JPH05256675A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、電極の接液表面部，測定管の内壁
部分に高粘性，高付着性の流体を停滞させずにスムーズ
に流し、よつて、電極間のショートをなくし、適正な状
態で流体の流量を測定することにある。 【構成】 測定管１１の中央部分の流体を減速し、か
つ、前記電極１２の接液表面部および測定管の内壁部分
の流体を増速する流体邪魔体１３を設けることにより、
測定管中央部分の減速によって余った流体を電極の接液
表面部および前記測定管の内壁部分に回すことにより、
電極の接液表面部および前記測定管の内壁部分に停滞，
付着する高粘性，高付着性等の流体を排除する構成であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高粘性，高付着性、さ
らには熱融解性の高粘性，高付着性等の流体の流量を測
定する電磁流量計に係わり、特に電極の接液表面部およ
び前記測定管の内壁部分に停滞，付着し易い高粘性，高
付着性、さらには熱融解性の高粘性，高付着性等の流体
を排除する機能をもった電磁流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な電磁流量計は、電極との
間の電気的な絶縁性を保つ意味から、セラミックス，プ
ラスチックス等の測定管を用いるとともに、当該測定管
の内壁部に接液状態で、かつ、相対向するように一対ま
たは複数対の電極が取り付けられている。そして、外部
から測定管内に磁界を形成した状態で測定管内に導電性
流体を流したとき、この導電性流体に流体の流速に比例
する起電力が誘起するので、この起電力を対をなす電極
で取り出せば、流体の流速に比例する流量を測定するこ
とができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な電磁流量計においては、測定管の内部に粘性の少ない
流体を流したとき、当該流体は測定管内壁に停滞せずに
スムーズに流れるが、例えば濃糖密，糊，微細粉末充填
液（例えばステアリン酸鉛等）の高粘性、高付着性等の
導電性流体の場合には種々の問題が生ずる。

【０００４】今、測定管内にある種の高粘性流体を流し
たとき、当該流体は測定管の内壁部分を流れずに、その
大部分が測定管の中央部分を通って流れる傾向にある。
図１１は高粘性流体の流速分布を示す図である。すなわ
ち、同図（ａ）に示す如く一対の電極１，１をもった測
定管２を２つの相手配管３，３で挟み込むように設置
し、図示左側の相手配管３側から高粘性流体が流れた場
合、図示するような流速分布４が形成され、測定管２の
内壁部分５には殆んど流速が発生しない。その結果、高
粘性流体は同図（ｂ）に示すように測定管２の内壁部分
に停滞し、いわゆる全く動かない不動流体６が堆積した
状態となる。

【０００５】また、高付着性流体の場合も流速の極端な
低下により測定管２の内壁部分に付着し、前述と同様に
不動流体６が堆積した状態となる。さらに、熱融解性の
高粘性、高付着性流体でも同様な現象が発生する。

【０００６】ところが、以上のような高粘性，高付着性
の流体は、共に電気伝導度をもった被測定流体であり、
また任意の流速で磁界を切ることにより当該流体に起電
力が誘起する性質をもっているので、不動流体６が厚く
なればなるほど起電力の発生しない部分が増加し、しか
も不動流体６が抵抗体７として電極間をショートするの
で、かかる抵抗体７によるショートにより測定出力が低
下する問題がある。

【０００７】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、電極の接液表面部および測定管の内壁部分に高粘
性，高付着性の流体を停滞させずにスムーズに流すこと
により、電極間のショートをなくし、適正な状態で流体
の流量を測定する電磁流量計を提供することを目的とす
る。

【０００８】また、本発明の他の目的は、電極の接液表
面部および測定管の内壁部分に停滞，付着する熱融解性
の高粘性、高付着性流体を確実に軟化，融解し、かかる
熱融解性の高粘性、高付着性流体のない状態で流体の流
量を測定する電磁流量計を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１ないし請求項４
に対応する発明は上記課題を解決するために、少くとも
一対の電極を設けた測定管内を高粘性，高付着性等の流
体が流通する電磁流量計において、前記測定管中央部分
の流体を減速する一方、前記電極の接液表面部および測
定管の内壁部分の流体を増速する流体邪魔体を設け、こ
の流体邪魔体による流体の増速によって電極の接液表面
部および測定管の内壁部分に停滞，付着する高粘性，高
付着性等の流体を排除することにより当該高粘性，高付
着性等の流体による前記電極間の短絡を防止する構成で
ある。

