JP2004233299A - 電磁流量センサ及び電磁式流量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来より電磁コイルを大型化して測定精度の向上を図ることが可能な電磁流量センサ及び電磁式流量計測装置を提供する。
【解決手段】本発明の電磁流量センサ２０によれば、電磁コイル４１を巻回した軸状コア４２とセンサ取付管１１との間を結合用磁性体４３で磁気結合したことで、センサ取付管１１を、従来の電磁流量センサに備えたシェルの代わりに用いることができる。これにより、本発明の電磁流量センサ２０では、シェルをなくして部品点数を削減することができると共に、シェルの内側に電磁コイルを備えた従来の電磁流量センサより、電磁コイル４１を大型化することが可能となり、磁気強度を従来より高めて測定精度の向上を図ることが可能になる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁コイルの磁界に流体が交差して流れることにより生じる起電力に基づいて、流体の流速及び／又は流量を計測する電磁流量センサ及び電磁式流量計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電磁流量センサでは、図７に示すように、電磁コイル１の外側をシェル２で覆い、さらにそのシェル２の外側をケーシング３で覆ってセンサヘッド６が構成されている。そして、図８に示すように、流体が流れる配管４から分岐したセンサ取付管５にセンサヘッド６を挿入して、配管４内を流れる流体の流速及び／又は流量を計測していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２９１１８９０号公報（段落［００１６］〜［００２４］、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電磁流量センサの測定精度を向上させるためには、電磁コイル１の磁気強度を高める必要があり、磁気強度を高めるためには、電磁コイル１を大型化する必要がある。しかしながら、上記した従来のものでは、ケーシング３の内側に収めたシェル２のさらに内側に電磁コイル１を収めた構成であったため、電磁コイル１の大型化が困難であり、測定精度の向上を図ることができなかった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来より電磁コイルを大型化して測定精度の向上を図ることが可能な電磁流量センサ及び電磁式流量計測装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１の発明に係る電磁流量センサは、流体が流れる配管に交差したセンサ取付管に挿入可能なセンサヘッドと、センサヘッドの芯部に設けた軸状コアと、軸状コアに巻回した電磁コイルとを備え、電磁コイルの磁界に流体が交差して流れることにより生じる起電力に基づいて、流体の流速及び／又は流量を計測する電磁流量センサにおいて、軸状コアのうち磁気コイルより基端側部分とセンサ取付管との間を磁気結合する結合用磁性体を設けたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明に係る電磁流量センサは、請求項１に記載の電磁流量センサと、その電磁流量センサのセンサヘッドが挿入されるセンサ取付管とを備えてなる電磁式流量計測装置において、センサ取付管は、ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４３６Ｌその他の磁性ステンレス材料で構成されたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明に係る電磁式流量計測装置は、流体が流れる配管に交差したセンサ取付管に挿入可能なセンサヘッドと、センサヘッドの芯部に設けた軸状コアと、軸状コアに巻回した電磁コイルとを備え、電磁コイルの磁界に流体が交差して流れることにより生じる起電力に基づいて、流体の流速及び／又は流量を計測する電磁流量センサにおいて、センサヘッドの外周面を磁性体のシェルで覆い、軸状コアのうち磁気コイルより基端側部分とシェルとの間を磁気結合する結合用磁性体を設けたところに特徴を有する。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
