JP2017106770A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁流量計において簡易な構成でライニングの摩耗を検出する。
【解決手段】ライニングに形成された貫通孔に挿入され、被測定流体内に発生する起電力に基づく検出信号を出力する一対の電極と、検出信号に含まれるスラリーノイズの大きさを測定し、ライニングの摩耗を検出するライニング摩耗検出部と、を備え、電極は、ライニングに摩耗が生じていない状態で被測定流体と接する部分が多孔質絶縁性物質でコーティングされ、ライニング摩耗検出部は、測定したスラリーノイズの大きさと、ライニングに摩耗が生じていない状態のスラリーノイズの大きさとを比較することにより、ライニングの摩耗を検出する電磁流量計。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁流量計に関し、特に測定管内部を覆うライニングの摩耗検出に関する。

電磁誘導を利用して導電性の流体の流量を計測する電磁流量計は、堅牢で高精度であることから工業的用途等に広く用いられている。電磁流量計は、直交方向に磁場がかけられた測定管内に導電性の被測定流体を流し、発生した起電力を一対の電極を用いて計測する。この起電力は、被測定流体の流速に比例するため、計測された起電力に基づいて被測定流体の体積流量を得ることができる。

図７は、従来の電磁流量計３００の電極部分の断面図である。本図に示すように、測定管３１０の内部はライニング３２０で覆われており、測定管３１０の外部に励磁コイル３４０が配置されている。

ライニング３２０は、起電力に対する測定管３１０の絶縁性の確保に加え、被測定流体に対する測定管３１０の耐食性、耐摩耗性を確保する役割を担っている。ライニングの材料は、被測定流体に合わせて選択されるが、例えば、フッ素樹脂（ＰＦＡ、ＰＴＦＥ）、ポリウレタンゴム、軟質天然ゴム等が用いられる。

本図の例では、一対の電極３３０は、接液側面がライニング３２０の表面と面一になるように長さが加工され、測定管３１０の外側から挿入されて組み付けられている。電極３３０は、測定流体に応じた材質の金属が用いられる。

砂利、砂、泥、金属片、プラスチック等のスラリーと呼ばれる固形物を含んだスラリー流体の測定においては、スラリーがライニング３２０に接触することで、ライニング３２０が経時的に摩耗していく。ライニング３２０が摩耗すると、測定管３１０内の流路径が変化するためスパン誤差と呼ばれる測定誤差が発生する。

ライニング３２０の摩耗に関して、特許文献１には、図８に示すように、ライニング３２０に測定管３１０側から摩耗検知電極３５１を埋め込んでおき、摩耗検知電極３５１と測定管３１０の基準電位（アース）との間に電圧をかけておくことが記載されている。

ライニング３２０の摩耗がない状態では、摩耗検知電極３５１が被測定流体と接触しないため、摩耗検知電極３５１とアースとの間で電流は流れない。しかし、ライニング３２０の摩耗が進み、摩耗検知電極３５１が露出すると、被測定流体を介して摩耗検知電極３５１とアースとの間で電流Ｉａが流れることになる。この電流Ｉａを監視することで、ライニング３２０の摩耗を検出することができる。また、摩耗検知電極３５１を、高さを変えて複数本備えることで、ライニング３２０の摩耗の度合いを検出することもできる。

特開２００６−２５０６９２号公報

上述の技術により、ライニング３２０の摩耗を検出することができるが、ライニング３２０内部に摩耗検知電極３５１を埋め込まなければならない。また、電流Ｉａを監視するための回路も別途設けなければならず、電磁流量計の構成が煩雑となる。

