(57)【要約】【課題】超音波センサによるロータの検出精度を向上させた容積式流量計を提供する。【解決手段】被測液体の流入口および流出口を有する空間から成る計量室Ｓ１を備えた流量計本体２と、流量計本体２の計量室Ｓ１の内部に配設され、被測流体の流入および流出に伴って計量室Ｓ１内で揺動するロータ５と、流量計本体５に取り付けられ、計量室Ｓ１内のロータ５の通過を検出する位置に配置される超音波センサ７，８と、超音波センサを取り付けた面にセンサ表面が密着するよう超音波センサ７，８を付勢するコイルばね１３，１４とを備える容積式流量計１による。【選択図】図１
2017015535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測液体の流入口および流出口を有する空間から成る計量室を備えた流量計本体と、
前記流量計本体の計量室の内部に配設され、被測流体の流入および流出に伴って計量室内で揺動するロータと、
前記流量計本体に取り付けられ、計量室内のロータの通過を検出する位置に配置される超音波センサと、
前記超音波センサを取り付けた面にセンサ表面が密着するよう当該超音波センサを付勢する弾性部材と、
を備えることを特徴とする容積式流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリピストン型の容積式流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種プラント、装置内に設置された配管中を流れる被測液体の流量を精度よく計測する場合には容積式流量計が利用されているが、中でも小流量から微小な流量の被測液体の計測に際しては、特開平９−２９７０４５号公報（特許文献１）に記載のロータリピストン型流量計（以下、流量計という）が多用されている。この種の流量計は、流入側接続管および流出側接続管が接続される流量計本体を有し、この流量計本体の内部には、環状凹溝様の空間で成る計量室が設けられている。この計量室の底面には、被測液体の流入口および流出口が設けてあり、これら流入口および流出口には前記流入側接続管、流出側接続管がそれぞれ連通している。前記計量室には、その中心線上で回転自在に配置されて計量室の内壁に沿って移動しながら揺動回転するロータが内蔵されている。このロータの中心には、マグネットが植設されている。一方、計量室から隔離されてた位置には、磁性抵抗素子が配置されており、マグネットの回転からロータの回転を検出し、その回転数から液体の流量を計測するように構成されている。
【０００３】
また、上記流量計を小型化することを目的とした特開２０１５−１１４２３４号公報（特許文献２）に示す容積式流量計が知られている。この容積式流量計は、上記流量計の磁性抵抗素子に代えて超音波センサを用いており、この超音波センサによりロータの揺動回転を検出するように構成されている。この構成により、ロータにマグネットを装着する必要がなくなり、流量計本体の小型化を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２９７０４５号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１４２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記超音波センサとは、超音波を対象物（ロータ）に向け発信し、その反射波を受波器で受信することにより、対象物の有無や対象物までの距離を検出する機器である。そして、センサ表面に音波の発信および受信のための圧電セラミックを使用しており、つまり空気を媒体としている。このため、センサ表面とその設置面との間に隙間が生じると空気の揺らぎが生じ、正しい計測が行われない問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記に例示されるような問題を除去することであり、超音波センサによるロータの検出精度を向上させた容積式流量計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、被測液体の流入口および流出口を有する空間から成る計量室を備えた流量計本体と、前記流量計本体の計量室の内部に配設され、被測流体の流入および流出に伴って計量室内で揺動するロータと、前記流量計本体に取り付けられ、計量室内のロータの通過を検出する位置に配置される超音波センサと、前記超音波センサを取り付けた面にセンサ表面が密着するよう当該超音波センサを付勢する弾性部材とを備えることを特徴とする容積式流量計による。計量室内のロータの通過を検出する位置に配置される超音波センサと、前記超音波センサを取り付けた面にセンサ表面が密着するよう当該超音波センサを付勢する弾性部材とを備えることを特徴とする容積式流量計による。計量室内のロータの通過を検出する位置に配置される超音波センサと、超音波センサを取り付けた面にセンサ表面が密着するよう当該超音波センサを付勢する弾性部材とを備える
