JP6940435B2 - 電磁流量計 - Google Patents

Description

本発明は、測定管内を流れる流体の流量を計測する電磁流量計に関する。

電磁流量計には、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、流体の起電力を検出する接液式のほか、測定管の外側面に一対の面電極を配置し、計測対象の流体に接触させることなく、流体の起電力を流体と面電極間の静電容量を介して検出する容量式（非接液式）がある。

図１８は、容量式電磁流量計の構成例を示す断面図である。図１９は、電磁流量計の計測原理を示す説明図である。一般に、容量式電磁流量計は、流体が流れる測定管９０の長手方向Ｘに対して直交する磁束方向Ｙに磁束Φを発生させる励磁コイル９１Ａ，９１Ｂと、励磁コイル９１Ａ，９１Ｂによって発生した磁束Φと直交する電極方向Ｚに配置された一対の面電極９２Ａ，９２Ｂを備え、励磁コイル９１Ａ，９１Ｂに流す励磁電流の極性を交互に切り替えながら面電極９２Ａ，９２Ｂ間に発生する起電力を検出することにより、測定管９０内を流れる流体の流量を計測する（特許文献１など参照）。

このような容量式電磁流量計では、面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。このような容量式電磁流量計は、検出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、容量式電磁流量計は、流体と面電極９２Ａ，９２Ｂとが非接触となるように構成されていることから、流体と面電極９２Ａ，９２Ｂとの間の静電容量は数ｐＦ程度と非常に小さい。このため、流体と面電極９２Ａ，９２Ｂとの間のインピーダンスが非常に高くなり、ノイズ影響を受けやすい。また、面電極９２Ａ，９２Ｂの位置および大きさによって流体から検出される流量信号（起電力）の大きさも変化する。

図２０は、電極位置に対する配管内流体の流量信号への寄与率を示す説明図である。図２０によれば、面電極９２Ａ，９２Ｂの幅は、面電極９２Ａ，９２Ｂの両端から中心を見込む角θとすると、θ＝１．４ｒａｄ以内であることが望ましいことが分かる（特許文献２など参照）。このため、流量信号が最大となる軸線Ｐからずれた位置に、面電極９２Ａ，９２Ｂの中心が配置された場合、得られる流量信号が小さくなり、結果としてＳ／Ｎ比が悪化してしまうことになる。

従来、ＦＡ市場向けの小型の容量式電磁流量計が提案されている（特許文献３など参照）。この従来技術では、図２１および図２２に示すように、測定管９０の外周面に面電極９２Ａ，９２Ｂを配置し、これら面電極９２Ａ，９２Ｂとプリアンプ基板９３Ａ，９３Ｂの外側を覆うようにして、２つの基板ホルダ９４Ａ，９４Ｂを上下から測定管９０に装着することにより、管体ユニットを組み立てている。

この後、下部の基板ホルダ９４Ｂに形成された取り付け孔９４Ｃを、ケース９６の底部に取り付けられているヨーク９７の突起部９７Ａに挿入することにより、測定管９０を含む管体ユニット全体をケース９６に取り付けている。これにより、容量式電磁流量計の組立作業中に、面電極９２Ａ，９２Ｂの中心が軸線Ｐと一致するよう取り付けている。

特開２００４−２２６３９４号公報 特開平７−１２０２８２号公報 特開２０１４−２０２６６２号公報

しかしながら、このような従来技術では、図２１に示すように、測定管９０が基板ホルダ９４Ｂおよびヨーク９７を介してケース９６に取り付けられることになるため、専用の基板ホルダ９４Ｂが必要になるとともに、ヨーク９７にも基板ホルダ９４Ｂを保持する構造が必要となり、測定管９０をケース９６に取り付けるための構造および組立作業が複雑になるという問題点があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、複雑な構造を必要とすることなく測定管をケースに対して容易に取り付けることができる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、本発明にかかる電磁流量計は、計測対象となる流体が流れる測定管と、上方に開口部を有し、内部に前記測定管を収納する有底箱状のケースと、前記測定管が圧入される管孔を有するプリント基板と、前記ケースの内壁部に形成されて、前記開口部から挿入された前記プリント基板の側端部と嵌合するガイド部とを備えている。

