JPH01291118A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は測定管の両端に配管接続用フランジを有し管内
を漬れる被測定流体の流量を電気的に測定する電磁流量
計に関し、特にその測定管周囲に励磁コイルを覆うよう
にして配設され両フランジ内側面側のリング状鍔部に溶
接して固定されるケース構造の改良に関する。

〔従来の技術〕

一般に、電磁流量計は、ファラデーの電磁誘導現象を利
用して測定管内を通過する導電性を宥する被測定流体の
流量を電気信号に変換し、その流量測定を行なうものと
して知られている。すなわち、この種の電磁流量計とし
ては、従来から種々知られているが、一般には、被測定
流体が流れる配管途中に介装して設けるための配管接続
用フランジが両端に設けられた非磁性金属材料からなる
・測定管と、その内周面を被覆するように形成されたテ
フロン、ゴム等の絶縁材料からなる絶縁ライニングと、
測定管外周部を上下方向から挟むようにして配設され測
定管内の被測定流体の流れの方向と直交する方向に磁界
を与える略々鞍形状に巻回された一対の励磁コイルと、
測定管側壁の一部に相対向して穿設された電極挿通用孔
を宥する電極取付部に対し挿通して取付は固定され前記
被測定流体の流れの方向および前記励磁コイルによる磁
界の方向のそれぞれと直交する方向で対向する接液端を
有する一対の電極と、測定管周囲で励磁コイル部分を覆
うように囲繞して配設される筒状ケース等を備えている
。そして、このような電磁流量計は１周知のように、被
測定流体用の配管途中に前記フランジがそれぞれ配管側
フランジと通しボルトおよびナツト等で締付は固定され
ることで介装して設けられ、これにより励磁コイルによ
る磁界の中を、導電性を有する被測定流体が流れること
で、その被測定流体中に生じる起電力を電極にて取出し
、測定管内を流れる被測定流体の流量を測定するもので
あった。

特に、上述したような電磁流量計において最近では、測
定管の周囲を囲繞して配設されるケースを、配管接続用
フランジの内側面等に突設したリング状鍔部等に対し溶
接固定することで、構成等を簡素化してなる全溶接構造
によるものが提案されている。このようにすると、ケー
スを鉄板等で形成できコスト低減化等を図れるとともに
、強度的にも優れ、さらに配管接続用のフランジのみを
配管側に合わせて選択すれば、それ以外の構成部品等は
共通化でき是産化を図るうえで有利で、またフランジを
配管側に接続するボルト、ナツト等の影響も受は難く、
さらに測定管外周部に付設される励磁コイルやその取付
バンド等を収容するスペースもある程度確保し得るもの
であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した全溶接構造による電磁流量計にあっ
ては、その測定管両端側のフランジを流体配管側に接合
して固定する配管接続時における外力によりケースやそ
の取付用としてのリング状鍔部等の一部に過度の応力集
中を招き、強度的に問題を生じ、これが高じると破壊等
に至ってしまう等の問題があった。特に、このような配
管接続時における応力集中は、フランジから突設されケ
ース接合部となるリング状鍔部部分において著しく、こ
の鍔部とケースとの接合部には大きな曲げが生じてしま
うものであり、これを緩和させるための対策が必要とさ
れている。

このため、このような鍔部やケースとの接合部での強度
を確保するために、上述した測定管のフランジやリング
状鍔部、さらにケース等を充分に余裕を取った厚みで形
成することが、従来から一般に行なわれていたが、この
ような従来構造では上述した鍔部やケースとの接合部に
対しての応力集中を避けることができず、これを防止す
るために各部の厚み寸法をより一層増大させる必要があ
り、しかもこのように厚みを増大させると電磁流量計全
体の大重量化やコスト高を招いてしまう等といった問題
を生じていた。

