JPH07243886A - 渦電流式電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】コイルアッセンブリの外周に整流管を兼用した
磁性材の円筒状外部磁極１４を磁界の及ぶ領域に配置
し、コイルアッセンブリとの間に環状流路１６を形成
し、磁界を内部磁極と外部磁極１４との間に形成するよ
うに磁気回路の磁気抵抗を小さくし、磁極端部の放射方
向の磁界は流速検出に有効な直角成分として増加する。 【効果】空間の磁束密度が増加し、検出感度を著しく向
上し、小型化が可能になる。また検出信号のＳ／Ｎ比を
向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気伝導性流体用電磁
流量計に係わり、特に、大口径配管用液体金属の流量計
として用いるに有効な渦電流式流速計に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速増殖炉（以下、ＦＢＲと記す）の冷
却材である液体金属（ここでは液体ナトリウムを例とす
る）の流量の計測法には、ナトリウムの電気良導性を利
用した電磁流量計が最も一般的に使われている。

【０００３】電磁流量計にはコンダクション型とインダ
クション型がある。コンダクション型は流路を横断し直
角方向から磁界をかけ、さらに、流路と磁界方向に直角
の位置に流路から直接電極を取り出した構造で、磁界内
を流動する流体の流速に比例して発生する起電圧を電極
で直接検出するものである。コンダクション型ではステ
ンレス製配管表面に直接ポイント熔接した電極構造（電
気絶縁の必要はない）に、永久磁石等の磁界をステンレ
ス製配管の外部に設けた簡単な構造である。このため、
コンダクション型の電磁流量計は比較的小径の配管用と
して多く用いられる。

【０００４】しかし、永久磁石を流路（配管）外周から
挟んで設けるため、大口径配管の場合磁石構造が大型に
なり、配管重量も過大になることからコンダクション型
は大口径用としては不適当である。

【０００５】これに対して、インダクション型はプロー
ブ型の小型のセンサを流動しているナトリウム液中に直
接挿入して用いる渦電流式電磁流速計である。

【０００６】特開昭60−78353 号公報に示されている従
来の渦電流型電磁流速計の構造は純鉄等の強磁性体から
なる棒状の鉄芯を同軸にして中央部分に励磁コイルを設
け、励磁コイルを挟んで上流側と下流側にそれぞれ二個
の検出コイルを設けてある。このように構成されたコイ
ルアッセンブリは非磁性体のステンレス製ハウジング内
に納め、直接ナトリウム流体の流れ場に挿入して用い
る。

【０００７】励磁コイルには信号処理系から交流電流を
供給し励磁する。

【０００８】図２に従来型渦電流式電磁流速計の磁束分
布図を示す。励磁コイル２で発せられた交流磁界は棒状
鉄芯１の両端部を磁極としナトリウム液中の空間に磁界
１０を形成する。

【０００９】この磁界１０は交流磁界であるため電気良
導体であるナトリウム液中に渦電流を誘発する。この渦
電流は磁力線方向を軸に発生するので、磁極端部の放射
方向磁界の部分で渦電流が合成されループ状電流１１ａ
および１１ｂを発生する。

【００１０】ナトリウムが静止状態の場合、この渦電流
１１ａおよび１１ｂは同じ大きさで、且つ互いに逆方向
で平衡している。

【００１１】一方、ナトリウムに流れ１２がある場合、
流れに対して直角成分の磁界の部分（上流側と下流側）
でフレミングの右手の法則に従った起電力が発生する
が、上流側と下流側では磁界方向と磁束密度増加方向が
共に反対であるため結果的に流速信号による起電力は同
方向に発生する。したがって、ナトリウムの静止状態で
発生していたループ状電流１１ａおよび１１ｂはこの流
速起電力の影響を受け、磁束分布に歪みを発生すること
になる。磁束分布に影響する歪み量はナトリウムの流速
が速くなる程大きくなる。

