JP7393227B2 - 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。

近年、例えば特許文献１に記載されているような、ＦＡ（Factory Automation）市場向けの小型の容量式電磁流量計が実用化されている。特許文献１に記載されている電磁流量計は、図１５および図１６に示すように構成されている。特許文献１に示す電磁流量計においては、ボディ（ケース）１、ケーシング（上蓋）２および一対のアタッチメント（接続継手）３，４にて密封された一つの空間内に、測定管５、励磁コイル６、励磁基板７、制御基板８を含む全ての部品が内蔵されている。一対のアタッチメント３，４は、金属材料によって形成されてボディ１内で測定管５と接続され、測定管５と協働して一体の流路を形成している。尚、ボディ（ケース）１、ケーシング（上蓋）２および一対のアタッチメント（接続継手）３，４にて内部を密封する目的は、外部からの水分の侵入を防止するためであり、それぞれの接合部には図示していないシール手段(ゴム製パッキン等)が適用されている。

特開２０１４－２０２６６２号公報

特許文献１に記載されている電磁流量計では、ボディ１とケーシング２とによって構成された密閉構造の樹脂ケース内に一対のアタッチメント３，４の一部が突き出している。これらのアタッチメント３，４は金属材料によって形成されていて熱伝導率が高い。このため、測定流体として高温な流体を流した場合、樹脂ケース内で熱対流が起こる。この熱対流により、樹脂ケース内の温度が上昇し、励磁コイル６、励磁基板７および制御基板８などの部品の温度が上昇してしまうという問題があった。

特に、励磁コイル６は、励磁電流とコイル抵抗とによる自己発熱が発生するため、流体の温度による影響だけでなく、自己発熱による温度上昇分も考慮し、使用する電線の絶縁材料の耐熱温度を超えないように励磁電流を制限しなければならない。励磁電流を低くすると、得られる流量信号レベルが低くなり、Ｓ／Ｎ比が悪化、つまり製品性能（流量計測値の精度や安定性）が悪化してしまう。

また、励磁基板７および制御基板８に実装されている回路部品についても、上述した熱対流に起因する温度上昇および励磁コイル６の発熱に起因する温度上昇を考慮し、回路部品の許容動作温度範囲の上限を超えないように製品仕様を制限しなればならなかった。例えば、測定流体の温度範囲の上限が８５℃で、製品動作温度範囲の上限が５０℃である。このため、特許文献１に示すような従来の電磁流量計は、使い勝手が悪いものであった。

このような制限を解消するためには、回路部品として、許容動作温度範囲の上限が一般産業機器で使用される回路部品より高い回路部品、たとえば上限温度が１２５℃に達するような特殊仕様部品を使用することが考えられる。しかし、この種の特殊仕様部品は、高価であり、流通性が悪いものが多い。このため、特殊仕様部品を使用すると、製品のコストアップや、生産性の悪化が避けられなかった。なお、部品仕様の上限温度以下であっても、ＬＣＤ、ＬＥＤ、不揮発性メモリー、電解コンデンサなどの有寿命部品は、上限温度付近で長時間使用することにより部品寿命が短くなる。

本発明の目的は、流体から継手を介してケース内に伝達される熱の影響を受け難くすることにより、製品性能が高くなるとともに使い勝手が向上し、コストダウンと生産性の向上とを図ることができる電磁流量計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は、熱伝導率が低い材料によって形成されて測定対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管を通るように磁気回路を形成する励磁コイルと、前記測定管が貫通して前記測定管の長手方向とは交差する方向に延びる一対のサブ基板と、前記測定管の両端部に接続された一対の継手と、前記一対の継手が貫通して固定される第１および第２の側壁を有し、前記測定管、前記励磁コイルおよび前記サブ基板を収容する箱状のケースと、前記ケースの開口部を塞ぎ、前記ケースの内部に閉じた空間を形成するメイン基板とを備え、前記閉じた空間は、前記一対のサブ基板によって仕切られて前記励磁コイルが収容された第１の空間と、前記第１の空間の外側に形成されて前記一対の継手が収容された第２および第３の空間とを含み、前記第１の空間は、前記第２および第３の空間とは空気の流通が規制されるように形成されているものである。

本発明は、前記電磁流量計において、さらに、前記測定管を前記一対のサブ基板と協働して囲むシールドケースを備え、前記シールドケースは、前記第１の空間内を前記測定管が収容された内側空間と、前記内側空間の周囲の外側空間とに仕切っていてもよい。

本発明は、前記電磁流量計において、前記メイン基板における前記第２および第３の空間を除く位置に耐熱性が相対的に低い回路部品が実装されていてもよい。

本発明は、前記電磁流量計において、さらに、前記ケースの開口側端部に取付けられ、前記ケースと協働して密封空間を形成する蓋体と、前記蓋体内の前記密封空間を前記メイン基板側の第４の空間と反対側の第５の空間とに仕切る蓋側基板とを備え、前記蓋側基板における前記第５の空間に含まれる部位に、前記メイン基板に実装されている耐熱性が相対的に低い回路部品と較べてさらに耐熱性が相対的に低い回路部品が実装されていてもよい。

