JP2704849B2 - Displacement detector and displacement signal generator - Google Patents

Displacement detector and displacement signal generator

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JP2704849B2
JP2704849B2 JP30162894A JP30162894A JP2704849B2 JP 2704849 B2 JP2704849 B2 JP 2704849B2 JP 30162894 A JP30162894 A JP 30162894A JP 30162894 A JP30162894 A JP 30162894A JP 2704849 B2 JP2704849 B2 JP 2704849B2
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magnet piece
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magnet
float
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文雄 八木
光男 進藤
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日本フローセル製造株式会社
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  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は面積式流量計におけるフ
ロートの位置などの変位を電気的に検出する装置および
測定量の記録、制御などのためにこれによりアナログの
変位信号を発生する装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for electrically detecting displacement such as the position of a float in an area type flowmeter and a device for generating an analog displacement signal for recording and controlling a measured value. Things.

【0002】[0002]

【従来の技術】工業の分野で変位を電気量に変換してレ
コーダへの記録、自動制御、遠隔測定などを行なうこと
は多く行なわれている。しかし同じ変位の信号を発生さ
せるのでも適用分野によっては困難な問題を生ずる場合
がある。たとえば面積式流量計は目盛を設けたテーパ管
を垂直に保持し、流れによりフロートを浮遊させること
により計測するものであって流れの状態を目視しつつ直
接的に流量を知ることができるので流量計として広く用
いられている。これについて流量の信号を発生する手段
としては各種のものが状況に応じて使用されている。
2. Description of the Related Art In the field of industry, it is common to convert a displacement into an electric quantity to perform recording on a recorder, automatic control, remote measurement, and the like. However, even if the same displacement signal is generated, a difficult problem may occur depending on the application. For example, an area type flow meter measures a vertical flow by holding a tapered pipe with a scale and floating the float with the flow.It is possible to know the flow directly while visually observing the state of the flow. Widely used as a meter. In this regard, various means for generating a flow rate signal are used depending on the situation.

【0003】光がフロートを遮ることによって検出する
方式はよく知られており、単一の受光素子を用いてサー
ボ機構でフロートに追従させるものと、多数の受光素子
を並べてフロートの位置を検出するものとがある。この
方式は精度が優れているが透明な流体にしか適用できな
いという欠点がある。したがってガス体の流量計の場合
は良いが、液体の場合一番需要の多い水の流量計におい
ても水あかが多少テーパ管内に付着しただけでも動体が
不確実になるという問題がある。
[0003] A method of detecting light by blocking the float is well known, and a method in which a single light receiving element is used to follow the float by a servo mechanism and a number of light receiving elements are arranged to detect the position of the float. There are things. This method has a high accuracy but has a drawback that it can be applied only to a transparent fluid. Therefore, a gas flow meter is good, but in the case of a liquid flow meter, which has the highest demand, there is a problem that the moving body becomes unreliable even if the scale is slightly attached to the tapered pipe.

【0004】不透明な流体にも適用されるものとしては
差動変圧器を使用したものが知られており、これはフロ
ートに棒を連結して流量計の外部に設けた差動変圧器の
鉄心に結合するものである。しかしこの方式は構造が複
雑であり、また差動変圧器の動作反力もあり小流量では
誤差が大きいという問題もある。
It is known that a differential transformer is used for an opaque fluid. The differential transformer is provided with a rod connected to a float and provided outside a flowmeter. Is to be combined with However, this method has a problem that the structure is complicated and the error is large at a small flow rate due to the reaction force of the differential transformer.

【0005】このためさらに種々のセンサが提案されて
おり実用化もされている。たとえば特開昭62−954
25号公報にはフロートに強磁性体を用い、励磁コイル
と検出コイルの対をテーパ管に沿って並べたものが開示
されている。しかしこの方法はコイルを多数密接して並
べることが困難なため測定精度に限界があり、また外側
には強磁性体の外筒を設けるなど装置が大きなものとな
る問題がある。
[0005] For this reason, various sensors have been proposed and put into practical use. For example, JP-A-62-954
Japanese Patent Publication No. 25 discloses that a pair of an exciting coil and a detecting coil are arranged along a tapered tube using a ferromagnetic material for a float. However, this method has a problem in that it is difficult to arrange a large number of coils in close contact with each other, so that the measurement accuracy is limited, and there is a problem that the apparatus becomes large, such as providing a ferromagnetic outer cylinder on the outside.

