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2007年6月29日 (金)

電磁流量計

ファラデーの法則を利用する。

磁束密度をB、測定管の直径をD、流速をVとすると、BとVに対して直交する方向に起電力Eを生じる。

E=BDVの関係が成り立つ。測定対象は導電性液体、具体的には水道水から海水・下水まで多くの導電性液体の計測がこの計器の使用目的である。

多くの流量計はピンポイントの流速を元に流量を測定するが、電磁流量計は比較的流速の管内分布の影響を受けない。

管の直径は最大2000mm以上、最小は数mm程度のものが製作されている。東京都の全体の取水流量に匹敵する流量から水がぽたぽた落ちる流量までの計測ができる。

式にD=0.1m、B=0.01T、V=1m/sを代入すると起電力E=1mVとなる。

この小さな電圧を、不安定な電極と液体の接触起電力の中から測定するために、通常、磁界を商用周波数の数分の1から数10分の1の周期で反転させ、起電力Eを交流電圧として捉える。

信号源インピーダンスは高く、かつ変動するので、ブートストラップ回路などのインピーダンス変換をおこなってから、本格的な信号処理を行う。

10cm立方のエリアに0.01Tの交番磁界を形成するには、100W前後のピーク電力が必要である。

交流・低周波・高インピーダンスでかつ1mVで0.1-1%レベルの増幅するにはそれなりのアナログ回路技術が必要である。

センサ信号処理の方針は、具体的数値を検討して初めてその戦略が立つ。

良く知られたファラデーの法則ではあるが、現実的な数値を代入し、電気化学的な不安定要因を考慮して信号処理を行わなければならない。

その時代、時代における具体的数値例をあげ、センサの持つ影と日向の世界を見せることが工学の世界の始まりであると考える。

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コメント

懐かしいですね。
入社して最初に手がけた製品です。
当時は商用電源を利用していたので、パイプや電極による微弱な誘導起電力がノイズとなってしまい、その消去に苦労しました。
その後、確か200ヘルツ程度の矩形波方式で解決しましたが・・今はどうなっているのか?

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