JPH0627693B2 - 流体の比重測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、流体の比重測定装置に関し、特に重心点より
偏位した偏心軸を有する円筒フロートを用いて精度よく
流体の比重を測定することができる流体の比重測定装置
に関する。

［従来の技術］ 従来、たとえば液体の比重を測定しようとする場合は、
第３図に示すように、比重を測定しようとする液体50に
ガラス管比重計51を浮かべることにより行なっていた。
このガラス管比重計51は、液体50の液比重の差異により
浮き沈みするので、この浮き沈みの変位を計測すること
により液体50の比重を測定することができる。

上記ガラス管比重計51には、底部に重り52が設けられて
おり、浮き（フロート）を形成している。また上部の細
長部分53には、液比重の変化による比重計51の浮き沈み
を検出して比重を図る目盛54が設けられている。

また、第４図に示す従来の比重測定装置では、中空のフ
ロート55の上部に突設したバー56の先端部に被検出部材
57を取り付け、この被検出部材57のたとえば両側に設け
られた位置検出センサ58によって、液体50の液比重の差
異によるフロート55の浮き沈みを検出し、液体50の比重
を測定するようにしている。ここで、ハウジング59の両
側に取り付けられた位置検出センサ58はコイル等からな
り、ハウジング59に摺動自在なバー56に取付けられた被
検出部材57は鉄片等からなる。

したがって、液体50内のフロート55が液体50の比重の差
異により浮き沈みすれば、被検出部材57の鉄片が上下動
し位置検出センサ58のコイルのインダクタンスが変化す
ることから、このインダクタンスの変化を検出すること
で液体50の比重を測定できる。

［発明が解決しようとする問題点］ このように従来では、たとえば液体50内に沈められるガ
ラス管比重計51やフロート55の液比重の差異による浮き
沈みを検出することで液体50の比重を測定していた。

ところで、第４図の比重測定装置では、バー56をハウジ
ング59に摺動自在にしなければならず、装置に可動部分
を必要とすることから、装置の構成が複雑化するという
問題点がある。

また、長期の使用等によりハウジング59の貫通孔60にゴ
ミが付着した場合は、バー56のスムーズな上下動が阻害
されることから、精度よく液体50の比重を測定できなく
なるという問題が生じる。

さらに、上記ガラス管比重計51や上記比重測定装置で
は、液体50の比重の差異による浮力の変化を比重計51や
フロート55の上下動（位置の変化）に変換して液体50の
比重を測定することから、測定誤差が生じやすくなると
いう欠点もある。

また、液体50が流れている場合は、比重計51やフロート
55に動揺が生じてしまい、液体50の比重を正確に測定で
きない。

そこで、本発明はこのような従来の問題点を解決するた
めに提案されたものであり、比重測定装置の構成を簡略
化できるとともに、高精度に比重を測定でき、流れてい
る液体についても比重の測定が可能な流体の比重測定装
置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明の液体の比重測定装置
は、中心軸と平行に偏心した偏心軸を設けこの偏心軸の
同心に流路を形成した円筒形のフロートを、上記偏心軸
で軸支してハウジング内に収容し、上記流路中に被測定
流体を流すとともに、上記流路の一部から上記被測定流
体を上記ハウジング内に導いて上記フロートを上記被測
定流体中に浸し、上記フロートの上記偏心軸回りのモー
メントを検出できるセンサを配設して、このセンサの検
出出力より上記被測定流体の比重を測定することを特徴
とする。

［作用］ 本発明では、浮力方向に対する直角方向成分のモーメン
トアームを一定に保った状態で、偏心軸回りのモーメン
トを検出する。したがって、フロートの偏心軸回りの変
位（回転）を出さずに流体の比重測定を行なうことか
ら、本発明を用いて比重測定装置を構成した場合、装置
に可動部分が必要なく装置の構成が簡略化される。

また、被測定流体の比重の差異による浮力の変化をフロ
ートの上下動の位置の変化に変換することなく比重を測
定するため、高精度な測定が可能である。

またフロートの偏心軸に同心に流路を形成して、この流
路に被測定流体のメインフローを流し、被測定流体の一
部をハウジングに導いてフロートを被測定流体に浸すよ
うにしているので、フロートを動揺させることなく流れ
る流体の比重を精度よく測定することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例の流体の比重測定装置を上
部より見た断面図であり、第２図はこの装置の側断面図
である。

