JPH10332445A - 振動式流量検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 フロートを常時振動させることによって、フ
ロートと管体内壁との間のわずかな隙間やフロート自身
に付着した水垢等の付着物を確実に除去することができ
るとともに、長期間安定して流体の流量を測定すること
が可能な安価な流量検出器を提供すること。 【解決手段】 管体１と、管体内に収容され、管体内を
流れる流体の流量に応じて変位する永久磁石２ａ，２ｂ
若しくは永久磁石を備えたフロート２と、管体の外周に
一定の距離をおいて巻装された一対の励磁用コイル３
と、管体外周の励磁用コイルの間に巻装され前記フロー
トの変位を電磁気的に検出する検知用コイル５と、から
なる流量検出器であって、励磁用コイルは、向き合う極
が同極となるように電気的に接続されているとともに、
所定量の交流電圧を印加することによって、フロートが
常時振動するように構成されていることを特徴とする振
動式流量検出器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管体内を流れる流
体の流量をフロートを用いて測定する流量検出器に係
り、特に、フロートを常時振動させることによって、フ
ロートと管体内壁との間のわずかな隙間やフロート自身
に付着した水垢等の付着物を確実に除去することができ
るとともに、専用の発振器や信号処理回路などを要する
ことなく長期間安定して流体の流量を測定することが可
能な安価な流量検出器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、管体内を流れる流体の流量を
測定する検出器としては、例えば、電磁式流量検出器、
超音波式流量検出器、熱線式流量検出器、面積式流量検
出器、容積式流量検出器など、様々な構成のものが知ら
れている。それらの中でも、例えば、フロート等の可動
部を備えた面積式の流量検出器は、可動部を持たない電
磁式流量検出器や超音波式流量検出器などと比べて構造
が簡単で、価格も比較的安価であることから、例えば、
近年一般の家庭にも普及しつつある２４時間風呂におけ
る湯の流量測定をはじめとして、各種の分野で広く使用
されている。

【０００３】しかしながら、この種の面積式流量検出器
は、管体内を流れる流体の流量に応じて可動部であるフ
ロートの位置が変位し、その変位を管体内に設けたリー
ドスイッチや管体の外周に巻いた測定用コイルなどで電
磁気的に検出したり、目視で確認したりして流量を測定
するような構成のものであるため、長期間使用している
うちに、フロートと管体内壁との間や、フロートと軸受
けとの間などに水垢等が付着物となって堆積してしまう
ようなことがあると、フロートの動作が阻害されて正確
な流量測定ができなくなってしまうという問題点があ
る。そこで、従来通常の２４時間風呂などでは、３ケ月
から６ケ月に一度の割合で定期的に管体内を洗浄してい
るのであるが、このような作業は非常に面倒であるた
め、その改善が強く望まれている。

【０００４】このような問題に対しては、従来より種々
の対策案が検討されている。例えば、実開平５−５７６
２３号公報には、管体内を流れる流体の圧力を利用し
て、ガイドポールに貫通状に支持させたフロートを回転
させ、その回転遠心力によって水垢等の付着物を除去す
るようにした流量計が提案されている。また、特公平７
−９４９９７号公報には、磁石もしくは磁石と強磁性体
を組み込んだ踊子を、管体内で強制的に運動させて管体
内と踊子自身を自己クリーニングするようにした流量計
が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、まず、
実開平５−５７６２３号公報に開示された流量計の場合
は、上述したように、管体内を流れる流体の圧力を利用
してフロートを回転させる構成のものであるため、流体
の流れが停止して、フロートが管体内の下部で長時間回
転せずに停滞するようなことがあると、フロートと管体
内壁との間や、フロートとガイドポールとの間に水垢等
が付着し、流体が流れてもフロートが上昇しなくなって
しまう恐れがある。また、常に一定の流量が確保されて
いる状態であっても、フロートが一箇所で停滞して回転
している場合には、ガイドポールの表面に水垢等が付着
し、流量が減少してもフロートが下降しない恐れがあ
る。従って、このような構成の流量計を用いた場合であ
っても、管体内を洗浄する作業を不要とすることができ
ず、結局、従来の面積式流量検出器が抱えていた問題点
を解決できていない。更に、この流量計の場合は、上記
公報の実施例の中でも詳述されているように、複数の回
転用スリットや、金属、硬質合成樹脂等の部材によって
形成されたチェーン、ワイヤー、ブラシ等の付着物除去
手段を備えた特殊な構造のフロートを使用しなければな
らないため、部品点数が多くなってコストの高いものと
なってしまうという問題点もある。