そこで、本発明は、電磁流量計において簡易な構成でライニングの摩耗を検出することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、被測定流体が流れる測定管の内部がライニングで覆われた電磁流量計であって、前記ライニングに形成された貫通孔に挿入され、前記被測定流体内に発生する起電力に基づく検出信号を出力する一対の電極と、前記検出信号に含まれるスラリーノイズの大きさを測定し、前記ライニングの摩耗を検出するライニング摩耗検出部と、を備え、前記電極は、前記ライニングに摩耗が生じていない状態で前記被測定流体と接する部分が多孔質絶縁性物質でコーティングされ、前記ライニング摩耗検出部は、測定したスラリーノイズの大きさと、前記ライニングに摩耗が生じていない状態のスラリーノイズの大きさとを比較することにより、前記ライニングの摩耗を検出することを特徴とする。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様は、被測定流体が流れる測定管の内部がライニングで覆われた電磁流量計であって、前記ライニングに形成された貫通孔に隙間を空けて挿入され、前記被測定流体内に発生する起電力に基づく検出信号を出力する一対の電極と、前記検出信号に含まれるスラリーノイズの大きさを測定し、前記ライニングの摩耗を検出するライニング摩耗検出部と、を備え、前記電極は、接液側が摩耗の生じていない状態のライニングの内側表面と面一あるいは内側表面より窪んでいる場合は、内側面が絶縁性物質でコーティングされ、接液側が摩耗の生じていない状態のライニングの内側表面よりも突出している場合は、突出部分が絶縁性物質でコーティングされ、前記ライニング摩耗検出部は、測定したスラリーノイズの大きさと、前記ライニングに摩耗が生じていない状態のスラリーノイズの大きさとを比較することにより、前記ライニングの摩耗を検出することを特徴とする。
上記課題を解決するため、本発明の第３の態様は、被測定流体が流れる測定管の内部がライニングで覆われた電磁流量計であって、前記ライニングに形成された貫通孔に挿入され、前記被測定流体内に発生する起電力に基づく検出信号を出力する一対の電極と、前記検出信号に含まれるスラリーノイズの大きさを測定し、前記ライニングの摩耗を検出するライニング摩耗検出部と、を備え、一方の電極は、接液側が摩耗の生じていない状態のライニングの内側表面と面一あるいは内側表面より窪んでいる場合は、内側面が多孔質絶縁性物質でコーティングされ、接液側が摩耗の生じていない状態のライニングの内側表面よりも突出している場合は、突出部分が多孔質絶縁性物質でコーティングされ、他方の電極は、前記一方の電極のコーティング領域よりも広い領域が多孔質絶縁性物質でコーティングされ、前記ライニング摩耗検出部は、測定した前記一方の電極におけるスラリーノイズの大きさと、前記ライニングに摩耗が生じていない状態の前記一方の電極におけるスラリーノイズの大きさとの差が第１基準値を超え、前記一方の電極におけるスラリーノイズの大きさと前記他方の電極におけるスラリーノイズの大きさとの差が第２基準値を超えている場合に、前記ライニングに摩耗が生じたと判定することを特徴とする。

本発明によれば、電磁流量計において簡易な構成でライニングの摩耗を検出することができる。

本発明の第１実施例の電磁流量計の特徴的な部分を示す図である。 ライニングの摩耗とスラリーノイズとの関係について説明する図である。 第１実施例のライニング摩耗検出部の動作について説明するフローチャートである。 ライニングの貫通孔と電極との側面との間に隙間を設けた変形例である。 多孔質セラミックに代え、水を通さない絶縁性材料でコーティングした変形例である。 本発明の第２実施例の電磁流量計の特徴的な部分を示す図である。 従来の電磁流量計の電極部分の断面図である。 従来のライニング摩耗検出について説明する図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施例の電磁流量計１００の特徴的な部分を示す図である。本図に示すように、測定管１１０の内部はライニング１２０で覆われており、測定管１１０の外部に励磁コイル（不図示）が配置されている。

本実施例において、電極１３０は、測定管１１０の内側に配置される内側面が絶縁性の多孔質セラミック１３１でコーティングされている。少なくともライニング１２０が摩耗していない状態のときに、被測定流体に接する部分を多孔質セラミック１３１でコーティングする。このため、電極１３０は、多孔質セラミック１３１に含まれる微細な孔を介して接液することになる。ただし、他の多孔質絶縁性物質でコーティングしてもよい。例えば、ダイヤモンドライクカーボン等を用いることができる。

ライニング１２０には、測定管１１０の内外を貫通する貫通孔が形成されている。電極１３０は、ライニング１２０に形成された貫通孔に、測定管１１０の外側から挿入されて組み付けられている。このため、電極１３０に形成されたフランジを利用して測定管１１０の外部でシールを行なうことができ、内挿型よりもシール性を容易に向上させることができる。また、電極１３０の交換や取り外しを外側から容易に行なうことができる。

