JP3241725B2 - 可変面積式流量計 - Google Patents
可変面積式流量計Info
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
- G01D5/2006—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils
- G01D5/2033—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils controlling the saturation of a magnetic circuit by means of a movable element, e.g. a magnet
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/22—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow by variable-area meters, e.g. rotameters
- G01F1/24—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow by variable-area meters, e.g. rotameters with magnetic or electric coupling to the indicating device
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は可変面積式流体流量計に使用するための電磁
検出システムに関する。さらに詳細には、本発明は、垂
直なパイプの内部の流体流によって変位可能な磁石によ
って作られる磁界の位置を検出することにより、流体の
流速を測定するための装置に関する。
検出システムに関する。さらに詳細には、本発明は、垂
直なパイプの内部の流体流によって変位可能な磁石によ
って作られる磁界の位置を検出することにより、流体の
流速を測定するための装置に関する。
従来技術では、可変面積式流体流量計は２つの部分か
ら成るが、その一方はパイプの内部にあって、磁石の物
理的変位を生じるための部分であり、もう一方はパイプ
の外部にあって、磁石によって発生された磁界を検出
し、基準位置からの磁石の距離を測定するための部分で
ある。
ら成るが、その一方はパイプの内部にあって、磁石の物
理的変位を生じるための部分であり、もう一方はパイプ
の外部にあって、磁石によって発生された磁界を検出
し、基準位置からの磁石の距離を測定するための部分で
ある。
従来技術の装置は通常、中央の円形オリフィスを有す
る水平はオリフィス板を備えた垂直なパイプを備えてい
る。円錐状プラグがパイプの内部に配置され、このプラ
グは、プラグを垂直方向に案内するための垂直なピンを
有する。ピンはパイプに取り付けられた２つのリングを
貫いて滑動し、パイプ内のプラグの運動を垂直方向に制
限する。プラグはパイプ内で上下に自由に滑動する。流
体の流れがないときは、円錐状プラグは中央オリフィス
内に静止している。流体の流れがあると、円錐状プラグ
とオリフィスの間の開口面積が、プラグにかかる重力
が、流体の流れによって誘起される力と等しくなるのに
十分な大きさになるまで、プラグは上方に滑動する。円
錐状プラグは、パイプの外側に延在する磁界を発生する
棒磁石を含む。パイプを越えて延在する磁界は、種々の
技術によって検出される。
る水平はオリフィス板を備えた垂直なパイプを備えてい
る。円錐状プラグがパイプの内部に配置され、このプラ
グは、プラグを垂直方向に案内するための垂直なピンを
有する。ピンはパイプに取り付けられた２つのリングを
貫いて滑動し、パイプ内のプラグの運動を垂直方向に制
限する。プラグはパイプ内で上下に自由に滑動する。流
体の流れがないときは、円錐状プラグは中央オリフィス
内に静止している。流体の流れがあると、円錐状プラグ
とオリフィスの間の開口面積が、プラグにかかる重力
が、流体の流れによって誘起される力と等しくなるのに
十分な大きさになるまで、プラグは上方に滑動する。円
錐状プラグは、パイプの外側に延在する磁界を発生する
棒磁石を含む。パイプを越えて延在する磁界は、種々の
技術によって検出される。
ある検出技術では、第２の棒磁石をパイプの外側に配
置する。第２の磁石は、その磁極が円錐状プラグ内の磁
石の磁極と反対になるようにして、円錐状プラグの近く
に配置される。第２の棒磁石は旋回可能に装着され、円
錐状プラグの運動が第２の磁石を回転させる。第２の棒
磁石の回転は可変抵抗器等の手段で検出される。円錐状
プラグの内部の棒磁石の変位は第２の棒磁石の回転から
計算される。この技術は面倒であるばかりでなく、電気
部品よりも信頼性が低い機械部品を余分に必要とする。
置する。第２の磁石は、その磁極が円錐状プラグ内の磁
石の磁極と反対になるようにして、円錐状プラグの近く
に配置される。第２の棒磁石は旋回可能に装着され、円
錐状プラグの運動が第２の磁石を回転させる。第２の棒
磁石の回転は可変抵抗器等の手段で検出される。円錐状
プラグの内部の棒磁石の変位は第２の棒磁石の回転から
計算される。この技術は面倒であるばかりでなく、電気
部品よりも信頼性が低い機械部品を余分に必要とする。
もう１つの従来技術の検知既技術では、多数の固体電
気抵抗素子を外部磁界中に配置する。これらの素子の抵
抗は磁界の関数として変化する。この抵抗を測定するこ
とにより、円錐状プラグの変位を計算することができ
る。これらの抵抗素子は相当量の電力を必要とし、この
電力は、円錐状プラグの位置を決定するための計算を実
行するのに必要とされる電力に加えられる。
気抵抗素子を外部磁界中に配置する。これらの素子の抵
抗は磁界の関数として変化する。この抵抗を測定するこ
とにより、円錐状プラグの変位を計算することができ
る。これらの抵抗素子は相当量の電力を必要とし、この
電力は、円錐状プラグの位置を決定するための計算を実
行するのに必要とされる電力に加えられる。
したがって、可動部品を必要とせず、かつ電力消費が
低い検知装置が、この技術分野で必要とされている。
低い検知装置が、この技術分野で必要とされている。
発明の要約 本発明は、外部磁気コイルおよびフィードバック技術
を使って、可変面積式流体流量計における変位可能磁石
