JP2781203B2

JP2781203B2 - 容積式流量計

Info

Publication number: JP2781203B2
Application number: JP1126009A
Authority: JP
Inventors: 哲夫岩本
Original assignee: トキコ株式会社
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JPH02306122A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は容積式流量計に係り、特に回転子の回転をよ
り高い出力電圧で検出できるよう構成した容積式流量計
に関する。

従来の技術例えば石油，食品，化学液等の流体の流量を計測する
流量計としては、容積式流量計が広く使用されている。

この種の容積式流量計では楕円歯車よりなる一対の回
転子をケーシング本体の計量室内に回転自在に設け、流
体が計三室を通過するのに伴って通過した流体の容積分
に応じて回転子が回転する構成となっている。

そして、回転子の回転は、回転子に埋設された磁石の
通過を磁気抵抗素子等の磁気検出手殻により電磁的に検
出されており、そのときの流量はこの磁気検出手段から
出力された信号をもとに算出される。

従来の容積式流量計においては、例えば一方の回転子
の端面に２個の磁石が埋設され、接着等の手段にり一体
化されていた。この場合、一対の回転子が一回転する間
に磁気抵抗素子は４個のパルスを出力することになる。

発明が解決しようとする課題しかるに、上記容積式流量計では、回転子が１回転す
る間に４個のパルスしか得られず、流量計測をよりきめ
細かく行なうことができないという課題があった。

そのため、円周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁され
た環状の多極磁石を使用して回転子の１回転当りに得ら
れるパルス数を増加することが考えられている。又、上
記容積式流量計ではケーシング及びケーシング内の計量
室を閉蓋する蓋も小型化されており、磁気検出手段とし
て使用される磁気低抗素子は計量室内の回転子に埋設さ
れた磁石に近接対向するように蓋に取付けられる。

しかし、回転子の回転を高感度で検出するには、磁気
抵抗素子をできるだけ回転子の磁石に近づけなければな
らす、その場合磁気抵抗素子が挿入される蓋の取付回部
の肉厚が薄くなり、高圧流体の流量を計測することがで
きなくなるおそれがある。又、磁気抵抗素子は市販製品
を購入して使用するため、それ自体の大きさが決められ
ており、上記取付凹部のスペースも制限されていた。

従って、上記構成になる容積式流量計では、市販の磁
気抵抗素子を使用して回転子の回転をより高感度で検出
するとともに、上記取付凹部の肉厚を一定以上として蓋
の耐圧強度を確保する必要があるといった課題がある。

そこで、本発明は上記課題を解決した容積式流量計を
提供することを目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、被測流体が通過する計量室を有するケーシ
ングと、前記ケーシングに取り付けられ前記計量室を閉蓋する
蓋と、前記計量室に設けられ、前記被測流体の流量に応じた
回転数で回転する回転子と、円周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されて環状に形成
され、前記回転子を支承する回転軸と同軸的となるよう
に前記回転子の端面に埋設された磁石と、前記蓋の前記計量室に対向する面の背面に設けられた
凹部と、前記凹部に挿入され、前記磁石の磁気を前記蓋を介し
て検出する磁気検出手段と、からなる容積式流量計において、前記磁気検出手段は、基板と、前記磁石の磁気を検出
するために当該基板上に設けられた折曲線路パターンと
からなり、前記磁気検出手段を、前記磁石の接線方向と前記折曲
線路パターンの長手方向とが直交し、且つ前記回転軸の
軸方向と前記折曲線路パターンの長手方向とが平行にな
るように前記磁石の外周縁に近接対向させたことを特徴
とするものである。

作用本発明によれば、環状に形成された磁石の周方向にＮ
極とＳ極とが交互に着磁されているので、Ｎ極とＳ極と
は扇形に形成されており、各Ｎ極とＳ極との間に磁力線
が形成されて磁石の外周近傍の上面側の磁束密度が最も
高い。そのため、磁気検出手段を磁石の外周近傍の上面
側に配置することにより検出感度を効果的に上げること
が可能になる。

