲイン周波数特性が平坦になる高域通過特性を持つ特性補正フィルタ８Ｂを介して、励磁波形φの立ち上がり部を急峻に立ち上げる微分特性を持つ励磁電流ｉＦの波形とし、この励磁電流ｉＦを電流制御アンプ８Ｃを介して供給する。
【００７８】
この特性補正フィルタ８Ｂは、図６（ｂ）に示す特性の高域フィルタ回路とし、例えば、励磁の基本周波数（ｆ０）の３倍の周波数をもつ第３高調波（ｆ３）周波数帯域まで平坦なゲイン周波数特性を持つ励磁電流ｉＦの波形とする。
【００７９】
更に高次の例えば第５高調波（ｆ５）成分までの補正が必要な場合は、特性補正フィルタ８Ｂを高次の周波数領域まで平坦となるゲイン周波数特性に設定する。
【００８０】
図７は、この補正フィルタ８Ｂを使用した時の、励磁電流とその励磁磁束波形の作用効果を説明するものである。同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は特性補正フィルタ８Ｂのない従来の場合で、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は特性補正フィルタ８Ｂを使用した場合を示している。
【００８１】
この図において、（ａ）、（ｄ）は励磁磁束φ、図（ｂ）、（ｅ）は検出信号ｅ、図（ｃ）、（ｆ）は検出信号ｅのサンプリング信号ｓＰを示す。そして図７（ｂ）、（ｅ）の実線は、被測定流体２が静止している場合を、破線は、被測定流体２が流れた場合の検出信号ｅの波形を示している。
【００８２】
この図に見られる様に、励磁磁束φは、図７（ａ）に示す様に立ち上がりが鈍っていたものが、特性補正フィルタ８Ｂによって励磁電流波形を整形したことにより、同図（ｄ）の様に立ち上がりが早くなる。
【００８３】
その結果、同図（ｂ）に示す様な検出信号ｅに含まれていた微分ノイズは、同図（ｅ）の様に短時間で収束する様に改善される。従って、サンプリング信号ｓＰのタイミングでは、微分ノイズの影響を受けない流速成分のみを抽出できるので安定した高精度な流量測定が可能となる。
【００８４】
この特性補正フィルタ８Ｂの特性は、励磁磁束φの出力波形、または、検出信号ｅの波形を観測して、励磁回路８の最適な応答特性を選択することが出来る。
【００８５】
次に、図９を用いて面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂの間の静電容量の設定の詳細について、一方の面電極４Ａと増幅器６Ａの検出回路のモデル図で説明する。
【００８６】
Ｃ１は、面電極４Ａと被測定流体２間、即ち測定管１の材質で形成される静電容量で、その一方は面電極４Ａとガード電極５Ａ間の静電容量Ｃ２に接続され、他方は、被測定流体２の流体抵抗Ｒｓを介して接地電位Ｇに接続されている。
【００８７】
更に、静電容量Ｃ１とＣ２の接続点は、増幅器６Ａの入力に接続され、その出力は静電容量Ｃ２のもう一方の端子に接続されている。
【００８８】
増幅器６Ａの入力インピーダンスが十分高いとすると、ガード電極５Ａに重畳されたノイズｖＮと増幅器６Ａの出力ｖＡは、
ｖＡ＝（１＋ｊωＣ１Ｒｓ）・Ｃ２／Ｃ１・ｖＮ
となる。
【００８９】
従って、面電極４Ａと被測定流体２間の静電容量Ｃ１に対して、面電極４Ａとガード電極５Ａ間の静電容量Ｃ２の方が大きいと、ガード電極５Ａに重畳するノイズは増幅されることになる。
【００９０】
このことから、例えば、測定管１がセラミックスの場合、誘電率がセラミックスより小さいプラスチック等を面電極４Ａとガード電極５Ａの間に挿入し、更に、面電極と４Ａガード電極５Ａの間の間隔を測定管１の厚さよりも厚く設定する。
【００９１】
ここでセラミックスの誘電率を９、プラスチックの誘電率を３とすれば、面電極４Ａとガード電極５Ａとの間隔を測定管１と同等としても、ガード電極５Ａへの誘導ノイズや増幅器６Ａの内部発生ノイズを３分の１に低減できる。
【００９２】
以上説明した電気的なノイズ発生要因以外に、検出部１０全体の熱や振動によってもノイズが発生する。この対策の事例を再び前述の図２、図３の構造図で説明する。
【００９３】
面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂは、測定管１の流体の温度が急変したりした場合、取り付けのための接着剤や、支持材の熱膨張率の相異で伸縮力を受けるので、０．２ｍｍ以上の厚さの非磁性体で高導電率を有する銅板等で形成して、プラスチック等で前述した所定の間隔を保持してエポキシ樹脂等を充填して固定し、熱歪みによる変形に耐えられる構造に設定しておく。
【００９４】
また、この面電極４Ａ、４Ｂは、図１０に示す様に切り欠きを入れて、渦電流の発生を防止する形状とし、前述したｙ軸方向の磁束成分の発生を極力押さえる様にする。
【００９５】
又、前述した信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂも円柱ヨーク７の周囲にエポキシ樹脂等の絶縁物を介して一定の間隔を保持して接着剤で固定する。芯線、シールド、ガードシールドのいずれも銅等の高導電率の非磁性体製を使用しているので励磁磁界φが周期的に変動しても振動せず、夫々の間の介在するの絶縁物との摩擦により発生する恐れのある摩擦ノイズを防止することが出来る。
【００９６】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態が代の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態で説明した検出部１０構造をさらに高信頼の構造とするため、面電極４Ａ、４Ｂから差動増幅部６までの高インピーダンス部全体をコンパクトに、且つ高い絶縁性を有する絶縁材料を充填して固定し、検出部１０全体の耐振性と絶縁性を向上させたことにある。
【００９７】
したがって差動増幅部６両入力の入力インピーダンスの変化によって誘導される電磁誘導ノイズ及び信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂの導体と絶縁物との摩擦による摩擦ノイズの発生を防止できる構造とする。
【００９８】
以下、本発明の第２の実施の形態の容量式電磁流量計について、第１の実施の形態の各部と同一の部分は同一符号で示し、その説明を省略する。以下図１１、図１２、図１３及び図１を参照して本発明による第２の実施の形態を説明する。図１１は検出部１０の側断面図、図１２は検出部の断面図である。また、図１３は面電極４Ａ，ガード電極５Ａの構造を説明する図である。
【００９９】
まず各部の名称、機能は第１の実施の形態と同様であるので、説明を適宜省略し相違点を説明する。検出部１０と信号処理部１１を結合する首部２１には検出電極からの信号を増幅する前置増幅部６が、後段の信号処理部１１のＡＤＣ回路１１Ａ及び流量測定回路１１Ｂとは分離されて実装される。
【０１００】
信号処理部１１は、第１の実施の形態で説明したように検出部１０上部のボックス内または分離して別筐体に置かれても良い。
【０１０１】
次に図１３を参照して検出電極の構造を説明する。図１３（ａ）は一方の面電極４Ａとガード電極５Ａ断面図で、図１３（ｂ）は面電極４Ａ、４Ｂを結ぶ電極軸ｘの外側方向から見た側面図である。セラミックス等の測定管１の外壁には高導電率の金属板、例えば銅板等で作られる面電極４Ａが燒結される。
【０１０２】
さらに、この面電極４Ａを覆う様に、被測定流体２が移動するｚ軸方向に電極寸法より伸びた形状のガード電極５Ａを配置する。（ｙ軸方向は励磁磁束の印加方向を示す。）
このガード電極５Ａは面電極４Ａ同様に高導電率の金属板で整形され、図１３（ａ）のｘ−ｙ断面方向から見ると八の字形状で管軸方向には空洞となっている。また、同図Ｂ（ｂ）に示す様に面電極４Ａを覆い、且つ面電極４Ａとは所定の間隔を確保するようにしておく。即ち、第１の実施の形態で説明したように検出電極間の静電容量が面電極４Ａと被測定流体２との間の静電容量よりも小さくなる様にしておく。
【０１０３】
このガード電極５Ａの形状は他方のガード電極５Ｂと測定管の周囲を２分し全てを覆うような大きな形状とする必要はなく、所定の起電力が抽出できる程度の形状であれば良い。通常、図１３（ａ）（ｂ）に示す様に測定管１の円周方向は６０度程度、被測定流体２の流れる管軸方向ｚの寸法は測定管１の長さの６０％程度あれば十分である。このガード電極５Ａ、５Ｂはガラス製の接着テープで測定管１に固定しておく。
【０１０４】
また、面電極４Ａの形状は渦電流の発生が小さくなる様にスリットをいれた形状としておくことは第１の実施の形態と同様である。
【０１０５】
そして、信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂの芯線の一方は面電極４Ａ、４Ｂと、シールドはガード電極５Ａ、５Ｂと夫々接続され、他方は前置増幅部６に接続されている。ガードシールドはこの前置増幅部６の図１に示す共通電位Ｃに接続され接地される。
【０１０６】
