JPH10160527A - 面積流量計 - Google Patents

面積流量計

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JPH10160527A
JPH10160527A JP33759596A JP33759596A JPH10160527A JP H10160527 A JPH10160527 A JP H10160527A JP 33759596 A JP33759596 A JP 33759596A JP 33759596 A JP33759596 A JP 33759596A JP H10160527 A JPH10160527 A JP H10160527A
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JP
Japan
Prior art keywords
light
moving element
light source
image sensor
tapered tube
Prior art date
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Pending
Application number
JP33759596A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidekazu Murakami
英一 村上
Tokio Sugi
時夫 杉
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RALLY MASTER KK
Tokyo Keiso Co Ltd
Original Assignee
RALLY MASTER KK
Tokyo Keiso Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】移動子の位置を目視できる機能を保持せしめ
て、しかも移動子の位置を電気信号で正確に出力できる
面積流量計を提供する。 【解決手段】被測定流体の流体力により上下動させられ
る移動子2を内部に配した透明材よりなるテーパー管1
と、移動子2の移動全域に照射できるようテーパー管の
外部に設けた光源3と、この光源3からの光による前記
移動子の反射光がレンズ4を通して受光面に結像され、
この像の位置を検知して電気信号により出力するデジタ
ル式イメージセンサ5と、同イメージセンサ5からの出
力を流量に換算して電気信号として出力する電子回路6
とよりなる構造のものとした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、テーパー管内を流
れる流体の流量を、テーパー管内の移動子の位置を目視
で読み取ることにより測定でき、しかも光源、反射鏡、
レンズ、CCDセンサ(デジタル式イメージセンサ)を
用いて流量を電気信号として出力できるようにした面積
流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】面積流量計には大別して次ぎの手段によ
るものがある。 (1) マグネットを内蔵する移動子の位置をテーパー管の
外部に設けた磁気センサにより検出する手段のもの(図
7) (2) 移動子とともに上下する磁性体コアの変位を差動ト
ランスなどによりインダクタンスの変化として捉えて移
動子の位置を検出する手段のもの(図8) (3) テーパー管を挟んで一方に光源を、他方に多数の受
光素子を配設し、フロートによって光源からの光が遮ぎ
られる位置を受光素子のON/OFF状態によって捉え
て移動子の位置を求める手段のもの(図9) などがある。
【0003】
【従来の流量計の問題点】上述した(1) の手段の流量計
は、移動子がマグネットを備えているので重量が大とな
り、ために小流量の測定が困難である。(2) の手段の流
量計も可動部(移動子や、移動子と一緒に動く例えば移
動子軸)の重量が大となり、これも小流量の測定が困難
であり、しかも構造が複雑となり、勢いコスト高とな
る。また、流体中にマグネットまたはコアがあるため、
被覆材の亀裂、浸透など、腐食性流体の測定においては
信頼性が乏しい。
【0004】(3) の手段の流量計では受光素子の数が少
ないと測定精度が低く、測定精度を高めるには受光素子
の数を多くせねばならず、これまたコスト高になる。ま
た、光はテーパー管を通過する際に屈折するため移動子
の影がシャープにならず、CCDなどを用いて受光素子
の数を多くしても精度が向上しないばかりか、受光素子
の数が多くなると、却ってON/OFFの誤判定による
動作不良が起きやすくなる。
【0005】すなわち、流体が気体の場合は光の屈折は
小さいが、液体の場合、透光性テーパー管の中に液が満
たされているため一種のレンズとなり、光はテーパー管
で屈折して受光素子に達し、シャープな影ができないば
かりか、屈折した光によって移動子の裏側の受光素子が
ONになることがある。
【0006】テーパー管と液の屈折率は必ずしも等しく
はないが、空気に比べてどちらも大きいので、等しいと
みなすと、図10、11のように光が屈折することにな
る。図10は上から見た場合、図11は横から見た場合
を示しているが、実際には3次元であり、屈折光のルー
トは極めて複雑である。
【0007】流量計の精度の点では、横から見た図11
から理解できるように、測定の基準となる移動子上端の
平坦部の影が屈折光によってぼけることが大問題であ
る。この問題を解決するには、光源からの光をきわめて
横幅の狭い平行光線にすればよいが、移動子の動作域全
体にわたってこのような光源を設けることはコストも含
めて現実的ではない。
【0008】以上のことから(3) の手段のものではCC
Dセンサのような分解能の高い受光素子を用いても、像
