JP3865737B2 - 粉体流量センサ - Google Patents

Description

本発明は、流路内を流れる粉体の流量を精度よく測定する粉体流量センサに関する。

従来、粉体を切り出して搬送しようとする場合、たとえば特許文献１には自動的に粉体を切り出して定量的に搬送する方法が提案されている。すなわち、この方法は、図６に示すように、たとえばアクリル製の中空パイプ31の一端部に超音波振動を発生させる手段である圧電素子32を取り付けて、交流電源33によって交流電圧を印加する。そして、この圧電素子32によって半径方向への振動を与え、この振動によって長手方向に進行波を発生させ、他端部に向けてこの進行波を減衰することにより、中空パイプ31内を矢示Ｆ方向に粉体を搬送させようとするものである。

また特許文献２には粉体の静電容量の変化を検出する流量センサが記載されている。
特開平４−125214号公報 特開平８−271301号公報

しかしながら、上記した従来法で粉体を微量ずつ切り出しをしようとする場合は、圧電素子32へ印加する交流電圧の調整に時間がかかるという欠点があった。特に定量ずつ切り出すバッチプロセスに適用しようとした場合は、その都度、計量升や電子秤などで計量して、その精度を確かめねばならないことから手間がかかるので、量産の工程においては正確性を犠牲にして高速化、効率化を図っているのが実情である。

また特許文献２記載の流量センサにおいては、温度、湿度などの測定時の大気の環境条件によって測定値が大幅に変化するので、実用に供する精度を得るためには何らかの手段でこれらの環境変化を時間遅れなく補正しなければならないという多大な困難性がある。

本発明は、上記のような従来技術の有する課題を解決すべくしてなされたものであって、流路内を流れる粉体の流量を連続的に高精度で測定する粉体流量センサを実現することを目的とする。

本発明は、粉体の流路に設けられ、粉体の流量を静電容量の変化として検出する測定用電極と、空気が送り込まれ、測定用電極のおかれている環境条件の変化に対応する補正に用いられる基準用電極とが、並列に設けられて構成されることを特徴とする静電容量式の粉体流量センサであり、望ましくは、前記測定用電極が粉体の流路とされる円筒管の外周に対向して配置される湾曲状の対をなすソース電極およびセンス電極と、これらの中間に設けられる一対のガード電極とで構成され、前記基準用電極が空気が送り込まれる円筒管の外周に対向して配置される湾曲状の対をなすソース電極およびセンス電極と、これらの中間に設けられる一対のガード電極とで構成されることを特徴とする請求項１記載の粉体流量センサである。

本発明によれば、測定用電極と基準用電極とを併用して環境条件の変化を補正しながら、粉体に直接接触することなく、リアルタイムでかつ連続的に高い精度で流量測定を行うことができるので、例えば粉体供給装置を用いて粉体を定量切り出しする際に正確な切り出し制御を行うことができるという優れた効果を奏する。

以下に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳しく説明する。

図１は本発明の一実施例の粉体流量センサの構造を一部断面で示す側面図、図２は図１のＩ−Ｉ矢視断面図である。

図１、２に示すように、外筒11の中に粉体の流量を静電容量の変化として検出する測定用電極12と環境条件の変化に対応する補正に用いられる基準用電極13を並列に設けて構成される。

測定用電極12は粉体の流路とされる石英ガラス管などの円筒管14の外周に対向して配置される湾曲状の対をなすソース電極15およびセンス電極16と、これらの中間に設けられる一対のガード電極17とから構成され、基準用電極13は石英ガラス管などの円筒管18の外周に対向して配置される湾曲状の対をなすソース電極19およびセンス電極20と、これらの中間に設けられる一対のガード電極21とで構成される。基準用電極13には空気供給管22を介して空気供給装置23から空気が送り込まれる。

そして、測定される粉体の誘電率εを粉体流量演算制御装置７にあらかじめ回路定数として設定しておき、測定に先立って空気供給装置23から空気を基準用電極13に供給して、粉体の置かれている大気の環境条件を測定し、追って説明する図４の粉体流量演算制御装置7にその補正値として与える。

ついで、スタック１から粉体搬送用筒体３に供給される粉体の流量を測定用電極12で測定し、粉体流量演算制御装置７で演算処理する。このようにして、基準用電極13を用いて大気の環境条件の補正を行うことにより、静電容量式流量センサのゼロ点ドリフトを低く抑えることができるとともに、直線性を飛躍的に向上させることが可能となる。

図３は測定電極の他の構成例を示す側面図である。この例では測定用電極12のソース電極15およびセンス電極16は、円筒管14の管軸に対して図３に示すように角度θなるらせん状に巻き付けて形成されている。このようにすることによって測定値における粉体の通過位置の影響が少なくなり、より正確な流量を測定することができる。なお、巻き付け角度θは、特開平８−271301号公報に、例えば45°とすることが示されている。しかし、この特開平８−271301号公報にはそのソース電極15およびセンス電極16のそれぞれの長さＬの値については具体的に何らの記載もない。

