JP4275990B2 - 流量センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流量を検出する流量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、流体の流量を検出するために種々の流量センサが用いられている。例えば、超音波渦流流量センサは、流れの中に配置された渦発生柱の下流に規則的に発生するカルマン渦を超音波により非接触で検出するものである。超音波渦流流量センサは、超音波によりカルマン渦の変化を検出することにより、広い流量範囲において高精度に流量を検出することができる（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
このような流量センサには、一体型流量センサと分離型流量センサとがある。一体型流量センサは、流量を検出する部分と流量を表示する部分とが一体化されているので、大型となる。一方、分離型流量センサは、流量を検出する検出部と、検出された流量の値を表示する表示部とから構成される。一般に、分離型流量センサでは、検出部は表示部を有さないので、検出部の小型化が可能である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−７７６２０号公報
【特許文献２】
特開平８−３０４１４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、使用者は、検出部を設置する際に流量の有無を確認することができない。また、流量センサが正常に動作しているか否かを確認することもできない。
【０００６】
図１３は従来の流量センサの検出部の外観斜視図、図１４は従来の流量センサの検出部の分解斜視図である。
【０００７】
図１３に示すように、検出部９００は、直方体形状のケーシング９４０を有し、ケーシング９４０の対向する側面を貫通するように通水管路９１０が設けられている。通水管路９１０上に回路基板９５０が配置されている。
【０００８】
図１４に示すように、通水管路９１０の外周面の両側に円筒状の素子収納部９２０が設けられ、素子収納部９２０内に送信子９１１および受信子９１２が挿入される。素子収納部９２０は、中央部に凸部９ａを有する押さえ部材９３０により閉塞される。それにより、押さえ部材９３０の凸部９ａにより送信子９１１および受信子９１２が通水管路９１０の外周面に押圧される。また、素子収納部９２０に交差する方向に通水管路９１０の送信子９１１および受信子９１２の導線ＫＢの取り出し管９７０が設けられている。
【０００９】
このように、従来の流量センサの検出部９００は、中央部に凸部９ａを有する押さえ部材９３０により送信子９１１および受信子９１２を通水管路９１０の外周面に押圧しているため、送信子９１１および受信子９１２が整列する方向のサイズが大きくなるとともに、送信子９１１および受信子９１２が整列する方向に交差する方向のサイズも大きくなる。このような構造体がケーシング９４０内に収納されるので、検出部９００が全体的に大型化する。最近では、検出部９００の薄型化が望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、検出部において流量の検出状態を容易に確認することができる流量センサを提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、検出部の小型化および薄型化が可能でかつ検出部において流量の検出状態を容易に確認することができる流量センサを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る流量センサは、流体の流量を検出する検出部と、検出部とは別体で設けられるとともに検出部にケーブルを介して接続され、検出部により検出される流量を表示する本体部とを備え、検出部は、流体が通過する管路と、管路内を通過する流体の流量を検出する流量検出手段と、第１の長さの幅および第１の長さよりも小さい第２の長さの厚さを有し、第１の長さの幅を規定する互いに向かい合って配置された上面および下面と、第２の長さの厚さを規定する互いに向かい合って配置された一対の側面と、管路が貫通するように設けられる互いに向かい合って配置された一対の端面とを有し、管路と一体化されたケーシングと、ケーシングの上面に設けられ、検出される流量に基づく情報を表示する表示部とを有し、表示部は、管路の軸方向に沿って一列に配列された複数の発光部からなるフローインジケータと、流量検出手段により検出された流量に応じた速度でフローインジケータが順送り表示を行うように複数の発光部を順次点灯させる、またはフローインジケータが流量検出手段により検出された流量に応じたレベル表示を行うように複数の発光部のうち検出された流量に応じた数の発光部を点灯させる制御手段と、ケーシング内で上面と管路との間に収容され、複数の発光部が配置される回路基板とを含み、本体部は、検出部により検出される流量を数値表示するための数値表示部と、流量に基づいた信号を出力する出力手段とを備えるものである。
【００１３】
本発明に係る流量センサにおいては、流量検出手段により流体の流量が検出される。検出される流量は、検出部と別体で設けられた本体部の数値表示部により表示される。また、検出される流量に基づく情報が検出部の表示部により表示される。
【００１４】
この場合、検出部に流量に基づく情報を表示する表示部が設けられているので、検出部において流量の検出状態を容易に確認することができる。また、検出された流量に応じた速度で複数の発光部が順次点灯され、または検出された流量に応じたレベル表示が行われるので、使用者は流体の流れを遠方から容易に認識することができる。これにより、表示部を小型化することができ、検出部も小型化することができる。
【００１５】
流量センサは、流量検出手段により正確に流量が検出されているか否かを判定し、正確に流量が検出されていないと判定した場合に警報信号を出力する判定装置をさらに備え、数値表示部は、判定装置から出力された警報信号に基づいて警報表示を行ってもよい。
また、流量センサは、流量検出手段により正確に流量が検出されているか否かを判定し、正確に流量が検出されていないと判定した場合に警報信号を出力する判定装置をさらに備え、数値表示部は、判定装置から出力された警報信号に応答して警報信号が出力される前に流量検出手段により検出された流量を数値表示してもよい。
また、流量センサは、流量検出手段により正確に流量が検出されているか否かを判定し、正確に流量が検出されていないと判定した場合に警報信号を出力する判定装置をさらに備え、制御手段は、判定装置から出力された警報信号に基づいて複数の発光部のいずれかを点灯させてもよい。
【００１７】
流量検出手段は、超音波により流体のカルマン渦の変化を検出するカルマン渦検出手段と、カルマン渦検出手段により検出されたカルマン渦の変化に対応するパルス信号を発生するパルス信号発生手段とを含み、制御手段は、パルス信号発生手段により発生されたパルス信号に基づいて複数の発光部を順次点灯させてもよい。
【００１８】
この場合、超音波により流体のカルマン渦の変化が検出され、検出されたカルマン渦の変化に対応するパルス信号が発生される。そして、パルス信号に基づいて複数の発光部が順次点灯される。
【００１９】
それにより、流体の流量に対応する速度で複数の発光部が順次点灯されるので、使用者は流体の流れを遠方から視覚的に認識することができる。
【００２０】
流量検出手段は、管路内に設けられ、カルマン渦を発生するための渦発生手段と、管路を挟んで対向するように管路の外周面に配置された１対の超音波素子と、１対の超音波素子により得られる信号に基づいて流体のカルマン渦の変化を検出するカルマン渦検出手段と、カルマン渦検出手段により検出されたカルマン渦の変化に対応するパルス信号を発生し、判定装置に出力するパルス信号発生手段とを含み、判定装置は、パルス信号発生手段から与えられる信号の信号レベルに基づいて、流量検出手段により正確に流量が検出されないことを判定してもよい。
【００２１】
検出部は、管路内に設けられ、カルマン渦を発生するための渦発生部材と、管路を挟んで対向するように管路の外周面に配置された１対の超音波素子と、１対の超音波素子を管路側に押圧する１対の押さえ部および１対の押さえ部を連結する連結部を有する押さえ部材とを備えてもよい。
【００２２】
この場合、１対の超音波素子が管路を挟んで対向するように管路の外周面に配置され、押さえ部材の連結部により連結された１対の押さえ部により１対の超音波素子が管路側に押圧される。
【００２３】
１対の超音波素子は、幅方向に並ぶようにケーシングに配置されてもよい。
【００２４】
この場合、１対の超音波素子が幅方向に並ぶようにケーシングに設けられるので、検出部を小型化および薄型化することができる。
【００２５】
ケーシング内で一方の超音波素子に幅方向において隣接するように設けられ、表示部に接続される回路基板を収納する収納空間を備えてもよい。
【００２６】
この場合、回路基板を収納する収納空間がケーシング内で一方の超音波素子に幅方向において隣接するように設けられるので、検出部を小型化および薄型化することができる。
【００２７】