【００１２】磁束分布の歪量に起因して、両検出コイル
に誘導する電圧は励磁信号に流速信号成分が重畳した振
幅変調信号となり、両検出コイル信号に不平衡電圧が現
われる。この両検出コイルの差信号を計測することによ
ってナトリウム流速を知ることが出来る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】この様な従来型の渦電
流式電磁流速計は直接流体内に挿入して計測するために
主流内の流況の乱れを最小限に抑える必要性からプロー
ブの小型化が望まれている。しかし、小型化は励磁及び
検出コイルのターン数、及び、励磁電流を最小限に制限
する必要があるため強い起磁力と高い誘起電圧が得られ
ず、検出感度低下の要因となっていた。

【００１４】また、従来型の渦電流式電磁流速計の磁束
分布は図２に示すように、棒状鉄芯１の端部から発した
磁力線１０がナトリウム液中の無限空間を経てもう一方
の端部に達する磁極間の空間距離の長い磁気回路を形成
しているため、磁気抵抗が増加し、ナトリウム液中に作
用する磁界が弱くなる原因となり、検出感度低下の要因
となっていた。

【００１５】また、従来型の渦電流式電磁流速計の磁力
線は棒状鉄芯１の端部から磁気的に無制限のナトリウム
液中に開放されるため、流体中に曲線的な磁力線が形成
される。したがって、流れに対して有効に作用する直角
成分の磁界が少ないため流速感度の低下原因になってい
た。

【００１６】また、センサ部は外部からの磁気外乱や隣
接の磁気センサ等からの磁気干渉を直接受けやすい構造
になっているため計測信号のＳ／Ｎ比（信号／ノイズ）
を低下させる原因にもなっていた。

【００１７】さらに、ナトリウム流体に作用する磁界領
域が制限されていないため流体に作用する計測範囲が不
明確となるため流路断面積が設定できないことから、局
所流速値から主流の代表流量値への換算精度も低下する
などの課題があった。

【００１８】このような従来技術の問題点の一つである
流路断面積を設定できる様にした公知例として、特開昭
63−228027号と特開昭56−39418 号公報が出願されてい
る。図３に特開昭63−228027号の例を示す。本公知例で
は大口径配管内にサポートを介して整流管を配置し、整
流管内に配置される案内管（特開昭60−78353 号のハウ
ジング５に相当）内に渦電流式電磁流速計（特開昭60−
78353 号のコイルアッセンブリに相当）を挿入すること
により、整流効果と既知断面積から流量を測定すること
ができるとある。しかし、この例は計測範囲である既知
流路断面積内の磁束分布が制御されていないため流路内
の流動整流効果は達成されるが、磁束密度が均一になっ
ているとは限らない。従って、この公知例でも局所流速
値から主流の代表流量値への換算精度は低下する。

【００１９】一方、図４，図５に特開昭56−39418 号公
報の例を示す。本公知例では図４に示すように、渦電流
式電磁流速計（特開昭60−78353 号公報のコイルアッセ
ンブリに相当）の励磁コイルから発せられる磁場が配管
口径が大きくなると配管まで達しなくなり、大口径配管
内の磁界の及ばない領域の流速を検出できず、配管内の
全流量を正確に計測することが出来なくなると言う問題
点を指摘している。この問題点を改善するための発明
で、図５に示すように配管の外周に磁性材パイプを取付
け、磁場を配管流路全面に広げるとある。

【００２０】しかし、本来、磁場の及ばない領域に磁性
材を配置しても、磁場には物理的に何の変化も現われな
いはずである。本公知例で記述している様に磁場を配管
流路全面に広げることは出来ず、大口径配管内に一様な
磁場は得られない。

【００２１】本発明の目的は、小型で検出感度を向上
し、外部磁界の干渉が受けにくく、さらに、整流された
流路の断面積と有効な一様磁界領域とを一致させ流量換
算精度の向上を図った高感度，高精度の渦電流式電磁流
量計を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は棒状鉄芯の内部
磁極に励磁コイルと２個の検出コイルを設けた従来型の
コイルアッセンブリの外周の磁界の及ぶ領域に整流管を
兼用した磁性材の円筒状外部磁極を配置し、コイルアッ
センブリとの間に環状流路を形成した渦電流式電磁流量
計である。

