JP3340123B1 - 電磁式比重計 - Google Patents
電磁式比重計Info
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Abstract
【要約】
【課題】 フロート式比重計は、サンプリング槽を設け
て、フロート周囲の流速を遅くする必要があった。また
被測定溶液が有毒ガスや腐食性ガスの発生する用途には
不向きであり、高圧配管上に設置することも不可能であ
った。 【解決手段】 糸の張力による伝達に替えて、可動子
（フロート）と固定子が磁気的に結合した構造を有し、
固定子側の巻線に通電することで、可動子に電磁力を発
生させる。固定子側に設置したホール素子などを利用し
て、可動子の鉛直方向位置を検出し、被測定溶液の比重
値が変動しても、可動子が常に同じ位置を保つように自
動制御する。この電磁力を、固定子の巻線に通電する電
流値として検出し、被測定溶液の比重値測定に供する。
可動子のマグネット磁気回路と、固定子のマグネット磁
気回路を、反発し合う向きに配置することで、可動子と
固定子の接触による摩擦力の発生を防止する。
て、フロート周囲の流速を遅くする必要があった。また
被測定溶液が有毒ガスや腐食性ガスの発生する用途には
不向きであり、高圧配管上に設置することも不可能であ
った。 【解決手段】 糸の張力による伝達に替えて、可動子
（フロート）と固定子が磁気的に結合した構造を有し、
固定子側の巻線に通電することで、可動子に電磁力を発
生させる。固定子側に設置したホール素子などを利用し
て、可動子の鉛直方向位置を検出し、被測定溶液の比重
値が変動しても、可動子が常に同じ位置を保つように自
動制御する。この電磁力を、固定子の巻線に通電する電
流値として検出し、被測定溶液の比重値測定に供する。
可動子のマグネット磁気回路と、固定子のマグネット磁
気回路を、反発し合う向きに配置することで、可動子と
固定子の接触による摩擦力の発生を防止する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、各種溶液の比重値
測定に供する、電磁式比重計に関するものである。
測定に供する、電磁式比重計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１は、従来のフロート式比重計の構成
図である。１はフロート、２は糸、３は比重計、４は被
測定溶液である。フロート１には自身の重力Ｗと、その
体積Ｖと被測定溶液４の比重値μの積に応じた、浮力μ
Ｖが作用し、その差が糸２に張力Ｔとして伝わってい
る。比重計３は張力Ｔを電気信号に変換するもので、精
密バネの利用によって張力Ｔを変位量に変換し、その変
位量を電気的に検出するもの、あるいは歪ゲージなどの
利用によって張力Ｔを電気信号に変換し、溶液の比重値
に換算する製品など、多数が実用化されている。
図である。１はフロート、２は糸、３は比重計、４は被
測定溶液である。フロート１には自身の重力Ｗと、その
体積Ｖと被測定溶液４の比重値μの積に応じた、浮力μ
Ｖが作用し、その差が糸２に張力Ｔとして伝わってい
る。比重計３は張力Ｔを電気信号に変換するもので、精
密バネの利用によって張力Ｔを変位量に変換し、その変
位量を電気的に検出するもの、あるいは歪ゲージなどの
利用によって張力Ｔを電気信号に変換し、溶液の比重値
に換算する製品など、多数が実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フロー
ト式比重計は構造上、流速の速い場所には設置できない
ため、本来の送液配管ないしは建浴槽、反応槽などから
バイパス配管したサンプリング槽を設けて、その上に設
置する必要があった。図１において、５はサンプリング
槽、６はサンプリング槽内の有孔カバーであり、フロー
