JPH0464010B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は流体の流量を計測する流量センサの全
体構成に関する。

従来の技術 流体の流量を計測する手段として所謂計測器と
しての電磁流量計など各種流量計を初め様々な形
式があるが、流量計測器としてではなく流体を扱
う機器や自動車などの流量センサとして使用され
る用途も近年増加してきており、この場合小型で
機器等に組込易い形式のものが要求される。その
一方式としてセンサ部の構成が比較的簡易なボー
ル周回式流量センサの形態があり、その従来例を
第２図、第３図に於いて説明する。両図に於いて
１０１は断面円形の環状通路でこの通路の外周に
１０２の流入通路と１０３の流出通路が開口し、
環状通路１０１内には球体１０４が挿入されてい
る。流体が図中実線の矢印の方向に環状通路１０
１内を環流しながら流入通路１０２から流出通路
１０３へ流れ、それと共に球体１０４も破線の矢
印の方向へ環状通路内を周回運動する。この球体
の周回の回転数は流体の流量に比例するなど相関
がある為、球体の回転数を図示してない光センサ
などでパルス的に検出し制御回路を通して流量を
計測する。第３図は第２図と同様であるが、流出
通路１０３が環状通路１０１の中央から流路面に
垂直方向に流出するよう構成された場合である。
いずれの場合もこれら従来例の問題点として、ま
ず第１に流量抵抗が大きいことが挙げられる。環
状通路を形成している為流路の入口出口が方向変
換しそれによる曲がり損失を生じると共に、環流
が流入通路付近で流入の流れと交錯して流入抵抗
となり損失を生じ、更に球体の周回が促進するよ
うに球体が環状通路断面に近い大きさで形成され
ている場合にも大きな流路抵抗となる。また流入
通路１０２に球体の周回を円滑にするようノズル
を設けた場合更に大きな流路抵抗となる。第２に
センサとしての構造が大きくなり易いなど構成上
の課題がある。

上記のように通路抵抗が大きくなる為それを低
減するよう通路径を大きくする必要があり、また
通常の直管などに対し環状通路を形成しておりそ
の分のスペースが必要でありセンサ全体として前
後の通路に対し大型になる。加えて流入通路１０
２に対し流出通路１０３の方向がある程度限定さ
れることになり、センサとして機器などに組込む
場合の構成上の制約を生じたり全体の大型化につ
ながり易いなどの問題点がある。第３に、球体が
比較的大きくなり易い環状通路１０１を周回する
ためその運動量も大きく、球体と環状通路外周面
とで摩擦する時の騒音が大きいなど特性上の欠点
もあげられる。

また他の従来例としては特開昭50−51758号公
報、及び実開昭47−3762号公報がある。しかしな
がら特開昭50−51758号公報は、ボールが３点に
接触する構成であるため、流量が急変時には遠心
力の変化によりボールの接触点（少なくとも２
点）が変化し、ボールの回転が不安定になると言
う問題がある。またボール回転位置の中心部には
中心ボス部を有しているため、ボールの直径は、
中心ボス部の外周と流路の外周の間に入る直径の
ボール径に限定される。従つて、ボール径を変え
ることにより検出範囲等を可変する手段が取りに
くい構成であつた。更にボールの下流側には整流
用の第２のスピンナーを設けているため、この整
流部における圧損が大きいと言う問題もあつた。
また、前述した中心ボス部は、ボールが回転する
位置に設けられており、流路の中央部分は水流も
なく光も通過出来ない構成となつている。

一方実開昭47−3762号公報は、回転する物体を
単に格子により下流へ流れることを止どめる構成
であり一定の軌道を周回することは困難であると
判断される。従つて流量検出装置の機能としては
不十分な構成であつた。また旋回流が格子を通過
する際には圧損が大きいと言うものであつた。

更に従来例としては、実開昭56−133514号公
報、及び実開昭56−148623号公報があり、前者は
左右に移動するボールを発光ダイオードとフオト
トランジスタからなる検出器を２セツト用い、検
出するものであり、２セツトの光検出素子を使う
必要があつた。一方後者は、環状パイプ内の周回
するボールを発光ダイオードとフオトトランジス
タで検出するものであり、ボールが一周する毎に
１パルス出力し、分解能に劣ると言うものであつ
た。

