JP2894878B2

JP2894878B2 - 電磁流量計

Info

Publication number: JP2894878B2
Application number: JP24913291A
Authority: JP
Inventors: 一郎和田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1999-05-24
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JPH0587603A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導電性流体の流量を測
定する電磁流量計に係わり、電極からリード線を用いず
に信号を取り出す構造を採用し、滲透性流体や電極部の
温度，圧力に起因する硬化変形等に強い機能を有する電
磁流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電磁流量計の測定原理は、「導
体が磁界内を移動するとき、導体の両端に起電力が誘起
する」という電磁誘導の法則を利用することにより、測
定管の外側に磁界発生装置を設けるとともに、この磁界
発生装置から発生する磁界を測定管内を流通する導電性
流体に直角に作用させ、このとき当該導電性流体に誘起
する起電力を測定管に対向設置される一対の接液形電極
で検出し、導電性流体の流速または流量に比例する信号
を測定する構成をとっている。

【０００３】図７はかかる電磁流量計の一方の接液形電
極の取付け構造を示す図である。この接液形電極の取付
けは、測定管１の電極取付け相当部分に電極取付け孔２
をあける一方、測定管１内側にテフロン（四弗化エチレ
ン樹脂）、ポリエチレン樹脂、ゴムなどの柔軟性ある電
気絶縁性ライニング３を施すが、このとき接液形電極４
の電気的絶縁を確保する観点からライニング３の一部を
前記電極取付け孔２に食い込むように施した後、電極頭
部が測定管１の内側に位置するごとくして接液形電極４
を電極取付け孔２に挿入する。そして、測定管外側から
突出された接液形電極４の後端側に構造部材の熱膨張お
よび熱収縮を吸収する弾性部材５を介してネジ６にて締
め付けることにより、測定管１に接液形電極４を取り付
けている。７は電気絶縁性電極位置規制部材、８はラグ
である。

【０００４】従って、以上のような電極取付け構造のも
のは、測定管１に電極取付け孔２を設ける一方、電極頭
部の周縁部を器状に加工してライニング３に当接するこ
とにより、測定管１内部の高圧流体に対する気密性を保
持する構成としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
電極取付け構造のものでは、安価なライニング材を用い
た場合、比較的高温（例えば８０°Ｃ〜１６０°Ｃ内
外）、かつ、高圧（例えば１０kg／cm² 〜５０kg／cm²
内外）の条件下で流体を流したとき、当該ライニング材
が容易に軟化変形し、図７のようなネジタイプの電極４
の場合には電極頭部がシールの目的で締めるネジ圧に負
けてライニング３にもぐり込み、接液形電極４が本来の
検出機能を十分に果たせなくなる。

【０００６】また、導電性流体が高温、かつ、高圧でな
い場合でも、滲透しやすい流体，つまりＮＨ₃，ＣｌＯ
₂，ＨＣｌ，ＨＦなどを含む流体を扱うとき、図７のよ
うな従来形電磁流量計の電極取付け部分に微小な欠陥が
あっても流体が簡単に漏れ出る危険性があり、電磁流量
計の各製造段階で細心の注意を払う必要がある。

【０００７】また、蒸留水のほか、甘味料や医薬品など
の有機物を溶解させた蒸留水、ボイラ用水などの如き低
電気伝導度の液体の場合には、一対の接液形電極４−４
間の流体インピーダンスが非常に高いので、当該電極
４，４の表面積を大きく形成してインピーダンスを下げ
る工夫をしているが、実際上，かかる表面積の大きな電
極（面電極）を測定管１に気密性よく取り付けることは
非常に困難であり、電磁流量計の設置後に種々のトラブ
ルを起こす原因にもなる。

【０００８】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、接液形電極の取付け後の気密性を十分に確保でき、
かつ、測定管に電極取付け孔をあけずに接液形電極を取
付け可能とし、しかも、接液形電極を有効に利用しつつ
流体の流量を静電容量的に検出す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、流体
の流量を静電容量的に検出するに際し、外来ノイズなど
の影響を受けないようにする電磁流量計を提供すること
にある。

