JP4886754B2

JP4886754B2 - 電磁流量計及び絶縁抵抗計測方法

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Publication number: JP4886754B2
Application number: JP2008257169A
Authority: JP
Inventors: 宏昌田中
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2028-10-02
Also published as: JP2010085349A

Description

本発明は、電磁流量計及び絶縁抵抗計測方法に関し、検出器の絶縁抵抗の劣化具合を事前に知るために、検出器内の絶縁抵抗を計測する機能を備えた電磁流量計及び絶縁抵抗計測方法に関する。

電磁流量計は、磁界の中を被測定流体が流れるときに発生する信号起電力が流速に比例するというファラデーの法則を応用したもので、被測定流体に発生する信号起電力を、測定管内に設けた一対以上の電極で検出し、流量に演算して統一信号（ＤＣ４〜２０ｍＡ）やパルス信号に変換するようにしたものである。この電磁流量計によれば、被測定流体が導電性の液体である場合に、液体の温度，圧力，密度，粘度，導電率等の影響を受けずに体積流量を測定することができる。

図３は、従来の電磁流量計の回路構成を示す図で、図中、１００は電磁流量計を示す。電磁流量計１００は、大きく分けて、所定の磁界を発生させて、被測定流体に発生する流量に比例した信号起電力を検出する検出部１０１と、検出部１０１からの信号起電力を信号処理して被測定流体の流量を算出し、出力信号に変換出力する変換部１０４と、変換部１０４から変換出力された出力信号をＡ／Ｄ変換して計測結果を表示部（図示せず）に表示させるＣＰＵ１０７とから構成される。

検出部１０１は、測定管内の被測定流体に接液される第１電極１０１ａと、第１電極１０１ａに接続された信号ラインを収納する同軸状の第１ドライブシールドケーブル１０２ａと、測定管内の被測定流体に接液される第２電極１０１ｂと、第２電極１０１ｂに接続された信号ラインを収納する同軸状の第２ドライブシールドケーブル１０２ｂとを備える。これらの第１電極１０１ａと第２電極１０１ｂとは、一対で構成され、測定管を挟んで対向するように配置される。

変換部１０４は、検出部１０１で検出された信号起電力を差動増幅する差動増幅部１０５と、差動増幅部１０５とドライブシールドケーブル１０２（第１ドライブシールドケーブル１０２ａ，第２ドライブシールドケーブル１０２ｂ）との間に設けられドライブシールドケーブル１０２を所定の電位に維持するためのシールドドライブ部１０６とを備える。なお、シールドドライブ部１０６と第１ドライブシールドケーブル１０２ａとは接続線１０３ａにより接続され、同様に、シールドドライブ部１０６と第２ドライブシールドケーブル１０２ｂとは接続線１０３ｂにより接続される。

図４は、図３に示した差動増幅部１０５の等価回路を示す図である。図中、Ｉ_１は電流、Ｅ_１は第１電極１０１ａの電位、Ｅ_２は第２電極１０１ｂの電位、ＶＡはＡ点の電位、ＶＢはＢ点の電位、Ｒは抵抗、Ｋ_１，Ｋ_２は係数、Ｖ_０は出力電圧を示す。

図４に示す等価回路において、
Ｉ_１＝（Ｅ_１−Ｅ_２）／Ｋ_１・Ｒであるため、
ＶＡとＶＢは以下の式により求めることができる。
ＶＡ＝Ｅ_１＋ＲＩ_１＝（１＋１／Ｋ_１）Ｅ_１−Ｅ_２／Ｋ_１ …式（１）
ＶＢ＝Ｅ_２−ＲＩ_１＝（１−１／Ｋ_１）Ｅ_２−Ｅ_１／Ｋ_１ …式（２）

また、Ｖ_０＝Ｋ_２（ＶＢ−ＶＡ）であるため、
Ｖ_０＝Ｋ_２（１＋２／Ｋ_１）（Ｅ_２−Ｅ_１） …式（３）
と表すことができる。

実際の回路において、Ｋ_１＝０.９５，Ｋ_２＝２.６１とすると、
Ｖ_０≒８×（Ｅ_２−Ｅ_１） …式（４）
となる。
上記式（４）により、検出部１０１で検出された信号起電力は差動増幅されて出力される。

このような電磁流量計の場合、流体の流量検出中に、電極の隙間等から検出部内部に流体が侵入すると、導電性の流体により金属製電極キャップと電極とが短絡してしまい、絶縁抵抗が低下し、検出部から変換部へ正しい信号起電力を送信できなくなるという問題があった。

