JPS63105291A - ポジテイブデイスプレースメントポンプの流量測定と監視とを行う装置及びこの装置に取り付けられるポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はポジティブディスプレースタンドポンプの流量
の測定及び監視を自動的に行うための装置に関する。

〔従来技術及びその問題点〕

現在の測定装置は、流体の１つ以上の特性が一定である
場合に、その流体の流量を測定するためには概ね適当で
あるが、ポジティブディスプレースメントボンブを用い
て測定するのが適当な全てのタイプの流体を、再度較正
することなく、正確に測定し得る汎用の流量計はまだ存
在しない。このような流体の特性は、その流体の状態に
よって大幅に変化する。すなわち、その流体が粘度の大
きい流体であるか否か、電気を通すか否か、固体の粒子
が懸濁しているか否か、液体であるか気体であるか等に
よって、上記流体の特性が大幅に変化する。ある特定の
流体の流量をｎ＋定するために適当な流量計には多くの
種類があるが、全てのタイプの流体を正確に測定できる
流量計はまだ存在しない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ポジティブディスプレースメントモー
タから吐出される流体を、その種類を問わず、かつ、そ
の流体の状態の如何、すなわち、その流体が乱流である
か層流であるか等によって、測定の精度に悪影響を受け
ることなく、その流体の流量を測定することができる流
量計を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、ポジティブディスプレースメント型モータの
、容量で表される流体圧送特性を利用するものである。

現用の流量計は、ポンプのストローク数を数え、そのス
トロークの数に、１ストローク当りの理論吐出量を乗算
する方法を採用している。この方法は、上記ポンプの状
態と流体の圧送状態とが良好である場合には、正しい結
果を得ることができる。

しかしながら、上記流体のポンプから実際に吐出される
量、すなわち、流体の吐出容積を測定するためには、上
記ポンプの流体吐出部分の作動状態に関する情報が必要
である。それ故、上記ポンプの圧送条件と作動条件を常
に監視する必要がある。また、弁からの流体の漏洩、又
は、弁のばねの破損等の故障が発生した場合には、上記
測定装置に上記流体の漏洩量を測定させ、その測定値に
基づいて上記流体の流量を容積表示により正確に報知さ
せることも必要になる。このように所要の情報を報知さ
せるために、上記弁又はシリンダのスリーブにおける漏
洩の有無を検知し、是正することができる監視装置はま
だ存在しない。漏洩若しくはばねの破損は、通常、操作
員が洩れ出した流体を見つけるか、上記ポンプのノイズ
の変化に気がつくか、あるいは、その流体の循環路に振
動が発生したことに気がつくことによって発見される。

上記本発明に基づく装置は、上記のような異常作動を常
に自動的に監視することができる。

この監視を行うのはマイクロコンピュータである。この
監視のためのパラメータは予め選定され、このパラメー
タについて上記故障が実際に発生したか否かを点検する
ために必要な基準値も予め設定される。上記パラメータ
が数サイクルに亘って上記予め定めた値に達し、又は、
その値を越えた場合に、このマイクロコンピュータが所
要の計算を行い、上記ポンプの作動が正常であるか否か
を監視する。故障の発生が確認された場合には、上記マ
イクロコンピュータは、データを出力し、流量是正のた
めに必要な測定を行う。

上記出力されるデータは、通常、上記流体の流量と、上
記ポンプから実際に吐出される流体の容積であり、この
データを、補助的に、「圧送条件、及び、ポンプの状態
」の表示装置に表示させることもできる。

上記表示装置に表示される値は上記ポンプの容積で表さ
れた効率と上記流体の理論吐出量との比率である。上記
ポンプの容積で表された効率は上記ポンプから実際に吐
出される流体の容積であり、上記流体の理論吐出量は上
記ポンプに欠陥がなく、流体の圧送が全く正常に行われ
る場合の吐出量である。上記表示装置は、流体の圧送条
件が変化する場合、ポンプの追随性を監視するために極
めて有用である。この表示装置を用いれば、上記ポンプ
の圧送条件が変化した場合、又は、外部からの作用によ
って上記ポンプの圧送条件が変化した場合に、上記ポン
プの圧送条件が改善されたか低下したかを、即時に知る
ことができる。弁の漏洩、スリーブの漏洩、ばねの破損
、及び、検知器の作動異常も出力される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図によって詳細に説明する。（
各図において、同一の部分に使用する符号は共通である
）。

