JP2005221360A

JP2005221360A - 電磁流速センサ

Info

Publication number: JP2005221360A
Application number: JP2004029239A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Yoshida; 豊吉田
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2005-08-18

Abstract

【課題】電磁流速センサの感度が変るのを防止し、センサの信頼性を向上する。
【解決手段】電磁流速センサの円筒形状金属製シェル４の先端部（図示右端）に樹脂製の絶縁キャップ１７を嵌着する。シェル４の環状溝４ａとキャップ１７の環状凸条１７ａは互いに係合し、キャップが脱落するのを防ぐ係合手段を構成する。６，６はボデー５から突出する電極である。
【効果】被計測流体中へセンサが挿入された状態で、シェル４の、電極６近くの表面に異種金属が析出することがない。したがって、電極とアース間のインピーダンスが固定され、センサの感度が変らない。
【選択図】図４

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鋼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冷温水配管では、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。そのため、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・析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の表面に銅が析出する。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析出する。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（ステンレス鋼ＳＵＳ３０４材）の外周に銅やアルミニウムが吸着されて析出する。
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鋼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・析出して、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ＳＵＳ３０４材金属シェルの接液部には銅が析出し、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・析出を防止し、結果として電極とアースとの間のインピーダンスの変化を防止することで、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鋼製金属シェルの接液部、特に電極に近い接液部に異種金属が析出しないようにするための、金属製シェルの先端部表面に、絶縁キャップや絶縁ライニングなどの、電気絶縁手段を具備したことを最も主要な特徴とする。

そこで、前記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、センサの先端に電極を備え、かつ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、
金属製シェルの先端部表面に、電気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、センサの先端に電極を備え、かつ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金属製配管にセンサを装着したときに、前記金属製シェルが金属製配管と電気的に接続され、かつ金属製の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、
金属製シェルの先端部表面に、電気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３の発明は、請求項１又は２の電磁流速センサにおいて、電気絶縁手段が、金属製シェルの先端部に嵌めた絶縁キャップであ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３の電磁流速センサにおいて、絶縁キャップの脱落を防止する係合手段を設け、金属製シェルと絶縁キャップとに係合手段を構成する係合部をそれぞれ形成し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又は２の電磁流速センサにおいて、絶縁手段が樹脂ライニングであることを特徴とするものである。

請求項６の発明は、請求項５の電磁流速センサにおいて、金属製シェルの、ライニングを施す部分の外径を、ライニングを施す部分より基部の外径より小さく定めたことを特徴とするものである。

請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れか１つの電磁流速センサにおいて、金属製シェルがステンレス鋼ＳＵＳ３０４材であることを特徴とするものである。

本発明の電磁流速センサは上述のように構成されているので、金属製シェルの素材と異なる異種金属が配管から溶け出しても、その異種金属が金属製シェルの先端部表面に析出することは絶縁手段によって防止される。その結果電極とアース間のインピーダンスの変化が低減され、電磁流速センサの感度が安定し、信頼性が向上する。

請求項３の発明では、更に、帽子状のキャップを電気絶縁性の合成樹脂で成型するなどして、金属製シェルの先端部に嵌めるだけで簡単に生産できる。また、絶縁ライニングによるよりも、絶縁手段の厚みを大きくできるため、金属製シェル先端部表面への異種金属の析出をより確実に防ぐことができ、センサ感度がより安定しやすく、センサの信頼性が良い。また、絶縁キャップは、センサの製造工程の最終段階で、容易に嵌めることができる。

請求項４の発明では、更に絶縁キャップの装着が容易になり、しかも外れる虞れがなくなる。

請求項５の発明では、電気絶縁性の樹脂で、金属製シェルの先端部の外表面を塗装するようにライニングするだけでよい。

請求項６の発明では、更に、取付金具に装着したＯリングの中を、容易に金属製シェルを通すことができ、電磁流速センサの組み立てが楽に行える。

請求項７の発明では、ＳＵＳ３０４材の防錆力を有効に生かすことができ、センサの感度も安定し、電磁流速センサの信頼性が向上する。

次に本発明を実施するための最良の形態を図の実施例に基づいて説明する。

図３の実施例１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、すなわ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、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４材からなる全体がほぼ円筒形の金属製シェル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に六角形部分を備え、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製シェル４の円筒部外径Φはわずかに小さく定めてある。したがって、金属製シェル４の外径Φと取付金具１２の内径の最小径部の内周１２ｂとの間には、円筒形の空間（隙間）が形成されている。

取付金具１２の前記六角部分の内周には雌ねじ１２ｃが刻設され、該雌ねじ１２ｃには、金属製シェル４に刻設した雄ねじ４ｃを螺合させ、その回転角度位置を調節（加減）することで、電極６，６が図３に示すように所定の位置、すなわち図示上下方向の角度に位置し、かつ電極６，６の左右方向の位置が、配管１内の所定の位置（挿入深さ）に挿入されるように、センサ３の頭部１４を回転させて、センサ３の図示左右方向の位置決めと、センサ３の金属製シェルの軸線、すなわち図示左右方向の軸線Ｘ−Ｘ回りの角度位置を決める。

