JP2021081268A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱や発熱部品の熱の影響を受けることがないように温度センサを内蔵し、流体温度を精度よく測定することが可能な電磁流量計を提供する。【解決手段】測定管１４と、励磁コイル１５，１６と、上流側継手２１および下流側継手２２と、上流側継手２１と励磁コイル１５，１６との間に配置された第１のサブ基板１７とを備える。測定管１４、励磁コイル１５，１６および第１のサブ基板１７を収容するケース１２を備える。ケース１２の開口部１２ａに取付けられて上流側継手２１および第１のサブ基板１７を壁の一部とする第２の空間Ｓ１ｂ（閉空間）をケース１２の内部に形成するメイン基板１９を備える。上流側継手２１における第２の空間Ｓ１ｂに露出する部分に取付けられた温度センサ２４を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、測定管内を流れる流体の流量を計測する電磁流量計に関する。

近年、例えば特許文献１に記載されているような、ＦＡ（Factory Automation）市場向けの小型の容量式電磁流量計が実用化されている。特許文献１に記載されている流量センサ１は、図１７に示すように、ハウジング２に本体カバー３を取付けて構成されている。ハウジング２は、樹脂ケースを構成するもので、両端部に接続継手となる一対の金属製のサイドカバー４，５が取付けられている。ハウジング２の内部には、図１８に示すように、測定管６と励磁コイル７とが配置されている。

本体カバー３は、ハウジング２を挿入可能な断面コ字状に金属材料によって形成され、サイドカバー４，５にねじ止めされている。このようにサイドカバー４，５に本体カバー３が取付けられることにより、金属製のサイドカバー４，５と本体カバー３とが一体的となってハウジング２が十分に補強されるようになる。このため、この流量センサ１に配管を接続する際に、サイドカバー４，５の配管固定機構に外力が加えられて流量センサ１が破損することを防ぐことができる。
また、特許文献１に示す流量センサ１は、本体カバー３に取付けられた取付金具を介して他の装置などに固定することができるように構成されている。

ところで、従来の電磁流量計においては、流量を計測するにあたって流体の導電率を利用するものがある。流体の導電率は、例えば特許文献２に記載されているように、流体温度に依存することが知られている。このため、導電率を精度よく求めるためには、流体温度を測定して導電率の測定値を補正することが必要である。

特許第５１０２４６３号公報 特開２００３−６６０７７号公報

特許文献１に記載されている流量センサ１において流体温度を測定するためには、流体に接触するサイドカバー４，５や測定管６に温度センサを接触させてこれらの部材の温度を測定することが考えられる。
サイドカバー４，５は、金属製の本体カバー３に接続されている。また、本体カバー３は、取付金具を介して他の装置に接続されている。この流量センサ１においては、流体の熱がサイドカバー４，５から本体カバー３と取付金具とを介して他の装置の筐体などに放熱されてしまう。このため、サイドカバー４，５の表面に温度センサを接触させて流体温度を測定したとしても、放熱による影響を受けてしまい、精度よく流体温度を測定することは困難である。

ハウジング２内には励磁コイル７等の発熱部品が設けられている。このため、測定管６の表面に温度センサを接触させて流体温度を測定したとしても、発熱部品が発する熱の影響を受けてしまい、精度よく流体温度を測定することは困難である。
特許文献１に示す流量センサ１において、上述したような放熱や発熱部品の熱の影響を受けることなく流体温度を正確に測定するためには、温度センサをハウジング２の外に設ける必要がある。すなわち、サイドカバー４，５に接続された外部配管の内部を流れる流体または外部配管の表面に温度センサを接触させることにより、流体温度を測定することができる。

これを実現するためには、温度センサを外部配管に固定するためにＴ字管などの配管部品が必要になる。この構成を採ると、部品数が増えてコストアップになるばかりか、配管のためのスペースが広く必要になるし、作業工数が増えることにもなる。また、ハウジング外部の温度センサとハウジング内の電気回路とを接続するためのケーブルも必要になる。このケーブルの分だけコストアップになるし、外部ノイズの影響を受け易くなってしまう。

本発明は、放熱や発熱部品の熱の影響を受けることがないように温度センサを内蔵し、流体温度を精度よく測定することが可能な電磁流量計を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明に係る電磁流量計は、測定対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管を通るように磁気回路を形成する励磁コイルと、熱伝導材料によって形成されて前記測定管の両端部に接続された一対の継手と、前記一対の継手のうち前記測定管の上流側端部に接続された上流側継手と前記励磁コイルとの間に配置され、前記測定管が貫通して前記測定管の長手方向とは交差する方向に延びるサブ基板と、前記一対の継手が貫通して固定される第１および第２の側壁を有し、熱伝導性が低い材料によって箱状に形成されて前記測定管、前記励磁コイルおよび前記サブ基板を収容するケースと、前記サブ基板と接触する状態で前記ケースの開口部に取付けられ、前記上流側継手および前記サブ基板を壁の一部とする閉空間を前記ケースの内部に形成するメイン基板と、前記上流側継手における前記閉空間に露出する部分に取付けられた温度センサとを備えているものである。

本発明は、前記電磁流量計において、さらに、前記ケースの外面に取付けられたシールド部材を備え、前記シールド部材は、前記上流側継手の近傍から前記測定管の下流側端部に接続された下流側継手の近傍まで延びるように形成されているとともに、前記下流側継手に電気的に接続され、前記ケースは、前記上流側継手と前記シールド部材との間に挿入される断熱部を有していてもよい。

本発明は、前記電磁流量計において、前記上流側継手は、前記閉空間内に挿入された筒状部を有し、前記温度センサは、前記筒状部を挟む形状にばね材料によって形成されて自らのばね力で前記筒状部を緊縛するクリップと、前記クリップに保持された温度測定素子とを備え、前記クリップが前記筒状部に装着された状態で前記筒状部の熱が前記温度測定素子に伝達されるように構成されているものである。

本発明は、前記電磁流量計において、前記上流側継手は、前記閉空間内に挿入された筒状部を有し、前記温度センサは、前記筒状部にねじ部材によって取付けられた伝熱部材と、前記伝熱部材に固定された温度測定素子とを備え、前記伝熱部材が筒状部に取付けられた状態で前記筒状部の熱が前記温度測定素子に伝達されるように構成されているものである。

