JP6126001B2 - 流量計 - Google Patents

Description

本発明は、容積式流量計に関する。より詳細には、本発明は、非接触式センサーを組み込んでいる歯車式流量計と、そうした装置を使用する方法と、に関する。

容積式流体計測システムは、流速又は流量を計測するために使用され得る。例えば、ディスペンサーシステムは、吐出される体積流量を制御するため、容積式流量計からのフィードバックを用いることができる。こうした制御システムは、より正確な流量の吐出のため、時間に基づく制御に代えて使用され得る。

容積式流体計測システムの１つの形式は、歯車式流量計であり、例えばオーバル歯車式流量計又はローブ式流量計である。従来のオーバル歯車式流量計は、歯車が同時に回転するようにオーバル歯車のチャンバー内に配置された一対のオーバル歯車を設けている。ローブ式流量計は、チャンバー内に一対のローブ要素を設けており、それぞれの軸線周りに連結されて回転する。それぞれの場合において、流体は、流体入口を通してチャンバーに入り、流体を正確に計測されたポケット内で歯車周りにおいて流体出口へと通過させながら歯車を回転させる。オーバル歯車式流量計において、ポケットは、回転するオーバル歯車とチャンバーの内部壁との間で画成される。ローブ式流量計においては、ローブ間の空間が、ポケットを設ける。理想的には、それぞれの場合において、２つの歯車自体の間を通過する流体は全く計測されず、それぞれの回転時に、チャンバー内にある流体の体積が計測される。従って、歯車式流量計を通過する体積流量は、歯車の回転数を計測することにより計測され得る。同様に、流速は、歯車が回転する速度から決定され得る。

歯車の回転を計測するため、歯車式流量計は付加的な歯車を有することが多い。例えば、オーバル歯車式流量計は、オーバル歯車の回転数を適した信号へと変換するように、チャンバーの外部に配置されたタイミング歯車システムを有することができる。タイミング歯車システムを使用するオーバル歯車及び他の容積式流量計は、歯車を外部のタイミング歯車へと結合するシャフトのための１又は複数のシャフト穴を有する歯車チャンバーを概して有する。より最近の技術を利用すると、チャンバー内の歯車の動きを測定するために概してシールされたチャンバーの外部に配置された非接触式センサーを代わりに使用する歯車式流量計もある。例えば、磁石及び光学センサーは、歯車チャンバー内に開口部又は穴を必要とせずに歯車の動きを計測するために歯車式流量計内に組み込まれてきた。

歯車式流量計は、小さな流体の体積の流れを計測するのが好適な様々な用途において使用されている。従って、歯車式流量計は、様々な計測能力を必要とする流体の様々な種類に曝されることができると共に、特定の用途による様々な環境条件に配置されることができる。歯車式流量計は、１又は複数の様々な計測技術を使用してもよい。

従って、流量計は、様々な用途において多数の条件変化を考慮して設計されなければならない。

本発明に係る実施形態は、流量、流れの方向及び／又は流速のような流体の流れの様々な態様を計測するための装置及び方法を提供する。

本発明に係る態様によれば、本発明に係る実施形態は、流体を計測するための流量計を提供する。流量計は、流体入口及び流体出口を備えたチャンバーを画成するハウジングを有する。ハウジングは、カバー部と、カバー部及びチャンバー間に配置された分離部材と、を更に有する。分離部材は、チャンバーの壁を提供する連続した内面を有する。更に流量計は、チャンバー内に設置された２つの歯車であって、チャンバーを通って流れる流体に応じて回転軸線周りに回転可能な歯車を有する。更に流量計は、カバー部によって保持されると共にチャンバーの外側に配置された非接触式センサーを有する。非接触式センサーは、少なくとも一方の歯車の動きを検出するように構成される。

本発明に係る別の態様によれば、流量計は、流体を計測するために提供される。流量計は、流体入口及び流体出口を有したチャンバーを画成するハウジングを有する。チャンバー内に設置されるのは、チャンバーを通って流れる流体に応じて第１の回転軸線及び第２の回転軸線それぞれの周りで回転可能な第１の歯車及び第２の歯車である。第１の歯車及び第２の歯車の少なくとも一方の動きを検出するように構成される非接触式センサーは、チャンバーの外側に配置される。ハウジングは、チャンバーの壁を形成する外面及び内面を備えたカバー部を有する。カバー部は外面からカバー部へと延在するが内面を貫通しない空洞部を有する。空洞部は、ハウジングの外側からカバー部を通して第１の歯車及び第２の歯車の識別を可能とする。

本発明に係る別の態様によれば、実施形態は、ハウジングと第１の歯車及び第２の歯車と光学センサーと光学フィルターとを有する、流体を計測するための流量計を提供する。ハウジングは、流体入口及び流体出口を備えたチャンバーを画成する底部を有する。ハウジングは、チャンバーの壁を形成する連続した内面を有し、底部に隣接した分離部材も有する。更に、ハウジングは、分離部材の外面に隣接したカバー部を有する。第１の歯車及び第２の歯車は、チャンバー内に設置されるとともに、チャンバーを通って流れる流体に応じてそれぞれの第１の回転軸線及び第２の回転軸線周りに回転可能である。カバー部は、センサー波長域の放射線を放射するように構成された放射器と、センサー波長域の放射線を検出するように構成された検出器と、を有する光学センサーを保持する。少なくとも分離部材の一部は、センサー波長の放射線が分離部材を透過するのを可能とするようにセンサー波長域に対し略透過性がある。光学フィルターは、センサー波長域に対し略透過性のない材料を含む。光学フィルターは、センサー波長域内の放射線が、流量計の外側からチャンバーに入るのを、制限するように配置されている。更に、分離部材は第１の材料を含み、カバー部は、第１の材料とは異なる第２の材料を含む。分離部材及びカバー部は、第１の歯車及び第２の歯車がカバー部及び分離部材を通して識別され得るように十分な量の可視光を透過させる。

