JP2008164295A

JP2008164295A - 流量計測装置

Info

Publication number: JP2008164295A
Application number: JP2006350514A
Authority: JP
Inventors: Kenji Iwao; 健司岩尾
Original assignee: Tokico Technology Ltd
Current assignee: Tokico System Solutions Co Ltd
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】本発明は流量計測精度をより高めると共に、計測誤差を減らすことを課題とする。
【解決手段】流量計測装置１００は、被測流体の流量に応じた回転数で回転する回転体１１０に設けられた複数の磁気発生部１２０と、複数の磁気発生部１２０が通過する位置に近接するように配置された一対の磁気検出素子を有するセンサ手段１７０と、回転体１１０の回転に伴って一対の磁気検出素子により検出された流量パルスの位相差に基づいて回転体の回転方向を判定する回転方向判定手段１４２と、回転体１１０の回転方向が正転方向と判定された場合には流量パルスを加算し、回転体１１０の回転方向が逆転方向と判定された場合には流量パルスを減算する流量演算手段１４４とを有する。一対の磁気検出素子の回転方向距離ｄと磁気発生部１２０の数Ｎと回転体１１０に配置される磁気発生部の配置直径Ｄとの関係を、ｄ＝（πＤ／Ｎ）×（１／４）に基づいて設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は流量計測装置に係り、特に被測流体の流量に応じた回転数で回転する回転体の回転検出をより高精度に行うよう構成された流量計測装置に関する。

被測流体の流量を計測する流量計として、例えばまゆ形に形成された一対の回転子（流量計測用回転体）を被測流体が流れる計量室に回転可能に支持し、この回転子の回転数を検出して流量に換算するルーツ形と呼ばれる容積流量計がある。

この種の流量計では、回転検出手段として、回転子と共に回転する回転体に複数のマグネット(磁気発生部)を回転軸と同心円状に配置し、回転体に対して磁気センサを対向配置して回転体の回転数に応じたマグネットの通過数を非接触で検出する方法が採用されている。

また、流量計においては、計測精度をより高めることが要望されている。そのため、流量計の回転検出手段に用いられたマグネットの数を増加することにより、１回転当たりの流量パルス数を増やして流量パルスの積算値に基づく流量計測の分解能を高めるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

一方、流量計においては、回転子の回転方向を検出しており、回転子が正転方向に回転している場合に検出された流量パルスを加算し、回転子が逆転方向に回転している場合に検出された流量パルスを減算するようにして、被測流体の流れ方向が逆転した場合の流量パルスが誤差とならないようにしている。

この回転方向を検出方法としては、磁気センサの検出部に磁気抵抗素子（ＭＲ素子）などからなる磁気検出素子を一対設け、一対の磁気検出素子から得られた２相（Ａ相、Ｂ相）の流量パルスの位相差から回転子の回転方向を検出し、例えば、Ａ相がＢ相より先行している場合には回転子が正転しているものと判定し、Ｂ相がＡ相より先行している場合には回転子が逆転しているものと判定することができる。
特開平６−１６０１４９号公報

しかしながら、上記のように計測精度を高めるため、回転子のマグネット数を増やすと、２相（Ａ相、Ｂ相）の流量パルスの間隔（時間差）が短くなり、マグネット数を増やしすぎるとＡ相、Ｂ相の各信号の立ち上がりの間隔が接近するため、２相の流量パルスの位相差を検出することが難しくなるという問題があった。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した流量計を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。

本発明は、被測流体の流量に応じた回転数で回転する回転体と、
該回転体に設けられた複数の磁気発生部と、
該複数の磁気発生部が通過する位置に近接するように配置された一対の磁気検出素子と、
前記回転体の回転に伴って前記一対の磁気検出素子により検出された流量パルスの位相差に基づいて前記回転体の回転方向を判定する回転方向判定手段と、
該回転方向判定手段により前記回転体の回転方向が正転方向と判定された場合には前記流量パルスを加算し、前記回転方向判定手段により前記回転体の回転方向が逆転方向と判定された場合には前記流量パルスを減算する流量演算手段と、を有する流量計測装置において、
前記一対の磁気検出素子の回転方向距離ｄと前記磁気発生部の数Ｎと前記回転体に配置される磁気発生部の配置直径Ｄとの関係を、以下の式、
ｄ＝（πＤ／Ｎ）×（１／４）に基づいて設定したことを特徴とするものである。

