KR102595992B1 - 점성 추정 장치 및 점성 추정 방법 - Google Patents

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KR102595992B1
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Abstract

회전 구동되는 회전축의 회전에 의해 물질을 교반하는 유도 전동기에 공급되는 구동 전류를 검출하는 전류 검출부와, 회전축의 회전을 검출하는 회전 검출부와, 전류 검출부의 검출 결과와 회전 검출부의 검출 결과를 사용하여, 물질의 점성과 상관을 갖는 값인 점성 상관값을 구하는 연산부를 구비한다.

Description

점성 추정 장치 및 점성 추정 방법
본 발명의 몇 개의 양태는, 점성 추정 장치 및 점성 추정 방법에 관한 것이다.
본원은, 2019년 4월 19일에, 일본에 출원된 일본 특허출원 2019-080281호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
플랜트나 공장에서는, 소정의 제품 또는 중간재를 얻기 위해서, 원료의 화학 반응을 촉진시키는 반응 공정이나, 각종 원료를 혼합하는 교반 공정이 실시되는 경우가 있다. 이와 같은 공정에서는, 회전 날개가 장착된 회전축을 전동기에 의해 회전시킴으로써, 원료의 화학 반응을 촉진시키거나, 원료의 혼합도를 균일화하거나 한다. 여기서, 화학 반응의 촉진 정도나 혼합 정도는, 제품 또는 중간재의 점도를 측정함으로써 추정된다.
현재, 점도를 측정하는 점도계는, 회전 점도계가 주류가 되어 있다. 이 회전 점도계는, 회전축을 회전시킴으로써 회전축에 작용하는 반작용 토크를 검출하고, 이 검출 결과를 점도로 환산함으로써 점도를 측정한다. 이와 같은 회전 점도계를 온라인 계측에 응용하는 경우에는, 예를 들어, 반작용 토크를 검출하기 위해서 회전축에 장착되는 변형 게이지 (토크 센서) 와, 변형 게이지의 검출 결과를 점도로 환산하는 연산부가 필요로 된다고 생각된다.
또한, 이하의 비특허문헌 1 에는, 회전축에 작용하는 반작용 토크를 검출하는 종래의 방법이 개시되어 있다. 구체적으로, 이하의 비특허문헌 1 에 개시된 방법에서는, 회전축의 각도 응답에 기초하여, 회전축이 받는 반작용 토크를 검출하고 있다.
T. Murakami F. Yu and K. Ohnishi "Torque sensorless control in multidegree-of-freedom manipulator" IEEE Trans. Ind. Electron. Vol.40 No.2 pp.259-265 Apr. 1993.
그런데, 회전 점도계를 온라인 계측에 응용하는 경우에는, 상기 서술한 바와 같이, 회전축에 작용하는 반작용 토크를 검출하기 위한 변형 게이지를 회전축에 장착할 필요가 있다. 여기서, 변형 게이지는, 고온에 의해 열화하기 쉽기 때문에, 환경 온도에 따라서는 사용할 수 없는 경우가 있다. 또, 변형 게이지를 장착하기 위해 기존 설비의 분해나 가공이 필요로 되는 경우가 있기 때문에, 변형 게이지를 회전축에 장착하는 것이 곤란한 경우도 있다.
본 발명의 몇 개의 양태는 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 변형 게이지를 사용하지 않고 점성을 추정할 수 있어, 점성의 온라인 계측에 적용 가능한 점성 추정 장치 및 점성 추정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치는, 유도 전동기 (IM) 에 의해 회전 구동되는 회전축 (AX) 의 회전에 의해 교반되는 물질의 점성을 추정하는 점성 추정 장치 (1, 2) 로서, 상기 유도 전동기에 공급되는 구동 전류를 검출하는 전류 검출부 (10) 와, 상기 회전축의 회전을 검출하는 회전 검출부 (20, 20A) 와, 상기 전류 검출부의 검출 결과와 상기 회전 검출부의 검출 결과를 사용하여, 상기 물질의 점성과 상관을 갖는 값인 점성 상관값 (ST) 을 구하는 연산부 (30, 30A) 를 구비한다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치는, 상기 연산부가, 상기 전류 검출부의 검출 결과와 상기 회전 검출부의 검출 결과를 사용하여, 상기 회전축의 미끄럼률을 구하는 미끄럼률 연산부 (33) 와, 상기 전류 검출부의 검출 결과로부터 상기 구동 전류의 실효값을 구하는 실효값 연산부 (34) 와, 상기 미끄럼률 연산부의 연산 결과와 상기 실효값 연산부의 연산 결과를 사용하여 상기 점성 상관값을 구하는 점성 상관값 연산부 (35) 를 구비하여도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치는, 상기 연산부가, 상기 전류 검출부의 검출 결과로부터 상기 구동 전류의 주파수를 구하는 주파수 연산부 (31) 를 구비하여도 되고, 상기 미끄럼률 연산부가, 상기 주파수 연산부의 연산 결과와 상기 회전 검출부의 검출 결과로부터 얻어지는 상기 회전축의 회전 속도를 사용하여 상기 회전축의 미끄럼률을 구해도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 연산부가, 상기 회전 검출부의 검출 결과로부터 상기 회전축의 회전 속도를 구하는 회전 속도 산출부 (32) 를 구비하여도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 점성 상관값을 ST 로 하고, 상기 구동 전류의 주파수를 ω [rad/s] 또는 [Hz], 상기 회전축의 회전 속도를 ωm [rad/s] 