次に、検出部１０及び前置増幅部６にエポキシ樹脂を充填する方法について説明する。図１１、図１２の様に組みたてられた状態の検出部１０の円柱ヨーク７１には、測定管１の管軸と１対の電極の中心を結ぶ軸が交わる測定管１の管壁の近傍に空けられ、信号線１０Ａ、１０Ｂを送通する孔７１ａ、７１ｂ以外に、励磁コイル３Ａ、３Ｂに励磁回路８から励磁電流を供給する励磁信号線を送通する孔７１ｃと、エポキシ樹脂を封入及びその時の空気抜き孔７１ｄとが別々にまたは共用して孔７１ａ、７１ｂ以外の場所に励磁磁束を乱さない様に空けられている。
【０１０７】
そして、所定の硬化材を混ぜたエポキシ樹脂は、信号処理部１１の首部２１から所定の樹脂注入パイプ口から、検出部１０を左右前後に揺すり且つ傾けながら、そして内部の空気を抜きながらゆっくりと注入され、首部２１の前置増幅部６を覆うまで注入される。
【０１０８】
この構造では、面電極４Ａ、４Ｂ及びガード電極５Ａ、５Ｂは所定の機械的強度有し、且つ測定管１にコンパクトな形状として固着されているので充填するエポキシ樹脂のみで固定される。
【０１０９】
また、用途によっては首部２１の上部に配置される後段の信号処理部１１まで封入すれば、この部分の絶縁性も確保される。
【０１１０】
この様にして測定管１と金属パイプ１Ｂ及びアースリング１Ａ１及び１Ａ２で囲まれた検出部１０内の空間全てにエポキシ樹脂を注入する。さらに、検出部１０の首部２１までエポキシ樹脂で固着する。
【０１１１】
本発明による第２の実施の形態によれば、検出電極から差動増幅部６までを最短距離でコンパクトに布設し、高インピーダンス部をエポキシ樹脂によって固定したので、この検出電極と差動増幅部６を接続する信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂが振動することによって生じる電磁誘導ノイズ、摩擦ノイズを防止できる。さらに高インピーダンス部を樹脂で固定したので絶縁性の劣化も改善される。
【０１１２】
また、検出電極４Ａ、４Ｂは測定管１に燒結され、ガード電極５Ａ、５Ｂはコンパクトで所定の応力に耐えられる厚みとしてあるのでエポキシ樹脂の硬化時や、被測定流体２の温度が変化して熱収縮が起きても破損する恐れがない。さらに、前置増幅部６は検出部１０の首部２１に配置したので、熱遮蔽可能な構造とでき、被測定流体２が高温の場合であっても使用可能である。
【０１１３】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、渦電流の発生を抑えるため帰還磁路を形成するコイル固定板９Ａ、９Ｂと円柱ヨーク７１の磁束の中心軸平面と交差する管軸方向の両端部を所定の形状で切り欠き、励磁電流の立ち上がりを速くして検出信号に含まれるの微分ノイズ成分を低減し、流体ノイズが所定の範囲以下になる２００Ｈｚ以上の高い励磁周波数の範囲を設定できるようにした点にある。
【０１１４】
また、コイル固定板９Ａ、９Ｂと円柱ヨーク７１の切り欠きによる静電結合を断つため、ガード電極５Ａ、５Ｂの管軸方向の静電シールド効果を強化するガード電極５Ａ、５Ｂに耳部を設け、隙間が小さい形状としたことにある。
【０１１５】
さらに、面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂの表面にシリコン樹脂を塗布した後、エポキシ樹脂を充填して固めることによって、エポキシ樹脂が熱収縮することによって生じる応力を塗布材によって吸収し、面電極４Ａ、４Ｂ及びガード電極５Ａ、５Ｂとエポキシ樹脂の間に亀裂が生じる可能性を防止したことにある。
【０１１６】
以下、本発明の第３の実施の形態の容量式電磁流量計について、図１乃至図３に示す第１の実施の形態の各部と同一の部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
【０１１７】
図１４は渦電流を低減するため、帰還磁路を形成する円柱ヨーク７１と一方のコイル固定板９Ａ端部を切り欠いた状態を説明するもので、図１４（ａ）は磁束の中心軸（以後ｙ軸と呼ぶ）方向の側面上部から見た斜視図である。
【０１１８】
同図において、一方の励磁コイル３Ａは、同図（ｂ）に示すコイル固定板９Ａによって円柱ヨーク７１に図示しないネジ等によって固定されている。そして励磁コイル３Ａに接するコイル固定板９Ａ、及び円柱ヨーク７１の端部の一部分を測定管１の管軸（以後ｚ軸と呼ぶ）方向に沿って詳細を後述する所定の形状に切り欠く。他方のコイル固定板９Ｂ、円柱ヨーク７１についても、対称位置で同様の切り欠き形状とする。
【０１１９】
図１５（ｂ）には、磁極７を図示していないが、励磁コイル３Ａ、３Ｂと磁極７から構成される励磁手段は、所定の励磁磁束強度を与えられれば良く、励磁コイル３Ａ、３Ｂのみで構成してもよい。
【０１２０】
次に、この切り欠き形状の設定方法について図１５を参照して説明する。図１５（ａ）は切り欠き部分の面積と渦電流による検出信号に重畳する微分ノイズの低減効果、及び励磁コイル３Ａ、３Ｂの励磁電源と面電極４Ａ、４Ｂ及びガード電極５Ａ、５Ｂとの静電結合による電界ノイズ（以後電界ノイズと言う）の増大する関係を定性的に図示したものである。
【０１２１】
同図に示す様に切り欠き部の面積は、渦電流による微分ノイズの低下と静電誘導による電界ノイズの増大がトレードオフの関係にあるので、双方の影響が所定の許容値以下になる範囲の面積とする。
【０１２２】
例えば、所定のモデル実験によるとこの切り欠き面積は、同図に示す様に、励磁コイル３Ａが接するコイル固定板９Ａ、９Ｂ及び円柱ヨーク７１のｙ軸方向への投影面積の２０％乃至３０％を切り欠き面積とすれば、所定の許容雑音レベル以下とすることができた。
【０１２３】
この切り欠き形状は種々変形が可能である。図１５（ｂ）はｘｚ軸平面に投影したコイル固定板９Ａと円柱ヨーク７１の切り欠きを説明する図である。同図に示す様に、ｙ軸方向の反磁場を形成する渦電流は１対の電極中心を結ぶ軸（以後ｘ軸と呼ぶ）方向を所定の限界寸法ｌｘを切り欠くことによって断つことが可能なので、ｚ軸方向の寸法ｌｚを大きくとって、電界ノイズを増大させない範囲の最適の切り欠き寸法（ｌｘ×ｌｚ）を調整することが効果的である。
【０１２４】
渦電流がこのように調整された結果、励磁磁束φの立ち上がりが早くなるので、流体ノイズの周波数成分と分離し易い励磁周波数を設定することが可能となる。
【０１２５】
以下このように設定された第３の実施の形態による効果について説明する。図１６（ａ）に示す様に、例えば、励磁周波数を１００Ｈｚ（Ｔ＝１０ｍｓｅｃ）とし、検出信号ｅをサンプリングパルスｓｐでサンプリングしていた場合には、信号成分の方が大きく微分ノイズの変動を無視できるが、同図（ｂ）の検出信号ｅは破線に示す様に、励磁周波数を２００Ｈｚ（Ｔ／２＝５ｍｓｅｃ）とすると、サンプリングされる微分ノイズの比率は大きくなり、測定精度に与える影響が大きく無視できなくなる。
【０１２６】
ここで、本実施の形態で説明したように上述した切り欠きによって渦電流を低減すると、励磁磁束φの立ち上がりが速くなり、励磁周波数が２００Ｈｚにおいても同図（ｂ）の検出信号ｅの実線に示す様に微分ノイズの比率が低下する。
【０１２７】
その結果、励磁周波数に対して、流体ノイズの低下と微分ノイズの増大がトレードオフの関係にあっても、図１７に示す様に両者が所定の雑音レベル以下となる励磁周波数の範囲、即ち２００Ｈｚ近傍以上の周波数を選択することが可能となる。
【０１２８】
次に、ガード電極５Ａ（５Ｂ）のシールド構造について図１８を参照して説明する。図１８（ａ）、（ｂ）は夫々測定管１の一方の側面ｘ軸方向から見たガード電極５Ａ部の構造を説明する斜視図及び測定管１のｚ軸方向から見たガード電極部の断面図である。
【０１２９】
同図（ｂ）に示す様に、ガード電極５Ａの測定管１のｚ軸方向両端に耳部５Ａａを設け、エポキシ樹脂を充填するに必要な空間を確保して極力隙間の少ない形状としておく。
【０１３０】
第３の実施の形態では、帰還磁路を構成するコイル固定板９Ａ、９Ｂ及び円柱ヨーク１の両端部を切り欠いたため、励磁コイル３Ａ、３Ｂとガード電極５Ａ部の静電容量結合による電界ノイズが増す恐れがあるが、ガード電極部５Ａ、５Ｂの両端に耳部を設けてシールドすることによって、静電結合を小さくすることができる。
【０１３１】
また、同図（ｃ）に示す様に、面電極４Ａ（４Ｂ）及びガード電極５Ａ（５Ｂ）の表面には、エポキシ樹脂を充填する前に予めシリコン樹脂やクロロプレンゴム等の軟質ゴムを、面電極４Ａ（４Ｂ）とガード電極５Ａ（５Ｂ）及び信号ケーブルのリード線間の高インピーダンス部分において、この軟質ゴムによって絶縁が低下しない様に所定の距離を確保して、その他の部分を塗布しておく。そして、この軟質ゴムが乾燥した後、高絶縁性を有するエポキシ樹脂を充填する。
【０１３２】
このように面電極４Ａ、４Ｂ及びガード電極５Ａ、５Ｂの表面にシリコン樹脂等を塗布することによって、エポキシ樹脂の熱収縮時及びエポキシ樹脂と面電極４Ａ、４Ｂ及びガード電極５Ａ、５Ｂ間の熱伸縮の相違によって生じる応力を、この塗布されたシリコン樹脂によって吸収することが可能となるので、亀裂や剥がれを防止できる。
