浮子式位置傳感器的制作方法

專利名稱：浮子式位置傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于面積式流量計、液面計等中的、使用了浮子的位置傳感器。
背景技術：
以往，在面積式流量計中，如圖I所示，存在設有浮子式位置傳感器的面積式流量計(專利文獻I和專利文獻2)。該浮子I配置于以內徑朝向上方逐漸變大的方式構成的管2內，伴隨著從下方向上方在管2內通過的流體的流量逐漸變多，浮子I上浮，在其自重與流體向上的力平衡的位置停留，能夠用該位置測量流量 。在這種面積式流量計中，在欲檢測流量的上述管2的外壁上設有磁傳感器3，由磁傳感器3檢測上述浮子I的通過并將管2內的流體的流量多于或少于所設定的流量的信息作為信號從開關電路4輸出。在上述面積式流量計的情況下，通常，在浮子I內內置有磁體5，對浮子I的通過進行磁場或光學性的檢測。作為磁場檢測方法，使用磁簧開關、霍爾IC (I C :電路)、MR/GMR (MR/GMR :磁阻/巨磁阻)磁傳感器等磁接近開關，磁傳感器使用能夠判斷N極、S極的雙極型磁傳感器。在圖I所示的結構中，由于浮子I內的磁體5在通過磁傳感器3的附近時施加于磁傳感器3的磁極性會發生變化，因而利用比較器6來檢測該變化。圖2的上側示意性地示出了 在管2內，在浮子I從上向下移動時的、(感磁軸，即磁場感應軸)磁傳感器3與比較器6的位置關系，圖2的下側示出了磁傳感器3的輸出和比較器6的輸出。即使浮子I由于比較器6的磁滯而遠離磁傳感器3，只要浮子I位于比磁傳感器3靠下的位置，比較器6的輸出就會得到保持。接著，在浮子I從下向上上升而移動到比磁傳感器3靠上的位置時，比較器6的輸出會反轉。在這種以往的位置傳感器中存在如下那樣的不便。在設置在實際的現場而使用的流量計中，由于流量計是面積式流量計，因而其是機械性的，能夠在沒有電源的供給的情況下進行工作。另一方面，磁傳感器3是電動的，必須有電源的供給。在由于某種情況而暫時切斷電源時，只要在下一次接通了電源時浮子沒有位于磁傳感器3的附近，浮子就會以初始狀態上升。即，在暫時切斷了電源的情況下，必須要進行初始調整。在接入電源后，例如，需要進行暫時停止流體的流動和再次使流體流動等操作，使浮子I通過磁傳感器3的附近，從而使狀態與電源切斷前相一致。也想到在電源的接通、斷開等狀態發生了變化時將其狀態預先存儲在非易失性存儲器中的方法，但是，若浮子I在電源的接通、斷開的前后發生移動，則在下一次的電源接通時會產生狀態不一致這樣的問題。同樣，在液面計中，在欲利用磁體式傳感器來判斷浮子位置的方式時，也存在完全相同的不便。專利文獻I :日本實開昭62-9132號公報
專利文獻2 :日本實開昭63-2123號公報

發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種即使在切斷電源后浮子發生了移動、也不必在下一次的電源接通時進行特別調整的簡單構造的浮子式位置傳感器。本發明的浮子式位置傳感器的第I技術方案是一種浮子式位置傳感器，其包括浮子；磁傳感器，其為了檢測伴隨著上述浮子的移動的磁場變化而設于上述浮子的移動方向的側方，其特征在于，利用上述磁傳感器并借助設于上述磁傳感器附近的能夠移動的磁體來檢測伴隨著上述浮子的移動的磁場變化。另外，根據第I技術方案所述的浮子式位置傳感器，第2技術方案的浮子式位置傳感器的特征在于，上述能夠移動的磁體配置于上述浮子的移動方向與上述磁傳感器之間或上述磁傳感器的與上述浮子側相反的一側。