(57)【要約】【課題】簡単な構成で電気出力の得られるフロート式流量計を得る。【解決手段】フロート式流量計９０は、管９１の下側から上側に流れる流体の流量を、管９１の中に配置した磁性材料を含むフロート９２の位置により測定する。管９１の外側表面には、インダクタンス変化検出器１８から交流で励磁され、巻き密度が疎から密に徐々に変化させられたコイル９４が巻き付けられている。インダクタンス変化検出器１８は、磁性材料を含むフロート９２の軸方向Ａの移動に伴うコイル９４のインダクタンスの変化を検出し、検出電圧Ｖａを発生する。電圧・位置（流量）変換部１００は、検出電圧Ｖａと位置ｘ（位置ｘ１〜ｘ２）に対応する流量Ｆとの変化特性のテーブルを参照し、フロート９２の位置ｘから流量Ｆを算出する。【選択図】図１１
2004012308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に沿って磁束密度が徐々に変化するように導体が巻かれたコイルと、
前記コイルの軸方向に平行に移動可能な磁性材料の移動子と、
前記コイルを交流で励磁し、前記移動子の移動に伴う前記コイルのインダクタンスの変化を検出するインダクタンス変化検出器と、
前記インダクタンスの変化に基づいて前記移動子の前記軸方向の位置を求める位置算出器と
を備えることを特徴とする位置測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記インダクタンス変化検出器が、前記インダクタンスの変化を発振周波数の変化に変換するＬＣ発振回路である
ことを特徴とする位置測定装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記インダクタンス変化検出器が、前記コイルに一定周波数の交流定電流（または交流定電圧）を供給する交流電流源（または交流電圧源）と、前記交流定電流（または交流定電圧）により前記インダクタンスに発生する電圧（または前記インダクタンスに流れる電流）を測定する電圧計（または電流計）とを含み、該電圧計（または電流計）により前記インダクタンスの変化を電圧（または電流）の変化に変換する
ことを特徴とする位置測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、
前記コイルは、前記軸方向と直交する方向の断面形状が一定で、前記導体の巻き間隔を徐々に変化させたコイルである
ことを特徴とする位置測定装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、
前記コイルは、前記導体の巻き間隔が一定で、前記軸方向と直交する方向の断面形状を相似形状で徐々に変化させたコイルである
ことを特徴とする位置測定装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、
前記コイルが、前記軸方向と直交する方向の断面形状が相似形状で徐々に小さくされるときには前記導体の巻き間隔が徐々に狭くされ、前記軸方向と直交する方向の断面形状が相似形状で徐々に大きくされるときには前記導体の巻き間隔が徐々に広くされる
ことを特徴とする位置測定装置。
【請求項７】
軸方向に沿って磁束密度が徐々に変化するように導体が巻かれたコイルを複数直列に接続した直列コイルと、
前記直列コイルの軸方向に平行に移動可能な磁性材料の移動子と、
前記直列コイルを交流で励磁し、前記移動子の移動に伴う前記直列コイルのインダクタンスの変化を検出するインダクタンス変化検出器と、
前記インダクタンスの変化に基づいて前記移動子の前記軸方向の位置を求める位置算出器と
を備えることを特徴とする位置測定装置。
【請求項８】
軸を鉛直方向に合致させた管の下側から上側に流れる流体の流量を、前記管の中に配置したフロートの位置により測定するフロート式流量計において、
前記管を非導電材料とし、この管の外側表面に、直流電流が供給されたときには軸方向に沿って磁束密度が徐々に変化するように導体を巻いてコイルを形成し、
前記フロートに磁性材料が含まれるようにし、
前記コイルを交流で励磁し、前記磁性材料が含まれた前記フロートの移動に伴う前記コイルのインダクタンスの変化を検出するインダクタンス変化検出器と、前記インダクタンスの変化に基づいて前記磁性材料が含まれたフロートの前記軸方向の位置を求める位置算出器と
を備えることを特徴とするフロート式流量計。
【請求項９】
軸方向に沿って磁束密度が徐々に変化するように導体がロッドに巻かれたコイルを有するコイル付きロッドと、
磁性材料からなり、前記コイル付きロッドに対して、はめ込み移動自由な中空軸と、
前記コイルを交流で励磁し、前記中空軸の移動に伴う前記コイルのインダクタンスの変化を検出するインダクタンス変化検出器と、
前記インダクタンスの変化に基づいて前記中空軸の前記軸方向の移動位置を求める位置算出器と
を備えることを特徴とする移動位置測定装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置において、
前記コイル付きロッドの前記中空軸の内部への進入端側に設けられ、前記中空軸の前記コイル付きロッドに対するはめ込み移動中に、前記中空軸の軸と前記コイル付きロッドの軸がずれないように、前記中空軸の内壁と摺動する複数の突起部を有する
