JPH05332800A - 流体の導電率を測定する電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体の導電率ｃを計測して出力するととも
に、導電率による流量計測の誤差を求めた導電率で補正
する。 【構成】 流管１に設けた２対の電極４、５の誘起電圧
を増幅器６、７で夫々増幅した出力の比Ｖ₂／Ｖ₁は、導
電率ｃと対応する。増幅器６、７の入力インピーダンス
Ｒ₁とＲ₂は違う値に定めてある。予め出力比Ｖ₂／Ｖ₁と
導電率ｃとの関数関係Ｖ₂／Ｖ₁＝Ψ（ｃ）を実験で求め
て記憶しておく。実際に流量を計測したときの出力比Ｖ
₂／Ｖ₁から、導電率ｃをｃ＝Ψ^-1（Ｖ₂／Ｖ₁）の関係を
用いて演算回路９で算出し、外部に出力する。又これで
求めた導電率を用い流量計測誤差を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体の導電率を測定する
電磁流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁流量計は被測定流体（以下単に流体
という）の導電率の影響を受けて流量計測に誤差を生じ
る。この影響を小さくするために、従来は電極の誘起電
圧を増幅する入力回路の入力インピーダンスを高く定め
ている。

【０００３】又、流体の導電率は例えば、その流体の汚
濁度合の指標として有用な情報であるが、従来は電磁流
量計によらないで、別の導電率測定手段でその測定を行
っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術のう
ち、前者は、電磁流量計の計測誤差に流体の導電率の影
響が入らないように、入力回路の入力インピーダンスを
極力高くするものであるが、かりに入力回路の入力イン
ピーダンスが無限大でも導電率の影響で流量計測に誤差
が生じることが知られている。

【０００５】このような影響を受けるメカニズムは完全
には解明されていないが、流量計構造の絶対的各スケー
ルとか、流量計構造の対称性などが影響を与える要因と
なることが知られている。

【０００６】そして、電極やアースリング表面にある抵
抗分や容量分は流体導電率の変化に対し非線形な変化を
するために、前記要因により流体内に不平衡電流が流れ
て、流量計測に誤差が生じると考えられており、この問
題点は未だ解決されていない。

【０００７】又、従来技術の後者では、長時間安定して
導電率を計測できる手段がないという問題点があった。
そこで本発明は、これらの問題点を解消するために、流
体の導電率を安定して測定できる電磁流量計を提供する
ことを第１の目的とする。

【０００８】又、こうして得た導電率を用いて、流量計
の器差補正のできる電磁流量計を提供することを第２の
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、第１の発明は、流管に複数対の電極を設け、
各電極対を接続する増幅器毎の入力インピーダンスを違
う値に定め、各増幅器の出力の比の値と別途任意の手段
により測定した導電率と電極出力との情報により流体の
導電率を算出するように構成した。

【００１０】又、第２の目的を達成するために、第２の
発明は、算出した導電率に基づいて流量計の器差補正を
行う。又、第３の発明は算出した導電率を外部へ出力す
る構成をもつ。

【００１１】

【作用】各増幅器の出力の比を、予め測定した導電率と
電極出力との関数関係により演算して流体の導電率を得
る。

【００１２】又、この導電率を用い、流体導電率の違い
による流量の計測誤差を補正する。更に又、算出した導
電率を外部に出力する。

【００１３】

【実施例】図１の第１実施例において、１は円筒形の流
管で、その上下に励磁コイル２、３が配設されている。
４’、４’は流管の内周に配設された電極で、これらの
電極４’、４’で１組の電極対４を構成している。電極
４’、４’は流管の直径を隔てて水平方向に対向して配
置されている。

【００１４】５は別の１組の電極対で、電極４’、４’
よりわずか下方に位置して流管１の内周に配設された電
極５’、５’で構成されている。６は電極４’、４’の
誘起電圧を増幅する第１の増幅器、７は電極５’、５’
の誘起電圧を増幅する第２の増幅器で、それぞれ入力イ
ンピーダンスＲ₁、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₂が図のように接続され
ている。

【００１５】８は増幅器６、７の出力をディジタル変換
するＡ／Ｄ変換回路、９はＡ／Ｄ変換回路から出力され
るディジタル信号を演算して流量出力や導電率出力を出
力する演算回路、１０は励磁コイル２、３を励磁する励
磁電源、１１はＡ／Ｄ変換回路８と演算回路９と励磁回
路を制御するタイミング回路である。

【００１６】増幅器６と７の入力インピーダンスは違う
値に定めてあり、実施例では、流体

【００１７】

【外１】

【００１８】これに限ることはない。導電率と抵抗率は
互いに逆数の関係にあり、電磁流量計で電極から被測定
流体をみると、一般に電気的に均質な物質として、その
電気抵抗Ｒ_Wは導電率ｃの関数と考えて良く、次の
（１）式のようにあらわせる。

【００１９】 Ｒ_W＝ Ｒ_W(c)・・・・・・・・・・・・・・（１） この抵抗Ｒ_W(c)は電磁流量計の流量信号ｅを測定する観
点からは、信号ｅの出力インピーダンスとみなすことが
できる（図２参照）。