１対の超音波素子および管路の一部を密閉する密閉空間をケーシング内に備えてもよい。この場合、１対の超音波素子および管路の一部を密閉する密閉空間がケーシング内に設けられるので、１対の超音波素子および管路の一部が塵埃により汚染されることを防止することができる。
【００２８】
収納空間および密閉空間が一体化されてもよい。この場合、収納空間および密閉空間が一体化されることにより、１対の超音波素子、管路の一部および回路基板が塵埃により汚染されることを防止することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、第１および第２の実施の形態に係る流量センサについて図１〜図１２に基づき説明する。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態に係る流量センサの構成を示す模式図である。
【００３１】
図１において、流量センサは、検出部（センサヘッド）１００および本体部（センサ本体部）２００により構成される。検出部１００は、ケーブルにより本体部２００に接続される。本体部２００は表示部２３０を有する。
【００３２】
図２は、第１の実施の形態に係る流量センサの構成を示すブロック図である。図２に示すように、流量センサは、検出部１００および本体部２００により構成される。
【００３３】
検出部１００は、送信子１１１、受信子１１２、高周波信号発振器１２０、高周波信号増幅器１３０、位相比較器１４０、低周波増幅器１５０、コンパレータ１６０、分周器１７０、デコーダ１８０、信号レベル判定装置１９０およびフローインジケータＬＵを備える。フローインジケータＬＵは、発光部８１〜８４を含む。発光部８１は、赤色ＬＥＤ（発光ダイオード）８１Ｒおよび緑色ＬＥＤ８１Ｇからなる。発光部８２〜８４は、それぞれ緑色ＬＥＤからなる。送信子１１１および受信子１１２は例えば超音波素子からなる。なお、周波数計測器２１０および演算器２２０は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）により構成される。
【００３４】
本体部２００は、周波数計測器２１０、演算器２２０、表示部２３０、制御出力部２４０およびアナログ出力部２５０を備える。
【００３５】
高周波信号発振器１２０は、高周波信号を発生して送信子１１１に与える。それにより、送信子１１１は超音波を送信する。受信子１１２は、送信子１１１からの超音波を受信する。この場合、流体の流量により流体に発生するカルマン渦の周波数が変化する。そのカルマン渦の周波数に比例して超音波の伝わる時間が変化する。したがって、超音波が送信子１１１から受信子１１２へ伝わる時間の変化を検出することにより流量を検出することができる。
【００３６】
高周波信号増幅器１３０は、受信子１１２の出力信号を増幅する。位相比較器１４０は、高周波信号発振器１２０により発生される高周波信号と高周波信号増幅器１３０の出力信号とを位相比較し、位相差に対応する電圧を出力する。低周波増幅器１５０は、位相比較器１４０の出力電圧を増幅する。
【００３７】
コンパレータ１６０は、低周波増幅器１５０の出力信号を基準電圧と比較し、比較結果を示すパルスを出力する。分周器１７０は、コンパレータ１６０から出力されるパルスを分周する。デコーダ１８０は、シフトレジスタからなり、分周器１７０の出力信号をデコードすることによりフローインジケータＬＵの発光部８１〜８４を順次緑色に点灯させる。この場合、流量に応じてフローインジケータＬＵの発光部８１〜８４の順次点灯の速度が変化する。フローインジケータＬＵの発光部８１〜８４の点灯状況の詳細については後述する。
【００３８】
信号レベル判定装置１９０は、高周波信号増幅器１３０の出力信号のレベルが所定値よりも低下したか否かを判定し、出力信号のレベルが所定値よりも低下した場合に発光部８１の赤色ＬＥＤ８１Ｒを点灯させるとともに、デコーダ１８０に発光部８１の緑色ＬＥＤ８１Ｇおよび発光部８２〜８４の点灯を禁止し、さらに演算器２２０に警報信号を与える。これより、演算器２２０は、受信レベルの低下を認識することができる。流体が流動する通水管路に流体が充満していない場合または流体内に気泡が存在する場合には、受信子１１２の受信レベルが低下し、正確な流量値を検出することができない。この場合、信号レベル判定装置１９０により警報信号が出力される。
【００３９】
ここで、演算器２２０に信号レベル判定装置１９０から警報信号が与えられた場合、演算器２２０は、与えられた警報信号に基づいて、表示部２３０、制御出力部２４０およびアナログ出力部２５０を制御する。
【００４０】
演算器２２０は、与えられた警報信号がオン（例えばハイレベル）の場合に、表示部２３０に警報表示を行わせるとともに、デジタルフィルタを用いた処理を行う。例えば、演算部２２０は、警報信号がオンの場合に、警報信号がオンになる前の流量値を表示部２３０に予め設定された回数表示させ、または予め設定された回数の流量値の移動平均を算出して表示部２３０に表示させる。また、制御出力部２４０は、警報信号がオンの場合に、警報信号がオンになる前の流量値を予め設定された回数用いて第１および第２の出力をオンまたはオフにし、または予め設定された回数の流量値の移動平均に基づいて第１および第２の出力をオンまたはオフにする。さらに、アナログ出力部２５０は、アナログの警報信号を出力する。
【００４１】
このように、演算器２２０は、警報信号がオンの場合に、警報信号がオフ（例えばローレベル）の場合と異なる処理を行うことにより、正確な流量値に近い流量値に基づく処理を行う。それにより、警報信号がオフのとき（正常時）の応答速度を低下させることなく、警報信号がオンのときに誤った流量値に基づく処理が行われることを防止することができる。
【００４２】
周波数計測器２１０は、コンパレータ１６０から出力されるパルスの周波数を計測する。演算器２２０は、周波数計測器２１０により計測された周波数を流量に変換するとともに、流量値に基づいて表示部２３０、制御出力部２４０およびアナログ出力部２５０を制御する。
【００４３】
制御出力部２４０は、流量値に基づいて第１および第２の出力をオンまたはオフする。アナログ出力部２５０は、流量値を示すアナログ信号を出力する。
【００４４】
図３は第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の外観斜視図であり、（ａ）は一方から見た場合を示し、（ｂ）は他方から見た場合の検出部を示す。
【００４５】
図３において、流量センサの検出部１００はケーシング２０を備える。ケーシング２０は、上面２０ａ、下面２０ｂ、端面２０ｃ、端面２０ｄ、側面２０ｅおよび側面２０ｆを有する。
【００４６】
ケーシング２０の端面２０ｃ，２０ｄを貫通するようにフッ化樹脂等の樹脂からなる通水管路１０が設けられている。通水管路１０の内部には矢印で示される方向に流体が流れる。また、ケーシング２０の端面２０ｃには、検出された流量値を本体部２００へ伝達するためのケーブル４０が接続されている。さらに、ケーシング２０の上面２０ａには、上述のフローインジケータＬＵが設けられている。
【００４７】
図３（ｂ）に示すように、ケーシング２０の側面２０ｆには長方形の切り欠き部２０Ｋが設けられている。切り欠き部２０Ｋにおいては、通水管路１０と一体化されている筐体３０の蓋３３がケーシング２０の側面２０ｆと面一に設けられ、ケーシング２０の一部を構成している。
【００４８】
図４は第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て斜視図であり、図５（ａ）は第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の平面図、図５（ｂ）は第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て側面図である。
【００４９】
図４において、検出部１００は、ケーシング部材２１，２２、通水管路１０、２枚の回路基板Ｗ、パッキンＰＫおよび複数のねじ５０から構成されている。通水管路１０は、筐体３０を貫通するように設けられ、筐体３０と一体化されている。なお、ケーシング部材２１，２２が組み合わされることにより、図３のケーシング２０が形成される。
【００５０】
ケーシング部材２１は、内部上方に回路収納エリアＡＲを有する。回路収納エリアＡＲはケーシング部材２１の上面２０ａおよび仕切り面ＳＩにより取り囲まれている。回路収納エリアＡＲ内には、２つの回路基板Ｗが重なるように取り付けられている。
【００５１】
回路基板Ｗ上に上述の高周波信号発振器１２０、高周波信号増幅器１３０、位相比較器１４０、低周波増幅器１５０、コンパレータ１６０、分周器１７０、デコーダ１８０、信号レベル判定装置１９０およびフローインジケータＬＵが設けられる。
【００５２】
ここで、ケーシング部材２１の上面２０ａには４つの孔部が設けられている。回路収納エリアＡＲ内の回路基板Ｗには、ケーシング部材２１の４つの孔部に対応して発光部８１〜８４が配置されている。
【００５３】
検出部１００の組み立て時には、ケーシング部材２１の内部下側に通水管路１０が取り付けられる。上述のように通水管路１０には筐体３０が一体化されており、筐体３０がケーシング部材２１の切り欠き部２０Ｋ（図２参照）に嵌合される。