또는 [Hz], 상기 전류의 실효값을 Ia, 상기 회전축의 미끄럼률을 s [%] 로 하면, 상기 점성 상관값 연산부가, 이하의 (1) 식으로 나타내어지는 연산을 실시하여 상기 점성 상관값 (ST) 을 구해도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 구동 전류는, 3 상이며, 상기 전류 검출부는, 상기 3 상의 모든 상을 검출해도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 구동 전류는, 3 상이며, 상기 전류 검출부는, 상기 3 상 중, 특정 1 상만을 검출해도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 미끄럼률을 s 로 하고, 상기 전류 검출부가 검출하는 상기 구동 전류의 주파수를 ω 로 하고, 상기 회전 검출부가 검출하는 상기 회전축의 회전 속도를 ωm 으로 한 경우에, 상기 미끄럼률 연산부는, s = (ω - ωm)/ω 의 연산을 실시하여 상기 미끄럼률을 구해도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 주파수 연산부는, 상기 회전축이 미리 규정된 회전수만큼 회전할 때마다, 상기 구동 전류의 주파수를 구해도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 실효값 연산부는, 상기 회전축이 상기 회전수만큼 회전할 때마다, 상기 구동 전류의 실효값을 구해도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 연산부는, 상기 점성 상관값 연산부가 구한 상기 점성 상관값을, 상기 물질의 점성값으로 변환하는 점성 상관값 점성 연산부 (36) 를 추가로 구비하여도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 연산부는, 상기 점성 상관값 점성 연산부가 변환한 상기 점성값에 대해, 스무딩 처리를 실시하는 필터 연산부 (37) 를 추가로 구비하여도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 전류 검출부가 상기 구동 전류를 검출한 후에, 상기 회전 검출부는 상기 회전을 검출해도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 회전 검출부가 상기 회전을 검출한 후에, 상기 전류 검출부는 상기 구동 전류를 검출해도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 회전 검출부가 상기 회전을 검출하는 처리와 병행하여, 상기 전류 검출부는 상기 구동 전류를 검출하는 처리를 실시해도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 회전 검출부는, 인코더여도 된다.
또, 본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 장치에서는, 상기 회전 검출부는, 태코미터여도 된다.
본 발명의 일 양태에 의한 점성 추정 방법은, 유도 전동기 (IM) 에 의해 회전 구동되는 회전축 (AX) 의 회전에 의해 교반되는 물질의 점성을 추정하는 점성 추정 방법으로서, 상기 유도 전동기에 공급되는 구동 전류를 검출하는 전류 검출 스텝 (S11) 과, 상기 회전축의 회전을 검출하는 회전 검출 스텝 (S14) 과, 상기 전류 검출 스텝의 검출 결과와 상기 회전 검출 스텝의 검출 결과를 사용하여, 상기 물질의 점성과 상관을 갖는 값인 점성 상관값을 구하는 연산 스텝 (S17) 을 갖는다.
본 발명의 몇 개의 양태에 의하면, 변형 게이지를 사용하지 않고 점성을 추정할 수 있어, 점성의 온라인 계측에 적용 가능하다는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 의한 점성 추정 장치의 주요부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 의한 점성 추정 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 의한 점성 추정 장치의 변형예의 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 의한 점성 추정 장치 및 점성 추정 방법에 대해 상세하게 설명한다. 이하에서는, 먼저 본 발명의 실시형태의 개요에 대해 설명하고, 계속해서 본 발명의 각 실시형태의 상세에 대하여 설명한다.
〔개요〕
본 발명의 실시형태는, 변형 게이지를 사용하지 않고 점성을 추정할 수 있어, 점성의 온라인 계측에 적용 가능하게 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시형태는, 교반 날개를 구비하는 회전축을 유도 전동기로 회전시킴으로써 탱크 내의 재료를 교반시키는 기기 (예를 들어, 반응기나 교반기) 에 있어서의 재료의 점성을 온라인으로 연속적으로 추정하는 것을 가능하게 한다.
여기서, 일본 공업 규격 (JIS : Japanese Industrial Standards) 에 있어서, 점도계는, 모세관 점도계, 낙구 점도계, 공축 이중 원통형 회전 점도계, 단일 원통형 회전 점도계, 원뿔 평판형 회전 점도계, 및 진동식 점도계의 6 종류로 분류되어 있다 (JIS Z 8803). 이와 같은 점도계는, 일반적으로는, 연구실이나 실험실 등에서 사용하는 시험기로서 사용된다. 이 때문에, 종래는, 플랜트 등에 있어서는, 제조 중의 제품 또는 중간재의 샘플을 발취하고, 발취한 샘플의 점도를 측정실에서 측정하여 품질관리를 실시하고 있었다.