【００１０】そして、前記流体邪魔体としては、測定管
内壁から測定管中央部分に一体的または別体的に突出さ
せた突出体または測定管の相対向する壁部に固定または
着脱自在に掛け渡すように設けた棒状体を用い、しかも
当該流体邪魔体は、対をなす電極を結ぶラインに対して
対称的な位置に設けるものである。

【００１１】次に、請求項５に対応する発明は、少くと
も一対の電極を用いた測定管内を熱融解性の高粘性，高
付着性等の流体が流通する電磁流量計において、前記測
定管の周囲に発熱線を巻回し、通電により当該発熱線を
加熱することにより、前記電極の接液表面部および前記
測定管の内壁部分に停滞，付着する熱融解性の高粘性，
高付着性等の導電性流体を軟化，融解して排除し、

【００１２】さらに請求項６に対応する発明において
は、測定管の周囲に巻回された発熱線と、測定管の相対
向する壁内にそれぞれ埋設され流体の温度を測定する複
数の温度計或いは光ファイバ形温度計の感温部である光
ファイバを巻き付ける等の配置を行い、これら温度計で
測定された温度を平均化する平均化回路を有する温度測
定手段と、前記流体の流速に応じて流体の融解に最適な
目標温度を決定する融解温度決定手段と、この融解温度
決定手段で決定された目標温度と前記温度測定手段で測
定された測定温度とに基づいて前記発熱線に所要とする
電力を供給する温度制御手段とを設けた構成である。

【００１３】

【作用】従って、請求項１ないし請求項４に対応する発
明は以上のような手段を講じたことにより、流体邪魔体
により測定管中央部分の流体流通面積が狭くなっている
ので、上流側から流れてくる流体の流速が測定管中央部
分で急速に減速し、そのとき溢れた流体が電極の接液表
面部および測定管の内壁部分に回り込んで流れるので、
当該電極の接液表面部および測定管の内壁部分の流速が
速くなり、これによって電極の接液表面部および測定管
の内壁部分に停滞，付着する高粘性，高付着性等の流体
を排除するので、電極間の短絡がなくなり、適正な状態
で流体の流量を測定できる。

【００１４】次に、請求項５ないし請求項７に対応する
発明は、測定管の周囲に巻回された発熱体に通電を行っ
て所定の温度で加熱するか、或いは流体の流速を考慮し
ながら最適な温度を決定して加熱するので、測定管の内
壁などに停滞，付着する熱融解性の高粘性，高付着性等
の流体が軟化，融解する。従って、測定管の内壁などか
ら当該流体を確実に排除でき、同様に電極間の短絡がな
くなり、適正な状態で流体の流量を測定できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１６】図１は本発明に係わる電磁流量計の一実施
例を示す図であって、同図（ａ）は管軸と直交する方向
に切断した縦断面図、同図（ｂ）は管軸に平行に切断し
た横断面図、同図（ｃ）は具体例を示す横断面図であ
る。

【００１７】すなわち、この電磁流量計は、セラミック
スやプラスチックス等で形成された筒状の測定管１１の
内壁部分に、接液状態で、かつ、相対向するように一対
の電極１２，１２が取り付けられている。さらに、これ
ら一対の電極１２，１２を結ぶラインと直交する方向の
測定管内壁部分に測定管中央部分の流体を減速し、電極
１２，１２の接液表面部および測定管１１の内壁部分の
流体を増速する機能をもつ突出部１３，１３が設けられ
ている。

