JP2602819B2 - 連続計量装置による流動性材料流過量自動制御装置 - Google Patents

連続計量装置による流動性材料流過量自動制御装置

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JP2602819B2 JP61501909A JP50190986A JP2602819B2 JP 2602819 B2 JP2602819 B2 JP 2602819B2 JP 61501909 A JP61501909 A JP 61501909A JP 50190986 A JP50190986 A JP 50190986A JP 2602819 B2 JP2602819 B2 JP 2602819B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、計重容器と、計重容器の出口横断面積を調
整するための調整可能な閉鎖部材と、電子的重量差測定
手段とを備え、連続計量装置により連続的に流動性材料
の流過量を自動的に制御するための装置に関する。
従来の技術 スイス特許公開第557060号には、流動性材料の流量の
自動測定を行うための装置および方法が記載されてい
る。この従来技術に用いられている基本的な考えは、偏
向板（バッフル板）の偏向作用に本質的に基づいてい
る。すなわち、落下中の流動性材料の流れが、その落下
線上に配置された偏向板により偏向させられると、その
偏向板に対して運動力が作用する。この運動力は、各々
の場合において、瞬間的な流動性材料流過量の落下高さ
に左右され、また偏向板の摩擦特性や形状、位置にも影
響されるが、特に流動性材料の運動特性に影響される。
これら以外に影響を及ぼす要因としては、産物粒度、流
動特性、空気および産物の湿度、温度などがある。この
ことから明らかなように、実際に使用する偏向板の構造
が簡単であるにもかかわらず、流動性材料のマスフロー
について連続的に測定を行う場合、非常に複雑な関係が
存在することになる。実際には、流量を不変にして条件
を一定にした場合にだけ、そのような問題が発生しても
解決できる。すなわち、第一の限定条件として、偏向板
システムには、粒体のような実際に自由流れを形成する
材料についてのみ使用できるということがある。産物流
れは幾何学的に一定の条件で案内しなければならない。
理論的には、流動性材料流過量を測定するために、測定
板または試験板により設定した運動量を使用することが
可能である。
しかしながら、前記のスイス特許公開第557,060号の
改良技術として、例えばドイツ特許第2,609,167には、
運動量の水平方向成分だけを使用する方法が記載されて
おり、この方法の方が実際的かつ適当であることが分か
っている。
この形式の試験板システムでは、測定値決定のために
対応する間接型支持部により、運動量の垂直方向成分、
すなわち「重量成分」が除去される。偏向板と落下流動
性材料の相互作用からの対応する水平方向成分または水
平方向偏向は、この方法において、流動性材料流れの流
過量の自動測定のための測定値または試験値として使用
できる。
実験室での条件下では、この方法により±0.5％（大
部分の場合±１％）の測定精度を得ることができる。し
かしながら、条件が悪くなると、それ以上の誤差が個々
の場合に発生する。しかしながら、実際には、±0.1％
の流動性材料計量精度を確保することが一般的な基準と
なっている。
しかしながら、計量装置の精度が要求される何れの場
合でも、従来技術の計量装置では、連続流動性材料の流
量を測定することが不可能であり、計重のために産物流
れを一時的に停止させなければならないにもかかわら
ず、計量装置が用いられている。さらに、計量装置は偏
向板を備えたシステムよりも高価であるばかりでなく、
容器計量装置の後に連続産物流れが再び得られるように
補正要素を必要とする場合が多い。精度の高いコンベヤ
式スケールや計重器は容器形計量装置よりもさらに高価
であり、またそれよりも精度が低い場合が多い。
現在、自動化技術を改良する場合、特にミル（製粉
機）の分野では、以下の二点が重要視されてきている。
1.産物流れは、その変動を最小にした状態で、最大限に
連続性を有する必要がある。
2.概ね、計量装置の精度を維持した状態で、連続的な産
物流れの流過量を測定できるようにする必要がある。
最近、例えばフランス特許公開第2,456,344号に示さ
れているような、いわゆる差動計量装置がしばしば使用
されている。差動計量装置には、制御式産物排出部を備
えた計重容器と、この計重容器により制御される配量手
段とが設けてある。計重容器では、容器内での走行重量
ロスまたは産物排出箇所から除去される材料が測定され
る。測定結果自体は非常に正確であるが、公知の差動計
量装置には、充填と解放（空にすること）との間に規則
正しい順序関係が必要であるという不具合がある。充填
中の排出は可能であるが、その場合には、充填相中の計
量装置の測定値が、流入産物流れにより乱されて使用不
能になるという不具合がある。この問題を解決するため
に、前記フランス特許公開第2,456,344号では、充填相
中に体積流過量に基づいて排出部材を制御することが提
案されている。しかしながら、対応する誤差が生ずるこ
とは避けられない。
例えば炉等のように燃料供給を行う場合には、ミルで
食品を処理する場合の特に例えば散出水量についての同
時配量を正確に行うためや処理機械の部分的制御のため