従って、磁気検出手段を磁石の接線方向と折曲線路パ
ターンの長手方向とが直交するように設けることによ
り、折曲線路パターンの長手方向の線路がＮ極とＳ極と
の間に形成される磁力線に対して直交する。従って、数
多くの磁力線が折曲線路パターンを横切ることとなり、
その分磁気検出手段の検出感度を向上させることができ
る。

特に高圧流体を計測する場合、磁気検出手段が計量室
の外部に設けられ、且つ耐圧強度を確保するため磁気検
出手段が挿入される蓋の凹部の底面の肉厚を厚くする
と、磁気検出手段が回転子から離間するが、磁気検出手
段による検出感度が向上することにより蓋の耐圧強度を
高くした場合でも回転子に設けられた磁石の磁力を確実
に検出することが可能となる。

また、磁気検出手段は、回転軸の軸方向と折曲線路パ
ターンの長手方向とが平行になるように、すなわち磁気
検出手段の先端面が蓋の凹部の底面に対向するように凹
部に挿入される。このため、磁気検出手段が挿入される
凹部の底面の面積、すなわち凹部底面により形成される
肉薄部分の面積を、磁気検出手段が有する基板の折曲線
路パターンが設けられた面が凹部底面に対向するように
磁気検出手段を凹部に挿入する場合に比べて小さくする
ことができ、よって流量計自体の耐圧性を高めることが
できる。

実施例第１図及び第２図に本発明になる容積式流量計の一実
施例を示す。なお、第２図はケーシングの蓋を省略して
示してある。

両図中、容積式流量計１はケーシング２の計量室３内
に一対の回転子4,5を回転自在に設けてなる。ケーシン
グ２は計量室３より上流側に位置する流入路６と、計量
室３より下流側に位置する流出路７とを有する。

この流入路６及び流出路７は夫々上，下流側より計量
室３に開口しており、計量室３を介して連通している。
回転子4,5は楕円歯車で互いに噛合しており、回転軸8,9
に支承されている。

流入路６より被測流体が、計量室３内に供給される
と、流体の圧力により一対の回転子4,5が回転軸8,9を中
心として回転する。流入路６からの流体が回転子4,5の
回転と共に回転子4,5と計量室３の内壁10との間の空間1
1内に導入され、空間11の容積分の流体が流出路７へ排
出される。

第３図及び第４図に示す如く、回転子４の上部中央に
は回転検出用の磁石12が埋設されている。回転子4,5は
合成樹脂により成形されており、磁石12はインサート成
形により回転子４の端面4aの中央段部4bに埋設される。

磁石12はプラスチックマグネットにより環状に形成さ
れ、その円周方向に多数のＳ極,N極が交互に着磁されて
いる。尚、本実施例では、磁石12は８等分に着磁されて
いる。

13は磁気抵抗素子（磁気検出手段）で、回転子４に埋
設された磁石12と近接するように計量室11を閉蓋する蓋
14の取付凹部14a内に挿入されている。又、磁気抵抗素
子13はホルダ15にモールドされており、ホルダ15は流量
表示ケース16の端部に固着されている。又、ケース16は
蓋14の取付台14bに固着されている。

尚、磁気抵抗素子13は所定の規格で製作されて市販さ
れているものであり、容易に購入することができる。

磁気抵抗素子13は、半導体シリコン基板上に強磁性体
よりなる検出部としての折曲線路パターンＲ_A〜Ｒ_D（第
６図に示す）を蒸着しており、磁石12が回転子４と一体
に回転するとともに生ずる磁束密度の変化により折曲線
路パターンＲ_A〜Ｒ_Dの抵抗値が変化するようになってい
る。そのため、磁気抵抗素子13は折曲線路パターンＲ_A
〜Ｒ_Dに一定電圧を印加しておくと、磁石12の回転に伴
う抵抗値の変化が、磁石12の通過極数に応じた電圧の交
番的変化として出力され、その結果回転子４の回転数を
検出できる。

又、磁気抵抗素子13は先端の検出端部13aにおいて、
第５図（Ａ），（Ｂ）に示す矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向
からの磁界に対して出力電圧のピーク値が大きくなる特
性を有している。そのため、磁気抵抗素子13は第６図に
示す折曲線路パターンＲ_A〜Ｒ_Dが検出端部13aから入り
込む磁界を検出しやすい向きで平板状の本体13b内に収
納されている。