ことを特徴とする移動位置測定装置。
【請求項１１】
請求項９または１０記載の装置において、
前記コイル付きロッドの少なくとも管軸に磁性材料が用いられている
ことを特徴とする移動位置測定装置。
【請求項１２】
軸方向に沿って磁束密度が徐々に変化するように導体が巻かれたコイルを交流で励磁し、
磁性材料の移動子を、前記コイルの軸方向に平行に移動し、
前記移動子の移動に伴う前記コイルのインダクタンスの変化を検出し、
検出した前記インダクタンスの変化に基づいて前記移動子の前記軸方向の位置を求める
ことを特徴とする位置測定方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の位置測定方法において、
前記コイルは、前記導体を巻くための案内溝が外表面に設けられたロッドまたは中空ロッドの前記案内溝に前記導体が巻かれているコイルである
ことを特徴とする位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば１０−１００［ｍｌ／ｍｉｎ］程度の流量を測定可能な微小流量計またはピストンロッド等の進入あるいは退出時の長さ等を測定する測長器等に適用して好適なコイルを利用した位置測定装置、フロート式流量計および位置測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、流体が濃い有色であるためにフロート位置が見えない場合、あるいはフロート位置を検出して流体の流量を自動制御する場合など、フロート位置を目視によらず電気的に検出することができるフロート式流量計に対する市場の要求がある。
【０００３】
フロート位置を電気的に検出する従来のフロート式流量計として、たとえば特開平１０−３８６４４号公報に公表された技術を挙げることができる。
【０００４】
この技術は、「胴管内を流れる流体の流量に対応して位置が変化するフロートを有する。胴管を金属製の材質で形成し、フロートを透磁性の材質で形成する。さらに、胴管の周囲に一次コイルと二次コイルを巻回して、該フロートを磁芯とする比例可変差動変圧器を構成し、フロートの位置を直接電気的に検出する。」という機能を有すると前記公報に記載されている。
【０００５】
しかしながら、この公報に記載された技術では、フロートの長さをコイルの全長より長くしないと所望の流量を測定することができない。また、比例可変差動変圧器の構成が複雑である。
【０００６】
一方、ピストンロッド等の進入あるいは退出時の長さ等を測定する測長器として、たとえば直線上に微小磁石が連続的に磁化形成されたロッド、いわゆる磁気スケールを用いることも考えられるが、高価であり、かつ回路構成が複雑になるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、構造が簡単で低コストで、かつ電気的な出力を得ることを可能とする位置測定装置、フロート式流量計および位置測定方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明では、交流により励磁され、軸上の磁束密度が長さ方向で徐々に変化（減少または増加）しているコイルの内、あるいは外を、前記コイルの軸方向に沿って相対移動する磁性材料を含む移動子の位置を、前記移動子の前記相対移動に伴う前記コイルのインダクタンスの変化に基づき測定する。
【０００９】
具体的に、この発明の位置測定装置は、コイルと、移動子と、インダクタンス変化検出器と、位置算出器とを備える。コイルは、軸方向に沿って磁束密度が徐々に変化するように導体が巻かれている。移動子は磁性材料で、前記コイルの軸方向に平行に移動可能とされている。インダクタンス変化検出器により、コイルが交流で励磁され、移動子の移動に伴うコイルのインダクタンスの変化が検出される。位置算出器は、検出されたインダクタンスの変化に基づいて移動子の軸方向の位置を求める（請求項１記載の発明）。
【００１０】
この発明によれば、軸方向に沿って磁束密度が徐々に変化するように巻かれたコイルを交流励磁し、交流励磁したコイルの軸方向に平行して、磁性材料の移動子を移動させることにより、磁束密度が小さい側に移動子が位置する場合に比較して磁束密度が大きい側に移動子が位置する場合の方がインダクタンスの変化がより大きくなるという原理を利用して移動子の軸方向の位置を求めるようにしている。
【００１１】
このため、移動子の長さをコイルの全長に比較して短くすることができる。また、コイルは、差動コイルに比較して構成が簡単である。さらに、移動子の位置を電気出力として求めることができる。
【００１２】
この場合、インダクタンス変化検出器を、インダクタンスの変化を発振周波数の変化に変換するＬＣ発振回路で構成することができる（請求項２記載の発明）。
【００１３】