本発明によれば、一対の磁気検出素子の回転方向距離ｄと磁気発生部の数Ｎと回転体に配置される磁気発生部の配置直径Ｄとの関係をｄ＝（πＤ／Ｎ）×（１／４）の式により規定することにより、設定条件として例えば、一対の磁気検出素子の回転方向距離ｄと磁気発生部の数Ｎが予め決められている場合には、上記式より２相（Ａ相、Ｂ相）の流量パルスの位相差検出可能な磁気発生部の配置直径Ｄを求め、また、設定条件として例えば、一対の磁気検出素子の回転方向距離ｄと磁気発生部の配置直径Ｄが予め決められている場合には、上記式より２相（Ａ相、Ｂ相）の流量パルスの位相差検出可能な磁気発生部の数Ｎを求めることができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明になる流量計測装置の一実施例を示すブロック図である。図１に示されるように、流量計測装置１００は、概略、被測流体の流量に応じた回転数で回転する回転体１１０と、回転体１１０に設けられたマグネットからなる磁気発生部１２０と、計数部１２５とを有する。計数部１２５は、磁気発生部１２０の通過を検出する回転検出部１３０（図１中破線で示す）と、２相（Ａ相、Ｂ相）の流量パルスの位相差から回転方向を判別すると共に、回転検出部１３０からの流量パルスを積算する制御回路１４０と、制御回路１４０で演算された流量計測値を表示する表示部１５０と、制御回路１４０で演算された流量計測値を外部に出力するための出力回路１６０とを有する。尚、本実施例では、計数部１２５が回転検出部１３０と制御回路１４０とが設けられた構成を一例として示しており、例えば、回転検出部１３０と別の場所に制御回路１４０を設け、信号線または無線により回転検出部１３０からの検出信号を制御回路１４０に送信する構成としても良い。

制御回路１４０は、回転体１１０の回転に伴って一対の磁気検出素子により検出された流量パルスの位相差に基づいて回転体の回転方向を判定する回転方向判定手段１４２と、回転体１１０の回転方向が正転方向と判定された場合には流量パルスを加算し、回転体１１０の回転方向が逆転方向と判定された場合には流量パルスを減算する流量演算手段１４４とを有する。

回転検出部１３０は、磁気発生部１２０が通過したとき検出信号を出力するセンサ手段１７０と、センサ手段１７０からの信号を増幅する増幅回路１８０と、増幅回路１８０からの信号を波形整形してデジタル信号(矩形波)に変換する波形成形回路１９０と、増幅回路１８０の基準電位を設定する可変抵抗２００とを有する。

尚、回転検出部１３０は、磁気発生部１２０を非接触で検出するセンサ手段１７０、増幅回路１８０、波形成形回路１９０、可変抵抗２００をＩＣチップ化してデジタル信号からなる流量パルスを出力するようにしても良い。

本実施例では、以下、流量計測装置１００を容積流量計に用いた場合を例に挙げて説明する。ここでは、容積流量計について説明する。

図２は容積流量計の縦断面図である。図３は容積流量計の回転子、計量室を示す縦断面図である。図４は複数のマグネットが埋設されたマグネット保持部を説明するための拡大図である。

図２乃至図４に示されるように、容積流量計１１は例えば流体を給送する配管（図示せず）途中に設けられ、配管内を流れる流体の流量を計測するもので、容積流量計１１は次のように構成される。

１２はケーシングで、内部に流入口１２ａと流出口１２ｂとを連通する流路１２ｃを有し、流路１２ｃの途中には計量室１３を有する。ケーシング１２は計量室１３を一側（図２中、ケーシング１２の左側）に開口１３ａを有し、他側に側壁１３ｂを有する。計量室１３内には、上記開口１３ａから挿入された一対のまゆ形の回転子１４，１５が９０度の位相差で組み付けられており、一対の回転子１４，１５は非接触状態のまま回転するように夫々中央孔に圧入された回転軸１６，１７により支持されている。

