KR102109916B1 - 전자 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공통 전극으로서 기능하는 이음새와 도통을 취하기 위한 구조를 간소화하고, 전자 유량계의 제조 비용을 낮게 억제하는 것을 과제로 한다.
측정관(13)과, 측정관(13)에 고정된 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)을 구비한다. 측정관(13)과 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)을 수용하고, 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)을 지지하는 케이스(2)를 구비한다. 측정관(13)과 협동하여 유체 통로(43)를 형성하는 통형부(42)를 가지며, 케이스(2)에 고정된 도전 재료제의 이음새(41)를 구비한다. 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)과 통형부(42) 사이에 끼인 접속 부재(55)를 구비한다. 접속 부재(55)는, 일단부와 타단부의 간격이 탄성 변형에 의해 미리 정해진 길이만큼 짧아지는 것이며, 통형부(42)와 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)의 실드 패턴(도체부)을 전기적으로 접속하고 있다.

Description

전자 유량계{ELECTROMAGNETIC FLOWMETER}

본 발명은, 측정관과 협동하여 유체 통로를 형성하는 이음새를 구비한 전자 유량계에 관한 것이다.

종래의 전자 유량계는, 예컨대 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 유량 신호를 얻기 위한 한쌍의 전극과는 별도로 피측정 유체와 접하는 전극(이하에서는 공통 전극이라고 함)을 구비하고 있다. 특허문헌 1에 개시된 공통 전극은, 링형으로 형성되어 측정관의 양단에 설치되어 있고, 측정용 회로에 리드선에 의해 접속되어 있다.

공통 전극은, 예컨대 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 전자 유량계의 케이스에 부착된 배관 접속용의 이음새에 의해 구성할 수 있다. 특허문헌 2에 나타내는 전자 유량계의 이음새는, 케이스 내를 향해 연장된 핀형의 단자를 갖고 있다. 이 핀형의 단자는, 커넥터를 통하여 리드선을 접속할 수 있고, 이들 커넥터 및 리드선을 통하여 측정용 회로에 접속할 수 있다.

또, 이음새와 측정용 회로를 전기적으로 접속함에 있어서는, 측정용 회로에 리드선을 통하여 접속된 단자를 이음새에 나사로 고정하여 행할 수도 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평 8-21757호 공보

특허문헌 2: 일본 특허 제5887683호 공보

특허문헌 1이나 특허문헌 2 등에 개시되어 있는 종래의 전자 유량계에서는, 공통 전극과 도통함에 있어서, 리드선과, 이 리드선을 공통 전극에 접속하기 위해 핀형의 단자, 커넥터, 나사 고정형의 단자 등의 부품이 필요하다. 더구나, 이음새에 세워져 설치된 핀형의 단자를 사용하는 경우는, 이 단자가 케이스를 관통하는 부분을 시일하기 위한 시일 부재가 더 필요해진다. 또한, 나사 고정형의 단자를 사용하는 경우에는, 이음새에 나사 구멍을 가공하는 작업도 필요해진다.

이 때문에, 전술한 종래의 전자 유량계에서는, 부품수나 조립 공정수가 많아져 제조 비용이 높아진다고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 공통 전극으로서 기능하는 이음새와 도통하기 위한 구조를 간소화하고, 전자 유량계의 제조 비용을 낮게 억제하는 것이다.

이 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 전자 유량계는, 측정 대상인 유체가 흐르는 측정관과, 상기 측정관이 관통하는 관통 구멍을 가지며, 이 관통 구멍에 상기 측정관이 통과된 상태로 상기 측정관에 고정된 프린트 기판과, 상기 측정관의 단부와 대향하는 위치에 접속구가 형성되고, 상기 측정관 및 프린트 기판을 수용하고 상기 프린트 기판을 지지하는 케이스와, 상기 케이스의 접속구에 삽입되어 상기 측정관과 협동하여 유체 통로를 형성하는 통형부를 가지며, 상기 케이스에 고정된 도전 재료로 이루어진 이음새와, 상기 프린트 기판과 상기 이음새의 상기 통형부 사이에 끼인 접속 부재를 구비하고, 상기 프린트 기판은, 상기 통형부와 대향하는 도체부를 가지며, 상기 접속 부재는, 상기 도체부에 접촉하는 일단부와 상기 통형부에 접촉하는 타단부의 간격이 탄성 변형에 의해 미리 정해진 길이만큼 짧아지는 것이며, 상기 통형부와 상기 도체부를 전기적으로 접속하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은, 상기 전자 유량계에 있어서, 상기 접속 부재는, 상기 측정관을 삽입할 수 있는 중공부를 갖는 링형으로 형성되어 있어도 좋다.

본 발명은, 상기 전자 유량계에 있어서, 상기 측정관의 외면에 설치된 전극을 더 포함하며, 상기 프린트 기판은, 상기 전극 및 상기 도체부에 접속된 측정용 회로를 갖고 있어도 좋다.

본 발명은, 상기 전자 유량계에 있어서, 상기 프린트 기판은, 상기 측정관의 양단부에 각각 설치되어 있어도 좋다.

본 발명은, 상기 전자 유량계에 있어서, 상기 도체부는, 상기 프린트 기판에서의 상기 통형부와 대향하는 한쪽 주면의 전역에 설치된 실드 패턴이어도 좋다.

본 발명은, 상기 전자 유량계에 있어서, 상기 접속 부재는, 상기 도체부에 접촉하는 제1 접촉부와, 상기 통형부에 접촉하는 제2 접촉부가 둘레 방향에서 교대로 나열된 금속제의 와셔에 의해 형성되어 있어도 좋다.

본 발명은, 상기 전자 유량계에 있어서, 상기 접속 부재는, 금속제의 접시 스프링에 의해 형성되어 있어도 좋다.

본 발명은, 상기 전자 유량계에 있어서, 상기 접속 부재는, 상기 측정관이 중앙부에 삽입된 금속제의 압축 코일 스프링에 의해 형성되어 있어도 좋다.

