JP2007532902A - 基準電極を備えた電磁流量計 - Google Patents

Abstract

流量計の流管（２００）内を流れるプロセス流体に電気的に結合するように構成された基準電極（２１２）を含む電磁流量計（２０）が提供される。基準電極（２１２）は、プロセス流体の電位を計測するように適合されている。電流制限器（２１６）は、基準電極（２１２）を通過する電流を制限し、それにより、基準電極（２１２）の腐食を減らすように構成されている。

Description

発明の分野
本発明は、プロセス計測及び制御産業に関する。より具体的には、本発明は、電磁流量計に関する。

発明の背景
流管中の導電性プロセス流体の流量を計測するために電磁流量計が使用される。導電性流体は、電磁石及び電極を通過して流れる。ファラデーの電磁誘導の法則によると、印加される磁場により、起電力（ＥＭＦ）が流体中に誘導される。ＥＭＦは流体の流速に比例する。電極は、流管中に配置されて、流動する流体と電気的に接触する。電極が、流体中に電磁的に誘導されるＥＭＦを感知すると、そのＥＭＦを使用して流速を測定することができる。ＥＭＦは、電極間に接続されたフロントエンド差動増幅器を使用する流量計によって計測される。プロセス流体の電位が差動増幅器のための基準として使用される。この基準は必ずしもアースでなくてもよいことに注意すること。

トランスミッタは、安定な読みを出すためには、プロセスを参照しなければならない。このプロセス接続は、流管とプロセスとの間の電気的接続を保証することによって確立される。これは、流管に巻き付くアースリング、流管に直接接続される接地電極又は流管と隣接する導電性管との間のストラップを用いて実施することができる。アースは、低雑音基準を提供することができ、しばしば、電気安全規定によって求められる。しかし、アースは、正しい作動のために必ずしも求められるわけではない。施設によっては、プロセスの電気的性質又はプロセス流体の腐食性のため、プラスチックもしくは非導電性の管又は金属管中のライニングを使用する。これらの場合、プロセスは、アースとは異なる電位にあることができる。接地電極と流管との間の、ボルト又は他の手段による接続は、接地リング又は接地電極の腐食を招くおそれのある、アースへの電流の経路を提供することができる。

多くのプロセス施設では、プロセス流体を運ぶプロセス配管は導電性であり、プロセス流体と接触する。したがって、流管からのストラップをプロセス配管に接続するだけで、導電性流体が流管と同じ電位であることを保証することになる。しかし、用途によっては、プロセス配管そのものが非導電性であるかもしれないし、非導電性の内側ライニングを有するかもしれない。したがって、プロセス配管そのものへの電気接触は、プロセス流体の基準を設けることにはならない。このような状況では、代替技術を使用してプロセス流体に電気的に結合しなければならない。たとえば、流量計の中又はそれに隣接するところに接地リング又は接地電極を使用することによってプロセスの基準を達成することができる。

従来技術の電磁流量計で起こってきた問題の一つは、接地電極の著しい腐食である。接地電極と流管との間の、ボルト又は他の手段による接続は、接地リング又は接地電極の腐食を招くおそれのある、アースへの電気的接続の経路を提供することができる。接地電極が腐食する傾向にある施設では、流管は、アースへの電気路を断つためにアースから電気的に絶縁することができる。これは一般に、電流がプロセス流体及び接地電極を介してアースまで流れることを防ぐ。この手法は一般に多くの問題を解消してきたが、すべての状況に対処しているわけではない。

特定の用途のせいで流管をアースから絶縁することが実現できない状況が依然として存在する。そのようなケースの一例は、流管を設置するために使用されるボルトそのものが、流管と、隣接するプロセス配管との間で電気路を提供するケースである。もう一つの例は、流管を隣接する配管から絶縁することを防ぐ金属ライニング管の使用である。しかし、これは、アースへの何らかの経路を提供して、接地電極又は接地リングの迷走電食を生じさせる可能性がある。このような環境では、接地リングを使用することができる。接地リングは、接地電極と比較してより大きな表面積を提供し、腐食ははるかに問題にならない。しかし、状況によっては、接地リングは非実用的である。たとえば、接地リングの破損はプロセス流体の漏れを招くおそれがある。さらには、白金のような不活性材料の使用は費用を要する。したがって、腐食に抵抗することができ、接地リングよりも廉価である接地電極を電磁流量計に設けることは、一部の施設においては特に有用であろう。

発明の概要
電磁流量計は、プロセス流体に電気的に結合されるように適合された回路を含む。基準コンタクトが、流管内を流れるプロセス流体と接触するように構成されている。基準コンタクトと回路との間には、基準コンタクトを通過する電流の流量を減らすための電気部品が直列に設けられている。

