JP6313590B2

JP6313590B2 - 回転体回転検出装置および流量信号検出装置

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Publication number: JP6313590B2
Application number: JP2013264327A
Authority: JP
Inventors: 晴夫安田
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2018-04-18
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: JP2015121429A

Description

本発明は、液体中で回転する回転体の回転を検出する回転体回転検出装置およびこれを適用して被測液体の圧力を受けて回転または揺動回転するロータや往復移動するピストン等の流量計測部の回転または往復を検出して流量信号を検出する流量信号検出装置に関するものである。

従来、モータ、風力等の動力を受けて回転する回転体を備えた機器は計測機器を含め各種あるが、その機器の目的上、またその回転体の制御上、回転体の回転を検出する必要が生じている。その際、これら機器の回転体が大気中に設置される場合には、レーザー光等を適用した光電センサがその取付け位置を自由に選択できることからこれらを用いた回転検出装置が多用されている。これに対して、回転体が液体中に配置される機器にあって、その回転を検出する必要がある場合、液体中でレーザ光を照射することができず、光電センサの使用が困難となっている。そのため、回転体を流量計測部として被測液体中に配置する流量計にあっては、流量計測部にレーザ光を照射することができないことから、流量計測部の回転の検出に際し、流量計測部の形態、すなわちタービン式流量計にあってはタービン翼、容積式流量計にあってはロータに応じた回転検出装置が各種考えられている。中でも、前述の流量計測部のいずれにも対応可能な回転検出装置として、ロータリピストン流量計（以下流量計という）に適用された流量信号検出装置が特開平９−２９７０４５号公報（特許文献１参照）に開示されている。この流量信号検出装置１０１は、図９に示すように環状凹溝様の計量室１００Ｓが形成された流量計本体１０２と、計量室１００Ｓの内部に配置される流量計測部をなす筒部１０３ａと底部１０３ｂとが備わった筒様のロータ１０３と、その底部１０３ｂの中心位置に埋め込まれた磁石１０３ｃと、磁界の変化を非磁性体の遮蔽板１０２ａを介して計量室１００Ｓの外部で検出する磁気抵抗素子等の磁気センサ１０４と、この磁気センサ１０４およびその検出値の表示部１０５を内包する上蓋１２０とからなっている。この流量信号検出装置１０１によれば、計量室１００Ｓの内部のロータ１０３は流入口から流入して流出口から流出する被測液体の圧力を受けて揺動回転（以下、回転という）する。これにともなって、磁石１０３ｃも移動するので、磁気センサ１０４が磁石１０３ｃの移動により発生する磁界の変化をロータ１０３の回転として検出することができる。そのため、この磁気センサ１０４の検出信号からロータ１０３の回転にともなう回転検出信号、すなわち流量検出信号を生成することができ、この流量検出信号から被測液体の流量が計測されている。

特開平９−２９７０４５号公報

上記流量信号検出装置に見られる回転体回転検出装置では、流量計測部、すなわち回転体に磁石が埋め込まれているので、その埋め込み部分の肉厚を十分厚くしておかねばならず、その分回転体の質量が大きくなるばかりか、ハウジングが磁化されてハウジングの壁面等との接触部分に接着力が生じる。これにより、これら接触部分での摩擦抵抗が大きくなり、回転体の回転ロスが大きくなって、この回転体の回転を検出しても、精度の高い回転検出とは言えないという問題が生じている。

また、上記流量信号検出装置１０１を見てみると、前述の回転体の一例であるロータ１０３が流量計本体１０２に形成された計量室１００Ｓの各面との摩擦抵抗を増大させても、大きな流量の被測液体が流入する時にはロータ１０３は前述の摩擦抵抗の影響を受けずに支障なく回転することができる。そのため、被測液体の流量に応じた流量信号が得られ、被測液体を精度よく計測することができる。しかしながら、被測液体の圧力が小さくなる微小な流量、特に点滴のような極微小な流量の被測液体が流入する時には、前述の摩擦抵抗によりロータ１０３は円滑に回転できない。そのため、ロータ１０３と計量室１００Ｓの各面との接触部分から被測液体が漏れ、被測液体の流量に応じた流量信号を得ることができず、精度のよい計測ができないというような問題が生じている。

