今天為大家介紹一項(xiàng)國家發(fā)明授權(quán)專利——電磁流量計(jì)。該專利由阿自倍爾株式會(huì)社申請，并于2018年9月7日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明涉及在各種工藝系統(tǒng)中測量流體的流量的電磁流量計(jì)，尤其涉及一種具備測量流體的電導(dǎo)率的功能的電磁流量計(jì)。

發(fā)明背景

電磁流量計(jì)為如下測量設(shè)備，其具備：勵(lì)磁線圈，其在與在測定管內(nèi)流動(dòng)的流體的流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生磁場；以及一對電極，它們配置在測定管上，沿與由勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的磁場正交的方向配置，該測量設(shè)備一邊交替切換流至勵(lì)磁線圈的勵(lì)磁電流的極性、一邊檢測上述電極間產(chǎn)生的電動(dòng)勢，由此測量在測定管內(nèi)流動(dòng)的被檢測流體的流量。

通常，電磁流量計(jì)大致分為接觸式和電容式（非接觸式），所述接觸式是使設(shè)置在測定管上的電極直接接觸測量對象的流體來檢測上述流體的電動(dòng)勢，所述電容式（非接觸式）是經(jīng)由流體與電極間的靜電電容來檢測上述流體的電動(dòng)勢而不會(huì)使設(shè)置在測定管上的電極接觸測量對象的流體。

電容式電磁流量計(jì)是利用信號放大電路（例如差動(dòng)放大電路）來放大電極間產(chǎn)生的電動(dòng)勢，之后利用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將該數(shù)字信號輸入至微控制器等程序處理裝置來執(zhí)行規(guī)定的運(yùn)算處理，由此算出流量。這種電容式電磁流量計(jì)因電極不易劣化、容易維護(hù)，所以近年來特別受到業(yè)界關(guān)注。

此外，電磁流量計(jì)當(dāng)中，存在具備不僅測量流體的流量、還測量該流體的電導(dǎo)率（所謂的導(dǎo)電率）的功能的電磁流量計(jì)。例如，專利文獻(xiàn)3中揭示有一種配備雙電極方式的電導(dǎo)率計(jì)的電磁流量計(jì)，所述雙電極方式的電導(dǎo)率計(jì)對2個(gè)電極間施加正弦波或矩形波等的交流信號并測定在電極間流通的電流，由此求出電導(dǎo)率。該專利文獻(xiàn)揭示的電導(dǎo)率計(jì)是通過將2個(gè)電極均浸入測量對象的液體來測量電導(dǎo)率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明者對在電容式電磁流量計(jì)中追加測量流體的電導(dǎo)率的功能這一內(nèi)容進(jìn)行了研究。然而，根據(jù)本發(fā)明者的研究，明確了存在以下所示的問題。

通常，電容式電磁流量計(jì)是以測量對象的流體與電極不接觸的方式構(gòu)成，因此測量對象的流體與電極之間的阻抗升高。因此，當(dāng)噪聲重疊在電極與信號放大電路的輸入端子之間的線路上時(shí)，存在電磁流量計(jì)的測量精度及測量穩(wěn)定性降低的問題。因此，在普通的電容式電磁流量計(jì)中，將勵(lì)磁電流的頻率設(shè)定為比普通的接觸式電磁流量計(jì)高的幾十Hz～幾百Hz。

另一方面，將2個(gè)電極均浸入檢測對象的流體（液體）來測量電導(dǎo)率的電導(dǎo)率計(jì)通常是將施加至2個(gè)電極間的交流信號的頻率設(shè)定為幾十Hz～幾百Hz。

因而，在將以往的電容式電磁流量計(jì)與以往的雙電極方式的電導(dǎo)率計(jì)組合在一起的情況下，流量的測量所需的勵(lì)磁電流的頻帶與電導(dǎo)率的測量所需的交流信號的頻帶會(huì)發(fā)生重疊，因此勵(lì)磁電流與交流信號會(huì)相互干擾，從而有流量及電導(dǎo)率的測量精度和測量穩(wěn)定性降低之虞。

