Flow rate transmitter
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前記アモルファスセンサ の周囲に巻いて、内部にアモルファスセンサを位置させる外部磁界キャンセル用コイルと、
前記アモルファスセンサ近傍に配備されて前記アモルファスセンサと同一方向の外部直流磁界を検出する磁気センサと、
前記磁気センサで検知した外部直流磁界に基づき前記外部磁界キャンセル用コイルに流す電流を制御する制御装置と、を備え、
アモルファスセンサに影響を及ぼす外部直流磁界を、前記外部磁界キャンセル用コイルにより発生した磁界により打ち消すことを特徴とした流量発信器。
本発明は、被測流体の流量に比例して回転する回転子の端面に埋設された発信磁石からの磁界をアモルファスセンサを用いて検出することにより、回転子の回転を検出して流量信号を発信する流量発信器に関する。
アモルファス（AMF）センサは、容積流量計に用いられる流量発信器に適用することができる。 容積流量計は、本体に設けられた計量室と、計量室内に回転可能に設けられた回転子とを有し、回転子と計量室との空間により排除される流体体積を基準量とし、回転子の回転数に比例した基準量から流量を計測する体積流量計である。 回転子は、流量に比例して回転する一対の非円形歯車として構成されて、計量室を設けた外筐内で噛合するよう配設されている。 流量に比例して回転する回転子の回転を検知するために、アモルファス（AMF）センサが用いられる。 アモルファスセンサは、1本又は複数本のアモルファスにコイルを巻回し、さらに非磁性体のケースで被覆し保護した棒状体である。
アモルファスセンサは、流量発信器として組み立てられて用いられる。 このような流量発信器は、アモルファスセンサの1個または2個を弾性的に挟持するホルダと、ホルダを挿入固着して容積流量計に装置可能とするケースとからなっている。 アモルファスセンサが取り付けられたホルダは、ホルダの下端部がケースの底部に達するまでケース内に挿入され、その後、ケースとホルダとの間を、ホルダと熱膨張係数が略等しいモールド材によりモールドされ互いに固着される（特許文献１参照）。
このようなアモルファスセンサに用いられるFe系(Fe-Si-B系)高磁歪のアモルファスの磁気特性は保磁力HcがO.40e(エールステッド)と小さく、これを臨界磁界とした角形の磁気ヒステリシス特性を有している。 すなわち、磁界の強さがO.40eを越えるとき、磁束反転が瞬時に生じ磁気ヒステリシス曲線に従って磁束密度Bmが急激に変化し大バルクハウゼン(Large Barkhausen)反転(LB反転)が生ずる。 コイルには、アモルファスのLB反転による急激な磁束変化に従ってパルス電圧が生ずる。 すなわち、アモルファスセンサは、磁界の強さが臨界磁界を越したときパルス電圧が出力することを利用した磁気センサである。
図２は、一対の非円形回転子Ａ、Ｂと、アモルファス（ＡＭＦ）センサの従来技術に基づく相互関係を示す図である（特許文献２参照）。 図示したように、一方の回転子Ａの端面に、発信磁石Ｎ、Ｓが、端面と同一面となるように埋設されている。 発信磁石は、回転子の少なくとも一方の端面に、短い柱状の発信磁石が互いに反対の磁極があらわれるように長軸上に埋設されている。 アモルファス（AMF）センサは、回転子Ａ、Ｂの回転により発信磁石Ｎ、Ｓと対向する位置において、外筐等に介装される。 回転子の1回転当り2パルスの流量信号が発信される。
被測流体が高温或いは低温でアモルファスセンサの使用温度を越える場合、流量計本体と計数部を離す必要があり、その場合高透磁率のパーマロイが継鉄として用いられる。 この継鉄によって、回転子に埋め込まれた磁石の磁気をアモルファスセンサまで伝達している。 発信磁石からアモルファスセンサに達するまでに継鉄部分で漏洩磁束により減磁するので、継鉄の径は発信磁石外径よりも大きくして磁気抵抗を小さくし、アモルファスセンサ側で狭小端を形成している。
回転子に埋め込まれている磁石は小型で、継鉄の長さは１５０ｍｍあるものもあり、また、継鉄を用いると不要な地磁気も集めてしまうため、より地磁気の影響を受け易く、従ってアモルファスセンサに伝達される磁界は、僅かな大きさとなってしまう。 そのため、アモルファスセンサが地磁気の影響によって、ＮかＳ極のどちらかにバイアスされてしまっていると、検出ができなくなってしまうという問題が生じる。
本発明は、係る問題点を解決して、回転子に埋め込まれている発信磁石からアモルファスセンサに伝達される磁界の強さが小さいものとなっても、地磁気の影響を受けて誤作動することなく発信磁石からの磁界を正常に検出することを目的としている。