この第１図、第２図で、たとえば金属製から成り密閉の
中空構造の円筒フロート１には、重心点を通る中心軸Ｃ
より所定の距離Ｓだけ離れ、この中心軸Ｃに平行な偏心
軸（Ｚ軸）Ｑを形成するために左側面に偏心軸Ｑに同心
の突軸２、右側面に偏心軸Ｑに同心の小径円筒部３が設
けられている。上記突軸２の先端部には、軸受４が密嵌
しており、この軸受４の外輪は、固定のハウジング５に
設けられた軸受嵌合凹６に密嵌している。上記小径円筒
部３の先端部には、軸受７が密嵌しており、この軸受７
の外輪は、小径円筒部３が嵌合するハウジング５の嵌合
凹部８の基端部に設けられている軸受嵌合凹部９に密嵌
している。

これにより、上記円筒フロート１は上記偏心軸（Ｚ軸）
Ｑ回りに回動自在となっている。

また上記偏心軸（Ｚ軸）Ｑに同心に流路10が、小径円筒
部３、フロート１、および突軸２を連ねて内部に形成さ
れている。

また、フロート１の外周を取り巻くハウジング５の円筒
部11、上記軸受嵌合凹部６が形成されこの円筒部10に当
接して固定される側板部12、上記嵌合凹部８と円筒部11
間の連続部13は、フロート１を取り囲むフロート室14を
形成している。

上記突軸２の基端部には、上記流路10とフロート室14と
を連通する連通孔39が複数形成されている。また小径円
筒部３の基端部にも、上記流路10とフロート室14とを連
通する連通孔40が複数形成されている。これら連通孔3
9,40により流路10中を流れる被測定液体の一部がフロー
ト室14に導かれ、フロート１が被測定液体によって浸さ
れるようになる。

また上記嵌合凹部８の基端部より配管部15が一体に突出
形成されており、この配管部15の流路16は、小径円筒部
３内の流路10と連続している。上記側板部12の外面側に
も、配管部17が一体に突出形成されており、この配管部
17の流路18は上記突軸２内の流路10と連続している。

また上記配管部15には、軸受19、19の内輪が密嵌してお
り、これら軸受19、19の外輪には、上記嵌合凹部８の外
周を回動するローター20の内周部が密嵌している。

ここで、上記小径円筒部３の内部にはイナーマグネット
21、21が固定されている。上記ローター20には、このイ
ナーマグネット21、21と対向する位置にアウターマグネ
ット22、22が、支持材23、23を介してビス24により取付け
られている。このアウターマグネット22、22はイナーマ
グネット21、21と吸引するようになっており、マグネッ
トカップリング25を構成している。このマグネットカッ
プリング25によって、上記円筒フロート１の偏心軸（Ｚ
軸）Ｑ回りのモーメントが上記ローター20側に伝達され
るようになっている。

またローター20にはビス26によって取付板27が固定され
ており、この取付板27にはセンサ支持体28の一端が固定
されている。このセンサ支持体28の小径部には、変位が
発生しない歪ゲージ等の応力センサ29が取付けられてい
る。この応力センサ29は、圧縮力、張力によって抵抗が
変化するたとえばマンガニンやコンスタンタン等のニッ
ケル合金からなる。

また上記ローター20の左側には、配管部15に密嵌したリ
ング状の盤体30が設けられている。この盤体30は、ビス
31,32、33によって上記フランジ６の嵌合凹部８に取付板
34を介して固定されている。この盤体30はステーターを
構成している。なお、この盤体30は軸受19の軸受止めに
も用いられている。上記ローター20には、上記ビス32の
頭部32aを逃げる長孔35が形成されている。上記盤体30
には、取付板36がビス37によって固定されており、この
取付板36には上記センサ支持体23の他端が固定されてい
る。

これにより上記応力センサ29の一端は、偏心軸（Ｚ軸）
Ｑで回動するフロート１に、マグネットカップリング25
を介して連結されており、他端はハウジング５に間接に
固定されている。

この時応力センサ29の延長線Ｘ−Ｘ′が、偏心軸（Ｚ
軸）Ｑと中心線Ｃを通るように、フロート１とローター
20とはマグネット21,22によって磁気的に結合してい
る。

