JPH05505469A - 導電液の流れの状態を誘導測定する装置 - Google Patents

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】 導電液の流れの状態を誘導測定する装置本発明は絶縁された管路部分内に液体と 接触し、管路の壁の内部に、又は壁と接して備えられ、管路の断面を挟んで互い に対向する電極と、液体の流れを貫く可変磁界を励磁するための磁界発生システ ムとを備え、電極は信号伝送線システムを介して表示装置もしくは記録装置と連 結された、流れ管路内の導電液の流れの状態を誘導測定する装置に関する。

流れ管路内の導電液の流れの状態の測定とは、流量の誘導測定並びに管路断面が 完全に満たされていない場合の液体の流れの高さの誘導測定を意味するものであ る。

この分野で一般的な装置で流れを誘導測定する場合は、電極を含む管路の断面と ほぼ平行で、電極と流れ管路との連結線に対して横に交差する磁束線を生成する 磁界発生システムが使用される。その結果生成される磁界は定磁界であってもよ いが、交番磁界、又は接続された直流電源による電磁石の励磁に起因する磁界を 用いて、例えば電極での分極現象のような特定の問題を防止する。

これに対して完全に満たされていない流れ管断面内の液体の流れの高さを誘導測 定する場合は、磁界発生システムの磁束線は流れ管の軸線と平行な方向で流れ管 路と交差する。いずれの場合にも、交番磁界下ｔわち脈動磁界が問題になる。

流れ管路の断面が液体の流れによって完全には満たされない場合は、導電断面の 変化によって電極間の液体の流れの内部の誘導電界線は転移するので、電極間に 電位差が発生し、この電位差から流れ管路内の液流の高さに関する表示を導出す ることができる。

流れ管路内に軸線とほぼ平行に延びる磁束線と、これに付随する漂遊磁界とは液 体容積並びに周囲の構造の導電部分内で、特に電極を表示及び記録装置に接続す るための信号伝送線システム内に電圧を誘発し、この電圧は液流の変化する高さ に応じた情報を含む測定電圧と同相であるが、この測定信号とは本来無関係であ り、測定信号を劣化し、位相選択フィルタによって除去することができない。

主として信号伝送線システム内に誘導される電圧に起因するこのようなノイズ電 圧を相当１受は入れてしまった後は、妨害信号内によって必要な測定信号が妨害 されてしまうので、流れ管路内の液流の高さを誘導測定するための当該の装置は 使用できないか、使用できるようにするには極めてコストが高い構造にしなけれ ばならない。

上記の問題点は、磁界発生システムがその構造、又は配向ミス又は動作中に生じ る非対称性に起因して、実際の場合にかなり生ずる場合があるように、流れ管路 の縦軸に対して平行である方向を向いた磁界成分を有している限りは、発生され た磁束線が流れ管路に対してほぼ横に延びている磁界発生システムの場合にも同 様に当てはまる。誘導流量計にも交番磁界もしくは脈動磁界を利用するので、又 、対角線を挟んで互いに対向する電極を表示装置ないし記録装置に連結するため に信号伝送線システムを備えることが必要であるので、従来の構成の誘導流量計 の場合も、測定結果を劣化させる交番磁界又は脈動磁界の前述の軸方向成分が内 部に誘発される導線ループが存在する。

従って本発明の課題は、磁界発生システムの流れ管路の軸線と平行の向きの磁界 成分、もしくはこのような漂遊磁界成分に起因する、測定結果を劣化させる妨害 信号を簡単な構造で、多様な構造の磁界発生システムにおいて除去することがで きるように、特許請求の範囲第１項のプリアンプルに記載の装置を構成すること である。

本発明に従って上記の課題は特許請求の範囲第１項に記載の特徴によって達成さ れる。

好ましい構成、別の構造及びその変化形は特許請求の範囲第１項の従属クレーム に記載されており、それらの内容は特にその旨を繰り返さなくても本明細書の構 成内容に明白に含まれるものである。

