JP6741622B2

JP6741622B2 - 電磁流量計

Info

Publication number: JP6741622B2
Application number: JP2017089705A
Authority: JP
Inventors: 公一木村; 久生伊藤; 鈴木　英之; 英之鈴木; 酒井　亮; 亮酒井
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2037-04-28
Also published as: JP2018189403A

Description

本発明は、水の流量を測定する電磁流量計に関する。

近年、羽根車式の流量計に代わって電磁流量計の普及が著しい（例えば、特許文献１）。

特開平５−９９７１５号公報（図１）

しかしながら、さらなる電磁流量計の普及のために、測定精度の向上が求められている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、従来より測定精度の高い電磁流量計の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、磁界を受けた状態で水が流れる計測流路を有する樹脂製の流路ハウジングと、多孔質の導電体で構成され、前記流路ハウジングに埋設されて前記磁界と交差する方向で対向する１対の多孔質電極と、前記１対の多孔質電極に設けられ、前記計測流路内に露出して互いに対向する１対の電極対向面と、前記流路ハウジングの外面から前記１対の多孔質電極まで連通する１対の電極収容孔と、前記１対の電極収容孔に収容される１対の中実電極と、各前記中実電極と各前記多孔質電極とに形成されて互いに嵌合し、導通接続される多孔質側連結部及び中実側連結部と、前記１対の中実電極と前記１対の多孔質電極とによって構成され、前記計測流路内の２点間の電位差を検出する１対の検知電極と、各前記中実電極と各前記電極収容孔の隙間をシールするシール部材と、を備える電磁流量計である。

請求項２の発明は、前記中実電極の外側面と前記電極収容孔の内側面との間に挟まれる前記シール部材としてのＯリングを備える請求項１に記載の電磁流量計である。

請求項３の発明は、各前記多孔質電極は、一側面の一部又は全体が前記電極対向面をなし、前記電極対向面以外の他の側面のうち一部以外が前記流路ハウジングを構成する樹脂で覆われたヘッド部と、前記ヘッド部の前記他の側面の前記一部から突出する筒状又は棒状の前記多孔質側連結部とからなる請求項１に記載の電磁流量計である。

請求項４の発明は、前記多孔質側連結部は、円筒状をなして、前記ヘッド部側の端部を前記流路ハウジングを構成する樹脂で覆われ、前記中実電極は、断面円形の棒状をなすと共に、先端部が前記多孔質側連結部に嵌合される前記中実側連結部をなしている請求項３に記載の電磁流量計である。

請求項５の発明は、前記中実電極の軸方向の中間部分の外側面と前記電極収容孔の内側面との間に挟まれる前記シール部材としてのＯリングと、前記Ｏリングを、前記中実電極の軸方向で前記多孔質側連結部との間で挟んで位置決めするＯリング位置決部とを備える請求項４に記載の電磁流量計である。

請求項６の発明は、前記１対の電極対向面が前記計測流路の内面と面一になっている請求項１乃至５の何れか１の請求項に記載の電磁流量計である。

請求項７の発明は、前記多孔質電極は、前記電極対向面に向かって窄んだ形状をなし、前記電極対向面のみが前記計測流路に露出している請求項６に記載の電磁流量計である。

請求項８の発明は、前記計測流路のうち前記１対の多孔質電極が位置する部分の断面形状は、四角形をなし、前記１対の電極対向面は、四角形をなしている請求項１乃至７の何れか１の請求項に記載の電磁流量計である。

