JP4683412B2

JP4683412B2 - 電磁式流量計

Info

Publication number: JP4683412B2
Application number: JP2005138162A
Authority: JP
Inventors: 豊吉田
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2025-05-11
Also published as: JP2006317215A

Description

本発明は、間欠的に流れる流体の流量を計測する電磁式流量計に関する。

電磁流量センサは、一般に流体に磁界を付与し、その流体に発生した誘起電圧に基づいて流量を計測する構造になっている（例えば、特許文献１参照）。また、間欠的に流体を流す構成の一例として、ポンプを間欠的に駆動して液肥を灌漑用水に混入させる灌漑装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
特許第２５６８６２０号公報（請求項１、図１０）特開２００３−２０７３７７号公報（段落［００２３］，［００４１］請求項１、図１）「養液王１００」のカタログ、日本オペレーター株式会社、「平成１６年７月５日検索」、インターネット［http://www.jop.co.jp/products/youekiou100/youekiou100.pdf］

ところで、上記した従来の電磁式流量計は、間欠的に流れる流体の流量測定には適していないと考えられている。なぜなら、ポンプの停止により流体が静止していても、電磁式流量計が流体に磁界を付与すると僅かに誘起電圧が発生し、その誘起電圧から求めた単位時間当たりの流量が積算されて、大きな誤差要因になり得るからである。これに対し、ポンプの駆動時にのみ流量計測を行い、ポンプ停止中には流量計測を停止すると、ポンプの駆動以外の不測の要因により流れた流体の流量を計測することができない。一方、上記した液肥のように異物や結晶等が混入し得る流体では、羽根車式流量計（例えば、特許文献２参照）やギヤ式流量計（容積式流量計）のように流体に接触する可動部を有した流量計の使用が困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ポンプ等を間欠的に駆動して流れた流体の流量を高精度で計測することが可能な電磁式流量計の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る電磁式流量計は、ポンプ又は電動弁を間欠的に駆動して流した流体に磁界を付与し、その流体に発生した誘起電圧に対応する流速に基づき、流量を計測する電磁式流量計において、流体が流れている流動状態か静止している静止状態かを、ポンプの駆動・停止又は電動弁の開弁・閉弁に基づいて判別する状態判別部と、静止状態では、流速が予め設定された閾値より小さい場合に、誘起電圧の値に拘わらず流速を一律にゼロにして流量を演算すると共に、流速が閾値以上の場合に、誘起電圧に対応した値の流速を用いて流量を演算し、流動状態では、流速が閾値以上と否とに拘わらず、誘起電圧に対応した値の流速を用いて流量を演算するデータ演算部とを備えたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電磁式流量計において、状態判別部は、ポンプ又は電動弁を制御するための駆動指令信号がオフからオンに切り替わってから予め設定された第１ディレイ時間の経過後に、静止状態から流動状態に切り替わったと判別し、駆動指令信号がオンからオフに切り替わってから予め設定された第２ディレイ時間の経過後に、流動状態から静止状態に切り替わったと判別するように構成されたところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
ポンプの停止又は電動弁の閉弁により静止状態になると、異常がない限り流体の流速は実質的にゼロになる。その静止状態においては、本発明の電磁式流量計は、流速が閾値より小さい場合に、誘起電圧の値に拘わらず流速を一律にゼロにして流量を演算するので、流速がゼロのときの誤計測を防ぐことができる。一方、ポンプの駆動又は電動弁の開弁により流動状態になると、異常がない限り流体は流れている。その流動状態においては、本発明の電磁式流量計は、流速が閾値以上と否とに拘わらず、誘起電圧に対応した値の流速を用いて流量を演算する。これにより、ポンプ又は電動弁の起動動作時及び停止動作時において、流速が閾値未満で徐変する間の流量も含めて計測することができる。即ち、本発明の電磁式流量計によれば、ポンプ等を間欠的に駆動して静止状態と流動状態とが繰り返されても、流体の流量を高精度で計測することが可能になる。しかも、静止状態で、流速が閾値以上の場合には、誘起電圧に対応した値の流速を用いて流量を演算するので、ポンプの駆動以外の要因で流れた流体の流量も計測することもできる。
なお、本発明において「流量」とは、「流速」に流路の断面積を乗じて求められる「単位時間当たりの流量」を所定時間に亘って積算した所謂「積算流量」をいう。