また、前述の流量信号検出装置１０１では、ロータ１０３が配置された計量室１００Ｓと磁気センサ１０４が配置された空間とが遮蔽板１０２ａにより遮断され、被測液体が前述の空間内に漏洩しないように構成されている。そのため、ロータ１０３の底部１０３ｂに埋め込まれた磁石１０３ｃによる磁界の変化を磁気センサ１０４により高精度に取り込むためには、遮蔽板１０２ａの板厚を薄くしなければならず、その結果高圧な被測液体の計測には対応できないという問題が生じている。

さらに、前記流量信号検出装置１０１ではロータ１０３の底部１０３ｂに磁石１０３ｃが埋め込まれることから、磁石１０３ｃに耐腐食性の樹脂コーティング処理を施す必要がある。そのため、この樹脂コーティング処理の経年変化による耐腐食性の劣化も考慮しなければならず、これにより流量信号検出装置１０１の寿命が短くなってしまうというような問題も生じている。

本発明の第１の目的は、回転体回転検出装置が持つ上記に例示される問題を除去して、液体中に配置される回転体の回転を検出することができる回転体回転検出装置を提供することである。

また、本発明の第２の目的は流量信号検出装置が持つ上記に例示されるような問題を除去することであり、十分な圧力が得られる大流量の被測液体はもとより、十分な圧力が得られない微小な流量、特に点滴のような極微小な流量の被測液体を精度よく計測するために最適な流量信号検出装置を提供することである。

本発明は、上記第１の目的を達成するために、ハウジングに形成された室内の液体中で回転する回転体に適用されるものであって、室外の位置でかつ回転体の回転を検出する位置に配置される超音波発信部および超音波受信部と、超音波受信部の検出信号から回転検出信号を生成する信号処理部とを備え、
前記信号処理部は超音波発信部を所定時間間隔で発振させる発振指令信号を出力する発振回路と、この発振回路の発振指令信号を受けてから一定時間経過するまで超音波受信部の検出信号を遮断する受信タイミング回路とを備える回転体回転検出装置であって、
前記信号受信部は超音波受信部の検出信号のピーク値を記憶するピークホールド回路を備え、
前記受信タイミング回路は後続の発振指令信号を超音波受信部の検出信号のピーク値をリセットするためのリセット信号とする構成であることを特徴としている。この構成によれば、超音波発信部から発信される超音波が回転体を透過または回転体に反射することにより減衰するので、これを超音波受信部で検出することにより回転体の回転の有無を判別し、この判別から回転体の回転を検出することができる。そのため、回転体の回転を検出するに際して回転体に磁石を埋め込む必要がなく、その分の回転体の肉厚を薄くしてその軽量化を図ることができる。また、この回転体の軽量化により、その接触部分での摩擦抵抗が小さくなるばかりか、回転体が磁化されてハウジングの壁面等との接触部分に接着力が生じるようなことがないので、回転体の回転ロスが小さくなり、精度の高い回転検出が可能となる。さらに、前述の構成によれば、超音波発信部の発振と同時に生じる励磁共振波等のノイズが電磁波の形でまたはハウジングを伝達することによって超音波受信部で検出される影響を避けて回転体の回転を正確に検出して回転検出信号を生成することができる。

さらに、本発明は第２の目的を達成するために、前述の回転体回転検出装置を流量計測部に適用すべく、前記回転体回転検出装置により被測液体の圧力を受けて回転または往復移動する流量計測部の回転または往復移動を検出して、被測液体の流量に応じた流量検出信号を生成するように構成することを特徴としている、この構成によれば、流量計測部の回転または往復移動にともなって流量検出信号を生成でき、またこの流量検出信号に基づいて被測液体の流量を正確に計測することができる。

