JP2015203608A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、部品の配置や、形状、サイズ等の制約を緩和するあるいは無くすことができる新規な構成の電磁流量計を得る。
【解決手段】実施形態の電磁流量計は、例えば、旋回流生成部と、コイル部と、一対の電極部と、を備える。旋回流生成部は、被測定流体が流れる管内で、被測定流体の管の中心軸回りの旋回流を生じさせる。コイル部は、旋回流と交叉する第一の方向に磁界を生成する。一対の電極部は、旋回流および第一の方向と交叉する第二の方向に発生した起電力を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、電磁流量計に関する。

従来、管の軸方向に沿って流れる被測定流体の流量を検出する電磁流量計が知られている。電磁流量計では、流れの方向、磁界の方向、および起電力（電圧）の方向が互いに直交するように、コイルや電極等の部品が配置される。

特開２０１４−９９５７号公報

電磁流量計では、管の軸方向の流れに対して磁界の方向および起電力の方向が設定されており、これにより部品の配置や、電磁流量計の形状、サイズ等が決まっていた。このような制約を緩和するあるいは無くすことができる新規な構成の電磁流量計が得られれば、有意義である。

実施形態の電磁流量計は、例えば、旋回流生成部と、コイル部と、一対の電極部と、を備える。旋回流生成部は、被測定流体が流れる管内で、被測定流体の管の中心軸回りの旋回流を生じさせる。コイル部は、旋回流と交叉する第一の方向に磁界を生成する。一対の電極部は、旋回流および第一の方向と交叉する第二の方向に発生した起電力を検出する。

図１は、第１実施形態の電磁流量計の一例が示された斜視図である。 図２は、第１実施形態の電磁流量計の内部構造の一例が示された断面図（一部側面図）である。 図３は、第１実施形態の電磁流量計の計測部材の一例が示された斜視図である。 図４は、第１実施形態の電磁流量計の一例のコイル部によって生じる磁界が示された説明図である。 図５は、第１実施形態の電磁流量計の一例の旋回流および磁界によって生じる起電力が示された説明図である。 図６は、第２実施形態の電磁流量計の一例が示された断面図（一部側面図）である。 図７は、第２実施形態の電磁流量計の計測部材の一例が示された斜視図である。 図８は、第２実施形態の電磁流量計の一例のコイル部によって生じる磁界が示された説明図である。 図９は、第２実施形態の電磁流量計の一例の旋回流および磁界が示された説明図である。

以下、図面を参照して、実施形態について説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が省略される。また、以下に示される実施形態の構成（技術的特徴）、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、あくまで一例である。なお、以下の各図では、便宜上、方向が規定されている。Ｘ方向は、管体７（測定管４）の中心軸Ａｘの軸方向の一方側（上流側）、Ｒ方向は、中心軸Ａｘの径方向の外側、Ｃ方向は、管体７（測定管４）の周方向である。

＜第１実施形態＞
本実施形態では、例えば、図１，２に示されるように、電磁流量計１は、検出器２と、変換器３（表示器、電子機器）と、を備える。検出器２は、被測定流体（導電性流体）が流れる流路７ａが設けられた管体７と、管体７の内側（流路７ａ内）に位置され、被測定流体を計測する計測部材２０と、を有する。計測部材２０には、旋回流Ｗ（図５参照）を生成する旋回流生成部２４や、磁界Ｍ（磁束、図４参照）を生成するコイル部８、旋回流Ｗが磁界Ｍを通過することによって発生した電圧Ｖ（起電力、起電圧、図５参照）を検出する一対の電極部９ａ，９ｂ等が設けられている。変換器３は、筐体１０を有する。筐体１０には、一対の電極部９ａ，９ｂによって検出された電圧Ｖの大きさから流量を算出する制御部（図示されず）と、その算出された流量を表示する表示装置１２と、が設けられている。変換器３と計測部材２０とは、管体７（測定管４）を貫通した連結部１３を介して互いに接続（連結）されている。連結部１３の内部には、変換器３（制御部）と計測部材２０（コイル部８および一対の電極部９ａ，９ｂ）とを電気的に接続する配線（ハーネス、コード）等が設けられている。連結部１３は、例えば、溶接等によって管体７（測定管４）の外面４ａに固定（結合）されうる。