【０００９】

【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、測定管の接液面に接液面電極を設け、この接
液面電極の裏面側に対向するように非接液の静電対向電
極を配置し、静電容量的に流体の流量を測定する電磁流
量計であって、前記接液面電極は、前記測定管内の一部
を構成する電気絶縁性接液ライニング表面の電極取付け
相当部分にメタリコン，溶射，塗布またはメッキなどに
よって接液面電極用導電性物質を設けた構成である。

【００１０】

【００１１】

【００１２】次に、請求項２および３に対応する発明
は、測定管内の一部として施される電気絶縁性接液ライ
ニングの図７のような従来形電磁流量計の電極取付け相
当部分に接液面電極を設け、かつ、前記電気絶縁性接液
ライニングの内部に非接液の静電対向電極を設けるが、
さらに当該電気絶縁性接液ライニングの外側にシールド
ドライブ用静電シールドを配置し、外来ノイズなどの影
響をなくする構成である。このとき、シールドドライブ
用静電シールドは、電気絶縁性接液ライニングの内部に
設けてもよい。なお、静電対向電極は、導電性物質を絶
縁物を介して複数層にわたって構成したものを用いても
よい。

【００１３】

【作用】従って、請求項１に対応する発明は以上のよう
な手段を講じたことにより、接液面電極は、測定管内の
一部を構成する電気絶縁性接液ライニング表面の電極取
付け相当部分にメタリコン，溶射，塗布またはメッキな
どによって接液面電極用導電性物質を取り付けたので、
測定管に電極取付け用の孔をあけずに接液形電極を取り
付けることができ、しかも、接液面電極の裏側に対向さ
せて非接液の静電対向電極を配置すれば、前記接液形電
極を有効に利用しつつ流体の流量を静電容量的に測定す
ることができる。

【００１４】また、請求項２および請求項３に対応する
発明では、非接液の静電対向電極の外側を囲むようにシ
ールドドライブ用静電シールドを設け、この静電シール
ドに静電対向電極と同電位のローインピーダンスの電圧
を印加するようにすれば、ハイインピーダンスで流量測
定信号を測定しても外来ノイズなどの影響を受けずに確
実に流量を測定できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明するに先立ち、
本発明電磁流量計を実現する過程で見出だされた原理に
ついて図１を参照して説明する。

【００１６】一般に、従来の接液形電極を用いた電磁流
量計は、図１（ａ）に示すような構成で表すことができ
る。すなわち、測定管１１に対向するように一対の接液
形電極１２，１２が設置され、かつ、これら電極１２，
１２にはそれぞれカップリングコンデンサ１３，１３を
介して信号変換部１４が接続されている。

【００１７】従って、この電磁流量計は、アースライン
１５を零電位としてそれぞれの接液形電極１２，１２か
ら流体の流速または流量に比例する異極性で同レベルの
起電力を取り出し、信号変換部１４に導入する構成と考
えられる。

【００１８】ゆえに、同図（ａ）の構成は、電気的には
同図（ｂ）→同図（ｃ）に示すような等価回路で表すこ
とができる。１６は起電力、１７は液抵抗である。従っ
て、同図（ｃ）の電磁流量計が従来形の一般的な電磁流
量計の等価的回路であると言える。

【００１９】そこで、本発明に係わる電磁流量計におい
ては、同図（ｃ）または同図（ｄ）に示す例えば０．１
μF 程度のカップリングコンデンサ１３の機能を果たす
べく、当該コンデンサ１３の一方の電極を接液面電極１
８とし、この接液面電極１８に気密または絶縁部材によ
る絶縁層１９を介して非接液形の静電容量電極（静電対
向電極）２０を設けることにある。

【００２０】しかし、例えば口径１５〜１００mm程度の
小形電磁流量計では、図２に示す如く電極１８，２０に
よって構成される静電容量電極部の容量が数PF〜数１０
PF程度であるので、信号測定入力系の入力インピーダン
スが数１０ＧΩとなり、外来ノイズやリーク電流による
ノイズの影響を受けやすくなり、これらノイズの除去手
段を講ずる必要がある。

【００２１】本発明に係わる電磁流量計は、以上のよう
な原理を踏まえつつ実現するに至ったもので、以下、そ
の実施例について図３を参照して説明する。この電磁流
量計は、流体の流速に応じた信号を取り出す信号測定系
３０と、所定の信号を伝送する信号伝送系４０と、信号
測定系３０から送られてくる信号から流体の流速または
流量に比例する信号に変換する信号変換系５０とによっ
て構成されている。