請求項９の発明は、前記多孔質電極は、グラファイトで構成されている請求項１乃至８の何れか１の請求項に記載の電磁流量計である。

請求項１０の発明は、前記グラファイトは、親水化処理されている請求項９に記載の電磁流量計である。

電磁流量計の測定精度に影響を与える要素の１つとして、検知電極と水との間のキャパシタンスである電気化学二重層容量が挙げられる。検知電極と水との接触面積が小さいと電気化学二重層容量が小さくなり、１対の検知電極間のインピーダンスが大きくなるため、１対の検知電極間に電磁誘導による電流が流れ難くなり、ノイズの影響を受け易くなる。これに対し、本発明の電磁流量計では、１対の検知電極が、多孔質の導電体で構成された１対の多孔質電極と、それら多孔質電極に導通接続される１対の中実電極とで構成されている。そして、検知電極の一部である多孔質電極に水が浸透して、検知電極と水との接触面積を大きく確保することができる。これにより、電気化学二重層容量が大きくなってノイズの影響が抑えられ、流量の測定精度が向上する。また、１対の多孔質電極は、流路ハウジングに埋設される一方、１対の中実電極は、流路ハウジングに形成された１対の電極収容孔に収容されている。そして、各多孔質電極の多孔質側連結部と、各中実電極の中実側連結部とが電極収容孔内で互いに嵌合して導通接続されている。このような構成とすることで、流路ハウジングのインサート成形により１対の多孔質電極を流路ハウジングに容易に固定することができると共に、１対の電極収容孔への１対の中実電極の組み付けと、多孔質電極と中実電極との組み付けとを容易に行うことができる。また、中実電極と各電極収容孔の隙間をシール部材でシールしているので、多孔質電極を水が浸透して通過する場合も、流路ハウジング外に水が漏れることを容易に防ぐことができる。

シール部材は、充填式のシール剤が固化して構成されたものでもよいし、パッキンでもよいし、Ｏリングでもよい。また、パッキン及びＯリングは、中実電極の電極収容孔に対する嵌合方向で挟む構成としてもよい。さらには、請求項２の構成のように、中実電極の外側面と電極収容孔の内側面との間にＯリングが挟まれる構成とすれば、電極収容孔への中実電極の嵌合操作によってシール処理を行うことができる。

請求項３の構成のように、多孔質電極がヘッド部の側面の一部から筒状又は棒状の多孔質側連結部が突出した構造とし、ヘッド部の電極対向面と多孔質側連結部が突出している部分以外を流路ハウジングを構成する樹脂で覆うことで、多孔質電極のうち電極収容孔側に露出する部分を小さくすることができ、シール部材によるシール処理を容易に行うことができる。

請求項４の構成のように、多孔質側連結部を円筒状とし、そのヘッド部側の端部が流路ハウジングを構成する樹脂で覆われた構造とすれば、インサート成形金型に多孔質側連結部の先端部を保持させて容易に流路ハウジングを成形することができる。

請求項５の構成によれば、多孔質側連結部によってＯリングが位置決めされ、シールが安定する。

請求項６の構成によれば、１対の電極対向面が計測流路の内面と面一になっているので、計測流路内の乱流が抑えられて計測精度が向上する。

請求項７の構成によれば、多孔質電極は、電極対向面に向かって窄んだ形状をなしているので、計測流路に対する電極対向面の大きさのバランスを保ちながら、多孔質電極と水との接触面積を大きくすることができる。

請求項８の構成によれば、断面形状が四角形の計測流路に対し、多孔質電極の電極対向面を四角形にしたので、電極対向面を広くすることでき、計測精度を上げることができる。

多孔質電極は、金属に複数の孔を穿孔したものであってもよいし、焼結金属やグラファイト（請求項９の発明）であってもよい。なお、多孔質電極をグラファイトで構成した場合には親水化処理を施すことが好ましい（請求項１０の発明）。

本発明の第１実施形態に係る電磁流量計の斜視図メータ本体の背断面図流路ハウジングの斜視図流路ハウジングの計測部周辺の正断面図検知電極及びその周辺部品の平断面図第２実施形態に係る検知電極及びその周辺部品の平断面図

［第１実施形態］
以下、本発明に係る第１実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１に示した本実施形態の電磁流量計１０は、例えば水道メータとして使用されるものであって、水平方向に延びる樹脂製の流路ハウジング２０の中間部に複数の部品を組み付けてなるメータ本体１０Ｈを有し、そのメータ本体１０Ｈが、直方体状のケース１３に収容された構造をなしている。そして、流路ハウジング２０が水道管の途中に接続され、その流路ハウジング２０を長手方向に貫通する計測流路２０Ｒ内を一端から他端へと水道水が流れる。なお、図１、図３及び図４には、水道水が流れる方向が矢印Ａで示されている。