又、本体13bの底部には、磁界検出信号を出力する端
子13cが突出している。磁気抵抗素子13は前述の如くホ
ルダ15に保持された状態で蓋14の取付凹部14a内に挿入
されているが、回転子４の回転数を高感度で検出するた
め平板状の本体13bが第３図及び第４図に示す向きとな
るように取付けられている。

すなわち、磁気抵抗素子13は内部に設けられた折曲線
路パターンＲ_A〜Ｒ_Dの配列が環状の磁石12の接線方向に
延在するとともに、磁石12の外周縁12aに近接対向す
る。従って、検出端部13aが第６図中破線で示す長方形
状のＡ部分に対向するように、磁気抵抗素子13は取付け
られている。

この磁気抵抗素子13の取付位置を回転子４の中心Ｏか
らの偏心量ε（＝1/r）で表わすと、ε＝0.9〜1.05とな
る位置が最適である。尚、１は中心Ｏから磁気抵抗素子
13の中心までの距離、ｒは中心Ｏから磁石12の外周縁12
aまでの距離である（第３図に示す）。

上記のように環状に形成された磁石12は、周方向にＮ
極とＳ極とが交互に着磁されているので、Ｎ極とＳ極と
は扇形に形成されており、各Ｎ極とＳ極との間に磁力線
が形成されるため、磁石12の外周縁12a近傍の上面側の
磁束密度が最も高い。そのため、磁気抵抗素子13を磁石
12の外周近傍の上面側に配置することにより検出感度を
効果的に上げることが可能になる。

従って、磁気抵抗素子13を磁石12の接線方向と磁気抵
抗素子13に形成された折曲線路パターンＲ_A〜Ｒ_Dの長手
方向とが直交するように設けることにより、折曲線路パ
ターンＲ_A〜Ｒ_Dを横切る磁力線数が多くなり、その分検
出感度を向上させることができる。

特に高圧流体を計測する場合、磁気抵抗素子13が計量
室３の外部に設けられ、且つ耐圧強度を確保するため蓋
14の取付凹部14aの底面に形成される薄肉部分の肉厚を
厚くすると、磁気抵抗素子13が回転子４から離間する。
しかしながら、磁気抵抗素子13による検出感度が向上す
ることにより、上記のように蓋14の耐圧強度を高くした
場合でも回転子４に設けられた磁石12の磁力を確実に検
出することが可能となる。

また、平板形状の磁気抵抗素子13は、回転軸８の軸方
向と折曲線路パターンＲ_A〜Ｒ_Dの長手方向とが平行にな
るように、すなわち磁気抵抗素子13の先端面が蓋14の取
付凹部14aの底面に対向するように取付凹部14aに挿入さ
れる。このため、磁気抵抗素子13が挿入される取付凹部
14aの底面の面積、すなわち取付凹部14aの底面により形
成される肉薄部分の面積を、磁気抵抗素子13の基板が折
曲線路パターンＲ_A〜Ｒ_Dが設けられた面を取付凹部14a
の底面に対向するように挿入する場合に比べて小さくす
ることができ、よって流量計自体の耐圧性を高めること
ができる。

ここで、流量計測時の動作について説明する。

流体は、第２図中矢印で示すように流入路６より計量
室３内に流入し、一対の回転子4,5を回転させて流出路
７へ流出する。そのため、回転子4,5は流量に応じた回
転数で回転することになり、回転子４の回転は蓋13に組
込まれた磁気抵抗素子13により検出される。

即ち、磁気抵抗素子13は、回転子４が１回転する間に
磁石12に着磁された磁極数分のパルスを出力する。

第７図に示す如く、磁気抵抗素子13はケース16内に収
納された流量表示部17に接続されている。流量表示部17
には、アンプ18,制御回路19,出力回路20,係数補正スイ
ッチ21,液晶表示器22,電池23等が設けられている。

