JP2851188B2

JP2851188B2 - 電磁流量計

Info

Publication number: JP2851188B2
Application number: JP20578891A
Authority: JP
Inventors: 一郎和田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-08-16
Filing date: 1991-08-16
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: JPH0545194A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電容量形電極を用い
た電磁流量計に係わり、特に静電容量形電極の取り付け
を改善した電磁流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の静電容量形電極を用いた電磁流
量計においては、その静電容量形電極がアースレベルの
導体から十分に離して配置する必要があるが、このこと
は静電容量形電極を金属性パイプに直接取り付けて流体
の流量を測定できないことを意味する。

【０００３】そこで、従来、金属性パイプに代えて図８
に示すようにセラミックス性パイプ１を用いた電磁流量
計が開発されている。この電磁流量計は、セラミックス
性パイプ１の内部に一対の静電容量形電極２，２を対向
するように配置され、これら電極２，２から流体３の流
速に応じて静電容量的に変化して得られる起電力Ｅs，
−Ｅs を入力側ハイインピーダンスのインピーダンス変
換部４に導き、ここでローインピーダンスの出力ｅs ，
−ｅs に変換した後、差動増幅器（図示せず）に送出す
る構成をとっている。

【０００４】さらに、この電磁流量計は、静電容量形電
極２，２の検出容量がパイプ１外側のコイル，金属ケー
ス、信号変換手段の電源等からの外部電位による影響を
受けるのを回避する意味から、これら静電容量形電極
２，２の外側を覆うようにシールドドライブ用電極５，
５が設けられ、これらシールドドライブ用電極５，５に
対して、インピーダンス変換部４から静電容量形電極
２，２で検出される起電力Ｅs ，−Ｅs と同電位のロー
インピーダンスの電圧ｅs ，−ｅs を印加することによ
り、電極２と電極５とが同電位であるので、両電極２と
５との間の静電容量には電流が流れない。一方、外側の
外筐および外筐蓋（図示せず、図１の２４，２５に相
当）とシールドドライブ用電極とは静電容量を介して外
筐および外筐蓋からシールドドライブ用電極へ電流が流
れるが、ローインピーダンスであるので測定に影響を与
えず、いわば外からの飛び込みノイズをシールドドライ
ブ用電極で受け止め、静電容量電極には影響を与えない
方式と言える。

【０００５】ところで、以上のようなセラミックス性パ
イプ１を用いたものは、電気的絶縁の面だけでなく、気
密性および強度等の面からも優れているが、このような
利点も比較的小口径のパイプ１の場合に有効であって、
大口径のパイプの場合には逆にコストが非常に高くなる
こと、また製造上の種々の難点から工業的に実用に供し
得ないこと、パイプの内圧その他の種々の外部衝撃力に
よって破壊する危険性があるなど、多くの問題を抱えて
いる。

【０００６】そこで、従来、図９に示す如くＳＵＳ３１
６ステンレス鋼，Ｔｉ等の金属性パイプ７の内側に比較
的十分な厚さをもった電気絶縁性ライニング８を施し、
かつ、この電気絶縁性ライニング８の内部に静電容量形
電極２を埋設し、さらに当該電極外側を覆うようにシー
ルドドライブ用電極５を設けた電磁流量計が用いられて
いる。

【０００７】このような電磁流量計の構成であれば、金
属性パイプ７を用いているので、内側の電気絶縁性ライ
ニング８の強度を問題とせずに大口径のものを作って静
電容量形電極２を設置することが可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この金
属性パイプ７を用いたものは、強度の点で優れているも
のの、静電容量形電極２を測定管７のライニング８の内
部に埋め込む必要があるので構造的に非常に複雑であ
り、またライニング８としてゴムを用いた場合には気密
性や耐摩耗性の問題から、静電容量形電極２を流体の接
液部分から十分な距離Ｌを離して埋め込む必要があり、
その距離Ｌが長くなればなるほど静電容量の検出感度が
悪くなる問題がある。