上記のような絶縁抵抗の劣化問題に対して、例えば、特許文献１には、絶縁抵抗をオンライン、すなわち、流体の流量計測中に絶縁抵抗を測定する技術が記載されている。この特許文献１に記載の技術によれば、帰還抵抗の電圧値を検知して絶縁抵抗を算出するための帰還電流検出手段と、電極とドライブシールド電極との間に侵入した流体を蓄える箇所とを備え、その箇所に流体を溜めて、電極とドライブシールド電極との間のインピーダンスを低下させ、帰還電流を大きくすることにより、電極部の絶縁抵抗の換算を行い易くしている。
特開２００３−２８６８３号公報

ここで、上記のような絶縁抵抗の計測を行なう場合、電極とグランド間の絶縁抵抗を計測することが最も望ましいが、流量計測中は電極が接液しているため、電極とグランド間の絶縁抵抗を計測することは難しいという問題がある。
また、上記特許文献１に記載の技術では、流量計測中（オンライン中）に、検出部に発生した異常を帰還電流（絶縁抵抗）の大きさにより検知しているが、この絶縁抵抗の計測を所望のタイミングで行えないため、例えば、定期的に絶縁抵抗を確認するといった場合に対応することができない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、電極が接液した状態であっても、絶縁抵抗を計測可能とすると共に、流量計測と絶縁抵抗計測とを所望のタイミングで切り替えることができる電磁流量計及び絶縁抵抗計測方法を提供すること、を目的とする。

上記課題を解決するために、第１の技術手段は、所定の磁界を発生させて、被測定流体に発生する流量に比例した信号起電力を検出する検出部と、該検出した信号起電力を信号処理して前記被測定流体の流量を算出し、出力信号に変換する変換部とを備えた電磁流量計であって、前記検出部は、前記被測定流体に接液された少なくとも一対の電極と、該電極と接続された信号ラインと、該信号ラインの外側に同軸状に設けられたドライブシールドラインとを備え、前記変換部は、前記検出部で検出された信号起電力を差動増幅する差動増幅部と、該差動増幅部と前記ドライブシールドラインとの間に設けられ該ドライブシールドラインを所定の電位に維持するためのシールドドライブ部と、前記ドライブシールドラインとグランドとの間の絶縁抵抗を計測する抵抗計測部と、前記ドライブシールドラインを前記シールドドライブ部あるいは前記抵抗計測部に切り替えて接続するスイッチ部とを備えていることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、各種情報を表示する表示部を備え、前記表示部は、前記抵抗計測部により計測された絶縁抵抗の計測結果を表示することを特徴としたものである。

第３の技術手段は、被測定流体に接液された少なくとも一対の電極と、該電極と接続された信号ラインと、該信号ラインの外側に同軸状に設けられたドライブシールドラインと、前記電極で検出された信号起電力を差動増幅する差動増幅部と、該差動増幅部と前記ドライブシールドラインとの間に設けられ該ドライブシールドラインを所定の電位に維持するためのシールドドライブ部と、前記ドライブシールドラインとグランドとの間の絶縁抵抗を計測する抵抗計測部と、前記ドライブシールドラインを前記シールドドライブ部あるいは前記抵抗計測部に切り替えて接続するスイッチ部とを備えた電磁流量計による絶縁抵抗計測方法であって、前記スイッチ部が前記シールドドライブ部から前記抵抗計測部に切り替えた場合、該切り替える直前の前記被測定流体の流量計測値を保持すると共に、前記抵抗計測部により絶縁抵抗を計測し、前記スイッチ部が前記抵抗計測部から前記シールドドライブ部に切り替えた場合、前記保持した流量計測値に基づいて前記被測定流体の流量計測を再開することを特徴としたものである。

本発明によれば、電極が接液した状態であっても、ドライブシールドラインとグランド間の絶縁抵抗を計測することにより適切な抵抗計測を可能とすると共に、スイッチにより流量計測と絶縁抵抗計測とを所望のタイミングで切り替えることができるため、例えば、定期的に絶縁抵抗を確認するといった場合に対応することができる。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る電磁流量計及び該電磁流量計による絶縁抵抗計測方法の好適な実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る電磁流量計の回路構成例を示す図で、図中、１は電磁流量計を示す。電磁流量計１は、大きく分けて、検出部２，変換部３，ＣＰＵ８，及び表示部９を備える。前述の図３で説明したように、検出部２は、所定の磁界を発生させて、被測定流体に発生する流量に比例した信号起電力を検出する。変換部３は、検出部２からの信号起電力を信号処理して被測定流体の流量を算出し、出力信号に変換出力する。また、電磁流量計１は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ８１を備えており、変換部３から変換出力された出力信号はＡ／Ｄコンバータ８１でＡ／Ｄ変換されＣＰＵ８に入力される。ＣＰＵ８はＡ／Ｄ変換された出力信号に基づく計測結果を表示部９に表示させる。

