JP6069494B2 - 電磁式流量計のライナ固定機構 - Google Patents

Description

本発明は、産業プロセスの計測及び制御のための電磁式流量計に関するものであり、具体的には、ライナを有した電磁式流量計用センサに関するものである。

電磁式流量計は、当該流量計の流量計用センサ内の管路を通過する導電性流体の流量を検出するものである。電磁式流量計は、流量計用センサ内に生成された磁界を導電性流体が通過する際に、導電性流体の流動に直交する方向に導電性流体を横切って生成された電圧を計測する。この電圧は、管路の内壁面の対向する位置に配置されて導電性流体に接する２つの電極間で計測される。管路を構成する管路壁は非導電性とする必要があり、導電性である場合には、導電性流体を横切って生成される電圧を短絡してしまわないように、非導電性のライナが必要となる。また、管路壁が導電性である場合には、２つの電極も、管路壁から電気的に絶縁されている必要があり、生成された電圧を正確に計測できるように、非導電性のライナを貫通している必要がある。

ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、永続性を有すると共に化学的浸食に対して極めて優れた耐久性を有することから、電磁式流量計のライナ用に選択される一般的な材料である。電磁式流量計用センサの管路内に筒状のＰＴＦＥ製ライナを挿入し、このライナを加熱し、管路の両端において、このライナを外側に広げてセンサ端面のシール面に重ねることにより、ＰＴＦＥ製のライナが電磁式流量計用センサに密着して装着される。センサ端面は、計測対象の流体を搬送するプロセス配管に電磁式流量計を接続する部位である。しかしながら、このようなライナを広げる処理は、シール面に対してライナを平坦な状態のまま維持するものとはならない。ＰＴＦＥの弾性的な性質により、広げたライナが元に戻り、シール面から離れて、広げられたライナとシール面との間に隙間が残る。組み付けが行われると、このような隙間は、プロセス配管のフランジに電磁式流量計のシール面を結合するフランジボルトの締め付け力により閉じる。しかしながら、電磁式流量計の組み付けが完了する前で、電磁式流量計を取り扱う際や、電磁式流量計の組み付けを行う際には、この取り扱いや組み付けが正しく行われないと、ライナがずれやすくなる。ライナが少しでもずれると、ライナを貫通する電極を移動させてしまう可能性があり、電極の周囲からプロセス流体が漏洩したり、電極が管路壁に短絡したりするおそれがある。

このような問題に対する解決策の１つは、接着剤を用い、外側に広げたライナをシール面に固定することであった。この解決策では、接着剤による接着に適した面を形成するため、化学的浸食に対してＰＴＦＥが本来有している耐久性を阻害する可能性のある特殊な薬品を使用する必要がある。残念なことに、このような特殊な薬品は、人間及び環境の少なくとも一方に有害であることが多い。

もう１つの解決策は、シール面へのライナの接着を全く行わずに、電磁式流量計の適切な取り扱い及び組み付けについて、明快且つ具体的で詳細な指示書に頼ることにより、有害な薬品の危険性を回避するものである。しかしながら、この解決策は、そのような指示書に従って電磁式流量計を取り扱い、組み付ける者に依存する。指示書がいかに優れたものであっても、常にその指示が守られるとは思えない。従って、どのような場合でもライナのずれを防止すると共に人間や環境に有害な薬品を用いることのない解決策が求められている。

本発明の一態様は、プロセス流体の流量を検出する電磁式流量計用センサである。この電磁式流量計用センサは、２つのセンサ端面、管路、管路の内側を覆うライナ、及び機械的固定部材を備えている。センサ端面は、電磁式流量計用センサをプロセス流体の流路に接続するために電磁式流量計用センサの両端に設けられる。管路は、これら２つのセンサ端面を接続し、電磁式流量計用センサを通過するプロセス流体の流動を案内する。管路の内側を覆うライナは、プロセス流体と管路との物理的な接触を防止する。ライナは、管路の全長にわたって延設されると共に、電磁式流量計用センサの両端において、それぞれのセンサ端面の少なくとも一部を覆うように延設され、電磁式流量計用センサの両端のそれぞれに平坦なシール面を形成する。ライナは、機械的固定部材が貫通してライナを電磁式流量計用センサに機械的に固定することでライナのずれを防止するための孔を備える。機械的固定部材は、平坦なシール面より突出することがない。

本発明の一実施形態に係るフランジ形式の電磁式流量計用センサを備え、プロセス流体の流量を計測して、流量の計測結果を制御システムまたは監視システムに伝送するための電磁式流量計システムを示す図である。 図１の電磁式流量計用センサの一実施形態を示す図である。 図１の電磁式流量計用センサの一実施形態を示す図である。 図１の電磁式流量計用センサのもう１つの実施形態を示す図である。 図１の電磁式流量計用センサのもう１つの実施形態を示す図である。 図１の電磁式流量計用センサのもう１つの実施形態を示す図である。 図１の電磁式流量計用センサのもう１つの実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るウェハー形式の電磁式流量計用センサを備え、プロセス流体の流量を計測して、流量の計測結果を制御システムまたは監視システムに伝送するためのもう１つの電磁式流量計システムを示す図である。 図５の電磁式流量計用センサの一実施形態を示す図である。 図５の電磁式流量計用センサの一実施形態を示す図である。 図５の電磁式流量計用センサのもう１つの実施形態を示す図である。 図５の電磁式流量計用センサのもう１つの実施形態を示す図である。

