JP2002062168A

JP2002062168A - 流量計測システム

Info

Publication number: JP2002062168A
Application number: JP2000250001A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Hirose; 清廣▲せ▼
Original assignee: Nittoseiko Co Ltd
Current assignee: Nittoseiko Co Ltd
Priority date: 2000-08-21
Filing date: 2000-08-21
Publication date: 2002-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度な異常検出を行うことができる流量計測
システムの提供。【解決手段】本発明は、ポンプ３の駆動により流体が吸
入される管路２上に、流体の流量を検出する流量計５を
設けた流量計測システムにおいて、流量計５から出力さ
れる流体の密度信号に基づいて密度値を所定個数取得
し、これら密度値の最大値と最小値との差を示す差分値
を求め、この差分値を予め設定された差分値検定用の第
１閾値と比較するとともに、この差分値を所定個数取得
し、この所定個数の差分値中に占める第１閾値を超えた
異常差分値の比率を取得し、この比率を予め設定された
異常検定用の第２閾値と比較する制御手段１０を備えて
いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を計測
するために用いる流量計測システムに関し、詳しくは、
流量計測システムにおいて発生する異常の検出を可能と
した流量計測システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】配管路内を流れる気体、液体などの流量
を計測するため、従来から図７に示す流量計測システム
１′が知られている。この流量計測システム１′は、例
えば酪農家を回って貯乳タンクに貯蔵された、流体の一
例である牛乳を回収する巡回集乳車に備えられているも
のであり、前記貯乳タンクに接続可能かつ常時集乳車の
集乳タンクに接続された管路２を有し、この管路２中
に、ポンプ３、エアセパレータ４及び流量計５′を設
け、これらを制御手段６によって制御するように構成さ
れている。

【０００３】前記エアセパレータ４は、牛乳内に混じる
気泡を分離するためのものであり、所定の処理速度で流
体中から気泡を分離除去するように構成されている。ま
た、前記流量計５′は、最近広く使用されているコリオ
リ質量流量計である。このコリオリ質量流量計は、流体
が流れるセンサチューブの両端を支持して設け、このセ
ンサチューブの中央部に振動を与える加振機を備えた周
知の２管式のものである。このコリオリ質量流量計は、
振動するセンサチューブに流体を流した時、コリオリ力
によりセンサチューブの両端支持部と中央部との間の対
称２位置に質量流量に比例する振動位相差が生じること
を検出して、流体の流量を求めるように構成されてい
る。

【０００４】前述の従来の流量計測システム１′では、
ポンプ３が作動して牛乳が管路２内に吸入されると、ま
ず、牛乳中の気泡がエアセパレータ４により分離除去さ
れる。その後、牛乳は流量計５′を通り、ここで質量流
量を計測される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の流量計測シ
ステム１′においては、エアセパレータ４によっては微
細な気泡などを除去することができない。また、管路中
の牛乳の流量、管路の形状等に起因するキャビテーショ
ン（空洞化現象）が発生し、これによっても流体中に気
泡が発生してしまう。これに対し、流量計５′は、流体
中に気泡が存在していると、その影響でコリオリの力が
大きく変化し、センサチューブの前記振動位相差が大き
くなる特性を有する。このため、流体中に気泡が含まれ
ていると、流量計５′によって検出される流量が実際よ
りも多くなってしまうが、従来は、このような異常を検
出することができなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に鑑
みて創成されたものであり、ポンプの駆動により流体が
吸入される管路上に、流体の流量を検出する流量計を設
けた流量計測システムにおいて、流量計から出力される
流体の計測信号に基づく第１比較基礎データを所定個数
取得し、これら比較基礎データの最大値と最小値との差
分値を求め、この差分値を予め設定された第１閾値と比
較するとともに、この差分値を所定個数取得し、これら
差分値の内の第１閾値を超えた異常差分値の数を取得
し、この異常差分値数に基づく第２比較基礎データを予
め設定された第２閾値と比較する制御手段を備えている
ことを特徴とする。