【００５４】
筐体３０の端面３０ａには導線取り出し部３１が設けられている。ケーシング部材２１の仕切り面ＳＩには導線導入孔ＫＨが設けられている。ケーシング部材２１に対する筐体３０の取り付け時に、筐体３０の導線取り出し部３１は導線導入孔ＫＨに嵌合される。これにより、筐体３０内の後述する超音波素子からなる送信子および受信子の導線が導線取り出し部３１および導線導入孔ＫＨを通して回路収納エリアＡＲ内の回路基板Ｗに導かれる。
【００５５】
導線導入孔ＫＨには予めシール部材（図示せず）が装着されている。したがって、導線取り出し部３１と導線導入孔ＫＨとが嵌合することにより、筐体３０の内部と回路収納エリアＡＲとが連通するとともに筐体３０の内部および回路収納エリアＡＲが密閉空間となる。
【００５６】
図４に示すように、２つの回路基板Ｗおよび通水管路１０が取り付けられたケーシング部材２１は、シール面ＧＳにパッキンＰＫを介して複数のねじ５０によりケーシング部材２２と接合される。シール面ＧＳにパッキンＰＫが装着されることにより回路収納エリアＡＲの内部空間が確実に密閉される。
【００５７】
図４において、複数のねじ５０によるケーシング部材２１，２２の取り付けは次のように行われる。ケーシング部材２２のねじ孔ａ１〜ａ８を通してねじ５０をケーシング部材２１のねじ孔ｃ１〜ｃ８に螺合させる。それにより、ケーシング部材２１をケーシング部材２２に取り付ける。なお、通水管路１０には、ねじ導入孔ｂ４〜ｂ８が設けられている。ケーシング部材２１，２２の取り付け時において、ケーシング部材２２のねじ孔ａ４〜ａ８を通過するねじ５０の各々は、ねじ導入孔ｂ４〜ｂ８をそれぞれ通過する。
【００５８】
このように、ケーシング部材２１，２２の取り付けが、複数のねじ５０により行われることによりケーシング内部の防水性が容易に確保できる。
【００５９】
本実施の形態において、ケーシング部材２１，２２の取り付けは、複数のねじ５０に限らず、接着剤等により行われてもよい。
【００６０】
以上のように、ケーシング部材２１，２２の取り付けが行われることにより、図５（ａ）に示すように、流量センサの検出部１００の一方向の厚みｔが狭められている。この厚みｔは、例えば、２０．０ｍｍである。
【００６１】
筐体３０内部での流量の測定原理について図６に基づき説明する。図６は第１の実施の形態に係る流量センサの流量の測定原理を示す模式図である。図６において、矢印Ｆは通水管路１０内部の流体の流れを示す。また、通水管路１０内には、流体にカルマン渦を発生させるための支柱ＰＯが設けられている。
【００６２】
筐体３０内部において、通水管路１０の支柱ＰＯより下流側における通水管路１０の外周面には送信子１１１が取り付けられ、送信子１１１と対向するように通水管路１０の外周面に受信子１１２が取り付けられている。
【００６３】
通水管路１０内を流れる流体の流量を測定する場合、送信子１１１は超音波を送信する。これに対し、通水管路１０を介して対向する受信子１１２は、通水管路１０および通水管路１０の内部を通じて送信される超音波を受信する。
【００６４】
ここで、通水管路１０内を流れる流体は、支柱ＰＯによりその流量に応じたカルマン渦を発生する（矢印ＣＵ）。これにより、流体内を伝搬する超音波の伝達時間が変化するので、送信子１１による超音波の送信時点と受信子１１２により受信される超音波の受信時点との差に基づいて通水管路１０内を流れる流体の流量が算出される。
【００６５】
筐体３０の構造について図７に基づき説明する。図７は本実施の形態に係る流量センサの筐体の組み立て斜視図である。
【００６６】
図７において、筐体３０は、端面３０ａ，３０ｂ、側面３０ｃ，３０ｄおよび底面３０ｅを有する。通水管路１０は、側面３０ｃ，３０ｄを貫通するように設けられる。筐体３０内において通水管路１０の外周面には、送信子１１１および受信子１１２が通水管路１０を挟んで対向するように取り付けられる。
【００６７】
押さえ部材３２は、１対の押さえ部３２ａ，３２ｂおよび平面部３２ｃにより構成される。１対の押さえ部３２ａ，３２ｂが対向するように平面部３２ｃの両端に断面略コ字状に一体形成されている。押さえ部３２ａにはＵ字形の切り欠きが形成されている。押さえ部材３２の押さえ部３２ａ，３２ｂは、送信子１１１および受信子１１２と筐体３０の端面３０ａ，３０ｂとの間に挿入される。それにより、押さえ部材３２の押さえ部３２ａ，３２ｂにより送信子１１１および受信子１１２が通水管路１０の外周面に押圧される。その結果、送信子１１１および受信子１１２が筐体３０内で固定される。
【００６８】
なお、送信子１１１および受信子１１２の導線は、押さえ部３２ａの切り欠き部および筐体３０の導線取り出し部３１を通して外部に導かれる。この状態で、筐体３０の開口を蓋３３で閉塞する。それにより、筐体３０内部を密閉することができる。
【００６９】
続いて、フローインジケータＬＵの発光部８１〜８４の発光パターンの詳細について図８に基づき説明する。図８は第１の実施の形態に係る流量センサのフローインジケータの発光パターンを説明するための模式図である。
【００７０】
通水管路１０内部の流量測定時において、通水管路１０内部の流体に流れがある場合、フローインジケータＬＵの発光部８１〜８４は順次緑色に点滅する。
【００７１】
例えば、初めに、図８（ａ）に示すように発光部８１の緑色ＬＥＤ８１Ｇが緑色に点灯し、次いで、図８（ｂ）に示すように発光部８１が消灯するとともに発光部８２が緑色に点灯し、続いて、図８（ｃ）に示すように発光部８２が消灯するとともに発光部８３が緑色に点灯し、さらに、図８（ｄ）に示すように発光部８３が消灯するとともに発光部８４が緑色に点灯する。この動作が図８（ａ）〜（ｄ）の順に繰り返される。
【００７２】
この場合、検出された流量に応じた速度で複数の発光部が順次点灯されるので、使用者は流体の流れを遠方から容易に認識することができる。また、表示部を小型化することができ、検出部も小型化することができる。
【００７３】
一方、通水管路１０内部の流量測定時において、通水管路１０内部に流体がない場合、または流体内に気泡が多い場合等には、フローインジケータＬＵの発光部８１は、図８（ｅ）に示すように赤色に点灯する。
【００７４】
ここで、フローインジケータＬＵの発光部８１〜８４が順次特定の方向に点滅する場合（例えば、順送りである場合）を想定する。上述のように、本実施の形態では、カルマン渦の周波数に基づいてフローインジケータＬＵの発光動作を行うが、例えば、１／２インチ口径の流量センサに発生するカルマン渦の周波数は最大６００Ｈｚ程度となる。この周波数では、人間の目には速すぎて順送りであることが判然としない。そこで、６００Ｈｚのパルスを６段の１／２分周器により分周することにより、最大９．４Ｈｚのパルスを得ることができる。この場合、人間の目に自然な速さの順送り表示となる。
【００７５】
このように、流量センサの口径により、分周比は適宜決定できる。また、分周方法は論理回路によっても、マイクロコンピュータ用のソフトウェアによっても実現できる。
【００７６】
本実施の形態において、フローインジケータＬＵの発光部８１〜８４は必ずしも順次緑色に点灯する必要はない。例えば、発光部８１〜８４は順次緑色に点灯する代わりに、発光部８１〜８４が検出される流量をレベル表示してもよい。具体的には、流量に応じた数の発光部を点灯させる。
【００７７】
図９は、本実施の形態に係る流量センサの検出部の適用例を示す図である。本実施の形態に係る流量センサは、図５（ａ）に示すように、所定の方向における厚み（図９のｔ）が小さいため、図９に示すように複数の検出部１００を近接させて並べることができる。
【００７８】
本実施の形態に係る流量センサは、フッ化樹脂等によりから形成されている。したがって、薬液等の流体が流れる製造ライン等に好適に用いられる。また、清浄度の要求される流体の流量の測定にも適している。
【００７９】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る流量センサは、以下の点を除き第１の実施の形態に係る流量センサと同様の構成および動作を有する。
【００８０】
図１０は第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の外観斜視図である。
図１０において、流量センサの検出部５００はケーシング２０を備える。ケーシング２０は、上面２０ａ、下面２０ｂ、端面２０ｃ、端面２０ｄ、側面２０ｅおよび側面２０ｆを有する。
【００８１】
ケーシング２０の端面２０ｃ，２０ｄから、ケーシング２０と同一の材質により成形された通水管路１０が突出した状態で設けられている。通水管路１０の内部には矢印で示される方向に流体が流れる。また、ケーシング２０の後端部には、検出された流量値を本体部２００へ伝達するためのケーブル４０が接続されている。さらに、ケーシング２０の上面２０ａには、第１の実施の形態と同様のフローインジケータＬＵが設けられている。
【００８２】
図１１は第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て斜視図であり、図１２（ａ）は第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の平面図、図１２（ｂ）は第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て側面図である。