【００２２】この信号測定系３０は、例えばセラミック
ス、プラスチックスゴムライニング施工，非磁性金属な
どによって形成された所望とする口径の測定管３１を有
し、この測定管３１の外側には前記信号変換系５０を構
成する励磁回路５１から送られてくる励磁電流を受けて
磁界を発生する一対の励磁コイル３２ａ，３２ｂからな
る磁界発生装置が配置され、さらにこれら構成要素の外
側にコアのみまたはコア兼外筐３３が設けられている。
この測定管３１または測定管内部の流体は外筐３３を介
して適宜に接地されている。

【００２３】なお、同図の信号伝送系４０および信号変
換系５０において、４１ａ，４１ｂは測定信号線、４２
は励磁用信号線、５２，５２′はインピーダンス変換用
プリアンプ、５３，５３′はプリアンプ５２，５２′に
て変換された低インピーダンス信号、５４はクロック発
生源、５５はクロック発生源５４からのクロックに基づ
いて所定の周期ごとに信号をサンプリングして流体の流
速または流量に比例する信号に変換する信号変換部であ
る。

【００２４】以下、前記信号測定系３０において特に本
発明の要旨と係わる電極の取付け構成について述べる。
この電極取り付け構成は、測定管内の一部を構成する電
気絶縁性接液ライニング３４の電極取り付け相当部分の
所要とする範囲にわたって例えばＰｔ，Ａｕ，Ｔａ，Ｔ
ｉ，Ｃ，ＴｉＮなどの導電性物質をメタリコンすること
により、接液面電極３５，３５′を取付けるものであ
る。メタリコンとは接液ライニング３４表面に加熱溶融
導電性粉末を吹き付けて付着させることをいう。また、
ここでいう接液ライニング３４は、測定管３１がセラミ
ックスまたはプラスチックスであれば、既に電気絶縁性
を保持しているので、そのセラミックスまたはプラスチ
ック自体がそのままライニング３４としての機能を果た
しており、また測定管３１が金属管の場合にはその内側
にゴムまたはプラスチックスなどを施してライニング３
４とするものである。

【００２５】また、接液面電極３５，３５′の取付け
は、電気絶縁性接液ライニング３４の電極取り付け相当
部分に以上のような導電性物質を溶射，塗布またはメッ
キなどの手段により取付けてもよい。また、測定管内の
一部を構成する電気絶縁性接液ライニング３４にゴム、
プラスチックなどの柔軟性ライニングを用いる場合、こ
のライニング３４の電極取付け相当部分に電気伝導性充
填材を充填することにより、ライニング３４の表面に導
電性を付与し接液面電極３５，３５′とすることもでき
る。

【００２６】さらに、接液面電極３５，３５′の裏面側
に電気的絶縁物例えば電気絶縁性接液ライニング３４を
介して対向するように静電対向電極３６，３６′が配置
されている。この静電対向電極３６，３６′の取付けに
あっては、ライニング３４の外側に接液面電極３５，３
５′と同様に電気伝導性物質をメタリコン、溶射，塗布
またはメッキなどの手段によって取付けるとか、或いは
電気伝導性物質の面板体を張り付けてもよいが、その
他、例えば未焼成，未硬化，未加硫等の２枚の電気絶縁
性ライニング材に電気伝導性物質を挟み込んだ後、ライ
ニング３４がセラミックスの場合には所要の温度で焼成
し、熱可塑性プラスチックスの場合には溶融成型し、熱
硬化性プラスチックスの場合には硬化剤を加えて硬化さ
せ、ゴムの場合には加硫剤を加えて同様に所要の温度で
加硫処理することにより、ライニング３４の内部に静電
対向電極３６，３６′を作り込んでもよい。測定管３１
が薄くても良い場合には図３のごとく測定管３１の外側
に静電対向電極３６を配置してもよい。

【００２７】しかし、以上のように接液面電極３５，３
５′と静電対向電極３６，３６′とを対向させた電磁流
量計であっても、前述したように信号測定系３０の入力
インピーダンスがハイインピーダンスの場合には、外来
ノイズやリーク電流によるノイズの影響を受けやすくな
る。

