JPS6326845B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は流体の流量を計測する流量センサの全
体構成に関する。

従来例の構成とその問題点 流体の流量を計測する手段として所謂計測器と
しての電磁流量計など各種流量計を初め様々な形
式があるが、流量計測器としてではなく流体を扱
う機器や自動車などの流量センサとして使用され
る用途も近年増加してきており、この場合小型で
機器等に組込易い形式のものが要求される。その
一方式としてセンサ部の構成が比較的簡易なボー
ル周回式流量センサの形態があり、その従来例を
第１図、第２図に於いて説明する。両図に於いて
１０１は断面円形の環状通路でこの通路の外周に
１０２の流入通路と１０３の流出通路が開口し、
環状通路１０１内には球体１０４が挿入されてい
る。流体が図中実線の矢印の方向に環状通路１０
１内を環流しながら流入通路１０２から流出通路
１０３へ流れ、それと共に球体１０４も破線の矢
印の方向へ環状通路内を周回運動する。この球体
の周回の回転数は流体の流量に比例するなど相関
がある為、球体の回転数を図示してない光センサ
などでパルス的に検出し制御回路を通して流量を
計測する。第２図は第１図と同様であるが、流出
通路１０３が環状通路１０１の中央から流路面に
垂直方向に流出するよう構成された場合である。
いずれの場合もこれら従来例の問題点として、ま
ず第１に流量抵抗が大きいことが上げられる。環
状通路を形成している為流路の入口出口が方向変
換しそれによる曲がり損失を生じると共に、環流
が流入通路付近で流入の流れと交錯して流入抵抗
となり損失を生じ、更に球体の周回が促進するよ
うに球体が環状通路断面に近い大きさで形成され
ている場合にも大きな流路抵抗となる。また流入
通路１０２に球体の周回を円滑にするようノズル
を設けた場合更に大きな流路抵抗となる。第２に
センサとしての構造が大きくなり易いなど構成上
の課題がある。

上記のように通路抵抗が大きくなる為それを低
減するよう通路径を大きくする必要があり、また
通常の直管などに対し環状通路を形成しておりそ
の分のスペースが必要でありセンサ全体として前
後の通路に対し大型になる。加えて流入通路１０
２に対し流出通路１０３の方向がある程度限定さ
れることになり、センサとして機器などに組込む
場合の構成上の制約を生じたり全体の大型化につ
ながり易いなどの問題点がある。第３に、球体が
比較的大きくなり易い環状通路１０１を周回する
為その運動量も大きく、球体と環状通路外周面と
で摩擦する時の騒音が大きいなど特性上の欠点も
あげられる。また他の従来例としては特開昭50−
51758号公報、及び実開昭47−3762号公報がある。
しかしながら特開昭50−51758号公報は、ボール
が３点に接触する構成であるため、流量が急変時
には遠心力の変化によりボールの接触点（少なく
とも２点）が変化し、ボールの回転が不安定にな
ると言う問題がある。またボール回転位置の中心
部には中心ボス部を有しているため、ボールの直
径は、中心ボス部の外周と流路の外周の間に入る
直径のボール径に限定される。従つて、ボール径
を変えることにより検出範囲等を可変する手段が
取りにくい構成であつた。更にボールの下流側に
は整流用の第２のスピンナーを設けているため、
この整流部における圧損が大きいと言う問題もあ
つた。

一方、実開昭47−3762号公報は、回転する物体
を単に格子により下流へ流れることを止どめる構
成であり、一定の軌道を周回することは困難であ
るとともに、旋回流が格子を通過する際には圧損
が大きいとも推考される。

発明の目的 本発明は上記従来の流量センサの欠点に鑑み、
流体を扱う機器や自動車などの流量センサに適用
し易い高性能で小型コンパクトな流量検出装置を
提供することを目的とする。

発明の構成 上記目的を達成する為に本発明は、流路中に設
けられた流体を軸流旋回させる固定羽根車と、前
記旋回流の中に位置し流れの方向に対し垂直方向
に周回する球体と、前記球体を前記旋回流の範囲
内に止どめる流出防止手段と、前記球体の周回の
回転数を検出する検出手段と、前記固定羽根車と
前記流出防止手段の間に設けられ前記流路の中心
から前記流路の内壁までの全域にわたり旋回流を
生じさせる球体周回室とを有し、前記流出防止手
段は前記球体が周回する流路断面を上流側に拡大
したドーナツ型の流出防止手段部を有する流量検
出装置を構成するもので、以下本発明の一実施例
を図面と共に説明する。

実施例の説明 第３図で、１は流路２を形成するためのハウジ
ングで、ハウジング内の上流側には流体に旋回流
を与えるための回転しない固定羽根車３が圧入等
により固定されている。羽根車３の下流側には流
体の旋回流により流路内を周回する不透明樹脂の
球体４と、球体４が下流側に流出するのを防止す
ると共に球体４が周回するための受けとなる流出
防止部材５がある。球体４と流出防止部材５も前
記ハウジング１内に収納されており、流出防止部
材５はハウジング１に圧入等により固定されてい
る。尚流出防止部材５は球体４が接触し周回する
部分の断面が流路内壁とで上流側に拡大したテー
パ状のドーナツ型で形成しており、球体４が周回
しうる固定羽根車３との適当な距離に位置してい
る。

