JP3126454B2 - 容量センサ - Google Patents
容量センサInfo
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- JP3126454B2 JP3126454B2 JP03333346A JP33334691A JP3126454B2 JP 3126454 B2 JP3126454 B2 JP 3126454B2 JP 03333346 A JP03333346 A JP 03333346A JP 33334691 A JP33334691 A JP 33334691A JP 3126454 B2 JP3126454 B2 JP 3126454B2
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- Japan
- Prior art keywords
- gear
- tooth
- measuring device
- measuring chamber
- sensor
- Prior art date
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F3/00—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow
- G01F3/02—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement
- G01F3/04—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement having rigid movable walls
- G01F3/06—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement having rigid movable walls comprising members rotating in a fluid-tight or substantially fluid-tight manner in a housing
- G01F3/10—Geared or lobed impeller meters
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
あって、外側係合で互いに噛み合っている直ぐ歯を備え
た円形の測定装置歯車が設けられており、2つのカバー
部分を備えたケーシング内に測定室が設けられていて、
両カバー部分内にそれぞれ、各1つの測定室端壁が構成
されており、測定室内において測定装置歯車が回転可能
に支承されている位置固定の軸ピンが設けられており、
測定装置歯車の歯係合の範囲において両測定室歯車の軸
平面の両側で、少なくとも1つの測定室端壁に流路が開
口していて、該流路が、液体のための流入部もしくは流
出部と接続されており、これらの流路を切り離している
ウェブが設けられており、該ウェブの縁部が、軸平面に
対してほぼ対称的に構成されており、測定室端壁のうち
の1つにおいて少なくとも1つの測定装置歯車の歯の範
囲で、ケーシングカバー部分の1つにおける孔に、磁気
・電気式のセンサとして働く微分式磁界プレート型セン
サが配置されている形式のものに関する。
によって規定された部分量を測定する。この場合各部分
量に対して、磁気・電気式センサを介して信号パルスが
発せられる。このようにして、電気パルスを加算するこ
とによって簡単な測定を実施することができ、この場合
これらの電気パルスにはそれぞれ、所定の液体量が対応
している(ドイツ連邦共和国実用新案第6609610
号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公告第25544
66号明細書、ドイツ連邦共和国特許第3147208
号明細書)。
す導管内に挿入され、歯車の駆動は、流れる液体によっ
て行われる。この場合における問題点は特に次のことに
ある。すなわち、貫流量が比較的大きい場合にモジュー
ルの小さな歯車ひいては測定可能の部分量の小さな歯車
