JP2554075B2

JP2554075B2 - 電磁流量計

Info

Publication number: JP2554075B2
Application number: JP62089150A
Authority: JP
Inventors: 省三葛西; 利男高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-04-11
Filing date: 1987-04-11
Publication date: 1996-11-13
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: JPS63255617A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は電磁流量計に係り、特に検出器の小形化に好
適な磁気回路を備えた導電性流体の流量を計測する電磁
流量計に関する。

〔従来の技術〕

電磁流量計の流量信号Ｅは、JIS Ｚ 8764（1980
年）によれば、Ｅ＝RBdv …（１）ここに、R;短絡係数 B;磁束密度 d;配管の口径 v;流速で示される。通常、検出器は第６図に示すように、断面
が円形の配管１の内壁の左右に流量の電気信号を取り出
す検出電極２があり、電極間隔は配管の口径、すなわ
ち、検出器口径とほゞ同じに作られている。検出電極２
間を結ぶ軸線と流体３が流れる方向（配管軸方向）のい
ずれとも直交する上下方向には、配管外側にて磁極４が
対向配置してあり、ヨーク（磁気回路要素）５でつなが
れている。また、磁極４には一対の励磁コイル６が取り
付けられており、方形波状の交流で励磁されるため、配
管１内を流れる流体３には磁界が印加される。これによ
り、ファラデーの電磁誘導の法則により、検出電極２に
は（１）式で示す流体３の速度に応じた流量の電気信号
が発生する。

しかし、このような磁気回路形状では、磁極間隔が配
管口径以下にはなり得ない。また、検出電極２で検出さ
れる流量信号は、磁束密度Ｂと流速ｖの積が同じでも配
管１内部位置により検出量が異なる。この度合は、重み
係数Ｗで表わされ、次式のようになる。

上式は配管軸の中心を原点とし、検出電極方向をｘ
軸，磁界方向をｙ軸として表わしている。

（２）式のｄ＝１として重み係数を求めた結果を配管
１の上半断面について表わしたものを第８図に示す。こ
の図から重み係数は、検出電極付近が非常に大きいこと
がわかる。なお、第７図は第６図の検出器についてｙ軸
方向に磁束密度をｘ軸方向について測定した磁束密度の
分布の結果である。磁束密度は配管内で異なるため、流
量信号は各部の重み係数Ｗ（x,y）と各部の磁束密度Ｂ
（x,y）の積を電極間について積分した値となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、流量信号を効率的に得るという点に
ついて配慮されておらず、流量信号が最小スパンで数10
μＶと微小であるため、規格化された流量電気信号に変
換する変換器の増幅率を限界値で使用しており、検出器
をより小形化するためには問題があった。

本発明の目的は、検出器の流量信号の検出効率を改善
し、かつ、コイルの励磁量を減少させて小形，軽量化を
図ることができる電磁流量計を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、基本的構成とし
て、測定対象の流体が流通する配管に配管軸方向に直交
して対向配設された一対の検出電極と、前記配管軸方向
及び前記検出電極間を結ぶ軸線のいずれとも直交する磁
束を発生させるよう前記配管の外側に配置した磁極付き
磁気回路とを備えた電磁流量計において、前記磁気回路の磁極は、前記配管の径方向の磁束密度
分布が前記検出電極の設置箇所でピーク（略ピークを含
む）となる２ピーク形（２山形）の磁束密度分布を形成
させる磁極構造にした。

また、上記磁束密度分布が検出電極の設置箇所にてピ
ークとなり得る最適な一例として、前記磁気回路は、前
記配管を挾むように対向配置される一対の磁極を有し、
この一対の磁極における配管径方向の両端部がそれぞれ
前記検出電極に近づく形状をなして、磁極間隔のうち配
管径方向の磁極端部間の間隔が最短で且つ前記配管の口
径の1/2〜1/4に設定したものを提案する。この場合、前
記各磁極の側面とこれに対向するヨーク内面との間に設
けた磁極用の励磁コイルの設置スペースによって、前記
各磁極とヨーク間の漏洩磁束を少なくするに充分なギャ
ップを確保しておく。

