JP4721170B2 - コンシステンシーを測定するための方法、チョッパー構造体、及びコンシステンシー・メーター - Google Patents

Description

本発明は、コンシステンシーを測定するための方法、チョッパー構造体、及びコンシステンシー・メーターに関する。

製造業において、パルプのコンシステンシーは、回転式コンシステンシー・トランスミッターを使用して測定することができる。回転式コンシステンシー・トランスミッターは、一方の内部に他方が存在する２軸を有しており、それらの２軸のうち、駆動軸はモーターによって駆動され、測定軸は駆動軸に対して軸受により柔軟に取り付けられている。これによって、内部の軸のスイベル回転が可能になる。そのスイベル角は、オフセットとも呼ばれ、最大で数度程のものである。測定軸の一端部には突出部があり、測定対象のパルプは、そのコンシステンシーにより突出部の回転速度を抑制する。この速度抑制力は、コンシステンシーに依存し、柔軟に軸受けされた２軸間のオフセットを増大させようとするトルクを軸間に発生させる。一方、これらの２軸は電磁的に結合しており、軸間のオフセットは、コイルに供給される電流量を調整し、磁力により軸間のトルクを補償することによって一定に保たれる。

軸間のスイベル角は、光トランスミッターと受信器からなるフォトカプラーにより、次のようにして測定することができる。すなわち、軸とともに回転する歯車を各軸に装着し、それらの歯車の歯を、光トランスミッターと受信器との間でビームのチョッパーとして機能させることにより、受信器に対してパルス信号を生成する。２軸が同位相の場合、両歯車の歯は揃っているが、軸間にオフセットが発生すると、それに応じて両歯車の歯に相対的なずれが生じる。これによって、光パルス信号の長さ及びパルス比が変動する。測定されたパルス比は、通常、さらに平均直流電圧に変換される。したがって、２軸間のオフセットは、直流電圧に比例し、この直流電圧は、パルス比に比例する。

しかしながら、この種の測定には、次のような問題があった。すなわち、温度変化及び測定用電子機器の経年劣化が測定結果に対して影響を及ぼし、それによって生じる誤差を測定値から消去することはできない。加えて、軸の回転速度の変動が、誤差の要因となる。

本発明は、コンシステンシーを測定するための方法、チョッパー構造体、及びコンシステンシー・メーターを改善することを目的とする。

上記目的は、本発明に係る、回転式コンシステンシー・メーターを使用してコンシステンシーを測定するための方法により達成される。この方法は、信号源から受信器に送出された信号を、前記回転式コンシステンシー・メーターの複数の軸が回転するときに、チョッパー構造体のチョッピング歯を用いて断続させる段階を含み、前記受信器によって検出される測定パルスの長さは、前記複数の軸の間のスイベル角に従って、異なる歯車の前記チョッピング歯の間のオフセットに比例しており、前記信号源と前記受信器との間の前記信号を、前記チョッパー構造体のチョッパー標準部を用いて、前記複数の軸の間のスイベル角に依存しない少なくとも１つの標準パルスを生成するように断続させる段階と、コンシステンシーを測定するときに、前記標準パルスのそれぞれの長さを測定する段階と、既定の標準パルス長と測定された前記標準パルスの長さを比較することによって、前記標準パルスのそれぞれの長さの変化量を判別する段階と、少なくとも１つの前記測定パルスの長さを、前記少なくとも１つの標準パルスの長さの前記変化量に応じて補正する段階と、を含むことを特徴とする。

本発明には、回転式コンシステンシー・メーターのためのチョッパー構造体も含まれる。本発明に係るチョッパー構造体は、信号源、受信器、及び、回転するように配置され、該回転時に相対的にスイベル回転するように互いに結合された２つの軸を含む回転式コンシステンシー・メーターのためのチョッパー構造体であって、前記チョッパー構造体は、それぞれチョッピング歯を含む２つの歯車を含み、前記チョッパー構造体の前記歯車の一方は、前記回転式コンシステンシー・メーターの前記軸の一方に固着され、前記歯車の他方は、前記軸の他方に固着されており、前記チョッパー構造体の前記チョッピング歯は、前記回転式コンシステンシー・メーターの前記２つの軸が回転する間に、前記信号源から前記受信器に送出された信号を断続させ、前記受信器で検出される測定パルスの長さは、前記２つの軸の間のスイベル角に従って、異なる歯車の前記チョッピング歯の間の相対的なオフセットに比例し、前記チョッパー構造体は、前記信号源と前記受信器との間の前記信号を、前記２つの軸の間のスイベル角に依存しない少なくとも１つの標準パルスを生成するように断続させるように配置されたチョッパー標準部も含むことを特徴とする。

本発明には、更に、回転式コンシステンシー・メーターが含まれる。本発明に係る回転式コンシステンシー・メーターは、チョッパー構造体、信号源、受信器、及び、回転するように配置され、該回転時に相対的にスイベル回転するように互いに結合された２つの軸を含む回転式コンシステンシー・メーターであって、前記チョッパー構造体は、それぞれチョッピング歯を含む２つの歯車を含み、前記チョッパー構造体の前記歯車の一方は、前記回転式コンシステンシー・メーターの前記軸の一方に固着され、前記歯車の他方は、前記軸の他方に固着され、前記チョッパー構造体の前記チョッピング歯は、前記回転式コンシステンシー・メーターの前記２つの軸が回転する間に、前記信号源から前記受信器に送出された信号を断続させ、前記受信器で検出される測定パルスの長さは、前記２つの軸の間のスイベル角に従って、異なる歯車の前記チョッピング歯の間の相対的なオフセットに比例し、前記チョッパー構造体は、前記信号源と前記受信器との間の前記信号を、前記２つの軸の間のスイベル角に依存しない少なくとも１つの標準パルスを生成するように断続させるように配置されたチョッパー標準部も含んでおり、前記回転式コンシステンシー・メーターは、コンシステンシーの測定時に、標準パルスのそれぞれの長さをめ、コンシステンシーの測定時に測定された前記標準パルスの長さと既定の標準パルス長を比較することによって、前記標準パルスの長さの変化量を定め、少なくとも１つの前記標準パルスの長さの前記変化量に従って、少なくとも１つの測定パルスの長さを補正する、ように構成されていることを特徴とする。

