(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インレット接続部（１０）と、アウトレット接続部（２０）と、これら接続部の間の測定ユニット（３０）とを備えて構成され、耐圧性プラスチックハウジングを有する磁気誘導流量計にして、前記測定ユニットが、流路壁（３２）を備え測定流体が貫流する測定路（３１）と、前記測定路（３１）で互いに対向する２つの磁極（２）と、前記流路壁（３２）内で前記磁極（２）に対して垂直に向けられ、互いに対向する２つの測定電極（１）とを有する、磁気誘導流量計において、
前記流路壁（３２）は、選択されたプラスチックの許容最大内部圧力を考慮し前記磁極（２）の範囲でぎりぎり許容される程度まで縮減され、
少なくとも２つの内側横仕切り（３７）及び少なくとも２つの内部縦リブ（３８）からなる内側補強ケージによって、前記流路壁（３２）を安定させ、
少なくとも２つの第１の外部縦リブ（４０）からなる外側補強ケージによって、前記内側補強ケージを保持して安定させるとともに、前記測定ユニット（３０）を張力に耐え得るようにして前記インレット接続部（１０）及び前記アウトレット接続部（２０）に接続することを特徴とする磁気誘導流量計。
【請求項２】
前記測定路（３１）は、矩形状の横断面を有していることを特徴とする請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
前記内部縦リブ（３８）は、前記磁極（２）を取付けるための凹部を縮減された前記流路壁（３２）の範囲に有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流量計。
【請求項４】
前記内部縦リブ（３８）は、追加的な構造上の部品を取付けるためと絶縁シール材を固定するための少なくともいずれか一方のための追加的な凹部（３９）を所定の場所に有することを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の流量計。
【請求項５】
前記内部横仕切り（３７）は、縮減された前記流路壁（３２）の直前及び直後に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の流量計。
【請求項６】
前記外側補強ケージは、少なくとも２つの外側横仕切り（４２）も有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の流量計。
【請求項７】
前記外部補強ケージは、前記第１の外側縦リブ（４０）に対して垂直に向けられた少なくとも２つの第２の外側縦リブ（４１）も有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の流量計。
【請求項８】
くさび形状の補強リブ（１４，２４）は、前記第１の外側縦リブ（４０）と前記第２の外側縦リブ（４１）の少なくとも一方の磁束を前記インレット接続部（１０）及び前記アウトレット接続部（２０）へ通すことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の流量計。
【請求項９】
前記内側補強ケージ及び前記外側補強ケージによって補強された前記測定ユニット（３０）の相対直線拡張は、前記インレット接続部（１０）及び前記アウトレット接続部（２０）で張力に起因する前記拡張であり、前記接続部（１０，２０）自体の相対直線拡張より大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の流量計。
【請求項１０】
前記測定ユニット（３０）は、外側に被覆で取り囲まれることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の流量計。
【請求項１１】
電気的シールドと磁気的シールドの少なくともいずれかのシールドが前記測定ユニット（３０）を囲み、前記シールドは、前記接続部（１０，２０）又は前記外側横仕切り（４２）に機械的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の流量計。
【請求項１２】
前記磁極（２）は、前記流路壁（３２）に組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の流量計。
