(57)【要約】【課題】  磁極コアに発生する渦電流の影響を小さくし、磁気回路の周波数特性を改善すると共に、信号線への微分ノイズの影響を小さくし、ゼロシフト量を小さくした電磁流量計を提供する。【解決手段】  一対の流量検出用電極と、一対の柱状の磁極コアを有する磁気回路を備え、測定管内を流れる導電性流体に対して磁界を印加し、前記流量検出用電極に生じた起電力に基づいて発生した流量信号を出力する電磁流量計において、前記磁極コアの中心に穴を設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の流量検出用電極と、一対の柱状の磁極コアを有する磁気回路を備え、測定管内を流れる導電性流体に対して磁界を印加し、前記流量検出用電極に生じた起電力に基づいて発生した流量信号を出力する電磁流量計において、前記磁極コアの中心に穴を設けたことを特徴とする電磁流量計。
【請求項２】
前記穴は前記一対の流量検出用電極に接続された信号線の一方が他方の信号線側と同じ側に引き出せるように前記磁極コアの一方の底部に直径方向に設けた貫通孔の位置よりも深く形成したことを特徴とする請求項１に記載の電磁流量計。
【請求項３】
前記穴の入り口にねじを形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁流量計。
【請求項４】
前記穴を設けた磁極コアにスリットを設けたことを特徴とする請求項１乃至３に記載の電磁流量計。
【請求項５】
前記磁極コアの穴に軟磁性金属の粉体を混入した絶縁性のペースト又は軟磁性金属の粉体を混入した樹脂を充填したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁流量計。
【請求項６】
前記軟磁性金属粉体を混入したペースト又は樹脂の充填に先立って絶縁性部材により前記磁極コアに形成した穴の内面に絶縁層を設けたことを特徴とする請求項５に記載の電磁流量計。
【請求項７】
軟磁性金属の粉体を混入するペースト又は樹脂として接着効果のあるものを使用したことを特徴とする電磁流量計。
【請求項８】
前記磁極コアに形成した穴の途中の直径方向に貫通孔を設けたことを特徴とする請求項５乃至７に記載の電磁流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として小口径の電磁流量計に関し、詳しくは磁極コア内部に発生する渦電流の影響を小さくし、磁気回路の周波数特性を改善した電磁流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来より一般に使用されている電磁流量計の原理構成説明図である。
図９に示すように、内径Ｄのパイプ内に磁束密度Ｂの一様な磁界が与えられている場合に、平均流速ｖの導電性液体が流れると、磁界および流れのおのおのの直角な方向に
Ｅ＝Ｄ・ｖ・Ｂ
の起電力Ｅが発生する。
【０００３】
体積流量Ｑは
Ｑ＝π・Ｄ２／４・ｖ＝π／４・Ｄ／Ｂ・Ｅ
と表されるので、磁束密度Ｂが一定ならば、流量Ｑは起電力Ｅに比例する。電磁流量計はこの起電力Ｅを検出して、体積流量Ｑを計測する。
【０００４】
図１０はこのような電磁流量計の構成を示す断面図である。図において、１は測定すべき導電流体が流れる測定管、２ａ，２ｂは測定管の外周に対向して設けられた電極、３ａ，３ｂは同じく測定管の外周に電極の取付け方向とは９０度回転した位置に対向して設けられた柱状の磁極コアである。この磁極コアの外周にはコイル４が巻きつけられたコイルボビン５が配置され、このコイルボビン５に磁極コア３が挿入された形状となっている。
【０００５】
６ａ，６ｂは電極２ａ，２ｂの先端に接続された信号線であり、図示の例では電極２ｂに接続された信号線６ｂが紙面に向かって下側に位置する磁極コア３ｂの底部（測定管寄り）に設けられた貫通孔７の中を通って電極２ａ側に引き出され、電極２ａの先端に接続された信号線６ａと撚り合わされて図示しない信号変換器に接続されている。８は磁極コア３ａ，３ｂとコイルボビン５の外側に取り付けられリターンコアであり磁場の帰還路として機能する。このような電磁流量計の先行技術としては下記の特許文献が知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９４１７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献では柱状の磁極コアとして、筒状のフェライト系ステンレス材を用い、筒の内部に電磁純鉄材を挿入することにより高周波励磁を可能とし高い磁束密度をはかっている。
