JPS62168021A - 翼車流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は流量測定に関する。

〔従来の技術〕

往復動ポンプ・圧縮機の吸込・吐出管内の流れは脈動し
ている。これら流体輸送機械の運転に関連して、又特に
これら機械の性能向上を目指す開発を意図する場合、こ
の脈動流動の瞬時値の測定が必要になる事がある。しか
し、脈動流量の測定は定常流量の測定に比べて著しく困
難である。

従来は例えば、非定常流量の測定には本質的に不向きな
計器である絞り流量計を、脈動の程度が小さい場合に限
り準用するといった事が行われてきた。

又、応答速度は十分に速い計器である熱線流速計を用い
て、管内での複数の点で流速を測定する事によって、脈
動流量を測定する事も行われてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、絞り流量計を用−て脈動の程度の大きい流量を
測定すれば、指示値には大きい誤差が入る。又、熱線流
速計はそのプローブが脆弱で工業計器として不向きな上
に、前述した様に繁雑な測定となる。

この発明は流体の脈動流量の瞬時値の測定を可能とする
流量計を得る事を目的・とする。

〔問題点を解決する為の手段］ 第１図を使用してこの発明の流量計の基本概念を説明す
る。

この流量計の流量検出素子は翼車１１であって。

流れが翼車１１に作用を与える事実を利用して測定を行
うのである。この流量計では翼車１１はその軸を直接に
、又は変速機を介してモータ１２の軸に連結している。

以下断り無しに流量計回転子１の角速度と言う場合、そ
れはモータ１２０角速度を指すものとする。

これまでの翼車型流量計では翼車の角速度を指示値とし
ているのに対して、この発明の流量計では、指示値は本
質的にはモータ電流である。

流量計回転子１０角速度が一定の下では、モータ電流は
流量に一対一に対応する。

第２図のグラフ中で実線は流量とモータ電流との間の関
係を表わすものである。

この流量計では流量計回転子１０角速度が流量の影響を
受けずに一定値を維持する様に定角速度制御装置２でモ
ータ電流を調節する。

〔作用〕の項で説明するが、流量計回転子ｌを定角速度
制御する結果、モータ電流は流量に速く応答し、脈動流
量の瞬時値の測定が可能となるのである。

〔作用〕

第１図を用いてこの発明の流量計の作用を説明する。

流体が流れている円管３中に翼車１１が設置されている
。翼車１１は回転していて、その角速度の方向は流れに
よって回転させられるのとは反対である。そして１以上
の動作に見合う電流がモータ１２に流れているものとす
る。

今、流量が急に１例えば増加した事を考える。

すると流量計回転子１０角速度は低下し、この角速度と
設定しようとする角速度との差は大きくなる。この差に
比例する電圧が定角速度制御装置２へ入り、出力電圧は
増加する。モータ１２は定角速度制御装置２の出力で駆
動されるので。

モータ電流は増加する。従って流量計回転子１０角速度
は増加する事になる。但し、初めの角速度を超える事は
ない。

この様な定角速度側ｍ、すなわち流量が変動しても、流
量計回転子ｌの角速度は影響を受けただ、この制？Ｂ系
は流量計回転子１が遅れ特性を持ち、定角速度制御装置
２も又遅れ特性を持つので、高い周波数では遅れが二次
以上となり、系の作用が不安定となる可能性がある。こ
の不安定を避けて、系に安定な制御を保障する安定化手
段を定角速度制御装置２の中に備える事が不可欠である
。

以上がこの流量計の作用の定性的な説明であった。

次にこの流量計の作用を数式を使って説明する。

説明を簡単にする為に、翼車１１の軸とモータ１２の軸
とは直接に連結されているものとする。流量計回転子１
０角速度をＮで表わす。流量Ｕが翼車１１にトルクＴを
発生させているものとする。

一方モータ１２にはその巻線に工なる電流が流れていて
１発生するトルクがＴ工であるとする。流量Ｕが時間的
に見て一定であって流量計回転子１の動作が準静的に行
われていると見做せる場合には、翼車１１に発生するト
ルクＴとモータ１２に発生するトルクで１とは相等しい
。

しかし、流量Ｕが時間的に変化をする場合にはこれらの
二つのトルクＴ１とＴとは等しくなく。

その差は次式で表現できる。

Ｔ１−Ｔ＝　Ｈ旦　　　　　　（１） （ｉｔ ここに、Ｈは流量計回転子１の慣性モーメント。

又ｔは時間を表わす。

流量Ｕ、モータ電流工、角逐度Ｎに関して。

それらの変動分には記号の前に△を付して表わすと２式
（１）は次の様に変形できる。即ち但し。

であり、これは流量計回転子ｌの時定数と呼ばれる量で
ある。これらＭ、（ａＮ／ａ工鳥及び（ａ　Ｎ／ａ　Ｕ
　）□　は流量計回転子１の動作が準静的に行われてい
る時のそれの特性を表わす量である。