【０００６】一方、特公平７−９４９９７号公報に開示
された流量計は、流体の流れの有無に左右されずに踊子
を強制的に運動させて、管体内と踊子自身をクリーニン
グすることができるため、水垢等の付着物に影響される
ことなく流体の流量を測定できるという利点を備えてい
る。しかしながら、この流量計の場合は、流量測定時と
クリーニング時とで、異なる発振周波数と異なる振幅の
電圧を印加する構成であるため、それぞれ専用の発振器
が必要であるとともに、それ以外にも信号増幅器や切換
用スイッチなどの部品が必要である。この際、上記公報
の実施例の中でも説明されているように、測定用の発振
器とクリーニング用の発振器を一つの発振器で構成し、
測定用とクリーニング用とで振幅を切替えるようにする
ことも考えられるが、この場合であっても、信号増幅器
や切換用スイッチは省略することができない。また、こ
の流量計は、流量測定時において、リアクタンス成分が
変化する磁歪現象を利用して踊子の位置を検出している
ことから、上記したような部品に加えて、コンデンサ、
ダイオード、検出抵抗等の電子部品を組み込んだ信号処
理回路が更に必要となってしまう。

【０００７】このように、特公平７−９４９９７号公報
に開示された流量計の場合は、付着物の除去と流量の測
定を行うのに複雑な回路構成が必要であり、コスト面で
使用用途が制限されてしまう場合があった。

【０００８】本発明はこのような点に基づいてなされた
もので、その目的とするところは、フロートを常時振動
させることによって、フロートと管体内壁との間のわず
かな隙間やフロート自身に付着した水垢等の付着物を確
実に除去することができるとともに、専用の発振器や信
号処理回路などを要することなく長期間安定して流体の
流量を測定することが可能な安価な流量検出器を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべく
本発明による振動式流量検出器は、管体と、管体内に収
容され、管体内を流れる流体の流量に応じて変位する永
久磁石若しくは永久磁石を備えたフロートと、管体の外
周に一定の距離をおいて巻装された一対の励磁用コイル
と、前記管体外周の励磁用コイルの間に巻装され前記フ
ロートの変位を電磁気的に検出する検知用コイルと、か
らなる流量検出器であって、前記励磁用コイルは、向き
合う極が同極となるように電気的に接続されているとと
もに、所定量の交流電圧を印加することによって、前記
フロートが常時振動するように構成されていることを特
徴とするものである。この際、前記フロートと、前記検
知用コイルとの間に生じる誘導起電力を利用して前記フ
ロートの変位を検出することが考えられる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明において使用される管体の
構成材料は、特に限定されず、使用用途などを考慮して
適宜に選択する。例えば、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネー
ト樹脂、塩化ビニル樹脂等の樹脂材料や、ステンレス、
銅等の非磁性体の金属材料などが挙げられる。

【００１１】管体内に収容されるフロートは、後述する
検知用コイルとの間で誘導起電力が生じるような構成の
ものであれば何でも良く、特に限定されない。例えば、
フェライト系、ネオジウム系等の永久磁石そのものや、
それらの永久磁石を、ポリブチレンテレフタレート樹
脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の低吸水率の樹
脂材料中に組み込んで一体成形したものなどが挙げられ
る。形状や大きさも、特に限定されず、使用する管体の
全長や内面形状などを考慮して適宜に設定する。形状と
しては、例えば、円盤状、リング状、円筒状、ハニカム
状のものなどが挙げられるが、本実施例では、管体内の
流体の流れに影響を及ぼすことがないように中心部に所
定の貫通穴が設けられた円筒状のものを採用した。

