(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を横切って水平方向に対向配置された１対の電極と、円形断面の測定管の上部に設けた第１の励磁コイルと、測定管の下部に設けた第２の励磁コイルを有し、第１の励磁コイルと第２の励磁コイルを交互に切替えて励磁して、それぞれ異なる磁束分布を異なる期間の間に流路に発生するとともに、この異なる磁束分布で前記１対の電極間に得られる二つの誘起電圧に基づいて流量を演算する非満水用の電磁流量計であって、
電磁流量計検出器（４）の下流側に、電磁流量計検出器（４）の測定管（１）とほぼ同じ口径の円形断面の曲がり管（１３，１３Ａ）を設け、その曲がり部の底面の一部（１４）を前記測定管（１）の底面より上方に位置させたことを特徴とする電磁流量計。
【請求項２】
曲がり管（１３，１３Ａ）の上方への持ち上がり寸法が、測定管（１）の口径のほぼ０．１〜０．２であることを特徴とする請求項１記載の電磁流量計。
【請求項３】
曲がり管（１３Ａ）の下流端が上方への最大持ち上がり位置にあって、曲がり管（１３Ａ）がこの下流端で切断されて開口していることを特徴とする請求項２記載の電磁流量計。
【請求項４】
底面の一部が峠のように滑らかに上方へ持ち上げられていて、流体が円滑に流れるように形成されていることを特徴とする請求項２記載の電磁流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は測定管を非満水状態で流下する流体の流量を計測する電磁流量計の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
出願人は先に、非満水状態での流量計測を水位を直接計測しないで、電磁流量計の原理に基づいて計測する電磁流量計を特開平５−２２３６０５号公報で提案した（以下これを第１の従来技術と言う。）
この第１の従来技術では、流路を横切って水平方向に対向配置された一対の電極と、管路の上部に設けた第１の励磁コイルと、管路の下部に設けた第２の励磁コイルを有する。
【０００３】
各励磁コイルは交互に切替えて励磁され、異なる磁束密度分布を流路に発生する。この異なる磁束密度分布で得られる二つの誘起電圧（出力）から補正演算することにより、水位を求めることなく、非満水状態の流量を算出する。
【０００４】
第１の従来技術を図３〜図５に従って、より詳しく説明する。
図３（ａ），（ｂ）と図４において、１は断面が円形の流路、２，２は流路１の中心を通る垂直線に対し対称の位置に設けた一対の電極、３Ａと３Ｂは第１と第２の励磁コイルで、それぞれ異なる磁束密度分布ＢＡとＢＢを異なる期間（時間）の間に発生する。符号４は、このような構造の流量検出器を示す。
【０００５】
５は励磁回路で、タイミング回路６の信号に応じて、第１と第２の励磁コイル３Ａと３Ｂとを交互に励磁する。７は電極２，２間に誘起した電圧を増幅して出力する増幅器、Ｓ１は切替スイッチで、タイミング回路６の信号で切替作動し、前記２つの励磁コイル３Ａと３Ｂの励磁時期の切替と同期して切替作動し、第１の励磁コイル３Ａが励磁されているときにａ側に、第２の励磁コイル３Ｂが励磁されているときにｂ側に切替えられる。
【０００６】
８Ａと８Ｂは切替スイッチＳ１のａ接点とｂ接点の信号を入力してサンプルアンドホールドする第１と第２のサンプルアンドホールド回路、９はＣＰＵ回路、１０はサンプルアンドホールド回路８Ａ，８Ｂからのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１１は補正演算回路で、前記の補正演算を行うプログラムを備えている。１２は演算結果としての流量信号Ｑ′を出力する出力端子である。
【０００７】
ＣＰＵ回路９の補正演算回路１１は内蔵ＲＯＭを有し、この内蔵ＲＯＭには補正プログラムと補正基準データが記憶されている。
次に図３，図４の従来技術の電磁流量計による非満水状態の流れの流量計測手順を、図５に基づいて説明する。