発明が解決しようとする問題点 本発明は球体の回転を不安定にせず、しかもで
きる限り１回転当たりのパルス発生数を多くして
流量検出精度の向上を図るものである。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明は、流路中に
設けられた流体を軸流旋回させる旋回手段と、前
記旋回流の中に位置し流れの方向に対し垂直方向
に周回する球体と、前記球体を前記旋回流の範囲
内に止どめる流出防止手段と、前記球体の周回の
回転数を検出する検出手段と、前記旋回手段と前
記流出防止手段の間に設けられ前記流路の中心か
ら前記流路の内壁までの全域にわたり旋回流を生
じさせる球体周回室とからなり、前記検出手段は
軸流旋回する前記球体の周回軌道面の径方向に対
向して発光素子と受光素子を設けると共に、前記
流出防止手段は前記球体が周回する流路断面が流
路内面とで上流側に拡大したテーパ状のドーナツ
型で且つ、上流側先端は前記発光素子と受光素子
の光軸よりも下流側に位置し、前記球体は前記光
軸を横切るごとく周回させる構成としたものであ
る。

作 用 上記構成により、球体が１回周回することによ
り２パルスの流量信号を出力するものである。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。

第１図で、１は流路２を形成するためのハウジ
ングで、ハウジング内の上流側には流体に旋回流
を与えるための回転しない固定羽根車３が圧入等
により固定されている。羽根車３の下流側には流
体の旋回流により流路内を周回する不透明の球体
４と、球体４が下流側に流出するのを防止すると
共に球体４が周回するための受けとなる流出防止
部材５がある。球体４と流出防止部材５も前記ハ
ウジング１内に収納されており、流出防止部材５
はハウジング１に圧入等により固定されている。
そして、流出防止部材５は球体４が接触し周回す
る部分の断面が流路内面とで上流側に拡大したテ
ーパ状のドーナツ型に形成しており、球体４が周
回しうる固定羽根車３との適当な距離に位置して
いる。また、流出防止部材５の上流側の先端は前
記球体４の中心よりも下流側に位置する。

また固定羽根車３と流出防止部材５の間に設け
られた球体周回室１３は流路中心から流路内壁ま
での全域にわたり旋回流が生じる構成であり、こ
の旋回流の中で球体４が周回する。更に球体４の
周回の回転数を検出するために、球体の周回部外
周のハウジングに流路１を横断する貫通孔６が設
けられ、発光素子７とそれに抵抗する位置に受光
素子８があり、夫々の素子は頭部が流路に突出し
ないよう望むと共にゴムパツキン等のシール部材
９，９′でシールされ接着材等によりハウジング
１に固定され、外部に素子の端子及びリード線１
０，１０′が引き出されている。そして、発光素
子７からの光は流出防止手段５にじやまされず受
光素子８に達する。以上が流量検出装置１１の全
体構成であり、ハウジング１は通常の配管部材と
類似の形態で形成されており、通常配管に直接接
続可能とするため流路の出入口はメスネジ１２，
１２′で構成されている。以上が構成であり次に
動作について述べる。

