(57)【要約】【課題】測定管の外周面に発生した帯電による流量計測への影響を低減する。【解決手段】計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管２と、測定管２を挟んで測定管２の外周面２Ａに互いに対向して配置されて、流体に生じた起電力を検出する一対の面電極１０Ａ，１０Ｂと、測定管２の外周面２Ａに、面電極１０Ａ，１０Ｂの外表面のすべてを覆うように形成された誘電体の薄膜７とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管と、
前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に互いに対向して配置されて、前記流体に生じた起電力を検出する一対の面電極と、
少なくとも前記一対の面電極の外表面のすべてを覆うように形成された誘電体の薄膜と
を備えることを特徴とする容量式電磁流量計。
【請求項２】
請求項１に記載の容量式電磁流量計において、
前記一対の面電極は、前記測定管の外周面にパターン形成された導体からなり、
前記薄膜は、前記一対の面電極のすべてを覆うように、前記測定管の外周面に貼り付けられるフィルムからなる
ことを特徴とする容量式電磁流量計。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の容量式電磁流量計において、
前記測定管の外周面に互いに対向して形成されて、前記一対の面電極と電気的にそれぞれ接続された一対の管側配線パターンをさらに備え、
前記薄膜は、前記一対の管側配線パターンの外表面を覆うように形成されている
ことを特徴とする容量式電磁流量計。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記薄膜は、樹脂フィルムを基材とした絶縁テープからなることを特徴とする容量式電磁流量計。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記薄膜は、樹脂フィルムの基材と粘着剤の２層構造を有する絶縁テープからなることを特徴とする容量式電磁流量計。
【請求項６】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記薄膜は、絶縁性を有する液状のコーティング剤を塗布して乾燥させて形成した皮膜からなることを特徴とする容量式電磁流量計。
【請求項７】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記薄膜は、前記一対の面電極のすべてを前記測定管の全周にわたって環状に覆う絶縁皮膜からなることを特徴とする容量式電磁流量計。
【請求項８】
請求項７に記載の容量式電磁流量計において、
前記絶縁皮膜は、熱収縮チューブからなることを特徴とする容量式電磁流量計。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記薄膜は、前記測定管の全周にわたって環状に形成されていることを特徴とする容量式電磁流量計。
【請求項１０】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の容量式電磁流量計において、
前記薄膜は、前記測定管の周方向で２つに分割して形成されていることを特徴とする容量式電磁流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定管の外周面に形成した面電極に発生する起電力に基づいて、測定管内を流れる流体の流量を計測する流量計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁流量計の１つとして、測定管の外周面に形成した面電極に発生する起電力に基づいて、測定管内を流れる流体の流量を計測する容量式電磁流量計が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。図１０は、従来の容量式電磁流量計の検出部を示す正面図である。図１１は、従来の容量式電磁流量計の検出部を示す側面図である。図１２は、従来の容量式電磁流量計の検出部を示す上面図である。
【０００３】
図１０〜図１２に示すように、従来の容量式電磁流量計５０は、測定管５１の外周面に形成した一対の面電極５２Ａ，５２Ｂを備え、一対の励磁コイル５３Ａ，５３Ｂに流す励磁電流の極性を交互に切り替えながら、面電極５２Ａ，５２Ｂ間に発生する起電力を検出することにより、測定管５１内を流れる流体の流量を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−０７７１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した従来の容量式電磁流量計において、測定管５１は樹脂やセラミックなどの誘電性材料からなり、電気を蓄える性質を持つ誘電体であるため、測定管５１の外周面に次のような３種類の帯電を起こす場合がある。
