JPH0536318U

JPH0536318U - 流量計

Info

Publication number: JPH0536318U
Application number: JP8514091U
Authority: JP
Inventors: 秀則若林; 光夫柴崎; 真之甲田
Original assignee: トキコ株式会社
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 1993-05-18

Abstract

(57)【要約】【目的】本考案は高温環境下での流量計測あるいは高
温流体の流量計測を行えるとともに回転子の回転方向を
判別できる構成とした流量計を提供することを目的とす
る。【構成】回転子４，５の回転は一対の磁気センサ１
４，１６により検出される。磁気センサ１４，１６は耐
熱性を有するアモルファスセンサよりなり、センサ１
４，１６からのパルスａ，ｂに基づいてコンパレータ１
７は立上りトリガ、立下りトリガをパルス発生器１８へ
出力する。パルス発生器１８は所定パルス幅としたパル
スｃ，ｄをパルス監視回路１９，演算回路２１に出力
し、演算回路２１はパルスを積算して流量を算出する。
パルス監視回路１９はＡ相とＢ相のパルスを比較して、
回転子の回転方向を判別する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は流量計に係り、特に流量計測精度を高めるよう構成した流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】

例えば従来の流量計の一つとして容積式流量計がある。従来の容積式流量計では、ケーシングの計量室内に楕円歯車状の一対の回転子（回転体）を回転自在に設け、計量室内に流入した流量に応じた回転数で回転する回転子の回転を検出することにより流量を計測していた。このように回転子の回転を検出する回転検出手段としては、一方の回転子の端面に磁石を埋設し、この端面に対向するケーシング側に磁気抵抗素子よりなる磁気センサを設けてなる回転検出手段がある。

【０００３】ところが、上記容積式流量計においては、被測流体が逆流した場合、一対の回転子が逆回転してしまうことになるが、磁気センサから出力された信号だけでは回転子が逆回転していることが判別できず、演算回路は逆流した流量を積算してしまい実流量よりも多い流量積算値を表示してしまう。

【０００４】そのため、例えば特開平２−１９０７１４号公報にみられるように取付位置をずらせた一対の磁気抵抗素子を有し、一対の磁気抵抗素子から出力された出力信号をシュミットトリガ回路により波形成形して矩形状の流量パルスを生成する構成とされた流量計がある。この流量計では、上記一対の磁気抵抗素子からの流量パルスを比較して回転子の回転方向を判別し、逆流による逆回転時の流量パルスを積算して元の積算値から逆流分の流量を減算するようになっている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記のように従来は、磁気抵抗素子のように回転子に埋設された磁石からの磁束密度の変化に比例した出力電圧を出力する磁気センサを使用することにより、一対のセンサ出力の位相差を検出して回転子の回転方向を判別することが可能であった。しかるに、上記磁気抵抗素子を使用した場合、磁気抵抗素子が微細なパターン形成される構造であり、そのパターンの抵抗値の変化を検出するため、例えば１８０〜２００℃程度の高温環境下では微細なパターンが膨張して抵抗値が変動してしまい回転検出が不可能となってしまう。

【０００６】そのため、従来は高温流体（１８０℃以上）の流量計測ができないといった課題がある。

【０００７】そこで、本考案は上記課題を解決した流量計を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案の請求項１は、被測流体の流量に応じた回転数で回転する回転体と、該回転体の軸方向の端面に設けられた複数の磁石と、前記回転体の回転とともに通過する複数の磁石の磁極に応じて正又は負のパルスを出力する第１のセンサと、該第１のセンサより前記回転体の回転方向にずらした位置に設けられ、前記回転体の回転とともに通過する複数の磁石の磁極に応じて正又は負のパルスを出力する第２のセンサと、前記各センサより出力された第１のパルスと第２のパルスとの一部が重複するようパルス幅を整形するパルス幅整形手段と、該パルス幅整形手段より出力された第１のパルスと第２のパルスとを比較して前記回転体の正逆回転方向を判別する正逆回転判別手段と、よりなる。