本発明においては、上流側継手の熱が温度センサに伝達されることにより流体温度を測定することができる。上流側継手は、熱伝導性が低い材料からなるケースに取付けられているから、上流側継手の温度は低下し難い。また、温度センサは、発熱部品である励磁コイルとは隔絶された閉空間に収容されているから、励磁コイルの熱の影響を受け難い。
したがって、本発明によれば、放熱や発熱部品の熱の影響を受けることがないように温度センサを内蔵し、流体温度を精度よく測定することが可能な電磁流量計を提供することができる。

電磁流量計の構成を示す断面図である。 電磁流量計のケース部分の上面図である。 電磁流量計の回路構成を示すブロック図である。 電磁流量計の断面斜視図である。 電磁流量計の組立図である。 検出器を示す上面図である。 検出器を示す側面図である。 検出器を示す正面図である。 プリアンプを用いた差動増幅回路の構成例を説明する図である。 上流側継手と温度センサの斜視図である。 上流側継手から外れている温度センサの分解斜視図である。 上流側継手の筒状部と温度センサの断面図である。 温度センサの変形例を示す斜視図である。 ケースとシールドプレートの斜視図である。 ケースの外面の構成を示す断面図である。 ケースの底と取付用プレートの断面図である。 従来の流量センサのハウジングと本体カバーとを分けて示す斜視図である。 従来の流量センサの断面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、図１および図２を参照して、本発明にかかる電磁流量計１１について説明する。この電磁流量計１１は、有底角筒状のケース１２に後述する各種の部品を取付けて構成されている。ケース１２の開口部１２ａは、蓋体１３によって閉塞される。蓋体１３は、ケース１２の開口側端部に取付けられ、ケース１２と協働して密封空間Ｓを形成している。

ケース１２に取付けられる部品としては、詳細は後述するが、ケース１２の一端側から他端側に延びる測定管１４と、測定管１４の両側方に配置された一対の励磁コイル１５，１６と、測定管１４が貫通する一対のサブ基板（第１のサブ基板１７および第２のサブ基板１８）と、ケース１２の開口部１２ａに取付けられたメイン基板１９などである。測定管１４と、励磁コイル１５，１６と、第１および第２のサブ基板１７，１８は、ケース１２の中に収容されている。

測定管１４内には、測定対象としての流体が図１において左側に位置する上流端から図１において右側に位置する下流端に向けて流される。測定管１４の両端部には、一対の継手２１，２２が接続されている。これらの継手２１，２２は、それぞれ熱伝導材料である金属によって形成されている。
測定管１４の上流側端部は、一対の継手２１，２２のうち、上流側に位置する上流側継手２１を介してケース１２に支持されている。測定管１４の下流側端部は、下流側に位置する下流側継手２２を介してケース１２に支持されている。

上流側継手２１は、ケース１２の内部に挿入される筒状部２１ａを有し、ケース１２の第１の側壁２３を貫通して第１の側壁２３に固定されている。筒状部２１ａは、測定管１４の上流側端部が嵌合する円筒状に形成されている。この筒状部２１ａには、後述する温度センサ２４が取付けられている。
下流側継手２２は、ケース１２の第２の側壁２５を貫通して第２の側壁２５に固定されている。
第１および第２のサブ基板１７，１８とメイン基板１９とは、図示していない導通手段によって電気的に接続されている。また、第１および第２のサブ基板１７，１８とメイン基板１９とには、図３に示すような電気回路が設けられている。

図３は、この実施の形態にかかる電磁流量計１１の回路構成を示すブロック図である。以下においては、測定管１４内を流れる測定対象としての流体に一対の検出電極が直接接液しない容量式電磁流量計１１を例として説明するが、これに限定されるものではなく、検出電極が流体と直接接液する接液式の電磁流量計であっても、本発明を同様に適用できる。
図３に示すように、容量式電磁流量計１１は、主な回路部として、検出部３１、信号増幅回路３２、信号検出回路３３、励磁回路３４、導電率（電気伝導率）測定用の電気回路３５、伝送回路３６、設定・表示回路３７、および演算処理回路（ＣＰＵ）３８を備えている。

検出部３１は、主な構成として、測定管１４、測定管１４を通るように磁気回路を形成する励磁コイル１５，１６、一対の面電極４１，５１、およびプリアンプ６１を備え、測定管１４内の流路１４ａを流れる流体の流速に応じた起電力Ｖａ，Ｖｂを面電極４１，５１で検出し、これら起電力Ｖａ，Ｖｂに応じた交流の検出信号Ｖｉｎを出力する機能を有している。

演算処理回路３８の励磁制御部３８Ａは、予め設定されている励磁周期に基づいて、励磁電流Ｉｅｘの極性を切り替えるための励磁制御信号Ｖｅｘを出力する。励磁回路３４は、演算処理回路３８の励磁制御部３８Ａからの励磁制御信号Ｖｅｘに基づいて、交流の励磁電流Ｉｅｘを励磁コイル１５，１６へ供給する。
信号増幅回路３２は、検出部３１から出力された検出信号Ｖｉｎに含まれるノイズ成分をフィルタリングした後、増幅して得られた交流の流量信号ＶＦを出力する。信号検出回路３３は、信号増幅回路３２からの流量信号ＶＦをサンプルホールドし、得られた直流電圧を流量振幅値ＤＦにＡ／Ｄ変換して、演算処理回路３８へ出力する。

演算処理回路３８の流量算出部３８Ｂは、信号検出回路３３からの流量振幅値ＤＦに基づいて流体の流量を算出し、流量計測結果を伝送回路３６へ出力する。伝送回路３６は、伝送路Ｌを介して上位装置との間でデータ伝送を行うことにより、演算処理回路３８で得られた流量計測結果や空状態判定結果を上位装置へ送信する。

導電率測定用の電気回路３５は、例えば上流側継手２１を介して測定管１４内を流れる流体をコモン電位Ｖｃｏｍとした状態で、導電率測定用の面電極６２に抵抗素子を介して交流信号を印加し、そのときの導電率測定用の面電極６２に発生する交流検出信号の振幅をサンプリングし、Ａ／Ｄ変換して得られた交流振幅値データＤＰを演算処理回路３８へ出力する回路である。

