JP2928679B2 - 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製のパイプ
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、公表特許公報（昭58−501552号）磁気誘導型
流量測定装置用測定値検出器などがある。

【０００３】図２に従来のセラミック電磁流量計の構造
を示す。図において１はセラミックパイプからなる測定
管であり、この測定管１中を被測定流体が流れる。測定
管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。前記測定管１はその両端部に厚肉のフラ
ンジ部を有しこのフランジ部の外周部において、ケース
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。前記測定管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によって測定管１内部を貫通して磁界が
発生する。この磁界中を測定管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。前記ケース部材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
配線が外部の端子部と接続される。

【０００４】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
量計の測定管１間は液密状態に保たれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来方式の電
磁流量計は下記の問題点を有する。

【０００６】電磁流量計をプロセス配管に取付ける時、
ボルトを数１０００Ｎ・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、
液密性を保持する。この締付力を電磁流量計の測定管の
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。

【０００７】この時、測定管１のフランジ部には図３に
示すような応力が発生する。この応力分布は、筆者が有
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、以下に説明する。すなわち、この面圧により測定管
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。

【０００８】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
ック測定管を破断させる原因となる場合が多く、実際に
も図４に示す位置から破断することが検証された。

【０００９】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、セラミック測定管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。

【００１０】また、本例のように測定管フランジ部は厚
肉となってしまうため、流体の温度が急変した場合フラ
ンジ部には過大な熱応力が発生し、やはりセラミック測
定管破損の原因となる。数値解析によれば、ヒートショ
ックの加わったときの熱応力の大きさは肉厚が厚い程大
きくなるので、パイプを薄くする必要がある。

【００１１】しかしながら、パイプを薄くすると、前述
のボルト締め付け力に対する強度がさらに弱くなってし
まい、両者を同時に解決することはできない。

【００１２】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
ック測定管内に過大な引っ張り応力が発生せず、更にヒ
ートショックに対しても強い電磁流量計を提供すること
を目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明における上記目的
を達成するための特徴構成は、配管途中に設けられた一
対のフランジ間に取り付けられ、被測定流体を導く測定
管と、当該測定管外周面側を被うケース部材と、前記測
定管と前記ケース部材間に備えられる磁界発生手段とを
有し、前記測定管に導かれた被測定流体の流量を測定す
る電磁流量計であって、前記測定管は、単純円筒形状で
あり、且つ当該測定管の軸方向の長さは前記ケース部材
の軸方向の長さよりも短く形成され、更に、前記測定管
の外周部と前記ケース部材間に複数対のＯリングを有
し、且つ当該Ｏリングの内、最も配管フランジ側のＯリ
ングを前記ケース部材の配管フランジ側端面よりも突出
させて配置することである。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【作用】前記構成において接地リングを使用する場合、
ボルトによる締め付け力は、配管フランジ−ガスケット
−接地リング−（Ｏリング）−ケース部材の順序で伝達
され各部材間を液封する。この時Ｏリングは軟らかいの
で押し潰されて接地リングとケース部材は直接接触し押
し付けられる。一方、接地リングを使用しない場合に
は、前記配管フランジが直接Ｏリング及びケース部を押
し付ける。何れの場合においても、Ｏリングにより、被
測定流体が電磁流量計内部に侵入するのを防止する。

【００１８】前述の如く、セラミック測定管はケース部
材の軸長よりも僅かに短く作られているので、配管フラ
ンジや接地リングに接触することが無いので、締め付け
力をその端面に受けることがない。よって、ボルトを過
剰に締め付けても測定管は破損しない。

【００１９】一方、測定管は単純な円筒形状をしてお
り、従来例の様に厚肉部が無いので、被測定流体の温度
が急変した場合でも測定管内外面の温度差が少なく、従
って測定管内に発生する熱応力も少ない。また、ケース
部と測定管部の温度差によって発生する熱応力もＯリン
グによって逃げられるので殆ど無視できる。

【００２０】

【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。１はセラミックを素材として成形された測定管
で、本測定管１中を被測定流体が流れる。測定管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で測定管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電流で励磁される。前記測定管の中
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。また電極４は測定管
１の外周面に面状に形成され、流体との静電容量結合に
よって起電力を検出してもよい。

【００２１】前記測定管１は、単純な薄肉円筒形をした
高純度アルミナなどの耐食性の良いセラミックより形成
されており、肉厚は内径の５〜１０％の厚さを有してい
る。一方、該測定管１の両端近傍の外周部には、複数対
のＯリング１４ａ〜１４ｄを介してケース部材１５に保
持され、電磁流量計内部への液体浸入を防止している。

