JPH01308920A - 流量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は流路中を流れる流体の量をボールの回転によっ
て検知するボール回転式の流量検出装置に関するもので
ある。

従来の技術 従来、ボール回転式の流量検出装置には、磁気検出方式
と光検出方式の２方式があった。

磁気検出方式は周囲に高電流が流れるリード線等があっ
た場合リード線によって発生する磁界の影響を受けやす
いという欠点を有していた。この点で光検出方式は周囲
の磁界に影響されないという特長を持っており、例えば
特開昭５７−７４６１４においては次のような構成にな
っていた。第６図、第７図において、１は断面円形状の
環状流路でこの流路の外周に流入通路２、および流出通
路３が開口している。この流入通路２にはノズル４が設
けられている。また環状流路１内には球体５が挿入され
ているとともに透明窓６．７が構成され、発光素子８と
受光素子９が設けられている。このような構成において
流体が流入通路２のノズル４から環状流路１内に入ると
、流れは環状流路１内を環流しながら流入通路２から流
出通路３へ流れ、それと共に球体５も図中実線の矢印の
方向に環状流路１内を周回運動する。この球体の周回回
転数は流体の流量に比例するなど相関があるため、球体
らの回転数を発光素子８と受光素子９によりパルス信号
として検出し制御回路を通して流量を計測する。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記構成では環状流路１を形成しこの環
状流路１（球体５の周回軌道面）に対し直交する方向に
発光素子８および受光素子９を挟設しているため、ボー
ルが周回運動するときの一点でしか検出しないため高流
量になるほど、ボールが光を遮断する時間が短くなり、
その結果パルス信号として検出しにくくなり、ノイズ、
外乱光等によってより一層検出が難しかった。

また、水道水等を被検出流体として長期間使用する時等
は、水道水中に含まれるＣａイオン、Ｍ９イオン等が環
状流路１の内壁にスケールとなって付着し発光素子８か
らの光が受光素子９へ到達しにくくなり検出不能となる
場合があ−た。

また、環状流路１（球体５の周回軌道面）に対し直交す
る方向に発光素子８および受光素子９を挟設している構
成のため、比較的大きなスペースが必要となり、配置上
の制約が大きくなり最近の機器等の小型化コンパクト化
の要求に対して適応が難しい等の問題点を有していた。

本発明は上記課題を解決し、外乱光の影響を受けること
なく正確に流量を検出することができる流量検出装置を
提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため、本発明の流量検出装置は、断
面が円形状の渦巻き室と渦巻き室の外周接線方向に設け
られ流体が流入する流入口と流体が流出する流出口を有
する透光性の渦巻きケースと、この渦巻きケース内に周
回可能に設けたボールと、このボールの回転数を検出す
る発光素子と受光素子からなる検出手段と、検出手段か
ら出力するパルス信号により流体の流量を演算する演算
手段とを備え、発光素子および受光素子は渦巻きケース
の外周側で前記ボールの周回運動によってボール中心の
軌跡で示される周回軌道面上に光軸中心がほぼ通過する
ように設けたものである。

作　　　用 上記構成により、被測定流体が渦巻き室内に流入し、渦
巻き室に設けたボールが被測定流体の渦流によって渦巻
き室を周回する。（被測定流体の流量が多くなるとボー
ルの周回回転数も高くなる。

つまりボールの周回回転数は、被測定流体の流量に比例
するようになっている。） ボールが渦巻き室を周回する時、発光素子から受光素子
間を通過するまでにわたり光を遮断するので被測定流体
が高流量になりボールの周回回転が高速になっても、受
光素子は安定したパルス信号を取りだす。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図は本発明の流量検出装置の一実施例を示す垂直断
面図、第２図は同水平断面図である。

１は透光性を有する樹脂例えばポリサルホン樹脂等から
なる渦巻きケースであり垂直断面が円形状の渦巻き室２
と、その円（ＯＤ’）の外周の接線方向で上方向（Ｖ方
向）に配した流入口３と、渦巻き室２の水平中心軸方向
（Ｈ方向）に設けた流出口４とを一体に形成している。

５は被検出流体の渦流によって渦巻き室２を略垂直方向
に周回するボールであり、光を反射しない不透明な色で
渦巻きケース１よりも若干硬い材質例えば黒色のテフロ
ン樹脂等からなる。

またボール５の外径（ｍｄ　）は、渦巻き室２の内径＜
ＳＯ）の約１／２の寸法になっている。

６はボール５が渦巻き室２の流出口４へ流れ込まないよ
うに渦巻き室２の略円錐部の先端２ａから流出口４方向
に突出している円錐状の突起であり、流入口３より流入
した被検出流体の渦巻き運動を促進する働きもある。

７は被検出流体をシールするための０リングである。

９．８は発光素子および受光素子であり、渦巻きケース
１の外周側でボール５の周回運動によってボール中心の
軌跡で示される周回軌道面上に光軸中心Ｘ−Ｘが通過す
るように渦巻きケース１を挟設している。

また発光素子９と受光素子８はボール５の周回平面上で
渦巻き室の断面の円９６Ｄを三等分する中心線（ｐ−ｐ
）からの距離が双方異なる位置に配している。すなわち
、中心線（ｐ−ｐ）から受光素子８までの距離を１！１
、発光素子９までの距離を１２とすると７？１〈ｌ！２
としている。例えばボール５の外径（Ｏｃｔ）＝８＝、
前記渦巻き室２の内径（ＳＤ）−１６＝ｍとすると実験
ではｌ！１−４．５咽、Ｉ！２＝８門が最良である。