【０１３３】
本発明は、以上の構成に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【０１３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、励磁磁路の構造をシンプルにして、励磁磁束の立ち上がりを速くし、流体ノイズの影響を低減できる励磁周波数とした。また、１対の面電極及びガード電極から差動増幅される流量信号を高いＳ／Ｎ比で検出できるように、１対の面電極及びガード電極及び差動増幅される検出回路に対して、対称な形状構造とし、電気的にも同相雑音除去比率の高いシールド構造とした。
【０１３５】
そして、この検出部内に絶縁物を充填して、熱伸縮に対する応力に対しても耐えられる強度を有した構造としたので、誘導ノイズや振動による摩擦ノイズの影響を受けぬくい信頼性の高い容量式電磁流量計を提供することが出来る。
【０１３６】
また、面電極とガード電極の静電容量を面電極と被測定流体間の静電容量よりも小さくし、誘導ノイズや増幅器ノイズの増幅ゲインを押さえたので高精度で安定した容量式電磁流量計を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施の形態を示す構成図。
【図２】本発明による第１の実施の形態の検出部の側面図。
【図３】本発明による第１の実施の形態の検出部の断面図。
【図４】本発明の原理の説明図。
【図５】本発明の原理の説明図。
【図６】本発明による第１の実施の形態の励磁回路の特性の説明図。
【図７】本発明による第１の実施の形態の励磁回路の作用説明図。
【図８】流体ノイズ説明図。
【図９】本発明による第１の実施の形態の面電極とガード電極間の検出回路のモデル説明図。
【図１０】本発明による第１の実施の形態の面電極の形状の説明図。
【図１１】本発明による第２の実施の形態の検出部側面図
【図１２】本発明による第２の実施の形態の検出部断面図
【図１３】本発明による面電極及びがード電極部の構造図。
【図１４】本発明による第３の実施の形態の帰還磁路の構造を説明する図。
【図１５】本発明による第３の実施の形態の帰還磁路の設定方法の説明図。
【図１６】本発明による第３の実施の形態の作用効果の説明図。
【図１７】本発明による第３の実施の形態の励磁周波数の設定の説明図。
【図１８】面電極及びガード電極部の構造図。
【図１９】従来技術を示す構成図。
【図２０】従来技術の動作を示す説明図。
【図２１】従来技術の作用を示す説明図。
【符号の説明】
１ 測定管
１Ａ１、１Ａ２ アースリング
１Ｂ 金属パイプ
２ 被測定流体
３Ａ、３Ｂ 励磁コイル
４Ａ、４Ｂ 面電極
５Ａ、５Ｂ ガード電極
６ 前置増幅部
６Ａ、６Ｂ 増幅器
６Ｃ 差動増幅器
７ 磁極
７１ 円柱ヨーク
７Ａ、７Ｂ ダンピング箔
８ 励磁回路
８Ａ 矩形波発振器
８Ｂ 特性補正フィルタ
８Ｃ 電流制御アンプ
９Ａ、９Ｂ コイル固定板
１０ 検出部
１０Ａ、１０Ｂ 信号ケーブル
１１ 信号処理部
１１Ａ ＡＤＣ回路
１１Ｂ 流量測定処理部
２１ 首部
７１ａ、７２ｂ、７２ｃ、７１ｄ 孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定管内を流れる非測定流体の流量を測定する電磁流量計に係わり、特に容量式電磁流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁流量計には、電極が被測定流体と直接接触し、被測定流体に発生する起電力を直接検出する接液電極形電磁流量計と、電極が被測定流体と直接接触せず、被測定流体に発生する起電力を被測定流体と電極間の静電容量を介して検出する非接液電極形の電磁流量計（以下容量式電磁流量計と呼ぶ）の２種類が存在する。
【０００３】
更に、電磁流量計は、ノイズの影響を除去して安定した流量信号を得る必要があるが、このノイズの原因も各種存在し、従って対応する除去手段も異なることから多種の電磁流量計が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１に開示された容量式電磁流量計については、その後に改良された種々のノイズ対策が知られている（例えば、特許文献２）。以下、この構成と作用を図１９乃至図２１で説明する。
【０００５】
まず、図１９でその構成を説明する。この図に示す様に、この容量式電磁流量計は、検出部１０と、検出部１０で検出された検出信号ｅから流量を求める信号処理部１１とで構成されている。
【０００６】
検出部１０では、絶縁性物質で作られた測定管１を流れる被測定流体２の外壁に対向して配置された磁極７に巻かれた励磁コイル３Ａ、３Ｂに励磁回路８から励磁電流ｉＦを流すことにより、被測定流体２に対して図示していない帰還磁路を形成して磁束を印加する。
【０００７】
そして、この磁束の方向と直交する方向で測定管１の外壁に対向配置された一対の面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂと、測定管１と前記夫々の面電極４Ａ、４Ｂとの間、及び面電極４Ａ、４Ｂとこの面電極４Ａ、４Ｂを覆う様に配置されたガード電極５Ａ、５Ｂとの間の静電容量を介して前記被測定流体２の流速に比例した起電圧を増幅器６Ａ、６Ｂで増幅し、更に、増幅器６Ａ、６Ｂからの夫々の信号の差ｅＡＢを差動増幅器６Ｃで増幅し、検出信号ｅを検出する。
【０００８】
次に、この検出信号ｅは信号変換部１１に送られ、検出信号ｅの立ち上がり部分（微分ノイズと言う。）を除いた位置をサンプリングして、流量測定を行うものである。
【０００９】
この方式は、面電極４Ａ、４Ｂと被測定流体２間のインピーダンスが非常に高いため、検出部１０の内部では各種のノイズ対策が設定される。
【００１０】
その１つに、面電極４Ａ、４Ｂ間に誘導されるノイズ対策がある。この対策は、ガード電極５Ａ、５Ｂを面電極４Ａ、４Ｂと同電位に保持して、増幅器６Ａ、６Ｂでインピーダンス変換した後、差動増幅器６Ｃで増幅し、面電極４Ａ、４Ｂ間に同相で誘導されるノイズを除去している。
【００１１】
また、ガード電極５Ａ、５Ｂと励磁コイル３Ａ、３Ｂ間の磁束磁路には、後述するダンピング箔７Ａ、７Ｂを設定配置している。
【００１２】
更に、この様な検出部１０の接地は、測定管１の図示しない外周の接液している金属パイプケースのアースＥと回路の共通電位アースＣとを接続し、接地Ｇに接続している。
【００１３】
この様に構成された容量式電磁流量計の検出信号ｅには、前述した微分ノイズと称するノイズが重畳する。
【００１４】
このノイズは、励磁磁束との電磁結合による誘導によって両面電極４Ａ、４Ｂ間と増幅器６Ａ、６Ｂの間に形成される検出ループに誘導されるもので、励磁磁束が変動した時に両接地Ｇ点と夫々の面電極４Ａ、４Ｂとの間の電位変動の差が雑音として検出信号ｅの立ち上がり部分に重畳する。
【００１５】
この詳細を図２０で説明する。図２０（ａ）に示す矩形波の励磁電流ｉＦを励磁コイル３Ａ、３Ｂに流すと、励磁磁束φは図２０（ｂ）に示す励磁磁束経路の内部生じる渦電流ｉＥによって、図２０（ｃ）に示す様に励磁磁路内の反磁界作用の応答時定数で立ちり部分がやや鈍った特性の波形となる。
【００１６】
この励磁磁束φの変化により、図２０（ｄ）におけるＮｄ部に示す様に、前述した検出信号ｅの立ち上がり部分に微分状の雑音、即ち微分ノイズが重畳する。
【００１７】
その為、検出器１０内の構造は、励磁磁路に発生する渦電流ｉＥを最小に押さえる様に設定配置することが必要である。
【００１８】
また、安定した流量信号成分を検出するため、図２０（ｅ）に示す様に、微分ノイズの値が小さくなるサンプリング信号ｓＰのタイミングでサンプリングし、流量を求めている。
【００１９】
前述した微分ノイズの他に、流体ノイズと称する低周波ノイズが検出信号ｅに重畳する。この流体ノイズの発生メカニズムは、被測定流体２が運ぶイオンの揺らぎによって被測定流体２中に低周波の電位変動が生じるものと推定されているが、この流体ノイズは、被測定流体２の流速が早くなると大きくなる。
【００２０】
この流体ノイズと流速に比例する起電圧を分離するために、励磁電流の周波数を商用周波数以上に高くし、且つ、短時間で磁束波形が整定する様に、励磁回路が設定される。
【００２１】
しかしながら、励磁コイル３Ａ、３Ｂのインダクタンスが５０ｋＨｚ近辺の高周波領域で共振点を持つ特性のために、励磁電流ｉＦを高周波で制御しているにもかかわらず、図２１に示す様に、励磁電流ｉＦが振動する現象が発生する。
【００２２】
そのため、振動の共振点を消滅させるダンピング箔７Ａ、７Ｂと称する導電性の薄い板を、励磁コイル３Ａ、３Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂの間に設定配置している。
【００２３】
【特許文献１】
特開平８−３０４１３２号公報
【００２４】
【特許文献２】