【００１８】前記２つの突出部１３，１３は、測定管中
央部分の流体流通面積を抑えて流体の流れ易い部分の流
体力学的な抵抗を大きくすることにより測定管１１の中
央部分を通過する流体を減速し、そのとき減速によって
余った流体を他の流体通路，つまり電極接液表面部およ
び測定管１１の内壁部分などに回すことにより流体の増
速化を図るものである。

【００１９】同図（ｃ）は電磁流量計を具体化した一例
であって、これは突出部１３をもった測定管１１の外側
両端部にそれぞれスペーサ１４を接着、溶着、接合等に
より、前記スペーサ１４，１４間および突出部１３内側
に形成した空隙部を含んでコイル収納部を形成し、この
間に励磁コイル１５を収納されている。そして、各スペ
ーサ１４，１４の外側に外筐１６が設けられている。

【００２０】従って、以上のような実施例の構造によれ
ば、測定管中央部分の流体を減速し、図１１（ａ），
（ｂ）に示す流速分布４の尖頭を測定管内壁方向へ押し
曲げることにより、図２に示すごとく一対の電極１２，
１２を結ぶライン上での起電力の発生を多くし、得られ
た起電力を一対の電極１２，１２により取り出すもので
ある。

【００２１】なお、２つの突出部１３，１３は一対の電
極１２，１２を結ぶラインに対して対称的に設けられて
いる必要がある。その理由は、一対の電極１２，１２か
ら取り出した信号は図３の等価回路で示すごとく差動増
幅器１７に導き、ここでコモンモードノイズを含む信号
の中からコモンモードノイズを除去する処理を行うた
め、測定管１１内の流体の流れが対称的である必要があ
る。例えば、両電極１２，１２と対アースとの間にコモ
ンモードノイズ２Ｅ_N を印加したとき、差動増幅器１７
の中点と両電極１２，１２間にそれぞれＥ_N とＥ_N ′が
現れ、これらＥ_N とＥ_N ′を差動増幅器１７を通してＥ
_N −Ｅ_N ′＝０となるようにするためには、構造的に対
称的でなければならない。仮に、非対称であれば、Ｅ_N
とＥ_N ′とが等しくならず、ノイズを一部含んだ測定信
号を出力してしまうためである。このことは、従来，測
定管内の流体は、非対称流になりがちであるが、本構造
の突出部１３，１３を設けることにより、対称流に変え
ることができ、流体の流量を正確に測定可能となる。

【００２２】なお、測定管１１の内壁に突出部１３，１
３を設けるに際し、同時成型するか或いは別々に成型し
た後接着剤、溶接はめ込み等によって一体結合する製造
方法が考えられるが、そのうち例えば同時成型する場合
には例えば図４に示すような方法で作ってもよい。

【００２３】すなわち、この製造方法は、一方端部を盲
とした筒状の鋼製外型２１の内底部に下ねじ２２にて鋼
製の下中子２３を止めた後、この下中子２３の端部に上
ねじ２４を用いて鋼製の上中子２５を固定する。これら
下中子２３と上中子２５の接合部分には前記突出部１３
を成型するための凹部２６が設けられている。

【００２４】さらに、外型２１と中子２３，２５との間
に例えばＡｌ₂ Ｏ₃ （アルミナ）などのセラミックス微
粉を例えばビニールアルコールなどのバインダ液で練り
上げた未焼成セラミックスバルク２７が充填され、この
バルク２７を鋼製プランジャー２８により強い押圧力で
押して未焼成体，つまりグリーン体を作る。２９は空気
抜穴である。

【００２５】以上のようにして未焼成のグリーン体２７
を作った後、プランジャ２８および下ねじ２２を取り外
し、さらに外型２１から中子入りグリーン体２７を取り
出した後、上ねじ２４を外して中子２３，２５を分離
し、未焼成のグリーン体２７のみとする。このグリーン
体２７を焼成する前にこのグリーン体２７を焼成したと
きに２／３に縮少するので、グリーン体の状態で加工す
る場合は予め目標寸法に入るように予測切削加工を行っ
た後、約２０〜３００°Ｃで焼成してバインダを飛ば
し、Ａｌ₂ Ｏ₃ の場合には約１５００〜１８００°Ｃで
数１０時間を焼成することにより測定管を作る。なお、
上記実施例では、一対の電極だけについて述べたが、複
数対の電極についても同様に適用できるものである。以
下の実施例についても同様である。次に、本発明の他の
実施例について図５を参照して説明する。

