专利名称：流量计及其校准方法
技术领域：
本发明涉及用来测量连续流过流道的粒料的流率的流量计，还涉及用来校准这种流量计的方法。
“粒料”在此是指基本上可连续流动的颗粒或粉粒，它的例子不仅有麦粒与米粒以及例如麦粉或面粉的粉粒，还有其特性(比如比重)依外部条件例如环境条件与生产条件而变化的颗粒，以及平均粒度不同的颗粒，而且这种颗粒或粉粒的尺寸不受限制。
在加工稻米与小麦之类谷物的设备中，有关粒料的加工数量是以流率来测度的。这里，“粒料的流率”是指单位时间内流过的这类粒料的重量。为了连续地测量连续流动的这类粒料的流率，采用了冲击荷载探测型或冲击型流量计，其中用冲击接收探测板(冲击接收板状件)来接收粒料，测量此种粒料在此板上的冲击荷载，然后将此冲击荷载换算为流率。
但在这种冲击型流量计中，粒料作用于冲击接收探测板上的向下流动冲击随粒料的性质或特征，例如随粒料的毛体积比重、水分与温度而变化。当有关流率只是对相同条件下同一种原料粒进行测量时，上述变化不会引起实质上的问题。但事实上，原料的环境很少是整齐有序的，并且在绝大多数情况下必须测量各种各样粒料的流率。此外，即使是同一种粒粒，取决于粒料受到过的各种条件的影响，它们的水份常常会变化。于是，在用来加工各粒料的加工设备或加工机构中，常需用很多的时间来校准流量计或校正流量计中流率的示度，在流量计中，“校正流率”与“流率校正”是指“校正流率的示度”与“流率示度的校正”，也即是“校准流量计”与“流量计的校准”。
在校正冲击型流量计流率(的示度)时，通常是在一段预定时间内从(待测量的)粒料流中提取或抽样一定量的粒料，根据这段预定时间内提取的粒料重量来计算实际的流率，然后依此实际的流率值来校正流率或进行校准。绝大多数这类校正或校准作业是由手工进行。要是试图对安装在一加工设备中许多流量计的每一个都来精确地校正流率或进行校准，这样的校正或校准作业常需用很长时间(例如一至二日)。如果想把此种校正或校准作业所需的劳动减至最少，当加工中的原料粒与前一批的类似时，就省略对流率的校正或即省略校准，结果降低了流量计所测流率值的精度。
已知存在有这样类型的流量计，包括以倾斜方式设于粒料流道中的荷载接收板状件(在这部分涉及对有关技术描述中用到的“粒料”一词，不限于指其性质或特性易随环境条件而变化或是其比重等易随环境条件而改变的物料，而是泛指任何中等粒度或小粒度的粒料物质和粉料)，用来接收对应于粒料流过流道的粒料流率的动荷载；用来探测上述荷载接收板状件接收的荷载大小的荷载探测器；以及运算/控制单元，该单元具有动荷载型流率计算装置，用来根据粒料流过流道时从荷载探测器获得的测量值计算“动荷载型流率”(定义见后)。这类流量计例如公开于日本专利(公开)公报No.1-105120(A)(要求1987年5月13日提出的美国专利申请No.07/049666的普通优先权)；日本专利(公开)公报No.63-195524(A)；美国专利No.5065632；日本专利(公开)公报No.8-14962(A)与57-189013(A)，以及WO-A-93-22633。
在上述这些现有技术的参考文献中，日本专利(公开)公报No.1-105120(A)、美国专利No.5065632与日本专利(公开)公报No.8-14962(A)公开了一种有代表性的冲击探测型流量计，其中的荷载接收板状件接收经一段显著距离下落的粒料的向下流动冲击。
另一方面，在所述参考文献中，日本专利(公开)公报No.63-195524(A)和相应于WO-A-93-22633的日本专利(公开)说明书No.6-511558(A)公开了这样一种结构，其中的荷载接收板状件接收从上游侧斜面上经较小一段距离下落的粒料的较小的向下流动冲击，而且此荷载接收板状件支承着粒料使其能在此板状件上表面上往下流动，而板状件接收的总荷载(以后称为“动荷载”)为上述两种荷载的和(亦即向下流动冲击的荷载和在此板状件上表面上向下流动的粒料的荷载)。
在本说明书中，“动荷载”指包括流动的粒料作用于荷载探测器的荷载的总荷载，同时它可以把流动的粒料的重量产生的静荷载包括进去作为它的一部分，但其前提是沉积或聚集于板状件上不流动的粒料的静荷载不包括在此动荷载之中。
相应于美国专利申请No.07/049666的日本专利(公开)公报No.1-105120公开了一种冲击型流量计，其中将向下流动冲击作为动荷载探测，同时调整或校正其输出量程(output span)。
具体地说，此日本专利(公开)公报No.1-105120公开的是
图15所示的冲击型流量计120。冲击型流量计120包括筒形套123，它有一个在其下端的下游端口121以及一个插入粒料流入管122的侧口；冲击接收板124，用来接收流经注入管122的粒料的向下流动冲击；以及应变仪装置(用作荷载探测器)125，它的上端以吊挂形式安装于套123的内周面上，它的下端则以吊挂方式支承冲击接收板124。应变仪装置125探测作为冲击荷载被荷载接收板124所接收的向下流动冲击的水平分力。冲击型流量计120必要时还包括有校准砣127，它经缆绳126与冲击型接收板的外表面连接。此校准砣127用来调节构成上述荷载探测器的放大器的量程问题。
但在以上情形下，为了确定通过变换冲击接收板124探测出的荷载所求得的实际流率值是否正确，就必须“使流动的粒料以已知的流率通过流量计来检验所进行的校准”。
考虑到上述种种问题，本发明的目的之一在于提供这样的流量计，其中的流率(示度)易于校正或校准；并提供这样的方法，用来校准流量计或校正流量计测得的流率(的示度)。
本发明的另一目的在于提供这样的流量计，其中只需较少的时间与劳力来校准流量计或校正相应的流率；并提供这样的方法，用来校准流量计或校正流量计测得的流率(的示度)。