特開２００１−１１６５９８号公報
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した様に、従来の容量式電磁流量計は、流体ノイズの影響を避けるため励磁電流の励磁周波数を商用周波数以上に高くし、励磁周波数を高くしたことによって生じる励磁電流の振動を押さえる為に、磁束磁路にダンピング箔を設けている。
【００２６】
しかしながら、このダンピング箔が、磁束磁路に置かれるため渦電流の発生が避けられないこと、また、励磁コイルとの静電結合によってダンピング箔上の電位の変動がノイズとして検出されてしまう問題が起きる。そのため、更にガード電極とダンピング箔の間に絶縁層を設ける等の対策も必要となるなど雑音対策のために構造が複雑となる欠点があった。
【００２７】
また、前述したように面電極からの出力インピーダンスは非常に高いため増幅器の入力インピーダンスは数ＧΩ程度の高い値が必要となるため、この部分わずかな絶縁特性の変化によって測定誤差が発生するため、絶縁低下を防ぐ目的で面電極、ガード電極の周囲の測定管内部には、エポキシ樹脂を充填することが行われていた。
【００２８】
しかし、エポキシ樹脂を充填して固定する方法の場合、その加熱された樹脂が収縮する時に、面電極、ガード電極との間に応力が発生し、亀裂が生じ、絶縁低下が起こる恐れがあった。さらに、面電極やガード電極の形状が大きいため測定間内を流れる流体によって検出部全体が機械的に振動すると、両面電極の出力インピーダンスに差が生じるため誘導ノイズが発生する。また、信号ケーブルの振動によって摩擦ノイズを発生させてしまう。
【００２９】
本発明は、上記従来の容量式電磁流量計の問題点を解決するためになされたもので、磁束磁路に反磁場作用の生じる障害物を極力少なくして、微分ノイズ（電磁誘導ノイズ）や静電誘導ノイズ、摩擦ノイズの影響の少ない、且つ、流体ノイズの影響を受けにくい耐振性、耐湿性にすぐれた安定した容量式電磁流量計を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１では、被測定流体が流れる絶縁性物質で作られた測定管と、前記測定管の管軸方向と直交する方向の磁束を与える前記測定管の周囲に対向配置された磁極に巻かれた励磁コイルと、前記磁束の方向と前記測定管の管軸方向との夫々に直交する方向で前記測定管の外壁周囲に対向配置された１対の面電極と、前記面電極と所定の間隔を保持して、前記面電極をその外周から覆う様に配置されたガード電極と、前記励磁コイルに商用周波数以上の周波数の励磁電流を供給する励磁回路と、前記被測定流体と前記１対の面電極との夫々の間と、この面電極と夫々のガード電極との間の静電容量を介して検出される検出信号を増幅する前置増幅部と、前記面電極及びガード電極を前記前置増幅部に接続するケーブルと、前記前置増幅部の出力信号から前記被測定流体の流速を出力する信号処理部と、前記励磁コイルの外周を覆う様に前記測定管と同心的に配置された励磁磁場の帰磁路を形成する円柱ヨークと、前記励磁コイルを覆い、前記円柱ヨークと電気的に接続固定された非磁性体のコイル固定板と、前記円柱ヨークの外周部にこの円柱ヨークと同心的に配置された金属パイプ及び前記円柱ヨークを、前記測定管の両端部に設けられた前記一対の面電極の中心を結ぶ軸と測定管の管軸に対して対称に配置固定し、且つ電気的に接続したアースリングとを備え、前記励磁回路は、励磁磁束波形が平坦部を有する様に励磁電流の波形制御するフィルタ手段を備え前記面電極と前記ガード電極との間に形成される静電容量の値を、被測定流体と前記面電極との間の静電容量の値より小さい値としたことを特徴とする。
【００３１】
従って、本発明によれば、励磁電流の周波数を高く、所定の整定時間で制御したので、ダンピング箔を不要とし磁路の渦電流を押さえて励磁磁束波形が平坦部を持つ様にすることが出来るので、微分ノイズ、静電ノイズ、流体ノイズの影響を受けない高精度で安定した流量測定ができる。
【００３２】
また、励磁コイルからの静電誘導ノイズをコイル固定板で遮蔽し、面電極とガード電極の間の静電容量値を小さくし、検出信号に重畳する誘導ノイズの増幅ゲインを低くでしたので、誘導ノイズに強い容量式電磁流量計とすることが出来る。
【００３３】
請求項２では、前記面電極及びガード電極は、非磁性体製の高導電率の材質とし、前記測定管の外周曲面に沿って切れ込みを持つ形状であることを特長とする。
【００３４】
従って、本発明によれば、渦電流の発生を防止できるのので、磁束磁路を乱す恐れが少ない。また所定の機械的強度を有するので熱変形にも強い容量式電磁流量計と出来る。
【００３５】
請求項３では、前記面電極とガード電極から前記前置増幅部までの信号ケーブルは非磁性体製の金属材質で構成した芯線の外周にシールドとガードシールドを設けた２重シールド線であり、前記励磁磁場の方向と同一の平面で円柱ヨークの外周に沿って絶縁物を介して一定の間隔で固定して這わせ、前記円柱ヨークの頂上部で交差させて前記前置増幅部に接続されたことを特長とする。
【００３６】
従って、本発明によれば、検出ループと交差する面積が小さくなり、電磁誘導ノイズを小さくすることが出来る。又、検出電極と前置増幅部との間は、非磁性のケーブルとし固定されたので、流体の振動によるケーブルの振動ノイズ、電磁誘導によるノイズの発生のない容量式電磁流量計と出来る。
【００３７】
請求項４では、前記測定管と前記円柱ヨークとの間及び前記測定管と前記面電極とガード電極との間に夫々エポキシ樹脂を充填して固定するようにしたことを特長とする。
【００３８】
従って、本発明によれば、流体の振動によるノイズ発生、励磁コイルの振動によるノイズ発生がない容量式電磁流量計と出来る。
【００３９】
請求項５では、前記前置増幅部を検出部と信号処理部との間の首部に挿入し、前記測定管と金属パイプ及びアースリングで囲まれる検出部内と前記首部までの検出部内の全てをエポキシ樹脂で充填して固定するようにしたことを特徴とする。
【００４０】
従って、本発明によれば前記信号ケーブル長を最短とし、前記差動増幅部を首部内にコンパクトに収納し、且つ前記面電極及びガード電極から前記前置増幅部までの高インピーダンス部全てを固定したので振動による雑音の発生を最小に押さえるとともに、耐湿性に優れた容量式電磁流量計とすることができる。
【００４１】
請求項６では、被測定流体が流れる絶縁性物質で作られた測定管と、前記測定管の管軸方向と直交する方向の磁束を与える前記測定管の周囲に対向配置された励磁手段と、前記磁束の方向と前記測定管の管軸方向との夫々に直交する方向で前記測定管の外壁周囲に対向配置された１対の面電極と、前記面電極と所定の間隔を保持して、前記面電極をその外周から覆う様に配置されたガード電極と、前記励磁コイルに商用周波数以上の周波数の励磁電流を供給する励磁回路と、前記被測定流体と前記１対の面電極との夫々の間と、この面電極と夫々のガード電極との間の静電容量を介して検出される検出信号を増幅する前置増幅部と、前記面電極及びガード電極を前記前置増幅部に接続するケーブルと、前記前置増幅部の出力信号から前記被測定流体の流速を出力する信号処理部と、前記励磁コイルの外周において、前記測定管と同心的に配置された励磁磁場の帰磁路を形成する円柱ヨークと、前記励磁コイルを固定し、前記円柱ヨークと電気的に接続固定された非磁性体のコイル固定板と、前記円柱ヨークの外周部にこの円柱ヨークと同心的に配置された金属パイプ及び前記円柱ヨークを、前記測定管の両端部に設けられた前記一対の面電極の中心を結ぶ軸と測定管の管軸に対して対称に配置固定し、且つ電気的に接続したアースリングとを備え、前記コイル固定板及び前記円柱ヨークは、前記測定管の管軸中心と直行する磁束の中心軸平面がこの円柱ヨークの外周と交差する線状において、前記管軸方向の両端部を対称に切り欠き、前記検出信号に含まれる雑音成分が所定の値以下になるような切り欠き形状としたことを特徴とする。
【００４２】
従って、本発明によれば、コイル固定板と円柱ヨークを所定の形状で切り欠き、渦電流の発生を抑制し、励磁磁束の立ち上がりを早くして励磁周波数を速くしたので、流体ノイズの影響の少ない容量式電磁流量計とすることができる。
【００４３】
さらに、請求項８では、前記面電極と前記ガード電極の表面には軟質ゴムを塗布し、前記測定管と前記円柱ヨークとの間、前記測定管と前記面電極及びガード電極との間にエポキシ樹脂を充填して固定するようにしたことを特徴とする。
【００４４】
従って、本発明によれば、面電極、ガード電極とエポキシ樹脂の間にシリコン樹脂または軟質ゴムを塗布したのでエポキシ樹脂が熱収縮する際に生じる応力を軟質ゴムが吸収するので、面電極、ガード電極とエポキシ樹脂の間に亀裂が生じない構造とすることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について図１乃至図１０を参照して説明する。まず、図１乃至図３において、本発明の実施の形態の構成を説明する。本発明の第１の実施の形態の容量式電磁流量計は、流体の流速を検出する検出部１０、検出部１０の検出信号から流量信号を求める信号処理部１１及び検出部１０内の励磁コイルに励磁電流を供給する励磁回路８とで構成される。