本発明の流量発信器は、被測流体の流量に比例して回転する回転子の端面に埋設された発信磁石からの磁界をアモルファスセンサを用いて検出することにより、回転子の回転を検出して流量信号を発信する。 この流量発信器は、アモルファスセンサ近傍に置かれた外部磁界キャンセル用コイルと、アモルファスセンサ近傍に配備されてアモルファスセンサと同一方向の外部直流磁界を検出する磁気センサと、磁気センサで検知した外部直流磁界を打ち消すように外部磁界キャンセル用コイルに流す電流を制御する制御装置とを備え、アモルファスセンサに影響を及ぼす外部直流磁界を、前記外部磁界キャンセル用コイルにより発生した磁界により打ち消す。
本発明は、地磁気を含む外部磁気を検出し、その分を打ち消すようにアモルファスセンサの近傍に置いた外部磁界キャンセル用コイルに電流を流すことにより、アモルファスセンサは常に実質上ゼロ磁界の中で動作するようになるため、安定した検出が可能になる。 アモルファスセンサは、地磁気の影響を受けなくなり、実際に設置される方位の影響を受けることがない。
以下、例示に基づき本発明を説明する。 図１は、本発明に基づき構成される、一対の非円形回転子Ａ、Ｂとアモルファス（ＡＭＦ）センサの相互関係を示す図である。 図示したように、一方の回転子Ａの端面に、発信磁石Ｎ、Ｓが、端面と同一面となるように埋設されている。 発信磁石は、回転子の少なくとも一方の端面に、短い柱状の発信磁石が互いに反対の磁極があらわれるように長軸上に埋設されている。 アモルファス（AMF）センサは、高透磁率のパーマロイが用いられる継鉄の端部に対向する位置において、外筐等に介装される。 この継鉄は、回転子に埋め込まれた発信磁石Ｎ、Ｓの磁気をアモルファスセンサまで伝達するためのものであるが、この継鉄を用いることなく、アモルファスセンサを、直接発信磁石Ｎ、Ｓと対向する位置に取り付けることも可能である。 回転子の1回転当り2パルスの流量信号がアモルファスセンサから発信される。 以上の構成は、図２を参照して説明した従来技術と同じ構成にすることができる。
ここに例示の構成は、さらに、アモルファスセンサ近傍に置かれた外部磁界キャンセル用コイルを備えている。 このコイルは、それにより発生した磁界により地磁気を含む外部磁界の影響を打ち消すためのものである。 アモルファスセンサは、非常に高感度な故に、センサの感度ぎりぎりで動作させてしまう場合には、外部磁気（地磁気）の影響を受けてしまい、最悪信号が検出できなくなってしまう。 それを解決するために、アモルファスセンサ近傍に、例えば地磁気検出のジャイロに使われるような高感度のアナログ磁気センサを配備する。 この地磁気センサで検知した直流磁界を打ち消すように外部磁界キャンセル用コイルに電流を流し、アモルファスセンサは常にゼロ磁界の中で動作するようにする。
図３は、アモルファスセンサに対する外部磁界の影響を説明する図である。 回転子の回転により発信磁石Ｎ、Ｓにより、図示したような正弦波状の磁界が発生する。 図３（Ａ）に示すように、外部磁界の影響が無いとすれば、アモルファスセンサ（ＡＭＦ）は、磁界の強さが正負両方向に臨界磁界（0.40e）を越したときパルス電圧を正常に出力する。 しかしながら、図３（Ｂ）に示すように、発信磁石Ｎ、Ｓにより発生した正弦波状磁界は、地磁気による直流磁界の影響を受けているとき、その直流磁界の方向に応じて正負いずれかの側にバイアスされた状態にある。 このとき、前述したように、発信磁石Ｎ、Ｓにより発生した磁界が、地磁気の影響を無視することができない程に非常に小さなものである場合、臨界磁界の0.40eの値は、地磁気と同程度であるに過ぎないので、図示したように、正弦波状磁界が、臨界磁界に達することができない程に影響を受けて、パルス電圧が抜けてしまうということも生じる。
外部磁界キャンセル用コイルの位置は、アモルファスセンサの近傍に配置する。 例えば、アモルファスセンサの周囲にコイルを巻いて、コイル内部にアモルファスセンサを位置させる等、発生磁界が外部磁界をキャンセルすることのできる任意の位置に配置することができる。 アモルファスセンサは、通常、非磁性体ケースに収容されて用いられ、また、従来技術として前述したように、アモルファスセンサは、流量発信器として組み立てられて用いられるとき、ホルダに弾性的に挟持され、このホルダがケース内に挿入固着されるのが通常であるが、外部磁界キャンセル用コイルは、アモルファスセンサを収容する非磁性体ケースの周りに、或いは、流量発信器のホルダの周りに巻くことができる。
アモルファスセンサ近傍の地磁気を含む外部磁界を検出する磁気検出センサは、例えば、流量発信器ケース内部或いは外部等の、アモルファスセンサ近傍の任意の位置で、アモルファスセンサの検出方向と同一方向の直流磁界を検出するように取り付けられる。 この磁気検出センサにより検出された外部直流磁界を打ち消すように、アモルファスセンサ近傍に置かれたコイルに流す電流を制御する。 この電流制御は、例えば、図１に示すように、磁気センサにより検出され、かつ増幅された値によって、直流電源からコイルに流す直流電流の値を制御することにより行うことができる。 これによって、アモルファスセンサは常に実質上ゼロ磁界の中で動作させるようにして、安定した検出を行う。
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