JP2017530359A - 蒸気透過センサを有する電磁流量計 - Google Patents

Abstract

電磁流量計は、非導電性のライナーを有するパイプと、パイプに隣接しパイプを通過する流体を横断する磁界を発生するように構成された界磁コイルと、パイプ及びライナーを貫通する第１のトンネル内に配置された第１の電極と、パイプ及びライナーを貫通する第２のトンネル内に配置された第２の電極と、を含む。電極は、パイプを通過する流体を横断する磁界によって誘導される電圧を感知するように構成されている。流量計は、パイプに取り付けられ、界磁コイル、第１の電極または第２の電極を包囲する、密封された区画をも含んでいる。流量計は、さらに、密封された区画内の相対湿度を感知するように構成された、当該区画内の蒸気センサと、界磁コイル、第１の電極、第２の電極、及び蒸気センサに接続されたトランスミッタ回路を有する電子部品区画と、を含む。【選択図】図１

Description

本開示は、電磁流量計、特に電磁流量計における蒸気透過に関する。

一般に、電磁流量計測技術は、水性の流体、イオン溶液及びその他の導電性の流れに適用可能である。具体的な用途には、水処理施設、高純度薬物製造、衛生的な飲食物の製造、及び、有害な腐食性のプロセスフローを含む化学プロセスが含まれる。電磁流量計は、研磨性及び腐食性のスラリーを利用する水圧破砕法を含む炭化水素燃料産業、並びに、その他の炭化水素抽出及び加工法においても採用される。

電磁流量計（またはマグメータ）は、電磁効果の一つであるファラデー誘導を用いて流量を計測する。流量計は、パイプセクションを横断する磁界を発生させるためにコイルを励起し、磁界は、プロセスフローを横断する起電力（ＥＭＦ）を誘導する。結果として生じる電位差（または電圧）が、パイプセクションを通して延びプロセスフローと接触する一対の電極を用いて、または、容量性カップリングによって、計測される。流速は誘導されたＥＭＦに比例し、体積流量は流速及び流れ面積に比例する。

コイル及び電極は、これらの電子部品に対する損傷を防止するために、密封された磁気部品区画に設置され得る。しかしながら、非導電性のライナーがパイプセクションを覆っており、ライナーの透過が発生し得る。透過が発生している場合、蒸気が磁気部品区画内に蓄積し、区画内の相対湿度を上昇させる可能性がある。相対湿度が１００％に達すると、水滴が生じ、水滴は、電極またはコイルのような電子部品を短絡させる水分によって、電磁流量計を故障させる可能性がある。電磁流量計の故障は、通常、短絡が生じ流量計の交換が必要となるまで気付かれない。

電磁流量計は、非導電性のライナーを有するパイプと、パイプに隣接しパイプを通過する流体を横断する磁界を発生するように構成された界磁コイルと、パイプを通過しライナーを貫通する第１のトンネル内に配置された第１の電極と、パイプを通過しライナーを貫通する第２のトンネル内に配置された第２の電極と、を含む。電極は、パイプを通過する流体を横断する磁界によって誘導される電圧を感知するように構成されている。流量計は、パイプに取り付けられ、界磁コイル、第１の電極または第２の電極を包囲する密封された区画をも含んでいる。流量計は、さらに、密封された区画内の相対湿度を感知するように構成された当該区画内の蒸気センサと、界磁コイル、第１の電極、第２の電極及び蒸気センサに接続されたトランスミッタ回路を有する電子部品区画と、を含む。

方法は、電磁流量計のパイプを通過する流体の流量を感知することと、蒸気センサを用いて密封された区画内の相対湿度を感知することと、を含む。密封された区画は、パイプに取り付けられ、界磁コイル、第１の電極及び第２の電極の少なくとも１つを包囲する。方法は、さらに、パイプを通過する流体の流量を示す第１の出力と、蒸気センサにより感知された相対湿度に基づく第２の出力と、を生成することを含み、第２の出力は、密封された区画内での蒸気透過をユーザに警告する。

電磁流量計の透視図である。 図１の電磁流量計の線２−２に沿った断面図である。 図１の電磁流量計の回路図である。 電磁流量計の切り欠き透視図である。 図４における電磁流量計の前面図である。 図５の電磁流量計の回路図である。

