JP2003166861A - タービン式流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はタービン式流量計の羽根車の異常の
有無を検出することを課題とする。 【解決手段】 タービン式流量計１０は、メータ本体１
２の内部に形成された流路１４内に羽根車１６を回転自
在に設けてなる。羽根車１６は、上流側と下流側との圧
力バランスにより上流側コーン２４と下流側コーン２６
との間のほぼ中間位置でフローティング状態に支持され
ているが、例えば、下流側コーン２６に設けられた圧力
導入孔２６ｄが異物等により閉塞されてしまうと、下流
側にずれた位置で回転することになる。このように羽根
車１６が下流側へずれた位置で回転すると、ピックアッ
プコイル３６からの磁界４０を外れて回転する。その結
果、ピックアップコイル３６の検出信号は、波高値Ｖ２
が規定値以下に低下する。従って、ピックアップコイル
３６の検出信号の波高値を比較することで、羽根車１６
の異常の有無を判別することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明はタービン式流量計に
係り、特に被測流体の流量に応じた羽根車の回転を検出
することで流量を計測するように構成されたタービン式
流量計に関する。 【０００２】 【従来の技術】タービン式流量計では、ハブの外周に複
数の羽根を有する羽根車（ロータ）を流路中に回転自在
に支持し、流路を流れる被測流体の流量に応じた羽根車
の回転を検出することで流量計測を行うように構成され
ている。 【０００３】また、羽根車は、羽根車の上下流側での圧
力バランスにより、上下流側コーンの間で回転軸に挿通
されてフローティング状態に支持されており、羽根車の
端面が下流側コーンの端面または軸受に接触しないよう
にしている。これにより、被測流体の圧力で羽根車が下
流側コーンに押し付けられて摺動抵抗が羽根車に作用す
ることで計測精度が低下することを防止する。 【０００４】この種のタービン式流量計に用いられる回
転検出手段としては、ピックアップコイルがある。ター
ビン式流量計では、ピックアップコイルを羽根車の外周
に対向する流量計本体に設け、磁性材料により形成され
た羽根車の羽根がピックアップコイルの磁界を横切るこ
とによって磁気回路の磁気抵抗を変化させて誘起電圧を
生じさせることで、検出パルスが生成される。 【０００５】そして、流量計の演算部では、ピックアッ
プコイルから出力された検出信号から得た流量パルスを
カウントし、この単位時間当たりのカウント値から瞬時
流量及び積算流量を求めている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記タ
ービン式流量計では、羽根車が回転軸に回転自在に支持
され、且つ羽根車の上下流側での圧力バランスにより羽
根車が上下流側コーンの間でフローティング状態に支持
されているため、羽根車の上下流側での圧力バランスが
崩れると、羽根車が下流側コーンに近接した位置で回転
することになる。その結果、羽根車のハブ端面が下流側
コーンの端面に接触して負荷増大により羽根車の回転数
が流量に比例しなくなるという問題があった。 【０００７】さらに、タービン式流量計においては、羽
根車が下流側へずれることでピックアップコイルに対す
る羽根車の離間距離が大きくなり、その分ピックアップ
コイルから出力された検出信号の波形（波高値）が減少
して検出精度が低下するという問題も生じる。 【０００８】また、従来は、ピックアップコイルの出力
が徐々に低下しても、流量計測が行えるので、計測精度
が低下した状態のまま流量計測を継続してしまう場合も
ある。 【０００９】そこで、本発明は上記課題を解決したター
ビン式流量計を提供することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、以下のような特徴を有する。本発明は、ハブ
