(57)【要約】【課題】本発明は、設置上の制約を抑えつつ、製品管理が容易で、高精度の流量検出が可能な流量センサーを提供する。【解決手段】本発明は、配管部１のオリフィス３の前後の一次側圧力と二次側圧力とを、ダイヤフラム１０の両側に形成した一対の圧力室１２ａ，１２ｂへ導き、両圧力の差圧がもたらすダイヤフラム１０の変位を磁性体２７と磁気検出素子２８を用いて検出し、同変位を、演算により、流量に関する電気的な信号に変換して出力させる構成を採用した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路を有し、該流路の途中にはオリフィスが介在された配管部と、
ダイヤフラムで隔てられて該ダイヤフラムの両側に形成されてなる一対の圧力室と、
前記オリフィスの前後に生ずる一次側圧力と二次側圧力とを前記一対の圧力室に導く一対の圧力導入路と、
前記一対の圧力室における差圧がもたらす前記ダイヤフラムの変位を検出して、流量に関する電気的な信号として出力させる出力部と
を具備することを特徴とする流量センサー。
【請求項２】
前記出力部は、前記ダイヤフラムに追従して変位する磁性体と、該磁性体の変位を検出する磁気検出素子とを有する検出部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の流量センサー。
【請求項３】
前記出力部は、流量が零の状態のとき、前記ダイヤフラムの変位を検出する感度が最大となるように構成してあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流量センサー。
【請求項４】
前記出力部は、前記ダイヤフラムの変位にしたがい流量を求める演算部を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の流量センサー。
【請求項５】
前記出力部からは、流量のデジタル表示可能な信号が出力されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の流量センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量を検出するのに用いられる流量センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
水など流体を流通させることの多いシステムでは、配管内を流れる流体の流量の計測に、流量計、多くはバイパス式の流量計が用いられている。
【０００３】
バイパス式流量計には、図２に示されるようにオリフィスａが設けられた配管部ｂを用い、このオリフィスａの前後の差圧を利用して、テーパ管ｃ内に移動自在に収めてあるフロートｄを変位させる構造が用いられている。
【０００４】
多くは、図２に示されるようにオリフィスａの前後（一次側、二次側）の地点から、配管部ｂ内を流れる測定対象となる流体を、中継用通路ｅ，ｆを通じて、テーパ管ｃへバイパスさせたり、さらに一次側のテーパ管端側に補正用のオリフィスｇを設けたりする構造が採用されている。そして、オリフィスａの前後の差圧により、圧力の高い一次側の流体（オリフィス上流）が、補正用オリフィスｇから、テーパ管ｃ内を通じて、圧力の低い二次側へ（オリフィス下流）へ流れる挙動を利用して、流量の計測を行っている。具体的には、テーパ管ｃ内におけるフロート位置を外部から視認することによって、流量の計測が行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、バイパス式流量計は、フロート位置を視認して流量を計測する構造なので、視認性を考慮して設置をしなければならず、かなり設置に際し、制約を受ける問題がある。また同流量計は、テーパ管ｃや補正用オリフィスｇなど部品に依存するために、測定対象の流体の変更や測定流量の仕様の変更は、あらかじめ多数種の部品を用意して、求められる仕様に対処する必要があり、かなり製品管理が面倒である。しかも、その管理を維持するコストもかなりの負担となる。そのうえ、部品の変更が多いため、計測精度はばらつきやすい。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、設置上の制約を抑えつつ、製品管理が容易で、高精度の流量検出が可能な流量センサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、配管部のオリフィス前後の一次側圧力と二次側圧力とを、ダイヤフラム両側に形成した一対の圧力室へ導き、両圧力の差圧がもたらすダイヤフラムの変位を検出し、同変位を流量に関する電気的な信号として出力させる構成を採用した。