JPS597929B2 - 電磁流量計の励磁方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 開示の摘要 電極を備え測定しようとする流体を導く流れ管と、流れ
管内に磁界をつくらせるために対向して配設した１対の
電磁石とを備え、この磁界を流体によつて横切つて流量
の関数として流量信号を電極に発生させ、流量に比例す
るが流速分布の変化とは無関係の出力信号を得る電磁流
量計を励磁する技術を開示する。

この技術においては、その励磁を順次三つのモードで遂
行する。すなわち、まず第一に両電磁石は流量を表わす
が流速分布の非対称さに基づく測定誤差を含む流量信号
を生ずるよう加法的磁束関係で励磁される。第二のモー
ドでは、両電磁石は流速分布の非対称性の度合をのみ表
わす流量信号を生ずるよう相反磁束（Ｂｕｃｋｉｎｇｆ
ｌｕｘ）関係で励磁され、第三のモードにおいては一個
の電磁石だけが励磁されて非対称の位置を示す流量信号
を発生する。以上の三種の流量信号によるデータが評価
されて流量に比例するが流束分布の非対称性には関係の
ない出力信号を発生する。発明の背景この発明は電磁流
量計、よリ詳細には測定されるべき流体の流れのプロフ
イルの非対称さに起因する測定誤差とは関係のない電磁
流量計に関する。

電磁流量計は腐食性の酸類、汚水スラツジ、洗浄剤など
のような取扱いの難しい流体の流量を測定するのに適し
ている。この種の流量計においては、流量を測定しよう
とする液体は１対の直径方向に対向する電極を備えた流
れ管に導びかれ、流れ管の管軸線に直角をなす磁界が１
対の対向して配設された電磁石によつてつくられる。流
動する液体がこの磁界を横切ると、そこに電圧が誘起さ
れ、これが電極に導びかれる。液体の平均速度、つまク
液体の平均体積流量に比例するこの電圧は増幅され記録
装置または指示計器を作動するようあるいはプロセス制
御装置に入力変数を与えるように処理される。流体の速
度は流れ管の管軸線に沿うものであり、流体内に誘導さ
れる電圧はこの流体の速度と磁界の磁束線との双方に直
角となる。

したがつて、測定した流体は磁界を通過する一連の流体
導体を構成する。電磁流量計の作動原理はフアラデ一の
誘導の法則にもとづくもので、この法則は導体が磁界を
直角に通過することによつて誘導された電圧は導体の如
何にかかわらずその導体の速度に比例すると述べている
。それゆえ、流量が多くなればなるほど電極に生ずる瞬
間の電圧値は大きくなる。測定される流体の流速分布の
非対称さは測定誤差を招き、正しくない読みを生ずる。
たとえば、電磁流量計が、消費した流体についての料金
を流量計の読みに従つて消費者が負担する取引システム
の一部を構成する場合や、読みに誤リがあると消費者に
過分に費用を請求した９、費用の請求に不足額を生じた
リするような場合には、極く僅かな不正確さも許すこと
は出来ない。流速分布は流れの方向に対して直角をなす
平面における流体の速度分布の軸成分を示すものである
。

速度分布は流体の粘度と、流体の速度と、流体を通す導
管の形状と、管路内の突出物や、エルボ、レジユーザ、
その他不連続部分など、管路内の障害部の関数である。
軸対称速度分布は軸線方向の速度成分が管の中心線から
の半径方向の距離についてのみの関数であん速度分布が
非軸対称である場合には、非対称の度合と位置とは管路
の乱れの性質に依存する。速度分布の非対称の効果を少
なくしようとするために従来とられた一つの手段は米国
特許第３３７３６０８号に開示されている。

