(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路内の流体の流量及び流向を検知可能なパドルホイール流量計であって、
前記管路の一側に設けられ、その一部が前記管路内に延びる本体と、 
前記本体の中に設けられる演算ユニットと、
前記本体の中に設けられて前記演算ユニットに電気的に接続される感応・測定ユニットと、
前記感応・測定ユニットに対して前記管路内に延びる前記本体の一部に取り付けられ、回転軸と当該回転軸の周囲に間隔をあけて設けられる複数の感応ベーンとを有する回転部品と、を備え、
複数の前記感応ベーンには、それぞれ、金属片が設置され、
各前記金属片は、それぞれ、異なる誘電係数を有し、当該誘電係数に従って配列されて前記感応ベーンに順次設置され、
前記感応ベーンの端縁の回転接線方向は、流体の流動方向であり、
前記管路内の流体が前記感応ベーンに向けて流れると、 
前記感応ベーンは、回転し、
前記感応・測定ユニットは、異なる前記誘電係数を有する複数の前記金属片に感応して、強度が次第に増加又は低減する複数の感応・測定信号を発生させて前記演算ユニットに伝達し、
前記演算ユニットは、伝達された前記感応・測定信号に基づいて演算を行い、前記流体が順方向流動又は逆方向流動であるかを判断する、ことを特徴とするパドルホイール流量計。
【請求項２】
前記本体は、セラミックス、耐熱性高分子材料、複合材料又は金属のいずれか１つにより形成されることを特徴とする請求項１に記載のパドルホイール流量計。
【請求項３】
複数の前記感応ベーンは、前記回転軸に対して対称的に分布して設置されることを特徴とする請求項１に記載のパドルホイール流量計。
【請求項４】
前記金属片は、前記感応ベーンに嵌め込まれて前記流体と隔離されることを特徴とする請求項１に記載のパドルホイール流量計。
【請求項５】
前記金属片は、前記感応ベーンの表面に嵌設されて前記流体と接触することを特徴とする請求項１に記載のパドルホイール流量計。
【請求項６】
信号変換ユニット、電圧レギュレーションユニット及び外部メッセージを受信して、又は、メッセージを前記演算ユニットに提供して、演算を行う伝送インターフェースユニットを更に備え、
前記感応・測定ユニットは、発振回路であり、インダクタンス素子及び前記インダクタンス素子に並列接続されるコンデンサ素子を含み、
前記信号変換ユニットは、前記感応・測定ユニット及び前記演算ユニットに電気的に接続され、
前記感応・測定信号は、前記信号変換ユニットにより周期波信号に変換されて前記演算ユニットに伝送され、前記演算ユニットの演算により流量信号に変換され、
前記電圧レギュレーションユニットは、前記演算ユニット及び前記信号変換ユニットにそれぞれ電気的に接続され、
前記電圧レギュレーションユニットは直流電圧を出力して前記演算ユニット及び前記信号変換ユニットに提供し、
前記伝送インターフェースユニットは、前記演算ユニットに電気的に接続され、
前記演算ユニットは、前記伝送インターフェースユニットを介して前記流量信号を外部に伝送することを特徴とする請求項１に記載のパドルホイール流量計。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のパドルホイール流量計において、前記感応ベーンが感応劣化しているか否かを検知するための検知方法であって、
前記演算ユニットがしきい値を決定する工程と、
強度が次第に増加又は低減する複数の前記感応・測定信号を受信する工程と、
前記感応・測定信号の強度を用いて比較を行い、測定における最大特徴を有する値を取得する工程と、
前記演算ユニットが前記測定における最大特徴を有する値と前記しきい値とを利用して劣化程度の判断を行う工程と、
を備えることを特徴とする検知方法。
【請求項８】
前記しきい値を決定する工程は、プリセット差異値を決定する工程を更に含み、
前記測定における最大特徴を有する値と前記しきい値とを比較して測量差異値を取得する工程と、
前記測量差異値と前記プリセット差異値とを比較して感応劣化を判断する工程とを更に備えることを特徴とする請求項７に記載の検知方法。
【請求項９】