以上説明した本発明によれば、回転体の軽量化を図って回転ロスを少なくして回転体を回転させ、その回転を精度よく検出することができる回転体回転検出装置を提供することができる。また、本発明によれば前述の回転体回転検出装置を適用して、十分な圧力が得られる流量の被測液体はもとより、十分な圧力が得られない微小な流量、特に点滴のような極微小な流量の被測液体に対しても精度のよい流量信号の検出が可能な流量信号検出装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る回転体回転検出装置の概略説明図。図１の信号処理部の各点における波形図。本発明の第２の実施形態に係る流量信号検出装置（信号処理部を省略）の概略説明図。本発明の第２の実施形態に係るスライドベーン式流量計を説明する要部断面図。本発明の第３の実施形態に係る流量信号検出装置（信号処理部を省略）を説明する分解図。図５の流量信号検出装置の内部構造を説明する断面図。本発明の第４の実施形態に係る流量信号検出装置（信号処理部を省略）の概略説明図。本発明のその他の実施形態に係る流量検出装置（信号処理部を省略）の概略説明図。従来例に係る流量信号検出装置を備えた流量計の縦断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る回転体回転検出装置を図面に基づき説明する。この回転体回転検出装置１は、図１に示すように機器のハウジング２に形成される室内の液体中で回転する回転体３と、ハウジング２の上部に取り付けられる上蓋２０とを有している。前記回転体３は、上端から下端に向かって約４５°ねじれた複数枚の回転翼３０を有し、この回転翼３０はハウジングの室内の液体を攪拌でき、または室内の液体が流れている時には回転できるように構成されている。また、前記回転体回転検出装置１は上蓋２０の外面に配置される超音波発信部４とハウジング２の外面に配置される超音波受信部５とを有し、これら超音波発信部４および超音波受信部５は前記回転体３の回転翼３０の回転を検出する位置（回転体３の回転に伴って当該回転体３の回転翼３０に対する超音波の減衰率が変化する位置）に取り付けられている。前記超音波発信部４および超音波受信部５は後記する信号処理部６に接続されており、超音波発信部４から超音波を発信させるとともに、超音波受信部５の検出信号から回転検出信号ｋを生成するように構成されている。

前記超音波発信部４は、振動子の一例をなす円板形状の発信側圧電素子４０を有し、この発信側圧電素子４０はその両電極間に電圧が印加されると超音波を発信することができる構造となっている。また、前記超音波受信部５は超音波発信部４と同様に円板形状の受信側圧電素子５０を有し、この受信側圧電素子５０は発信側圧電素子４０から発信される超音波により機械的な力を受けると両電極間に電圧を発生させる構造となっている。前記発信側圧電素子４０および受信側圧電素子５０はそれぞれ発信側ホルダ（図示せず）、受信側ホルダ（図示せず）の端部に収納され、これらホルダを介してそれぞれ前記上蓋２０、ハウジング２に取り付けられている。

前記発信側圧電素子４０と上蓋２０との間および受信側圧電素子５０とハウジング２との間にはそれぞれグリセリン（図示せず）が注入され、これらの密着度が高められている。これにより、前記発信側圧電素子４０から発信される超音波は空気層に遮断されることなく受信側圧電素子５０に向かって発信され、またハウジング２の受信側圧電素子取り付け面に到達する超音波は空気層で遮断されることなく受信側圧電素子５０に到達する構造が得られている。前記超音波は、その特性上、受信側圧電素子５０に到達するまでに透過する媒質の数およびその透過距離に応じて減衰し、透過する媒質の数が多いほど、その透過距離が長いほど減衰量は大きくなる。この特性および回転体の回転翼３０の回転に伴って超音波減衰率が変化する構造であることにより、回転体３の回転翼３０が発信側圧電素子４０と受信側圧電素子５０との間を通過するにともなって、この超音波が到達する受信側圧電素子５０の検出信号が刻々変化することとなる。

前記信号処理部６は、発信側圧電素子４０を所定時間間隔で発振させるための発振指令信号として発振指令パルスａを出力する発振回路７と、発振指令パルスａのパルス幅を調整してパルス幅調整パルスｂを出力する発信パルス幅調整回路８と、一定の電圧に昇圧する昇圧回路９と、この昇圧回路９により昇圧された電圧を発信側圧電素子４０に印加する超音波発信部駆動回路１０とを備えている。また、前記信号処理部６は受信側圧電素子５０の検出信号を取り込む受信回路１１と、この検出信号の高周波成分を通過させて高周波出力信号ｃを出力するハイパスフィルタ１２と、ハイパスフィルタ１２の高周波出力信号ｃを増幅する交流増幅回路１３とを備えている。さらに、前記信号処理部６は前記発振回路７から発振指令パルスｍを受けて一定遮蔽時間経過するまで交流増幅回路１３を停止させるマスク指令信号ｄ、および前記一定遮蔽時間経過後一定受信時間交流増幅回路１３を作動させる受信タイミング信号ｅを出力する受信タイミング回路１４と、交流増幅回路１３の増幅出力信号ｆの（＋）側のピーク値を順次記憶し、このピーク値および前記パルス幅調整パルスｂに基づいてピーク波形ｇを出力するピークホールド回路１７と、前記ピーク波形ｇを増幅する直流増幅回路１５と、増幅されたピーク波形ｇを滑らかな波形に変換する積分回路１６とを備えている。しかも、前記信号処理部６は積分回路１６の積分出力信号ｉが超音波の減衰を示す設定値よりも小さくなる時あるいは前記設定値よりも大きくなる時にそれぞれ判別信号を出力する信号判別回路１８と、これら判別信号の切替わる時に、回転検出信号ｋを出力するパルス出力回路１９とを備えている。また、前記受信タイミング回路１４は、前記マスク指令信号ｄあるいは前記受信タイミング信号ｅを出力する他に、前記パルス幅調整パルスｂと同様の信号であるリセット信号ｑを前記ピークホールド回路１７へ出力する構成であるため、ピークホールド回路１７のピーク波形ｇが図２（ｇ）に示すように一旦リセットされる。さらに、前記受信タイミング回路１４の一定遮蔽時間は、発信側圧電素子４０から発信される超音波が受信側圧電素子５０に時間遅れを持って到達することから、発信側圧電素子４０の発振と同時に生じる励磁共振波等のノイズが電磁波の形でまたはハウジングを伝達することによって受信側圧電素子に伝搬する影響を避けるために設定される。これにより、図２に示すように回転体の検出波形は、高周波出力信号ｃから増幅出力信号ｆ、ピーク波形ｇ、積分出力信号ｉとなり、さらに、判別信号ｊに基づいて回転検出信号ｋが出力される。よって、図２（ｋ）に示すように前記発信側圧電素子４０および前記受信側圧電素子５０との間を前記回転翼３０の１枚が通過する度に２つの立ち上がり信号が出力可能となる。