점도의 측정에 있어서는, 측정 편차의 영향을 저감할 필요가 있는 점에서, 전문의 지식을 갖는 시험자에 의한 점도의 측정이 복수회에 걸쳐 실시된다. 이 때문에, 제품의 점도의 측정에는, 어느 정도의 시간이 필요로 되어, 생산성 향상, 품질 향상의 방해가 되고 있었다. 여기서, 점도의 측정을 온라인으로 연속 측정하는 장치도 실현되어 있지만, 고가이거나, 설치에 특별한 고안이 필요하거나, 성능을 유지하기 위해 빈번한 메인터넌스가 필요하거나 한다. 그 때문에, 점도의 측정을 온라인으로 연속 측정하는 장치는, 적용 분야가 한정되어 있는 것이 현상황이다.
현재, 점도를 측정하는 점도계는, 회전 점도계가 주류가 되어 있다. 이와 같은 회전 점도계를 온라인 계측에 응용하는 경우에는, 예를 들어, 반작용 토크를 검출하기 위해서 회전축에 장착되는 변형 게이지 (토크 센서) 와, 변형 게이지의 검출 결과를 점도로 환산하는 연산부가 필요로 된다고 생각된다. 여기서, 변형 게이지는, 고온에 의해 열화하기 쉽기 때문에, 환경 온도에 따라서는 사용할 수 없는 경우가 있다. 또, 변형 게이지를 장착하기 위해 기존 설비의 분해나 가공이 필요로 되는 경우가 있기 때문에, 변형 게이지를 회전축에 장착하는 것이 곤란한 경우도 있다.
본 발명의 실시형태에서는, 점성을 추정하는 대상인 물질을 교반하는 회전축을 회전 구동하는 유도 전동기에 공급되는 구동 전류를 검출하고, 회전축의 회전을 검출하고, 구동 전류의 검출 결과와 회전축의 회전의 검출 결과를 사용하여, 물질의 점성과 상관을 갖는 값인 점성 상관값을 구하고 있다. 이로써, 변형 게이지를 사용하지 않고 점성을 추정할 수 있어, 점성의 온라인 계측에 적용 가능하다.
〔실시형태〕
〈점성 추정 장치〉
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 의한 점성 추정 장치 (1) 의 주요부 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 점성 추정 장치 (1) 는, 변류기 (10) (전류 검출부라고도 칭한다), 인코더 (20) (회전 검출부라고도 칭한다), 및 연산부 (30) 를 구비한다. 이러한 구성의 점성 추정 장치 (1) 는, 유도 전동기 (IM) 에 의해 회전 구동되는 회전축 (AX) 의 회전에 의해 교반되는 물질의 점성을 추정한다. 또한, 회전축 (AX) 의 회전에 의해 교반되는 물질은, 임의의 물질이어도 된다.
여기서, 유도 전동기 (IM) 는, 코일을 갖는 고정자와, 예를 들어 바구니형 구조의 회전자를 구비하고 있고, 고정자의 코일에 의해 형성되는 회전 자계에 의해 회전자가 회전한다. 유도 전동기 (IM) 는, 단상의 교류 전류에 의해 구동되는 것이어도 되고, 3 상의 교류 전류에 의해 구동되는 것이어도 된다. 본 실시 형태에서는, 유도 전동기 (IM) 는, 3 상의 교류 전류에 의해 구동되는 경우에 대해 설명한다.
회전축 (AX) 은, 예를 들어, 원기둥상 (봉상) 의 부재이며, 유도 전동기 (IM) 의 회전자가 회전함으로써 회전 구동된다. 회전축 (AX) 은, 미리 규정된 감속비를 갖는 감속기를 개재하여 유도 전동기 (IM) 의 회전자에 접속되어 있어도 된다. 이와 같은 감속기가 형성되는 경우에는, 예를 들어, 소정의 주파수 (예를 들어, 10 [Hz]) 의 구동 전류가 유도 전동기 (IM) 에 공급된 경우에, 회전축 (AX) 이, 무부하의 상태에서, 소정의 회전수 (예를 들어, 100 [rpm]) 로 회전한다. 또한, 회전축 (AX) 은, 유도 전동기 (IM) 의 회전자에 동축이 되도록 직접 장착되어 있어도 된다. 또, 회전축 (AX) 에는 교반 날개가 형성되어 있어도 된다.
변류기 (10) 는, 유도 전동기 (IM) 에 공급되는 구동 전류를 검출한다. 또한, 변류기 (10) 는, 유도 전동기 (IM) 에 공급되는 구동 전류의 모든 상 (3 상) 을 검출하는 것이어도 되고, 특정 1 상만을 검출하는 것이어도 된다. 본 실시 형태에서는, 변류기 (10) 는, 3 상 중 특정한 1 상만을 검출하는 것이라고 한다. 변류기 (10) 의 검출 결과는, 연산부 (30) 에 출력된다.