本開示の電磁流量計は、流量計の故障に先立って蒸気透過を検知するための蒸気センサを含む。電磁流量計は、内面が非導電性材料製のライナーにより被覆されたパイプを備えるパイプセクションまたはフローチューブを含む。蒸気センサは、非導電性のライナーを通して、コイル、電極またはその両方を収容する密封された区画へ水または流体の蒸気が浸透するにつれて、水分の蓄積を感知する。蒸気センサは、密封された区画内の相対湿度の変化を感知することができる。蒸気センサは、電磁流量計の電子部品区画内のトランスミッタ回路に接続されている。トランスミッタ回路は、蒸気センサが相対湿度の所定の変化を感知した時に、ユーザに透過について警告するための出力を生成することができる。このことは、短絡による流量計の故障に先立ってユーザが透過について警告を受けるため、好都合である。ユーザは、相対湿度のデータを、故障に至るまでの時間を見積もるために使うことができ、故障に先立って流量計を交換することができる。

図１は、電磁流量計１０の透視図である。図２は、図１の線２−２に沿った電磁流量計１０の断面図である。電磁流量計１０は、パイプ１２、磁気部品区画１４及び電子部品区画１６を含む。パイプ１２及び磁気部品区画１４は、電磁流量計１０のフローチューブを形成する。パイプ１２の内面は、ライナー１８によって覆われている。磁気部品区画１４はパイプ１２を囲み、電極２２、界磁コイル２４及び蒸気センサ２６と共にトンネル２０を包囲している。図示された実施形態において、電磁流量計１０は、２つのトンネル２０と、２つの電極２２と、２つの界磁コイル２４とを含んでいる。密封シール２８が、磁気部品区画１４と電子部品区画１６の間の１次シールを提供する。密封シール２８は、ガラスまたはその他の好適な材料で製造され得る。シール３０が、磁気部品区画１４と電子部品区画１６の間の２次シールを提供する。シール３０は、ゴムまたはその他の好適な材料で製造され得る。

パイプ１２は、ステンレス鋼などの導電性材料で製造され得る。ライナー１８は、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の非導電性材料、または、パイプ１２を通過する流体を横断して誘導される電圧の短絡を防止するために、絶縁用のゴム材料によって製造される。ライナー１８は、パイプ１２の内壁に、接着、圧接、射出成形または回転成形され得る。代替の実施形態において、ライナー１８は、パイプ１２内に材料を注入し、この材料を硬化させることによって形成され得る。トンネル２０は、パイプ１２及びパイプ１２の両側のライナー１８を貫通する穴である。電極２２は、ライナー１８に対して密封されパイプ１２を通過する流体と直接的に電気接触し得るよう、トンネル２０内に配置され、ライナー１８内に埋め込まれている。トンネル２０は、電極２２がパイプ１２と接触して短絡を起こすことを防止する間隙を、電極２２の周囲に提供している。界磁コイル２４は、パイプ１２の外側において互いに向かい合って（通常、図２に示すようにパイプ１２の上方と下方に）配置されている。蒸気センサ２６は、磁気部品区画１４内の何れの場所にも配置され得るが、好ましくは、磁気部品区画１４の上部のような、より低い温度の場所に配置される（図２参照）。

電磁流量計１０は、パイプ１２を通過する導電性流体の流速、及び、磁気部品区画１４内の蒸気透過を計測する。パイプ１２を導電性流体が通過すると、界磁コイル２４は、流体を横断して時間的に変化する磁界を発生する。パイプ１２を通過する流体は、流体内に電圧を誘導する移動導体として機能する。電極２２は、流体と直接的に電気接触しており、したがって流体内に存在する電圧を感知する。電極２２によって感知された電圧は、パイプ１２を通過する流体の流量を計算するために用いることができる。