上記回転体回転検出装置では、図２（ａ）に示すように発振回路７から一定周波数の発振指令パルスａが出力されると、発信パルス幅調整回路８を経由して検出対象である回転体３の回転翼３０の検出幅に応じたパルス幅を持つパルス幅調整パルスｂが図２（ｂ）に示すように超音波発信部駆動回路１０に出力される。この超音波発信部駆動回路１０は前記パルス幅調整パルスｂを受けると、前記昇圧回路９により昇圧された電圧を発信側圧電素子４０に印加する。これにより、発信側圧電素子４０はパルス幅調整パルスのパルス幅に応じた一定時間超音波を受信側圧電素子５０に向かって発信する。そのため、液体中に配置された回転体３の回転翼３０がその回転を検出する位置に達してない時には、この超音波は液体中を透過して受信側圧電素子５０に到達する。この時、超音波が透過する媒質は液体のみであるので、その減衰量は小さく、受信側圧電素子５０の検出信号は大きな値となる。逆に、前記回転体３の回転翼３０がその回転を検出する位置に達する時には、この超音波は液体と回転体３とを透過して受信側圧電素子５０に到達するので、超音波が透過する媒質は液体と回転体３となり、その減衰量は大きくなって、受信側圧電素子５０の検出信号は小さな値となる。この受信側圧電素子５０の検出信号は、受信回路１１で受信され、ハイパスフィルタ１２を経由してその高周波出力信号ｃのみが図２（ｃ）に示すように交流増幅回路１３に出力される。

一方、前記発振回路７から発振指令パルスｍが出力されると、図２（ｄ）に示すように受信タイミング回路１４からマスク指令信号ｄが出力され、一定遮蔽時間交流増幅回路１３は停止するので、前記交流増幅回路１３に送られた高周波出力信号は一定遮蔽時間遮断される。この一定遮蔽時間が経過すると、図２（ｅ）に示すように受信タイミング信号ｅが出力（図ではローレベル出力）されるので、前記交流増幅回路１３が作動する。そのため、前記高周波出力信号ｃは一定増幅時間交流増幅されるとともに、これが図２（ｆ）に示すようにピークホールド回路１７に出力され、検出信号の（＋）側のピーク値が刻々記憶される。このピーク値は前記一定増幅時間が経過すると、直流増幅回路１５を経由して積分回路１６に出力される。従って、前述した回転体３の回転翼３０がその回転を検出する位置にあるか否かによって変化する検出信号のピーク値が数十個の発振指令パルス分順次保持されるので、図２（ｉ）に示すように回転翼３０の回転の有無を示す特性を持つ積分出力信号ｉが得られる。この積分出力信号ｉが信号判別回路１８において超音波の減衰を示す設定値と比較判別され、図２（ｊ）に示すように前記判別信号ｊがパルス出力回路１９に出力され、このパルス出力回路１９から図２（ｋ）に示すように回転検出信号ｋとして所定の回転検出パルスを生成することができる。

