JP2014041114A - 電磁誘導流量計及び該電磁誘導流量計の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、測定管の貫通箇所、つまり、測定電極が測定管を貫通する箇所を、簡単な方法で液密に形成することができる、冒頭で述べた形式の電磁誘導流量計を提供すること、若しくは、簡単な方法で前記貫通箇所を液密に形成することができる、つまり、測定電極が簡単に液密に測定管を貫通するように、貫通箇所を形成可能な方法を提供することにある。
【解決手段】前記測定電極（５，６）が測定管（２）を貫通する箇所である貫通箇所（１０）において、前記測定管（２）の熱可塑性の被覆層（８）と前記測定電極（５，６）との間に、前記被覆層（８）の加熱により生ぜしめられた液密な結合部（１１）が形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、導電性媒体の通流用の少なくとも１つの測定管と、該測定管の長手方向軸線に対して少なくとも垂直方向にも延びる磁界を発生させる少なくとも１つの磁界発生装置と、少なくとも２つの測定電極とを備えており、前記測定管は金属の基体を有しており、該基体は少なくとも測定管の内側に、熱可塑性の被覆層を有しており、前記両測定電極の仮想結合線は、前記測定管の長手方向軸線に対して垂直方向に前記測定管を貫通する磁界の方向に対して少なくとも実質的に垂直方向に延びている、電磁誘導流量計に関する。

また本発明は、このような電磁誘導流量計の製造方法にも関する。

電磁誘導流量計は数十年前から先行技術において広く知られている。これについては、例えば非特許文献１及び非特許文献２を参照されたい。

流動媒体の流量を測定する電磁誘導流量計の基本原理は、マイケル・ファラデーにまで遡る。ファラデーは、既に１８３２年に、導電性媒体の流速を測定するために電磁誘導の原理を応用することを提案した。

ファラデーの電磁誘導の法則によれば、磁界によって貫かれた導電性の流動媒体の中に、媒体の流れ方向及び磁界の方向に対して垂直に電界強度が発生する。ファラデーの電磁誘導の法則は、電磁誘導流量計において、少なくとも１つの磁界コイル、通常２つの磁界コイルを有する磁界発生装置を用いて測定プロセス中に時間的に変化する磁界を発生させ、この磁界が少なくとも部分的に測定管を流れる導電性媒体を貫くようにするという形で利用される。その際、発生する磁界は少なくとも、測定管の長手方向軸線若しくは媒体の流れ方向に対して垂直な成分を有している。

冒頭で述べたように、測定管は金属の基体を有しており、この基体は少なくとも測定管の内側に、熱可塑性の被覆層を有している。このような測定管の代わりに、金属の基体ではなく非金属の基体、例えばセラミックの基体を有する測定管が設けられていてもよい。本発明には、測定管全体が１つの熱可塑性材料から成る電磁誘導流量計も含まれていることが望ましい。しかしながら以下、測定管は金属の基体を有しており、この基体は少なくとも測定管の内側に、熱可塑性の被覆層を有している、ということを常に起点とする。「少なくとも測定管の内側に」という表現には当然、基体の全面に熱可塑性の被覆層が設けられている構成も含まれている。

冒頭で述べたように、当該電磁誘導流量計には「測定管の長手方向軸線に対して少なくとも垂直方向にも延びる磁界を発生させる」少なくとも１つの磁界発生装置が付属しているが、ここで再度述べておくと、磁界は確かに、測定管の長手方向軸線若しくは媒体の流れ方向に対して垂直に延びていると好適であるが、磁界の１成分が、測定管の長手方向軸線若しくは媒体の流れ方向に対して垂直に延びていれば十分である。

また、冒頭で述べたように、当該電磁誘導流量計には少なくとも２つの測定電極が付属しており、この場合、両測定電極の仮想結合線は、測定管を貫通する磁界の方向に対して少なくともほぼ垂直に延びている。実際には、両測定電極の仮想結合線が測定管を貫通する磁界の方向に対して−多少なりとも−垂直に延びていることが好ましい。