請求項１の構成によれば、電磁コイルを巻回した軸状コアとセンサ取付管との間を結合用磁性体で磁気結合したことで、センサ取付管を、従来の電磁流量センサに備えたシェルの代わりに用いることができる。これにより、本発明の電磁流量センサでは、シェルをなくして部品点数を削減することができると共に、シェルの内側に電磁コイルを備えた従来の電磁流量センサより、電磁コイルを大型化することが可能となり、磁気強度を従来より高めて測定精度の向上を図ることが可能になる。
【００１０】
＜請求項２の発明＞
請求項２の構成によれば、電磁流量センサにおけるセンサヘッドが挿入されるセンサ取付管を、ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４３６Ｌその他の磁性ステンレス材料で構成したので、センサ取付管の耐食性を向上させることができる。
【００１１】
＜請求項３の発明＞
請求項３の構成によれば、シェルがセンサヘッドの外周面を覆った構成であるため、従来の電磁流量センサのように、センサヘッドのケーシングの内側に収まったシェルに比べて、シェルを大きくすることができる。これにより、シェルの内側の電磁コイルを従来よりも大型化することが可能となり、磁気強度を従来より高めて測定精度の向上を図ることが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１において、符合１０は、流体としての水が流れる流路の途中に設けた配管であって、この配管１０からセンサ取付管１１が分岐している。また、センサ取付管１１の先端部には螺子部１３が形成されている。センサ取付管１１は、磁性ステンレス材料（例えば、ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４３６Ｌ）で構成されている。ここで、センサ取付管１１は、例えば、電磁軟鉄で構成してもよいが、耐食性を考慮すると磁性ステンレスの方が好ましい。また、センサ取付管１１は、シールド効果を図るためには導体であることが好ましい。
【００１３】
本実施形態の電磁流量センサ２０は、センサ本体２１から円柱状のセンサヘッド２２を突出した構造をなし、センサヘッド２２をセンサ取付管１１に挿入した状態で取り付けられる。センサ本体２１は、筐体２３の内部に図示しない電源回路、信号処理回路、コイル駆動回路等を備える。また、筐体２３の前面には、表示部２４が備えられ、筐体２３の後面からは結合筒２５が起立している。そして、その結合筒２５の奥側軸芯部にセンサヘッド２２の基端部が固定され、センサヘッド２２の先端側が結合筒２５の先端開口より外側に延びている。
【００１４】
センサヘッド２２は、芯部に本発明に係る軸状コア４２を備える。軸状コア４２は、センサヘッド２２の先端寄り位置から長手方向の中間部分まで延びている。また、軸状コア４２の中間部分から基端寄り位置には、電磁コイル４１が巻回されている。さらに、電磁コイル４１は、円柱状のケーシング２６によって覆われている。
【００１５】
なお、ケーシング２６は、センサヘッド２２に内蔵した電磁コイル４１等の種々の部品の周りに樹脂をモールドしたものであってもよいし、ケーシング２６を複数の部品で構成し、それらケーシング２６の構成部品の内側に電磁コイル４１等を種々の部品を組み付ける構成であってもよい。また、センサ取付管１１の内面にシール部材（例えば、Ｏリング）を装着して、そのシール部材をケーシング２６の先端部の外周面に密着させる構成にすることが好ましい。
【００１６】
軸状コア４２のうち電磁コイル４１の巻回部分より基端部には、結合用磁性体４３が設けられている。結合用磁性体４３は、磁性体で構成され、図２に示すように、例えば、軸状コア４２から四方に突部６２Ｂを張り出した十字形状をなしている。また、結合用磁性体４３の側面４３Ａ（突部６２Ｂの先端面）は、前記センサ取付管１１の内周面に対応した円弧面になして、ケーシング２６の外周面に露出している。
【００１７】
なお、結合用磁性体４３の側面４３Ａは、ケーシング２６の外周面から突出して、センサ取付管１１の内面に密着する構成であることが好ましい。
【００１８】
センサヘッド２２の先端部には、軸状コア４２のうち電磁コイル４１の巻回部分より先端側部分を挟んだ両側に、１対の検出端子２８，２８が設けられている。これら検出端子２８，２８の先端部は、ケーシング２６の先端面から僅かに突出しており、検出端子２８，２８の基端部には、図示しない電線が接続されている。
【００１９】
検出端子２８に接続された電線は、ケーシング２６内のうち電磁コイル４１の側方と、結合用磁性体４３の突部４３Ｂ，４３Ｂ同士の間を通って、センサ本体２１内の信号処理回路に接続されている。また、結合用磁性体４３の突部４３Ｂ，４３Ｂ同士の間には、電磁コイル４１から延びた電線も通され、センサ本体２１内のコイル駆動回路に接続されている。
