JP3085012B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体の流量を計測する
流量計測装置に関し、特に家庭で水道水の使用量を計測
する水道メータに用いる流量計測装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、水道水は生活の向上に伴って使用
量が増加の傾向にある。反面、水源の新規確保や水質の
維持など多くの課題があり、水道水の節水が望まれ、水
道の使用量は各家庭に設けられた水道メータによって管
理されている。

【０００３】水道メータ等の流量計測装置は、羽根車の
回転を機械的に積算して使用量を計量するものや、羽根
車の回転を磁電変換素子で電気信号に変換し、この電気
信号を計数積算して、水道使用量を計測し表示する電子
式のものが実用化されている（例えば、特開昭５６−２
１０１７号公報）。

【０００４】従来この種の流量計測装置は図８に示すよ
うに、水道水の流量に応じて回転する羽根車が一体成形
された回転手段１と、回転手段１に設置された２つの磁
性体２と、回転手段１の回転数を計測するために磁性体
２から発する磁界の変化を検出する磁気抵抗素子からな
る第１センサ手段３と、回転方向を検出するために設置
された磁性体２から発する磁界の変化を検出する磁気抵
抗素子からなる第１センサ手段３と、第１センサ手段３
と第２センサ手段４の出力から回転手段１の回転数と回
転方向を判断し各家庭で使用される水道水の使用料を積
算する流量計測手段５と、第１センサ手段３から流量計
測手段５に電源を供給する電池６と、第１センサ手段３
から電池６を固定し配線するプリント基盤７と、防水の
ための遮断部８から構成されている。

【０００５】上記構成において、水道メータは家庭で使
用される水道水の使用量を表示し、検針するようになっ
ていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、例えば５０mm口径の水道メータで防水の
ための遮断部８の厚さが８．５mmであった場合、磁性体
２と第１センサ手段３及び第２センサ手段４の回転軸方
向の距離はもっとも近い位置に設置しても８．５mmにし
かできない。このため第１センサ手段３及び第２センサ
手段４の感磁界強度が３０Ｏｅであった場合、磁性体は
大きな残留磁束密度を有しかつ保持力も大きくしかつパ
ーミアンス係数を大きくして動作点における残留磁束密
度を大きくするために磁性体形状が大きくなり、磁性体
を設置する回転手段が大きくなるとともに重量が重くな
り回転トルクが大きくなる。このため水道メータの特性
である微少流量でも回転する始動流量特性が劣化すると
いう課題があった。

【０００７】本発明は上記課題を解決し、磁性体と磁界
検知センサの距離が８．５mmであっても、磁界検知セン
サは磁性体が発する磁界を有効に検出し磁性体形状をで
きる限り小さくすることができる流量計測装置の提供を
第１の目的としている。

【０００８】また、第２の目的は水道メータの特性であ
る微少流量でも回転する始動流量特性を劣化することな
く大流量時でも正確に正逆回転を正確に検出することが
できる流量計測装置を提供することにある。

【０００９】

【００１０】さらに、第３の目的は水道メータの特性で
ある微少流量でも回転する始動流量特性を劣化すること
なく組立やすい小型の流量計測装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために本発明は、磁性体が設置され流体流量に応じて
回転する回転手段と、前記回転手段に設置された磁性体
による磁界を検出する位置で磁界検出面を前記位置での
磁力線接線方向に配置し磁界の変化を検出するセンサ手
段と、前記センサ手段の出力で流体流量を計測する流量
計測手段を備えたものである。

【００１３】また第２の目的を達成するために本発明
は、磁性体が設置され流体流量に応じて回転する回転手
段と、前記回転手段に設置された磁性体による磁界を検
出する位置で磁界検出面を前記位置での磁力線接線方向
に配置し磁界の変化を検出するセンサ手段と、前記セン
サ手段の出力で流体流量を計測する流量計測手段と、複
数配置された前記センサ手段の出力を用いて回転手段の
回転方向を検出する回転方向検出手段を備えたものであ
る。

【００１４】

【００１５】また第３の目的を達成するために本発明
は、磁性体が設置され流体流量に応じて回転する回転手
段と、前記回転手段に設置された磁性体による磁界を検
出する位置で磁界検出面を前記位置での回転軸方向に配
置し磁界の変化を検出するセンサ手段と、前記センサ手
段の出力で流体流量を計測する流量計測手段を備え、前
記センサ手段を、回転手段に設置された磁性体より回転
軸側に配置したものである。

【００１６】

【００１７】

【作用】本発明は、回転手段に設置された磁性体による
磁界を検出する位置で磁界検出面を前記位置での磁力線
接線方向に配置することで、磁界検知位置における最大
磁界を検出できるように作用し、磁性体の形状は小さく
なる。

