JP4591015B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

本発明は、電磁流量計の検出器の測定管に係り、特に強度および高信号レベルを確保できる測定管の構造に関するものである。

電磁流量計の検出器の測定管構造に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開平４−２９５７２２号公報

図３は特許文献１に記載の測定管の構造図である。同図（ａ）は流路に直角の方向から見た側面図、同図（ｂ）は流路に直交する方向の断面図である。
図において、測定管１は、流路の入口２と出口３では断面形状が円形で、その中間部の絞られた部分４においては長方形となるように形成されている。そして断面積が、入口２から中間部の部分４まで漸減し、部分４から出口３まで漸増するように形成されている。しかも、同図（ｂ）に示すように長方形断面の対角線の長さＥが、入口２と出口３の直径Ｄよりも小さくなっている。

測定電極１１と１２は長方形断面の部分４の短辺側に、励磁コイル１７と１８、コア１５と１６およびヨーク１３と１４は長方形断面の部分４の長辺側に、それぞれ対向配置されている。

このような構成においては、励磁コイル１７と１８を駆動してヨーク１３と１４より長方形断面の部分４に平行磁界を発生させ、測定管１内を流れる測定流体ＦＬ内に起電力を誘起する。この起電力は測定電極１１と１２で検出され、その検出信号から測定流体の流量を求めることができる。

しかし、このような測定管では、図３（ｂ）に示すように長方形断面の対角線の長さＥが入口２と３の直径Ｄよりも短くなっているため圧損が大きいという問題があった。
これを解決するために、本願出願人は圧損が少なく、かつ少ない電力で大きな信号を得ることのできる電磁流量計（特願２００３−２８５７７２号）を提案している。この電磁流量計の測定管は、図４に示すような構造である。同図（ａ）は流路に直角の方向から見た側面図、同図（ｂ）はその平面図である。

図４に示す電磁流量計では、測定管２１の断面が流路全体にわたって等断面積となっており、かつ測定電極断面部では励磁コイル１７と１８の軸方向の長さに対して測定電極１１と１２の軸方向の長さが長くなっている。
そして、図５に示すように、測定管２１のすべての断面（空洞部の断面）が円形あるいは楕円形である。詳述すれば、入口２と出口３の部分は円形（直径ａ）であり、測定電極１１と１２の部分の断面は楕円形（長軸ｃ、短軸ｂ）である。
このような構成によれば、励磁コイル間の距離が短いため、磁気損失で最も大きい空隙部の損失を小さくすることができ、少ない電力で大きな信号を得ることができる。

しかしながら、図３、図４のいずれの構造とも、強度母材となる測定管の形状が矩形ないし楕円であるため、応力が均等に加わらず、通常電磁流量計で実施される真円の測定管の肉厚よりも大きな肉厚になるという課題があった。

本発明の目的は、このような課題を解決するもので、測定管を真円形状として薄い肉厚でも強度が確保できるようにすると共に、流路方向にわたってライニングの内径の断面（以下内径断面という）が等断面積となるようにして圧損を小さくし、かつ測定電極部分ではライニングの内径を楕円形とし、その楕円の長軸方向が測定電極の軸方向と一致するようにして高信号レベルを確保できるようにした電磁流量計を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
測定流体が流れる測定管と、この測定管にそれぞれ対向配置される励磁コイルおよび測定電極を有する電磁流量計であって、
前記測定管は真円形状で入口から出口まで同一外直径で同一肉厚を有する単直管に形成されると共に、内面にライニングが形成され、
このライニングは、その内径断面が入口および出口では円形であり、入口と出口の中間部分では楕円形であり、かつ入口から出口まで等断面積である流路を有し、前記中間部分において楕円の長軸方向に前記測定電極がそれぞれ配置され、
前記励磁コイルは、前記楕円の短軸方向にそれぞれ配置され、
前記ライニングの前記励磁コイルにより発生する磁界が通過する箇所であってライニングの厚さが厚くなり剥離しやすい部分に多孔性プレートからなる磁性部材が埋設されるように構成された
ことを特徴とする電磁流量計。

このような構成によれば、測定管の強度が確保されると共に、圧損が少なく、また測定電極間を長くしたことにより容易に高信号レベルを確保することができる。

また、測定管としては、請求項２のように、非磁性材よりなる鋳造の測定管、また、請求項３のように非磁性のステンレス材、あるいはまた請求項４のように非磁性の樹脂より形成された測定管を用いることができる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）強度母材の測定管を真円形状とすることにより強度が確保でき、したがって測定管の肉厚を極力薄くすることができる。
（２）ライニングの内径断面を流路全体にわたって等断面積としているため、圧損を小さくすることができる。
（３）ライニングの測定電極部分では、測定電極の軸方向と楕円の長軸方向を一致させているため、容易に大きな信号を得ることができる。
（４）ライニングの磁界が通過する箇所に磁性部材を埋設することにより、磁気抵抗を小さくし、磁気損失を小さくすることができる。

