JP2018141667A - 電磁流量計 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の一実施の形態に係る電磁流量計の構成を示す図である。
同図に示される電磁流量計100は、2電極方式で流体の電気伝導率を計測する機能を備えた容量式の電磁流量計である。
以下、流量を計測する流量計測機能と、電気伝導率を計測する電気伝導率計測機能とに分けて、各機能部について詳細に説明する。
電磁流量計100は、測定管1内を流れる流体の流れ方向に対して磁界発生方向が垂直となるよう配置された励磁コイルLexへ、極性が交互に切り替わる交流電流(以下、「励磁電流Iex」と称する。)を供給し、励磁コイルLexからの発生磁界と直交して測定管1に配設された一対の第1電極11および第2電極12の間に生じる起電力を検出することにより、測定管1内を流れる流体の流量を計測する。
本実施の形態では、コモン電位Vcomが0V(グラウンド電位)であるとして、説明する。
電磁流量計100は、測定管1内を流れる流体と接触する第4電極3をコモン電位Vcomに接続した状態で、測定管1の外周面に設けられた第3電極2に抵抗R1を介して交流信号を印加し、そのときの第3電極2に発生する信号V2の振幅を検出することにより、測定管1を流れる流体の電気伝導率を計測する。
図2に示すように、クロック信号生成部8は、クロック信号CLK1として、周期Tのパルス(例えば、デューティ比:50%)を生成し、交流信号生成部4に与える。交流信号生成部4は、クロック信号CLK1がハイレベルであるときに、第3端子P3を第2端子P2(=Vref)に接続し、クロック信号CLK1がローレベルであるときに、第3端子P3を第1端子P1(=Vcom)に接続する。これにより、図2に示すように、クロック信号CLK1がハイレベル(第1極性)となるときに基準電位Vrefとなり、クロック信号CLK1がローレベル(第2極性)となるときにコモン電位VcomとなるパルスV1が第3端子P3から出力される。交流信号生成部4の第3端子P3から出力されたパルスV1は、抵抗R1を介して非接触電極2に入力される。
次に、本実施の形態に係る電磁流量計100における電気伝導率の算出原理について説明する。
上述したように、被測定流体が測定管1および接触電極3の内部を流れている状態においてパルスV1が抵抗R1の一端に入力された場合、抵抗R1、非接触電極2、被測定流体、および接触電極3を介してコモン電位Vcomに電流が流れ込む。この電流の電流経路は、図3Aに示す等価回路200によって表すことができる。
同図には、等価回路200において、R1=10[kΩ]、Rb=20[kΩ]、Ca=0.1[μF]、Cb=100[pF]とし、パルスV1の周波数を15[MHz]、振幅を1[V]としたときの信号V2のシミュレーション結果が示されている。
同図の等価回路202に示すように、実際には、パルスV1を発生する信号源V1とコモン電位Vcomとの間に、抵抗R1、Rbおよび容量Ca,Cbに加えて、接触電極3と非接触電極2との間の容量Ccと、接触電極3と被測定流体との間の分極抵抗Raとが存在する。ここで、Ca>>Cb>>Cc、Ra>>Rbである。
そこで、被測定流体の抵抗Rbの測定精度と再現性を更に向上させたい場合には、予め作成した信号V2の振幅(VH−VL)と被測定流体の電気伝導率との対応関係を示すルックアップテーブルを用いて、電気伝導率を算出すればよい。
これによれば、被測定流体の抵抗Rbの測定精度および再現性を更に向上させることが可能となる。
図8は、本実施の形態に係る電磁流量計100の実現例を示す斜視図である。
同図に示されるように、電磁流量計100は、測定管1、非接触電極2、および接触電極3と、交流信号生成部4、電圧検出部5、データ処理制御部6、アナログ・デジタル変換部7、クロック信号生成部8、およびアナログ出力部10等の電子回路等が形成されたプリント基板とを、金属や樹脂等から成る筐体20内に収容し、その筐体20の開口部を、設定・表示部9によって蓋をすることによって実現される。