【００１８】また、回転手段に設置された磁性体による
磁界を検出する位置で磁界検出面を前記位置での磁力線
接線方向に配置した磁界検知センサを複数設置すること
で、磁性体の形状が小さくなるように作用し、始動流量
特性を劣化させることなく大流量時でも正確に回転方向
を検出する。

【００１９】また、回転手段に設置された磁性体による
磁界を検出する位置で磁界検出面を前記位置での回転軸
方向に配置することで、回転軸方向での磁界検知センサ
の取付が可能となるように作用し、始動流量特性は劣化
せず組立やすくなるとともに、磁性体より回転軸側に磁
界検知センサを配置することで、軸上磁界成分の最大磁
界を検出するように作用し、始動流量特性を劣化するこ
となく組立やすくて小型化が可能となる。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【実施例】以下本発明の第１実施例について、図１〜図
５を用いて説明する。なお従来例と同一部分には同一符
号を付与している。図１において、１は水道水の流量に
応じて回転する羽根車が一体成形された回転手段、２は
回転手段１と回転軸中心に対し対象にかつ互いに異極と
なるように設置された２つの磁性体、３は回転手段１の
回転数を計測するために回転手段１に設置された磁性体
２による磁界を検出する位置で磁界検出面を前記位置で
の磁力線接線方向に配置し磁界の変化を検出する磁気抵
抗素子からなる第１センサ手段、４は回転手段１の回転
方向を検出するために回転手段１に設置された磁性体２
による磁界を検出する位置で磁界検出面を前記位置での
磁力線接線方向に配置し磁界の変化を検出する磁気抵抗
素子からなる第２センサ手段である。また、第１センサ
手段３と第２センサ手段４の出力から回転手段１の回転
数と回転方向を判断し各家庭で使用される水道水の使用
料を積算する流量計測手段５と、第１センサ手段３から
流量計測手段５に３Ｖの電源を供給する電池６と、第１
センサ手段３から電池６を固定し配線するプリント基盤
７と、防水のための遮断部８が設けられている。そし
て、これら回転手段１、磁性体２、第１センサ手段３、
第２センサ手段４、流量計測手段５、電池６、プリント
基盤７及び遮断部８によって流量計測装置が構成され
る。

【００２３】次に図２及び図３を用いて流量計測手段５
の動作について詳しく説明する。９は図３に示すように
第１センサ手段３が回転手段１が１回転する間に２パル
ス出力する信号の立ち上がり時に第２センサ手段が回転
手段１が１回転する間に２パルス出力する信号のレベル
が予め設定した閾値（例えば１．５Ｖ）以上であれば正
方向回転（右回り）と判断し、予め設定した閾値以下で
あれば逆方向の回転であると判断する回転方向検出部で
ある。１０は、前記回転方向検出部９が正方向回転と判
断したとき１秒毎に第１センサ手段が出力するパルスの
カウント数に予め設定されている流量換算係数（ｋ）を
掛け合わせ使用量を記憶する使用量記憶部１１に記憶さ
れた使用量に加算するパルスカウント部である。また、
パルスカウント部１０は回転方向検出部９が回転手段１
が逆方向回転であると判断したときは算出した使用量を
使用量記憶部１１が記憶している使用量から引き正確な
使用流量を算出する。１２は第１センサ手段３が出力す
る信号の立ち上がりで３．６秒をカウントし信号を出力
する第１タイマー部、１３は第１タイマー部の信号で時
間のカウントをスタートし第１センサ手段３が出力する
信号の立ち上がりまでの時間をカウントするとともに第
１タイマー部１２をスタートさせる第２タイマー部であ
る。１４は、第１タイマー部１２がスタートしたときか
ら第２タイマー部１３が時間のカウントを終了したとき
までの第１センサ手段が出力するパルス数（Ｐ）をカウ
ントし第２タイマー部１３がカウントした時間（ａ秒）
としたとき瞬時流量＝Ｐ／（３．６＋ａ）＊３６００
［リットル／ｈ］を算出する瞬時流量算出部である。１
５は磁界により反応する磁気スイッチで構成された表示
切換手段である。１６は表示切換スイッチ１５の信号に
より水道水の使用量を表示するか瞬時流量を表示する表
示手段である。そして回転方向検出部９から瞬時流量算
出部１４でもって流量計測手段５が構成される。

【００２４】次に図４は第１センサ手段３及び第２セン
サ手段４の詳細図である。図４の正面図において点線矢
印方向がセンサ感磁方向であり、１７が磁気抵抗素子か
らなる感磁面である。

