JP2019027822A - 採水ディスペンサー及びその補正方法 - Google Patents

採水ディスペンサー及びその補正方法 Download PDF

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Abstract

【課題】定量採水機能を有する採水ディスペンサーにおいて、高い精度の体積で採水を行うことができるようにする。
【解決手段】流量調節弁と、流量調節弁に対して直列に設けられた流量センサーとを備える純水ディスペンサーにおいて、流量センサーの検出結果から得られる体積が第1の体積となるまで流量調節弁を開く第1の処理と、流量センサーの検出結果から得られる体積が第1の体積とは異なる第2の体積となるまで流量調節弁を開く第2の処理とを実行する。第1の体積と、第2の体積と、第1の処理によって実際に採水された量である第1の量と、第2の処理によって実際に採水された量である第2の量とに基づいて、流量センサーの検出結果と補正後の体積との関係を表わす一次式を特定する2つのパラメータを算出する。定量採水を行なうときは、2つのパラメータに基づいて流量センサーの検出結果を補正する。
【選択図】図3

Description

本発明は、純水製造装置などに接続されて需要に応じて純水などを吐出する採水ディスペンサーに関し、特に、採水ディスペンサーが定量採水機能を有するときの採水量の補正に関する。
研究機関などにおいて純水を利用する場合、比較的小型の純水製造装置を用いて純水を製造することが多い。そしてユースポイントにおいて純水を例えばビーカー、フラスコ、試験管などに採水するために、純水製造装置に接続する採水ディスペンサーが広く用いられている。採水ディスペンサーは、純水を吐出するノズルと、ノズルへの純水の経路に設けられてノズルに対して純水を供給し、またこの供給を遮断する開閉弁とを備えている。採水ディスペンサーは、通常、純水製造装置の本体とは離れた場所に設けられ、配管によって純水製造装置本体の純水出口に接続される。利用者が開閉弁を操作することによってノズルから純水が吐出し、これにより、利用者はその必要に応じた量で純水を採水することができる。開閉弁としては電磁弁が用いられることが多く、電磁弁を用いる場合には、指で操作できる押しボタンスイッチあるいは足によって操作できる足踏みスイッチ等により電磁弁を制御し、ノズルから純水を吐出させる。さらに採水ディスペンサーでは、流量センサーと電磁弁とを組み合わせ、1回のスイッチ操作があったときに流量センサーによって計測される流量が規定値に達するまで電磁弁を開放することにより、規定容量の純水を採水できるようにする定量採水機能を備えるものが多い。
定量採水機能を有する採水ディスペンサーでは、流量センサーでの検出値によって電磁弁を開閉することになるが、流量センサーにおける固有の検出誤差などのために、吐出を意図した吐出量と実際の液体の吐出量とが異なる場合がある。そこで、利用者が指定した、あるいは採水ディスペンサーに予め設定されている吐出量で液体を吐出できるように、予め流量センサーでの検出値と実際の流量との関係を調べておいて、この関係に基づいて流量センサーでの検出値に対して補正を行い、電磁弁を制御する必要がある。
特許文献1には、通過した流量に応じたパルスを出力する流量計に対する補正係数の算出方法であって、ゼロでないある特定の1つの流量に関して流量計からのパルス数に応じた流量に対する実際に流量計を流れた流量の比を求めて、この比を補正係数Kとすることが開示されている。いったん補正係数Kが定まれば、それ以降は、流量計からのパルス値に基づく流量に補正係数Kを乗じたものを流量の測定値とすればよい。
特開平2−218923号公報
定量採水機能を有する採水ディスペンサーでは、意図した採水量で純水を採水するためには、採水ディスペンサーに設けられる流量センサーでの測定値に対して補正を行う必要があるが、特許文献1に記載された方法で補正を行った場合には、採水ディスペンサーの定量採水機能に要求される程度に正確な量で採水を行うことができないことがある。
本発明の目的は、定量採水機能を有する採水ディスペンサーであって、高い精度の体積で採水を行うことができる採水ディスペンサーとその補正方法とを提供することにある。