本发明的又一目的在于提供这样的流量计，它能根据原料粒的变化来精确地测量流率；并提供这样的方法，用来校准流量计或校正此流量计测得的流率(的示度)。
本发明的再一目的在于提供这样的流量计，其中在每次开始测量具有不同性质或特性的粒料流率之前，对此流量计或由其测得的流率(的示度)作实质性的或自动的校准或校正；并提供这样的方法，用来校准流量计或校正流量计测得的流率(的示度)。
为了实现至少是部分上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种流量计，此流量计包括形成粒料流道的管件；开/关阀件，它与上述管件连接，以能开/关管件的下游端口，此开/管阀件当处于其打开位置以敞开管件的下游端口时，适用于接收相应于流过流道的粒料流率的动荷载；以及用来探测作用于此开/关阀件荷载的荷载探测器；其中，上述流量计还包括有运算/控制单元，而此运算/控制单元包括动荷载型流率计算装置，用来在上述开/关阀件允许粒料流动而使粒料流过流道时，根据荷载探测器的测量值来求出或计算出粒料的动荷载型流率；实际流率计算装置，用来根据荷载探测器的测量值和预定时间间隔值来计算粒料的实际流率，该测量值为开/关阀件中断或截止后上述预定时间间隔内沉积或聚集于所述管件内的粒料的静荷载；以及用来求得或得出或计算出一校正系数，用于将动荷载型流率值校正成实际流率值的装置。
为了实现至少是部分上述目的，根据本发明的第二方面，提出了一种流量计，此流量计包括以倾置方式设于粒料流道内的荷载接收板状件，它适用于接收相应于流过上述流道的粒料流率的动荷载；用来探测作用于上述荷载接收板状件上荷载大小的荷载探测器；以及可在截阻位置与敞开位置之间运动的阻挡或止动或截阻件，此截阻件在截阻位置时，于荷载接收板状件的下游位置处阻止粒料的流动，而在上述敞开位置处则允许粒料流动；其中上述流量计还包括有运算/控制单元，而此运算/控制单元则具有动荷载型流率计算装置，用来在上述截阻件允许粒料流动而使粒料流过流道时，根据荷载探测器的测量值来求出或计算出粒料的动荷载型流率；实际流率计算装置，用来根据荷载探测器的测量值和一预定时间间隔值来计算粒料的实际流率，该测量值为在所述/截阻件调节至前述截阻位置后的上述预定时间间隔内沉积或聚集于荷载接收板状件上的粒料的静荷载；以及用来求出或计算出一校正系数，用于将动荷载型流率值校正成实际流率的的装置。
在上述两种流量计的任一种之中，所述荷载探测器最好有一个用来探测粒料动载荷的量程和一个用来探测粒料静荷载或重量的量程。
有宜的是，在包括有一批上述两种流量计或其中之一的流量计系统中，这批流量计中每一个的运算/控制单元具有用来求出或获得动荷载型流率的正常工作方式和用来求出或获得校正系数的校正或校准方式，这些运算/控制单元连接到以集中方式控制它们的集中控制装置中，而当流过这批流量计中至少一个的流道中的粒料的原料改变成不同的一种(例如整个这批粒料都改变)时，此集中控制装置则给前述至少一个流量计馈送或提供控制信号，使得相关的运算/控制单元从正常工作方式变换为校正方式。
为了实现至少部分上述目的，根据本发明的第三个方面，提供了一种校准流量计的方法，此方法包括下述步骤由荷载探测器根据流过流道的粒料的向下流动冲击来测量动荷载的大�。⒃诖肆Ａ系牧鞫刈韬蟮囊欢卧ざㄊ奔淠诓饬苛Ａ显诮刈栉恢么Τ粱蚓奂牧Ａ献芰克杂Φ木埠稍氐拇笮。�
根据第一计算公式由测得的动荷载测量值求出或计算出对应于此动荷载测量值的粒料的动荷载型流率值，并根据第二计算公式由前述预定时间内的静荷载测量值求出或计算出粒料的实际流率值；依据粒料的差别，求出或得出用来使动态荷载型流率值与实际流率值相一致的校正系数；以及由上述校正系数校正第一计算公式，并根据此校正的第一计算公式由测量出的动荷载值求出或计算出校正的动荷载型流率值。
上述流量计的校准方法最好包括下述步骤在管件内形成流道；将用来开/关此管件下游端口的开/关阀件与此管件连接；由荷载探测器探测在开/关阀件处于打开状态下由流经流道的粒料施加于此开/关阀件的向下流动冲击所表示的动荷载，此荷载探测器同连到上述开/关件上的管件相接；以及由荷载探测器在开/关阀件调节到其关闭或截止位置时探测在所述预定时间内由沉积于此管件内粒料总量所对应的荷载表示的静荷载。
可选择地，上述流量计校正方法包括下述步骤在所述流道内以倾置或斜向方式设置荷载接收板状件；在此荷载接收板状件的下游部设置截阻或阻挡件，此截阻件可在截阻位置与敞开位置之间运动，在截阻位置此截阻件于荷载接收板状件的下游位置处阻止粒料的流动，在敞开位置此截阻件则允许粒料流动；由所述荷载探测器测量表示在前述截阻件调节到截阻位置后的所述预定时间内沉积于荷载接收板状件上粒料重量的静荷载；以及将所述截阻件调节至敞开位置，并由荷载探测器测量在粒料流过流道的时间内的动荷载。
由于在本发明的流量计的校准方法中，用荷载探测器根据流过流道粒料的向下流动冲击测量了动荷载的大�。辈饬苛嗽谝辉ざㄊ奔淠谝蚜鞴辉ざㄎ恢玫牧Ａ献芰克杂Φ木埠稍氐拇笮。褂捎诙杂τ诙稍夭饬恐档牧Ａ隙稍匦土髀手凳怯玫谝患扑愎礁荽硕稍氐牟饬恐导扑愠龅模币不褂捎诹Ａ系氖导柿髀手凳怯傻诙扑愎礁菟鲈ざㄊ奔淠诰埠稍氐牟饬恐导扑愠龅模佣杂谑导柿鞫牧Ａ侠此担饶芨菹蛳铝鞫寤鞯亩睾傻牟饬恐等〉枚稍匦土髀手担帜苋〉檬导实牧髀手担庋ü苟稍匦土髀手涤氪耸导实牧髀手迪啾冉希鸵着斜鸫硕稍匦土髀手凳欠窬�。