の外周に複数の羽根を有し、流路中に回転自在に支持さ
れた羽根車と、流路を流れる被測流体の流量に応じた羽
根車の回転を検出するピックアップと、を備えてなるタ
ービン式流量計において、ピックアップから出力された
回転検出信号の波高値を監視する監視手段と、監視手段
により波高値が所定のしきい値以下になったとき異常を
検出する異常検出手段と、を備えており、ピックアップ
から出力された回転検出信号の波高値が所定のしきい値
以下になったとき異常を検出して羽根車がフローティン
グ状態で回転せず、計測精度が低下したことを認識する
ことが可能になる。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の一実施
例について説明する。図１は本発明になるタービン式流
量計の一実施例を示す図であり、（Ａ）はタービン式流
量計の縦断面図、（Ｂ）は流路内の圧力分布図である。
図１（Ａ）に示されるように、タービン式流量計１０
は、メータ本体１２の内部に形成された流路１４内に羽
根車（ロータ）１６を回転自在に設けてなる。羽根車１
６は、流路１４の中心に支持された回転軸１８に挿通さ
れて回転可能に支持されており、流路１４内を流れる被
測流体の流量に比例した回転数で回転する。 【００１２】回転軸１８の両端は、流路１４内に嵌合さ
れた軸支持部材２０，２２により保持されている。そし
て、回転軸１８には、羽根車１６の上流側に位置する上
流側コーン２４と、羽根車１６の下流側に位置する下流
側コーン２６と、上流側コーン２４と下流側コーン２６
との間に介在する円筒軸２８とが挿通されている。 【００１３】羽根車１６は、ハブ３０の外周に磁性材料
により形成された複数の羽根（ブレード）３２が一定間
隔で放射状に設けられており、且つハブ３０の中心には
円筒軸２８の外周に摺動可能に嵌合する軸受部材３４が
一体的に設けられている。また、羽根車１６のハブ３０
は、軸方向の厚さＴが上流側コーン２４と下流側コーン
２６との間隔Ｌよりも小さくなっている（Ｔ＜Ｌ）。 【００１４】従って、羽根車１６は、ハブ３０の上下流
端面３０ａ，３０ｂが、上流側コーン２４，下流側コー
ン２６と隙間Ｓ＝（Ｌ−Ｔ）／２を介して対向するよう
に支持されることにより、上流側コーン２４及び下流側
コーン２６と接触しないフローティング状態に支持され
る。 【００１５】このため、羽根車１６は、軸受部材３４が
円筒軸２８によりフローティング状態に回転自在に支持
され、且つ上記隙間Ｓ分だけ円筒軸２８の軸方向（上流
側または下流側）へ摺動可能に支持されている。 【００１６】上流側コーン２４は、軸支持部材２０に当
接される軸部２４ａと、軸部２４ａの外径より大径とな
るように下流側へ向けて傾斜する円錐形状のコーン部２
４ｂと、コーン部２４ｂの端面に埋設され、円筒軸２８
の上流側端部が当接する軸受部２４ｃとを有する。 【００１７】また、下流側コーン２６は、軸支持部材２
２に当接される軸部２６ａと、軸部２６ａの外径より大
径となるように上流側へ向けて傾斜する円錐形状のコー
ン部２６ｂと、コーン部２６ｂの端面に埋設され、円筒
軸２８の下流側端部が当接する軸受部２６ｃと、コーン
部２６ｂの端面に下流側の圧力を導入するための圧力導
入孔２６ｄとを有する。 【００１８】回転軸１８は、上流側コーン２４の軸部２
４ａ及び下流側コーン２６の軸部２６ａを貫通して軸支
持部材２０，２２に挿通されている。そして、回転軸１
８の両端は、雄ねじになっており、ナット３５ａ，３５
ｂが螺入されて軸支持部材２０，２２に保持される。 【００１９】圧力導入孔２６ｄは、コーン部２６ｂを軸
方向に貫通しており、羽根車１６のハブ３０の下流端面
３０ｂとコーン部２６ｂとの間に形成された隙間Ｓに下
流側圧力を導入する。これにより、羽根車１６は、ハブ
３０の上下流端面３０ａ，３０ｂに作用する上流側の圧
力と下流側の圧力とがバランスしてフローティング状態
に保持される。 【００２０】尚、流路１４内の圧力分布は、図１（Ｂ）