另外，根據第I技術方案或第2技術方案，第3技術方案的浮子式位置傳感器的特 征在于，上述磁體以可旋轉的方式由與上述浮子的移動方向平行的軸樞軸支承。另外，根據第I 第3技術方案所述的浮子式位置傳感器，第4技術方案的浮子式位置傳感器的特征在于，上述磁體配置于用于限制磁體在相對于上述浮子的移動方向接近或遠離的方向上移動的框體內。另外，根據第4技術方案所述的浮子式位置傳感器，第5技術方案的浮子式位置傳感器的特征在于，在上述框體內壁上設有用于限制上述磁體的旋轉范圍的突起。另外，根據第I技術方案 第5技術方案所述的浮子式位置傳感器,第6技術方案的浮子式位置傳感器的特征在于，上述磁體為柱狀或圓盤狀的多極磁體。另外，根據第I技術方案 第6技術方案所述的浮子式位置傳感器，第7技術方案的浮子式位置傳感器的特征在于，使上述磁體的極側的端部形成為紡錘狀或球面狀。另外，根據第I技術方案 第7技術方案所述的浮子式位置傳感器，第8技術方案的浮子式位置傳感器的特征在于，上述磁體形成為連接兩極間的線是彎曲的。采用本發明，能夠提供一種即使在電源的接通、斷開時等發生了浮子的移動、也不必在下一次的測量時進行調整的浮子式位置傳感器。


圖I是以往的浮子式位置傳感器的構造的側剖視說明圖。圖2是該傳感器的輸出和比較器的輸出的說明圖。圖3是本發明的一實施方式的浮子式位置傳感器的說明圖(其中，Ca)是俯視圖，(b)是側視圖)。圖4是該浮子式位置傳感器的軸構造的說明圖。圖5是圖3的實施方式中的磁體的旋轉的說明圖。圖6是本發明另一實施方式的浮子式位置傳感器的說明圖。圖7是圖6的實施方式中的磁體的旋轉的說明圖。圖8是本發明又一實施方式的浮子式位置傳感器的說明圖。圖9是圖8的實施方式中的磁體的旋轉的說明圖。
圖10是磁體的旋轉受到限制的例子的說明圖。圖11是本發明的再一實施方式的磁體的端部的說明圖。圖12是本發明的再一實施方式的磁體的端部的說明圖。圖13是本發明的再一實施方式的磁體的形狀的說明圖。圖14是本發明的再一實施方式的磁體的形狀的說明圖。圖15是圖14所示形狀的磁體的旋轉的說明圖。圖16是在框體內壁上設有突起的情況下的磁體的旋轉的說明圖。圖17是框體內壁上設有突起的情況下的另一實施方式的磁體的旋轉的說明圖。

圖18是本發明一實施方式的磁體的磁力線與磁傳感器的感磁軸的說明圖。圖19是表示本發明一實施方式的磁體與磁傳感器的位置關系的圖。圖20是本發明一實施方式的浮子式位置傳感器中的浮子的移動和磁傳感器受到的磁場的說明圖。圖21是圖20的過程中進行了電源的接入、切斷的情況下的說明圖。
具體實施例方式下面，說明本發明的實施方式。圖3表示本發明的一實施方式的浮子式位置傳感器的基本結構。在管2內設有浮子1，該浮子I在內部具有磁體5，該浮子I能夠伴隨著流體的移動而進行移動。浮子I內的磁體5構成為S極和N極朝向流體的移動方向，在圖示中，磁體5的上側為S極，磁體5的下側為N極。此外，浮子I只要具有磁性即可，其并不受特別限定，浮子I本身也可以由磁性材料構成。在管2、即浮子I的移動方向的側方設有磁傳感器3，在磁傳感器3與管2側面之間設有磁體7，如圖4所示，通過與浮子I的移動方向平行的旋轉軸7a來樞軸支承磁體7的長邊方向的中央部，磁體7能夠以該旋轉軸7a為中心在水平面內旋轉。此外，在將棒狀磁體、針形磁體用作磁體7的情況下，也可以不在磁體7上設置軸。