(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる検出管に一対の電極を対向するように設けると共に、前記電極の直角方向に対向するように電磁コイルを設けて該電磁コイルを励磁し、前記検出管内を流れる流体中で発生する電圧を前記電極を介して計測し、この計測値から容器に充填される流体の流量を算出する電磁流量計において、
充填と充填終了とを繰り返し実行し、前記容器への流体の充填完了から次の容器への充填を開始するまでの流体流量が零となる区間で数回の流量計測を実行し、該計測値の平均値により零点を調整する調整手段を備えたことを特徴とする電磁流量計。
【請求項２】
流体が流れる検出管に一対の電極を対向するように設けると共に、前記電極の直角方向に対向するように電磁コイルを設けて該電磁コイルを励磁し、前記検出管内を流れる流体中で発生する電圧を前記電極を介して計測し、この計測値から容器に充填される流体の流量を算出する電磁流量計において、
充填と充填終了とを繰り返し実行し、前記容器への流量出力レベルを計測する計測手段と、前記容器への流体の充填完了から次の容器への充填を開始するまでの流体流量が零となる区間でこの計測手段により数回の計測を行なって流量出力レベルの平均値を算出する平均値算出手段と、この手段により算出した平均値を流量零レベルとしてドリフト調整する調整手段とを具備したことを特徴とする電磁流量計。
【請求項３】
流体が流れる検出管に一対の電極を対向するように設けると共に、前記電極の直角方向に対向するように電磁コイルを設けて該電磁コイルを励磁し、前記検出管内を流れる流体中で発生する電圧を前記電極を介して計測し、この計測値から容器に充填される流体の流量を算出する電磁流量計において、
充填と充填終了とを繰り返し実行し、前記容器への流量出力レベルを計測する計測手段と、充填時の出力変動の実効値の大きさを算出する変動量算出手段と、流量感度とこの手段により算出した前記出力変動の実効値の大きさとを乗じた値が、初期設定値に等しくなるように流量感度を補正する感度補正手段とを具備したことを特徴とする電磁流量計。
【請求項４】
流体が流れる検出管に一対の電極を対向するように設けると共に、前記電極の直角方向に対向するように電磁コイルを設けて該電磁コイルを励磁し、前記検出管内を流れる流体中で発生する電圧を前記電極を介して計測し、この計測値から容器に充填される流体の流量を算出する電磁流量計において、
充填と充填終了とを繰り返し実行し、前記容器への流量出力レベルを計測する計測手段と、前記容器への流体の充填完了から次の容器への充填を開始するまでの流体流量が零となる区間でこの計測手段により数回の計測を行なって流量出力レベルの平均値を算出する平均値算出手段と、この手段により算出した平均値を流量零レベルとしてドリフト調整する調整手段と、充填時の出力変動の実効値の大きさを算出する変動量算出手段と、流量感度とこの手段により算出した前記出力変動の実効値の大きさとを乗じた値が、初期設定値に等しくなるように流量感度を補正する感度補正手段とを具備したことを特徴とする電磁流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計測値の校正機能を備えた電磁流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体充填機械では、ガラスビン、ＰＥＴボトル、缶等の容器に流体例えば飲料を充填する際、充填する飲料の流量を電磁流量計により計測し、その計測結果に基づいて適量の飲料が容器に充填されるように流量制御を行なっている。上記電磁流量計では、経年変化等によって誤差が増えるのを防止するため、従来では図３に示すようにして計測値を校正している。
【０００３】
図３において、１は流体流量を検出するための検出管で、少なくとも内側が絶縁体で形成されており、その流路中を例えば飲料等の流体２が流れる。上記検出管１には、直径方向に流路に対して対称に、つまり、対向するように一対の電極３ａ、３ｂが取り付けられている。また、検出管１の外側には、電極３ａ、３ｂから９０°シフトした位置で対向するように一対の電磁コイル４ａ、４ｂが取り付けられる。この電磁コイル４ａ、４ｂは、例えば方形波励磁方式を用いた励磁回路４１により励磁される。上記励磁回路４１により電磁コイル４ａ、４ｂが励磁されると、検出管１の電極３ａ、３ｂに流体速度、磁場強度等に応じた電圧が誘起する。上記電極３ａ、３ｂに誘起した電圧は、差動増幅回路４２により増幅されて同期検出回路４３へ送られる。この同期検出回路４３は、制御部（図示せず）から送られてくるサンプリングパルスに同期して上記電極３ａ、３ｂへの誘起電圧を検出し、流量変換回路４４へ出力する。この流量変換回路４４は、同期検出回路４３により検出された電極誘起電圧を流量信号に変換し、飲料等の流体充填機械（図示せず）へ出力する。
