JP2005207984A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のような絶縁劣化診断のための専用の信号線を設けることなく、流量測定信号に絶縁劣化診断の信号を重畳させる構成とすることにより、検出器内の結線の簡便化を図った電磁流量計を提供する。
【解決手段】所定の磁界を発生させてその磁界中を流れる流体に発生する信号起電力を流量検出用の電極を介して検出する検出器と、この信号起電力を信号処理して流体の流量を算出し、所定のプロセス制御信号に変換する変換器を備えた電磁流量計であって、
前記検出器は、前記流量検出用の電極部への流体の進入があるときに発振回路が発振し、その発振出力が前記流量検出用の電極に加えられる絶縁劣化検出ユニットを備え、
前記変換器は、前記電極からの信号に重畳された前記絶縁劣化検出ユニットからの発振信号を分離・抽出して前記電極部の絶縁劣化を検出することができるように構成する。

【選択図】 図３

Description

本発明は、電磁流量計に関し、詳しくは電磁流量計における絶縁劣化診断に関するものである。

従来より電磁流量計はよく知られている（例えば、特許文献１参照）。図４は、特許文献１に記載の電磁流量計（この例では、空検出機能を備える）の要部構成図である。
この電磁流量計は、所定の磁界を発生させてその磁界中を流れる流体に発生する信号起電力を検出する検出器１００と、この信号起電力を信号処理して流体の流量を算出し、所定のプロセス制御信号に変換する変換器１０１とから構成される。

検出器１００は、所定の磁界を発生させるコイル２００、測定流体が流れる測定管３００、その測定管３００の内側面に配設され流体に接液するように対向配設された検出電極４００ａと４００ｂ、前記測定管３００内の流体に測定管３００と同一の電位（接地電位）を与えるためのコモン電極（アースリング）５００を備える。

変換器１０１では、図示しないプロセス制御装置から供給されるループ電流から所定の電源電圧を生成する電源部１１０、所定周波数の励磁電流をコイル２００に流す励磁部１２０、検出電極４００ａ，４００ｂからの信号を受けるバッファ１３０、バッファ１３０の出力を受け検出電極から得られた信号起電力を差動増幅する交流増幅部１４０、交流増幅部１４０の出力のうち流体ノイズなどの低周波成分を減衰させるためのハイパスフィルタ１５０、このハイパスフィルタ１５０の出力を所定の間隔でサンプリングすると共にディジタル情報に変換するＡ／Ｄ変換部１６０、Ａ／Ｄ変換部１６０の出力から流量を算出すると共にこの変換器１０１内の各部を制御する制御部１７０、制御部１７０からの流量情報に基づき所定のプロセス制御信号を出力する出力インターフェース部１８０を備える。
なお、空検出を行うための空検出部１９０については、本発明とは直接関係がないので、説明を省略する。

図５は、このような電磁流量計の電極部の構造を示す図である。図５において、測定流体が流れる非磁性の測定管３には、管壁に沿ってテフロン（登録商標）やウレタン等によるライニング１が設けられている。ライニング１には孔１ａが設けられ、その孔１ａに電極の鍔部を圧接する電極固定バネ２ａを備えた電極２が嵌挿される。

測定管３の一部とライニング１の中央部とは、窪み部１ｂと噛み合っている。測定管３より突出した突出部３ａの内壁は電極キャップ４と係合する形状をなしており、突出部３ａの内壁と電極キャップ４の外壁とが係合している。電極２は、鍔部を持つ十字形状に形成され、電極キャップ４との間に介在された電極固定バネ２ａによりその鍔部が圧接され、下方に押しつけられている。そして、電極２の上端には、変換器１０１の検出回路側に接続する信号線（ケーブル）５が接続されている。

このような電磁流量計では、流量検出中に、孔１ａと電極２の隙間から流体が侵入し、電極キャップ４と電極２とにより形成された空間に流体が滞留することがあった。この空間に流体が滞留すると、通常は金属で形成された電極キャップ４と電極２とが短絡し、変換器１０１側へ正しい信号が送信できなくなるという不具合があった。

このような場合、従来は、オフライン状態で、図４に示したような回路により、電極２（４００ａ，４００ｂ）とアース部（測定管３、アースリング５００等）間の絶縁抵抗をオフラインでチェックし、異常であれば、回復対策を施すという処理を行っていた。
しかしながら、このようなオフラインでの絶縁抵抗劣化のチェックは不便であるため、特許文献１に示す発明においてはオンラインで測定中に絶縁抵抗劣化の異常を検出することができるように改善している。

図６にその改善した測定管３および電極部２の部分の構造を示す。測定管３内にライニング１を設け、測定管３に電極２を取り付ける構成は図５と共通している。電極キャップ４ａは絶縁物で形成されており、その内壁面には円筒状のドライブシールド電極６が取付けられ、このドライブシールド電極６はケーブル５のドライブシールドライン５ｂに信号線を介して接続されている。