また、本発明にかかる上記電磁流量計の一構成例は、前記ガイド部が、前記内壁部に形成された突条または溝からなるものである。

また、本発明にかかる上記電磁流量計の一構成例は、前記プリント基板と前記ガイド部との組を複数備えている。

また、本発明にかかる上記電磁流量計の一構成例は、前記プリント基板が、前記測定管に設けられた電極と接続するための基板側配線パターンを備えている。

また、本発明にかかる上記電磁流量計の一構成例は、前記測定管が、外周面に形成されて、一端が前記電極に接続され他端が前記プリント基板付近まで伸延する管側配線パターンを備えている。

また、本発明にかかる上記電磁流量計の一構成例は、前記プリント基板が、前記管孔の孔壁面に前記測定管の外周面と当接する複数の凸部を備えている。

また、本発明にかかる上記電磁流量計の一構成例は、前記プリント基板が、前記管孔を形成する切欠きを有している。

また、本発明にかかる上記電磁流量計において、前記測定管は、円筒形状に形成されていてもよいし、角筒形状に形成された角筒部を有していてもよい。

本発明によれば、従来のような基板ホルダやヨークの突起部などの複雑な構造を必要とすることなく、さらには、測定管をケース内で保持するためのスペーサーなどの専用の取付部品を必要とすることなく、測定管をケースに対して容易に取り付けることができる。これにより、測定管の両端にケースの外側から継手を組み付ける場合、ケース内に測定管が位置決めされており、測定管が回転したり面電極の位置がずれたりすることがないため、極めて容易かつ正確に組み付け作業を行うことができる。

第１の実施の形態にかかる電磁流量計を示す上面図である。 第１の実施の形態にかかる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電磁流量計の側面図である。 第１の実施の形態にかかる電磁流量計の断面斜視図である。 第１の実施の形態にかかる電磁流量計の組立図である。 測定管とプリント基板との関係を説明する図である。 第１の実施の形態にかかる測定管挿入時を示す説明図である。 第１の実施の形態にかかる継手接続時を示す説明図である。 第１の実施の形態にかかる検出器を示す上面図である。 第１の実施の形態にかかる検出器を示す側面図である。 第１の実施の形態にかかる検出器を示す正面図である。 プリアンプを用いた差動増幅回路の構成例を説明する図である。 第１の実施の形態にかかる検出部の他の正面図である。 第２の実施の形態にかかる電磁流量計を示す上面図である。 第２の実施の形態にかかる電磁流量計の側面図である。 導電率（電気伝導率）測定回路の構成例を説明する図である。 測定管の他の構成例を説明する図である。 容量式電磁流量計の構成例を示す断面図である。 電磁流量計の計測原理を示す説明図である。 電極位置に対する配管内流体の流量信号への寄与率を示す説明図である。 従来の容量式電磁流量計の構造を示す断面図である。 従来の容量式電磁流量計の構造を示す他の断面図である。

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を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる電磁流量計１００について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる電磁流量計を示す上面図である。図２は、第１の実施の形態にかかる電磁流量計の回路構成を示すブロック図である。以下では、一対の検出電極が測定管内を流れる流体と直接接液しない容量式電磁流量計を例として説明するが、これに限定されるものではなく、流体と直接接液する接液式の電磁流量計であっても、本発明を同様に適用できる。

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、導電率（電気伝導率）測定回路２４、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。

演算処理回路２７の励磁制御部２７Ａは、予め設定されている励磁周期に基づいて、励磁電流Ｉｅｘの極性を切り替えるための励磁制御信号Ｖｅｘを出力する。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。
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。

導電率測定回路２４は、例えば継手８５を介して測定管２内を流れる流体をコモン電位Ｖｃｏｍとした状態で、導電率測定用電極１０Ｃに抵抗素子を介して交流信号を印加し、そのときの導電率測定用電極１０Ｃに発生する交流検出信号の振幅をサンプリングし、Ａ／Ｄ変換して得られた交流振幅値データＤＰを演算処理回路２７へ出力する回路である。