【０００４】
また、上記差動増幅回路４２の出力信号は、フィルタ４５により交流成分のみが取り出され、ＲＭＳ（Root Mean Square Value：実効値）演算器４６に入力される。上記ＲＭＳ演算器４６は、検出出力の変動の実効値を監視し、この値に基づいて流量変換回路４４のゲインを補正する。すなわち、流速変動中の実効値の２乗が運動エネルギに比例するので、出力変動の実効値は流体の平均流速に比例する。従って、出力変動の実効値を計測し、この計測値に基づいて流量変換回路４４のゲインが初期設定値となるように補正し、流量の測定値を校正する。
【０００５】
また、上記のように出力変動の実効値を計測して計測誤差を補正する方式の他に、３値励磁方式による励磁回路４１を用いて電磁コイル４ａ、４ｂを励磁することにより、計測誤差を補正する方式がある。この３値励磁方式は、励磁回路４１にて、正・零・負の励磁を行ない、その各励磁時の変動から零点ドリフトを校正する方式である。すなわち、正の励磁時の電圧と零の励磁（励磁電流を流さない）時の電圧との差と、負の励磁時の電圧と零の励磁時の電圧との差を計測し、各電圧差から流体の流量を計測する。この場合、零の励磁時の電圧は、零点ドリフト量を示しているので、上記のように各励磁時の変動から零点ドリフトを校正することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように出力変動の実効値を計測して経年変化による誤差を校正する従来の方式は、流量の計測中においても補正できる点で優れているが、流体の流速自体が変化しているので、あまり高い校正精度が得られないという問題がある。
【０００７】
また、３値励磁方式は、零点ドリフトを校正することができるが、上記出力変動の実効値を計測する方式と同様にあまり高い校正精度が得られないという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、経年変化による誤差、零点ドリフト等を高精度で校正することができる電磁流量計を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、流体が流れる検出管に一対の電極を対向するように設けると共に、前記電極の直角方向に対向するように電磁コイルを設けて該電磁コイルを励磁し、前記検出管内を流れる流体中で発生する電圧を前記電極を介して計測し、この計測値から容器に充填される流体の流量を算出する電磁流量計において、充填と充填終了とを繰り返し実行し、前記容器への流体の充填完了から次の容器への充填を開始するまでの流体流量が零となる区間で数回の流量計測を実行し、該計測値の平均値により零点を調整する調整手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、流体が流れる検出管に一対の電極を対向するように設けると共に、前記電極の直角方向に対向するように電磁コイルを設けて該電磁コイルを励磁し、前記検出管内を流れる流体中で発生する電圧を前記電極を介して計測し、この計測値から容器に充填される流体の流量を算出する電磁流量計において、充填と充填終了とを繰り返し実行し、前記容器への流量出力レベルを計測する計測手段と、前記容器への流体の充填完了から次の容器への充填を開始するまでの流体流量が零となる区間でこの計測手段により数回の計測を行なって流量出力レベルの平均値を算出する平均値算出手段と、この手段により算出した平均値を流量零レベルとしてドリフト調整する調整手段とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、流体が流れる検出管に一対の電極を対向するように設けると共に、前記電極の直角方向に対向するように電磁コイルを設けて該電磁コイルを励磁し、前記検出管内を流れる流体中で発生する電圧を前記電極を介して計測し、この計測値から容器に充填される流体の流量を算出する電磁流量計において、