複数の測定における最大特徴を有する値を取得して配列し、前記測定における最大特徴を有する値と前記しきい値とを比較して、前記測定における最大特徴を有する値が前記しきい値以下である場合、感応劣化であると判断する工程を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の検知方法。
【請求項１０】
前記しきい値を含む複数の前記感応・測定信号及び前記測定における最大特徴を有する値を含む複数の前記感応・測定信号は、時間に対する信号波形をそれぞれ有し、
前記劣化程度の判断を行う工程は、複数の前記信号波形に対して積分面積を算出して面積差異値を取得し、前記面積差異値がプリセット差異値以上であると、感応劣化であると判断することを特徴とする請求項７に記載の検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量センサに関し、特に、パドルホイール流量計及びその検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パドルホイール流量計（Ｐａｄｄｌｅｗｈｅｅｌ  Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ）は、流量センサであり、主に、回転子、ベアリング、回転軸、磁石、本体、本体に嵌入されるホール効果センサ（Ｈａｌｌ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｓｅnｓｏｒ）及び感応・検出回路基板などの素子を含んでいる。上記磁石は、回転子に内装され、ホール効果センサと磁石とが励磁することによって誘導信号を発生させる。このようなパドルホイール流量計では、流体が、回転子を回転させると（回転子にはめ込まれる磁石を回転させてホール効果センサを通過すると）、感応してパルス信号を送信して流体の流量を取得するように構成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のパドルホイール流量計では、回転子に磁性材料を埋め込む必要があり、測定待ちの液体が高温であると、キュリー温度効果（Ｃｕｒｉｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｅｆｆｅｃｔ）によって磁性材料が消磁されてしまい、感応に間違いを生じやすい。さらに、従来のパドルホイール流量計では、流体の流量のみを検出することができ、その流向を検出できないため、使用上の利便性を低下させる要因となっている。また、回転子に垢が蓄積する等の異常現象を検出できない場合、当該異常現象に対して定期保守を行うと測量上の誤差が生じやすい。
【０００４】
本発明者は上述した問題を解決するために、設計が合理的であり、上記欠陥を効果的に改善する本発明を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、流体の流向を検知可能なパドルホイール流量計を提供し、その感応ベーンにそれぞれ異なる誘電係数を有する金属片が順次設置され、これによって、管路における流体の流向を判断する。
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明は、管路内の流体の流量及び流向を検知可能なパドルホイール流量計であって、管路の一側に設けられ、その一部が管路内に延びる本体と、本体の中に設けられる演算ユニットと、本体の中に設けられて演算ユニットに電気的に接続される感応・測定ユニットと、感応・測定ユニットに対して管路内に延びる本体の一部に取り付けられ、回転軸と当該回転軸の周囲に間隔をあけて設けられる複数の感応ベーンとを有する回転部品と、を備え、複数の感応ベーンには、それぞれ、金属片が設置され、各金属片は、それぞれ、異なる誘電係数を有し、当該誘電係数に従って配列されて感応ベーンに順次設置され、感応ベーンの端縁の回転接線方向は、流体の流動方向であり、管路内の流体が感応ベーンに向けて流れると、感応ベーンは、回転し、感応・測定ユニットは、異なる誘電係数を有する複数の金属片に感応して、強度が次第に増加又は低減する複数の感応・測定信号を発生させて演算ユニットに伝達し、演算ユニットは、伝達された感応・測定信号に基づいて演算を行い、流体が順方向流動又は逆方向流動であるかを判断する。
