CN102859337B

CN102859337B - 浮子式位置传感器

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Publication number: CN102859337B
Application number: CN201180018866.XA
Authority: CN
Inventors: 泽野胜利
Original assignee: Toflo Corp
Current assignee: Toflo Corp
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: WO2011129079A1; KR20130058673A; US20130049743A1; JP2011220926A; JP5489281B2; CN102859337A; KR101820983B1

Abstract

本发明的目的在于提供一种即使在切断电源后发生了浮子的移动、也不必在下一次的电源接通时进行特别调整的简单构造的浮子式位置传感器。浮子式位置传感器包括：浮子；磁传感器，其为了检测伴随着上述浮子的移动的磁场变化而设于上述浮子的移动方向的侧方，其特征在于，利用上述磁传感器并借助设于上述磁传感器附近的能够移动的磁体来检测伴随着上述浮子的移动的磁场变化。

Description

浮子式位置传感器

技术领域

本发明涉及一种用于面积式流量计、液面计等中的、使用了浮子的位置传感器。

背景技术

以往，在面积式流量计中，如图1所示，存在设有浮子式位置传感器的面积式流量计（专利文献1和专利文献2）。该浮子1配置于以内径朝向上方逐渐变大的方式构成的管2内，伴随着从下方向上方在管2内通过的流体的流量逐渐变多，浮子1上浮，在其自重与流体向上的力平衡的位置停留，能够用该位置测量流量。

在这种面积式流量计中，在欲检测流量的上述管2的外壁上设有磁传感器3，由磁传感器3检测上述浮子1的通过并将管2内的流体的流量多于或少于所设定的流量的信息作为信号从开关电路4输出。

在上述面积式流量计的情况下，通常，在浮子1内内置有磁体5，对浮子1的通过进行磁场或光学性的检测。

作为磁场检测方法，使用磁簧开关、霍尔IC（I C：电路）、MR/GMR（MR/GMR：磁阻/巨磁阻）磁传感器等磁接近开关，磁传感器使用能够判断N极、S极的双极型磁传感器。在图1所示的结构中，由于浮子1内的磁体5在通过磁传感器3的附近时施加于磁传感器3的磁极性会发生变化，因而利用比较器6来检测该变化。

图2的上侧示意性地示出了：在管2内，在浮子1从上向下移动时的、（感磁轴，即磁场感应轴）磁传感器3与比较器6的位置关系，图2的下侧示出了磁传感器3的输出和比较器6的输出。

即使浮子1由于比较器6的磁滞而远离磁传感器3，只要浮子1位于比磁传感器3靠下的位置，比较器6的输出就会得到保持。接着，在浮子1从下向上上升而移动到比磁传感器3靠上的位置时，比较器6的输出会反转。

在这种以往的位置传感器中存在如下那样的不便。在设置在实际的现场而使用的流量计中，由于流量计是面积式流量计，因而其是机械性的，能够在没有电源的供给的情况下进行工作。另一方面，磁传感器3是电动的，必须有电源的供给。在由于某种情况而暂时切断电源时，只要在下一次接通了电源时浮子没有位于磁传感器3的附近，浮子就会以初始状态上升。即，在暂时切断了电源的情况下，必须要进行初始调整。在接入电源后，例如，需要进行暂时停止流体的流动和再次使流体流动等操作，使浮子1通过磁传感器3的附近，从而使状态与电源切断前相一致。

也想到在电源的接通、断开等状态发生了变化时将其状态预先存储在非易失性存储器中的方法，但是，若浮子1在电源的接通、断开的前后发生移动，则在下一次的电源接通时会产生状态不一致这样的问题。

同样，在液面计中，在欲利用磁体式传感器来判断浮子位置的方式时，也存在完全相同的不便。

专利文献1：日本实开昭62-9132号公报

专利文献2：日本实开昭63-2123号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种即使在切断电源后浮子发生了移动、也不必在下一次的电源接通时进行特别调整的简单构造的浮子式位置传感器。

