JPH0599717A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 起電力と流速分布の問題を同時に満足させる
ことができる磁気回路を実現することにより、大きな起
電力を発生させ、且つ流速分布の影響を少なくすること
ができ、発信部の設計容易性および測定精度を向上させ
るようにした電磁流量計を提供することにある。 【構成】 測定管１の外周に励磁コイル３と、プレート
コア１２を備えたコア４を設ける。プレートコア１２
は、測定管１に沿って円弧状に湾曲した板状に形成され
て、測定管１と励磁コイル３の間に介在され、管軸方向
の長さが測定管１の内径と略等しく、中心角θが略９０
°に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は測定管内を流れる導電性
流体の流量を測定する電磁流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電磁誘導原理を利用して測定管内を流れ
る導電性流体の流量を測定する電磁流量計（実公平３−
３９２４３号公報等）は、流体中で発生した信号である
起電力を、この流れと直交する方向に設けられた電極に
よって取り出すようにしている。図６及び図７はこのよ
うな電磁流量計の従来例を示す斜視図及び断面図で、１
は両端にフランジ１ａ、１ｂを一体に有して流路配管の
途中に設けられたステンレス鋼等の非磁性体からなる測
定管、２は測定管１の内周面に内張りされたフッ素樹脂
等の絶縁材料からなるライニング材、３は測定管１の外
周に上下に対向して配設された鞍形の励磁コイル、４は
励磁コイル３の中心に配設された透磁率の高いケイ素鋼
等からなるブロック状のコア、５は測定管１の両側面軸
線方向中央部に形成された挿通孔に嵌挿された一対の電
極である。電極５は、励磁コイル３による磁束Φと流体
の流れ方向との双方に対して直交する位置に設けられ、
その内端が測定管１の内部に露呈して測定流体と接して
いる。６はコア４と共に磁気回路を形成するアウターコ
ア、７は電極５を測定管１方向に付勢する圧縮コイルば
ね、８は電極５および圧縮コイルばね７を収納固定する
袋状ナット、９はアウターコア６をコア４に固定する止
めねじである。

【０００３】このような構成において、励磁コイル３に
通電してこれを励磁すると、測定管１内の導電性流体を
横切ってその流れと直交する磁界が発生する。すると、
電磁誘導現象により磁界の方向と流れの方向とに互いに
直角な方向に、流速に比例した信号起電力Ｅが流体中に
生じ、これを電極５によって取出し、増幅、記録した
り、指示計器に伝送することで流体の流量、平均流速を
測定したり、流量の定値制御をすることができる。起電
力Ｅは磁界と同位相の交流起電力で、電極面の二次元問
題として考えると

【０００４】

【数１】

【０００５】で表わせる。 但し：Ｅは信号起電力、Ｗｘは重み関数、Ｂｙは測定管
内の磁束密度、Ｖｘは測定管内の流速で、Ｗｘ、Ｂｙ、
Ｖｘはいずれも場所の関数となる。

【０００６】ところで、電磁流量計としては、ノイズ
の影響を少なくすると共に発信変換部（電気機器部）の
設計を容易にするため信号起電力が大きいこと、測定
誤差を少なくするため流速分布の影響が少ないことが要
求される。起電力を大きくする方法としては、コア４を
大きくする。すなわち、コア４を大きくすると、両端が
電極５に近づいて磁束密度が電極近傍で大きくなり、起
電力を増加させる。流速分布の影響を少なくする方法と
しては、コア４を小さくする。すなわち、磁束密度が電
極近傍で大きいと、電極近傍の重み関数が大きいため、
流速分布の影響も大きくなる。ここで、流速分布の影響
とは上流側に曲がり管、バルブ等が配管されたときに管
内の流れが乱され、軸対称流とならず、偏った流速分布
となり、スパン誤差を生じることをいう。この流速分布
の影響は重み関数Ｗｘが存在するために発生する。重み
関数とは流体中の各点で発生する起電力を電極が検出す
る際の寄与率のことである。図８は重み関数を示す図
で、電極が設けられているＸ方向においては測定管中心
から電極に近づくにしたがって重み関数が大きくなり、
反対に電極方向と直交するＹ方向においては測定管中心
に近づくにしたがって増大することを示している。した
がって、重み関数の大きい電極近傍の磁束密度が高くな
れば電極が検出する起電力Ｅも大きくなる。しかし、流
速が偏った分布をもつと、この重み関数の存在故、出力
誤差を生じる。このように、起電力Ｅを大きくする磁束
密度分布をもつコア形状と、流速分布の影響を受けにく
いコア形状とは相反する形状となるため、これら両者を
同時に解決することができず、 そこで、従来は一般に
起電力を優先させるべくコアおよび励磁コイルを大きく
形成して電極近傍ぎりぎりまで回り込ませた設計を採用
していた。このため、重み関数の影響が大きく、数％の
スパン誤差を有していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記したように電磁流
量計においては、起電力Ｅを大きくするためにはコアを
大きくして起磁力を増大させる必要があるが、そうする
とコイルペースが狭くなり、コイル巻数を増大させるこ
とができないという問題があった。反対にコアを小さく
すると磁束発射面積が小さくなり、磁気回路の磁気抵抗
が増大し、磁束が小さくなり、結果的に起電力Ｅも小さ
くなってしまうため、ある一定のコア面積が必要であ
る。また、流速分布の影響を少なくするためにはコアを
小さくする必要があるが、その場合には電極近傍の磁束
密度が小さくなり、起電力Ｅも小さくなる。したがっ
て、起電力Ｅを大きくし、且つ流速分布の影響を受け難
くする磁気回路の実現が大きな課題とされていた。