【０００７】
また、本発明は、流体の流向を検知可能なパドルホイール流量計において、感応ベーンの感応劣化程度を検知する検知方法を提供し、当該検知方法は、演算ユニットがしきい値（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  Ｖａｌｕｅ）を決定する工程と、強度が次第に増加又は低減する複数の感応・測定信号を受信する工程と、感応・測定信号の強度を用いて比較を行い、測定における最大特徴を有する値を取得する工程と、演算ユニットが測定における最大特徴を有する値としきい値とを利用して劣化程度の判断を行う工程と、を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のパドルホイール流量計の金属片は、磁性材料により形成されていないため、従来の技術に比べて、測量結果が高温による影響を受けることがない。従って、高温流体の流量を測量する場合であっても、正確な測量を行うことができる。
さらに、本発明の流向を検知可能なパドルホイール流量計は、感応ベーンに異なる誘電係数の金属片が設置され、誘電係数に従って配列される金属片を順次感応ベーンに設置されている。すなわち、本発明では、感応・測定信号において、異なる誘電係数の金属片に対して異なる誘導信号強度値を発生させることができ、感応・測定信号強度が次第に増加又は低減する方式で示されることによって、流体の流動方向が、順方向であるのか又は逆方向であるのかを判断することができる。その結果、使用時の利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のパドルホイール流量計を示す分解斜視図である。
【図２】本発明のパドルホイール流量計の組合せを示す断面図である。
【図３】本発明のパドルホイール流量計の回路を示すブロック図である。
【図４】本発明のパドルホイール流量計の感応・測定信号を説明するための図である。
【図５】本発明のパドルホイール流量計を使用した際の状態を示す断面図である。
【図６】図５に示すパドルホイール流量計の他の感応・測定信号を示す図である。
【図７】本発明のパドルホイール流量計の感応・測定信号減衰曲線を示す図である。
【図８】本発明の感応ベーンの変形例を示す図である。
【図９】本発明の感応ベーンの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照しながら本発明の詳細な説明及び技術内容を記述するが、図面は参照・説明のためのものであり、本発明を限定するものではない。
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明のパドルホイール流量計を示す分解斜視図、図２は本発明のパドルホイール流量計の組合せを示す断面図、図３は本発明のパドルホイール流量計の回路を示すブロック図である。
本発明は、管路２内の流体の流量及び流向を測定することができ、流体の流向を検知することが可能なパドルホイール流量計１を提供する。
図１〜図３に示すように、パドルホイール流量計１は、本体１０と、演算ユニット２０と、感応・測定ユニット３０と、回転部品４０とを備えている。
本体１０は、管路２の一側に設置され、その一部が管路２内に延びている。演算ユニット２０及び感応・測定ユニット３０は、いずれも本体１０に設けられている。回転部品４０は、本体１０に設けられ、管路２内の流体と接触するようになっている。
【００１２】
本発明の一実施例において、本体１０は、第１の収納空間１０１及び第２の収納空間１０２を有する。第１の収納空間１０１及び第２の収納空間１０２は、ハウジングによって仕切られることにより設けられている。また、本体１０は、セラミックス、耐熱性高分子材料、複合材料又は金属のいずれか１つから製造されるものであるが、これらに限られない。本実施例では、第２の収納空間１０２は、本体１０の一端に形成され、回転部品４０は、第２の収納空間１０２の中に取り付けられている。本体１０が管路２に取り付けられる場合、第２の収納空間１０２は、管路２の内部と連通するようになっている。
【００１３】