【００４６】
図２は、検出部１０の側部断面図で、図３は、検出部１０の断面図である。励磁回路８及び信号処理部１１は、図２及び図３に示す様に検出部１０の上部のボックス内に前置増幅部６を含めて収納される一体型の構成となっている。
【００４７】
尚、これらは別置きされる分離型とすることも出来る。
【００４８】
これらの図において、１は、測定管で、セラミックス等の絶縁物で作られている。測定管１の外周部には、磁極７に巻かれた励磁コイル３Ａと３Ｂとが対向して配置されるとともに、直列に接続されている。
【００４９】
そして、励磁コイル３Ａ、３Ｂの外周に位置されて測定管１と同心的に配置された円柱ヨーク７１とによって、測定管１の管軸方向と直交する方向の磁束が与えられる様に設定配置される。
【００５０】
４Ａ、４Ｂは銅板等の高導電率を有する非磁性体製の面電極で、測定管１の外周に対向して配置され、その中心を結ぶ軸は、励磁磁束の磁場方向と被測定流体２の流れる管軸の双方に直交する様に配置されている。また、ガード電極５Ａ、５Ｂは、夫々面電極４Ａ、４Ｂを完全に覆う様に、且つ、面電極４Ａ、４Ｂと夫々のガード電極５Ａ、５Ｂ間の距離を一定とし、後述する所定の静電容量値以下となる様に固定して設定配置されている。
【００５１】
コイル固定板９Ａ、９Ｂは、銅板などの高導電率を有する非磁性体製の金属板で構成され、励磁コイル３Ａ３Ｂを完全に覆い、円柱ヨーク７１と電気的に接続し、固定されている。
【００５２】
尚１Ａ１、１Ａ２は測定間の両端に設けられたフランジを形成するアースリングで、前記金属パイプ１Ｂ及び円柱ヨーク７１の両端を固定している。
【００５３】
更に、回路の共通アースＣと接続されるアースリング１Ａ１、１Ａに設けられるアース端子Ｅは、安定電位である接地Ｇ点を選択して接続される。
【００５４】
１０Ａ、１０Ｂは信号ケーブルで、芯線、この芯線の外周に設けたシールド及びガードシールドを絶縁物で被覆して構成された２重シールド線として構成されており、この信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂの芯線を面電極４Ａ、４Ｂと、またシールドをガード電極５Ａ、５Ｂと、ガードシールドを回路の共通アースＣに夫々接続し、円柱ヨーク７１の外周に沿って、図示しない絶縁物のスペーサを置いて所定の距離を保持して固定し、金属パイプ１Ｂに設けた導通孔を通して前置増幅部６の増幅器６Ａ、６Ｂに接続している。
【００５５】
更に詳述すれば、前記励磁磁場の方向と同一の平面で、前記円柱ヨーク７１の外周に沿って絶縁物を介して一定の間隔で固定して這わせ、円柱ヨーク７１の頂上部で交差させて前記前置増幅部６に接続されている。
【００５６】
前記信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂを構成する芯線、シールド及びガードシールドはいずれも銅等の高導電率の非磁性体製である。
【００５７】
また、面電極４Ａ、４Ｂ、ガード電極５Ａ、５Ｂは、夫々増幅器６Ａ、６Ｂの非反転入力、反転入力、及びその出力に夫々接続され、夫々の増幅器６Ａ、６Ｂの出力は差動増幅器６Ｃで差動増幅され、検出信号ｅとして信号処理部１１のアナログデジタル変換回路（以後ＡＤＣ回路と言う。）１１Ａに接続される。
【００５８】
このＡＤＣ回路１１Ａで検出信号ｅをデジタル信号に変換した後、その出力を流量測定処理回路１１Ｂに送り、ここで流量信号に変換処理する。
【００５９】
励磁回路８は、矩形波発振器８Ａで３００Ｈｚの矩形波信号を発振し、この信号を特性補正フィルタ８Ｂに供給し、この特性補正フィルタ８Ｂで後述する励磁磁束波形に平坦部を持つ様にゲイン周波数特性を補正処理した後、この特性補正フィルタ８Ｂの出力を、電流制御アンプ８Ｃを介して、前述の励磁コイル３Ａ、３Ｂに励磁電流ｉＦとして供給する。
【００６０】
次に、この様に設定された本発明の容量式電磁流量計の各部の更に詳細な設定とその作用について説明する。
【００６１】
まず、図４、図５は、本発明による容量式電磁流量計の測定原理を説明する図である。図４は検出原理を説明する図で、測定管１の壁面の面電極４Ａ、４Ｂを結ぶ中心軸をｘ軸とし、これと直交する励磁磁束φの軸方向をｙ軸とし、流体の移動する管軸方向をｚ軸としたとき、面電極４Ａ、４Ｂ間に流速に比例した起電力が発生することを表すモデル図である。
【００６２】
高精度で安定した容量式電磁流量計とするには、前述した各種のノイズ対策が必要になる。まず、これらのノイズ対策には、従来例で説明した電磁誘導による微分ノイズ、流体内に発生する流体ノイズ、及び、起電圧を検出する検出回路に誘導される検出部１０内での電磁的結合、静電的結合によって生じる誘導ノイズ対策等が必要である。
【００６３】
図４において、微分ノイズ、流体ノイズの影響を避けるために、詳細を後述する理想的な平坦部を持つ高周波の励磁磁束φを印加し、この励磁磁束φと交差し、励磁磁束φの波形を乱す磁束磁路の渦電流発生要素成分を極力少なくし、面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂとで構成される検出電極（以後検出電極と言う。）と前置増幅部６で形成される検出ループに誘導されるノイズを極力小さくして、流量信号成分のみを正確に分離抽出する様に各部を設定する。
【００６４】
従って、面電極４Ａ、４Ｂと前置増幅部６で形成される検出ループは、図５に示す様に斜線に示す面積Ｓを小さく、且つ、励磁磁束φと平行な平面に形成する様にし、この検出ループと交差する磁束を出来るだけ小さく押さえることにより、電磁結合で誘導されるノイズを除去する様に信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂを設定する。
【００６５】
また、図２、図３に示した様に検出部１０は、面電極４Ａ、４Ｂの各々が設置Ｇに対して同電位となる様に、静電的にも、電磁的にも電気的に対称な構造とし、差動増幅器６Ｃによって同相で誘導されるノイズを除去する。
【００６６】
更に、流体の起電圧がミリボルトレベルであるのに対して、励磁コイル３Ａ、３Ｂの部分は数十ボルトの高電位レベルにあるので、励磁コイル３Ａ、３Ｂは、銅等の非磁性体製で構成したコイル固定板９Ａ、９Ｂで隙間なく覆い、円柱ヨーク７１とともにアースリング１Ａ１、１Ａ２を介して接地Ｇに接続して、励磁回路からの信号が、面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂへの静電誘導により誘導されるノイズを遮蔽しておく。
【００６７】
このように両面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂに誘導される雑音信号が同位相でかつ同じレベルの最小になるように対称構造とし、且つアースリング１Ａ１、１Ａ２を安定した接地Ｇに接続しておく。
【００６８】
また、励磁磁束φの磁路内にある金属製部材も、磁極７、及び、帰還磁路を形成する円柱ヨーク７１を除いて、渦電流の発生を押さえるため、銅等の高導電率の非磁性体製とし、渦電流による磁束成分を極力発生させない様に設定する。
【００６９】
さらに、これらの設定条件が振動や湿気で変化しない様に検出部を構成する各要素部品、部材を固定しておく。
【００７０】
以上の考え方を基本として各部が設定される。
【００７１】
次に、この考え方に基づく各部の詳細な設定についてまず、励磁電流ｉＦの詳細な設定と作用について図６乃至図８で説明する。
【００７２】
始めにこの励磁電流ｉＦの周波数は、流体ノイズと区別する上で有利な、流体ノイズが小さくなる高い周波数に設定する。この理由を図８で説明する。
【００７３】
図８は、前述した流体ノイズの測定結果の一例を図示したもので、横軸は周波数、縦軸はノイズ電力ｄＢｍで、流速が２．５ｍ／ｓｅｃの時と、０．５ｍ／ｓｅｃの時の特性を示す。この図に示す様に、一般的に流体ノイズは、被測定流体２の流速が早くなると大きくなる。
【００７４】
しかしながら、被測定流体２の流速にかかわらず周波数が１０Ｈｚ程度から減衰し、２００Ｈｚ当たりでノイズ電力が−７０ｄＢｍレベルに収束する傾向を示す。このことから、励磁周波数は、流体ノイズに影響されない、被測定流体２の流速で発生する起電圧とのＳ／Ｎが高くなる商用周波数以上の周波数２００Ｈｚ以上に、例えば、この値を３００Ｈｚとして矩形波発振器８Ａで発振周波数を設定しておく。
【００７５】
次に、励磁電流ｉＦによる励磁磁束φの波形の補正の詳細設定について図６及び図７で説明する。この目的は、前述した様に励磁磁束φの立ち上がりを早くして、検出信号ｅに含まれる微分ノイズの立ち上がりと、整定時間を早くすることである。
【００７６】
図６（ａ）に示す様に、一般に励磁電流ｉＦは、励磁の基本周波数（ｆ０）の近傍から減衰する１次遅れ回路のゲイン周波数特性を持っている。従って、励磁電流ｉＦによって作られる励磁磁束φもこれに追従した波形となる。