在本发明的流量计校准方法中，由于计算出了用来根据粒料的差使动荷载型流率值与实际流率值相一致的校正系数，并用此校正系数校正了第一计算公式，同时是根据此校正了的第一公式由测量出的动荷载值计算出校正了的动荷载型流率值，于是就能取得后述的种种有益结果当此动荷载型流率值偏离实际的流率值时，便可校正第一计算公式，给出与实际流率相一致的动荷载型流率示度值，这样，就易于进行流量计的校准。于是，例如当流率待测的这批粒料改变，使得当具有不同性质的新粒料开始流过流道时，能在短时间内自动地校正流量计的流率或校准流量计。结果，基本上可以不需进行校正作业，而在此之前，这种校正作业通常是由操作人员对每一流量计用手工进行的。
自然，不需经常地测量或探测实际的流率，而这只当校正流率或校准流量计成为必需时才作这种测量或探测。例如，这需要在一天进行两次，或是当粒料的原料改变，即流动着不同来源的粒料时需要作这种测量。于是，即使在测量实际流率时因用于校正目的的批过程致使粒料流过流道的进程中断，这一中断的时间也是很短的并仅仅属暂时性的，因而将不会显著影响整个过程。
由于本发明的第一种流量计包括了构成粒料流道的管件；与管件相连以开/关管件下游端口的开/关阀件，此开/关阀件可以在其处在打开管件下游端口的敞开位置时接收对应于粒料流率的动荷载；以及用来探测作用于此管件上总荷载的荷载探测器，可只用一个荷载探测器于具有设在管件中的开/关阀件的同一流量计结构中，探测动荷载以及(由开/关阀件中断粒料流动后一段预定时间内沉积于管件内的粒料的)静荷载或重量。于是，这种流量计虽然具有能校正流率值的校准功能，但结构或构造则很简单。
在本发明的流量计中，以开/关阀件允许粒料流动而使之流过流道时测得的荷载探测器的值为基础再由动荷载型流率计算装置计算出动荷载型流率值，使此动荷载型流率值与实际流率值相一致，而此实际流率值则是通过实际流率计算装置根据荷载探测器的表示出静荷载或重量的测重值以及一预定时间值求得的。也就是说，要是在这两种流率值之间有任何差别，就可由上述校准装置求得校正系数，用来校准动荷载型流率值，使之能消除这种差别，并把这样求得的校正系数用于校正动荷载型流率的计算。
在此，要是能事先确定出动荷载型流率计算装置的计算公式中待校准的项或系数，就易于实现这种校准。这样，当测量出实际流率或对应于此实际流率的静荷载或重量时，可以很快进行此校正过程。这项校正作业可以不用任何实质上的手工劳动或手动操作而由运算/控制单元进行，因而可以在很短时间内完成。
可以容易认识到，在本发明的第二型流量计中，有关流量计的校准或流率的校正可以类似于上面相对于第一型流量计所述的方式来进行。
在本发明的流量计中，所述荷载探测器最好具有用来探测粒料动荷载的量程和用来探测粒料静荷载的量程。于是，依据荷载的大小，就总能在全量程范围内完成测量，因而也就可以实现精确的测量。
例如，在第一型流量计中，已由实验证实动荷载(主要包括冲击荷载)与间歇式荷载(batch 1oad)之比约为1∶100，因而考虑到用作荷载探测器的荷载传感器等的分辨率，将荷载探测器的示度值的全量值设定为约1∶100时便足以满足要求。例如当流率为5吨/小时(1吨＝1000kg)，动荷载约为150g，而于10秒钟内所沉积或聚集的作为粒料的米粒的静荷载或重量(以后称作“10秒间歇式荷载”)约为14kg。因此，通过变换量程，就可以相同的精度(就有效数字而言)按1∶100的比例探测不同的荷载。显然可知，通过采用具有全量程的例如荷载传感器之类的荷载探测器，就可以实现精确的测量。事实上，本例中的动荷载是以全量程为200g的荷载量程测量的，而间歇式荷载是以全量程为20kg的荷载量程测量的。
在本发明的第二型流量计中，冲击荷载的数值较小。但此时当需要考虑另外的静荷载时，则量程的比率例如可约为1∶100。
若流量计系统包括有一批本发明的流量计时，则这批流量计中每一个的运算/控制单元最好具有用来求得或求出动荷载型流率的正常工作方式和用来求得或求出校正系数的校正方式，同时这些运算/控制单元连接到以集中方式控制它们的集中控制装置，而当流过这批流量计至少一个中的流道的粒料改变为不同的一种时，此中央集中控制装置则给此至少一个流量计供给控制信号，以使相关的运算/控制单元从正常工作方式变换为校正方式。这样就不需在每次将所流动的粒料变换为不同的一种时，由手工操作相应的流量计来进行校正作业。此外，由于易在短时间内进行校正，就可在至少是每次将所流动的粒料变换为不同的一种时来进行这种校正，因而总能由此系统中的所有流量计进行正确的测量。即使是在所流动的粒料并未变换到不同的一种时，考虑到环境状态或其它条件的变化，也可定期地进行流量计的流率(示度)校正或流量计校准。
本发明上述的和其它的目的、特点与优点，可从下面参照附图对本发明最佳实施例所作的说明中获得更清楚的理解。
图1是依照本发明一最佳实施例的流量计在测量荷载型流率时的局部剖开的前视图；图2是图1所示流量计在测量实际流率状态下，一部分局部剖开的前视图；图3是图1所示流量计的流率测量与校正控制系统的框图；图4是具有一批图1所示流量计的流率测量系统的框图；图5是表明了图1所示流量计中动荷载型流率值与实际流率值之间关系的线图6是表明图1所示流量计中动荷载与静荷载随时间的变化的时间图；图7是表明通过图1所示流量计测量动荷载来测出流率时的处理程序以及校正此流率的处理程序的流程图；图8是依据本发明第二最佳实施例的流量计的侧视图；图9是图8所示流量计沿图8方向IX观察时的前视图；图10示明图8中流量计的一种变化形式，表明了粒料流过流量计中的状态；图11概示了粒料在图10所示流量计中中断流动时的状态；图12是表明图10所示流量计的粒料供给部的细详结构的局部剖开的平面图；图13是表明图10所示流量计的粒料供给部的详细结构的垂直剖面图；图14是控制图10所示流量计中流率的控制系统的框图；和图15是常规流量计例子的说明图。
现在参考图1至7说明依据本发明第一最佳实施例的流量计。
