JPH01187415A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は当該横断面が２つの主軸を有する楕円のプロフ
ィールを有する中空空間を備えた測定管と、流動方向に
対して横断する方向に向けられた磁界を発生する装置と
、第１主軸に沿って相対向する個所に設けられていて誘
起電圧を取出すための２つの電極とを具備し、ここにお
いて上記誘起電圧は上記測定管に導電性流動媒体が貫流
する際誘起されるものである形式の電磁流量計に関する
。

この種の電磁流量計では流量測定の原理によれば電極を
用いて取出された誘起された電圧が、磁界の磁気誘導度
と、測定管を流れる流動媒体の平均流動速度に比例する
。被測定流量は平均流速と金属の中空空間の横断面積と
の積により与えられる。従って、誘起電圧を用いて測定
された流速からの流量の＆確な測定には横断面が精確に
知られていることが前提条件である。横断面積が外部の
影響により変化する場合には上述の前提条件はもはや充
足されない。その様な影響は殊に圧力及び測定管を流れ
る流動媒体の温度である。概して、測定管−中空空間の
横断面積の変化によって電極間隔の変化も生ぜしめられ
、それにより、誘起電圧と被測定平均流速との関係も変
化する。従って精確な測定結果を得るには横断面積の変
化を検出しそれの、測定結果への影響を補償するのに高
価な手段が必要である。

発明の目的 本発明の課題ないし目的とするところは測定管−中空空
間の横断面の、外部からの影響にょシ惹起される変形に
無関係な精確な測定結果をわずかなコストで得られる電
磁流量計を実現することにある。

発明の構成 上記課題の解決のため本発明によれは冒頭に述べ丸形式
の電磁流量計において上記中空空間の横断面は外部から
の影響により変形の惹起される際実質的に楕円プロフィ
ールを維持し更に第２の主軸の長さが実質的に一定に保
持されるように構成されているのである。

本発明の手段の基礎となる認識とするところは楕円横断
面の測定管を用いての電磁流量測定の場合測定結果は幾
何的特性の点ではたんに、電極軸に対して垂直方向に位
置する楕円−主軸の長さにのみ依存し、一方、同時に電
極間隔に相応する他方の主軸の長さが、測定結果に影響
しない、ということである。

本発明では中空空間横断面の変形の際、電極軸に対して
垂直方向に位置する主軸の長さが一定に保持され同時に
、中空空間横断面が楕円プロフィールを維持するので、
そのような変形は測定結果には影響を及ぼさない。

本発明の手段は中空空間横断面が楕円形である場合にも
成立つ。それというのは円は同じ長さの２つの主軸ヲ有
する楕円の特殊な場合があるからである。従って、本発
明は円形の測定管を有する一般慣用の電磁測定装置にて
直接的に適用され得る。

本発明はわずかな技術的コストで実現され得る。一定に
保持さるべき楕円主軸に沿って相対向する２つの個所に
て測定管を次のように安定化する、即ち当該主軸の長さ
が変夛得ないように安定化するようにしさえすればよい
。このことは上記個所にて測定管に係合する構成部分に
より行なうことができる。特に有利な構成手段によれは
、当該の目的のため、磁界発生装置のいずれにしろ設け
られる構成部分及び場合により、設けられているケーシ
ングを使用するのである。上記構成部分を成す材料の適
当な選定により、当該構成部分の温度に基因する寸法変
化を補償して、楕円−主軸の一定保持状態が損なわれな
いことが達成される。

測定管がそのようにして一方の楕円−主軸の一定保持さ
れるように安定される場合、中空空間横断面の変形は概
して次のようになされる、即ちそのために特別な手段を
講ぜずに楕円プロフィールが維持されるように変形がな
される。

