JP4210699B2 - パルプ懸濁液における繊維の濃度または粘度を検出するためのトルクまたはせん断力を伝達する装置およびトルクまたはせん断力伝達装置の伝達シャフトをリセットする方法 - Google Patents

Description

本発明は、力の均衡原理に従って作動する、例えばパルプの濃度や粘度に対するトルクの伝達装置（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）のためのフィードバック装置に関するものである。

パルプ懸濁液におけるせん断力、あるいはその他の媒体における純粋な粘度測定のための回転式伝達装置がプロセス産業において長きに亘り使用されてきた。その基本原理は、測定体が媒体中で強制的に回転させられ、測定体、あるいはしばしばそのように称せられるセンサに対して発生した抵抗トルクが測定され、現在の繊維の濃度あるいは粘度を反映する適当な出力信号に変換される。

前述のタイプの測定を実行するための現在一般的な方法は、二本の同心状のシャフト間の角度偏位（ａｎｇｌｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）が測定されることであるが、前記シャフトにおいて、外側のシャフトは一定の回転速度で駆動され、前記の測定体を介して抵抗トルクの作用を受ける内側のシャフトは、外側のシャフトに弾力的に接続されている。前記二本のシャフト間で発生する角度偏位は測定体に対するトルクの関数である。制御技術分野（ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍａｔｔｅｒｓ）においては、これは運動均衡原理（ｍｏｔｉｏｎ ｂａｌａｎｃｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）と称されている。しかしながらそのようなシステムにおいては明らかな欠点、すなわち材料の老朽化および（または）腐食、温度の及ぼす影響などがシステムの特徴に影響するという欠点があり、更に前記システムは急速な発展（ｑｕｉｃｋ ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ）を示しうるようにするためには、高度の固有振動数（ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有する必要があり、これは逆に感度を低くさせる。本システムはまた、多かれ少なかれ非線形である。発生したトルクの大きさとは無関係に内側シャフトがゼロ位置をとるように持ってくるフィードバックシステムによって、かつ、前記シャフトがゼロ位置を取るように持ってくるためにフィードバックシステムが該シャフトに加える必要のある力を測定することによって、前述した欠点を有する危険性は驚異的に低減する。制御技術分野において力の均衡原理に従ってフィードバックし、かつ作用するといわれるそのようなシステムはより線形となり、応答時間は当該システムの帯域幅によって決まる。

前述の説明から理解しうるように、フィードバックシステムはトルク測定に関する限り新規なものではなく、比較的複雑で、低効率の電磁システムが今日存在している。当該分野の厄介な問題とは、磁化すべき部分においては高品質の軟質の磁性材料を使用することを余儀なくされることである。これらの材料は、鉄の磁化曲線において最小の残留磁気（ｒｅｍａｎｅｎｃｅ）を提供する、すなわちそれぞれ上下変動磁化における同じアンペア回数（ａｍｐｅｒｅ−ｔｕｒｎ）での磁束系の差異が可及的に小さい材料としてつくられる。理想的には、フィードバックシステムが送給するフィードバック力がアンペア回数のみによって決まることである。他のすべて、例えば残留磁気は測定の最終段階において誤り（ｉｎａｃｃｕｒａｃｙ）として示される。前記の材料は比較的高価であり、機械加工が困難で、かつろう付雰囲気中の熱処理に時間を要する。腐食傾向が顕著なので、表面処理が必要であり、諸々の使い方、および寸法での該材料の入手がしにくい。

本発明の目的は当該システムにおける残留磁気を最小にすることである。別の目的は、電磁機械回路において、入手しやすく、正規の機能性を備えた市販の、機械加工が容易な構造鋼を使用できるようにすることである。本発明の更に別の目的は軽量で、高効率を備えた、精密かつコンパクトなシステムを提供することである。

