JP2008026152A - 流動液体の流量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パイプ内を流動する液体の流量を的確に検出することのできる流動液体の流量検出装置を提供することである。
【解決手段】発光素子２１と、発光素子２１から照射されてパイプの湾曲部を透過した光を受光し、その受光光量に応じた信号を出力する受光素子２２と、パイプの湾曲部に液体を流動させた状態で受光素子２２から出力される信号を、前記流動する液体の塊形状に応じた波形を有する検出信号に変換する信号変換手段１００と、前記検出信号の波形に応じた量を表す量情報を生成する量情報生成手段（１１０、１２０（Ｓ２０４））と、所定の粒子状にて流動させた際の１粒子分の前記検出信号の波形に応じた量を基準量として表す基準量情報を取得する基準量取得手段（Ｓ９、Ｓ１１）と、前記量情報にて表される量の前記基準量に対する相対値に基づいた流量情報を生成する流量情報生成手段（Ｓ２０８）とを有する構成となる。
【選択図】図７

Description

本発明は、透光性を有するパイプ内を流動するオイル等の液体の流量を検出する流動液体の流量検出装置に関する。

従来、微量のオイル（液体）をエアーによってパイプ内を所謂オイルアンドエアーの状態で流し、該オイルをパイプ先端のノズルから噴出させるオイル供給システムが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このシステムでは、透光性を有するパイプが用いられ、そのパイプに形成された湾曲部にオイルの有無を光学的に検出する検出器が配置されている。検出器は、パイプの湾曲部に対して光を照射する発光素子と、該発光素子から照射されて前記パイプの湾曲部を通過した光を受光する受光素子とからなっている。

微量のオイルがオイルアンドエアーの状態でパイプの湾曲部を流れる際、オイルはその湾曲部の曲率半径の小さい側の内壁面に沿って流動することが知られている。これは、エアーが湾曲した流路を高速に流れる場合に、その流路のより外側ほど流速が大きくなることがその一因になっているものと考えられる。即ち、オイルアンドエアーの状態でパイプの湾曲部を流れるオイルがエアーの流速の比較的小さくなる該湾曲部の曲率半径の小さい側の内壁面に押しやられているものと考えられる。

前記検出器の配置されたパイプの湾曲部では、オイルアンドエアーの状態でオイルがその湾曲部の曲率半径の小さい側の内壁面に沿って流動するものと、その流動軌跡が特定されることから、前記検出器によってオイルの有無を光学的に比較的精度良く検出することができる。具体的には、発光素子から透光性を有するパイプの湾曲部に照射された光は、その湾曲部を流動するオイルによって屈折、散乱、遮光、吸収等されることから、前記発光素子からの光をパイプの湾曲部を介して受光する受光素子での受光光量がオイルの有無に応じて変化する。この受光素子での受光光量の変化に基づいてパイプ内を流動するオイルの有無を検出することができるようになる
特開２００１−２２７９９６号公報 特開２００３−８３７７９号公報

ところで、実際にパイプ内に正常にオイルが供給されているか否かを把握する等のために、パイプ内を流動するオイルの流量を検出することが望まれている。しかしながら、前述した従来の技術では、パイプ内を流動するオイルの有無を検出することはできるが、そのオイルの具体的な量を検出することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、パイプ内を流動するオイル等の液体の流量を的確に検出することのできる流動液体の流量検出装置を提供するものである。

本発明に係る流動液体の流量検出装置は、透光性を有するパイプに形成された湾曲部に対して光を照射する発光素子と、該発光素子から照射されて前記パイプの湾曲部を透過した光を受光し、その受光光量に応じた信号を出力する受光素子と、前記パイプの湾曲部に液体を流動させた状態で前記受光素子から出力される信号を、前記流動する液体の塊形状に応じた波形を有する検出信号に変換する信号変換手段と、前記検出信号の波形に応じた量を表す量情報を生成する量情報生成手段と、前記パイプの湾曲部に液体を所定の粒子状にて流動させた際の１粒子分の前記検出信号の波形に応じた量を基準量として表す基準量情報を取得する基準量取得手段と、前記量情報生成手段にて得られた前記量情報にて表される量の前記基準量情報にて表される基準量に対する相対値に基づいた流量情報を生成する流量情報生成手段とを有する構成となる。

このような構成によれば、検出信号がパイプの湾曲部を流動する液体の塊形状に応じた波形を有するので、検出信号の波形に応じた量を表す量情報は、流動する塊形状の液体の量を表し得るものとなる。また、パイプの湾曲部に液体を所定の粒子状にて流動させた際の１粒子分の前記検出信号の波形に応じた量を基準量として表す基準量情報は、前記１粒子分の液体の量を表し得るものとなる。従って、前記量情報にて表される量の前記基準量情報にて表される基準量に対する相対値は、前記パイプの湾曲部を流動する液体がどのような塊形状であったとしても、その量（量情報にて表され得る）が１粒子分（基準量情報にて表され得る）の何倍であるかを表し得るものとなる。