本発明の好適な実施形態は、従属請求項に開示されている。

本発明に係る方法及びシステムは、次のような利点を有する。すなわち、回転速度の変化によって生じる誤差のみならず、温度及び電子装置の経年劣化によって生じる誤差を補償することが可能となる。

以下、添付図面を参照し、好適の実施形態を用いて本発明を詳細に説明する。
図１Ａに、例えば木材繊維を含む懸濁液のコンシステンシーを測定可能な回転式コンシステンシー・トランスミッターを示す。この測定装置は、外部軸１００と、測定軸とも呼ばれる内部軸１０２の２軸を含み、内部軸１０２は、外部軸１００の内部に配置されている。外部軸１００及び内部軸１０２の両方の一端部には、例えば、測定室内の懸濁液を混合するためのプロペラ型構造体１０４、１０６が存在するものであってもよい。外部軸１００は、モーター１１０によって回転されるものであってもよく、駆動軸とも呼ばれる。両軸は、同一方向に回転するとともに、測定対象である懸濁液のコンシステンシーに依存する剪断力及び摩擦力によって内部軸１０２が外部軸１００に対して回転しようとした場合でも、電磁石１５２によって発生する磁気結合により、両軸１００、１０２間の相対的なスイベル角を一定に保つことができる。両軸１００、１０２間のスイベル角は、オフセットとも呼ばれ、既定の初期位置からの両軸のスイベル回転を基準とする。通常、両軸１００、１０２は、予め定められた角度までスイベル回転可能なように、軸受を用いて互いに柔軟に取り付けられている。その角度は、最大で数度とすることができる。

スイベル角は、例えばフォトカプラーを含む光測定器を使用して、光学的に測定することができる。この測定器は、光源１１２、光受信器１１４、及びチョッパー構造体１５０を含むものであってもよい。チョッパー構造体１５０は、チョッピング歯（図１への図示は省略する）を備えた２つの同様の歯車１１６、１１８を含むものであってもよい。外部軸１００が、これらの歯車のうちの第１の歯車１１６を回転させ、内部軸１１８が第２の歯車１１８を回転させるものであってもよい。両軸１００、１０２の回転と共に歯車１１６、１１８が回転すると、回転するチョッピング歯が光トランスミッター（光源）１１２と光受信器１１４との間の信号のチョッパーとして機能し、受信器に対してパルス信号を生成する。この光源の代わりに、電磁放射、粒子放射、超音波等を信号１１３として送出可能な他の信号源１１２を使用することもできる。この場合、受信器１１４は、その信号源（トランスミッター）１１２によって送出される信号を検知する検出器を使用することができる。両軸１００、１０２が相対的に回転していない場合（同位相状態）、両歯車のチョッピング歯は揃っているものであってもよい。しかし、両軸１００、１０２間にスイベル角が形成されると、それに応じて両歯車のチョッピング歯に相対的なずれが生じる。この位相シフトによって、光信号のパルス比が変化する。このように、スイベル角はパルス比に比例し、信号処理部１２０は、このパルス比を使用して電磁石に供給する電流を制御することができる。

コンシステンシーの測定では、次のようにしてトルク測定を利用することができる。信号処理部１２０により制御される電流によって、電磁石１５２のコイル中に電磁界を発生させ、この電磁界により、測定プロペラのトルクに応じて、逆トルクを発生させる。そして、この逆トルクを、駆動軸１００と測定軸１０２との間のスイベル角がゼロ又は別の既定値に維持される大きさに保つことができる。したがって、コンシステンシーとトルクとの間の関係も既知とすれば、電流の大きさからコンシステンシーを判別することができる。スイベル角は、２つの歯車の間の位相シフトがスイベル角の関数として変化するため、歯車を使用して測定することができ、この位相シフトは、フォトカプラーを使用してパルス比を測定することにより判別することができる。しかし、フォトカプラーにおける立ち上がり時間と立ち下り時間の制限及びそれらの温度依存性によって、特に温度又は歯車の回転周波数が変動する場合に、測定に誤差が生じる。フォトカプラーの経年劣化も誤差の要因となる。

図１Ｂに、異なる温度で検出された信号を示す。図１Ｂにおいて、縦軸は、任意の単位で示す強度、横軸は、任意の単位で示す時間である。実線１６０は、２つの異なる温度で受信器が検出した光信号を示す。実線１６２は、室温における受信器の検出信号を示し、破線１６４は、例えば７０℃における受信器の検出信号を示す。図１Ｂは、検出信号の立ち上がり時間と立ち下り時間が、その長さにおいても、又、温度変化の際の変化の態様においても異なる場合があることを示している。

次に、図２Ａを参照して、チョッパー構造体１５０の詳細を説明する。チョッパー構造体は、２つの歯車１１６、１１８を含んでいてもよく、これら両方の歯車は、少なくとも１つのチョッピング歯２００を含んでいる。少なくとも１つのチョッピング歯は、歯車の外縁部に存在するものであってもよい。各歯車は、外縁部の全体又は一部に、所望の数のチョッピング歯２００を有するものであってもよい。例えば、約１００個のチョッピング歯を有するものとすることができる。各チョッピング歯の幅は、歯車間のスイベル回転によって生じるオフセットの既定の最大許容値よりも大きいものであってもよい。この条件を満たす場合、チョッピング歯の相対的なずれは、チョッピング歯の全幅までには達しない。

