JP3595244B2 - 充填機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の容器に飲料または医薬品等の流体を充填する充填機に関し、特に、各容器に一定量の流体を充填するために各容器に注入される流体の流量を電磁流量計を用いて監視する充填機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各容器に充填される流体を一定量に制御する方法として、流体が注入されている容器の重量を監視する方法と、容器に流体を注入する注入管を流れる流量を監視する方法とがある。流量を監視する方法では、流量計として渦流量計、オーバル流量計、電磁流量計等の利用が考えられる。渦流量計およびオーバル流量計は流路に構造物があるので、流路に堆積物が生じる可能性がある。このため、渦流量計およびオーバル流量計の使用は、衛生およびメンテナンスの観点から好ましくない。そこで、流路に何も構造物をもたない電磁流量計を用いた充填機が製品化されている。
【０００３】
図１２は、電磁流量計を用いた従来の充填機の全体構成を示すブロック図である。
この充填機には、多数の注入管２０２ａ〜２０２ｎが並設されている。各注入管２０２ａ〜２０２ｎには、それぞれバルブ２０３ａ〜２０３ｎが設けられている。また、各注入管２０２ａ〜２０２ｎには、それぞれ検出器２０５ａ〜２０５ｎと変換器２０６ａ〜２０６ｎとから構成される電磁流量計が設けられている。各注入管２０２ａ〜２０２ｎの電磁流量計は、それぞれ注入管２０２ａ〜２０２ｎ内の流体に交番磁界を印加して、これにより生ずる起電力を基に注入管２０２ａ〜２０２ｎ内の流量を算出する。変換器２０６ａ〜２０６ｎで算出された流量を示す流量信号は、制御部２０８ａ〜２０８ｎにそれぞれ出力される。
【０００４】
制御部２０８ａ〜２０８ｎは、各注入管２０２ａ〜２０２ｎに設けられたバルブ２０３ａ〜２０３ｎの開閉をそれぞれ制御する。各制御部２０８ａ〜２０８ｎは、それぞれ、各バルブ２０３ａ〜２０３ｎを開いた後、各電磁流量計の変換器２０６ａ〜２０６ｎから出力された流量信号を基に各容器２０１ａ〜２０１ｎに注入された流体の総和を算出して、この総和が設定値に達した時点で各バルブ２０３ａ〜２０３ｎを閉じる。各制御部２０８ａ〜２０８ｎが各バルブ２０３ａ〜２０３ｎを閉じる基準となる上記設定値は、温度および湿度等が変化してもすべての容器２０１ａ〜２０１ｎに一定量の流体が充填されるよう、充填機運転前に各制御部２０８ａ〜２０８ｎで個別に調整される。
【０００５】
次に、図１２に示した従来の充填機で用いられる電磁流量計について、さらに説明する。以下では検出器２０５ａと変換器２０６ａと構成される電磁流量計を例に説明するが、検出器２０５ｂ〜２０５ｎと変換器２０６ａ〜２０６ｎとからそれぞれ構成される電磁流量計も同じ構成を有している。
【０００６】
図１３は、検出器２０５ａと変換器２０６ａとからなる電磁流量計の一構成例を示すブロック図である。
励磁部２６３から励磁コイル２５１ａ，２５１ｂに、所定周波数の励磁電流２６３ｃが出力される（励磁電流２６３ｃの周波数を励磁周波数という）。励磁コイル２５１ａ，２５１ｂは、この励磁電流２６３ｃにより励磁されて交番磁界を発生する。このような磁界が注入管２０２ａ内の流体に印加されると、電磁誘導により、磁界の方向および流体の流れ方向の両方に直交する方向に、平均流速に比例した振幅を有する起電力が発生する。この起電力に基づく交流電圧信号は、注入管２０２ａの内壁に対向して取り付けられた電極２５２ａ，２５２ｂにより取り出される。
【０００７】
電極２５２ａ，２５２ｂにより取り出された交流電圧信号は、増幅部２６５で交流増幅され、交流流速信号２６５ｓとしてサンプルホールド部２６６に出力される。一方、サンプルホールド部２６６へはサンプリング制御部２６４からサンプリング信号２６４ｓ，２６４ｔが出力される。サンプリング信号２６４ｓ，２６４ｔはそれぞれ交流流速信号２６５ｓの正側，負側をサンプリングするタイミングを示す信号であり、励磁周波数と同じ周波数を有している。サンプルホールド部２６６では、サンプリング信号２６４ｓ，２６４ｔにしたがって交流流速信号２６５ｓがサンプリングされ、平均流速に応じて直流電位が変化する直流流速信号２６６ｓが出力される。
【０００８】
サンプルホールド部２６６から出力された直流流速信号２６６ｓは、Ａ／Ｄ変換部２６７でディジタル信号に変換されてから、演算処理部２６８に入力される。演算処理部２６８では、入力信号に対して所定の演算処理を実行することにより、注入管２０２ａ内の平均流量が算出される。この平均流量を示すディジタル信号は、励磁周波数と同じ周波数で、流量信号として出力部２６９から図１２に示した制御部２０８ａに出力される。
【０００９】
図１４は、図１３に示した電磁流量計の各部の信号を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は励磁部２６３により励磁コイル２５１ａ，２５１ｂに印加された電圧（ここでは励磁電圧とよぶ）２６３ｖ、（Ｂ）は増幅部２６５から出力された交流流速信号２６５ｓ、（Ｃ），（Ｄ）はそれぞれサンプリング制御部２６４から出力されたサンプリング信号２６４ｓ，２６４ｔ、（Ｅ）はサンプルホールド部２６６から出力された直流流速信号２６６ｓである。
【００１０】
励磁電圧２６３ｖは図１４（Ａ）に示すような矩形波であるので、励磁電圧２６３ｖの極性が切り替わる時点で微分ノイズが発生する。この微分ノイズは、磁界印加により発生する起電力に基づく交流電圧信号に重畳される。このため、図１４（Ｂ）において実線で示すように、交流流速信号２６５ｓの各パルスの冒頭部にスパイクが現れる。
また、図１３に示した電磁流量計に商用電源が供給されている場合には、この商用電源に由来する交流ノイズが注入管２０２ａを介して交流流速信号２６５ｓに重畳してしまう。しかし、励磁電圧２６３ｖの周波数が商用電源の周波数の１／（偶数）であれば、交流ノイズに基づく誤差を除去できる。なお、図１４（Ｂ）の点線は、励磁電圧２６３ｖの周波数が商用電源の周波数の１／２である場合、すなわち２５Ｈｚまたは３０Ｈｚの場合の波形を示している。
【００１１】
そこで、図１３に示した電磁流量計では、商用電源２０９からタイミングを抽出するタイミング信号発生部２６２を設けている。このタイミング信号発生部２６２は、商用電源２０９から抽出したタイミングを基に、例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのタイミング信号２６２ａを生成する。このタイミング信号２６２ａで励磁部２６３およびサンプリング制御部２６４がタイミング制御される。このとき、図１４（Ｃ）および（Ｄ）に示すようにサンプリング信号２６４ｓ，２６４ｔによるサンプリング期間を交流流速信号２６５ｓの各パルスの終焉部に設定することで、微分ノイズに基づく誤差および交流ノイズに基づく誤差の両方を除去できる。
【００１２】
しかし、この場合、電磁流量計の変換器２０６ａから流量信号が出力される周波数は、励磁周波数と同じく、高々２５Ｈｚまたは３０Ｈｚである。図１５は、バルブ２０３ａが開いてから閉じるまでの注入管２０２ａ内の流量（一点鎖線）と変換器２０６ａから出力される流量信号（実線）との関係を示す図である。この図の横軸は時間、縦軸は流量である。この図からも分かるように、容器２０１ａ内に注入された量を流量信号から推定する場合、流量信号の周波数が小さいと誤差が大きくなる。単位時間あたりの流量を大きくして充填時間短縮を図る場合や、小型の容器に流体を充填する場合には、上記の周波数では誤差が大きくなり、すべての容器２０１ａ〜２０１ｎに再現性よく一定量の流体を充填できないという問題があった。
【００１３】
図１６は、検出器２０５ａと変換器２０６ａとからなる電磁流量計の他の構成例を示すブロック図である。この図において、図１３と同一部分を同一符号をもって示す。
図１６に示した電磁流量計では、タイミング信号発生部３６２は、クロック信号発生部３６１から出力されるクロック信号３６１ｓを分周して、タイミング信号３６２ｓを生成する。分周する比率を調整することで、タイミング信号３６２ｓの周波数を５０Ｈｚまたは６０Ｈｚよりも高くできる。これにより、流量信号の出力周波数（すなわち励磁周波数）を２５Ｈｚまたは３０Ｈｚよりも高くできる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１６に示した電磁流量計を充填機に用いると、次のような問題があった。図１７は、この問題点を説明するためのタイミングチャートであり、（Ａ）は変換器２０６ｂの励磁電圧２６３ｖ、（Ｂ）および（Ｃ）は変換器２０６ａの励磁電圧２６３ｖおよび交流流速信号２６５ｓである。変換器２０６ａ，２０６ｂは、隣同士の注入管２０２ａ，２０２ｂにそれぞれ設けられた電磁流量計の変換器である。
図１２に示した充填機では、多数の容器２０１ａ〜２０１ｎに連続的に充填する必要があるので、各注入管２０２ａ〜２０２ｎは互いに近接配置されている。特に、容器２０１ａ〜２０１ｎが小型の場合は、各注入管２０２ａ〜２０２ｎの密着度がかなり高くなる。このような場合、矩形波励磁の切替時に発生する微分ノイズは、励磁コイル２５１ａ，２５１ｂからの漏れ磁束として、電磁流量計相互で影響を及ぼし合う。
【００１５】
その一方、図１６に示した電磁流量計では、各変換器２０６ａ〜２０６ｎが個別のクロック信号３６１ｓを基に励磁タイミングを決定しているので、各電磁流量計間で励磁周波数に微小なばらつきが生じてしまう。このような場合、当初各変換器２０６ａ〜２０６ｎの励磁が同期していたとしても、時間経過と共に徐々にずれが生じてくる。そして、変換器２０６ａのサンプリング期間（図１７（Ｃ）の斜線部分）に変換器２０６ｂの励磁電圧２６３ｖの極性が切り替わる（図１７（Ａ））と、変換器２０６ａからの流量信号に誤差が含まれることになる。隣りの電磁流量計からの微分ノイズの影響で交流流速信号２６５ｓにスパイクが発生し、このスパイクがサンプリングされてしまうのである。
このとき流量信号に含まれる誤差は不確定な誤差であり、充填機運転前の調整でも除去できない。このため、注入管２０２ａから流体が順次充填される複数の容器２０１ａの間で充填量が変化してしまう。すなわち、図１６に示した電磁流量計を用いると、充填量に関する再現性が悪くなるという問題があった。
【００１６】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、短時間で再現性よく流体を充填できる充填機を提供することにある。また、他の目的は、小型の容器に再現性よく流体を充填できる充填機を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の充填機は、多数の容器のそれぞれに流体を注入する互いに近接配置された多数の注入管と、各注入管毎に設けられかつ開信号および閉信号に基づき各注入管をそれぞれ開閉するバルブと、各注入管毎に設けられかつ各注入管内の流体に交番磁界を印加することにより生ずる起電力に基づき流量を算出して流量信号を出力する電磁流量計と、各バルブのそれぞれに開信号を出力すると共に、開信号出力後に各電磁流量計から出力された流量信号に基づき各容器に一定量の流体が充填されるように各バルブのそれぞれに閉信号を出力する制御手段と、各電磁流量計における励磁周波数を所望の周波数に設定する励磁周波数設定手段と、各電磁流量計における励磁タイミングを同期させる同期手段とを備え、励磁周波数設定手段は、電磁流量計のうちの１つに含まれかつこの電磁流量計のクロック信号を分周して所望の値の周波数を有する同期信号を生成する同期信号発生手段により構成され、同期手段は、電磁流量計のうちの１つで生成された同期信号を他のすべての電磁流量計に伝送する同期信号線と、各電磁流量計のそれぞれに含まれかつ同期信号に同期して励磁を行う励磁手段とにより構成される。このように構成することで、１つの電磁流量計で生成された同期信号に、すべての電磁流量計の励磁を同期させることができる。その結果、励磁周波数を例えば２５Ｈｚまたは３０Ｈｚより高く設定しても、各電磁流量計間で励磁タイミングの同期がとれるため、近接する電磁流量計からの微分ノイズによる影響が、流量信号に与えられることを防止できる。
