JP3422673B2 - 流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、液体の流量を計測
する流量計、特に回転計測部を使用せずに液体の流量を
計測する流量計に関する。 【０００２】 【従来の技術】最近、液体の流量計測が工業界はもとよ
り食品業界、薬品・医療機器業界でも広く行われるよう
になり、高精度な流量計測に加え、計測中に液体に不純
物が混じらないクリーンな状態下での流量計測が要求さ
れるようになってきている。これら要求に応え、流量計
測部に回転部を持たない面積流量計が種々創案されてい
る。その一例として、図５に示す面積流量計がある。こ
の面積流量計の流量計本体２には流入口２ａから流入す
る液体が通過して流出口２ｂに達する流路２ｃが直立し
て設けられており、この流路２ｃは下方から上方に向か
うに従い徐々に大きくなる断面積を有するように構成さ
れている。この流路２ｃ内には流入口２ａから流入する
液体により押圧されて流出口２ｂ側に移動するフロート
３が配置されており、このフロート３の移動により流出
口２ｂにつながる断面積が変化するように構成されてい
る。前記フロート３内には永久マグネット３ｃが内蔵さ
れており、永久マグネット３ｃの磁力の移動がフロート
３の移動として検出可能に構成されている。 【０００３】また、前記流量計本体２には、フロート３
の移動路近くにその広い移動域をカバーするように一列
に複数の磁気センサ２１が所定間隔を隔てて配置されて
おり、フロート３の移動方向と直交する方向の磁力の有
無を検出してフロート３の位置を検出し、このフロート
３の位置により液体の流量が検出されるように構成され
ている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】この流量計では、液体
が流出口２ｂから排出され、流量計本体２の流路２ｃ内
を液体が移動すると、フロート３が押し上げられ、液体
の動圧とフロート３の液中の重量とが釣り合う位置まで
移動する。このフロート３の移動にともない、フロート
３内の永久マグネット３ｃが移動するので、この永久マ
グネット３ｃの位置が磁気センサ２１により検出され、
この位置からフロート３の位置が検出され、液体の瞬時
流量が算出されている。この時、磁気センサ２１の出力
信号は永久マグネット３ｃの端縁付近の通過時にピーク
となるように変化するので、このピーク近辺がコンパレ
ータ２２でパルス検出され、これが検出される磁気セン
サ２１の位置に応じた階段状の出力信号が出力部２３か
らフロート３の位置検出信号として出力されている。そ
のため、フロート３の位置は所定間隔おいて配置された
磁気センサ２１が永久マグネット３ｃの端縁付近の通過
を検出する時にしか検出されず、磁気センサ２１間では
フロート３の位置検出ができなくなっており、正確な液
体の瞬時流量の検出ができない等の欠点が生じている。 【０００５】本発明は、上記欠点の除去を目的とするも
ので、流出口につながる流路の断面積を変化させるフロ
ートの位置に応じて液体の流量を検出する流量計、特に
フロートの広い移動範囲にわたってフロートの移動量を
正確に検出して正確な液体の流量を計測できる流量計を
提供しようとするものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】流量計本体に流入口から
流出口に向かうに従って断面積が大きくなる流路を設
け、この流路内に流入口から流入する液体により押圧さ
れて流出口側に移動するフロートを配置し、このフロー
トに所定極間長さを有する永久マグネットを配置し、さ
らにこのフロートの移動路近くにその移動方向と直交す
る方向の磁力を検出してその移動量を検出するリニア感
磁素子を一列に複数配置し、そのフロートの位置をリニ
ア感磁素子により検出してフロートの位置から流出口に
連通する断面積に応じた液体の流量を算出するように構
成した流量計において、各リニア感磁素子の出力信号が
測定範囲を規定する第１基準値、第２基準値よりも大き
いかを判別する判別部と、どのリニア感磁素子からの出
力信号が有効信号かを選択するセンサ選択部とを設ける
とともに、選択されたリニア感磁素子と最下位置にある
リニア感磁素子との距離に応じた加算値を、前記リニア
感磁素子の出力信号に加算して、加算後の値から液体の