また、上述したリング状鍔部には、これにケースを溶接
固定した際の熱影響がフランジを伝わって絶縁ライニン
グ側に及ぶことを防止するために可能な限り薄く形成す
ることが望まれており、強度面で問題となることから従
来からケース側の厚さをより一層厚肉に形成して補強す
ることが一般的であり、前述した問題点が顕著となるも
ので、これらの点を考慮し上述した応力集中を緩和し得
る何らかの対策を講じることが望まれている。

〔課題を解決するための手段〕

このような要請に応えるために、本発明に係る電磁流量
計は、一対の配管接続用フランジを両端部に有する測定
管と、この測定管外周部に相対向して配設される一対の
励磁コイルを覆うように該測定管外周部を囲繞して配設
されかつ前記フランジ内側面に突設されたリング状鍔部
に溶接して固定される筒状ケースを備えてなり、このケ
ース固定用のリング状鍔部の厚さを、有限要素法による
強度解析に基づいて、該ケースの厚さよりも厚く形成し
たものである。

〔作用〕

本発明によれば、電磁流量計において機械的な応力が加
わる部分である測定管、フランジ、ケースおよび鍔部な
どをモデル化し、測定管とケースとの二重円筒構造物の
有限要素法による強度計算により解析を行ない、フラン
ジ側から突設されるリング状鍔部の厚さを、これに接合
されるケース側よりも厚く形成するという、鍔部とケー
スとの接合部などに集中する応力を分散させるのに適当
な鍔部の形状とケースの板厚選定等を行ない、必要かつ
充分な強度をもたせ、しかもケース側を弾性の高い薄板
材から形成しその板厚をできるだけ薄くすることで、全
体の軽量化や低コスト化を達成し得るものである。

〔実施例〕

第１図ないし第４図は本発明に係る電磁流量計の一実施
例を示し、これらの図において、まず、電磁流量計検出
部の概略構成を第３図および第４図等を用いて簡単に説
明すると、図中符号１はステンレス等の非磁性金属材料
により形成されてなる測定管で、その長芋方向の中央外
周部には角筒状等を呈する一対の電極取付部２，２（一
方のみを示す）が相対向した位置から外方に向って突設
されるとともに、その両端外周部には、この測定管ｌを
被測定流体が流れる配管（図示せず）途中に介装して設
けるための一対の配管接続用フランジ３，３が設けられ
ている。また、この測定管ｌの内周面には、フランジ３
．３外側面をも含めて、テフロン、ゴム等による絶縁ラ
イニング４が全面にわたって被覆形成され、このライニ
ング４は前記電極取付部２，２において測定管１内に貫
通して臨み被測定流体の流れの方向に直交する方向で対
向する接液端を有する一対の電極５．５（一方のみを図
示する）を挿通させる電極挿通用孔内壁面（図示せず）
まで延設して形成される。

６．６は前記７ランジ３．３間の測定管ｌ外周部を上下
方向から挟むようにして配設され測定管！内の被測定流
体の流れの方向と直交する方向に磁界を与える略々鞍形
状に巻回された一対の励磁コイル（一方のみを図示する
）で、前記一対の電極５はこれら励磁コイル６．６によ
る磁界の方向および前記被測定流体の流れの方向のそれ
ぞれと直交する方向で対向するように設けられ、これに
より導電性を有する被測定流体中で生じる起電力を取出
し、測定管１内を流れる被測定流体の流量を測定するよ
うな構成となっている。

１０は測定管１外周部を囲繞して配設され励磁コイル６
．６（取付バンド等の内部部品も含む）を覆いコイル室
を形成するとともにこの電磁流量計の外殻部材となる筒
状ケースで、本実施例では略々半円筒状を呈するケース
体ＩＱａ、１０ｂの接合縁部を重ね合わせて組合わせか
つその部分を溶接して固着することで構成した場合を示
している（第４図参照）、なお、第４図中７はこのケー
ス１０上部中央に設けられ励磁コイル６．６へのリード
線等が接続される端子箱（または変換器）で、その種木
部もケース１０に溶接して固着されている。また、上述
したフランジ３，３の内側面の所定の高さ位置にはリン
グ状鍔部１１．１１が突設して設けられ、さらに電極取
付部２．２の外周部にも角形フランジ片２ａ、２ａ（一
方のみを図示している）が設けられ、前記ケース１０が
これら鍔部１１．１１や７ランジ片２ａ、２ａに対し溶
接して固定されるようになっている。

