JP6940434B2 - 容量式電磁流量計 - Google Patents

Description

本発明は、流体に発生する起電力を検出する電極を、流体と接触させることなく、流体の流量を計測する容量式電磁流量計に関する。

電磁流量計は、測定管内を流れる流体の長手方向に対して直交する方向に磁界を発生させる励磁コイルと、測定管に配置され、励磁コイルによって発生した磁界と直交する方向に配置された一対の電極を備え、励磁コイルに流す励磁電流の極性を交互に切り替えながら上記電極間に発生する起電力を検出することにより、測定管内を流れる被検出流体の流量を計測する計測機器である。

一般に、電磁流量計は、測定管の内側壁面に設けられた電極を計測対象の流体に直接接触させて、上記流体の起電力を検出する接液式と、測定管の外側部に設けられた電極を計測対象の流体に接触させることなく、上記流体の起電力を流体と電極間の静電容量を介して検出する容量式（非接液式）とに大別される。

容量式の電磁流量計では、電極間に発生した起電力を信号増幅回路（例えば差動増幅回路）によって増幅してから、Ａ／Ｄ変換回路によってデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をマイクロコントローラ等のプログラム処理装置に入力して所定の演算処理を実行することにより、流量の計測値を算出している。このような容量式の電磁流量計は、電極が劣化し難くメンテナンスが容易であることから、近年、特に注目されている。

しかしながら、容量式の電磁流量計は、被検出流体と電極とが非接触となるように構成されていることから、被検出流体と電極との間のインピーダンスが非常に高くなり、初段信号増幅回路がノイズ影響を受けやすくなる。そのため、電極と信号増幅回路の入力端子との間の配線にノイズが重畳すると、電磁流量計の計測精度および計測安定性が低下するという問題があった。

従来、このような被検出流体−電極間の高インピーダンスに起因するノイズ影響を低減するための技術として、ガード電極やシールド配線を用いた技術が提案されている（特許文献１など参照）。この従来技術１では、図１１および図１２に示すように、流路９０を形成する測定管９０Ａの外側部のうち、励磁コイル９１Ａ，９１Ｂにより発生する磁界と直交する位置に一対の面電極９２Ａ，９２Ｂを対向配置し、これら面電極９２Ａ，９２Ｂをそれぞれ個別のガード電極９３Ａ、９３Ｂで覆い、さらに面電極９２Ａ，９２Ｂとプリアンプ基板９６に実装されているプリアンプ９５Ａ，９５Ｂとを、シールド配線９４Ａ，９４Ｂで接続することにより外部ノイズの影響を低減している。

特開２００４−２２６３９４号公報

佐々木幸人、「ＳＺ／ＦＦ方式新型電磁流量計」、資源と素材、日本鉱業会誌、Vol. 97(1981)、No. 1124、11-14頁

しかしながら、このような従来の容量式電磁流量計によれば、配線材のコストがかかるとともに配線作業に手間がかかるという課題があった。
すなわち、従来の容量式電磁流量計では、図１１に示すように、差動増幅器９５Ｃで信号を増幅する前にゲイン１倍のプリアンプ９５Ａ，９５Ｂによるインピーダンス変換が行われ、得られた低インピーダンス出力信号で、ガード電極９３Ａ、９３Ｂおよびシールド配線９４Ａ，９４Ｂのシールド導体をシールドドライブしている。これは、図１２に示された通り、面電極９２Ａ，９２Ｂからプリアンプ基板９６まで、ある程度の距離があるため、シールド配線９４Ａ，９４Ｂの芯線−シールド導体間静電容量により流量信号レベルが減衰してしまうのを防止するためである。

したがって、このように面電極９２Ａ，９２Ｂとプリアンプ基板９６との距離が離れている場合、シールド配線９４Ａ，９４Ｂを使用してシールドドライブする必要があり、配線材のコストがかかるとともに配線作業に手間がかかるという課題があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、面電極とプリアンプ基板とを接続する接続配線のコストおよび配線作業負担を軽減できる容量式電磁流量計を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる容量式電磁流量計は、計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の長手方向である第１の方向に対して直交する第２の方向に沿って、前記流体に磁束を印加する励磁コイルと、前記第１および第２の方向と直交する第３の方向に沿って、前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に対向配置された、第１および第２の面電極からなる一対の面電極と、前記一対の面電極で検出された起電力を増幅するプリアンプが実装されたプリアンプ基板と、前記第１および第２の面電極と前記プリアンプとをそれぞれ電気的に接続する、第１および第２の接続配線からなる一対の接続配線とを備え、前記第１の接続配線は、前記測定管の外周面に形成されて一端が前記第１の面電極に接続された第１の管側配線パターンと、前記プリアンプ基板に形成されて一端が前記プリアンプに接続された第１の基板側配線パターンとから構成されており、前記第２の接続配線は、前記測定管の外周面に形成されて一端が前記第２の面電極に接続された第２の管側配線パターンと、前記プリアンプ基板に形成されて一端が前記プリアンプに接続された第２の基板側配線パターンとから構成されており、前記第１の管側配線パターンは、前記測定管の外周面に前記第１の方向に沿って直線状に形成された第１の長手方向配線パターンを含み、前記第２の管側配線パターンは、前記測定管の外周面に前記第１の方向に沿って直線状に形成された第２の長手方向配線パターンを含んでいる。