【0006】また特開平3−188324号公報にはテ
ーパ管に励磁コイルと検出コイルを巻き、フロートとし
て電気伝導体またはこれを内蔵したものを用い、これに
発生した渦電流による検出コイル電圧の位相変化を検出
する方法が開示されている。この方法は検出感度は良好
であるが温度誤差がやや大きくこれの補償の必要がある
ことからより簡易な検出器が望まれている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-188324, an exciting coil and a detecting coil are wound around a tapered tube, and an electric conductor or a device incorporating the same is used as a float. A method for detecting a change is disclosed. This method has good detection sensitivity, but has a somewhat large temperature error and needs to be compensated for. Therefore, a simpler detector is desired.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は上記のよ
うな問題から複数の磁気抵抗素子をテーパ管に平行に並
べ、フロートに磁石を封入したものを用いてその位置を
検出する方法を先に発明した(特開平6−180242
号公報)。磁気抵抗素子は同様の磁気検出素子であるホ
ール素子に比して低い磁場を感度良く検出できる。さら
に素子自体も小型で密接して並べても相互干渉で動作に
不具合を生ずるということもないのでこのような使い方
に非常に適している。また温度誤差の問題もこのような
複数の素子を並べてディジタル的に検出する方法にあっ
ては本質的に小さいが、磁気抵抗素子自体も内部の構成
が同種のエレメントのブリッジ接続になっており、これ
により温度係数を無視できる状態になっている。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present inventors have proposed a method of arranging a plurality of magnetoresistive elements in parallel with a tapered tube and detecting the positions of the magnets in a float. Invented earlier (JP-A-6-180242)
No.). The magnetoresistive element can detect a lower magnetic field with higher sensitivity than a Hall element, which is a similar magnetic detecting element. Furthermore, even if the elements themselves are small and arranged closely, they do not cause a problem in operation due to mutual interference, and thus are very suitable for such usage. Also, the problem of temperature error is essentially small in such a method of arranging a plurality of elements side by side and digitally detecting them, but the internal configuration of the magnetoresistive element itself is a bridge connection of the same kind of element, As a result, the temperature coefficient can be ignored.

【0008】しかしながら一方、磁気抵抗素子は原理上
磁極の極性を判断する能力はない。したがって図2の磁
石片と磁気抵抗素子の位置関係を示す図において、
(a)図のように磁気抵抗素子1が並んだ方向すなわち
磁石片の変位方向に対して磁石片の着磁の方向が直角の
場合は良いが、(b)図のように磁石片の変位方向と着
磁方向が同じ場合にはN極とS極の両方に同様に感応し
離れた2個所の磁気抵抗素子で同時に検出したり、検出
位置そのものが広がりあいまいになったりする。面積式
流量計においてフロートに磁石を封入する場合、フロー
トは軸の回りに自由回転するのであるから、図2(b)
のような向きに磁極が来るようにせざるを得ずなんらか
の方策が必要である。
On the other hand, a magnetoresistive element does not have the ability to determine the polarity of a magnetic pole in principle. Therefore, in the diagram showing the positional relationship between the magnet piece and the magnetoresistive element in FIG.
(A) It is good if the direction of magnetization of the magnet piece is perpendicular to the direction in which the magnetoresistive elements 1 are arranged, that is, the direction of displacement of the magnet piece, as shown in FIG. When the direction and the magnetization direction are the same, detection is simultaneously performed by two separated magnetic resistance elements which are similarly sensitive to both the N pole and the S pole, or the detection position itself is spread and ambiguous. When a magnet is sealed in the float in the area type flow meter, the float freely rotates around the axis, and therefore, FIG.
It is necessary to make the magnetic pole come in the direction as shown above, and some measures are necessary.

【0009】前記の先の発明においてはこの問題を解決
するため磁気抵抗素子として特別なものを用いた。すな
わち硬磁性材料がエレメントになっており、磁気ヒステ
リシスにより磁化の方向を記憶するものであって、これ
を配置の方向を工夫して用いることによって解決したの
である。本発明はこれに対し一般的な磁気抵抗素子を用
いて、図2(b)のように磁石片の磁極の向きが変位方
向と平行であっても使用可能な変位検出装置を開発する
ことを目的とする。このような一般的な磁気抵抗素子は
複数の製造メーカーにより多様な形態、特性のものが生
産されており、より多様な形態、特性の変位検出装置を
作ることができる。また本発明はさらに上記の磁気抵抗
素子によりアナログの変位記号を発生するのに特に適し
た変位信号発生装置の開発も目的とする。
In the above-mentioned invention, a special magnetoresistive element is used to solve this problem. That is, the element is made of a hard magnetic material, and the direction of magnetization is stored by magnetic hysteresis. This was solved by devising the arrangement direction and using it. The present invention, on the other hand, uses a general magnetoresistive element to develop a displacement detection device that can be used even when the direction of the magnetic pole of the magnet piece is parallel to the direction of displacement as shown in FIG. Aim. Such general magnetoresistive elements are produced by a plurality of manufacturers in various forms and characteristics, and a displacement detection device having various forms and characteristics can be manufactured. Another object of the present invention is to develop a displacement signal generator particularly suitable for generating an analog displacement symbol using the above-described magnetoresistive element.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、変位方向に着磁された磁石片の移動
を検出する変位検出装置において、磁石片の計測すべき
変位範囲に亘って複数の磁気抵抗素子を並べて設置し、
また長さが少なくとも計測すべき変位範囲を有し長さ方
向と直角方向に着磁された磁石を前記磁気抵抗素子の列
に一方の磁極を向けて設け、いずれかの磁気抵抗素子が
検出した磁場が一定値以上であるか否かによって前記磁
石片の位置を検出することを特徴とする変位検出装置で
ある。ここにおいて磁石片が面積式流量計のフロート内
に封入されたものであること、またはフロートに連結さ
れたものであること、またさらに磁石片が差圧式流量計
のダイヤフラムの変位を拡大した機構部に取り付けられ
たものであることも特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In a displacement detecting device for detecting the movement of a magnet piece magnetized in the direction of displacement, a displacement range of the magnet piece to be measured is determined. A plurality of magnetoresistive elements are arranged side by side,
A magnet whose length has at least a displacement range to be measured and is magnetized in a direction perpendicular to the length direction is provided with one magnetic pole facing the row of the magnetoresistive elements, and any one of the magnetoresistive elements detects the magnet. A displacement detection device for detecting a position of the magnet piece based on whether a magnetic field is equal to or more than a predetermined value. Here, the magnet piece is enclosed in the float of the area type flow meter, or is connected to the float, and the magnet piece further enlarges the displacement of the diaphragm of the differential pressure type flow meter. It is also characterized in that it is attached to.