の位置を検出する。本発明は、パイプ内の円錐状プラグ
によって担持された変位可能磁石を備える。パイプの外
側の装置は２つの磁気コアから構成されるが、その一方
は変位可能磁石の基準位置（パイプ内に流体の流れがな
いときの磁石の位置）よりも下に配置され、他方は基準
位置よりも上に配置される。２本のコイル、すなわち、
検知コイルおよび補償コイルが各コアに巻かれている。
各コイルでは、検知コイルに検知電流を生じさせるよう
な交番極性の電圧パルスで検知コイルが駆動される。検
知コイルの電流は、検知電流を基準値と比較する電流検
出回路によって測定される。電流が基準値を超えた時点
で（すなわち、磁気飽和が起きたとき）、検知コイルに
印加される電圧パルスはゼロにリセットされる。外部磁
界が存在すると、磁気コアの飽和点が移動させられる。
このため、正パルスの幅が負パルスの幅と異なってく
る。
を使って、可変面積式流体流量計における変位可能磁石
の位置を検出する。本発明は、パイプ内の円錐状プラグ
によって担持された変位可能磁石を備える。パイプの外
側の装置は２つの磁気コアから構成されるが、その一方
は変位可能磁石の基準位置（パイプ内に流体の流れがな
いときの磁石の位置）よりも下に配置され、他方は基準
位置よりも上に配置される。２本のコイル、すなわち、
検知コイルおよび補償コイルが各コアに巻かれている。
各コイルでは、検知コイルに検知電流を生じさせるよう
な交番極性の電圧パルスで検知コイルが駆動される。検
知コイルの電流は、検知電流を基準値と比較する電流検
出回路によって測定される。電流が基準値を超えた時点
で（すなわち、磁気飽和が起きたとき）、検知コイルに
印加される電圧パルスはゼロにリセットされる。外部磁
界が存在すると、磁気コアの飽和点が移動させられる。
このため、正パルスの幅が負パルスの幅と異なってく
る。
検知コイル内における変位可能磁石からの磁界を補償
するために、補償コイルに電流が印加されるフィードバ
ック・ループ内で、電圧パルスが使用される。補償電流
の大きさは変位可能磁石の変位に比例する。変位可能磁
石の位置は両コアからの出力を使って検出される。
するために、補償コイルに電流が印加されるフィードバ
ック・ループ内で、電圧パルスが使用される。補償電流
の大きさは変位可能磁石の変位に比例する。変位可能磁
石の位置は両コアからの出力を使って検出される。
磁石の位置は、磁気コアによって発生される出力電圧
の比から計算される。各コアに関する出力電圧は、円錐
状プラグ内の棒磁石の磁界強度と棒磁石の変位の関数と
の積である。２つの出力電圧の比は磁界強度を相殺さ
せ、棒磁石の磁界強度から独立した信号を発生する。
の比から計算される。各コアに関する出力電圧は、円錐
状プラグ内の棒磁石の磁界強度と棒磁石の変位の関数と
の積である。２つの出力電圧の比は磁界強度を相殺さ
せ、棒磁石の磁界強度から独立した信号を発生する。
図面の簡単な説明 図１は本発明の第１実施例のブロック図である。
図２は、磁気コアの一方の関連検出回路を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
図３は、図２に示された回路で発生される信号間の関
係を示すタイミング図である。
係を示すタイミング図である。
図4Aは、外部磁界がない場合に、駆動回路によって供
給されるパルス電圧信号と、検知コイルを流れる電流を
示す波形図である。
給されるパルス電圧信号と、検知コイルを流れる電流を
示す波形図である。
図4Bは、外部磁界がある場合の図4Aの信号を示す波形
図である。
図である。
図５はＢ−Ｈ曲線のグラフである。
図６は棒磁石の変位と電圧との関係を示すグラフであ
る。
る。
図７は、外部磁石の位置と関連した、磁気コアの位置
における外部磁石の磁界強度のグラフである。
における外部磁石の磁界強度のグラフである。
図８は、外部磁石の位置に関連した、２つの磁気コア
の各々の位置における外部磁石の磁界強度のグラフであ
る。
の各々の位置における外部磁石の磁界強度のグラフであ
る。
好ましい実施例の詳細な説明 図１は本発明による流体流量計10を示す。流量計10は
垂直管12を備える。管12には、中央円形オリフィス14が
設けられる。管12は円錐状プラグ16および垂直ピン18を
含む。プラグ16は、磁界22を発生するための棒磁石20を
含む。磁界22は管12の外部にまで延在する。高透磁率磁
性材料から成る上方磁気コア24および下方磁気コア26は
管12から等距離のところに配置されている。コア24およ
び26の巻線は検出回路28および30に接続されている。検
出回路28および30はマイクロプロセッサ回路36に接続さ
れている。マイクロプロセッサ回路36は２つのA/D（ア
ナログ・ディジタル）変換器38、40、およびマイクロプ
ロセッサ41から構成される。マイクロプロセッサ41はEP
ROM42に接続される。マイクロプロセッサ回路36は表示
装置44、高流量警報端末46および低流量警報端末48に接
続される。マイクロプロセッサ回路36はまたD/A（ディ
ジタル・アナログ）変換器52に接続され、D/A変換器52
はさらに４−20mA電流ループ54に接続される。D/A変換
器52に供給されるマイクロプロセッサ回路からの出力は
流量を表わす。４−20mA電流ループ54は、流量に関係し
た端末56に出力を発生する。
垂直管12を備える。管12には、中央円形オリフィス14が
設けられる。管12は円錐状プラグ16および垂直ピン18を
含む。プラグ16は、磁界22を発生するための棒磁石20を
含む。磁界22は管12の外部にまで延在する。高透磁率磁
性材料から成る上方磁気コア24および下方磁気コア26は
管12から等距離のところに配置されている。コア24およ
び26の巻線は検出回路28および30に接続されている。検
出回路28および30はマイクロプロセッサ回路36に接続さ
れている。マイクロプロセッサ回路36は２つのA/D（ア
ナログ・ディジタル）変換器38、40、およびマイクロプ
ロセッサ41から構成される。マイクロプロセッサ41はEP
ROM42に接続される。マイクロプロセッサ回路36は表示
装置44、高流量警報端末46および低流量警報端末48に接
続される。マイクロプロセッサ回路36はまたD/A（ディ
ジタル・アナログ）変換器52に接続され、D/A変換器52