【００７７】
そこで、図６（ｂ）に示す、励磁の基本周波数（ｆ０）の高調波成分を含めた励磁回路のゲイン周波数特性が平坦になる高域通過特性を持つ特性補正フィルタ８Ｂを介して、励磁波形φの立ち上がり部を急峻に立ち上げる微分特性を持つ励磁電流ｉＦの波形とし、この励磁電流ｉＦを電流制御アンプ８Ｃを介して供給する。
【００７８】
この特性補正フィルタ８Ｂは、図６（ｂ）に示す特性の高域フィルタ回路とし、例えば、励磁の基本周波数（ｆ０）の３倍の周波数をもつ第３高調波（ｆ３）周波数帯域まで平坦なゲイン周波数特性を持つ励磁電流ｉＦの波形とする。
【００７９】
更に高次の例えば第５高調波（ｆ５）成分までの補正が必要な場合は、特性補正フィルタ８Ｂを高次の周波数領域まで平坦となるゲイン周波数特性に設定する。
【００８０】
図７は、この補正フィルタ８Ｂを使用した時の、励磁電流とその励磁磁束波形の作用効果を説明するものである。同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は特性補正フィルタ８Ｂのない従来の場合で、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は特性補正フィルタ８Ｂを使用した場合を示している。
【００８１】
この図において、（ａ）、（ｄ）は励磁磁束φ、図（ｂ）、（ｅ）は検出信号ｅ、図（ｃ）、（ｆ）は検出信号ｅのサンプリング信号ｓＰを示す。そして図７（ｂ）、（ｅ）の実線は、被測定流体２が静止している場合を、破線は、被測定流体２が流れた場合の検出信号ｅの波形を示している。
【００８２】
この図に見られる様に、励磁磁束φは、図７（ａ）に示す様に立ち上がりが鈍っていたものが、特性補正フィルタ８Ｂによって励磁電流波形を整形したことにより、同図（ｄ）の様に立ち上がりが早くなる。
【００８３】
その結果、同図（ｂ）に示す様な検出信号ｅに含まれていた微分ノイズは、同図（ｅ）の様に短時間で収束する様に改善される。従って、サンプリング信号ｓＰのタイミングでは、微分ノイズの影響を受けない流速成分のみを抽出できるので安定した高精度な流量測定が可能となる。
【００８４】
この特性補正フィルタ８Ｂの特性は、励磁磁束φの出力波形、または、検出信号ｅの波形を観測して、励磁回路８の最適な応答特性を選択することが出来る。
【００８５】
次に、図９を用いて面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂの間の静電容量の設定の詳細について、一方の面電極４Ａと増幅器６Ａの検出回路のモデル図で説明する。
【００８６】
Ｃ１は、面電極４Ａと被測定流体２間、即ち測定管１の材質で形成される静電容量で、その一方は面電極４Ａとガード電極５Ａ間の静電容量Ｃ２に接続され、他方は、被測定流体２の流体抵抗Ｒｓを介して接地電位Ｇに接続されている。
【００８７】
更に、静電容量Ｃ１とＣ２の接続点は、増幅器６Ａの入力に接続され、その出力は静電容量Ｃ２のもう一方の端子に接続されている。
【００８８】
増幅器６Ａの入力インピーダンスが十分高いとすると、ガード電極５Ａに重畳されたノイズｖＮと増幅器６Ａの出力ｖＡは、
ｖＡ＝（１＋ｊωＣ１Ｒｓ）・Ｃ２／Ｃ１・ｖＮ
となる。
【００８９】
従って、面電極４Ａと被測定流体２間の静電容量Ｃ１に対して、面電極４Ａとガード電極５Ａ間の静電容量Ｃ２の方が大きいと、ガード電極５Ａに重畳するノイズは増幅されることになる。
【００９０】
このことから、例えば、測定管１がセラミックスの場合、誘電率がセラミックスより小さいプラスチック等を面電極４Ａとガード電極５Ａの間に挿入し、更に、面電極と４Ａガード電極５Ａの間の間隔を測定管１の厚さよりも厚く設定する。
【００９１】
ここでセラミックスの誘電率を９、プラスチックの誘電率を３とすれば、面電極４Ａとガード電極５Ａとの間隔を測定管１と同等としても、ガード電極５Ａへの誘導ノイズや増幅器６Ａの内部発生ノイズを３分の１に低減できる。
【００９２】
以上説明した電気的なノイズ発生要因以外に、検出部１０全体の熱や振動によってもノイズが発生する。この対策の事例を再び前述の図２、図３の構造図で説明する。
【００９３】
面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂは、測定管１の流体の温度が急変したりした場合、取り付けのための接着剤や、支持材の熱膨張率の相異で伸縮力を受けるので、０．２ｍｍ以上の厚さの非磁性体で高導電率を有する銅板等で形成して、プラスチック等で前述した所定の間隔を保持してエポキシ樹脂等を充填して固定し、熱歪みによる変形に耐えられる構造に設定しておく。
【００９４】
また、この面電極４Ａ、４Ｂは、図１０に示す様に切り欠きを入れて、渦電流の発生を防止する形状とし、前述したｙ軸方向の磁束成分の発生を極力押さえる様にする。
【００９５】
又、前述した信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂも円柱ヨーク７の周囲にエポキシ樹脂等の絶縁物を介して一定の間隔を保持して接着剤で固定する。芯線、シールド、ガードシールドのいずれも銅等の高導電率の非磁性体製を使用しているので励磁磁界φが周期的に変動しても振動せず、夫々の間の介在するの絶縁物との摩擦により発生する恐れのある摩擦ノイズを防止することが出来る。
【００９６】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態が代の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態で説明した検出部１０構造をさらに高信頼の構造とするため、面電極４Ａ、４Ｂから差動増幅部６までの高インピーダンス部全体をコンパクトに、且つ高い絶縁性を有する絶縁材料を充填して固定し、検出部１０全体の耐振性と絶縁性を向上させたことにある。
【００９７】
したがって差動増幅部６両入力の入力インピーダンスの変化によって誘導される電磁誘導ノイズ及び信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂの導体と絶縁物との摩擦による摩擦ノイズの発生を防止できる構造とする。
【００９８】
以下、本発明の第２の実施の形態の容量式電磁流量計について、第１の実施の形態の各部と同一の部分は同一符号で示し、その説明を省略する。以下図１１、図１２、図１３及び図１を参照して本発明による第２の実施の形態を説明する。図１１は検出部１０の側断面図、図１２は検出部の断面図である。また、図１３は面電極４Ａ，ガード電極５Ａの構造を説明する図である。
【００９９】
まず各部の名称、機能は第１の実施の形態と同様であるので、説明を適宜省略し相違点を説明する。検出部１０と信号処理部１１を結合する首部２１には検出電極からの信号を増幅する前置増幅部６が、後段の信号処理部１１のＡＤＣ回路１１Ａ及び流量測定回路１１Ｂとは分離されて実装される。
【０１００】
信号処理部１１は、第１の実施の形態で説明したように検出部１０上部のボックス内または分離して別筐体に置かれても良い。
【０１０１】
次に図１３を参照して検出電極の構造を説明する。図１３（ａ）は一方の面電極４Ａとガード電極５Ａ断面図で、図１３（ｂ）は面電極４Ａ、４Ｂを結ぶ電極軸ｘの外側方向から見た側面図である。セラミックス等の測定管１の外壁には高導電率の金属板、例えば銅板等で作られる面電極４Ａが燒結される。
【０１０２】
さらに、この面電極４Ａを覆う様に、被測定流体２が移動するｚ軸方向に電極寸法より伸びた形状のガード電極５Ａを配置する。（ｙ軸方向は励磁磁束の印加方向を示す。）
このガード電極５Ａは面電極４Ａ同様に高導電率の金属板で整形され、図１３（ａ）のｘ−ｙ断面方向から見ると八の字形状で管軸方向には空洞となっている。また、同図Ｂ（ｂ）に示す様に面電極４Ａを覆い、且つ面電極４Ａとは所定の間隔を確保するようにしておく。即ち、第１の実施の形態で説明したように検出電極間の静電容量が面電極４Ａと被測定流体２との間の静電容量よりも小さくなる様にしておく。
【０１０３】
このガード電極５Ａの形状は他方のガード電極５Ｂと測定管の周囲を２分し全てを覆うような大きな形状とする必要はなく、所定の起電力が抽出できる程度の形状であれば良い。通常、図１３（ａ）（ｂ）に示す様に測定管１の円周方向は６０度程度、被測定流体２の流れる管軸方向ｚの寸法は測定管１の長さの６０％程度あれば十分である。このガード電極５Ａ、５Ｂはガラス製の接着テープで測定管１に固定しておく。
【０１０４】
また、面電極４Ａの形状は渦電流の発生が小さくなる様にスリットをいれた形状としておくことは第１の実施の形態と同様である。
【０１０５】
そして、信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂの芯線の一方は面電極４Ａ、４Ｂと、シールドはガード電極５Ａ、５Ｂと夫々接続され、他方は前置増幅部６に接続されている。ガードシールドはこの前置増幅部６の図１に示す共通電位Ｃに接続され接地される。