【００１９】
また、本発明の充填機は、多数の容器のそれぞれに流体を注入する互いに近接配置された多数の注入管と、各注入管毎に設けられかつ開信号および閉信号に基づき各注入管をそれぞれ開閉するバルブと、各注入管毎に設けられかつ各注入管内の流体に交番磁界を印加することにより生ずる起電力に基づき流量を算出して流量信号を出力する電磁流量計と、各バルブのそれぞれに開信号を出力すると共に、開信号出力後に各電磁流量計から出力された流量信号に基づき各容器に一定量の流体が充填されるように各バルブのそれぞれに閉信号を出力する制御手段と、各電磁流量計における励磁周波数を所望の周波数に設定する励磁周波数設定手段と、各電磁流量計における励磁タイミングを同期させる同期手段とを備え、励磁周波数設定手段は、各電磁流量計のそれぞれに含まれかつその電磁流量計のクロック信号を分周して所望の値の周波数を有する第１のタイミング信号を生成するタイミング信号発生手段により構成され、同期手段は、各電磁流量計のそれぞれに含まれかつすべての電磁流量計で共通に得られる交流信号を基に第１のタイミング信号のタイミングを所定の周期で補正するタイミング補正手段と、各電磁流量計のそれぞれに含まれかつ第１のタイミング信号に同期して励磁を行う励磁手段とにより構成される。各電磁流量計で生成された第１のタイミング信号のタイミングに仮にずれが生じたとしても、各電磁流量計で共通に得られる交流信号を基にタイミングを補正できるので、すべての電磁流量計の励磁を同期させることができる。その結果、励磁周波数を例えば２５Ｈｚまたは３０Ｈｚより高く設定しても、各電磁流量計間で励磁タイミングの同期がとれるため、近接する電磁流量計からの微分ノイズによる影響が、流量信号に与えられることを防止できる。
【００２０】
この場合、同期手段が利用する交流信号は、交流電源から各電磁流量計に共通に供給される交流電流である。あるいは、１つの交流電源から出力される交流電流により発生する交流ノイズである。
また、同期手段のタイミング補正手段は、交流信号から第２のタイミング信号を抽出する手段と、第１のタイミング信号のタイミングと第２のタイミング信号のタイミングとが概ね一致する時点で第１のタイミング信号のタイミングを補正する手段とを備える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここで「充填」とは、容器に予め設定された量の流体を注入することをいい、必ずしも容器に流体を満たすことを意味するとは限らない。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の充填機の全体構成を示すブロック図である。
この充填機には多数の注入管２ａ〜２ｎが並設されている。各注入管２ａ〜２ｎは、多数の容器１ａ〜１ｎのそれぞれに、飲料または医薬品等の導電性を有する流体を注入するものである。各注入管２ａ〜２ｎにはそれぞれバルブ３ａ〜３ｎが設けられている。各バルブ３ａ〜３ｎは後述する開閉信号に基づきそれぞれ注入管２ａ〜２ｎを開閉して、各容器１ａ〜１ｎへの流体の注入を制御する。
【００２２】
また、各注入管２ａ〜２ｎにはそれぞれ電磁流量計が設けられている。各注入管２ａ〜２ｎの電磁流量計は、それぞれ検出器５ａ〜５ｎと変換器６ａ〜６ｎとから構成される。各注入管２ａ〜２ｎ同士は互いに近接しているので、各注入管２ａ〜２ｎに取り付けられた検出器５ａ〜５ｎ同士も互いに近接している。各変換器６ａ〜６ｎは同期信号線７により接続されている。
検出器５ａ〜５ｎは、それぞれ注入管２ａ〜２ｎ内の流体に交番磁界を印加して、これにより生ずる起電力に基づく交流電圧信号を変換器６ａ〜６ｎに出力する。また、変換器６ａ〜６ｎは、それぞれ検出器５ａ〜５ｎから出力された交流電圧信号を演算処理して、注入管２ａ〜２ｎ内の流量を算出する。変換器６ａ〜６ｎで算出された流量を示す流量信号は、それぞれ制御部８ａ〜８ｎに出力される。
【００２３】
各制御部８ａ〜８ｎは、各注入管２ａ〜２ｎに設けられたバルブ３ａ〜３ｎのそれぞれに開閉信号を出力する。各制御部８ａ〜８ｎは、開信号を出力して各バルブ３ａ〜３ｎを開いた後、各電磁流量計の変換器６ａ〜６ｎから出力された流量信号を基に各容器１ａ〜１ｎに注入された流体の総和をそれぞれ算出して、この総和が設定値に達した時点で閉信号を出力して各バルブ３ａ〜３ｎをそれぞれ閉じる。各制御部８ａ〜８ｎが閉信号を出力する基準となる上記設定値は、温度および湿度等が変化してもすべての容器１ａ〜１ｎに一定量の流体が充填されるよう、充填機運転前に各制御部８ａ〜８ｎで個別に調整される。
【００２４】
次に、図１に示した充填機で用いられる電磁流量計について、さらに説明する。図２は、検出器５ａと変換器６ａとからなる電磁流量計の構成を示すブロック図である。
検出部５ａは、励磁コイル５１ａ，５１ｂと、電極５２ａ，５２ｂと、アースリング５３とから構成される。励磁コイル５１ａ，５１ｂは、励磁電流６３ｃにより励磁されて交番磁界を発生する一対のコイルであり、発生する磁界の方向が注入管２ａ内の流れ方向と直交するように注入管２ａの外周に配設されている。電極５２ａ，５２ｂは、その先端部が注入管２ａの内壁に面しており、注入管２ａ内に分布する磁界と直交する方向に取り付けられている。アースリング５３は、電極５２ａ，５２ｂによる信号検出精度を高めるためのものであり、基準電位５４に電気的に接続されている。
【００２５】
変換部６ａは、クロック信号発生部６１と、同期信号発生部６２と、励磁部６３と、サンプリング制御部６４と、増幅部６５と、サンプルホールド部６６と、Ａ／Ｄ変換部６７と、演算処理部６８と、出力部６９と、同期信号入出力端子７０とから構成される。
クロック信号発生部６１は、変換器６ａの動作の基準となるクロック信号６１ｓを出力する。
同期信号発生部６２は、クロック信号発生部６１から出力されたクロック信号６１ｓを分周して、所望の周波数の同期信号６２ｓを生成する。ただし、同期信号発生部６２はＯＮ／ＯＦＦ切替可能があり、変換器６ａ〜６ｎのうち１個の変換器の同期信号発生部６２のみがＯＮに設定される。ここでは、説明の都合上、変換器６ａの同期信号発生部６２のみがＯＮに設定されており、他の変換器６ｂ〜６ｎの同期信号発生部６２はＯＦＦに設定されているものとする。
【００２６】
励磁部６３は、矩形波からなる所定周波数の電圧（ここでは励磁電圧とよぶ）６３ｖを検出部５ａの励磁コイル５１ａ，５１ｂに印加して、励磁コイル５１ａ，５１ｂに励磁電流６３ｃを供給する。この励磁部６３は、同期信号発生部６２から出力された同期信号６２ｓに同期して、励磁電圧６３ｖの極性を切り替える。
サンプリング制御部６４は、同期信号発生部６２から出力された同期信号６２ｓを基に、サンプルホールド部６６のスイッチ６６ａ，６６ｂをそれぞれＯＮするサンプリング信号６４ｓ，６４ｔを生成する。サンプリング信号６４ｓ，６４ｔの周波数は共に同期信号の周波数の１／２であり、サンプリング信号６４ｓ，６４ｔの位相は互いに半周期ずれている。
また、同期信号発生部６２と励磁部６３とサンプリング制御部６４との接続点は、同期信号入出力端子７０を介して、同期信号６２ｓを他のすべての電磁流量計の変換器６ｂ〜６ｎに伝送する同期信号線７に接続されている。
【００２７】
増幅部６５は、検出部５ａの電極５２ａ，５２ｂからの交流電圧信号をそれぞれ交流増幅する増幅器６５ａ，６５ｂと、各増幅器６５ａ，６５ｂで増幅された交流電圧信号を合成して交流流速信号６５ｓとして出力する増幅器６５ｃとから構成される。
サンプルホールド部６６は、スイッチ６６ａと抵抗６６ｃとキャパシタ６６ｅとからなる第１のサンプルホールド回路と、スイッチ６６ｂと抵抗６６ｄとキャパシタ６６ｆとからなる第２のサンプルホールド回路と、差動増幅器６６ｇとから構成される。このような構成のサンプルホールド部６６は、サンプリング制御部６４から出力されるサンプリング信号６４ｓ，６４ｔにしたがって交流流速信号６５ｓをサンプリングして、直流流速信号６６ｓとして出力する。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換部６７は、サンプルホールド部６６から出力された直流流速信号６６ｓをディジタル信号に変換する。演算処理部６８は、Ａ／Ｄ変換部６７から出力されたディジタル信号に対して演算処理を行うことにより、注入管２ａ内の平均流量を算出する。出力部６９は、演算処理部６８から出力された平均流量を示すディジタル信号を、図１に示した制御部８ａに出力する。
以上の構成のうち、同期信号発生部６２、サンプリング制御部６４および演算処理部６８は、ＣＰＵにより実現される。
【００２９】
ここでは、検出器５ａと変換器６ａとから構成される電磁流量計の構成を説明したが、検出器５ｂ〜５ｎと変換器６ａ〜６ｎとからそれぞれ構成される電磁流量計も同様の構成を有している。そして、変換器６ａのＯＮに設定された同期信号発生部６２により、各電磁流量計における励磁周波数を所望の値に設定する励磁周波数設定手段が構成され、同期信号線７と各変換器６ａ〜６ｎの励磁部６３とにより、各電磁流量計における励磁タイミングを同期させる同期手段が構成される。
【００３０】
次に、図２に示した検出器５ａと変換器６ａとからなる電磁流量計の動作を説明する。
図３は、図２に示した電磁流量計の各部の信号を示すタイミングチャートであり、（Ａ）はクロック信号発生部６１から出力されたクロック信号６１ｓ、（Ｂ）は同期信号発生部６２から出力された同期信号６２ｓ、（Ｃ）は励磁部６３により印加された励磁電流６３ｖ、（Ｄ）は増幅部６５から出力された交流流速信号６５ｓ、（Ｅ），（Ｆ）はそれぞれサンプリング制御部６４から出力されたサンプリング信号６４ｓ，６４ｔ、（Ｇ）はサンプルホールド部６６から出力された直流流速信号６６ｓである。
また、図４は、隣同士の注入管２ａ，２ｂに設けられた電磁流量計の変換器６ａ，６ｂそれぞれの励磁電圧６３ｖの位相関係を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は変換器６ｂの励磁電圧６３ｖ、（Ｂ）は変換器６ａの励磁電圧６３ｖである。
【００３１】
同期信号発生部６２では、図３（Ａ）に示すような例えば８ＭＨｚのクロック信号６１ｓが分周されて、図３（Ｂ）に示すような例えば１７０Ｈｚの同期信号６２ｓが生成される。同期信号発生部６２で生成された同期信号６２ｓは、変換器６ａの励磁部６３およびサンプリング制御部６４に与えられると共に、同期信号線７を介して、他の変換器６ｂ〜６ｎの励磁部６３およびサンプリング制御部６４にも与えられる。
励磁部６３からは、例えば図３（Ｃ）に示すような振幅２０Ｖの矩形波からなる励磁電圧６３ｖが検出器５ａの励磁コイル５１ａ，５１ｂに印加される。この励磁電圧６３ｖの極性は同期信号６２ｓに同期して切り替えられるので、励磁電圧６３ｖの周波数は８５Ｈｚとなる。したがって、励磁コイル５１ａ，５１ｂからは８５Ｈｚの交番磁界が発生する。
【００３２】
注入管２ａ内の流体に磁界が印加されると、電磁誘導により、磁界の方向および流体の流れ方向の両方に直交する方向に、平均流速に比例した振幅を有する起電力が発生する。この起電力に基づく交流電圧信号は、一対の電極５２ａ，５２ｂにより取り出されて、増幅部６５で交流増幅された後、交流流速信号６５ｓとしてサンプルホールド部６６に出力される。
