JP3662312B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、測定管内を流れる被測定流体に対して交差方向に磁界を発生させ、この磁界を横切る流体の流量に応じて発生する起電力を、上記測定管の直径上に対向して設けられた少なくとも一対の電極を通じて検出し、上記流量を測定する電磁流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４はその電磁流量計５０を示す断面図であり、図５は従来の電磁流量計５０を配管１１−１と１１−２間に取り付けた状態を示す斜視図である。図において、５１は導電性液体である被測定流体を通す非磁性であるステンレス製の測定管、５２ａ，５２ｂは被測定流体に直交する磁界を前記測定管内に発生させるように該測定管の直径上で対向して設けられた磁界発生手段としてのコイル、５３は測定管５１の直径上で対向して設けられた少なくとも一対の電極、５４は測定管５１の収納開口５４−１、コイル５２ａ，５２ｂの収容開口５４−２ａ，５４−２ｂ、電極５３の収容開口（図示せず）等を一体形成した検出器としての鉄製のケース、５５ａ，５５ｂはコイル５２ａ，５２ｂとケース５４との間を磁束Φの帰還回路としての閉磁路を形成するブラケットである。
【０００３】
上記測定管５１は内面および端面にフッ素樹脂等によるライニング処理５６を施してあり、その端面に接液リング５７が取り付けられている。上記コイル５２ａ，５２ｂは、測定管５１の直径範囲において磁界を平行に発生させるために、インナーコア５８ａ，５８ｂを介して測定管の外周凹み５１ａ，５１ｂに位置決め固定するとともに、アウターコア５９ａ，５９ｂおよびブラケット５５ａ，５５ｂを介してケース５４に取り付けられている。
【０００４】
上記電極５３は、電極棒５３ａの先端が測定管５１内に位置するように該測定管に取り付けられている。そして、この電極棒に信号線（図示せず）が取り付けられている。
【０００５】
上記測定管５１は配管６０−１、６０−２の端面のフランジ６０−１ａ，６０−２ａ間に挟み、そのフランジ間に渡したねじ棒６１およびナット６２による連結部材によって接続固定している。
【０００６】
次に動作を図６について説明する。
不図示の電源からの給電によってコイル５２ａを励磁して、測定管５１の軸線と直交する方向に磁界を発生させ、この磁界内の測定管５１に被測定流体を移動させると、ファラデーの電磁誘導の法則によって起電力を発生する。この場合、磁界が電気的に絶縁された測定管に直角に生じ、流れている液体の導電率が低すぎなければ、一対の電極５３間から電圧が測定できる。この電圧は磁界の強さと流体の平均流速と電極間距離に比例するので、この電圧を変換器６３で流量に応じた信号に変換して計測することによって流量を測定できる。
【０００７】
つまり、量記号および単位を次のようにすると、

ファラデーの法則に従って、誘導電圧の大きさは、次の式で示される。
Ｅ＝ｋＢＤｖ ・・・（１）
体積流量は円管測定管の場合は次の式となる。
Ｑ＝（πＤ² ／４）・ｖ ・・・（２）
この関係があるので、式（１）は式（３）のように表される。
Ｑ＝（πＤ／４ｋＢ）・Ｅ ・・・（３）
ここで、磁束密度Ｂを一定とすると、管内の流量は、信号起電力Ｅを測定することによって求められる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電磁流量計は以上のように構成されているので、測定管１の口径（２００ミリ以上）に対するコイル線径の直径の割合が小さい場合、管路に沿った鞍型コイルなどコイル設計上のフレキシビリティーがあり、自由に設計できる。また、インナーコアとコイルとアウターコアからなる磁束帰還回路を容易に形成できる。
【０００９】
一方、測定管１の口径が小さい（１０ミリ〜２０ミリ）場合には、コイルもこれに比例して小さくすることはできない（コイルの線径は決まっており、起電力はコイル巻数×コイルに流れる電流に比例するため、必要な磁束密度を得るためには、かなりコイルは口径に対し、大きなものとなる）。コイルを小型化するため、コイル電流を大きくすることもできるが、これでは電磁流量計のように常に流量を測定しなければならないものにとって、低消費電力の要請に反するとともに、危険雰囲気での使用に際し、安全上問題が生じる。
【００１０】
そこで、低消費電力の要請から設計当初をコイル電流略半分に変更した。しかし、このような変更を伴いながら発生磁束を当初の予定通りに確保するためには、巻数を約２倍にしなければならないが、単に巻数を２倍に変更したのでは、コイル全長が２倍になってしまい、コイル自体の抵抗値も２倍となって、発熱量は４倍となってしまう。
【００１１】
そこで、線径を２倍にすることにより、抵抗値を変えないようにするが、結果として、コイル自体の大きさは２倍以上になり、大型化し、また縦長形状とすることで、ケースの上下延在部をフランジ間に渡したねじ棒１２のピッチ間に納めることができる縦長形状となっている。
従って、磁束回路の一部を構成するアウターコアを半円盤２つの組み合わせとすると、ケース全体の大きさが大型化してしまい、小型化の要請に反する。