［請求項２の発明］
流体が静止した状態から流れ始めるまで、また、流れた状態から静止するまでの間には追従遅れが生じる。これに対し、本発明の電磁式流量計では、ポンプ又は電動弁を制御するための駆動指令信号がオフからオンに切り替わってから第１ディレイ時間の経過後に静止状態から流動状態に切り替わったと判別し、かつ、駆動指令信号がオンからオフに切り替わってから第２ディレイ時間の経過後に流動状態から静止状態に切り替わったと判別するので、追従遅れ分をキャンセルすることができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１には、灌漑装置１５を備えた農業用ハウス１０が示されている。この農業用ハウス１０内の野菜畑１１には、複数列の畝１２が形成されており、それら各畝１２に沿って野菜１３が植えられている。

灌漑装置１５には、野菜畑１１に農業用水を散水するための灌漑用水路１６と、図示しない溜池又は河川から灌漑用水路１６内に農業用水を引き込むための給水ポンプ１７とが備えられている。灌漑用水路１６は、農業用ハウス１０の一縁部に沿って延びた１つの主水路１６Ａから複数の末端水路１６Ｂが分岐した構造をなし、それら各末端水路１６Ｂが野菜畑１１の各畝１２に沿って延びている。

給水ポンプ１７は、主水路１６Ａの端部に配置され、例えば、給水制御ユニット１８によって駆動制御可能となっている。そして、給水ポンプ１７が駆動されると、溜池等から灌漑用水路１６内に引き込まれた農業用水が主水路１６Ａから各末端水路１６Ｂに送給され、各末端水路１６Ｂに形成された複数の散水孔（図示せず）から散水される。

給水制御ユニット１８には、例えば、タイマー機能が備えられており、所定の時刻になったら給水ポンプ１７を起動して所定時間（例えば、２０〜３０分）に亘って連続運転後、給水ポンプ１７を停止する。これにより、自動で散水（灌漑）の開始と停止が行われる。

図２に示すように、液肥混合装置２０はタンク２２を備え、このタンク２２には、濃縮された液肥が貯留されている。タンク２２の底面からは管路２３が延びており、その管路２３の先端が灌漑用水路１６に接続されている。そして、その管路２３の途中に電磁定量ポンプ２４が備えられている。

電磁定量ポンプ２４は、例えば、株式会社イワキ、エレポン化工機株式会社、株式会社マイセック等の多数のメーカから市販されている公知の構造をなしている。この電磁定量ポンプ２４は、給水ポンプ１７が所定時間（２０〜３０分）に亘って連続運転されている間に、所定周期Ｔで間欠的に駆動され、一定微少量の液肥を送出する送出動作を間欠的に繰り返す。また、電磁定量ポンプ２４は、駆動される周期の長短により送出量が変更される。

電磁定量ポンプ２４による液肥の送出量を制御するためにコントローラ２６が設けられている。コントローラ２６には、制御回路２６Ａと駆動回路２６Ｂとが備えられ、制御回路２６Ａが電磁定量ポンプ２４を駆動するタイミングを決定している。また、制御回路２６Ａは、駆動回路２６Ｂに対して駆動指令信号Ｒを付与しており、電磁定量ポンプ２４を駆動する際にはその駆動指令信号Ｒをオンにする一方、電磁定量ポンプ２４を停止する際には駆動指令信号Ｒをオフにする。駆動回路２６Ｂは、駆動指令信号Ｒがオンのときに電磁定量ポンプ２４を駆動し、駆動指令信号Ｒがオフのときに電磁定量ポンプ２４を停止する。これにより、図３（Ａ）及び図３（Ｃ）に示すように、駆動指令信号Ｒがオンとオフとに切り替えられると、液肥の実際の流速Ｖｒが間欠的に変化する。

コントローラ２６は、散水動作中にのみ電磁定量ポンプ２４を駆動する。そのために、コントローラ２６は、灌漑装置１５の給水ポンプ１７が駆動中であるか否かを識別するための散水動作識別信号を給水制御ユニット１８から取得している。

コントローラ２６は、予め設定された基準混合率と、灌漑用水路１６を流れる農業用水の流量とに応じて、電磁定量ポンプ２４による液肥の単位時間当たりの目標送出量を決定している。その農業用水の流量を計測するために灌漑用水路１６のうち電磁定量ポンプ２４の排出口との連結部分と給水ポンプ１７との間には、公知な構造を有した電磁式流量計２８が設けられている。この電磁式流量計２８は、給水ポンプ１７が連続運転されて流された農業用水の単位時間当たりの流量と積算流量の両方を計測してコントローラ２６に付与している。

また、電磁定量ポンプ２４により目標送出量通りの液肥が送給されているか否かをコントローラ２６が確認するために、管路２３のうち電磁定量ポンプ２４の下流側には、本発明に係る電磁式流量計４０が設けられている。