次にこの発明の実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は誘導流量形の概略透視図である。

図２は磁界の軸方向成分の成立とその作用とを説明するための図１と同様の概略 透視図である。

図３は流れ管路内の液流の高さを測定するための誘導測定システムの概略透視図 である。

図４は測定値を劣化させるノイズ電圧の発生を説明するための図３と同様の概略 透視図である。

図５は流れ管路、測定電極及び信号伝送線システムの概略断面図である。

図６は信号伝送線システムの変化形の図５と同様の概略断面図である。

図７は信号伝送線システムの変化形の図５と同様の概略断面図である。

図８は信号伝送線システムの変化形の図５と同様の概略断面図である。

図９は流れ管路、測定電極、信号伝送線システム及び種々の形式の磁界発生シス テムの概略透視図である。

図１０は流れ管路、測定電極、信号伝送線システム及び種々の形式の磁界発生シ ステムの概略透視図である。

図１１は流れ管路、測定電極、信号伝送線システム及び種々の形式の磁界発生シ ステムの概略透視図である。

図１２は流れ管路、測定電極、信号伝送線システム及び種々の形式の磁界発生シ ステムの概略透視図である。

図１３は流れ管路、測定電極、信号伝送線システム及び種々の形式の磁界発生シ ステムの概略透視図である。

図１は磁界発生システムの磁極１と２の間に流れ管路の電気絶縁壁３を有する管 路の管路部分４が延び、この管路部分を通って導電液が矢印ｐで示すように軸線 方向に貫流する誘導流量形の概略図を示している。

磁界発生システムの磁束線が流れ管路の内室を突き抜ける管路部分４の領域には 、管路の内壁に接して電極５と６が設けられ、これらの電極は信号伝送線システ ム７を介して表示もしくは記録装置８と連結されている。導電液が管路部分４内 で電極５と６との連結線に対してほぼ横向きの、又、流れ管路の軸線に対して横 向きの磁界発生システムの磁界を通って移動すると、流量と対応する電極５と６ との電位差を生ずる電流が液体内に誘導され、この電流は表示もしくは記録装置 ８によって評価される。そこで電極５及び６の表面での分極作用を回避すると共 に、その他の測定技術的な利点を達成するため、磁界発生システムの電磁石によ って送られる磁界を励磁するための交流又は補間直流が用いられ、その後、電極 ５と６に発生する、流量に応じた交流電圧又は脈動直流電圧が表示もしくは記録 装置８で評価される。

磁極１と２の間に延びる磁束線は、電流経路から導電液を経て電極５と６の間に 亘り、更に導線ループの形態の信号伝送線システム７及び表示もしくは記録装置 から延びる平面に対してほぼ平行に延びているので、この導線ループには磁極１ と２の間の磁界が交番磁界又は脈動定磁界である場合でも電流は誘導されず、電 極５と６の間に生ずる交流電圧又は脈動直流電圧は管路部分４を流れる流量によ ってのみ左右され、劣化しない状態に保たれる。

しかし、図２に示すように、例えば磁極１と２が流れ管路の軸線に対して平行に 、流れの上流又は下流方向にずれると、磁界発生システムの磁界は矢印Ｍａｘに 対応する軸方向成分を有し、この成分は電極５と６を含む径方向の面で流れ管路 の軸に対して液流内にうず電流を誘導し、このうず電流によって生ずる磁界によ って、電極５及び６と、信号伝送線システム７と、表示もしくは記録装置との電 流経路からなる導線ループにノイズ電圧を誘発する。更に、漂遊磁界は磁界の軸 方向成分に対応して直接的に前記の導線ループにノイズ電圧を誘導する。磁界の 軸方向成分に至る磁極１と２の間の磁束線の経路は、磁極の不慮の転移に起因す る他に、磁界発生システムの構造上、電磁石のずれた構成にも起因するものであ る。

