JP5422739B2 - 磁気誘導式流量計 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の磁気誘導式流量計に関するものである。

磁気誘導式流量計は、電磁誘導のファラデーの法則に基づく測定方式を利用したものである。流体の流速を磁気誘導で測定するための最初の基礎事項は、１８３２年のマイケル ファラデーによる刊行物に記録されている。交流磁場と連動する最近の電子回路技術により、流速に比例する有用信号を妨害信号から切り離すことが可能になった。妨害信号は、信号を切り離すために利用する電極に磁場を発生させる際の電気化学的工程で発生する。従って、磁気誘導式流量計を産業で広範囲に使用することに問題はないように見える。

磁気誘導式流量計の測定原理は、磁場内で移動する電荷を切り離すことを利用している。非磁性材料から成る管（その内面は電気絶縁されている）を測定すべき導電性流体が流れる。外部からコイルを用いて磁場が供給される。導電性流体内にある電荷担体（イオンおよび他の荷電粒子）は、磁場によって偏向し、すなわち正の電荷担体が片側に偏向すると、負の電荷担体は他の側へ偏向する。磁場に対し垂直に配置される測定電極には、電荷分離により電圧が発生し、この電圧は測定器で検出される。検出した電圧の大きさは電荷担体の流速に比例しており、よって測定流体の流速に比例している。時間で積分することにより流量を検出できる。

純粋な交流電圧で発生される磁場の場合、電極に妨害電圧が誘導される問題があり、この妨害電圧を適当なフィルタで抑圧しなければならないが、この種のフィルタは高価である。それ故、通常は極性が交替するクロック制御される直流電流によって磁場を発生させる。これは安定なゼロ点を保証し、測定が液体内の多層物質と不均一性とによる影響を受けなくなる。従って、導電性が小さい場合も有用な測定信号が得られる。

測定液体が測定管を通過すると、誘導法則により、測定管内に流動方向に対し垂直に且つ磁場に対し垂直に配置されている両測定電極に電圧が印加される。この電圧は、流動プロファイルが左右対称で且つ磁場が均一であれば、平均流速に正比例している。誘導式流量測定方法は、流動からダイレクトに、その後の処理に電気的に利用可能な信号を生成させることができる。

基本的には次の式が適用される。
Ｕ＝ｋ・Ｂ・Ｄ・ｖ
Ｕは電圧、ｋは比例係数、Ｂは磁場の強さ、Ｄは管径、ｖは流速である。

磁気誘導式測定方法の１つの可能な実施態様は、特許文献１に開示されており、その開示事項全部をここに援用する。しかしながら、この文献は物理学的および電子的基礎のみを示しており、実際的な実施態様を示していない。

磁気誘導式流量計の実際的な実施態様の場合、かなりの問題を解決せねばならない。

１つは材料の問題である。測定管は、磁場を妨害しないようにするために非磁性でなければならない。また、電極を用いた電圧の取り出しを妨害しないようにするため、測定管は電気絶縁されていなければならない。さらに、流体が食品である場合、たとえば飲料水である場合には、測定管は食品に対して抵抗力のある材料から成っていなければならない。

これらの要件は、材料として食料品に対し抵抗力のあるプラスチックを使用する場合に最も満たされる。しかしながら、プラスチックは、金属に比べると、強度がかなり小さいという欠点がある。内圧に対する強度は必然的な前提である。管壁を肉厚にすることによって内圧に対する強度を達成しようとする試みがあるが、磁場が非常に弱くなってしまうので、実用的でない。

上述したように、磁場が測定チャネルを均一に貫通するという前提に立てば、測定電極での電圧は磁場の強さに比例している。前記特許文献１は、円筒形の測定チャネルを、強磁性電気鉄板から成る磁心を備えたマグネットコイルと、磁心と連結され、軟磁性電気鉄板から成る２つの磁極とから構成することを開示している。しかしながら、実際の実験から、この構成だと満足な測定結果が得られないことが明らかになった。理由は、磁力線が比較的長いことと、磁気回路が電極の周囲に配置されているために電気鉄板内部の磁気抵抗が大きいためである。

米国特許第６６２６０４８Ｂ１号明細書

本発明の課題は、前記問題を克服し、最適な測定結果を提供するような磁気誘導式流量計を提供することである。

この課題は、請求項１の構成を備えた磁気誘導式流量計によって解決される。

本発明による磁極の主要な利点は、磁力線が極面全体にわたって均一に配分されていることであり、これは磁極の背面にダブルウェブが設けられていることによって生じる。ダブルウェブのサイズを適宜選定することにより、磁力線の配分を制御することができる。同時に、押し抜き・折りたたみ・曲げ部材は完全自動方式で大量に製造することができる。