本発明の電磁式流量計用センサ及び電磁式流量計システムは、電磁式流量計を取り扱う際や組み付けの作業中にずれることがないように固定されたライナを備えている。従来の技術とは異なり、本発明は、有害な薬品や接着剤をライナの固定に用いることはなく、ライナのずれを防止するように作成された指示書に正しく従って電磁式流量計の取り扱いや組み付けを行う者に依存することもない。

本発明は、ライナを電磁式流量計用センサに固定する機械的固定部材を用いることにより、ライナのずれを防止する。機械的固定部材が電磁式流量計用センサの両端の平坦なシール面より突出しないように、機械的固定部材を固定することが重要である。従って、電磁式流量計用センサとプロセス流体が通過する管フランジとの間の有効なシールが、機械的固定部材によって阻害されることはない。

図１は、本発明の一実施形態に係るフランジ形式の電磁式流量計用センサを備え、プロセス流体の流量を計測して、流量の計測結果を制御システムまたは監視システムに伝送するための電磁式流量計システムを示す図である。図１には、電磁式流量計システム１２及びプロセス配管１４を備えたプロセス計測ポイントまたはプロセス制御ポイント１０が示されている。電磁式流量計システム１２は、電磁式流量計用センサ１６及びプロセス伝送器１８を備える。電磁式流量計用センサ１６は、当該電磁式流量計用センサ１６の両端のそれぞれにセンサ端面２２を有する。図１の実施形態では、これらセンサ端面２２がフランジ形式の端面となっている。プロセス配管１４は管フランジ２０を備えている。また、図１には、制御システムまたは監視システム２４が示されている。プロセス配管１４は、流動するプロセス流体Ｆを収容する。プロセス流体Ｆは導電性を有している。電磁式流量計システム１２は、プロセス配管１４の２つの区画の間に介装され、センサ端面２２のそれぞれは、フランジボルト２６によって管フランジ２０に接合され、プロセス流体Ｆの流動が電磁式流量計用センサ１６を通過するようになっている。プロセス伝送器１８は、通信手段２８を介して制御システムまたは監視システム２４に接続されている。通信手段２８は、例えば２線式の４−２０ｍＡ制御ループである。

作動時には、電磁式流量計用センサ１６により、プロセス流体Ｆの流動方向に直交する方向に磁界が生成される。この磁界により、プロセス流体Ｆの流動方向及び磁界の方向の双方に直交する方向にプロセス流体の流動を横切るように電圧が誘起される。誘起される電圧の大きさは、電磁式流量計用センサ１６を通過するプロセス流体Ｆの流速に比例したものとなる。こうして誘起された電圧は、電極３０（図２Ａ及び図２Ｂに示す）によって検知され、電圧信号が生成される。この電圧信号は、プロセス伝送器１８に伝達され、プロセス伝送器１８は、検出された電圧を流量計測値に変換し、通信手段２８を介して制御システムまたは監視システム２４に、この流量計測値を伝送する。

図２Ａ及び図２Ｂは、図１の電磁式流量計用センサ１６の一実施形態を示す図である。図２Ａは電磁式流量計用センサ１６の一実施形態の端面図である。図２Ａに示すように、電磁式流量計用センサ１６は、センサ端面２２、電極３０、管路３２、ライナ３４、機械的固定部材３６、及びボルト孔３８を備える。センサ端面２２は、第１端面部４０（図２Ｂに示す）、及び第２端面部４２を有する。上述したように、本実施形態のセンサ端面２２は、フランジ形式の端面となっている。ボルト孔３８は、ボルト孔用円環３９に沿って並ぶように円環状に配置されている。ボルト孔３８は、図１に基づき上述したように、電磁式流量計用センサ１６をプロセス配管１４の管フランジ２０に結合した状態のフランジボルト２６を収容する。ライナ３４は、ライナ３４の一部として、第１端面部４０を越えて第２端面部４２まで延設されたライナ延設部４４を有する。また、ライナ３４は、図２Ｂに基づき後述するような平坦なシール面４５も有している。

図２Ａに示すように、ライナ延設部４４は、複数の部位、即ち複数のタブとして延設され、互いに隣り合うボルト孔３８の間のそれぞれに１つずつタブが位置している。タブの採用により、ボルト孔３８内に設けられたフランジボルト２６の機能を阻害することがなくなる。但し、本発明においてライナ延設部４４は、ボルト孔３８内に設けられたフランジボルト２６の機能を阻害することがなければ、タブを採用せずに、ライナ３４を完全な円環状に延設するようにしてもよいことは明らかである。また、互いに隣り合うボルト孔３８の間のそれぞれに全てライナ延設部４４のタブを延設した実施形態だけではなく、互いに隣り合うボルト孔３８の間のうちの一部のみにライナ延設部４４のタブを延設した実施形態も、本発明に含まれることも明らかである。

図２Ｂは、図２Ａの電磁式流量計用センサ１６の断面図である。図２Ｂには、２つのセンサ端面２２の間に延びる金属製の管路壁４８を備え、この管路壁４８によって管路３２が形成された電磁式流量計用センサ１６が示されている。図２Ｂに示すように、ライナ３４が管路３２の内側を覆っており、このライナ３４は、電磁式流量計用センサ１６の両端のセンサ端面２２上に達するように、管路３２の外側まで延設されている。上述したように、それぞれのセンサ端面２２では、ライナ延設部４４が第１端面部４０を越えて第２端面部４２に達するように、ライナ３４が第１端面部４０を横切って延設されている。ライナ３４が第１端面部４０を横切って延設されている箇所には、電磁式流量計用センサ１６の両端にそれぞれシール平面Ｐ０を規定する平坦なシール面４５が形成されている。平坦なシール面４５は、電磁式流量計用センサ１６の組み付けが行われると、プロセス配管１４の管フランジ２０に管路３２を物理的に結合してシールを行う、電磁式流量計用センサ１６の面となる。従って、平坦なシール面４５より突出して、管フランジ２０への電磁式流量計用センサ１６の物理的な結合及びシールに干渉する可能性のあるものは何もないことが必須である。