本発明において、一対の継手を熱源としてケース内で発生する熱対流は、第２および第３の空間内に制限される。このため、第１の空間内は、測定流体の熱の影響を受け難くなる。したがって、測定流体の熱に起因する励磁コイルの温度上昇が抑えられるから、その分、励磁電流を高くすることが可能になる。この結果、本発明によれば、流量計測値の精度や安定性などの製品性能が高い電磁流量計を提供することができる。

また、ケース内の熱対流が第２および第３の空間内に制限されることにより、メイン基板の温度上昇が抑えられるから、メイン基板に実装された回路部品に流体の熱が伝達され難くなる。このため、回路部品の温度上昇が抑えられるから、製品仕様の流体温度範囲上限を高くすることができるとともに、製品動作温度範囲の上限を高くすることができるから、使い勝手がよい電磁流量計を提供できる。しかも、回路部品として、産業機器で一般的に使用される、安価でかつ流通性が良い回路部品を使用することができるから、電磁流量計のコストダウンを図ることができるとともに生産性を高くすることができる。

第１の実施の形態にかかる電磁流量計の構成を示す断面図である。 第１の実施の形態にかかる電磁流量計のケース部分の上面図である。 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。 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２の実施の形態にかかる電磁流量計の構成を示す断面図である。 第３の実施の形態にかかる電磁流量計の構成を示す断面図である。 第３の実施の形態にかかる電磁流量計のケース部分の上面図である。 第３の実施の形態にかかる電磁流量計の組立図である。 第３の実施の形態にかかる電磁流量計の構成を示す断面図である。 従来の電磁流量計の構成を説明するための側方から見た断面図である。 従来の電磁流量計の構成を説明するための正面から見た断面図である。

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電磁流量計１１について説明する。この電磁流量計１１は、有底角筒状のケース１２に後述する各種の部品を取付けて構成されている。ケース１２の開口部１２ａは、蓋体１３によって閉塞される。蓋体１３は、ケース１２の開口側端部に取付けられ、ケース１２と協働して密封空間Ｓを形成している。

ケース１２に取付けられる部品としては、詳細は後述するが、ケース１２の一端側から他端側に延びる測定管１４と、測定管１４の両側方に配置された一対の励磁コイル１５，１６と、測定管１４が貫通する一対のサブ基板（第１のサブ基板１７および第２のサブ基板１８）と、ケース１２の開口部１２ａに取付けられたメイン基板１９などである。測定管１４と、励磁コイル１５，１６と、第１および第２のサブ基板１７，１８は、ケース１２の中に収容されている。

測定管１４内には、測定対象としての流体が図１において左側に位置する上流端から図１において右側に位置する下流端に向けて流される。測定管１４の上流側端部は、第１の継手２１を介してケース１２に支持されている。測定管１４の下流側端部は、第２の継手２２を介してケース１２に支持されている。第１の継手２１は、ケース１２の第１の側壁２３を貫通して第１の側壁２３に固定されている。第２の継手２２は、ケース１２の第２の側壁２４を貫通して第２の側壁２４に固定されている。
第１および第２のサブ基板１７，１８とメイン基板１９とは、図示していない導通手段によって電気的に接続されている。また、第１および第２のサブ基板１７，１８とメイン基板１９とには、図３に示すような電気回路が設けられている。

図３は、第１の実施の形態にかかる電磁流量計１１の回路構成を示すブロック図である。以下においては、測定管１４内を流れる測定対象としての流体に一対の検出電極が直接接液しない容量式電磁流量計１１を例として説明するが、これに限定されるものではなく、検出電極が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３に示すように、容量式電磁流量計１１は、主な回路部として、検出部３１、信号増幅回路３２、信号検出回路３３、励磁回路３４、導電率（電気伝導率）測定用の電気回路３５、伝送回路３６、設定・表示回路３７、および演算処理回路（ＣＰＵ）３８を備えている。

検出部３１は、主な構成として、測定管１４、測定管１４を通るように磁気回路を形成する励磁コイル１５，１６、一対の面電極４１，５１、およびプリアンプ６１を備え、測定管１４内の流路１４ａを流れる流体の流速に応じた起電力Ｖａ，Ｖｂを面電極４１，５１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３８の励磁制御部３８Ａ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３４は、演算処理回路３８の励磁制御部３８Ａ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１５，１６へ供給する。
信号増幅回路３２は、検出部３１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３３は、信号増幅回路３２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３８へ出力する。

演算処理回路３８の流量算出部３８Ｂは、信号検出回路３３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３６へ出力する。伝送回路３６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３８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。

導電率測定用の電気回路３５は、例えば第１の継手２１を介して測定管１４内を流れる流体をコモン電位Ｖｃｏｍとした状態で、導電率測定用の面電極６２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の面電極６２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３８へ出力する回路である。