また、インダクタンス変化検出器は、コイルに一定周波数の交流定電流を供給する交流電流源と、交流定電流によりインダクタンスに発生する電圧を測定する電圧計とを含み、該電圧計によりインダクタンスの変化を電圧の変化に変換する構成とすることができる。あるいは、インダクタンス変化検出器は、コイルに一定周波数の交流定電圧を供給する交流電圧源と、交流定電圧によりインダクタンスに流れる電流を測定する電流計とを含み、該電流計によりインダクタンスの変化を電流の変化に変換する構成とすることができる（請求項３記載の発明）。
【００１４】
コイルとしては、たとえば、軸方向と直交する方向の断面形状が一定で、導体の巻き間隔を徐々に変化させたコイルとすることができる（請求項４記載の発明）。
【００１５】
コイルは、導体を巻くための案内溝が外表面に設けられた非磁性材料のロッドあるいは中空ロッドを用いて作製することができる。
【００１６】
また、コイルは、導体の巻き間隔が一定で、軸方向と直交する方向の断面形状を相似形状で徐々に変化させたコイルとすることができる（請求項５記載の発明）。この場合、コイルは密着巻きとすることもできる。
【００１７】
さらに、前記コイルを、前記軸方向と直交する方向の断面形状が相似形状で徐々に小さくされるときには前記導体の巻き間隔を徐々に狭くし、前記軸方向と直交する方向の断面形状が相似形状で徐々に大きくされるときには前記導体の巻き間隔を徐々に広くすることで、軸方向の磁束密度の変化を急峻にすることができ、結果として、インダクタンスの変化を急峻にすることができる（請求項６記載の発明）。
【００１８】
また、この発明の位置測定装置は、軸方向に沿って磁束密度が徐々に変化するように導体が巻かれたコイルを複数直列に接続した直列コイルと、前記直列コイルの軸方向に平行に移動可能な磁性材料の移動子と、前記直列コイルを交流で励磁し、前記移動子の移動に伴う前記直列コイルのインダクタンスの変化を検出するインダクタンス変化検出器と、前記インダクタンスの変化に基づいて前記移動子の前記軸方向の位置を求める位置算出器とを備えることを特徴とする（請求項７記載の発明）。
【００１９】
この発明によれば、コイルを直列に接続して利用するようにしているので、コイルを１つ使用する場合に比較して、移動子の移動範囲を長くとることができる。
【００２０】
また、この発明のフロート式流量計は、軸を鉛直方向に合致させた管の下側から上側に流れる流体の流量を、前記管の中に配置したフロートの位置により測定するフロート式流量計において、前記管を非導電材料とし、この管の外側表面に、直流電流が供給されたときには軸方向に沿って磁束密度が徐々に変化するように導体を巻いてコイルを形成し、前記フロートに磁性材料が含まれるようにし、前記コイルを交流で励磁し、前記磁性材料が含まれた前記フロートの移動に伴う前記コイルのインダクタンスの変化を検出するインダクタンス変化検出器と、前記インダクタンスの変化に基づいて前記磁性材料が含まれたフロートの前記軸方向の位置を求める位置算出器とを備えることを特徴とする（請求項８記載の発明）。
【００２１】
この発明によれば、流量に応じてフロートが移動し、このフロートの移動に伴い、コイルのインダクタンスが変化するようにしているので、フロートの位置を電気的に検出することができる。フロートの位置は、予め流量と１対１に対応させておくことができるので、フロートの位置を検出することでただちに流量に換算することができる。フロートの長さは、コイルの全長に比較して短くすることができる。比例可変差動変圧器を用いる必要がないので構造を簡単にできる。
【００２２】
また、この発明の移動位置測定装置は、軸方向に沿って磁束密度が徐々に変化するように導体がロッドに巻かれたコイルを有するコイル付きロッドと、前記コイル付きロッドに対してはめ込み移動自由な磁性材料の中空軸と、前記コイルを交流で励磁し前記中空軸の移動に伴う前記コイルのインダクタンスの変化を検出するインダクタンス変化検出器と、前記インダクタンスの変化に基づいて前記中空軸の前記軸方向の移動位置を求める位置算出器とを備えることを特徴とする（請求項９記載の発明）。
【００２３】
この発明によれば、磁気スケールを用いない簡単な構成で中空軸の軸方向の移動位置を求めることができる。
【００２４】
この場合、コイル付きロッドの中空軸の内部への進入端側に設けられ、中空軸のコイル付きロッドに対するはめ込み移動中に、中空軸の軸とコイル付きロッドの軸がずれないように、中空軸の内壁と摺動する複数の突起部を有するようにコイル付きロッドを構成することにより、コイル付きロッドを簡便に保持することができる（請求項１０記載の発明）。
【００２５】
また、コイル付きロッドの少なくとも管軸に磁性材料を用いることで、中空軸の移動に伴うインダクタンスの変化を大きくすることができる（請求項１１記載の発明）。
【００２６】
この発明の位置測定方法は、軸方向に沿って磁束密度が徐々に変化するように導体が巻かれたコイルを交流で励磁し、磁性材料の移動子を、前記コイルの軸方向に平行に移動し、前記移動子の移動に伴う前記コイルのインダクタンスの変化を検出し、検出した前記インダクタンスの変化に基づいて前記移動子の前記軸方向の位置を求めることを特徴とする（請求項１２記載の発明）。
【００２７】
この発明方法は、位置測定、フロート式流量計、および測長器等に利用することができる。
【００２８】