また、図２Ｂに示すように、ライナ３４は複数の孔４６も有している。これらの孔４６は、機械的固定部材３６が貫通してライナ３４を第２端面部４２に固定するためにライナ延設部４４に設けられた貫通孔である。図２Ｂに示すように、本実施形態では、第１端面部４０が第１平面Ｐ１にあって、第２端面部４２が第２平面Ｐ２にあるような段付きフランジ形式の接続を採用している。図２Ａ及び図２Ｂを共に参照すると、ボルト孔３８は、第２平面Ｐ２においてセンサ端面２２に達している。第１平面Ｐ１及び第２平面Ｐ２は、いずれも管路３２の軸線に直交する。第１平面Ｐ１は、第２平面Ｐ２に比べて、２つのセンサ端面２２の中間点Ｍから軸線方向に遠い位置にある。本実施形態では、第２端面部４２にライナ３４を固定することにより、機械的固定部材３６がライナ３４から突出していてもよいが、シール平面Ｐ０にある平坦なシール面４５よりも突出することはない。図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態では、互いに隣り合うボルト孔３８の間に延設されたライナ延設部４４のそれぞれに対し、１つの機械的固定部材３６と１つの孔４６とが示されているが、互いに隣り合うボルト孔３８の間に延設されたライナ延設部４４のそれぞれに対して、複数の機械的固定部材３６と複数の孔４６とを有した実施形態が本発明に含まれることは明らかである。

機械的固定部材３６は、第２端面部４２に固定される下部と、孔４６より大きな径を有する上部とを有した略Ｔ字状とすることにより、第２端面部４２に対してライナ延設部４４を所定位置に保持するようにするのが好ましい。上部は、図２Ｂに示すように、ライナ延設部４４に平坦な状態で接していてもよいし、図４Ｂに基づいて後述するように、機械的固定部材３６のいかなる部分も、平坦なシール面４５より突出しないという要求を満たすべく、窪みの中に位置するようにしてもよい。溶接によって固定される機械的固定部材３６の例には、頭付き溶接スタッド（釘の頭状の上部を有した溶接スタッド）や、ずれ止め溶接スタッドが含まれる。これらの溶接スタッドの保持能力は、Ｔ字形状の上部とライナ延設部４４との間にワッシャを設けて、Ｔ字形状の上部でワッシャを押し付け、上部より大きな表面積を有したワッシャでライナ延設部４４を押し付けるようにすることによって高めることができる。

作動時には、プロセス流体Ｆが管路３２を通過する際に、管路３２の軸線に直交すると共に、２つの電極３０を結ぶ線に直交する方向に、電磁式流量計用センサ１６内の磁気コイル（図示せず）が磁界を生成する。この磁界により、プロセス流体Ｆの流速に比例した電圧がプロセス流体中に誘起され、この電圧が電極３０によって検知されることにより、電圧信号が生成される。電極３０に接続された電線（図示せず）が、図１に基づき前述したように、この電圧信号をプロセス伝送器１８に伝達する。電極３０は、管路壁４８及びライナ３４の両方を貫通している。管路壁４８は導電性を有するため、電極３０と管路壁４８との間には絶縁材５０が必要となる。ライナ３４は、電極３０の外面に密着しいるため、電磁式流量計用センサ１６の組み付けを行う前または組み付け中に、ライナ３４が少しでもずれると、電極３０が移動してしまうことになる。このように電極３０が移動すると、電磁式流量計用センサ１６を組み付けて作動させている際に、電極３０の周囲からのプロセス流体Ｆの漏洩、絶縁材５０の破損、或いは絶縁材からのずれ及び管路壁４８への短絡が生じるおそれがある。しかしながら、本発明では、機械的固定部材３６がライナ３４を第２端面部４２に固定して、電磁式流量計用センサ１６の組み付けを行う前または組み付け中におけるライナ３４のずれを防止している。機械的固定部材３６が第２端面部４２に固定されているので、機械的固定部材３６のいかなる部分も平坦なシール面４５よりも突出することがなく、これら機械的固定部材３６のいかなる部分も、管フランジ２０に対する電磁式流量計用センサ１６のシールを阻害しないことが重要である。

図３Ａ及び図３Ｂは、図１の電磁式流量計用センサのもう１つの実施形態を示す図である。図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態で例示した段付きフランジ形式の接続とは異なり、本実施形態においては、平坦フランジ形式の接続を採用している。図３Ａ及び図３Ｂの実施形態は、以下に述べる部分を除き、図２Ａ及び図２Ｂに示した実施形態と同様に構成される。参照符号が同じ部材は、いずれも図１、並びに図２Ａ及び図２Ｂに基づいて上述したものと同じである。図３Ａは電磁式流量計用センサ１１６の端面図である。図３Ｂは、図３Ａの電磁式流量計用センサ１１６の断面図である。図３Ａ及び図３Ｂを共に参照すると、電磁式流量計用センサ１１６は、センサ端面１２２及びライナ１３４を除き、電磁式流量計用センサ１６と同様に構成される。センサ端面１２２は、第１端面部１４０、第２端面部１４２、及び凹部１４３を備えている。ライナ１３４は、ライナ１３４の一部として第１端面部１４０を越えて延設されたライナ延設部１４４を有する。また、ライナ１３４は、ライナ１３４が第１端面部１４０を越えて延設されている箇所に形成された平坦なシール面１４５を有しており、これにより、電磁式流量計用センサ１１６の両端に、それぞれシール平面Ｐ０が規定される。平坦なシール面１４５は、電磁式流量計用センサ１１６の組み付けが行われると、プロセス配管１４の管フランジ２０に管路３２を物理的に結合してシールを行う、電磁式流量計用センサ１１６の面となる。従って、平坦なシール面１４５より突出して、管フランジ２０への電磁式流量計用センサ１１６の物理的な結合及びシールに干渉する可能性のあるものは何もないことが必須である。

