JPS6079226A - 電磁流量計 - Google Patents
電磁流量計Info
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- JPS6079226A JPS6079226A JP18685683A JP18685683A JPS6079226A JP S6079226 A JPS6079226 A JP S6079226A JP 18685683 A JP18685683 A JP 18685683A JP 18685683 A JP18685683 A JP 18685683A JP S6079226 A JPS6079226 A JP S6079226A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/56—Measuring 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
- G01F1/58—Measuring 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
- G01F1/60—Circuits therefor
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- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は電磁流量計、特に、紹低甫、導度流体を対象と
する電磁流量′計に関するものである。
する電磁流量′計に関するものである。
従来流量を測定する流れに直交して交流磁ケ“ずを発生
させ、流体に発生する起′用力を、流体が流れる管の内
壁に流体と直接液するようにして設けた１対の′ｔに極
により取り出す通常の電磁流怜割においては、その測定
可能な流体電導塵は２〜５ Ｘ ｌｏ−。
させ、流体に発生する起′用力を、流体が流れる管の内
壁に流体と直接液するようにして設けた１対の′ｔに極
により取り出す通常の電磁流怜割においては、その測定
可能な流体電導塵は２〜５ Ｘ ｌｏ−。
Ｕｌｏｎ が下限とされている。これに対し７、一般に
１−油」と呼ばれるものの電導度は１０−１１〜１０−
”Ｕ／ｚであり、この「油」についてはもちろん、中間
的な存在であるア・七トンやアンモニア等についても、
上述した方式でその流量を測定することは不可能と考え
られる。しかしながら、他方で電磁流置針は機械式のも
の等に比べて保守が容易であることなどから、上述した
超低型導度流体についても測定可能な電磁流量計の実現
への要望は強い。
１−油」と呼ばれるものの電導度は１０−１１〜１０−
”Ｕ／ｚであり、この「油」についてはもちろん、中間
的な存在であるア・七トンやアンモニア等についても、
上述した方式でその流量を測定することは不可能と考え
られる。しかしながら、他方で電磁流置針は機械式のも
の等に比べて保守が容易であることなどから、上述した
超低型導度流体についても測定可能な電磁流量計の実現
への要望は強い。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
その目的は、従来不可能とされている例えば１Ｏ−７７
）７ｃｍ 以下の超低型導度流体の測定を可能にする電
磁流量計を提供することにある。
その目的は、従来不可能とされている例えば１Ｏ−７７
）７ｃｍ 以下の超低型導度流体の測定を可能にする電
磁流量計を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明は、流体と検
出電極との間に誘電体を介在恣せ、を狂極面が直接流体
に接しないようにして流体に発生する起電力を容量結合
により取り出すいわゆる容量結合形の電磁流量計を用い
た。そして上記管の外周に管軸方向に沿って延在する補
償電極を設けるとともに、差動増幅器の前段に各検出電
極から得られる検出′電位を非反転入力とする演算増幅
器と、その出力電圧を分圧する分圧器とを設け、この分
圧器に得られる上記検出′電位にほぼ等しい出力電圧を
上記演算増幅器の反転入力とすることにより反転・非反
転入力端子間の浮遊容（Ｗによる減衰を補償する一方、
当該出力電圧をさらに分圧して得られる’ＣＯ８θ（ａ
は管の内半径、ａ′は外半径）倍の出力電圧を上記補償
電圧に印加することにより、管厚が有限でありかつ外周
をシールド接地して用いる必要があることによって内部
電界分布が乱されかつ減衰されることを補償した。さら
