(57)【要約】【課題】励磁周波数を高くして、微分ノイズ、流体ノイズの影響を受けない安定した電磁流量計を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、測定管１の管壁に対向配置された一対の電極を結ぶ軸上で、電極からの信号線１０Ａ、１０Ｂを導出する一対の導出孔１３Ａ、１３Ｂを持つアウターコア６Ｂと、この夫々の導出孔１３Ａ、１３Ｂで２分割され、アウターコアの周囲で互いに逆巻きにされた夫々の補償コイル９Ａ、及び９Ｂと、前記導出孔１３Ａ、１３Ｂから導出された信号線１０Ａ、１０Ｂは、非磁性体製とし、前記測定管１の周囲を所定の距離を保持して、前記磁場と平行な平面上を這わせてその交差する点で束ねて導出して検出手段と接続する様にしたことを特徴とする電磁流量計。【選択図】　図１
2004045233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体の流れる測定管と、
前記測定管の外周に互いに対向して配置された主磁極を備えた一対の励磁コイルと、
前記励磁コイルの外側に配置された帰還磁路を形成するアウターコアと、
前記測定管内の被測定流体の流速方向と前記励磁コイルで形成される磁場方向と直交する軸方向で前記測定管に設けられた、前記被測定流体の移動による発生起電力を検出する一対の電極と、
前記一対の電極が作る軸線上で電極からの信号線を導出する前記アウターコアに互いに対向して設けられた一対の導通孔と、
前記夫々の導通孔で夫々２つに分割され、アウターコアの周囲を互いに逆巻きになる様に巻回した夫々の補償コイルと、
前記導出孔から導出された信号線は、非磁性体とし、前記測定管周囲を所定の距離を置いて、前記磁場と平行な平面上を這わせてその交叉する点で束ねて導出して検出手段と接続する様にした
ことを特徴とする電磁流量計。
【請求項２】
被測定流体の流れる測定管と、
前記測定管の外周に互いに対向して配置された主磁極を備えた一対の励磁コイルと、
前記励磁コイルの外側に配置された帰還磁路を形成するアウターコアと、
前記測定管内の被測定流体の流速方向と前記励磁コイルで形成される磁場方向と直交する軸方向で前記測定管に設けられた、前記被測定流体の移動による発生起電力を検出する一対の電極と、
前記一対の電極からの夫々の信号線は、前記被測定管の周囲を前記磁場と平行な平面上を這わせて、その交差する点で一つに束ね、前記測定管に沿って拠り合せて前記磁場外に導出し、前記アウターコアを迂回して検出手段と接続する様にしたことを特徴とする電磁流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定管内を流れる被測定流体の流量を測定する電磁流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁流量計は、ノイズの影響を除去して高精度で安定な流量信号を得るために各種の技術が開発されてきている。このノイズ原因は、各種存在し、これらに対応するノイズ除去手段も異なることから、各種の電磁流量計が存在する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この電磁流量計は、流体中で発生した起電力を信号として取出し、流体の流量を測定するもので、可動部や絞り機構を備えていないために固形物を含むスラリー流体でも精度良く測定できる特長を有し、パルプ等のスラリー流量や、食品分野のスラリー流量等の計測に幅広く用いられている。
【０００４】
図７および図８に、特許文献１に開示された電磁流量計の概要を示す。これらの図において、１は両端にフランジ１１Ａ、１１Ｂを有する測定管で、その内壁は通常ゴムや、テフロン（登録商標）等の絶縁物でライニングされている。
【０００５】
３Ａ、３Ｂは測定管１の外周に上下方向に対向して設けられた一対の鞍形励磁コイルで、被測定流体２の流れ方向と直角に磁場を形成する。４Ａ、４Ｂは前記磁場と直交するよう前記測定管１の中央部に液密に貫通して取付けられその先端部が測定管１の内壁に位置するように設けられた一対の電極である。
【０００６】
６Ａは前記励磁コイル３Ａ、３Ｂ内の測定管１の外周に設けられた磁極（インナーコア）で、６Ｂは前記励磁コイル３Ａ、３Ｂの外周に測定管１と同心に設けた帰環磁路を形成するアウターコアである。また、３Ｓは非磁性体で作られた励磁コイル６Ａ、６Ｂとの静電結合を遮蔽するのシールド板である。