本発明の採水ディスペンサーは、純水の採水に用いられる採水ディスペンサーであって、純水製造装置から純水が供給され、純水を吐出するノズルに連通する配管と、配管に設けられた流量調節弁と、配管において流量調節弁に対して直列に設けられた流量センサーと、流量調節弁を制御する制御部と、を有し、制御部は、流量センサーの検出結果から得られる体積が第1の体積となるまで流量調節弁を開く第1の制御と、流量センサーの検出結果から得られる体積が第1の体積とは異なる第2の体積となるまで流量調節弁を開く第2の制御と、第1の制御によって実際に採水された量である第1の量と第2の制御によって実際に採水された量である第2の量とが入力されると、第1の体積、第2の体積、第1の量及び第2の量に基づいて流量センサーの検出結果と補正後の体積との関係を表わす一次式を特定する2つのパラメータを算出する処理と、2つのパラメータによって流量センサーの検出結果を補正しながら、補正後の検出結果に基づき流量調節弁を流れる体積が指定された体積となるまで流量調節弁を開弁する定量採水モードの制御と、を実行する。
本発明の採水ディスペンサーの補正方法は、純水製造装置から純水が供給され、純水を吐出するノズルに連通する配管と、配管に設けられた流量調節弁と、配管において流量調節弁に対して直列に設けられた流量センサーとを備え、定量採水機能を有する純水ディスペンサーの補正方法であって、流量センサーの検出結果から得られる体積が第1の体積となるまで流量調節弁を開く第1の処理と、流量センサーの検出結果から得られる体積が第1の体積とは異なる第2の体積となるまで流量調節弁を開く第2の処理と、第1の体積と、第2の体積と、第1の処理によって実際に採水された量である第1の量と、第2の処理によって実際に採水された量である第2の量とに基づいて、流量センサーの検出結果と補正後の体積との関係を表わす一次式を特定する2つのパラメータを算出する処理と、を有する。
本発明によれば、採水ディスペンサーに備えられる流量センサーの検出結果と補正後の体積との関係を表わす一次式を特定する2つのパラメータを算出し、これに基づいて補正を行うので、比例式に基づくいわゆる1点補正の場合に比べ、高い精度で採水を行うことができる。
純水製造装置及び採水ディスペンサーの構成を示すフローシートである。 実施の一形態の採水ディスペンサーの外観の一例を示す斜視図である。 流量センサーに対する補正パラメータの決定手順を示すフローチャートである。 定量採水モードでの動作を示すフローチャートである。
次に本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明に基づく採水ディスペンサーは、定量採水機能を備えており、例えば、純水製造装置と組み合わされて純水を採水するために用いられるものである。図1は、本発明の実施の一形態の採水ディスペンサーを純水製造装置に組み合わせた状態を示すフローシートである。
純水製造装置50は、水道水などが供給されて純水を製造する純水製造部51と、純水製造部51の動作を制御する制御装置52とを備えている。純水製造部51は、例えば、逆浸透膜やイオン交換装置を備えて供給水から一次純水を製造する一次純水製造装置と、イオン交換装置や限外濾過膜、紫外線酸化装置などからなる循環精製系を有して一次純水の純度をさらに高めるサブシステムとから構成される。純水製造部51内には各種のセンサー類(不図示)、ポンプ(不図示)及び弁(不図示)が設けられるが、制御装置52は、センサー類からの信号を受け取り、これに基づいてポンプ(不図示)や弁(不図示)を制御することによって、純水製造部51の動作の制御を行なう。純水製造部51の出口には、純水を採水ディスペンサー10に供給するための複数の出口ポート53が接続している。出口ポート53は、純水製造装置50における採水ディスペンサー10との接続位置となるポートであり、採水ディスペンサー10は、例えば、可撓性を有する配管55によって、いずれかの出口ポート53に接続される。図示した例では、出口ポート53が3個設けられており、その各々に採水ディスペンサー10が接続することによって、合計3台の採水ディスペンサー10が純水製造装置50に接続されている。もちろん、出口ポート53の数は3に限られるものではなく、純水製造装置50に接続される採水ディスペンサー10の数も、出口ポート53の数の範囲内で任意に増減することができる。
