JP6458611B2 - 電磁流量計及び電磁流量計の流量測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁流量計及び電磁流量計の流量測定方法に関し、所定の測定精度を保持する省電力の、さらに自己診断を行うことのできる電磁流量計及び電磁流量計の流量測定方法に関するものである。

従来の電磁流量計は、対向した双方の励磁コイルに励磁電流を流し、交番磁界を発生させ、流量測定を行っている（例えば、特許文献１（第８図）参照）。

図２は、従来の電磁流量計である、電磁流量計２１の流量測定部の構成図であり、図３は、その断面図を例示したものである。

図２、３において、測定管２２の管内には、導電性流体が流れる。励磁コイル２３、２４は、測定管２２の外側に取り付けられており、励磁電流を流すことで交番磁界を発生させる。電極２５、２６は、交番磁界中を導電性流体が流れることで発生する起電力を検出する。電磁鋼板２７は、磁束漏洩を低減し、測定管内の磁束密度を高める。

図２、３に示すように、電極２５、２６は、互いに向かい合うように、Ｘ軸方向にそれぞれ取り付けられている。励磁コイル２３、２４は、互いに向かい合うように、Ｙ軸方向にそれぞれ取り付けられている。測定管２２の管内を流れる導電性流体の流れの方向は、Ｚ軸方向となる。

電磁流量計２１の流量の測定原理について説明する。

励磁コイル２３、２４に、交流である励磁電流を流し、測定管２２のＹ軸方向に磁束密度Ｂの交番磁界を発生させる。このとき、励磁コイル２３、２４から発生する磁界方向は、同じ方向である。測定管２２の管内（内径Ｄ）に導電性流体が流れると、Ｘ軸方向に起電力Ｅが発生する。この起電力Ｅを、電極２５、２６で検出することにより、導電性流体の流速ｖを算出し、流量測定を行う。

これを式で示すと、（１）式に示す関係が成立する。
Ｅ＝ＢｖＤ ・・・ （１）
（Ｅ：起電力、Ｂ：磁束密度、ｖ：導電性流体の流速、Ｄ：測定管の内径）
磁束密度Ｂ及び流量計の内径Ｄが一定であれば、起電力Ｅは、導電性流体の流速ｖに比例する。

図４は、従来の電磁流量計である、電磁流量計２１の全体の構成図を例示したものである。
電磁流量計２１は、励磁回路２８によって供給される励磁電流
を、電流供給線２９を介して励磁コイル２３、２４に与え、励磁コイル２３及び２４を励磁させる。励磁により、測定管２２に流れる導電性流体に磁界が印加され、電磁誘導により発生する起電力を電極２５及び２６により検出する。検出信号を差動増幅回路３０によって増幅し、Ａ／Ｄ変換器３１でデジタル値に変換し、変換後のデジタル値をＣＰＵ３２で演算処理し、演算処理後のデータを出力する。

電磁流量計の測定精度について説明する。
電磁流量計の流量測定において、測定精度は、ノイズに対する起電力Ｅの大きさに大きく影響を受ける。起電力Ｅの大きさが、ノイズと比較して大きい場合は、測定精度は相対的に高く、ノイズと比較して起電力Ｅの大きさが小さい場合は、測定精度は相対的に低い。

特開昭６２−１８８９１０公報

しかしながら、従来の電磁流量計では、励磁回路から励磁コイルに励磁電流を供給するための電流供給線は、双方の励磁コイルに共通であるため、励磁コイルごとに独立に励磁電流を供給し、励磁電流の大きさを制御することができなかった。例えば、一方の励磁コイルには励磁電流を供給せず、他方の励磁コイルのみに励磁電流を供給し、他方の励磁コイルのみを励磁するということはできなかった。ノイズが小さい環境にあっても、双方の励磁コイルに同じ大きさの励磁電流を供給するため、測定精度を保持する上で必要以上に、双方の励磁コイルに流す励磁電流が大きくなり、その分の電力が無駄になってしまうという問題があった。
また、このように、励磁電流を供給する電流供給線が、励磁コイルごとに独立に配線されていないため、励磁コイルの何れか一方だけに励磁電流を供給することができず、その結果、一方の励磁コイルに供給する励磁電流と、この励磁電流により一方の励磁コイルが励磁することで発生する磁束が、他方の励磁コイルに鎖交することで発生する誘導起電力との相関関係を、電磁流量計の自己診断として使用する電磁流量計が存在しないという問題があった。

