JP2017044694A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】落雷や溶接などのような外部の衝撃やノイズに対して内部回路を保護することができるようにした電磁流量計を提供すること。
【解決手段】電源が印加されて磁界を形成するコイルと、前記磁界を通過する流量に応じて生成される起電力を測定する電極と、前記電極で測定された起電力を増幅する増幅回路部と、前記電極と前記増幅回路部の間に設置されてＯＮまたはＯＦＦになるリレー部とを含む電磁流量計。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁流量計に関し、さらに詳細には、落雷や溶接などによる外部への高電圧衝撃に備えるようにする電磁流量計に関する。

電磁流量計は、電磁誘導を利用した流量計をいい、非磁性管に直交して磁界が形成されるように、コイルに電源を印加し、管の中に導電性の流体を流すと電磁誘導によって両者と直交した電極に、流速に比例した起電力が生じる原理から流量を測定するものである。

図１は、一般的な電磁流量計の構成を示したものである。

これを参照すれば、電磁流量計１０は、流体が流れる配管１１の一側に装着されるが、前記配管１１上に設置される複数の電極１２と、前記配管１１の周囲に配置されるコイル１３を含みから構成される。

配管１１の中に流速υで伝導性を有する流体が流れるとこの配管１１に設置した電極１２に起電力Ｅが生じ、Ｅは平均流速に比例するのでＥを増幅して記録すると、流量の変化を連続的に知ることができる。
Ｅ＝Ｂｄυ×１０^−８
ここで、Ｅ：起電力[Ｖ]、Ｂ：磁束密度[Ｇ]、ｄ：管の内径［ｃｍ］、υ：流速[ｃｍ/ s]

起電力は、通常１ｍＶレベルで発生し、これを増幅して処理するが、この時の増幅回路は、通常の演算増幅器（operational amplifier、以下「ＯＰ ＡＭＰ」と称する）を使用する。抵抗、キャパシター(Capacitor)、ダイオードなどの演算増幅器の外部回路についたいくつかの素子を変えることにより、様々な線形または非線形動作を安定して行うことができる。

このような電磁流量計は、圧力損失がほとんどなく、正確度、精密度が高いため、様々な分野で多く使用される。しかし、精密度が高い代わりに電圧/電流に敏感な半導体素子を多く使用するため、外部のノイズまたは衝撃に弱くなる。特に、電磁流量計が船舶やプラントなどに設置される場合、落雷や溶接などの高電圧衝撃に露出されることになる。

電磁流量計に含まれたＯＰ ＡＭＰは、トランジスタ（ＴＲ）や電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの半導体素子で構成されているので、入力側にノイズまたは高電圧の衝撃が加わると不良が発生する確率が高くなる問題点がある。

また、電磁流量計を構成する電極とコイルは、電磁流量計の本体に接続されて配管に取り付けられるようにされるが、配管は通常、伝導性素材である鉄で構成され、電磁流量計の本体はＳＵＳなどのような鉄合金になっているため、配管を介して落雷や溶接の衝撃がよく伝達される。結局、配管を介して電極とコイルに伝達された衝撃が電磁流量計の回路に伝達され、電磁流量計の不良が発生することになる。

本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、本発明の目的は、特に落雷や溶接などのような外部の衝撃やノイズにも電磁流量計の内部の回路を保護することができるようにする電磁流量計を提供することにある。

前記目的を達成するために案出された本発明の一実施の形態に係る電磁流量計は、電源が印加されて磁界を形成するコイルと、前記磁界を通過する流量に応じて生成された起電力を測定する電極と前記電極で測定された起電力を増幅する増幅回路部と、前記電極と前記増幅回路部の間に設置されてＯＮまたはＯＦＦになるリレー部とを含む。