等に、粒体流過量を測定する場合に比較して、精度に関
する重要性は低い。
ミルでのさらに別の問題として、これまでは特に重要
視されていなかったが、異なる種類の粒子が混合される
ことがある。しかしながら、この問題は、産物流れ全体
の制御にコンピュータを使用することにともなって重要
となってきており、その理由として、処理される産物量
は正確に測定しなければならないことがあげられる。な
ぜなら、不正確な場合には、長期間を経過すると、個々
の保管部での実際の粒体量に著しい差が生じ、測定が不
正確なために誤ったデータが合算されるということがあ
るからである。保管部や産物通路の数に対応させて多数
の流過量測定点が必要になり、そのために高価な計重シ
ステムが多数必要となって経済的には実行が不可能であ
る。
また、実開昭58−56293号公報には、入口開口と出口
開口を有する計重容器と、計重容器と接続されたロード
セルのような重量測定手段と、計重容器の出口付近に配
置された出口開口を開閉する切り出し弁と、この切出し
弁を開閉するためのモータとを備え、重量測定手段が変
換器とコンピュータ等からなる制御部と接続された粉体
の瞬間切出し量測定装置が公知である。この場合は、粉
体を計重容器に充填した後、切出し弁８を開いて切出し
を行い、その際切出しの際の瞬間切出し量（重量／時
間）と計重容器内の残重量の測定が重量測定手段の信号
により制御部を経て行われている。しかしながら、開閉
しかできない切出し弁のため、前記出口開口の形状と寸
法を調整して計重容器の出口を限定し、粉体の所望の流
過量を確保することができなかった。また、排出しやす
くするために計重容器内の粉体に圧力を加えたり、計重
容器自体を振動にさらすので、計量装置の測定精度に影
響を及ぼしていた。
さらに、特公昭53−17420号公報から、計量装置の底
部に機械的排出装置を備え、計量装置の重量測定手段が
変成器を経て制御回路に接続され、制御回路からの出力
信号により排出装置のモータ速度を制御して搬送物質の
計重容器からの排出速度を制御すること自体は公知であ
る。
また、特公昭59−226828号公報から、粉体の入口開口
と出口開口を有する計重容器と、この計重容器に接続さ
れた重量測定手段と、計量容器底部に設けられかつ計重
容器に充填された粉体の機械的な定量排出機構とを備え
た粉体定量供給装置が公知であり、ロードセルのような
重量測定手段が制御部に接続され、さらに制御部を経て
定量排出機構の可変速モータに接続されている。それに
より、計重容器の重量変化による信号により制御部を介
して可変速モータの速度を制御して一定量排出するよう
になっている。しかしながら、計重容器内に機械的な定
量排出機構が設けられているので、測定装置自体の寸法
が大きくなると共に、構造が複雑になる欠点があった。
発明の開示 したがって、本発明の目的は、計重容器に機械的定量
排出機構を用いず、したがって測定装置の構造が簡単で
かつその寸法が比較的小さく、しかも計重装置の測定精
度を損なわないように構成された、流動性材料の連続的
な流過量を自動的に制御する装置を提供することであ
る。
この目的を達成するために、本発明による装置は、入
口開口と出口開口を有する計重容器と、計重容器と接続
された重量測定手段と、前記計重容器の出口領域に配置
されかつ前記計重容器の出口開口を開閉するように計重
容器に連結された閉鎖部材と、前記閉鎖部材と接続され
た位置指示手段と、前記閉鎖部材を開閉駆動するための
閉鎖部材駆動手段と、前記計重容器の上流に配置された
配量部材と、前記閉鎖部材の位置や前記配量部材の位置
を制御するための制御装置とを備えた、連続計量装置に
より流動性材料の連続的な流過量を自動的に制御する装
置において、 前記閉鎖部材は、前記計重容器から出る流動性材料の
連続的なマスフローを確保するために前記計重容器の対
向するほぼ垂直な壁面に対し下方に傾斜した壁面を有
し、 前記配量部材、前記閉鎖部材駆動手段、前記位置指示
手段および前記重量測定手段は、前記制御装置と接続さ
れていて、 前記制御装置には、前記流動性材料の連続的なマスフ
ローが維持できる前記計重容器の最も下の充填レベルか
ら最大充填レベルまでの与えられた範囲内に保たれるよ
うに、前記配量部材の位置を前記重量測定手段により監
視される重量変化に応じて制御し、かつ流動性材料の連
続的なマスフローを閉鎖部材の開放位置に確保すると共
に流動性材料の所望の流過量を確保するために流動性材
料の種類による前記出口開口の形状と寸法を調整して計
重容器の出口を限定するように閉鎖部材を移動させて位
置決めする前記閉鎖部材駆動手段を制御する、制御プロ
グラムがあることを特徴とする。
本発明で用いる「マスフロー」の用語は、管内または
サイロ内あるいはサイロ出口の何れかにおいて、閉じた
自由に流れる流動性材料柱が生ずることを定義するもの
として用いる。本発明において有益な点は、装置全体の
測定精度に関する重要な条件が、流動性材料と計重容器
の相互作用に大幅に関連していることに認められる。
例えば砂時計では、産物流出状態が非常に安定化され
ている。流出についての正確な時間サイクルから、砂ま
たは流動性材料の材料特性が液体とほぼ同じであるとい
う結論が引き出された。しかしながら、実際には、ホッ
パー内で不完全な流れや閉塞が生じ、流動性材料は液体
とは全く異なった法則にしたがうことが明らかであっ
た。
本発明では、サイロに関してこれまで使用されたこと
がある流出寸法設定を用いている。サイロの分野では、