【０００８】
手順１．流量を計測すべき流路と同じ断面形状の流路１を用い、この流路の勾配を一定にして水位ｈを変え、その水位のときの流量Ｑに応じた出力ＯＡとＯＢとを予め計測しておく（図５（ａ））。なお、出力ＯＡとＯＢは電磁流量計の原理による流量検出器４を用い、同じ流量Ｑを異なる磁束密度分布ＢＡとＢＢでそれぞれ計測したときの流量信号である。
【０００９】
磁束密度分布ＢＡは第１の励磁コイル３Ａだけに励磁電流を流したときの磁束密度分布で、磁束密度分布ＢＢは第２の励磁コイル３Ｂだけに励磁電流を流したときの磁束密度分布である。
【００１０】
手順２．被測定流体が流れている流路の未知の流量Ｑ′を前記流量検出器４で計測し、出力ＯＡ′とＯＢ′を得る。
手順３．ＯＢ′とＯＡ′の比ＯＢ′／ＯＡ′を求め、手順１で求めたＯＢとＯＡとの比ＯＢ／ＯＡがＯＢ′／ＯＡ′と同じ値になる流量Ｑαを手順１のデータから求め、この流量Ｑαのときの手順１の出力ＯＡαから、手順１における流量Ｑαの条件のときの感度Ｋ＝ＯＡα／Ｑαを算出する（図５（ｂ）〜（ｄ））。
【００１１】
手順４．手順２で計測した出力ＯＡ′と、手順３で得た感度ＯＡα／Ｑαとから、未知の流量Ｑ′を次の式で算出する。
Ｑ′＝ＯＡ′・Ｑα／ＯＡα
なお、流量検出器４を用いて一定の流路勾配でいくつかの流量Ｑについて測定した出力ＯＡとＯＢのうちの一方の出力ＯＡと、出力比ＯＢ／ＯＡを流量Ｑと共に補正基準データとして補正演算回路１１のＲＯＭに記憶しておいて利用する。
【００１２】
また、前記未知の流量Ｑ′を計測したときの出力ＯＡ′とＯＢ′とから前記ＲＯＭに記憶した補正基準データを用いて未知の流量Ｑ′を算出する補正演算プログラムを補正演算回路１１のＲＯＭに記憶しておいて活用する。
【００１３】
出願人は上記第１の従来技術の他に、堰と電磁流量計を組み合わせた流量計を特開平５−２７３０１５号公報で提案した（以下これを第２の従来技術と言う。）
この第２の従来技術では、流管に堰又はパーマポーラスフリュームを設け、堰又はパーマポーラスフリュームの上または上流部の流管に水平方向に対向配置された一対の電極と、流管の上部又は下部の少なくとも一方に設けられて上下方向の磁界を発生する励磁コイルを設けたもので、電極に生じる流速に比例した電圧から流量を演算する。この電磁流量計も水位を直接測定しないで流量を計測する。
【００１４】
他の従来技術として、満水型の電磁流量計の下流側に、その流量計の流管内が必ず流体で満たされて満水状態になるように、その開口部が流量計の流管上面より高くなるような曲がり管や堰などを付加して非満水管路の流量を測定しようとするものが公知である（以下これを第３の従来技術と言う）。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
非満水状態の流量を計測する用途は、下水管で広く要求されている。実際の下水管などでは、流下する汚水の水位は管路直径のせいぜい２０％程度であることが多く、少ないときにはわずか数％になることも珍しくない。
【００１６】
このような小流量を断面が円形の管路に流すと、水理的に流れの状態が不安定になり流量計としての計測値の再現性が悪くなる。また、流速分布が動水勾配の影響で変化するため、その補正が必要となり、設置環境に制約を受けたり補正操作のために流量計の構成が複雑となりコストアップとなる。従って、第１の従来技術では実用精度が良くなく、設置条件の制約が大きく、しかも比較的高価になるという問題点があった。
【００１７】
第２の従来技術では、堰やパーマポーラスフリュームが流れの障害物となって、ごみや土砂などが管路低部に推積したり、異物が引っかかったりして流体の自然流下を妨げるため、維持管理に問題点があった。
【００１８】