本発明に係れば、リレー部を備え、必要に応じてＯＮ/ＯＦＦされるように制御することにより、電磁流量計の内部の回路を保護することができる効果がある。

また、本発明に係れば、流量計の電源を必要に応じてＯＮ/ＯＦＦされるように制御することができる制御部を備えることにより、電磁流量計の内部の回路を保護することができる効果がある。

一般的な電磁流量計の構成を示したものである。 本発明の一実施の形態に係る電磁流量計に含まれたリレー部と増幅回路部を図示したものである。 本発明の一実施の形態に係る電磁流量計の動作を示すフローチャートである 本発明の他の実施の形態に係る電磁流量計の動作を示すフローチャートである。 本発明のまた他の実施の形態に係る電磁流量計の動作を示すフローチャートである。 本発明のまた他の実施の形態に係る電磁流量計の動作を示すフローチャートである。

以下では、添付した図面を参考にして、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。

まず、各図面の構成要素に参照符号を付加することにおいて、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されても、可能な限り同一の符号を有すようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、関連した公知の構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすることができていると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。

また、以下で、本発明の好適な実施の形態を説明するが、本発明の技術的思想は、これに限定したり、制限されず、当業者によって変形されて多様に実施されることができることはもちろんである。

図２は、本発明の一実施の形態に係る電磁流量計に含まれたリレー部と増幅回路部を示したものである。図２に示すように、本発明の実施の形態に係る電磁流量計は、電源が印加されて磁界を形成するコイル（図示せず）と、前記磁界を通過する流量に応じて生成される起電力を測定する電極（図示せず）と、制御信号に応じてＯＮ/ＯＦＦされるリレー部（１０１、１０３）と、電極（図示せず）と接続された入力端で入力された信号を増幅する複数の増幅部（１１１，１１３，１１５）を含み出力端に増幅された信号（Ｖｏｕｔ）を出力するように構成される。

電磁流量計に含まれたリレー部は、電極（図示せず）と増幅回路部の間に設置され、第１リレー部１０１と第２リレー部１０３で構成される。前記第１リレー部１０１と第２リレー部１０３は、それぞれ電極Ｖ１とＶ２に接続される。各電極は、流体が流れる配管上に設置されて流量に応じて変化する電圧値を測定する。

本発明の一実施の形態に係る電磁流量計に含まれるリレー部（１０１，１０３）は、電極（図示せず）から入力される信号を増幅回路部に接続することで、電極に接続されたＯＰ ＡＭＰと周辺回路を保護する機能を実行することができる。

つまり、船舶に設置された電磁流量計の場合、落雷や溶接などのようなノイズに露出されることがあるため、落雷や溶接などが発生する確率が高い時期にリレー部（１０１，１０３）がＯＦＦの状態を維持すると、電極（図示せず）から入力されたノイズ信号を遮断することができるようになる。ノイズが発生する可能性が高い時期は、ほとんど流量計を使用しない船舶の運航中や、修理中の時である。

したがって、電磁流量計を実際に使用している時にのみリレー部（１０１，１０３）がＯＮの状態を維持して電極と増幅回路部を接続し、電磁流量計を使用しない時は、リレー部（１０１、１０３）がＯＦＦされるようにすると電磁流量計で発生することができる不良を大幅に削減できるようになる。

ここで、電極（図示せず）と増幅回路部との間のリレー部（１０１，１０３）をＯＦＦにした後、起電力を測定して、電子流量計のゼロ点を補正することができるように構成することができる。すなわち、前記リレー部（１０１，１０３）をＯＦＦにすると、増幅回路部のオフセット値だけ測定されるので、増幅回路部の抵抗などによる誤差の値を補正することができるようになる。

一方、本発明の他の実施の形態として、電源が印加されて磁界を形成するコイルと、前記磁界を通過する流量に応じて生成される起電力を測定する電極、前記コイルを駆動させるコイル駆動部と、前記コイルと前記コイル駆動部との間に設置されてＯＮまたはＯＦＦされるリレー部を含む電磁流量計を提供することができる。この場合、リレー部のＯＮ/ＯＦＦさせることでコイルを介してコイル駆動部に落雷や溶接などによるノイズが流入されることを防止することができるようになる。

