JP3914113B2

JP3914113B2 - 電磁流量計

Info

Publication number: JP3914113B2
Application number: JP2002223847A
Authority: JP
Inventors: 吉夫山崎
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP2004061453A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導電性流体の流量測定に用いられる電磁流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファラディーの電磁誘導の法則を測定原理とする電磁流量計は、測定管の外周に上下一対の励磁コイルを対向させて配置し、同期励磁電圧を印加することにより、前記測定管内を流れる導電性の被測定流体中に起電力を発生させ、この起電力を前記励磁コイルと直交するように配置した一対の電極によって取り出すことにより、前記被測定流体の流量または平均流速を測定するように構成したものが一般的である（実公平２−２８４１１号公報、特開平５−９９７１７号公報等）。
【０００３】
図４および図５はこのような電磁流量計の従来例を示す断面図およびＶ−Ｖ線拡大断面図である。これらの図において、１は測定管で、両端が開放した直管からなる管本体１Ａと、この管本体１Ａの両端に一体に設けられた左右一対のフランジ１Ｂ，１Ｂとで構成され、管本体１Ａの内周面と各フランジ１Ｂの外側面、すなわち配管が接続される端面（以下、配管接続端面という）２がライニング材３によって被覆されている。このような測定管１は、ＳＵＳ等の非磁性材によって形成され、管本体１Ａの外周面で軸線方向中央部には鞍型に形成した一対の励磁コイル４，４が上下方向において対向するように周方向に１８０°位相をずらして配設されるとともに、一対の電極５，５が左右方向において対向するように同じく周方向に１８０°位相をずらして配設されている。このため、励磁コイル４と電極５は、測定管１の周方向に９０°位相をずらして交互に配置されていることになる。また、電極５の軸線は、測定管１の軸線、言い換えれば測定管１内を流れる導電性の被測定流体６の流れ方向と直交し、測定管１の中心部における励磁コイル４の磁束Φは電極５の軸線と直交している。
【０００４】
さらに前記測定管１の外周には、前記各励磁コイル４，４の磁気回路を形成するプレートコア７、センターコア８およびアウターコア９が配設されている。プレートコア７は、測定管１の外周面に上下に対向してそれぞれ配設され、表面中央に前記センターコア８が突設され、その周面に前記励磁コイル４が巻回されている。プレートコア７とセンターコア８は、透磁率が高い高価な材料、例えばパーマロイ、純鉄等によって形成されている。前記アウターコア８は、継鉄等によって円筒状に形成されて前記測定管１および励磁コイル４を取り囲み、上下２箇所が前記各センターコア８の表面に止めねじ１０によってそれぞれ固定されている。
【０００５】
前記電極５は、測定管１の外周に突設した電極取付部１１内に収納されており、先端部が測定管１に形成した電極取付孔１２を貫通して測定管１内の被測定流体６に接触するように取付けられている。１３は電極５を測定管１方向に付勢する圧縮コイルばね、１４は電極５および圧縮コイルばね１３を収納するキャップ、１５は信号リード線、１６はライニング材３内に埋設された補強管、１７は測定管１を収納する外ケースである。
【０００６】
このような構造からなる電磁流量計において、励磁コイル４，４を通電、励磁して測定管１の内部に電極５の軸線および被測定流体６の流れ方向と直交する方向の磁界Ｂを発生させると、被測定流体６内にはその平均流速に比例した起電力ｅが磁界Ｂの方向と流れの方向の双方に対して直角な方向に生じ、この起電力ｅを一対の電極５によって取出して増幅した後、記録したり、指示計器に伝送することにより被測定流体６の流量や平均流速が測定される。
【０００７】
ところで、最近の電磁流量計としては、構造、材質等を見直すことにより、計器自体の信頼性、性能は損なわずに使用アプリケーションに適した廉価で、しかも省エネルギーで駆動することができる製品の開発が要求されている。そこで、低消費電力化を可能にするものとして、図６に示すように測定管１の上側１箇所にのみ励磁コイル４を配置し、下側の励磁コイルを削除した電磁流量計が提案されている。このような構造においては、励磁コイル４が１つであるため、励磁コイルのコストが半減され、消費電力を低減することができる利点がある。また、測定精度が僅かに低下（１％以下）するだけであり、実用上は何ら問題ない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように図６に示した従来の電磁流量計は、励磁コイル４が１つであるため、励磁コイルのコストが半減され、消費電力を低減することができる利点がある。しかしながら、下側の磁気回路構成部品であるプレートコア７とセンターコア８については削減することができず、軽量化およびコスト低減に限界があった。その理由は、図７に示すように上側にのみ励磁コイル４、プレートコア７およびセンターコア８を配設し、下側については何も設けず測定管１とアウターコア９とが離間していると、上側のプレートコア７、センターコア８に対して対極となる下側の磁極がないために、上側のプレートコア７から出て被測定流体内を通る磁束が左右の電極５方向に拡がってしまう。この結果、測定管１内の磁束密度が低下し、信号起電力ｅが減少するからである。また、特に被測定流体の流れ分布が均一でない偏向流の場合は、流体中の磁束バランス（左右対称性）が崩れるため、測定精度が著しく低下する。
