JP2005315613A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】 １台で流量が異なる複数種類の配管に対応可能な電磁流量計を提供する。
【解決手段】 本発明の電磁流量計１０によれば、配管５０に流れる流量に応じて、電磁流量計１０のボディ１１に計測路変更部材２５を適宜着脱することで計測路１２の断面積が変更され、計測路１２内の流速を流量計測に適した大きさに近づけることができる。これにより、１台の電磁流量計１０で、流量が異なる複数種類の配管に対応することが可能になる。しかも、計測路変更部材２５が複数種類設けられて選択的にボディ１１に取り付けられるので、計測路１２の断面積を細かく変更することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、配管の途中に接続されて、配管を流れる流体の流量を計測するための電磁流量計に関する。

従来、この種の電磁流量計は、計測路を流れる流体に磁束を付与し、このとき生じた誘導起電力に基づいて流量を計測する構成になっていた（例えば、特許文献１参照）。
特許第２５６８６２０号公報（請求項１、図１０）

ところで、従来の電磁流量計は、測定対象となる流体の流量毎に複数種類が揃えられ、それら複数種類の電磁流量計の間では、互いに計測路の断面積が異なっていた。そして、電磁流量計を備えた配管設備においては、設計上の流量に応じて配管の口径が決定され、その配管の口径に応じて電磁流量計が選定されていた。これにより、電磁流量計の計測路内の流速を所定の範囲に収めて、一定の計測精度を発揮させるようにしていた。
ところが、配管の口径を決定するに際しては、安全率等を考慮するので、各配管における流量は設計値より小さくなる場合が多い。このため、配管の口径又は流量の設計値に応じて選定された電磁流量計の計測路内の流速が小さくなり過ぎて、電磁流量計が本来有する測定精度を十分に発揮できない場合が発生していた。
また、配管設備のメンテナンスを考慮して、予備の電磁流量計を用意しようとすると、従来の電磁流量計では、流量が異なる複数種類の配管用に、それら全ての種類に対応させた電磁流量計を予備として揃えておかなければならず、コストがかかっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、１台で流量が異なる複数種類の配管に対応可能な電磁流量計の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る電磁流量計は、配管の途中に接続されるボディと、ボディの内側に形成されて配管を流れる流体が通過する計測路と、計測路内に磁束を発生させる電磁石と、計測路内に対向配置された１対の検知電極とを備え、計測路内を流体が流れることによって１対の検知電極の間に生じた電位差に基づいて、流体の流量を計測する電磁流量計において、ボディの内側に取り付けられることで、計測路の断面積を変更可能な計測路変更部材を備えたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電磁流量計において、計測路変更部材は、複数種類設けられて選択的にボディに取り付けられるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の電磁流量計において、ボディのうち計測路の内側空間は、円柱状をなし、計測路変更部材は、計測路の内側空間に対応した円柱体の一部を縦割り分割した構造であるところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項３に記載の電磁流量計において、計測路変更部材の端部に取付金具が固定され、取付金具から計測路変更部材の側方に張り出した突部を、ボディの端部に螺子にて固定したところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の電磁流量計において、電磁石は、計測路の中心軸を挟んで対をなすと共に、計測路変更部材は、それら電磁石の内側で対をなしかつ計測路の中心軸及び１対の検知電極を挟んで対向配置されたところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の電磁流量計において、計測路変更部材は、合成樹脂からなる本体部と、本体部のうち電磁石に対応した部分に埋設された磁性体からなる磁路構成体とを備えたところに特徴を有する。

請求項７の発明は、請求項６に記載の電磁流量計において、計測路変更部材の本体部には、電磁石に対応した位置に貫通孔が形成されると共に、磁路構成体は、磁性体を絶縁部材でコーティングしてなりかつ貫通孔に嵌合されたところに特徴を有する。

