KR20040027386A - 용량식 전자 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용량식 전자 유량계에 관한 것으로, 상용 주파수 이상으로 여자(勵磁)하고, 여자자속 파형이 평탄부를 갖도록 여자전류의 게인 주파수 특성을 보정하는 특성 보정 필터를 구비하고, 검출부는 면전극(4A, 4B)와 가드전극(5A, 5B) 사이의 정전 용량값을 검출면 전극(4A, 4B)과 피측정 유체간의 정전 용량값 보다도 작게 하고, 여자코일끼리를 코일 고정판 끼리에서 정전차폐하여 원주요크에 고정하고, 상기 원주요크와 측정관의 양단부를 관축 및 전극축에 대해서 대칭으로 하여 어스링으로 고정하고, 검출부 내부 전체를 에폭시 수지로 충전하여 고정 부착하는 것을 특징으로 한다.

Description

용량식 전자 유량계{CAPACITATIVE ELECTROMAGNETIC FLOW METER}

본 발명은 측정관내를 흐르는 비측정 유체의 유량을 측정하는 전자(電磁) 유량계에 관해, 특히 용량식 전자 유량계에 관한 것이다.

전자 유량계에는 전극이 피측정 유체와 직접 접촉하고, 피측정 유체에 발생하는 기전력을 직접 검출하는 접액(接液) 전극형 전자 유량계와, 전극이 피측정 유체와 직접 접촉하지 않고, 피측정 유체에 발생하는 기전력(起電力)을 피측정 유체와 전극간의 정전용량을 통하여 검출하는 비접액 전극형의 전자 유량계(이하 용량식 전자 유량계라고 부름)의 2종류가 존재한다.

또한, 전자 유량계는 노이즈의 영향을 제거하여 안정된 유량신호를 얻을 필요가 있지만 상기 노이즈의 원인도 각종 존재하고, 따라서 대응하는 제거수단도 다른 점으로부터 여러종류의 전자유량계가 존재한다(예를 들어 일본 특개평8-304132호 공보(특허문헌 1이라고 함)).

상기 특허문헌 1에 개시된 용량식 전자 유량계에 대해서는 그 후에 개량된 여러가지 노이즈 대책이 알려져 있다(예를 들어 일본 특개2001-116598호 공보(특허문헌 2라고 함)). 이하, 상기 구성과 작용을 도 1 내지 도 3에서 설명한다.

우선, 도 1에서 그 구성을 설명한다. 상기 도면에 도시한 바와 같이 상기 용량식 전자 유량계는 검출부(10)와, 검출부(10)에서 검출된 검출신호(e)로부터 유량을 구하는 신호처리부(11)로 구성되어 있다.

검출부(10)에서는 절연성 물질로 만들어진 측정관(1)을 흐르는 피측정 유체(2)의 외벽에 대향하여 배치된 자극(7)에 감긴 여자 코일(3A, 3B)에 여자회로(8)로부터 여자전류(i_F)를 흘림으로써 피측정 유체(2)에 대해서 도시하지않은 귀환자로를 형성하여 자속을 인가한다.

그리고, 상기 자속의 방향과 직교하는 방향에서 측정관(1)의 외벽에 대향배치된 한쌍의 면전극(4A, 4B)과 가드전극(5A, 5B)과, 측정관(1)과 상기한 각각의 면전극(4A, 4B)의 사이, 및 면전극(4A, 4B)과 상기 면전극(4A, 4B)을 덮도록 배치된 가드전극(5A, 5B) 사이의 정전용량을 통하여 상술한 피측정 유체(2)의 유속에 비례한 기전압을 증폭기(6A, 6B)에서 증폭하고 또한 증폭기(6A, 6B)로부터의 각각의 신호의 차(e_AB)를 차동 증폭기(6C)에서 증폭하여 검출신호(e)를 검출한다.

다음에, 상기 검출신호(e)는 신호처리 변환부(11)에 보내어지고, 검출신호(e)의 상승부분(미분 노이즈라고 함)을 제외한 위치를 샘플링하여 유량측정을 실시하는 것이다.

상기 방식은 면전극(4A, 4B)과 피측정 유체(2) 간의 임피던스가 매우 높으므로, 검출부(10)의 내부에서는 각종의 노이즈 대책이 설정된다.

그 하나로, 면전극(4A, 4B)간에 유도되는 노이즈 대책이 있다. 상기 대책은 가드전극(5A, 5B)을 면전극(4A, 4B)과 동전위로 유지하고 증폭기(6A, 6B)에서 임피던스 변환한 후 차동 증폭기(6C)에서 증폭하고, 면전극(4A, 4B) 사이에 동상(同相)으로 유도되는 노이즈를 제거하고 있다.

또한, 가드전극(5A, 5B)과 여자코일(3A, 3B)간의 자속자로에는 후술하는 댐핑박(7A, 7B)을 설정 배치하고 있다.

또한, 이와 같은 검출부(10)의 접지는 측정관(1)의 도시하지 않은 외주의 접액하고 있는 금속 파이프 케이스의 어스(E)와 회로의 공통전위어스(C)를 접속하고, 접지(G)에 접속하고 있다.

이와 같이 구성된 용량식 전자 유량계의 검출신호(e)에는 상술한 미분 노이즈라고 불리는 노이즈가 중첩된다.

상기 노이즈는 여자자속과의 전자결합에 의한 유도에 의해 두 면전극(4A, 4B)간과 증폭기(6A, 6B) 간에 형성되는 검출 루프에 유도되는 것으로, 여자자속이 변동되었을 때 두 접지(G)점과 각각의 면전극(4A, 4B) 사이의 전위변동의 차가 잡음으로서 검출신호(e)의 상승 부분에 중첩된다.

상기 상세한 내용을 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e를 사용하여 설명한다. 도 2a에 도시한 직사각형파의 여자전류(i_F)를 여자코일(3A, 3B)에 흐르게 하면, 여자자속(φ)은 도 2b에 도시한 여자자속경로의 내부 발생하는 와전류(i_E)에 의해 도 2c에 도시한 바와 같이 여자자로내의 반자계 작용의 응답시 정수(定數)로 상승부분이 약간 둔해진 특성의 파형이 된다.

상기 여자자속(φ)의 변화에 의해 도 2d에서의 N_d부에 도시한 바와 같이, 상술한 검출신호(e)의 상승부분에 미분형상의 잡음, 즉 미분노이즈가 중첩한다.

그 때문에, 검출기(10)내의 구조는 여자자로에 발생하는 와전류(i_E)를 최소로 억제하도록 설정 배치할 필요가 있다.

또한, 안정된 유량신호성분을 검출하기 위해, 도 2e에 도시한 바와 같이 미분 노이즈의 값이 작아 지는 샘플링 신호(S_P)의 타이밍으로 샘플링하고 유량을 구하고 있다.

상술한 미분 노이즈 외에, 유체 노이즈라고 부르는 저주파 노이즈가 검출신호(e)에 중첩한다. 상기 유체 노이즈의 발생 메커니즘은 피측정 유체(2)가 운반하는 이온의 요동에 의해 피측정 유체(2) 중에 저주파의 전위변동이 발생하는 것으로 추정되고 있지만, 상기 유체 노이즈는 피측정 유체(2)의 유속이 빨라지면 커진다.

