JPS62228913A - 容積型流量計 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、一対の非円形ロータの周部を噛合せしめてな
る容積型流量計に関するものである。

［従来技術及び発明が解決しようとする問題点］従来、
この種容積型の流量計のなかには、互いに噛合する一対
の非円形ロータ（回転子）のうちの一方のロータに所定
の周幅を有した反射面部と非反射面部とからなる反射部
を設け、流体の通過に伴いロータが回転した際に、光セ
ンサによるパルス信号を検知計数することで流量計測す
るようにしたものがある。しかるにこのものにおいて検
出精度を高めるには、反射面部と非反射面部との周幅を
狭くしてパルス信号を細分化する必要があるが、このよ
うにすると反射部の加工や取付けが極めて難しくなると
いう欠点がある。さらにこのものは、流体が逆流した場
合であっても光センサによるパルス信号には特別な変化
がないので、逆流したとしてもこれを判別できず、この
ため逆流の惧れがある流路には設けることができないと
いう欠点があり問題になっている。

［問題を解決するための手段］ 本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの欠点を一掃す
ることができる容積型流量計を提供することを目的とし
て創案されたものであって、一対の非円形ロータの周部
を噛合せしめてなる容積型流量計において１両ロータに
、反射面部と非反射面部を所定の周幅で交互に配してな
る光センサ用の反射部をそれぞれ形成し１周幅に応じた
パルス信号（以下「周幅パルス」という）をそれぞれ独
立して検知可能に構成すると共に、前記両ロータの反射
部を、一方の反射部の反射面部または非反射面部の周幅
パルス内で、他方の反射部の反射面部から非反射面部へ
のパルス変化または非反射面部から反射面部へのパルス
変化があるように位相差を設けて構成し、周幅パルス変
化を計数することでロータの回転角に応じた流量算出を
行うように構成したことを特徴とするものである。

そして本発明は、この構成によって、殊更反射部の周幅
を狭くしないでも精度の高い流量計測ができ、しかも逆
流量の計測も確実に行うことができるようにしたもので
ある。

［実施例］ 次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図面
において、１は容積型流量計のケーシングであって、該
ケーシング１には、流入管２、排出管３がそれぞれ設け
られていて、流入管２からケーシング１を経て排出管３
に至る流体の流路が形成されている。ケーシング１には
、非円形（楕円形）をしていて、周部に形成した歯体５
ａ、６ａが互いに噛合する状態で組込まれる第一および
第二の一対のロータ（回転体）５．６が、９０度の位相
差を有する状態で支軸５ｂ、６ｂを介して回動自在に軸
承せしめられている。そしてこのロータ５，６が、流体
の通過に応じて強制回動せしめられるようになっている
。

一方、前記ロータ５，６の一側面には反射部７．８がそ
れぞれ形成されているが、実施例のものでは、何れの反
射部７．８も、中央のリング部から反射面部７ａ、８ａ
を放射状に複数（本実施例ではそれぞれ八個）突出せし
めたものを、ロータ５．６の一側面に取付けることによ
って形成されるものであり、この様にしてロータ５，６
の一側面には、反射面部７ａ、８ａと非反射面部（ロー
タ５゜６の素材、例えばカーボン自体がそのまま露出し
ていて光反射をしないようになっている部位）７ｂ、８
ｂとが後述するように所定の周幅を存して軸芯回りに交
互に配された反射部７．８が形成されている。一方、９
、ｌＯは投受光素子からなる光センサであって、該光セ
ンサ９．１０は、流体の流下方向に沿って左右に配され
ていて、その光軸が、流体の流下方向と平行なり−Ｂ線
、Ｃ−Ｃ線上にそれぞれ位置するようになっており、こ
れによって第一光センサ９は第一ロータ５に設けた第−
反射部７の、また第二光センサ１０は第二ロータ６側の
第二反射部８のセンサをしてそれぞれ独立したパルス信
号を検知できるようになっている。尚、ここで１１は○
−リング、１２はケーシング蓋体に内装される制御部、
１３は光軸線上に設けられる透光板、　１４は光軸を決
定すべくケーシングに穿設した透孔である。