表示装置１２は、流量を表示する表示画面１２ａを有する。表示装置１２は、表示画面１２ａが視認可能な状態に、筐体１０に支持されている。本実施形態では、例えば、表示装置１２は、筐体１０内に収容されるとともに、パネル１１で覆われている。パネル１１には、透明（例えば無色透明）な覆部１１ａ（透過部、透光部、窓）が設けられている。表示装置１２の表示画面１２ａは、覆部１１ａを介して視認される。表示装置１２は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ，Liquid Crystal Display）等である。

管体７は、例えば、測定管４（管）と、フランジ５と、ライニング６と、を有する。管体７は、被測定流体が流れる別の管体（測定対象の管体、図示されず）と連結されうる。計測部材２０および制御部は、別の管体から管体７へ流入した被測定流体の流量を計測する。

測定管４は、管体７の中心軸Ａｘ（図２参照）を中心とした筒状（例えば、円筒状）に構成されている。測定管４は、外面４ａ（外周面、外側面、流路７ａと反対側の面、第一の面）と、内面４ｂ（内周面、内側面、流路７ａ側の面、第二の面）と、を有する。測定管４は、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）などの非磁性材料によって構成されうる。

フランジ５は、測定管４の外面４ａに沿った環状（例えば、円環状）に構成されている。フランジ５は、例えば、溶接Ｗｆ１によって測定管４の外面４ａに固定（結合）されている。また、フランジ５は、測定管４の軸方向（Ｘ方向）両側の端部に設けられている。なお、一対のフランジ５，５を特段に区別せずに説明する場合には、それらを単にフランジ５とも称する。

フランジ５は、端面５ａ（面、結合面）を有する。端面５ａは、結合対象（管体７と連結される別の管体のフランジ）と重ねられる（対向する）面である。また、フランジ５には、軸方向（Ｘ方向）に沿って当該フランジ５を貫通した複数の孔５ｂ（取付孔）が設けられている。孔５ｂには、管体７と結合対象（管体７と連結される別の管体のフランジ）とを結合する結合具（例えばボルト等、図示されず）が挿通される。フランジ５は、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属材料によって構成されうる。

ライニング６は、例えば、筒部６ａと、フレア部６ｂと、を有する。筒部６ａは、測定管４の内面４ｂに沿った筒状（例えば、円筒状）に構成され、当該内面４ｂを覆っている（被覆している）。筒部６ａの内面は、流路７ａを構成している。フレア部６ｂは、フランジ５の端面５ａに沿った環状（例えば、板状かつ円環状）に構成され、当該端面５ａを覆っている（被覆している）。フレア部６ｂは、筒部６ａの軸方向（Ｘ方向）両側の端部に設けられ、軸方向（Ｘ方向）と交叉する方向（例えば、直交方向、Ｒ方向）にフランジ状に張り出している。また、フレア部６ｂは、例えば、端面５ａの内周部（径方向（Ｒ方向）内側の端部）から外周部（径方向（Ｒ方向）外側の端部）に向かう途中部分までを覆うことができる。すなわち、本実施形態では、フレア部６ｂによって端面５ａの内周部から孔５ｂの手前部分までが覆われ、孔５ｂは開放されている。

また、フレア部６ｂは、端面６ｃを有する。端面６ｃは、フランジ５の端面５ａとは反対側の面であり、管体７の外面を構成している。ライニング６は、例えば、測定管４とフランジ５とに亘って設けられている。ライニング６は、筒部６ａやフレア部６ｂによって、測定管４の内面４ｂとフランジ５の端面５ａとを保護している。ライニング６は、例えば、フッ素樹脂等の合成樹脂材料によって構成されうる。

