JPH0417441B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気信号に応じて流体の流量を制御
する比例制御弁を有するとともに、流路に流量セ
ンサを有し、その流量信号と、所望の設定信号の
偏差信号に応じて比例制御弁をコントロールする
方式の流量制御装置に関する。

従来例の構成とその問題点 従来のこの種流量制御装置を第１図に示す。第
１図において、１ａは弁装置１、弁装置１を駆動
する駆動装置２からなる比例制御弁、３は弁装置
１の出口側に直列接続された流量センサ、４は制
御回路である。

弁装置１は、流体入口５と流体出口６、流体入
口５と流体出口６間の隔壁に形成された通口７、
及び弁体８、弁体８を閉弁方向に付勢するバネ９
を有する。

駆動装置２は、弁体８と共動するプランジヤ１
０、プランジヤ１０の両端を支持する軸受１１、
プランジヤ１０の外周に設けたコイル１２、及び
ヨーク１３から構成され、コイル１２に通電する
ことにより、プランジヤ１０に電磁力Fmが作用
し、弁体８を押下げて開弁する。

流量センサ３は、流体出口６に連通する管状の
ハウジング１４と、ハウジング１４内に収容さ
れ、流体の流通により回転する翼車１５と、翼車
１５の縁部に設けた永久磁石１６と、永久磁石１
６に対向して設けられ、パルス状の磁束変化を検
知するホール素子１７とを有する。

制御回路４は、ホール素子１７の出力をパルス
信号に変換する検出回路１８と、パルス信号の発
生に比例した電圧信号を増幅して出力する積分回
路１９と、所望の設定信号と、積分回路１９の信
号を比例し、かつ偏差信号を出力する比較器２０
と、この偏差信号によつてコイル１２に給電する
駆動回路２１を有する。

以上の構成において設定信号が供給されると、
比較器２０は、積分器１９と設定信号の偏差信号
を駆動回路２１に出力し、コイル１２へ給電がな
される。コイル１２に通電するとプランジヤ１０
は下方の電磁力Fmを受け、バネ９に抗して開弁
し、流体は流体出口６、回転翼１５をへて流出す
る。流体が通過すると回転翼１５は回転し、永久
磁石１６によるパルス状の磁束の変化をホール素
子１７で検出し、検出回路１８からパルス信号を
出力させる。このパルス信号は、流量センサ３を
通過する流体の流量に比例している。したがつて
設定信号により設定された流量となるよう常に流
量センサ３によつて流量が監視され、弁閉度がコ
ントロールされる。また設定信号を可変すれば、
その信号に比例して高精度に流量の制御を行なう
ことができる。

しかしながら、この従来例では、翼車１５の回
転数を検出して流量検出するものであるため、正
確な回転が行なわれない場合、流量検出誤差が生
じる。すなわち流体に異物が混入して翼車１５と
ハウジング１４間に付着し、翼車１５に部分的に
当接する場合、あるいは、長期使用により流量セ
ンサ３の軸受２２が摩耗した場合等翼車１５の接
触抵抗、摩擦抵抗により回転むらが生じ、流量検
出精度が悪化する。第２図は流量センサ３内を通
過する流量と翼車１５の回転数の関係を示したも
のであり、初期の正常な特性Ａに対し、上記回転
むらが生じるとＢに示すように同一の流量Qaに
対して△Nsの回転数の誤差が生じる。

その結果、例えば給湯器等にこの種流量制御装
置を使用し、燃料ガスの流量、すなわち燃焼量を
制御する場合、設定信号よりも高温の出湯がなさ
れ、不快感を与え、また爆発着火の危険がある。

また給湯量を制御する場合、所定の熱量に対し
て給湯量が多くなるため、設定量よりも低い温度
の給湯がなされる。特に湯量制御を行なう場合、
流体が高温となり、かつスケール等が軸受２２の
部分に付着し、上記流量検出精度の悪化が発生し
やすく、さらに使用を継続すれば流量検出不能と
なり、無制御状態となり危険である。

発明の目的 本発明は、上記従来の問題点にのぞみ、回転数
検出型流量センサの劣化、すなわち翼車等の回転
ムラを検出し、危険状態となる前に流体通路を遮
断し、異常を報知するようにした安全性の高い流
量制御装置を提供することを目的とする。

発明の構成 この目的を達成するため本発明による流量制御
装置は、電気信号に応じて流体流量を制御する比
例制御弁と、流体通路内に設けられ流量に応じた
電気信号を出力する回転数検出型の流量センサ
と、この流量センサの出力信号に応じて前記比例
制御弁を駆動する制御回路を有するとともに、前
記回転数検出型流量センサに検出素子と複数の回
転素子から構成される回転数検出素子を設け、前
記複数の回転素子間の回転周期の比率が所定値外
となつた時動作し、流体通路を遮断するとともに
報知する安全回路を設けて構成したものである。