演算処理回路２７の導電率算出部２７Ｃは、導電率測定回路２４からの交流振幅値データＤＰに基づいて、流体の電気伝導率を算出する機能を有している。
演算処理回路２７の空状態判定部２７Ｄは、導電率算出部２７Ｃで算出された流体の電気伝導率に基づいて、測定管２内における流体の存在有無を判定する機能を有している。
通常、流体の電気伝導率は、空気の電気伝導率より大きい。このため、空状態判定部２７Ｄは、導電率算出部２７Ｃで算出された流体の電気伝導率を、閾値処理することにより、流体の存在有無を判定している。

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、流量算出部２７Ｂ、導電率算出部２７Ｃ、空状態判定部２７Ｄなどの各種処理部を実現する。

［測定管の取付構造］
次に、図１、図３および図４参照して、測定管２の取付構造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電磁流量計の側面図である。図４は、第１の実施の形態にかかる電磁流量計の断面斜視図である。

本実施の形態は、プリント基板５に設けた管孔５Ｈに測定管２を圧入し、このプリント基板５の側端部５Ｉ，５Ｊを、ケース８の内壁部８Ａに形成したガイド部８１Ａ，８１Ｂに嵌合するよう、ケース８の開口部８Ｂから挿入することにより、測定管２をケース８に取り付けるようにしたものである。

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（例えば、図５のヨーク４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、以下では、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だけを図示する。

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。

ケース８は、上方に開口部８Ｂを有し、内部に測定管２を収納する有底箱状の樹脂、または金属筐体から構成されている。ケース８の内壁部のうち長手方向Ｘと平行する一対の内壁部８Ａには、互いに対抗する位置にガイド部８１Ａ，８１Ｂが形成されている。ガイド部８１Ａ，８１Ｂは、電極方向Ｚと平行して形成された２つの突条からなり、これら突条の間の嵌合部８２Ａ，８２Ｂが、開口部８Ｂから挿入されたプリント基板５の側端部５Ｉ，５Ｊと嵌合する。

なお、ガイド部８１Ａ，８１Ｂの突条は、電極方向Ｚに連続して形成されている必要はなく、側端部５Ｉ，５Ｊがスムーズに挿入される間隔で、複数に分離して形成してもよい。また、ガイド部８１Ａ，８１Ｂは、突条ではなく、内壁部８Ａに形成されて、プリント基板５の側端部５Ｉ，５Ｊが挿入される溝であってもよい。

ケース８の側面のうち磁束方向Ｙと平行する一対の側面８Ｃには、電磁流量計１００の外部に設けられる配管（図示せず）と測定管２とを連結可能な、金属材料（例えば、ＳＵＳ）から構成された管状の継手８５，８６が配設されている。この際、測定管２は、長手方向Ｘに沿ってケース８の内部に収納され、測定管２の両端部には、Ｏリング８７を挟んで継手８５と継手８６がそれぞれ連結される。

ここで、継手８５，８６のうちの少なくとも一方は、コモン電極１０Ｄとして機能する。例えば、継手８５は、コモン電位Ｖｃｏｍに接続されることにより、外部の配管と測定管２とを連結するだけでなく、コモン電極１０Ｄとしても機能する。
このように、コモン電極１０Ｄを金属からなる継手８５によって実現することにより、コモン電極１０Ｄの流体と接触する面積が広くなる。これにより、コモン電極１０Ｄに異物の付着や腐食が生じた場合であっても、異物の付着や腐食が生じた部分の面積がコモン電極１０Ｄの全面積に対して相対的に小さくなるため、分極容量の変化による測定誤差を抑えることが可能となる。

図５は、第１の実施の形態にかかる電磁流量計の組立図である。図７は、第１の実施の形態にかかる測定管挿入時を示す説明図である。図８は、第１の実施の形態にかかる継手接続時を示す説明図である。
プリント基板５は、電子部品を実装するための一般的なプリント基板（例えば、板厚１．６ｍｍのガラス布基材エポキシ樹脂銅張積層板）であり、図５に示すように、プリント基板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、プリント基板５は測定管２と交差する方向に沿って取り付けられることになる。この管孔５Ｈの大きさは、測定管２の外周部の大きさと同じもしくは少し小さめに設定されている。測定管２が管孔５Ｈに圧入されてプリント基板５に係止される。