パイプ１２を通過する流体は、腐食性を有する高温の流体であってもよい。高温で腐食性を有する流体は、ライナー１８を通じた蒸気透過を促進し得る。水蒸気の分子は、ライナー１８を通過し、磁気部品区画１４のトンネル２０内へ入る。上述したように、磁気部品区画１４は密封されているので、水蒸気の分子は磁気部品区画１４内に蓄積し、磁気部品区画１４内の相対湿度の上昇を引き起こす。相対湿度が１００％に達すると、磁気部品区画１４内で水滴が生じ得る。水滴は、電極２２及び界磁コイル２４を含む磁気部品区画１４内の電子部品を短絡させ得る。例えば、水滴がトンネル２０内の電極２２とパイプ１２の間に生じ、短絡を引き起こし得る。

電磁流量計１０は、磁気部品区画１４内に蒸気センサ２６を含むため、好都合である。蒸気センサ２６は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップのような相対湿度プローブまたはセンサであり得る。蒸気センサ２６は、磁気部品区画１４内の相対湿度のような蒸気の蓄積を感知し得る。相対湿度計測は、磁気部品区画１４内での蒸気透過をユーザに警告するために用いることができる。これによりユーザは、短絡が生じ電磁流量計１０が機能性を喪失する前に、電磁流量計１０を交換することができる。

図３は、電磁流量計１０の回路図である。電磁流量計１０は、パイプ１２、磁気部品区画１４及び電子部品区画１６を含む。磁気部品区画１４は、電極２２、界磁コイル２４及び蒸気センサ２６を包囲している。電子部品区画１６は、トランスミッタ回路３２を含んでいる。電極２２、界磁コイル２４及び蒸気センサ２６は、トランスミッタ回路３２に接続されている。

トランスミッタ回路３２は、パイプ１２を通過する流体を横断する磁界を界磁コイル２４が発生し得るよう、電力を界磁コイル２４に提供するためのコイル駆動装置を含んでいる。トランスミッタ回路３２は、信号処理装置、デジタル処理装置及び通信インターフェースをも含んでいる。信号処理装置は、電極２２間の電位差を計測し、これを、電極電圧を示すデジタル信号に変換する。デジタル信号は、デジタル処理装置によって処理され、デジタル処理装置は、流量計測値を通信インターフェースに供給する。通信インターフェースは、その値を、監視または制御システムに伝達する。通信インターフェースは、その値を、有線または無線接続を通じて伝達することができる。

トランスミッタ回路３２は、蒸気センサ２６から相対湿度計測値をも受け取る。信号処理装置は、蒸気センサ２６によって感知された相対湿度計測値を生成し、これをデジタル信号に変換する。デジタル処理装置は、この信号を処理し、磁気部品区画１４内の相対湿度のパーセンテージのような相対湿度計測値を、通信インターフェースに供給し得る。通信インターフェースは、その計測値を、読み出しまたは制御システムに伝達する。したがって、通信インターフェースは、磁気部品区画１４内の蒸気透過をユーザに警告することができる。さらに、通信インターフェースは、磁気部品区画１４内で蒸気センサ２６によって相対湿度の閾値が感知された場合、電磁流量計１０を交換するようユーザに警告することができる。例えば、通信インターフェースは、相対湿度が２０％変化した場合、または、相対湿度の絶対値が８０％といったレベルに達した場合に、ユーザに警告することができる。

図４は、電磁流量計４０の切り欠き透視図である。図５は、電磁流量計４０の前方切り欠き図である。電磁流量計４０は、磁気部品区画内に配置された蒸気センサの代わりに、電極ウェル内に配置された蒸気センサを含んでいる点を除いて、図１の電磁流量計１０と本質的に類似している。電磁流量計４０は、パイプ４２、磁気部品区画４４及び電子部品区画４６を含む。パイプ４２の内面は、ライナー４８によって覆われている。磁気部品区画４４はパイプ４２を囲み、部分的に電極ウェル５０を包囲している。電極ウェル５０は、トンネル５２、電極５４及び蒸気センサ５６を包囲している。それぞれの電極ウェル５０は、１つのトンネル５２、１つの電極５４及び１つの蒸気センサ５６を含んでいる。電極ウェル５０は密封され、磁気部品区画４４内への電極漏洩を防止するために、電極５４を磁気部品区画４４から分離している。磁気部品区画４４は、界磁コイル５８をも包囲している。図示された実施形態では、電磁流量計４０は、２つの電極ウェル５０、２つのトンネル５２、２つの電極５４、２つの蒸気センサ５６及び２つの界磁コイル５８を含んでいる。