従って、磁気抵抗素子13から出力された信号は、アン
プ18は波形成形及び増幅されて制御回路19に入力され
る。制御回路19では、磁気抵抗素子13からの信号をもと
に流量を演算し、表示器22に流量を表示させる。

制御回路19においては、磁石12が多極磁石であるので
磁気抵抗素子13から回転子４の１回転当り、従来よりも
多数の信号が出力されるため、よりきめ細かく流量計測
することができる。

又、上記のようにして磁気抵抗素子13より出力される
信号のピーク値は、磁石12と磁気抵抗素子13の検出端部
13aとの距離ｈ（第３図に示す）に反比例する。

しかしながら、磁気抵抗素子13の検出感度を高めるた
め、上記距離ｈを小さく設定すると、それだけ取付凹部
14aの肉薄部分、すなわち取付凹部14aの底面の最小肉厚
ｔ（第１図に示す）が薄くなる。この取付凹部14aの最
小肉厚ｔが薄すぎると高圧流体の流量計測が不可となる
ため、蓋14の最小内厚ｔが耐圧強度を考慮してある程度
厚くする必要がある。

例えば取付凹部14aの肉径が15mm,最高使用圧力が10kg
/cm²，蓋14の材質がステンレス鋼の場合、理論上必要な
最小肉厚ｔは0.9mmである。尚、磁気抵抗素子13が市販
品であるので磁気抵抗素子13によりホルダ15の大きさが
決まり、上記取付凹部14aの内径はホルダ15により制限
される。

ここで、磁石12と磁気抵抗素子13との離間距離ｈを1.
5mmとした場合の磁気抵抗素子13から出力される信号
は、第８図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すようになる。
このとき、磁気抵抗素子13の抵抗値は2kΩ，印加電圧5
V,磁石12の磁束密度はピーク値で900ガウスである。

この第８図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すデータは、
磁気抵抗素子13と磁石12の外周縁12aとの偏心量との値
に応じた出力電圧の波形図である。

第８図（Ｂ）に示す如く、偏心量がε＝0.9〜1.05で
は、磁気抵抗素子13の出力信号に規則性があり、ピーク
値の最も高い安定した出力が得られる。ここでは第８図
（Ｂ）に示す出力のピーク値を「１」として、第８図
（Ａ），（Ｃ）の出力信号と比較することにする。

偏心量がε＝1.2のとき、即ち磁気抵抗素子13の検出
端部13aが第３図，第４図に示す位置よりも磁石12の外
側にあるとき、磁気抵抗素子13の出力は第８図（Ａ）に
示す如く、規則性があるもののそのピーク値がε＝0.9
〜1.05に比べて略50％に低下する。従って、磁気抵抗素
子13の取付位置は、対向する磁石12の外側の限界がε＝
1.2であり、εが1.2以上となると出力波形がくずれ、ピ
ーク値もさらに低下してしまい回転子４の回転が検出で
きなくなる。

又、ε＝0.6のとき、即ち、磁気抵抗素子13が第３
図、第４図に示す位置よりも磁石12の内側にあるとき、
磁気抵抗素子13の出力は第８図（Ｃ）に示すようにな
る。従って、磁気抵抗素子取付位置の磁石内側の限界は
ε＝0.6であり、εが0.6以下になると出力信号は第８図
（Ｃ）に示す状態よりも規則性がくずれ、ピーク値も減
少する。そのため、ε＜0.6では回転子４の回転検出が
できない。

尚、第８図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の実験結果は、夫
々磁石12と磁気抵抗素子13との距離ｈを1.5mmとしたと
き得られたデータであり、例えば上記ｈを0.5mm以下と
した場合、回転検出可能なεの範囲はさらに広がる。

しかし、ｈが0.5mm以下では高圧流体の圧力に耐えら
れず非実用的である。そのため、蓋14の収納凹部14aの
最小肉厚ｔに十分な耐圧強度を持たせるには、上記ｈを
0.5〜3mm程度とする必要があり、その場合0.6≦ε≦1.2
が検出可能範囲となる。