【０００９】又、本考案の請求項２は、被測流体の流量に応じた回転数で回転する回転体と、該回転体の軸方向の端面に設けられた複数の磁石と、前記回転体の回転とともに通過する複数の磁石の磁極に応じて正又は負のパルスを出力する第１のセンサと、該第１のセンサより前記回転体の回転方向にずらした位置に設けられ、前記回転体の回転とともに通過する複数の磁石の磁極に応じて正又は負のパルスを出力する第２のセンサと、前記第１のセンサから出力されたパルスと前記第２のセンサから出力されたパルスとの位相差を検出する位相差検出手段と、該位相差検出手段により得られた位相差に基づいて前記回転体の正逆回転方向を判別する正逆回転判別手段と、よりなる。

【００１０】

【作用】

請求項１によれば、耐熱性を有する第１のセンサと第２のセンサとから出力されたパルスを所定のパルス幅に整形して比較することより回転子の回転方向を判別することができ、且つ高温流体の流量計測が可能になる。

【００１１】又、請求項２によれば、耐熱性を有する第１のパルスと第２のセンサとから出力されたパルスの位相差に基づいて回転子の回転方向を判別することができ、且つ高温流体の流量計測が可能になる。

【００１２】

【実施例】

図１及び図３に本考案になる流量計の第１実施例を示す。

【００１３】各図中、容積式流量計１はケーシング２の計量室３内に一対の回転子（回転体）４，５を設けてなる。ケーシング２は計量室３より上流側に位置する流入路６と、計量室３より下流側に位置する流出路７とを有する。この流入路６及び流出路７は夫々上、下流側より計量室３に開口しており、計量室３を介して連通している。

【００１４】回転子４，５は楕円歯車で互いに噛合しており、ケーシング２の底部に起立する回転軸８，９により支承されている。流入路６より被測流体が計量室３内に供給されると、流体の圧力により一対の回転子４，５が回転軸８，９を中心として回転する。流入路６からの流体は回転子４，５の回転と共に回転子４，５と計量室３の内壁１０との間の空間１１内に導入され、空間１１の容積分の流体が流出路７へ排出される。

【００１５】一方の回転子４の軸方向の端面４ａにはＮ極の磁石１２₁とＳ極の磁石１２₂ が楕円の長径側に位置するように１８０度間隔で埋設されている。又、他方の回転子５の軸方向の端面５ａにもＮ極の磁石１３₁とＳ極の磁石１３₂が楕円の長径側に位置するように１８０度間隔で埋設されている。

【００１６】１４はＡ相の磁気センサ（第１のセンサ）で、回転子４に埋設された磁石１２ ₁ ，１２₂に近接するように計量室３を閉塞する蓋１５に取付けられている。

【００１７】１６はＢ相の磁気センサ（第２のセンサ）で、回転子５に埋設された磁石１３ ₁ ，１３₂に近接するように蓋１５に取付けられている。

【００１８】磁気センサ１４，１６は夫々耐熱性（２００℃程度の高温で使用できる）を有したアモルファスセンサよりなる。このアモルファスセンサよりなる磁気センサ１４は図３に示すように外筒チューブ１４ａの内部に棒状のアモルファス材よりなるコア１４ｂが挿入され、このコア１４ｂにコイル１４ｃを巻回した構成であり、コイル１４ｃの両端にはリード線１４ｄ，１４ｅが接続されている。従って、磁石１２₁，１２₂からの磁界によりコイル１４ｃには正又は負電圧のパルスが発生する。

【００１９】尚、他方の磁気センサ１６も上記磁気センサ１４と同一構成である。

【００２０】上記アモルファスセンサは２００℃程度の高温特性を有するため、容積式流量計１では高温流体であっても正確に流量計測することができる。又、アモルファスセンサは磁束変化に拘わらず磁界の変化によってパルスを出力するため、回転子４，５を小形化して小さな磁石を使用することが可能となり、磁束変化が小さい場合でもパルスを出力できる。従って、容量の小さい小形化された流量計でも流量計測及び回転子４，５の回転方向を判別することができる。

