JP5829351B1 - Wetted electromagnetic flow meter - Google Patents
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Abstract
【課題】流量分布の影響を受けることなく、大きな口径の管路に対しても良好な測定精度を得る。【解決手段】金属管11の内周には絶縁材12がライニングされており、一対の接液電極板13a、13bが絶縁材12の内周面に貼り付けられている。接液電極板13a、13bはそれぞれ、同形の2枚の金属板である表面板15と裏面板16とから成り、これらは溶接等の手段により貼り合わせにより結合されている。裏面板16の背面には、後方に突出するL字片状、鉤状の突起から成る多数の係止部17が設けられており、これらの係止部17は絶縁材12中において固定され、接液電極板13a、13bの脱落を防止している。【選択図】図7An object of the present invention is to obtain good measurement accuracy even for a pipe having a large diameter without being affected by a flow rate distribution. An insulating material is lined on an inner periphery of a metal tube, and a pair of liquid contact electrode plates is bonded to an inner peripheral surface of the insulating material. Each of the wetted electrode plates 13a and 13b includes a front plate 15 and a back plate 16 which are two metal plates having the same shape, and these are bonded together by means such as welding. On the back surface of the back plate 16, there are provided a large number of locking portions 17 made of L-shaped and hook-shaped protrusions protruding backward, and these locking portions 17 are fixed in the insulating material 12. The liquid contact electrode plates 13a and 13b are prevented from falling off. [Selection] Figure 7
Description
本発明は、測定流体の流速分布の影響を受けず、特に口径の大きな管路に好適な接液式電磁流量計に関するものである。 The present invention relates to a wetted electromagnetic flow meter that is not affected by the flow velocity distribution of a measurement fluid and that is particularly suitable for a pipe having a large diameter.
一般に、管路中に配置した流量計では、その測定精度を向上させるために、流量計の前後の配管中に直管部を十分にとることにより、流速分布が安定した状態で測定することが望まれている。 In general, in a flow meter placed in a pipeline, in order to improve the measurement accuracy, it is possible to measure in a state where the flow velocity distribution is stable by taking sufficient straight pipe parts in the piping before and after the flow meter. It is desired.
なかでも、電磁流量計は比較的に直管部が少なくて済むが、更にその改善を図るために、直管部が殆どなくとも流速分布の影響をあまり受けない容量式電磁流量計として、特許文献1が知られている。 Among them, the electromagnetic flow meter requires a relatively small number of straight pipe parts, but in order to further improve it, as a capacitive electromagnetic flow meter that is hardly affected by the flow velocity distribution even if there is almost no straight pipe part, it is patented. Document 1 is known.
特許文献1はMITのクリストファ・C・スミス氏の論文:「電磁流量計の理論的考察」における積分型電磁流量計の基本式を背景としてなされた発明である。 Patent Document 1 is an invention made in the background of the basic formula of an integral electromagnetic flow meter in MIT's Christopher C. Smith's paper: "Theoretical Consideration of an Electromagnetic Flow Meter".
この特許文献1の主たる特徴点は、「検出電極の管軸方向の電極長を、前記管路の管壁に立つ法線方向と前記管軸及び前記磁界に直交する軸とでなす角度の余弦に比例するようにした容量式電磁流量計」である。角度の余弦に比例した形状を持つ一対のリーフ形状の検出電極を、測定流体とは電気的に絶縁して管路の外周面に配置することにより、流量分布に依存せずに流量を測定することができる。 The main feature of this patent document 1 is that “the cosine of the angle formed by the normal direction standing on the tube wall of the pipe and the axis perpendicular to the tube axis and the magnetic field is the electrode length of the detection electrode in the tube axis direction. It is a capacitive electromagnetic flow meter that is proportional to A pair of leaf-shaped detection electrodes having a shape proportional to the cosine of the angle is electrically insulated from the measurement fluid and arranged on the outer peripheral surface of the pipe, thereby measuring the flow rate without depending on the flow distribution. be able to.