상기 유체 노이즈와 유속에 비례한 기전압을 분리하기 위해 여자전류의 주파수를 상용주파수 이상으로 높게 하고, 또한 단시간으로 자속파형이 조정되도록 여자회로가 설정된다.

그러나, 여자 코일(3A, 3B)의 인덕턴스가 50㎑ 근처의 고주파 영역에서 공진점을 갖는 특성 때문에, 여자전류(i_F)를 고주파로 제어하고 있음에도 불구하고, 도 3에 도시한 바와 같이 여자전류(i_F)가 진동하는 현상이 발생한다.

그 때문에, 진동의 공진점을 소멸시키는 댐핑박(7A, 7B)이라고 부르는 도전성의 얇은 판을 여자코일(3A, 3B)과 가드전극(5A, 5B) 사이에 설정 배치하고 있다.

상술한 바와 같이 종래의 용량식 전자 유량계는 유체 노이즈의 영향을 피하기 위해 여자전류의 여자 주파수를 상용 주파수 이상으로 높게 하고, 여자 주파수를 높게 함으로써 발생하는 여자전류의 진동을 억제하기 위해, 자속자로에 댐핑박을 설치하고 있다.

그러나, 상기 댐핑박이 존재하기 때문에, 자속자로에 놓이므로 와전류의 발생을 피할 수 없는 점, 또한 여자코일과의 정전결합에 의해 댐핑박상의 전위의 변동이 노이즈로서 검출되는 문제가 발생한다. 그 때문에, 또한 가드 전극과 댐핑박 사이에 절연층을 설치하는 등의 대책도 필요해지는 등 잡음대책 때문에 구조가 복잡해지는 결점이 있었다.

또한, 상술한 바와 같이 면전극으로부터의 출력 임피던스는 매우 높으므로 증폭기의 입력임피던스는 수 GΩ정도의 높은 값이 필요해진다. 이 부분의 약간의 절연특성의 변화에 의해 측정오차가 발생하므로, 절연저하를 방지할 목적에서 면전극, 가드전극 주위의 측정관 내부에는 에폭시 수지를 충전하는 것이 행해지고 있었다.

그러나, 에폭시 수지를 충전하여 고정하는 방법의 경우, 그 가열된 수지가 수축할 때 면전극, 가드전극 사이에 응력이 발생하고, 균열이 발생하여 절연저하가 일어날 우려가 있었다. 또한, 면전극이나 가드전극의 형상이 크므로 측정간내를 흐르는 유체에 의해 검출부 전체가 기계적으로 진동하면 양면전극의 출력 임피던스에 차가 발생하므로 유도 노이즈가 발생한다. 또한, 신호 케이블의 진동에 의해 마찰 노이즈를 발생시킨다.

본 발명은 상기 종래의 용량식 전자 유량계의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 자속자로에 반자장 작용이 발생하는 장해물을 극히 적게 하여 미분 노이즈(전자 유도 노이즈)나 정전 유도 노이즈, 마찰 노이즈의 영향이 적은, 또한 유체 노이즈의 영향을 받기 어려운 내진성, 내습성이 뛰어난 안정된 용량식 전자유량계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래 기술을 도시한 구성도,

도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e는 종래 기술의 동작을 도시한 설명도,

도 3은 종래 기술의 작용을 도시한 설명도,

도 4는 본 발명에 의한 실시형태를 도시한 구성도,

도 5는 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 검출부의 측면도,

도 6은 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 검출부의 단면도,

도 7은 본 발명의 원리의 설명도,

도 8은 본 발명의 원리의 설명도,

도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 여자(勵磁)회로의 특성의 설명도,

도 10의 (a), (b), (c), (d), (e) 및 (f)는 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 여자회로의 작용 설명도,

도 11은 유체 노이즈 설명도,

도 12는 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 면전극과 가드전극간의 검출회로의 모델 설명도,

도 13a 및 도 13b는 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 면전극 형상의 설명도,

도 14는 본 발명에 의한 제 2 실시형태의 검출부 측면도,

도 15는 본 발명에 의한 제 2 실시형태의 검출부 단면도,

도 16a 및 도 16b는 본 발명에 의한 면전극 및 가드 전극부의 구조도,

도 17a 및 도 17b는 본 발명에 의한 제 3 실시형태의 귀환자로(歸還玆路)의 구조를 설명하는 도면,

도 18a 및 도 18b는 본 발명에 의한 제 3 실시형태의 귀환자로의 설정방법의 설명도,

도 19a 및 도 19b는 본 발명에 의한 제 3 실시형태의 작용효과의 설명도,

도 20은 본 발명에 의한 제 3 실시형태의 여자주파수 설정의 설명도 및

도 21a, 도 21b 및 도 21c는 면전극 및 가드 전극부의 구조도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 측정관 7: 자극

3A, 3B: 여자코일 4A, 4B: 면전극

5A, 5B: 가드전극 6A, 6B: 증폭기

9A, 9B: 코일 고정판 10A, 10B: 신호 케이블

71: 원주

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다음의 구성으로 이루어진다. 즉,

피측정 유체가 흐르는 절연성 물질로 만들어진 측정관,

상술한 측정관의 관축방향과 직교하는 방향의 자속을 부여하는 상술한 측정관의 주위에 대향 배치된 자극에 감긴 여자 코일,

상술한 자속의 방향과 상술한 측정관의 관축방향의 각각에 직교하는 방향에서 측정관의 외벽주위에 대향배치된 한쌍의 면전극,

상술한 면전극과 소정의 간격을 유지하여 면전극을 그 외주로부터 덮도록 배치된 가드전극,

상술한 여자코일에 상용 주파수 이상의 주파수의 여자전류를 공급하는 여자회로,

상술한 피측정 유체와 상술한 한쌍의 면전극과의 각각의 사이와, 상기 면전극과 각각의 가드전극 사이의 정전용량을 통하여 검출되는 검출신호를 증폭하는 전치 증폭부,

상술한 면전극 및 가드전극을 전치 증폭부에 접속하는 케이블과,

상술한 전치 증폭부의 출력신호로부터 피측정 유체의 유속을 출력하는 신호처리부,

상술한 여자 코일의 외주를 덮도록 상기 측정관과 동심적으로 배치된 여자자장의 귀환자로를 형성하는 원주요크,

상술한 여자코일을 덮고 원주요크와 전기적으로 접속 고정된 비자성체의 코일고정판, 및

상술한 원주 요크의 외주부에 상기 원주 요크와 동심적으로 배치된 금속 파이프 및 원주 요크를, 상술한 측정관의 양단부에 설치된 한쌍의 면전극의 중심을 연결하는 축과 측정관의 관축에 대해서 대칭으로 배치 고정하고, 또한 전기적으로 접속한 어스링을 구비하고,

상술한 여자회로는 여자자속파형이 평탄부를 갖는 바와 같이 여자전류의 파형제어하는 필터수단을 구비하는 면전극과 가드전극 사이에 형성되는 정전용량의 값을, 피측정 유체와 면전극 사이의 정전용량의 값보다 작은 값으로 한 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 여자전류의 주파수를 높게, 소정의 정전시간으로 제어했으므로, 댐핑박을 필요로 하지 않고 자로의 와전류를 억제하고, 여자자속파형이 평탄부를 갖도록 할 수 있으므로 미분 노이즈, 정전 노이즈, 유체 노이즈의 영향을 받지 않는 고정밀도로 안정된 유량측정을 할 수 있다.