본 발명에 의하면, 프린트 기판과 이음새의 통형부 사이에 접속 부재가 끼인 상태로 이음새를 케이스에 부착함으로써, 프린트 기판의 도체부와 이음새가 전기적으로 접속된다. 이 때문에, 이음새와 프린트 기판의 도체부를 전기적으로 접속하기 위해 필요한 부품은, 접속 부재만이 된다. 이 접속 부재에 의한 이음새와 도체부의 접속은, 이음새를 케이스에 부착하는 과정에서 실현되기 때문에, 오로지 전기적 접속을 행하기 위한 작업은 불필요하다.

따라서, 하나의 접속 부재로 이음새와 프린트 기판의 도체부를 간단히 전기적으로 접속할 수 있기 때문에, 이음새와 도통하기 위한 구조가 간소화되고, 이음새와 도통하기 위한 작업이 간단해져 전자 유량계의 제조 비용을 낮게 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 전자 유량계의 케이스 부분의 단면도이다.
도 2는 케이스 부분의 평면도이다.
도 3은 전자 유량계의 케이스측의 분해 사시도이다.
도 4는 제1 및 제2 프린트 기판의 한쪽 주면을 나타내는 정면도이다.
도 5는 요부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 6은 접속 부재의 측면도이다.
도 7은 접속 부재의 정면도이다.
도 8은 접속 부재의 사시도이다.
도 9는 전자 유량계의 회로도이다.
도 10은 접속 부재의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 접속 부재의 변형예를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명에 관한 전자 유량계의 일실시형태를 도 1∼도 9를 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 나타내는 전자 유량계(1)는, 용량식의 것으로, 도 1의 하측에 위치하는 상자형의 케이스(2)와, 이 케이스(2)의 개구부(2a)를 막는 커버(3)를 이용하여 구성되어 있다. 도 1은, 케이스 부분의 평면도인 도 2에서의 I-I선 단면도이다.

케이스(2)는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 개구측(도 3에서는 상측)에서 볼 때 장방형상으로 형성되고, 장방형의 저벽(4)과, 저벽(4)의 긴 방향으로 연장되는 제1 및 제2 측벽(5, 6)과, 저벽(4)의 짧은 방향으로 연장되는 제3 및 제4 측벽(7, 8)을 갖고 있다. 제1 측벽(5)과 제2 측벽(6)은 서로 평행하게 형성되어 있다. 제3 측벽(7)과 제4 측벽(8)은 서로 평행하게 형성되어 있다. 이 실시형태에 의한 케이스(2)는 절연 재료인 플라스틱을 재료로 하여 미리 정해진 형상으로 성형되어 있다. 이 때문에, 저벽(4)과, 제1 및 제2 측벽(5, 6)과, 제3 및 제4 측벽(7, 8)은, 일체 성형에 의해 일체로 형성되어 있다.

이하에서는, 편의상, 저벽(4)과 개구부(2a)가 나열된 방향을 상하 방향으로 하고, 저벽(4)의 긴 방향을 좌우 방향으로 하고, 저벽(4)의 짧은 방향을 전후 방향으로 하여 설명한다. 케이스(2)의 좌측에는, 도 1에 나타낸 바와 같이 제3 측벽(7)이 위치하고, 케이스(2)의 우측에는 제4 측벽(8)이 위치하고 있다. 또한, 케이스(2)의 전측에는, 도 2에 나타낸 바와 같이 제1 측벽(5)이 위치하고, 케이스(2)의 후측에는 제2 측벽(6)이 위치하고 있다. 또한, 케이스(2)의 하단부에는 저벽(4)이 위치하고, 케이스(2)의 상단부에는 개구부(2a)가 위치하고 있다.

커버(3) 내에는, 유량을 연산에 의해 구하는 주연산부(9)가 설치되어 있다. 이 주연산부(9)의 구성은 후술한다.

케이스(2)의 저벽(4)에는 요크(11)가 부착되어 있다. 이 요크(11)의 전단부와 후단부에는 각각 여자 코일(12)이 설치되어 있다. 이 여자 코일(12)이 여자됨으로써, 요크(11)의 전단부와 후단부 사이에 자계가 생긴다. 요크(11)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 여자 코일(12)이 후술하는 측정관(13)과 동일한 높이가 되도록 저벽(4)으로부터 미리 정해진 높이만큼 개구부(2a)측에 위치 부여되어 있다. 이 때문에, 여자 코일(12)로부터 발생한 자계는, 측정관(13)을 전후 방향으로 가로지른다.

케이스(2)의 제1 및 제2 측벽(5, 6)에는, 제1 프린트 기판(14)과 제2 프린트 기판(15)이 각각 부착되어 있다. 제1 프린트 기판(14)은, 전후 방향과 상하 방향으로 연장된 상태로 제3 측벽(7)의 근방에 위치하고, 제2 프린트 기판(15)은, 전후 방향과 상하 방향으로 연장된 상태로 제4 측벽(8)의 근방에 위치하고 있다.

이들 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)은, 각각 사각형의 판형으로 형성되어 있다. 이들 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)의 중앙부에는, 각각 원형의 관통 구멍(16)이 형성되어 있다. 이 관통 구멍(16)에는 측정관(13)이 통과되어 있다.

측정관(13)은, 도시하지 않은 측정 대상인 유체가 흐르는 관이며, 세라믹에 의해 원통형으로 형성되어 있고, 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)의 관통 구멍(16)에 압입되어 있다. 측정 대상인 유체는, 도 1에서 좌측으로부터 우측으로 흐른다. 측정관(13)의 재질은, 전기 절연 재료라면 적절하게 변경할 수 있고, 예컨대 플라스틱이어도 좋다. 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)은, 이 측정관(13)의 양단부에 설치되어 있다. 또, 도시하지는 않지만, 제1 프린트 기판(14)과 제2 프린트 기판(15)의 사이에는, 측정관(13)을 덮는 실드 케이스를 설치할 수 있다.

