JP2019109089A

JP2019109089A - 電磁流量計の電位検出用電極

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Publication number: JP2019109089A
Application number: JP2017240991A
Authority: JP
Inventors: 宏治木村; Koji Kimura
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: KR20190072454A; CN109931993B; KR102128855B1; US10663330B2; JP6940392B2; CN109931993A; US20190186966A1

Abstract

【課題】導電体で覆われた環状溝を有しているにもかかわらず、導通の信頼性が高い電位検出用電極を提供する。【解決手段】測定管１３の中に露出する接液部２５を有し、導電体４２によって母材４１が覆われて形成された本体部２１と、導電体４２に電気的に接続された端子部２２とを備える。本体部２１は、一端が接液部２５になる円柱状の小径部２３と、小径部２３から径方向の外側に延びる円板状の大径部２４とを有する。端子部２２は、大径部２４が嵌合する筒体３３を有する導通部３１と、導通部３１から本体部２１とは反対方向に延びる軸部３２とを有する。大径部２４の外周部には、大径部２４と筒体３３との間に環状溝５２を構成する環状の凹部５１が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、接液部を含む本体部が導電性を有する材料で覆われた電磁流量計の電位検出用電極に関する。

従来の電磁流量計としては、測定管内を流れる流体に発生する起電力を電位検出用電極によって取り出す構成のものがある。この電位検出用電極を形成する材料は、ステンレス鋼が一般的であるが、検出対象の腐食性に応じて種々の材料が用いられている。耐食性が高くなる電極材料は、例えば特許文献１に開示されている白金などの貴金属材料が多い。貴金属材料は、材料強度が低いために作成できない形状があるという不具合がある。このような不具合を解消するためには、貴金属ではない材料を下地金属として電極を形成し、特許文献１に記載されているように、この電極を貴金属材料で覆うことが考えられる。

しかし、測定管内を流れる流体に摩耗性の物体が混入している場合は、電極を覆う貴金属材料が剥がれることがある。また、測定管に衝撃が加えられたり、測定管の腐食や製造時の欠陥などによって電極を覆う貴金属材料が剥がれることがある。
この貴金属材料が剥がれると、下地金属と貴金属材料との電位差により電気化学的なノイズが発生する。このノイズは、電磁流量計の出力ノイズとなる。

電極を覆う金属材料が剥がれてノイズが生じるという問題は、本願の出願人が特許文献２において提案しているように、電極本体を絶縁体によって形成し、絶縁体の表面を貴金属材料で覆ってこの貴金属材料を導電経路とすることにより解消することができる。特許文献２中には、図８に示すように、絶縁体であるセラミックスによって形成された母材１が耐食性を有する金属からなる導電体２で覆われた構造の電位検出用電極３が記載されている。この電位検出用電極３は、測定管４に形成された電極挿通用の穴５に挿入される第１の小径部３ａと、測定管４の外側に位置する大径部３ｂと、この大径部３ｂから第１の小径部３ａとは反対方向に突出する第２の小径部３ｃとを有している。第２の小径部３ｃにはリード線６が接続されている。

大径部３ｂには、図９に示すように、環状溝７が形成されることがある。図９において、図８によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。この環状溝７は、ガスケット８を収容する溝であり、第１の小径部３ａと同一軸線上に位置する環状に形成されている。ガスケット８は、測定管４の中の流体通路４ａと電位検出用電極３の大径部３ｂとの間をシールするためのものである。

このように環状溝７を有する電位検出用電極３の導電体２は、環状溝７の内周面７ａ、底面７ｂおよび外周面７ｃが均等に覆われるように、金属ペースト（図示せず）を使用して形成することが望ましい。金属ペーストは、金属粉を含むペーストで、母材１に塗布された状態で母材１とともに焼成し、金属ペースト焼結を行うことによって、導電体２となる。

実開平２−１６０２４号公報特願２０１７−０３８９８４

図９に示すように環状溝７を含めて導電体２で覆われた電位検出用電極３においては、図１０および図１１に示すように、環状溝７の外周壁から導電体２の一部２ａが剥がれるおそれがあった。この理由は、焼成時に線膨脹係数の差から線膨張係数の大きい材料がより大きく収縮し、収縮応力が生じるからである。その収縮応力は、径方向の内方に向けて生じる。すなわち、大径部３ｂのセラミックスからなる母材１と導電体２との密着性が不足していると、導電体２が母材１より大きく収縮し、環状溝７の外周壁から径方向の内側に向けて剥離することになる。