演算処理回路３８の導電率算出部３８Ｃは、導電率測定用の電気回路３５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３８の空状態判定部３８Ｄは、導電率算出部３８Ｃで算出された流体の電気伝導率に基づいて、測定管１４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３８Ｄは、導電率算出部３８Ｃ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３７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３８へ出力し、演算処理回路３８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３８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３８Ａ、流量算出部３８Ｂ、導電率算出部３８Ｃ、空状態判定部３８Ｄなどの各種処理部を実現する。

図３に示す回路のうち、検出部３１のプリアンプ６１は、第１および第２のサブ基板１７，１８のうち、測定管１４の下流側端部が貫通する第２のサブ基板１８に実装されている。信号増幅回路３２と、信号検出回路３３と、励磁回路３４と、導電率測定用の電気回路３５の一部と、伝送回路３６と、設定・表示回路３７と、演算処理回路３８は、後述するメイン基板１９に実装されている。プリアンプ６１と信号増幅回路３２との電気的接続と、励磁回路３４と励磁コイル１５，１６との電気的接続は、それぞれ図示してない導通手段によって行われている。導電率測定用の電気回路３５のうち、メイン基板１９に実装されていない電気回路は、第１および第２のサブ基板１７，１８のうち、測定管１４の上流側端部が貫通する第１のサブ基板１７に実装され、図示していない導通手段によってメイン基板１９側の電気回路に接続されている。

［測定管の取付構造］
次に、図１、図２および図４を参照して、測定管１４の取付構造について詳細に説明する。図２は、第１の実施の形態にかかる電磁流量計１１の上面図である。図４は、第１の実施の形態にかかる電磁流量計１１の断面斜視図である。

本実施の形態は、第１および第２のサブ基板１７，１８にそれぞれ設けた管孔１７ａ，１８ａに測定管１４の両端部を貫通させ、これらの第１および第２のサブ基板１７，１８をケース１２に保持させて測定管１４をケース１２に取り付けるようにしたものである。図２に示すように、第１のサブ基板１７の側端部１７ｂ，１７ｃは、ケース１２の内壁部１２ｂに形成したガイド部７３，７４にケース１２の開口部１２ａから挿入されて嵌合している。第２のサブ基板１８の側端部１８ｂ，１８ｃは、ケース１２の内壁部１２ｂに形成したガイド部７５，７６に、ケース１２の開口部１２ａから挿入されて嵌合している。第１のサブ基板１７がガイド部７３，７４に嵌合してケース１２の保持されるとともに、第２のサブ基板１８がガイド部７５，７６に嵌合してケース１２に保持されることにより、測定管１４がケース１２に取付けられる。

測定管１４は、セラミックや樹脂などの絶縁性および誘電性に優れるとともに熱伝導率が低くなる材料によって円筒状に形成されている。測定管１４の外側には、図２に示すように、ヨーク７７と、一対の励磁コイル１５，１６とが設けられている。ヨーク７７は、測定管１４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、ケース１２の開口に向けて開放される断面略Ｃ字形状に形成されている。一対の励磁コイル１５，１６は、それぞれコイルボビン１５ａ，１６ａに巻回されて保持されており、測定管１４を挟んで対向するようにヨーク７７に取付けられている。なお、以下においては、図を見易くするため、対向するヨーク７７の端面だけ、すなわちヨーク面７７Ａ、７７Ｂだけを図示する。

一方、測定管１４の外周面１４ｂ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）４１と面電極（第２の面電極）５１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１５，１６に供給すると、励磁コイル１５，１６の中央に位置するヨーク面７７Ａ，７７Ｂ間に磁束Φが発生して、流路１４ａ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４１，５１との間の静電容量を介して面電極４１，５１で検出される。

ケース１２は、上方に開口部１２ａを有し、内部に測定管１４、励磁コイル１５，１６、第１および第２のサブ基板１７，１８などを収容する有底角筒状（箱状）に樹脂材料によって形成されている。ケース１２の内壁部のうち長手方向Ｘと平行する一対の内壁部１２ｂには、図２に示すように、互いに対向する位置にガイド部７３～７６が形成されている。ガイド部７３～７６は、それぞれ電極方向Ｚと平行して形成された２つの突条７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂ，７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂからなり、これら突条の間の嵌合部７８～８１が、開口部１２ａから挿入された第１および第２のサブ基板１７，１８の側端部１７ｂ，１７ｃ，１８ｂ，１８ｃと嵌合する。

なお、ガイド部７３～７６の各突条７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂ，７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂ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１７ｂ，１７ｃ，１８ｂ，１８ｃ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７３～７６は、突条ではなく、内壁部１２ｂに形成されて、第１および第２のサブ基板１７，１８の側端部１７ｂ，１７ｃ，１８ｂ，１８ｃが挿入される溝であってもよい。

ケース１２の側面のうち磁束方向Ｙと平行になる一対の側面１２ｃには、電磁流量計１１の外部に設けられる配管（図示せず）と測定管１４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第１および第２の継手２１，２２が配設されている。この際、測定管１４は、長手方向Ｘに沿ってケース１２の内部に収納され、測定管１４の両端部には、Ｏリング８２を挟んで第１の継手２１と第２の継手２２とがそれぞれ連結される。