또한, 여자코일로부터의 정전유도 노이즈를 코일 고정판으로 차폐하고, 면전극과 가드전극 사이의 정전용량값을 작게 하고, 검출신호에 중첩하는 유도 노이즈의 증폭 게인을 낮게 했으므로 유도 노이즈에 강한 용량식 전자유량계로 할 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조함으로써 본 발명의 실시예의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 수 있다.

(제 1 실시형태)

지금부터 상기 도면을 참조하여 설명한다. 여기에서, 몇몇의 도면 중, 특히 도 4 내지 도 13a, 13b에서 나타나는 동일 또는 대응되는 부품들은 유사도면 부호로 나타내고, 하기에서 본 발명의 일 실시예가 기술될 것이다.

우선, 도 4 내지 도 6에서 본 발명의 실시형태의 구성을 설명한다. 본 발명의 제 1 실시형태의 용량식 전자 유량계는 유체의 유속을 검출하는 검출부(10), 상기 검출부(10)의 검출신호로부터 유량신호를 구하는 신호처리부(11) 및 검출부(10)내의 여자코일에 여자전류를 공급하는 여자회로(8)로 구성된다.

도 5는 검출부(10)의 측부 단면도이고, 도 6은 검출부(10)의 단면도이다. 여자회로(8) 및 신호처리부(11)는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 검출부(10)의 상부의 박스내에 전치 증폭부(6)를 포함하여 수납되는 일체형의 구성으로 되어 있다.

또한, 이들은 따로 설치되는 분리형으로 할 수도 있다.

이들의 도면에서, "1"은 측정관이고, 세라믹스 등의 절연물로 만들어져 있다. 측정관(1)의 외주부에는 자극(7)에 감긴 여자 코일(3A와 3B)이 대향하여 배치됨과 동시에 직렬로 접속되어 있다.

그리고, 여자코일(3A, 3B)의 외주에 위치되어 측정관(1)과 동심적으로 배치된 원주요크(1)에 의해, 측정관(1)의 관축방향과 직교하는 방향의 자속이 주어진 바와 같이 설정 배치된다.

"4A", "4B"는 동판 등의 고도전율을 갖는 비자성체제의 면전극으로, 측정관(1)의 외주에 대향하여 배치되고, 그 중심을 연결하는 축은 여자자속의 자장방향과 피측정 유체(2)가 흐르는 관축의 쌍방에 직교하도록 배치되어 있다. 또한, 가드전극(5A, 5B)은 각각 면전극(4A, 4B)을 완전하게 덮도록 또한 면전극(4A, 4B)과 각각의 가드전극(5A, 5B) 사이의 거리를 일정하게 하고, 후술하는 소정의 정전용량값 이하가 되도록 고정하여 설정 배치되어 있다.

코일 고정판(9A, 9B)은 동판 등의 고도전율을 갖는 비자성체제의 금속판으로 구성되고, 여자코일(3A, 3B)을 완전하게 덮고 원주 요크(71)와 전기적으로 접속하여 고정되어 있다.

또한, 1A1, 1A2는 측정간의 양단에 설치된 플랜지를 형성하는 어스링이고, 상술한 금속 파이프(1B) 및 원주요크(71)의 양단을 고정하고 있다.

또한, 회로의 공통어스(C)와 접속되는 어스링(1A1, 1A2)에 설치되는 어스단자(E)는 안정전위인 접지(G)점을 선택하여 접속된다.

"10A", "10B"는 신호 케이블로, 심선, 상기 심선의 외주에 설치된 시일드 및 가드시일드를 절연물로 피복하여 구성된 2중 시일드선으로서 구성되어 있고, 상기 신호 케이블(10A, 10B)의 심선을 면전극(4A, 4B)과, 또한 시일드를 가드전극(5A, 5B)과, 가드시일드를 회로의 공통 어스(C)에 각각 접속하고, 원주요크(71)의 외주를 따라서, 도시하지 않은 절연물의 스페이서를 두고 소정의 거리를 유지하여 고정하고, 금속 파이프(1B)에 설치한 도통구멍을 통하여 전치 증폭부(6)의 증폭기(6A, 6B)에 접속하고 있다.

더욱 상술하면, 상기 여자자장의 방향과 동일한 평면으로, 상기 원주요크(71)의 외주를 따라서 절연물을 통하여 일정한 간격으로 고정하여 뻗어나가 원주요크(71)의 정상부에서 교차시켜 전치 증폭부(6)에 접속되어 있다.

신호 케이블(10A, 10B)을 구성하는 심선, 시일드 및 가드시일드는 모두 동(銅) 등의 고도전율의 비자성체제이다.

또한, 면전극(4A, 4B), 가드전극(5A, 5B)은 각각 증폭기(6A, 6B)의 비반전 입력, 반전입력 및 그 출력에 각각 접속되고 각각의 증폭기(6A, 6B)의 출력은 차동증폭기(6C)에서 차동 증폭되고 검출신호(e)로서 신호처리부(11)의 아날로그 디지털 변환회로(이후 ADC회로라고 함)(11A)에 접속된다.

상기 ADC회로(11A)에서 검출신호(e)를 디지털 신호로 변환한 후, 상기 출력을 유량측정 처리회로(11B)에 보내고, 여기에서 유량신호로 변환처리한다.

여자회로(8)는 직사각형파 발진기(8A)에서 300㎐의 직사각형파 신호를 발진하고, 상기 신호를 특성보정필터(8B)에 공급하고, 상기 특성보정필터(8B)에서 후술하는 여자자속파형에 평탄부를 갖도록 게인 주파수 특성을 보정 처리한 후, 상기 특성보정필터(8B)의 출력을, 전류제어앰프(8C)를 통하여 상술한 여자코일(3A, 3B)에 여자전류(i_F)로서 공급한다

다음에, 이와 같이 설정된 본 발명의 용량식 전자유량계의 각부의 더욱 상세한 설정과 그 작용에 대해서 설명한다.

우선, 도 7, 도 8은 본 발명에 의한 용량식 전자 유량계의 측정원리를 설명하는 도면이다. 도 7은 검출원리를 설명하는 도면이고, 측정관(1)의 벽면의 면전극(4A, 4B)을 연결하는 중심축을 x축으로 하고 이것과 직교하는 여자자속(φ)의 축방향을 y축으로 하고 유체의 이동하는 관축방향을 z축으로 했을 때, 면전극(4A, 4B) 간에 유속에 비례한 기전력이 발생하는 것을 나타내는 모델도이다.

고정밀도로 안정된 용량식 전자 유량계로 하는 데에는 상술한 각종의 노이즈 대책이 필요해진다. 우선, 이들 노이즈 대책에는 종래예에서 설명한 전가유도에 의한 미분 노이즈, 유체내에 발생하는 유체 노이즈 및 기전압을 검출하는 검출회로에 유도되는 검출부(10)내에서의 전자적 결합, 정전적 결합에 의해 발생하는 유도 노이즈 대책 등이 필요하다.