【００２３】磁界の及ぶ領域に磁性材の外部磁極を設け
ることによって、内部磁極と外部磁極とで形成する磁気
回路の総合空間距離を狭くすることが出来ること、ま
た、流れ検出に無効な平行成分の磁束は外部磁極体内を
通るため磁気回路抵抗を減少させることが出来る。した
がって、空間における磁界強度の増加と流速検出に有効
な直角成分の磁界を増加することから、さらに検出感度
を向上することができるようにした。

【００２４】また、外部磁極を設けることにより系外か
ら侵入する磁気外乱を防止する磁気シールド効果が発揮
され、検出信号のＳ／Ｎ比（信号／ノイズ）を向上する
ようにした。

【００２５】また、環状流路部で整流された一様な流れ
は、流路断面積と有効磁界領域とを一致させることが出
来るため、流速値から流量換算値の精度を向上するよう
にした。

【００２６】

【作用】上記した本発明の構成要件によれば、励磁コイ
ルに交番電流（通常数百Ｈｚ程度）を供給し励磁すると
コイル鉄芯である内部磁極が磁化される。内部磁極の上
流側の端部から発せられた磁力線は非磁性体のハウジン
グと環状流路に存在するナトリウム流体内を径方向に通
過して外部磁極に達する。さらに磁力線は外部磁極体内
を軸方向に通って下流側の端部から再び環状流路内の流
体を径方向に通って内部磁極のもう一方の端部に達する
閉回路の磁気回路を形成する。

【００２７】この内部磁極と外部磁極間に形成される磁
気回路の空間である環状流路における磁力線の方向は全
て流れ検出に有効な放射状になり、流れ検出に無効な成
分と漏洩磁界成分は減少する。

【００２８】環状流路領域での磁界の強さは内外磁極間
の空間距離の２乗に反比例する。したがって、磁極空間
距離が狭いほど磁界は強力になる。

【００２９】環状流路部の磁界は交流磁界であるためそ
の方向と大きさは時々刻々正負に変化する。導電性のナ
トリウム液体中では時間的に変化する磁界を受けるとナ
トリウム液体内に渦電流が誘起される。渦電流の大きさ
は磁界の強さと流体の電気伝導度に比例し、磁力線を軸
とする右回転方向に発生する。

【００３０】流体中に発生した渦電流は、磁極端部の放
射状方向の磁界の部分では合成され環状流路を一巡する
ループ電流になる。静止ナトリウム状態で発生する渦電
流は、両磁極端部で同じ大きさで、その方向は１８０度
の位相のずれた平衡状態にある。したがって、両検出コ
イルの起電力差は相殺されゼロとなる。

【００３１】ナトリウムに流動がある場合、流体が無磁
界の領域から磁界領域に突入するセンサ上流側では、磁
界方向は内部磁極側から外部磁極側への放射方向とな
り、（交流磁界の瞬時を直流磁場と仮定する）また、磁
束密度勾配は増加方向となる。これらの関係から上流側
では正方向の起電力が流体内に発生する。

【００３２】一方、下流側では、上流側とは反対方向の
外部磁極側から内部磁極側への放射方向の磁界となる。
さらに、磁束密度勾配は磁界領域から無磁界領域に脱出
するため減少方向となる。したがって、流動による起電
圧は結果的に上流側と下流側には同じ方向に発生する。

【００３３】流速成分の起電力の大きさは、流体に受け
る磁束の時間的変化に依存することから、磁束密度分布
の勾配と流体流速に比例する。したがって、交流励磁で
誘起された渦電流は流速信号と作用し上流側で増幅され
下流側で減少するため、空間の磁界に歪みを生じる結果
になる。

【００３４】検出コイルに誘導する電圧は検出コイル部
に作用する磁束密度の時間的変化率に比例するので、流
速による歪み磁界は両検出コイルへの誘起電圧の差とし
て検出することによって、流量ゼロ時の平衡成分を除去
し２倍の感度で検出することができる。