さて、未発明によれば、上述した構成による電磁流量計
において、一対の配管接続用フランジ３．３を両端部に
有する測定管ｌと、この測定管ｌ外周部に相対向して配
設される一対の励磁コイル６．６を覆うように該測定管
ｌ外周部を囲繞して配設されかつ前記フランジ３．３内
側面に突設されたリング状鍔部１１．１１に溶接して固
定される筒状ケースｌＯとを備えてなり、このケース１
０固定用のリング状鍔部１１の厚さを、第１図および第
２図に示すように、近年注目されている有限要素法（Ｆ
ＥＭ）による強度解析に基づき、該ケース１０の厚さよ
りも厚く形成するように構成したところに特徴を有して
いる。

すなわち、本発明によれば、上述した電磁流量計におい
て機械的な応力が加わる部分である測定管１、フランジ
３．ケースｌＯおよびリング状鍔部１１等をモデル化し
、測定管、ケースの二重円筒構造の有限要素法による強
度計算により解析を行ない、その計算結果に基づき、フ
ランジ３側から突設されるリング状鍔部１１の厚さを、
これに接合されるケース１０側よりも厚く形成するとい
う、鍔部１１とケースｌＯとの接合部などに集中する応
力を分散させるのに適当な鍔部１１の形状とケース１０
の板厚選定等を行なって必要かつ充分な強度をもたせる
ようにしたものである。さらに、本発明によれば、上述
した構成に基づいてケース１０側を弾性の高い薄板材か
ら形成しその板厚をできるだけ薄くすることで全体の軽
量化や低コスト化を達成し得るようにしたものである。

これを第５図および第６図に例示した従来例との比較に
おいて説明すると、まず、従来構造は、ケース１０側を
溶接する際の熱影響の伝達を防ぐために可能な限り薄肉
に形成した鍔部１１に対し厚肉なケース１０を溶接固定
してなる構成であり、これを上述した有限要素法により
強度解析を行なうと、第６図から明らかなようにフラン
ジ３側の鍔部１１に最大で１２．９Ｋｇｆ／ａｍ！　　
（最大応力値σｚｍａｘ）にも達する応力が集中し、破
壊等を生じる可能性があることが確認された。ここで、
上述した有限要素法による強度解析計算モデルは、フラ
ンジ３やリング状鍔部１１、さらにケース１０を５５４
１鋼板、測定管１　ヲ５Ｕｓ３０４テ形成し、測定管１
や配管の口径を３００Ａ、接続構造、設計圧力はＪＩＳ
２ＯＫとし、前記測定管ｌや７ランジ３等に作用する外
力条件、測定管１内から放射方向に作用する内圧による
力ＦＰと、管軸方向への配管ガスケットの締め付は力Ｆ
ｇなどを演算することにより行なったが、その詳細は省
略する。

そして、本発明者らは、上述した有限要素法による強度
計算結果に基づいて種々の検討を行なった結果、前述し
たように鍔部１１の厚みと形状とを、ケース１０側との
対比において配慮し、しかもケースＩＯをたとえばｔ　
２．３程度の鋼板を用いて形成しある程度の弾性を持た
せることで、最大応力値σｚｍａｘを、第２図に示すよ
うに８．５Ｋｇｆ／ｍｍ！と従来の約２／３程度にする
ことができ、ケースｌＯおよび鍔部１１全体にわたって
応力が分散されることを確認している。換言すると、「
ケース厚み〉鍔部厚み」であるときに最大応力が大きく
、またこれとは逆に、「ケース厚みく鍔部厚み」である
ときに最大応力が小さいことが確認された。