なお、測定管２の外周面２Ａと管孔５Ｈの端部とを接着剤で固定してもよい。図５の例では、管孔５Ｈは、プリント基板５の側端部に向けて開口していないが、図６に示すように、管孔の周部の一部が切り欠かれ、プリント基板５の側端部に向けて直接開口して、切欠き５Ｋを形成していてもよく、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。この場合、プリント基板５に設けられた切欠き５Ｋが、測定管２が圧入される管孔を形成することとなる。

したがって、測定管２をケース８内に組み付ける場合、まず、励磁コイル３Ａ，３Ｂが装着されたヨーク４をケース８の底部８Ｄにネジ止めした状態で、管孔５Ｈに測定管２が圧入されたプリント基板５を、側端部５Ｉ，５Ｊがケース８のガイド部８１Ａ，８１Ｂの嵌合部８２Ａ，８２Ｂと嵌合するよう、ケース８の開口部８Ｂからケース８の内部に挿入する。この後、測定管２の両端にケース８の外側からＯリング８７を挟んで継手８５，８６を連結し、継手８５，８６をケース８にネジ止めする。

これにより、管孔５Ｈに測定管２が圧入された状態で、プリント基板５がケース８の内部に取り付けられ、結果として、このプリント基板５を介して測定管２がケース８の内部に取り付けられることになる。この際、ガイド部８１Ａ，８１Ｂでプリント基板５を固定する必要はなく、逆に少し遊びがあったほうが継手８５，８６によるネジ止めの際に、測定管２あるいはプリント基板５に機械的ストレスがかからない。

図９は、第１の実施の形態にかかる検出器を示す上面図である。図１０は、第１の実施の形態にかかる検出器を示す側面図である。図１１は、第１の実施の形態にかかる検出器を示す正面図である。
流体と面電極１０Ａ，１０Ｂとの間の静電容量は数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、測定管２と交差する方向であって、励磁コイル３Ａ，３Ｂのヨーク面４Ａ，４Ｂ間で磁束Φが発生する領域すなわち磁束領域Ｆの外側位置に、プリント基板５を測定管２に取り付けてプリアンプ５Ｕを実装し、面電極１０Ａ，１０Ｂとプリアンプ５Ｕとを、接続配線１１Ａ，１１Ｂを介して電気的に接続している。

図１０および図１１の例において、プリント基板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、プリント基板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、プリント基板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、プリント基板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７で電気的にシールドされている。シールドケース７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７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、プリント基板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７を構成する平面のうち、プリント基板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７の構造を簡素化できる。

接続配線１１Ａ，１１Ｂは、面電極１０Ａ，１０Ｂとプリアンプ５Ｕとを接続する配線であり、前述したように全体がシールドケース７でシールドされているため、一般的な一対の配線ケーブルを用いてもよい。この際、配線ケーブルの両端を、面電極１０Ａとプリント基板５に形成したパッドにそれぞれ半田付けすればよい。
本実施の形態では、図１０および図１１に示すように、接続配線１１Ａ，１１Ｂとして、測定管２の外周面２Ａに形成した管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂを用い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１２Ａと、プリント基板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と基板側配線パターン５Ａとを接続するジャンパー線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、他端がプリント基板５近傍に配置したジャンパー線１５Ｂ接続用のパッド１６Ｂに接続された管側配線パターン１２Ｂと、プリント基板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と基板側配線パターン５Ｂとを接続するジャンパー線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からプリント基板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にメタライズ処理により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。なお、前述のメタライズ処理は、メッキ処理や、蒸着処理などであってもよく、さらには、予め成型しておいた非磁性金属薄膜体を貼り付けてもよい。

また、図１０および図１１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１３Ｂを含んでいる。

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、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、磁束微分ノイズの発生を容易に抑制することができる。