【０００９】本発明は以上のような問題点を解決するた
めになされたもので、シールド配置に工夫を施すことに
よりセラミックスなどの電極部ユニットを作り易くし、
さらに静電容量形電極を流体の接液部分に十分に近づけ
て設置しうる電磁流量計を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、シール性の向上および過大
な流体圧力に対しても十分に耐えうる電磁流量計を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】先ず、請求項１に対応す
る発明は上記課題を解決するために、補強用非磁性パイ
プの内側に電気絶縁性ライニングが施され、かつ、これ
らパイプおよびライニングの電極取り付け相当部分に貫
通孔が形成された測定管と、この測定管の貫通孔に対し
て外側から着脱可能に嵌合され、断面ほぼ凹形状のセラ
ミックスまたはプラスチックの外形型の内部であって前
記測定管内の流体と対峙する前面内側に中央部分より信
号取り出し用リード線を導出した静電容量形電極を設
け、かつ、前記外形型の内側壁面にそって円筒状シール
ドドライブ電極を装着し、さらに前記外形型内部にセラ
ミックスまたはプラスチックスを含む混合物が充填され
た電極部ユニットとを備えた電磁流量計である。

【００１１】次に、請求項２に対応する発明は、測定管
の貫通孔に対して内側から着脱可能に嵌合する内挿形電
極部ユニットを用いたものであり、その他の構成は請求
項１とほぼ同様な構成である。

【００１２】

【００１３】

【作用】従って、請求項１に対応する発明では、外側に
補強用金属性の非磁性パイプを配置しているので、小口
径だけでなく大口径の電磁流量計でも容易に実現でき、
しかも静電容量形電極を内装した外挿形電極部ユニット
を嵌合するだけでよいので電極の取り付けが容易であ
る。また、このユニット自体がセラミックスまたはプラ
スチックスで構成することにより、気密性、強度および
耐摩耗性等に優れており、静電容量形電極と流体接液部
分までの肉厚を十分に薄くでき、流体接液部分に十分に
近づけて静電容量形電極を設けることができる。

【００１４】次に、請求項２に対応する発明は、管内側
から内挿形電極部ユニットを嵌合することから、請求項
１の発明と同様な作用が得られるばかりでなく、電極取
付け用貫通孔の径が小さくなり、これによってシール性
を向上でき、また過大な流体圧力に対しても十分に耐え
うる電極取付け構造となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は請求項１に係わる電磁流量計の一実
施例を示す一部切り欠き断面図である。同図において１
１は所要とする口径の補強用非磁性パイプであって、こ
れは例えばＳＵＳ３１６ステンレス鋼、Ｔｉ等の金属材
料によって形成されている。この非磁性パイプ１１の電
極取り付け相当部分に開口部が形成され、この開口部の
内側部分に非磁性パイプ１１の外面よりも多少外部に飛
び出る程度の厚みをもったほぼ台形状の電極取り付け部
材１２が溶接付けによって非磁性パイプ１１に固着され
ている。

【００１６】さらに、非磁性パイプ１１内側および前記
電極取り付け部材１２の内側から外側の一部に跨がるよ
うに、所定の厚さの電気絶縁性ライニング１３が施され
ている。この非磁性パイプ１１と電気絶縁性ライニング
１３とで測定管を構成する。そして、この電極取り付け
部材１２の内側開口部分，つまり貫通孔には外部から外
挿形電極部ユニット１４が嵌合するように挿入されてい
る。この電極部ユニット１４はボルト１５により前記電
極取り付け部材１２にねじ止めされている。１６はＯリ
ングパッキンである。

【００１７】前記外挿形電極部ユニット１４は、例えば
Ａｌ₂Ｏ₃、Ｚｒ₂Ｏ₃等からなるセラミックスで構成
され、測定管内の流体と対峙する前面内側に流体と比較
的近い距離を有し、かつ、横方向に十分な広がりをもっ
た静電容量形電極１８が埋設され、その静電容量形電極
１８のほぼ中央部分から信号取り出し用リード線１９が
導出されており、さらに静電容量形電極１８および信号
取り出し用リード線１９を囲むようにシールドドライブ
用電極２０およびシールドドライブキャップ２１が設け
られている。２４は外筐、２５は外筐蓋である。