次に、採水ディスペンサー10について説明する。図2は、採水ディスペンサー10の外観を示している。ただし図2では、純水製造装置との接続に用いられる配管55や各種の配線は示されていない。採水ディスペンサー10は、大別すると、ヘッド部10aと、本体部10bと、本体部10bから垂直上方に延びてヘッド10aを取り外し可能に保持する支柱10cとから構成されており、ヘッド部10aと本体部10bとは可撓性を有する配管14によって接続されている。採水ディスペンサー10の使用形態として、例えば、実験台の上に整列して置かれた多数の試験管に対して次々と純水を注ぐために用いる、というものがある。このような用途に対応するために、ユーザーによって把持されて所望の位置に動かすことができるヘッド部10aを設けて、実際に純水の注ぎ口となるノズル16をヘッド部10aに設けるようにしている。ヘッド部10aには、ユーザーが把持するためのハンドル(取っ手)25が設けられている。また、ヘッド部10aを支柱10cに保持したまま小容量から大容量までのメスフラスコやメスシリンダーに純水を採水する必要もあるので、支柱10cにおけるヘッド10aの保持位置を可変とするとともに、支柱10cは十分な長さを有する必要がある。
ヘッド部10aは、本体部10bから配管14を介して送られてきた純水をノズル16から吐出するものであり、図1に示すように、ノズル16のほかに、配管14に接続する流路15を備えており、ノズル16は、流路15の末端に設けられている。さらにヘッド部10aは、ユーザーの需要に応じて純水を吐出するために、ユーザーによって操作されるスイッチ18を備えている。ヘッド10aには、図2に示すように、ハンドル25を握ったユーザーがその指で容易に操作できる位置にボタン26が設けられている。ボタン26はスイッチ18(図1参照)に機械的に接続しており、ボタン26に対する操作によってスイッチ18が操作されるようになっている。
本体部10bには配管11が設けられており、配管11の一端は純水製造装置50からの配管55に接続し、他端はヘッド部10aへの配管14に接続している。配管11には、上流側からすなわち純水製造装置50に近い側から、流量センサー12及び流量調節弁13がこの順で設けられている。さらに本体部10bには、採水ディスペンサー10の動作を制御する制御部20と、制御部20に接続する操作パネル19とが設けられている。流量調節弁13は、例えば電磁式のものであって、制御部20からの信号により弁の開閉を制御できるとともに、その弁を通る純水の流量を変化させることができるものである。流量センサー12は、例えば、一定の体積(容量)の液体が流れるごとに電気パルスを出力するパルス式のものである。操作パネル19は、ユーザーからの例えば採水量や採水モードの設定を受け付けるとともに、ユーザーに対して必要な表示を行うものである。採水モードとしては、任意量の採水を可能にする任意量採水モードと、定量採水機能に基づく採水モードであってユーザーが指定した体積の純水をノズル16から吐出する定量採水モードがあり、さらに、その他の採水モードが設けられていてもよい。
制御部20は、採水ディスペンサー10の全体の制御を行うものであり、例えば、ヘッド部10aのスイッチ18を介して入力したユーザーからの採水要求を受け付け、採水モードが定量採水モードである場合には、流量センサー12で検出された流量の累積値(すなわち体積値)が設定値となるまで流量調節弁13を開けることにより、その設定値で示される量の純水がヘッド部10aに送水されるようにする制御を行う。定量採水モードでの採水の詳細については後述する。採水モードが任意量採水モードである場合には、制御部20は、スイッチ18が操作されている期間だけ流量調節弁13を開ける制御を行う。任意量採水モードの場合、ユーザは、操作パネル19を介してノズルからの純水の流量(すなわち単位時間当たりの吐出量)を指定することができ、制御部20は、指定された流量となるように流量調節弁13を制御する。これは、洗浄びんへの採水など、速度が重視される場合と、メスフラスコへの標線までの採水など、採水操作の正確さが重視される場合とがあるためである。さらに制御部20は、図示破線で示す配線により純水製造装置50の制御装置52に接続しており、制御装置52から、純水製造装置50の運転状態に関する情報、特に、製造された純水のTOC(全有機炭素;total organic carbon)値、抵抗率、温度値などの品質データを取得する。制御部20は、取得した水質データを所定のフォーマットで操作パネル19上に表示する。