【０００７】なお、前記第２比較基礎データは所定個数
の差分値中に占める異常差分値の比率であることが好ま
しく、また、制御手段は第２比較基礎データと第２閾値
との比較結果に応じてポンプの速度を変更するものであ
ることが好ましい。また、制御手段は、ポンプの速度が
低速に切り換えられた状態で、第２比較基礎データと第
２閾値との比較結果から異常が所定回数連続して発生し
ていることが認められる場合にはポンプをさらに減速
し、所定回数連続して異常が発生しない場合にはポンプ
を高速に切り換えるものであるか、もしくは、ポンプの
速度が低速に切り換えられた状態で、第２比較基礎デー
タと第２閾値との比較結果から異常が所定回数連続して
発生していることが認められる場合にはポンプを停止
し、所定回数連続して異常が発生しない場合にはポンプ
を高速に切り換えるものであることが望ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図６に基づいて説明する。なお、上記従来の技術の
欄で紹介した流量計測システム１′と同様の構成につい
ては、同じ符号を付し、それぞれの説明については省略
するものとする。また、被計測流体は、従来例と同じく
牛乳とする。

【０００９】図１は、本発明に係る流量計測システム１
を示すものであり、この流量計測システム１は、従来例
で紹介した巡回集乳車の集乳タンク（図示せず）等に流
出側が連結される管路２と、ポンプ３と、エアセパレー
タ４と、コリオリ質量流量計５（以下、単に流量計５と
いう）と、制御手段１０とを備えている。なお、この流
量計測システムにおける管路２の流入側には、酪農家に
備え付けられた貯乳タンク（図示せず）に接続可能なジ
ョイント（図示せず）が設けられる。

【００１０】前記流量計測システム１における前記流量
計５は、従来の技術で述べた流量計５′と同じ原理で質
量流量を計測するものであり、この流量計５は、センサ
チューブの振動数からセンサチューブを流れる牛乳の流
量を算定し、これに対応する流量信号を出力可能な流量
信号出力部５ａと、センサチューブの振動数から牛乳の
密度を示す密度を算定し、これに対応する密度信号を出
力可能な密度信号出力部５ｂとを備えている。なお、本
発明の実施の形態では、この流量計５の密度信号出力部
５ｂから出力される計測信号の一例である密度信号を異
常検出に利用する例を紹介する。

【００１１】前記制御手段１０は、図１に示すように、
制御部１１と、ポンプ３を駆動制御するためのポンプ駆
動部１２と、異常情報、流量計５による検出流量等の各
種情報を表示する表示部１３と、前記流量計５から出力
される密度信号に対応する密度値、第１，第２閾値、異
常発生限界値、安定判断値、各種の制御プログラム及び
その他の各種制御パラメータ等が記憶された記憶部１４
と、作業開始指令信号、作業終了指令信号、第１，第２
閾値、異常発生限界値及び安定判断値等の、制御に必要
な情報の入力が可能な操作部１５とを備えている。

【００１２】流量計５から出力される密度信号は制御部
１１に入力され、制御部１１は、この密度信号に基づい
て特許請求の範囲に記載の第１比較基礎データの一例で
ある密度値を算定し、これを記憶部１４に記憶させる。
これに対し、記憶部１５は密度値をｎ個登録可能な密度
値記憶テーブルＴ１を有しており、このテーブルＴ１に
常に最新のｎ個の密度値を登録する。つまり、制御部１
１は、制御サイクル毎に得られる新しい密度値を密度値
記憶テーブルＴ１における最も古い密度値（ｎ回前の制
御サイクルで取得された密度値）と置き換える処理を行
う。また、前述の記憶部１４に記憶される第１閾値は、
作業者が前もって操作部から入力したものであり、この
第１閾値には、前述のｎ個の密度値の内の最大値と最小
値との差（以下、差分値という）の許容値が設定され
る。