演算処理回路３８の導電率算出部３８Ｃは、導電率測定用の電気回路３５からの交流振幅値データＤＰと、後述する温度センサ２４から送られた流体温度データＤＴとに基づいて、流体の電気伝導率を算出する機能を有している。
演算処理回路３８の空状態判定部３８Ｄは、導電率算出部３８Ｃで算出された流体の電気伝導率に基づいて、測定管１４内における流体の存在有無を判定する機能を有している。
通常、流体の電気伝導率は、空気の電気伝導率より大きい。このため、空状態判定部３８Ｄは、導電率算出部３８Ｃで算出された流体の電気伝導率を、閾値処理することにより、流体の存在有無を判定している。

設定・表示回路３７は、例えば作業者の操作入力を検出して、流量計測、伝導率測定、空状態判定などの各種動作を演算処理回路３８へ出力し、演算処理回路３８から出力された、流量計測結果や空状態判定結果をＬＥＤやＬＣＤなどの表示回路で表示する。

演算処理回路３８は、ＣＰＵとその周辺回路を備え、予め設定されているプログラムをＣＰＵで実行することにより、ハードウェアとソフトウェアを協働させることにより、励磁制御部３８Ａ、流量算出部３８Ｂ、導電率算出部３８Ｃ、空状態判定部３８Ｄなどの各種処理部を実現する。

図３に示す回路のうち、検出部３１のプリアンプ６１は、第１および第２のサブ基板１７，１８のうち、測定管１４の下流側端部が貫通する第２のサブ基板１８に実装されている。信号増幅回路３２と、信号検出回路３３と、励磁回路３４と、導電率測定用の電気回路３５の一部と、伝送回路３６と、設定・表示回路３７と、演算処理回路３８は、後述するメイン基板１９に実装されている。プリアンプ６１と信号増幅回路３２との電気的接続と、励磁回路３４と励磁コイル１５，１６との電気的接続は、それぞれ図示してない導通手段によって行われている。導電率測定用の電気回路３５のうち、メイン基板１９に実装されていない電気回路は、第１および第２のサブ基板１７，１８のうち、測定管１４の上流側端部が貫通する第１のサブ基板１７に実装され、図示していない導通手段によってメイン基板１９側の電気回路に接続されている。

［測定管の取付構造］
次に、図１、図２および図４を参照して、測定管１４の取付構造について詳細に説明する。図２は、この実施の形態にかかる電磁流量計１１の上面図である。図４は、この実施の形態にかかる電磁流量計１１の断面斜視図である。

本実施の形態は、第１および第２のサブ基板１７，１８にそれぞれ設けた管孔１７ａ，１８ａに測定管１４の両端部を貫通させ、これらの第１および第２のサブ基板１７，１８をケース１２に保持させて測定管１４をケース１２に取り付けるようにしたものである。図２に示すように、第１のサブ基板１７の側端部１７ｂ，１７ｃは、ケース１２の内壁部１２ｂに形成したガイド部７３，７４にケース１２の開口部１２ａから挿入されて嵌合している。第２のサブ基板１８の側端部１８ｂ，１８ｃは、ケース１２の内壁部１２ｂに形成したガイド部７５，７６に、ケース１２の開口部１２ａから挿入されて嵌合している。第１のサブ基板１７がガイド部７３，７４に嵌合してケース１２の保持されるとともに、第２のサブ基板１８がガイド部７５，７６に嵌合してケース１２に保持されることにより、測定管１４がケース１２に取付けられる。

測定管１４は、セラミックや樹脂などの絶縁性および誘電性に優れるとともに熱伝導率が低くなる材料によって円筒状に形成されている。測定管１４の外側には、図２に示すように、ヨーク７７と、一対の励磁コイル１５，１６とが設けられている。ヨーク７７は、測定管１４の長手方向（第１の方向）Ｘに対して磁束方向（第２の方向）Ｙが直交するよう、ケース１２の開口に向けて開放される断面略Ｃ字形状に形成されている。一対の励磁コイル１５，１６は、それぞれコイルボビン１５ａ，１６ａに巻回されて保持されており、測定管１４を挟んで対向するようにヨーク７７に取付けられている。なお、以下においては、図を見易くするため、対向するヨーク７７の端面だけ、すなわちヨーク面７７Ａ、７７Ｂだけを図示する。

一方、測定管１４の外周面１４ｂには、長手方向Ｘおよび磁束方向（第２の方向）Ｙと直交する電極方向（第３の方向）Ｚに、薄膜導体からなる一対の面電極（第１の面電極）４１と面電極（第２の面電極）５１が対向配置されている。
これにより、交流の励磁電流Ｉｅｘを励磁コイル１５，１６に供給すると、励磁コイル１５，１６の中央に位置するヨーク面７７Ａ，７７Ｂ間に磁束Φが発生して、流路１４ａを流れる流体に、電極方向Ｚに沿って流体の流速に応じた振幅を持つ交流の起電力が発生し、この起電力が、流体と面電極４１，５１との間の静電容量を介して面電極４１，５１で検出される。

ケース１２は、上方に開口部１２ａを有し、内部に測定管１４、励磁コイル１５，１６、第１および第２のサブ基板１７，１８などを収容する有底角筒状（箱状）に形成されている。ケース１２を形成する材料は、熱伝導性が低い材料である樹脂材料である。ケース１２の内壁部のうち長手方向Ｘと平行する一対の内壁部１２ｂには、図２に示すように、互いに対向する位置にガイド部７３〜７６が形成されている。ガイド部７３〜７６は、それぞれ電極方向Ｚと平行して形成された２つの突条７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂ，７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂからなり、これら突条の間の嵌合部７８〜８１が、開口部１２ａから挿入された第１および第２のサブ基板１７，１８の側端部１７ｂ，１７ｃ，１８ｂ，１８ｃと嵌合する。

