JP2012047706A - 電磁流量計測システム及びその校正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型の環状流路でも小規模な校正装置で校正が可能な電磁流量計測システムを提供する。
【解決手段】導電性流体が流れる環状流路１の外周面に沿って互いに間隔をあけて複数の磁石５ａ，５ｂ，５ｃが設置され、環状流路１の外周面と直交する方向に磁界を形成する励磁部材５と、励磁部材５の磁石５ａ，５ｂ，５ｃ間に設けられ、磁界を導電性流体が横切ることで発生する電圧を計測する複数の電極６ａ，６ｂと、を備える電磁流量計４が環状流路１の周方向に互いに間隔をあけて複数設置された電磁流量計測システムであり、隣り合う電磁流量計４において最も近接する励磁部材５の端部の磁石５ａ，５ｃを異なる極性とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば高速炉の炉心や配管のように大口径の管路を流れる液体金属などの導電性流体の流量を計測するための電磁流量計測システム及びその校正装置に関する。

従来、環状流路などの多様な形状の流量を測定可能な電磁流量計があり、このような電磁流量計としては、例えば特許文献１に記載された技術がある。この特許文献１に記載された技術は、磁場発生装置を両磁極とも外壁片側に設置するものである。

具体的には、上記特許文献１に記載された技術は、管路外壁と直交する磁界を形成するための励磁装置と、上記磁界を導電性流体が横切ることにより発生する起電力を計測するための一対の電極とを有し、これら電極と上記励磁装置の両磁極とが管路外壁の片側に集約して配置されている。

特開２００７−４７０７１号公報

ところで、上記特許文献１に記載された技術は、電極と励磁装置の両磁極とが管路外壁の片側に集約して配置されているので、小型（小口径）の環状流路に流れる流量を計測可能であるものの、大型（大口径）の環状流路には、管路外壁に多くの流量計を設置する必要がある。

この場合、実機の環状流路が大きくなるほど、校正用の設備も同規模に大型化してコストが増大する。

本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、大型の環状流路でも小規模な校正装置で校正が可能な電磁流量計測システム及びその校正装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電磁流量計測システムは、導電性流体が流れる環状流路の外周面に沿って互いに間隔をあけて複数の磁石が設置され、前記環状流路の外周面と直交する方向に磁界を形成する励磁部材と、前記励磁部材の磁石間に設けられ、前記磁界を前記導電性流体が横切ることで発生する電圧を計測する複数の電極と、を備える電磁流量計が前記環状流路の周方向に互いに間隔をあけて複数設置された電磁流量計測システムであって、隣り合う前記電磁流量計において最も近接する前記励磁部材の端部の磁石を異なる極性としたことを特徴とする。

また、本発明に係る電磁流量計測システムは、導電性流体が流れる環状流路の外周面に沿って互いに間隔をあけて複数の磁石が設置され、前記環状流路の外周面と直交する方向に磁界を形成する励磁部材と、前記励磁部材の磁石間に設けられ、前記磁界を前記導電性流体が横切ることで発生する電圧を計測する複数の電極と、を備える電磁流量計が前記環状流路の周方向に互いに間隔をあけて複数設置された電磁流量計測システムであって、隣り合う前記電磁流量計において最も近接する前記励磁部材の端部の磁石を同じ極性としたことを特徴とする。

本発明に係る電磁流量計測システムの校正装置は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁流量計測システムの校正装置であって、前記環状流路を周方向に分割した一部分に相当する校正用流路と、前記電磁流量計と同様の構成であり、校正用流路に設置された校正用電磁流量計と、を備え、この校正用電磁流量計の測定電圧と前記校正用流路を流れる流体の量の関係を求めることを特徴とする。

本発明に係る電磁流量計測システムの第１実施形態を示す断面構成図である。 本発明に係る電磁流量計測システムの第２実施形態を示す断面構成図である。 本発明に係る電磁流量計測システムの第３実施形態を示す断面構成図である。 本発明に係る電磁流量計測システムの校正装置の第１実施形態を示す断面構成図である。 本発明に係る電磁流量計測システムから得られる流量と測定電圧との関係を示す図である。 本発明に係る電磁流量計測システムの校正装置の第２実施形態で用いる周方向の流速分布を示す図である。

