JPH0792395B2 - Area type flow meter with sensor and flow rate measuring method - Google Patents

Area type flow meter with sensor and flow rate measuring method

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JPH0792395B2
JPH0792395B2 JP4352346A JP35234692A JPH0792395B2 JP H0792395 B2 JPH0792395 B2 JP H0792395B2 JP 4352346 A JP4352346 A JP 4352346A JP 35234692 A JP35234692 A JP 35234692A JP H0792395 B2 JPH0792395 B2 JP H0792395B2
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JP
Japan
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float
magnetic field
magnetoresistive element
area type
flow meter
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JP4352346A
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Inventor
文雄 八木
光男 進藤
Original Assignee
日本フローセル製造株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は面積式流量計において、
流量の記録制御、遠隔測定などに用いるためのセンサに
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an area type flow meter,
The present invention relates to a sensor used for recording control of flow rate, remote measurement, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】面積式流量計は目盛を設けたテーパ管を
垂直に保持し、流れによりフロートを浮遊させることに
より計測するものであって、流れの状態を目視しつつ直
接的に流量を知ることができるため流量計として広く使
用されている。ところで流量のレコーダへの記録、自動
制御、遠隔測定などの目的で流量を電気信号として出力
したいことが多々あるが、面積式流量計においては決定
的なものがないのが現状である。
2. Description of the Related Art An area type flow meter measures a flow rate by directly holding a graduated taper pipe and suspending a float by the flow. Therefore, it is widely used as a flow meter. By the way, there are many cases where it is desired to output the flow rate as an electric signal for the purpose of recording the flow rate on a recorder, automatic control, remote measurement, etc. However, there is no definitive one in the area type flow meter at present.

【0003】光がフロートを遮ることによって検出する
方式はよく知られており、単一の受光素子を用いてサー
ボ機構でフロートに追従させるものと、多数の受光素子
を並べてフロートの位置を検出するものとがある。この
方式は精度が優れているが透明な流体にしか適用できな
いという欠点がある。したがってガス体の流量計の場合
は良いが、液体の場合一番需要の多い水の流量計におい
ても水あかが多少テーパ管内に付着しただけでも動体が
不確実になるという問題がある。
A method of detecting light by blocking the float is well known, and a method in which a single light receiving element is used to follow the float by a servo mechanism, and a plurality of light receiving elements are arranged to detect the position of the float. There are things. This method is excellent in accuracy, but has a drawback that it can be applied only to a transparent fluid. Therefore, although a flow meter of a gas body is good, a flow meter of water, which is most in demand in the case of a liquid, has a problem that the moving body becomes uncertain even if a small amount of water scale adheres to the inside of the tapered pipe.

【0004】不透明な流体にも適用されるものとしては
差動変圧器を使用したものが知られており、これはフロ
ートに棒を連結して流量計の外部に設けた差動変圧器の
鉄心に結合するものである。しかしこの方式は構造が複
雑であり、また差動変圧器の動作反力もあり小流量では
誤差が大きいという問題もある。
It is known that a differential transformer is used as a material applicable to an opaque fluid, and this is an iron core of a differential transformer in which a rod is connected to a float and is provided outside the flowmeter. Is bound to. However, this method has a problem that the structure is complicated and there is a large error at a small flow rate due to the reaction reaction force of the differential transformer.

【0005】このためさらに種々のセンサが提案されて
おり実用化もされている。たとえば特開昭62−954
25号公報にはフロートに強磁性体を用い、励磁コイル
と検出コイルの対をテーパ管に沿って複数個並べたもの
が開示されている。これは各励磁コイルに矩形波の励磁
電流を流して検出コイルに発生した電圧の波形からどの
検出コイルの位置にフロートがあるかを知るものであ
る。
Therefore, various sensors have been proposed and put into practical use. For example, JP-A-62-954
Japanese Unexamined Patent Publication No. 25 discloses a structure in which a ferromagnetic body is used for the float and a plurality of pairs of an exciting coil and a detecting coil are arranged along a tapered tube. This is to know which detection coil position the float exists from the waveform of the voltage generated in the detection coil by passing a rectangular wave excitation current through each excitation coil.

