JP2013170912A - Flow sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は配管内を流れる被測定流体の流量を測定する流量センサに関する。詳しくは、流路内に設けた羽根車の回転数を計数して流量を求める羽根車流量センサに関する。 The present invention relates to a flow sensor for measuring a flow rate of a fluid to be measured flowing in a pipe. Specifically, the present invention relates to an impeller flow rate sensor that calculates the flow rate by counting the number of rotations of an impeller provided in a flow path.
従来から、複数の羽根を有する羽根車を流量センサ本体の流路内に回転自在に収容し、流体の流れによって回転する羽根車の回転数を信号として出力し、被計測流体の流量を計測する羽根車流量センサが知られている。羽根車流量センサは、流入口から流出口に至る流路内を流れる被測定流体によって羽根車が回転させられ、羽根車に設けられたマグネットの磁束変化を流路の外側に設けた検出素子で検出して羽根車の回転数を検知している（特許文献１参照）。 Conventionally, an impeller having a plurality of blades is rotatably accommodated in the flow path of the flow sensor body, and the number of rotations of the impeller that rotates by the flow of the fluid is output as a signal to measure the flow rate of the fluid to be measured. An impeller flow sensor is known. The impeller flow sensor is a detection element in which the impeller is rotated by the fluid to be measured flowing in the flow path from the inlet to the outlet and the magnetic flux change of the magnet provided in the impeller is provided outside the flow path. It detects and detects the rotation speed of an impeller (refer patent document 1).
羽根車の回転数は、流体の流量に比例し、羽根車の各羽根が検出素子の対向位置を通過する際に、検出素子は出力信号を出し、流量が多い場合にはその出力信号の間隔が小さく、流量が少ない場合には出力信号の間隔は大きくなる。従って、単位時間当りの出力信号回数によって流量が演算できる。 The rotation speed of the impeller is proportional to the flow rate of the fluid. When each blade of the impeller passes through the position facing the detection element, the detection element outputs an output signal. When the flow rate is small and the flow rate is small, the output signal interval becomes large. Accordingly, the flow rate can be calculated by the number of output signals per unit time.
上記形式の流量センサは、羽根車が流路内に収容されていることから、流量センサ全体を小型化することができ、配管内での流量センサの占めるスペ−スが小さくなる利点があるが、微少流量での羽根車の回転力が小さく微少流量の計測精度が不十分であるという問題があった。 The flow rate sensor of the above type has an advantage that the entire flow rate sensor can be miniaturized because the impeller is accommodated in the flow path, and the space occupied by the flow rate sensor in the pipe is reduced. There is a problem that the rotational force of the impeller at a minute flow rate is small and the measurement accuracy of the minute flow rate is insufficient.
計測精度を高めるには、流量センサ本体内の流れと羽根車の回転とが正確に比例する必要があるが、流量が少ない場合は羽根車の羽根に流体の回転力を充分に作用させることができないという問題があった。又、羽根車の羽根端縁と本体壁面との間を通過し羽根車の回転に関与しない流れが存在し、この流量分が信号としては変換されないことがある。従って、実際の流量と検出素子によって検出される流量との間に誤差が生じ、この結果、流量センサとしての計測精度が低下する虞があった。 In order to increase the measurement accuracy, the flow in the flow sensor body and the rotation of the impeller need to be accurately proportional, but if the flow rate is small, the rotational force of the fluid can be sufficiently applied to the impeller blades. There was a problem that I could not. Further, there is a flow that passes between the blade edge of the impeller and the wall surface of the main body and does not participate in the rotation of the impeller, and this flow amount may not be converted as a signal. Accordingly, an error occurs between the actual flow rate and the flow rate detected by the detection element, and as a result, the measurement accuracy as the flow rate sensor may be reduced.
本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、小型化を損なわずに、微小流量変化や瞬間的な流量変動を正確に計測することができる流量センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described facts, and an object of the present invention is to provide a flow sensor capable of accurately measuring a minute flow rate change and an instantaneous flow rate change without impairing downsizing.
前記課題を解決するために、請求項１に記載の流量センサは、
流入口と流出口を有し、内部に流体を流通させる円形の計量室と、
前記計量室の内部に軸支され、前記計量室の内部を流通する前記流体の圧力を羽根部に受けて回転する羽根車と、
前記羽根車の回転による磁束変化の頻度を検知する検知部と、を備え、
前記計量室内において、前記流入口と前記流出口の間に、前記計量室の内周面と前記羽根車の前記羽根部の先端の回転軌跡とで仮想される空間が前記流体の流路として形成され、
前記流路内において、前記計量室の内周面が前記流入口及び前記流出口の内壁面よりも外側へ屈曲している、
ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the flow sensor according to
A circular measuring chamber having an inlet and an outlet and for circulating a fluid therein;
An impeller that is pivotally supported within the measuring chamber and rotates by receiving the pressure of the fluid flowing through the measuring chamber at a blade portion;
A detection unit that detects the frequency of magnetic flux change due to the rotation of the impeller,
In the measuring chamber, a space virtually formed by the inner circumferential surface of the measuring chamber and the rotation locus of the tip of the blade portion of the impeller is formed as the fluid flow path between the inlet and the outlet. And
In the flow path, the inner peripheral surface of the measurement chamber is bent outward from the inner wall surfaces of the inlet and the outlet.
It is characterized by that.
請求項１に記載の発明によれば、流路内で、コアンダ効果が発生し、微少流量であっても、羽根車を確実に回転させることができる。その結果、微小流量変化や瞬間的な流量変動を正確に計測することができる。 According to the first aspect of the present invention, the Coanda effect is generated in the flow path, and the impeller can be reliably rotated even at a minute flow rate. As a result, it is possible to accurately measure minute flow rate changes and instantaneous flow rate fluctuations.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流量センサにおいて、
前記流入口と前記流出口が、前記計量室と、前記流入口の内壁面の一端が前記計量室の内周面と連接する点（Ａ）と前記計量室の中心（Ｏ）とを結ぶ線の前記計量室の中心（Ｏ）を通る第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）と成す角度をθ１、前記流出口の内壁面の一端が前記計量室の内周面と連接する点（Ｂ）と前記計量室の中心（Ｏ）とを結ぶ線の前記第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）と成す角度をθ２、前記計量室の内周面の直径をＤ１、前記羽根車の羽根部直径をＤ２、とするとき、前記流入口の軸心（ａ１）は前記計量室の中心（Ｏ）を通り前記第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）と直交する第２の対称軸（Ｘ−Ｘ）と５度ないし１０度の角度をなし、前記流出口の軸心（ａ２）は前記第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）と直交し、
５度≦（θ１−θ２）≦１０度、
Ｄ２／Ｄ１＜ＣＯＳθ１、
Ｄ２／Ｄ１＜ＣＯＳθ２、
の関係を満たして連接されている、
ことを特徴とする。
The invention according to
A line connecting the inlet and the outlet, the measuring chamber, and a point (A) where one end of the inner wall of the inlet is connected to the inner peripheral surface of the measuring chamber and the center (O) of the measuring chamber. The angle formed with the first axis of symmetry (YY) passing through the center (O) of the measuring chamber is θ1, and one end of the inner wall surface of the outlet is connected to the inner peripheral surface of the measuring chamber (B) Is the angle between the first axis of symmetry (Y-Y) of the line connecting the center of the measuring chamber (O) and θ2, the diameter of the inner peripheral surface of the measuring chamber is D1, and the blade diameter of the impeller Is D2, and the axis (a1) of the inlet port passes through the center (O) of the measuring chamber and passes through a second symmetry axis (XX) that is orthogonal to the first symmetry axis (YY). ) And an angle of 5 to 10 degrees, and the axial center (a2) of the outlet is orthogonal to the first symmetry axis (YY),
5 degrees ≦ (θ1-θ2) ≦ 10 degrees,
D2 / D1 <COSθ1,
D2 / D1 <COSθ2,
Are connected to meet the relationship
It is characterized by that.
