JPS62267619A - 流量測定装置 - 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） 本発明は光検出素子を用いた手段による流体の流量測定
装置に関する。

（従来の技術） 従来流路を流れる流体の流量を測定するには、該流路中
に水車状をなす回転体を流体の圧力により回転するよう
に設け、該回転体の回転数を検出して流体の流量を算出
している。

また回転体の端縁部に永久磁石を設け、回転体の回転に
よる磁束の変化をホール素子等により電気信号として取
り出し、電気信号の周期的な変化により回転数を検出し
て流量を算出する方法もある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記従来の技術には次のような問題点があ
る。

上記従来の測定方法はいずれも回転体の１周を基準とし
て流量を算出するので、回転体の回転が１周に満たない
場合は流量がゼロとして処理されてしまう。従って流量
が少ない場合は測定することができない。同じ理由から
回転数に１以下の端数が有る場合でも端数は切捨てて処
理するので精度が悪いという問題点がある。

永久磁石を用いた場合は該永久磁石に流路内に存在する
鉄粉等が付着し、長期間的には堆積して回転抵抗や流路
抵抗となり、測定精度を落とす原因となる。

従来の方法では回転体の回転数から流量を算出するだけ
なので、流路内に予定流動方向と逆方向に流れる逆流が
生じても流量は測定できるが逆流の有無は検出できない
という問題もある。

さらに回転体の軸と軸受部分に従来は摩耗が生し易く、
測定精度を落としたり、回転時に軸の片寄りによる騒音
が発生ずる等の問題点がある。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するため本発明は次の構成を備える。

すなわち、流路内に配設され、流体の流速に応した角速
度で流路の軸線を中心として回転する回転体と、該回転
体の単位時間当りの回転数等を検出する検出素子とを具
備する流量測定装置において、前記回転体は流路の軸線
に位置する軸と、この軸から放射状に廷びる翼と、翼を
囲んで前記軸と軸線を一致して翼に固定される円筒とを
具備し、この円筒外周に光の反射部と非反射部とを周方
向に交互に綿状に形成し、前記検出素子は発光部と受光
部とを有して、発光部から発せられて前記円筒の外周に
設けた反射部で反射された反射光を受光部で受光してパ
ルス信号を発する光検出素子で形成してなることを特徴
とする。

（作用） 次に作用を第１図とともに説明する。

流路１０内を矢印への方向に流体が流れると、回転体Ｉ
２が回転し、翼１４に固定して設けた円筒１６も同時に
回転する。流量測定はバイブ１８に挿着した光検出素子
２０により光の反射と非反射の場合のパルス信号を演算
して測定する。したがって回転体１２の回転により円筒
１６に縞状に設けられた反射部と非反射部が交互に光検
出素子２０の前面を通過することにより信号を検出し演
算して流量測定を行う。

（実施例） 以下本発明に好適な実施例を図面とともに詳述する。

まず第１図に全体の構成を示す。

１８は流路１０を形成するバイブであり、内面に段差１
９を設けて、回転体１２を回転自在に支持する透明筒３
０を嵌入固定する。回転体１２の軸２２はセラミ’７り
で形成し、放射状の支持体で支持されたセラミック製の
軸受部２６．２８に回転自在に軸支する。

流量測定のための光検出素子２０を取り付けるためにバ
イブ１８に十分な大きさの開口部３２を設け、該光検出
素子２０を固定し、目的外の光線を受光しないように開
口部３２と該光検出素子２０の隙間を適宜な材料で埋め
る。

また光検出素子２０に流体が直接触れないように透明筒
３０に凹溝３４ａ、３４ｂを設げＯリング３６ａ、３６
ｂをはめ込み水密状にする。

第２図に回転体１２を詳しく示す。

セラミック製の軸２２から放射状に伸びる断面形状が３
字状の曲線型１４を複数枚配設する。ここで曲線■１４
の代りに円弧翼を用いてもよい。

次に前述の光検出素子２０で回転体１２の回転数等を検
出するために必要な光の非反射部として切欠２４を複数
等間隔に設けた円筒１６を該曲線型１４の外周端縁部に
固定し、回転体１２と一体となって回転できるようにす
る。非反射部としての切欠２４の数は、測定精度等を考
慮して任意に選択することができる。切欠間の円筒外周
部は先の反射部とする。

軸２２と前述の軸受部２６．２８との接触部２７２７ｂ
にセラミック等の耐摩耗材で作った座金状のリング（不
図示）をはめ込めば該接触部２７ａ、２７ｂの摩耗を防
止できる。

次に第３図とともに光検出部について説明する。

光検出素子２０は公知の反射型フォトセンサーを用いて
おり電源４４、発光回路４２、受光回路３８演算回路４
０、出力表示回路４２から構成される。

光検出素子２０の取り付は位置は、前述の切欠２４が光
検出素子２０の測定可能な範囲を通過するように位置決
めする。

次に動作について説明する。

まず第１図において矢印Ａの方向へ流体が流路１０を構
成するパイプ１８内を流れると、流体は放射状の支持体
間の空間から透明筒３０内に流れ込み、下方の支持体間
の空間から流出するのであるが、その際に回転体１２の
曲線翼１４に流体圧が作用するので回転体１２は矢印Ｂ
の方へ軸２２を中心に回転し、同時に円筒１６も回転体
１２と一体に回転する。したがって光検出素子２０の前
３゛面を円筒１６の反射部と非反射部たる切欠２４とが
それぞれ交互に通過する。