それぞれの電極１３０は、バッファ１４１を介して差動増幅器１４２に接続され、起電力信号として出力される。起電力信号は流量算出回路に入力され、流量算出回路で被測定流体の流量が算出される。

第１実施例の電磁流量計１００は、ライニング摩耗検出部１５０を備えている。ライニング摩耗検出部１５０は、起電力信号に含まれるスラリーノイズに基づいてライニング１２０の摩耗を検出する。ここで、スラリーノイズは、被測定流体内のスラリーが電極１３０に衝突し、電極１３０の直流電位が不規則に変化することによって発生するノイズである。

ライニング摩耗検出部１５０は、ノイズ測定部１５１、基準ノイズ値保存部１５２、摩耗判定部１５３を備えている。なお、ライニング摩耗検出部１５０は、流量算出回路に組み込んで構成してもよい。

ノイズ測定部１５１は、起電力信号に含まれるスラリーノイズの大きさを測定する。スラリーノイズの大きさは、例えば、ノイズ振幅の平均値を用いることができる。

基準ノイズ値保存部１５２は、ライニング１２０に摩耗が生じていない状態で測定したスラリーノイズの大きさを基準ノイズ値として保存する記憶領域である。

摩耗判定部１５３は、測定したスラリーノイズの大きさを、基準ノイズ値保存部１５２に保存された基準ノイズ値と比較することにより、ライニング１２０に摩耗が生じているかどうかを判定する。

すなわち、第１実施例では、図２（ａ）に示すように、電極１３０は、ライニング１２０が摩耗していない状態のときに、被測定流体に接する部分が多孔質セラミック１３１でコーティングされている。このため、ライニング１２０に摩耗が生じていない状態では、被測定流体内のスラリーは、多孔質セラミック１３１のコーティングによって電極１３０に衝突せず、スラリーノイズはほとんど発生しない。このときに測定されるスラリーノイズの大きさが基準ノイズ値となる。

一方、ライニング１２０の摩耗が進むと、図２（ｂ）に示すように、電極１３０のコーティングされていない側面が露出してくる。この露出領域にスラリーが衝突することでスラリーノイズが発生する。ノイズの大きさは、露出領域が大きくなるほど、すなわち、ライニング１２０の摩耗が進むほど大きくなる。このため、スラリーノイズの大きさを基準ノイズ値と比較することで、ライニング１２０の摩耗を判定することができる。

次に、第１実施例のライニング摩耗検出部１５０の動作について図３のフローチャートを参照して説明する。本動作は、電磁流量計１００の稼働前の動作と稼働後の動作とに分けられる。

まず、ライニング１２０に摩耗が生じていない正常な状態におけるスラリーノイズの大きさを測定する（Ｓ１０１）。この測定は、例えば、電磁流量計１００の設置時等に行なうようにする。そして、測定されたスラリーノイズを基準ノイズ値として基準ノイズ値保存部１５２に保存する（Ｓ１０２）。以上が稼働前の工程である。

電極１３０は、接液面が多孔質セラミック１３１でコーティングされているため、スラリーノイズはほとんど発生しない。このため、基準ノイズ値を小さな値とすることができ、ライニング１２０が摩耗した際に発生するノイズとの差を精度よく検出することができる。

稼働後の処理では、稼働時のスラリーノイズを測定する（Ｓ１０３）。この測定はオンラインで行なうことができる。そして、測定されたスラリーノイズの大きさと基準ノイズ値との差からノイズの変化量を算出する（Ｓ１０４）。

そして、算出されたノイズ変化量があらかじめ定められた閾値を超えている場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、ライニング１２０の摩耗が進んだとして、ライニング摩耗警告を出力する（Ｓ１０６）。異なる値の閾値を複数個設定しておき、閾値に応じた警告を出力するようにしてもよい。これにより、ライニング１２０の摩耗の進み程度を報知することができる。

一方、算出されたノイズ変化量が閾値以下であれば（Ｓ１０５：Ｎｏ）、警告は行なわない。稼働後の処理は、所定期間で繰り返すようにする。なお、被測定流体に含まれるスラリー量が変化する場合もあるため、測定されたスラリーノイズを平均化することで閾値と比較するようにしてもよい。平均化は、単純平均、移動平均等種々の手法を用いることができる。

