JPH11510607A - 磁気誘導型流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、例えば磁気誘導型流量計と関連して使用するための、管路（２）内の導電媒体（１）の位相成分検出装置であって、少なくとも１つのコンデンサ板（３）と、該コンデンサ板（３）と前記媒体（１）との間の絶縁層（８）と、制御および評価回路を有し、該制御および評価回路はコンデンサ板（３）に交流電圧を印加する形式の装置に関する。本発明は公知の装置を、制御および評価回路がコンデンサ板（３）と媒体（１）との間の容量を位相成分に対する尺度として検出するようにして改善する。

Description

【発明の詳細な説明】 管路内の導電媒体の位相成分の検出装置 本発明は、管路内の導電媒体の位相成分の検出装置、とりわけ磁気誘導型流量 計と関連して使用する検出装置に関するものであり、少なくとも１つのコンデン サ板と、コンデンサ板と媒体との間の絶縁層と、制御および評価回路を有し、該 制御および評価回路とコンデンサ板には交流電圧が印加される形式の装置に関す る。 本発明はとりわけ、磁気誘導型流量計（ＭＩＤ）に使用するのに適する。すな わち容量性結合された電極を有するＭＩＤでの使用に適する。この組み合わせで は、ＭＩＤを用いた流量計に対して必要な容量性結合された電極が同時に、位相 成分を検出するためのコンデンサ板としても使用される。さらに本発明とＭＩＤ との組み合わせが有利なのは、ＭＩＤの測定信号からは流速の低減と導電媒体の 位相成分の低下とを区別することができないからである。 従来技術から、管路における導電媒体の位相成分を、導電結合した電極を有す るＭＩＤと関連して検出する装置が公知である。この装置は無負荷識別器とも称 される。このような無負荷識別の際には同時に、ＭＩＤの通常の流量測定により 、管路に完全に導電媒体が 充填されているか否かが検査される。しかしこの公知の無負荷識別の動作原理は 本発明とは基本的に異なるものである。 本発明の出発点は、欧州特許出願公開０５１４９６４号および０５４７７５１ 号、並びに後から公開されたドイツ特許出願公開１９５３１１２４から公知の、 管路内の媒体の位相成分検出方法および検出装置である。この公知の方法および 装置では、位相成分を検出するために常に２つのコンデンサ板の間の電流が評価 される。このことにより前記の従来技術からわかるように、コンデンサ板の分割 と比較的面倒なコンデンサ板の制御および得られた測定信号の評価が行われる。 この問題は、２つのコンデンサ板間の電流が実質的に媒体の電気特性、例えば誘 電定数εおよび導電率σにより決められることによるものである。 本発明の課題は、管路内の導電媒体の位相成分を検出するための装置を提供す ることであり、この装置は簡単に構成され、少なくとも実質的に導電媒体の電気 特性に依存しない。 前記課題は本発明のより、制御および評価回路がコンデンサ板と媒体との間の 容量を位相成分に対する尺度として検出することにより解決される。有利には本 発明の装置により、導電媒体の位相成分が１つのコンデンサ板だけの相応の制御 に基づいて検出される。このコンデンサ板は同時に、ＭＩＤの容量性結合された 電極を形成する。管路が完全に満たされている場合には、コンデンサ板の間に表 面積Ａと導電媒体により容量が形成される。管路が完全に満たされていなければ 、比較的に小さな容量Ｃ_Mesが生じ、この容量は比較的に小さな面積Ａ’に比例 する。比較的に小さな面積Ａ’は、管路の外側の面Ａを内側に投影し、導電媒体 により濡れているこの面の一部だけを観察することにより得られる。コンデンサ 板と導電媒体との間の絶縁層の平均厚さをｄとし、この層の誘電定数をεとすれ ば、Ｃ_Mesに対しては、 Ｃ_Mes＝ε（Ａ／ｄ） そしてＣ’_Mesに対しては、 Ｃ’_Mes＝ε（Ａ’／ｄ） が得られる。 ここから、コンデンサ板と媒体との間の容量は管路内の導電媒体の移動成分に 対する尺度として適することがわかる。 本発明の第１の実施例によれば、制御および評価回路は、コンデンサ板と媒体 との間の測定された容量に基づいて、閾値弁別を実行する。