採水ディスペンサー10の本体部10bを構成するこれらの要素のうち、配管11、流量センサー12、流量調節弁13及び制御部20は、図2に示す筺体21の内部に設けられる。操作パネル19は、扁平な形状であって、その一端においてヒンジ23を介して筺体21に取り付けられている。操作パネル19の一方の面には、液晶表示パネルとタッチセンサーとを一体化させたタッチパネル22が設けられている。タッチパネル22は、ユーザーに対して表示を行なう表示部として機能するとともに、タッチパネル22上の所定の位置に対してユーザーが触れることにより、ユーザーからの入力を受け付ける。
次に、本実施形態の採水ディスペンサー10における定量採水モードの詳細について説明する。定量採水モードでは、ユーザーが所望の採水量を設定値Lとして設定したときに、制御部20は、流量調節弁13を開弁するとともに流量センサー12からのパルスを計数して通過した液体の体積を算出し、この通過体積が設定値Lに達した時点で流量調節弁13を閉じる制御を行なう。したがって、ノズル16から吐出される純水の体積の精度は流量センサー12の精度に依存することになる。本実施形態の採水ディスペンサー10では、定量採水モードによる採水を行なう前に、例えば、採水ディスペンサー10の据付時などに、流量センサー12からのパルスの計数値に対する補正パラメータを求める。本実施形態では、流量センサー12からのパルスの計数値によって表わされる体積Xとし、実際に流量センサー12を流れた液体の体積をよりよく表わすような補正後の体積をQとして、式(1)で示す一次式の関係が成り立つように2つの補正パラメータa,bを求める。
Q=a・X+b (1)
本実施形態では、異なる2つの体積値で純水を吐出するように採水ディスペンサー10を動作させ、それぞれの場合に実際に吐出された純水の体積を計測し、これらの計測結果に基づいて補正パラメータa,bを求める。
図3は、補正パラメータa,bを求める具体的な手順を示している。まず、ステップ101において体積A1を設定値Lとし、ステップ102においてこの設定値Lで採水ディスペンサー10を動作させて純水を吐出させる。ステップ103において、吐出させた純水を例えばメスシリンダーに集水してその体積を測定する。実際に測定された体積をB1とする。次に、同様に、ステップ104において、体積A1とは異なる体積A2を設定値Lとし、ステップ105において設定値Lにより純水ディスペンサー10を動作させて純水を吐出させ、吐出させた純水の体積B2をステップ106において測定する。以上のように、設定された体積A1,A2にそれぞれ対応する実際に吐出された純水の体積B1,B2が測定されたら、ステップ107において、式(2), (3)に基づいて、補正パラメータa,bを決定する。
a=(B1−B2)/(A1−A2) (2),
b=B1−a・A1 (3)
操作パネル19を介してユーザーが補正パラメータ決定のコマンドを入力すると、制御部20は、図3に示した処理のうちのステップ101,102,104,105,107の処理を実行するとともに、操作パネル19上に、ユーザーに対してステップ103,106の処理を実行することを促すメッセージを表示し、測定された体積B1,B2についてのユーザーからの入力を受け付ける。設定される体積A1,A2は、いずれも0でなく、かつ相互に異なっていればよいが、一方は、この採水ディスペンサー10においてよく使用される採水量かそれよりもやや大きな値とし、他方は、比較的小さい値とすることが好ましい。一例として、A1>A2と仮定し、かつ、この採水ディスペンサー10での定量採水モードにおいてよく使用される採水量あるいは常用される最大の採水量をVとすれば、A1=Vとするか、すなわち常用量をA1とするか、あるいはA1=1.1×V程度に設定することが好ましい。一方、A2は、A2=0.1×V程度に設定することが好ましい。ただし、流量センサー12がパルス式であり、かつ、0.1×V程度の体積ではパルス式であることによる量子化誤差が無視できないときには、十分なパルス数が得られるように、A2は0.1×Vよりも大きな値とすることが好ましい。体積A1,A2の値は、予め制御部20にプログラムされていてもよいし、ユーザーによって事前に入力されるようになっていてもよい。採水ディスペンサー10においてよく使用される採水量が1000mLであれば、A1は例えば1100mLに設定され、A2は例えば100mLに設定される。