流出動作が以下の二点に区別されている。
1.コアフロー 2.マスフロー 「コアフロー」の場合、中心部領域に位置する流動性
材料だけが流出するので、流動性の低い材料（例えば小
麦粉）の場合、サイロ横断面の中心部に筒状孔を、サイ
ロ内部の全高さにわたって延びる状態で形成する。この
場合、産物は不規則な状態で流れるが、コアフローの場
合、通常はマスフローの場合よりも大きい排出容量を安
定した状態で得ることができる。なぜなら、マスフロー
の場合には、排出中に流動性材料全体がサイロ内で下方
へ移動するからである。本発明では、大部分が自由に流
れる流動性材料の流れ動作について、マスフローが発生
して計重容器の外へ妨害されずに自由に流れることがで
きた場合、良好な状態が得られることが認められてい
る。通常の動作では、計重容器内の運動において、マス
フローは一定であり、静的および動的摩擦の領域を一定
の状態で通過する必要はない。流出マスフローの付近の
速度に加速や減速が生じても、乱れるような影響は及ぼ
されない。なぜなら、産物流れ全体が壁に沿って通過
し、産物の内部よりも抵抗が小さいからである。
公知の差動計量装置では、前述したようにスクリュー
コンベヤ等の機械力式排出手段が一般に使用されてお
り、それらの手段は速度を変えることにより排出容量を
正確に調整するようになっている。しかしながら、その
ようにすると、計重容器内で流れが堰き止められること
になる。調整された量の産物が強制排出手段から外部へ
通過するだけにすぎない。
発明の実施の形態の装置では、閉鎖部材がフラップま
たはスライドバルブの形態であり、前述したように計重
容器の対向するほぼ垂直な壁に対して斜め下方に傾斜し
た壁部として構成されて、計重容器の出口領域に位置し
ている。好ましくは、フラップまたはスライドバルブ
は、対向するほぼ垂直な壁面に対して０〜40゜（好まし
くは20゜〜35゜）の角度で開口を設定できるように配置
されている。
本発明の装置では、フラップやスライドバルブ等の閉
鎖部材に対して、制御可能な閉鎖部材駆動手段および位
置指示手段が併設されている。前記計量装置により制御
可能な荒い配量部材を連続計量装置に併設する。この荒
い配量部材は、少なくとも産物出口の近傍において、自
由なマスフローを生じさせるようになっている。これに
より、計重容器に対して均一な流入を行なえるという利
点が生ずる。自由な流れを生じさせにくい材料の場合に
は、荒い配量部材として例えばスクリュー配量部材を設
けることもできる。
本発明では、測定技術の観点から、初めは二つの完全
に異なる作動状態を組み合わせることもでき（これにつ
いては後述する）、また所望な場合には、その間に流入
と流出を同時に監視したり、測定技術の観点から、流入
および流出を別々に測定したりすることができる。すな
わち、初めは、連続する産物流内において真の制御点を
設け、それと同時に瞬間的な産物流過量に影響を与える
こともできる。必要な場合、産物流入および産物流出の
制御および調整を行うこともできる。
最終的な流出相（すなわち残留産物が計量装置から流
出するとき）には、正確なマスフローが得られないこと
が試験から分かっており、そのために、測定値を得るた
めには計重容器充填量の1/3〜1/4以下に降下させてはな
らない。流動性材料の密度や含有湿度等が均一でない場
合でも、本発明を使用することができる。連続計重容器
の部分的および完全充填の範囲において、測定値を求め
ると、特に効果的である。
本発明により、信号を使用して計重容器への産物供給
量を制御すると、非常に効果的である。すなわち、計重
容器へ流入する流動性材料の量をその測定値に基づいて
荒く調整し、同時に自由に流出するマスフローの領域で
流過量を正確に調整できるようにする。そのため、単純
なスライドバルブ等の様々な荒い配量部材を流入側に使
用することができる。産物流入量を荒く調整する場合、
計重容器内での充填高さが最大高さを越えないようにす
るか、またはマスフローを維持できる最小高さよりも下
らないようにする。与えられた所望の流過量値を設定す
る必要がある場合、実際の計重容器は流過量に関して
「微調整装置」の形式のものを使用する。
材料密度や含有水分、他の混合率のようにマスフロー
に影響を及ぼす流動性材料の流れ特性に変化が生じた場
合に、計重容器への流動性材料の流入を、検査のために
適当な時間間隔毎に停止させ、単位時間当たりの計量装
置内容物の重量減少を測定することが好ましく、この方
法により、単位時間当たり流出する流動性材料の量を確
定する。これにより、計重容器に流入する産物に乱され
ることもなく流出して製造工程に供給される実際の流出
量、すなわち流動性材料の量の正確な測定値を決定する
ことが可能である。このことは、例えば実際の値をkg/s
ecの単位の流出流動性材料で得るか、またはそれに対応
させて、所望時間間隔についての流通産物量で得るよう
にして設定できる。
本発明の装置を用いて操業中または操業を開始するに
当たり、計重容器内のマスフローを一時的に停止させる
か、または計重容器の出口を閉鎖し、それにより計重容
器に流入する流動性材料の量について単位時間当たりの
重量増加を測定することができる。二つの仕方が可能で
あり、具体的には、産物流入の開始時において、計重容
器へ供給される流動性材料の瞬間的な量を即時的な仕方
で非常に正確に測定し、それにより例えば荒い配量部材
を制御することができ、また必要な場合には、特定の時