【００１３】また記憶部１４には、密度値記憶テーブル
Ｔ１のほかに比較結果記憶テーブルＴ２が設定されてい
る。この比較結果記憶テーブルＴ２は、密度値記憶テー
ブルＴ１に記憶されたｎ個の密度値から求められる差分
値ΔＤと第１閾値ｋとの比較結果を所定個数ｐ個登録可
能になっており、ここには常に最新のｐ個の比較結果Ｒ
が記憶される。つまり、制御部１１は、制御サイクル毎
に得られる新しい比較結果Ｒを比較結果記憶テーブルＴ
２における最も古い比較結果データ（ｐ回前の制御サイ
クルで取得された比較結果）と置き換える処理を行う。
前述の第２閾値ｘは、この比較結果記憶テーブルＴ２に
記憶されたｐ個の比較結果Ｒ中に占める第１閾値ｋを超
えて異常と見なされた比較結果Ｒの比率Ａ（第１閾値を
超えた比較結果Ｒの数をｑ個とすると、比率Ａ＝ｑ／
ｐ）の許容限界値であり、この第２閾値ｘは、作業者が
前もって操作部１５から入力して設定する。なお、比較
結果記憶テーブルＴ２に記憶されるｐ個の比較結果はデ
ィジタルデータであり、第１閾値ｋとの比較の結果正常
と見なされたものは１、異常と見なされたものは０、で
表される。

【００１４】さらに記憶部１４は、前述の比較結果Ｒと
第２閾値ｘとの比較の結果、異常と判定された連続回数
を連続異常発生回数として記憶可能な異常発生回数記憶
領域（図示せず）および、正常と判定された連続回数を
連続正常運転回数として記憶可能な正常運転回数記憶領
域（図示せず）も備えている。

【００１５】また、前記制御部１１は、図２ないし図６
に示すように、（Ｓ０１）作業開始指令信号を待つ。（Ｓ０２）ポンプ駆動部１７に高速駆動指令信号を出力
する。（ポンプが高速で定常運転される）この時、同時
にタイマが始動。（Ｓ０３）タイマがタイムアップするのを待つ。（Ｓ０４）流量計５の密度信号を取得して密度値を求
め、この密度値を記憶部１４の密度値記憶テーブルＴ１
に書き込む。この時、テーブルＴ１に既にｎ個の密度デ
ータが存在している場合は、最も古い密度データと置き
換えて書き込む。（Ｓ０５）密度値が所定のｎ個記憶されているか否かを
確認する。ｎ個ない場合は、（Ｓ０４）に戻る。（Ｓ０６）ｎ個の密度値の内の最大値、最小値を判定
し、その差である差分値ΔＤを求める。（Ｓ０７）差分値ΔＤと第１閾値ｋとを比較する。ΔＤ
＜ｋならば「１」を、ΔＤ≧ｋならば「０」を記憶部１
４の比較結果記憶テーブルＴ２に書き込む。この時、テ
ーブルＴ２に既にｐ個の比較結果データが存在している
場合は、最も古い比較結果データと置き換えて書き込
む。（Ｓ０８）比較結果データが所定のｐ個記憶されている
か否かを確認する。ｐ個ない場合は、（Ｓ０４）に戻
る。（Ｓ０９）ｐ個の比較結果データの内、異常と見なされ
た比較結果である「０」の数（ｑ個）を判別し、その比
率Ａ＝ｑ／ｐを求める。（Ｓ１０）比率Ａと第２閾値ｘとを比較する。Ａ＜ｘな
らば（Ｓ１７）にジャンプする。（Ｓ１１）記憶部の連続正常運転回数、連続異常発生回
数、異常発生限界値を読込む。（Ｓ１２）連続正常運転回数を確認し、これが「０」の
場合は、（Ｓ１４）にジャンプする。（Ｓ１３）連続正常運転回数をリセットする。（Ｓ１４）連続異常発生回数に１加算する。（Ｓ１５）連続異常発生回数を確認し、これが「１」で
ない場合は（Ｓ１７）にジャンプする。（Ｓ１６）ポンプ駆動部１２に低速駆動指令信号を出力
するとともに、表示部１３に異常発生表示指令信号を出
力し、（Ｓ２６）にジャンプする。（Ｓ１７）連続異常発生回数が異常発生限界値を超えて
いないか否かを確認する。超えていない場合は、（Ｓ２
６）にジャンプする。（Ｓ１８）ポンプ駆動部１２に停止指令信号を出力する
とともに、表示部１３に異常停止表示指令信号を出力
し、（Ｓ２９）にジャンプする。（Ｓ１９）記憶部１４の連続正常運転回数、異常発生回
数、安定判断値を読み込む。（Ｓ２０）連続異常発生回数を確認し、これが「０」の
場合は、（Ｓ２２）にジャンプする。（Ｓ２１）連続異常発生回数をリセットする。（Ｓ２２）連続正常運転回数に１加算する。（Ｓ２３）連続正常運転回数が「１」の時は、（Ｓ２
６）にジャンプする（Ｓ２４）連続正常運転回数が安定判断値を超えている
か否かを確認する。超えていない場合は、（Ｓ２６）に
ジャンプする。（Ｓ２５）ポンプ駆動部１２に高速駆動指令信号を出力
する。（Ｓ２６）作業終了指令信号の入力があったか否かを確
認する。ない場合は（Ｓ０４）にジャンプする。（Ｓ２７）流量計５の計測流量値を読み込む。（Ｓ２８）ポンプ駆動部１２に停止指令信号を出力する
とともに、表示部１３に流量表示指令信号を出力する。（Ｓ２９）記憶部１４の各テーブルＴ１，Ｔ２の密度デ
ータ・比較結果データ、連続正常運転回数・連続異常発
生回数及び流量計５の計測流量値等をリセットする。（Ｓ３０）エンド。となる制御を行うよう構成されている。なお、各セクシ
ョンを示すセクション番号（上記（Ｓ０１）等の番号）
は、図２ないし図６中の符号に一致する。