本発明に係る別の態様によれば、流体を計測するための方法が提供される。その方法は、流体源と流体連通したチャンバーを有する流量計を提供することを含む。流量計は、チャンバーの外側の光学センサーを含む。チャンバーは、流体入口と、流体出口と、第１の歯車及び第２の歯車と、センサー波長域に対して少なくとも当該壁の一部が略透過性を有する壁と、を有する。その方法は、チャンバーを通過する流体を吐出することを更に含み、それによって流体入口から流体出口へと流体がチャンバーを通過するときに第１の歯車及び第２の歯車を回転させる。更にその方法は、流量計の外側からチャンバーへのセンサー波長域の放射線の透過を低減させることと、センサー波長域の放射線を光学センサーでチャンバーへと放射することと、チャンバーからのセンサー波長域の放射線を光学センサーで検出することと、を含む。第１の歯車及び／又は第２の歯車の回転は、検出された放射線に基づいて計測されると共に、流体の計測値は、計測された回転に基づいて算出される。

本発明に係るいくつかの実施形態は、１又は複数の以下の選択的な特徴及び／又は利点を提供することができる。特定の実施形態は、１又は複数の歯車の回転を計測する光学センサーを使用する。ある場合において、光学フィルターは、周辺環境からの環境放射線をフィルタリングするために提供される。こうした性能は、光学センサーの性能を向上させ得る。ある場合において、光学フィルターは、流量計のハウジングの外面に配置されているが、更に内面にも配置され、又は、代わりに内面に配置されてもよい。例えば、ある場合において、光学フィルターは、ハウジングのチャンバーの壁を形成する分離部材に配置されている。

特定の実施形態は、想定される用途によって変形され得る歯車式流量計を提供する。例えば、特定の場合において、流量計は、取り外し可能な又は互換性のある分離部材を有する。分離部材は、流体チャンバーの壁を形成することができると共に、ある場合において、流体チャンバー内の１又は複数の歯車の回転を計測するように構成された非接触式センサーから流体チャンバーを分離する。ある場合において、外部のカバー部は、分離部材をハウジングに固定する。こうした場合において、分離部材の構成は、外部のカバー部によって代わりに設けられ得る特定の物理的特性を要求する必要なく、チャンバーを通って流れる特定の流体と好適な適合性を実現するように選択され得る。ある場合において、最近使用されている分離部材は、多くの互換性のある分離部材の１つによって交換され得る。こうした性能は、例えば劣化した部品又は消耗した部品を交換するため、あるいは、様々な用途のために流量計を構成するために使用され得る。

本発明に係る特定の実施形態は、流量計のハウジングの外側から流量計の１又は複数の歯車を直接視認することを可能とする。こうした性能は、例えば装置の動作の視認検査を可能とするため及び／又はセンサー出力を確認するために使用され得る。ある場合において、流量計のハウジングのための材料は、少なくとも操作者がチャンバー内の歯車式流量計の動きの識別を可能とするように選択される。例えば、流量計のハウジングの１又は複数の部分は、半透明又は透過性の材料で形成されてもよい。ある場合において、可視性は、流量計のカバー部における１又は複数の空洞部によって改良され、可視化のために材料のより薄い区分を提供する。

これらの及び様々な他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明の参照により明白となる。

以下の図面は本発明に係る特定の実施形態の例示にすぎず、従って、本発明に係る範囲を限定するものではない。（その旨言及しない限り）図面は正確な縮尺ではなく、以下の詳細な説明において、説明と共に使用するためのものである。本発明に係る実施形態は、添付の図面と共に以下で説明され、同等の番号は、同等の要素を示す。

本発明に係る実施形態による流量計の分解斜視図である。 図１の流量計の側部断面図である。 本発明に係る実施形態において有用ないくつかの材料の波長に対する透過率のグラフである。 本発明に係る実施形態による光学フィルターを有する流量計の側部断面図である。 本発明に係る実施形態による光学フィルターを有する流量計の斜視断面図である。 本発明に係る実施形態による光学フィルターを有する分離部材の断面斜視図である。 本発明に係る実施形態による光学フィルターを有するカバー部の側部断面図である。 本発明に係る実施形態において有用な光学フィルターの波長に対する透過率のグラフである。 本発明に係る実施形態による流量計の斜視図である。 本発明に係る実施形態によるカバー部の斜視図である。 図８Ａのカバー部の上面図である。 図８Ａのカバー部の側部断面図である。

以下の詳細な説明は、本質的には例示であり、多少なりとも本発明に係る範囲、適用性又は構成を限定しようとするものではない。むしろ、以下の説明は、本発明に係る例示的実施形態を実施するためにいくつかの実際的な図を提供するものである。構成、材料、寸法及び製造工程の例示は、選択された要素のために提供されるが、それらを使用する全ての他の要素は、本発明に係る当業者にとって公知である。当業者は、多くの言及された例示が様々な適した選択肢を有することを理解する。

ここで「流体」という語は、流れる傾向があり又は容器の外形線に従う傾向のある任意の連続体を示すために使用される。例えば、流体という語は、液体及び気体を包含する。本発明に係る実施形態の１つの用途は、洗浄、洗濯、皿洗い、消毒、リンス等の液体製品及び化学製品のような液体のためのものである。

