JPH03500590A - 計量パルス発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 計量パルス発生器 −に一１護Ｂ≧主互 本発明は、計量パルス発生器に関しており、特に、ガス又は水量計に取付けて遠 隔監視位置に伝送する電気パルスを発生させる装置に関する０本発明の計量パル ス発生器は、制御された振幅および幅のパルスを供給し、非常に低いトルク入力 しか必要とせず所要予備電力も最小であり、長い寿命を有する。本発生器は、か なりコンパクトで容易に取り付けられ、構造および操作が比較的簡単であり、低 コストで製造することができる。

λ　′の 従来の装置は、ガス、水量計または他のユーティリティ・メータなどのダイヤル ・アームの回転に応答してパルスを発生するためのものである０例えば、シアー ズ氏の米国特許第４．４７０，０１０号では、メータのダイヤル・アームが、軸 の一端に取り付けられたシューと噛み合い、軸のまわりに巻き付けられたコイル ばねの動作に対して軸を回転させる装置を開示している。この軸の反対端には、 インパルスを発生するために圧電材の棒と噛み合い可能なストライカ−・アーム 部がある。このインパルスは、導線を通って遠くにある回路に伝送される。この 他にも多くの種類の計量パルス発生器があるが、全般に不満足な結果しか得られ ず、装置は複雑で、高価かつ寸法が比較的大きく、容易には取り付けることので きないものである。特別な問題は、エネルギー消費に関しており、特に、計量パ ルスがバッテリー電源で作動するように設計された装置により伝送される場合に 著しい。例えば、電話回線を通して計量データをユーティリティ・コントロール ・センターに伝送するように設計された装置では、ＡＣラインから電源を取り込 むときの問題、経費および考えられる危険性を避けるためにバッテリーを使用す ることが望ましい。それと同時に、バッテリーを交換するためにサービス要員を 派遣する経費を最小限に押さえることが望ましく、したがって、エネルギー消費 を最小限に押え、バッテリーの寿命をできる限り長く延ばすことが望ましい。

ａと【絢 本発明は、エネルギー消費が最小であり、取り付けられる計器に最小の機械的負 荷しかかからない、計量パルス発生器を提供すること、および、遠隔位置まで伝 送するための計量パルスを信頼できるように発生することを一般的目的として展 開された。また、非常にコンパクトなサイズで、容易に取り付けられ、経済的に 製造することのできる計量パルス発生器を提供することも本発明の目的である。

本発明によれば、センサーよ、計量素子と係合し、変形して電気信号を発生させ る、このセンサーは、センサーに直接固定された変形可能なばね部材および検出 デバイスから構成されるのが望ましい、したがって、電気信号が計量素子の動作 に応じて直接発生され、筒素化されたコンパクトな装置が得られる。望ましい実 施例では、ばね部材は、計量素子との保合を通して曲げられる弾性シート材から 成り、圧電材片がばね部材に固定され、ばねの曲がりに応じて電気信号を発生す るようになっている。

非常に重要な特徴は、センサーのすぐ近くに配置されると共に、出力パルス信号 を遠隔位置に伝送するためにセンサーから発生された電気信号に応答するように したアンプ装置を設けたことである。アンプ装置および関連する回路構成部品は 、ばね部材に直接取り付けられ、ばね部材は、絶縁材から成り、センサーとアン プ装置と回路構成部品の間の接続用プリント基板として機能することが望ましい 。

別の重要な帽ｊ二よれば、センサーは、単一極性の１つの高振幅パルス信号を発 生するように配置され、アンプ装置は、加えられた各高振幅パルス信号に応じて 非導通状態から導通状態に切り換えられる。したがって、パルス信号の発生中に だけ大きなエネルギー消費がある。

特別な特徴は、正確かつ信頼できる計量を確実にするような方法による１つの高 振幅パルス信号の発生に関する。本発明にしたがって製造された発生器では、ば ね部材の曲げ動作は最初の休止状態から徐々に行なわれ、次にばね部材は解放さ れて休止状態への急速戻り動作を行なう、高振幅パルスは、この急速戻り動作中 に発生される。特に、圧電検出素子では、休止状態からの動作中に発生されたあ る極性の電荷は次第に漏出してなくなり、２．速戻り中に発生された逆の極性の 電荷に応じて高振幅パルスが発生される。