【０１０６】
次に、検出部１０及び前置増幅部６にエポキシ樹脂を充填する方法について説明する。図１１、図１２の様に組みたてられた状態の検出部１０の円柱ヨーク７１には、測定管１の管軸と１対の電極の中心を結ぶ軸が交わる測定管１の管壁の近傍に空けられ、信号線１０Ａ、１０Ｂを送通する孔７１ａ、７１ｂ以外に、励磁コイル３Ａ、３Ｂに励磁回路８から励磁電流を供給する励磁信号線を送通する孔７１ｃと、エポキシ樹脂を封入及びその時の空気抜き孔７１ｄとが別々にまたは共用して孔７１ａ、７１ｂ以外の場所に励磁磁束を乱さない様に空けられている。
【０１０７】
そして、所定の硬化材を混ぜたエポキシ樹脂は、信号処理部１１の首部２１から所定の樹脂注入パイプ口から、検出部１０を左右前後に揺すり且つ傾けながら、そして内部の空気を抜きながらゆっくりと注入され、首部２１の前置増幅部６を覆うまで注入される。
【０１０８】
この構造では、面電極４Ａ、４Ｂ及びガード電極５Ａ、５Ｂは所定の機械的強度有し、且つ測定管１にコンパクトな形状として固着されているので充填するエポキシ樹脂のみで固定される。
【０１０９】
また、用途によっては首部２１の上部に配置される後段の信号処理部１１まで封入すれば、この部分の絶縁性も確保される。
【０１１０】
この様にして測定管１と金属パイプ１Ｂ及びアースリング１Ａ１及び１Ａ２で囲まれた検出部１０内の空間全てにエポキシ樹脂を注入する。さらに、検出部１０の首部２１までエポキシ樹脂で固着する。
【０１１１】
本発明による第２の実施の形態によれば、検出電極から差動増幅部６までを最短距離でコンパクトに布設し、高インピーダンス部をエポキシ樹脂によって固定したので、この検出電極と差動増幅部６を接続する信号ケーブル１０Ａ、１０Ｂが振動することによって生じる電磁誘導ノイズ、摩擦ノイズを防止できる。さらに高インピーダンス部を樹脂で固定したので絶縁性の劣化も改善される。
【０１１２】
また、検出電極４Ａ、４Ｂは測定管１に燒結され、ガード電極５Ａ、５Ｂはコンパクトで所定の応力に耐えられる厚みとしてあるのでエポキシ樹脂の硬化時や、被測定流体２の温度が変化して熱収縮が起きても破損する恐れがない。さらに、前置増幅部６は検出部１０の首部２１に配置したので、熱遮蔽可能な構造とでき、被測定流体２が高温の場合であっても使用可能である。
【０１１３】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、渦電流の発生を抑えるため帰還磁路を形成するコイル固定板９Ａ、９Ｂと円柱ヨーク７１の磁束の中心軸平面と交差する管軸方向の両端部を所定の形状で切り欠き、励磁電流の立ち上がりを速くして検出信号に含まれるの微分ノイズ成分を低減し、流体ノイズが所定の範囲以下になる２００Ｈｚ以上の高い励磁周波数の範囲を設定できるようにした点にある。
【０１１４】
また、コイル固定板９Ａ、９Ｂと円柱ヨーク７１の切り欠きによる静電結合を断つため、ガード電極５Ａ、５Ｂの管軸方向の静電シールド効果を強化するガード電極５Ａ、５Ｂに耳部を設け、隙間が小さい形状としたことにある。
【０１１５】
さらに、面電極４Ａ、４Ｂとガード電極５Ａ、５Ｂの表面にシリコン樹脂を塗布した後、エポキシ樹脂を充填して固めることによって、エポキシ樹脂が熱収縮することによって生じる応力を塗布材によって吸収し、面電極４Ａ、４Ｂ及びガード電極５Ａ、５Ｂとエポキシ樹脂の間に亀裂が生じる可能性を防止したことにある。
【０１１６】
以下、本発明の第３の実施の形態の容量式電磁流量計について、図１乃至図３に示す第１の実施の形態の各部と同一の部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
【０１１７】
図１４は渦電流を低減するため、帰還磁路を形成する円柱ヨーク７１と一方のコイル固定板９Ａ端部を切り欠いた状態を説明するもので、図１４（ａ）は磁束の中心軸（以後ｙ軸と呼ぶ）方向の側面上部から見た斜視図である。
【０１１８】
同図において、一方の励磁コイル３Ａは、同図（ｂ）に示すコイル固定板９Ａによって円柱ヨーク７１に図示しないネジ等によって固定されている。そして励磁コイル３Ａに接するコイル固定板９Ａ、及び円柱ヨーク７１の端部の一部分を測定管１の管軸（以後ｚ軸と呼ぶ）方向に沿って詳細を後述する所定の形状に切り欠く。他方のコイル固定板９Ｂ、円柱ヨーク７１についても、対称位置で同様の切り欠き形状とする。
【０１１９】
図１５（ｂ）には、磁極７を図示していないが、励磁コイル３Ａ、３Ｂと磁極７から構成される励磁手段は、所定の励磁磁束強度を与えられれば良く、励磁コイル３Ａ、３Ｂのみで構成してもよい。
【０１２０】
次に、この切り欠き形状の設定方法について図１５を参照して説明する。図１５（ａ）は切り欠き部分の面積と渦電流による検出信号に重畳する微分ノイズの低減効果、及び励磁コイル３Ａ、３Ｂの励磁電源と面電極４Ａ、４Ｂ及びガード電極５Ａ、５Ｂとの静電結合による電界ノイズ（以後電界ノイズと言う）の増大する関係を定性的に図示したものである。
【０１２１】
同図に示す様に切り欠き部の面積は、渦電流による微分ノイズの低下と静電誘導による電界ノイズの増大がトレードオフの関係にあるので、双方の影響が所定の許容値以下になる範囲の面積とする。
【０１２２】
例えば、所定のモデル実験によるとこの切り欠き面積は、同図に示す様に、励磁コイル３Ａが接するコイル固定板９Ａ、９Ｂ及び円柱ヨーク７１のｙ軸方向への投影面積の２０％乃至３０％を切り欠き面積とすれば、所定の許容雑音レベル以下とすることができた。
【０１２３】
この切り欠き形状は種々変形が可能である。図１５（ｂ）はｘｚ軸平面に投影したコイル固定板９Ａと円柱ヨーク７１の切り欠きを説明する図である。同図に示す様に、ｙ軸方向の反磁場を形成する渦電流は１対の電極中心を結ぶ軸（以後ｘ軸と呼ぶ）方向を所定の限界寸法ｌｘを切り欠くことによって断つことが可能なので、ｚ軸方向の寸法ｌｚを大きくとって、電界ノイズを増大させない範囲の最適の切り欠き寸法（ｌｘ×ｌｚ）を調整することが効果的である。
【０１２４】
渦電流がこのように調整された結果、励磁磁束φの立ち上がりが早くなるので、流体ノイズの周波数成分と分離し易い励磁周波数を設定することが可能となる。
【０１２５】
以下このように設定された第３の実施の形態による効果について説明する。図１６（ａ）に示す様に、例えば、励磁周波数を１００Ｈｚ（Ｔ＝１０ｍｓｅｃ）とし、検出信号ｅをサンプリングパルスｓｐでサンプリングしていた場合には、信号成分の方が大きく微分ノイズの変動を無視できるが、同図（ｂ）の検出信号ｅは破線に示す様に、励磁周波数を２００Ｈｚ（Ｔ／２＝５ｍｓｅｃ）とすると、サンプリングされる微分ノイズの比率は大きくなり、測定精度に与える影響が大きく無視できなくなる。
【０１２６】
ここで、本実施の形態で説明したように上述した切り欠きによって渦電流を低減すると、励磁磁束φの立ち上がりが速くなり、励磁周波数が２００Ｈｚにおいても同図（ｂ）の検出信号ｅの実線に示す様に微分ノイズの比率が低下する。
【０１２７】
その結果、励磁周波数に対して、流体ノイズの低下と微分ノイズの増大がトレードオフの関係にあっても、図１７に示す様に両者が所定の雑音レベル以下となる励磁周波数の範囲、即ち２００Ｈｚ近傍以上の周波数を選択することが可能となる。
【０１２８】
次に、ガード電極５Ａ（５Ｂ）のシールド構造について図１８を参照して説明する。図１８（ａ）、（ｂ）は夫々測定管１の一方の側面ｘ軸方向から見たガード電極５Ａ部の構造を説明する斜視図及び測定管１のｚ軸方向から見たガード電極部の断面図である。
【０１２９】
同図（ｂ）に示す様に、ガード電極５Ａの測定管１のｚ軸方向両端に耳部５Ａａを設け、エポキシ樹脂を充填するに必要な空間を確保して極力隙間の少ない形状としておく。
【０１３０】
第３の実施の形態では、帰還磁路を構成するコイル固定板９Ａ、９Ｂ及び円柱ヨーク１の両端部を切り欠いたため、励磁コイル３Ａ、３Ｂとガード電極５Ａ部の静電容量結合による電界ノイズが増す恐れがあるが、ガード電極部５Ａ、５Ｂの両端に耳部を設けてシールドすることによって、静電結合を小さくすることができる。
【０１３１】
また、同図（ｃ）に示す様に、面電極４Ａ（４Ｂ）及びガード電極５Ａ（５Ｂ）の表面には、エポキシ樹脂を充填する前に予めシリコン樹脂やクロロプレンゴム等の軟質ゴムを、面電極４Ａ（４Ｂ）とガード電極５Ａ（５Ｂ）及び信号ケーブルのリード線間の高インピーダンス部分において、この軟質ゴムによって絶縁が低下しない様に所定の距離を確保して、その他の部分を塗布しておく。そして、この軟質ゴムが乾燥した後、高絶縁性を有するエポキシ樹脂を充填する。
【０１３２】
このように面電極４Ａ、４Ｂ及びガード電極５Ａ、５Ｂの表面にシリコン樹脂等を塗布することによって、エポキシ樹脂の熱収縮時及びエポキシ樹脂と面電極４Ａ、４Ｂ及びガード電極５Ａ、５Ｂ間の熱伸縮の相違によって生じる応力を、この塗布されたシリコン樹脂によって吸収することが可能となるので、亀裂や剥がれを防止できる。