なお、ガイド部７３〜７６の各突条７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂ，７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂは、電極方向Ｚに連続して形成されている必要はなく、側端部１７ｂ，１７ｃ，１８ｂ，１８ｃがスムーズに挿入される間隔で、複数に分離して形成してもよい。また、ガイド部７３〜７６は、突条ではなく、内壁部１２ｂに形成されて、第１および第２のサブ基板１７，１８の側端部１７ｂ，１７ｃ，１８ｂ，１８ｃが挿入される溝であってもよい。

ケース１２の側面のうち磁束方向Ｙと平行になる一対の側面１２ｃには、電磁流量計１１の外部に設けられる配管（図示せず）と測定管１４とを連結可能な、金属材料（例えば、ＳＵＳ）から構成された管状の上流側継手２１および下流側継手２２が配設されている。この際、測定管１４は、長手方向Ｘに沿ってケース１２の内部に収納され、測定管１４の両端部には、Ｏリング８２を挟んで上流側継手２１と下流側継手２２とがそれぞれ連結される。

ここで、上流側継手２１と下流側継手２２とのうち少なくとも一方は、コモン電極８３(図３参照）として機能する。例えば、上流側継手２１は、コモン電位Ｖｃｏｍに接続されることにより、外部の配管と測定管１４とを連結するだけでなく、コモン電極８３としても機能する。このように、コモン電極８３を金属からなる上流側継手２１によって実現することにより、コモン電極８３の流体と接触する面積が広くなる。これにより、コモン電極８３に異物の付着や腐食が生じた場合であっても、異物の付着や腐食が生じた部分の面積がコモン電極８３の全面積に対して相対的に小さくなるため、分極容量の変化による測定誤差を抑えることが可能となる。
ケース１２の外側面のうち測定管１４の長手方向Ｘと平行になる一対の側面１２ｄ，１２ｅ（図２参照）と底面１２ｆ（図１参照）とには、後述するシールドプレート８４(図１４参照）が取付けられている。

図５は、この実施の形態にかかる電磁流量計１１の組立図である。
第１および第２のサブ基板１７，１８は、回路部品を実装するための一般的なプリント基板（例えば、板厚１．６ｍｍのガラス布基材エポキシ樹脂銅張積層板）であり、図５に示すように、ほぼ中央位置に、測定管１４を貫通させるための管孔１７ａ，１８ａが形成されている。したがって、第１および第２のサブ基板１７，１８は、測定管１４が貫通して測定管１４の長手方向とは交差する方向に延びることになる。

メイン基板１９は、第１および第２のサブ基板１７，１８と同等のプリント基板であり、図１に示すように、測定管１４の長手方向に延びて第１および第２のサブ基板１７，１８に略接触するようにケース１２の開口部１２ａに取付けられている。この実施の形態によるメイン基板１９は、一対の第１および第２のサブ基板１７，１８と略接触する状態でケース１２の開口部１２ａを塞ぎ、ケース１２内と蓋体１３内とに形成された密封空間Ｓをケース１２内の閉じた空間Ｓ１と、蓋体１３内の閉空間Ｓ２とに仕切っている。メイン基板１９は、ケース１２の４隅部分に設けられた取付座８５に固定用ボルト８６によって固定されている。また、メイン基板１９は、第１および第２のサブ基板１７，１８における電極方向Ｚの一端に隙間が生じることがないように略接触している。ここでいう「略接触」とは、第１および第２のサブ基板１７，１８の電極方向Ｚの一端における一部もしくは全部に、メイン基板１９が接触する状態と、メイン基板１９が第１および第２のサブ基板１７，１８とは接触することがなく、メイン基板１９と第１および第２のサブ基板１７，１８との間に微小な隙間が生じる状態とを含む。このように第１および第２のサブ基板１７，１８にメイン基板１９が「略接触」することにより、メイン基板１９がケース１２の開口部を塞いだ状態で、一対の第１および第２のサブ基板と協働してケース１２の内部が複数の空間に仕切られるようになる。

ケース１２内の閉じた空間Ｓ１は、一対の第１および第２のサブ基板１７，１８によって仕切られて励磁コイル１５，１６が収容された第１の空間Ｓ１ａと、第１の空間Ｓ１ａの外側に形成された第２および第３の空間Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃとを含んでいる。第２の空間Ｓ１ｂは、上流側継手２１および第１のサブ基板１７を壁の一部とする閉空間である。上流側継手２１の筒状部２１ａは、第２の空間Ｓ１ｂ内に挿入されている。温度センサ２４は、上流側継手２１における第２の空間Ｓ１ｂに露出する部分に取付けられている。この実施の形態においては、第２の空間Ｓ１ｂが本発明でいう「閉空間」に相当する。第３の空間は、下流側継手２２および第２のサブ基板１８を壁の一部とする閉空間である。

第１および第２のサブ基板１７，１８と測定管１４との間には隙間が殆ど形成されていない。第１および第２のサブ基板１７，１８とメイン基板１９との間にも隙間が殆ど形成されていない。このため、第１の空間Ｓ１ａは、第２および第３の空間Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃとは空気の流通が規制されるように形成されている。

図６は、電磁流量計１１において流量を測定する部分である検出器の上面図である。図７は、この実施の形態にかかる検出器を示す側面図である。図８は、この実施の形態にかかる検出器を示す正面図である。なお、図６および図７は、第１のサブ基板１７を省略して描いてある。
流体と面電極４１，５１との間の静電容量は数ｐＦ程度と非常に小さく、流体と面電極４１，５１との間のインピーダンスが高くなるため、ノイズの影響を受けやすくなる。このため、オペアンプＩＣなどを用いたプリアンプ６１により、面電極４１，５１で得られた起電力Ｖａ，Ｖｂを低インピーダンス化している。プリアンプ６１は、第２のサブ基板１８における面電極４１，５１と近接する一方の面に実装されている。

本実施の形態では、測定管１４と交差する方向であって、励磁コイル１５，１６のヨーク面７７Ａ，７７Ｂ間で磁束Φが発生する領域すなわち磁束領域Ｆの外側位置に、第２のサブ基板１８を測定管１４に取り付けてプリアンプ６１を実装し、面電極４１，５１とプリアンプ６１とを、接続配線４２，５２を介して電気的に接続している。