측정관(13)의 외면에는 유량 측정용의 제1 및 제2 전극(21, 22)이 설치되어 있다. 또한, 측정관(13)의 외면에는 도전율 측정용의 제3 전극(23)이 설치되어 있다. 제1 및 제2 전극(21, 22)은, 측정관(13)을 상하 방향으로부터 사이에 끼우는 위치에 배치되어 있고, 제2 프린트 기판(15)에 설치되어 있는 유량 측정용 회로(24)에 접속되어 있다. 유량 측정용 회로(24)의 설명은 후술한다.

제1∼제3 전극(21∼23)은, 박막형의 금속 재료(예컨대 동박)로 이루어지며, 측정관(13)에 접착제에 의해 접착되어 있다.

제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은, 여자 코일(12)로부터 발생한 자계에 대하여 수직인 방향으로 서로 대향하여 배치되어 있다.

제3 전극(23)은, 측정관(13)의 좌측 일부를 전체 둘려에 걸쳐 덮는 형상으로 형성되어 있고, 제1 프린트 기판(14)에 설치되어 있는 도전율 측정용 회로(25)에 접속되어 있다. 도전율 측정용 회로(25)의 설명은 후술한다. 유량 측정용 회로(24)와 도전율 측정용 회로(25)는, 도시하지 않은 리드선을 통하여 후술하는 주연산부(9)에 접속되어 있다. 이 실시형태에서는, 이들 유량 측정용 회로(24)와 도전율 측정용 회로(25)가 청구항 3에 기재된 발명에서 말하는 「측정용 회로」에 상당한다.

제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)은, 측정관(13)의 양단부에 고정된 상태로 전후 방향의 양단부가 케이스(2)의 제1 및 제2 측벽(5, 6)에 부착되어 있다. 이와 같이 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)이 케이스(2)에 부착됨으로써, 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)과 측정관(13)이 케이스(2)에 수용된다.

제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)을 케이스(2)에 부착하는 부착 구조는, 케이스(2)의 제1 및 제2 측벽(5, 6)에 형성된 가이드홈(26)에 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)의 전후 방향의 양단부를 삽입하는 구조이다. 가이드홈(26)은, 상하 방향으로 연장되는 한쌍의 돌기(27, 27)끼리의 사이에 형성되어 있다. 이 부착 구조는, 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)이 케이스(2)에 대하여, 마찰 저항에 대항하여 전후 방향, 좌우 방향 및 상하 방향으로 이동 가능해지도록 구성되어 있다.

제1 프린트 기판(14)에서의 제2 프린트 기판(15)과는 반대측에 위치하는 한쪽 주면(14a)(도 2 참조)과, 제2 프린트 기판(15)에서의 제1 프린트 기판(14)과는 반대측에 위치하는 한쪽 주면(15a)에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 각각 실드 패턴(31)이 설치되어 있다. 이 실드 패턴(31)은, 도체로 이루어진 막이며, 주면(14a, 15a)의 전역을 덮고 있다. 이 실시형태에 의한 실드 패턴(31)은, 관통 구멍(16)의 주위에 원환형의 노출부(31a)가 생기도록 레지스트(32)로 덮여 있다. 도 4는, 레지스트(32)의 일부를 제거한 상태로 그려져 있다.

이 실시형태에서는, 이 실드 패턴(31)이 본 발명의 청구항 1에서 말하는 「도체부」에 상당한다. 제1 프린트 기판(14)의 실드 패턴(31)은, 제1 프린트 기판(14)의 도전율 측정용 회로(25)에 기판 내의 배선 패턴(도시하지 않음)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 제2 프린트 기판(15)의 실드 패턴(31)은, 제2 프린트 기판(15)의 유량 측정용 회로(24)에 기판 내의 배선 패턴(도시하지 않음)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다.

케이스(2)의 제3 측벽(7)과 제4 측벽(8)에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 측정관(13)의 단부와 대향하는 위치에 접속구(33, 34)가 형성되어 있다. 이들 접속구(33, 34)는, 제3 및 제4 측벽(7, 8)을 각각 좌우 방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 이들 접속구(33, 34)에는 각각 후술하는 이음새(41)의 통형부(42)가 삽입되어 있다.

이음새(41)는, 도시하지 않은 배관을 접속하기 위한 것이며, 케이스(2)의 좌우 방향의 양단부에 고정되어 있다.

케이스(2)의 좌측 단부에 위치하는 이음새(41)와, 케이스(2)의 우측 단부에 위치하는 이음새(41)는, 서로 동일한 구조이다. 이 실시형태에 의한 이음새(41)는, 측정관(13)과 협동하여 유체 통로(43)를 형성하는 통형부(42)와, 이 통형부(42)로부터 상하 방향과 전후 방향으로 돌출된 플랜지부(44)에 의해 구성되어 있다. 또한, 이 이음새(41)는 도전 재료에 의해 형성되어 있다.

통형부(42)의 중공부는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 통로 구멍(45)에 의해 형성되어 있다. 이 실시형태에 의한 통로 구멍(45)은, 케이스(2) 내에 개구되어 측정관(13)이 삽입되는 제1 구멍(46)과, 케이스(2)의 밖으로 개구된 나사 구멍(47)과, 이들 제1 구멍(46)과 나사 구멍(47)을 연통하는 제2 구멍(48)에 의해 형성되어 있다. 제1 구멍(46)과 제2 구멍(48)의 개구 형상은 원형이다. 나사 구멍(47)에는, 배관 접속용의 암나사(47a)가 형성되어 있다.

제2 구멍(48)의 구멍 직경은, 제1 구멍(46)과 나사 구멍(47)의 구멍 직경보다 작다. 제1 구멍(46)과 제2 구멍(48)의 경계 부분에는, 통형부(42)의 축선(C)과는 직교하는 제1 평탄면(49)이 형성되어 있다. 이 제1 평탄면(49)은, 통형부(42)의 축선 방향에서 볼 때 원환형으로 형성되어 있다.