〔作用〕

上記構成によれば、電磁流量計における磁束密度分布
が検出電極位置でピークとなるように磁極を構成したの
で、これにより流量信号の重み係数が最大となる部分に
最大の磁束密度を発生させることができ、重み係数の効
果による流量信号の増加を図り得る。

例えば、対向配置された各磁極の配管径方向の両端部
を検出電極に近づけると（具体的には磁極間隔のうち配
管径方向に磁極端部間の間隔が最短で且つ前記配管の口
径の1/2〜1/4になるまで近づけると）、重み係数の効果
による流量信号の増加、すなわち、Ｂ（x,y）×Ｗ（x,
y）が第３図（ａ），（ｂ）からわかるように従来の磁
極配置構造よりも1.3倍〜1.5倍に大きくできる。なお、
第３図（ａ）は第６図の従来例の場合で、（ｂ）は本発
明の場合のＢ（x,y）×Ｗ（x,y）の積を示す。その結
果、総合的な流量信号を第６図の従来例に較べて2.6〜
６倍とすることが可能である。

〔実施例〕

以下本発明を第１図，第４図に示した実施例及び第２
図，第３図，第５図を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の電磁流量計の検出器の一実施例を示
す縦断面図である。第１図において、１は口径ｄの配
管、２は配管１の内壁に対向して設けた一対の検出電
極、３は流体、４は磁極で、５は磁極４をつないでいる
ヨークで、６は励磁コイルである。第１図においては、
磁気回路（磁極4,ヨーク５）を配管１の外周を包むよう
に閉回路で構成してあり、これにより外部への漏えい磁
束をなくし、外部に接続される鉄製のフランジやボルト
の影響をなくし、かつ、外乱磁界の影響を防止してあ
る。

配管１の軸方向と、磁極４から生じる磁束と、検出電
極２間を結ぶ軸線は互いに直交するように設定してあ
る。

一対の磁極４は、配管１を挾むように対向配置され、
また、配管１の外周に沿って配置できるように構成し、
それらの磁極の配管径方向の両端部がそれぞれ検出電極
２に近づく形状をなして、磁極４間の間隔のうち配管径
方向の磁極端部間の間隔l₁が最短で且つl₁が配管１の口
径ｄの1/2〜1/4に設定した。また、各磁極４の側面とこ
れに対向するヨーク５内面との間に設けた磁極用の励磁
コイル６の設置スペースにより、各磁極４とヨーク５間
の漏洩磁束を少なくするギャップを確保しておく。

以上のようにすれば、配管１の径方向の磁束密度分布
は、第２図で示すように各検出電極２と設置箇所でピー
クになる２ピーク形となり、検出電極部に磁束密度を集
中できるようになる。その結果、流量信号の重み係数が
最大となる部分に最大の磁束密度を発生させることがで
き、重み係数の効果による流量信号の増加を図り得る。
具体的数字を挙げれば、従来と同等の流量信号を得る場
合に磁気回路に必要とされる励磁の強さは1/1.5と小さ
くできる。

第３図はＢ×Ｗを棒グラフで示した図で、（ａ）は従
来の第６図の場合、（ｂ）は本発明の第１図の実施例の
場合を示し、（ｂ）の場合は、重み係数が最大となる部
分に最大の磁束密度を発生させることができるので、重
み係数に合った磁束密度分布の効果を（ａ）の場合の1.
3〜1.5倍と大きくすることができ、総合的な流量信号を
2.6倍〜６倍とすることが可能で、変換器が従来のまま
とすれば流量計の検出器を1/2〜1/3に小形化できるとい
う効果を奏する。