【００２１】しかも、アモルファスセンサは磁界の変化に応じてパルスを出力するため、駆動電源を必要とせず低消費電力形であるので長時間使用することができる。

【００２２】又、磁気センサ１４，１６はアモルファスセンサ以外のセンサ、例えば磁界の変化に応じてパルスを出力するホール素子等を使用しても良い。

【００２３】又、両センサ１４，１６は回転子４，５の回転に伴って発生する磁界の変化に応じた正又は負のワンショットパルス（第１のパルス、第２のパルス）ａ，ｂを出力する特性を有しており、図４に示す如く例えばＮ極からＳ極へ磁界が交番するとき正の電圧Ｅ_A（Ｖ）パルスを出力し、Ｓ極からＮ極へ磁界が交番するとき負の電圧−Ｅ_A（Ｖ）のパルスを出力する。

【００２４】磁気センサ１４，１６から出力されたパルスはパルス幅が小さいため、磁気センサ１４から出力されたＡ相のパルスａ（Ｐ₁〜Ｐ₄）と磁気センサ１６から出力されたＢ相のパルスｂ（Ｐ₅〜Ｐ₈）とは互いに１／２周期ずれて出力され互いに重なることがない。そのため、両相のパルスａ，ｂを直接比較しても回転子４，５の回転方向を判別することができない。

【００２５】図１中、１７はコンパレータで、両センサ１４，１６からのパルスａ，ｂが入力されるとパルスが正の電圧か負の電圧かを判別し、パルス発生器１８に立上げトリガｔ_r1，ｔ_r2又は立下げトリガｔ_r3，ｔ_r4を出力する。このコンパレータ１７とパルス発生器１８によりパルス幅整形手段が構成される。

【００２６】図５に示す如く、コンパレータ１７には第１の閾値（スレショルド電圧）Ｅ_A ／２，Ｅ_B／２が設定された第１の比較部１７ａと、第２の閾値（スレショルド電圧）−Ｅ_A／２，−Ｅ_B／２が設定された第２の比較部１７ｂとを有する。

【００２７】又、パルス発生器１８はＡ相の立上げトリガｔ_r1，立下げトリガｔ_r3が入力されるＡ相パルス発生器１８ａと、Ｂ相の立上げトリガｔ_r2，立下げトリガｔ_r4が入力されるＢ相パルス発生器１８ｂとを有する。

【００２８】例えば、図４に示す磁気センサ１４，１６からＡ相、Ｂ相のパルスａ，ｂがコンパレータ１７に入力されると、第１の比較部１７ａはＡ相のパルスａの電圧がＥ_A／２以上になったときＡ相パルス発生器１８ａへＡ相立上げトリガｔ_r1を出力し、Ｂ相のパルスｂの電圧が−Ｅ_A／２以上になったとき、Ｂ相パルス発生器１８ｂへＢ相立上げトリガｔ_r2を出力する。又、第２の比較部１７ｂはＡ相のパルスａの電圧が−Ｅ_A／２以下になったときＡ相パルス発生器１８ａにＡ相立下げトリガｔ_r3を出力し、Ｂ相のパルスｂの電圧が−Ｅ_B／２以下になったときＢ相パルス発生器１８ｂにＢ相立下げトリガｔ_r4を出力する。

【００２９】Ａ相パルス発生器１８ａでは上記Ａ相立上げトリガｔ_r1により出力信号をＨレベルに立上げ、Ａ相立下げトリガｔ_r3により出力信号をＬレベルに立下げる。即ち、Ａ相パルス発生器１８ａは図６に示すように正のパルスＰ₁が出力されてから負のパルスＰ₂が出力される間にパルス幅がワンショットパルスのパルス幅Ｌ ₁ よりも幅広なパルス幅Ｌ₂に波形整形されたパルスＰ_aを出力する。そして、次の正のパルスＰ₃が出力されてから負のパルスＰ₄が出力される間に２番目のパルスＰ_bを出力する。従って、回転子４が１回転すると２個のパルスが生成される。

【００３０】又、Ｂ相パルス発生器１８ｂでも上記と同様に正のパルスＰ₅が出力されてから負のパルスＰ₆が出力される間にパルス幅Ｌ₂とされたパルスＰ_Cを出力し、次の正のパルスＰ₇が出力されてから負のパルスＰ₈が出力される間に２番目のパルスＰ_dを出力する。

【００３１】磁気センサ１４，１６はＡ相のパルスａに対してＢ相のパルスｂを時間差ｔ₁ 分遅れて出力するため上記パルス発生器１８により生成されたＡ相のパルスｃに対しＢ相のパルスｄは時間差ｔ₁分遅れて出力され、その一部が互いに重複する。