誘導により、導電性流動媒体中に発生される電界強度は、媒体と直接に、つまり電気的に接触している測定電極により電圧として測定されるか、又は媒体と非直接的に、つまり非電気的に接触している電極によっても、容量的に検出することができる。本発明は、誘導により導電性流動媒体中に発生される電界強度が、媒体と直接に、つまり電気的に接触している測定電極によって、電圧として測定される電磁誘導流量計に関する。

従来技術において公知の電磁誘導流量計における測定誤差は、今日では比較的小さく、０．２％未満の測定誤差が実現され得る。

公知の電磁誘導流量計については、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４及び特許文献５を参照されたい。これを以て、前記公開刊行物の開示内容及び未公開特許出願の開示内容は明示的に本願の開示内容に含まれるものとする。

" Technische Durchflussmessung " (Prof. Dr. -Ing. K.W.Bonfig著、第３版、Vulkan-Verlag Essen社刊、２００２年、第１２３〜１６７頁) " Grundlagen Magnetisch-Induktive Durchflussmessung " (Dipl.-Ing. Friedrich Hoffmann著、第３版、２００３年、KROHNE Messtechnik GmbH & Co.KG社刊)

独国特許出願公開第１９７０８８５７号明細書 独国特許出願公開第１０２００４０６３６１７号明細書 独国特許出願公開第１０２００８０５７７５５号明細書 独国特許出願公開第１０２００８０５７７５６号明細書 独国特許出願未公開第１０２０１１１１９９８２．２号明細書

更に、既に上述したように、本発明は、誘導により導電性流動媒体中に発生された電界強度が、媒体と直接に、つまり電気的に接触している測定電極によって、電圧として測定される電磁誘導流量計に関する。

よって本発明の課題は、測定管の貫通箇所、つまり、測定電極が測定管を貫通する箇所を、簡単な方法で液密に形成することができる、冒頭で述べた形式の電磁誘導流量計を提供すること、若しくは、簡単な方法で前記貫通箇所を液密に形成することができる、つまり、測定電極が簡単に液密に測定管を貫通するように、貫通箇所を形成可能な方法を提供することにある。

この課題を解決するために本発明の電磁誘導流量計では、前記測定電極が測定管を貫通する箇所である貫通箇所において、前記測定管の熱可塑性の被覆層と前記測定電極との間に、前記被覆層の加熱により生ぜしめられた液密な結合部が形成されているようにした。

更に、前記課題を解決するために本発明による電磁誘導流量計の製造方法では、まず最初に、前記測定管の前記基体に、前記測定電極の前記測定管の貫通に使用される貫通箇所を、好ましくは穿孔によって設け、次いで前記基体に熱可塑性の被覆層を、いずれにしろ前記貫通箇所の範囲に設け、最後に前記貫通箇所の範囲の熱可塑性の被覆層の加熱により、前記測定電極を前記測定管と液密に結合するようにした。

本発明による電磁誘導流量計では、まず、測定管の基体に設けられた被覆層が、貫通箇所の内側においても実現されている、という点が重要である。冒頭で述べたように、基体は少なくとも測定管の内側に、熱可塑性の被覆層を有しており、これはつまり、熱可塑性の被覆層が基体から貫通箇所内に延びていることを含んでいる。要するに、熱可塑性の被覆層が測定管の外側の基体にも設けられている必要はない。とはいえ、基体が全面に熱可塑性の被覆層を有している、つまり、この熱可塑性の被覆層が測定管の内側の基体と、測定管の外側の基体と、貫通箇所の範囲とに設けられている、即ち、基体が完全に、つまり貫通箇所の範囲をも、熱可塑性の被覆層によって包囲されていると、本発明による電磁誘導流量計の測定管にとって有利且つ好適である。

測定電極を比較的容易に測定管に配置できるようにする、つまり貫通箇所に挿入できるようにするために、測定電極の、貫通箇所の範囲の外径は、貫通箇所の内径よりも僅かに小さくなっている。