【0011】また複数の磁気抵抗素子を磁石片の計測す
べき変位範囲に亘って並べ、磁石片により磁気抵抗素子
が一定値以上の磁場を検出したとき、当該磁気抵抗素子
から一定の電圧が出力されるコンパレータ回路をそれぞ
れの磁気抵抗素子に対して設け、各コンパレータ回路か
らの出力電圧を磁気抵抗素子を並べた順序に順次変えた
分圧比で分圧する抵抗器回路をそれぞれ設け、各抵抗器
回路の出力側にはそれぞれダイオードの一端を抵抗器回
路からの出力電圧に対し順方向の極性で接続し、各ダイ
オードの他端同士を接続して出力としたことを特徴とす
る変位信号発生装置である。
A plurality of magneto-resistive elements are arranged over the range of displacement of the magnet piece, and when the magneto-resistive element detects a magnetic field of a certain value or more by the magnet piece, a constant voltage is output from the magneto-resistive element. And a resistor circuit that divides an output voltage from each comparator circuit by a voltage dividing ratio sequentially changed in an order in which the magnetoresistive elements are arranged. A displacement signal generator characterized in that one end of each diode is connected to the output side of the resistor in a forward direction with respect to the output voltage from the resistor circuit, and the other end of each diode is connected to output. is there.

【0012】[0012]

【作用】本発明の変位検出装置を面積式流量計に適用し
た場合を例としてその構成を示したのが図1である。図
において1はそれぞれ磁気抵抗素子でこの図では一部の
みを示しているが、通常数十個を計測すべき変位範囲に
亘って等間隔に並べて設ける。4は流量計のテーパ管で
あり、3はフロートで磁石片2が封入されている。さら
に長さが少なくとも計測すべき変位範囲、すなわちフロ
ートの測定移動範囲を有し、長さ方向と直角方向に着磁
された磁石を設ける。この例では平板状の磁石5がテー
パ管4と平行して設けられているが、平板の厚さ方向に
着磁されており一方の極が磁気抵抗素子1の列に向くよ
うに置かれる。
FIG. 1 shows the configuration of an example in which the displacement detecting device of the present invention is applied to an area flow meter. In the figure, reference numeral 1 denotes a magnetoresistive element, only a part of which is shown in the figure, but usually several tens are arranged at regular intervals over a displacement range to be measured. Reference numeral 4 denotes a taper tube of the flow meter, and reference numeral 3 denotes a float in which the magnet piece 2 is sealed. Further, there is provided a magnet whose length has at least a displacement range to be measured, that is, a measurement movement range of the float, and is magnetized in a direction perpendicular to the length direction. In this example, the plate-like magnet 5 is provided in parallel with the tapered tube 4, but is magnetized in the thickness direction of the plate, and is placed so that one pole faces the row of the magnetoresistive elements 1.

【0013】フロート内の磁石片4は構造上上下方向す
なわちフロートの移動方向に着磁されているが極性につ
いてはどちらでもよい。また平板状の磁石5の極性につ
いてもどちらでも動作は可能である。ただし面積式流量
計の目盛を目視するときフロートの上端位置で計測する
ことが多いが、これと合わせるにはフロート内の磁石片
の上端の極性と同じ極性の磁極を磁気抵抗素子側に向け
るとよい。
The magnet piece 4 in the float is magnetized in the vertical direction, that is, in the moving direction of the float, in terms of structure. The operation can be performed with either polarity of the plate-shaped magnet 5. However, when visually checking the scale of the area type flow meter, measurement is often performed at the upper end position of the float, but to match this, turn the magnetic pole of the same polarity as the upper end of the magnet piece in the float to the magnetoresistive element side Good.