また、電位検出用電極３の外側に向けて突出する角部は、導電体２の厚みが薄くなり易く、信号検出に必要な厚みを確保することができないおそれがあった。角部で厚みが薄くなると、導通の信頼性が低くなり、信号検出に必要な導電性を確保できなくなる。図９に示すように、大径部３ｂに環状溝７が形成されていると、環状溝７より径方向の外側に筒状部分９が形成されることになり、その分だけ導電体２が薄くなる角部の数が増え、導通の信頼性が低くなってしまう。このような信頼性の問題は、ガスケット８を収容する環状溝７を有する電位検出用電極３だけでなく、他の理由で環状溝が形成される電極にも同様に生じる。

本発明の目的は、導電体で覆われた環状溝を有しているにもかかわらず、導通の信頼性が高い電位検出用電極を提供することである。

この目的を達成するために、本発明に係る電磁流量計の電位検出用電極は、電磁流量計の測定管の中に露出する接液部を有し、導電性を有する材料によって母材が覆われて形成された本体部と、前記導電性を有する材料に電気的に接続された端子部とを備え、前記本体部は、前記測定管の電極挿入穴に挿入されて一端が前記接液部になる円柱状の小径部と、前記小径部の他端に一端が接続されて前記小径部から径方向の外側に延びる円板状の大径部とを有し、前記端子部は、前記大径部が嵌合する筒体を有し、前記大径部に電気的に接続された有底円筒状の導通部と、前記導通部から前記本体部とは反対方向に延びる軸部とを有し、前記大径部の外周部と、前記筒体の内周部とのうちいずれか一方には、前記大径部と前記筒体との間に環状溝を構成する環状の凹部が形成されているものである。
本発明は、前記電磁流量計の電位検出用電極において、前記環状溝は、ガスケットを収容する溝であってもよい。

本発明においては、環状溝の外周壁が端子部の筒体によって形成されるから、導電性を有する材料（以下、単に導電体という）によって構成される導電経路に環状溝の外周壁は含まれなくなる。このため、導電体が剥離し易い部分を除いて導電体によって導電経路を構成することができる。また、環状溝の外周壁に形成された導電体が導電経路の含まれる場合と較べると、導通信頼性の障害となり易い角部が減り、導通の信頼性が高くなる。
したがって、本発明によれば、環状溝と、導電体で覆われた本体部とを有しているにもかかわらず、導通の信頼性が高くなる電位検出用電極を提供することができる。

本発明に係る電位検出用電極を備えた電磁流量計の断面図である。第１の実施の形態による電位検出用電極の管路側から見た正面図である。図２におけるIII-III線断面図である。第１の実施の形態による母材の斜視図である。第１の実施の形態による端子部の斜視図である。第２の実施の形態による電位検出用電極の管路側から見た正面図である。図６におけるVII-VII線断面図である。従来の電位検出用電極の断面図である。従来の環状溝を有する電位検出用電極の断面図である。導電体の一部が剥離した従来の電位検出用電極の正面図である。図１０におけるXI-XI線断面図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る電磁流量計の電位検出用電極の一実施の形態を図１〜図５を参照して詳細に説明する。
図１に示す電位検出用電極１１（以下、単に電極１１という。）は、電磁流量計１２の測定管１３に流体通路１４の外側から取付けられている。

測定管１３は、本体１５と、この本体１５の内面に設けられたライニング１６と、電極１１を収容する有底円筒状の電極キャップ１７などを備えている。ライニング１６には、電極用取付座１８が一体に設けられている。この電極用取付座１８には、電極１１を挿入するための電極挿入穴１９が穿設されている。

この実施の形態による電極１１は、ライニング１６の電極挿入穴１９に挿入された本体部２１と、この本体部２１とは別体に形成されて本体部２１に重ねられた端子部２２とを備えている。
本体部２１は、詳細は後述するが、図１〜図４に示すように、一端が測定管１３内の流体通路１４に臨む円柱状の小径部２３と、この小径部２３の他端から径方向の外側に延びる円板状の大径部２４とによって形成されている。

この本体部２１の一端は、測定管１３内に露出し、測定管１３内を流れる流体（図示せず）に接触する接液部２５になる。大径部２４は、小径部２３より外径が大きくなる円板状に形成されており、後述する圧縮コイルばね２６のばね力によって、電極用取付座１８に向けて付勢されている。大径部２４と電極用取付座１８との間にはガスケット２７が設けられている。