図４に示すように、計測流路２０Ｒは、両端部から中央部に向かって徐々に絞られ、中央より僅かに下流側にずれた位置に、最も絞られた計測部２０Ｋを有する。計測部２０Ｋは、図２に示すように四隅をＲ面取りされた横長の長方形の断面形状をなして、図４に示すように所定長に亘って延びている。また、計測流路２０Ｒの両端部は断面円形をなし、両端部から計測部２０Ｋに向かって断面形状が円形から長方形に徐々に変化している。

図３に示すように、流路ハウジング２０の長手方向の中央部には、その流路ハウジング２０の軸方向と直交する直交スリーブ２５が備えられている。また、図４に示すように、前述した計測部２０Ｋは直交スリーブ２５内に位置し、計測部２０Ｋの両側には、流路ハウジング２０の両側面から側方に突出する１対の電極支持突部３１，３１及び１対の固定突部３２，３２が備えられている。それら電極支持突部３１及び固定突部３２は、図３に示すように隣り合って一体になっている。

また、図２に示すように、流路ハウジング２０には、計測部２０Ｋの上下に部品収容空間３０，３０が形成されている。さらには、図４に示すように、一方の電極支持突部３１の固定突部３２とは反対側の隣には、コイル２６が、その巻回軸を上下方向に向けた状態に収容されている。そして、そのコイル２６の図示しない鉄心の両端部に接合された１対のヨーク２７（図４には、一方のヨーク２７のみが示されている）が部品収容空間３０，３０まで延び、それらヨーク２７，２７の平板状端部２７Ａ，２７Ａが図２に示すように計測流路２０Ｒの計測部２０Ｋを挟んだ状態に対向配置されている。

さて、図４に示すように、流路ハウジング２０のうち計測部２０Ｋの両側には、前述した電極支持突部３１，３１の延長線上に１対の多孔質電極５１，５１が埋設されると共に、各電極支持突部３１の先端面から多孔質電極５１まで延びる１対の電極収容孔３５，３５が形成されている。

多孔質電極５１は、親水化処理された多孔質の導電体（例えば、グラファイト）で構成され、図５に示すように、ヘッド部５２と多孔質側連結部５３とからなる。ヘッド部５２は、直方体状をなし、その一側面が計測流路２０Ｒの内面と面一に配置された電極対向面５１Ａになっている。また、図示しないが多孔質電極５１，５１同士の対向方向から電極対向面５１Ａを見ると計測流路２０Ｒの軸方向に長い長方形をなし、計測部２０Ｋの上下方向の中央に位置している。

多孔質側連結部５３は、例えば円筒状をなしてヘッド部５２における電極対向面５１Ａの反対側面の中央から突出している。また、多孔質側連結部５３の外面基端部には、Ｒ面取りされた曲面５３Ｒが備えられている。

電極収容孔３５は、多孔質側連結部５３の外径より大きな同心円状の断面を有している。そして、多孔質側連結部５３の軸方向における中間位置より先端側が、電極収容孔３５の奥面中央から突出している。この構造は、流路ハウジング２０をインサート成形する図示しない成形金型に多孔質側連結部５３の先端部を保持させて容易に成形することができる。

各電極収容孔３５には、中実電極５５がそれぞれ収容されている。中実電極５５は、例えばステンレスで構成され、全体が棒状をなしている。また、中実電極５５には、中間部分を段付き状に拡径して中間大径部５７が形成され、その中間大径部５７より先端側が中実側連結部５６をなす一方、その反対側が電線接続部５８になっている。また、中実側連結部５６の先端部はテーパー形状をなしている。そして、中実側連結部５６が、前述の多孔質側連結部５３内の嵌合孔５３Ａに嵌合されて中実電極５５と多孔質電極５１とが導通接続されている。また、導通接続された多孔質電極５１と中実電極５５とから検知電極５０が構成されて、図４に示すように、１対の検知電極５０，５０が計測流路２０Ｒの両側に配置されている。