【0014】図3はこのように配置したときの動作状態
を説明するグラフで、横軸は位置、縦軸は磁場を示して
いる。磁石片2がグラフ中に示した位置にあると、これ
による磁石片の移動範囲に平行した位置の磁場は曲線1
1のようになる。一方、磁気抵抗素子の磁気検出は極性
を判別しないのであるから、N極、S極それぞれの感度
が13A、13Bの直線のところにあるとすると両方で
検出が行なわれる。そこで磁石片の移動範囲に亘って均
一な磁場を発生させる磁石をN極を磁石片側に向けて置
くと磁場は曲線12のように平行移動した形でずれる。
したがってN極側の13Aの線のところでのみ検出が行
なわれることになる。
FIG. 3 is a graph for explaining an operation state when the above arrangement is performed. The horizontal axis indicates the position, and the vertical axis indicates the magnetic field. When the magnet piece 2 is at the position shown in the graph, the magnetic field at a position parallel to the movement range of the magnet piece is represented by a curve 1
It looks like 1. On the other hand, since the magnetic detection of the magnetoresistive element does not discriminate the polarity, if the sensitivities of the N pole and the S pole are on the straight lines of 13A and 13B, the detection is performed at both. Therefore, when a magnet that generates a uniform magnetic field over the moving range of the magnet piece is placed with the N pole facing one of the magnets, the magnetic field shifts in a parallel-transformed form as shown by a curve 12.
Therefore, detection is performed only at the line 13A on the N pole side.

【0015】前記の磁石の位置は図1のようにテーパ管
4を挾んで磁気抵抗素子1と反対側にその磁極がテーパ
管の方を向くように設ければよいが、その位置を横にず
らしたり縦軸の回りに回転したりして磁気抵抗素子の部
分における磁石5による磁場の強さを調節できる。もち
ろんテーパ管から遠ざける方向にずらすことによって磁
気抵抗素子1の部分の磁石5の強さを弱めることも当然
できる。またさらに磁気抵抗素子1とテーパ管4との距
離も変えることにより、磁場の検出感度や磁石5による
磁場の強さとの比率も変えられる。
The position of the magnet may be provided on the side opposite to the magnetoresistive element 1 across the tapered tube 4 as shown in FIG. 1 so that its magnetic pole faces the tapered tube. By shifting or rotating around the vertical axis, the strength of the magnetic field by the magnet 5 in the portion of the magnetoresistive element can be adjusted. Of course, the strength of the magnet 5 in the portion of the magnetoresistive element 1 can be reduced by shifting the magnet 5 away from the tapered tube. Further, by changing the distance between the magnetoresistive element 1 and the tapered tube 4, the detection sensitivity of the magnetic field and the ratio of the strength of the magnetic field by the magnet 5 can also be changed.

【0016】本発明に用いる磁気抵抗素子は一般的に用
いられているパーマロイなどの強磁性金属の薄膜を素子
とするものを使用できる。素子はたとえば図4に示すよ
うに4個のエレメント7がブリッジに接続されており、
磁界の方向がジグザグの電流経路を横切る方向のとき抵
抗の変化が最大になる。したがって互いに90度離れた
方向に最大感度を有する。磁気抵抗素子はたとえばリー
ド線の部分を除く寸法で幅3mm、長さ5mm、厚さ2
mmといった平板状をしているので密着して並べればよ
く、このように密着して並べても相互干渉の問題はな
い。
As the magnetoresistive element used in the present invention, an element using a thin film of a generally used ferromagnetic metal such as permalloy can be used. The element has, for example, four elements 7 connected to a bridge as shown in FIG.
When the direction of the magnetic field crosses the zigzag current path, the change in resistance becomes maximum. Therefore, it has the maximum sensitivity in directions separated from each other by 90 degrees. The magnetoresistive element has a width of 3 mm, a length of 5 mm, and a thickness of 2 mm excluding, for example, a lead wire portion.
Since they are in the form of a flat plate such as mm, they may be arranged in close contact, and even if they are arranged in close contact in this way, there is no problem of mutual interference.

【0017】実装方法は配線パターンを設けたプリント
基板にリード線を差し込んでハンダ付けすればよい。こ
の場合リード線の並んだ幅方向に磁気抵抗素子を密着し
て並べればプリント基板の配線ピッチは確保できる。ま
たさらに測定の分解能を上げるため図5に(a)正面図
と(b)側面図を示したように半ピッチずらして2列に
することもできる。このように列を2列にすることによ
りプリント基板のリード線への配線ピッチを確保しつつ
分解能を向上することが可能になる。
The mounting method may be such that a lead wire is inserted into a printed circuit board provided with a wiring pattern and soldered. In this case, if the magnetoresistive elements are closely arranged in the width direction in which the lead wires are arranged, the wiring pitch of the printed circuit board can be secured. In order to further increase the resolution of the measurement, two rows can be shifted by a half pitch as shown in FIG. 5 (a) front view and (b) side view. By thus arranging the rows in two rows, it is possible to improve the resolution while securing the wiring pitch to the lead wires of the printed circuit board.