第１図に本発明において、符号１は中央表示装置及び点
検装置を表す。この中央表示装置と点検装置は組をなす
ポジティブディスプレースタンドポンプの任意即時の監
視すなわちリアルタイムの監視と、ポンプの作動の記録
とを行う。符号２は上記ポンプに使用する局部監視部材
を表す。符号３は本発明の一部分を構成するマイクロコ
ンピュータ装置を表す。この構造において、上記マイク
ロコンピュータは１個以上のポジティブディスプレース
メントボンブに接続することができる。第１図のおいて
、上記ポジティブディスプレースタンドポンプは、左か
ら右に、二連２群のポンプ４゜４、・・・と、二連一群
のポンプ５．５．・・・とに接続され、さらに、二連２
群のポンプ４，４．・・・にも接続される。上記第１群
の部材と第２群の部材との間にマルチポイントのシリア
ルデータバスを設ければ、ある特定の装置の部材の着脱
を容易に行うことができる。これと同様のデータバスを
上記第２群の部材と第３群の部材との間に使用すること
により、上記以外の一連の検知器をマイクロコンピュー
タ３に直列に接続することができ、その他に、１本の線
を局部監視装置２まで延ばすことができる。

マイクロコンピュータ３に接続する圧力検知器６．６．
・・・の数は、上記マイクロコンピュータ３に接続され
るポンプ４又は５の吐出チャンバ７゜７、・・・の合計
の数に等しくしなければならない。

近接検知器８，８．・・・の数は、マイクロコンピュー
タ３に上記接続されるポンプ４又は５の数に等しくしな
ければならない。これを別の言葉で表現すれば、各吐出
チャンバ７のための圧力検知器６と近接検知器８を上記
各ポンプ４又は５に備える必要がある。

本発明を実施するための比較モードでは検知器８を使用
する。この検知器８は、ピストンに装置された環状部材
Ｂの通過を検知し、その位置の比較を行う。上記比較モ
ードの性質は公知の方法及び検知器により適当に選択さ
れる。その好ましい一例は、誘導型近接検知器８が検出
出来る鋼製の環状部材である。

上記以外の例としては、光学的検知器、又は、ホール効
果の検知器を使用する場合があり、この光学的検知器は
」；記ピストンと光学的に連動し、上記ホール効果の検
知器は磁気的な基苧と連動する。

上記ポンプの位相の基準を設ける場合にも、例えば、ピ
ストン駆動輪の基準とする歯の通過を検知する方法、又
は、上記ピストンに機械的にリンクする上記と同様の部
分の通過を検知する方法を用いて、又は、既に説明した
ような検知器を用いることができる。

第２図は吐出チャンバ７の断面図である。この吐出チャ
ンバ７は上記ポジティブディスプレースメントボンブ４
又は５の一例として示すものである。このポジティブデ
ィスプレースメントボンブ４又は５の主な特性は、摺動
部材９が吐出チャンバ７の内部空間をなくすように上記
吐出チャンバ７の中に入り、次に、吐出路１０によって
引き出されてこの吐出チャンバの内部を減圧し、この動
作を交互に行うことである。この時の流体の流れの方向
をきめるものは、吸い出し弁として作用する弁１１と、
吐出弁として作用する弁１２である。

上記吸い出し弁として作用する弁１１、及び、吐出弁と
して作用する弁１２は、公知のものを使用することがで
き、この弁１１．１２の移動を支配する要素は、吸い出
し弁のばね１３，１４と、移動する流体によって加えら
れる力と、吐出路１０、吐出チャンバと吸い出し用の流
路１５の圧力である。

上記構造では、フラップＰの内側に取り付けられた圧力
検知器６を、チャンバ７に取り付ける形状とするのが好
ましい。このようにすれば、上記検知器が上記ポンプの
本体部分を脆弱化するという弱点を回避することができ
る。しかしながら、このようにするのが技術的に複雑で
困難な場合には、上記検知器を上記チャンバの上記以外
の平坦な部分に取り付けるようにすることもできる。