【請求項１３】
前記ハウジングは、補強プラスチック、好適には繊維補強熱可塑性プラスチックからなることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の流量計。
【請求項１４】
前記ハウジングは、２つの別々に製造された個々の部品（１０，２０，３０；５０）からなり、前記測定ユニット（３０）は、好適には上げたり下げたりすることで挿入可能な別体のモデュール（５０）のために凹部（５０’）を有し、前記モデュール（５０）は、少なくとも前記内部横仕切り（３７）と前記測定路と前記電極（１）と前記磁極（２）を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の流量計。
【請求項１５】
前記ハウジングは、張力に耐え得るようにして互いに接続された３つの別々に製造された個々の部品（１０，２０，３０）からなり、前記測定ユニット（３０）の端部は、シール（３）によって前記接続部（１０，２０）における凹部（１６，２６）に液密に密閉されることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブル部分に基く磁気誘導流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気誘導流量計は、電磁誘導のファラデーの法則を基礎とした測定方法を使用する。流体の流速を磁気誘導で測定することの最初の原理は、マイケルファラデーによって刊行物の中で１８３２年に報告された。現代の交番磁界に関連する電子式切換技術は、信号デカップリングのために使用された電極で磁界の発生中に電解プロセスにおいて生じる干渉信号から流速に比例した有効な信号を分離することを可能にする。それゆえ、磁気誘導流量計を広範囲な産業において利用するのに支障がないように思われた。
【０００３】
磁気誘導流量計の測定原理は、磁界の中で移動する電荷の分離を利用する。測定されるべき導電性の流体は、非磁性材から作られ内側が電気的に絶縁されているチューブを通って流れる。磁界は、その外側からコイルを用いてかけられる。イオンや他の電荷粒子のような導電性の流体にある電荷キャリアは、磁界によって偏向させられ、正電荷キャリアを一方へ、そして負電荷キャリアを他方へ偏向する。測定装置によって検出された電圧は、磁界に垂直に配置された測定電極における電荷の分離によって生じる。測定された電圧値は、荷電キャリアの流速に比例するため、測定流体の流速に比例する。流量は、所定期間の積分によって算出可能である。
【０００４】
純粋（pure）な交流電圧によって発生する磁界において、混信電圧の誘導（induction of interference voltages）は、電極に生じ、適切ではあるが高価なフィルタによって抑制されなければならない。このため、磁界は、交番電極の計時直流(a clocked direct current of alternating polarity)によって通常発生させられる。これは、安定したゼロ点を保証し、測定が流体の中の多相な物質や異質物によって影響されない。このようにして、使用可能な測定信号が低い伝導率でも得られ得る。
【０００５】
測定流体が測定チューブを通って動くと、電磁誘導の法則に従って電圧は、測定チューブにおいて、流れの方向に対して垂直でかつ磁界に対して垂直に配置された両方の測定電極に存在する。この電圧は、対称な流れ分布（プロファイル）で均一磁界の場合、平均流速に正比例する。誘導流れの測定方法（the inductive flow measuring method）は、更なる処理をするための電気的に使用できる信号を流れから直接に発生させることができる。以下の方程式は基本的に適用される。
【０００６】
Ｕ＝ｋ＊Ｂ＊Ｄ＊ｖ
ここでＵ＝電圧、ｋ＝比例定数、Ｂ＝磁界の強さ、Ｄ＝チューブ直径、ｖ＝流速である。
【０００７】
適切な電極材の選択は、磁気誘導流量計の信頼のおける機能や測定精度にとって重要な意味を持つ。測定電極は、媒体と直接接するものであり、そのため、十分な耐腐食性を有し測定流体に対する良好な電気伝達を保証しなければならない。以下に記載のものは、電極材として使用される；ステンレス鋼、ＣｒＮｉ合金、白金、タンタル、チタン、ジルコニウム。焼結電極もまた、セラミック製の測定チューブを有する測定センサの場合に使用される。