【００１６】上記流量計測システムにおいては、管路２
の流入側の端部を酪農家の貯乳タンクに接続し、操作部
１７から作業開始指令信号が入力されると、ポンプ駆動
部１２によりポンプ３が駆動制御されて、管路２内に牛
乳が吸入される。同時に、エアセパレータ４により流入
する牛乳中の気泡の分離除去が開始される。この時、ポ
ンプ３の始動に合わせてタイマ（図示せず）の計時が開
始される。このタイマは、エアセパレータ４によって管
路２内の気泡が除去され、流量計５の流量信号がある程
度安定するまでに要する時間を計時するようになってい
る。

【００１７】タイマがタイムアップすると、制御部１１
は流量計の密度信号を取得して密度値を求め、これを記
憶部１４の密度記憶テーブルに書き込む。計測開始当初
は記憶部１４に記憶された密度値がｎ個ないため、制御
部１１は密度値がｎ個確保されるまで、この密度値の取
得処理を繰り返す。この場合、差分値、比較結果等に関
する演算は行われないため、密度値の取得サイクルが短
くなる。このように最初は短いサイクルで密度値を取得
することができるので、流量計測開始時の管路２内の牛
乳の流量が不安定な状態の時にきめ細かい制御を行うこ
とができる。

【００１８】密度値Ｄがｎ個取得されると、制御部１１
は、このｎ個の密度値Ｄ_１〜Ｄ_ｎの内の最大値と最小値
との差を差分値ΔＤ_１として求め、これを第１閾値ｋと
比較して比較結果Ｒ_１を求める。この比較結果Ｒ_１は、
記憶部１４の比較結果記憶テーブルＴ２に書き込まれ
る。この比較結果についても計測開始当初は所定個数ｐ
個ないため、制御部１１は比較結果がｐ個になるまで、
密度値の差分値と第１閾値ｋとの比較を繰り返す。つま
り、制御部１１は新しい密度値Ｄ_ｎ＋１を取得し、これ
を記憶部１４の密度値Ｄ_１と置き換える。これにより、
記憶部１４に記憶された密度値は密度値Ｄ_２〜Ｄ_ｎ＋１
のｎ個となる。そして、制御部１１は、このｎ個の密度
値Ｄ_２〜Ｄ_ｎ＋１から差分値ΔＤ_２を求め、これを閾値
ｋと比較する処理を行う。このようにしてｎ個の密度値
が順次更新され、密度値の更新毎に差分値ΔＤ_３，ΔＤ
_４・・ΔＤ_ｐが求められ、これらが第１閾値ｋと比較処
理される。制御部１１は、制御サイクル毎の差分値ΔＤ
と第１閾値ｋとの比較結果Ｒを順次記憶部１４の比較結
果記憶テーブルＴ２に書き込む。

