(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定器本体内にワイヤを巻装した巻取りドラムを有し、液面に対し上方から該ワイヤを繰出し下降させて液面までの距離を測定する液面測定器において、
前記ワイヤの繰出し長さを示す信号を発生するワイヤ繰出し長信号発生手段と、
該ワイヤの先端に連結され、液面に到達したとき液面検出信号を発生する液面検出器と、
該液面検出器が上昇端にあることを検出する上昇端検出器と、
該液面検出器に設けられ、該液面検出光信号を測定器本体側に向けて空間光送信する液面検出光信号送信手段と、
該測定器本体側に設けられ、該液面検出光信号送信手段から送られた液面検出信号を受信する液面検出光信号受信手段と、
該上昇端検出器が液面検出器の上昇端を検出した状態からワイヤが繰出され前記液面検出器が液面に到達するまでの間、前記ワイヤ繰出し長信号発生手段からのワイヤ繰出し長信号を取り込み、該ワイヤ繰出し長データに基づいて該測定器本体から液面までの距離を演算する演算制御手段と、
を備え、
前記液面検出器内の電源に充電可能な蓄電手段が設けられ、該液面検出器が上昇端に位置するとき、測定器本体側から同調コイルを介して誘導給電により該蓄電手段へ充電を行う構造としたことを特徴とする液面測定器。
【請求項２】
前記測定器本体の下部に主電極と補助電極が設けられ、該主電極は測定器本体の円錐形底部の先端に突設され、該補助電極は該主電極の周囲で円筒形に形成され且つ主電極より下方に突出して設けられたことを特徴とする請求項１記載の液面測定器。
【請求項３】
前記測定器本体の下部に主電極と補助電極が設けられ、該主電極は測定器本体の円錐形底部の先端に突設され、該補助電極は複数の棒状として該主電極の周囲に且つ該主電極より下方に突出して設けられたことを特徴とする請求項１記載の液面測定器。
【請求項４】
前記蓄電手段としてコンデンサが液面検出器内の電源回路に設けられた請求項１記載の液面測定器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大形タンク内等の液面の測定に好適な巻取り式の液面測定器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大形タンク内の液面を測定する液面測定器として、定張力スプリングによる巻取り式の液面測定器が知られている。この液面測定器は、ワイヤ（又はテープ）の先端にフロートを取付け、本体内に、ワイヤを定張力で巻取るためのスプリングとスプロケットを設けると共に、スプロケットにカウンタ表示部を直結させて構成される。この液面測定器は、フロートの真上にあるワイヤの重量だけスプリングの張力が変化するようにして、液面の上下に対しフロートを追従させ、フロートから上のワイヤの長さを液面レベルとしてカウンタ表示部に表示するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この種の液面測定器は、電気や空気圧等の補助動力を必要とせずに、大形タンク内の液面を比較的正確に測定することができるものの、上方からフロートを液面上に落して測定する際、或は液面レベルが大きく変動した場合、ワイヤドラムやスプロケットの慣性により、ワイヤがスプロケットやドラムから外れやすく、また、ワイヤに緩みが生じやすいため、高精度の液面測定ができにくいという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、大形タンク等の液面を高精度に測定することができる巻取り式の液面測定器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の液面測定器は、測定器本体内にワイヤを巻装した巻取りドラムを有し、液面に対し上方から該ワイヤを繰出し下降させて液面までの距離を測定する液面測定器において、ワイヤの繰出し長さを示す信号を発生するワイヤ繰出し長信号発生手段と、ワイヤの先端に連結され、液面に到達したとき液面検出信号を発生する液面検出器と、液面検出器が上昇端にあることを検出する上昇端検出器と、液面検出器に設けられ、該液面検出信号を測定器本体側に向けて空間光送信を行う液面検出光信号送信手段と、測定器本体側に設けられ、該液面検出光信号送信手段から送られた液面検出光信号を受信する液面検出光信号受信手段と、該上昇端検出器が液面検出器の上昇端を検出した状態からワイヤが繰出され前記液面検出器が液面に到達するまでの間、前記ワイヤ繰出し長信号発生手段からのワイヤ繰出し長信号を取り込み、該ワイヤ繰出し長データに基づいて該測定器本体から液面までの距離を演算する演算制御手段と、を備え、液面検出器内の電源に充電可能な蓄電手段が設けられ、液面検出器が上昇端に位置するとき、測定器本体側から同調コイルを介して誘導給電により蓄電手段へ充電を行うことを特徴とする。
【０００６】
ここで、測定器本体の下部に主電極と補助電極を設け、主電極は測定器本体の円錐形底部の先端に突設し、補助電極は円筒形或は複数の棒状とし、主電極の周囲に主電極より下方に突出して設けるとよい。
【０００７】
【作用・効果】
このような構成の液面測定器では、液面測定を行う場合、巻取りドラムからワイヤを繰出し、ワイヤ先端の液面検出器を液面に向けて下降させていく。このとき、ワイヤ繰出し長信号発生手段はワイヤの繰出し長さを示す信号を発生し、演算制御手段は、上昇端検出器が液面検出器の上昇端を検出した状態から、ワイヤの繰出し長さを示す信号を取り込んでいく。そして、液面検出器が液面に到達したとき、液面検出器の液面検出光信号送信手段から本体側の液面検出光信号受信手段に液面検出光信号が送信され、ワイヤの繰出しが停止される。