流量検出装置１１は流体が図中矢印の方向から
ハウジング１内に流入し、流入流体は固定羽根車
３で旋回し、その流体の旋回流により球体４が運
動力を得て、流出防止部材５とハウジング内壁に
接触する位置で流体の流れの方向に対し垂直方向
に流路２内を周回することになる。その周回によ
る回転数は流体の流量に相関し、本構成の場合比
例関係となり、球体の回転数を発光素子７と受光
素子８で光学的に検出することにより流体の流量
が測定される。球体は不透明体であり発光素子と
受光素子の間の光を遮断するものは球体のみであ
り、球体１回転当り２パルスが出力され、リード
線１０，１０′が接続される図示してない制御回
路により流量として検出されることになる。球体
４の材質は種数によつて変えるなど、特に特定さ
れるものではない。流体に旋回流を起こさせる手
段として実施例では固定羽根車を使用している
が、平板ねじり部材や数個の斜孔がある円筒部材
など手段は各種あり、更に球体の流出防止手段も
球体が通孔できない程度の多数の孔のあいた平板
等でも可能である。実施例で示した構成は、流体
旋回手段としての羽根車は抵抗が少なくてより強
力な旋回流を発生させるのに有効であり、流体の
種類や要求検出性能レベルに応じて前記のように
夫々の手段は多数あり、特に実施例の構成に限定
されるものではない。更に流路は球体の周回部を
除き断面円形に限定されるものではない。尚、流
量検出装置１１は湯沸器の水やガス及び空気な
ど、自動車のガソリンや水及び空気など夫々の流
量センサとして、各種機器・機械に適用されるも
ので、出入口は配管ネジ構成にしてあり流体の通
路の一部として構成できる。

発明の効果 以上のように本発明は、流路中に設けられた流
体を軸流旋回させる旋回手段と、前記旋回流の中
に位置し流れの方向に対し垂直方向に周回する球
体と、前記球体を前記旋回流の範囲内に止どめる
流出防止手段と、前記球体の周回の回転数を検出
する検出手段と、前記旋回手段と前記流出防止手
段の間に設けられ前記流路の中心から前記流路の
内壁までの全域にわたり旋回流を生じさせる球体
周回室とからなり、前記検出手段は軸流旋回する
前記球体の周回軌道面の径方向に対向して発光素
子と受光素子を設けると共に、前記流出防止手段
は前記球体が周回する流路断面が流路内面とで上
流側に拡大したテーパ状のドーナツ型で、且つ、
上流側先端は前記発光素子と受光素子の光軸より
も下流側に位置し、前記球体は前記光軸を横切る
ごとく周回する構成としたものであり、従来の流
路自体が環状流路を形成する必要もなく、直管な
ど一般流路に前記流路の中心から内壁までの全域
にわたり軸流を生じさせ球体を回転させると共
に、前記球体の周回軌道面の径方向に光をさえぎ
る物が前記球体のみであるごとく設けられた発光
素子と受光素子で前記球体の回転を検出すること
により、球体の軽量化で最小検出流量を下げられ
る。

また発光素子と受光素子の間で光をさえぎるも
のは球体のみであるから球体１回転当り２パルス
の出力が得られるため流量計測における分解能を
向上することができる。特に球体の使用や一対の
素子で２パルスの出力が得られることは、コスト
的にも有利である。さらに、流出防止手段は、球
体の周回する流路断面が上流側に拡大したドーナ
ツ状で構成することにより、旋回流を妨げるもの
がなく、均一な旋回流が得られ球体の周回に乱れ
が少なく精度よい流量検出が可能であるとともに
流量抵抗を小さくすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の流量検出装置の流
路断面図、第２図、第３図は従来例のボール周回
式流量センサの流路断面図である。 ２……流路、３……固定羽根車、４……球体、
５……流出防止部材、７……発光素子、８……受
光素子、１１……流量検出装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流路中に設けられ流体を軸流旋回させる旋回
   手段と、前記旋回流の中に位置し流れの方向に対
   し垂直方向に周回する球体と、前記球体を前記旋
   回流の範囲内に止どめる流出防止手段と、前記球
   体の周回の回転数を検出する検出手段と、前記旋
   回手段と前記流出防止手段の間に設けられ前記流
   路の中心から前記流路の内壁までの全域にわたり
   旋回流を生じさせる球体周回室とからなり、 前記検出手段は軸流旋回する前記球体の周回軌
   道面の径方向に対向して発光素子と受光素子を設
   けると共に、前記流出防止手段は前記球体が周回
   する流路断面が流路内面とで上流側に拡大したテ
   ーパ状のドーナツ型で、且つ、上流側先端は、前
   記発光素子と受光素子の光軸よりも下流側に位置
   し、前記球体は前記光軸を横切るごとく周回して
   なる流量検出装置。