前記基準量情報は、当該流量検出装置にて求めるものでなく、他の装置等によって予め求めておいたもの、あるいは当該流量検出装置により予め求めておいたものをメモリ等の記憶手段に記憶させておき、その記憶手段から取得するものであってもよい。また、勿論、流量の検出処理を開始する当初に毎回当該流量検出装置にて求めるものであってもよい。後者の場合、本発明に係る流動液体の流量検出装置において、前記基準量取得手段は、前記パイプの湾曲部に液体を所定の粒子状にて流動させた際に前記量情報生成手段にて生成される１粒子分の前記検出信号の波形に応じた量を表す量情報を前記基準量情報として取得するように構成することができる。

前記量情報は、検出信号の波形を量的に表し得るものであれば特に限定されない。例えば、前記量情報生成手段は、前記検出信号を積分処理する積分処理手段を有し、該積分処理手段により得られる積分値に基づいて前記検出信号の波形に応じた量を表す量情報を生成するように構成することができる。

このような構成により、検出信号を積分処理して得られる積分値に基づいて量情報が生成されるようになるので、前記検出信号の波形の面積に応じた量を表す量情報を得ることができるようになる。前記検出信号は流動する液体の塊形状に応じた波形となることから、その波形の面積（積分値）は、その塊形状となる液体の量を表し得るものとなる。

なお、前記量情報は、前記積分値そのものを表す情報であっても、また、前記積分値から所定の演算を経て得られる値を表す情報であってもよい。

また、本発明に係る流動液体の流量検出装置において、前記積分処理手段は、前記検出信号を所定の周期にてアナログデジタル変換して信号値を出力するアナログデジタル変換手段と、前記アナログデジタル変換手段から所定の周期にて出力される信号値を積算する積算手段とを有し、前記信号値の積算値を前記積分値とするようにした構成とすることができる。

このような構成により、アナログデジタル変換手段が検出信号の波形レベルに応じた信号値（デジタル値）を所定の周期にて出力するので、そのように出力される信号値を順次積算して得られる積算値は、前記検出信号の波形の面積を表す積分値に対応した値になり得る。

また、本発明に係る流動液体の流量検出装置において、前記流量情報生成手段は、前記アナログデジタル変換手段から所定の周期にて出力される信号値を前記積算手段が順次積算する過程で得られる積算値が前記基準量に達したか否かを判定する基準量判定手段と、前記基準量判定手段にて前記積算値が前記基準量に達したとの判定がなされる毎に、前記積算手段での積算値をリセットする積算値リセット制御手段とを有し、前記基準量判定手段によって前記積算値が前記基準量に達したとの判定がなされる回数に基づいた流量情報を生成するように構成することができる。

このような構成により、アナログデジタル変換手段から所定の周期で出力される信号値を順次積算し、その積算値が基準量に達する毎にリセットされる過程で、前記積算値が前記基準値に達したとの判定がなされる回数は、検出信号から継続的に得られる積算値の前記基準値に対する相対値を表すことになるので、前記回数に基づいた流量情報は、前記検出信号の波形に応じた量（積算値）の前記基準値に対する相対値に基づいた情報となり得る。

また、本発明に係る流動液体の流量検出装置において、前記流量情報生成手段は、前記基準量判定手段にて前記積算値が前記基準量に達したとの判定がなされたときに、単位信号を出力する単位信号出力手段とを有し、前記積算値が前記基準量に達したとの判定がなされる毎に前記単位信号出力手段から出力される単位信号の列を前記流量情報とする構成とすることができる。

このような構成により、アナログデジタル変換手段から所定の周期で出力される信号値を順次積算し、その積算値が基準量に達する毎にリセットされる過程で、前記積算値が前記基準値に達したとの判定がなされる毎に出力される単位信号の列における当該単位信号の数は、検出信号から継続的に得られる積算値の前記基準値に対する相対値を表すことになるので、前記単位信号の列である流量情報は、検出信号の波形に応じた量（積算値）の前記基準値に対する相対値に基づいた情報となり得る。

更に、本発明に係る流動液体の流量検出装置において、前記パイプの湾曲部を流動する液体の流速を判定する流速判定手段を有し、前記流量情報生成手段は、前記判定された流速に基づいた補正係数を決定する手段を有し、前記量情報にて表される量の前記基準量情報にて表される基準量に対する相対値及び前記補正係数に基づいて前記流量情報を生成するように構成することができる。

このような構成により、液体の流速に応じて液体の塊形状と検出信号の波形との相対的な関係が変わったとしても、より的確な流量を表し得る流量情報を得ることが可能となる。

また、本発明に係る流動液体の流量検出装置において、前記補正係数は、流速が大きいほどより多い流量を表す流量情報が生成されるように決定されるように構成することができる。

このような構成により、液体の流速が大きくなって検出信号の波形長が相対的に短くなったとしても、より的確な流量を表し得る流量情報を得ることができるようになる。

また、本発明に係る流動液体の流量検出装置において、前記積算手段にて得られる積算値が前記基準量に達するまでの間に、前記アナログデジタル変換手段が当該積算値に寄与する信号値を得るために行なったアナログデジタル変換動作の回数を計数する計数手段を有し、前記流量情報生成手段は、前記計数手段にて得られた回数に基づいた補正係数を決定する手段を有し、前記量情報にて表される量の前記基準量情報にて表される基準量に対する相対値及び前記補正係数に基づいて前記流量情報を生成するように構成することができる。

