JP2574401B2 - 流量検出装置 - 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内を還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５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、ノズ
ル、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、Mg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
合があった。

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、この渦巻きケースの内
周壁部を接触しながら周回するように設けたボールと、
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、前記発光素
子および受光素子は前記渦巻きケースの外周側でかつ発
光素子から受光素子に至る光軸は、前記ボールの周回運
動による遠心力で前記ボールと前記渦巻きケースの内周
壁部との接触による接触軌跡を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。） そして、長期間使用すると、被検出流体である水道水
等に含まれる不純物（Caイオン,Mgイオン等）によって
渦巻きケース内壁にスケールが付着し、光を透過しにく
くなるが、ボールは渦巻き室を周回する時の遠心力によ
って渦巻きケースの内周壁部と絶えず接触しながら旋回
するため、渦巻きケース内壁部にスケールが付着しなく
なり、ボールの周回時の接触による自淨作用によりこの
渦巻きケースの内周壁の接触軌跡部を発光素子から受光
素子に至る光軸が通過することになり、水道水等に含ま
れる不純物（Caイオン,Mgイオン等）によるスケールの
堆積等に関係なく安定したパルス信号を取り出す。

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（φＤ）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（φｄ）は、渦巻き室２の内径
（φＤ）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Ｏ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φＤを二等分する中心線（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l1、
発光素子９までの距離をl2とするとl1＜l2としている。
例えばボール５の外径（φｄ）＝8mm、前記渦巻き室２
の内径（φＤ）＝16mmとすると実験ではl1＝4.5mm、l2
＝8mm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も遠心
力で渦巻き室２の内周壁1aに接触しながら略垂直方向に
周回軌道する。

このとき、ボールは高流量になるほど遠心力によって
渦巻きケースの内周壁1a1を高速でスリップ状態をしな
がら旋回するため、渦巻きケース内壁1a部に水道水に含
まれる不純物（caイオン,Mgイオン等）によるスケール
が付着してもすぐに拭いさられてしまい、スケール等の
付着による光の透過性能を減衰させることもなく絶えず
安定したパルスを提供することができる。

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、NPNトランジスタ28のV
_CE電圧は約0.2VとなりNPNトランジスタ28はOFFし、出力
29にはHI信号を発する。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トランジスタ28のベース電位が高くなり、ONして出
力29は、Lo信号を発生する。

したがって第４図に示すように流量が多い時は、周期
が短かく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９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（φＤ）を二等
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、l1,l2は4.5mmおよび8mmとして
いる。これは渦巻き室２の内径φＤ＝16およびボール５
の外径φｄ＝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（φＤ）を二等分する中心線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
流量検出装置の制御回路図、第４図（ａ）、（ｂ）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。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   渦巻きケースの内周壁部を接触しながら周回するように
   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前記渦巻きケ
   ースの外周側でかつ発光素子から受光素子に至る光軸
   は、前記ボールの周回運動による遠心力で前記ボールと
   前記渦巻きケースの内周壁部との接触による接触軌跡上
   を通過するように設けてなる流量検出装置。