JPH0377930B2 - - Google Patents

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JPH0377930B2
JPH0377930B2 JP59150414A JP15041484A JPH0377930B2 JP H0377930 B2 JPH0377930 B2 JP H0377930B2 JP 59150414 A JP59150414 A JP 59150414A JP 15041484 A JP15041484 A JP 15041484A JP H0377930 B2 JPH0377930 B2 JP H0377930B2
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JP
Japan
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flow
magnetic field
liquid metal
magnetic
electromagnetic flowmeter
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JP59150414A
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JPS6128820A (ja
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Tadashi Goto
Yoshuki Yoneda
Takao Sakai
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/586Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters constructions of coils, magnetic circuits, accessories therefor

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電磁流量計、特に液体金属冷却型高
速増殖炉で用いられる液体金属用の電磁流量計に
関するものである。
〔発明の背景〕
ナトリウム冷却型高速増殖炉のナトリウムプラ
ントは、炉心を直接冷却する一次系、中間熱交換
器から蒸気発生器へ熱を輸送する二次系、さらに
は、再循環系、ナトリウム精製系等の補助系に大
別される。各系統のナトリウムは加熱、冷却され
ながらポンプで循環され熱輸送物質として働く。
循環中のナトリウム流量を計測する手段には、ナ
トリウムの電気良導性を利用した電磁流量計が一
般的に使われる。
第2図は従来用いられている電磁流量計の基本
構造を示すもので、1は流路、2は磁石、3a,
3bは電極、4は液体金属を示し、F,B,Eは
それぞれ液体金属の流れ、磁束密度、出力起電圧
を示している。すなわち液体金属の流れる流路1
をはさんで流路1に直角な方向に磁界を与える磁
石2が設けてあり、磁石2には永久磁石あるいは
励磁型の電磁石が用いられる。また、流路1の外
壁の磁界の範囲内に位置するところに磁界に対し
て直角に一対の電極3a,3bが取り付けてあ
る。
このように構成されている電磁流量計では、流
路1内に液体金属4が流れFとして流入する。液
体金属4が磁界領域を通過するとき、流動液体金
属4中に磁界の影響を受け起電圧を発生する。す
なわち、第3図に示すように磁束密度B、流れ
F、出力起電圧Eが互に直交の関係にある場合は
フレミングの右手の法則に従つて液体金属の流速
に比例した起電圧が一対の電極3a,3b間に発
生する。したがつてこの電圧を検知して流体の流
量を知ることができる。この出力起電圧と流体の
流速との間には下式で表わされる関係がある。
E=B●U●l●K1●K2●K3●Kn×10-5(m
V) ……(1) ここに、E:出力起電圧(mV) B:磁束密度(Gs) U:流体の速度(cm/s) l:電極間の距離(cm)(円管流路の場
合流路の内径) K1:流路も導電体であるための補正係
数 K2:磁極の大きさが有限であるための
磁極端末効果補正係数 K3:温度変化による磁極特性変化の補
正係数 Kn:磁場端部効果(=f(Rn))(Rn
