JPS60256012A - 光ビ−ム反射を利用した流量検出器 - 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】 （１）産業上の利用分野 この発明は流量検出器に関し、特に溶融金属等の流体の
表面における光ビームの反射を利用して流量を検出する
ための流量検出器に関するものである。

（２）従来の技術 従来、流体の流量を測定するための流量計ないしは流量
検出器には一配管中にオリフィス等の絞り部を設けてそ
の前後に生じる圧力差を利用した差圧式流量計−垂直な
テーパ営中に入れられた浮子の簡さから流量をめる面積
式流量計−流路中に配設された回転子や穏車の回転数か
ら流量をめる容積式流量：ｔ、ｉｇ車式流量計、さらに
は水その他の導電性液体に磁界を作用させて流体中に流
速に比例した起電力を生しさせ、この起電力をパラメー
タとして流量を知るようにした電磁流量計等測定対象物
質の種類や用途に応じて多種多様の形態のものが提案さ
れ、実用化されている。

（３）発明が解決しようとする問題点 上記のような流量計はいずれも差圧や回転数、あるいは
電圧等の流量パラメータを取出すオリフィス形成部、回
転部、電極等が直接流体に接触する接液型であり、使用
とともに摩耗や腐蝕によって誤差や故障を惹起し易（、
特に過酷な条件に曝される溶融金属等の流量測定におい
ては相当頻繁な保守や交換作業が必要であった。

この発明は上記のような事情に鑑みなされたもので、そ
の目的はレーザービーム等の指向性の強い光ビームを流
体表面に入射させ、その反射光の受光量の変化により流
量変化をめるようにした非接触式で保守等の手間を要し
ない流量検出器を提供することにある。

（４）問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するために、この発明は、一定流速
で流れる流体の表面に対し流路上の所定位置において光
ビームを入射させるよう配設された光源と一流体表面か
らの反射光を流体表面の尚低により変化する光量で受光
して電気信号に変換するための光電変換手段とにより光
ビーム反射を利用した流量検出器を構成したものである
。

（５）作用 上記の構成を有するこの発明の光ビーム反射を利用した
流量検出器においては、一定流速の流体の流量は断面Ｎ
ｔこ比例し、断面積は流体表面の尚さの函数であるから
、流量は流体表面の簡さの函数であり、従って流路上の
所定位置において流体表面に光ビームを入射させ、その
反射光を流体表面の尚低により変化する光量で光電変換
手段に入射させることにより、光電変換手段の受光量の
函数として流量が得られるようになっている。なお−流
量を表わす出力信号の利用および処理については、流量
制Ｓ−リアルタイム表示、自動記録等、任意の形態で行
なうことができる。

（６）実施例 第１図および第２図はこの発明の流量検出器の一実施例
およびこれを用いた流量制御装置の一例を示すもので、
炉１内の溶融金属等の流体２は流量制御弁３により開度
を調節される流出口４を介して三角形状断面を有する流
路５に流出し−この流路中を矢印Ｂて示す方向に一定流
速で流れる。

流路５の上方にはレーザービーム光源６が適宜の簡さに
配設されており、符号Ｎで示す流路中の流体２の表面（
以下、液面とする）に垂直な法線に対し一定角度θをな
すよう一定ビーム幅ｄＯの平行レーザービームＬを照射
し、漬１体２′上に入射させる。法線Ｎに対して入射レ
ーザービームと対称な直線上には受光装置７が適宜の貴
さに配設されており、液面で反射されたレーザービーム
Ｌをフォトトランジスタ等の光電変換素子で形成された
受光部７′で受け、受光量に応じた電気出方に変換する
。なお、上記レーザービーム光源６へのレーザー光の供
給、あるいは受光部７′への入射光の電気出方への変換
や処理は光ファイバーを用いてこれらと離れた適宜の場
所で行なうようにすることも可能である。

受光装置１７と受光部７′の有効最大受光面積は入射レ
ーザービームＬと同じビーム幅ｄｏを有する反射レーザ
ービームＬ′の断面積と等しく、第１図に示すように許
容最大流量時の液面をＳ。

とすると、受光装置７は液面が５゜の時にビーム幅がｄ
。の反射レーザービームＬ′がそっくり受光部７′に入
射するように配置されている。すなわち、液面がＳ。の
時は符号Ａ０で示す部分で反射されたレーザー光はすべ
て受光部７′に入射する。