【０００６】
［流体温度変化による帯電］
測定管５１内を流れる流体の温度が短時間に大きく変化すると、焦電効果によって測定管５１の外周面に帯電を起こす場合がある。焦電効果とは、誘電体結晶を加熱すると、結晶構造が変化して、表面に焦電気と呼ばれる電荷が現れる現象である。この加熱には、例えば人体から出る赤外線による加熱も含まれ、このような僅かな加熱であっても、焦電効果により電荷が発生する場合もある。発生した電荷は、通常、表面に付着した空気中のイオンなどにより中和されるが、流体の温度が短時間に大きく変化すると多くの電荷が発生して、測定管５１の外周面に帯電することになる。
【０００７】
［流体圧力変化による帯電］
測定管５１内を流れる流体の圧力が変化すると、測定管５１に歪みが発生し、圧電効果によって測定管５１の外周面に帯電を起こす場合がある。圧電効果とは、誘電体に圧力が加わると、結晶構造が変化して分極し、表面に圧電気と呼ばれる電荷が現れる現象である。発生した電荷は、測定管５１の外周面に帯電することになる。
［流体摩擦による帯電］
測定管５１内に超純水のような低導電率の流体を流すと、測定管５１の内周面と流体との摩擦によって静電気が発生し、測定管５１の外周面に帯電することになる。
【０００８】
これら帯電は、測定管５１の外周面に発生するため、面電極５２Ａ，５２Ｂの電極間（さらには配線パターン間）に、直流電圧（電位差）となって現れる場合がある。また、このとき発生する直流電圧は、条件によっては数十ｍＶ以上となる場合がある。一方、流体の流速に応じて面電極５２Ａ，５２Ｂの間に発生する起電力（交流電圧信号）は、数ｍＶ（ｐ−ｐ）以内である。このため、帯電によって面電極５２Ａ，５２Ｂ間に発生した直流電圧の影響を受けて、流量計測値がドリフトを起こしてしまう恐れがある。
【０００９】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、測定管の外周面に発生した帯電による流量計測への影響を低減できる容量式電磁流量計を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明にかかる容量式電磁流量計は、計測対象となる流体が流れる誘電体の測定管と、前記測定管を挟んで前記測定管の外周面に互いに対向して配置されて、前記流体に生じた起電力を検出する一対の面電極と、少なくとも前記一対の面電極の外表面のすべてを覆うように形成された誘電体の薄膜とを備えている。
【００１１】
また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記一対の面電極が、前記測定管の外周面にパターン形成された導体からなり、前記薄膜は、前記一対の面電極のすべてを覆うように、前記測定管の外周面に貼り付けられるフィルムからなるものである。
【００１２】
また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記測定管の外周面に互いに対向して形成されて、前記一対の面電極と電気的にそれぞれ接続された一対の管側配線パターンをさらに備え、前記薄膜は、前記一対の管側配線パターンの外表面を覆うように形成されているものである。
【００１３】
また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記薄膜が、樹脂フィルムを基材とした絶縁テープからなるものである。
【００１４】
また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記薄膜が、樹脂フィルムの基材と粘着剤の２層構造を有する絶縁テープからなるものである。
【００１５】
また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記薄膜が、絶縁性を有する液状のコーティング剤を塗布して乾燥させて形成した皮膜からなるものである。
【００１６】
また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記薄膜が、前記一対の面電極のすべてを前記測定管の全周にわたって環状に覆う絶縁皮膜からなるものである。
【００１７】
また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記絶縁皮膜が、熱収縮チューブからなるものである。
【００１８】
また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記薄膜が、前記測定管の全周にわたって環状に形成されているものである。
【００１９】