【0018】また本発明に用いる磁石は長さ全域にわた
って均等に磁化されていることが必要である。材質とし
ては特に限定するものでなく、フェライト磁石などが使
用しうる。このように測定範囲全域に亘って単一の磁石
を用いることにより、すべての磁気抵抗素子について均
一な感度で磁場の検出ができる。なお磁気抵抗素子の中
には特殊品としてバイアス磁石と称する微少な磁石を内
蔵することにより、磁気抵抗素子は本来リニアリティが
悪いのを磁気ヒステリシス曲線上の動作位置をずらすこ
とにより磁気に比例した出力を得られるようにしたもの
がある。このようなものも上記の使用目的とは異なるが
使用方法によって磁極の極性を判別する機能を有する。
しかし磁気抵抗素子を密接して並べたとき内蔵磁石同士
の相互干渉の問題があり、また個々の素子の内蔵磁石の
ばらつきの問題などもあり、本発明の単一の磁石を設け
る方法が優れている。
The magnet used in the present invention needs to be magnetized uniformly over the entire length. The material is not particularly limited, and a ferrite magnet or the like can be used. As described above, by using a single magnet over the entire measurement range, the magnetic field can be detected with uniform sensitivity for all the magnetoresistance elements. By incorporating a small magnet called a bias magnet as a special product in the magnetoresistive element, the magnetoresistive element originally has poor linearity, and the operating position on the magnetic hysteresis curve is shifted to output in proportion to the magnetism. There is something that can be obtained. Such a device also has a function of determining the polarity of the magnetic pole depending on the method of use although it is different from the above-mentioned purpose of use.
However, when the magnetoresistive elements are closely arranged, there is a problem of mutual interference between the built-in magnets, and there is also a problem of variation of the built-in magnets of the individual elements. I have.

【0019】以上はフロートに磁石片を封入した面積式
流量計について本発明の変位検出装置を適用した場合を
例として説明したが、面積式流量計でもフロートに棒を
連結してテーパ管の上部に設けた透明な円筒内でその棒
の端部の位置を読む方式のものにも適用できる。この場
合テーパ管に非磁性材を使用すれば前記のようなフロー
トの内部に磁石片を封入する方法でもよいが、棒の先端
部に磁石片を取り付けてこれの変位を本発明の装置で検
出すればよい。さらには本発明は変位方向に着磁された
磁石片の移動の検出として面積式流量計以外にも適用可
能なことは原理的に当然である。たとえば同じく流量計
における適用としては図6に示したような差圧式流量計
が挙げられる。すなわち図6において配管30に設けた
オリフィス31の上流側と下流側からそれぞれ導圧管3
2、33によって圧力室34とその中に設けられたダイ
ヤフラム35の内部に連通している。これにより配管中
の流れによって生じた差圧に応じてダイヤフラム35が
変位し、これによるレバー36の動きとして流量を検出
する。レバーの動きはレバーの先端37の長さをさらに
延長したり、図示しない歯車機構やリンク機構などを設
けることにより拡大できる。そしてこれらダイヤフラム
の変位を拡大した機構部に磁石片を取り付け、前記方法
によりその変位を検出すればよい。
In the above description, the case where the displacement detecting device of the present invention is applied to an area type flowmeter in which a magnet piece is sealed in a float has been described as an example. The present invention can also be applied to a system in which the position of the end of the rod is read in a transparent cylinder provided in the above. In this case, if a non-magnetic material is used for the tapered tube, a method of enclosing the magnet piece inside the float as described above may be used, but the magnet piece is attached to the tip of the rod and the displacement of the magnet piece is detected by the apparatus of the present invention. do it. Further, it is of course that the present invention can be applied to detection of the movement of the magnet piece magnetized in the displacement direction other than the area type flow meter in principle. For example, a differential pressure type flow meter as shown in FIG. That is, in FIG. 6, the pressure guiding pipes 3 are respectively provided from the upstream side and the downstream side of the orifice 31 provided in the pipe 30.
2 and 33 communicate with the inside of the pressure chamber 34 and the diaphragm 35 provided therein. As a result, the diaphragm 35 is displaced in accordance with the differential pressure generated by the flow in the pipe, and the flow is detected as the movement of the lever 36 due to the displacement. The movement of the lever can be enlarged by further extending the length of the tip 37 of the lever, or by providing a gear mechanism or a link mechanism (not shown). Then, a magnet piece may be attached to the mechanism section in which the displacement of these diaphragms is enlarged, and the displacement may be detected by the above-described method.

【0020】前記のようにして並べた個々の磁気抵抗素
子からの出力を増幅してあるレベル以上であれば表示す
るようにすれば、たとえば流量計であればフロートがど
の磁気抵抗素子の位置にあるか知ることができる。ディ
ジタル信号としてならこのままでも使用可能であるが、
工業計器ではたとえばフルスケールが直流4mAから2
0mAの電流出力といったアナログ信号を求められるこ
とが多い。本発明はこのようなアナログ出力を得るのに
好適な変位信号発生装置もさらに提供する。
If the outputs from the individual magnetoresistive elements arranged as described above are amplified and displayed at a certain level or higher, for example, in the case of a flow meter, the float is located at any position of the magnetoresistive element. You can know if there is. It can be used as it is as a digital signal,
For industrial instruments, for example, full scale is from 4 mA DC to 2 DC.
An analog signal such as a current output of 0 mA is often required. The present invention further provides a displacement signal generator suitable for obtaining such an analog output.