도 7에서 미분 노이즈, 유체 노이즈의 영향을 피하기 위해 상세한 내용을 후술하는 이상적인 평탄부를 갖는 고주파의 여자자속(φ)을 인가하고, 상기 여자자속(φ)과 교차하고, 여자자속(φ)의 파형을 흐트러뜨리는 자속자로의 와전류 발생 요소성분을 극히 적게 하고, 면전극(4A, 4B)과 가드전극(5A, 5B)으로 구성되는 검출전극(이후 검출전극이라고 함)과 전치 증폭부(6)로 형성되는 검출루프에 유도되는 노이즈를 극히 작게 하고, 유량신호성분만을 정확하게 분리 추출하도록 각 부를 설정한다.

따라서, 면전극(4A, 4B)과 전치 증폭부(6)로 형성되는 검출루프는 도 8에 도시한 바와 같이 사선으로 도시한 면적(S)을 작게 하고, 또한 여자자속(φ)과 평행인 평면에 형성하도록 하고, 상기 검출 루프와 교차하는 자속을 가능한 작게 억제함으로써 전자결합으로 유도되는 노이즈를 제거하도록 신호 케이블(10A, 10B)을 설정한다.

또한, 도 5, 도 6에 도시한 바와 같이 검출부(10)는 면전극(4A, 4B)의 각각이 접지(G)에 대해서 동전위가 되도록 정전적으로도 전자적으로도 전기적으로 대칭적인 구조로 하고 차동 증폭기(6C)에 의해 동상으로 유도되는 노이즈를 제거한다.

또한, 유체의 기전압이 밀리볼트레벨인 것에 대해서 여자코일(3A, 3B)의 부분은 수십 볼트의 고전위 레벨에 있으므로, 여자코일(3A, 3B)은 동 등의 비자성체제로 구성한 코일 고정판(9A, 9B)에서 빈틈없이 덮고, 원주 요크(71)와 함께 어스링(1A1, 1A2)을 통하여 접지(G)에 접속하여 여자회로로부터의 신호가 면전극(4A, 4B)과 가드전극(5A, 5B)으로의 정전유도에 의해 유도되는 노이즈를 차폐해 둔다.

이와 같이 양면전극(4A, 4B)과 가드전극(5A, 5B)에 유도되는 잡음신호가 동위상이고 또한 동일 레벨의 최소가 되도록 대칭구조로 하고, 또한 어스링(1A1, 1A2)을 안정된 접지(G)에 접속해 둔다.

또한, 여자자속(φ)의 자로내에 있는 금속제 부재도 자극(7) 및 귀환자로를 형성하는 원주 요크(71)를 제외하고, 와전류의 발생을 억제하기 위해 동 등의 고도전율의 비자성체제로 하고, 와전류에 의한 자속성분을 극력 발생시키지 않도록 설정한다.

또한, 이들의 설정조건이 진동이나 습도로 변화되지 않도록 검출부를 구성하는 각 요소부품, 부재를 고정해 둔다.

이상의 사고방식을 기본으로 하여 각부가 설정된다.

다음에, 상기 사고방식에 기초하는 각부의 상세한 설명에 대해서 우선 여자전류(i_F)의 상세한 설정과 작용에 대해서 도 9 내지 도 11에서 설명한다.

처음에 상기 여자전류(i_F)의 주파수는 유체 노이즈와 구별하는 상에서 유리한, 유체 노이즈가 작아지는 높은 주파수로 설정한다. 이 이유를 도 11에서 설명한다.

도 11은 상술한 유체 노이즈의 측정결과의 일례를 도시한 것으로 횡축은 주파수, 종축은 노이즈 전력(dBm)이고 유속이 2.5m/sec일 때와, 0.5m/sec일 때의 특성을 도시한다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 일반적으로 유체 노이즈는 피측정 유체(2)의 유속이 빨라지면 커진다.

그러나, 피측정 유체(2)의 유속에 관계없이 주파수가 10㎐정도로부터 감쇄하고, 200㎐당 노이즈 전력이 -70dBm레벨에 수속하는 경향을 나타낸다. 이것으로부터 여자주파수는 유체 노이즈에 영향받지 않는, 피측정 유체(2)의 유속에서 발생하는 기전압과의 S/N이 높아지는 상용 주파수 이상의 주파수 200㎐ 이상으로, 예를 들어 이 값을 300㎐으로서 직사각형파 발진기(8A)에서 발진주파수를 설정해둔다.

다음에, 여자전류(i_F)에 의한 여자자속(φ)의 파형의 보정의 상세설정에 대해서 도 9 및 도 10에서 설명한다. 이 목적은 상술한 바와 같이 여자자속(φ)의 상승을 빠르게 하여, 검출신호(e)에 포함되는 미분 노이즈의 상승과, 정정(整正)시간(세틀링 타임)을 빠르게 하는 것이다.

도 9의 (a)에 도시한 바와 같이 일반적으로 여자전류(i_F)는 여자의 기본 주파수(f₀)의 근방으로부터 감쇄하는 1차 지연회로의 게인 주파수 특성을 갖고 있다. 따라서, 여자전류(i_F)에 의해 만들어지는 여자자속(φ)도 이에 추종한 파형이 된다.

그래서, 도 9의 (b)에 도시한, 여자의 기본 주파수(f₀)의 고주파 성분을 포함한 여자회로의 게인 주파수 특성이 평탄해지는 고역통과특성을 갖는 특성보정 필터(8B)을 통하여 여자파형(φ)의 상승부를 급준하게 상승하는 미분특성을 갖는 여자전류(i_F)의 파형으로 하고, 이 여자전류(i_F)를 전류제어앰프(8C)를 통하여 공급한다.

상기 특성보정필터(8B)는 도 9의 (b)에 도시한 특성의 고역필터회로로 하고, 예를 들어 여자의 기본 주파수(f₀)의 3배의 주파수를 갖는 제 3 고주파(f₃) 주파수 대역까지 평탄한 게인 주파수 특성을 갖는 여자전류(i_F)의 파형으로 한다.

또한, 고차의 예를 들어 제 5 고주파(f₅)성분까지의 보정이 필요한 경우에는 특성보정필터(8B)를 고차의 주파수 영역까지 평탄해지는 게인 주파수 특성으로 설정한다.

도 10은 상기 보정 필터(8B)를 사용했을 때의, 여자전류와 상기 여자자속파형의 작용효과를 설명하는 것이다. 동 도면 도 10의 (a), (b) 및 도 10의 (c)는 특성보정필터(8B)가 없는 종래의 경우이고, 도 10의 (d), (e) 및 도 10의 (f)는 특성보정필터(8B)를 사용한 경우를 도시하고 있다.

상기 도면에서 도 10의 (a) 및 (d)는 여자자속(φ), 도 10의 (b) 및 (e)는검출신호(e), 도 10의 (c) 및 (f)는 검출신호(e)의 샘플링 신호(S_P)를 도시한다. 그리고, 도 10의 (b) 및 (e)의 실선은 피측정 유체(2)가 정지하고 있는 경우를, 파선은 피측정 유체(2)가 흐른 경우의 검출신호(e)의 파형을 나타내고 있다.

상기 도면에서 보이는 바와 같이, 여자자속(φ)은 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이 상승이 둔해져 있는 것이, 특성보정필터(8B)에 의해 여자전류파형을 정형함으로써 도 10의 (d)와 같이 상승이 빨라진다.

그 결과, 동 도면 도 10의 (b)에 도시한 바와 같은 검출신호(e)에 포함되어 있던 미분 노이즈는 동도면 도 10의 (e)와 같이 단시간에 수속하도록 개선된다. 따라서, 샘플링 신호(S_P)의 타이밍에서는 미분 노이즈의 영향을 받지 않는 유속성분만을 추출할 수 있으므로 안정된 고정밀한 유량측정이 가능해진다.