請求項８の発明は、請求項６又は７に記載の電磁流量計において、ボディは、外側筒部と、外側筒部の内側に固定されて外側筒部との間に密閉空間を形成する内側筒部とからなり、電磁石には、内側筒部の外面に密着した磁極が備えられ、その磁極と磁路構成体とが共に内側筒部に密着して隣接したところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
請求項１の電磁流量計における計測路内の流速は、配管を流れる流体の流量と計測路の断面積とによって決まる。そして、本発明の構成によれば、配管に流れる流量に応じて、電磁流量計のボディに計測路変更部材を適宜着脱することで計測路の断面積が変更され、計測路内の流速を流量計測に適した大きさに近づけることができる。これにより、１台の電磁流量計で、流量が異なる複数種類の配管に対応することが可能になる。

［請求項２の発明］
請求項２の電磁流量計では、計測路変更部材が、複数種類設けられて選択的にボディに取り付けられるので、計測路の断面積を細かく変更することができる。

［請求項３の発明］
請求項３の電磁流量計では、計測路変更部材の曲面がボディの内側曲面に宛がわれ、計測路変更部材が計測路内に安定して取り付けられる。

［請求項４の発明］
請求項４の電磁流量計では、計測路変更部材の端部に取付金具が固定され、その取付金具から側方に張り出した突部をボディの端部に螺子にて固定したので、ボディの端部で螺子を操作して、計測路変更部材の着脱を容易に行うことができる。

［請求項５の発明］
請求項５の電磁流量計によれば、検知電極の構造変更や検知電極への別部品に電気接続を行うことなく、計測路内の断面積を変更することができる。

［請求項６の発明］
請求項６の電磁流量計の計測路変更部材には、電磁石に対応した部分に磁路構成体が備えられているので、計測路変更部材を取り付けたことにより計測路内の磁束を効率よく流体に与えることができ、１対の検知電極の間の電位強度の低下を抑えることができる。

［請求項７の発明］
請求項７の電磁流量計の磁路構成体は、磁性体を絶縁部材でコーティングしてなるので、計測路内に露出させることができる。

［請求項８の発明］
請求項８の電磁流量計では、電磁石の磁極と磁路構成体とが共に内側筒部に密着して隣接するので、電磁石の磁極と磁路構成体との間の磁気損失を低減させることができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。
本実施形態の電磁流量計１０に備えたボディ１１は、全体としてパイプ構造をなし、ボディ１１の内側空間が計測路１２になっている。そして、ボディ１１の両端に配管５０が連結され、その配管５０を流れる流体が計測路１２を通過する。

ボディ１１は、二重管構造になっている。具体的には、ボディ１１は、外側筒部１３内側に内側筒部１４を備えている。内側筒部１４は、例えば、円筒管１４Ａの両端部から側方に鍔部１４Ｂ，１４Ｂを張り出してなり、それら鍔部１４Ｂ，１４Ｂが外側筒部１３の両端内側に嵌合されて溶接されている。これにより、外側筒部１３と内側筒部１４との間に密閉空間１５が形成されている。また、内側筒部１４の両端部には、テーパ面１４Ｔが形成され、このテーパ面１４Ｔの周方向の所定の位置に複数の螺子孔１４Ｎが形成されている。

密閉空間１５には、磁束生成部１６が収容されている。磁束生成部１６は、図２に示すように、環状のヨーク１８の２箇所に１対の電磁石１７，１７を設けた構造になっている。これら電磁石１７，１７は、内側筒部１４を径方向で挟んで対向配置されている。また、各電磁石１７は、軸状の鉄芯１７Ａにコイル１７Ｂを巻回してなり、コイル１７Ｂの端末部が、後述する計測制御部２３に接続されている。