はさらに４−20mA電流ループ54に接続される。D/A変換
器52に供給されるマイクロプロセッサ回路からの出力は
流量を表わす。４−20mA電流ループ54は、流量に関係し
た端末56に出力を発生する。
図１に示すように、流体の流れは垂直管12を通るよう
にすることができ、プラグ16は流体の流れに応答してピ
ン18を上下に自由に滑動させる。管12の中に流体の流れ
がないときは、プラグ16はオリフィス14内に静止してオ
リフィス14を閉塞し、棒磁石20のための基準点を提供す
る。流体の流れがある場合は、流体の流れにより誘起さ
れた力と重力が平衡するまで、プラグ16が垂直ワイヤ18
に沿って上昇する。流体の流れに応答してプラグ16が上
昇または下降するとき、プラグ16に含まれる磁石20もま
た上昇、下降する。棒磁石20により発生された磁界22の
強さは、したがって磁気コア24および26の位置に関係し
ている。磁気コア24および26の位置における磁界22の強
さは、検出回路28および30によって検出される。検出回
路28は図２に示されており、その動作については後で説
明される。検出回路30の動作も同様である。
にすることができ、プラグ16は流体の流れに応答してピ
ン18を上下に自由に滑動させる。管12の中に流体の流れ
がないときは、プラグ16はオリフィス14内に静止してオ
リフィス14を閉塞し、棒磁石20のための基準点を提供す
る。流体の流れがある場合は、流体の流れにより誘起さ
れた力と重力が平衡するまで、プラグ16が垂直ワイヤ18
に沿って上昇する。流体の流れに応答してプラグ16が上
昇または下降するとき、プラグ16に含まれる磁石20もま
た上昇、下降する。棒磁石20により発生された磁界22の
強さは、したがって磁気コア24および26の位置に関係し
ている。磁気コア24および26の位置における磁界22の強
さは、検出回路28および30によって検出される。検出回
路28は図２に示されており、その動作については後で説
明される。検出回路30の動作も同様である。
磁気コア24に接続された検出回路28の出力VOUT1、お
よび磁気コア26に接続された同等の検出回路30の出力V
OUT2はマイクロプロセッサ回路36に供給される。VOUT1
はA/D変換器38に供給され、VOUT2はA/D変換器40に供給
される。A/D変換器38は出力VOUT1のディジタル表示を発
生し、A/D変換器40は出力VOUT2のディジタル表示を発生
する。マイクロプロセッサ回路36のマイクロプロセッサ
は出力VOUT1およびVOUT2を処理し、磁石20によって発生
される磁界の強さに依存しない、磁石20の変位に比例す
る中間計算値を発生する。
よび磁気コア26に接続された同等の検出回路30の出力V
OUT2はマイクロプロセッサ回路36に供給される。VOUT1
はA/D変換器38に供給され、VOUT2はA/D変換器40に供給
される。A/D変換器38は出力VOUT1のディジタル表示を発
生し、A/D変換器40は出力VOUT2のディジタル表示を発生
する。マイクロプロセッサ回路36のマイクロプロセッサ
は出力VOUT1およびVOUT2を処理し、磁石20によって発生
される磁界の強さに依存しない、磁石20の変位に比例す
る中間計算値を発生する。
マイクロプロセッサ回路36は、磁石20の可能な幾つか
の位置を含むテーブルを備え、各位置毎に対応する流体
流速が含まれている。マイクロプロセッサ回路36はこの
テーブルを使用して磁石20の位置を補間する。さらに、
このテーブルを使って流量を補間することもできる。マ
イクロプロセッサ回路36は直接の流量出力50を発生す
る。マイクロプロセッサ回路36はまた高流量警報端末46
および低流量警報端末48を適宜活動化すると共に、流量
表示装置44をも駆動する。流量出力50は、D/A変換器52
に供給され、変換器52は、流量出力50のアナログ表示で
あるアナログ信号を出力53上に発生する。アナログ信号
53は４−20mA電流ループ54に供給される。電流ループ54
は、流量情報をその他の装置に提供する出力を端子56上
に発生する。
の位置を含むテーブルを備え、各位置毎に対応する流体
流速が含まれている。マイクロプロセッサ回路36はこの
テーブルを使用して磁石20の位置を補間する。さらに、
このテーブルを使って流量を補間することもできる。マ
イクロプロセッサ回路36は直接の流量出力50を発生す
る。マイクロプロセッサ回路36はまた高流量警報端末46
および低流量警報端末48を適宜活動化すると共に、流量
表示装置44をも駆動する。流量出力50は、D/A変換器52
に供給され、変換器52は、流量出力50のアナログ表示で
あるアナログ信号を出力53上に発生する。アナログ信号
53は４−20mA電流ループ54に供給される。電流ループ54
は、流量情報をその他の装置に提供する出力を端子56上
に発生する。
図２は、磁気コア24および検出回路28に関連するコイ
ルおよび関連回路を示すブロック図である。磁気コア26
および検出回路30に関連するコイルおよび回路も同じで
ある。
ルおよび関連回路を示すブロック図である。磁気コア26
および検出回路30に関連するコイルおよび回路も同じで
ある。
図２によると、磁気コア24には検知コイル58と補償コ
イル60が巻かれている。検知コイル58は駆動回路62に接
続されている。駆動回路62は電流検知回路64およびタイ
ミング回路66に接続されている。タイミング回路66はオ
シレータ65によって駆動される。電流検知回路64はタイ
ミング回路66に接続されている。タイミング回路66はま
た、積分器68およびスイッチ70にも接続されている。ス
イッチ70は補償コイル60の第１の端に接続されている。
補償コイル60の第２の端は負荷71、サンプル・ホールド
回路72、および電圧出力VOUT1を発生するコンデンサ74
に接続されている。負荷71、スイッチ72およびコンデン
サ74は、出力VOUT1を有するサンプル・ホールド回路を
形成する。VOUT1出力は、図１に示されるA/D変換器38に
接続される。検出回路30は、検出回路28と同様な構成要
素および接続から構成される。
イル60が巻かれている。検知コイル58は駆動回路62に接
続されている。駆動回路62は電流検知回路64およびタイ
ミング回路66に接続されている。タイミング回路66はオ