トに対する流速の影響を最小限に抑えている。しかしな
がら流速を抑えているために、液質の変化に対して、検
出の時間遅れが発生したり、フロート１に気泡が付着し
て測定誤差の原因にもなった。また被測定溶液４が有毒
ガスや腐食性ガスを発生する用途には不向きであり、た
とえ使用しても比重計３は短寿命であった。さらに高圧
配管上に設置する用途に至っては、対象外であった。
ト式比重計は構造上、流速の速い場所には設置できない
ため、本来の送液配管ないしは建浴槽、反応槽などから
バイパス配管したサンプリング槽を設けて、その上に設
置する必要があった。図１において、５はサンプリング
槽、６はサンプリング槽内の有孔カバーであり、フロー
トに対する流速の影響を最小限に抑えている。しかしな
がら流速を抑えているために、液質の変化に対して、検
出の時間遅れが発生したり、フロート１に気泡が付着し
て測定誤差の原因にもなった。また被測定溶液４が有毒
ガスや腐食性ガスを発生する用途には不向きであり、た
とえ使用しても比重計３は短寿命であった。さらに高圧
配管上に設置する用途に至っては、対象外であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の電磁式比重計
は、可動子（フロート）と固定子が磁気的に結合した構
造であり、固定子側のコイルに通電することで、可動子
（フロート）に電磁力が発生する。従来のフロート式比
重計の糸による張力Ｔの伝達に替わって、可動子に作用
する重力Ｗと浮力μＶの差、に相当する電磁力Ｆを、固
定子側の巻線（コイル）に通電する電流値として検出す
る。可動子の鉛直方向位置をホール素子などを利用して
検出し、被測定溶液の比重値が変動しても、可動子が常
に同じ位置を保つように自動制御する。
は、可動子（フロート）と固定子が磁気的に結合した構
造であり、固定子側のコイルに通電することで、可動子
（フロート）に電磁力が発生する。従来のフロート式比
重計の糸による張力Ｔの伝達に替わって、可動子に作用
する重力Ｗと浮力μＶの差、に相当する電磁力Ｆを、固
定子側の巻線（コイル）に通電する電流値として検出す
る。可動子の鉛直方向位置をホール素子などを利用して
検出し、被測定溶液の比重値が変動しても、可動子が常
に同じ位置を保つように自動制御する。
【０００５】
【発明の実施の形態】図２は、本発明の電磁式比重計の
１実施例である。７は可動子（フロート）で、鉛直方向
にドーナツ状の貫通孔を持ち、該貫通孔の周面にマグネ
ット磁気回路を内蔵している。８は固定子で、可動子と
の相対部には、磁気回路、巻線（コイル）と、ホール素
子などによる可動子の位置検出手段を内蔵している。４
は被測定溶液、５はサンプリング槽である。９は電磁式
の導電率計、１０は液温度センサであり、１本のセンサ
で溶液の複数の特性を計測することも可能である。可動
子（フロート）に作用する浮力の検出には糸を使用して
いないので、流速の速い配管上やタンク内にも直接設置
できる。また外気との密閉が容易なので、有毒ガスや腐
食性ガスが発生する用途はもちろん、高圧配管上にも設
置可能である。
１実施例である。７は可動子（フロート）で、鉛直方向
にドーナツ状の貫通孔を持ち、該貫通孔の周面にマグネ
ット磁気回路を内蔵している。８は固定子で、可動子と
の相対部には、磁気回路、巻線（コイル）と、ホール素
子などによる可動子の位置検出手段を内蔵している。４
は被測定溶液、５はサンプリング槽である。９は電磁式
の導電率計、１０は液温度センサであり、１本のセンサ
で溶液の複数の特性を計測することも可能である。可動
子（フロート）に作用する浮力の検出には糸を使用して
いないので、流速の速い配管上やタンク内にも直接設置
できる。また外気との密閉が容易なので、有毒ガスや腐
食性ガスが発生する用途はもちろん、高圧配管上にも設
置可能である。
【０００６】