図３Ａ及び図３Ｂに示して上述したように、本実施形態では、第１端面部１４０が第１平面Ｐ１にあって、第２端面部１４２が第２平面Ｐ２にあるような平坦フランジ形式の接続を採用している。ボルト孔３８は、第１平面Ｐ１においてセンサ端面１２２に達している。第１平面Ｐ１は、第２平面Ｐ２に比べ、２つのセンサ端面１２２の中間点Ｍから軸線方向に遠い位置にある。第２端面部１４２は、センサ端面１２２に形成された凹部１４３の底面であり、図示するように、凹部１４３は円錐台状の形状であるのが好ましい。これに代えて、例えば円筒状または半球状といった、別の形状の凹部１４３を採用することも可能である。ライナ１３４は、管路３２の内側を覆い、電磁式流量計用センサ１１６の両端のセンサ端面１２２上に達するように、管路３２の外側まで延設されている。それぞれのセンサ端面１２２では、ライナ１３４が第１端面部１４０を越えて延設され、ライナ延設部１４４が、凹部１４３内に延設されて、凹部１４３の底面の第２端面部１４２まで延設されている。従って、ライナ１３４を、第２端面部１４２においてセンサ端面１２２に固定することにより、機械的固定部材３６は、ライナ１３４より突出するとしても、シール平面Ｐ０にある平坦なシール面１４５より突出することがない。

固定する手段を含めた機械的固定部材３６の特徴だけでなく、図３Ａ及び図３Ｂの実施形態の作動も、上述した図２Ａ及び図２Ｂの実施形態と同じである。機械的固定部材３６は、ライナ１３４を第２端面部１４２に固定し、電磁式流量計用センサ１１６の組み付け前及び組み付け中におけるライナ１３４のずれを防止する。機械的固定部材３６のいかなる部分も、シール平面Ｐ０にある平坦なシール面１４５より突出しないので、これら機械的固定部材３６が、管フランジ２０に対する電磁式流量計用センサ１１６のシールを阻害しないことが重要である。

図４Ａ及び図４Ｂは、図１の電磁式流量計用センサのもう１つの実施形態を示す図である。図３Ａ及び図３Ｂの実施形態と同様に、図４Ａ及び図４Ｂの実施形態も平坦フランジ形式の接続を採用している。図４Ａ及び図４Ｂに示す実施形態は、以下に述べる部分を除き、図２Ａ及び図２Ｂに示した実施形態と同様に構成される。参照符号が同じ部材は、いずれも図１、並びに図２Ａ及び図２Ｂに基づいて上述したものと同じである。図４Ａは電磁式流量計用センサ２１６の端面図である。図４Ｂは、図４Ａの電磁式流量計用センサ２１６の断面図である。図４Ａ及び図４Ｂを共に参照すると、電磁式流量計用センサ２１６は、センサ端面２２２及びライナ２３４を除き、電磁式流量計用センサ１６と同様に構成される。ライナ２３４は、センサ端面２２２の一部を覆うように延設される。ライナ２３４は、ライナ２３４がセンサ端面２２２を覆って延設される箇所に形成された平坦なシール面２４５を有しており、これにより電磁式流量計用センサ２１６の両端のそれぞれに、シール平面Ｐ０が規定される。また、ライナ２３４は孔２４６も有している。平坦なシール面２４５は、電磁式流量計用センサ２１６の組み付けが行われると、プロセス配管１４の管フランジ２０に管路３２を物理的に結合してシールを行う、電磁式流量計用センサ２１６の面となる。従って、平坦なシール面２４５より突出して、管フランジ２０への電磁式流量計用センサ２１６の物理的な結合及びシールに干渉する可能性のあるものは何もないことが必須である。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、センサ端面２２２は第１平面Ｐ１にあり、ボルト孔３８は第１平面Ｐ１においてセンサ端面２２２に達している。図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂに示した孔４６とは異なり、孔２４６のそれぞれは、平坦なシール面２４５に形成された凹部２４７を有する。これら凹部２４７は、機械的固定部材３６の拡径された上部（上述したように、ワッシャを選択的に含む）を収容する大きさとなっているが、ライナ２３４の厚みより浅く形成されている。従って、凹部２４７は、平坦なシール面２４５に平行な方向に沿う断面積の方が、センサ端面２２２側に位置する孔２４６の断面積より大きい。機械的固定部材３６の下部がセンサ端面２２２に固定されると、機械的固定部材３６の上部の方が孔２４６より大きな径を有するので、ライナ２３４が、凹部２４７とセンサ端面２２２との間で、センサ端面２２２に対して所定位置に保持される。凹部２４７は、図４Ｂに示すように、円筒状の形状であるのが好ましい。これに代えて、例えば円錐台状や半球状といった、別の形状を凹部２４７に採用することも可能である。本実施形態では、ライナ２３４の窪みに機械的固定部材３６の上部を入れてシール平面Ｐ０より低い位置とし、機械的固定部材３６のいかなる部分も、平坦なシール面２４５より突出しないようになっている。