【００３３】
一方、すべての変換器６ａ〜６ｎの励磁部６３は、同期信号６２ｓに同期して動作する。このため、すべての変換器６ａ〜６ｎの励磁部６３によりそれぞれ印加される励磁電圧６３ｖの位相は、例えば図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように完全に一致する。微分ノイズは励磁電圧６３ｖの極性が切り替わるときに発生するので、この場合、各変換器６ａ〜６ｎの励磁電圧６３ｖに起因する微分ノイズは同時に発生することになる。このため、近接する電磁流量計（例えば変換器６ｂ）からの微分ノイズが起電力に基づく交流電圧信号に重畳されたとしても、交流流速信号６５ｓにスパイクが現れるのは、図３（Ｄ）に示すように各パルスの冒頭部のみとなる。したがって、交流流速信号６５ｓのサンプリング期間を、図３（Ｅ）および（Ｆ）に示すように各パルスの終焉部に設けることにより、スパイクがサンプリングされることを防止できる。
【００３４】
サンプリング制御部６４からサンプリング信号６４ｓが出力されている期間は、サンプルホールド部のスイッチ６６ａがＯＮとなる。このため、交流流速信号６５ｓの正側の終焉部は、抵抗６６ｃおよびキャパシタ６６ｅで積分されて、差動増幅器６６ｇの非反転入力端子（＋）に入力される。同様に、サンプリング信号６４ｔが出力されている期間はスイッチ６６ｂがＯＮとなるので、交流流速信号６５ｓの負側の終焉部は抵抗６６ｄおよびキャパシタ６６ｆで積分されて、差動増幅器６６ｇの反転入力端子（−）に入力される。差動増幅器６６ｇでは２つの入力信号の差分がとられて、注入管２ａ内の平均流速に応じて図３（Ｇ）に示す直流電位が変化する直流流速信号６６ｓが生成される。
この直流流速信号６６ｓには、変換器６ａの励磁電圧６３ｖに起因する微分ノイズによる誤差はもちろんのこと、他の変換器６ａの励磁電圧６３ｖに起因する微分ノイズによる誤差も含まれていない。つまり、直流流速信号６６ｓには不確定な誤差は含まれていない。
【００３５】
差動増幅器６６ｇの出力端子から出力された直流流速信号６６ｓは、Ａ／Ｄ変換部６７でディジタル信号に変換されてから、演算処理部６８に入力される。演算処理部６８では、入力信号が示す注入管２ａ内の平均流速に、注入管２ａの断面積を乗ずることで、平均流量が求められる。この平均流量を示すディジタル信号は、励磁周波数と同じ８５Ｈｚで、流量信号として出力部６９から図１に示した制御部８ａに出力される。
【００３６】
図５は、バルブ３ａが開いてから閉じるまでの注入管２ａ内の流量（一点鎖線）と変換器６ａから出力される流量信号（実線）との関係を示す図である。この図の横軸は時間、縦軸は流量である。
図１に示した制御部８は、バルブ３ａに開信号を出力した後、電磁流量計の変換器６ａから順次出力される流量信号が示す流量を積算する。そして、この積算値から容器１ａに注入された流体の総和を算出して、この総和が設定値に達した時点でバルブ３ａに閉信号を出力する。このように、制御部８は変換器６ａからの流体信号を基に容器１ａへの注入量を推定するので、流量サンプルとなる流量信号が多い方がよい。
【００３７】
図１３に示した従来からある電磁流量計と図２に示した電磁流量計とを対比すると、前者の励磁周波数は高々２５Ｈｚまたは３０Ｈｚであるのに対して、後者の励磁周波数は８５Ｈｚである。したがって、図２に示した電磁流量計を用いた充填機によれば、従来よりも正確な充填量の制御が可能となる。
【００３８】
以上のように、図２に示した構成を有する電磁流量計を用いることで、励磁周波数を従来より高くしても、隣接する電磁流量計で発生する微分ノイズによる不確定な誤差を測定流量から除去できる。このため、容器１ａへの流体充填時間を短縮する場合や、小型の容器１ａに流体を充填する場合でも、注入管２ａから流体が順次充填される複数の容器１ａの間で、一定量の流体を充填できる。よって、図２に示した電磁流量計を用いることで、このような場合でも良い再現性を得られる。
さらに、すべての変換器６ａ〜６ｎからの測定流量に不確定な誤差が含まれていないので、同時に充填される各容器１ａ〜１ｎの間でも一定量の流体を精度よく充填できる。
【００３９】
以上では、励磁周波数を８５Ｈｚに設定した場合を例に説明したが、図２に示した同期信号発生部６２がクロック信号６１ｓを分周する比率を調整することで、所望の励磁周波数を実現できる。例えば、励磁周波数を１３５Ｈｚに設定する場合には、同期信号発生部６２で２７０Ｈｚの同期信号６２ｓを生成すればよい。
また、以上では変換器６ａで同期信号を生成して他の変換器６ｂ〜６ｎへ分配する場合を例に説明したが、同期信号を生成する主体は別の変換器６ｂ〜６ｎに切り替えることもできる。例えば、変換器６ｂの同期信号発生部６２をＯＮにして、変換器６ａの同期信号発生部６２を他の変換器６ｃ〜６ｎの同期信号発生部６２と共にＯＦＦにすればよい。この場合、変換器６ａの同期信号発生部６２は動作せず、他の変換器６ｂから同期信号線７および同期信号入出力端子７０を介して入力された同期信号が変換器６ａの励磁部６３およびサンプリング制御部６４に与えられる。
【００４０】
また、図２に示した電磁流量計では矩形波からなる励磁電圧６３ｖを用いて励磁を行っているが、励磁電圧の波形はこれに限られない。図６は、他の波形の励磁電圧６３ｖｖを用いて励磁を行った場合の、電磁流量計の各部の信号を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は励磁部６３により印加された励磁電圧６３ｖｖ、（Ｂ）は微分ノイズによるスパイクを含まない交流流速信号、（Ｃ）は増幅部６５から出力された交流流速信号６５ｓｓ、（Ｄ），（Ｅ）はそれぞれサンプリング制御部６４から出力されたサンプリング信号６４ｓｓ，６４ｔｔ、（Ｆ）はサンプルホールド部６６から出力された直流流速信号６６ｓｓである。
【００４１】
図３（Ｄ）に示したように、矩形波からなる励磁電流６３ｃの極性が切り替わると、交流流速信号６５ｓの状態が安定するまでに所定の時間がかかる。このため、交流流速信号６５ｓのサンプリングは、交流流速信号６５ｓの状態が安定するのを待って行われる。
図６（Ａ）に示す励磁電圧６３ｖｖは、図６（Ｂ）に示すように短時間で交流流速信号６５ｓの状態が安定するような波形をしている。つまり、励磁電圧６３ｖｖの振幅をまずＶＨ とした後ＶＬ （０＜ＶＬ ＜ＶＨ ）に下げて、極性を切り替えて−ＶＨ とした後−ＶＬ に上げる。短時間で交流流速信号６５ｓの状態が安定すれば、図６（Ｄ），（Ｅ）に示すようにサンプリング期間を長くできる。これにより、図６（Ｆ）に示すように直流流速信号６６ｓｓの直流電位が相対的に大きくなる。したがって、図６（Ａ）に示した波形の励磁電圧６３ｖｖを用いて励磁することで、注入管２ａ内の流量をより精密に測定できる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の充填機では、励磁タイミングを決めるタイミング信号を各電磁流量計で個別に生成し、このタイミング信号のタイミングをすべての電磁流量計で共通に得られる交流信号を基に定期的に補正することにより、すべての電磁流量計の励磁タイミングの同期を図る。この充填機は、図１に示した充填機の変換器６ａ〜６ｎのそれぞれにタイミング補正手段を設けることで構成できる。また、各変換器６ａ〜６ｎ間を同期信号線７で接続する必要がない。以下、本発明の第２の実施の形態の充填機に用いられる電磁流量計について、詳細に説明する。
【００４３】
まず、電磁流量計に交流電源が供給される場合について説明する。
図７は、電磁流量計の一構成例を示すブロック図である。また、図８は、図７に示した電磁流量計の第２のタイミング信号発生部の動作を示すタイミングチャートである。また、図９は、図７に示した電磁流量計の第１のタイミング信号発生部の動作を示すタイミングチャートである。図９では説明の都合上、第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングの補正量が誇張して示されている。
図７に示した電磁流量計は注入管２ａに設けられたものであるが、他の注入管２ｂ〜２ｎのそれぞれに設けられた電磁流量計もまったく同じ構成をしている。なお、図７において、図２と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
【００４４】
図７に示した電磁流量計の変換器１０６ａには、商用電源等の交流電源１０９から交流電流（交流信号）１０９ｃが供給されている。この交流電源１０９は、すべての電磁流量計の変換器に共通に交流電流１０９ｃを供給しているものとする。
第２のタイミング信号発生部１７１は、交流電源１０９からの交流電流１０９ｃより、第２のタイミング信号１７１ｓを抽出する。例えば、図８に示すように、交流電流１０９ｃの振幅がゼロになったときにパルスを発生するように構成される。この場合、交流電源１０９が商用電源であれば、第２のタイミング信号１７１ｓの周波数は１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚとなる。
リセット信号発生部１７２は、第２のタイミング信号発生部１７１から出力された第２のタイミング信号１７１ｓを分周して、リセット信号１７２ｓを生成する。このリセット信号１７２ｓは、所定の周期で第１のタイミング信号発生部１６２に出力される。
【００４５】
第１のタイミング信号発生部１６２は、クロック信号発生部６１から出力されたクロック信号６１ｓを分周して、所望の周波数の第１のタイミング信号１６２ｓを生成する。通常は、第１のタイミング信号１６２ｓを出力した後、所定個のクロック信号６１ｓを数えてから、次の第１のタイミング信号１６２ｓを出力する。ただし、リセット信号発生部１７２からリセット信号１７２ｓが入力されると、図９に示すようにその時点で次の第１のタイミング信号１６２ｓを出力する。したがって、クロック信号６１ｓの周波数に誤差があり、この誤差により第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングにずれが生じたとしても、リセット信号１７２ｓにより第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングが補正される。
【００４６】
ここで、第１のタイミング信号１６２ｓの設定周波数をｆ１ 、第２のタイミング信号１７１ｓの周波数をｆ２ とすると、リセット信号１７２ｓの周期Ｔは（１）式を満たすように設定される。ただし、ａ，ｂは互いに素の自然数である。
Ｔ ＝ ａ／ｆ１ ＝ ｂ／ｆ２ ・・・（１）
例えば、励磁周波数を８５Ｈｚに設定し、交流電源１０９として５０Ｈｚの商用電源を使用した場合、ｆ１＝１７０Ｈｚ，ｆ２＝１００Ｈｚとなるので、ａ＝１７，ｂ＝１０であり、リセット信号１７２ｓの周期Ｔは０．１ｓｅｃとなる。
【００４７】
このようにリセット信号１７２ｓの周期Ｔを設定すれば、第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングと第２のタイミング信号１７２ｓのタイミングとが概ね一致する時点で、リセット信号１７２ｓが出力されることになる。これにより、第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングの補正量を最小限にとどめられるので、第１のタイミング信号１６２ｓの連続性を維持できる。
なお、リセット信号１７２ｓの周期Ｔを設定するにあたり、厳密に（１）式が満たされる必要はなく、許容範囲内で認められる。また、リセット信号１７２ｓの周期は（１）式を満たす周期Ｔの自然数倍であってもよい。
【００４８】