本発明により、その目的を優れた方法で遂行し、同時に前述の目的を達成するトルク伝達装置のためのフィードバックシステムが提供される。電磁石の力の場において回転する測定シャフトに設けられている磁極シューが、磁化される部分において従来の構造鋼が使用されているにもかかわらず、既存のシステムにおけるものよりも低いレベルまで残留磁気を低減させる渦電流を発生させる。このように、製造コストが従来よりも低いレベルに維持することができる。従来の二個の代わりに一個のフィードバックコイルを備えたコンパクトな設計によってもまた、重量を抑えるのに寄与する。二つの磁極シュー（ｄｏｕｂｌｅ ｐｏｌｅ ｓｈｏｅｓ）を備えた設計によって静的にも、かつ動的にもバランスのとれたシステムを提供し、同時に磁極シューと電磁コイルの鋼部分との間の空隙の両側において大きな転移面（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ）を許容する。その後者は、従来の設計を広く上回る効率の達成に寄与し、旧式の設計と比較すれば、効率は第３因子（ｆａｃｔｏｒ３）まで増大したことを示している。

添付図面を参照して本発明を以下詳細に説明する。

図１において、プロセス配管に溶接あるいは別の方法で取り付け可能である接続部材２を含むトルクあるいはせん断力伝達装置が示されている。プロセス配管３からの測定媒体４が通過する接続部材２において測定体５がプロペラ６と共に伝達装置１に設けられており、プロペラ６は測定媒体の主な部分が常に測定体５の周りに存在することを確実にする。プロペラ６と測定体５とは、該プロペラ６と測定体５とがそれぞれ、直接的および間接的に配置されている中空シャフト９に接続されている変速装置（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）８を介してモータ７によって駆動される。中空シャフト９と測定シャフト１１との間にある弾性接続部材１０は、媒体４が測定体５に対して加えるせん断力／トルクが変動すると前記シャフト９，１１の双方に相互の角度偏位が起こるようにしうる。前記の角度偏位は変換器１２において検出され、プリセットした設定点としての角度信号の同じ値を取得するために必要とされるフィードバック力が所期の目的に対して適した信号に変換され、該信号は本発明によるフィードバックシステムに存在する電磁回路中へ送入される。

中空シャフト９と測定シャフト１１との間の瞬間的な角度偏位は色々な方法で検出可能である。代替的で、一般的に使用されている実施例が図２に示されており、そこでは多数の歯１４を備えたディスク１３が中空のシャフト９に装着されており、さらに同数の歯を備えた別のディスク１５が測定シャフト１１に装着されている。光検出器を備えた光源を含む、光センサ１６の形態の検出装置が、歯つきの２個のディスクの間の光開口部の差を測定することによって前記双方のシャフト間の角度変位を連続的に測定する。

前述のように、トルク伝達装置における力均衡原理を利用でき、このようにしてフィードバックシステムを得ることができることで多大の利点が得られる。本発明によるそのような装置が図３においては端面図で、図５においては部分的に断面で示す斜視図で示されている。図４はフィードバックシステムの電磁部分の断面図を示す。本システムは２個の磁極シュー１９を囲んでいる電磁フィードバックコイル１８を含む。磁極シュー１９は軸受け点２０において支承されている。各磁極シューは電磁石に最も近接している部分の他に、その軸受け点２０の他方の側においてバランス部分を有しており、該バランス部分はその重量および重心が当該システムに遠心力が影響を与えないように調整されている。前記軸受け点２０は中空シャフト９の端に装着されており、各磁極シューは引っ張り棒２１と測定シャフト１１の端に装着された転移アーム（ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｒｍ）２２とを介して測定シャフト１１に接続されている。電磁コイルの巻き線２３を通して電流が流れ、その強度が光開口部１７の大きさを表し、それが中空シャフト９と測定シャフト１１との間の角度偏位を示す。この角度偏位は、前述のように、測定媒体４が測定体５に加えるせん断力あるいはトルクの測定値である。光開口部１７の大きさがせん断力あるいはトルクの大きさと共に変動するという事実の他に、フィードバックコイルの磁性部分と磁極シュー１９の磁性部分との間の空隙２４も変動する。電流がコイル２３を通して流れると、力の磁界（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｆｏｒｃｅ）２５が磁性部分に形成される。力の磁界２５の強度はコイルを流れる電流と、磁極シューの磁性部分とフィードバックコイルとの間の距離２４とによって決まる。前記空隙２４の各側において、磁性部分は異なる極性となり、相互に引き付ける。電流が大きければ大きいほど、誘引力は大きくなり、あるいはその逆となる。トルク／せん断力が瞬間的に増大すると、前記距離２４は光開口部１７がそれに比例して変動するのと同時に増大し、変換器１２はフィードバックコイル１８への電流を増し、力の磁界２５は増大し、磁極シュー１９をプリセットした設定点まで戻す。磁極シュー１９は引っ張り棒２１および転移アーム２２を介して測定シャフト１１に接続されているので、測定シャフト１１は原始位置までフィードバックされる。しかしながら、コイルへの電流はより高いせん断力トルクのため今ではより高くなっている。電流の大きさはせん断力トルクの測定値であり、所期目的に対して適した出力信号に変換される。

