JPH0821757A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出電極における絶縁膜生成速度を抑制し、
長期間にわたって正確な流量を安定して検出することが
できる電磁流量計を提供する。 【構成】 電圧電源−Ｖから抵抗Ｒａ、Ｒｂを介して検
出電極４ａ、４ｂにそれぞれコモン電極５の接地電位よ
り低い電位を常時印加する。空検出部１９のコンパレー
タ１９ａ，１９ｂは、各検出電極４ａ，４ｂの電位が基
準電圧Ｖｂを下回った場合に、それぞれ空検出信号を制
御部１７に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁流量計の空検出方
法に関し、特に電磁流量計により流量を測定する管の内
部が流体で満たされているか否かを検出する空検出を行
う電磁流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁界中の流体から得られる信号起
電力に基づき流量を測定する電磁流量計では、図４に示
すような構成により流体の空検出を実施していた。同図
において、１は所定の磁界を発生させるとともに流体か
ら信号起電力を検出する検出部、１０は検出器１からの
信号起電力を信号処理して流量を算出し、所定のプロセ
ス制御信号に変換出力する変換器である。検出器１にお
いて、２は所定の磁界を発生させるコイル、３は測定さ
れる流体が流れる管、４ａ，４ｂは管３の内側面に対向
して流体に接液するように配設された検出電極、５は管
３内の流体に管３と同一の電位（接地電位）を与えるた
めのコモン電極（アースリング）である。

【０００３】変換器１０において、１１はプロセス制御
装置（図示せず）から供給されるループ電流から所定の
電源電圧を生成する電源部、１２は所定周波数の励磁電
流をコイル２に出力する励磁部、１３はバッファ、１４
は検出電極４ａ，４ｂから得られた信号起電力を差動増
幅する交流増幅部、１５は交流増幅部１４の出力のうち
流体ノイズなどの低周波成分を減衰させるハイパスフィ
ルタ、１６はハイパスフィルタ１５の出力を所定間隔で
サンプリングするとともにディジタル情報に変換するＡ
／Ｄ変換部、１７はＡ／Ｄ変換部１６の出力から流量を
算出するとともに変換器１０内の各部を制御する制御
部、１８は制御部１７からの流量情報に基づき所定のプ
ロセス制御信号を出力する出力インターフェース部であ
り、１４〜１７により流量検出系が構成されている。

【０００４】Ｒａ，Ｒｂは検出電極４ａ，４ｂに対して
空検出のための微少な電流を供給する抵抗、１９はバッ
ファ１３を介して得られた検出電極４ａ，４ｂの電位と
各検出電極４ａ，４ｂに対して設けられた基準電圧Ｖ
ａ，Ｖｂとを比較するコンパレータ１９ａ，１９ｂを有
し、各検出電極４ａ，４ｂの電位がそれぞれ対応する基
準電圧Ｖａ，Ｖｂを越えた場合に空検出信号を制御部１
７に出力する空検出部である。なお、＋Ｖは接地電位よ
り高い正の電源電圧、−Ｖは接地電位より低い負の電源
電圧であり、また基準電圧Ｖａ，Ｖｂは、それぞれ電源
電圧＋Ｖ，−Ｖと接地電位との間の所定値に設定されて
いる。

【０００５】図５は、検出部１を示す断面図であり、同
図において前述の説明と同じ部分には同一符号を付して
ある。６はフッ素樹脂やネオプレンなどからなり、管３
の電気的絶縁性および耐食性をもたせるため管３の内周
面および端面に内張りされているライニング材、７は検
出電極４ａ，４ｂ、コモン電極５およびコイル２に対す
る配線８を変換器１０に接続するためのコネクタ、９は
配管である。検出部１は測定する流体が流れる配管９の
途中にフランジ接続により配設できるように形成されて
おり、管３の外周部には一対の鞍型のコイル２が対向し
て配設され、管３内を流れる流体に対して直交する磁界
を発生させるものとなっている。

【０００６】検出電極４ａ，４ｂは、管３の外周部であ
ってコイル２により発生される磁界に直交する位置に対
向して設けられており、その内端が管３およびライニン
グ材６を貫通して流体に接液しているとともに、配線８
およびコネクタ７を介して変換部１０に接続されてい
る。またコモン電極５は、ステンレスなどの金属でリン
グ状に形成され、管３の両端面にライニング材６を介し
て接合されており、特に管３とは接続線（図示せず）に
より電気的に接続されているとともにその内周面が流体
に接液しており、流体に対して管３と同一の接地電位を
与えるものとなっている。