さらに、図１０および図１１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１０および図１１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、磁束微分ノイズの発生を容易に抑制することができる。
なお、周方向配線パターン１４Ａ，１４Ｂと面電極１０Ａ，１０Ｂとの接続点は、管軸Ｊを挟んで対称となる位置、すなわち面電極１０Ａ，１０Ｂの長手方向Ｘにおいて互いに同じ位置で接続しておけば、面電極１０Ａ，１０Ｂの中央位置でなくてもよい。

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。

図１２は、プリアンプを用いた差動増幅回路の構成例である。図１２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ント基板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。

図１３は、第１の実施の形態にかかる検出部の他の正面図である。図１３に示すように、プリアンプ５Ｕを搭載するプリント基板５は、管孔５Ｈの孔壁面に凸部５Ｔを備え、この凸部５Ｔが外周面２Ａと当接するようにしてもよい。これにより、管孔５Ｈの端部が外周面２Ａと部分的に接触することになり、管孔５Ｈの端部の全周にわたって外周面２Ａと接する構成と比較して、測定管２からプリアンプ５Ｕに伝わる熱の影響を抑制することができる。

また、測定管２を管孔５Ｈに圧入する際、凸部５Ｔの変形や凸部５Ｔにより形成された、管孔５Ｈの端部と外周面２Ａとの隙間により、測定管２を圧入しやすくなるため、圧入専用の治具を用意する必要がなく、作業負担を軽減できる。
また、測定管２を管孔５Ｈに圧入することによりプリント基板５を容易に固定することができ、ジャンパー線１５Ａ，１５Ｂを管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂと基板側配線パターン５Ａ，５Ｂに半田付けする際の作業負担も軽減できる。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、プリント基板５に測定管２が圧入される管孔５Ｈを設けるとともに、ケース８の内壁部８Ａに、開口部８Ｂから挿入されたプリント基板５の側端部５Ｉ，５Ｊと嵌合するガイド部８１Ａ，８１Ｂを形成したものである。
これにより、プリント基板５がケース８の内部に取り付けられ、結果として、このプリント基板５を介して測定管２がケース８の内部に取り付けられることになる。

したがって、従来のような基板ホルダやヨークの突起部などの複雑な構造を必要とすることなく、さらには、測定管２をケース８内で保持するためのスペーサーなどの専用の取付部品を必要とすることなく、測定管２をケース８に対して容易に取り付けることができる。これにより、測定管２の両端にケース８の外側から継手８５，８６を組み付ける場合、ケース８内に測定管２が位置決めされており、測定管２が回転したり面電極１０Ａ，１０Ｂの位置がずれたりすることがないため、極めて容易かつ正確に組み付け作業を行うことができる。

また、本実施の形態において、ガイド部８１Ａ，８１Ｂを、ケース８の内壁部８Ａに形成された凸状または凹状のレールで構成してもよい。これにより、極めて簡素な構造でプリント基板５さらには測定管２をケース８の内部に取り付けることができる。なお、ガイド部８１Ａ，８１Ｂについては、凸状部分または凹状部分が伸延して形成されている必要はなく、側端部５Ｉ，５Ｊがスムーズに挿入される間隔で、凸状部分または凹状部分を複数に分離して形成してもよい。

また、測定管２の両端には、ケース８の外側から継手８５，８６を組み付けるため、最終的には、この継手８５，８６により測定管２がケース８に固定されることになる。このため、ガイド部８１Ａ，８１Ｂでプリント基板５を固定する必要はなく、逆に遊びがあったほうが継手８５，８６によるネジ止めの際に、測定管２あるいはプリント基板５に機械的ストレスがかからない。

また、本実施の形態において、プリント基板５に、測定管２に設けられた面電極１０Ａ，１０Ｂと接続するための基板側配線パターン５Ａ，５Ｂを形成し、さらには、測定管２の外周面２Ａに、一端が面電極１０Ａ，１０Ｂに接続され他端がプリント基板５側まで伸延する管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂを形成するようにしたので、プリント基板５を、測定管２の取り付けだけでなく面電極１０Ａ，１０Ｂの接続配線にも兼用することができる。このため、全体の構成を大幅簡素化することができ、ＦＡ市場の要求に合致した容量式電磁流量計の小型化を実現することができる。

