JP2005180962A - 電磁流速センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ステンレス３０４製の金属シェルの接液部に銅等の金属が吸着・折出して、センサの感度が変るのを防止する。
【解決手段】配管１に溶接したソケット２に取付金具１２を螺合することでセンサ３を配管１に取り付け、センサ３の先端、図示右端を液体１０内に挿入する。円筒形の金属シェル４の雄ねじ４ｃは、絶縁スリーブ１３の雌ねじに螺合され、絶縁スリーブ１３の外周の雄ねじは取付金具１２の雌ねじに螺合する。こうして金属シェル４は絶縁スリーブ１３を介して取付金具１２に固定される。したがって、配管１とシェル２に対し、センサ３の金属シェル４が電気的に絶縁されるため、銅等の金属が金属シェル４の表面に折出しない。
【選択図】 図３

Description

本発明は挿入方式の電磁流速センサの改良に関する。

配管内を流れる液体の流量を計測するのに、電磁誘導の原理を活用した挿入方式の電磁流速センサが周知であり、配管の口径（サイズ）に関係なく、一定の大きさの小型のセンサを配管に挿入することで流体（液体）の流速を検出できるため、設置が容易で、コストも比較的安いというメリットがあり、近年使用が拡大する傾向にある。

この種の電磁流速センサは、被計測流体が流れる管路へセンサの先端部を挿入して使用する。センサの先端部の外周部は金属製の筒状部（金属シェル）で形成され、この金属シェルが流体に接液して接地電位とされる（例えば特許文献１参照）。

図１は、電磁流速センサの計測原理を説明する縦断面図で、配管１に溶接固着したソケット２に電磁流速センサ３を装着して、円筒形の金属シェル４を含む電磁流速センサ３の先端部（図示右端部）を配管１内に挿入設置している。５は合成樹脂等の電気絶縁材料からなるボデーで、その先端部（図示右端）に２本の電極６，６を備えている。７はコアー、８はヨーク、９はコアー７に巻いた励磁コイルで、励磁電流が流されると、電流の向きに応じた磁束Φが流体中に生じる。流体が紙面に直角な方向に流れると、流速に比例した誘起電圧が電極６，６間に発生し、図示されていないプリアンプで増幅される。

金属シェル４の先端部（図示右端部）は、被計測流体である流体に接続してアース電位とされる。金属シェル４は強度・耐食性や、アースとしての電位安定性の要求からステンレス製とされることが多い。

電磁流速センサを装着する配管、例えばビルの空調システムにおける温水配管では、鉄に亜鉛メッキした亜鉛メッキ管（ＳＧＰ管）が用いられることが殆どである。空調用の温水配管は、銅管を用いた熱交換器内を通過するため、温水中に銅イオンが溶けている。図１の金属シェル４の接液部に電気メッキの要領で銅が吸着・折出してしまうことになる。このことを、図２の模式図にしたがって以下に説明する。

図で、配管１は鉄管１ａの表面に符号１ｂで示すように亜鉛メッキが施されている。また、配管１に溶接されたソケット２は、鉄２ａの表面に亜鉛メッキ２ｂが施されている。そして、電磁流速センサ３の雄ねじ部分をソケット２に螺合することで、センサ３をソケット２に装着固定している。こうして、センサ３の雄ねじ部分がソケット２の雌ねじを介してソケット２及び配管１と電気的に接続され、センサ３の先端部の金属シェル４もまたソケット２及び配管１と電気的に接続されることになる。

配管１の表面の亜鉛メッキ１ｂと、ソケット２の亜鉛メッキ２ｂが、配管１内を矢印Ａのように流れる温水１０内に亜鉛イオンＺｎ²⁺となって溶け出ると、亜鉛メッキ１ｂ，２ｂ部分のマイナス電荷（電子）が矢印Ｂのようにセンサ３側へ移動し、電気的につながっている金属シェル４の表面近くに集まる。このマイナスの電荷を符号１１で示す。前述のように温水１０内には銅イオンが溶けているので、この銅イオンは、金属シェル４のマイナス電荷１１に吸着されて、金属シェル４の表面に銅が折出する。この現象は、金属シェル４の表面が銅メッキされるのと同じことである。

配管１を流れる液体（例えば温水１０）には、上記銅イオンに限ることはなく、他の金属イオンが溶けていることがあり、これらが、亜鉛に対して電気化学的に貴なステンレス製の金属シェル４の表面に吸着されて、銅の場合と同様に金属が折出する。図２では、流体中の金属イオンを、銅イオンも含めて符号Ｍ⁺で示している。