このような構成において、各電磁流量計で生成される第１のタイミング信号１６２ｓの周波数は、すべて同じ値に設定される。その上で、すべての電磁流量計で共通に得られる交流電流１０９ｃを基に、各電磁流量計で第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングを定期的に補正することにより、各電磁流量計の第１のタイミング信号１６２ｓの同期をとることができる。第１のタイミング信号１６２ｓは、励磁部６３およびサンプリング制御部６４の両方に出力されて、励磁部６３およびサンプリング制御部６４の動作の基準となる。したがって、すべての電磁流量計の励磁タイミングを同期させることができる。
【００４９】
この場合、各電磁流量計それぞれの第１のタイミング信号１６２ｓの位相が一致している必要はない。図１０は、隣同士の注入管２ａ，２ｂに設けられた電磁流量計の変換器１０６ａ，１０６ｂそれぞれの第１のタイミング信号１６２ｓの位相関係を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は変換器６ｂの第１のタイミング信号１６２ｓ、（Ｂ）および（Ｃ）はそれぞれ変換器６ａの第１のタイミング信号１６２ｓおよび交流流速信号６５ｓである。
【００５０】
図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、変換器１０６ａ，１０６ｂそれぞれの第１のタイミング信号１６２ｓの位相が一致していなくても、両者の位相差は保持される。したがって、仮に変換器１０６ｂにおける第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングが変換器１０６ａにおける交流流速信号６５ｓのサンプリング期間（図１０（Ｃ）の斜線部分）に含まれていたとしても、隣の電磁流量計からの微分ノイズによる誤差は変換器１０６ａから順次出力される流量信号に等しく含まれることになる。このため、変換器１０６ａが含まれる系、すなわち注入管２ａと検出器１０５ａと変換器１０６ａと制御部８ａとバルブ３ａとから構成される系のみで見た場合、容器１ａの充填量には再現性がある。したがって、充填機運転前に制御部８ａ〜８ｎを個別に調整することにより、すべての容器１ａ〜１ｎに一定量の流体を充填できる。
【００５１】
しかも、各電磁流量計の励磁周波数はそれぞれの第１のタイミング信号発生部１６２で所望の値に設定されるので、図７に示した電磁流量計を用いた充填機は、各容器１ａ〜１ｎへの流体充填時間を短縮する場合や、小型の容器１ａ〜１ｎに流体を充填する場合に有効である。
その一方で、図７に示した電磁流量計を用いた充填機では、各変換器６ａ〜６ｎ間を同期信号線７で接続する必要がない。したがって、多数ある変換器６ａ〜６ｎのうちの１個が故障した場合などは、故障した変換器のみを交換するだけでよい。
【００５２】
なお、図７に示した電磁流量計では、各電磁流量計の第１のタイミング信号発生部１６２により、各電磁流量計における励磁周波数を所望の値に設定する励磁周波数設定手段が構成され、各電磁流量計の第２のタイミング信号発生部１７１とリセット信号発生部１７２と第１のタイミング信号発生部１６２（以上によりタイミング補正手段が構成される）と励磁部６３とにより、各電磁流量計における励磁タイミングを同期させる同期手段が構成される。
【００５３】
次に、電磁流量計が直流電源で駆動され、交流電源が供給されない場合について説明する。
図１１は、電磁流量計の他の構成例を示すブロック図である。この図に示した電磁流量計は注入管２ａに設けられたものであるが、他の注入管２ｂ〜２ｎのそれぞれに設けられた電磁流量計もまったく同じ構成をしている。なお、図１１において、図２，図７と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
この電磁流量計では交流電源が供給されていないので、商用電源等の１つの交流電源から出力される交流電流により発生する交流ノイズ（交流信号）を利用する。この交流ノイズは各注入管２ａ〜２ｎを伝搬する。
【００５４】
第２のタイミング信号発生部１８１の入力側は、検出器１０５ａの基準電位５４に接続されると共に、入力コンデンサ１８４を介して変換器１１６ａのケース電位（通常はアース電位）１８３に接続されている。第２のタイミング信号発生部１８１は、２つの電位５４，１８３の電位差から上記交流ノイズを検出する。そして、図７に示した第２のタイミング信号発生部１７１と同様に、検出した交流ノイズより第２のタイミング信号１８１ｓを抽出して、リセット信号発生部１７２に出力する。他の構成は図７に示した電磁流量計と同じである。
【００５５】
このように、各注入管２ａ〜２ｎに分布する交流ノイズを利用することにより、直流電源で駆動される電磁流量計であっても、図７に示した電磁流量計を用いた場合と同様の効果が得られる。
なお、配管から交流ノイズを検出する手段は例えば特開平６−１６０１３８号公報に記載されており、図１１に示した電磁流量計は上記公報に記載されているずべての交流ノイズ検出手段を利用できる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による充填機は、各電磁流量計における励磁周波数を所望の周波数に設定する励磁周波数設定手段と、各電磁流量計における励磁タイミングを同期させる同期手段とを備えるものである。このように構成することで、励磁周波数を例えば２５Ｈｚまたは３０Ｈｚよりも高く設定しても、各電磁流量計間で励磁タイミングの同期がとれる。このため、近接する電磁流量計からの微分ノイズによる不確定な誤差が流量信号に含まれることを防止できる。このため、各容器への流体充填時間を短縮する場合や、小型の容器に流体を充填する場合でも、充填量に関して良い再現性を得られる。
【００５７】
また、１つの電磁流量計で生成された同期信号を同期信号線を介して他の電磁流量計に供給して、この同期信号にすべての電磁流量計の励磁を同期させる。これにより、従来からある電磁流量計の構成を大幅に変更することなく、各電磁流量計を同期させることができる。この場合、同時に充填されるすべての容器に一定量の流体を精度よく充填できる。
また、各電磁流量計で第１のタイミング信号を個別に生成し、この第１のタイミング信号のタイミングをすべての電磁流量計で共通に得られる交流信号を基に定期的に補正して、すべての電磁流量計の励磁を同期させる。各電磁流量計間を同期信号線で接続する必要がないので、多数ある電磁流量計のうちの１個が故障した場合などは、故障した電磁流量計のみを交換するだけでよい。
また、交流信号から抽出した第２のタイミング信号のタイミングと第１のタイミング信号のタイミングとが概ね一致する時点で第１のタイミング信号のタイミングを補正することにより、第１のタイミング信号の連続性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の充填機の全体構成を示すブロック図である。
【図２】検出器５ａと変換器６ａとからなる電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示した電磁流量計の各部の信号を示すタイミングチャートである。
【図４】隣同士の注入管に設けられた電磁流量計の変換器それぞれの励磁電圧の位相関係を示すタイミングチャートである。
【図５】注入管内の流量と流量信号との関係を示す図である。
【図６】他の波形の励磁電圧を用いて励磁を行った場合の、電磁流量計の各部の信号を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施の形態の充填機で用いられる電磁流量計の一構成例を示すブロック図である。
【図８】図７に示した電磁流量計の第２のタイミング信号発生部の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】図７に示した電磁流量計の第１のタイミング信号発生部の動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】隣同士の注入管に設けられた電磁流量計の変換器それぞれの第１のタイミング信号の位相関係を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の充填機で用いられる電磁流量計の他の構成例を示すブロック図である。
【図１２】電磁流量計を用いた従来の充填機の全体構成を示すブロック図である。
【図１３】電磁流量計の一構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示した電磁流量計の各部の信号を示すタイミングチャートである。
【図１５】注入管内の流量と流量信号との関係を示す図である。
【図１６】電磁流量計の他の構成例を示すブロック図である。
【図１７】図１６に示した電磁流量計を充填機に用いた場合の問題点を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ａ〜１ｎ…容器、２ａ〜２ｎ…注入管、３ａ〜３ｎ…バルブ、５ａ〜５ｎ…電磁流量計の検出器、６ａ〜６ｎ…電磁流量計の変換器、７…同期信号線、８…制御部、５１ａ，５１ｂ…励磁コイル、５２ａ，５２ｂ…電極、５３…アースリング、５４…基準電位、６１…クロック信号発生部、６１ａ…クロック信号、６２…同期信号発生部、６２ａ…同期信号、６３…励磁部、６３ｓ，６３ｓｓ…励磁信号、６４…サンプリング制御部、６４ｓ，６４ｓｓ，６４ｔ，６４ｔｔ…サンプリング信号、６５…増幅部、６５ａ〜６５ｃ…増幅器、６５ｓ，６５ｓｓ…交流流速信号、６６…サンプルホールド部、６６ａ，６６ｂ…スイッチ、６６ｃ，６６ｄ…抵抗、６６ｅ，６６ｆ…キャパシタ、６６ｇ…差動増幅器、６６ｓ，６６ｓｓ…直流流速信号、６７…Ａ／Ｄ変換器、６８…演算処理部、６９…出力部、１０９…交流電源、１０９ｃ…交流電流、１６２，１７１，１８１…タイミング信号発生部、１６２ｓ，１７１ｓ，１８１ｓ…タイミング信号、１７２…リセット信号発生部、１７２ｓ…リセット信号、１８３…ケース電位、１８４…入力コンデンサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の容器に飲料または医薬品等の流体を充填する充填機に関し、特に、各容器に一定量の流体を充填するために各容器に注入される流体の流量を電磁流量計を用いて監視する充填機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各容器に充填される流体を一定量に制御する方法として、流体が注入されている容器の重量を監視する方法と、容器に流体を注入する注入管を流れる流量を監視する方法とがある。流量を監視する方法では、流量計として渦流量計、オーバル流量計、電磁流量計等の利用が考えられる。渦流量計およびオーバル流量計は流路に構造物があるので、流路に堆積物が生じる可能性がある。このため、渦流量計およびオーバル流量計の使用は、衛生およびメンテナンスの観点から好ましくない。そこで、流路に何も構造物をもたない電磁流量計を用いた充填機が製品化されている。
【０００３】
図１２は、電磁流量計を用いた従来の充填機の全体構成を示すブロック図である。
この充填機には、多数の注入管２０２ａ〜２０２ｎが並設されている。各注入管２０２ａ〜２０２ｎには、それぞれバルブ２０３ａ〜２０３ｎが設けられている。また、各注入管２０２ａ〜２０２ｎには、それぞれ検出器２０５ａ〜２０５ｎと変換器２０６ａ〜２０６ｎとから構成される電磁流量計が設けられている。各注入管２０２ａ〜２０２ｎの電磁流量計は、それぞれ注入管２０２ａ〜２０２ｎ内の流体に交番磁界を印加して、これにより生ずる起電力を基に注入管２０２ａ〜２０２ｎ内の流量を算出する。変換器２０６ａ〜２０６ｎで算出された流量を示す流量信号は、制御部２０８ａ〜２０８ｎにそれぞれ出力される。