そして、電極キャップ４ａ上端部からの流体漏れを防止するため、電極キャップ４ａの上端部には、電極２と電極キャップ４ａとの隙間、およびドライブシールド電極６用の導線と電極キャップ４ａの隙間を塞ぐためのパッキン３４ａと３４ｂがそれぞれ取付けられている。

このような構成によれば、ケーブル５の信号ライン５ａとドライブシールドライン５ｂとの間の絶縁抵抗を測定することにより、電極２と電極キャップ４ａとにより形成された空間に流体が滞留したことを容易に検出することができる。

特開２００３−０２８６８３号公報

しかしながら、上記電磁流量計では、絶縁劣化診断のための信号線を検出器内に設けているため、検出器内の信号線が増え、結線が複雑になるという問題がある。
本発明の目的は、このような課題を解決するもので、従来のような絶縁劣化診断のための専用の信号線を設けることなく、流量測定信号に絶縁劣化診断の信号を重畳させる構成とすることにより、検出器内の結線の簡便化を図った電磁流量計を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
所定の磁界を発生させてその磁界中を流れる流体に発生する信号起電力を流量検出用の電極を介して検出する検出器と、この信号起電力を信号処理して流体の流量を算出し、所定のプロセス制御信号に変換する変換器を備えた電磁流量計であって、
前記検出器は、前記流量検出用の電極部への流体の進入があるときに発振回路が発振し、その発振出力が前記流量検出用の電極に加えられる絶縁劣化検出ユニットを備え、
前記変換器は、前記電極からの信号に重畳された前記絶縁劣化検出ユニットからの発振信号を分離・抽出して前記電極部の絶縁劣化を検出することができるように構成された
ことを特徴とする。

このような構成によれば、絶縁劣化検出ユニットにより電極部への流体の進入を検知する。進入があるときは発振回路が動作して絶縁劣化に対応した発振信号を出力する。この発振信号は信号線を介して流量検出用の電極に導かれ、電極の流量検出信号に重畳され、変換器へ送られる。
変換器では重畳された発振信号を分離・抽出して、絶縁劣化の状態を検出する。

この場合、請求項２のように、前記絶縁劣化検出ユニットは、２つの絶縁劣化検出電極を持ち、前記流量検出用の電極部から進入した測定流体によりこの絶縁劣化検出電極間が電気的に短絡したときに所定の周波数で発振する信号を出力する。これにより、絶縁劣化の信号を流量検出用電極信号に重畳させることができる。
また、請求項３のように、前記発振信号の所定の周波数は、前記磁界を発生させる励磁周波数よりも有意に高くする。したがって、請求項４のように、フィルタによりこの信号を流量測定信号から容易に分離することができる。

また、請求項５のように、変換器には、流量検出用と絶縁劣化検出用の回路を備え、流量検出中に絶縁劣化検出も行うことができるように構成する。
また、電極部は、請求項６のように、測定管に取付けられた流量検出用の電極を密閉状に覆う内部電極キャップと、その内部電極キャップを密閉状に覆う外部電極キャップを備え、前記絶縁劣化検出ユニットは、内部電極キャップと外部電極キャップの間に取付けられ、内部電極キャップ取り付け部に設けられた貫通孔を通して進入した流体により絶縁劣化検出電極間が電気的に短絡したとき発振回路が発振しその発振信号が出力されるように構成することができる。

そして、請求項７のように、電極部では、絶縁劣化検出ユニットの出力を１本の信号線により前記流量検出用の電極に接続する。したがって、検出器内での結線は従来に比べてより簡便となる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）従来のような絶縁劣化診断用の専用の信号線を設けることなく、流量測定信号に絶縁劣化診断の信号を重畳させる構成としたので、検出器内の結線を簡便にすることができる。
（２）流量測定信号に重畳する絶縁劣化診断用の信号の周波数を、流量測定信号の周波数よりも十分に高い周波数とし、変換器側では流量測定と絶縁劣化診断用の信号に分離して検出することができるようにしたため、流量測定と絶縁劣化の検出を同時に行うことができる。

以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明の電磁流量計の電極部の部分拡大図である。測定流体が流れる非磁性の測定管（配管）３には、図５と同様に、管壁に沿ってテフロン（登録商標）やウレタン等によるライニング１が設けられている。ライニング１には孔１ａが設けられ、その孔１ａに電極固定用のバネ２ａを備えた電極２が組み込まれている。

測定管３の一部とライニング１の中央部とは、窪み部１ｂと噛み合っている。測定管３の第一の突出部３ａの内壁は内側電極キャップ４ｄと螺合する形状をなしており、測定管３の内壁と内部電極キャップ４ｄの外壁とが密閉状に係合している。電極２は断面が十字型になっており、バネ２ａを介して内側電極キャップ４ｄにより下方に押しつけられている。
電極２の上部は、電極２に螺合する固定ナット９および座金８により、絶縁シート７を挟んで内側電極キャップ４ｄ上端に固定されている。

