JP3375532B2

JP3375532B2 - 電磁流量計の測定管

Info

Publication number: JP3375532B2
Application number: JP31948497A
Authority: JP
Inventors: 一郎光武
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 2003-02-10
Anticipated expiration: 2017-11-20
Also published as: JPH11153463A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は導電性流体、特に高
温流体やスラリー流体などの流体の流量を測定する電磁
流量計に関し、さらに詳しくはその測定管に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】電磁誘導原理を利用した電磁流量計は、
流体中で発生した起電力を信号として取出し、流体の流
量を測定するもので、可動部や絞り機構を備えていない
ために固形物を含むスラリー流体（固液混相流）でも精
度良く測定できる特長を有し、パルプ液、アルミナスラ
リー、セメントミルク等のスラリー流量の計測に広く用
いられている。

【０００３】電磁流量計の測定管、特に高温流体やスラ
リー流体などの流量測定に用いられる測定管は、耐熱
性、耐摩耗性等を向上させるため非磁性材料からなるス
テンレス、セラミックス等の材料によって製作されてい
る。

【０００４】図７および図８にこのような電磁流量計の
従来例を示す。これらの図において、１は両端にフラン
ジ１ａ，１ｂを一体的に有する測定管３Ａ，３Ｂは測定
管１の外周に上下方向に対向して設けられ被測定流体２
の流れ方向と直交する磁界を形成する一対の鞍型励磁コ
イル、４Ａ，４Ｂは励磁コイル３Ａ，３Ｂによる磁界と
直交するよう測定管１の管壁中央部に貫通して取付けら
れ先端面が管路５内に臨む一対の電極である。

【０００５】６Ａ，６Ｂは同じく測定管１の外周に設け
られたインナーコアおよびアウターコア、７は変換器、
８は電気的絶縁性と耐食性をもたせるために測定管１の
内壁に内張りされた弗素樹脂、ネオプレン等のライニン
グ、１０Ａ，１０Ｂは一端が各電極４Ａ，４Ｂに接続さ
れた信号リード線で、これらの信号リード線１０Ａ，１
０Ｂは前記測定管１の外周に沿って立ち上げられ、前記
変換器７に接続されている。

【０００６】なお、各信号リード線１０Ａ，１０Ｂが励
磁コイル３Ａ，３Ｂにより形成される磁界に対して測定
管１の側方（軸線と直交する方向）から見て傾斜して配
線されると、発生磁界が信号リード線１０Ａ，１０Ｂの
ループ面（両電極４Ａ，４Ｂを結ぶ線Ａと信号リード線
１０Ａ，１０Ｂによって囲まれた面）Ｓの内側を横切る
際に９０°ノイズと称するノイズが信号起電力に重畳
し、測定精度を低下させる。そのため、信号リード線１
０Ａ，１０Ｂの立ち上げを流体の流れ方向と直交する方
向、言い換えれば測定管１の軸線と直交するよう垂直に
行い、磁束と信号リード線１０Ａ，１０Ｂのループ面Ｓ
との交差角度がゼロになるようにしている。

【０００７】１１はＳＵＳ等の非磁性材料からなるケー
ス、１２は信号リード線１０Ａ，１０Ｂを覆い電気的ノ
イズを遮断するシールド編組管で、このような構成部材
によって電磁流量計１３を構成している。

【０００８】このような構造において、励磁コイル３
Ａ、３Ｂに通電し、励磁することにより、測定管１内に
流体２の流れ方向と直交する磁界を発生させる。磁界が
発生すると、電磁誘導現象により磁界の方向と流体２の
流れの方向の双方に対して直交する方向の起電力が流速
に比例して発生し、この起電力を電極４Ａ，４Ｂによっ
て取出し、信号リード線１０Ａ，１０Ｂによって変換器
７に導くことにより流体の流量を測定することができ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の電磁流
量計１３における励磁コイル３Ａ，３Ｂの励磁方式とし
ては、矩形波励磁方式と、高速矩形波励磁方式の２方式
がある。矩形波励磁方式は、５０〜６０Ｈｚ以下の低周
波数で励磁コイルを励磁するもので、ゼロ点の安定性が
よく、低消費電力型であるという特長を有し、現在主流
をなしている。