また、本発明にかかる上記容量式電磁流量計の一構成例は、前記薄膜が、前記測定管の周方向で２つに分割して形成されているものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、測定管の外周面に、面電極の外表面のすべてを覆う誘電体の薄膜を形成したので、帯電による電荷が面電極の外表面には発生せず、その外側の薄膜へ移動することになる。このため、帯電が、面電極の電極間に、直流電圧となって現れなくなり、流量計測値のドリフトを抑制することができる。したがって、測定管の外周面に発生した帯電による流量計測への影響を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、第１の実施の形態にかかる容量式電磁流量計の回路構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態にかかる検出部の正面図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態にかかる検出部の側面図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態にかかる検出部の上面図である。
【図５】図５は、プリアンプを用いた差動増幅回路の構成例である。
【図６】図６は、第２の実施の形態にかかる検出部の側面図である。
【図７】図７は、第２の実施の形態にかかる検出部の上面図である。
【図８】図８は、第３の実施の形態にかかる検出部の正面図である。
【図９】図９は、第３の実施の形態にかかる検出部の側面図である。
【図１０】図１０は、従来の容量式電磁流量計の検出部を示す正面図である。
【図１１】図１１は、従来の容量式電磁流量計の検出部を示す側面図である。
【図１２】図１２は、従来の容量式電磁流量計の検出部を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
次に、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる容量式電磁流量計の回路構成を示すブロック図である。
【００２３】
［容量式電磁流量計］
容量式電磁流量計１００は、励磁コイルから印加した磁束により、測定管内を流れる計測対象である流体に生じた起電力を、測定管の外周面に設けられた面電極で、流体と電極との間の静電容量を介して検出し、得られた起電力を増幅した後、サンプリングして信号処理することにより、電極を流体に接液させることなく、流体の流量を測定する。
【００２４】
図１に示すように、容量式電磁流量計１００は、主な回路部として、検出部２０、信号増幅回路２１、信号検出回路２２、励磁回路２３、伝送回路２５、設定・表示回路２６、および演算処理回路（ＣＰＵ）２７を備えている。このうち、演算処理回路２７は、ＣＰＵとその周辺回路を備え、予め設定されているプログラムをＣＰＵで実行することにより、ハードウェアとソフトウェアを協働させることにより、励磁制御部２７Ａや流量算出部２７Ｂなどの各種処理部を実現する。
【００２５】
検出部２０は、主な構成として、測定管２、励磁コイル３Ａ，３Ｂ、面電極１０Ａ，１０Ｂ、およびプリアンプ５Ｕを備え、測定管２内の流路１を流れる流体の流速に応じた起電力Ｖａ，Ｖｂを面電極１０Ａ，１０Ｂで検出し、これら起電力Ｖａ，Ｖｂに応じた交流の検出信号Ｖｉｎを出力する機能を有している。
【００２６】
信号増幅回路２１は、検出部２０から出力された検出信号Ｖｉｎに含まれるノイズ成分をフィルタリングした後、増幅して得られた交流の流量信号ＶＦを出力する。
信号検出回路２２は、信号増幅回路２１からの流量信号ＶＦをサンプルホールドし、得られた直流電圧を流量振幅値ＤＦにＡ／Ｄ変換して、流量算出部２７Ｂへ出力する。
【００２７】
流量算出部２７Ｂは、信号検出回路２２からの流量振幅値ＤＦに基づいて流体の流量を算出し、流量計測結果を伝送回路２５へ出力する。
伝送回路２５は、伝送路Ｌを介して上位装置との間でデータ伝送を行うことにより、演算処理回路２７で得られた流量計測結果や空状態判定結果を上位装置へ送信する。
【００２８】
励磁制御部２７Ａは、励磁コイル３Ａ，３Ｂの励磁切替を制御するための励磁制御信号Ｖｅｘを励磁回路２３へ出力する。
励磁回路２３は、励磁制御部２７Ａからの励磁制御信号Ｖｅｘに基づいて、交流の励磁電流Ｉｅｘを励磁コイル３Ａ，３Ｂへ供給する。
設定・表示回路２６は、例えば作業者の操作入力を検出して、流量計測、伝導率測定、空状態判定などの各種動作を演算処理回路２７へ出力し、演算処理回路２７から出力された、流量計測結果や空状態判定結果をＬＥＤやＬＣＤなどの表示回路で表示する。
【００２９】
［検出部の構成］
次に、図２〜図４参照して、検出部２０の構成について詳細に説明する。図２は、第１の実施の形態にかかる検出部の正面図である。図３は、第１の実施の形態にかかる検出部の側面図である。図４は、第１の実施の形態にかかる検出部の上面図である。