ここで、第１および第２の継手２１，２２のうちの少なくとも一方は、コモン電極８３(図３参照）として機能する。例えば、第１の継手２１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１４とを連結するだけでなく、コモン電極８３としても機能する。
このように、コモン電極８３を金属からなる第１の継手２１によって実現することにより、コモン電極８３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８３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８３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１１の組立図である。
第１および第２のサブ基板１７，１８は、回路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、ほぼ中央位置に、測定管１４を貫通させるための管孔１７ａ，１８ａが形成されている。したがって、第１および第２のサブ基板１７，１８は、測定管１４が貫通して測定管１４の長手方向とは交差する方向に延びることになる。

メイン基板１９は、第１および第２のサブ基板１７，１８と同等のプリント基板であり、図１に示すように、測定管１４の長手方向に延びて第１および第２のサブ基板１７，１８に略接触するようにケース１２の開口部１２ａに取付けられている。この実施の形態によるメイン基板１９は、一対の第１および第２のサブ基板１７，１８と略接触する状態でケース１２の開口部１２ａを塞ぎ、ケース１２内と蓋体１３内とに形成された密封空間Ｓをケース１２内の閉じた空間Ｓ１と、蓋体１３内の閉空間Ｓ２とに仕切っている。メイン基板１９は、ケース１２の４隅部分に設けられた取付座８４に固定用ボルト８５によって固定されている。

また、メイン基板１９は、第１および第２のサブ基板１７，１８における電極方向Ｚの一端に隙間が生じることがないように略接触している。ここでいう「略接触」とは、第１および第２のサブ基板１７，１８の電極方向Ｚの一端における一部もしくは全部に、メイン基板１９が接触する状態と、メイン基板１９が第１および第２のサブ基板１７，１８とは接触することがなく、メイン基板１９と第１および第２のサブ基板１７，１８との間に微小な隙間が生じる状態とを含む。このように第１および第２のサブ基板１７，１８にメイン基板１９が「略接触」することにより、メイン基板１９がケース１２の開口部を塞いだ状態で、一対の第１および第２のサブ基板と協働してケース１２の内部が複数の空間に仕切られるようになる。

ケース１２内の閉じた空間Ｓ１は、一対の第１および第２のサブ基板１７，１８によって仕切られて励磁コイル１５，１６が収容された第１の空間Ｓ１ａと、第１の空間Ｓ１ａの外側に形成されて第１および第２の継手２１，２２が収容された第２および第３の空間Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃとを含んでいる。第１および第２のサブ基板１７，１８と測定管１４との間には隙間が殆ど形成されていない。第１および第２のサブ基板１７，１８とメイン基板１９との間にも隙間が殆ど形成されていない。このため、第１の空間Ｓ１ａは、第２および第３の空間Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃとは空気の流通が規制されるように形成されている。

メイン基板１９に実装された電気回路を構成する回路部品、すなわち信号増幅回路３２と、信号検出回路３３と、励磁回路３４と、導電率測定用の電気回路３５の一部と、伝送回路３６と、設定・表示回路３７と、演算処理回路３８を構成する回路部品のうち、許容動作温度範囲の上限が相対的に低くなる回路部品９１や、有寿命部品９２などの耐熱性が相対的に低い回路部品は、第２および第３の空間Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃを除く位置に実装されている。許容動作温度範囲の上限が相対的に低くなる回路部品９１としては、例えば、ＬＣＤや、マイコン、不揮発性メモリーなどの半導体集積回路などが挙げられる。有寿命部品９２としては、例えば、ＬＣＤ、ＬＥＤ、不揮発性メモリー、電解コンデンサなどが挙げられる。ここでいう「耐熱性」とは、半導体部品やその他の一般回路部品においては、熱ストレスを受けても部品性能を維持できる耐熱温度である。また、電解コンデンサ、ＬＣＤ、ＬＥＤ等の有寿命部品においては、動作温度と動作時間に対する部品性能の耐熱特性が「耐熱性」に相当する。この場合、高い動作温度で長時間動作できる部品が「耐熱性」が高い部品となる。

図６は、電磁流量計１１において流量を測定する部分である検出器の上面図である。図７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８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。なお、図６および図７は、第１のサブ基板１７を省略して描いてある。
流体と面電極４１，５１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４１，５１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６１により、面電極４１，５１で得られた起電力Ｖａ，Ｖｂを低インピーダンス化している。プリアンプ６１は、第２のサブ基板１８における面電極４１，５１と近接する一方の面に実装されている。

本実施の形態では、測定管１４と交差する方向であって、励磁コイル１５，１６のヨーク面７７Ａ，７７Ｂ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、第２のサブ基板１８を測定管１４に取り付けてプリアンプ６１を実装し、面電極４１，５１とプリアンプ６１とを、接続配線４２，５２を介して電気的に接続している。