に示されるように、上流側コーン２４の上流ではＰ１、
羽根車１６の羽根３２の外周付近ではＰ２、下流側コー
ン２６の下流ではＰ３，Ｐ４となる（Ｐ１＞Ｐ３（Ｐ
４）＞Ｐ２）。また、羽根車１６の上流側では、圧力が
Ｐ１からＰ２に変化し、羽根車１６の下流側では、圧力
がＰ２からＰ３に変化する。圧力導入孔２６ｄは、圧力
Ｐ３を羽根車１６のハブ３０の下流端面３０ｂに向けて
導入することでハブ３０の上下流端面３０ａ，３０ｂに
作用する圧力をバランスさせる。 【００２１】羽根車１６の羽根３２の外周端部に近接す
る流路１４の壁面内部には、ピックアップコイル３６が
取り付けられている。そして、ピックアップコイル３６
は、流量演算を行う制御回路３８に接続されている。 【００２２】ピックアップコイル３６は、磁性材料によ
り形成された羽根車１６の羽根３２が磁界４０を横切る
ことによって磁気回路の磁気抵抗を変化させて誘起電圧
を生じさせることで、検出信号を出力する。 【００２３】そして、制御回路３８では、ピックアップ
コイル３６から出力された検出信号の波形から得た流量
パルスをカウントし、この単位時間当たりのカウント値
から瞬時流量及び積算流量を算出する。 【００２４】上記のように構成されたタービン式流量計
１０の流量計測について説明する。図２は羽根車１６に
よる流量計測方法を示す図であり、（Ａ）は羽根車１６
がフローティングされた状態を示す縦断面図であり、
（Ｂ）は（Ａ）に対応するピックアップコイル３６の検
出信号の波形図である。 【００２５】メータ本体１２の流路１４内に流入した被
測流体は、上流側コーン２４によって羽根車１６の羽根
３２に向けて導かれ、羽根３２を回転方向に押圧しなが
ら下流方向へ移動する。そして、被測流体は、羽根車１
６を通過した後、下流側コーン２６に沿って下流側へ流
れるが、その一部が圧力導入孔２６ｄを通って羽根車１
６のハブ３０の下流端面３０ｂに向けて移動する。 【００２６】これにより、ハブ３０の下流端面３０ｂに
２次圧力が作用して羽根車１６を僅かに上流側へ押し戻
す。そのため、羽根車１６は、図２（Ａ）に示されるよ
うに、上流側コーン２４と下流側コーン２６との間のほ
ぼ中間位置でフローティング状態に支持される。 【００２７】このようにフローティング状態とされた羽
根車１６の羽根３２は、ピックアップコイル３６に対向
するように位置しており、ピックアップコイル３６から
の磁界４０を通過して回転する。その結果、図２（Ｂ）
に示されるように、ピックアップコイル３６の検出信号
が一定の周期の正弦波となって出力される。また、羽根
車１６の羽根３２は、ピックアップコイル３６に対して
最も近接した位置で回転しているため、上記検出信号の
波高値Ｖ１が規定値以上になる。 【００２８】図３は羽根車１６による流量計測方法を示
す図であり、（Ａ）は羽根車１６がフローティング位置
から下流側へずれた状態を示す縦断面図であり、（Ｂ）
は（Ａ）に対応するピックアップコイル３６の検出信号
の波形図である。 【００２９】図３（Ａ）に示されるように、羽根車１６
は、上流側と下流側との圧力バランスにより上流側コー
ン２４と下流側コーン２６との間のほぼ中間位置でフロ
ーティング状態に支持されているが、例えば、下流側コ
ーン２６に設けられた圧力導入孔２６ｄが異物等により
閉塞されてしまうと、下流側にずれた位置で回転するこ
とになる。 【００３０】この場合、羽根車１６は、ハブ３０の下流
端面３０ｂが下流側コーン２６に近接または接触する位
置に移動しているため、羽根３２がピックアップコイル
３６から離間した位置で回転する。 【００３１】このように羽根車１６が下流側へずれた位
置で回転すると、ピックアップコイル３６からの磁界４
０を外れて回転する。その結果、図３（Ｂ）に示される
ように、ピックアップコイル３６の検出信号は、波高値
Ｖ２が規定値以下に低下する（Ｖ１＞Ｖ２）。 【００３２】従って、ピックアップコイル３６の検出信
号の波高値を比較することで、羽根車１６の異常の有無