演算ユニット２０及び感応・測定ユニット３０は、第１の収納空間１０１内に設けられ、感応・測定ユニット３０と演算ユニット２０とは電気的に接続される。本実施例において、演算ユニット２０は、回路基板２１に設置される。また、感応・測定ユニット３０は、発振回路として設置され、インダクタンス素子３１及びインダクタンス素子３１に並列接続されるコンデンサ素子３２を含んでいる。
【００１４】
回転部品４０は、回転軸４１及び回転軸４１の周囲に間隔をあけて設置される複数の感応ベーン４２を含む。これら感応ベーン４２は、回転軸４１に対して対称的に分布して設置されることが好ましく、これによって、安定的かつスムーズな回転を提供することができる。また、各感応ベーン４２には、金属片４３が設置されている。また、各金属片４３は、異なる誘電係数を有し、これら誘電係数に従って配列されて複数の感応ベーン４２に順次設置される。回転部品４０は、感応・測定ユニット３０に対応して、管路２内に延びる本体１０の一部に取り付けられることが好ましい。
【００１５】
本実施例において、金属片４３は、感応ベーン４２に嵌め込まれて流体と隔離するように設けられるが、感応ベーン４２表面に流体と接触するように嵌設されてもよい。
【００１６】
図２に示すように、管路２内の流体が、回転部品４０を通過して複数の感応ベーン４２を回転させると、感応・測定ユニット３０が感応するようになっている。感応・測定ユニット３０が各感応ベーン４２の金属片４３に感応して感応・測定信号５０（図４を参照）を発生させ、金属片４３は、感応・測定信号５０を演算ユニット２０に伝達する。演算ユニット２０は、演算を行い、これら感応・測定信号５０に基づいて流向判断を行う。流向の判断については、後で詳細に説明する。
【００１７】
図３に示すように、パドルホイール流量計１は、信号変換ユニット２２と、電圧レギュレーションユニット２３と、伝送インターフェースユニット２４とを更に備えている。信号変換ユニット２２は、演算ユニット２０及び感応・測定ユニット３０に電気的に接続され、これら感応・測定信号５０は、信号変換ユニット２２によって発振脈動を周期波信号（例えば、方形信号）に変換されて演算ユニット２０に伝送される。また、感応・測定信号５０は、演算ユニット２０の演算によって流量信号に変換されるようになっている。電圧レギュレーションユニット２３は、演算ユニット２０及び信号変換ユニット２２に電気的に接続される。電圧レギュレーションユニット２３は、主に、安定な直流電圧を出力し、電源として演算ユニット２０及び信号変換ユニット２２へ提供する。伝送インターフェースユニット２４は、演算ユニット２０に電気的に接続され、外部から既知メッセージ（例えば、温度、圧力又は震動）を受信し、演算ユニット２０へ送信して演算を行い、又は既知の信号（例えば、通信伝送協定など）を提供する。また、伝送インターフェースユニット２４は、演算ユニット２０から提供された流量信号を外部に送信する。
【００１８】
図４は、本発明のパドルホイール流量計の感応・測定信号を説明するための図である。
図４に示すように、本発明のパドルホイール流量計１が動作すると、感応ベーン４２は通過した流体に従って回転する。各金属片４３は、誘電係数に従って配列され複数の感応ベーン４２に順次設置されるため、各金属片４３により生じた感応・測定信号５０によって、演算ユニット２０において得られる値は、次第に増加（昇順）又は低減（降順）するように示される。これによって、流体の流動方向はこれら感応・測定信号５０が次第に増加又は低減するように示されることで、順方向の流動であるか又は逆方向流動であるかを判断することができる。例えば、流体はこれら感応ベーン４２を反時計方向に回転させると、感応・測定信号５０は次第に増加する（昇順）ように示される。一方、感応・測定信号５０が次第に低減する（降順）ように示されると、流体はこれら感応ベーン４２を時計方向に回転させていると推察することができ、これによって、流体の流動方向を取得できる。
【００１９】
さらに、本発明のパドルホイール流量計１は、流体の流量及び流向を検出できるだけでなく、これら感応ベーン４２の感応劣化の程度（以下、「感応劣化程度」と称す）をも判断できるようになっている。このような感応劣化程度の検出によって、利用者は、パドルホイール流量計１の感応ベーン４２をメンテナンスする際の指標として、この感応劣化程度を利用することができる。この感応劣化程度については、後で詳細に説明する。