在图1所示流量计30的主要部分中，具有所需长度的垂直延伸的管件3由流量计30的固定框架21通过用作荷载探测器的荷载传感器4与5支承在构成粒料G用流道1的固定导管2的下端或下游端之下。在管件3的上端或上游端形成有漏斗状接收部3a。
取用作开/关的截流阀形式的可动阀装置10设在管件3的下游端或排放侧端6处，用来开/关管件3下游端处的下游端口7。可动阀装置10包括能在关闭位置B(见图2)与敞开位置A(见图1)之间沿方向D与E绕枢轴11旋转的开/关阀件9，该开/关阀件9在关闭位置B关闭下游端口7而截断流道1，在敞开位置A则打开下游端口7使流道1畅通。在开/关阀件9保持于关闭位置B时，粒料G便连续地沉积或聚集于管件3内的开/关阀件9上。另一方面，当开/关阀件9保持于敞开位置A时则取倾斜形式，也即如图1所示大致沿斜向插过流道1，因此当开/关阀件9处于敞开位置A时，粒料G的向下流动冲击荷载便连续或不断作用到开/关阀件9上。就开/关阀件9能够定位于敞开位置A与关闭位置B而论，此阀件9在这两个位置A与B之间的运动方式以及支承阀件9的方式是可以不同的。此外，只要处在其敞开位置A处的开/关阀件9所接收的向下流动冲击荷载能够由用作荷载探测器的荷载传感器4与5探测到，管件3也可取斜置形式而不是沿垂向延伸，而且也可使其下端部弯曲而不取平直形式。在荷载探测器(荷载传器4与5)能够探测出沿垂向作用于管件3上的总荷载的前提下，它们可以根据任何合适的探测原理和取任何合适的结构。只要能对用来探测其上荷载的有关部件作出合适的布置，就能用单个荷载传感器来取代多个荷载传感器。
开/关阀件9可以由例如气压缸之类驱动装置12驱动，在敞开位置A与关闭位置B之间沿方向D与E运动或移动。用止动件或隔件13将阀件9支承于其敞开位置A，当阀件9通过所需的角度F打开至敞开位置A时，此止动件或隔件13便支承阀件9使其能保持于敞开位置A，反抗粒料G的向下流动冲击荷载。此止动件或隔件13可配备上缓冲或吸振材料。
电磁阀14控制由压缩或加压空气驱动的气压缸12。电磁阀14构成了可动阀装置10的一部分，它与驱动控制装置16连接，此控制装置16响应微处理机之类运算/控制单元15的输出信号，输送出控制驱动气压缸12的信号，如图3所示。用作荷载探测器的荷载传感器4和5与运算/控制单元15连接。当荷载探测器是用来输出模拟信号的这类荷载传感器时，作为荷载探测器的荷载传感器4与5便通过A/D变换器17连接微处理机之类的运算/控制单元15。各个荷载传感器的输出量程可以通过所谓的“量程调节”作出适当的调节。运算/控制单元15上连接着存储器或存储装置18。该存储装置18中存储着程序，包括将荷载探测器(荷载传感器4与5)的输出信号所表示的荷载大小变换为流率数值所需的计算公式，以及这些计算公式所需的常量，还有校正公式与校正值等。荷载探测器4与5所探测出的数据以及运算/控制单元15的计算结果也以时间序列方式存储于存储装置18中。存储装置18包括RAM与ROM。标号19指显示装置，能够显示由计算度(calculationdegree)表示的计算结果。
依据本发明第一最佳实施例的流量计30的基本结构即如上述。
在实际工作现场(加工设备)，当对于例如米粒与麦粒之类粒料进行连续测量时，在一个系统中设置一批流量计。构成此第一实施例一种变化形式的这种系统的例子示于图4。在图4的系统31中，例如有四个运算/控制单元15a至15d连接到微型或小型计算机一类的集中或中央控制装置20。流量计30a至30d的数据已给与中央控制装置20，设在各流量计30a至30d上游处的开/关阀件(未于图4中示明，但其功能基本上与以后在图10至14的实施例中所述的流率控制门机构中的相同)的敞开程度由中央控制装置20调节，由此来控制系统20中的所有流率。
到达加工设备时的各种原料粒(即待处理或加工的粒料G)的数据存储于中央控制装置20中，同时，流过相应的一个流量计中的是哪一种原料粒料G的信息也由中央控制装置20存储，而这种信息则用在加工各种原料粒G的过程中。
当中央控制装置20给流量计30a至30d的任何一个的运算/控制单元15a至15d输送表明原料粒G已变换为新的一种的信号时，相应的流量计30的运算/控制单元15便能证实新的粒料G已流入其中，这时便对本发明的流量计校正其流率或对其进行校准。或者，中央控制装置20可将流率校正或校准作业开始的指令信号输送给有关的运算/控制单元15，使其能依照本发明来校正流率或进行校准。在后述这种情形中，不论流过流道1的粒料G的种类是否改变，都是依预定时刻(例如按预定时间间隔)来校正流量计中的流率或校准流量计本身。
下面说明为对图1至3中所示流量计30的流率进行校正或校准流量计本身所必需的荷载换算作业，以及动荷载型流率与实际流率的计算原理。
当可动阀装置10的开/关阀件9处于它如图1所示的敞开位置A时，下落(或向下流动)的粒料G的向下流动冲击荷载便作用于开/关阀件9上。这一向下流动冲击荷载以作用于荷载传感器4与5上的荷载和的形式为荷载传感器4与5探测出，然后根据预定的计算公式将此向下流动冲击荷亦即动荷载换算为流率。
图1所示的方式或条件或状态是正常工作的方式或条件或状态(亦即是使用的正常方式或条件或状态)，其中在粒料G流过或通过流量计30时来测量粒料G的流率，而这一条件则是粒料流动/流率测量的方式。依据与粒料G的流率相对应的向下流动冲击荷载而从荷载传感器4与5输出的模拟信号为A/D变换器17(图3)变换，作为用作动荷载信号的冲击荷载信号EA提供给运算/控制单元15(图3)，并在其中借助下面的计算公式1，根据冲击荷载(动荷载)变换为流率值QAQA＝EA*a……计算公式1上式中的a表示用来将冲击荷载(动荷载)变换为流率的变换系数。