端子部２２は、導電性を有する材料によって所定の形状に形成されている。この実施の形態による端子部２２は、図３および図５に示すように、本体部２１の大径部２４に接続された有底円筒状の導通部３１と、この導通部３１の軸心部から本体部２１とは反対方向に延びる軸部３２とを有している。導通部３１は、大径部２４の外周面に嵌合する円筒状の筒体３３と、大径部２４の他端と対接する円板３４とから構成されている。軸部３２は、図１に示すように、絶縁体からなる筒体３５で覆われており、電極キャップ１７の底壁１７ａを貫通して電極キャップ１７の外に突出している。この底壁１７ａには貫通穴３６が穿設されており、軸部３２と筒体３５は、この貫通穴３６の中に通されている。端子部２２の突出側端部には、リード線用端子（図示せず）を接続するためのねじ孔３７が形成されている。

電極キャップ１７は、圧縮コイルばね２６を保持する機能を有している。この電極キャップ１７は、内部に圧縮コイルばね２６を収容した状態で本体１５のねじ穴３８に螺着されている。圧縮コイルばね２６は、中心部に軸部３２が挿入された状態で圧縮されて電極キャップ１７の中に収容されている。圧縮コイルばね２６の一端は、ワッシャ３９を介して端子部２２の円板３４を本体部２１に向けて押し、他端は、環状の絶縁板４０を介して電極キャップ１７の底壁１７ａを本体部２１とは反対方向に押している。

電極１１の本体部２１は、図３に示すように、絶縁材料であるセラミックスによって形成された母材４１と、この母材４１を覆う導電性を有する材料とによって構成されている。この実施の形態では、便宜上、この母材４１を覆う導電性を有する材料を単に「導電体４２」という。上述した端子部２２は、本体部２１の大径部２４に重ねられることによって、導電体４２に電気的に接続されている。
母材４１のセラミックス原料としては、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯなどを使用することができる。母材４１は、セラミックス原料を型（図示せず）によって本体部２１の形状に成形し、この成形物を焼成することによって形成されている。

導電体４２は、導電性を有する材料によって形成されている。この導電体４２を形成する導電性を有する材料は、例えば、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｔａ、ＷＣなどの耐食性を有する金属材料を用いることができるし、半田や、導電性を有する合成樹脂材料や、導電性インクなども使用することが可能である。この実施の形態による導電体４２は、焼成前の母材４１に塗布された金属ペースト（図示せず）を母材４１と共に焼成することによって形成されている。金属ペーストは、金属の粉体と溶剤とを混ぜて形成されている。この金属ペーストが焼成されることによって、金属の粉体が溶融し、母材４１の外表面を全域にわたって覆う導電体４２となる。

本体部２１の母材４１は、上述した導電体４２と協働して小径部２３を構成する円柱部４３と、上述した導電体４２と協働して大径部２４を構成する円板部４４とによって形成されている。円柱部４３と円板部４４とは、一体に形成されている。
円板部４４の外周部であって円板部４４の一端側（円柱部４３側）は、他端側より小径に形成されている。このため、円板部４４の外周部には、図４に示すように、円板部４４の軸線方向の一端面４４ａから軸線方向に延びる第１の周面４４ｂと、この第１の周面４４ｂから径方向の外側に延びて円板部４４の最も外側の第２の周面４４ｃに接続される端面４４ｄとによって段部４５が形成されている。

このように構成された電位検出用電極１１においては、母材４１の外表面に金属ペーストを塗布してこれらを焼成することにより、図３に示すように、母材４１の外表面が導電体４２で覆われた本体部２１が形成される。この本体部２１は、母材４１の円柱部４３が導電体４２で覆われてなる小径部２３と、母材４１の円板部４４が導電体４２で覆われてなる大径部２４とによって構成される。円板部４４の段部４５の第１の周面４４ｂは、導電体４２ａによって覆われ、端面４４ｄは、導電体４２ｂによって覆われる。このため、大径部２４の外周部には、段部４５が導電体４２ａと導電体４２ｂとによって覆われることにより、環状の凹部５１が形成される。