ここで１本実施例では、鍔部１１の厚みを４．５ｍｍ、
フランジ３からの突出長さを１３１腸とし、またケース
ｌＯの板厚ｔを２．３■薦としており、第５図に示した
従来例の場合の厚さ４１層のケース１０が溶接接合され
る鍔部１１の厚み２鱒組フランジ３からの突出長さ６■
鳳に比べて溶接による接合部構造が若干相違しているが
、これは、鍔部１１を伝わっての伝熱を必要最小限とす
るために、ケースｌＯの溶接接合部をフランジ３から離
間させるためである。

なお、本発明は上述した実施例構造に限定されず、電磁
流量計各部の形状、構造等を、適宜変形、変更すること
は自由である。たとえば上述した実施例では、フランジ
３，３内側面に突設されるリング状鍔部１１．１１を、
フランジ３側に凹設した環状溝内に、金属管によるリン
グ状部材あるいは帯状板をロール加工で湾曲させて形成
してなるリング状部材を嵌込んで溶接固定するようにし
た場合を示し、特に後者のような帯状板を利用する構成
では鍔部１１の厚みや長さ等といった各部の寸法精度を
厳密に形成できコスト低減化等を図れ、しかも加工性や
組立性等の面で優れている等の利点を奏するものである
。しかし、本発明はこれに限定されず、フランジ３の削
成時においてこのフランジ３と一体に形成される鍔部１
１であってもよいことは勿論である。

また、上述したリング状鍔部１１を形成するにあたって
、リング状部材をフランジ３の環状溝内に嵌込んで溶接
した後に、ケース１０との接合面を所要の形状に加工す
る場合を説明したが、予めケース接合面を加工したリン
グ状部材を、フランジ側に溶接固定するようにしてもよ
いことも容易に理解されよう、さらに、上述したリング
状鍔部１１の形状等は、この鍔部１１に加わる応力値に
より適宜設定されるもので、またこの鍔部１１の剛性に
応じてケースｌＯの板厚も適宜選択するとよいことも容
易に理解されよう。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る電磁流量計によれば、
一対の配管接続用フランジを両端部に有する測定管と、
この測定管外周部に相対向して配設される一対の励磁コ
イルを覆うように該測定管外周部を囲繞して配設されか
つ前記フランジ内側面に突設されたリング状鍔部に溶接
して固定される筒状ケースを備えてなり、このケース固
定用のリング状鍔部の厚さを、有限要素法による強度解
析に基づいて、該ケースの厚さよりも厚く形成するよう
にしたので、簡単な構成にもかかわらず、配管接続時に
加わる応力に対して必要かつ充分な強度を有するフラン
ジ側の鍔部形状やケース板厚を選択し、適切な応力分散
を図り、従来のような過度の応力集中による破壊等とい
った問題を一掃するとともに、ケース板厚を薄くするこ
とで、流量計全体の軽量化や低コスト化を達成し得る等
の種々優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電磁流量計の一実施例を示す鍔部
拡大図および変位状態を含めた要部拡大断面図、第２図
は配管接続時における管軸方向の応力分布を示す特性図
、第３図および第４図は電磁流量計の概略構成を示す要
部断面図および概略側面図、第５図および第６図は従来
例を示す要部拡大断面図および応力分布特性図である。 １・・・・測定管、３・・・・配管接続用フランジ、１
０　（１０ａ、１Ｏｂ）”筒状ケース、１１・・・・リ
ング状鍔部。 特許出願人　　山武ハネウェル株式会社代　　理　　人
　　山川数構（ほか２名）第２図 （ｋｇ殉ｍｌ） 第３図 す 第４図 第６図 （ｋｇｆ／ｒｎｒｎ”） 手続補正書（自船

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一対の配管接続用フランジを両端外周部に有する測定管
   と、この測定管の外周部に相対向して配設される一対の
   励磁コイルを覆うように該測定管外周部を囲繞して配設
   されかつ前記フランジ内側面に突設されたリング状鍔部
   に溶接して固定される筒状ケースとを備えてなり、この
   ケースが溶接して固定される前記リング状鍔部の厚さを
   、該ケースの厚さよりも厚く形成したことを特徴とする
   電磁流量計。