ばね部材が初期の休止状態に急速に戻るときに、ばね部材のエネルギーを減衰、 吸収することにより、部材の振動および結果として生じる複数のパルス発生の可 能性が回避される。

望ましい方法には、戻り動作中に圧縮および変位の起こるばね部材間に捕らえら れる空気中へのエネルギーの吸収、およびばね部材と噛み合って、エネルギーを 吸収したり実質的に初期休止状態を越える偏位を制限するための停止部材を設け ることを含む。

本発明では、添付図面と共に下記の詳細説明から十二分に明らかとなる他の目的 、特徴および利点も予期されている。

図面の簡単な説明 第１図は、ガス置針前面に取り付けられる本発明の計量パルス発生器を示す正面 図である。

第２図は、第１図のパルス発生器の部品構造およびその組立方法を示す分解図で ある。

第３図は、圧電フィルム・トランスジューサの構造および発生器のばね部材上に それを取り付ける様子を示した、拡大断面図であり、厚さを誇張して描いである 。

第４図は、発生器の部品の接続を示す回路図である。

第５図は、本発明の改良計量パルス発生器を示し、内部構造を示すために発生器 のカバーを取り外して、水量計上に取り付けた様子を略示した正面図である。

゛な　の云゛旦 参照番号１０は、本発明の原理にしたがって製造されたパルス発生装置を示す。

第１図に示すように、装置１０は、ガス置針１２の前面１１に取り付けることが でき、ダイヤル・ポインタ１３の各回転に応じてパルスを発生するように設計さ れている。

図示した装置１０には、ハウジンク１５から延びダイヤル・ポインタ端と噛み合 い可能な終端部１４ａを有する弾性シート材の部材１４を含む。第１図に示す構 成では、ポインタ１３が左方向に回転し部材１４と噛み合い、部材１４の初期休 止位置から徐々に曲げ動作を行う、ポインタ１３がある角度位置に達すると、該 部材の弾発力が作用して、図示の初期休止位置への部材の比較的急速な戻り動作 を行う。

装２１０は、ばね部材の急速戻り動作に応じて電気パルス信号を発生し、数フィ ート離すことのできる遠隔位置に信号を伝送するための、ケーブル１７の一端に あるコネクタ１６と接続するための出力端子がある。１例として、装置１０は、 自動メータ・リーダー、または電話回線を通して計量データを周期的にユーティ リティ・コントロール・センターに伝送するように配置された“ＡＭＲ”に計量 パルスを伝送するために使用することができる。ＡＭＲは、バッテリー電源によ り作動させることが望ましく、又、ｉｉ流消費を最小限に押さえることが非常に 望ましい、精度、信頼性および長い動作寿命も非常に重要である。

ハウジング１５は、下カバーすなわちベース１８および上カバー１９から成り、 両方共射出成形プラスチック部品にすることができる。取付構成は、該装置を取 り付ける特定のメータの種類および構造にしたがって変更することができる。図 示した構造では、ねじ２０は、ベース１８と一体のタブ部２２にあるスロット２ １を通り延びているシャンクを有している。該スロット２１は、−ｍに部材１４ と平行な方向に長く伸び、メーター・ポインタ１３端の動作経路に対する部材１ ４の位置関係を正確に調整することができる。

下カバーすなわちベース１８には、一端に一体タブ２４をも含み、このタブは、 部材１４の下側に沿って部材の自由端部１４ａの方へ延びている。このタブ２４ は、減衰手段として作用し、部材１４の戻り動作時間をコントロールし、その振 動を抑制している。前記戻り動作中に、部材１４とタブ２４の間に空気のクンジ ョンが形成され、圧縮および変位が起こり、部材１４が曲がるときに蓄えられた エネルギーの一部を吸収し、その後で部材１４はタブ２４と噛み合って、残りの エネルギーを機械的に吸収する。