これらローター20部、センサ29部等はハウジング５の円
筒カバー38によって覆われている。

つぎにこのように構成される上記比重測定装置によって
被測定液体の比重を測定できる原理を説明する。

上記円筒フロート１には、このフロート１を被測定液体
中に浸した場合、フロート１自体の自重（Ｙ′方向）に
よるモーメントＭ_wと、フロート１が被測定液体中に置
かれるための浮力（Ｙ方向）によるモーメントＭ_F（モ
ーメントＭ_wとは反対方向）とが、偏心軸（Ｚ軸）Ｑ回
りのモーメントＭとして作用するようになる。

ここで上記円筒フロート１の直径をＤ、全長をＬ、比重
をρ_ｆとすれば、上記モーメントＭ_wは、 となる。Ｓは、中心軸Ｃと偏心軸（Ｚ軸）との距離であ
り、偏心量（モーメントアーム）である。

また被測定液体の未知の比重をρとすれば、上記モーメ
ントＭ_Fは、 となる。

したがって、上記円筒フロート１の偏心軸（Ｚ軸）Ｑ回
りのモーメントＭは、 となる。このモーメントＭを検出すれば、円筒フロート
１が埋没される被測定液体の比重ρを測定することがで
きる。

被測定液体の比重ρは、 として求められる。

ここで、モーメントＭを求める上式を成立させるために
は、円筒フロート１の偏心軸（Ｚ軸）Ｑ回りの回転変位
を出さないようにする必要があり、このモーメントＭの
検出には、変位が発生しない歪ゲージ等の上記応力セン
サ29が用いられる。

上記比重測定装置を用いて、実際に被測定液体の比重を
測定するには、Ｘ−Ｘ′線が水平となるように装置を配
置し、流路16から流路10側へ被測定流体を流すようにす
る。この時、上記連通孔39、40より被測定液体の一部が
フロート室14に導かれ、フロート１は被測定液体によっ
て浸される。

上記被測定液体の比重の変化は、上記応力センサ29の抵
抗の変化として現われるので、この抵抗変化を検出し、
マイクロプロセッサ等で演算することにより被測定液体
の比重ρが求められる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の流体の比重測定装置によれ
ば、被測定流体中に配設したフロートを静止させた状態
で、フロートの偏心軸回りのモーメントを検知し、被測
定流体の比重を測定することから、装置に可動部分が必
要なく、装置の構成を簡略化できる。

また、可動部分がないことから、ゴミ等が付着して可動
部分の動きが阻害されるようなことはなく、従来のよう
な可動部分の動きの阻害による測定上の誤差は発生しな
い。

また、従来のように被測定流体の比重差による浮力の変
化をフロートの位置の変化（浮き沈み）に変換して、比
重を測定するのではなく、偏心軸回りのモーメントを検
出するという直接的手段で被測定流体の比重を測定して
いることから、高精度な測定が可能である。

また被測定液体を、フロートの偏心軸の同心に設けた流
路に通し、被測定液体の一部をフロート周囲に導くよう
にしており、流れる被測定液体についても従来とは異な
りフロートに動揺を生じさせることなく比重を測定でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の流体の比重測定装置を上部
より見た断面図、第２図は上記比重測定装置の側断面
図、第３図は従来の比重計の正面図、第４図は従来の比
重測定装置の断面図である。 図中 １……円筒フロート、２……突軸 ３……小径円筒部、４，７，19……軸受 ６，９……軸受嵌合凹部 ８……嵌合凹部、10,16,18……流路 11……円筒部、12……側板部 13……連続部、14……フロート室 15,17……配管部、20……ローター 21……イナーマグネット 22……アウターマグネット 23……支持材 24,26,31,32,33,37……ビス 25……マグネットカップリング 27,36……取付板、28……センサ支持体 29……応力センサ、30……盤体 34……取付板、35……長孔 38……円筒カバー、39,40……連通孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中心軸と平行に偏心した偏心軸を設けこの
   偏心軸に同心に形成された流路を形成した円筒形のフロ
   ートを、上記偏心軸で軸支してハウジング内に収容し、
   上記流路中に被測定流体を流すとともに、上記流路の一
   部から上記被測定流体を上記ハウジング内に導いて上記
   フロートを上記被測定流体中に浸し、上記フロートの上
   記偏心軸回りのモーメントを検出できるセンサを配設し
   て、このセンサの検出出力より上記被測定流体の比重を
   測定する流体の比重測定装置。