【００２６】この実施例においては、一対の電極１２，
１２を結ぶラインを遮るような位置関係をもって測定管
１１の相対向する壁部間を貫通し、或いは相対向する壁
面間に掛け渡すように流体邪魔棒体３１を配置した構成
である。

【００２７】従って、このような実施例の構成によれ
ば、流体邪魔棒体３１が流体の流れと直交するように測
定管１１の中心部分に配置されているので、上流側から
流れてくる流体は測定管１１内において流体邪魔棒体３
１にぶつかってカルマン渦を発生し、電極接液表面部や
測定管内壁部分の流体の流れに影響を与えるので、電極
接液表面部や測定管内壁に停滞，付着する高粘性，高付
着性などの流体を排除する作用を行い、これによって高
粘性，高付着性などの流体の停滞，付着を未然に防止で
きる。また、対をなす電極１２，１２間の流体に誘起す
る起電力は、図６に示すように流体邪魔棒体３１を迂回
しつつ発生するが、従来のように高粘性，高付着性流体
の停滞によるショートの問題がなくなり、所要の流体の
流量を確実に測定できる。

【００２８】しかし、カルマン渦の発生および流速の大
きさにより、測定信号に多少振動が重畳することが考え
られるが、この場合には必要に応じて断面円形状の棒体
ではなく、例えば断面偏平状の棒体或いは図７に示すよ
うに下流端に強制剥離用エッジ３２ａをもった流線形流
体邪魔棒体３２を用いることにより、振動の発生を抑制
してもよい。

【００２９】なお、以上のような流体邪魔棒体３１や流
線形流体邪魔棒体３２は、超音波その他の手段を用いて
流体の停滞状態を検知し、所定の厚さで高粘性，高付着
性の流体が停滞しているとき、測定管内に液密に挿入
し、測定管中央部分の流体を減速し、電極１２，１２の
接液表面部および測定管１１の内壁部分の流体を増速す
るようにしてもよい。次に、図８は同じく本発明の他の
実施例を示す構成図である。

【００３０】この実施例は、標準市販の電磁流量計に適
用した例であって、具体的には同図（ａ）および同図
（ｃ）に示す如く測定管内側にライニング３３を介して
突出部３４がねじ止めされ、さらに突出部３４の両側が
２つのアースリング３５，３５で挟み込むように設けら
れている。なお、この突出部３４は、一対の電極１２，
１２を結ぶラインと直交する方向で、かつ、流体の流れ
方向にそって台形状をなすような形状を有している。３
６は励磁コイルである。

【００３１】また、測定管１１に突出部１３，３４を設
けるに際し、前述したように一体化構成でもよく、或い
は測定管１１と突出部１３，３４とを別々に作り、接着
剤で結合するか、或いは熱可塑性樹脂の場合には溶接に
よって一体化構成にしてもよい。その他、インジェクシ
ョンモールド、コンプレッションモールド等によって作
ってもよい。

【００３２】従って、以上のような各実施例によって測
定管１１に突出部や棒体を設けることにより、測定管中
央部の流体流通面積が小さくなり、従来では一般に流体
が流れ易いとされている測定管中央部の流体力学的抵抗
が大きくなり、その結果，上流側から流れてくる流体が
当該部分で減速するが、このとき、減速によって余った
流体は流体流通面積の大きい電極接液表面部や測定管内
壁部分に回り込むので、当該電極接液表面部や測定管内
壁部分の流体の速度が速くなり、電極接液表面部や測定
管内壁に付着されている高粘性，高付着性などの流体を
排除でき、さらに電極接液表面部や測定管内壁に付着し
易い高粘性，高付着性などの流体の付着を未然に防止す
ることができる