상기 특성보정필터(8B)의 특성은 여자자속(φ)의 출력파형, 또는 검출신호(e)의 파형을 관측하여 여자회로(8)의 최적인 응답특성을 선택할 수 있다.

다음에 도 12를 이용하여 면전극(4A, 4B)과 가드전극(5A, 5B) 사이의 정전용량의 설정의 상세한 내용에 대해서 한쪽의 면전극(4A)과 증폭기(6A)의 검출회로의 모델도로 설명한다.

C1은 면전극(4A)과 피측정 유체(2)사이, 즉 측정관(1)의 재질로 형성도는 정전용량으로, 그 한쪽은 면전극(4A)와 가드전극(5A)간의 정전용량(C2)에 접속되고, 다른쪽은 피측정 유체(2)의 유체저항(Rs)을 통하여 접지전위(G)에 접속되어 있다.

또한, 정전용량(C1과 C2)의 접속점은 증폭기(6A)의 입력에 접속되고, 그 출력은 정전용량(C2)의 다른 한쪽의 단자에 접속되어 있다.

증폭기(6A)의 입력 임피던스가 충분히 높다고 하면, 가드전극(5A)에 중첩된 노이즈(v_N)와 증폭기(6A)의 출력(v_A)은

이 된다.

따라서, 면전극(4A)과 피측정 유체(2)간의 정전용량(C1)에 대해서 면전극(4A)과 가드전극(5A)간의 정전용량(C2)쪽이 크면, 가드전극(5A)에 중첩되는 노이즈는 증폭되는 것이 된다.

이것으로부터 예를 들어 측정관(1)이 세라믹스인 경우, 유전율이 세라믹스 보다 작은 플라스틱 등을 면전극(4A)과 가드전극(5A) 사이에 삽입하고, 또한 면전극과 4A 가드전극(5A) 사이의 간격을 측정관(1)의 두께 보다도 두껍게 설정한다.

여기에서, 세라믹스의 유전율을 9, 플라스틱의 유전율을 3으로 하면, 면전극(4A)과 가드전극(5A)의 간격을 측정관(1)과 동등하게 해도, 가드전극(5A)으로의 유도 노이즈나 증폭기(6A)의 내부발생 노이즈를 3분의 1로 감소시킬 수 있다.

이상 설명한 전기적인 노이즈 발생요인 이외에 검출부(10) 전체의 열이나 진동에 의해서도 노이즈가 발생한다. 상기 대책의 사례를 다시 상기한 도 5 및 도 6의 구조도에서 설명한다.

면전극(4A, 4B)과 가드전극(5A, 5B)은 측정관(1)의 유체의 온도가 급변한 등의 경우, 부착하기 위한 접착제나 지지재의 열팽창율의 상이로 신축력을 받으므로,0.2㎜ 이상의 두께의 비자성체로 고도전율을 갖는 동판 등으로 형성하고, 플라스틱 등으로 상기한 소정의 간격을 유지하여 에폭시 수지등을 충전하여 고정하고, 열왜곡에 의한 변형에 견딜 수 있는 구조로 설정해둔다.

또한, 상기 면전극(4A, 4B)은 도 13a, 13b, 특히 도 13b에 도시한 바와 같이 절개부(slit)를 넣어 와전류의 발생을 방지하는 형상으로 하고, 상기한 y축 방향의 자속성분의 발생을 극력 억제하도록 한다.

또한, 상기한 신호 케이블(10A, 10B)도 원주요크(7)의 주위에 에폭시 수지 등의 절연물을 통하여 일정한 간격을 유지하여 접착제로 고정한다. 심선, 시일드, 가드 시일드 중 어느 것도 동 등의 고도전율의 비자성 체제를 사용하고 있으므로 여자자계(φ)가 주기적으로 변동해도 진동하지 않고, 각각의 사이의 개재하는 절연물과의 마찰에 의해 발생할 우려가 있는 마찰 노이즈를 방지할 수 있다.

(제 2 실시형태)

제 2 실시형태가 제 1 실시형태와 다른 점은 제 1 실시형태에서 설명한 검출부(10) 구조를 또한 고신뢰의 구조로 하기 위해, 면전극(4A, 4B)으로부터 차동 증폭부(6)까지의 고임피던스부 전체를 콤팩트하고, 또한 높은 절연성을 갖는 절연재료를 충전하여 고정하여, 검출부(10) 전체의 내진성과 절연성을 향상시킨 데에 있다.

따라서, 차동 증폭부(6) 양입력의 입력 임피던스의 변화에 의해 유도되는 전자유도 노이즈 및 신호 케이블(10A, 10B)의 도체와 절연물의 마찰에 의한 마찰 노이즈의 발생을 방지할 수 있는 구조로 한다.

이하, 본 발명의 제 2 실시형태의 용량식 전자 유량계에 대해서 제 1 실시형태의 각부와 동일한 부분은 동일한 부호로 나타내고 그 설명을 생략한다. 이하, 도 14, 도 15, 도 16a, 16b 및 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 제 2 실시형태를 설명한다.

도 14는 검출부(10)의 측단면도, 도 15는 검출부의 단면도이다. 또한, 도 16a, 16b는 면전극(4A), 가드전극(5A)의 구조를 설명하는 도면이다.

우선, 각부의 명칭, 기능은 제 1 실시형태와 동일하므로 설명을 적절하게 생략하여 상위점을 설명한다. 검출부(10)와 신호처리부(11)를 결합하는 머리부(21)에는 검출전극으로부터의 신호를 증폭하는 전치 증폭부(6)가 후단의 신호처리부(11)의 ADC회로(11A) 및 유량측정회로(11B)와는 분리되어 실장된다.

신호처리부(11)는 제 1 실시형태에서 설명한 바와 같이 검출부(10) 상부의 박스 내 또는 분리하여 별도 케이스에 두어도 좋다.

다음에 도 16a, 도 16b를 참조하여 검출전극의 구조를 설명한다.

도 16a는 한쪽의 면전극(4A)과 가드전극(5A) 단면도이고, 도 16b는 면전극(4A, 4B)을 연결하는 전극축(x)의 외측방향에서 본 측면도이다. 세라믹스 등의 측정관(1)의 외벽에는 고도전율의 금속판, 예를 들어 동판 등으로 만들어진 면전극(4A)이 소결된다.

또한, 상기 면전극(4A)을 덮도록, 피측정 유체(2)가 이동하는 z축방향으로 전극크기보다 연장된 형상의 가드전극(5A)을 배치한다.(y축방향은 여자자속의 인가방향을 나타낸다.)

상기 가드전극(5A)은 면전극(4A)과 동일하게 고도전율의 금속판으로 정형되고, 도 16a의 x-y단면방향에서 보면 여덟 팔(八)자형상으로 관축방향으로는 공동이 되어 있다. 또한, 도 16b에 도시한 바와 같이 면전극(4A)을 덮고, 또한 면전극(4A)과는 소정의 간격을 확보하도록 해 둔다. 즉, 제 1 실시형태에서 설명한 바와 같이 검출전극간의 정전용량이 면전극(4A)과 피측정 유체(2) 사이의 정전용량 보다도 작아지도록 해둔다.