【0021】図7はその回路を示す図で、20A〜20
Hは磁気抵抗素子であって電源入力端子は省略し、また
素子の数も通常より少なく省略して示している。それぞ
れの磁気抵抗素子の出力はコンパレータ回路21A〜2
1Hに入り、磁気抵抗素子がある大きさ以上の磁場を検
出するとコンパレータ回路の電源電圧できまる一定の電
圧を出力する。
FIG. 7 is a diagram showing the circuit.
H denotes a magnetoresistive element, in which a power supply input terminal is omitted, and the number of elements is omitted, which is smaller than usual. The outputs of the respective magneto-resistive elements are output from comparator circuits 21A-2A.
In 1H, when the magnetoresistive element detects a magnetic field of a certain magnitude or more, the comparator circuit outputs a constant voltage that is determined by the power supply voltage of the comparator circuit.

【0022】また22A〜22Hと23A〜23Hは抵
抗器回路であって、それぞれ22Aと23A、22Bと
23B等の分圧比を磁気抵抗素子を並べた順序に順次変
えてある。たとえば22Aと23Aは10分の8、22
Bと23Bは10分の7というように変化させていき、
22Hと23Hは10分の1とする。
Reference numerals 22A to 22H and 23A to 23H denote resistor circuits in which the voltage dividing ratios of 22A and 23A, 22B and 23B are sequentially changed in the order in which the magnetoresistive elements are arranged. For example, 22A and 23A are 8/10, 22
Change B and 23B to 7/10,
22H and 23H are 1/10.

【0023】さらにこれらそれぞれの抵抗器回路からの
出力電圧に対し、順方向の極性でそれぞれダイオード2
4A〜24Hが接続されている。たとえば磁気を検出し
たときコンパレータにプラスの出力電圧が出るのであれ
ば図7に示したようにプラスの電圧に対して順方向にな
るような極性で接続する。そして一方各ダイオードの他
端の端子同士をまとめて接続しこれをこの回路の出力2
5とする。
Further, with respect to the output voltage from each of these resistor circuits, a diode 2 is provided with a forward polarity.
4A to 24H are connected. For example, if a positive output voltage is output from the comparator when magnetism is detected, the connection is made with a polarity such that it becomes forward with respect to the positive voltage as shown in FIG. On the other hand, the terminals at the other end of each diode are connected together and connected to the output 2 of this circuit.
5 is assumed.

【0024】このようにすることにより、隣接した複数
の磁気抵抗素子が一定値以上の磁場を検出した場合にお
いても抵抗器回路22A〜22Hおよび23A〜23H
の分圧比の一番大きいものの出力電圧のみがダイオード
24A〜24Hを通過して出力25に現われることにな
る。したがってたとえば面積式流量計のフロート3の上
端部の一定位置を常に正確に検出することが可能とな
り、非常に好都合である。以上のようにして磁石片の位
置に対応したアナログ電圧が得られるが、図示しない回
路を設けることによりこれからフルスケール4mA〜2
0mAといった直流出力に変換できることはいうまでも
ない。またこの変位信号発生装置は本発明の変位検出装
置だけでなく、図2(a)に示したような磁気抵抗素子
を使用した変位検出装置に対しても使用可能である。
In this manner, even when a plurality of adjacent magneto-resistive elements detect a magnetic field of a certain value or more, the resistor circuits 22A to 22H and 23A to 23H
, Only the output voltage of the one having the highest voltage division ratio passes through the diodes 24A to 24H and appears at the output 25. Therefore, for example, it is possible to always accurately detect a fixed position of the upper end of the float 3 of the area type flow meter, which is very convenient. As described above, an analog voltage corresponding to the position of the magnet piece can be obtained.
Needless to say, it can be converted to a DC output such as 0 mA. This displacement signal generator can be used not only for the displacement detector of the present invention but also for a displacement detector using a magnetoresistive element as shown in FIG.

