(57)【要約】【課題】流体の流方向及び流速を検出出来る流向流速計に関する。【解決手段】複数枚のプロペラを有する翼車を備えた流体計測用のセンサ部と、流体が通過する配管と気密に接続するためのカップリング部と、センサ部で計測した結果を演算し表示する演算表示部とを有する流向流速計において、翼車の複数枚のプロペラの配置間隔を、線対称の配置間隔を除いて不均一に配置し、この不均一に配置した翼車の各プロペラが通過する毎に、ピックオフ手段によりパルスを検出し、この検出された各パルスのパルス間隔の配列順序から翼車の回転方向を求めるとともに、この翼車の回転方向から流体の流れる流方向を決定し、さらに、翼車の回転数から流体の流速を計測するようにしたものである。【効果】配管内を流れる流体の流方向及び流速を検出することが出来る。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の通過により回転する複数枚のプロペラを有する翼車を備えた流体計測用のセンサ部と、流体が通過する配管と気密に接続するためのカップリング部と、前記センサ部で計測した結果を演算し表示する演算表示部とを有する流向流速計において、
前記翼車の複数枚のプロペラの配置間隔を、線対称の配置間隔を除いて不均一に配置し、
この不均一に配置した前記翼車の各プロペラが通過する毎に、ピックオフ手段によりパルスを検出し、
この検出された各パルスのパルス間隔の配列順序から前記翼車の回転方向を求めるとともに、この翼車の回転方向から前記流体の流れる流方向を決定するようにしたこと
を特徴とする流向流速計。
【請求項２】
前記検出されたパルスから翼車の回転数を求め、この回転数から前記流体の流速を計測するようにしたこと
を特徴とする請求項１に記載の流向流速計。
【請求項３】
前記パルス間隔が順次増加あるいは順次減少となるように、前記翼車のプロペラの配置間隔を順次広くあるいは順次狭く配置し、
この翼車の回転方向を、前記パルス間隔の配列順序の増加傾向あるいは減少傾向から判定して流体の流方向を決定するようにしたこと
を特徴とする請求項１及び請求項２に記載の流向流速計。
【請求項４】
前記翼車のプロペラの配置間隔を、点対称に、且つ、不均一に配置したこと
を特徴とする請求項１〜請求項３にそれぞれ記載の流向流速計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体の流方向を検出するとともに、流体の流速をも測定することの出来る流向流速計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、家庭用水道水の使用量の測定から各種工業分野まで、広く流体計測が行われている。各種流体計測に用いられるセンサ部としては、圧力センサ、超音波センサ、機械式センサ、光センサ、熱式センサ、磁気センサ等多くの形式のものがある。これら各種形式のセンサ部の中で機械式センサは、一般に精度が高く、流速流量計として多く使用されている。そして、機械式センサには、体積流量、流速等を測定するものとして、翼車式のものがある。
【０００３】
従来、翼車式のセンサ部を用いた流量計５０は、図１４〜図１５に示すように、配管内を流れる流体中に挿入されるセンサ部５１と配管と結合させるためのカップリング部５２と検出部５３とがシャフト５４により連結されている。翼車式の流体計測用のセンサ部５１は、翼車５５が配管内を流れる流体により回転し、この翼車５５の回転数を検出部５３において検出して、流体の流量、速度が計測されるように構成されている。なお、流速計５０と配管との結合は、カップリング部５２により結合され、配管内の流体が外部に漏れないように締め付けられている。なお、５６はハンドルである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来形式のものは、翼車式のセンサ部５１を単に配管内の流体中に配置して、翼車５５の回転数を検出するように構成されているので、配管中を流れる流体の速度は検出することは出来るが、配管中を流れている流体の流方向を判定することは出来なかった。
【０００５】