상기 가드전극(5A)의 형상은 다른쪽 가드전극(5B)과 측정관의 주위를 2분하여 전체를 덮는 큰 형상으로 할 필요는 없고, 소정의 기전력을 추출할 수 있는 정도의 형상이면 좋다. 통상, 도 16a 및 도 16b에 도시한 바와 같이 측정관(1)의 원주방향은 60도 정도, 피측정 유체(2)가 흐르는 관축방향(z)의 크기는 측정관(1)의 길이의 60% 정도이면 충분하다. 상기 가드전극(5A, 5B)을 유리로 만든 접착 테입으로 측정관(1)에 고정시켜 둔다.

또한, 면전극(4A)의 형상을 와전류의 발생이 작아지도록 슬릿을 넣은 형상으로 해 두는 것은 제 1 실시형태와 동일하다.

그리고, 신호 케이블(10A, 10B)의 심선의 한쪽은 면전극(4A, 4B)과, 시일드는 가드전극(5A, 5B)과 각각 접속되고, 다른쪽은 전치 증폭부(6)에 접속되어 있다. 가드 시일드는 상기 전치 증폭부(6)의 도 4에 도시한 공통전위(C)에 접속되어 접지된다.

다음에, 검출부(10) 및 전치 증폭부(6)에 에폭시 수지를 충전하는 방법에 대해서 설명한다. 도 14 및 도 15와 같이 조립된 상태의 검출부(10)의 원주요크(71)에는, 측정관(1)의 관축과 한쌍의 전극의 중심을 연결하는 축이 교차하는 측정관(1)의 관벽의 근방에 제공되고, 신호선(10A, 10B)을 통과시키는 구멍(71a, 71b) 이외에, 여자코일(3A, 3B)에 여자회로(8)로부터 여자전류를 공급하는 여자신호선을 통과시키는 구멍(71c)과, 에폭시 수지를 봉입 및 그 때의 공기배출구멍(71d)이 따로 또는 공용하여 구멍(71a, 71b) 이외의 장소에 여자자속을 흐트러지지 않도록 설치되어 있다.

그리고, 소정의 경화재를 섞은 에폭시 수지는 신호처리부(11)의 머리부(21)로부터 소정의 수지 주입 파이프구로부터, 검출부(10)를 좌우전후로 흔들고 또한 기울이면서, 그리고 내부의 공기를 빼면서 천천히 주입되고, 머리부(21)의 전치 증폭부(6)를 덮을 때 까지 주입된다.

이 구조에서는 면전극(4A, 4B) 및 가드전극(5A, 5B)은 소정의 기계적 강도가 있고, 또한 측정관(1)에 콤팩트한 형상으로서 고정 부착되어 있으므로 충전하는 에폭시 수지만으로 고정된다.

또한, 용도에 따라서는 머리부(21)의 상부에 배치되는 후단의 신호처리부(11)까지 봉입하면 이 부분의 절연성도 확보된다.

이와 같이 하여 측정관(1)과 금속 파이프(1B) 및 어스링(1A1 및 1A2)으로 둘러 싸인 검출부(10) 내의 공간 전체에 에폭시 수지를 주입한다. 또한, 검출부(10)의 머리부(21)까지 에폭시 수지로 고정 부착한다.

본 발명에 의한 제 2 실시형태에 의하면 검출전극으로부터 차동 증폭부(6)까지를 최단 거리이고 콤팩트하게 부설하고, 고임피던스부를 에폭시 수지에 의해 고정했으므로, 상기 검출전극과 차동 증폭부(6)를 접속하는 신호 케이블(10A, 10B)이 진동함으로써 발생하는 전자유도 노이즈, 마찰 노이즈를 방지할 수 있다. 또한, 고임피던스부를 수지로 고정했으므로 절연성의 열화도 개선된다.

또한, 검출전극(4A, 4B)은 측정관(1)에 소결되고, 가드전극(5A, 5B)은 콤팩트하게 소정의 응력에 견딜 수 있는 두께로 하고 있으므로, 에폭시 수지의 경화시나, 피측정 유체(2)의 온도가 변화되어 열수축이 일어나도 파손될 우려가 없다. 또한, 전치 증폭부(6)는 검출부(10)의 머리부(21)에 배치했으므로, 열차폐 가능한 구조로 할 수 있고, 피측정 유체(2)가 고온인 경우에도 사용 가능하다.

(제 3 실시형태)

제 3 실시형태가 제 1 실시형태와 다른 점은 와전류의 발생을 억제하기 위해 귀환자로를 형성하는 코일 고정판(9A, 9B)과 원주 요크(71)의 자속의 중심축 평면과 교차하는 관축방향의 양단부를 소정의 형상으로 절개하고, 여자전류의 상승을 빠르게 하여 검출신호에 포함되는 미분 노이즈 성분을 감소시키고, 유체 노이즈가 소정의 범위 이하가 되는 200㎐ 이상의 높은 여자 주파수의 범위를 설정할 수 있도록 한 점에 있다.

또한, 코일 고정판(9A, 9B)과 원주 요크(71)의 절개에 의한 정전결합을 끊기 위해, 가드전극(5A, 5B)의 관축방향의 정전 시일드 효과를 강화하는 가드전극(5A, 5B)에 돌기부를 설치하고, 간격이 작은 형상으로 한 데에 있다.

또한, 면전극(4A, 4B)과 가드전극(도 5a, 도 5b)의 표면에 실리콘 수지를 도포한 후, 에폭시 수지를 충전하여 굳힘으로써, 에폭시 수지가 열수축함으로써 발생하는 응력을 도포재에 의해 흡수하고, 면전극(4A, 4B) 및 가드전극(5A, 5B)과 에폭시 수지간의 균열이 발생할 가능성을 방지한 데에 있다.

이하, 본 발명의 제 3 실시형태의 용량식 전자 유량계에 대해서 도 4 내지 도 6에 도시한 제 1 실시형태의 각부와 동일한 부분은 동일한 부호로 나타내고, 그 설명을 생략한다.

도 17a, 17b는 와전류를 감소시키기 위해 귀환자로를 형성하는 원주 요크(71)와 한쪽의 코일 고정판(9A) 단부를 절개한 상태를 설명하는 것으로, 도 17a는 자속의 중심축(이후 y축이라고 부름) 방향의 측면상부에서 본 사시도이다.

동 도면에서, 한쪽의 여자 코일(3A)은 도 17b에 도시한 코일 고정판(9A)에 의해 원주 요크(71)에 도시하지 않은 나사 등에 의해 고정되어 있다. 그리고, 여자 코일(3A)에 접하는 코일 고정판(9A) 및 원주요크(71)의 단부의 일부분을 측정관(1)의 관축(이후 z축이라고 부름) 방향을 따라서 상세한 내용을 후술하는 소정의 형상으로 절개한다. 한편, 코일 고정판(9B), 원주 요크(71)에 대해서도 대칭 위치에서 동일한 절개형상으로 한다.

도 18b에는 자극(7)을 도시하고 있지 않지만, 여자 코일(3A, 3B)과 자극(7)으로 구성되는 여자수단은 소정의 여자자속강도를 부여하면 좋고, 여자코일(3A, 3B)만으로 구성해도 좋다.