제1 구멍(46)의 구멍 직경은, 측정관(13)의 양단부의 외경보다 약간 크다. 이 때문에, 측정관(13)은 제1 구멍(46)에 헐거운 상태로 감합하고 있다.

제1 구멍(46)의 구멍 벽면에는 고리형의 홈(51)이 형성되어 있다. 이 고리형의 홈(51) 내에는 O링(52)이 장착되어 있다. 이 O링(52)은, 측정관(13)의 외주면과 제1 구멍(46) 사이를 액체가 밀폐되도록 시일하고 있다.

측정관(13)이 제1 구멍(46) 내에 삽입됨으로써, 전술한 고리형의 제1 평탄면(49)이 측정관(13)의 선단면(13a)과 대향한다. 이들 제1 평탄면(49)과 측정관(13)의 선단면(13a) 사이에는, 고리형의 탄성 부재(53)가 설치되어 있다. 이 실시형태에 의한 탄성 부재(53)는, 웨이브 와셔에 의해 형성되어 있다.

이음새(41)의 플랜지부(44)는, 도 3에 나타낸 바와 같이 사각형의 판형으로 형성되어 있고, 도시하지 않은 고정용 볼트에 의해 케이스(2)의 제3 및 제4 측벽(7, 8)에 고정되어 있다.

통형부(42)의 케이스(2) 내에 위치하는 선단에는, 통형부(42)의 축선(C)과는 직교하는 제2 평탄면(54)이 형성되어 있다. 이 제2 평탄면(54)은, 통형부(42)의 축선 방향에서 볼 때 원환형으로 형성되어 있다. 이 제2 평탄면(54)은, 이음새(41)가 케이스(2)에 부착된 상태로 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)의 한쪽 주면(14a, 15a)과 대향한다. 이 제2 평탄면(54)과 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)의 사이에는, 각각 접속 부재(55)가 설치되어 있다. 이 접속 부재(55)는, 측정관(13)을 삽입할 수 있는 중공부(56)를 갖는 링형으로 형성되어 있다.

또한, 이 접속 부재(55)는, 케이스(2)의 좌우 방향에서의 일단부(55a)가 실드 패턴(31)의 노출부(31a)에 접촉하고, 타단부(55b)가 제2 평탄면(54)에 접촉하고 있고, 실드 패턴(31)과 통형부(42)를 전기적으로 접속하고 있다. 또한, 이 접속 부재(55)는, 일단부(55a)와 타단부(55b)의 간격이 탄성 변형에 의해 미리 정해진 길이만큼 짧아지는 것이다. 상세히 설명하면, 접속 부재(55)는, 통형부(42)와 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)에 의해 사이에 끼워져 일단부(55a)와 타단부(55b)의 간격이 짧아지는 방향(케이스(2)의 좌우 방향)으로 탄성 변형에 의해 압축되어 있다.

이 실시형태에 의한 접속 부재(55)는, 도 6∼도 8에 나타낸 바와 같이, 웨이브 와셔(57)에 의해 형성되어 있다. 웨이브 와셔(57)의 재료는 금속이다. 즉, 탄성과 도전성을 갖는 웨이브 와셔(57)에 의해 접속 부재(55)가 구성되어 있다.

이 웨이브 와셔(57)로 이루어진 접속 부재(55)에는, 실드 패턴(31)의 노출부(31a)에 접촉하는 제1 접촉부(57a)와, 통형부(42)의 제2 평탄면(54)에 접촉하는 제2 접촉부(57b)가 둘레 방향에서 교대로 나열되도록 설치되어 있다.

접속 부재(55)를 통하여 이음새(41)와 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)의 실드 패턴(31)이 접속됨으로써, 이음새(41)와 실드 패턴(31)이 도통되어 이음새(41)가 실질적으로 공통 전극으로서 기능하게 된다.

여기서, 주연산부(9)의 회로와, 제1 프린트 기판(14)에 설치되어 있는 도전율 측정용 회로(25)와, 제2 프린트 기판(15)에 설치되어 있는 유량 측정용 회로(24)의 구성을, 도 9를 참조하여 설명한다.

이 실시형태에 의한 전자 유량계(1)는, 측정관(13) 내를 흐르는 유체의 유량을 측정하고, 측정관(13) 내를 흐르는 유체의 도전율을 측정한다. 이하, 유량을 측정하는 유량 측정 기능과, 도전율을 측정하는 도전율 측정 기능으로 나눠, 각 기능부에 관해 상세히 설명한다.

(1) 유량 측정 기능전자 유량계(1)는, 측정관(13) 내를 흐르는 유체의 흐름 방향에 대하여 자계 발생 방향이 수직이 되도록 배치된 여자 코일(12)에, 극성이 교대로 전환되는 교류 전류(이하, 「여자 전류(Iex)」라고 함)를 공급하고, 여자 코일(12)로부터의 발생 자계와 직교하여 측정관(13)에 배치된 한쌍의 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)의 사이에 생기는 기전력을 검출함으로써, 측정관(13) 내를 흐르는 유체의 유량을 측정한다.

이 유량 측정 기능은, 여자 코일(12), 측정관(13), 여자 회로(61)(도 9 참조), 제1 전극(21), 제2 전극(22), 데이터 처리 제어부(62), 증폭 회로(63), 신호 검출부(64), 설정ㆍ표시부(65) 및 아날로그 출력부(66)에 의해 실현된다. 유량 측정 기능을 실현하는 이들 기능부 중, 증폭 회로(63)의 일부가 유량 측정용 회로(24)로서 제2 기판에 설치되어 있고, 이 증폭 회로(63)의 일부를 제외한 다른 기능부가 주연산부(9)에 설치되어 있다.

여자 회로(61)는, 여자 코일(12)에 여자 전류(Iex)를 인가하는 회로이다. 여자 회로(61)에 의한 여자 전류(Iex)의 출력은, 데이터 처리 제어부(62)에 의해 제어된다.