【０００９】
そこで、本発明者は磁気回路について鋭意検討し種々の実験を行った結果、片側の励磁コイル、プレートコアおよびセンターコアを取り除き、この片側においてアウターコアを測定管に密着させると、磁束の電極方向への広がりが少なく磁束密度の低下を防止することができ、また磁束の対称性を確保することができ、流れの分布が不均一な偏向流の影響を最小限に留めることができることを見出した。
【００１０】
本発明は上記した従来の問題および検討結果に基づいてなされたもので、その目的とするところは、励磁コイルおよび磁気回路構成部品の数を半減しても測定精度の低下や偏向流による影響を最小限に留めることができ、製造工数、部品点数、組立工数等を削減し、装置全体のトータルコストを低減し得るようにした電磁流量計を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、両端開口部にフランジを一体に有し内周面および前記フランジの配管接続端面にライニング材が被覆された測定管と、前記測定管の外周にプレートコアおよびセンターコアを介して配設された１つの励磁コイルと、前記励磁コイルによる磁界および測定管の軸線と直交する方向において対向するように前記測定管に貫通して取付けられた一対の電極と、前記測定管および前記励磁コイルの外周を覆う筒状のアウターコアとを備え、前記アウターコアを前記センターコアに固定するとともに、このセンターコアに固定されている部分と測定管を介して対向する部分を前記測定管の外周面に密着させたものである。
【００１２】
本発明においては、アウターコアの測定管に密着する部分がプレートコアの対極となるため、磁束が電極方向に拡がるのを抑える。したがって、測定管内を通る磁束の密度の減少が少なく、起電力の低下を最小限に留めることができる。また、磁束の対称性も確保され偏向流の影響を少なくすることができる。
さらに、アウターコアを測定管に密着させることで、プレートコアとアウターコアを削減することができるので、部品点数の削減、軽量化およびコスト低減を図ることができる。
磁束の電極方向への拡がりは、アウターコアの測定管に対する周方向の接触寸法が大きくなると大きくなり、測定管内を通る磁束の密度が減少する。したがって、アウターコアの測定管に対する周方向の接触寸法は小さいことが望ましい。理想的には点接触が好ましいが、好ましい範囲は対向配置されているセンターコアの幅寸法程度であり、実用的には励磁コイルの幅寸法程度までは許容される。
【００１３】
【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一実施の形態を示す断面図である。なお、従来技術と同一の構成部品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。同図において、測定管１は、１つの励磁コイル４と、２つの電極５，５と、アウターコア２０を備え、外ケース１７内に収納されている。
【００１４】
前記励磁コイル４は、測定管１の長手方向中央の上面にプレートコア７とセンターコア８を介して配設され、前記アウターコア２０によって覆われている。一方、測定管１の長手方向中央の下面側には励磁コイルおよび磁気回路構成部品であるプレートコアとセンターコアが配設されておらず、前記アウターコア２０の底部が密着している。
【００１５】
前記アウターコア２０は、継鉄等からなる金属板を折り曲げることにより上下非対称で左右対称な略円筒形（または略楕円形）に形成され、電極５より上方部分２０Ａが半径Ｒ1 の半円筒形に形成され、電極５より下方部分２０Ｂが半径Ｒ2 （Ｒ1 ＜Ｒ2 ）の半円筒形に形成されている。上方部分２０Ａは、中心Ｏ1 が前記測定管１の中心Ｏと一致しており、頂部２０ａが前記センターコア８の上面に複数本の止めねじ１０によって固定されている。下方部分２０Ｂは中心Ｏ2 が前記測定管１の中心Ｏより上方に位置し、底部２０ｂが前記測定管１の下面に密接されている。なお、振動等によって底部２０ｂが測定管１から離間しないように底部２０ｂをねじ止めしておくことが好ましい。底部２０ｂの測定管１の下面に対する周方向の接触寸法Ｌは、センターコア８の幅Ｗと略等しい。
【００１６】
また、アウターコア２０の長手方向中央の左右両側部、すなわち上方部分２０Ａと下方部分２０Ｂの接続部で電極取付部１１と対向する箇所には、キャップ１４が貫通する挿通孔２２，２２がそれぞれ形成されている。なお、電極５の取付構造は図５〜図７に示した従来装置と全く同様である。
【００１７】
このような構造からなる電磁流量計において、励磁コイル４を通電、励磁すると、プレートコア７、センターコア８およびアウターコア２０を磁気回路として測定管１内に被測定流体の流れ方向と電極５の軸線に対して直交する方向の磁界Ｂが発生する。プレートコア７から出た磁束Φは、測定管１内の被測定流体を通りアウターコア２０の測定管１下面に密着している部分、すなわち下方部分２０Ｂの底部２０ｂに入る。
【００１８】