そこで本発明の目的は、所定の測定精度を保持する省電力の、さらに自己診断を行うことのできる電磁流量計及び電磁流量計の流量測定方法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、請求項１記載の発明は、
電磁流量計の測定管の外側に互いに対向するように配置された励磁コイルと、
前記測定管の内側の壁面に互いに対向するように配置され、対向配置の方向は前記励磁コイル同士の対向配置方向と直交し、前記測定管を導電性流体が流れることによって生じる電磁誘導により発生する流量信号を検出するための電極と、
前記励磁コイルに励磁電流を供給するための励磁回路と、
前記励磁コイル毎に独立に配線され、前記励磁コイルと前記励磁回路とを結び、前記励磁回路から前記励磁コイルに励磁電流を供給する電流供給線と、
一方の励磁コイルにだけ励磁電流を供給した場合に、電磁誘導により他方の励磁コイルに発生する起電力を蓄電する蓄電体と、
を備えたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、
励磁回路から、電磁流量計の測定管の外側に互いに対向するように配置された励磁コイルの何れか一方に対し、前記励磁コイル毎に独立に配線され前記励磁回路と前記励磁コイルを直接結ぶ電流供給線を介して、励磁電流を供給し、前記測定管を導電性流体が流れることによって生じる電磁誘導により発生する流量信号を、前記測定管の内側の壁面に互いに対向するように配置され、対向配置の方向は前記励磁コイル同士の対向配置方向と直交するように配置された電極で検出し、
前記何れか一方の励磁コイルに励磁電流が流れることによって生じる電磁誘導により、励磁電流を供給していない他方の前記励磁コイルに発生する起電力を蓄電体に蓄電する、
ことを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、
励磁回路から、電磁流量計の測定管の外側に互いに対向するように配置された励磁コイルの何れか一方に対し、前記励磁コイル毎に独立に配線され前記励磁回路と前記励磁コイルを直接結ぶ電流供給線を介して、励磁電流を供給し、前記測定管を導電性流体が流れることによって生じる電磁誘導により発生する流量信号を、前記測定管の内側の壁面に互いに対向するように配置され、対向配置の方向は前記励磁コイル同士の対向配置方向と直交するように配置された電極で検出し、
前記励磁コイルの何れか一方にのみに供給した励磁電流と、電磁誘導により、励磁電流を供給していない他方の前記励磁コイルに発生する起電力の関係を、電磁流量計の自己診断に使用する、
ことを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、
前記自己診断の結果と、前記自己診断を行った際の励磁電流を流す前記励磁コイルと起電力を生じさせる前記励磁コイルを逆にして、さらに自己診断を行った際の自己診断結果の双方を考慮して、自己診断を行う、
ことを特徴とするものである。

本発明によれば以下のような効果がある。
励磁回路と励磁コイルを結ぶ、励磁回路から励磁コイルに励磁電流を供給するための供給線が、励磁コイル毎に独立に配線されているので、励磁コイル毎に励磁電流を供給することができる。このため、ノイズが小さい環境では、測定精度を保持する上で十分であれば、一方の励磁コイルにのみ励磁電流を供給すること等が可能であり、この場合は励磁に使用する電力が半分になるため、消費電力を抑えた省電力の、かつ、所定の測定精度を保持する省電力の電磁流量計及び電磁流量計の流量測定方法を提供することができる。