なお、コイルは、導体を巻くための案内溝が外表面に設けられたロッドまたは中空ロッドの前記案内溝に前記導体が巻かれているコイルとすることができる（請求項１３記載の発明）。このようにすれば、コイルを簡易に製作することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は、この発明の一実施の形態に係る位置測定装置１０の原理的な構成を示している。
【００３１】
この位置測定装置１０は、直流電流が供給されたとき、換言すれば直流で励磁されたとき、あるいは交流で励磁されたとき、軸方向Ａに沿って、磁束密度が徐々に変化するように導体１２がボビンである中空ロッド１４上に巻かれたコイル１６を有している。
【００３２】
この図１例の位置測定装置１０において、端子２２、２４を有するコイル１６は、軸方向Ａと直交する方向の断面形状が一定面積の円となっており、導体１２の巻き間隔が、一旦側の位置ｘ１から他端側の位置ｘ２に向かって徐々に疎から密に狭くなるように構成されている。断面形状は、図１例のコイル１６のように、円に限らず、三角形、四角形、楕円形等、適当な形状とすることができる。
【００３３】
巻き間隔を疎から密に正確にかつ徐々に変化させるために、フッ素樹脂製等の樹脂製の中空ロッド１４の外表面に、導体１２を、この実施の形態では、絶縁電線であるφ０．２のエナメル被覆銅線等を巻き付けるための略螺旋状の案内溝（不図示）を設けている。なお、この実施の形態で中空ロッド１４の外径は約φ＝８−１０［ｍｍ］である。
【００３４】
図２に、模式的かつ強調して巻き間隔例を示すように、コイル１６の巻き間隔は、端子２４側の位置ｘ２の最初の巻線は、密着巻きとなっており、以降、位置ｘ１（図１参照）端に向かって、一巻き毎に２／１００［ｍｍ］ずつ間隔が広がるように構成されている。なお、図２において、ｄは、絶縁電線である導体１２の線径である。巻き方は、この図２例のように、間隔が等差級数的となる巻き方ではなく、間隔が指数関数的な巻き方となるようにすることもできる。
【００３５】
図３に示すように、図１に示した円筒状のコイル１６は、軸方向Ａに沿って磁束密度が徐々に変化するように、導体１２が中空円錐台状の異形ボビン１７上に巻かれた構成のコイル３０に代替することができる。
【００３６】
このコイル３０は、導体１２の巻き間隔が一定で、軸方向Ａと直交する方向の断面形状を相似形状（ここでは、円の相似形状）で徐々に変化させた構成のコイルである。断面形状は、上記のコイル１６と同様に円形にこだわる必要がなく任意の形状とすることができる。このコイル３０の場合にも、間隔巻きとするときには、導体１２を巻くための案内溝を異形ボビン１７の外周面に設ける。ただし、この図３例のコイル３０の場合には、案内溝不要な密着巻きとすることができるので、コイル３０のコストを低減することができる。密着巻きであっても、軸方向Ａに沿って、コイル３０の断面形状に応じて、磁束密度が徐々に変化するからである。密着巻きである方が、磁束密度が上がることから、位置測定装置１０の他の構成要素に要求される仕様を緩やかなものとすることができる。
【００３７】
なお、コイル１６およびコイル３０の導体１２は、いわゆる電線ではなく、導電性塗料を用いることもできる。この場合、中空ロッド１４としてガラスあるいはセラミックス等を用いることができる。
【００３８】
図１に示す位置測定装置１０は、基本的には、上述したコイル１６と、このコイル１６の軸方向Ａに平行に移動可能な磁性材料の移動子２０と、コイル１６を交流で励磁するとともに、コイル１６の両端子２２、２４に接続され移動子２０の軸方向Ａへの移動に伴うコイル１６のインダクタンスの変化を検出するインダクタンス変化検出器１８と、インダクタンス変化検出器１８に接続され移動子２０の軸方向Ａの位置を求める位置算出器としての電圧・位置変換部２６とから構成されている。
【００３９】
移動子２０は、この実施の形態では、略円柱状の形状をしており、高透磁性の磁性材料であるフェライトが用いられている。移動子２０の軸方向Ａの長さは、コイル１６の全長に比較して相当短い長さ、たとえば５分の１以下の長さになっている。なお、移動子２０は、コイル１６の内部ではなく、外部に位置していてもよい。
【００４０】
インダクタンス変化検出器１８は、一定周波数の交流定電流を両端子２２、２４を通じてコイル１６に供給する交流定電流源２８と、この交流定電流によりコイル１６が励磁され、コイル１６のインダクタンスに発生する電圧（＝コイル１６のインピーダンス×流れる交流電流）Ｖａを測定する電圧計３２とから構成される。
【００４１】
電圧・位置変換部２６は、たとえばマイクロコンピュータにより構成される。この実施の形態のマイクロコンピュータは、制御・演算・判断機能を有するＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｕｎｉｔ）と、プログラム等が記憶されるＲＯＭ（ｒｅａｄ　ｏｎｌｙ　ｍｅｍｏｒｙ）と、電気的に書き込み消去可能なＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｅｒａｓａｂｌｅｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）と、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ　ａｃｃｅｓｓ　ｍｅｍｏｒｙ）と、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェースと、時計、カウンタ、タイマ等を含む。