充填と充填終了とを繰り返し実行し、前記容器への流量出力レベルを計測する計測手段と、充填時の出力変動の実効値の大きさを算出する変動量算出手段と、流量感度とこの手段により算出した前記出力変動の実効値の大きさとを乗じた値が、初期設定値に等しくなるように流量感度を補正する感度補正手段とを具備したことを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、流体が流れる検出管に一対の電極を対向するように設けると共に、前記電極の直角方向に対向するように電磁コイルを設けて該電磁コイルを励磁し、前記検出管内を流れる流体中で発生する電圧を前記電極を介して計測し、この計測値から容器に充填される流体の流量を算出する電磁流量計において、
充填と充填終了とを繰り返し実行し、前記容器への流量出力レベルを計測する計測手段と、前記容器への流体の充填完了から次の容器への充填を開始するまでの流体流量が零となる区間でこの計測手段により数回の計測を行なって流量出力レベルの平均値を算出する平均値算出手段と、この手段により算出した平均値を流量零レベルとしてドリフト調整する調整手段と、充填時の出力変動の実効値の大きさを算出する変動量算出手段と、流量感度とこの手段により算出した前記出力変動の実効値の大きさとを乗じた値が、初期設定値に等しくなるように流量感度を補正する感度補正手段とを具備したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電磁流量計の構成図である。
図１において、１は流体流量を検出するための検出管で、少なくとも内側が絶縁体で形成されており、その流路中を例えば飲料等の流体２が流れる。上記検出管１には、直径方向に流路に対して対称に、つまり、対向するように一対の電極３ａ、３ｂが取り付けられている。また、検出管１の外側には、電極３ａ、３ｂから９０°シフトした位置で対向するように一対の電磁コイル４ａ、４ｂが取り付けられる。この電磁コイル４ａ、４ｂは、励磁回路５から励磁電流が供給される。
【００１４】
上記励磁回路５は、スイッチング回路６及び定電流回路７により構成されている。スイッチング回路６は、例えば半導体素子により構成される４つのスイッチ素子６ａ〜６ｄがブリッジ接続されてなり、一端に電源ライン８から直流電圧Ｖｃｃが供給され、他端が定電流回路７を介して接地される。そして、上記スイッチ素子６ａ、６ｂの接続点とスイッチ素子６ｃ、６ｄの接続点との間に、上記電磁コイル４ａ、４ｂが直列に接続される。上記スイッチング回路６は、スイッチ素子６ａと６ｄ、スイッチ素子６ｂと６ｃがそれぞれ対をなして動作するように、後述するＣＰＵ（マイクロコンピュータ）３２から励磁パルスが与えられる。すなわち、スイッチ素子６ａ、６ｂの制御端子には上記ＣＰＵ３２からの励磁パルスがインバータ３３を介して与えられ、スイッチ素子６ｂ、６ｃの制御端子には上記励磁パルスが直接与えられる。
【００１５】
また、上記定電流回路７は、演算増幅回路９と例えばＮＰＮ型のトランジスタ１０を主体として構成され、演算増幅回路９の＋端子に電流値を設定する設定電圧が与えられる。すなわち、電源ライン１１に与えられる直流電圧が可変抵抗１２と抵抗１３により分圧され、その分圧電圧が演算増幅回路９の＋端子に入力される。そして、演算増幅回路９の出力信号がトランジスタ１０のエミッタに入力される。このトランジスタ１０は、コレクタがスイッチング回路６に接続され、エミッタが基準抵抗１４を介して接地されると共に演算増幅回路９の−端子に接続される。上記定電流回路７は、トランジスタ１０のエミッタ電圧を演算増幅回路９に負帰還してスイッチング回路６に一定の電流が流れるように制御している。
【００１６】
そして、上記励磁回路５により電磁コイル４ａ、４ｂが励磁されると、検出管１の電極３ａ、３ｂに流体速度、磁場強度等に応じた電圧が誘起する。上記電極３ａ、３ｂに誘起した電圧は、それぞれ抵抗及びコンデンサからなるローパスフィルタ１８ａ、１８ｂを介して演算増幅回路１９ａ、１９ｂの＋端子に入力される。この演算増幅回路１９ａ、１９ｂは、出力端子と−端子との間が直接接続される。上記演算増幅回路１９ａ、１９ｂの出力信号は、それぞれ抵抗２０ａ、２０ｂを介して差動増幅回路２１に入力される。この差動増幅回路２１は、＋端子が抵抗２２を介して接地され、出力端子と−端子との間に抵抗２３が接続される。
【００１７】