本发明的浮子式位置传感器的第1技术方案是一种浮子式位置传感器，其包括：浮子；磁传感器，其为了检测伴随着上述浮子的移动的磁场变化而设于上述浮子的移动方向的侧方，其特征在于，利用上述磁传感器并借助设于上述磁传感器附近的能够移动的磁体来检测伴随着上述浮子的移动的磁场变化。

另外，根据第1技术方案所述的浮子式位置传感器，第2技术方案的浮子式位置传感器的特征在于，上述能够移动的磁体配置于上述浮子的移动方向与上述磁传感器之间或上述磁传感器的与上述浮子侧相反的一侧。

另外，根据第1技术方案或第2技术方案，第3技术方案的浮子式位置传感器的特征在于，上述磁体以可旋转的方式由与上述浮子的移动方向平行的轴枢轴支承。

另外，根据第1～第3技术方案所述的浮子式位置传感器，第4技术方案的浮子式位置传感器的特征在于，上述磁体配置于用于限制磁体在相对于上述浮子的移动方向接近或远离的方向上移动的框体内。

另外，根据第4技术方案所述的浮子式位置传感器，第5技术方案的浮子式位置传感器的特征在于，在上述框体内壁上设有用于限制上述磁体的旋转范围的突起。

另外，根据第1技术方案～第5技术方案所述的浮子式位置传感器，第6技术方案的浮子式位置传感器的特征在于，上述磁体为柱状或圆盘状的多极磁体。

另外，根据第1技术方案～第6技术方案所述的浮子式位置传感器，第7技术方案的浮子式位置传感器的特征在于，使上述磁体的极侧的端部形成为纺锤状或球面状。

另外，根据第1技术方案～第7技术方案所述的浮子式位置传感器，第8技术方案的浮子式位置传感器的特征在于，上述磁体形成为：连接两极间的线是弯曲的。

采用本发明，能够提供一种即使在电源的接通、断开时等发生了浮子的移动、也不必在下一次的测量时进行调整的浮子式位置传感器。

附图说明

图1是以往的浮子式位置传感器的构造的侧剖视说明图。

图2是该传感器的输出和比较器的输出的说明图。

图3是本发明的一实施方式的浮子式位置传感器的说明图（其中，（a）是俯视图，（b）是侧视图）。

图4是该浮子式位置传感器的轴构造的说明图。

图5是图3的实施方式中的磁体的旋转的说明图。

图6是本发明另一实施方式的浮子式位置传感器的说明图。

图7是图6的实施方式中的磁体的旋转的说明图。

图8是本发明又一实施方式的浮子式位置传感器的说明图。

图9是图8的实施方式中的磁体的旋转的说明图。

图10是磁体的旋转受到限制的例子的说明图。

图11是本发明的再一实施方式的磁体的端部的说明图。

图12是本发明的再一实施方式的磁体的端部的说明图。

图13是本发明的再一实施方式的磁体的形状的说明图。

图14是本发明的再一实施方式的磁体的形状的说明图。

图15是图14所示形状的磁体的旋转的说明图。

图16是在框体内壁上设有突起的情况下的磁体的旋转的说明图。

图17是框体内壁上设有突起的情况下的另一实施方式的磁体的旋转的说明图。

图18是本发明一实施方式的磁体的磁力线与磁传感器的感磁轴的说明图。

图19是表示本发明一实施方式的磁体与磁传感器的位置关系的图。

图20是本发明一实施方式的浮子式位置传感器中的浮子的移动和磁传感器受到的磁场的说明图。

图21是图20的过程中进行了电源的接入、切断的情况下的说明图。

具体实施方式

下面，说明本发明的实施方式。

图3表示本发明的一实施方式的浮子式位置传感器的基本结构。

在管2内设有浮子1，该浮子1在内部具有磁体5，该浮子1能够伴随着流体的移动而进行移动。浮子1内的磁体5构成为S极和N极朝向流体的移动方向，在图示中，磁体5的上侧为S极，磁体5的下侧为N极。此外，浮子1只要具有磁性即可，其并不受特别限定，浮子1本身也可以由磁性材料构成。