图6中，横轴表示时间t，纵轴表示作用于荷载传感器4与5上的动荷载W，由“RA”标明的区域是动荷载基本由冲击荷载组成的区域，而“ RB”所表示的区域是动荷载由静荷载或重量组成的区域。当粒料G的流率基本上恒定时，来自荷载传感器4与5的动荷载信号W几乎不随时间变化。因此，例如当流量计的输出调节成使事先将预定的偏压加到荷载传感器4与5的输出W上，使荷载传感器4与5的输出W(＝EA)在开/关阀件9处于敞开位置A并且在没有粒料G流动(即在这样的条件下，其中只有管件3恒定作用的静荷载或重量，开/关阀件9以及气压缸12等作用在荷载传感器4与5之上)时变为零，则输出W与冲击荷载EA一致，而只需用变换系数a去乘冲击荷载信号EA(对应于表示冲击荷载(动荷载)的输出W)，就可获得流率值QA。
当可动阀装置10的开/关阀件9调节到图2所示的关闭位置B时，下落(或向下流动)的粒料G便沉积或聚集于管件3的开/关阀件9上。对这样沉积的粒料G的总重依所需的时间间隔取样并进行探测，求出或计算出每单位时间的重量变化以求出实际流率。也就是说，图2所示的条件或状态指的是这样一种条件或状态，其中的粒料G的流动临时性地在流量计30内截止或中断而得以校正流率或校准流量计，同时保持粒料G的流率在流量计30的上游侧不变。这样，上述方式或条件或状态乃是一种流率校正的方式或条件或状态或是流量计的校正方式。如同在正常工作方式的情形，来自荷载传感器4与5的模拟信号为A/D变换器17(图3)变换为表示沉积的粒料G总重的静荷载或重量信号EB，此信号输送给运算/控制单元15(图3)，在该单元中根据下述计算公式2将信号EB变换为重量YY＝EB*b……计算公式2式中b表示将荷载传感器4与5在静荷载或重量测量范围内的输出变换为实际重量的换算系数。
利用下述计算公式3，可据在相继取样时间X1与X2分别测得的重量值Y1与Y2，求得实际的流率QBQB＝(Y2-Y1)/(X2-X1) ……计算公式3在图6中区域RB所表明的这段时间内，重量W(标度由Y表示)随着下落的粒料G的沉积量的增加而增加。于是，根据重量Y1在时间X1的信息以及重量Y2在时间X2的信息，就可由计算公式3求得实际的流率。
在详述校正流量计30的流率或校准流量计之前，先来简要说明这种校正或校准操作的原理。
由于测量的是同一种粒料G通过同一流道1的流率，因而冲击荷载流率值(动荷载型流率值)QA应基本上或原本上与根据静荷载或重量获得的实际流率值QB一致。此实际流率值Q是根据重量流率或质量流率的定义测定的，因而可以认为只要是各有关的仪表本身已进行了合适的校准，此实际的流率值QB则是与待测材料无关的精确值。另一方面，动荷载型流率值QA会随待测材料的种种因素例如毛体积比重与弹性等 变化，但是只要是限于同一种待测材料，动荷载型流率值QA总是随实际流率的增加而增加。也就是说，此动荷载型流率值QA是和实际流率QB正相关，而在实际上还是正比于实际流率QB的，如图5所示。因此可以确立由下述方程或计算公式4所表明的关系QA＝K*QB……计算公式4式中K为校正系数可以从根据计算公式1与4导出的下面的计算公式5，求出校正或校准后的动荷载型或冲击荷载型流率值QAcQAc＝QA*cQAc＝EA*a*K ……计算公式5式中K表示流率校正系数，a表示变换系数，而EA表示冲击荷载信号，这些都如以前所述。
于是，当有需要根据计算和程序提供可连续地执行的校正处理循环时，可用“a*K”置换a。
现在参考图6与7详述流量计30的流率校正或流量计校准作业。
通常，流量计30是以连续探测作为动荷载的冲击荷载的方式工作的。因此，如步骤S1所示，不断地输入冲击荷载信号EA，然后如步骤S2所示，由计算公式1不断地计算或求出动荷载型流率QA。
在步骤S3，由流量计30的计算/控制单元1 5检查原粒料G是否改变以及是否有应进行校正计算的指令，而只要上述事件或情况没有发生，此程序或这项处理便返回步骤1，也即重复步骤1与步骤2。当如前面对照图4所述有一批流量计30a、30b、…连接到中央控制装置20上时，表明上述事件或情况存在的信息便可由中央控制装置20给与流量计30a至30d中的一个或几个。要是发出表示原料粒G变化的信号或流率校正计算开始的指令信号，此程序则进至下一个步骤S4的流率校正或流量计校准的处理子程序。
当此程序过程进到校正处理子程序时，则不进行动荷载或冲击荷载的探测，于是在此程序离开校正处理子程序之前的一段时间(对应于图6中的T3)，即正在进行校正处理之时，应用在此程序刚刚进入校正处理子程序之前获得的冲击荷载信号EA，这样，即使当这批流量计受到中央控制装置20的监控，此中央控制装置20还能继续控制此系统中的所有流率。
当流量计30构造成使得冲击荷载对间歇式荷载的比如上所述基本上是1∶100时，例如在冲击荷载约150g，即150g力时，当流率为5吨/小时，则10秒的间歇式荷载为14kg。要是想用一个放大器来处理如此大范围的信号时，就有可能降低冲击荷载的测量精度。于是在步骤S5，就把量程从冲击荷载的g单位变换为间歇式荷载的kg单位。也就是测量范围从区域RA的量程(图6)变换为区域RB的量程。
在步骤S6，可动阀门装置10的开/关阀件9从敞开位置A变换到关闭位置B，在进行这一变换的同时，将时间T设为零，再测量将开/关阀件9调节到关闭位置B后的这段时间T。
当开/关阀件9调节到关闭位置B时，下落的粒料G的总荷载作用于开/关阀件9，开始时由于波动等影响，荷载探测器4与5的输出是不稳定的。在步骤S7的例子中，估算为消除振动之类干扰所需的稳定时间T1为3秒。
在步骤S8，以时间X1的始点为基准进行重量测量，再经过时间T1而在时刻X1荷载传感器4与5输出EB后，求得了这样一个时刻X1以及在此时刻X1的重值Y1。