【0006】また本発明者は先に特開平3−18832
4号公報に記載の流量計を発明した。これはテーパ管の
両端に互いに逆方向の磁場を生ずる励磁コイルを設けて
交流電流を流し、テーパ管に巻いた検出コイルに誘起さ
れた電圧の位相を検出するものである。すなわちフロー
トにアルミニウムなどの電導体を用いれば渦電流を生ず
るのでこの部分の磁場に位相の遅れが生ずる。ところが
励磁コイルからの距離によって磁場自体が異なるので、
検出コイルに発生する電圧の位相もフロートの位置に従
って変化するのでこれを検知するものである。
The inventor of the present invention previously disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-18832.
The flowmeter described in Japanese Patent No. 4 was invented. In this system, exciting coils that generate magnetic fields in opposite directions are provided at both ends of the taper tube, an alternating current is passed through the coil, and the phase of the voltage induced in the detection coil wound around the taper tube is detected. That is, if an electric conductor such as aluminum is used for the float, an eddy current is generated, so that the magnetic field in this portion is delayed in phase. However, since the magnetic field itself differs depending on the distance from the exciting coil,
Since the phase of the voltage generated in the detection coil also changes according to the position of the float, this is detected.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の特
開昭62−95425号公報の技術では励磁コイルの対
をテーパ管に沿って並べるだけでなく、さらにその外側
には強磁性体の外筒を設ける必要があるため装置が大が
かりとなる。またコイルは多数密接して並べることが困
難なため測定精度にも限界があった。
However, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-95425, not only the pair of exciting coils are arranged along the taper tube, but also an outer cylinder of a ferromagnetic material is provided outside thereof. Since it is necessary to provide the device, the size of the device becomes large. In addition, it is difficult to arrange many coils closely, and there is a limit to the measurement accuracy.

【0008】一方特開平3−188324号公報の方法
は全流量範囲にわたって連続的な出力が得られ、流量の
微少な変化も検知できるが温度誤差がやや大きく精度を
上げるには温度の影響を補償したりする必要がある。こ
のためより簡易な装置で温度誤差なく不透明流体の流量
測定ができる装置が望まれている。
On the other hand, the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-188324 can obtain a continuous output over the entire flow rate range and can detect a minute change in the flow rate, but the temperature error is rather large and the influence of the temperature is compensated in order to improve the accuracy. I need to do it. Therefore, a device that can measure the flow rate of an opaque fluid without a temperature error with a simpler device is desired.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、垂直に置かれたテーパ管中にフロー
トを浮遊させてその位置により流量を計測する面積式流
量計において、前記フロートとして上下方向に着磁され
た永久磁石またはこれを封入したものを用いると共に、
複数の磁気抵抗素子をそれぞれの磁気抵抗素子の磁気に
対して最大感度を有する互いに直角な2つの方向がテー
パ管の軸と45度になるように、前記テーパ管と平行し
て並べたことを特徴とするセンサつき面積式流量計であ
る。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is to solve the above-mentioned problems and provides an area type flow meter in which a float is suspended in a vertically placed taper tube and the flow rate is measured by its position. As a float, use a vertically magnetized permanent magnet or one that encloses it.
Multiple magnetoresistive elements can be magnetized by each magnetoresistive element.
The two directions with the maximum sensitivity to the
It is an area type flow meter with a sensor, which is arranged in parallel with the taper pipe so as to form an angle of 45 degrees with the axis of the pipe .

【0010】またここにおいて磁気抵抗素子として磁界
を記憶し、前と別方向の磁界が加えられるまでその記憶
状態を保持するものを用いること、磁気抵抗素子の磁気
に対して最大感度を有する互いに直角な2つの方向がそ
れぞれテーパ管の軸と45度をなす位置を基準として、
これから回転することによりフロート位置検出の動作す
き間を調整することも特徴とする。またさらに各磁気抵
抗素子の磁界の方向の記憶状態を弁別して一定電圧か電
圧ゼロのいずれかを出力せしめ、前記出力した電圧の加
算値により流量を計測することを特徴とする上記のセン
サつき面積式流量計による流量計測方法である。
Further, here, a magnetoresistive element that stores a magnetic field and retains the stored state until a magnetic field in a direction different from the previous one is used, and the magnetoresistive elements are perpendicular to each other and have maximum sensitivity to the magnetism. Based on the position where each of the two directions forms 45 degrees with the axis of the taper tube,
It is also characterized in that the operation gap of the float position detection is adjusted by rotating from now on. Further, the storage area in the magnetic field direction of each magnetoresistive element is discriminated to output either a constant voltage or a zero voltage, and the flow rate is measured by the added value of the output voltages. This is a flow rate measuring method using a flow meter.

【0011】[0011]

【作用】本発明のセンサつき面積式流量計においては、
フロートとして上下方向に着磁された永久磁石またはこ
れをプラスチック等に封入したものを用いる。そしてこ
れによる磁場を複数の磁気抵抗素子をテーパ管と平行し
て並べることにより検出する。
In the area type flowmeter with sensor of the present invention,
As the float, a vertically magnetized permanent magnet or a permanent magnet enclosed in plastic or the like is used. The magnetic field generated by this is detected by arranging a plurality of magnetoresistive elements in parallel with the taper tube.