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、さらに出力部には、ダイヤフラムに追従して変位する磁性体と、該磁性体の変位を検出する磁気検出素子とをもつ検出部を有する構成を採用した。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、さらに出力部には、流量が零の状態のとき、ダイヤフラムの変位を検出する感度が最大となるようにした。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、さらに出力部には、ダイヤフラムの変位にしたがい流量を求める演算部を有した構成を採用した。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、さらに出力部からは、流量のデジタル表示可能な信号が出力されるようにした。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、測定部分だけが、視認部分から分離されて、計測が必要な個所に設置される構造なので、視認の必要性がもたらす設置上の制約を受けずに設置できる。しかも、ダイヤフラムの変位を、流量に関する電気的な信号に変換する構造なので、測定対象の流体、測定流量の仕様の変更に容易に対処できる。そのうえ、部品の多くは共用できるから、製品管理の維持に必要なコストの低減も図れる。また精度の確保も容易であり、検出精度の向上が図れる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加え、さらに磁性体と磁気検出素子とを用いた簡単な構造で、ダイヤフラムの変位が検出できるといった効果を奏する。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、上記効果に加え、さらに差圧が小さい小流量のとき、出力部は、ダイヤフラムの微少な変位が検出しやすい状態となるから、差圧の検出が難しい小流量のときでも高い検出精度が確保できるといった効果を奏する。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、上記効果に加え、さらに差圧と流量との関係を利用して、容易に流量を検出することができるといった効果を奏する。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、上記効果に加え、さらに流量センサーから離れた地点で、検出した流量がデジタル表示で視認できるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［一実施形態］
以下、本発明を図１に示す一実施形態に基づいて説明する。
【００１８】
図１は流量センサーの断面図を示し、図中１は筒状をなした主配管（本願の配管部に相当）である。主配管１は、両端部にそれぞれ接続部として内面にめねじ部２が形成されている。そして、めねじ部２を用いて、図１中の二点鎖線に示されるように主配管１が、流体システムのうち流量測定を行う配管経路Ｘ上に取付けられるようにしてある。この主配管１内に形成されている流路１ａの途中、例えば中央部には、オリフィス３が取付けられている。またこのオリフィス３を挟んだ前後の流路１ａの壁面部分には、小孔で形成される一対の圧力導入孔５が形成されていて、同圧力導入孔５からオリフィス前後の圧力が取り出せるようにしている。
【００１９】
主配管１の側部の中央からは、例えばフランジ状の台座６が突き出ている。この台座６には、例えば二層の本体ブロック７，８が取着されている。この本体ブロック７，８が重なる上・下面部分には、凹部９ａ，９ｂが互いに向き合うように形成されている。また本体ブロック７，８間には、これら凹部９ａ，９ｂ間を遮るようにダイヤフラム１０が取着されていて、ダイヤフラム１０の両側に当該ダイヤフラム１０で隔てられた一対の圧力室１２ａ，１２ｂを形成している。これら圧力室１２ａ，１２ｂは、本体ブロック７，８の各部に形成された一対の圧力導入路１３ａ，１３ｂを介して、一対の圧力導入孔５と連通している。これにより、オリフィス前後に生ずる圧力、すなわちオリフィス３の上流側の圧力である一次側圧力が圧力室１２ｂ内へ導入され、オリフィス３の下流側の圧力である二次側圧力を圧力室１２ａ内へ導入される構造にしている。