請求項２に記載の発明によれば、最大の回転モーメントで羽根車を回転させることができる。更に、コアンダ効果によって、流体が流路の内周面に付着しながら流出口へと流出する為に、流路内で羽根車の回転抵抗が少なくなり、微少流量であっても、羽根車を確実に回転させることができる。その結果、微小流量変化や瞬間的な流量変動を正確に計測することができる。
According to invention of
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の流量センサにおいて、
前記計量室の内周面の直径Ｄ１と、前記羽根車の羽根部直径Ｄ２との比（Ｄ２／Ｄ１）が、０．８７≦Ｄ２／Ｄ１≦０．９３である、
ことを特徴とする。
The invention according to
The ratio (D2 / D1) between the diameter D1 of the inner peripheral surface of the measuring chamber and the blade diameter D2 of the impeller is 0.87 ≦ D2 / D1 ≦ 0.93.
It is characterized by that.
請求項３に記載の発明によれば、羽根車の計量室内ないでの回転抵抗を最小にし、計測精度を高くすることができる。
According to the invention described in
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の流量センサにおいて、
前記流入口の内径をｄ１としたときに、５≦Ｄ１／ｄ１である、
ことを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the flow sensor according to any one of
When the inner diameter of the inlet is d1, 5 ≦ D1 / d1.
It is characterized by that.
請求項４に記載の発明によれば、微小流量の領域でも、羽根車の回転数を高くして、計測のための分解能を高くすることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to increase the rotation speed of the impeller and increase the resolution for measurement even in the region of a minute flow rate.
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流量センサにおいて、
前記羽根車は、ボス軸部と、複数の羽根部と、磁性体と、からなり、
前記羽根部は、前記ボス軸部に対して放射状に等間隔で形成され、
その外側端の角部の回転方向下流側がＲ形状に形成されている、
ことを特徴とする。
The invention according to
The impeller includes a boss shaft portion, a plurality of blade portions, and a magnetic body,
The blade portions are formed radially at equal intervals with respect to the boss shaft portion,
The downstream side in the rotational direction of the corner of the outer end is formed in an R shape,
It is characterized by that.
請求項５に記載の発明によれば、羽根車の回転に伴う流体の抵抗を低減し、特に流体の微少流量域においても、羽根車の回転効率を向上させることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the resistance of the fluid accompanying the rotation of the impeller can be reduced, and the rotational efficiency of the impeller can be improved particularly in a minute flow rate region of the fluid.
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の流量センサにおいて、
前記羽根車が、ポリアクリロニトリル系の炭素繊維が充填されたポリアセタールを用いて射出成形で作成されている、
ことを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the flow sensor according to any one of
The impeller is made by injection molding using polyacetal filled with polyacrylonitrile-based carbon fiber,
It is characterized by that.
請求項６に記載の発明によれば、炭素繊維が個体潤滑剤として作用し、羽根車の流体中での摩擦摩耗特性を良好に維持することができる。 According to the sixth aspect of the invention, the carbon fiber acts as a solid lubricant, and the friction and wear characteristics in the fluid of the impeller can be maintained well.
本発明によれば、小型化を損なわずに、微小流量変化や瞬間的な流量変動を正確に検出することができる流量センサを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a flow rate sensor that can accurately detect a minute flow rate change or instantaneous flow rate fluctuation without impairing downsizing.
次に図面を参照しながら、本発明の実施形態の具体例を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
尚、以降の説明の理解を用意にするために、図面において、第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）方向をＹ方向、第２の対称軸（Ｘ−Ｘ）方向をＸ方向、上下方向をＺ方向とする。又、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
Next, specific examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.
In order to facilitate understanding of the following description, in the drawings, the first symmetry axis (Y-Y) direction is the Y direction, the second symmetry axis (XX) direction is the X direction, and the vertical direction is Let it be the Z direction. In the following description using the drawings, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions and the like are different from actual ones, and are necessary for the description for easy understanding. Illustrations other than the members are omitted as appropriate.
（１）流量センサの全体構成
図１は本実施形態に係る流量センサ１の縦断面図、図２（ａ）は平面視の断面図、図２（ｂ）は平面視の部分拡大断面図である。図１及び図２を参照しながら、流量センサ１の全体構成を説明する。
流量センサ１は一端が上方（Ｚ方向）に開口された本体１０と、本体１０の上方開口面を閉塞する蓋体２０とによって画成された計量室１１内に回転自在に保持された羽根車３０と、羽根車３０の回転を検知する検知基板４０と、を備えて構成されている。
(1) Overall Configuration of Flow Sensor FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a
The
図２（ａ）に示すように、本体１０は、上方（Ｚ方向）に開口された平面視円形の凹状の計量室１１を有している。計量室１１には、被計量流体の流入口１５と、被計量流体の流出口１６とが、計量室１１の内周面１７に開口して連接している。計量室１１内には、流入口１５と流出口１６との間に、計量室１１の内周面１７と、羽根車３０の羽根部３２の先端の回転軌跡１９で仮想される空間が流路１８として形成されている（図２（ｂ）参照）。
As shown in FIG. 2A, the
流入口１５は、流体の流れと直角方向の断面形状が円形で、被計量流体を流入可能に形成され、被計量流体を供給する供給管（不図示）と接続可能なボス部１５ｂと、供給管との係止部１５ｃを備えている。流出口１６は、同様に流体の流れと直角方向の断面形状が円形で、流入口１５から流入された被計量流体が流路１８を通過したのち流出可能に形成され、流出口１６から流出された被計量流体を流通させる排出管（不図示）と接続可能なボス部１６ｂと、排出管との係止部１６ｃとを備えている。
本実施形態に係る流量センサ１は、流入口１５と、計量室１１の内周面１７と、羽根車３０の羽根部３２の先端の回転軌跡１９と、流出口１６と、で流体の流量を計測するための流路１８が形成されている。
The
The
計量室１１の中心には、後述する羽根車３０のボス軸部３１の一端に設けられたニードル部３５を受けるスラスト軸受部１２が形成されている。計量室１１の上方には、計量室１１の内周面１７よりも更に外側に、Ｏリング５０の受け部となる環状凹部１３ａが形成されている。
A
蓋体２０は、一面において、上方（Ｚ方向）に開口され、周囲を壁面で囲まれた凹状の基板収納部２１を有している。又、他面側には、底面を有する円筒体２２を有し、その底面の中心に、羽根車３０の一面に設けられた凹部を軸支する突状のニードル部２３が形成されている。円筒体２２の略中央部（Ｚ方向）には、円形のフランジ部２２ａが形成され、本体１０の上端部内周面に形成された環状凹部１３ａとの間で、Ｏリング５０を挟持し、本体１０と蓋体２０とによって画成された計量室１１が密封されている。
The
検知基板４０は、一面に検出素子Ｓを備え、他の一面には検知基板４０と外部機器（不図示）とを接続するワイヤーハーネス４１が接続されている。検出素子Ｓとしては、ホールＩＣ等の磁気検出素子を用いることができる。検知基板４０は、検出素子Ｓを羽根車３０側に対向させ、ワイヤーハーネス４１を上方へ延在した状態で、蓋体２０の基板収納部２１内に、充填剤Ｊを用いて固定・封止されている。
充填剤Ｊとしては、特に限定されないが、エポキシ樹脂を、所定の硬化剤とともに用いることができる。例えば、主剤としてのエポキシ樹脂１００重量部に対して硬化剤１５重量部を混合し、６０°Ｃの温度で３時間保持することで、固化させることができる。
The
Although it does not specifically limit as the filler J, An epoxy resin can be used with a predetermined hardening | curing agent. For example, it can be solidified by mixing 15 parts by weight of a curing agent with 100 parts by weight of an epoxy resin as a main agent and holding at a temperature of 60 ° C. for 3 hours.