這是由于因為接觸面積較小，因而靜摩擦力較小。能夠確認到例如通過將具有表面磁通密度為大約1000高斯的磁性的浮子I與具有700高斯的磁性的前端形成為球狀的2mmX2mmX6mm的磁體7組合，以磁體7不帶有軸的方式的封入內徑7mm、高度3mm的空間內而成的構造，能夠進行穩定的動作。作為磁傳感器3，例如，能夠使用霍爾元件、霍爾IC、MR磁傳感器、GMR磁傳感器等。此外，優選將磁體7設在框體8內。這是為了防止磁體7因浮子I的磁力而向相對于浮子I側接近或遠離的方向移動。另外，在將磁體7配置在框體8內的情況下，優選為了使磁體7的旋轉平滑而使框體8形成為圓筒狀。上述結構中，從表示初始狀態的圖5的(a)和圖5的(b)所示的狀態，因周圍的磁場伴隨著浮子I在管2內沿上下方向的移動而發生了變化，如圖5的(c)和圖5的(d)所示，這使磁體7在水平面內旋轉而使磁體7的朝向相對于初始狀態發生變化，會對磁傳感器3施加與之前施加過的磁場極性相反的磁場。此外，在上述圖3和圖5中，說明了磁體7在水平面內進行旋轉的例子，但是，如圖6所示，磁體7也可以構成為能夠在與浮子I的移動方向相交的方向上被樞軸支承地進行旋轉。從表示初始狀態的圖7的(a)和圖7的(b)所示的狀態，因周圍的磁場伴隨著浮子I在管2內沿上下方向的移動而發生了變化，如圖7的(c)和圖7的(d)所示，這使磁體7在垂直面方向上旋轉而使磁體7的朝向相對于初始狀態發生變化，會對磁傳感器3施加與之前施加過的磁場極性相反的磁場。在參照上述圖3 圖7說明了的例子中，說明了將磁體7配置在浮子I的移動方向與磁傳感器 間的情形，但是，只要磁體7位于磁傳感器3的附近，則也可以如圖8所示，將磁體7配置于磁傳感器3的與浮子I相反的一側。同樣，在該情況下，從表示初始狀態的圖9的(a)和圖9的(b)所示的狀態，因周圍的磁場伴隨著浮子I在管2內沿上下方向的移動而發生了變化，如圖9的(c)和圖9的(d)所示，這使磁體7在水平面內旋轉而使磁體7的朝向相對于初始狀態發生變化，會對磁傳感器3施加與之前施加過的磁場極性相反的磁場。盡管因浮子I的位置的不同能夠使磁體7旋轉而改變磁極的朝向,但也會有因磁體7的形狀而導致磁體7不旋轉，而是保持與浮子I相排斥的排斥狀態的情況。在產生了斥力、吸引力時，若存在穩定的平衡點，則存在磁體7發生排斥并被向框體8的后側(與浮子I相反的一側)推壓，但不會進行旋轉的情況。具體而言，如圖10所示，當位于圖10的(a)中的上方的浮子下降而成為圖10的(b)的狀態時，磁體7被浮子I的S極吸引而與框體8的壁相抵靠，在圖10的(c)中，當浮子I進一步下降時，磁體7的N極受到浮子I的N極的斥力，從而磁體7與框體8的壁相抵靠而不進行旋轉。為了避免該問題，優選將磁體7的端部設成不妨礙旋轉的形狀。具體而言，如圖11所示，將磁體7的極側的端部設成球形,或者,如圖12所示,將磁體7的極側的端部設成錐形并為了不使先端被鉤掛而對先端進行倒圓角。通過使磁體7的端部形成上述形狀，能夠不產生穩定的平衡。另外，為了設成不妨礙磁體7旋轉的形狀，除了圖11、圖12示出的形狀之外，也可以將磁體7設成圖13、圖14所示那樣的形狀。在圖13、圖14中，連接磁體7的N極與S極的線設成了彎曲狀(例如170° )，而不是直線狀(180° )。在將圖14所示的形狀的磁體用作了磁體7的情況下，將伴隨著浮子I的移動的磁體7的狀態表示在圖15中。當浮子I的S極靠近磁體7時，磁體7進行旋轉而成為圖15的(a)的狀態。