【００１０】しかしながら、この矩形波励磁方式は、ス
ラリー濃度が高い場合、流体ノイズ（スラリーによる電
極の機械的損傷、電気化学的腐蝕等によって発生するノ
イズ）が大きく、Ｓ／Ｎ比が低下し出力が不安定になる
という問題があった。このノイズは低周波数ほどレベル
が高い１／ｆノイズ特性をもち、その１／ｆノイズの周
波数領域は励磁周波数と重なるため、矩形波励磁方式で
はノイズを除去できない。

【００１１】高速矩形波励磁方式は、矩形波励磁方式の
もつゼロ点の安定性という長所を生かしながら、従来よ
り高い周波数で励磁コイルを励磁し、信号をサンプリン
グする方式である。すなわち、この方式はノイズの１／
ｆ領域から信号周波数を分離するため励磁周波数を高く
したもので、励磁周波数としてはｆ／ｆ_ex＝６以上の周
波数帯域でホワイトノイズが支配的になるノイズ特性に
着目して設定される（例：１００Ｈｚ〜２００Ｈｚ）。
なお、図９（ａ）、（ｂ）に矩形波励磁方式の励磁電流
と、高速矩形波励磁方式の励磁電流を示す。

【００１２】しかしながら、高速矩形波励磁方式は、高
周波励磁を行った際、励磁電流の立ち上がり、立ち下が
りによる磁束微分ノイズの影響が大きいため、実際の磁
束は高速に立ち上がらず、定常領域が確保できずにサン
プリングできないという問題があって、実際には高速励
磁に限界があった。この磁束微分ノイズは、図９（ｃ）
に示す電極電圧の立ち上がり、立ち下がりに見られるス
パイク性電圧部分Ｂであり、その原因はコアや測定管に
発生する渦電流に起因しているものと考えられている。
すなわち、測定管の場合は図８に破線１５で示すように
渦電流が発生する。この場合の渦電流損失は、次式で表
される。

【００１３】

【数１】

【００１４】ここで、Ｋは定数、ｆは周波数、Ｂは磁場
の大きさ、ｔは面積、σは比抵抗、ａは測定管の長さ、
ｂは測定管の外径である。

【００１５】このような渦電流が発生すると、流体中に
励磁コイルによる磁界とは逆の磁界が発生して励磁コイ
ルによる磁界を弱めてしまい、これは励磁周波数が高け
れば高いほど渦電流も大きくなるので問題をさらに複雑
にしていた。

【００１６】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、渦電流
を低減し得る構造とすることにより高周波励磁を行って
も励磁電流の立ち上がり、立ち下がりによる磁束微分ノ
イズの影響が少なく、ゼロ点の安定化および耐ノイズ性
の向上を可能にした電磁流量計の測定管を提供すること
にある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明は、被測定流体の流量を測定する電磁流量
計の測定管において、非磁性材料からなる金属製リング
を絶縁材を介して測定管の励磁コイルによる励磁部分に
のみ複数個積層して一体化することにより形成したこと
を特徴とする。第１の発明において、励磁領域のみを積
層された金属製リングで構成したことにより、金属製リ
ングの数を削減でき測定管の製造を容易にする。

【００１８】

【００１９】

【００２０】第２の発明は、被測定流体の流量を測定す
る電磁流量計の測定管において、その外周面に周方向の
溝を形成した非磁性材料からなる金属製リングを絶縁材
を介して少なくとも測定管の励磁コイルによる励磁部分
に複数個積層して一体化することにより形成したことを
特徴とする。第２の発明において、溝は渦電流を分断し
て小さくすると共に、測定管の重量を低減し、軽量化を
可能にする。

【００２１】第３の発明は、上記第２の発明において、
金属製リングを、非磁性材料からなり径が異なる複数の
金属製パイプを絶縁材を介して径方向に積層することに
より形成したことを特徴とする。第３の発明において、
金属製パイプは長いパイプを切断することにより容易に
形成することができる。

