JP2007139544A - 電磁流量計及び電磁流量計の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フローノイズが小さく、短時間で製造可能で、高精度・安定・低コストの電磁流量計及び電磁流量計の製造方法を提供する。
【解決手段】測定流体に磁場を印加して前記測定流体の流量に対応して発生する起電力を電極で取り出す電磁流量計において、前記電極は、表面にショットブラストにより形成された凹凸構造を備えることを特徴とする電磁流量計。
【選択図】 図１

Description

本発明は、測定流体に磁場を印加して前記測定流体の流量に対応して発生する起電力を
取り出す電磁流量計及び電磁流量計の製造方法に関する。

従来の電磁流量計には、旋盤またはファインカッターでカットしたままの電極を備えるものと、旋盤またはファインカッターでカットの後サンドペーパーまたはバフ等で機械的な研磨（素地調整）をした電極を備えるものとが一般的であった。

このような、電磁流量計は、測定流体に磁場を印加して前記測定流体の流量に対応して発生する起電力を電極で取り出す構成となっている。

そして、電磁流量計は、その電極表面と測定流体との電荷のやりとりで発生するフローノイズが生じる。例えば、電極材料がＳＵＳ３１６Ｌ、流体が水道水（５ｋΩｃｍ）、流速が４ｍ／ｓのときに、従来技術に係る電磁流量計のフローノイズｅｎは２．３μＶ_ＰＰ程度であった。ただし、フローノイズは電極の表面状態によって変化する。

さらに、このフローノイズは、流量測定のための信号起電力Ｅに重畳し、測定誤差に影響を与える。

一方、このフローノイズを抑制するために、電極表面に処理を施した電磁流量計もある（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。

特開平７−３０６０６７号公報 木原 啓介、他１名、"電磁流量計の電極挙動"、平成５年１０月２７日・２８日・２９日、第３６回自動制御連合講演会 ４０２８ ｐｐ．４１５

しかしながら、従来の電磁流量計における電極表面の処理では、十分なフローノイズの抑制ができないという課題がある。また、電極表面の処理に過大な工数・時間を要するという課題がある。

そして、この技術分野では、僅かでもフローノイズを抑制したいという根強い要求があるという事情がある。また、本出願人は、このような課題に対して、先行する特願２００４−３６０８２０号を出願している。

本発明の目的は、以上説明した課題を解決するものであり、フローノイズが小さく、短時間で製造可能な電磁流量計及び電磁流量計の製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、高精度・安定・低コストの電磁流量計及び電磁流量計の製造方法を提供することにある。

このような目的を達成する本発明は、次の通りである。
（１）測定流体に磁場を印加して前記測定流体の流量に対応して発生する起電力を電極で取り出す電磁流量計において、前記電極は、表面にショットブラストにより形成された凹凸構造を備えることを特徴とする電磁流量計。
（２）前記ショットブラストの砥粒がドライアイスであることを特徴とする（１）記載の電磁流量計。
（３）前記ショットブラストの砥粒が氷であることを特徴とする（１）記載の電磁流量計。
（４）前記電極は、表面にＦｅ_３Ｏ_４から成る酸化皮膜を備えることを特徴とする（１）記載の電磁流量計。
（５）前記電極は、電解研磨から成る不動態皮膜を備えることを特徴とする（１）記載の電磁流量計。
（６）測定流体に磁場を印加して前記測定流体の流量に対応して発生する起電力を電極で取り出す電磁流量計の製造方法において、前記電極の表面にショットブラストにより形成された凹凸構造を形成するステップ、前記電極を測定流体が流れる測定管に組み込むステップ、を備えることを特徴とする電磁流量計の製造方法。

本発明によれば次のような効果がある。
本発明によれば、接液直後からフローノイズが小さく、短時間で製造可能な電磁流量計及び電磁流量計の製造方法を提供できる。また、本発明によれば、高精度・安定・低コストの電磁流量計及び電磁流量計の製造方法を提供できる。

以下に図１に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例を示す構成図である。
図１の実施例の特徴は、電極１０に係る構成にある。

まず、はじめに、本発明に係る電磁流量計について説明する。
図１の実施例において、一対の電極１０は測定管１３に組み込まれる。また、変換器２０は電極１０に電気的に接続される。さらに、コア１１及び励磁コイル１２は、測定管１３に隣接して形成される。