次に、各反射部７．８の反射面部７ａ、８ａと非反射面
部７ｂ、８ｂの周幅について検討するが、まず第一ロー
タ５を例にして反射面部７ａの大きさについて述べる。

そこで第一ロータ５の回転角θと、該回転角θによって
吐出される流量Ｑとの関係について求めると、第５図に
示されるような特性曲線Ｇが得られる。これを式で示す
と次の通りになる。

ここで、ａはロータ５の長軸半径、ｂは短軸半径、ｈは
歯幅、θ。は第一ロータ５の回転角度で、長軸Ｂ−Ｂ線
上の位置を０゜二〇と設定する。またθ、は第一ロータ
５が０゜回転したときの第二ロータ６の回転角度、θ２
はＡ−Ａ軸と第一ロータ５の長軸とのなす角度（但し、
θ２＝１π／２−θ。１とする）と設定すると、 ε＝　（ａ−ｂ）　／ｂ ７２＝　ａ　／　（１＋　ｔ　ｓｉｎ”θ。）γ１＝　
ａ　＋　ｂ−γ２ θ、＝ｓｉｎ−１３フｇ となり、流量Ｑを Ｑ＝ｆ（θ。）　　　（但し、０くθ。≦π／２）Ｑ＝
ｇ（θ。）　　　（但し、π／２くθ。≦π）とすると
、流量Ｑと第一ロータ５の回転角度θ。どの関係は次式
となる。即ち、 Ｑ＝ｆ　（θ。） ＝ｈＸ１／４　（（ａ”−１／２　（ａ＋ｂ）　−／”
ａ下）　π＋ａ”　（θ□−０２）＋ａ　ｂ（ａ−ｂ）
　［５ｉｎ２Ｑ、／（（ａ＋ｂ）−（ａ−ｂ）ｃｏｓ２
θ２）−ｓｉｎ２θｘ／　（（ａ＋ｂ）−（ａ−ｂ）ｃ
ｏｓ２θ、）］＋（ａ＋ｂ）（丁Ｔ（ｔａｎ−”　（ｆ
肝１ｔａｎθ、）　−ｔａｎ−’　（ｆ「τｔａｎθ、
））］Ｑ＝ｇ（θ。） ＝ｆ（π／２）　＋ｆ　（ｌπ／２−０２１）これによ
って第一ロータ５が０からπまで回転するときの流量Ｑ
が求まり、この二倍が第一ロータ５が一回転した際の全
流量となる。そこで第５図において、縦軸に流量Ｑを横
軸に回転角０をプロットし、縦軸の片側にはパルス幅Ｗ
を等しくした場合のパルス信号Ｐ１が示されている。

この様に、パルス信号Ｐ工のパルス幅Ｗに対応して流量
Ｑを均等に分割し、各分割線と特性曲線Ｇとの各交点か
ら垂線を横軸に向って下し、各交点に対応する回転角値
をそれぞれ求める。そしてこれら回転角値が反射面部７
ａと非反射面部７ｂとの分境位置になり、その差が反射
面部７ａおよび非反射面部７ｂの周幅になる。

例えば、第３図に示されるように、第一ロータ５の長軸
がＢ−Ｂ線上に位置した状態を回転角θ二〇とし、Ｂ−
Ｂ線上に第一光センサ９を設置し′　　た場合、長軸上
の第−反射部７の反射面部７ａを第一反射面部Ａ工４、
該第−反射面部Ａ　１　Ｌの回転後側の非反射面部７ｂ
を第一非反射面部Ｂ１□、以降回転方向に順次第二反射
面部Ａ１２．第二非反射面部Ｂ□２．・・・とじた場合
、第一反射面部Ａ１□は周幅ａ□４．第４．第−面部Ｂ
□１は周幅ｂ１い以降、Ａ　１！　”　ａ　１２、Ｂｘ
ｚ＝ｂｘｚ、　　。００．Ａ４ｎ＝ａ１ｎ。