【００２０】
次に、図５及び図６を同時に参照し、図５は図１のパドルホイール流量計１を使用した際の状態を示す断面図、図６は減衰した状態の感応・測定信号５０’と元の状態での感応・測定信号５０を示す図である。本発明のパドルホイール流量計１は、例えば、製薬、食品又は水道水などの分野において幅広く応用することできるものであり、このパドルホイール流量計１を用いて製造工程における流体の流量を測量できるものである。例えば、パドルホイール流量計１を長期間にわたって使用すると、回転部品４０の感応ベーン４２の表面には、鉄くずや、毛及び髪、繊維などの外物３（図５参照）が沈積することがある。このような場合、外物３の付着によって、感応・測定信号が減衰することになる。なお、これが、本発明にいう「感応劣化程度」に該当する。
【００２１】
図６に示すように、感応ベーン４２の表面に外物３が付着すると、パドルホイール流量計１において、感応・測定信号５０’が減衰することとなる。
【００２２】
本発明は、流体の流向を検知可能なパドルホイール流量計１の検知方法を更に提供する。この検知方法は、演算ユニット２０が感応・測定信号５０からしきい値（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  Ｖａｌｕｅ）５００を決定するステップａと（このしきい値５００は、例えば、標準極小値５０１又は標準極大値５０４である。）、各感応ベーン４２の強度変化（次第に増加又は低減する変化）の複数の感応・測定信号５０’を受信するステップｂと、感応・測定信号５０’を比較して、測定における最大特徴を有する値５００’（例えば、測量最小値５０１’又は測量最大値５０４’）を取得するステップｃと、演算ユニット２０が測定における最大特徴を有する値５００’としきい値５００とを利用して劣化程度の判断を行うステップｄとを備えている。
例えば、ステップａにおけるしきい値５００を標準極大値５０４とし、ステップｃにおける測定における最大特徴を有する値５００’を測量最大値５０４’とする場合、標準極大値５０４と測量最大値５０４’とを比較した結果、測量最大値５０４’が標準極大値５０４以下であると、感応劣化であると判断する。このとき、パドルホイール流量計１の感応ベーン４２に対して洗浄・保守作業を行う必要があることがわかり、これによって、正確な測量結果を保持することが可能となる。
【００２３】
同様に、ステップａにおけるしきい値５００を標準極小値５０１とし、ステップｃにおける測定における最大特徴を有する値５００’を測量最小値５０１’とする場合、標準極小値５０１と測量最小値５０１’とを比較した結果させた後、測量最小値５０１’当該標準極小値５０１以下であると、感応劣化であると判断する。つまり、これら感応・測定信号５０’は、特定の値まで減衰すると、パドルホイール流量計１の感応ベーン４２に対して洗浄・保守作業を行う必要があることをわからせることができる。
【００２４】
本実施例においては、パドルホイール流量計１の最初の感応・測定信号５０における最小値及び最大値をしきい値５００（標準極小値５０１及び標準極大値５０４を含む）とし、後で測量（測定）した感応・測定信号５０’をそれぞれ最初の感応・測定信号５０と比較させて感応劣化程度の判断を行うようにしている。
【００２５】
さらに、上記ステップａでは、プリセット差異値Ｄ（図示せず）を決定する工程を更に含み、測定における最大特徴を有する値５００’及びしきい値５００を比較して測量差異値Ｄ’を取得するステップｅと、測量差異値Ｄ’及びプリセット差異値Ｄとを比較して、感応劣化であるか否かを判断するステップｆとを備えるようにすることも可能である。この場合、測量差異値Ｄ’がプリセット差異値Ｄ以上であると、感応劣化であると判断することとなる。
【００２６】