また、本発明にかかる他の容量式電磁流量計は、計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の長手方向である第１の方向に対して直交する第２の方向に沿って、前記流体に磁束を印加する励磁コイルと、前記第１および第２の方向と直交する第３の方向に沿って、前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に対向配置された、第１および第２の面電極からなる一対の面電極と、前記一対の面電極で検出された起電力を増幅するプリアンプが実装されたプリアンプ基板と、前記第１および第２の面電極と前記プリアンプとをそれぞれ電気的に接続する、第１および第２の接続配線からなる一対の接続配線とを備え、前記第１の接続配線は、前記測定管の外周面に形成されて一端が前記第１の面電極に接続された第１の管側配線パターンと、前記プリアンプ基板に形成されて一端が前記プリアンプに接続された第１の基板側配線パターンと、前記第１の管側配線パターンの他端と前記第１の基板側配線パターンの他端とを接続する第１のジャンパー線とから構成されており、前記第２の接続配線は、前記測定管の外周面に形成されて一端が前記第２の面電極に接続された第２の管側配線パターンと、前記プリアンプ基板に形成されて一端が前記プリアンプに接続された第２の基板側配線パターンと、前記第２の管側配線パターンの他端と前記第２の基板側配線パターンの他端とを接続する第２のジャンパー線とから構成されている。

また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記第１の管側配線パターンが、前記測定管の外周面に前記第１の方向に沿って直線状に形成された第１の長手方向配線パターンを含み、前記第２の管側配線パターンは、前記測定管の外周面に前記第１の方向に沿って直線状に形成された第２の長手方向配線パターンを含んでいる。

また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記第２の長手方向配線パターンが、前記測定管を挟んで前記第１の長手方向配線パターンとは反対側の外周面のうち、前記第２の方向から見て前記第１の長手方向配線パターンと重なる位置に形成されている。

また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記第１の管側配線パターンが、前記第１の面電極のうち、前記第１の方向に沿った第１の端部から前記第１の長手方向配線パターンの一端まで、前記測定管の外周面に前記測定管の周方向に沿って形成された第１の周方向配線パターンを含み、前記第２の管側配線パターンは、前記第２の面電極のうち、前記第１の方向に沿った第２の端部から前記第２の長手方向配線パターンの一端まで、前記測定管の外周面に前記測定管の周方向に沿って形成された第２の周方向配線パターンを含んでいる。

また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記第１および第２の長手方向配線パターンが、前記測定管の管軸を通過する前記第２の方向に沿った平面が前記測定管の外周面と交差する２つの交差線上に、それぞれ形成されている。

また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記第１および第２の周方向配線パターンの一端が、前記第１および第２の面電極の端部のうち、前記測定管の管軸を中心として軸対称となる位置に、それぞれ接続されている。

また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記第１の周方向配線パターンの一端が、前記第１の端部のうち前記第１の方向における前記第１の面電極の中央位置に接続されており、前記第２の周方向配線パターンの一端は、前記第２の端部のうち前記第１の方向における前記第２の面電極の中央位置に接続されている。

また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記第１の周方向配線パターンの一端が、前記第１の端部のうち前記第１のジャンパー線が接続される前記第１の管側配線パターンの他端に最も近い位置に接続されており、前記第２の周方向配線パターンの一端は、前記第２の端部のうち前記第２のジャンパー線が接続される前記第２の管側配線パターンの他端に最も近い位置に接続されている。

また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記第１の長手方向配線パターンの一端が、前記第１の面電極のうち前記測定管の周方向に沿った第３の端部に接続されており、前記第２の長手方向配線パターンの一端は、前記第２の面電極のうち前記測定管の周方向に沿った第４の端部に接続されている。

また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記測定管はセラミックからなり、前記第１および第２の面電極と前記第１および第２の管側配線パターンとは、前記測定管の外周面に一体で形成された金属薄膜からなる。

本発明によれば、容量式電磁流量計において、配線ケーブルを用いる場合と比較して、配線ケーブルの取り回しや固定などの取付作業を簡素化でき、面電極とプリアンプ基板とを接続する接続配線のコストおよび配線作業負担を軽減することが可能となる。

第１の実施の形態にかかる容量式電磁流量計の検出部を示す斜視図である。 第１の実施の形態にかかる容量式電磁流量計の回路構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態にかかる検出部の側面図である。 第１の実施の形態にかかる検出部の上面図である。 第１の実施の形態にかかる検出部の正面図である。 プリアンプを用いた差動増幅回路の構成例である。 第２の実施の形態にかかる検出部の上面図である。 第２の実施の形態にかかる検出部の側面図である。 第３の実施の形態にかかる検出部の上面図である。 第３の実施の形態にかかる検出部側面図である。 従来の容量式電磁流量計の回路構成例である。 従来の容量式電磁流量計の構造例である。 一般的な容量式電磁流量計の回路構成例である。 磁束微分ノイズの波形例である。 シールド配線による磁束微分ノイズの発生を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる容量式電磁流量計の検出部を示す斜視図である。図２は、第１の実施の形態にかかる容量式電磁流量計の回路構成を示すブロック図である。

