JP6970001B2

JP6970001B2 - 電磁流量計の電位検出用電極

Info

Publication number: JP6970001B2
Application number: JP2017240986A
Authority: JP
Inventors: 宏治木村
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: JP2019109088A; CN109931994B; CN109931994A; KR20190072453A; KR102127823B1; US20190186965A1; US10663329B2

Description

本発明は、接液部を含む本体部と端子部とが別体に形成された電磁流量計の電位検出用電極に関する。

従来の電磁流量計としては、測定管内を流れる流体に発生する起電力を電位検出用電極によって取り出す構成のものがある。この電位検出用電極を形成する材料は、ステンレス鋼が一般的であるが、検出対象の腐食性に応じて種々の材料が用いられている。耐食性が高くなる電極材料は、例えば特許文献１に開示されている白金などの貴金属材料が多い。貴金属材料は、材料強度が低いために作成できない形状があるという不具合がある。このような不具合を解消するためには、貴金属ではない材料を下地金属として電極を形成し、特許文献１に記載されているように、この電極を貴金属材料で覆うことが考えられる。

しかし、測定管内を流れる流体に摩耗性の物体が混入している場合は、電極を覆う貴金属材料が剥がれることがある。また、測定管に衝撃が加えられたり、測定管の腐食や製造時の欠陥などによって電極を覆う貴金属材料が剥がれることがある。
この貴金属材料が剥がれると、下地金属と貴金属材料との電位差により電気化学的なノイズが発生する。このノイズは、電磁流量計の出力ノイズとなる。

電極を覆う金属材料が剥がれてノイズが生じるという問題は、本願の出願人が特許文献２において提案しているように、電極本体を絶縁体によって形成し、絶縁体の表面を貴金属材料で覆ってこの貴金属材料を導電経路とすることにより解消することができる。特許文献２中には、図７に示すように、絶縁体であるセラミックスによって形成された母材１が耐食性を有する金属からなる導電体２で覆われた構造の電位検出用電極３が記載されている。この電位検出用電極３は、測定管４に形成された電極挿通用の穴５に挿入される第１の小径部３ａと、測定管４の外側に位置する大径部３ｂと、この大径部３ｂから第１の小径部３ａとは反対方向に突出する第２の小径部３ｃとを有している。第２の小径部３ｃにはリード線６が接続されている。

第２の小径部３ｃは、リード線６を接続する端子としての機能と、この電位検出用電極３を測定管４に取付けたり測定管４から取外すときに作業者が指で把持する持ち手としての機能とを有している。このため、従来の電位検出用電極３においては、第１の小径部３ａと大径部３ｂとからなる本体部７（図９参照）に、第２の小径部３ｃからなる端子部８が結合されていることが必要である。

しかし、電位検出用電極３を特許文献２に記載されているような電極とする場合は、母材１の絶縁材料としてセラミックスを採用すると、端子部８を本体部７とは別体に形成することが望ましい。この理由は、本体部７と端子部８とを別体に形成することにより、これらの部材の強度が向上し、製造する際の難度が低くなるし、導電体２の材料を塗布する面積が低減するなどのメリットがあるからである。このように本体部７と端子部８と別体に形成するためには、本体部７と端子部８とを結合する結合構造が必要になる。

この結合構造としては、例えば圧入、インサートねじを用いた締結、ろう付け、接着などが考えられる。母材１がアルミナのような脆性材料である場合の結合構造は、圧入では破損するおそれがあり、接着では電気的導通を確保できないために、インサートねじやろう付けなどで実現可能である。

電位検出用電極３の本体部７にインサートねじを挿入するためには、図１０および図１１に示すように構成することが考えられる。図１０および図１１において、図９によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図１０および図１１に示す電位検出用電極１１は、セラミックス製の母材１を導電体で覆って形成された本体部７と、この本体部７に結合構造１２を介して取付けられた端子部８とによって構成されている。結合構造１２は、本体部７内に埋設された雌ねじ部材からなるインサートねじ１３と、このインサートねじ１３に螺着された端子部８の雄ねじ１４とによって構成されている。