流量を算出する手段を設けている。 【０００７】 【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
の形態を説明する。図１において、１は液体の流量を計
測する流量計であり、流入口２ａと流出口２ｂとを備え
た非磁性体でなる流量計本体２を有している。この流量
計本体２には、流入口２ａおよび流出口２ｂに連通して
直立する方向に延びる横断面円形の流路２ｃが設けられ
ており、この流路２ｃは上方に向かうに従って大きくな
る断面積を有している。また、前記流量計本体２の流路
２ｃ内には弁体部３ａと軸部３ｂとを持つ耐摩耗性、耐
食性に優れた非磁性体金属または樹脂材でなるフロート
３が配置されており、流路２ｃ内の液体が流れない時流
路２ｃの狭部で係止されるように構成されている。この
フロート３の長さは、フロート３が移動する移動域に比
べて十分短くしかも流路２ｃの直径よりは長くなってお
り、フロート３が流路２ｃ内で転倒しないように構成さ
れている。さらに、このフロート３の軸部３ｂにはその
全長にわたって延びる極間長さを持つ永久マグネット３
ｃが内蔵されており、フロート３の移動量が永久マグネ
ット３ｃの移動量から検出可能に構成されている。な
お、フロート３が流路２ｃの中心線に沿って移動できる
ようにガイド（図示せず）を流路２ｃ内に設けてもよ
い。 【０００８】さらに、前記流量計本体２には、流路２ｃ
の上部に液体の通過に支障のない整流フィン４が配置さ
れており、この整流フィン４によりフロート３がそれ以
上移動しないように構成されている。 【０００９】前記流量計本体２には、フロート３が移動
する流路２ｃに沿ってかつその流路２ｃに近接してフロ
ート３の移動方向と直交する方向の磁力を検出するリニ
アホールセンサでなる複数のリニア感磁素子５、５ａが
一列に配置されている。これら隣接する２個のリニア感
磁素子５の間隔はフロート３内の永久マグネット３ｃの
極間長さのほぼ半分となるように構成されている。ま
た、最下位置にあるリニア感磁素子５ａの中心は流路２
ｃを閉止する位置にあるフロート３内の永久マグネット
３ｃの中心とその上端縁との中間に位置し、フロート３
が移動して永久マグネット３ｃの中心とその下端縁との
中間位置がこのリニア感磁素子５の中心位置に達する
と、永久マグネット３ｃの中心とその上端縁との中間位
置が上方に隣接するリニア感磁素子５の中心位置に達す
るように構成されている。なお、隣接する２個のリニア
感磁素子５間の間隙は永久マグネット３ｃの極間長さの
ほぼ１／２に限定されているが、永久マグネット３ｃの
中心側の磁力の検出範囲を変更することによって前記間
隔を変更してもよい。 【００１０】前記リニア感磁素子５は、それぞれ検出信
号を出力する出力端子を有し、各出力端子は図２に示す
ようにそれぞれゼロ点調整部６に接続されている。この
ゼロ点調整部６は永久マグネット３ｃの中心とその上端
縁との中間位置が前記リニア感磁素子５の中心位置に達
する位置関係にある時の各リニア感磁素子５の出力特性
からゼロ点を一致させるために算出される各調整量を記
憶している。また、このゼロ点調整部６はリニア感磁素
子５の出力信号に各調整量を加算または減算して、各出
力信号のゼロ点を最下位置にあるリニア感磁素子５ａの
ゼロ点に一致させるよう構成されている。 【００１１】前記ゼロ点調整部６は、それぞれ信号スパ
ン調整部７に接続されており、この信号スパン調整部７
は永久マグネット３ｃの中心とその下端縁との中間位置
がリニア感磁素子５の中心位置に達する位置関係にある
時の各リニア感磁素子５の出力特性から最大出力値を一
定にするように算出される乗算値を記憶している。ま
た、この信号スパン調整部７は、前記乗算値をゼロ点調
整部６からの出力信号にそれぞれ乗算して、永久マグネ
ット３ｃの移動により図３に示すように各リニア感磁素
子５，５ａの出力特性を一定にするように構成されてい
る。 【００１２】前記信号スパン調整部７はそれぞれ論理部
８ａとセンサ切換部８ｂとＤＣレベル切換部８ｃとを有
するセンサ選択部８に接続されている。このセンサ選択
部８はリニア感磁素子５，５ａの測定範囲を規定する第
１基準値、第２基準値と各信号スパン調整部７の出力信
号とを比較する第１、第２差動増幅部９，１０を備えた
判別部８ｄを有し、最下位置のリニア感磁素子５ａと、
これに２番目に隣接するリニア感磁素子５とに対応し