シレータ65によって駆動される。電流検知回路64はタイ
ミング回路66に接続されている。タイミング回路66はま
た、積分器68およびスイッチ70にも接続されている。ス
イッチ70は補償コイル60の第１の端に接続されている。
補償コイル60の第２の端は負荷71、サンプル・ホールド
回路72、および電圧出力VOUT1を発生するコンデンサ74
に接続されている。負荷71、スイッチ72およびコンデン
サ74は、出力VOUT1を有するサンプル・ホールド回路を
形成する。VOUT1出力は、図１に示されるA/D変換器38に
接続される。検出回路30は、検出回路28と同様な構成要
素および接続から構成される。
検出回路28は、検知コイル58を流れる電流の変化を利
用することによって動作する。磁気コア24が飽和点に到
達したとき、電流の急速な増大が引き起こされる。ドラ
イバ62によって検知コイル58に供給される電圧パルス
と、検知コイル58を流れる電流の間の関係が図4Aに示さ
れている。磁界22の存在が磁気コア24の飽和点を時間的
に移動させ、検知コイル58での急速な電流増大の時点を
変化させる。検出回路28はこれらの変化を利用して、コ
ア24の位置における磁界22の強さに比例する出力VOUT1
を発生する。
用することによって動作する。磁気コア24が飽和点に到
達したとき、電流の急速な増大が引き起こされる。ドラ
イバ62によって検知コイル58に供給される電圧パルス
と、検知コイル58を流れる電流の間の関係が図4Aに示さ
れている。磁界22の存在が磁気コア24の飽和点を時間的
に移動させ、検知コイル58での急速な電流増大の時点を
変化させる。検出回路28はこれらの変化を利用して、コ
ア24の位置における磁界22の強さに比例する出力VOUT1
を発生する。
図３は図２の検出回路28のタイミング・ダイヤグラム
である。波形80は、ドライバ62を介してタイミング回路
66により、検知コイル58に印加される正および負の電圧
パルスを示す。波形82は、電流検出回路64によってタイ
ミング回路66に供給されるリセット・パルスを示す。波
形82上のパルスは、検知コイル58を流れる電流が予定の
レベルに達したときに発生される。波形82上のパルスに
より、タイミング回路66は波形80上のパルスをリセット
する。波形84は、タイミング回路66により、スイッチ70
の制御入力に印加される。タイミング回路66は波形86を
サンプル・ホールド・スイッチ72に印加する。
である。波形80は、ドライバ62を介してタイミング回路
66により、検知コイル58に印加される正および負の電圧
パルスを示す。波形82は、電流検出回路64によってタイ
ミング回路66に供給されるリセット・パルスを示す。波
形82上のパルスは、検知コイル58を流れる電流が予定の
レベルに達したときに発生される。波形82上のパルスに
より、タイミング回路66は波形80上のパルスをリセット
する。波形84は、タイミング回路66により、スイッチ70
の制御入力に印加される。タイミング回路66は波形86を
サンプル・ホールド・スイッチ72に印加する。
検知コイル58はドライバ62により、正および負の交番
電圧パルスで駆動される。タイミング回路66はドライバ
62からのパルスのタイミングを制御する（図３の波形82
参照）。これらのパルスは検知コイル58に電流を誘起
し、この電流は電流検知回路64によって検出される。回
路64は、コイル58流れる電流を基準電流と比較する。検
知コイル58の電流が基準電流に達した時点で、電流検知
回路64はリセット信号をタイミング回路66に送る。リセ
ット信号により、検知コイル58に送られた波形80の電圧
パルスを、タイミング回路がリセットする。
電圧パルスで駆動される。タイミング回路66はドライバ
62からのパルスのタイミングを制御する（図３の波形82
参照）。これらのパルスは検知コイル58に電流を誘起
し、この電流は電流検知回路64によって検出される。回
路64は、コイル58流れる電流を基準電流と比較する。検
知コイル58の電流が基準電流に達した時点で、電流検知
回路64はリセット信号をタイミング回路66に送る。リセ
ット信号により、検知コイル58に送られた波形80の電圧
パルスを、タイミング回路がリセットする。
磁気コア24が飽和する時点は、磁界22の存在とその強
さのために変化する。垂直管12内での磁石20の上昇およ
び下降により、磁石20と磁気コア24の間の距離が変化す
るに従い、磁気コア24の位置における磁界22の強さが変
化する。磁界22のこのような変化は、磁気コア24が飽和
する時点の変化を引き起こす。コア24に印加された磁界
22が存在することにより、コイル58に印加された電流が
磁界22と同じ方向の磁界をコアに発生するときは、コア
の飽和時期が早くなる。基準点は、他の方向に流れる電
流によるよりも、コア24の飽和によって助長される方向
に流れる電流によって一層早く到達される。このタイミ
ングの差は検出された磁界22の強さが磁気コア24の位置
で変化するのにつれて変化する。したがって、検知コイ
ル58の電流は磁気コア24の飽和点の変化に伴なって変化
する。検知コイル58を流れる電流が基準を超える時点が
変化するので、電流検知回路64によって送られるリセッ
ト・パルスのタイミングが変化する。
さのために変化する。垂直管12内での磁石20の上昇およ
び下降により、磁石20と磁気コア24の間の距離が変化す
るに従い、磁気コア24の位置における磁界22の強さが変
化する。磁界22のこのような変化は、磁気コア24が飽和
する時点の変化を引き起こす。コア24に印加された磁界
22が存在することにより、コイル58に印加された電流が
磁界22と同じ方向の磁界をコアに発生するときは、コア
の飽和時期が早くなる。基準点は、他の方向に流れる電
流によるよりも、コア24の飽和によって助長される方向
に流れる電流によって一層早く到達される。このタイミ
ングの差は検出された磁界22の強さが磁気コア24の位置
で変化するのにつれて変化する。したがって、検知コイ
ル58の電流は磁気コア24の飽和点の変化に伴なって変化
する。検知コイル58を流れる電流が基準を超える時点が
変化するので、電流検知回路64によって送られるリセッ
ト・パルスのタイミングが変化する。
磁気コア24の飽和点が磁界22の存在によって変化する
ので、ドライバ62によって検知コイル58に送られる正パ