【０００４】
制御部２０８ａ〜２０８ｎは、各注入管２０２ａ〜２０２ｎに設けられたバルブ２０３ａ〜２０３ｎの開閉をそれぞれ制御する。各制御部２０８ａ〜２０８ｎは、それぞれ、各バルブ２０３ａ〜２０３ｎを開いた後、各電磁流量計の変換器２０６ａ〜２０６ｎから出力された流量信号を基に各容器２０１ａ〜２０１ｎに注入された流体の総和を算出して、この総和が設定値に達した時点で各バルブ２０３ａ〜２０３ｎを閉じる。各制御部２０８ａ〜２０８ｎが各バルブ２０３ａ〜２０３ｎを閉じる基準となる上記設定値は、温度および湿度等が変化してもすべての容器２０１ａ〜２０１ｎに一定量の流体が充填されるよう、充填機運転前に各制御部２０８ａ〜２０８ｎで個別に調整される。
【０００５】
次に、図１２に示した従来の充填機で用いられる電磁流量計について、さらに説明する。以下では検出器２０５ａと変換器２０６ａと構成される電磁流量計を例に説明するが、検出器２０５ｂ〜２０５ｎと変換器２０６ａ〜２０６ｎとからそれぞれ構成される電磁流量計も同じ構成を有している。
【０００６】
図１３は、検出器２０５ａと変換器２０６ａとからなる電磁流量計の一構成例を示すブロック図である。
励磁部２６３から励磁コイル２５１ａ，２５１ｂに、所定周波数の励磁電流２６３ｃが出力される（励磁電流２６３ｃの周波数を励磁周波数という）。励磁コイル２５１ａ，２５１ｂは、この励磁電流２６３ｃにより励磁されて交番磁界を発生する。このような磁界が注入管２０２ａ内の流体に印加されると、電磁誘導により、磁界の方向および流体の流れ方向の両方に直交する方向に、平均流速に比例した振幅を有する起電力が発生する。この起電力に基づく交流電圧信号は、注入管２０２ａの内壁に対向して取り付けられた電極２５２ａ，２５２ｂにより取り出される。
【０００７】
電極２５２ａ，２５２ｂにより取り出された交流電圧信号は、増幅部２６５で交流増幅され、交流流速信号２６５ｓとしてサンプルホールド部２６６に出力される。一方、サンプルホールド部２６６へはサンプリング制御部２６４からサンプリング信号２６４ｓ，２６４ｔが出力される。サンプリング信号２６４ｓ，２６４ｔはそれぞれ交流流速信号２６５ｓの正側，負側をサンプリングするタイミングを示す信号であり、励磁周波数と同じ周波数を有している。サンプルホールド部２６６では、サンプリング信号２６４ｓ，２６４ｔにしたがって交流流速信号２６５ｓがサンプリングされ、平均流速に応じて直流電位が変化する直流流速信号２６６ｓが出力される。
【０００８】
サンプルホールド部２６６から出力された直流流速信号２６６ｓは、Ａ／Ｄ変換部２６７でディジタル信号に変換されてから、演算処理部２６８に入力される。演算処理部２６８では、入力信号に対して所定の演算処理を実行することにより、注入管２０２ａ内の平均流量が算出される。この平均流量を示すディジタル信号は、励磁周波数と同じ周波数で、流量信号として出力部２６９から図１２に示した制御部２０８ａに出力される。
【０００９】
図１４は、図１３に示した電磁流量計の各部の信号を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は励磁部２６３により励磁コイル２５１ａ，２５１ｂに印加された電圧（ここでは励磁電圧とよぶ）２６３ｖ、（Ｂ）は増幅部２６５から出力された交流流速信号２６５ｓ、（Ｃ），（Ｄ）はそれぞれサンプリング制御部２６４から出力されたサンプリング信号２６４ｓ，２６４ｔ、（Ｅ）はサンプルホールド部２６６から出力された直流流速信号２６６ｓである。
【００１０】
励磁電圧２６３ｖは図１４（Ａ）に示すような矩形波であるので、励磁電圧２６３ｖの極性が切り替わる時点で微分ノイズが発生する。この微分ノイズは、磁界印加により発生する起電力に基づく交流電圧信号に重畳される。このため、図１４（Ｂ）において実線で示すように、交流流速信号２６５ｓの各パルスの冒頭部にスパイクが現れる。
また、図１３に示した電磁流量計に商用電源が供給されている場合には、この商用電源に由来する交流ノイズが注入管２０２ａを介して交流流速信号２６５ｓに重畳してしまう。しかし、励磁電圧２６３ｖの周波数が商用電源の周波数の１／（偶数）であれば、交流ノイズに基づく誤差を除去できる。なお、図１４（Ｂ）の点線は、励磁電圧２６３ｖの周波数が商用電源の周波数の１／２である場合、すなわち２５Ｈｚまたは３０Ｈｚの場合の波形を示している。
【００１１】
そこで、図１３に示した電磁流量計では、商用電源２０９からタイミングを抽出するタイミング信号発生部２６２を設けている。このタイミング信号発生部２６２は、商用電源２０９から抽出したタイミングを基に、例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのタイミング信号２６２ａを生成する。このタイミング信号２６２ａで励磁部２６３およびサンプリング制御部２６４がタイミング制御される。このとき、図１４（Ｃ）および（Ｄ）に示すようにサンプリング信号２６４ｓ，２６４ｔによるサンプリング期間を交流流速信号２６５ｓの各パルスの終焉部に設定することで、微分ノイズに基づく誤差および交流ノイズに基づく誤差の両方を除去できる。
【００１２】
しかし、この場合、電磁流量計の変換器２０６ａから流量信号が出力される周波数は、励磁周波数と同じく、高々２５Ｈｚまたは３０Ｈｚである。図１５は、バルブ２０３ａが開いてから閉じるまでの注入管２０２ａ内の流量（一点鎖線）と変換器２０６ａから出力される流量信号（実線）との関係を示す図である。この図の横軸は時間、縦軸は流量である。この図からも分かるように、容器２０１ａ内に注入された量を流量信号から推定する場合、流量信号の周波数が小さいと誤差が大きくなる。単位時間あたりの流量を大きくして充填時間短縮を図る場合や、小型の容器に流体を充填する場合には、上記の周波数では誤差が大きくなり、すべての容器２０１ａ〜２０１ｎに再現性よく一定量の流体を充填できないという問題があった。
【００１３】
図１６は、検出器２０５ａと変換器２０６ａとからなる電磁流量計の他の構成例を示すブロック図である。この図において、図１３と同一部分を同一符号をもって示す。
図１６に示した電磁流量計では、タイミング信号発生部３６２は、クロック信号発生部３６１から出力されるクロック信号３６１ｓを分周して、タイミング信号３６２ｓを生成する。分周する比率を調整することで、タイミング信号３６２ｓの周波数を５０Ｈｚまたは６０Ｈｚよりも高くできる。これにより、流量信号の出力周波数（すなわち励磁周波数）を２５Ｈｚまたは３０Ｈｚよりも高くできる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１６に示した電磁流量計を充填機に用いると、次のような問題があった。図１７は、この問題点を説明するためのタイミングチャートであり、（Ａ）は変換器２０６ｂの励磁電圧２６３ｖ、（Ｂ）および（Ｃ）は変換器２０６ａの励磁電圧２６３ｖおよび交流流速信号２６５ｓである。変換器２０６ａ，２０６ｂは、隣同士の注入管２０２ａ，２０２ｂにそれぞれ設けられた電磁流量計の変換器である。
図１２に示した充填機では、多数の容器２０１ａ〜２０１ｎに連続的に充填する必要があるので、各注入管２０２ａ〜２０２ｎは互いに近接配置されている。特に、容器２０１ａ〜２０１ｎが小型の場合は、各注入管２０２ａ〜２０２ｎの密着度がかなり高くなる。このような場合、矩形波励磁の切替時に発生する微分ノイズは、励磁コイル２５１ａ，２５１ｂからの漏れ磁束として、電磁流量計相互で影響を及ぼし合う。
【００１５】
その一方、図１６に示した電磁流量計では、各変換器２０６ａ〜２０６ｎが個別のクロック信号３６１ｓを基に励磁タイミングを決定しているので、各電磁流量計間で励磁周波数に微小なばらつきが生じてしまう。このような場合、当初各変換器２０６ａ〜２０６ｎの励磁が同期していたとしても、時間経過と共に徐々にずれが生じてくる。そして、変換器２０６ａのサンプリング期間（図１７（Ｃ）の斜線部分）に変換器２０６ｂの励磁電圧２６３ｖの極性が切り替わる（図１７（Ａ））と、変換器２０６ａからの流量信号に誤差が含まれることになる。隣りの電磁流量計からの微分ノイズの影響で交流流速信号２６５ｓにスパイクが発生し、このスパイクがサンプリングされてしまうのである。
このとき流量信号に含まれる誤差は不確定な誤差であり、充填機運転前の調整でも除去できない。このため、注入管２０２ａから流体が順次充填される複数の容器２０１ａの間で充填量が変化してしまう。すなわち、図１６に示した電磁流量計を用いると、充填量に関する再現性が悪くなるという問題があった。
【００１６】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、短時間で再現性よく流体を充填できる充填機を提供することにある。また、他の目的は、小型の容器に再現性よく流体を充填できる充填機を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の充填機は、多数の容器のそれぞれに流体を注入する互いに近接配置された多数の注入管と、各注入管毎に設けられかつ開信号および閉信号に基づき各注入管をそれぞれ開閉するバルブと、各注入管毎に設けられかつ各注入管内の流体に交番磁界を印加することにより生ずる起電力に基づき流量を算出して流量信号を出力する電磁流量計と、各バルブのそれぞれに開信号を出力すると共に、開信号出力後に各電磁流量計から出力された流量信号に基づき各容器に一定量の流体が充填されるように各バルブのそれぞれに閉信号を出力する制御手段と、各電磁流量計における励磁周波数を所望の周波数に設定する励磁周波数設定手段と、各電磁流量計における励磁タイミングを同期させる同期手段とを備え、励磁周波数設定手段は、電磁流量計のうちの１つに含まれかつこの電磁流量計のクロック信号を分周して所望の値の周波数を有する同期信号を生成する同期信号発生手段により構成され、同期手段は、電磁流量計のうちの１つで生成された同期信号を他のすべての電磁流量計に伝送する同期信号線と、各電磁流量計のそれぞれに含まれかつ同期信号に同期して励磁を行う励磁手段とにより構成される。このように構成することで、１つの電磁流量計で生成された同期信号に、すべての電磁流量計の励磁を同期させることができる。その結果、励磁周波数を例えば２５Ｈｚまたは３０Ｈｚより高く設定しても、各電磁流量計間で励磁タイミングの同期がとれるため、近接する電磁流量計からの微分ノイズによる影響が、流量信号に与えられることを防止できる。
【００１９】
また、本発明の充填機は、多数の容器のそれぞれに流体を注入する互いに近接配置された多数の注入管と、各注入管毎に設けられかつ開信号および閉信号に基づき各注入管をそれぞれ開閉するバルブと、各注入管毎に設けられかつ各注入管内の流体に交番磁界を印加することにより生ずる起電力に基づき流量を算出して流量信号を出力する電磁流量計と、各バルブのそれぞれに開信号を出力すると共に、開信号出力後に各電磁流量計から出力された流量信号に基づき各容器に一定量の流体が充填されるように各バルブのそれぞれに閉信号を出力する制御手段と、各電磁流量計における励磁周波数を所望の周波数に設定する励磁周波数設定手段と、各電磁流量計における励磁タイミングを同期させる同期手段とを備え、励磁周波数設定手段は、各電磁流量計のそれぞれに含まれかつその電磁流量計のクロック信号を分周して所望の値の周波数を有する第１のタイミング信号を生成するタイミング信号発生手段により構成され、同期手段は、各電磁流量計のそれぞれに含まれかつすべての電磁流量計で共通に得られる交流信号を基に第１のタイミング信号のタイミングを所定の周期で補正するタイミング補正手段と、各電磁流量計のそれぞれに含まれかつ第１のタイミング信号に同期して励磁を行う励磁手段とにより構成される。各電磁流量計で生成された第１のタイミング信号のタイミングに仮にずれが生じたとしても、各電磁流量計で共通に得られる交流信号を基にタイミングを補正できるので、すべての電磁流量計の励磁を同期させることができる。その結果、励磁周波数を例えば２５Ｈｚまたは３０Ｈｚより高く設定しても、各電磁流量計間で励磁タイミングの同期がとれるため、近接する電磁流量計からの微分ノイズによる影響が、流量信号に与えられることを防止できる。