【００１２】
一方、アウターコアを縦長コイルに沿って２体構造として組付けると、ケース自体も２体構造としなければならず、電極部近傍の接合溶接部などが腐食し、電極部に腐食性流体が侵入したりして、耐久性の点で不都合がある。
【００１３】
また、ケース５４は磁気回路の一部を形成する鉄などの磁性材料であるため、耐食塗装が必要で、コストがかかり管理工数も増える。ステンレス製の側定管５１との溶接性が悪い。この溶接が十分でないと、ケース５４の内部に水などが入ってしまい、不都合が生じるおそれがある。しかも、ケース５４が磁性材料であるため、ケース５４の上に磁気性のもの、例えばスパナ等を乗せると、このスパナによって磁束帰還回路の一部の流れが乱され、被測定流体に直交する磁界が引っ張られ、被測定流体に対する磁束の最適な流れが乱されるなどの課題があった。
【００１４】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、耐食性に優れ、小型かつ安価な電磁流量計を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電磁流量計は、被測定流体を通す非磁性材からなる測定管と、前記被測定流体に直交する磁界を前記測定管内に発生させる磁界発生手段と、前記磁界作用により前記被測定流体中に発生した信号を測定するように前記測定管の直径上で対向して設けられた少なくとも一対の電極と、前記測定管の両端部外周に設けられた第１の磁路形成部材と、前記測定管の両端部の第１の磁路形成部材同士を接続するとともに前記磁界発生手段を前記測定管に押圧支持する第２の磁路形成部材と、前記測定管、電極および磁界発生手段を自身の別々の開口より収納する前記測定管と同材質の非磁性材からなるモノコックケースとを備えたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の電磁流量計を示す断面図であり、図１において、１は導電性液体である被測定流体を通す非磁性であるステンレス製の測定管、２ａ，２ｂは被測定流体に直交する磁界を前記測定管内に発生させるように該測定管の直径上で対向して設けられた磁界発生手段としてのコイル、３は測定管の直径上で対向して設けられた少なくとも一対の電極、４は測定管１の収納穴４−１、コイル２ａ，２ｂの収容室４−２ａ，４−２ｂ、電極３の収容室（図示せず）等を一体形成した検出器としてのケース、５ａ，５ｂは測定管１の両端部外周に設けた第１の磁路形成部材としてのリング、６ａ，６ｂは測定管の両端部のリング５ａ，５ｂ同士を接続するとともに前記コイルを前記測定管１に押圧支持する第２の磁路形成部材としてのブラケットである。
【００１７】
上記測定管１は内面および端面にライニング処理７を施してあり、その端面に接液リング８が取り付けられている。このライニング処理７の材料としては、例えばふっ素樹脂、クロロプレンゴム、ポリウレタンゴム、セラミックス等を用いる。また、接液リング７の材料としては、例えばステンレス鋼、白金・インジウム、タンタル、チタン、ハステロイＢ、ハステロイＣ、モネル、導電性ふっ素樹脂等を用いる。
【００１８】
上記コイル２ａ，２ｂは、測定管１の直径範囲において磁界を平行に発生させるために、インナーコア９ａ，９ｂを介して測定管の外周凹み１ａ，１ｂに位置決め固定するとともに、アウターコア１０ａ，１０ｂを介してブラケット６ａ，６ｂで測定管外面に取り付けられている。
【００１９】
上記電極３は、電極棒３ａの先端が測定管１内に位置するように該測定管に取り付けられている。そして、この電極棒に信号線（図示せず）が取り付けられている。
【００２０】
次に上記の各構成部品からなる電磁流量計の組み付け方について説明する。まず、測定管１の両端部にリング５ａ，５ｂを取り付け、この状態でケース４に測定管１を挿通し、その後ケース４と測定管１の接合部（両端部）を溶着する。
【００２１】
そして、ケース４の電極３の収納室（図示せず）において、測定管１に電極３を取り付けるとともに、ケース４の収納室４−２ａ，４−２ｂにおいてコ字型ブラケット６ａ，６ｂをコイル２ａ，２ｂとともに測定管１の外周面に軸対象に取り付ける。この構成によって、ケース４は一体化（モノコック）したものを使用することができ、余分な溶着部がなくなる。この結果、ケース全体の小型化を達成したコイル縦長形状の電磁流量計の組付けが容易となり、しかも溶着部が少なくなることにより、耐食性が向上する効果がある。
【００２２】
上記測定管１は配管１１−１、１１−２の端面のフランジ１１−１ａ，１１−２ａ間に挟み、そのフランジ間に渡したねじ棒１２およびナット１３による連結部材によって接続固定している。
【００２３】
次に動作について説明する。