次に、ステップ102,105における採水動作について説明する。ステップ102,105の処理は、いずれも設定値Lで示される体積の純水をノズル16から吐出させるものであり、定量採水モードでの採水と基本的には同じ処理である。図4は、設定値Lで表わされる体積の純水を吐出する処理を示すフローチャートである。既に設定値Lが設定されているものとする。
まず、ステップ111において、体積測定値Pをクリアすなわち0にする。体積測定値Pは、流量センサー12からのパルスを計数することによってすなわち積算することによって得られる体積の値であり、ここでは補正パラメータa,bによる補正を行う前の値である。次に、ステップ112において、流量調節弁13を全開にする。その結果、ノズル16からの純水の吐出が開始し、流量センサー12は、流量計測のパルスを発生し続ける。制御部20は、流量センサー12からのパルスの計数を継続して行い、設定値LからパラメータΔを減算したものとパルスの計数に基づく体積測定値Pとを随時比較する(ステップ113)。そしてP≧L−Δになるまで、すなわち、設定値LからパラメータΔを減算したものに体積測定値Pが達するまで、ステップ113を繰り返す。設定値LからパラメータΔを減算したものに体積測定値Pが達すると、ステップ114において、制御部20は、流量調節弁13の開度を絞って流量調節弁13を流れる純水の流量を減少させる。これは、体積測定値Pが設定値Lになったときにいきなり流量調節弁13を全開から全閉に制御すると、オーバーシュート現象などにより、正確な量の吐出ができなくなるからである。L−Δは、流量調節弁13の開度を絞るタイミングを決定するためのしきい値となる。Δの値は、配管11や流量センサー12、流量調節弁13のサイズや構成に基づいて定められる正の値であるが、例えば、設定値Lの数%程度の値としたり、流量センサー12がパルス式のものであれば数十から数百個のパルスに相当するものとしたりすることができる。一例として、設定値Lが1000mLであるような場合において、Δを70mLとすることができる。
その後、制御部20は、ステップ115において、体積測定値Pが設定値Lに達したかどうかを判定し、P≧Lとなるまで、すなわち体積測定値Pが設定値Lに達するまで、ステップ115を繰り返す。体積測定値Pが設定値Lに達したら、制御部20は、ステップ116において、直ちに流量調節弁13を完全に閉じる。本実施形態では、予め流量調節弁13の開度が絞られているので、オーバーシュート現象を起こすこともなく、体積測定値Pが設定値Lに達した時点で完全に純水のノズル16からの吐出を停止することができる。
次に、補正パラメータa,bを決定した後の定量採水について説明する。定量採水の処理は、上述と同様に図4に示す手順で行なわれる。ただし、設定値Lには採水しようとする体積が設定され、体積測定値Pとして用いられる値は、上述の式(1)にしたがって随時計算される補正後の体積Qである。本実施形態では、設定される体積値A1,A2の2点のそれぞれについて実際の体積B1,B2を測定して補正パラメータa,bを決定し、それに基づいて流量センサー12の検出値に対する補正を行うので、例えば特許文献1に記載されるようないわゆる1点補正の場合に比べ、流量や体積の精度を高めることができる。さらに、パラメータΔを用いて純水の吐出開始時には流量を最大限に大きくし、吐出を停止するタイミングの直前には流量を絞ることにより、吐出時間を徒に長くすることなく、正確な量での吐出が可能となる。またここでは定量採水時の処理を説明したが、補正パラメータa,bに基づいて補正後の体積Qを随時算出することを任意量採水モードにおいて行なってもよく、算出されたQの値を操作パネル19に表示するようにすれば、ユーザーの利便性がさらに高まる。
本実施形態では、純水製造装置50に対して3個の採水ディスペンサー10が接続している。流量センサー10の誤差は採水ディスペンサー10ごとに異なるので、補正パラメータa,bは採水ディスペンサー10ごとに決定し、決定された補正パラメータa,bは採水ディスペンサー10ごとにその制御部20に格納される。しかしながら、補正パラメータa,bを決定する作業を工数を減らすために、補正パラメータ決定のコマンドをいずれか1つの採水ディスペンサー10において入力することで、各採水ディスペンサー10がいずれも補正パラメータの決定のためのモードに遷移するようにしてもよい。この場合は、コマンドが入力された採水ディスペンサー10から純水製造装置50の制御装置52を介して他の採水ディスペンサー10にコマンドが転送されることになる。