【００８３】
図１１において、検出部５００は、ケーシング部材２１，２２，２３、通水管路１０、２枚の回路基板Ｗ、パッキンＰＫ、複数のねじ５０および押さえ部材３２から構成されている。通水管路１０は、ケーシング部材２２と一体形成されている。なお、ケーシング部材２１，２２，２３が組み合わされることにより、図１０のケーシング２０が形成される。
【００８４】
ケーシング部材２２は、内部に回路／センサ収納エリアＡＳを有する。回路／センサ収納エリアＡＳはケーシング部材２２の上面２０ａおよび仕切り面ＳＩにより取り囲まれている。回路／センサ収納エリアＡＳ内には、その上方で２つの回路基板Ｗが重なるように取り付けられている。
【００８５】
回路基板Ｗ上に上述の高周波信号発振器１２０、高周波信号増幅器１３０、位相比較器１４０、低周波増幅器１５０、コンパレータ１６０、分周器１７０、デコーダ１８０、信号レベル判定装置１９０およびフローインジケータＬＵが設けられる。
【００８６】
また、ケーシング部材２２内の下方には、送信子１１１および受信子１１２が、第１の実施の形態に係る検出部１００の筐体３０内と同様に通水管路１０に取り付けられている。送信子１１１および受信子１１２は通水管路１０への取り付け時に押さえ部材３２により回路／センサ収納エリアＡＳ内の下方に収納される。押さえ部材３２は、１対の押さえ部３２ａ，３２ｂおよび平面部３２ｃにより構成される。１対の押さえ部３２ａ，３２ｂが対向するように平面部３２ｃの両端に設けられている。
【００８７】
ここで、ケーシング部材２１の上面２０ａには４つの孔部が設けられている。回路／センサ収納エリアＡＳ内の回路基板Ｗには、ケーシング部材２１の４つの孔部に対応して発光部８１〜８４が配置されている。
【００８８】
図１１に示すように、２つの回路基板Ｗが取り付けられ、押さえ部材３２により通水管路１０に送信子１１１および受信子１１２が取り付けられる。ケーシング部材２２は、シール面ＧＳにパッキンＰＫを介して複数のねじ５０によりケーシング部材２１，２３と接合される。シール面ＧＳにパッキンＰＫが装着されることにより回路／センサ収納エリアＡＳの内部空間が確実に密閉される。
【００８９】
図１１において、複数のねじ５０によるケーシング部材２１，２２，２３の取り付けは次のように行われる。ケーシング部材２２のねじ孔ａ１〜ａ８を通してねじ５０をケーシング部材２１，２２のねじ孔Ｃ１〜Ｃ８に螺合させる。それにより、ケーシング部材２１，２２，２３の各々が互いに取り付けられる。
【００９０】
このように、ケーシング部材２１，２２，２３の取り付けが、複数のねじ５０により行われることによりケーシング内部の防水性が容易に確保できる。
【００９１】
本実施の形態において、ケーシング部材２１，２２，２３の取り付けは、複数のねじ５０に限らず、接着剤等により行われてもよい。
【００９２】
本実施の形態に係る流量センサの検出部５００の構成によれば、同一の材質で一体成形が可能であるので、製造が容易となり、低コスト化が可能となる。また、本実施の形態に係る流量センサの検出部５００の構成においても、流量センサの検出部５００の一方向の厚みｔ（図１２）が小さくなる。この厚みｔは、例えば、２２．５ｍｍである。
【００９３】
以上、第１および第２の実施の形態において、フローインジケータＬＵは表示部に相当し、発光部８１〜８４は発光部に相当し、分周器１７０およびデコーダ１８０は制御手段に相当し、送信子１１１および受信子１１２はカルマン渦検出手段に相当し、高周波信号発振器１２０はパルス発生手段に相当する。また、通水管路１０は管路に相当し、支柱ＰＯは渦発生部材に相当し、送信子１１１および受信子１１２は１対の超音波素子に相当し、１対の押さえ部３２ａ，３２ｂは１対の押さえ部に相当し、平面部３２ｃは連結部に相当し、押さえ部材３２は押さえ部材に相当する。
【００９４】
さらに、回路／センサ収納エリアＡＳは収納空間に相当し、検出部１００，５００の側面２０ｅ，２０ｆの短辺が第１の長さの幅に相当し、検出部１００，５００の上面２０ａ，２０ｂの短辺である図５（ａ）および図１２（ａ）の厚みｔが第２の厚さに相当し、筐体３０は密閉空間に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る流量センサの構成を示す模式図である。
【図２】第１の実施の形態に係る流量センサの構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の外観斜視図である。
【図４】第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て斜視図である。
【図５】（ａ）は第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の平面図、（ｂ）は第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て側面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る流量センサの流量の測定原理を示す模式図である。
【図７】第１の実施の形態に係る流量センサの筐体の組み立て斜視図である。
【図８】第１の実施の形態に係る流量センサのフローインジケータの発光パターンを説明するための模式図である。
【図９】第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の一適用例を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の外観斜視図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て斜視図である。
【図１２】（ａ）は第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の平面図、（ｂ）は第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て側面図である。
【図１３】従来の流量センサの検出部の外観斜視図である。
【図１４】従来の流量センサの検出部の分解斜視図である。
【符号の説明】
１０ 通水管路
３０ 筐体
３２ 押さえ部材
３２ａ，３２ｂ 押さえ部
３２ｃ 平面部
８１，８２，８３，８４ 発光部
１００ 検出部
１１１ 送信子
１１２ 受信子
１２０ 高周波信号発振器
１７０ 分周器
１８０ デコーダ
２００ 本体部
ＡＳ 回路／センサ収納エリア
ＬＵ フローインジケータ
ＰＯ 支柱
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流量を検出する流量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、流体の流量を検出するために種々の流量センサが用いられている。例えば、超音波渦流流量センサは、流れの中に配置された渦発生柱の下流に規則的に発生するカルマン渦を超音波により非接触で検出するものである。超音波渦流流量センサは、超音波によりカルマン渦の変化を検出することにより、広い流量範囲において高精度に流量を検出することができる（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
このような流量センサには、一体型流量センサと分離型流量センサとがある。一体型流量センサは、流量を検出する部分と流量を表示する部分とが一体化されているので、大型となる。一方、分離型流量センサは、流量を検出する検出部と、検出された流量の値を表示する表示部とから構成される。一般に、分離型流量センサでは、検出部は表示部を有さないので、検出部の小型化が可能である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−７７６２０号公報
【特許文献２】
特開平８−３０４１４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、使用者は、検出部を設置する際に流量の有無を確認することができない。また、流量センサが正常に動作しているか否かを確認することもできない。
【０００６】
図１３は従来の流量センサの検出部の外観斜視図、図１４は従来の流量センサの検出部の分解斜視図である。
【０００７】
図１３に示すように、検出部９００は、直方体形状のケーシング９４０を有し、ケーシング９４０の対向する側面を貫通するように通水管路９１０が設けられている。通水管路９１０上に回路基板９５０が配置されている。
【０００８】
図１４に示すように、通水管路９１０の外周面の両側に円筒状の素子収納部９２０が設けられ、素子収納部９２０内に送信子９１１および受信子９１２が挿入される。素子収納部９２０は、中央部に凸部９ａを有する押さえ部材９３０により閉塞される。それにより、押さえ部材９３０の凸部９ａにより送信子９１１および受信子９１２が通水管路９１０の外周面に押圧される。また、素子収納部９２０に交差する方向に通水管路９１０の送信子９１１および受信子９１２の導線ＫＢの取り出し管９７０が設けられている。