磁気レイノルズ数) 従つて、電磁流量計の形状寸法及び使用条件が
決まれば、この関係式によつて、特性をほぼ算出
できるが、磁場端部効果による出力信号の非直線
性によつて正確な特性の算出は困難である。すな
わち、式(1)の磁場端部効果(Kn)は磁気レイノ
ルズ数Rnの増加に伴う磁場のゆがみによつて電
極部分の磁束密度Bが低下し、出力起電圧Eが低
下する効果で、磁気レイノルズ数Rnは、Rn
μσUDで表わされる。ここでμは流体の透磁率、
σは流体の導電率、Uは流体の速度、Dは流路の
管径である。
磁場端部効果Knによる磁場のゆがみ現象は非
常に複雑でまだ理論数値解析の関係式の提案はな
されていないが、実験により求めた多くのデータ
が発表されている。それによると、第4図に示す
ように流路1の両脇から磁極2によつて形成され
た一様な磁束密度B0の磁場内を右側の上流から
液体金属4が流れFとして流入すると第5図に示
すように、磁束密度Bが下流側にゆがむ現象が発
生する。この図で、横軸、縦軸にはそれぞれ中心
をCとして上流及び下流側にとつた距離、磁束密
度Bの相対値がとつてあり、U1〜U4はU1から順
次流速が増加した場合の磁束密度分布、B0は一
様な磁束分布を示している。この図は流速が増加
すると磁束分布が下流側にゆがむことを示してお
り、従つて、磁極2の中央部に取付けてある電極
3a,3b(第2図参照)に誘起される電圧は磁
束密度の低下した分だけ、低下することになる。
その結果電磁流量計の出力特性は横軸、縦軸にそ
れぞれ流量F、出力起電圧Eをとつてある第6図
のL線に示す如く、流量の増加とともに直線から
ずれる結果になる。この実験事実は磁気レイノル
ズ数を用いて整理した結果とその傾向はよい一致
がみられる。また、第7図は磁気レイノルズ数
Rnが及ぼす下流側へ流される磁束密度のピーク
点の距離Lと流路直径Dとの関係を示すもので、
横軸、縦軸にはそれぞれRw=μσμ、D、L/D
がとつてあり、磁場のゆがみは流速Uのほかに流
路管径Dに影響されることを示している。
結局、大口径、大流量型の電磁流量計では流れ
による磁場の歪みが極めて大きくなる傾向にあ
り、このため出力信号の非直線性も顕著になり易
い。この問題を解消するために多くの電磁流量計
が提案されている。たとえば、第2図及び第4図
と同一部分は同一符号で示した第8図を示す如く
流路1に複数対の電極5(a〜f)を配置し、第
9図に示すように各々電極信号を加算器6で加算
するもの(特開昭56−135118号)、あるいは、第
10図に示すように各々の電極信号を切換器7で
流量に応じて選択的に使用しようとするもの(特
公昭54−23828号)がある。しかし、これらの従
来技術を用いても非直線性は完全に解消すること
はできない。それは、第5図に示す如く流量が大
きくなると、磁束分布は下流側に押し下げられる
ばかりでなく、磁場の強度も低下するためで、磁
石から発する総磁界は同じ(磁束分布の積分値は
同じ)でも、下流にゆくほど裾が広がり、平坦な
磁束分布になるためである。したがつて、従来技
術による複数対の電極を設ける方法ではその数、
取り付け間隔が有限であるため連続的に歪んでい
る磁束分布による連続的出力電圧分布を検出する
ことは極めて困難である。さらにまた、複数対の
多数の出力信号を加算したり、切り換えたりする
信号処理系を必要とするため、系が複雑になり、
電磁流量計の非直線性改善の抜本的対策にはなつ
ていなかつた。
〔発明の目的〕
本発明は、従来技術の問題点を除去して、直線
性に優れ、かつ高感度な電磁流量計を提供するこ
とを目的とするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、液体金属が流れる管路と、前記液体
金属の流れに直交する磁界を与える磁極と、前記
液体金属の流れ及び前記磁界に直交して前記管路
に対向して設置される一対の電極とを有し、前記
液体金属の流速に応じて前記電極間に誘起する電
圧を検知して前記液体金属の流量を測定する液体
金属用電磁流量計において、前記流体金属の流れ
る流路が往路及び復路が何れも前記磁界内にあ
り、それぞれ前記一対の電極を前記往路及び前記
復路の少なくとも一つに有するU字型管路よりな
ることを特徴とするものである。
本発明は、電磁流量計の非線形特性の原因が、
磁場が流れによつて下流側に押し下げられること