また、スラリーノイズは流速に比例して大きくなる特性がある。このため、流量算出回路における流量算出の過程で得られる流速を考慮してライニング１２０の摩耗を判定するようにしてもよい。例えば、稼働前の処理において、複数の流速でスラリーノイズの大きさを測定し、流速とスラリーノイズの大きさとの関係を、直線式近似、多項式近似等を利用して数式化しておく。

稼働時処理においては、測定したスラリーノイズの大きさを、そのときの流速とあらかじめ得られた数式とを用いて補正し、補正後の値と閾値とを比較するようにする。これにより、スラリーノイズの大きさに対する流速の影響を軽減でき、ライニング１２０の摩耗をより精度よく検出することができる。

このように、本発明の第１実施例によれば、ライニングに埋め込む摩耗検知電極を必要としない簡易な構成でライニング１２０の摩耗を検出することができる。

ところで、上記の例では、ライニング１２０が摩耗していない正常状態では、電極１３０は、スラリーの衝突から保護するために多孔質セラミック１３１のコーティングを介してのみ接液していた。

しかしながら、図４に示すように、電極１３０の径よりも、ライニング１２０に形成された貫通孔の径を大きくし、電極１３０の側面とライニング１２０との間に隙間ｄを形成してもよい。この隙間ｄは、被測定流体が入り込める程度の幅を確保する。

この隙間ｄにより、電極１３０は、多孔質セラミック１３１を介した内側面のみならず、側面でも被測定流体に接液することが可能となる。このため、仮にスラリーの影響により多孔質セラミック１３１が目詰まりを生じたとしても、十分に起電力を測定することができ、測定精度に影響を与えることはない。

この場合、電極１３０の接液側が摩耗の生じていないライニング１２０の内側表面と面一あるいは内側表面より窪んでいる場合、少なくとも内側面をコーティングし、接液側が摩耗の生じていないライニング１２０の内側表面よりも突出している場合は、少なくとも突出部分全体をコーティングするようにする。

隙間ｄを設けても、ライニング１２０が正常の場合、電極１３０の側面にはスラリーはほとんど衝突しないため、基準ノイズ値は小さい値が得られることになる。このため、ライニング１２０の摩耗が進んだ場合に発生するスラリーノイズを精度よく評価することができる。

また、隙間ｄを設けた場合は、電極１３０は、側面で被測定流体に接液することができるため、図５に示すように、内側面を、水を通さない絶縁性材料１３５によってコーティングしてもよい。これによって、電極１３０は、側面のみで接液することになる。

隙間ｄは、電極１３０の側面全周にわたって均一でなくてもよい。例えば、被測定流体の上流側の隙間ｄを下流側の隙間ｄよりも小さくすることで、スラリーの隙間ｄへの入り込みやライニング１２０が正常の場合の電極１３０の側面への衝突を効果的に防止することができる。あるいは、測定管１１０に交差する方向の隙間ｄを測定管１１０方向の隙間ｄよりも大きくすることで被測定流体が流れる向きに依存せずに同様の効果を得ることができる。

また、電極１３０の形状は円柱状に限られない。円錐状、角柱状としてもよい。さらには、円柱と円錐とを組み合わせて、先端側が細くなる尖頭形状の電極としてもよい。

次に、本発明の第２実施例について説明する。図６は、本発明の第２実施例の電磁流量計１０１の特徴的な部分を示す図である。第１実施例と同じ部位について同じ符号を付している。本図に示すように、測定管１１０の内部はライニング１２０で覆われており、測定管１１０の外部に励磁コイル（不図示）が配置されている。

そして、電極１３０の径よりも、ライニング１２０に形成された貫通孔の径を大きくし、電極１３０の側面とライニング１２０との間に隙間ｄを形成している。この隙間ｄは、被測定流体が入り込める程度の幅を確保する。ただし、隙間ｄは形成しなくてもよい。