更に、本発明による電磁誘導流量計の好適な構成は、測定電極が測定管の外側に当接するカラーを有しており、測定管は貫通箇所の範囲に、測定電極のカラー用の当接面を有していることを特徴とする。これらの当接面は、測定管の貫通箇所に測定電極を挿入する際に役立つ。当接面は、実際にはストッパとして働くので、外側に位置するカラーが当接面に当接するまで、測定電極が測定管の貫通箇所に挿入されることにより、測定電極が正しく配置され得る。更にこの構成では、上で有利であると述べたように、熱可塑性の被覆層が、基体を完全に包囲していると、つまり貫通箇所の範囲のみならず、当接面の範囲にも設けられていると、測定電極のカラーと、測定管の貫通箇所の範囲に形成された当接面との間にも、液密な結合が生ぜしめられる。

冒頭の記載及び本発明の課題に関する記載から判るように、本発明は、上述した電磁誘導流量計のみならず、このような電磁誘導流量計の製造方法にも関する。本発明による電磁誘導流量計の製造も特に重要であり得ることは、上述したことからも明らかである。

上で説明した形式の電磁誘導流量計の本発明による製造方法は主として、まず最初に測定管の基体に、測定電極が測定管を貫通するために使用される貫通箇所を、好ましくは穿孔によって設け、次いで基体に熱可塑性の被覆層を−いずれにしろ貫通箇所の範囲に−設け、最後に貫通箇所の範囲の被覆層を加熱することにより、測定電極を測定管と液密に結合させることを特徴とする。

上で述べたように、第２の方法ステップにおいて、基体にはいずれにしろ貫通箇所の範囲に、熱可塑性の被覆層が設けられるが、この場合、測定管の基体に、測定電極が測定管を貫通するために使用される貫通箇所が形成される前に、機能的に必要不可欠な熱可塑性の被覆層は貫通箇所の範囲のみであることが考慮される一方で、熱可塑性の被覆層は測定管の内側においても実現可能であることが考慮される。しかし好ましくは、まず最初に被覆層無しの基体に貫通箇所を設け、その後、基体全体、つまり、測定管の内側と、測定管の外側と、測定管の内側及び測定管の外側を接続するように貫通箇所の範囲とに、熱可塑性の被覆層を設ける。

上で述べた第３の方法ステップは、本発明では貫通箇所の範囲の熱可塑性の被覆層の加熱段階に基づく、測定電極と測定管との液密な結合である。

上で述べた、電磁誘導流量計の本発明による製造方法のステップは、種々様々な形式で実施することができる。１つの可能性として、測定電極を、測定電極と測定管の被覆層との結合に必要とされる温度に加熱してから、好ましくは小さな押し込み力で以て貫通箇所に挿入することが挙げられる。別の可能性では、測定電極を最初に貫通箇所に挿入し、次いで測定電極が貫通箇所に挿入された状態で、測定電極と測定管の被覆層との結合に必要とされる温度に、好ましくは誘導加熱により、測定電極を加熱する。後者の可能性は、前者の可能性に比べて、高温の物体、つまり先に加熱された測定電極を取り扱わずに済む、という利点を有している。

本発明による電磁誘導流量計及び本発明による電磁誘導流量計の製造方法にとって重要なのは、測定管の基体を少なくとも部分的に、好ましくは全体的に被覆し、表面の加熱時に溶融して、挿入された測定電極との液密な結合を生ぜしめる、熱可塑性の被覆層である。

熱可塑性の被覆層用材料としては、特に「リルサン」（登録商標）という名称で販売される材料が特に適している。この材料「リルサン」の化学的な名称は、ポリアミド１１である。これは粉末状の熱可塑性樹脂であり、植物性のひまし油をベースとして製造される。この場合、ひまし油を処理してモノマーを形成し、このモノマーから重合によりポリアミド１１を生ぜしめる。

本発明による電磁誘導流量計と、本発明による電磁誘導流量計の製造方法の両方において得られる利点は特に、本発明による電磁誘導流量計が大量生産品であり得ることを考慮すると、測定管に挿入された測定電極と、測定管との液密な結合が、特に簡単且つ廉価に達成される点にある。液密な結合用に特別なシール手段、つまり例えばＯリングは不要であり、また、手間のかかる測定電極のねじ込みも不要である。