本発明の重要な特徴は、ばね部材の戻り動作に反応して電気パルス信号を発生す ることに関している。変形検出手段がばね部材１４に固定されており、これには ばね部材１４の上面に接着固定しである薄くて軽量な圧電トランスジューサ２６ を含むことが望ましい、電圧増幅装置も設けられているが、これは、ばね部材１ ４上のトランスジューサ２６のすぐ近くに取り付けらればね部材上ムこ取り付け られた回路を通して接続される電界効果トランジスタ２８であることが望ましい 。

図示した装置ｌＯでは、ばね部材が、抵抗器２９および２つの抵抗器を含む矩形 パッケージ３０を支持している。１組のピン３１および３２が備えられ、出力端 子を形成し、上カバー１９の壁部３５の開口部３３および３４を通り上方に延び 、ケーブル１７のコネクタ１６に受容される。ピン３１および３２は、ばね部材 １４の穴に挿入され、装置を組み付けると、ピンの下端はベース１８の下にある 凹部でかみ合い、機械的支持および剛性に一役を担っている。その他の特徴は、 ばね部材１４が、電気絶縁材料からできており、銅または同等物の導線を有する プリント基板を形成し、トランスジューサ２６、トランジスタ２８、抵抗器２９ 及びパッケージ３０の中の抵抗器の間の接続に用いられていることである。この ように、ばね部材１４は多くの重要な機能を果たし、非常にコンパクトなアセン ブリにしである。

上カバー１９には、トランジスタ２８、抵抗器２９および抵抗器パッケージ３０ の上にある土壁部３６を含む、カバー１９は、カバー１９の中央穴３８を通りそ こから下方へ部材１４の穴を通りベース１８の穴の中に入る接続ねじ３７によっ てベースに固定することができる。カバー１９にも、ばね部材１４を受け入れる ための一端壁４０のスロット３９および他端壁の同様なスロットと、部材１４の １つの側面から突出するタブ４５および４６および部材１４の反対側から突出す る同様なタブを受けるだめの１つの側面壁４３の１組の切欠き４１および４２お よび反対側の壁の同様な切欠きとが形成しである。このようにして、部材１４は ハウジング１５に関して定置に確実に固定されている。

トランスジューサ２６、トランジスタ２８、抵抗器部品２９および３０、および ピン３１および３２を部材１４上に組み付けた後で、望ましくは流動はんだ付け により電気接続を実施する０図示のように、ベース１８には、端子および、部材 １４の下側から突出する部品の一部を受け入れるためのスペースを確保するため に凹部１８ａおよび１８ｂが形成されている、第３図は、トランスジューサ２６ を部材１４上に組み立てて組み付ける様子を示すために、ある厚さを誇張して描 いた断面図である。トランスジューサ２６は、圧電活性物質およびそこに固定さ れた電極が薄膜形状になっている。１例を上げると、約０．２００インチ幅Ｘ　 ０．７５０インチ幅×２８ミクロン厚さで、反対側の面上にスクリーン印刷され た電極４９および５０を有するポリ弗化ビニリデン膜４８で構成することが望ま しい、トランスジューサ２６を部材１４に固定するために、下電極４９と部材１ ４上面の間に接着剤５１が入れである。接着材５１は、膜４８の下面上の電極４ ９と部材上面の銅の導線５２との間で電気的接続をもたらすようにも機能するた めの導電性接着剤である。上電極５０と、導線５２と電気的に絶縁された部材１ ４銅導線５４との接続５３も同様に行われている。

第４図は回路図である。図示のように、トランジスタ２６は、Ｎチャンネル・エ ンハンスメント・モードの金属酸化膜電界効果トランジスタすなわち“ＭＯＳＦ ＥＴ”であり、ピン３２および抵抗器２９の１つの端子に接続されたドレン電極 ５５、およびピン３１および抵抗器２９の他の端子および導線５２を介してトラ ンスジューサ電極４９にも接続されたソース電極５６が備えられている。ゲート 電極５７はパッケージ３０の１つの抵抗器５８の端子に接続され、抵抗器５８の 他の端子は導線５４を介してトランスジューサ電極５０に接続されている。パッ ケージ３０のもう１つの抵抗器６０は、トランスジューサ２６と並列に、導線５ ２と５４の間に接続されている。