しかしながら、実際の水道工事等の現場においては、配管内を流れている流体は必ずしも一定方向に流れているのではない。そのため、実際に流体の流れている流方向を把握する必要がしばしば生じていたが、実際には流体の流方向を把握することは出来なかった。そこで、何とか流体の流方向をも検出することの出来る流向流速計が求められていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる発明は、流体の通過により回転する複数枚のプロペラを有する翼車を備えた流体計測用のセンサ部と、流体が通過する配管と気密に接続するためのカップリング部と、センサ部で計測した結果を演算し表示する演算表示部とを有する流向流速計において、翼車の複数枚のプロペラの配置間隔を、線対称の配置間隔を除いて不均一に配置し、この不均一に配置した翼車の各プロペラが通過する毎に、ピックオフ手段によりパルスを検出し、この検出された各パルスのパルス間隔の配列順序から前記翼車の回転方向を求めるとともに、この翼車の回転方向から前記流体の流れる流方向を決定するようにしたものである。
【０００７】
請求項２に係わる発明は、検出されたパルスから翼車の回転数を求め、この回転数から流体の流速を計測するようにしたものである。
【０００８】
請求項３に係わる発明は、パルス間隔が順次増加あるいは順次減少となるように、翼車のプロペラの配置間隔を順次広くあるいは順次狭く配置し、この翼車の回転方向を、パルス間隔の配列順序の増加傾向あるいは減少傾向から判定して流体の流方向を決定するようにしたものである。
【０００９】
請求項４に係わる発明は、翼車のプロペラの配置間隔を、点対称に、且つ、不均一に配置したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
【実施例】
この発明の実施例を、図１〜図１３に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は、この発明による流向流速計１のセンサ部２を示すもので、図１はセンサ部２の要部平面図、図２はハウジング３をのぞいた状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図、図３はハウジング３をのぞいた状態を示すＡ−Ａ線断面図である。図４〜図６は、それぞれ流方向の演算表示部４で、図４は正面図、図５は側面図、図６は裏面図である。図７は流向流速計１の演算表示部４の周辺部を示す斜視図、図８はカップリング部５周辺を示す斜視図である。図９及び図１０は、それぞれセンサ部２を水道管等の配管９内に挿入した状態及び引き上げた状態を示す斜視図である。図１１は演算表示部４の要部ブロック図である。図１２は翼車６のプロペラａの配置間隔を等間隔にした場合の波形図、図１３は翼車６のプロペラａ（ａ１、ａ２……）の配置間隔を不均一にした場合の波形図である。
【００１１】
この発明による流向流速計１は、図７〜図１０に示すように、土中に挿入されるシャフト７の上端部分には、流方向及び流速を測定し、演算する演算表示部４とこの演算表示部４の下方には、土中に流向流速計１を押圧して挿入するためのハンドル８とが固定されている。さらに、シャフト７の下端部分には、配管９内を流れる流体中に配置されるセンサ部２とこのセンサ部２の上方には配管９と流向流速計１とを気密に結合させるためのカップリング部５とがそれぞれ固定されている。
【００１２】
図１〜図３において、センサ部２は、流体が通過する円筒状のハウジング３と、このハウジング３内の中心部に位置するようにハウジング３に軸支されている翼車軸１０（後述するように、この実施例の場合には、翼車軸受け２ｂに軸支されている）と、この翼車軸１０に回転自在にベアリング装着された複数枚のプロペラａ（ａ１、ａ２、ａ３……）を有する翼車６（この実施例では、６枚プロペラの翼車が使用されている）と、ハウジング３の内壁面に設けられ、翼車６が回転すると、各プロペラの通過を検出するピックオフ手段２ａとにより構成されている。
【００１３】