図５に示された中実側連結部５６は、多孔質側連結部５３より僅かに短くなっていて、中間大径部５７の先端面が多孔質側連結部５３の先端面５３Ｔに当接している。また、中間大径部５７と電極収容孔３５の内面との間にシール部材としてのＯリング３６が挟まれている。

そのＯリング３６と中実電極５５は、電極固定部材４０によって抜け止めされている。電極固定部材４０は、電極支持突部３１及び固定突部３２の先端面に重ねられ、電極収容孔３５に嵌合される嵌合突部４１と、固定突部３２に形成された取付孔３２Ａに重なる螺子挿通孔４２とを有する。そして、螺子挿通孔４２に通した図示しない螺子が取付孔３２Ａにねじ込まれて電極固定部材４０が流路ハウジング２０に固定されている。また、嵌合突部４１の中心部分を電極挿通孔４３が貫通していて、その電極挿通孔４３は、途中部分から嵌合突部４１の先端側が段付き状に拡径されている。そして、中実電極５５が電極挿通孔４３内に挿通され、中間大径部５７の基端面が電極挿通孔４３の段差面４３Ｄに当接し、これにより中実電極５５が電極収容孔３５内に抜け止めされている。また、Ｏリング３６は、嵌合突部４１の先端面４１Ｔに当接して電極収容孔３５内に抜け止めされると共に、多孔質側連結部５３の先端面５３Ｔによって電極収容孔３５の奥側への移動を規制されている。嵌合突部４１の先端面４１ＴがＯリング位置決部に相当する。

また、中実電極５５の電線接続部５８は、電極固定部材４０を貫通して電極収容孔３５の外側まで延びている。そして、図２に示すように、電線接続部５８の先端部に電線９０が接続されて流路ハウジング２０の上方に延び、制御ユニット１０Ｕ内の制御基板６０に接続されている。また、コイル２６の図示しない電線も同様に制御基板６０に接続されている。

本実施形態の電磁流量計１０の構成に関する説明は、以上である。次に、この電磁流量計１０の作用効果について説明する。電磁流量計１０は、水道管の途中に接続されて作動し、水道管を流れる水の流量を測定する。そのために、制御基板６０がコイル２６に交流電流を通電して、交番する磁界を計測流路２０Ｒの計測部２０Ｋに側方から付与する。この状態で計測部２０Ｋを水が流れると、電磁誘導により１対の検知電極５０，５０の電極対向面５１Ａ，５１Ａの間に水の流速に応じた電位差が生じる。制御基板６０は、その電位差と計測部２０Ｋの断面積等に基づいて単位時間当たりの水の流量を演算する共に、その流量を積算して積算流量を演算する。そして、それら演算結果が制御基板６０の上方のモニタ６１に表示される。

ところで、電磁流量計１０の測定精度に影響を与える要素の１つとして、検知電極５０と水との間のキャパシタンスである電気化学二重層容量が挙げられる。具体的には、検知電極５０と水との接触面積が小さいと電気化学二重層容量が小さくなり、１対の検知電極５０，５０間のインピーダンスが大きくなるため、１対の検知電極５０，５０間に、電磁誘導による電流が流れ難くなり、ノイズの影響を受け易くなる。これに対し、本実施形態の電磁流量計１０では、上述の通り、１対の検知電極５０，５０が、多孔質の導電体で構成された１対の多孔質電極５１，５１と、それら多孔質電極５１，５１に導通接続される１対の中実電極５５，５５とで構成されている。そして、検知電極５０の一部である多孔質電極５１に水が浸透して、検知電極５０と水との接触面積を大きく確保することができる。これにより、電気化学二重層容量が大きくなってノイズの影響が抑えられ、流量の測定精度が向上する。