【０００８】本発明は上記したような従来の問題点に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは、起電力
と流速分布の問題を同時に満足させることができる磁気
回路を実現することにより、大きな起電力を発生させ、
且つ流速分布の影響を少なくすることができ、発信変換
部の設計容易性および測定精度を向上させるようにした
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】本発明は上記目的を達成
するため、測定管の外周に設けられ、管内の被測定流体
の流れ方向と直角に磁界を形成する一対の励磁コイルの
中心にそれぞれ設けられたコアに、前記測定管に沿って
円弧状に湾曲形成され測定管と励磁コイルの間に位置す
るプレートコアを設けてなり、このプレートコアの管軸
線方向の寸法を測定管内径と略等しくし、中心角を略９
０°にしたものである。

【００１０】

【作用】本発明において、プレートコアはコア本体を大
きくすることなく電極近傍の磁束密度を増大させる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明に係る電磁流量計の断面
図、図２は図１のII−II線断面図である。なお、図中図
６および図７と同一構成部品のものに対しては同一符号
を以て示し、その説明を省略する。本実施例は測定管１
の外周に設けられるコア４の測定管１側端面に、測定管
１に沿って円弧状に湾曲形成され測定管１と励磁コイル
３との間に介在されるプレートコア１２を設けたもので
ある。プレートコア１２は、コア４と同一材料、例えば
ケイ素鋼板、純鉄等によってコア４の長さ（測定管軸線
方向の寸法）および幅（測定管円周方向の寸法）より十
分大きく形成されることにより、幅方向両端が電極５の
近傍に延在し、これによって電極近傍における磁束密度
を増大させている。なお、プレートコア１２は板厚０．
５ｍｍ〜１０ｍｍ程度で、溶接等によってコア４に固定
され、励磁コイル３の輪郭形状と略同一の大きさを有す
る。

【００１２】コア４自体は、大きなプレートコア１２を
有することから、長さおよび幅が従来装置におけるコア
より小さなブロック状に形成され、測定管１の外周面中
央にプレートコア１２を介して固定されている。測定管
１の上下面には面取りされて位置決め機能を有する平坦
部１３がコア４に対応して設けられている。このため、
コア４の測定管側端面およびプレートコア１２の中央部
は、前記平坦面１３に対応して平坦に形成されている。
但し、測定管１の平坦部１３は必ずしも必要ではなく、
全周に亙って同一曲率の円形とし、コア４の測定管側端
面およびプレートコア１２の中央部を円弧状としてもよ
いことは勿論である。また、コア４の形状としては図３
(a) 、(b) に示すように円筒状、矩形等適宜形状とする
ことができる。

【００１３】かくしてこのような構成からなる電磁流量
計にあってはコア４にプレートコア１２を設け、その周
方向両端部を電極５の近傍にまで回り込ませているの
で、コア４自体は小さくても磁束発射面積が小さくなり
磁気回路の磁気抵抗がアップすることがなく、重み関数
の大きい電極近傍の磁束密度を増大させることができ
る。したがって、起電力Ｅを大きくすることができる。
また、コア４自体を大きくしなければ、その分だけコイ
ルペースが増えてコイル巻数を増大させ起磁力を増大さ
せることができるので、起電力を大きくすることができ
る。