【発明の効果】
【０００８】
本発明の容積式流量計によれば、超音波センサがコイルばねにより付勢されているので、流量計本体に振動等の外乱が生じても、超音波センサから発信される超音波は空気層に遮断されることなく発信されるので、検出精度に優れた容積式流量計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る容積式流量計の縦断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る容積式流量計の分解図。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図４】本発明の実施形態に係る超音波受信部とロータとの位置関係および超音波受信部の受信状態をロータ軸が４５度回転する毎に示すロータ軸１回転の前半部の説明図。
【図５】本発明の実施形態に係る超音波受信部とロータとの位置関係および超音波受信部の受信状態をロータ軸が４５度回転する毎に示すロータ軸１回転の後半部の説明図。
【図６】本発明の実施形態に係る超音波受信部の出力信号を信号処理した波形図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係るロータリピストン型流量計（以下、流量計という）を図面に基づいて説明する。この流量計１は、図１ないし図３に示すように、流入側接続管（図示せず）と流出側接続管（図示せず）とを備えた流量計本体２を有する。この流量計本体２は、その上部を覆って後記計量室Ｓ１を密閉する上蓋３を有している。また、前記流量計本体２には、円周壁面２ａとその中心側に形成された円筒様の隔壁２ｂの隔壁外周壁面２ｂａとこれらを繋ぐ底面２ｃとからなる環状凹溝様の計量室Ｓ１が設けられている。この計量室Ｓ１の底面２ｃには流入口２ｄと流出口２ｅとが設けられており、流入口２ｄおよび流出口２ｅには前記流入側接続管、流出側接続管がそれぞれ連通している。また、前記計量室Ｓ１の円周壁面２ａと隔壁２ｂとの間には流入口２ｄと流出口２ｅとを遮断するように仕切り板４が配置されており、流入側接続管から流入する被測液体が流入口２ｄ、環状凹溝様の計量室Ｓ１、流出口２ｅを順に通過して流出側接続管から流出するように構成されている。なお、前記上蓋３は、計量室Ｓ１を密閉する隔離板（図示せず）と表示部（図示せず）が収納される空隙（図示せず）とを備える現場表示型の構造であってもよい。
【００１１】
前記流量計本体２の隔壁２ｂの上端は、前記円周壁面２ａの上端面から後退する位置となるように形成されており、後記するロータ５の底部５ｂが上蓋３に面して位置できる構造となっている。また、前記流量計本体２の隔壁２ｂの内側にはその中心に位置して案内軸６が圧入されており、この案内軸６と隔壁内周壁面２ｂｂとにより後記するロータ軸５ｃを案内する環状の案内溝Ｓ２が形成されている。
【００１２】
前記計量室Ｓ１には、筒部５ａと底部５ｂとを備えた有底円筒様のロータ５がその底部５ｂを筒部５ａを介して前記底面２ｃに対向配置し、しかも筒部外周面５ａａの一部を計量室Ｓ１の円周壁面２ａに、かつ筒部内周面５ａｂの一部を隔壁外周壁面２ｂａに接触または近接させて配置されている。このロータ５の底部５ｂには、その上面側に位置する凹みとこの凹みおよび筒部５ａの内部を連通させる連通孔５ｄとが形成されており、ロータ５と上蓋３との吸着が生じない構成となっている。前記ロータ５は、その底部５ｂの中心から下方に突出するように形成されたロータ軸５ｃを有しており、このロータ軸５ｃは前記案内溝Ｓ２に案内されて公転可能に構成されている。また、このロータ軸５ｃはロータ５と一体に形成されていても、別体に形成されていてもよい。
【００１３】