このような構成により、液体の塊形状に応じてその液体の流速が変動したとしても、アナログデジタル変換により得られる信号値の積算値が基準量に達するまでの間にその積算値に寄与する信号値を得るために行なったアナログデジタル変換動作の回数がその液体の塊形状を反映したものとなるので、液体の流速に応じたより的確な流量を表し得る流量情報を得ることが可能となる。

また、本発明に係る流動液体の流量検出装置において、前記補正係数は、前記計数手段にて得られる回数が少ないほどより多い流量を表す流量情報が生成されるように決定されるように構成することができる。

このような構成により、液体の流速が大きくなって検出信号の波形長が相対的に短くなったとしても、その流速が大きくなった分、前記積算値が前記基準量に達するまでの間にその積算値に寄与する信号値を得るために行なったアナログデジタル変換動作の回数が少なくなるので、より的確な流量を表し得る流量情報を得ることができるようになる。

更に、本発明に係る流動液体の流量検出装置において、前記パイプの湾曲部に液体を流動させない状態で前記信号変換手段にて得られる検出信号のレベルを基準レベルとして取得する基準レベル取得手段と、前記基準レベルに基づいて前記量情報生成手段が量情報を生成するために供すべき検出信号の適否を判定する判定手段とを有する構成とすることができる。

このような構成により、パイプの湾曲部に液体を流動させない状態で信号変換手段にて基準レベルとして得られる検出信号のレベルは、前記パイプの汚れ等の背景雑音を反映したものとなるので、そのパイプの汚れ等を反映した基準レベルに基づいて検出信号が量情報を生成するために適当であるか否かを判断することができるようになる。

本発明に係る流動液体の流量検出装置によれば、量情報にて表される量の基準量情報にて表される基準量に対する相対値は、その量（量情報にて表される）が１粒子分（基準量情報にて表される）の何倍であるかを表し得るものとなるので、所定の粒子状となる液体の１粒子分の液量を事前に求めておくことにより、パイプの湾曲部を流動する液体の流量を的確に検出することができるようになる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

本発明の実施の形態に係る流動液体の流量検出装置が適用される液体供給システムは、例えば、図１に示すように構成される。このシステムは、微量のオイルを供給するシステム（以下、オイル供給システムという）である。

このオイル供給システムは、エアー源１０、レギュレータ１１ａ、開放状態と閉鎖状態の切換えを行なう切換え弁１２及びオイル供給装置１３を有しており、エアー源１０からレギュレータ１１ａ及び切換え弁１２を介してオイル供給装置１３に至るエアー通路が形成されている。切換え弁１２が僅かな時間開放状態に切換えられると、レギュレータ１１ａによって所定圧力に調整されたエアー源１０からのエアーが切換え弁１２を介してオイル供給装置１３に供給される。オイル供給装置１３は、エアー駆動されるプランジャポンプ１３ａを有しており、供給されるエアーによってプランジャポンプ１３ａからオイル通路を通してミキシングブロック１５の入力ポートに定量のオイルが吐出される。

また、このオイル供給システムは、レギュレータ１１ｂ及び弁１４を有しており、エアー源１０からレギュレータ１１ｂ及び弁１４を介してミキシングブロック１５に至るエアー通路が形成されている。レギュレータ１１ｂにて所定圧力に調整されたエアーが弁１４を介してミキシングブロック１５の他の入力ポートに供給される。ミキシングブロック１５の出力ポートにはパイプＰの一端が結合されており、該パイプＰの他端にノズル１８が取付けられている。パイプＰには湾曲部Ｐｃが形成されており、その湾曲部Ｐｃに対して検出器２０が配置されている。

なお、レギュレータ１１ａと切換え弁１２との間のエアー通路には、オイル供給装置１３に供給されるエアーの圧力を計測する圧力計１６ａが設けられている。また、レギュレータ１１ｂと弁１４との間のエアー通路にはミキシングブロック１５に供給されるエアーの圧力を計測する圧力計１６ｂが設けられている。

このようなオイル供給装置では、エアー源１０からレギュレータ１１及び弁１４を介して所定圧力のエアーがミキシングブロック１５に供給されている状態で、切換え弁１２が僅かな時間開放状態に切換えられる。すると、エアー駆動されるオイル供給装置１３のプランジャポンプ１３ａから定量のオイルが前記エアーの供給されている状態となるミキシングブロック１５に吐出され、そのオイルが前記エアーによって所謂オイルアンドエアーの状態となってミキシングブロック１５からパイプＰを流れ、ノズル１８から吐出して対象物Ｔに供給される。

プランジャポンプ１３ａは、切換え弁１２により、例えば、１分〜５分の休止時間をおいて間欠的に駆動され、その一回のオイル供給量は、例えば、０．０１〜０．０５ｃｃに設定される。また、エアー圧力は、例えば、０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａに設定される。オイルが流動するパイプＰは、例えば、内径が４ｍｍ（外径が６ｍｍ）のナイロンチューブ等の樹脂パイプであって、透光性を有する。