在管2、即浮子1的移动方向的侧方设有磁传感器3，在磁传感器3与管2侧面之间设有磁体7，如图4所示，通过与浮子1的移动方向平行的旋转轴7a来枢轴支承磁体7的长边方向的中央部，磁体7能够以该旋转轴7a为中心在水平面内旋转。

此外，在将棒状磁体、针形磁体用作磁体7的情况下，也可以不在磁体7上设置轴。这是由于：因为接触面积较小，因而静摩擦力较小。能够确认到：例如通过将具有表面磁通密度为大约1000高斯的磁性的浮子1与具有700高斯的磁性的前端形成为球状的2mm×2mm×6mm的磁体7组合，以磁体7不带有轴的方式的封入内径7mm、高度3mm的空间内而成的构造，能够进行稳定的动作。

作为磁传感器3，例如，能够使用霍尔元件、霍尔IC、MR磁传感器、GMR磁传感器等。

此外，优选将磁体7设在框体8内。这是为了防止磁体7因浮子1的磁力而向相对于浮子1侧接近或远离的方向移动。另外，在将磁体7配置在框体8内的情况下，优选为了使磁体7的旋转平滑而使框体8形成为圆筒状。

上述结构中，从表示初始状态的图5的（a）和图5的（b）所示的状态，因周围的磁场伴随着浮子1在管2内沿上下方向的移动而发生了变化，如图5的（c）和图5的（d）所示，这使磁体7在水平面内旋转而使磁体7的朝向相对于初始状态发生变化，会对磁传感器3施加与之前施加过的磁场极性相反的磁场。

此外，在上述图3和图5中，说明了磁体7在水平面内进行旋转的例子，但是，如图6所示，磁体7也可以构成为能够在与浮子1的移动方向相交的方向上被枢轴支承地进行旋转。从表示初始状态的图7的（a）和图7的（b）所示的状态，因周围的磁场伴随着浮子1在管2内沿上下方向的移动而发生了变化，如图7的（c）和图7的（d）所示，这使磁体7在垂直面方向上旋转而使磁体7的朝向相对于初始状态发生变化，会对磁传感器3施加与之前施加过的磁场极性相反的磁场。

在参照上述图3～图7说明了的例子中，说明了将磁体7配置在浮子1的移动方向与磁传感器3之间的情形，但是，只要磁体7位于磁传感器3的附近，则也可以如图8所示，将磁体7配置于磁传感器3的与浮子1相反的一侧。

同样，在该情况下，从表示初始状态的图9的（a）和图9的（b）所示的状态，因周围的磁场伴随着浮子1在管2内沿上下方向的移动而发生了变化，如图9的（c）和图9的（d）所示，这使磁体7在水平面内旋转而使磁体7的朝向相对于初始状态发生变化，会对磁传感器3施加与之前施加过的磁场极性相反的磁场。

尽管因浮子1的位置的不同能够使磁体7旋转而改变磁极的朝向，但也会有因磁体7的形状而导致磁体7不旋转，而是保持与浮子1相排斥的排斥状态的情况。在产生了斥力、吸引力时，若存在稳定的平衡点，则存在磁体7发生排斥并被向框体8的后侧（与浮子1相反的一侧）推压，但不会进行旋转的情况。

具体而言，如图10所示，当位于图10的（a）中的上方的浮子下降而成为图10的（b）的状态时，磁体7被浮子1的S极吸引而与框体8的壁相抵靠，在图10的（c）中，当浮子1进一步下降时，磁体7的N极受到浮子1的N极的斥力，从而磁体7与框体8的壁相抵靠而不进行旋转。

为了避免该问题，优选将磁体7的端部设成不妨碍旋转的形状。具体而言，如图11所示，将磁体7的极侧的端部设成球形，或者，如图12所示，将磁体7的极侧的端部设成锥形并为了不使先端被钩挂而对先端进行倒圆角。通过使磁体7的端部形成上述形状，能够不产生稳定的平衡。

