JPH02280012A - 矩形波励磁電磁流量計 - Google Patents

矩形波励磁電磁流量計

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JPH02280012A
JPH02280012A JP10095989A JP10095989A JPH02280012A JP H02280012 A JPH02280012 A JP H02280012A JP 10095989 A JP10095989 A JP 10095989A JP 10095989 A JP10095989 A JP 10095989A JP H02280012 A JPH02280012 A JP H02280012A
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magnetic field
time
electrodes
motor
sampling
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JP10095989A
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Ryuhei Fukuda
福田 隆平
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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は導電性流体に一定の磁界を与え、電極より流体
の流量に比例した信号を得る電磁流量計に関するもので
あり、特に磁界を永久磁石により正方向及び逆方向に交
互に一定時間づつ与えることにより、矩形波励磁を行わ
せることのできる小型で高精度な電磁流量計に関するも
のである。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕電磁
流量計により導管内の導電性流体の流量を測定する方法
は周知の技術であるが、これを第1図により説明すると
、管軸と直角方向に励磁装置2により磁界B(テスラ)
が与えられている直径がd(m)の内面が絶縁された非
磁性体の導管1内を導電性流体が流速v (m/s)で
移動するとファラデーの電磁誘導の法則により、磁界と
流れの方向の双方に直角な方向に設けられた導管内壁の
一対の電極4.4間に下式で示される起電力e(ボルト
)が発生する。
e=Bdv 磁界を発生させる励磁方式には、従来からよく用いられ
る方式として商用周波数による交流正弦波励磁と直流励
磁が行われている。まず交流正弦波励磁について説明す
ると、第1図で磁界を与えるコイル3に電源Eより交流
正弦波電流を与えるものであり、磁極5,5′にはそれ
ぞれN−+S−+N→・・・、S→N→S→・・・ な
る磁気の変化があり交流正弦波磁界が与えられる。
この正弦波交流励磁方式には次のような欠点がある。す
なわち電極の信号引出線に磁束が鎖交し、流量信号と9
0°位相の異なるノイズ電圧が重畳する。又、交流磁界
であるため磁束の通っている部分にうず電流が発生し、
信号電圧を検出する一対の電極4.4に対し不平衡電圧
が発生し、これもノイズ電圧として信号に重畳する。
次に直流励磁方式について説明すると、第1図のコイル
3に電源Eより直流電流を与えると磁極5.5′にそれ
ぞれN、Sなる直流磁界が得られる。又、直流磁界はコ
イルに電流を流すことなく、励磁装置2を永久磁石にす
ることにより得ることもできる。この直流励磁方式には
電極間に発生する電気化学的不平衡電圧が信号電圧にく
らべ大きく変動する欠点があり、通常はこれらの影響が
少ない金属液体を計測するのに使われる程度である。
これらの交流励磁、直流励磁方式における欠点を克服す
る方法として近年、矩形波励磁方式が発明され、これが
広く使われるようになってきている。矩形波励磁方式は
、第1図の励磁コイル3に第2図(a)のような定電流
Iの矩形波を正方向(1)と逆方向(−1)を一定の周
期で交互に与えるものである。電極間に発生する起電力
の定常値は第2図(b)に示すようにe及びe′のよう
になる。この定常値における値を第2図(c)のように
サンプリングし、e−e’を演算し増巾する。交流励磁
における90°ノイズとかうず電流ノイズは定常値をサ
ンプリングするため、除去するこ七ができる。又、電気
化学的ノイズ電圧をQN;信号電圧をesとして e=es+es、   e’ =−es+es   で
あり電気化学的ノイズの変動周波数は信号のサンプリン
グ周波数に(らべればゆっくりであるため、e−e’ 
=2e、となるよう演算することにより電気化学的ノイ
ズも除去できる。
この矩形波励磁方式にはこのようないくつかの長所があ
るが、次のような欠点もある。すなわち電極に発生する
起電力の式 e=Bdv  において起電力をある値以
上にするためには、管径dが小さ(なるほど磁界Bを大
きくしてやる必要がある。例えば流速が1m/sのとき
、管径dが100ani(0,1m)で磁界Bが100
ガウス(=0.01テスラ)のとき起電力が0.001
 V、 すなわちe=lynVを得ることができるが、
管径がl0aIのときには1mVを得るのに1000ガ
ウス、5−のときには2000ガウス必要とする。この
ような大きな磁界を励磁コイルで発生させるには電流1
巻数兵火きなものを必要とし、従って配管径が小さくな
るほど小型で起電力の大きい電磁流量計を得ることがで
きなかった。
本発明は上記問題点を解決するために励磁コイルを用い
ないで永久磁石を用い、その永久磁石をモーターを用い
て回転させ正、逆の交番定磁界を得ることにより、矩形
波励磁を行うことのできる電磁流量計を提供することを
目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
そのため、本発明においては永久磁石をモーターを用い
て回転させ、管と電極との双方に直角な方向に正の向き
に一定時間、一定の磁界を与えたのち、次には逆の向き
に一定時間、一定の磁界を与えることを交互に繰り返す
ことにより矩形波励磁を行わせるもので、その要旨は「