【実施例】図３は、本発明の電磁式比重計の１実施例
で、可動子７と固定子８の内部構造図である。２１は可
動子のマグネット、２２は可動子のヨーク（磁路鉄
部）、１１は固定子のマグネット、１２は固定子のヨー
ク（磁路鉄部）、１３は固定子の巻線（コイル）、１４
はホール素子で、Ｎ極側、Ｓ極側それぞれ３個づつ、計
６個を配置している。１５はＯリング、１６は固定子の
ケース、１７はシャフト、１８はスペーサ、１９は下部
ホルダー、２０は上部ホルダー、２３は可動子ケース
で、いずれも非磁性材で構成される。２４は鉄製リング
で、周囲への漏れ磁束防止用である。図３の固定子の断
面図のうち、中心線より上図は、円柱状のヨーク１２の
表面に巻線（コイル）１３を設置した実施例であり、固
定子の中心線より下図は、ヨーク１２にスロットを設
け、スロット内に巻線（コイル）１３を設置した実施例
である。可動子マグネット２１と固定子マグネット１１
は同極性で、反発し合うように配置してあるため、可動
子７と固定子８が接触しても摩擦力は発生しない。一
方、固定子コイル１３に通電する電流は、可動子マグネ
ット２１による磁束密度との積によって電磁力Fを発生
する。可動子７が、その鉛直方向位置を保つように、コ
イル電流をコントロールすることで、可動子７に作用す
る浮力μＶを、ひいては被測定溶液の比重値を、コイル
電流として検出する。図３の可動子の断面図のうち、中
心線より左図は、可動子ヨーク２２がマグネット接合部
付近において面取りされており、可動子マグネット２１
を固定子から若干離した構造を持った実施例である。こ
の実施例では、中央点付近における可動子位置の整定性
が改善される。
で、可動子７と固定子８の内部構造図である。２１は可
動子のマグネット、２２は可動子のヨーク（磁路鉄
部）、１１は固定子のマグネット、１２は固定子のヨー
ク（磁路鉄部）、１３は固定子の巻線（コイル）、１４
はホール素子で、Ｎ極側、Ｓ極側それぞれ３個づつ、計
６個を配置している。１５はＯリング、１６は固定子の
ケース、１７はシャフト、１８はスペーサ、１９は下部
ホルダー、２０は上部ホルダー、２３は可動子ケース
で、いずれも非磁性材で構成される。２４は鉄製リング
で、周囲への漏れ磁束防止用である。図３の固定子の断
面図のうち、中心線より上図は、円柱状のヨーク１２の
表面に巻線（コイル）１３を設置した実施例であり、固
定子の中心線より下図は、ヨーク１２にスロットを設
け、スロット内に巻線（コイル）１３を設置した実施例
である。可動子マグネット２１と固定子マグネット１１
は同極性で、反発し合うように配置してあるため、可動
子７と固定子８が接触しても摩擦力は発生しない。一
方、固定子コイル１３に通電する電流は、可動子マグネ
ット２１による磁束密度との積によって電磁力Fを発生
する。可動子７が、その鉛直方向位置を保つように、コ
イル電流をコントロールすることで、可動子７に作用す
る浮力μＶを、ひいては被測定溶液の比重値を、コイル
電流として検出する。図３の可動子の断面図のうち、中
心線より左図は、可動子ヨーク２２がマグネット接合部
付近において面取りされており、可動子マグネット２１
を固定子から若干離した構造を持った実施例である。こ
の実施例では、中央点付近における可動子位置の整定性
が改善される。
【０００７】図４は、本発明の電磁式比重計で使用する
電気回路の１実施例である。１４はホール素子、３１は
差動増幅器、３２は加算器、１３は固定子コイル、３３
はコイル電流の検出抵抗、３４は増幅器である。６個の
ホール素子電圧を加算した上、固定子のコイル電流によ
るホール素子電圧の低下分を加え、さらにオフセット電
圧Ｖｏｆｆの調整をして、可動子７の鉛直方向（Ｚ方
向）位置に比例した電圧Ｖｚを得る。３５はＶｚの微分
回路で、可動子の速度信号を得る。３６は可動子の位置
信号Ｖｚを一定にコントロールするＰＩＤ増幅器、３７
