KR102190189B1 - 전자 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 유량계를 대형화하지 않고, 유체의 유량과 전기 전도율을 정밀도 좋게 계측하는 것을 목적으로 한다.
신호 생성 회로(11B)가, 미리 설정된 신호 주파수(fs)에서 일정 진폭[설정 전류(Is)]을 갖는 교류의 구형파(矩形波) 전류를 구형파 신호(SG)로서 생성하고, 측정관(2)에 부착되어 있는 전극(T1, T2)에 인가하며, 전기 전도율 검출 회로(11)가, 이들 T1, T2로부터 검출한 검출 전압(Vt)을 샘플링함으로써 검출 전압(Vt)의 진폭을 검출한다.

Description

전자 유량계{ELECTRONIC FLOW METER}

본 발명은 유량 계측의 대상이 되는 유체의 전기 전도율을 계측하는 기능을 구비하는 전자 유량계에 관한 것이다.

측정관 내를 흐르는 유체의 유량을 계측하는 전자 유량계는, 유체가 측정관 내를 어느 정도 채우고 있는 것을 전제로 해서, 유체로부터 검출한 기전력에 기초하여 유량을 산출하고 있다. 따라서, 유체가 측정관 내를 채우고 있지 않는 경우, 산출한 유량이 정확한 값을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 이 때문에, 전자 유량계에 따라서는, 유체가 측정관 내를 채우고 있지 않는, 이른바 빈 상태를 검출[공검지(空檢知)]하는 기능을 구비하고 있는 것이 있다.

종래, 빈 상태를 검출하는 기술로서, 특허문헌 1에는, 유체의 임피던스와 전기 전도율의 관계에 기초하여 공검지하는 기술이 제안되어 있다. 도 14는 종래의 공검지를 도시한 회로도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 특허문헌 1의 방식은, 유량 계측용의 전극(Ta, Tb)에 직류 전압을 인가하고, 얻어진 검출 전압(Vza, Vzb)을, 버퍼 증폭기(U1a, U1b)에서 안정화한 후, 컴퍼레이터(U2a, U2b)에서 기준 전압(Vsa, Vsb)과 비교하며, 얻어진 비교 결과(Sa, Sb)에 기초하여, 유체가 측정관 내를 채우고 있지 않는 빈 상태인지의 여부를 판정하고 있다.

그러나, 특허문헌 1의 방식은, 유량 계측용의 전극을 공검지에 겸용하는 방식이며, 전기 전도율을 계측할 수는 없다. 또한, 전기 전도율을 계측하기 위한 회로를 추가했다고 해도, 동일한 전극으로 유량과 전기 전도율을 병행하여 계측할 수는 없다. 이 때문에, 유량 계측 주기의 일부를 전기 전도율 계측 기간으로 할당할 필요가 있고, 이 전기 전도율 계측 기간을 할당하기 위해서, 유량 계측 기간을 단축한 경우에는 유량 계측 정밀도가 저하되는 요인이 되고, 유량 계측 주기를 연장한 경우에는 유량 계측 리스폰스가 저하되는 요인이 된다.

한편, 유량과 전기 전도율을 병행하여 계측하는 기술로서, 특허문헌 2에는, 유량 계측용의 전극과는 별개로 설치한 전극을 이용하여, 전기 전도율을 계측하는 기술이 제안되어 있다. 도 15는 종래의 다른 공검지를 도시한 회로도이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 특허문헌 2의 방식은, 측정관(50)에 설치한 전기 전도율 검출 전극(T21, T22)과 어스 링 전극(51) 사이에 교류 신호를 인가하고, 이들 전극 사이에 발생한 전기 신호를, 유량 검출용의 연산 증폭기(U1)와는 상이한 연산 증폭기(U2)로 검출함으로써, 전극(T21, T22) 사이에 존재하는 유체의 임피던스를 산출하여 전기 전도율을 도출하는 방식이다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제8-210888호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 평성 제7-5005호 공보

특허문헌 2의 방식에 의하면, 도 15에 도시된 바와 같이, 유량 계측용의 전극(T11, T12)과는 별개로 설치한 전극(T21, T22)을 이용하여 전기 전도율을 계측할 수 있기 때문에, 전자 유량계에 있어서 유체의 유량과 전기 전도율을 병행하여 계측할 수 있다. 이때, 전기 전도율용의 인가 신호가 유량 계측용의 인가 신호에 대해 간섭하지 않도록 하는 것이 중요해진다.

한편, 유체의 전기 전도율을 도출하는 경우, 전극 사이의 거리가 클수록 높은 정밀도로 전기 전도율을 측정할 수 있다. 그러나, 측정관의 길이는 한정되어 있기 때문에, 전기 전도율의 계측에 이용하는 전극과 유량 계측에 이용하는 전극이 가까워지면, 전기 전도율용의 인가 신호가 유량 계측용의 인가 신호에 간섭하여, 유량의 계측 정밀도가 저하되는 원인이 된다. 이 때문에, 이러한 간섭을 저감하기 위해서는, 측정관의 길이를 연장하거나, 서로의 전극 사이에 어스 링을 배치하거나 할 필요가 있어, 전자 유량계를 소형화할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위한 것으로, 전자 유량계를 대형화하지 않고, 유체의 유량과 전기 전도율을 정밀도 좋게 계측할 수 있는 전자 유량계를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 전자 유량계는, 측정관 내를 흐르는 유체의 유량을 계측하는 전자 유량계로서, 미리 설정된 신호 주파수에서 일정 진폭을 갖는 교류의 구형파(矩形波) 전류를 구형파 신호로서 생성하는 신호 생성 회로와, 상기 측정관에 부착되어 상기 구형파 신호를 상기 유체에 인가하는 제1 및 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극으로부터 검출한 검출 전압을 샘플링함으로써 상기 검출 전압의 진폭을 검출하는 검출 회로와, 상기 진폭에 기초하여 상기 유체에 관한 전기 전도율을 연산 처리에 의해 구하는 연산 처리 회로를 구비하고 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 전자 유량계의 일 구성예는, 상기 제1 및 제2 전극의 근방 위치에 배치되고, 상기 신호 생성 회로, 및 상기 검출 전압을 안정화하여 상기 검출 회로에 출력하는 버퍼 증폭기 중, 적어도 어느 한쪽 또는 양쪽을 탑재하는 프린트 기판을 더 구비하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 상기 전자 유량계의 일 구성예는, 상기 제1 전극이, 상기 유체와 접액(接液)하는 접액 전극으로 이루어지고, 상기 제2 전극은, 상기 측정관의 외주부에 형성되고, 상기 유체와 접액하고 있지 않는 비접액 전극으로 이루어지는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 상기 전자 유량계의 일 구성예는, 상기 제1 및 제2 전극이, 상기 유체와 접액하는 접액 전극으로 이루어지는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 상기 전자 유량계의 일 구성예는, 상기 검출 회로가, 상기 구형파 신호의 반주기의 중앙 시간 위치에서, 상기 검출 전압을 샘플링하도록 한 것이다.

또한, 본 발명에 따른 상기 전자 유량계의 일 구성예는, 상기 신호 생성 회로가, 상기 구형파 신호의 크기를 검출하는 전류 검출 회로와, 상기 신호 주파수를 나타내는 클록 신호와 상기 전류 검출 회로로부터의 검출 결과에 기초하여, 상기 구형파 신호의 진폭을 설정 전류로 유지하는 연산 증폭기를 포함하는 것이다.