計測部材２０は、ベース２５を有する。ベース２５は、第一の部分２１と、第二の部分２２と、を有する。第一の部分２１は、図２，３に示されるように、その中心軸が測定管４の軸方向（Ｘ方向）に沿った円柱状に構成されている。第二の部分２２は、第一の部分２１の軸方向（Ｘ方向）の一方側（上流側、図２の左側）に位置されている。第二の部分２２は、被測定流体の上流側（図２の左側）に向けて尖った円錐状に構成されている。本実施形態では、ベース２５の中心軸、すなわち計測部材２０の中心軸と、測定管４の中心軸Ａｘとが略一致している。

第二の部分２２は、被測定流体と接触する面２２ａ（錐面、テーパ面）を有する。面２２ａには、例えば、径方向（Ｒ方向）の外側（中心軸Ａｘとは反対側）に向けて突出した複数の壁部２３（リブ、フィン）が設けられている。複数の壁部２３は、それぞれ、測定管４の中心軸Ａｘ回り（例えば、反時計回り）に螺旋状に設けられている。周方向に隣接する二つの壁部２３，２３の間の間隔は、軸方向（Ｘ方向）の一方側（上流側）から他方側（下流側）に向けて徐々に広がっている。壁部２３は、被測定流体を案内するガイド部として機能する。具体的には、軸方向（Ｘ方向）の一方側（上流側）から周方向に隣接する二つの壁部２３，２３の間を通された被測定流体は、当該壁部２３，２３にガイドされて中心軸Ａｘ回り（例えば、反時計回り）に回転する。これにより、中心軸Ａｘ回り（例えば、反時計回り）に旋回する旋回流Ｗ（螺旋流、流れの周方向移動成分、図５参照）を生じさせることができる。旋回流Ｗの流速は、被測定流体の軸方向（Ｘ方向）に沿って流れる部分の流速に対応して変化する。流量が大きいほど、旋回流Ｗの流速は大きくなる。

また、第二の部分２２の尖端部２２ｂには、円柱状の電極部９ａが設けられている。電極部９ａは、中心軸Ａｘ上、すなわち測定管４の中央部に設けられている。ベース２５の内部には、電極部９ａや、電極部９ｂ、コイル部８等と接続された配線（ハーネス、コード）を通すための開口部（図示されず）が設けられている。ベース２５を構成する第一の部分２１および第二の部分２２や、壁部２３は、例えば、型（金型）によって一体に成形されうる。また、ベース２５および壁部２３は、例えば、ＵＨＰＥ（超高分子量ポリエチレン）等の材料によって構成されている。

電極部９ｂは、第一の部分２１の外面に沿った環状（例えば、円環状）に構成されている。電極部９ｂは、コイル部８の軸方向（Ｘ方向）の略中央部に位置され、例えば、接着剤や両面テープ等によってコイル部８の外面に固定（結合）されうる。本実施形態では、電極部９ｂが第一の部分２１（コイル部８）の外面に設けられ、電極部９ａが第二の部分２２の尖端部２２ｂに設けられることで、電極部９ａおよび電極部９ｂが互いに径方向（Ｒ方向）に離間している。

コイル部８は、例えば、中心軸Ａｘ回りに所定の巻数で巻かれた一つのコイルによって構成されている。コイル部８（コイル）は、円筒状の巻線（導線、銅線、図示されず）と、巻線を被覆する被覆部８ｂ（絶縁部）と、を有する。コイル部８の筒内には、ベース２５の第一の部分２１が挿入される。コイル部８（巻線）と電極部９ｂとは、被覆部８ｂ等によって互いに絶縁されている。なお、コイル部８（被覆部８ｂ）を覆う覆部材等が設けられてもよい。