を使用すると、貫流抵抗を著しく高めること、ひいては
液体流を絞ることになり、この絞り作用によって、測定
範囲は上限を有することになる。これに加えて、従来、
極めて不都合な著しい騒音の発生を回避することができ
ない。
国特許第3147208号明細書)では、微分式磁界プ
レート型センサは外側から袋孔に挿入されており、これ
らの袋孔は、内部において、非磁性材料から成る挿入体
によって測定室に対してシールされている。このような
非磁性の挿入体は、一般に数ミリメータの厚さを有して
おり、従って歯の端面と磁界プレートとの間には大きな
空隙が存在している。また他方では、挿入体によって、
極めて圧力に対して敏感な微分式磁界プレート型センサ
は、容量センサ内における圧力に対して保護されてい
る。
のような容量センサによって得ることができる高い運転
温度においては、歯の範囲に配置された微分式磁界プレ
ート型センサによる一義的な信号検出の問題が大きくな
る。
は複数の導磁性の電極ピンを配置することによって解決
しようという試みがなされている(ドイツ連邦共和国特
許第3147208号、ヨーロッパ特許公開第3932
94号明細書)。
課題は、冒頭に述べた形式の容量センサを改良して、貫
流抵抗と騒音発生とを著しく減じることのできる容量セ
ンサを提供することである。本発明の第2の課題は、測
定周波数が高い場合にも運転温度が高い場合にも、確実
な信号を得ることができる容量センサを提供することで
ある。
めに本発明の構成では、測定装置歯車が少なくとも流路
に向いた側においてその歯溝に、歯元円を越えて半径方
向内側に向かって延びていて歯溝に対して対称的な凹部
を有しており、該凹部の幅がほぼ、歯列の歯元円の範囲
において歯溝幅に相当していて、該凹部が、歯の端面を
起点として少なくとも歯車の幅の一部にわたって延在し
ており、ウェブが次のように、すなわち、両測定装置歯
車の歯溝の中心位置が軸平面に位置する時にその都度、
ウェブの縁部が、凹部の底と歯列のピッチ円との範囲に
おいて、歯溝に隣接する歯の隣接した側面と、ほぼその
形状において合致するように、かつ歯溝の幅がこの範囲
においてウェブ幅よりも僅かに小さくなるように、構成
されている。
構成では、外側係合で互いに噛み合っている直ぐ歯を備
えた円形の測定装置歯車が設けられていて、該測定装置
歯車が、測定室において回転可能に支承されていて、該
測定室が、2つのカバー部分を備えたケーシング内に構
成されていて、両カバー部分がそれぞれ、各1つの測定
室端壁を形成しており、磁気・電気式のセンサとして働
く微分式磁界プレート型センサが設けられていて、該セ
ンサが、カバー部分のうちの1つに、測定室端壁のうち
の1つを形成していて、少なくとも1つの測定装置歯車
の歯の範囲において孔内に配置されている形式の液体用
の容量センサにおいて、孔が、測定室に向いた側にリン
グ状の肩部を備えており、該肩部に、絶縁材料製の耐圧
性の第1のプレートが接触していて、該プレートが、微
分式磁界プレート型センサの接続ピンのための貫通孔を
備えており、測定室に向かって、第1のプレートから間
隔をおいて、絶縁材料製の第2のプレートが配置されて
おり、該第2のプレートの外径が、孔の直径よりの小さ
く設定されていて、該第2のプレートに、微分式磁界プ
レート型センサのための接続ピンが固定されており、第
2のプレートに微分式磁界プレート型センサが配置され
ていて、接続ピンと接続されており、孔室が、第1のプ
レートと測定室端壁との間において注型材料によって充
填されている。
請求項8及び請求項9に記載されている。
図で示されている容量センサは、中央のケーシング部分
4とケーシングカバー6,8とを備えたケーシング2を
有している。ケーシング2内には測定室3が構成されて
おり、この測定室内には、直ぐ歯を備えた丸い2つの歯
車10,12が、位置固定の軸14,16に自由回転可
能に支承されている。それぞれに測定室端壁5,7が構
成されているケーシングカバー6,8と、測定室の周壁
7を備えたケーシング部分4とは、ねじ18を介してシ
ールされてまとめられている。シールのためには、自体
公知のシール部材が設けられている。
0が設けられており、これらの孔は、軸14,16に対