間間隔毎に、計重容器へ供給される産物量を正確に測定
することもできる。有利には、計重容器内容物の一部を
短時間だけ排出し、マスフローを停止させるか、または
計重容器出口を閉鎖し、最初の場合については、産物流
入量を単位時間当たりの重量増加に基づいて正確に測定
する。
上記説明から明らかなように、本発明の装置を利用す
る際に、その様々な開発可能性内で、果たすべき特定の
必要条件に応じて様々に組み合わせて使用することがで
きる。それらの条件としては、産物流れをできるだけ良
く平均化すること、所望の値に基づいて流過量を正確に
制御すること、他の要素（例えば粒子の濡れ）の比例混
合のために正確な瞬間的値を測定すること、長時間にわ
たって流動性材料の量を正確に測定すること等であり、
本発明ではこれらを条件を非常に簡単にかつ正確に満た
すことができる。さらに、他の組合せも可能であり、例
えば制御可能な配量部材による産物の荒い調整と、次の
正確な測定とを組み合わせることもできる。
図面の簡単な説明 第１図は本発明による流過量制御装置の図である。
第２図は第１図の制御装置における計量装置信号の特
性の一例を示す図である。
第３図は荒い流入産物量制御部を備えた本発明の他の
実施例の流過量制御装置の図である。
第４図は第３図による装置の計量装置信号の特性の一
例を示す図である。
第５図は本発明の流過量制御装置のさらに他の実施例
を示す図である。
図面を参酌した詳細な説明 第１図に示す計重容器６には、その上部に供給ライン
２が設けられ、中央部に管状計量装置１が設けられ、下
部に排出ライン３が設けられている。管状計量装置１に
はスライドバルブ４が設けられ、このスライドバルブ４
により管状計量装置１の出口を開閉するようになってい
る。計重容器により供給される試験信号を利用するため
のコンピュータユニット５も設けてある。
計量装置１の主要部は計重容器６で形成されており、
計重容器６は圧力セル７またはその他の瞬間的重量の迅
速測定用要素のような重量測定手段の上に支持されてい
る。この場合、計重容器６は、この計重容器６が実際の
供給ラインの一部を形成するように構成配置されてお
り、具体的には、計重容器６に設けた通路領域は、その
横断面が供給ライン２または排出ライン３に正確に対応
すると共に、壁面が他の部分の壁面に対してその形状が
変化しない状態で直接接続しており、供給ラインと通路
領域と排出ラインとが同一横断面を有する単一の部分を
形成するような状態で構成されている。これにより、供
給ライン２から流入した産物は円滑に排出ライン３へ流
入し、計重容器６の内部断面がその流れを乱すことはな
い。
重量測定手段としての圧力セル７は測定重量に対応す
る信号を発生させてコンバータ８へ送る、コンバータ８
はコンピュータ10に接続されている。コンバータ８は電
気−空気圧変換器11にも接続されており、電気−空気圧
変換器11は計量装置１のサイクルを制御するための閉鎖
部材駆動手段である空気圧シリンダ12に接続されてい
る。上記構造によると、測定重量を簡単に電子的信号に
変えてコンピュータ10へ送り、所望の産物流過量（単位
時間当たりの産物量）を計算できる。また、供給ライン
２と排出ライン３とでは圧力状態が異なるので、誤差が
生じる可能性があるが、そのような誤差を排除するため
に、圧力補正管（第１図には図示してない）を設けるこ
とができる。圧力補正管は、計重容器６の真上の部分14
とその真上の部分15とを、スライドバルブ４の位置とは
無関係にスライドバルブ４に影響されない状態で接続す
る。
第２図には、最初の産物が流れる場合に起こるような
（特に産物の種類が初めて測定されるものである場合
に）四つの測定サイクルが例示されている。また第２図
には、時間に関して測定される流過量の四つの測定サイ
クルも示してある。
測定動作の開始時には、スライドバルブ４は閉鎖位置
にある。計重容器が充填され始めると、充填位置Ａを経
て位置Ｂに達する。測定サイクルＩには、頻繁に観察し
た産物供給量の初期上昇状態が示されている。しかしな
がら、測定サイクルIIでは測定時間全体にわたって供給
が安定している。計重容器は測定サイクルIIの最後で再
び完全に空になる。
測定サイクルIIIには、二つの動作状態が含まれてい
る。相IIIの最後までに、計重容器は中間充填位置Ｃま
で充填され、その後に計重容器内の産物量が一定の状態
を保つようにスライドバルブを開き、このスライドバル
ブが適当な位置に固定される。計量装置により測定され
なかった外乱因子のため、計重容器が空けられる速度が
おそくなるので、測定サイクルIVの開始時には、スライ
ドバルブが多少閉じられる。測定サイクルIVでは計重容
器内の産物量が安定化されており、換言すれば、流動性
材料の流入量と流出量とが概ね同一となっている。
第２図には、測定サイクルIIがさらに詳細に示されて
いる。第２図には、時間ｔ（秒）にわたって測定重量Ｑ
（kg）だけ増加する過程が示されている。時間IIは計量
装置出口の閉鎖時、すなわちスライドバルブ４の閉鎖動
作完了時を示している。スライドバルブ４が閉鎖される
と（時間II）、計重容器６が充填され始め、その場合に
最初の衝撃やそれに続く過度の変動によって計量装置シ
ステム全体が振動するので、開始点IIからの曲線に対応
して初期の計重信号が非常に不規則にかつ過度に上昇す
る。
しかしながら、適切な緩衝をした場合、ごく短時間
（実施例では約１秒）で安定効果が現れる。この状態は
概ね点Ｄに対応している。点Ｄから点Ｅまで測定値は直