데이터 처리 제어부(62)는, 전자 유량계(1)를 구성하는 각 기능부의 통괄적인 제어를 행하는 기능부이며, 예컨대, 마이크로컨트롤러나 CPU 등의 프로그램 처리 장치에 의해 구성되어 있다. 구체적으로, 데이터 처리 제어부(62)는, 기준 클록 생성부(71), 도전율 산출부(72), 유량 산출부(73), 공상태 판정부(74) 및 여자 제어부(75)를 포함한다. 데이터 처리 제어부(62)를 구성하는 이들 기능부는, 예컨대, 상기 프로그램 처리 장치를 구성하는 하드웨어 자원을 프로그램에 따라서 제어함으로써 실현된다.

여자 제어부(75)는, 여자 회로(61)를 제어하는 것에 의해, 여자 코일(12)에 공급하는 여자 전류(Iex)의 극성을 주기적으로 전환함으로써 측정관(13) 내에 자계를 발생시키는 기능부이다. 이하, 여자 전류(Iex)의 주파수를 「여자 주파수」라고도 한다. 또, 데이터 처리 제어부(62)에서의 여자 제어부(75) 이외의 기능부의 상세한 설명에 관해서는 후술한다.

증폭 회로(63)는, 이음새(41)로 이루어진 공통 전극의 전위, 즉 공통 전위(Vcom)을 기준으로 하여 동작하고, 제1 및 제2 전극(21, 22) 사이에 발생한 기전력을 증폭시켜 유량 신호(VF)로서 출력하는 회로이다.

본 실시형태에서는, 공통 전위(Vcom)가 0 V(그라운드 전위)인 것으로 하여 설명한다.

구체적으로, 증폭 회로(63)는, 프리앰프(U2, U3), 차동 증폭 회로(U4), 로우패스 필터 회로(76), 하이패스 필터 회로(77) 및 버퍼 증폭기(U5)로 구성되어 있다.

프리앰프(U2)는, 예컨대 연산 증폭기 등으로 구성되며, 제1 전극(21)의 전압을 증폭시키는 회로이다. 프리앰프(U3)는, 예컨대 연산 증폭기 등으로 구성되며, 제2 전극(22)의 전압을 증폭시키는 회로이다. 차동 증폭 회로(U4)는, 예컨대 연산 증폭기 등으로 구성되며, 프리앰프(U2)에 의해 증폭된 전압과 프리앰프(U3)에 의해 증폭된 전압의 차에 따른 차동 신호를 생성하는 회로이다.

로우패스 필터 회로(76) 및 하이패스 필터 회로(77)는, 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 발생한 기전력을 증폭시킨 신호에 포함되는 미리 정해진 주파수 성분을 감쇠시키는 회로이다. 여기서, 상기 미리 정해진 주파수 성분이란, 후술하는 도전율의 측정에 이용되는 교류 신호(V1)에 대응하는 주파수 성분이다.

로우패스 필터 회로(76)는, 예컨대 저항(R3) 및 용량(C3)을 포함한다. 하이패스 필터 회로(77)는, 예컨대 용량(C4)과 저항(R4)을 포함한다. 로우패스 필터 회로(76) 및 하이패스 필터 회로(77)를 구성하는 저항(R3, R4) 및 용량(C3, C4)의 정수는, 전술한 미리 정해진 주파수 성분을 감쇠시키기 위해 적절한 값으로 설정되어 있다.

버퍼 증폭기(U5)는, 예컨대 연산 증폭기 등으로 구성되며, 로우패스 필터 회로(76) 및 하이패스 필터 회로(77)를 통하여 출력된 상기 차동 신호를 버퍼하여, 유량 신호(VF)로서 출력하는 회로이다.

신호 검출부(64)는, 버퍼 증폭기(U5)로부터 출력된 유량 신호(VF)의 전압을 검출하여, 데이터 처리 제어부(62)에서의 유량 산출부(73)에 공급하는 기능부이다.

유량 산출부(73)는, 신호 검출부(64)에 의해 검출된 유량 신호(VF)의 전압에 기초하여, 측정관(13) 내를 흐르는 유체의 유량을 산출한다. 유량 산출부(73)에 의한 유량 산출 처리는, 예컨대, 종래의 용량식 전자 유량계에서의 공지의 유량 산출 수법에 의해 실현된다.

설정ㆍ표시부(65)는, 작업자의 설정 조작 입력을 검출하여 데이터 처리 제어부(62)에 출력하는 기능과, 데이터 처리 제어부(62)로부터의 표시 출력을 LED나 LCD에 의해 표시하는 기능을 갖고 있다.

아날로그 출력부(66)는, 데이터 처리 제어부(62)에 의한 연산 결과를 외부 기기에 출력하기 위한 기능부이다.

이상 설명한 기능부에 의해, 전자 유량계(1)에 의한 유량 측정 기능이 실현된다.

(2) 도전율 측정 기능

전자 유량계(1)는, 측정관(13) 내를 흐르는 유체와 접촉하는 이음새(41)가 공통 전위(Vcom)에 접속되어 있는 상태로, 측정관(13)의 외주면에 설치된 제3 전극(23)에 저항(R1)을 통하여 교류 신호를 인가하고, 그 때의 제3 전극(23)에 발생하는 신호(V2)의 진폭을 검출함으로써, 측정관(13)을 흐르는 유체의 도전율을 측정한다.

이 도전율 측정 기능은, 측정관(13), 제3 전극(23), 이음새(41), 교류 신호 생성부(81), 전압 검출부(82), 데이터 처리 제어부(62), 아날로그ㆍ디지털 변환부(ADC)(83), 클록 신호 생성부(84), 설정ㆍ표시부(65) 및 아날로그 출력부(66)에 의해 실현된다.

도전율 측정 기능을 실현하는 이들 기능부 중, 교류 신호 생성부(81)와, 전압 검출부(82)의 일부가 도전율 측정용 회로(25)로서 제1 프린트 기판(14)에 설치되어 있고, 이들을 제외한 다른 기능부가 주연산부(9)에 설치되어 있다.