此外，在以往的電容式電磁流量計(jì)中，除了上述的沿與磁場正交的方向配置的一對電極以外，還需要與測量對象的流體接觸、且與成為流量測量的基準(zhǔn)的公共電位連接在一起的公共電極。因此，在對以往的電容式電磁流量計(jì)組合有電導(dǎo)率計(jì)的情況下，在測定管的周邊至少需要5個(gè)電極，所以存在電磁流量計(jì)難以小型化的問題。

尤其是在專利文獻(xiàn)3揭示的以往的電磁流量計(jì)中，由于在用于流量的測量的電極與用于電導(dǎo)率的測量的電極之間設(shè)置有與公共電位連接在一起的接地環(huán)，因此電磁流量計(jì)的小型化更加困難。

本發(fā)明是鑒于上述問題而成，本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)一種具有更高測量精度及測量穩(wěn)定性的、具備電導(dǎo)率測量功能的小型電磁流量計(jì)。

本發(fā)明的電磁流量計(jì)100的特征在于，具有：測定管1，其由電絕緣材料構(gòu)成，供測量對象的流體流動(dòng)；勵(lì)磁線圈Lex，其配設(shè)在測定管的外側(cè)，產(chǎn)生與所供給的交流電流Iex相應(yīng)的磁場；第1電極11及第2電極12，它們設(shè)置在測定管的外周面，在與勵(lì)磁線圈所產(chǎn)生的磁場垂直的方向上相對地配設(shè)；放大電路13，其以公共電位Vcom為基準(zhǔn)來進(jìn)行動(dòng)作，輸出將第1電極與第2電極之間產(chǎn)生的電動(dòng)勢放大而得的信號VF；流量算出部63，其根據(jù)從放大電路輸出的信號來算出流體的流量；第3電極2，其與第1電極及第2電極分開地形成于測定管的外周面；第4電極3，其與公共電位連接，并與流體接觸；電阻R1，其一端與第3電極連接；電壓檢測部5，其檢測通過對電阻的另一端輸入交流信號而在第3電極中產(chǎn)生的信號的電壓；以及電導(dǎo)率算出部62，其根據(jù)由電壓檢測部檢測到的電壓VH、VL的振幅，來算出流體的電導(dǎo)率。

在上述電磁流量計(jì)中，交流信號的頻率f1可為供給至勵(lì)磁線圈的交流電流的頻率的至少100倍。放大電路可包含濾波器131、132，所述濾波器131、132使將電動(dòng)勢放大而得的信號中包含的、與交流信號相對應(yīng)的頻率分量衰減?？蛇€具有判定部64，所述判定部64根據(jù)由電導(dǎo)率算出部算出的流體的電導(dǎo)率來判定測定管內(nèi)有無流體。

電壓檢測部可包含：第1采樣保持電路51，其在交流信號成為第1極性的第1期間Tp內(nèi)對第3電極的電壓進(jìn)行采樣并保持；以及第2采樣保持電路52，其在交流信號成為與第1極性相反的第2極性的第2期間Tn內(nèi)對第3電極的電壓進(jìn)行采樣并保持，電導(dǎo)率算出部62根據(jù)由第1采樣保持電路采樣到的電壓VH和由第2采樣保持電路采樣到的電壓VL來算出流體的電導(dǎo)率。第4電極可為一端與測定管連結(jié)、另一端能與外部的管道連結(jié)的由金屬構(gòu)成的管狀的接頭3A?？蛇€具有由金屬構(gòu)成的屏蔽罩21，所述屏蔽罩21以與第3電極的至少一部分相對的方式配置。

再者，在上述說明中，作為發(fā)明的構(gòu)成要素的一例，以帶括號的方式記載了與該構(gòu)成要素相對應(yīng)的附圖上的參考符號。根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)一種具有更高測量精度及測量穩(wěn)定性且更小型的、具備電導(dǎo)率測量功能的電磁流量計(jì)。