図１は、分解された、本発明に係る実施形態による流量計１００の斜視図である。図２は、流量計１００の側部断面図を示す。本発明に係る本実施形態において図に示されたように、流量計１００は、底部１０２及びカバー部１０４を備えるハウジングを有する。底部は、流体入口１０８及び流体出口１１０を有する流体流れチャンバー１０６を画成する。第１の歯車１１２及び第２の歯車１１４は、チャンバー１０６内に取り付けられると共にチャンバー１０６を通って流れる流体に応じてそれぞれの第１の回転軸線及び第２の回転軸線周りに回転する。

ハウジングは、底部１０２に隣接して配置された分離部材１２０も有する。分離部材１２０は、チャンバー１０６の壁を形成する連続した内面１２８を有する。分離部材１２０は、カバー部１０４とチャンバー／底部との間に配置されている。カバー部１０４は、ねじ又はボルト（図示せず）のような多くの締結部を用いて底部１０２に固定されている。（例えばエラストマーＯリング）のような２つのシール部材１２２は、流体チャンバー１０６をカバー部１０４から更にシールするため、それぞれ底部と分離部材との間及びカバー部と分離部材との間において、分離部材の内面１２８及び外面１２６に対してフィットする。図１及び図２には示されてはいないが、流量計１００は、１又は複数の歯車の動きを検出するように構成された（例えば光学センサー又は磁気センサー）非接触式センサーも有する。例示において、非接触式センサーは、流体流れチャンバー１０６の外側のカバー部１０４の空洞部１２４内で保持されている。

概して、流量計１００は、流体の流れの１又は複数の特性を計測するため、流体の流れに取り付けられ得る。流体がチャンバー１０６に入ったとき、歯車１１２、１１４（本例示においてオーバル歯車）は、回転して吐き出し、チャンバーの内部壁に対する流体の正確な体積又はポケットを捉える。チャンバーの壁が、回転を通じて歯車の長軸頂点の弧と一致するので、この流体のポケットは、チャンバーの壁と歯車の短軸に沿った歯車の表面との間で捉えられ、流体入口１０８から流体出口１１０へと流される。更に、２つのオーバル歯車１１２、１１４は、その全回転において接触しているため、歯車間において流体は通過しない。従って、この動作によって、流体出口を通る体積流量は、既知のポケットの体積によって計測される。積算流量、流速及び流れの方向のような特性は、次いでポケットが充填され空にされたときに歯車の回転に基づいて計測され得る。

それぞれのオーバル歯車１１２、１１４は、プラスチック又は金属のような剛体材料を概して含む。歯車は計測される流体と接触するため、歯車材料の選択は、計測される流体に依存し得る。１つの可能性のある検討事項は、腐食性流体に対する歯車の材料の耐久性を含み得る。例えば、高濃度洗浄剤、殺菌剤又はリンス剤に対しては、歯車は、セラミックの車軸の周りにポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のような成形された又は機械加工されたプラスチックを具備することができる。他の可能な歯車の材料は、高い耐久性、高温耐性、低熱膨張性、低吸湿性を有し、化学的に不活性なＵＬＴＥＭのような結晶化されたプラスチックを含む。付加的な材料は、ライトン及び３１６ＳＳのような金属を含む。

当然のことながら、多種多様の歯車が、本発明に係る様々な実施形態において使用され得る。歯車の設計の選択は、計測される流体の特性に依存する。例えば、高粘度流体は、摩擦歯車間で滑る可能性が低く、かなり滑らかな歯車が適する。一方、低粘度及び／又は高い潤滑性の流体は、咬合歯車の使用を必要とし得る。更に、ここで説明された特定の実施形態は、主に楕円形歯車を組み込んだ流量計に関して説明されたが、本発明は、こうした実施形態に限定されない。当業者は、本発明が様々な容積式流量計で実現され得ることを理解し得る。本発明に係る実施形態は、当業者によって、流量計要素の回転毎の個別のポケットの流体の運搬によって動作する任意の容積式流量計へと容易に適応可能である。例えば、ローブ式流量計は、チャンバーを通して一定の体積の流体のポケットを通過させるため、連結するローブ形の歯車式流量計要素を使用する容積式流量計であり、本発明に係る実施形態によって構成され得る。

非接触式センサーの様々な形式は、流体チャンバー１０６の外側から歯車１１２、１１４の動きを検出するために流量計１００へと組み込まれ得る。例えば、ある場合において、１又は複数の歯車は、永久磁石を有し（例えば「トリガー歯車」）、非接触式センサーは、（例えば磁気反応型）磁気センサーである。適した磁気センサーの一例は、共有に係る米国特許第７５２３６６０号明細書に示されており、その全体の内容は、参照によってここで組み込まれる。流体の流れに応じてトリガー歯車が回転するとき、永久磁石によって生じた磁界も回転する。ＧＭＲセンサー（巨大磁気抵抗効果）のような磁気センサーは、磁界の回転を検知し、対応する出力信号を生じる。従って、歯車の動き及び関連する流体の流れが計測され得る。１又は複数のＧＭＲセンサー要素は、トリガー車輪の回転を監視するために使用されてもよい。適したＧＭＲセンサーの一例は、識別番号NVE AAV 001-11及びAAV 002-11でＮＶＥコーポレーションから入手可能なＧＭＲスピンバルブブリッジセンサーである。当然のことながら、これはこうした磁気センサーの動作の概要であり、当業者は、多くの詳細がここで簡単のため除外されていることを理解する。更に、技術的に公知な磁気センサーの他の形式も、流量計１００で使用され得る。

ある実施形態において、非接触式センサーは光学センサーとして設けられている。適した非接触式光学センサーの一例は、２００９年２月１１日に出願された共有に係る米国特許出願公開第１２／３６９５０１号明細書で示されており、その全体の内容は、参照によってここで組み込まれる。ある場合において、分離部材１２０の少なくとも一部は分離部材の外面１２６に隣接して配置された光学センサーによって使用されるセンサー波長域に対し略透過性を有し、分離部材１２０を通して回転する歯車の視認性を提供する。光学センサーは、一方又は双方の歯車の光学的特性を監視することができ、この情報に基づいて、流体の体積、流速及び／又は流れの方向が決定され得る。