に上記演算増幅器により一定の利得で増幅された出力電
圧をコンチングを介して正帰１束することにより、検出
霜、極と流体間の徽小力結合容敞に対し、上記演算増幅
器の入力容量が同程度まだはそれ以上となることによる
出力電圧の低下を補償した。
出電極との間に誘電体を介在恣せ、を狂極面が直接流体
に接しないようにして流体に発生する起電力を容量結合
により取り出すいわゆる容量結合形の電磁流量計を用い
た。そして上記管の外周に管軸方向に沿って延在する補
償電極を設けるとともに、差動増幅器の前段に各検出電
極から得られる検出′電位を非反転入力とする演算増幅
器と、その出力電圧を分圧する分圧器とを設け、この分
圧器に得られる上記検出′電位にほぼ等しい出力電圧を
上記演算増幅器の反転入力とすることにより反転・非反
転入力端子間の浮遊容（Ｗによる減衰を補償する一方、
当該出力電圧をさらに分圧して得られる’ＣＯ８θ（ａ
は管の内半径、ａ′は外半径）倍の出力電圧を上記補償
電圧に印加することにより、管厚が有限でありかつ外周
をシールド接地して用いる必要があることによって内部
電界分布が乱されかつ減衰されることを補償した。さら
に上記演算増幅器により一定の利得で増幅された出力電
圧をコンチングを介して正帰１束することにより、検出
霜、極と流体間の徽小力結合容敞に対し、上記演算増幅
器の入力容量が同程度まだはそれ以上となることによる
出力電圧の低下を補償した。
以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明するが、はじ
めに容ｌ結合によることの妥当性の説明およびその場合
にｊＷ決しなけオＬばならない上述したような問題の解
析を行なって、次にそＪｔらの解決手段としての実施例
の説明に移行する。。
めに容ｌ結合によることの妥当性の説明およびその場合
にｊＷ決しなけオＬばならない上述したような問題の解
析を行なって、次にそＪｔらの解決手段としての実施例
の説明に移行する。。
超低型導度流体におけるファラデー効果による流量検出
電位差については、Ｖ、Ｃｕｓｈｉｎｇによる解析があ
る（”Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ” 、
Ｒｅｖ、Ｓｃｉ。
電位差については、Ｖ、Ｃｕｓｈｉｎｇによる解析があ
る（”Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ” 、
Ｒｅｖ、Ｓｃｉ。
Ｉｎ！Ｉｔｒｕｒｎ、、 ２９．ｐｐ６９２−６９７．
１９５８）。それによれば、第１図に示すように誘電体
からなる管１の厚さが有限でありかつ外周を金属シール
ド管２によりシールド接地されている場合に流体を挾ん
で配置された１対の検出電極３の間に得られる電位差Δ
Ｖは、次ノ（＋） 、 （２）式で示される。なお、４
が（Ｊｌｉ体を示す。
１９５８）。それによれば、第１図に示すように誘電体
からなる管１の厚さが有限でありかつ外周を金属シール
ド管２によりシールド接地されている場合に流体を挾ん
で配置された１対の検出電極３の間に得られる電位差Δ
Ｖは、次ノ（＋） 、 （２）式で示される。なお、４
が（Ｊｌｉ体を示す。
ΔＶ＝に−Ｂ−Ｄ−Ｕ ・・・・（１）・・・・（２）
ただし、Ｂ：磁束密度
Ｄ；管の直径（内径＞ （＝２８）
Ｕ；平均流速
σ、二流体の電導度
σ２；管の電導度
εｎ：真空の誘電車
ε７□：流体の比誘電率
ε７゜°管の比誘電率
ω ：磁場の角周波数
８ 、管の内半径
ｂ ；管の外半径
これが、一般に電磁流へ１泪の出力信号を栂メーる基本
式となり、通常の、すなわち超低亀導度流杯を対象とし
ない電磁流量計においではσ１が十分に太きいために−
１と考乏−で差支えない。
式となり、通常の、すなわち超低亀導度流杯を対象とし
ない電磁流量計においではσ１が十分に太きいために−
１と考乏−で差支えない。
さて、実用上σ２け十分に小さくすることがてへるから
（例えばテフロンでは１０−１８Ｕ １０ｎ ）無視す
ると、（２）式は次の（３）式のように表わせる。。
（例えばテフロンでは１０−１８Ｕ １０ｎ ）無視す
ると、（２）式は次の（３）式のように表わせる。。
この（３）式から具体的に実現０丁能な限界を倹ハ、］
・ｊると、まず、実際上管の厚さは零にすることも無限
大にすることもできず、ａＡの変域１ｄ： ＋３＜ ａ
／ｂ ＜１であるが、 ａＡ ＝０．５ 広Ｌｎ ａ／ｂ ｒｎ、、 ＝ ｏ、ｓ 程度が限界と考えられる。ここでは数をまとめるために