10 採水ディスペンサー
10a ヘッド部
10b 本体部
12 流量センサー
13 流量調節弁
16 ノズル
18 スイッチ
19 操作パネル
20 制御部
50 純水製造装置

Claims (7)

  1. 純水の採水に用いられる採水ディスペンサーであって、
    純水製造装置から純水が供給され、前記純水を吐出するノズルに連通する配管と、
    前記配管に設けられた流量調節弁と、
    前記配管において前記流量調節弁に対して直列に設けられた流量センサーと、
    前記流量調節弁を制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、前記流量センサーの検出結果から得られる体積が第1の体積となるまで前記流量調節弁を開く第1の制御と、前記流量センサーの検出結果から得られる体積が前記第1の体積とは異なる第2の体積となるまで前記流量調節弁を開く第2の制御と、前記第1の制御によって実際に採水された量である第1の量と前記第2の制御によって実際に採水された量である第2の量とが入力されると、前記第1の体積、前記第2の体積、前記第1の量及び前記第2の量に基づいて前記流量センサーの検出結果と補正後の体積との関係を表わす一次式を特定する2つのパラメータを算出する処理と、前記2つのパラメータによって前記流量センサーの検出結果を補正しながら、補正後の検出結果に基づき前記流量調節弁を流れる体積が指定された体積となるまで前記流量調節弁を開弁する定量採水モードの制御と、を実行する採水ディスペンサー。
  2. 前記制御部は、前記流量調節弁を閉状態から開状態に制御するときは前記流量調節弁を流れる流量を第1の流量に制御し、前記流量センサーの検出結果から得られる体積が所定の値になったときに前記流量調節弁を閉じる制御を行なうときは、前記体積が前記所定の値より小さいしきい値に達したときに前記流量調節弁を流れる流量を前記第1の流量よりも小さな流量に絞り、前記体積が前記所定の値に達したときに前記流量調節弁を完全に閉める制御を行なう、請求項1に記載の採水ディスペンサー。
  3. 前記採水ディスペンサーで常用される採水量に基づいて前記第1の量が設定される、請求項1または2に記載の採水ディスペンサー。
  4. 純水製造装置から純水が供給され、前記純水を吐出するノズルに連通する配管と、前記配管に設けられた流量調節弁と、前記配管において前記流量調節弁に対して直列に設けられた流量センサーとを備え、定量採水機能を有する純水ディスペンサーの補正方法であって、
    前記流量センサーの検出結果から得られる体積が第1の体積となるまで前記流量調節弁を開く第1の処理と、
    前記流量センサーの検出結果から得られる体積が前記第1の体積とは異なる第2の体積となるまで前記流量調節弁を開く第2の処理と、
    前記第1の体積と、前記第2の体積と、前記第1の処理によって実際に採水された量である第1の量と、前記第2の処理によって実際に採水された量である第2の量とに基づいて、前記流量センサーの検出結果と補正後の体積との関係を表わす一次式を特定する2つのパラメータを算出する処理と、
    を有する補正方法。
  5. 前記2つのパラメータによって前記流量センサーの検出結果を補正しながら、補正後の検出結果に基づき前記流量調節弁を流れる体積が指定された体積となるまで前記流量調節弁を開弁する処理をさらに有する、請求項4に記載の補正方法。
  6. 前記流量調節弁を閉状態から開状態に制御するときは前記流量調節弁を流れる流量を第1の流量とし、
    前記流量センサーの検出結果から得られる体積が所定の値になったときに前記流量調節弁を閉じるときは、前記体積が前記所定の値より小さいしきい値に達したときに前記流量調節弁を流れる流量を前記第1の流量よりも小さな流量に絞り、前記体積が前記所定の値に達したときに前記流量調節弁を完全に閉める、請求項4または5に記載の補正方法。
  7. 前記採水ディスペンサーで常用される採水量に基づいて前記第1の量が設定される、請求項4乃至6のいずれか1項に記載の補正方法。
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