内面が電気絶縁材料からなる非磁性体の管と、管軸方向
に直角な径の管内面に一対の電極をもち、管軸及び電極
を結ぶ線の双方に直角な方向に永久磁石により一定磁界
を一定時間だけ与え、次に永久磁石を移動させ、上記と
逆の方向に一定磁界を一定時間与えることを交互に繰り
返すと共に、該一定時間の間に発生する信号をサンプリ
ングすることにより管内流量に比例した出力を得ること
を特徴とする矩形波励磁電磁流量計」にある。
〔作用〕 本発明によると導管に磁界を与える永久磁石がモーター
により回転され、管軸と一対の電極を結んだ線との双方
に直角な方向に磁界が移動してきたときにモーターは一
定時間停止され、この間に電極間に発生する信号がサン
プリングされ、更に上記と逆向きの磁界の位置まで永久
磁石がモータ−で回転され移動して再び一定時間停止さ
れ、この間に信号をサンプリングすることを繰り返すこ
とにより流量に比例した出力を得る矩形波励磁電磁流量
計を構成することができるものである。
〔実施例〕
以下図面にもとづいて本発明の実施例について説明する
と、第3図(a)は本発明の正面図で第3図(b)は本
発明の左側面図であり、流体は管1の内部を紙面に直角
に流れている。
内面が電気絶縁材料からなる非磁性体の導管1の管軸を
中心として管のまわりを回転する歯車6とかみ合う歯車
8を駆動するモーター7があり、歯車6には磁気回路も
かねる強磁性体の板9がとりつけられており、鎖板9に
は永久磁石10.10’が導管1をはさんで磁極がそれ
ぞれN、  3面を対向させているように固定され、導
管1内に磁界を与える。モーターを連続回転すると電極
間には交流磁界として加わるが、歯車6を磁界の方向が
電極方向と直角になるところまで回転させ、第3図(b
)の位置で一定時間静止させることにより直流一定磁界
を与えることとなる。この間に電極4゜4、この一定磁
界の間に発生する信号をサンプリングする。サンプリン
グしたのち、ふたたびモーターを回転させると途中段階
の第3図(c)の位置を経由して、第3図(b)と磁気
の方向が逆となる第3図(d)の位置まで回転させふた
たび一定時間停止させ、この間の信号をサンプリングす
る。更に第3図(b)の位置と(d)の位置を交互に一
定時間静止、サンプリングを繰り返す。
永久磁石の位置と信号の関係について第4図により説明
すると、電極と直角な方向の磁界の成分は第4図(a)
のAからBのように磁石が回転するにつれて磁界の強さ
が変化し、更に磁石が第3図(b)に相当する位置C点
のところで最大値に達する。この点で時間Tだけモータ
ーを停止させると磁界はBmなる一定磁界を得る。この
モーターが静止している間Tより小さいTsという時間
だけ信号をサンプリングすると第4図(b)のような信
号eを得る。更に静止時間が経過しくDの位置からモー
ターを回転させ、逆方向の磁界の位置第3図(d)の位
置まできたときふたたびモーターを時間Tだけ停止させ
、その間に時間Tsだけ信号をサンプリングし、第4図
(b)に示す信号e′を得る。このサンプリング信号よ
りe−e’なる演算をさせることにより、交流励磁にお
ける90°位相ノイズ、うず電流ノイズの欠点のない。
又、直流励磁における電気化学的ノイズがなく、永久磁
石により磁界を与えるため小型で高精度の矩形波励磁電
磁流量計を構成することができる。
通常の流量の測定では、矩形波の周期は0.2秒くらい
で、モーターの静止時間を0.1秒、その間の信号のサ
ンプリング時間を0.05秒程度にするのがのぞましい
〔効果〕
以上のべてきたように本発明の矩形波励磁電磁流量計は
、内面が電気絶縁材料からなる非磁性導管の管軸方向に
直角な径の管内面に一対の電極をもち、管軸と電極を結
ぶ線の双方に直角な方向に永久磁石により一定磁界を一
定時間だけ与え、次に永久磁石を移動させ、上記と逆の
方向に一定磁界を一定時間与えることを交互に繰り返す
と共に該一定時間の間に電極間に発生する信号をサンプ
リングすることにより管内流量に比例した出力を得るた
め、小型高精度の矩形波励磁電磁流量計を構成すること
ができる。
なかんづ(導管径が小さくなればなるほど必要とする磁
界は大きくなり、これを励磁コイルで与えるためには巻
数が大きく、電流の大きなコイルが必要とするのに(ら
べ、小型な永久磁石で容易に数千ガウスの磁界を得るこ
とができる効果は大きい。殊に最近の希土類磁石である
サマリウム。
コバルト磁石とかネオジウム、鉄、ボロン系の磁石を用
いれば優にio、 oooガウスをこえる磁界をつるこ
とができ、導管径が5−のとき流速1 m/sで5 m
 Vという大きな信号を得ることができる。
駆動するモーターについてはサーボモーター。
ステッピングモーターなど、構造上適するものをこれら
を駆動する適切な制御回路と共に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電磁流量計の説明図、第2図は従来の矩
形波励磁方式における動作を示す図で、第2図(a)は
励磁電流、(b)は信号出力。 (C)はサンプリング出力、を示す図である。第3図は
本発明の実施例で、第3図(a)は正面図。 (b)は左側面図でモーターが停止しており、出力をサ
ンプリングしている状態を示す図、 (C)はモーター
が回転中の一時点の状態を示す図、  (d)はふたた
びモーターが停止し、(a)と逆方向の磁界の位置で出
力をサンプリングしている状態を示す図である。第4図
は本発明の励磁方式における動作を示す図で、第4図(
a)は磁界の強さの変化を示す図、 (b)は信号、出
力のサンプリングした状態を示す図である。 l・・導管 2・・励磁装置 3・・励磁コイル4.4
・・電極  5,5′・・磁極 6・・歯車 7・・モーター 8・・歯車9・・強磁性
体板  10.10’・・永久磁石図面の浄書(内容に
変更なし) 13図 (C) 手続補正書(方式) 手続補正書(自発) l。 事件の表示 平成1手持許願第 100959 号 1゜ 事件の表示 平成1手持許願第 号・ 3゜ 補正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所(居所) 横浜市磯子区洋光台5丁目4番?−4
01号 3、補正をする者 事件との関係