チョッパー構造体の一方の歯車は、回転式コンシステンシー・メーターの一方の軸に固着され、他方の歯車は他方の軸に固着される。

ここで、初期状態において測定装置の両軸間にスイベル角は存在せず、歯車１１６、１１８は同位相状態にあると仮定する。すなわち、この場合、図２Ａと同様の配置態様において、歯車１１８は歯車１１６の背後に完全に隠れており、歯車１１６の背後から歯車１１８の歯は見えない。図２Ａは、測定装置の両軸がスイベル回転し、歯車１１８の歯が、歯車１１６の背後に完全には隠れていない状態を示していると見なすことができる。チョッパー構造体のチョッピング歯２００は、回転式コンシステンシー・メーターの両軸の回転に伴って、光源から光検出器に送出された光放射を断続させるものである。歯車１１６、１１８の歯２００の間に、両軸のスイベル回転による相対的なずれが生じると、光検出器によって検出されるパルスの持続時間も変化する。この例では、チョッピング歯２００が組み合わさることにより、チョッピング歯の間の透光間隙が狭くなるため、パルスは短縮される。測定されるパルス時間は、温度及び測定用電子機器の経年劣化等によっても変化し、この変化を、標準測定を行うことなく測定結果から消去することはできない。

本実施形態において、チョッパー構造体は、チョッパー標準部２０４を含み、このチョッパー標準部は、両軸間のスイベル角に依存することなく光放射を断続させることにより、既定の持続時間を有する少なくとも１つの光パルスを生成するように配置されている。標準として機能するこの光パルスの持続時間は、歯車１１６、１１８の回転速度が既知である状況において予め定められており、既知のものである。この持続時間が既定の持続時間と異なる場合には、測定結果を補正することができる。

図２Ａに示した例では、チョッパー標準部２０４は、歯車１１６から１つのチョッピング歯を除去することによって実装されている。既定の持続時間を有する光パルスは、標準クリアランス２１２により生成される。標準クリアランス２１２の幅は、歯車１１８の１つのチョッピング歯２０６の幅と、歯車１１８の歯２０６と歯２１０の間の間隙からなる。

この例において、１つ以上のチョッピング歯を除去することも可能である。その際、いくつかの連続したチョッピング歯を除去することも、歯車の外縁の異なる側面からそれぞれチョッピング歯を除去することもできる。但し、その動作は、上述した１つのチョッピング歯のみを除去した場合と同様のものである。

次に、スイベル角がない状態においてチョッピング歯は揃っているという前提の下に、図２Ｂ及び図２Ｃを参照して、図２Ａに示すチョッパー構造体を使用した場合に検出器に到達する光放射パルス２２０について説明する。図２Ｂの例では、両歯車１１６、１１８は完全に重なり合っており、又、各チョッピング歯及びそれら間の間隙は等しいため、正パルス２２２の持続時間は、反転パルス２２４の長さと同一である。正パルス２２２と反転パルス２２４の両方を、軸間のスイベル角を特定するために使用可能な測定パルスとして機能させることができる。正パルス（又は反転パルス）の長さを、正パルスと反転パルスの全長と比較し、パルス比を測定することができる。測定パルスの周期は、正パルス２２２と反転パルス２００からなると考えることができる。このような測定パルスの周期は、例えば、立ち上がりエッジのみから測定することができ、この場合、２つの立ち上がりエッジ間の間隔が周期に相当する。あるいは、測定パルスの周期は、立ち下がりエッジのみから測定することもできる。本明細書において、信号の断続とは、正パルス２２２の間に光放射が検出器に到達し、反転パルス２２４の間に、光放射が検出器に到達しないか、又は、正パルス２２２の間よりも検出器に到達する光放射が少なくなることをいう。チョッパー構造体のチョッピング歯によるこの断続のため、信号に規則的なレベル変動が生じ、検出信号の強度又はパワーは、断続に応じて変動する。正パルス２２２と反転パルス２２４の持続時間は、互いに異なる長さであってもよい。

図２Ａに示すように両歯車が互いにずれた場合、図２Ｃに示すように、反転パルス２２４の長さは増大する。これは、チョッピング歯の幅が、チョッピング歯の間の間隙と異なる場合も同様である。反転パルスは、測定対象の懸濁液が、チョッピング歯がチョッピング歯の間の間隙に向かうように（すなわち、両歯車間のオフセットが増大するように）、測定装置の両軸回りに回転している場合等のように、両軸が回転していないにも関わらずチョッピング歯が完全に揃っていない場合にも増大する。測定パルスのサイクル長は、各パルスの長さが変化しても変化しない。加えて、測定パルスの持続時間が変化しても、回転速度が変化しなければ、正パルス２２８と反転パルス２３０の長さはスイベル角に関わらず変化しないため、正パルス２２８と反転パルス２３０により構成される標準パルス対２２６の長さは変化しない。歯車１１８のチョッピング歯２０６とチョッピング歯の間の間隙２０８は、変化しないものであり、それによって標準パルス対２２６が生成される。回転速度が変化しない場合、標準パルス対２２６、正パルス２３０、及び反転パルス２２８の持続時間も変化しない。そして、回転速度が変化する場合でも、その回転速度を使用して補正すれば、標準として機能する正パルス２３０及び反転パルス２２８は、一定に維持される。

測定装置の両軸に固着されている各歯車がスイベル角を有さないときに、反転パルスの持続時間が最短ではない場合（すなわち、両歯車間に既定のオフセットが存在する場合）には、測定の間に両軸が回転すると、懸濁液によって生じる測定装置の両軸間のスイベル回転が歯車間のオフセットを減少させることによって、反転パルスの持続時間が短縮される場合がある。この場合、一例では、測定装置の両軸間のスイベル角がないときの反転パルスの持続時間を、可能な限り長くするものであってもよい。この場合、図２Ｃは、スイベル角を発生させるサンプルを使用していない場合の測定信号、図２Ｂは、両軸間のスイベル角が大きい場合の測定信号と考えることができる。