【００４２】
この場合、フェライト製の移動子２０が、コイル１６の一端側の巻き密度が疎の位置ｘ１から巻き密度が密の他端側の位置ｘ２に移動するにつれ、磁束の集中度（磁束密度）が高くなっていくので、コイル１６のインダクタンスは、巻き間隔が狭くなる方向で増加する傾向となる。したがって、コイル１６のインダクタンスに発生する電圧Ｖａは、このインダクタンスの変化に比例して上昇する。
【００４３】
図４中、実線の特性は、コイル１６のインダクタンスに発生する電圧Ｖａの電圧Ｖ１から電圧Ｖ２までの変化特性３６を示している。図３に示したコイル３０の場合にも同様の変化特性である。
【００４４】
変化特性３６から分かるように、位置ｘ１から移動子２０が軸方向Ａ上、位置ｘ２の方向に位置ｘ［ｍ］分、進むにしたがい電圧Ｖａ［Ｖ］の変化率［電圧／単位移動距離］が上昇する。
【００４５】
この場合、電圧・位置変換部２６の記憶手段である書換可能ＲＯＭ等のメモリには、予め、この変化特性３６がテーブルあるいは演算式として記憶される。電圧・位置変換部２６のＣＰＵは、この変化特性３６のテーブルを参照しあるいは演算式を用いて電圧計３２から入力される電圧Ｖａに基づいて移動子２０の位置ｘを求めることができる。
【００４６】
なお、コイル１６のインダクタンスに発生する電圧Ｖａの変化特性３６は、経時変化あるいは経年変化する可能性があるので、一定時間が経過したとき、そのときの変化特性３６を学習し（測定し）、電圧・位置変換部２６の記憶手段である書換可能ＲＯＭ等のメモリの内容を更新しておくことで、常時、正確な精度の高い測定値を得ることができる。
【００４７】
測定された移動子２０の位置は、電圧・位置変換部２６により液晶表示装置等の表示部４０に表示されるとともに、出力端子４２にアナログ出力あるいはデジタル出力として導出される。
【００４８】
以上説明したように、図１例の位置測定装置１０によれば、移動子２０の長さをコイル１６の全長よりも短い簡単な構成とすることができる。また、比例可変差動変圧器を使用しないので、構成が簡単である。結果として、低コストで精度の高い電気出力の得られる位置測定装置１０を構築することができる。
【００４９】
なお、図１に示したインダクタンス変化検出器１８は、交流定電流源２８による交流定電流励磁方式を採用しているが、これに代替して交流定電圧励磁方式にすることもできる。すなわち、図１中に、かっこ書きで示しているように、交流定電流源２８と電圧計３２を、それぞれ、コイル１６に一定周波数の交流定電圧を印加供給する（交流定電圧源）と、交流定電圧によりインダクタンスに流れる電流（Ｉａ）を測定する（電流計）に代替し、該（電流計）によりインダクタンスの変化を電流の変化に変換する構成とすることができる。この場合、電圧・位置変換部２６は、（電流・位置変換部）に代替すればよい。
【００５０】
図５は、インダクタンスの変化特性３６をさらに急峻にしたい場合のコイル４６の構成を示している。このコイル４６は、軸方向Ａと直交する方向の断面形状が相似形状で徐々に小さくなるときには、導体１２の巻き間隔が徐々に狭くされる。逆に言えば、軸方向Ａと直交する方向の断面形状が相似形状で徐々に大きくなるときには、導体１２の巻き間隔が徐々に広くなるように巻いたコイルである。
【００５１】
この場合、移動子２０が、コイル４６の一端側の位置ｘ１から他端側の位置ｘ２に移動するにつれ、磁束の集中度（磁束密度）が急激に高くなっていくので、コイル４６のインダクタンスは、巻き間隔が狭くなる方向で急激に増加する傾向となる。図４中、一点鎖線で示した、コイル４６のインダクタンスに発生する電圧Ｖａの電圧Ｖ１から電圧Ｖ３への変化特性４８がこの場合の変化特性を示している。このコイル４６を使用することで、必要な箇所での位置検出精度を上げることができる。
【００５２】
図６は、この発明の一実施の形態に係る位置測定装置５２の原理的な構成を示している。
【００５３】
なお、この位置測定装置５２では、コイルとして図３に示したコイル３０を利用しているが、図１に示したコイル１６あるいは図５に示したコイル４６を利用することもできる。
【００５４】
この位置測定装置５２は、インダクタンス変化検出器５４を有し、このインダクタンス変化検出器５４が、コイル３０の両端に接続されたコンデンサ６０と、このコイル３０のインダクタンスとコンデンサ６０とからなるＬＣ回路と、このＬＣ回路に接続されるＬＣ発振回路５６と、このＬＣ発振回路５６の出力側に接続される周波数カウンタ５８とから構成されている。
【００５５】
周波数カウンタ５８の出力側には、マイクロコンピュータによる周波数・位置変換部６２が接続される、この周波数・位置変換部６２には、表示部４０と出力端子４２が接続されている。
【００５６】
このように構成される位置測定装置５２では、移動子２０の軸方向Ａの移動に伴い、コイル３０のインダクタンスが変化し、このインダクタンスとコンデンサ６０の容量で決定するＬＣ発振回路５６の発振信号の発振周波数ｆａが変化する。このとき、コイル３０は、交流励磁されている。