【００２０】
ダイヤフラム１０の中央部には、ダイヤフラム１０の変位を取り出す取出し部材１５が取着されている。取出し部材１５は、ダイヤフラム１０の中央のダイヤフラム部分（圧力室１２ａ側）に取着される固定部１５ａと、同固定部１５ａから二次側の圧力室１２ａへ突き出るダイヤフラム棒部１５ｂとを有して構成されている。そして、ダイヤフラム棒部１５ｂが、二次側の圧力室１２ａの直上の本体ブロック７部分に形成してあるガイド孔１６内で摺動自在にガイドされている。このガイドにより、一対の圧力室１２ａ，１２ｂに加わる一次側圧力と二次側圧力との差圧により生ずるダイヤフラム１０の変位が、ダイヤフラム棒部１５ｂの往復方向の動き（変位）に変換されるようにしている。
【００２１】
またダイヤフラム１０は、差圧に応じてダイヤフラム１０が所定に動作するよう、付勢機構１８によって、圧力室１２ｂ側へ付勢させてある。すなわち、付勢機構１８には、ダイヤフラム棒部１５の端部に接続したばね受け部材１９と、本体ブロック７の上面に取着したカバー部材２２とを用いた構造が用いられている。具体的には、ばね受け部材１９は、ガイド孔１６内で、ダイヤフラム棒部１５ｂの端部に嵌まり合う軸部２０ａと、該軸部２０ａに続いて本体ブロック７外に配置されるばね座２０ｂとを有している。カバー部材２２は、ばね受け部材１９の周りを囲う有底の筒状部２２ａを有している。そして、ばね座２０ｂと同ばね座２０ｂと向き合う筒状部２２ａの内底面との間には、スプリング部材、ここでは二種類のコイルスプリング２３ａ，２３ｂが圧縮した状態で介装され、コイルスプリング２３ａ，２３ｂの弾性力で、取出し部材１５を付勢して、ダイヤフラム１０の中央部を凹部９ｂ（圧力室１２ｂ）の底面へ押付けている。この付勢により、流量が零の状態のときは、ダイヤフラム１０の変位はなく、流量が増し圧力室１２ａ，１２ｂ間の差圧が大きくなるにしたがい、ダイヤフラム１０が凹部９ｂの底面から離れるという特性を与えている。
【００２２】
この付勢機構１８の周辺には、出力部２５が設けられている。出力部２５は、ダイヤフラム１０の変位を検出する検出部２６と、ダイヤフラム１０の変位を、流量に関する信号に変換する演算部３０とを有した構造が用いられている。
【００２３】
検出部２６には、例えばコイルスプリング２３ａ，２３ｂで囲まれたデッドスペースとなるばね座２０ｂの上面部分に、磁性体２７（例えば永久磁石）を設置し、筒状部２２ａの周壁の外側に、磁性体２７の磁気を検出する磁気検出素子２８を配設した構造が用いられる。つまり、検出部２６は、磁気検出素子２８によって、ダイヤフラム１０に追従して変位する磁性体２７の磁気の変化を検出することにより、ダイヤフラム１０の変位量が検出される構造にしてある。そして、図１に示されるように磁性体１７と磁気検出素子２８とは、流量が零の状態のとき、両者が最も接近する位置関係で配置されている。これにより、検出部２６のダイヤフラム１０の変位を検出する感度は、流量が零の状態ときに最大となるように設定されている。この設定によって、差圧が零付近の微少なダイヤフラム１０の変位を検出しやすくしている。
【００２４】
演算部３０は、例えば筒状部２２ａの上側に配置した回路基板３１から構成されている。この回路基板３１は、例えば本体ブロック７の上面から突き出る複数のボス３２で支持されている。この回路基板３１には、各種半導体部品３３や電子部品（図示しない）が搭載されている。この回路基板３１に磁気検出素子２８が接続されている。この回路基板３１には、リニア特性をもつ流量を求める演算回路が形成されている。具体的には、オリフィス前後の差圧の平方根が流量に比例することが知られているので、これを利用して、回路基板３１には、差圧を変換したダイヤフラム１０の変位量の平方根を演算し、この演算に基づき、リニア特性をもつ流量を求める演算回路が設定されている。これにより、ダイヤフラム１０の変位に基づき、主配管１内を流れる流体の流量が検出されるようにしている。
【００２５】
また回路基板３１には、求まる流量をデジタル表示が可能な信号（デジタル信号）で、外部出力端子部３１ａから出力させる機能が設定されている。この外部出力端子部３１ａから出力される信号（流量に関する電気的な信号）により、流量センサーから離れた地点に設置した表示部、例えば制御盤３４に形成されているデジタル表示部３４ａなどから流量の表示が行われるようにしてある。図１には、外部出力端部３１ａに、信号線３５を介して、上記制御盤３４が接続された例を示してある。
【００２６】
