JP4052532B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、励磁コイルにより管路内の被測定流体に磁界を印加し、ファラディーの電磁誘導の法則により発生する流量信号を電極で検出し、信号処理して流量計測する電磁流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示すように、従来の電磁流量計は、通常、管路５１内に一対の電極５２を設け、管路５１外の励磁コイル５３に励磁回路５４から励磁電流を流して、磁界を管路５１内の被測定流体に印加し、ファラディーの電磁誘導の法則により発生する流速に比例した流量信号を一対の電極５２で検出して増幅回路５５に出力する。増幅回路５５では、両流量信号が差（ｅ１−ｅ２）を取って増幅されるため、被測定流体の正流時（ｅ１＞ｅ２）には増幅回路５５の出力が正であるとすると、逆流（ｅ１＜ｅ２）には増幅回路５５の出力は負となる。
【０００３】
従って、被測定流体が正流の場合は、正の出力をＡ／Ｄ変換器５６でデジタル変換して演算回路５７で演算処理し、また逆流の場合は、負の出力をＡ／Ｄ変換器５６でデジタル変換して演算回路５７で演算処理することになる。その演算結果は出力回路５８から出力される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の電磁流量計では、正流および逆流の被測定流体を測定可能とする場合、電極５２から得られた流量信号を増幅回路５５で増幅した出力値は正から負まで幅広い信号処理や演算処理が必要となる。負の信号処理があると、電源として正負の両方を用意する必要がある。たとえば、電源として電池を用いた場合には、通常の設置ではほとんど使用されていない負電池を正電池と同等の容量で確保しなければならないため、電池本数を減らすことができない。
【０００５】
この発明の目的は、従来のこのような問題点に鑑み、被測定流体が正流または逆流のいずれであっても、単電源で同じ信号処理および同じ演算処理が行える電磁流量計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、無励磁期間を有する励磁電流を励磁コイル９ａ・９ｂに流し、それによる磁界が管路１内を流れる被測定流体に印加され、被測定流体に発生する流速に比例した流量信号を一対の電極２ａ・２ｂを介して検出し、信号処理手段５で信号処理して流量計測する電磁流量計において、管路１内を流れる被測定流体が正流であるか逆流であるかを判定する正逆判定手段１０と、この正逆判定手段１０の判定結果が正流の場合と逆流の場合とで励磁コイル９ａ・９ｂに流れる励磁電流の向きを切り換える励磁手段１１とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
このように、管路１内を流れる被測定流体が正流である場合と逆流である場合とで、励磁コイル９ａ・９ｂに流れる励磁電流の向きを切り換えると、被測定流体に対しその流れの方向に対応した磁界が印加されるので、一対の電極２ａ・２ｂのうちの一方の電極２ａの電位が他方の電極２ｂの電位よりも常に高電位になり、被測定流体が正流または逆流のいずれの場合にも、同じ信号処理および同じ演算処理で済む。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１の発明を基本として、正逆判定手段１０が、一対の電極２ａ・２ｂを介して検出された流量信号の変化から正流であるか逆流であるかを判定することを特徴とする。
【０００９】