励磁コイルの何れか一方にのみ励磁電流を供給して一方の励磁コイルのみを励磁した場合には、その励磁した励磁コイルから発生した磁束が、励磁電流を供給していない他方の励磁コイルを鎖交するため、励磁電流が変化すると、電磁誘導により他方の励磁コイルに起電力が生じる。この起電力を蓄電体等に蓄電し、その蓄電した電気を電磁流量計自身の駆動に使用することにより、更に省電力の電磁流量計及び電磁流量計の流量測定方法を提供することができる。

励磁コイルの何れか一方にのみに供給した励磁電流と、電磁誘導により、励磁電流を供給していない他方の励磁コイルに発生する起電力の関係が、相関するので、その相関関係を電磁流量計の自己診断に使用することにより、自己診断可能な電磁流量計及び電磁流量計の流量測定方法を提供することができる。その相関関係を、定期的に記録、監視等することにより、励磁コイルや電磁鋼板のズレ、脱落、測定管内の付着などの発生の可能性を診断することができる。

当該自己診断の結果と、当該自己診断を行った際の励磁電流を供給する励磁コイルと起電力が発生する励磁コイルを逆にしてさらに自己診断を行った際の自己診断の結果を組み合わせることにより、自己診断の精度をさらに向上させることができる。これにより、自己診断の精度がさらに向上した電磁流量計及び電磁流量計の流量測定方法を提供することができる。

本発明の実施例を示した電磁流量計の構成図である。 従来の電磁流量計の流量測定部の構成図の例である。 従来の電磁流量計の流量測定部の断面図（Ｘ−Ｙ断面図）の例である。 従来の電磁流量計の構成図の例である。

図１は、本発明の実施例を示した、電磁流量計１の構成図である。電磁流量計１は、励磁回路２によって供給される励磁電流を、電流供給線３又は／及び４を介して励磁コイル５又は／及び６に与え、励磁コイル５又は／及び６を励磁させる。励磁により、測定管７を流れる導電性流体に磁界が印加され、電磁誘導により発生する起電力を電極８及び９により検出する。検出信号を差動増幅回路１０によって増幅し、Ａ／Ｄ変換器１１でデジタル値に変換し、変換後のデジタル値をＣＰＵ１２で演算処理し、演算処理後のデータを出力する。蓄電体１３は、電磁誘導により励磁コイル５又は６で発生した起電力を蓄電するためのものである。

励磁回路２から励磁コイル５又は／及び６に電磁電流を供給する線３又は／及び４は、励磁コイル毎に分離、独立している。そのため、励磁回路２から励磁コイル５又は／及び６に供給する励磁電流の大きさは励磁コイル５、６毎に制御できる。測定ノイズが小さい環境では、例えば、励磁コイル５だけに励磁電流を流し、励磁コイル６には励磁電流を流さないといった制御ができる。

また、所定の測定精度を保持しつつ、励磁コイル５及び６の双方に対し、最適、かつ最少の励磁電流を供給するといった制御を行うこともできる。

このように電磁電流を供給する線３、４を励磁コイル５、６毎に分離したことにより、流量測定において所定の精度以上に必要な起電力が発生しない、すなわち無駄な電力消費が発生しない電磁流量計を実現することができる。

励磁コイル５、６において、一方の励磁コイルだけに励磁電流を供給し、他方の励磁コイルには励磁電流を供給しない励磁方法の場合では、一方の励磁コイルから発生した磁束が他方の励磁コイルを鎖交することになる。この場合、一方の励磁コイルに供給する励磁電流の大きさが変化すると、励磁電流を供給しない他方の励磁コイルに鎖交する磁束も変化するため、電磁誘導により、他方の励磁コイルに起電力が生じる。この起電力をバッテリーなどの蓄電体１３に蓄電し、蓄電した電気を電磁流量計１自身の駆動に使用することにより、電磁流量計１の消費電力をさらに削減することができる。

励磁コイル５、６において、一方の励磁コイルに供給する励磁電流と、電磁誘導により、励磁電流を供給していない他方の励磁コイルに発生する起電力の関係は、これら二つの励磁コイル５、６及び磁気回路２の幾何学的配置によって決まる。電磁流量計１は、この励磁電流と起電力の相関関係を、定期的に記録、監視等することにより、相関関係が通常と異なる場合には、異常等と判断し、励磁コイルや電磁鋼板に、ズレ、脱落、測定管内の付着等が生じた可能性があるなど、電磁流量計自身の自己診断を行うことができる。