【００３５】両検出コイルの差信号は、通常数百Ｈｚ程
度の励磁周波数に１Ｈｚ程度の流速ゆらぎ成分の低周波
数を含む流速信号が重畳した信号で、励磁周波数を搬送
波とし、流速信号で変調された振幅変調信号として現わ
れる。信号処理系の電子回路で検出信号から励磁成分を
除去することによって、流体の流速成分を抽出すること
ができる。さらに、流量の値は検出した流速の値を環状
流路断面積から換算して求めることが出来る。

【００３６】このように、本発明は磁界の及ぶ領域に外
部磁極を設けることによって、磁極間の空間距離を狭く
することによる磁束密度の増加と、流れに対して有効な
磁束分布成分の増加が得ることから検出感度を著しく向
上することが出来る。

【００３７】また、外部磁極は磁気シールド効果を発揮
することができるため、複数個のセンサをアッセンブリ
で挿入する様な場合、隣接センサ間の磁場干渉が無くな
り、さらに、外部からの磁気干渉を防ぐことができるな
ど、検出信号のＳ／Ｎ比を向上することが出来る。

【００３８】また、フローガイドとスペーサによる整流
効果が発揮され、環状流路内の一様な流れが一様な磁束
分布と一致するため、流量換算検出精度が向上する。

【００３９】

【実施例】本発明の渦電流式電磁流量計は空芯型の誘導
コイルのものや内部鉄芯型コイルを用いたもの等、両方
の例に適用できるが実施例では鉄芯型コイルを例に記述
する。以下、本発明の実施例について図１および図６な
いし図１０を参照にしながら説明する。

【００４０】図１は本発明の渦電流式電磁流量計プロー
ブの内部構造図を示す。

【００４１】プローブの内部は純鉄，ニッケル材等の強
磁性体からなる棒状の内部磁極とした鉄芯１を同軸にし
て真ん中に励磁コイル２を設け、励磁コイル２に隣接し
て上流側と下流側に検出コイル３ａおよび３ｂを設けて
ある。本発明の渦電流式電磁流量計は高温のナトリウム
流体に直接挿入して使用されるため、コイルの線材等は
セラミックコーティング電線、あるいはＭＩケーブル
（金属シースケーブル）など耐熱性のものを用いる。

【００４２】各コイルの境界部にはセラミック等の耐熱
性の絶縁材で構成するスペーサ４ａ，４ｂ，４ｃ、およ
び４ｄを設けコイルを固定しコイルアッセンブリとす
る。空芯型コイルの場合はセラミック製のコイルボビン
にコイルを巻くようにして構成する。

【００４３】このように構成されたコイルアッセンブリ
はステンレス製等の非磁性体のハウジング５内に納めて
ある。ハウジング５内部にヘリウムガスあるいはアルゴ
ンガスなどの不活性ガスを封入して密閉することによっ
てコイルの耐熱性の向上をはかる。

【００４４】各コイルからのリード線６はハウジング５
の背部から耐熱性の金属シースケーブル７等で外部まで
延長して引き出し、室温仕様の外部端子８に接続されて
いる。

【００４５】ハウジング５の外周にはスペーサ１５ａお
よび１５ｂを介して円筒状のフローガイド１４を設け、
ハウジング５とで環状空間（環状流路）１６を形成され
る。スペーサ１５ａおよび１５ｂは複数個の板状あるい
は棒状にするか、あるいは多孔板を用い整流機構とする
が、磁界に影響しない非磁性材のステンレス鋼などで構
成する。

【００４６】円筒状のフローガイド１４は非磁性材の部
分と磁性材の部分とで構成されていて、磁性材の部分は
純鉄，ニッケルなどの強磁性材で外部磁極１３を構成す
る。外部磁極１３の領域はコイルアッセンブリの励磁コ
イル２の位置から両脇の検出コイル３ａおよび３ｂのほ
ぼ中央部分まで延長する領域をカバーするように配置す
る。これらの磁極長さによる端部の位置する領域は検出
コイル領域ならば有効であるが、上下流対称に配置する
ことによって流量ゼロ時のアンバランス電圧を小さくす
ることが出来る。