以下、本発明に係る電磁流量計測システム及びその校正装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

（システムの第１実施形態）
図１は本発明に係る電磁流量計測システムの第１実施形態を示す断面構成図である。

図１に示すように、環状流路１は、断面形状が円環状の大型（大口径）の管路であり、例えば高速炉の炉心や配管のように液体金属ナトリウムなどの導電性流体が流れている流路である。また、環状流路１は、非磁性体製の内側ダクト２及び外側ダクト３により構成されている。この外側ダクト３の外周面には、６個の電磁流量計４が周方向に互いに一定間隔をあけて設置されている。ここで、外側ダクト３の外周面に設置される電磁流量計４の数は、環状流路１の外周の長さと電磁流量計４の幅との両者の関係によって決定される。本実施形態では、上記のように６個の電磁流量計４が設置されている。

電磁流量計４は、環状流路１の軸線と直交する方向に磁界を形成するための励磁部材５と、上記磁界を導電性流体が横切ることにより発生する電圧を計測するための一対の電極６ａ，６ｂと、これらの電極６ａ，６ｂにより計測した電圧に基づいて流量を導き出す流量換算処理回路７とを備えている。

励磁部材５は、互いに一定間隔をあけた３個の電磁石５ａ，５ｂ，５ｃを有し、それぞれの先端が環状流路１の外周面に接している。中央の電磁石５ｂの両側には、電極６ａ，６ｂが対称的に配置されている。また、電磁石５ａ，５ｂ，５ｃの後端は、それぞれ接続部５ｄにより接続されている。これらの電磁石５ａ，５ｂ，５ｃには、図示しないがそれぞれ励磁コイルが巻装され、これらの励磁コイルには、中央の電磁石５ｂの先端に現れる磁極と、両側の電磁石５ａ，５ｃの先端に現れる磁極とで、互いに極性が異なるように電流が流れている。

すなわち、電磁石５ａ，５ｂ，５ｃは、外側ダクト３の外周面に接する極性がＮ極とＳ極とが交互になるように設置されている。また、本実施形態は、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５における端部の電磁石の極性が同じになるように電磁石５ａ，５ｂ，５ｃが配置されている。

具体的には、３個の電磁石５ａ，５ｂ，５ｃが、例えばＮ極、Ｓ極、Ｎ極のように交互に設置された場合、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５の端部の電磁石５ａ，５ｃの極性は、Ｎ極となる。同様に、３個の電磁石５ａ，５ｂ，５ｃが、例えばＳ極、Ｎ極、Ｓ極のように交互に設置された場合、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５の端部の電磁石５ａ，５ｃの極性は、Ｓ極となる。

なお、本実施形態では、電磁石５ａ，５ｂ，５ｃの数を３個、電極６ａ，６ｂの数を一対設けるようにしたが、これらの数は、適宜変更可能である。

上記の構成からなる電磁流量計４は、上記各励磁コイルに電流を流した際には、両側の電磁石５ａ，５ｃの先端（Ｎ極）から中央の電磁石５ｂの先端（Ｓ極）に至る磁束が生じ、中央の電磁石５ｂの先端近傍に、外側ダクト３と直交する向き（環状流路１の径方向）の合成磁界が形成される。

その結果、中央の電磁石５ｂの先端近傍の導電性流体には、ファラデーの電磁誘導の法則により、磁界の向き（環状流路１の径方向）と導電性流体の流れる方向（環状流路１の軸方向）の双方に直交する向き（すなわち、両電極６ａ，６ｂを結ぶ線分の方向）に、導電性流体の流速に応じた起電力（電圧）が生じる。この起電力は、両電極６ａ，６ｂを介して外部に取り出され、その計測値に基づいて流量換算処理回路７により導電性流体の流量または流速が求められる。

このように本実施形態によれば、後述の実施形態に記載した校正装置による校正を適用することが可能であり、校正装置を小規模にすることが可能である。

また、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５の端部の電磁石５ａ，５ｃの極性を同じ極性としたことにより、外側ダクト３の外周面に設置される電磁流量計４の数が奇数、偶数のいずれであっても適用可能であるため、汎用性の高いシステムが得られる。

（システムの第２実施形態）
図２は本発明に係る電磁流量計測システムの第２実施形態を示す断面構成図である。なお、以下の各実施形態において、前記第１実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