パイプＰの湾曲部Ｐｃに対して設けられる検出器２０は、図２に示すように、発光素子２１（例えば、ＬＥＤ）と受光素子２２（例えば、フォトトランジスタ）とから構成されている。発光素子２１は、パイプＰの湾曲部Ｐｃに対して所定光量となる光を照射し、受光素子２２は、発光素子２１から照射されパイプＰの湾曲部Ｐｃを通過した光を受光し、その受光光量に応じた電流信号を出力する。なお、発光素子２１、受光素子２２及びパイプＰの湾曲部Ｐｃの相対的な位置関係は、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示される関係に設定されている。オイルアンドエアー状態となったオイルＯＬは、前述したように、湾曲部Ｐｃにおける曲率半径の小さい側の内壁面Ｐａに沿って流動する。この内壁面Ｐａに沿って流動するオイルＯＬによって発光素子２１から照射された光が屈折、散乱、吸収、遮光等の作用を受けることにより受光素子２２での受光光量が変化する。

本発明の実施の一形態に係る流量検出装置は、図３に示すように構成される。

図３において、この流量検出装置は、検出信号生成回路１００、アナログデジタル変換回路（以下、Ａ／Ｄ変換回路という）１１０、演算処理部１２０及び出力回路１３０を有する。前述したように、発光素子２２は、発光素子２１から照射されてパイプＰの湾曲部Ｐｃを透過した光を受光し、その受光光量に応じた信号を出力する。検出信号生成回路１００は、受光素子２２からの前記信号を、流動するオイルの塊形状に応じた波形を有する検出信号に変換する回路（信号変換手段）であり、電流−電圧変換回路１０１、減算回路１０２及び反転増幅回路１０３を有している。

電流−電圧変換回路１０１は、受光素子２２からのその受光光量に応じた電流信号を電圧信号に変換する。減算回路１０２は、電流−電圧変換回路１０１からの電圧信号からパイプＰの湾曲部Ｐｃでの光の減衰に応じた略一定となる直流成分を除去（減算）して、流動するオイルの塊形状に応じた信号成分を取り出す。反転増幅回路１０３は、減算回路１０２からのオイルの塊形状に応じた信号を極性反転し、屈折光、散乱光による信号成分を除去して次段のＡ／Ｄ変換回路１１０の入力に必要なレベルまで増幅する。そして、反転増幅回路１０３からの信号が検出信号としてＡ／Ｄ変換回路１１０に供給される。

本願発明者の研究により、前述したようなオイル供給システム（図１、図２参照）において、微量のオイル（例えば、０．０１〜０．０３ｃｃ程度）がオイル供給装置１３から吐出された際に、オイルアンドエアーの状態でパイプＰの湾曲部Ｐｃを流動するオイルは、図４（ａ）（ｂ）に示すような状態となることが判明した。なお、図４（ａ）は、パイプＰの湾曲部Ｐｃを流動するオイルの状態を示す平面図であり、同（ｂ）は、パイプＰの湾曲部Ｐｃを流動するオイルの状態を示す断面図である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、オイルは、吐出直後では、比較的長い棒状の塊形状にて流動し（Ａ状態）、次で、尾を引いたような比較的長い粒状の塊形状にて流動し（Ｂ状態）、その後、細かい粒子状の塊形状にて流動する（Ｃ状態）。そして、オイルの単位時間当たりの流量（Ｎｌ／min）は、Ａ状態で最も大きく、Ｃ状態で最も小さく、Ｂ状態でその中間的なものとなる。

また、このような塊形状にてオイルが流動する際に受光素子２２から出力される信号は、図４（ｃ）に示すような波形となり、電流−電圧変換回路１０１、減算回路１０２及び反転増幅回路１０３を経て得られる検出信号は、図４（ｄ）に示すように、流動するオイルの塊形状に応じた波形を有するものとなる。

Ａ／Ｄ変換回路１１０は、前述した検出信号生成回路１００（反転増幅回路１０３）から出力される検出信号（図４（ｄ）参照）を所定の周期（例えば、５m sec.）にてアナログデジタル変換して信号値（デジタル信号）を出力する。演算処理部１２０はＣＰＵ（Central Processing Unit）等によって構成され、Ａ／Ｄ変換回路１１０から前記所定の周期にて出力される信号値から流量を表す情報を生成し、その情報に基づいて出力回路１３０を制御する。この演算処理部１２０の制御により出力回路１３０からは、パイプＰの湾曲部Ｐｃを流動するオイルの量に応じた信号（後述するようなパルス信号）が出力される。

演算処理部１２０は、図５乃至図７に示す手順に従って処理を実行する。

まず、図５において、演算処理部１２０は、当該流量検出装置に設けられたキャリブレーションスイッチ（図示略）が操作されたか否かを判定している（Ｓ１）。このキャリブレーションスイッチがオペレータにより操作されると（Ｓ１でＹＥＳ）、演算処理部１２０は、Ａ／Ｄ変換回路１１０からの信号の状態に基づいてパイプＰにオイルが流れているか否かを判定する（Ｓ２）。演算処理部１２０は、パイプＰにオイルがまだ流れていないと判定すると（Ｓ２でＮＯ）、そのときのＡ／Ｄ変換回路１１０からの出力値を取得し（Ｓ３）、更に、その取得した出力値を基準直流電圧値Ｖｓとして所定のメモリに格納する（Ｓ４）。この基準直流電圧値Ｖｓは、パイプＰにオイルが流動していない状態での検出信号（検出信号生成回路１００の出力信号）の信号値であり、パイプＰの透明度や一定の背景雑音に応じたレベルを有する。