本実施形態では、例えば、円筒状に構成された一つのコイル部８（コイル、励磁コイル）によって、図４に示されるような磁界Ｍ（磁束）が生成される。磁界Ｍは、コイル部８内を一端側（上流側、図４で左側）から他端側（下流側、図４で右側）へ向かい、コイル部８外を他端側から一端側へ回り込むように形成される。本実施形態では、このような軸方向（Ｘ方向）の磁界Ｍを旋回流Ｗ（の周方向成分）が通過する（横切る）ことで、図５に示されるように、測定管４の中心軸Ａｘに向けた径方向（Ｒ方向）の電圧Ｖ（起電力）が発生する。このように、本実施形態では、測定管４の軸方向（Ｘ方向）が旋回流Ｗと交叉する第一の方向の一例であり、測定管４の径方向（Ｒ方向）が旋回流Ｗおよび第一の方向と交叉する第二の方向の一例である。

旋回流Ｗの流速に応じた電圧Ｖ（起電力、起電圧）は、測定管４の径方向（Ｒ方向）に互いに離間して配置された一対の電極部９ａ，９ｂによって検出される。そして、一対の電極部９ａ，９ｂから電圧Ｖに応じた検出信号が変換器３の制御部（図示されず）に送られる。制御部は、検出信号から電圧Ｖの大きさ（値）を算出（検出）する。そして、制御部は、算出した電圧Ｖの大きさから当該電圧Ｖの大きさに対応した流量を算出あるいは取得し、表示装置１２（表示画面１２ａ）にその流量を表示させる。流量の算出あるいは取得に関し、制御部は、電圧と流量との関数、あるいは電圧と流量とを対応付けるデータ（テーブル、マップ等）を参照する。関数やデータは、記憶部（図示されず）に記憶される。

以上のように、本実施形態では、例えば、電磁流量計１は、測定管４の中心軸Ａｘ回りの旋回流Ｗ（流れの周方向成分）を生じさせる旋回流生成部２４と、旋回流Ｗと交叉する第一の方向（軸方向（Ｘ方向））に磁界Ｍを生成するコイル部８と、旋回流Ｗおよび第一の方向と交叉する第二の方向（径方向（Ｒ方向））に発生した電圧Ｖ（起電力）を検出する一対の電極部９ａ，９ｂと、を備える。よって、本実施形態によれば、例えば、径方向（Ｒ方向）に沿って測定管４を横断する磁界を生成する従来の構成と比べて、コイル部８の構成が簡素化されやすい。よって、例えば、電磁流量計１がより小型にあるいはより軽量に構成されうる。また、例えば、電磁流量計１の製造に要する手間や費用が低減されやすい。

また、本実施形態では、例えば、旋回流生成部２４は、螺旋状に設けられ被測定流体を案内する壁部２３（ガイド部）を有する。よって、本実施形態によれば、例えば、螺旋状の壁部２３によって、旋回流Ｗを生じさせる構成が、より簡単な構成で実現されやすい。

また、本実施形態では、例えば、旋回流生成部２４、コイル部８、および一対の電極部９ａ，９ｂが一体化された計測部材２０を有した。よって、本実施形態によれば、例えば、旋回流生成部２４、コイル部８、および一対の電極部９ａ，９ｂが、それぞれ別部材で構成される場合と比べて、電磁流量計１の構成がより簡素化されやすい。

また、本実施形態では、例えば、旋回流生成部２４は、測定管４の中央部に設けられた円錐状の第二の部分２２（ベース２５）と、第二の部分２２の面２２ａ（錐面、テーパ面）に設けられた壁部２３（ガイド部）と、を有し、電極部９ａが第二の部分２２の尖端部２２ａに設けられている。よって、本実施形態によれば、例えば、電極部９ａ，９ｂが径方向（Ｒ方向）に離間して配置されるとともに旋回流Ｗが生じる構成が、より簡単な構成で実現されやすい。

また、本実施形態では、コイル部８は、旋回流Ｗと交叉する測定管４の軸方向（Ｘ方向、第一の方向）に磁界Ｍを生成するよう構成されている。よって、本実施形態によれば、例えば、コイル部８の構成がより一層簡素化されやすい。よって、例えば、コイル部８（銅線）の使用量を抑えることができ、電磁流量計１の費用がより低減されやすい。