このような正流／逆流の判定にすると、被測定流体の正流と逆流を検知するための流れ方向検知手段を別に用意することなく、励磁コイル９ａ・９ｂに流れる励磁電流の向きをフィードバック系により自動的に切り換えることができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１の発明を基本として、管路１の軸線に対する磁束の集中性および指向性を良くして安定した流量信号の検出を行うため、一対の励磁コイル９ａ・９ｂを管路１外において対向配置し、これら励磁コイル９ａ・９ｂに励磁手段１１により励磁電流を同時に流すことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明よりも消費電流を低減するため、励磁手段１１が、一対の励磁コイル９ａ・９ｂの１個のみ独立して励磁電流を流すことができるようになっていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１の発明を基本として、コストの低減や加工の容易性や小型化を図るため、励磁コイル９ａを管路１外の片側のみに設置したことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、励磁コイル９ａを請求項５の発明のように管路１外の片側のみに設置しただけでは、磁束の集中性および指向性が悪いという不利があるので、これを補償して安定した流量信号の検出を行うため、１個の励磁コイル９ａのコア１２ａから管路１を挟んでその反対側までの間の管路１外で磁気回路を形成して、管路１内を通り抜ける磁束を環流させる磁気回路体１３を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明は、信号処理精度の向上を図るため、一対の電極２ａ・２ｂの一方２ｂを信号処理手段５のグランド電位と等しくしたことを特徴とするもので、上記１ないし６の発明に対して適用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１６】
図１は、この発明の後述する実施形態のいずれについても共通な構成を示す。同図において、管路１内には、一対の電極２ａ・２ｂが、管路１の軸線を挟んでそれと直交する線上に対向配置されている。これら電極２ａ・２ｂにて検出された流量信号は、増幅回路３とＡ／Ｄコンバータ４とによる信号処理手段５により信号処理、つまり増幅およびデジタル変換されてから、演算手段６にて演算され、その演算結果が出力手段７から出力される。信号処理手段５、演算手段６および出力手段７は単電源８にて動作する。
【００１７】
図２は、この発明の第１の実施形態を示す。この電磁流量計では、管路１外に一対の励磁コイル９ａ・９ｂが管路１の軸線を挟んで対向されている。また、図１に示した手段の他に、正逆判定手段１０と励磁手段１１とが備わっている。
【００１８】
一対の励磁コイル９ａ・９ｂのコア１２ａ・１２ｂは、一対の電極２ａ・２ｂを結ぶ線と直交する線上において対向しており、両励磁コイル９ａ・９ｂは、一対の電極２ａ・２ｂを結ぶ線にそれぞれ直交する方向に磁界を発生する。
【００１９】
正逆判定手段１０は、一対の電極２ａ・２ｂにて検出され、信号処理手段５にて信号処理された流量信号の変化から、管路１の被測定流体の流れが正流であるか逆流であるかを判定し、その判定結果を演算手段６および励磁手段１１に通知する。
【００２０】
励磁手段１１は、正逆判定手段１０の判定結果が正流の場合と逆流の場合とで励磁コイル９ａ・９ｂに流れる励磁電流の向きを切り換える。
【００２１】
図２に示した電磁流量計において、管路１内を紙面の表から裏方向に被測定流体が流れる場合を正流、逆に紙面の裏から表方向に被測定流体が流れる場合を逆流とする。いま、正流の場合に、励磁コイル９ａ・９ｂに励磁手段１１から無励磁期間を有する励磁電流が同時に供給され、コア１２ａからコア１２ｂの方向に磁束が流れる磁界が被測定流体に印加されたとすると、ファラディーの電磁誘導の法則により電極２ａ・２ｂに被測定流体の流速に比例した流量信号電圧が発生する。この場合、電極２ａの電位の方が電極２ｂの電位よりも高電位となる。
【００２２】
また、管路１内の被測定流体の流れが正流から逆流に変化し、そのことが正逆判定手段１０にて判定されると、励磁手段１１は、励磁コイル９ａ・９ｂに流れる電流を正流時とは逆方向に切り換える。したがって、この場合には、コア１２ｂからコア１２ａの方向に磁束が流れる磁界が被測定流体に印加され、ファラディーの電磁誘導の法則により電極２ａ・２ｂ間に被測定流体の流速に比例した流量信号電圧が発生する。この場合も、電極２ａの電位の方が電極２ｂの電位よりも高電位となる。