は可動子の速度をコントロールするＰＩＤ増幅器、３８
は固定子のコイル電流をコントロールするＰＩＤ増幅
器、３９は固定子コイル１３への電流供給回路であり、
合わせて３重の負帰還閉ループを構成している。例え
ば、３６の出力は速度指令値であり、実際速度（ｄＶｚ
／ｄt）との差を３７への入力とする。同様に、３７の
出力はコイル電流指令値であり、実際電流値との差を３
８への入力としている。以上の構成により、可動子７の
鉛直方向位置を常に一定に保つように、電流が固定子コ
イル１３に供給される。そのコイル電流値を計測するこ
とで、可動子と固定子間に作用する電磁力Ｆを、ひいて
は被測定溶液の比重値を計測する。
電気回路の１実施例である。１４はホール素子、３１は
差動増幅器、３２は加算器、１３は固定子コイル、３３
はコイル電流の検出抵抗、３４は増幅器である。６個の
ホール素子電圧を加算した上、固定子のコイル電流によ
るホール素子電圧の低下分を加え、さらにオフセット電
圧Ｖｏｆｆの調整をして、可動子７の鉛直方向（Ｚ方
向）位置に比例した電圧Ｖｚを得る。３５はＶｚの微分
回路で、可動子の速度信号を得る。３６は可動子の位置
信号Ｖｚを一定にコントロールするＰＩＤ増幅器、３７
は可動子の速度をコントロールするＰＩＤ増幅器、３８
は固定子のコイル電流をコントロールするＰＩＤ増幅
器、３９は固定子コイル１３への電流供給回路であり、
合わせて３重の負帰還閉ループを構成している。例え
ば、３６の出力は速度指令値であり、実際速度（ｄＶｚ
／ｄt）との差を３７への入力とする。同様に、３７の
出力はコイル電流指令値であり、実際電流値との差を３
８への入力としている。以上の構成により、可動子７の
鉛直方向位置を常に一定に保つように、電流が固定子コ
イル１３に供給される。そのコイル電流値を計測するこ
とで、可動子と固定子間に作用する電磁力Ｆを、ひいて
は被測定溶液の比重値を計測する。
【０００８】図５は、本発明による電磁式比重計の別の
１実施例である。可動子７を内側にすることで、固定子
８はサンプリング槽５の外側に設置した。４は被測定溶
液で、１１〜２２は図３と同じである。ドーナツ状のフ
ロートである可動子７は、その外周にマグネット磁気回
路（２１、２２）を備え、円筒状の固定子８のマグネッ
ト磁気回路（１１、１２）と相対している。固定子８は
コイル１３とホール素子１４を備え、動作原理は図３と
同じで、電気回路も図４と同じである。
１実施例である。可動子７を内側にすることで、固定子
８はサンプリング槽５の外側に設置した。４は被測定溶
液で、１１〜２２は図３と同じである。ドーナツ状のフ
ロートである可動子７は、その外周にマグネット磁気回
路（２１、２２）を備え、円筒状の固定子８のマグネッ
ト磁気回路（１１、１２）と相対している。固定子８は
コイル１３とホール素子１４を備え、動作原理は図３と
同じで、電気回路も図４と同じである。
【０００９】図６は、本発明による電磁式比重計の別の
１実施例である。固定子８を上下に分割し、紡錘状のフ
ロートである可動子７のマグネット２１も、上下に配置
した。１１〜２２は図３と同じである。可動子７のマグ
ネット２１は円筒状で、半径方向に着磁されている。す
なわち上側の可動子マグネットは外周がすべてN極、内
周がすべてS極であり、下側の可動子マグネットは外周
がすべてS極、内周がすべてN極に着磁されている。上下
２個の可動子マグネット２１はフロート内部のヨーク２
２を通じて磁気的に結合している。固定子のマグネット
１１は、被測定溶液が流通する配管の外側に、左右２個
配置され、共に上側がN極、下側がS極で、可動子マグネ
ット２１と反発する向きに配置する。長い４本のヨーク
１２は、可動子７の上下マグネットと相対する位置で、
円筒状に形成され、コイル１３とホール素子１４を伴な
って、固定子８を構成している。動作原理は図３と同じ