図６～図８の例において、第２のサブ基板１８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、第２のサブ基板１８の取付方向は、前述したように、基板面が測定管１４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、第２のサブ基板１８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、第２のサブ基板１８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４１，５１、接続配線４２，５２、および、プリアンプ６１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９３で電気的にシールドされている。シールドケース９３は、長手方向Ｘに沿って伸延する断面略矩形状をなし、図１に示すように、測定管１４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。シールドケース９３の一端は、第１のサブ基板１７によって閉塞され、他端は、第２のサブ基板１８によって閉塞されている。この実施の形態によるシールドケース９３は、他端が第２のサブ基板１８に接触する状態で固定されている。このように第１のサブ基板１７と第２のサブ基板１８との間に設けられたシールドケース９３は、図１に示すように、ケース１２の第１の空間Ｓ１ａ内を測定管１４が収容された内側空間Ｓ３と、内側空間Ｓ３の周囲の外側空間Ｓ４とに仕切っている。

測定管１４がシールドケース９３の中に収容されることにより、インピーダンスの高い回路部分全体がシールドケース９３でシールドされ、外部ノイズの影響が抑制される。この実施の形態においては、第２のサブ基板１８のうち第２のサブ基板１８の他方の面（実装面とは反対側の面）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９４が形成されている。これにより、シールドケース９３を構成する平面のうち、第２のサブ基板１８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９３の構造を簡素化できる。

接続配線４２，５２は、面電極４１，５１とプリアンプ６１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９３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４１，５１と第２のサブ基板１８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６～図８に示すように、接続配線４２，５２として、測定管１４の外周面１４ｂに形成した管側配線パターン４３，５３を用いるようにしたものである。

すなわち、接続配線４２は、外周面１４ｂに形成されて一端が面電極４１に接続された管側配線パターン４３と、第２のサブ基板１８に形成されて一端がプリアンプ６１に接続された基板側配線パターン４４と、管側配線パターン４３と基板側配線パターン４４とを接続するジャンパー線４５とから構成されている。ジャンパー線４５は、管側配線パターン４３の他端に形成されたパッド４３ａと、基板側配線パターン４４の他端に形成されたパッド４４ａとに半田付けされる。

また、接続配線５２は、外周面１４ｂに形成されて一端が面電極５１に接続された管側配線パターン５３と、第２のサブ基板１８に形成されて一端がプリアンプ６１に接続された基板側配線パターン５４と、管側配線パターン５３と基板側配線パターン５４とを接続するジャンパー線５５とから構成されている。ジャンパー線５５は、管側配線パターン５３の他端に形成されたパッド５３ａと、基板側配線パターン５４の他端に形成されたパッド５４ａとに半田付けされる。

これにより、接続配線４２，５２のうち、面電極４１，５１から第２のサブ基板１８の近傍位置までの区間で、外周面１４ｂに形成された管側配線パターン４３，５３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４１，５１と管側配線パターン４３，５３とは、銅などの非磁性金属薄膜からなり、測定管１４の外周面１４ｂ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、製造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。非磁性金属薄膜体を貼り付ける場合、ジャンパー線４５，５５は使用せず、非磁性金属薄膜体の先端部（管側配線パターン４３、５３の他端側）をパッド４４ａ，５４ａにそれぞれ直接接続することができる。

また、図６および図７に示すように、管側配線パターン４３は、測定管１４の外周面１４ｂ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４６を含み、管側配線パターン５３は、測定管１４の外周面１４ｂ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５６を含んでいる。

接続配線４２，５２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４２，５２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１４の外周面１４ｂに形成した配線パターンを用いれば、接続配線４２，５２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６および図７に示すように、管側配線パターン４３は、面電極４１のうち、長手方向Ｘに沿った第１の端部４１ａから長手方向配線パターン４６の一端まで、測定管１４の外周面１４ｂに測定管１４の周方向Ｗに沿って形成された周方向配線パターン４７を含んでいる。
また、管側配線パターン５３は、面電極５１のうち、長手方向Ｘに沿った第２の端部５１ａから長手方向配線パターン５６の一端まで、測定管１４の外周面１４ｂに測定管１４の周方向Ｗに沿って形成された周方向配線パターン５７を含んでいる。

この際、長手方向配線パターン５６は、測定管１４を挟んで長手方向配線パターン４６とは反対側の外周面１４ｂのうち、磁束方向Ｙから見て長手方向配線パターン４６と重なる位置に形成されている。すなわち、外周面１４ｂ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４６，５６が形成されている。

図６および図７の例では、磁束方向Ｙに沿って測定管１４の管軸Ｊを通過する平面が外周面１４ｂと交差する交差線ＪＡ，ＪＢ上に、長手方向配線パターン４６，５６がそれぞれ形成されている。また、周方向配線パターン４７の一端は、面電極４１の第１の端部４１ａのうち、長手方向Ｘにおける面電極４１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５７の一端は、面電極５１の第２の端部５１ａのうち、長手方向Ｘにおける面電極５１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４６，５６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４７，５７と面電極４１，５１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４１，５１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４１，５１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４６，５６を形成することにより、周方向配線パターン４７，５７の長さが等しくなって、管側配線パターン４３，５３全体の長さが等しくなるため、管側配線パターン４３，５３の長さの違いに起因して発生する、面電極４１，５１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４６，５６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９は、プリアンプ６１を用いた差動増幅回路１０１の構成例である。図９に示すように、プリアンプ６１は、面電極４１，５１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４１，５１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１０１を第２のサブ基板１８上で構成することにより、励磁コイル１５，１６や測定管１４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。