인코더 (20) 는, 회전축 (AX) 의 회전을 검출한다. 구체적으로, 인코더 (20) 는, 회전축 (AX) 의 회전량 (또는, 회전 위치) 을 검출하고, 그 검출 결과에 따른 수의 펄스를 출력한다. 이 인코더 (20) 는, 기계식의 로터리 인코더여도 되고, 광학식의 로터리 인코더여도 된다. 인코더 (20) 의 검출 결과는, 연산부 (30) 에 출력된다.
연산부 (30) 는, 주파수 연산부 (31), 회전 속도 산출부 (32), 미끄럼률 연산부 (33), 실효값 연산부 (34), ST 연산부 (35) (점성 상관값 연산부라고도 칭한다), ST 점성 연산부 (36), 및 필터 연산부 (37) 를 구비한다. 이러한 구성의 연산부 (30) 는, 변류기 (10) 의 검출 결과와 인코더 (20) 의 검출 결과를 사용하여, 물질의 점성과 상관을 갖는 값인 점성 상관값 (ST) (미끄럼 토크 계수라고도 칭한다) 을 구하고, 점성 상관값 (ST) 에 기초하여 물질의 점성을 추정한다.
주파수 연산부 (31) 는, 변류기 (10) 의 검출 결과로부터, 유도 전동기 (IM) 에 공급되는 구동 전류의 주파수 ω [rad/s] 또는 [Hz] 를 구한다. 예를 들어, 주파수 연산부 (31) 는, 회전축 (AX) 이 미리 규정된 회전수 N (N 은, 1 이상의 정수) 만큼 회전할 때마다, 유도 전동기 (IM) 에 공급되는 구동 전류의 주파수 ω 를 구하도록 해도 된다. 또한, 주파수 연산부 (31) 가 유도 전동기 (IM) 에 공급되는 구동 전류의 주파수 ω 를 구하는 타이밍이나 주기는 임의로 설정할 수 있다.
회전 속도 산출부 (32) 는, 인코더 (20) 의 검출 결과로부터, 회전축 (AX) 의 회전 속도 ωm [rad/s] 또는 [Hz] 를 구한다. 예를 들어, 회전 속도 산출부 (32) 는, 미리 규정된 시간 (예를 들어, 1 [s]) 이 경과할 때마다, 회전축 (AX) 의 회전 속도 ωm 을 구하도록 해도 된다. 또한, 회전 속도 산출부 (32) 가 회전축 (AX) 의 회전 속도 ωm 을 구하는 타이밍이나 주기는 임의로 설정할 수 있다.
미끄럼률 연산부 (33) 는, 변류기 (10) 의 검출 결과와 인코더 (20) 의 검출 결과를 사용하여, 회전축 (AX) 의 미끄럼률을 구한다. 구체적으로, 미끄럼률 연산부 (33) 는, 변류기 (10) 의 검출 결과를 사용하여 주파수 연산부 (31) 에서 구해진 구동 전류의 주파수 ω 와, 인코더 (20) 의 검출 결과를 사용하여 회전 속도 산출부 (32) 에서 구해진 회전축 (AX) 의 회전 속도 ωm 을 사용하여 회전축 (AX) 의 미끄럼률을 구한다. 보다 구체적으로, 미끄럼률 연산부 (33) 는, 이하의 (2) 식으로 나타내어지는 연산을 실시하여, 회전축 (AX) 의 미끄럼률 s [%] 를 구한다.
실효값 연산부 (34) 는, 변류기 (10) 의 검출 결과로부터, 유도 전동기 (IM) 에 공급되는 구동 전류의 실효값 Ia [A] 를 구한다. 예를 들어, 실효값 연산부 (34) 는, 주파수 연산부 (31) 와 마찬가지로, 회전축 (AX) 이 미리 규정된 회전수 N 만큼 회전할 때마다, 구동 전류의 실효값 Ia 를 구하도록 해도 된다. 또한, 실효값 연산부 (34) 가 구동 전류의 실효값 Ia 를 구하는 타이밍이나 주기는 임의로 설정할 수 있다.
ST 연산부 (35) 는, 미끄럼률 연산부 (33) 의 연산 결과와 실효값 연산부 (34) 의 연산 결과를 사용하여, 점성 상관값 (ST) 을 구한다. 구체적으로, ST 연산부 (35) 는, 주파수 연산부 (31) 에서 구해진 구동 전류의 주파수 ω, 회전 속도 산출부 (32) 에서 구해진 회전축 (AX) 의 회전 속도 ωm, 실효값 연산부 (34) 에서 구해진 구동 전류의 실효값 Ia, 및 미끄럼률 연산부 (33) 에서 구해진 회전축 (AX) 의 미끄럼률 s 를 사용하여, 이하의 (3) 식으로 나타내어지는 연산을 실시하여 점성 상관값 (ST) 을 구한다.