【００２２】

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る電
磁流量計の測定管を構成する管本体の斜視図、図２は測
定管の要部の断面図である。なお、図中従来技術の欄で
示した構成部材等と同一のものについては同一符号をも
って示し、その説明を適宜省略する。これらの図におい
て、測定管２０は、管本体２１と、この管本体２１の両
端面に溶接等によって接合された左右一対（図２では一
方のみを示す）のフランジ２２とを備え、管本体２１の
内壁面およびフランジ２２の表面にネオプレン等のライ
ニング８が施されている。

【００２４】前記管本体２１は、ステンレス等の非磁性
材料によって形成した同一形状からなる複数の金属製リ
ング２３を絶縁材２４を介して軸線を一致させて積層し
一体的に接合することにより形成される。積層に際して
は、管本体２１の強度を増大させるため、各金属製リン
グ２３に複数個の貫通孔２５を周方向に所定の間隔をお
いて形成し、これらの貫通孔２５に非磁性材料によって
形成した心材２６を挿通して一体化することが望まし
い。また、金属製リング２３の外周面に図３に示すよう
に周方向の溝２７を連続してもしくは断続的に形成する
ことが望ましい。金属製リング２３の厚みは薄ければ薄
いほどよいが、強度を考慮すると１０ｍｍ前後は必要で
ある。

【００２５】このような測定管２０においては、図８に
示した従来の測定管１に較べて渦電流損失を低減するこ
とができる。その理由は、絶縁材２４を介して積層した
複数の金属製リング２３で管本体２１を構成すると、渦
電流は図１に破線１５で示すように各金属製リング２３
ごとに分断されて発生するため小さくて流体の流れ方向
の長さが短いものとなるからである。この場合の渦電流
損失は、次式で表される。

【００２６】

【数２】

【００２７】ここで、ａは管本体の長さ、ｂは管本体の
外径、ｃは金属製リングの幅、ｄは絶縁材の幅、ｎは金
属製リングの積層分割数である。

【００２８】したがって、高周波励磁を行った際、励磁
電流の立ち上がり、立ち下がりによる磁束微分ノイズの
影響が少なく、安定したゼロ点を得ることができ、より
高い励磁周波数（４００〜５００Ｈｚ）での励磁を可能
にすると共に電磁流量計の耐ノイズ性を向上させること
ができる。

【００２９】また、心材２６によって金属製リング２３
を連結すると、積層時の芯出しが容易であると共に、管
本体２１の強度を増大させることができる。

【００３０】さらに、金属製リング２３の外周面に周方
向の溝２７を形成すると、この溝２７によって渦電流を
さらに小さく分断するため、一層渦電流を低減すること
ができ、しかも測定管２１の重量低減効果が有り大口径
の測定管に有利である。

【００３１】図４は本発明の他の実施の形態を示す正面
図である。この実施の形態においては、管本体２１全体
を複数の金属製リングで形成するのではなく、励磁コイ
ル３Ａ，３Ｂの励磁時に磁界が集中する軸線方向での中
央部のみを複数の金属製リング２３による積層構造と
し、その両端部に金属製リング２３より長い端部リング
３１Ａ，３１Ｂを絶縁材２４を介してそれぞれ接合して
いる。端部リング３１Ａ，３１Ｂは、金属製リング２３
Ａ〜２１Ｄと同一の非磁性材料からなる金属もしくはセ
ラミックスによって製作される。

【００３２】このような構造においては、図１に示した
実施の形態に較べて金属製リング２３の数を削減するこ
とができるので、測定管２０の製造が容易である。ここ
で、渦電流は励磁コイル３Ａ，３Ｂによる磁場の大きさ
の２乗に比例するため、実際に磁界が集中している中央
部のみを金属製リング２３による積層構造としても、上
記した実施の形態と同様に渦電流を低減することができ
るので何等問題ない。

【００３３】図５は本発明のさらに他の実施の形態を示
す要部の斜視図である。本実施の形態においては製造コ
ストを低減するために、複数の円筒体３６を絶縁材２４
を介して径方向に積層することにより管本体２１として
いる。

【００３４】前記各円筒体３６は、同一形状に形成した
非磁性材料からなる２枚の薄い金属板３５を絶縁材２４
を介して積層し、この積層された２枚の金属板３５を円
筒状に折り曲げてその端部３７を突合わせ溶接すること
により形成されるもので、図１および図４に示した金属
製リング２３に相当する。

