JP2000055708A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コア部における渦電流に起因する損失を軽減
することにより高周波励磁を行ったとき励磁電流の立ち
上がり、立ち下がりによる磁束微分ノイズの影響が少な
く、安定したゼロ点を得ることができ、耐ノイズ性を向
上させる。 【解決手段】 励磁コイル２をコア４に巻回し、測定管
１の外周面に設けたコイル取付穴５に配設する。コア４
は磁性材からなり、両端にフランジ４ａが一体的に取付
けられている。フランジ４ａを合成樹脂等の非導電材に
よって形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性流体、特に
高温流体やスラリー流体などの流体の流量を測定する電
磁流量計に関し、更に詳しくは高速矩形波励磁方式の電
磁流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電磁流量計における励磁コイルの励磁方
式としては、矩形波励磁方式と、高速矩形波励磁方式の
２方式がある。矩形波励磁方式は、５０〜６０Ｈｚ以下
の低周波数で励磁コイルを励磁するもので、ゼロ点の安
定性がよく、また低消費電力型であるという優れた特長
を有し、現在主流をなしている。

【０００３】しかしながら、この矩形波励磁方式は、被
測定流体のスラリー濃度が高い場合、流体ノイズ（スラ
リーによる電極の機械的損傷、電気化学的腐蝕等によっ
て発生するノイズ）が大きく、Ｓ／Ｎ比が低下し出力が
不安定になるという問題があった。このノイズは低周波
数ほどレベルが高い１／ｆノイズ特性をもち、その１／
ｆノイズの周波数領域は励磁周波数と重なるため、矩形
波励磁方式ではノイズを除去できない。

【０００４】高速矩形波励磁方式は、矩形波励磁方式の
もつゼロ点の安定性という長所を生かしながら、従来よ
り高い周波数で励磁コイルを励磁し、信号をサンプリン
グする方式である。すなわち、この方式はノイズの１／
ｆ領域から信号周波数を分離するために励磁周波数を１
／ｆノイズが最小となる周波数より大きくしたもので、
ｆ／ｆ_ex＝６以上の周波数帯域でホワイトノイズが支配
的になるノイズ特性に着目して設定される（例：１００
Ｈｚ〜２００Ｈｚ）。

【０００５】図５および図６に小口径の測定管を備えた
高速矩形波励磁方式の電磁流量計の従来例を示す。これ
らの図において、１はステンレス等の非磁性材からなる
丸棒を切削加工することにより形成された小口径の測定
管で、この測定管１の周面にはそれぞれ一対からなる励
磁コイル２と電極３が取付けられている。一対の励磁コ
イル２は両端にフランジ４ａを一体的に備えたコア４に
巻回され、測定管１の外周に上下に対向するように形成
したコイル取付穴５にそれぞれ配設されており、通電に
よって励磁されると被測定流体６の流れ方向と直交する
方向の磁束φを発生させる。一対の電極３は、前記測定
管１の周面の軸線方向中央部に左右方向において対向す
るように貫通して形成した電極用穴７にそれぞれ取付け
られることにより前記励磁コイル２による磁束φと直交
し、先端面が測定管１の管路８内に臨むことにより被測
定流体６との接液面を形成している。

【０００６】また、測定管１の管路８を形成する内周面
には、電気的絶縁性と耐食性をもたせるためにＰＦＡ
（パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂）、
ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）、ネオプレン等から
なるライニング９が内張りされている。なお、１０は一
端が電極３に接続された信号リード線で、この信号リー
ド線１０は９０°ノイズの発生を防止するために前記測
定管１の外周に沿って測定管１の軸線と直交するように
立ち上げられ、図示しない変換器に接続されている。

【０００７】このような構造において、一対の励磁コイ
ル２に通電し、これらを励磁することにより、測定管１
内に被測定流体６の流れ方向と直交する方向の磁界を発
生させる。磁界が発生すると、電磁誘導により磁界の方
向と被測定流体６の流れの方向の双方に対して直交する
方向の起電力が流速および励磁電流に比例して発生し、
この起電力を一対の電極３によって取出し、信号リード
線１０によって変換器に導き、増幅、演算処理すること
により被測定流体６の流量を測定することができる。な
お、図７（ａ）、（ｂ）に矩形波励磁方式と高速矩形波
励磁方式の励磁電流、電極電圧およびサンプル信号を示
す。