【０００７】次に、電磁流量計における従来の空検出方
法について説明する。図６は、空検出に関する回路部分
を示す説明図であり、（ａ）は図４に示す電磁流量計の
うち空検出に関する回路部分を示す説明図、（ｂ）は検
出電極４ａ側を示す説明図である。図６において、Ｚ
ａ，Ｚｂは流体により検出電極４ａ，４ｂとコモン電極
５との間にそれぞれ発生する流体抵抗、Ｉａは電源電圧
＋Ｖから抵抗Ｒａ、検出電極４ａ、流体抵抗Ｚａおよび
コモン電極５を介して接地電位に流れる電流、Ｉｂは接
地電位からコモン電極５、流体抵抗Ｒｂ、検出電極４ｂ
および抵抗Ｒｂを介して電源電圧−Ｖに流れる電流であ
る。

【０００８】流体が管３内を流れる場合、検出電極４
ａ，４ｂとコモン電極５との間に流体抵抗Ｚａ，Ｚｂ、
例えば水の場合には数ＫΩから十数ＫΩ程度の流体抵抗
を発生させることが知られており、その変化により流体
の有無すなわち空検出を行うことが可能となる。実際に
は、図６（ｂ）に示すように、抵抗Ｒａを介して電源電
圧＋Ｖから流体抵抗Ｚａに対して、常時、微少な電流Ｉ
ａを供給しておき、抵抗Ｒａと流体抵抗Ｚａとの中点電
位すなわち検出電極４ａの電位と基準電圧Ｖａとをコン
パレータ１９ａにより比較することにより、流体抵抗Ｚ
ａの変化に伴う電流Ｉａの変化を検出している。

【０００９】この場合には、流量の減少により流体が検
出電極４ａに接液しなくなって流体抵抗Ｚａが増加しあ
るいは無限大となり、検出電極４ａの電位が基準電圧Ｖ
ａより上昇した場合に、コンパレータ１９ａの出力が反
転し、管３内の流体、特に検出電極４ａとコモン電極５
側の流体が空状態であると検出出力され、直前に検出さ
れた流量の有効無効判断や空検出警報の出力に利用され
る。なお、電源電圧−Ｖが常時供給される検出電極４ｂ
では、前述とは逆に中点電位すなわち検出電極４ｂの電
位が基準電圧Ｖｂより降下した場合に空状態が検出出力
される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】したがって、このよう
な従来の電磁流量計では、検出電極４ａ，４ｂに対して
それぞれ電源電圧＋Ｖ，−Ｖから、常時、電流を供給し
ているため、流体抵抗Ｚａ，Ｚｂを介して一方向に電荷
の移動が発生し、この電荷により検出電極４ａ，４ｂの
材質と流体との関係から、検出電極４ａ，４ｂと流体と
の界面で電気化学反応が起こって、検出電極４ａまたは
４ｂの接液表面に絶縁物が付着し、この絶縁物により流
体との接触抵抗が増大するものとなり、本来の流量を示
す信号起電力を検出電極４ａ，４ｂにより正確に検出す
ることが不可能となるという問題点があった。

【００１１】また検出電極４ａ，４ｂとして電気化学反
応が起こりにくい金属、例えば白金などを使用する方法
もあるが、これらの希少金属は高価であり装置としてか
なり高価なものとなってしまうという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、
検出電極における絶縁膜生成速度を抑制し、長期間にわ
たって正確な流量を安定して検出することができる電磁
流量計を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による電磁流量計は、被測定流体のコ
モン電位と比較して、正または負側のいずれか一方の電
源電圧から両検出電極に電流を供給する電流供給手段を
備えるものである。また、電流供給手段は、一端が電源
電圧に接続されるとともに、他端が各検出電極に接続さ
れた２つの抵抗性素子から構成され、各検出電極の電位
が、コモン電位と電源電圧との間の所定の基準電圧の絶
対値を上回った場合に被測定流体の空状態を検出するも
のである。