ａ／ｂ ＝ ０．６５とする。
・ｊると、まず、実際上管の厚さは零にすることも無限
大にすることもできず、ａＡの変域１ｄ： ＋３＜ ａ
／ｂ ＜１であるが、 ａＡ ＝０．５ 広Ｌｎ ａ／ｂ ｒｎ、、 ＝ ｏ、ｓ 程度が限界と考えられる。ここでは数をまとめるために
ａ／ｂ ＝ ０．６５とする。
次に、ε７．はライニング材、すなわち管の内壁部、検
出電極と流体間の誘電体で決するが、これは特に高絶縁
性が要求されるため例えばテフロンなどが用いられ、そ
の場合 εｒ２−２ したがって、（３）式は次の（４）式のようになる。
出電極と流体間の誘電体で決するが、これは特に高絶縁
性が要求されるため例えばテフロンなどが用いられ、そ
の場合 εｒ２−２ したがって、（３）式は次の（４）式のようになる。
εア、については２種類の流体を考えることにする。す
なわち、その１つは石油系であってｃｒｔ二 ２ 他の１つは純水などであって ε、、＝８０ アルコール類などはこれらの中間に位置する。
なわち、その１つは石油系であってｃｒｔ二 ２ 他の１つは純水などであって ε、、＝８０ アルコール類などはこれらの中間に位置する。
次にこれらの値を用いて（４）式からめたＫの絶対値の
周波数特性を第２図および第３図に示す。
周波数特性を第２図および第３図に示す。
第２図が石油系で図中（イ）、（ロ）、（ハ）、（−→
はそれぞれσ１が１（戸５．１（１−１８，１０−１１
，１０−’ ＴＪ／ｃｍ ＬＤ場合を示し、第３図が純
水系で図中（イ）、（ロ）はそれぞ才１σｌが１０−７
およびＴｏ−５Ｕ／（７ｎ の場合を示す、、マた第３
図中（ハ）は５５５×川−８という最小のσ１を有する
理論純水について示したものである。各曲線にふ・いて
、ωの低域のフラット部が検ｌ（臂程極を流体に直接接
触させた場合に相当するが、電磁流１目１が用いられる
主要な分野であるプロセス制０ＩＩｌ系では、少なくと
も１〜２秒程度の応答性が１皮求されるから、ωの下限
は２０（周波数では３Ｔ−ＩＺ’）程度と考乏−ねばな
らない。すると、図から明らかなように、純水系では理
論純水′まで、すなわちすべて測定可能であるが、石油
系ではＩｆ）−”ぴ／ｎｎが測定できる電導度の下限と
なる。しかもこれは全く即憩的な計測回路による理論的
限界であるから、実際には上述した方式での「油１の測
定は不可能で、容量結合によらなければならないことと
なる。
はそれぞれσ１が１（戸５．１（１−１８，１０−１１
，１０−’ ＴＪ／ｃｍ ＬＤ場合を示し、第３図が純
水系で図中（イ）、（ロ）はそれぞ才１σｌが１０−７
およびＴｏ−５Ｕ／（７ｎ の場合を示す、、マた第３
図中（ハ）は５５５×川−８という最小のσ１を有する
理論純水について示したものである。各曲線にふ・いて
、ωの低域のフラット部が検ｌ（臂程極を流体に直接接
触させた場合に相当するが、電磁流１目１が用いられる
主要な分野であるプロセス制０ＩＩｌ系では、少なくと
も１〜２秒程度の応答性が１皮求されるから、ωの下限
は２０（周波数では３Ｔ−ＩＺ’）程度と考乏−ねばな
らない。すると、図から明らかなように、純水系では理
論純水′まで、すなわちすべて測定可能であるが、石油
系ではＩｆ）−”ぴ／ｎｎが測定できる電導度の下限と
なる。しかもこれは全く即憩的な計測回路による理論的
限界であるから、実際には上述した方式での「油１の測
定は不可能で、容量結合によらなければならないことと
なる。
そこで、（３）式において次の（５）式のようにσ１Ａ
→０とした場合が容量結合に相当する。
→０とした場合が容量結合に相当する。
地１−だ誘電体からなる管１においてその厚さを小さく
すると得られる出力信号が小さくなる。したがって、で
きるだけ厚い管を使う必装があるが、設計上ならびにコ
スト面から（例えばテフロンは高価）制限がある。そこ
で、本発明では次の、ような方法で等測的にａ／ｂ＝Ｑ
、すなわち無限大の厚さを達成した。
すると得られる出力信号が小さくなる。したがって、で
きるだけ厚い管を使う必装があるが、設計上ならびにコ
スト面から（例えばテフロンは高価）制限がある。そこ
で、本発明では次の、ような方法で等測的にａ／ｂ＝Ｑ
、すなわち無限大の厚さを達成した。
今、ｂ−＋ωとして、第４図に示すように管１の管軸方
向に垂直な断面内で中心点に対して検出ｔＭ Ｉｔの方
向とθの角度をなす方向における管内面の点ｐ（θ）の
電位をｖ（ｑ）とし、ｐ点に対向する半径ａ′の点ｑ（
θ）の電位を■（θ）とすると、管の軸方向には電場は