【0012】磁気センサとしては先に述べた特開昭62
−95425号公報の装置で採用されているコイル形磁
気センサの他に固体磁気センサがある。固体磁気センサ
の素子として入手可能なものにはホール素子と磁気抵抗
素子があるが、一般的な磁場検出の手段としては多くの
場合ホール素子が用いられている。これは本来的に極性
の判別機能があることが大きな理由と考えられる。一方
磁気抵抗素子は金属や半導体の電気抵抗が磁場によって
変化するという単純な原理を利用しているため磁極の極
性の判別機能は本来的にはない。面積式流量計のフロー
トは垂直軸の回りに自由回転するようになっているので
あるから、本発明の場合磁石の磁極の向きは上下方向に
せざるを得ない。このため磁石の一方の極のみを磁気抵
抗素子の列に向けてこれによる磁場のピークに位置する
磁気抵抗素子を検出するという単純な方法はとれない。
したがって極性の判別能力のない磁気抵抗素子を使用す
る場合、たとえばN極とS極を別々の磁気抵抗素子が検
出したのをなんらかの方法で弁別してフロートの位置の
信号とする必要がある。
As a magnetic sensor, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 62-62
There is a solid-state magnetic sensor in addition to the coil-type magnetic sensor used in the device of Japanese Patent Publication No. 95425. Hall elements and magnetoresistive elements are available as the elements of the solid-state magnetic sensor, but the hall element is often used as a general magnetic field detection means. This is considered to be largely due to the inherent polarity discrimination function. On the other hand, since the magnetoresistive element uses the simple principle that the electric resistance of metal or semiconductor changes depending on the magnetic field, it does not inherently have the function of discriminating the polarity of the magnetic pole. Area flow meter flow
Is designed to rotate freely around a vertical axis,
Therefore, in the case of the present invention, the direction of the magnetic pole of the magnet is in the vertical direction.
I have to do it. Therefore, only one pole of the magnet is
Located at the peak of the magnetic field due to this towards the row of anti-elements
The simple method of detecting the magnetoresistive element cannot be taken.
Therefore, use a magnetoresistive element that does not have the ability to determine the polarity.
In this case, for example, separate magnetic resistance elements are used to detect the N pole and S pole.
Discriminate what was put out in some way and check the position of the float
Must be a signal.

【0013】ここにおいて本発明においては磁気抵抗素
子を使用することにしたが、これは磁気抵抗素子はホー
ル素子に比べて弱磁界での感度が高く特に本発明の装置
に好適なことを見出したこと、また互いに近接して設け
ても相互干渉により誤動作するという問題がなく、極性
の判別機能がないことは本発明において使用方法を工夫
したことにより欠点とならないことによるものである。
磁気抵抗素子は素子の材料として半導体を使用するもの
と強磁性体を使用するものとがある。半導体の場合は磁
場の印加により電気抵抗が増加するが、強磁性体の場合
は減少するなど電気抵抗変化の機構が異なり、これに伴
い特性上も相違点がある。本発明の目的には低磁場での
感度が良いこと、また後に詳述するように強磁性体の磁
気ヒステリシスにより記憶動作が可能なことなどから強
磁性体を使用したものが特に適している。
Here, in the present invention, a magnetoresistive element is used, but it has been found that the magnetoresistive element has a higher sensitivity in a weak magnetic field than a Hall element and is particularly suitable for the device of the present invention. That is, even if they are provided close to each other, there is no problem of malfunction due to mutual interference, and the fact that there is no polarity discrimination function is because there is no drawback due to the devised usage method in the present invention.
The magnetoresistive element includes one using a semiconductor and one using a ferromagnetic material as the material of the element. In the case of a semiconductor, the electric resistance increases due to the application of a magnetic field, but in the case of a ferromagnetic material, the mechanism of the change in the electric resistance is different, and there is a difference in the characteristics accordingly. For the purpose of the present invention, a material using a ferromagnetic material is particularly suitable because it has a high sensitivity in a low magnetic field and, as will be described later in detail, a memory operation is possible due to the magnetic hysteresis of the ferromagnetic material.