励磁コイル５、６において、励磁電流を供給する励磁コイルと起電力が発生する励磁コイルを逆にしても、電磁流量計１はこのような自己診断を行うことができる。最初の自己診断結果と、最初の自己診断を行った際の励磁電流を供給する励磁コイルと起電力が発生する励磁コイルを逆にして、さらに自己診断を行った際の自己診断結果を組み合わせることによって、電磁流量計１の自己診断の精度をさらに向上させることができる。
例えば、最初の自己診断から得られた上記相関関係の相関値と、次に、励磁コイルを上記のように逆にした場合の自己診断から得られた上記相関関係の相関値を組み合わせて考慮し、例えば、双方の相関値の平均値を自己診断に使用すれば、相関値を組み合わせない単独の相関値よりも相関値の誤差が小さくなるので、電磁流量計１の自己診断の精度をさらに向上させることができる。

１ 電磁流量計
２ 励磁回路
３、４ 電流供給線
５、６ 励磁コイル
７ 測定管
８、９ 電極
１３ 蓄電体

Claims (4)

1. 電磁流量計の測定管の外側に互いに対向するように配置された励磁コイルと、
   前記測定管の内側の壁面に互いに対向するように配置され、対向配置の方向は前記励磁コイル同士の対向配置方向と直交し、前記測定管を導電性流体が流れることによって生じる電磁誘導により発生する流量信号を検出するための電極と、
   前記励磁コイルに励磁電流を供給するための励磁回路と、
   前記励磁コイル毎に独立に配線され、前記励磁コイルと前記励磁回路とを結び、前記励磁回路から前記励磁コイルに励磁電流を供給する電流供給線と、
   一方の励磁コイルにだけ励磁電流を供給した場合に、電磁誘導により他方の励磁コイルに発生する起電力を蓄電する蓄電体と、
   を備えたことを特徴とする電磁流量計。
2. 励磁回路から、電磁流量計の測定管の外側に互いに対向するように配置された励磁コイルの何れか一方に対し、前記励磁コイル毎に独立に配線され前記励磁回路と前記励磁コイルを直接結ぶ電流供給線を介して、励磁電流を供給し、前記測定管を導電性流体が流れることによって生じる電磁誘導により発生する流量信号を、前記測定管の内側の壁面に互いに対向するように配置され、対向配置の方向は前記励磁コイル同士の対向配置方向と直交するように配置された電極で検出し、
   前記何れか一方の励磁コイルに励磁電流が流れることによって生じる電磁誘導により、励磁電流を供給していない他方の前記励磁コイルに発生する起電力を蓄電体に蓄電する、
   ことを特徴とする電磁流量計の流量測定方法。
3. 励磁回路から、電磁流量計の測定管の外側に互いに対向するように配置された励磁コイルの何れか一方に対し、前記励磁コイル毎に独立に配線され前記励磁回路と前記励磁コイルを直接結ぶ電流供給線を介して、励磁電流を供給し、前記測定管を導電性流体が流れることによって生じる電磁誘導により発生する流量信号を、前記測定管の内側の壁面に互いに対向するように配置され、対向配置の方向は前記励磁コイル同士の対向配置方向と直交するように配置された電極で検出し、
   前記励磁コイルの何れか一方にのみに供給した励磁電流と、電磁誘導により、励磁電流を供給していない他方の前記励磁コイルに発生する起電力の関係を、電磁流量計の自己診断に使用する、
   ことを特徴とする電磁流量計の流量測定方法。
4. 前記自己診断の結果と、前記自己診断を行った際の励磁電流を流す前記励磁コイルと起電力を生じさせる前記励磁コイルを逆にして、さらに自己診断を行った際の自己診断結果の双方を考慮して、自己診断を行う、
   ことを特徴とする請求項３記載の電磁流量計の流量測定方法。

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