閾値を下回る際には 、公知のように無負荷信号が出力される。 それ自体公知の無負荷識別に対して択一的にまたは追加して、本発明を次のよ うにして拡張することができる。すなわち、制御および評価回路がコンデンサ板 と媒体との間の容量を量的に評価するのである。すな わち、管路内の媒体の充填状態レベルに比例する信号を送出するのである。これ により本発明装置をＭＩＤと組み合わせれば、管路に部分的に充填されている場 合でも流量を適切に検出することができる。 本発明の別の実施例に従って、交流電圧を２つのコンデンサ板の間に印加すれ ば、導電媒体の電気特性が本発明の装置の測定信号に及ぼす、すでに小さな影響 をさらに低減することができる。なぜなら、流体内の電荷搬送を比較的にわずか な区間でしか行う必要がないからである。 本発明の実施例の択一的実施例によれば、交流電圧はそれぞれコンデンサ板と 基準電位との間の印加され、この基準電位と媒体がアース手段によって接続され ている。この構成によって、本発明の装置をただ１つのコンデンサ板により実現 できる。 最後に述べた構成で必要な基準電位との接続は、従来のようにアースリングま たは金属管状部材を介して行うか、または本発明の別の構成に従い、容量結合さ れた電極を介して行う。この電極は媒体から絶縁されており、基準電位と接続さ れている。この択一的実施例はとりわけ、媒体が金属に対して化学的に侵襲性で あるときに有利である。なぜならここでは、アース手段と媒体との接触を回避で きるからである。 最後に述べた択一的実施例ではさらに、コンデンサ板と媒体との間の容量のイ ンピーダンスが交流電圧の 周波数ｆ_Testに関連して、高くても基準電位に対する媒体のオーム抵抗Ｒ_Medium のオーダーにあるようにする。数式的にはこのことは次式を意味する。 Ｒ Medium≦１／（２πｆ_TestＣ_Mes） この手段により、導電媒体による電荷搬送が測定結果に及ぼす影響を無視でき るようになり、測定信号の精度が、コンデンサ板と媒体との間の容量のインピー ダンスを周波数ｆ_Testの上昇により低下させることによってさらに改善される。 本発明の装置のさらなる改善は、コンデンサ板と媒体との間の容量が少なくと も２つのキャパシタンスを有する容量性分圧器の第１の容量を形成し、制御およ び評価回路が測定信号を容量性分圧器の中間タップから取り出すように構成して 行われる。本発明のこの構成では、交流電圧信号Ｓ_Testが容量性分圧器の第２の 容量を介してコンデンサ板と媒体との間の容量に印加される。これにより制御お よび評価回路により評価される電圧Ｕ_Testが次式から得られる。 Ｕ_Test＝Ｓ_Test（Ｃ_Test／（Ｃ_Test＋Ｃ’_Mes）） ここで、Ｃ_Test＝容量性分圧器の第２の容量である。 本発明のこの構成が有利なのは、これによりとくに簡単に、コンデンサ板と媒 体との間の容量測定手段が得られるからである。 最後に述べた構成はさらに次のようにして改善される。すなわち、容量性分圧 器の第２の容量Ｃ_Testが第 １の容量Ｃ’_Mesよりも小さくなるようにするのである。この場合、管路が空で あると電圧Ｕ_Testが大きくなる。なぜなら、Ｃ_Mesがほぼゼロだからである。こ れに対して管路が完全に満たされていれば、電圧Ｕ_Testは小さい。なぜなら、Ｃ ’_MesがＣ_Testより格段に大きいからである。 第２の容量ＴTestを小さくすることは回路技術的なコストをかけずに次のよう にしてとくに簡単に行われる。すなわち、制御および評価回路の寄生容量がこの 第２の容量Ｃ_Testを形成するようにするのである。 詳細においては、本発明による管路内の導電媒体の位相成分の検出装置を改善 し、実施する多数の手段がある。これについてはまず請求項１の従属請求項を参 照し、有利な実施例を図面に関連して説明する。 図１は、容量性結合電極と導電結合電極とを有する磁気誘導製流量計の基本構 成を示す図。 図２は、管路内の導電媒体の位相成分を検出するための本発明の第１実施例で あり、管路が完全に満たされた容量性磁気誘導型流量計と関連して示されている 。 図３は、管路内の導電媒体の位相成分を検出するための本発明の第１実施例で あり、管路が部分的に満たされた容量性磁気誘導型流量計と関連して示されてい る。 