を判別することが可能になる。また、制御回路３８は、
ピックアップコイル３６から出力された検出信号から得
られた流量パルスをカウントして瞬時流量及び積算流量
を演算する。尚、制御回路３８のメモリには、検出信号
の周波数に応じた波高値のしきい値ＳＨが予め登録され
た周波数−波高値データベースが記憶されている。 【００３３】ここで、制御回路３８が実行する異常検出
処理につき図４を参照して説明する。図４は制御回路３
８が実行する異常検出処理のフローチャートである。
尚、制御回路３８は、通常、ピックアップコイル３６か
ら出力された検出信号から流量を演算しているが、所定
時間毎あるいはその日の電源投入時などで定期的に異常
検出処理を実行する。 【００３４】図４に示されるように、制御回路３８は、
ステップＳ１１（以下「ステップ」を省略する）でピッ
クアップコイル３６から出力された検出信号の入力パル
ス間隔から周波数を演算する。次のＳ１２では、ピック
アップコイル３６から出力された検出信号の波高値ＳＸ
（図２（Ｂ）に示すＶ１または図３（Ｂ）に示すＶ２に
対応する）を検出する。 【００３５】続いて、Ｓ１３に進み、メモリに格納され
た周波数−波高値データベースから今回の周波数に対応
するしきい値ＳＨを読み込む。次のＳ１４では、Ｓ１２
で検出された波高値ＳＸと周波数に対応するしきい値Ｓ
Ｈとを比較し、ＳＸ＜ＳＨのときはＳ１５に進み、波高
値異常信号を出力する。これにより、例えば、アラーム
を発して異常発生を報知したり、あるいは上流側に配置
された開閉弁を閉弁させて被測流体の供給を停止させる
ことも可能である。そのため、計測精度が低下した状態
での計測を停止させて流量計測の信頼性を高められる。 【００３６】また、Ｓ１４において、ＳＸ＞ＳＨのとき
はＳ１６に進み、波高値異常信号の出力を停止する。そ
して、Ｓ１１に戻り、再びＳ１１以降の処理を実行す
る。 【００３７】このように、本実施例では、検出された波
高値ＳＸと周波数に対応するしきい値ＳＨとを比較する
ことで異常の有無を検出でき、波高値ＳＸがしきい値Ｓ
Ｈ以下に低下した場合には、羽根車１６がフローティン
グ状態で回転せず（図３（Ａ）参照）、計測精度が低下
したことを認識することが可能になる。 【００３８】ここで、変形例について説明する。図５は
変形例の流量計測方法を示す図であり、（Ａ）は羽根車
１６が正常に回転検出された状態を上流側からみた正面
図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対応するピックアップコイ
ル３６の検出信号の波形図である。 【００３９】図５（Ａ）に示されるように、ピックアッ
プコイル３６は、コア（鉄心）３６ａにコイル３６ｂを
巻回したものであり、コア３６ａとその上部に配置され
たマグネット３６ｃが磁気回路を構成している。そし
て、コア３６ａ及びマグネット３６ｃを通る磁界４０が
羽根車１６の羽根３２が回転する流路１４まで延びてい
る。 【００４０】羽根車１６の羽根３２は、磁性材により形
成されており、ハブ３０の外周に複数枚（本実施例では
８枚）が等間隔で放射状に突出している。そして、被測
流体が流路１４を流れると、被測流体の流量（流速）に
応じた回転力が羽根３２に作用して羽根車１６が回転す
る。そのため、羽根車１６の８枚の羽根３２は、回転数
に応じた周期でピックアップコイル３６からの磁界４０
を通過する。 【００４１】これにより、ピックアップコイル３６のコ
イル３６ｂには、誘導電圧が発生し、羽根車１６の回転
数に応じた周波数の検出信号が制御回路３８へ出力され
る。この場合、図５（Ｂ）に示されるように、ピックア
ップコイル３６からの検出信号は、羽根車１６の回転数
に応じた一定の周期の正弦波形となる。 【００４２】ここで、羽根車１６の羽根３２の一枚が破
損（変形）した場合について説明する。図６は変形例の
流量計測方法を示す図であり、（Ａ）は羽根３２が変形
した羽根車１６の回転を検出された状態を上流側からみ