作動時に、膜４８は、部材１４の湾曲中に変形したときに反対面との間で電荷を 発生する。膜４８は部材１４が湾曲しているときに休止位置から離れて圧縮され 、電極５０の電圧が電極４９に関して負になるような極性を有する電荷を発生す る。湾曲中に発生した電荷の極性は、トランジスタ２８を導通するために必要な 電荷とは逆である。この湾曲は比較的ゆっくりと起こり、電荷は抵抗器６０を通 って徐々に流れる。ばね部材が解放されて比較的迅速に初期の休止位置に戻ると きに、電荷が逆方向に変わり、部品の歪量および値や特性によって異なるある時 間だけトランジスタ２８を導通させるような正極性の電圧が電極５０において発 生する。ゲート電極５７における電圧がトランジスタ２８の導通を開始するのに 充分であれば、ゲートおよびソース電極５７および５６の間の有効抵抗は抵抗器 ５８および６０の抵抗と比較して比較的小さい。したがって、導通時間に影響を 及ぼす電気的な値は抵抗器５８および６０、トランスジューサ２６の静電容量お よび歪量に膜により発生する電圧の値であり、トランスジューサ２６の静電容量 および発生する電圧は、膜４８の厚さおよび有効面積、その組成および歪の関数 である。

非限定的な説明の例として、部品の種類および値は次のようにすることができる ： １皿１号　（ｌＩＪζ山位 ２８　５ｉｌｃｏｎｉｘ　ＶＮ２２２２Ｌ２９　２４９、０００オーム ５８１０メガオーム ６０２２メガオーム トランスジューサの膜４８は、商標名“ＫＹＮＡＲ”　としてペンウォルト・コ ーポレーションにより市販されている、約０．２００インチ幅、０．７５０イン チ長および２８ミクロンの厚さのポリ弗化ビニリデン膜である。ばね部材１４は 、約１．５インチ長、０．２００インチ幅および０．０２０インチ厚さで、両面 上に銅表面経路があり、端子またはトランジスタおよび抵抗器部品のリード線を 挿入するための穴のある、従来の回路基板で使用する種類の多層エポキシ／ガラ ス布ラミネートである。リード線の流動はんだ付は後には、アセンブリを環境か ら保護するために相似被覆を塗布する。

ばね部材１４の要求される歪を得るためにはごくわずかの力だけしか必要としな いが、所望の電気パルス信号が高度の信頼性で発生される。　トランジスタ２６ の導通時間は、部材１４の歪により決まるが、２〜２０ミリ秒の範囲にすること ができる。

ピン３１および３２の間の抵抗は、トランジスタ２８の導通中は約７．５オーム であり、トランジスタ２８の非導通中には、抵抗器２９と実質的に同じ、すなわ ち２４９．０００オームである。

前述の機械的減衰および電気特性によれば、明瞭で乱れのない電気パルス信号を 相当な距離からモニタリング・ステーションに伝送することができ、非常に信頼 性があり故障のない計量操作が得られる。

第５図は、改良した装置６２の一部を示した図であり、そのガバーを取り外した 状態および回転メーター素子６３との関係が示しである。該素子６３は、水量計 の素子であり、例えば、計量機構を通り流れる水の量に比例して回転するもので ある。

図示のように、該素子にはその周上に１０個のアーチ状に配置されたカム・フィ ンガー６４を有し、装置６２のばね部材６６の端子端部６５と噛み合うことがで きる。

装置６２のばね部材６６は、装置１００部材１４と似ており、同様な方法でそこ に取り付けられたトランスジューサおよび回路部品を有し、すなわち、トランス ジューサ２６に似た圧電膜トランスジューサ６８、トランジスタ２８に似た電界 効果トランジスタ６９、パッケージ３０の抵抗器５８および６０に対応する、パ ッケージ７０の中の１対の抵抗器、図に示していない抵抗器２９に似たパッケー ジ７０の後ろにあるもう１つの抵抗器を含む。ピン３１および３２に似た１対の ピンがその一端に隣接した部材６６に固定され、参照番号７１で示されるような 出力端子を形成している。

