JPH05273015A - 堰式電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非満水状態から満水状態まで流量計側できる
電磁流量計を実現する。 【構成】 流管１に堰としてのパーマポーラスフリュー
ム２を設ける。このフリューム２に、水平方向に対向し
た電極３を配置する。流管の下部には励磁コイル４を設
けて上下方向の磁界を発生させる。電極３に生じる流速
に比例した電圧から流量を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は堰と電磁流量計を組み合
わせた流量計（以下堰式流量計という）に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、狭義の堰、パーシャルフリュー
ム、パーマポーラス等、堰を用いた流量計測では水位を
測定し、そこから流量を算出していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の堰を使った流量
計には次の問題点があった。 （ａ） 水位を計測しているため、下水道や排水路等
で、満水になると流量の計測ができない。

【０００４】（ｂ） 水位測定のため、上方から水位を
計測するための開口部を要し、この開口部から流体が溢
れる。 （ｃ） 水位計測には、超音波が一般的に使われるが、
気泡や浮遊物の影響で計測誤差が生じる。

【０００５】そこで、本発明は、これらの問題点を解消
できる堰式流量計を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の堰式電磁流量計は、堰と、その上または上
流部の流管に水平方向に対向配置された一対の電極と、
流管の上部又は下部の少なくとも一方に設けられて上下
方向の磁界を発生する励磁コイルとを具備した

【０００７】。

【作用】非満水時には、水深ｈと流速ｖの間に一定の関
係 ｈ＝ψ（ｖ）・・・・・・・（１） が成り立つことと、流路の断面形状が決まっておれば、
流量Ｑは水位ｈの関数として Ｑ＝ｆ（ｈ）・・・・・・・（２） と表わされる。

【０００８】従って、流速に応じた電極の誘起電圧によ
り、流量Ｑを求める。満水時には、電磁流量計の流量信
号ｅに比例定数Ａを掛けて流量Ｑを求められる。

【０００９】Ｑ＝Ａ・ｅ・・・・・・・・（３） 前記（１）式で水位ｈが満水時に近づいたときに（３）
式に切換えて流量を算出すればよい。

【００１０】

【実施例】

１．第１実施例 図１と図２に示す第１実施例は、いわゆるパーマポーラ
スフリュームと組み合わせた場合で、１は流管、２はパ
ーマポーラスフリューム、３はフリューム部分に水平方
向に対向して設けた一対の電極、４はフリューム下のス
ペースに設けた励磁コイル、５は電極に生じた電圧ｅを
増幅する増幅器、６は増幅器５の出力をディジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換器、７は演算回路、８は、励磁コ
イル４を励磁する励磁電源、９は測定や励磁に必要なタ
イミング信号を発生するタイミング回路である。

【００１１】次に上記第１実施例の作用を説明する。 （ａ）非満水時の流量測定 一般に水路に堰を設け、そこで流れが常流から射流に相
転位するようにしてやると、その堰上での臨界点及びそ
の上流側では水深ｈと、流速ｖに一定の関係 ｈ＝ψ（ｖ）・・・・・・・・（１） が成り立つ。

【００１２】この関係は水路（流管１）と堰（フリュー
ム２）の形状により一意的に決まる関数関係である。一
方、流量Ｑは（流速ｖ）×（流れの断面積Ｓ）として算
出できるが、流れの断面積Ｓも水深ｈの関数であるか
ら、結局流量Ｑは水深ｈの関数として Ｑ＝ｆ（ｈ）・・・・・・・・・（２） と表わすことができる。

【００１３】ところが、水深ｈは（１）式のように、流
速ｖと一定の関係があるため、水路と堰の形状によって
決まる関数ｇがあって、 Ｑ＝ｇ（ｖ）・・・・・・・・・（３） と表わすことができる。従って堰を流れる流量は水深ｈ
を使わずに、流速ｖを知ることでも算出できる。

【００１４】ところで、電極３に発生する電圧ｅは電磁
誘導の法則に基づいて流速ｖに比例する。比例定数をｋ
とすると ｅ＝ｋ・ｖ・・・・・・・・・・（４） となる。定数ｋは電極形状、流管形状、励磁々束密度分
布によって決まるとともに、水深ｈによって変化する。

【００１５】従って、定数ｋは水深ｈの関数であるが、
前述の（１）式のように、水深ｈを流速ｖの関数で置き
換えることができるので、 ｋ＝Ｋ（ｖ）・・・・・・・・・（５） となる。（５）式を（４）に代入すると ｅ＝Ｋ（ｖ）・Ｖ となり、電圧ｅは流速ｖだけの関数として次の（６）式
であらわせる。