羽根車３０は、ボス軸部３１と、複数の羽根部３２と、磁性体３３と、からなる。ボス軸部３１は、羽根部３２の中心部の一端側に先端が円錐状に突出して形成されたニードル部３５と、羽根部３２の中心部の他端側にスラスト軸受部３８と、を有し、本体１０と蓋体２０によって画成された計量室１１内に回転自在に軸支される。
羽根車３０は、複数の羽根部３２の先端部の面が計量室１１の流路１８を流れる被計量流体からの圧力を受けることにより、回転するように形成されている。
羽根車３０は、ボス軸部上方端に、ボス軸部３１の中心と同心に円形の磁性体３３を備えている。
The
The
The
（２）本体の構成
（２．１）計量室の構成
図３ないし図５を参照しながら本体１０の構成について、以下具体的に説明する。
図３は、本実施形態に係る流量センサを上方（Ｚ方向）から平面視した本体１０の断面模式図である。本体１０に形成された計量室１１には、羽根車３０が回転自在に軸支されている。計量室１１の内周面１７には、流入口１５と、流出口１６と、が開口して連接されている。
(2) Configuration of Main Body (2.1) Configuration of Weighing Chamber The configuration of the
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the
本体１０には、流入口１５が、流入口１５の内壁面１５ａの一端と計量室１１の内周面１７とが交わる点Ａにおいて、第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）と角度θ１をなし、かつ、第２の対称軸（Ｘ−Ｘ）と５度ないし１０度の角度で連接されている。流出口１６は、軸心ａ２が第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）と直交し、かつ、流出口１６の内壁面１６ａの一端と計量室１１の内周面１７とが交わる点Ｂにおいて、第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）と角度θ２をなし、流入口１５と流出口１６は、式（１）ないし（３）の関係を満たして連接されている。
５度≦（θ１−θ２）≦１０度・・・（１）
Ｄ２／Ｄ１＜ＣＯＳθ１・・・（２）
Ｄ２／Ｄ１＜ＣＯＳθ２・・・（３）
従って、計量室１１には、流入口１５と流出口１６との間に計量室の中心Ｏから角度（θ１＋θ２）の範囲（図３のＡ点からＢ点の範囲）で、計量室１１の内周面１７と、羽根車３０の羽根部３２の先端の回転軌跡１９で仮想される空間が、流路１８として形成されている。
又、流路１８の内周面（図３のＡ点からＢ点の範囲）１７は、流入口１５の内壁１５ａが連接されたＡ点から、流出口１６の内壁１６ａが連接されたＢ点の間の領域において、外側（Ｙ方向）に湾曲している。
In the
5 degrees ≦ (θ1-θ2) ≦ 10 degrees (1)
D2 / D1 <COSθ1 (2)
D2 / D1 <COSθ2 (3)
Accordingly, the measuring
Further, the inner peripheral surface 17 (range from point A to point B in FIG. 3) 17 of the
（２．２）流入口・流出口の構成
流入口１５及び流出口１６は、流体の流れと直角方向の断面形状が円形で、被計量流体が流れる配管（不図示）の途中に接続されるために、それぞれ配管と接続可能なボス部を備えている。又、流路内は断面形状が一定であり、流入口１５及び流出口１６は同一内径に形成されている。流入口１５及び流出口１６は、その内径をｄ１、計量室１１の内周面１７の直径をＤ１としたときに、式（４）の関係を有して連接されている。
５≦Ｄ１／ｄ１・・・（４）
(2.2) Constitution of the inlet / outlet The
5 ≦ D1 / d1 (4)
計量室１１の内周面１７の直径Ｄ１に対して、流入口１５の内径ｄ１が大きすぎると、微小流量の領域で、流速が低くなり羽根車３０の回転数が少なくなる。その結果、検出素子Ｓで検出されるパルス数が減り、計測の分解能が低下しやすい。
If the inner diameter d1 of the
（２．３）羽根車の構成
次に、本実施形態に係る羽根車３０について、図４及び図５を参照しながら具体的に説明する。図４（ａ）は、本実施形態に係る羽根車３０の磁性体３３側に視点を設けた斜視図である。図４（ｂ）は、本実施形態に係る羽根車３０のニードル部３５に視点を設けた斜視図である。図５（ａ）は、本実施形態に係る羽根車３０の磁性体３３側に視点を設けた平面図、図５（ｂ）は、本実施形態に係る羽根車３０のＥ−Ｅ矢視の断面図である。
(2.3) Configuration of Impeller Next, the
羽根車３０は、ボス軸部３１と、複数の羽根部３２と、磁性体３３と、からなる。ボス軸部３１には、ニードル部３５と、磁性体３３が嵌入される平面視小判状の軸部３７が形成されている。軸部３７には、その中央部に凹状のスラスト軸受部３８が形成され、蓋体２０の下面に突状に形成されたニードル部２３を支持する。羽根車３０のニードル部３５は、先端部が円錐状に形成され、本体１０の底面中央部に形成された凹状のスラスト軸受部１２で軸支される。ボス軸部３１は、蓋体２０の下面に形成された突状のニードル部２３でスラスト軸受部３８が軸支され、本体１０の底面中央部に形成された凹状のスラスト軸受部１２でニードル部３５を軸支されることにより、計量室１１内で回転可能とされている。
The
複数の羽根部３２は、本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、ボス軸部３１に対して、放射状に配置された６枚の羽根から構成され、各羽根の外側端の角部は、羽根車３０の回転下流側がＲ形状に形成されている。従って、羽根車３０の回転に伴う流体の抵抗を低減し、特に流体の微少流量域においても、羽根車の回転効率を向上させることができる。尚、各羽根の外側端の角部は、Ｃ面が形成されていても良い。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5A, the plurality of
羽根車３０は、合成樹脂等を用いて射出成形で作成することができる。合成樹脂としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維が充填されたポリアセタール（ＰＯＭ）が好適である。羽根車３０は、計量室１１の内部で、被計量流体の流れの圧力を受けて回転するために、流体内での摩擦摩耗特性に優れた材料で形成されることが必要である。
ポリアセタールの本来有する自己潤滑性は、例えば水中内では作用しなくなることがあるが、ＰＡＮ系の炭素繊維を適宜充填することで、炭素繊維が個体潤滑剤として作用し、羽根車の水中での摩擦摩耗特性を良好に維持することができる。
The
The inherent self-lubricating property of polyacetal may not work in water, for example, but by filling PAN-based carbon fiber as appropriate, the carbon fiber acts as a solid lubricant and the impeller friction in water Good wear characteristics can be maintained.