この実施の形態による電位検出用電極１１は、導電体４２で覆われた本体部２１に端子部２２を取付けて組み立てられる。端子部２２を本体部２１に取付けるためには、先ず、端子部２２の筒体３３の中に本体部２１の大径部２４を嵌合させる。そして、接液部２５が一端に設けられた本体部２１の他端面２１ａを端子部２２の円板３４に重ね合わせる。このように本体部２１に端子部２２が取付けられることによって、図３に示すように、大径部２４の外周部に設けられている環状の凹部５１と、端子部２２の筒体３３との間に、測定管１３内に向けて開放された環状溝５２が形成される。この環状溝５２には、上述したガスケット２７が収容される。

このように構成された電極においては、端子部２２の筒体３３によって環状溝５２の外周壁が構成されるから、導電体４２によって構成される導電経路に環状溝５２の外周壁は含まれなくなる。このため、導電体４２が剥離し易い部分を除いて導電体４２によって導電経路を構成することができる。また、従来のような場合、すなわち環状溝５２の外周壁に形成された導電体４２が導電経路に含まれる場合と較べると、導通信頼性の障害となり易い角部が減り、導通の信頼性が高くなる。
したがって、この実施の形態によれば、環状溝５２と、導電体４２で覆われた本体部２１とを有しているにもかかわらず、導通の信頼性が高くなる電位検出用電極を提供することができる。

この実施の形態による環状溝５２は、ガスケット２７を収容する溝である。このガスケット２７より本体部２１の径方向の内側がシール部になる。このため、端子部２２の筒体３３は、シール部の外に位置することになるから、この筒体３３を含めて端子部２２は、測定管１３内を流れる流体に接触することがない。したがって、端子部２２を安価な導体によって形成することができるから、製造コストを低く抑えることができ、電磁流量計の電位検出用電極を安価に提供することができるようになる。

（第２の実施の形態）
本発明に係る電磁流量計の電位検出用電極は図６および図７に示すように構成することができる。図６および図７において、図１〜図５によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図６および図７に示す電位検出用電極６１は、外周部に段部が設けられていない円板状の大径部２４を有する本体部２１と、この本体部２１の外周面が嵌合する筒体３３を備えた端子部２２とによって構成されている。本体部２１の大径部２４は、軸線方向の全域にわたって外径が一定となるように形成されている。

この実施の形態による筒体３３は、開口端面３３ａの内周縁から軸線方向に延びる第１の内周面３３ｂと、この第１の内周面３３ｂから径方向の内側に延びて筒体３３の最も内側の第２の内周面３３ｃに接続される端面３３ｄとを有している。このため、筒体３３の内周部には、環状の凹部６２が形成されている。
この実施の形態による電位検出用電極６１においては、本体部２１に端子部２２が取付けられることによって、筒体３３の内周部に設けられている環状の凹部６２と、本体部２１の大径部２４との間に、測定管１３内に向けて開放される環状溝６３が形成される。この環状溝６３は、ガスケット２７を収容する溝である。

この実施の形態においても、端子部２２の筒体３３によって環状溝５２の外周壁が構成されるから、第１の実施の形態を採るときと同様に、導通の信頼性が高くなる電位検出用電極を提供することができる。
また、この実施の形態においては、第１の実施の形態を採る場合と較べて本体部２１の大径部２４に形成される角部が一つ減るため、導通の信頼性が高くなるという利点もある。

１１…電位検出用電極、１２…電磁流量計、１３…測定管、１９…電極挿入穴、２１…本体部、２２…端子部、２３…小径部、２４…大径部、２５…接液部、２７…ガスケット、３１…導通部、３２…軸部、３３…筒体、４１…母材、４２…導電体、５１，６２… 環状の凹部、５２，６３…環状溝。

Claims

電磁流量計の測定管の中に露出する接液部を有し、導電性を有する材料によって母材が覆われて形成された本体部と、
前記導電性を有する材料に電気的に接続された端子部とを備え、
前記本体部は、
前記測定管の電極挿入穴に挿入されて一端が前記接液部になる円柱状の小径部と、
前記小径部の他端に一端が接続されて前記小径部から径方向の外側に延びる円板状の大径部とを有し、
前記端子部は、
前記大径部が嵌合する筒体を有し、前記大径部に電気的に接続された有底円筒状の導通部と、
前記導通部から前記本体部とは反対方向に延びる軸部とを有し、
前記大径部の外周部と、前記筒体の内周部とのうちいずれか一方には、前記大径部と前記筒体との間に環状溝を構成する環状の凹部が形成されていることを特徴とする電磁流量計の電位検出用電極。
請求項１記載の電磁流量計の電位検出用電極において、
前記環状溝は、ガスケットを収容する溝であることを特徴とする電磁流量計の電位検出用電極。