図３Ａに示す例では、チョッパー標準部２０４は、次のようにして実装されている。すなわち、歯車１１８の１つのチョッピング歯３０４に、両歯車１１６、１１８の間の可能な最大のオフセット（すなわち、測定装置の両軸間の最大のスイベル角）に相当する幅を有するスイベル・クリアランス３００が形成されている。スイベル・クリアランス３００は、１つ以上のチョッピング歯に形成されるものであってもよい。そして、歯車１１６は、歯車１１８のスイベル・クリアランスを有する少なくとも１つのチョッピング歯３０６に対応するチョッピング歯３０４に、アクセス・クリアランス３０２を有している。アクセス・クリアランス３０２は、測定装置の両軸間にスイベル角がない場合、破線で示す位置にあり、測定装置の両軸が相対的に回転した場合、スイベル・クリアランス３００中を、実線で示す位置までずれるものであってもよい。検出器には、アクセル・クリアランス３０２により標準パルスが供給され、両軸間のスイベル角及び両歯車間の相対的なオフセットのいずれもアクセス・クリアランス３０２の大きさに影響を及ぼさないため、この標準パルスの持続時間は、回転速度が変化しない場合には、変化しない。

図３Ｂ及び図３Ｃは、チョッピング歯及び１つのアクセス・クリアランスによって検出器に供給されるパルス列を示している。両図について、チョッピング歯及びチョピング歯間の間隙は同一の大きさであり、アクセス・クリアランスは、簡単のため、チョッピング歯の中央に形成されているものとする。但し、本発明において他の態様も可能である。図３Ｂに示す例では、検出器によって検出される光信号３１０は、同じ長さの正パルス３１２と反転パルス３１４を含んでおり、アクセス・クリアランス３０２によって生じた正パルス３１６も図示されている。

図３Ｃでは、両歯車１１６、１１８の間のオフセットにより、反転パルス３１４が正パルス３１２よりも長くなっている。しかし、アクセス・クリアランスによって供給される標準パルス３１６は、回転速度が変化しない限り、正パルス、反転パルス、及びそれらの比に関わらず変化しない。

図４Ａは、歯車のチョッピング歯とは異なる位置にスイベル・クリアランス３００を有することを除いて、図３Ａに対応するチョッパー標準部２０４を示す図である。又、図４Ａには、２つのチョッパー標準部が示されている。同様に、アクセス・クリアランス３０２も、歯車のチョッピング歯とは異なる位置に配置されている。他の相違点は、チョッピング歯２００が歯車の外縁の突出体ではないため、チョッピング歯の間の間隙が窓形であることである。

専用の検出器により標準パルスを検出した場合、標準信号４００は、図４Ｂに示すようなものになる。この検出器が受信する標準パルス４０２は、アクセス・クリアランス３０２の大きさ及び歯車の回転速度の影響を受ける。アクセス・クリアランスの大きさは一定であるため、標準パルスの持続時間は、回転速度が変化しない限り変化しない。

図５Ａに示す例では、標準として使用される光パルスは、他のチョッピング歯よりも長いチョッピング歯５００によって生成されるものである。１つの長いチョッピング歯５００に加えて、又は、その代わりに、規則的又は不規則な間隔をおいて連続的に配置されたいくつかの延長されたチョッピング歯があってもよい。標準を測定する光ビーム５０２は、延長されたチョッピング歯のみに衝突し、一方、チョッピング歯の相対的オフセットは、すべてのチョッピング歯に衝突する光ビーム５０４によって測定される。

専用の検出器により標準パルスを検出した場合、標準信号５０６は、図５Ｂに示すようなものになる。この検出器が受信する標準パルス５０８は、チョッピング歯の幅及び歯車の回転速度の影響を受ける。チョッピング歯の幅は一定であるため、標準パルス５０８の持続時間は、回転速度が変化しない限り変化しない。この例では、標準パルスとして機能するパルスは、反転パルスである。

図５Ａ及び図１には、歯車の回転速度を測定するための手段の一例が示されている。マーカー要素５１０を歯車１１６（又は１１８）に固着し、マーカー検出器５１２によってその動きを検出することができる。マーカー要素５１０は磁石であってもよく、歯車の各回転の間にマーカー検出器５１２を通過するものである。マーカー要素５１０の通過によってマーカー検出器５１２にインパルスが発生し、連続するインパルス間の間隔が１回転の持続時間である。マーカー検出器５１２は、マーカー要素５１２により発生するインパルスを電気信号に変換し、その信号を信号処理部１２０に供給する。信号処理部は、この電気信号を使用して、歯車の回転時間ｔ_k及び回転周波数ｆ_sを判別する。マーカー要素は複数であってもよく、又、それらのマーカー要素は磁気的な方法以外の方法で機能するものであってもよい。歯車の回転速度は、２つ又はそれ以上の測定パルスからなる１周期の持続時間によって判別することもできる。この場合、回転速度は、立ち上がりエッジから立ち上がりエッジまで、又は、立ち下りエッジから立ち下がりエッジまで測定される１周期に基づいて判別される。この目的のために、チョッピング歯の幅及びチョッピング歯の間の間隙の幅が既知である必要はない。同様に、１周期以上の周期に基づいて回転速度を判別するものであってもよい。回転速度は、全パルス（反転パルス及び正パルス）に対応する全時間を判別することにより１回転に要する時間を測定することによって、判別することもできる。この場合、測定において正しいパルス数を勘定に入れるために、チョッピング歯の数が既知である必要がある。歯車の回転速度は、チョッパー標準部２０４によって判別することもできる。この場合、１回転に要する時間は、例えば、１つのチョッパー標準部の連続する検出の間の時間として測定することができる。