【００２０】この信号ｅを入力インピーダンスＲの増幅
器で受けると、増幅器の入力端子電圧Ｖは、 Ｖ＝［Ｒ／（Ｒ＋Ｒ_W）］ｅ・・・・・・・・（２） となる。

【００２１】そこで図１のように２組の電極対を設けた
場合について、同様の解析をすると図３を参照して、増
幅器６の入力端子電圧Ｖ₁と増幅器７の入力端子電圧Ｖ₂
は次の（３）、（４）式でそれぞれあらわせる。

【００２２】

【数１】

【００２３】

【外２】

【００２４】

【数２】

【００２５】と書くことができる。（５）（６）式を
（３）（４）式へ代入し、比Ｖ₂ ／Ｖ₁をとると次の
（７）式を得る。

【００２６】

【数３】

【００２７】

【外３】

【００２８】Ｖ₂ ／Ｖ₁＝ Ψ（ｃ）・・・・・・（８） そこで、予め関数Ψ（ｃ）の形を実験的に求めておけ
ば、Ｖ₁ 、Ｖ₂の実測値から、導電率ｃを次の（９）式
で求められる。

【００２９】 ｃ＝Ψ^-1（Ｖ₂ ／Ｖ₁）・・・・・・（９） このようにして、導電率ｃを求めるが、図１のＡ／Ｄ変
換回路８は、増幅器６と７の出力を同時に、又はできる
だけ間隔をあけないでディジタル変換する。これは前記
（６）式の関係を維持するためで、増幅器６と７の出力
をＡ／Ｄサンプリングするのに、間隔をおけばおく程、
その間の流量変化などの影響で（６）式の関係が成り立
たなくなって、導電率のｃの算出に誤差を生じる。

【００３０】サンプリングした増幅器６と７の信号によ
り、次の手順で導電率を算出する。演算回路８には予め
この演算手段と関数Ψ（ｃ）が組込まれている。

【００３１】

【外４】

【００３２】たように高々１０％程度である。なお、図
５、図６は同一の電磁流量計をそれぞれ導電率ｃを８０
μＳ／ｃｍと６４０μＳ／ｃｍの水で通水試験をしたと
きの器差で、導電率ｃが変わるとこのように誤差が生じ
ることがわかる。しかし、導電率に対する誤差の再現性
があるため、導電率を知れば、それを使って流量計の器
差補正が可能である。

【００３３】

【外５】

【００３４】

【数４】

【００３５】と計算できるから、導電率ｃが８０μＳ／
ｃｍ、６４０μＳ／ｃｍの時の入力端子電圧（いわゆる
検出器出力）Ｖ₂（８０）、Ｖ₂（６４０）は、

【００３６】

【数５】

【００３７】となり、０．６４／０．１８＝３．５倍も
変化することがわかる。従って、このような抵抗の設定
をして、導電率ｃを変化させつつ、比Ｖ₂／Ｖ₁を実測し
ていけば、導電率が８０μＳ／ｃｍの時の比Ｖ₂／Ｖ₁を
１として、大体、図４に示すような、単調増加曲線を得
る。これが前記（８）式の関数Ψ（ｃ）に当たる。

【００３８】

【外６】

【００３９】このように、関数Ψ（ｃ）を記憶しておい
て、演算回路９により導電率を求める。Ψ（ｃ）は導電
率ｃだけを変数とする関数であるから、どんな流量にお
いても、この関係を用いて導電率ｃを求めることができ
る。

【００４０】演算回路９はこのようにして、算出した導
電率の値を外部へ出力する。又、予め、組込まれた手順
により、流量の導電率補正を行い、外部へ出力する。タ
イミング回路１１は、これら一連の手順の実行に必要な
タイミング信号を発生し、Ａ／Ｄ変換回路８、演算回路
９及び励磁電源１０を制御する。

【００４１】図７は、図１の第１実施例の電極配置で、
図１と図７から明らかなように、この第１実施例では、
電極５’と５’の距離よりも、電極４’と４’との距離
が大きいため、その分電極対４に得られる流量信号が、
電極対５に得られる流量信号より大きくし易く、Ｓ／Ｎ
が良くなる。

【００４２】Ｓ／Ｎが良いというのは、電極対４の信号
を流量を測るために使い、電極対５の信号は導電率を測
るためだけに使う場合に流量測定の為の信号のＳ／Ｎが
良くなるという意味である。

【００４３】尚、Ｓ／Ｎが良いのは電極対４の信号が、
最も大きくなる配置に、電極対４が置かれているからで
ある。（電極対５がこの位置（図１や図７の）に配置さ
れているのは（９０°ノイズ等の関係で）流れ方向に、
励磁コイルに対し対称な位置に電極は置きたいからであ
る。）図８は、電極の流量信号のＳ／Ｎ比を大きくする
ために、電極５’を電極４’、４’の上流側と下流側に
各２個ずつ、合計４個（２対）設け、破線１２で示すよ
うにこれらの２対を外部で接続したものである。

