JP2006071296A - Water flow detection sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は水道配管における水の流れを検知する水流検知センサーに関する。 The present invention relates to a water flow detection sensor that detects a flow of water in a water pipe.
高齢化、核家族化の流れの中で、単身で生活する高齢者が見守られて安心して生活でき、また単身で生活する高齢者と別れて生活する家族も、前記高齢者の安否を、遠隔的に確認できるシステムが種々提案されており、ますますそうした要望が高まりつつある。 In the flow of aging and nuclear family, the elderly who live alone can be watched over and can live with peace of mind, and the family who lives separately from the elderly living alone can also control the safety of the elderly. Various systems that can be confirmed automatically have been proposed, and such demands are increasing.
しかし、そうしたシステムに使用するセンサーとして、例えばテレビカメラに代表されるように、「監視されている」という認識を見守られている側に与えるものは不適切である。 However, as a sensor used in such a system, for example, a sensor given to a side who is watching over the perception of “monitoring”, as represented by a television camera, is inappropriate.
そのため、単身で生活する高齢者が正常に生活しておれば必ず使用する水道の配管、例えばトイレの水洗便器のすぐ上流側の水平配管に水センサーを設け、水使用パターン等から入居者の健康状態の異変を自動的に発見する安否確認システムとしての緊急通報システムが実用化されている。これを第1の従来技術と言う。(例えば、非特許文献1参照。)。
Therefore, if a single person living alone is living normally, a water sensor must be installed in the horizontal pipe that is used upstream of the flush toilet in the toilet. An emergency call system has been put into practical use as a safety confirmation system that automatically detects changes in state. This is called the first prior art. (For example, refer
この緊急通報システム(第1の従来技術)に使用されている水センサーは、両端に水道配管の口径(13mm又は20mm)に合う雄ねじを刻設した青銅鋳物製の下ケース内に、ピポットに軸受されて回転可能の羽根車が配設され、羽根車に取付けられたマグネットの回転を磁気センサーで検出して、口径毎に一定のパルス定数の電気パルス信号(オープンコレクター出力)を出力する小型の流量センサーである。そして、前述のように下ケース材質を青銅鋳物にして、(社)日本水道協会の型式承認をうけ、給水管直圧箇所へ取付けできる耐久性を有するものである(例えば、非特許文献2参照。)。
The water sensor used in this emergency call system (first prior art) is a bearing in a pipette in a lower case made of bronze cast with both ends engraved with male threads that match the diameter of the water pipe (13 mm or 20 mm). A small impeller equipped with a rotatable impeller, which detects the rotation of the magnet attached to the impeller with a magnetic sensor and outputs an electric pulse signal (open collector output) with a constant pulse constant for each aperture. It is a flow sensor. And, as described above, the lower case material is made of bronze cast, has the type approval of the Japan Water Works Association, and has durability that can be attached to the direct pressure location of the water supply pipe (see Non-Patent
また、床暖房などの給湯器の温水の温度はパルス的に制御されており、時間的に温度の高低差が生じる。つまり、制御上の温度揺らぎが生じる。水の比誘電率は温度に対して敏感で、例えば25℃と26℃の水の比誘電率は78.541と78.191となり、1℃の温度差で0.45%変化する。そこで、給湯器から温水を取り出す部位に樹脂配管を使用し、温度揺らぎによる比誘導電率の変化を静電容量変化として測定して、流速や流量を測定する静電容量式の流速測定装置と流量側定装置が提案されている。これを第2の従来技術と言う。(例えば特許文献1参照。)。 In addition, the temperature of hot water in a water heater such as floor heating is controlled in a pulsed manner, resulting in a temperature difference in time. That is, control temperature fluctuations occur. The relative permittivity of water is sensitive to temperature. For example, the relative permittivity of water at 25 ° C. and 26 ° C. is 78.541 and 78.191, and changes by 0.45% at a temperature difference of 1 ° C. Therefore, using a resin pipe at the part where hot water is taken out from the water heater, measuring the change in the specific induction electric power due to temperature fluctuation as a change in capacitance, and measuring the flow rate and flow rate, A flow rate determination device has been proposed. This is called the second prior art. (For example, refer to Patent Document 1).