另外，为了设成不妨碍磁体7旋转的形状，除了图11、图12示出的形状之外，也可以将磁体7设成图13、图14所示那样的形状。在图13、图14中，连接磁体7的N极与S极的线设成了弯曲状（例如170°），而不是直线状（180°）。

在将图14所示的形状的磁体用作了磁体7的情况下，将伴随着浮子1的移动的磁体7的状态表示在图15中。

当浮子1的S极靠近磁体7时，磁体7进行旋转而成为图15的（a）的状态。此时，磁体7的S极与浮子1的S极相排斥。然而，由于浮子1的S极的对于磁体7的N极的吸引力大于对于磁体7的S极的斥力，因而，磁体7在图15的（a）的状态下停止旋转。接着，当浮子1的N极靠近磁体7时，磁体7的N极受到斥力，磁体7的S极受到吸引力。此时，由于磁体7的S极在图15的（b）的例子中向左侧弯曲，因而，磁体7向图15（b）的箭头的方向旋转，并在图15的（c）的位置处停止。之后，当浮子1的S极靠近了磁体7时，与上述同样地，如图15的（d）所示，磁体7会向弯曲了的方向旋转。

这样，当使用使连接磁体7的N极与S极的线弯曲（例如170°）了的磁体7时，不会产生稳定的平衡而能够进行可靠的动作。

通常，由于浮子1追随流体的流动的变化因此不会高速移动。但是，也存在稀少的浮子1高速移动的流量计。当浮子1高速移动时，由于在对磁体7施加旋转力之后，在使反相的极固定之前，浮子1就已经通过磁体7附近，因而，磁体7以惯性继续旋转，结果会以不期望的形式停止。为了避免过度的旋转并进行可靠的动作，并且为了使磁体的形状简单，在框体8的内周壁上设置图16所示的突起状的转动止动部9是有效的。在图16所示的例子中的框体8的内壁上设有阻止棒状磁体的旋转的突起9。该转动止动部用的突起9为能够阻止棒状磁体的旋转的大小。例如，在使用如图16的框体8那样的圆筒形框体的情况下，需要使棒状磁体的长边方向的最长部分的长度与突起的高度相加后的长度超过框体8的直径的长度。由此，即使针对浮子1进行高速移动的情况，也由于用突起9来阻止磁体7的过度的旋转，因而，也会保证正常的动作。

另外，如图16所示，突起9优选设置在框体8的、距离浮子1最短的位置的那部分的内壁上。这是因为，当在该位置设有突起9时，对于因浮子1的S极或N极的吸引力而旋转、静止的磁体7而言，其静止时的长边方向的直线与在没有设置突起9的状态下静止时的长边方向的直线的基准相比，是倾斜的。由此，与上述说明的图15的情况相同，磁体7的N极、S极各自的旋转的方向得到确定，不会产生稳定的平衡状态。

并且，对于突起9而言，只要以向框体8增设突起部分的方式，或者以使设置突起9的部分的外壁凹陷而内壁突出的方式来设计成型品的模具即可，并不会导致任何成本的上升。

同样，在将带有轴的圆盘型磁体用作磁体7的情况下，通过将作为转动止动部的突起9设置在磁体7与框体8内壁这两者上，能够将确定旋转方向并进行可靠的旋转。在图17所示的例子中，与上文说明的棒状磁体的框体8相同，将突起9设置在框体8的、距离浮子1最短的位置的部分的内壁上。并且，将突起9还设置在了磁体7的两个磁极处的侧面部表面上。这些突起9的高度只要为在磁体7旋转时框体8内壁侧的突起9与磁体7侧的突起相接触而阻止旋转的高度即可。

此外，在图16和图17的例子中，突起分别为三角形、长方形，但是，只要能够阻止磁体7的过度的旋转，则并不特别限定于这些形状。

当将突起9设于框体8的上述的位置时，棒状磁体的长边方向的直线与磁传感器3的感磁轴没有如图18的（a）所示那样地平行，而是成为图18的（b）那样的状态。然而，即使两者不平行，只要对应的是同一极性的磁力线，就不会有问题。