図６〜図８の例において、第２のサブ基板１８の取付位置は、長手方向Ｘ（矢印方向）に流れる流体の下流方向に、磁束領域Ｆから離間した位置である。また、第２のサブ基板１８の取付方向は、前述したように、基板面が測定管１４と交差する方向、ここでは、磁束方向Ｙおよび電極方向Ｚからなる２次元平面に沿った方向である。なお、第２のサブ基板１８の取付位置は、磁束領域Ｆの外側位置であればよく、磁束領域Ｆから下流方向とは反対の上流方向に離間した位置であってもよい。また、第２のサブ基板１８の取付方向は、上記２次元平面に沿った方向に厳密に限定されるものではなく、上記２次元平面と傾きを持っていてもよい。

また、面電極４１，５１、接続配線４２，５２、および、プリアンプ６１は、接地電位に接続された金属板からなるシールドケース８７で電気的にシールドされている。シールドケース８７は、長手方向Ｘに沿って伸延する断面略矩形状をなし、図１に示すように、測定管１４が内側を貫通するための開口部が、磁束領域Ｆから上流方向と下流方向に設けられている。シールドケース８７の一端は、第１のサブ基板１７によって閉塞され、他端は、第２のサブ基板１８によって閉塞されている。この実施の形態によるシールドケース８７は、他端が第２のサブ基板１８に接触する状態で固定されている。このように第１のサブ基板１７と第２のサブ基板１８との間に設けられたシールドケース８７は、図１に示すように、ケース１２の第１の空間Ｓ１ａ内を測定管１４が収容された内側空間Ｓ３と、内側空間Ｓ３の周囲の外側空間Ｓ４とに仕切っている。

測定管１４がシールドケース８７の中に収容されることにより、インピーダンスの高い回路部分全体がシールドケース８７でシールドされ、外部ノイズの影響が抑制される。この実施の形態においては、第２のサブ基板１８のうち第２のサブ基板１８の他方の面（実装面とは反対側の面）に、接地電位に接続された接地パターン（べたパターン）からなるシールドパターン８８が形成されている。これにより、シールドケース８７を構成する平面のうち、第２のサブ基板１８と当接する平面はすべて開口していてもよく、シールドケース８７の構造を簡素化できる。

接続配線４２，５２は、面電極４１，５１とプリアンプ６１とを接続する配線であり、前述したように全体がシールドケース８７でシールドされているため、一般的な一対の配線ケーブルを用いてもよい。この際、配線ケーブルの両端を、面電極４１，５１と第２のサブ基板１８に形成したパッドにそれぞれ半田付けすればよい。
本実施の形態では、図６〜図８に示すように、接続配線４２，５２として、測定管１４の外周面１４ｂに形成した管側配線パターン４３，５３を用いるようにしたものである。

すなわち、接続配線４２は、外周面１４ｂに形成されて一端が面電極４１に接続された管側配線パターン４３と、第２のサブ基板１８に形成されて一端がプリアンプ６１に接続された基板側配線パターン４４と、管側配線パターン４３と基板側配線パターン４４とを接続するジャンパー線４５とから構成されている。ジャンパー線４５は、管側配線パターン４３の他端に形成されたパッド４３ａと、基板側配線パターン４４の他端に形成されたパッド４４ａとに半田付けされる。

また、接続配線５２は、外周面１４ｂに形成されて一端が面電極５１に接続された管側配線パターン５３と、第２のサブ基板１８に形成されて一端がプリアンプ６１に接続された基板側配線パターン５４と、管側配線パターン５３と基板側配線パターン５４とを接続するジャンパー線５５とから構成されている。ジャンパー線５５は、管側配線パターン５３の他端に形成されたパッド５３ａと、基板側配線パターン５４の他端に形成されたパッド５４ａとに半田付けされる。

これにより、接続配線４２，５２のうち、面電極４１，５１から第２のサブ基板１８の近傍位置までの区間で、外周面１４ｂに形成された管側配線パターン４３，５３が用いられることになる。このため、前述した一対の配線ケーブルを用いる場合のように、配線ケーブルの取り回しや固定などの取付作業を簡素化でき、接続配線のコストおよび配線作業負担が軽減される。

さらに、面電極４１，５１と管側配線パターン４３，５３とは、銅などの非磁性金属薄膜からなり、測定管１４の外周面１４ｂにメタライズ処理により一体で形成されるため、製造工程を簡素化することができ、製造コストの低減にもつながる。なお、前述のメタライズ処理は、メッキ処理や、蒸着処理などであってもよく、さらには、予め成型しておいた非磁性金属薄膜体を貼り付けてもよい。非磁性金属薄膜体を貼り付ける場合、ジャンパー線４５，５５は使用せず、非磁性金属薄膜体の先端部（管側配線パターン４３、５３の他端側）をパッド４４ａ，５４ａにそれぞれ直接接続することができる。

また、図６および図７に示すように、管側配線パターン４３は、測定管１４の外周面１４ｂに長手方向Ｘに沿って直線状に形成された長手方向配線パターン４６を含み、管側配線パターン５３は、測定管１４の外周面１４ｂに長手方向Ｘに沿って直線状に形成された長手方向配線パターン５６を含んでいる。

接続配線４２，５２の一部は、磁束領域Ｆの内側あるいはその近傍に配置されるため、接続配線４２，５２として一対の配線ケーブルを用いた場合には、磁束方向Ｙから見た両配線間の位置ズレにより信号ループが形成されてしまい、磁束微分ノイズが発生する要因となる。本実施の形態のように、測定管１４の外周面１４ｂに形成した配線パターンを用いれば、接続配線４２，５２の位置を正確に固定化することができる。このため、磁束方向Ｙから見た両配線間の位置ズレを回避でき、磁束微分ノイズの発生を容易に抑制することができる。

さらに、図６および図７に示すように、管側配線パターン４３は、面電極４１のうち、長手方向Ｘに沿った第１の端部４１ａから長手方向配線パターン４６の一端まで、測定管１４の外周面１４ｂに測定管１４の周方向Ｗに沿って形成された周方向配線パターン４７を含んでいる。
また、管側配線パターン５３は、面電極５１のうち、長手方向Ｘに沿った第２の端部５１ａから長手方向配線パターン５６の一端まで、測定管１４の外周面１４ｂに測定管１４の周方向Ｗに沿って形成された周方向配線パターン５７を含んでいる。