存在しないから、 ｖ’（θ）＝’ｙＶ（θ） このことは逆に、ｑ点に′醒、極を置偽それにｖ’（θ
）の電位を辱えておけば、半径ａ′の外側には何も存在
しなくてもｂ＝（１）と等価になることを示している。
向に垂直な断面内で中心点に対して検出ｔＭ Ｉｔの方
向とθの角度をなす方向における管内面の点ｐ（θ）の
電位をｖ（ｑ）とし、ｐ点に対向する半径ａ′の点ｑ（
θ）の電位を■（θ）とすると、管の軸方向には電場は
存在しないから、 ｖ’（θ）＝’ｙＶ（θ） このことは逆に、ｑ点に′醒、極を置偽それにｖ’（θ
）の電位を辱えておけば、半径ａ′の外側には何も存在
しなくてもｂ＝（１）と等価になることを示している。
ａおよびａ′、すなわち現実の管の外半径は既知である
から、■（θ）を知ればＶ（θ）が決花る。θ−０にお
ける■（θ）は検出′電極の電位Ｖであり、■（θ）＝
Ｖｃｏｓθとおくことができるから、結局 ｖ’（θ）二へＶＣＯ３θ となる。
から、■（θ）を知ればＶ（θ）が決花る。θ−０にお
ける■（θ）は検出′電極の電位Ｖであり、■（θ）＝
Ｖｃｏｓθとおくことができるから、結局 ｖ’（θ）二へＶＣＯ３θ となる。
すなわち、誘電体からなる内半径ａ１外半Ｑ％ ａ’の
管の外周に管軸方向に延在する補償電極をｄψけ、これ
に上式で示される電位分布をりえれば、管Ｌ：Ｉ）ｊｇ
さが有限であることに基く信号の減衰相、’Ｍｌｉ ｆ
ｆｌできる。近似的には、これは例えば第５図に示すよ
うに軸方向に複数に分割した帯状の補１賞ｊｆｔ１ｉｉ
１１を設け、それぞれにそのθに対応して轟ＣＯ３θｃ
＜＞ ’ｉｆａ、位を与えることで実現できる。
管の外周に管軸方向に延在する補償電極をｄψけ、これ
に上式で示される電位分布をりえれば、管Ｌ：Ｉ）ｊｇ
さが有限であることに基く信号の減衰相、’Ｍｌｉ ｆ
ｆｌできる。近似的には、これは例えば第５図に示すよ
うに軸方向に複数に分割した帯状の補１賞ｊｆｔ１ｉｉ
１１を設け、それぞれにそのθに対応して轟ＣＯ３θｃ
＜＞ ’ｉｆａ、位を与えることで実現できる。
第５図は本発明の一実施例（部分）を示す構成図である
が、９０ を４分割してその各部に、上下それぞれ８個
ずつの補償電極を設けである。他方、本実施例では、差
動増幅器（図示せず）の前段に、検出電極３に得られる
検出電位を非反転入力とする前置増幅器としての演算増
幅器１２と、この演算増幅器１２の出力を１／Ａ （Ａ
は演算増幅器１２の利得）に分圧する抵抗１４と１５か
らなる分圧器１３とを備えている（換言すれば利得ＡＶ
ｉ、抵抗１４．１５の抵抗値ＲＡとＲＲとの比で決する
）。
が、９０ を４分割してその各部に、上下それぞれ８個
ずつの補償電極を設けである。他方、本実施例では、差
動増幅器（図示せず）の前段に、検出電極３に得られる
検出電位を非反転入力とする前置増幅器としての演算増
幅器１２と、この演算増幅器１２の出力を１／Ａ （Ａ
は演算増幅器１２の利得）に分圧する抵抗１４と１５か
らなる分圧器１３とを備えている（換言すれば利得ＡＶ
ｉ、抵抗１４．１５の抵抗値ＲＡとＲＲとの比で決する
）。
抵抗１５はさらに、上記分圧によって得られる演算増幅
器１２０入力、すなわち検出電位に相当する出力電圧を
一！７ＣＯ３θ（θは各補償′ｆ江極を配（べした角度
）倍に分圧する分圧器を構成し、その各出力点に得られ
る電圧をそれぞれ対応する角度の補償電極１１に印加し
ている。なお、上記抵抗１４と１５との接続点から得ら
れる検出電位相当の出力を演算増幅器１２の非反転入力
端子に帰還することにより、非反転・反転入力端子間の
ディファレンシャルモードの浮遊容量（ＣＤ）による信
号の減衰を補償している。図−ヒ省略したが、下側の検
出筒、極についても同様の構成の回路を有している。な
お、図示の例でｄ補償電極１１を検出′電極３からずら
して（θ卸０）設けであるが、これは引出し７０都合−
ヒで、θ−０に合うように配置し７てもよいことは言う
までもない。
器１２０入力、すなわち検出電位に相当する出力電圧を
一！７ＣＯ３θ（θは各補償′ｆ江極を配（べした角度
）倍に分圧する分圧器を構成し、その各出力点に得られ
る電圧をそれぞれ対応する角度の補償電極１１に印加し
ている。なお、上記抵抗１４と１５との接続点から得ら
れる検出電位相当の出力を演算増幅器１２の非反転入力
端子に帰還することにより、非反転・反転入力端子間の
ディファレンシャルモードの浮遊容量（ＣＤ）による信
号の減衰を補償している。図−ヒ省略したが、下側の検
出筒、極についても同様の構成の回路を有している。な