ボス軸部３１の上端側には、リング状の磁性体３３が固定されている。磁性体３３は、例えばフェライト磁性体を混入した合成樹脂で形成され、リングはＮ極及びＳ極に着磁された永久磁石となっている。磁性体３３は、ボス軸部３１の上端面に形成された小判状の軸部３７へ固定されている。固定方法は、特に限定されないが、ボス軸部３１及び羽根部３２が、上述したＰＡＮ系の炭素繊維が充填されたポリアセタール（ＰＯＭ）で形成されている場合は、例えば、熱カシメで固定することができる。
A ring-shaped
羽根車３０は本体１０の中央部に形成された計量室１１に、計量室１１の内周面１７と間隙Δを有して、回転自在に軸支されている。計量室１１の内周面１７の直径をＤ１、羽根車３０の羽根部３２の直径をＤ２、とした場合、計量室１１の内周面１７と、各羽根部３２の外側端との間隙Δは、Δ＝（Ｄ１−Ｄ２）／２で表され、羽根車３０の羽根部３２の直径Ｄ２と、計量室１１の内周面１７の直径Ｄ１との比Ｒは、Ｒ＝Ｄ２／Ｄ１で表される（図７参照）。
本実施形態の流量センサ１においては、羽根車３０の羽根部３２の先端と、計量室１１の内周面１７との間に、（５）式の関係を有して流路が形成されているが、その作用については後述する。
０．８７≦Ｒ≦０．９３・・・（５）
The
In the
0.87 ≦ R ≦ 0.93 (5)
（３）作用
本実施形態に係る流量センサ１は、接線流方式の流量センサである。接線流方式の流量センサにおいては、流入口１５から、計量室１１の内周面１７を経由して、流出口１６までの領域が流路１８となり、この領域が羽根車３０に回転力を付与する作用範囲となる。係る作用範囲が広ければ、微少流量であっても正確に計測できる。
又、流入口１５から噴出された流体が、羽根車３０の羽根部３２に当たる位置は、羽根部３２の先端側であるほど、羽根車の回転モーメントは大きくなる。
以下、本実施形態の流量センサ１の作用について説明するが、その前に比較例の流量センサの問題点について、図面を用いて説明する。尚、比較例の流量センサにおいて、本実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
(3) Operation The
In addition, the rotational moment of the impeller increases as the position where the fluid ejected from the
Hereinafter, although the effect | action of the
（３．１）比較例の流量センサ
「比較例１」
図１３（ａ）は、比較例１の流量センサ１００の計量室１１０を上方（Ｚ方向）から平面視した断面模式図である。
図１３（ａ）に示すように、比較例１の流量センサ１００は、計量室１１０に、流入口１５０及び流出口１６０が連接され、計量室１１０の中心には、羽根車３０が回転自在に軸支されている。又、流入口１５０及び流出口１６０は、ともに計量室１１０の内周面１７０と、Ａ１点で接線状に連接されている点で、本実施形態に係る流量センサ１と異なっている。
(3.1) Flow sensor of comparative example “Comparative example 1”
FIG. 13A is a schematic cross-sectional view of the weighing
As shown in FIG. 13A, in the
比較例１の流量センサ１００においては、流入口１５０と、流出口１６０と、が計量室１１０の内周面１７０とＡ１点で接線状に連接されているために、流入口１５０から噴出された流体が、羽根車３０の羽根部３２の先端部に当たり、羽根車の回転モーメントは大きくなる。一方、流入口１５０から、計量室１１０の内周面１７０を経由して、流出口１６０までの流路範囲が狭く、羽根車３０に回転を付与する作用が弱くなる。
In the
流入口１５０から計量室１１０へ噴出された流体は、羽根部３２の側面先端部に当たり、羽根車３０を反時計回りに回転させようとする（正流、図１３（ａ）のＦ１参照）。羽根部３２に流体の圧力を受けた羽根車３０は、計量室１１０内で反時計回りに回転し、流入口１５０から噴出された流体は、そのまま、計量室１１０に連接された流出口１６０へと向かう。この時点で、流入口１５０と流出口１６０は、ともに計量室１１０の内周面１７０と接線で連接されているために、流路が屈曲している場合に、流体が壁面に沿って付着しながら流れる、いわゆるコアンダ効果は発生しない。
The fluid ejected from the
又、流入口１５０と計量室１１０の内周面１７０とが連接したＣ点は、流入口１５０の内壁１５０ａが９０度を超えて、鋭角に屈曲しているために、コアンダ効果による流体の内周面１７０への付着は生じにくい。従って、流入口１５０から噴出された流体の一部は、Ｃ点から時計回りの方向において、内周面１７０には付着しない状態で、羽根車３０を時計回りに逆転させようとする流れ（逆流、図１３（ａ）のＦＲ参照）になる。
In addition, the point C where the
従って、流量センサ１００の計量室１１０内には、羽根車３０を反時計回りに回転させようとする正流（Ｆ１）と、Ｃ点から時計回りの方向の内周面１７０において、羽根車３０を時計回りに逆転させようとする逆流（ＦＲ）が混在した状態になる。その結果、流入口１５０から噴出される流体と、検出素子Ｓによって検出される流量との間に誤差が生じ、流量センサとしての計測精度が低下する要因となる。
Accordingly, in the measuring
「比較例２」
図１３（ｂ）に示す比較例２に係る流量センサ２００は、流入口１５０と、流出口１６０と、を第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）の下方寄り（中心Ｏ側）に配置した点で、比較例１に係る流量センサ１００と異なる。比較例２の流量センサ２００においては、比較例１に係る流量センサ１００に比較して、流路範囲は広くなるが、流入口１５０から噴出された流体が、羽根車３０の羽根部３２のボス軸部３１側へ当たり、羽根車３０の回転モーメントは小さくなる。
“Comparative Example 2”
In the
「比較例３」
図１３（ｃ）に示す比較例３に係る流量センサ３００は、流入口１５０及び流出口１６０がそれぞれ第２の対称軸（Ｘ−Ｘ）に対して角度をなして連接されている。従って、一定の流路範囲を確保しながら、流入口１５０から噴出された流体を、羽根車３０の羽根部３２の先端部に当て、羽根車の回転モーメントも大きくすることができる。
“Comparative Example 3”
In the
一方、Ｂ点において、計量室１１０の内周面１７０から、流出口１６０の内壁１６０ａへの流路の屈曲が少なくなり、コアンダ効果が発生しにくくなる。その結果、内周面１７０に沿って流れる流体は、流出口１６０の内壁１６０ａに付着した流れになりにくい。従って、流体の一部は、流出口１６０から排出されにくく、計量室１１０の内周面１７０に沿って流動する（図１３（ｃ）のＦ６参照）。
又、流入口１５０及び流出口１６０がともに第２の対称軸（Ｘ−Ｘ）に対して角度をなして連接されているため、配管に接続されて使用される場合に、配管の屈曲が大きくなる。そのため、流入口１５０及び流出口１６０のそれぞれのボス部と、配管との係止部には方向変換のための接続部材が必要になり、信頼性を低下させ、かつコスト上昇する場合がある。又、配管と流量センサ３００との間に、より多くのスペースを必要とする。