【０００７】
１０Ａ、１０Ｂは一端が前記各電極４Ａ，４Ｂに接続された信号線で、これらの信号線１０Ａ，１０Ｂは、前記測定管１の外周に沿って立ち上げられ、磁極６Ａとアウターコア６Ｂに設けた貫通孔内を通って変換器７内に配置した差動増幅回路４に接続されている。
【０００８】
この場合、図９に示す様に、各信号線１０Ａ、１０Ｂが励磁コイル３Ａ、３Ｂにより形成される磁場に対して測定管１の管軸側方から見て傾斜して配線されると、信号線１０Ａ、１０Ｂのループ面（両電極４Ａ、４Ｂを結ぶ軸と信号線１０Ａ、１０Ｂによって囲まれた図示ハッチング面）Ｓと交差する磁束変化が発生した時、このループに誘導される起電力がノイズとして検出起電力に重畳し、測定精度を低下させる。
【０００９】
そのため、信号線１０Ａ、１０Ｂの立ち上げを流体の流れ方向と直交する方向の平面で、言い換えれば測定管１の管軸線と直交する様に、測定管１の外壁を這わせ、磁束と信号線１０Ａ、１０Ｂのループ面Ｓとの交差角度がゼロになるようにして、このループで検出される誘導ノイズが小さくなる様にする。
【００１０】
１１はＳＵＳ等の非磁性材からなるパイプで、前記測定管１、及び前記アウターコア６Ｂと供にこれらの両端を同じく金属等で作られる前記フランジ１１Ａ、１１Ｂで接合、固定される。このような構成部材によって電磁流量計を構成している。
【００１１】
上記の様な電磁流量計において、励磁コイル３Ａ、３Ｂに通電し、励磁することにより、測定管１内に被測定流体２の流れ方向と垂直な磁場を発生させる。磁場が発生すると、電磁誘導現象により磁場の方向と流体の流れの方向の双方に対して垂直な方向の起電力が流速に比例して発生し、この起電力を電極４Ａ、４Ｂによって取出し、信号線１０Ａ、１０Ｂによって信号変換器７に導くことにより、流体の流量を測定することが出来る。
【００１２】
上記した従来の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、低消費電力型であるという特長を有している。
【００１３】
しかしながら、この矩形波励磁方式は、スラリー濃度が高い場合や低導電率流体の移動の場合に流体ノイズと呼ばれる電位変動が測定流体中に発生し、Ｓ／Ｎ比を低下させ出力が不安定になるという問題があった。この流体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が励磁周波数と重なるため、矩形波励磁方式では流体ノイズを除去できない。
【００１４】
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、従来の矩形波励磁方式よりも高い周波数で励磁コイルを励磁して、信号をサンプリング抽出する方式である。
【００１５】
すなわち、この方式は流体ノイズの１／ｆ領域から信号周波数成分を分離するため、励磁周波数を高く設定する。例えば、流体ノイズの１／ｆのコーナ周波数が３０Ｈｚとすると、１５０Ｈｚ程度に設定する。
【００１６】
ここで、図１０（ａ）、（ｂ）に矩形波励磁方式の励磁電流と、高速矩形波励磁方式の励磁電流を示す。
【００１７】
高速矩形波励磁方式は、高周波励磁を行った場合、励磁電流の立ち上がり、立ち下がりによる磁束変化時に発生する微分ノイズの影響が大きくなるという問題があった。この微分ノイズは、図１０（ｃ）に示す検出信号の立ち上がり、立ち下がりに見られるスパイクのノイズ（Ａ部）であり、励磁電流のスイッチングに伴い発生するノイズである。この微分ノイズが、図９に示したループ面Ｓで検出されるためにゼロ点を不安定にする。
【００１８】
この問題を解決するため、図７、図８と同一部品に同一符号を付した図１１で示す様に信号線１０Ａ，１０Ｂを高透磁率のシールドパイプまたはシールド編組管１２等で覆い、磁気シールドし、且つ、微分ノイズＡ図（１０（ｃ））の影響がない安定したテイル部分のタイミングでサンプリング（図１０（ｄ））して、流量を測定する様にしている。
【００１９】
【特許文献１】
特開平１０−３３２４５１号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した電磁流量計においては、信号線１０Ａ、１０Ｂの単線のみ周囲を高透磁率のパイプで磁気遮蔽したもので、電極４Ａ、ＡＢとこの信号線で構成するループ面Ｓの面積はそのままで、このループ面Ｓと交差する磁束変化によって誘導される微分ノイズの発生の問題は解決されていない。
