JPH0680407B2

JPH0680407B2 - 翼車流量計

Info

Publication number: JPH0680407B2
Application number: JP61008743A
Authority: JP
Inventors: 時範津田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-01-18
Filing date: 1986-01-18
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPS62168021A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は流量計に関する。

［従来の技術］往復動ポンプや圧縮機の吸込管又は吐出管内の流れは脈
動している。これら流体輸送機械の運転に関連して、又
特にこれら機械の性能向上を目指す開発を意図する場
合、この脈動流動の瞬時値や時間平均値を必要とする事
がある。このような流量を測る流量計には原理的に色々
のものがあるが、管中に翼車を設置している翼車形の流
量計が良い。これに、翼車の角速度によって流量を知る
方式の流量計がある（流量計測ハンドブック、川田・小
宮・山崎編著、1979、日刊工業新聞社、199−218ペー
ジ。改良形として例えば、特開昭48-15562号公報）。又
は、翼車を定電圧電源で駆動するモータと連結して、モ
ータ電流等で流量を知る方式の流量計もある（特公昭56
-51282号、特公昭58-56414号公報）。

［発明が解決しようとする問題点］角速度検出形の翼車流量計は精度は高いが、動的の応答
性は非常に低い。これに対して、定電圧電源駆動モータ
を使う翼車流量計は角速度検出形の翼車流量計に比べる
と動的応答性は確かに高い。しかし、応答性がモータの
性能により決るとか、必要な程高くないとかの問題があ
る。このように現在ある翼車流量計は動的応答性が低い
ので、往復動ポンプや圧縮機の吸込管又は吐出管内の脈
動流量を精度良く測る事は不可能である。この発明は、
このような脈動流量の瞬時値や時間平均値の測定を可能
とする高精度高応答の流量計を得る事を目的とする。

［問題点を解決するための手段］第１図を使ってこの発明の流量計の基本概念を説明す
る。

この流量計の流量検出素子は翼車11であって、流れが翼
車11に作用を与える事実を利用して測定を行うのであ
る。この流量計では翼車11の軸はモータ12の軸と連結し
ている。これを流量計回転子１と呼ぶ事にする。モータ
12は、モータ角速度に対応する電圧を入力とするフイー
ドバック方式の定角速度制御装置（以下、定速制御装置
と略記する）２で駆動される。すると流量計回転子１の
角速度は、流量が変化してもこれの影響を受けずにほぼ
一定値を保つ。このときモータ電流は流量に一対一に対
応する。この対応関係は流量の変化が速い時でも成り立
つ。このモータ電流を検出し、これを入力とする電流／
電圧変換器３の出力電圧を読み取る事によって脈動流量
の瞬時値の測定が可能となる。

［作用］第１図を参考にしてこの発明の流量計の作用を説明す
る。

流体が流れている（流量ｑ）円筒４中に翼車11が設置さ
れている。翼車11は設定角速度ωで回転していて、角速
度の方向は流れによって回転させられるのとは反対とす
る。そして、この動作に見合う電流ｉがモータ12に流れ
ているものとする。

今、流量が急に、例えば増加したと考える。すると流量
計回転子１の角速度は低下し、設定角速度との差が大き
くなる。定速制御装置２は流量計回転子１の角速度に比
例する電圧と、設定角速度に比例する電圧を入力とし、
この両電圧の差に対応する電圧を出力電圧とするように
なっている。従って今の場合、定速制御装置２の出力電
圧は増加する。モータ12は定速制御装置２で駆動される
ので、モータ電流は増加する。従って流量計回転子１の
角速度は増加する事になる。増加すると言っても流量が
増加する前の値を超えるのではなく、前の値よりもわず
かに小さい値にとどまるのである。そしてモータ電流は
新しい流量に対応する値に落ちつく。流量が低下した時
は全てが逆に動作する。このように、流量ｑが変化して
も流量計回転子１の角速度ωはほぼ一定の値を保ち、モ
ータ電流ｉはいつも流量ｑに対応する。尚、角速度は零
に設定する事も、又、流れによって回転させられるのと
同じ方向に設定する事も可能である。

ところで流量計回転子１は慣性モーメントを持ってい
る。慣性モーメントがあると、モータ電流が変化する
時、流量計回転子１の角速度の変化は必ず遅れるのであ
るが、定速制御装置２のゲインを十分大きく取り、周波
数特性を十分延ばしておくので、流量計回転子１の角速
度はモータ電流の変化に即座に対応して変化する。変化
量自体も非常に小さく収まる。この事は流量計回転子１
の慣性モーメントを等価的に小さくした事に相当する。
このように、モータ12を定角速度制御する事によって、
モータ電流ｉを流量ｑに速く追従させる事が出来るので
ある。

実際には、この制御系は流量計回転子１が遅れ特性を持
つだけでなく、定速制御装置２も又、遅れ特性を持つの
で、高い周波数では遅れが二次以上となり、系の作用が
不安定となる可能性がある。この不安定を避けるための
位相補正回路を定速制御装置２の中に備える事が不可欠
である。