上記差動増幅回路２１の出力信号は、コンデンサ及び抵抗からなるハイパスフィルタ２４を介して同期検出回路（サンプル／ホールド回路）２５ａ、２５ｂに入力される。上記同期検出回路２５ａ、２５ｂは、ＣＰＵ３２からアンド回路３４、３５を介して与えられるサンプリングパルスに同期して上記電極３ａ、３ｂへの誘起電圧を検出する。この場合、アンド回路３４には、ＣＰＵ３２から出力される励磁パルスがインバータ３３を介して入力され、アンド回路３５には直接入力される。すなわち、ＣＰＵ３２から出力される励磁パルスが“Ｈ”レベルのときはアンド回路３５のゲートが開いてサンプリングパルスが同期検出回路２５ｂへ送られ、励磁パルスが“Ｌ”レベルのときはインバータ３３の出力が“Ｈ”レベルとなってアンド回路３４のゲートが開き、サンプリングパルスが同期検出回路２５ａへ送られるようになっている。
【００１８】
上記同期検出回路２５ａ、２５ｂの出力信号は、それぞれ抵抗２６ａ、２６ｂを介して流量変換回路２７へ送られる。この流量変換回路２７は、差動増幅回路２８を用いて構成され、−端子と接地間に可変抵抗２９が接続され、出力端子と＋端子との間に可変抵抗３０が接続される。上記可変抵抗２９、３０により、流量変換回路２７における変換量が調整される。
【００１９】
上記流量変換回路２７の出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路３１によりＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ３２へ送られる。このＣＰＵ３２は、上記したように励磁パルス及びサンプリングパルスを出力すると共に、Ａ／Ｄ変換回路３１からの流量信号を積算して流体充填機械の主制御部（図示せず）へ出力する。
【００２０】
上記のように検出管１に磁界を印加して流体２の流量を計測する電磁流量計では、例えば検出管１の直径をｄ（ｍ）、電磁コイル４ａ、４ｂにより与えられる磁束密度をＢ（Ｔ）、導電性のある流体２の流速をｖ（ｍ／ｓ）とし、かつ、磁界が均一で検出管１内が軸対称流速分布の場合、流体２中に発生する電圧ｅ（ｖ）は、次式で求められる。
【００２１】
ｅ＝Ｂ・ｄ・ｖ
従って、検出管１の電極３ａ、３ｂに誘起した電圧ｅを計測すれば、一意的に流速ｖを求めることができ、この流速ｖから流体２の流量を算出できる。ＣＰＵ３２は、Ａ／Ｄ変換回路３１から出力される流量を積算し、その積算した流量データを主制御部へ出力すると共に、上記積算流量が設定値に達した時、つまり、容器に充填した流体（飲料）が適量となった時にバルブ閉信号を主制御部へ出力する。
【００２２】
そして、上記ＣＰＵ３２には、主制御部から充填前パルス及び充填開始パルスが与えられる。ＣＰＵ３２は、上記主制御部から与えられる充填前パルスにより、零点ドリフト、流量感度の校正処理を実行する。
【００２３】
以下、上記校正処理について説明する。図２は、上記充填前パルス及び充填開始パルスの発生タイミングを示したものである。図２において、３７は流体充填部３６の搬送路で、この搬送路３７により容器例えば缶３８が搬送される。上記流体充填部３６には、ｔ１位置で給缶される。その後、ｔ２位置で缶３８への充填が開始され、搬送路３７により搬送されながら流体が充填される。そして、予め設定された量の流体が缶３８に充填されると、その位置ｔ３で充填を終了する。充填を終了した缶３８は、ｔ４の位置で流体充填部３６から次の工程へ送り出されるが、この離缶位置ｔ４において主制御部から上記ＣＰＵ３２へ充填前パルス（調整用タイミング信号）が送られる。
【００２４】
ＣＰＵ３２は、上記のようにｔ３位置で充填を終了した後、ｔ４位置で主制御部から充填前パルスが送られてくると、そのとき、すなわち流体２が流れていない状態における流量出力レベルを数回例えば６〜８回程度計測し、その時の平均値と、充填時の出力変動の実効値を計算する。そして、ＣＰＵ３２は、上記流量出力レベルの平均値を流量零レベルとし、また、上記実効値の大きさから内部のアンプゲインを校正する。すなわち、ＣＰＵ３２は、図２の離缶位置ｔ４から次の缶３８が供給される位置ｔ１までの間に、流量出力レベルを数回計測して、その時の平均値を計算し、充填時の出力変動の実効値を計算すると共に、その計算結果に基づいて経年変化に伴うドリフト量及び流量感度を補正する。
【００２５】