【0014】図2は磁気抵抗素子の内部の抵抗体を示し
た図で、このように同じ特性の抵抗体10A、10Bを
磁束の検出方向X、Yが90度異なるように配置してあ
る。すなわち強磁性体の磁気抵抗素子の場合、電流の方
向と磁場の方向とが同じとき感度を有するから、X方向
の磁場は10Aの抵抗体で、Y方向の磁場は10Bの抵
抗体で検出される。これは温度補償のためであり、2つ
の抵抗体に直列に電流を流したときの分圧比で磁場を測
定することにより、温度の影響を相殺することができ
る。したがって1方向の磁場を測定する場合でもこのよ
うに2方向に感度を有するものを使用し、一方の素子は
温度補償用のダミーとして使用することになる。
FIG. 2 is a diagram showing a resistor inside the magnetoresistive element. In this way, resistors 10A and 10B having the same characteristics are arranged so that the magnetic flux detection directions X and Y are different by 90 degrees. That is, in the case of a ferromagnetic magnetoresistive element, the magnetic field in the X direction is detected by the resistor of 10 A and the magnetic field in the Y direction is detected by the resistor of 10B because it has sensitivity when the current direction and the magnetic field direction are the same. It This is for temperature compensation, and the influence of temperature can be canceled by measuring the magnetic field with the voltage division ratio when current is passed in series through the two resistors. Therefore, even when measuring a magnetic field in one direction, one having sensitivity in two directions is used, and one element is used as a dummy for temperature compensation.

【0015】図3はこのときの回路の例で10A、10
Bが磁気抵抗素子1の抵抗体であり、11A、11Bは
外部に設けた抵抗器である。このようにブリッジ回路を
形成して端子12、13間に電流を流し、磁場がないと
きには端子14、15間の出力がゼロになるようにして
おく。これにより抵抗体10A、10Bのいずれかの電
気抵抗を変化させるような磁界が加われば端子14、1
5間に電圧が現れることになる。なお磁気抵抗素子の中
には図3の10A、10B、11A、11Bの抵抗がす
べて内部素子として入っているものもあり、この場合1
0A、11Bと10B、11Aがそれぞれ同一方向の磁
界を検出するようになっている。本発明においてはこの
ようなものも使用できる。
FIG. 3 shows an example of the circuit at this time.
B is a resistor of the magnetoresistive element 1, and 11A and 11B are resistors provided outside. In this way, a bridge circuit is formed so that a current is passed between the terminals 12 and 13 and the output between the terminals 14 and 15 is set to zero when there is no magnetic field. As a result, if a magnetic field that changes the electrical resistance of one of the resistors 10A and 10B is applied, the terminals 14 and 1
A voltage will appear between the five. Note that some magnetoresistive elements include all the resistors 10A, 10B, 11A, and 11B in FIG. 3 as internal elements.
0A, 11B and 10B, 11A detect magnetic fields in the same direction. Such a material can also be used in the present invention.

【0016】図1は本発明のセンサつき面積式流量計の
原理を示す図で、1A、1B、1C、1D、1Eはセン
サである磁気抵抗素子で、この図では一部のみを示して
いる。また2は流量計のテーパ管であり、3はフロート
で中に磁石4が封入されている。本発明においては磁気
抵抗素子が先にも述べたように2方向に感度を有するこ
とを利用して、フロート位置の確実な検出を行なう。す
なわち図1に示したように磁気抵抗素子の磁気に対して
最大感度を有する互いに直角な2つの方向X、Yがそれ
ぞれテーパ管2の軸と45度になるように磁気抵抗素子
1A〜1Eを配置する。磁気抵抗素子は数mm角の立方
体ないし直方体にプラスチックモールドされた形状のも
のが一般的であるが、この外形の一つの面のそれぞれの
対角線方向に最大磁気感度を有するものがある。図1は
このような磁気抵抗素子を使用した場合で、隣接する素
子とほぼ密接して重ね合わせるように並べることができ
る。もちろん外形の2辺と平行な方向にそれぞれ最大感
度を有するものも使用可能で、工作にやや手間はかかる
が個々の磁気抵抗素子を図1の位置から紙面内で45度
回転した状態で並べて取りつければよい。
FIG. 1 is a diagram showing the principle of an area type flow meter with a sensor according to the present invention. Reference numerals 1A, 1B, 1C, 1D and 1E are magnetoresistive elements which are sensors, and only a part thereof is shown in this figure. . Further, 2 is a taper tube of a flow meter, and 3 is a float in which a magnet 4 is enclosed. In the present invention, the fact that the magnetoresistive element has sensitivity in two directions as described above is utilized to perform reliable detection of the float position. That is, as shown in FIG. 1, the magnetoresistive elements 1A to 1E are arranged so that two mutually perpendicular directions X and Y having the maximum sensitivity to the magnetism of the magnetoresistive element are 45 degrees with respect to the axis of the taper tube 2. Deploy. The magnetoresistive element generally has a shape in which a cube or a rectangular parallelepiped of several mm square is plastic-molded, and there is a magnetoresistive element having the maximum magnetic sensitivity in each diagonal direction of one surface of this outer shape. FIG. 1 shows a case where such a magnetoresistive element is used, and it can be arranged so as to be almost intimately overlapped with an adjacent element. Of course, it is also possible to use the ones that have the maximum sensitivity in the directions parallel to the two sides of the outer shape, and although it takes a little time to work, the individual magnetoresistive elements are mounted side by side in the state rotated by 45 degrees in the plane of the drawing from the position in FIG. Just do it.