光学センサーは、歯車の回転位置を測定するために使用され、歯車の光学的特性を検出できる任意のセンサーであってもよい。概して任意の光学的特性を計測するように構成されたセンサーは、例えば反射率又は透過率を有して使用され得る。ある好適な実施形態において、光学的特性は、反射率である。反射率は、１の波長又は範囲を有する波長の光エネルギーを放射する放射器を有した光学センサーと、放射された波長の範囲の全体又は一部の反射された光を受光するように配置された検出器と、によって計測されることができる。光エネルギーは、概して任意の波長の電磁放射線とすることができ、例えばＵＶ、可視光線、赤外線及び他の光が使用され得る。いくつかの好適な実施形態において、赤外線が使用され得る。例えば、いくつかの実施形態において、反射率は、フェアチャイルドセミコンダクターインターナショナルインコーポレイテッドから入手可能な９４０ｎｍのＱＲＢ１１１４で計測される。他の適した反射型センサーは、９５０ｎｍのＥＥ−ＳＹ１２５センサー、９２０ｎｍのＥＥ−ＳＹ３１０／ＳＹ４１０センサー及び９４０ｎｍのＥＥ−ＳＹ１７１センサーを含み、全てオムロン電子部品ＬＬＣから入手可能である。他の適した反射型センサーは、オプテックから入手可能なＯＰＢ６０９ＧＵセンサー、フェアチャイルドセミコンダクターから入手可能なＱＲＥ１１１３ＧＲセンサー、パナソニックから入手可能なＣＮＢ１００１センサーを含む。原理的には、より高いセンサー分解能は、より短い波長及びより集中された光エネルギーで実現され得る。紫外線（ＵＶ）放射器及び／又はレーザーの使用は、こうした解像度を向上させ得る。

光学センサーが使用される場合において、１又は複数の歯車１１２、１１４は、分離部材１２０を通してセンサーによって可視な顕著な光学的特性を有し得る。例えば、顕著な光学的特性は、分離部材１２０の内面１２８に隣接した歯車の上面に配置され得る。顕著な光学的特性は、光学センサーが、光学的特性が認識されないときとは異なる読み込みを記録した結果で任意の指示とされ得る。例えば、歯車のそれぞれの上面は、様々な色、様々な反射率の材料の使用によって又は歯車の面上の１又は複数の個別のドットの使用によってセンサー波長における様々な光学的反射率パターンを有してもよい。

光学センサーを使用する実施形態のため、分離部材１２０は、好適にはセンサー波長域内の放射線に対して略透過性を有する材料を含む。例えば、ある場合において、全ての分離部材１２０は、センサー波長域において略透過性を有してもよい。特定の実施形態において、分離部材１２０の一部のみ（例えば窓又はレンズ）が、センサー波長域で略透過性を有してもよい。分離部材１２０、光学センサー、歯車／チャンバーは、好適には、センサー波長域に対し略透過性を有する分離部材の一部を通して歯車の少なくとも一部の阻害されない視認性を備える光学センサーを設けるように配列される。センサー波長域は、放射器によって放射されると共にセンサー検出器によって検出される放射線の波長を有する。例えば、近赤外線を含むセンサー波長域で動作する光学センサーは、約７００ｎｍから約１１００ｎｍまで又はそれよりも長い波長を使用してもよい。当然のことながら、他の波長域も使用され得る。

ここで「略透過性を有する」という語は、光学センサーが放射された放射線及び反射された放射線に基づいて適切に歯車の動きを検出するように、十分な程度の流体チャンバー１０６の中への且つ流体チャンバー１０６の外への放射線の透過を可能とする分離部材１２０のための材料を説明するために使用される。従って、材料は、センサー波長域内の全ての放射線又は略全ての放射線を放射する必要がないが、しかしながら、ある場合においてこの制限に近づく。特定の用途において、低透過率の材料は、センサーの適切な性能を実現するのに十分となることができ、こうした材料は、この説明による目的のため、センサー波長域で略透過性を有するものと考えられる。

図３は、センサー波長域が約７００ｎｍと約１１０ｎｍとの間又はそれより長いときに分離部材１２０のため有効となり得るいくつかの材料の透過率特性を示すグラフ３００である。ほとんどの材料は、この範囲内において少なくとも５０％の透過率を示し、いくつかは少なくとも６０％の透過率であり、その他は少なくとも８０％の透過率を示す。７００ｎｍから１１００ｎｍまでの範囲の放射線の透過に適し得る材料の例示は、ガラス、サファイア、ホウケイ酸塩、ポリメチルペンテン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ＰＶＣ及びアクリルガラスを含む。当然のことながら、様々な透過率のレベルが光学センサーの性能特性によって要求され又は許容されてもよく、より低い透過率範囲でも極めて感度の高い光学センサーには十分となり、より感度の低いセンサーにはより高い透過率範囲が必要となり得る。

分離部材１２０は、特定の実施形態のための１又は複数の設計要因により多くの材料から形成され得る。いくつかの例示として、分離部材１２０の材料の選択に影響するいくつかの基準は、チャンバー１０６を通って流れる特定の流体、流体の流れの圧力、コスト的要素、及び／又は、光学センサーを使用する場合においては、光学センサー波長域の透過性基準を含む。例えば、分離部材１２０は、チャンバーを通って流れる流体に対して適合性があると共に十分に化学的に不活性な１又は複数の材料から作られなければならない。高いｐＨ、低いｐＨを有する化学物質又は強酸化剤を含む用途のため、分離部材１２０は、例えば、商用グレードの透明なサファイア又はホウケイ酸塩のようなかなり不活性な材料から作られ得る。市販されている材料の一例は、プレシジョンガラスアンドオプティックスから入手可能なボアフロートである。ある場合において、分離部材は、ガラス、サファイア、ホウケイ酸塩、ポリメチルペンテン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ＰＶＣ及びアクリルガラスを含む１又は複数の上述した材料から単独で又は部分的に形成され得る。技術的に公知な他の材料も、使用され得る。