流れ管路内の液流の高さを測定するための誘導測定システムの場合、交番磁界又 は脈動定磁界を生成するための磁界発生システムの磁極１と２は、周知のとおり 流れ管路の軸線に沿った軸間隔を互いに隔てている。軸方向向きの磁界から誘導 される、流れ管路の軸に対して径方向面の流れ管路内の循環電流は、完全に満た された流れ管路の場合、これが例えば円形の断面を有している場合は管路の内壁 と平行に進行する。しかし、流れ管路内の液体の水位が低下すると、誘導された 循環電流は測定電極相互間の導電液中の電位分布をずらすので、電極５と６には 液体で満たされた高さに応じた電位差が生ずる。更に軸方向磁界とその漂遊部分 は発生した軸方向磁界を有するうず電流を液体内に誘導し、これによって前述の 導線ループを直接通り抜ける磁界成分及び導線ループ内の漂遊成分との相互作用 によってノイズ電圧が誘発される。液流の高さの誘導測定の場合、及び流量の誘 導測定の場合にノイズ電圧が内部に誘導されることがある導線ループを回避する ための１号伝送線システムが図５ないし図８に概略的に図示されている。電極５ 及び６と、表示もしくは記録装置８との間に設けられた図５に示す信号伝送線シ ステムの場合は、絶縁された管路壁３を僅かな間隔を隔てて囲み、導線を介して 電極６と連結された短絡環状導線１０が流れ管路を囲み、電極６と対角線を挟ん で対向する位１で分岐線１１を介して装置８と接続されている。電極５も分岐線 １１の近傍に配設された分岐線１２を介して装置８と連結されている。分岐線１ １と１２は断面が円形の流れ管路の中心軸に対してほぼ径方向に延びている。

表示もしくは記録装置８の接続線に有用な測定信号に重なるノイズ電圧を発生す るように導線ループを通り抜ける軸線方向の磁界、又は磁界の軸方向成分は、図 ５に示した信号伝送線システムによって回避される。特に、短絡環状導線１０の 抵抗が充分に低い場合には、軸線方向の磁界又は磁界成分によって短絡環状導線 に誘導されるこのような電流によって、短絡環状導線１０と分岐導線１１の間の 連結点では電極６と短絡環状導線１０との接続部分に対して大幅な電位差が発生 することはなく、その場合、短絡環状導線１０を貫く流れ管路の断面内の磁界の 分布はそれほど問題ではない。　しかし、詳細に述べると、軸方向磁界又は軸方 向の磁界成分の磁束密度が流れ管路４の断面に亘って均一ではなく、流れ管路４ の特定の軸線方向の縦の中心面と対称であって、磁界の交番又は脈動作用中に短 絡環状導線１０の周期的に続く特定の周囲部分が発電作用を生じ、特定の別の周 囲部分が電力消費分易として作用する場合に、短絡環状導線１０と分岐導線１１ との好ましい接続点の状態が得られることを確認する必要がある。その結果、こ のような場合、電位分布は短絡環状導線１０の周りの連続する振動ループ及び零 通過点の形状を有し、その場合、零レベルは電極６に生ずる電位によって付与さ れる。電極６と短絡環状導線との接続領域の外部の零通過点は分岐導線１１の好 ましい接続位置である。