電磁式流量計４０は、管路２３に連通した図示しない計測流路と、その計測流路に側方から対向した図示しない電磁コイルと、計測流路内において液肥に接触する１対の図示しない電極とを有しており、計測流路を流れる流体に磁界を付与し、これにより液肥に発生した誘起電圧Ｅを検出している。そして、電磁式流量計４０に備えた図示しないＣＰＵが、誘起電圧Ｅに所定の定数を乗じて液肥の流速Ｖを演算し、その流速Ｖに電磁式流量計４０における計測流路の断面積Ａを乗じて単位時間当たりの流量ｄＳ（以下、「単位流量ｄＳ」という）を演算し、さらに、単位流量ｄＳを積算して流量Ｑを演算している。そして、電磁式流量計４０は、上記した流速Ｖ、単位流量ｄＳ及び流量Ｑを計測してコントローラ２６に付与している。

詳細には、電磁式流量計４０のＣＰＵは、図５に示した演算制御プログラムＰＧ１を所定周期で実行している。演算制御プログラムＰＧ１が実行されると、誘起電圧Ｅに所定の定数を乗じて液肥の流速Ｖを演算する（Ｓ１）。次いで、駆動指令信号Ｒがオンであるか否かを判別する（Ｓ２）。駆動指令信号Ｒがオンである場合には（Ｓ２でＹＥＳ）、駆動指令信号Ｒがオフからオンに切り替わってから第１ディレイ時間ＴＩＭＥ１が経過したか否かを判別する（Ｓ３）。ここで、前記第１ディレイ時間ＴＩＭＥ１としては、駆動指令信号Ｒをオンに切り替えてから液肥が流れ始めるまでの遅れ時間の実測値が設定されている。そして、駆動指令信号Ｒがオンに切り替わってから第１ディレイ時間ＴＩＭＥ１が経過していた場合には（Ｓ３でＹＥＳ）、ステップＳ１で求めた流速Ｖ、即ち、誘起電圧Ｅに対応した値の流速Ｖを利用して、単位流量ｄＳ、流量Ｑを演算する（Ｓ４）。

駆動指令信号Ｒがオフである場合には（Ｓ２でＮＯ）、駆動指令信号Ｒがオンからオフに切り替わってから第２ディレイ時間ＴＩＭＥ２が経過したか否かを判別する（Ｓ５）。ここで、上記第２ディレイ時間ＴＩＭＥ２としては、駆動指令信号Ｒをオフに切り替わってから液肥の流れが止まるまでの遅れ時間の実測値が設定されている。そして、駆動指令信号Ｒがオフに切り替わってから第２ディレイ時間ＴＩＭＥ２が経過していた場合（Ｓ５でＹＥＳ）には、流速Ｖの絶対値が予め設定された閾値Ｋ１より小さいか否かを判別する（Ｓ６）。そして、流速Ｖが閾値Ｋ１より小さい場合には（Ｓ６でＹＥＳ）、誘起電圧Ｅの値に拘わらず、流速Ｖを一律にゼロにする（Ｓ７）。そして、流速Ｖを「０」として、単位流量ｄＳ、流量Ｑを演算する（Ｓ４）。一方、流速Ｖが閾値Ｋ１以上の場合には（Ｓ６でＮＯ）、ステップＳ１で求めた流速Ｖ、即ち、誘起電圧Ｅに対応した値の流速Ｖを利用して、単位流量ｄＳ、流量Ｑを演算する（Ｓ４）。

また、駆動指令信号Ｒがオンであり（Ｓ２でＹＥＳ）、かつ、駆動指令信号Ｒがオフからオンに切り替わってから第１ディレイ時間ＴＩＭＥ１が経過していなかった場合にも（Ｓ３でＮＯ）、上記の如く、流速Ｖの絶対値が閾値Ｋ１より小さいか否かを判別し（Ｓ６）、以下、同様の処理を行う。

なお、本実施形態では、上記したステップＳ４，Ｓ６，Ｓ７により、本発明に係る「データ演算部」が構成されると共に、ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ５により、本発明に係る「状態判別部」が構成されている。そして、ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ５では、駆動指令信号Ｒがオフからオンに切り替わってから第１ディレイ時間ＴＩＭＥ１の経過後に、本発明に係る「静止状態」から「流動状態」に切り替わったと判別し、駆動指令信号Ｒがオンからオフに切り替わってから第２ディレイ時間ＴＩＭＥ２の経過後に「流動状態」から「静止状態」に切り替わったと判別している。