【００２１】
しかも、高透磁率のパイプ１２が帰磁路を形成するアウターコア６Ｂの外周に沿って配置されたので、ループ面Ｓの面積は図７、図８に示した従来例よりもさらに大きくなり、誘導される微分ノイズもこの面積に比例して大きくなる。
【００２２】
また、帰還磁路を構成するアウターコア６Ｂとこのパイプに発生する渦電流による反磁場が整定される時間は、帰環磁路の空間的な広がりによって従来よりも長くなる。このため、図１０（ｄ）で前述した様に、検出信号のテイル部分にも微分ノイズ成分が残るため、励磁周波数を高く出来ない。
【００２３】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、励磁周波数を高くして、流体ノイズ、微分ノイズの影響を受けない高精度な電磁流量計を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電磁流量計は、請求項１においては、
被測定流体の流れる測定管と、前記測定管の外周に互いに対向して配置された主磁極を備えた一対の励磁コイルと、前記励磁コイルの外側に配置された帰還磁路を形成するアウターコアと、前記測定管内の被測定流体の流速方向と前記励磁コイルで形成される磁場方向と直交する軸方向で前記測定管に設けられた、前記被測定流体の移動による発生起電力を検出する一対の電極と、前記一対の電極が作る軸線上で電極からの信号線を導出する前記アウターコアに互いに対向して設けられた一対の導通孔と、前記夫々の導通孔で夫々２つに分割され、アウターコアの周囲を互いに逆巻きになる様に巻回した夫々の補償コイルと、前記導出孔から導出された信号線は、非磁性体とし、前記測定管周囲を所定の距離を置いて、前記磁場と平行な平面上を這わせてその交叉する点で束ねて導出して検出手段と接続する様にしたことを特徴とする。
【００２５】
従って、アウターコアの帰環磁路を前記導通孔で２分割する、互いに逆巻きとした補償コイルを備えたので、各々のコイルの空間を通過する磁束変化の差が素早く均一になる様な補償電流が補償コイルに流れるので、微分ノイズの大きさとその整定時間を早くすることが可能となり、励磁周波数を高くしても、微分ノイズに影響されない検出信号のサンプリングが出来る。
【００２６】
また、請求項２では、被測定流体の流れる測定管と、前記測定管の外周に互いに対向して配置された主磁極を備えた一対の励磁コイルと、前記励磁コイルの外側に配置された帰還磁路を形成するアウターコアと、前記測定管内の被測定流体の流速方向と前記励磁コイルで形成される磁場方向と直交する軸方向で前記測定管に設けられた、前記被測定流体の移動による発生起電力を検出する一対の電極と、前記一対の電極からの夫々の信号線は、前記被測定管の周囲を前記磁場と平行な平面上を這わせて、その交差する点で一つに束ね、前記測定管に沿って拠り合せて前記磁場外に導出し、前記アウターコアを迂回して検出手段と接続する様にしたことを特徴とする。
【００２７】
従って、微分ノイズを誘導するループ面の面積を最小にして、このループ面が帰還磁路と交差する方向の磁束成分の発生する要因をなくしたので、微分ノイズが小さく出来る。
【００２８】
その結果、励磁周波数を高くしても、微分ノイズに影響されない信号部分のサンプリングが可能になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について図１乃至図４を参照して説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、夫々本発明の第１の実施の形態を示す断面図、及び補償コイルの説明図で、図２は、本発明に係わる信号系統の説明図である。
【００３０】
尚、図中において、従来技術の説明欄で説明した構成部材等と同一のものに付いては同一の符号で示し、その説明を適宜省略する。
【００３１】
本第１の実施の形態においては、磁場の印加方向とほぼ直行するセラミックス等の絶縁物で作られる測定管１の管軸方向の中央で、測定管１の内壁に一対の電極４Ａと４Ｂを液密に対向配置する。さらに、この測定管１の外側に、励磁コイル３Ａと３Ｂ、及びインナーコア（磁極）６Ａで作られる磁束の帰環磁路となるアウターコア６Ｂを測定管１の管軸に対して、同心に設定配置する。