鉄芯１７Ａのうち内側筒部１４から離れた側の一端面は、ヨーク１８に接合されている。一方、鉄芯１７Ａの他端面は、内側筒部１４の外面に固定された磁極１９に接合されている。この磁極１９は、帯板を内側筒部１４の外面に沿って湾曲させた構造をなしている。そして、コイル１７Ｂ，１７Ｂが励磁されると、一方の磁極１９から他方の磁極１９に向かって磁束が延びて計測路１２内を磁束が横切ると共に、ヨーク１８を介して両電磁石１７，１７が磁気的に結合される。

内側筒部１４のうち各電磁石１７，１７から９０度間隔を空けた位置には、１対の検知電極２０，２０が設けられている。具体的には、図２に示すように内側筒部１４における２つの位置に貫通孔２０Ａ，２０Ａが形成されており、そこにピン状の検知電極２０，２０が嵌合固定されると共に、防水処理が施されている。そして、検知電極２０の一端が計測路１２内の流体に接触すると共に、検知電極２０の他端に接続された電線が、密閉空間１５内で取り廻されて計測制御部２３に接続されている。

計測制御部２３は、外側筒部１３から起立した支柱２４の先端に設けられている。そして、各電磁石１７及び検知電極２０の電線が支柱２４の内側を通って計測制御部２３の図示しない回路に接続されている。計測制御部２３は、計測路１２内で磁束が交番するように両電磁石１７，１７を励磁し、このとき、計測路１２内の流れる流体が磁束を横切ることで１対の検知電極２０，２０の間に生じた電位差を取り込む。そして、その電位差に基づいて流体の流速を演算する。ここで、流体の流速は、計測路１２の中心側が大きく、計測路１２を囲む壁部側が小さくなるようにばらついているので、周知な重み関数を用いて計測路１２内の平均の流速を求める。そして、予め計測制御部２３に設定された計測路１２の断面積を流速を乗じることで流量を演算する。

図３に示すように、電磁流量計１０のボディ１１の内側には、必要に応じて１対の計測路変更部材２５，２５が取り付けられるようになっている。計測路変更部材２５は、合成樹脂製の本体部２６に、磁性体を絶縁部材でコーティングしてなる磁路構成体２９を埋設してなる。本体部２６は、図４に示すように、全体として円柱体の一部を縦割りにした所謂蒲鉾形状をなし、その長手方向の中間部には底面から湾曲面に亘って断面矩形の貫通孔２７が形成されている。また、貫通孔２７における底面側の開口縁は、貫通孔２７を囲む枠形に陥没して段差部２７Ａになっている。

一方、磁路構成体２９は、本体部２６の貫通孔２７の内側空間に対応したマウント部２９Ａの一端に、本体部２６の段差部２７Ａに対応した矩形板部２９Ｂと一体構造になっている。そして、本体部２６に磁路構成体２９を組み付けた状態では、図３に示すように、磁路構成体２９におけるマウント部２９Ａの曲面２９Ｋが、計測路変更部材２５の全体の曲面２５Ｋ（即ち、本体部２６の湾曲面）と面一になり、磁路構成体２９における矩形板部２９Ｂの端面２９Ｔが、計測路変更部材２５の全体の底面２５Ｔ（即ち、本体部２６の底面）と面一になっている。なお、磁路構成体２９は、貫通孔２７内に例えば接着剤によって抜け止めされている。

本体部２６の両端面には、取付金具３０がねじ止めされている。図４に示すように、取付金具３０は、本体部２６の端面に対応した略半円形状をなし、その湾曲した外縁部からは複数の突片３１が張り出している。また、各突片３１には、螺子を貫通させるために取付孔３１Ａが貫通形成されている。

