JP3746683B2

JP3746683B2 - 流量計

Info

Publication number: JP3746683B2
Application number: JP2001057095A
Authority: JP
Inventors: 仁山田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: JP2002257605A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水の使用量を計測する流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流量計においては、検定有効期間が計量法で８年と定められているため、８年間は、流量計をメンテナンスすることができない。従って、８年以上、流量計内に設けられた電子回路部を動作させるために必要な容量の電池が必要である。このため、従来のマイコン／電池技術では、約１５〜１７ｍｍ直径の円筒缶をなす電池が２本必要である。
【０００３】
また、羽根車の回転数を検知する磁気センサは、羽根車最上部に設けられた永久磁石になるべく近く、その感磁面を配置することによって、所要の回転磁界検出性能を達成する。さらに、水の使用量を表示する表示部は、検針員が目視で検針する都合から、流量計である水道メータの最上部に位置する必要がある。
【０００４】
従って、電子回路部は、必然的に水道メータの最下部に磁気センサ、水道メータの最上部に表示部である液晶表示器（以下、ＬＣＤと称する。）、水道メータの中間に電池を配置する構成となり、水道メータの中間には最低でも電池の直径を収納できる空間が必要となる。
【０００５】
一方、流量計は、その設置環境から電子回路部を保護する構造が必要であり、特に水没した状態で検定有効期間の８年間使用されることが想定されるので、水没の影響を直接受けることのないように、電子回路部を収納するための密閉構造が必要となる。
【０００６】
図３は従来の流量計の構成を示す図である。図３に示す流量計において、磁気センサ１０１及び２本の電池１０２は回路基板１０３に実装され、もう一方の回路基板１０４にはＬＣＤ１０５、外部へ接続されるケーブル電極１０６及びその他の電子部品が実装され、これらの回路基板１０３，１０４のそれぞれは、下部殻体１０７に支持されている。この下部殻体１０７に被さるように上部殻体１０８が設けられており、上部殻体１０８の上面には、Ｏリング１０９を受ける溝と透視ガラス１１０を受けて位置を固定するための段差面とが形成されている。
【０００７】
このようにして組み立てられた電子回路部は、有底筒体１２１に収納され、枠体１２２が有底筒体１２１の上部を覆い、有底筒体１２１及びケーブル電極一体の透視ガラス１１０との間にはＯリング１２３とＯリング１２４が装着されている。
【０００８】
一方、上記有底筒体１２１及び枠体１２２の外側には、例えば合成樹脂で成形された保護枠体１３１及び１３２が溶着部１３３で接合されることによって、有底筒体１２１及び枠体１２２を覆うと同時に、上記Ｏリング１０９，１２３，１２４に所要の圧力を加えることによって密閉構造を形成している。
【０００９】
また、保護枠体１３２に形成されたケーブル電極１０６周囲の空間には、保護枠体１３２、枠体１２２と親和性のある接着剤を充填することによって水没時の電飾を防止している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の流量計にあっては、磁気センサ１０１と２本の電池１０２を実装する回路基板１０３と、ＬＣＤ１０５、ケーブル電極１０６及びその他の電子部品を実装する回路基板１０４との２枚の回路基板が必要となり、この２枚の回路基板の間を信号線１４１で接続し、かつ下部殻体１０７に取り付ける構成となっていた。このため、組立に手間がかかるだけでなく、磁気センサ１０１の感磁面と羽根車１４２に取り付けられた永久磁石１４３との距離は、極力近いことが要求されるにもかかわらず、組立誤差が重なった場合には、感磁面と永久磁石１４３との距離が隔たって、所要の回転磁界検出機能を達成できないこともある。