で、電気回路も図４と同じである。
１実施例である。固定子８を上下に分割し、紡錘状のフ
ロートである可動子７のマグネット２１も、上下に配置
した。１１〜２２は図３と同じである。可動子７のマグ
ネット２１は円筒状で、半径方向に着磁されている。す
なわち上側の可動子マグネットは外周がすべてN極、内
周がすべてS極であり、下側の可動子マグネットは外周
がすべてS極、内周がすべてN極に着磁されている。上下
２個の可動子マグネット２１はフロート内部のヨーク２
２を通じて磁気的に結合している。固定子のマグネット
１１は、被測定溶液が流通する配管の外側に、左右２個
配置され、共に上側がN極、下側がS極で、可動子マグネ
ット２１と反発する向きに配置する。長い４本のヨーク
１２は、可動子７の上下マグネットと相対する位置で、
円筒状に形成され、コイル１３とホール素子１４を伴な
って、固定子８を構成している。動作原理は図３と同じ
で、電気回路も図４と同じである。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電磁式比
重計は、可動子（フロート）に作用する力の検出に糸を
使用しないので、流速の速い配管上やタンク内にも直接
設置できる。また外気との密閉が容易であり、有毒ガス
や腐食性ガスが発生する用途はもちろん、高圧配管上に
も設置可能である。さらに、図２で説明したように、固
定子側に水素イオン濃度（ＰＨ）計、酸化還元電位（Ｏ
ＲＰ）計、導電率計、液温度センサなどを組み込むこと
により、１本のセンサで溶液の複数の特性を計測するこ
とが可能である。
重計は、可動子（フロート）に作用する力の検出に糸を
使用しないので、流速の速い配管上やタンク内にも直接
設置できる。また外気との密閉が容易であり、有毒ガス
や腐食性ガスが発生する用途はもちろん、高圧配管上に
も設置可能である。さらに、図２で説明したように、固
定子側に水素イオン濃度（ＰＨ）計、酸化還元電位（Ｏ
ＲＰ）計、導電率計、液温度センサなどを組み込むこと
により、１本のセンサで溶液の複数の特性を計測するこ
とが可能である。
【図１】従来のフロート式比重計と、サンプリング槽へ
の設置図。
の設置図。
【図２】本発明の電磁式比重計で、電磁式導電率計と液
温度センサを備えた、１実施例。
温度センサを備えた、１実施例。
【図３】本発明の電磁式比重計の１実施例で、可動子と
固定子の構造図。
固定子の構造図。
【図４】本発明の電磁式比重計の１実施例で、電気回路
のブロック図。
のブロック図。
【図５】本発明の電磁式比重計の別の１実施例で、簡単
な構造図。
な構造図。
【図６】本発明の電磁式比重計の別の１実施例で、簡単
な構造図、と配管設置図。
な構造図、と配管設置図。
１ フロート ２ 糸 ３ 従来の比重計 ４ 被測定溶液 ５ サンプリング槽 ６ サンプリング槽内の有孔カバー ７ 電磁式比重計の可動子（フロート） ８ 電磁式比重計の固定子 ９ 電磁式の導電率計 １０ 液温度センサ １１ 固定子マグネット １２ 固定子ヨーク（磁路鉄部） １３ 固定子巻線（コイル） １４ ホール素子 １５ Ｏリング １６ 固定子ケース １７ シャフト １８ スペーサ １９ 下部ホルダー ２０ 上部ホルダー ２１ 可動子マグネット ２２ 可動子ヨーク（磁路鉄部） ２３ 可動子ケース ２４ 漏れ磁束防止用の鉄製リング ３１ 差動増幅器 ３２ 加算器 ３３ コイル電流の検出抵抗 ３４ 増幅器 ３５ 微分回路 ３６ 可動子の位置（Ｖｚ）コントロール用ＰＩＤ増幅
器 ３７ 可動子の速度（ｄＶｚ／ｄt）コントロール用Ｐ
ＩＤ増幅器 ３８ コイル電流のコントロール用ＰＩＤ増幅器 ３９ コイル電流供給回路 Ｗ フロート（可動子）に作用する重力 Ｖ フロート（可動子）の体積 μ 被測定溶液の比重値 Ｔ 糸の張力（＝Ｗ−μＶ） Ｆ フロート（可動子）に作用する鉛直方向の電磁力