その結果、液体中に配置される回転体３の回転翼３０の回転を検出するに際して、回転体３の回転翼３０に磁石を埋め込む必要がなくなるため、回転体３の回転翼３０の肉厚を薄くして回転体３の軽量化を図り、回転体３が接触する部分での摩擦抵抗を軽減でき、回転体３は回転ロスを少なくして円滑に回転することができる。

また、前記回転体３の回転翼３０の回転を受信側圧電素子５０の検出信号から検出しているので、その回転検出に際しては磁石を使用する必要がなく、回転体３が配置されるハウジング２内を密閉するために鋼製の上蓋２０を使用できる。また、この上蓋に加えて遮蔽板（図示せず）を使用する場合でも、非磁性体の材料を使用する必要がないばかりか、その厚さを考慮する必要がないので、その厚さを十分厚くして高耐圧設計の回転体回転検出装置を提供できる。しかも、回転体３の回転翼３０に磁石を埋め込むための機械加工や、磁石に耐腐食性の樹脂コーティング処理を施す必要がなく、製造安価で長寿命の回転体回転検出装置を提供することができる。

なお、回転体回転検出装置１は回転体３の回転翼３０の回転検出以外にも適用でき、往復揺動または直線往復移動する物体（図示せず）の往復揺動および直線往復移動の検出にも適用できる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る流量信号検出装置を図面に基づき説明する。この流量信号検出装置は、第１の実施形態の回転体回転検出装置１を適用するもので、具体的には図３および図４に示すように回転体回転検出装置１のハウジング２をスライドベーン式流量計の流量計本体２ａとし、液体中で回転する回転体３を流量計測部の一例のベーン３０ａを付設するロータ３ａとしたものある。そのため、この流量信号検出装置１ａでは流量計本体２ａおよびロータ３ａ並びに超音波発信部４０ａおよび超音波受信部５０ａの取り付け位置を除いては、前述の回転体回転検出装置１の構成と同一であるので、この同一部分の説明を省略し、流量計本体２ａおよびロータ３ａ並びに超音波発信部４０ａおよび超音波受信部５０ａの取り付け位置について説明する。前記流量計本体２ａは、大円弧面２ａａ、小円弧面２ａｂ並びにこれらを滑らかに繋ぐ流入口側カム曲面２ａｃおよび流出口側カム曲面２ａｄから形成される計量室Ｓａと、この計量室Ｓａの両側に位置する流入口２ａｅと流出口２ａｆとを有している。また、前記流量計本体２ａには計量室Ｓａの上方を覆うように上蓋２０ａが取り付けられており、ロータ３ａの保守作業が可能なように構成されている。前記計量室Ｓａには円柱様のロータ３ａが計量室Ｓａの小円弧面２ａｂのほぼ全面にわたって接触または近接して回転するように配置されており、大円弧面２ａａと両カム曲面２ａｃ，２ａｄとの間にベーン３０ａが突出できるスペースが形成されている。前記ロータ３ａには、その軸線に沿って４分割する位置でその全長にわたって延びる４個のベーン収納溝３ａａが設けられており、ベーン３０ａを完全に収納するための十分な深さを有している。

前記ベーン収納溝３ａａには、それぞれ板様のベーン３０ａが配置されており、これらベーン３０ａは対向する２枚のベーン３０ａ，３０ａを一組として、それぞれロータ３ａの軸線と交叉する方向に配置された連結ロッド３ａｂにより２個所で連結されている。これら連結ロッド３ａｂとベーン３０ａとは、ばね（図示せず）によりベーン３０ａを常時突出する方向に付勢する連結構造となっており、ベーン３０ａがベーン収納溝３ａａに沿って突出または後退可能となっている。この構成により、前記ベーン３０ａは計量室Ｓａの小円弧面２ａｂに接触する時にはベーン収納溝３ａａに完全に収納され、流入口側カム曲面２ａｃ、大円弧面２ａａおよび流出口側カム曲面２ａｄに接触する時には、ベーン収納溝３ａａから突出する状態が得られる。また、前述の構成により隣接する２枚のベーン３０ａ、３０ａと大円弧面２ａａとロータ３ａの４分割円周面とにより囲まれるとじ込み容積が得られるので、この容積から単位吐出量が得られる。

前記発信側圧電素子４０ａおよび受信側圧電素子５０ａの取り付け位置は、大円弧面に接触するベーン３０ａの通過を検出する位置で、かつ計量室Ｓａの室外の位置であればよい。これにより、ベーン３０ａの回転、すなわちロータ３ａの回転を検出することができる。