［第２の実施の形態］
次に、図１４を参照して、本実施の形態にかかる電磁流量計１００について説明する。図１４は、第２の実施の形態にかかる電磁流量計を示す上面図である。図１５は、第２の実施の形態にかかる電磁流量計の側面図である。
本実施の形態では、プリント基板とガイド部との組を２組設けた場合について説明する。

プリント基板６は、プリント基板５と同様、電子部品を実装するための一般的なプリント基板（例えば、板厚１．６ｍｍのガラス布基材エポキシ樹脂銅張積層板）であり、プリント基板６のほぼ中央位置に、測定管２を貫通させるための管孔６Ｈが形成されている。したがって、プリント基板６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。この管孔６Ｈの大きさは、測定管２の外周部の大きさと同じもしくは少し小さめに設定されている。

また、プリント基板５と同様、管孔６Ｈは、プリント基板６の側端部に向けて開口していないが、図６に示すように、管孔の周部の一部が切り欠かれ、プリント基板５の側端部に向けて直接開口して、切欠き５Ｋを形成していてもよく、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。この場合、プリント基板５に設けられた切欠き５Ｋが、測定管２が圧入される管孔を形成することとなる。
また、図１３に示したように、プリント基板５と同様、管孔６Ｈの孔壁面に凸部を備え、この凸部が外周面２Ａと当接するようにしてもよい。

図１４および図１５に示すように、ケース８の内壁部のうち長手方向Ｘと平行する一対の内壁部８Ａには、ガイド部８１Ａ，８１Ｂに加えて、互いに対抗する位置にガイド部８３Ａ，８３Ｂが形成されている。ガイド部８３Ａ，８３Ｂは、電極方向Ｚと平行して形成された２つの突条からなり、これら突条の間の嵌合部８４Ａ，８４Ｂが、開口部８Ｂから挿入されたプリント基板６の側端部６Ｉ，６Ｊと嵌合する。

なお、ガイド部８３Ａ，８３Ｂの突条は、電極方向Ｚに連続して形成されている必要はなく、側端部６Ｉ，６Ｊがスムーズに挿入される間隔で、複数に分離して形成してもよい。また、ガイド部８３Ａ，８３Ｂは、突条ではなく、内壁部８Ａに形成されて、プリント基板６の側端部６Ｉ，６Ｊが挿入される溝であってもよい。

これにより、管孔５Ｈ，６Ｈに測定管２が圧入された状態で、プリント基板５，６がケース８の内部に取り付けられ、結果として、このプリント基板５，６を介して測定管２がケース８の内部に取り付けられることになる。この際、ガイド部８１Ａ，８１Ｂ，８３Ａ，８３Ｂでプリント基板５，６を固定する必要はなく、逆に少し遊びがあったほうが継手８５，８６によるネジ止めの際に、測定管２あるいはプリント基板５，６に機械的ストレスがかからない。

また、前述したように、流体の導電率（電気伝導率）を測定するには、面電極１０Ａ，１０Ｂとは別個に導電率測定用電極１０Ｃを設ける必要があり、導電率測定用電極１０Ｃは、測定管２の外周面２Ａのうち、磁束領域Ｆから離れた位置に配置されている。したがって、図１４および図１５に示すように、プリント基板６を導電率測定用電極１０Ｃの付近に配置すれば、プリント基板６に、導電率測定用電極１０Ｃを接続するための接続配線や回路の一部を設けることができる。

図１６は、導電率測定回路の構成例である。導電率測定回路２４は、主な回路部として、クロック信号生成回路２４Ａ、Ａ／Ｄ変換器２４Ｂ、および測定Ｉ／Ｆ回路２４Ｃを備えている。