お、図示の例でｄ補償電極１１を検出′電極３からずら
して（θ卸０）設けであるが、これは引出し７０都合−
ヒで、θ−０に合うように配置し７てもよいことは言う
までもない。
補償電極１１の外側１け、通常の絶縁相で覆い、その外
側をシールド用の金属管で覆って接地する。
側をシールド用の金属管で覆って接地する。
−例として補償電極１１としてフレキンプルプリント基
板のようなものを用い、これを例えばパｉ−フロンから
なる管１の外側に貼り付け、外側を／−ルド接地する方
法をとれば、容易に実現できる。
板のようなものを用い、これを例えばパｉ−フロンから
なる管１の外側に貼り付け、外側を／−ルド接地する方
法をとれば、容易に実現できる。
なお、管１については例えばテフロンを用い、峰の内壁
近くに検出１゛採極を叩込む構造が用いらノ１．るが特
に流体に直接接する部分については上として耐摩耗性の
点からより耐摩耗強度の高いセラミックを用いてもよい
。その場合、例えｉ＋−［そのセラミック管の外周に検
出宙、極を貼り付け、その外側をテア０ｙでモールドす
るなどの方法が考えられる。。
近くに検出１゛採極を叩込む構造が用いらノ１．るが特
に流体に直接接する部分については上として耐摩耗性の
点からより耐摩耗強度の高いセラミックを用いてもよい
。その場合、例えｉ＋−［そのセラミック管の外周に検
出宙、極を貼り付け、その外側をテア０ｙでモールドす
るなどの方法が考えられる。。
上記構成により、外周をシールド接地した有限な厚さの
管を用いなが呟厚さが無限大の誘電体管を用いたと同様
の信号吐が得られると同時に検出電極の引出し線のシー
ルドの浮遊容量による減衰も補償できる。
管を用いなが呟厚さが無限大の誘電体管を用いたと同様
の信号吐が得られると同時に検出電極の引出し線のシー
ルドの浮遊容量による減衰も補償できる。
ここで、検出電極からの信号を入力とする初段の増幅器
である演算増幅器１２０入力容惜が問題となる。すなわ
ち、検出電極により容（仕結合で取り出される信号は本
来非常に小さいものであるのに対し、上記入力容量が結
合容鷺と同程度もしくはそれ以上となって、信号を大幅
に減衰させる。
である演算増幅器１２０入力容惜が問題となる。すなわ
ち、検出電極により容（仕結合で取り出される信号は本
来非常に小さいものであるのに対し、上記入力容量が結
合容鷺と同程度もしくはそれ以上となって、信号を大幅
に減衰させる。
すなわち、第６図において、２１を結合容置、２２をバ
イアス抵抗として、結合室＠２１の容肴値Ｃは、流酸汀
」本体の設計で決定される。ずなわち、検出電極３の面
積をＳｌ この検出’ＭＥ ＠！、と？Ｉｉ）体間の間
隙をｔｌその間の銹市体の比誘電率をε７２としてＣは
、 ｔ Ｏｒ ２ で示されるが、実際の設計上は、例えばｔ ＝ ０．１
５ （１） ｓ ＝ ２．５ Ｘ １．５ （ａｎ” ）εづ−２（
テフロンの場合） として Ｃ＝ ４４３Ｘ１（１−１２（Ｆ） 程度が構造上の限度と考えら第１．る、。
イアス抵抗として、結合室＠２１の容肴値Ｃは、流酸汀
」本体の設計で決定される。ずなわち、検出電極３の面
積をＳｌ この検出’ＭＥ ＠！、と？Ｉｉ）体間の間
隙をｔｌその間の銹市体の比誘電率をε７２としてＣは
、 ｔ Ｏｒ ２ で示されるが、実際の設計上は、例えばｔ ＝ ０．１
５ （１） ｓ ＝ ２．５ Ｘ １．５ （ａｎ” ）εづ−２（
テフロンの場合） として Ｃ＝ ４４３Ｘ１（１−１２（Ｆ） 程度が構造上の限度と考えら第１．る、。
これに対し、入力容量２３ （ＣＩＮ、） Ｉｒｅｌ、
３〜４ｐＦ程度で、上記結合各所、す寿わち信月源直列
容酔とほぼ同程度であるから、バイアス電流の小さ力Ｆ
Ｆ’Ｉ’入力の演１つ一噌幅器を用い、、：Ｅｆｌｆ１
ＭΩの高バイレ′２に低下してしまう。
３〜４ｐＦ程度で、上記結合各所、す寿わち信月源直列
容酔とほぼ同程度であるから、バイアス電流の小さ力Ｆ
Ｆ’Ｉ’入力の演１つ一噌幅器を用い、、：Ｅｆｌｆ１
ＭΩの高バイレ′２に低下してしまう。
ここで、非反転・反転入力端子間のディファレンシャル
モードの浮遊容量２４ （Ｃ）））は、＾ＩＳ述した接
続によ（′）簡単に補償できるが、上記入力容：１１（
ＣＩＮ）はそれによっては補１１１されず、まプこ、演
−娘増幅器のユニット内部に存在するものである六ヲｌ
）、検出Ｎ、ＷＡ引出し線のシールドの浮遊容量の場合
のような補償方法をとることもできない。
モードの浮遊容量２４ （Ｃ）））は、＾ＩＳ述した接
続によ（′）簡単に補償できるが、上記入力容：１１（