図１に示す光源１１２は、１つのトランスミッターの代わりにいくつかのトランスミッターを含むものであってもよく、光検出器１１４は、１つの受信器の代わりにいくつかの受信器を含むものであってもよい。図６には、２つのトランスミッター・ユニット６００、６０２と、２つの受信器６０４、６０６が示されている。光ビーム１１３は、スイベル角を測定するために使用されるトランスミッター・ユニット６００から、チョッパー構造体１５０を通じて、スイベル角の測定に使用される検出器６０４へ伝播し、光ビーム６０８は、標準用のトランスミッター・ユニット６０２から、チョッパー構造体１５０を通じて、標準用の第２の検出器６０６に伝播するものであってもよい。この例は、少なくとも図４Ａから図５Ｂに示した例に適したものである。

図７に示す例では、１つのトランスミッター・ユニット７００から１つの光ビームがチョッパー構造体１５０に向けて送出されるが、そのビームが、チョッパー構造体１５０に至る前に、ビームスプリッター７０２によって２つのビームに分波されるものである。第１のビームは、チョッパー構造体１５０を通じて検出器７０４に直接伝播し、第２のビームは、第１の反射要素７０６によってチョッパー構造体１５０に向けられ、その後、第２の反射要素７０８及び第２のビームスプリッター７１０により第１のビームと合成されて、検出器７０４に伝播するものであってもよい。

図８に示す例では、トランスミッター・ユニット１１２からのビームは、ビームスプリッター７０２により２つのビームに分波される。第１のビームは、チョッパー構造体１５０を通じて第１の検出器６０４に伝播し、第２のビームは、反射要素７０６によって、チョッパー構造体１５０を通じて標準用の検出器６０６に伝播するものであってもよい。これらの反射要素は、鏡又はプリズムであってもよい。

図６から図８は、図４Ａ又は図５Ａに示す例に対応させることができる。図６から図８において、第１のビームは、チョッピング歯の相対的なオフセットを測定するビームであり、第２のビームは、標準を測定するビームであってもよい。又は、第２のビームが、チョッピング歯の相対的なオフセットを測定するビームであり、第１のビームが標準を測定するビームであってもよい。

次に、上述した装置構成の例に基づいて、測定方法を説明する。Ｎ個のチョッピング歯２００は、受信器に対して、歯の相対的な位置の変化に応じてパルス比が変化するパルスを生成することによって、フォトカプラーの動作に影響を及ぼす。以下、正パルスをＨＩ、反転パルスをＬＯと記す。少なくとも１つの標準構造体（チョッパー標準部）は、チョッピング歯の間の関係に関わらず、既定の長さのパルスを生成する。したがって、歯車の回転速度が一定である場合、この標準パルスの長さの変化は、温度変化及び測定装置の電子装置部分の経年劣化のみによるものである。

回転式コンシステンシー・メーターの回転パラメーターは、回転周波数又は回転速度とすることができ、１回転におけるパルスの持続時間から判別することができる。回転時間、すなわち、１回転の持続時間は、例えば、Ｎ個の正パルスとＮ個の反転パルスの持続時間の総和である。回転周波数は、例えば、工場において既定の条件（試験治具）で測定することができる。回転周波数ｆ_Sは、次式で表される。
Ｆ_S＝１／ｔ_k
但し、ｔ_kは、歯車の回転時間である。回転時間は、標準パルスによって定めることもでき、又は、図５Ａに関連して上述したような別の回転測定によって定めることもできる。同様に、回転周波数も、計算によって定めることもでき、あるいは、単に仮定することもできる。軸の回転周波数は、例えば、電力網の周波数が５０Ｈｚの場合には約６．５Ｈｚであり、電力網の周波数が６０Ｈｚの場合には約７．７Ｈｚである。回転周波数が装置が正常に動作する範囲にあれば、装置は動作可能である。

回転式コンシステンシー・トランスミッターを実際の測定サイトに設置するときに、回転速度を、既定の条件で測定された回転速度と比較することができる。そして、この既定の条件に関する周波数補正ｆ_kを、次式により計算することができる。
ｆ_k＝ｆ_s/ｆ_m
但し、ｆ_mは、実際の測定サイトで測定された回転周波数である。標準条件を、例えば、電力網の交流周波数が５０Ｈｚの場合としてもよい。電力網の周波数は、電動モーターに駆動される軸の回転速度に影響を及ぼす可能性がある。実際の測定サイトにおいて、例えば、電力網の交流周波数が６０Ｈｚの場合には、測定装置の軸は、標準条件下とは異なる速度で回転する可能性がある。

標準パルスの持続時間を使用して、誤差補正が可能であるためには、最後の回転のパルスの中から、標準パルスを特定しなければならない。まず、図２Ａに示す標準構造体によって生成される標準パルス対２２６について説明する。標準パルスの正パルス部分と反転パルス部分は、最後のＮ個のパルスを調べ、それらのパルスのうちの最長の正パルス部分２３０又は最短の反転パルス部分を見出すことにより特定することができる。特定された標準パルスの正パルス部分の持続時間をＲＥＦＨＩ、その標準パルスの反転パルス部分の持続時間をＲＥＦＬＯとする。そして、この回転における全パルス（標準パルスを含む）の正パルス部分の総和をＳＵＭＨＩ、対応する反転パルス部分の総和をＳＵＭＬＯとする。

この回転において、標準構造体の歯以外の歯によって生成される信号の持続時間ｔ_rは、次式のように、正パルス部分と反転パルス部分の総和である。
ｔ_r＝（ＳＵＭＨＩ−ＲＥＦＨＩ）＋（ＳＵＭＬＯ−ＲＥＦＬＯ）

実際の測定条件下でコンシステンシーを測定する場合、標準パルスの正パルス部分の持続時間は、（回転速度が補正された）標準条件と比較して、次式のように変化する可能性がある。
ΔＲＥＦＨＩ＝ＲＥＦＨＩ−ｆ_k＊ＲＥＦＨＩｓ
但し、ΔＲＥＦＨＩは変化量、ＲＥＦＨＩｓは、標準条件で測定されたＲＥＦＨＩである。温度、経年劣化等による変化がない場合には、ΔＲＥＦＨＩの値は０となる。