여기서, 정지 좌표계 (αβ 좌표계) 에 있어서의 유도 전동기 (IM) 의 모델을, dq 좌표계로 변환한 경우를 생각한다. 유도 전동기 (IM) 의 극수를 P 로 하고, 고정자와 회전자의 상호 인덕턴스를 M 으로 하고, d 축의 전류의 최대값을 Id 로 하고, 회전자의 직류 저항값을 Rr 로 하면, 유도 전동기 (IM) 의 정상 시에 있어서의 발생 토크 τe 는, 이하의 (4) 식으로 나타내어진다.
또, 제동 계수 (=점성) 를 Rm 으로 하고, 쿨롬 마찰을 Tl 로 하면, 유도 전동기 (IM) 의 정상 시에 있어서의 발생 토크 τe 는, 이하의 (5) 식으로 나타내어진다.
상기 (4) 식 및 (5) 식으로부터 이하의 (6) 식이 얻어진다.
지금, 고정자와 회전자의 상호 인덕턴스 M, 회전자의 직류 저항값 Rr, 및 쿨롬 마찰 Tl 이 일정하게 하고, 이하의 2 개의 조건을 가정한다.
·d 축의 전류의 변화율은 대략 동일하고, 구동 전류의 실효값 Ia 에 비례한다
·회전축 (AX) 의 회전 속도 ωm 은 크게 변화하지 않는다
그러면, 상기 (6) 식은, 이하의 (7) 식으로 나타내어진다.
상기 (7) 식으로부터, 점성을 나타내는 제동 계수 Rm 은, 구동 전류의 주파수 ω 를 회전축 (AX) 의 회전 속도 ωm 으로 제산하여 얻어지는 값, 구동 전류의 실효값 Ia 의 2 승, 및 회전축 (AX) 의 미끄럼률 s 의 곱에 비례하는 것을 알 수 있다. 이 때문에, 물질의 점성과 상관을 갖는 값인 점성 상관값 (ST) 을, 상기 (3) 식과 같이 나타낼 수 있다.
ST 점성 연산부 (36) 는, ST 연산부 (35) 에서 얻어진 점성 상관값 (ST) 을 점성값 (D) 으로 변환한다. 구체적으로, ST 점성 연산부 (36) 는, D = A·ST ＋ B 인 연산을 실시하여, 점성 상관값 (ST) 을 점성값 (D) 으로 변환한다. 여기서, 상기 식 중의 변수 A, B 는, 물질의 점성의 측정에 앞서 미리 ST 점성 연산부 (36) 에 격납되어도 되고, 물질의 점성의 측정을 실시할 때에 ST 점성 연산부 (36) 에 입력되어도 된다. 또한, 상기 식 중의 변수 A 는, 점성 상관값 (ST) 의 스케일링 (확대 축소율) 을 규정하는 것이며, 상기 식 중의 변수 B 는, 점성 상관값 (ST) 의 오프셋을 규정하는 것이다.
필터 연산부 (37) 는, 예를 들어 1 차 지연 필터 (로우 패스 필터) 등의 필터를 사용하여 스무딩 처리를 실시한다. 이러한 스무딩 처리가 실시됨으로써, 예를 들어 고주파 성분이 제거되기 때문에, 물질의 점성을 높은 정밀도로 추정할 수 있다. 필터 연산부 (37) 에서 스무딩 처리가 실시됨으로써 얻어진 데이터 (예를 들어, 점성을 나타내는 데이터) 는, 예를 들어 도시 생략한 네트워크를 통하여 데이터 수집 장치에 수집되거나, 혹은, 표시 장치에 표시된다.
〈점성 추정 방법〉
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태에 의한 점성 추정 방법을 나타내는 플로우 차트이다. 도 2 에 나타내는 플로우 차트는, 예를 들어, 미리 설정된 일정한 주기로 반복하여 실시된다. 또한, 여기서는, 도시 생략한 구동 장치로부터 유도 전동기 (IM) 에 대해 구동 전류가 공급되고 있고, 유도 전동기 (IM) 에 의해 회전축 (AX) 이 회전 구동되어, 소정의 물질이 회전축 (AX) 의 회전에 의해 교반되고 있는 상태라고 한다.
도 2 에 나타내는 플로우 차트의 처리가 개시되면, 먼저, 변류기 (10) 는, 유도 전동기 (IM) 에 공급되고 있는 구동 전류를 검출한다 (스텝 S11 : 전류 검출 스텝이라고도 칭한다). 변류기 (10) 는, 변류기 (10) 에 의해 검출된 구동 전류를, 연산부 (30) 에 출력한다. 그러면, 주파수 연산부 (31) 는, 변류기 (10) 의 검출 결과로부터, 유도 전동기 (IM) 에 공급되는 구동 전류의 주파수 ω 를 구한다 (스텝 S12). 또, 실효값 연산부 (34) 는, 변류기 (10) 의 검출 결과로부터, 유도 전동기 (IM) 에 공급되는 구동 전류의 실효값 Ia 를 구한다 (스텝 S13).