一般に、分岐導線１１と短絡環状導線１０との可能な接続点は、軸線方向の磁界 又は軸線方向の磁界成分の軸対称面が環状導線１０と交差する点にあるというこ とができる。

前述の実施例は図９ないし図１３に図示されている。　図９は流量の誘導測定並 びに流れ管路内の液流の高さの誘導測定に適する装置を示しており、磁界発生シ ステムは電極５及び６を含む径方向面に対して上流及び下流側にずれた一対の上 及び下コイルから構成されている。コイル１３と１４が適正に励振すると、流れ の断面を突き抜ける軸方向の磁界の上部が発生し、下部のコイル１５と１６が適 正に励振すると、流れの断面を突き抜ける軸方向の磁界の下部が発生する。（コ イル１３と１５を同じ方向に励振し、コイル１４と１６を同じ方向に励振するこ とによって、それぞれ流れ管路の断面を横に突き抜ける流量の誘導測定用の磁界 が形成されることができ、この場合は磁界の軸方向成分も発生することがあるこ とに留意されたい。）図９に示した磁界は対称面としての垂直の中心縦面と、対 称面としての水平の中心縦面を有している。従って、分岐導線１１は電極５の近 傍の図示した位！で短絡環状導線１１に接続できると共に、図９に示した構成部 品の位！に関して、短絡環状導線１０の最高点及び最低点にも接続できる。図９ の基本構造と対応する図１０の図面は磁界発生システムが図９に示した状態を流 れ管路の縦軸を中心に９０°だけ回転させた装置を示している。この場合も、軸 方向磁界の対称面としての垂直の中心縦面と、対称面としての水平の中心縦面と が生ずる。分岐導線１１を短絡環状導線１０に接続する際には、図９に示した装 置の場合に述べたと同じことが該当する。

図１１に示した装置では図１０に示した装置とは異なり、コイル１５と１６だけ が磁界発生システムとして備えられ、流れ管路の左部分に軸方向向きの磁界が生 成される。この磁界はコイル１５と１６が流れ管路の縦軸に対して適宜の向きに 位置していると、対称面として水平の中心縦軸だけを有する。この中心軸が短絡 環状導線１０と電極５及び６のそれぞれの近傍で交差する。従って、分岐導線１ １と短絡環状導線１０との好ましい接続点は図１１に示した点だけである。

最後に図１２と図１３には、流れ管路部分４内で上流と下流に配設された２つの コイル１７及び１８、もしくは電極５と６の領域で流れ管路部分４を囲むコイル １９によって軸方向の磁界が生成される本発明の装置の実施例が図示されている 。

双方の場合とも、生成される軸方向磁界は流れ管路４の中心縦軸に対して軸対称 である。それによって、分岐導線１１は短絡環状導線１０に任意の位置で接続す ることができる。

分岐導線１１と１２をそれぞれの好ましい接続点から流れ管路部分４の中心縦軸 に対して径方向に移動させて　、そのっど設定された対称な条件で、この導線部 分でもノイズ電圧が誘導されないようにすることが有利である。しかし、この特 徴は分岐導線かねん回している場合にはさほど意味がない。

図６に示した信号伝送線システムでは、短絡環状導線１０は電極６だけではなく 電極５とも連結されている。短絡環状導線は分岐導線１１と１２を介して表示も しくは記録袋ｆ１８と連結されている。

図７は電極６と連結された環状導線１０が一部の領域だけで直接流れ管路部分４ の管路壁３に接触し、しかし、その後は管路の壁から外側に離れ、ループ部分１ ０゛　を形成し、一方、このループ部分１０′　は分岐導線１１を介して装置８ に接続されている実施例を示している。ループ部分１０′　自体が軸方向の漂遊 磁界を突き抜けることがあり、この漂遊磁界が非対称である場合は分岐導線１１ にノイズ電圧を誘発することがあろう。しかし、測定電極５はこの場合も参照符 号２０で示した短絡環状導線の部分に接続され、この導線部分は短絡環状導線１ ０が流れ管路部分４と接触しない周囲領域で流れ管路部分４に接触する。そこで 環状部分２０の導線は流れ管路部分から離れ、ループ部分２０°を形成する。こ のループ部分２０゛　の断面領域はループ部分１０′　の断面領域と正確に適合 する。このようにして、分岐導線１１の接続点の近傍に発生するノイズ電圧が分 岐導線１２における電圧によって補償される補償ループが形成される。

図７に示した装置は上及び下の、環状導線部分１０及び２０から移動させた一対 の導線を、その後補償回路に連結される分離された測定値変換器への導線として 備えているのではなく、図７に示すように導線ループ１０’及び２０′　の上及 び下の一対の導線に相当する直接的な相互接続を備えているので、この場合も、 比較的複雑な電気回路の必要なく同様に幾何学的な補償が達成されることに留意 されたい。