【0017】このように、センサとして磁気抵抗素子を
並べることによりフロートの永久磁石の近傍にあるセン
サにおいては電気抵抗が変化しこれを検知することによ
りフロートの位置がわかる。すなわち図1においてフロ
ートの永久磁石4による磁界はFで示すように発生する
から1Bの磁気抵抗素子ではX方向の磁場を検知し(極
性は判別しないので向きは関係ない)、1Dの磁気抵抗
素子ではY方向の磁場を検知した状態にある。その間の
1Cの磁気抵抗素子はX方向とY方向の磁界がほぼ同強
度であるので中立状態にある。一方磁気抵抗素子1Bか
ら1Aの素子の方に離れると磁界Xの方向からやや外
れ、Y方向が少し増え、さらに遠ざかった素子ではこの
傾向がさらに大きくなるが、磁界そのものが弱くなり、
X方向とY方向の検知の状態が反転することはない。反
対の1Eの素子やそれよりさらに遠ざかった素子につい
ても同様である。
As described above, by arranging the magnetoresistive elements as the sensors, the electric resistance changes in the sensor near the permanent magnet of the float, and the position of the float can be known by detecting this. That is, in FIG. 1, the magnetic field generated by the float permanent magnet 4 is generated as indicated by F, and therefore the magnetic resistance element of 1B detects the magnetic field in the X direction (the direction does not matter because polarity is not determined). Then, the magnetic field in the Y direction is detected. In the meantime, the 1C magnetoresistive element is in a neutral state because the magnetic fields in the X and Y directions have almost the same strength. On the other hand, when the magnetic resistance element 1B is separated from the element 1A, the magnetic field X is slightly deviated from the direction of the magnetic field X, and the Y direction is slightly increased. This tendency is further increased in the element further away, but the magnetic field itself is weakened.
The detection states in the X direction and the Y direction are never reversed. The same applies to the opposite element 1E and the element further away.

【0018】フロートがどの位置にあるかの検出手段と
してはたとえば素子の出力を順次チェックして何番号の
素子の出力に変化が現われるか検出すればよい。この方
法を自動的に行なうにはマイクロコンピュータなどを使
用してディジタルで信号処理をすればよい。また簡便な
表示機能としてはたとえばセンサの数だけランプや発光
ダイオードを並べ、出力があるセンサのところだけ点灯
させることもできる。工業計器の場合アナログの表示、
記録が要求されることが多いので前記のディジタル信号
をD−A変換することになる。
As a means for detecting the position of the float, for example, the outputs of the elements may be sequentially checked to detect which number of the elements the output appears to change. To perform this method automatically, signal processing may be performed digitally using a microcomputer or the like. As a simple display function, for example, lamps and light-emitting diodes can be arranged as many as the number of sensors and only the sensor having an output can be turned on. For industrial instruments, analog display,
Since recording is often required, the digital signal is D / A converted.

【0019】さらに直接アナログ信号を得るのに好適な
方法として磁気抵抗素子に磁界の方向を記憶するものを
用いるとよい。これは素子として残留磁束密度の大きい
強磁性体薄膜を使用し、磁気抵抗効果により磁化を残留
せしめて記憶させるものである。したがってある方向の
磁界を記憶させてセンサからある出力を持続させ、次に
別な方向の磁界をこれを打ち消すような強さで加えれば
前の記憶状態はもとに戻りセンサからの出力は別の状態
になる。
Further, as a suitable method for directly obtaining an analog signal, it is preferable to use a magnetoresistive element for storing the direction of the magnetic field. This uses a ferromagnetic thin film having a large residual magnetic flux density as an element, and the magnetization is retained and stored by the magnetoresistive effect. Therefore, if you store a magnetic field in a certain direction to maintain a certain output from the sensor and then add a magnetic field in another direction with a strength that cancels it, the previous memory state will be restored and the output from the sensor will be different. It becomes the state of.