絶縁劣化検出ユニット６００は、その外筐が電気的絶縁性のあるケースで形成され、第２の突出部３ｄの内壁面に取付けられている。そして絶縁劣化検出ユニット６００の表面には絶縁劣化状態を検出するための電極６０１と６０２が設けられると共に、コモンラインの電位を第２の突出部３ｄの電位（アース電位）と同じくするためのアース電極６０３が設けられている。アース電極６０３は第２の突出部３ｄに電気的に接続される。なお、第２の突出部３ｄは、接地されている測定管３および外側測定管３ｂと溶接されていて、同電位になっている。

第１の突出部３ａには、電極２と内側電極キャップ４ｄとにより形成された空間に滞留した流体が絶縁劣化検出ユニット６００の電極６０１，６０２部に流れ込むように貫通孔３ｃが設けられている。

図２は絶縁劣化検出ユニット６００の電気的構成図である。この絶縁劣化検出ユニット６００は、電源６１０と、励磁周波数よりも十分に高い発振周波数を持つ発振回路６２０と、バッファ６３０より構成されており、その表面に設けられた絶縁劣化診断ユニット電極間が流体により短絡（絶縁劣化）すると内部の発振回路６２０が発振するように構成されている。

発振回路６２０は、演算増幅器６２１の逆相入力端子（−）と絶縁劣化診断ユニット電極６０１との間に挿入された時定数設定用の抵抗６２２と、逆相入力端子（−）とコモンラインの端子との間に挿入されたコンデンサ６２３と、演算増幅器６２１の出力端子と同相入力端子（＋）との間に挿入された帰還抵抗６２４と、演算増幅器６２１の同相入力端子（＋）とコモンラインの端子の間に挿入された抵抗６２５から構成されている。また、絶縁劣化診断ユニット電極６０２は演算増幅器６２１の出力端子に接続されている。
なお、演算増幅器６２１は電源６１０からの供給電圧で駆動される。

絶縁劣化診断ユニット電極６０１，６０２が流体により短絡状態になると、発振回路６２０は流量検出用の励磁周波数よりも十分に高い周波数で発振する。流体の漏れがなく、電極６０１，６０２間が絶縁状態にあるときは発振しない。

バッファ６３０は、逆相入力端（−）と出力端が短絡した演算増幅器６３１と、演算増幅器６３１の同相入力端子（＋）と発振回路６２０の出力端の間に接続された抵抗６３２と、同相入力端（＋）とコモンラインの端子との間に挿入された抵抗６３３から構成されている。バッファ６３０の出力端からは、発振回路６２０出力を抵抗６３２と６３３で分圧した電圧に等しい電圧が出力される。バッファ６３０の出力は信号線６４０を介して電極２に接続されている。
なお、電極２の出力は信号線６５０を介して変換器１０１ａまたは端子箱（図示せず）に導かれる。

このような回路によれば、電極２部に欠陥が生じ、流体が進入した場合には、電極６０１，６０２間が流体により電気的に短絡し、発振回路６２０が発振する。発振出力はバッファ６３０を経由して電極２に加えられる。この発振出力信号は、電極２で検出される流量測定用の信号に重畳するが、流量測定用の信号とは有意に周波数の違いがあり、フィルタを用いて流量測定用の信号から分離・抽出して測定することができる。
なお、絶縁劣化検出ユニット６００は２組の電極２にそれぞれ配備される。

図３は、本発明の電磁流量計の要部構成図である。図３において、図４と同等部分には同一符号を付し、その説明は省略する。検出器１００ａにおいては、測定管３に図１および図２に示した電極２部と絶縁劣化検出ユニット６００がそれぞれ配備されている。

変換器１０１ａには、検出器１００ａ側の２個の電極２からの信号をそれぞれ受ける２個のバッファ７１０，７２０と、このバッファ７１０，７２０の出力信号から流量信号を求める流量測定部８００と、各バッファ７１０，７２０の出力信号から絶縁劣化信号を検出する絶縁劣化検出部９００が設けられている。

流量測定部８００は、２つのバッファ７１０，７２０の出力信号を差動増幅する差動増幅器８０１と、この差動増幅器８０１の出力をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器８０２と、このＡ／Ｄ変換器８０２の出力に基づいて流量を演算により求める機能を有するプロセッサ（以下ＣＰＵという）８０３より構成されている。

絶縁劣化検出部９００は、絶縁劣化のあるときに流量信号に重畳した高周波の信号のみを検出するためのもので、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９１０と検波回路９２０からなる２系統の回路である。なお、２系統の回路は同一構成である。

