JPH0355061Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 イ 産業上の利用分野 この考案は電磁流量計に関する。

ロ 従来技術 出願人は先に、感度を向上するために、内ヨー
クを紡錘形の絶縁物（以下コーンと呼ぶ）で覆つ
て流路の中心部に配置したコーン型電磁流量計を
提案した。

かゝるコーン型電磁流量計の二つの例を第１３
図乃至第１５図に示す。

第１３図と第１４図の従来例で、１は流路２の
中心部に同心的に配置された円柱形の内ヨーク
で、流れをスムーズにするために絶縁材料で形成
された紡錘形のコーン３で覆われている。

前記流路２を形成するパイプ４は内側に絶縁材
料でライニング５が施されている。６と７は水密
用のＯリング８と９をそれぞれはさんでパイプ４
の両端に固定された環状のアース電極で、環状部
の内周から流路中心に延びる複数のスポークと、
このスポークにより流路中心に支持されている紡
錘頭部１０，１１とが一体に形成されている。こ
の紡錘頭部１０と１１には前記コーン３の（流
れ）の前後両端が嵌合するくぼみ１２，１３がそ
れぞれ形成されてコーン３を支持する。そして、
コーン３とその前後に密着配置された紡錘頭部１
０と１１は全体として流線形をしている。流体は
第１４図で矢印Ｆで示すように、一方のアース電
極６のスポークの間を通り抜け、コーン３とパイ
プ４の間の流路２を通り、他方のアース電極７の
スポークの間を抜けて流れる。アース電極６と７
は図示されてない通常の方法でハウジング１４に
ねじ止め等で固定されている。

パイプ４には直径上に一対の電極１５が電気的
に絶縁して設けてある。この電極を結ぶ直径と流
体の流れとに直角な方向に一対の外ヨーク１６，
１７がパイプ４の外周に接して設けられ、これら
外ヨークの左右延長部の間に強磁性材料からなる
柱状をしたコアー１８，１９が挿入配置されてい
る。コアー１８，１９にはそれぞれコイル２０，
２１が巻かれ、両コイルは直列に接続され、図示
されてない外部の電気回路から励磁電流が供給さ
れる。励磁電流により磁束Φ１〜Φ６が発生し、
磁束Φ２〜Φ５はコアー１８，１９、外ヨーク１
６，１７、内ヨーク１と流路２を通り、磁束Φ
１，Φ６はコアー１８，１９、外ヨーク１６，１
７と外部空間を通る。

一対の電極１５の間に誘起する信号電圧は、磁
束Φ２〜Φ５の流路２の部分の磁束密度と環状流
路２を流れる流体の各部の流速と重み関数の積を
電極間にわたり積分した値になる。

ところで上記従来技術では、パイプ４をはさん
で左右両側にコアー１８と１９が配置され、この
付近に外側に向けて漏れ磁束Φ１，Φ６が生じ
る。従つて、この付近に鉄材など強磁性体が近づ
くと漏れ磁束が増加し、流路２を通る磁束Φ２〜
Φ５が減少するため、計測誤差が生じる。このよ
うな計測誤差を小さくするためにはコアー１８，
１９やコイル２０，２１に強磁性体が近づくこと
がないように、ハウジング１４を左右方向に十分
コアーから離す必要があつた。又、左右方向だけ
でなく、コアー，コイルから流れの方向へもハウ
ジング１４を十分離して、外部の強磁性体が接近
しないようにする必要があつた。

第１５図の従来例は、パイプ４の上下に軟質磁
性材料からなる磁極２２，２３と、コイル２４，
２５をそれぞれ巻いたコアー２６，２７と、環状
の外ヨーク２８と、内ヨーク１で磁気回路が構成
されたコーン型電磁流量計で、外ヨーク２８がシ
ールドの働きをして磁束が外ヨーク２８の外周方
向へ漏れない。そのため外部の強磁性体の悪影響
を受けないが、特に励磁電力の小さい電磁流量計
を実現するときはコイルの巻数が増加しコアー２
６，２７が長くなり、外ヨーク２８の直径が大き
くなり、電磁流量計全体が大形になる。