【0020】このように磁界の方向を記憶する磁気抵抗
素子をセンサとして用いることにより、たとえば図1に
おいてフロートが下から上へ上がっていったときにはそ
れより下の各センサにおいてはY方向の磁場が記憶さ
れ、逆にフロートが上から下へ戻ってきたときにはY方
向の磁場の記憶が消されてX方向の磁場が記憶される。
この場合フロートが下から上へ移動したときと、これと
逆方向に移動したときで磁石の長さに対応して動作する
位置に多少のずれを生ずることになるが、ある程度動作
すき間があった方がフロートのわずかな上下でチャタリ
ングを起こさず好ましい。
By using the magnetoresistive element for storing the direction of the magnetic field as a sensor in this way, when the float rises from the bottom to the top in FIG. 1, a magnetic field in the Y direction is generated in each sensor below the float. When the float returns from the top to the bottom, the memory of the magnetic field in the Y direction is erased and the magnetic field in the X direction is stored.
In this case, when the float moves from the bottom to the top and when the float moves in the opposite direction, there will be some deviation in the operating position corresponding to the length of the magnet, but there is some operating gap. It is preferable that chattering does not occur in the upper and lower portions of the float.

【0021】もっとも動作すき間については磁気抵抗素
子の最大感度を有する方向X、Yをテーパ管の軸と45
度の位置から回転してずらすことにより、狭まる方向に
調節可能であることが実験的に確認されている。したが
ってもし動作すき間を小さくする要求があればそれに応
じた設計をすることは可能である。
Regarding the operating clearance, the directions X and Y having the maximum sensitivity of the magnetoresistive element are set to 45 with the axis of the taper tube.
It has been experimentally confirmed that it is possible to adjust in the direction of narrowing by rotating and shifting from the degree position. Therefore, if there is a demand to reduce the operation gap, it is possible to design it accordingly.

【0022】このようにしてたとえばY方向の磁化を検
出した状態で高レベルの出力、X方向の磁化を検知した
状態で低レベルの出力が各磁気抵抗素子の回路から出る
ようにしておけばディジタル回路によりどのセンサの位
置にフロートがあるか表示することが可能になる。また
上記高レベルの状態で一定の電圧V、低レベルの状態で
出力電圧がゼロになるようにしておき、各磁気抵抗素子
からの上記出力を加算回路に入力すれば、下からn個目
のセンサの位置にフロートがあればn×Vの出力が得ら
れる。したがってD−A変換回路を用いることなしに直
接アナログ出力を得ることができ、回路が簡単になり装
置の信頼性からも好ましい。
In this way, for example, if a high level output is detected from the magnetization in the Y direction and a low level output is detected from the magnetization in the X direction, it is possible to output digital signals from the circuits of the magnetoresistive elements. The circuit makes it possible to indicate which sensor position has the float. Further, if the output voltage is set to a constant voltage V in the high level state and zero in the low level state, and the output from each magnetoresistive element is input to the adder circuit, the nth from the bottom is obtained. If there is a float at the sensor position, n × V output is obtained. Therefore, an analog output can be directly obtained without using a D-A conversion circuit, which simplifies the circuit and is preferable in terms of device reliability.

【0023】フロートの位置の記憶にあたっては上記の
ような磁気抵抗素子自体に記憶機能があるものを用いる
他に、各磁気抵抗素子ごとにフリップフロップ回路など
を設け記憶させることも可能である。本発明における各
磁気抵抗素子の磁界の方向の記憶においては、このよう
ないわば素子の外部に付加された記憶機能による記憶も
排除するものではない。しかしながら磁気抵抗素子自体
に記憶機能があるものを用いる方法は素子が通電されて
いないときでも記憶動作がなされるので優れている。す
なわち流量計に流体がすでに流されてフロートが浮いて
いた状態で測定器の動作を開始しても正常に動作する
し、流量計の使用中において測定器の電源を断続しても
何ら差し支えない。
In storing the position of the float, in addition to the above-mentioned magnetoresistive element itself having a storage function, a flip-flop circuit or the like may be provided and stored for each magnetoresistive element. In the storage of the magnetic field direction of each magnetoresistive element in the present invention, the storage by the storage function added to the outside of the element is not excluded. However, the method using the magnetoresistive element itself having a memory function is excellent because the memory operation is performed even when the element is not energized. That is, even if the flowmeter is started to operate with the fluid already flowing into the flowmeter and the float is floating, the flowmeter will operate normally, and there is no problem even if the power supply to the flowmeter is interrupted while the flowmeter is in use. .