【００３５】ここで、図５においては２枚の金属板３５
を絶縁材２４を介して積層した例を示したが、これに限
らず非磁性材料からなり径の異なる複数の金属製パイプ
を絶縁材を介して順次嵌挿することにより径方向に積層
した円筒体であってもよい。その場合は、上記した端部
３７の溶接が不要で製作が容易である。

【００３６】また、図６に示すように１枚の金属板３５
を絶縁材２４を介して螺旋状に多重巻きして円筒体３６
としたものであってもよい。その場合、円筒体３６の内
部に生じる段差ｄはライニング８によって補正すればよ
い。

【００３７】このように径の異なる金属製パイプまたは
金属板３５の折曲加工によって円筒体３６を形成する
と、切削加工、鋳造等によって図１および図４に示した
金属製リング２３を製作する場合に較べて容易にかつ安
価に製造することができる利点を有する。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電磁流
量計の測定管によれば、非磁性材料からなる金属製リン
グを複数個積層して形成したので渦電流を各金属製リン
グごとに分割し渦電流損失を小さくすることができる。
したがって、高周波励磁を行った際、励磁電流の立ち上
がり、立ち下がりによる磁束微分ノイズの影響が少な
く、ゼロ点の安定した出力を得ることができ、高速矩形
励磁方式の電磁流量計に用いて好適である。

【００３９】また、本発明は心材によって金属製リング
を連結したので、測定管の機械的強度を増大させること
ができる。

【００４０】また、本発明は励磁コイルが取付けられる
部分のみを複数の金属製リングによって構成したので、
金属製リングの数を少なくすることができ、製造が容易
である。

【００４１】また、本発明は金属製リングの外周に溝を
形成したので、渦電流を一層低減することができ、しか
も測定管自体の重量を低減することができる。

【００４２】また、本発明は径の異なる複数の金属製パ
イプを絶縁材を介し径方向に螺旋状に積層することによ
り金属製リングを形成したので、金属製リングの製作が
容易で安価に製造することができる。

【００４３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁流量計の測定管を構成する
管本体の斜視図である。

【図２】測定管の要部の断面図である。

【図３】金属製リングの要部の断面図である。

【図４】本発明の他の実施の形態を示す正面図であ
る。

【図５】本発明のさらに他の実施の形態を示す管本体
の要部の斜視図である。

【図６】本発明のさらに他の実施の形態を示す円筒体
の正面図である。

【図７】従来の電磁流量計の断面図である。

【図８】測定管の外観斜視図である。

【図９】（ａ）は矩形は励磁方式における励磁電流の
波形、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は高速矩形波励磁方式に
おける励磁電流の波形、電極電圧の波形、サンプリング
信号のタイミングチャートである。

【符号の説明】

１…測定管、２…被測定流体、３Ａ、３Ｂ…励磁コイ
ル、４Ａ，４Ｂ…電極、６Ａ…インナーコア、６Ｂ…ア
ウターコア、７…変換器、８…ライニング、１０Ａ，１
０Ｂ…信号リード線、１３…電磁流量計、２０…測定
管、２１…管本体、２３…金属製リング、２４…絶縁
材、２５…貫通孔、２６…心材、２７…溝、３５…金属
板、３６…円筒体。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定流体の流量を測定する電磁流量計
の測定管において、非磁性材料からなる金属製リングを絶縁材を介して測定
管の励磁コイルによる励磁部分にのみ複数個積層して一
体化することにより形成したことを特徴とする電磁流量
計の測定管。
【請求項２】被測定流体の流量を測定する電磁流量計
の測定管において、その外周面に周方向の溝を形成した非磁性材料からなる
金属製リングを絶縁材を介して少なくとも測定管の励磁
コイルによる励磁部分に複数個積層して一体化すること
により形成したことを特徴とする電磁流量計の測定管。
【請求項３】請求項２記載の電磁流量計の測定管にお
いて、金属製リングを、非磁性材料からなり径が異なる複数の
金属製パイプを絶縁材を介して径方向に積層することに
より形成したことを特徴とする電磁流量計の測定管。