【００４７】励磁電流は一般に数百Ｈｚの交流電流であ
るが、さらに高い周波数で励磁する場合、磁性材部分で
の渦電流損失を低減するため薄板の表面を絶縁した磁性
材を積層にした硅素鋼鈑構造や、粉末燒結型のダストコ
アーを磁極として用いることもできる。この場合、液体
ナトリウムと直接触れる磁極の部分にはステンレス鋼板
などの耐ナトリウム材料で被覆する必要がある。

【００４８】フローガイド１４の非磁性材の部分はステ
ンレス鋼などで構成し、外部磁極１３の部分を前後に延
長した同型の円筒型のフローガイド１４構造とする。フ
ローガイド１４の全長は、有効な整流助走区間を得るた
めにハウジング５直径の約２０倍以上の長さを上下流側
に確保するようにするとよい。

【００４９】フローガイド１４，ハウジング５，スペー
サ１５等を一体にしたプローブは直接ナトリウムの流れ
場１２に挿入して用いるため先端は流線型にし、流動の
乱れを抑える構造にする。

【００５０】励磁コイル２および２個の検出コイル３
ａ，３ｂの３系統の外部端子８は信号処理系９に接続さ
れている。

【００５１】信号処理系９は図６に示すように、機能別
に励磁系と受信系で構成されていて、励磁系は発信器１
７、および緩衝器１８で構成し、受信系は前段増幅器１
９および２０，比較器２１，同期検波器２２，フイルタ
ー２３、そして指示計２４などの電子回路で構成されて
いる。

【００５２】以下、本発明の渦電流式電磁流量計をＦＢ
Ｒの主循環配管内のナトリウム流量計として用いた場合
の動作例について記す。主循環用配管などの大口径では
数本のプローブを同時に挿入し検出器の信頼性向上と配
管内の流速分布特性を確認するため多重性として用い
る。特に、流量計信号を安全保護計にするためには、２
／４ロッジクとすることが必要であり、プローブの設置
数は１ループ当り少なくとも１２点以上必要になる。

【００５３】プローブは配管の管壁から挿入し、流れに
対して平行な方向に配置する。したがって、水平配管部
ならば水平に挿入し、垂直配管ならば垂直に挿入する。

【００５４】環状流路１６のギャップは主流の流速範囲
を考慮して、流路としての流動抵抗が増加しない程度に
設計する。また、流力振動などでプローブが機械的に振
動しないように挿入部分の支持構造を固定する必要があ
る。

【００５５】プローブからの信号ケーブルは信号処理系
９に接続されている。信号処理系９の励磁系を構成する
発信器１７から数百Ｈｚ程度の正弦波を発信させて緩衝
器１８に入力し、緩衝器１８の出力から励磁コイルに供
給する。励磁周波数はコイルのインピーダンスやナトリ
ウム流体の温度等によって最適な値を選択する。液体ナ
トリウムの場合、３００〜７００Ｈｚの範囲に最適値が
あるといわれている。

【００５６】緩衝器１８は負荷である励磁コイル２に必
要な電力を供給するためのもので、コイルアッセンブリ
の温度変化に伴う励磁コイル２インピーダンスの変化に
対しても一定の励磁電流を安定に供給し、磁界の安定を
図るように定電流機能を有している。

【００５７】緩衝器１８からの励磁電流２５は外部端子
８に接続した金属シースケーブル７、そして、リード線
６を通ってプローブ内部の励磁コイル２へ供給される。

【００５８】図７は本発明の渦電流式電磁流量計の軸方
向の磁束分布と渦電流の関係を示す。磁界の強さは励磁
コイル２のターン数と供給励磁電流との積（ＡＴ）の値
で磁束が発生する。この磁束は鉄芯１を励磁し、鉄芯１
の端部から環状空間１６へ放射状に放出され外部磁極１
４の端部に達するが、空間を通る磁界は磁気回路のうち
最短距離を通る性質があるため、内部磁極１の一端から
発した磁界１０は図に示すように検出コイル３ａのほぼ
中央部分から環状流路１６を直角に横断し外部磁極１４
に達する。外部磁極１４に達した磁束は外部磁極１４体
内を軸方向に通ってもう一方の端部から再び環状流路１
６を貫通して内部磁極１に戻る閉回路を形成する。