但し、付加的に測定管の適当な構成により、精確な楕円
プロフィールの維持のなされるように中空空間横断面の
変形状態に影響、作用を及ぼすことができる。

本発明の別の特徴点及び利点は図を用いての実施例から
明らかとなる。

実施例 第１図は測定管１１を有する電磁流量計（磁気−誘導流
量測定装置）１０の斜視図を示す。

電流工の流れる励磁コイル１２．１３は測定管１１の内
部に、測定管１１の軸に対して垂直方向に向けられた磁
界Ｈｉ生じさせる。測定管１１の壁に配置された２つの
電極１４．１５（それらを結ぶ線は磁界Ｈの方向に対し
て垂直に向けられている）は電圧Ｕｎの取出しに用いら
れる。その際その電圧は導電性媒体が測定管１１を流れ
るとき誘起される。図示の実施例では測定管１１は金輌
製外とう１６を有し、この外とうは導電性流動媒体に対
する電気的絶縁のため絶縁材料から成る２イニング１７
（これは例えばプラスチックから成る）を有する。その
場合、そのプラスチックの材料は次のように選定されて
いる、即ち、当該プラスチック材料の、温度に基因する
膨張ないし伸びを、金鵬製外とうの温度に基因する膨張
ないし伸びとの比が、上記ライニング１７を金属製外と
う１６の内壁に常に且どこでも（至る処で）当接ならし
める値であるように選定されている。ライニング１７の
内面は測定管の中空空間を形成する。

電極１４．１５は図示の如く導電的（直流的）信号取出
のため流動媒体と導電的接触し得る。

それら電極は容量性電極として構成されていてもよい。

公知のように、第１図に示す形式の磁気−誘導的流量測
定装置では電極１４．１５にて取出される電圧Ｕｍはフ
ァラデイの電磁誘導の法則により、磁界の磁気誘導度Ｂ
Ｈと流動媒体の速度Ｖとの積に比例する。測定すべき流
量Ｑ１すなわち単位時間当シ測定管金流れる容積（容量
）は速＆Ｖと中空空間１８の横断面積Ｆとの積に比例す
る。

測定管１１は長さ２ａないし２ｂの２つの主軸Ａ、Ｂ’
ｉ有する楕円横断面を有する。主軸Ａは２つの電極１４
．１５の結合線と一致し、よってそれら電極間の間隔は
主軸Ａの長さ２ａに等しい。主軸Ａに対して垂直の主軸
Ｂは磁界Ｈの方向と一致する。

電極１４．１５にて取出される電圧は電極間隔にも依存
するので、電圧Ｕｍと流動媒体の速度Ｖとの間に次の関
係が成立つ。

Ｕｍ−Ｋ　−ｖ　−ＢＨ−２ａ　　　　　　　　（１１
但しＫは定数である。

流量Ｑに対して次式が成立つので、 Ｑ　＝　ｖ−Ｆ　　　　　　　　　　　　（２）電圧Ｕ
ｍと流ｆｉＱとの間に次の関係式が成立つ。

横断面Ｆは流量測定装置の作動中外部からの影響により
変化し得る。それらの影響は殊に流動媒体の圧力及び温
度である。流動媒体の高い圧力は測定管１１の伸びを惹
起し得、流動媒体の温度変化は金属製外とう１６及びラ
イニング１７の熱膨張又は熱収縮を惹起し得る。２つの
原因により横断面Ｆ１ひいては、式（３）により与えら
れる関係、すなわち誘起電圧Ｕｍと被測定流量Ｑとの関
係が変化する。

第１図に示す、中空空間１８の横断面の仮定した楕円プ
ロフィールの場合、当該横断面積に対して次式が成立つ
。

Ｆ　＝　ａ−ｂ　　　　　　　　　　　　（４）式（４
）を式（３）に代入すると誘起電圧Ｕｍと流量Ｑとの間
に次式が成立つ。

要するに、電圧Ｕｍは幾何学的特性の点で楕円主軸Ｂ（
これは電＆１４　、１５の結合線に対して垂直方向且磁
界Ｈに対して平行な方向に延在する）の長さ２ｂに依存
する。

適当な構成手段（これについては第２、第６図を用いて
例を説明する）により、次のことが達成される、即ち圧
力、温度又は他の外部からの影響により中空空間１８の
横断面積Ｆの変化の惹起される際 一第２主軸Ｂの長さ２ｂが一定に保持される、−中空空
間１８の横断面が実質的に楕円ゾロフィールを維持する
、ことが達成される。

第１図には中空空間１８の横断面のそのような変形を著
しく誇張して示しである。更に、中空空間横断面は楕円
の形状を有し、その際第１主軸Ａは長さ２　、／を有し
、一方第２主軸Ｂの長さ２ｂは変らないままである。

横断面積ｙ Ｆ’＝ａ′・ｂ・π　　　　　　　　　（６）は変形前
の横断面積Ｆより大であるが、電極１４．１５は変形前
におけるより大きな間隔を有する。よって、電圧Ｕｍと
流量Ｑとの関係について式（５）の関係が成立つ。従っ
て、測定結果は圧力とか温度のような外部の影響（これ
は測定管１１の中空空間１８の横断面を変化させる）を
受けないようになる。