［容量式電磁流量計］
この容量式電磁流量計１００は、励磁コイルから印加した磁束により、測定管内を流れる計測対象である流体に生じた起電力を、測定管の外周面に設けられた電極で、流体と電極との間の静電容量を介して検出し、得られた起電力を増幅した後、サンプリングして信号処理することにより、電極を流体に接液させることなく、流体の流量を測定する機能を有している。

図２に示すように、容量式電磁流量計１００は、主な回路部として、検出部２０、信号増幅回路２１、信号検出回路２２、励磁回路２３、伝送回路２５、設定・表示回路２６、および演算処理回路（ＣＰＵ）２７を備えている。

検出部２０は、主な構成として、測定管２、励磁コイル３Ａ，３Ｂ、面電極１０Ａ，１０Ｂ、およびプリアンプ５Ｕを備え、測定管２内の流路１を流れる流体の流速に応じた起電力Ｖａ，Ｖｂを面電極１０Ａ，１０Ｂで検出し、これら起電力Ｖａ，Ｖｂに応じた交流の検出信号Ｖｉｎを出力する機能を有している。

信号増幅回路２１は、検出部２０から出力された検出信号Ｖｉｎに含まれるノイズ成分をフィルタリングした後、増幅して得られた交流の流量信号ＶＦを出力する。信号検出回路２２は、信号増幅回路２１からの流量信号ＶＦをサンプルホールドし、得られた直流電圧を流量振幅値ＤＦにＡ／Ｄ変換して、演算処理回路２７へ出力する。
演算処理回路２７の流量算出部２７Ｂは、信号検出回路２２からの流量振幅値ＤＦに基づいて流体の流量を算出し、流量計測結果を伝送回路２５へ出力する。伝送回路２５は、伝送路Ｌを介して上位装置との間でデータ伝送を行うことにより、演算処理回路２７で得られた流量計測結果や空状態判定結果を上位装置へ送信する。

励磁回路２３は、演算処理回路２７の励磁制御部２７Ａからの励磁制御信号Ｖｅｘに基づいて、交流の励磁電流Ｉｅｘを励磁コイル３Ａ，３Ｂへ供給する。
設定・表示回路２６は、例えば作業者の操作入力を検出して、流量計測、伝導率測定、空状態判定などの各種動作を演算処理回路２７へ出力し、演算処理回路２７から出力された、流量計測結果や空状態判定結果をＬＥＤやＬＣＤなどの表示回路で表示する。

演算処理回路２７は、ＣＰＵとその周辺回路を備え、予め設定されているプログラムをＣＰＵで実行することにより、ハードウェアとソフトウェアを協働させることにより、励磁制御部２７Ａや流量算出部２７Ｂなどの各種処理部を実現する。

［検出部の構成］
次に、図１、図３〜図５を参照して、検出部２０の構成について詳細に説明する。図３は、第１の実施の形態にかかる検出部の側面図である。図４は、第１の実施の形態にかかる検出部の上面図である。図５は、第１の実施の形態にかかる検出部の正面図である。

図１に示すように、測定管２は、円筒形状をなすセラミックや樹脂などの絶縁性および誘電性に優れた材料からなり、測定管２の外側には、測定管２の長手方向（第１の方向）Ｘに対して磁束方向（第２の方向）Ｙが直交するよう、略Ｃ字形状のヨーク（たとえば、図１３のヨーク９１Ｄと同形状）と、一対の励磁コイル３Ａ，３Ｂが測定管２を挟んで対向配置されている。なお、図１、図３〜図５では、図を見易くするため、対向するヨーク端面だけ、すなわちヨーク面４Ａ、４Ｂだけを図示している。一方、測定管２の外周面２Ａには、長手方向Ｘおよび磁束方向（第２の方向）Ｙと直交する電極方向（第３の方向）Ｚに、薄膜導体からなる一対の面電極（第１の面電極）１０Ａと面電極（第２の面電極）１０Ｂが対向配置されている。

これにより、交流の励磁電流Ｉｅｘを励磁コイル３Ａ，３Ｂに供給すると、励磁コイル３Ａ，３Ｂの中央に位置するヨーク面４Ａ，４Ｂ間に磁束Φが発生して、流路１を流れる流体に、電極方向Ｚに沿って流体の流速に応じた振幅を持つ交流の起電力が発生し、この起電力が、流体と面電極１０Ａ，１０Ｂとの間の静電容量を介して面電極１０Ａ，１０Ｂで検出される。

この静電容量は数ｐＦ程度と非常に小さく、流体と面電極１０Ａ，１０Ｂとの間のインピーダンスが高くなるため、ノイズの影響を受けやすくなる。このため、オペアンプＩＣなどを用いたプリアンプ５Ｕにより、面電極１０Ａ，１０Ｂで得られた起電力Ｖａ，Ｖｂを低インピーダンス化している。

本実施の形態では、図３〜４に示すように、測定管２の外周面２Ａに形成した配線パターンを含む、接続配線（第１の接続配線）１１Ａおよび接続配線（第２の接続配線）１１Ｂからなる一対の接続配線により、面電極１０Ａ，１０Ｂとプリアンプ５Ｕとをそれぞれ電気的に接続するようにしたものである。