プリアンプ６１には、図９に示すように、面電極４１，５１からの入力となる基板側配線パターン４４，５４の他に、電源、信号１、信号２およびコモン（回路ＧＮＤ）などの４本の配線が接続される。これらの４本の配線は、図示していない導通手段によってメイン基板１９に接続されている。なお、４本の配線のうち、コモンの配線は、第２のサブ基板１８のシールドパターン９４を含めて構成することができる。

導電率測定用の面電極６２は、測定管１４における、流量測定用の一対の面電極４１，５１より第２のサブ基板１８とは反対側（上流側）に設けられている。
第１のサブ基板１７における、導電率測定用の面電極６２に近接する一方の面には、導電率測定用の電気回路３５の一部となる電気回路が設けられている。この導電率測定用の電気回路３５の一部は、図１に示すように、例えばジャンパー線１０２によって導電率測定用の面電極６２に電気的に接続されている。第１のサブ基板１７の他方の面には、べたパターンからなるシールドパターン１０３が設けられている。

［第１の実施の形態の効果］
この実施の形態による電磁流量計１１においては、高温の流体が流れることにより第１および第２の継手２１，２２が流体の熱で加熱される。第１および第２の継手２１，２２の温度が上昇すると、これらの第１および第２の継手２１，２２を熱源としてケース１２内で熱対流が発生する。この熱対流は、ケース１２内の第２の空間Ｓ１ｂ内と第３の空間Ｓ１ｃ内とに制限され、第１の空間Ｓ１ａ内では生じることがない。このため、第１の空間Ｓ１ａ内は、流体の熱の影響を受け難くなり、第１の空間Ｓ１ａに収容されている励磁コイル１５，１６に流体の熱が伝達され難くなる。したがって、流体の熱に起因する励磁コイル１５，１６の温度上昇が抑えられるから、その分、励磁電流を高くすることが可能になる。この結果、この実施の形態によれば、流量計測値の精度や安定性などの製品性能が高い電磁流量計を提供することができる。

また、ケース１２内の熱対流が第２および第３の空間Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃ内に制限されることにより、メイン基板１９の温度上昇が抑えられるから、メイン基板１９に実装された回路部品に流体の熱が伝達され難くなる。このため、回路部品の温度上昇が抑えられるから、製品仕様の流体温度範囲上限を高くすることができるとともに、製品動作温度範囲の上限を高くすることができるから、使い勝手がよい電磁流量計を提供できる。しかも、回路部品として、産業機器で一般的に使用される、安価でかつ流通性が良い回路部品を使用することができるから、電磁流量計のコストダウンを図ることができるとともに生産性を高くすることができる。

この実施の形態による電磁流量計１１は、測定管１４を一対の第１および第２のサブ基板１７，１８と協働して囲むシールドケース９３を備えている。シールドケース９３は、第１の空間Ｓ１ａ内を測定管１４が収容された内側空間Ｓ３と、内側空間Ｓ３の周囲の外側空間Ｓ４とに仕切っている。このため、流体の熱で測定管１４の温度が上昇した場合に測定管１４を熱源として第１の空間Ｓ１ａ内で生じる熱対流は、シールドケース９３内の内側空間Ｓ３に制限される。したがって、励磁コイル１５，１６に流体の熱がより一層伝達され難くすることができる。

この実施の形態による電磁流量計１１においては、メイン基板１９における第１の空間Ｓ１ａと対応する位置に回路部品９１や有寿命部品９２が実装されている。このため、流体の熱がこれらの回路部品に伝達されることを確実に防ぐことが可能になる。

［第２の実施の形態］
上述した実施の形態においては１枚のメイン基板１９を備えた電磁流量計１１について説明した。しかし、本発明に係る電磁流量計１１は、図１０に示すように構成することができる。図１０において、図１～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に示す電磁流量計１１１は、蓋体１３の内部に蓋側基板１１２を備えている。蓋側基板１１２は、メイン基板１９と平行になる状態でケース１２に支持されており、蓋体１３内の閉空間Ｓ２を二つの空間に仕切っている。二つの空間とは、メイン基板１９側に位置する第４の空間Ｓ２ａと、メイン基板１９とは反対側に位置する第５の空間Ｓ２ｂである。

この実施の形態においては、蓋側基板１１２における第５の空間Ｓ２ｂに含まれる部位に、メイン基板１９に実装されている回路部品１１３と較べて耐熱性が相対的に低い回路部品１１４が実装されている。ここでいう耐熱性が相対的に低い回路部品１１４とは、特殊仕様品であると高コストかつ流通性が悪い部品（ＬＣＤや、マイコン、不揮発性メモリーなどの半導体集積回路）や、有寿命部品である。