【０００９】
このように、従来の流量センサの検出部９００は、中央部に凸部９ａを有する押さえ部材９３０により送信子９１１および受信子９１２を通水管路９１０の外周面に押圧しているため、送信子９１１および受信子９１２が整列する方向のサイズが大きくなるとともに、送信子９１１および受信子９１２が整列する方向に交差する方向のサイズも大きくなる。このような構造体がケーシング９４０内に収納されるので、検出部９００が全体的に大型化する。最近では、検出部９００の薄型化が望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、検出部において流量の検出状態を容易に確認することができる流量センサを提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、検出部の小型化および薄型化が可能でかつ検出部において流量の検出状態を容易に確認することができる流量センサを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る流量センサは、流体の流量を検出する検出部と、検出部とは別体で設けられるとともに検出部にケーブルを介して接続され、検出部により検出される流量を表示する本体部とを備え、検出部は、流体が通過する管路と、管路内を通過する流体の流量を検出する流量検出手段と、第１の長さの幅および第１の長さよりも小さい第２の長さの厚さを有し、第１の長さの幅を規定する互いに向かい合って配置された上面および下面と、第２の長さの厚さを規定する互いに向かい合って配置された一対の側面と、管路が貫通するように設けられる互いに向かい合って配置された一対の端面とを有し、管路と一体化されたケーシングと、ケーシングの上面に設けられ、検出される流量に基づく情報を表示する表示部とを有し、表示部は、管路の軸方向に沿って一列に配列された複数の発光部からなるフローインジケータと、流量検出手段により検出された流量に応じた速度でフローインジケータが順送り表示を行うように複数の発光部を順次点灯させる、またはフローインジケータが流量検出手段により検出された流量に応じたレベル表示を行うように複数の発光部のうち検出された流量に応じた数の発光部を点灯させる制御手段と、ケーシング内で上面と管路との間に収容され、複数の発光部が配置される回路基板とを含み、本体部は、検出部により検出される流量を数値表示するための数値表示部と、流量に基づいた信号を出力する出力手段とを備えるものである。
【００１３】
本発明に係る流量センサにおいては、流量検出手段により流体の流量が検出される。検出される流量は、検出部と別体で設けられた本体部の数値表示部により表示される。また、検出される流量に基づく情報が検出部の表示部により表示される。
【００１４】
この場合、検出部に流量に基づく情報を表示する表示部が設けられているので、検出部において流量の検出状態を容易に確認することができる。また、検出された流量に応じた速度で複数の発光部が順次点灯され、または検出された流量に応じたレベル表示が行われるので、使用者は流体の流れを遠方から容易に認識することができる。これにより、表示部を小型化することができ、検出部も小型化することができる。
【００１５】
流量センサは、流量検出手段により正確に流量が検出されているか否かを判定し、正確に流量が検出されていないと判定した場合に警報信号を出力する判定装置をさらに備え、数値表示部は、判定装置から出力された警報信号に基づいて警報表示を行ってもよい。
また、流量センサは、流量検出手段により正確に流量が検出されているか否かを判定し、正確に流量が検出されていないと判定した場合に警報信号を出力する判定装置をさらに備え、数値表示部は、判定装置から出力された警報信号に応答して警報信号が出力される前に流量検出手段により検出された流量を数値表示してもよい。
また、流量センサは、流量検出手段により正確に流量が検出されているか否かを判定し、正確に流量が検出されていないと判定した場合に警報信号を出力する判定装置をさらに備え、制御手段は、判定装置から出力された警報信号に基づいて複数の発光部のいずれかを点灯させてもよい。
【００１７】
流量検出手段は、超音波により流体のカルマン渦の変化を検出するカルマン渦検出手段と、カルマン渦検出手段により検出されたカルマン渦の変化に対応するパルス信号を発生するパルス信号発生手段とを含み、制御手段は、パルス信号発生手段により発生されたパルス信号に基づいて複数の発光部を順次点灯させてもよい。
【００１８】
この場合、超音波により流体のカルマン渦の変化が検出され、検出されたカルマン渦の変化に対応するパルス信号が発生される。そして、パルス信号に基づいて複数の発光部が順次点灯される。
【００１９】
それにより、流体の流量に対応する速度で複数の発光部が順次点灯されるので、使用者は流体の流れを遠方から視覚的に認識することができる。
【００２０】
流量検出手段は、管路内に設けられ、カルマン渦を発生するための渦発生手段と、管路を挟んで対向するように管路の外周面に配置された１対の超音波素子と、１対の超音波素子により得られる信号に基づいて流体のカルマン渦の変化を検出するカルマン渦検出手段と、カルマン渦検出手段により検出されたカルマン渦の変化に対応するパルス信号を発生し、判定装置に出力するパルス信号発生手段とを含み、判定装置は、パルス信号発生手段から与えられる信号の信号レベルに基づいて、流量検出手段により正確に流量が検出されないことを判定してもよい。
【００２１】
検出部は、管路内に設けられ、カルマン渦を発生するための渦発生部材と、管路を挟んで対向するように管路の外周面に配置された１対の超音波素子と、１対の超音波素子を管路側に押圧する１対の押さえ部および１対の押さえ部を連結する連結部を有する押さえ部材とを備えてもよい。
【００２２】
この場合、１対の超音波素子が管路を挟んで対向するように管路の外周面に配置され、押さえ部材の連結部により連結された１対の押さえ部により１対の超音波素子が管路側に押圧される。
【００２３】
１対の超音波素子は、幅方向に並ぶようにケーシングに配置されてもよい。
【００２４】
この場合、１対の超音波素子が幅方向に並ぶようにケーシングに設けられるので、検出部を小型化および薄型化することができる。
【００２５】
ケーシング内で一方の超音波素子に幅方向において隣接するように設けられ、表示部に接続される回路基板を収納する収納空間を備えてもよい。
【００２６】
この場合、回路基板を収納する収納空間がケーシング内で一方の超音波素子に幅方向において隣接するように設けられるので、検出部を小型化および薄型化することができる。
【００２７】
１対の超音波素子および管路の一部を密閉する密閉空間をケーシング内に備えてもよい。この場合、１対の超音波素子および管路の一部を密閉する密閉空間がケーシング内に設けられるので、１対の超音波素子および管路の一部が塵埃により汚染されることを防止することができる。
【００２８】
収納空間および密閉空間が一体化されてもよい。この場合、収納空間および密閉空間が一体化されることにより、１対の超音波素子、管路の一部および回路基板が塵埃により汚染されることを防止することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、第１および第２の実施の形態に係る流量センサについて図１〜図１２に基づき説明する。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態に係る流量センサの構成を示す模式図である。
【００３１】
図１において、流量センサは、検出部（センサヘッド）１００および本体部（センサ本体部）２００により構成される。検出部１００は、ケーブルにより本体部２００に接続される。本体部２００は表示部２３０を有する。
【００３２】
図２は、第１の実施の形態に係る流量センサの構成を示すブロック図である。図２に示すように、流量センサは、検出部１００および本体部２００により構成される。
【００３３】
検出部１００は、送信子１１１、受信子１１２、高周波信号発振器１２０、高周波信号増幅器１３０、位相比較器１４０、低周波増幅器１５０、コンパレータ１６０、分周器１７０、デコーダ１８０、信号レベル判定装置１９０およびフローインジケータＬＵを備える。フローインジケータＬＵは、発光部８１〜８４を含む。発光部８１は、赤色ＬＥＤ（発光ダイオード）８１Ｒおよび緑色ＬＥＤ８１Ｇからなる。発光部８２〜８４は、それぞれ緑色ＬＥＤからなる。送信子１１１および受信子１１２は例えば超音波素子からなる。なお、周波数計測器２１０および演算器２２０は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）により構成される。
【００３４】
本体部２００は、周波数計測器２１０、演算器２２０、表示部２３０、制御出力部２４０およびアナログ出力部２５０を備える。
【００３５】
高周波信号発振器１２０は、高周波信号を発生して送信子１１１に与える。それにより、送信子１１１は超音波を送信する。受信子１１２は、送信子１１１からの超音波を受信する。この場合、流体の流量により流体に発生するカルマン渦の周波数が変化する。そのカルマン渦の周波数に比例して超音波の伝わる時間が変化する。したがって、超音波が送信子１１１から受信子１１２へ伝わる時間の変化を検出することにより流量を検出することができる。