【００４４】電極の配置構造としては、この他に図９
（ａ）、（ｂ）のようにしてもよい。図１０は本発明第
２実施例の要部で、電極４’、４’が流管１の内周に沿
って、上方から下方の広い範囲に亘って設けられてい
る。

【００４５】

【発明の効果】本発明の電磁流量計は上述のように構成
されているので、流体の導電率を計測して外部に出力し
たり、導電率によって生じる流量計測誤差を補正するよ
うに器差補正をすることで、より正確な流量計測ができ
る。

【００４６】そして、電磁流量計の計測原理を活用して
いるので、特別に別の導電計測手段を設ける必要がな
く、電磁流量計で確認されている長時間安定した信頼性
の高い計測手段として実用化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例のブロック図。

【図２】 等価回路。

【図３】 等価回路。

【図４】 導電率ｃと出力比Ｖ₂／Ｖ₁の関数の線図。

【図５】 器差曲線。

【図６】 器差曲線。

【図７】 図１の流管縦断面図。

【図８】 電極配置の他の例で、（ａ）は横断面図、
（ｂ）は縦断面図。

【図９】 （ａ）と（ｂ）は電極装置のそれぞれ異な
る流管の正面図。

【図１０】 本発明の第２実施例の要部ブロック図。

【符号の説明】

１ 流管 ４’、５’ 電極 ４、５ 電極対 ６、７ 増幅器 Ｒ₁ 、Ｒ₂ 入力インピーダンス ９ 演算増幅器

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年６月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】図１の第１実施例において、１は円筒形の
流管で、その上下に励磁コイル２、３が配設されてい
る。４′、４′は流管の内周に配設された電極で、これ
らの電極４′、４′で１組の電極対４を構成している。
電極４′、４′は流管の直径を隔てて水平方向に対向し
て配置されている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】５は別の１組の電極対で、電極４′、４′
よりわずか下方に位置して流管１の内周に配設された電
極５′、５′で構成されている。６は電極４′、４′の
誘起電圧を増幅する第１の増幅器、７は電極５′、５′
の誘起電圧を増幅する第２の増幅器で、それぞれ入力イ
ンピーダンスＲ₁、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₂が図のように接続され
ている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】

【数１】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】

【外２】

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】

【外３】

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】サンプリングした増幅器６と７の信号によ
り、次の手順で導電率を算出する。演算回路８には予め
この演算手順と関数Ψ（ｃ）が組込まれている。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】

【外５】

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３６】

【数５】

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】

【外６】

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】図７は、図１の第１実施例の電極配置で、
図１と図７から明らかなように、この第１実施例では電
極５′と５′の距離よりも、電極４′と４′との距離ガ
大きいため、その分電極対４に得られる流量信号が、電
極５に得られる流量信号より大きくし易く、Ｓ／Ｎが良
くなる。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】尚、Ｓ／Ｎが良いのは電極対４の信号が、
最も大きくなる配置に、電極対４が置かれているからで
ある。（電極対５がこの位置（図１や図７の）に配置さ
れているのは（９０°ノイズ等の関係で）流れ方向に、
励磁コイルに対し対称な位置に電極を置きたいからであ
る。）図８は、電極の流量信号のＳ／Ｎ比を大きくする
ために、電極５′を電極４′、４′の上流側と下流側に
各２個ずつ、合計４個（２対）設け、破線１２で示すよ
うにこれらの２対を外部で接続したものである。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】電極の配置構造としては、この他に図９
（ａ）、（ｂ）のようにしてもよい。図１０は本発明第
２実施例の要部で、電極４′、４′が流管１の内周に沿
って、上方から下方の広い範囲に亘って設けられてい
る。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４６】そして、電磁流量計の計測原理を活用して
いるので、特に別の導電率計測手段を設ける必要がな
く、電磁流量計で確認されている長時間安定した信頼性
の高い計測手段として実用化できる。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例のブロック図。

【図２】 等価回路。

【図３】 等価回路。

【図４】 導電率ｃと出力比Ｖ₂／Ｖ₁の関数の線図。

【図５】 器差曲線。

【図６】 器差曲線。

【図７】 図１の流管の縦断面図。

【図８】 電極配置の他の例で、（ａ）は横断面面、
（ｂ）は縦断面図。

【図９】 （ａ）と（ｂ）は電極装置のそれぞれ異な
る流管の正面図。

【図１０】 本発明の第２実施例の要部ブロック図。

【符号の説明】 １ 流管４′ 、５′ 電極 ４、５ 電極対 ６、７ 増幅器 Ｒ₁、Ｒ₂ 入力インピーダンス ９ 演算増幅器 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年６月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流管に複数対の電極を設け、各電極対を
   接続する増幅器毎の入力インピーダンスを違う値に定
   め、各増幅器の出力の比の値と別途任意の手段により測
   定した導電率と電極出力との情報により流体の導電率を
   算出するように構成した電磁流量計。
2. 【請求項２】 算出した導電率に基づいて流量計の器差
   補正を行う請求項１の電磁流量計。
3. 【請求項３】 算出した導電率を外部へ出力する請求項
   １又は２の電磁流量計。