ハ 本考案が解決しようとする問題点 上述のように、従来技術では磁気回路の構造か
ら、電磁流量計全体が大形になる欠点があつた。

そこで、この考案では小形でしかも外部強磁性
体の影響を受けにくいコーン型電磁流量計を提案
するのが目的である。

ニ 問題点を解決するための手段 コーン型流量計における上記問題点を解決する
ために、この考案では、流路外周三方向を囲むＵ
字形の軟質磁性材料からなるヨークを設け、この
ヨークの底部に内方に向う突極を形成し、別に軟
質磁性材料からなる逆Ｙ字形のヨークを設け、そ
の二叉部を流路をはさんで前記突極に対向配置し
て磁極となし、さらに前記Ｕ字形のヨークの両端
内側と逆Ｙ字形ヨークの基部との間に強磁性材料
からなる一対のコアとこのコアに巻いたコイルを
設け、前記突極の巾を前記二叉部からなる磁極の
巾より小さく定めた。

ホ 作用 磁束は、コアーから逆Ｙ字形のヨークの基部、
二叉部、流路、内ヨーク、流路、Ｕ字形ヨークの
突極、Ｕ字形の直線部、Ｕ字形の両端部を通つて
コアーに戻る磁路を流れ、二叉部と突極部近くの
流路の磁束分布の広がりが殆ど同じになり、しか
も、磁束分布が重み関数とほゞ逆の関係になる。

従つて、磁束分布の差が実用上問題にならな
い。又、流路の外周三方向がＵ字形ヨークで囲ま
れるため、この三方向は強磁性体の影響を受けな
い。

コアー、コイルはＵ字形ヨークの一方（上部）
に配置されるので、これらに接近して、電子回路
等を配置でき、前記三方向については、ハウジン
グをＵ字形ヨークに密着できる。

ヘ 実施例 第１図はこの考案の基本構造を示す図で、電子
回路やハウジング等は図示してない。一対の電極
１５を通る（パイプの）直径に直角な上下方向
に、逆Ｙ字形のヨーク２９の二叉部３０とＵ字形
のヨーク３１の突極３２を対向配置し、Ｕ字形ヨ
ーク３１の両端３３，３４の内側と逆Ｙ字形ヨー
ク２９の基部３５との間に一対の強磁性材料から
なるコアー３６，３７とを設けている。３８，３
９はそれぞれコアー３６，３７に巻いたコイルで
直列に接続されている。

二叉部３０からなる磁極の巾（円周角）に比
し、突極３２の巾（円周角）は小さく定められて
いる。内ヨーク１、流路２、コーン３、パイプ
４、ライニング５、電極１５等は従来技術と同じ
である。

磁束は、矢印で示すように内ヨーク１を通る有
効磁束Φ３〜Φ６と、漏れ磁束Φ１，Φ２、Φ
７，Φ８となるが、二叉部３０の磁極と内ヨーク
１間では、磁束Φ３〜Φ６による磁束密度が磁極
の巾全体にわたりほゞ均一となるが、突極３２と
内ヨーク１間では、磁束が広がり易く均一になり
にくい。そして、磁束密度の分布状態は突極３２
の巾と二叉部磁極の巾との比率により変化する。

第２図と第３図はこの関係を説明するための図
で、第２図は二叉部３０の磁極巾を円周角でθ
１、突極３２の巾を円周角θ２で示し、この第２
図では、θ１＝θ２の場合を示している。又第３
図は突極３２の巾（円周角でθ２）を二叉部３０
の磁極巾（円周角でθ１）より小さく定めた場合
を示している。両方の巾が等しい第２図では、内
ヨーク１から下方の流路を通つて突極３２の方向
に向う磁束は比較的広がるため、下方の流路での
磁束分布が均一でなくなる度合が大きい。

第４図は、パイプ４の内側のライニング５の内
径２R0とコーン３の外径２Riと、一対の電極１
５を通る直径と、流路の環状断面の平均半径
（Ri＋R0）／２の関係を示す。角度ψは平均半径
（Ri＋R0）／２の円周上にとつた点Ρの動径が前
記直径の角度の基準点ψ＝０の位置との間でなす
角度を意味する。

この角度ψを横軸にとつて、Ρ点の位置の磁束
密度Ｂと電磁流量計における電極の重み関数を第
５図と第６図に示す。なお重み関数とは、その関
数の分布範囲内で、流速と磁束密度が均一の場合
の、微小点における流速と磁束密度による電圧信
号を電極がいかなる値として検出するかの分布全
体の積分値に対する比の分布であり、分布全体の
積分値を１としたとき、電極近くでは１より大き
くなり、電極より遠ざかるにつれ１より小さくな
る性質をもつている。よつて磁束密度の分布を重
み関数の分布と逆の関数にすれば、流速の分布が
いかなるものであつても、電極に生じる流速信号
は流速の平均値を表わす。