この第2の従来技術における流速検出装置は、平板状などの誘電体の両表面に設けた静電電極からなる第1のコンデンサと、平板状などの誘電体の両表面に設けた静電電極からなる第2のコンデンサと、第1のコンデンサおよび第2のコンデンサの静電容量を検出する静電容量検出手段と、第1のコンデンサと第2のコンデンサの静電容量の変化を比較して両コンデンサ間の静電容量の変化の時間差を算出する時間差算出手段および時間差算出手段が算出した時間差と第1のコンデンサおよび第2のコンデンサ間の距離を用いて流速を算出する流速算出手段とからなる流速検出器とからなり、第1のコンデンサと第2のコンデンサが、内部に流体が流れる配管の外側に所定の間隔をおいて配置されており、温度揺らぎを利用して流速を検出する。 The flow velocity detecting device according to the second prior art includes a first capacitor composed of electrostatic electrodes provided on both surfaces of a dielectric material such as a flat plate, and an electrostatic electrode provided on both surfaces of the dielectric material such as a flat plate. A second capacitor comprising: a capacitance detecting means for detecting the capacitance of the first capacitor and the second capacitor; and a change in the capacitance of the first capacitor and the second capacitor; From the time difference calculating means for calculating the time difference of the capacitance change between the two capacitors and the flow rate calculating means for calculating the flow speed using the time difference calculated by the time difference calculating means and the distance between the first capacitor and the second capacitor. The first capacitor and the second capacitor are arranged at a predetermined interval outside the pipe through which the fluid flows, and detect the flow velocity using temperature fluctuations. .
また、第2の従来技術における流量検出装置は、上述のように温度揺らぎを利用して検出した流速を所定時間積算して流量を算出する流量算出手段を有する流量検出器を備えている。そして、この流量検出装置と前記流速検出装置で、静電容量検出手段は、コンデンサを含む発振回路でも良いとしている。
入居者の健康異変を発見する安否確認システムにおいて、前記第1の従来技術では、流量センサーを設置するに当り、水道配管を一旦切断して設置工事を行なう必要があり、しかも水平配管に流量センサーを取付ける必要があるという問題点があった。 In the safety confirmation system for detecting a health change in a resident, in the first prior art, when installing the flow sensor, it is necessary to cut the water pipe once to perform installation work, and to install the flow sensor in the horizontal pipe. There was a problem that it was necessary to install.
また、前記第2の従来技術では、距離を離して設けた第1と第2のコンデンサと、各コンデンサの静電容量を検出する2つの静電容量検出手段と、両コンデンサ間の静電容量の変化の時間差を算出する時間差算出手段と、流速や流量を算出する流速又は流量算出手段を必要とするので、構成や検出アルゴリズムが複数で、コスト高になるという問題点があった。 In the second prior art, the first and second capacitors provided at a distance from each other, two capacitance detecting means for detecting the capacitance of each capacitor, and the capacitance between both capacitors. This requires a time difference calculating means for calculating the time difference of the change and a flow speed or flow rate calculating means for calculating the flow velocity or flow rate, and there is a problem that the configuration and detection algorithm are plural and the cost is high.
安否確認システムでは、流速とか流量を検出しなくても、水道配管における水の流れを検知すれば、入居者の健康異変を自動的に発見できる。そこで、本発明は前記従来技術の問題点を解消できる水流検知センサーを提供することを目的とする。 The safety confirmation system can automatically detect a health change in a resident by detecting the flow of water in a water pipe without detecting the flow rate or flow rate. Accordingly, an object of the present invention is to provide a water flow detection sensor that can solve the problems of the prior art.
本発明は配管の外側に配設した一対の静電電極間の静電容量を間隔をおいてサンプリングする。水が流れると電極近くの配管内の水の温度が変化し、静電容量が水温に応じて変化する。サンプリングした隣接値同志の差が一定値を超えたら水が流れたと判断して出力信号を出すことを最も主要な特徴とする。 In the present invention, the capacitance between a pair of electrostatic electrodes arranged outside the pipe is sampled at intervals. When water flows, the temperature of the water in the pipe near the electrode changes, and the capacitance changes according to the water temperature. The main feature is that if the difference between the sampled adjacent values exceeds a certain value, it is judged that water has flowed and an output signal is output.
請求項1の発明は、配管の外側に配設され、配管内にある水の比誘電率に応じた静電容量を呈する一対の静電電極と、該一対の静電電極間の静電容量を時間間隔をおいてサンプリングする静電容量検知手段と、該静電容量検知手段でサンプリングした隣接する値の差が一定値を超えたら水が流れたと判断して出力信号を出す判定手段とを具備したことを特徴とする水流検知センサーである。
The invention according to
請求項2の発明は、請求項1の水流検知センサーにおいて、水洗便器のように、水使用後自動的に止水する水機器の上流側配管に前記一対の静電電極が配設されていることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the water flow detection sensor according to the first aspect, the pair of electrostatic electrodes are arranged in an upstream pipe of a water device that automatically stops water after use, like a flush toilet. It is characterized by this.
請求項3の発明は、請求項1又は2の水流検知センサーにおいて、前記判定手段の出力信号を入力し、一定時間以上に亘り前記入力信号が入力されないときに第2の出力信号を出す第2の判定手段を具備したことを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the water flow detection sensor of the first or second aspect, the second output signal is output when the output signal of the determination means is input and the input signal is not input for a predetermined time or longer. The determination means is provided.