【００２３】
このように、管路１内の被測定流体の流れが正流または逆流のいずれの場合も、電極２ａ・２ｂ間に発生する流量信号電圧は、電極２ａの電位の方が電極２ｂの電位よりも高電位となるため、両電極２ａ・２ｂで検出された流量信号を信号処理する信号処理手段５および演算する演算手段６は、正負両方の信号を処理する必要はなく、正の信号だけの処理で済む単一の構成で良いので、正電源のみの単電源で動作させることができる。
【００２４】
図３は管路１の片側のみに励磁コイル９ａを設置し、この１個の励磁コイル９ａに流れる電流を、被測定流体の正流時と逆流時とで図２の例の場合と同様に切り換える実施形態を示す。このようにしても、電極２ａ・２ｂ間に発生する流量信号電圧は、正流または逆流のいずれの場合も、電極２ａの電位の方が電極２ｂの電位よりも高電位となる。
【００２５】
図３のように、管路１の片側のみに励磁コイル９ａを設置すると、構成は簡素になるが、コア１２ａからの磁束が発散して磁束の集中性および指向性が悪いという不利がある。これを補償するため、図４の実施形態は、励磁コイル９ａのコア１２ａから管路１を挟んでその反対側までの間の管路１外で磁気回路を形成して、管路１内を通り抜ける磁束を環流させる磁気回路体１３を設けている。この磁気回路体１３は、管路１の回りを巡るように設置され、管路１とは反対側のコア１２ａの端面でコア１２ａと磁気的に接続されているとともに、コア１２ａと管路１を挟んで対向する反対側に突出部１４を設けている。
【００２６】
いま、図４において、管路１内の被測定流体の流れが正流であるとき、励磁コイル９ａに励磁電流が流れ、磁界がコア１２ａから突出部１４の方向に発生したとすると、管路１を横切った磁束は、突出部１４から磁気回路体１３を通って実線の矢印方向に循環する。管路１内の磁束は、図３の場合ではコア１２ａから離れると発散してしまうが、コア１２ａと対向する反対側に突出部１４があると、これに磁束が収束するため、図３の場合と比べ安定した流量信号電圧が検出できる。
【００２７】
図４において、管路１内の被測定流体の流れが逆流であるとき、励磁コイル９ａに正流時とは逆方向に励磁電流が流れ、磁界が突出部１４からコア１２ａの方向に発生すると、管路１を横切った磁束は、磁気回路体１３を点線の矢印方向に通って循環する。
【００２８】
したがって、電極２ａ・２ｂ間に発生する流量信号電圧は、正流または逆流のいずれの場合も、電極２ａの電位の方が電極２ｂの電位よりも高電位となるので、図２の場合と同様に、信号処理手段５および演算手段６は、正負両方の信号を処理する必要はなく、正の信号だけの処理で済む単一の構成で良いので、正電源のみの単電源で動作させることができる。
【００２９】
図５は、一対の電極２ａ・２ｂの一方２ｂを信号処理手段５のグランド電位と等しくし、図１の場合と同様に動作させる例である。このようにすると、常に低電位となる電極２ｂが信号処理手段５の基準値と同電位となるので、信号処理が容易になるとともに、その精度も向上する。なお、一対の励磁コイル９ａ・９ｂの１個のみ独立して励磁電流を流すと、消費電流を低減できる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、管路内を流れる被測定流体が正流である場合と逆流である場合とで、励磁コイルに流れる励磁電流の向きを切り換え、被測定流体に対しその流れの方向に対応した磁界が印加されるようにしたので、一対の電極のうちの一方の電極から電位が、正流または逆流のいずれの場合も、他方の電極の電位よりも高電位になり、被測定流体が正流または逆流のいずれの場合にも、同じ信号処理および同じ演算処理で済み、単電源の信号処理で動作させることができる。
【００３１】
請求項２に係る発明によれば、一対の電極を介して検出された流量信号の変化から正流であるか逆流であるかを判定するので、請求項１に係る発明による効果に加え、被測定流体の正流と逆流を検知するための流れ方向検知手段を別に用意することなく、励磁コイルに流れる励磁電流の向きをフィードバック系により自動的に切り換えることができる、という効果がある。