分離部材１２０の設計は、用途によって変更もされ得る。分離部材１２０の厚さに影響する要素は、チャンバーを通って流れる流体の圧力、材料自体の固有の強度、及び、分離部材１２０を底部１０２に固定するカバー部１０４によって提供される支持を含むことができる。ある場合において、例えば分離部材１２０は、約１５ミリメートル未満の厚さを有する板である。特定の実施形態において、厚さは、約１ミリメートルと約２ミリメートルとの間である。当然のことながら、材料の透過率、材料の強度、及び、他の要因によって他の厚さも適し得る。

図１及び図２に戻ると、カバー部１０４は、底部１０２に取り付けられ、カバー部と底部との間の分離部材１２０を覆う。従って、カバー部１０４は、分離部材の周りで構造的なハウジングを提供し、（例えば、ねじ、ボルト等で）直接分離部材を底部に固定する必要なく、分離部材を底部１０２及びチャンバー１０６に対して固定する。カバー部１０４は、分離部材と同じ材料又は異なる材料で形成され得る。例えば、カバー部１０４は、ガラス、サファイア、ホウケイ酸塩及び／又はアクリルガラスのような材料を含んでもよい。ある場合において、カバー部１０４は、ポリメチルペンテン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル及び／又はＰＶＣのような成形可能なプラスチック材料から形成される。

ある場合において、カバー部１０４は、好適には分離部材の周りで強い構造のハウジングを提供し、分離部材が例えばより弱い又はより脆い様々な材料から形成されることを可能とする。分離部材１２０は、流体流れチャンバー１０６のために分離シールを提供し、こうしてチャンバーを通って流れる流体がカバー部１０４に接触することを防ぐ。従って、カバー部及び分離部材は、様々な材料から形成され得る。例えば、分離部材は、チャンバーを通って流れる流体に適合する材料を含むことができる一方で、カバー部１０４は、構造的に強いが、流体に適合する必要のない材料を含むことができる。ある場合において、例えば、分離部材は、チャンバーを通って流れる流体に対し、カバー部を形成するために使用される第２の材料より耐性を示す第１の材料で形成される。

ある場合において、カバー部１０４は、例えば、ばね、ボルト又は別の取り外し可能な締結部で、底部に着脱可能に結合されている。従って、カバー部１０４は、分離部材１２０にアクセスできるように底部１０２から取り外され得る。これは、分離部材を洗浄又は交換するのに有効となり得る。ある場合において、流量計１００は、全体のカバー部１０４を交換する必要なく、１つの分離部材を取り外し、別の分離部材と交換することによって様々な流体を扱うように構成され得る。例えば、分離部材は、特定の用途に適したより好適な作用性能（例えば化学耐性、圧力耐性等）を有する別のものと交換されてもよい。従って、分離部材とは異なるカバー部の使用は、分離部材に対する適応性又は互換性を提供する。当然のことながら、カバー部は、全ての場合において取り外し可能である必要はなく、（例えば接着剤、ねじ、ボルト等で）分離部材の周りで底部に永久的に固定されてもよい。

分離部材１２０及びカバー部１０４は、ある実施形態において、操作者が視覚的に流量計１００の動作を確認することを可能とするように可視な透過度を示してもよい。例えば、カバー部１０４及び分離部材１２０は、カバー部及び分離部材を通して第１の歯車及び／又は第２の歯車が識別され得るように十分な量の可視光を透過させる材料で形成されてもよい。ある場合において、カバー部及び分離部材は、可視光に対して略透過性を有するが、より低い透過度（例えば透明性）であっても、ある場合においては、操作者が少なくとも歯車の動きを識別するのに十分となり得る。例えば、図３のグラフ３００は、材料の特性及び厚さによって４００ｎｍから７００ｎｍまでの可視範囲内で約２０％と約９０％との間の透過率を有する多くの材料の透過性を示す。ある場合において、全体のカバー部１０４及び／又は分離部材１２０は、こうした材料で形成され得るが、カバー部及び／又は分離部材が、操作者が歯車の動作を検査するのを可能とする小さな透過性のある穴部（例えば窓）を有することも想定している。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明に係る実施形態による流量計４００の側部断面図及び斜視断面図である。流量計４００は、多くの点で図１及び図２で示された流量計１００と類似しているが、図４Ａは、カバー部１０４の空洞部１２４内に配置された光学センサー４０２も示している。光学センサー４０２は、前述した方法でセンサー波長域内で光を放射及び検出することによって、歯車１１２、１１４の少なくとも一方の動きを検出するように構成されている。更に流量計４００は、流量計４００の外側から又はセンサー波長域内の放射線が流量計４００の外側から又は光学センサー４０２の動作を妨げるその他の方法でチャンバー１０６に入るのを制限するように配置された光学フィルター４０４を有する。

光学フィルター４０４は、センサー波長域に対して略透過性のない材料を含み、こうしてセンサー波長域内の環境放射線を遮断するように選択されている。ある場合において、それは光学的遮断フィルター又は光学的吸収フィルターである。フィルターは、センサー波長域における全ての環境放射線を遮断する必要はないが、ある場合において、この手段を実行してもよい。例えば、ある場合において、光学フィルター４０４は、明らかなほどに光学センサー４０２によって実行される計測に影響させないため、センサー波長の放射線をフィルタリングしてもよく、又は、十分に小さな量を透過させてもよい。必要なフィルタリングの程度は、光学センサー４０２及び関連する電気回路の感度及び設定と同様、流量計４００の様々な材料の反射率特性によって変化し得る。