本発明の構成によれば、磁極面は三角形であり、これから得られる磁極は四角形、特に長方形である。楕円形の磁極でもよい。

ダブルウェブには他の利点がある。本発明の構成に従って電磁石の磁心が平坦に形成されていれば、少なくともその端部が平坦に形成されていれば、磁心をダブルウェブの間でクランプすることができる。このようにして、電磁石に発生した磁力線をわずかなエアギャップもなしに最適にダブルウェブの両部分に分配させることができ、ダブルウェブは磁力線を磁極の面要素へ誘導する。

電磁石の磁心の取り付けを容易にするため、ダブルウェブの端部はラッパ状に拡がっていてよい。

電磁石、磁心、磁極の操作と位置決めを可能にするため、本発明の他の構成によれば、これらの部材をクランプして固持するプラスチックホールダが設けられている。

このための有利な構成によれば、プラスチックホールダがほぼＵ字状の形状を有し、ヘッド端部に設けた安定な横ウェブと、２つの短い脚部と、これに対し平行な２つの長い脚部と、両脚部の間にあって、ダブルウェブと磁心との締め付け固定に適合している溝と、長い脚部上でのダブルウェブの位置正確なポジションを保証するサイドガイドとを備えている。

このプラスチックホールダには、マグネット部材を簡単な差し込み工程で組み立てできるという利点がある。プラスチックホールダとマグネット部材との組み合わせは簡単に確実に操作でき、最終的に磁気誘導式流量計に取り付けることができる。

他の構成によれば、長い脚部はフックに終端を有している。この構成は、磁気誘導式流量計のハウジングをこのために適宜成形すれば、利点がある。

次に、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
四角形の磁極を形成するため、電気鉄板から成る押し抜き・曲げ・折りたたみ部材を示す図である。 図１の押し抜き・曲げ・折りたたみ部材から得られる磁極を示す図である。 平坦な磁心と図１の２つの磁極とを備えた電磁石を、プラスチックホールダに締め付け固定して示した前面図である。 図３の側面図である。 マグネット部材を備えた図３のプラスチックホールダを、磁気誘導式流量計の横断面で図示したハウジングに挿着した状態で示した図である。

図１は電気鉄板から成る押し抜き・折りたたみ・曲げ部材を示している。長尺板１１’には三角形の面要素１０．１，１０．２が一体成形されている。面要素１０．１，１０．２の間には長尺板１１’に折りたたみ線１２が設けられている。長尺板１１’と面要素１０．１，１０．２との間には曲げ線１３が設けられている。

図２は、図１の押し抜き・折りたたみ・曲げ部材を線１２に沿って折り曲げ、線１３に沿って曲げることによって生じた磁極１０を示している。２つの三角形の面要素１０．１，１０．２は互いに補完しあって１つの長方形の磁極を形成している。ダブルウェブ１１の自由端はラッパ状に拡がっている。磁極面の他の形状、たとえば円形、卵形等も可能である。

この磁極１０の主要な利点は、製造が簡単であるばかりでなく、ダブルウェブ１１を通って極面へ至るまでの磁場の誘導が最適なことである。さらに、電磁石２６の磁心２７の平坦な端部（図３と図４）をダブルウェブ１１との間でクランプすることができ、その結果電磁石２６によって生じた磁場は妨害するエアギャップなしに最適に極面へ到達する。

図３は平坦な磁心２７を備えた電磁石２６を示すもので、その端部は２つの磁極１０のダブルウェブ１１の間にクランプされている。磁石部分１０，２７はプラスチックホールダ２０で締め付け固定されている。プラスチックホールダ２０はＵ字形であり、ヘッド端部に設けた安定な横ウェブ２１と、２つの短い脚部２２と、これに対し平行な長い２つの脚部２３と、両脚部２２，２３の間にあって、ダブルウェブ１１および磁心２７に対し整合している溝と、長いキャブ２３上でのダブルウェブ１１の位置正確なポジションを保証するサイドガイド２４とを備えている。

マグネットコイル２６内で発生した交流磁場は、磁心２７を介して広範囲にダブルウェブ１１へ伝達され、そしてここから磁極１０へ伝えられ、磁極により、二重矢印で示した均一な磁場が発生する。

図４は図３の装置の側面図である。ダブルウェブ１１の間にクランプされている磁心２７と、脚部２２，２３の間にクランプされているダブルウェブ１１とが見て取れる。さらに、長い脚部２３の下端には、一体成形されたフック２５も見て取れ、フック２５は磁気誘導式流量計のハウジングに設けた対向部材と対応するものである。