この際、長手方向配線パターン５６は、測定管１４を挟んで長手方向配線パターン４６とは反対側の外周面１４ｂのうち、磁束方向Ｙから見て長手方向配線パターン４６と重なる位置に形成されている。すなわち、外周面１４ｂのうち、管軸Ｊを通過する電極方向Ｚに沿った平面を挟んで対称となる位置に、長手方向配線パターン４６，５６が形成されている。

図６および図７の例では、磁束方向Ｙに沿って測定管１４の管軸Ｊを通過する平面が外周面１４ｂと交差する交差線ＪＡ，ＪＢ上に、長手方向配線パターン４６，５６がそれぞれ形成されている。また、周方向配線パターン４７の一端は、面電極４１の第１の端部４１ａのうち、長手方向Ｘにおける面電極４１の中央位置に接続されている。同じく、周方向配線パターン５７の一端は、面電極５１の第２の端部５１ａのうち、長手方向Ｘにおける面電極５１の中央位置に接続されている。

これにより、長手方向配線パターン４６，５６が、磁束方向Ｙから見て重なる位置に形成されているため信号ループの形成を正確に回避することができ、磁束微分ノイズの発生を容易に抑制することができる。
なお、周方向配線パターン４７，５７と面電極４１，５１との接続点は、管軸Ｊを挟んで対称となる位置、すなわち面電極４１，５１の長手方向Ｘにおいて互いに同じ位置で接続しておけば、面電極４１，５１の中央位置でなくてもよい。

また、交差線ＪＡ，ＪＢ上に長手方向配線パターン４６，５６を形成することにより、周方向配線パターン４７，５７の長さが等しくなって、管側配線パターン４３，５３全体の長さが等しくなるため、管側配線パターン４３，５３の長さの違いに起因して発生する、面電極４１，５１からの起電力Ｖａ，Ｖｂの位相差や振幅などのアンバランスを抑制できる。なお、計測精度上、これらアンバランスが無視できる程度であれば、長手方向配線パターン４６，５６は、交差線ＪＡ，ＪＢ上でなくてもよく、磁束方向Ｙから見て重なる位置に形成されていればよい。

図９は、プリアンプ６１を用いた差動増幅回路９１の構成例である。図９に示すように、プリアンプ６１は、面電極４１，５１からの起電力Ｖａ，Ｖｂをそれぞれ個別に低インピーダンス化して出力する２つのオペアンプＵＡ，ＵＢを備えている。これらオペアンプＵＡ，ＵＢは、同じＩＣパッケージ内に封止されている（デュアルオペアンプ）。また、これらは、入力されたＶａ，Ｖｂを差動増幅し、得られた差動出力を検出信号Ｖｉｎとして出力する。

具体的には、ＵＡの非反転入力端子（＋）にＶａが入力され、ＵＢの非反転入力端子（＋）にＶｂが入力されている。また、ＵＡの反転入力端子（−）は、抵抗素子Ｒ１を介してＵＡの出力端子に接続されており、ＵＢの反転入力端子（−）は、抵抗素子Ｒ２を介してＵＢの出力端子に接続されている。そして、ＵＡの反転入力端子（−）は、抵抗素子Ｒ３を介してＵＢの反転入力端子（−）に接続されている。この際、Ｒ１，Ｒ２の値を等しくすることによりＵＡ，ＵＢの増幅率は一致する。これらＲ１，Ｒ２の値とＲ３の値によって増幅率が決定される。

面電極４１，５１からの起電力Ｖａ，Ｖｂは、互いに逆相を示す信号であるため、ＵＡ，ＵＢを用いてこのような差動増幅回路９１を第２のサブ基板１８上で構成することにより、励磁コイル１５，１６や測定管１４から熱の影響を受けてＶａ，Ｖｂに温度ドリフトが発生したとしても、Ｖａ，Ｖｂが差動増幅される。これにより、検出信号Ｖｉｎにおいて、これら同相の温度ドリフトはキャンセルされるとともに、Ｖａ，Ｖｂが加算されることになり、良好なＳ／Ｎ比を得ることができる。

プリアンプ６１には、図９に示すように、面電極４１，５１からの入力となる基板側配線パターン４４，５４の他に、電源、信号１、信号２およびコモン（回路ＧＮＤ）などの４本の配線が接続される。これらの４本の配線は、図示していない導通手段によってメイン基板１９に接続されている。なお、４本の配線のうち、コモンの配線は、第２のサブ基板１８のシールドパターン８８を含めて構成することができる。

導電率測定用の面電極６２は、測定管１４における、流量測定用の一対の面電極４１，５１より第２のサブ基板１８とは反対側（上流側）に設けられている。
第１のサブ基板１７における、導電率測定用の面電極６２に近接する一方の面には、導電率測定用の電気回路３５の一部となる電気回路が設けられている。この導電率測定用の電気回路３５の一部は、図１に示すように、例えばジャンパー線９２によって導電率測定用の面電極６２に電気的に接続されている。第１のサブ基板１７の他方の面には、べたパターンからなるシールドパターン９３が設けられている。

［温度センサの説明］
この実施の形態による温度センサ２４は、図１０〜図１２に示すように、上流側継手２１の筒状部２１ａの周方向に延びるクリップ部１０１と、クリップ部１０１の中央部分に保持されたセンサ本体部１０２とを備えている。クリップ部１０１は、筒状部２１ａを挟む断面略Ｃ字形状にばね材料によって形成されており、自らのばね力で筒状部２１ａを緊縛している。この実施の形態による筒状部２１ａの外周面には、図１１に示すように、部分的に外径が小さくなる小径部１０３が形成されている。クリップ部１０１は、小径部１０３に取付けられている。

クリップ部１０１の先端部１０１ａは、図１１に示すように、小径部１０３の外周面に押し付けられることによって小径部１０３に沿って滑るように、反り返った形状に形成されている。
この先端部１０１ａが小径部１０３の外周面に押し付けられることにより、クリップ部１０１が弾性変形して拡がる。そして、さらにクリップ部１０１を小径部１０３に向けて押すことによって、小径部１０３がクリップ部１０１内に収容され、クリップ部１０１によって緊縛されるようになる。温度センサ２４は、このようにクリップ部１０１が筒状部２１ａに取付けられた状態で使用される。