【００１８】従って、以上のような構成の電磁流量計に
よれば、外部から開口部分に外挿形電極部ユニット１４
を嵌合してねじ止めする構成であるので、静電容量形電
極１８の取り付けが容易であり、また従来のものに比較
して構造的に非常に簡単であること。また、故障等の場
合には比較的簡単に交換できる。また、外挿形電極部ユ
ニット１４の洗浄、或いはその電極部ユニット１４に比
較的近い個所のライニング部分の洗浄に際し、簡単に外
挿形電極部ユニット１４を取り外して洗浄の用を果たす
ことができる。さらに、補強用として金属性の非磁性パ
イプ１１を用いていることから、小口径のものはもとよ
り、大口径の場合でも低コスト、かつ、十分な強度の電
磁流量計を作ることが可能である。

【００１９】さらに、外挿形電極部ユニット１４がセラ
ミックスで構成されているので、気密性の他、強度およ
び耐摩耗性に優れており、ユニット１４の内部流体部の
肉厚を十分薄くでき、このため内部流体に十分に近い距
離をもって静電容量形電極１８を設けることが可能であ
り、これによって流体の流速変化を高感度に検出でき、
より測定精度を上げることができる。

【００２０】次に、外挿形電極部ユニット１４の製造例
について図２を参照しながら説明する。先ず、ポリビニ
ルアルコール水溶液，ポリビニルアセテート水溶液等の
水溶性バインダにセラミックスの微粉末を混合した後、
これら混合物を所定形状の型の内部に充填して放置する
ことにより、同図（ａ）のような硬化したグリーン状
（未焼成）の外形型１４ａを作る。

【００２１】次に、外形型１４ａ内部の平坦部分に、ポ
リビニルアルコール，或いはポリビニルブチラール等を
主成分とするバインダに白金微粉末を混合してペンキ状
としたものを横方向に広がりをもって塗布して多少固め
ることにより静電容量形電極１８を作るとともに、この
静電容量形電極１８の中央部分から信号取り出し用リー
ド線１９を導出する（図２ｂ参照）。

【００２２】さらに、この外形型１４ａの内側側面壁面
にそって円筒状のシールドドライブ電極２０を装着させ
た後、その外形型１４ａ内部に前述と同様にポリビニル
アルコール水溶液，ポリビニルアセテート水溶液等の水
溶性バインダとセラミックスの微粉末の混合物１４ｂを
充填する（図２ｃ参照）。その後、セラミックスの種類
によって異なるがおおよそ１５００〜１８００°Ｃで焼
成することにより、図２ｄに示すような外挿形電極部ユ
ニット１４を作ることができる。すなわち、外形型１４
ａの底面部に静電容量形電極１８を装着し、内側側面壁
面にシールドドライブ電極２０を装着した後、外形型１
４ａ内部に混合物１４ｂを充填するだけの作業によって
電極部ユニット１４を作ることができる。

【００２３】なお、セラミックスに代えてプラスチック
（例えばガラス繊維強化プラスチック等）を用いて外挿
形電極部ユニット１４を作る場合には前記白金微粉末の
代りに銀または銅などの粉末を用いてもよい。

【００２４】次に、請求項１の発明の他の実施例につい
て図３を参照して説明する。この実施例は図１とほぼ同
様な構成であり、特に異なるところは、電気絶縁性ライ
ニング１３の内部にも金網，カーボン入り塗料等で構成
されたシールドドライブ用電極２０′を設け、この電極
２０′の適宜な個所から非磁性パイプ１１を貫通する絶
縁ブッシュ２２を介してシールドドライブ端子２３を取
り出す構成としたものである。