通常の場合、上記ポンプは次のように作動する。

すなわち、摺動部材９がその停止する位置から吐出チャ
ンバ７の内部（最も深く引き込まれる位置）まで前進し
、このチャンバの内部の流体が、まず、吸い出し路１５
の中に吸い出される。この流体の吸い出しは、吸い出し
逆止弁１１が閉じて上記流体の流路を遮断するまで行わ
れる。

次に、上記流体が吐出チャンバ７の中に圧縮された状態
で送り出される。この流体の送り出しは、吐出路１０の
圧力及びばね１４の力が上記吐出チャンバ１２を押す力
よりも、チャンバ７の圧力が吐出チャンバ１２を押す力
が大きくなるまで、継続される。上記流体が圧縮された
状態で吐出チャンバ７の中に送り出される時に、上記吐
出弁１２が開き、上記流体が上記吐出路に送り出される
。

この吐出路１０に送り出される流体の容積は、摺動部材
９が送り出す容積に等しい。この摺動部材９が送り出す
流体の量は、上記摺動部材９が上記吐出弁１２の開く時
点に於ける上記摺動部材の位置から構成される装置まで
移動する時までの間に、この摺動部材が送り出す流体の
容積である。

上記摺動部材９の停止位置は、この摺動部材が上記チャ
ンバ７の中に最も深く挿入された時点に於ける位置に対
応する。

吐出チャンバ７が摺動部材９が、その停止位置（最も深
く挿入された位置）から引き出され、上記吐出チャンバ
１２を閉じる必要がなく、特に上記ポンプが高速で作動
する状態の下では、上記計算は、多くの場合、ポジティ
ブディスプレースメントボンブのための計算としては、
まだ不十分である。その理由は、この場合、上記吐出チ
ャンバ１２が閉じるまでの間に、ある容積の流体が吐出
チャンバ７の中に戻されるからである。この戻される流
体の容積は減少させる必要があり、そのために、上記ポ
ンプが吐出路１０の中に送り出す容積を減少させる。こ
の容積は、吐出弁１２が閉じる前であり、かつ、上記摺
動部材９が吐出チャンバ７の内部のその停止位置（最も
深゛く挿入された位置）から引き出される時に、この摺
動部材９が送り出す流体の容積に等しい。

第３図はマイクロコンピュータ装置のブロック図である
。符号１５はマイクロコンピュータ装置全体を表す。こ
のマイクロコンピュータ装置は、計時装置、データバス
、及び、記憶装置を有する。

上記記憶装置１６は保護機能付きであり、ある量のデー
タ、特に、上記マイクロコンピュータに接続されたポン
プ４又は５に関する計算値を記憶するためのものである
。この計算値を用いれば、特に、摺動部材９がその停止
位置と上記吐出弁１２の開閉時における位置との間を移
動する時に、この摺動部材９が送り出す流体の容積を計
算することができる。符号１７は上記マルチポイントシ
リアルバスにリンクする部分を表す。さらに、圧力検知
器６，６．・・・はアダプタ１８，１８．・・・を介し
てマイクロコンピュータ１５に接続される。これと同様
に、近接検知器８，８．・・・は、アダプタ１９．１９
．・・・を介して、マイクロコンピュータ１５に接続さ
れる。符号６で表される圧力検知器、符号１８で表され
るアダプタ、及び、符号１９で表されるアダプタの数は
、吐出チャンバ７毎に設けられる圧力検知器６の数と、
吐出チャンバ７毎に設けられるアダプタ１８の数と、ポ
ンプ４又は５毎に設けられる近接検知器８と、ポンプ４
又は５毎に設けられるアダプタ１９の数とを充分に満た
し得る数である。

第４図に、吐出検知器の出力信号の変化を時間軸に対し
てプロットした３本の曲線の形で示す。

この出力信号は吐出弁１２の位置の測定値である。

この曲線の原点は吐出弁１２の初期の停止位置であり、
この曲線が示す値は、上記原点において最も高い。上記
曲線が下降を開始することは、上記吐出弁１２がその停
止位置から遠ざかる方向に向かって移動し始めることを
示している。その次に、流体を上記吐出路１０の中に吐
出する行程が開始される。