この場合、図７に示したようにアウターコア２０の下方部分が測定管１の下面から離間した構造においては、プレートコア７からアウターコア９の底部９ａまでの距離が大であるため、磁束φが左右方向（電極方向）に拡がって被測定流体中の磁束密度が低下するが、アウターコア２０の底部２０ｂを測定管１の下面に密着させておくと、この底部２０ｂが上方に配置されているプレートコア７およびセンターコア８に対して対極となるため、測定管１内を通る磁束φの左右方向への拡がりを最小限に留めることができる。このため、磁束密度の低下も最小限に留めることができ、信号起電力ｅの低下も最小限に留めることができる。また、磁束φの広がりが少なければ、磁束φの対称性（左右対称性）も確保され、流れの分布が不均一な偏向流の影響を最小限に留めることができる。なお、アウターコア２０の両側部（上方部分２０Ａと下方部分２０Ｂの接続部）は、磁束φの左右方向への広がりを少なくするために測定管１から充分に離間していることが好ましい。
【００１９】
実際に口径５０ｍｍの測定管を用いて偏向流を流し、配管に対する測定管の取付角度を変化させながら起電力を測定し、図５に示した従来装置と比較したところ、測定誤差が０．７％程度増加した。プロセス用途の電磁流量計の場合、測定精度（一般に０．５％ｒｄｇ程度）に対して約１〜２％の精度が許容されていることから、この程度の測定誤差は実用上何ら問題ない。
【００２０】
また、測定管１の下側に励磁コイル、プレートコアおよびセンターコアを配置する必要がないため、測定管１の製作が容易で、部品点数、組立工数および製造コストを低減することができる。特に、プレートコアとセンターコアは高価な材料からなるため、コスト低減効果は大である。また、部品点数の削減によって軽量化することができるため、振動による影響も少なくすることができる。
【００２１】
図２は本発明の他の実施の形態を示す断面図である。
この実施の形態は、アウターコア３０を図５に示した従来装置と同様に半径Ｒの円筒形に形成し、このアウターコア３０を底部３０ｂが測定管１の下面に密着するように測定管１に対して上方に偏心させ、頂部３０ａをセンターコア８の上面に止めねじ１０によって固定したものである。なお、底部３０ｂの測定管１の下面に対する周方向の接触寸法は、上記した実施の形態と同様にセンターコア８の幅と略等しい。
【００２２】
このような構造においても上記した実施の形態と同様な効果が得られる。また、本実施の形態においては、アウターコア３０が従来と同様に円筒形であるため、従来の円筒形のアウターコアを電極用の挿通孔２２を下方にずらして形成するだけでよく、製作が容易である。
【００２３】
図３は本発明のさらに他の実施の形態を示す断面図である。
この実施の形態は、アウターコア４０を上下非対称で左右対称な八角形に形成し、頂部をセンターコア８の上面に固定し、底部を測定管１の下面に密着させたものである。アウターコア４０は八角形に限らず、十角形、十二角形等の多角形であってもよい。なお、底部４０ｂの測定管１の下面に対する周方向の接触寸法Ｌ1 は、励磁コイル４の幅Ｗ1 と略等しい。
【００２４】
このような構造においても図１に示した実施の形態と同様な効果が得られる。
【００２５】
【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は、励磁コイル、プレートコアおよびセンターコアの数を半減することができるため、部品点数が少なく、製造工数、組立工数を削減し、大幅なコスト低減と軽量化を図ることができる。
また、磁束の広がりが少なく、測定管内における磁束密度の低下および磁束の対称性を最小限に留めることができるため、偏向流による影響を受けることが少なく、励磁コイルを２つ用いた従来装置に近い測定精度を維持することができ、簡易な電磁流量計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁流量計用測定管の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明他の実施の形態を示す断面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施の形態を示す断面図である。
【図４】従来の電磁流量計の断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線拡大断面図である。
【図６】従来の他の電磁流量計の断面図である。
【図７】磁界の分散を説明するための図である。
【符号の説明】
１…測定管、１Ａ…管本体、１Ｂ…フランジ、３…ライニング材、４…励磁コイル、５…電極、６…被測定流体、７…プレートコア、８…センターコア、９，２０，３０，４０…アウターコア。

Claims

両端開口部にフランジを一体に有し内周面および前記フランジの配管接続端面にライニング材が被覆された測定管と、前記測定管の外周にプレートコアおよびセンターコアを介して配設された１つの励磁コイルと、前記励磁コイルによる磁界および測定管の軸線と直交する方向において対向するように前記測定管に貫通して取付けられた一対の電極と、前記測定管および前記励磁コイルの外周を覆う筒状のアウターコアとを備え、前記アウターコアを前記センターコアに固定するとともに、このセンターコアに固定されている部分と測定管を介して対向する部分を前記測定管の外周面に密着させたことを特徴とする電磁流量計。