請求項4の発明は、請求項1,2又は3の水流検知センサーにおいて、一対の静電電極が配管の外周に対向して配設されていることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the water flow detection sensor according to the first, second, or third aspect, the pair of electrostatic electrodes are arranged to face the outer periphery of the pipe.
そして、請求項5の発明は、請求項1,2,3又は4の流量検知センサーにおいて、静電容量検出手段が一対の静電電極からなるコンデンサを含む発振回路であることを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the flow rate detection sensor according to the first, second, third, or fourth aspect, the electrostatic capacitance detection means is an oscillation circuit including a capacitor composed of a pair of electrostatic electrodes. It is.
水流検知センサーを設置するに当り、第1の従来技術のように水道配管を一旦切断して工事を行なう必要がなく、配管の外側から一対の静電電極を取り付けることが容易にできるので既設住宅にも簡単に取り付けることができる。 When installing the water flow sensor, it is not necessary to cut the water pipe once and perform the work as in the first prior art, and it is easy to attach a pair of electrostatic electrodes from the outside of the pipe. Easy to install.
また、静電電極間の静電容量の真の値を正確に検知する必要はなく、単に静電容量の変化を知れば良いため、簡単な構成で安価に制作できる。 Further, it is not necessary to accurately detect the true value of the capacitance between the electrostatic electrodes, and it is only necessary to know the change in the capacitance, so that it can be produced with a simple configuration at low cost.
本発明では、水が流れることにより、静電電極の近くの配管内の水温が変化するのを、水の比誘電率を介して検知して、水が流れ始めたと判断するものである。従って、何らかのトラブルによって、水が流れっぱなしになったとすると、そのことを検知できない虞がある。請求項2の発明では、水機器の止水機能によって自動的に水が止まるので、流れっぱなしになる虞がない。
In the present invention, the change of the water temperature in the pipe near the electrostatic electrode due to the flow of water is detected via the relative permittivity of water and it is determined that the water has started to flow. Therefore, if water continues to flow due to some trouble, this may not be detected. In invention of
請求項3の発明では、一定時間以上に亘り、新しく水が使用されないと、第2の判定手段がそれを判断して出力信号を出すので、入居者の異常を一定時間後に自動的に知ることができる。
In the invention of
請求項4の発明では、静電電極の設置が容易で、かつ、コンパクトにできる。 In the invention of claim 4, the electrostatic electrode can be easily installed and made compact.
本発明を実施するための最良の形態を図の実施例に基づいて説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings.
図1と図2はこの発明の好ましい実施の形態で、図示されていないトイレの水洗便器の水タンクのすぐ上流の樹脂配管1の外周に、一対の静電電極2,3が接着などで配設されている。この静電電極2,3は樹脂配管1と、配管1内の水4とで決まる静電容量を有するコンデンサCを構成する。つまり、このコンデンサCは、一対の静電電極2,3間の静電容量を有するコンデンサCを構成している。水4の比誘電率は前述のように温度に応じて変化するため、コンデンサCの静電容量は水4の温度に対して敏感に変る。
FIGS. 1 and 2 show a preferred embodiment of the present invention. A pair of
発振回路5は前記コンデンサCを含む発振回路で、図3に示すように、CR発振回路で構成され、2個の排他的論理和素子6,7と、直列に接続された2個の抵抗R1,R2を互いに並列に接続し、排他的論理和素子6,7の接続点および抵抗R1,R2の接続点間にコンデンサCを接続している。排他的論理和素子7の入力の一方は、電源Vccに接続され他方は排他的論理和素子6の出力とコンデンサCに接続される。排他的論理和素子7の出力は抵抗R2に接続され出力端子とされる。
The
発振回路5の発振周波数fは、周知のように、
f=1/(2.2CR2)
で示され、コンデンサCの容量に反比例して変化する。コンデンサCの容量は、配管1内の水の温度、すなわち、水の比誘電率に応じて変化するため、発振回路5の発振周波数から配管内の水温の変化を知ることができる。
As is well known, the oscillation frequency f of the
f = 1 / (2.2CR 2 )
And changes in inverse proportion to the capacitance of the capacitor C. Since the capacitance of the capacitor C changes according to the temperature of the water in the