【０００８】
特許文献１は、その全体開示が言及によってここに組み込まれるが、電極の改善を開示する。これらの電極は、金属とその金属の塩から成り、この塩は流体と金属の間に位置するように配置され、それによって塩の層は、電気化学的に適用されるか焼結される。金属として銀が、塩として塩化銀やフッ化銀が好まれる。多孔性の保護要素、例えばガラスフリットは、汚れに対する保護物として銀電極の前に取り付けられている。
【０００９】
磁気誘導流量計の可能性としての実現は、特許文献２に開示されており、その全体開示が言及によってここに組み込まれる。それにもかかわらず、この刊行物は、物理的な基礎と電気的な基礎だけを示していて、実用的な実現化を何も示していない。
【００１０】
主要な課題は、磁気誘導流量計の実用的な実現化において解決されなければならないと理解される。
【００１１】
１つの点において、これは材料の問題である。測定チューブは、磁界と干渉しないように非磁性（amagnetic）でなければならない。測定チューブは、更に電極の使用による電圧のピッキングアップと干渉しないように電気的に絶縁していなければならない。その上、チューブは、例えば飲料水のように流体が口に入れるものである時は、食品安全性の材料からなる必要がある。
【００１２】
これらの要件は、食品安全性のプラスチックが材料として使用される場合に、１番適切に満たされ得る。それにもかかわらず、プラスチックは、金属と比較して非常に強度が低いという不利な点を有している。しかしながら、内部応力への耐性は、欠くことのできない要件である。チューブの壁の厚みを増して耐内部応力性を達成する試みは現実的ではない。なぜならば、磁界は非常に弱くなりすぎるからである。
【００１３】
プラスチックでの他の課題は、水の拡散あるいは水の浸透である。これは、プラスチックの膨張をもたらし、その結果、特に測定路の大きさが変化し、測定精度が低下することとなる。水の拡散／浸透はまた、プラスチックの強度を非常に低下させる。繊維強化プラスチックについては、プラスチックと繊維との間の接着性もまた、部分的に失われる。
【００１４】
暖かい流体や熱い流体の測定中、プラスチックは軟らかくなり、強度もまた低下する。
【００１５】
測定流体中の薬品、例えば塩素もまたプラスチックを攻撃する。これは、ＵＶ放射にも当てはまる。
【００１６】
更に、測定計が既存の管に、例えばネジ部に螺着される時、相当な引張応力が発生し得るので、測定計のハウジングは、張力耐性を有しなければならない。しかしながら、引張応力、特に長期間の引張応力は、プラスチック材料が薄くなればなるほど、プラスチックにダメージを与える。
【００１７】
現場に設置中に、設計技術者や製造者によって何の対策もされていない時、他の力がプラスチックに作用することがあり、そのプラスチックにダメージを与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】EP 1616152 B1
【特許文献２】US 6,626,048 B1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、上述の課題を解決し、そのプラスチックハウジングが、測定流体から生じる内部応力及び引張り応力の両方、並びに他の温熱負荷及び機械的負荷に対して耐性を有する磁気誘導流量計を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この目的は、請求項１の特徴を備えた磁気誘導流量計によって達成される。
【００２１】
記述された反対の条件は、発明の特徴ゆえに最適に満たされ得る。磁界の境界の範囲で測定路の壁は最適に薄く、そのため磁界は最適な強さで均一に得られる。測定流体の内部圧力は、２つの内側横仕切り及び少なくとも２つの内側縦リブからなる内側補強ケージによって吸収される。
【００２２】
内側補強ケージは、少なくとも２つの第１の外側縦リブからなる外側補強ケージによって更に支持されている。しかしながら、外側補強ケージの主な役割は、ハウジングの測定ユニット、特に最小壁厚を有する範囲を接続部から生じる引張応力から保護することにある。
【００２３】
この形状の更なる有利な点は、ハウジングが射出成形の工程によって製造され得ることにある。
【００２４】
測定路が矩形の横断面を有していれば、好都合である。均一の磁界はこのようにして最適に実現され得る。