図５は、本発明のもう１つの実施形態に係る電磁式流量計用センサを備え、プロセス流体の流量を計測して、流量の計測結果を制御システムまたは監視システムに伝送するためのもう１つの電磁式流量計システムを示す図である。図１、図２Ａ及び図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂ、並びに図４Ａ及び図４Ｂの各実施形態では、電磁式流量計用センサがフランジ形式のセンサであったが、図５、図６Ａ及び図６Ｂ、並びに図７Ａ及び図７Ｂの実施形態では、電磁式流量計用センサがウェハー形式のセンサとなっている。参照符号が同じ部材は、いずれも図１、図２Ａ及び図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂ、並びに図４Ａ及び図４Ｂに基づいて上述したものと同じである。図５には、電磁式流量計システム３１２及びプロセス配管１４を備えたプロセス計測ポイントまたはプロセス制御ポイント３１０が示されている。電磁式流量計システム３１２は、電磁式流量計用センサ３１６及びプロセス伝送器１８を備える。電磁式流量計用センサ３１６は、当該電磁式流量計用センサ３１６の両端のそれぞれに、センサ端面３２２を有する。図５の実施形態では、センサ端面３２２がウェハー形式の端面となっている。電磁式流量計システム３１２は、プロセス配管１４の２つの区画の間に介装され、センサ端面３２２のそれぞれは、フランジボルト３２６によって管フランジ２０に接合され、プロセス流体Ｆの流動が電磁式流量計用センサ３１６を通過するようになっている。ウェハー形式の電磁式流量計用センサ３１６の取り付けにおいては、フランジボルト３２６が、電磁式流量計用センサ３１６の全長にわたって延設され、２つの管フランジ２０間に固定されるので、フランジボルト３２６は、フランジボルト４６よりもかなり長くなっている。図５の実施形態の作動は、前述した図１の実施形態と同様である。

図６Ａ及び図６Ｂは、図５に示した電磁式流量計用センサ３１６の一実施形態を示す図である。図６Ａは電磁式流量計用センサ３１６の端面図である。参照符号が同じ部材は、いずれもこれまでに述べたものと同じである。図６Ａに示すように、電磁式流量計用センサ３１６は、センサ端面３２２、電極３０、管路３２、ライナ３３４、機械的固定部材３６、及びハウジング３４１を備えている。ハウジング３４１は、電磁式流量計用センサ３１６の側部に設けられる。上述したように、本実施形態では、センサ端面３２２がウェハー形式の端面となっている。ライナ３３４は、ライナ３３４の一部としてセンサ端面３２２を越えて延設されるライナ延設部３４４を有する。また、ライナ３３４は、図６Ｂに基づき後述するような、平坦なシール面３４５も備えている。

図６Ｂは、図６Ａの電磁式流量計用センサ３１６の断面図である。図６Ｂは、２つのセンサ端面３２２の間に延びて管路３２を形成する金属製の管路壁４８を、電磁式流量計用センサ３１６が更に備えることを示している。図６Ｂに示すように、ライナ３３４は管路３２の内側を覆い、電磁式流量計用センサ３１６の両端のセンサ端面３２２上に達するように、管路３２の外側まで延設されている。また、ライナ３３４は、ライナ３３４がセンサ端面３２２を覆って延設される箇所に形成された平坦なシール面３４５を有しており、これにより電磁式流量計用センサ３１６の両端のそれぞれに、シール平面Ｐ０が規定される。平坦なシール面３４５は、電磁式流量計用センサ３１６の組み付けが行われると、プロセス配管１４の管フランジ２０に管路３２を物理的に結合してシールを行う、電磁式流量計用センサ３１６の面となる。従って、平坦なシール面３４５より突出して、管フランジ２０への電磁式流量計用センサ３１６の物理的な結合及びシールに干渉する可能性のあるものは何もないことが必須である。

上述したように、それぞれのセンサ端面３２２では、ライナ３３４がセンサ端面３２２に重なるように延設される。図６Ｂに示すように、ライナ延設部３４４は、センサ端面３２２を越えてハウジング３４１まで延設されている。また、ライナ３３４は、複数の孔４６を有する。これらの孔４６は、機械的固定部材３６が貫通してライナ３３４をハウジング３４１に固定するためにライナ延設部３４４に設けられた貫通孔である。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本実施形態ではウェハー形式の接続を採用しており、平坦なシール面３４５が、機械的固定部材３６でライナ３３４を電磁式流量計用センサ３１６に固定するための僅かな箇所を残し、センサ端面３２２のほぼ全域を覆っている。電磁式流量計用センサ３１６の側面において、機械的固定部材３６をハウジング３４１に固定することにより、ライナ３３４が電磁式流量計用センサ３１６に固定され、電磁式流量計用センサ３１６の組み付け前及び組み付け中におけるライナ３３４のずれが防止される。センサ端面３２２と平坦なシール面３４５とから離間したハウジング３４１に機械的固定部材３６が固定されるので、これら機械的固定部材３６によって、管フランジ２０に対する電磁式流量計用センサ３１６のシールが阻害されないことが重要である。