ＣＩＮ）はそれによっては補１１１されず、まプこ、演
−娘増幅器のユニット内部に存在するものである六ヲｌ
）、検出Ｎ、ＷＡ引出し線のシールドの浮遊容量の場合
のような補償方法をとることもできない。
そこで、本発明では例えば第６図に示すようにコンデン
サ３１からなる補償回路を設ける。
サ３１からなる補償回路を設ける。
図から明らかなように、コンデンサＣは演ａ増幅器１２
に対して正帰還ノト−ブン・構成するから、Ｃ／ＧＩＮ Ｃ′ が安定条件である。
に対して正帰還ノト−ブン・構成するから、Ｃ／ＧＩＮ Ｃ′ が安定条件である。
タタシ、Ｃ′はコンデンサ３１の容量値１だ、この場合
の信号源容量値Ｃは、θ１ｉ′１体内部の容量と電極容
量との直列答目値とする。
の信号源容量値Ｃは、θ１ｉ′１体内部の容量と電極容
量との直列答目値とする。
したがって、エンプティ（流体が全く々い）状態で発振
を生じないように設定する必・周があるが、面積Ｓの平
板電極の片面の自由空間に対する容量値は近似的に ５肩ｉ’。
を生じないように設定する必・周があるが、面積Ｓの平
板電極の片面の自由空間に対する容量値は近似的に ５肩ｉ’。
′ で与えられ、前述の数値例Ｓ ＝ ３．７５６ｔｏ
２を用１．／１ン）とＱ、４３ｐＦとなる。この結果、 Ｃ′（（Ｃ１Ｎ＋０４３ｐＦ）・÷ が安定条件となる。
２を用１．／１ン）とＱ、４３ｐＦとなる。この結果、 Ｃ′（（Ｃ１Ｎ＋０４３ｐＦ）・÷ が安定条件となる。
との回路の動作は次のように解析でへる。すなわち、こ
の回路は、演算増幅器１２の入力をＡ倍に増幅してコン
デンサ３１を介して正帰還する回路となっており、 さらに、Ａ＝２とすると、 ここで、 ωゴ３１４ ．２４ Ｃゴ４．４ ｐＦ Ｒニ３ （１０（Ｉ ＭΩ Ｃ１０，＝３．５９Ｆ としてｖ７ｚとＣ′との関係をめると、第７図に示すよ
うになる。
の回路は、演算増幅器１２の入力をＡ倍に増幅してコン
デンサ３１を介して正帰還する回路となっており、 さらに、Ａ＝２とすると、 ここで、 ωゴ３１４ ．２４ Ｃゴ４．４ ｐＦ Ｒニ３ （１０（Ｉ ＭΩ Ｃ１０，＝３．５９Ｆ としてｖ７ｚとＣ′との関係をめると、第７図に示すよ
うになる。
第７図において、１点はＣ′−ＣＩＮｌすなわち入力容
量のみを補償した状態であり、■点は〕くイアス抵抗Ｒ
を流れる電流による効果も補償した状態で、このときの
Ｃ′は約３．６３ ｐＦである。Ｃ′に要求される安定
度としては、幻靴の変化を±（１，５％ マで許容する
ものとして約±０６％であり、例えばエアートリマコン
デンサを用いることにより全く問題なく達成できる。
量のみを補償した状態であり、■点は〕くイアス抵抗Ｒ
を流れる電流による効果も補償した状態で、このときの
Ｃ′は約３．６３ ｐＦである。Ｃ′に要求される安定
度としては、幻靴の変化を±（１，５％ マで許容する
ものとして約±０６％であり、例えばエアートリマコン
デンサを用いることにより全く問題なく達成できる。
Ｃ′の設定は、ＣＩＮが既知であれば、Ｃ′をＣＩＮに
合せることで１点調整が完了するが、動作状態でのＭＯ
Ｓのゲート容量の実測は危険と考えられる。
合せることで１点調整が完了するが、動作状態でのＭＯ
Ｓのゲート容量の実測は危険と考えられる。
入力抵抗（ＣＩＮ）には、バイアス抵抗のＷ、Ｊｌ容ボ
ス絶縁配線中テフロンビンの浮遊容（辻なども含１第１
るから、正規に組付けた増幅器ユニットで実測しなけれ
ばならない。このような点から、発信器本体の管内面に
検出電極の位１ｈ′に合せて金属箔を貼り、既知電圧Ｅ
を４乏い Ｖを実測してＶ＝ＥとなるようにＣ′を調整
する方法が最適と考えらｉｚる６゜なお、このような補
償回路により入力容量を補償するには、入力容帛捕住Ｃ
ＩＮが安定であることが前提となるが、ＭＯＳ ＦＥＴ
入力であれば十分な安定性が得られる。
ス絶縁配線中テフロンビンの浮遊容（辻なども含１第１
るから、正規に組付けた増幅器ユニットで実測しなけれ
ばならない。このような点から、発信器本体の管内面に
検出電極の位１ｈ′に合せて金属箔を貼り、既知電圧Ｅ
を４乏い Ｖを実測してＶ＝ＥとなるようにＣ′を調整
する方法が最適と考えらｉｚる６゜なお、このような補
償回路により入力容量を補償するには、入力容帛捕住Ｃ
ＩＮが安定であることが前提となるが、ＭＯＳ ＦＥＴ
入力であれば十分な安定性が得られる。
このような初段増幅器ユニットは、電磁シールドし、か
つ乾燥ガス（例えばＮ２ ）を封入し７た容器内に収容
して用いることが望址（７い。コンデンサ３１の調整ね
じなども、気密シール輔によって連結する必要がある。