【００２０】
この場合、同期手段が利用する交流信号は、交流電源から各電磁流量計に共通に供給される交流電流である。あるいは、１つの交流電源から出力される交流電流により発生する交流ノイズである。
また、同期手段のタイミング補正手段は、交流信号から第２のタイミング信号を抽出する手段と、第１のタイミング信号のタイミングと第２のタイミング信号のタイミングとが概ね一致する時点で第１のタイミング信号のタイミングを補正する手段とを備える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここで「充填」とは、容器に予め設定された量の流体を注入することをいい、必ずしも容器に流体を満たすことを意味するとは限らない。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の充填機の全体構成を示すブロック図である。
この充填機には多数の注入管２ａ〜２ｎが並設されている。各注入管２ａ〜２ｎは、多数の容器１ａ〜１ｎのそれぞれに、飲料または医薬品等の導電性を有する流体を注入するものである。各注入管２ａ〜２ｎにはそれぞれバルブ３ａ〜３ｎが設けられている。各バルブ３ａ〜３ｎは後述する開閉信号に基づきそれぞれ注入管２ａ〜２ｎを開閉して、各容器１ａ〜１ｎへの流体の注入を制御する。
【００２２】
また、各注入管２ａ〜２ｎにはそれぞれ電磁流量計が設けられている。各注入管２ａ〜２ｎの電磁流量計は、それぞれ検出器５ａ〜５ｎと変換器６ａ〜６ｎとから構成される。各注入管２ａ〜２ｎ同士は互いに近接しているので、各注入管２ａ〜２ｎに取り付けられた検出器５ａ〜５ｎ同士も互いに近接している。各変換器６ａ〜６ｎは同期信号線７により接続されている。
検出器５ａ〜５ｎは、それぞれ注入管２ａ〜２ｎ内の流体に交番磁界を印加して、これにより生ずる起電力に基づく交流電圧信号を変換器６ａ〜６ｎに出力する。また、変換器６ａ〜６ｎは、それぞれ検出器５ａ〜５ｎから出力された交流電圧信号を演算処理して、注入管２ａ〜２ｎ内の流量を算出する。変換器６ａ〜６ｎで算出された流量を示す流量信号は、それぞれ制御部８ａ〜８ｎに出力される。
【００２３】
各制御部８ａ〜８ｎは、各注入管２ａ〜２ｎに設けられたバルブ３ａ〜３ｎのそれぞれに開閉信号を出力する。各制御部８ａ〜８ｎは、開信号を出力して各バルブ３ａ〜３ｎを開いた後、各電磁流量計の変換器６ａ〜６ｎから出力された流量信号を基に各容器１ａ〜１ｎに注入された流体の総和をそれぞれ算出して、この総和が設定値に達した時点で閉信号を出力して各バルブ３ａ〜３ｎをそれぞれ閉じる。各制御部８ａ〜８ｎが閉信号を出力する基準となる上記設定値は、温度および湿度等が変化してもすべての容器１ａ〜１ｎに一定量の流体が充填されるよう、充填機運転前に各制御部８ａ〜８ｎで個別に調整される。
【００２４】
次に、図１に示した充填機で用いられる電磁流量計について、さらに説明する。図２は、検出器５ａと変換器６ａとからなる電磁流量計の構成を示すブロック図である。
検出部５ａは、励磁コイル５１ａ，５１ｂと、電極５２ａ，５２ｂと、アースリング５３とから構成される。励磁コイル５１ａ，５１ｂは、励磁電流６３ｃにより励磁されて交番磁界を発生する一対のコイルであり、発生する磁界の方向が注入管２ａ内の流れ方向と直交するように注入管２ａの外周に配設されている。電極５２ａ，５２ｂは、その先端部が注入管２ａの内壁に面しており、注入管２ａ内に分布する磁界と直交する方向に取り付けられている。アースリング５３は、電極５２ａ，５２ｂによる信号検出精度を高めるためのものであり、基準電位５４に電気的に接続されている。
【００２５】
変換部６ａは、クロック信号発生部６１と、同期信号発生部６２と、励磁部６３と、サンプリング制御部６４と、増幅部６５と、サンプルホールド部６６と、Ａ／Ｄ変換部６７と、演算処理部６８と、出力部６９と、同期信号入出力端子７０とから構成される。
クロック信号発生部６１は、変換器６ａの動作の基準となるクロック信号６１ｓを出力する。
同期信号発生部６２は、クロック信号発生部６１から出力されたクロック信号６１ｓを分周して、所望の周波数の同期信号６２ｓを生成する。ただし、同期信号発生部６２はＯＮ／ＯＦＦ切替可能があり、変換器６ａ〜６ｎのうち１個の変換器の同期信号発生部６２のみがＯＮに設定される。ここでは、説明の都合上、変換器６ａの同期信号発生部６２のみがＯＮに設定されており、他の変換器６ｂ〜６ｎの同期信号発生部６２はＯＦＦに設定されているものとする。
【００２６】
励磁部６３は、矩形波からなる所定周波数の電圧（ここでは励磁電圧とよぶ）６３ｖを検出部５ａの励磁コイル５１ａ，５１ｂに印加して、励磁コイル５１ａ，５１ｂに励磁電流６３ｃを供給する。この励磁部６３は、同期信号発生部６２から出力された同期信号６２ｓに同期して、励磁電圧６３ｖの極性を切り替える。
サンプリング制御部６４は、同期信号発生部６２から出力された同期信号６２ｓを基に、サンプルホールド部６６のスイッチ６６ａ，６６ｂをそれぞれＯＮするサンプリング信号６４ｓ，６４ｔを生成する。サンプリング信号６４ｓ，６４ｔの周波数は共に同期信号の周波数の１／２であり、サンプリング信号６４ｓ，６４ｔの位相は互いに半周期ずれている。
また、同期信号発生部６２と励磁部６３とサンプリング制御部６４との接続点は、同期信号入出力端子７０を介して、同期信号６２ｓを他のすべての電磁流量計の変換器６ｂ〜６ｎに伝送する同期信号線７に接続されている。
【００２７】
増幅部６５は、検出部５ａの電極５２ａ，５２ｂからの交流電圧信号をそれぞれ交流増幅する増幅器６５ａ，６５ｂと、各増幅器６５ａ，６５ｂで増幅された交流電圧信号を合成して交流流速信号６５ｓとして出力する増幅器６５ｃとから構成される。
サンプルホールド部６６は、スイッチ６６ａと抵抗６６ｃとキャパシタ６６ｅとからなる第１のサンプルホールド回路と、スイッチ６６ｂと抵抗６６ｄとキャパシタ６６ｆとからなる第２のサンプルホールド回路と、差動増幅器６６ｇとから構成される。このような構成のサンプルホールド部６６は、サンプリング制御部６４から出力されるサンプリング信号６４ｓ，６４ｔにしたがって交流流速信号６５ｓをサンプリングして、直流流速信号６６ｓとして出力する。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換部６７は、サンプルホールド部６６から出力された直流流速信号６６ｓをディジタル信号に変換する。演算処理部６８は、Ａ／Ｄ変換部６７から出力されたディジタル信号に対して演算処理を行うことにより、注入管２ａ内の平均流量を算出する。出力部６９は、演算処理部６８から出力された平均流量を示すディジタル信号を、図１に示した制御部８ａに出力する。
以上の構成のうち、同期信号発生部６２、サンプリング制御部６４および演算処理部６８は、ＣＰＵにより実現される。
【００２９】
ここでは、検出器５ａと変換器６ａとから構成される電磁流量計の構成を説明したが、検出器５ｂ〜５ｎと変換器６ａ〜６ｎとからそれぞれ構成される電磁流量計も同様の構成を有している。そして、変換器６ａのＯＮに設定された同期信号発生部６２により、各電磁流量計における励磁周波数を所望の値に設定する励磁周波数設定手段が構成され、同期信号線７と各変換器６ａ〜６ｎの励磁部６３とにより、各電磁流量計における励磁タイミングを同期させる同期手段が構成される。
【００３０】
次に、図２に示した検出器５ａと変換器６ａとからなる電磁流量計の動作を説明する。
図３は、図２に示した電磁流量計の各部の信号を示すタイミングチャートであり、（Ａ）はクロック信号発生部６１から出力されたクロック信号６１ｓ、（Ｂ）は同期信号発生部６２から出力された同期信号６２ｓ、（Ｃ）は励磁部６３により印加された励磁電流６３ｖ、（Ｄ）は増幅部６５から出力された交流流速信号６５ｓ、（Ｅ），（Ｆ）はそれぞれサンプリング制御部６４から出力されたサンプリング信号６４ｓ，６４ｔ、（Ｇ）はサンプルホールド部６６から出力された直流流速信号６６ｓである。
また、図４は、隣同士の注入管２ａ，２ｂに設けられた電磁流量計の変換器６ａ，６ｂそれぞれの励磁電圧６３ｖの位相関係を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は変換器６ｂの励磁電圧６３ｖ、（Ｂ）は変換器６ａの励磁電圧６３ｖである。
【００３１】
同期信号発生部６２では、図３（Ａ）に示すような例えば８ＭＨｚのクロック信号６１ｓが分周されて、図３（Ｂ）に示すような例えば１７０Ｈｚの同期信号６２ｓが生成される。同期信号発生部６２で生成された同期信号６２ｓは、変換器６ａの励磁部６３およびサンプリング制御部６４に与えられると共に、同期信号線７を介して、他の変換器６ｂ〜６ｎの励磁部６３およびサンプリング制御部６４にも与えられる。
励磁部６３からは、例えば図３（Ｃ）に示すような振幅２０Ｖの矩形波からなる励磁電圧６３ｖが検出器５ａの励磁コイル５１ａ，５１ｂに印加される。この励磁電圧６３ｖの極性は同期信号６２ｓに同期して切り替えられるので、励磁電圧６３ｖの周波数は８５Ｈｚとなる。したがって、励磁コイル５１ａ，５１ｂからは８５Ｈｚの交番磁界が発生する。
【００３２】
注入管２ａ内の流体に磁界が印加されると、電磁誘導により、磁界の方向および流体の流れ方向の両方に直交する方向に、平均流速に比例した振幅を有する起電力が発生する。この起電力に基づく交流電圧信号は、一対の電極５２ａ，５２ｂにより取り出されて、増幅部６５で交流増幅された後、交流流速信号６５ｓとしてサンプルホールド部６６に出力される。
【００３３】
一方、すべての変換器６ａ〜６ｎの励磁部６３は、同期信号６２ｓに同期して動作する。このため、すべての変換器６ａ〜６ｎの励磁部６３によりそれぞれ印加される励磁電圧６３ｖの位相は、例えば図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように完全に一致する。微分ノイズは励磁電圧６３ｖの極性が切り替わるときに発生するので、この場合、各変換器６ａ〜６ｎの励磁電圧６３ｖに起因する微分ノイズは同時に発生することになる。このため、近接する電磁流量計（例えば変換器６ｂ）からの微分ノイズが起電力に基づく交流電圧信号に重畳されたとしても、交流流速信号６５ｓにスパイクが現れるのは、図３（Ｄ）に示すように各パルスの冒頭部のみとなる。したがって、交流流速信号６５ｓのサンプリング期間を、図３（Ｅ）および（Ｆ）に示すように各パルスの終焉部に設けることにより、スパイクがサンプリングされることを防止できる。
【００３４】
サンプリング制御部６４からサンプリング信号６４ｓが出力されている期間は、サンプルホールド部のスイッチ６６ａがＯＮとなる。このため、交流流速信号６５ｓの正側の終焉部は、抵抗６６ｃおよびキャパシタ６６ｅで積分されて、差動増幅器６６ｇの非反転入力端子（＋）に入力される。同様に、サンプリング信号６４ｔが出力されている期間はスイッチ６６ｂがＯＮとなるので、交流流速信号６５ｓの負側の終焉部は抵抗６６ｄおよびキャパシタ６６ｆで積分されて、差動増幅器６６ｇの反転入力端子（−）に入力される。差動増幅器６６ｇでは２つの入力信号の差分がとられて、注入管２ａ内の平均流速に応じて図３（Ｇ）に示す直流電位が変化する直流流速信号６６ｓが生成される。
