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APEX流量センサーの廃止、代わりのセンサー設置

2020-03-21
2017/7にAPEXの流量センサーを導入しました
流量センサーはポンプの性能、変化を捉えられる他、ポンプが停止したときに異常として検出できたりと色々と便利でした。ポンプ停止したまま水槽用クーラーが動いたら凍結するリスクがあります
が… 最近、ポンプ動いているのに流量ゼロ表示になることが多くなってきました

■はじめに

これがAPEXの流量センサー。配管に割り込ませる形で使います
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中身はこんな感じで水車になっていて、回転数を流量に換算してAPEXに表示しています
これが汚れ他の理由で詰まってしまったりするみたいですね
掃除しても直ってくれなかったりと割と不安定
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あと、どうしても仕組み的に配管抵抗になって流量が下がります
配管内径が狭くなるうえに、水車まわすのが少し抵抗になります
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悩んで最終的にはAPEXの流量センサーを廃止することにしました。今、メイン水槽にポンプが二つ、サブ水槽にポンプ一つつかっていますが、特にメイン水槽はポンプの片方が止まったとしても、一つ生きていれば配管から逆流してサンプにまで水が流れます。そうであれば水槽用クーラーが凍結することも無いはずです

■クランプオン式流量センサについて

とはいえ、流量の変化はたまに知りたいなと思ったりするので、他の流量センサーを導入することにしました
今回選んだのは、キーエンス社のクランプオン式流量センサです。アクア用というよりは、工場とかで液体の流量を測定して制御や異常検出に使うものになります
HSBAOポンプのSAFF Designさんblogで出てきていたので気になっていました

どんなものかはこれ見てください。配管に割り込ませるのでは無く、配管の外に設置して超音波で測定する仕組みです


原理はこれをみてください


■センサを16A塩ビ管に取り付け

今回、中古品を比較的安く購入し、割と無理矢理取り付けたりしています。
キーエンス社の想定する使い方とは異なりますので、うまく動かないとかキーエンス社に問い合わせたりはしないでください…(問い合わせするなら、公式サイトから登録して直接購入してください。代理店販売はしていません)

これが落札したセンサー、FD-Q20Cです。FD-Q20Cは樹脂や金属15A、20Aに対応しています
中古品はセンサー単品しかないもので、配管固定金具はついてきません。また金具の単品販売はされていません
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センサー単独では動かないので、まずはM12ケーブルが必要です
これは長野計器 M12コネクタ付ケーブル(耐油) PUR L形 2m L形2mを買いました
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ケーブルの端っこはこんな感じで4本出てます。2本はDC電源、残り2本はIO-Linkやアナログ出力等々に使います
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電源として24V 1A わに口クリップ付きのアダプタを買いました
このセンサーは20V~30Vに対応しています
たくさんセンサー使うなら、スイッチング電源あると良いのかも
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ケーブルを本体に繋いで、
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マニュアル見ながら電源繋ぎます
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無事起動しました
ついでにマニュアル見ながら初期設定しておきます。今回配管は塩ビ16Aに繋ぐので、15Aに設定しました
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サブ水槽の16A塩ビ管に取り付けていきます
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手で配管に押し当てたぐらいでは、まったく流量測定できません
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センサー背面はゴムがついていてそこから超音波を出しているので、もっとしっかり密着させる必要があります。今回は、大きめのホースバンドを使って固定してみます
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ホースバンドのねじを締めていくと無事ポンプの流量が表示されました。表示単位はL/minなので、12.3L/min … 738L/Hということがわかります
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配線は、わにクリップだと怖いので、カットしてねじ込みコネクター使っときます
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ポンプの出力を変えながら流量を測定してみました(クリックで拡大します)
以前プラケースを使って簡易測定した結果とほぼ一致しますね。プラケース測定って結構正確なのね
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詳細はこんな感じ。流量(簡易測定)と、FD-Q20Cの結果が大体一致することがわかると思います
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塩ビ管に外から取り付けるだけで測定できるのは凄く楽ですね。しかも水の抵抗になら無いし
配管に割り込ませる方法だと、そこから水漏れするリスクはあるし、抵抗にもなるし…

■センサを25A塩ビ管に取り付け

実験がうまく行ったので、もう一台購入し次は水槽用クーラーに繋がってる25A塩ビ管にも取り付けていきます
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ケーブルはオムロン(omron) 丸型防水コネクタ(M12)ケーブル付コネクタ ソケット 片側コネクタ XS2 XS2F-D422-DA0-Fを買いました。こっちの方が安い…
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本体の方に接続していきます。ちなみに、ケーブル挿すところは出っ張りがあるので挿し間違わないようになっています。あとセンサー本体はIP65/IP67対応なので防塵、防水性能高いですね
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クーラーへの配管はこんな感じ
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ここにセンサーをホースバンドで取り付けました
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繰り返しになりますが、FD-Q20Cなので15A、20Aに対応しており、25Aで使うならFD-Q32Cが必要です
でもQ32Cの中古はあまり無いので、今回はQ20Cでなんとかしていきます
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今回、配管サイズ設定は20Aにしています。そのときの表示は10.3L/minとなりました
20Aと25Aは内径が1.25倍違いますので、10.3L/minを1.25倍してあげれば25Aの流量に近付くはずです
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というわけで、流量スパン調整します。これは調整前で倍率1.00になっています
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これを倍率1.25に設定してあげると
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表示が補正されました。12.8L/min…768L/Hとなりました。以前、APEXの流量センサーで測定したときは764L/Hでしたので概ねあってそうです。(正規にFD-Q32Cを使った場合と厳密には差があると思いますが、ざっくりと流量、流量の経年変化がつかめればよいので、まぁこれぐらいの値が出てくれれば十分です)
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水槽の配管とセンサーの位置をまとめるとこんな感じ。クリックで拡大します。
あと二つセンサーあれば全ルートの把握ができる感じ…
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■プラケース測定との比較

念のためプラケース測定して比較してみます
いつものようにプラケースで受け止めやすいように排水管を延長して、プラケースがいっぱいになるまでの時間をストップウォッチで測定します
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今回、クーラールートの流量を測定するので、それ以外のルートはバルブで閉じます
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クーラールートのプラケース測定結果と、FD-Q20C(1.25倍表示)との比較です
流量が多くなるとちょっと差が出ますが、これぐらいなら許容範囲です
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あとAPEXセンサーが有ったときと無くしたときで比較
10%ぐらいの差がありますね。クーラーという大きな抵抗のあるルートでこれなので、25Aで揚水だけの場合はもっと影響が出るかも
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バルブを開いて、クーラールートと直ルート合計の流量も測定
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APEXセンサー無しの方が基本的に性能が良いです。逆転している箇所は、10%飛ばしで測定したせいです…(間は平均)
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というわけで、取り付けは比較的楽で、精度も良いことがわかりました。水車が汚れていくような仕組みではないので長期間安定して使えそうですね

ここまでできるなら、あとはAPEXと連動させてポンプ停止の異常検出とかに使いたいところですが… いまのところAPEXとの接続はうまく行っていません。アナログ出力は4-20mA、0-20mAで流量が電流として検出できるような仕組みになっています
ポンプが停止したらそれをI/O Breakout BOXでOPEN/CLOSEで検出できたら良いのですが…
20200321_340.jpg

とりあえず今のところ250Ω抵抗を使って、4-20mA→1-5Vに変換し、それをAPEXのAdvanced Sensor Module(ASM)で読み取るのが現実的かな…? でもASMをセンサーの数だけ用意する必要があるのでコスト的にかなりキツい…

I/O Breakout BOXでなんとかできないかもうちょっと調べてみます

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