随着时间T的消逝，沉积或聚集于管件3内开/关阀件9上的(流过流道1的)粒料G量也增多，也就加大了作用于荷载传感器4与5上的荷载。如果流率恒定，就可通过测量沉积或聚集的粒料珠重量来求得此流率。在步骤S9，鉴别消逝的时间是否为8秒。
在步骤S10，求出在时间T经过8秒后的时刻X2(若在步骤S8中将X1设定为0，X2＝8)，以及由荷载传感器4与5在此时刻X2的输出EB2导出的重量值Y2。
在步骤S11，从计算公式3导出或计算出实际流率QB。当有需要时，可以不去调整导出实际流率QB时用于荷载传感器4与5的输出EB1、EB2的零点或基准点，这是因为从计算公式3可以看出，仅仅是其间的差值才起作用。
在步骤S12，从计算公式5的一种形式中导出或计算出流率校正系数K，并在校正或校准后再用这一流率校正系数K从计算公式5的另一种形式中导出或算出动荷载型流率QAc。
若直到进行下一个流率校正作业之前进行同一流率校正，则在步骤S13所示的程序过程作业中用a*K置换变换系数a。
当完成流率校正计算后，可动阀装置10的开/关阀件9便返回到步骤S14所示的敞开位置A。结果，已沉积或聚集于管件3内开/关阀件9上的粒料G便落下，便得流量计30返回到开/关阀件9接收正常冲击荷载的状态。这时，由于荷载的突变，荷载传感器4与5的输出在最初时变得不稳定，于是，尽管在图7的流程中并未示明，但最好保持图6所示的一段稳定化时间T2。
在荷载传感器4与5的输出已稳定后，荷载的探测范围便从对应于kg单位量程的测量区RB返回到对应于g单位量程的测量区RA，同时操作控制则返回到探测冲击荷载(动荷载)的正常方式或例行程序(即返回到步骤S1)。
在上述的运算/控制15(例如微处理机)中，此程序的处理步骤S2相当于流量计30的动荷载流率计算装置的功能，而此程序的处理步骤S5至S11合在一起便相当于流量计30的实际流率计算装置的功能，同时此程序的处理步骤S12则相当于计算流量计30的校正计算的装置的功能。这是对物理量所作的定量计算，因而只要可以导出在数字或是在代数意义上的等价量，它们的具体计算程序则可按需要改变。
在具有上述结构的流量计30与包括一批这样的流量计30的系统31中，在对冲击荷载探测型流量计，即对正常方式中的流量计30中的动荷载型流率值QA进行校正，使它等于根据测量出的重量确定的实际流率QB时，可以不需任何手工劳动或操作而能自动地进行。此外，当由于原料粒G改变而需要校正流率的示度或校正流量计时，可以显著地改进这种校正或校准。因此，与常规的冲击荷载探测型流量计相比，可以时刻作出更精确地流量测量。此外，在流量计30中，具有开/关阀件9的可动阀装置10、由荷载传感器4和5组成的荷载探测器、以及运算/控制单元15，它们结合到一起时类似于将冲击荷载探测型流量计与实际流量计一起形成在同一管件3中， 因而这种流量计的结构较为简单。
此外，对于作为荷载探测器的荷载传感器4与5的量程提供了两个量程，即用于探测静荷载或重量的较大量程和用于探测冲击荷载的较小量程，因而常能在荷载传感器4与5的基本上是它们的全量程上进行荷载的测定，从而可求得精确的荷载输出。
再有，安装于加工或处理设备中的一批流量计30a、30b…的各个运算/控制单元15a、15b…是与中央控制装置20连接，同时各个流量计的流率是响应中央控制装置20的信号而自动校正的。因此，可以依随原粒料G或预定条件(例如预定的时间间隔)的变化，将校正作业开始的指令信号等输送给流量计30a、30b、…中相应的一个，而不需由手工劳动或操作来逐个地控制流量计30a、30b、…，从而能随时地更精确地通过探测动荷载来连续地探测流率。
下面参看图8与9说明依据本发明第二最佳实施例的流量计。
在图8与9中，流量计60包括粒料供给部41、粒料流率探测部42、粒料流率计算与校正控制部43以及粒料排出部44。粒料G的流道45形成于流量计60中，从供给部41通过探测部42下处至排出部44。
在粒料供给部41中设有用来导引从粒斗等(未示出)所供给的粒料G的第一倾斜流道部46以及形成于供给部41中的第二倾斜流道部48。第二倾斜流道48沿着基本上垂直于第一倾斜流道部46的方向延伸，通过一个渐曲的流道部47与第一倾斜流道部46相连。在流量计框架59上以固定方式安装倾斜导板或下流板49，以形成第二倾斜流道部48。
流率探测部42包括荷载接收板状件50，它以倾斜方式设于粒料G的流道45中来接收相应于通过流道45的粒料G的流率的动荷载；荷载传感器51，用作探测荷载接收板状件50所接收或被施加的荷载大小的荷载探测器；以及可在截阻位置H与敞开位置J间运动的截阻件52，此截阻件在截阻位置处于荷载接收板状件的下游区阻止粒料G的流动，而在敞开位置处允许粒料G流动或通过。
荷载接收板状件50为荷载传感器51支承，使得此板状件50从与其成大致平行关系的供给部41的倾斜导板49沿垂向朝下分开一预定距离或高度L。于是，沿流道45的第二倾斜流道部48的倾斜导板49上流过的粒料G从导板49的下游端49a下落到板状件50上一段不小于L的距离，使得板状件50经受到相应于粒料G的流率的下落冲击。