このようにして基準直流電圧Ｖｓがメモリに格納された後、演算処理部１２０は、前述したオイル供給システム（図１参照）においてオイルが流れているとの判定を行なうと（Ｓ２でＹＥＳ）、検出信号（図４（ｄ）参照）の波形に基づいてそのオイルが粒子状にて流動しているか否かを判定する（Ｓ５）。そして、流動するオイルが粒子状であるとの判定がなされると（Ｓ５でＹＥＳ）、演算処理部１２０は、検出信号の粒子に対応した波形（図４（ｄ）でのＣ状態における検出信号の波形）の立上がりであるか否かを判定する（Ｓ６）。そして、演算処理部１２０は、その粒子に対応した波形の立上がりであるとの判定を行うと（Ｓ６でＹＥＳ）、その粒子に対応した波形が終了したか否かを判定しつつ（Ｓ８）、Ａ／Ｄ変換回路１１０から出力される検出信号の信号値を順次積算する。即ち、一粒子分の検出信号の波形についての積分処理がなされる。

演算処理部１２０は、前記検出信号の粒子に対応した波形の立下りを検出すると（Ｓ８でＹＥＳ）、前記積算にて得られた積算値、即ち、検出信号における１粒子分の波形の面積を表す積分値に対応した積算値を粒子基準量Ｐｓ（基準量情報）としてメモリに格納する（Ｓ９）。この粒子基準量Ｐｓは、検出信号における１粒子分の波形の面積に相当するものであるが、前記検出信号がパイプＰの湾曲部Ｐｃを流動するオイルの塊形状に対応した波形を有することから、パイプＰの湾曲部Ｐｃを流動する粒子状のオイルの１粒子分の量を表し得るものとなる。

前述したキャリブレーションに係る処理は、通常、図１に示すようなオイル供給システムが構築（製造）された直後や、パイプＰを交換した直後になされるものである。従って、前述したようにメモリに格納される基準直流電圧値Ｖｓは、新たなパイプＰの透明度や一定の背景雑音に対応したレベルを有し、粒子基準量Ｐｓは、新たなパイプＰの湾曲部Ｐｃを流動するオイルの１粒子分の量を表し得るものとなる。

キャリブレーションスイッチの操作がなされない場合（Ｓ１でＮＯ）、演算処理部１２０は、図６に示す手順に従って処理を実行する。

図６において、演算処理部１２０は、前記直流基準電圧Ｖｓを前記メモリから読み出して所定のレジスタにセットすると共に（Ｓ１１）、粒子基準値Ｐｓを前記メモリから読み出して所定のレジスタにセットする（Ｓ１２）。次いで、演算処理部１２０は、前記直流基準電圧Ｖｓを用いてエラー電圧値Ｖｅを
Ｖｅ＝Ｖｓ＋Ｖｘ
Ｖｘ：許容電圧値
に従って算出する（Ｓ１３）。このエラー電圧値Ｖｅは、パイプＰの透明度等に応じたレベルの直流基準電圧Ｖｓに許容電圧値Ｖｘを加算することにより、パイプＰの汚れの許容レベルを電圧値にて表したものとなる。

このようにエラー電圧値Ｖｅが算出されると、演算処理部１２０は、内部のタイマをスタートさせ（Ｓ１４）、Ａ／Ｄ変換回路１１０から出力される検出信号の信号値を順次取得する（Ｓ１５）。そして、演算処理部１２０は、所定の時間が経過したことを判定すると（Ｓ１６）、取得した信号値の中から最小値Ｖminを抽出し（Ｓ１７）、その最小値Ｖminがエラー電圧値Ｖeより大きいか否かを判定する（Ｓ１８）。この最小値Ｖminがエラー電圧値Ｖeより大きい場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、パイプＰの汚れが許容レベルより大きく、受光素子２２からの信号に基づいた検出信号が適切でないものとして、演算処理部１２０は、処理を終了させる。一方、前記最小値Ｖminが前記エラー電圧値Ｖｅ以下である場合（Ｓ１８でＮＯ）、パイプＰの汚れが許容されるレベルであって、受光素子２２からの信号に基づいた検出信号が適切であるものとして、演算処理部１２０は、流量の測定処理を実行する（Ｓ２０）。この測定処理は、具体的に図７に示す手順に従って実行される。

図７において、演算処理部１２０は、検出信号生成回路１００からの検出信号の波形に基づいてオイル供給システム（図１参照）においてオイルの供給が開始されたか否かを判定する（Ｓ２０１）。演算処理部１２０は、オイルの供給が開始されたとの判定を行なうと（Ｓ２０１でＹＥＳ）、流動するオイルの塊形状に応じた波形を有する検出信号を所定の周期でアナログデジタル変換するアナログデジタル回路１１０から出力される前記検出信号の信号値（以下、この実施の形態の説明においてＡ／Ｄ変換値という）Ｖを取得し（Ｓ２０２）、そのＡ／Ｄ変換値Ｖを前述した処理（図６におけるＳ１７参照）にて得られた最小値Ｖminを用いて
Ｖｎ＝Ｖ−Ｖmin
に従って補正する。この補正済みＡ／Ｄ変換値Ｖｎは、パイプＰの透明度及びその汚れ等の影響を除去したオイルの塊形状に対応した信号値となり得る。