すなわち、接続配線１１Ａは、外周面２Ａに形成されて一端が面電極１０Ａに接続された管側配線パターン（第１の管側配線パターン）１２Ａと、プリアンプ基板５に形成されて一端がプリアンプ５Ｕに接続された基板側配線パターン（第１の基板側配線パターン）５Ａと、管側配線パターン１２Ａと基板側配線パターン５Ａとを接続するジャンパー線（第１のジャンパー線）１５Ａとから構成されている。ジャンパー線１５Ａは、管側配線パターン１２Ａの他端に形成されたパッド１６Ａと、基板側配線パターン５Ａの他端に形成されたパッド５Ｃとに半田付けされる。

また、接続配線１１Ｂは、外周面２Ａに形成されて一端が面電極１０Ｂに接続された管側配線パターン（第２の管側配線パターン）１２Ｂと、プリアンプ基板５に形成されて一端がプリアンプ５Ｕに接続された基板側配線パターン（第２の基板側配線パターン）５Ｂと、管側配線パターン１２Ｂと基板側配線パターン５Ｂとを接続するジャンパー線（第２のジャンパー線）１５Ｂとから構成されている。ジャンパー線１５Ｂは、管側配線パターン１２Ｂの他端に形成されたパッド１６Ｂと、基板側配線パターン５Ｂの他端に形成されたパッド５Ｄとに半田付けされる。

これにより、接続配線１１Ａ，１１Ｂのうち、面電極１０Ａ，１０Ｂからプリアンプ基板５の近傍位置までの区間で、外周面２Ａに形成された管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂが用いられることになる。このため、前述した一対の配線ケーブルを用いる場合のように、配線ケーブルの取り回しや固定などの取付作業を簡素化でき、接続配線のコストおよび配線作業負担が軽減される。

さらに、面電極１０Ａ，１０Ｂと管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂとは、銅などの非磁性金属薄膜からなり、測定管２の外周面２Ａに一体で形成されるため、製造工程を簡素化することができ、製品コストの低減にもつながる。

また、図３および図４に示すように、管側配線パターン１２Ａは、測定管２の外周面２Ａに長手方向Ｘに沿って直線状に形成された長手方向配線パターン（第１の長手方向配線パターン）１３Ａを含み、管側配線パターン１２Ｂは、測定管２の外周面２Ａに長手方向Ｘに沿って直線状に形成された長手方向配線パターン（第２の長手方向配線パターン）１３Ｂを含んでいる。

一般に、図１３に示するような、励磁コイル９１Ｃとヨーク９１Ｄとからなる磁気回路９１により、磁束が配線を通過すると、渦電流による磁束微分ノイズが発生する（非特許文献１など参照）。このような磁束微分ノイズの影響は、図１４のように面電極１０Ａ，１０Ｂから得られる流量信号（起電力）に現れ、磁束微分ノイズの影響が大きいほど流量信号が安定するまでの待ち時間が長くなってしまう。このため、励磁周波数を高くすることができず、１／ｆノイズの影響を受けやすくなってしまう。

また、磁束微分ノイズは、シールド配線でも発生する。例えば図１５に示すように、磁束Φの磁束方向Ｙと交差してシールド配線９４Ａ，９４Ｂを配置した場合、シールド配線９４Ａ，９４Ｂにより形成される信号ループＬＰの大きさに応じて、磁束微分ノイズが発生する。したがって、磁束微分ノイズを低減するためには、磁束方向Ｙから見た信号ループＬＰのループ面積Ｓを極力小さくする必要があるが、シールド配線９４Ａ，９４Ｂが長ければ長いほどループ面積Ｓを小さくすることは難しくなる。

接続配線１１Ａ，１１Ｂの一部は、磁束領域Ｆの内側あるいはその近傍に配置されるため、接続配線１１Ａ，１１Ｂとして一対の配線ケーブルを用いた場合には、磁束方向Ｙから見た両配線間の位置ズレにより、信号ループが形成されてしまい、前述したように磁束微分ノイズが発生する要因となる。
本実施の形態のように、測定管２の外周面２Ａに形成した配線パターンを用いれば、接続配線１１Ａ，１１Ｂの位置を正確に固定化することができる。このため、磁束方向Ｙから見た両配線間の位置ズレを回避でき、磁束微分ノイズを発生を容易に抑制することができる。

さらに、図３および図４に示すように、管側配線パターン１２Ａは、面電極１０Ａのうち、長手方向Ｘに沿った第１の端部１７Ａから長手方向配線パターン１３Ａの一端まで、測定管２の外周面２Ａに測定管２の周方向Ｗに沿って形成された周方向配線パターン（第１の周方向配線パターン）１４Ａを含んでいる。
また、管側配線パターン１２Ｂは、面電極１０Ｂのうち、長手方向Ｘに沿った第２の端部１７Ｂから長手方向配線パターン１３Ｂの一端まで、測定管２の外周面２Ａに測定管２の周方向Ｗに沿って形成された周方向配線パターン（第２の周方向配線パターン）１４Ｂを含んでいる。