しかしながら、上記従来例においては磁極コアに発生する渦電流で磁束密度の立ち上がりが遅くなり、磁気回路の周波数特性が良くないという問題があり、また、信号線６ｂが磁極コアを貫通しているため、信号線６ｂのみに鎖交面積分の微分ノイズが発生し、磁極コア内の微分ノイズの収束が遅くなるという問題があった。更に、信号サンプリング時にも微分ノイズが十分に収束しない場合は、信号線６ｂに微分ノイズが残ってしまう。信号線６ａと信号線６ｂのノイズ量に差があると、差動増幅後もノイズ成分は残ってしまい、結果としてゼロシフト量が大きくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、磁極コアに発生する渦電流の影響を小さくし、磁気回路の周波数特性を改善すると共に、信号線６ｂへの微分ノイズの影響を小さくし、ゼロシフト量を小さくした電磁流量計を実現することを目的とする。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、請求項１の電磁流量計においては、
一対の流量検出用電極と、一対の柱状の磁極コアを有する磁気回路を備え、測定管内を流れる導電性流体に対して磁界を印加し、前記流量検出用電極に生じた起電力に基づいて発生した流量信号を出力する電磁流量計において、前記磁極コアの中心に穴を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２においては、請求項１に記載の電磁流量計において、
前記穴は前記一対の流量検出用電極に接続された信号線の一方が他方の信号線側と同じ側に引き出せるように前記磁極コアの一方の底部に直径方向に設けた貫通孔の位置よりも深く形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３においては、請求項１又は２に記載の電磁流量計において、
前記穴の入り口にねじを形成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４においては、請求項１乃至３に記載の電磁流量計において、
前記穴を設けた磁極コアにスリットを設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５においては、請求項１乃至３に記載の電磁流量計において、
前記磁極コアの穴に軟磁性金属の粉体を混入した絶縁性のペースト又は軟磁性金属の粉体を混入した樹脂を充填したことを特徴とする。
【００１４】
請求項６においては、請求項５に記載の電磁流量計において、
前記軟磁性金属粉体を混入したペースト又は樹脂の充填に先立って絶縁性部材により前記磁極コアの穴の内面に絶縁層を設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７においては、請求項５に記載の電磁流量計において、
軟磁性金属の粉体を混入するペースト又は樹脂として接着効果のあるものを使用したことを特徴とする電磁流量計。
【００１６】
請求項８においては、請求項５乃至７に記載の電磁流量計において、
前記穴の途中の直径方向に貫通孔を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したことから明らかなように請求項１，２の発明によれば次のような効果がある。
流量検出用電極に生じた起電力に基づいて発生した流量信号を出力する電磁流量計にお
いて、前記磁極コアの中心に穴を設け、その穴の深さを、一対の流量検出用電極に接続さ
れた信号線の一方が他方の信号線側と同じ側に引き出せるように前記磁極コアの一方の底
部に設けた貫通孔の位置よりも深く形成したので、磁極コア中心部には渦電流が発生しな
い。
【００１８】
また渦電流の流れる経路が、磁極コア外周部に限定され、磁極コア内に信号線６ｂを通した時、信号線に接する磁極コアの面積が小さくなる。また渦電流の流れる経路が、磁極コア外周部に限定され、長い経路を取ることから、渦電流の収束が早くなり、磁気回路の周波数特性が向上する。
【００１９】
また、信号線に接する磁極コアの面積が減少するため、信号線６ｂに発生する微分ノイズが減少する。その結果、信号線６ａと信号線６ｂのノイズ量のアンバランスさが小さくなり、ゼロシフト量が小さくなる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、穴の入り口にねじを形成したので、リターンコアを磁極にねじ止めすることができる。