所定の位置になったところで、図示されてない止めネジによって、取付金具１２と金属シェル１４との相対回動を止め、取付金具１２と金属製シェル４との角度位置を固定する。こうすることで、結果的に配管１に対するセンサ３の電極の挿入位置と、一対の電極６，６の軸線Ｘ−Ｘ回りの角度位置が固定される。

センサ３の頭部には、電極６，６間に誘起した流速に対応する信号電圧を増幅するプリアンプや、信号電圧を電文に変換してコード１５を介してセンサ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製シェル４と取付金具１２の間に設けたＯリングである。１７は合成樹脂などの電気絶縁材料で成型した絶縁キャップ（帽子状のもの）で、取付金具１２をソケット２に螺着する前に、金属製シェル４を取付金具１２の雌ねじ１２ｃに螺合した段階（このとき、金属製シェル４の外径Φの円筒形部分は、Ｏリング１６に嵌合した状態で取付金具１２の図示右方に、前記外径Φの円筒形部分の図示右端部（先端部）が突出している状態）で、シェル４の先端（図示右端）に図３に示すように絶縁手段としての絶縁キャップ１７を嵌着する。

図４は、嵌めた状態の拡大図で、絶縁キャップ１７だけは縦断面を示している。５は図１で説明したボデーで、その直径φは、円筒形の金属製シェル４の内径と同じである。絶縁キャップ１７は、金属製シェル４に形成した、深さがｄの環状溝４ａに係合する環状の凸条１７ａを有している。

また、絶縁キャップ１７の図示右端部の内径は、ボデー５の前記直径φにちょうど嵌合する寸法に定めてある。更にまた、ボデー５の先端面（図示右端）は、符号５ａに示すように球面状に形成され、直径φで規定される外縁は符号５ｂで示すように、絶縁キャップ１７の先端面１７ｂと段差なく連なって、いわゆる面一になっている。こうすることで、外縁５ｂと端面１７ｂとの境界部分で流体が滑らかに流れる。

この実施例で、金属製シェル４の環状溝４ａと、絶縁キャップ１７の環状凸条１７ａは、絶縁キャップ１７をシェル４に嵌合した状態で互いに係合し、両者は絶縁キャップ１７の脱落を防止する係合手段を構成する。また、絶縁キャップ１７の右端部内径φをシェル４の内径と同じボデー５の径φと同じにしたので、絶縁キャップ１７の先端部１７ｃは、絶縁キャップ１７を金属製シェル４に嵌合するときの位置決めストッパとしても使用する。

図５は本発明の実施例２の要部を示す図で、同図（ａ）は正面図、（ｂ）は一部縦断面図である。この実施例では、絶縁手段として金属製シェル４の先端部に絶縁手段としての樹脂ライニング１７Ａを施したものである。この樹脂ライニング１７Ａは、挿入型ではない通常の電磁流量計の検出器で、計測管の内面に行う絶縁ライニングと同様のものを、金属製シェル４の先端部表面に設けたものである。ライニング材としては、テフロン樹脂（登録商標）、ポリエステル樹脂等が使用できる。樹脂ライニング１７Ａを施す部分は、金属製シェル４の外径Φをライニングの厚みｔにあわせて、符号φ２で示す小径とする（図５（ｂ））。

こうすることで、樹脂ライニング１７Ａの外径を金属シェル４の外径Φと同じにし、センサ３の組み立て時に、ライニング部分が前記Ｏリング１６の内側を支障なく通過するようにできる。

電磁流速センサの計測原理を説明する縦断面図。従来技術の問題点を説明する模式図。本発明の実施例１の一部縦断面図。図３の実施例の要部を示す図で、一部は縦断面である。本発明の実施例２の要部を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は一部を縦断した図。

符号の説明

１配管
２ソケット
３電磁流速センサ
４金属製シェル
５ボデー
６電極
１０流体
１２取付金具
１７電気絶縁手段としての絶縁キャップ
１７Ａ電気絶縁手段としての樹脂ライニング

Claims

センサの先端に電極を備え、かつ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、
金属製シェルの先端部表面に、電気絶縁手段を具備したことを特徴とする電磁流速センサ。
センサの先端に電極を備え、かつ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金属製配管にセンサを装着したときに、前記金属製シェルが金属製配管と電気的に接続され、かつ金属製の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、
金属製シェルの先端部表面に、電気絶縁手段を具備したことを特徴とする電磁流速センサ。
電気絶縁手段が、金属製シェルの先端部に嵌めた絶縁キャップであることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁流速センサ。
絶縁キャップの脱落を防止する係合手段を設け、金属製シェルと絶縁キャップとに係合手段を構成する係合部をそれぞれ形成したことを特徴とする請求項３記載の電磁流速センサ。
絶縁手段が樹脂ライニングであることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁流速センサ。
金属製シェルの、ライニングを施す部分の外径を、ライニングを施す部分より基部の外径より小さく定めたことを特徴とする請求項５記載の電磁流速センサ。
金属製シェルがステンレス鋼ＳＵＳ３０４材であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載の電磁流速センサ。