前記ロータ５には、その筒部５ａと底部５ｂとにわたって前記仕切り板４を案内する切欠５ｅが設けられており、ロータ軸５ｃが前記案内溝Ｓ２に案内されて公転する際に、切欠５ｅは仕切り板４に食い込まない構成となっている。この構成により、ロータ５はその底部側を上蓋３に、筒部外周面５ａａの一部を計量室Ｓ１の円周壁面２ａに、筒部内周面５ａｂの一部を隔壁外周壁面２ｂａに接触または近接する状態を保ちつつ仕切り板４に回転を規制されながら仕切り板４を中心に揺動可能となっている。
【００１４】
次に、本発明の要部であるロータ５の揺動を検出するための超音波センサについて説明する。超音波センサは、超音波発信部および超音波受信部とからなり、それぞれ振動子の一例をなす円板形状の発信側圧電素子７、受信側圧電素子８でなっている。前記発信側圧電素子７は、その両電極間に電圧が印加されると超音波を発信することができ、また受信側圧電素子８はこの超音波により機械的な力を受けると両電極間に電圧を発生させる構造となっている。また、前記発信側圧電素子７および受信側圧電素子８は、受信側圧電素子８を上側にし、それぞれのセンサ表面を互いに対向させて前記計量室Ｓ１を挟むように配置されている。さらに、発信側圧電素子７および受信側圧電素子８は、それぞれ発信側センサホルダ９および受信側センサホルダ１０の内部に収納されている。
【００１５】
前記発信側センサホルダ９および受信側センサホルダ１０は、上下に分離可能で、有底中空状に成形されている。発信側センサホルダ９は、その開口側端部９ａが流量計本体２の底面２ｆに向いており、受信側センサホルダ１０は、その開口側端部１０ａ側が上蓋３の上面３ａに向いて取り付けられている。また、発信側センサホルダ９の開口側端部９ａと流量計本体２の底面２ｆ、ならびに受信側センサホルダ１０の開口側端部１０ａと上蓋３の上面３ａにおいて、これら接触面にはグリセリン（図示せず）が注入されこれらの密着度が高められている。
【００１６】
発信側センサホルダ９および受信側センサホルダ１０の内部には、可動片１１，１２が収納されている。これら可動片１１，１２は、有底中空状に成形されており、可動片１１の底部１１ａは流量計本体２の底面２ｆと接触し、可動片１２の底部１２ａは上蓋３ａの上面と接触している。また、これら可動片１１，１２には、弾性部材の一例としてコイルばね１３が取り付けられており、このコイルばね１３，１４によって、可動片１１の底部１１ａは流量計本体２の底面２ｆに付勢され、可動片１２の底部１２ａは上蓋３の上面３ａに付勢されている。
【００１７】
前記可動片１１，１２の内部には、それぞれに発信側圧電素子７および受信側圧電素子８が収納されている。具体的には、発信側圧電素子７のセンサ表面が可動片１１の底部１１ａと接触し、受信側圧電素子８のセンサ表面が可動片１２の底部１２ａと接触するように収納されている。これら接触面にはグリセリン（図示せず）が注入されこれらの密着度が高められることにより、可動片１１と発信側圧電素子７、および可動片１２と受信側圧電素子８は、コイルばね１３，１４による付勢に伴って一体に上下動が可能に構成されている。なお、発信側圧電素子７および受信側圧電素子８は、必ず可動片１１，１２に収納しなければならないものではなく、可動片１１，１２を排除し、発信側圧電素子７および受信側圧電素子８を直接コイルばね１３，１４で付勢するように構成してもよい。
【００１８】
発信側圧電素子７により発信される超音波は、その特性上、受信側圧電素子８に到達するまでに透過する媒質の数およびその透過距離に応じて減衰し、透過する媒質の数が多いほど、その透過距離が長いほど減衰量は大きくなる。この特性により、ロータ５が発信側圧電素子７と受信側圧電素子８との間を通過するにともなって、この超音波が到達する受信側圧電素子８の検出信号が刻々変化することとなる。
【００１９】
前記受信側圧電素子８の取り付け位置は、図３に示すように平面視前記仕切り板４と隔壁２ｂの中心とを結ぶ線の延長線上にあって、受信側圧電素子８の縁部が計量室Ｓ１を形成する円周壁面２ａに接し、反対側の縁部が隔壁外周壁面２ｂａからロータ５の筒部５ａの肉厚分離れる位置（以下、ロータ軸原位置とする）となっている。この受信側圧電素子８の取り付け位置により、ロータ軸５ｃがロータ軸原位置から１８０°回転位置にある時、受信側圧電素子８がロータ５の筒部５ａを検出しない構成が得られる。
【００２０】