【００３２】
また、アウターコア６Ｂにおける一対の電極４Ａと４Ｂが作る軸線と交差する位置には、通線用の導通孔１３Ａと１３Ｂが設けられ、この導通孔１３Ａと１３Ｂに前記一対の電極４Ａ、４Ｂからの信号線１０Ａと１０Ｂが挿通される。この信号線１０Ａと１０Ｂは、各々アウターコア６Ｂの管壁に添って磁場と平行な平面で布設配置され、測定管１の中央上部から後述する信号変換器７内の差動増幅回路４に接続されている。
【００３３】
また、アウターコア６Ｂの外周には同心円柱状のステンレス等の被磁性体製でパイプ１１が配置され、測定管１の端面部と供に両端面部をフランジ１１Ａ、１１Ｂで固定、接合しておく。
【００３４】
尚、この電極４Ａ、４Ｂから差動増幅回路４までの間の信号線１０Ａ、１０Ｂは、夫々非磁性体の信号線で構成し、アウターコア６Ｂの外周に沿って所定の距離を確保する絶縁物１２０で挟んで保持し、更に接着剤等で固定し、アウターコア６Ｂの中央上部位置で交差して、ここから、差動増幅回路４に接続している。
【００３５】
また、前記導通孔１３Ａと１３Ｂには、図１（ｂ）で明らかな様に補償コイル９Ａ、９Ｂが、この孔を中心にして、管軸方向に、前記アウターコア６Ｂを挟み、互いに逆巻きで同数巻かれループを形成している。
【００３６】
次に、この電磁流量計の信号系統について図２で説明する。励磁回路６から供給された励磁電流によって、測定管１内に磁場が形成され、この磁場の方向と直交する方向に配置された電極４Ａと４Ｂとの間には、測定管１の管軸に沿って流れる被測定流体２の移動速度に比例した起電力ｅＡＢが発生する。
【００３７】
この起電力ｅＡＢは、差動増幅回路４に導かれ、信号処理回路５で流量信号に変換処理される。
【００３８】
このように構成された電磁流量計の作用について、図３乃至４でその作用の詳細を説明する。
【００３９】
図３は、本発明の原理を説明する図である。図３において、非測定流体２はｚ軸方向に流れ、磁場φはｙ軸方向に印加され（図３では上部矢印の方向の磁場が形成され、帰環磁路の磁束の方向はこの逆方向となる）、この時被測定流体２による起電力ｅＡＢがｘ軸方向に発生している状態を図示している。また、ハッチングは前述したループ面Ｓを示す。
【００４０】
９Ａ、９Ｂはアウターコイル６Ｂに巻かれた補償コイル９で、ｘ−ｙ平面の両側で互いに所定の同じ巻き数で逆巻きとなって、この補償コイル９Ａ、９Ｂを通過するｘ−ｙ平面両側の交差磁束変化の差を打ち消す様に接続されている。
【００４１】
磁場φはｙ軸方向に印加されているとしたが、詳細には、励磁磁束の磁路設定条件によってｘ、ｚ軸方向の成分φｚ、φｘも存在する。
【００４２】
このため、ループ面Ｓがｘ−ｙ平面上に理想的に設定されていたとしても、φｚ成分の変化が発生すると、この磁束φｚの変化成分がループ面Ｓと交差して起電力を発生し、流体起電力に重畳する。これが前述した微分ノイズと呼ばれているものである。
【００４３】
この時、帰還磁路に設けられた補償コイル９Ａ、９Ｂを通過するｘ−ｙ平面で分割される互いに逆巻きされた各々の分割補償コイル９Ａ１と９Ａ２、及び分割補償コイル９Ｂ１と９Ｂ２を通過する磁束変化に差があるとその差を打ち消す様に分割補償コイル９Ａ１、９Ａ２、及び９Ｂ１、９Ｂ２間を反磁場電流が流れる。
【００４４】
その結果、補償コイルで検出されるφｚ軸方向の変化成分の差は短時間で消去される。
【００４５】
次にこの様な原理で設定配置された本発明の第１の実施の形態における作用効果を図４で説明する。
【００４６】
図４（ａ）は励磁コイル３Ａ、３Ｂに流す励磁電流ｉＦ、（ｂ）は反磁場として作用する渦電流ｉＥ、（ｃ）は励磁電流ｉＦによって作られる磁場φ、（ｄ）は、この時に発生する電極間の信号ｅＡＢを、従来の構成の場合を実線で、本発明による場合を破線で夫々示している。
【００４７】
補償コイル９Ａ、９Ｂによって、ｚ軸方向の磁場の不均一が生じた場合には、反磁場を形成する反磁場電流（渦電流）ｉＥがＴからＴｃに短縮して帰還磁路を流れるので、磁場φの立ち上がりが早くなり、図４（ｅ）に示す様に流体信号のサンプリングタイミングは、磁束変化時の微分ノイズを含まない安定した領域と出来るので安定した信号検出が可能となる。
【００４８】