【0025】[0025]

【実施例】測定範囲におけるフロートの移動距離が60
mmの面積式流量計において本発明の変位検出装置を適
用した。図1のようにフロートの内部には長さ10mm
の永久磁石を封入し、またテーパ管に沿って寸法2mm
厚、3mm幅、5mm長の磁気抵抗素子を図5に示した
ように2列に各列20個合計40個並べて設けた。磁気
抵抗素子は図4のように4個のエレメントがブリッジに
接続されており、さらに同じパッケージの中にオペレー
ショナルアンプICによるコンパレータ回路が入ってい
る。変位信号発生装置は図7に示したものを使用し、1
枚のプリント基板に全部の磁気抵抗素子と一部の抵抗器
(22A、22B等)を取り付けたが、コンパレータ2
1A等を磁気抵抗素子と別に取り付ける必要がなく、実
装が非常に容易になる。
[Embodiment] The movement distance of the float in the measurement range is 60.
The displacement detection device of the present invention was applied to a mm-area flowmeter. 10mm length inside the float as shown in Figure 1
2mm along the tapered tube
As shown in FIG. 5, a total of 40 magnetoresistive elements having a thickness of 3 mm, a width of 5 mm, and a length of 5 mm were arranged in two rows in a total of 40 rows. As shown in FIG. 4, the magnetoresistive element has four elements connected to a bridge, and further includes a comparator circuit using an operational amplifier IC in the same package. The displacement signal generator shown in FIG.
All the magnetoresistive elements and some resistors (22A, 22B, etc.) were mounted on a single printed circuit board.
There is no need to attach 1A or the like separately from the magnetoresistive element, and mounting becomes very easy.

【0026】また寸法6mm厚、14mm幅、60mm
長のフェライト磁石の板を厚み方向に磁化し、図1のよ
うにテーパ管を挾んで磁気抵抗素子の列と反対側におい
て、一方の磁極をテーパ管に向けて設けた。さらに変位
信号発生装置の電圧出力を直流4mA〜20mAをフル
スケールとする電流出力に変換する回路を設けた。その
結果フロートの位置と出力電流との関係は良好な直線性
が得られ、温度誤差もほとんどなく優れた特性の流量測
定装置が得られた。
The dimensions are 6 mm thick, 14 mm wide, 60 mm
A long ferrite magnet plate was magnetized in the thickness direction, and one magnetic pole was provided facing the tapered tube on the side opposite to the row of magnetoresistive elements with the tapered tube interposed therebetween as shown in FIG. Further, a circuit was provided for converting the voltage output of the displacement signal generator into a current output having a full scale of 4 mA to 20 mA DC. As a result, a good linearity was obtained in the relationship between the position of the float and the output current, and a flow rate measuring device having excellent characteristics with little temperature error was obtained.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の変位検出装置は面積式流量計の
フロートに内蔵された磁石など、従来の磁気検出手段で
は困難であった変位方向に着磁された磁石片の位置を磁
気抵抗素子により正確に検出できる。本発明に用いる磁
気抵抗素子は密接して並べても相互干渉がなく、十分な
精度、分解能で位置測定を行なうことができ、また温度
誤差がほとんどない。
According to the displacement detecting device of the present invention, the position of a magnet piece magnetized in the direction of displacement, which is difficult with conventional magnetic detecting means, such as a magnet built in the float of an area flow meter, is used as a magnetoresistive element. Can be detected more accurately. The magnetoresistive elements used in the present invention have no mutual interference even if they are closely arranged, can perform position measurement with sufficient accuracy and resolution, and have almost no temperature error.

【0028】また本発明の変位信号発生装置によれば複
数の磁気抵抗素子からの検出信号を弁別してその位置に
対応したアナログ信号を得ることができる。さらに同時
に複数の磁気抵抗素子から磁石片の位置を検出した信号
があっても測定位置の誤差を生ずることがなく、正確に
位置の変化を測定することができる。また磁気抵抗素子
の中にコンパレータ回路が内蔵されているものを利用す
ることができ部品点数を減らして実装を容易にすること
ができる。
According to the displacement signal generator of the present invention, detection signals from a plurality of magneto-resistive elements can be discriminated to obtain an analog signal corresponding to the position. Furthermore, even if there is a signal that detects the position of the magnet piece from a plurality of magnetoresistive elements at the same time, a change in the position can be accurately measured without causing an error in the measurement position. In addition, a magnetoresistive element having a built-in comparator circuit can be used, so that the number of components can be reduced and mounting can be facilitated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の変位検出装置を適用した面積式流量計
の主要部を示す図
FIG. 1 is a diagram showing a main part of an area type flowmeter to which a displacement detection device according to the present invention is applied.

【図2】磁気抵抗素子と磁石片の位置関係を説明する図
で、(a)は磁石片の磁極の方向と移動方向とが直角の
場合、(b)はこれが平行の場合
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining a positional relationship between a magnetoresistive element and a magnet piece, wherein FIG. 2A shows a case where a direction of a magnetic pole of a magnet piece is perpendicular to a moving direction, and FIG.

【図3】本発明の変位検出装置の動作状態を示すグラフFIG. 3 is a graph showing an operation state of the displacement detection device of the present invention.

【図4】磁気抵抗素子のエレメントの配置の例を示す図FIG. 4 is a diagram showing an example of an arrangement of elements of a magnetoresistive element.

【図5】本発明の変位検出装置における磁気抵抗素子の
配列方法の例を示す図で、(a)は正面図、(b)は側
面図
5A and 5B are diagrams illustrating an example of a method of arranging magnetoresistive elements in the displacement detection device according to the present invention, wherein FIG. 5A is a front view, and FIG.