다음에, 상기 절개형상의 설정방법에 대해서 도 18a 및 도 18b를 참조하여 설명한다. 도 18a는 절개부분의 면적과 와전류에 의한 검출신호에 중첩하는 미분 노이즈의 감소효과 및 여자코일(3A, 3B)의 여자전원과 면전극(4A, 4B) 및가드전극(5A, 5B)의 정전결합에 의한 전계 노이즈(이후 전계 노이즈라고 함)가 증대하느 관계를 정성(定性)적으로 도시한 것이다.

동 도면에 도시한 바와 같이 절개부의 면적은 와전류에 의한 미분 노이즈의 저하와 정전 유도에 의한 전계 노이즈의 증대가 트레이드 오프(이율배반)의 관계에 있으므로, 쌍방의 영향이 소정의 허용값 이하가 되는 범위의 면적으로 한다.

예를 들어, 고정의 모델 실험에 의하면 상기 절개면적은 동 도면에 도시한 바와 같이 여자 코일(3A)이 접하는 코일 고정판(9A, 9B) 및 원주 요크(71)의 y축방향으로의 촬영면적의 20% 내지 30%를 절개 면적으로 하면, 소정의 허용잡음레벨 이하로 할 수 있었다.

상기 절개 형상은 여러가지 변형이 가능하다. 도 18b는 xz축 평면에 촬영한 코일 고정판(9A)과, 원주 요크(71)의 절개를 설명하는 도면이다. 동 도면에 도시한 바와 같이 y축 방향의 반자장을 형성하는 와전류는 한쌍의 전극중심을 연결하는 축(이후 x축이라고 부름) 방향을 소정의 한계크기(1x)를 절개함으로써 차단시키는 것이 가능하므로, z축 방향의 크기(1z)를 크게 취하고, 전계 노이즈를 증대시키지 않는 범위의 최적의 절개크기(1x×1z)를 조정하는 것이 효과적이다.

와전류가 이와 같이 조정된 결과, 여자자속(φ)의 상승이 빨라지므로, 유체 노이즈의 주파수 성분과 분리되기 쉬운 여자주파수를 설정하는 것이 가능해진다.

이하 이와 같이 설정된 제 3 실시형태에 의한 효과에 대해서 설명한다.

도 19a에 도시한 바와 같이, 예를 들어 여자주파수를 100㎐(T=10msec)로 하고, 검출신호(e)를 샘플링 펄스(Sp)로 샘플링하고 있었던 경우에는 신호성분쪽이더욱 커짐으로써 미분 노이즈의 변동을 무시할 수 있지만, 도 18b의 검출신호(e)는 파선으로 도시한 바와 같이, 여자 주파수를 200㎐(T/2=5msec)로 하면, 샘플링되는 미분 노이즈의 비율은 커지고, 측정정밀도에 주는 영향이 커지는 결과가 되어 무시할 수 없게 된다.

여기에서, 본 실시형태에서 설명한 바와 같이 상술한 절개에 의해 와전류를 감소시키면, 여자자속(φ)의 상승이 빨라지고, 여자주파수가 200㎐에 있어서도 도 19b의 검출신호(e)의 실선으로 나타낸 바와 같이 미분 노이즈의 비율이 저하된다.

그 결과, 여자주파수에 대해서 유체 노이즈의 저하와 미분 노이즈의 증대가 트레이드 오프의 관계에 있어도 도 20에 도시한 바와 같이 양자가 소정의 잡음 레벨 이하가 되는 여자 주파수의 범위, 즉 200㎐ 근방 이상의 주파수를 선택하는 것이 가능해진다.

다음에, 가드 전극(5A(5B))의 시일드 구조에 대해서 도 21a 및 도 21b를 참조하여 설명한다. 도 21a 및 도 21b는 각각 측정관(1)의 한쪽의 측면 x축방향에서 본 가드전극(5A)부의 구조를 설명하는 사시도 및 측정관(1)의 z축 방향에서 본 가드 전극부의 단면도이다.

도 21b에 도시한 바와 같이 가드전극(5A)의 측정관(1)의 z축 방향 양단에 돌기부분(5Aa)을 설치하고, 에폭시 수지를 충전하는 데에 필요한 공간을 확보하여 극히 간격이 적은 형상으로 해둔다.

제 3 실시형태에서는 귀환자로를 구성하는 코일 고정판(9A, 9B) 및 원주 요크(1)의 양단부를 절개했으므로, 여자 코일(3A, 3B)과 가드전극(5A)부의 정전용량결합에 의한 전계 노이즈가 증가할 우려가 있지만, 가드 전극부(5A, 5B)의 양단에 귀부분을 설치하고 시일드함으로써 정전결합을 작게 할 수 있다.

또한, 도 21c에 도시한 바와 같이 면전극(4A(4B)) 및 가드전극(5A(5B))의 표면에는 에폭시 수지를 충전하기 전에 미리 실리콘 수지나 클로로프렌고무 등의 연질고무를 면전극(4A(4B))과 가드전극(5A(5B)) 및 신호 케이블의 리드선간의 고임피던스 부분에서, 상기 연질고무에 의해 절연이 저하되지 않도록 소정의 거리를 확보하고 그밖의 부분을 도포해 둔다. 그리고, 상기 연질고무가 건조된 후, 고절연성을 갖는 에폭시 수지를 충전한다.

이와 같이 면전극(4A, 4B) 및 가드전극(5A, 5B)의 표면에 실리콘 수지 등을 도포함으로써 에폭시 수지의 열수축시 및 에폭시 수지와 면전극(4A, 4B) 및 가드전극(5A, 5B)간의 열신축의 상위에 의해 발생하는 응력을, 상기 도포된 실리콘 수지에 의해 흡수하는 것이 가능해지므로 균열이나 벗겨짐을 방지할 수 있다.

본 발명은 이상의 구성에 한정되는 것은 아니고, 여러가지의 변형이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 여자자로의 구조를 심플하게 하여, 여자자속의 상승을 빠르게 하고, 유체 노이즈의 영향을 감소시킬 수 있는 여자주파수로 했다. 또한, 한쌍의 면전극 및 가드전극으로부터 차동 증폭되는 유량신호를 높은 S/N비로 검출할 수 있도록, 한쌍의 면전극 및 가드전극 및 차동증폭되는 검출회로에 대해서 대칭인 형상구조로 하고, 전기적으로도 동상 잡음 제거 비율이 높은 시일드 구조로 했다.