本実施例では、一方の電極Ａ１３０ａは、測定管１１０の内側に配置される内側面に加え、側面も絶縁性の多孔質セラミック１３１ａでコーティングされている。すなわち、接液部分がすべて多孔質セラミック１３１ａでコーティングされている。そして、他方の電極Ｂ１３０ｂは、測定管１１０の内側に配置される内側面のみが絶縁性の多孔質セラミック１３１ｂでコーティングされている。

電極Ａ１３０ａ、電極Ｂ１３０ｂは、それぞれバッファ１４１ａ、バッファ１４１ｂを介して差動増幅器１４２に接続され、起電力信号として出力される。起電力信号は流量算出回路に入力され、流量算出回路で被測定流体の流量が算出される。

第２実施例の電磁流量計１０１は、ライニング摩耗検出部１６０を備えている。ライニング摩耗検出部１６０は、電極Ａ１３０ａ、電極Ｂ１３０ｂのそれぞれの検出信号に含まれるスラリーノイズに基づいてライニング１２０の摩耗を検出する。このため、ライニング摩耗検出部１６０は、起電力信号ではなく、バッファＡ１４１ａ、バッファＢ１４１ｂがそれぞれ出力する信号を入力する。

ライニング摩耗検出部１６０は、ノイズ測定部１６１、基準ノイズ値保存部１６２、摩耗判定部１６３を備えている。なお、ライニング摩耗検出部１６０は、流量算出回路に組み込んで構成してもよい。

ノイズ測定部１６１は、電極Ａ１３０ａの検出信号に含まれるスラリーノイズの大きさと、電極Ｂ１３０ｂの検出信号に含まれるスラリーノイズの大きさとをそれぞれ測定する。スラリーノイズの大きさは、例えば、ノイズ振幅の平均値を用いることができる。

第２実施例では、電極Ａ１３０ａは、側面も多孔質セラミック１３１ａでコーティングされている。このため、ライニング１２０の摩耗が進んでもスラリーノイズは大きくならない。すなわち、ライニング１２０の摩耗が進んだときにスラリーノイズが大きくなるのは、電極Ｂ１３０ｂだけである。

このため、第２実施例では、電極Ｂ１３０ｂの検出信号を摩耗判定に用いるものとする。そして、電極Ａ１３０ａの検出信号は摩耗判定の信頼度を高めるために補助的に用いるようにする。

基準ノイズ値保存部１６２は、ライニング１２０に摩耗が生じていない状態で電極Ｂ１３０ｂの検出信号に含まれるスラリーノイズの大きさを基準ノイズ値として保存する記憶領域である。

第２実施例において、摩耗判定部１６３は、以下の手順で、稼働後のライニング１２０の摩耗判定を行なう。なお、稼働前の工程で、ライニング１２０が摩耗していない状態における電極Ｂ１３０ｂの検出信号に含まれるスラリーノイズの大きさを基準ノイズ値として基準ノイズ値保存部１６２に保存しておくものとする。

稼働後の処理では、稼働時の電極Ａ１３０ａおよび電極Ｂ１３０ｂに発生するスラリーノイズをそれぞれ測定する。そして、電極Ｂ１３０ｂに発生するスラリーノイズの大きさと基準ノイズ値との差からノイズの変化量を算出する。

そして、算出されたノイズ変化量があらかじめ定められた閾値（第１基準値）を超えている場合は、ライニング１２０の摩耗が進んだ可能性があると判断する。

この場合、さらに電極Ａ１３０ａにおけるスラリーノイズの大きさと、電極Ｂ１３０ｂにおけるスラリーノイズの大きさとを比較する。電極Ａ１３０ａでは、ライニング１２０の摩耗に起因するスラリーノイズは増加しないため、電極Ａ１３０ａにおけるスラリーノイズの大きさと、電極Ｂ１３０ｂにおけるスラリーノイズの大きさとがほぼ等しい場合には、ライニング１２０の摩耗は進んでおらず、他の要因でスラリーノイズが発生していると判定する。この場合も警告を出力するようにしてもよい。

一方、電極Ａ１３０ａのスラリーノイズの大きさよりも電極Ｂ１３０ｂのスラリーノイズの大きさが十分大きい場合には、ライニング１２０の摩耗が進でいると判定して、ライニング摩耗警告を出力する。なお、電極Ａ１３０ａにおけるスラリーノイズの大きさと、電極Ｂ１３０ｂにおけるスラリーノイズの大きさとがほぼ等しいか、電極Ａ１３０ａのスラリーノイズの大きさよりも電極Ｂ１３０ｂのスラリーノイズの大きさが十分大きいかは所定の基準値（第２基準値）を用いて判定することができる。