この構成により、流体中の異物及び長期使用に
よる摩耗による回転数検出型流量センサの内部に
設けられた回転体の回転むらは、複数の回転素子
間の回転周期の比率を検出することにより常時チ
エツクされ、回転むらが生じた場合、回転周期の
比率が所定値外となるため、安全回路が動作し、
不安全状態となる前に流体通路を遮断し、かつ異
常を報知する。

実施例の説明 以下本発明の実施例を図面とともに説明する。

第３図は本発明による流量制御装置の一実施例
における構成図を示し、２３は安全回路であり、
検出回路１８によつてパルス信号に変換された信
号が入力される。流量センサ３の内部に設けた回
転体である翼車１５には第４図に示すように回転
素子として複数の永久磁石１６ａ，１６ｂが翼車
１５の周方向において同一の間隔をへだてて固着
されており、永久磁石１６ａ，１６ｂが接近した
時の磁束の変化を検知し、電気信号を出力する検
出素子としてのホール素子１７が対向して設けら
れ、永久磁石１６ａ，１６ｂ、ホール素子１７に
より回転数検出素子Srが構成されている。なお
ここで回転数検出素子Srの構成として回転素子
である永久磁石１６を１個とし、検出素子である
ホール素子１７を複数個設ける構成、あるいは永
久磁石１６及びホール素子１７ともに複数個設け
る構成も考えられるが、永久磁石１６に比較して
ホール素子１７は高価であるとともに回転周期の
検出が複雑となる。

安全回路２３に入力されたパルス信号は、パル
ス周期比検出回路２４に入力され、パルス周期の
比率、つまり永久磁石１６ａがホール素子１７に
近接してから永久磁石１６ｂがホール素子１７に
近接するまでの時間T₁と、さらに翼車１５が回
転し、永久磁石１６ｂがホール素子１７に近接し
てから永久磁石１６ａが近接するまでに要する時
間T₂の比T₂／T₁が演算される。演算された回転
周期T₂／T₁は、比較器２５で、設定器２６で設
定される所定の比率Tsと比較され、所定値Tsよ
り外れた時のみ判別回路２７をオンさせる。ここ
でT₂／T₁は、T₁＞T₂の場合もあればT₁＜T₂の
場合もあるため、設定器２６の設定値Tsは所定
の範囲を限定するものである。

回転周期T₂／T₁が設定値Ts外となると、判別
回路２８及びタイマー回路２９がオンし、T₂／
T₁がTs外となる状態がタイマー回路２９によつ
て設定される時間継続されると、判別回路２８に
よつて遮断回路３０及び報知回路３１が動作し、
比例制御弁１ａを遮断するとともにLED（図示せ
ず）等により報知される。その他は従来例と同様
であり同一番号を付して説明を省略する。

以上の構成において、設定信号が投入されると
駆動回路２１はコイル１２に通電し、プランジヤ
１０は下方に変位して弁体８をバネ９の力に抗し
て開弁し、流体は流体出口６へ流入し、さらに流
量センサ３の翼車１５を通過し、翼車１５は通過
流量に比例して回転する。翼車１５に固着された
永久磁石１６ａ，１６ｂはホール素子１７に回転
周期に応じたパルス状の磁束変化を与え、その信
号は検出回路１８によつてパルス信号に変換さ
れ、さらに積分器１８によつて積分されるととも
に増幅されて比較器２０に入力される。比較器２
０は積分回路１９の信号と設定信号の偏差を駆動
回路２１に与え、前記の制御ループによつて設定
信号に等しくなるよう弁の開度がコントロールさ
れ、設定信号を変化させれば、その信号に応じた
流量が高精度に得られる。

一方、検出回路１８のパルス信号は、パルス周
期比検出回路２４にも入力され、パルス信号の周
期、T₂／T₁すなわち翼車１５の回転周期が演算
され、設定器２６で設定されたTsの範囲内、つ
まり第５図における正常状態の出力信号であれ
ば、判別回路２８は動作せず、遮断回路３０、報
知回路３１は動作しない。

そして、長期使用もしくは流体への異物混入に
より翼車１５の回転がスムーズでなくなり回転む
らを生じてきた場合、第５図異常状態の出力信号
がパルス周期比検出回路２４に入力され、T₂／
T₁がTsの値より外れるため、判別回路２８及び
タイマー回路２９がオンする。そしてこの状態が
タイマー回路２９の設定時間だけ継続すると、判
別回路２８は遮断回路３０及び報知回路３１を動
作させ、駆動回路２１をオフして比例制御弁１ａ
の遮断するとともに、異常状態を報知する。