最後に図８は抵抗素子２２．２２ａ及び２３．２３ａを短絡環状導線１０ないし ２０に接続することによって、電極６ないし、５の接続位！に対する分岐導線１ １ないし１２の好ましい周囲接続点の位置を変更して、電極５及び６の所望の位 置が流れ管路部分のやや下の領域にある場合は、分岐導線１１及び１２を互いに 近接して下方に、且つ短絡環状導線から離れて装５１１８へと径方向に案内する ことができることを示している。接続された抵抗素子２２．２２ａ及び２３．２ ３ａは電極６もしくは５の電位によって付与される電位レベルに関して、短絡環 状導線１０及び２０の周囲に沿った電位変動の零通過点を所望通りに変移する機 能を果たす。

以下の一般的な考察は添付の特許請求の範囲をより理解するために付記するもの である。

図５、図６及び図８ないし図１３に示した実施態様の環状導線１０もしくは環状 導線１０及び２０とは、表示もしくは記録装置８に接続するための連結点を直接 管路の外壁に備えているのではなく、この連結点を記録もしくは表示装置８内に 直接備えており、例えば図６に示した実施態様では、連結線１１及び１２のそれ ぞれかねん回された一対の導線によって代用され、それによって環状導線１０及 び２０が記録もしくは表示装置８の側にある地点で電気的にではな（、幾何学的 にだけ接続される構成の導線構造であると理解することもできる。

測定電極５及び６の場合は、図示した実施例で示した電極とは異なって、それぞ れ管路壁側に取り付けた、容量的に作用する公知の電極であることもできる。

更に図示した実施例では流れ管路部分４は丸い管断面を有しているものとして示 されているが、相応する用途では、長方形又は正方形又は楕円形等の断面を選択 することができ、この形状は得られた測定信号を評価する際に相応して考慮され るものである。

図１０．１１．１２及び１３に示した実施態様に共通していることは、磁界発生 ／ステムの構成上の理由から、磁界発生システムからは軸方向の磁界だけが生成 され、従って、測定電極５及び６には流れ管路内の液体で満たされた高さに応じ た測定侶号だけが生成され、一方、管路の軸線に対して垂直で、且つ測定電極間 の連結線に対して垂直の配向の磁界成分は生成されないことである。図１０ない し図１３に示した磁界発生システムを、流量の誘導測定用に管路の軸線に対して 垂直で、測定電極相互管の連結線に対して垂直な配回の磁界を生成する目的を有 する別の磁界発生システムと組み合わせると、測定電極５及び６から導出できる 測定信号を用いて液体で満たされた高さと流量を同時に切り換えなしで測定する ことができる。何故ならば、流量測定を可能にする信号部分の時間的な特性曲線 が励振と同相であり、一方、液体が満たされた高さの測定を可能にする信号部分 は、前記信号部分に生起される誘導プロセスによって励振に対して９０°だけ移 相して、そわぞれの情報信号部分を測定電極から導出可能な信号の適正な位相検 波によって得ることができるようにされるからである。

要約 部分毎に絶縁された管路壁と、測定電圧を検出するための互いに対向する電極と 、管路の軸線に対して横方向に、及び（又は）軸線方向に延びる交番磁界を生成 するための磁界発生ソヒテムとを有する、流れ管路内の流量の誘導測定及び（又 は）液流の高さの誘導測定を行う装置において、電極を表示もしくは記録装置と 連結するための信号伝送線システム内に誘導されるノイズ電圧を、電極の少なく とも一つを流れ管路を囲む短絡環状導線によって表示もしくは記録装置と連結す ることによって回避する構成である。