【００１４】このように本発明にあってはコア４に設け
たプレートコア１２部分だけで流速分布の影響を操作す
ることができ、コア４とプレートコア１２の操作により
起電力Ｅを操作することができるため、大きな起電力を
発生させることができ、且つ流速分布の影響を受けにく
い最適磁気回路を実現し得るものである。この結果、ノ
イズの影響が少なく、発信変換部の設計を容易にし、し
かも流速分布の影響によるスパン誤差が少なく、電磁流
量計の測定精度を向上させる。また、起電力Ｅを大きく
することができることから特に２線式電磁流量計におい
て有効である。すなわち、２線式電磁流量計は励磁コイ
ルと電極を接続したもので、４線式電磁流量計に比べて
励磁電流が４ｍＡ以下と小さいので、効率よく起電力Ｅ
を発生させる必要がある。そのため、コイル巻数を大き
くしたいが、配管接続の関係から測定管の外径は大きく
することができず（配管のフランジ外径が決められ、取
付ボルトによって制約される）、またこの制約の中で単
にコイル巻数を増やすためコアを小さくしただけでは、
上記した通りコアの磁束発射面積が小さくなり、磁気回
路の磁気抵抗が大きくなることから起電力は小さくな
る。そこで、本発明のようにプレートコア１２を設ける
とコア４とプレートコア１２の操作で起電力Ｅを大きく
することができるので、励磁電流の小さい２線式電磁流
量計に適用して好適である。

【００１５】次に、大きな起電力を発生させ、且つ流速
分布の影響を受け難い最適磁気回路を実現するための条
件について説明する。図４はプレートコア１２の中心角
θ（図２）をパラメータとした信号起電力Ｅと流速分布
の影響を示す図である。図において、プレートコア１２
の管軸方向長さをＬ（図１）、Ｄを測定管１の内径とす
ると、曲線Ａ、Ｂ、ＣはそれぞれＬ＝Ｄ、Ｌ＝１．３
Ｄ、Ｌ＝０．１４Ｄとした時の流速分布の影響である。
流速分布の影響は、ここでは電磁流量計の上流側に９０
°エルボを設置した場合と、直管を設置した場合の出力
の差によって表すことにする。予想された通りθが大き
くなればなるほど信号起電力は大きくなるが、同時に流
速分布の影響も大きくなる。しかも、流速分布の影響は
θ＝９０°を越えると急激に大きくなるという顕著な傾
向を示している。このことからθ＝は９０°近傍が最適
である。

【００１６】次にθ＝９０°のときのＬをパラメータと
した信号起電力と流速分布の影響を図５に示す。図から
明らかなように、Ｌ＝Ｄのとき信号起電力が最大で、流
速分布の影響が最小となることが分かる。以上のことか
ら、結論としてプレートコア１２のＬとθを、それぞれ
Ｌ＝Ｄ、θ＝９０°としたとき、最適な磁気回路を得る
ことができることを確認した。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電磁流
量計によれば、コアにプレートコアを設けることによ
り、大きな信号起電力を発生させ、且つ流速分布の影響
を受けにくい最適な磁気回路を実現することができるの
で、ノイズの影響が少なく、発信変換部の設計を容易に
し、またスパン誤差が少なく測定精度を向上させ、特に
励磁電流の小さい２線式電磁流量計に適用して好適であ
る。また、コア自体の構成も簡単且つ容易に製作できる
ため、安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁流量計の一実施例を示す断面
図である。

【図２】図１のII−II線断面図である。

【図３】(a) 、(b) はコアとプレートコアの他の実施例
を示す斜視図である。

【図４】プレートコアの中心角をパラメータとした信号
起電力と流速分布の影響を示す図である。

【図５】プレートコアの管軸方向長さをパラメータとし
た信号起電力と流速分布の影響を示す図である。

【図６】電磁流量計の従来例を示す斜視図である。

【図７】同流量計の断面図である。

【図８】重み関数を示す図である。

【符号の説明】

１ 測定管 ２ ライニング材 ３ 励磁コイル ４ コア ５ 電極 ７ 圧縮コイルばね １２ プレートコア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定管の外周に設けられ、管内の被測定
   流体の流れ方向と直角に磁界を形成する一対の励磁コイ
   ルの中心にそれぞれ設けられたコアに、前記測定管に沿
   って円弧状に湾曲形成され測定管と励磁コイルの間に位
   置するプレートコアを設けてなり、このプレートコアは
   管軸線方向の寸法が測定管内径と略等しく、中心角が略
   ９０°であることを特徴とする電磁流量計。