装置をメーター前面に取り付けるねじを受け入れるためのスロット７２ａおよび ７２ｂの形成されたハウジング７２がある。

該ハウジングには、初期休止状Ｂムこあるときにわずかに曲がった形態の部材６ ６を受け入れて支持するためのスロットを設けるように形成されており、この部 材６６は、縦方向に配置された位置にある部材６６に対して横方向に延びる肩７ ３および２個のリブ７４および７５と噛み合っている。肩７３は、ピン７１の近 くで部材６６端部の下側と噛み合っている。リブ７４は、カム。

フィンガー６４と噛み合う端子端部６５から間隔をおいて配置されたばね部材６ ６の一部と噛み合っている。リブ７５は、縦方向において肩７３とリブ７４との 中間位置で部材６６の上側と噛み合い、肩７３およびリブ７４を通る平面の下に あり、部材６６を曲がった状態に保っている。

メータ素子６３が回転すると、カム・フィンガー６４ノ各々はばね部材６６の端 子端部と噛み合い、ばね部材６６をリブ７４から上方に移動させ、支点はリブ７ ５により与えられる。各カム３フインガー６４がある位置に達すると、部材６６ は解放されて図示のような初期休止位置に迅速に戻り、トランジスタ６９の導通 を引き起こすような極性の高振幅パルスがトランスジューサ６８により発生され る。ばね部材６６が初期休止位置に達すると、エネルギーを吸収し休止状態を越 える大きな偏位を制限するリブ７４と噛み合う。この構成は、もう１つのパルス の発生を引き起こすような振幅および極性のパルスを発生することのあるトラン スジューサ６８の変形を防止している。その結果、各カム・フィンガーが部材６ ６と噛み合う動作に反応して、１つの非常に明瞭な高振幅パルスが生成される。