【００１３】

【作用】したがって、各検出電極にはコモン電位に対し
て正または負側のいずれか一方の電源電圧から、電流供
給手段を介して同極性の電位が印加される。また、各検
出電極にはコモン電源電圧から、２つの抵抗性素子を介
して個々の検出電極に電流が供給され、各検出電極の電
位が、コモン電極の電位と電源電圧との間の所定の基準
電圧の絶対値を上回った場合に被測定流体の空状態が検
出される。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の一実施例である電磁流量計を
示すブロック図であり、同図において、前述の説明と同
じまたは同等部分には同一符号を付してある。図１にお
いて、各種抵抗性素子からなる抵抗Ｒａ，Ｒｂ（電流供
給手段）はともに電源電圧−Ｖに接続されており、空検
知のために供給される電流はコモン電極５（接地電位）
から供給され、抵抗Ｒａ，Ｒｂを介して電源電圧−Ｖに
至るものとなっている。また、空検出部１９では、コン
パレータ１９ａ，１９ｂに接続されている基準電圧とし
て、いずれもコモン電極５の電位すなわち接地電位より
低く、電源電圧−Ｖとの間の値を有する基準電圧Ｖｂが
接続されている。

【００１５】次に、本発明の動作を図２を参照して説明
する。図２は、本発明の電磁流量計（図１）のうち空検
出に関する回路部分を示す説明図である。図２におい
て、Ｚａ，Ｚｂは流体により検出電極４ａ，４ｂとコモ
ン電極５との間にそれぞれ発生する流体抵抗、Ｉａは接
地電位からコモン電極５、流体抵抗Ｚａ、検出電極４
ａ、抵抗Ｒａを介して電源電圧−Ｖに流れる電流、また
Ｉｂは接地電位からコモン電極５、流体抵抗Ｚｂ、検出
電極４ｂ、抵抗Ｒｂを介して電源電圧−Ｖに流れる電流
である。流体が満水状態で管３内を流れている場合に
は、検出電極４ａ，４ｂとコモン電極５との両方に接液
するものとなり、この間に流体抵抗Ｚａ，Ｚｂが発生
し、これら流体抵抗Ｚａ，Ｚｂを介して電流Ｉａ，Ｉｂ
が流れる。

【００１６】空検出部１９のコンパレータ１９ａ，１９
ｂは、抵抗Ｒａ，Ｒｂと流体抵抗Ｚａ，Ｚｂとの中点電
位すなわち検出電極４ａ，４ｂの電位と、コモン電極５
の接地電位より低い基準電圧Ｖｂとをそれぞれ比較して
おり、通常時には流体により流体抵抗Ｚａ，Ｚｂが生じ
るため、検出電極４ａ，４ｂの電位は基準電圧Ｖｂより
高い値となっている。今、何かの原因で流体が減少し、
検出電極４ａに接液しなくなった場合には、流体抵抗Ｚ
ａが増大しあるいは無限大となり、これに応じて、電流
Ｉｂが流れなくなり検出電極４ａの電位は基準電圧Ｖｂ
を下回って電源電圧−Ｖの近くまで下降するため、コン
パレータ１９ａの出力は反転し空検出が出力される。

【００１７】ここで、電気化学反応によって検出電極４
ａ，４ｂの接液表面に付着する絶縁物は、各検出電極４
ａ，４ｂと流体中のイオン化した物質との反応および電
子の移動によって生じるものであるため、これら各検出
電極４ａ，４ｂに印加されている電位、すなわち電気的
極性によって各検出電極４ａ，４ｂにおける反応が異な
るものとなり、このように電気的極性を選択することに
より、絶縁物の付着を抑制することができる。これは、
電気分解における陽極での酸化反応と陰極での還元反応
との違いと同様であり、図２の場合、コモン電極５の接
地電位に比較してそれぞれ低い電位が常時印加されてい
る検出電極４ａ，４ｂでは還元反応が生じ、絶縁物の付
着は生じにくくなる。

【００１８】実際には、検出電極４ａ，４ｂがタンタ
ル、チタン、ステンレスなどで形成されており、流体と
して塩酸などの酸性水溶液を用いた場合には、検出電極
４ａ，４ｂの表面にＴａ2０5などの絶縁物を付着させる
ものと考えられる。この場合、検出電極４ａ，４ｂに対
してコモン電極５に比較して低い電位を印加することに
より、これら検出電極４ａ，４ｂには電子が供給されて
陽イオンであるＨ⁺ と反応するものとなり、理論的には
絶縁物は付着しない。

【００１９】したがって、検出電極４ａ，４ｂの材質と
電気化学反応を生じる流体中のイオンが陰イオンである
場合には、図２のように検出電極４ａ，４ｂにコモン電
極５に比較して低い電位を印加することにより、検出電
極４ａ，４ｂでは酸化反応がほとんど生じず、検出電極
４ａ，４ｂの接液表面に付着する絶縁物の生成速度を抑
制することが可能となり、より長い期間にわたって正確
な流量を安定して検出することができる。