演算処理回路２７の導電率算出部２７Ｃから出力されたクロック信号ＣＬＫ０に基づいて、クロック信号生成回路２４Ａにより、３つのクロック信号ＣＬＫ１，ＣＬＫｐ，ＣＬＫｎが生成される。
測定Ｉ／Ｆ回路２４Ｃは、ＣＬＫ１に基づいてスイッチＳＷｖを切り替えることにより、電圧ＶＰの振幅を持つ交流信号を生成し、抵抗素子ＲＰを介して導電率測定用電極１０Ｃに印加する。

そのときの導電率測定用電極１０Ｃに発生する検出信号Ｖｐを、測定Ｉ／Ｆ回路２４Ｃの増幅器ＡＭＰで増幅した後、ＣＬＫｐ，ＣＬＫｎに基づいてスイッチＳＷｐ，ＳＷｎを制御することにより、Ｖｐのハイレベルとローレベルをサンプリングして、Ａ／Ｄ変換器２４ＢでそれぞれＡ／Ｄ変換し、得られた検出データＤｐを演算処理回路２７へ出力する。導電率算出部２７Ｃは、導電率測定回路２４からの検出データＤｐが示すＶｐの振幅電圧に基づいて、流体の電気伝導率を算出する。

この際、導電率測定用電極１０Ｃのインピーダンスは非常に高く、ノイズの影響を受けやすいため、測定Ｉ／Ｆ回路２４Ｃをなるべく導電率測定用電極１０Ｃの近くに配置するのが望ましい。本実施の形態は、このような観点から、プリント基板６に測定Ｉ／Ｆ回路２４Ｃを搭載するようにしたものである。

プリント基板６と導電率測定用電極１０Ｃとは、ジャンパー線１５Ｃで接続すればよい。これにより、導電率測定用電極１０Ｃと測定Ｉ／Ｆ回路２４Ｃとの接続配線の長さを大幅に短くできるとともに、検出信号Ｖｐを増幅器ＡＭＰで低インピーダンス化できるため、ノイズの影響を低減することができる。

［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、プリント基板６に測定管２が圧入される管孔６Ｈを設けるとともに、ケース８の内壁部８Ａに、開口部８Ｂから挿入されたプリント基板６の側端部６Ｉ，６Ｊと嵌合するガイド部８３Ａ，８３Ｂを形成したものである。
これにより、プリント基板５，６の両方がケース８の内部に取り付けられ、結果として、これらプリント基板５，６の両方を介して測定管２がケース８の内部に取り付けられることになる。したがって、プリント基板５だけを用いる場合と比較して、測定管２を安定して取り付けることができ、効率よく組み立て作業を行うことができる。

また、本実施の形態において、プリント基板６に測定Ｉ／Ｆ回路２４Ｃを搭載して、導電率測定用電極１０Ｃ付近に取り付け、導電率測定用電極１０Ｃと電気的に接続するようにしてもよい。これにより、プリント基板６を、測定管２の取り付けだけでなく測定Ｉ／Ｆ回路２４Ｃさらには導電率測定用電極１０Ｃとの接続配線にも兼用することができる。このため、全体の構成を大幅簡素化することができ、ＦＡ市場の要求に合致した容量式電磁流量計の小型化を実現することができる。

［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。

例えば、上述した実施の形態において、測定管２は円筒形状であるものとして説明したが、一部に角筒形状に形成された角筒部を有していてもよい。図１７に測定管の他の構成例を示す。図１７において、（ａ）は、測定管２’の上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は、（ｂ）に示すＡＡにおける断面図である。

測定管２’は、アルミナ等の高誘電率セラミックまたは高誘電率セラミック粉体を配合した合成樹脂から構成され、図１７に示すように、両端に設けられた、円筒形状に形成されて図示しない配管と接続される円筒部２Ｌ、２Ｒと、円筒部２Ｌ、２Ｒの間に設けられ角筒形状に形成された角筒部２Ｃとを有している。図１７（ｄ）に示すように、測定管２’の角筒部２Ｃにおいては、管壁および管路の断面は共に略方形となる。測定管２’は、プリント基板５’に形成された略方形の管孔５Ｈ’に挿通され、凸部５Ｔ’によって固定されている。測定管２’の角筒部２Ｃの互いに平行な壁面（図１７においては、方形部２Ｃの上面および下面）にはそれぞれ面電極１０Ｂ’、１０Ａ’が形成され、これらの面電極１０Ｂ’、１０Ａ’は、それぞれ管側配線パターン１３Ｂ’，１４Ｂ’、１３Ａ’，１４Ａ’、およびジャンパー線１５Ｂ’，１５Ａ’を介してプリント基板５’に形成された図示しない回路に接続されている。