On the other hand, at point B, the bending of the flow path from the inner
In addition, since the
（３・２）本実施形態の流量センサ
図６は、本実施形態に係る流量センサ１をＺ方向から平面視した部分断面模式図である。図６中の矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５は、流入口１５から計量室１１へ噴出した流体の流れを説明するものである。
(3.2) Flow Sensor of the Present Embodiment FIG. 6 is a partial cross-sectional schematic view of the
本実施形態に係る流量センサ１の計量室１１は、流入口１５が、第２の対称軸（Ｘ−Ｘ）と５度ないし１０度の角度をなして連接されている。又、流入口１５は、計量室１１及び羽根車３０の羽根部３２に対して、その内壁面１５ａの延長線が、常に羽根車３０の羽根部３２の先端と計量室１１の内周面１７とで仮想される流路１８内に連接されている。
従って、流入口１５から流路１８へ噴出された流体は、羽根部３２の側面先端部に当たり、最大の回転モーメントで羽根車３０を反時計回りに回転させようとする（図４、図７参照）。羽根部３２に流体の圧力を受けた羽根車３０は、計量室１１内で反時計回りに回転し、流入口１５から噴出された流体は、流路１８内において、内周面１７に沿って、流路１８に連接された流出口１６へと向かう（図６のＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５参照）。
In the measuring
Accordingly, the fluid ejected from the
流入口１５の内壁面１５ａの一端は計量室１１の内周面１７の一端（図６のＡ点参照）で連接され、流出口１６の内壁面１６ａの一端は計量室１１の内周面１７の一端（図６のＢ点参照）で連接され、羽根車３０に回転力を付与する作用範囲が広く形成されている。
流体の流路１８は、Ａ点で外側（Ｙ方向）に屈曲しているため、流出口１５から計量室１１内に流入した流体にはコアンダ効果が発生し、流体は流路１８内において、内周面１７に付着した流れになる（図６のＦ１、Ｆ２、Ｆ３参照）。
一旦、流路１８の内周面１７に付着した流れが発生すると、この領域の圧力は低くなる。従って、内周面１７の境界における流体の流速は速くなり、微少流量であっても、羽根車３０を反時計回りに確実に回転させることができる。
One end of the
Since the
Once the flow adhering to the inner
また、流路１８内において、内周面１７に付着した流れになった流体は、Ｂ点において、流路１８に連接された流出口１６へと向かう（図６のＦ３、Ｆ４、Ｆ５参照）。
流出口１６は、Ｂ点において、第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）と直交（第２の対称軸（Ｘ−Ｘ）と平行）して連接されている。そのため、流路１８は、Ｂ点において、流出口１６の内壁１６ａへ屈曲して連接されることになり、内周面１７に沿って流れる流体は、コアンダ効果によって、流出口１６の内面１６ａに付着した流れになる（図６のＦ４、Ｆ５参照）。従って、流体は、流出口１６から排出されやすくなる。
Further, in the
The
一方、比較例の流量センサ１００と同様に、Ｃ点から時計回りの方向の領域における内周面１７においては、流入口１５の内壁面が９０度を超えて、鋭角に屈曲しているために、コアンダ効果による流体の内周面１７への付着は生じにくく、内周面１７には付着しない状態で、羽根車３０を時計回りに、すなわち、逆転させる流れ（逆流、ＦＲ）が発生する。
On the other hand, similarly to the
図７に示すように、Ｃ点から時計回りの方向の領域における逆流（ＦＲ）は、羽根車３０の羽根部３２の先端と、計量室１１の内周面１７との間隙△が流路となって流れる。間隙△が大きい場合には、この逆流（ＦＲ）が多くなるため、羽根車３０の回転抵抗が大きくなる。又、間隙△が小さい場合には、逆流（ＦＲ）の流量は少ないが、内周面１７での壁面抵抗が大きくなり、羽根車３０の回転抵抗が大きくなる。
羽根車３０の回転抵抗は、計量室１１へ流体を流入させ場合に羽根車３０が定常回転に達するまでの時間（以下、回転立ち上がり時間と記す）Ｔ１に比例する。すなわち、羽根車３０の回転抵抗が低い場合は、回転立ち上がり時間Ｔ１が短くなる。
As shown in FIG. 7, the reverse flow (FR) in the region in the clockwise direction from the point C has a gap Δ between the tip of the
The rotational resistance of the
本実施形態に係る流量センサ１においては、計量室１１の内周面１７の直径Ｄ１と、羽根車３０の羽根部直径Ｄ２との比Ｒを０．８７≦Ｒ≦０．９３とすることで、羽根車３０の回転抵抗を最小にしている。以下、実施例として具体的に説明する。
In the
「実施例１」
本実施形態に係る流量センサ１の計量室１１の内周面１７と、各羽根部３２の外側端との間隙Δを変化させて、流体を、流入口１５から計量室１１に、微小流量領域に相当する１００ｍｌ/分の流量で流入させた場合の、羽根車３０の回転立ち上がり時間Ｔ１を計測した。具体的には、計量室１１の内周面１７の直径Ｄ１をＤ１＝１３．２ｍｍとし、羽根車３０の羽根部直径Ｄ２を、それぞれ、Ｄ２＝１１．０ｍｍ、１１．６ｍｍ、１２．２ｍｍ、１２．６ｍｍと変化させ、それぞれの回転立ち上がり時間Ｔ１を計測した。
"Example 1"
By changing the gap Δ between the inner
図８に示すように、回転立ち上がり時間Ｔ１は、計量室の内周面１７と、各羽根部３２の外側端との間隙Δ、あるいは、計量室１１の内周面１７の直径Ｄ１と、羽根車３０の羽根部直径Ｄ２との比Ｒとに依存した。具体的には、間隙△＝０．８ｍｍ（Ｒ＝０．８７９）の場合が、Ｔ１＝０．２７５１秒と最も短く（図８（ａ））羽根車３０の回転抵抗が小さく、間隙△＝１．１ｍｍ（Ｒ＝０．８３３）の場合が、Ｔ１＝０．３７０７秒と最も長く羽根車３０の回転抵抗が大きくなった（図８（ｂ））。
尚、間隙△＝０．３ｍｍ（Ｒ＝０．９５５）の場合は、Ｔ１＝０．２８４１１秒（図８（ｃ））、間隙△＝０．５ｍｍ（Ｒ＝０．９２４）の場合が、Ｔ１＝０．２８２４秒（図８（ｄ））と、いずれも、間隙△＝０．８ｍｍ（Ｒ＝０．８７９）の場合よりやや長くなった。
As shown in FIG. 8, the rotation rise time T1 is determined by the gap Δ between the inner
When the gap Δ = 0.3 mm (R = 0.955), T1 = 0.28411 seconds (FIG. 8C), and the gap Δ = 0.5 mm (R = 0.924) Both T1 = 0.2824 seconds (FIG. 8D) were slightly longer than in the case of the gap Δ = 0.8 mm (R = 0.879).