【００３６】
高周波信号増幅器１３０は、受信子１１２の出力信号を増幅する。位相比較器１４０は、高周波信号発振器１２０により発生される高周波信号と高周波信号増幅器１３０の出力信号とを位相比較し、位相差に対応する電圧を出力する。低周波増幅器１５０は、位相比較器１４０の出力電圧を増幅する。
【００３７】
コンパレータ１６０は、低周波増幅器１５０の出力信号を基準電圧と比較し、比較結果を示すパルスを出力する。分周器１７０は、コンパレータ１６０から出力されるパルスを分周する。デコーダ１８０は、シフトレジスタからなり、分周器１７０の出力信号をデコードすることによりフローインジケータＬＵの発光部８１〜８４を順次緑色に点灯させる。この場合、流量に応じてフローインジケータＬＵの発光部８１〜８４の順次点灯の速度が変化する。フローインジケータＬＵの発光部８１〜８４の点灯状況の詳細については後述する。
【００３８】
信号レベル判定装置１９０は、高周波信号増幅器１３０の出力信号のレベルが所定値よりも低下したか否かを判定し、出力信号のレベルが所定値よりも低下した場合に発光部８１の赤色ＬＥＤ８１Ｒを点灯させるとともに、デコーダ１８０に発光部８１の緑色ＬＥＤ８１Ｇおよび発光部８２〜８４の点灯を禁止し、さらに演算器２２０に警報信号を与える。これより、演算器２２０は、受信レベルの低下を認識することができる。流体が流動する通水管路に流体が充満していない場合または流体内に気泡が存在する場合には、受信子１１２の受信レベルが低下し、正確な流量値を検出することができない。この場合、信号レベル判定装置１９０により警報信号が出力される。
【００３９】
ここで、演算器２２０に信号レベル判定装置１９０から警報信号が与えられた場合、演算器２２０は、与えられた警報信号に基づいて、表示部２３０、制御出力部２４０およびアナログ出力部２５０を制御する。
【００４０】
演算器２２０は、与えられた警報信号がオン（例えばハイレベル）の場合に、表示部２３０に警報表示を行わせるとともに、デジタルフィルタを用いた処理を行う。例えば、演算部２２０は、警報信号がオンの場合に、警報信号がオンになる前の流量値を表示部２３０に予め設定された回数表示させ、または予め設定された回数の流量値の移動平均を算出して表示部２３０に表示させる。また、制御出力部２４０は、警報信号がオンの場合に、警報信号がオンになる前の流量値を予め設定された回数用いて第１および第２の出力をオンまたはオフにし、または予め設定された回数の流量値の移動平均に基づいて第１および第２の出力をオンまたはオフにする。さらに、アナログ出力部２５０は、アナログの警報信号を出力する。
【００４１】
このように、演算器２２０は、警報信号がオンの場合に、警報信号がオフ（例えばローレベル）の場合と異なる処理を行うことにより、正確な流量値に近い流量値に基づく処理を行う。それにより、警報信号がオフのとき（正常時）の応答速度を低下させることなく、警報信号がオンのときに誤った流量値に基づく処理が行われることを防止することができる。
【００４２】
周波数計測器２１０は、コンパレータ１６０から出力されるパルスの周波数を計測する。演算器２２０は、周波数計測器２１０により計測された周波数を流量に変換するとともに、流量値に基づいて表示部２３０、制御出力部２４０およびアナログ出力部２５０を制御する。
【００４３】
制御出力部２４０は、流量値に基づいて第１および第２の出力をオンまたはオフする。アナログ出力部２５０は、流量値を示すアナログ信号を出力する。
【００４４】
図３は第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の外観斜視図であり、（ａ）は一方から見た場合を示し、（ｂ）は他方から見た場合の検出部を示す。
【００４５】
図３において、流量センサの検出部１００はケーシング２０を備える。ケーシング２０は、上面２０ａ、下面２０ｂ、端面２０ｃ、端面２０ｄ、側面２０ｅおよび側面２０ｆを有する。
【００４６】
ケーシング２０の端面２０ｃ，２０ｄを貫通するようにフッ化樹脂等の樹脂からなる通水管路１０が設けられている。通水管路１０の内部には矢印で示される方向に流体が流れる。また、ケーシング２０の端面２０ｃには、検出された流量値を本体部２００へ伝達するためのケーブル４０が接続されている。さらに、ケーシング２０の上面２０ａには、上述のフローインジケータＬＵが設けられている。
【００４７】
図３（ｂ）に示すように、ケーシング２０の側面２０ｆには長方形の切り欠き部２０Ｋが設けられている。切り欠き部２０Ｋにおいては、通水管路１０と一体化されている筐体３０の蓋３３がケーシング２０の側面２０ｆと面一に設けられ、ケーシング２０の一部を構成している。
【００４８】
図４は第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て斜視図であり、図５（ａ）は第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の平面図、図５（ｂ）は第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て側面図である。
【００４９】
図４において、検出部１００は、ケーシング部材２１，２２、通水管路１０、２枚の回路基板Ｗ、パッキンＰＫおよび複数のねじ５０から構成されている。通水管路１０は、筐体３０を貫通するように設けられ、筐体３０と一体化されている。なお、ケーシング部材２１，２２が組み合わされることにより、図３のケーシング２０が形成される。
【００５０】
ケーシング部材２１は、内部上方に回路収納エリアＡＲを有する。回路収納エリアＡＲはケーシング部材２１の上面２０ａおよび仕切り面ＳＩにより取り囲まれている。回路収納エリアＡＲ内には、２つの回路基板Ｗが重なるように取り付けられている。
【００５１】
回路基板Ｗ上に上述の高周波信号発振器１２０、高周波信号増幅器１３０、位相比較器１４０、低周波増幅器１５０、コンパレータ１６０、分周器１７０、デコーダ１８０、信号レベル判定装置１９０およびフローインジケータＬＵが設けられる。
【００５２】
ここで、ケーシング部材２１の上面２０ａには４つの孔部が設けられている。回路収納エリアＡＲ内の回路基板Ｗには、ケーシング部材２１の４つの孔部に対応して発光部８１〜８４が配置されている。
【００５３】
検出部１００の組み立て時には、ケーシング部材２１の内部下側に通水管路１０が取り付けられる。上述のように通水管路１０には筐体３０が一体化されており、筐体３０がケーシング部材２１の切り欠き部２０Ｋ（図２参照）に嵌合される。
【００５４】
筐体３０の端面３０ａには導線取り出し部３１が設けられている。ケーシング部材２１の仕切り面ＳＩには導線導入孔ＫＨが設けられている。ケーシング部材２１に対する筐体３０の取り付け時に、筐体３０の導線取り出し部３１は導線導入孔ＫＨに嵌合される。これにより、筐体３０内の後述する超音波素子からなる送信子および受信子の導線が導線取り出し部３１および導線導入孔ＫＨを通して回路収納エリアＡＲ内の回路基板Ｗに導かれる。
【００５５】
導線導入孔ＫＨには予めシール部材（図示せず）が装着されている。したがって、導線取り出し部３１と導線導入孔ＫＨとが嵌合することにより、筐体３０の内部と回路収納エリアＡＲとが連通するとともに筐体３０の内部および回路収納エリアＡＲが密閉空間となる。
【００５６】
図４に示すように、２つの回路基板Ｗおよび通水管路１０が取り付けられたケーシング部材２１は、シール面ＧＳにパッキンＰＫを介して複数のねじ５０によりケーシング部材２２と接合される。シール面ＧＳにパッキンＰＫが装着されることにより回路収納エリアＡＲの内部空間が確実に密閉される。
【００５７】
図４において、複数のねじ５０によるケーシング部材２１，２２の取り付けは次のように行われる。ケーシング部材２２のねじ孔ａ１〜ａ８を通してねじ５０をケーシング部材２１のねじ孔ｃ１〜ｃ８に螺合させる。それにより、ケーシング部材２１をケーシング部材２２に取り付ける。なお、通水管路１０には、ねじ導入孔ｂ４〜ｂ８が設けられている。ケーシング部材２１，２２の取り付け時において、ケーシング部材２２のねじ孔ａ４〜ａ８を通過するねじ５０の各々は、ねじ導入孔ｂ４〜ｂ８をそれぞれ通過する。
【００５８】
このように、ケーシング部材２１，２２の取り付けが、複数のねじ５０により行われることによりケーシング内部の防水性が容易に確保できる。
【００５９】
本実施の形態において、ケーシング部材２１，２２の取り付けは、複数のねじ５０に限らず、接着剤等により行われてもよい。
【００６０】
以上のように、ケーシング部材２１，２２の取り付けが行われることにより、図５（ａ）に示すように、流量センサの検出部１００の一方向の厚みｔが狭められている。この厚みｔは、例えば、２０．０ｍｍである。
【００６１】
筐体３０内部での流量の測定原理について図６に基づき説明する。図６は第１の実施の形態に係る流量センサの流量の測定原理を示す模式図である。図６において、矢印Ｆは通水管路１０内部の流体の流れを示す。また、通水管路１０内には、流体にカルマン渦を発生させるための支柱ＰＯが設けられている。