본 발명에 의하면, 검출 전압의 경사가 직선적이 되기 때문에, 전기 전도율 계측용의 신호 주파수로서, 여자 주파수보다 높은 주파수, 예컨대 여자 주파수의 100배 이상 높은 주파수를 이용해도, 검출 전압의 진폭을 안정되게 검출할 수 있다. 따라서, 전기 전도율용의 인가 신호가 유량 계측용의 인가 신호에 대해 간섭해도, 여자 주파수<<신호 주파수이기 때문에 로우 패스 필터로 신호 주파수를 용이하게 제거하는 것이 가능해진다.

이에 의해, 상기와 같은 간섭을 저감하기 위해서, 유량 계측용의 전극과 전기 전도율용의 전극과의 거리를 크게 할 필요는 없다. 이 때문에, 측정관의 길이를 연장하거나, 서로의 전극 사이에 어스 링을 배치하거나 할 필요가 없어, 결과로서, 전자 유량계를 대형화하지 않고, 유체의 유량과 전기 전도율을 정밀도 좋게 계측하는 것이 가능해진다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 회로 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 상면도이다.
도 3은 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 단면 측면도이다.
도 4는 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 조립도이다.
도 5는 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 주요부 측면도이다.
도 6은 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 주요부 상면도이다.
도 7은 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 동작을 도시한 신호 파형도이다.
도 8은 구형파 전류원의 구성예이다.
도 9는 제1 실시형태에 따른 전극측의 등가 회로이다.
도 10은 구형파 정전압 신호를 이용한 전자 유량계의 동작을 도시한 신호 파형도이다.
도 11은 진폭 데이터와 전기 전도율의 대응 관계를 도시한 특성도이다.
도 12는 제2 실시형태에 따른 전자 유량계의 주요부 측면도이다.
도 13은 제2 실시형태에 따른 전자 유량계의 주요부 상면도이다.
도 14는 종래의 공검지를 도시한 회로도이다.
도 15는 종래의 다른 공검지를 도시한 회로도이다.

다음으로, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

[제1 실시형태]

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 전자 유량계(10)에 대해 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 회로 구성을 도시한 블록도이다.

이하에서는, 유량 계측용의 한 쌍의 전극(Ta, Tb)이 측정관 내를 흐르는 유체와 직접 접액하지 않는 용량식 전자 유량계를 예로서 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 유체와 직접 접액하는 접액식의 전자 유량계여도, 본 발명을 동일하게 적용할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전자 유량계(10)는, 주된 회로부로서, 전기 전도율 검출 회로(11), 유량 검출 회로(12), 연산 처리 회로(CPU)(13), 설정·표시 회로(14), 및 전송 회로(15)를 구비하고 있다.

전기 전도율 검출 회로(11)는, 미리 설정된 신호 주파수(fs)에서 일정 진폭(Is)을 갖는 교류의 구형파 전류를 구형파 신호로서, 전기 전도율 계측용의 전극(T1, T2)에 인가하고, T1, T2 사이에 발생한 검출 전압(Vt)을 샘플링하여 진폭을 나타내는 진폭 데이터(DA)를 출력하는 기능을 갖고 있다.

유량 검출 회로(12)는, 미리 설정된 여자 주파수를 갖는 교류의 여자 전류(Iex)를 여자 코일(3A, 3B)에 공급하고, 여자 코일(3A, 3B)에서 발생한 자속에 따라 유량 계측용의 전극(Ta, Tb) 사이에 발생한 기전력(Va, Vb)을 검출하며, Va, Vb로부터 얻어진 유량 신호(VF)를 나타내는 유량 데이터(DF)를 출력하는 기능을 갖고 있다.

연산 처리 회로(13)는, 전기 전도율 검출 회로(11)로부터의 진폭 데이터(DA)에 기초하여, 유체의 전기 전도율을 산출하는 기능과, 얻어진 전기 전도율에 기초하여 측정관(2) 내의 유체에 관한 빈 상태를 판정하는 기능과, 유량 검출 회로(12)로부터의 유량 데이터(DF)에 기초하여, 유체의 유량을 산출하는 기능을 갖고 있다.

설정·표시 회로(14)는, 조작용 버튼이나 LED·LCD 등의 표시 장치를 구비하고, 작업자의 설정 조작 입력을 검출하여 연산 처리 회로(13)에 출력하는 기능과, 연산 처리 회로(13)로부터의 각종 데이터를 표시하는 기능을 구비하고 있다.

전송 회로(15)는, 전송로(LT)를 통해 컨트롤러 등의 상위 장치(도시하지 않음)와의 사이에서 데이터 전송을 행하는 기능과, 연산 처리 회로(13)에서 얻어진 전기 전도율이나 빈 상태 판정 결과를, 상위 장치에 송신하는 기능을 구비하고 있다.

[전기 전도율 검출 회로]

다음으로, 도 1을 참조하여, 본 실시형태에 따른 전기 전도율 검출 회로(11)의 구성에 대해 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전기 전도율 검출 회로(11)는, 주된 회로부로서, 클록 생성 회로(11A), 신호 생성 회로(11B), 버퍼 증폭기(11C), 샘플 홀드 회로(11D), 및 A/D 변환 회로(11E)를 구비하고 있다.

클록 생성 회로(11A)는, 연산 처리 회로(13)로부터의 클록 신호(CLK0)에 기초하여, 구형파 신호(SG) 생성용의 클록 신호(CLKs)와, 샘플링 제어용의 클록 신호(CLKh, CLKl)를 생성하는 기능을 갖고 있다.

신호 생성 회로(11B)는, 미리 설정된 신호 주파수(fs)에서 일정 진폭[설정 전류(Is)]을 갖는 교류의 구형파 전류를, 구형파 신호(SG) 즉 구형파 정전류 신호로서 생성하는 기능을 갖고 있다. 구체적으로는, 신호 생성 회로(11B)는, 전체로서 온 오프 동작하는 구형파 전류원(IG)으로 이루어지고, CLKs에 기초하여, 진폭이 설정 전류(Is)에서 CLKs와 동일한 신호 주파수(fs)를 갖는 구형파 신호(SG)를 생성하는 기능을 갖고 있다.

버퍼 증폭기(11C)는, 예컨대 연산 증폭기나 버퍼 회로로 이루어지고, 전극(T1, T2)으로부터 검출한 검출 전압(Vt)을 안정화하여, 출력 전압(Vt')으로서 출력하는 기능을 갖고 있다.

샘플 홀드 회로(11D)는, 클록 생성 회로(11A)로부터의 클록 신호(CLKh, CLKl)에 기초하여, 버퍼 증폭기(11C)로부터의 출력 전압(Vt')을 샘플 홀드하고, 얻어진 검출 전압(VH, VL)을 A/D 변환 회로(11E)에 출력하는 기능을 갖고 있다.

A/D 변환 회로(11E)는, 샘플 홀드 회로(11D)로부터의 VH, VL의 차분 전압, 즉 Vt의 진폭 전압을 A/D 변환하고, 얻어진 진폭 데이터(DA)를 연산 처리 회로(13)에 출력하는 기능을 갖고 있다.