図９には、同様に、計量室１１の内周面１７の直径Ｄ１をＤ１＝１３．２ｍｍとし、羽根車３０の羽根部直径Ｄ２を、それぞれ、Ｄ２＝１１．０ｍｍ、１１．６ｍｍ、１２．２ｍｍ、１２．６ｍｍと変化させたときの、計量室１１の内周面１７と、羽根車３０の羽根部３２の先端との流路における、逆流（ＦＲ）の状態を解析した結果を模式的に示す。
Similarly, in FIG. 9, the diameter D1 of the inner
間隙△＝１．１ｍｍ（Ｒ＝０．８３３）の場合は、Ｃ点から時計回りの方向の領域において、逆流（ＦＲ）が多く、羽根車３０の回転抵抗が大きくなっている（図９（ａ）参照）。すなわち、内周面１７においては、流入口１５の内壁面が９０度を超えて、鋭角に屈曲しているために、コアンダ効果による流体の内周面１７への付着は生じにくく、内周面１７には付着しない状態で逆流しやすいが、間隙Δが大きい場合は、この逆流（ＦＲ）が多くなるため、羽根車３０の回転抵抗が大きく、回転立ち上がり時間Ｔ１が長くなると推察される。
In the case of the gap Δ = 1.1 mm (R = 0.833), the backflow (FR) is large in the region in the clockwise direction from the point C, and the rotational resistance of the
一方、間隙△＝０．３ｍｍ（Ｒ＝０．９５５）の場合は、計量室１１の内周面１７と、羽根車３０の羽根部３２の先端との流路が狭く、逆量（ＦＲ）は少なくても、内周面１７での壁面抵抗が大きくなり、回転立ち上がり時間Ｔ１がやや長くなると推察される（図９（ｂ）参照）。
間隙△＝０．８ｍｍ（Ｒ＝０．８７９）、及び間隙△＝０．５ｍｍ（Ｒ＝０．９２４）の場合はＣ点から時計回りの方向の領域において、逆流（ＦＲ）が少なく、羽根車３０の回転抵抗が小さくなっている（図９（ｃ）、（ｄ）参照）。すなわち、計量室１１の内周面１７の直径Ｄ１と、羽根車３０の羽根部直径Ｄ２との比Ｒを０．８７ないし０．９３とすることで、羽根車３０の回転抵抗を小さくし、微小流量変化や瞬間的な流量変動を正確に計測することができた。
On the other hand, when the gap Δ = 0.3 mm (R = 0.955), the flow path between the inner
In the case of the gap Δ = 0.8 mm (R = 0.879) and the gap Δ = 0.5 mm (R = 0.924), there is little backflow (FR) in the clockwise direction from the point C, and the blade The rotational resistance of the
「実施例２」
次に、計量室１１の内周面１７の直径Ｄ１と、羽根車３０の羽根部直径Ｄ２との比Ｒを０．８７９（間隙△＝０．８ｍｍ）とし、計量室１１への流入口１５の連接角度を変化させて、回転立ち上がり時間Ｔ１を計測した。
"Example 2"
Next, the ratio R between the diameter D1 of the inner
比較例として、流入口１５が、計量室１１の一端で内周面１７と接線として連接されている場合は、羽根車３０の回転立ち上がり時間Ｔ１が、Ｔ１＝０．４１０４秒（図１０参照）であり、本実施例による羽根車３０の回転立ち上がり時間Ｔ１＝０．２７５１（図８（ａ）参照）秒より長くなった。
比較例の場合は、流入口１５から流入した流体は、羽根部３２に略垂直に当たり羽根車３０が回転するが、流入口１５から流出口１６の領域において、コアンダ効果は発生しない。
一方、本実施例に係る流量センサ１の計量室１１の構成によれば、コアンダ効果により、流入口１５から計量室１１内に流入した流体は、流路１８の内周面１７に付着しながら進行し、流出口１６へと流出する為に、この領域の圧力は低くなる。従って、内周面１７の境界における流体の流速は速くなり、羽根車３０の回転抵抗を少なくし、微小流量変化や瞬間的な流量変動を正確に計測することができた。
As a comparative example, when the
In the case of the comparative example, the fluid flowing in from the
On the other hand, according to the configuration of the measuring
本実施形態に係る流量センサ１の流入口１５及び流出口１６は、計量室１１との、流体の流れと直角方向の断面形状が円形で、その内径をｄ１、計量室１１の内周面１７の直径をＤ１としたときに、５≦Ｄ１／ｄ１の関係を有して連接されている。
計量室１１の内周面１７の直径Ｄ１に対して、流入口１５の内径ｄ１が大きすぎると、微小流量の領域で、流速が低くなり羽根車３０の回転数が少なくなる。その結果、検出素子Ｓで検出されるパルス数が減り、計測の分解能が低下しやすい。以下、実施例として具体的に説明する。
The
If the inner diameter d1 of the
「実施例３」
流量をＱ（ｍｌ／分）、１パルス当たりの流量をＭ（ｍｌ／分）、単位時間当たりの出力パルス数をＰ（Ｈｚ）としたときに、流量は次の（６）式で表される。
Ｑ＝Ｍ×Ｐ・・・（６）
計量室１１の内周面１７の直径Ｄ１に対して、流入口１５の内径ｄ１が大きすぎる場合、微小流量の領域で、流速が低くなり羽根車３０の回転数が少なくなる。その結果、検出素子Ｓで検出される出力パルス数が減り、計測の分解能が低下する。
流量が少なくなり、単位時間当たりの出力パルス数が少ない場合、具体的には出力パルス数Ｐが１Ｈｚないし２Ｈｚと小さい場合は、微少な流量があるにもかかわらず、流量が０（ｍｌ／分）と誤判断されることがある（図１１参照）。微少流量の領域での計測精度を向上させるために、演算処理において出力パルス数Ｐを平均化処理し、平均化の回数を上げた場合は処理時間がかかり応答性が低下する。又、一定の流量であっても、計数される出力パルス数Ｐには、標準偏差として０．２Ｈｚ程度のバラツキは避けられず、微少流量領域においては、出力パルス数Ｐは３Ｈｚ以上あることが望ましい（図１１参照）。
"Example 3"
When the flow rate is Q (ml / min), the flow rate per pulse is M (ml / min), and the number of output pulses per unit time is P (Hz), the flow rate is expressed by the following equation (6). The
Q = M × P (6)
When the inner diameter d1 of the
When the flow rate decreases and the number of output pulses per unit time is small, specifically when the output pulse number P is as small as 1 Hz to 2 Hz, the flow rate is 0 (ml / min) even though there is a minute flow rate. ) May be erroneously determined (see FIG. 11). In order to improve the measurement accuracy in the minute flow rate region, if the number of output pulses P is averaged in the arithmetic processing and the number of times of averaging is increased, the processing time is increased and the responsiveness is lowered. In addition, even if the flow rate is constant, the output pulse number P to be counted cannot avoid a variation of about 0.2 Hz as a standard deviation, and the output pulse number P may be 3 Hz or more in a minute flow rate region. Desirable (see FIG. 11).
本実施形態に係る流量センサ１の流入口１５の内径ｄ１を変化させて、流体を、流入口１５から計量室１１に、微小流量領域に相当する１００ｍｌ/分の流量で流入させた場合の噴出される流体の流速と、羽根車３０の回転に応じて出力される出力パルス数を計測した。具体的には、計量室１１の内周面１７の直径Ｄ１をＤ１＝１３．２ｍｍとし、流入口１５の内径ｄ１を、それぞれ、ｄ１＝２．３ｍｍ、２．４ｍｍ、２．５ｍｍ、２．６ｍｍ、２．７ｍｍと変化させ、それぞれの噴出される流体の流速と、羽根車３０の回転に応じて出力される出力パルス数を計測し、その結果を図１１に示す。
The ejection when the inner diameter d1 of the
本実施例においては、ｄ１＝２．７ｍｍの場合、流速は２９２ｍｍ／秒と低くなり、平均出力パルス数Ｐは３．８Ｈｚであったが、バラツキを考慮しても３．２Ｈｚの出力パルス数Ｐが得られる。ｄ１＝２．６ｍｍの場合、流速は３１５ｍｍ／秒、出力パルス数Ｐは４．０Ｈｚ、バラツキを考慮した出力パルス数Ｐは３．４Ｈｚであった。ｄ１＝２．５ｍｍの場合は、流速は３４１ｍｍ／秒、出力パルス数Ｐは４．０８Ｈｚ、ｄ１＝２．４ｍｍの場合、流速は３７０ｍｍ／秒、出力パルス数Ｐは４．３Ｈｚであり、微小流量の領域でバラツキを考慮しても、高い分解能が得られた。特に、始動流量が４０（ｍｌ／分）と、極めて微少流量の領域から、流体の流れを検知することができた。 In this embodiment, when d1 = 2.7 mm, the flow velocity is as low as 292 mm / second, and the average output pulse number P was 3.8 Hz. However, the number of output pulses of 3.2 Hz is considered even if variation is considered. P is obtained. In the case of d1 = 2.6 mm, the flow rate was 315 mm / second, the number P of output pulses was 4.0 Hz, and the number P of output pulses considering variation was 3.4 Hz. When d1 = 2.5 mm, the flow rate is 341 mm / second, the output pulse number P is 4.08 Hz, and when d1 = 2.4 mm, the flow rate is 370 mm / second, and the output pulse number P is 4.3 Hz. High resolution was obtained even when variations were considered in the flow rate region. In particular, the flow of the fluid could be detected from a very small flow rate region where the starting flow rate was 40 (ml / min).