”楕円−ゾロフィール”という概念は楕円の両主軸Ａ％
Ｂが等しい長さを有するという特別な場合を含む。この
場合、中空空間横断面のプロフィールは直径りを有する
円である。この場合は第１図は変形されていない測定管
１１に対して示しである。このことは測定管−中空空間
が円形である通常の構成に相応する。第１図中両主軸Ａ
とＢは測定管の非変形状態において、中空空間１８の直
径りに等しい長さを有する。

中空空間横断面の破線で示す増大の除主軸Ｂの長さ２ｂ
は直径りに等しく、一方、主軸Ａの長さ２ａ′は直径り
より大である。

簡単な構成上の手段により中空空間プロフィールの楕円
状の変形を、次のようにして行なわせる、すなわち一方
の主軸の長さが変らない状態に保持されるようにして上
記変形全行なわせることが可能である。測定管は一定に
保持さるべき主軸Ｂ上にて直径方向で相対向する２つの
個所にて、測定管に係合する部分によって安定化されて
、上記主軸の長さ変化が阻止されるようになる。中空空
間横断面のどのような変化があっても、必然的に他方の
主軸Ａの長さ変化が惹起される。測定管の均一な肉厚の
もとて変形は概して特別な手段ｔ−ｇぜずとも少くとも
近似的に楕円状となる。

第２図は前述のように構成された電磁流量計の断面図を
示す。この流量計は第１図の流量計１０と同じように測
定管２１と、この測定管の内部に磁界を生じさせるため
の２つの励磁コイル２２．２３と、誘起電圧を取出すた
めの２つの電極２４．２５を有する。測定管２１の中空
空間２８の横断面はやはシ２つの主軸Ａ、Ｂを有する楕
円プロフィールを有し、その際上記両主軸は図示の変形
されていない状態において等しい大きさであり、つまり
、非変形時の横断面は円形である。

両励磁コイル２２．２３は磁界発生装置３０の構成部分
であシ、この装置はその他に励磁コイル２２．２３によ
り取囲まれる磁気コア３１゜３２と、磁気コア３１．３
２の端面に取付けられた磁極片３３．３４と、両磁気；
７３１．３２を相互に接続する帰磁路部分３５とを有す
る。

帰磁路部分３５は磁気コア３１．３２と共に磁界発生装
置３０の磁気回路を形成する。

磁極片３３．３４は湾曲されておシ、測定管２１を囲繞
し、その際磁極片３３．３４の湾曲牛径は測定管２１の
それより大である。それにより、測定管２１の中空空間
２８にて発生された磁界Ｈが著しく均質になることが達
成され得る。磁極片３３．３４は直径方向で相対向する
個所で、主軸Ｂの延長線上で、測定管２１の外面に当接
係合する。磁極片３３．３４は磁気コア３１．３２と、
帰磁路３５とにより所定間隔をおいて相互間で間隔保持
されるので、上述の構成部分によって、中空空間２８の
横断面プロフィールの主軸Ｂの所定の長さが得られる。

圧力変化により惹起される、中空空間１８の横断面積の
増大の際構成部材３１〜３５は変らないままであシ、そ
の結果主軸Ｂの長さ２ｂは変化し得ない。従って測定管
２１は主軸Ａの方向で変形せざるを得す、その際主軸Ａ
の長さは増大する。

これに対して温度変化のほうが、中空空間２８の横断面
積の変化の原因である場合、そのような温度変化は主軸
Ｂの長さを一定に保持すべき構造部材にも影響を及はす
。このことは周囲温度の変化の際にも、測定管を流れる
流動媒体の温度の変化の際にも起こる、それというのは
その流動媒体の温度も磁気コアの構成部材に影響を与え
るからである。それにより、当該構成部材のｉ法がそれ
の熱膨張係数に従って変化するのである。著しく高温の
流動媒体の流量測定の場合、中空空間２８の横断面積の
変化も、磁気回路構成部分の長さ変化も著しく大とな９
得る。

