电磁流量计的工作原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——电磁流量计。该专利由阿自倍尔株式会社申请，并于2018年9月7日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及在各种工艺系统中测量流体的流量的电磁流量计，尤其涉及一种具备测量流体的电导率的功能的电磁流量计。

发明背景

电磁流量计为如下测量设备，其具备：励磁线圈，其在与在测定管内流动的流体的流动方向垂直的方向上产生磁场；以及一对电极，它们配置在测定管上，沿与由励磁线圈产生的磁场正交的方向配置，该测量设备一边交替切换流至励磁线圈的励磁电流的极性、一边检测上述电极间产生的电动势，由此测量在测定管内流动的被检测流体的流量。

通常，电磁流量计大致分为接触式和电容式（非接触式），所述接触式是使设置在测定管上的电极直接接触测量对象的流体来检测上述流体的电动势，所述电容式（非接触式）是经由流体与电极间的静电电容来检测上述流体的电动势而不会使设置在测定管上的电极接触测量对象的流体。

电容式电磁流量计是利用信号放大电路（例如差动放大电路）来放大电极间产生的电动势，之后利用模数转换电路转换为数字信号，并将该数字信号输入至微控制器等程序处理装置来执行规定的运算处理，由此算出流量。这种电容式电磁流量计因电极不易劣化、容易维护，所以近年来特别受到业界关注。

此外，电磁流量计当中，存在具备不仅测量流体的流量、还测量该流体的电导率（所谓的导电率）的功能的电磁流量计。例如，专利文献3中揭示有一种配备双电极方式的电导率计的电磁流量计，所述双电极方式的电导率计对2个电极间施加正弦波或矩形波等的交流信号并测定在电极间流通的电流，由此求出电导率。该专利文献揭示的电导率计是通过将2个电极均浸入测量对象的液体来测量电导率。

发明内容

本发明者对在电容式电磁流量计中追加测量流体的电导率的功能这一内容进行了研究。然而，根据本发明者的研究，明确了存在以下所示的问题。

通常，电容式电磁流量计是以测量对象的流体与电极不接触的方式构成，因此测量对象的流体与电极之间的阻抗升高。因此，当噪声重叠在电极与信号放大电路的输入端子之间的线路上时，存在电磁流量计的测量精度及测量稳定性降低的问题。因此，在普通的电容式电磁流量计中，将励磁电流的频率设定为比普通的接触式电磁流量计高的几十Hz～几百Hz。

另一方面，将2个电极均浸入检测对象的流体（液体）来测量电导率的电导率计通常是将施加至2个电极间的交流信号的频率设定为几十Hz～几百Hz。

因而，在将以往的电容式电磁流量计与以往的双电极方式的电导率计组合在一起的情况下，流量的测量所需的励磁电流的频带与电导率的测量所需的交流信号的频带会发生重叠，因此励磁电流与交流信号会相互干扰，从而有流量及电导率的测量精度和测量稳定性降低之虞。

此外，在以往的电容式电磁流量计中，除了上述的沿与磁场正交的方向配置的一对电极以外，还需要与测量对象的流体接触、且与成为流量测量的基准的公共电位连接在一起的公共电极。因此，在对以往的电容式电磁流量计组合有电导率计的情况下，在测定管的周边至少需要5个电极，所以存在电磁流量计难以小型化的问题。

尤其是在专利文献3揭示的以往的电磁流量计中，由于在用于流量的测量的电极与用于电导率的测量的电极之间设置有与公共电位连接在一起的接地环，因此电磁流量计的小型化更加困难。

本发明是鉴于上述问题而成，本发明的目的在于实现一种具有更高测量精度及测量稳定性的、具备电导率测量功能的小型电磁流量计。

本发明的电磁流量计100的特征在于，具有：测定管1，其由电绝缘材料构成，供测量对象的流体流动；励磁线圈Lex，其配设在测定管的外侧，产生与所供给的交流电流Iex相应的磁场；第1电极11及第2电极12，它们设置在测定管的外周面，在与励磁线圈所产生的磁场垂直的方向上相对地配设；放大电路13，其以公共电位Vcom为基准来进行动作，输出将第1电极与第2电极之间产生的电动势放大而得的信号VF；流量算出部63，其根据从放大电路输出的信号来算出流体的流量；第3电极2，其与第1电极及第2电极分开地形成于测定管的外周面；第4电极3，其与公共电位连接，并与流体接触；电阻R1，其一端与第3电极连接；电压检测部5，其检测通过对电阻的另一端输入交流信号而在第3电极中产生的信号的电压；以及电导率算出部62，其根据由电压检测部检测到的电压VH、VL的振幅，来算出流体的电导率。

在上述电磁流量计中，交流信号的频率f1可为供给至励磁线圈的交流电流的频率的至少100倍。放大电路可包含滤波器131、132，所述滤波器131、132使将电动势放大而得的信号中包含的、与交流信号相对应的频率分量衰减。可还具有判定部64，所述判定部64根据由电导率算出部算出的流体的电导率来判定测定管内有无流体。

电压检测部可包含：第1采样保持电路51，其在交流信号成为第1极性的第1期间Tp内对第3电极的电压进行采样并保持；以及第2采样保持电路52，其在交流信号成为与第1极性相反的第2极性的第2期间Tn内对第3电极的电压进行采样并保持，电导率算出部62根据由第1采样保持电路采样到的电压VH和由第2采样保持电路采样到的电压VL来算出流体的电导率。第4电极可为一端与测定管连结、另一端能与外部的管道连结的由金属构成的管状的接头3A。可还具有由金属构成的屏蔽罩21，所述屏蔽罩21以与第3电极的至少一部分相对的方式配置。

再者，在上述说明中，作为发明的构成要素的一例，以带括号的方式记载了与该构成要素相对应的附图上的参考符号。根据本发明，能够实现一种具有更高测量精度及测量稳定性且更小型的、具备电导率测量功能的电磁流量计。