また、微分ノイズを速く整定出来るので励磁周波数を高くして、流体ノイズの影響を受けない安定した流量測定が可能となる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図５及び図６で説明する。
【００５０】
尚、図中において、本発明の第１の実施の形態及び従来技術の説明欄で説明した構成部材等と同一のものに付いては同一の符号で示し、その説明を適宜省略する。
【００５１】
本発明の原理を、前述した図３で説明する。微分ノイズの誘導を小さくするために本第２の実施の形態は、ループ面Ｓの面積を最小に、且つループ面Ｓ内に帰還磁路を含まない様に構成し、前述したφｚ軸方向の不要な交差磁束成分の発生要因を極力小さくする様に後述する設定とする。
【００５２】
即ち、図５において、測定管１の内面で対向配置された一対の電極４Ａ、ＡＢからの信号線１０Ａ，１０Ｂは、測定管１の外周に沿って、励磁コイル３Ａ、３Ｂで形成する磁場と同一の平面に沿って立ち上げられ、測定管１の中央上部で交叉する点から撚り合わせて管軸方向に沿ってアウターコア６Ｂを迂回して、フランジ部１１Ａに設けた導通孔及びシールド板１５を介して、パイプ１１の管壁に沿って這わせ、パイプ１１の外の差動増幅回路４に接続する。
【００５３】
なお、信号線１０Ａ、１０Ｂは、非磁性体で、且つ高導電率の材質、例えば、銅の編組線を使用する。また、アウターコア６Ｂとは、所定の距離ｄを絶縁物等で保持して、接着剤で固定して振動で動かぬ様に配置する。
【００５４】
この様に設定配置された電磁流量計１３は、アウターコア６Ｂを円柱形状として、ｚ軸方向の磁束成分を発生させる要因となる磁極６及びアウターコア６Ｂへの貫通孔等の加工が無い構造とし、またループ面Ｓの面積をほぼ測定管の断面積の半分近くに押さえたので、ループ面Ｓと交差する磁束を最小に押さえることが出来る。従って、微分ノイズを小さく出来るので励磁周波数を高くして流体ノイズの影響も受けない構成と出来る。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１では補償コイルによって、微分ノイズの立ち上がりの大きさを小さく押さえ、且つ微分ノイズの整定時間を早くできるので、励磁周波数高くする事が可能となり、微分ノイズ、流体ノイズの影響を受けない安定した高精度な電磁流量計を提供することが出来る。
【００５６】
また、請求項２では、検出ループの面積を最小にし、且つループ面と交差する磁束成分を小さく押さえる検出構造にしたので、励磁周波数を高くすることが可能となり、微分ノイズ、流体ノイズの影響を受けない安定した高精度な電磁流量計を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す電磁流量計の断面図と側面図。
【図２】本発明の第１及び第２の実施の形態を示す電磁流量計の信号系統図。
【図３】本発明の原理説明図。
【図４】励磁磁束と微分ノイズの波形。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す電磁流量計の側面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す電磁流量計の断面図。
【図７】従来の電磁流量計の側面図
【図８】従来の電磁流量計の断面図。
【図９】従来の電磁流量計の課題説明図。
【図１０】従来の励磁電流波形と検出信号のサンプリングタイミング。
【図１１】従来の電磁流量計の信号線の磁気シールド説明図。
【符号の説明】
１　測定管
２　被測定流体
３Ａ、３Ｂ　励磁コイル
３Ｓ　シールド板
４　差動増幅回路
４Ａ、４Ｂ　電極
５　信号処理回路
６　励磁回路
６Ａ　磁極（インナーコア）
６Ｂ　アウターコア
７　信号変換器
９Ａ、９Ｂ　補償コイル
９Ａ１、９Ａ２、９Ｂ１、９Ｂ２　分割補償コイル
１０Ａ、１０Ｂ　信号線
１１　パイプ
１１Ａ、１１Ｂ　フランジ
１２　シールドパイプまたはシールド編編組管
１３　電磁流量計
１３Ａ、１３Ｂ　導出孔
１５　シールド板
２１　シールドパイプ
１２０　絶縁物
【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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【図１１】
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