て、前記第１、第２差動増幅部９，１０が、また他のリ
ニア感磁素子５に対応して第２差動増幅部１０が設けら
れている。これら差動増幅部９，１０の出力信号は、信
号スパン調整部７の出力信号が前記基準値を越えると、
一定のヒステリシスをもって「Ｈ］から「Ｌ］レベルに
切り替わるように構成されている。また、前記論理部８
ａは図４に示すように最下位置のリニア感磁素子５ａ
と、２番目ののリニア感磁素子５に対応する第１差動増
幅部９の出力信号のいずれかが「Ｈ」の時、最下位置の
リニア感磁素子５ａに対応する信号スパン調整部７の出
力信号を選択するようにセンサ切換部８ｂを作動させる
構成となっている。また、前記論理部８ａは最下位置の
リニア感磁素子５ａに対応する第２差動増幅部１０の出
力信号が「Ｌ」で２番目のリニア感磁素子５に対応する
第２差動増幅部１０の出力信号が「Ｈ」の時には、２番
目のリニア感磁素子５に対応する信号スパン調整部７の
出力信号を選択するようにセンサ切換部８ｂを作動させ
る構成となっている。さらに、前記論理部８ａは２番目
のリニア感磁素子５に対応する第２差動増幅部１０の出
力信号が「Ｌ］の時で３番目のリニア感磁素子５に対応
する第２差動増幅部１０の出力信号が「Ｈ］の時には、
（最下位置のリニア感磁素子に対応する第２差動増幅部
の出力信号が「Ｈ］となって２番目のリニア感磁素子５
の出力信号が遮断されるのを待って）、最下位置から３
番目のリニア感磁素子５に対応する信号スパン調整部７
の出力信号を選択するようにセンサ切換部８ｂを作動さ
せる構成となっている。また、前記論理部８ａは残りの
リニア感磁素子５に対応する第２差動増幅部１０の出力
信号が「Ｌ］でその下方に隣接するリニア感磁素子５に
対応する第２差動増幅部１０の出力信号が「Ｈ］の時、
そのリニア感磁素子５に対応する信号スパン調整部７の
出力信号を選択するようにセンサ切換部８ｂを作動させ
る構成となっている。 【００１３】前記ＤＣレベル切換部８ｃは、選択された
リニア感磁素子５と最下位置のリニア感磁素子５ａとの
間の距離に応じた加算値を、選択されたリニア感磁素子
５に対応する信号スパン調整部７の出力信号に加算し、
加算後の値が表示部１１に送られて表示に適した値に補
正されて表示されるように構成されている。 【００１４】上記流量計において、各リニア感磁素子
５，５ａの出力信号はゼロ点調整部６、信号スパン調整
部７を経由してセンサ選択部８に出力されるが、流量計
測開始前には、フロート３が最下位置にあり、最下位置
のリニア感磁素子５ａおよび２番目に隣接するリニア感
磁素子５に対応する信号スパン調整部７の出力信号は、
いずれも第１基準値以下となっており、これに対応する
第１差動増幅部９の出力信号は「Ｈ」に保持されている
ので、最下位置のリニア感磁素子５ａに対応する信号ス
パン調整部７の出力信号が選択され、その出力信号に基
づいて表示部１１でゼロ表示される。この状態で、流出
口２ｂから液体が流出すると、液体の動圧でフロート３
が上方に移動し、その液中の重量と釣り合う位置で停止
する。このフロート３の移動にともない、フロート３に
内蔵された永久マグネット３ｃが移動し、その水平方向
の磁力がリニア感磁素子５ａに検出されて、このリニア
感磁素子５ａの出力信号が上昇する。この時、前記信号
スパン調整部７の出力信号が第１基準値を越えてこれに
対応する第１差動増幅部９の出力信号が「Ｌ」になり、
さらに２番目のリニア感磁素子５に対応する第１差動増
幅部９の出力信号が「Ｈ」となる間は、この刻々の出力
信号がそのまま表示に適した流量に補正されて表示部１
１で表示される。 【００１５】２番目のリニア感磁素子５に対応する信号
スパン調整部７の出力信号が第１基準値を越えてその第
１差動増幅部９の出力信号が「Ｌ」となってさらに第２
基準値を越えてその第２差動増幅部１０の出力信号が
「Ｌ」になるまでは、この２番目のリニア感磁素子５に
対応する信号スパン調整部７の出力信号が選択され、こ
の出力信号に２番目のリニア感磁素子５と最下位置のリ
ニア感磁素子５ａとの間の距離に応じた加算値がＤＣレ
ベル切換部８ｃで加算され、この加算値に応じた表示値
が前記同様に表示部１１で表示される。 【００１６】さらに、前記フロート３の上昇にともな
い、前記出力信号が「Ｌ」となってさらに３番目のリニ
ア感磁素子５に対応する第２差動増幅部１０の出力信号
が「Ｌ」の間は、３番目のリニア感磁素子５に対応する