【００１１】
また、水の使用量を算出するマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する。）は、汎用マイコンを使い、タイマ割込みとポート出力を駆使して磁気センサ１０１の駆動／サンプリング、ＬＣＤ表示、パルス出力、通信の機能を実現している。しかし、この方式にあっては、ソフトウェアの動作停止時間を確保しにくいので、電池１本で１０年間動作可能な低消費電流化は、実現できない。
【００１２】
また、組み立てる部材が多いために材料費もかさみ、手間のかかる組立では加工費もかさむため、コストダウンも困難である。
【００１３】
さらに、Ｏリングによる封止箇所が３箇所と多く、かつＯリングを圧縮するための圧力は、合成樹脂で形成された保護枠体１３１と保護枠体１３２との溶着によっているので、合成樹脂の吸湿及び環境温度の変化による経年劣化によって、圧力の低下をきたす恐れがある。このため、封止性能の信頼性を改善する必要があった。
【００１４】
本発明は、低消費電流化を実現することができる流量計を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の流量計は、水の使用量に比例して回転する羽根車と、この羽根車の回転軸上端に取付けられた永久磁石と、この永久磁石の回転磁界を検出して水の使用量に比例した計量パルスを発生する検知センサと、この検知センサからの計量パルスに基づき水の使用量を算出する制御部と、算出された水の使用量を表示する表示部と、この表示部と前記制御部とを含む電子回路部に電源を供給する電池とを備えた流量計において、前記制御部は、高速クロック又は低速クロックで処理を実行し、前記羽根車の回転速度が所定値を越えた場合にクロック切替信号を出力するマイコンコアと、高速クロックと低速クロックとを発振可能な発振手段と、前記マイコンコアからの前記クロック切替信号に基づき前記発振手段の高速クロックと低速クロックとの切替を瞬時に行うクロック制御手段とを有し、前記羽根車の回転速度に見合った周期を発生する自動周期切替手段と、前記計量パルスを測定し、測定された計量パルスに基づく前記羽根車の回転速度に見合った間欠電源パルス供給周期を前記自動周期切替手段に書き込むタイマと、を有することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、クロック制御手段がマイコンコアからのクロック切替信号によって、低速クロックから高速クロックにウェイト時間無しに切替えることができ、流量計としての計量又は通信のリアルタイム性を確保できると同時に、マイコンコアが高速で処理するから、マイコンコアが処理を停止している時間をより多く確保できるので、低消費電流化に大きく寄与できる流量計を提供できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の流量計の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図１は実施の形態の流量計の構成を示す図である。図２は実施の形態の流量計に設けられたマイコンの詳細な構成を示す図である。
【００１８】
流量計は、図１に示すように、水の使用量に比例して回転する羽根車５と、この羽根車５の回転軸上端に取付けられた永久磁石６と、この永久磁石６の回転磁界を検出して水の使用量に比例した計量パルスを発生する磁気センサ４（本発明の検知センサに対応）と、この磁気センサ４からの計量パルスに基づき水の使用量を算出するマイコン１（本発明の制御部に対応）と、算出された水の使用量を表示するＬＣＤ２（本発明の表示部に対応）と、マイコン１、ＬＣＤ２等の電子回路部に電源を供給する電池３とを有して構成されている。
【００１９】
また、図１に示す流量計において、マイコン１、ＬＣＤ２、電池３、ケーブル電極１６、センサ電極２０及びその他の電子部品等の一体の電子回路部を実装する回路基板１９が設けられている。この回路基板１９の上面にはＬＣＤ２、ケーブル電極１６を支持する上部支持殻体２７が配置されている。この上部支持殻体２７ごと半田フロー層に流すことで、ＬＣＤ２、ケーブル電極１６が回路基板１９に半田接合される。