摺動部材９が上記吐出チャンバ７から最も長く引き出さ
れた状態になる停止位置まで移動する時に上記原点に来
る時点と、吐出弁１２がその弁座から離れ始める時点と
を知ることが出来れば、上記摺動部材９が上記２つの時
点の間に送り出す流体の容積を計算することができる。

曲線２２は検知器６の出力信号を表す。この検知器６は
吐出チャンバ７の中に配設され、この吐出チャンバ７は
吐出弁１２に対応する。この吐出弁１２の位置は観察可
能である。曲線２３は上記曲線２２に示した流体の吐出
量の時間的変化を表している。本発明の開発段階の研究
において、上記吐出曲線に関する技術的な改良を行った
。本発明は部分的な前提として、上記吐出弁１２の開閉
を検知する圧力検知器６を使用するという仮定をおいて
いる。上記ポンプの内部に於ける吐出弁１２の移動の測
定のためには、可動型検知器を使用するという方法は必
ずしも適当ではない。上記圧力検知器は全く移動せず、
上記ポンプの圧力の値を信号の形で出力する。それだけ
でなく、上記圧力検知器６が出力する上記ポンプの作動
状態に関する情報は、可動型検知器すなわち上記吐出弁
１２の移動をＡ１１定するための可動型検知器から出力
される上記ポンプの作動状態に関する情報より多い。曲
線２３における最も高い点は、吐出弁１２が開く時点に
正確に対応し、この関係は、上記チャンバの内部圧力を
表す信号を用いて吐出弁１２の開く時点を決めるための
マイクロコンピュータ３のソフトウェアとして使用する
ことができる。これと同様に、上記吐出弁１２を閉じる
時点も計算で求めることが可能である。

本発明の上記以外の実施形態においては、上記吐出弁１
２，１２．・・・を開閉する時点を決めるために、他の
手法を使用することができる。この方法を採用する場合
には、吐出チャンバ７の内部の圧力検知器６の出力信号
と、吐出路１０の内部の同型の圧力検知器の出力信号と
を比較し、この信号が等しい時に、吐出弁１２が開く。

上記吐出チャンバの圧力が吐出路１０の圧力より低い時
には吐出弁１２が閉じる。この方法には、上記比較を充
分高い精度で行い得る検知器を使用しなければならない
という難点がある。（これに関連のあるアルゴリズムを
用いれば、上記検知器からの信号の精度が非常に低くて
も、その信号を補正し、リアルタイムで比較することが
可能ではある。しかしながら、このようなアルゴリズム
を用いた場合には、その実施形態に必要なリアルタイム
での比較を行うためには、所要時間があまりにも長くな
ることが判った）。

本発明のある実施形態においては、ポンプによる圧送が
正常である場合、そのポンプの容量で表示された効率の
変化の速度は、そのポンプの作動速度より遅く、また、
マイクロコンピュータ３が行う計算の速度より遅い。こ
の様な場合、圧送時の数サイクルに亘って、上記ポンプ
の容量で表示された効率が変化することはない。従って
、上記効率の計算は適当に選定したサイクル毎に行うだ
けで良く、また、与えられたマイクロコンピュータ３に
接続された幾つかのポンプについて行えば足りる。

また、マイクロコンピュータ３は、各ポンプの容量で表
示された効率を計算することができる。

この計算の結果は記憶装置に保存し、必要に応じて（例
えば、１秒毎に）、そのポンプの作動速度と共に、各ポ
ンプの流量を計算するために使用する。（このようにす
るのは、上記流量表示の効率を計算するのは最後であり
、それまでは、上記流量表示の効率が一定であることを
前提としているからである）。

第５図に、２個の吐出チャンバ７．７の２個の圧力検知
器６，６の出力信号２４．２５の一例を示す。曲線２４
で表される信号を出力する圧力検知器６は吐出チャンバ
７の内部に配設される。この曲線２４を出力している状
態では、この吐出チャンバ７の吐出弁１２は良好な作動
状態にある。