ルスの幅は負パルスの幅とは異なる。磁気コア24の位置
における磁界の強さが変ることによって磁気コアの飽和
点が変化するので、正パルスの幅が負パルスの幅とくい
違う量が変化する。図4Aおよび図4Bは、タイミング回路
66によるリセット・パルスの印加、ならびに検知コイル
58に印加される電圧および電流のグラフを示す。図4Aは
外部磁界がないときの動作を示し、図4Bは外部磁界があ
るときの動作を示す。
ので、ドライバ62によって検知コイル58に送られる正パ
ルスの幅は負パルスの幅とは異なる。磁気コア24の位置
における磁界の強さが変ることによって磁気コアの飽和
点が変化するので、正パルスの幅が負パルスの幅とくい
違う量が変化する。図4Aおよび図4Bは、タイミング回路
66によるリセット・パルスの印加、ならびに検知コイル
58に印加される電圧および電流のグラフを示す。図4Aは
外部磁界がないときの動作を示し、図4Bは外部磁界があ
るときの動作を示す。
図５は磁気コア24と関連したＢ−Ｈ曲線を示す。Ｈは
コア24に巻かれたコイルによる磁化の場（強さ）であ
り、Ｂは磁界（磁場）である。外部磁界（印加された磁
界以外の）により、曲線のゼロ点が中心からはずれるの
で、曲線は対称的ではない。その結果、コア24の巻線に
よって磁化の場Ｈが印加されたとき、コア24の飽和点が
変化する。
コア24に巻かれたコイルによる磁化の場（強さ）であ
り、Ｂは磁界（磁場）である。外部磁界（印加された磁
界以外の）により、曲線のゼロ点が中心からはずれるの
で、曲線は対称的ではない。その結果、コア24の巻線に
よって磁化の場Ｈが印加されたとき、コア24の飽和点が
変化する。
電流検知回路64からのリセット信号に基づいて、タイ
ミング回路66によって修正された電圧パルスが積分器68
に送られる。スイッチ70を有する積分器68はパルス電流
出力を発生する。積分器68およびスイッチ70によって発
生されるパルス電流の振幅は補償電流を表わす。振幅
は、正および負パルスの幅の差を積分することによって
形成され、これらのパルス幅が等しくなるまで変化す
る。スイッチ70の動作はタイミング回路66によって調整
され、タイミング回路66は、検知コイル58の検知パルス
が印加される直前に、補償コイル60の電流を切り換え
る。このようにして、電力消費が低減される。
ミング回路66によって修正された電圧パルスが積分器68
に送られる。スイッチ70を有する積分器68はパルス電流
出力を発生する。積分器68およびスイッチ70によって発
生されるパルス電流の振幅は補償電流を表わす。振幅
は、正および負パルスの幅の差を積分することによって
形成され、これらのパルス幅が等しくなるまで変化す
る。スイッチ70の動作はタイミング回路66によって調整
され、タイミング回路66は、検知コイル58の検知パルス
が印加される直前に、補償コイル60の電流を切り換え
る。このようにして、電力消費が低減される。
積分器68によって発生されるパルス電流の振幅は正お
よび負パルスの幅の差を表わす。積分器68によって発生
されたパルス電流はスイッチ70を介して送られる。スイ
ッチ70の動作は、積分器68によって発生される電流のパ
ルス幅を一定にするように、タイミング回路66によって
制御される。スイッチ70によって調整された電流は補償
コイル60に供給される。補償コイル60のパルス電流の振
幅は抵抗器71によって検知され、スイッチ72およびコン
デンサ74よりなるサンプル・ホールド回路に供給され
る。標本抽出率は回路66によって制御される。サンプル
・ホールド・スイッチ72は出力電圧VOUT1を発生する
が、この出力電圧は、磁石20によって発生された磁界22
の強さに正比例する。この出力電圧はコンデンサ74によ
って保持される。
よび負パルスの幅の差を表わす。積分器68によって発生
されたパルス電流はスイッチ70を介して送られる。スイ
ッチ70の動作は、積分器68によって発生される電流のパ
ルス幅を一定にするように、タイミング回路66によって
制御される。スイッチ70によって調整された電流は補償
コイル60に供給される。補償コイル60のパルス電流の振
幅は抵抗器71によって検知され、スイッチ72およびコン
デンサ74よりなるサンプル・ホールド回路に供給され
る。標本抽出率は回路66によって制御される。サンプル
・ホールド・スイッチ72は出力電圧VOUT1を発生する
が、この出力電圧は、磁石20によって発生された磁界22
の強さに正比例する。この出力電圧はコンデンサ74によ
って保持される。
出力VOUT1およびVOUT2はそれぞれA/D変換器38および4
0を介してマイクロプロセッサ42に供給される。マイク
ロプロセッサ回路36は、磁石20の位置を表わす中間的な
計算値を発生する。図６は、磁石20の変位に対するマイ
クロプロセッサ回路36の中間的計算値を示すグラフであ
る。図６から理解できるように、グラフは磁石20の可能
な位置の範囲内で完全に単調である。
0を介してマイクロプロセッサ42に供給される。マイク
ロプロセッサ回路36は、磁石20の位置を表わす中間的な
計算値を発生する。図６は、磁石20の変位に対するマイ
クロプロセッサ回路36の中間的計算値を示すグラフであ
る。図６から理解できるように、グラフは磁石20の可能
な位置の範囲内で完全に単調である。
検出回路28によって発生される出力電圧VOUT1は磁気
コア24からの磁石20の変位の関数である。図７はVOUT1
と、磁気コア24からの磁石20の変位との間の関係を示
す。図１に示されるように、磁石20によって発生される
磁界22内に、２つの検出回路28および30に接続された２
つの磁気コア24および26がある。これら２つの回路は２
つの出力電圧VOUT1およびVOUT2を発生し、これら出力電
圧の各々は磁石20の変位の関数である。２つの電圧出力
VOUTの磁石20の変位に対する関係が図８に示されてい
る。
コア24からの磁石20の変位の関数である。図７はVOUT1
と、磁気コア24からの磁石20の変位との間の関係を示
す。図１に示されるように、磁石20によって発生される
磁界22内に、２つの検出回路28および30に接続された２
つの磁気コア24および26がある。これら２つの回路は２
つの出力電圧VOUT1およびVOUT2を発生し、これら出力電
圧の各々は磁石20の変位の関数である。２つの電圧出力