【００３２】
請求項３に係る発明によれば、一対の励磁コイルを管路外において対向配置し、これら励磁コイルに励磁手段により励磁電流を同時に流すので、請求項１に係る発明による効果に加え、管路の軸線に対する磁束の集中性および指向性を良くして安定した流量信号が検出できる、という効果がある。
【００３３】
請求項４に係る発明によれば、一対の励磁コイルの１個のみ独立して励磁電流を流すので、請求項１に係る発明による効果に加え、消費電流を低減できる、という効果がある。
【００３４】
請求項５に係る発明によれば、励磁コイルを管路外の片側のみに設置したので、請求項１に係る発明による効果に加え、コストの低減や加工の容易性や小型化が図れる、という効果がある。
【００３５】
請求項６に係る発明によれば、１個の励磁コイルのコアから管路を挟んでその反対側までの間の管路外で磁気回路を形成して、管路内を通り抜ける磁束を環流させる磁気回路体を設けたので、請求項５の発明のように管路外の片側のみに設置しただけでは、磁束の集中性および指向性が悪いという不利があるが、これを補償して安定した流量信号が検出できる、という効果がある。
【００３６】
請求項７に係る発明によれば、一対の電極の一方を信号処理手段のグランド電位と等しくしたので、請求項１に係る発明による効果に加え、信号処理が容易になるとともに、その精度が向上する、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のいずれの実施形態にも共通な構成を示すブロック図である。
【図２】一対の励磁コイルを用いたこの発明の実施形態を示すブロック図である。
【図３】１個の励磁コイルを用いたこの発明の実施形態の要部の概要構成図である。
【図４】磁気回路体を用いたこの発明の実施形態の要部の概要構成図である。
【図５】一対の電極の一方を信号処理手段のグランド電位と等しくした、この発明の実施形態の要部の概要構成図である。
【図６】従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 管路
２ａ・２ｂ 電極
３ 増幅回路
４ Ａ／Ｄコンバータ
５ 信号処理手段
６ 演算手段
７ 出力手段
８ 単電源
９ａ・９ｂ 励磁コイル
１０ 正逆判定手段
１１ 励磁手段
１２ａ・１２ｂ コア
１３ 磁気回路体
１４ 突出部

Claims (7)

1. 無励磁期間を有する励磁電流を励磁コイルに流し、それによる磁界が管路内を流れる被測定流体に印加され、その被測定流体に発生する流速に比例した流量信号を一対の電極を介して検出し、信号処理手段で信号処理して流量計測する電磁流量計において、前記管路内を流れる被測定流体が正流であるか逆流であるかを判定する正逆判定手段と、この正逆判定手段の判定結果が正流の場合と逆流の場合とで前記励磁コイルに流れる励磁電流の向きを切り換える励磁手段とを備えたことを特徴とする、電磁流量計。
2. 前記正逆判定手段は、前記一対の電極を介して検出された流量信号の変化から正流であるか逆流であるかを判定することを特徴とする、請求項１に記載の電磁流量計。
3. 一対の励磁コイルを管路外において対向配置し、前記励磁手段はこれら励磁コイルに励磁電流を同時に流すことを特徴とする、請求項１、または２に記載の電磁流量計。
4. 一対の励磁コイルを管路外において対向配置し、前記励磁手段は、これら一対の励磁コイルの１個のみ独立して励磁電流を流すことができることを特徴とする、請求項１、または２に記載の電磁流量計。
5. 励磁コイルを管路外の片側のみに設置したことを特徴とする、請求項１、または２に記載の電磁流量計。
6. 前記励磁コイルのコアから管路を挟んでその反対側までの間の管路外で磁気回路を形成して、管路内を通り抜ける磁束を環流させる磁気回路体を設けたことを特徴とする、請求項５に記載の電磁流量計。
7. 一対の電極の一方を信号処理手段のグランド電位と等しくしたことを特徴とする、請求項１、２、３、４、５、または６に記載の電磁流量計。

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