【０１３３】
本発明は、以上の構成に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【０１３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、励磁磁路の構造をシンプルにして、励磁磁束の立ち上がりを速くし、流体ノイズの影響を低減できる励磁周波数とした。また、１対の面電極及びガード電極から差動増幅される流量信号を高いＳ／Ｎ比で検出できるように、１対の面電極及びガード電極及び差動増幅される検出回路に対して、対称な形状構造とし、電気的にも同相雑音除去比率の高いシールド構造とした。
【０１３５】
そして、この検出部内に絶縁物を充填して、熱伸縮に対する応力に対しても耐えられる強度を有した構造としたので、誘導ノイズや振動による摩擦ノイズの影響を受けぬくい信頼性の高い容量式電磁流量計を提供することが出来る。
【０１３６】
また、面電極とガード電極の静電容量を面電極と被測定流体間の静電容量よりも小さくし、誘導ノイズや増幅器ノイズの増幅ゲインを押さえたので高精度で安定した容量式電磁流量計を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施の形態を示す構成図。
【図２】本発明による第１の実施の形態の検出部の側面図。
【図３】本発明による第１の実施の形態の検出部の断面図。
【図４】本発明の原理の説明図。
【図５】本発明の原理の説明図。
【図６】本発明による第１の実施の形態の励磁回路の特性の説明図。
【図７】本発明による第１の実施の形態の励磁回路の作用説明図。
【図８】流体ノイズ説明図。
【図９】本発明による第１の実施の形態の面電極とガード電極間の検出回路のモデル説明図。
【図１０】本発明による第１の実施の形態の面電極の形状の説明図。
【図１１】本発明による第２の実施の形態の検出部側面図
【図１２】本発明による第２の実施の形態の検出部断面図
【図１３】本発明による面電極及びがード電極部の構造図。
【図１４】本発明による第３の実施の形態の帰還磁路の構造を説明する図。
【図１５】本発明による第３の実施の形態の帰還磁路の設定方法の説明図。
【図１６】本発明による第３の実施の形態の作用効果の説明図。
【図１７】本発明による第３の実施の形態の励磁周波数の設定の説明図。
【図１８】面電極及びガード電極部の構造図。
【図１９】従来技術を示す構成図。
【図２０】従来技術の動作を示す説明図。
【図２１】従来技術の作用を示す説明図。
【符号の説明】
１ 測定管
１Ａ１、１Ａ２ アースリング
１Ｂ 金属パイプ
２ 被測定流体
３Ａ、３Ｂ 励磁コイル
４Ａ、４Ｂ 面電極
５Ａ、５Ｂ ガード電極
６ 前置増幅部
６Ａ、６Ｂ 増幅器
６Ｃ 差動増幅器
７ 磁極
７１ 円柱ヨーク
７Ａ、７Ｂ ダンピング箔
８ 励磁回路
８Ａ 矩形波発振器
８Ｂ 特性補正フィルタ
８Ｃ 電流制御アンプ
９Ａ、９Ｂ コイル固定板
１０ 検出部
１０Ａ、１０Ｂ 信号ケーブル
１１ 信号処理部
１１Ａ ＡＤＣ回路
１１Ｂ 流量測定処理部
２１ 首部
７１ａ、７２ｂ、７２ｃ、７１ｄ 孔
Claims (11)
- 被測定流体が流れる絶縁性物質で作られた測定管と、
前記測定管の管軸方向と直交する方向の磁束を与える前記測定管の周囲に対向配置された磁極に巻かれた励磁コイルと、
前記磁束の方向と前記測定管の管軸方向との夫々に直交する方向で前記測定管の外壁周囲に対向配置された１対の面電極と、
前記面電極と所定の間隔を保持して、前記面電極をその外周から覆う様に配置されたガード電極と、
前記励磁コイルに商用周波数以上の周波数の励磁電流を供給する励磁回路と、
前記被測定流体と前記１対の面電極との夫々の間と、この面電極と夫々のガード電極との間の静電容量を介して検出される検出信号を増幅する前置増幅部と、
前記面電極及びガード電極を前記前置増幅部に接続するケーブルと、
前記前置増幅部の出力信号から前記被測定流体の流速を出力する信号処理部と、前記励磁コイルの外周を覆う様に前記測定管と同心的に配置された励磁磁場の帰磁路を形成する円柱ヨークと、
前記励磁コイルを覆い、前記円柱ヨークと電気的に接続固定された非磁性体のコイル固定板と、
前記円柱ヨークの外周部にこの円柱ヨークと同心的に配置された金属パイプ及び前記円柱ヨークを、前記測定管の両端部に設けられた前記一対の面電極の中心を結ぶ軸と測定管の管軸に対して対称に配置固定し、且つ電気的に接続したアースリングとを
備え、
前記励磁回路は、励磁磁束波形が平坦部を有する様に励磁電流の波形制御するフィルタ手段を備え、
前記面電極と前記ガード電極との間に形成される静電容量の値を、被測定流体と前記面電極との間の静電容量の値より小さい値とした
ことを特徴とする容量式電磁流量計。 - 前記面電極及びガード電極は、非磁性体製の高導電率の材質とし、前記測定管の外周曲面に沿って切れ込みを持つ形状であることを特徴とする請求項１記載の容量式電磁流量計。
- 前記面電極とガード電極から前記前置増幅部までの信号ケーブルは非磁性体製の金属材質で構成した芯線の外周にシールドとガードシールドを設けた２重シールド線であり、前記励磁磁場の方向と同一の平面で円柱ヨークの外周に沿って絶縁物を介して一定の間隔で固定して這わせ、前記円柱ヨークの頂上部で交差させて前記前置増幅部に接続されたことを特徴とする請求項１記載の容量式電磁流量計。
- 前記測定管と前記円柱ヨークとの間及び前記測定管と前記面電極とガード電極との間に夫々エポキシ樹脂を充填して固定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の容量式電磁流量計。
- 前記前置増幅部を検出部と信号処理部との間の首部に挿入し、前記測定管と金属パイプ及びアースリングで囲まれる検出部内と前記首部までの検出部内の全てをエポキシ樹脂で充填して固定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の容量式電磁流量計。
- 被測定流体が流れる絶縁性物質で作られた測定管と、
前記測定管の管軸方向と直交する方向の磁束を与える前記測定管の周囲に対向配置された励磁手段と、
前記磁束の方向と前記測定管の管軸方向との夫々に直交する方向で前記測定管の外壁周囲に対向配置された１対の面電極と、
前記面電極と所定の間隔を保持して、前記面電極をその外周から覆う様に配置されたガード電極と、
前記励磁コイルに商用周波数以上の周波数の励磁電流を供給する励磁回路と、
前記被測定流体と前記１対の面電極との夫々の間と、この面電極と夫々のガード電極との間の静電容量を介して検出される検出信号を増幅する前置増幅部と、
前記面電極及びガード電極を前記前置増幅部に接続するケーブルと、
前記前置増幅部の出力信号から前記被測定流体の流速を出力する信号処理部と、前記励磁コイルの外周において、前記測定管と同心的に配置された励磁磁場の帰磁路を形成する円柱ヨークと、
前記励磁コイルを固定し、前記円柱ヨークと電気的に接続固定された非磁性体のコイル固定板と、
前記円柱ヨークの外周部にこの円柱ヨークと同心的に配置された金属パイプ及び前記円柱ヨークを、前記測定管の両端部に設けられた前記一対の面電極の中心を結ぶ軸と測定管の管軸に対して対称に配置固定し、且つ電気的に接続したアースリングとを
備え、
前記コイル固定板及び前記円柱ヨークは、前記測定管の管軸中心と直行する磁束の中心軸平面がこの円柱ヨークの外周と交差する線状において、前記管軸方向の両端部を対称に切り欠き、前記検出信号に含まれる雑音成分が所定の値以下になるような切り欠き形状としたことを特徴とする容量式電磁流量計。 - 前記切り欠き形状は１対の面電極の中心を結ぶ軸方向寸法を最小とし、前記測定管の管軸方向寸法を調整するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の容量式電磁流量計。
- 前記面電極と前記ガード電極の表面には軟質ゴムを塗布し、前記測定管と前記円柱ヨークとの間、前記測定管と前記面電極及びガード電極との間にエポキシ樹脂を充填して固定するようにしたことを特徴とする請求項６記載の容量式電磁流量計。
- 前記軟質ゴムは、シリコン樹脂を塗布するようにしたことを特徴とする請求項８に記載の容量式電磁流量計。
- 前記前置増幅部を検出部と信号処理部との間の首部に挿入し、前記測定管と金属パイプ及びアースリングで囲まれる検出部内と前記首部までの検出部内の全てをエポキシ樹脂で充填して固定するようにしたことを特徴とする請求項６記載の容量式電磁流量計。
- 前記励磁回路は、２００Ｈｚ以上の周波数で、且つ方形波成形された励磁電流を励磁コイルに供給するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の容量式電磁流量計。
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