【００６２】
筐体３０内部において、通水管路１０の支柱ＰＯより下流側における通水管路１０の外周面には送信子１１１が取り付けられ、送信子１１１と対向するように通水管路１０の外周面に受信子１１２が取り付けられている。
【００６３】
通水管路１０内を流れる流体の流量を測定する場合、送信子１１１は超音波を送信する。これに対し、通水管路１０を介して対向する受信子１１２は、通水管路１０および通水管路１０の内部を通じて送信される超音波を受信する。
【００６４】
ここで、通水管路１０内を流れる流体は、支柱ＰＯによりその流量に応じたカルマン渦を発生する（矢印ＣＵ）。これにより、流体内を伝搬する超音波の伝達時間が変化するので、送信子１１による超音波の送信時点と受信子１１２により受信される超音波の受信時点との差に基づいて通水管路１０内を流れる流体の流量が算出される。
【００６５】
筐体３０の構造について図７に基づき説明する。図７は本実施の形態に係る流量センサの筐体の組み立て斜視図である。
【００６６】
図７において、筐体３０は、端面３０ａ，３０ｂ、側面３０ｃ，３０ｄおよび底面３０ｅを有する。通水管路１０は、側面３０ｃ，３０ｄを貫通するように設けられる。筐体３０内において通水管路１０の外周面には、送信子１１１および受信子１１２が通水管路１０を挟んで対向するように取り付けられる。
【００６７】
押さえ部材３２は、１対の押さえ部３２ａ，３２ｂおよび平面部３２ｃにより構成される。１対の押さえ部３２ａ，３２ｂが対向するように平面部３２ｃの両端に断面略コ字状に一体形成されている。押さえ部３２ａにはＵ字形の切り欠きが形成されている。押さえ部材３２の押さえ部３２ａ，３２ｂは、送信子１１１および受信子１１２と筐体３０の端面３０ａ，３０ｂとの間に挿入される。それにより、押さえ部材３２の押さえ部３２ａ，３２ｂにより送信子１１１および受信子１１２が通水管路１０の外周面に押圧される。その結果、送信子１１１および受信子１１２が筐体３０内で固定される。
【００６８】
なお、送信子１１１および受信子１１２の導線は、押さえ部３２ａの切り欠き部および筐体３０の導線取り出し部３１を通して外部に導かれる。この状態で、筐体３０の開口を蓋３３で閉塞する。それにより、筐体３０内部を密閉することができる。
【００６９】
続いて、フローインジケータＬＵの発光部８１〜８４の発光パターンの詳細について図８に基づき説明する。図８は第１の実施の形態に係る流量センサのフローインジケータの発光パターンを説明するための模式図である。
【００７０】
通水管路１０内部の流量測定時において、通水管路１０内部の流体に流れがある場合、フローインジケータＬＵの発光部８１〜８４は順次緑色に点滅する。
【００７１】
例えば、初めに、図８（ａ）に示すように発光部８１の緑色ＬＥＤ８１Ｇが緑色に点灯し、次いで、図８（ｂ）に示すように発光部８１が消灯するとともに発光部８２が緑色に点灯し、続いて、図８（ｃ）に示すように発光部８２が消灯するとともに発光部８３が緑色に点灯し、さらに、図８（ｄ）に示すように発光部８３が消灯するとともに発光部８４が緑色に点灯する。この動作が図８（ａ）〜（ｄ）の順に繰り返される。
【００７２】
この場合、検出された流量に応じた速度で複数の発光部が順次点灯されるので、使用者は流体の流れを遠方から容易に認識することができる。また、表示部を小型化することができ、検出部も小型化することができる。
【００７３】
一方、通水管路１０内部の流量測定時において、通水管路１０内部に流体がない場合、または流体内に気泡が多い場合等には、フローインジケータＬＵの発光部８１は、図８（ｅ）に示すように赤色に点灯する。
【００７４】
ここで、フローインジケータＬＵの発光部８１〜８４が順次特定の方向に点滅する場合（例えば、順送りである場合）を想定する。上述のように、本実施の形態では、カルマン渦の周波数に基づいてフローインジケータＬＵの発光動作を行うが、例えば、１／２インチ口径の流量センサに発生するカルマン渦の周波数は最大６００Ｈｚ程度となる。この周波数では、人間の目には速すぎて順送りであることが判然としない。そこで、６００Ｈｚのパルスを６段の１／２分周器により分周することにより、最大９．４Ｈｚのパルスを得ることができる。この場合、人間の目に自然な速さの順送り表示となる。
【００７５】
このように、流量センサの口径により、分周比は適宜決定できる。また、分周方法は論理回路によっても、マイクロコンピュータ用のソフトウェアによっても実現できる。
【００７６】
本実施の形態において、フローインジケータＬＵの発光部８１〜８４は必ずしも順次緑色に点灯する必要はない。例えば、発光部８１〜８４は順次緑色に点灯する代わりに、発光部８１〜８４が検出される流量をレベル表示してもよい。具体的には、流量に応じた数の発光部を点灯させる。
【００７７】
図９は、本実施の形態に係る流量センサの検出部の適用例を示す図である。本実施の形態に係る流量センサは、図５（ａ）に示すように、所定の方向における厚み（図９のｔ）が小さいため、図９に示すように複数の検出部１００を近接させて並べることができる。
【００７８】
本実施の形態に係る流量センサは、フッ化樹脂等によりから形成されている。したがって、薬液等の流体が流れる製造ライン等に好適に用いられる。また、清浄度の要求される流体の流量の測定にも適している。
【００７９】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る流量センサは、以下の点を除き第１の実施の形態に係る流量センサと同様の構成および動作を有する。
【００８０】
図１０は第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の外観斜視図である。
図１０において、流量センサの検出部５００はケーシング２０を備える。ケーシング２０は、上面２０ａ、下面２０ｂ、端面２０ｃ、端面２０ｄ、側面２０ｅおよび側面２０ｆを有する。
【００８１】
ケーシング２０の端面２０ｃ，２０ｄから、ケーシング２０と同一の材質により成形された通水管路１０が突出した状態で設けられている。通水管路１０の内部には矢印で示される方向に流体が流れる。また、ケーシング２０の後端部には、検出された流量値を本体部２００へ伝達するためのケーブル４０が接続されている。さらに、ケーシング２０の上面２０ａには、第１の実施の形態と同様のフローインジケータＬＵが設けられている。
【００８２】
図１１は第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て斜視図であり、図１２（ａ）は第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の平面図、図１２（ｂ）は第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て側面図である。
【００８３】
図１１において、検出部５００は、ケーシング部材２１，２２，２３、通水管路１０、２枚の回路基板Ｗ、パッキンＰＫ、複数のねじ５０および押さえ部材３２から構成されている。通水管路１０は、ケーシング部材２２と一体形成されている。なお、ケーシング部材２１，２２，２３が組み合わされることにより、図１０のケーシング２０が形成される。
【００８４】
ケーシング部材２２は、内部に回路／センサ収納エリアＡＳを有する。回路／センサ収納エリアＡＳはケーシング部材２２の上面２０ａおよび仕切り面ＳＩにより取り囲まれている。回路／センサ収納エリアＡＳ内には、その上方で２つの回路基板Ｗが重なるように取り付けられている。
【００８５】
回路基板Ｗ上に上述の高周波信号発振器１２０、高周波信号増幅器１３０、位相比較器１４０、低周波増幅器１５０、コンパレータ１６０、分周器１７０、デコーダ１８０、信号レベル判定装置１９０およびフローインジケータＬＵが設けられる。
【００８６】
また、ケーシング部材２２内の下方には、送信子１１１および受信子１１２が、第１の実施の形態に係る検出部１００の筐体３０内と同様に通水管路１０に取り付けられている。送信子１１１および受信子１１２は通水管路１０への取り付け時に押さえ部材３２により回路／センサ収納エリアＡＳ内の下方に収納される。押さえ部材３２は、１対の押さえ部３２ａ，３２ｂおよび平面部３２ｃにより構成される。１対の押さえ部３２ａ，３２ｂが対向するように平面部３２ｃの両端に設けられている。
【００８７】
ここで、ケーシング部材２１の上面２０ａには４つの孔部が設けられている。回路／センサ収納エリアＡＳ内の回路基板Ｗには、ケーシング部材２１の４つの孔部に対応して発光部８１〜８４が配置されている。
【００８８】
図１１に示すように、２つの回路基板Ｗが取り付けられ、押さえ部材３２により通水管路１０に送信子１１１および受信子１１２が取り付けられる。ケーシング部材２２は、シール面ＧＳにパッキンＰＫを介して複数のねじ５０によりケーシング部材２１，２３と接合される。シール面ＧＳにパッキンＰＫが装着されることにより回路／センサ収納エリアＡＳの内部空間が確実に密閉される。
【００８９】