以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る電磁流量計の一実施例を示す要部構成図であり、同図（ａ）は流路に直角の方向から見た側面図、同図（ｂ）は測定電極配置部の流路に直交する方向の断面図［図（ａ）のＡ−Ａ’断面）］である。なお、図３および図４と同等部分には同一符号を付してある。

図において、強度母材となる測定管３１はその形状が真円である。真円とすることにより、応力は均等に伝わる。これにより、局部に応力が集中せず、測定管の肉厚を最小にすることができる。

３２は測定管３１の内面に構成されるライニングである。そのライニングの内径断面は、入口および出口部分では円形（図では鎖線Ｂで示す）、中間部の測定電極部分では楕円形となるように漸次変形してある。しかも、入口から出口までのすべての箇所において内径断面の断面積が等しくなる（等断面積となる）ように形成してある。
そして、楕円の長軸方向が測定電極１１，１２の軸方向に一致し、楕円の短軸方向が励磁コイル１７，１８およびコア１５，１６の軸方向に一致するように形成してある。

一般に、電磁流量計の信号起電力Ｅは、中心磁束密度をＢ、流速をｖ、測定電極部の内径をＤ、幾何学的な補正係数をｋとしたとき、
Ｅ＝ｋ・Ｂ・ｖ・Ｄ
と表すことができる。
本発明では、図示のように、測定電極間の内径Ｄを入口や出口の内径ｄよりも大きくしてあるため、一様な内径ｄの測定管でなるような電磁流量計の場合よりも、より大きな信号起電力Ｅを得ることができる。

図２は本発明に係る電磁流量計の他の実施例を示す要部構成図であり、同図（ａ）は流路に直角の方向から見た側面図、同図（ｂ）は測定電極配置部の流路に直交する方向の断面図［図（ａ）のＡ−Ａ’断面）］である。図１との差異について説明する。

図２では、図１の構成に加え、ライニング３２の中に磁性部材５１，５２を埋設してある。磁性部材５１，５２は、励磁コイル１７，１８により発生する磁界が通過する箇所に設けている。磁性部材５１，５２は透磁率が高いため、磁気抵抗は小さくなり、図１の構成よりさらに磁気損失を小さくすることができる。

磁性部材５１，５２の形状は、プレート状であっても、ブロック状であっても、それらの組み合わせであってもよい。形状を多孔性のプレートとすると、ライニング３２がその多数の孔に入り込み、多孔性プレートと一体となることにより補強され、剥離を防止することができる。
磁性部材５１，５２は、例えば珪素鋼、磁性ステンレス、鉄、パーマロイ等が用いられる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
例えば、測定管は、非磁性材で鋳造したものでもよい。または、非磁性のステンレス材、あるいは非磁性材の樹脂、例えばポリプロピレンやＡＢＳ樹脂などで形成したものでもよい。

本発明に係る電磁流量計の一実施例を示す要部構成図である。 本発明に係る電磁流量計の他の実施例を示す要部構成図である。 従来の電磁流量計の一例を示す要部構成図である。 他の電磁流量計の一例を示す要部構成図である。 図４の構造についての説明図である。

符号の説明

２ 入口
３ 出口
１１，１２ 測定電極
１５，１６ コア
１７，１８ 励磁コイル
３１ 測定管
３２ ライニング
５１，５２ 磁性部材

Claims (4)

1. 測定流体が流れる測定管と、この測定管にそれぞれ対向配置される励磁コイルおよび測定電極を有する電磁流量計であって、
   前記測定管は真円形状で入口から出口まで同一外直径で同一肉厚を有する単直管に形成されると共に、内面にライニングが形成され、
   このライニングは、その内径断面が入口および出口では円形であり、入口と出口の中間部分では楕円形であり、かつ入口から出口まで等断面積である流路を有し、前記中間部分において楕円の長軸方向に前記測定電極がそれぞれ配置され、
   前記励磁コイルは、前記楕円の短軸方向にそれぞれ配置され、
   前記ライニングの前記励磁コイルにより発生する磁界が通過する箇所であってライニングの厚さが厚くなり剥離しやすい部分に多孔性プレートからなる磁性部材が埋設されるように構成された
   ことを特徴とする電磁流量計。
2. 前記測定管として、非磁性材よりなる鋳造の測定管を用いたことを特徴とする請求項１記載の電磁流量計。
3. 前記測定管として、非磁性のステンレス材より形成された測定管を用いたことを特徴とする請求項１記載の電磁流量計。
4. 前記測定管として、非磁性の樹脂より形成された測定管を用いたことを特徴とする請求項１記載の電磁流量計。

Images