【００３２】１９はパルス監視回路（正逆回転判別回路）で、パルス発生器１８により生成されたＡ相、Ｂ相のパルスｃ，ｄを監視し、回転子４，５の回転方向を判別する。即ち、図７のＡ相の正転の欄に示す如くＡ相のパルスｃがＨレベルに立上がるとき、図７のＢ相の正転の欄に示す如くＢ相のパルスｄの出力レベルがＬレベルであれば回転子４，５が正回転であると判断する。しかし、図７のＡ相の逆転の欄に示す如くＡ相のパルスｃがＨレベルに立上がるとき、図７のＢ相の逆転の欄に示す如くＢ相のパルスｄの出力レベルがＨレベルであるときは回転子４，５が逆回転であると判断し、警報装置２０に逆回転検出信号ｅを出力する。これにより、警報装置２０は警報を発し、被測流体が逆流して回転子４，５が回転していることを報知する。

【００３３】あるいはパルス監視回路１９において、Ａ相のパルスｃがＬレベルに立下がるときを基準として回転子４，５の回転方向を判別しても良い。即ち、Ａ相のパルスｃがＬレベルに立下がるとき、Ｂ相の出力レベルがＨレベルであれば、回転子４，５が正回転であると判断し、逆にＢ相のパルスｄの出力レベルがＬレベルであれば回転子４，５が逆回転であると判断しても良い。

【００３４】又、パルス発生器１８からのパルスｃ，ｄは演算回路２１に出力されており、演算回路２１ではＡ相又はＢ相のパルスを積算して流量を算出する。

【００３５】又、演算回路２１ではパルス監視回路１９より逆回転検出信号ｅが出力されると、その間に積算されたパルス数を減算して逆流した流量を計測しない。そして、演算回路２１で算出された流量値ｆは表示部２２で表示される。

【００３６】このように、磁気センサ１４，１６から出力されたパルスａ，ｂがスレショルド電圧を通過する度に流量パルスをＨレベルからＬレベル、又はＬレベルからＨレベルに切換えているため、パルス発生器１８から出力されたパルスｃ，ｄのパルス幅は回転子４，５の回転周期に比例することになる。従って、上記のようにパルス数をカウントしなくても上記パルスｃ，ｄパルス幅を検出することにより回転子４，５の回転速度、換言すれば流量を計測できる。

【００３７】又、磁気センサ１４，１６に耐熱性を有するアモルファスセンサ等を使用することにより、２００℃程度の高温流体の流量を回転子４，５の正逆回転判別を行いながら計測することができ、より正確な流量計測が可能になる。

【００３８】尚、上記第１実施例では一対の磁気センサ１４，１６が夫々独立に設けられて各回転子４，５の回転を検出する構成としたが、一対の磁気センサ１４，１６を近接配置して一方の回転子の回転を検出する構成としても良い。

【００３９】又、例えば１つの回転子４の端面４ａに同極（Ｓ極同志又はＮ極同志）の磁石を設けて回転検出するようにしても良い。その場合、１つのコンパレータにより磁気センサの出力がスレショルド電圧を越える都度パルス発生器の出力のＨレベルとＬレベルとを切替えるようにする。

【００４０】図８乃至図１１に本考案の第２実施例を示す。尚、図８において上記第１実施例と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。

【００４１】各図中、２３は波形整形回路（パルス幅整形手段）で、例えばＡ相用、Ｂ相用の２つの単安定マルチバイブレータを有し、磁気センサ１４，１６から出力された正又は負のパルスａ，ｂ（図９参照）を夫々所定パルス幅Ｌ₂のパルスｃ，ｄ（図１０参照）に整形する。

【００４２】波形整形回路２３より生成されたパルスｃ，ｄはＡ相のパルスｃに対してＢ相のパルスｄがｔ₁遅れて出力され、各Ａ相のパルスＰ₁’〜Ｐ₃’とＢ相のパルスＰ₅’〜Ｐ₇’とが互いに一部重複するようになる。