【００２５】なお、上記実施例では、外挿形電極部ユニ
ット１４の内部にシールドドライブ用電極２０を埋設し
たが、例えば図４に示すようにユニット１４の外側にシ
ールドドライブ用電極２０を設け、外部からの電位が静
電容量形電極１８に影響を与えないようにしてもよい。
この場合には外挿形電極部ユニット１４の内部に静電容
量形電極１８のみを設けてもよい。

【００２６】次に、図５は請求項２に係わる電磁流量計
の一実施例を示す断面図である。この実施例では、電気
絶縁性ライニング１３の内側であって、かつ、電極取り
付け相当部分に凹陥部３１が形成され、さらにこの凹陥
部３１のほぼ中央部分から非磁性パイプ１１にかけて貫
通孔が形成されている。この凹陥部３１を含む貫通孔に
は管内側から外側に内挿形電極部ユニット３３が挿入さ
れる。

【００２７】この内挿形電極部ユニット３３は、前述の
外挿形電極部ユニット１４と同様にセラミックスで構成
され、その形状はＴ字状をなし、電気絶縁性ライニング
１３に形成された凹陥部３１の角部と接触する相当部分
には電気絶縁性ライニング１３に食い込んで液密性を保
持するための鋭角状の突状部３３ａが形成され、さらに
非磁性パイプ１１の貫通孔から突出する部分にはねじ３
３ｂが形成されている。従って、測定管の内側から貫通
孔に内挿形電極部ユニット３３が挿入され、測定管の貫
通孔から突出するねじ３３ｂに対してナット３３ｃを用
いて締め付ければ、測定管に内挿形電極部ユニット３３
を取り付けることができる。

【００２８】従って、このような構成の電磁流量計によ
れば、測定管内側から内挿形電極部ユニット３３を挿入
してねじ止めする構成であるので、図１と同様に静電容
量形電極１８の取り付けが容易であり、故障等に対して
も交換が容易である。しかも、補強用の金属性の非磁性
パイプ１１を用いていることから、大口径のものでも低
コスト、かつ、十分な強度をもって作ることができる。
さらに、内挿形電極部ユニット３３はセラミックスで構
成されているので、気密性、強度および耐摩耗性に優れ
ており肉厚を薄くでき、このため内部流体に十分に近い
距離をもって静電容量形電極１８を設けることができ、
測定精度を上げることができる。さらに、管内部の圧力
が非常に高い場合でも内挿形電極部ユニット３３が電気
絶縁性ライニング１３に食い込むように作用するので、
より液密性に保持され、その用途の拡大を図ることがで
きる。しかも、外挿形に比べて電極部ユニット取付け用
貫通孔の径を小さくでき、さらに内挿形電極部ユニット
が電気絶縁性ライニングに食い込むように作用するので
シール性を大幅に向上できる。

【００２９】なお、この実施例では、単に内挿形電極部
ユニット３３を凹陥部３１を含む貫通孔に挿入したが、
例えば凹陥部３１の面部に接着剤を塗布した後内挿形電
極部ユニット３３を挿入すれば、電気絶縁性ライニング
１３に対する内挿形電極部ユニット３３の密着性が良く
なり、ひいては液密性を高めることができる。また、図
６に示すように内挿形電極部ユニット３３の裏側に凹部
３３ｄが形成され、これにＯリングパッキン３３ｅを挿
入した状態で内挿形電極部ユニット３３を貫通孔に挿入
する構成でもよい。

【００３０】さらに、図７に示す如く内挿形電極部ユニ
ット３３の内部にシールドドライブ用電極２０を埋設し
たが、図４と同様にユニット３３の外側にシールドドラ
イブ用電極２０を設けた構成であってもよい。この場合
にはユニット３３内に静電容量形電極１８を設けるか否
かは任意である。

【００３１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば図１，図３に示す電極部ユニット１
４では静電容量形電極１８に対して垂直にシールドドラ
イバ用電極２０を設けたが、外側から静電容量形電極１
８の形状に沿って囲むような形態で設けてもよい。ま
た、通常，測定管に一対の電極部ユニット１４，３３を
設置するが、複数対の電極部ユニットを取り付けてもよ
く、或いは１個の電極部ユニットを共通とし、この共通
電極部ユニットに複数の共通電極部ユニットを対応させ
るように設置してもよい。その他、本発明はその要旨を
逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような種々の効果を奏する。