本実施形態の構成は以上である。次に、主として図３を参照して、本実施形態の作用効果について説明する。ここで、図３（Ａ）には、電磁式流量計４０が誘起電圧Ｅから演算した流速Ｖ及び単位流量ｄＳがスケールを一致させて実線で示されており、電磁式流量計４０の計測流路における液肥の実際の流速Ｖｒ、実際の単位流量ｄＳｒがスケールを一致させて点線で示されている。また、図３（Ｂ）には、電磁式流量計４０がコントローラ２６に付与する流速Ｖ及び単位流量ｄＳがスケールを一致させて示されている。また、図３（Ｃ）には、コントローラ２６の制御回路２６Ａが駆動回路２６Ｂに出力する駆動指令信号Ｒが示されている。

コントローラ２６は、給水制御ユニット１８から取得した散水動作識別信号により給水ポンプ１７が運転中であるか否かを認識する。そして、給水ポンプ１７が連続運転されている間は、電磁定量ポンプ２４を間欠的に駆動する。このとき、コントローラ２６の制御回路２６Ａは、駆動指令信号Ｒを、図３（Ｃ）に示すように、所定周期でオンとオフとに切り替える。駆動指令信号Ｒがオンになると電磁定量ポンプ２４が駆動され、図３（Ａ）に示すように、駆動指令信号Ｒがオンに切り替わってから第１ディレイ時間ＴＩＭＥ１だけ遅れて液肥が流れる。また、駆動指令信号Ｒがオフになると電磁定量ポンプ２４が停止し、駆動指令信号Ｒがオフに切り替わってから第２ディレイ時間ＴＩＭＥ２だけ遅れて、液肥の流れが止まる。これにより、液肥が電磁定量ポンプ２４から電磁式流量計４０を通過して灌漑用水路１６へと所定量ずつ間欠的に送給される。

電磁式流量計４０は、液肥の単位流量ｄＳ、流量Ｑを計測するために、液肥に磁界を付与し、その液肥に発生た誘起電圧Ｅを検出する。そして、その誘起電圧Ｅに所定の定数を乗じて流速Ｖ（図５のＳ１）を求める。ここで、電磁式流量計で計測される誘起電圧には、一般に、ゆっくりと変動する直流成分が重畳されている。そして、図３（Ａ）に対比して示すように、流速の大きさに関わらず、誘起電圧から演算した流速Ｖと実際の流速Ｖｒとの間には常に、この直流成分に起因した流速Ｖｄｃ（＝Ｖ−Ｖｒ）分の差が生じる。しかし、実際の流速Ｖｒが十分に大きいときには、電磁式流量計４０が誘起電圧Ｅから演算した流速Ｖと、実際の流速Ｖｒとの差、即ち、直流成分に起因した流速Ｖｄｃは実際の流速Ｖｒに対して相対的に小さく、誤差の観点から見た影響は小さい。ところが、電磁定量ポンプ２４が停止して実際の流速Ｖｒがゼロになっても、電磁式流量計４０が誘起電圧Ｅから演算した流速Ｖはゼロで安定せず、直流成分に起因した流速Ｖｄｃとなってしまい、誤差の観点から見るとその影響は極めて大きい。そして、電磁定量ポンプ２４の停止期間Ｔｏｆｆが駆動期間Ｔｏｎに対して長くなると、この流速Ｖｄｃに基づく流量積算量が増加して、結果として更に大きな誤差を生んでしまう。

しかしながら、本実施形態の電磁式流量計４０は、電磁定量ポンプ２４が停止して静止状態になった場合には、流速Ｖが閾値Ｋ１より小さいときに、誘起電圧Ｅの値に拘わらず流速Ｖを一律にゼロにして、単位流量ｄＳ、流量Ｑを演算するので、流速Ｖがゼロのときの誤計測を防ぐことができる。そして、電磁定量ポンプ２４が駆動して流動状態になったときには、流速Ｖが閾値以上と否とに拘わらず、誘起電圧Ｅに対応した値の流速Ｖを利用して単位流量ｄＳ、流量Ｑを演算する。これにより、電磁定量ポンプ２４の起動動作時及び停止動作時において、流速Ｖが閾値Ｋ１未満で徐変する間の流量Ｑ１，Ｑ２（図４参照）も含めて計測することができる。