図１０に示すインサートねじ１３は、本体部７の大径部３ｂの中に設けられている。このため、この大径部３ｂは、インサートねじ１３を収容可能な厚みを有するように形成されている。
図１１に示すインサートねじ１３は、大径部３ｂを貫通し、先端部が第１の小径部３ａの中に入るように配置されている。このため、大径部３ｂは、図１０に示す大径部３ｂと較べて薄く形成され、第１の小径部３ａは、外径が相対的に大きくなるように形成されている。

実開平２−１６０２４号公報特願２０１７−０３８９８４

図１０に示すように、インサートねじ１３を本体部７の大径部３ｂに挿入するためには、大径部３ｂの厚みを通常より厚くする必要があり、その分だけ本体部７が長手方向に大型化する。このような不具合は、図１１に示すように、インサートねじ１３を大径部３ｂ内のみではなく、第１の小径部３ａ内にも達するように埋設することによってある程度は解消することができる。しかし、第１の小径部３ａが太くなるために、使用可能な測定管４に制約を受けるようになる。すなわち、図１１に示すように、直径が相対的に大きい測定管４ａには使用することが可能であるが、直径が相対的に小さい測定管４ｂには使用することができない。

一方、本体部７に端子部をろう付けする場合は、使用可能な測定管４に制約を受けることはないが、導電体２を焼成するときに高温に晒されることに起因して問題が生じる。導電体２を焼成する以前にろう付けを行うと、焼成時の熱でろう付け部分が損傷され易い。このため、この場合は、ろう付けのろう材として焼成に耐え得る材質のものを選定する必要がある。一方、ろう付け後に焼成を行う場合は、ろう付け部分が外れることがないように焼成を行う必要があるために、焼成を特殊な雰囲気炉で実施しなければならない。これらの方法は、一般的にコストが高くなる方法である。

このため、本体部７に端子部８を結合することに起因して生じる上記の問題を解消するために、本体部７に結合された端子部８を使用することなく本体部７を測定管４から取外すことが可能な電磁流量計の電位検出用電極が要請されている。
本発明の目的は、本体部を測定管から取外すにあたって、端子部を使用しなくてよい電磁流量計の電位検出用電極を提供することである。

この目的を達成するために、本発明に係る電磁流量計の電位検出用電極は、電磁流量計の測定管の中に露出する接液部が一端に設けられ、前記一端から他端まで導通された本体部と、前記本体部の他端に接離可能に接触する接触部を有し、この接触部が前記他端に接触することにより前記本体部の他端に電気的に接続された端子部と、前記本体部に引抜き工具を接続する接続部とを備えているものである。

本発明は、前記電磁流量計の電位検出用電極において、前記本体部は、前記測定管の電極挿入穴に挿入されて一端が前記接液部になる円柱状の小径部と、前記小径部の他端に一端が接続されて前記小径部から径方向の外側に延び、他端が前記端子部と接触する円板状の大径部とを有し、前記接続部は、前記大径部が挿入される筒状部と、前記筒状部における前記端子部とは反対側の端部に設けられ、前記大径部に係合する係合部と、前記筒状部に設けられた引抜き工具用取付部とを備えていてもよい。

本発明は、前記電磁流量計の電位検出用電極において、前記係合部は、前記大径部を囲む円筒状に形成され、
前記大径部の外周部には、前記係合部と協働して環状溝を構成する環状の凹部が形成されていてもよい。

本発明は、前記電磁流量計の電位検出用電極において、前記接続部は、前記本体部の前記他端に開口する第１の穴と、前記第１の穴の穴壁面に開口する第２の穴とによって構成されていてもよい。