第２図に示すように二叉部３０の磁極の巾に対
応する円周角θ１と、電極３２の巾に対応する円
周角θ２との比率が同じであると、内ヨーク１の
上方の流路における磁束Φによる磁束密度Ｂと、
内ヨーク１の下方の流路における磁束Φ′による
磁束密度B′の分布は第５図のようになる。

第５図は横軸を前記角度ψで目盛り、縦軸に磁
束密度と、重み関数の重みを示し、前記磁束密度
Ｂ，B′を重ね合して示している。この図で明ら
かなように、第２図のようにθ１＝θ２では、磁
極３２側、つまり内ヨーク１の下方の流路におけ
る磁束密度Ｂの分布は磁束密度Ｂの分布に比較し
て角度ψが０と−180度に近いところまで広がり、
重み関数Ｗの逆の分布から大巾にはずれる。

こうなると、一対の電極１５を結ぶ直径より上
側の流路における流速分布の影響と下側の流路に
おける流速分布の影響とが異なる。そして、電磁
流量計に接続されるバルブやエルボの影響で流速
分布が上又は下に偏流すると電磁流量計の感度が
異なつたものとなる。

第３図は、この考案における突極３２の巾と二
叉部３０の磁極巾を示すもので、両極の巾θ１と
θ２の関数がθ１＞θ２になつている。このよう
にすると、磁束Φ′で突極３２の巾を外れて角度
ψの０度や−180度近くまで広がる成分は無くな
り、磁束Ｂ，B′の分布は第６図に示すように、
磁束密度ＢとB′の分布の差が第２図と第６図の
場合より小さくなり、電磁流量計として、上側の
流速分布と下側の流速分布が異なる場合の感度の
違いが実用上問題にならない程小さくなる。具体
的には、逆Ｙ字形のヨーク２９の二叉部３０で構
成される磁極の巾（円周角でθ１）と突極３２の
巾（円周角でθ２）は次のように決める。

先ず、内ヨーク１の外径とパイプ４の外周の磁
極、突極の内径、近似的には第４図について説明
した半径RiとRoとの比が、流量計の呼び径と測
定流量範囲に基いてRi／Ro＝0.5〜0.9に選択され
る。そして、この数値により、逆Ｙ字形のヨーク
で形成した磁極の巾を円周角θ１＝60〜140度に
決める。Ri／Roが小さい程円周角θ１を小さく
定める。突極３２の巾に対応する円周角θ２は前
記円周角θ１の0.5〜0.9倍とするが、この数値
は、呼び径が小さく、パイプ４の径に対するＵ字
形ヨークの突極３２の出つぱりの高さの比率が比
較的大きいときは0.9に近く、呼び径が大きい場
合や突極３２の出つぱり高さを大きく取れないと
きは0.5近く定める。

第７図と第８図の実施例は第１図と同じ磁気回
路を有する実施例で、電磁流量計としての全体を
示している。１は内ヨークで、この図ではコーン
は示してないが、第１図のように内ヨーク１を覆
つている。４は内側にライニング５をしたパイ
プ、４０は電子回路で、電極１５とリード線４１
で接続され、さらにコイル３８，３９に励磁電流
を供給する。電極１５に誘起した流量信号は電子
回路４０で処理され、瞬間流量値又は積算値とし
て表示器４２に表示される。

４３は電子回路４０に電力を供給する電池、４
４と４５はハウジングで、上部に窓ガラス４６を
備えている。電子回路４０はコイル３８，３９を
巻いたコアー３６，３７の上部に配置されてい
る。その結果、コイルやコアーからの上方のハウ
ジング迄の距離が大きくなつている。

なお、パイプ４、内ヨーク１を覆うコーン、電
極１５の固定方法は従来技術と同じである。又、
コアー３６，３７、コイル３８，３９、Ｕ字形ヨ
ーク３１、逆Ｙ字形ヨーク２９、表示器４２を上
部に取り付けた電子回路４０をパイプ４に固定す
るにはプラスチツク製のホルダやネジを用いる周
知の方法が利用できる。

第９図乃至第１２図の実施例は、Ｕ字形のヨー
ク３１の下方と左右の三方向に非常に近接したハ
ウジングを有している。この実施例では、第１２
図に示すように、流路２の外周を形成するパイプ
４が合成樹脂で成形され、しかも、後述するＵ字
形ヨーク、逆Ｙ字形ヨーク、コア、コイル、電子
回路、電池等を装着するための部分が一体的に成
形されている。第１２図で４７は後述擦るコーン
ホルダの環状部を支持する大径部、４８はＵ字形
ヨーク３１を嵌め込む溝、４９は電極１５を取り
付ける孔、５０は逆Ｙ字形ヨーク２９を装着する
くぼみ、５１はコアとコイルを保持する支持部、
５２は電子回路を支持する４本の柱、５３は電池
を保持する６個のピツトで、これらがパイプ４に
一体成形されている。