本発明が適用可能である、せん断力伝達装置の典型的な構造を示す。 検出器のシステムを示す。 本発明による電磁フィードバック装置の図面を示す。 図３に示す磁気回路のＡ−Ａに沿った断面図を示す。 フィードバックシステムの構造が示されている、部分的に断面図で示す斜視図である。

Claims (3)

1. パルプ懸濁液における繊維の濃度すなわち粘度を検出するためのトルクまたはせん断力の伝達装置のための装置であって、二本の同心状シャフト（９，１１）間の角度変位を測定するようにされていて、そのシャフトの外側シャフトが一定の回転速度で駆動され、一方、測定体（５）を介して前記懸濁液における現在の抵抗トルクによって作用される内側シャフトが、弾性的に前記外側シャフトに接続されていて、それによって、発生した角度偏位が前記測定体（５）に加えられたトルクの関数を形成するような装置において、前記内側のシャフトすなわち測定シャフト（１１）をトルクの大きさとは関係なくゼロ位置まで持ってくるフィードバックシステムを含み、該システムが、中空シャフト（９）の形態の外側シャフトの端部において軸受け点（２０）において支承された２個の磁極シュー（１９）を囲む電磁フィードバックコイル（１８）を含み、同時に各磁極シュー（１９）は前記測定シャフト（１１）に接続されていて、それによって、変換器（１２）によって発生しかつ現在の角度偏位によって左右される電流が、コイル（１８）の巻き線（２３）まで送られ、そこで力の磁界（２５）が発生し、その磁界の強度は前記コイル（１８）を流れる電流と、前記磁極シュー（１９）と前記フィードバックコイルの磁性部分との間で生じる距離（２４）とによって決まり、前記フィードバックコイルの磁性部分は異なる極性となり、前記測定シャフト（１１）と共にプリセットした設定点まで前記磁極シュー（１９）をリセットし、その電流の大きさが現在のせん断力トルクの測定値であり、該測定値が適当な出力信号に変換可能であることを特徴とするトルクあるいはせん断力伝達装置のための装置。
2. 各磁極シュー（１９）が前記測定シャフト（１１）の端に装着された引っ張り棒（２１）と転移アーム（２２）とを介して前記測定シャフト（１１）に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記測定シャフトが、現在のトルクの大きさとは無関係にゼロ位置を取り、該測定シャフトがゼロ位置を取るために前記測定シャフトにフィードバックシステムが加えるに必要な力を測定するために、請求項１に記載のフィードバックシステムによってトルクおよび（または）せん断力伝達装置における前記測定シャフトをリセットする方法において、前記磁気フィードバックコイル（１８）の、前記巻き線（２３）に変換器（１２）が送り、前記中空シャフト（９）と前記測定シャフト（１１）との間の現在の角度偏位を表す前記電流が、本システムにおける前記磁性部分において力の磁界（２５）を形成し、前記力の磁界の強度が前記コイル（１８）を流れる電流と、前記磁極シュー（１９）の磁性部分と前記フィードバックコイル（１８）との間で発生する距離すなわち空隙（２４）とによって決まり、それによって、前記空隙（２４）の各側において、前記磁性部分が異なる極性となり、相互に引き付け、そしてトルクおよび（または）せん断力トルクが瞬間的に増大すると、前記シャフトの間の角度偏位が比例的に変動するのと同時に前記空隙（２４）が増大し、前記変換器（１２）が前記コイル（１８）への電流を増大させ、前記力の磁界（２５）が増大し、前記測定シャフト（１１）がその初期位置まで戻るのと同時に前記磁極シュー（１９）をプリセットした設定点まで引っ張って戻すことを特徴とするトルクおよび（または）せん断力伝達装置における測定シャフトをリセットする方法。

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