つ乾燥ガス（例えばＮ２ ）を封入し７た容器内に収容
して用いることが望址（７い。コンデンサ３１の調整ね
じなども、気密シール輔によって連結する必要がある。
検出電極に接続される部分はテフロンビンなとで絶縁し
、かつリークージガードをしなけわ、ばならない。この
部分を樹脂でボッティングすることｄｌ、浮遊容量を増
大させることと迷走リークを発生させることの２点から
避けねば々らない。
、かつリークージガードをしなけわ、ばならない。この
部分を樹脂でボッティングすることｄｌ、浮遊容量を増
大させることと迷走リークを発生させることの２点から
避けねば々らない。
以上の説明から、初段増幅器ユニットｄ、例え（ば第８
図のように構成される。図において、４１けＮチャネル
ＭＯ３ＦＥＴ人力の演算＋％ １ｌｑｉ Ｚ％、４２は
演ｑ−増幅器３４と同様の一般用演ｑ増幅器で、この両
増幅器が前述した演算増幅器１２に相当せる。
図のように構成される。図において、４１けＮチャネル
ＭＯ３ＦＥＴ人力の演算＋％ １ｌｑｉ Ｚ％、４２は
演ｑ−増幅器３４と同様の一般用演ｑ増幅器で、この両
増幅器が前述した演算増幅器１２に相当せる。
才た４３はコンデンサ３１のリーケージガード用の抵抗
で、上記演算増幅器４１、抵抗４３およびコンデンサ３
１以外の回路素子はプリント配線が可能である。４４は
検出電極の引出１〜線シールドである。図は、片側の’
ＰｔＨ＠についてのみ示したが、他方の検出電極につい
ても同様の回路構成となり、両者の演算増幅器４２の出
力ＯＵＴの差を図示しない差動増幅器で増幅して最終的
な検出出力が得られる。また、全体はＮ２ガス封入シー
ルドケース４５に封入される。なお、演算増幅器４２の
出力を検出電極の引出し線シールド４４に帰還すること
により引出し線（心線）とシールド間の浮遊容叶による
減衰を補償しである。
で、上記演算増幅器４１、抵抗４３およびコンデンサ３
１以外の回路素子はプリント配線が可能である。４４は
検出電極の引出１〜線シールドである。図は、片側の’
ＰｔＨ＠についてのみ示したが、他方の検出電極につい
ても同様の回路構成となり、両者の演算増幅器４２の出
力ＯＵＴの差を図示しない差動増幅器で増幅して最終的
な検出出力が得られる。また、全体はＮ２ガス封入シー
ルドケース４５に封入される。なお、演算増幅器４２の
出力を検出電極の引出し線シールド４４に帰還すること
により引出し線（心線）とシールド間の浮遊容叶による
減衰を補償しである。
以上説明したように、本発明によれば、答（１１−結合
方式を用い、かつ誘′屯体管の外周に管軸方向に沿って
延在する補償電極を設け、検出１゛１１位を非反転入力
とする一定利得の前置演算増幅器の出力を分圧して得ら
れる上記検出電位にほぼ等しい出力電圧をさらに’ｃｏ
ｓθに分圧して得られる電圧を上記補償′電極に力える
ことによって管ｊ９が有限であることに基く信号の減衰
を補償し、また上記演算増幅器の出力をコンデンサを介
して正帰還することにより信号発生源の微小な結合容置
に対しｐ上記演算増幅器の入力容量が同等もしくはそれ
以上となることによる信号の減衰を補償することができ
、従来の電磁流計削では不可能とされていた超低伝導度
流体の流量測定が可能となる。
方式を用い、かつ誘′屯体管の外周に管軸方向に沿って
延在する補償電極を設け、検出１゛１１位を非反転入力
とする一定利得の前置演算増幅器の出力を分圧して得ら
れる上記検出電位にほぼ等しい出力電圧をさらに’ｃｏ
ｓθに分圧して得られる電圧を上記補償′電極に力える
ことによって管ｊ９が有限であることに基く信号の減衰
を補償し、また上記演算増幅器の出力をコンデンサを介
して正帰還することにより信号発生源の微小な結合容置
に対しｐ上記演算増幅器の入力容量が同等もしくはそれ
以上となることによる信号の減衰を補償することができ
、従来の電磁流計削では不可能とされていた超低伝導度
流体の流量測定が可能となる。
第１図は、電磁流量−組において得られる雷１位差を説
明するだめの図、第２図は石油系流体にお・ける補正項
にのω依存性を流体の電導度をパラメータとして示す図
、第３図は純水系にあ・ける同様の図、第４図は管の厚
さが有限であることに基く信号の減衰の補供原理を説明
するだめの図、第５図は本発明の一実施例における補償
電極の構成例を示す図、第６図は前置演算増幅器の人力
容儀に基く信号の減衰を補１賞する回路の構成例を示す
図、第７図は補償効果を説明するだめの図、第８図斡１
一本発明の一実施例に：ｌ、・ける前１メイ増幅器部分