【００３３】次に、請求項５ないし請求項７に係わる発
明の一実施例について図９を参照して説明する。この実
施例は、例えば熱融解性の高粘性，高付着性流体を排除
するための技術である。

【００３４】すなわち、本実施例は、熱融解性の高粘
性，高付着性流体が測定内壁に液体または結晶の析出等
という形で停滞し不動流体となるので、この不動流体の
存在する測定管１１の該当部分を加温して軟化し、或い
は融解し、この不動流体を滑らすことにより、不動流体
の停滞，付着を防止するものである。

【００３５】なお、流体の加熱融解に際し、測定管内全
体の流体を加熱融解する場合には膨大なエネルギーが必
要であるが、流体の外周のみの流体を加熱融解する場合
には小さなエネルギーで済むこと。また、加熱温度を固
定とすることも考えられるが、流体の流速によって融解
温度が異なる場合には図９に示すように流体の流速と流
体の温度とに基づいて温度制御を行う構成としてもよ
い。

【００３６】すなわち、具体的には、一対の電極１２，
１２を用いて流体に誘起する起電力を取り出して信号変
換部４１に導き、ここで流速に比例する信号に変換し、
コントローラ４２に導入する。このコントローラ４２は
測定流速にとって流体が最も融解し易い最適温度を求め
て温度コントローラ４３に導入する。

【００３７】一方、測定管１１の相対向する位置に電極
と別個または電極と一体をなす温度計（例えば熱電対
等）４４，４４を接液状態で取り付け、それぞれの温度
計４１，４１から冷接点補償を行って精度の高い温度を
検出し、これら検出温度をそれぞれ増幅器４５ａ，４５
ｂで増幅した後、平均化回路４６に導き、ここで平均温
度を求めて温度コントローラ４３に導入する。

【００３８】この温度コントローラ４３では、コントロ
ーラ４２からの最適温度を目標温度とし、平均温度との
偏差を零にするようにてＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実
行し、得られた操作温度信号に基づいて電力可変電源４
７を可変し、測定管１１の所要とする周囲に巻回するヒ
ータ線４８を通電加熱する構成となっている。

【００３９】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、測定管１１の外周に巻回するヒータ線４８に通電を
行って流体を適宜な温度で加熱することにより、測定管
１１内壁などに停滞，付着する熱融解性の高粘性，高付
着性の流体でも確実に排除することができる。しかも、
流体の流速に応じて最適温度を可変して通電加熱するの
で、適切に測定管１１内壁などに停滞，付着する熱融解
性の高粘性，高付着性の流体を排除できる。

【００４０】さらに、他の実施例について図１０を参照
して説明する。この実施例は、測定管１１のみだけでな
く、上流配管５１および下流配管５２にもヒータ線５
３，５４を巻回し、必要に応じて上流配管５１のみ、或
いは上流配管５１および測定管１１、或いは上流配管５
１，測定管１１および下流配管５２或いは５１と５２を
通電し、１１は通電せず等を選択的に通電する構成であ
ってもよい。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施できる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような種々の効果を奏する。

【００４２】請求項１ないし請求項４の発明は、測定管
中央部分の流体を減速する一方、前記電極の接液表面部
および測定管の内壁部分の流体を増速する流体邪魔体を
設けたので、電極の接液表面部および測定管の内壁部分
に高粘性，高付着性の流体を停滞させずにスムーズに流
すことができ、電極間のショートをなくし、適正な状態
で流体の流量を測定できる。

【００４３】次に、請求項５ないし請求項７の発明は、
少くとも測定管の周囲に巻回される加熱線に通電を行っ
て適切な温度で流体を加熱するので、電極の接液表面部
および測定管の内壁部分に停滞，付着する熱融解性の高
粘性、高付着性流体の軟化，融解により、熱融解性の高
粘性、高付着性流体のない適正な状態で流体の流量を測
定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる電磁流量計の一実施例を示す
図であって、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は横断
面図、同図（ｃ）は具体化した構成の横断面図。