ＨＰＦ９１０は、コンデンサ９１１と抵抗９１２でなるハイパスフィルタ回路と、バッファ９１３から構成され、絶縁劣化のあるときに発振する高周波の信号を流量測定信号から切り離して抽出する。
検波回路９２０は、出力端側にダイオード９２２が挿入されたバッファ９２１と、抵抗９２３とコンデンサ９２４からなり信号を平滑化するローパスフィルタ回路と、このローパスフィルタ回路の出力をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器９２５から構成され、バッファ９２１の入力信号に応じたディジタル信号を得る。
ＣＰＵ８０３は、Ａ／Ｄ変換器９２５の出力を読取って絶縁劣化の状態を診断する。絶縁劣化状態であると判断した場合は、例えばアラームなどを発生する処置を行う。

このような構成における絶縁劣化診断は、流量測定中に同時に行われ、そして２つの電極部の絶縁劣化をそれぞれ同時に検出することができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。

本発明の電磁流量計の電極部の構造を示す図である。 絶縁劣化検出ユニットの一実施例を示す構成図である。 本発明の電磁流量計の要部構成図である。 従来の電磁流量計の一例を示す要部構成図である。 従来の電磁流量計の電極部の構造を示す図である。 従来の電磁流量計の電極部の他の構造を示す図である。

符号の説明

１ ライニング
２ 電極
２ａ 電極固定バネ
３ 測定管
３ａ 第１の突出部
３ｂ 外側測定管
３ｃ 貫通孔
３ｄ 第２の突出部
４ｄ 内側電極キャップ
７ 絶縁シート
８ 座金
９ 電極固定ナット
１０ 外側電極キャップ

１００ａ 検出器
１０１ａ 変換器
１２０ 励磁部
２００ コイル
６００ 絶縁劣化検出ユニット
６０１，６０２ 電極
６０３ アース電極
６１０ 電源
６２０ 発振回路
６２１ 演算増幅器

６２２，６２４，６２５ 抵抗
６２３ コンデンサ
６３０ バッファ
６３１ 演算増幅器
６３２，６３３ 抵抗
７１０，７２０ バッファ
８００ 流量測定部
８０１ 差動増幅器
８０２ Ａ／Ｄ変換器
８０３ ＣＰＵ

９００ 絶縁劣化検出部
９１０ ＨＰＦ
９１１ コンデンサ
９１２ 抵抗
９１３ バッファ
９２０ 検波回路
９２１ バッファ
９２２ ダイオード
９２３ 抵抗
９２４ コンデンサ
９２５ Ａ／Ｄ変換器

Claims (7)

1. 所定の磁界を発生させてその磁界中を流れる流体に発生する信号起電力を流量検出用の電極を介して検出する検出器と、この信号起電力を信号処理して流体の流量を算出し、所定のプロセス制御信号に変換する変換器を備えた電磁流量計であって、
   前記検出器は、前記流量検出用の電極部への流体の進入があるときに発振回路が発振し、その発振出力が前記流量検出用の電極に加えられる絶縁劣化検出ユニットを備え、
   前記変換器は、前記電極からの信号に重畳された前記絶縁劣化検出ユニットからの発振信号を分離・抽出して前記電極部の絶縁劣化を検出することができるように構成された
   ことを特徴とする電磁流量計。
2. 前記絶縁劣化検出ユニットは、２つの絶縁劣化検出電極を持ち、前記流量検出用の電極部から進入した測定流体によりこの絶縁劣化検出電極間が電気的に短絡したときに所定の周波数で発振する信号を出力するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電磁流量計。
3. 前記発振信号の所定の周波数を、前記磁界を発生させる励磁周波数よりも有意に高くしたことを特徴とする請求項２に記載の電磁流量計。
4. 前記変換器は、前記絶縁劣化検出ユニットの出力が重畳された流量検出用の電極からの信号を受け、フィルタにより前記絶縁劣化検出ユニットからの発振信号を分離・抽出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電磁流量計。
5. 前記変換器は、流量検出用と絶縁劣化検出用の回路を備え、流量検出中に絶縁劣化検出も行うことができるように構成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電磁流量計。
6. 前記電極部は、測定管に取付けられた流量検出用の電極を密閉状に覆う内部電極キャップと、その内部電極キャップを密閉状に覆う外部電極キャップを備え、
   前記絶縁劣化検出ユニットは、内部電極キャップと外部電極キャップの間に取付けられ、内部電極キャップ取り付け部に設けられた貫通孔を通して進入した流体により絶縁劣化検出電極間が電気的に短絡したとき発振回路が発振しその発振信号が出力されるように構成された
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電磁流量計。
7. 前記電極部は、絶縁劣化検出ユニットの出力が１本の信号線により前記流量検出用の電極に接続されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載に電磁流量計。
   

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