図６は、デポジションサイエンスインコーポレイテッドから入手可能なスーパーヒートバスターホットミラーと呼ばれる市販されているフィルター材料の一例の、フィルタリングの性能の度合いを示したグラフ６００である。グラフ６００で示されたように、ＱＲＥ１１１３フォト反射型センサーの高感度範囲６０２は、約７００ｎｍと約１１００ｎｍとの間の範囲（例えば図示された実施形態においては赤外線）を有する。光学フィルターは、０度の環境放射線６０４と約４０度の角度で入射する放射線６０６の両方のこれらの赤外線波長の最小限の反応を透過させる。こうした光学フィルターは、例えば強烈な白色光又は太陽光と組み合わされた環境赤外線の影響を制限するために使用され得る。

図４Ａから４Ｃで示したように、ある場合において、光学フィルター４０４は、分離部材１２０の一部であり、又は、分離部材１２０の外面に直接蒸着されている。この場合において、光学フィルター４０４は、チャンバー１０６と光学センサー４０２との間に配置されている。センサーへと放射され及び／又はセンサーから放射された望ましいセンサー波長の放射線が遮断されるのを避けるため、分離部材１２０の一部は、チャンバー１０６内を視認するための光学センサー４０２のための視認部４１０を有し得る。例えば、分離部材１２０の中央区分は、視認部４１０を設けるためにマスキングされた又は物理的に取り除かれた光学フィルター媒体を有することができる。ある場合において、光学フィルターは、分離部材に蒸着された薄いフィルムを具備するが、他の構成も可能である。

図５に戻ると、ある場合において、光学フィルター５００は、カバー部１０４の外面に隣接して配置されている。例えば、フィルター５００は、カバー部に蒸着された薄いフィルムとされ得る。従って、カバー部１０４自体は、分離部材１２０内に光学フィルターを組み込む必要なくセンサー波長域内の環境放射線からの遮断部を提供する。これは、それぞれの分離部材において光学フィルターの必要なく（例えば上述された）分離部材の様々な形式が、設計されることができ、製造され得るため、コストを低減する役割を果たし得る。代わりに、光学フィルター５００は、カバー部１０４の外部に一度取り付けられる。当然のことながら、光学フィルターのための他の配置は可能であり、これらはいくつかの適した配置の例示にすぎないことを理解されたい。

ある場合において、光学フィルターは、選択的にセンサー波長域内の放射線を遮断（例えば反射及び／又は吸収）する一方で、波長の可視範囲内の放射線を透過させる。図６に示されたように、例えば、光学フィルターは、約７００ｎｍから約１１００ｎｍまでの範囲内の（選択的に光学センサーの領域の）放射線を遮断しつつも、多少視認角度にもよるが、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長域内の可視な放射線を略透過させる。従って、こうした光学フィルターは、操作者が視覚的に流量計１００の監視操作を可能とするように可視な透過度を示す分離部材とカバー部とを結合することができる一方で、センサー波長域内の環境放射線の影響を低減することもできる。

図７は、本発明に係る実施形態による流量計７００の斜視図である。図７は、部分断面図における流量計７００のカバー部７０４を示す。流量計７００は、流体入口及び流体出口を備えたチャンバー７０６を画成するハウジング７０１を有している。ハウジング７０１は、例えば、ねじ又はボルト（図示せず）のような締結部で底部７０２に取り付けられた底部７０２とカバー部７０４とを有する。カバー部７０４は、チャンバー７０６の壁を形成する連続した内面を有する。カバー部は、内面の反対の外面７０８も有する。第１の歯車及び第２の歯車７１２、７１４は、回転軸線周りにチャンバー７０６内で回転可能に設置されると共に、チャンバー７０６を通って流れる流体に応じて回転する。図示されないが、流量計７００は、チャンバー７０６の外側に配置されると共にチャンバー内で歯車の少なくとも一方の動きを検出するように構成された非接触式センサーを概して有する。例えば、非接触式センサーは、カバー部７０４内のセンサー空洞部７２０内で取り付けられ得る。

図７に示されたように、ある実施形態において、カバー部７０４は、底部７０２に直接取り付けられると共に、本発明に係る他の実施形態に関して説明されたような個別の分離部材を使用せずにチャンバー７０６の壁を提供する。エラストマーＯリング又は他のシール機構（図示せず）は、底部とカバー部との間のシールを強化する。図７及び図８Ａから図８Ｃに示されたように、カバー部７０４のセンサー空洞部７２０は、その外面７０８からカバー部内へと延在するが、カバー部の内面７２２をそのまま残すためカバー部を貫通して延在してはおらず、従って、チャンバー７０６の片側をシールする連続した面又は壁を提供する。

好適には、カバー部７０４は、チャンバー７０６を通って流れる流体及びセンサー空洞部７２０内で配置された非接触式センサーの両方と適合する材料で形成される。例えば、薄いセンサー空洞部の壁７３０は、非接触式センサーが適切に歯車７１２、７１４の一方又は両方の動きを検出することを可能しなければならない。磁気センサーの場合において、空洞部の壁７３０は、センサーが歯車の動きによって生じさせられる磁界の変化を受けて検出できるように（例えば非磁性材料又は非金属製材料から形成され）、適切に磁界を透過させなければならない。光学センサーの場合において、空洞部の壁７３０は、センサーがセンサー波長の放射線を適切に放射し且つ受けることができるようにセンサー波長域内の放射線を略透過させなければならない。例えば、（前述したものの１つのような）赤外線光学センサーの場合において、空洞部の壁７３０は、使用時において赤外線波長に対して略透過性を有しなければならない。ある場合において、カバー部７０４は、ポリプロピレンから形成され、赤外線波長域内の放射線に対して略透過性を有する。