一方第３図に示すように電源４４から電力を供給された
発光回路４２内の光検出素子２０の発光部から円筒１６
外周に向けて光線Ｘが放射される。

第３図には円筒１６の前述の反射部が光検出部゛　子３
０の前面を通過した状態を示してあり、光線Ｘは該反射
部で反射されて反射光Ｙとして光検出素子２０の受光部
で受光される。この間受光回路３８では一定微少時間間
隔で信号パルスを出力し、演算回路４０では該信号パル
スを演算して出力表示回路４２で出力する。これにより
流体の流量を知ることができる。もし光検出素子２０の
前面を非反射部である切欠２４が通過した場合は反射光
Ｙが受光されず信号パルスは発生しない。

一定の断面積を持つ流路を流れる流体の速度と回転体１
２に回転角速度は比例するので受光パルス数を計算し、
角速度を演算することにより流量を算出して表示が可能
となる。

円ｗＩ１６に設けた反射部の幅を、例えば円筒１６の所
定回転方向に順次狭くなるように設定すると、受光回路
３８で発生する受光中の信号パルスの数もこれに応じて
減少するので、この減少パターンを認識することで回転
体１２の回転方向も検出できる。逆流つまり流体の流動
方向が逆向きになった場合は、前述の受光回路３８で発
生する信号パルスのパターンが逆の増加パターンで出現
するので流体の逆流を検知できる。

この場合の流体の流量は、減少（増加）パターン中の総
パルス数と反射部の総幅との関係で円筒１６の回転速度
が演算されるから、容易に求めることができる。

第４図の（ａ）に所定の流動方向に流体が流れている場
合の受光回路３８で発生する信号パルスパターン例を示
し、同図（ｂ）に逆流が生じた場合の信号パルスパター
ン例を示す。

ここでは反射部の幅を変化させたが、反射部の幅は一定
に設定して前述のようにして′／Ｎ、量を演算する一方
、非反射部たる切欠２，４の幅を順次狭くなるように設
けて、切欠２４における反射光が得られない時間の変化
パターンを認識して流体の正逆流を判断するようにして
もよい。

軸２２と軸受部２６．２８に耐摩耗材を用いており摩耗
による精度の低下や軸２２の片寄りによる騒音も防止で
きる。

さらに支持体の軸受部２６．２８にボールヘアリング等
を配すればさらに精度を向上させられる。

また構造上部品点数も少なく低コストで組み込みが容易
であるという効果もある。

以上本発明の好適な実施例を述べて来たが、本発明が上
述の実施例に限定されるのではないことは言うまでもな
く、例えば円筒１６に実施例では切欠２４により光の非
反射部を形成したが、スロットを形成してもよいし、円
筒１６外面をバーコード状に印刷したり、光反射材を綿
状に付着させてもよいなど発明の精神を逸脱しない範囲
でさらに多くの改変を施し得ることはもちろんである。

（発明の効果） 本発明は回転体の回転が１周に達しないほど微少な流量
の測定も可能となり、磁気を用いないので鉄粉等の付着
の問題も生じない。その上光の反射部と非反射部の間隔
等を相関的に変化させることにより逆流等の測定も可能
になり、軸や軸受の摩耗による騒音も防止できるという
著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る流■測定装置を取り付けた部分の
截断面図、第２図は回転体の斜視図、第３図は光検出素
子を用いた検出部のブロックダイヤグラムを含めた構造
図である。 第４図（ａ）は光の反射部の間隔を相関的に変化させた
場合に、所定の方向に流体が流れた時の受光回路で発生
する信号パルス、（ｂ）は逆流が生じた場合の前記信号
パルスを示すタイムチャートである。 １２・・・回転体、　１４・・・曲線型、１６・・・円
筒、　　２０・・・光検出素子、２４・・・切欠、　３
０・・・透明筒。 第１図　　　図　　　　　　　　　　面第２図 図面 図　　　　　　　　　　　■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流路内に配設され、流体の流速に応じた角速度で流
   路の軸線を中心として回転する回転体と、該回転体の単
   位時間当りの回転数等を検出する検出素子とを具備する
   流量測定装置において、前記回転体は流路の軸線に位置
   する軸と、この軸から放射状に廷びる翼と、翼を囲んで
   前記軸と軸線を一致して翼に固定される円筒とを具備し
   、この円筒外周に光の反射部と非反射部とを周方向に交
   互に縞状に形成し、前記検出素子は発光部と受光部とを
   有して、発光部から発せられて前記円筒の外周に設けた
   反射部で反射された反射光を受光部で受光してパルス信
   号を発する光検出素子で形成してなることを特徴とする
   流量測定装置。 ２、前記翼に断面が曲線となる曲線翼を用いたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の流量測定装置。 ３、翼に固定される円筒に設けられる光の反射部又は非
   反射部の幅を一方向に相関関係をもって変えてあること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項および第２項記載の
   流量測定装置。 ４、回転体の軸と該軸を回転自在に固定する軸受とをセ
   ラミック等の耐摩耗材で形成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項、第２項および第３項記載の流量測定
   装置。