【００２０】
次に、上記構成からなる本実施形態の電磁流量センサ２０の動作について説明する。電磁流量センサ２０のセンサヘッド２２を、センサ取付管１１に挿入してそのセンサ取付管１１の螺子部１３に結合筒２５を螺合する。そして、センサ本体２１の所定の面が上方を向いた位置にする。すると、図４に示すように、センサヘッド２２の先端が、センサ取付管１１の端部から配管１０内に若干突出しかつ、配管１０内で水が流れる方向（同図の矢印Ａの方向）と、直交する方向に検出端子２８，２８が並んだ状態になる。そこで、螺子部１３におけるナット１３Ｎ（図１参照）をセンサ本体２１に押し付けるようにして締めて固定する。
【００２１】
電磁流量センサ２０を駆動すると、センサ本体２１に備えたコイル駆動回路により電磁コイル４１が励磁されて、配管１０を横切る方向に磁界が生成される。このとき、配管１０内を導体である水が流れると、その流速に応じて起電力が生じ、検出端子２８，２８の間の電位差が検出信号として信号処理回路に取り込まれる。そして、信号処理回路における処理結果としての流速及び／又は流量が表示部２４に表示される。
【００２２】
さて、本実施形態の電磁流量センサ２０では、センサヘッド２２の外周面に結合用磁性体４３の側面４３Ａが露出しているので、センサヘッド２２がセンサ取付管１１に挿入されると、センサ取付管１１の内周面に結合用磁性体４３の側面４３Ａが対面した状態になる。これにより、軸状コア４２の基端部とセンサ取付管１１とが結合用磁性体４３によって磁気結合可能になる。そして、電磁流量センサ２０を起動して電磁コイル４１が励磁されると、軸状コア４２の先端面から配管１０内に向かって延びた磁束が、湾曲してセンサ取付管１１の先端面に帰還し、センサ取付管１１内を軸方向に延びて結合用磁性体４３から軸状コア４２の基端部に戻る。このようにセンサ取付管１１と結合用磁性体４３とで軸状コア４２への帰り磁路を構成するので、このような帰り磁路を構成する磁性体を備えない電磁流量センサに比べて、磁気強度が高まり、測定精度を向上させることができる。
【００２３】
しかも、本実施形態の電磁流量センサ２０では、電磁コイル４１を巻回した軸状コア４２とセンサ取付管１１との間を結合用磁性体４３で磁気結合したことで、センサ取付管１１を、従来の電磁流量センサにおける帰り磁路を構成するためのシェルの代わりに用いることができる。これにより、本実施形態の電磁流量センサ２０では、従来のシェルをなくして部品点数を削減することができると共に、従来のシェルの内側に備えた電磁コイルより、電磁コイル４１を大型化することが可能となる。詳細には、図７に示した従来の電磁コイル１と図３に示した本実施形態の電磁コイル４１とを以下に比較して説明する。図７に示すように、従来の電磁流量センサでは、ケーシング３が、センサ取付管５の内径Ｄ１’とほぼ同じ外径Ｄ１になり、その外径Ｄ１のケーシング３よりシェル２の外径Ｄ２を小さくし、そのシェル２の内径よりさらに電磁コイル１の外径Ｄ３を小さくする必要があった。
【００２４】
これに対し、本実施形態の電磁流量センサ２０では、図３に示すように、センサ取付管１１の内径Ｄ１’とほぼ同じ外径Ｄ１のケーシング２６より電磁コイル４１の外径Ｄ４を小さくすればよい。従って、本実施形態の電磁コイル４１の外径Ｄ４は、従来の電磁コイル１の外径Ｄ３より大きくすることができる。
【００２５】
このように、本実施形態の電磁流量センサ２０によれば、従来の電磁流量センサより電磁コイル４１を大型化することが可能となり、磁気強度を従来より高めて測定精度の向上を図ることが可能になる。
【００２６】
＜第２実施形態＞
本実施形態は、図５及び図６に示されており、前記第１実施形態の電磁流量センサ２０に備えたセンサヘッド２２の外側に、磁性ステンレス製（例えば、ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４３６Ｌ）のシェル２９を嵌合した構成になっている。その他の構成については上記第１実施形態と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
本実施形態では、シェル２９の内周面に結合用磁性体４３の側面４３Ａが接合されて、軸状コア４２の基端部とシェル２９とが結合用磁性体４３によって磁気結合可能になる。そして、軸状コア４２の先端面から配管１０内に向かって延びた磁束が、湾曲してシェル２９の先端面に帰還し、シェル２９内を軸方向に延びて結合用磁性体４３から軸状コア４２の基端部に戻る。このようにシェル２９と結合用磁性体４３とで軸状コア４２への帰り磁路を構成するので、磁気強度が高まり、測定精度を向上させることができる。