電磁流量計４０は、電極ウェル５０内に蒸気センサ５６を含んでいるため、好都合である。蒸気センサ５６は、ＭＥＭＳチップのような相対湿度プローブまたはセンサであり得る。蒸気センサ５６は、電極ウェル５０内の相対湿度のような蒸気の蓄積を感知し得る。相対湿度計測は、電極ウェル５０内での蒸気透過をユーザに警告するために用いることができる。これによりユーザは、電極ウェル５０のうち１つの中で短絡が生じ電磁流量計４０が機能性を喪失する前に、電磁流量計４０を交換することができる。

図６は、電磁流量計４０の回路図である。電磁流量計４０は、パイプ４２、磁気部品区画４４及び電子部品区画４６を含む。磁気部品区画４４はパイプ４２を囲み、部分的に電極ウェル５０を包囲している。電極ウェル５０は、トンネル５２、電極５４及び蒸気センサ５６を包囲している。磁気部品区画４４は、界磁コイル５８をも包囲している。電子部品区画４６は、トランスミッタ回路６０を含んでいる。電極５４、蒸気センサ５６及び界磁コイル５８は、トランスミッタ回路６０に接続されている。

電磁流量計１０（図１〜３）のトランスミッタ回路３２と同様に、トランスミッタ回路６０は、コイル駆動装置、信号処理装置、デジタル処理装置及び通信インターフェースを含んでいる。トランスミッタ回路６０は、パイプ４２を通過する流体の流量を示す出力を生成するために、電極５４によって感知された電圧を処理することができる。トランスミッタ回路６０は、各電極ウェル５０内のそれぞれの蒸気センサ５６からの相対湿度計測値を処理し、蒸気センサ５６によって感知された相対湿度に基づく出力を生成することもできる。通信インターフェースは、一方または両方の電極ウェル５０内における蒸気透過をユーザに警告し、一方または両方の電極ウェル５０内の蒸気センサ５６によって感知された相対湿度のパーセンテージを出力することができる。さらに、通信インターフェースは、一方または両方の電極ウェル５０内で蒸気センサ５６によって相対湿度の閾値が感知された場合に、電磁流量計４０を交換するようユーザに警告することができる。例えば、通信インターフェースは、相対湿度が２０％変化した場合、または、相対湿度の絶対値が８０％といったレベルに達した場合に、ユーザに警告することができる。

本発明を例示的な実施形態を参照して説明してきたが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、様々は変更を施すことができ、また、その構成要素を均等物と置換することができることを、当業者は理解するであろう。さらに、本発明の教示に対して、その本質的な趣旨を逸脱しない範囲で、特定の状況または材料に適合させるために、多くの変更が施され得る。したがって、本発明は開示された特定の実施形態に限定されず、添付の請求項の範囲に含まれるすべての実施形態を含むことが意図されている。

Claims (20)