【００４３】尚、上記パルス幅Ｌ₂は次に出力されるパルスと重ならないように各パルス間隔（ピッチ）よりも小さくなるようにする。

【００４４】パルス監視回路１９は、図１１のＡ相の正転の欄に示すように例えばＡ相の正のパルスＰ₁’が出力されたとき、つまりパルスＰ₁’がＬレベルからＨレベルに立上がるとき、図１１のＢ相の正転の欄に示す如くＢ相のパルスＰ₅’の出力レベルがＬレベルであれば回転子４，５が正回転であると判断する。しかし、図１１の逆転の欄に示すようにＡ相の正のパルスＰ₁’がＨレベルに立上がるとき、Ｂ相のパルスＰ₅’の出力レベルがＨレベルであるときは、回転子４，５が逆回転であると判断し、警報装置２０に逆回転検出信号を出力する。

【００４５】あるいは、パルス監視回路１９においてＡ相の正のパルスＰ₁’がＨレベルからＬレベルに立下がるときを基準としてＢ相の出力レベルがＬレベル又はＨレベルであるかによって回転子４，５の回転方向を判別するようにしても良い。

【００４６】図１２乃至図１５に本考案の第３実施例を示す。尚各図中、上記第１実施例と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。

【００４７】図１１，図１２において、回転子４，５は軸受８ａ，９ａを介して回転軸８，９により支承されており、一方の回転子４の端面４ａには長径部側に１個の磁石２５が埋設されている。

【００４８】回転子４，５が設けられた計量室３を閉塞する蓋１５には、磁石２５の通過位置上方で磁石２５と近接するように一対の磁気センサ１４，１６が隣接して取付けられている。一対の磁気センサ１４，１６は例えば耐熱性を有するアモルファスセンサよりなり、互いに近接しているが回転子４の回転方向にずらして設けられている。

【００４９】従って、一対の磁気センサ１４，１６は夫々回転子４が１回転する度に１個のパルスａ，ｂを出力する。そして、Ａ相のパルス（第１のパルス）ａとＢ相のパルス（第２のパルス）ｂとの位相差は、磁気センサ１４と１６との間隔及び回転子４の回転速度によって決まる。

【００５０】回転子４が正回転しているときは、図１４に示すようにＡ相のパルスａに対してＢ相のパルスｂがｔ₁遅れて出力される。磁気センサ１４，１６は図１３に示すように近接しているため、Ａ相のパルスａとＢ相のパルスｂとの間隔は短く、例えばＡ相のパルスＰ₁が出力されてから次のパルスＰ₂が出力されるまでの時間Ｔに比べてかなり小さい時間である。従って、Ｂ相のパルスｂが出力されてから次のＡ相のパルスａが出力されるまでの時間をｔ₂とすると次式が成り立つ。

【００５１】ｔ₁／Ｔ＜ｔ₂／Ｔ …… しかし、回転子４が逆回転したときは、図１４に示すように、Ａ相のパルスａが出力されてからＢ相のパルスｂが出力されるまでの時間ｔ₁が長くなり、逆にＢ相のパルスｂが出力されてからＡ相のパルスａが出力されるまでの時間ｔ₂が短くなる。従って、回転子４の逆回転時には次式が成り立つ。

【００５２】ｔ₁／Ｔ＞ｔ₂／Ｔ …… つまり、Ａ相のパルスａとＢ相のパルスｂとの時間差をチェックすることにより回転子４の回転方向を判別することができる。

【００５３】図１２に示す位相差検出回路（位相差検出手段）２６では、磁気センサ１４，１６から出力されたパルスａ，ｂが入力される度にパルスａ，ｂの位相差ｔ₁，ｔ₂及び各パルスの周期を検出しており、その位相差検出信号ｔ₁，ｔ₂をパルス監視回路（正逆回転判別手段）２７に出力する。パルス監視回路２７では上記位相差ｔ₁，ｔ₂を比較してｔ₁＞ｔ₂であるときは回転子４が逆回転していると判断し、逆回転検出信号ｅを出力する。

【００５４】従って、演算回路２１では磁気センサ１４又は１６からのパルスを積算して流量を算出し、パルス監視回路２７より逆回転検出信号ｅが出力されると、その間にカウントしたパルスａ又はｂの流量値を減算する。これで、逆流した流量を加算して計測誤差を生ずることが防止される。