線的に上昇し、点Ｅに達するとスライドバルブが開く。
産物の流出にともなって計量装置１内の重量は再びゼロ
まで降下し、慣性力の影響により負の重量信号が短時間
だけ発生する。次に、スライドバルブは一定時間だけ開
放状態を保ち、次に再び閉鎖される。閉鎖動作（スライ
ドバルブ４の最終閉鎖動作または計量装置出口の繰り返
し閉鎖時間）の後に、測定サイクルIIをしばしば無作為
に繰り返すこもができる。
一定流過量の最初の測定について、以下のことが重要
である。直線的に測定値が上昇する領域（すなわち、安
定点Ｄとスライドバルブの動作の開始時の直線的重量増
加減の最後の点Ｅとの間の領域）において、瞬間的な時
間測定と共に本発明の装置の操業に必要な測定値がある
ことと、この仕方で非常に正確に瞬間的流過量と安定供
給の開始を確定できることとが重要である。最初の測定
そのものは、通常測定サイクルＩに対応する非直線的曲
線状態となる。
測定サイクルIIの点Atは測定点Ａに対応する時間であ
り、AGmは計量装置で測定した重量偏差である。Btは測
定点Ｂに対応する時間であり、BGmは点Ｂで測定した重
量値（重量偏差）である。流動性材料が連続的に流入し
てくる間に測定値を読み取ると、常に落下産物流れの運
動量と重量を同時に測定することになる。したがって、
そのような単純な測定では、計重容器６に瞬間的に集積
される流動性材料の絶対重量を決して表せない。
前述したように測定重量が直線的に増加する範囲内で
は、例えば点Ａ、Ｂの間に測定値があり、これは非常に
短い基準時間部分Δｔにわたって起こる。
これまでの測定および試験から以下のことが明らかに
なっている。すなわち、運動量（上昇運動量）に起因す
る重量指示誤差は、特別な産物の後流れの対応する値と
正確に同一であり、（計重容器の連続充填中または落下
高さの減少時に両者は同じ比率で変化するので、後流れ
に対応する）その結果二つの因子が相殺され、特定の重
量変化について時間変化が計算された場合、計量装置の
読みが各場合の瞬間流過量（＝秒当たりのマスフロ
ー）を与える。
すなわち、高精度が要求される場合でも、時間AtとBt
の間の重量差を適当なかつ正確な差（値）として使用で
きる。
計量装置内へ流入した流動性材料流の単位時間当たり
の重量を「流動性材料流過量」と呼ぶと、この流過量は
測定差と基準時間部分との関係から次のようにして得る
ことができ、商ΔG/Δｔは秒当たりのマスフロー（）
として与えるかまたはピッチ角度α（β，γ等）（また
はtan α）として与えることができる。
（BGm−AGm）／（Bt−At） ＝ΔG/Δｔ＝tan α（α，β，γ） 上記式において、ΔＧは重量差を表し、Δｔは基準時
間部分の時間を表し、α，β，γは測定曲線（第２図）
のピッチ角度を表す。
すわなち、基準時間部分Δｔ内の曲線形状の測定によ
り短期間または短時間の測定値が得られ、それにより非
常に高い精度で瞬間的流動性材料流過量値を容易に検出
できる。第２図から明らかなように、同様の測定を点Ｄ
と点Ｅの間の直線的測定値上昇領域において、基準時間
部分（点Ａ−Ｂ）の間だけではなく、点Ａ′と点Ｂ′の
別の基準時間部分の間においても行うことができる。基
準時間部分Δｔを点Ａ、Ｂ間と同一に選択すると、秒測
定から引き出される流過量値を、第一基準時間部分内の
測定流過量値と比較でき、偏差がある場合には、平均値
をとることにより、時間AtとＢ′ｔの間の平均流過量を
さらに正確に検出することができる。適当な計重システ
ムを用いた場合、そのような個々の測定を数多く行うこ
とが困難ではなく、個々の場合について同一の基準時間
部分Δｔにわたって点Ｄと点Ｅの間での直線的測定値上
昇部分内で、個々の新たな測定の後に、先に測定した流
過量を平均範囲内に修正することができる。
瞬間流過量値の計算以外にも、重量差ΔＧと基準時間
Δｔの前記測定値により、所望の場合、計重容器６を空
けるまでの全体充填量、すなわち点Ｅと時間IIの間の計
重容器６内への供給産物重量を非常に正確に測定でき
る。この測定は簡単に行うことができ、基準時間部部分
内で測定された重量差ΔＧを適当に直線的に外挿・計算
し、横座標（時間軸）での直線的測定値の上昇ラインの
区間IIと点Ｅの間の重量差を計算できる。またこの重量
差は、計重容器に実際に流入した流動性材料の測定値に
非常に正確に一致しており、このことは試験結果により
証明できる。電子計量装置を使用して測定値を制御を行
い、同時に時間に対する測定値曲線の積分数値評価を行
なえるようにすると、計重容器内へ供給された流動性材
料重量または流過量を計算するための適当な電子回路に
より測定した曲線を、例えば点Ｅを通過するラインから
形成される曲線で置き換えることもできる。その場合、
点Ｅと横軸での交差点の間の時間についての積分値は、
点ＩとＥの間の時間についての実際の測定曲線の積分値
と同一になる。
もちろん測定サイクルＩ、IIを省略して、測定サイク
ルIIIから直接開始することもできる。但し、その場合
には、コンピュータで測定した流過量が計量装置正確度
と一致するということを確信させる適当なものは何もな
い。最初の測定は、同時に特定の作動状態や未知の産物
についての較正の役割を果たす。所望の場合、短時間だ
け産物の流れを停止させることができるならば、この較
正を作業中に繰り返すこともできる。
第１図の構造では、流過量の常時測定が可能であり、
産物流れを永続的に監視できる。適当な帯域幅を設ける
ことにより、第１図の装置では流過量の定常性を改善し