ところで、金属のイオン化傾向の順をあらわす一つとして、海水中における腐蝕電位列をあげると、表１のようになる（例えば非特許文献１参照）。表１は飽和カロメル電極照合時の電極電位〔ｖ〕である。

金属が水に触れた場合の電位は、表１のようにステンレスが相対的に高く、以下銅、アルミニウム、亜鉛といった順に低くなっている。表１で電位の違うもの同士を電気的に接続すると、電位の低い方の金属（すなわち電気的に卑の方）が溶け出し、そのことで生まれた電子は、表中の高い電位の金属（電気的に貴という）に集まる。

この状態で、接続された金属の中間の電位を持つ金属が流体中に溶けていると、つまり図２の場合、亜鉛とステンレス３０４の間の電位を持つ、銅やアルミニウムといった金属が流体中に溶けていると、電子の集まっている電気的に貴な金属、この場合はセンサ３の先端部の金属シェル４（ステンレス３０４材）の外周に銅やアルミニウムが吸着されて折出する。
特開２００３−１９４８４２号公報（３頁、図３） 福沢秀刀著「ガルバニック腐蝕の原理とその防止対策」中川防蝕工業株式会社、技資ナンバー３５７、１９９０年９月、Ｐ４

空調設備では、温水や冷水が流れる熱交換器のコイルに銅パイプを用いたものがある。したがって、亜鉛メッキ配管にステンレス製の金属シェルを備えた挿入方式の電磁流速センサを装着すると、配管とセンサの金属シェルとが電気的に接続され、しかも、流体（温水又は冷水）中に銅などが溶け出しているため、これらの金属が電気的に貴なステンレス製の金属シェルの接液面に吸着・折出して、その結果、センサの電極から見たアースのインピーダンスが変化し、電磁流速センサの感度が変化してしまうという問題点があった。

実際に亜鉛メッキ配管に温水を流した場合、熱交換器のコイルに銅パイプが使用されていた時に、数日という短期間の間に電磁流速センサの感度が約１０％低下することを確認した。このとき、センサの先端部の金属シェルの接液部には銅が折出し、黒く酸化していた。

そこで、本発明はこのような金属の吸着・折出を防止することで、前記問題点を解消できる挿入方式の電磁流速センサを提供することを目的とする。

本発明は、電磁流速センサのステンレス製金属シェルの接液部に異種金属が折出しないようにするため、基本的にセンサの金属シェルを流体配管から電気的に絶縁することを最も主要な特徴とする。

請求項１の発明は、センサの先端部外周が筒形の金属製シェルで形成され、被計測流体が流れる配管にセンサを挿入装着したときに、前記金属製シェルの少なくとも先端部が接液する電磁流速センサにおいて、
配管と金属製シェルとを電気的に絶縁する絶縁手段を具備したことを特徴とする電磁流速センサである。

請求項２の発明は、請求項１の電磁流量計において、絶縁手段が、センサを配管に螺着するための取付金具の内周に取り付けた絶縁スリーブであることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項２の電磁流量計において、絶縁スリーブが取付金具の内周に螺着されていることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項２の電磁流量計において、絶縁スリーブが取付金具の内側にアウトサート成形で作りつけたことを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項１の電磁流量計において、センサを配管に螺着するための取付金具を軸方向に２分割し、両者を電気的に絶縁して固着し、センサの先端側に位置する一方に配管への螺合用雄ねじを設け、他方に金属製シェルと螺合する雌ねじを設けたことを特徴とするものである。

配管の亜鉛メッキが溶け出しても、配管と金属シェルとが電気的に絶縁されているため、配管から電子が金属シェルに集まることはない。したがって、温水や冷水等の液体（流体）中に銅などの金属イオンが存在したとしても、これらの金属がセンサの金属シェルに吸着されて折出することはない。その結果、センサの感度変化が防止できる。

本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

図３の実施例はこの発明の好ましい実施の形態で、配管１に溶接したソケット２には雌ねじ２ｃが刻設されている。取付金具１２は図示右端、即ち先端部にテーパ雄ねじ１２ａを有している。電磁流速センサ３は、ステンレス３０４からなる全体がほぼ円筒形の金属シェル４の内側に、図１と同様に電気絶縁材料からなるボデー５が配設固着され、２本の電極６，６がボデー５からわずかに流体（例えば温水）１０中に突出している。