全パルスの持続時間は、標準パルスと同様に変化する。パルス比を計算する場合、全ての通常の歯により生成されるパルスの持続時間の総和から、パルス持続時間の上記変化量と通常の歯の数との積を差し引く必要がある。補正されたパルス比は、次式に示す。
ｃ_f＝（（ＳＵＭＨＩ−ＲＥＦＨＩ）−ΔＲＥＦＨＩ・Ｎ）／ｔ_r
但し、ｃ_fは、補正されたパルス比である。この式では、ΔＲＥＦＨＩ・Ｎの項により、温度、温度変化、経年劣化等によるパルス長の変化、及び、回転速度の両方が考慮されている。

標準パルスの持続時間の変化量ΔＲＥＦＨＩは、既定の条件に対する変化量である。そして、測定パルスの長さも同様に変形するため、補正する必要がある。この変化量は、測定パルスの長さから差し引くことができる。上述した補正は、パルス信号の正パルス部分（ＨＩ、ＲＥＦＨＩ、ＲＥＦＨＩｓ、ＳＵＭＨＩ）を使用して行われているが、この補正は、正パルス部分の代わりに、パルス信号の反転パルス部分（ＬＯ、ＲＥＦＬＯ，ＲＥＦＬＯｓ、ＳＵＭＬＯ）を使用して行うこともできる。

これに対応して、図３Ａから図５Ｂに示す例では、次のように処理を進行することができる。標準条件下と実際の測定サイトの両方で、回転速度又は回転時間が定められている場合、標準パルスの持続時間ＲＥＦが、（回転速度が補正された）標準条件と比較してどれだけ変化したかを、次式により計算することができる。
ΔＲＥＦ＝ＲＥＦ−ｆ_k＊ＲＥＦｓ
但し、ΔＲＥＦは変化量、ＲＥＦｓは、標準条件で測定されたＲＥＦである。回転速度が変化しておらず、又、他の変化もない場合、ΔＲＥＦの値は０となる。

これによって、パルス比ｃ_fを表す式は、次式のように書ける。
ｃ_f＝（ＰＵＬＳＥ−ΔＲＥＦ）／ＰＵＬＳＥ
但し、ＰＵＬＳＥは、測定されたパルスの持続時間であり、ＰＵＬＳＥ＝ＨＩ＋ＬＯである。

この結果は、例えば、１回転全体のパルスを測定することによって、平均化することができる。１回転全体の正パルス部分と反転パルス部分の持続時間の総和ＳＵＭＰＵＬＳＥは、次式で表される。
ＳＵＭＰＵＬＳＥ＝ＳＵＭＨＩ＋ＳＵＭＬＯ
この場合、パルスの持続時間の総和ｔ_rは、少なくとも近似的には回転時間ｔ_kと等しいものであり、補正されたパルス比ｃ_fを表す次式において、ｔ_rをｔ_kに置き換えることができる。
ｃ_f＝（ＳＵＭＰＵＬＳＥ−ΔＲＥＦ・Ｎ）／ｔ_r
但し、ＳＵＭＰＵＬＳＥは、測定される正パルス又は反転パルスの持続時間、ｃ_fは補正されたパルス比、Ｎは、測定される正パルス又は反転パルスの数である。

図９は、本発明に係る方法の一実施形態を示すフローチャートである。ステップ９００において、トランスミッターと受信器との間の信号は断続化され、測定パルスが生成される。ステップ９０２において、トランスミッターと受信器との間の信号は断続化され、標準パルスが生成される。ステップ９０４において、少なくとも１つの標準パルスの長さが測定される。ステップ９０６において、標準パルスの長さの変化量が判別される。ステップ９０８において、コンシステンシー測定のために、少なくとも１つの測定パルスの長さが補正される。

以上、本発明を、添付図面に従う例に関連させて説明してきたが、本発明は、上述した例に限定されるものではなく、添付請求項の範囲内で様々な変更が可能である。

図１Ａは、コンシステンシー・トランスミッターを示す。 図１Ｂは、受信器に到達するパルス信号と、２つの異なる温度における検出パルス信号を示す。 図２Ａは、１つのチョッピング歯を除去することによってチョッパー標準部が形成されたチョッパー構造体を示す。 図２Ｂは、検出器に到達する光放射パルスを示す。 図２Ｃは、検出器に到達する光放射パルスを示す。 図３Ａは、チョッピング歯に形成されたチョッパー標準部を示す。 図３Ｂは、検出器に到達する光放射パルスを示す。 図３Ｇは、検出器に到達する光放射パルスを示す。 図４Ａは、歯車中に形成されたチョッパー標準部を示す。 図４Ｂは、検出器に到達する光放射パルスを示す。 図５Ａは、チョッピング歯を含む標準構造体を示す。 図５Ｂは、標準用の検出器に到達する光放射パルスを示す。 図６は、２つの部品からなる光源と光受信器を示す。 図７は、光ビームが２つの異なる経路に分けられるフォトカプラーを示す。 図８は、光ビームが２つの異なる経路に分けられ、２つの異なる受信器ユニットで検出されるフォトカプラーを示す。 図９は、方法のフローチャートを示す。

Claims (29)