たり、平均化を行うこともできる。計重容器内に供給さ
れる産物に変動や短時間でのピーク現象が生じた場合、
そこで検知される。底部から排出される産物量は時間に
関してかなり釣合いが取れており、これは次いで流過量
の測定精度に影響がある。第１図において、スライドバ
ルブ４は計量装置信号の測定値により制御され、またそ
の信号から産物流過量が測定される。
第１図と第３図の両方において、産物用スライダー20
が供給ライン２に配置されており、空気圧シリンダ21に
より作動されるようになっている。空気圧シリンダ21は
適当な仕方で制御され、例えば第３図に示すように、空
気ライン22と電気・空気圧変換器23によりシリンダ21を
制御すると共に、変換器23がコンバータ24から修正信号
を受け取るようになっている。
ある種の産物では、閉鎖部材として平坦なスライダー
の代わりに、スイングフラップ25を管状計量装置の出口
に設けることが望ましい。スライングフラップ25は閉鎖
部材駆動手段として、電動手段により駆動され、具体的
にはサーボモータや、第３図に示すような空気圧シリン
ダ26により作動されるが、空気圧シリンダ26を使用する
場合には、電気・空気圧変換器28と制御ライン27を経て
供給される圧縮空気によりシリンダ26を制御する。例え
ば回転電位差計等で構成される位置指示器29をスイング
フラップ25に接続することもできる。対応する電気信号
は制御ライン30を経てコンピュータ10へ供給され、各々
の場合についてスイングフラップ25の実際の位置を測定
する。
第３図の構造では、第１図の場合と同様の作動を行う
ことができる。
第31図の構造は、また制御可能な産物排出部を備えた
計重容器と、この計重容器により制御される配量手段を
備えた差動計量装置として作動するものであるが、公知
の差動計量装置と異なる点は、計重容器６内において、
自由なマスフローが許容され、それと同時に自由な産物
の排出が許容される点である。このマスフローは摩擦力
や加速力の変化による外乱要素により乱されることがな
いので、計重容器内でマスフローを維持できる産物量Ａ
以下とならないように開放位置Ｏを設定する。試験結果
から、計重容器全体、特に出口部分の形状を正しく設定
すると、ある産物量ＡからＡとＢの間の領域で充填高さ
が変化しても、計量装置出口での流出速度に影響が及ぼ
されないことが分かっている。
特定の状況と産物によっては、任意の容量で同時に排
出を行う場合、例えば２秒のサイクルにおいて、多量の
産物（例えば量Ａ〜量Ｂ）を計重容器に注ぎ込むことが
可能である。２秒後にスライダー20を完全に閉鎖し、３
秒にわたって時間に対する産物の連続排出の監視・定常
化・測定を行い、次にこのサイクルを繰り返す。このよ
うにすると、少なくとも大部分の時間において、外乱に
影響されない状態で排出産物量を測定して計量装置の精
度を高く維持できる。第４図から明らかなように、供給
に対する定常化が行われると、より多くの情報を得るこ
とができる。
測定は第２図の測定サイクルIIに対応するＸから開始
される。この方法では、コンピュータは流過量ｍまたは
単位時間当たりの計量装置への産物流入量を測定でき、
充填高さＢに達すると、対応する容量位置において、フ
ラップ25を開くことができる。同時にスライダー20が閉
鎖し、測定サイクルXIでは時間に対する計重容器重量の
減少状態または排出容量が連続的に測定され、そこから
マスフロー（）が計算される。測定サイクルXIの相の
最後では、スライダー20が再び開き、それによって最初
はその上側に堆積した産物が計重容器内へ落下する。当
初の急激な上昇に続いて、計重容器信号での上昇が緩や
かになり、供給ライン２からの後流れが通常の状態とな
る。充填高さＢに達すると、スライダー20が再び閉鎖
し、測定サイクルX,XIIが繰り返される。
スライダー20に代えて、産物流れを同様に制御できる
供給スクリューを使用することもできる。
第４図から明らかなように、二つの測定サイクルXIに
おいて計重容器から排出される産物は一定であるかまた
は一定値に定常化されるので、二本の線31、32は平行で
ある。理想化した「検知線」33、34を計算することによ
り、対応する値は産物流入（落下運動量）のために計量
装置では直接測定できないが、特定の充填量について非
常に正確な結論を引き出すことができる。
この方法では、複数の不変の測定サイクルXIに続い
て、排出容量については、多過ぎる場合や少なすぎる場
合に、わずかな修正を供給ラインIIに及ぼすことができ
る。このことは、直接後続処理機械での産物流過量を測
定する場合に特に有利である。なぜなら、機械や混合機
等に必要な制御修正までの時間間隔が長いからである。
第５図の構造は、第１図および第３図の構造と比較し
て産物供給に関する部分が異なっている。第５図におい
て、計重容器への供給はストレージバンカーまたはサイ
ロから直接行われる。ここでの課題は、一定の所望値を
維持することである。産物流過量は処理期間全体にわた
って、例えば±0.2％；±0.1％の計量装置精度に調整し
なければならない。この精度は、瞬間的な値および処理
期間全体にわたる合計値として維持しなければならな
い。
第５図の装置においても、閉鎖部材25が計重容器６か
ら出る流動性材料の連続的なマスフローを確保するため
に計重容器６の対向するほぼ垂直な壁面に対し下方に傾
斜した壁面を有する。閉鎖部材25の駆動手段である空気
圧シリンダ26が電気・空気圧変換器28に接続され、さら