図５と図６とに比較して示すように、計測路変更部材２５には、その曲面２５Ｋと底面２５Ｔとの間の高さ（図５のＨ１、図６のＨ２参照）が異なる種類が複数揃えられている。そして、何れの計測路変更部材２５においても、それら計測路変更部材２５の曲面２５Ｋを、ボディ１１における計測路１２の内周面に密着させることができる。これにより、計測路変更部材２５が計測路１２内で安定する。また、計測路変更部材２５の曲面２５Ｋを、ボディ１１における計測路１２の内周面に密着させると、突片３１がボディ１１に備えたテーパ面１４Ｔに敷設した状態になる。そして、テーパ面１４Ｔに形成された螺子孔１４Ｎに、突片３１の取付孔３１Ａ（図４参照）を一致させて、その螺子孔１４Ｎに螺子を螺合することで、計測路変更部材２５がボディ１１の内面の正規の位置に固定される。ここで、計測路変更部材２５を固定するための螺子孔１４Ｎはボディ１１の端部に配置されているので、螺子の操作を容易に行うことができる。

計測路変更部材２５がボディ１１に固定されると、計測路変更部材２５の磁路構成体２９が電磁石１７，１７の間に配置されて、磁性体である磁路構成体２９を磁束が通過する。これにより、ボディ１１に計測路変更部材２５が取り付けられても、計測路１２内の磁束を効率よく流体に与えることができ、１対の検知電極２０，２０の間の電位強度の低下を抑えることができる。そして、計測路変更部材２５の磁路構成体２９と磁極１９とが、ボディ１１における内側筒部１４を介して隣接するので、それら磁極１９と磁路構成体２９との間の磁気損失を低減させることができる。また、磁路構成体２９を構成する磁性体は、絶縁部材でコーティングされているので計測路１２内に露出させることができる。

上記した計測路変更部材２５を取り付けるか否か、又は、取り付けられた計測路変更部材２５の種類によって計測路１２の断面積が変わる。そこで、計測制御部２３には、計測路変更部材２５に関する設定手段（図示せず）が備えられている。そして、その設定手段により、計測路変更部材２５の有無、計測路変更部材２５の種類等の情報を入力すると、その情報に応じて計測制御部２３内のＲＯＭから重み関数を含んだ演算定数、及び計測路１２の断面積等が読み出され、各仕様に応じた流量演算が行われる。

ところで、電磁流量計１０には、流量計測を精度良く行うために好ましい「流速」の範囲がある。ここで、その好ましい「流速」をＶ１とし、計測路変更部材２５の不使用時の計測路１２の断面積をＳ１とし、電磁流量計１０と同じ口径の配管５０（図１参照）に流される設計上の平均流量をＭ１とすると、次式（１）が成立するように計測路１２の断面積Ｓ１が設定されている。

Ｍ１／Ｓ１＝Ｖ１ ・・・・（１）

即ち、原則として電磁流量計１０と同じ口径の配管５０に電磁流量計１０を取り付けた場合に、計測路変更部材２５を用いずに高精度で流量測定を行うことができるようになっている。

上記のように構成された本実施形態の電磁流量計１０に関する作用効果について以下説明する。電磁流量計１０を備えた配管設備を設計する場合には、流体の設計上の流量に応じて配管５０（図１参照）の口径を決定し、その口径に応じて電磁流量計１０の種類を選定する。そして、計測路変更部材２５を備えない状態で電磁流量計１０を配管５０に取り付ける（図１参照）。
さて、配管設備の完成後、実際に配管５０に流体を流した状態で、電磁流量計１０により流量を計測すると、その計測結果が設計値通りの値にならない場合がある。
この場合、例えば、配管５０の端部開口から流れ出る流体を所定の容器に流し込み、その容器の容積と容器が満杯になるまでの時間とから流量を求め、電磁流量計１０が正常に作動しているか否かをチェックする。そして、電磁流量計１０の計測結果と実際の流量とが電磁流量計仕様の計測範囲外であった場合、又は所定の許容誤差を超えていた場合には、測定対象の流体の流量が、電磁流量計１０の仕様に適合してないと判断する。このような場合、配管５０の設計段階では安全率を考慮しているので、大抵の場合は配管５０を流れる流体の流量は設計値より低い。
そこで、電磁流量計１０を配管５０から取り外し、図７に示すように、ボディ１１の内側に１対の計測路変更部材２５を取り付ける。このとき、例えば、配管５０に流される設計上の好ましい平均流量がＭ１であるのに対し、実際には例えば２分の１の流量（＝１／２・Ｍ１）であったとすると、計測路１２の断面積Ｓ１を２分の１にするための計測路変更部材２５を電磁流量計１０に取り付け、その計測路変更部材２５に関する情報を計測制御部２３にて入力すればよい。すると、計測路１２内の流速Ｖ２は、