在将磁传感器3的感磁轴设为基准的情况下的棒状磁体的长边方向的容许倾斜角度与磁体7和传感器元件的位置有关。图19是将棒状磁体的长度设为8mm、将从棒状磁体7的中心到传感器元件的距离设为12mm时的模拟。由图19的（b）可知，当磁体偏离了作为基准的磁传感器3的感磁轴35°时，在传感器元件位置处，磁力仍具有感磁轴方向的矢量成分。只要感磁轴方向的矢量成分超过传感器的灵敏度，这种磁传感器3就能够使用。例如，在表面磁通密度为1000高斯的磁体处，图19的（b）的传感器位置处的感磁轴方向的磁通为大约25奥斯特，从而具有以通常的磁传感器3就能够足以使用的磁感应强度。

接着，参照图20来具体说明磁体7的状态与磁传感器3的输出的关系。在图20的（a）中，从左起依次表示磁体5向靠近磁传感器3的方向（下方向）移动的状态（（S1）～（S4））、到达了下端（S4）后再次进行上升移动的状态（（S4）～（S7））。该图的（b）与该图的（a）相对应地表示磁体7的N极的方向与来自磁传感器3的信号输出。

磁传感器3成为感知来自磁体7的磁场并进行信号输出的状态。

磁体7在受到来自浮子1的磁场强度超过预定值时进行旋转而改变朝向（（S3）和（S6））。并且，即使浮子1远离，磁体7也会持续对磁传感器3施加磁场（（S3）～（S5））。

接着，参照图21来说明用图20说明过的例子的变形例。如该图的（b）所示，在该例子中，在（S2）～（S4）和（S6）中切断电源，在除此之外的步骤中接入了电源。由该图的（b）可知，由于即使在切断了电源期间，浮子1和磁体7也都能够移动，因而，当在（S6）中再次接通了电源时，磁传感器3也能够检测浮子1的正确位置并进行信号输出。

附图标记说明

1、浮子；2、管；3、磁传感器；4、开关电路；5、磁体；6、比较器；7、磁体；8、框体；9、突起。

Claims

1.一种浮子式位置传感器，其包括：浮子，其具有浮子磁体；磁传感器，其为了检测伴随着上述浮子的移动的上述浮子磁体的磁场变化而设于上述浮子的移动方向的侧方，其特征在于，

利用上述磁传感器并借助设于上述磁传感器附近的能够移动的磁体的磁场变化来检测伴随着上述浮子的移动的上述浮子磁体的磁场变化，

使上述能够移动的磁体的极侧的端部形成为纺锤状或球面状。

2.一种浮子式位置传感器，其包括：浮子，其具有浮子磁体；磁传感器，其为了检测伴随着上述浮子的移动的上述浮子磁体的磁场变化而设于上述浮子的移动方向的侧方，其特征在于，

上述能够移动的磁体形成为：连接两极间的线是弯曲的。

3.一种浮子式位置传感器，其包括：浮子，其具有浮子磁体；磁传感器，其为了检测伴随着上述浮子的移动的上述浮子磁体的磁场变化而设于上述浮子的移动方向的侧方，其特征在于，

上述能够移动的磁体配置于用于限制磁体在相对于上述浮子的移动方向接近或远离的方向上移动的框体内，

在上述框体内壁上设有用于限制上述能够移动的磁体的旋转范围的突起。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的浮子式位置传感器，其特征在于，

上述能够移动的磁体配置于上述浮子的移动方向与上述磁传感器之间或上述磁传感器的与上述浮子侧相反的一侧。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的浮子式位置传感器，其特征在于，

上述能够移动的磁体以可旋转的方式由与上述浮子的移动方向平行的轴枢轴支承。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的浮子式位置传感器，其特征在于，

上述能够移动的磁体为柱状或圆盘状的多极磁体。