センサ部２の翼車６は、６枚のプロペラａ１、ａ２、ａ３……が不均一な配置間隔で固定されている。この実施例の場合には、図１に示すように、６枚のプロペラａは、５５°、６０°、６５°、５５°、６０°、６５°の配置間隔となっている。そして、翼車６が回転すると、６枚のプロペラａ１、ａ２、ａ３……がピックオフ手段２ａを通過する毎に、パルスが出力するように構成されている。なお、翼車６は、流体により錆びることのない金属部材で形成してもよく、又、人体に影響のない合成樹脂等の材質で形成してもよい。
【００１４】
なお、プロペラａの枚数は、この実施例のように６枚に限定されることなく、又、その配置間隔も、上記間隔に限定されるものではない。少なくとも翼車６が回転した時、不均一な前後のプロペラａの配置間隔、例えば、図１３に示すように、プロペラａ１とプロペラａ２との配置間隔（時間に換算したときのパルス間隔ｔｘ）を検出可能な程度の配置間隔であれば、同様な作用効果が得られる。又、流体が通過する時の翼車６及び翼車軸１０へ力学的な力を考慮すると、プロペラａは、点対称に不均一な配置間隔が好ましい。ただし、プロペラａの配置間隔については、プロペラａを線対称に不均一に配置した場合には、パルス間隔からプロペラａの回転方向を判別できないので、この配置は好ましくない。
【００１５】
センサ部２のハウジング３内を通過する流体により翼車６が回転するが、この翼車６の回転を検出するピックオフ手段２ａとしては、誘導式、キャリア変調式、磁気抵抗式等多くの形式があるが、いずれの形式であっても良い。例えば、ピックオフ手段２ａとして、磁気抵抗式や誘導式等のように、センサ２Ａがハウジング３の内壁面に埋設した形式のものでも良い。
【００１６】
この実施例では、ピックオフ手段２ａとしてフォトカプラ式が採用されている。従って、図１に仮想線で示すように、各プロペラａの通過する間隙を介在させてハウジング３に立設されている一対の翼車軸受け２ｂの下端部にフォトセンサ２ｃとその受光部とが配設されており、各プロペラａがこのフォトセンサ２ｃと受光部との間隙を通過する毎にパルスが出力するように構成されている。なお、この実施例では、適用可能な配管の口径は、ψ７５〜５００ｍｍ程度、検出可能な流速は、５ｃｍ／ｓｅｃ〜相当流速程度、センサ部２の最大挿入量は、地表から１０００〜１５００ｍｍとして設計されている。
【００１７】
図４〜図６において、演算表示部４の表示部１１には、セグメントタイプのＬＣＤが使用されており、この実施例では、流体の流速は数字表示部１２に３桁で最大９９９ｃｍ／ｓｅｃ迄表示されるように設計されており、流体の流れている流方向を表示する流方向表示部１３には、流方向を示す記号として、例えば、＞＞＞……＜＜＜等の記号で表示するようにしたキャラクタ文字のＬＣＤが用いられている。又、演算表示部４の裏面には、電池を捜脱するための電源部１４が開閉カバー１５により覆われている。この実施例の場合には、演算表示部４の電源としては単三電池が４本程度使用されている。
【００１８】
さらに、図１１に示すように、演算表示部４には、初期設定１６、パルス検出１７、パルス間隔読取１８、パルス間隔の配列順序検出１９、流方向判定２０、翼車６の回転数演算２１、回転数からの流速演算２２、外部のコンピュータ（図示せず）やその他の計測機器等へデータを伝送するインタフェース２３が内蔵されており、翼車６の回転により検出されたパルスから流体の流方向、流速が算出されるように構成されている。２４は電源部１４のオン・オフ手段である。
【００１９】
ここで、センサ部２の翼車６のプロペラａ１、ａ２、ａ３……が均一に配置されている場合には、図１２に示すように、ピックオフ手段２ａにより検出されたパルスのパルス間隔は、等間隔ｔとして検出されるが、この発明では、翼車６の６枚のプロペラａ１、ａ２、ａ３……は、図１に示すように、点対称に不均一に配置されているので、図１３に示すように、時間的に不均一なパルス間隔ｔｘ、ｔｙ、ｔｚで、パルスが検出される。
【００２０】
次に、実際に消火栓やサドル分水栓等（図示せず）が設置されている配管９内を流れる流体（水道水が使用されている場合）の流方向及び流速を測定する場合について説明する。