【００２２】また、該ケース部材１５の両端面１６ａ，
１６ｂは被測定流体を接地電位にする接地リング５ａ，
５ｂが押し当てられ、その内端には前記Ｏリング１４ａ
〜１４ｄが挾み込まれ両者を液密にシールする。このと
き、Ｏリング１４ａ，14ｄの両外側面は、端面１６ａ，
１６ｂよりも出張っており前記接地リング５ａ，５ｂに
押し付けられ潰されることによりシール可能となる。前
記測定管１の軸長は、ケース部材１５のそれよりも短く
造られているので、前記接地リング５ａ，５ｂには接触
しない。

【００２３】さらに、接地リング５ａ，５ｂの外側面は
ガスケット１０ａ，１０ｂを介してプロセス配管のフラ
ンジ１１ａ，１１ｂに挾まれ、複数個のボルト１２及び
ナット１３で締め付けられ、電磁流量計は液密状態でプ
ロセス配管に取り付けられる。

【００２４】一方、ケース部材１５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２
ａ，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。

【００２５】係る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、フランジ１１ａ及びガスケット部材１０ａを介して
接地リング５ａに加わった前記圧縮力は、ケース部材１
５全体に軸方向に圧縮力が働く。しかし、測定管１に対
しては、接地リング５ａとの間に隙間が有ることにより
力が伝達されず、プロセス配管取付け時の力は測定管１
には一切加わらない。

【００２６】また、測定管１内の被測定流体の温度が急
変した場合、測定管１は、その内外面に温度差を生じ内
部に熱応力が発生する。この応力値は、測定管の肉厚が
厚いほど大きく、偏肉がある程大きいことが有限要素法
による計算及び実験により確認された。また一般に、セ
ラミックは圧縮よりも引っ張り力に弱いので、内面が急
冷された場合が最も破損しやすいことが確認できた。本
実施例は、測定管１が薄肉単純円筒で有り、内部熱応力
の発生が少ない形状を選んだ。

【００２７】一方測定管１及びケース部材１５の温度差
及び線膨張係数の差によって各々は軸方向，径方向に寸
法変化し、両者間に熱応力が発生する筈であるが、測定
管１軟質のＯリングを介してケース部材１５内に浮いて
いる構造であるため、両者間のすき間が変化するのみ
で、測定管１には力が加わらない。

【００２８】また、本図の接地リング５ａ，５ｂが不要
な場合は、ガスケット１０ａ，10ｂも取外しケース側面
１６ａ，１６ｂを直接配管フランジ１１ａ，１１ｂに接
触させても良い。

【００２９】一方また、被測定流体が腐食性を有してい
る場合、本実施例によればＯリングで被測定流体をシー
ルできるので、ケース部材の材質に特別な耐食性は要求
されず、ステンレス鋼などの汎用材料で形成できる。ま
た本構造によれば、接地リングも単なる平板で良く、接
地リングを白金などの貴金属の耐食材料の箔で形成すれ
ば、容易に耐食性のある電磁流量計が提供できる。

【００３０】さらにこの時、外側のＯリング１４ａ，１
４ｄを交換容易に取り付けておけば、被測定流体の腐食
性の程度によりＯリングを選択して仕様できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明では、プロセス配管取付時の過大
な締付力が印加された場合にも、高温又は低温の測定液
体が流れた場合にも、測定管に過大な力が加わることを
防止し、更に、腐食性のある被測定流体にも容易に対応
できる信頼性の高い電磁流量計を提供できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁流量計の側断面図である。

【図２】従来の電磁流量計の側断面図である。

【図３】従来の電磁流量計のセラミック測定管応力分布
を示す説明図である。

【図４】従来の電磁流量計のセラミック測定管破断状況
を示す説明図である。

【符号の説明】

１…測定管、５ａ，５ｂ…接地リング、１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ，１４ｄ…Ｏリング、１５…ケーシング部
材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 創造 茨城県勝田市堀口字長久保832番地２ 日立計測エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−140022（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−24423（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01F 1/58

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】配管途中に設けられた一対のフランジ間に
   取り付けられ、被測定流体を導く測定管と、当該測定管
   外周面側を被うケース部材と、前記測定管と前記ケース
   部材間に備えられる磁界発生手段とを有し、前記測定管
   に導かれた被測定流体の流量を測定する電磁流量計であ
   って、前記測定管は、単純円筒形状であり、且つ当該測定管の
   軸方向の長さは前記ケース部材の軸方向の長さよりも短
   く形成され、 更に、前記 測定管の外周部と前記ケース部材間に複数対
   のＯリングを有し、且つ当該Ｏリングの内、最も配管フ
   ランジ側のＯリングを前記ケース部材の配管フランジ側
   端面よりも突出させて配置することを特徴とする電磁流
   量計。