본 실시형태에서는, 전기 전도율 계측용의 전극(T2)으로서, 측정관(2) 내를 흐르는 유체와 직접 접액하지 않는 비접액 전극을 이용하는 경우를 예로서 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, T2로서 접액 전극을 이용해도 좋다.

[유량 검출 회로]

다음으로, 도 1을 참조하여, 본 실시형태에 따른 유량 검출 회로(12)의 구성에 대해 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유량 검출 회로(12)는, 주된 회로부로서, 여자 회로(12A), 신호 증폭 회로(12B), 및 신호 검출 회로(12C)를 구비하고 있다.

여자 회로(12A)는, 미리 설정되어 있는 여자 주기에 기초하여, 여자 전류(Iex)의 극성을 전환하기 위한 여자 제어 신호(Vex)를 출력하는 기능을 갖고 있다. 구체적으로는, 여자 회로(12A)는, 연산 처리 회로(13)의 여자 제어부(13C)로부터의 여자 제어 신호(Vex)에 기초하여, 교류의 여자 전류(Iex)를 여자 코일(3A, 3B)에 공급한다.

신호 증폭 회로(12B)는, 전극(Ta, Tb)에서 검출된 기전력(Va, Vb)에 포함되는 노이즈 성분을, 로우 패스 필터 및 하이 패스 필터로 필터링한 후, 증폭하여 얻어진 교류의 유량 신호(VF)를 출력하는 기능을 갖고 있다.

신호 검출 회로(12C)는, 신호 증폭 회로(12B)로부터의 유량 신호(VF)를 샘플 홀드하고, 얻어진 직류 전압을 유량 데이터(DF)로 A/D 변환하여, 연산 처리 회로(13)에 출력하는 기능을 갖고 있다.

[연산 처리 회로]

다음으로, 도 1을 참조하여, 본 실시형태에 따른 연산 처리 회로(13)의 구성에 대해 상세히 설명한다.

연산 처리 회로(13)는, CPU와 그 주변 회로를 구비하고, 미리 설정되어 있는 프로그램을 CPU로 실행하여, 하드웨어와 소프트웨어를 협동시킴으로써, 유량 계측에 관한 처리를 실행하는 각종의 처리부를 실현하는 기능을 갖고 있다.

연산 처리 회로(13)에서 실현되는 주된 처리부로서, 전기 전도율 산출부(13A), 빈 상태 판정부(13B), 여자 제어부(13C), 및 유량 산출부(13D)가 있다.

전기 전도율 산출부(13A)는, 전기 전도율 검출 회로(11)로부터의 진폭 데이터(DA)에 기초하여, 유체의 전기 전도율을 산출하는 기능을 갖고 있다. 구체적으로는, 미리 설정되어 있는 전기 전도율 산출식을 이용하여, 진폭 데이터(DA)에 대응하는 전기 전도율을 계산해도 좋으나, 진폭 데이터(DA)와 전기 전도율의 대응 관계를 미리 계측하고, 얻어진 특성을 룩업 테이블로서 미리 설정해 두며, 전기 전도율 검출 회로(11)로부터의 진폭 데이터(DA)에 기초하여 룩업 테이블을 참조함으로써, 유체에 관한 전기 전도율을 도출해도 좋다.

빈 상태 판정부(13B)는, 전기 전도율 산출부(13A)에서 산출된 유체의 전기 전도율에 기초하여, 측정관(2) 내에 있어서의 유체의 존재 유무를 판정하는 기능을 갖고 있다.

통상, 유체의 전기 전도율은, 공기의 전기 전도율보다 크다. 이 때문에, 빈 상태 판정부(13B)는, 전기 전도율 산출부(13A)에서 산출된 유체의 전기 전도율을, 임계값 처리함으로써, 유체의 존재 유무를 판정하고 있다.

여자 제어부(13C)는, 미리 설정되어 있는 여자 주기에 기초하여, 여자 전류(Iex)의 극성을 전환하기 위한 여자 제어 신호(Vex)를 출력하는 기능을 갖고 있다.

유량 산출부(13D)는, 유량 검출 회로(12)로부터의 유량 데이터(DF)에 기초하여 유체의 유량을 산출하는 기능과, 유량 계측 결과를 설정·표시 회로(14)나 전송 회로(15)에 출력하는 기능을 갖고 있다.

[전자 유량계의 구조]

다음으로, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 전자 유량계(10)의 구조의 구성에 대해 상세히 설명한다. 도 2는 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 상면도이다. 도 3은 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 단면 측면도이다. 도 4는 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 조립도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 측정관(2)은, 원통 형상을 이루는 세라믹이나 수지 등의 절연성 및 유전성이 우수한 재료로 이루어지고, 측정관(2)의 외측에는, 측정관(2)의 길이 방향(제1 방향)(X)에 대해 자속 방향(제2 방향)(Y)이 직교하도록, 대략 C자 형상의 요크[예컨대, 도 4의 요크(4)와 동일 형상]와, 한 쌍의 여자 코일(3A, 3B)이 측정관(2)을 사이에 두고 대향 배치되어 있다. 한편, 이하에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 대향하는 요크 단부면만, 즉 요크면(4A, 4B)만을 도시한다.

한편, 측정관(2)의 외주면(2P)에는, 길이 방향(X) 및 자속 방향(제2 방향)(Y)과 직교하는 전극 방향(제3 방향)(Z)으로, 유량 계측용의 전극(Ta, Tb)이 대향 배치되어 있다. Ta, Tb는 박막 도체로 이루어지는 한 쌍의 면전극에 의해 형성되어 있다.

이에 의해, 교류의 여자 전류(Iex)를 여자 코일(3A, 3B)에 공급하면, 여자 코일(3A, 3B)의 중앙에 위치하는 요크면(4A, 4B) 사이에 자속이 발생하고, 측정관(2) 내를 흐르는 유체에, 전극 방향(Z)을 따라 유체의 유속에 따른 진폭을 갖는 교류의 기전력이 발생하며, 이 기전력이, 유체와 전극(Ta, Tb) 사이의 정전 용량을 통해 전극(Ta, Tb)에서 검출된다.

케이스(8)는, 상방에 개구부(8B)를 갖고, 내부에 측정관(2)을 수납하는 바닥이 있는 상자형의 수지, 또는 금속 케이스로 구성되어 있다. 케이스(8)의 내벽부 중 길이 방향(X)과 평행한 한 쌍의 내벽부(8A)에는, 서로 대항하는 위치에 가이드부(81A, 81B)와, 서로 대항하는 위치에 가이드부(83A, 83B)가 형성되어 있다.

가이드부(81A, 81B)는, 전극 방향(Z)과 평행하게 형성된 2개의 돌출부로 이루어지고, 이들 돌출부 사이의 감합부(82A, 82B)가, 개구부(8B)로부터 삽입된 프린트 기판(5)의 측단부(5I, 5J)와 감합된다. 가이드부(83A, 83B)는, 전극 방향(Z)과 평행하게 형성된 2개의 돌출부로 이루어지고, 이들 돌출부 사이의 감합부(84A, 84B)가, 개구부(8B)로부터 삽입된 프린트 기판(6)의 측단부(6I, 6J)와 감합된다.