【００２０】また、この場合、コモン電極５に検出電極
４ａ，４ｂに比較して高い電位が印加されるため、酸化
反応によりコモン電極５の接液表面に絶縁物を付着させ
るものとなるが、流量測定の場合には流量に応じた信号
起電力には直接関係のない参照電極として用いられてい
るものであり、また前述の説明（図４参照）のとおり、
一般的にコモン電極５は流体に対して偏ることなく管３
と同ー電位の接地電位を供給することを目的として、リ
ング状のものが管３の両端面に２つ設けられており、検
出電極４ａ，４ｂに比較してかなり大きい接液面積を形
成しているため、絶縁物の生成速度は比較的遅く、長い
期間にわたって安定した流量測定および空検出を実施す
ることが可能となる。

【００２１】なお、以上の説明において、各検出電極４
ａ，４ｂに対してコモン電極５の接地電位より低い電位
を印加した場合について説明したが、検出電極４ａ，４
ｂの材質と流体との関係から、図３に示すように前述
（図２）とは逆に各検出電極４ａ，４ｂに対してコモン
電極５の接地電位より高い電位を印加するようにしても
よく、前述と同様の作用効果が得られる。この場合に
は、抵抗Ｒａ，Ｒｂを電源電圧−Ｖに接続するととも
に、空検出部１９における基準電圧をコモン電極５の接
地電位より高い基準電圧Ｖａとし、またコンパレータ１
９ａ，１９ｂの論理を反転させる必要がある。

【００２２】また、これら電源電圧（＋Ｖ／−Ｖ）、基
準電圧（Ｖａ／Ｖｂ）およびコンパレータの比較論理を
図２または図３のいずれかに切り換える切換手段を設け
て、測定する流体に応じて各検出電極４ａ，４ｂに印加
する電位を切り換えるようにしてもよく、これにより製
品としての汎用性が向上するものとなる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、コモン
電位と比較して、正または負側のいずれか一方の電源電
圧から両検出電極に電流を供給する電流供給手段を設け
て、両方の検出電極に同じ極性の電位を印加するように
したので、検出電極の材質と流体との関係から、各検出
電極で絶縁物が付着しない極性の電位を選択することに
より、検出電極の接液表面に付着する絶縁物の生成速度
を抑制することが可能となり、より長い期間にわたって
正確な流量を安定して検出することができる。

【００２４】また、コモン電極の電位と比較して負側の
電源電圧から２つの抵抗性素子により電流を供給するこ
とにより、コモン電極より低い電位を各検出電極に印加
するようにしたので、特に酸性水溶液のように流体中の
陰イオンが検出電極と反応し絶縁物を付着させる場合
に、検出電極の接液表面に付着する絶縁物の生成速度を
抑制することが可能となり、より長い期間にわたって正
確な流量を安定して検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による電磁流量計のブロッ
ク図である。

【図２】 本発明の空検出に関する回路部分を示す説明
図である。

【図３】 本発明の空検出に関する回路部分を示す説明
図である。

【図４】 従来の電磁流量計のブロック図である。

【図５】 一般的な検出器を示す断面図である。

【図６】 従来の空検出に関する回路部分を示す説明図
である。

【符号の説明】

１…検出器、２…コイル、３…管、４ａ，４ｂ…検出電
極、５…コモン電極、１０…変換器、１１…電源部、１
２…励磁部、１３…バッファ、１４…交流増幅部、１５
…ハイパスフィルタ、１６…Ａ／Ｄ変換部、１７…制御
部、１８…出力インターフェース部、１９…空検出部、
１９ａ，１９ｂ…コンパレータ、Ｖａ，Ｖｂ…基準電
圧、Ｒａ，Ｒｂ…抵抗（電流供給手段）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流量に応じた信号起電力を検出する一対
   の検出電極に対して所定の電流を供給するとともに、前
   記各検出電極の電位と基準電圧とを比較し、この比較結
   果に応じて被測定流体の空状態を検出する電磁流量計に
   おいて、 被測定流体のコモン電位と比較して、正または負側のい
   ずれか一方の電源電圧から前記両検出電極に電流を供給
   する電流供給手段を備えることを特徴とする電磁流量
   計。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電磁流量計において、 前記電流供給手段は、一端が電源電圧に接続されるとと
   もに、他端が前記各検出電極に接続された２つの抵抗性
   素子から構成され、 前記各検出電極の電位が、前記コモン電極の電位と前記
   電源電圧との間の所定の基準電圧の絶対値を上回った場
   合に被測定流体の空状態を検出することを特徴とする電
   磁流量計。