Ｖ２＝（１／２・Ｍ１）／（１／２・Ｓ１）＝Ｍ１／Ｓ１・・・・（２）

となり、上記式（１）で説明した、流量計測を精度良く行うために好ましい流速Ｖ１にすることができる。これにより、配管５０内の流体の流量を精度良く測定することができる。また、磁路構成体２９があることにより、計測路変更部材２５に分散しようとする磁束を効率よく流体に与えることができるため、断面積Ｓ１の縮小幅を少なく抑えることができる。

ところで、工場等の配管設備には、通常、口径及び／又は流量が異なる複数種類の配管が備えられている。そして、それら配管の種類に応じて異なる種類の電磁流量計１０を取り付けたり、メンテナンス用に複数種類の電磁流量計１０を揃えておくとコストがかかる。しかしながら、図８及び図９に示すように、一端と他端の口径が異なるレデューサー５１，５２と本実施形態の電磁流量計１０を用いれば、１つの電磁流量計１０で複数種類の配管５０に対応することができる。即ち、各配管５０の流量に応じて計測路変更部材２５を選定して電磁流量計１０のボディ１１に取り付け、或いは、場合によっては計測路変更部材２５を付けない状態にする。そして、レデューサー５１（又は５２）を介して各配管５０に電磁流量計１０を取り付ければよい。これにより、何れの配管５０に電磁流量計１０を取り付けても、その計測路１２内の流速を、流量計測を精度良く行うために好ましい値にすることができ、精度良く流量測定を行うことが可能になる。

このように、本実施形態の電磁流量計１０によれば、配管５０に流れる流量に応じて、電磁流量計１０のボディ１１に計測路変更部材２５を適宜着脱することで計測路１２の断面積が変更され、計測路１２内の流速を流量計測に適した大きさに近づけることができる。これにより、１台の電磁流量計１０で、流量が異なる複数種類の配管に対応することが可能になる。しかも、計測路変更部材２５が複数種類設けられて選択的にボディ１１に取り付けられるので、計測路１２の断面積を細かく変更することができる。

［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）前記実施形態では、電磁石１７，１７の間に計測路変更部材２５，２５が配置されていたが、図１０に示すように検知電極２０，２０の間に計測路変更部材２５’，２５’を配置すると共に、本体部２６’に導電部材２０Ｂを埋設し、その導電部材２０Ｂの一端を検知電極２０に接触させかつ他端を計測路１２に臨ませた構造にしてもよい。
ただし、前記実施形態の電磁流量計１０のように計測路変更部材２５，２５を電磁石１７，１７の間に配置して、それら計測路変更部材２５，２５が１対の検知電極２０，２０を挟んで対向配置された構造とすれば、検知電極２０，２０を上記した導電部材２０Ｂによって延長せずに済むので、計測路１２内の断面積の変更を容易に行うことができる。

（２）前記実施形態では、計測路１２の断面形状が円形になっていたが、計測路１２の断面形状は円形に限定されるものではなく、また、計測路変更部材の形状も上記した所謂蒲鉾形状に限定されるものではない。