【００１２】管体の外周に一定の距離をおいて巻装され
る一対の励磁用コイルは、例えば、表面にエナメル皮膜
やウレタン皮膜が形成された銅線などからなるものであ
る。この励磁用コイルは、互いの向き合う極が同極とな
るように電気的に接続されており、所定量の交流電圧を
印加することによって、フロートを常時振動させる。

【００１３】ここで、この動作原理について詳しく説明
する。まず、フロートは、既に述べたように永久磁石、
若しくは永久磁石を内部に組み込んだ樹脂成形体から構
成されていて、管体内を流れる流体の流量に応じて管体
内で変位する。いま、フロートが管体内の上部または下
部に位置しているとき、励磁用コイル間に商用周波数の
電圧を印加すると、それぞれの励磁用コイルの磁極は、
周波数と同期して交番を繰り返す。一方、フロートを構
成する永久磁石の磁極は固定されているため、永久磁石
の磁極と励磁用コイルの磁極は、同極状態と異極状態を
繰り返す。これによって、励磁用コイルの磁力と永久磁
石の磁力が平衡状態になろうとしてフロートが動くわけ
であるが、この構造では平衡点がないのでフロートは上
下に振動することになる。

【００１４】次に、フロートが励磁用コイル間の中央部
に位置するときは、一方の励磁用コイル側では、励磁用
コイルの磁極と永久磁石の磁極とが同極状態となり、同
時に他方の励磁用コイル側では、励磁用コイルの磁極と
永久磁石の磁極とが異極状態となる。一対の励磁用コイ
ルの磁界が交番すると、励磁用コイルの磁極と永久磁石
の磁極は、同極状態と異極状態を繰り返すことになるた
め、フロートは上下に振動する。

【００１５】このように、フロートが管体内のいずれの
位置にある場合であっても、一対の励磁用コイル間に所
定量の交流電圧を印加すれば、フロートは即座に振動
し、フロートと管体内壁との間の僅かな隙間やフロート
自身に付着した水垢等の付着物を除去することになる。

【００１６】さて、この際、仮に検出器の簡易化を考え
て、一つの励磁用コイルのみを管体の外周に巻装して、
その励磁用コイルの巻装範囲内でフロートを振動させる
ように構成した場合は、フロートの位置によっては励磁
用コイルの磁力とフロートを構成する永久磁石の磁力と
が互いに打ち消し合ってフロートの振動動作が停止して
しまう場合がある。また、一対の励磁用コイルを管体の
外周に一定の距離をおいて巻装した場合であっても、励
磁用コイルの向き合う極が異極である場合には、上記と
同様に、フロートの位置によってはフロートの振動動作
が停止してしまう場合がある。従って、本発明において
は、励磁用コイルを二つ用意し、それら一対の励磁用コ
イルを、管体の外周に一定の距離をおいて巻装するとと
もに、それらの向き合う極が同極となるように電気的に
接続することを必須要件としている。

【００１７】管体の外周に一定の距離をおいて巻装され
た一対の励磁用コイルの間には、検知用のコイルが巻装
される。この検知用コイルは、フロートの変位を電磁気
的に検出するためのものであり、例えば、上記した励磁
用コイルと同様に、表面にエナメル皮膜やウレタン皮膜
が形成された銅線などから構成される。このような検知
用コイルを利用してフロートの変位を電磁気的に検出す
る方法としては、例えば、リアクタンス成分の変化を利
用した方法が知られている。この方法は、従来より一般
的に行われている検出方法であり、本発明に適用するこ
とも可能であるが、この方法を採用した場合には、専用
の発振器が必要になってしまう。また、この方法の中で
も、特に、磁歪現象を利用した方法の場合には、検知用
のコイルとコンデンサの共振点のズレを利用して流量を
検知するため、検知用コイルから出力された信号を、直
接、流量を表示するための測定表示回路に供給すること
ができず、コンデンサ、ダイオード、検出抵抗等の電子
部品を組み込んだ信号処理回路を経由しなければならな
い。従って、回路構成が非常に複雑になってしまい、結
局、得られる検出器のコストが上昇してしまう。そこ
で、本発明においては、そのような専用の発振器や複雑
な回路を要することなく、検知用コイルからの出力信号
を直接測定表示回路に供給することができる方法とし
て、フロートと検知用コイルとの間に生じる誘導起電力
を利用した検出方法を好ましく採用している。