しかしながら、液面が５１さらにはｓ２まて下がると、
符号Ａ１およびＡ２で示す部分からの反射レーザー光（
それぞれビーム幅ｄ、　、ｄ２に相当するビーム）のみ
が受光部７′に入射し、たとえ７，４％１線の矢印Ｒ，
＝　Ｒ２＝　Ｒ２’で示すような液面５．またはＳ２の
Ａ１あるいはＡ２で示す部分以外の液面からの反射レー
ザー光は受光部７′によって受光されず、液面がさらに
下がってＳ、より低くなると、受光部７′には反射レー
ザー光が全く入らなくなる。

すなわち、流路５中の流体２′の流量が液面でＳ　ｏ　
７５）らＳ３の間で変化すると、受光部７′に入射する
反射レーザービームの幅はｄ。がら０の間で変化するの
で、受光装置７がらは液面の簡さ、すなわち流量に応じ
た電気的出方が得られる。なお、この実施例では、液面
が５゜を超えた時に警報を発する警報装置（図示せず）
が備えられている。

受光装置７の出力はたとえば第４図に示すような構成の
回路で処理して、流量制御に用いることができる。

第３図はこの発明の流量検出器の他の実施例を示すもの
で一光源１６がらは流路５の三角形断面この表面におい
て反射角θで反射して受光装置１７により受光される。

この実施例においては、流路５の液面がたとえばＳ。か
らＳｌへ変化すると、礪椀へ矢印Ｃで示すように、光の
一部は光をほとんど反射しない流路５の壁面（符号Ｗで
示す）に入射するため、反射光のビーム幅がｄ。からｄ
ｌへ減少し、これに応じて受光装置１７の受光量も減少
する。このようにして、前述の実施例同様、受光装置１
７からは流路５の液面、すなわち流量の変化を表わす電
気出力が得られる。なお−液面の壁面Ｗとの界面部にお
けるわん曲は温度−粘度等の条件が変わらなければ液面
の変動にかかわらず一定であり、必要なら、ばそれぞれ
の条件に応じて出力を適宜補正すればよい。

第４図において、受光装置７の出力は適宜増幅された後
、アナログ−デジタル（Ａ／ＩＪ　）変換器８に供給さ
れ、デジタル信号に変換されて演算回路９に入力される
。演算回路９にはあらかじめ実験および計算でめられた
受光量−流量変換データか記憶されており、Ａ／１〕変
換器日の出力をこの変換データにもとすいて流量データ
に変換し、表示回路１０に供給して適宜の形で表示させ
る。一方、演算回路９の出力はデジタル−アナログ（Ｄ
／Ａ）変換器１１にも供給され、アナログ信号に変換さ
れて制御回路１２に入力され、これによってモータＭま
たはその他の弁操作機構を制御することにより流量制飢
弁３の開度が調節される。

なお、上記実施例においては、流路５はほぼ三角形の横
断面を有するが、この発明は流路の断面形状が四角形、
半円形等の場合にも適用可能である。また−図示実施例
のように流路の断面形状がほぼ三角形の場合に、液面が
５０と５３の間に保たれている時は一流量と受光量がほ
ぼ線形関係にあるため、受光装置７の出力を直接割部回
路１２に供給するようにしてもよい。さらに−この発明
の流量検出器は、流量を所定プログラムに従い制約する
場合にも一流量モニタの入力手段として用以上に詳細に
説明したように、この発明によれば、両温の流体や腐食
作用を有する流体を扱う場合にも、保守や交換等の手間
が不要で動作が確実な非接触式の流量検出器を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光ビーム反射を利用した流量検出器
の原理を示す流路に直角に切断した概略横断面図、第２
図は第１図に対応する縦断面図、第３図はこの発明の流
量検出器の他の実施例の概略断面図、第４図はこの発明
の流量検出器を用いた流量制御装置の一例のブロック図
である。 ２．２・・流体、３・・流量制御弁、５・・・流路、６
．１６・・・光源、７−１７・・受光装置。 特許出願人　モルガナイト・カーボン株式会社同　代理
人　鎌　１）　文　二

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一定流速で流れる流体の表面に対し流路上の所定位置に
   おいて光ビームを入射させるよう配設された光源と、流
   体表面からの反則フＹ、と流体表面の６−：」低により
   変化？ｌ−る光ｉ電で受光してｒｔ′Ａ他号に便漢する
   ためのつ°シミ変換手段とよりなる光ビーム反射を利用
   した流量検出器。