その流量計の磁界は電極の軸線を含み流れの軸線に対し
て垂直をなす平面内の各点において、重み係数と磁束密
度とを乗じた積が一定の値を生ずるようにした点を特徴
としている。（重み係数とは電極において測定された全
信号について前記平面における各点で発生した信号の効
果の測定値である）。ところが、流れの分布の極端なゆ
がみの効果の補正は前記米国特許の型式の不均一磁界を
発生させることによつては完全に達成されないのである
。非軸対称流速分布によつて起因する誤差を効果的に修
正しようとする別の試みとしては、１対以上の電極を利
用し、対の異なる電極中に誘導された測定電圧を処理し
て、この種の誤差が最小限度になるような出力信号を発
生させようとするものである。この方法は１対以上の電
極を必要とするだけでなく、それに付随して比較的複雑
な電子回路をも必要とする。この提案のものには、その
構造のものを製造するのに極めて費用がかかり、流れ管
内に取付ける数多くの電極の各々がよごれたり漏洩を生
じたりするといつた数多くの不利益がある。さらに別の
解決策は流れ管と関連させて１対以上の電磁石を使用し
、定常的と見做される流れの特性に応じて磁界の分布を
各別の磁石の付勢を変えることによつて変化させるもの
である。

この装置における電極によつて検出された測定電圧は、
誤差を実質的に少なくした正昧測定信号を生ずるように
した評価回路に送られる。この方法では少なくとも３個
の磁石が必要であるから、比較的複雑で高価格な構造の
流量計となる。次のドイツ特許公報および特許はこの発
明に関する先行技術に関する。

および同第１６４８１４３号 発明の要約 以上に述べたところからして、この発明の主たる目的は
流量に比例し流速プロフイル誤差のない出力信号を生じ
、１対の電極と１対の電磁石のみを具備する通常の流量
計の構造のものを利用する電磁流量計を提供することに
ある。

この発明の重要な長所は電極や磁石を付加する必要を省
き、したがつてこれらの方策によつてもたらされる構造
上、電子回路上の複雑さを必要としない点にある。

より詳しく述べると、この発明の目的は、標準型電磁流
量計を三つのモード、すなわち、第一に電極によつて生
じた流量信号が流量を表わし、流れの速度プロフイルの
非対称性に基づく測定誤差を含むものとし、第二に信号
が非対称さの度合だけを表わし、第三に信号が非対称さ
の場所を示すよう、順次に作動させるよう標準型電磁流
量計を励磁する技術を提供することにある。

要約して述べると、この発明によつて作動される電磁流
量計においては、その流量計に従来の配置の１対の相対
向する電極と１対の対向して配し電磁石の対を磁束が同
方向とγぐるように励磁させ、第二のモードにおいて、
磁束が逆方向となるように励磁させ、第三のモードにお
いて、一方の電磁石だけを励磁し、他方の電磁石を分離
するような順序に励磁させる装置を具備させ、それによ
つて電極で生じた最終流量誘起信号が順次、流量によつ
て異なるが非対称の流れの速度プロフイルに起因する測
定誤差を含む信号と、非軸対称性の流れだけの関数であ
る信号と、非軸対称性の流れの位置だけの関数である信
号を表わすものである。

三つのモードの順序に従つて電極から導かれる流量信号
は入力データとして評価用のマイクロ・プロセツサに送
られ、流れの速度プロフイルの変動には関係がなくて流
量に正しく比例する出力信号を発生する。発明の詳細説
明 第１図にはこの発明によつて作動する電磁流量計が示し
てある。

この流量計は普通のデザインのもので、測定されるべき
流体が通過する流れ管１と、流れ管の管軸線と平行であ
る流れの方向に対して直角をなす軸線Ｙに沿う平面に磁
界をつくるために流れ管の両側に配設した１対の電磁石
２ａと２ｂと、流れの軸線と横方向の磁界との双方に対
して直角をなす軸線Ｘに沿い流れ管内に相対向して配設
した１対の電極３ａと３ｂとを具備する。周知のように
、流体の流れが磁界を横切ると電圧が誘起される。この
電圧は電極に伝えられて流量に反映する信号を発生する
。実際には、これら電磁石は流れ管の上下両側に取付け
た１対のサドル型コイルとすることができる。励磁回路
が設けてあつて、電磁石２ａは適当な励磁用電源１３に
直結してあるが、電磁石２ｂは極性反転スイツチ４とス
イツチ・オフ装置５ＶＣて電磁石２ａに並列に電源に接
続されている。