当截阻件52设在图8中虚线所示敞开位置J处时，已落下到荷载接收板状件50上的粒料G即沿此板状件50所确定的流道53在板状件50上向下流动，然后通过在流量计60的框架59底部处由排料管与用来防止粒料G散开的软管58构成的排料部44排出。在此，与前述第一实施例的流量计30的荷载传感器4与5相类似，用作荷载探测器的荷载传感器51不仅接收正比于下落到板状件50的粒料G流率的冲击荷载EAf1，还接收下流到板状件50而存在于其上的粒料G所对应的基本上处于静态的静荷载EAf2。于是，当粒料G连续流动时，荷载传感器51便接收大小等于EAf1+EAf2的总荷载EAf。动态冲击荷载EAf1的大小取决于各种因素，例如粒料的重量流率(质量流率)、板状件50的高度与倾角M。另一方面，静荷载EAf2的大小不仅取决于板状件50的倾角T还决定于流过板状件50而存在于其上的粒料G的重量。粒料G的重量却又取决于板状件50的长度以及粒料G在板状件50上的叠层厚度(换言之，即粒料G在流道部48上叠置的高度)等。这两种荷载EAf1与EAf2大小间的比例要适当地确定，并且在有需要时，可以参考作为现有技术在前面述及的并综合于此作为参考的专利(公开)公报No.63-195524所公开的方法来确定。要是对动荷载EAf作适当的零点调节，则可按照第一实施例的流量计30中动态荷载EA类似的方式来处理这里的动荷载EAf。在图8所示例子中，板状件50的倾角T约45°，而且此倾角T可以自由选定，只要能让粒料G可沿此板件50下流即可，具体地说，角度T可大于或小于45°，也可大于下流板件49的倾角。
另一方面，当截阻件52设在图8中由实线所示的关闭位置H时，已落到板状件50上的粒料G便为截阻件50截阻而沉积或聚集于板状件50。因这种沉积或聚集而作用于荷载传感器51上的荷载EBf的变化，基本上类似于第一实施例在流量计30的开/关阀件9关闭位置时作用于荷载传感器4与5上的荷载EB的变化。
标号54指例如辊之类的导向件，用来导引截阻件52在敞开位置J与关闭位置H间作垂直(上下)运动或移动。与第一实施例中流量计30的开/关阀件9中的情形类似，截阻件52连接着被运算/控制单元43控制驱动的驱动装置55(包括电磁阀与气压缸)；当驱动装置55的气压缸活塞杆回撤或伸张时，截阻件52便朝上或向下运动。在第二实施例的流量计60中，就流道的开关而论，截阻件52取代了第一实施例的流量计30的开/关阀件9。气压缸驱动装置55可以由其它任何适当的能驱动和转动至少一个导辊54的驱动装置(例如马达)来置换。
用作运算/控制单元的微处理机等构成的运算/控制部43，在设计上基本类似于第一实施例的流量计30的运算/控制单元15，动荷载流率QA、实际流率QB以及流率校正系数K是根据动荷载EAf(相当EA)与静荷载或重量EBf(相当EB)，依照类似于图7所示的程序而算出或求得的。因此，流量计60也可以取图3所示的构型，并能支持包括一批流量计的如图4所示的系统。在图8与9中，标号56指对应于流量计30中显示装置19的显示部。
流量计60可配备供给控制部，用来调节或控制供给或输送给流率探测部42的粒料G。
下面对照图10至13来描述一种流量计90，其中在图8与9所示流量计的粒料供给部41内还设有粒料流率调节门。
图10与11中示意地表明的流量计90，在其对应于流量计60的粒料供给部41的粒料供给部61内包括一流率调节门机构63，门机构63控制着粒料G流入或供给对应于前述流道部48的流道部62。流量计90在构造或结构上与流量计60基本一致，例外的只是用设有流率调节门机构63的粒料供给部61置换了粒料供给部41，而运算/控制单元43则具有通过流率调节门结构63控制粒料G供给的控制处理功能。
如图10与11中所概示，流率调节门机构63包括马达64和可转动的门件67，门件67可为马达64带动沿方向M与N转动或移动，以改变流道部66的开口度S(或流通面积)，从而调节粒料G从粒料贮存部65至流道部62的流率。
更具体地说，流率调节门机构具有图12与13所示的构造或结构。
在图12与13中，流率调节门机构63的框架68固定地安装于流量计90的框架59上，并具有与流道部62通过的下端70。粒料供给管件部71，具有方形剖面且此剖面面积沿着朝向此管件部下端的方向渐减，固定于框架68上。此方形管件部71下端形成有出口73，此出口有一弧形的下边缘72构成了围绕中点P的圆周的一部分(图13)。门件67从其侧面看去大致为扇形和具有U形的桥式构型，安装于方形管件部71的下边缘或端部72的外侧和外侧边缘部75上，使此门件67能沿方向M与N围绕以轴线通过中心点(或中心线P)的轴74转动。门件67在具备如图14所示弧形的大体上为部分圆柱形部76上有一门板部77。在门件67的上边缘与下边缘敞开有径向延伸部78与79。设有连接件80与81，可用来使门件67响应马达64的输出轴的向前和向后运动而绕轴74沿方向M与N转动。当门件67沿方向N完全位移至图13实线所示的位置Q处，出口73便为门件67的门板部77完全关闭，使粒料G不能从供给部61流出。另一方面，当门件67沿方向M完全移至图13由虚线所示的位置R处时，出口73便完全打开，使得粒料G通过孔口73的流率变至最大。未由门件67关闭的出口73的大小S可以依据门件67的位置在响应马达64的前向(正向)后向(反向)转动而确定的位置Q与P之间改变，由此来改变或调节出口73的未关闭或截阻部分的粒料G的流率。
流率调节门机构63可以取不同于图10至13所示的任何形状，只要能调节或控制来自供给部的粒料G的流率即可。
显然，带有流率调节门机构的流量计90当为此门机构的门件67所确定的出口73的开口度S调节到固定的水平或大小时，能够按照类似于图8与9所示的流量计60的方式工作。
在流量计90中，可以采用下述控制方式。如图14所示，被用作荷载探测器的荷载传感器51探测出的与动荷载相对应的流率即动荷载型流率QA，可以依照图7所示的程序校正，然后在此流率调节门机构63敞开的条件下控制流率调节门机构63的出口73的开口度S，使得所校正的动荷载型流率QAc能够通过在运算/控制单元43中设置的流率调节控制部85并结合已校正的流率计算部84与预定的目标流率值Qf一致。