【００５９】このように磁束の通路は磁気抵抗の最も小
さい磁気回路を循環する性質があるため、環状流路１６
の磁界１０は流れ方向１２に対して直角成分の磁界とな
る。また、磁極ギャップでの磁束密度は磁極間距離の二
乗に反比例して増加する性質があるため、従来の棒状磁
極型に比べ、本発明の外部磁極を設けたことによって磁
極ギャップを狭くすることができ、空間での磁束密度も
著しく増加することになる。一例設計例によると、検出
コイル近傍における有効な磁束密度は約２〜４倍に増加
することが確認された。

【００６０】図８に図７のＡ〜Ａ断面視図を示す。図８
に示すように環状流路１６内に存在するナトリウム中に
磁界１０を受けて渦電流が発生するが、この渦電流が合
成されて環状流路１６を一巡するループ電流１１を形成
する。

【００６１】この合成渦電流によるループ電流の方向は
上流側１１ａと下流側１１ｂとで逆方向に循環する。ま
た、流体が静止している場合、上流側ループ電流１１ａ
と下流側ループ電流１１ｂは同じ大きさになる。したが
って、両検出コイルの起電力差は相殺されゼロとなる。

【００６２】主流配管内のナトリウムに流動がある場
合、主流の一部がフローガイド１３内に分流し過環状流
路１６内に流入する。環状流路１６内の流体はフローガ
イド１３とスペーサ１５ａ部で整流され一様な流れにな
る。

【００６３】流体が無磁界の領域からセンサ上流側の磁
界１０領域に突入する際、内部磁極１側から外部磁極１
４側への磁界方向と磁束密度の増加方向との関係で正方
向に起電力が発生したとする（交流磁界の瞬時を直流磁
場と仮定する）。

【００６４】下流側では磁界１０領域から無磁界領域に
脱出するため上流側とは反対の外部磁極１４側から内部
磁極１側への磁界方向となり、さらに、磁束密度の勾配
も上流側とは反対の減少方向となる。したがって、結果
的に上流側と下流側には同方向の起電力が流速に比例し
て誘起されることになる。

【００６５】流速成分の起電力の大きさは、磁束密度の
絶対値と流れ方向の磁束密度分布の勾配と流体流速に比
例する。したがって、交流励磁で誘起された渦電流は流
速信号と作用し上流側１１ａで増幅され、下流側１１ｂ
で減少するため励磁磁界に歪みを生じることになる。

【００６６】検出コイル３ａ，３ｂに誘導する電圧は検
出コイル３ａ，３ｂ部に作用する磁界１０の時間的変化
率に比例するので、流速による歪み磁界は上下流側の両
検出コイル３ａ，３ｂへの誘起電圧の変化として現われ
る。

【００６７】両検出コイル３ａ，３ｂの差信号は、通常
数百Ｈｚ程度の励磁周波数に１Ｈｚ程度の低周波数の流
速ゆらぎ成分の流速信号が重畳した信号で、励磁周波数
を搬送波とし、流速信号で変調された振幅変調信号とし
て検出される。

【００６８】これらの信号を図６に示す信号処理系９の
前段増幅器２０および１９に取り込む。静止流体時の検
出信号は上下流側とも同レベルの電圧であるが、プロー
ブの製作誤差等により若干のアンバランス電圧を生じる
のが一般的である。そこで、前段増幅器２０および１９
でバランスを電気的に調整し、増幅度を調節しながら信
号のレベルを整える。