此時，磁體7的S極與浮子I的S極相排斥。然而，由于浮子I的S極的對于磁體7的N極的吸引力大于對于磁體7的S極的斥力，因而，磁體7在圖15的(a)的狀態下停止旋轉。接著，當浮子I的N極靠近磁體7時，磁體7的N極受到斥力，磁體7的S極受到吸引力。此時，由于磁體7的S極在圖15的(b)的例子中向左側彎曲，因而，磁體7向圖15 (b)的箭頭的方向旋轉，并在圖15的(c)的位置處停止。之后，當浮子I的S極靠近了磁體7時，與上述同樣地，如圖15的(d)所示，磁體7會向彎曲了的方向旋轉。這樣，當使用使連接磁體7的N極與S極的線彎曲(例如170° )了的磁體7時，不會產生穩定的平衡而能夠進行可靠的動作。通常，由于浮子I追隨流體的流動的變化因此不會高速移動。但是，也存在稀少的浮子I高速移動的流量計。當浮子I高速移動時，由于在對磁體7施加旋轉力之后，在使反相的極固定之前，浮子I就已經通過磁體7附近，因而，磁體7以慣性繼續旋轉，結果會以不期望的形式停止。為了避免過度的旋轉并進行可靠的動作，并且為了使磁體的形狀簡單，在框體8的內周壁上設置圖16所示的突起狀的轉動止動部9是有效的。在圖16所示的例子中的框體8的內壁上設有阻止棒狀磁體的旋轉的突起9。該轉動止動部用的突起9為能夠阻止棒狀磁體的旋轉的大小。例如，在使用如圖16的框體8那樣的圓筒形框體的情況下，需要使棒狀磁體的長邊方向的最長部分的長度與突起的高度相加后的長度超過框體8的直徑的長度。由此，即使針對浮子I進行高速移動的情況，也由于用突起9來阻止磁體7的過度的旋轉，因而，也會保證正常的動作。另外，如圖16所示，突起9優選設置在框體8的、距離浮子I最短的位置的那部分的內壁上。這是因為，當在該位置設有突起9時，對于因浮子I的S極或N極的吸引力而旋轉、靜止的磁體7而言，其靜止時的長邊方向的直線與在沒有設置突起9的狀態下靜止時的長邊方向的直線的基準相比，是傾斜的。由此，與上 述說明的圖15的情況相同，磁體7的N極、S極各自的旋轉的方向得到確定，不會產生穩定的平衡狀態。并且，對于突起9而言，只要以向框體8增設突起部分的方式，或者以使設置突起9的部分的外壁凹陷而內壁突出的方式來設計成型品的模具即可，并不會導致任何成本的上升。同樣，在將帶有軸的圓盤型磁體用作磁體7的情況下，通過將作為轉動止動部的突起9設置在磁體7與框體8內壁這兩者上，能夠將確定旋轉方向并進行可靠的旋轉。在圖17所示的例子中，與上文說明的棒狀磁體的框體8相同，將突起9設置在框體8的、距離浮子I最短的位置的部分的內壁上。并且，將突起9還設置在了磁體7的兩個磁極處的側面部表面上。這些突起9的高度只要為在磁體7旋轉時框體8內壁側的突起9與磁體7側的突起相接觸而阻止旋轉的高度即可。此外，在圖16和圖17的例子中，突起分別為三角形、長方形，但是，只要能夠阻止磁體7的過度的旋轉，則并不特別限定于這些形狀。當將突起9設于框體8的上述的位置時，棒狀磁體的長邊方向的直線與磁傳感器3的感磁軸沒有如圖18的(a)所示那樣地平行，而是成為圖18的(b)那樣的狀態。然而，即使兩者不平行，只要對應的是同一極性的磁力線，就不會有問題。在將磁傳感器3的感磁軸設為基準的情況下的棒狀磁體的長邊方向的容許傾斜角度與磁體7和傳感器元件的位置有關。圖19是將棒狀磁體的長度設為8_、將從棒狀磁體7的中心到傳感器元件的距離設為12mm時的模擬。