VOUTの磁石20の変位に対する関係が図８に示されてい
る。
図８を見ると、マイクロプロセッサ回路36のマイクロ
プロセッサ41がどのようにして出力VOUT1およびVOUT2を
処理して、磁石40の変位の表示を発生するかが明らかに
なる。図８に見られるように、VOUT1およびVOUT2はχの
関数であり、ここでχは磁石20の変位である。詳細には
以下の通りである。
プロセッサ41がどのようにして出力VOUT1およびVOUT2を
処理して、磁石40の変位の表示を発生するかが明らかに
なる。図８に見られるように、VOUT1およびVOUT2はχの
関数であり、ここでχは磁石20の変位である。詳細には
以下の通りである。
式1: VOUT1（χ）＝Ｍ＊ｆ（χ＋Δχ） VOUT2（χ）＝Ｍ＊ｆ（χ−Δχ） 但し、Δχはコアが中央基準点のオリフィス14から移動
させられる距離であり、Ｍは磁石20の磁界の強さであ
る。磁石20の位置は次のアルゴリズムを使って計算され
る。
させられる距離であり、Ｍは磁石20の磁界の強さであ
る。磁石20の位置は次のアルゴリズムを使って計算され
る。
式2: VOUT1≧VOUT2: Ｖ＝VOUT2/VOUT1 ＝Ｍ×ｆ（χ−Δχ）/M×ｆ（χ＋Δχ） ＝ｆ（χ−Δχ）/f（χ＋Δχ） および 式3: VOUT1＜VOUT2: Ｖ＝２−（VOUT2/VOUT1） ＝２−Ｍ×ｆ（χ＋Δχ）/M×ｆ（χ−Δχ） ＝２−ｆ（χ＋Δχ）/f（χ−Δχ） 出力VOUT1およびVOUT2について行なわれる計算の場合、
磁石20の磁界強度Ｍは因数として消去されるので、マイ
クロプロセッサ回路36の中間的計算値は磁石20の変位の
みの関数であることが、上記各式から理解されるであろ
う。
磁石20の磁界強度Ｍは因数として消去されるので、マイ
クロプロセッサ回路36の中間的計算値は磁石20の変位の
みの関数であることが、上記各式から理解されるであろ
う。
好ましい実施例に関連付けて本発明を説明したが、発
明の精神および範囲から逸脱することなく、形式および
細部において変更が可能であることを当業者は認識する
であろう。例えば、本発明は、小形の磁石を含む差圧膜
の変位を検出するため使用することができる。
明の精神および範囲から逸脱することなく、形式および
細部において変更が可能であることを当業者は認識する
であろう。例えば、本発明は、小形の磁石を含む差圧膜
の変位を検出するため使用することができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−95425（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−86416（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−324318（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−53623（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−140759（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−323519（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−19724（ＪＰ，Ｕ) 特公 平６−87019（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−33971（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−33972（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−85030（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平１−26488（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭62−28407（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭59−26247（ＪＰ，Ｙ２) 米国特許3461382（ＵＳ，Ａ) 英国特許出願公開828030（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 1/24 G01F 1/50 G01D 5/20 G01D 5/22
Claims (5)
- 【請求項１】流路を通る流体の流れを測定するための流
量計において、 上記流路内に装着されて、上記流路を通る流体の流れに
応答して変位する変位可能磁石と、 上記流路の外側に配置され、上記変位可能磁石と磁気的
に結合し、上記変位可能磁石によって発生される磁界を
検出する第１および第２の検知手段とを具備し、 上記第１および第２の検知手段は、上記流路から等距離
に配置された第１および第２の磁気コアをそれぞれ備
え、上記第１および第２の磁気コアは上記変位可能磁石
の基準位置に関して上下に配置され、それぞれが検知コ
イルおよび補償コイルの両者を備えており、また、上記
第１および第２の検知手段は上記変位可能磁石の変位に
関連する第１および第２の電気的出力信号を発生する第
１および第２の検出回路にそれぞれ接続され、上記第１
および第２の検知回路の出力は、上記流路を通る流体の
流量に関連する情報を出力するマイクロプロセッサに接
続されており、 上記検知コイルは、磁界強度出力を出力し、上記補償コ
イルは、入力信号に応じて上記検知コイルの近傍におい
て補償用磁界を発生して上記検知コイルを通る磁界を補
償し、 さらに、磁界強度出力に基づいて上記補償コイルに入力
信号を入力することによって上記検知コイルと上記補償
コイルとを通るフィードバックループを形成し、上記変
位可能磁石の変位に関連するフィードバック信号を通す
手段と、 上記フィードバック信号に基づいて流体の流れに関連す
る電気的出力を発生する出力手段と を具備する流量計。 - 【請求項２】流体の流れを表す信号を２線電流ループを
介して伝送するための手段を含む請求項１記載の流量
計。 - 【請求項３】上記検知コイルに正および負の電圧パルス
