JP2850610B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁流量計に係り、とく
に高温流体，腐食性流体，摩耗性流体等の流量を測定す
るに好適なセラミックパイプからなる測定管を有する電
磁流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁流量計は、磁界に直交して導電性の
被測定流体が流れると、印加した磁界の強さと流体の流
速との積に比例する起電力が発生し、この起電力を一対
の電極で検出することにより流量を測定できるという原
理に基づく。この流量計の被測定流体に接液する測定管
には、一般に耐食性，電気的な絶縁性をもたせるため
に、内面にゴムやふっ化エチレン樹脂でライニングが施
されている。最近、とくにこの部分の耐熱性，耐摩耗性
を向上させるため、測定管としてセラミックのパイプを
用いた電磁流量計が製品化されている。代表的な公知例
として、特許公表公報昭和58年第501552号「磁気誘導型
流量測定装置用測定値検出器」などがある。図２に従来
のセラミック電磁流量計の構造を示す。このセラミック
パイプ１中を被測定流体が流れ、セラミックパイプ１に
は一対の電極４がパイプの径方向に対向して取付けられ
ている。前記セラミックパイプ１はその両端部に肉厚の
フランジ部を有しこのフランジ部の外周部において、ケ
ーシング部材７に有機系又は無機系の接着剤によって固
着されている。前記セラミックパイプ１の中央部の外周
近傍には電磁コイル２ａ，２ｂ及びコア３が配置され、
これらコイル２ａ，２ｂ及びコア３によってセラミック
パイプ１内部を貫通して磁界が発生する。この磁界中を
セラミックパイプ１内を流れる流体が横切ることによ
り、流体中に電位が発生し、この電流を前記一対の電極
４により検出する。前記ケーシング部材７の中央部には
配線取出部９が形成され、この配線取出部９を介して、
電磁コイルへの励磁配線及び電極からの検出信号配線が
外部の機器と接続される。

【０００３】この電磁流量計はプロセス配管の一対の配
管フランジ１１ａ，１１ｂにはさまれた状態で、接地リ
ング５ａ，５ｂ及びその両端のガスケット１０ａ，１０
ｂを介してボルト１２，ナット１３によって締付け取付
けられる。該接地リングは流体に接液するとともに、電
磁流量計の接地ラインに接続され、流体の電位と電磁流
量計の接地電位を共通にする。ガスケット１０ａ，１０
ｂによってプロセス配管フランジ１１ａ，１１ｂと接地
リング５ａ，５ｂ間及び接地リング５ａ，５ｂと電磁流
量計のセラミックパイプ１間は液密状態に保たれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例の電磁
流量計においては以下に述べる問題点が存在していた。
電磁流量計をプロセス配管に取付ける時、ボルトを数１
０００Ｎ・ｃｍのトルクで締付けることにより、ガスケ
ットに軸方向（厚さ方向）の圧縮力を与えることにより
液密性を保持する。この締付力を電磁流量計のセラミッ
クパイプのフランジ面で受けるため、フランジ面には数
１０ＭＰａ〜数１００ＭＰａの大きな面圧が加わる。

【０００５】この時、セラミックパイプ１のフランジ部
には図３に示すような応力が発生する。この応力分布状
態は有限要素法による数値解析により確認検証したもの
であり、以下にこの状態を説明する。すなわち、この面
圧によりセラミックパイプの円筒部には軸方向に圧縮応
力が発生し、さらにフランジの付根部には曲げによる大
きな圧縮応力と引張応力が発生する。この挙動は、パイ
プフランジ部に矢印で示す曲げモーメントが発生し、フ
ランジが矢印方向に曲げられていることを意味してい
る。一般にセラミックの場合、引張り強さは圧縮強さの
１０分の１程度であり、前記引張応力がセラミックパイ
プを破断させる原因となる場合が多く、実際の製品にお
いても図４に示す位置から破断することが検証されてい
る。

【０００６】このため、本構造の電磁流量計ではプロセ
ス配管に取付ける際のボルトの締付トルクの上限が規定
されている場合が多く、この値を越えて締付けられる
と、セラミックパイプが破断する可能性がある。また、
規定トルク以内で締付けた場合でも、一方のボルトのみ
を締付ける所謂片締状態になると、過大な引張応力が発
生し破断に至る可能性がある。