【００２０】
一方、回路基板１９の下面には磁気センサ４及びセンサ電極２０を支持する下部支持殻体２６が配置されている。磁気センサ４及びセンサ電極２０は、予めインサート成型または圧入により所定の位置に配置されている。すなわち、磁気センサ４は、下部支持殻体２６の底面で且つ永久磁石６と対向する位置に配置され、センサ電極２０は、磁気センサ４と回路基板１９とを接続するように配置されている。下部支持殻体２６ごと半田フロー層に流すことで、磁気センサ４及びセンサ電極２０が回路基板１９に半田接合される。この時、磁気センサ４のプラスチックモールド部にある感磁面は、下部支持殻体２６の底面と同一面に位置する。電池３の支持構造は、下部支持殻体２６内部の空間にあり、電池３を下部支持殻体２６の上部の開口部からはめ込む形で固着する。
【００２１】
また、回路基板１９と上部支持殻体２７と下部支持殻体２６とは有底筒体１１に収納されており、この有底筒体１１は、その上部に広口に形成された段差面１２を有し、この段差面１２には気密保持用弾性体を構成するＯリング１３が配置されている。
【００２２】
このＯリング１３を押圧するように、広口に形成された有底筒体１１の開口部には、穴あきの透視ガラス１４がはめこまれており、この透視ガラス１４を押圧するように有底筒体１１の開口端部の周囲には、複数の折り爪１５が形成されている。このため、Ｏリング１３を介して透視ガラス１４を押圧せしめられた上で有底筒体１１の開口端部に形成された折り爪１５を折り曲げることにより、Ｏリング１３及び透視ガラス１４が有底筒体１１に固着されている。有底筒体１１は、例えば、合成樹脂で形成された上部側の保護枠体２２及び下部側の保護枠体２３により覆われている。
【００２３】
また、透視ガラス１４には複数個の穴（例えば４個）が形成されており、この複数個の穴に対応して設けられた複数個の中空パイプ形状のケーブル電極１６は、回路基板１９に実装され、透視ガラス１４の穴から突出している。複数本の心線２４ａが耐熱樹脂鎖で所要ピッチに形成されたケーブル２４は、ケーブル電極１６のパイプ部に差込まれて半田付けなどの接合を施されて上記電子回路部と電気的な接続を行うようになっている。
【００２４】
接着剤２５は、透視ガラス１４上面で、ケーブル電極１６と心線２４ａの半田接合部（本発明の接続部に対応）とケーブル２４の一部を所要の体積で覆うことでケーブル接続構造を形成するようになっている。
【００２５】
以上のように構成された流量計によれば、磁気センサ４を下部支持殻体２６の底面に組立誤差なく配置できるので、回転磁界検出性能を常に良好に確保できる。また、下部支持殻体２６を設けたことで磁気センサ４を配置するための基板を省略でき、上部支持殻体２７を設けたことで、部品の保持が可能となるので、半田フロー層を利用でき、材料費、加工費ともより安価にすることができる。
【００２６】
また、有底筒体１１の開口部にＯリング１３を押圧するように透視ガラス１４が填め込まれ、有底筒体１１の開口端部の周囲に複数設けられた折り爪１５が透視ガラス１４を押さえ、且つ接着剤２５によるケーブル接続構造が相俟って電子回路部内の気密を保持できる。
【００２７】
また、接着剤２５により、透視ガラス１４と心線２４ａの半田接合部との密着を維持できるので、水没環境でも８年以上、水の拡散による電飾などの弊害を防止できる。
【００２８】
従って、封止性能の信頼性を改善すると共に、回転磁界検出性能を常に良好に確保でき、より少ない部材で簡単に組み立てられる安価な流量計を提供することができる。
【００２９】
次に、図２を参照してマイコン１の詳細を説明する。マイコン１には、ＬＣＤ２、電池３及び磁気センサ４が電気的に接続されている。マイコン１は、磁気センサ４の出力する計量パルスから水の使用量などを演算し、ＬＣＤ２に表示させる。なお、マイコン１、ＬＣＤ２及び磁気センサ４は電池３の供給する電圧により動作するようになっている。
【００３０】