検出部２は、測定管内の被測定流体に接液される第１電極部２１ａと、同軸状の第１ドライブシールドケーブル２２ａと、測定管内の被測定流体に接液される第２電極部２１ｂと、同軸状の第２ドライブシールドケーブル２２ｂとを備える。これらの第１電極部２１ａと第２電極部２１ｂとは、一対で構成され、測定管を挟んで対向するように配置される。

第１ドライブシールドケーブル２２ａは、同軸状の信号線であり、中心導体（信号ライン２２１ａ）と、外側導体（ドライブシールドライン２２２ａ）とから構成され、信号ライン２２１ａとドライブシールドライン２２２ａの中間には絶縁層が設けられる。なお、第２ドライブシールドケーブル２２ｂは、第１ドライブシールドケーブル２２ａと同様の構成を備えるものとする。

なお、以下の説明では、第１電極部２１ａと第２電極部２１ｂを電極部２１、第１ドライブシールドケーブル２２ａと第２ドライブシールドケーブル２２ａをドライブシールドケーブル２２、信号ライン２２１ａ，２２１ｂを信号ライン２２１、ドライブシールドライン２２２ａ，２２２ｂをドライブシールドライン２２２で代表するものとする。

変換部３は、検出部２で検出された信号起電力を差動増幅する差動増幅部４と、差動増幅部４とドライブシールドライン２２２との間に設けられドライブシールドライン２２２を所定の電位に維持するためのシールドドライブ部５と、ドライブシールドライン２２２とグランドとの間の絶縁抵抗を計測する抵抗計測部６と、ドライブシールドライン２２２をシールドドライブ部５あるいは抵抗計測部６に切り替えて接続するスイッチ部７（スイッチ部７ａ，７ｂ）とを備えている。

検出部２の信号ライン２２１及びドライブシールドライン２２２は、後述の図２に示すように、検出部２の信号起電力を検出する電極部２１に接続され、ドライブシールドライン２２２は、変換部３のスイッチ部７に接続線２２３を介して接続される。スイッチ部７は、ドライブシールドライン２２２からの接続線２２３をシールドドライブ部５あるいは抵抗計測部６に切り替えて接続するためのスイッチ手段である。スイッチ部７が抵抗計測部６に切り替わると、ドライブシールドライン２２２とグランド間の絶縁抵抗の計測を行う。一方、スイッチ部７がシールドドライブ部５に切り替わると、被測定流体の流量計測を行う。

このように構成することにより、電極が接液した状態であっても、ドライブシールドラインとグランド間の絶縁抵抗を計測することにより、適切な抵抗計測を行うことができる。

ここで、電磁流量計１による絶縁抵抗計測方法の一例について以下に説明する。
スイッチ部７がシールドドライブ部５から抵抗計測部６に切り替えた場合、切り替える直前の被測定流体の流量計測値を図示しないメモリに保持すると共に、抵抗計測部６により絶縁抵抗を計測する。そして、スイッチ部７が抵抗計測部６からシールドドライブ部５に再び切り替えた場合、メモリに保持した流量計測値に基づいて被測定流体の流量計測を再開する。抵抗計測部６での抵抗計測に要する時間は非常に短いため、流量計測に影響を与えずに行うことができる。

表示部９は、ＣＰＵ８からの指示に従って、抵抗計測部６により計測された絶縁抵抗の計測結果を表示する。この計測結果をユーザに通知する方法としては、単に抵抗計測値を表示する以外にも種々考えられ、例えば、絶縁抵抗が所定値よりも小さく劣化が確認される場合には、電極部の交換あるいはメンテナンスを行うように促す情報（警告コードなど）を表示するようにしてもよい。

スイッチ部７の切り替えは、所定のタイミングで自動的に行うようにしてもよく、あるいは、ユーザ操作により任意のタイミングで行うようにしてもよい。なお、スイッチ部７を自動的に切り替える場合、表示部９に表示させる絶縁抵抗の計測結果をユーザが見ていないことがあるため、図示しないメモリに計測結果を記憶しておくことで、ユーザは後から絶縁抵抗の変化の具合を知ることができる。

図２は、本発明の電磁流量計に係る測定管及び電極部を部分的に拡大した図である。図中、２３は測定管、２４はライニングを示す。電極部２１は、第１絶縁板２１１、第２絶縁板２１２、平バネ座金２１３、電極２１４、ナット２１５、ラグ端子２１６、平座金２１７、電極座金２１８、シールディングパイプ２１９から構成される。

測定管２３は、被測定流体が流される検出部２の管部であり、内面は通常電気的に絶縁されている。ライニング２４は、例えば、テフロン（登録商標）やウレタンなどの材質で構成され、検出部２において被測定流体と直接接する測定管２３の内面を被覆するための比較的厚い絶縁性皮膜またはパイプである。