Ｂ１ｎ＝ｂＬｎとなる。ここで実施例では、分割数ｎ（
反射面部数＋非反射面部数）＝１６である。

次に、第二ロータ６がＣ−Ｃ軸上に設けられた第二光セ
ンサ１０によって第一ロータ５に対して９０度の位相差
出力を得る方法として、第一ロータ５に設けた反射部７
の反射面部Ａｉｎ及び非反射面部Ｂ１ｎのそれぞれ１／
２の等流量位置に、第二反射部８の反射面部Ａ２ｎ、非
反射面部Ｂ、ｎの境界を形成するように第二反射部８を
設定しておく。ここで前述した各式を適用して、第−反
射部７の任意の反射面部、非反射面部における１／２の
等流量位置の第一ロータ５の回転角θ。より第二ロータ
６の回転角θ、を求めると、第二ロータ６のＣ−Ｃ軸か
ら、第０反射面部Ａ　２ｎ、第ｎ非反射面部Ｂ２ｎに相
当する周幅ａ　、ｎ、ｂ　、ｎが求まる。そしてこの様
に設定された反射部８を第二ロータ６に軸合せされる状
態で組み込めば、第一ロータ５の場合と同じくパルス幅
Ｗによって与えられる第二パルス信号Ｐ２が、前記第一
パルス信号Ｐ１と９０度の位相差を生じた状態で［１さ
れることになり、このようにして、第一、若しくは第二
反射部７．８の反射面部または非反射面部の周幅パルス
内で他側反射部８、若しくは７の反射面部から非反射面
部へのパルス変化、または非反射面部から反射面部への
パルス変化があるように設定されている。

そしてこれら独立して検知されたパルス信号Ｐ工、Ｐつ
は制御部１２に入力することになるが、この制御部１２
では、これら入力したパルス信号ｐ１．ｐ、を次のよう
に変換して出力するようになっている。即ち制御部１２
は実施例においては単安定マルチバイブレータＭ（例え
ば株式会社　東芝製のＴＣ４５３８）を八個使用して形
成されるものであり、出力単安定パルス幅は外付は抵抗
１５と外付はコンデンサ１６の時定数で決定されるが、
その入力ゲートＡ、Ｂ、ＣＤ、並びに出力ゲートＱ、Ｑ
は次の表に示すような真理値が与えられている。

表 ここで、「Ｈ」はパルス信号が高い状１！（反射面部に
相当する信号）を、ｒｌＪはパルス信号が低い状態（非
反射部に相当する信号）を、「↑」はパルス信号が低い
状態から高い状態に変化することを、「↓」は逆に高い
状態から低い状態に変化することを、［口Ｊ、ｒＬＩｊ
は対応するピークパルス信号であることを、さらに「申
」は存在しないケースをそれぞれ意味するものである。