この際、長手方向配線パターン１３Ｂは、測定管２を挟んで長手方向配線パターン１３Ａとは反対側の外周面２Ａのうち、磁束方向Ｙから見て長手方向配線パターン１３Ａと重なる位置に形成されている。すなわち、外周面２Ａのうち、管軸Ｊを通過する電極方向Ｚに沿った平面を挟んで対称となる位置に、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂが形成されている。

図３および図４の例では、磁束方向Ｙに沿って測定管２の管軸Ｊを通過する平面が外周面２Ａと交差する交差線ＪＡ，ＪＢ上に、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂがそれぞれ形成されている。また、周方向配線パターン１４Ａの一端は、面電極１０Ａの第１の端部１７Ａのうち、長手方向Ｘにおける面電極１０Ａの中央位置に接続されている。同じく、周方向配線パターン１４Ｂの一端は、面電極１０Ｂの第２の端部１７Ｂのうち、長手方向Ｘにおける面電極１０Ｂの中央位置に接続されている。

これにより、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂが、磁束方向Ｙから見て重なる位置に形成されているため、前述の図１５に示したような信号ループの形成を正確に回避することができ、磁束微分ノイズを発生を容易に抑制することができる。

また、交差線ＪＡ，ＪＢ上に長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂを形成することにより、周方向配線パターン１４Ａ，１４Ｂの長さが等しくなって、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂ全体の長さが等しくなるため、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂの長さの違いに起因して発生する、面電極１０Ａ，１０Ｂからの起電力Ｖａ，Ｖｂの位相差や振幅などのアンバランスを抑制できる。なお、計測精度上、これらアンバランスが無視できる程度であれば、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂは、交差線ＪＡ，ＪＢ上でなくてもよく、磁束方向Ｙから見て重なる位置に形成されていればよい。

プリアンプ基板５は、電子部品を実装するための一般的なプリント配線基板であり、図５に示すように、プリアンプ基板５のほぼ中央位置に、測定管２を貫通させるための管孔５Ｈが形成されている。したがって、プリアンプ基板５は測定管２と交差する方向に沿って取り付けられていることになる。管孔５Ｈに貫通させた測定管２の外周面２Ａと、管孔５Ｈの端部とを接着剤で固定することにより、測定管２にプリアンプ基板５を容易に取り付けることができる。図５の例では、管孔５Ｈは、プリアンプ基板５の基板端部に向けて開口していないが、管孔５Ｈの周部の一部が、プリアンプ基板５の基板端部に向けて直接開口していてもよく、あるいはスリットを介して間接的に開口していてもよい。

また、図３および図４の例において、プリアンプ基板５の取付位置は、長手方向Ｘ（矢印方向）に流れる流体の下流方向に、磁束領域Ｆから離間した位置である。また、プリアンプ基板５の取付方向は、前述したように、基板面が測定管２と交差する方向、ここでは、磁束方向Ｙおよび電極方向Ｚからなる２次元平面に沿った方向である。なお、プリアンプ基板５の取付位置は、磁束領域Ｆの外側位置であればよく、磁束領域Ｆから下流方向とは反対の上流方向に離間した位置であってもよい。また、プリアンプ基板５の取付方向は、上記２次元平面に沿った方向に厳密に限定されるものではなく、上記２次元平面と傾きを持っていてもよい。

また、面電極１０Ａ，１０Ｂ、接続配線１１Ａ，１１Ｂ、および、プリアンプ５Ｕは、接地電位に接続された金属板からなるシールドケース６で電気的にシールドされている。シールドケース６は、長手方向Ｘに沿って伸延する略矩形状をなし、測定管２が内側を貫通するための開口部が、磁束領域Ｆから上流方向と下流方向に設けられている。

これにより、インピーダンスの高い回路部分全体がシールドケース６でシールドされることにより、外部ノイズの影響を抑制される。この際、プリアンプ基板５のうちプリアンプ５Ｕの実装面とは反対側の半田面に、接地電位に接続された接地パターン（べたパターン）からなるシールドパターン５Ｇを形成してもよい。これにより、シールドケース６を構成する平面のうち、プリアンプ基板５と当接する平面はすべて開口していてもよく、シールドケース６の構造を簡素化できる。

図６は、プリアンプを用いた差動増幅回路の構成例である。図６に示すように、プリアンプ５Ｕは、面電極１０Ａ，１０Ｂからの起電力Ｖａ，Ｖｂをそれぞれ個別に低インピーダンス化して出力する２つのオペアンプＵＡ，ＵＢを備えている。これらオペアンプＵＡ，ＵＢは、同じＩＣパッケージ内に封止されている（デュアルオペアンプ）。また、これらは、入力されたＶａ，Ｖｂを差動増幅し、得られた差動出力を検出信号Ｖｉｎとして、図２の信号増幅回路２１へ出力する。