図７Ａ及び図７Ｂは、図５の電磁式流量計用センサのもう１つの実施形態を示す図である。図６Ａ及び図６Ｂに示した実施形態と同じく、図７Ａ及び図７Ｂの実施形態もウェハー形式の電磁式流量計用センサとなっている。図７Ａ及び図７Ｂに示す実施形態は、以下に述べる部分を除き、図６Ａ及び図６Ｂに示した実施形態と同様に構成される。参照符号が同じ部材は、いずれもこれまでに述べたものと同じである。図７Ａは電磁式流量計用センサ４１６の端面図である。図７Ｂは、図７Ａの電磁式流量計用センサ４１６の断面図である。図７Ａ及び図７Ｂを共に参照すると、電磁式流量計用センサ４１６は、センサ端面４２２及びライナ４３４を除いて、電磁式流量計用センサ３１６と同様に構成される。ライナ４３４は、センサ端面４２２の一部を覆うように延設される。ライナ４３４は、ライナ４３４がセンサ端面４２２を覆って延設される箇所に形成された平坦なシール面４４５を有しており、これにより電磁式流量計用センサ４１６の両端のそれぞれに、シール平面Ｐ０が規定される。また、ライナ４３４は孔４４６も有している。平坦なシール面４４５は、電磁式流量計用センサ４１６の組み付けが行われると、プロセス配管１４の管フランジ２０に管路３２を物理的に結合してシールを行う、電磁式流量計用センサ４１６の面となる。従って、平坦なシール面４４５より突出して、管フランジ２０への電磁式流量計用センサ４１６の物理的な結合及びシールに干渉する可能性のあるものは何もないことが必須である。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、センサ端面４２２は第１平面Ｐ１にある。図６Ａ及び図６Ｂに示す孔４６とは異なり、孔４４６のそれぞれは、平坦なシール面４４５に形成された凹部４４７を有する。これら凹部４４７は、機械的固定部材３６の拡径した上部（上述したように、ワッシャを選択的に含む）を収容する大きさとなっているが、ライナ４３４の厚みより浅く形成されている。従って、凹部４４７は、平坦なシール面４４５に平行な方向に沿う断面積が、センサ端面４２２側に位置する孔４４６の断面積より大きい。機械的固定部材３６の下部がセンサ端面４２２に固定されると、機械的固定部材３６の上部の方が孔４４６より大きな径を有するので、ライナ４３４が、凹部４４７とセンサ端面４２２との間で、センサ端面４２２に対して所定位置に保持される。凹部４４７は、図７Ｂに示すように、円筒状の形状であるのが好ましい。これに代えて、例えば円錐台状や半球状といった、別の形状を凹部４４７に採用することも可能である。本実施形態では、ライナ４３４の窪みに機械的固定部材３６の上部を入れてシール平面Ｐ０より低い位置とし、機械的固定部材３６のいかなる部分も、平坦なシール面４４５より突出しないようになっている。

電磁式流量計用センサの管路の内側を覆うと共に、電磁式流量計用センサの両端のセンサ端面のそれぞれに重なるように延設され、電磁式流量計用センサの両端のそれぞれに平坦なシール面を形成するライナのずれを防止するための、本発明の方法については、図２Ａ及び図２Ｂに基づき説明するが、この方法は、全ての実施形態に適用することが可能である。この方法は、電磁式流量計用センサ１６の管路３２内にライナ３４を挿入することで開始される。当初、ライナ３４は、両端部分に孔４６を有した筒状の管となっている。管路３２内に挿入されると、ライナ３４は外側に向けてセンサ端面２２に重なるように広げられる。機械的固定部材３６が複数の孔４６のそれぞれに挿入され、電磁式流量計用センサ１６の両端において機械的固定部材３６のいかなる部分も、平坦なシール面４５より突出することがないようにして、機械的固定部材３６が電磁式流量計用センサ１６に固定される。管路３２への挿入後、ライナ３４を外側に向けセンサ端面２２に重なるように広げる前に、必要に応じてライナ３４を加熱するようにしてもよい。

機械的固定部材３６は、溶接によって固定されるのが好ましい。溶接には、抵抗スポット溶接のような抵抗溶接、及びスタッド溶接ガンを用いたアーク溶接のいずれを採用してもよい。機械的固定部材３６の下部から突設した金属製の小突起に、アークまたは抵抗発熱の極大点を限定する場合には、プロジェクション溶接を採用するのが好ましい。この小突起は、迅速且つ調整可能に溶融し、比較的僅かな影響しか電磁式流量計用センサ１６に与えずに、堅牢な溶接結合が得られる。プロジェクション溶接に必要な安定した量のエネルギが迅速に得られるコンデンサバンクを充電して用いるコンデンサ放電式スタッド溶接機を採用することにより、溶接の更なる調整が可能である。

これに代えて、電磁式流量計用センサ１６に孔を開けてネジ山を形成し、これに対応してネジ山を設けた機械的固定部材３６を取り付けるようにしてもよい。但し、例えば図２Ａ及び図２Ｂに基づき前述した実施形態のように、センサ端面２２に機械的固定部材３６を取り付ける場合、センサ端面２２がフランジ形式の端面であり、その強度について、独立した機関の認証が必要となることがあるため、このような方法はあまり好ましくない。センサ端面２２への穿孔により、フランジ接合の認証が無効となる可能性がある。これに対し、機械的固定部材３６の溶接は、このような改変をせずにすみ、センサ端面２２の構造に対する悪影響を最小限とすることができる。このような効果は、プロジェクション溶接により機械的固定部材３６を固定する場合に特に顕著となる。