다음으로, 인코더 (20) 는, 회전축 (AX) 의 회전을 검출한다 (스텝 S14 : 회전 검출 스텝이라고도 칭한다). 인코더 (20) 는, 인코더 (20) 의 검출 결과를, 연산부 (30) 에 출력한다. 그러면, 회전 속도 산출부 (32) 는, 인코더 (20) 의 검출 결과로부터, 회전축 (AX) 의 회전 속도 ωm 을 구한다 (스텝 S15).
이어서, 미끄럼률 연산부 (33) 는, 주파수 연산부 (31) 에서 구해진 구동 전류의 주파수 ω 와, 회전 속도 산출부 (32) 에서 구해진 회전축 (AX) 의 회전 속도 ωm 을 사용하여 회전축 (AX) 의 미끄럼률을 구한다 (스텝 S16). 구체적으로는, 미끄럼률 연산부 (33) 는, 전술한 (2) 식으로 나타내어지는 연산을 실시하여, 회전축 (AX) 의 미끄럼률 s [%] 를 구한다.
계속해서, ST 연산부 (35) 는, 주파수 연산부 (31) 에서 구해진 구동 전류의 주파수 ω, 회전 속도 산출부 (32) 에서 구해진 회전축 (AX) 의 회전 속도 ωm, 실효값 연산부 (34) 에서 구해진 구동 전류의 실효값 Ia, 및 미끄럼률 연산부 (33) 에서 구해진 회전축 (AX) 의 미끄럼률 s 를 사용하여, 점성 상관값 (ST) 을 구한다 (스텝 S17 : 연산 스텝이라고도 칭한다). 구체적으로는, ST 연산부 (35) 는, 전술한 (3) 식으로 나타내어지는 연산을 실시하여 점성 상관값 (ST) 을 구한다.
이상의 처리가 종료하면, ST 점성 연산부 (36) 는, ST 연산부 (35) 에서 얻어진 점성 상관값 (ST) 을 점성값 (D) 으로 변환한다 (스텝 S18). 구체적으로는, ST 점성 연산부 (36) 는, D = A·ST ＋ B 인 연산을 실시하여, 점성 상관값 (ST) 을 점성값 (D) 으로 변환한다. 그리고, 필터 연산부 (37) 는, 예를 들어 1 차 지연 필터 (로우 패스 필터) 등의 필터를 사용한 스무딩 처리를 실시한다 (스텝 S19). 그리고, 스무딩 처리가 실시됨으로써 얻어진 데이터 (예를 들어, 점성을 나타내는 데이터) 는, 예를 들어 도시 생략한 네트워크를 통하여 데이터 수집 장치에 수집되거나, 혹은, 표시 장치에 표시된다.
또한, 도 2 에 나타내는 플로우 차트에 있어서는, 설명의 편의를 위해서, 스텝 S11 ~ S13 의 처리가 종료한 후에, 스텝 S14, S15 의 처리가 실시되는 예를 도시하고 있다. 그러나, 스텝 S14, S15 의 처리는, 스텝 S11 ~ S13 의 처리 전에 실시되어도 되고, 스텝 S11 ~ S13 의 처리와 병행하여 실시되어도 된다.
〈변형예〉
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에 의한 점성 추정 장치 (2) 의 변형예의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 변형예에 관련된 점성 추정 장치 (2) 는, 도 1 에 나타내는 점성 추정 장치 (1) 의 인코더 (20) 를 태코미터 (20A) (회전 검출부) 로 변경하고, 연산부 (30) 를 연산부 (30A) 로 변경한 구성이다. 태코미터 (20A) 는, 회전축 (AX) 의 회전 속도ωm [rad/s] 또는 [Hz] 를 검출한다. 이 태코미터 (20A) 는, 기계식의 것이어도 되고, 전기식의 것이어도 된다.
연산부 (30A) 는, 도 1 에 나타내는 연산부 (30) 의 회전 속도 산출부 (32) 를 생략한 구성이며, 태코미터 (20A) 의 검출 결과가 연산부 (30A) 의 미끄럼률 연산부 (33) 에 직접 입력된다. 요컨대, 태코미터 (20A) 는, 회전축 (AX) 의 회전 속도 ωm 을 직접 검출할 수 있으므로, 인코더 (20) 의 검출 결과로부터 회전축 (AX) 의 회전 속도 ωm 을 구하는 회전 속도 산출부 (32) 는 생략되어 있다.
본 변형예에 관련된 점성 추정 방법을 나타내는 플로우 차트는, 도 2 에 나타내는 플로우 차트와 대략 동일하다. 구체적으로, 본 변형예에 관련된 점성 추정 방법을 나타내는 플로우 차트는, 도 2 중의 스텝 S14 에 있어서의 「회전축의 회전을 검출」을, 「회전축의 회전 속도를 검출」로 바꿔 읽고, 스텝 S15 를 생략한 것이 된다.