更に、センサー空洞部の壁７３０は、カバー部の全体の内面７２２と共に、チャンバー７０６を通って流れる流体に適合しなければならない。例えば、カバー部７０４の内面は、チャンバーを通って流れる流体に対して十分に化学的に不活性な１又は複数の材料で作られるべきである。これは、高いｐＨ、低いｐＨを有する化学物質又は強酸化剤を含む多くの用途で有用である。多くの材料は、流体に対する好適な耐性及び非接触式センサーとの好適な適合性によってカバー部のため選択され得る。一例にすぎないが、カバー部７０４は、非接触式センサーが赤外線範囲で動作する光学センサーであり且つ液体の化学物質が洗濯洗剤の特定の形式であるとき、ポリプロピレンで形成され得る。ある場合において、図５を参照して説明したような光学フィルターは、光学センサーの性能に影響し得る環境光を遮断することも含む。

ある実施形態において、カバー部７０４は、操作者が流量計７００の動作を視覚的に監視することを可能とするように可視な透過度を示してもよい。例えば、カバー部７０４は、第１の歯車及び／又は第２の歯車がカバー部を通して識別され得るように十分な量の可視光を透過させる材料を含んでもよい。ある場合において、好適には、カバー部７０４は、構造的に強い流量計のハウジング７０１の構成要素を提供する一方で、チャンバーを通って流れる化学物質に対する耐性（例えば不活性）を有すると共に、操作者が歯車の動きを監視することを可能とするように視覚的に透過性を有する。

図７及び図８Ａから図８Ｃで示されたように、ある実施形態においてカバー部は、チャンバー７０６内の歯車の一方又は両方の識別を可能とする１又は複数の視認空洞部７５０を有する。空洞部７５０は、外面７０８からカバー部７０４へと延在するが、内面７２２を貫通して延在してはいない。従って空洞部は、カバー部７０４の内面に隣接した薄い視認壁７５２を形成する。こうした薄い視認壁７５２は、ハウジング７０１の外側からカバー部を通して第１の歯車及び／又は第２の歯車の識別を可能とする透過度を提供することができる。例えば、ポリプロピレンのような略半透明な材料は、材料の厚さによっては不透明な視認性を概して有し得る。ポリプロピレンカバー部における 空洞部及び十分に薄い区分の形成は、図７で示されたように、チャンバー７０６への視認性を可能とする。図７及び図８Ａから図８Ｃは、複数の視認空洞部７５０を有するカバー部を示しているが、当然のことながら、１つの視認空洞部が使用されてもよく、又は視認空洞部なしで類似したカバー部が設けられてもよい。

図示されていないが、いくつかの実施形態において、１又は複数の視認空洞部を有するカバー部は、図１及び図２で説明されたような分離部材のような分離部材と共に使用され得る。例えば、コスト、材料強度等のような様々な設計要因のため、透明ではない材料（例えば半透明材料）の外にカバー部を形成すると好適となり得る。こうした場合において、視認空洞部は、外面からカバー部内へと延在して形成され得る。ある場合において、空洞部は、カバー部の内面を貫通して延在しなくてもよく、図７及び図８Ａから図８Ｃまでに示された例示に類似している。ある場合においては、分離部材がカバー部と底部との間に配置されて流体チャンバーをシールしているため、空洞部は、カバー部を完全に貫通して延在することができる。

流体を計測するための方法が、本発明に係るいくつかの実施形態によって更に提供さている。ある場合において、方法は、前述したものの１つのような、流体源と流体連通したチャンバーと、チャンバーの外側の光学センサーと、を有する流量計を提供することを含む。チャンバーは、流体入口と流体出口と第１の歯車及び第２の歯車と壁とを有し、その壁の少なくとも一部は、光学センサーによって使用されるセンサー波長域に対し、略透過性を有する。流体は、チャンバー内へと吐出され、第１の歯車及び第２の歯車を回転させる。その方法は、流量計の外側からチャンバーへのセンサー波長域の放射線の透過を低減すること（又は略遮断すること）を含む。例えば、上述されたものの１つのような光学フィルターが提供される。更に、光学センサーは、センサー波長域の放射線をチャンバーへと放射し、反射してチャンバーから戻ってきた放射線を検出する。その方法は、更に検出された放射線に基づいて第１の歯車及び／又は第２の歯車の回転を計測することと、計測された回転から流体の計測値を算出することと、を含む。例えば、センサーと関連した評価電子部は、検出された放射線に基づいて、流速、流量及び／又は流れの方向を算出する。ある場合において、その方法は、流量計の外側から第１の歯車及び／又は第２の歯車の回転を明確に視認することも提供する。

こうして、本発明に係る実施形態は開示された。本発明は、特定の開示された実施形態を参照にしつつかなり詳細に説明されてきたが、開示された実施形態は、例示の目的のため示されたものであり、限定するものではなく、本発明に係る他の実施形態が可能である。当業者は、本発明の精神及び添付された特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変形、適応及び変更がなされ得ることを理解する。

Claims (16)