【００２８】
しかも、本実施形態の電磁流量センサでは、シェル２９がセンサヘッド２２の外周面を覆った構成であるため、従来の電磁流量センサのように、センサヘッドのケーシングの内側に収まったシェルに比べて、シェル２９を大きくすることができる。詳細には、図７に示した従来の電磁コイル１と図５に示した本実施形態の電磁コイル４１とを以下に比較して説明する。
【００２９】
図７に示すように、従来の電磁流量センサでは、センサヘッド２２の外面を構成するケーシング３の外径Ｄ１よりシェル２の外径Ｄ２を小さくし、そのシェル２の内径より電磁コイル１の外径Ｄ３をさらに小さくする必要があった。
【００３０】
これに対し、本実施形態の電磁流量センサでは、図５に示すように、センサヘッド２２の外面がシェル２９で構成され、そのシェル２９の内径Ｄ６より電磁コイル４１の外径Ｄ７を小さくすればよい。従って、本実施形態の電磁コイル４１の外径Ｄ７を、従来の電磁コイル１の外径Ｄ３より大きくすることができる。
【００３１】
このように、本実施形態の電磁流量センサによれば、従来のシェルの内側に電磁コイルを備えた電磁流量センサより、電磁コイル４１を大型化することが可能となり、磁気強度を従来より高めて測定精度の向上を図ることが可能になる。
【００３２】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記第１及び第２実施形態では、結合用磁性体４３が十字形状をなしていたが、本発明に係る結合用磁性体は、軸状コアとセンサ取付管（又はシェル）との間で磁路を構成可能であれば、十字形状に限るものではない。従って、結合用磁性体は、円板状、帯板状、星形形状等であってもよい。
【００３３】
（２）前記第１実施形態では、結合用磁性体４３の側面４３Ａは、ケーシング２６の外周面から露出していたが、結合用磁性体の側面は必ずしもケーシングの外周面に露出していなくてもよく、例えば、ケーシングに極薄の壁部を形成し、その極薄の壁部により、結合用磁性体の側面を覆った構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電磁流量センサの側断面図
【図２】その電磁流量センサにおけるセンサヘッドの斜視図
【図３】そのセンサヘッドとセンサ取付管の側断面図
【図４】そのセンサヘッドをセンサ取付管に挿入した状態の側断面図
【図５】第２実施形態の電磁流量センサのセンサヘッドとセンサ取付管の側断面図
【図６】そのセンサヘッドをセンサ取付管に挿入した状態の側断面図
【図７】従来の電磁流量センサのセンサヘッドとセンサ取付管の側断面図
【図８】そのセンサヘッドをセンサ取付管に挿入した状態の側断面図
【符号の説明】
１１…センサ取付管
２０…電磁流量センサ
２２…センサヘッド
２６…ケーシング
２９…シェル
４２…軸状コア
４３…結合用磁性体

Claims (3)

1. 流体が流れる配管に交差したセンサ取付管に挿入可能なセンサヘッドと、前記センサヘッドの芯部に設けた軸状コアと、前記軸状コアに巻回した電磁コイルとを備え、前記電磁コイルの磁界に前記流体が交差して流れることにより生じる起電力に基づいて、前記流体の流速及び／又は流量を計測する電磁流量センサにおいて、
   前記軸状コアのうち前記磁気コイルより基端側部分と前記センサ取付管との間を磁気結合する結合用磁性体を設けたことを特徴とする電磁流量センサ。
2. 請求項１に記載の電磁流量センサと、その電磁流量センサのセンサヘッドが挿入されるセンサ取付管とを備えてなる電磁式流量計測装置において、
   前記センサ取付管は、ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４３６Ｌその他の磁性ステンレス材料で構成されたことを特徴とする電磁式流量計測装置。
3. 流体が流れる配管に交差したセンサ取付管に挿入可能なセンサヘッドと、前記センサヘッドの芯部に設けた軸状コアと、前記軸状コアに巻回した電磁コイルとを備え、前記電磁コイルの磁界に前記流体が交差して流れることにより生じる起電力に基づいて、前記流体の流速及び／又は流量を計測する電磁流量センサにおいて、
   前記センサヘッドの外周面を磁性体のシェルで覆い、前記軸状コアのうち前記磁気コイルより基端側部分と前記シェルとの間を磁気結合する結合用磁性体を設けたことを特徴とする電磁流量センサ。

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