磁気回路の構成部分を成す材料の適当な選定により、温
度に基因する影響を補償して、主軸Ｂの長さ２ｂが一定
に保持されるようにし得る。

このために、磁気回路の構成部分の材料は次の関係式が
充足されるように選定される。

”／ａ　・Ｊ（１＋Ｔ−ｋｘ）−ｈａ（１＋Ｔ−ｋｇ）
−ｂ−一定　　　　（７）ｈｌ：主軸Ｂに対して平行な
いし並列の帰磁路部材３５の高さ ｈ２：磁気コア３１．３２の高さ ｋｌ：帰磁路部材３５の材料の熱膨張率に２：磁気コア
３１．３２の材料の熱膨張率Ｔ　：＠度 測定管２１及び磁極片３３．３４の厚さは簡単化のため
無視される。その際主軸Ｂの半分の長さｂに対して次式
が成立つ、 １）　””　”／２・ｈｌ−ｈ、、　　　　　　　　（
８）式（７）と（８）から、磁気回路−構成部分の材料
の熱膨張係数に対して次の条件が生じる。

ｋ２　　　　　ｈ。

この条件が満たされると、磁極片３３．３４間の間隔、
ひいては主軸Ｂの長さ２ｂは温度変化に無関係に一定に
保持される。従って基本的に、磁界発生装置３０の構成
部分の幾何学的形状及び材料を相応に調整、整合するこ
とにょシ、中空空間２８の楕円プロフィールの、電極軸
に対して垂直方向に延びる主軸Ｂの長さを、温度に依存
する横断面変化の際にも一定に保持し得る。

磁気回路の構成部分の、温度に基因する寸法変化の上述
の補償にょシ、上記構成部分の、測定管へのないし測定
管を流れる流動媒体への良好表熱的結合を行なって、そ
れにょシ、当該構成部分の温度が、できるだけ迅速に測
定管ないし流動媒体の温度をとるようにする必要がある
。

第２図では当該熱的結合線主として、測定管２１に当接
する磁極片３３．３４ｔ−介して行なわれ、その除熱は
磁気コア３１．３２を介して滞磁路部材３５を介して伝
播する。この結合で十分でない場合は付加的に熱伝導性
ブリッジ体（これは例えば流し込み注聾品又は金属から
成り得る）を設け、これにより、測定管２１から滞磁（
路）部材３５への熱伝導を生じさせ得る。

付加的に滞磁部材３５と、当該装置構成（当該電磁流量
計）を取囲むケーシングとの間に、磁気回路の構成部分
の温度を最適な値に保持するために熱的絶縁体を設は得
る。

第３図は第２図の電磁流量計の変化実施例を示し、その
際第２図に相応する構成部分は第２図と同じ符号を付し
てあｐ１再度示してはいない。第６図の実施例は次の点
で第２図のそれと異なる。

一磁極片３３．３４は省いてあ）、その代わシに、磁気
コア３１．３２はそれの端面が、直接測定管２１の外面
に当接する、 一測定管２１及び磁界発生装に３０はケーシング４０に
よって取囲まれておシ、支持部材４１．４２（これらは
主軸Ｂの延長方向に滞磁部材３５とケーシング４ｏとの
間に延在する）により、上記ケーシングに固定的に取付
けられている。

一滞磁部材３５は第２図の実施例にょシ約より薄浮に形
成されていて、それにょシ、それの強度は主軸Ｂの方向
での測定管２１の変形を阻止するには十分でないが、こ
の場合、ケーシング４０は主軸Ｂの延長方向で相対向す
る個所で磁気コア３１．３２に介して測定管２１を安定
化する構成部分を成す。主軸Ｂが横断面積の、温度に基
因する変化の際にも一定に保持されるために、この場合
にて、ケーシング４０の材料の、支持部材４１．４２及
び磁気コア３１．３２の材料に対しての特性比を次のよ
うに選定しなければならない、すなわち式（９）の条件
が満たされるように選定しなければならない。

第２図及び第３図に示す実施例の利点とするところは、
主軸Ｂの一定保持のためいずれにしく２０） ろ存在する流量計の構成部分が用いられ、その結果当該
目的のため付加的構成部分が必要とされないことである
。このことは勿論必ずしも必要でない。幾つかの場合で
は、付加的構成部材を、主軸Ｂの方向で測定管の安定化
のため設けると好適である。そのような部分は例えば測
定管にて磁気コア３１．３２ないし磁極片３３゜３４０
両側で係合するようにし得る。そのような変形は轟業者
には何ら困難性がなく、従って図示されていない。