マイコン１は、間欠電源パルス供給手段３１、自動周期切替手段３２、シリアル通信制御手段３３、マーク信号検出手段３４、ＬＣＤ制御手段３５、多重割込制御手段３６、クロック制御手段３７、発振手段３８、汎用タイマ３９、ウォッチドッグタイマ４０、マイコンコア４１、リードオンリーメモリ（以下、ＲＯＭと称する。）４２、ランダムアクセスメモリ（以下、ＲＡＭと称する。）４３を有して構成されている。
【００３１】
自動周期切替手段３２は、羽根車５の回転速度に見合った周期を発生し、その周期を間欠電源パルス供給手段３１に供給する。間欠電源パルス供給手段３１は、自動周期切替手段３２に指示される周期で、磁気センサ４に間欠の電源パルスを与える。
【００３２】
マイコンコア４１は、多重割込制御手段３６の制御のもとに、磁気センサ４からの計量パルスを割込みで水の使用量に変換し、変換された水の使用量を、表示すべきタイミングを図りながら、ＬＣＤ制御手段３５に出力する。ＬＣＤ制御手段３５は、水の使用量をＬＣＤ２に表示させる。
【００３３】
また、汎用タイマ３９は、計量パルスを測定し、測定された計量パルスに基づく回転速度に見合った間欠電源パルス供給周期を自動周期切替手段３２に書込む。これにより、間欠電源パルス供給手段３１は、常に羽根車５の回転速度に見合った電源パルスを磁気センサ４に供給することができる。従って、水の使用量が少ない場合には、間欠電源パルス供給周期も長くなり、電池３の消耗を押さえることができる。
【００３４】
また、マーク信号検出手段３４は、通信ライン上の電文の先頭に付加されるマーク信号を検出し、マーク信号を検出した場合には、シリアル通信制御手段３３に受信の起動をかける。マイコンコア４１は、多重割込制御手段３６の制御のもとに電文を割込みでシリアル通信制御手段３３を介して受信する。マイコンコア４１は、電文の受信が完了した場合には、返送すべき電文を編集し、多重割込制御手段３６の制御のもとに電文を割込みで、シリアル通信制御手段３４から送信する。計量パルス、電文の受信／送信で発生する割込み要因は、多重割込制御手段３６に優先順位付けされてマイコンコア４１で処理される。
【００３５】
また、発振手段３８は、高速クロックと低速クロックとのそれぞれのクロックを発振する。マイコンコア４１は、発振手段３８の高速クロック又は低速クロックで処理を実行し、羽根車５の回転速度がある値を超えた場合、又は通信ラインのマーク信号を検出した場合などに、クロック制御手段３７にクロック切替信号を出力する。
【００３６】
クロック制御手段３７は、マイコンコア４１からのクロック切替信号によって、低速クロックから高速クロックにウェイト時間無しに切替える。従来の一般的なマイコンでは、低速クロックから高速クロックに切り替えて高速クロックの発振が安定するまでのウェイト時間が約２００ｍｓであったが、実施の形態のマイコン１、クロック制御手段３７及び発振手段３８によれば、ウェイト時間が数ｎｓである。これにより、流量計としての計量または通信のリアルタイム性を確保できると同時に、マイコンコア４１が高速で処理するから、マイコンコア４１が処理を停止している時間をより多く確保できるので、低消費電流化に大きく寄与できる。
【００３７】
なお、このようなマイコン１としては、例えば、ＮＥＣ製マイコンμＰＤ７８０９５７又はμＰＤ７８０９５８を用いるのが好ましい。
【００３８】
また、ウォッチドッグタイマ４０は、周期的に動作するマイコンコア４１の処理でタイムアウトにならないようにクリアされる。ウォッチドッグタイマ４０は、予めタイムアウトの時間が設定され、マイコンコア４１の処理が暴走し、予め設定されたタイムアウトの時間を過ぎると、マイコン１にリセットをかける。リセット時には、マイコンコア４１は、少くともＲＡＭ４３に書込まれている水の使用量とその変換乗数が保存された状態で、リセットが起きたものかどうかを判断して、周期的な処理に移行する。
【００３９】
マイコンコア４１の処理には周期的な処理と割込み処理があり、周期的な処理を行いながら外的要因で発生する割り込み処理を都度行っている。これらの処理の手続はＲＯＭ４２に不揮発情報として予め記録されている。
【００４０】
汎用タイマ３９は、受信電文又は送信電文のタイムオーバ、マーク信号の検出のための周期的監視、送信電文のマーク時間の生成などを行うために、時間間隔の発生源として使用される。