このような図１の実施例において、測定管１３には測定流体（例えば、水）が流れる。また、コア１１及び励磁コイル１２は、測定管１３内の測定流体に磁界を生成する。そして、磁界内を測定流体が移動すると、ファラデーの電磁誘導の法則に従って、信号起電力Ｅが発生する。また、磁界が電気的に絶縁された測定管１３に直角で、測定流体の導電率が低すぎなければ、内面の一対の電極１０間から電圧が測定できる。この電圧は、測定流体の平均速度及び電極間距離に比例する。

よって、このことにより、電極間から電圧から測定流体の流速及び流量が測定できる。さらに、信号起電力Ｅ、磁束密度Ｂ、平均流量ｖ、測定管内径Ｄ、幾何学定数ｋにおいて、Ｅ＝ｋ・Ｄ・ｖ・Ｂの関係がある。

図２は、図１の実施例の断面図である。図１と同一の要素には同一符号を付し、説明を省略する。一対の電極１０、電極１０’は測定流体に接するように配置される。また、電極１０はバッファＵ１を介して差動増幅器Ｕ２の一方の入力に接続され、電極１０’はバッファＵ１’を介して差動増幅器Ｕ２の他方の入力に接続される。

そして、電極１１には、信号起電力とフローノイズとが発生し、差動増幅器Ｕ２の出力に測定流体の流速及び流量に係る差動出力とフローノイズとが発生する。

次に、本発明に係る電極１０に係る構成について詳しく説明する。
電極１０は、ステンレスで形成し、その表面にショットブラストにより形成された凹凸構造を備える。詳しくは、この凹凸構造は、圧縮空気に砥粒を混合したものが吹き付けられて形成される。また、表面にショットブラストにより形成された凹凸構造を備える電極は、無光沢、梨地の仕上げとなり、均一な粗となる。

このようなショットブラストにより形成された凹凸構造を備える電極１０を備える電磁流量計は、フローノイズが小さい特性になることを実験により、新たに確認した。

具体的には、例えば、電極材料がＳＵＳ３１６Ｌ、流体が水道水（５ｋΩｃｍ）、流速が４ｍ／ｓのときに、本発明に係る電磁流量計のフローノイズｅｎは１．８μＶ_ＰＰ程度となった。

このようなことから、本発明によれば、フローノイズが小さい電磁流量計を提供できる。

また、図３は、フローノイズｅｎの特性である。フローノイズｅｎは、測定流体の速度ｖが増加すると速度ｖの２乗に相関して増加し、測定流体の抵抗率ρが増加すれば増加し、測定流体の液体粘度が増加すれば反比例して減少する。また、フローノイズのノイズスペクトルＰＳＤ（ｅｎ）は、コーナー周波数ｆｃが約１０Ｈｚであり、コーナー周波数ｆｃよりも低い周波数ではほぼ一定であり、コーナー周波数ｆｃよりも大きな周波数では周波数に反比例（１／ｆ）する特性となる。

さらに、図４は、電極面積に対するフローノイズの特性である。横軸に電極面積、縦軸にフローノイズ振幅を示す。測定流体の流速が０ｍ／ｓ，１ｍ／ｓ，２ｍ／ｓ，４ｍ／ｓのときの実験値結果がプロットされている。

電極面積が大きくなると、電極表面上のノイズの平均化効果が上がり、フローノイズが小さくなる。

また、ショットブラストにより形成された凹凸構造によって、実質的に電極面積は大きくなる。さらに、ショットブラストにより、電極表面が大きな衝撃力を受け加工硬化を起こし、表面に圧縮残留応力が発生して疲労強度の耐性が上がる。

最後に、本発明に係る電磁流量計の製造方法について説明する。

電極１０の表面に関して、ショットブラストにより形成された凹凸構造は、例えば、ドライアイスの砥粒で形成するステップを実行する。

そして、電極１０を測定流体が流れる測定管１３に組み込むステップを実行する。このようにして、電磁流量計を製造する。

このような電磁流量計の製造方法は、電極１０を測定管１３に組み込んだ後に、フローノイズ対策の工程を必要としないため、効率的な生産を可能にする。また、製造に要するコストを低くできる。