【００５７】
この発振周波数ｆａの周波数が周波数カウンタ５８で検出され、発振周波数ｆａとして周波数・位置変換部６２に供給される。
【００５８】
周波数・位置変換部６２は、予め自身のメモリに格納している、たとえば図７に示すインダクタンスの変化に対応する発振周波数ｆａ（発振周波数ｆ１〜ｆ２）と位置ｘ（位置ｘ１〜ｘ２）との変化特性６６のテーブルを参照し、移動子２０の現在位置ｘを算出する。算出された現在位置ｘは、表示部４０に表示され、あるいは出力端子４２へ供給される。
【００５９】
このように上述した図１例および図６例の位置測定装置１０、５２を利用した位置測定方法によれば、図８の工程図に示すように、まず、軸方向Ａに沿って磁束密度が徐々に変化するように導体１２が巻かれたコイル１６、３０あるいは４６を準備するステップＳ１を有する。
【００６０】
次に、このコイル１６、３０あるいは４６に対して、磁性材料の移動子２０を、コイル１６、３０あるいは４６の軸方向Ａに平行に移動し必要に応じて停止させるステップＳ２を有する。
【００６１】
さらに、移動子２０の移動に伴うコイル１６、３０あるいは４６のインダクタンスの変化を検出するステップＳ３を有し、検出したインダクタンスの変化に基づいて移動子２０の軸方向の位置を求めるステップＳ４を有する。
【００６２】
この方法によれば、位置ｘを簡易な構成で精度よく測定することができる。
【００６３】
図９は、この発明の一実施の形態に係るブリッジ型の位置測定装置７２の原理的な構成を示している。
【００６４】
なお、この位置測定装置７２では、コイルとして図１に示したコイル１６の巻線の密度が高い側を対向させて直列に接続したコイル７６を利用している。もちろん、図３あるいは図５に示したコイル３０、４６を直列に接続したコイルを利用することもできる。
【００６５】
この位置測定装置７２は、インダクタンス変化検出器８４を有している。インダクタンス変化検出器８４は、同一抵抗値を有する直列接続された抵抗器７８、８０と、一定周波数の交流定電圧源８２と、電圧計３２とから構成されている。
【００６６】
この場合、コイル７６の両端子２２、２３に対し直列接続の抵抗器７８、８０が並列に接続され、コイル７６の両端子２２、２３間に一定周波数の交流定電圧源８２が接続される。すなわち、コイル１６、１６と抵抗器７８、８０がブリッジ接続された回路となる。そして、抵抗器７８、８０の接続点である中点と、コイル１６、１６の接続点である位置ｘ２の端子２４、すなわちコイル７６の中点との間の電圧Ｖｂが、電圧計３２に供給される。
【００６７】
電圧計３２の出力側には、図１例と同様に、電圧・位置変換部８５が接続され、この電圧・位置変換部８５には、表示部４０と出力端子４２が接続されている。
【００６８】
このように構成される位置測定装置７２では、移動子２０の軸方向Ａの移動に伴い、コイル７６のインダクタンスが変化し、中点間の電圧Ｖｂが変化する。
【００６９】
電圧計３２は、検出した電圧Ｖｂを電圧・位置変換部８５に供給する。
【００７０】
電圧・位置変換部８５は、予め自身のメモリに格納している、たとえば図１０に示すインダクタンスの変化に対応する電圧Ｖｂ（電圧−Ｖ４［Ｖ］〜０［Ｖ］〜＋Ｖ４［Ｖ］）と位置ｘ（位置ｘ１〜ｘ２〜ｘ３）の変化特性８６のテーブルを参照し、移動子２０の現在位置ｘを算出する。算出された現在位置ｘは、表示部４０に表示され、あるいは出力端子４２へ供給される。
【００７１】
この図９例の位置測定装置７２によれば、移動子２０のより長い移動範囲で位置を測定することができる。
【００７２】
図１１は、この発明の一実施の形態のフロート式流量計９０の一部省略構成を示している。
【００７３】
このフロート式流量計９０は、軸を鉛直方向に合致させた管９１の下側から上側に流れる流体の流量を、管９１の中に配置したフロート９２の位置により測定するものである。
【００７４】
ここで、管９１の材料としては、ガラス、フッ素樹脂等の非導電材料が用いられ、管９１の中空部は、下側から上側に向かって徐々に広がる、テーパー状（円錐台状）に形成されている。上にいくほど有効断面積を増加させることで、短い管９１であっても、測定可能な流量を大きくすることができる。
【００７５】
管９１の外側表面には、軸方向Ａに沿って磁束密度が徐々に変化するように導体１２が巻かれたコイル９４が形成されている。
【００７６】
図１などに示した移動子２０に対応するフロート９２は、図１２の断面図に示すように、円柱体の両底面に円錐とフランジが付けられた略ビス状の形状とされ、フェライト等の透磁性材料の円柱体状（または円筒状）の芯９６が、フッ素樹脂等の樹脂の外被９８で覆われた構造となっている。磁束を集中させるために、フロート９２の一部に磁性材料を含ませることが必須である。なお、実際には、フロート９２の頭部のフランジ部に溝を設け、フロート９２がよく回転するように構成し、発生する泡がフロート９２に付かないようにしてある。泡がフロート９２に付くと測定誤差となる。
【００７７】