クリップ部１０１は、図１０に示すように筒状部２１ａに装着された状態で筒状部２１ａの径方向の外側に向けて押されることによって、弾性変形して開き、筒状部２１ａ（小径部１０３）から外れるようになる。すなわち、この図１０〜図１２に示す温度センサ２４は、筒状部２１ａに着脱可能に取付けられている。

クリップ部１０１の長手方向の中央部分には、筒状部２１ａから離間する凸部１０４が形成されている。センサ本体部１０２は、凸部１０４の中に挿入され、取付位置がずれることがないように凸部１０４に保持されている。この実施の形態によるセンサ本体部１０２は、図１１および図１２に示すように、２枚のシート１０５，１０６と、これらのシート１０５，１０６どうしの間に挟まれた温度測定素子としてのサーミスタ１０７とによって構成されている。

シート１０５，１０６は、熱伝導性が良好な材料であって、柔軟性を有する材料によって形成されている。
センサ本体部１０２は、クリップ部１０１が筒状部２１ａに装着された状態で筒状部２１ａに接触する。このため、流体の熱が上流側継手２１の筒状部２１ａから筒状部２１ａ側のシート１０５を介してサーミスタ１０７に伝達されるようになり、流体温度を温度センサ２４によって測定することができる。

温度センサは、図１３に示すように構成することができる。図１３に示す温度センサ１１１は、上流側継手２１の筒状部２１ａに取付用ねじ１１２によって取付けられた端子からなる伝熱部材１１３と、伝熱部材１１３に保持されたセンサ本体部１１４とを備えている。センサ本体部１１４は、伝熱部材１１３に熱伝導性を有する樹脂材料（図示せず）を介して保持された温度測定素子としてのサーミスタ１１５を備えている。
この温度センサ１１１においては、伝熱部材１１３が筒状部２１ａに取付けられた状態で筒状部２１ａの熱が伝熱部材１１３と熱伝導性を有する樹脂材料とを介してサーミスタ１１５に伝達されるようになる。

［シールドプレートの説明］
シールドプレート８４は、図１４に示すように、一体に形成された第１〜第３の板部１２１〜１２３を備えている。第１〜第３の板部１２１〜１２３は、一枚の金属板を折り曲げて形成されており、上流側継手２１の近傍から下流側継手２２の近傍まで延びている。第１の板部１２１は、ケース１２の側面１２ｄに形成された第１の凹部１２４に収容され、側面１２ｄの大部分を覆う。第２の板部１２２は、ケース１２の側面１２ｅに形成された第２の凹部１２５（図１５参照）に収容され、側面１２ｅの大部分を覆う。第３の板部１２３は、ケース１２の底面１２ｆに形成された第３の凹部１２６に収容され、底面１２ｆの大部分を覆う。この実施の形態においては、シールドプレート８４が本発明でいう「シールド部材」に相当する。

ケース１２の第１〜第３の凹部１２４〜１２６と上流側継手２１および下流側継手２２との間には、側面１２ｄから底面１２ｆを経て反対側の側面１２ｅに延びるように断熱部１２７，１２８が形成されている。断熱部１２７は、第１〜第３の凹部１２４〜１２６に挿入された第１〜第３の板部１２１〜１２３、すなわちシールドプレート８４と、上流側継手２１との間に挿入される。断熱部１２８は、シールドプレート８４と下流側継手２２との間に挿入される。

断熱部１２８における、底面１２ｆの一部となる部分には、図１４に示すように、切り欠き１３１が形成されている。この切り欠き１３１には、シールドプレート８４に突設された突片１３２が挿入される。突片１３２は、シールドプレート８４と下流側継手２２とを電気的に接続するためのもので、下流側継手２２に接触する状態で固定用ねじ１３３によって固定されている。なお、シールドプレート８４は、この固定用ねじ１３３の他に、図示してない複数の固定用ねじによってケース１２に固定されている。

底面１２ｆの凹部１２６は、図１６に示すように、シールドプレート８４の第３の板部１２３の厚みより深く形成されている。このため、底面１２ｆの断熱部１２７，１２８は、シールドプレート８４よりケース１２の開口部１２ａとは反対側に突出している。この断熱部１２７，１２８の突出端には、金属製の取付用プレート１３４が接触している。取付用プレート１３４は、電磁流量計１１を装置パネル１３５に取付けるためのもので、複数の固定用ボルト１３６によってケース１２に固定されるとともに、複数の取付用ボルト１３７によって装置パネル１３５に取付けられる。

[実施の形態による効果］
このように構成された電磁流量計１１においては、流体が流れることにより上流側継手２１および下流側継手２２に流体の熱が伝達される。上流側継手２１の筒状部２１ａには温度センサ２４，１１１が接触している。このため、上流側継手２１の熱は、温度センサ２４，１１１に伝達される。このように上流側継手２１の熱が温度センサ２４，１１１に伝達されることにより温度センサ２４，１１１によって流体温度を測定することができる。上流側継手２１は、熱伝導性が低い材料からなるケース１２に取付けられているから、上流側継手２１の温度は低下し難い。また、温度センサ２４，１１１はケース１２内に設けられているにもかかわらず、発熱部品である励磁コイル１５，１６とは隔絶された第２の空間Ｓ１ｂに収容されているから、励磁コイル１５，１６や、その他の発熱部材の熱の影響を受け難い。
したがって、この実施の形態によれば、放熱や発熱部品の熱の影響を受けることがないように温度センサを内蔵し、流体温度を精度よく測定することが可能な電磁流量計を提供することができる。

この実施の形態においては、温度センサ２４，１１１がケース１２内に収容されているから、温度センサをケース外で配管に取付ける場合と比べると、温度センサを固定するための配管部品が不要になり、コストダウンと配管スペースの省スペース化とが図られ、しかも、作業工数を少なくすることが可能となった。更には、外部温度センサと電磁流量計とを接続するためのケーブルも不要になるから、更なるコストダウンを図ることができ、外部ノイズの影響を受けることもなくなった。