国際調査報告 Ａ？Ｊ＋ＡｈＪＣ１ＡＮ？Ｊｉ：Ｘ　ＡｈＪＮＥＸＷＥ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気的に絶縁された管路部分内に液体と接触する、又は液体と容量結合する 、管路壁の内部に又は該壁と接して備えられ、管路断面を挟んで互いに対向する 一対の電極（５，６）と、液体の流れを貫く可変磁界を励磁するための磁界発生 システム（１，２）とを備え、電極は信号伝送線システム（１０，１１，１２， ２０）を介して表示装置もしくは記録装置（８）と連結された、流れ管路内の導 電液の流れの状態を誘導測定する装置において、信号伝送線システム（１０，１ １，１２，２０）が電極（５，６）と連結された短絡環状導線（１０）を備え、 該短絡環状導線は電極（５，６）が設けられた断面領域内で、又はその近傍で流 れ管路（４）を囲み、且つ表示もしくは記録装置（８）に接続されたことを特徴 とする装置。 ２．信号伝送線システム（１０，１１，１２，２０）が電極（５，６）のうちの それぞれ別の電極に接続され、表示もしくは記録装置（８）にも案内された別の 短絡環状導線（２０）を備えたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置 。 ３．短絡環状導線（単数又は複数）（１０，２０）の間に分岐導線（１１，１２ ）を設け、この分岐導線は短絡環状導線を表示もしくは記録装置（８）と連結し 、互いに近接し、好ましくはねん回され、特に流れ管路の中心軸に対して変移さ れたことを特徴とする請求の範囲第１項又は２項に記載の装置。 ４．表示もしくは記録装置と結合された短絡環状導線（単数又は複数）（１０， ２０）の接続点は、短絡環状導線（単数又は複数）が磁界発生システムの軸方向 の磁界の対称面としての軸方向の中心縦面と交差する周囲点に位置することを特 徴とする請求の範囲第１項ないし３項に記載の装置。 ５．一つの短絡環状導線の部分と、別の短絡環状導線の部分が合わせて流れ管路 の外側の全周囲を占め、且つ前記部分にそれぞれ接続された双方の短絡環状導線 の導線ループがほぼ同じ領域をカバーするように、短絡環状導線（１０，２０） がそれぞれの分で流れ管路（４）を囲んだことを特徴とする請求の範囲第２項な いし４項に記載の装置。 ６．短絡環状導線（単数又は複数）内に抵抗素子（２２，２２ａ；２３，２３ａ ）を接続したことを特徴とする請求の範囲第１項ないし５項に記載の装置。 ７．磁界発生システム（１５，１６）が管路部分（４）の一方の側に配設された 一対のコイル（１５，１６）を有し、そのうちの一つのコイルは管路部分の前記 の側に配設された測定電極（６）に対して上流に、又、別のコイルは前記測定電 極に対して下流側に変移されて、これらのコイルが励磁した場合に測定電極があ る水平の軸面に対して対称である軸方向の磁界を生成するように管路壁に接して 、又はその近傍に配設されたことを特徴とする請求の範囲第１項ないし６項に記 載の装置。（図１１） ８．前記コイル（１５，１６）に対向して管路部分（４）の別の側に、対応して 配置され、機能する別の一対のコイル（１３，１４）を備えたことを特徴とする 請求の範囲第７項に記載の装置。（図１０） ９．磁界発生システムが測定電極を設けた断面領域で管路部分（４）を囲むコイ ル（１９）又は一対のコイル（１７，１８）を備えており、そのコイルは測定電 極を設けた断面領域に対して上流及び下流の断面領域で管路部分を囲むことを特 徴とする請求の範囲第１項ないし６項に記載の装置。（図１３ないし図１２）１ ０．管路の軸線に対してほぼ垂直であり、測定電極相互管の連結線に対して垂直 方向に向いた磁界を生成するための付加的な磁界発生システムを備えたことを特 徴とする請求の範囲第７項ないし９項に記載の装置。 １１．流れ管路が長方形、正方形、楕円形の、しかし特に円形の断面を有するこ とを特徴とする請求の範囲第１項ないし１０項に記載の装置。