本発明においては、本体部から端子部が外された状態で本体部に接続部を介して引抜き工具を接続し、この引抜き工具を引くことによって、本体部を測定管から取外すことができる。したがって、本発明によれば、本体部を測定管から取外すにあたって、端子部を使用しなくてよい電磁流量計の電位検出用電極を提供することができる。

本発明に係る電位検出用電極を備えた電磁流量計の断面図である。第１の実施の形態による電位検出用電極の管路側から見た正面図である。図２におけるIII-III線断面図である。第１の実施の形態による母材の斜視図である。第１の実施の形態による電位検出用電極の破断して示す斜視図である。本体部に引抜き工具を取付けた状態を示す断面図である。第２の実施の形態による電位検出用電極の本体部の断面図である。第２の実施の形態による電位検出用電極の本体部の引抜き工具が取付けられた状態を示す断面図である。従来の電位検出用電極の断面図である。本体部の大径部にインサートねじが埋設された従来の電位検出用電極の断面図である。本体部の第１の小径部にインサートねじが埋設された従来の電位検出用電極の断面図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る電磁流量計の電位検出用電極の一実施の形態を図１〜図６を参照して詳細に説明する。この実施の形態による電位検出用電極は、請求項１〜請求項３に記載された電位検出用電極の一例となるものである。
図１に示す電位検出用電極２１（以下、単に電極２１という。）は、電磁流量計２２の測定管２３に流体通路２４の外側から取付けられている。

測定管２３は、本体２５と、この本体２５の内面に設けられたライニング２６と、電極２１を収容する有底円筒状の電極キャップ２７などを備えている。ライニング２６には、電極用取付座２８が一体に設けられている。この電極用取付座２８には、電極２１を挿入するための電極挿入穴２９が穿設されている。

この実施の形態による電極２１は、ライニング２６の電極挿入穴２９に挿入された本体部３１と、この本体部３１に重ねられた端子部３２と、本体部３１が嵌合する円筒体３３を用いて構成された接続部３４とを備えている。本体部３１は、詳細は後述するが、図２および図３に示すように、一端が測定管２３内の流体通路２４に臨む円柱状の小径部３５と、この小径部３５の他端から径方向の外側に延びる円板状の大径部３６とによって形成されている。

この本体部３１の一端は、測定管２３の中に露出し、測定管２３内を流れる流体（図示せず）に接触する接液部３７になる。大径部３６は、小径部３５より外径が大きくなる円板状に形成されており、後述する端子部３２の円板部４１を介して加えられる圧縮コイルばね４２（図１参照）のばね力によって、ライニング２６に向けて付勢されている。大径部３６と電極用取付座２８との間にはガスケット４３が設けられている。

端子部３２は、導電性を有する材料によって形成されており、本体部３１の大径部３６に接離可能に重ねられる円板部４１と、この円板部４１の軸心部分から本体部３１とは反対側に延びる円柱状の軸部４４とを有している。この実施の形態においては、円板部４１が本発明でいう「接触部」に相当する。
軸部４４は、図１に示すように、絶縁体からなる筒体４５で覆われており、有底円筒状の電極キャップ２７の底壁２７ａを貫通して電極キャップ２７の外に突出している。この底壁２７ａには貫通穴４６が穿設されており、軸部４４は、この貫通穴４６の中に通されている。軸部４４の突出側端部には、リード線用端子（図示せず）を接続するためのねじ孔４７が形成されている。

電極キャップ２７は、圧縮コイルばね４２を保持する機能を有している。この電極キャップ２７は、内部に圧縮コイルばね４２を収容した状態で本体のねじ穴４８に螺着されている。圧縮コイルばね４２は、中心部に端子部３２の軸が挿入された状態で圧縮されて電極キャップ２７の中に収容されている。圧縮コイルばね４２の一端は、ワッシャ４９と端子部３２の円板部４１とを介して本体部３１の大径部３６を電極用取付座２８に向けて押し、他端は、環状の絶縁板５０を介して電極キャップ２７の底壁２７ａを本体部３１とは反対方向に押している。