【００１８】このような検出方法を採用する場合は、検
知用コイルを設置する位置が大きな出力信号を得るうえ
で重要となる。本発明では、この点を考慮して、検知用
コイルを一対の励磁用コイル間の中心部を除いた位置に
設けている。検知用コイルを一対の励磁用コイル間の中
心部に設けた場合には、充分な誘導起電力が得られず、
検知用コイルからの出力信号が小さなものとなってしま
うため、信号増幅器等の電子部品が必要になってしま
う。

【００１９】このようにして得られる本発明の流量検出
器は、フロートを常時振動させることによって、フロー
トと管体内壁との間のわずかな隙間やフロート自身に付
着した水垢等の付着物を確実に除去することができるた
め、長期間安定して流体の流量を測定することができ
る。更に、永久磁石若しくは永久磁石を備えたフロート
と、検知用コイルとの間に生じる誘導起電力を利用して
流量を検出していることから、従来必要とされたような
専用の発振器や信号処理回路などを省略することができ
る。従って、回路構成及び検出器自体の構成が簡略化さ
れたものとなり、コストが低減する。

【００２０】

【実施例】以下、実施例として掲げた流量検出器の構成
を図１を参照しながら説明する。図１は、本実施例によ
る流量検出器の構成を示すブロック図である。

【００２１】まず、符号１は、長さ９５ｍｍ、内径２４
ｍｍのポリカーボネート樹脂製の管体であり、その内部
には、長さ４５ｍｍ、外径２２ｍｍ、内径１０．５ｍｍ
の円筒状に形成されたフロート２が、流体の流量に応じ
て、その位置が上下に変化し得るように、管体内壁との
間にわずか１ｍｍ程度の隙間をおいた状態で収容されて
いる。このフロート２は、吸水率の低いポリブチレンテ
レフタレート樹脂から構成されていて、その内部には外
径２０ｍｍ、内径１３．５ｍｍ、厚さ１２ｍｍのリング
状に形成された、磁力２０００ガウスのネオジウム系永
久磁石２ａ、２ｂが、互いの向き合う極が異極となるよ
うな状態で一体に組み込まれている。管体１の外周に
は、エナメル銅線からなる一対の励磁用コイル３、４が
４５ｍｍの距離をおいて巻装されている。この励磁用コ
イル３、４は互いの向き合う極が同極となるように電気
的に接続されているとともに、その両端には、励磁用電
源７が接続されている。また、励磁用コイル３、４の間
には、フロート２の位置を検出するための検知用コイル
５が巻装されている。この検知用コイル５は、励磁用コ
イル３、４と同様に、エナメル銅線から構成されてお
り、励磁用コイル３の下端部より４．５ｍｍ離れた位置
に巻装されている。

【００２２】ここで、検知用コイル５の設置位置と、検
知用コイル５から出力される信号との関係について図２
を参照しながら説明する。図２は、検知用コイル５を、
励磁用コイル３、４の間の範囲内で、励磁用コイルから
所定の距離だけ離して設置した際の出力信号を示したも
のである。図２によれば、検知用コイル５が、励磁用コ
イル間の中心部に位置すると出力信号は最も小さく、ど
ちらか一方の励磁用コイルに近づく程、出力信号が大き
くなることが判る。従って、本実施例では既に述べたよ
うに、励磁用コイル３の下端部より４．５ｍｍ離れた位
置に検知用コイル５を巻装している。

