JPH03138530A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、導電性流体の流量を測定する電磁流量計に
関する。

（従来の技術） 従来一般に、導電性流体の流量を測定する電磁流量計は
第６図に示すような構成がとられている。

すなわち、導電性流体の流れる配管に介挿し、その中に
導電性流体を流す導管１と、この導管１に対してその軸
に垂直な方向に磁界をかけるための電磁石２と、この電
磁石２を励磁するための励磁回路３と、前記導管１に設
けられた電極４と、この電極４からの起電力出力を増幅
して取り出す増幅回路５とから構成されている。

そして、電磁石２は、磁気コア６と励磁コイル７とで構
成され、磁気コア６のギャップ部８が導管１の軸に垂直
となる位置関係に配置されている。

また電極４は、導管１に加えられる磁界に対して垂直な
方向において流体の生起する起電力を検出するように設
けられている。

このような従来の電磁流量計では、励磁回路３により電
磁石２に一定の交番磁界を生起させるために励磁コイル
７に方形波電流を流し、生起された交番磁界を導管１に
加える。すると、導管１では、その内部を流れる導電性
流体がその流速に応じた強さの起電力をフレミングの左
手の法則に基づいて流体の流動方向と磁界の方向とに共
に垂直な方向に発生する。

そこで、これを電極４から取り出し、増幅回路５に通し
て信号増幅した後に演算処理することにより導管１内を
流れる導電性流体の流量を得ることができる。

ここで、電磁石２に交番磁界を発生させて導管１に加え
る理由は、検出器電極４に発生する電気料学的作用によ
る直流的な分極電圧が流量信号に影響を与えないように
するためである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の電磁流量計では、電磁
石２の励磁により磁界を得るために磁気コア６による鉄
損、コイル７による銅損といった電力損失があり、励磁
回路３が励磁コイル７に供給しなければならない電力が
増加し、回路が大形化し、消費電力も大きくなる問題点
があった。

さらに、消費電力が大きいために発熱も大きく、本質安
全防曝構造が取れず、防曝構造が必要な場所での使用が
できない問題点があった。

このような問題点を解決するために励磁電流を低くする
ことも考えられるが、励磁電流を低くして磁界を弱くす
るならば、電極４から取り出す起電力出力が小さくなり
、Ｓ／Ｎ比の低下を来たすることになり、好ましいもの
ではない。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、検出性能を低下させることなく電力消費を減ら
し、装置の小形化と省電力化とが図れ、防曝構造を可能
とする電磁流量計を提供すこの発明の電磁流量計は、導
電性流体が流れる導管と、磁界を発生させる永久磁石と
、前記永久磁石の磁界を前記導管に対してその軸に垂直
な方向に導くように配置された第１の磁路と、前記永久
磁石の磁界を前記導管に導かないように配置された第２
の磁路と、前記永久磁石の磁界を前記第１の磁路と第２
の磁路とに周期的に切換えて導く磁路切換え手段と、前
記永久磁石の磁界が前記第１の磁路を通る時に得られる
前記導管の電極からの起電力出力と、前記永久磁石の磁
界が前記第２の磁路を通る時に得られる前記導管の電極
からの起電力出力との差から流体流量゛を求める流量検
出手段とを備えたものである。

（作用） 磁界を導管にかける時に電極の表面に発生する分極電圧
と導管内を実際に流れる導電性流体により発生する起電
力とが重畳した形で電極に起電力として表われて来るが
、直流磁界の場合にはこの分極電圧と流体により起電力
との区別が付か無い。

そこでこの発明の電磁流量計では、磁路切換え手段によ
り永久磁石からの磁界を第１の磁路に通して導管に導き
、電極の起電力出力から電極電圧と流体による起電力と
を重畳した形の起電力出力を得る。

次に、磁路切換え手段により永久磁石からの磁界を第２
の磁路に通すことにより、導管に磁界をかけない状態で
電極出力を取り出す。すると、この時には導電性流体の
流動に関係なく電極に発生している分極電圧のみを電極
出力として得ることができる。

そこで、磁路切換え手段が第１の磁路に切換えている時
の電極出力と第２の磁路に切換えている時の電極出力と
の差を流量検出手段により求めることにより、共通に発
生している分極電圧を相殺し、導電性流体の流動により
発生する起電力のみを取り出すことができ、流体流量の
正確な検出が行える。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の一実施例の回路構成を示しており、
導管１１に対してその軸方向に垂直な方向に磁界を加え
るための第１の磁路を形成する第１磁気コア１２と、こ
の第１磁気コア１２の一部に介挿されている第１励磁コ
イル１３と、前記第１磁気コア１２に直流磁界を加える
永久磁石１４と、磁性流体１５とを備えている。