又、ケーシング１２の一側の側面１２ｄには、計量室１３の開口１３ａを閉蓋する側蓋１８がネジ止めされている。ケーシング１２の他側の側面１２ｅには、回転軸１６，１７の端部を隠すための側蓋１９がネジ止めされている。尚、側蓋１８，１９には、上記回転軸１６，１７の端部を軸承する軸受２０と、計量室１３からも漏れを防止するためのＯリング２１が装着されている。

さらに、側蓋１８には側蓋１８の外側を覆うカップ状のカバー２２がネジ止めされている。尚、カバー２２と側蓋１８との間にはＯリング２３が介在し、カバー２２内が気密にシールされている。

上記回転軸１６，１７は一端（図２中左側の端部）が側蓋１８を貫通してカバー２２と側蓋１８とにより形成された空間２４内に突出している。又、回転軸１６，１７の他端（図２中右側の端部）は、上記軸受２０に嵌合しているが、軸受２０の外側には突出していない。尚、回転軸１６，１７の他端にはネジ２５が螺入されているため、上記側蓋１９をケーシング１２から外すことによりネジ２５の端部を目視でき、これにより一対の回転子１４，１５が回転していることを確認できる。

一対の回転子１４，１５は互いに微小なクリアランスを介して組み合わされており、流量室１３の内壁に対しても微小なクリアランスを保った状態で回転する。さらに、一対の回転子１４，１５は９０度ずらして設けられているので流体圧力による回転力を交互に付与される。そのため、回転軸１６，１７の一端には、一対の回転子１４，１５が回転するときのタイミングを合わせる調時歯車２６，２７が嵌合固定されている。この調時歯車２６，２７は上記空間２４内で噛合しており、一対の回転子１４，１５が流量に応じた回転数で回転する際に生ずる回転力が調時歯車２６，２７を介して回転軸１６，１７に相互に伝達されるようになっている。つまり、一対の回転子１４，１５は一方が回転駆動されると調時歯車２６，２７を介して他方に伝達して互いに非接触状態を保ちながら同一の回転数で回転する。

上記調時歯車２６，２７は一対の回転子１４，１５と後述する流量指示部３２との間に設けられているので、カバー２２をケーシング１２から外すことにより流量指示部３２及び回転軸１６，１７、調時歯車２６，２７を一方向から外すことができる。これにより、点検時の分解が容易となり、流量指示部３２及び回転軸１６，１７、調時歯車２６，２７等の点検作業が短時間で行うことができ、点検作業が能率良く行えるとともに組立作業も短時間で行える。

上記調時歯車２６を貫通した回転軸１６の一端には、回転軸１６の外径より大径で回転子１４と一体的に回転する円盤状のマグネット保持部（図１の回転体１１０に相当）２８が設けられている。このマグネット保持部２８の端面２８ａには、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように複数（本実施例では、８個）の永久磁石からなるマグネット２９ａ〜２９ｈ（図１の磁気発生部１２０に相当）が一定間隔（本実施例では、４５°毎）で埋設されている。尚、マグネット２９ａ〜２９ｈはマグネット保持部２８の端面２８ａ側でＮ極とＳ極とが交互に配設されるような向きで埋設させる。

３０は磁気変化に応じた信号を出力する磁気センサユニット（図１のセンサ手段１７０に相当）で、上記マグネット保持部２８のマグネット２９ａ〜２９ｈに近接するように上記カバー２２の取り付け孔２２ａに挿入され、マグネット２９ａ〜２９ｈの通過に伴って図４（Ａ）に示すような信号を出力する。上記マグネット保持部２８、マグネット２９ａ〜２９ｈ、磁気センサユニット３０により回転子１４，１５の回転を検出する回転検出手段が構成されている。

流体がケーシング１２の流路１２ｃを流れると、一対の回転子１４，１５は図３に示す如く夫々矢印方向に回転する。回転子１４，１５と計量室１３との間には図２中ハッチングで示すような空間３１が形成され、回転子１４，１５の回転とともにこの空間３１内の容積分の流体が流出口１２ｂ側へ送出される。