演算処理部１２０は、その補正済みＡ／Ｄ変換値Ｖｎを積算すると共に（Ｓ２０４）、その積算に寄与するＡ／Ｄ変換値Ｖを得るために行なったＡ／Ｄ変換回路１１０でのＡ／Ｄ変換処理の回数を計数（＋１カウントアップ）する（Ｓ２０５）。そして、演算処理部１２０は、その積算値が粒子基準量Ｐｓに達したか否かを判定する（Ｓ２０６）。その積算値が粒子基準量Ｐｓに達していなければ（Ｓ２０６でＮＯ）、演算処理部１２０は、前述した処理（Ｓ２０２〜Ｓ２０６）を繰り返し実行する。その過程で、演算処理部１２０は、前記補正済みＡ／Ｄ変換値Ｖｎの積算値が粒子基準量Ｐｓに達したとの判定を行なうと（Ｓ２０６でＹＥＳ）、補正済みＡ／Ｄ変換値Ｖｎの積算値を初期値（＝０）にリセットし（Ｓ２０７）、その時点でのオイルの流量を表す出力パルス（単位信号）の数を算出する（Ｓ２０８）。

粒子基準量Ｐｓは、前述したように検出信号の１粒子分の波形の面積（積分値）に相当し、更に粒子状（図４（ａ）のＣ状態参照）のオイルの１粒子分の量に対応したものである。また、補正済みＡ／Ｄ変換値Ｖｎの積算値は、検出信号の波形の面積（積分値）に相当するものである。従って、補正済みＡ／Ｄ変換値Ｖｎの積算値が前記粒子基準量Ｐｓに達したということは、検出信号から１粒子分の波形に相当する面積の部分を検出したことを意味する。ただし、オイルの流速（単位時間当たりに流れるオイル量）に応じて、そのオイルの塊形状（図４（ａ）、（ｂ）参照）と検出信号の波形（図４（ｄ）参照）との相対的な関係が変わる。これは、オイルの流速が変化すると、同じ塊形状であったとしても発光素子２１から照射される光ビームを通過する時間が変わることに起因する。具体的には、オイルの流速が大きくなると、同じ塊形状であったとしても、検出信号の波形長は短くなる。

演算処理部１２０は、そのオイルの流速を考慮してオイルの量を表す出力パルスの数を算出する（Ｓ２０７）。

オイルがパイプＰの湾曲部Ｐｃを種々の塊形状にて流動する場合、前述したように、オイルの単位時間当たりの流量（流速）は、比較的長い棒状の塊形状にて流動する場合（図４（ａ）、（ｂ）におけるＡ状態）が最も大きく、細かい粒状の塊形状にて流動する場合（図４（ａ）、（ｂ）におけるＣ状態）が最も小さく、尾を引いたような比較的長い粒状の塊形状にて流動する場合（図４（ａ）、（ｂ）におけるＢ状態）がその中間的なものとなる。このことから、前記積算値が同じ粒子基準量Ｐｓに達したと判定された場合（Ｓ２０６でＹＥＳ）であったとしても、オイルの流速、即ち、オイルの塊形状に応じて流量を表す出力パルスの数が変えられる。

具体的には、補正済みＡ／Ｄ変換値Ｖｎの積算値が粒子基準量Ｐｓに達するまでの間にその積算値に寄与する信号値を得るために行なったアナログデジタル変換動作の回数は、オイルの塊形状がよりＡ状態（図４（ａ）、（ｂ）参照）に近い状態に対応した波形の検出信号ほど（より流速が大きいほど）少なく、オイルの塊形状がよりＣ状態（図４（ａ）、（ｂ）参照）に近い状態に対応した波形の検出信号ほど（より流速が小さいほど）多い。このことから、例えば、補正済みＡ／Ｄ変換値Ｖｎの積算値が粒子基準量Ｐｓに達するまでの間にその積算値に寄与する信号値を得るために行なったアナログデジタル変換動作の回数（Ｓ２０５にて取得）の逆数を、流速を表すためのパラメータとし、粒子基準量Ｐｓを求めた際（図５のＳ７参照）のアナログデジタル変換動作の回数の逆数を基準とした補正係数が決められる。即ち、粒子基準量Ｐｓが得られる粒子状の塊形状となるオイル（Ｃ状態）が流動する場合、補正係数が「１」に設定され、そのような塊形状を基準として、そのオイルの塊形状が長くなるにつれて、即ち、流速が大きくなるにつれて、その補正係数が前記アナログデジタル変換動作の回数の逆数に応じた大きい値に設定される。