한편, 가이드부(81A, 81B, 83A, 83B)의 돌출부는, 전극 방향(Z)으로 연속해서 형성되어 있을 필요는 없고, 측단부(5I, 5J, 6I, 6J)가 원활하게 삽입되는 간격으로, 복수로 분리하여 형성해도 좋다. 또한, 가이드부(81A, 81B, 83A, 83B)는, 돌출부가 아니라, 내벽부(8A)에 형성되고, 측단부(5I, 5J, 6I, 6J)가 삽입되는 홈이어도 좋다.

케이스(8)의 측면 중 자속 방향(Y)과 평행한 한 쌍의 측면(8C)에는, 전자 유량계(10)의 외부에 설치되는 배관(도시하지 않음)과 측정관(2)을 연결 가능한, 금속 재료(예컨대, SUS)로 구성된 관형의 조인트(1A, 1B)가 배치되어 있다. 이때, 측정관(2)은, 길이 방향(X)을 따라 케이스(8)의 내부에 수납되고, 측정관(2)의 양단부에는, 한 쌍의 O링(87)을 사이에 두고 조인트(1A)와 조인트(1B)가 각각 연결된다.

여기서, 조인트(1A, 1B) 중 적어도 한쪽은, 전극(T1)(공통 전극)으로서 기능한다. 예컨대, 조인트(1A)는, 공통 전위[접지 전압(GND)]에 접속됨으로써, 외부의 배관과 측정관(2)을 연결할 뿐만이 아니라, 전극(T1)으로서도 기능한다.

이와 같이, 전극(T1)을 금속으로 이루어지는 조인트(1A)에 의해 실현함으로써, T1의 유체와 접촉하는 면적이 넓어진다. 이에 의해, T1에 이물의 부착이나 부식이 발생한 경우라도, 이물의 부착이나 부식이 발생한 부분의 면적이 T1의 전체 면적에 대해 상대적으로 작아지기 때문에, 분극 용량의 변화에 의한 측정 오차를 억제하는 것이 가능해진다.

케이스(8) 중 내벽부(8A)의 양측의 측면(8E)과 케이스(8)의 바닥부(8D)의 외측면에는, 단면 コ자 형상의 금속판으로 이루어지는 실드(9)가 부착되어 있다. 이에 의해, 전자 유량계(10)로부터 외부에 방사되는 노이즈를 저감할 수 있다.

[프린트 기판]

프린트 기판(5)은, 전자 부품을 실장하기 위한 일반적인 프린트 기판(예컨대, 판 두께 1.6 ㎜의 유리포 기재 에폭시 수지 동장 적층판)이며, 도 4에 도시된 바와 같이, 프린트 기판(5)의 거의 중앙 위치에, 측정관(2)을 관통시키기 위한 관 구멍(5H)이 형성되어 있다. 따라서, 프린트 기판(5)은 측정관(2)과 교차하는 방향을 따라 부착되게 된다. 이 관 구멍(5H)의 크기는, 측정관(2)의 외주부의 크기와 동일하거나 혹은 약간 작게 설정되어 있다. 측정관(2)이 관 구멍(5H)에 압입되어 프린트 기판(5)에 걸린다.

한편, 측정관(2)의 외주면(2P)과 관 구멍(5H)의 단부를 접착제로 고정해도 좋다. 도 4의 예에서는, 관 구멍(5H)은, 프린트 기판(5)의 측단부를 향해 개구되어 있지 않으나, 관 구멍(5H)의 둘레부의 일부가 절결되어, 프린트 기판(5)의 측단부를 향해 직접 개구되어, 절결을 형성하고 있어도 좋고, 혹은 슬릿을 통해 간접적으로 개구되어 있어도 좋다. 이 경우, 프린트 기판(5)에 형성된 절결이, 측정관(2)이 압입되는 관 구멍(5H)을 형성하게 된다.

따라서, 측정관(2)을 케이스(8) 내에 조립하는 경우, 먼저, 여자 코일(3A, 3B)이 장착된 요크(4)를 케이스(8)의 바닥부(8D)에 나사 고정한 상태에서, 관 구멍(5H)에 측정관(2)이 압입된 프린트 기판(5)을, 측단부(5I, 5J)가 케이스(8)의 가이드부(81A, 81B)의 감합부(82A, 82B)와 감합되도록, 케이스(8)의 개구부(8B)로부터 케이스(8)의 내부에 삽입한다. 이후, 측정관(2)의 양단에 케이스(8)의 외측으로부터 한 쌍의 O링(87)을 사이에 두고 조인트(1A, 1B)를 연결하고, 조인트(1A, 1B)를 케이스(8)에 나사 고정한다.

이에 의해, 관 구멍(5H)에 측정관(2)이 압입된 상태에서, 프린트 기판(5)이 케이스(8)의 내부에 부착되고, 결과로서, 이 프린트 기판(5)을 통해 측정관(2)이 케이스(8)의 내부에 부착되게 된다. 이때, 가이드부(81A, 81B)로 프린트 기판(5)을 고정할 필요는 없고, 반대로 약간 여유가 있는 편이 조인트(1A, 1B)에 의한 나사 고정 시에, 측정관(2) 혹은 프린트 기판(5)에 기계적 스트레스가 가해지지 않는다.

프린트 기판(6)은, 프린트 기판(5)과 마찬가지로, 전자 부품을 실장하기 위한 일반적인 프린트 기판(예컨대, 판 두께 1.6 ㎜의 유리포 기재 에폭시 수지 동장 적층판)이며, 프린트 기판(6)의 거의 중앙 위치에, 측정관(2)을 관통시키기 위한 관 구멍(6H)이 형성되어 있다. 따라서, 프린트 기판(6)은 측정관(2)과 교차하는 방향을 따라 부착되어 있게 된다. 이 관 구멍(6H)의 크기는, 측정관(2)의 외주부의 크기와 동일하거나 혹은 약간 작게 설정되어 있다.

또한, 도 4의 예에서는, 관 구멍(6H)은, 프린트 기판(6)의 측단부를 향해 개구되어 있지 않으나, 관 구멍(6H)의 둘레부의 일부가 절결되어, 프린트 기판(6)의 측단부를 향해 직접 개구되어, 절결을 형성하고 있어도 좋고, 혹은 슬릿을 통해 간접적으로 개구되어 있어도 좋다. 이 경우, 프린트 기판(6)에 형성된 절결이, 측정관(2)이 압입되는 관 구멍(6H)을 형성하게 된다. 또한, 프린트 기판(5)과 마찬가지로, 관 구멍(6H)의 구멍 벽면에 볼록부를 구비하고, 이 볼록부가 외주면(2P)과 접촉하도록 해도 좋다.

전극(Ta, Tb)은, 측정관(2)의 외주면(2P)에 형성된 관측 배선 패턴(2A, 2B)과 점퍼선(도시하지 않음)을 통해 프린트 기판(5)에 접속되어 있다. 프린트 기판(5)은, 접속 배선(도시하지 않음)을 통해, 예컨대 케이스(8)의 상측에 부착되는 상측 케이스 내의 메인 기판(모두 도시하지 않음)의 유량 검출 회로(12)에 접속되어 있다.