１０は遮光カバーであり、発光素子９、受光素子８およ
び渦巻きケース１を覆うことにより、外乱光を遮断し、
外乱光の影響を防いでいる。また内部での光の反射を防
ぐために黒色としている。

第３図は発光素子９、受光素子８の組み合わせでボール
５の回転数をパルス信号として変換させる制御回路であ
る。２８はＮＰＮ　トランジスタ、３０は演算手段とし
てのマイコンである。

次に上記構成における動作を第１図から第５図において
説明する。

矢印Ｖの方向から渦巻き室２に流体が流れると流体は渦
巻き室２を旋回し、それにともなってボール５も渦巻き
室２の内壁に接触しなから略垂直方向に周回軌道する。

このボール５は流体の流量に比例して周回する特性をも
っている。したがって流量の計測には流量に比例して周
回するボール５の回転数を計測すればよい。

本実施例では、渦巻きケース１を挟んでボール５の周回
軌道面上に発光素子９と受光素子８の光軸中心がほぼ通
過するように配置することによって、ボール５が周回し
た時に、発光素子９からの発光をボール５が遮光する時
（第５図でα角で示す位置にボール５がある時）と、透
過する時（第５図でβ角で示す位置にボール５がある時
）との受光素子８に流れる電流の違いを、第３図で示し
たような制御回路によってパルスに変換してこれを流量
信号としている。

つまりボール５が第５図でβ角で示す位置にある時は、
受光素子８には電流が流れ、Ｎ、ＰＮトランジスタ２８
のＶＣＥ電圧は約０．２ＶとなりＮＰＮトランジスタ２
８は０ＦＦｊ、、出力２９にはＨ！倍信号発する。一方
ボール５が第５図でα角で示す位置にある時には、受光
素子８には電流が流れず、ＮＰＮ　）ランジスタ２８の
ベース電位が高くなり、ＯＮして出力２９は、Ｌｏ倍信
号発生する。

したがって第４図に示すように流量が多い時は、周期が
短か（なり流量が少ない時は、周期が長くなる。

本実施例によれば、前述のように渦巻きケース１を挟ん
でボール５の周回軌道面上に発光素子９と受光素子８の
光軸中心がほぼ通過するように配置しているので、発光
素子９から受光素子８に入る光を遮断する時間を長くと
ることができ、その結果高流量の検出時においても光の
遮光と透過が明確にパルス信号としてとり出すことがで
き、ノイズ、外乱光等の影響を受けずに安定したパルス
信号をマイコン３０へ入力することにより、信頼性の高
い流量検出をすることができる。

また本実施例によれば、発光素子つと受光素子８はボー
ルの周回平面上で渦巻き室の断面の円（ｇｏ）を三等分
する中心線Ｐ−Ｐからの距離を異なる位置に配している
。

つまり第１図に示す、Ｉ！１、Ｉ！２は４．５フおよび
８Ｉ＋ｆｆｌとしている。これは渦巻き室２の内径ｇ。

＝１６およびボール５の外径ｍｄ＝８とした時において
実験的に求めた最も出力が得られる値である。すなわち
、ボールが周回する円の外周方向から周回軌道面上に発
光素子、受光素子を設けた透過形光検出方式においては
、前述の如く、ボールが周回する円ＣｄＤ＞を三等分す
る中心線Ｐ−Ｐから、受光素子および発光素子までの距
離を、双方異なるようにした方が、光の屈折具合等の関
係で最も良い配置となる。

発明の効果 以上の実施例の説明から明らかなように、本発明の流量
検出装置は、発光素子から受光素子まで、または受光素
子から発光素子までボールが円周を通過するまでにわた
り光を遮断することができるので被測定流体が高流量に
なりボールの周回回転が高速になっても、安定したパル
ス信号として取りだすことができ、またノイズ、外乱光
等の影響も受けることがなく正確に被測定流体の流量を
検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す流量検出装置の縦断面
図、第２図は同流量検出装置の水平断面図、第３図は同
流全検出装置の制御回路図、第４図（ａｌ、ｔｂｌは同
流量検出装置の流量と周期を示す図、第５図は同流量検
出装置のボールの周回状態における光の遮光および透過
状態を示す図、第６図および第７図は従来の流量検出装
置の流路水平断面図および垂直断面図である。 １・・・・・・渦巻きケース、２・・・・・・渦巻き室
、３・・・・・・流入口、４・・・・・・流出口、５・
・・・・・ボール、８・・・・・・受光素子、９・・・
・・・発光素子、３０・・・・・・演算手段。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１−
　渦竪さケース ２−・−涌　専　芝　菫 ３−　：北入口 第４図 流量穴 次ｔ４・ 第５図 １−環状　を路 ２−　流入通路 ３−・−流　と　通　島 ４−ノズル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）断面が円形状の渦巻き室と前記渦巻き室の外周接
   線方向に設けられ流体が流入する流入口と流体が流出す
   る流出口を有する透光性の渦巻きケースと、この渦巻き
   ケース内に周回可能に設けたボールと、このボールの回
   転数を検出する発光素子と受光素子からなる検出手段と
   、前記検出手段から出力するパルス信号により流体の流
   量を演算する演算手段とを備え、前記発光素子および受
   光素子は渦巻きケースの外周側で前記ボールの周回運動
   によってボール中心の軌跡で示される周回軌道面上に光
   軸中心がほぼ通過するように設けてなる流量検出装置。
2. （２）発光素子と受光素子はボールの周回平面上で渦巻
   き室の断面の円を二等分する中心線からの距離が双方異
   なる位置とした請求項１記載の流量検出装置。