【００６９】前段増幅器２０および１９からの出力信号
は比較器２１に取り込み、両信号の差信号２８として抽
出する。

【００７０】差信号２８の振幅変調された交流信号を同
期検波器２２に取り込む。同期検波器２２では励磁信号
の発信器１７から分割した搬送波を参照信号２９として
取り込み、差信号２８を搬送波で同期検波し、搬送波成
分を取り除き流速信号を抽出した後、直流電圧の信号に
変換する。さらに残留している搬送波及び高調波成分を
取り除くため、ローパスフィルタ２３を通して流速に比
例した直流電圧レベルの流速信号３０とする。次に、流
速信号３０に流路断面積値を定数としてナトリウムの流
量値を算出し、メータ２４などに表示する。

【００７１】本発明の渦電流式電磁流量計は外部磁極部
分で磁気シールド効果を発揮することができるため、複
数個のセンサを用いるＦＢＲの炉内計装用やアッセンブ
リ型を大口径配管用に適用した場合、隣接センサからの
磁気干渉を防止できる。また、他の電磁誘導器から洩漏
した磁気誘導や配管サポート等の鋼材などから受ける磁
気外乱なども防止することができる。

【００７２】本発明の応用変形例として、特開昭60−70
314 号公報に示しているような流れ方向に複数個の感知
部を設け、ゆらぎ信号の遅れ時間から主流の流速を求め
流速信号を校正する自己校正機能を有した温度・流速監
視装置にも適用することができる。具体的構造として、
コイルアッセンブリの外周に円筒の外部磁極を備えたフ
ローガイドを設けることで達成でき、本発明の実施例と
同じ効果が生まれる。また、外部磁極形状の変形例とし
て、図１に示した実施例の他に、図９に示すように外部
磁極の長さを内部磁極と同等にした例、さらに、図１０
に示すように外部磁極の長さを励磁コイルと同等にした
例でも本発明は成立する。

【００７３】本発明の渦電流式電磁流量計で示した環状
流路と放射状の磁界、そしてループ状の誘起電流等、基
本的な電磁力学関係を応用したナトリウム用電磁流体機
器の他の例は、ＡＬＩＰ型電磁ポンプ（Annular Linear
Induction Pump)や環状流路型電磁フローカプラ等があ
る。

【００７４】ＡＬＩＰ型電磁ポンプの場合は、交流誘導
電動機の一種であり、強力な電動力を得る必要性から移
動磁界を発生するための多極のステータを軸方向に連続
に配置した構造になっている。

【００７５】電磁フローカプラの場合は、直流電動機の
一種で、電磁流量計の発電機と電磁ポンプの電動機を合
体した構造である。共通した磁界内に発電側とポンプ側
の流路を交互に配置した環状流路の構造で、発電側流路
内を電磁流体が流動して発生する電流をポンプ側流路に
給電されることからポンプ力が誘起されるものである。
電磁フローカプラは軸方向に磁石の同極側を交互に突き
合わせた多段磁極構造にし、大きな駆動力を得るように
なっている。

【００７６】いずれも動力用電磁機器で大きな駆動力を
得るため作用点を軸方向に多段した構造であるが、基本
的には磁界，電流，流動の３要素が互いに直角に作用す
る電磁流体機器であり機能目的に適したそれぞれ異なっ
た構造になっている。

【００７７】

【発明の効果】本発明の渦電流式電磁流量計は外部磁極
を用いて磁気回路の磁束分布を制御しているため、磁束
密度が増加し、さらに流れを検出するための直角成分の
磁界も増加することから検出感度を著しく向上する効果
がある。したがって、小型化が可能になる。

【００７８】また外部磁極は漏洩磁束を抑制し、さらに
は外部からの磁気外乱を防止する磁気シールド効果があ
るため、検出信号のＳ／Ｎを向上する効果がある。

【００７９】また外部磁極で形成された環状型流路構造
には整流効果があるため、大口径で短い配管や曲がり管
のような乱れの多い流れ場での代表流量として計測する
のに有効である。

【００８０】また環状流路内の一様磁界領域と流路断面
積とが一致するため、流速値から流量値への換算精度が
向上する等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の渦電流式電磁流量計プローブの内部説
明図。