【００２５】
発明の実施形態によれば、内側縦リブは、磁極を取り付けるために流路壁の縮減範囲で凹部を有する。
【００２６】
更に、内側縦リブは、付加的な構造コンポーネントを取り付けるために又は測定電子機器を保護するための材料を固定するために、付加的な凹部を所定の場所に有しても良い。
【００２７】
高い耐圧性を達成するために、内側横仕切りは、縮減された流路壁の直前及び直後に好適に設置されている。
【００２８】
発明の改良に従い、ハウジングを補強するために、外側補強ケージは、第１の外側縦リブに対して垂直に向けられた少なくとも２つの第２の外側縦リブを更に有する。
【００２９】
横方向に更に補強するために、少なくとも２つの外側横仕切りもまた備えられ得る。
【００３０】
外側補強ケージから接続部への引張り力を最適に伝達するのに、くさび形状の補強リブが推奨され、この補強リブは磁束をインレット接続部及びアウトレット接続部へ導く。
【００３１】
そして、内側補強ケージ及び外側補強ケージによって補強された測定セクションの、インレット接続部及びアウトレット接続部での張力に起因する相対的な直線的拡張（relative linear expansion）が接続部自体の相対的な直線的拡張より大きくない場合に最適な構造が与えられる。ハウジングの個々の部品が過大拡張されることが、このようにして防止される。
【００３２】
発明の改良に従い、磁極及び電極を含む測定セクションは、絶縁層に囲まれている。これは、例えば成形によって生じ得て、それによって、材料もまた前述の凹部に入り込む。
【００３３】
電気的及び磁気的又は電気的若しくは磁気的なシールドが測定ユニット全体を取り囲めば好都合である。この場合、シールドは、接続部又は外側横仕切りに機械的に接続され得る。このようにして、シールドは、外側補強ケージの機能を補足し得る。
【００３４】
ハウジングが好適な補強プラスチック、特に繊維強化熱可塑性プラスチックからなれば好都合である。
【００３５】
発明の一つのバリエーションによると、ハウジングは、２つの別々に製造された個々の部品、すなわち、本来の耐圧性ハウジング及び外部の測定モジュールからなる。ハウジングは、別体の、好ましくは上下することで挿入可能なモジュールのために凹部を有する。モジュールは、少なくとも内側横仕切りと測定路と電極と磁極とを有する。
【００３６】
発明の他のバリエーションによると、ハウジングは、張力耐性で互いに接続された３つの別々に製造された個々の部品からなる。インレット接続部及びアウトレット接続部は、同一に形成される。プラスチック部品の製造は、このようにして合理化され得る。測定ユニットの端部は、凹部のシールによって接続部における凹部にてシールによって液密に密封される。
【００３７】
磁極は流路壁と外部的に隣接するだけでなく、流路壁に一体化可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】磁気誘導流量計のため側面半分を切断した耐圧の１部品プラスチックハウジングの平面図である。
【図２】図１のハウジングにおける線II―IIに沿った横断面である。
【図３】２部品ハウジングを示す分解組立図である。
【図４】３部品ハウジングの部分的な断面の分解組立図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は、図面の使用目的と共に手本とすべき実施形態の形式で説明される。図面中、いずれのケースについて正確な縮尺ではない。
【００４０】
図１は、磁気誘導流量計のための、側面半分を長手方向に切断した耐圧性の一部品プラスチックハウジングの平面図である。この図は、単に概略的なものであって正確な縮尺で示されているわけではない。３つの機能的なユニット、即ち、インレット接続部１０とアウトレット接続部２０とこれらの間の測定ユニット３０が示され、測定ユニット３０は、流路壁３２を備えた測定する流体が流れる測定路３１と、流路壁３２の外側で互いに対向する２つの磁極２と、流路壁３２において磁極２に対して垂直に向けられて互いに対向する２つの測定電極１とを有する。流路壁３２の厚みは、磁極２の領域で、測定路３１内で測定流体の最大内圧を考慮して許容される程度減少している。そのため、磁極２によって発生した均一の磁場は、測定路３１の領域の中で十分に強力である。
【００４１】