そして前記各マルチバイブレータＭ１〜Ｍ８を次のよう
に設定する。即ち第６図において示す如く、ロータ５．
６の順回転において、マルチバイブレータ町は第二パル
ス信号Ｐ２がｒＬＪで第一パルス信号Ｐ□が「↑」とな
ったときに、マルチバイブレータＭ２は第一パルス信号
Ｐ４がｒＨＪで第二パルス信号Ｐ２が「↑」となったと
きに、マルチバイブレータちは第二パルス信号Ｐ２がｒ
ＨＪで第一パルス信号Ｐ工が「↓」となったときに、マ
ルチバイブレータＭ４４は第一パルス信号Ｐ１が「Ｌ」
で第二パルス信号Ｐ２が［↓」となったときにそれぞれ
トリガパルス信号を発するように設定され、これら各マ
ルチバイブレータ町〜Ｍ、の出力信号がオア（ＯＲ）回
路１７を介してパルス出力されるようになっており、こ
れによって、両反射部の「Ｈ」、ｒｌＪの周幅パルス内
においてそれぞれ変化する他側パルス信号の互いのパル
ス変化が全て出力されることになり、これによってパル
ス信号Ｐ工の一周期で都合四回のピーク信号が出力され
るようになっている。一方、ロータ５，６が逆回転した
場合には、パルス信号Ｐ１、Ｐ２は、前記とは逆の関係
で発せられることになり、これをそれぞれマルチバイブ
レータ本〜Ｍ８を用いて個別に出力し、これをオア回路
１８を介して同様にパルス出力することになり、逆回転
の場合にも順回転の場合と同じピーク信号が出力される
ようになっている。そして図示しない計数手段によって
順回転のカウント数ＦＰと、逆回転のカウント数ＲＰと
をそれぞれ計数し、両者の差、即ち、ＮＰ　＝　ＦＰ　
−ＲＰ によって正味のカウント数ＮＰが算出され、これに１パ
ルス当りの流量Ｑを乗することによって順回転方向の正
味の流量を計測できるようになっている。

叙述の如く構成された本発明の実施例において、液体の
流量は、ハウジング１を通過する際にロータ５，６を回
転することによって算出されるものであるが１本発明に
おいては、逆流があった場合に、これを正確に検知して
、逆流分を相殺補正した正味の流量を正確に算出するこ
とができることになる。

即ち、本発明においては、両ロータ５，６に反射部７．
８を設け、しかもこれら反射部７．８は、これらによっ
て個別的に検知されるパルス信号ＰいＰ２が、一方の反
射部の反射面部または非反射面部の周幅パルス内で、他
方の反射部の反射面部から非反射面部へのパルス変化ま
たは非反射面部から反射面部へのパルス変化があるよう
に９０度の位相差を存するようになっているので、周幅
パルス内でのパルス変化をピーク信号として計数するこ
とによって、−周期の間に２最大四個までのピーク信号
が観測されることになり、従ってこのピーク信号を計数
して、これに−回のピーク信号に相当する流量Ｑを乗ず
れば、最大限四倍までの分解能による流量計測ができる
ことになる。従って、反射部における反射面部と非反射
面部の周幅を何ら狭くすることなく極めて精度の高い流
量計測が可能となる。

さらに本発明においては、一方の反射部の反射面部また
は非反射面部の周幅パルス内で、他方の反射部の反射面
部から非反射面部へのパルス変化または非反射面部から
反射面部へのパルス変化があるように位相差を設けて構
成し、周幅パルス内でのパルス変化を計測するようにし
たので、一方の周幅パルス内での他方のパルス変化の出
方には、ロータ５．６の順回転と逆回転とでは逆の関係
として区別してｗｔ測され、従ってこれを別個に把握し
て個別的に出力し、それぞれを計数すれば順回転、逆回
転量を計測でき、さらには両者の差に基づいて正味の流
量を正確に計測できることになり、もって光センサ方式
の容積型流量計であっても逆流による補正が正確に成さ
れた状態で流量計測ができることになる。しかも実施例
のように順逆どちらの場合にも最大限４倍の分解能によ
る流量計測ができることになり都合がよい。

尚、本発明は前記実施例に限定されるものでないことは
勿論であり、反射部の反射面部と非反射面部との周幅は
、実施例の如くロータの回転角とその回転角から求めら
れる一定の流量に相当する角度に設定した場合には、非
円形ロータの回転による各周部に対応した正確で精度の
高い流量計測が出来るものであるが、この様な補正をす
ることなく周幅を一定ピッチとし、−ピッチにおける平
均流量に基づいて流量計８１１１をするようにしても良
いものであり、また、必ずしも四倍の分解能を有するこ
となく、第８図に示す如く分解能の低いものあるいは二
倍の分解能とすることもでき、これらは必要において随
意に選択できるものである。