にある点に着目し、流路の構造を同一磁場内に流
体が往復するU字型流路構造とすることによつ
て、往路と復路の磁場歪が相殺され流速に依存し
ない均一な磁場が保存されることによつて直線性
が得られるようにして所期の目的を達成可能とし
たものである。
〔発明の実施例〕
第1図は一実施例の基本構造を斜視的に示し、
第11図はその要部の断面を示している。これら
の図で11は円管よりなるU字型流路、12は磁
石、13a,13b,13cはU字型流路11に
直角に設けられている電極、14a,14bは液
体金属を示し、F1,F2,B,Eはそれぞれ液体
金属の流れ、磁束密度、出力起電圧を示してい
る。すなわち液体金属の流れるU字型流路11を
両側からはさんでU字型流路11に直角方向に一
様な磁場を与える磁石12を配設する。磁石12
は永久磁石あるいは外部から電流を供給する励磁
型の電磁石を用いる。U字型流路11の磁界内に
ある領域の外壁に流体の流れる方向と磁界の方向
の両者にそれぞれ直交する方向に電極13a,1
3b,13cを設ける。この電磁流量計におい
て、U字型流路11の一端から液体金属14aが
流れF1として流入し、折り返した後液体金属1
4bが流れF2として流出する。U字型流路11
は同一の折り返し流路であるため流入流量と流出
流量は同量である。第12図は第1図に示す電磁
流量計の磁束分布を示したもので、横軸には流路
の位置を示すU磁型流路11の流入側及び流出側
を上流側とし、折り返し側を下流側とした。Cは
磁極12の中央部を示し電極13a,13b,1
3cの位置に相当する。縦軸には磁束密度Bの相
対値がとつてある。
液体が静止状態では磁石12による磁束分布は
中心部Cを対称にB0で示すように分布している。
次に磁場内を流体が移動し始めると今まで平衡な
磁束分布であつたものが流体の流れに対して下流
側に押しやられ歪みのある磁束分布になる作用が
働く。この現象は、電磁流体が磁場領域に流入す
るときの流体の時間的変化(流速)が、磁場領域
の入口部に存在する磁束密度が零から急増する部
分では渦電流が発生し、また、流体が磁場領域を
通過し非磁場へ出るとき、磁場領域の出口部に存
在する磁束密度が零へ急減する部分では再び渦電
流が流体内に発生することによる。磁場領域の入
口部と出口部の磁束密度急変部は互に逆向きの勾
配であるため流体内に発生する渦電流の方向も互
に逆向きの方向になり、結果的に磁場領域入口部
と出口部間で渦電流ループを形成することにな
る。この渦電流が流れることによつて渦電流誘起
磁界が発生する。静止磁界は渦電流誘起磁界の作
用を受けて、流れ方向下流側に歪む現象が働く。
この傾向は流速が大きい程、また、渦電流の通路
が大きい程大きくなる。つまり、前述したように
磁気レイノルズ数Rnの増加にともなつて磁気歪
みへの影響度は大きくなることに一致している。
磁界歪みの現象は流入側の流れF1における液
体金属14aに対しては第12図の下流側(左
側)に押しやられB1の磁束分布になろうと働く。
また、流出側の流れF2における液体金属14b
に対しては第12図の上流側(右側)に押しやら
れB2の磁束分布になろうと働く。今、U字型の
往路と復路の流路寸法が同じであるならば折り返
し流量であるため同一流量であり、両流れに対す
る磁気レイノルズ数Rnは同じ値になり、磁界歪
み量も同じであるが働く方向が互に逆になる。し
たがつて、互に相殺しあつて、結局静止磁束分布
B0と同じ形の磁束分布が保存されることになる。
電磁流量計としての出力信号は往路あるいは復
路のどちらか一方の流量を検出することによつて
十分本発明の電磁流量計として成り立つが、往
路、復路で互に方向の異なる2つの起電圧を発生
することから2対の電極13a,13b,13c
を直列に結線することによつて両起電圧の倍の感
度で検出することができる。
この実施例の電磁流量計は、流れによる磁気歪
みの発生が解消するので、流量−出力特性の直線
性が極めて良好となり、高精度の流量信号を計測
することができる。また2信号を電極の直列結線
によつて倍感度の流量信号として計測することが
できる。
第13図、第14図、第15図はそれぞれ異な
る他の実施例の要部の断面を示すもので、第11
図と同一の部分及び同一に作用する部分には同一
の符号が付してある。第13図の実施例ではU字
型流路11の往路と復路を磁力線に対して並列に