전극(Ta, Tb)은, 관측 배선 패턴(2A, 2B)이나 점퍼선과 함께, 공통 전위[접지 전압(GND)]에 접속된 금속판으로 이루어지는 실드 케이스(7)로 전기적으로 실드되어 있다. 실드 케이스(7)는, 길이 방향(X)을 따라 연장되는 대략 직사각형 형상을 이루고, 측정관(2)이 내측을 관통하기 위한 개구부가, 여자 코일(3A, 3B)의 자속 영역으로부터 상류 방향과 하류 방향에 형성되어 있다. 이에 의해, 임피던스가 높은 회로 부분 전체가 실드 케이스(7)로 실드됨으로써, 외부 노이즈의 영향이 억제된다.

한편, 프린트 기판(5)에, Ta, Tb에서 얻어진 기전력(Va, Vb)을 저임피던스화하기 위한 전치 증폭기를 실장해도 좋고, 전치 증폭기도 실드 케이스(7)로 실드해도 좋다. 이때, 프린트 기판(5) 중 전치 증폭기의 실장면과는 반대측의 땜납면에, 접지 전위에 접속된 접지 패턴(솔리드 패턴)으로 이루어지는 실드 패턴을 형성해도 좋다. 이에 의해, 실드 케이스(7)를 구성하는 평면 중, 프린트 기판(5)과 접촉하는 평면은 모두 개구되어 있어도 좋고, 실드 케이스(7)의 구조를 간소화할 수 있다.

또한, 전극(Ta, Tb)이나 관측 배선 패턴(2A, 2B), 나아가서는 전극(T2)은, 구리 등의 비자성 금속 박막으로 이루어지고, 측정관(2)의 외주면(2P)에 메탈라이즈 처리에 의해 일체로 형성되기 때문에, 제조 공정을 간소화할 수 있고, 제품 비용의 저감으로도 이어진다. 한편, 전술한 메탈라이즈 처리는, 도금 처리나, 증착 처리 등이어도 좋고, 나아가서는, 미리 성형해 둔 비자성 금속 박막체를 부착해도 좋다.

[전기 전도율용 전극]

다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 실시형태에 따른 전기 전도율용의 전극(T1, T2)에 대해 설명한다. 도 5는 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 주요부 측면도이다. 도 6은 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 주요부 상면도이다.

조인트(1A, 1B) 중 적어도 한쪽은, 전극(제1 전극)(T1)으로서 기능한다. 예컨대, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 조인트(1A)는, 공통 전위[접지 전압(GND)]에 접속됨으로써, 외부의 배관과 측정관(2)을 연결할 뿐만이 아니라, 전극(T1)으로서도 기능한다. T1은, 점퍼선(J1)을 통해 프린트 기판(6)에 형성된 패드(전극 접속 단자)(P1)에 접속되어 있다. J1은 P1 및 T1의 외표면에 납땜된다.

한편, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 측정관(2)의 외주면(2P) 중, 프린트 기판(6)을 사이에 두고 조인트(1A)로 이루어지는 전극(T1)과 반대측이며 전극(Ta, Tb)과의 사이에, 측정관(2)의 전체 둘레에 걸쳐 박막 도체로 이루어지는 전극(제2 전극)(T2)이, 비접액 전극으로서 패턴 형성되어 있다. T2 중 프린트 기판(6)측의 측단부에는, 패드(P3)가 프린트 기판(6)을 향해 돌출되어 패턴 형성되어 있다. T2는, P3으로부터 점퍼선(J2)을 통해 프린트 기판(6)에 형성된 패드(전극 접속 단자)(P2)에 접속되어 있다. J2는 P2 및 P3에 납땜된다.

이에 의해, 프린트 기판(6)과 전극(T1, T2)을 접속하는 J1, J2의 길이를 매우 짧게 할 수 있고, J1, J2의 임피던스를 매우 낮게 억제할 수 있다.

또한, 프린트 기판(6)은, 접속 배선(도시하지 않음)을 통해, 예컨대 케이스(8)의 상측에 부착되는 상측 케이스 내의 메인 기판(모두 도시하지 않음)의 전기 전도율 검출 회로(11)에 접속되어 있다. 따라서, 프린트 기판(6)에 신호 생성 회로(11B) 또는 버퍼 증폭기(11C)를 실장하면, 접속 배선의 임피던스도 낮게 억제할 수 있다. 이 때문에, 전기 전도율의 계측에 있어서, T1, T2를 접속하기 위한 전극 배선에 관한 임피던스를 무시할 수 있다.

[제1 실시형태의 동작]

다음으로, 도 7을 참조하여, 본 실시형태에 따른 전자 유량계(10)의 동작에 대해 설명한다. 도 7은 제1 실시형태에 따른 전자 유량계의 동작을 도시한 신호 파형도이다.

여기서는, 전극(T2)이 비접액 전극이고, 구형파 신호(SG)가 구형파 정전압 신호인 경우를 예로서 설명한다.

클록 생성 회로(11A)는, 연산 처리 회로(13)로부터의 클록 신호(CLK0)에 기초하여, 구형파 신호(SG) 생성용의 클록 신호(CLKs)와, 샘플링 제어용의 클록 신호(CLKh, CLKl)를 생성한다. 여기서는, CLKs의 주파수, 즉 구형파 신호(SG)의 신호 주파수(fs)가 150 ㎑인 경우가 나타나 있다.

신호 생성 회로(11B)는, CLKs에 기초하여 구형파 전류원(IG)을 온 오프 제어한다. 이에 의해, 도 7에 도시된 바와 같이, 신호 주파수(fs)의 반주기마다 인가 전류(Ig)가, 미리 설정되어 있는 설정 전류(Is)와 제로 사이에서 전환되어, 전극(T2)에 인가되게 된다. 따라서, 신호 생성 회로(11B)로부터 공급된 인가 전류(Ig)에 의해, 전극(T1, T2) 사이에 있어서의 유체의 유체 저항으로 발생한 전압이 전극(T1, T2) 사이의 전압, 즉 검출 전압(Vt)이 된다.

샘플 홀드 회로(11D)는, 클록 생성 회로(11A)로부터의 CLKh에 기초하여, 버퍼 증폭기(11C)에서 Vt가 안정화(임피던스 변환)되어 얻어진 출력 전압(Vt') 중, Is가 공급되고 있는 하이 레벨 기간(TH)(SG의 반주기)에 있어서의 검출 전압(VH)을 샘플링한다. 또한, 샘플 홀드 회로(11D)는, 클록 생성 회로(11A)로부터의 CLKl에 기초하여, Vt' 중, 제로가 공급되고 있는 로우 레벨 기간(TL)(SG의 반주기)에 있어서의 검출 전압(VL)을 샘플링한다.

A/D 변환 회로(11E)는, 샘플 홀드 회로(11D)에서 얻어진 VH와 VL의 차분 전압(ΔVt)을 진폭 데이터(DA)로 A/D 변환하여 출력한다.

일반적으로는, 교류의 검출 전압(Vt)을 전파(全波) 정류하는 방법, 예컨대 TL에 있어서의 검출 전압(Vt)을 Vt의 중간 레벨에서 되접어 TH의 Vt와 가산하는 방법이 고려된다. 그러나, 이러한 방법에서는, TL과 TH의 Vt가 동일하지 않으면, 전파 정류해도 맥류가 남아, 안정된 직류 전압이 되지 않기 때문에, 계측 오차의 원인이 된다.