さらに第−反射部と第二反射部との位相差は、一方の反
射部の反射面部または非反射面部の周幅パルス内で、他
方の反射部の反射面部から非反射面部へのパルス変化ま
たは非反射面部から反射面部へのパルス変化があるよう
に設定されていれば、必ずしも９０度である必要はない
が、理論上９０度とすることが好ましく、この様にする
ことによってより正確な流量計測ができることになるこ
とは言うまでもない。

また１本発明を実施した容積型流量計は、単に流体の流
量を計測する流量計測計に用いるのみでなく、これを吐
出ポンプに用いれば、順方向、逆方向の吐出制御を正確
に行うことができるもので゛　ある。

［作用効果コ 以上要するに、本発明は叙述の如く構成したものである
から、両ロータに設けた反射部によって独立的にｔｔｏ
ｔｑされるパルス信号が、その位相差によって、一方の
反射部の反射面部または非反射面部の周幅パルス内で必
ず、他方の反射部の反射面部から非反射面部へのパルス
変化または非反射面部から反射面部へのパルス変化があ
り、従って、このパルス変化を計数することによって、
−周期のパルス信号において最大限四回のパルス変化を
計数でき、そしてこの計数されたパルス変化に基づいて
流量算出し得ることになり、この結果、反射部における
反射面部と非反射面部との周幅を何ら狭くすることなく
高分解能での流量計測ができるものである。しかもこの
ものは、ロータが逆回転した場合に、一方の反射部の周
幅パルスに対する他方の反射部のパルス変化が、順回転
の場合と逆の関係で観測されることになり、従って、こ
れを判別することによって順逆両方の流量計測が正確に
でき、もって、流体の流量を、逆流をも含めた状態で最
大限四倍の高分解能で計測可能な容積型流量計とするこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る容積型流量計の一実施例を示すも
のであって、第１図は容積型流量計の上部カバーを外し
た状態を示す平面図、第２図は容積型流量計の縦断面図
、第３図は反射部の平面図。 第４図Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれロータの作用説明図、概略
平面図、概略側面図、第５図は流量とロータ回転角との
関係を示すグラフ図、第６図はタイミングチャート図、
第７図は制御回路図、第８図は他側を示すタイミングチ
ャート図である。 図中、５．６はロータ、７．８は反射部、７ａ、８ａは
反射面部、７ｂ、８ｂは非反射面部、９．１０は光セン
サ、１２は制御部、Ｐｌ、Ｐ２はパルス信号である。 第６図 さ方向出力

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）一対の非円形ロータの周部を噛合せしめてなる容積
   型流量計において、両ロータに、反射面部と非反射面部
   を所定の周幅で交互に配してなる光センサ用の反射部を
   それぞれ形成し、周幅に応じたパルス信号をそれぞれ独
   立して検知可能に構成すると共に、前記両ロータの反射
   部を、一方の反射部の反射面部または非反射面部の周幅
   パルス内で、他方の反射部の反射面部から非反射面部へ
   のパルス変化または非反射面部から反射面部へのパルス
   変化があるように位相差を設けて構成し、周幅パルス変
   化を計数することでロータの回転角に応じた流量算出を
   行うように構成したことを特徴とする容積型流量計。 ２）前記反射部の反射面部と非反射面部との周幅は、ロ
   ータの回転角とその回転角から求められる一定の流量に
   相当する角度に設定されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の容積型流量計。 ３）前記何れか一方のロータ側の反射面部または非反射
   面部の周幅パルスを基準とし、他方のロータ側のパルス
   変化が、反射面部から非反射面に変化するか、あるいは
   非反射面部から反射面部に変化するかを判別し、該判別
   で順流と逆流を区別するように構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の容積型流量計。 ４）前記パルス変化の計数は、両反射部の周幅パルス内
   においてそれぞれ交互に変化するパルス変化を計数する
   様にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   容積型流量計。