【図２】 図１の構造を採ったときの誘起々起電力の発
生状態を説明する図。

【図３】 コモンモードノイズを除去するための電気的
な等価回路図。

【図４】 測定管と突出部とを一体成型する製造方法を
説明する図。

【図５】 本発明に係わる電磁流量計の他の実施例を示
す図であって同図（ａ）は一部切り欠き縦断面図、同図
（ｂ）は一部切り欠き横断面図、同図（ｃ）は同図
（ｂ）に示すＡ−Ａ′矢視断面図。

【図６】 図５に示す流体邪魔棒体を設けたときの起電
力の形成図。

【図７】 図６に示す流体邪魔棒体を改良した図。

【図８】 本発明に係わる電磁流量計のさらに他の実施
例を示す図であって同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）
は横断面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）に対して９０度異
なる方向の横断面図。

【図９】 本発明に係わる電磁流量計のさらに他の実施
例を示す構成図。

【図１０】 図９の実施例の変形例を示す図。

【図１１】 従来の電磁流量計を示す図であって、同図
（ａ）は測定管内の流速分布を示す図、同図（ｂ）は測
定管内に高粘性、高付着性流体が停滞している状態を示
す図。

【符号の説明】

１１…測定管、１２…電極、１３…突出部、１５…励磁
コイル、２７…未焼成グリーン体、２６…凹部、３１…
流体邪魔棒体、３２…流線形流体邪魔棒体、３４…突出
部、３５…アースリング、４２…コントローラ、４３…
温度コントローラ、４４…温度計、４６…平均化回路、
４７…電力可変電源、４８…ヒータ線。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少くとも一対の電極を設けた測定管内を
   高粘性，高付着性等の流体が流通する電磁流量計におい
   て、 前記測定管中央部分の流体を減速する一方、前記電極の
   接液表面部および測定管の内壁部分の流体を増速する流
   体邪魔体を設け、この流体邪魔体による流体の増速によ
   って前記電極の接液表面部および前記測定管の内壁部分
   に停滞，付着する前記高粘性，高付着性等の流体を排除
   して当該高粘性，高付着性等の流体による前記電極間の
   短絡を防止することを特徴とする電磁流量計。
2. 【請求項２】 流体邪魔体は、測定管内壁から測定管中
   央部分に一体的または別体的に突出する突出体であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電磁流量計。
3. 【請求項３】 流体邪魔体は、測定管の相対向する壁部
   に固定または着脱自在に掛け渡すような棒状体であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電磁流量計。
4. 【請求項４】 流体邪魔体は、対をなす電極を結ぶライ
   ンに対して対称的な位置に設けることを特徴とする請求
   項１ないし請求項３の何れかに記載の電磁流量計。
5. 【請求項５】 少くとも一対の電極を用いた測定管内を
   熱融解性の高粘性，高付着性等の流体が流通する電磁流
   量計において、 前記測定管の周囲に発熱線を巻回し、通電により当該発
   熱線を加熱することにより、前記電極の接液表面部およ
   び前記測定管の内壁部分に停滞，付着する熱融解性の高
   粘性，高付着性等の導電性流体を軟化，融解して排除す
   ることを特徴とする電磁流量計。
6. 【請求項６】 少くとも一対の電極を用いた測定管内を
   熱融解性の高粘性，高付着性等の流体が流通する電磁流
   量計において、 前記測定管の周囲に巻回された発熱線と、前記流体の温
   度を測定する温度測定手段と、前記流体の流速に応じて
   流体の融解に最適な目標温度を決定する融解温度決定手
   段と、この融解温度決定手段によって決定された目標温
   度と前記温度測定手段で測定された測定温度とに基づい
   て前記発熱線に所要とする電力を供給する温度制御手段
   とを備えたことを特徴とする電磁流量計。
7. 【請求項７】 温度測定手段は、前記測定管の相対向す
   る壁部にそれぞれ埋設され流体の温度を測定する複数の
   温度計と、これらの温度計で測定された温度を平均化す
   る平均化回路とを備えたことを特徴とする請求項５また
   は６記載の電磁流量計。