図４は、管路内の導電媒体の位相成分を検出するた めの本発明の第２実施例であり、管路が部分的に満たされた容量性磁気誘導型流 量計と関連して示されている。 次にＭＩＤの基本原理を図１に基づいて説明する。 ＭＩＤは導電媒体を導く管路２からなる。管路２には、周波数ｆ_Mesの交番磁 界Ｂが形成される。この交番磁界の磁束線は実質的に管軸線に対して垂直に経過 する。ローレンツの力により、導電媒体の流動速度ｖに依存して電荷分離が媒体 に形成される。２つの電極４，５または６，７では、その電極軸線は磁束線に対 しても管軸線に対しても垂直であり、測定周波数ｆ_Mesの交流電圧Ｕ_Mesを測定す ることができる。この交流電圧の振幅は、管路２内の媒体１の流速ｖに比例する 。導電結合された電極６，７を有するＭＩＤでは、この電圧Ｕ_Mesは媒体１への 金属接点を介してほぼ点状に取り出される。容量性に結合された電極４，５（こ れら電極は本発明では同時にコンデンサ板としても用いることができる）を有す るＭＩＤでは、面状の電極４，５間の交流電圧Ｕ_Mesが容量的に取り出される。 面状の電極４，５は導電媒体からは絶縁層８により分離されている。管路２には 、導電結合された電極６，７を有するＭＩＤの場合でも絶縁層８が被覆される。 しかしこの絶縁層は導電結合電極６，７により貫通されている。公知のＭＩＤの 両方の例では、導電媒体は液体に対して絶縁された管路部分の外側で基準電位と 、例えばアースリングまたは金属管状部材を介して接続されている。 図２は、本発明の管路２内の導電媒体の位相成分検出装置の第１実施例を示す 。図２では、管路２に完全に導電媒体１が満たされている。従ってコンデンサ板 ３、すなわち電極４，５の全表面がコンデンサ板３と導電媒体１との間の容量と なる。容量Ｃ_Mesに対しては、 Ｃ_Mes＝ε（Ａ／ｄ） 本発明の装置の図示の第１実施例では、この容量Ｃ_Mesは次のようにして検出 される。すなわち、それぞれのコンデンサ板、すなわち電極４または５と基準電 位９との間に交流電圧Ｓ_Testを印加し、媒体１を図示しないアース手段を用いて 基準電位９と接続するのである。図２に示した本発明の装置の第１実施例では、 コンデンサ板３として用いる電極４と媒体との間の容量Ｃ_Mesが２つのキャパシ タンス１０，１１を有する容量性分圧器１２の第１のキャパシタンス１０を形成 する。制御および評価回路はここで測定信号を容量性分圧器１２の中間タップ１ ３から取り出し、バッファ１４の出力側に印加される信号からテスト電圧Ｕ_Test を求め、ひいては管路１内の導電媒体１の位相成分および測定電圧Ｕ_Mes、さら に管路２内の媒体１の流速Ｖを求める。この両方のパラメータから、制御および 評価回路は引き続いて管路２を通る流量を検出するこ とができる。図示のように管路２が完全に満たされている場合は、流量は公知の ように流速Ｖを管路２の横断面積と乗算することにより得られる。 図３は、管路２が部分的に満たされた本発明による装置の第１実施例を示す。 従って本発明により検出される流通導電媒体の位相成分は１より小さい。このこ とは測定技術的に、電極５として用いるコンデンサ板３の容量の全面積Ａ’が、 同時に電極５として作用するコンデンサ板３の全面積よりも明らかに小さいこと を意味する。従って容量Ｃ’_Mesに対しては、 Ｃ’_Mes＝ε（Ａ’／ｄ） 容量Ｃ’_Mesは図３でも、分圧器１２の第１のキャパシタンス１０を形成する 。制御および評価回路はコンデンサ板３と媒体１との間の容量を、すでに図２に 基づいて説明したように検出する。管路２を流れる媒体１の量は、図３に示され たように管路１が部分的にしか満たされていない場合、流速Ｖを管路２の横断面 積および導電媒体１の位相成分と乗算することにより得られる。この位相成分は 容量Ｃ_Mesから検出される。 図４は、本発明の装置の第２実施例を示す。ここでは、制御および評価回路の バッファ１４の寄生容量１５が容量性分圧器１２の第２のキャパシタンスを形成 する。ここで寄生容量１５はバッファ１４の入力側とその給電端子１６，１７と の間の寄生コンデンサによ って形成される。その他の点では、図４に示された本発明の装置の第２実施例は 、図２および図３に示された第１実施例と一致する。 管路２内の導電媒体１の位相成分を検出する本発明の装置を、図２から図４に 示したように磁気誘導型流量計と組み合わせて動作する場合、制御および評価回 路によりコンデンサ板に印加される交流電圧が交番磁界Ｂの周波数ｆ_Mesとは異 なる周波数ｆ_Testを有しなければならない。