第３の従来技術では、管路の下流端に管路を満水状態にするための曲がり管や堰板などを設置しているため、流量計の上流側の非常に長い距離にわたって、この流量計を取り付けない場合と比較して管路の水位が上昇し、場合によっては管路から流体があふれたりするという問題点があった。このような問題点を避けるために管路径を太くする必要が発生する場合には、必然的に工事費の増加につながるという問題点を派生する。
【００１９】
近時、環境の保護の立場とか、社会資本の整備の立場から下水・排水施設の整備と管理が重要な課題となっている。
下水・排水の適切な処理、設備の維持管理、新しい設備の計画にはその流量の正確な計量が不可欠であり、そうした流量計の実現が切望されている。
【００２０】
そこで、本発明は、前記第１の従来技術を改良して、前述の問題点を解消できる非満水用の電磁流量計を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、流路を横切って水平方向に対向配置された１対の電極と、円形断面の測定管の上部に設けた第１の励磁コイルと、測定管の下部に設けた第２の励磁コイルを有し、第１の励磁コイルと第２の励磁コイルを交互に切替えて励磁して、それぞれ異なる磁束分布を異なる期間の間に流路に発生するとともに、この異なる磁束分布で前記１対の電極間に得られる二つの誘起電圧に基づいて流量を演算する非満水用の電磁流量計であって、
電磁流量計検出器（４）の下流側に、電磁流量計検出器（４）の測定管（１）とほぼ同じ口径の円形断面の曲がり管（１３，１３Ａ）を設け、その曲がり部の底面の一部（１４）を前記測定管（１）の底面より上方に位置させたことを特徴とする電磁流量計である。
【００２２】
また、請求項２の発明は、請求項１の電磁流量計において、曲がり管（１３，１３Ａ）の上方への持ち上がり寸法が、測定管（１）の口径のほぼ０．１〜０．２であることを特徴とするものである。
【００２３】
また、請求項３の発明は、請求項２の電磁流量計において、曲がり管（１３Ａ）の下流端が上方への最大持ち上がり位置にあって、曲がり管（１３Ａ）がこの下流端で切断されて開口していることを特徴とするものである。
そして、請求項４の発明は、請求項２の電磁流量計において、底面の一部が峠のように滑らかに上方へ持ち上げられていて、流体が円滑に流れるように形成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の電磁流量計の好ましい実施の形態で、４は前記第１の従来技術における非満水用の電磁流量計検出器で、わずかに傾斜してほぼ水平に配置された円形断面の測定管１の上部に設けた第１の励磁コイルと、測定管１の下部に設けた第２の励磁コイルと、流路を横切って水平方向に対向配置された１対の電極を有し、第１の励磁コイルと第２の励磁コイルを交互に切替えて励磁して、それぞれ異なる磁束分布を異なる期間の間に流路に発生させるとともに、この異なる磁束分布で前記１対の電極に発生する二つの誘起電圧に基づいて、非満水状態の流量を演算部で算出する。
【００２５】
１３は曲がり管で、測定管１とほぼ同一口径の円形断面の管で測定管１の下流側に連結されているが、測定管１に対してねじ止め等の構造で着脱可能に結合することもできる。
【００２６】
曲がり管１３は、その底面の一部が峠のように上方へ持ち上げられている。符号１４はこの持ち上げられた峠の部分を示す。なお、この持ち上げられた部分は底面が滑らかに持ち上げられていて、流体が円滑に流れるように形成されている。
【００２７】
曲がり管１３の底面の最上部における持ち上げ寸法は測定管としての流路の口径Ｄの０．１〜０．２倍に定めてある。
なお図１で符号１５で示す破線は流下する流体の水面を示す。
【００２８】
また、１６と１７はそれぞれ測定管１の上流側と曲がり管１３の下流側に連結された上流側配管と下流側配管である。
曲がり管１３の上方への持ち上がり寸法は、上流の測定管１や配管１６が常時満水状態になる程大きく持ち上げる極端な曲がりを要請しない。持ち上がり寸法は、測定管１の口径Ｄのおおむね０．１倍以上で十分に安定した計測動作が期待できることが実験で確認することができた。