して平行にかつ図1に示された中心平面に対してずらさ
れて配置されている。この配置形式は図2に示されてい
る。容量センサは図示のように接続プレート22と結合
されており、この接続プレートは流入兼流出孔24を有
していて、これらの孔24は孔20と整合し、かつ接続
孔26と接続されている。別の孔はそれぞれ、孔20,
24,26に対して鏡像的に、図2には図示されていな
いケーシング半部に配置されている。
14,16に軸受エレメントを介して支承されている。
このために、図1の上半部に示されているように滑り軸
受28が設けられているか又は、図1の下半部に示され
ているように玉軸受30が設けられている。支承は、そ
れぞれ互いに間隔をおいて位置している2つの軸受を介
して行われる。
かな遊びをもって測定室内で回転するように、ケーシン
グ2内に嵌め込まれている。
ケーシングカバー6;8における測定室端壁に、流路3
2が軸平面の両側に設けられており、両軸平面の間には
それぞれ、軸平面に位置しているウェブ34が設けられ
ている。なおこのウェブについては後で詳しく述べる。
流路32は、一方では容量センサの流入側と接続されて
いて、かつ他方では流出側と接続されている。一方のケ
ーシングカバー、ここではケーシングカバー6には、図
6に示されているように、磁気・電気式のセンサが配置
されており、このセンサは、両測定装置歯車10,12
のうちの一方の歯環の上方に位置していて、このセンサ
の下を通過する各歯に対して電気信号を発する。センサ
のための接続体としては、図1に接続ボックス36が示
されている。
置歯車には両側において歯溝に、歯車底(歯元円G)を
越えて半径方向内側に向かって延びている凹部40が設
けられている。この凹部の幅bは、測定装置歯車の歯元
円Gの範囲における歯溝幅にほぼ相当している。この凹
部は、歯車の全高Hにわたって延在していてもよい。凹
部はしかしながらまた、この凹部が歯高Hの一部にわた
ってしか延在していないように、配置されていてもよ
い。凹部はこの場合、図3に示されているように、歯車
の中心を起点として歯車の端面に向かって両側で下降し
ていてもよい。製作上の理由から、歯溝底の凹部は互い
に真っすぐな平行な側面をもって構成されていると、有
利である。凹部はこの場合立て削り又は研削によって製
造することができる。
ェブ34の構成である。図4に示されているように、ウ
ェブ34の両縁部42は次のように、すなわち、軸平面
Aにおいて両測定装置歯車の歯溝がそれぞれ中心位置を
占めている場合には、歯溝底の凹部40の側面41及び
この側面に接続していてピッチ円Tに至るまでの、隣接
した2つの歯車の側面39と、ウェブ34の両側の縁部
42とがその形状に関して、著しく合致するように(こ
のことは図4において測定装置歯車10に対して示され
ている)、構成されている。この場合、合同の図形は具
体的に次のように構成することができる。すなわちこの
場合、ウェブ縁部の僅かな正の合致が凹部の側面と隣接
した歯の側面とによって、その間に係合している別の歯
車の歯の正確な中心位置において与えられるようになっ
ている。つまり、この範囲における歯溝の幅は、ウェブ
幅よりの僅かに小さく設定されている。この合致は、歯
車の端面とその外周部とが測定装置ケーシング内に嵌め
込まれているような、遊び寸法内に位置していることが
望ましい。このことは、図4において破線で示された縁
部の僅かな間隔によって示されている。縁部の最適な構
成は、縁部が次のように配置されていてかつ合致が次の
ように寸法設定されている場合に、得られる。すなわ
ち、中心位置が得られる前約1゜までなお開放した間隙
が存在していて、この間隙は、図示の実施例では凹部の
底からピッチ円に至るまで、つまり最大可能な長さにわ
たって延在している。この場合液体は、中心位置に達す
る直前まで流出することができる。
る前、ひいては図4に示された3つの歯によって閉鎖さ
れた室の完全な閉鎖が達成される前に、中心位置に達す
る直前まで、この室から液体が流出できることと、約1
゜の回転角において、中心位置に達する歯44による押
しのけ作用が、もはや実質的に存在しないこととによっ