まず、図９〜図１０に示すように、消火栓やサドル分水栓等の口金部分（図示せず）からこの流向流速計１のセンサ部２を挿入し、消火栓やサドル分水栓等の口金にカップリング部５を結合させる。次いで、流向流速計１にコンベックス（図示せず）を取り付け、消火栓やサドル分水栓等を全開にする。その後、エア抜きバルブ（図示せず）より流向流速計１内部のエアを十分に抜いた後、バルブを閉鎖する。なお、分水サドル（図示せず）で使用する場合には、カップリング部５を分水サドル用のカップリング部に交換すればよい。
【００２１】
この状態で、ハンドル８を把持してセンサ部２を配管９の底面まで押し下げ、この時の挿入長をコンベックス（図示せず）で読み取った後、再度ハンドル８を把持して、配管９の口径の半分の距離を引き上げて、センサ部２が配管９の口径の中心部へ位置するようにセットする。次いで、センサ部２固定用のノブ（図示せず）を回転してセンサ部２を固定する。この状態では、流体がセンサ部２のハウジング３内を通過し、翼車６が回転する。
【００２２】
次いで、電源部１４の電源をオンにするとともに、各種の必要なデータを初期設定１６により実行する。まず、流方向を測定する場合について説明する。翼車６が回転すると、図１３に示すように、翼車６の６枚のプロペラａ（プロペラ番号ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６）が、センサ部２のピックオフ手段２ａを通過する毎に発生するパルスが、パルス検出１７により検出される。この際、翼車６のプロペラａ１、ａ２、ａ３……は、図１に示すように、６５°、６０°、５５°の順序で、且つ不均一な配置間隔で配置されているので、ピックオフ手段２ａにより発生するパルスは、プロペラ番号ａ１とａ２及びａ４とａ５とのプロペラ間隔＝６５°の時はパルス間隔＝ｔｘ、プロペラ番号ａ２とａ３及びａ５とａ６とのプロペラ間隔＝６０°の時はパルス間隔＝ｔｙ、プロペラ番号ａ３とａ４及びａ６とａ１とのプロペラ間隔＝５５°の時はパルス間隔＝ｔｚとなる３つのパルス間隔で各パルスが検出される。
【００２３】
従って、図１３に示すように、翼車６がプロペラ番号ａ１→ａ２→ａ３→ａ４→ａ５→ａ６→ａ１→……の方向に回転している時、即ち、図面上、配管９内を流れる流体が流方向Ｘの場合には、検出される各パルスのパルス間隔の配列順序は、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚの順序で検出される。
【００２４】
同様に、翼車６がプロペラ番号ａ１→ａ６→ａ５→ａ４→ａ３→ａ２→ａ１→……の方向に回転している時、即ち、流方向Ｘと反対方向である流方向Ｙの場合には、検出される各パルスのパルス間隔の配列順序は、ｔｚ、ｔｙ、ｔｘの順序で検出される。
【００２５】
そのため、プロペラａ１、ａ２、ａ３……がピックオフ手段２ａを通過する毎に検出される各パルスのパルス間隔を、パルス間隔読取１９で読み取り、次いで、パルス間隔の配列順序検出２０において、この読み取ったパルス間隔の配列順序が、ｔｘ＞ｔｙ＞ｔｚの順序であるか、ｔｚ＜ｔｙ＜ｔｘの順序であるかを流方向判定２１において判定することにより、配管９内を流れている流体の流方向を決定することが出来る。
【００２６】
なお、検出したパルスから流方向を決定するその他の方法としては、パルス間隔が順次増加あるいは順次減少となるように、翼車のプロペラの配置間隔を順次広くあるいは順次狭く配置し、この翼車の回転方向を、パルス間隔の配列順序の増加傾向あるいは減少傾向から判定して流体の流方向を決定するようにしても良い。
【００２７】
次に、流体の流速を測定する場合について説明する。まず、ピックオフ手段２ａにより検出された各パルスａから翼車６の回転数を求める。翼車６の回転数が求まれば、従来の方法により、流速を求めることが出来る。
【００２８】
このようにして求められた流方向は、流方向表示部１３に、＜＜＜あるいは＞＞＞として表示され、流速は、同様に、数字表示部１２に数字で表示される。なお、測定データ等の各種のデータは、インタフェース２３により外部のコンピュータや計測機器などに伝送することも出来る。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１に係わる発明は、翼車の複数枚のプロペラの配置間隔を、線対称の配置間隔を除いて不均一に配置し、この不均一に配置した翼車の各プロペラが通過する毎に、ピックオフ手段によりパルスを検出し、この検出された各パルスのパルス間隔の配列順序から翼車の回転方向を求めるとともに、この翼車の回転方向から流体の流れる流方向を決定するようにしたので、配管内を流れる流体の流方向を決定することが出来る。