【００２９】
従って、曲がり管１３の持ち上がり寸法は測定管１の底面からせいぜい０．１Ｄから多くても０．２Ｄ程度で十分である。
実際の下水道や排水路での流下流量の水位は、通常、せいぜい０．２Ｄ程度であって、曲がり管１３を付加して水面を少々持ち上げても、峠部分１４の上流管の水位は、通常で最大０．４Ｄ程度にしかならない。
【００３０】
【実施例】
図２は本発明の電磁流量計の他の実施例で、４は図１の実施態様と同様に円形断面の測定管１等を有する電磁流量計検出器で、その下流側に円形断面の曲がり管１３Ａが連結されている。この曲がり管１３Ａは測定管１の口径とほぼ同じ口径で、測定管１から離れて下流にいく程上方に曲げられて、その底面が上方に持ち上げられている。
【００３１】
そして、曲がり管１３の底面が測定管１の底面から０．１Ｄ〜０．２Ｄ持ち上げられたところで、曲がり管１３が切断されて開口し、この開口１３ａから流体が符号１８で示すように流出する。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の電磁流量計は、上述のように構成されているので、曲がり管の底面の一部を、電磁流量計検出器の底面より持ち上げるようにしたので、検出器の流路における水位が一定以上確保でき、流量計測の安定性を期待でき、計測精度が向上する。
【００３３】
また、検出器（４）の下流に設けた曲がり管（１３，１３Ａ）の底面を持ち上げることで、上流の動水勾配が一律に小さくなるため、広い管路勾配に設置しても実質的な動水勾配の範囲が狭くなる。また、同様に小さな接続断差などがあって、下流側が持ち上がっていて、その上流があたかもダム湖の水面のように滑らかになっていると、その影響が殆ど打ち消されるから流量計の設置条件の制約が緩和される。
【００３４】
さらにまた、動水勾配の悪影響を除くための補正操作が簡略化または省略できるから、流量計の構成が簡単になり、コストを安価にできる。
また、計側部における水位を上昇させるにもかかわらず、流路断面が曲がり管の部分についても縮径（縮小）されることがないから、第２の従来技術のように大きな異物が引っ掛かったり、することがないため、メンテナンスの頻度が少なくて済み、維持管理が容易になる。
【００３５】
さらにまた、上流側の水位上昇を最小限に押さえられるから、流体が配管から溢れたりする危険性が減る。このことは、管路設計時の安全性見積りに余裕を持たせることを意味し、管路の工事費用が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁流量計の実施の形態の側面略図である。
【図２】本発明の他の実施例の側面略図である。
【図３】従来技術の電磁流量計の検出器で、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】従来技術の電磁流量計のブロック図である。
【図５】従来技術による非満水状態の流量を計測する手順を説明する線図で、（ａ）は流量対出力線図、（ｂ）は流量対出力比を示す線図、（ｃ）は未知の流量から得た出力比から同一水位の流量Ｑαを求める手順を説明する図、（ｄ）は出力曲線ＯＡから感度Ｋを求める手順を説明する図である。
【符号の説明】
１            測定管
２            電極
３Ａ          第１の励磁コイル
３Ｂ          第２の励磁コイル
４            電磁流量計検出器
１３，１３Ａ  曲がり管
１４          曲がり管の底面の一部
１５          水面
１６          上流側配管
１７          下流側配管
【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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