の構成を示す図である。 １・・・・誘電体から方る管、２・・・・シールド管、
３・・・・検出電極、４・・・・Ｉ＃、体、１１・・・
・補償′１区極、１２・・・・前置演算増幅器、１３・
・・・分圧器、２１・・・・結合客殿、２３・・・・入
力容量、３１・・・・コンデンサ、４１．４２・・・・
前置演算増幅器１２を構成する増幅器。 特許出願人 出代）・ネウエル株式会社代理人 山川政
樹（ほか１名） 第５図 １９ 第６図 １ 第７図 Ｃ’（ｐＦ）
明するだめの図、第２図は石油系流体にお・ける補正項
にのω依存性を流体の電導度をパラメータとして示す図
、第３図は純水系にあ・ける同様の図、第４図は管の厚
さが有限であることに基く信号の減衰の補供原理を説明
するだめの図、第５図は本発明の一実施例における補償
電極の構成例を示す図、第６図は前置演算増幅器の人力
容儀に基く信号の減衰を補１賞する回路の構成例を示す
図、第７図は補償効果を説明するだめの図、第８図斡１
一本発明の一実施例に：ｌ、・ける前１メイ増幅器部分
の構成を示す図である。 １・・・・誘電体から方る管、２・・・・シールド管、
３・・・・検出電極、４・・・・Ｉ＃、体、１１・・・
・補償′１区極、１２・・・・前置演算増幅器、１３・
・・・分圧器、２１・・・・結合客殿、２３・・・・入
力容量、３１・・・・コンデンサ、４１．４２・・・・
前置演算増幅器１２を構成する増幅器。 特許出願人 出代）・ネウエル株式会社代理人 山川政
樹（ほか１名） 第５図 １９ 第６図 １ 第７図 Ｃ’（ｐＦ）
Claims (1)
- 外周をシールド接地した誘電体からなる管内を流れる流
体を挾んで対向しかつそれぞれに誘電体を介して流体と
接するように配置され流体に発生する起電力を容鰯−結
合により取り出す１対の検出電極と、これらの検出電極
間に得られる電位差を増幅する差動増幅器とを備えた容
量結合形の電磁流量計において、上記管の外周に管軸方
向に延在する補償′電極を設けるとともに、差動増幅器
の前段に、各検出電極から得られる検出電位を非反転入
力とする演算増幅器と、この演算増幅器の出力電圧を分
圧する分圧器とを設け、この分圧器に得られる上記検出
電圧には１丁等しい出力電圧を上記演算増幅器の反転入
力とするとともに、上記検出電圧にほぼ等しい出力電圧
をさらに分圧して得られる一ｍ１℃Ｏ３θ （ａは管の
内半径、ａ′は外半径）倍の出力電圧を、管軸方向に垂
直な断面内で中心点に対して検出電極とθの角度をなす
方向の上記補償電極に印加し、かつ上記演算増幅器の出
力をコンデンサを介して入力側に正帰還する回路を設け
たことを特徴とする電磁流量計１．
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18685683A JPH0228092B2 (ja) | 1983-10-07 | 1983-10-07 | Denjiryuryokei |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18685683A JPH0228092B2 (ja) | 1983-10-07 | 1983-10-07 | Denjiryuryokei |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6079226A true JPS6079226A (ja) | 1985-05-07 |
| JPH0228092B2 JPH0228092B2 (ja) | 1990-06-21 |
Family
ID=16195845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18685683A Expired - Lifetime JPH0228092B2 (ja) | 1983-10-07 | 1983-10-07 | Denjiryuryokei |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0228092B2 (ja) |
-
1983
- 1983-10-07 JP JP18685683A patent/JPH0228092B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0228092B2 (ja) | 1990-06-21 |
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