特許文献1の容量式電磁流量計は、図9や特許文献1の段落0056に示すように、絶縁性の円形管路の外周面に導電性材料により電極幅を余弦であるcosθとする一対の面電極2a、2bを形成し、測定流体の流量を電磁誘導により発生した誘導起電力を容量結合により検出している。
As shown in FIG. 9 and Paragraph 0056 of Patent Document 1, the capacitive electromagnetic flow meter of Patent Document 1 is a pair of electrodes having a cosine of cosine that is a cosine by an electrically conductive material on the outer peripheral surface of an insulating circular pipe. The
このように、絶縁性の円形管路の外周面に電極2a、2bを配置する場合では、円形管路は温度変化等に強く、誘電容量の安定性を維持するアルミナ等の絶縁性セラミック材料で成型された管体1を使用することが必要である。
As described above, when the
図10により特許文献1の基本原理を説明する。面電極2a、2bの管軸方向の長さつまり電極幅は、管体1の中央断面を横切る線y−y’の管軸z−z’と交差する点であって、各面電極2a、2bの中央を結ぶ線x−x’を基準として、管路の内周面とのなす角θの余弦、つまりcosθに比例するように形成されている。
The basic principle of Patent Document 1 will be described with reference to FIG. The length of the
断面半径rの円管路に流量Qの導電性流体を流す。流量Qの方向をz軸、z軸と直交する円形断面において磁界Hoの印加方向をy軸、y軸と直交する方向をx軸とする。 A conductive fluid having a flow rate Q is caused to flow through a circular pipe having a cross-sectional radius r. In the circular cross section perpendicular to the z axis, the direction of the flow rate Q is the y axis, and the direction perpendicular to the y axis is the x axis in the circular cross section perpendicular to the z axis.
このような構成において、x軸からの角度θにおける点P(θ)における発生起電力から、マックスウエルの方程式を解いて流量Qを求めると、三次元モデルにおける基本式(1)が得られる。
μHoQL=−∫φ(s)ix・inds (1)
In such a configuration, when the flow rate Q is obtained by solving Maxwell's equation from the generated electromotive force at the point P (θ) at the angle θ from the x-axis, the basic equation (1) in the three-dimensional model is obtained.
μHoQL = −∫φ (s) ix · inds (1)
ここで、μは流体の導磁率、Hoは磁界、Lはx軸方向の長さ、ixはx軸における単位ベクトル、inはP点における法線の単位ベクトル、φはP点における電位である。
円形二次元断面においては、ix・in=cosθなので、
μHoQ=−∫φ(c)ix・indc (2)
Bo=μHoなので、
Q=−(a/Bo)∫φ(θ)cosθdθ (3)
Where μ is the magnetic conductivity of the fluid, Ho is the magnetic field, L is the length in the x-axis direction, ix is the unit vector on the x-axis, in is the normal unit vector at the P point, and φ is the potential at the P point. .
In a circular two-dimensional cross section, since ix · in = cos θ,
μHoQ = −∫φ (c) ix · indc (2)
Since Bo = μHo,
Q = − (a / Bo) ∫φ (θ) cos θdθ (3)
(3)式から、流速方向に直交する向きに磁界Hoを加え、一対の面電極2a、2bの円管路断面のx軸から角度θの位置の電極幅をcosθとして、誘起された電位にcosθの重み付けを行う。そして、これらを積分加算すれば、流速分布に依存しない電流の起電力信号が得られる。
From equation (3), the magnetic field Ho is applied in a direction orthogonal to the flow velocity direction, and the induced potential is set to cos θ, where the electrode width at the angle θ from the x-axis of the circular cross section of the pair of
また、上位液面ADが磁界Hoと直交していれば、(3)式が成り立つので、非満水の場合にも測定が可能となる。 Further, if the upper liquid level AD is orthogonal to the magnetic field Ho, the equation (3) is established, so that measurement is possible even when the water level is not full.
この特許文献1による容量式電磁流量計は、上述したように検出信号の精度維持のために、絶縁体である管壁材の温度特性等に強く、誘電容量の安定性を維持したアルミナ等のセラミック材料により管体を使用する必要がある。 As described above, the capacitive electromagnetic flow meter according to Patent Document 1 is resistant to the temperature characteristics of the tube wall material that is an insulator and maintains the stability of the dielectric capacitance in order to maintain the accuracy of the detection signal. It is necessary to use a tube with a ceramic material.
しかし、例えば発展途上国等の上下水道においては、口径が150mmを越える中口径や1000mmを越える大口径の管体が要求されるが、1MPa以上の耐圧を有するセラミックパイプの口径の上限は高々200mm程度であり、上述の中口径、大口径のセラミック材料による管路の製造はなかなか困難である。 However, in the water and sewage systems of developing countries, for example, a pipe having a medium diameter exceeding 150 mm or a large diameter exceeding 1000 mm is required. Therefore, it is difficult to manufacture a pipeline using the above-mentioned medium-diameter and large-diameter ceramic materials.