また、端子２２、２４間には、図１例と同様な、インダクタンス変化検出器１８と、電圧・位置（流量）変換部１００と、表示部４０と出力端子４２とからなる位置測定装置が接続される。
【００７８】
ここで、インダクタンス変化検出器１８は、前記の磁性材料が含まれたフロート９２の軸方向Ａ（上下方向）の移動に伴うインダクタンスの変化を検出し、検出電圧Ｖａを発生する。
【００７９】
電圧・位置（流量）変換部１００は、予め自身のメモリに格納している、インダクタンスの変化に対応する電圧Ｖａと位置ｘ（位置ｘ１〜ｘ２）に対応する流量Ｆとの変化特性のテーブル（図示はしないが、図４の変化特性３６において、縦軸の電圧Ｖａを流量Ｆに換算したテーブル）を参照し、フロート９２の位置ｘ、すなわち流量Ｆを算出する。算出された流量Ｆは、表示部４０に表示され、あるいは出力端子４２へ供給される。
【００８０】
このフロート式流量計９０によれば、流量に応じてフロート９２が軸方向Ａに移動し、このフロート９２の移動に伴い、コイル９４のインダクタンスが変化するようにしてるので、フロート９２の位置、すなわち流量Ｆを電気的に検出することができる。インダクタンスの変化を検出できればよいので、フロート９２の長さは、コイル９４の全長に比較して短くすることができる。従来技術のように比例可変差動変圧器を用いる必要がないので構造が簡単である。
【００８１】
なお、このフロート式流量計９０においても、図６例の位置測定装置５２の構成を適用できることはもちろんである。
【００８２】
また、このような構成のフロート式流量計９０は、たとえば１０−１００［ｍｌ／ｍｉｎ］程度の流量を測定可能な微小流量計に適用して好適である。このような微小流量計は、たとえば半導体製造装置の分野において、ウエハーに対して薬液や純水を正確に供給するシステムで使用される。
【００８３】
図１３、図１４は、この発明の一実施の形態の移動位置測定装置１２０の一部省略断面構成を示している。
【００８４】
この移動位置測定装置１２０は、円筒状のチューブ本体１１４と、流体の入出力ポート１２２、１２４が設けられた両底面１１６、１１８とからなるシリンダチューブ１２６を有している。この移動位置測定装置１２０は、構造的には、上記のシリンダチューブ１２６の他、基本的には、底面１１８にシール・保持部材１２８により片持ちで保持されるコイル付きロッド１３０と、このコイル付きロッド１３０に対して、軸方向Ａにはめ込み移動自由な中空軸１３４を有するピストンロッド１３２とから構成されている。
【００８５】
ピストンロッド１３２は、鉄等の磁性材料により製作される有底の中空軸１３４とフランジ１３６とから構成される。フランジ１３６の外周は、チューブ本体１１４の内周壁を軸方向Ａに摺動する。このとき、中空軸１３４の外周は、底面１１６に同軸上に嵌められたリング状のシール１３８の内壁を摺動する。
【００８６】
コイル付きロッド１３０は、直流電流が供給されたときには軸方向Ａに沿って磁束密度が徐々に変化するように導体１２がロッドに巻かれたコイル１４２を有する。
【００８７】
底面１１８の外側に導かれたコイル１４２の端子２２、２４には、繁雑となるので図示はしないが、図１に示した交流定電流源２８と電圧計３２とからなるインダクタンス変化検出器１８を備えた位置測定装置１０、あるいは図６に示したＬＣ発振回路５６を有するインダクタンス変化検出器５４を備える位置測定装置５２が接続される。
【００８８】
この場合、磁性材料のピストンロッド１３２が、チューブ本体１１４の内周壁を軸方向Ａに摺動することで、換言すれば、ピストンロッド１３２の中空軸１３４がコイル付きロッド１３０に対してはめ込み移動されることで、コイル１４２のインダクタンスが変化し、このインダクタンスの変化がインダクタンス変化検出器１８、５４で検出される。このインダクタンス変化検出器１８、５４の出力電圧Ｖａあるいは出力周波数ｆａが電圧・位置変換部２６あるいは周波数・位置変換部６２に供給される。これら電圧・位置変換部２６あるいは周波数・位置変換部６２により、ピストンロッド１３２の移動位置、換言すれば中空軸１３４の移動位置が求められる。
【００８９】
このように構成される移動位置測定装置１２０は、ピストンロッド１３２、換言すれば中空軸１３４の底面１１６からの突き出し長さを測定する測長器としても機能する。
【００９０】
この移動位置測定装置１２０によれば、従来技術で述べたような磁気スケールを用いない簡単な構成で中空軸１３４の軸方向Ａの移動位置を求めることができる。
【００９１】
なお、図１５と、その図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線の一部省略断面を示す図１６に示すように、図１３に示したコイル付きロッド１３０の中空軸１３４の内部への進入端側に９０度間隔にポリアセタール樹脂等滑りのよい樹脂製の４個の突起１５４を設けたコイル付きロッド１５２を作製する。
【００９２】
そうすると、このコイル付きロッド１５２の中空軸１３４に対する相対的なはめ込み移動中に、中空軸１３４の軸とコイル付きロッド１５２の軸がずれないようにコイル付きロッド１５２が保持される。これにより、片持ちのコイル付きロッド１５２を簡便に保持することができる。
【００９３】