なお本実施例では、遮断回路３０で比例制御弁
１ａを遮断する例を説明したが、流体通路に電磁
弁等の専用の遮断弁（図示せず）を設けて遮断し
てもよい。

以上説明した本実施例によれば、比例制御弁１
ａに流量センサ３を設け、流量センサ３の信号と
設定信号の偏差に応じて比例制御弁１ａをフイー
ドバツク制御するため、高精度の流量制御が可能
であり、また流体入口５の上流に流体圧を一定に
保つガバナを設ける必要がない。

また流体への異物混入、長期使用により翼車１
５の回転がスムーズでなくなり、流量検出精度が
悪化してきた場合、翼車１５に設けられた複数の
永久磁石１６ａ，１６ｂとホール素子１７からな
る回転数検出素子Srによつて翼車１５の回転周
期の比T₂／T₁が検出され、その値が不安全状態
となる以前に流体通路を遮断するとともに報知す
るため、安全性が向上する。

また、ホール素子１７の信号をパルス信号に変
換し、そのパルス信号の周期を検出して回転周期
の比率T₂／T₁を検出するようにしたため、電気
回路側で翼車１５の回転周期が検出可能となり、
演算、検出が容易となる。

さらに、安全回路２３にタイマー回路２９を設
け、異常状態が所定時間継続した段階で流体通路
を遮断するため、安全回路２３の信頼性が向上
し、誤動作の発生が極めて少ないなどの実用的効
果を有する。

発明の効果 以上詳述したように本発明による流量制御装置
は、比例制御弁を回転数検出型の流量センサを設
けてフイードバツク制御するとともに、回転数検
出型流量センサに検出素子と複数の回転素子を設
け、各々の回転素子間での回転周期の比率が所定
値外となつた時、流体通路を遮断するとともに異
常を報知する安全回路を設けて構成したものであ
り、高精度の流量制御が可能であるとともに、流
体への異物混入、長期使用等による回転数検出型
流量センサの精度劣化を、複数の回転数検出素子
間での回転周期の比率を検出することにより判別
し、自動的に流体通路を遮断するとともに報知す
るため、危険状態となる前に安全側に動作し、安
全性が向上する。特に給湯器に使用され、燃料ガ
スの流量すなわち燃焼量を制御する場合の爆発着
火、急激な湯温上昇による不安全を未然に防ぐこ
とができる。

また回転数検出素子を構成するのに複数の回転
素子を使用しているから、流量センサに設けた回
転体の１回転当りの検出信号が多くとれ、流量セ
ンサの分解能が向上し、高精度に流量検出が可能
であるとともに、低流量まで制御が可能となると
いう効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す流量制御装置の構成図、
第２図は同流量センサの流量と回転数の関係を示
す特性図、第３図は本発明の一実施例を示す流量
制御装置の構成図、第４図は同流量センサの断面
図、第５図は同検出回路の出力信号波形図であ
る。 １ａ……比例制御弁、３……回転数検出型流量
センサ、４……制御回路、２３……安全回路、２
４……パルス周期比検出回路、２９……タイマー
回路、Sr……回転数検出素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気信号に応じて流体通路面積を可変し、流
   量を制御する比例制御弁と、流体通路内に設けら
   れ流量に応じた電気信号を出力する回転数検出型
   流量センサと、この流量センサの出力信号に応じ
   て前記比例制御弁を駆動する制御回路を有すると
   ともに、前記回転数検出型流量センサに検出素子
   と複数の回転素子から構成される回転数検出素子
   を設け、前記複数の回転素子間の回転周期の比率
   が所定値外となつた時、前記流体通路を遮断する
   とともに報知する安全回路を設けた流量制御装
   置。 ２ 回転数検出素子の回転素子を永久磁石とし、
   検出素子をホール素子から構成した特許請求の範
   囲第１項記載の流量制御装置。 ３ 回転数検出型流量センサの出力をパルス信号
   に変換し、前記パルス信号の周期の比率を検出す
   るパルス周期比検出回路により回転周期の比率を
   検出する特許請求の範囲第１項記載の流量制御装
   置。 ４ 安全回路にタイマー回路を設け、回転素子間
   の回転周期の比率が所定値外となる状態が所定時
   間継続した時、流体通路を遮断するとともに報知
   する特許請求の範囲第１項記載の流量制御装置。