測定管２’は、角筒部２Ｃを有することによって、２つの面電極１０Ａ’，１０Ｂ’を互いに平行に配設することができるので、Ｓ／Ｎ比の向上が期待できる。また、コイルその他の部品とともに筐体内に収容しやすくなるので、装置の一層の小型化を可能とする。

１００…容量式電磁流量計、１…流路、２，２’…測定管、２Ｃ…角筒部、２Ｌ，２Ｒ…円筒部、３Ａ，３Ｂ…励磁コイル、４…ヨーク、４Ａ，４Ｂ…ヨーク面、５，５’，６…プリント基板、５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ…基板側配線パターン、５Ｃ，５Ｄ…パッド、５Ｔ，５Ｔ’…凸部、５Ｇ…シールドパターン、５Ｈ，５Ｈ’，６Ｈ…管孔、５Ｋ…切欠き、５Ｉ，５Ｊ，６Ｉ，６Ｊ…側端部、５Ｕ…プリアンプ、７…シールドケース、８…ケース、８Ａ…内壁部、８Ｂ…開口部、８１Ａ，８１Ｂ，８３Ａ，８３Ｂ…ガイド部、８２Ａ，８２Ｂ，８４Ａ，８４Ｂ…嵌合部、８５，８６…継手、１０Ａ，１０Ｂ、１０Ａ’，１０Ｂ’…面電極、１０Ｃ…導電率測定用電極、１０D…コモン電極、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，１５Ａ’，１５Ｂ，１５Ｂ’，１５Ｃ…ジャンパー線、１６Ａ，１６Ｂ…パッド、１７Ａ，１７Ｂ…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、２４…導電率測定回路、２４Ａ…クロック信号生成回路、２４Ｂ…Ａ／Ｄ変換器、２４Ｃ…測定Ｉ／Ｆ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、２７Ｃ…導電率算出部、２７Ｄ…空状態判定部、ＵＡ，ＵＢ…オペアンプ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗素子、Ｌ…伝送路、Ｖａ，Ｖｂ…起電力、Ｖｉｎ，Ｖｐ…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…交差線。

Claims (9)

1. 計測対象となる流体が流れる測定管と、
   上方に開口部を有し、内部に前記測定管を収納する有底箱状のケースと、
   前記測定管が圧入される管孔を有するプリント基板と、
   前記ケースの内壁部に形成されて、前記開口部から挿入された前記プリント基板の側端部と嵌合するガイド部と
   を備えることを特徴とする電磁流量計。
2. 請求項１に記載の電磁流量計において、
   前記ガイド部は、前記内壁部に形成された突条または溝からなることを特徴とする電磁流量計。
3. 請求項１または請求項２に記載の電磁流量計において、
   前記プリント基板と前記ガイド部との組を複数備えることを特徴とする電磁流量計。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電磁流量計において、
   前記プリント基板は、前記測定管に設けられた電極と接続するための基板側配線パターンを備えることを特徴とする電磁流量計。
5. 請求項４に記載の電磁流量計において、
   前記測定管は、外周面に形成されて、一端が前記電極に接続され他端が前記プリント基板付近まで伸延する管側配線パターンを備えることを特徴とする電磁流量計。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電磁流量計において、
   前記プリント基板は、前記管孔の孔壁面に前記測定管の外周面と当接する複数の凸部を備えることを特徴とする電磁流量計。
7. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電磁流量計において、
   前記プリント基板は、前記管孔を形成する切欠きを有することを特徴とする電磁流量計。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の電磁流量計において、
   前記測定管は、円筒形状に形成されていることを特徴とする電磁流量計。
9. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の電磁流量計において、
   前記測定管は、角筒形状に形成された角筒部を有する
   ことを特徴とする電磁流量計。

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