이상과 같이, 본 발명의 실시형태에서는, 점성을 추정하는 대상인 물질을 교반하는 회전축을 회전 구동하는 유도 전동기에 공급되는 구동 전류를 검출하고, 회전축의 회전을 검출하고, 구동 전류의 검출 결과와 회전축의 회전의 검출 결과를 사용하여, 물질의 점성과 상관을 갖는 값인 점성 상관값을 구하고 있다. 이로써, 변형 게이지를 사용하지 않고 점성을 추정할 수 있어, 점성의 온라인 계측에 적용 가능하다.
이상, 본 발명의 일 실시형태에 의한 점성 추정 장치 및 점성 추정 방법에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 제한되는 것이 아니고, 본 발명의 범위 내에서 자유롭게 변경이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 변류기 (10) 의 검출 결과와 인코더 (20) (또는, 태코미터 (20A)) 의 검출 결과를 사용하여, 물질의 점성과 상관을 갖는 값인 점성 상관값 (ST) 을 구하고, 점성 상관값 (ST) 에 기초하여 추정된 물질의 점성을, 네트워크를 통하여 데이터 수집 장치에서 수집하거나, 혹은, 표시 장치에 표시하도록 하고 있었다.
그러나, 변류기 (10) 의 검출 결과와 인코더 (20) 의 검출 결과를 네트워크를 통하여 수집하고, 수집한 이들의 검출 결과에 기초하여, 점성 상관값 (ST) 을 구함과 함께 점성을 추정하도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 유도 전동기 (IM) 및 회전축 (AX) 의 설치 장소로부터 떨어진 원방에 있어서, 물질의 점성을 추정할 수 있다.
또한, 상기 서술한 점성 상관값 (ST) 을 이용함으로써, 고속 회전으로 액체를 교반함으로써 실시되어 온 분산이나 유화 처리에 대해서도, 그 진행 상태를 추정할 수 있다.
1, 2 : 점성 추정 장치
10 : 변류기
20 : 인코더
20A : 태코미터
30, 30A : 연산부
31 : 주파수 연산부
32 : 회전 속도 산출부
33 : 미끄럼률 연산부
34 : 실효값 연산부
35 : ST 연산부
AX : 회전축
IM : 유도 전동기
ST : 점성 상관값

Claims (20)

  1. 유도 전동기에 의해 회전 구동되는 회전축의 회전에 의해 교반되는 물질의 점성을 추정하는 점성 추정 장치로서,
    상기 유도 전동기에 공급되는 구동 전류를 검출하는 전류 검출부와,
    상기 회전축의 회전을 검출하는 회전 검출부와,
    상기 전류 검출부의 검출 결과와 상기 회전 검출부의 검출 결과를 사용하여, 상기 물질의 점성과 상관을 갖는 값인 점성 상관값을 구하는 연산부를 구비하고,
    상기 연산부는, 상기 전류 검출부의 검출 결과와 상기 회전 검출부의 검출 결과를 사용하여, 상기 회전축의 미끄럼률을 구하는 미끄럼률 연산부와,
    상기 전류 검출부의 검출 결과로부터 상기 구동 전류의 실효값을 구하는 실효값 연산부와,
    상기 전류 검출부의 검출 결과로부터 상기 구동 전류의 주파수를 구하는 주파수 연산부와,
    상기 미끄럼률 연산부의 연산 결과, 상기 실효값 연산부의 연산 결과, 및 상기 주파수 연산부의 연산 결과를 사용하여 상기 점성 상관값을 구하는 점성 상관값 연산부를 구비하고,
    상기 점성 상관값 연산부는, 상기 구동 전류의 주파수를 상기 회전 검출부의 검출 결과로부터 얻어지는 상기 회전축의 회전 속도로 제산하여 얻어지는 값, 상기 구동 전류의 실효값의 2 승, 및 상기 회전축의 미끄럼률을 곱하여 얻어지는 값을 상기 점성 상관값으로서 구하는, 점성 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미끄럼률 연산부는, 상기 주파수 연산부의 연산 결과와 상기 회전 검출부의 검출 결과로부터 얻어지는 상기 회전축의 회전 속도를 사용하여 상기 회전축의 미끄럼률을 구하는, 점성 추정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 회전 검출부의 검출 결과로부터 상기 회전축의 회전 속도를 구하는 회전 속도 산출부를 구비하는, 점성 추정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 점성 상관값을 ST 로 하고, 상기 구동 전류의 주파수를 ω [rad/s] 또는 [Hz] 로 하고, 상기 회전축의 회전 속도를 ωm [rad/s] 또는 [Hz] 로 하고, 상기 구동 전류의 실효값을 Ia 로 하고, 상기 회전축의 미끄럼률을 s [%] 로 하면, 상기 점성 상관값 연산부는, 이하의 (1) 식으로 나타내어지는 연산을 실시하여 상기 점성 상관값 (ST) 을 구하는, 점성 추정 장치.