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 内面が電気絶縁体材料からなる非磁性体の管と管軸方向
    に直角な径の管内面に一対の電極をもち、管軸及び電極
    を結ぶ線の双方に直角な方向に永久磁石により一定磁界
    を一定時間だけ与え、次に永久磁石を移動させ上記と逆
    の方向に一定磁界を一定時間与えることを交互に繰り返
    すと共に、該一定時間の間に電極間に発生する信号をサ
    ンプリングすることにより管内流量に比例した出力を得
    ることを特徴とする矩形波励磁電磁流量計。
JP10095989A 1989-04-20 1989-04-20 矩形波励磁電磁流量計 Pending JPH02280012A (ja)

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JP10095989A JPH02280012A (ja) 1989-04-20 1989-04-20 矩形波励磁電磁流量計

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5948978A (en) * 1998-07-14 1999-09-07 Feller; Murray F. Induction heated mass flow sensor
US6023969A (en) * 1997-09-17 2000-02-15 Feller; Murray F. Flow modulated mass flow sensor
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US6241383B1 (en) 1998-03-25 2001-06-05 Murray F. Feller Heat exchanger maintenance monitor apparatus and method
US6508134B1 (en) 1999-09-01 2003-01-21 Murray F. Feller Transit-time flow sensor-frequency mode
DE102013006142A1 (de) * 2013-04-10 2014-10-16 Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh Vorrichtung zum Messen eines Flüssigkeitsflusses

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