JP2000510953A - 励振周波数ゲージを備えた測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 分散液、懸濁液及び溶液を包含する液状物の質量濃度や粘度などのパラメーターを測定する装置であって、前記の液状物中で回転するローター（３）と、駆動モーター（７）と、ローターの駆動軸（９）を含む伝動手段と、前記パラメーターを象徴してローターに伝わるトルクを感知する感知手段（１０）を備えたパラメーター測定装置。この装置は、トルクによって変形し、その変形に応じて固有周波数を発する励振可能な周波数ゲージが、感知手段（１０）に設けられ、周波数ゲージが発する固有周波数を前記の伝動手段の外側に配置された据え置き型検出器（１２）にて直接検知できることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 励振周波数ゲージを備えた測定装置 本発明は、分散液、懸濁液又は溶液などの液状物において、質量濃度や粘度な どのパラメーターを測定する装置に関するもので、特に、前記の液状物中で回転 するローターと、駆動モーターと、ローターの駆動軸を備えた伝動手段と、前記 パラメーターを具現し、ローターに伝わるトルクを感知する感知手段を備えたパ ラメーター測定装置に関する。 上記のような測定装置は公知であって、様々な技術分野で利用されている。例 えば、製紙用パルプ分散液の濃度測定が、測定しようとする分散液中でセンサー が回転した時の抵抗トルクを測定することで行われていることは既に知られてい る。測定されたトルクは、分散液中でパルプ繊維を攪拌する回転体に及ぶ力が基 礎となっている。従って、この力、換言すれば、トルクは、分散液中のパルプ繊 維の量に依存する。また、製紙工業の分野では、トルクを伝達する回転軸を中空 軸に通し、力の釣り合いの原理に従って作用するセンサーを使用して、スタッフ ボックスでの摩擦などを回避することも既に知られている。前記の原理は、発生 したトルクのために、トルクを伝える軸と中空軸との間に、検出可能な変位が発 生する事実に基づいている。しかし、従来の方法は、センサー軸と中空軸との接 続の拙さに原因して測定誤差が生ずる点で不都合があった。そしてまた、従来の 方法は、信頼性にかける憾みもあった。 測定誤差がもたらす結果が重大であることは注意すべきでことである。例えば 、製紙工業におけるパルプ分散液にあっては、経済的に許容できる濃度幅は、乾 量含有量の変化で僅か約１パーセント程度に過ぎない。濃度が低すぎると、得ら れるペーパーウェブ（紙匹）に破れが生ずる虞があり、濃度が高すぎると、パル プ繊維が無駄になって得られる紙が過度に厚くなる問題がある。 本発明の目的は、従来技術の不都合を解消し、信頼性があって経済的なパラメ ーター測定装置を提供することにある。 上に掲げた発明の目的は、液状物中で回転するローターと、駆動モーターと、 ローターの駆動軸を含む伝動手段と、前記パラメーターを具現し、ローターに伝 わるトルクを感知する感知手段を備えたパラメーター測定装置に、前記のトルク によって変形し、その変形に応じて固有周波数を発する周波数ゲージを、前記の 感知手段に付設すると共に、周波数ゲージが発する固有周波数を、前記の伝動手 段の外側に配置される据え置き型検出器にて直接検出できるようにすることで達 成される。 すなわち、本発明の装置では、トルクを具現する発振周波数を、伝動手段の外 側に位置する検出器で直接検出可能ならしめているので、装置の正確性と信頼性 が飛躍的に向上する。その理由の第１は、エラーが最少なセンサーに周波数を伝 達する素子が使用されていることであり、第２の理由は、検出器から伝達される 周波数信号が、アナログ信号の場合に比較して外乱に対して著しく鈍感であるこ とである。周波数信号を使用する利点は、例えば、この信号が電力ケーブルの周 囲に発生する電界の影響を受けないことである。電力ケーブルが信号ケーブルの 近傍に配置されることは、決して稀ではない。 ＵＳ-Ａ-3 290 930号明細書には、比較例として周波数信号を使用する例が示 されているが、その比較例ではトルクを特徴付ける周波数信号が、無線送信機― 受信機の手助けを受けて伝達されている。また、ＳＥ-Ｄ-380 899号明細書にも 、周波数信号の使用が記載されているが、そこでは周波数信号を電気的に監視す ることが記載されているだけで、検出器の所在も明らかにされていない。本発明 の装置では、可動部分から伝達される電気信号は存在しない。 本発明では、周波数ゲージを支持するリング状部材にて、感知手段(センサー) を構成させることにより、周波数ゲージをリング状部材にしっかり固定すること ができる。 後述する請求項３〜６に示す事項は、センサーの構成要素の所在に関して、好 ましい態様を規定する。 請求項９〜１０は周波数ゲージの好ましい所在を規定している。 本発明に係る装置の他の利点は、他の請求項に規定する事項で実現される。 本発明を添付の図面に沿ってさらに詳細に説明する。 図１は本発明に係る測定装置の概略図である。 