本発明者らは種々実験研究を重ねた結果、ソース電極15およびセンス電極16のそれぞれの長さＬは角度θを45°とした場合、円筒管14を一周する360°の長さとするのがよいことを見出した。すなわち、360°とすることにより、円筒管14内を通過する際にその一断面の面内に粉体の密度差があったとしても、360°に配置されたソース電極15およびセンス電極16の全部の電束密度の位置を履歴して全距離を一通り横切って通過することになるから、平均化された値として検出されることになるのである。もし、その長さＬが360°よりも小さい場合は電極を横切る距離が短くなるため誤差の要因となり、一方、360°よりも大きい場合は同じ電束密度の位置を再度履歴することになるから精度的には意味をなさないことになる。

さらに、円筒管14を一周する360°に限らず、360°の整数倍になるようにすれば、同一粉体が同じ条件の電束密度の全部の位置にわたって確実に履歴することになるから測定精度をさらに高めることができるので好ましいといえる。逆に、一断面内の粉体の密度差がさほど問題にならない場合には、円筒管14を必ずしも360°の長さとする必要がないのはいうまでもない。

また、測定用電極12のソース電極15およびセンス電極16の長さＬを上記のように限定する場合は、当然のことながら基準用電極13の測定条件を測定用電極12と合わせるために、そのソース電極19とセンス電極20の長さも同様に限定することが望ましい。

つぎに本発明の粉体流量センサの使用状況の一例を図４の構成図により説明する。１は粉体２を収容するスタック、３は粉体２を搬送するアクリルなどの円筒管からなる粉体搬送用筒体で、その上端開口部はスタック１の下端供給口１ａに接続される。４は粉体搬送用筒体３の水平部位３ａに取り付けられる粉体供給装置であり、たとえば圧電素子を用いた超音波振動装置とか、スクリューフィーダ、テーブルフィーダ、ベルトコンベアなどが用いられる。

５は粉体搬送用筒体３の垂直部位３ｂに取り付けられて、粉体搬送用筒体３の垂直部位３ｂを落下する粉体流量センサで、たとえば静電容量の原理を利用した本願の静電容量式流量センサが適当である。６はカプセルなどの粉体容器である。

７はマイコンなどの粉体流量演算制御装置であり、粉体流量センサ５からの流量信号をＡＤ変換器を介するなどして入力して、あらかじめ与えられた目標切り出し量Ｗ(g) に基づいて粉体供給装置４に付与すべき印加電圧のレベルを演算するとともに、その演算値に基づいて制御信号を粉体供給装置４に出力して、フィードバック的に粉体容器６に投入する粉体量の制御を行う。

このように構成することにより、スタック１に収容された粉体２は粉体供給装置４を起動することにより粉体搬送用筒体３の水平部位３ａに送り出され、粉体供給装置４を通過した粉体２は垂直部位３ｂを経て自然落下して粉体流量センサ５を通過して粉体容器６に充填される。粉体容器６に充填される粉体２の量は、粉体流量演算制御装置７が粉体流量センサ５の出力信号を収集・分析することにより測定され、その都度粉体供給装置４を制御することによって定量切り出しが行われる。

図４の構成において、本願発明の粉体流量センサを用いて、銘柄がＡＰＰＩＥ（日本粉体工業技術協会）規格の標準粉体の一つである軽質炭酸カルシウムＳ−10の粉体を、定量２ｇ，４ｇ，６ｇ，８ｇの４通りについてそれぞれｎ＝５回ずつ切り出し制御を行った結果、図５に示すように、最大：4.7 ％、最小：0.1 ％、平均：2.5 ％と高精度の成績を得ることができた。

本発明に用いられる静電容量式の粉体流量センサの構造を一部断面で示す側面図である。 図１のＩ−Ｉ矢視断面図である。 静電容量式の粉体流量センサに用いられる測定電極の他の構成例を示す側面図である。 本発明の粉体流量センサの使用状況の一例を示す構成図である。 本発明による測定結果の一例を示す特性図である。 粉体搬送の従来例を示す斜視図である。

符号の説明

１ スタック
１ａ 下端供給口
２ 粉体
３ 粉体搬送用筒体
３ａ 水平部位
３ｂ 垂直部位
４ 粉体供給装置
５ 粉体流量センサ
６ 粉体容器
７ 粉体流量演算制御装置
10 静電容量式流量センサ
11 外筒
12 測定用電極
13 基準用電極
14, 18 円筒管
15, 19 ソース電極
16, 20 センス電極
17, 21 ガード電極
22 空気供給管
23 空気供給装置
31 中空パイプ
32 圧電素子
33 交流電源

Claims (2)

1. 粉体の流路に設けられ、粉体の流量を静電容量の変化として検出する測定用電極（12）と、空気が送り込まれ、測定用電極（12）のおかれている環境条件の変化に対応する補正に用いられる基準用電極（13）とが、並列に設けられて構成されることを特徴とする静電容量式の粉体流量センサ。
2. 前記測定用電極（12）が粉体の流路とされる円筒管（14）の外周に対向して配置される湾曲状の対をなすソース電極（15）およびセンス電極（16）と、これらの中間に設けられる一対のガード電極（17）とで構成され、前記基準用電極（13）が空気が送り込まれる円筒管（18）の外周に対向して配置される湾曲状の対をなすソース電極（19）およびセンス電極（20）と、これらの中間に設けられる一対のガード電極（21）とで構成されることを特徴とする請求項１記載の粉体流量センサ。

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