た正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対応するピックアッ
プコイル３６の検出信号の波形図である。 【００４３】図６（Ａ）に示されるように、８枚の羽根
３２の１枚が円周方向に変形した場合、変形された羽根
３２ａが時計回りに隣接する羽根３２ｂから離間すると
共に、反時計回りに隣接する羽根３２ｃに近接する。そ
のため、変形された羽根３２ａと時計回りに隣接する羽
根３２ｂとの距離（間隔）Ｌ１が通常の間隔Ｌよりも大
（Ｌ１＞Ｌ）となり、反時計回りに隣接する羽根３２と
の距離（間隔）Ｌ２が通常の間隔Ｌよりも小さくなる
（Ｌ２＜Ｌ）。 【００４４】そのため、図６（Ｂ）に示されるように、
ピックアップコイル３６からの検出信号は、一定の周期
でなく、周期が不均一な波形となる。すなわち、羽根３
２ａと時計回りに隣接する羽根３２ｂとの周期Ｔ１が通
常の周期Ｔよりも大（Ｔ１＞Ｔ）となり、反時計回りに
隣接する羽根３２との周期Ｔ２が通常の周期Ｔよりも小
さくなる（Ｔ２＜Ｔ）。 【００４５】従って、本変形例では、隣合う周期を比較
することで羽根車１６の異常の有無を判別することが可
能になり、例えば、Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔであるときは、羽根
車１６の各羽根３２が等間隔であり、正常と判別でき、
Ｔ１＞Ｔ２であるときは、羽根車１６の各羽根３２の間
隔が不均一であり、異常発生を検知することができる。 【００４６】ここで、変形例の制御回路３８が実行する
異常検出処理につき図７を参照して説明する。図７は変
形例の制御回路３８が実行する異常検出処理のフローチ
ャートである。尚、変形例の制御回路３８は、通常、ピ
ックアップコイル３６から出力された検出信号から流量
を演算しているが、所定時間毎あるいはその日の電源投
入時などで定期的に異常検出処理を実行する。 【００４７】図７に示されるように、制御回路３８は、
Ｓ２１において、ピックアップコイル３６から出力され
た検出信号より得られた流量パルス（１個目のパルス）
が入力されると、Ｓ２２に進み、流量パルスをカウント
（＋１）する。 【００４８】次のＳ２３では、計時を開始する。続い
て、Ｓ２４において、流量パルス（２個目のパルス）が
入力されると、Ｓ２５に進み、計時値（１個目のパルス
と２個目のパルスとの時間的な間隔）を記憶する。 【００４９】続いて、Ｓ２６で計時値をリセットする。
次のＳ２７では、パルスカウント数が羽根３２の枚数
（本変形例では、８枚）と同一かどうかをチェックす
る。Ｓ２７において、パルスカウント数が羽根３２の枚
数に達していないときは、上記Ｓ２２に戻り、Ｓ２２〜
Ｓ２７の処理を繰り返す。そして、Ｓ２７において、パ
ルスカウント数が羽根３２の枚数に達したときは、Ｓ２
８に進み、隣合う各パルス間の計時値（周期Ｔ）を比較
する。 【００５０】次のＳ２９では、隣合う各パルス間の計時
値（周期Ｔ）の差が所定値以上の計時値があることを確
認する。このＳ２９において、隣合う各パルス間の計時
値（周期Ｔ）の差が所定値以上あるとき（Ｔ１＞Ｔ２）
は、図５（Ｂ）に示されるように、ピックアップコイル
３６からの検出信号が不均一であると判断し、間隔異常
信号の出力する。これにより、例えば、アラームを発し
て異常発生を報知したり、あるいは上流側に配置された
開閉弁を閉弁させて被測流体の供給を停止させることも
可能である。そのため、計測精度が低下した状態での計
測を停止させて流量計測の信頼性を高められる。 【００５１】また、このＳ２９において、隣合う各パル
ス間の計時値（周期Ｔ）の差が殆どないとき（Ｔ１＝Ｔ
２）は、図５（Ｂ）に示されるように、ピックアップコ
イル３６からの検出信号が羽根車１６の回転数に応じた
一定の周期の正弦波形であると判断し、間隔異常信号の
出力を停止させる。 【００５２】尚、上記実施例では、ピックアップコイル