図３は、本発明の一実施の形態に係る電磁流量計の動作を示すフローチャートであり、図４は、本発明の他の実施の形態に係る電磁流量計の動作を示すフローチャートであり、図５は、本発明のもう一つの実施の形態に係る電磁流量計の動作を示すフローチャートである。

図３〜図５を参照すると、本発明の一実施の形態に係る電磁流量計は、特定の条件に基づいてリレーをＯＮまたはＯＦＦさせるように構成される。

図３においては、電子流量計の電源状態に応じて、リレーがＯＮ/ＯＦＦされる動作が開始される。まず、電磁流量計の電源がＯＮの状態であることを判断し（Ｓ１１０）、ＯＮ状態である場合には、リレーをＯＮさせ（Ｓ１６０）、ＯＮ状態でない場合は、リレーをＯＦＦさせる（Ｓ１５０）。

ここで、リレー部（１０１，１０３）は、Ｎｏｒｍａｌ Ｏｐｅｎ Ｔｙｐｅを採用することにより、電磁流量計の電源が切れている場合、リレーのスイッチがＯＦＦ状態になるように構成することができる。このような場合は、別の制御信号がなくても、電源の状態に応じて、リレーが動作することになる。また、前記電磁流量計の電源がＯＮ/ＯＦＦされるように制御する制御部を別々に備え、電磁流量計の電源を制御することができるように構成することもできる。この場合、船舶が運航中または修理中である時は、電磁流量計の電源がＯＦＦされ、船舶がバラスティング（ballasting）動作中の場合は、電磁流量計の電源がＯＮになるように制御部からＯＮ/ＯＦＦ制御信号を生成する。以降、生成された制御信号をリレー部（１０１，１０３）が受信し、制御信号に応じてリレー部（１０１，１０３）がＯＮ/ＯＦＦの状態で動作することになる。

一方、リレー部（１０１，１０３）は、電源の状態とは無関係に、外部からのリレーをＯＮ/ＯＦＦしょうとする制御信号によって制御されることもある。この場合、制御信号は、無線通信方式、例えば、ＷｉＦｉ、ブルートゥース（Bluetooth）（登録商標）などの近距離無線通信を使用してＯＮ / ＯＦＦ制御信号を送信することができる。また、前記制御信号は、有線を介して伝達されるように構成することができる。この場合、接点入力（Dry Contact）スイッチを介してＯＮ/ＯＦＦ制御信号を生成することができる。

例えば、電磁流量計が測定されるべきの時点に電磁流量計をモニタリング（monitoring）する装置で電子流量計を測定するために、無線通信でコマンドを与えたり、接点入力スイッチをＯＮにして制御信号を生成することにより、リレー部（１０１，１０３）をＯＮ状態で制御することができるようになる。

接点入力スイッチを常時ＯＮになるように結線することもあるが、この場合は、通常の電磁流量計のように、電源がオンになると測定を開始することになり、前述したように、電源の状態に応じて、リレー部（１０１，１０３）が動作する方式と同じように動作することになる。

図４と図５は、制御信号によってリレー部（１０１，１０３）が制御される動作を示す。図４は、バラスティング動作中であることによってリレー部（１０１，１０３）を動作させる。つまり、バラスティング動作中であるかを判断して（Ｓ１２０）、バラスティング動作中であればリレーをＯＮにし（Ｓ１６０）、バラスティング動作中でない場合は、リレーをＯＦＦにする（Ｓ１５０）制御信号を生成する。バラスティング動作中には電子流量計が動作しなければならないのでバラスティング動作中の状態では、制御部（図示せず）でリレーがＯＮされるように制御信号を生成する方式である。