この構成による流量信号検出装置１ａでは、被測液体が流入口２ａｅから計量室Ｓａの内部に流入すると、被測液体の圧力がベーン３０ａに加わって流出口２ａｆ側に押し出され、ベーン３０ａとともにロータ３ａが回転する。この時、計量室Ｓａの大円弧面２ａａと隣接する２枚のベーン３０ａ，３０ａとロータ３ａの４分割円周面とにより囲まれる容積を単位吐出量としてこの単位吐出量ごとに被測液体が流出口２ａｆから流出する。そのため、ベーン３０ａの回転、すなわちロータ３ａの回転を検出することにより、被測液体の流量に応じて流量検出信号を生成することができる。このベーン３０ａの回転を検出するに際し、ベーン３０ａがその通過を検出する位置に達すると、第１の実施形態の回転体回転検出装置１と同様に、発信側圧電素子４０ａから発信される超音波がベーン３０ａを透過してその減衰量が大きくなるので、この超音波が到達する受信側圧電素子５０ａの検出信号から、ベーン３０ａの回転すなわちロータ３ａの回転を検出することができる。これにより、ベーン３０ａの回転検出に際して、ベーン３０ａに磁石を埋め込む必要がなく、ベーン３０ａの肉厚を薄くしてその軽量化を図ることにより、ベーン３０ａと計量室Ｓａの各面との摩擦抵抗を軽減でき、ベーン３０ａおよびロータ３ａは回転ロスを少なくして円滑に回転できる。これにともなって、ベーン３０ａと計量室Ｓａの各壁面との接触部分からの被測液体の漏れも少なくなり、小流量から微小な流量の被測液体の計測に際して正確に流量信号を出力することができ、より精度の高い計測を行うことができる。その上、点滴のような極微小な流量の被測液体であっても、その圧力によってもロータ３ａは円滑に回転することができるので、小流量から微小な流量の被測液体の計測はもとより極微小な流量の被測液体の計測にも最適な流量信号検出装置を提供することができる。

また、前記ベーン３０ａすなわちロータ３ａの回転を受信側圧電素子５０ａの検出信号から検出しているので、ベーン３０ａの回転検出に際しては磁石を使用する必要がなく、前述の回転体回転検出装置１の場合と同様に、高耐圧設計の流量信号検出装置を提供できるばかりか、製造安価で長寿命の流量信号検出装置を提供することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る流量信号検出装置を図面に基づき説明する。この流量信号検出装置１ｂは、図５および図６に示すように第２の実施形態の流量信号検出装置１ａをロータリピストン型流量計に適用するものである。そのため、この流量信号検出装置１ｂでは流量計本体２ｂの構造および流量計測部のロータ３ｂの構造並びに発信側圧電素子４０ｂおよび受信側圧電素子５０ｂの取り付け位置を除いて、第２の実施形態に係る流量信号検出装置１ａの構成と同一であるので、この同一部分の説明を省略し、流量計本体２ｂの構造および流量計測部のロータ３ｂの構造並びに発信側圧電素子４０ｂおよび受信側圧電素子５０ｂの取り付け位置について説明する。前記流量計本体２ｂは、円周壁面２ｂａとその中心側に設けられた隔壁２ｂｂの隔壁外周壁面２ｂｃとこれらを繋ぐ底面２ｂｄとにより形成される環状凹溝様の計量室Ｓｂを有している。前記計量室Ｓｂの底面２ｂｄには、被測液体の流入口２ｂｅおよび流出口２ｂｆが設けられており、これら流入口２ｂｅおよび流出口２ｂｆにそれぞれ流量計本体２ｂに接続される流入側接続管（図示せず）、流出側接続管（図示せず）が連通している。また、前記流量計本体２ｂには計量室Ｓｂの上方を遮蔽するように遮蔽板（図示せず）および上蓋２０ｂが取り付けられており、被測液体が計量室Ｓｂの上方から漏洩しない構成となっている。

前記計量室Ｓｂの円周壁面２ｂａと隔壁２ｂｂとの間には流入口２ｂｅと流出口２ｂｆとを遮断するように仕切り板２ｂｈが配置されており、流入側接続管から流入する被測液体が流入口２ｂｅ、環状凹溝様の計量室Ｓｂ、流出口２ｂｆを順に通過して流出側接続管から流出するように構成されている。また、前記計量室Ｓｂには筒部３ｂａと底部（図示せず）とを持つ円筒様のロータ３ｂが筒部３ｂａを介して底部３ｂｂを前記底面２ｂｄに対向配置、すなわち遮蔽板側に配置して、筒部外周面３ｂｃの一部を計量室Ｓｂの円周壁面２ｂａに、筒部内周面３ｂｄの一部を隔壁外周壁面２ｂｃに接触または近接させながら計量室Ｓｂの内部で揺動するように配置されている。