て、閉じ込められた液体は実質的に圧力上昇なしに、容
量センサの流出側から流入側に向かって搬送される。こ
れによって、公知の容量センサにおいて強く上昇する貫
流抵抗は、測定範囲にわたって著しく減じられる。実験
によって、ウェブが上述のように構成されている容量セ
ンサは、極めて広い測定範囲にわたって低い貫流抵抗で
稼働できることが判明している。このためには明らかに
次のことも役立つ。すなわちこの場合、凹部40によっ
て閉鎖室の全容積が増大し、ひいては圧縮比、つまり、
閉鎖される全液体容量に対する、ピッチ円の上における
歯先端によって与えられる押しのけ容量の比が、小さく
なる。つまり貫流抵抗にとって大きな意味をもつ圧縮作
業が、著しく減じられる。
膨張を回避することによって、同時に、放射される騒音
も著しく減じられる。この際に考慮すべきことは、上述
の形式の容量センサにおける測定装置歯車は、高い分析
程度を得るために、小さな歯をもって構成され、可能な
限り小さな構造形式を有するという前提条件の下で、極
めて高い回転数で回転するということであり、そしてこ
のような高い回転数によって公知のセンサでは、中位の
振動数範囲において不都合な騒音が生じる。例えば、対
向歯車の溝を通る歯の通過は、1msよりも小さいのが
通常である。
によって、中心位置を越えた後には、大きな流入横断面
が極めて迅速に開放し、この結果閉鎖された室は、容量
センサの流入側において極めて迅速に再び満たされ、完
全な充填が行われる前に、閉鎖された室における圧迫は
生じない。この場合にも、比較的大きな液体容量が流出
側から流入側に向かって有利に搬送される。
の実施例が示されている。凹部46はこの場合突起付き
フライスを用いて、歯列の製造時に形成されている。従
って凹部は歯車の全幅にわたって延びている。図面から
分かるように、ウェブ50の縁部48もまた次のように
構成されている。すなわち、両測定装置歯車の歯が上に
おいて定義された中心位置を占めている場合にその都
度、歯溝底の凹部46の側面49及び、ピッチ円に至る
までの歯53の対向して位置している側面51と、ウェ
ブ50の縁部48との間における十分な合同が、ウェブ
縁部の僅かな正の合致時に、測定装置歯車12の歯53
によって与えられる。
ピン14,16が、両ケーシングカバーを貫通して延ば
されていて、外側に対応受けを備えている。例えば軸ピ
ン14,16は片側にヘッド17を備えており、このヘ
ッドは、カバー上面における凹部に設けられた肩部に接
触している。軸ピンの他方の端部には、ねじ山15が設
けられており、このねじ山にはナット15′が螺合可能
である。このように形成された対応受けによって、両ケ
ーシングカバーは歯車の範囲、ひいては圧力負荷される
内室の範囲において付加的に緊締され、この結果、40
0バールの油圧を上回ることがある高い圧力時において
も、測定装置歯車の端面側の遊びが変化することはなく
なる。
れており、この軸方向孔は、両軸受エレメント28の間
に位置している横方向孔54に開口している。接続プレ
ート22における接続部56と該接続部に続く孔58と
を介して軸受エレメント28の間には掃気液体を導入す
ることができる。このことは例えば、容量センサを長時
間停止しておきたい場合に有利である。掃気液体によっ
て、軸受エレメントを除いて、測定装置歯車とケーシン
グとの間における中間室をも洗浄することができる。
配置形式が平面図で示されており、このセンサは、互い
に平行に位置している2つの磁界プレート62を、一方
の測定装置歯車66の歯64の端面の範囲における測定
室端壁に有している。この場合微分式磁界プレート型セ
ンサは、歯車の軸線から延びる半径線が、微分式磁界プ
レート型センサ60の両フィールドプレート62の間を
貫通するように、配置されている。
バー6には、測定室端壁を形成しているカバー内面68
起点としてケーシングカバーを貫通している孔70が設
けられており、この孔70はこの場合ほぼ真ん中におい
て段付けされていて、容量センサの測定室の側にリング
状の肩部72が形成されている。この肩部には、絶縁材
料製の耐圧性のプレート74が接触しており、このプレ