不図示の電源からの給電によってコイル２ａ、２ｂを励磁すると、コイル２ａ（２ｂ）−インナーコア９ａ（９ｂ）−リング５ａ（５ｂ）−ブラケット６ａ（６ｂ）−アウターコア１０ａ（１０ｂ）−コイル２ａ（２ｂ）を経路とする閉磁路が形成され、測定管１の軸線と直交する方向に磁界を発生させる。この磁界内の測定管に被測定流体１を移動させると、ファラデーの電磁誘導の法則によって起電力を発生する。この場合、磁界が電気的に絶縁された測定管に直角に生じ、流れている液体の導電率が低すぎなければ、一対の電極３間から電圧が測定できる。この電圧は磁界の強さと流体の平均流速と電極間距離に比例するので、この電圧を計測することによって流量を測定できる。
【００２４】
以上のように、この実施の形態１によれば、第１、第２の磁路形成部材５ａ，５ｂ、６ａ，６ｂによって、コイル２ａ，２ｂによる磁界の閉磁路を形成したので、ケース４は非磁性材で構成することができる。その結果、ケース４に磁性部材を接近、当接させても、コイル２ａ，２ｂからの磁界が乱されることがなく、常に安定して流量を測定することができる。また、測定管１の両端部に第２の磁路形成部材５ａ，５ｂを設けることは、コイル２ａ，２ｂのインナーコア９ａ，９ｂ間で発生する磁束Φより遠い位置に磁束帰還回路が形成され該磁束に悪影響を与えることがない。しかも、ケース４と測定管１とは同材質とすることができ、両者間の溶接も安定確実に行うことができ、耐久性に優れ、耐食塗装の必要もない。
【００２５】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２を示す概要図であり、第２の磁路形成部材としてのブラケット６ａ，６ｂを、その外周に嵌めた第１の磁路形成部材としての押えリング１４で測定管１の外周面に取り付けたもので、その取り付けが簡単容易である。
【００２６】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３を示す概要図であり、第２の磁路形成部材としてのコ字型ブラケット６ａ，６ｂの両側辺端部をコ字状に折り返し、その折り返し部をその外周に嵌めた第１の磁路形成部材としての押えリング１５とともに接液リング８に溶接して固定したもので、その第１、第２の磁路形成部材の取り付けが強固に行われ、閉磁路を確実に構成できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、被測定流体を通す非磁性材からなる測定管と、前記被測定流体に直交する磁界を前記測定管内に発生させる磁界発生手段と、前記磁界の作用により前記被測定流体中に発生した信号を測定するように前記測定管の直径上で対向して設けられた少なくとも一対の電極と、前記測定管の両端部外周に設けられた第１の磁路形成部材と、前記測定管の両端部の第１の磁路形成部材同士を接続するとともに前記磁界発生手段を前記測定管に押圧支持する第２の磁路形成部材と、前記測定管、電極および磁界発生手段を自身の別々の開口より収納する前記測定管と同材質の非磁性材からなるモノコックケースとしたので、ケースをステンレス製とすることが可能となり、耐食性にも優れ耐食塗装の必要がなく安価となる。また、ケースおよび測定管とも同材質のステンレス製とすることにより、溶接性に優れ、溶接不良もなく両者間の溶接を安定確実に行なうことができ、耐久性に優れ、耐食塗装の必要もない。ケースを非磁性のステンレス製とすることにより、ケース４に磁性部材を接近、当接させても、磁界発生手段からの磁界が乱されることがなく、常に安定して流量を測定することができ信頼性が向上する。しかも、磁気回路が磁路形成部材によって短く形成されるため、磁気的ロスが少なく、効率のよい磁気回路を構成できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による電磁流量計を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２による電磁流量計を示す概要図である。
【図３】この発明の実施の形態３による電磁流量計を示す概要図である。
【図４】従来の電磁流量計を示す断面図である。
【図５】電磁流量計を配管間に取り付けた状態を示す斜視図である。
【図６】電磁流量計の測定原理を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 測定管
２ａ，２ｂ コイル（磁界発生手段）
３ 電極
４ ケース
５ａ，５ｂ，１４，１５ リング（第１の磁路形成部材）
６ａ，６ｂ ブラケット（第２の磁路形成部材）

Claims (1)

1. 被測定流体を通す非磁性材からなる測定管と、前記被測定流体に直交する磁界を前記測定管内に発生させる磁界発生手段と、前記磁界の作用により前記被測定流体中に発生した信号を測定するように前記測定管の直径上で対向して設けられた少なくとも一対の電極と、前記測定管の両端部外周に設けられた第１の磁路形成部材と、前記測定管の両端部の第１の磁路形成部材同士を接続するとともに前記磁界発生手段を前記測定管に押圧支持する第２の磁路形成部材と、前記測定管、電極および磁界発生手段を自身の別々の開口より収納する前記測定管と同材質の非磁性材からなるモノコックケースとを備えたことを特徴とする電磁流量計。

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