【０００７】本発明は、係る従来構造の問題点を解決
し、電磁流量計をプロセス配管に取付ける時に、セラミ
ックパイプ内に過大な引っ張り応力が発生しないように
することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明ではセラミックパ
イプと接地リングとの間に挿入し液封するガスケットの
径方向の幅を狭くし小径にすることにより、前記パイプ
フランジ面（パイプ両端面）の外側部（外周に近い部
分）にガスケットを接触させないようにした。また、前
記接地リングのガスケットと接する面にガスケットの厚
さよりも小さな段差又は溝を設け、この段差の内側にガ
スケットを挿入保持する。一方、セラミックパイプはケ
ーシング部材に少なくとも一方のフランジを軸方向に自
由度を持たせて固定する。この電磁流量計をプロセス配
管に取付ける場合には、接地リングと配管フランジとの
間に別のシール部材を入れ、配管の対向せるフランジ間
に複数本のボルトで締付け液密にする。

【０００９】

【作用】前記構成において、ボルトによる締め付け力
は、配管フランジ−外側のガスケット−接地リング−内
側のガスケット−セラミックパイプの端面（パイプフラ
ンジ面）の順序で伝達され各部材間を液封する。この時
内側のガスケットが小径であるため、締め付けによる荷
重がパイプフランジの外側部に加わらないので、フラン
ジ部に図３に示す曲げモーメントは発生せず、過大な引
っ張り応力は発生しない。また、セラミックパイプが歪
んでもケーシング部材に自由度を持たせて保持されてい
るのでパイプフランジ部に曲げモーメントは発生しな
い。一方接地リングには、前記内側のガスケットの挿入
される段差又は溝が設けてあるので、締め付け荷重が加
わってもガスケットの面積がコールドフローなどで広が
るのを妨ぎ曲げモーメントが増加するのを防止する。ま
たこの段差は前述のごとくコールドフローを押さえるの
でシール性が向上し、さらにガスケットをセラミックパ
イプに対して同軸上に正確に位置合わせする働きもして
いる。

【００１０】この結果、セラミックパイプの締め付け力
に対する強度は従来に比べ３倍から１０倍向上できた。

【００１１】

【実施例】図１に本発明の電磁流量計検出器の断面図を
示す。電磁流量計本体は図２の従来例と同一であり、共
通部分には同一番号を付している。１はセラミックを素
材として成形されたセラミックパイプで、その中を被測
定流体が流れる。セラミックパイプ１の外側には１対の
電磁コイル２ａ，２ｂが取付けられ、さらにその外側に
はコア３が前記電磁コイル２ａ，２ｂを囲むように配置
されている。この電磁コイル２ａ，２ｂ及びコア３でセ
ラミックパイプ１を上下方向に横切る磁界を発生させ
る。電磁コイル２ａ，２ｂは一般に方形波で周期的にオ
ンオフを繰返す直流あるいは交流電流で励磁される。前
記セラミックパイプ１の中央部には磁界の方向及び流れ
の方向に直交する方向に１対の電極４が形成されてい
る。この電極４を介して流体中に発生した起電力が検出
される。前記セラミックパイプ１の両端部は肉厚のフラ
ンジ部１５ａ，１５ｂを形成している。

【００１２】該フランジ部の一方はケーシング部材７の
円筒内面に、接着，焼嵌めなどの方法で強固に固定さ
れ、他方は粘着などの方法で両者間に軸方向の自由度を
持たせて保持されている。ケーシング部材７は円筒中央
部に開口部９を有し、この開口部９により、前記電磁コ
イル２ａ，２ｂへ外部から電流を供給する配線、及び電
極４からの信号を外部の増幅部へ取出す配線の導入，導
出を行う。一方、前記フランジ部１５ａ，１５ｂは、該
フランジよりも外形の十分に小さな（理想的にはセラミ
ックパイプの胴部の外径と同一が良い）ガスケット１６
ａ，１６ｂに同軸上に位置し接している。該ガスケット
は、被測定流体の電気的ポテンシャルを接地電位にする
ための接液せる導体からなる接地リング１７ａ，１７ｂ
の段差部（又は溝部）１８ａ，１８ｂの内側に挿入し押
し当てられている。該段差部の厚さは、前記ガスケット
１６ａ，１６ｂの厚さよりも薄く、接地リング１７ａ，
１７ｂは直接セラミックパイプ１に当たることはない。
また該接地リングは、ねじ等によりケーシング部材７に
脱落しないように保持されている。

【００１３】係る電磁流量計の検出器は、前記接地リン
グ１７ａ，１７ｂのセラミックパイプ１と対向せざる面
に於いて、他のガスケット部材１０ａ，１０ｂを介して
プロセス配管のフランジ１１ａ，１１ｂに挾まれ、ボル
ト１２及びナット１３で締付けられ、液密状態でプロセ
ス配管に取付固定される。