磁気センサユニット３０は、後述するようにマグネット２９ａ〜２９ｈが回転するのに伴って磁気変化を検出し、磁気の強さに応じた電流信号を出力する磁気抵抗素子を有する。そのため、磁気センサユニット３０は、Ｎ極とＳ極とが交互に配設されたマグネット２９ａ〜２９ｈが回転するのに伴って磁界の方向に応じた電流が誘起され、図５（Ａ）に示すようなアナログ信号を出力する。

３２は流量指示部（図１の計数部１２５に相当）で、カバー２２に設けられ、内部には流量を積算する制御回路１４０（図１に示す）が収納されている。

図５（Ａ）は磁気センサユニット３０から出力されたアナログ信号の波形図、図５（Ｂ）は回転検出部１３０で増幅、波形整形されて矩形状の流量パルスを示す波形図である。

磁気センサユニット３０から出力されたアナログ信号（図５（Ａ）参照）は、前述した回転検出部１３０で増幅、波形整形されて矩形状の流量パルス（図５（Ｂ）参照）に変換される。
従って、流量指示部３２の制御回路１４０は、磁気センサユニット３０が回転子１４の回転数に応じた信号を出力すると、回転子１４の回転数に応じた流量パルスを積算した値と、上記空間３１の容積とより流量を算出する。

本実施例では、マグネット保持部２８の端面２８ａに８個のマグネット２９ａ〜２９ｈが一定間隔で埋設されているので、回転子１４，１５が１回転する間に８個のパルスが検出されることになり、回転子１４，１５の回転に対するパルス数が増え、その分流量計測精度が向上する。

図６はマグネット保持部２８に設けられたマグネットの配置を示す平面図である。図６に示されるように、円盤状に形成されたマグネット保持部２８の端面２８ａに埋設されたマグネット２９ａ〜２９ｈは、マグネット保持部２８の回転中心Ｏから半径Ｒの線上に位置するように配置されている。さらに、各マグネット２９ａ〜２９ｈは、周方向に等間隔となるように配置されており、夫々の間隔の角度θが４５度（３６０度の８等分の角度）になるように設けられている。従って、各マグネット２９ａ〜２９ｈは、直径Ｄの同一円周上に等間隔となる位置に設けられている。

図７（Ａ）は磁気センサユニット３０の平面図、図７（Ｂ）は磁気センサユニット３０の側面図である。図７（Ａ）（Ｂ）に示されるように、磁気センサユニット３０は、円筒状に形成された樹脂ケース４０の内部に一対の磁気抵抗素子（磁気検出素子）４２Ａ，４２Ｂがモールドされている。一対の磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂは、薄板状に形成されており、軸方向からみると、長方形の端部が各マグネット２９ａ〜２９ｈの相対移動方向（回転方向）に距離ｄでずらして設けられている。この回転方向距離ｄは、磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂから出力されるＡ相、Ｂ相の流量信号の位相差となる。

磁気センサユニット３０は、樹脂ケース４０の下端が検出端部４４であり、この検出端部４４を通過する磁界の強度に応じた大きさの検出信号を出力する。

また、磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂは、磁力線の方向に応じて電流の流れ方向が変化し、検出した磁界が強度に応じた電圧を出力する。例えば、磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂの出力電圧は、Ｎ極及びＳ極の磁界を検知するとＨiレベル（またはＬｏ）となり、Ｎ極とＳ極との間隔のほぼ中央では磁界がないためにＬｏレベル（またはＨｉ）となる。そのため、回転検出部１３０では、磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂに近接して通過したマグネット数に応じた数のパルスが生成される。

ここで、図８(Ａ)〜図８(Ｄ)及び図９(Ａ)(Ｂ)を参照して磁気センサユニット３０と理想的なマグネット数のマグネット保持部２８の回転位置との相対位置関係について説明する。尚、以下の説明では、図８(Ａ)〜図８(Ｄ)において、Ｎ極のマグネット（以下、「Ｍ１」と称する）を２重丸で示すものとする。また、磁気センサユニット３０は検出端部がマグネットに近接するように配置されているが、図８では、磁気センサユニット３０とマグネットとの位置関係を分かりやすくするため、磁気センサユニット３０をマグネット保持部２８の外側に図示している。