前記ロータ３ｂには、その中心位置にロータ軸３ｂｅが設けられており、このロータ軸３ｂｅは前記隔壁２ｂｂの内部に設けられた環状の案内溝２ｂｉに案内されている。また、前記ロータ３ｂにはその筒部３ｂａと底部とにわたって前記仕切り板２ｂｈを案内する切欠３ｂｆが設けられており、この切欠３ｂｆによりロータ軸３ｂｅが前記案内溝２ｂｉに沿って回転する際、ロータ３ｂが仕切り板２ｂｈに食い込まずに、仕切り板２ｂｈを中心に揺動可能となっている。

前記発信側圧電素子４０ｂおよび受信側圧電素子５０ｂの取り付け位置は、前記計量室Ｓｂ内のロータ３ｂの通過を検出する位置であればよく、好ましくは平面視前記仕切り板２ｂｈと隔壁２ｂｂの中心とを結ぶ線の延長線上にあって、受信側圧電素子５０ｂの縁部が計量室Ｓｂの円周壁面２ｂａに接触または近接する位置で、しかもその反対側の縁部が隔壁外周壁面２ｂｃからロータ３ｂの筒部厚さ分またはほぼその厚さ分離れた位置にあればよい。

この構成による流量信号検出装置１ｂでは、被測液体が流入口２ｂｅから計量室Ｓｂの内部に流入すると、被測液体の圧力がロータ３ｂに加わって流出口２ｂｆ側に押し出される。これにともなって、ロータ軸３ｂｅが案内溝２ｂｉに沿って公転するので、ロータ３ｂが仕切り板２ｂｈを中心に揺動を繰り返す。この時、前記ロータ３ｂがその通過を検出する位置に達すると、第２の実施形態の流量信号検出装置１ａと同様に、発信側圧電素子４０ｂから発信される超音波がロータ３ｂを透過してその減衰量が大きくなり、受信側圧電素子５０ｂの検出信号は小さくなる。また、前記ロータ３ｂがその通過を検出する位置から外れる時、すなわちロータ３ｂの筒部３ｂａが平面視受信側圧電素子５０ｂの縁部と隔壁外周壁面２ｂｃとの間に位置する時には、超音波は被測液体のみを透過するので、その減衰量は小さく、受信側圧電素子５０ｂの検出信号は大きくなる。そのため、この超音波が到達する受信側圧電素子５０ｂの検出信号からロータ３ｂの通過、すなわち揺動を検出することができ、この流量信号検出装置１ｂにおいても第２の実施形態の流量信号検出装置１ａと同様の効果が得られる。また、この流量信号検出装置１ｂの場合、受信側圧電素子５０ｂの縁部が平面視計量室Ｓｂの円周壁面２ｂａに接触または近接する位置となっているが、これに限定されるものではない。例えば、受信側圧電素子５０ｂの縁部を平面視計量室Ｓｂの円周壁面２ｂａからロータ３ｂの筒部３ｂａの厚さ分またはほぼその厚さ分離れた位置にしておけば、ロータ３ｂが前記仕切り板２ｂｈと隔壁２ｂｂの中心とを結ぶ線の延長線上を通過する際、受信側圧電素子５０ｂは超音波の透過距離の長い筒部３ｂａを検出しない。そのため、超音波はロータ３ｂの底部による減衰のみでその減衰量は小さく、受信側圧電素子５０ｂの検出信号は大きな値となる。これにより、前記受信側圧電素子５０ｂの縁部が隔壁外周壁面２ｂｃからロータ３ｂの筒部厚さ分またはほぼその厚さ分離れた位置にある時に加えて、前述の位置にある時にも、受信側圧電素子５０ｂの検出信号は大きな値となり、ロータ３ｂが１回転する間に、２個のピーク値および２個のボトム値を持つ特性の出力信号を出力できる。そのため、この出力信号から４個の流量検出信号を生成することができ、ロータ１回転あたりの流量の分解能を向上させることができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る流量信号検出装置を図面に基づき説明する。この流量信号検出装置１ｃは、第２および第３の実施形態の流量信号検出装置１ａ，１ｂをルーツ式容積流量計に適用するものある。そのため、この流量信号検出装置１ｃは、図７に示すように流量計本体２ｃの構造および流量計測部の回転子３ｃ並びに発信側圧電素子４０ｃおよび受信側圧電素子５０ｃの取り付け位置を除いて、第２および第３の実施形態に係る流量信号検出装置１ａ，１ｂの構成と同一であるので、この同一部分の説明を省略し、流量計本体２ｃの構造および回転子３ｃ並びに発信側圧電素子４０ｃおよび受信側圧電素子５０ｃの取り付け位置について説明する。前記流量計本体２ｃは、両側に被測液体の流入口２ｃｅと流出口２ｃｆとを持つ断面が長円形状に形成された計量室Ｓｃを有している。この計量室Ｓｃには、断面形状が滑らかな曲線で形成されるまゆ形状をした２個の回転子３ｃ，３ｃが配置されており、この２個の回転子３ｃ，３ｃはパイロットギヤ（図示せず）に規制されてお互い接触しないように回転する構成となっている。