【００３３】先ず、請求項１においては、ユニットタイ
プの静電容量形電極としたことにより測定管への静電容
量形電極の取り付けが非常に容易であり、また、セラミ
ックスを用いた場合でも大口径のものを実現できる。ま
た、電極を流体の接液部分に十分に近づけられることが
可能となり、測定精度を上げることができる。次に、請
求項２の発明は、請求項１の発明の効果の他、外挿形に
比べて電極部ユニット取付け用貫通孔の径を小さくで
き、それに伴ってシール性を大幅に向上でき、かつ、過
大な流体圧力が加わっても十分に耐え得る電磁流量計を
実現できる。

【００３４】しかも、補強用の金属性の非磁性パイプを
用いているので、大口径のものでも低コスト、かつ、十
分な強度をもって作ることができ、さらに、内挿形電極
部ユニットはセラミックスで構成されているので、気密
性、強度および耐摩耗性に優れており肉厚も薄くでき、
このため内部流体に十分に近い距離をもって静電容量形
電極を設置でき、測定精度を上げることができる。さら
に、管内部の圧力が非常に高い場合でも内挿形電極部ユ
ニットが電気絶縁性ライニングに食い込むように作用す
るので、より液密性に保持され、用途の拡大を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電磁流量計の一部切り欠き断
面図。

【図２】電極部ユニットの製造法を説明する図。

【図３】本発明に係わる電磁流量計の他の例を示す一
部切り欠き断面図。

【図４】電極部ユニットの外側にシールドドライブ用
電極を設けた図。

【図５】内挿形電極部ユニットを用いた電磁流量計の
一部切り欠き断面図。

【図６】測定管にＯリングパッキンを介して内挿形電
極部ユニットを取り付けるための説明図。

【図７】内挿形電極部ユニットの外側にシールドドラ
イブ用電極を設けた図。

【図８】従来の静電容量形電極を用いた電磁流量計の
構成図。

【図９】さらに、静電容量形電極を用いた従来の他の
電磁流量計の構成図。

【符号の説明】

１１…金属性の非磁性パイプ、１３…電気絶縁性ライニ
ング、１４…外挿形電極部ユニット、１８…静電容量形
電極、１９…信号取り出し用リード線、２０…シールド
ドライブ用電極、２１…シールドドライブキャップ、３
３…内挿形電極部ユニット。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】補強用非磁性パイプの内側に電気絶縁性
ライニングが施され、これらパイプおよびライニングの
電極取り付け相当部分に貫通孔が形成された測定管と、
この測定管の貫通孔に対して外側から着脱可能に嵌合さ
れ、断面ほぼ凹形状のセラミックスまたはプラスチック
の外形型の内部であって前記測定管内の流体と対峙する
前面内側に中央部分より信号取り出し用リード線を導出
した静電容量形電極を設け、かつ、前記外形型の内側壁
面にそって円筒状シールドドライブ電極を装着し、さら
に前記外形型内部にセラミックスまたはプラスチックス
を含む混合物が充填された電極部ユニットとを備えたこ
とを特徴とする電磁流量計。
【請求項２】補強用非磁性パイプの内側に電気絶縁性
ライニングが施され、これらパイプおよびライニングの
電極取り付け相当部分に貫通孔が形成された測定管と、
この測定管の貫通孔に対して内側から着脱可能に嵌合さ
れ、前記測定管内の流体と対峙する前面内側に中央部分
より信号取り出し用リード線を導出した静電容量形電極
が設けられ、かつ、外部からの電位の影響を回避するた
めに前記静電容量形電極の外側にシールドドライブ電極
を設けたセラミックスまたはプラスチックスで構成され
た内挿形電極部ユニットとを備えたことを特徴とする電
磁流量計。