【０００８】しかしながら、高速矩形波励磁方式は、高
周波励磁を行ったとき、励磁電流の立ち上がり、立ち下
がりによる磁束微分ノイズの影響が大きいため、実際の
磁束は高速に立ち上がらず、定常領域が確保できないう
ちに極性が切り替わってしまうと信号を正しく取り出せ
ないという問題があって、実際には高速励磁に限界があ
った。この磁束微分ノイズは、図７（ｃ）に示す電極電
圧の立ち上がり、立ち下がりに見られるスパイク性電圧
部分Ｂであり、測定誤差となる。磁束微分ノイズの主な
発生原因は、測定管１やコア４等の導電材料に磁束が流
れるときに発生する渦電流１５に起因しているものと考
えられている。すなわち、測定管１の場合は非磁性材で
はあるが金属製であると、図５および図６に破線で示す
ように渦電流１５が励磁コイル２の周囲に発生する。こ
の渦電流１５は励磁周波数が高くなる程大きくなる。こ
のような渦電流１５が発生すると、被測定流体６中に励
磁コイル２による磁界の方向とは逆の方向の磁界が発生
して励磁コイル２による磁界を弱めてしまう。同様に、
コア４およびそのフランジ４ａについても鉄等の磁性材
からなる金属によって製作されているので、渦電流１
５’が発生し磁界を弱めてしまう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したように高速矩
形波励磁方式においては、測定管１、コア４等に発生す
る渦電流１５、１５’に起因して磁束微分ノイズが発生
するため、励磁波形が高速で立ち上がらず、そのため十
分に立ち上がらないうちに極性が切り替わってしまうと
信号が正しく取り出せないという問題があった。

【００１０】渦電流の防止対策としては、測定管１の場
合、ステンレス等の非磁性材からなる金属で製作する代
わりにセラミックス等の非導電材で製作することにより
解決することができる。一方、コア４およびそのフラン
ジ４ａについては磁気回路として機能させるために鉄等
の磁性材料で製作する必要がある。そのため、測定管１
のように非導電材で製作することができず、渦電流１
５’の発生を完全には防止することができなかった。こ
の渦電流１５’は、フランジ４ａの表面に沿って発生す
る。

【００１１】そこで、本発明者はコア４とフランジ４ａ
に発生する渦電流１５’の強度および磁束φへの影響に
ついて測定した結果、一対のフランジ４ａのうち特に測
定管１側のフランジ４ａに発生する渦電流１５’が磁束
φに影響を及ぼすことを確認した。また、この測定管１
側のフランジ４ａを非導電材によって形成したコアを用
いて実験を行った結果、渦電流１５’の発生を著しく軽
減することができ、しかも磁束φには殆ど影響を与えな
いことを確認した。

【００１２】本発明は上記した従来の問題および実験結
果に基づいてなされたもので、その目的とするところ
は、コア部における渦電流に起因する損失を軽減するこ
とにより高周波励磁を行ったとき励磁電流の立ち上が
り、立ち下がりによる磁束微分ノイズの影響が少なく、
安定したゼロ点を得ることができ、耐ノイズ性を向上さ
せるようにした電磁流量計を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明は、測定管と、この測定管に互いに対向す
るように配設された一対の電極と、コアに巻回され前記
測定管の外周に前記電極と直交するように配設された一
対の励磁コイルとを備え、１／ｆノイズが最小となる周
波数より大きな周波数で前記励磁コイルを励磁する電磁
流量計において、前記コアの両端にフランジをそれぞれ
設け、このフランジのうち少なくとも測定管側のフラン
ジを非導電材で形成したことを特徴とする。このような
構成においては、測定管側のフランジには渦電流が全く
発生しないので、コア部における渦電流損失を低減する
ことができる。したがって、高周波励磁を行ったとき、
励磁電流が速く立ち上がって磁束微分ノイズの影響が少
なく、より高速な励磁が可能となる。