前記発信側圧電素子４０ｃおよび受信側圧電素子５０ｃの取り付け位置は、前記計量室Ｓｃの内部の回転子３ｃの通過を検出する位置であればよく、２個の回転子３ｃ，３ｃが共に通過する位置にしておけば、流量検出信号を合計８個の流量検出信号を生成できるので、さらに好都合である。

この構成による流量信号検出装置１ｃでは、第２および第３の実施形態の流量信号検出装置１ａ，１ｂと同様に、受信側圧電素子５０ｃの検出信号により回転子３ｃ，３ｃの回転を検出することができ、第２および第３の実施形態の流量信号検出装置１ａ，１ｂと同様の効果が得られる。

本発明の実施形態に係る流量信号検出装置の変形例として、図８に示すように前述の流量信号検出装置１ａ，１ｂ，１ｃを往復ピストン式容積流量計に適用する流量信号検出装置１ｄであってもよい。この流量信号検出装置１ｄは、流量計測部を往復移動するピストン２ｄｊとし、このピストン２ｄｊが流量計本体２ｄに形成される４個のシリンダ室２ｄｋの内部でそれぞれ往復移動するように配置されている。これらピストン２ｄｊは、対向する２個のピストン２ｄｊ，２ｄｊを一組として調整ロッド２ｄｐにより連結されている。この調整ロッド２ｄｐは、カムフォロァ２ｄｎの位置を後退自在に保持する調整部２ｄｑを有し、これらカムフォロア２ｄｎが流量計本体２ｄの中心で回転するカム２ｄｍを挟むように配置されている。そのため、前記ピストン２ｄｊはこのカム２ｄｍとカムフォロア２ｄｎとの作動によりシリンダ室２ｄｋの内部で往復移動するので、このピストン２ｄｊの通過を検出できる位置に発信側圧電素子４０ｄと受信側圧電素子５０ｄを配置しておけばよい。また、本発明に係る回転体回転検出装置１はもとより、いずれの流量信号検出装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにあっても、この受信側圧電素子５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの取り付け位置は流量計測部に反射する超音波を検出する位置であってもよい。

なお、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…回転体回転検出装置
１ａ…流量信号検出装置
２…ハウジング
３…回転体
４０…発信側圧電素子
５０…受信側圧電素子
６…信号処理部
７…発振回路
１４…受信タイミング回路
１７…ピークホールド回路
１８…信号判別回路

Claims

ハウジングに形成された室内の液体中で回転する回転体に適用されるものであって、室外の位置でかつ回転体の回転を検出する位置に配置される超音波発信部および超音波受信部と、超音波受信部の検出信号から回転検出信号を生成する信号処理部とを備え、
前記信号処理部は超音波発信部を所定時間間隔で発振させる発振指令信号を出力する発振回路と、この発振回路の発振指令信号を受けてから一定時間経過するまで超音波受信部の検出信号を遮断する受信タイミング回路とを備える回転体回転検出装置であって、
前記信号受信部は超音波受信部の検出信号のピーク値を記憶するピークホールド回路を備え、
前記受信タイミング回路は後続の発振指令信号を超音波受信部の検出信号のピーク値をリセットするためのリセット信号とする構成であることを特徴とする回転体回転検出装置。
請求項１に記載の回転体回転検出装置を流量計測部に適用すべく、前記回転体回転検出装置により被測液体の圧力を受けて回転または往復移動する流量計測部の回転または往復移動を検出して、被測液体の流量に応じた流量検出信号を生成するように構成することを特徴とする流量信号検出装置。