を与える手段と、 上記検知コイルを通る電流を検知する手段と、上記検知
コイルを通る電流が基準値を超えたとき、上記検知コイ
ルに正および負の電圧パルスを与える手段をリセットす
るリセット手段とを含み、磁界強度出力が正および負の
電圧パルスの幅に関係する請求項１または２記載の流量
計。 - 【請求項４】上記駆動手段が、正および負の電圧パルス
の幅に関係する電流を上記補償コイルに供給する供給手
段を含む請求項３記載の流量計。 - 【請求項５】上記検知コイルに正および負の電圧パルス
を与える手段が、上記検知コイルに与えられる正および
負の電圧パルスの差を積分する積分器を含む請求項４記
載の流量計。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US862,900 | 1992-04-03 | ||
| US07/862,900 US5327789A (en) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | Electromagnetic detection system for variable area flowmeter |
| PCT/US1993/003137 WO1993020410A1 (en) | 1992-04-03 | 1993-04-01 | Variable area flowmeter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07505478A JPH07505478A (ja) | 1995-06-15 |
| JP3241725B2 true JP3241725B2 (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=25339684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51773693A Expired - Fee Related JP3241725B2 (ja) | 1992-04-03 | 1993-04-01 | 可変面積式流量計 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5327789A (ja) |
| EP (1) | EP0647313B1 (ja) |
| JP (1) | JP3241725B2 (ja) |
| DE (1) | DE69323426T2 (ja) |
| WO (1) | WO1993020410A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6020737A (en) * | 1992-05-19 | 2000-02-01 | Wyss; Walter | Shaft position detectors with stray magnetic field compensation |
| US5552979A (en) * | 1993-11-30 | 1996-09-03 | Philips Electronics North America Corporation | Isolated current sensor for DC to high frequency applications |
| JP2929158B2 (ja) * | 1993-12-29 | 1999-08-03 | 東京計装株式会社 | 面積式流量計 |
| US5520058A (en) * | 1995-04-05 | 1996-05-28 | Cole-Parmer Instrument Company | Magnetic reluctance flowmeter |
| GB2349954B (en) * | 1996-09-11 | 2001-01-03 | Krohne Messtechnik Kg | Suspended body flowmeter |
| GB2317234B (en) * | 1996-09-11 | 2000-12-27 | Krohne Messtechnik Kg | Suspended body flowmeter |
| AUPO511397A0 (en) | 1997-02-14 | 1997-04-11 | Resmed Limited | An apparatus for varying the flow area of a conduit |
| SE511135C2 (sv) * | 1997-04-30 | 1999-08-09 | Dresser Wayne Ab | Sätt och anordning för att generera digitala signalförändringar vid bestämning av mängden bränsle som matas ut från en bränslepumpenhet |
| AUPO742297A0 (en) | 1997-06-18 | 1997-07-10 | Resmed Limited | An apparatus for supplying breathable gas |
| US6067917A (en) * | 1998-05-29 | 2000-05-30 | Pgi International, Ltd. | Method and apparatus for flow control of NH3 |
| DE19956590C2 (de) * | 1999-11-25 | 2003-09-18 | Krohne Messtechnik Kg | Schwebekörperdurchflußmeßgerät |
| US9945692B2 (en) * | 2013-04-29 | 2018-04-17 | Massachusetts Institute Of Technology | Non-intrusive monitoring |
| US10799900B2 (en) | 2016-07-15 | 2020-10-13 | Capstan Ag Systems, Inc. | Electric fluid flow monitoring apparatus and agricultural fluid application systems including same |