がぼけるため、高い分解能は期待できない。出願人会社
ではCCDセンサを使った(3) の手段の流量計の開発を
試みたが、上述したような問題で優れた流量計を得るこ
とはできなかった。
【0009】
【目的】本発明は従来の面積流量計における上述した欠
点が除去され、移動子の位置を目視できる機能を保持せ
しめて、しかも移動子の位置を電気信号で正確に出力で
きる面積流量計を提供できるようにした。
【0010】
【手段】前記目的を達成するために、本発明の流量計は
被測定流体の流体力により上下動させられる移動子を内
部に配した透明材よりなるテーパー管と、移動子の移動
全域に照射できるようテーパー管の外部に設けた光源
と、この光源からの光による前記移動子の反射光がレン
ズを通して受光面に結像され、この像の位置を検知して
電気信号により出力するデジタル式イメージセンサと、
同イメージセンサからの出力を流量に換算して電気信号
として出力する電子回路とよりなるものとしてある。
【0011】また、前記移動子の反射光をレンズを通し
てデジタル式イメージセンサへ反射させる反射鏡を備え
るものとしてあり、光源はテーパー管の軸線と平行な棒
状光源とし、棒状光源は多数の赤外発光型LEDを上下
方向に等間隔に並べたものとし、レンズは光軸方向に移
動調節可能としてある。
【0012】
【実施例】本発明の面積流量計を添付図面の図1〜6に
示す実施例によって説明する。図1、2において符号1
は透明材よりなるテーパー管、2はテーパー管内に設け
られたフロートと称される移動子2であり、被測定流体
よりも比重が大で、被測定流体の流体力によりテーパー
管内を上下動させられ、白色のポリテトラフルオロエチ
レン(通称テフロン)製のものとしてある。
【0013】3はテーパー管を通して移動子を照射する
光源で、移動子の移動領域全体を照射できるよう例えば
縦長棒状のものとしてある。より具体的には、例えば多
数の赤外発光型LEDを上下方向へ等間隔に並べたもの
としてある。
【0014】4は集光用のレンズ(コンデンサレン
ズ)、5はデジタル式イメージセンサ(CCD)であ
り、移動子からの反射光がレンズで集光されてデジタル
式イメージセンサ(CCD)5に移動子の像が結像させ
られるようにしてあり、レンズ4はデジタル式イメージ
センサ5への焦点距離を調節できるよう前後(光軸方
向)に移動調節可能としてある。
【0015】ここで、デジタル式イメージセンサ5は明
暗を識別する極めて小さい多数の受光素子(例えば1イ
ンチに2048個)を上下方向に一列に備え、前記レン
ズにより結像された移動子の像の位置を検知して電気信
号により出力するものとしてあり、このデジタル式イメ
ージセンサにはコピー機、ファックスなどに使われる一
次元のラインセンサと呼ばれるものが好適で、上下方向
のイメージのみを電気信号として捉え、恰も長いスリッ
トを通して物を見るのと同じになる。
【0016】デジタル式イメージセンサ5は電子回路6
に接続されており、この電子回路は図3に示されるよう
にデジタル式イメージセンサ5の受光素子S1 ・・・S
n の出力をはじから順に高速で読み取り、暗い部分A
1 、A2 と明るい部分Bのパターンを同電子回路内のメ
モリに格納し、暗い部分と明るい部分の境界にあたる素
子番号Sa 、Sb から移動子の上下方向の位置を演算し
て流量に換算し、電気信号として出力する。この電気信
号は例えば流量に応じて0〜5Vの電圧で出力する場合
もあれば流量に対応する周波数のパルスを出力する場合
もある。
【0017】本発明においては、移動子を白色のテフロ
ン製とすることにより、移動子部分だけが明るく、他の
部分は暗くなり、ために移動子の位置を判別することが
できる。
【0018】移動子の光が強く当たっている部分の像を
デジタル式イメージセンサ5上に結像させる必要があ
り、反射鏡の角度の調整が必要となる。また、像はシャ
ープでないと移動子高さが正確に求められないので、レ
ンズを前後に動かしてピントを合わせる。移動子の動き
は垂直であるから、一旦ピントを合わせれば移動子が上
下してもピントがぼけることはない。
【0019】光源の角度はデジタル式イメージセンサが
捉えることのできる移動子の部分を明るく照らし、かつ
テーパー管表面で反射した光がデジタル式イメージセン
サの移動子の像を乱すことがないように設定されていれ
ばよく、移動子が動く領域全部でほぼ均一の明るさにな
る上下に長い光源であればよい。
【0020】ここで移動子とデジタル式イメージセンサ
との位置関係や、デジタル式イメージセンサへの入射光
の角度の精度は極めてシビアである。したがって、太さ
の違う何種類かの移動子を使用するためには前記位置関
係や角度の微調整が必須である。
【0021】そこで本発明においては図4〜6に示す第
2実施例のようにレンズの前に反射鏡7を設け、反射鏡
は傾度可変としてある。
【0022】この実施例において位置と角度を最適に合
わせるには、まず反射鏡で傾度(角度)を合わせ、次に
レンズを動かしてピントを合わせることにより容易に行
うことができ、反射鏡のないレンズだけで調整するのは
至難の業である。なお、図において符号8は流体の流入
管、9は流出管を示す。
【0023】
【作用効果】本発明の流量計は次ぎの作用効果を奏し得
る。 (a) 移動子の位置を目視して流量を測定できるほかに、
流量を電気信号で正確に出力することができる。 (b) 移動子に光を当て、レンズにより移動子の像をデジ
タル式イメージセンサ上にシャープに結像できる。 (c) 光源からの光の向きをテーパー管の中心軸の方向と
し、光がテーパー管の外周に垂直に透過するようにして
テーパー管表面での乱反射や、屈折光により移動子以外
の明るい部分がテーパー管上に生じることはない。 (d) 前記(b) の方法では移動子とレンズ間にある程度の
距離が必要となり、光学系に大きなスペースが必要にな