【００２５】次に図５は回転検出用の第１センサ手段３
と回転方向検出用の第２センサ手段４の配置図である。
本実施例では第１センサ手段３に対し１３５度回転した
位置に第２センサ手段４を配置している。

【００２６】上記流量計測装置において、回転手段１に
設置された磁性体２により発生する磁界を検出しようと
する位置で、第１センサ手段３の磁界検出面１７を前記
位置での最大磁束密度時の磁力線接線方向に配置すると
ともに最大磁束密度時の磁力線方向と第１センサ手段３
の感磁方向を同一にすることで、磁界検知位置における
最大磁界を検出できるように作用し、磁性体の形状をで
きる限り小さく設計することができる。

【００２７】また、上記流量計測装置において、回転手
段１に設置された磁性体２による磁界を検出する位置で
磁界検出面を前記位置での磁力線接線方向に配置した第
１センサ手段３と第２センサ手段４で、磁性体の形状は
できる限り小さくなるとともに始動流量特性を劣化させ
ることなく大流量時でも正確に回転方向を検出すること
が可能となる。

【００２８】なお、本実施例では回転方向検出用第２セ
ンサ手段４を第１センサ手段３に対し１３５度回転位置
に設置したが、第１センサ手段３に対し０度±４５ｎ度
（ｎ＝自然数）の位置に設置しても同様の効果を得るこ
とができる。

【００２９】なお、本実施例では回転手段１に磁性体２
が２個設置された２極磁界による回転数及び回転方向を
検出する場合であったが、回転手段１に磁性体２を４個
設置し４極磁界を形成し回転数及び回転方向を検出する
場合であっても、第１センサ手段３に対し０度±２２．
５ｎ度（ｎ＝自然数）の位置に設置することで同様の効
果を得ることができる。

【００３０】なお、本実施例では２極磁界検出用第２セ
ンサ手段４の配置位置と２極磁界検出用第２センサ手段
４の配置位置をプリント基板７上に設置することで同一
プリント基板７で第２センサ手段４の配置位置を可変す
ることで２極用と４極用に可変することができる。

【００３１】図６に示される第２の実施例について、１
は水道水の流量に応じて回転する羽根車が一体成形され
た回転手段、２は回転手段１に回転軸中心に対し対象に
かつ互いに異極となるように設置された２つの磁性体、
３は回転手段１の回転数を計測するために回転手段１に
設置された磁性体２による磁界を検出する位置で磁界検
出面を前記位置での回転軸方向に配置し磁界の変化を検
出する磁気抵抗素子からなる第１センサ手段、４は回転
手段１の回転方向を検出するために回転手段１に設置さ
れた磁性体２による磁界を検出する位置で磁界検出面を
前記位置での回転軸方向に配置し磁界の変化を検出する
磁気抵抗素子からなる第２センサ手段である。また、第
１センサ手段３と第２センサ手段４の出力から回転手段
１の回転数と回転方向を判断し各家庭で使用される水道
水の使用料を積算する流量計測手段５と、第１センサ手
段３から流量計測手段５に３Ｖの電源を供給する電池６
と、第１センサ手段３から電池６を固定し配線するプリ
ント基盤７と、防水のための遮断部８が設けられてい
る。そして、回転手段１、磁性体２、第１センサ手段
３、第２センサ手段４、流量計測手段５、電池６、プリ
ント基盤及び遮断部８によって流量計測装置が構成され
る。

【００３２】上記構成において、回転手段１に設置され
た磁性体２による磁界を検出する位置で磁界検出面を前
記位置での回転軸方向に配置することで、回転軸方向で
の第１センサ手段３及び第２センサ手段４の取付が可能
となるように作用し、始動流量特性は劣化せず組立やす
くなり製造工数を大幅に削減することができる。

【００３３】また、上記構成において、磁性体２より回
転軸側に第１センサ手段３及び第２センサ手段４を配置
することで、軸上磁界成分の最大磁界を検出するように
作用し、磁性体２の形状を小さくすることができかつ磁
性体２を設置する回転手段１の形状も小さくできかつプ
リント基盤７を小さく設計することが可能となり始動流
量特性を劣化することなく組立やすくて小型の流量計測
装置を提供することができる。