また、電極を測定流体に接液して測定する接液式電磁流量計は知られているが、この場合の電極は点状電極であり、一対の点状電極を管路内に露出させて測定する方式である。しかし、この点状電極は中心対称流に対しては測定可能であるが、偏流があると測定誤差が大きくなるという問題もある。 In addition, there are known wetted electromagnetic flowmeters that measure by contacting an electrode with a measurement fluid. In this case, the electrode is a point electrode, and a pair of point electrodes are exposed in a pipe line. This is a measurement method. However, this point-like electrode can be measured for a centrally symmetric flow, but there is also a problem that a measurement error increases if there is a drift.
本発明の目的は、上述の課題を解決し、特許文献1の発明の原理を利用し、流量分布の影響を受けることなく、口径が中口径、大口径の管路に対しても適用可能で、良好な測定精度が得られる接液式電磁流量計を提供することにある。 The object of the present invention solves the above-mentioned problems, uses the principle of the invention of Patent Document 1, and can be applied to pipes having a medium diameter and a large diameter without being affected by the flow rate distribution. Another object of the present invention is to provide a wetted electromagnetic flow meter capable of obtaining good measurement accuracy.
上記目的を達成するための本発明に係る接液式電磁流量計は、内面を絶縁材により断面円形に形成した管路と、該管路の管軸に直交して測定流体に磁界を形成する励磁手段と、前記管軸及び前記磁界と直交する方向であって前記絶縁材の内周面に対向して係止し相互に絶縁した一対の接液電極板とを備え、前記接液電極板に生ずる起電力を基に測定流体の流量を測定する接液式電磁流量計であって、前記接液電極板は表面板と裏面板との同形の2枚の金属板を貼り合わせて形成し、前記表面板を平面状の接液面とし、前記裏面板の裏面に設けた係止部により前記絶縁材に密着して係止し、前記接液電極板の管軸方向の電極長を、前記管路の内壁に立つ法線方向と前記管軸及び前記磁界に直交する軸とでなす角度θの余弦に比例するようにしたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a wetted electromagnetic flowmeter according to the present invention includes a pipe having an inner surface formed in a circular cross section by an insulating material, and forms a magnetic field in a measurement fluid perpendicular to the pipe axis of the pipe. An excitation means; a pair of liquid contact electrode plates that are in a direction perpendicular to the tube axis and the magnetic field and are opposed to the inner peripheral surface of the insulating material and insulated from each other; A wetted electromagnetic flowmeter that measures the flow rate of the measurement fluid based on the electromotive force generated in the substrate, wherein the wetted electrode plate is formed by bonding two identical metal plates, a front plate and a back plate. The surface plate is a flat liquid contact surface, and is locked in close contact with the insulating material by a locking portion provided on the back surface of the back plate, and the electrode length in the tube axis direction of the liquid contact electrode plate is It is proportional to the cosine of the angle θ formed by the normal direction standing on the inner wall of the pipe and the axis perpendicular to the pipe axis and the magnetic field. And wherein the door.
本発明に係る接液式電磁流量計によれば、流速分布による誤差を少なくするために、所定形状を持つ接液電極板を管路の絶縁材の内面に取り付け、これらの接液電極板から得られる管路内の起電力を荷重平均して取り出すことで、流速分布の影響を少なくできる。また、中口径、大口径の管路についても良好な精度を安価に実現できる。更に、本発明では非満水回路においても、同様に測定可能である。 According to the wetted electromagnetic flow meter according to the present invention, in order to reduce errors due to the flow velocity distribution, wetted electrode plates having a predetermined shape are attached to the inner surface of the insulating material of the pipe line, The influence of the flow velocity distribution can be reduced by taking out the electromotive force in the obtained pipe line with a load average. Also, good accuracy can be realized at low cost for medium-diameter and large-diameter pipes. Furthermore, in the present invention, it is possible to measure in a non-full circuit as well.
本発明を図1〜図8に図示の実施例により詳細に説明する。
図1は接液式電磁流量計の基本的構成図、図2は断面円形の管路の切断斜視図であり、例えばSUS製の金属管11の内側に絶縁材12がライニングされている。絶縁材12の内周面には、管路の管軸を挟んで図3に示すように一対の接液電極板13a、13bが対向して配置され、絶縁材12に密着して係止されている。また、励磁手段により管軸に沿って平行に、管軸と直交した方向に均一磁場Bの印加による磁界Hoが形成されている。そして、接液電極板13a、13bから管路外に信号線14a、14bが引き出されている。
The present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in FIGS.