上記他方の圧力検知器６は吐出チャンバ７の内部に配設
されていて、曲線２５で表される信号を出力する。曲線
２５が図に示した形である場合には、上記吐出チャンバ
７が故障した状態にある。この故障の内容は、吐出弁１
２がその弁座にある時に、流体が上記吐出路１０から吐
出チャンバ７に漏洩するというものである。この場合、
吐出路１０の圧力は吸い出し用流路１５の圧力より大き
い。この曲線２５に現われる垂直な線は、各吐出チャン
バの摺動部材９，９．・・・が停止位置にある時点を表
している。本発明は、部分的な前提として、上記曲線２
４が吐出チャンバ７の圧力を表し、この圧力が摺動部材
９の移動前に増加せず、上記吐出チャンバ７の吐出弁１
２が故障した時には、上記摺動部材の停止前に、上記吐
出チャンバ７の圧力が増加するという現象が観察される
ことを仮定している。

これと同じタイプの現象が、取入弁１１，１１゜・・・
の故障、ピストンスリーブの故障、又は、ばね１３．１
４の破損が発生した場合に観察される。

この観察を行うためには、上記マイクロコンピュータ３
のソフトウェアを使用する。このソフトウェアは、上記
弁、スリーブ、及び、ばねの状態を求めるためのソフト
ウェアである。

漏洩検出時（その吐出圧力が充分に高くなった時）の流
体の漏洩量を測定することは可能である。

この測定を行うためには、吐出チャンバ７の圧力の曲線
の増大の状況を分析する。

上記マイクロコンピュータは、作動時に、このマイクロ
コンピュータの記憶装置に保存されているプログラムを
実行する。そのプログラムには多数の作動プログラムが
含まれている（ただし、その精度は、与えられた程度で
ある必要はない）。

この作動プログラムに含まれる内容は、例えば、次のよ
うなものである。すなわち、 上記マイクロコンピュータ１５を立ち上げることと、 圧力検知器６，６．・・・、及び、近接検知器１９゜１
９、・・・から送られたデータを捜索することと、既に
説明したいずれかの方法を用いて上記吐出チャンバ７の
吐出弁１２が開閉する時点を計算することと、 上記ポンプの状態（作動、又は、停止）を検知し、その
場合の作動速度を計算することと、近接検知器８，８．
・・・の出力信号を分析して、各吐出チャンバ７の摺動
部材９，９．・・・が不動の状態になる時点を計算する
ことと、 実際に吐出される流体の容積、及び、各吐出チャンバ７
に再導入される流体の容積を計算することと、 状態点検のための初期計算を行い得るように測定した値
を用いて計算した値と、ポンプの各部の状態の作動を是
正するための値、及び、漏洩がある場合の漏洩量の計算
値とを、比較することと、各ポンプの容積表示の効率を
計算することと、各ポンプの累積流量、及び、累積容量
を計算することと、 データバス経由でデータを伝達することと、局部監視装
置からの要求があった時に、特種計算のテストプログラ
ムの実行、永久保存メモリへの登録、又は、あるパラメ
ータの蓄積を行うことと等である。

マイクロコンピュータ３は、上記以外のことにていても
、極めて多くの計算やプログラムを実行することができ
る。

本発明に基く装置の構造は、異なるタイプのポジティブ
ディスプレースタンドポンプにも充分応用し得る融通性
を有する。

第６図に本発明に基く装置の表示パネルを示す。

このパネルは、本発明を実施する時の過程を最も良く表
示することができる。それは、流体の流れ及び容積を補
足的に正確かつ精密にｎ１定し、容積で表示された効率
を直接読み取り、さらに、作動上の故障を示すことがで
きるからである。発光ダイオード、すなわち、ＬＥＤを
取り付けた「チャンバ」の窓は、故障したチャンバと、
そのチャンバの故障した弁を表示することができ、この
表示によって、故障発生時点、及び、故障中の経過時間
をオンラインで知り、効率を最大にすることができる。