この直流流速信号６６ｓには、変換器６ａの励磁電圧６３ｖに起因する微分ノイズによる誤差はもちろんのこと、他の変換器６ａの励磁電圧６３ｖに起因する微分ノイズによる誤差も含まれていない。つまり、直流流速信号６６ｓには不確定な誤差は含まれていない。
【００３５】
差動増幅器６６ｇの出力端子から出力された直流流速信号６６ｓは、Ａ／Ｄ変換部６７でディジタル信号に変換されてから、演算処理部６８に入力される。演算処理部６８では、入力信号が示す注入管２ａ内の平均流速に、注入管２ａの断面積を乗ずることで、平均流量が求められる。この平均流量を示すディジタル信号は、励磁周波数と同じ８５Ｈｚで、流量信号として出力部６９から図１に示した制御部８ａに出力される。
【００３６】
図５は、バルブ３ａが開いてから閉じるまでの注入管２ａ内の流量（一点鎖線）と変換器６ａから出力される流量信号（実線）との関係を示す図である。この図の横軸は時間、縦軸は流量である。
図１に示した制御部８は、バルブ３ａに開信号を出力した後、電磁流量計の変換器６ａから順次出力される流量信号が示す流量を積算する。そして、この積算値から容器１ａに注入された流体の総和を算出して、この総和が設定値に達した時点でバルブ３ａに閉信号を出力する。このように、制御部８は変換器６ａからの流体信号を基に容器１ａへの注入量を推定するので、流量サンプルとなる流量信号が多い方がよい。
【００３７】
図１３に示した従来からある電磁流量計と図２に示した電磁流量計とを対比すると、前者の励磁周波数は高々２５Ｈｚまたは３０Ｈｚであるのに対して、後者の励磁周波数は８５Ｈｚである。したがって、図２に示した電磁流量計を用いた充填機によれば、従来よりも正確な充填量の制御が可能となる。
【００３８】
以上のように、図２に示した構成を有する電磁流量計を用いることで、励磁周波数を従来より高くしても、隣接する電磁流量計で発生する微分ノイズによる不確定な誤差を測定流量から除去できる。このため、容器１ａへの流体充填時間を短縮する場合や、小型の容器１ａに流体を充填する場合でも、注入管２ａから流体が順次充填される複数の容器１ａの間で、一定量の流体を充填できる。よって、図２に示した電磁流量計を用いることで、このような場合でも良い再現性を得られる。
さらに、すべての変換器６ａ〜６ｎからの測定流量に不確定な誤差が含まれていないので、同時に充填される各容器１ａ〜１ｎの間でも一定量の流体を精度よく充填できる。
【００３９】
以上では、励磁周波数を８５Ｈｚに設定した場合を例に説明したが、図２に示した同期信号発生部６２がクロック信号６１ｓを分周する比率を調整することで、所望の励磁周波数を実現できる。例えば、励磁周波数を１３５Ｈｚに設定する場合には、同期信号発生部６２で２７０Ｈｚの同期信号６２ｓを生成すればよい。
また、以上では変換器６ａで同期信号を生成して他の変換器６ｂ〜６ｎへ分配する場合を例に説明したが、同期信号を生成する主体は別の変換器６ｂ〜６ｎに切り替えることもできる。例えば、変換器６ｂの同期信号発生部６２をＯＮにして、変換器６ａの同期信号発生部６２を他の変換器６ｃ〜６ｎの同期信号発生部６２と共にＯＦＦにすればよい。この場合、変換器６ａの同期信号発生部６２は動作せず、他の変換器６ｂから同期信号線７および同期信号入出力端子７０を介して入力された同期信号が変換器６ａの励磁部６３およびサンプリング制御部６４に与えられる。
【００４０】
また、図２に示した電磁流量計では矩形波からなる励磁電圧６３ｖを用いて励磁を行っているが、励磁電圧の波形はこれに限られない。図６は、他の波形の励磁電圧６３ｖｖを用いて励磁を行った場合の、電磁流量計の各部の信号を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は励磁部６３により印加された励磁電圧６３ｖｖ、（Ｂ）は微分ノイズによるスパイクを含まない交流流速信号、（Ｃ）は増幅部６５から出力された交流流速信号６５ｓｓ、（Ｄ），（Ｅ）はそれぞれサンプリング制御部６４から出力されたサンプリング信号６４ｓｓ，６４ｔｔ、（Ｆ）はサンプルホールド部６６から出力された直流流速信号６６ｓｓである。
【００４１】
図３（Ｄ）に示したように、矩形波からなる励磁電流６３ｃの極性が切り替わると、交流流速信号６５ｓの状態が安定するまでに所定の時間がかかる。このため、交流流速信号６５ｓのサンプリングは、交流流速信号６５ｓの状態が安定するのを待って行われる。
図６（Ａ）に示す励磁電圧６３ｖｖは、図６（Ｂ）に示すように短時間で交流流速信号６５ｓの状態が安定するような波形をしている。つまり、励磁電圧６３ｖｖの振幅をまずＶＨ とした後ＶＬ （０＜ＶＬ ＜ＶＨ ）に下げて、極性を切り替えて−ＶＨ とした後−ＶＬ に上げる。短時間で交流流速信号６５ｓの状態が安定すれば、図６（Ｄ），（Ｅ）に示すようにサンプリング期間を長くできる。これにより、図６（Ｆ）に示すように直流流速信号６６ｓｓの直流電位が相対的に大きくなる。したがって、図６（Ａ）に示した波形の励磁電圧６３ｖｖを用いて励磁することで、注入管２ａ内の流量をより精密に測定できる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の充填機では、励磁タイミングを決めるタイミング信号を各電磁流量計で個別に生成し、このタイミング信号のタイミングをすべての電磁流量計で共通に得られる交流信号を基に定期的に補正することにより、すべての電磁流量計の励磁タイミングの同期を図る。この充填機は、図１に示した充填機の変換器６ａ〜６ｎのそれぞれにタイミング補正手段を設けることで構成できる。また、各変換器６ａ〜６ｎ間を同期信号線７で接続する必要がない。以下、本発明の第２の実施の形態の充填機に用いられる電磁流量計について、詳細に説明する。
【００４３】
まず、電磁流量計に交流電源が供給される場合について説明する。
図７は、電磁流量計の一構成例を示すブロック図である。また、図８は、図７に示した電磁流量計の第２のタイミング信号発生部の動作を示すタイミングチャートである。また、図９は、図７に示した電磁流量計の第１のタイミング信号発生部の動作を示すタイミングチャートである。図９では説明の都合上、第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングの補正量が誇張して示されている。
図７に示した電磁流量計は注入管２ａに設けられたものであるが、他の注入管２ｂ〜２ｎのそれぞれに設けられた電磁流量計もまったく同じ構成をしている。なお、図７において、図２と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
【００４４】
図７に示した電磁流量計の変換器１０６ａには、商用電源等の交流電源１０９から交流電流（交流信号）１０９ｃが供給されている。この交流電源１０９は、すべての電磁流量計の変換器に共通に交流電流１０９ｃを供給しているものとする。
第２のタイミング信号発生部１７１は、交流電源１０９からの交流電流１０９ｃより、第２のタイミング信号１７１ｓを抽出する。例えば、図８に示すように、交流電流１０９ｃの振幅がゼロになったときにパルスを発生するように構成される。この場合、交流電源１０９が商用電源であれば、第２のタイミング信号１７１ｓの周波数は１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚとなる。
リセット信号発生部１７２は、第２のタイミング信号発生部１７１から出力された第２のタイミング信号１７１ｓを分周して、リセット信号１７２ｓを生成する。このリセット信号１７２ｓは、所定の周期で第１のタイミング信号発生部１６２に出力される。
【００４５】
第１のタイミング信号発生部１６２は、クロック信号発生部６１から出力されたクロック信号６１ｓを分周して、所望の周波数の第１のタイミング信号１６２ｓを生成する。通常は、第１のタイミング信号１６２ｓを出力した後、所定個のクロック信号６１ｓを数えてから、次の第１のタイミング信号１６２ｓを出力する。ただし、リセット信号発生部１７２からリセット信号１７２ｓが入力されると、図９に示すようにその時点で次の第１のタイミング信号１６２ｓを出力する。したがって、クロック信号６１ｓの周波数に誤差があり、この誤差により第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングにずれが生じたとしても、リセット信号１７２ｓにより第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングが補正される。
【００４６】
ここで、第１のタイミング信号１６２ｓの設定周波数をｆ１ 、第２のタイミング信号１７１ｓの周波数をｆ２ とすると、リセット信号１７２ｓの周期Ｔは（１）式を満たすように設定される。ただし、ａ，ｂは互いに素の自然数である。
Ｔ ＝ ａ／ｆ１ ＝ ｂ／ｆ２ ・・・（１）
例えば、励磁周波数を８５Ｈｚに設定し、交流電源１０９として５０Ｈｚの商用電源を使用した場合、ｆ１＝１７０Ｈｚ，ｆ２＝１００Ｈｚとなるので、ａ＝１７，ｂ＝１０であり、リセット信号１７２ｓの周期Ｔは０．１ｓｅｃとなる。
【００４７】
このようにリセット信号１７２ｓの周期Ｔを設定すれば、第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングと第２のタイミング信号１７２ｓのタイミングとが概ね一致する時点で、リセット信号１７２ｓが出力されることになる。これにより、第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングの補正量を最小限にとどめられるので、第１のタイミング信号１６２ｓの連続性を維持できる。
なお、リセット信号１７２ｓの周期Ｔを設定するにあたり、厳密に（１）式が満たされる必要はなく、許容範囲内で認められる。また、リセット信号１７２ｓの周期は（１）式を満たす周期Ｔの自然数倍であってもよい。
【００４８】
このような構成において、各電磁流量計で生成される第１のタイミング信号１６２ｓの周波数は、すべて同じ値に設定される。その上で、すべての電磁流量計で共通に得られる交流電流１０９ｃを基に、各電磁流量計で第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングを定期的に補正することにより、各電磁流量計の第１のタイミング信号１６２ｓの同期をとることができる。第１のタイミング信号１６２ｓは、励磁部６３およびサンプリング制御部６４の両方に出力されて、励磁部６３およびサンプリング制御部６４の動作の基準となる。したがって、すべての電磁流量計の励磁タイミングを同期させることができる。
【００４９】
この場合、各電磁流量計それぞれの第１のタイミング信号１６２ｓの位相が一致している必要はない。図１０は、隣同士の注入管２ａ，２ｂに設けられた電磁流量計の変換器１０６ａ，１０６ｂそれぞれの第１のタイミング信号１６２ｓの位相関係を示すタイミングチャートであり、（Ａ）は変換器６ｂの第１のタイミング信号１６２ｓ、（Ｂ）および（Ｃ）はそれぞれ変換器６ａの第１のタイミング信号１６２ｓおよび交流流速信号６５ｓである。
【００５０】
図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、変換器１０６ａ，１０６ｂそれぞれの第１のタイミング信号１６２ｓの位相が一致していなくても、両者の位相差は保持される。したがって、仮に変換器１０６ｂにおける第１のタイミング信号１６２ｓのタイミングが変換器１０６ａにおける交流流速信号６５ｓのサンプリング期間（図１０（Ｃ）の斜線部分）に含まれていたとしても、隣の電磁流量計からの微分ノイズによる誤差は変換器１０６ａから順次出力される流量信号に等しく含まれることになる。このため、変換器１０６ａが含まれる系、すなわち注入管２ａと検出器１０５ａと変換器１０６ａと制御部８ａとバルブ３ａとから構成される系のみで見た場合、容器１ａの充填量には再現性がある。したがって、充填機運転前に制御部８ａ〜８ｎを個別に調整することにより、すべての容器１ａ〜１ｎに一定量の流体を充填できる。