励磁回路は次のようである。すなわち、電磁石２ａと２
ｂとは連続的に切換えられて、各作動サイクルにおいて
、モードＡでは両電磁石は第２図に示すように励磁用電
源に磁束が同方向となる平行関係で接続される。モード
Ａにては、両磁石によつて生ずる磁界は互に強め合う。
次でモードＢにおいては、両電磁石は、第３図に示すよ
うに互に極性が相反（対向関係）して入れ換えられる。
最後に、モードＣでは、一方の電磁石２ａだけがる。実
際では、電磁石コイルをモードＡでは同じ向きで直列に
接続し、モードＢでは並列にするよリ、相反関係で直列
に接続することによつて前記と同じ結果を得ることがで
きる。第２図に示す磁束線のパターンは二つのコイルの
磁界の合成の結果として流れ管内にできた有効磁界を示
す。

この励磁モードＡにおいては、両電極によつて生じた流
量信号は流速に比例している。ところが、この信号は、
前述したように、非軸対称流れプロフイルのために誤差
を含んでいる。それゆえ、流速の関数であるモードＡに
おいて生じた電極信号Ｓ１はこの流れのプロフイルの非
対称性の効果を含んでいる。第３図に示したようなモー
ドＢの磁束パターンは上側の磁束と下側の磁束とを生じ
、これら両磁束は互に左右反転して対向している。

それゆえ、両コイル内の電流は反．対方向に流れ、相反
関係をなしている。このモードは流れの速度プロフイル
中の非軸対称の度合を示すのに役立つ。即ち軸対称成分
は消去され両電極によつて生ずる信号Ｓ２に影響を及ぼ
さない。磁界と重み係数が対称しているので、信号Ｓ２
は測定されるべき流体中の非軸対称性の度合のみを表わ
す。第４図に示すモードＣの磁束パターンは、流れ管の
上部磁界にて生じたものである。

それというのはコイル２ａだけが付着され、下部コイル
２ｂは接続されていないからである。結果としての流量
信号Ｓ，は流速プロフイルの非対称性の位置の関数であ
る。したがつて励磁された電磁石に近い電流密度が遮断
されている電磁石に接近した位置の電流密度より大きい
場合には、信号Ｓ，はその状態が反転された場合に生ず
る信号より大きくなる。再び第１図に戻つて説明する。

モードＡ，Ｂ，Ｃの流量信号を発生する流量計の電極３
ａと３ｂは信号増幅器６に接続されている。その出力Ｓ
ｌ，Ｓ２，Ｓ，は信号分配器または電子計算機７に加え
られる。クロツク・パルス発生器１１は極性反転スイツ
チ４、スイツチ・オフ装置５および信号分配器７の作動
を同期的に制御し、モードＡにおいては、電磁コイル２
ａと２ｂとを磁束が一致するように接続し、信号Ｓ１が
分配器７の第一の出力線路にあられれるようにし、モー
ドＢでは、両コイルは磁束が相反するように接続され、
信号Ｓ２が分配器の第二の出力線路にあられれるように
し、作動サイクルが完成するモードＣにおいては、信号
Ｓ３が分配器の第三の出力線路にあられれるようにして
、このサイクルが繰９返えされる。分配器の第一の出力
線路の増幅された流量信号Ｓ，は記憶装置８に印加され
、第二の出力線路の信号Ｓ２は第二の記憶装置９に印加
され、第三の出力線路の信号Ｓ３は第三の記憶装置１０
に印加される。記憶装置８，９，１０の信号Ｓｌ，Ｓ２
，Ｓ，は評価回路またはマイクロ・プロセツサ１２に入
力データを与える。