ートは、微分式磁界プレート型センサ60のの接続ピン
78のための貫通孔76を備えている。
内に固定されており、この絶縁プレートの直径は、プレ
ート74の下における孔直径よりも小さい。接続ピン
は、プレート80を介して案内されているその端部82
に、微分式磁界プレート型センサ60を有しており、こ
の微分式磁界プレート型センサの接続部は、接続ピンと
ろう接されている。
は、該端部に接続プラグが差し込まれ得るように、配置
されてかつ構成されている。
ート80のための室は、プレート80と堅く結合された
微分式磁界プレート型センサの導入後にプレート80と
プレート74との間に間隔aが残されるように、寸法設
定されている。
由な室は、微分式磁界プレート型センサの組付け後に、
運転温度では剛性の注型材料によって満たされる。
を保護するために、微分式磁界プレート型センサには付
加的に、非磁性材料製の耐摩耗性の薄板が取り付けられ
てもよい。この薄板は、リング状のストッパ肩部に接触
していて、その縁部に切欠きを備えていて、該切欠きを
通して注型材料が充填できるようになっていてもよい。
け形式では、微分式磁界プレート型センサの表面と歯の
端面との間の間隔は、10分の数ミリメータに減じるこ
とができ、ひいては信号ストロークを著しく増大させる
ことができる。このようになっていることによって、測
定装置歯車が高速回転した場合でも、運転温度が高くな
った場合でも、より確実な信号を導き出すことができ
る。
該センサの接続部とを収容する孔はカバー壁自体に構成
されている。しかしながらもちろん、これらの部分を別
体のブシュ86に配置することも可能である(図7の左
側の破線参照)。このようなブシュは例えばカラー88
を有していて、ブシュがこのカラーで、カバー内面68
から延びている凹部の肩部89に接触していてもよい。
この場合ブシュは、ケーシングカバー6における対応す
る孔に密に接着されてもよい。しかしながらまた、ブシ
ュ86に外側に位置しているリングフランジ90を設け
ることも可能であり、このようになっていると、ブシュ
を外から差し込むことが可能となり、この場合ブシュは
リングフランジ90を介してねじを用いて固定すること
ができる。上述のようにブシュ86に取り付けられてい
る微分式磁界プレート型センサは、その他の圧力負荷さ
れるケーシング、例えば圧力容器においても、例えば液
体レベル表示のような位置表示を行うために、使用する
ことができる。
る。
である。
部分断面図である。
平面図である。
の係合範囲を示す平面図である。
測定室端面を示す平面図である。
る。
定室端壁、 6,8ケーシングカバー、 10,12
測定装置歯車、 14,16 軸、 15ねじ山、 1
8 ねじ、 20,24 流入兼流出孔、 22 接続
プレート、26 接続孔、 28 滑り軸受、 30
玉軸受、 32 流路、 34ウェブ、 36 接続ボ
ックス、 39,41 側面、 40 凹部、 42縁
部、 46凹部、 48 縁部、 49,51 側面、
50 ウェブ、52 軸方向孔、53 歯、 54
横方向孔、 56 接続部、 58 孔、 60 微分
式磁界プレート型センサ、 62 磁界プレート、 6
4 歯、66 測定装置歯車、 68 カバー内面、
70 孔、 72 肩部、 74 プレート、 76貫
通孔、 78 接続ピン、 80 絶縁材料プレート、
86 ブシュ、 88 カラー、 89 肩部、 9
0 フランジ
Claims (9)
- 【請求項1】 液体用の容量センサであって、外側係合
で互いに噛み合っている直ぐ歯を備えた円形の測定装置
歯車が設けられており、2つのカバー部分を備えたケー
シング内に測定室が設けられていて、両カバー部分内に
それぞれ、各1つの測定室端壁が構成されており、測定
室内において測定装置歯車が回転可能に支承されている
位置固定の軸ピンが設けられており、測定装置歯車の歯
係合の範囲において両測定室歯車の軸平面の両側で、少
なくとも1つの測定室端壁に流路が開口していて、該流
路が、液体のための流入部もしくは流出部と接続されて
おり、これらの流路を切り離しているウェブが設けられ
ており、該ウェブの縁部が、軸平面に対してほぼ対称的
に構成されており、測定室端壁のうちの1つにおいて少