【００２８】そこで、本発明の電磁流量計においては、
図３に示すように静電対向電極３６，３６′の外側、さ
らに具体的には測定管３１の一部を構成するライニング
３４の外側に静電対向電極３６，３６′の外側を囲むよ
うにシールドドライブ用静電シールド３７，３７′を設
けるとか、或いはライニング３４内部に静電対向電極３
６，３６′とともにシールドドライブ用静電シールド３
７，３７′を設け、前記インピーダンス変換用プリアン
プ５２，５２′から入力信号電圧とほぼ同じで低インピ
ーダンスとされた信号を前記静電シールド３７，３７′
に与えることにより、前記外来ノイズやリーク電流によ
るノイズを阻止することにある。５６，５６′はプリア
ンプ用シールドである。

【００２９】このように外来ノイズなどを除去できる理
由は、静電対向電極３６，３６′にて検出されるハイイ
ンピーダンスの起電力をＥs ，−Ｅs とすると、この起
電力Ｅs ，−Ｅs はそのまま対応するプリアンプ５２，
５２′に送られ、ここでローインピーダンスに変換され
た信号ｅs ，−ｅs （ｅs ＝Ｅs ，−ｅs ＝−Ｅs ）を
作って前記静電シールド３７，３７′に印加するので、
静電対向電極３６，３６′と静電シールド３７，３７′
とが同電位となり、この間で電流が流れないので、静電
シールド３７，３７′で外部からの飛び込みノイズを受
け止め、静電対向電極３６，３６′には何ら影響を与え
ないためである。

【００３０】ところで、口径の小さな測定管３１の場合
には静電対向電極３６，３６′の面積が小さく、それに
伴って検出容量も小さいために外来ノイズなどの影響を
受けやすく、そのために以上のような静電シールド３
７，３７′を設け、検出起電力Ｅs ，−Ｅs と同電位の
低インピーダンス信号ｅs ，−ｅs を印加している。

【００３１】しかし、逆に，測定管３１の口径が大きく
なると、その口径の大きさに比例的に静電対向電極３
６，３６′の面積も大きくなるが、それに伴って容量も
著しく大きくなる。その結果、信号の応答速度が遅くな
り、流体の流速変化に追随して適切に流量を測定できな
い問題がある。

【００３２】そこで、接液面電極３５，３５′の裏面に
対向する非接液の静電対向電極３６，３６′について、
図４に示すように絶縁層を介して複数層の静電対向電極
３６ａ，３６ｂ，…，３６ａ′，３６ｂ′，…を配置す
ることにより、直列的な静電容量を有する構成とし、容
量を減少する構成としてもよい。しかし、測定の目的に
そう場合には、測定管３１の口径の大きさに応じて静電
対向電極３６，３６′の面積を大きくしてもよい。

【００３３】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、測定管内の一部を構成する電気絶縁性接液ライニン
グ３４の表面に導電性物質の接液面電極３５，３５′を
設け、かつ、この接液面電極３５，３５′の裏面に対向
するようにライニング内に静電対向電極３６，３６′を
設け、前記接液面電極３５，３５′を有効に利用しつつ
流体の流量を静電容量的に検出するので、従来の一般的
な電磁流量計のように電極取付けのために電極取付け孔
を設ける必要がなく、また測定管３１の口径の大小や流
体の温度，圧力の大きさに左右されずに確実に気密性を
確保できる。

【００３４】また、以上のような電磁流量計において静
電対向電極３６，３６′の外側にシールドドライブ用静
電シールド３７，３７′を設け、インピーダンス変換用
プリアンプ５２，５２′から低インピーダンスで信号電
圧と同電位に電圧を印加したことにより、外来ノイズや
リーク電流によるノイズの影響を確実に防止することが
できる。

【００３５】なお、上記一実施例として、ライニング３
４の表面に接液面電極３５を付設したが、このような構
成の場合には接液面電極３５の端部が流体などによって
剥離する場合がある。そこで、かかる剥離現象をなくす
手段として、図５に示すように接液面電極３５の周縁部
より内側部分に多数の孔３５ａ，…を形成し、ライニン
グ３４が同図（ｃ）に示すように各孔３５ａ，…を介し
て接液面電極３５の前後部に跨がるように固着すれば、
接液面電極端部の剥離を防止することができる。３８は
絶縁ブッシュである。