図８（Ａ）に示されるように、状態（Ａ１）では、Ｂ相の磁気抵抗素子４２ＢがマグネットＭ１を検知し、Ｂ相の出力はＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わる。Ａ相の磁気抵抗素子４２Ａは、マグネットＭ１の回転方向の前方に位置するマグネットＭ８を検知した後であり、マグネットＭ１を検知していないため、Ａ相の出力はＬｏレベルのままである。

そして、Ｂ相の出力がＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わる立ち上がり時に、制御回路１４０はＡ相の状態を読み取り、Ａ相の出力がＬｏレベルであれば、回転子１４，１５が正転方向に回転しているものと判定する（図９のＸ１（破線矢印で示す）のときのＡ相、Ｂ相の状態を参照）。

図８（Ｂ）に示されるように、状態（Ｂ１）では、マグネットＭ１が回転方向に移動してＡ相の磁気抵抗素子４２ＡがマグネットＭ１を検知し、Ａ相の出力はＨｉレベルに切り替わる。Ｂ相の磁気抵抗素子４２ＢはマグネットＭ１を検知したままなので、Ｂ相の出力はＨｉレベルである。

図８（Ｃ）に示されるように、状態（Ｃ１）では、さらにマグネットＭ１が回転方向に移動して、Ｂ相の磁気抵抗素子４２ＢがマグネットＭ１の検知を終了するため、Ｂ相の出力はＬｏレベルに切り替わる。これと共に、Ａ相の磁気抵抗素子４２ＡはマグネットＭ１を検知し続けるため、Ａ相の出力はＨｉレベルを維持している。

そして、制御回路１４０は、Ｂ相の出力はＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わるとき、Ａ相の出力状態を読み取り、Ａ相の出力がＨｉレベルであれば、回転子１４，１５が正転方向に回転しているものと判定する（図９のＹ１（破線矢印で示す）のときのＡ相、Ｂ相の状態を参照）。

図８（Ｄ）に示されるように、状態（Ｄ１）では、マグネットＭ１が回転方向に移動して磁気センサユニット３０を通過したため、Ｂ相の出力はＬｏレベルのままであり、Ａ相の出力はＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わる。

このように、マグネット数が理想的な個数である場合には、流量計測装置１００の制御回路１４０は、被測流体の流れに応じて上記状態（Ａ１）〜（Ｄ１）を繰り返すことにより、磁気センサユニット３０から出力されたＡ相、Ｂ相の信号から得られた流量パルスの位相差から回転方向が正転か逆転かを判定し、且つ流量パルスを積算することで流量を算出することが可能になる。

次に、図１０(Ａ)〜図１０(Ｄ)及び図１１(Ａ)(Ｂ)を参照して磁気センサユニット３０と理想状態よりもより多くのマグネット数を有する場合（直径Ｄに対してマグネット数Ｎが理想状態よりも多い場合）のマグネット保持部２８の回転位置との相対位置関係について説明する。尚、以下の説明では、図１０(Ａ)〜図１０(Ｄ)において、Ｎ極のマグネット（以下、「Ｍ１」と称する）を２重丸で示すものとする。また、磁気センサユニット３０は検出端部がマグネットに近接するように配置されているが、図１０(Ａ)〜図１０(Ｄ)では、磁気センサユニット３０とマグネットとの位置関係を分かりやすくするため、磁気センサユニット３０をマグネット保持部２８の外側に図示している。

図１０（Ａ）に示されるように、状態（Ａ２）では、Ｂ相の磁気抵抗素子４２ＢがマグネットＭ１を検知し、Ｂ相の出力はＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わる。Ａ相の磁気抵抗素子４２Ａは、マグネットＭ１の回転方向の前方に位置するマグネットＭ８を検知したままであるので、Ａ相の出力はＨｉレベルのままである。また、Ａ相の出力は、マグネットＭ８が通過したときにＬｏレベルに切り替わるが、すぐにマグネットＭ１を検知してＨｉレベルに戻る。