また、１対の多孔質電極５１，５１は、流路ハウジング２０に埋設される一方、１対の中実電極５５，５５は、流路ハウジング２０に形成された１対の電極収容孔３５，３５に収容されている。そして、各多孔質電極５１の多孔質側連結部５３と、各中実電極５５の中実側連結部５６とが電極収容孔３５内で互いに嵌合して導通接続されている。

このような構成とすることで、流路ハウジング２０のインサート成形により１対の多孔質電極５１，５１を流路ハウジング２０に容易に固定することができると共に、１対の電極収容孔３５，３５への１対の中実電極５５，５５の組み付けと、多孔質電極５１，５１と中実電極５５，５５との組み付けとを容易に行うことができる。

また、多孔質電極５１がヘッド部５２から筒状の多孔質側連結部５３が突出した構造をなし、ヘッド部５２のうち電極対向面５１Ａと多孔質側連結部５３が突出している部分以外が流路ハウジング２０を構成する樹脂で覆われているので、多孔質電極５１のうち電極収容孔３５側に露出する部分を小さくすることができ、多孔質電極５１を浸透する水を、中実電極５５と各電極収容孔３５の間のＯリング３６で容易に堰き止めることができる。

また、多孔質電極５１の電極対向面５１Ａは、計測流路２０Ｒの内面と面一になっているので、計測流路２０Ｒ内の乱流が抑えられ、この点においても計測精度が向上する。さらには、断面形状が四角形の計測流路２０Ｒに対し、多孔質電極５１の電極対向面５１Ａが四角形になっているので、電極対向面５１Ａを広くすることでき、この点においても計測精度が向上する。

［第２実施形態］
本実施形態は、図６に示されており、検知電極５０Ｖの構造が第１実施形態と異なる。本実施形態の検知電極５０Ｖの一部を構成する多孔質電極５１Ｖは、例えば、直方体状の本体部８１の一側面から円錐台形突部８２が突出した構造をなしている。そして、円錐台形突部８２の先端面が電極対向面５１Ａになって計測流路２０Ｒの内側面と面一に配置されている。また、本体部８１のうち円錐台形突部８２との反対面の中央には、円形凹部８４が陥没形成され、その円形凹部８４の底面中央に円形孔である多孔質側連結部８３が形成されている。また、電極収容孔３５Ｖは、一端側が円形凹部８４に連続する小径部３５Ａをなし、他端側が段付き状に拡径されて大径部３５Ｂになっている。この構造は、流路ハウジング２０Ｖをインサート成形する図示しない成形金型の支持突部の先端を、多孔質電極５１Ｖの円形凹部８４に嵌合して容易に成形することができる。

また、中実電極５５Ｖは、断面円形をなして、先端側から順番に中実側連結部７０、中間小径部７１、中間大径部７２、フランジ部７３及び接続突部７４を備える。そして、中実側連結部７０の基端部にＯリング３６が嵌合された状態で、その中実側連結部７０側から電極収容孔３５Ｖに挿入されている。そして、中実側連結部７０の先端側が多孔質電極５１Ｖの多孔質側連結部８３に嵌合されかつ、中実電極５５Ｖの中間小径部７１が電極収容孔３５Ｖの小径部３５Ａに嵌合されかつ、中実電極５５Ｖの中間大径部７２が電極収容孔３５Ｖの大径部３５Ｂに嵌合されている。また、フランジ部７３の図示しない貫通孔に通した螺子が流路ハウジング２０Ｖの図示しない取付孔に締め込まれて、中実電極５５Ｖが流路ハウジング２０Ｖに固定されている。さらに、接続突部７４に図示しない電線が半田付け又は蝋付けされる。