本発明の新規な概念の趣旨および範囲から逸脱することなく改良および変更を実 施できることが理解されよう。

特表平３−５ｏｏ５：＋ｏ　（６） 国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．計量素子などの動作に応答し、パルス信号をモニタリングステーションに伝 送するパルス信号発生装置であり、計量素子に係合し、変形される動作経路の一 定部分を介して計量素子の動作中に電気信号を発生させるために位置を定めるこ とのできるセンサー手段、該センサー手段のすぐ近くにあり該センサー手段と結 合した入力電極手段および接続線手段を介してモニタリング・ステーションと結 合するように配置された出力電極手段を有するアンプ装置から構成されたパルス 信号発生装置。
2. ２．請求の範囲第１項に記載したパルス信号発生装置であって、前記センサー手 段が、動作経路の前記一定部分を通る計量素子の各動作中に１極の１つの高振幅 パルス信号を発生するように配置され、前記アンプ装置が、前記１極の各高振幅 パルス信号をその前記入力電極手段に加えることに応答して通常は非導通である ものが導通状態になるパルス信号発生装置。
3. ３．請求の範囲第１項に記載したパルス信号発生装置であって、前記センサー手 段が、計量素子の動作経路に延びるための端子端部を有し、初期休止状態からあ る方向への曲げ動作、および該初期休止状態への逆方向の戻り動作をもたらす弾 性シート材料から成るばね部材と、該ばね部材の曲げ動作に応答して電気信号を 発生するための変形検出手段とから成るパルス信号発生装置。
4. ４．請求の範囲第３項に記載したパルス信号発生装置であって、前記変形検出手 段が、前記曲げおよび戻り動作中に前記ばね部材と共に変形する前記ばね部材の １つの表面上に取り付けられたパルス信号発生装置。
5. ５．請求の範囲第４項に記載したパルス信号発生装置であって、前記弾性シート 材料が電気絶縁材料であり、前記アンプ装置が前記シート材料上に取り付けられ 、前記ばね部材上の回路手段が前記検出手段を前記アンプ装置の前記入力電極手 段と接続しているパルス信号発生装置。
6. ６．請求の範囲第４項に記載したパルス信号発生装置であって、前記検出手段が 、前記ばね部材の前記１表面に固定された圧電材料の薄い層から成るパルス信号 発生装置。
7. ７．請求の範囲第３項に記載したパルス信号発生装置であって、前記ばね部材が 、前記１方向への前記曲げ動作を徐々に行い、前記計量素子がある位置に達した 後で前記初期休止状態への前記戻り動作を比較的迅速に行うように、前記計量素 子の前記動作経路に配置および定置されているパルス信号発生装置。
8. ８．請求の範囲第７項に記載したパルス信号発生装置であって、前記戻り動作の 時間をコントロールして発生するパルス信号の間隔を制御し、前記ばね部材が前 記初期休止状態に戻るときに付随する前記ばね部材の振動を抑制するための減衰 および振動抑制手段を備えたパルス信号発生装置。
9. ９．請求の範囲第８項に記載したパルス信号発生装置であって、前記減衰および 振動抑制手段に、前記ばね部材の前記初期休止状態への前記戻り動作中に捕らえ られ圧縮および変位される空気中にエネルギーを吸収するように前記ばね部材の 表面のすぐ近くに表面を設けるための手段を含むパルス信号発生装置。
10. １０．請求の範囲第９項に記載したパルス信号発生装置であって、前記減衰およ び振動抑制手段に、前記初期休止状態を越える前記ばね部材の前記逆方向への戻 り動作を制限する停止手段を備えたパルス信号発生装置。
11. １１．請求の範囲第６項に記載したパルス信号発生装置であって、前記ばね部材 の前記弾性シート材料が電気絶縁材料であり、１対の電極が圧電材料の前記薄層 のそれぞれ反対側の表面上に設けられ、導通層手段が前記ばね部材の前記１表面 に接合され、導通接着剤が前記導通層手段の一部と前記１対の電極の一方との間 に備えたパルス信号発生装置。
12. １２．請求の範囲第１１項に記載したパルス信号発生装置であって、前記アンプ 装置が前記シート材料上に取り付けられ、回路手段が前記ばね部材上に取り付け られ前記一対の電極の他の一方と前記導通層手段を前記アンプ装置の前記入力電 極手段に接続しているパルス信号発生装置。
13. １３．計量素子などの動作に応答しパルス信号をモニタリングステーションに伝 送するためのパルス信号発生装置であり、計量素子に係合し変形されその動作経 路の一定部分を通して計量素子の動作中に電気信号を発生するように配置可能な センサー手段を備え、該センサー手段は計量素子の動作経路に延びるための端子 端部を有し、初期休止状態からある方向への曲げ動作および前記初期休止状態へ の逆方向の戻り動作を行なう弾性シート材料のばね部材と、該ばね部材の曲げ動 作に応じて電気信号を発生するために該ばね部材の１表面に固定された圧電膜を 含む変形検出手段とを備えたパルス信号発生装置。
14. １４．請求の範囲第１３項に記載したパルス信号発生装置であって、前記ばね部 材が、前記１方向の前記曲げ動作を徐々に行い前記計量素子がある位置に達した 後で前記初期休止状態への前記戻り動作を比較的迅速に行うように前記計量素子 の該動作経路に配置および定置されたパルス信号発生装置。
15. １５．請求の範囲第１４項に記載したパルス信号発生装置であって、前記圧電膜 が、前記１方向への前記漸次動作中に動作して前記漸次動作中に徐々に放出され る単一極性の電荷を発生し、前記迅速戻り動作中に動作して逆極性の短い時間の 比較的高い電荷電圧を発生するパルス信号発生装置。
16. １６．請求の範囲第１５項に記載したパルス信号発生装置であって、アンプ装置 が、前記変形検出手段のすぐ近傍に、非導通状態から導通状態に変えられる前記 逆極性の前記短い時間の比較的高い電圧に応答するように配置されたパルス信号 発生装置。
17. １７．請求の範囲第１５項に記載したパルス信号発生装置であって、前記休止状 態時に湾曲した形の前記ばね部材を支持する手段を備えたパルス信号発生装置。