1. 回転式コンシステンシー・メーターを使用してコンシステンシーを測定するための方法であって、
   信号源(112)から受信器(114)に送出された信号(113)を、前記回転式コンシステンシー・メーターの複数の軸(100,102)が回転するときに、チョッパー構造体(150)のチョッピング歯(200)を用いて断続させる段階を含み、前記受信器(114)によって検出される測定パルスの長さは、前記複数の軸(100,102)の間のスイベル角に従って、異なる歯車(116,118)の前記チョッピング歯(200)の間のオフセットに比例しており、
   前記信号源と前記受信器との間の前記信号(113)を、前記チョッパー構造体のチョッパー標準部(204)を用いて、前記複数の軸(100,102)の間のスイベル角に依存しない少なくとも１つの標準パルス(226,228,230,316,402,508)を生成するように断続させる段階(902)と、
   コンシステンシーを測定するときに、前記標準パルス(226,228,230,316,402,508)のそれぞれの長さを測定する段階(904)と、
   既定の標準パルス長と測定された前記標準パルス(226,228,230,316,402,508)の長さを比較することによって、前記標準パルス(226,228,230,316,402,508)のそれぞれの長さの変化量を判別する段階と、
   少なくとも１つの前記測定パルス(222,224,312,314)の長さを、前記少なくとも１つの標準パルスの長さの前記変化量に応じて補正する段階(908)と、を含むことを特徴とする方法。
2. 前記チョッパー構造体(150)の前記チョッパー標準部(204)が、標準用の光源(114)から標準用検出器(606)に送出された光放射を断続するときに、別体の標準用光トランスミッター・ユニット(602)及び標準用光検出器(606)を使用することにより、前記標準パルス(226,228,230,316,402,508)のそれぞれを測定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記標準パルスの長さの前記変化量を判別するために、既定の条件下での前記標準パルスの持続時間を決定することにより、前記既定の標準パルス長が設定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記既定の標準パルス長として、算定された既定長が使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記歯車の回転周波数又は回転速度を表す前記歯車(116,118)の回転パラメーターを、前記チョッパー標準部(204)により定める段階と、
   前記回転パラメーターと既定の回転パラメーターを比較する段階と、
   前記回転パラメーターと前記既定の回転パラメーターとの比較に従って、前記測定パルス(222,224,312,314)の長さを補正する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記歯車の回転周波数又は回転速度を表す前記歯車(116,118)の回転パラメーターを、前記測定パルス(222,224,312,314)により定める段階と、
   前記回転パラメーターと既定の回転パラメーターを比較する段階と、
   前記回転パラメーターと前記既定の回転パラメーターとの比較に従って、前記測定パルス(222,224,312,314)の長さを補正する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 既定の回転パラメーターは、既定の条件下で測定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 既定の回転パラメーターとして、算定された回転パラメーターが使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 別体のマーカー検出器(512)及び少なくとも１つの歯車(116)の別体のマーカー要素(510)により回転パラメーターを測定する段階と、
   実際のコンシステンシー測定条件下で測定された前記回転パラメーターを、既定の回転パラメーターと比較する段階と、
   実施のコンシステンシー測定条件下で測定された前記測定パルス(222,224,312,314)の長さを、前記測定された回転パラメーターと前記既定の回転パラメーターとの比較に従って補正する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 信号源(112)、受信器(114)、及び、回転するように配置され、該回転時に相対的にスイベル回転するように互いに結合された２つの軸(100,102)を含む回転式コンシステンシー・メーターのためのチョッパー構造体であって、
    前記チョッパー構造体(150)は、それぞれチョッピング歯(200)を含む２つの歯車(116,118)を含み、
    前記チョッパー構造体(150)の前記歯車(116,118)の一方は、前記回転式コンシステンシー・メーターの前記軸(100,102)の一方に固着され、前記歯車(116,118)の他方は、前記軸(100,108)の他方に固着されており、
    前記チョッパー構造体(150)の前記チョッピング歯(200)は、前記回転式コンシステンシー・メーターの前記２つの軸(100,102)が回転する間に、前記信号源(112)から前記受信器(114)に送出された信号を断続させ、前記受信器(114)で検出される測定パルスの長さは、前記２つの軸(100,102)の間のスイベル角に従って、異なる歯車(116,118)の前記チョッピング歯(200)の間の相対的なオフセットに比例し、
    前記チョッパー構造体(150)は、前記信号源(112)と前記受信器(114)との間の前記信号(113)を、前記２つの軸(100,102)の間のスイベル角に依存しない少なくとも１つの標準パルス(226,228,230,316,402,508)を生成するように断続させるように配置されたチョッパー標準部(204)も含むことを特徴とするチョッパー構造体。
11. 前記信号源(112)は、別体の標準用信号源ユニット(602)を含み、前記受信器(114)は、標準用検出器(606)を含んでおり、前記チョッパー構造体(150)の前記チョッパー標準部(204)は、前記標準用信号源ユニット(602)から前記標準用検出器(606)に送出された信号(608)を断続させるように配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のチョッパー構造体。
12. 前記チョッパー標準部(204)は、１つの前記歯車(116)中の、１つのチョッピング歯の幅と２つのチョッピング歯の間隙に対応する前記チョッピング歯の標準クリアランス(212)を含み、第２の前記歯車(118)の、前記標準クリアランス(212)の位置にある少なくとも１つのチョッピング歯(206)とチョッピング歯の間隙が、標準パルスの生成部として機能することを特徴とする請求項１０に記載のチョッパー構造体。
13. 前記チョッパー標準部(204)は、一方の前記歯車(118)の少なくとも１つのチョッピング歯(304)中のスイベル・クリアランス(300)と、他方の前記歯車(116)の少なくとも１つのチョッピング歯(306)中に標準パルスを生成するように配置された対応するアクセス・クリアランス(302)とを含むことを特徴とする請求項１０に記載のチョッパー構造体。