次に なる量を定義し、それを使うと式（２）はとなる。

ここで、Ｐｏ＞＞１の場合を考えると式（５）は次の様
に簡単にできる。

Ｐｏは定角速度制御装置２のゲインに比例しループゲイ
ンと呼ばれる量である。この２０が１になる様な制御を
行った場合には、モータ電流の変動Δ工は流量の変動Ａ
　、ＴＪにほぼ比例すると言う事を式（６）は示してい
る。

〔実施例〕

この発明のｔｆ、’Ａ計の実施例の説明を図面を用いて
行う。

第３図は翼車ｘｌｔｖ＠を変速機１３を介してモータ１
２の軸の一端と連結し、さらにモータ１２の軸の他端を
角速度検出器２１の軸と連結しているところと、これら
を支持部品４を使って円管３内に装着している様子を示
している。但し変速機１３、モータ１２それに角速度検
出器２１は必ずしも円管３内に装着しなくて良い。

以下、定角速度制御装置の区別に従って二つの実施例を
説明する。

先ず、第４図はこの発明の流量計の一実施例を示す簡略
化した回路図であり、定角速度制御装置は、特許請求の
範囲第４項に記載の実施態様に相当するものの内の一例
である。

この実施例での定角速度制御装置の構成は次の通りであ
る。

角速度検出器２１の出力電圧と設定しようとする角速度
に対応する電圧すなわち角速度設定電源２２の電圧Ｅと
の和を加算器２３によって作否。

この和電圧を乗算器２６の一方の入力端子に入れる。一
方モータ１２に直列に接続したモータ電流検出抵抗器２
４０両端の電圧をホロワ２５で受ける。

ホロワ２５の出力電圧を乗算器２６の他方の入力端子に
入れる。従って２乗算器２６の出力電圧は流量計回転子
ｌの角速度に依存するが、同時にモータ電流にも依存す
る電圧である。この電圧とポテンショメータ回路２７の
出力電圧との差の電圧乙Ｈｂら、減衰調節電源２８の電
圧Ｅｄを差し引いた電圧を差動増幅器２９に入力する。

モして差動増幅器２９の出力で、モータ１２とモータ電
流検出抵抗器２４の直列回路と、前記ポテンショメータ
回路２７とを並列に駆動する。ここに、減衰量ｇｒ１電
源２８け定角速度制御を安定に行わせる為に用いるもの
である。

ホロワ２５の出力電圧はモータ電流に比例する電圧であ
り、これを流量計の実際上の指示値とする事が可能であ
るが、この実施例ではホロワ２５の出力端子にリニアラ
イブ３ｏを接続してその出力電圧を指示値としている。

次に、第５図はこの発明の流量計の別の実施面としては
、特許請求の範囲第５項に記載の実施態様に相当するも
のの内の一例である。

この実施例の定角速度制御装置の構成を述べる。

角速度設定電源２２ａの電圧をＥａとする。この電圧Ｅ
ｌｉＬは前の実施例の同様な電圧Ｅとは異なる。

角速度検出器２１の出力電圧とこの電圧Ｅ＆との差△Ｋ
ａを減算器２３ａによって作る。この差電圧△−を系の
安定化手段としての減算器２８ａに入力する。減算器２
８＆の出力電圧を増幅器２９ａに入力し、この出力でモ
ータ１２とモータ電流検出抵抗Ｎ２４とを直列に接続し
たものを駆動するのである。

この実施例においても、指示値の取り出し方は前の実施
例と同じである。

最後に、主として高応答速度、高再現性の流量計を得る
観点カニら、各構成要素に就いてその具体的な種類を挙
げる。

先ず、翼車１１には流れの方向に対称な形状を持つ他流
型翼車が、逆流に対しても使用が可能という点と翼によ
るエネルギ損失が少なくて済む意力１ら良い。

次にモータ１２には直流分巻モータ又は二相サーボモー
タを使用すれば特に良好な性能の流量計を得る事カζで
きる。高速応答を目的とした直流分巻モータが機械的及
び電気的の時定数が小さく、且つモータ電流とトルクと
の関係が比例するので良いが、再現性を損わせる摩擦ト
ルクは二相サーボモータの方が小さい。

角速度検出器２１には直流タフジェネレータの他にパル
スエンコーダ、周波数ジェネレータ又は交流タフジェネ
レータの使用も可能である。

角速度に比例する電圧を発生する直流タコジェネレータ
が最良であるが、摩擦トルクはやはり池のものが小さい
。又この角速度検出は、専用検出器を用いなくとも可能
である。例えば、−辺に直流分巻モータを、他の三辺に
抵抗器を用いてホイートストンブリッジを構成すれば、
モータと直列抵抗器との接続点の電位と、それに対応す
る接続点の電位との差は、モータの角速度を表わす電圧
となる。但し、相対する辺の抵抗値の積を等しくする必
要がある。