【００１９】比較結果記憶テーブルＴ２に記憶された比
較結果がｐ個になると、制御部１１は、ｐ個の比較結果
Ｒ_１〜Ｒ_ｐ中に占める異常比較結果データ数ｑ個の比率
Ａ_１を求め、これを第２閾値ｘと比較する。この比率Ａ
_１が第２閾値ｘよりも小さい場合、制御部１１は新たな
密度値Ｄ_ｐ＋１を取得し、この密度値Ｄ_ｐ＋１を含むｎ
個の密度値Ｄ_ｐ〜Ｄ_{ｎ＋ｐ−１}から新たな差分値ΔＤ
_ｐ＋１を求める。そして、このΔＤ_ｐ＋１と第１閾値ｋ
との比較結果Ｒ_ｐ＋１を比較結果記憶テーブルＴ２の最
も古い比較結果Ｒ_１と置き換える。これにより、比較結
果記憶テーブルＴ２には、比較結果Ｒ_２〜Ｒ_ｐ＋１のｐ
個のデータが格納されることになる。制御部１１は、こ
の更新されたｐ個の比較結果から新たな比率Ａ_２を求
め、これを第２閾値ｘと比較する処理を行う。このよう
にして、比率Ａ_３，Ａ_４・・・を順次求め、それぞれを
第２閾値ｘと比較していく。本発明の実施の形態では、
前述の比率Ａが特許請求の範囲で示す第２比較基礎デー
タの一例をなす。

【００２０】キャビテーションの発生等により牛乳中に
気泡が発生している場合には、比率Ａ_ｍ（ｍ回目の制御
サイクルで求められた比率Ａ）が第２閾値ｘ以上の値に
なるため、制御部１１はポンプ３の駆動速度を低速に切
り換えた後、前述のようにして次の比較結果Ｒ
_{ｐ＋ｍ＋１}を取得し、これから求めた比率Ａ_ｍ＋１を第
２閾値ｘと比較する。このようにして、比率Ａ_ｍ＋２，
Ａ_ｍ＋３・・・について次々と比較していく中で、所定
の回数連続して比率Ａが第２閾値ｘ以上の値になる場
合、つまり異常が所定回数連続して発生する場合には、
ポンプ３の駆動が停止されるとともに、表示部１３にお
いて、例えば「キャビテーションが解消しません」、
「管路上に異常があります」といった異常表示がなされ
る。また、逆に所定の回数連続して比率Ａが第２閾値ｘ
より小さくなる場合、つまり異常が発生しない正常運転
が所定回数連続する場合には、ポンプ３の駆動が高速に
切り換えられて定常運転が再開される。

【００２１】本流量計測システム１は、前述のように、
ある区間毎に求められる異常発生率、すなわち比率Ａ、
を第２閾値ｘと順次比較し、その結果に応じてポンプ３
の駆動速度を切り換えるものである。このように区間毎
の比率を順次第２閾値と比較することにより、瞬間的に
発生した異常か、あるいは連続的に発生している異常か
を一定の基準（第２閾値）で識別することができ、これ
により高精度な異常検出及びポンプ速度制御を行うこと
が可能になる。しかも、ポンプ３の駆動を低速に切り換
えた後も比率Ａと第２閾値ｘとの比較を行い、その後の
異常発生回数に応じてポンプ３を停止するか、ポンプ３
を高速に戻すかの判断を行っているため、キャビテーシ
ョン等による気泡の発生が収まったか否かを識別して正
しい制御を行うことができる。