図２aは本発明に係る装置のセンサー部分の正面図である。 図２bは別の構造にあるセンサー部分の正面図である。 図３は図２aに示すセンサー部分を軸方向から見た図面である。 図４は本発明のセンサーの詳細図である。 図１に示す測定装置は、測定される液状物２の導管から突出した測定室５に設 置されている。ローター３はセンサー素子として機能できるよう、測定室５の内 部に位置している。羽根車を利用した攪拌素子４は、攪拌室５への流体の連続流 入を確保し、流体が攪拌室５を瞬時に通過してしまうのを防止する。ローター３ と攪拌素子５は、中空軸６を介してモーター７で駆動されるが、中空軸６は攪拌 素子５に直接接続されている。中空軸６は伝動接続手段８でモーター７と接続さ れている。ローター３を設けた軸の軸方向反対側には伝動手段が設けられ、この 伝動手段は、伝達されるトルク量に応じて、中空軸６とローター軸９との間に回 転変位を生じさせる弾性素子（図示略）を備えている。 図１に示す装置には、さらに、所謂トルクメーターと称するセンサー１０が設 けられている。このセンサーは対角に作用する２つの張力素子からなり、それぞ れの張力素子は中空軸に接続された伝動手段の一部にしっかり固定され、回転角 度の変位量に応じたトルクの大小により、張力素子は対角に作用する大きい張力 又は小さい張力を、周波数ゲージ１１が組み込まれた部材１５に及ぼす。この部 材（図２ａ、２ｂの符号１５参照）は、前記張力素子の作用点から離れた位置で 中空軸６に固定されている。 伝達されるトルクが変化すると、それに応じて変化する張力が部材１５から周 波数ゲージ１１に及ぶので、周波数ゲージ１１は値が異なる固有周波数を持つこ とになる。 検出器１２は、前記の伝動手段の外側で、測定装置のハウジング内に固定され 、中空軸６及びローター軸７と共軸上に周波数計１１と並んで配置されている。 さらに、この検出器に関連して言えば、固有周波数の振動を周期的に周波数ゲー ジに付与する励振装置を付設することができる。前記の検出器は負荷に応じた固 有周波数を周期的に読み取る。この場合、励振装置自体から伝わる振動は、周波 数ゲージ１１の固有周波数範囲から外れるよう選ぶことが好ましく、これによっ て 測定誤差の発生を回避することができる。 図１に示す測定装置を使用した場合、ローター３は被検体である液状物２の中 で回転するので、液状物（例えば、分散液）の質量濃度が変化すると、それに応 じてトルクが変化する。この変化は、センサー１０から部材１５を経て周波数ゲ ージ１１に伝わり、周波数ゲージは励振されて測定室５内の現在の情況を表わす 周波数で振動する。この周波数は次いで検出器１２で検出され、その信号は検出 器からＤＣＳ及び／又はディスプレーに送られて処理される。こうして、液状物 の質量濃度をの測定することができる。 図２aは、軸方向から見たセンサーの詳細図であって、符号１３は前記した張 力素子を構成するワイヤーもしくは糸を示し、符号１４はこの張力糸の案内ロー ルを示す。各張力糸は外ロール１６に螺旋巻きされ(図３参照)、半径方向に対向 する固定点１８で部材１５に取り付けられている。軸方向から見てリング状の部 材１５は、薄い金属バンドからなる周波数ゲージ１１を対角的に（リングの中心 を通る直線上に）保持している。符号１７はリング状部材の軸受点を示す。 図２bはセンサーの別の構成を示し、この態様では、コンソール２３に揺動式 に取り付けられた薄いバンドを有するクレードル（受台）１６bが、図２aの外ロ ール１６の代わりに設けられている。さらに、この図面には、部材１５に予備張 力を付与する装置が示されている。この装置は弾性部材２０、引張り装置２２及 び引張りワイヤー２４からなり、張力ワイヤー２４は、ローター軸と連結された 案内ロール１４’を経て固定点２１に導かれている。子備張力は、ローターから 生ずるトルクとは逆向きのトルクを生む。弾性部材２０の張力を調節することに より、中空軸とローター軸との間の相対的な初期回転を選ぶことができので、周 波数ゲージの変形の度合を変えることができる。こうすることで、所望のゼロ周 波数を設定することが可能となる。上記したようなタイプの予備張力装置は、図 ２aに示す装置に組み込むことができ、また、図２bに示す装置から子備張力装置 を取り外してしまうこともできる。 測定範囲全体に亘る目盛り付けは、試し操作で容易に行うことができるが、正 確な目盛り付けは、測定環境で使用するローターを用いて行われる。充分な感度 を確保するため、周波数ゲージと協働する部材１５は、十分に大きい周波数変化 が実際の測定範囲で得られるような寸法にある。 図３は図２aに示した装置の軸方向断面図であって、そこではリング状部材１ ５が、当該部材を支持する円錐形軸受ピン１９を被う中空軸に接続された板に固 定されている。そして、円錐形軸受ピン１９は、周波数ゲージ１１の固定点と力 の作用点に関して対称的な位置に設けられた凹部17にて、リング状部材１５を支 持している。図２a及び図３に示す具体例では、リングが小さいので、トルク軸 の軸方向外側に設置されている。 