【００３４】図７に示される第３の実施例について、１
８は周波数５００Hzで３Ｖの出力がハイである時間が１
５［μｓ］の方形波を出力する間欠電源パルス出力手
段、３は回転手段１の回転数を計測するために回転手段
１に設置された磁性体２による磁界を検出する位置で磁
界検出面を前記位置での回転軸方向に配置し磁界の変化
を検出する磁気抵抗素子からなり予め感磁レベルにオフ
セットを施し電源投入時に磁界検知面上で回転軸方向磁
界成分が１５Ｏｅ以上であればロウレベルを出力し１５
Ｏｅより小さければハイレベルを出力する第１センサ手
段、４は回転手段１の回転方向を検出するために回転手
段１に設置された磁性体２による磁界を検出する位置で
磁界検出面を前記位置での回転軸方向に配置し磁界の変
化を検出する磁気抵抗素子からなり予め感磁レベルにオ
フセットを施し電源投入時に磁界検知面上で回転軸方向
磁界成分が１５Ｏｅ以上であればロウレベルを出力し１
５Ｏｅより小さければハイレベルを出力する第２センサ
手段、１９は間欠電源パルス出力手段１８の出力パルス
と第１センサ手段３の出力パルスをラッチする第１ラッ
チ手段、２０は間欠電源パルス出力手段１８の出力パル
スと第２センサ手段４の出力パルスをラッチする第２ラ
ッチ手段、５は第１ラッチ手段１９と第２ラッチ手段２
０の出力で回転手段１の回転数及び回転方向を検出する
流量計測手段である。

【００３５】上記構成において、予め感磁レベルにオフ
セットを施し電源投入時に磁界検知面上で回転軸方向磁
界成分が１５Ｏｅ以上であればロウレベルを出力し１５
Ｏｅより小さければハイレベルを出力することで、電源
を間欠に供給する間欠動作時にも出力信号のチャタリン
グを防止し回転磁界を安定にかつ低省費電力で検出する
ように作用し、電池電源で１０年間の使用を可能とする
ことができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の流量計測装
置は、回転手段に設置された磁性体による磁界を検出す
る位置で磁界検出面を前記位置での磁力線接線方向に配
置することで、磁界検知位置における最大磁界を検出で
きるように作用し、磁性体の形状を小さくすることがで
き始動流量特性を向上できる。

【００３７】また、回転手段に設置された磁性体による
磁界を検出する位置で磁界検出面を前記位置での磁力線
接線方向に配置した磁界検知センサを複数設置すること
で、磁性体の形状が小さくなりかつ感磁効率が向上する
ように作用し、始動流量特性を劣化させることなく大流
量時でも正確に回転方向を検出することができ正確に水
道水の使用量を計測することができる。

【００３８】また、回転手段に設置された磁性体による
磁界を検出する位置で磁界検出面を前記位置での回転軸
方向に配置することで、回転軸方向での磁界検知センサ
の取付が可能となるように作用し、始動流量特性は劣化
せず組立やすくなり作業工数の大幅な削減ができるとと
もに、磁性体より回転軸側に磁界検知センサを配置する
ことで、軸上磁界成分の最大磁界を検出するように作用
し、始動流量特性を劣化することなく組立やすくて小型
化が可能となり小型で低価格の水道メータを実現するこ
とができる。

【００３９】

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における流量計測装置の断
面図

【図２】同装置を詳細に説明するブロック図

【図３】同装置の回転方向検出のタイミンング図

【図４】同装置の第１センサ手段の詳細図

【図５】同装置の第１センサ手段と第２センサ手段の位
置関係図

【図６】本発明の第２実施例における流量計測装置断面
図

【図７】本発明の第３実施例における流量計測装置のブ
ロック図

【図８】従来の流量計測装置の断面図

【符号の説明】

１ 回転手段 ３ 第１センサ手段 ４ 第２センサ手段 ５ 流量計測手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−220522（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/06 - 1/12 G01P 3/487

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性体が設置され流体流量に応じて回転す
   る回転手段と、前記回転手段に設置された磁性体による
   磁界を検出する位置で磁界検出面を前記位置での磁力線
   接線方向に配置し磁界の変化を検出するセンサ手段と、
   前記センサ手段の出力で流体流量を計測する流量計測手
   段とからなる流量計測装置。
2. 【請求項２】複数配置されたセンサ手段の出力を用いて
   回転手段の回転方向を検出する回転方向検出手段を備え
   た請求項１記載の流量計測装置。
3. 【請求項３】磁性体が設置され流体流量に応じて回転す
   る回転手段と、前記回転手段に設置された磁性体による
   磁界を検出する位置で磁界検出面を前記位置での回転軸
   方向に配置し磁界の変化を検出するセンサ手段と、前記
   センサ手段の出力で流体流量を計測する流量計測手段と
   からなり、上記センサ手段は回転手段に設置された磁性
   体より回転軸側に配置した流量計測装置。