【0024】[0024]

【実施例】測定範囲におけるフロートの移動距離が60
mmの面積式流量計において本発明のセンサを用い流量
を計測した。図1のようにフロートの内部には長さ10
mmの永久磁石を封入し、またテーパ管に沿って32個
の磁気抵抗素子を測定範囲にわたって並べて取りつけ
た。磁気抵抗素子は磁界の方向を記憶する機能を有する
ものであり、4個の抵抗体が図3に示したようにブリッ
ジに接続されている。そして0.02T位の磁場で磁気
飽和する特性を有している。
[Example] The moving distance of the float in the measuring range is 60
The flow rate was measured using the sensor of the present invention in an area flow meter of mm. As shown in Fig. 1, the float has a length of 10
A mm permanent magnet was enclosed, and 32 magnetoresistive elements were mounted side by side along the taper tube over the measurement range. The magnetoresistive element has a function of storing the direction of the magnetic field, and four resistors are connected to the bridge as shown in FIG. It has a characteristic of being magnetically saturated in a magnetic field of about 0.02T.

【0025】図4は流量計測のための回路を示す図であ
ってセンサの数等を省略してある。20A〜20Hはセ
ンサすなわち磁気抵抗素子であって電源入力端子は省略
されている。各センサからの出力はコンパレータ21A
〜21Hに入り、センサから出力がY方向の磁界を検出
した状態にあるときは一定の電圧の出力し、X方向の磁
界を検出した状態にあるときには出力がゼロになるよう
にしている。
FIG. 4 is a diagram showing a circuit for measuring the flow rate, in which the number of sensors and the like are omitted. 20A to 20H are sensors, that is, magnetoresistive elements, and the power input terminals are omitted. The output from each sensor is the comparator 21A.
When the output from the sensor is in the state where the magnetic field in the Y direction is detected, a constant voltage is output, and when the magnetic field in the X direction is detected, the output is zero.

【0026】これの出力は演算増幅器23A、23Bに
入り加算される。22A〜22Hおよび24A、24B
は演算抵抗である。図4では演算増幅器を23A、23
Bの2個用いているが、全数たとえば32個のセンサか
らの出力を1個の演算増幅器により加算すると直線性が
悪くなるからである。本実施例においては32個のセン
サからの出力を8個ずつに分けて4個の演算増幅器に入
力している。さらに同様にしてこれら各演算増幅器23
A、23Bの出力は演算増幅器25により加算され、最
終的に1つの出力とされる。
The outputs of these are input to the operational amplifiers 23A and 23B and added. 22A-22H and 24A, 24B
Is a calculation resistance. In FIG. 4, operational amplifiers 23A, 23
This is because two Bs are used, but if the outputs from all the sensors, for example, 32 sensors are added by one operational amplifier, the linearity becomes worse. In this embodiment, the outputs from the 32 sensors are divided into 8 outputs and input to 4 operational amplifiers. Further, similarly, each of these operational amplifiers 23
The outputs of A and 23B are added by the operational amplifier 25 and finally become one output.

【0027】これによりフロートの位置より下側にある
センサの数に比例した出力が得られることになる。工業
計器の入出力は一般に直流4mAから20mAまでの間
をフルスケールとする信号が用いられるから、演算増幅
器24からの電圧出力をさらに電流出力変換回路で変換
すればよい。このようにして32個のセンサを用いた本
実施例において、フロートの位置と出力電流との関係は
良好な直線性が得られ、温度誤差も事実上なく優れた特
性の流量信号発生装置が得られた。
As a result, an output proportional to the number of sensors below the float position can be obtained. Generally, the input and output of the industrial measuring instrument is a signal having a full scale between 4 mA and 20 mA DC, and therefore the voltage output from the operational amplifier 24 may be further converted by the current output conversion circuit. In this way, in this embodiment using 32 sensors, a good linearity is obtained in the relationship between the position of the float and the output current, and there is virtually no temperature error, and a flow signal generator having excellent characteristics is obtained. Was given.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明においては面積式流量計のフロー
トに永久磁石を用い、これの磁場を磁気抵抗素子により
検出するが、磁気抵抗素子は低磁場の検出感度が良好
で、小さな素子を密接して並べても相互干渉なく、また
2方向の磁場を検出する機能を利用するとフロート位置
の確実な検出ができ好適である。また素子自体に温度誤
差の補償回路があるので温度誤差の問題がない。
According to the present invention, a permanent magnet is used for the float of the area type flow meter, and the magnetic field of the permanent magnet is detected by a magnetoresistive element. The magnetoresistive element has a good detection sensitivity in a low magnetic field, and a small element is closely attached. Even if they are arranged side by side, there is no mutual interference, and it is preferable to use the function of detecting the magnetic fields in two directions so that the float position can be surely detected. Further, since the element itself has a temperature error compensating circuit, there is no problem of temperature error.