また固定羽根車３と流出防止部材５の間に設け
られた球体周回室１３は流路中心から流路内壁ま
での全域にわたり旋回流が生じる構成であり、こ
の旋回流の中で球体４が周回する。更に球体４の
周回の回転数を検出するために、球体の周回部外
周のハウジングに流路１を横断する貫通孔６が設
けられ、発光素子７とそれに対抗する位置に受光
素子８があり、其々の素子は頭部が流路に突出し
ないよう望むと共にゴムパツキン等のシール部材
９，９′でシールされ接着材等によりハウジング
１に固定され、外部に素子の端子及びリード線１
０，１０′が引き出されている。以上が流量検出
装置１１の全体構成であり、ハウジング１は通常
の配管部材と類似の形態で形成されており、通常
配管に直接接続可能とするため流路の出入口はメ
スネジ１２，１２′で構成されている。以上が構
成であり次に動作について述べる。

流路検出装置１１は流体が図中矢印の方向から
ハウジング１内に流入し、流入流体は固定羽根車
３で旋回し、その流体の旋回流により球体４が運
動力を得て、流出防止部材５とハウジング内壁に
接触する位置で流体の流れの方向に対し垂直方向
に流路２内を周回することになる。その周回によ
る回転数は流体の流量に相関し、本構成の場合比
例関係となり、球体の回転数を発光素子７と受光
素子８で光学的に検出することにより流体の流量
が測定される。球体は不透明体であり発光素子と
受光素子の間の光を遮断するものは球体のみであ
り、球体１回転当り２パルスが出力され、リード
線１０，１０′が接続される図示してない制御回
路により流量として検出されることになる。球体
４の材質は流体の種数によつて変えるなど、特に
特定されるものではないが、樹脂など非金属材料
の軽量な材質を使うことにより流体の最少検出流
量を下げられるなどの点で有利となる。流体に旋
回流を起こさせる手段として実施例では固定羽根
車を使用しているが、平板ねじり部材や数個の斜
孔がある円筒部材など手段は各種ある。実施例で
示した流体旋回手段としての羽根車は抵抗が少な
くてより強力な旋回流を発生させるのに有効であ
り、流出防止手段としての断面テーパ形状は球体
と同軌道で安定して周回させるのに有効である。
しかしながら、流路は球体の周回部を除き断面円
形に限定されるものではない。尚、流量検出装置
１１は湯沸器の水やガス及び空気など、自動車の
ガソリンや水及び空気など其々の流量センサとし
て、各種機器、機械に適用されるもので、出入口
は配管ネジ構成にしてあり流体の通路の一部とし
て構成できる。

発明の効果 以上が本発明の構成であり次に効果を述べる。

() 流出防止手段は球体が周回する流路断面を
上流側に拡大したドーナツ状の流出防止手段部
を備えているから、球体は流出防止手段部の軌
道面を常に２点で接触しながら同一軌道を周回
するため検出精度が高い。また流量計測時に流
量が急変した時においても球体は流体の下流側
への力を受けることにより、常に流出防止手段
の軌道面に２点で当接され球体の軌道は変わら
ないため過度状態においても検出精度が確保さ
れると言う効果を有している。

() センサ部としては固定羽根車と球体と流出
防止手段であり、固定羽根車は流路径に対し低
抵抗であり、球体も流路内で軸流に対し周回す
る構成で流路径よりも一段と径小であり、また
流出防止手段も、旋回流を妨げないドーナツ形
状であるため全体として流量抵抗が極めて小さ
い。又従来のボール式流量センサとの比較にお
いても、流路の極端な曲がりがない。流動自体
の干渉がない、球体の大きさは流路に対しより
径小に設けられるなど流体の流量抵抗は極めて
小さくなる。

() 球体が周回する流路の中心部にはボス部が
無いため球体の直径を可変することが可能であ
る。これにより球体の回転数を変えることが可
能であり、流体の種類に応じて回転数を任意に
設定可能となり用途に最適な設計が出来る。ま
た中心部にボス部が無いため光検出においては
球体１回転当り２パルスの出力信号を得ること
ができ、計測時の分解能が向上する効果も有し
ている。

以上のような効果を有し、従つて本発明の流量
検出装置は機器等への適用性が大幅に図れるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来例のボール周回式流量セ
ンサの流路断面図、第３図は本発明の流量検出装
置の流路断面図である。 ２……流路、３……固定羽根車、４……球体、
５……流出防止部材、７……発光素子、８……受
光素子、１１……流量検出装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流路中に設けられ流体を軸流旋回させる固定
   羽根車と、前記旋回流の中に位置し流れの方向に
   対し垂直方向に周回する球体と、前記球体を前記
   旋回流の範囲内に止どめる流出防止手段と、前記
   球体の周回の回転数を検出する検出手段と、前記
   固定羽根車と前記流出防止手段の間に設けられ前
   記流路の中心から前記流路の内壁までの全域にわ
   たり旋回流を生じさせる球体周回室とを備え、前
   記流出防止手段は前記球体が周回する流路断面が
   上流側に拡大したドーナツ状の流出防止手段部を
   有する流量検出装置。 ２ 球体は非金属材料で形成してなる特許請求の
   範囲第１項記載の流量検出装置。