ドライブシールドケーブル２２の信号ライン２２１はラグ端子２１６により電極２１４と接続され、ドライブシールドライン２２２は銅製のシールディングパイプ２１９に接続される。このシールディングパイプ２１９は、第１絶縁板２１１上に配置され、電極２１４とは電気的に絶縁されている。

このような構成において、電極部２１への流体の侵入のない正常状態では、シールディングパイプ２１９が電気的に絶縁されているため、この部分の絶縁抵抗は無限大となるが、電極部２１へ流体が侵入した異常状態では、シールディングパイプ２１９が電気的に導通されてしまい、この部分の絶縁抵抗は小さくなる。シールディングパイプ２１９と接続されるドライブシールドライン２２２は、絶縁抵抗の計測時に所定の電位（Ｖ＝Ｉ_１Ｒ）に維持されているため、絶縁抵抗の変化によりドライブシールドライン２２２を流れる電流が変化することになる。このため、このドライブシールドライン２２２を流れる電流を計測することで絶縁抵抗を求めることができる。

また、スイッチ部７を抵抗計測部６に切り替えて、ドライブシールドライン２２２とグランド間の絶縁抵抗を測定する場合に、ドライブシールドライン２２２は所定の電位に維持されているため、絶縁抵抗計測中でもシールド効果は維持されることになる。

また、スイッチ部７を切り替えて、絶縁抵抗を任意のタイミングで計測することができるため、ユーザは所望のタイミングで検出部２の劣化具合いを確認することができ、定期的な診断に対応することができる。

本発明に係る電磁流量計の回路構成例を示す図である。本発明の電磁流量計に係る測定管及び電極を部分的に拡大した図である。従来の電磁流量計の回路構成を示す図である。図３に示した差動増幅部の等価回路を示す図である。

符号の説明

１…電磁流量計、２…検出部、３…変換部、４…差動増幅部、５…シールドドライブ部、６…抵抗計測部、７…スイッチ部、８…ＣＰＵ、８１…Ａ／Ｄコンバータ、９…表示部、２１…電極部、２２…ドライブシールドケーブル、２３…測定管、２４…ライニング、２１１…第１絶縁板、２１２…第２絶縁板、２１３…平バネ座金、２１４…電極、２１５…ナット、２１６…ラグ端子、２１７…平座金、２１８…電極座金、２１９…シールディングパイプ、２２１…信号ライン、２２２…ドライブシールドライン、２２３…接続線。

Claims

所定の磁界を発生させて、被測定流体に発生する流量に比例した信号起電力を検出する検出部と、該検出した信号起電力を信号処理して前記被測定流体の流量を算出し、出力信号に変換する変換部とを備えた電磁流量計であって、
前記検出部は、前記被測定流体に接液された少なくとも一対の電極と、該電極と接続された信号ラインと、該信号ラインの外側に同軸状に設けられたドライブシールドラインとを備え、
前記変換部は、前記検出部で検出された信号起電力を差動増幅する差動増幅部と、該差動増幅部と前記ドライブシールドラインとの間に設けられ該ドライブシールドラインを所定の電位に維持するためのシールドドライブ部と、前記ドライブシールドラインとグランドとの間の絶縁抵抗を計測する抵抗計測部と、前記ドライブシールドラインを前記シールドドライブ部あるいは前記抵抗計測部に切り替えて接続するスイッチ部とを備えていることを特徴とする電磁流量計。
請求項１に記載の電磁流量計において、各種情報を表示する表示部を備え、
前記表示部は、前記抵抗計測部により計測された絶縁抵抗の計測結果を表示することを特徴とする電磁流量計。
被測定流体に接液された少なくとも一対の電極と、該電極と接続された信号ラインと、該信号ラインの外側に同軸状に設けられたドライブシールドラインと、前記電極で検出された信号起電力を差動増幅する差動増幅部と、該差動増幅部と前記ドライブシールドラインとの間に設けられ該ドライブシールドラインを所定の電位に維持するためのシールドドライブ部と、前記ドライブシールドラインとグランドとの間の絶縁抵抗を計測する抵抗計測部と、前記ドライブシールドラインを前記シールドドライブ部あるいは前記抵抗計測部に切り替えて接続するスイッチ部とを備えた電磁流量計による絶縁抵抗計測方法であって、
前記スイッチ部が前記シールドドライブ部から前記抵抗計測部に切り替えた場合、該切り替える直前の前記被測定流体の流量計測値を保持すると共に、前記抵抗計測部により絶縁抵抗を計測し、
前記スイッチ部が前記抵抗計測部から前記シールドドライブ部に切り替えた場合、前記保持した流量計測値に基づいて前記被測定流体の流量計測を再開することを特徴とする絶縁抵抗計測方法。