なお、図１中、３６は上側の本体ブロック７や回路基板３１の周りを遮蔽するカバー、３７は部品の各部を固定するためのねじ部材、３８は本体ブロック７，８を台座６に締結するボルト部材を示している。
【００２７】
つぎに、このように構成された流量センサーの作用を説明する。
【００２８】
今、図１に示されるように流量センサーが配管経路Ｘに取り付けられ、その配管経路Ｘを流れる流量を検出するとする。このとき、オリフィス３を通過する流体の流量に応じて、オリフィス前後に差圧が発生する。
【００２９】
このときのオリフィス前の一次側圧力が、圧力導入孔５（オリフィス前）および圧力導入路１３ａを通じて、一次側の圧力室１２ｂへ導入される。またオリフィス後の二次側圧力が、圧力導入孔５（オリフィス後）および圧力導入路１３ｂを通じて、二次側の圧力室１２ａへ導入される。
【００３０】
ここで、オリフィス前後の差圧（一次側圧力−二次側圧力）は、オリフィス３を流れる流量が多い程、大きくなる挙動を示すので、ダイヤフラム１０は、図１中の二点鎖線に示されるように圧力室２３ｂの内底面から、差圧に応じた量、離れる方向へ変位する。これにより、オリフィス前後に生ずる差圧は、ダイヤフラム１０の変位に変換される。そして、このダイヤフラム１０の変位にしたがって、磁性体２７の位置が変化（変位）する。
【００３１】
一方、定位置に配置されている磁気検出素子２８は、磁性体２７が移動することによる磁気の変化を検出している。この磁気の検出により、差圧であるダイヤフラム１０の変位量が検出される。そして、この変位情報が回路基板３１に入力され、該回路基板３１上に組まれている演算回路から、差圧の平方根が流量に比例するという演算式を用いて、主配管１、すなわち配管経路Ｘを流れる流体の流量の検出が行われる。
【００３２】
この流量に関する情報が、電気的なデジタル信号で、外部出力端子部３１ａから、流量センサーが設置してある地点から離れた地点にある制御盤３４、すなわち視認性に優れた地点に設置してある制御盤３４へ出力される。
【００３３】
これにより、制御盤３４から流量表示の要求があれば、デジタル表示部３４ａに配管経路Ｘを流れる流体の流量がデジタル表示される。
【００３４】
このように差圧式流量センサーは、バイパス式流量計とは異なり、流量を測定する測定部分だけが、流量を視認する視認部分から分離されて、配管経路Ｘ上の測定に必要な個所に設置される構造なので、バイパス式流量計のように視認性の要求がもたらす制約を受けずにすむ。しかも、ダイヤフラム１０の変化を検出して、流量に関する信号に変換する構造なので、測定対象の流体が変更したり測定流量の仕様が変更しても、出力部２の変更、特に演算部３０の設定を変更するだけで、容易に変更に対処できる。そのうえ、差圧式流量センサーの多くの部品は、測定対象の流体が変更したり測定流量の仕様が変更しても共用でき、製品管理の維持が容易で、必要なコストの低減ができる。加えて、部品の共用化により、製品毎の精度のばらつきが抑えられるので、精度の確保も容易となり、検出精度の向上が図れる。
【００３５】
特にダイヤフラム１０の変位の検出には、磁性体２７と磁気検出素子２８とを用いた構造を採用したので、簡単にダイヤフラム１０の変位検出ができる。しかも、同検出は、流量が零の状態のとき、最も検出感度が大きくなる設定としてあるので、零付近の差圧がもたらす微少なダイヤフラム１０の変位は検出しやすく、差圧の検出が難しい小流量のときでも、高い精度で流量の検出を行うことができる。そのうえ、流量の検出には、差圧と流量との関係を利用して、ダイヤフラム１０の変位から流量を求める手法を採用したので、容易に流量を得ることができる。加えて、出力される流量は、デジタル表示可能なデジタル信号で出力されるので、流量センサーを設置した地点にかかわらず、視認性のよい場所で、検出した流量を表示させることができる。
【００３６】
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る差圧式流量センサーを示す断面図。
【図２】従来の流量計を示す断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１…主配管（配管部）、１ａ…流路、３…オリフィス、５…圧力導入孔、１０…ダイヤフラム、１２ａ，１２ｂ…圧力室、１３ａ，１３ｂ…圧力導入路、２５…出力部、２６…検出部、３０…演算部、２７…磁性体、２８…磁気検出素子、３１…回路基板。
【図１】
2005257551.tif 000003
【図２】
2005257551.tif 000004