図５は磁石部分１０，２６，２７を取り付けた図３および図４のプラスチックホールダ２０を示すもので、磁気誘導式流量計（横断面図として図示した）のハウジングに挿着されている。磁気誘導式流量計は、長い側壁３２を備えた長方形の測定チャネル３１を有し、前記側壁３２の外面には、二重矢印で示した均一な磁場を磁心３１の内部に発生させるために磁極１０が当接している。さらに、測定チャネル３１に挿着された電極３４が見て取れる。電極３４は磁場に対し垂直に配向され、電極３４からは、測定すべき流量に比例する測定電圧を取り出すことができる。

図５は、さらに、ハウジング用の外側の補強ケージを横断面にて示している。補強ケージは、互いに平行な（ここでは垂直に配向された）２つの縦リブ４０と、これに対し垂直な２つの縦リブ４１とから成っている。両縦リブ４０，４１は横隔壁４２に終端を有し、横隔壁４２の背面には、測定流体用の供給接続部材または排出接続部材（図示せず）が設けられている。マグネットコイル２６は両電極３４のうちの一方の電極の横に、できるだけ近くに位置決めされている。これにより、マグネットコイル２６から磁心２７およびダブルウェブ１１を介して磁極面へ至る磁気経路が非常に短くなり、測定電圧をピックオフするために電極３４に自在に接近する状況が維持されている。

最後に、測定チャネル３１の壁３２と第１の縦リブ４０との間に内側の横隔壁３７が見て取れる。内側の横隔壁３７は、測定チャネル３１内部の内圧からチャネル壁３２に作用する圧力を外側のケージ４０，４１へ伝達させる。

Claims (10)

1. プラスチックから成る耐圧性ハウジングを備えた磁気誘導式流量計であって、測定ユニットを含み、該測定ユニットが、
   測定流体が流動する、横断面にて四角形の測定チャネル（３１）と、
   チャネル壁（３２）と、
   互いに対向し合うように前記チャネル壁（３２）に設けた２つの磁極（１０）と、
   交流磁場を生成させるためにマグネットコイル（２６）と磁心（２７）とを備えた電磁石と、
   互いに対向し合うように前記チャネル壁（３２）に設けた２つの測定電極（３４）と、
   を備えている前記磁気誘導式流量計において、
   前記磁極（１０）が、互いに間隔を持っている面要素（１０．１，１０．２）を一体成形した長尺板（１１’）の形態の、電気鉄板から成る押し抜き・曲げ・折りたたみ部材であり、
   前記長尺板（１１’）が折りたたみ後にダブルウェブ（１１）を形成し、
   前記面要素（１０．１，１０．２）が曲げ後に磁極面を形成し、
   前記ダブルウェブ（１１）と前記磁極面とが前記磁極（１０）を形成し、
   前記ダブルウェブ（１１）が前記磁極（１０）の背面にある、
   ことを特徴とする磁気誘導式流量計。
2. 前記マグネットコイル（２６）が前記２つの測定電極（３４）のうちの一方の測定電極の横に位置決めされ、
   前記ダブルウェブが前記磁極面に対し対角線方向に延在している、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の磁気誘導式流量計。
3. 前記面要素（１０．１，１０．２）が三角形であり、
   前記磁極面が四角形であり、
   前記ダブルウェブ（１１）が前記磁極面上に直立している、
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の磁気誘導式流量計。
4. 前記面要素が面取りされ、
   前記磁極面が楕円を形成し、
   前記ダブルウェブ（１１）が前記磁極面上に直立している、
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の磁気誘導式流量計。
5. 前記電磁石の磁心（２７）が平坦であり、前記ダブルウェブ（１１）の間にクランプされていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の磁気誘導式流量計。
6. 前記ダブルウェブ（１１）の端部がラッパ状に拡がっていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の磁気誘導式流量計。
7. 前記マグネットコイル（２６）と前記磁心（２７）と前記磁極（１０）を締め付け固持するプラスチックホールダ（２０）が設けられていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一つに記載の磁気誘導式流量計。
8. 前記プラスチックホールダ（２０）がほぼＵ字状の形状を有し、
   ヘッド端部に設けた安定な横ウェブ（２１）と、
   ２つの短い脚部（２２）と、
   これに対し平行な２つの長い脚部（２３）と、
   両脚部（２２，２３）の間にあって、前記ダブルウェブ（１１）と前記磁心（２７）との締め付け固定に適合している溝と、
   を備えていることを特徴とする、請求項７に記載の磁気誘導式流量計。
9. 前記長い脚部（２３）上での前記ダブルウェブ（１１）の位置正確なポジションを保証するサイドガイド（２４）が設けられていることを特徴とする、請求項７または８に記載の磁気誘導式流量計。
10. 前記長い脚部（２３）がフック（２５）に終端を有していることを特徴とする、請求項７，８または９に記載の磁気誘導式流量計。

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