클록 신호 생성부(84)는, 각 기능부의 동작 타이밍을 제어하기 위한 클록 신호를 생성하는 회로이다. 구체적으로, 클록 신호 생성부(84)는, 후술하는 데이터 처리 제어부(62)의 기준 클록 생성부(71)로부터 출력된 기준 클록 신호(CLK0)를 분주(分周)함으로써, 각종 클록 신호(CLK1, CLKp, CLKn)를 생성한다.

교류 신호 생성부(81)는, 제3 전극(23)에 인가하는 교류 신호를 생성하는 회로이다. 교류 신호 생성부(81)는, 교류 신호로서, 예컨대 펄스(V1)를 발생시킨다. 교류 신호 생성부(81)는, 예컨대, 공통 전위(Vcom)에 접속된 제1 단자(P1)와, 기준 전위(Vref(>Vcom))에 접속된 제2 단자(P2)와, 저항(R1)에 접속된 제3 단자(P3)를 갖는 스위치(SW3)에 의해 실현할 수 있다.

스위치(SW3)는, 클록 신호 생성부(84)로부터 출력된 일정 주기의 클록 신호(CLK1)에 따라서, 제3 단자(P3)의 접속선을 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2)의 사이에서 전환한다. 이것에 의해, 로우레벨의 전압이 공통 전위(Vcom), 하이 레벨의 전압이 기준 전위(Vref), 주파수(f1)가 클록 신호(CLK1)와 동일한 펄스(V1)가 제3 단자(P3)로부터 출력된다.

저항(R1)은, 일단부가 교류 신호 생성부(81)의 출력 단자(스위치(SW3)의 상기 제3 단자)에 접속되고, 타단부가 제3 전극(23)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 교류 신호 생성부(81)로부터 출력된 펄스(V1)는, 저항(R1)을 통하여 제3 전극(23)에 입력된다.

전압 검출부(82)는, 제3 전극(23)에 발생한 신호(V2)의 전압을 검출하는 회로이다. 전압 검출부(82)는, 예컨대, 버퍼 증폭기(U1) 및 샘플 홀드 회로(85, 86)를 포함한다. 버퍼 증폭기(U1)는, 예컨대 연산 증폭기 등으로 구성되며, 제3 전극(23)에 발생한 신호(V2)를 버퍼하여 출력한다. 버퍼 증폭기(U1)로부터 출력되는 신호(V2b)의 전압과 신호(V2)의 전압은 대략 같다(V2b≒V2).

샘플 홀드 회로(85, 86)는, 버퍼 증폭기(U1)로부터 출력된 신호(V2b)의 전압을, 미리 정해진 타이밍에 샘플링하여 유지하는 회로이다.

샘플 홀드 회로(85)는, 예컨대, 일단부가 버퍼 증폭기(U1)의 출력 단자에 접속된 스위치(SW1)와, 스위치(SW1)의 타단부와 공통 전위(Vcom) 사이에 접속된 용량(C1)을 포함한다. 스위치(SW1)는, 예컨대 클록 신호(CLKp)에 따라서 온ㆍ오프가 전환된다. 이것에 의해, 샘플 홀드 회로(85)는, 클록 신호(CLKp)에 따라서 신호(V2b)의 전압의 샘플링을 행할 수 있다.

샘플 홀드 회로(86)는, 예컨대, 일단부가 버퍼 증폭기(U1)의 출력 단자에 접속된 스위치(SW2)와, 스위치(SW2)의 타단부와 공통 전위(Vcom) 사이에 접속된 용량(C2)을 포함한다. 스위치(SW2)는, 예컨대 클록 신호(CLKn)에 따라서 온ㆍ오프가 전환된다. 이것에 의해, 샘플 홀드 회로(86)는, 클록 신호(CLKn)에 따라서 신호(V2b)의 전압의 샘플링을 행할 수 있다.

아날로그ㆍ디지털 변환부(83)는, 샘플 홀드 회로(85)에 의해 취입된 전압(VH)과 샘플 홀드 회로(86)에 의해 샘플 홀드된 전압(VL)의 전위차를, 디지털 신호로 변환하는 회로이다.

데이터 처리 제어부(62)에서의 기준 클록 생성부(71)는, 클록 신호 생성부(84)에 공급하는 기준 클록 신호(CLK0)를 생성하는 기능부이다. 기준 클록 생성부(71)는, 예컨대 외부에 부착된 수정이나 세라믹 발진자를 이용하여 신호를 생성하는 발진 회로 등에 의해 실현할 수 있다.

또한, 데이터 처리 제어부(62)에서의 도전율 산출부(72)는, 전압 검출부(82)에 의해 검출된 전압의 진폭에 기초하여 피측정 유체의 도전율을 산출하는 기능부이다.

또한, 데이터 처리 제어부(62)는, 측정관(13) 내의 유체의 유무를 판정하는 공상태 판정부(74)를 포함한다. 공상태 판정부(74)는, 도전율 산출부(72)에 의해 산출된 도전율에 기초하여, 측정관(13) 내의 유체의 유무를 판정한다. 예컨대, 공상태 판정부(74)는, 도전율 산출부(72)에 의해 산출된 도전율이 미리 정해진 임계값보다 작은 경우에, 측정관(13) 내에 유체가 존재하지 않는다고 판정한다.

설정ㆍ표시부(65)는, 예컨대, 작업자의 조작 입력을 검출하고, 데이터 처리 제어부(62)에 대하여 도전율의 측정이나 공상태 판정 처리의 실행을 지시하고, 데이터 처리 제어부(62)에 의한 도전율의 측정 결과의 정보를 LED나 LCD 등에 의해 표시한다. 또한, 아날로그 출력부(66)는, 예컨대, 도전율 산출부(72)에 의해 산출된 도전율 측정 결과나 공상태 판정부(74)에 의한 판정 결과의 정보를, 4-20 mA의 아날로그 신호에 의해 출력한다.