また、各電磁流量計４の励磁部材５の電磁石は、前記第１実施形態と同様、それぞれ環状流路１の中心からみて反時計方向に５ａ，５ｂ，５ｃの順に互いに間隔をあけて配列されている。その他の実施形態も同様である。

図２に示すように、各電磁流量計４を構成している電磁石５は、外側ダクト３の外周面に接する極性がＮ極とＳ極とが交互になるように設置されている。また、本実施形態は、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５における端部の電磁石の極性が異なるように電磁石５ａ，５ｂ，５ｃが配置されている。

具体的には、互いに一定間隔をあけた３個の電磁石５ａ，５ｂ，５ｃが、例えばＮ極、Ｓ極、Ｎ極のように交互に設置された場合、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５の端部の電磁石５ａ，５ｃの極性は、Ｓ極となる。同様に、３個の電磁石５ａ，５ｂ，５ｃが、例えばＳ極、Ｎ極、Ｓ極のように交互に設置された場合、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５の端部の電磁石５ａ，５ｃの極性は、Ｎ極となる。

なお、その他の構成及び作用は、前記第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

このように本実施形態によれば、後述の実施形態に記載した校正装置による校正を適用することが可能であり、校正装置を小規模にすることが可能である。

また、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５の端部の電磁石５ａ，５ｃの極性を異なる極性としたことにより、電磁石５ａ，５ｂ，５ｃによって生じる磁場と、導電性流体の流動から生じる誘導電力の各電磁流量計４との相互の影響を最小化することができるため、各電磁流量計４に対する他の電磁流量計４の影響を低減させることができる。その結果、大型の環状流路１でも高精度に流量を計測することが可能となる。

（システムの第３実施形態）
図３は本発明に係る電磁流量計測システムの第３実施形態を示す断面構成図である。

図３に示すように、本実施形態は、環状流路１の周方向に一定間隔をおいて流路仕切板１３が６枚設置されている。このように環状流路１に流路仕切板１３を６枚設置したことにより、環状流路１が６つの分割環状流路１２に形成されたセグメント化した流路となる。これらの分割環状流路１２には、液体金属ナトリウムなどの導電性流体が流れている。

６つの分割環状流路１２は、流路仕切板１３と、非磁性体の内側ダクト２および外側ダクト３によって形成されている。各分割環状流路１２の外側ダクト３の外面には、それぞれ電磁流量計４が設置されている。

電磁流量計４は、分割環状流路１２の軸線と直交する方向に磁界を形成するための励磁部材５と、上記磁界を導電性流体が横切ることにより発生する電圧を計測するための一対の電極６ａ，６ｂと、これらの電極６ａ，６ｂにより計測した電圧に基づいて流量を導き出す流量換算処理回路７とを備えている。

励磁部材５は、３個の電磁石５ａ，５ｂ，５ｃを有し、それぞれの先端が環状流路１の外周面に接している。中央の電磁石５ｂの両側には、電極６ａ，６ｂが対称的に配置されている。また、電磁石５ａ，５ｂ，５ｃの後端は、それぞれ接続部５ｄにより接続されている。

各電磁流量計４を構成している電磁石５ａ，５ｂ，５ｃは、外側ダクト３の外周面に接する極性がＮ極とＳ極とが交互になるように設置されている。また、本実施形態は、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５における端部の電磁石の極性が同じになるよう電磁石５ａ，５ｂ，５ｃが配置されている。

具体的には、３個の電磁石５ａ，５ｂ，５ｃが、例えばＮ極、Ｓ極、Ｎ極のように交互に設置された場合、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５の端部の電磁石５ａ，５ｃの極性は、Ｎ極となる。同様に、３個の電磁石５ａ，５ｂ，５ｃが、例えばＳ極、Ｎ極、Ｓ極のように交互に設置された場合、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５の端部の電磁石５ａ，５ｃの極性は、Ｓ極となる。

このように本実施形態によれば、後述の実施形態に記載した校正装置による校正を行なう場合に、電気抵抗の高い流路仕切板１３を環状流路１に設置することにより、校正装置のセグメント体系での校正時と同様の流れの状況および誘導磁場分布になるため、セグメントでの校正の精度を向上させることができる。