一方、ｄ１＝２．３ｍｍの場合、流速は４０４ｍｍ／秒と速くなり、出力パルス数Ｐも４．５Ｈｚであり、高い分解能が得られたが、流入口１５の内径ｄ１が小さすぎると、壁面抵抗による圧力損失が大きく、かつ、流量が多い領域では、流速が速くなり、羽根車３０の回転が必要以上に高くなる。その結果、羽根車軸の摩耗が大きくなり、流量センサの計測寿命に悪影響を及ぼす。
すなわち、流入口１５の内径ｄ１と、計量室１１の内周面１７の直径Ｄ１を、５≦Ｄ１／ｄ１を満たして形成することによって、微少流量であっても、応答性を維持しながら高い分解能を得ることができた。
On the other hand, when d1 = 2.3 mm, the flow velocity is as fast as 404 mm / second and the output pulse number P is 4.5 Hz, and high resolution is obtained. However, if the inner diameter d1 of the
That is, by forming the inner diameter d1 of the
（４）効果
図１２に本実施形態に係る流量センサ１の出力性能の一例を計測流量（ｍｌ／分）と出力パルス数（Ｈｚ）及び羽根車３０の回転数（ｒｐｍ）との関係として示す。この出力性能から、微少流量域である１００（ｍｌ／分）から流量の多い６００（ｍｌ／分）の領域まで安定した出力パルス数が得られた。
本実施形態に係る流量センサ１は、計量室１１の内周面１７と、羽根車３０の羽根部３２の先端の回転軌跡で仮想される空間が、流路１８として形成されている。流路１８の内周面１７は、流入口１５の内壁１５ａが連接されたＡ点から、流出口１６の内壁１６ａが連接されたＢ点の間の領域において、外側（Ｙ方向）に湾曲している。
又、流入口１５は、第２の対称軸（Ｘ−Ｘ）と５度ないし１０度の角度で連接され、流出口１６は、軸心ａ２が第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）と直交（第２の対称軸（Ｘ−Ｘ）と平行）して連接されている。その為、流入口１５と流出口１６とを略直線状に配置しながら、流入口１５から、計量室１１の内周面１７を経由して、流出口１６までの流路を広く形成することができる。
従って、流入口１５から流路１８へ噴出された流体は、羽根部３２の側面先端部３２ａに当たり、最大の回転モーメントで羽根車３０を回転させることができる。更に、コアンダ効果によって、流路１８の内周面１７に付着しながら進行し、流出口１６へと流出する為に、この領域の圧力は低くなる。その結果、内周面１７の境界における流体の流速は速くなり、微少流量であっても、羽根車３０に確実に回転させることができる。
(4) Effect FIG. 12 shows an example of the output performance of the
In the
The
Accordingly, the fluid ejected from the
又、計量室１１の内周面１７の直径Ｄ１と、羽根車３０の羽根部直径Ｄ２との比Ｒを０．８７≦Ｒ≦０．９３として、計量室１１の内周面１７と、羽根部３２の外側端とに間隙を形成している。その結果、羽根車３０の回転抵抗を少なくし、微小流量変化や瞬間的な流量変動を正確に計測することができる。
The ratio R between the diameter D1 of the inner
流路内は断面形状が一定であり、流入口１５及び流出口１６は同一内径に形成されている。その内径をｄ１、計量室１１の内周面１７の直径をＤ１としたときに、５≦Ｄ１／ｄ１の関係を有している。
その結果、微小流量の領域でも、羽根車３０の回転数を高くして、計測のための分解能を高くすることができる。
The cross-sectional shape is constant in the flow path, and the
As a result, it is possible to increase the rotational speed of the
複数の羽根部３２は、ボス軸部３１に対して、放射状に配置された６枚の羽根から構成され、各羽根の外側端の角部は、羽根車３０の回転下流側がＲ形状に形成されている。従って、羽根車３０の回転に伴う流体の抵抗を低減し、特に流体の微少流量域においても、羽根車の回転効率を向上させることができる。
The plurality of
羽根車３０は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維が充填されたポリアセタール（ＰＯＭ）を用いて射出成形で作成されている。従って、炭素繊維が個体潤滑剤として作用し、羽根車３０の流体中での摩擦摩耗特性を良好に維持することができる。
The
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳述したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、検出素子Ｓの一例として、ホールＩＣ等の磁気検出素子を、羽根車３０には、フェライト磁性体を混入した合成樹脂で形成されたリング状の磁性体３３を例に挙げて説明したが、この組み合わせによる検出方法を備えた流量センサ１に限定されるものではない。例えば、羽根車３０に、複数の切欠き部が形成された遮光版を設け、検出素子Ｓとしてフォトインタラプタを用いて構成された流量センサとしてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and various modifications are made without departing from the scope of the present invention. Is possible.
For example, in the above embodiment, as an example of the detection element S, a magnetic detection element such as a Hall IC is used, and the
本発明の対象の流量センサは、シャワートイレ、浄水器、瞬間湯沸器等の流量検出用に広く用いることができる。 The flow rate sensor of the present invention can be widely used for flow rate detection of shower toilets, water purifiers, instantaneous water heaters, and the like.
１、１００、２００、３００・・・流量センサ
１０・・・本体
１１、１１０・・・計量室
１２・・・スラスト軸受部（本体）
１５、１５０・・・流入口
１６、１６０・・・流出口
１７、１７０・・・内周面
１８・・・流路
２０・・・蓋体
２１・・・基板収納部
２２・・・円筒体
２３・・・ニードル部（蓋体）
３０・・・羽根車
３１・・・ボス軸部
３２・・・羽根部
３３・・・磁性体
３５・・・ニードル部（羽根車）
３８・・・スラスト軸受部（羽根車）
４０・・・検知基板
５０・・・Ｏリング
Ｓ・・・検出素子
DESCRIPTION OF
15, 150 ...
30 ...
38 ... Thrust bearing (impeller)
40 ...
前記課題を解決するために、請求項１に記載の流量センサは、
流入口と流出口を有し、内部に流体を流通させる円形の計量室と、
前記計量室の内部に軸支され、前記計量室の内部を流通する前記流体の圧力を羽根部に受けて回転する羽根車と、
前記羽根車の回転による磁束変化の頻度を検知する検知部と、を備え、
前記計量室内において、前記流入口と前記流出口の間に、前記計量室の内周面と前記羽根車の前記羽根部の先端の回転軌跡とで仮想される空間が前記流体の流路として形成され、
前記流路内において、前記計量室の内周面が前記流入口及び前記流出口の内壁面よりも外側へ屈曲し、
前記流入口と前記流出口が、前記計量室と、前記流入口の内壁面の一端が前記計量室の内周面と連接する点（Ａ）と前記計量室の中心（Ｏ）とを結ぶ線の前記計量室の中心（Ｏ）を通る第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）と成す角度をθ１、前記流出口の内壁面の一端が前記計量室の内周面と連接する点（Ｂ）と前記計量室の中心（Ｏ）とを結ぶ線の前記第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）と成す角度をθ２、前記計量室の内周面の直径をＤ１、前記羽根車の羽根部直径をＤ２、とするとき、前記流入口の軸心（ａ１）は前記計量室の中心（Ｏ）を通り前記第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）と直交する第２の対称軸（Ｘ−Ｘ）と５度ないし１０度の角度をなし、前記流出口の軸心（ａ２）は前記第１の対称軸（Ｙ−Ｙ）と直交し、
５度≦（θ１−θ２）≦１０度、
Ｄ２／Ｄ１＜ＣＯＳθ１、
Ｄ２／Ｄ１＜ＣＯＳθ２、
の関係を満たして連接されている、
ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the flow sensor according to
A circular measuring chamber having an inlet and an outlet and for circulating a fluid therein;
An impeller that is pivotally supported within the measuring chamber and rotates by receiving the pressure of the fluid flowing through the measuring chamber at a blade portion;
A detection unit that detects the frequency of magnetic flux change due to the rotation of the impeller,
In the measuring chamber, a space virtually formed by the inner circumferential surface of the measuring chamber and the rotation locus of the tip of the blade portion of the impeller is formed as the fluid flow path between the inlet and the outlet. And
In the flow path, the inner peripheral surface of the measuring chamber is bent outward from the inner wall surfaces of the inlet and the outlet ,
A line connecting the inlet and the outlet, the measuring chamber, and a point (A) where one end of the inner wall of the inlet is connected to the inner peripheral surface of the measuring chamber and the center (O) of the measuring chamber. The angle formed with the first axis of symmetry (YY) passing through the center (O) of the measuring chamber is θ1, and one end of the inner wall surface of the outlet is connected to the inner peripheral surface of the measuring chamber (B) Is the angle between the first axis of symmetry (Y-Y) of the line connecting the center of the measuring chamber (O) and θ2, the diameter of the inner peripheral surface of the measuring chamber is D1, and the blade diameter of the impeller Is D2, and the axis (a1) of the inlet port passes through the center (O) of the measuring chamber and passes through a second symmetry axis (XX) that is orthogonal to the first symmetry axis (YY). ) And an angle of 5 to 10 degrees, and the axial center (a2) of the outlet is orthogonal to the first symmetry axis (YY),
5 degrees ≦ (θ1-θ2) ≦ 10 degrees,
D2 / D1 <COSθ1,
D2 / D1 <COSθ2,
Are connected to meet the relationship
It is characterized by that.