電磁式流量計用センサの流路の内側を覆うライナのずれを防止するための、本発明のもう１つの方法は、ネジ山付き溶接スタッドをナットと共に用いた、機械的固定部材３６のもう１つの例を採用するものである。上述した機械的固定部材３６の例とは異なり、ネジ山付き溶接スタッドは、まず最初に、電磁式流量計用センサ１６の所定位置に溶接することが可能であり、次にライナ３４を加熱し、外側に向けセンサ端面２２に重なるようにライナ３４を広げ、ネジ山付き溶接スタッドを孔４６に挿通させることができる。その後、ナットをネジ山付き溶接スタッドに螺合させ、ライナ３４を所定位置に固定することができる。

本発明においては、センサ端面のシール面を越えて電磁式流量計用センサの非シール面まで、管路用のライナを延設することにより、取り扱いの際や組み付け時にずれることがないようにライナが固定される電磁式流量計センサを、電磁式流量計システムが備えている。ライナに形成された孔を介し、機械的固定部材がライナを非シール面に固定する。ライナを非シール面に固定することにより、電磁式流量計センサと、プロセス流体が流動する管フランジとの間の有効なシールが、機械的固定部材によって阻害されることはない。従来の技術とは異なり、本発明では、有害な薬品や接着剤をライナの固定に用いることもなく、ライナのずれを防止するために作成された指示書に正しく従って電磁式流量計の取り扱い及び組み付けを行う者に依存することもない。

具体的な実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であると共に、均等物で本発明の各構成要素を置き換えることが可能であることが当業者に理解されよう。また、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況やものを本発明の教示に適合させるためのさまざまな変形が可能である。従って、本発明は、開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内に含まれる全ての態様を含むものである。

Claims (25)