【００３０】
図２に示すように、測定管２は、円筒形状をなすセラミックや樹脂などの絶縁性および誘電性に優れた材料からなり、測定管２の外側には、測定管２の長手方向（第１の方向）Ｘに対して磁束方向（第２の方向）Ｙが直交するよう、略Ｃ字形状のヨークと、一対の励磁コイル３Ａ，３Ｂが測定管２を挟んで対向配置されている。なお、図２〜図４では、図を見易くするため、対向するヨーク端面だけ、すなわちヨーク面４Ａ、４Ｂだけを図示している。
【００３１】
一方、測定管２の外周面２Ａには、長手方向Ｘおよび磁束方向（第２の方向）Ｙと直交する電極方向（第３の方向）Ｚに、薄膜導体からなる一対の面電極（第１の面電極）１０Ａと面電極（第２の面電極）１０Ｂが対向配置されている。
これにより、交流の励磁電流Ｉｅｘを励磁コイル３Ａ，３Ｂに供給すると、励磁コイル３Ａ，３Ｂの中央に位置するヨーク面４Ａ，４Ｂ間に磁束Φが発生して、流路１を流れる流体に、電極方向Ｚに沿って流体の流速に応じた振幅を持つ交流の起電力Ｖａ，Ｖｂが発生し、この起電力Ｖａ，Ｖｂが、流体と面電極１０Ａ，１０Ｂとの間の静電容量を介して面電極１０Ａ，１０Ｂで検出される。
【００３２】
この静電容量は数ｐＦ程度と非常に小さく、流体と面電極１０Ａ，１０Ｂとの間のインピーダンスが高くなるため、ノイズの影響を受けやすくなる。このため、オペアンプＩＣなどを用いたプリアンプ５Ｕにより、面電極１０Ａ，１０Ｂで得られた起電力Ｖａ，Ｖｂを低インピーダンス化している。
本実施の形態では、図３〜４に示すように、測定管２の外周面２Ａに形成した配線パターンを含む、接続配線１１Ａおよび接続配線１１Ｂからなる一対の接続配線により、面電極１０Ａ，１０Ｂとプリアンプ５Ｕとをそれぞれ電気的に接続している。
【００３３】
すなわち、接続配線１１Ａは、外周面２Ａに形成されて一端が面電極１０Ａに接続された管側配線パターン１２Ａと、プリアンプ基板５に形成されて一端がプリアンプ５Ｕに接続された基板側配線パターン５Ａと、管側配線パターン１２Ａと基板側配線パターン５Ａとを接続するジャンパー線１５Ａとから構成されている。ジャンパー線１５Ａは、管側配線パターン１２Ａの他端に形成されたパッド１６Ａと、基板側配線パターン５Ａの他端に形成されたパッド５Ｃとに半田付けされる。
【００３４】
また、接続配線１１Ｂは、外周面２Ａに形成されて一端が面電極１０Ｂに接続された管側配線パターン１２Ｂと、プリアンプ基板５に形成されて一端がプリアンプ５Ｕに接続された基板側配線パターン５Ｂと、管側配線パターン１２Ｂと基板側配線パターン５Ｂとを接続するジャンパー線１５Ｂとから構成されている。ジャンパー線１５Ｂは、管側配線パターン１２Ｂの他端に形成されたパッド１６Ｂと、基板側配線パターン５Ｂの他端に形成されたパッド５Ｄとに半田付けされる。
【００３５】
これにより、接続配線１１Ａ，１１Ｂのうち、面電極１０Ａ，１０Ｂからプリアンプ基板５の近傍位置までの区間で、外周面２Ａに形成された管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂが用いられることになる。このため、配線ケーブルの取り回しや固定などの取付作業を簡素化でき、接続配線のコストおよび配線作業負担が軽減される。
【００３６】
さらに、面電極１０Ａ，１０Ｂと管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂとは、銅などの非磁性金属薄膜からなり、測定管２の外周面２Ａに一体で形成されるため、製造工程を簡素化することができ、製品コストの低減にもつながる。
【００３７】
［薄膜について］
次に、面電極１０Ａ，１０Ｂの外表面に形成された薄膜７について説明する。
図２〜図４に示すように、本実施の形態において、測定管２の外周面２Ａには、少なくとも面電極１０Ａ，１０Ｂの外表面のすべてを覆う誘電体の薄膜７が、測定管２の全周にわたって環状に形成されている。具体的には、面電極１０Ａ，１０Ｂが外周面２Ａにパターン形成された導体であるため、薄膜７として、これら面電極１０Ａ，１０Ｂのすべてを覆うように、外周面２Ａに貼り付けられる誘電性のフィルムを用いてもよい。
【００３８】
前述したように、測定管２として、樹脂やセラミックなどの誘電性材料からなり、電気を蓄える性質を持つ誘電体を用いた場合、測定管２の外周面２Ａには、流体温度変化に伴う焦電効果による帯電、流体圧力変化による圧電効果に伴う帯電、あるいは、超純水のような低導電率の流体を流した際の流体摩擦による帯電が発生する。
【００３９】
これら帯電は、測定管２の外周面２Ａに発生するため、面電極１０Ａ，１０Ｂの電極間（さらには配線パターン間）に、直流電圧（電位差）となって現れる場合がある。また、このとき発生する直流電圧は、条件によっては数十ｍＶ以上となる場合がある。一方、流体の流速に応じて面電極１０Ａ，１０Ｂの間に発生する起電力Ｖａ，Ｖｂは、数ｍＶ（ｐ−ｐ）以内である。このため、帯電によって面電極１０Ａ，１０Ｂ間に発生した直流電圧の影響を受けて、流量計測値がドリフトを起こしてしまう恐れがある。