また導管１１に対して永久磁石１４の磁界を導かないよ
うにするための第２の磁路を形成する第２磁気コア１６
と、前記磁性流体１５を永久磁石の磁界に対して直角な
方向に磁化する磁界を生起させるために設けられた第２
励磁コイル１７とを備えている。

さらに、第１励磁コイル１３、第２励磁コイル１７それ
ぞれに電線１８．１９を介して励磁電流を与えるための
励磁回路２０と、導管１１に設けられた電極２１からの
起電力出力を取り出して増幅する増幅回路２２と、第１
励磁コイル１３が励磁されている時にオンとなって第１
コンデンサ２３に増幅回路２２の出力を蓄電する第１ス
イツチ２４と、第２励磁コイル１７が励磁されていると
きにオンとなって第２コンデンザ２５に増幅回路２２の
出力を蓄電する第２スイツチ２６と、これら第１コンデ
ンサ２３と第２コンデンサ２５の電圧差を求める差動増
幅器２７とを備えている。

次に、上記の構成の電磁流量計の動作について説明する
。

第２図は第１図に示した回路の各部位ａ　−ｈの信号波
形を示しており、以下、第１図の回路と第２図の波形図
とを基にして電磁流量計の動作を説明する。

励磁回路２０は電線１８．１９に交互に直流パルス電流
を流し、また第１スイツチ２４と第２スイツチ２６とは
この励磁回路２０の出力に同期して交互にオン、オフす
る。

そこで励磁回路２０により第１励磁コイル１３に励磁電
流ａが電線１８を通じて供給されると、第１励磁コイル
１３は磁界Ｃを発生させ、磁性流体１５を永久磁石１４
の磁界ｍと同一方向に磁化し、第１磁気コア１２を通し
て導管１１にその軸に垂直な方向に両者の磁界を重畳し
た磁界（ｍ＋Ｃ）が加えられることになる。

この第１励磁コイル１３に通電されている間は第２励磁
コイル１７には通電されず、磁性流体１５は図中左方向
の時期抵抗が大きく、永久磁石１４の磁界が第２磁気コ
ア１６に導かれることはほとんどない。

したがって、導管１］の電極２１では、磁界（ｍ＋ｃ）
と流体の導管１１内の平均流速とに比例する信号と、電
極の表面の分極電圧（第２図の波形ｅにおいて斜線を施
した部分）とを重畳した信号Ａｌ、Ａ２．Ａ３．・・・
の起電力を出力する。

そして、第１スイツチ２４がオンしている間ＣＩ。

Ｃ２，・・・にこの起電力が第１コンデンサ２３に蓄電
されることになる。

次に、励磁回路２０により第２励磁コイル１７に励磁電
流すが電線１９を通じて供給されると、第２励磁コイル
１７は磁界ｄを発生させ、磁性流体１５を永久磁石１４
の磁界ｍと垂直な方向に磁化し、第２磁気コア１６に通
じられる。

このようにして磁性流体１５が永久磁石１４の磁界ｍと
垂直な方向に磁化されると、磁界ｍは第２励磁コイル１
７の励磁磁界ｄと共に第２磁気コア１６に通じられ、第
１磁気コア１２に導かれる磁界は弱くなり、導管１１に
加えられる磁界も小さなものとなる。したがって、電極
２１の検出する起電力出力は小さなものとなり、第２図
の波形ｅに示すように電極２１に蓄積されている分極電
圧信号Ｂｌ、Ｂ２．・・・のみが取り出されることにな
り、第２スイツチ２６がオンしている間Ｄ　１　。

Ｄ２．・・・にこの出力が第２コンデンサ２５に蓄電さ
れることになる。

そこで差動増幅器２７では、これら第１コンデンサ２３
と第２コンデンサ２５との充電電荷の差分を取って増幅
し、導管１１内を流れる導電性流体の平均流速に比例し
た信号りを取り出すことができる。

こうして取り出された平均流速信号に対しては１流体流
量が平均流速に比例するものであるので、あらかじめ設
定された換算式に基づき導管１１内の流量を計算するこ
とができる。

なおこの実施例では、第１スイツチ２４、第２スイツチ
２６のオンするタイミングは、それぞれ第１励磁コイル
］３、第２励磁コイル１７による磁気回路の磁界が安定
した後に一定時間オンするようにし、磁界変化に伴って
生じる９０°ノイズや同相ノイズを避け、高精度で安定
した流量測定ができるように配慮している。