詳細には、本発明による電磁誘導流量計及びこのような電磁誘導流量計の本発明による製造方法を構成し且つ改良する、種々様々な可能性がある。これについては、請求項１及び４の従属請求項を参照する一方で、以下に説明する、図面に概略的に示した本発明による電磁誘導流量計の実施形態を参照されたい。

電磁誘導流量計を基本的な設定寸法で概略的に示した図である。 図１に示した電磁誘導流量計の測定管の概略的な断面図である。 図２に示した測定管の断面を別の側面から見た図である。 測定電極（図示せず）の範囲の、図１〜図３に示した測定管の測定部分の概略的な横断面図である。 測定電極の範囲の、図１〜図３に示した測定管の測定部分の横断面を、図４に比べて拡大して、測定管に挿入された測定電極と一緒に示した図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。

図１に概略的に示した電磁誘導流量計１は、導電性媒体の通流用の測定管２と、測定管２の長手方向軸線４に対して少なくとも垂直方向にも延びる磁界を発生させる磁界発生装置３と、２つの測定電極５，６とを備えており、図５にしか示していないが、前記測定管２は金属の基体７を有していて、この基体７は、全面に熱可塑性の被覆層８を有しており、この場合、両測定電極５，６の仮想結合線９は、測定管２の長手方向軸線４に対して垂直方向に測定管２を貫通する磁界の方向に対して垂直方向に延びている。

詳細には、測定管２は流入部分２ａと、該流入部分２ａに続く測定部分２ｂと、該測定部分２ｂに続く流出部分２ｃとを有している。

磁界発生装置３には、２つの中空板３ａと２つの磁気コイル３ｂとが付属している（図１にのみ図示）。

本発明による電磁誘導流量計１の図示の実施形態では、図１、図２及び図３に示したように、測定管２は流入部分２ａの始端部と、流出部分２ｃの終端部とに、円形の横断面を有している。これに対して測定管２は測定部分２ｂの範囲に−多少なりとも−方形の横断面を有していて、このことは図１、図２と図３との比較から明らかであり、特に図４及び図５に示してある。

図示の測定管２の幾何学的形状によって達成される事項に関しては、特許文献５を参照されたい。

図５において図５ａと図５ｂの両方に示したように、貫通箇所１０（測定電極５，６が測定管２の測定部分２ｂの範囲を貫通する箇所）において、測定管２の熱可塑性の被覆層８と、測定電極５，６との間には、被覆層８の加熱により生ぜしめられた、液密な結合部が実現されている。

測定電極５，６の、貫通箇所１０に位置する範囲の外径が、貫通箇所１０の内径よりも僅かに小さくなっていることは図面では見えない。

更に、図５に示した本発明による電磁誘導流量計１の好適な実施形態では、測定電極５，６が、測定管２の測定部分２ｂの範囲の外側に当接するカラー１２を有しており、測定管２は貫通箇所１０の範囲に、測定電極５，６のカラー１２用の当接面１３を有している。図５ａに示した実施形態では、基体７が一貫して同じ壁厚さを有しており、被覆層８は当接面１３を形成するために、やや大きな壁厚さを有している。これに対して図５ｂに示した実施形態では、基体７が当接面１３を形成するために、相応する範囲により大きな壁厚さを有している一方で、被覆層８は一貫して一定の壁厚さを有している。

上述した本発明による電磁誘導流量計１の製造に関しては、まず最初に測定管２の測定部分２ｂの範囲の基体７に、測定電極５，６を測定管２に貫通させるための貫通箇所１０が、好ましくは穿孔によって設けられ、次いで基体７に−好ましくは全体的に、しかしいずれにしろ貫通箇所１０の範囲に−熱可塑性の被覆層８が設けられ、最後に貫通箇所１０の範囲の熱可塑性の被覆層８を加熱することにより、測定電極５，６は測定管２と液密に結合される。