【0029】また磁気抵抗素子に磁場を記憶してこれに
応じた出力を出し続けるものを用いると、フロートの位
置を境にしてたとえばこれより下側にある全部のセンサ
からは出力電圧を出し、上側のセンサからはゼロ出力と
することができ、全部のセンサからの出力を加算するこ
とによりフロート位置を直接アナログ出力として得るこ
ともできる。したがって比較的簡単な回路で工業計器と
して一般に必要とされるアナログ信号を得ることがで
き、センサの磁気抵抗素子自体も量産品で比較的安価で
あることとあいまって低コストで高精度の流量信号発生
装置を得ることができ、工業上の利益は大きい。
If a magnetoresistive element that stores a magnetic field and continuously outputs an output is used, the output voltage is output from, for example, all the sensors below the float position as a boundary. Zero output can be obtained from the upper sensor, and the float position can be directly obtained as an analog output by adding outputs from all the sensors. Therefore, it is possible to obtain an analog signal that is generally required as an industrial instrument with a relatively simple circuit, and the magnetic resistance element of the sensor itself is a mass-produced product and is relatively inexpensive. A generator can be obtained, and the industrial benefit is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のセンサつき面積式流量計の主要部を示
す図
FIG. 1 is a diagram showing a main part of an area type flow meter with a sensor according to the present invention.

【図2】磁気抵抗素子の構成を示す図FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a magnetoresistive element.

【図3】磁気抵抗素子の回路を示す図FIG. 3 is a diagram showing a circuit of a magnetoresistive element.

【図4】本発明の流量計測方法の例を示す回路図FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a flow rate measuring method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1A、1B、1C、1D、1E 磁気抵抗素子 2 テーパ管 3 フロート 4 磁石 10A、10B 磁気抵抗体 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E Magnetoresistive element 2 Tapered tube 3 Float 4 Magnet 10A, 10B Magnetoresistive element

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 垂直に置かれたテーパ管中にフロートを
浮遊させてその位置により流量を計測する面積式流量計
において、前記フロートとして上下方向に着磁された永
久磁石またはこれを封入したものを用いると共に、複数
の磁気抵抗素子をそれぞれの磁気抵抗素子の磁気に対し
て最大感度を有する互いに直角な2つの方向がテーパ管
の軸と45度になるように、前記テーパ管と平行して並
べたことを特徴とするセンサつき面積式流量計。 【請求項】 磁気抵抗素子として磁界を記憶し、前と
別方向の磁界が加えられるまでその記憶状態を保持する
ものを用いることを特徴とする請求項1記載のセンサつ
き面積式流量計。 【請求項】 磁気抵抗素子の磁気に対して最大感度を
有する互いに直角な2つの方向がそれぞれテーパ管の軸
と45度をなす位置を基準として、これから回転するこ
とによりフロート位置検出の動作すき間を調整すること
を特徴とする請求項1または2記載のセンサつき面積式
流量計。 【請求項】 各磁気抵抗素子の磁界の方向の記憶状態
を弁別して一定電圧か電圧ゼロのいずれかを出力せし
め、前記出力した電圧の加算値により流量を計測するこ
とを特徴とする請求項1、2または3記載のセンサつき
面積式流量計による流量計測方法。
1. An area type flow meter in which a float is suspended in a vertically placed taper tube and the flow rate is measured by the position of the float, wherein a permanent magnet magnetized in the vertical direction as the float or a magnet in which the magnet is enclosed. And use multiple magnetoresistive elements for the magnetism of each magnetoresistive element.
Two directions at right angles to each other with maximum sensitivity are tapered tubes
An area type flow meter with a sensor, which is arranged in parallel with the taper pipe so as to form an angle of 45 degrees with the axis . 2. An area type flowmeter with a sensor according to claim 1, wherein a magnetic field element is used as a magnetoresistive element that stores a magnetic field and retains the memory state until a magnetic field in a direction different from the previous direction is applied. 3. An operating gap for float position detection by rotating from the position where two mutually perpendicular directions having maximum sensitivity to magnetism of the magnetoresistive element form 45 degrees with the axis of the taper tube. The area type flow meter with a sensor according to claim 1 or 2 , characterized in that: 4. The magnetic state of each magnetoresistive element is discriminated from each other to output a constant voltage or a zero voltage, and the flow rate is measured by the added value of the output voltages. A flow rate measuring method using the area type flow meter with a sensor according to 1 , 2, or 3 .
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