由圖19的(b)可知，當磁體偏離了作為基準的磁傳感器3的感磁軸35°時，在傳感器兀件位置處，磁力仍具有感磁軸方向的矢量成分。只要感磁軸方向的矢量成分超過傳感器的靈敏度，這種磁傳感器3就能夠使用。例如,在表面磁通密度為1000高斯的磁體處，圖19的(b)的傳感器位置處的感磁軸方向的磁通為大約25奧斯特，從而具有以通常的磁傳感器3就能夠足以使用的磁感應強度。接著，參照圖20來具體說明磁體7的狀態與磁傳感器3的輸出的關系。在圖20的(a)中，從左起依次表不磁體5向靠近磁傳感器3的方向(下方向)移動的狀態((SI)
(S4))、到達了下端(S4)后再次進行上升移動的狀態((S4) (S7))。該圖的(b)與該圖的
(a)相對應地表不磁體7的N極的方向與來自磁傳感器3的信號輸出。磁傳感器3成為感知來自磁體7的磁場并進行信號輸出的狀態。
磁體7在受到來自浮子I的磁場強度超過預定值時進行旋轉而改變朝向((S3)和
(S6))。并且，即使浮子I遠離，磁體7也會持續對磁傳感器3施加磁場((S3) (S5))。接著，參照圖21來說明用圖20說明過的例子的變形例。如該圖的(b)所示，在該例子中，在(S2) (S4)和(S6)中切斷電源，在除此之外的步驟中接入了電源。由該圖的
(b)可知，由于即使在切斷了電源期間，浮子I和磁體7也都能夠移動，因而，當在(S6)中再次接通了電源時，磁傳感器3也能夠檢測浮子I的正確位置并進行信號輸出。附圖標記說明
I、浮子；2、管；3、磁傳感器；4、開關電路；5、磁體；6、比較器；7、磁體；8、框體；9、關起。
權利要求
1.一種浮子式位置傳感器，其包括浮子；磁傳感器，其為了檢測伴隨著上述浮子的移動的磁場變化而設于上述浮子的移動方向的側方，其特征在于， 利用上述磁傳感器并借助設于上述磁傳感器附近的能夠移動的磁體來檢測伴隨著上述浮子的移動的磁場變化。
2.根據權利要求I所述的浮子式位置傳感器，其特征在于， 上述能夠移動的磁體配置于上述浮子的移動方向與上述磁傳感器之間或上述磁傳感器的與上述浮子側相反的一側。
3.根據權利要求I所述的浮子式位置傳感器，其特征在于， 上述磁體以可旋轉的方式由與上述浮子的移動方向平行的軸樞軸支承。
4.根據權利要求I所述的浮子式位置傳感器，其特征在于， 上述磁體配置于用于限制磁體在相對于上述浮子的移動方向接近或遠離的方向上移動的框體內。
5.根據權利要求4所述的浮子式位置傳感器，其特征在于， 在上述框體內壁上設有用于限制上述磁體的旋轉范圍的突起。
6.根據權利要求I所述的浮子式位置傳感器，其特征在于， 上述磁體為柱狀或圓盤狀的多極磁體。
7.根據權利要求I所述的浮子式位置傳感器，其特征在于， 使上述磁體的極側的端部形成為紡錘狀或球面狀。
8.根據權利要求I所述的浮子式位置傳感器，其特征在于， 上述磁體形成為連接兩極間的線是彎曲的。
全文摘要
本發明的目的在于提供一種即使在切斷電源后發生了浮子的移動、也不必在下一次的電源接通時進行特別調整的簡單構造的浮子式位置傳感器。浮子式位置傳感器包括浮子；磁傳感器，其為了檢測伴隨著上述浮子的移動的磁場變化而設于上述浮子的移動方向的側方，其特征在于，利用上述磁傳感器并借助設于上述磁傳感器附近的能夠移動的磁體來檢測伴隨著上述浮子的移動的磁場變化。
文檔編號G01F1/24GK102859337SQ20118001886
公開日2013年1月2日 申請日期2011年4月8日 優先權日2010年4月13日
發明者澤野勝利 申請人:東京流量儀器儀表株式會社