この実施の形態による電極２１の本体部３１は、図３に示すように、絶縁材料であるセラミックスによって形成された母材５１と、この母材５１を覆う導電性を有する材料とによって構成されている。この実施の形態では、便宜上、この母材５１を覆う導電性を有する材料を単に「導電体５２」という。上述した端子部３２の円板部４１は、本体部３１の大径部３６に重ねられることによって、導電体５２に電気的に接続されている。
母材５１のセラミックス原料としては、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯなどを使用することができる。母材５１は、セラミックス原料を型（図示せず）によって本体部３１の形状に成形し、この成形物を焼成することによって形成されている。

導電体５２は、導電性を有する材料によって形成されている。この導電体５２を形成する導電性を有する材料は、例えば、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｔａ、ＷＣなどの耐食性を有する金属材料を用いることができるし、半田や、導電性を有する合成樹脂材料や、導電性インクなども使用することが可能である。この実施の形態による導電体５２は、焼成前の母材５１に塗布された金属ペースト（図示せず）を母材５１と共に焼成することによって形成されている。金属ペーストは、金属の粉体と溶剤とを混ぜて形成されている。この金属ペーストが焼成されることによって、金属の粉体が溶融し、母材５１の外表面を全域にわたって覆う導電体５２となる。このように本体部３１が導電体５２によって覆われているから、本体部３１の接液部３７が設けられた一端から他端まで導通されることになる。

本体部３１の母材５１は、図３および図４に示すように、上述した導電体５２と協働して小径部３５を構成する円柱部５３と、上述した導電体５２と協働して大径部３６を構成する円板部５４とによって形成されている。円柱部５３と円板部５４とは、一体に形成されている。円板部５４の外周部であって円板部５４の一端側（円柱部５３側）は、他端側より小径に形成されている。このため、円板部５４の外周部には、図４に示すように、円板部５４の軸線方向の一端面５４ａから軸線方向に延びる第１の周面５４ｂと、この第１の周面５４ｂから径方向の外側に延びて円板部５４の最も外側の第２の周面５４ｃに接続される端面５４ｄとによって段部５５が形成されている。

このように形成された母材５１の外表面に金属ペーストを塗布してこれらを焼成することにより、母材５１の外表面が導電体５２で覆われた本体部３１が形成される。この本体部３１は、母材５１の円柱部５３が導電体５２で覆われてなる小径部３５と、母材５１の円板部５４が導電体５２で覆われてなる大径部３６とによって構成される。円板部５４の段部５５の第１の周面５４ｂは、図３に示すように、導電体５２ａによって覆われ、端面５４ｄは、導電体５２ｂによって覆われる。このため、大径部３６の外周部には、段部５５が導電体５２ａと導電体５２ｂとによって覆われることによって、環状の凹部５６が形成される。

この実施の形態による電極２１の接続部３４は、円筒体３３を使用して本体部３１に引抜き工具６１（図６参照）を接続するものである。この円筒体３３は、本体部３１の大径部３６が挿入される円筒状の筒状部６２と、この筒状部６２の一端部に設けられた係合部６３と、筒状部６２の他端部に設けられた引抜き工具用取付部６４とを有している。
筒状部６２は、大径部３６の最も外径が大きくなる外周部が嵌合する形状に形成されており、この外周部より端子部３２側に突出している。この筒状部６２の突出部分６２ａには端子部３２の円板部４１が嵌合している。

係合部６３は、筒状部６２における端子部３２とは反対側の一端部に形成されており、本体部３１の環状の凹部５６を囲む円筒状に形成されている。この係合部６３の内径は、大径部３６の外径より小さい。すなわち、係合部６３の内周部は、大径部３６の外周縁より径方向の内側に位置付けられて大径部３６に係合している。
引抜き工具用取付部６４は、筒状部６２の上述した突出部分６２ａに穿設された複数の貫通穴６５によって構成されている。これらの貫通穴６５は、筒状部６２を周方向に複数に分割する位置にそれぞれ設けられている。