【００３０】
請求項２に係わる発明は、検出されたパルスから翼車の回転数を求め、この回転数から前記流体の流速を計測するようにしたので、流方向とともに、流速をも測定することが出来る。
【００３１】
請求項３に係わる発明は、パルス間隔が順次増加あるいは順次減少となるように、翼車のプロペラの配置間隔を順次広くあるいは順次狭く配置し、この翼車の回転方向を、パルス間隔の配列順序の増加傾向あるいは減少傾向から判定して流体の流方向を決定するようにしたので、パルスの勾配を検出すれば、流方向を決定することが出来、回路的にも簡単になる。
【００３２】
請求項４に係わる発明は、翼車のプロペラの配置間隔を、点対称に、且つ、不均一に配置したので、翼車の製造が容易となる。さらに長期間の使用に対しても、各プロペラの損傷が少ない等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示すもので、センサ部２の要部平面図である。
【図２】この発明の実施例を示すもので、ハウジング３をのぞいた状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】この発明の実施例を示すもので、ハウジング３をのぞいた状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】この発明の実施例を示すもので、演算表示部４の正面図である。
【図５】この発明の実施例を示すもので、演算表示部４の側面図である。
【図６】この発明の実施例を示すもので、演算表示部４の裏面図である。
【図７】この発明の実施例を示すもので、流向流速計１の演算表示部４の周辺部を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施例を示すもので、カップリング部５周辺を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施例を示すもので、センサ部２を水道管等の配管９内に挿入した状態を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施例を示すもので、センサ部２を水道管等の配管９内から引き上げた状態を示す斜視図である。
【図１１】この発明の実施例を示すもので、演算表示部４の要部ブロック図である。
【図１２】翼車６のプロペラａ１、ａ２……の配置間隔を等間隔にした場合の波形図である。
【図１３】この発明の実施例を示すもので、翼車６のプロペラａ１、ａ２……の配置間隔を不均一にした場合の波形図である。
【図１４】従来の流速計５０の斜視図ある。
【図１５】従来の流速計５０の要部斜視図ある。
【符号の説明】
１　　　　　　流向流速計
２　　　　　　センサ部
４　　　　　　演算表示部
５　　　　　　カップリング部
６　　　　　　翼車
ａ（ａ１、ａ２……）　プロペラ
【図１】
2004132729.tif 000003
【図２】
2004132729.tif 000004
【図３】
2004132729.tif 000005
【図４】
2004132729.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004132729.tif 000008
【図７】
2004132729.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004132729.tif 000011
【図１０】
2004132729.tif 000012
【図１１】
2004132729.tif 000013
【図１２】
2004132729.tif 000014
【図１３】
2004132729.tif 000015
【図１４】
2004132729.tif 000016
【図１５】
2004132729.tif 000017