取付金具１２は図２の従来技術と同様に外形が六角形で、この六角部分に工具を嵌めて、テーパ雄ねじ１２ａをソケット２の雌ねじ２ｃに螺合することで、センサ３を配管１に装着する。取付金具１２の内径の最小径は符号１２ｂで示す部分で、この最小径よりも金属シェル４の外経の小径部はわずかに小さく定めてある。したがって、金属シェル４の外径の小経部４ｂと取付金具１２の内径の最小径１２ｂとの間には円筒形の空間（隙間）が形成されている。１３は合成樹脂材料からなる電気絶縁手段としてのスリーブで、全体がほぼ円筒形で、その外周に刻設された雄ねじ部分を取付金具１２の内周に刻設した雌ねじにきつく螺着することで、スリーブ１３を取付金具１２に固着している。そして、金属シェル４の大径部に刻設した雄ねじ４ｃをスリーブ１３の内周に刻設した雌ねじ１３ｃに螺合させ、その回転角度位置を調整することで、電極６，６が、図示のように所定の位置、即ち上下方向に位置し、かつ電極６，６の左右方向の位置が、配管内の所定の位置に挿入されるようにセンサの頭部１４を回転させて、センサの左右の位置決めと、センサの金属シェル４の軸線（図示左右方向の軸線）回りの角度位置を決める。所定の位置になったところで、図示されていない止めねじによって、スリーブ１３と金属シェル４との相対回動を止め、スリーブ１３と金属シェル４との角度位置を固定するようにしてある。

センサの頭部１４には電極６，６間に誘起した信号電圧を増幅するプリアンプや、流速に対応した流速信号を電文に変換してコード１５を介して外部に送出するための電子回路が収納されている。なお、１６は水密を保つために金属シェル４と取付金具１２の間に設けたＯリングである。

この実施例は、センサ３の取付金具１２とスリーブ１３だけが図３の実施例１と異なる。そのため、この実施例２は、取付金具１２とスリーブ１３だけを図４に示す。この実施例では、絶縁スリーブ１３が取付金具１２の円周にアウトサート成形で作りつけてある点が実施例と異なる。なお、１７はＯリング溝である。この溝に図３の場合のようなＯリング１６を取り付ける。

この実施例は、図５に示すように取付金具を左右に２分割し、図示右側の第１の取付金具１２Ａに雄ねじ１２ａを刻設し、図示左側の第２の取付金具１２Ｂに雌ねじ１３ｃを刻設した。取付金具１２Ａと１３Ａとの間には絶縁板１８が介装され、両取付金具をネジ２０，２０で固着しているが、各ネジ２０，２０に絶縁カラー１９，１９がそれぞれ嵌めてあるので、第２の取付金具１２Ｂは、第１の取付金具１２Ａと電気的に絶縁されることになる。したがって、結果的に雌ねじ１３ｃに螺合する金属シェル４は配管１に対し電気的に絶縁される。

電磁流速センサの計測原理を説明する縦断面略図。 従来技術の問題点を説明するための模式図。 本発明の実施例１の一部縦断面図。 本発明の実施例２の要部を示す縦断面図。 本発明の実施例３の要部を示す縦断面図。

符号の説明

１ 配管
１ａ 鉄管
１ｂ 亜鉛メッキ
２ ソケット
２ａ 鉄
２ｂ 亜鉛メッキ
３ 電磁流量センサ
４ 金属シェル
４ｃ 雄ねじ
５ ボデー
６ 電極
７ コアー
８ ヨーク
９ 励磁コイル
１０ 流体（温水）
１２ 取付金具
１２Ａ 第１の取付金具
１２Ｂ 第２の取付金具
１２ａ 雄ねじ
１３ 絶縁スリーブ（スリーブ）
１３ｃ 雌ねじ

Claims (5)

1. センサの先端部外周が筒形の金属製シェルで形成され、被計測流体が流れる配管にセンサを挿入装着したときに、前記金属製シェルの少なくとも先端部が接液する電磁流速センサにおいて、
   配管と金属製シェルとを電気的に絶縁する絶縁手段を具備したことを特徴とする電磁流速センサ。
2. 絶縁手段が、センサを配管に螺着するための取付金具の内周に取り付けた絶縁スリーブであることを特徴とする請求項１記載の電磁流速センサ。
3. 絶縁スリーブが取付金具の内周に螺着されていることを特徴とする請求項２記載の電磁流速センサ。
4. 絶縁スリーブが取付金具の内側にアウトサート成形で作りつけたことを特徴とする請求項２記載の電磁流速センサ。
5. センサを配管に螺着するための取付金具を軸方向に２分割し、両者を電気的に絶縁して固着し、センサの先端側に位置する一方に配管への螺合用雄ねじを設け、他方に金属製シェルと螺合する雌ねじを設けたことを特徴とする請求項１記載の電磁流速センサ。

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