請求項１に記載の発明によれば、最大の回転モーメントで羽根車を回転させることができる。更に、コアンダ効果によって、流体が流路の内周面に付着しながら流出口へと流出する為に、流路内で羽根車の回転抵抗が少なくなり、微少流量であっても、羽根車を確実に回転させることができる。その結果、微小流量変化や瞬間的な流量変動を正確に計測することができる。
According to invention of
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流量センサにおいて、
前記計量室の内周面の直径Ｄ１と、前記羽根車の羽根部直径Ｄ２との比（Ｄ２／Ｄ１）が、０．８７≦Ｄ２／Ｄ１≦０．９３である、
ことを特徴とする。
The invention according to
The ratio (D2 / D1) between the diameter D1 of the inner peripheral surface of the measuring chamber and the blade diameter D2 of the impeller is 0.87 ≦ D2 / D1 ≦ 0.93.
It is characterized by that.
請求項２に記載の発明によれば、羽根車の計量室内での回転抵抗を最小にし、計測精度を高くすることができる。
According to the second aspect of the present invention, the rotational resistance of the impeller in the measuring chamber can be minimized and the measurement accuracy can be increased.
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の流量センサにおいて、
前記流入口の内径をｄ１としたときに、５≦Ｄ１／ｄ１である、
ことを特徴とする。
The invention according to
When the inner diameter of the inlet is d1, 5 ≦ D1 / d1.
It is characterized by that.
請求項３に記載の発明によれば、微小流量の領域でも、羽根車の回転数を高くして、計測のための分解能を高くすることができる。
According to the third aspect of the present invention, it is possible to increase the rotation speed of the impeller and increase the resolution for measurement even in the region of a minute flow rate.
比較例１として、流入口１５０が、計量室１１０の一端で内周面１７０と接線として連接されている場合は、羽根車３０の回転立ち上がり時間Ｔ１が、Ｔ１＝０．４１０４秒（図１０参照）であり、本実施例による羽根車３０の回転立ち上がり時間Ｔ１＝０．２７５１（図８（ａ）参照）秒より長くなった。
比較例１の場合は、流入口１５０から流入した流体は、羽根部３２に略垂直に当たり羽根車３０が回転するが、流入口１５０から流出口１６０の領域において、コアンダ効果は発生しない。
一方、本実施例に係る流量センサ１の計量室１１の構成によれば、コアンダ効果により、流入口１５から計量室１１内に流入した流体は、流路１８の内周面１７に付着しながら進行し、流出口１６へと流出する為に、この領域の圧力は低くなる。従って、内周面１７の境界における流体の流速は速くなり、羽根車３０の回転抵抗を少なくし、微小流量変化や瞬間的な流量変動を正確に計測することができた。
As Comparative Example 1, the
For Comparative Example 1, the fluid flowing from the
On the other hand, according to the configuration of the measuring
Claims (6)
前記計量室の内部に軸支され、前記計量室の内部を流通する前記流体の圧力を羽根部に受けて回転する羽根車と、
前記羽根車の回転による磁束変化の頻度を検知する検知部と、を備え、
前記計量室内において、前記流入口と前記流出口の間に、前記計量室の内周面と前記羽根車の前記羽根部の先端の回転軌跡とで仮想される空間が前記流体の流路として形成され、
前記流路内において、前記計量室の内周面が前記流入口及び前記流出口の内壁面よりも外側へ屈曲している、
ことを特徴とする流量センサ。 A circular measuring chamber having an inlet and an outlet and for circulating a fluid therein;
An impeller that is pivotally supported within the measuring chamber and rotates by receiving the pressure of the fluid flowing through the measuring chamber at a blade portion;
A detection unit that detects the frequency of magnetic flux change due to the rotation of the impeller,
In the measuring chamber, a space virtually formed by the inner circumferential surface of the measuring chamber and the rotation locus of the tip of the blade portion of the impeller is formed as the fluid flow path between the inlet and the outlet. And
In the flow path, the inner peripheral surface of the measurement chamber is bent outward from the inner wall surfaces of the inlet and the outlet.
A flow sensor characterized by that.
５度≦（θ１−θ２）≦１０度、
Ｄ２／Ｄ１＜ＣＯＳθ１、
Ｄ２／Ｄ１＜ＣＯＳθ２、
の関係を満たして連接されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の流量センサ。 A line connecting the inlet and the outlet, the measuring chamber, and a point (A) where one end of the inner wall of the inlet is connected to the inner peripheral surface of the measuring chamber and the center (O) of the measuring chamber. The angle formed with the first axis of symmetry (YY) passing through the center (O) of the measuring chamber is θ1, and one end of the inner wall surface of the outlet is connected to the inner peripheral surface of the measuring chamber (B) Is the angle between the first axis of symmetry (Y-Y) of the line connecting the center of the measuring chamber (O) and θ2, the diameter of the inner peripheral surface of the measuring chamber is D1, and the blade diameter of the impeller Is D2, and the axis (a1) of the inlet port passes through the center (O) of the measuring chamber and passes through a second symmetry axis (XX) that is orthogonal to the first symmetry axis (YY). ) And an angle of 5 to 10 degrees, and the axial center (a2) of the outlet is orthogonal to the first symmetry axis (YY),
5 degrees ≦ (θ1-θ2) ≦ 10 degrees,
D2 / D1 <COSθ1,
D2 / D1 <COSθ2,
Are connected to meet the relationship
The flow sensor according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の流量センサ。 The ratio (D2 / D1) between the diameter D1 of the inner peripheral surface of the measuring chamber and the blade diameter D2 of the impeller is 0.87 ≦ D2 / D1 ≦ 0.93.
The flow sensor according to claim 1 or 2, wherein
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の流量センサ。 When the inner diameter of the inlet is d1, 5 ≦ D1 / d1.
The flow sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the flow sensor is provided.
前記羽根部は、前記ボス軸部に対して放射状に等間隔で形成され、
その外側端の角部の回転方向下流側がＲ形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流量センサ。 The impeller includes a boss shaft portion, a plurality of blade portions, and a magnetic body,
The blade portions are formed radially at equal intervals with respect to the boss shaft portion,
The downstream side in the rotational direction of the corner of the outer end is formed in an R shape,
The flow sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein:
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の流量センサ。 The impeller is made by injection molding using polyacetal filled with polyacrylonitrile-based carbon fiber,
The flow sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein:
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