| AT518991B1 (de) * | 2016-08-25 | 2018-03-15 | Hoerbiger Kompressortech Hold | Schmiermittelsystem für Kolbenmaschinen |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2537773A (en) * | 1947-04-24 | 1951-01-09 | Automatic Temperature Control Co Inc | Differential transformer |
| GB828030A (en) * | 1956-12-27 | 1960-02-10 | Siemens Ag | Transducer for measuring pressure or differential pressure |
| US3024354A (en) * | 1958-12-02 | 1962-03-06 | Square D Co | Control circuit |
| US3128625A (en) * | 1962-05-14 | 1964-04-14 | Henry F Heineman | Saturable reactor position transducer |
| US3461382A (en) * | 1965-05-28 | 1969-08-12 | Us Navy | Pulse dependent feedback system for measuring changes in a physical phenomenon |
| US3284786A (en) * | 1965-08-03 | 1966-11-08 | Schutte & Koerting Co | Electric motion or position transmitter system and method of adjusting the same |
| DE1773798B2 (de) * | 1968-07-08 | 1976-12-16 | Josef Heinrichs Meßgerätebau, 5000Köln | Durchflussmessgeraet |
| US3775674A (en) * | 1972-01-27 | 1973-11-27 | Us Air Force | Flux gate gradiometer using a pulse generator to drive the energizing windings as well as actuate the detector |
| US3931737A (en) * | 1974-07-12 | 1976-01-13 | Pennwalt Corporation | Pulsating liquid flow transmitter |
| US4297899A (en) * | 1979-11-23 | 1981-11-03 | Zemco, Inc. | Fluid flow sensor |
| US4366718A (en) * | 1981-01-26 | 1983-01-04 | Deere & Company | Bi-directional flow transducer |
| DE63405T1 (de) * | 1981-02-05 | 1983-06-23 | Inoue-Japax Research Inc., Yokohama, Kanagawa | Vorrichtung und verfahren zur messung der stroemungsgeschwindigkeit. |
| DE8222641U1 (de) * | 1982-08-11 | 1982-11-18 | Kobold, Klaus, 6233 Kelkheim | Vorrichtung zur durchflussmessung mit potentialfreiem endkontaktschalter |
| US4652820A (en) * | 1983-03-23 | 1987-03-24 | North American Philips Corporation | Combined position sensor and magnetic motor or bearing |
| DE3686330T2 (de) * | 1985-12-28 | 1993-02-18 | Yamaha Corp | Kontaktloser markierungssensor. |
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-
1992
- 1992-04-03 US US07/862,900 patent/US5327789A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-04-01 EP EP93911580A patent/EP0647313B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-04-01 JP JP51773693A patent/JP3241725B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1993-04-01 DE DE69323426T patent/DE69323426T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-04-01 WO PCT/US1993/003137 patent/WO1993020410A1/en active IP Right Grant
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| DE69323426D1 (de) | 1999-03-18 |
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| DE69323426T2 (de) | 1999-07-29 |
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