配置したもので、磁石12に第11図の実施例と
は異なる形状のものを用いる。第14図及び第1
5図の実施例は、第11図及び第13図の実施例
が断面が円形の流路を用いているのに対して、流
路に断面が矩形の流路を用いたもので、これらの
場合も、流路断面の形状にはよらず、全く同様に
作用し、同様の効果を得ることができる。
第16図は、さらに他の実施例の基本の構造を
斜視的に示したもので、第1図と同一の部分及び
同一に作用する部分には同一の符号が付してあ
る。この実施例はくら型電磁流量計に本発明を適
用したもので、外部励磁型の電磁石方式で、馬の
鞍に似た形をした励磁コイル15a,15bをU
字型流路11の外周に設けて流路内に均一な磁界
を与えるもので、往路及び復路の両流路に設けた
電極13a,13b(図示せず)、13c間に発生
する起電圧を検出して流量を求めることができ
る。第1図の場合と同様に往路及び復路に設けた
各1対ずつの電極を直列に接続し倍感度で起電圧
を得ることができ、前述の実施例と同様に作用し
同様の効果を得ることができる。
以上、各実施例の電磁流量計においては、磁束
密度分布が流動により発生する磁束歪み現象が相
殺されるため、静止磁束分布密度が流動時も保存
される。従つて、流量−出力特性は直線性に優れ
たものとなり、高精度の流量制御が可能になる。
また2対の出力起電圧の和として検出できるた
め、倍感度の流量信号を得ることができる。
〔発明の効果〕
本発明の電磁流量計は、直線性に優れ、かつ高
感度な電磁流量計を提供することができ、産業上
の効果の大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電磁流量計の一実施例の基本
構造を示す斜視図、第2図は従来の電磁流量計の
基本構造を示す斜視図、第3図は電磁流量計の原
理説明図、第4図は従来の電磁流量計の磁束分布
説明図、第5図は同じく磁束分布の歪みの説明
図、第6図は同じく磁束が歪んだ場合の出力特性
を示す線図、第7図は同じく磁束が歪んだ場合の
影響度を示す線図、第8図は従来の電磁流量計の
一例の構造を示す斜視図、第9図及び第10図は
第8図の電磁流量計で使用するそれぞれ異なる回
路の説明図、第11図は第1図の要部の断面図、
第12図は本発明の電磁流量計の磁束分布説明
図、第13図、第14図、第15図は、同じくそ
れぞれ異なる実施例の要部の断面図、第16図は
同じく他の実施例の要部の斜視図である。 11……U字型流路、12……磁石、13a,
13b,13c……電極、14a,14b……液
体金属。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 液体金属が流れる管路と、前記液体金属の流
    れに直交する磁界を与える磁極と、前記液体金属
    の流れ及び前記磁界に直交して前記管路に対向し
    て設置される一対の電極とを有し、前記液体金属
    の流速に応じて前記電極間に誘起する電圧を検知
    して前記液体金属の流量を測定する電磁流量計に
    おいて、前記流体金属の流れる流路が往路及び復
    路が何れも前記磁界内にあり、前記一対の電極を
    前記往路及び復路の少なくとも一つに有するU字
    型管路よりなることを特徴とする電磁流量計。 2 前記往路及び前記復路に設けられている一対
    の電極が直列に接続している特許請求の範囲第1
    項記載の電磁流量計。
JP15041484A 1984-07-19 1984-07-19 電磁流量計 Granted JPS6128820A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7225158B2 (en) 1999-12-28 2007-05-29 Sony Corporation Image commercial transactions system and method

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GB2378761B (en) * 2001-04-25 2005-11-30 Abb Metering Ltd Flow meter

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