好ましい実施態様の詳細な説明
プロセス中に存在する迷走電流に応答して増大した接地電極腐食抵抗を提供する電磁流量計が開示される。特に、本発明の実施態様は、一部のプロセス施設中に存在する迷走電流が接地電極を介してアースに流れることを制限又は抑制するように働く。

図１は、本発明の実施態様が特に有用である電磁流量計の実施態様の部分切欠き図である。電磁流量計２０は、低磁気透過性材料で形成され、電気的絶縁ライナ２３を備えた流管２２、コイルによって形成された電磁石２６、強磁性コア又はシールド２８及び電極３０、３２を含む。電磁石２６及び電極３０、３２は、接地電極３５と同様に、トランスミッタ回路３４にワイヤ接続されている。作動中、トランスミッタ回路３４が電流で電磁石２６を駆動し、電磁石２６が、矢印によって示される磁場３６を流管２２内に発生させる。プロセス流体２１が流管２２中の磁場を通って流れ、その流れが液体２１中に起電力（ＥＭＦ、電圧）を誘導する。絶縁ライナ２３は、液体２１から金属流管２２へのＥＭＦの漏れを防ぐ。電極３０、３２は、液体２１と接触し、ファラデーの法則にしたがって流管２２中の液体２１の流速に比例するＥＭＦをピックアップしたり又は感知したりする。

図２は、従来技術の電磁流量計の回路の図である。電磁流量計１２０は、絶縁ライナ１２６を有する流管１２４を含み、この流管は、流管１２４に電気的に接続され、一般にアース１３０に接続される液体１２８を運ぶように適合されている。プロセス配管がプロセス流体に電気的に結合されると、配管と流管との間の電気的接続が、流管へのプロセス流体１２８の必要な電気結合を提供する。コイル１３４は、駆動回路１５２からの駆動信号に応答してプロセス流体に磁場を印加するように配置されている。電極１３８及び１４０が増幅器１５０及び１４８をそれぞれ介して計測回路１５４に結合している。計測回路１５４は、公知技術にしたがって、流量に関連する出力を提供する。

図２に示すように、電磁流量計１２０内の部品は、通常、共通の基準に結合されている。たとえば、増幅器１４８及び１５０は、流管に接続されている共通の基準を参照する。これは、トランスミッタがプロセスの基準によって各電極に共通の雑音を除去することを可能にする。

図２に示す構成は、プロセス配管そのものが金属製であり、したがって、流管に直接接続されるとプロセス流体への強い電気的基準を提供することができる場合に特に良好に作用する。しかし、プロセス配管がプロセスへの電気的基準を提供しないいくつかの状況がある。具体的には、一部のプロセス施設は、非導電性配管を使用するか、非導電性内側ライニングを有する導電性配管を使用する。このような場合、フロントエンド増幅器がプロセス流体の電位を参照することがなおも重要である。理由は、迷走電流及び／又は干渉に応じてプロセス流体の電位が著しく変化するとき、電極１３８、１４０の間で計測される電位は通常、１ミリボルト以上のオーダであるからである。これらの場合、第三の接地電極が電磁流量計とともに使用される。この接地電極は、プロセス流体と電気的に接触するために使用される。しかし、一部の施設では、接地電極の腐食は受け入れがたいほど急速に起こる。本発明は、プロセス流体中に存在する、電極を介してアースに分路される迷走電流によって接地電極の過度な腐食が生じることがあるという認識を含む。たとえば、一部のプロセスは、接地電極を介して漏れるかもしれない大きな電位又は電流のプロセス流体への印加を要する。

図３は、本発明の実施態様の電磁流量計の中で使用する流管の一部の図である。流管の部分２００は、非導電性カプラ２０４、２０６をそれぞれ介して導電性ケーシング２０２の中を延びる電極１３８、１４０の対を含む。電極１３８、１４０はさらに、非導電性ライニング２０８の中を、各電極１３８、１４０が部分２００内を流れる流体に電気的に接触するように延びている。電極１３８及び１４０は、それぞれコネクタ２２２及び２２４を介して回路１９８（図４に示す）に結合している。図３では、接地電極２１２が、好ましくはカプラ２０４及び２０６と類似したタイプである非導電性カプラ２１４を介してケース２０２を通過している。しかし、導電性電極を非導電的に導電性ケーシング２０２に通す、又は電極２１２を導電性ケーシングから絶縁しながら他の方法でケーシング２０２の内部に電気的アクセスを提供するものならば、いかなる方法を使用してもよい。接地電極２１２は電流制限器２１６及び接続２２５を介して回路１９８（図４に示す）に結合されている。一つの実施態様では、電流制限器２１６は単に抵抗器である。しかし、中を通過する電流成分を制限又は減少するように機能することができるものならば、いかなる装置又は回路を使用して本発明の実施態様を実現してもよい。好ましくは、電流制限器２１６は、プロセス流体の電位を計測回路１９８に結合することを可能にする。したがって、電流制限器２１６は、フィルタ又は他の電子部品もしくは回路を含むことができる。さらには、図３は、１個の接地電極２１２しか示さないが、いかなる数又は構成のそのような電極を使用して、そのような複数の電極の上に腐食を広げてもよい。一部の実施態様では、接地電極２１２は接地リングを含むことができる。