본 실시형태에 의하면, 교류의 검출 전압(Vt)을 전파 정류하지 않고, TL과 TH에서 각각 별개로 샘플링하고, 얻어진 VH, VL의 차분 전압을 진폭 데이터(DA)로서 취득하고 있다. 이 때문에, 유체의 유속 변화 등에 의해 Vt에 흔들림이 포함되어 있는 것과 같은 경우나, 외부로부터 유체를 통해 공통 모드 노이즈가 Vt에 혼입되어 있는 것과 같은 경우에도, 진폭 데이터(DA)에의 영향을 회피할 수 있고, 전기 전도율의 안정된 계측을 실현할 수 있다.

전기 전도율 산출부(13A)는, A/D 변환 회로(11E)로부터의 DA에 기초하여, 유체의 전기 전도율을 산출한다.

또한, 빈 상태 판정부(13B)는, 전기 전도율 산출부(13A)에서 얻어진 전기 전도율을 임계값 전도율과 비교함으로써, 측정관(2) 내가 빈 상태인지 아닌지 판정한다.

도 8은 구형파 전류원의 구성예이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 구형파 전류원(IG)은, 스위치(SWi), 연산 증폭기(Ug), 및 전류 검출 회로(DET)를 구비하고 있다. SWi는, CLKs에 기초하여 Vs와 GND를 전환 출력하는 아날로그 스위치이다. DET는, IG로부터 출력되는 인가 전류(Ig)의 전류값을 검출하는 회로이다. Ug는, DET로부터의 전류 검출 출력에 기초하여 Ig의 전류값을 설정 전류(Is)로 유지 제어하고, SWi의 출력에 기초하여 Ig의 출력을 온 오프 제어하는 기능을 갖고 있다.

도 9는 제1 실시형태에 따른 전극측의 등가 회로이다. 전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 구형파 신호(SG)로서 구형파 정전류 신호를 이용하고 있다. 이 때문에, 도 9에 도시된 바와 같이, 프린트 기판(6)으로부터 본 전극측의 등가 회로는, 신호 생성 회로(11B)의 구형파 전류원(IG)에 대해, 전극(T1, T2) 사이의 임피던스를 나타내는 측의 등가 회로(Zt)가 접속된 형식이 된다.

이때, Zt에 있어서, 전극(T1, T2)과 유체의 접액 시에 전극-유체 사이에 분극 용량(Cp) 및 분극 저항(Rp)이 발생하고, T2가 비접액 전극이기 때문에, 유체와 전극(T2) 사이에 전극 용량(Ct)이 발생한다. 따라서, 전극(T1, T2) 사이의 유체에 관한 유체 저항을 Rl이라고 하면, Zt는, 분극 용량(Cp) 및 분극 저항(Rp)의 병렬 회로와, 유체 저항(Rl)과, 전극 용량(Ct)이 직렬 접속된 등가 회로로 나타난다. 여기서, 구형파 신호(SG)의 신호 주파수를 fs=150 ㎑로 한 경우, Cp의 임피던스는 비교적 작으나, Ct의 임피던스가 어느 정도 커지기 때문에, Ct의 양단 전압(Vct) 나아가서는 Vt가 과도적으로 변화하게 된다.

도 10은 구형파 정전압 신호를 이용한 전자 유량계의 동작을 도시한 신호 파형도이다. 도 7과 동일하게 하여 fs=150 ㎑로 한 경우, Cp의 임피던스는 비교적 작으나, Ct의 임피던스가 어느 정도 커진다. 이 때문에, 일정 진폭[기준 전압(Vs)]을 갖는 교류의 구형파 전압을, 구형파 신호(SG) 즉 구형파 정전압 신호로서 이용한 경우, Vct나 Vrl, 나아가서는 Vt가 각각의 시정수로 지수 함수적으로 변화하게 되어, VH, VL을 안정되게 검출할 수 없게 된다.

이와 같이, Vt의 파형이 변형된 경우, 진폭 데이터(DA)의 검출 시에 오차가 포함되기 쉬워지고, 결과로서 전기 전도율에 관한 측정 정밀도의 저하의 요인이 된다. 이 때문에, fs로서, Cp, Ct의 임피던스를 무시할 수 있을 정도의 높은 주파수를 이용할 필요가 있다. 한편, fs를 높게 하면, 전극 배선의 선간 용량(Cw)에 의한 영향이 커져 전극 배선에서 신호 누설이 발생하여, Vt의 파형이 변형되는 원인이 된다.

이에 대해, 본 실시형태에서는, 구형파 신호(SG)로서 구형파 정전류 신호를 이용하고 있기 때문에, fs=150 ㎑로 한 경우에도, Vct 및 Vt의 경사가 직선적이 되어, VH, VL을 안정되게 검출할 수 있다.

인가 전류(Ig)가 설정 전류(Is)인 하이 레벨 기간(TH)에 검출된 검출 전압(Vt)을 VH로 하고, 그때의 Vrl 및 Vct를 VrlH 및 VctH라고 하면, VH=VrlH+VctH가 된다. 또한, Ig=0인 로우 레벨 기간(TL)에 검출된 검출 전압(Vt)을 VL로 하고, 그때의 Vrl 및 Vct를 VrlL 및 VctL이라고 하면, VL=VrlL+VctL이 된다.

이때, 검출한 VH, VL에는, Vct가 포함되지만, CLKh 및 CLKl이 TH, TL(SG의 반주기)의 중앙 위치를 나타내고 있기 때문에, 샘플링된 VH와 VL에 포함되는 VctH와 VctL은 동일해진다. 이에 의해, VH와 VL의 차분 전압(ΔVt)을 채용함으로써 VctH와 VctL이 상쇄되어, Vct를 포함하지 않는 진폭 데이터(DA)를 얻을 수 있다.

즉, ΔVt=VH-VL=VrlH-VrlL이 된다. 이에 의해, Ig가 일정하기 때문에, Rl은 다음의 식 (1)로 구해진다.

[식 (1)]

식 (1)에 있어서, Ig는 기지이고, 차분 전압(VH-VL)은, 샘플 홀드 회로(11D)에서 검출되고 A/D 변환 회로(11E)에서 진폭 데이터(DA)로 변환되어 연산 처리 회로(13)에 입력된다. 따라서, 전기 전도율 산출부(13A)는, 이들 데이터에 기초하여 Rl을 용이하게 산출할 수 있다.

도 11은 진폭 데이터와 전기 전도율의 대응 관계를 도시한 특성도이고, 종축이 진폭 데이터(DA)를 나타내고, 횡축이 전기 전도율을 나타내고 있다. 전기 전도율이 기지의 표준 유체를 복수 종 이용하여 캘리브레이션 작업을 행함으로써, 도 11에 도시된 바와 같은 진폭 데이터(DA)와 전기 전도율의 대응 관계를 미리 계측하고, 얻어진 특성을 룩업 테이블로서, 예컨대 반도체 메모리(도시하지 않음)에 설정해 두며, 전기 전도율 검출 회로(11)로부터의 진폭 데이터(DA)에 기초하여, 전기 전도율 산출부(13A)가, 룩업 테이블을 참조하여, 측정관(2) 내의 유체에 관한 전기 전도율을 도출해도 좋다.