第９，第１０図に示すように、パイプ４の穴４
９にはＯリング５４と非磁性で耐食性のオーステ
ナイト系ステンレス合金の電極１５が内側より嵌
められ、パイプの外側部分で、電極１５にリード
線４１の一端を接続し、電極の雄ねじにナツト５
５を嵌めて締めつけ固定する。リード線４１はパ
イプ４に設けたスリツト５６を通して上方に導
く。次に中心に向つて延びる断面が翼形の複数の
スポークを有する環状のコーンホルダ５７をパイ
プ４の前記大径部４７に第１０図に示すように嵌
めて支持させる。コーンホルダ５７は合成樹脂製
で、中心部にはスポークに支持されるほゞ円柱状
の中心部５８が一体成形されている。この中心部
５８の中心内側にはくぼみ５９が形成され、この
くぼみ５９にコーン３の前後の端が嵌められ支持
される。次にパイプ４の溝４８にＵ字形ヨーク３
１を嵌め、くぼみ５０に逆Ｙ字形ヨーク２９を装
着し、コイル３８，３９を巻いたコアー３６，３
７を支持部５１に保持させ、電池４３をピツト５
３に保持させそれぞれ固定する。上面に表示器４
２を取り付けた電子回路４０は上方から４本の柱
５２に固定する。リード線４１、コイル３８，３
９、電池４３は周知の方法で電子回路４０に電気
的に接続される。なお、電池４３はピツト５３に
接着剤で固定されている。これだけのサブ組立品
は全体でパイプユニツトを構成し、このユニツト
は流量計測に必要な全ての機能を持つている。

このパイプユニツトは、第９図の合成樹脂製ハ
ウジング６０に上方から嵌め込んで接着固定され
る。接着剤は予めパイプユニツトのパイプ４の表
面とハウジング６０の内面下部に塗布しておく。

ハウジング６０には、第９図に示すように、電
子回路４０の左右に近い位置に小孔が明けてあ
り、これにスプリング６１の一端を差し込んで電
子回路４０のアースリード６２と電気的に接続
し、小孔は接着剤で埋める。ハウジング６０の左
右両側面には第９図のように金属製のレバー６３
をハウジング６０と一体のピン６４に揺動可能に
支承させ、前記スプリング６１で押しつける。ハ
ウジング６０の上部開口には透明な窓ガラス６５
が接着固定される。このようにして出来たサブ組
立品は第１１図に符号６６で示す流量計ユニツト
を構成する。

この流量計ユニツトは第１１図に示すガスケツ
ト６７と共にケース６８に収納装置される。ケー
ス６８は流体に対して耐食性を有する金属、例え
ばステンレススチール、青銅、黄銅等を鍛造又は
鋳造して形成する。そして第１１図に示すよう
に、中央部には前記計測ユニツト６６の下方部分
を収納するため上方に開口する（流れ方向に直角
な断面が）Ｕ字形の空間６９と、空間６９の上部
周囲をとり囲むつば７０と、このつばの内周に設
けたガスケツト溝７１と、空間６９と連通する断
面円形の一対の流体通路７２と、この流体通路７
２の端部に設けた大径部７３を備えている。ケー
ス６８の両端の前記流体通路７２を形成する円筒
状部分７４の外周には、図示されてない流路配管
と連結するための雄ねじ７５が刻んである。６と
７はケース６８の両端大径部７３に圧入固定され
た環状のアース電極で、耐食性金属製であり、中
心に延びる複数のスポークと、このスポークによ
り流路中心に支持されている紡錘頭部１０，１１
とが一体に形成されている。

アース電極６，７を圧入したケース６８を図示
されてない流路配管に周知の方法で連結し、その
ガスケツト溝７１に第１１図のガスケツト７６を
嵌め、その上から、計測ユニツト６６の下部Ｕ字
形部分６６ａが空間６９に収納されるように嵌合
させ、前記レバー６３の爪をフランジ７０に係合
させると、ケース６８に計測ユニツト６６が水漏
れしないようしつかりと装着される。レバー６３
は前記スプリング６１で押されているため、つば
７０から外れる恐れはない。