具体的には、ＵＡの非反転入力端子（＋）にＶａが入力され、ＵＢの非反転入力端子（＋）にＶｂが入力されている。また、ＵＡの反転入力端子（−）は、抵抗素子Ｒ１を介してＵＡの出力端子に接続されており、ＵＢの反転入力端子（−）は、抵抗素子Ｒ２を介してＵＢの出力端子に接続されている。そして、ＵＡの反転入力端子（−）は、抵抗素子Ｒ３を介してＵＢの反転入力端子（−）に接続されている。この際、Ｒ１，Ｒ２の値を等しくすることによりＵＡ，ＵＢの増幅率は一致する。これらＲ１，Ｒ２の値とＲ３の値によって増幅率が決定される。

面電極１０Ａ，１０Ｂからの起電力Ｖａ，Ｖｂは、互いに逆相を示す信号であるため、ＵＡ，ＵＢを用いてこのような差動増幅回路をプリアンプ基板５上で構成することにより、励磁コイル３Ａ，３Ｂや測定管２から熱の影響を受けてＶａ，Ｖｂに温度ドリフトが発生したとしても、Ｖａ，Ｖｂが差動増幅される。これにより、検出信号Ｖｉｎにおいて、これら同相の温度ドリフトはキャンセルされるとともに、Ｖａ，Ｖｂが加算されることになり、良好なＳ／Ｎ比を得ることができる。

［第１の実施の形態の効果］
このように本実施の形態は、面電極１０Ａ，１０Ｂとプリアンプ５Ｕとをそれぞれ電気的に接続する、接続配線１１Ａ，１１Ｂからなる一対の接続配線を備え、接続配線１１Ａは、測定管２の外周面２Ａに形成されて一端が面電極１０Ａに接続された管側配線パターン１２Ａと、プリアンプ基板５に形成されて一端がプリアンプ５Ｕに接続された基板側配線パターン５Ａと、管側配線パターン１２Ａの他端と基板側配線パターン５Ａの他端とを接続するジャンパー線１５Ａとから構成し、接続配線１１Ｂは、外周面２Ａに形成されて一端が面電極１０Ｂに接続された管側配線パターン１２Ｂと、プリアンプ基板５に形成されて一端がプリアンプ５Ｕに接続された基板側配線パターン５Ｂと、管側配線パターン１２Ｂの他端と基板側配線パターン５Ｂの他端とを接続するジャンパー線１５Ｂとから構成したものである。

これにより、接続配線１１Ａ，１１Ｂのうち、面電極１０Ａ，１０Ｂからプリアンプ基板５の近傍位置までの区間で、外周面２Ａに形成された管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂが用いられることになる。このため、前述した配線ケーブルを用いる場合と比較して、配線ケーブルの取り回しや固定などの取付作業を簡素化でき、接続配線のコストおよび配線作業負担を軽減することが可能となる。

また、本実施の形態において、管側配線パターン１２Ａは、外周面２Ａに長手方向に沿って直線状に形成された長手方向配線パターン１３Ａを含み、管側配線パターン１２Ｂは、外周面２Ａに長手方向に沿って直線状に形成された長手方向配線パターン１３Ｂを含むようにしてもよい。さらに、長手方向配線パターン１３Ｂは、測定管２を挟んで長手方向配線パターン１３Ａとは反対側の外周面２Ａのうち、磁束方向Ｙから見て長手方向配線パターン１３Ａと重なる位置に形成してもよい。

これにより、磁束領域Ｆの内側あるいはその近傍に配置される長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂが、磁束方向Ｙから見て重なる位置に形成されるため、前述の図１５に示したような信号ループの形成を正確に回避することができ、磁束微分ノイズを発生を容易に抑制することができる。

また、本実施の形態において、管側配線パターン１２Ａは、面電極１０Ａのうち、長手方向Ｘに沿った第１の端部１７Ａから長手方向配線パターン１３Ａの一端まで、測定管２の外周面２Ａに測定管２の周方向Ｗに沿って形成された周方向配線パターン１４Ａを含み、管側配線パターン１２Ｂは、面電極１０Ｂのうち、長手方向Ｘに沿った第２の端部１７Ｂから長手方向配線パターン１３Ｂの一端まで、外周面２Ａに周方向Ｗに沿って形成された周方向配線パターン１４Ｂを含んでいてもよい。さらに、これら長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂは、測定管２の管軸Ｊを通過する磁束方向Ｙに沿った平面が外周面２Ａと交差する２つの交差線ＪＡ，ＪＢ上に、それぞれ形成してもよい。

これにより、周方向配線パターン１４Ａ，１４Ｂの長さが等しくなって、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂ全体の長さが等しくなるため、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂの長さの違いに起因して発生する、面電極１０Ａ，１０Ｂからの起電力Ｖａ，Ｖｂの位相差や振幅などのアンバランスを抑制できる。

［第２の実施の形態］
次に、図７および図８を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる容量式電磁流量計について説明する。図７は、第２の実施の形態にかかる検出部の上面図である。図８は、第２の実施の形態にかかる検出部の側面図である。
第１の実施の形態では、周方向配線パターン１４Ａ，１４Ｂの一端を、面電極１０Ａ，１０Ｂの第１および第２の端部１７Ａ，１７Ｂのうち、中央位置に接続した場合を例として説明したが、これら接続位置は、中央位置に限定されるものではない。