従って、磁気抵抗素子13の検出端部13a、即ち折曲線
路パターンＲ_A〜Ｒ_Dの配列が環状の磁石12の接線方向に
延在し、且つ外周縁12a近傍に対向するように磁気抵抗
素子13を取付けることにより磁石12の回転を高感度に検
出できる。これにより、磁気抵抗素子13が挿入される取
付凹部14aの底面の面積が小さくなり、且つ取付凹部14a
の底面の最小肉厚ｔを厚くしても磁石12の回転を検出す
ることができるので、磁気抵抗素子13の検出感度を高め
られると共に流量計自体の耐圧性を高めることができ
る。

発明の効果上述の如く、本発明によれば、以下に挙げる特徴を有
する。

磁気検出手段が磁石の接線方向と折曲線路パターン
の長手方向とが直交するため、折曲線路パターンを横切
る磁力線数が多くなり、その分検出感度を向上させるこ
とができる。そのため、多極化された環状の磁石の回転
に伴う磁界変化を高感度で検出することができ、回転子
の１回転当りの検出パルス数を増加させて流量をよりき
め細く計測できる。

また、環状に形成された磁石の周方向にＮ極とＳ極と
が交互に着磁されているので、Ｎ極とＳ極とは扇形に形
成されており、各Ｎ極とＳ極との間に磁力線が形成され
て磁石の外周近傍の上面側の磁束密度が最も高い。その
ため、磁気検出手段を磁石の外周近傍の上面側に配置す
ることにより検出感度を効果的に上げることが可能にな
る。

特に高圧流体を計測する場合、磁気検出手段が計量
室の外部に設けられ、且つ耐圧強度を確保するため磁気
検出手段が挿入される蓋の凹部の底面の肉厚を厚くする
と、磁気検出手段が回転子から離間するが、磁気検出手
段による検出感度が向上することにより蓋の耐圧強度を
高くした場合でも回転子に設けられた磁石の磁力を確実
に検出することが可能となる。

また、磁気検出手段は、回転軸の軸方向と折曲線路
パターンの長手方向とが平行になるように、すなわち磁
気検出手段の先端面が蓋凹部の底面に対向するように凹
部に挿入される。このため、磁気検出手段が挿入される
凹部の底面の面積、すなわち凹部底面により形成される
肉薄部分の面積を磁気検出手段が有する基板の折曲線路
パターンが設けられた面が凹部底面に対向するように磁
気検出手段を凹部に挿入する場合に比べて小さくするこ
とができ、よって流量計自体の耐圧性を高めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる容積式流量計の一実施例の縦断面
図、第２図は容積式流量計の正面断面図、第３図，第４
図は回転子及び磁気抵抗素子を示す横断面図，正面図、
第５図（Ａ），（Ｂ）は夫々磁気抵抗素子の正面図，側
面図、第６図は磁石に対する磁気抵抗素子のパターンの
配列を拡大して示す斜視図、第７図は流量表示部の概略
構成図、第８図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は磁石に対する
磁気抵抗素子の偏心量εに応じた磁気抵抗素子の出力波
形図である。１……容積式流量計、２……ケーシング、３……計量
室、4,5……回転子、12……磁石、13……磁気抵抗素
子、13a……検出端部、14……蓋、15……ホルダ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被測流体が通過する計量室を有するケーシ
ングと、前記ケーシングに取り付けられ前記計量室を閉蓋する蓋
と、前記計量室に設けられ、前記被測流体の流量に応じた回
転数で回転する回転子と、円周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されて環状に形成さ
れ、前記回転子を支承する回転軸と同軸的となるように
前記回転子の端面に埋設された磁石と、前記蓋の前記計量室に対向する面の背面に設けられた凹
部と、前記凹部に挿入され、前記磁石の磁気を前記蓋を介して
検出する磁気検出手段と、からなる容積式流量計において、前記磁気検出手段は、基板と、前記磁石の磁気を検出す
るために当該基板上に設けられた折曲線路パターンとか
らなり、前記磁気検出手段を、前記磁石の接線方向と前記折曲線
路パターンの長手方向とが直交し、且つ前記回転軸の軸
方向と前記折曲線路パターンの長手方向とが平行になる
ように前記磁石の外周縁に近接対向させたことを特徴と
する容積式流量計。