粒子基準量Ｐｓが得られる粒子状の塊形状となるオイルが流動する場合に、前記補正係数「１」に基づいて出力パルス数が「１」として算出され、その補正係数が大きくなるに従って、即ち、流速が大きくなるに従って、出力パルス数がその補正係数に対応した「１」より大きい値として算出される。そして、演算処理部１２０は、その算出されたパルス信号を出力するように出力回路１３０に指示する（Ｓ２０９）。その結果、オイルの流速に応じた（塊形状に応じた）数のパルス信号が出力回路１３０から出力される。

演算処理部１２０は、更に、終了指示があったか否かを判定し（Ｓ２１０）、その終了指示がない場合（Ｓ２１０でＮＯ）、前述した処理（Ｓ２０２〜Ｓ２１０）を繰り返し実行する。その結果、補正済みＡ／Ｄ変換値Ｖｎの積算量が粒子基準量Ｐｓに達する毎に、それまでになされたアナログデジタル変換処理の回数の逆数（流速に対応）に応じた補正係数に基づいて決められた数のパルス信号が出力される。具体的には、図８に示すように、補正済みＡ／Ｄ変換値Ｖｎの積算値が粒子基準量Ｐｓに達する毎に、オイルの塊形状が比較的長い棒状のＡ状態となるときにはより多くのパルス信号が出力され、そのオイルの塊形状が短くなるにつれて（Ｂ状態、Ｃ状態）そのパルス信号の数が減る。そして、粒子基準量Ｐｓを得た際のオイルの塊形状と同じ細かい粒子状の塊形状となる状態（Ｃ状態）では、単一のパルス信号が出力される。このようにして出力されるパルス信号の列は、パイプＰの湾曲部Ｐｃを流動するオイルの流量を表す流量情報となる。

前述したような流動オイルの流量検出装置では、補正済みＡ／Ｄ変換値Ｖｎの積算値が粒子基準量Ｐｓに達する毎に、その粒子基準量Ｐｓに対応した１粒子分の流量に換算した量を表すパルス信号が出力されるので、そのパルス信号の数を計数することにより、流動するオイルの量を的確に検出することができるようになる。また、そのパルス信号の数がオイルの流速、具体的には、オイルの塊形状（補正済みＡ／Ｄ変換値Ｖｎの積算値が粒子基準量Ｐｓに達するまでの間にその積算値に寄与する信号値を得るために行なったアナログデジタル変換動作の回数にて表される）に応じて決められるので、オイルが様々な塊形状にて流動する場合であっても、その流量をより的確に検出することができるようになる。

図９に前述した検出装置での実験例の結果を示す。この実験例は、次のような条件でなされたものである。
パイプＰの湾曲部Ｐｃの径：８ｍｍ（外径）、６ｍｍ（内径）
エアー流量：ａ．８０Ｎｌ／min ｂ．５０Ｎｌ／min ｃ．３０Ｎｌ／min
オイル吐出量：ａ．０．０３cc ｂ．０．０２５cc ｃ．０．２０cc ｄ．０．１
５cc ｅ．０．０１cc
検出器までのパイプＰの径：６ｍｍ（外径）、４ｍｍ（内径）
検出器までのパイプＰの長さ（ミキシングバルブ１５から）：６５０ｍｍ

図９の各表に示すように、オイルの吐出量と出力パルス信号の数（カウント数）との関係については、エアー流量が８０Ｎｌ／min、５０Ｎｌ／min、３０Ｎｌ／minの全般において、量の変化とカウント数の変化は比例関係となった。これにより、１カウント分の流量を予め測定しておくことにより、流動するオイルの流量をより的確に検出できることが判った。

なお、前述した例では、キャリブレーション処理（図５参照）によって粒子基準値Ｐｓや基準直流電圧値Ｖｓを求めるものであったが、その粒子基準値Ｐｓや基準直流電圧値Ｖｓを別途求めておき、メモリに保存しておくようにしてもよい。ただし、パイプＰの変更、流動させるオイルの変更する毎に、適切な粒子基準値Ｐｓや基準直流電圧値Ｖｓを容易に設定することができるという観点から、前述した当該検出装置のキャリブレーション処理によって粒子基準値Ｐｓや基準直流電圧Ｖｓを求めることが好ましい。

また、前述した例では、図１に示すようなオイル供給システムにおいて流動するオイルの量を検出するものであったが、例えば、コンプレッサに混入する水の量を検出する場合にも前述した流量検出装置を適用することが可能であるなど、種々の液体の流量を検出するために本発明に係る流量検査装置を適用することができる。

また、なお、オイルの流量を表す流量情報は、前述したようなパルス信号の列に限られることはなく、そのパルス信号のカウント値等の他の形態の情報であってもよい。

本発明に係る流動液体の液量検出装置は、パイプ内を流動するオイル等の液体の流量を的確に検出することのできるという効果を有し、透光性を有するパイプ内を流動するオイル等の液体の流量を検出する流動液体の流量検出装置として有用である。

本発明の実施の一形態に係る流動液体の流量検出装置が適用されるオイル（液体）供給システムを示す図である。 パイプ内を流動するオイルを検出するオイル検出部の構成を示す図である。 本発明の実施の一形態に係る流動液体の流量検出装置を示すブロック図である。 パイプ内を流動するオイルの塊形状の状態と受光素子からの信号波形及び検出信号の波形を示す図である。 図３に示す流量検出装置における演算処理部での処理の手順（その１）を示すフローチャートである。 図３に示す流量検出装置における演算処理部での処理の手順（その２）を示すフローチャートである。 図３に示す流量検出装置における演算処理部での処理の手順（その３）を示すフローチャートである。 流量情報となる出力パルスの状態を示す図である。 実験例の結果を示す図表である。