【手続補正書】 【提出日】１９９８年１２月４日 【補正内容】 （１）請求の範囲を別紙のとおり補正する。 （２）明細書第１頁第２行の発明の名称を「磁気誘導型流量計」と補正する。 （３）明細書第１ページ第３〜９行を次のとおり補正する。 「 本発明は、導電媒体を導く管路と、容量的に結合された２つの測定電極と、 導電媒体と測定電極との間のそれぞれ１つの絶縁層と、制御および評価回路とを 有する磁気誘導型流量計に関する。」 （４）明細書第２ページ第２０〜２２行の「 前記課題は……解決される。」を 次のとおり補正する。 「 前記課題は、測定電極と導電媒体には、制御および評価回路により交流電圧 が印加され、 制御および評価回路によって、交流電圧の印加される測定電極と導電媒体との 間の容量が、位相成分に対する尺度として検出されるように構成して解決される 。」 請求の範囲 1. 導電媒体（１）を導く管路（２）と、容量的に結合された２つの測定電極 （４，５）と、導電媒体（１）と測定電極（４，５）との間のそれぞれ１つの絶 縁層（８）と、制御および評価回路とを有する磁気誘導型流量計において、 測定電極（５）と導電媒体（１）には、制御および評価回路により交流電圧が 印加され、 制御および評価回路によって、交流電圧の印加される測定電極（５）と導電媒 体（１）との間の容量が、位相成分（管路における導電媒体の割合）に対する尺 度として検出される、 ことを特徴とする磁気誘導型流量計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．磁気誘導型流量計と組み合わせて使用する、管路（２）内の導電媒体（１ ）の位相成分検出装置であって、 少なくとも１つのコンデンサ板（３）と、該コンデンサ板（３）と前記媒体（ １）との間の絶縁層（８）と、制御および評価回路を有し、該制御および評価回 路はコンデンサ板（３）に交流電圧を印加する形式の装置において、 制御および評価回路は、コンデンサ板（３）と媒体（１）との間の容量を位相 成分に対する尺度として検出する、ことを特徴とする検出装置。 ２．制御および評価回路は、コンデンサ板（３）と媒体（４）との間の容量に 基づいて閾値弁別をおこなう、請求項１記載の装置。 ３．制御および評価回路はコンデンサ板（３）と媒体（１）との間の容量を量 的に評価する、請求項１または２記載の装置。 ４．交流電圧は２つのコンデンサ板（３）の間に印加される、請求項１から３ までのいずれか１項記載の装置。 ５．交流電圧はそれぞれのコンデンサ板（３）と基準電位（９）との間に印加 され、媒体（１）はアース手段によって基準電位（９）と接続されている、請求 項１から３までのいずれか１項記載の装置。 ６．媒体（１）は、容量的に結合され、媒体（１）から絶縁された電極を介し て基準電位（９）と接続されている、請求項５記載の装置。 ７．コンデンサ板（３）と媒体（１）との間の容量のインピーダンスを交流電 圧の周波数と関連して、高くても基準電位（９）に対する媒体（１）のオーム抵 抗のオーダーにする、請求項５または６記載の装置。 ８．コンデンサ板（３）と媒体（１）との間の容量は、少なくとも２つのキャ パシタンス（１０，１１）を有する容量性分圧器（１２）の第１のキャパシタン ス（１０）を形成し、 制御および評価回路は測定信号を容量性分圧器（１２）の中間タップ（１３） から取り出す、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。 ９．容量性分圧器（１２）の第２のキャパシタンス（１）は第１のキャパシタ ンス（１０）よりも小さい、請求項８記載の装置。 10．制御および評価回路の寄生容量（１５）が第２のキャパシタンスを形成す る、請求項８または９記載の装置。