本実施の形態では、周方向配線パターン１４Ａ，１４Ｂの一端は、面電極１０Ａ，１０Ｂの端部のうち、測定管２の管軸Ｊを中心として軸対称となる位置に、それぞれ接続するようにしたものである。
これにより、図３および図４に示したように、第１および第２の端部１７Ａ，１７Ｂの中央位置に接続した場合と同様に、周方向配線パターン１４Ａ，１４Ｂの長さが等しくなって、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂ全体の長さが等しくなるため、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂの長さの違いに起因して発生する、面電極１０Ａ，１０Ｂからの起電力Ｖａ，Ｖｂの位相差や振幅などのアンバランスを抑制することが可能となる。

図７および図８に示す接続例では、周方向配線パターン１４Ａ，１４Ｂの一端を、第１および第２の端部１７Ａ，１７Ｂのうち、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂの他端に接続されるジャンパー線１５Ａ，１５Ｂに最も近い位置、すなわちパッド１６Ａ，１６Ｂに最も近い位置に、周方向配線パターン１４Ａ，１４Ｂの一端を接続したものである。

これにより、周方向配線パターン１４Ａ，１４Ｂの長さを等しくできるだけでなく、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂの長さを最短にすることができる。このため、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂの長さの違いに起因して発生する、起電力Ｖａ，Ｖｂのアンバランスに加えて、外部ノイズの影響を抑制することが可能となる。

［第３の実施の形態］
次に、図９および図１０を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる容量式電磁流量計について説明する。図９は、第３の実施の形態にかかる検出部の上面図である。図１０は、第３の実施の形態にかかる検出部の側面図である。
第１および第２の実施の形態では、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂを、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂと周方向配線パターン１４Ａ，１４Ｂとで構成した場合を例に説明した。本実施の形態では、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂを、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂだけで構成する場合について説明する。

すなわち、本実施の形態は、図９および図１０に示すように、長手方向配線パターン１３Ａの一端を、面電極１０Ａのうち測定管２の周方向Ｗに沿った第３の端部１７Ｃに接続し、長手方向配線パターン１３Ｂの一端を、面電極１０Ｂのうち測定管２の周方向Ｗに沿った第４の端部１７Ｄに接続したものである。
図９および図１０の接続例では、測定管２の管軸Ｊを通過する電極方向Ｚに沿った平面が測定管２の外周面２Ａと交差する交差線ＪＣ，ＪＤ上に、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂが形成されている。

これにより、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂの長さを等しく、かつ、最短にすることができ、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂ全体の長さが等しく、かつ、最短となる。このため、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂの長さの違いに起因して発生する、起電力Ｖａ，Ｖｂのアンバランスに加えて、外部ノイズの影響を抑制することが可能となる。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

１００…容量式電磁流量計、１…流路、２…測定管、３Ａ，３Ｂ…励磁コイル、４Ａ，４Ｂ…ヨーク面、５…プリアンプ基板、５Ａ，５Ｂ…基板側配線パターン、５Ｃ，５Ｄ…パッド、５Ｇ…シールドパターン、５Ｈ…管孔、５Ｕ…プリアンプ、６，６Ａ，６Ｂ…シールドケース、１０Ａ，１０Ｂ…面電極、１１Ａ，１１Ｂ…接続配線、１２Ａ，１２Ｂ…管側配線パターン、１３Ａ，１３Ｂ…長手方向配線パターン、１４Ａ，１４Ｂ…周方向配線パターン、１５Ａ，１５Ｂ…ジャンパー線、１６Ａ，１６Ｂ…パッド、１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ…端部、２０…検出部、２１…信号増幅回路、２２…信号検出回路、２３…励磁回路、２５…伝送回路、２６…設定・表示回路、２７…演算処理回路、２７Ａ…励磁制御部、２７Ｂ…流量算出部、ＵＡ，ＵＢ…オペアンプ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗素子、Ｌ…伝送路、Ｖａ，Ｖｂ…起電力、Ｖｉｎ…検出信号、Φ…磁束、Ｆ…磁束領域、Ｘ…長手方向、Ｙ…磁束方向、Ｚ…電極方向、Ｗ…周方向、Ｊ…管軸、ＪＡ，ＪＢ，ＪＣ，ＪＤ…交差線。

Claims (11)