判定回路8は、一対の静電電極2,3間の静電容量を一定の時間間隔をおいてサンプリングする。この実施例では30秒毎の時間間隔をおいて発振回路5の発振周波数をサンプリングして一時的に記憶する。そして、今回サンプリングした発振周波数と前回サンプリングした発振周波数の差の絶対値を演算し、その値が一定値を超えたら水が流れたと判断して接点出力等の出力信号を出す。
The determination circuit 8 samples the capacitance between the pair of
トイレを使用すると一時的に水が使用されるため、配管1内の水が水タンク内に移り、上流の地中配管内から違う温度の水が配管1内を通って流れるため、このときの配管1内の水温の変化がコンデンサCの容量変化として検知され、判定回路8が水が流れたと判断して出力信号を出す。こうして水が流れたことを検知する。配管1に接続された水洗便器は、所定の水を流すと自動的に止水する。
Since the water is temporarily used when the toilet is used, the water in the
図2は本発明の実施例2のブロック図で、前記図1の実施例1と比較して、判定回路8の後段に第2の判定回路9を接続した点だけが異なる。第2の判定回路9は判定手段8の出力信号が入力されている。そして所定の一定時間例えば24時間以上に亘り判定手段8からの信号が入力されないときに第2の出力信号を出力して、入居者の異常を知らせる。なお、この一定時間の24時間は、設定値を変更できるようにしておくと良い。
FIG. 2 is a block diagram of the second embodiment of the present invention, which is different from the first embodiment of FIG. 1 only in that a
また、本実施例2と前記実施例1において、発振回路5の発振周波数をサンプリングするサンプリング間隔は、前記実施例1で説明した30秒に限ることはなく、短い方へはアプリケーション要望に応じて短くしてゆけばよい。即ち、その流れ検出の目的に応じて、流れ始めからなるべく短時間の内にそれを検知したいというのであれば、必要なだけ短くしてゆけばよい。逆に測定間隔(サンプリング間隔)をあまり長くすると、水温変化が生じたあと、次のサンプリングまでに、水温が元の温度に戻ってしまい、流れを検知できなくなる虞があるため、最長でも数分程度に押さえることが好ましい。
Further, in the second embodiment and the first embodiment, the sampling interval for sampling the oscillation frequency of the
図4は本発明の実施例3のブロック図、図5は、実施例3におけるコンデンサCと配管1の配置関係を説明する図である。この実施例では、平板状の静電電極2と3の間に樹脂製の平板状誘電体10が挟まれていてコンデンサCを構成する。誘電体10には例えば発泡スチロールを用いることができる。両静電電極2と3の間の電場は、両電極2と3に挟まれる誘電体10内だけに限らなくて、電極2,3の縁を回り込む電場もあるため、図4,5のように配管1を配置すると、配管1内の水の比誘電率の大きさに応じて、コンデンサCの静電容量を変化する。従って、コンデンサCの静電容量を検知することで水4の水温を検知できる。このことは前記第2の従来技術で詳しく説明されているので、ここではその詳細は省略する。
FIG. 4 is a block diagram of the third embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement relationship between the capacitor C and the
配管1に水が流れ始めて、配管1内の水温が変化すると、水4の誘電率が時間的に変化し、コンデンサCを含む発振回路5の発振周波数fが変化する。この発振周波数fを判定回路8でサンプリングし、隣接するサンプリング値の差の絶対値が一定以上になると、水が流れたと判断して接点出力等の出力信号を出力する。第2に判定回路9は、所定の一定時間例えば24時間以上に亘り判定手段8からの信号が入力されないときに第2の出力信号を出力して、入居者の異常を知らせる。
When water begins to flow through the
ところで、上記実施例1〜3において、発振回路5はコンデンサCの静電容量に応じた発振周波数で常時継続して発振させ、その発振周波数fを判定回路8でサンプリングする代わりに、発振回路5を間欠的に発振させて、その発振周波数の差に基づいて水の流れを判断するように判定回路8を作動させるようにしてもよい。
Incidentally, in the first to third embodiments, the
なお、上記何れの実施例においても、発振周波数をサンプリングするための判定回路8によるサンプリング機能が、静電容量検知手段として機能している。また、判定回路8は判定手段として、第2の判定回路9は第2の判定手段として機能している。
In any of the above embodiments, the sampling function by the determination circuit 8 for sampling the oscillation frequency functions as a capacitance detection means. The determination circuit 8 functions as a determination unit, and the
本発明は安否確認装置、健康異常通報システム、生活異常監視システム等に用いることができる。 The present invention can be used for a safety confirmation device, a health abnormality notification system, a life abnormality monitoring system, and the like.
1 配管
2,3 静電電極
4 水
5 発振回路(静電容量検出手段)
C コンデンサ
8 判定回路
9 第2の判定回路
10 誘電体
1 Piping 2, 3 Electrostatic electrode 4
C capacitor 8
Claims (5)
5. The water flow detection sensor according to claim 1, wherein the capacitance detection means is an oscillation circuit including a capacitor composed of a pair of electrostatic electrodes.
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