って実装上の問題が生じるが、移動子からの光を反射鏡
で方向を変えることにより、流量計全体を幅の狭い箱状
のものにして計器パネルに容易に取付けることができ
る。 (e) レンズとデジタル式イメージセンサの受光面との距
離を可変にし、テーパー管の太さや移動子の大きさが異
なっても、調整により移動子のシャープな像をデジタル
式イメージセンサ上に結像できるようにした。 (f) 反射鏡の角度を調節できるようにし、テーパー管の
交換、取外し洗浄再取付などの際に、テーパー管と光学
系の位置が若干ずれても、調節によりデジタル式イメー
ジセンサ上の移動子像を良好な状態にできるようにし
た。 (g) 従来の方法の問題点が解決され、小流量の高精度計
測が可能。
【0024】測定精度の点からいうと、例えば受光素子
にフォトトランジスタを30個並べた従来の方法(3) の
流量計の分解能は原理的には1/60であるが、本発明
の流量計ではデジタル式イメージセンサは素子数204
8で、従来のものでは比較にならないほど向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る面積流量計の実施例を示す平面
図。
【図2】同上の側面図。
【図3】デジタル式イメージセンサと移動子の像の位置
関係を示す側面図。
【図4】本発明に係る面積流量計の他の実施例を示す平
面図。
【図5】同上の側面図。
【図6】反射鏡の傾度とデジタル式イメージセンサへの
入射光の角度の関係を示す平面図。
【図7】従来の面積流量計の一例を示す側面図。
【図8】従来の面積流量計の他の例を示す側面図。
【図9】従来の面積流量計のさらに他の例を示す側面
図。
【図10】テーパー管と液による光の屈折を示す水平断
面図。
【図11】テーパー管と液による光の屈折を示す縦断面
図。
【符号の説明】
1 テーパー管 2 移動子 3 光源 4 レンズ 5 デジタル式イメージセンサ 6 電子回路 7 反射鏡 8 流入管 9 流出管 S1 ・・・Sn 受光素子

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定流体の流体力により上下動させられ
    る移動子を内部に配した透明材よりなるテーパー管と、
    移動子の移動全域に照射できるようテーパー管の外部に
    設けた光源と、この光源からの光による前記移動子の反
    射光がレンズを通して受光面に結像され、この像の位置
    を検知して電気信号により出力するデジタル式イメージ
    センサとよりなる面積流量計。
  2. 【請求項2】被測定流体の流体力により上下動させられ
    る移動子を内部に配した透明材よりなるテーパー管と、
    移動子の移動全域に照射できるようテーパー管の外部に
    設けた光源と、この光源からの光による前記移動子の反
    射光がレンズを通して受光面に結像され、この像の位置
    を検知して電気信号により出力するデジタル式イメージ
    センサと、同イメージセンサからの出力を流量に換算し
    て電気信号として出力する電子回路とよりなる面積流量
    計。
  3. 【請求項3】被測定流体の流体力により上下動させられ
    る移動子を内部に配した透明材よりなるテーパー管と、
    移動子の移動全域に照射できるようテーパー管の外部に
    設けた光源と、この光源からの光による前記移動子の反
    射光を反射する反射鏡と、反射鏡からの移動子の反射光
    がレンズを通して受光面に結像され、この像の位置を検
    知して電気信号により出力するデジタル式イメージセン
    サとよりなる面積流量計。
  4. 【請求項4】被測定流体の流体力により上下動させられ
    る移動子を内部に配した透明材よりなるテーパー管と、
    移動子の移動全域に照射できるようテーパー管の外部に
    設けた光源と、この光源からの光による前記移動子の反
    射光を反射する反射鏡と、反射鏡からの移動子の反射光
    がレンズを通して受光面に結像され、この像の位置を検
    知して電気信号により出力するデジタル式イメージセン
    サと、同イメージセンサからの出力を流量に換算して電
    気信号として出力する電子回路とよりなる面積流量計。
  5. 【請求項5】前記光源がテーパー管の軸線と平行な棒状
    光源である請求項1乃至4に記載の面積流量計。
  6. 【請求項6】前記棒状光源が多数の赤外発光型LEDを
    上下方向に等間隔に並べたものである請求項5に記載の
    面積流量計。
  7. 【請求項7】前記レンズが光軸方向に移動調節可能であ
    る請求項1乃至4に記載の面積流量計。
JP33759596A 1996-12-03 1996-12-03 面積流量計 Pending JPH10160527A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006153632A (ja) * 2004-11-29 2006-06-15 Tokyo Keiso Co Ltd 流量計
EP1999536A2 (en) * 2006-02-27 2008-12-10 Fluidnet Corporation Flow sensor calibrated by volume changes
JP2012145437A (ja) * 2011-01-12 2012-08-02 Tokyo Keiso Co Ltd 面積式流量計
US10010686B2 (en) 2006-02-27 2018-07-03 Ivenix, Inc. Fluid control system and disposable assembly

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