そして、Ｂ相の出力がＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わる立ち上がり時に、制御回路１４０はＡ相の状態Ｈｉレベルを読み取ることになるため、回転子１４，１５が逆転方向に回転しているものと判定してしまう（図１１のＸ２（破線矢印で示す）のときのＡ相、Ｂ相の状態を参照）。

図１０（Ｂ）に示されるように、状態（Ｂ２）では、マグネットＭ１の回転方向の前方に位置するマグネットＭ８がＡ相の磁気抵抗素子４２Ａを通過すると共に、マグネットＭ１がＡ相の磁気抵抗素子４２Ａに接近する。そのため、Ａ相の磁気抵抗素子４２ＡがマグネットＭ１を検知し始めると共に、Ｂ相の磁気抵抗素子４２ＢはマグネットＭ１の検知を継続している。よって、Ａ相の出力はＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わり、Ｂ相の出力はＨｉレベルを維持する。

図１０（Ｃ）に示されるように、状態（Ｃ２）では、さらにマグネットＭ１が回転方向に移動して、Ｂ相の磁気抵抗素子４２ＢがマグネットＭ１の検知を終了するため、Ｂ相の出力はＬｏレベルに切り替わる。これと共に、Ａ相の磁気抵抗素子４２ＡはマグネットＭ１を検知し続けるため、Ａ相の出力はＨｉレベルを維持している。

そして、制御回路１４０は、Ｂ相の出力はＨｉレベルからＬｏレベルに切り替わるとき、Ａ相の出力状態を読み取り、Ａ相の出力がＨｉレベルであれば、回転子１４，１５が正転方向に回転しているものと判定する（図１１のＹ２（破線矢印で示す）のときのＡ相、Ｂ相の状態を参照）。

図１０（Ｄ）に示されるように、状態（Ｄ２）では、マグネットＭ１が回転方向に移動して磁気センサユニット３０を通過したため、Ａ相の出力はＬｏレベルのままであるが、マグネットＭ１の次のマグネットＭ２がＢ相の磁気抵抗素子４２Ｂに接近するため、Ｂ相の出力はＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わる。

このように、直径Ｄに対してマグネット数Ｎが理想的な個数より多い場合（直径Ｄに対してマグネット数Ｎが理想状態よりも多い場合）には、流量計測装置１００の制御回路１４０は、上記Ｘ２の時点で回転子１４，１５が逆転方向に回転しているものと誤まった判定をしてしまうため、回転子１４，１５が正転方向に回転していても流量パルスを正確に積算することでできない場合が生じる。

次に、図１２(Ａ)〜図１２(Ｄ)及び図１３(Ａ)(Ｂ)を参照して磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂ間の回転方向距離ｄが短い場合（例えば、マグネット保持部２８の回転数が高速回転になって相対的に回転方向距離ｄが小さくなった場合）のマグネット保持部２８の回転位置との相対位置関係について説明する。尚、以下の説明では、図１２(Ａ)〜図１２(Ｄ)において、Ｎ極のマグネット（以下、「Ｍ１」と称する）を２重丸で示すものとする。また、磁気センサユニット３０は検出端部がマグネットに近接するように配置されているが、図１２(Ａ)〜図１２(Ｄ)では、磁気センサユニット３０とマグネットとの位置関係を分かりやすくするため、磁気センサユニット３０をマグネット保持部２８の外側に図示している。

図１２（Ａ）に示されるように、状態（Ａ３）では、Ｂ相の磁気抵抗素子４２ＢがマグネットＭ１を検知し、Ｂ相の出力はＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わる。Ａ相の磁気抵抗素子４２Ａは、マグネットＭ１の回転方向の前方に位置するマグネットＭ８が通過してＬｏレベルであるが、すぐにマグネットＭ１を検知するため、Ａ相の出力はＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わる。

そして、Ｂ相の出力がＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わる立ち上がり時に、制御回路１４０はＡ相の状態Ｈｉレベルを読み取ることになるため、回転子１４，１５が逆転方向に回転しているものと判定してしまう（図１３のＸ３（破線矢印で示す）のときのＡ相、Ｂ相の状態を参照）。