内部流圧を吸収するために、少なくとも２つの内側横仕切り３７と少なくとも２つの内側縦リブ３８とからなる内側補強ケージが備えられている。内側横仕切り３７は、流路壁３２のすぐ前後に配置され、流路壁３２の変形を吸収する最小厚みを有している。長い流路壁を補強する内側縦リブ３８は、同様の役割を果たしているが、少なくとも磁極２の領域では切り取られなければならない。
【００４２】
内側縦リブ３８は、補助的な構造部品を取り付けるため又は絶縁性のシーリングコンパウンドを固定するための付加的な凹部３９を所定の範囲に有していても良い。
【００４３】
内側補強ケージに加えて、外側補強ケージが備えられ、２つの第１の外側縦リブ４０と、それに対して垂直方向に向けられた２つの第２の外側縦リブ４１と、２つの外側横仕切り４２とからなっている。外側補強ケージと特に第１の外側縦リブ４０とは、内部流圧に対して内側補強ケージを補助的に支持している。
【００４４】
一方、外側補強ケージの主な役割は、インレット接続部１０及びアウトレット接続部２０に張力が加わっている間に発生する引張り応力を吸収することである。内側補強ケージ及び外側補強ケージを有さない場合、この引張り応力は、流路壁３２の縮減範囲でハウジングに損傷を与える虞がある。これは、外側補強ケージによって防がれる。
【００４５】
外側ケージ、特にその横仕切り４２からインレット接続部１０及びアウトレット接続部２０への引張り応力の最適な伝達は、くさび形状の補強リブ１４，２４によって達成される。
【００４６】
図２は、図１のハウジングにおける線II―IIに沿った横断面を示している。矩形の測定路３１は、その左側及び右側で、縮減された流路壁３２と境界を接し、縮減された流路壁３２の外側は、磁極２に隣接していることがわかる。内側補強ケージの横仕切り３７が認識でき、外側補強ケージの第１の外側縦リブ４０及び第２の外側縦リブ４１が断面で、並びに外側横仕切り４２が明らかである。
【００４７】
最後に、磁極２に対して垂直に向けられた測定電極１が図２で明らかである。測定電極１は、ハウジングカラー３３によって支持されかつ保護されている。
【００４８】
図１及び図２で示された１部品構成は、唯一つのものでないことは言うまでもない。
【００４９】
図３は、２部品構成を示している。インレット接続部１０とアウトレット接続部２０と外側補強ケージ４０，４１，４２と内側補強ケージの第１の内側縦リブ３８とがユニットを形成する。凹部５０’は、ハウジングの中央に配置されている。独立したモジュール５０として形成されている測定チャンバーは、電極１と磁極２と内側横仕切り３７を備え、この凹部に上げ下げしてはめ込まれ、シールされ得る。
【００５０】
図４は、３部品構成を部分的に断面にして示している。インレット接続部１０とアウトレット接続部２０は、同一に形成されている。これらの補強フランジ１５、２５は、それぞれ凹部１６，２６を有している。測定ユニット３０は、その凹部の中へシール３に補助されて挿入されている。孔１７、２７は、３つのハウジング部品１０、２０、３０の耐圧接続のためにラグスクリュを使用できる。
【００５１】
図４の例では、磁極２は、測定路の壁の中に形成されている。結果として、磁極２を測定路へ非常に近づけることができる。内側縦リブ及び外側縦リブは、測定ユニット３０上に形成されている。そして、補強されたフランジ１５、２５もまた外側横仕切りの機能を果たしている。
【符号の説明】
【００５２】
１    測定電極（電極）
２    磁極
３    シール
１４，２４    補強リブ
１５，２５    補強フランジ
１６，２６    凹部
１７，２７    孔
１０，２０，３０    ハウジング部品（個々の部品）
１０    インレット接続部
２０    アウトレット接続部
３０    測定ユニット
３２    流路壁
３３    ハウジングカラー
３７    内側横仕切り
３８    内側縦リブ
３９    凹部
４０，４１，４２    外側補強ケージ
４０    第１の外側縦リブ
４１    第２の外側縦リブ
４２    外側横仕切り
５０    モジュール
５０’    凹部
【図１】
0005555843.tif 000002
【図２】
0005555843.tif 000003
【図３】
0005555843.tif 000004
【図４】
0005555843.tif 000005