[제1 실시형태의 효과]

이와 같이, 본 실시형태는, 신호 생성 회로(11B)가, 미리 설정된 신호 주파수(fs)에서 일정 진폭을 갖는 교류의 구형파 전류를 구형파 신호(SG)로서 생성하고, 측정관(2)에 부착되어 있는 전극(T1, T2)에 인가하며, 전기 전도율 검출 회로(11)가, 이들 T1, T2로부터 검출한 검출 전압(Vt)을 샘플링함으로써 검출 전압(Vt)의 진폭을 검출하도록 한 것이다.

일반적으로는, 유량 계측용의 여자 주파수(fex)로서는, 수십 ㎐∼수백 ㎐ 정도의 주파수가 이용된다. 특히, 유량 계측용의 전극(Ta, Tb)으로서 비접액의 면전극을 이용하는 경우, Ta, Tb와 유체 사이에 발생하는 용량 성분을 가능한 한 작게 하기 위해서, 접액 전극을 이용한 경우보다 조금 높은 여자 주파수(fex)가 이용되는 경향이 있다.

본 실시형태에 의하면, Vt의 경사가 직선적이 되기 때문에, 전기 전도율 계측용의 신호 주파수(fs)로서, fex보다 높은 주파수, 예컨대 fex의 100배 이상 높은, 수 ㎑∼수십 ㎑ 정도의 주파수를 이용해도, 검출 전압(Vt)의 진폭을 안정되게 검출할 수 있다.

따라서, 전기 전도율용의 인가 신호가 유량 계측용의 인가 신호에 대해 간섭해도, fex<<fs이기 때문에, 신호 증폭 회로(12B)의 로우 패스 필터로, fs를 용이하게 제거하는 것이 가능해진다.

이에 의해, 상기와 같은 간섭을 저감하기 위해서, 유량 계측용의 전극(Ta, Tb)과 전기 전도율용의 전극(T1, T2)과의 거리를 크게 할 필요는 없다. 이 때문에, 측정관(2)의 길이를 연장하거나, 서로의 전극 사이에 어스 링을 배치하거나 할 필요가 없어, 결과로서, 전자 유량계(10)를 대형화하지 않고, 유체의 유량과 전기 전도율을 정밀도 좋게 계측하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 전술한 바와 같이, 검출 전압(Vt)의 경사가 직선적이 되어 검출 전압(Vt)의 진폭을 안정되게 검출할 수 있기 때문에, fs로서 T1, T2를 접속하는 전극 배선의 선간 용량에 의한 영향을 억제할 수 있을 정도의 주파수를 이용할 수 있고, 높은 정밀도로 전기 전도율을 계측하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 있어서, T1로서 유체와 접액하는 접액 전극을 이용하고, T2로서 측정관(2)의 외주부에 형성되고, 유체와 접액하고 있지 않는 비접액 전극을 이용해도 좋다.

이에 의해, 전극면에의 오물 부착이나 전극의 부식에 기인하는 계측 오차의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 백금흑과 같은 고가의 접액 전극을 이용할 필요가 없어, 대폭적인 비용 절감을 도모할 수 있다. 또한, 비접액 전극을 이용한 경우, 전극과 유체 사이에 전극 용량(Ct)이 발생하지만, 구형파 신호(SG)로서 구형파 정전류 신호를 이용하고 있기 때문에, 검출 전압(Vt)의 진폭을 안정되게 검출할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 전기 전도율 검출 회로(11)가, 구형파 신호(SG)의 반주기의 중앙 시간 위치에서, 검출 전압(Vt)을 샘플링하도록 해도 좋다.

이에 의해, T2로서 비접액 전극을 이용한 경우에도, 하이 레벨 기간(TH)에 샘플링한 VH에 포함되는 T2의 전극 용량(Ct)의 양단 전압(VctH)과, 로우 레벨 기간(TL)에 샘플링한 VL에 포함되는 Ct의 양단 전압(VctL)이 동일해진다. 따라서, VH와 VL의 차분 전압(ΔVt)을 채용함으로써 VctH와 VctL이 상쇄되어, Vct를 포함하지 않는 진폭 데이터(DA)를 얻을 수 있다. 이 때문에, 높은 정밀도로 전기 전도율을 계측하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 신호 생성 회로(11B)의 구형파 전류원(IG)을, 구형파 신호(SG)인 인가 전류(Ig)의 크기를 검출하는 전류 검출 회로(DET)와, 신호 주파수(fs)를 나타내는 클록 신호(CLKs)와 전류 검출 회로(DET)로부터의 검출 결과에 기초하여, Ig의 진폭을 설정 전류(Is)로 유지하는 연산 증폭기(Ug)에 의해 구성해도 좋다. 이에 의해, 비교적 간소한 구성으로, 정밀도가 높은 안정된 Ig를 생성할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 측정관(2)에 부착되어 있는 전극(T1, T2)의 근방 위치에 프린트 기판(6)을 배치하고, 구형파 신호(SG)를 생성하는 신호 생성 회로(11B), 및 전극(T1, T2)으로부터 검출한 검출 전압(Vt)을 안정화하여 출력하는 버퍼 증폭기(11C) 중, 적어도 어느 한쪽 또는 양쪽을, 프린트 기판(6)에 탑재하도록 해도 좋다.

이에 의해, 신호 생성 회로(11B)나 버퍼 증폭기(11C)와 전극(T1, T2)을 접속하는 전극 배선, 즉 점퍼선(J1, J2)의 길이를 대폭 단축할 수 있고, 전극 배선 사이의 선간 용량을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 비교적 높은 신호 주파수를 이용해도, 높은 정밀도로 전기 전도율을 계측하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 프린트 기판(5, 6)에 측정관(2)이 삽입되는 관 구멍(5H, 6H)을 형성하고, 관 구멍(5H, 6H)과 측정관(2)의 외주면(2P)이 접촉함으로써, 외주면(2P)에 부착되도록 해도 좋다.

이에 의해, 부착 나사 등의 고정 부재를 이용하지 않고 매우 간소한 구성으로, 프린트 기판(6)을 측정관(2)에 고정할 수 있다.

또한, 이러한 구성에 의해, 전극(T1)과 전극(T2) 사이에 측정관(2)의 길이 방향과 직교시켜 프린트 기판(6)을 배치할 수 있다. 이 때문에, 프린트 기판(6)으로부터 전극(T1, T2)까지의 전극 배선, 즉 점퍼선(J1, J2)을, 상이한 위치 및 방향에 배치·접속할 수 있고, 전극 배선 사이의 선간 용량을 매우 작게 할 수 있다. 또한, 전극(T1)인 조인트(1A)에 금속 배관이 접속된 경우, 유체에의 인가 전류가 금속 배관으로 돌아 들어가 계측 오차가 발생할 가능성이 있으나, 상기 구성에 의해, T1로부터 어느 정도의 거리를 갖고 T2를 용이하게 배치할 수 있다. 따라서, 금속 배관에 대한 인가 전류의 돌아 들어감을 억제할 수 있고, 정밀도 좋게 전기 전도율을 계측하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 프린트 기판(6)의 패턴면에, 전극(T1, T2)에의 전극 배선을 접속하기 위한 패드(전극 접속 단자)(P1, P2)와, 신호 생성 회로(11B) 및 버퍼 증폭기(11C) 중, 적어도 어느 한쪽 또는 양쪽과 패드(P1, P2)를 접속하기 위한 배선 패턴을 형성하도록 해도 좋다.