この処置は、現在公知の装置では不可能なことである。

この第６図に於ける表示は次の通りである。すなわち、 第１の表示部は流量、 第２の表示部は容積で表示された効率、第３の表示部は
容積、 第４の表示部はチャンバ、 第５の表示部は第１のモータ、 第６の表示部は距離、 第７の表示部は番号、 第８の表示部は単位、 第９の表示部は１／ＭＩＸ。

第１０の表示部は第２の直径、 第１１の表示部は合計数、　　　　゛ 第１２の表示部はロック、 第１３の表示部は第２のモータ、 第１４の表示部は回転数１１００ＲＰ である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基く装置の接続の例示的説明図、第２
図は一例として示すポジティブディスプレースタンドポ
ンプの圧縮チャンバの断面図、第３図はマイクロコンピ
ュータの作動図、第４図は圧力及び移動検知器によって
得られたポンプの作動曲線と、計算によって得られた作
動曲線の一例、第５図は三重のポンプの可動部分が休止
状態にある時の上記ポンプの２個のチャンバの圧力曲線
を示し、第６図は本発明に基く装置の表示パネルを示す
。 １・・・中央表示装置及び点検装置、２・・・局部監視
部材、３・・・マイクロコンピュータ、４，５・・・ポ
ンプ、６・・・圧力検知器、７・・・吐出チャンバ、８
・・・近接検知器、９・・・摺動部材、１０・・・吐出
路、１１゜１２・・・弁、１３．１４・・・ばね、１５
・・・減圧された流体流路、１６・・・記憶装置、１７
・・・マルチボイドシリアルバス、１８．１９・・・ア
ダプタ、２２・・・検知器６の出力曲線、２３・・・検
知器６の出力の時間的変化を示す曲線、２４．２５・・
・検知器６の出力信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１個以上の排出弁の開閉を検知する装置を有し、上
   記排出弁の開閉の検知は１個以上のピストン型排出チャ
   ンバ及びポンプ圧送形排出路の圧力を監視することによ
   り行い、上記ピストン型排出チャンバ、及びポンプ圧送
   形排出路は１個以上の可動部材の位置を検知するための
   装置に組み合わされ、上記可動部材は移動するピストン
   、又は、これに類似する装置に機械的に連結されること
   を特徴とするポジティブディスプレースタンドポンプ。 ２、上記全ての排出弁の開閉を検知することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のポンプ。 ３、上記排出チャンバの圧力の値と上記ポンプ圧送形排
   出路の圧力の値とを比較することにより、上記排出弁の
   開閉を検知することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項に記載されたポンプ。 ４、上記吐出チャンバの圧力を監視することにより、上
   記吐出弁の開閉を検知することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項又は第２項に記載されたポンプ。 ５、上記検知装置は基準を有し、上記基準は上記ピスト
   ンに設けられ、上記基準の通過の検知は、鋼製の環状部
   材、表示を検知する装置、光学的基準、光学的検知器、
   磁気的検知器、又は、ホール効果利用の検知器、その他
   、適当な検知器を用いて行うことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項ないし第４項のいずれかの項に記載された
   ポンプ。 ６、１個のピストンのチャンバの圧力を測定する検知器
   を有し、上記検知器は上記チャンバのフラップの内部に
   取り付けられることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第５項のいずれかの項に記載されたポンプ。 ７、１個以上の排出弁の開閉を検知する装置を有し、上
   記排出弁の開閉は１個以上のピストン型排出チャンバの
   圧力、及び、ポンプ圧送形排出路の圧力の監視によって
   検知され、上記排出チャンバ、及び、排出路は位置検知
   用装置に組み合わされ、上記位置検知用装置は１個以上
   の可動部材を有し、上記可動部材はピストンに機械的に
   連結され、上記ピストンが移動する時に上記ピストンと
   共に移動することを特徴とする装置。 ８、上記全ての排出弁の開閉が検知されることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項に記載された装置。 ９、上記排出チャンバの圧力と上記ポンプ圧送形排出路
   の圧力とを比較することにより、上記排出弁の開閉を検
   知することを特徴とする特許請求の範囲第７項又は第８
   項に記載された装置。 １０、上記排出チャンバの圧力の監視によって、上記排
   出弁の開閉が検知されることを特徴とする特許請求の範
   囲第７項又は第８項に記載された装置。