なお、本実施形態では、螺旋状の壁部２３（ガイド部）が、測定管４とは別部材である計測部材２０に設けられた場合が例示されたが、測定管４の内面４ｂや、ライニング６（筒部６ａ）の内面に設けられてもよい。また、ガイド部は、壁部（リブ）には限定されず、螺旋状の溝や、羽根等で構成されてもよい。また、本実施形態では、第二の部分２２（ベース２５）の面２２ａに、複数の壁部２３が設けられたが、一つの壁部２３が螺旋状に設けられてもよい。

＜第２実施形態＞
図６に示される実施形態の電磁流量計１Ａは、上記第１実施形態の電磁流量計１と略同様の構成を備えている。よって、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の構成に基づく同様の結果（効果）が得られる。

ただし、本実施形態では、例えば、図６に示されるように、電磁流量計１Ａは、変換器３と、計測部材２０Ａと、を備える。本実施形態では、既存の測定管３４（管）に計測部材２０Ａを直接挿入して使用する挿入型の電磁流量計１Ａとして構成されている。すなわち、本実施形態の電磁流量計１Ａは、被測定流体が流れる管体７（図１，２参照）を備えていない。計測部材２０Ａは、一対の電極部９ａ，９ｃによって、旋回流Ｗの流速に応じた電圧Ｖ（起電力、起電圧）を計測する。連結部１３は、例えば、測定管３４の中心軸Ａｘと計測部材２０Ａの中心軸とを略一致させた状態で、溶接等によって測定管３４の外面３４ａに固定（結合）されうる。

また、図６，７に示されるように、計測部材２０Ａのコイル部８Ａは、第一の部分２１の軸方向（Ｘ方向）の両側に設けられた二つのコイル８Ｕ，８Ｄを有する。一対のコイル８Ｕ，８Ｄは、それぞれ、円筒状の巻線（導線、銅線、図示されず）と、巻線を被覆する被覆部８ｂ（絶縁部）と、を有する。一対のコイル８Ｕ，８Ｄは、軸方向（Ｘ方向）に間隔をあけて直列に並べられている。また、本実施形態では、電極部９ａが第二の部分２２の尖端部２２ａに設けられる一方で、電極部９ｃは測定管３４の内側で連結部１３の外面に設けられている。このような構成により、電極部９ａおよび電極部９ｃが、測定管３４の軸方向（Ｘ方向）に互いに離間している。電極部９ａおよび電極部９ｃは、例えば、測定管３４の軸方向（Ｘ方向）に沿った円柱状に構成されうる。

本実施形態では、円筒状に構成された二つのコイル８Ｕ，８Ｄによって、図８に示されるような磁界Ｍｕ，Ｍｄ，Ｍ１（磁束）が生成される。上流側（図８で左側）のコイル８Ｕによる磁界Ｍｕは、コイル８Ｕ内を左端側から右端側へ向かい、コイル８Ｕ外を右端側から左端側へ回り込むように形成される。一方、下流側（図８で右側）のコイル８Ｄによる磁界Ｍｄは、上流側のコイル８Ｕとは逆方向に電流が流されることにより、上流側のコイル８Ｕとは逆向きの磁界、すなわち、当該コイル８Ｄ内を図８の右端側から左端側へ向かいコイル８Ｄ外を左端側から右端側へ回り込むように形成される。そして、これらの磁界Ｍｕ，Ｍｄに、径方向の外側に向かう放射状の磁界Ｍ１（図９参照）が形成される。本実施形態では、このような磁界Ｍ１を利用する。すなわち、本実施形態では、径方向の磁界Ｍ１を旋回流Ｗ（の周方向成分）が通過する（横切る）ことで、図６に示されるように、測定管３４の軸方向（Ｘ方向）に沿って電圧Ｖ（起電力）が発生する。電圧Ｖは、測定管３４の軸方向（Ｘ方向）に互いに離間して配置された一対の電極部９ａ，９ｃによって検出される。本実施形態では、測定管３４の径方向（Ｒ方向）が旋回流Ｗと交叉する第一の方向の一例であり、測定管３４の軸方向（Ｘ方向）が旋回流Ｗおよび第一の方向と交叉する第二の方向の一例である。