３６を用いて羽根車１６の回転数に応じた検出信号を出
力する構成の検出手段を一例として挙げたが、これに限
らず、他の検出手段（例えば、マグネットの通過を磁気
的に検出する磁気センサなど）を用いる構成としても良
いのは勿論である。 【００５３】 【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、ハブの外
周に複数の羽根を有し、流路中に回転自在に支持された
羽根車と、流路を流れる被測流体の流量に応じた羽根車
の回転を検出するピックアップと、を備えてなるタービ
ン式流量計において、ピックアップから出力された回転
検出信号の波高値を監視する監視手段と、監視手段によ
り波高値が所定のしきい値以下になったとき異常を検出
する異常検出手段と、を備えており、ピックアップから
出力された回転検出信号の波高値が所定のしきい値以下
になったとき異常を検出して羽根車がフローティング状
態で回転せず、計測精度が低下したことを認識すること
ができる。そのため、波高値が所定のしきい値以下にな
ったとき、例えば、アラームを発して異常発生を報知し
たり、あるいは上流側に配置された開閉弁を閉弁させて
被測流体の供給を停止させることもでき、計測精度が低
下した状態での計測を停止して流量計測の信頼性を高め
られる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明になるタービン式流量計の一実施例を示
す図であり、（Ａ）はタービン式流量計の縦断面図、
（Ｂ）は流路内の圧力分布図である。 【図２】羽根車１６による流量計測方法を示す図であ
り、（Ａ）は羽根車１６がフローティングされた状態を
示す縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対応するピック
アップコイル３６の検出信号の波形図である。 【図３】羽根車１６による流量計測方法を示す図であ
り、（Ａ）は羽根車１６がフローティング位置から下流
側へずれた状態を示す縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）
に対応するピックアップコイル３６の検出信号の波形図
である。 【図４】制御回路３８が実行する異常検出処理のフロー
チャートである。 【図５】変形例の流量計測方法を示す図であり、（Ａ）
は羽根車１６が正常に回転検出された状態を上流側から
みた正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対応するピックア
ップコイル３６の検出信号の波形図である。 【図６】変形例の流量計測方法を示す図であり、（Ａ）
は羽根３２が変形した羽根車１６の回転を検出された状
態を上流側からみた正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対
応するピックアップコイル３６の検出信号の波形図であ
る。 【図７】変形例の制御回路３８が実行する異常検出処理
のフローチャートである。 【符号の説明】 １０ タービン式流量計 １２ メータ本体 １４ 流路 １６ 羽根車 １８ 回転軸 ２０，２２ 軸支持部材 ２４ 上流側コーン ２６ 下流側コーン ２８ 円筒軸 ３０ ハブ ３２ 羽根 ３４ 軸受部材 ３６ ピックアップコイル ３８ 制御回路 ４０ 磁界

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ハブの外周に複数の羽根を有し、流路中
   に回転自在に支持された羽根車と、前記流路を流れる被
   測流体の流量に応じた前記羽根車の回転を検出するピッ
   クアップと、を備えてなるタービン式流量計において、 前記ピックアップから出力された回転検出信号の波高値
   を監視する監視手段と、 該監視手段により前記波高値が所定のしきい値以下にな
   ったとき異常を検出する異常検出手段と、 を備えたことを特徴とするタービン式流量計。