이에 의해, 커넥터를 이용하지 않고, 프린트 기판(6)에 실장되어 있는 신호 생성 회로(11B)나 버퍼 증폭기(11C)와, 전극(T1, T2)을 점퍼선(J1, J2)에 의해 매우 용이하게 접속할 수 있다.

[제2 실시형태]

다음으로, 도 12 및 도 13을 참조하여, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 전자 유량계(10)에 대해 설명한다. 도 12는 제2 실시형태에 따른 전자 유량계의 측면도이다. 도 13은 제2 실시형태에 따른 전자 유량계의 상면도이다.

제1 실시형태에서는, 전극(T2)으로서 유체에 접액하지 않는 비접액 전극을 이용한 경우를 예로서 설명하였다. 본 실시형태에서는, 전극(T2)으로서 유체에 접액하는 접액 전극을 이용하는 경우에 대해 설명한다.

도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 측정관(2)의 외주면(2P) 중, 프린트 기판(6)을 사이에 두고 조인트(1A)와 반대측에는, 측정관(2)의 벽부를 관통하여 측정관(2) 내로 돌출되도록, 금속 봉체(棒體)로 이루어지는 접액 전극, 즉 전극(T2)이 부착되어 있다. 측정관(2) 내로 돌출된 부분은, 측정관(2) 내의 유체와 접액하게 된다.

이때, T2는, 점퍼선(J2)을 통해 프린트 기판(6)에 형성된 패드(P2)에 접속되어 있다. J2는 P2 및 T2에 납땜된다.

[제2 실시형태의 동작]

다음으로, 본 실시형태에 따른 전자 유량계(10)의 동작에 대해 설명한다.

전극(T2)을 비접액 전극으로부터 접액 전극으로 변경한 경우, 비접액 전극의 경우에 있어서의 T2와 유체 사이의 전극 용량(Ct)이 없어진다. 이 때문에, 도 9에 도시된 등가 회로(Zt)는, 분극 용량(Cp) 및 분극 저항(Rp)의 병렬 회로와, 유체 저항(Rl)이 직렬 접속된 등가 회로로 나타난다. 본 실시형태에 따른 이 외의 전기 전도율 계측 동작에 대해서는, 제1 실시형태와 동일하며, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.

[제2 실시형태의 효과]

이와 같이, 본 실시형태는, 전극(T1, T2)이, 유체와 접액하는 접액 전극으로 이루어지는 것이다. 이에 의해, T2로서 비접액 전극을 이용한 경우에 특유의, 유체와 전극(T2) 사이에 발생하는 용량(Ct)에 의한 영향을 배제할 수 있고, 구형파 신호(SG)의 신호 주파수로서 비교적 낮은 주파수를 이용할 수 있다. 이 때문에, 전극 배선, 즉 점퍼선(J1, J2)의 선간 용량에 의한 영향을 매우 작게 할 수 있고, 매우 높은 정밀도로 전기 전도율을 계측하는 것이 가능해진다.

[실시형태의 확장]

이상, 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 구성이나 상세에는, 본 발명의 스코프 내에서 당업자가 이해할 수 있는 여러 가지 변경을 할 수 있다. 또한, 각 실시형태에 대해서는, 모순되지 않는 범위에서 임의로 조합하여 실시할 수 있다.

10: 전자 유량계 1A, 1B: 조인트
2: 측정관 2A, 2B: 관측 배선 패턴
2P: 외주면 3A, 3B: 여자 코일
4: 요크 4A, 4B: 요크면
5, 6: 프린트 기판 5H, 6H: 관 구멍
5I, 5J, 6I, 6J: 측단부 7: 실드 케이스
8: 케이스 8A: 내벽부
8B: 개구부 8C, 8E: 측면
8D: 바닥부 81A, 81B, 83A, 83B: 가이드부
82A, 82B, 84A, 84B: 감합부 9: 실드
11: 전기 전도율 검출 회로 11A: 클록 생성 회로
11B: 신호 생성 회로 11C: 버퍼 증폭기
11D: 샘플 홀드 회로 11E: A/D 변환 회로
12: 유량 검출 회로 12A: 여자 회로
12B: 신호 증폭 회로 12C: 신호 검출 회로
13: 연산 처리 회로 13A: 전기 전도율 산출부
13B: 빈 상태 판정부 13C: 여자 제어부
13D: 유량 산출부 14: 설정·표시 회로
15: 전송 회로 IG: 구형파 전류원
Ta, Tb: 전극 T1, T2: 전극
P1, P2, P3: 패드 J1, J2: 점퍼선
SWi: 스위치 CLK0, CLKs, CLKh, CLKl: 클록 신호
Vs: 기준 전압 GND: 접지 전압
SG: 구형파 신호 Ig: 인가 전류
Vt, VH, VL: 검출 전압 Vt': 출력 전압
DA: 진폭 데이터 Vex: 여자 제어 신호
Iex: 여자 전류 Va, Vb: 기전력
VF: 유량 신호 DF: 유량 데이터

Claims (6)

1. 측정관 내를 흐르는 유체의 유량을 계측하는 전자 유량계로서,
   미리 설정된 신호 주파수에서 일정 진폭을 갖는 교류의 구형파(矩形波) 전류를 구형파 신호로서 생성하는 신호 생성 회로와,
   상기 측정관에 부착되어 상기 구형파 신호를 상기 유체에 인가하는 제1 전극 및 제2 전극과,
   상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 검출한 검출 전압을 샘플링함으로써 상기 검출 전압의 진폭을 검출하는 검출 회로와,
   상기 진폭에 기초하여 상기 유체에 관한 전기 전도율을 연산 처리에 의해 구하는 연산 처리 회로와,
   상기 측정관에 부착되어 상기 측정관 내를 흐르는 유체의 유량을 검출하기 위한 유량 계측용 한 쌍의 전극
   을 포함하고,
   상기 제1 전극은 상기 유체와 접액(接液)하는 접액 전극으로 이루어지고, 상기 제2 전극 및 상기 유량 계측용 한 쌍의 전극은 상기 유체와 접액하지 않는 비접액 전극으로 이루어지며,
   상기 제2 전극 및 상기 유량 계측용 한 쌍의 전극은 상기 측정관의 외주부에 형성되고, 상기 유량 계측용 한 쌍의 전극은 상기 제2 전극으로부터 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 유량계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 근방 위치에 배치되고, 상기 신호 생성 회로, 및 상기 검출 전압을 안정화하여 상기 검출 회로에 출력하는 버퍼 증폭기 중 적어도 어느 하나 또는 둘 다를 탑재하는 프린트 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 유량계.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 검출 회로는, 상기 구형파 신호의 반주기의 중앙 시간 위치에서, 상기 검출 전압을 샘플링하는 것을 특징으로 하는 전자 유량계.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 신호 생성 회로는,
   상기 구형파 신호의 크기를 검출하는 전류 검출 회로와,
   상기 신호 주파수를 나타내는 클록 신호와 상기 전류 검출 회로로부터의 검출 결과에 기초하여, 상기 구형파 신호의 진폭을 설정 전류로 유지하는 연산 증폭기
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 유량계.

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