本実施形態の電磁流量計１０Ｖによれば、前記第１実施形態の電磁流量計１０の作用効果に加え、多孔質電極５１Ｖが、電極対向面５１Ａに向かって窄んだ形状をなしているので、計測流路２０Ｒに対する電極対向面５１Ａの大きさのバランスを保ちながら、流路ハウジング２０Ｖに埋設される多孔質電極５１Ｖ全体の体積を大きくして、多孔質電極５１Ｖと水との接触面積を大きくすることができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記第１実施形態の多孔質電極５１は、グラファイトであったが、金属に複数の孔を穿孔したものや、焼結金属であってもよい。

（２）前記第１実施形態の電磁流量計１０は、シール部材としてはＯリング３６を備えていたが、充填式のシール剤によってシール部材が構成されていてもよいし、シール部材としてパッキンを使用してもよい。

（３）前記第１実施形態において、多孔質電極５０は円柱状でもよいし、多角柱状でもよい。また、多孔質電極５０の先端部が計測流路２０の内側に突出していてもよい。

１０，１０Ｖ電磁流量計
２０，２０Ｖ流路ハウジング
３５，３５Ｖ電極収容孔
３６０リング（シール部材）
５０，５０Ｖ検知電極
５１多孔質電極
５１Ａ電極対向面
５２ヘッド部
５３，８３多孔質側連結部
５５，５５Ｖ中実電極
５５Ｖ中実電極
５６，７０中実側連結部

Claims

磁界を受けた状態で水が流れる計測流路を有する樹脂製の流路ハウジングと、
多孔質の導電体で構成され、前記流路ハウジングに埋設されて前記磁界と交差する方向で対向する１対の多孔質電極と、
前記１対の多孔質電極に設けられ、前記計測流路内に露出して互いに対向する１対の電極対向面と、
前記流路ハウジングの外面から前記１対の多孔質電極まで連通する１対の電極収容孔と、
前記１対の電極収容孔に収容される１対の中実電極と、
各前記中実電極と各前記多孔質電極とに形成されて互いに嵌合し、導通接続される多孔質側連結部及び中実側連結部と、
前記１対の中実電極と前記１対の多孔質電極とによって構成され、前記計測流路内の２点間の電位差を検出する１対の検知電極と、
各前記中実電極と各前記電極収容孔の隙間をシールするシール部材と、を備える電磁流量計。
前記中実電極の外側面と前記電極収容孔の内側面との間に挟まれる前記シール部材としてのＯリングを備える請求項１に記載の電磁流量計。
各前記多孔質電極は、一側面の一部又は全体が前記電極対向面をなし、前記電極対向面以外の他の側面のうち一部以外が前記流路ハウジングを構成する樹脂で覆われたヘッド部と、前記ヘッド部の前記他の側面の前記一部から突出する筒状又は棒状の前記多孔質側連結部とからなる請求項１に記載の電磁流量計。
前記多孔質側連結部は、円筒状をなして、前記ヘッド部側の端部を前記流路ハウジングを構成する樹脂で覆われ、
前記中実電極は、断面円形の棒状をなすと共に、先端部が前記多孔質側連結部に嵌合される前記中実側連結部をなしている請求項３に記載の電磁流量計。
前記中実電極の軸方向の中間部分の外側面と前記電極収容孔の内側面との間に挟まれる前記シール部材としてのＯリングと、
前記Ｏリングを、前記中実電極の軸方向で前記多孔質側連結部との間で挟んで位置決めするＯリング位置決部を備える請求項４に記載の電磁流量計。
前記１対の電極対向面が前記計測流路の内面と面一になっている請求項１乃至５の何れか１の請求項に記載の電磁流量計。
前記多孔質電極は、前記電極対向面に向かって窄んだ形状をなし、前記電極対向面のみが前記計測流路に露出している請求項６に記載の電磁流量計。
前記計測流路のうち前記１対の多孔質電極が位置する部分の断面形状は、四角形をなし、前記１対の電極対向面は、四角形をなしている請求項１乃至７の何れか１の請求項に記載の電磁流量計。
前記多孔質電極は、グラファイトで構成されている請求項１乃至８の何れか１の請求項に記載の電磁流量計。
前記グラファイトは、親水化処理されている請求項９に記載の電磁流量計。