一方、図５は、船舶の運航中または修理中かどうかを判断して（Ｓ１３０）、運航中や修理中である場合には、ノイズ発生の確率が高く、流量計を使用しないので、リレーがＯＦＦされるように制御（Ｓ１５０）し、船舶運航中または修理中でない場合には、リレーがＯＮされるように制御（Ｓ１６０）する。

図６は、本発明のまた他の実施の形態に係る電磁流量計の動作を示すフローチャートである。図６に示された本発明のまた他の実施の形態において電磁流量計は、リレー部の構成を排除することができる。つまり、リレー部の有無にかかわらず、単に特定の条件を満たしているかどうかに応じて、流量計の電源を制御するように構成した。

本実施の形態においては、船舶運航中または修理中であることを判断し（Ｓ２３０）、判断の結果に応じて、流量計の電源をＯＮにするか、（Ｓ２６０）、ＯＦＦにするように（Ｓ２５０）制御することができる。

また、バラスティング動作であるかを判断し（Ｓ２２０）、その判断結果に応じて流量計の電源をＯＮにするか、（Ｓ２６０）、ＯＦＦするように（Ｓ２５０）制御することができる。

このようなＯＮ/ＯＦＦ制御はＯＮ/ＯＦＦ制御信号を生成する制御部を含みから構成されることがあり、前述した無線通信方式や有線を介して生成された制御信号を流量計の電源部に伝達するように構成することができる。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないものであり、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で多様な修正、変更、及び置換が可能である。したがって、本発明に開示された実施の形態及び添付された図面は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような実施の形態及び添付された図面によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、以下の請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきものである。

１０：電磁流量計
１１：配管
１２：電極
１３：コイル
１０１：第１リレー部
１０３：第２リレー部
１１１，１１３，１１５：増幅部

Claims (8)

1. 電源が印加されて磁界を形成するコイルと、
   前記磁界を通過する流量に応じて生成される起電力を測定する電極と、
   前記電極で測定された起電力を増幅する増幅回路部と、
   前記電極と前記増幅回路部の間に設置されてＯＮまたはＯＦＦになるリレー部とを含む、電磁流量計。
2. 電源が印加されて磁界を形成するコイルと、
   前記磁界を通過する流量に応じて生成される起電力を測定する電極と、
   前記コイルを駆動させるコイル駆動部と、
   前記コイルと前記コイル駆動部との間に設置されてＯＮまたはＯＦＦになるリレー部とを含む、電磁流量計。
3. 前記リレー部は、制御信号に応じてＯＮまたはＯＦＦされるが、
   前記制御信号は、無線通信または接点入力スイッチを介して生成される、請求項１または請求項２に記載の電磁流量計。
4. 前記リレー部は、前記電磁流量計の電源がＯＮ状態である場合、ＯＮになり、前記電磁流量計の電源がＯＦＦの状態である場合、ＯＦＦになる、請求項１または請求項２に記載の電磁流量計。
5. 船舶が運航中または修理中である時は、前記制御信号はＯＦＦ信号が生成され、船舶がバラスティング動作中の時は、前記制御信号は、ＯＮ信号が生成される、請求項３に記載の電磁流量計。
6. 船舶が運航中または修理中である時は、前記電磁流量計の電源がＯＦＦされ、船舶がバラスティング動作中の時は、前記電磁流量計の電源がＯＮになるように制御する制御部を含む、請求項４に記載の電磁流量計。
7. 前記リレー部がＯＦＦされた状態で、ゼロ点補正を実行するように構成される、請求項１に記載の電磁流量計。
8. 電源が印加されて磁界を形成するコイルと、
   前記磁界を通過する流量に応じて生成される起電力を測定する電極と、
   前記電極で測定された起電力を増幅する増幅回路部と、
   船舶が運航中または修理中である時、前記電磁流量計の電源がＯＦＦになり、船舶がバラスティング 動作中である時、前記電磁流量計の電源がＯＮになるように制御するコントローラを含む、電磁流量計。

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