符号の説明

２０ 検出器
２１ 発光素子
２２ 受光素子
１００ 検出信号生成回路（信号変換手段）
１０１ 電流−電圧変換回路
１０２ 減算回路
１０３ 反転増幅回路
１１０ アナログデジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）
１２０ 演算処理部
１３０ 出力回路

Claims (11)

1. 透光性を有するパイプに形成された湾曲部に対して光を照射する発光素子と、
   該発光素子から照射されて前記パイプの湾曲部を透過した光を受光し、その受光光量に応じた信号を出力する受光素子と、
   前記パイプの湾曲部に液体を流動させた状態で前記受光素子から出力される信号を、前記流動する液体の塊形状に応じた波形を有する検出信号に変換する信号変換手段と、
   前記検出信号の波形に応じた量を表す量情報を生成する量情報生成手段と、
   前記パイプの湾曲部に液体を所定の粒子状にて流動させた際の１粒子分の前記検出信号の波形に応じた量を基準量として表す基準量情報を取得する基準量取得手段と、
   前記量情報生成手段にて得られた前記量情報にて表される量の前記基準量情報にて表される基準量に対する相対値に基づいた流量情報を生成する流量情報生成手段とを有することを特徴とする流動液体の流量検出装置。
2. 前記基準量取得手段は、前記パイプの湾曲部に液体を所定の粒子状にて流動させた際に前記量情報生成手段にて生成される１粒子分の前記検出信号の波形に応じた量を表す量情報を前記基準量情報として取得することを特徴とする請求項１記載の流動液体の流量検出装置。
3. 前記量情報生成手段は、前記検出信号を積分処理する積分処理手段を有し、該積分処理手段により得られる積分値に基づいて前記検出信号の波形に応じた量を表す量情報を生成することを特徴とする請求項１または２記載の流動液体の流量検出装置。
4. 前記積分処理手段は、前記検出信号を所定の周期にてアナログデジタル変換して信号値を出力するアナログデジタル変換手段と、
   前記アナログデジタル変換手段から所定の周期にて出力される信号値を積算する積算手段とを有し、前記信号値の積算値を前記積分値とするようにしたことを特徴とする請求項３記載の流動液体の流量検出装置。
5. 前記流量情報生成手段は、前記アナログデジタル変換手段から所定の周期にて出力される信号値を前記積算手段が順次積算する過程で得られる積算値が前記基準量に達したか否かを判定する基準量判定手段と、
   前記基準量判定手段にて前記積算値が前記基準量に達したとの判定がなされる毎に、前記積算手段での積算値をリセットする積算値リセット制御手段とを有し、
   前記基準量判定手段によって前記積算値が前記基準量に達したとの判定がなされる回数に基づいた流量情報を生成するようにしたことを特徴とする請求項４記載の流動液体の流量検出装置。
6. 前記流量情報生成手段は、前記基準量判定手段にて前記積算値が前記基準量に達したとの判定がなされたときに、単位信号を出力する単位信号出力手段を有し、
   前記積算値が前記基準量に達したとの判定がなされる毎に前記単位信号出力手段から出力される単位信号の列を前記流量情報とすることを特徴とする請求項５記載の流動液体の流量検出装置。
7. 前記パイプの湾曲部を流動する液体の流速を判定する流速判定手段を有し、
   前記流量情報生成手段は、前記判定された流速に基づいた補正係数を決定する手段を有し、前記量情報にて表される量の前記基準量情報にて表される基準量に対する相対値及び前記補正係数に基づいて前記流量情報を生成するようにしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の流動液体の流量検出装置。
8. 前記補正係数は、流速が大きいほどより多い流量を表す流量情報が生成されるように決定されることを特徴とする請求項７記載の流動液体の流量検出装置。
9. 前記積算手段にて得られる積算値が前記基準量に達するまでの間に、前記アナログデジタル変換手段が当該積算値に寄与する信号値を得るために行なったアナログデジタル変換動作の回数を計数する計数手段を有し、
   前記流量情報生成手段は、前記計数手段にて得られた回数に基づいた補正係数を決定する手段を有し、前記量情報にて表される量の前記基準量情報にて表される基準量に対する相対値及び前記補正係数に基づいて前記流量情報を生成するようにしたことを特徴とする請求項５記載の流動液体の流量検出装置。
10. 前記補正係数は、前記計数手段にて得られる回数が少ないほどより多い流量を表す流量情報が生成されるように決定されるようにしたことを特徴とする請求項９記載の流動液体の流量検出装置。
11. 前記パイプの湾曲部に液体を流動させない状態で前記信号変換手段にて得られる検出信号のレベルを基準レベルとして取得する基準レベル取得手段と、
    前記基準レベルに基づいて前記量情報生成手段が量情報を生成するために供すべき検出信号の適否を判定する判定手段とを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の流動液体の流量検出装置。
    
    

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