【００３６】また、図５（ａ）に示すように各接液面電
極３５、静電対向電極３６および静電シールド３７など
を導電性粉末高含有ゴムを用いて構成したものでもよ
い。同図において３４ａ，３４ｂ，３４ｃはライニング
絶縁層、３５Ａは導電性粉末としてカーボンを用いたカ
ーボン高含有ゴム面電極、３６Ａはカーボン高含有ゴム
静電対向電極、３７Ａはカーボン高含有ゴムシールドド
ライブ用静電シールドである。３８ａは金属リング端子
である。

【００３７】次に、図６（ｂ）は測定管３１としてセラ
ミックス、各種電極材に白金サーメットを用いた例であ
る。同図において３５Ｂは白金サーメット面電極、３５
Ａは白金サーメット静電対向電極、３７Ａは白金サーメ
ットシールドドライブ用静電シールドである。

【００３８】図２、図６（ｂ）では、口径の大きさに比
例的に接液電極３５が大きくなるが、接液電極３５に対
向する静電対向電極３６の大きさを、接液電極３５より
小さくおさえて３５と３６間で決まる容量を小さくした
例を示した。口径が大きい電磁流量計については、接液
電極３５は一定の大きさとして各口径共通にすることも
可能である。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。

【００３９】

【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。

【００４０】請求項１においては、接液面電極の取付け
後の気密性を十分に確保でき、かつ、測定管に電極取付
け孔をあけずに接液面電極を取付けでき、しかも、接液
形電極を有効に利用しつつ流体の流量を静電的に測定で
きる。

【００４１】次に、請求項２および３では、流体の流量
を静電容量的に検出するに際し、測定入力系がハイイン
ピーダンスであっても外来ノイズなどの影響を受けずに
正確に流体の流量を測定できる。さらに、請求項４にお
いても、測定管の口径の大きさ、ひいては静電対向電極
の面積が大きくなっても、流量信号を応答性よく測定で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電磁流量計を実現する至った
基本原理を説明する図。

【図２】小口径の測定管を用いたときの入力インピー
ダンスについて説明する図。

【図３】本発明に係わる電磁流量計の一実施例を示す
全体構成図。

【図４】静電対向電極の多層化構成図。

【図５】接液面電極の変形例を示す図。

【図６】各電極の変形例を示す図であって、同図
（ａ）は各電極にカーボン高含有ゴムを用いた図、同図
（ｂ）は各電極に白金サーメットを用いた図。

【図７】従来の電磁流量計における接液形電極の取付
け構造図。

【符号の説明】３０ …信号測定系、３１…測定管、３２ａ，３２ｂ…励
磁コイル、３３…コアのみまたはコア兼外筐、３４…ラ
イニング、３５，３５′…接液面電極、３６，３６′，
３６Ａ，３６Ｂ，……非接液の静電対向電極、３７，３
７′…シールドドライブ用静電電極、４０…信号伝送
系、５０…信号変換系、５２，５２′…インピーダンス
変換用プリアンプ、５５…信号変換部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】測定管の接液面に接液面電極を設け、こ
の接液面電極の裏面側に対向するように非接液の静電対
向電極を配置し、静電容量的に流体の流量を測定する電
磁流量計であって、前記接液面電極は、前記測定管内の一部を構成する電気
絶縁性接液ライニング表面の電極取付け相当部分にメタ
リコン，溶射，塗布またはメッキなどによって接液面電
極用導電性物質を設けたことを特徴とする電磁流量計。
【請求項２】測定管内の一部を構成する電気絶縁性接
液ライニング表面の電極取付け相当部分に接液面電極を
設け、また、前記電気絶縁性接液ライニングの内部に静
電対向電極を設け、かつ、当該電気絶縁性接液ライニン
グの外側にシールドドライブ用静電シールドを配置した
ことを特徴とする電磁流量計。
【請求項３】測定管内の一部を構成する電気絶縁性接
液ライニング表面の電極取付け相当部分に接液面電極を
設け、また、前記電気絶縁性接液ライニングの内部に静
電対向電極およびシールドドライブ用静電シールドを配
置したことを特徴とする電磁流量計。
【請求項４】静電対向電極は、絶縁物を介して複数層
によって構成させたことを特徴とする請求項１〜３の何
れかに記載の電磁流量計。