上で述べた第３の方法ステップ、即ち、測定電極５，６の測定管２との液密な結合は、種々様々な方法で実施可能である。１つの可能性として、未だ挿入されていない測定電極５，６を、測定電極５，６と測定管２の被覆層８との結合に必要とされる温度に加熱し、次いで加熱された測定電極５，６を好ましくは小さな押し込み力で以て、貫通箇所１０に挿入することが挙げられる。別の好適な方法では、測定電極５，６を、まず最初に測定管２の貫通箇所１０に挿入し、測定電極５，６が貫通箇所１０に挿入された状態で、測定電極５，６を、測定電極５，６と測定管２の被覆層８との結合に必要とされる温度に加熱する。これは好ましくは誘導加熱によって行うことができる。

１ 電磁誘導流量計、 ２ 測定管、 ２ａ 流入部分、 ２ｂ 測定部分、 ２ｃ 流出部分、 ３ 磁界発生装置、 ３ａ 中空板、 ３ｂ 磁気コイル、 ４ 長手方向軸線、 ５，６ 測定電極、 ７ 基体、 ８ 被覆層、 ９ 仮想結合線、 １０ 貫通箇所、 １２ カラー、 １３ 当接面

Claims (6)

1. 導電性媒体の通流用の少なくとも１つの測定管と、該測定管の長手方向軸線に対して少なくとも垂直方向にも延びる磁界を発生させる少なくとも１つの磁界発生装置と、少なくとも２つの測定電極とを備えており、前記測定管は金属の基体を有しており、該基体は少なくとも測定管の内側に、熱可塑性の被覆層を有しており、前記両測定電極の仮想結合線は、前記測定管の長手方向軸線に対して垂直方向に前記測定管を貫通する磁界の方向に対して少なくとも実質的に垂直方向に延びている、電磁誘導流量計であって、
   前記測定電極（５，６）が測定管（２）を貫通する箇所である貫通箇所（１０）において、前記測定管（２）の熱可塑性の被覆層（８）と前記測定電極（５，６）との間に、前記被覆層（８）の加熱により生ぜしめられた液密な結合部（１１）が形成されていることを特徴とする、電磁誘導流量計。
2. 前記測定電極（５，６）の、前記貫通箇所（１０）の範囲の外径は、前記貫通箇所（１０）の内径よりも僅かに小さくなっている、請求項１記載の電磁誘導流量計。
3. 前記測定電極（５，６）は、それぞれ前記測定管（２）の外側に当接するカラー（１２）を有しており、前記測定管（２）は前記貫通箇所（１０）の範囲に、それぞれ前記測定電極（５，６）のカラー（１２）用の当接面（１３）を有している、請求項１又は２記載の電磁誘導流量計。
4. 導電性媒体の通流用の少なくとも１つの測定管と、該測定管の長手方向軸線に対して少なくとも垂直方向にも延びる磁界を発生させる少なくとも１つの磁界発生装置と、少なくとも２つの測定電極とを備えており、前記測定管は金属の基体を有しており、該基体は少なくとも測定管の内側に、熱可塑性の被覆層を有しており、前記両測定電極の仮想結合線は、前記測定管の長手方向軸線に対して垂直方向に前記測定管を貫通する磁界の方向に対して少なくとも実質的に垂直方向に延びている、電磁誘導流量計の製造方法であって、
   まず最初に、前記測定管（２）の前記基体（７）に、前記測定電極（５，６）による前記測定管（２）の貫通に使用される貫通箇所（１０）を、好ましくは穿孔によって設け、次いで前記基体（７）に熱可塑性の被覆層（８）を、いずれにしろ前記貫通箇所（１０）の範囲に設け、最後に前記貫通箇所（１０）の範囲の熱可塑性の被覆層（８）の加熱により、前記測定電極（５，６）を前記測定管（２）と液密に結合することを特徴とする、電磁誘導流量計の製造方法。
5. 前記測定電極（５，６）を、これらの測定電極（５，６）と前記測定管（２）の被覆層（８）との結合に必要とされる温度に加熱してから、好ましくは小さな押し込み力を以て前記貫通箇所（１０）に挿入する、請求項４記載の方法。
6. 前記測定電極（５，６）を、最初に前記貫通箇所（１０）に挿入し、次いで前記測定電極（５，６）が前記貫通箇所（１０）に挿入された状態で、好ましくは誘導加熱により、前記測定電極（５，６）を必要とされる温度に加熱する、請求項４記載の方法。