【図２】従来型の渦電流式電磁流速計の磁束分布図。

【図３】特開昭63−228027号の公知例の説明図。

【図４】特開昭56−39418 号の公知例の説明図。

【図５】特開昭56−39418 号の公知例の説明図。

【図６】信号処理系のブロック図。

【図７】本発明の渦電流式電磁流量計の軸方向の磁束分
布と渦電流の説明図。

【図８】図７のＡ〜Ａ断面視図。

【図９】本発明の外部磁極の長さを内部磁極と同等にし
た変形例の説明図。

【図１０】本発明の外部磁極の長さを励磁コイルと同等
にした変形例の説明図。

【符号の説明】

１…鉄芯、２…励磁コイル、３ａ…上流側検出コイル、
３ｂ…下流側検出コイル、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…コ
イルスペーサ、５…ハウジング、６…リード線、７…金
属シースケーブル、８…外部端子、１２…流れ、１３…
フローガイド、１４…外部磁極、１５ａ，１５ｂ…流路
スペーサ、１６…環状流路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 隆之 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電流で励磁される励磁コイルと、前記
   励磁コイルの同軸上の両脇に検出コイルを配置して構成
   したコイルアッセンブリを非磁性材の密閉鞘内に納めて
   構成されたセンサを導電性流体が流動する流れ場に挿入
   し、前記検出コイルに誘起する信号から前記導電性流体
   の流速を感知する渦電流式電磁流速計において、プロー
   ブ外周の磁界領域に磁性材から成る円筒状の外部磁極で
   構成したフローガイドを配置し、前記プローブとの間で
   環状型の流路を形成したことを特徴とする渦電流式電磁
   流量計。
2. 【請求項２】請求項１に於いて、前記フローガイドは一
   部に前記外部磁極を配置した構造であって、前記外部磁
   極は前記プローブと環状空間を保ちながら包含され、且
   つ、前記励磁コイルから発する磁界の及ぶ範囲内に配置
   し、さらに、前記外部磁極部分の長さ方向は前記励磁コ
   イル領域を含み、両脇の検出コイルの位置する領域まで
   延長して配置した磁気構造である渦電流式電磁流量計。
3. 【請求項３】請求項１に於いて、前記フローガイドは、
   前記外部磁極の両端部に非磁性材で構成した同型の円筒
   型部材を流れ方向に延長した構造とし、前記プローブと
   前記フローガイドとの環状型空間は非磁性材で構成する
   複数個のスペーサを介して形成し、前記環状空間は流体
   の計測領域である流動流路とした渦電流式電磁流量計。
4. 【請求項４】請求項３に於いて、非磁性材の構成する前
   記複数個のスペーサは多孔板や放射状に配置した板材等
   の部材で構成し、前記環状空間を確保するための支持部
   材であるとともに、前記導電性流体の乱れを整流する整
   流機能を備えた渦電流式電磁流量計。
5. 【請求項５】請求項１に於いて、前記プローブ内の励磁
   コイルの中心軸部に磁性材で構成した棒状鉄芯等を設け
   た鉄芯型コイルであっては鉄芯部を内部磁極とし、ま
   た、空芯型コイルであってはコイルの中心軸部を内部磁
   極とし、前記内部磁極端部と前記外部磁極との間で磁気
   回路を形成ような磁極構造にした渦電流式電磁流量計。
6. 【請求項６】請求項１に於いて、前記励磁コイル及び２
   個の検出コイルで構成するコイルアッセンブリの中心軸
   に磁性材で構成した鉄芯を有した鉄芯型コイル構造を適
   用した渦電流式電磁流量計。
7. 【請求項７】請求項１に於いて、前記励磁コイル及び２
   個の検出コイルで構成するコイルアッセンブリの中心軸
   を空芯した空芯型コイル構造を適用した渦電流式電磁流
   量計。
8. 【請求項８】請求項６に於いて、前記磁性材で構成した
   内部磁極あるいは前記外部磁極の長さ方向は前記励磁コ
   イル領域を含み、前記両脇の検出コイル端部までの領域
   を任意にカバーするように延長した磁極の磁気構造を適
   用した渦電流式電磁流量計。