【００１４】第２の発明は、上記第１の発明において、
一対のコアのフランジを可撓性を有する非導電材で形成
したことを特徴とする。このような構成においては、フ
ランジを測定管の外周面に沿って変形させることがで
き、鞍型の励磁コイルとすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る電
磁流量計を小口径の測定管に適用した一実施の形態を示
す断面図である。なお、図中従来技術の欄で示した構成
部材等と同一のものについては同一符号をもって示し、
その説明を適宜省略する。図１において、測定管１は好
ましくはセラミックス等の非導電材によって製作され、
被測定流体の管路８を形成する内周面および両端面にＰ
ＦＡ、ＰＴＦＡ等のライニング材９がライニングされて
いる。測定管１の周面にはそれぞれ一対からなる励磁コ
イル２と電極３が取付けられている。一対の励磁コイル
２はコア４に巻回され、測定管１の外周に上下に対向す
るように形成したコイル取付穴５にそれぞれ配設されて
いる。一対の電極３は、前記測定管１の周面の軸線方向
中央部に左右方向において対向するように貫通して形成
した電極用穴７にそれぞれ取付けられることにより前記
励磁コイル２による磁束φと直交し、先端面が測定管１
の管路８内に臨むことにより被測定流体との接液面を形
成している。そして、このような測定管１は、磁気回路
を形成する磁性材製の外ケース１８内に収納されてい
る。

【００１６】前記励磁コイル２が巻回されるコア４は、
電磁軟鉄等の磁性材によって丸棒体に形成され、両端に
フランジ４ａがそれぞれ一体的に取付けられている。こ
れらのフランジ４ａは、ＰＴＦＡ等の合成樹脂、セラミ
ックス、木材（チップを圧縮したものあるいはそれを合
成樹脂で固めたものでも可）等の非導電材によって形成
され、コア４の端部が圧入、またはかしめられることに
より一体的に取付けられている。

【００１７】このような構造からなる電磁流量計におい
ては、測定管１とコア４の両端に設けられるフランジ４
ａを非導電材によって形成したので、励磁コイル２を高
周波励磁したとき、測定管１およびフランジ４ａの表面
には渦電流が全く発生せず、渦電流に起因する損失を低
減することができる。したがって、磁界が渦電流によっ
て弱められることがなく、また励磁電流が十分速く立ち
上がるため磁束微分ノイズの影響が少なく、安定したゼ
ロ点を得ることができ、より高い励磁周波数（４００〜
５００Ｈｚ）での励磁を可能にするとともに電磁流量計
の耐ノイズ性を向上させることができる。また、フラン
ジ４ａを非導電材によって形成しても磁束φへの影響が
きわめて小さく、実用上何等問題ない。

【００１８】ここで、本実施の形態においては、一対の
フランジ４ａを非導電材によって形成した例を示した
が、主として測定管１側のフランジ４ａに発生する渦電
流が磁束φに影響を及ぼすため、図２に示すように測定
管１側のフランジ４ａ（図において下側のフランジ）の
みを非導電材によって形成し、測定管１側とは反対側の
フランジ４ａをコア４と同一材料で一体に形成しても十
分な効果が得られる。また、測定管１がたとえステンレ
ス等の非磁性材で形成されているものであっても、少な
くとも測定管１側のフランジ４ａを非導電材によって形
成すれば、図５および図６に示した従来の電磁流量計に
較べて渦電流に起因する損失が少なく、より安定したゼ
ロ点と耐ノイズ性が得られることを確認した。

【００１９】一対のフランジ４ａを非導電材で形成する
と磁気回路としては機能しなくなるが、フランジ４ａは
励磁コイル２をコア４に巻回するときのガイドとしての
機能をも果たすため必要である。特に、高周波励磁方式
においては密度の高い巻き付けが要求されるため、フラ
ンジ４ａがないと巻き付けが難しくなり、所望の励磁コ
イル２を得ることができなくなるため必須のものであ
る。