【００４０】
本実施の形態では、測定管２の外周面２Ａに、面電極１０Ａ，１０Ｂの外表面のすべてを覆う誘電体の薄膜７を形成したので、帯電による電荷が面電極１０Ａ，１０Ｂの外表面には発生せず、その外側の薄膜７へ移動することになる。このため、帯電が、面電極１０Ａ，１０Ｂの電極間に、直流電圧となって現れなくなり、流量計測値のドリフトを抑制することができる。したがって、測定管２の外周面２Ａに発生した帯電による流量計測への影響を低減することが可能となる。
【００４１】
薄膜７については、ポリエステル、アクリル、エポキシ、フッ素、シリコンなど、タイ持つ温度範囲が広く入手性の良い樹脂フィルムを基材とした絶縁テープであってもよく、具体的には、上記樹脂フィルムの基材と熱硬化型ゴム系などの粘着剤の２層構造を有する絶縁テープであってもよい。また、薄膜７として厚みが薄いフィルムや絶縁テープを用いる場合、薄膜７の外表面に帯電した電荷と面電極１０Ａ，１０Ｂとの距離を十分確保するため、一定の厚さとなるよう重ねて張り付けてもよい。
【００４２】
なお、薄膜７は、面電極１０Ａ，１０Ｂの外表面に貼り付けるシート部材に限定されるものではなく、例えば、電気絶縁ワニスなど、絶縁性を有する液状のコーティング剤を塗布して乾燥させて形成した皮膜であってもよい。また、面電極１０Ａ，１０Ｂのすべてを測定管２の全周にわたって環状に覆う熱収縮チューブなどの絶縁皮膜であってもよい。
【００４３】
［配線パターンについて］
図３〜図４に示すように、管側配線パターン１２Ａは、測定管２の外周面２Ａに長手方向Ｘに沿って直線状に形成された長手方向配線パターン１３Ａと、面電極１０Ａのうち、長手方向Ｘに沿った端部から上記長手方向配線パターン１３Ａの一端まで、測定管２の外周面２Ａに測定管２の周方向Ｗに沿って形成された周方向配線パターン１４Ａとを含んでいる。
また、管側配線パターン１２Ｂは、測定管２の外周面２Ａに長手方向Ｘに沿って直線状に形成された長手方向配線パターン１３Ｂと、面電極１０Ｂのうち、長手方向Ｘに沿った端部から上記長手方向配線パターン１３Ｂの一端まで、測定管２の外周面２Ａに測定管２の周方向Ｗに沿って形成された周方向配線パターン１４Ｂとを含んでいる。
【００４４】
接続配線１１Ａ，１１Ｂの一部は、磁束領域Ｆの内側あるいはその近傍に配置されるため、接続配線１１Ａ，１１Ｂとして一対の配線ケーブルを用いた場合には、磁束方向Ｙから見た両配線間の位置ズレにより、信号ループが形成されてしまい、前述したように磁束微分ノイズが発生する要因となる。
本実施の形態のように、測定管２の外周面２Ａに形成した配線パターンを用いれば、接続配線１１Ａ，１１Ｂの位置を正確に固定化することができる。このため、磁束方向Ｙから見た両配線間の位置ズレを回避でき、磁束微分ノイズの発生を容易に抑制することができる。
【００４５】
この際、長手方向配線パターン１３Ｂは、測定管２を挟んで長手方向配線パターン１３Ａとは反対側の外周面２Ａのうち、磁束方向Ｙから見て長手方向配線パターン１３Ａと重なる位置に形成されている。すなわち、外周面２Ａのうち、管軸Ｊを通過する電極方向Ｚに沿った平面を挟んで対称となる位置に、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂが形成されている。
【００４６】
図３および図４の例では、磁束方向Ｙに沿って測定管２の管軸Ｊを通過する平面が外周面２Ａと交差する交差線ＪＡ，ＪＢ上に、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂがそれぞれ形成されている。また、周方向配線パターン１４Ａの一端は、面電極１０Ａの端部１７Ａのうち、長手方向Ｘにおける面電極１０Ａの中央位置に接続されている。同じく、周方向配線パターン１４Ｂの一端は、面電極１０Ｂの端部１７Ｂのうち、長手方向Ｘにおける面電極１０Ｂの中央位置に接続されている。
【００４７】
これにより、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂが、磁束方向Ｙから見て重なる位置に形成されているため、前述したような信号ループの形成を正確に回避することができ、磁束微分ノイズの発生を容易に抑制することができる。
【００４８】