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a wetted electromagnetic flow meter, and FIG. 2 is a cut perspective view of a pipe having a circular cross section. For example, an
図3は一対の接液電極板13a、13bの平面図である。この金属板から成る接液電極板13a、13bの形状は、特許文献1の面電極2a、2bと同様であり、接液電極板13a、13bの管軸方向の電極長aが、管路の内壁に立つ法線方向と管軸及び磁界に直交する軸とでなす角度θの余弦、つまりcosθに比例するように形成された一対のリーフ形状とされている。そして、各接液電極板13a、13bの管軸方向と直交する長さbの2倍が、絶縁材12の内周と等しくされている。
FIG. 3 is a plan view of the pair of liquid
しかし、このまま接液電極板13a、13bの角度θを0〜90゜として、絶縁材12に取り付けると、接液電極板13a、13b同士は短絡することになるので、接液電極板13a、13bの先端の細状部cをそれぞれ切欠して、相互に絶縁状態のすることが必要である。
However, if the liquid
なお、接液電極板13a、13bの細状部cを切欠することなく、更に絶縁状態を維持すためには、図4に示すように接液電極板13a、13b同士を管軸方向に僅かにずらせて貼り付ける。或いは、相互に円周方向から稍々傾けて、一対の接液電極板13a、13bの細状部c同士を完全に離隔すればよい。この場合においても、若干の誤差は発生するものの、その誤差は細状部cを切欠する場合の誤差よりも小さくて済む。
In order to maintain the insulation state without cutting out the narrow portions c of the liquid
図5に示すように、接液電極板13a、13bはそれぞれ同形の2枚の例えば厚さ1mmのSUS板から成る表面板15と裏面板16とから成り、表面板15の接液面は平面状であるが、裏面板16には例えばL字片状、鉤片状の突起を後方に突出する多数の係止部17が設けられている。これらの表面板15と裏面板16は、溶接等の手段により貼り合わせにより結合されている。なお、表面板15と裏面板16とは、それぞれを絶縁材12の内周に密着するように湾曲させてから結合してもよいし、結合後に湾曲してもよい。
As shown in FIG. 5, each of the liquid
図6(a)、(b)はそれぞれ他の裏面板16の断面図であり、(a)のように裏面板16に多数の孔部から成る係止部17を設けたり、(b)に示すようにプレス機械による膨出部から成る係止部17を設けることもできる。更に他の実施例として、裏面板16は使用せずに、厚めの表面板15の裏面側に多数の凹部を穿設して係止部17とすることもできる。
6 (a) and 6 (b) are cross-sectional views of the
図7に示すように、図5で示した裏面板16の係止部17は絶縁材12中に固定され、接液電極板13a、13bの絶縁材12からの脱落防止機能を有している。絶縁材12は突起から成る係止部17の周囲を囲み、更には裏面板16の孔内に入り込む。なお、絶縁材12の厚みは、たとえ突出した係止部17を挿入しても、係止部17が外側の金属管11に達しない程度の十分な厚みとする必要がある。
As shown in FIG. 7, the locking
金属管11、絶縁材12には両側から絶縁円筒管18a、18bが挿入され、接液電極板13a、13bからの信号線14a、14bが引き出されている。絶縁円筒管18a、18b内の信号線14a、14bは絶縁シール材19と抑えブッシング20により絶縁保護され、絶縁シール材19と抑えブッシング20との間にはコイルスプリング21が介在されている。
Insulating
絶縁材12はゴム材、ポリウレタン、テフロン(登録商標)等の合成樹脂材から成る電気絶縁材料を、例えば金属管11を軸中心に回転させながら、遠心注型法等により金属管11の内面に数cmの厚さにライニングする。接液電極板13a、13bの絶縁材12への取付け手順には幾つかの方法が考えられる。例えば、接液電極板13a、13bを金属管11内に仮固定しておき、接液電極板13a、13bの部分については、金属管11との間に絶縁材12を入り込ませるようにライニングして、接液電極板13a、13bを絶縁材12に取り付ける。
The insulating
このとき、接液電極板13a、13bの背面側の突起等から成る係止部17が絶縁材12中に挿し込まれ、接液電極板13a、13bの保持が確実となる。絶縁材12への貼り付けに際しては、なるべくは表面板15の接液面は管路の内面である絶縁材12の内面と面一近くにすることが、流量抵抗が少なくなり好ましい。
At this time, the locking
図8は測定回路の構成図であり、接液電極板13a、13bの各中央部に接続された信号線14a、14bは、図7に示すように、金属管11に対して絶縁された状態で金属管11の外側に引き出され、信号処理回路22に接続されている。
FIG. 8 is a configuration diagram of the measurement circuit, and the
各接液電極板13a、13bで検出される起電力信号は、信号処理回路22において、電流信号としてそれぞれ各演算増幅器23a、23bに送信され、演算増幅器23a、23bはこれらを電圧信号に変換する。そして、電圧信号は演算増幅器24で差動演算がなされて出力端25に出力される。
The electromotive force signals detected by the respective liquid
このように、管路の内部で発生する起電力に対して、接液電極板13a、13bの出力を余弦であるcosθの重み付けをして、全体から得られる電流信号を加算して出力端25から出力することにより、測定流体の流速分布の影響を受けずに流量Qを測定することができる。
In this way, the electromotive force generated inside the pipe is weighted by cos θ, which is the cosine, of the outputs of the liquid