請求項４の発明によれば、穴を設けた磁極コアにスリットを設けたので、渦電流の収束
をさらに早め、磁気回路の周波数特性を改善することができる。
【００２１】
請求項５の発明によれば、磁極コアの穴に軟磁性金属の粉体を混入した絶縁性のペースト又は軟磁性金属の粉体を混入した樹脂を充填したので、磁極中心部の渦電流の収束が早くなり、磁場の立ち上がりへの影響が小さくなる。
また、ペースト又は樹脂は軟磁性金属の粉体が混入されているため、単に磁極の中心部に穴をあけた場合に比較して、中心磁束密度減少の影響を小さくでき、最大透磁率を高めることができる。
【００２２】
請求項６の発明によれば、
前記軟磁性金属粉体を混入したペースト又は樹脂の充填に先立って絶縁性部材により前記磁極コアの穴の内面に絶縁層を設けたので、渦電流の収束をさらに早めることができる。
【００２３】
請求項７の発明によれば、
軟磁性金属の粉体を混入するペースト又は樹脂として接着効果のあるものを使用したのでねじを用いることなくシートコアを固定することができる。
【００２４】
請求項８の発明によれば、
前記穴の途中の直径方向に貫通孔を設けたので、コイルボビンの固定部材として機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は本発明の電磁流量計の一実施例を示す断面図である。図において、図６に示す従来例と同一要素には同一符号を付して重複する説明は省略する。
図において、１は測定管、２ａ，２ｂは電極、３は磁極コアである。磁極コア３はコイルボビン５に挿入されている。６ａ，６ｂは信号線、８は磁場の帰還路として機能するリターンコアで磁極コア３とコイル４の外側に取り付けられている。
【００２６】
１０ａ,１０ｂは柱状の磁極コア３ａ,３ｂの中心に設けられた穴で、この穴は磁極コア３ｂの底部（測定管寄り）に設けられた貫通孔（信号線通し穴）７を突き抜けるとともに、測定管１には達しない程度の深さまで形成されており、この貫通穴７の周辺部の磁極コアの面積が小さくなるように形成されている。
【００２７】
発明者らは口径が２．５ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍｍの測定管について実験を行った。
磁極コアの直径は口径にかかわらず同じ１０ｍｍで、長さは４０ｍｍ程度。磁極コア３ｂに設けられた貫通孔７は磁極コア３ｂの端部から３０ｍｍ程度の深さの位置の直径方向に形成されている。なお、口径が２．５ｍｍ，５ｍｍの測定管の磁極コアにはφ４．２ｍｍで深さ３３ｍｍの孔を形成し、口径１０ｍｍの測定管の磁極コア３ａ,３ｂにはφ５ｍｍで深さ３３ｍｍの穴を形成して実験を行った。
【００２８】
図２は上述の口径の測定管に対し穴１０を設けない無対策の磁極コアと、穴１０ａ,１０ｂを設けた場合の比較例を示す実験結果である。
実験によれば、
インダクタンスのコーナー周波数は
口径２．５ｍｍのものは無対策磁極コアでは１９５Ｈｚ
対策磁極コアでは  ２５０Ｈｚ
口径５ｍｍのものは無対策磁極コアでは    ２３０Ｈｚ
対策磁極コアでは  ３１０Ｈｚ
口径１０ｍｍのものは無対策磁極コアでは  ２６０Ｈｚ
対策磁極コアでは  ３２０Ｈｚ
【００２９】
ゼロシフト量は
口径２．５ｍｍのものは無対策磁極コアでは−６．７６ｃｍ／ｓ
対策磁極コアでは  −１．０７ｃｍ／ｓ
口径５ｍｍのものは無対策磁極コアでは    −１６．０８ｃｍ／ｓ
対策磁極コアでは  −７．４２ｃｍ／ｓ
口径１０ｍｍのものは無対策磁極コアでは  −１０．１２ｃｍ／ｓ
対策磁極コアでは  −１．８１ｃｍ／ｓ
【００３０】
中心磁束密度は２６０ｍＡの直流電流をコイルに流した場合
口径２．５ｍｍのものは無対策磁極コアでは１０７．６ミリテスラ（ｍＴ）
対策磁極コアでは  ９５．４（ｍＴ）
口径５ｍｍのものは無対策磁極コアでは    ５９．３（ｍＴ）
対策磁極コアでは  ５１．８（ｍＴ）
口径１０ｍｍのものは無対策磁極コアでは  ３２．４（ｍＴ）
対策磁極コアでは  ２９．８（ｍＴ）
【００３１】
となった。ここで、口径２．５ｍｍのものに注目すると磁極コア内部をくり抜き、磁極コア内部を貫通する信号線に接する磁極コア材を減少させることによって、インダクタンスのコーナー周波数は無対策磁極コアでは１９５Ｈｚであったものが対策後は２５０Ｈｚとなり、３０％程度向上させることができた。
また、ゼロシフト量は対策前は−６．７６ｃｍ／ｓであったのが、対策後は
−１．０７ｃｍ／ｓとなり、実施した場合ゼロシフト量が約１／５の大きさになった。
【００３２】