また、感応・測定信号５０、５０’の極端値を用いて本発明の感応劣化程度を判断する他、積分面積算出の方式で判断することも可能である。具体的には、標準差異値を面積差異値として設定する。また、上記ステップｄにおいて、測定における最大特徴を有する値５００’及びしきい値５００の信号波形に対して積分面積を計算して面積差異値Ａ’を取得する。この場合、面積差異値Ａ’が標準差異値以上である場合、感応劣化程度が劣化であると判断することとなる。
【００２７】
図７は本発明のパドルホイール流量計の感応・測定信号の減衰曲線を示す図である。本発明の感応劣化程度の判断は、図７に示すような感応・測定信号の減衰曲線に基づいて判断することも可能である。
図７に示す、感応・測定信号５０、５０’（極端最大値又は最小値であることが好ましい）は、異なる時間における測量値を示し、図７の場合、感応・測定信号５０、５０’は、負傾斜するように次第に減衰している。利用者は、実際に使用している場合において、感応劣化程度が設定値まで減衰していると、劣化であると判断するように設定することができる。例えば、本発明の検知方法は、複数の測定における最大特徴を有する値５００’を取得して配列し、これら測定における最大特徴を有する値５００’としきい値５００とを比較して、測定における最大特徴を有する値５００’がしきい値５００以下である場合に、感応劣化であると判断するステップｅ’を備えることも可能である。
【００２８】
また、本発明の回転部品の感応ベーンは、様々な実施形態を含む。図８及び図９は、本発明の感応ベーンの変形例を示す図である。
図８では、金属片４３ａは、感応ベーン４２ａに嵌め込まれるが、流体と隔離しており、感応ベーン４２ａは、間隔をあけて分離するように設置される。
また、図９では、金属片４３ｂは、感応ベーン４２ｂに嵌め込まれるが、各感応ベーン４２ｂの一側周縁が互いに隣接するように設置される。
【００２９】
具体的には、本発明の感応ベーン４２、４２ａ、４２ｂは、対称的に分布して設置され、これによって、安定的かつスムーズに回転するようになる。なお、実際の実施時において、感応ベーン４２、４２ａ、４２ｂのベーン数及び形状は限定されない。
【００３０】
以上、本発明の好適な実施例を説明したが、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の精神を応用して作成した同等変換は本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１：パドルホイール流量計
２：管路
３：外物
１０：本体
１０１：第１の収納空間
１０２：第２の収納空間
２０：演算ユニット
２１：回路基板
２２：信号変換ユニット
２３：電圧レギュレーションユニット
２４：伝送インターフェースユニット
３０：感応・測定ユニット
３１：インダクタンス素子
３２：コンデンサ素子
４０：回転部品
４１：回転軸
４２、４２ａ、４２ｂ：感応ベーン
４３、４３ａ、４３ｂ：金属片
５０、５０’：感応・測定信号
５００：しきい値
５００’：測定における最大特徴を有する値
５０１：標準極小値
５０１’：測量最小値
５０４：標準極大値
５０４’：測量最大値
Ｄ：プリセット差異値
Ｄ’：測量差異値
Ａ’：面積差異値
【要約】      （修正有）【課題】使用上の利便性の向上を図りつつ、測量上の誤差を抑制することが可能なパドルホイール流量計及び検知方法を提供する。【解決手段】本体１０及び本体１０に設置される演算ユニット２０と、感応・測定ユニット３０と、回転部品４０とを備え、回転部品４０は、感応・測定ユニット３０に対して管路内に延びる本体１０の一部に取り付けられ、回転軸４１と回転軸４１の周囲に間隔をあけて設けられる複数の感応ベーン４２とを有し、複数の感応ベーン４２には、異なる誘電係数を有する金属片４３が設置され、金属片４３は誘電係数に従って配列されて順次感応ベーン４２に設置される。流体が感応ベーン４２を回転させると、感応・測定ユニット３０は、感応して感応・測定信号を発生して演算ユニット２０に伝達する。感応・測定信号強度が次第に増加又は低減する方式で示されることによって、流体の流動方向が、順方向であるのか又は逆方向であるのかを判断する。【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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