その後、主制御部は、ｔ２位置において充填用のバルブを開いて流体の充填を開始すると共に、充填開始信号をＣＰＵ３２に出力する。ＣＰＵ３２は、主制御部から充填開始信号が送られてくると、サンプリングパルスに同期して計測される流量値の積算処理を開始すると共に、上記各流量計測値を順次主制御部へ出力し、その後、積算流量値が設定値に達したときにバルブ閉信号を主制御部へ出力する。主制御部は、上記バルブ閉信号が送られてくると、バルブを閉めて充填動作を終了し、缶３８を次の工程、すなわち、缶３８に蓋をする缶シーマへ搬送する。
以下、同様の処理が繰り返し実行される。
【００２６】
電磁流量計では、絶縁性付着物によるノイズやスラリが電極３ａ、３ｂに接触することにより発生するノイズ、電気化学ノイズ等の影響を受ける。また、配管内においては、電荷が偏積したり、分極状態が変化したりして、ドリフトやノイズ量を変化させる要因となる。上記ドリフト量は、予測できないが、本発明では充填開始前に信号レベルを計測し、このときの信号レベルを零点とし、零点オフセットを調整している。
また、洗浄工程や液体の種類によって電極が汚染し易く、温度や経年変化によりアンプ感度が変動する。これにより流量感度Ｋが変化する可能性がある。計測する流量の基準レベルは、常に零点であり、ノイズの大きさ、つまり、計測したときの実効値の大きさも同じである。このため計測した流量出力レベルの変動量を示すノイズ電圧Ｖnoiseにより流量感度（アンプ感度）Ｋを次のように補正する。
【００２７】
Ｖｎ＝Ｋ・Ｖnoise
すなわち、流量感度Ｋとノイズ電圧Ｖnoiseとを乗じた値が、初期設定値Ｖｎに等しくなるように流量感度Ｋを補正する。
【００２８】
上記のように流体充填前にタイミング信号を出力して、その時、すなわち流体が流れていない状態における電圧レベルとノイズレベルを計測し、上記電圧レベルを基準点として流量を計測することで零点を調整し、また、上記ノイズレベルでＣＰＵ３２における感度変化を補正することができる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、流体充填部３６にて充填される各缶３８について、充填前のタイミングでそれぞれ数回の計測処理を行なってその平均値を求める場合について示したが、更にそれよりも長いタイミングで、例えば複数個の缶３８に対する充填前の計測値を平均し、その平均値により校正処理を行なうようにしてもよい。
【００３０】
また、上記実施形態では、流体充填部３６から缶３８が離れるｔ４位置で充填前パルスをＣＰＵ３２に出力して校正処理を行なうようにしたが、ｔ４位置よりも後のタイミング、すなわち離缶位置ｔ４から給缶位置ｔ１の間で充填前パルスを出力して校正処理を実行するようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、検出管に一対の電極を対向するように設けると共に、前記電極の直角方向に対向するように電磁コイルを設けて該電磁コイルを励磁し、前記検出管内を流れる流体中で発生する電圧を前記電極を介して計測し、この計測値から容器に充填される流体の流量を算出する電磁流量計において、前記容器への充填開始前の流量出力レベルを数回計測して流量出力レベルの平均値を算出し、その平均値を流量零レベルとしてオフセット調整するようにしたので、経年変化による誤差、零点ドリフトを高精度で校正することができる。
また、前記容器への充填開始前の流量出力レベルを数回計測して変動量を算出し、その変動量に基づいて流量感度を補正するようにしたので、流量感度を常に正しく保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電磁流量計の構成図。
【図２】同実施形態の動作を説明するための流体充填部における動作タイミングを示す図。
【図３】従来の電磁流量計の構成図。
【符号の説明】
１  検出管
２  流体
３ａ．３ｂ  電極
４ａ．４ｂ  電磁コイル
５  励磁回路
６  スイッチング回路
７  定電流回路
８、１１  電源ライン
９  演算増幅回路
１０  トランジスタ
１４  基準抵抗
１８ａ、１８ｂ  ローパスフィルタ
１９ａ．１９ｂ  演算増幅回路
２４  ハイパスフィルタ
２５ａ、２５ｂ  同期検出回路
２７  流量変換回路
２１、２８  差動増幅回路
３１  Ａ／Ｄ変換回路
３２  ＣＰＵ
【図１】
0003820052.tif 000002
【図２】
0003820052.tif 000003
【図３】
0003820052.tif 000004