전술한 바와 같이 구성된 전자 유량계(1)를 조립하기 위해서는, 우선, 케이스(2)에 요크(11)와 여자 코일(12)로 이루어진 조립체를 부착하고, 다음으로, 측정관(13)과 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)으로 이루어진 조립체를 부착한다. 그리고, 접속 부재(55)의 중공부(56)에 측정관(13)의 단부를 통과시켜 접속 부재(55)를 측정관(13)의 양단부에 각각 유지시킨다. 그 후, 이음새(41)의 통형부(42)를 케이스(2)의 접속구(33, 34)에 삽입하여 한쌍의 이음새(41)를 케이스(2)의 좌우 방향의 양단부에 부착한다. 통형부(42)의 내부에는, 이음새(41)를 케이스(2)에 접속하기 이전에 O링(52)과 탄성 부재(53)를 미리 장착해 둔다.

이음새(41)는, 플랜지부(44)가 케이스(2)의 제3 및 제4 측벽(7, 8)에 고정용 볼트(도시하지 않음)에 의해 체결됨으로써 케이스(2)에 고정된다. 이와 같이 이음새(41)가 케이스(2)에 고정됨으로써, 통형부(42) 내의 탄성 부재(53)가 통형부(42) 내의 제1 평탄면(49)과 측정관(13)의 선단면(13a)에 의해 끼임과 함께, 통형부(42)의 선단에 위치하는 제2 평탄면(54)과 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15) 사이에 접속 부재(55)가 끼인다.

이 접속 부재(55)는, 케이스(2)의 좌우 방향에 있어서, 일단부(55a)와 타단부(55b)의 간격이 짧아지는 방향으로 탄성 변형되어 압축된다. 그 결과, 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)의 실드 패턴(31)과 이음새(41)의 통형부(42)가 접속 부재(55)를 통하여 전기적으로 접속되어, 이음새(41)가 공통 전극으로서 기능하게 된다.

이 때문에, 이 실시형태에 의한 전자 유량계(1)에 있어서, 이음새(41)와 프린트 기판의 실드 패턴(31)을 전기적으로 접속하기 위해 필요한 부품은, 접속 부재(55)만이 된다. 즉, 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같은 리드선이나 커넥터, 단자 등의 전기적 접속을 실현하기 위한 부품은 불필요하다.

또한, 이 실시형태에 의한 접속 부재(55)에 의한 이음새(41)와 실드 패턴(31)의 접속은, 이음새(41)를 케이스(2)에 부착하는 과정에서 실현되기 때문에, 오로지 전기적 접속을 행하기 위한 작업은 불필요하다.

따라서, 하나의 접속 부재(55)로 이음새(41)와 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)의 실드 패턴(31)을 간단히 전기적으로 접속할 수 있기 때문에, 이음새(41)와 도통하기 위한 구조가 간소화되고, 이음새(41)와 도통하기 위한 작업이 간단해져 전자 유량계(1)의 제조 비용을 낮게 억제할 수 있다.

이 실시형태에 의한 접속 부재(55)는, 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)과 이음새(41)의 사이에서 탄성 변형된 상태로 유지되기 때문에, 금속끼리의 접촉에 의해 도통하는 구조임에도 불구하고, 전기적인 접속이 확실하게 행해져 도통의 신뢰성이 높아진다.

또한, 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)이 접속 부재(55)의 스프링력에 의해 케이스(2)의 내측을 향해 압박되기 때문에, 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)이 케이스(2)의 가이드홈(26)에 헐거운 상태로 감합하고 있다 하더라도, 이들 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)을 케이스(2)에 확실하게 고정할 수 있다.

이 실시형태에 의한 접속 부재(55)는, 측정관(13)을 삽입할 수 있는 중공부(56)를 갖는 링형으로 형성되어 있다.

이 때문에, 통형부(42)의 제2 평탄면(54)의 전역이 도통의 대상이 되기 때문에, 프린트 기판의 실드 패턴(31)과 이음새(41)의 전기적인 접속이 한층 더 확실해진다.

이 실시형태에 의한 측정관(13)은, 외주면에 제1∼제3 전극(21∼23)을 갖고 있다. 제1 프린트 기판(14)은, 제3 전극(23)과 실드 패턴(31)에 접속된 도전율 측정용 회로(25)를 갖고 있다. 제2 프린트 기판(15)은, 제1 및 제2 전극(21, 22)과 실드 패턴(31)에 접속된 유량 측정용 회로(24)를 갖고 있다.

이 때문에, 제1∼제3 전극(21∼23) 및 이음새(41)의 근방에 유량 측정용 회로(24)나 도전율 측정용 회로(25)가 설치되기 때문에, 노이즈의 영향을 받기 어려운 전자 유량계를 제공할 수 있다.

이 실시형태에 의한 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)은, 측정관(13)의 양단부에 설치되어 있다.

이 때문에, 접속 부재(55)를 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)마다 설치할 수 있고, 측정관(13)과 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)으로 이루어진 조립체를 측정관(13)의 양단측으로부터 접속 부재(55)의 스프링력에 의해 탄성 지지하는 것이 가능해진다. 그 결과, 측정관(13)과 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)을 확실하게 고정하는 것이 가능해진다.

또한, 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)을 각각 접속 부재(55)에 의해 이음새(41)에 전기적으로 접속하는 것이 가능해지기 때문에, 제1 프린트 기판(14)과 제2 프린트 기판(15)을 도통함으로써, 피측정 유체의 전위가 측정관(13) 내에서 균일해진다. 그 결과, 안정된 유량 신호를 얻는 것이 가능해진다.

이 실시형태에서는, 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)에서의 통형부(42)와 대향하는 한쪽 주면(14a, 15a)의 전역에 설치된 실드 패턴(31)에 의해, 본 발명에서 말하는 도체부가 구성되어 있다. 이 때문에, 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)을 구조물의 일부로서 측정관(13)을 덮는 실드 구조를 형성하는 것이 가능해지기 때문에, 노이즈의 영향을 받기 어려운 전자 유량계를 제공할 수 있다.