なお、本実施形態は、励磁部材５の電磁石５ａ，５ｂ，５ｃを３個、電極６ａ，６ｂを一対設けるようにしたが、励磁部材５の電磁石の数、電極の数は適宜変更してもよく、また、環状流路１を分割する流路仕切板１３の数も電磁流量計４の数に対応して適宜変更可能である。

また、本実施形態は、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５における端部の電磁石の極性が同じになるよう電磁石５ａ，５ｂ，５ｃを配置するようにしたが、これに限らず極性が異なるよう電磁石５ａ，５ｂ，５ｃを配置するようにしてもよい。

具体的には、図３における３個の電磁石５ａ，５ｂ，５ｃが、例えばＮ極、Ｓ極、Ｎ極のように交互に設置された場合、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５の端部の電磁石５ａ，５ｃの極性は、Ｓ極となる。同様に、３個の電磁石５ａ，５ｂ，５ｃが、例えばＳ極、Ｎ極、Ｓ極のように交互に設置された場合、互いに隣り合う電磁流量計４の最も近接する励磁部材５の端部の電磁石５ａ，５ｃの極性は、Ｎ極となる。このように構成しても、本実施形態と同様の効果が得られる。

次に、ここまで説明した各実施形態の電磁流量計測システムの校正を行なうための校正装置の実施形態について説明する。以下説明する構成装置は、システムの第１〜第３実施形態それぞれ適用可能であるが、説明を簡潔にするため、システムの第１実施形態について適用するものとして説明する。

（校正装置の第１実施形態）
図４は本発明に係る電磁流量計測システムの校正装置の第１実施形態を示す断面構成図である。図５は本発明に係る電磁流量計測システムから得られる流量と測定電圧との関係を示す図である。

図４に示すように、導電性流体が流れる流路８は、図１で示した環状流路１を周方向に６分割したものに相当する、セグメント化した校正用流路である。この流路８は、円弧状に形成された内壁９、この内壁９より大きな曲率で同心状に形成された外壁１０と、これら内壁９及び外壁１０の両側面となる周端壁１１，１１によって形成されている。

外壁１０の外面には、校正用の電磁流量計４が設置されている。この電磁流量計４は、前記第１実施形態と同様に電磁石５ａ，５ｂ，５ｃの先端が外壁９の外面に接し、後端がそれぞれ接続部５ｄにより接続されている励磁部材５と、中央の電磁石５ｂの両側に対称的に配置された電極６と、これらの電極６ａ，６ｂにより計測した電圧に基づいて流量を導き出す流量換算処理回路７とを備えている。

上述の電磁流量計測システムの各実施形態では、等間隔に配置された各電磁流量計４が同様の構成であるため、各電磁流量計４を本実施形態の校正装置によって校正することが可能であり、実際電磁流量計測システムよりも小規模な設備による校正を実現することが可能である。

ここで、上記校正とは、精度が予め判明している校正用流量計（図示せず）を流路８に別途設置し、この校正用流量計による計測結果を正の流量として、電磁流量計４による測定電圧と流量の関係を求め、これを電磁流量計測システムの電磁流量計４に適用することである。

ここで、上記校正用流量計は精度が判明していれば、電磁流量計でも良いし原理が異なる流量計（例えば超音波流量計）を用いてもよい。また、校正用流量計を用いずとも、流路８内の流速を知る手段があればよい。例えば流路８に供給する流体の量を、流体を供給するポンプの出力から知ることができれば、それをもって校正用流量計の代替とすることができる。

なお、本実施形態は、環状流路１を１／６のセグメントとした流路８を形成したが、例えば環状流路１の１／２や１／３、あるいは２／３のセグメントとしてもよい。

（校正装置の第２実施形態）
図６は本発明に係る電磁流量計測システムの校正装置の第２実施形態で用いる周方向の流速分布を示す図である。

図４に示す校正装置の第１実施形態では、周端壁１１，１１の影響により、図６に示すように流路８の中央部の流速が平均流速よりも速くなり、周端壁１１の近傍で遅くなる分布となる。

本実施形態では、この流速分布の影響を削減するために、流速分布を予め試験又は数値解析により求めておき、電磁流量計４の出力と実際の流量との関係を求める。具体的には、流速補正部１５は、電極６ａ、電極６ｂ間の平均流速もしくは最大流速と流路全体の平均流速から流速補正係数を求め、この流速補正係数を、図４に示す流量換算処理回路７にて電圧から流量を換算する際に掛け合わせるようにしている。