このようにして、この実施例では、永久磁石１４からの
磁界ｍを第１の磁路としての第１磁気コア１２と第２の
磁路としての第２磁気コア１６とに切換えて交互に導き
、第１の磁路としての第１磁気コア１３に磁界を導いて
いる時には、導管１１内を流れる流体に垂直に磁界をか
けることにより流体が生起する起電力を分極電圧と共に
電極２１から取り出し、第２の磁路としての第２磁気コ
ア１６に磁界を導いている時には、導管１１内に磁界を
かけないようにして流体が起電力を生起するのを避け、
電極２１に発生している分極電圧だけを取り出し、両方
の電圧信号の差を求めるようにしているので、分極電圧
を相殺して、永久磁石１４の磁界ｍにより流体が生起す
る起電力のみを検出して流体の平均流速を求めることが
できるのである。

第３図はこの発明の他の実施例を示している。

永久磁石１４の保磁力の経年変化や温度影響によって導
管１１に加わる磁界は変動するが、この実施例では、磁
界の変動による測定誤差を補正するために第１磁気コア
１２の形成する第１の磁路の中に磁気センサ２８を置き
、そのセンサ出力により補正回路２９において増幅器２
７の出力を補正するようにし、永年に渡って安定した正
確な流量測定が行えるようにしている。

なお、第３図において第１図と同一の符号を付した部分
は同一の構成を備えている。

第４図は励磁回路２０から第１励磁コイル１３、第２励
磁コイル１７それぞれに励磁電流を通電する回路を２線
に簡略化するための実施例を示している。

励磁回路２０の出力を正負に振り分け、各電線１８．１
９において各コイル１３．１７それぞれ１ ２ に直列にダイオード３０．３１を介挿することにより電
流路を３線から２線に省略することができる。

第５図はこの発明のさらに他の実施例であり、第２励磁
コイル１７を省略し、第１励磁コイル１３が非励磁状態
の時には磁気抵抗の小さい第２磁気コア１６に永久磁石
１４の磁界が導かれるようにしたものである。

このような構成にすれば、励磁コイルを１つ省略するこ
とができ、回路構成のコストを低下させることができる
。

なお、上記の各実施例において、磁性流体１５はその磁
化方向により永久磁石１４からの磁界を第１の磁路と第
２の磁路との間で確実に切換えて導くことができるよう
に、磁化方向に直角な方向での磁気抵抗を大きくするた
めに利用されているが、これは通常の磁性体であっても
構わない。

また、第１励磁コイル１３と第２励磁コイル１７への励
磁電流の通電は半周期ごとに切換えるようにしているが
、磁性流体１５を用いている場合には、磁性流体１５の
中の磁性体は一旦磁化方向が決定されると安定し、整列
が乱れることがないので、これらのコイル１３．１７へ
の励磁電流の通電を磁界の切換え時のみとすることもで
き、このようにすればいっそうの省電力化が図れること
になる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、永久磁石の磁界を第１
の磁路により導管に垂直に加えた時の電極からの出力信
号と、永久磁石からの磁界を第２の磁路により導管に導
かないようにした時の電極からの出力信号との差を取り
、平均流速を求めるようにしているため、永久磁石を利
用した場合に電極に発生する分極電圧を磁路の切換え前
後の電極出力の差により相殺することができ、実際の流
体の平均流速に比例した出力を得ることができる。した
がって、従来、永久磁石を利用しては正確に流体流量を
測定することができないと考えて、やむなく交番磁界を
導管にかけるようにしていたために必要となった大掛か
りな交番磁界発生用の電源を必要とぜず、単に磁路の切
換えのために必要な電力を供給する回路構成で済み、電
力損失が少なくて省電力化か図れ、装置の小形化が達成
できる。

また、電力消費が小さいために初熱量も少なく、安全防
曝構造にして使用することもでき、広く種々の環境のド
で使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の回路図、第２図は上記実
施例の動作を示すタイミングチャート、第３図はこの発
明の他の実施例の回路図、第４図はこの発明の他の実施
例の電源回路構成を示す回路図、第５図はこの発明のさ
らに他の実施例の回路図、第６図は従来例の回路図であ
る。 ２２・・・増幅回路 ２４・・・第１スイツチ ２６・・・第２スイツチ ２３・・・第１コンデンサ ２５・・・第２コンデンサ ２７・・・差動増幅器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 導電性流体が流れる導管と、 磁界を発生させる永久磁石と、 前記永久磁石の磁界を前記導管に対してその軸に垂直な
   方向に導くように配置された第１の磁路と、 前記永久磁石の磁界を前記導管に導かないように配置さ
   れた第２の磁路と、 前記永久磁石の磁界を前記第１の磁路と第２の磁路とに
   周期的に切換えて導く磁路切換え手段と、前記永久磁石
   の磁界が前記第１の磁路を通る時に得られる前記導管の
   電極からの起電力出力と、前記永久磁石の磁界が前記第
   ２の磁路を通る時に得られる前記導管の電極からの起電
   力出力との差から流体流量を求める流量検出手段とを備
   えて成る電磁流量計。