尚、このモータ電流ｉを電流／電圧変換器３で電圧に変
換して、これを流量計の指示値とする。

［実施例］この発明の流量計の実施例の説明を図面を用いて行う。

第２図は翼車11の軸をモータ12の軸の一端と連結し、更
にモータ12の反対側の軸を角速度検出器21の軸と連結し
ているところと、これらを支持部品５を使って円筒４内
に装着している様子を示している。但しモータ12と角速
度検出器21は円筒外でも良い。

次に第３図はこの流量計の一実施例を示す簡略化した回
路図であり、定速制御装置２は、特許請求の範囲第２項
に記載の実施態様に相当するものの内の一例である。

この実施例の定速制御装置の構成を述べる。

角速度設定電源22の電圧をe₀とする。角速度検出器21の
出力電圧ｅとこの電圧e₀との差Δｅを減算器23によって
作る。この差電圧Δｅを位相補償器24に入力する。これ
の出力電圧を増幅器25に入力し、この出力電圧でモータ
12とモータ電流検出抵抗器26の直列回路を駆動するので
ある。そしてモータに電流ｉが流れる。このようにし
て、前記［作用］の項で述べたモータの定角速度制御装
置動作が実現できる。制御回路の説明は以上である。

次に、流量計の指示値をつくる電流／電圧変換器３の回
路（第３図中の一部分）に付いて説明する。モータ電流
検出抵抗器26の両端の電圧をボルテージホロワ27で受け
る。これの出力電圧はモータ電流に比例する電圧であ
り、流量計の実際上の指示値である。しかしこの実施例
ではボルテージホロワ27の出力電圧をリニアライザ28に
入力し、リニアライザ28の出力電圧を流量計の指示値と
している。このリニアライザ28に付いて述べる。モータ
として永久磁石界磁形（又は、分巻形）直流モータを使
う場合を考えると、モータ電流は流量の二乗に比例する
ので、小流量のところで流量計の指示値が非常に小さく
なってしまう。これを改善するため、二象限平方根演算
器をリニアライザ28として用いる。平方根演算器は入力
電圧が小さいところでゲインが非常に大きいので、これ
を用いると流量計の指示値を流量に比例させる事ができ
る。第４図のグラフに於いて、実線は流量とボルテージ
ホロワ27の出力電圧（リニアライザ28の入力電圧でもあ
る）を示し、破線は流量とリニアライザ28の出力電圧の
関係を示す。但し、これは設定角速度が零の場合の関係
である。

ここで、主として高応答速度、高精度の流量計を得る観
点から、構成要素の内、主要なものに付いて、望ましい
形式を挙げる。

先ず翼車11は、逆流に対しても使用可能という点とエネ
ルギ損失が少なくて済む点から軸流形翼車が良い。次に
モータ12には永久磁石界磁形（又は分巻形）の直流コア
レスモータを使用すれば良好な性能の流量計を得る事が
できる。

角速度検出器21には直流タコジェネレータの他に、パル
スエンコーダ又は周波数ジェネレータが使用できる。出
力電圧が角速度に比例する直流タコジェネレータが回路
が簡単になる事の点から最良であるが、摩擦トルクが小
さい点からは他のものの方が良い。尚、専用の検出器を
用いなくとも角速度検出は可能である。例えば、一辺に
永久磁石界磁形（又は分巻形）直流モータの電機子巻線
を、他の三辺に抵抗器を用いてホイートストンブリッジ
を構成すれば、モータと直列抵抗器との接続点の電位
と、対応する接続点の電位との差はモータ角速度を表す
電圧となっている（説明図無し）。

［発明の効果］この発明の流量計は今までの翼車流量計に比べて応答速
度を非常に大きくする事が可能である。従って、これを
使って、往復動ポンプや圧縮機の吸込管又は吐出管内の
脈動流量のような激しい脈動流量の瞬時値や時間平均値
を精度良く測る事ができる。定速制御装置として特許請
求の範囲第２項に記載のものを用いる流量計は構成が簡
単である。尚、この発明の流量計は脈動流量の測定を目
的としてはいるが、定常流量の測定も当然可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の流量計の基本概念を説明するブロッ
ク図、第２図は流量計回転子を円筒に取り付けたところ
を示す図、第３図はこの発明の流量計の実施例を表す簡
略化した回路図である。又、第４図は被測定量である流
量と、ボルテージホロワの出力電圧、リニアライザの出
力電圧の間の関係を示す図である。第１図において、１
は流量計回転子、11は翼車、12はモータ、２は定速制御
装置、３は電流／電圧変換器を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】翼車（11）の軸とモータ（12）の軸とを連
結して成る流量計回転子（１）を本体とし、モータ電流
を入力とする電流／電圧変換器（３）の出力電圧で流量
を指示する流量計に於いて、モータ角速度を入力とする
定角速度制御装置（２）によってモータ（12）の角速度
を流量の値に関わらず一定に制御するようにした流量
計。
【請求項２】定角速度制御装置（２）が以下に示す構成
の特許請求の範囲第１項に記載の流量計。ア）モータ（12）の角速度を検出するための角速度検出
器（21）と、角速度設定電源（22）と、前者の出力電圧
と後者の電圧を入力とし、両入力電圧の差を作る減算器
（23）イ）この減算器（23）の出力電圧を入力とする位相補償
器（24）ウ）この位相補償器（24）の出力電圧を入力とし、出力
でもってモータ（12）とモータ電流検出抵抗器（26）の
直列回路を駆動する増幅器（25）