このように、第２実施例では、ライニング１２０の摩耗の進行によりスラリーノイズが増える電極Ｂ１３０ｂと、ライニング１２０の摩耗の進行とスラリーノイズとが関連しない電極Ａ１３０ａとを用いることによって、ライニング１２０の摩耗判定の信頼性を高めるようにしている。

１００…電磁流量計、１０１…電磁流量計、１１０…測定管、１２０…ライニング、１３０…電極、１３１…多孔質セラミック、１３５…絶縁性材料、１４１…バッファ、１４２…差動増幅器、１５０…ライニング摩耗検出部、１５１…ノイズ測定部、１５２…基準ノイズ値保存部、１５３…摩耗判定部、１６０…ライニング摩耗検出部、１６１…ノイズ測定部、１６２…基準ノイズ値保存部、１６３…摩耗判定部

Claims (3)

1. 被測定流体が流れる測定管の内部がライニングで覆われた電磁流量計であって、
   前記ライニングに形成された貫通孔に挿入され、前記被測定流体内に発生する起電力に基づく検出信号を出力する一対の電極と、
   前記検出信号に含まれるスラリーノイズの大きさを測定し、前記ライニングの摩耗を検出するライニング摩耗検出部と、を備え、
   前記電極は、前記ライニングに摩耗が生じていない状態で前記被測定流体と接する部分が多孔質絶縁性物質でコーティングされ、
   前記ライニング摩耗検出部は、測定したスラリーノイズの大きさと、前記ライニングに摩耗が生じていない状態のスラリーノイズの大きさとを比較することにより、前記ライニングの摩耗を検出することを特徴とする電磁流量計。
2. 被測定流体が流れる測定管の内部がライニングで覆われた電磁流量計であって、
   前記ライニングに形成された貫通孔に隙間を空けて挿入され、前記被測定流体内に発生する起電力に基づく検出信号を出力する一対の電極と、
   前記検出信号に含まれるスラリーノイズの大きさを測定し、前記ライニングの摩耗を検出するライニング摩耗検出部と、を備え、
   前記電極は、接液側が摩耗の生じていない状態のライニングの内側表面と面一あるいは内側表面より窪んでいる場合は、内側面が絶縁性物質でコーティングされ、接液側が摩耗の生じていない状態のライニングの内側表面よりも突出している場合は、突出部分が絶縁性物質でコーティングされ、
   前記ライニング摩耗検出部は、測定したスラリーノイズの大きさと、前記ライニングに摩耗が生じていない状態のスラリーノイズの大きさとを比較することにより、前記ライニングの摩耗を検出することを特徴とする電磁流量計。
3. 被測定流体が流れる測定管の内部がライニングで覆われた電磁流量計であって、
   前記ライニングに形成された貫通孔に挿入され、前記被測定流体内に発生する起電力に基づく検出信号を出力する一対の電極と、
   前記検出信号に含まれるスラリーノイズの大きさを測定し、前記ライニングの摩耗を検出するライニング摩耗検出部と、を備え、
   一方の電極は、接液側が摩耗の生じていない状態のライニングの内側表面と面一あるいは内側表面より窪んでいる場合は、内側面が多孔質絶縁性物質でコーティングされ、接液側が摩耗の生じていない状態のライニングの内側表面よりも突出している場合は、突出部分が多孔質絶縁性物質でコーティングされ、
   他方の電極は、前記一方の電極のコーティング領域よりも広い領域が多孔質絶縁性物質でコーティングされ、
   前記ライニング摩耗検出部は、測定した前記一方の電極におけるスラリーノイズの大きさと、前記ライニングに摩耗が生じていない状態の前記一方の電極におけるスラリーノイズの大きさとの差が第１基準値を超え、
   前記一方の電極におけるスラリーノイズの大きさと前記他方の電極におけるスラリーノイズの大きさとの差が第２基準値を超えている場合に、前記ライニングに摩耗が生じたと判定することを特徴とする電磁流量計。