なお、突起１５４は、軸がぶれないように、好ましくは、３個（１２０度間隔）以上設ける。数を多くしすぎると、摺動抵抗が大きくなり、また流体の出入の抵抗が増すので、大きさや用途に適した数、形状とすることが好ましい。突起１５４が２個（１８０度間隔）でも保持機能を発揮することができる。
【００９４】
さらに、図１７に示すように、図１３、図１５に示したコイル付きロッド１３０、１５２に代替して、少なくとも管軸にフェライト等の磁性材料の心棒１５８を埋め込んだコイル付きロッド１６０を用いることで、コイル付きロッド１６０の中空軸１３４に対する相対移動に伴うインダクタンスの変化を大きくすることができる。磁性材料の心棒１５８を埋め込んだコイル付きロッド１６０を用いる場合に、インダクタンスの変化が図１３例と同一でよいのであれば、コイル付きロッド１６０の巻き数を少なくしたり、径を小さくしたりすることができる。
【００９５】
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、たとえば、移動子２０をフロートとする液面計に適用する等、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、構造が簡単で、かつ電気的な出力の可能な位置測定装置、流量計等を低コストで構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インダクタンスの変化を電圧で測定する位置測定装置の一例を示す構成図である。
【図２】位置測定装置を構成するコイルの巻き間隔の一例を示す説明図である。
【図３】位置測定装置を構成するコイルの他の例の構成図である。
【図４】移動子の軸方向の位置に対する電圧の変化（インダクタンスの変化に対応する。）を示す特性図である。
【図５】位置測定装置を構成するコイルのさらに他の例の構成図である。
【図６】インダクタンスの変化を周波数で測定する位置測定装置の一例を示す構成図である。
【図７】移動子の軸方向の位置に対する周波数の変化（インダクタンスの変化に対応する。）を示す特性図である。
【図８】位置測定方法の説明に供される工程図である。
【図９】インダクタンスの変化を電圧で測定するブリッジ型位置測定装置の一例を示す構成図である。
【図１０】図９例のブリッジ型位置測定装置における移動子の軸方向の位置に対する電圧の変化（インダクタンスの変化に対応する。）を示す特性図である。
【図１１】流量計の一例を示す構成図である。
【図１２】流量計のフロートの一例を示す構成図である。
【図１３】ピストンロッドの移動位置測定装置の一例の構成を示す断面図である。
【図１４】図１３例の移動位置測定装置において、ピストンロッドがコイル付きロッドにはめ込まれている状態の構成を示す断面図である。
【図１５】コイル付きロッドの他の例を示す構成図である。
【図１６】図１５に示すコイル付きロッドのＸＶＩ−ＸＶＩ線の一部省略断面図である。
【図１７】磁性材料の心棒を有するコイル付きロッドを示す構成図である。
【符号の説明】
１０、５２、７２…位置測定装置　　　１２…導体
１４…中空ロッド　　　　　　　　　　１７…異形ボビン
１６、３０、４６、７６、９４、１４２…コイル
１８、５４、８４…インダクタンス変化検出器
２０…移動子　　　　　　　　　　　　２２、２３、２４…端子
２６、８５…電圧・位置変換部　　　　２８…交流定電流源
３２…電圧計　　　　　　　　　　　　３６、４８、６６、８６…変化特性
４０…表示部　　　　　　　　　　　　４２…出力端子
５６…ＬＣ発振回路　　　　　　　　　５８…周波数カウンタ
６０…コンデンサ　　　　　　　　　　６２…周波数・位置変換部
７８、８０…抵抗器　　　　　　　　　８２…交流定電圧源
９０…フロート式流量計　　　　　　　９１…管
９２…フロート　　　　　　　　　　　９６…芯
９８…外被　　　　　　　　　　　　　１００…電圧・位置（流量）変換部
１１４…チューブ本体　　　　　　　　１１６、１１８…底面
１２０…移動位置測定装置　　　　　　１２２、１２４…入出力ポート
１２６…シリンダチューブ　　　　　　１２８…シール・保持部材
１３０…コイル付きロッド　　　　　　１３２…ピストンロッド
１３４…中空軸　　　　　　　　　　　１３６…フランジ
１３８…シール　　　　　　　　　　　１５２、１６０…コイル付きロッド
１５４…突起　　　　　　　　　　　　１５８…心棒
【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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【図１０】
2004012308.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004012308.tif 000015
【図１４】
2004012308.tif 000016
【図１５】
2004012308.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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