なくとも1つの測定装置歯車の歯の範囲で、ケーシング
カバー部分の1つにおける孔に、磁気・電気式のセンサ
として働く微分式磁界プレート型センサが配置されてい
る形式のものにおいて、測定装置歯車(10,12)が
少なくとも流路(32)に向いた側においてその歯溝
に、歯元円を越えて半径方向内側に向かって延びていて
歯溝に対して対称的な凹部(40)を有しており、該凹
部の幅(b)がほぼ、歯列の歯元円(G)の範囲におい
て歯溝幅に相当していて、該凹部が、歯の端面を起点と
して少なくとも歯車の幅(H)の一部にわたって延在し
ており、ウェブ(34)が次のように、すなわち、両測
定装置歯車(10,12)の歯溝の中心位置が軸平面に
位置する時にその都度、ウェブの縁部(42)が、凹部
の底と歯列のピッチ円(T)との範囲において、歯溝に
隣接する歯の隣接した側面(41,39)と、ほぼその
形状において合致するように、かつ歯溝の幅がこの範囲
においてウェブ幅よりも僅かに小さくなるように、構成
されていることを特徴とする容量センサ。 - 【請求項2】 凹部(40)が、平行なまっすぐな側面
(41)をもって構成されている、請求項1記載の容量
センサ。 - 【請求項3】 凹部(40)が、歯車の全幅(H)にわ
たって延在している、請求項1記載の容量センサ。 - 【請求項4】 測定装置歯車の両端面を起点として延び
ている凹部(40)が設けられており、該凹部が、歯車
の中心に対して歯車の幅(H)の少なくとも一部にわた
って平らに面取りされている、請求項1記載の容量セン
サ。 - 【請求項5】 位置固定の軸ピン(14,16)が両カ
バー部分(6,8)を貫通していて、両端部に受け(1
5′,17)を備えており、該受けが外側においてカバ
ー部分に接触している、請求項1記載の容量センサ。 - 【請求項6】 測定装置歯車がそれぞれ、互いに間隔を
おいて位置している軸受を介して軸ピンに支承されてお
り、軸ピンが、一端を起点として延びる軸方向孔(5
2)を備えており、該軸方向孔が、軸受の間において開
口している横方向孔と外側の接続部とを掃気液体のため
に有している、請求項5記載の容量センサ。 - 【請求項7】 液体用の容量センサであって、外側係合
で互いに噛み合っている直ぐ歯を備えた円形の測定装置
歯車が設けられていて、該測定装置歯車が、測定室にお
いて回転可能に支承されていて、該測定室が、2つのカ
バー部分を備えたケーシング内に構成されていて、両カ
バー部分がそれぞれ、各1つの測定室端壁を形成してお
り、磁気・電気式のセンサとして働く微分式磁界プレー
ト型センサが設けられていて、該センサが、カバー部分
のうちの1つに、測定室端壁のうちの1つを形成してい
て、少なくとも1つの測定装置歯車の歯の範囲において
孔内に配置されている形式のものにおいて、孔(70)
が、測定室に向いた側にリング状の肩部(72)を備え
ており、該肩部に、絶縁材料製の耐圧性の第1のプレー
ト(74)が接触していて、該プレートが、微分式磁界
プレート型センサ(60)の接続ピン(78)のための
貫通孔(76)を備えており、測定室に向かって、第1
のプレート(74)から間隔をおいて、絶縁材料製の第
2のプレート(80)が配置されており、該第2のプレ
ートの外径が、孔の直径よりの小さく設定されていて、
該第2のプレートに、微分式磁界プレート型センサ(6
0)のための接続ピン(78)が固定されており、第2
のプレート(80)に微分式磁界プレート型センサ(6
0)が配置されていて、接続ピン(78)と接続されて
おり、孔室が、第1のプレート(74)と測定室端壁
(68)との間において注型材料によって充填されてい
ることを特徴とする容量センサ。 - 【請求項8】 孔(70)の測定室側の端部に、非磁性
の薄壁のカバープレートが配置されている、請求項7記
載の容量センサ。 - 【請求項9】 孔(70)が、外側フランジ(88)を
備えたブシュ(86)に構成されていて、該ブシュがカ
バー部分(6)における孔に圧密に挿入可能である、請
求項7記載の容量センサ。
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