にコンバータ27を経てコンピュータ10に接続され、計重
容器６を支持する重量測定手段７が測定値を送信するた
めにコンバータ24を経てコンピュータ10に接続され、閉
鎖部材25の位置指示器29はコンピュータ10に接続されて
いる。コンピュータ10は制御ユニット９に接続され、こ
れらは閉鎖部材25の位置を制御する制御部を構成する。
計重容器６の上側には、サイロまたはストレージ容器
40が設けられており、その下流部が調整可能な配量部材
43に接続されている。配量部材43は産物の流れ特性に対
応させて、公知の様々な手段を使用できる。粉体等のよ
うな自由に流れる産物の場合、公知の方法により自由マ
スフローサイロとしてサイロまたは容器部分42を構成す
ることが特に効果的であるばかりではなく、第５図に示
すように、自由な産物の排出を伴う自由マスフロー配量
手段の形態の配量部材を構成しても効果的であることが
分かっている。配量部材には荒い配量機能があると共
に、この配量部材は配量の調整可能なフラップ43の形態
をしており、このフラップ43を空気圧シリンダ44等によ
り制御して作動させるようになっている。圧縮空気圧信
号は電気・空気圧変換器46から圧縮空気ライン45を経て
空気圧シリンダ44に送られる。コンピュータ10はコンバ
ータ47に対して所望の所定設定値を供給し、その値が位
置指示器48により初期の荒い設定を行うために用いられ
る。これは配量部材43の位置を制御する制御部を構成す
る。作動中は、荒い配量部材43のための修正指示が、計
重容器６内の充填高さA,B間の変化範囲が充分に利用で
きる状態になるように選択される。
第５図は本発明による装置を用いて操業を開始する前
に、コンピュータ10には、所望の流過量に関して流動性
材料の種類による計重容器の出口開口位置のためのプロ
グラムや、流動性材料の連続的なマスフローの流過量に
関しての閉鎖部材の位置や配量部材の位置のためのプロ
グラムを入力しておく。すでに説明したように、操業中
の測定精度を保証するために、特に産物の種類が初めて
の場合に閉鎖部材を閉じてかつ配量部材を開いて第２図
のＩまたはIIの測定サイクルを行って所望の流過量を測
定する。次に、操業を開始するに当たり、いったん閉鎖
部材25を閉じて、測定サイクルIIIにおいてこの測定し
た単位時間当たりの所望の流過量を前記配量部材43の開
度により計重容器内に供給する。その後、第２図の測定
サイクルIIIの13秒の時点で閉鎖部材25を開く。その
際、流動性材料の連続的なマスフローを閉鎖部材の開放
位置に確保すると共にその所望の流過量を確保するため
に、流動性材料の種類による閉鎖部材の出口開口の形状
と寸法を調整して計重容器６の出口を限定するように閉
鎖部材駆動手段26を制御することにより閉鎖部材25を移
動させて位置決めし、この閉鎖部材25の位置を操業中維
持する。操業中、流動性材料の連続的なマスフローを維
持できる計重容器６の最も下の充填レベルＡから最大充
填レベルＢまでの与えられた範囲内に連続的なマスフロ
ーが保たれるように配量部材43の位置を重量測定手段７
により監視される重量変化に応じて制御する。このよう
にして、流動性材料の種類により設定された計重容器の
出口開口によって流動性材料の所望の連続的な流過量を
自動的に確保することができる。
前述したように、従来は、一つのシステムにおいて対
応するデータを計量装置精度および一定の産物流れとと
もに得ることは不可能である。なぜなら、バッチ・スケ
ールは非常に正確に作動するが、各々の場合において、
ある（例えば50kgの）量を急激に排出するだけであるか
らである。偏向板を備えたシステムでは、何れも所望の
精度を達成できない。バンド形計量装置は、多くの場
合、経済的な意味から使用できず、非常に高い維持費を
かけた場合にのみ所望の精度を得ることができる。
以下マスフローの裏付けについて述べると、例えばジ
ェニク（Jenike）の方法は、自由なマスフローを発生さ
せるためのスライダーまたはフラップならびに容器の計
算や寸法設定に利用できる。
1954年にエー・ダブリュー・ジェニク（A.W.Jenike）
は、（1954年にユタ大学が発行した文献「ユタ・エンジ
ニアリング・エクスペリメント・ステーション」第64
号、および1964年にユタ大学が発行した文献「ユタ・エ
ンジニアリング・エクスペリメント・ステーション」文
献123号を参照）、材料特性（異なる壁材料等に対する
流動性材料の摩擦値ならびに流動性材料の内部摩擦角
度）を測定するための実験的試験方法を開発し、そのお
かげで容器出口での排出量およびオーバーフローの形状
を測定して重力の作用によるマスフローを問題のない状
態にすることが可能になった。
この目的のために、対応する流動性材料のパターンを
剪断装置により測定する。この装置の要部は土壌工学で
公知の剪断セルで構成されており、異なる垂直荷重の下
で、引き締められて、その状態で剪断される。測定結果
をグラフ的に評価するとともに、ジェニクが見出した高
微分式で計算すると、各流動性材料と壁材料の組合せに
ついて、それぞれの場合、マスフローを確保できるだけ
の傾斜面の所要傾斜度ならびに最小出口寸法を得ること
ができる。
機械的な排出部材を使用し、その部材が計量装置の底
部領域を完全に覆うか閉鎖した状態に保つ場合、種々の
運動（回転、揺動、脈動等）が瞬間的な計重結果に乱れ
を及ぼす。しかしながら、排出部の断面における開度が
異なることによる重量の差はない。なぜなら、機械的排