このように構成された電極２１は、図５に示すように、導電体５２が外表面に設けられた本体部３１に端子部３２と接続部３４の円筒体３３とを取付けて組み立てられる。端子部３２を本体部３１に取付けるためには、先ず、本体部３１に円筒体３３を一端側（小径部３５側）から組付け、円筒体３３の係合部６３を本体部３１の大径部３６に係合させる。そして、この円筒体３３の筒状部６２の突出部分６２ａに端子部３２の円板部４１を嵌合させる。
このように本体部３１に円筒体３３が取付けられることによって、大径部３６の外周部に設けられている環状の凹部５６と、円筒体３３の係合部６３との間に、測定管２３内に向けて開放された環状溝６６が形成される。この環状溝６６には、上述したガスケット４３が収容される。

この電極２１を電磁流量計２２の測定管２３に組付けるためには、先ず、端子部３２の軸部４４に筒体４５、ワッシャ４９、圧縮コイルばね４２および絶縁板５０などを通し、この組立体を測定管２３のねじ穴４８中に挿入する。次に、本体部３１の小径部３５を電極挿入穴２９に挿入し、この状態で電極キャップ２７をねじ穴４８にねじ込む。電極キャップ２７は、圧縮コイルばね４２が圧縮されて電極２１が所定の荷重で電極用取付座２８に押付けられる状態となるまでねじ込まれる。このように電極キャップ２７が測定管２３の本体２５に螺着されることによって、電極２１の組付け作業が完了する。

電極２１は、流体通路２４内を流れるスラリーとの接触により導電体５２が剥離したり、接液部３７に異物が付着したりすることがあり、このような場合に新品と交換される。電極２１を交換するためには、先ず、電極キャップ２７を測定管２３の本体２５から外し、次に、端子部３２を筒体４５、ワッシャ４９、圧縮コイルばね４２および絶縁板５０などとともに外す。そして、図６に示すように、引抜き工具６１をねじ穴４８内に挿入し、この引抜き工具６１の先端部に設けられている爪片６１ａを円筒体３３の引抜き工具用取付部６４（貫通穴６５）に円筒体３３の内側から挿入する。

この状態で引抜き工具６１を本体部３１とは反対方向に引くことによって、本体部３１の小径部３５が電極挿入穴２９から引き出され、本体部３１を測定管２３から取外すことができる。
したがって、この実施の形態によれば、本体部３１を測定管２３から取外すにあたって、端子部３２を使用しなくてよい電磁流量計の電位検出用電極を提供することができる。

この実施の形態による接続部３４は、本体部３１の大径部３６が挿入される円筒体３３と、この円筒体３３における端子部３２とは反対側の端部に設けられて大径部３６に係合する係合部６３と、円筒体３３に設けられた引抜き工具用取付部６４とを備えている。
円筒体３３は単純な構造であり、しかも、この実施の形態を実現するにあたって本体部３１に引抜き工具６１を取付けるための構造は不要である。したがって、この実施の形態によれば、引抜き工具６１を取付けることが可能な電磁流量計の電位検出用電極を安価に提供することができる。

この実施の形態による大径部３６の外周部には、接続部３４の円筒体３３と協働して環状溝６６を構成する環状の凹部５６が形成されている。この環状溝６６にガスケット４３を収容することにより、このガスケット４３より本体部３１の径方向の内側がシール部になる。このため、円筒体３３は、シール部の外に位置することになるから、この円筒体３３は、測定管２３内を流れる流体に接触することがない。したがって、円筒体３３を耐食性が高い材料によって形成する必要がないから、円筒体３３を形成する材料を選択するうえで自由度が高くなる。