図１２（Ｂ）に示されるように、状態（Ｂ３）では、マグネットＭ１が磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂの中間位置にあるため、Ａ相及びＢ相の出力は共にＨｉレベルを維持する。

図１２（Ｃ）に示されるように、状態（Ｃ３）では、マグネットＭ１が回転方向に移動しているが磁気センサユニット３０に近接しているため、Ａ相及びＢ相の出力は共にＨｉレベルを維持する。

図１２（Ｄ）に示されるように、状態（Ｄ３）では、さらにマグネットＭ１が回転方向に移動して、Ｂ相の磁気抵抗素子４２ＢがマグネットＭ１の検知を終了するため、Ｂ相の出力はＬｏレベルに切り替わる。これと共に、Ａ相の磁気抵抗素子４２ＡはマグネットＭ１を検知し続けるため、Ａ相の出力はＨｉレベルを維持しているが回転方向距離ｄが小さいためにＢ相がＬｏレベルに切り替わってすぐにＡ相はマグネットＭ１の検知を終了しＬｏレベルに切り替わる。

そして、制御回路１４０は、Ｂ相の出力はＬｏレベルからＨｉレベルに切り替わるとき、Ａ相の出力状態を読み取り、Ａ相の出力がＬｏレベルであれば、回転子１４，１５が逆転方向に回転しているものと判定する（図１３のＹ３（破線矢印で示す）のときのＡ相、Ｂ相の状態を参照）。

このように、磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂ間の距離が短い場合（直径Ｄ、マグネット数Ｎに対して回転方向距離ｄが小さい場合）には、流量計測装置１００の制御回路１４０は、上記Ｙ３の時点で回転子１４，１５が逆転方向に回転しているものと誤まった判定をしてしまうため、回転子１４，１５が正転方向に回転していても流量パルスを正確に積算することでできない場合が生じる。

以上のように、一対の磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂの回転方向距離ｄとマグネット数Ｎとマグネット配置直径Ｄの関係を理想的な条件（図８(Ａ)〜図８(Ｄ)及び図９(Ａ)(Ｂ)を参照）に設定することにより、図１０(Ａ)〜図１０(Ｄ)及び図１１(Ａ)(Ｂ)に示すような正回転時であるのに流量パルスがカウントされないといった問題や、図１２(Ａ)〜図１２(Ｄ)及び図１３(Ａ)(Ｂ) に示すような正回転時であるのに流量パルスを減算してしまうといった問題を解消することが可能になる。

ここで、本発明による一対の磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂの回転方向距離ｄとマグネット数Ｎとマグネット配置直径Ｄの関係を理想的な条件に設定する場合の手法について説明する。理想的な流量パルスを得る場合、前述したマグネットＭ１が磁気センサユニット３０に接近して通過してゆくまでの図８(Ａ)〜図８(Ｄ)に示す状態Ａ１、Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１を１周期とすれば、１周期は、マグネットＭ１が検出されてから円周(＝πＤ)上に等間隔で配置された次のマグネットＭ２を検知するまでの時間となり、マグネットＭ１とＭ２との回転方向の間隔(距離)に比例する。

すなわち、円盤状のマグネット保持部２８にＮ個のマグネットが配置されていれば、１周期分の距離はπＤ／Ｎとなる。また、状態Ａ１から状態Ｂ１に移行する時間は、磁気抵抗素子４２ＢがマグネットＭ１を検知してから磁気抵抗素子４２Ａが検知するまでの時間となり、磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂ間の回転方向距離ｄに比例して１／４周期となる。

よって、磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂからの出力される信号の位相差が９０度となるようにするためには、磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂ間の回転方向距離ｄは次式（１）で表せられる。