この実施の形態によれば、第１～第３の空間Ｓ１ａ～Ｓ１ｃと第５の空間Ｓ２ｂとの間に第４の空間Ｓ２ａからなる断熱用の空間が形成される。このため、第５の空間Ｓ２ｂに収容された回路部品１１４が流体の熱の影響を受けることを確実に防ぐことができる。
したがって、第１の実施の形態を採る場合と較べて、製品性能を高くなることが可能になるとともに使い勝手がより一層良くなる。しかも、安価な回路部品を使用することができるから更なるコストダウンと生産性の向上とを図ることができる。

［第３の実施の形態］
上述した第１および第２の実施の形態で示した電磁流量計１１，１１１において、測定できる測定量の範囲である流量レンジは、測定管１４の口径に依存して決まる。このため、流量レンジ毎に電磁流量計が用意されている。すなわち、測定管１４の口径が異なる複数種類の電磁流量計が用意され、これらの電磁流量計の中から測定したい流量レンジを含む電磁流量計が選定される。測定管１４の口径が異なる電磁流量計は、ケース１２の大きさも異なるようになる。しかし、メイン基板１９は、製造コストを低く抑えるために、全ての電磁流量計において共通して使用することが望ましい。

大きさが異なる複数種類のケース１２で共通のメイン基板１９を使用するにあたっては、ケース１２の開口部１２ａとメイン基板１９との間に隙間が生じて熱対流が発生するようなことを防ぐ必要がある。これを実現した電磁流量計を図１１～図１４を参照して説明する。図１１～図１４において、図１～図１０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１１に示す電磁流量計２０１は、メイン基板１９と一対のサブ基板１７，１８との間に板状のブラケット２０２を備えている。ブラケット２０２は、メイン基板１９をケース１２に取付けるためのもので、単純な長方形の板（図示せず）や、図１２および図１３に示すような穴２０２ａを有する板によって形成することができる。このブラケット２０２は、ケース１２の開口部１２ａに嵌合した状態でケース１２の取付座８４に固定用ボルト２０３（図１１参照）によって固定されている。

この実施の形態による電磁流量計２０１は、ブラケット２０２が取付座８４に固定されることによって、ブラケット２０２が第１および第２のサブ基板１７，１８に「略接触」するように構成されている。

ブラケット２０２の四隅となる部分には、貫通孔２０４とねじ孔２０５とがそれぞれ形成されている。貫通孔２０４は、ねじ孔２０５より外側に形成されている。この貫通孔２０４には、ブラケット２０２を取付座８４に固定するための固定用ボルト２０３が通される。ねじ孔２０５は、メイン基板１９をブラケット２０２に固定するための固定用ボルト２０６（図１１参照）が螺着される。

メイン基板１９は、ブラケット２０２における測定管１４とは反対側の面に重ねられた状態で支持されており、ブラケット２０２を介してケース１２に取付けられている。穴２０２ａを有するブラケット２０２を用いる場合は、メイン基板１９がブラケット２０２に取付けられることにより穴２０２ａがメイン基板１９によって閉塞される。ブラケット２０２の穴２０２ａがメイン基板１９によって塞がれることにより、ブラケット２０２がケース１２に取付けられた状態でケース１２の開口部１２ａが塞がれ、ケース１２の内部に閉じた空間Ｓ１が形成される。

穴２０２ａを有していない単純な四角形の板からなるブラケット２０２を使用する場合は、第１および第２のサブ基板１７，１８の電極方向Ｚの一端（ブラケット２０２と対向する一端）の全域がブラケット２０２に「略接触」するようになる。
穴２０２ａ有するブラケット２０２を使用する場合、第１および第２のサブ基板１７，１８の形状が四角形であると、ブラケット２０２の穴２０２ａの内部であって、メイン基板１９と第１および第２のサブ基板１７，１８との間に、ブラケット２０２の厚み分の隙間が形成されることになる。この隙間は、第１の空間Ｓ１ａと第２および第３の空間Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃとを連通する通路になる。この隙間は、図１３中に二点鎖線で示すように、第１および第２のサブ基板１７，１８に凸部２０７を形成することによって塞ぐことが可能である。この凸部２０７は、ブラケット２０２の穴２０２ａに挿入されてメイン基板１９まで延びるように形成され、メイン基板１９に「略接触」する。

このため、第１および第２のサブ基板１７，１８とメイン基板１９との間に設けられたブラケット２０２は、ケース１２の開口部１２ａを塞いでケース１２の内部に閉じた空間Ｓ１を形成し、第１および第２のサブ基板１７，１８と協働して第１～第３の空間Ｓ１ａ～Ｓ１ｃを形成する。この場合であっても、第１の空間Ｓ１ａは、第２および第３の空間Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃとは空気の流通が規制されるように形成され、熱対流が第２の空間Ｓ１ｂ内と第３の空間Ｓ１ｃ内とに制限される。したがって、この実施の形態においても、上述した第１、第２の実施の形態と同様に、流量計測値の精度や安定性などの製品性能が高い電磁流量計を提供することができる。