経験的に得られた基準パラメータはメモリに記憶される
。これらのパラメータから、流速のプロフイルの非対称
さの度合と、その非対称位置が測定した流量信号と測定
される流体の実際の流量との関係に影響を及ぼす程度を
表わす入カデーノを基礎にしてマイクロ・プロセツサの
演算装置で計算が行なわれる。この計算によつてマイク
ロ・プロセツサはその出力側１４に出力信号Ｓ。を生ず
る。この信号は流量に的確に比例するものであつて、測
定されるべき流体の流れの速度プロフイルとは全く無関
係のものである。以上にこの発明による電磁流量計の励
磁装置に関する好ましい実施態様について説明したが、
この発明の精神にもとることなく多くの変更をおこなう
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によつて作動する電磁流量計のプロツ
ク図、第２図は流量計の１対の上部と下部の電磁石を励
磁したとき磁束が一致するように接続したものと、それ
によつて生じた合成磁界パノーンを示す略図、第３図は
１対の上下電磁石を励磁したとき磁束が相反するように
接続したものと、それによつて生じた合成磁界パターン
を示す略図、第４図は１対の電磁石の上部電磁石を励磁
し下部電磁石を励磁しないときの接続と、それによつて
生じた合成磁場パターンを示す略図である。 図面において、この発明の要部を示すと次の通クである
。１・・・・・・流れ管、２ａ，２ｂ・・・・・・電磁
石、３ａ，３ｂ・・・・・・電極、４・・・・・・極性
反転スイツチ、５・・・・・・スイツチ・オフ装置、６
・・・・・・信号増幅器、７・・・・・・信号分配器、
８，９，１０・・・・・・記憶装置、１１・・・クロツ
ク・パルス発生器、１２・・・・・・マイクロ・プロセ
ツサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極を具備する流れ管に非対称性の流れの速度プロ
   フィルを有する測定されるべき流体を１対の対向して配
   設した電磁石で形成された磁界を横切つて通過させ電極
   に流量信号を発生させるようにした電磁流量計において
   、（Ａ）前記両電磁石を順次少なくとも二つのモードの
   うちの第一のモードとして、同時に加法的関係で励磁し
   て前記プロフィルの非対称性に基づく測定誤差を含む流
   量を示す流量信号を発生させ、その第二のモードとして
   、前記両電磁石を同時に相反する関係にて励磁して前記
   非対称性の度合のみを示す流量信号を発生するよう励磁
   する段階と、（Ｂ）前記両モードにて生じた流量信号を
   評価して前記流量に比例するが、前記非対称性には全く
   関係のない出力信号を発生させる段階とから成ることを
   特徴とする電磁流量計の励磁方法。 ２ 前記励磁順序に第三のモードとして前記電磁石のう
   ちの一方だけを付勢して前記非対称性の位置をあらわす
   流量信号を発生するようにした特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 ３ （Ａ）電極と１対の対向して配設した電磁石を有す
   る流れ管を具備し、流れ管内に磁界をつくり、その磁界
   を流れ管を通る流体で横切つて電極に流量信号を発生す
   るようにしたことと、（Ｂ）電磁石の励磁電源と、（Ｃ
   ）前記電磁石を前記電源に順次に三つのモードすなわち
   第一のモードとして前記電磁石を磁束が一致するように
   前記電源に接続して測定されるべき流体の非対称性の流
   れのプロフィルに反映する測定誤差を含む流量を示す電
   極信号を発生させ、第二のモードとして前記電磁石を極
   性が相反するように前記電源に接続して前記非対称性の
   度合を表わす電極を発生させ、第三のモードとして、前
   記電極中の一方だけを前記電源に接続して前記非対称性
   の位置を示す電極信号を発生させるよう、前記電磁石を
   前記電極に順次接続する切換え装置と、（Ｄ）前記電極
   信号に応答し前記流量に比例するが前記プロフィルとは
   無関係の出力信号を生ずる評価装置とから成る測定され
   るべき流体の非対称流れの速度プロフィルには関係のな
   い出力信号を生ずるように作動できる電磁流量計。 ４ 前記切換装置が前記両電磁石を前記第一のモードと
   第二のモードにおいて並列に接続するよう作動する特許
   請求の範囲第３項に記載の流量計。 ５ 前記両電極からの前記電極信号が３本の別個の出力
   線路を具備し、それぞれの電極信号を生ずる信号分配器
   に加えられるようにした特許請求の範囲第３項に記載の
   流量計。 ６ 前記出力線路の各々に関連して記憶装置を設け前記
   電極信号を記憶して前記評価装置のデータを得るように
   した特許請求の範囲第５項に記載の流量計。 ７ 前記評価装置を前記データに応答し非対称性とその
   位置が流量信号に影響する度合を測定するマイクロ・プ
   ロセッサを以て構成させた特許請求の範囲第６項に記載
   の流量計。