이 실시형태에 의한 접속 부재(55)는, 실드 패턴(31)에 접촉하는 제1 접촉부(57a)와, 통형부(42)에 접촉하는 제2 접촉부(57b)가 둘레 방향에서 교대로 나열된 금속제의 웨이브 와셔(57)에 의해 형성되어 있다. 이 때문에, 기성품의 웨이브 와셔를 접속 부재(55)로서 사용할 수 있기 때문에, 제조 비용이 더욱 낮아져, 한층 더 저렴하게 전자 유량계를 제공하는 것이 가능해진다.

(접속 부재의 변형예)

접속 부재(55)는, 전술한 웨이브 와셔(57)에 한정되지는 않고, 적절하게 변경할 수 있다.

접속 부재(55)는, 웨이브 와셔(57)와는 상이한 다른 형상의 와셔이어도 좋고, 원환형의 도전성 고무, 스프링 커넥터 혹은 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같은 고리형의 스프링 부재에 의해 구성할 수 있다. 스프링 커넥터는, 도시는 하지 않지만, 예컨대 케이스(2)의 좌우 방향으로 연장되는 압축 코일 스프링과, 이 압축 코일 스프링의 선단부에 동일 축선상에 위치하도록 세워져 설치된 핀을 이용하여 구성할 수 있다. 도 10 및 도 11에서, 도 1∼도 9에 의해 설명한 것과 동일 혹은 동등한 부재에 관해서는, 동일 부호를 붙이고 상세한 설명을 적절하게 생략한다.

도 10에 나타내는 접속 부재(55)는, 금속제의 접시 스프링(91)에 의해 형성되어 있다. 이 구성을 채용하는 것에 의해 기성품의 접시 스프링(91)을 접속 부재(55)로서 사용할 수 있기 때문에, 제조 비용이 더욱 낮아져, 한층 더 저렴하게 전자 유량계를 제공하는 것이 가능해진다.

도 11에 나타내는 접속 부재(55)는, 측정관(13)이 중앙부에 삽입된 금속제의 압축 코일 스프링(92)에 의해 형성되어 있다. 이 실시형태에 의하면, 기성품의 압축 코일 스프링(92)을 접속 부재(55)로서 사용할 수 있기 때문에, 제조 비용이 더욱 낮아져, 한층 더 저렴하게 전자 유량계를 제공하는 것이 가능해진다.

전술한 실시형태에서는, 제1 및 제2 프린트 기판(14, 15)을 갖는 전자 유량계에 본 발명을 적용하는 예를 나타냈다. 그러나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않고, 1장의 프린트 기판이 측정관에 설치되어 있는 경우에도 적용 가능하다. 이 경우는, 예컨대 케이스(2)를 도전 재료에 의해 형성함으로써, 한쪽의 이음새와 다른쪽의 이음새를 서로 도통시키는 것이 가능해진다.

1: 전자 유량계 2: 케이스
13: 측정관 14: 제1 프린트 기판
15: 제2 프린트 기판 16: 관통 구멍
21: 제1 전극 22: 제2 전극
23: 제3 전극 24: 유량 측정용 회로
25: 도전율 측정용 회로 31: 실드 패턴(도체부)
33, 34: 접속구 41: 이음새
42: 통형부 43: 유체 통로
55: 접속 부재 55a: 일단부
55b: 타단부 56: 중공부
57: 웨이브 와셔 57a: 제1 접촉부
57b: 제2 접촉부 91: 접시 스프링
92: 압축 코일 스프링

Claims (8)

1. 측정 대상인 유체가 흐르는 측정관과,
   상기 측정관이 관통하는 관통 구멍을 가지며, 상기 관통 구멍에 상기 측정관이 통과된 상태로 상기 측정관에 고정된 프린트 기판과,
   상기 측정관의 단부와 대향하는 위치에 접속구가 형성되고, 상기 측정관 및 프린트 기판을 수용하고 상기 프린트 기판을 지지하는 케이스와,
   상기 케이스의 접속구에 삽입되어 상기 측정관과 협동하여 유체 통로를 형성하는 통형부를 가지며, 상기 케이스에 고정된 도전 재료로 이루어진 이음새와,
   상기 프린트 기판과 상기 이음새의 상기 통형부 사이에 끼인 접속 부재를 포함하고,
   상기 프린트 기판은, 상기 통형부와 대향하는 도체부를 가지며,
   상기 접속 부재는, 상기 도체부에 접촉하는 일단부와 상기 통형부에 접촉하는 타단부의 간격이 탄성 변형에 의해 미리 정해진 길이만큼 짧아지는 것이며, 상기 통형부와 상기 도체부를 전기적으로 접속하는 것을 특징으로 하는 전자 유량계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 접속 부재는, 상기 측정관을 삽입할 수 있는 중공부를 갖는 링형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 유량계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 측정관의 외면에 설치된 전극을 더 포함하며,
   상기 프린트 기판은, 상기 전극 및 상기 도체부에 접속된 측정용 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 유량계.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 프린트 기판은, 상기 측정관의 양단부에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 전자 유량계.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 도체부는, 상기 프린트 기판에서의 상기 통형부와 대향하는 한쪽 주면의 전역에 설치된 실드 패턴인 것을 특징으로 하는 전자 유량계.
6. 제2항에 있어서,
   상기 접속 부재는, 상기 도체부에 접촉하는 제1 접촉부와 상기 통형부에 접촉하는 제2 접촉부가 둘레 방향에서 교대로 나열된 금속제의 와셔에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 유량계.
7. 제2항에 있어서,
   상기 접속 부재는, 금속제의 접시 스프링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 유량계.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 접속 부재는, 상기 측정관이 중앙부에 삽입된 금속제의 압축 코일 스프링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 유량계.

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