ｄ＝（１周期分の距離）×１／４
＝（πＤ／Ｎ）×（１／４）・・・（１）
この式を用いて、例えば、磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂ間の回転方向距離ｄを固定値とする場合、マグネット配置直径Ｄをできるだけ大きい数値に設定することで、より多くのマグネット数Ｎを算出することが可能になり、前述したようなマグネット数が多くしすぎてマグネット間隔が狭くなったり、あるいはマグネット保持部２８の回転数が高くなって磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂ間の回転方向距離ｄが相対的に狭くなるといった場合での計測誤差を無くして、流量パルスを正確にカウントして流量計測することが可能になる。

すなわち、上記式（１）によれば、磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂからの出力される信号の位相差が９０度となるように磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂの回転方向距離ｄとマグネット数Ｎとマグネット配置直径Ｄを設定することができるので、回転方向が正転か、あるいは逆転かを正確に判定することが可能になり、マグネット数を増やして１回転当たりの分解能を高めたとしても計測誤差が生じることを防止してより高精度な流量計測が可能になる。また、様々なサイズの流量計を設計する場合でも、上記式（１）により磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂの回転方向距離ｄとマグネット数Ｎとマグネット配置直径Ｄの関係を理想的な条件に設定することが可能になるので、設計の作業効率を高めることが可能になる。

上記実施例では、容積流量計を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、被測流体の流量に比例した回転数で回転する回転体の回転検出をマグネットと磁気センサと組み合わせて検出する方法であれば、他の形式の流量計(例えば、タービン式流量計など)にも本発明を適用することができるのは勿論である。

本発明になる流量計測装置の一実施例を示すブロック図である。容積流量計の縦断面図である。容積流量計の回転子、計量室を示す縦断面図である。複数のマグネットが埋設されたマグネット保持部を説明するための拡大図である。磁気センサユニット３０から出力されたアナログ信号の波形図、及び回転検出部１３０で増幅、波形整形されて矩形状の流量パルスを示す波形図である。マグネット保持部２８に設けられたマグネットの配置を示す平面図である。磁気センサユニット３０の平面図、及び側面図である。磁気センサユニット３０と理想的なマグネット数のマグネット保持部２８の回転位置との相対位置関係が設定された場合の動作を時系列的に説明するための行程図である。図８に示す条件でのＡ相、Ｂ相の信号立ち上がり、立下りのときの回転方向の判定を説明するための図である。磁気センサユニット３０と理想状態よりもより多くのマグネット数を有する場合のマグネット保持部２８の回転位置との相対位置関係が設定された場合の動作を時系列的に説明するための行程図である。図１０に示す条件でのＡ相、Ｂ相の信号立ち上がり、立下りのときの回転方向の判定を説明するための図である。磁気抵抗素子４２Ａ，４２Ｂ間の回転方向距離ｄが短い場合のマグネット保持部２８の回転位置との相対位置関係が設定された場合の動作を時系列的に説明するための行程図である。図１２に示す条件でのＡ相、Ｂ相の信号立ち上がり、立下りのときの回転方向の判定を説明するための図である。

符号の説明

１１容積流量計
１２ケーシング
１３計量室
１４，１５回転子
２８マグネット保持部
２９ａ〜２９ｈマグネット
３０磁気センサユニット
３２流量指示部
１００流量計測装置
１１０回転体
１２０磁気発生部
１２５計数部
１３０回転検出部
１４０制御回路
１７０センサ手段

Claims

被測流体の流量に応じた回転数で回転する回転体と、
該回転体に設けられた複数の磁気発生部と、
該複数の磁気発生部が通過する位置に近接するように配置された一対の磁気検出素子と、
前記回転体の回転に伴って前記一対の磁気検出素子により検出された流量パルスの位相差に基づいて前記回転体の回転方向を判定する回転方向判定手段と、
該回転方向判定手段により前記回転体の回転方向が正転方向と判定された場合には前記流量パルスを加算し、前記回転方向判定手段により前記回転体の回転方向が逆転方向と判定された場合には前記流量パルスを減算する流量演算手段と、を有する流量計測装置において、
前記一対の磁気検出素子の回転方向距離ｄと前記磁気発生部の数Ｎと前記回転体に配置される磁気発生部の配置直径Ｄとの関係を、以下の式、
ｄ＝（πＤ／Ｎ）×（１／４）に基づいて設定したことを特徴とする流量計測装置。