그리고, 본 발명에 의하면, 상기 검출부 내에서 절연물을 충전하여 열신축에 대한 응력에 대해서도 견딜 수 있는 강도를 갖는 구조로 했으므로, 유도 노이즈나 진동에 의한 마찰 노이즈의 영향을 받기 어려운 신뢰성이 높은 용량식 전자유량계를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 면전극과 가드전극의 정전용량을 면전극과 피측정 유체간의 정전용량 보다도 작게 하고, 유도 노이즈나 증폭기 노이즈의 증폭 게인을 억제했으므로 고정밀도이고 안정된 용량식 전자 유량계를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 와전류의 발생을 방지할 수 있는 것이므로, 자속자로를 흐트러뜨릴 우려가 적다. 또한, 소정의 기계적 강도를 가지므로, 열변형에도 강한 용량식 전자유량계로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 검출 루프와 교차하는 면적이 작아지고, 전자유도 노이즈를 작게 할 수 있다. 또한, 검출전극과 전치 증폭부 사이에는 비자성 케이블로 하여 고정되었으므로, 유체의 진동에 의한 케이블의 진동 노이즈, 전자유도에 의한 노이즈의 발생이 없는 용량식 전자유량계로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 유체의 진동에 의한 노이즈 발생, 여자 코일의 진동에 의한 노이즈 발생이 없는 용량식 전자유량계로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 신호 케이블 길이를 최단으로 하고, 차동 증폭부를 머리부 내에 콤팩트하게 수납하고, 또한 상술한 면전극 및 가드전극으로부터 상술한 전치 증폭부까지의 고임피던스부 전체를 고정했으므로, 진동에 의한 잡음의 발생을 최소로 억제함과 동시에, 내습성이 뛰어난 용량식 전자 유량계로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 코일 고정판과 원주 요크를 소정의 형상으로 절개하고 와전류의 발생을 억제하고, 여자자속의 상승을 빠르게 하여 여자 주파수를 빠르게 했으므로 유체 노이즈의 영향이 적은 용량식 전자 유량계로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 면전극, 가드전극과 에폭시 수지 사이에 실리콘 수지 또는 연질 고무를 도포했으므로 에폭시 수지가 열수축할 때 발생하는 응력을 연질 고무가 흡수하므로, 면전극, 가드전극과 에폭시 수지 사이에 균열이 발생하지 않는 구조로 할 수 있다.

분명하게도, 본 발명의 수많은 추가적인 변형 및 다양성이 상기 기술사상내에서 가능하다. 또한, 첨부한 청구의 범위내에서 이해될 수 있으며, 본 발명은 특히 상기에서 언급한 구현에 제한적이지 않다.

본 발명에 의하면 자속자로에 반자장 작용이 발생하는 장해물을 극히 적게 하여 미분 노이즈(전자유도 노이즈)나 정전유도 노이즈, 마찰 노이즈의 영향이 적고, 유체 노이즈의 영향을 받기 어려운 내진성, 내습성이 뛰어난 안정된 용량식 전자유량계를 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. 피측정 유체가 흐르는 절연성 물질로 만들어진 측정관,

   상기 측정관의 관축방향과 직교하는 방향의 자속을 부여하는 상기 측정관의 주위에 대향 배치된 자극에 감긴 여자코일,

   상기 자속의 방향과 상기 측정관의 관축방향의 각각에 직교하는 방향에서 상기 측정관의 외벽 주위에 대향 배치된 한쌍의 면전극,

   상기 면전극과 소정의 간격을 유지하고, 상기 면전극을 그 외주로부터 피복하도록 배치된 가드전극,

   상기 여자코일에 상용 주파수 이상의 주파수의 여자전류를 공급하는 여자회로,

   상기 피측정 유체와 상기 한쌍의 면전극의 각각의 사이와, 상기 면전극과 각각의 가드전극 사이의 정전용량을 통하여 검출되는 검출신호를 증폭하는 전치 증폭부,

   상기 면전극 및 가드전극을 상기 전치 증폭부에 접속하는 케이블,

   상기 전치 증폭부의 출력신호로부터 상기 피측정 유체의 유속을 출력하는 신호처리부,

   상기 여자 코일의 외주를 피복하도록 상기 측정관과 동심적으로 배치된 여자자장의 귀환자로를 형성하는 원주요크,

   상기 여자코일을 피복하고, 상기 원주요크와 전기적으로 접속 고정된 비자성체의 코일 고정판, 및

   상기 원주요크의 외주부에 상기 원주요크와 동심적으로 배치된 금속 파이프 및 상기 원주 요크를, 상기 측정관의 양단부에 설치된 상기 한쌍의 면전극 중심을 연결하는 축과 측정관의 관축에 대해서 대칭으로 배치 고정하고, 또한 전기적으로 접속한 어스링을 구비하고,

   상기 여자회로는 여자자속파형이 평탄부를 갖도록 여자전류의 파형제어하는 필터수단을 구비하고,

   상기 면전극과 상기 가드전극 사이에 형성되는 정전용량의 값을, 피측정 유체와 상기 면전극 사이의 정전용량의 값보다 작은 값으로 하는 용량식 전자 유량계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 측정관과 상기 원주요크 사이 및 상기 측정관과 상기 면전극과 가드전극 사이에 각각 에폭시 수지를 충전하여 고정하는 것을 특징으로 하는 용량식 전자 유량계.
3. 피측정 유체가 흐르는 절연성 물질로 만들어진 측정관,

   상기 측정관의 관축방향과 직교하는 방향의 자속을 부여하는 상기 측정관의 주위에 대향 배치된 여자수단,

   상기 자속의 방향과 상기 측정관의 관축방향의 각각에 직교하는 방향에서 상기 측정관의 외벽주위에 대향 배치된 한쌍의 면전극,

   상기 면전극과 소정의 간격을 유지하고, 상기 면전극을 그 외주로부터 피복하도록 배치된 가드전극,

   상기 여자 코일에 상용 주파수 이상의 주파수의 여자전류를 공급하는 여자회로,

   상기 피측정 유체와 상기 한쌍의 면전극 각각의 사이와, 상기 면전극과 각각의 가드전극 사이의 정전용량을 통하여 검출되는 검출신호를 증폭하는 전치 증폭부,

   상기 면전극 및 가드전극을 상기 전치 증폭부에 접속하는 케이블,

   상기 전치 증폭부의 출력신호로부터 상기 피측정 유체의 유속을 출력하는 신호 처리부,

   상기 여자 코일의 외주에서 상기 측정관과 동심적으로 배치된 여자자장의 귀환자로를 형성하는 원주 요크,

   상기 여자코일을 고정하고, 상기 원주 요크와 전기적으로 접속 고정된 비자성체의 코일 고정판, 및

   상기 원주요크의 외부주에 상기 원주요크와 동심적으로 배치된 금속 파이프 및 상기 원주 요크를, 상기 측정관의 양단부에 설치된 상기 한쌍의 면전극의 중심을 연결하는 축과 측정관의 관축에 대해서 대칭으로 배치 고정하고, 또한 전기적으로 접속한 어스링을 구비하고,

   상기 코일 고정판 및 상기 원주요크는 상기 측정관의 관축중심과 직행하는자속의 중심축 평면이 상기 원주요크의 외주와 교차하는 선형상에서, 상기 관축방향의 양단부를 절개한 것을 특징으로 하는 용량식 전자 유량계.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 절개형상은 한쌍의 면전극의 중심을 연결하는 축방향 크기를 최소로 하고, 상기 측정관의 관축방향 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 용량식 전자 유량계.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 전치 증폭부를 검출부와 신호 처리부 사이의 머리부에 삽입하고, 상기 측정관과 금속파이프 및 어스링으로 둘러싸인 검출부내와 상기 머리부까지의 검출부내의 모두를 에폭시 수지로 충전하여 고정하는 것을 특징으로 하는 용량식 전자 유량계.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 면전극과 상기 가드전극의 표면에는 연질 고무를 도포하고, 상기 측정관과 상기 원주요크 사이, 상기 측정관과 상기 면전극 및 가드전극 사이에 에폭시 수지를 충전하여 고정하는 것을 특징으로 하는 용량식 전자 유량계.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 연질 고무는 실리콘 수지를 도포하는 것을 특징으로 하는 용량식 전자 유량계.