この実施の形態による電磁流量計２０１においては、大きさが異なる複数種類のケース１２の開口部１２ａに嵌合する複数種類のブラケット２０２を形成し、これらのブラケット２０２にメイン基板１９を支持できるように貫通孔２０４とねじ孔２０５とを形成することによって、大きさが異なる複数種類のケース１２で共通のメイン基板１９を使用することができるようになる。したがって、この実施の形態によれば、メイン基板１９を共通化して製造コストを低く抑えながら、流量レンジが異なる複数種類の電磁流量計を提供することができる。

図１４に示す電磁流量計３０１は、蓋体１３の内部に蓋側基板１１２を備えているものである。図１４において、図１１～図１３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。この電磁流量計３０１においても、ケース１２の開口部１２ａに上述したブラケット２０２が設けられ、このブラケット２０２にメイン基板１９が支持されている。このため、メイン基板１９を共通化して製造コストを低く抑えながら、蓋体１３の内部に蓋側基板１１２を備えている電磁流量計３０１を、流量レンジを変えて複数種類形成することができるようになる。

≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施例で説明した各空間は、できるだけ通気性が少ない方が望ましいが、１つの空間と他の空間との間に、多少の隙間があったとしても、熱対流はある程度制限されるので、本発明の効果を奏する。
すなわち、メイン基板１９とサブ基板との間、および各基板とケース１２との間に、例えば1mm以下程度の隙間などがあったとしても、製品の性能や、回路部品の温度範囲の熱影響および同部品の寿命において許容できる範囲の熱影響であれば熱対流はある程度制限されるので、本発明の効果を奏する。

１１，２０１，３０１…電磁流量計、１２…ケース１２、１２ａ…開口部、１３…蓋体、１４…測定管１４、１５，１６…励磁コイル、１７…第１のサブ基板、１８…第２のサブ基板、１９…メイン基板１９、２１…第１の継手、２２…第２の継手、２３…第１の側壁、２４…第２の側壁、９１，１１３，１１４…回路部品、９２…有寿命部品、９３…シールドケース、１１２…蓋側基板、２０２…ブラケット、２０２ａ…穴、２０７…凸部、Ｓ…密封空間、Ｓ１…閉じた空間、Ｓ１ａ…第１の空間、Ｓ１ｂ…第２の空間、Ｓ１ｃ…第３の空間、Ｓ２ａ…第４の空間、Ｓ２ｂ…第５の空間、Ｓ３…内側空間、Ｓ４…外側空間。

Claims (5)

1. 熱伝導率が低い材料によって形成されて測定対象となる流体が流れる測定管と、
   前記測定管を通るように磁気回路を形成する励磁コイルと、
   前記測定管が貫通して前記測定管の長手方向とは交差する方向に延びる一対のサブ基板と、
   前記測定管の両端部に接続された一対の継手と、
   前記一対の継手が貫通して固定される第１および第２の側壁を有し、前記測定管、前記励磁コイルおよび前記サブ基板を収容する箱状のケースと、
   前記ケースの開口部を塞ぎ、前記ケースの内部に閉じた空間を形成するメイン基板とを備え、
   前記閉じた空間は、
   前記一対のサブ基板によって仕切られて前記励磁コイルが収容された第１の空間と、前記第１の空間の外側に形成されて前記一対の継手が収容された第２および第３の空間とを含み、
   前記第１の空間は、前記第２および第３の空間とは空気の流通が規制されるように形成されていることを特徴とする電磁流量計。
2. 請求項１記載の電磁流量計において、
   さらに、
   前記測定管を前記一対のサブ基板と協働して囲むシールドケースを備え、
   前記シールドケースは、前記第１の空間内を前記測定管が収容された内側空間と、前記内側空間の周囲の外側空間とに仕切ってい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記載の電磁流量計において、
   前記メイン基板における前記第２および第３の空間を除く位置に耐熱性が相対的に低い回路部品が実装されていることを特徴とする電磁流量計。
4. 請求項１～請求項３のいずれか一つに記載の電磁流量計において、
   さらに、
   前記ケースの開口側端部に取付けられ、前記ケースと協働して密封空間を形成する蓋体と、
   前記蓋体内の前記密封空間を前記メイン基板側の第４の空間と反対側の第５の空間とに仕切る蓋側基板とを備え、
   前記蓋側基板における前記第５の空間に含まれる部位に、前記メイン基板に実装されている耐熱性が相対的に低い回路部品と較べてさらに耐熱性が相対的に低い回路部品が実装されていることを特徴とする電磁流量計。
5. 請求項１～請求項４のいずれか一つに記載の電磁流量計において、
   さらに、
   前記メイン基板と前記一対のサブ基板との間に位置する板状のブラケットを備え、
   前記ブラケットは、前記メイン基板を支持するとともに前記ケースの前記開口部を塞いで前記ケースの内部に前記閉じた空間を形成し、前記一対のサブ基板と協働して前記第１～第３の空間を形成していることを特徴とする電磁流量計。

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