本発明の測定原理は、管軸方向の電極長aの大きさが角度θの余弦に比例することにおいて、特許文献1と同一である。しかし、特許文献1では誘起される起電力信号を静電容量を基に電極を接液することなく検出するのに対し、本発明では電極を測定流体に接液して検出するので、変換器は通常の電極に接続して使用する汎用型で済む利点がある。 The measurement principle of the present invention is the same as that of Patent Document 1 in that the size of the electrode length a in the tube axis direction is proportional to the cosine of the angle θ. However, in Patent Document 1, an induced electromotive force signal is detected based on the capacitance without contacting the electrode, but in the present invention, the electrode is detected by contacting the measurement fluid. Is advantageous in that it can be a general-purpose type connected to a normal electrode.
また本願発明では、管路の内面に接液電極板13a、13bを設けるため、特許文献1のような温度特性等に強く、かつ誘電容量の安定性を維持したセラミック材料のような管壁材を用いる必要がない。そして、前述の中口径、大口径の既製の金属管に対するライニングによる絶縁材12の形成は比較的容易であるので、中口径、大口径の管路においても、本発明に係る接液式電磁流量計を使用することで、精度良く流量を測定できる。
Further, in the present invention, since the wetted
なお、特許文献1の面電極2a、2bは絶縁体の外側に配置し、測定流体と接することがないために、面電極2a、2b自体の耐摩耗性等は不要であり、箔や導電塗料によって形成できる。しかし、本発明の接液電極板13a、13bは測定流体に対する耐摩耗性等を必要とするので、接液電極板13a、13bとしてはSUS板を使用することが好ましい。
In addition, since the
また、本発明に係る接液式電磁流量計は、管路の内部の一部に空間が存在する非満水管路においても、測定流体を同様に測定することが可能である。 In addition, the liquid contact type electromagnetic flow meter according to the present invention can measure the measurement fluid in the same manner even in a non-full pipe having a space inside a part of the pipe.
11 金属管
12 絶縁材
13a、13b 接液電極板
14a、14b 信号線
15 表面板
16 裏面板
17 係止部
22 信号処理装置
23a、23b、24 演算増幅器
25 出力端
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記接液電極板は表面板と裏面板との同形の2枚の金属板を貼り合わせて形成し、前記表面板を平面状の接液面とし、前記裏面板の裏面に設けた係止部により前記絶縁材に密着して係止し、
前記接液電極板の管軸方向の電極長を、前記管路の内壁に立つ法線方向と前記管軸及び前記磁界に直交する軸とでなす角度θの余弦に比例するようにしたことを特徴とする接液式電磁流量計。 A pipe having an inner surface formed into a circular shape by an insulating material, excitation means for forming a magnetic field in a measurement fluid perpendicular to the pipe axis of the pipe, and the insulation in a direction perpendicular to the pipe axis and the magnetic field A liquid contact type electromagnetic flow rate which measures a flow rate of a measurement fluid based on an electromotive force generated in the liquid contact electrode plate. A total of
The liquid contact electrode plate is formed by bonding two metal plates having the same shape of a front surface plate and a back surface plate, the front surface plate is a flat liquid contact surface, and a locking portion provided on the back surface of the back surface plate To closely contact and lock the insulating material,
The electrode length in the tube axis direction of the liquid contact electrode plate is proportional to the cosine of the angle θ formed by the normal direction standing on the inner wall of the conduit and the tube axis and the axis orthogonal to the magnetic field. Features a wetted electromagnetic flow meter.
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