【００１６】ｅ＝Ψ（ｖ）・・・・・・・・・（６） （６）式を変形して ｖ＝Ψ^-1（ｅ）＝φ（ｅ）・・・（７） と書ける。（７）式を（３）式へ代入すると次の（８）
式を得る。

【００１７】 Ｑ＝ｇ（φ（ｅ））＝Ｆ（ｅ）・・・（８） こうして、電極３の電圧ｅのみによって流量Ｑを算出で
きる。 （８）式の関数Ｆは、流管１と堰であるパーマポーラス
フリューム２の形状、電磁流量計の設置位置、電極３の
形状、励磁々束密度分布により決定される関数で、これ
らのパラメータを固定して一度実測して求めればよい。

【００１８】このことは、従来の堰式流量計において
も、関係式（１）の関数ｆを実測で求めていたのと同じ
で容易にできることである。 （ｂ）満水時の流量測定 満水時には流れの断面積が最大値に固定されるから、流
量Ｑは電圧ｅにずばり比例する。

【００１９】前記（１）式で、水深ｈが流速ｖの関数で
あり、しかも流速ｖは電圧ｅに比例するので、水深ｈは
堰の形状に応じて決まる関数ψ′を用い、 ｈ＝ψ′（ｅ）・・・・・・（１′） となる。

【００２０】従って ｅ＝ψ′^-1（ｈ）・・・・・（９） となる。そこで、水深ｈが例えば満水時の９５％以上と
なると、それまでの演算式（８）に代えて、次の（１
０）式を使って流量Ｑを演算する。

【００２１】Ｑ＝Ａ・ｅ・・・・・・・・（１０） 但し、比例定数Ａは実測で定める。又、水深ｈが満水時
の９５％以上になったことは、（９）式で明らかなよう
に電圧ｅが一定以上になったことで判断すればよい。

【００２２】又、（９）式のψ′^-1も実測で定める。 ２．第２実施例 図３（ａ）（ｂ）に示す第２実施例は、前記第１実施例
と比較して、いわゆる検出器の構造がわずかに異なって
いて、電極３と励磁コイルがパーマポーラスフリューム
（堰）２のすぐ上流に配置してある。

【００２３】このような配置でも、水深ｈと流速ｖには
一定の関係があることは周知で第１実施例の場合と同じ
ようにして流量の計測ができる。このようにすると、第
１実施例のようにパーマポーラスフリューム部分で計測
するよりも水位や流速が安定して好都合である他、電極
や励磁コイルを上下対称に配置できるため、満水時の流
量計測時に偏流の影響を受けにくい利点がある。

【００２４】３．第３実施例 図４（ａ）（ｂ）に示す第４実施例は、いわゆる狭義の
堰と電磁流量計を組み合わせたものである。

【００２５】堰２の上流側に電極３と励磁コイル４を配
置している。電極３は少なくとも最低水深ｈ_min のとき
に水に浸る部分があるように、下端部形状を定めるが、
上方向の長さには特に制限はない。

【００２６】図４（ａ）（ｂ）に示すいわゆる検出部以
外の変換器（電気回路）は第１実施例と同じである。本
第３実施例では、流管１が方形断面の水路で、堰２が三
角堰であるが、本発明は流管や堰をこれらに限定するも
のではない。

【００２７】

【発明の効果】本発明の流量計は上述のように構成され
ているので、満水時でも通常の電磁流量計と同様に流量
計測ができ、しかも非満水時の流量を電極電圧ｅに基づ
いて計測演算できる。

【００２８】そして非満水時の流量計測に際し、水位測
定の必要がなく、実際には水位測定器が不要で、大流量
でも自由水面を作るための開口部が不要であるという大
きな利点がある。

【００２９】又、開口部がないため、ここから溢れるこ
とに対処する必要がなく、満水で圧送される場合が生じ
る水路にも使用でき、設置条件の自由度が大きい。更に
又、気泡や浮遊物の影響が小さい。

【００３０】そのため、下水道や排水路などに使う流量
計として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の系統図で検出器は図２の
Ａ−Ａ断面を示す。

【図２】図１の実施例の検出器の縦断面略図。

【図３】本発明の第２実施例の検出器で、（ａ）は縦断
面略図、（ｂ）は（ａ）図のＢ−Ｂ断面。

【図４】本発明の第３実施例の検出器で、（ａ）は縦断
面略図、（ｂ）横断面略図。

【符号の説明】

１ 流管 ２ 堰（パーマポーラスフリューム） ３ 電極 ４ 励磁コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 堰と、その上または上流部の流管に水平
   方向に対向配置された一対の電極と、流管の上部又は下
   部の少なくとも一方に設けられて上下方向の磁界を発生
   する励磁コイルとを具備した堰式電磁流量計。