また、交差線ＪＡ，ＪＢ上に長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂを形成することにより、周方向配線パターン１４Ａ，１４Ｂの長さが等しくなって、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂ全体の長さが等しくなるため、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂの長さの違いに起因して発生する、面電極１０Ａ，１０Ｂからの起電力Ｖａ，Ｖｂの位相差や振幅などのアンバランスを抑制できる。なお、計測精度上、これらアンバランスが無視できる程度であれば、長手方向配線パターン１３Ａ，１３Ｂは、交差線ＪＡ，ＪＢ上でなくてもよく、磁束方向Ｙから見て重なる位置に形成されていればよい。
【００４９】
［プリアンプ基板について］
プリアンプ基板５は、電子部品を実装するための一般的なプリント配線基板であり、図２に示すように、プリアンプ基板５のほぼ中央位置に、測定管２を貫通させるための管孔５Ｈが形成されている。したがって、プリアンプ基板５は測定管２と交差する方向に沿って取り付けられていることになる。管孔５Ｈに貫通させた測定管２の外周面２Ａと、管孔５Ｈの端部とを接着剤で固定することにより、測定管２にプリアンプ基板５を容易に取り付けることができる。図２の例では、管孔５Ｈは、プリアンプ基板５の基板端部に向けて開口していないが、管孔５Ｈの周部の一部が、プリアンプ基板５の基板端部に向けて直接開口していてもよく、あるいはスリットを介して間接的に開口していてもよい。
【００５０】
また、図３および図４の例において、プリアンプ基板５の取付位置は、長手方向Ｘ（矢印方向）に流れる流体の下流方向に、磁束領域Ｆから離間した位置である。また、プリアンプ基板５の取付方向は、前述したように、基板面が測定管２と交差する方向、ここでは、磁束方向Ｙおよび電極方向Ｚからなる２次元平面に沿った方向である。なお、プリアンプ基板５の取付位置は、磁束領域Ｆの外側位置であればよく、磁束領域Ｆから下流方向とは反対の上流方向に離間した位置であってもよい。また、プリアンプ基板５の取付方向は、上記２次元平面に沿った方向に厳密に限定されるものではなく、上記２次元平面と傾きを持っていてもよい。
【００５１】
また、面電極１０Ａ，１０Ｂ、接続配線１１Ａ，１１Ｂ、および、プリアンプ５Ｕは、接地電位に接続された金属板からなるシールドケース６で電気的にシールドされている。シールドケース６は、長手方向Ｘに沿って伸延する略矩形状をなし、測定管２が内側を貫通するための開口部が、磁束領域Ｆから上流方向と下流方向に設けられている。
【００５２】
これにより、インピーダンスの高い回路部分全体がシールドケース６でシールドされることにより、外部ノイズの影響を抑制される。この際、プリアンプ基板５のうちプリアンプ５Ｕの実装面とは反対側の半田面に、接地電位に接続された接地パターン（べたパターン）からなるシールドパターン５Ｇを形成してもよい。これにより、シールドケース６を構成する平面のうち、プリアンプ基板５と当接する平面はすべて開口していてもよく、シールドケース６の構造を簡素化できる。
【００５３】
図５は、プリアンプを用いた差動増幅回路の構成例である。図５に示すように、プリアンプ５Ｕは、面電極１０Ａ，１０Ｂからの起電力Ｖａ，Ｖｂをそれぞれ個別に低インピーダンス化して出力する２つのオペアンプＵＡ，ＵＢを備えている。これらオペアンプＵＡ，ＵＢは、同じＩＣパッケージ内に封止されている（デュアルオペアンプ）。また、これらは、入力されたＶａ，Ｖｂを差動増幅し、得られた差動出力を検出信号Ｖｉｎとして、図１の信号増幅回路２１へ出力する。
【００５４】
具体的には、ＵＡの非反転入力端子（＋）にＶａが入力され、ＵＢの非反転入力端子（＋）にＶｂが入力されている。また、ＵＡの反転入力端子（−）は、抵抗素子Ｒ１を介してＵＡの出力端子に接続されており、ＵＢの反転入力端子（−）は、抵抗素子Ｒ２を介してＵＢの出力端子に接続されている。そして、ＵＡの反転入力端子（−）は、抵抗素子Ｒ３を介してＵＢの反転入力端子（−）に接続されている。この際、Ｒ１，Ｒ２の値を等しくすることによりＵＡ，ＵＢの増幅率は一致する。これらＲ１，Ｒ２の値とＲ３の値によって増幅率が決定される。
【００５５】
面電極１０Ａ，１０Ｂからの起電力Ｖａ，Ｖｂは、互いに逆相を示す信号であるため、ＵＡ，ＵＢを用いてこのような差動増幅回路をプリアンプ基板５上で構成することにより、励磁コイル３Ａ，３Ｂや測定管２から熱の影響を受けてＶａ，Ｖｂに温度ドリフトが発生したとしても、Ｖａ，Ｖｂが差動増幅される。これにより、検出信号Ｖｉｎにおいて、これら同相の温度ドリフトはキャンセルされるとともに、Ｖａ，Ｖｂが加算されることになり、良好なＳ／Ｎ比を得ることができる。
【００５６】
［第１の実施の形態の効果］
容量式電磁流量計１００において、測定管２として、樹脂やセラミックなどの誘電性材料からなり、電気を蓄える性質を持つ誘電体を用いた場合、測定管２の外周面２Ａには、流体温度変化に伴う焦電効果による帯電、流体圧力変化による圧電効果に伴う帯電、あるいは、超純水のような低導電率の流体を流した際の流体摩擦による帯電が発生する。