さらに、ショットブラストの砥粒がドライアイスである場合、砥粒は二酸化炭素の気体となって大気中に放出する。したがって、電極と砥粒との分離が容易であり、電極に砥粒が残留することがなく、加工後の廃棄が極めて容易である。さらにまた、局部電池を発生しないという利点がある。

また、上述の実施例の製造方法において、ショットブラストの砥粒が純水を凍らせた氷である場合、凹凸構造を形成すると共に、水酸化物の不動態皮膜（水和水酸化クロム）を形成する。したがって、一層電極表面上のノイズの平均化効果が上がり、フローノイズが小さくなる。そして、電極と砥粒との分離が容易であり、電極に砥粒が残留することがなく、加工後の廃棄が極めて容易である。さらにまた、局部電池を発生しないという利点がある。

さらに、上述の実施例とは別に、電極の表面が、ショットブラストにより形成された凹凸構造とＦｅ_３Ｏ_４から成る酸化皮膜とを備える場合は、フローノイズが一層小さい特性になる。

詳しくは、電極の表面について、ショットブラストにより凹凸構造形成した後に、Ｆｅ_３Ｏ_４から成る酸化皮膜を形成する。あるいは、電極の表面について、Ｆｅ_３Ｏ_４から成る酸化皮膜を形成した後に、ショットブラストにより凹凸構造形成する。

また、電極１０の表面に関して、Ｆｅ_３Ｏ_４から成る酸化皮膜は、例えば、アルカリ溶液中で形成する。具体的には、アルカリ溶液は、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムまたは炭酸カリウムを用いる。

さらに、例えば、アルカリ溶液中に電極１０を浸漬した状態で、電極１０に正電圧を印加して（電極を陽極として）酸化皮膜を形成する。あるいは、例えば、加温したアルカリ溶液中に電極１０を浸漬して酸化皮膜を形成する。

実験によれば、１０秒から１５秒程度の浸漬時間で形成された酸化皮膜で、十分に低いフローノイズの特性が得られた。なお、１０秒から１５秒程度の浸漬時間で形成された酸化皮膜は、灰色となる。この酸化皮膜は、１μｍから２μｍ程度の厚さの多孔質の皮膜であり、黒色の不動体皮膜である。

また、上述の実施例とは別に、電極の表面が、ショットブラストにより形成された凹凸構造と電解研磨から成る不動態皮膜とを備える場合は、フローノイズが一層小さい特性になる。

詳しくは、電極の表面について、ショットブラストにより凹凸構造形成した後に、電解研磨から成る不動態皮膜を形成する。あるいは、電極の表面について、電解研磨から成る不動態皮膜を形成した後に、ショットブラストにより凹凸構造形成する。

さらに、電極１０の表面に関して、電解研磨から成る不動態皮膜は、５０オングストローム以下の深さでクロムの密度が鉄の密度よりも高くなる界面を備える

以上のように、本発明は、上述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲でさらに多くの変更及び変形を含むものである。

本発明の一実施例を示す構成図である。 図１の実施例の断面図である。 フローノイズの特性である。 電極面積に対するフローノイズの特性である。

符号の説明

１０ 電極
１１ コア
１２ 励磁コイル
１３ 測定管
２０ 変換器

Claims (6)

1. 測定流体に磁場を印加して前記測定流体の流量に対応して発生する起電力を電極で取り出す電磁流量計において、
   前記電極は、表面にショットブラストにより形成された凹凸構造を備えることを特徴とする電磁流量計。
2. 前記ショットブラストの砥粒がドライアイスであることを特徴とする請求項１記載の電磁流量計。
3. 前記ショットブラストの砥粒が氷であることを特徴とする請求項１記載の電磁流量計。
4. 前記電極は、表面にＦｅ_３Ｏ_４から成る酸化皮膜を備えることを特徴とする請求項１記載の電磁流量計。
5. 前記電極は、電解研磨から成る不動態皮膜を備えることを特徴とする請求項１記載の電磁流量計。
6. 測定流体に磁場を印加して前記測定流体の流量に対応して発生する起電力を電極で取り出す電磁流量計の製造方法において、
   前記電極の表面にショットブラストにより形成された凹凸構造を形成するステップ、
   前記電極を測定流体が流れる測定管に組み込むステップ、
   を備えることを特徴とする電磁流量計の製造方法。
   
   

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