以上のように、本実施形態では、例えば、電磁流量計１Ａは、変換器３と、計測部材２０Ａと、を備え、既存の測定管３４に直接挿入される挿入型として構成されている。よって、本実施形態によれば、例えば、より簡素で小型な構成の挿入型の電磁流量計１Ａが得られやすい。

また、本実施形態では、例えば、測定管３４の軸方向（Ｘ方向）に沿って間隔をあけて直列に並べられた二つのコイル８Ｕ，８Ｄを有する。よって、本実施形態によれば、例えば、旋回流Ｗと交叉する第一の方向（径方向（Ｒ方向））に沿う磁界を生成する構成が、より簡単な構成で実現されやすい。

また、本実施形態では、例えば、旋回流生成部２４は、測定管３４の中央部に設けられた円錐状の第二の部分２２（ベース２５）と、第二の部分２２の面２２ａ（錐面、テーパ面）に設けられた壁部２３（ガイド部）と、を有し、電極部９ａが第二の部分２２の尖端部２２ｂに設けられている。よって、本実施形態によれば、例えば、電極部９ａ，９ｃが軸方向（Ｘ方向）に離間して配置されるとともに旋回流Ｗが生じる構成が、より簡単な構成で実現されやすい。

以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。これら実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能であるとともに、基本的な構成（技術的特徴）によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）を得ることが可能である。また、各構成要素のスペック（構造や、種類、方向、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。例えば、被測定流体の少なくとも一部に軸方向と交叉する放射状（径方向）の流れを生じさせる部材を設け、その放射状の流れで起電圧を検出するよう構成してもよい。

１，１Ａ…電磁流量計、２…検出器、３…変換器、４…測定管（管）、５…フランジ、６…ライニング、７…管体、８…コイル部、８Ｕ，８Ｄ…コイル、９ａ〜９ｃ…電極部、２０，２０Ａ…計測部材、２２…第二の部分、２２ｂ…尖端部、２３…壁部（ガイド部）、２４…旋回流生成部、２５…ベース、Ａｘ…中心軸、Ｃ…周方向、Ｍ…磁界、Ｒ…径方向、Ｖ…電圧（起電力、起電圧）、Ｘ…軸方向。

Claims (7)

1. 被測定流体が流れる管内で、前記被測定流体の前記管の中心軸回りの旋回流を生じさせる旋回流生成部と、
   前記旋回流と交叉する第一の方向に磁界を生成するコイル部と、
   前記旋回流および前記第一の方向と交叉する第二の方向に発生した起電力を検出する一対の電極部と、
   を備えた、電磁流量計。
2. 前記旋回流生成部は、螺旋状に設けられ、前記被測定流体を案内するガイド部を有した、請求項１に記載の電磁流量計。
3. 前記旋回流生成部、前記コイル部、および一対の前記電極部が一体に設けられた、請求項１または２に記載の電磁流量計。
4. 前記旋回流生成部は、前記管の中央部に設けられ前記被測定流体の上流側に向けて尖った円錐状のベースと、前記ベースのテーパ面に設けられた前記ガイド部と、を有し、
   一対の前記電極部のうちの一つが、前記旋回流生成部の尖端部に設けられた、請求項１〜３のうちいずれか一つに記載の電磁流量計。
5. 前記第一の方向が、前記管の軸方向に沿い、前記第二の方向が、前記管の径方向に沿った、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の電磁流量計。
6. 前記第一の方向が、前記管の径方向に沿い、前記第二の方向が、前記管の軸方向に沿った、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の電磁流量計。
7. 前記コイル部は、前記軸方向回りに巻かれた巻線を有して前記管の軸方向に沿って間隔をあけて直列に並べられた二つのコイルを有し、
   前記二つのコイルの間から径方向に沿う磁界が生じる、請求項６に記載の電磁流量計。

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