図４は、本発明の実施態様の電磁流量計３００を示す。図２に示す部品と同種の部品には同じ参照番号を付けている。流管は、電流制限器２１６を介して増幅器１４８、１５０に動作的に結合している接地電極２１２を含む。したがって、増幅器１４８、１５０の出力は、プロセス流体の電位を参照する。

好ましい実施態様を参照しながら本発明を説明したが、当業者は、本発明の本質及び範囲を逸することなく、形態及び詳細の変更を加えることができることを認識するであろう。通常、電流制限器として抵抗器が使用される場合、その抵抗値は１０Ω〜kΩであるが、任意の適切な値、たとえば１００kΩ、１５０kΩ又はそれ以上を使用することもできる。接地電極は、白金のような任意の適切な材料であることができる。電流制限器は、例えば不純物を電極に加えることにより、又は制限器を電極とともに製造することにより、接地電極の一体部品にすることもできる。

本発明の実施態様が特に有用である電磁流量計の部分切欠き図である。 本発明の実施態様が特に有用である電磁流量計の図である。 本発明の実施態様の電磁流量計の中で使用する流管の一部の図である。 本発明の実施態様の電磁流量計の図である。

Claims (19)

1. 計測回路、
   流管、
   流管内に配置され、計測回路に結合された少なくとも第一及び第二の電極、
   計測回路に動作的に結合され、流管内のプロセス流体に電気的に結合するように配置された少なくとも一つの基準電極、及び
   基準電極に結合され、計測回路に結合するように適合され、基準電極の腐食を減らすように構成された電流制限器
   を含む電磁流量計。
2. 基準電極が白金を含む、請求項１記載の流量計。
3. 計測回路に動作的に結合され、プロセス流体に接触するように配置されたもう一つの基準電極をさらに含む、請求項１記載の流量計。
4. 電流制限器が抵抗器を含む、請求項１記載の流量計。
5. 抵抗器が約１０Ω〜約１５０kΩの抵抗値を有する、請求項４記載の流量計。
6. トランスミッタ回路を収容し、流管に結合されている導電性流量計ケースをさらに含み、電流制限器がケースに結合され、ケースがアースに結合されるように適合されている、請求項１記載の流量計。
7. 基準電極が非導電性カプラを介して流管に結合されて基準電極を流管から電気的に絶縁している、請求項１記載の流量計。
8. 計測回路が、第一の電極に結合された増幅器を含み、増幅器が、基準電極及び電流制限器を介してプロセス流体の電位に参照される、請求項１記載の流量計。
9. 基準電極が接地リングを含む、請求項１記載の流量計。
10. 電磁流量計のための流管であって、
    非導電性内面を有する導電性管、
    内面に配置され、プロセス流体と接触するように適合されている第一及び第二の電極、
    導電性管に取り付けられ、それから電気的に絶縁され、プロセス流体に電気的に結合するように配置されている基準電極、及び
    基準電極に電気的に結合するように構成され、計測回路に直列に結合するように適合されている電流制限器
    を含む流管。
11. 電流制限器が抵抗器である、請求項１０記載の流管。
12. 抵抗器が約１０Ω〜約１５０kΩの抵抗値を有する、請求項１０記載の流管。
13. 基準電極が白金を含む、請求項１０記載の流管。
14. 基準電極が非導電性カプラを介して流管に取り付けられている、請求項１０記載の流管。
15. 基準電極が接地リングを含む、請求項１０記載の流管。
16. 電磁流量計中のプロセス流体の電位を感知するように構成された基準電極の腐食を減らす方法であって、
    電流制限器を得ること、及び
    電流制限器を基準電極及び流量計測回路と電気的に直列に配置すること
    を含む方法。
17. 電流制限器が抵抗器を含む、請求項１６記載の方法。
18. 抵抗器が約１０Ω〜約１５０kΩの抵抗値を有する、請求項１６記載の方法。
19. 基準が接地リングを含む、請求項１６記載の方法。

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