前記発信側圧電素子７および受信側圧電素子８それぞれの電極（図示せず）に接続されるリード線１５ａ，１５ｂは、図１および図２に示すように発信側、受信側それぞれのセンサホルダ９，１０に穿設された各貫通穴９ｂ，１０ｂを通って取り出されている。
【００２１】
上記流量計において、被測液体が流入口２ｄから計量室Ｓ１に流入すると、図４（ａ）に示すように、ロータ５が被測液体の圧力を受けて流出口２ｅ側に押し出されるので、ロータ軸５ｃが隔壁２ｂ内の環状の案内溝Ｓ２に沿って公転する。この時、図４（ｂ）〜図４（ｄ）および図５（ｅ）〜図５（ｈ）に示すようにロータ５は流入口２ｄと流出口２ｅとの間を常時遮断しながら仕切り板４を中心に揺動し、計量室Ｓ１内の被測液体を流出口２ｅから流出させることができる。この間、発信側圧電素子７から発信（所定サイクルで印加される電圧により発信）される超音波は、図４（ａ）、図４（ｂ）および図５（ｈ）に示すようにロータ５の切欠５ｅが隔壁２ｂ側に寄っている時、すなわちロータ軸５ｃがロータ軸原位置（０°）、ロータ軸原位置から４５°の回転位置および３１５°の回転位置付近にある時、超音波が透過する媒質の数が多くなる。また、透過距離の長い筒部５ａの面積も大きいので、超音波の減衰量は大きく、この超音波が到達する受信側圧電素子８の検出信号は小さな値となる。
【００２２】
これに対して、図４（ｄ）、図５（ｅ）および図５（ｆ）に示すようにロータ５の切欠５ｅが計量室Ｓ１の円周壁面２ａ側に寄っている時、すなわちロータ軸５ｃがロータ軸原位置から１３５°の回転位置付近、１８０°の回転位置および２２５°の回転位置付近にある時、超音波が透過する媒質は被測液体のみでその数は最少となる。そのため、超音波の減衰量は小さく、この超音波が到達する受信側圧電素子８の検出信号は大きな値となる。その結果、ロータ軸５ｃが１回転してロータ５が１回往復揺動する毎に、受信側圧電素子８は図６に示すように１個のピーク値が得られる出力特性の検出信号を出力することができる。従って、この検出信号からロータ５の揺動回数を検出することができるので、ロータ５の底部５ｂに磁石を埋め込む必要がなくなる。これにより、ロータ５の底部５ｂの肉厚を薄くしてロータ５の軽量化を図り、ロータ５と計量室Ｓ１の各面との摩擦抵抗を軽減できるので、ロータ５は円滑に揺動できる。これにともなって、ロータ５と計量室Ｓ１の各壁面との接触部分からの被測液体の漏れも少なくなり、小流量から微小な流量の被測液体の計測をより精度よく行える。その上、点滴のような極微小な流量の被測液体であっても、その圧力によってもロータ５は円滑に揺動することができるので、精度のよい計測が可能で、小流量から微小な流量の被測液体の計測はもとより極微小な流量の被測液体の計測にも最適な流量計を提供することができる。また、前記ロータ５の揺動回数を受信側圧電素子８の検出信号から検出しているので、ロータ５の揺動回数の検出に際しては磁石を使用する必要がなく、計量室Ｓ１を密閉するために鋼製の上蓋３を使用できる。また、この上蓋３に加えて隔離板（図示せず）を使用する場合でも、非磁性体の材料を使用する必要がないばかりか、その厚さを考慮する必要がないので、その厚さを十分厚くして高耐圧設計の容積式流量計を提供できる。しかも、ロータ５に磁石を埋め込むための機械加工や、磁石に耐腐食性の樹脂コーティング処理を施す必要がなく、製造安価で長寿命の容積式流量計を提供することができる。
【００２３】
また、前述のように、発信側圧電素子７および受信側圧電素子８をコイルばねで付勢することにより、振動等の外乱が生じても、前記発信側圧電素子７から発信される超音波は空気層に遮断されることなく受信側圧電素子８に向かって発信され、また上蓋３の上面に到達する超音波は空気層で遮断されることなく受信側圧電素子８に到達する構造が得られている。
【００２４】
なお、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１…ロータリピストン型流量計
２…流量計本体
３…上蓋
５…ロータ
７，８…発信側圧電素子，受信側圧電素子（超音波センサ）
９，１０…センサホルダ
１３，１４…コイルばね
Ｓ１…計量室
【図１】
2017015535.tif 000003
【図２】
2017015535.tif 000004
【図３】
2017015535.tif 000005
【図４】
2017015535.tif 000006
【図５】
2017015535.tif 000007
【図６】
2017015535.tif 000008