1. プロセス流体の流量を検出する電磁式流量計用センサであって、
   前記電磁式流量計用センサの両端に１つずつ設けられ、前記プロセス流体の流路に前記電磁式流量計用センサを接続する２つのセンサ端面と、
   ２つの前記センサ端面を接続し、前記電磁式流量計用センサを通過する前記プロセス流体の流動を案内する管路と、
   前記管路の内側を覆い、前記プロセス流体と前記管路とが物理的に接するのを防止するライナであって、前記管路の全長にわたって延設されると共に、前記電磁式流量計用センサの両端においてそれぞれの前記センサ端面の少なくとも一部を覆うように延設されて前記電磁式流量計用センサの両端のそれぞれに平坦なシール面を形成し、それぞれの端部に複数の孔を有するライナと、
   複数の前記孔に貫通して設けられ、前記電磁式流量計用センサの両端に前記ライナを機械的に固定して、前記ライナのずれを防止する複数の機械的固定部材とを備え、
   前記機械的固定部材は、前記電磁式流量計用センサの両端のそれぞれにおける前記平坦なシール面より突出することなく設けられる
   ことを特徴とする電磁式流量計用センサ。
2. 前記ライナは、ポリテトラフルオロエチレン製のライナであることを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計用センサ。
3. 前記流路の流路壁及び前記ライナを貫通して設けられ、前記プロセス流体の流動を横切って生成された電圧を計測する複数の電極を更に備え、
   前記電極が前記ライナと物理的に接することにより、前記機械的固体部材が前記電極の移動を防止することを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計用センサ。
4. 前記機械的固定部材は、２つの前記センサ端面のいずれにもない前記電磁式流量計用センサの面に、機械的に固定されることを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計用センサ。
5. ２つの前記センサ端面のそれぞれは、
   前記センサ端面の第１平面にある第１端面部と、
   前記センサ端面の第２平面にある第２端面部であって、ボルト孔用円環を形成するように配置された複数のボルト孔を有する第２端面部とを備え、
   前記センサ端面の前記第１平面は、前記センサ端面の前記第２平面に比べ、２つの前記センサ端面の中間点から軸線方向で遠い位置にあり、
   前記機械的固定部材は、前記第２平面にある前記第２端面部に機械的に固定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計用センサ。
6. ２つの前記センサ端面のそれぞれは、
   前記センサ端面の第１平面にある第１端面部であって、ボルト孔用円環を形成するように配置された複数のボルト孔を有する第１端面部と、
   前記センサ端面の第２平面にある第２端面部とを備え、
   前記センサ端面の前記第１平面は、前記センサ端面の前記第２平面に比べ、２つの前記センサ端面の中間点から軸線方向で遠い位置にあり、
   前記機械的固定部材は、前記第２平面にある前記第２端面部に機械的に固定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計用センサ。
7. 前記ライナに設けられた複数の前記孔のそれぞれは、
   前記機械的固定部材が前記平坦なシール面より突出することがないように、前記機械的固定部材の一部を保持する外側部分と、
   センサ端面の一部に機械的に結合するべく前記機械的固定部材を貫通させる内側部分と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計用センサ。
8. 複数の前記機械的固定部材は、スポット溶接、プロジェクション溶接、アーク溶接、及び抵抗溶接の少なくとも１つにより、前記電磁式流量計用センサに固定されることを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計用センサ。
9. 複数の前記機械的固定部材は、頭付き溶接スタッド、ずれ止め溶接スタッド、及びネジ山付き溶接スタッドとナットとの組み合わせの少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計用センサ。
10. 複数の前記機械的固定部材は、螺合により前記電磁式流量計用センサに固定されることを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計用センサ。
11. プロセス流体の流量を計測し、前記流量の計測結果を制御システムまたは監視システムに伝送する電磁式流量計システムであって、
    制御システムまたは監視システムと通信を行うプロセス伝送器と、
    前記プロセス伝送器と電気的に接続され、検出した前記プロセス流体の流量を表す信号を供給する電磁式流量計用センサとを備え、
    前記電磁式流量計用センサは、
    前記電磁式流量計用センサの両端に１つずつ設けられ、前記プロセス流体の流路に前記電磁式流量計用センサを接続する２つのセンサ端面と、
    ２つの前記センサ端面を接続し、前記電磁式流量計用センサを通過する前記プロセス流体の流動を案内する管路と、
    前記管路の内側を覆い、前記プロセス流体と前記管路とが物理的に接するのを防止するライナであって、前記管路の全長にわたって延設されると共に、前記電磁式流量計用センサの両端においてそれぞれの前記センサ端面の少なくとも一部を覆うように延設されて前記電磁式流量計用センサの両端のそれぞれに平坦なシール面を形成し、それぞれの端部に複数の孔を有するライナと、
    複数の前記孔に貫通して設けられ、前記電磁式流量計用センサの両端に前記ライナを機械的に固定して、前記ライナのずれを防止する複数の機械的固定部材とを備え、
    前記機械的固定部材は、前記電磁式流量計用センサの両端のそれぞれにおける前記平坦なシール面より突出することなく設けられる
    ことを特徴とする電磁式流量計システム。
12. 前記ライナは、ポリテトラフルオロエチレン製のライナであることを特徴とする請求項１１に記載の電磁式流量計システム。
13. 前記流路の流路壁及び前記ライナを貫通して設けられ、前記プロセス流体の流動を横切って生成された電圧を計測する複数の電極を更に備え、
    前記電極が前記ライナと物理的に接することにより、前記機械的固体部材が前記電極の移動を防止することを特徴とする請求項１１に記載の電磁式流量計システム。
14. 前記機械的固定部材は、２つの前記センサ端面のいずれにもない前記電磁式流量計用センサの面に、機械的に固定されることを特徴とする請求項１１に記載の電磁式流量計システム。
15. ２つの前記センサ端面のそれぞれは、
    前記センサ端面の第１平面にある第１端面部と、
    前記センサ端面の第２平面にある第２端面部であって、ボルト孔用円環を形成するように配置された複数のボルト孔を有する第２端面部とを備え、
    前記センサ端面の前記第１平面は、前記センサ端面の前記第２平面に比べ、２つの前記センサ端面の中間点から軸線方向で遠い位置にあり、
    前記機械的固定部材は、前記第２平面にある前記第２端面部に機械的に固定される
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電磁式流量計システム。
16. ２つの前記センサ端面のそれぞれは、
    前記センサ端面の第１平面にある第１端面部であって、ボルト孔用円環を形成するように配置された複数のボルト孔を有する第１端面部と、
    前記センサ端面の第２平面にある第２端面部とを備え、
    前記センサ端面の前記第１平面は、前記センサ端面の前記第２平面に比べ、２つの前記センサ端面の中間点から軸線方向で遠い位置にあり、
    前記機械的固定部材は、前記第２平面にある前記第２端面部に機械的に固定される
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電磁式流量計システム。
17. 前記ライナに設けられた複数の前記孔のそれぞれは、
    前記機械的固定部材が前記平坦なシール面より突出することがないように、前記機械的固定部材の一部を保持する外側部分と、
    センサ端面の一部に機械的に結合するべく前記機械的固定部材を貫通させる内側部分と
    を備えることを特徴とする請求項１１に記載の電磁式流量計システム。
18. 複数の前記機械的固定部材は、スポット溶接、プロジェクション溶接、アーク溶接、及び抵抗溶接の少なくとも１つにより、前記電磁式流量計用センサに固定されることを特徴とする請求項１１に記載の電磁式流量計システム。
19. 複数の前記機械的固定部材は、頭付き溶接スタッド、ずれ止め溶接スタッド、及びネジ山付き溶接スタッドとナットとの組み合わせの少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１１に記載の電磁式流量計システム。
20. 複数の前記機械的固定部材は、螺合により前記電磁式流量計用センサに固定されることを特徴とする請求項１１に記載の電磁式流量計システム。
21. 電磁式流量計用センサの管路の内側を覆うと共に、前記電磁式流量計用センサの両端の２つのセンサ端面のそれぞれに重ねて延設され、前記電磁式流量計用センサの両端のそれぞれに平坦なシール面を形成するライナのずれを防止する方法であって、
    前記管路内に前記ライナを挿入する工程と、
    前記電磁式流量計用センサの前記センサ端面に重なるように前記ライナを外側に広げる工程と、
    外側に広げられた前記ライナに設けられた複数の孔のそれぞれに機械的固定部材を挿入する工程と、
    前記電磁式流量計用センサの両端のそれぞれにおける前記平坦なシール面より前記機械的固定部材が突出しないようにして、前記機械的固定部材を前記電磁式流量計用センサに固定する工程と
    を備えることを特徴とする方法。
22. 前記機械的固定部材を前記電磁式流量計用センサに固定する工程は、スポット溶接、プロジェクション溶接、アーク溶接、及び抵抗溶接の少なくとも１つにより、前記機械的固定部材を前記電磁式流量計用センサに溶接する工程を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記機械的固定部材を前記電磁式流量計用センサに固定する工程は、スタッド溶接ガンとコンデンサ放電式スタッド溶接機との少なくとも一方を用いて、前記機械的固定部材を前記電磁式流量計用センサに溶接する工程を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
24. 前記機械的固定部材を前記電磁式流量計用センサに固定する工程は、前記機械的固定部材を前記電磁式流量計用センサに螺合する工程を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
25. 前記センサ端面に重なるように前記ライナを外側に広げる前に前記ライナを加熱する工程を更に備えることを特徴とする請求項２１に記載の方法。