次に翼車１１の軸とモータ１２の軸との連結においては
１両軸を直接に連結する場合と１間に変速機１３を介在
させて連結する場合とがある。翼車１１０角速度がモー
タ１２０角速度に比べて大きくなる連結の場合、流量計
回転子１の特性は良好となる。し２５＝　Ｌ　、変速機
１３を使用するとその分だけ摩擦トルクが増加する。

さらに、この流量計の指示値はモータ電流に比例するホ
ロワ２５の出力電圧で与える事ができるが、ホロワ２５
の出力端子にリニアライザ３０を接続して、この出力電
圧を指示値とする事もできる。直流分巻モータ又は二相
サーボモータを使う場合、モータ電流は流量の二乗に比
例し。

小流量のところで感度が小さくなる。これを改善する目
的でリニアライザ３０として平方根器を用いれば、モー
タ電流と流量とを比例させる事ができる。

第２図のグラフにおいて、破線は流量とりニアライブ３
０の出力電圧との間の関係を示す。

〔発明の効果〕

この発明の流量計は今までの翼車型流量計に比べて応答
速度を非常に速くする事が可能である。

定角速度制御装置として特許請求の範囲第４項に記載の
実施態様による流量計は、減衰調節電源の電圧を調節し
て最良の動作点を確実に且つ簡単に発見する事が可能で
あり、応答性を特に重視する測定に対して効果を発揮す
る。

一方、定角速度制御装置として特許請求の範囲第５項に
記載の実施態様による流量計は、構成が簡単であり、定
角速度制御の効果を発揮して応答性は良好である。

尚この発明の流量計は脈動流量の瞬時値の測定を目的と
してはいる力；、脈動流量の平均値の測定及び定常流量
の測定も当然可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の流量計の基本概念を説明する機能ブ
ロック図、第２図はこの流量計の被測定量である流量Ｕ
と、指示値であるモータ電流工又はリニアライザの出力
電圧との関係を示すグラフである。 第３図は流量計回転子を管に取付けたところの一例を示
す図である。 第４図はこの発明の流量計の実施例を表わす簡略化した
回路図であり、第５図は別の実施例を表わす同様な図で
ある。 第１図において＋　１（ｄ流量計回転子、ｌ１ｌ−ｉ翼
車、　１２はモータ、２は定角速度制御装置を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）流量検出素子としての翼車（１１）の軸とモータ
   （１２）の軸とを連結して成る流量計回転子（１）と、
   モータ（１２）の定角速度制御装置（２）とを構成要素
   とし、モータ電流で流量を指示する流量計。
2. （２）翼車（１１）の軸とモータ（１２）の軸とを直接
   に連結する特許請求の範囲第１項に記載の流量計。
3. （３）翼車（１１）の軸とモータ（１２）の軸とを変速
   機（１３）を介して連結する特許請求の範囲第１項に記
   載の流量計。
4. （４）定角速度制御装置（２）が以下に示す構成を持つ
   特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記
   載の流量計。 ア）モータ（１２）の角速度検出器（２１）と、角速度
   設定電源（２２）と、前者の出力電圧と後者の電圧Ｅと
   の和を作る加算器（２３） イ）モータ電流検出抵抗器（２４）とその両端の電圧を
   受けるホロワ（２５） ウ）加算器（２３）の出力電圧とホロワ（２５）の出力
   電圧の積を作る乗算器（２６） エ）差動増幅器（２９）の出力電圧に比例する電圧を発
   生するポテンショメータ回路（２７）オ）乗算器（２６
   ）の出力電圧からポテンショメータ回路（２７）の出力
   電圧を差し引いた電圧ΔＥからさらに減衰調節電源（２
   ８）の電圧Ｅ＿ｄを減算した電圧を入力とし、出力でも
   つてモータ（１２）とモータ電流検出抵抗器（２４）の
   直列回路とポテンショメータ回路（２７）とを並列に駆
   動する差動増幅器（２９）
5. （５）定角速度制御装置（２）が以下に示す構成を持つ
   特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記
   載の流量計。 ア）モータ（１２）の角速度検出器（２１）と、角速度
   設定電源（２２ａ）と、前者の出力電圧から後者の電圧
   Ｅ＿ａを差し引く減算器（２３ａ）イ）この減算器（２
   ３ａ）の出力電圧ΔＥ＿ａを入力とする位相補償器（２
   ８ａ） ウ）この位相補償器（２８ａ）の出力電圧を入力とし、
   出力でもつてモータ（１２）とモータ電流検出抵抗器（
   ２４）の直列回路を駆動する増幅器（２９ａ）