【００２３】検知用コイル５の両端には、検知用コイル
５からの出力信号を流量に変換して表示するための測定
表示回路６が接続されている。

【００２４】ここで、管体１内に、毎分９リットルの流
量の水を供給し、その状態で商用交流電源をＡＣ２４Ｖ
に降圧した励磁用電源７を用いて、励磁用コイル３、４
間に、電圧を印加してみたところ、フロート２は管体１
の下部に位置したまま振動を始めた。このとき、検知用
コイル５からの出力信号は３６８ｍＶであり、出力信号
波形は図３に示すようなものであった。また、水の流量
を毎分１１リットルに変化させてみたところ、フロート
２は振動しながら上昇し、検知用コイル５の位置に達し
たとき、測定表示回路６は正確な流量を表示した。この
とき、検知用コイル５からの出力信号は４７２ｍＶであ
り、出力信号波形は図４に示すようなものであった。図
３及び図４によれば、検知用コイル５から出力される信
号の電圧差は１００ｍＶ程度であり、測定表示回路６を
駆動させるのに充分な電圧値であった。

【００２５】このように、本実施例による流量検出器
は、フロートを常時振動させることによって、フロート
と管体内壁との間の僅かな隙間やフロート自身に付着し
た水垢等の付着物を確実に除去することができるととも
に、従来必要とされたような専用の発振器や信号処理回
路を要することなく、直接、測定表示回路にて流量を表
示させることができる。また、本実施例による流量検出
器は、商用周波数によって動作させることができるた
め、ノイズによる誤動作の心配もない。

【００２６】本発明は上記の実施例に限定されるもので
はない。上記の実施例では、商用交流電源を所定の電圧
に降圧した励磁用電源を用いて検出器を作動させた場合
の例を示したが、任意の周波数の交流電源装置を用いて
も良い。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、フ
ロートを常時振動させることによって、フロートと管体
内壁との間のわずかな隙間やフロート自身に付着した水
垢等の付着物を確実に除去することができるとともに、
専用の発振器や信号処理回路などを要することなく、長
期間安定して流体の流量を測定することが可能な安価な
流量検出器を提供することができる。従って、本発明の
流量検出器を、例えば、２４時間風呂の湯などの流量測
定に適用すれば、従来必要とされていたような管体内の
洗浄作業を不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図で、流量検出器のブ
ロック図である。

【図２】本発明の一実施例を示す図で、検知用コイルの
設置位置と、検知用コイルの出力信号との関係を示す図
である。

【図３】本発明の一実施例を示す図で、フロートが管体
内の下部に位置しているときの、検知用コイルの出力信
号波形図である。

【図４】本発明の一実施例を示す図で、フロートが管体
内の上部に位置しているときの、検知用コイルの出力信
号波形図である。

【符号の説明】

１…管体 ２…フロート ２ａ…永久磁石 ２ｂ…永久磁石 ３…励磁用コイル ４…励磁用コイル ５…検知用コイル ６…測定表示回路 ７…励磁用電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管体と、管体内に収容され、管体内を流
   れる流体の流量に応じて変位する永久磁石若しくは永久
   磁石を備えたフロートと、管体の外周に一定の距離をお
   いて巻装された一対の励磁用コイルと、前記管体外周の
   励磁用コイルの間に巻装され前記フロートの変位を電磁
   気的に検出する検知用コイルと、からなる流量検出器で
   あって、前記励磁用コイルは、向き合う極が同極となる
   ように電気的に接続されているとともに、所定量の交流
   電圧を印加することによって、前記フロートが常時振動
   するように構成されていることを特徴とする振動式流量
   検出器。
2. 【請求項２】 前記フロートと、前記検知用コイルとの
   間に生じる誘導起電力を利用して前記フロートの変位を
   検出することを特徴とする請求項１記載の振動式流量検
   出器。