14. 前記チョッパー標準部(204)は、一方の前記歯車(118)中の少なくとも１つのスイベル・クリアランス(300)と、他方の前記歯車(116)中に標準パルスを生成するように配置された対応するアクセス・クリアランス(302)とを含むことを特徴とする請求項１０に記載のチョッパー構造体。
15. 前記チョッパー標準部(204)は、１つの前記歯車(116)中に標準パルスを生成するように配置された、他のチョッピング歯よりも長い少なくとも１つのチョピング歯(500)を含むことを特徴とする請求項１０に記載のチョッパー構造体。
16. 前記歯車(116,118)のうちの少なくとも１つは、前記回転式コンシステンシー・メーターが前記歯車の回転パラメーターを定めるためのマーカー要素(510)を含むことを特徴とする請求項１０に記載のチョッパー構造体。
17. チョッパー構造体(150)、信号源(112)、受信器(114)、及び、回転するように配置され、該回転時に相対的にスイベル回転するように互いに結合された２つの軸(100,102)を含む回転式コンシステンシー・メーターであって、
    前記チョッパー構造体(150)は、それぞれチョッピング歯(200)を含む２つの歯車(116,118)を含み、
    前記チョッパー構造体の前記歯車(116,118)の一方は、前記回転式コンシステンシー・メーターの前記軸(100,102)の一方に固着され、前記歯車(116,118)の他方は、前記軸(100,108)の他方に固着され、
    前記チョッパー構造体(150)の前記チョッピング歯(200)は、前記回転式コンシステンシー・メーターの前記２つの軸(100,102)が回転する間に、前記信号源(112)から前記受信器(114)に送出された信号を断続させ、前記受信器(114)で検出される測定パルスの長さは、前記２つの軸(100,102)の間のスイベル角に従って、異なる歯車(116,118)の前記チョッピング歯(200)の間の相対的なオフセットに比例し、
    前記チョッパー構造体(150)は、前記信号源(112)と前記受信器(114)との間の前記信号(113)を、前記２つの軸(100,102)の間のスイベル角に依存しない少なくとも１つの標準パルス(226,228,230,316,402,508)を生成するように断続させるように配置されたチョッパー標準部(204)も含んでおり、
    前記回転式コンシステンシー・メーターは、
    コンシステンシーの測定時に、標準パルス(226,228,230,316,402,508)のそれぞれの長さを定め、
    コンシステンシーの測定時に測定された前記標準パルス(226,228,230,316,402,508)の長さと既定の標準パルス長を比較することによって、前記標準パルス(226,228,230,316,402,508)の長さの変化量を定め、
    少なくとも１つの前記標準パルスの長さの前記変化量に従って、少なくとも１つの測定パルス(222,224,312,314)の長さを補正する、ように構成されていることを特徴とする回転式コンシステンシー・メーター。
18. 前記信号源(112)は標準用信号源(602)を含み、前記受信器(114)は標準用検出器(606)を含んでおり、前記チョッパー構造体(150)の前記チョッパー標準部(204)は、前記標準用信号源(602)から前記標準用検出器(606)に送出された信号を断続させるように配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の回転式コンシステンシー・メーター。
19. 前記チョッパー標準部(204)は、１つの前記歯車(116)中の、１つのチョッピング歯の幅と２つのチョッピング歯の間隙に対応する前記チョッピング歯の標準クリアランス(212)を含み、第２の前記歯車(118)の、前記標準クリアランス(212)の位置にある少なくとも１つのチョッピング歯(206)とチョッピング歯の間隙が、標準パルスの生成部として機能することを特徴とする請求項１７に記載の回転式コンシステンシー・メーター。
20. 前記チョッパー標準部(204)は、一方の前記歯車(118)の少なくとも１つのチョッピング歯(304)中のスイベル・クリアランス(300)と、他方の前記歯車(116)の少なくとも１つのチョッピング歯(306)中に標準パルスを生成するように配置された対応するアクセス・クリアランス(302)とを含むことを特徴とする請求項１７に記載の回転式コンシステンシー・メーター。
21. 前記チョッパー標準部(204)は、一方の前記歯車(118)中の少なくとも１つのスイベル・クリアランス(300)と、他方の前記歯車(116)中に標準パルスを生成するように配置された対応するアクセス・クリアランス(302)とを含むことを特徴とする請求項１７に記載の回転式コンシステンシー・メーター。
22. 前記チョッパー標準部(204)は、１つの前記歯車(116)中に標準パルスを生成するように配置された、他のチョッピング歯よりも長い少なくとも１つのチョピング歯(500)を含むことを特徴とする請求項１７に記載の回転式コンシステンシー・メーター。
23. 前記回転式コンシステンシー・メーターは、前記既定の標準パルス長(226,316,402,508)を設定するために、既定の条件下での少なくとも１つの標準パルスの持続時間を定めるように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の回転式コンシステンシー・メーター。
24. 前記既定の標準パルス長は、計算により設定されることを特徴とする請求項１７に記載の回転式コンシステンシー・メーター。
25. 前記回転式コンシステンシー・メーターは、
    前記歯車の回転周波数又は回転速度を表す前記歯車(116,118)の回転パラメーターを、前記チョッパー標準部(204)により定め、
    前記回転パラメーターと既定の回転パラメーターを比較し、
    前記回転パラメーターと前記既定の回転パラメーターとの比較に従って、前記測定パルス(222,224,312,314)の長さを補正する、ように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の回転式コンシステンシー・メーター。
26. 前記回転式コンシステンシー・メーターは、
    前記歯車の回転周波数又は回転速度を表す前記歯車(116,118)の回転パラメーターを、前記測定パルス(222,224,312,314)により定め、
    前記回転パラメーターと既定の回転パラメーターを比較し、
    前記回転パラメーターと前記既定の回転パラメーターとの比較に従って、前記測定パルス(222,224,312,314)の長さを補正する、ように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の回転式コンシステンシー・メーター。
27. 前記回転式コンシステンシー・メーターは、既定の回転パラメーターを、既定の条件下で測定するように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の回転式コンシステンシー・メーター。
28. 既定の回転パラメーターは、計算により設定されることを特徴とする請求項１７に記載の回転式コンシステンシー・メーター。
29. 前記歯車(116,118)のうちの少なくとも１つは、マーカー要素(510)を含み、前記回転式コンシステンシー・メーターは、回転パラメーターを定めるために、前記マーカー要素(510)の動きを検出するように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の回転式コンシステンシー・メーター。

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