【００４１】
このように、実施の形態の流量計に設けられたマイコン１によれば、クロック制御手段３７が、マイコンコア４１からのクロック切替信号によって、低速クロックから高速クロックにウェイト時間無しに切替えることができ、流量計としての計量又は通信のリアルタイム性を確保できると同時に、マイコンコア４１が高速で処理するから、マイコンコア４１が処理を停止している時間をより多く確保できるので、低消費電流化に大きく寄与できる流量計を提供できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低消費電流化を実現することができる流量計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の流量計の構成を示す図である。
【図２】実施の形態の流量計に設けられたマイコンの詳細な構成を示す図である。
【図３】従来の流量計の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…マイコン、２…ＬＣＤ、３…電池、４…磁気センサ、５…羽根車、６…永久磁石、１１…有底筒体、１２…段差面、１３…Ｏリング、１４…透視ガラス、１５…折り爪、１６…ケーブル電極、１９…回路基板、２０…センサ電極、２２，２３…保護枠体、２４…ケーブル、２４ａ…心線、２５…接着剤、２６…下部支持殻体、２７…上部支持殻体、３１…間欠電源パルス供給手段、３２…自動周期切替手段、３３…シリアル通信制御手段、３４…マーク信号検出手段、３５…ＬＣＤ制御手段、３６…多重割込制御手段、３７…クロック制御手段、３８…発振手段、３９…汎用タイマ、４０…ウォッチドッグタイマ、４１…マイコンコア、４２…ＲＯＭ、４３…ＲＡＭ。

Claims

水の使用量に比例して回転する羽根車と、この羽根車の回転軸上端に取付けられた永久磁石と、この永久磁石の回転磁界を検出して水の使用量に比例した計量パルスを発生する検知センサと、この検知センサからの計量パルスに基づき水の使用量を算出する制御部と、算出された水の使用量を表示する表示部と、この表示部と前記制御部とを含む電子回路部に電源を供給する電池とを備えた流量計において、
前記制御部は、高速クロック又は低速クロックで処理を実行し、前記羽根車の回転速度が所定値を越えた場合にクロック切替信号を出力するマイコンコアと、高速クロックと低速クロックとを発振可能な発振手段と、前記マイコンコアからの前記クロック切替信号に基づき前記発振手段の高速クロックと低速クロックとの切替を瞬時に行うクロック制御手段とを有し、
前記羽根車の回転速度に見合った周期を発生する自動周期切替手段と、
前記計量パルスを測定し、測定された計量パルスに基づく前記羽根車の回転速度に見合った間欠電源パルス供給周期を前記自動周期切替手段に書き込むタイマと、
を有することを特徴とする流量計。
前記自動周期切替手段から指示される間欠電源パルス供給周期で、前記検知センサに間欠電源パルスを供給する間欠電源パルス供給手段を有することを特徴とする請求項１記載の流量計。
水の使用量に比例して回転する羽根車と、この羽根車の回転軸上端に取付けられた永久磁石と、この永久磁石の回転磁界を検出して水の使用量に比例した計量パルスを発生する検知センサと、この検知センサからの計量パルスに基づき水の使用量を算出する制御部と、算出された水の使用量を表示する表示部と、この表示部と前記制御部とを含む電子回路部に電源を供給する電池とを備えた流量計において、
前記制御部は、高速クロック又は低速クロックで処理を実行し、前記羽根車の回転速度が所定値を越えた場合にクロック切替信号を出力するマイコンコアと、高速クロックと低速クロックとを発振可能な発振手段と、前記マイコンコアからの前記クロック切替信号に基づき前記発振手段の高速クロックと低速クロックとの切替を瞬時に行うクロック制御手段とを有し、
前記計量パルス、電文の受信／送信で発生する割込み要因が優先順位付けされ該割込み要因により多重割込みを制御する多重割込制御手段と、
前記多重割込制御手段の制御により前記電文を割り込みで送信／受信するデータ伝送手段と、
を有することを特徴とする流量計。