図9A,9Bに示されるように、測定管1は、筐体20の長手方向に沿って筐体20内に配設される。測定管1の両端部には、継手3Aと継手3Bが夫々連結されている。
以上、本実施の形態に係る電磁流量計100は、電気伝導率の計測に必要な2つの電極のうち一方の電極を被測定流体と接しない非接触電極2によって実現しているので、2つの電極を共に流体に接触させる従来の2電極方式の電気伝導率計に比べて、両電極間に印加する交流信号の周波数を高くする必要がある。そのため、電磁流量計100では、流量の計測に必要な励磁電流の周波数帯と電気伝導率の計測に必要な交流信号(パルスV1)の周波数帯とが相違することになるので、励磁電流と交流信号とが互いに干渉することを防止することが可能となる。これにより、容量式の電磁流量計に電気伝導率計測機能を追加した場合における、流量および電気伝導率の計測精度と計測安定性の低下を防止することができる。
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
Claims (8)
- 電気絶縁材料から成り、計測対象の流体が流れる測定管と、
前記測定管の外側に配設され、供給された交流電流に応じた磁界を発生させる励磁コイルと、
前記測定管の外周面に設けられ、前記励磁コイルから発生した磁界に対して垂直な方向に互いに対向して配設された第1電極および第2電極と、
コモン電位を基準として動作し、前記第1電極と前記第2電極との間に発生した起電力を増幅した信号を出力する増幅回路と、
前記増幅回路から出力された信号に基づいて前記流体の流量を算出する流量算出部と、
前記測定管の外周面に、前記第1電極および前記第2電極と離間して形成された第3電極と、
前記コモン電位に接続され、前記流体と接する第4電極と、
一端が前記第3電極に接続された抵抗と、
前記抵抗の他端に交流信号を入力することによって前記第3電極に発生した信号の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された電圧の振幅に基づいて、前記流体の電気伝導率を算出する電気伝導率算出部と、を有する
電磁流量計。 - 請求項1に記載の電磁流量計において、
前記交流信号の周波数は、前記励磁コイルに供給される交流電流の周波数の少なくとも100倍である
ことを特徴とする電磁流量計。 - 請求項1または2に記載の電磁流量計において、
前記増幅回路は、
前記起電力を増幅した信号に含まれる、前記交流信号に対応する周波数成分を減衰させるフィルタを含む
ことを特徴とする電磁流量計。 - 請求項1乃至3の何れか一項に記載の電磁流量計において、
前記電気伝導率算出部によって算出された前記流体の電気伝導率に基づいて、前記測定管内の前記流体の有無を判定する判定部を更に有する
ことを特徴とする電磁流量計。 - 請求項1乃至5の何れか一項に記載の電磁流量計において、
前記電圧検出部は、
前記交流信号が第1極性となる第1期間において、前記第3電極の電圧をサンプリングし、保持する第1サンプルホールド回路と、
前記交流信号が前記第1極性と反対の第2極性となる第2期間において、前記第4電極の電圧をサンプリングし、保持する第2サンプルホールド回路と、を含み、
前記電気伝導率算出部は、前記第1サンプルホールド回路によってサンプリングされた電圧と前記第2サンプルホールド回路によってサンプリングされた電圧とに基づいて、前記流体の電気伝導率を算出する
ことを特徴とする電磁流量計。 - 請求項1乃至6の何れか一項に記載の電磁流量計において、
前記第4電極は、一端が前記測定管と連結され、他端が外部の配管と連結可能な金属から成る管状の継手である
ことを特徴とする電磁流量計。 - 請求項1乃至7の何れか一項に記載の電磁流量計において、
前記第3電極の少なくとも一部と対面して配置された、金属から成るシールドカバーを更に有する
ことを特徴とする電磁流量計。
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