【図6】差圧式流量計の機構を説明する図FIG. 6 is a diagram illustrating a mechanism of a differential pressure type flow meter.

【図7】本発明の変位信号発生装置の回路構成を示す図FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration of a displacement signal generator according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 磁気抵抗素子 2 磁石片 3 フロート 4 テーパ管 5 磁石 7 エレメント 20A〜20H 磁気抵抗素子 21A〜21H コンパレータ回路 22A〜22H、23A〜23H 抵抗器 24A〜24H ダイオード 25 出力 30 配管 31 オリフィス 32、33 導圧管 34 圧力室 35 ダイヤフラム 36 レバー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic resistance element 2 Magnet piece 3 Float 4 Tapered tube 5 Magnet 7 Element 20A-20H Magnetic resistance element 21A-21H Comparator circuit 22A-22H, 23A-23H Resistor 24A-24H Diode 25 Output 30 Piping 31 Orifice 32, 33 Conductor Pressure tube 34 Pressure chamber 35 Diaphragm 36 Lever

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−26900(JP,A) 特開 平6−18203(JP,A) 特開 昭59−40212(JP,A) 実開 昭63−199079(JP,U) 実開 昭53−79558(JP,U) 実開 昭63−177715(JP,U) 特公 平7−92395(JP,B2) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-6-26900 (JP, A) JP-A-6-18203 (JP, A) JP-A-59-40212 (JP, A) 199079 (JP, U) Japanese Utility Model Showa 53-79558 (JP, U) Japanese Utility Model Utility Model Showa 63-177715 (JP, U) Japanese Patent Publication No. 7-92395 (JP, B2)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 変位方向に着磁された磁石片の移動を検
出する変位検出装置において、磁石片の計測すべき変位
範囲に亘って複数の磁気抵抗素子を並べて設置し、また
長さが少なくとも計測すべき変位範囲を有し長さ方向と
直角方向に着磁された磁石を前記磁気抵抗素子の列に一
方の磁極を向けて設け、いずれかの磁気抵抗素子が検出
した磁場が一定値以上であるか否かによって前記磁石片
の位置を検出することを特徴とする変位検出装置。
In a displacement detecting device for detecting the movement of a magnet piece magnetized in a displacement direction, a plurality of magnetoresistive elements are arranged side by side over a displacement range to be measured of the magnet piece, and the length is at least. A magnet having a displacement range to be measured and magnetized in a direction perpendicular to the length direction is provided with one magnetic pole facing the row of the magnetoresistive elements, and a magnetic field detected by any of the magnetoresistive elements is equal to or more than a certain value. A displacement detecting device for detecting a position of the magnet piece depending on whether or not the displacement of the magnet piece is small.
【請求項2】 磁石片が面積式流量計のフロート内に封
入されたものであることを特徴とする請求項1記載の変
位検出装置。
2. The displacement detecting device according to claim 1, wherein the magnet piece is sealed in a float of the area type flow meter.
【請求項3】 磁石片が面積式流量計のフロートに連結
されたものであることを特徴とする請求項1記載の変位
検出装置。
3. The displacement detecting device according to claim 1, wherein the magnet piece is connected to a float of the area type flow meter.
【請求項4】 磁石片が差圧式流量計のダイヤフラムの
変位を拡大した機構部に取り付けられたものであること
を特徴とする請求項1記載の変位検出装置。
4. The displacement detecting device according to claim 1, wherein the magnet piece is attached to a mechanism section of the differential pressure type flow meter which enlarges the displacement of the diaphragm.
【請求項5】 複数の磁気抵抗素子を磁石片の計測すべ
き変位範囲に亘って並べ、磁石片により磁気抵抗素子が
一定値以上の磁場を検出したとき、当該磁気抵抗素子か
ら一定の電圧が出力されるコンパレータ回路をそれぞれ
の磁気抵抗素子に対して設け、各コンパレータ回路から
の出力電圧を磁気抵抗素子を並べた順序に順次変えた分
圧比で分圧する抵抗器回路をそれぞれ設け、各抵抗器回
路の出力側にはそれぞれダイオードの一端を抵抗器回路
からの出力電圧に対し順方向の極性で接続し、各ダイオ
ードの他端同士を接続して出力としたことを特徴とする
変位信号発生装置。
5. A method in which a plurality of magneto-resistive elements are arranged over a displacement range of a magnet piece to be measured, and when the magneto-resistive element detects a magnetic field of a certain value or more by the magnet piece, a constant voltage is output from the magneto-resistive element. A comparator circuit to be output is provided for each magnetoresistive element, and a resistor circuit is provided to divide the output voltage from each comparator circuit by a voltage dividing ratio sequentially changed in the order in which the magnetoresistive elements are arranged. Displacement signal generator characterized in that one end of each diode is connected to the output side of the circuit with a forward polarity with respect to the output voltage from the resistor circuit, and the other end of each diode is connected to output. .
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