このように本実施形態によれば、流速補正部１５は、電極６ａ、電極６ｂ間の平均流速もしくは最大流速と流路全体の平均流速から流速補正係数を求め、この流速補正係数を電圧から流量を換算する際に掛け合わせることにより、図４に示すセグメント化した流路８における流速を本来の流速である平均流速に近い値に補正することができ、周端壁１１，１１による流速への影響が低減されるため、前記校正装置の第１実施形態の効果に加え、セグメント化した流路８の際と環状流路１の際との校正の誤差を大幅に低減させることができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。上記各実施形態では、流路として、円環状の断面を有する環状流路１を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、断面が縦長または横長の矩形状の流路など、その他の断面形状の流路であってもよい。

また、流速補正係数は、例えば電極間の流速の積分値と流路全体の流速の積分値などを用いて求めることも可能である。

また、上記各実施形態において、励磁装置として直流励磁方式の励磁装置が含まれる他、永久磁石方式や交流励磁方式の励磁装置にても実施することができる。

さらに、導電性流体は、例えば液体金属の他、水などの電解質流体など、導電性を有する流体であれば如何なるものであっても利用できる。但し、水の場合は、液体金属と比較して電気伝導度が低いため、励磁方式として交流正弦波励磁方式又は交流方形波励磁方式を使用することが望ましい。

１…環状流路
２…内側ダクト
３…外側ダクト
４…電磁流量計、校正用電磁流量計
５…励磁部材
５ａ，５ｂ，５ｃ…電磁石
６ａ，６ｂ…電極
７…流量換算処理回路
８…流路（校正用流路）
９…内壁
１０…外壁
１１…周端壁
１２…分割環状流路
１３…流路仕切板
１５…流速補正部

Claims (6)

1. 導電性流体が流れる環状流路の外周面に沿って互いに間隔をあけて複数の磁石が設置され、前記環状流路の外周面と直交する方向に磁界を形成する励磁部材と、
   前記励磁部材の磁石間に設けられ、前記磁界を前記導電性流体が横切ることで発生する電圧を計測する複数の電極と、を備える電磁流量計が前記環状流路の周方向に互いに間隔をあけて複数設置された電磁流量計測システムであって、
   隣り合う前記電磁流量計において最も近接する前記励磁部材の端部の磁石を異なる極性としたことを特徴とする電磁流量計測システム。
2. 導電性流体が流れる環状流路の外周面に沿って互いに間隔をあけて複数の磁石が設置され、前記環状流路の外周面と直交する方向に磁界を形成する励磁部材と、
   前記励磁部材の磁石間に設けられ、前記磁界を前記導電性流体が横切ることで発生する電圧を計測する複数の電極と、を備える電磁流量計が前記環状流路の周方向に互いに間隔をあけて複数設置された電磁流量計測システムであって、
   隣り合う前記電磁流量計において最も近接する前記励磁部材の端部の磁石を同じ極性としたことを特徴とする電磁流量計測システム。
3. 前記環状流路の周方向に流路仕切板を複数設置して前記環状流路を分割し、分割環状流路を複数形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁流量計測システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁流量計測システムの校正装置であって、
   前記環状流路を周方向に分割した一部分に相当する校正用流路と、
   前記電磁流量計と同様の構成であり、校正用流路に設置された校正用電磁流量計と、を備え、この校正用電磁流量計の測定電圧と前記校正用流路を流れる流体の量の関係を求めることを特徴とする電磁流量計測システムの校正装置。
5. 試験又は解析により求めた前記校正用流路内の流速分布を用い、前記校正用電磁流量計の電極間の流速と前記校正用流路全体の流速の比率である流速補正係数を求め、この流速補正係数を用いて、前記校正用電磁流量計の測定電圧と前記校正用流路を流れる流体の量の関係を補正することを特徴とする請求項４に記載の電磁流量計測システムの校正装置。
6. 前記流速補正係数は、前記電極間の平均流速または最大流速と、前記流路全体の平均流速から求めることを特徴とする請求項５に記載の電磁流量計測システムの校正装置。

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