【００５１】
しかも、各電磁流量計の励磁周波数はそれぞれの第１のタイミング信号発生部１６２で所望の値に設定されるので、図７に示した電磁流量計を用いた充填機は、各容器１ａ〜１ｎへの流体充填時間を短縮する場合や、小型の容器１ａ〜１ｎに流体を充填する場合に有効である。
その一方で、図７に示した電磁流量計を用いた充填機では、各変換器６ａ〜６ｎ間を同期信号線７で接続する必要がない。したがって、多数ある変換器６ａ〜６ｎのうちの１個が故障した場合などは、故障した変換器のみを交換するだけでよい。
【００５２】
なお、図７に示した電磁流量計では、各電磁流量計の第１のタイミング信号発生部１６２により、各電磁流量計における励磁周波数を所望の値に設定する励磁周波数設定手段が構成され、各電磁流量計の第２のタイミング信号発生部１７１とリセット信号発生部１７２と第１のタイミング信号発生部１６２（以上によりタイミング補正手段が構成される）と励磁部６３とにより、各電磁流量計における励磁タイミングを同期させる同期手段が構成される。
【００５３】
次に、電磁流量計が直流電源で駆動され、交流電源が供給されない場合について説明する。
図１１は、電磁流量計の他の構成例を示すブロック図である。この図に示した電磁流量計は注入管２ａに設けられたものであるが、他の注入管２ｂ〜２ｎのそれぞれに設けられた電磁流量計もまったく同じ構成をしている。なお、図１１において、図２，図７と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
この電磁流量計では交流電源が供給されていないので、商用電源等の１つの交流電源から出力される交流電流により発生する交流ノイズ（交流信号）を利用する。この交流ノイズは各注入管２ａ〜２ｎを伝搬する。
【００５４】
第２のタイミング信号発生部１８１の入力側は、検出器１０５ａの基準電位５４に接続されると共に、入力コンデンサ１８４を介して変換器１１６ａのケース電位（通常はアース電位）１８３に接続されている。第２のタイミング信号発生部１８１は、２つの電位５４，１８３の電位差から上記交流ノイズを検出する。そして、図７に示した第２のタイミング信号発生部１７１と同様に、検出した交流ノイズより第２のタイミング信号１８１ｓを抽出して、リセット信号発生部１７２に出力する。他の構成は図７に示した電磁流量計と同じである。
【００５５】
このように、各注入管２ａ〜２ｎに分布する交流ノイズを利用することにより、直流電源で駆動される電磁流量計であっても、図７に示した電磁流量計を用いた場合と同様の効果が得られる。
なお、配管から交流ノイズを検出する手段は例えば特開平６−１６０１３８号公報に記載されており、図１１に示した電磁流量計は上記公報に記載されているずべての交流ノイズ検出手段を利用できる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による充填機は、各電磁流量計における励磁周波数を所望の周波数に設定する励磁周波数設定手段と、各電磁流量計における励磁タイミングを同期させる同期手段とを備えるものである。このように構成することで、励磁周波数を例えば２５Ｈｚまたは３０Ｈｚよりも高く設定しても、各電磁流量計間で励磁タイミングの同期がとれる。このため、近接する電磁流量計からの微分ノイズによる不確定な誤差が流量信号に含まれることを防止できる。このため、各容器への流体充填時間を短縮する場合や、小型の容器に流体を充填する場合でも、充填量に関して良い再現性を得られる。
【００５７】
また、１つの電磁流量計で生成された同期信号を同期信号線を介して他の電磁流量計に供給して、この同期信号にすべての電磁流量計の励磁を同期させる。これにより、従来からある電磁流量計の構成を大幅に変更することなく、各電磁流量計を同期させることができる。この場合、同時に充填されるすべての容器に一定量の流体を精度よく充填できる。
また、各電磁流量計で第１のタイミング信号を個別に生成し、この第１のタイミング信号のタイミングをすべての電磁流量計で共通に得られる交流信号を基に定期的に補正して、すべての電磁流量計の励磁を同期させる。各電磁流量計間を同期信号線で接続する必要がないので、多数ある電磁流量計のうちの１個が故障した場合などは、故障した電磁流量計のみを交換するだけでよい。
また、交流信号から抽出した第２のタイミング信号のタイミングと第１のタイミング信号のタイミングとが概ね一致する時点で第１のタイミング信号のタイミングを補正することにより、第１のタイミング信号の連続性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の充填機の全体構成を示すブロック図である。
【図２】検出器５ａと変換器６ａとからなる電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示した電磁流量計の各部の信号を示すタイミングチャートである。
【図４】隣同士の注入管に設けられた電磁流量計の変換器それぞれの励磁電圧の位相関係を示すタイミングチャートである。
【図５】注入管内の流量と流量信号との関係を示す図である。
【図６】他の波形の励磁電圧を用いて励磁を行った場合の、電磁流量計の各部の信号を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施の形態の充填機で用いられる電磁流量計の一構成例を示すブロック図である。
【図８】図７に示した電磁流量計の第２のタイミング信号発生部の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】図７に示した電磁流量計の第１のタイミング信号発生部の動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】隣同士の注入管に設けられた電磁流量計の変換器それぞれの第１のタイミング信号の位相関係を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の充填機で用いられる電磁流量計の他の構成例を示すブロック図である。
【図１２】電磁流量計を用いた従来の充填機の全体構成を示すブロック図である。
【図１３】電磁流量計の一構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示した電磁流量計の各部の信号を示すタイミングチャートである。
【図１５】注入管内の流量と流量信号との関係を示す図である。
【図１６】電磁流量計の他の構成例を示すブロック図である。
【図１７】図１６に示した電磁流量計を充填機に用いた場合の問題点を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ａ〜１ｎ…容器、２ａ〜２ｎ…注入管、３ａ〜３ｎ…バルブ、５ａ〜５ｎ…電磁流量計の検出器、６ａ〜６ｎ…電磁流量計の変換器、７…同期信号線、８…制御部、５１ａ，５１ｂ…励磁コイル、５２ａ，５２ｂ…電極、５３…アースリング、５４…基準電位、６１…クロック信号発生部、６１ａ…クロック信号、６２…同期信号発生部、６２ａ…同期信号、６３…励磁部、６３ｓ，６３ｓｓ…励磁信号、６４…サンプリング制御部、６４ｓ，６４ｓｓ，６４ｔ，６４ｔｔ…サンプリング信号、６５…増幅部、６５ａ〜６５ｃ…増幅器、６５ｓ，６５ｓｓ…交流流速信号、６６…サンプルホールド部、６６ａ，６６ｂ…スイッチ、６６ｃ，６６ｄ…抵抗、６６ｅ，６６ｆ…キャパシタ、６６ｇ…差動増幅器、６６ｓ，６６ｓｓ…直流流速信号、６７…Ａ／Ｄ変換器、６８…演算処理部、６９…出力部、１０９…交流電源、１０９ｃ…交流電流、１６２，１７１，１８１…タイミング信号発生部、１６２ｓ，１７１ｓ，１８１ｓ…タイミング信号、１７２…リセット信号発生部、１７２ｓ…リセット信号、１８３…ケース電位、１８４…入力コンデンサ。
Claims (5)
- 多数の容器のそれぞれに流体を注入する互いに近接配置された多数の注入管と、
前記各注入管毎に設けられかつ開信号および閉信号に基づき前記各注入管をそれぞれ開閉するバルブと、
各注入管毎に設けられかつ前記各注入管内の前記流体に交番磁界を印加することにより生ずる起電力に基づき流量を算出して流量信号を出力する電磁流量計と、
前記各バルブのそれぞれに前記開信号を出力すると共に、前記開信号出力後に前記各電磁流量計から出力された前記流量信号に基づき前記各容器に一定量の前記流体が充填されるように前記各バルブのそれぞれに前記閉信号を出力する制御手段と、
前記各電磁流量計における励磁周波数を所望の周波数に設定する励磁周波数設定手段と、
前記各電磁流量計における励磁タイミングを同期させる同期手段とを備え、
前記励磁周波数設定手段は、前記電磁流量計のうちの１つに含まれかつこの電磁流量計のクロック信号を分周して前記所望の値の周波数を有する同期信号を生成する同期信号発生手段により構成され、
前記同期手段は、前記電磁流量計のうちの１つで生成された前記同期信号を他のすべての前記電磁流量計に伝送する同期信号線と、前記各電磁流量計のそれぞれに含まれかつ前記同期信号に同期して励磁を行う励磁手段とにより構成されることを特徴とする充填機。 - 多数の容器のそれぞれに流体を注入する互いに近接配置された多数の注入管と、
前記各注入管毎に設けられかつ開信号および閉信号に基づき前記各注入管をそれぞれ開閉するバルブと、
各注入管毎に設けられかつ前記各注入管内の前記流体に交番磁界を印加することにより生ずる起電力に基づき流量を算出して流量信号を出力する電磁流量計と、
前記各バルブのそれぞれに前記開信号を出力すると共に、前記開信号出力後に前記各電磁流量計から出力された前記流量信号に基づき前記各容器に一定量の前記流体が充填されるように前記各バルブのそれぞれに前記閉信号を出力する制御手段と、
前記各電磁流量計における励磁周波数を所望の周波数に設定する励磁周波数設定手段と、
前記各電磁流量計における励磁タイミングを同期させる同期手段とを備え、
前記励磁周波数設定手段は、前記各電磁流量計のそれぞれに含まれかつその電磁流量計のクロック信号を分周して前記所望の値の周波数を有する第１のタイミング信号を生成するタイミング信号発生手段により構成され、
前記同期手段は、前記各電磁流量計のそれぞれに含まれかつすべての前記電磁流量計で共通に得られる交流信号を基に前記第１のタイミング信号のタイミングを所定の周期で補正するタイミング補正手段と、前記各電磁流量計のそれぞれに含まれかつ前記第１のタイミング信号に同期して励磁を行う励磁手段とにより構成されることを特徴とする充填機。 - 請求項２記載の充填機において、
前記同期手段が利用する前記交流信号は、交流電源から前記各電磁流量計に共通に供給される交流電流であることを特徴とする充填機。 - 請求項２記載の充填機において、
前記同期手段が利用する前記交流信号は、１つの交流電源から出力される交流電流により発生する交流ノイズであることを特徴とする充填機。 - 請求項２記載の充填機において、
前記同期手段のタイミング補正手段は、前記交流信号から第２のタイミング信号を抽出する手段と、前記第１のタイミング信号のタイミングと前記第２のタイミング信号のタイミングとが概ね一致する時点で前記第１のタイミング信号のタイミングを補正する手段とを備えることを特徴とする充填機。
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