（第２の実施の形態）
本発明に係る電位検出用電極は、図７および図８に示すように構成することができる。図７および図８において、図１〜図６によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。この実施の形態による電位検出用電極は、請求項４に記載された電位検出用電極の一例となるものである。

図７および図８に示す本体部３１の大径部３６は、軸線方向の全域にわたって外径が一定となるように形成されている。
この実施の形態による接続部３４は、本体部３１の中に設けられており、接液部３７が一端に位置する本体部３１の他端３１ａに開口する第１の穴７１と、この第１の穴７１の穴壁面７１ａに開口する複数の第２の穴７２とによって構成されている。第１の穴７１は、大径部３６の軸心部に設けられ、大径部３６の軸線Ｃと平行に本体部３１の他端３１ａから小径部３５の近傍まで延びている。

第２の穴７２は、大径部３６の径方向に延びており、一端が第１の穴７１に開口するとともに、他端が大径部３６の外周面３６ａに開口している。また、第２の穴７２は、大径部３６を周方向に複数に分割する位置にそれぞれ設けられている。

このように構成された接続部３４を有する電位検出用電極においては、図８に示すように、端子部が本体部３１から外された状態で引抜き工具６１を第１の穴７１と第２の穴７２とに挿入して本体部３１に掛け、この引抜き工具６１を引くことよって、本体部３１を測定管２３から外すことができる。
したがって、この実施の形態によれば、引抜き工具６１を本体部３１に接続するにあたって本体部３１の他に部材を使用する必要がないから、他の部材を使用する場合と較べると電極の組立を簡単に行うことができる。

上述した各実施の形態においては、導電体５２で覆われた本体部３１を使用する例を示した。しかし、本発明は、このような限定にとらわれることはない。例えば、本体部を特殊な材料で形成し、接液部を有する一端と他端との間の導通を確保することもできる。

２１…電位検出用電極、２２…電磁流量計、２３…測定管、２９…電極挿入穴、３１…本体部、３２…端子部、３４…接続部、３５…小径部、３６…大径部、３７…接液部、４１…円板部（接触部）、５１…母材、５２…導電体、５６…環状の凹部、６１…引抜き工具、６２…筒状部、６３…係合部、６４…引抜き工具用取付部、６６…環状溝、７１…第１の穴、７２…第２の穴。

Claims

電磁流量計の測定管の中に露出する接液部が一端に設けられ、前記一端から他端まで導通された本体部と、
前記本体部の他端に接離可能に接触する接触部を有し、この接触部が前記他端に接触することにより前記本体部の他端に電気的に接続された端子部と、
前記本体部に引抜き工具を接続する接続部とを備え、
前記本体部は、
前記測定管の電極挿入穴に挿入されて一端が前記接液部になる円柱状の小径部と、
前記小径部の他端に一端が接続されて前記小径部から径方向の外側に延び、他端が前記端子部と接触する円板状の大径部とを有し、
前記接続部は、
前記大径部が挿入される筒状部と、
前記筒状部における前記端子部とは反対側の端部に設けられ、前記大径部に係合する係合部と、
前記筒状部に設けられた引抜き工具用取付部とを備えていることを特徴とする電磁流量計の電位検出用電極。
請求項１記載の電磁流量計の電位検出用電極において、
前記係合部は、前記大径部を囲む円筒状に形成され、
前記大径部の外周部には、前記係合部と協働して環状溝を構成する環状の凹部が形成されていることを特徴とする電磁流量計の電位検出用電極。
電磁流量計の測定管の中に露出する接液部が一端に設けられ、前記一端から他端まで導通された本体部と、
前記本体部の他端に接離可能に接触する接触部を有し、この接触部が前記他端に接触することにより前記本体部の他端に電気的に接続された端子部と、
前記本体部に引抜き工具を接続する接続部とを備え、
前記接続部は、
前記本体部の前記他端に開口する第１の穴と、
前記第１の穴の穴壁面に開口する第２の穴とによって構成されていることを特徴とする電磁流量計の電位検出用電極。