（＝Ｗ−μＶ） Ｖｚ フロート（可動子）の鉛直方向位置信号 ｄＶｚ／ｄt フロート（可動子）の鉛直方向速度信号 Ｖoff フロート（可動子）のオフセット位置調整値
器 ３７ 可動子の速度（ｄＶｚ／ｄt）コントロール用Ｐ
ＩＤ増幅器 ３８ コイル電流のコントロール用ＰＩＤ増幅器 ３９ コイル電流供給回路 Ｗ フロート（可動子）に作用する重力 Ｖ フロート（可動子）の体積 μ 被測定溶液の比重値 Ｔ 糸の張力（＝Ｗ−μＶ） Ｆ フロート（可動子）に作用する鉛直方向の電磁力
（＝Ｗ−μＶ） Ｖｚ フロート（可動子）の鉛直方向位置信号 ｄＶｚ／ｄt フロート（可動子）の鉛直方向速度信号 Ｖoff フロート（可動子）のオフセット位置調整値
Claims (3)
- 【請求項１】 被測定溶液中のフロートに作用する重
力、浮力と電磁力がバランスするように巻線電流を制御
し、該巻線電流値によって被測定溶液の比重値を計測す
る、電磁式比重計において、 フロートである可動子の内部に円筒状のヨーク（磁路鉄
部）を伴なうマグネット磁気回路を有し、該可動子と相
対する固定子の側には円筒状のヨーク（磁路鉄部）を伴
なうマグネット磁気回路と、鉛直方向に電磁力を発生さ
せる通電用巻線、ならびに可動子の鉛直方向位置の検出
手段を有していて、 双方の円筒状ヨーク（磁路鉄部）は、鉛直軸を同軸とす
る入れ子構造であって、かつ磁気的に同じ向きの極性に
構成することによって、可動子と固定子の間に半径方向
の反発力を発生させ、計測時において可動子と固定子の
接触による摩擦力が作用しないようにしたことを特徴と
する、電磁式比重計。 - 【請求項２】 可動子および固定子の円筒状ヨーク（磁
路鉄部）は、鉛直軸に沿った断面がアルファベットのＬ
字形状を有していて、鉛直方向に着磁されたリング状マ
グネットと共に磁気回路を構成することを特徴とする、
請求項１の電磁式比重計。 - 【請求項３】 可動子および固定子の円筒状ヨーク（磁
路鉄部）の、それぞれ磁気的に反発する作用面におい
て、半径方向に着磁された円筒状マグネットないしは集
合マグネットを、少なくとも片方に有することを特徴と
する、請求項１の電磁式比重計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002016425A JP3340123B1 (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | 電磁式比重計 |
| PCT/JP2003/000497 WO2003065015A1 (fr) | 2002-01-25 | 2003-01-21 | Gravimetre electromagnetique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002016425A JP3340123B1 (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | 電磁式比重計 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3340123B1 true JP3340123B1 (ja) | 2002-11-05 |
| JP2003215013A JP2003215013A (ja) | 2003-07-30 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002016425A Expired - Fee Related JP3340123B1 (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | 電磁式比重計 |
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