【００５５】上記第３実施例では一方の回転子４のみに磁石２５を設けたが、回転子５にも磁石を設けても良いし、又複数の磁石を設けるようにしても良い。

【００５６】尚、上記実施例では容積式流量計の回転子の回転方向を判別する構成を例に挙げて説明したが、これに限らず、他の形式の流量計、例えばタービン式流量計等の回転検出にも適用できるのは言うまでもない。

【００５７】

【考案の効果】

上述の如く、本考案になる流量計は、請求項１によれば例えば耐熱性を有する第１，第２のセンサからの出力により回転子の回転数に応じたパルスが得られるので、高温環境下での流量計測あるいは高温流体の流量を正確に計測できる。又、第１のパルスと第２のパルスを所定パルス幅に整形し、第１のパルスと第２のパルスの一部が重複するようにした後、両パルスを比較して回転子の回転方向を判別することができ、逆流による計測誤差を無くすことができる。

【００５８】又、請求項２によれば、高温環境下での流量計測あるいは高温流体を正確に計測できるとともに、第１のパルスと第２のパルスとの時間差に基づいて回転子の回転方向を判別でき、回転子の逆回転が正回転として計測されることを防止でき、正確な流量計測を行うことができる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案になる流量計の一実施例の概略構成図で
ある。

【図２】図１に示す流量計の横断面図である。

【図３】アモルファスセンサを説明するための一部切截
した斜視図である。

【図４】磁気センサより出力されたＡ相、Ｂ相の波形図
である。

【図５】Ａ相、Ｂ相のパルスを所定パルス幅に波形整形
する回路のブロック図である。

【図６】パルス発生器より出力されたパルスの波形図で
ある。

【図７】回転子の正逆回転を判別する際の判別条件を示
す図である。

【図８】本考案の第２実施例の構成図である。

【図９】磁気センサから出力されたパルスの波形図であ
る。

【図１０】波形整形回路により所定パルス幅に整形され
たパルスの波形図である。

【図１１】回転子の正逆回転を判別する際の判別条件を
示す図である。

【図１２】本考案の第３実施例の構成図である。

【図１３】図１２に示す流量計の横断面図である。

【図１４】回転子正回転時に磁気センサから出力された
パルスの波形図である。

【図１５】回転子逆回転時に磁気センサから出力された
パルスの波形図である。

【符号の説明】

１容積式流量計２ケーシング３計量室４，５回転子１２₁，１２₂，１３₁，１３₂，２５磁石１４，１６磁気センサ１７コンパレータ１８パルス発生器１９パルス監視回路２１，２７演算回路２３波形整形回路２６位相差検出回路

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】被測流体の流量に応じた回転数で回転す
る回転体と、該回転体の軸方向の端面に設けられた複数の磁石と、前記回転体の回転とともに通過する複数の磁石の磁極に
応じて正又は負のパルスを出力する第１のセンサと、該第１のセンサより前記回転体の回転方向にずらした位
置に設けられ、前記回転体の回転とともに通過する複数
の磁石の磁極に応じて正又は負のパルスを出力する第２
のセンサと、前記各センサより出力された第１のパルスと第２のパル
スとの一部が重複するようパルス幅を整形するパルス幅
整形手段と、該パルス幅整形手段より出力された第１のパルスと第２
のパルスとを比較して前記回転体の正逆回転方向を判別
する正逆回転判別手段と、よりなる流量計。
【請求項２】被測流体の流量に応じた回転数で回転す
る回転体と、該回転体の軸方向の端面に設けられた複数の磁石と、前記回転体の回転とともに通過する複数の磁石の磁極に
応じて正又は負のパルスを出力する第１のセンサと、該第１のセンサより前記回転体の回転方向にずらした位
置に設けられ、前記回転体の回転とともに通過する複数
の磁石の磁極に応じて正又は負のパルスを出力する第２
のセンサと、前記第１のセンサから出力されたパルスと前記第２のセ
ンサから出力されたパルスとの位相差を検出する位相差
検出手段と、該位相差検出手段により得られた位相差に基づいて前記
回転体の正逆回転方向を判別する正逆回転判別手段と、よりなる流量計。