特に本実施例によれば、磁気回路も小さくすること
で、電磁流量計の小形化を図り得る。例えば、口径をｄ
としたとき、磁気回路の各部の寸法は、一対の磁極４の
配管径方向両端の磁極間距離（間隔）l₁をd/2とした場
合を例にとって説明すれば、磁極４の流体３の流れと直
角方向の幅l₂＝ｄ、磁気回路の外形はl₃＝1.75d、l₄＝
1.3dとなり、これに対して第６図に示す従来装置では、
l₃＝2.3d,l₄＝2.3dであり、磁気回路の大きさは1/2.3と
小さくできる。

第４図は本発明の他の実施例を示す第１図に相当する
縦断面図で、第１図と同一部分は同じ符号で示してあ
る。第１図と異なるところは、磁気回路を２つに分離
し、対向磁極４を２対として、各対の磁極４をそれぞれ
検出電極２に近づけるように配置して、各対の磁極４間
の距離を配管１の口径ｄの1/2〜1/4の範囲で設定したも
のである。本実施例によれば、磁気回路を２つに分離し
てあるので、外部に接続される鉄製のフランジやボルト
の影響，外乱磁界の影響を防止できないが、その他の作
用，効果は同一である。第５図は第４図の場合の磁束密
度分布図である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電磁流量計の流量信号の重み係数が
最大となる部分（検出電極設置箇所）に最大の磁束密度
を発生させることができ、重み係数の効果による流量信
号の増加を図り得るので、検出器の流量信号の検出効率
を改善し、かつ、コイルの励磁量を減少させて、電磁流
量計の小形，軽量化を図ることができる。

例えば、実施例でも説明したように、電磁流量計の磁
極を検出電極に近づけてその磁極間隔を配管の口径の1/
2〜1/4にした場合には、重み係数に合った磁束密度分布
の効果を1.3〜1.5倍と大きくでき、総合的な流量信号を
2.6〜６倍とすることが可能で、変換器の信号増幅率が
従来のままとすれば検出器を1/2〜1/3に小形化できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電磁流量計の検出器の一実施例を示す
縦断面図、第２図は第１図の検出器の磁束密度分布図、
第２図はＢ×Ｗを棒グラフで示した図、第４図は本発明
の他の実施例を示す第１図に相当する縦断面図、第５図
は第４図の検出器の磁束密度分布図、第６図は従来の検
出器の縦断面図、第７図は第６図の検出器の磁束密度分
布図、第８図は電極の両端に寄与する割合で示す重み関
数を示す解説図である。１……配管、２……検出電極、３……流体、４……磁
極、５……コイル、６……励磁コイル。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象の流体が流通する配管に配管軸方
向に直交して対向配設された一対の検出電極と、前記配
管軸方向及び前記検出電極間を結ぶ軸線のいずれとも直
交する磁束を発生させるよう前記配管の外側に配置した
磁極付き磁気回路とを備えた電磁流量計において、前記磁気回路の磁極は、前記配管の径方向の磁束密度分
布が前記各検出電極の設置箇所でピーク或いは略ピーク
となる２ピーク形の磁束密度分布を形成させる磁極構造
にしたことを特徴とする電磁流量計。
【請求項２】前記磁気回路は、前記配管を挾むように対
向配置される一対の磁極を有し、この一対の磁極におけ
る配管径方向の両端部がそれぞれ前記各検出電極に近づ
く形状をなして、前記一対の磁極同士の間隔のうち配管
径方向の磁極端部間の間隔が最短で前記配管の口径の1/
2〜1/4に設定してあり、且つ前記各磁極の側面とこれに
対向するヨーク内面との間に設けた前記磁極用の励磁コ
イルの設置スペースによって前記各磁極とヨーク間の漏
洩磁束を少なくするに充分なギャップが確保されて、前
記磁極端部間の間隔設定と前記励磁コイル設置スペース
により前記２ピーク形の磁束密度分布が形成される特許
請求の範囲第１項記載の電磁流量計。