流率调节门机构63还可以设在图1与2所示的第一实施例的如前面参考图4所说明的流量计30中，使得流率(开口度S)可以图14所述的方式控制。
权利要求
1.一种流量计，此流量计包括形成粒料流道的管件；开/关阀件，它与上述管件连接成能开/关管件的下游端口，此开/关阀件当处于其打开位置来敞开管件的下游端口时，适用于接收相应于流过流道的粒料流率的动荷载；以及用来探测作用于此开/关阀件上荷载的荷载探测器；其中，上述流量计还包括有运算/控制单元，此运算/控制单元包括动荷载型流率计算装置，用来在上述开/关阀件允许粒料流动而使粒料流过流道时，根据荷载探测器的测量值来求出或计算出粒料的动荷载型流率；实际流率计算装置，用来根据荷载探测器的测量值和一预定的时间间隔值来计算粒料的实际流率，该测量值为开/关阀件中断或截止后在上述预定时间间隔内沉积或聚集于所述管件内的粒料的静荷载；以及用来求得将动荷载型流率值校正成实际流率值的校正系数的装置。
2.如权利要求1所述的流量计，特征在于所述荷载探测器具有用来探测粒料的动荷载的量程以及用来探测粒料的静荷载的量程。
3.一种流量计系统，此系统包括多个如权利要求1或2所规定的流量计，其中的流量计中每一个的运算/控制单元都有用来求得动荷载型流率的正常工作方式以及用来获得校正系数的校正方式，这些运算/控制单元连接到以集中控制方式控制这些运算/控制单元的集中控制装置，且当流过这些流量计中至少一个的流道中的粒料改变为不同的一种粒料时，此集中控制装置则给此至少一个流量计提供控制信号，使得相关的运算/控制单元从正常工作方式变换为校正方式。
4.一种流量计，此流量计包括以倾置或斜向方式设于粒料流道内的荷载接收板状件，它适用于接收相应于流过上述流道的粒料流率的动荷载；用来探测作用于上述荷载接收板状件上荷载大小的荷载探测器；以及可在截阻位置与敞开位置之间运动的阻挡或止动或截阻件，此截阻挡件在截阻位置于荷载接收板状件的下游位置处阻止粒料的流动，而在上述敞开位置处则允许粒料流动；其中上述流量计还包括有运算/控制单元，此运算/控制单元包括动荷载型流率计算装置，用来在上述截阻件允许粒料流动而使粒料流过流道时，根据荷载探测器的测量值来求出或计算出粒料的动载荷型流率；实际流率计算装置，用来根据荷载探测器的测量值和一预定时间间隔值计算粒料的实际流率，此测量值为所述/截阻件调节至前述截阻位置后在上述预定时间间隔内沉积或聚集于荷载接收板状件上的粒料的静荷载；以及用来求出或计算出将动荷载型流率值校正成实际流率的校正系数的装置。
5.如权利要求4所述的流量计，特征在于所述荷载探测器具有用来探测粒料的动荷载的量程以及用来探测粒料的静荷载的量程。
6.一种流量计系统，此系统包括一批如权利要求4或5所述的流量计，其中这批流量计中每一个的运算/控制单元具有用来求出或获得动荷载流率的正常工作方式和用来求出或获得校正系数的校正或校准方式，这些运算/控制单元连接到以集中方式控制它们的集中控制装置上，而当流过这批流量计中至少一个的流道中的粒料的原料改变成不同的一种(例如整个这批粒料都改变)时，此集中控制装置则给前述至少一个流量计馈送或提供控制信号，使得相关的运算/控制单元从正常工作方式变换为校正方式。
7.一种校准流量计的方法，此方法包括下述步骤由荷载探测器根据流过流道的粒料的向下流动冲击来测量动荷载的大�。⒃诖肆Ａ系牧鞫刈韬蟮囊欢卧ざㄊ奔淠诓饬苛Ａ显诮刈栉恢么Τ粱蚓奂牧Ａ献芰克杂Φ木埠稍氐拇笮。桓莸谝患扑愎接汕蟮玫亩稍夭饬恐� 计算出对应于此动荷载测量值的粒料动荷载型流率值，并根据第二计算公式由前述预定时间内的静荷载测量值求出或计算出粒料的实际流率值；依据粒料的差别，求出或得出用来使动态荷载型流率值与实际流率值相一致的校正系数；以及由上述校正系数校正第一计算公式，并根据此校正的第一计算公式由测量出的动荷载值求出或计算出校正的动荷载型流率值。
8.如权利要求7所述方法，它包括下述步骤在管件内形成流道；使用来开/关此管件下游端口的开/关阀件与此管件连接；由荷载探测器探测出在开/关阀件处于打开状态下由流经流道的粒料施加于此开/关阀件的向下流动冲击所表示的动荷载，此荷载探测器则同连到上述开/关阀件上的管件相接；以及由此荷载探测器在开/关阀件调节到其关闭或截阻位置时探测在所述预定时间内由沉积于此管件内粒料总量所对应的荷载表示的静荷载。
9.如权利要求7所述的方法，此方法包括下述步骤在所述流道内以倾置或斜向方式设置荷载接收板状件；在此荷载接收板状件的下游部设置截阻件，此截阻件可在截阻位置与敞开位置之间运动，在截阻位置此截阻件于荷载接收板状件的下游位置处阻止粒料的流动，在敞开位置该截阻件则允许粒料流动；由所述荷载探测器测量在 截阻件调节到截阻位置后的所述预定时间内表示已沉积于荷载接收板状件上粒料重量的静荷载；以及将所述截阻件调节至敞开位置，并由荷载探测器测量在粒料流通流道的时间内的动荷载。
全文摘要
由荷载探测器测量了流经流道的粒料的动荷载以及在预定时间内流经预定位置的粒料总体的静荷载。根据第一公式算出对应于粒料动荷载测量值的动态荷载型流率,根据第二公式算出据上述静荷载的测量值算出的粒料实际流率。根据粒料的不同求出校正系数,使动荷载型流率值与实际流率值一致,据此校正系数校正第一公式,并由校正的第一公式根据已测的动荷载来计算已校正的动荷载型流率。由此能制得易校准或易校正其流率的流量计。
文档编号G01F1/30GK1172947SQ97102150
公开日1998年2月11日 申请日期1997年1月24日 优先权日1996年1月26日
发明者佐竹觉, 友保义正 申请人:株式会社佐竹制作所
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