【００１４】このような構造の電磁流量計に於いて、プ
ロセス配管取付時にボルト１２及びナット１３を用いて
フランジ１１ａ，１１ｂ間に電磁流量計を挾んで締付け
た場合に発生する力の作用を次に説明する。ボルト１２
及びナット１３の締付により、フランジ１１ａ及びガス
ケット部材１０ａを介して接地リング１５ａに加わった
前記圧縮力は、前記ガスケット１６ａ，１６ｂを介して
セラミックパイプ１の両端面（フランジ部１５ａ，１５
ｂ）に加わり、該セラミックパイプには軸方向に圧縮力
が働く。この時、セラミックパイプ１のフランジ部１５
ａ，１５ｂの外側部には、ガスケット１６ａ，１６ｂが
接していないため締め付け力が伝達されないので、該フ
ランジ部を曲げるモーメントが発生しない。よって、セ
ラミックパイプ１には著しい引っ張り応力が発生する部
位がなく、ほとんど圧縮応力だけとなり破損を防止でき
る。

【００１５】一方、接地リング１７ａ,１７ｂの段差部
１８ａ,１８ｂにガスケットが１６ａ，１６ｂが嵌合す
るので、該ガスケットとセラミックパイプ１が正確に同
軸上に配置されると共に、締め付け力によるガスケット
の変形を防止する機能を持つ。これにより、セラミック
パイプに発生する曲げモーメントが、ガスケットの径が
広がることにより増加することを防止し、更にガスケッ
トのコールドフローによるシール性の低下をも防いでい
る。

【００１６】本図の構造において、セラミックパイプの
軸方向の締め付け力に対する強度は、従来の３倍から１
０倍に向上することを有限要素法による数値解析および
実験において確認した。

【００１７】図５は本発明の変形例である。被測定流体
が腐食性を有していて接地リングの接液部を貴金属で形
成せざるを得ない場合は、図１に示すような大きく剛性
の高い接地リングを使用すると非常に高価になり経済性
が悪い。よって、ステンレス鋼などからなる接地リング
１９の接液部２０を白金などの貴金属の箔で構成し、ガ
スケット２１，２２に挾み該ガスケットの外側で接地リ
ング１９に電気的に接続する。一方、接地リング１９の
内周はガスケット２１と嵌合し、これを保持している。
またガスケット２１は図１と同様、その外径がフランジ
１５よりも十分に小さい。図５の構成を取る場合、接地
リングは軸方向の締め付け荷重を受けないが、セラミッ
クパイプの力を受ける位置は図１の実施例と同一であ
り、同様の効果を得られる。

【００１８】

【発明の効果】本発明では、電磁流量計のプロセス配管
取付時に過大な締付力が印加された場合にも、セラミッ
クパイプのフランジ部に過大な引っ張り応力が発生する
ことを防止して破損を防ぐことができると共に、信頼性
の高いシール性を有する電磁流量計を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁流量計の側断面図。

【図２】従来の電磁流量計の側断面図。

【図３】従来の電磁流量計のセラミックパイプの応力分
布を示す説明図。

【図４】従来の電磁流量計のセラミックパイプの破断状
況を示す説明図。

【図５】本発明の他の実施例を示す要部断面図。

【符号の説明】

１…セラミックパイプ、１５ａ，１５ｂ…フランジ部、
１６ａ，１６ｂ…ガスケット、１７ａ，１７ｂ…接地リ
ング、１８ａ，１８ｂ…断差部、１９…接地リング、２
１…ガスケット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西野 繁男 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社 日立製作所 計測器事業部内 (56)参考文献 実開 平１−95618（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−140129（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01F 1/58

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定流体を胴部に流し、該胴部の両端に
   フランジ部を有するセラミック製の測定管と、該測定管
   が前記被測定流体を流す外部の配管とガスケット及び接
   地リングと介して接続される電磁流量計において、前記
   ガスケットの外径を前記測定管のフランジ部の外径より
   も小さくし、且つ該ガスケットの外側にガスケットの外
   径と嵌合し、大きさがガスケットの厚さよりも薄い段差
   を有する接地リングを備えたことを特徴とする電磁流量
   計。
2. 【請求項２】請求項１において、接地リングの内径がガ
   スケットの外径に嵌合することを特徴とする電磁流量
   計。
3. 【請求項３】電磁流量計と、該電磁流量計に被測定流体
   を流す外部の配管との間に、ガスケットを介して挾ま
   れ、被測定流体を接地電位にする接地リングにおいて、
   該接地リングは前記ガスケットの外側にガスケットの外
   径と嵌合し、大きさがガスケットの厚さよりも薄い段差
   を設けたことを特徴とする接地リング。
4. 【請求項４】請求項３において、前記接地リングは複数
   の部材が組合って構成され、該複数の部材のうち第一の
   部材は前記外部の配管と等しい内径を持ち、前記複数の
   部材のうちの第二の部材は前記ガスケットの外径と等し
   い内径を持ち、前記第一の部材、第二の部材および他の
   部材が接合して構成していることを特徴とする接地リン
   グ。