    [수학식 1]
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 점성 상관값을 ST 로 하고, 상기 구동 전류의 주파수를 ω [rad/s] 또는 [Hz] 로 하고, 상기 회전축의 회전 속도를 ωm [rad/s] 또는 [Hz] 로 하고, 상기 구동 전류의 실효값을 Ia 로 하고, 상기 회전축의 미끄럼률을 s [%] 로 하면, 상기 점성 상관값 연산부는, 이하의 (1) 식으로 나타내어지는 연산을 실시하여 상기 점성 상관값 (ST) 을 구하는, 점성 추정 장치.
    [수학식 2]
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 점성 상관값을 ST 로 하고, 상기 구동 전류의 주파수를 ω [rad/s] 또는 [Hz] 로 하고, 상기 회전축의 회전 속도를 ωm [rad/s] 또는 [Hz] 로 하고, 상기 구동 전류의 실효값을 Ia 로 하고, 상기 회전축의 미끄럼률을 s [%] 로 하면, 상기 점성 상관값 연산부는, 이하의 (1) 식으로 나타내어지는 연산을 실시하여 상기 점성 상관값 (ST) 을 구하는, 점성 추정 장치.
    [수학식 3]
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 전류는, 3 상이며,
    상기 전류 검출부는, 상기 3 상의 모든 상을 검출하는,
    점성 추정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 전류는, 3 상이며,
    상기 전류 검출부는, 상기 3 상 중, 특정한 1 상만을 검출하는.
    점성 추정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 미끄럼률을 s 로 하고,
    상기 전류 검출부가 검출하는 상기 구동 전류의 주파수를 ω 로 하고,
    상기 회전 검출부가 검출하는 상기 회전축의 회전 속도를 ωm 으로 한 경우에,
    상기 미끄럼률 연산부는, s = (ω - ωm)/ω 의 연산을 실시하여 상기 미끄럼률을 구하는, 점성 추정 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 연산부는, 상기 회전축이 미리 규정된 회전수만큼 회전할 때마다, 상기 구동 전류의 주파수를 구하는, 점성 추정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 실효값 연산부는, 상기 회전축이 상기 회전수만큼 회전할 때마다, 상기 구동 전류의 실효값을 구하는, 점성 추정 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 점성 상관값 연산부가 구한 상기 점성 상관값을, 상기 물질의 점성값으로 변환하는 점성 상관값 점성 연산부를 추가로 구비하는, 점성 추정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 점성 상관값 점성 연산부가 변환한 상기 점성값에 대해, 스무딩 처리를 실시하는 필터 연산부를 추가로 구비하는, 점성 추정 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 검출부가 상기 구동 전류를 검출한 후에, 상기 회전 검출부는 상기 회전을 검출하는, 점성 추정 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 검출부가 상기 회전을 검출한 후에, 상기 전류 검출부는 상기 구동 전류를 검출하는, 점성 추정 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 검출부가 상기 회전을 검출하는 처리와 병행하여, 상기 전류 검출부는 상기 구동 전류를 검출하는 처리를 실시하는, 점성 추정 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 검출부는, 인코더인, 점성 추정 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 검출부는, 태코미터인, 점성 추정 장치.
  19. 유도 전동기에 의해 회전 구동되는 회전축의 회전에 의해 교반되는 물질의 점성을 추정하는 점성 추정 방법으로서,
    상기 유도 전동기에 공급되는 구동 전류를 검출하는 전류 검출 스텝과,
    상기 회전축의 회전을 검출하는 회전 검출 스텝과,
    상기 전류 검출 스텝의 검출 결과와 상기 회전 검출 스텝의 검출 결과를 사용하여, 상기 물질의 점성과 상관을 갖는 값인 점성 상관값을 구하는 연산 스텝을 갖고,
    상기 연산 스텝은, 상기 전류 검출 스텝의 검출 결과와 상기 회전 검출 스텝의 검출 결과를 사용하여, 상기 회전축의 미끄럼률을 구하는 미끄럼률 연산 스텝과,
    상기 전류 검출 스텝의 검출 결과로부터 상기 구동 전류의 실효값을 구하는 실효값 연산 스텝과,
    상기 전류 검출 스텝의 검출 결과로부터 상기 구동 전류의 주파수를 구하는 주파수 연산 스텝과,
    상기 미끄럼률 연산 스텝의 연산 결과, 상기 실효값 연산 스텝의 연산 결과, 및 상기 주파수 연산 스텝의 연산 결과를 사용하여 상기 점성 상관값을 구하는 점성 상관값 연산 스텝을 갖고,
    상기 점성 상관값 연산 스텝은, 상기 구동 전류의 주파수를 상기 회전 검출 스텝의 검출 결과로부터 얻어지는 상기 회전축의 회전 속도로 제산하여 얻어지는 값, 상기 구동 전류의 실효값의 2 승, 및 상기 회전축의 미끄럼률을 곱하여 얻어지는 값을 상기 점성 상관값으로서 구하는, 점성 추정 방법.
  20. 삭제
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