出部材の場合、容器壁部や底部に対する圧力の結果とし
て、重量値になんら直接的な影響がないからである。
以上説明したように、本発明による装置では、閉鎖部
材を計重容器の対向する垂直な壁面に対し下方に傾斜さ
せることにより計重容器から出る流動性材料の連続的な
マスフローを確保すると共に、制御装置のプログラムに
よりマスフローを維持できる計重容器内の最も下の充填
レベルから最大充填レベルまでの所定の範囲内にマスフ
ローが確保されるように、重量測定手段により監視され
る計重容器の重量変化に応じて計重容器の上流の配量部
材の位置を制御し、かつマスフローに関連して流動性材
料の種類により計重容器の出口開口の形状と寸法を調整
して計重容器の出口を限定するように閉鎖部材を移動さ
せて位置決めする閉鎖部材駆動手段を制御するように構
成したので、配量部材の位置の制御により計重容器内の
マスフローを維持しながら、流動性材料の連続的な所望
の流過量を、設定した形状と寸法の出口開口から計重容
器の高い精度を保って自動的に測定して排出することが
できる。また、本発明の装置によれば、計重容器内に機
械的な定量排出機構を設けることなく、計重容器から流
出する自由なマスフローを連続的な流動性材料の流れの
性質を利用して一定量の流動性材料を排出することがで
きるので、装置寸法が比較的小さくなりかつ構造が簡単
になるという利点がある。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−226828（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−150310（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−56923（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−56751（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭53−17420（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入口開口と出口開口を有する計重容器
    （６）と、計重容器と接続された重量測定手段（７）
    と、前記計重容器の出口領域に配置されかつ前記計重容
    器の出口開口を開閉するように計重容器に連結された閉
    鎖部材（25）と、前記閉鎖部材と接続された位置指示手
    段（29）と、前記閉鎖部材を開閉駆動するための閉鎖部
    材駆動手段（26）と、前記計重容器の上流に配置された
    配量部材（43）と、前記閉鎖部材の位置や前記配量部材
    の位置を制御するための制御装置とを備えた、連続計量
    装置により流動性材料の連続的な流過量を自動的に制御
    する装置において、 前記閉鎖部材は、前記計重容器から出る流動性材料の連
    続的なマスフローを確保するために前記計重容器の対向
    するほぼ垂直な壁面に対し下方に傾斜した壁面を有し、 前記配量部材、前記閉鎖部材駆動手段、前記位置指示手
    段および前記重量測定手段は、前記制御装置と接続され
    ていて、 前記制御装置には、前記流動性材料の連続的なマスフロ
    ーが維持できる前記計重容器の最も下の充填レベルから
    最大充填レベルまでの与えられた範囲内に保たれるよう
    に、前記配量部材の位置を前記重量測定手段により監視
    される重量変化に応じて制御し、かつ流動性材料の連続
    的なマスフローを閉鎖部材の開放位置に確保すると共に
    流動性材料の所望の流過量を確保するために流動性材料
    の種類による前記出口開口の形状と寸法を調整して計重
    容器の出口を限定するように閉鎖部材を移動させて位置
    決めする前記閉鎖部材駆動手段を制御する、制御プログ
    ラムがあることを特徴とする流動性材料の連続的な流過
    量を自動的に制御する装置。
  2. 【請求項２】前記閉鎖部材は、前記計重容器の調節可能
    な可動壁部分からなることを特徴とする請求の範囲１の
    装置。
  3. 【請求項３】前記調節可能な壁部分は直線状に移動可能
    であることを特徴とする請求の範囲２の装置。
  4. 【請求項４】前記調節可能な壁部分は回動可能であるこ
    とを特徴とする請求の範囲２の装置。
  5. 【請求項５】前記閉鎖部材を移動させて位置決めする閉
    鎖部材駆動手段は、前記計重容器の垂直な壁に対して０
    ゜と40゜の間の角度に調節することを特徴とする請求の
    範囲２の装置。
  6. 【請求項６】供給ラインの部分が前記計重容器より上に
    間隔を置いて位置しており、排出ラインの部分が前記計
    重容器より下に間隔を置いて位置しており、供給ライン
    の前記部分の通過領域、排出ラインの前記部分および前
    記計重容器は実質的に同じ横断面を有し、前記供給およ
    び排出ラインの前記部分と計重容器が互いに整合されて
    送りラインを形成することを特徴とする請求の範囲１の
    装置。
  7. 【請求項７】前記計重容器は、電子的重量測定手段であ
    る前記重量測定手段上に載っていることを特徴とする請
    求の範囲１の装置。
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