【００２０】図３は本発明の他の実施の形態を示す要部
の断面図である。この実施の形態においては、鉄等の磁
性材からなるコア４の両端部に雄螺子部２０をそれぞれ
形成し、ＰＴＦＡ等の非導電材によって形成した一対の
フランジ４ａにねじ孔２１を形成し、このねじ孔２１に
前記雄螺子部２０を螺合することによりコア４と一対の
フランジ４ａを一体的に結合している。また、測定管１
側のフランジ４ａの外周面に雄螺子部２２を形成し、測
定管１のコイル取付穴５をねじ孔とし、このねじ孔に前
記雄螺子部２２を螺合することにより前記フランジ４ａ
を測定管１に固定している。このような構造において
は、圧入、接着剤等により取付ける場合に較べて励磁コ
イル２の取付け、取外し作業が容易であるという利点が
ある。

【００２１】図４（ａ）、（ｂ）は本発明を鞍型励磁コ
イルに適用した実施の形態を示す断面図である。測定管
の外周面に沿って配設される鞍型励磁コイルの場合は、
コア４に直接励磁コイル２を巻回する代わりに、コア４
に設けたボビン２５の外周面に励磁コイル２を巻回して
いる。ボビン２５としては、可撓性を有する非導電材に
よって形成され、磁性材からなるコア４が嵌合される
か、または成形によってコア４と一体に形成される。可
撓性を有する非導電材としては、ＰＴＦＡが用いられ
る。ボビン２５に励磁コイル２を巻回するとき、または
巻いた後に２００〜３００°Ｃ程度の熱を加えて励磁コ
イル２の心線を覆っている溶融温度が異なる二層のワニ
スのうち表面側の融点が低いワニスを溶かして固定す
る。この温度に耐えるものとしては、ＰＴＦＡが最適で
ある。また、鞍型励磁コイルの場合は、励磁コイル２を
巻回した後にボビン２５のフランジ２５ａを測定管の外
周面の曲率と一致するように変形させ、その後熱を加え
て鞍型とするため、可撓性を有していることが好まし
い。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電磁流
量計によれば、コアの両端に設けられる一対のフランジ
のうち少なくとも測定管側のフランジを非導電材によっ
て形成したので、渦電流の発生が少なく、したがって、
高周波励磁を行ったとき、励磁電流の立ち上がり、立ち
下がりによる磁束微分ノイズの影響が少なく、安定した
ゼロ点を得ることができ、より高い励磁周波数（４００
〜５００Ｈｚ）での励磁を可能にするとともに電磁流量
計の耐ノイズ性を向上させることができる。また、フラ
ンジを可撓性を有する非導電材で形成したので、測定管
の外周に沿ってフランジを鞍型に変形させることがで
き、鞍型励磁コイルを用いた大口径の電磁流量計に適用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る電磁流量計の一実施の形態を示
す断面図である。

【図２】 コアとフランジの他の実施の形態を示す断面
図である。

【図３】 本発明の他の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図４】 （ａ）、（ｂ）はコアとフランジのさらに他
の実施の形態を示す断面図である。

【図５】 電磁流量計の従来例を示す外観斜視図であ
る。

【図６】 同電磁流量計の断面図である。

【図７】 （ａ）は矩形波励磁方式における励磁電流の
波形、（ｂ）は高速矩形波励磁方式における励磁電流の
波形、（ｃ）は電極電圧の波形、（ｄ）はサンプリング
信号のタイミングチャートである。

【符号の説明】

１…測定管、２…励磁コイル、３…電極、４…コア、４
ａ…フランジ、５…コイル取付穴、６…被測定流体、７
…電極用穴、８…管路、９…ライニング、１０…信号リ
ード線、１５，１５’…渦電流、２５…ボビン、２５ａ
…フランジ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定管と、この測定管に互いに対向する
   ように配設された一対の電極と、コアに巻回され前記測
   定管の外周に前記電極と直交するように配設された一対
   の励磁コイルとを備え、１／ｆノイズが最小となる周波
   数より大きな周波数で前記励磁コイルを励磁する電磁流
   量計において、 前記コアの両端にフランジをそれぞれ設け、このフラン
   ジのうち少なくとも測定管側のフランジを非導電材で形
   成した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、 一対のフランジを可撓性を有する非導電材で形成したこ
   とを特徴とする電磁流量計。