この実施の形態による電磁流量計１１は、ケース１２の外面に取付けられたシールドプレート８４を備えている。シールドプレート８４は、上流側継手２１の近傍から下流側継手２２の近傍まで延びるように形成されているとともに、下流側継手２２に電気的に接続されている。このため、励磁コイル１５，１６で発生するノイズがケース外部に放射されることを防ぐことができ、しかも、外部からのノイズがケース内部に侵入することも防止することができる。
シールドプレート８４と下流側継手２２との接触面積は、電気的接続に必要な最低限の接触面積でよい。この実施の形態においては、相対的に小さい突片１３２によってシールドプレート８４と下流側継手２２とが電気的に接続されている。

このため、下流側継手２２からシールドプレート８４を通って取付用プレート１３４に至る熱伝達経路を熱が伝導することによる放熱が最小限に抑えられる。これに伴い、シールドプレート８４の温度上昇が抑制され、温度センサ２４，１１１が設けられた上流側継手２１にシールドプレート８４側からの熱の影響を与えることがない。
ケース１２は、上流側継手２１とシールドプレート８４との間に挿入される断熱部１２７を有している。このため、ケース１２に設けられたシールドプレート８４に上流側継手２１の熱が伝達されることがないから、上流側継手２１の温度がより一層低下し難くなり、温度センサ２４，１１１によって測定された流体温度の精度が更に高くなる。

図１０〜図１２に示す温度センサ２４は、上流側継手２１の筒状部２１ａを挟む形状にばね材料によって形成されて自らのばね力で筒状部２１ａを緊縛するクリップ部１０１と、温度測定素子（サーミスタ１０７）を有しかつクリップ部１０１に保持されたセンサ本体部１０２とを備えている。センサ本体部１０２は、クリップ部１０１が筒状部２１ａに装着された状態で筒状部２１ａに接触する。
このため、クリップ部１０１のばね力でセンサ本体部１０２を上流側継手２１の筒状部２１ａに接触させることができるから、温度センサ２４の筒状部２１ａへの装着を簡単に、すなわちワンタッチで行うことができる。

図１３に示す温度センサ１１１は、上流側継手２１の筒状部２１ａに取付用ねじ１１２（ねじ部材）によって取付けられた伝熱部材１１３と、温度測定素子としてのサーミスタ１１５を有しかつ伝熱部材１１３に保持されたセンサ本体部１１４とを備えている。センサ本体部１１４は、伝熱部材１１３が筒状部２１ａに取付けられた状態で筒状部２１ａの熱が伝熱部材１１３を介して伝達される。
このため、筒状部２１ａの熱が効率よく伝熱部材１１３に伝達されるから、小型で接触面積が少ないにもかかわらず、流体温度を精度よく測定することができる。

上述した実施の形態においてはメイン基板１９を１枚だけ備えた電磁流量計１１について説明した。しかし、本発明は、このような限定にとらわれることなく、蓋体１３内に蓋体側基板（図示せず）をメイン基板１９と平行になるように設けることができる。この構成を採る場合は、メイン基板１９に実装される回路部品を少なくすることができるから、回路部品が発する熱の影響を温度センサ２４が受けることを防ぐことが可能になる。

１１…電磁流量計、１２…ケース、１４…測定管、１５，１６…励磁コイル、１７…第１のサブ基板、１９…メイン基板、２１…上流側継手、２１ａ…筒状部、２２…下流側継手、２３…第１の側壁、２４，１１１…温度センサ、２５…第２の側壁、８４…シールドプレート（シールド部材）、１０１…クリップ部、１０２，１１４…センサ本体部、１０７，１１５…サーミスタ（温度測定素子）、１１３…伝熱部材、１２７，１２８…断熱部、Ｓ１ｂ…第２の空間（閉空間）。

Claims (4)

1. 測定対象となる流体が流れる測定管と、
   前記測定管を通るように磁気回路を形成する励磁コイルと、
   熱伝導材料によって形成されて前記測定管の両端部に接続された一対の継手と、
   前記一対の継手のうち前記測定管の上流側端部に接続された上流側継手と前記励磁コイルとの間に配置され、前記測定管が貫通して前記測定管の長手方向とは交差する方向に延びるサブ基板と、
   前記一対の継手が貫通して固定される第１および第２の側壁を有し、熱伝導性が低い材料によって箱状に形成されて前記測定管、前記励磁コイルおよび前記サブ基板を収容するケースと、
   前記サブ基板と接触する状態で前記ケースの開口部に取付けられ、前記上流側継手および前記サブ基板を壁の一部とする閉空間を前記ケースの内部に形成するメイン基板と、
   前記上流側継手における前記閉空間に露出する部分に取付けられた温度センサとを備えていることを特徴とする電磁流量計。
2. 請求項１記載の電磁流量計において、
   さらに、
   前記ケースの外面に取付けられたシールド部材を備え、
   前記シールド部材は、前記上流側継手の近傍から前記測定管の下流側端部に接続された下流側継手の近傍まで延びるように形成されているとともに、前記下流側継手に電気的に接続され、
   前記ケースは、前記上流側継手と前記シールド部材との間に挿入される断熱部を有していることを特徴とする電磁流量計。
3. 請求項１または請求項２に記載の電磁流量計において、
   前記上流側継手は、前記閉空間内に挿入された筒状部を有し、
   前記温度センサは、
   前記筒状部を挟む形状にばね材料によって形成されて自らのばね力で前記筒状部を緊縛するクリップ部と、
   温度測定素子を有しかつ前記クリップ部に保持され、前記クリップ部が前記筒状部に装着された状態で前記筒状部に接触するセンサ本体部とを備えていることを特徴とする電磁流量計。
4. 請求項１または請求項２に記載の電磁流量計において、
   前記上流側継手は、前記閉空間内に挿入された筒状部を有し、
   前記温度センサは、
   前記筒状部にねじ部材によって取付けられた伝熱部材と、
   温度測定素子を有しかつ前記伝熱部材に保持され、前記伝熱部材が前記筒状部に取付けられた状態で前記筒状部の熱が前記伝熱部材を介して伝達されるセンサ本体部とを備えていることを特徴とする電磁流量計。

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