電子回路４０はスプリング６１とレバー６３を
介してケース６８に電気的に接続アースされる。
表示器４２に瞬間流量や積算流量が表示される。

第９図乃至第１２図の実施例では、電池の消
耗、電極や流路の汚れ、電子回路の故障等の場合
に、流量計ユニツト６６をすばやく交換できるた
め、保守管理が容易である。又、この考案の特徴
である、流路の下方と左右の三方向に対して磁気
回路が小形であり、かつ外部強磁性体の影響を受
けない利点を生かし、ケース６８を小型にしてい
る。又、このケースは、強磁性材料を使用できる
ためオーステナイト系ステンレスチールに比し安
価なマルテンサイト系又はフエライト系ステンレ
ススチールを用いることができる。又、ケース６
８の大径部４７以外の表面に塗装やライニングを
施行するか、全表面にメツキ等をすれば、鉄を材
料として使用できる。なお、コアーに軟質磁性材
料を用いればコイルに周期的に極性の異なる定電
流か、極性が同じで値の異なる定電流を流して励
磁し、この定電流によつて磁束を発生させるいわ
ゆる電流型磁気回路を用いることができる。又、
コアーに半硬質又は硬質磁性材料を用い、周期的
に巾の短かい極性が異なるパルス状の励磁電流を
コイルに流してコアーを磁化し、その残留磁束で
計測用の磁束を発生させる残留型磁気回路として
用いることもできる。

ト 考案の効果 この考案では、流路の下方と左右の三方向がＵ
字形のヨークで囲まれるため、外部強磁性体の影
響を受けないで、小形にすることができる。Ｕ字
形ヨークの上方開口部には一対のコアとコイルが
配置されるが、両コア、コイル共、Ｕ字形ヨーク
の上部にのみ配置されるため、その上部に電子回
路などを配置することで、外部強磁性体が、コア
やコイルに近ずくことが防止され、全体として、
小形でコストの安い電磁流量計が実現できた。さ
らに又、逆Ｙ字形のヨークの磁極の巾に比し、Ｕ
字形ヨークの突極の巾を小さく定めたため、Ｕ字
形ヨークの使用で磁気回路を小形化したにかゝわ
らず、偏流による計測誤差を実用上支障ない程度
に抑えることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の基本構造を示す縦断面図、
第２図と第３図は磁気回路の略図、第４図は流れ
に直角な断面における流路内の点Ｐの位置を説明
する図、第５図と第６図は、磁束密度分布と重み
関数を説明する線図、第７図と第８図はこの考案
の電磁流量計の一実施例の流れに直角な縦断面
と、流れに平行な縦断面図、第９図乃至第１２図
は他の実施例で、第９図は流れに直角な縦断面
図、第１０図は流れに平行な水平断面図、第１１
図は分解斜視図、第１２図はパイプの斜面図、第
１３図は従来技術の一例で流れに直角な縦断面
図、第１４図は第１３図のものゝ、流れに平行な
縦断面図、第１５図は他の従来技術の流れに直角
な縦断面図である。 １……内ヨーク、２……流路、１３……紡錘形
の絶縁物からなるコーン、２９……逆Ｙ字形のヨ
ーク、３０……二叉部、３１……Ｕ字形のヨー
ク、３２……突極、３３，３４……Ｕ字形ヨーク
の両端、３５……逆Ｙ字形ヨークの基部、３６，
３７……コア、３８，３９……コイル、θ１……
二叉部の磁極の巾に相当する内周角、θ２……突
極の巾に相当する円周角。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 内ヨークを紡錘形の絶縁物で覆つて流路の中
   心部に配置したコーン型電磁流量計において、
   流路外周三方向を囲むＵ字形の軟質磁性材料か
   らなるヨークを設け、このヨークの底部に内方
   に向う突極を形成し、別に軟質磁性材料からな
   る逆Ｙ字形のヨークを設け、その二叉部を流路
   をはさんで前記突極に対向配置して磁極とな
   し、さらに前記Ｕ字形のヨークの両端内側と逆
   Ｙ字形ヨークの基部との間に強磁性材料からな
   る一対のコアとこのコアに巻いたコイルを設
   け、前記突極の巾を前記二叉部からなる磁極の
   巾より小さく定めたことを特徴とする電磁流量
   計。 ２ コアを構成する強磁性材料が軟質磁性材料で
   ある実用新案登録請求の範囲第１項記載の電磁
   流量計。 ３ コアを構成する強磁性材料が半硬質又は硬質
   磁性材料である実用新案登録請求の範囲第１項
   記載の電磁流量計。