1. 計測対象となる流体が流れる測定管と、
   前記測定管の長手方向である第１の方向に対して直交する第２の方向に沿って、前記流体に磁束を印加する励磁コイルと、
   前記第１および第２の方向と直交する第３の方向に沿って、前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に対向配置された、第１および第２の面電極からなる一対の面電極と、
   前記一対の面電極で検出された起電力を増幅するプリアンプが実装されたプリアンプ基板と、
   前記第１および第２の面電極と前記プリアンプとをそれぞれ電気的に接続する、第１および第２の接続配線からなる一対の接続配線とを備え、
   前記第１の接続配線は、前記測定管の外周面に形成されて一端が前記第１の面電極に接続された第１の管側配線パターンと、前記プリアンプ基板に形成されて一端が前記プリアンプに接続された第１の基板側配線パターンとから構成されており、
   前記第２の接続配線は、前記測定管の外周面に形成されて一端が前記第２の面電極に接続された第２の管側配線パターンと、前記プリアンプ基板に形成されて一端が前記プリアンプに接続された第２の基板側配線パターンとから構成されており、
   前記第１の管側配線パターンは、前記測定管の外周面に前記第１の方向に沿って直線状に形成された第１の長手方向配線パターンを含み、
   前記第２の管側配線パターンは、前記測定管の外周面に前記第１の方向に沿って直線状に形成された第２の長手方向配線パターンを含む
   ことを特徴とする容量式電磁流量計。
2. 計測対象となる流体が流れる測定管と、
   前記測定管の長手方向である第１の方向に対して直交する第２の方向に沿って、前記流体に磁束を印加する励磁コイルと、
   前記第１および第２の方向と直交する第３の方向に沿って、前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に対向配置された、第１および第２の面電極からなる一対の面電極と、
   前記一対の面電極で検出された起電力を増幅するプリアンプが実装されたプリアンプ基板と、
   前記第１および第２の面電極と前記プリアンプとをそれぞれ電気的に接続する、第１および第２の接続配線からなる一対の接続配線とを備え、
   前記第１の接続配線は、前記測定管の外周面に形成されて一端が前記第１の面電極に接続された第１の管側配線パターンと、前記プリアンプ基板に形成されて一端が前記プリアンプに接続された第１の基板側配線パターンと、前記第１の管側配線パターンの他端と前記第１の基板側配線パターンの他端とを接続する第１のジャンパー線とから構成されており、
   前記第２の接続配線は、前記測定管の外周面に形成されて一端が前記第２の面電極に接続された第２の管側配線パターンと、前記プリアンプ基板に形成されて一端が前記プリアンプに接続された第２の基板側配線パターンと、前記第２の管側配線パターンの他端と前記第２の基板側配線パターンの他端とを接続する第２のジャンパー線とから構成されている
   ことを特徴とする容量式電磁流量計。
3. 請求項２に記載の容量式電磁流量計において、
   前記第１の管側配線パターンは、前記測定管の外周面に前記第１の方向に沿って直線状に形成された第１の長手方向配線パターンを含み、
   前記第２の管側配線パターンは、前記測定管の外周面に前記第１の方向に沿って直線状に形成された第２の長手方向配線パターンを含む
   ことを特徴とする容量式電磁流量計。
4. 請求項１または請求項３に記載の容量式電磁流量計において、
   前記第２の長手方向配線パターンは、前記測定管を挟んで前記第１の長手方向配線パターンとは反対側の外周面のうち、前記第２の方向から見て前記第１の長手方向配線パターンと重なる位置に形成されていることを特徴とする容量式電磁流量計。
5. 請求項３または請求項４に記載の容量式電磁流量計において、
   前記第１の管側配線パターンは、前記第１の面電極のうち、前記第１の方向に沿った第１の端部から前記第１の長手方向配線パターンの一端まで、前記測定管の外周面に前記測定管の周方向に沿って形成された第１の周方向配線パターンを含み、
   前記第２の管側配線パターンは、前記第２の面電極のうち、前記第１の方向に沿った第２の端部から前記第２の長手方向配線パターンの一端まで、前記測定管の外周面に前記測定管の周方向に沿って形成された第２の周方向配線パターンを含む
   ことを特徴とする容量式電磁流量計。
6. 請求項５に記載の容量式電磁流量計において、
   前記第１および第２の長手方向配線パターンは、前記測定管の管軸を通過する前記第２の方向に沿った平面が前記測定管の外周面と交差する２つの交差線上に、それぞれ形成されていることを特徴とする容量式電磁流量計。
7. 請求項５または請求項６に記載の容量式電磁流量計において、
   前記第１および第２の周方向配線パターンの一端は、前記第１および第２の面電極の端部のうち、前記測定管の管軸を中心として軸対称となる位置に、それぞれ接続されていることを特徴とする容量式電磁流量計。
8. 請求項５〜請求項７のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
   前記第１の周方向配線パターンの一端は、前記第１の端部のうち前記第１の方向における前記第１の面電極の中央位置に接続されており、
   前記第２の周方向配線パターンの一端は、前記第２の端部のうち前記第１の方向における前記第２の面電極の中央位置に接続されている
   ことを特徴とする容量式電磁流量計。
9. 請求項５〜請求項７のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
   前記第１の周方向配線パターンの一端は、前記第１の端部のうち前記第１のジャンパー線が接続される前記第１の管側配線パターンの他端に最も近い位置に接続されており、
   前記第２の周方向配線パターンの一端は、前記第２の端部のうち前記第２のジャンパー線が接続される前記第２の管側配線パターンの他端に最も近い位置に接続されている
   ことを特徴とする容量式電磁流量計。
10. 請求項３または請求項４に記載の容量式電磁流量計において、
    前記第１の長手方向配線パターンの一端は、前記第１の面電極のうち前記測定管の周方向に沿った第３の端部に接続されており、
    前記第２の長手方向配線パターンの一端は、前記第２の面電極のうち前記測定管の周方向に沿った第４の端部に接続されている
    ことを特徴とする容量式電磁流量計。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
    前記測定管はセラミックからなり、
    前記第１および第２の面電極と前記第１および第２の管側配線パターンとは、前記測定管の外周面に一体で形成された金属薄膜からなる
    ことを特徴とする容量式電磁流量計。

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