【００５７】
本実施の形態では、測定管２の外周面２Ａに、面電極１０Ａ，１０Ｂの外表面のすべてを覆う誘電体の薄膜７を形成したので、帯電による電荷が面電極１０Ａ，１０Ｂの外表面には発生せず、その外側の薄膜７へ移動することになる。このため、帯電が、面電極１０Ａ，１０Ｂの電極間に、直流電圧となって現れなくなり、流量計測値のドリフトを抑制することができる。したがって、測定管２の外周面２Ａに発生した帯電による流量計測への影響を低減することが可能となる。
【００５８】
また、本実施の形態において、一対の面電極１０Ａ，１０Ｂは、測定管２の外周面２Ａにパターン形成された導体からなり、薄膜７として、面電極１０Ａ，１０Ｂのすべてを覆うように、測定管２の外周面２Ａに貼り付けられるフィルムを用いてもよい。これにより、薄膜７の膜厚がばらつく心配がなくなる。また、予め必要なサイズにカットしておくことが可能となり、容易に貼付け作業を行うことができる。
【００５９】
また、本実施の形態において、薄膜７として、樹脂フィルムを基材とした絶縁テープを用いてもよい。具体的には、薄膜７として、樹脂フィルムの基材と粘着剤の２層構造を有する絶縁テープを用いてもよい。これにより、薄膜７の膜厚がばらつく心配がなくなる。また、貼付け作業が容易となり、貼付け後の薄膜７の剥がれも防止できる。さらに面電極１０Ａ，１０Ｂの防湿対策も兼ねることができるため、湿度影響による電極１０Ａ，１０Ｂ間の絶縁性の劣化を防止できる。
【００６０】
また、本実施の形態において、薄膜７として、絶縁性を有する液状のコーティング剤を塗布して乾燥させて形成した皮膜を用いてもよい。これにより、塗布後の薄膜７の剥がれが防止できる。さらに面電極１０Ａ，１０Ｂの防湿対策も兼ねることができるため、湿度影響による電極１０Ａ，１０Ｂ間の絶縁性の劣化を防止できる。
【００６１】
また、本実施の形態において、薄膜７を、測定管２の全周にわたって環状に形成してもよい。これにより、貼付け後の皮膜７の剥がれを防止できる。
【００６２】
また、本実施の形態において、薄膜７として、一対の面電極１０Ａ，１０Ｂのすべてを測定管２の全周にわたって環状に覆う絶縁皮膜を用いてもよい。具体的には、薄膜７として、熱収縮チューブを用いてもよい。これにより、薄膜７の膜厚がばらつく心配がなくなる。また、貼付け作業が容易となり、貼付け後の薄膜７の剥がれも防止できる。さらに面電極１０Ａ，１０Ｂの防湿対策も兼ねることができるため、湿度影響による電極１０Ａ，１０Ｂ間の絶縁性の劣化を防止できる。
【００６３】
［第２の実施の形態］
次に、図６および図７を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００について説明する。図６は、第２の実施の形態にかかる検出部の側面図である。図７は、第２の実施の形態にかかる検出部の上面図である。
第１の実施の形態では、長手方向Ｘに沿った薄膜７の幅が、面電極１０Ａ，１０Ｂの幅より少し長めにして、薄膜７で面電極１０Ａ，１０Ｂのみを覆った場合を例として説明した。本実施の形態では、薄膜７で面電極１０Ａ，１０Ｂに加えて管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂも覆う場合について説明する。
【００６４】
すなわち、本実施の形態において、容量式電磁流量計１００は、測定管２の外周面２Ａに互いに対向して形成されて、一対の面電極１０Ａ，１０Ｂと電気的にそれぞれ接続された一対の管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂをさらに備え、薄膜７を、一対の管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂの外表面を覆うように形成したものである。
本実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００のこれ以外の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００６５】
図６および図７に示すように、薄膜７は、長手方向Ｘに沿って、面電極１０Ａ，１０Ｂの上流側端部から、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂの下流側端部、すなわちパッド１６Ａ，１６Ｂまでの範囲で、測定管２の全周にわたって環状に形成されている。
これにより、帯電による電荷が面電極１０Ａ，１０Ｂだけでなく管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂの外表面にも発生せず、その外側の薄膜７へ移動することになる。
【００６６】