図３は口径２．５ｍｍの電磁流量計において磁極コアに対策を施した（穴をあけたもの）と無対策（穴をあけないもの）の磁極コアで微分ノイズのピークの絶対値を比較した信号波形を示すものである。対策前は３３．８ｍＶであったが、対策後は３２．０ｍＶにテール分の収束が改善されていることがわかる。
図４は同じく口径１０ｍｍのものについて比較したもので、対策を施したものは微分ノイズのピーク値が２５ｍＶから１７．４ｍＶにテール分の収束が改善されていることがわかる。
【００３３】
図５は磁極コアに開けた丸穴をメネジの下穴として利用して、ネジもしくはボルトを使用して、リターンコアと磁極コアを結合した例を示している。
なお、メネジは切らず、ピン等の圧入によってリターンコアと磁極コアを結合してもよい。
また、Ａ−Ａ断面図のように、丸穴に加えてスリットを入れることで、過電流の発生する部位を細分化し過電流を小さくする。その結果、渦電流の発生部位を細分化し過電流を小さくすることで渦電流の収束を更に早めて、磁気回路の周波数特性を改善することもできる。
【００３４】
図６は図１で示した磁極コアの穴の中に軟磁性金属の粉体を混入した絶縁性ペースト又は絶縁性樹脂を注入した例を示す断面図である。この場合、軟磁性金属の混入量は必要とする中心磁束密度によって決定されるが、混入後もできるだけペースト又は樹脂の固有抵抗値が高くなるように調整する。
【００３５】
図６の構成によれば磁極コア中心部に渦電流の収束が早くなり、磁場の立ち上がりへの影響が小さくなる。また、大部分の渦電流の流れる経路が磁極外周部に限定され、長い経路を取ることから渦電流の収束が早くなり磁気回路の周波数特性を向上させることができる。
【００３６】
その結果、信号線６ｂに発生する微分ノイズが減少し、信号線６ａと６ｂのノイズ量の不均衡が小さくなるのでゼロ点のシフト量を小さくすることができる。
更に、絶縁性ペースト又は絶縁性樹脂には軟磁性金属粉体が混入されているため磁極として機能する。その結果、単に穴をあけた場合に比較して中心磁束密度減少の影響を小さくでき最大透磁率を高めることができる。
【００３７】
図７は他の実施例を示すもので、この例においては軟磁性金属の粉体を混入したペース
と又は樹脂を磁極コアの穴に注入する前に、絶縁性ワニスやシリコン樹脂などを注入し磁
極コア本体との間に絶縁層を作ったものである。このような構成によれば渦電流の収束を
更に高めることができる。
【００３８】
図８は更に他の実施例を示すもので、この例においては磁極コアに穴１０を形成すると
共に穴の途中から直径方向に貫通孔１４を形成したものである。このような構成として、
穴に注入する軟磁性金属の粉体を混入する樹脂として接着効果のあるものを使用してシー
トコア８を接着により固定し、合わせてコイルボビン５も固定するようにしたものである
。上述の構成によれば、シートコアの固定が簡単に行うことができ、また、コイルボビン
５の振動による悪影響をなくし測定値を安定化することができる。
【００３９】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す電磁流量計の断面図である。
【図２】穴を設けない無対策の磁極コアと、穴を設けた場合の比較例を示す実験結果である。
【図３】磁極コアに対策を施したものと無対策の磁極コアで微分ノイズのピーク値を比較した信号波形を示すものである。
【図４】磁極コアに対策を施したものと無対策の磁極コアで微分ノイズのピーク値を比較した信号波形を示すものである。
【図５】他の実施例を示す電磁流量計の断面図である。
【図６】他の実施例を示す電磁流量計の断面図である。
【図７】他の実施例を示す電磁流量計の断面図である。
【図８】他の実施例を示す電磁流量計の断面図である。
【図９】電磁流量計の原理構成説明図である。
【図１０】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    測定管
２    電極
３    磁極コア
４    コイル
５    コイルボビン
６    信号線
７    貫通孔
８    シートコア(リターンコア)
１０  穴
１１  軟磁性金属粉体を混入したペースト又は樹脂
１２  絶縁性部材
１３  接着性効果部材
【図１】
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【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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