1. 流体を計測するための流量計であって、
   流体入口及び流体出口を有したチャンバーを画成するハウジングであって、カバー部と、該カバー部及び前記チャンバー間に配置された分離部材とを有し、該分離部材が前記チャンバーの壁を形成する連続した内面を備えるハウジングと、
   前記チャンバー内に設置された第１の歯車及び第２の歯車であって、前記チャンバーを通って流れる流体に応じて第１の回転軸線及び第２の回転軸線それぞれの周りで回転可能な第１の歯車及び第２の歯車と、
   前記カバー部によって保持されると共に前記チャンバーの外側に配置された非接触式センサーであって、前記第１の歯車及び第２の歯車の少なくとも一方の動きを検出するように構成された非接触式センサーと、を具備し、
   前記非接触式センサーが、センサー波長域の放射線を放射するように構成された放射器と、前記センサー波長域の放射線を検出するように構成された検出器と、を具備する光学センサーであり、前記分離部材の少なくとも一部が、前記センサー波長域に対して略透過性を有し、
   当該流量計が、前記センサー波長域に対して略透過性がなく且つ可視光に対して略透過性を有する材料を含む光学フィルターを更に具備し、該光学フィルターは、前記センサー波長域内の放射線が当該流量計の外側から前記チャンバーに入るのを制限するように配置され、
   前記分離部材及び前記カバー部が取り外し可能であり、
   前記分離部材が前記光学フィルターを具備することを特徴とする流量計。
2. 前記光学フィルターが、前記カバー部の外面に隣接して配置された請求項１に記載の流量計。
3. 前記センサー波長域が、赤外線を含む請求項１に記載の流量計。
4. 前記光学フィルターが、フィルムを具備する請求項１に記載の流量計。
5. 前記分離部材が第１の材料を含み、前記カバー部が前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む請求項１に記載の流量計。
6. 前記第１の材料が、前記第２の材料より、前記チャンバーを通って流れる流体に対して耐性を示す請求項５に記載の流量計。
7. 前記分離部材及び前記カバー部は、該カバー部及び前記分離部材を通して前記第１の歯車及び／又は第２の歯車が識別され得るように十分な量の可視光を透過させる請求項５に記載の流量計。
8. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、可視光に対して略透過性を有する請求項７に記載の流量計。
9. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、ガラス、サファイア、ホウケイ酸塩、ポリメチルペンテン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ＰＶＣ及びアクリルガラスで構成されるグループから選択された請求項５に記載の流量計。
10. 前記第２の材料が透明ではなく、前記カバー部が当該カバー部内へと延在する少なくとも１つの空洞部を具備する請求項５に記載の流量計。
11. 前記少なくとも１つの空洞部が、前記カバー部を完全に貫通して延在する請求項１０に記載の流量計。
12. 前記分離部材が、約１５ミリメートルより薄い厚さを有する板を具備する請求項５に記載の流量計。
13. 前記厚さが、約１ミリメートルと約２ミリメートルとの間である請求項１２に記載の流量計。
14. 流体を計測するための流量計であって、
    流体入口及び流体出口を有したチャンバーを画成するハウジングと、
    前記チャンバー内に設置された第１の歯車及び第２の歯車であって、
    前記チャンバーを通って流れる流体に応じて第１の回転軸線及び第２の回転軸線それぞれの周りで回転可能な第１の歯車及び第２の歯車と、
    前記チャンバーの外側に配置された非接触式センサーであって、前記第１の歯車及び第２の歯車の少なくとも一方の動きを検出するように構成された非接触式センサーと、を具備する流量計であって、
    前記ハウジングが、前記チャンバーの壁を形成する内面と、外面とを備えるカバー部を具備し、該カバー部が、前記外面から当該カバー部内へと延在するが前記内面を貫通しない空洞部を画成し、該空洞部が前記内面に隣接する薄い壁を有し、該壁が前記ハウジングの外側から前記第１の歯車及び／又は第２の歯車の識別を可能とする透過度を有し、
    前記非接触式センサーが、センサー波長域の放射線を放射するように構成された放射器と前記センサー波長域の放射線を検出するように構成された検出器とを具備する光学センサーであり、前記カバー部の少なくとも一部が、前記センサー波長域に対して略透過性を有し、
    当該流量計が、前記センサー波長域に対して略透過性がなく且つ可視光に対して略透過性を有する材料を含む光学フィルターを更に具備し、前記光学フィルターは、センサー波長域内の放射線が当該流量計の外側から前記チャンバーに入るのを制限するように前記カバー部の前記外面に隣接して配置された、流量計。
15. 前記カバー部が半透明の材料を含む請求項１４に記載の流量計。
16. 流体を計測するための流量計であって、
    ハウジングであって、流体入口及び流体出口を備えるチャンバーを画成する底部と、前記チャンバーの壁を形成する連続した内面を備えた前記底部に隣接する分離部材と、前記分離部材の外面に隣接したカバー部と、を有するハウジングと、
    前記チャンバー内に設置された第１の歯車及び第２の歯車であって、前記チャンバーを通って流れる流体に応じて第１の回転軸線及び第２の回転軸線それぞれの周りで回転可能な第１の歯車及び第２の歯車と、
    前記カバー部によって保持された光学センサーであって、センサー波長域の放射線を放射するように構成された放射器と前記センサー波長域の前記放射線を検出するように構成された検出器とを有し、前記分離部材の少なくとも一部が前記センサー波長域に対して略透過性を有する光学センサーと、
    前記センサー波長域に対して略透過性がなく且つ可視光に対して略透過性を有する材料を含む光学フィルターであって、前記センサー波長域内の放射線が当該流量計の外側から前記チャンバーに入るのを制限するように配置された光学フィルターと、を具備する流量計であって、
    前記分離部材が第１の材料を含むと共に、前記カバー部が前記第１の材料とは異なる第２の材料を含み、
    前記分離部材及び前記カバー部は、前記第１の歯車及び／又は第２の歯車が前記カバー部及び前記分離部材を通して識別され得るように十分な量の可視光を透過させ、
    前記分離部材及び前記カバー部が取り外し可能であり、
    前記分離部材が前記光学フィルターを具備することを特徴とする流量計。

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