既述のように、均一な肉厚の測定管にて主軸Ｂの上述の
安定化によりもう既にして、第１図に示すような、横断
面プロフィールの実質的に楕円状の変形が得られる。特
別な場合において、相応の横断面グロフイールが十分精
確に紘楕円形状には相応しない場合、測定管の適当な構
成上の手段により変形状態を改善できる。このための好
適な手段によれは、個所ごとに異なる厚さを有するよう
に当該測定管を構成し、その際、最大の厚さが、主軸Ｂ
の延長方向に、すなわち磁極片ないし磁気コアの領域に
て、ま九。最小の厚さが、主軸Ａの延長方向に、即ち、
電極の領域に存在するようにするのである。肉厚を異な
った大きさにする代わりに、測定管の壁を、磁極片ない
し磁気コアの領域にて補強材を設けることも可能である
。これらすべての手段の目的とするところは主軸Ａの方
向で中空空間横断面の変形状態を改善することである。

発明の効果 本発明によれば、測定管中空空間の横断面の、外部から
の影響により惹起される変形に無関係な精確な結果をわ
ずかなコストで得られる電磁流量計′（ｌｌ−夾現でき
るという効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理の８．８Ａのための電磁流量計の
概念図、第２図は本発明の電磁流量計の第１実施例の断
面略図、第６図は本発明の電磁流量計の第２実施例の断
面略図である。 １０・・・電磁流量計、１１・・・測定管、１２．１３
・・・励磁コイル、１４．１５・・・電極、１６・・・
金属製外とう、１７・・・ライニング 図面の浄書（内容に変更なし） μｍ２０１−一一一一一一一一一 手続補正書　動式） 平成　ｌ　年　１　月１９日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、当該横断面が２つの主軸を有する楕円のプロフィー
   ルを有する中空空間を備えた測定管と、流動方向に対し
   て横断する方向に向けられた磁界を発生する装置と、第
   １主軸に沿つて相対向する個所に設けられていて誘起電
   圧を取出すための２つの電極とを具備し、ここにおいて
   上記誘起電圧は上記測定管に導電性流動媒体が貫流する
   際誘起されるものである形式の電磁流量計において上記
   中空空間の横断面は外部からの影響により変形の惹起さ
   れる際実質的に楕円プロフィールを維持し更に第２の主
   軸の長さが実質的に一定に保持されるように構成されて
   いることを特徴とする電磁流量計。 ２、第２主軸の長さは該第２主軸に沿つて相対向する測
   定管個所に係合する部分により一定に保持されるように
   構成されている請求項１記載の流量計。 ３、第２主軸の長さを一定に保持する部分は種々の材料
   から成り、この種々の材料の熱膨脹率相互間は測定管の
   温度に基因する変形によつても第２主軸の長さ変化が何
   ら惹起されないように相互に適合調整されている請求項
   ２記載の流量計。 ４、第２主軸の長さを一定保持する部分は測定管ないし
   測定管を流れる媒体に熱的に結合されており、その際測
   定管の温度に基因する変形によつて第２主軸の何らの長
   さ変化の惹起されないように上記熱的結合はなされてい
   る請求項３記載の流量計。 ５、第２主軸の長さを一定に保持する部分として、磁気
   コア、及び磁界の発生のための装置の磁気帰路部材が用
   いられる請求項２から４までのうちいずれかに記載の流
   量計。 ６、磁界発生装置は２つの磁気コアを有し該磁気コアは
   第２主軸に沿つて直径方向で相対向する個所で金属管の
   外面に接触係合し、それにより金属管の変形の際第２主
   軸の長さを実質的に一定に保持するように構成されてい
   る請求項５記載の流量計。 ７、上記磁気コアは金属管の外面に当接する磁極片を有
   する請求項６記載の流量計。 ８、磁極片は金属管より大きな曲率半径を有する請求項
   ７記載の流量計。 ９　第２主軸の長さを一定に保持する部分として、金属
   管及び磁界発生装置を取囲むケーシングが用いられる請
   求項２から８までのうちいずれかに記載の流量計。 １０、測定管の外部からの影響により変形の惹起される
   際中空空間横断面のプロフィールが完全に又は近似的に
   楕円状に保たれるように、測定管の壁体が構成されてい
   る請求項２〜９までのうちいずれかに記載の流量計。 １１、測定管の壁体が個所個所ごとに異なつた厚さであ
   る請求項１０記載の流量計。 １２、測定管の壁体が個所ごとに補強されている請求項
   １０記載の流量計。