【００２２】なお、正確な流量計測を実現しながら流体
を効率よく流すためには、キャビテーションが発生しな
い限界領域で流体供給を行うのがよく、そのためには、
連続異常発生回数、連続正常運転回数に応じてポンプの
速度をさらに細かく多段階に切り換えるようにするとよ
い。また、以上の説明では流量計の密度信号から密度値
を求める場合について述べたが、密度値以外にも例えば
流量計の流量信号出力部５ａから出力される流量信号を
取得し、これから流量値を求め、この流量値を異常検出
の指標として用いることも可能であり、そうした場合に
も得られる効果は同じである。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る流量計測システムは、流量
計から出力される所定個数ｎ個の密度値の最大値と最小
値との差（差分値）をとり、この差分値を第１閾値と比
較するとともに、この比較結果を所定個数ｐ個取得し、
このｐ個中の異常数ｑ個の割合を第２閾値と比較するよ
うになっている。これにより、例えばキャビテーション
の発生等により流体中に微量の気泡が混入した場合の流
量変動が瞬間的に発生したものか、連続的に発生してい
るものかを識別することが可能になり、よって高精度な
異常検出を行い、正確なポンプ駆動制御を行うことがで
きる。このため、計測流量と実際の流量との誤差が極め
て少なくなる。また、異常差分値数の比率を第２閾値と
の比較基礎データとしているため、例えば密度値の取得
数ｎ又は差分値の取得数ｐの設定値が変更されても、第
２閾値を設定変更しなくても済む。このため、流量の計
測作業前の設定項目が少なくなり、作業効率を向上でき
る利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流量計測システムの概略説明図で
ある。

【図２】本発明に係る流量計測システムの制御処理の一
部を示すフローチャートである。

【図３】本発明に係る流量計測システムの制御処理の一
部を示すフローチャートである。

【図４】本発明に係る流量計測システムの制御処理の一
部を示すフローチャートである。

【図５】本発明に係る流量計測システムの制御処理の一
部を示すフローチャートである。

【図６】本発明に係る流量計測システムの制御処理の一
部を示すフローチャートである。

【図７】従来の流量計測システムの概略説明図である。

【符号の説明】

１流量計測システム２管路３ポンプ４エアセパレータ５コリオリ質量流量計５ａ流量信号出力部５ｂ密度信号出力部１０制御手段１１制御部１２ポンプ駆動部１３表示部１４記憶部１５操作部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ６７Ｄ 5/08 Ｂ６７Ｄ 5/08 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポンプの駆動により流体が吸入される管路
上に、流体の流量を検出する流量計を設けた流量計測シ
ステムにおいて、流量計から出力される流体の計測信号に基づく第１比較
基礎データを所定個数取得し、これら比較基礎データの
最大値と最小値との差分値を求め、この差分値を予め設
定された第１閾値と比較するとともに、この差分値を所
定個数取得し、これら差分値の内の第１閾値を超えた異
常差分値の数を取得し、この異常差分値数に基づく第２
比較基礎データを予め設定された第２閾値と比較する制
御手段を備えていることを特徴とする流量計測システ
ム。
【請求項２】第２比較基礎データは所定個数の差分値中
に占める異常差分値の比率であることを特徴とする請求
項１に記載の流量計測システム。
【請求項３】制御手段は、第２比較基礎データと第２閾
値との比較結果に応じてポンプの速度を変更することを
特徴とする請求項１又は２に記載の流量計測システム。
【請求項４】制御手段は、ポンプの速度が低速に切り換
えられた状態で、第２比較基礎データと第２閾値との比
較結果から異常が所定回数連続して発生していることが
認められる場合にはポンプをさらに減速し、所定回数連
続して異常が発生しない場合にはポンプを高速に切り換
えることを特徴とする請求項３に記載の流量計測システ
ム。
【請求項５】制御手段は、ポンプの速度が低速に切り換
えられた状態で、第２比較基礎データと第２閾値との比
較結果から異常が所定回数連続して発生していることが
認められる場合にはポンプを停止し、所定回数連続して
異常が発生しない場合にはポンプを高速に切り換えるこ
とを特徴とする請求項３に記載の流量計測システム。