符号１２は検出／励振装置を示し、この装置は一方で周波数計１１を任意に選 ばれた周波数で励振し、他方で優勢な固有周波数を検出する。この検出／励振装 置１２は、例えば、鉄心を持つ単純なコイルで構成させることができる。 図４は、湾曲した形状で配置された周波数ゲージ１１を備えたリング状部材１ ５の概略図である。帯状の周波数ゲージ１１を湾曲した状態で配置すると、当該 帯状ゲージに張力が与えられるので、予備張力付与装置を省略できる利点がある 。多くの場合、検出器を周波数ゲージにできるだけ近づけて設置することが好ま しく、この好ましい情況は、部材１５の軸（回転軸）と略直角に帯状ゲージ１１ を設置することで実現できる。帯状ゲージド１１の端部角度αと、h/H/rの相互 関係を適当に選択することにより、角度βを最小にすることができる。符号４０ は帯状ゲージ１１の固定ノッチを示し、帯状ゲージとノッチは普通ハンダ溶接さ れる。 本発明の装置は、液状物の、例えば、粘度を測定する場合にも利用することが できる。また、センサーなどの設置位置を変更することも可能であり、リング状 部材１５に、これに対応する他の支持部材を使用することもできる。さらに、糸 のような他の周波数ゲージを使用でき、これを湾曲させた形状に配置させる代わ りに、直線状に配置させることもできる。しかし、上記した通り、周波数ゲージ は湾曲させた状態に配置することが好ましい。 検出器には、例えば、ホール検出器やレーザー検出器などの他の検出器を使用 することができる。励振装置を検出器とは別に設け、これを検出器に隣接させる こともできる。本発明の装置では、中空軸内にローター軸を配置することは必須 ではないが、図示の装置のように、例えば、紙パルプ分散液の質量濃度を測定す る場合にあっては、中空軸内にローター軸を配置することが、スタッフボックス での摩擦などに原因する測定誤差の発生を実質的に抑えることができるので、大 いに好ましい。トルクメータの使用も図示の例に限定されない。 部材１５は、トルクを伝達することができ、伝達されたトルクをリングを経て 、直接的又は間接的に周波数ゲージ１１に伝える素子からなり、その素子は伝動 手段の一部に接続される。部材１５はリング状部材で構成させることができるが 、そのリングは内部にトルク軸と案内ロールを収容できる寸法にある。こうする ことで、リングに横向きの力が掛かるのを実質的に防止することができる。 ローター軸と中空軸との間に位置する弾性部材は、ローターの端部に配置され ているような弾性密封部材で構成させて差し支えない。 上記したように、周波数ゲージは、伝達されたトルクを表わす周波数信号を発 信するものである限り、リング状部材以外に支持させることもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 分散液、懸濁液及び溶液を包含する液状物の質量濃度や粘度などのパ ラメーターを測定する装置であって、前記の液状物中で回転するローター（３） と、駆動モーター（７）と、ローターの駆動軸（９）を含む伝動手段と、前記パ ラメーターを象徴してローターに伝わるトルクを感知する感知手段（１０）を備 えたパラメーター測定装置において、前記のトルクによって変形し、その変形に 応じて固有周波数を発し、発せられた固有周波数を前記の伝動手段の外側に配置 された据え置き型検出器（１２）にて直接検知できる励振可能な周波数ゲージを 、前記の感知手段（１０）に設けたことを特徴とする前記のパラメーター測定装 置。 ２． 前記の感知手段（１０）が、前記の伝動手段内に収まるリング状部材 と、党外部材の直径方向に配置された周波数ゲージ（１１）を備えていることを 特徴とする請求項１記載の測定装置。 ３． 前記の伝動手段が、伝動手段の両端部分の間での相対的な回転を許容 する弾性素子を備え、周波数ゲージが伝動手段の各部に接続されていることを特 徴とする請求項１記載の測定装置。 ４． リング状部材（１５）が、ローター軸（９）と同軸上に配置されてい ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の測定装置。 ５． リング状部材（１５）がローター（３）の位置とは反対側のローター 軸（９）に位置していることを特徴とする請求項４記載の測定装置。 ６． 検出器（１２）がローター（３）と同軸上にあることを特徴とする請 求項１〜５のいずれか１項記載の測定装置。 ７． 周波数ゲージの励振手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６ のいずれか１項記載の測定装置。 ８． 検出器と励振手段が一体化されていることを特徴とする請求項７記載 の測定装置。 ９． 周波数ゲージ（１１）が帯状である請求項１〜８のいずれか１項記載 の測定装置。 １０． 周波数ゲージ（１１）が２つの固定端の間で湾曲していることを特 徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の測定装置。 １１． 周波数ゲージ（１１）が回転軸に対して直角に配置されていること を特長とする請求項１０記載の測定装置。