図１１において、複数のねじ５０によるケーシング部材２１，２２，２３の取り付けは次のように行われる。ケーシング部材２２のねじ孔ａ１〜ａ８を通してねじ５０をケーシング部材２１，２２のねじ孔Ｃ１〜Ｃ８に螺合させる。それにより、ケーシング部材２１，２２，２３の各々が互いに取り付けられる。
【００９０】
このように、ケーシング部材２１，２２，２３の取り付けが、複数のねじ５０により行われることによりケーシング内部の防水性が容易に確保できる。
【００９１】
本実施の形態において、ケーシング部材２１，２２，２３の取り付けは、複数のねじ５０に限らず、接着剤等により行われてもよい。
【００９２】
本実施の形態に係る流量センサの検出部５００の構成によれば、同一の材質で一体成形が可能であるので、製造が容易となり、低コスト化が可能となる。また、本実施の形態に係る流量センサの検出部５００の構成においても、流量センサの検出部５００の一方向の厚みｔ（図１２）が小さくなる。この厚みｔは、例えば、２２．５ｍｍである。
【００９３】
以上、第１および第２の実施の形態において、フローインジケータＬＵは表示部に相当し、発光部８１〜８４は発光部に相当し、分周器１７０およびデコーダ１８０は制御手段に相当し、送信子１１１および受信子１１２はカルマン渦検出手段に相当し、高周波信号発振器１２０はパルス発生手段に相当する。また、通水管路１０は管路に相当し、支柱ＰＯは渦発生部材に相当し、送信子１１１および受信子１１２は１対の超音波素子に相当し、１対の押さえ部３２ａ，３２ｂは１対の押さえ部に相当し、平面部３２ｃは連結部に相当し、押さえ部材３２は押さえ部材に相当する。
【００９４】
さらに、回路／センサ収納エリアＡＳは収納空間に相当し、検出部１００，５００の側面２０ｅ，２０ｆの短辺が第１の長さの幅に相当し、検出部１００，５００の上面２０ａ，２０ｂの短辺である図５（ａ）および図１２（ａ）の厚みｔが第２の厚さに相当し、筐体３０は密閉空間に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る流量センサの構成を示す模式図である。
【図２】第１の実施の形態に係る流量センサの構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の外観斜視図である。
【図４】第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て斜視図である。
【図５】（ａ）は第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の平面図、（ｂ）は第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て側面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る流量センサの流量の測定原理を示す模式図である。
【図７】第１の実施の形態に係る流量センサの筐体の組み立て斜視図である。
【図８】第１の実施の形態に係る流量センサのフローインジケータの発光パターンを説明するための模式図である。
【図９】第１の実施の形態に係る流量センサの検出部の一適用例を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の外観斜視図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て斜視図である。
【図１２】（ａ）は第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の平面図、（ｂ）は第２の実施の形態に係る流量センサの検出部の組み立て側面図である。
【図１３】従来の流量センサの検出部の外観斜視図である。
【図１４】従来の流量センサの検出部の分解斜視図である。
【符号の説明】
１０ 通水管路
３０ 筐体
３２ 押さえ部材
３２ａ，３２ｂ 押さえ部
３２ｃ 平面部
８１，８２，８３，８４ 発光部
１００ 検出部
１１１ 送信子
１１２ 受信子
１２０ 高周波信号発振器
１７０ 分周器
１８０ デコーダ
２００ 本体部
ＡＳ 回路／センサ収納エリア
ＬＵ フローインジケータ
ＰＯ 支柱
Claims (11)
- 流体の流量を検出する検出部と、
前記検出部とは別体で設けられるとともに前記検出部にケーブルを介して接続され、前記検出部により検出される流量を表示する本体部とを備え、
前記検出部は、
前記流体が通過する管路と、
前記管路内を通過する流体の流量を検出する流量検出手段と、
第１の長さの幅および前記第１の長さよりも小さい第２の長さの厚さを有し、前記第１の長さの幅を規定する互いに向かい合って配置された上面および下面と、前記第２の長さの厚さを規定する互いに向かい合って配置された一対の側面と、前記管路が貫通するように設けられる互いに向かい合って配置された一対の端面とを有し、前記管路と一体化されたケーシングと、
前記ケーシングの前記上面に設けられ、検出される流量に基づく情報を表示する表示部とを有し、
前記表示部は、
前記管路の軸方向に沿って一列に配列された複数の発光部からなるフローインジケータと、
前記流量検出手段により検出された流量に応じた速度で前記フローインジケータが順送り表示を行うように前記複数の発光部を順次点灯させる、または前記フローインジケータが前記流量検出手段により検出された流量に応じたレベル表示を行うように前記複数の発光部のうち検出された流量に応じた数の発光部を点灯させる制御手段と、
前記ケーシング内で前記上面と前記管路との間に収容され、前記複数の発光部が配置される回路基板とを含み、
前記本体部は、
前記検出部により検出される流量を数値表示するための数値表示部と、
前記流量に基づいた信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする流量センサ。 - 前記流量検出手段により正確に流量が検出されているか否かを判定し、正確に流量が検出されていないと判定した場合に警報信号を出力する判定装置をさらに備え、
前記数値表示部は、前記判定装置から出力された前記警報信号に基づいて警報表示を行うことを特徴とする請求項１記載の流量センサ。 - 前記流量検出手段により正確に流量が検出されているか否かを判定し、正確に流量が検出されていないと判定した場合に警報信号を出力する判定装置をさらに備え、
前記数値表示部は、前記判定装置から出力された前記警報信号に応答して前記警報信号が出力される前に前記流量検出手段により検出された流量を数値表示することを特徴とする請求項１記載の流量センサ。 - 前記流量検出手段により正確に流量が検出されているか否かを判定し、正確に流量が検出されていないと判定した場合に警報信号を出力する判定装置をさらに備え、
前記制御手段は、前記判定装置から出力された前記警報信号に基づいて前記複数の発光部のいずれかを点灯させることを特徴とする請求項１記載の流量センサ。 - 前記流量検出手段は、
超音波により流体のカルマン渦の変化を検出するカルマン渦検出手段と、
前記カルマン渦検出手段により検出されたカルマン渦の変化に対応するパルス信号を発生するパルス信号発生手段とを含み、
前記制御手段は、前記パルス信号発生手段により発生されたパルス信号に基づいて前記複数の発光部を順次点灯させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流量センサ。 - 前記流量検出手段は、
前記管路内に設けられ、カルマン渦を発生するための渦発生手段と、
前記管路を挟んで対向するように前記管路の外周面に配置された１対の超音波素子と、
前記１対の超音波素子により得られる信号に基づいて流体のカルマン渦の変化を検出するカルマン渦検出手段と、
前記カルマン渦検出手段により検出されたカルマン渦の変化に対応するパルス信号を発生し、前記判定装置に出力するパルス信号発生手段とを含み、
前記判定装置は、前記パルス信号発生手段から与えられる信号の信号レベルに基づいて、前記流量検出手段により正確に前記流量が検出されないことを判定することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の流量センサ。 - 前記検出部は、
前記管路内に設けられ、カルマン渦を発生するための渦発生部材と、
前記管路を挟んで対向するように前記管路の外周面に配置された１対の超音波素子と、
前記１対の超音波素子を前記管路側に押圧する１対の押さえ部および前記１対の押さえ部を連結する連結部を有する押さえ部材とを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流量センサ。 - 前記１対の超音波素子は、前記幅方向に並ぶように前記ケーシングに配置されたことを特徴とする請求項６または７記載の流量センサ。
- 前記ケーシング内で一方の超音波素子に前記幅方向において隣接するように設けられ、前記表示部を構成する回路基板を収納する収納空間を備えたことを特徴とする請求項８記載の流量センサ。
- 前記１対の超音波素子および前記管路の一部を密閉する密閉空間を前記ケーシング内に備えたことを特徴とする請求項９記載の流量センサ。
- 前記収納空間および前記密閉空間が一体化されたことを特徴とする請求項１０記載の流量センサ。
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