（３）前記実施形態では、計測路変更部材２５が対をなして計測路１２内に設けられていたが、計測路変更部材２５の数は計測路１２内に３つ以上或いは１つであってもよい。

（４）前記実施形態では、計測路変更部材２５がボディ１１に螺子止めしていたが、計測路変更部材をボディに溶接したものも本発明に含まれる。

（５）前記実施形態の計測路変更部材２５は、合成樹脂製の本体部２６に磁性体よりなる磁路構成体２９を埋設した構成であったが、計測路変更部材全体を蒲鉾形の磁性体で構成し、その磁性体の外面全体を絶縁コーティングした構成としてもよい。

（６）前記電磁流量計１０では、計測路変更部材２５の種類等の各種情報を前記計測制御部２３に入力する必要があったが、例えば計測路変更部材２５にＩＣチップを供え、各種情報が自動的に入力される設定手段を備えた構成にしてもよい。

本発明の一実施形態に係る電磁流量計の側断面図 電磁流量計の正断面図 電磁流量計のボディに計測路変更部材を取り付けた状態の側断面図 計測路変更部材の分解斜視図 電磁流量計のボディに計測路変更部材を取り付けた状態の正断面図 電磁流量計のボディに計測路変更部材を取り付けた状態の正断面図 電磁流量計のボディに計測路変更部材を取り付けた状態の側断面図 レデューサーを介して電磁流量計を配管に取り付けた状態の側断面図 レデューサーを介して電磁流量計を配管に取り付けた状態の側断面図 電磁流量計の変形例を示した正断面図

符号の説明

１０ 電磁流量計
１１ ボディ
１２ 計測路
１３ 外側筒部
１４ 内側筒部
１５ 密閉空間
１７ 電磁石
１９ 磁極
２０ 検知電極
２５，２５’ 計測路変更部材
２９ 磁路構成体
３０ 取付金具
３１ 突片（突部）
３１Ａ 取付孔
５０ 配管

Claims (8)

1. 配管の途中に接続されるボディと、前記ボディの内側に形成されて前記配管を流れる流体が通過する計測路と、前記計測路内に磁束を発生させる電磁石と、前記計測路内に対向配置された１対の検知電極とを備え、前記計測路内を前記流体が流れることによって前記１対の検知電極の間に生じた電位差に基づいて、前記流体の流量を計測する電磁流量計において、
   前記ボディの内側に取り付けられることで、前記計測路の断面積を変更可能な計測路変更部材を備えたことを特徴とする電磁流量計。
2. 前記計測路変更部材は、複数種類設けられて選択的に前記ボディに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の電磁流量計。
3. 前記ボディのうち前記計測路の内側空間は、円柱状をなし、
   前記計測路変更部材は、前記計測路の内側空間に対応した円柱体の一部を縦割り分割した構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁流量計。
4. 前記計測路変更部材の端部に取付金具が固定され、前記取付金具から前記計測路変更部材の側方に張り出した突部を、前記ボディの端部に螺子にて固定したことを特徴とする請求項３に記載の電磁流量計。
5. 前記電磁石は、前記計測路の中心軸を挟んで対をなすと共に、前記計測路変更部材は、それら電磁石の内側で対をなしかつ前記計測路の中心軸及び前記１対の検知電極を挟んで対向配置されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電磁流量計。
6. 前記計測路変更部材は、合成樹脂からなる本体部と、前記本体部のうち前記電磁石に対応した部分に埋設された磁性体からなる磁路構成体とを備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電磁流量計。
7. 前記計測路変更部材の前記本体部には、前記電磁石に対応した位置に貫通孔が形成されると共に、前記磁路構成体は、前記磁性体を絶縁部材でコーティングしてなりかつ前記貫通孔に嵌合されたことを特徴とする請求項６に記載の電磁流量計。
8. 前記ボディは、外側筒部と、前記外側筒部の内側に固定されて前記外側筒部との間に密閉空間を形成する内側筒部とからなり、
   前記電磁石には、前記内側筒部の外面に密着した磁極が備えられ、その磁極と前記磁路構成体とが共に前記内側筒部に密着して隣接したことを特徴とする請求項６又は７に記載の電磁流量計。
   

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