信号スパン調整部７の出力信号が選択され、この出力信
号に３番目のリニア感磁素子５と最下位置のリニア感磁
素子５ａとの間の距離に応じた加算値が前記同様に加算
され、この加算値に応じた表示値が表示部１１に表示さ
れる。 【００１７】前記フロート３がさらに上昇して、残りの
リニア感磁素子５の側方に達した時には、それぞれに対
応する第２差動増幅部１０の出力信号が「Ｈ」となって
下方に隣接するリニア感磁素子５に対応する第２差動増
幅部１０の出力信号が「Ｌ」となる間、そのリニア感磁
素子５に対応する信号スパン調整部７の出力信号が選択
されて、この出力信号に選択されたＮ番目のリニア感磁
素子５と最下位置のリニア感磁素子５ａとの距離に応じ
た加算値が加算され、この加算値に応じた表示値が同様
に表示される。そのため、表示部１１の表示値はリニア
感磁素子５の直線部出力に基づき極めて正確な液体の流
量を算出して表示することができる。 【００１８】なお、実施例では主に各リニア感磁素子５
の出力信号を第２基準値と比較してセンサ選択部８を構
成しているが、主に第１基準値と比較してセンサ選択部
８を構成してもよい。 【００１９】 【発明の効果】以上説明したように、本発明は流量計本
体に流入口から流出口に向かうに従って大きくなる断面
積を持つ流路を直立して設け、この流路内に所定長さの
極間を持つ永久マグネットを内蔵したフロートを配置す
るとともに、前記流路に沿って一列にフロートの移動方
向と直交する方向の磁力を検出する複数のリニア感磁素
子を配置し、これらリニア感磁素子の出力信号が測定範
囲を規定する基準値を越えたかの判別結果により論理的
に選択されるように構成するとともに、選択されたリニ
ア感磁素子と最下位置のリニア感磁素子との距離に応じ
た値を加算して、加算後の値から液体の流量を算出する
ように構成しているため、十分広い流量範囲に対応でき
るばかりか、簡単な回路構成でフロートの位置に応じた
リニア感磁素子を選択してしかもこのリニア感磁素子の
出力特性のうち線形部分のみを利用して、フロートの移
動量に比例した正確な液体の流量を得ることができる等
の利点がある。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る流量計の要部説明図である。 【図２】本発明に係る信号処理回路のブロック図であ
る。 【図３】本発明に係るリニア感磁素子の信号スパン調整
後のフロートの移動量ー出力信号特性図である。 【図４】本発明に係る論理部の説明図である。 【図５】従来例の概略説明図である。 【符号の説明】 １ 流量計 ２ 流量計本体 ２ａ 流入口 ２ｂ 流出口 ２ｃ 流路 ３ フロート ３ａ 弁体部 ３ｂ 軸部 ３ｃ 永久マグネット ４ 整流フィン ５ リニア感磁素子 ５ａ 最下位置のリニア感磁素子 ６ ゼロ調整部 ７ 信号スパン調整部 ８ センサ選択部 ８ａ 論理部 ８ｂ センサ切換部 ８ｃ ＤＣレベル切換部 ８ｄ 判別部 ９ 第１差動増幅部 １０ 第２差動増幅部 １１ 表示部 ２１ 磁気センサ ２２ コンパレータ ２３ 出力部

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】流量計本体に流入口から流出口に向かうに
   従って断面積が大きくなる流路を設け、この流路内に流
   入口から流入する液体により押圧されて流出口側に移動
   するフロートを配置し、このフロートに所定極間長さを
   有する永久マグネットを配置し、さらにこのフロートの
   移動路近くにその移動方向と直交する方向の磁力を検出
   してその移動量を検出するリニア感磁素子を一列に複数
   配置し、そのフロートの位置をリニア感磁素子により検
   出してフロートの位置から流出口に連通する断面積に応
   じた液体の流量を算出するように構成した流量計におい
   て、各リニア感磁素子の出力信号が測定範囲を規定する
   第１基準値、第２基準値よりも大きいかを判別する判別
   部と、この判別部の出力信号からどのリニア感磁素子か
   らの出力信号が有効信号かを選択するセンサ選択部とを
   設けるとともに、選択されたリニア感磁素子と最下位置
   にあるリニア感磁素子との距離に応じた加算値を、前記
   リニア感磁素子の出力信号に加算して、加算後の値から
   液体の流量を算出する手段を設けたことを特徴とする流
   量計。