1. 電磁流量計であって、
   内面に非導電性のライナーを有するパイプと、
   前記パイプに隣接し、前記パイプを通過する流体を横断する磁界を発生するように構成された界磁コイルと、
   前記パイプ及び前記非導電性のライナーを貫通する第１のトンネル内に配置された第１の電極、及び、前記パイプ及び前記非導電性のライナーを貫通する第２のトンネル内に配置された第２の電極であって、前記パイプを通過する前記流体を横断する前記磁界によって誘導される電圧を感知するように構成された前記第１の電極及び前記第２の電極と、
   前記パイプの外面に取り付けられた第１の密封区画であって、前記界磁コイル、前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも１つを包囲する前記第１の密封区画と、
   前記密封区画内に配置され、前記第１の密封区画内の相対湿度を感知するように構成された第１の蒸気センサと、
   前記界磁コイル、前記第１の電極、前記第２の電極及び前記第１の蒸気センサに接続されたトランスミッタ回路を有する電子部品区画と、を備える電磁流量計。
2. 前記トランスミッタ回路は、前記第１の電極及び前記第２の電極によって感知された電圧の関数としての前記流体の流量を示す第１の出力を生成すると共に、前記第１の蒸気センサによって感知された前記相対湿度に基づく第２の出力を生成し、前記第２の出力は、前記第１の密封区画内における蒸気透過を示す警告を提供する、ことを特徴とする請求項１に記載の電磁流量計。
3. 前記第１の密封区画は、前記パイプを囲み、前記界磁コイル、前記第１の電極、前記第２の電極及び前記蒸気センサを包囲する磁気部品区画を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の電磁流量計。
4. 前記第１の蒸気センサは、前記磁気部品区画内への前記非導電性のライナーを通じた蒸気透過に起因する前記磁気部品区画内の相対湿度を感知するように構成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の電磁流量計。
5. 前記第１の密封区画は、前記第１の電極及び前記第１の蒸気センサを包囲する第１の電極ウェルを備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の電磁流量計。
6. 前記第１の蒸気センサは、前記第１の電極ウェル内への前記非導電性のライナーを通じた蒸気透過に起因する前記第１の電極ウェル内の相対湿度を感知するように構成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の電磁流量計。
7. 第２の密封区画及び前記トランスミッタ回路に接続された第２の蒸気センサをさらに備え、前記第２の密封区画は前記第２の電極及び前記第２の蒸気センサを包囲する、ことを特徴とする請求項６に記載の電磁流量計。
8. 前記第２の蒸気センサは、前記第２の電極ウェル内への前記非導電性のライナーを通じた蒸気透過に起因する前記第２の電極ウェル内の相対湿度を感知するように構成されている、ことを特徴とする請求項７に記載の電磁流量計。
9. 前記トランスミッタ回路は、前記第１の蒸気センサ及び／又は前記第２の蒸気センサによって感知された前記相対湿度に基づく前記第２の出力を生成し、前記第２の出力は、前記第１の電極ウェル及び／又は前記第２の電極ウェル内における蒸気透過をユーザに警告する、ことを特徴とする請求項８に記載の電磁流量計。
10. 前記流体は導電性流体である、ことを特徴とする請求項１に記載の電磁流量計。
11. 前記蒸気センサはＭＥＭＳデバイスである、ことを特徴とする請求項１に記載の電磁流量計
12. 方法であって、
    電磁流量計のパイプを通過する流体の流量を感知するステップと、
    前記パイプに取り付けられ、界磁コイル、第１の電極及び第２の電極の少なくとも１つを包囲する第１の密封区画内の相対湿度を第１の蒸気センサを用いて感知するステップと、
    前記パイプを通過する前記流体の流量を示す第１の出力と、前記第１の蒸気センサにより感知された前記相対湿度に基づく第２の出力であって、前記第１の密封区画内における蒸気透過をユーザに警告する前記第２の出力と、を生成するステップと、
    を含む方法。
13. 前記第１の密封区画は、前記パイプを囲み、前記界磁コイル、前記第１の電極、前記第２の電極及び前記蒸気センサを包囲する磁気部品区画を備える、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１の蒸気センサは、前記磁気部品区画内への前記非導電性のライナーを通じた蒸気透過に起因する前記磁気部品区画内の相対湿度を感知する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の密封区画は、前記第１の電極及び前記第１の蒸気センサを包囲する第１の電極ウェルを備える、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
16. 前記第１の蒸気センサは、前記第１の電極ウェル内への前記非導電性のライナーを通じた蒸気透過に起因する前記第１の電極ウェル内の相対湿度を感知する、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 第２の蒸気センサを有する第２の密封空間内の相対湿度を感知するステップをさらに備え、前記第２の密封区画は、前記第２の電極及び前記第２の蒸気センサを包囲する第２の電極ウェルを備える、ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記第２の蒸気センサは、前記第２の電極ウェル内への前記非導電性のライナーを通じた蒸気透過に起因する前記第２の電極ウェル内の相対湿度を感知する、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記第２の出力は、前記第１の蒸気センサ及び／又は前記第２の蒸気センサによって感知された前記相対湿度に基づいて生成され、前記第２の出力は、前記第１の電極ウェル及び／又は前記第２の電極ウェル内における蒸気透過をユーザに警告する、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記第２の出力は、前記第１の蒸気センサが予め設定したレベルの湿度を感知した時、蒸気透過をユーザに警告する、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。

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