このように、本実施形態の電磁式流量計４０によれば、電磁定量ポンプ２４を間欠的に駆動して静止状態と流動状態とが繰り返されても、流体の流量Ｑを高精度で計測することが可能になる。しかも、静止状態で、流速Ｖが閾値Ｋ１以上の場合には、誘起電圧Ｅに対応した値の流速Ｖを用いて流量Ｑを演算するので、電磁定量ポンプ２４の駆動以外の要因で流れた流体の流量Ｑも計測することもできる。従って、例えば、電磁定量ポンプ２４の故障等により電磁定量ポンプ２４が停止中にタンク２２から管路２３を伝わって灌漑用水路１６に液肥が流れた場合に、その流量Ｑも計測することができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記実施形態では、制御回路２６Ａが出力した駆動指令信号Ｒに基づいて、静止状態と流動状態とを判別していたが、例えば、電磁定量ポンプ２４への給電ラインに電流検出器を設け、電磁定量ポンプ２４に給電が行われているか否かに基づいて、静止状態と流動状態とを判別してもよい。

（２）前記実施形態では、流速Ｖと閾値Ｋ１との大小を比較していたが、単位流量ｄＳと所定の閾値Ｋ２との大小を比較する構成としてもよい。ここで、単位流量ｄＳを求める演算式（ｄＳ＝Ａ・Ｖ）には流速Ｖが含まれるので単位流量ｄＳと所定の閾値Ｋ２（＝Ａ・Ｋ１）との大小を比較する構成は、実質的には、流速Ｖと閾値Ｋ１とを比較している構成と同じである。従って、流速の代わりに単位時間当たりの流量と所定の閾値との大小を比較する構成の電磁式流量計も本発明の技術的範囲に入る。

（３）前記実施形態では、電磁定量ポンプ２４の下流に電磁式流量計４０が備えられいたが、電磁定量ポンプ２４の上流に電磁式流量計４０を備えた構成にしてもよい。

（４）前記実施形態では、電磁定量ポンプ２４を間欠的に駆動して流した流体の流量を計測するために用いられた電磁式流量計４０について説明したが、電磁定量ポンプ２４の代わりに例えばソレノイド駆動される電動弁を設け、その電動弁を間欠的に駆動して流した流体の流量を計測するために用いられる電磁式流量計に本発明を適用してもよい。

（５）前記実施形態では、第１ディレイ時間ＴＩＭＥ１及び第２ディレイ時間ＴＩＭＥ２を設けていたが、これらディレイ時間は設けなくてもよい。即ち、駆動指令信号Ｒがオフからオンに切り替わった時点で本発明に係る「静止状態」から「流動状態」に切り替わったと判別し、駆動指令信号Ｒがオンからオフに切り替わった時点で「流動状態」から「静止状態」に切り替わったと判別するようにしてもよい。また、第１ディレイ時間ＴＩＭＥ１及び第２ディレイ時間ＴＩＭＥ２のうちの何れか一方だけも設けてもよい。

本発明の一実施形態に係る灌漑装置の斜視図液肥混合装置の概念図（Ａ）誘起電圧から演算した流速の変化と実際の流速の変化とを示したグラフ、（Ｂ）流速の変化を示したグラフ、（Ｃ）駆動指令信号の変化を示したグラフ（Ａ）流速の変化を示したグラフ、（Ｂ）駆動指令信号の変化を示したグラフ演算制御プログラムのフローチャート

符号の説明

２４電磁定量ポンプ
４０電磁式流量計
Ｅ誘起電圧
Ｋ１閾値
Ｒ駆動指令信号
ＴＩＭＥ１第１ディレイ時間
ＴＩＭＥ２第２ディレイ時間

Claims

ポンプ又は電動弁を間欠的に駆動して流した流体に磁界を付与し、その流体に発生した誘起電圧に対応する流速に基づき、流量を計測する電磁式流量計において、
前記流体が流れている流動状態か静止している静止状態かを、前記ポンプの駆動・停止又は前記電動弁の開弁・閉弁に基づいて判別する状態判別部と、
前記静止状態では、前記流速が予め設定された閾値より小さい場合に、前記誘起電圧の値に拘わらず前記流速を一律にゼロにして前記流量を演算すると共に、前記流速が前記閾値以上の場合に、前記誘起電圧に対応した値の前記流速を用いて前記流量を演算し、前記流動状態では、前記流速が前記閾値以上と否とに拘わらず、前記誘起電圧に対応した値の前記流速を用いて前記流量を演算するデータ演算部とを備えたことを特徴とする電磁式流量計。
前記状態判別部は、前記ポンプ又は前記電動弁を制御するための駆動指令信号がオフからオンに切り替わってから予め設定された第１ディレイ時間の経過後に、前記静止状態から前記流動状態に切り替わったと判別し、前記駆動指令信号がオンからオフに切り替わってから予め設定された第２ディレイ時間の経過後に、前記流動状態から前記静止状態に切り替わったと判別するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電磁式流量計。