このため、帯電が、面電極１０Ａ，１０Ｂの電極間および管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂの電極間に、直流電圧となって現れなくなり、流量計測値のドリフトを抑制することができる。したがって、測定管２の外周面２Ａに発生した帯電による流量計測への影響を、さらに低減することが可能となる。
【００６７】
［第３の実施の形態］
次に、図８および図９を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００について説明する。図８は、第３の実施の形態にかかる検出部の正面図である。図９は、第３の実施の形態にかかる検出部の側面図である。
第１および第２の実施の形態では、薄膜７を、測定管２の全周にわたって環状に形成した場合を例として説明した。本実施の形態では、薄膜７を測定管２の周方向Ｗで２つに分割して形成する場合について説明する。
【００６８】
すなわち、本実施の形態において、薄膜７は、測定管２の周方向Ｗで薄膜７Ａと薄膜７Ｂの２つに分割して形成されている。
本実施の形態にかかる容量式電磁流量計１００のこれ以外の構成については、第１または第２の実施の形態と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００６９】
図８および図９に示すように、薄膜７Ａは、周方向Ｗのうち面電極１０Ａを含む角度範囲に形成されており、薄膜７Ｂは、周方向Ｗのうち面電極１０Ｂを含む角度範囲に形成されている。これにより、測定管２の外周面２Ａに面電極１０Ａ，１０Ｂを形成した後、薄膜７Ａ，７Ｂを貼り付ける場合、２つに分割されているため、測定管２の全周にわたって環状に張り付ける場合と比較して、貼り付け時の作業負担を軽減することができる。また、薄膜７Ａ，７Ｂを、面電極１０Ａ，１０Ｂを覆うのに必要となる面積に縮小でき、部材コストを削減できる。
【００７０】
なお、図８および図９では、長手方向Ｘに沿った薄膜７Ａ，７Ｂの幅を面電極１０Ａ，１０Ｂの下流側端部までの範囲とし、面電極１０Ａ，１０Ｂのみを薄膜７Ａ，７Ｂで覆う場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図６および図７に示したように、長手方向Ｘに沿った薄膜７Ａ，７Ｂの幅を、管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂの下流側端部、すなわちパッド１６Ａ，１６Ｂまでの範囲としてもよい。
【００７１】
これにより、帯電が、面電極１０Ａ，１０Ｂの電極間および管側配線パターン１２Ａ，１２Ｂの電極間に、直流電圧となって現れなくなり、流量計測値のドリフトを抑制することができる。したがって、測定管２の外周面２Ａに発生した帯電による流量計測への影響を、さらに低減することが可能となる。
【００７２】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１００…容量式電磁流量計、１…流路、２…測定管、３Ａ，３Ｂ…励磁コイル、４Ａ，４Ｂ…ヨーク面、５…プリアンプ基板、５Ａ，５Ｂ…基板側配線パターン、５Ｃ，５Ｄ…パッド、５Ｇ…シールドパターン、５Ｈ…管孔、５Ｕ…プリアンプ、６，６Ａ，６Ｂ…シールドケース、７，７Ａ，７Ｂ…薄膜、１０Ａ，１０Ｂ…面電極、１１Ａ，１１Ｂ…接続配線、１２Ａ，１２Ｂ…管側配線パターン、１３Ａ，１３Ｂ…長手方向配線パターン、１４Ａ，１４Ｂ…周方向配線パターン、１５Ａ，１５Ｂ…ジャンパー線、１６Ａ，１６Ｂ…パッド、１７Ａ，１７Ｂ…端部、２０…検出部、２１…信号増幅回路、２２…信号検出回路、２３…励磁回路、２５…伝送回路、２６…設定・表示回路、２７…演算処理回路、２７Ａ…励磁制御部、２７Ｂ…流量算出部、ＵＡ，ＵＢ…オペアンプ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗素子、Ｌ…伝送路、Ｖａ，Ｖｂ…起電力、Ｖｉｎ…検出信号、Φ…磁束、Ｆ…磁束領域、Ｘ…長手方向、Ｙ…磁束方向、Ｚ…電極方向、Ｗ…周方向、Ｊ…管軸、ＪＡ，ＪＢ，ＪＣ，ＪＤ…交差線。
【図１】
2020186933.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月16日(2020.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
薄膜７については、ポリエステル、アクリル、エポキシ、フッ素、シリコンなど、耐熱温度範囲が広く入手性の良い樹脂フィルムを基材とした絶縁テープであってもよく、具体的には、上記樹脂フィルムの基材と熱硬化型ゴム系などの粘着剤の２層構造を有する絶縁テープであってもよい。また、薄膜７として厚みが薄いフィルムや絶縁テープを用いる場合、薄膜７の外表面に帯電した電荷と面電極１０Ａ，１０Ｂとの距離を十分確保するため、一定の厚さとなるよう重ねて張り付けてもよい。