【０００８】
演算制御手段は、上昇端検出器が液面検出器の上昇端を検出した状態からワイヤが繰出され液面検出器が液面に到達するまでの間、ワイヤ繰出し長信号発生手段からのワイヤ繰出し長信号を取り込み、ワイヤ繰出し長データに基づいて測定器本体から液面までの距離を演算する。
【０００９】
このように、フロートが液面に到着したときのワイヤの緩みを検知するのではなく、液面検出器が液面に到達したことを電気的に検出してワイヤの繰出しを止めるため、ワイヤに緩みが生じにくく、高精度に液面までの距離を測定することができる。
【００１０】
また、液面検出器内の電源に充電可能な蓄電手段を設け、液面検出器が上昇端に位置するとき、測定器本体側から同調コイルを介して誘導給電により蓄電手段へ充電を行うため、液面検出器の電源となる蓄電手段に自動的に且つ確実に充電することができ、無接点で充電を行うため、接触不良の恐れがなく、液面検出器内の電池等の管理を簡単化することができる。蓄電手段としてコンデンサを使用すれば、電池交換等のメインテナンスが不要となる。
【００１１】
さらに、測定器本体の下部に主電極と補助電極を設け、主電極は測定器本体の円錐形底部の先端に突設し、補助電極は主電極の周囲に主電極より下方に突出して設ける構成とすれば、測定しようとする液面に液面検出器が達する際の液面の波立ちを最小に抑え、測定精度を向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は液面測定器の縦断面図を示し、図２はその横断面図を示している。１は測定器本体のケースであり、ケース１の底部には、液面検出器１０を受け入れるための開口部１ａが形成される。
【００１４】
ケース１内には、ワイヤ２を巻取るための巻取りドラム３が取付けられ、巻取りドラム３は減速機４ａを介して巻取りモータ４により回転駆動される。さらに、プーリ５が巻取りドラム３の隣に回転自在に取付けられ、巻取りドラム３から引き出されたワイヤ２がプーリ５に掛けられる。ワイヤ２の先端には液面検出器１０が連結される。なお、ワイヤ２はテープ状の線材としてもよい。
【００１５】
プーリ５には、ワイヤ繰出し長信号発生手段として、プーリ５の回転角に応じた周波数信号を出力するロータリエンコーダ２４が設けられる。ロータリエンコーダ２４としては、磁気センサ、光センサ等を用いたものが使用され、プーリ５の周縁部にはそれらのセンサに対応して磁極部、開口部、反射部等が所定間隔で設けられる。
【００１６】
ケース底部の開口部１ａの上方に、液面検出器１０を収納するための収納部６が設けられ、収納部６の周囲には、誘導給電用の一次コイル７が巻装される。この一次コイル７は、図４に示すように、検出器側の電源に充電を行う誘導給電回路の発振回路８の出力側に接続される。発振回路８は例えば１ＭＨｚの高周波信号を発振し、一次コイル７に供給する。収納部６の上方にプーリ５から引き出されるワイヤ２をガイドするガイドプーリ９が配設される。
【００１７】
このガイドプーリ９は、絶縁された導電性金属からなり、ワイヤ２とガイドプーリ９間に電圧が印加され、その間の導通状態を判定することにより、ワイヤ２に緩みが発生したか否かを検出するワイヤ緩み検出器２６を構成する。また、収納部６の上部には液面検出器１０が上昇端つまり収納部６内にあることを検出するためのリミットスイッチ等が上昇端検出器２５として設けられる。
【００１８】
ケース１内には、給電回路、検出回路等の電源としてバッテリ３０が内蔵される。さらに、ケース１の底部には、液面検出器１０から出力される液面検出時の光信号を受信するための受光素子１９が下向きに設けられる。この受光素子１９は液面検出光信号受信手段を構成する。
【００１９】
ワイヤ２の先端に連結された液面検出器１０は、図３に示すように、円筒状に形成され、底部先端には主電極１３が突設され、下部には、円筒形の補助電極１１が設けられる。この主電極１３の先端は補助電極１１の先端より少し上、つまり補助電極１１の先端が主電極１３より少し下に突出するように形成され、液面検出器１０底部が液面に到達する際、最初に周囲の補助電極１１がタッチし、次に中央の主電極１３が液面にタッチするように構成される。補助電極１１には空気逃がし用の孔１１ａが設けられる。
【００２０】
主電極１３と補助電極１１間の抵抗値の変化を検出して液面の検出が行われる。液面検出器１０の上部には液面検出光信号送信手段として、検出時に光信号を出力する発光素子１４が上向きに取付けられる。
【００２１】
液面検出器１０内には、図４のブロック図に示すように、主電極１３と補助電極１１間の抵抗値の変化を捕えて液面を検出する液面検出回路１５、液面検出回路１５からの検出信号を受けて発振動作する発振回路１６、発振回路１６からの出力を受けて投光素子１４を発光動作させる発光回路１７、及び各回路の電源となる電源回路１８を含む回路基板が内蔵される。これらの回路と投光素子１４から液面検出光信号送信手段が構成される。
【００２２】
電源回路１８は、液面検出器１０の上部内に配設され、上記一次コイル７に同調する同調コイル１２、同調コイル１２を介して誘導された高周波電流を整流する整流回路、及び蓄電可能なコンデンサ或は二次電池を有する。液面検出器１０は、その上昇端の測定器本体内にあるとき、一次コイル７、同調コイル１２を介して高周波電力を受け、それを整流してコンデンサ（又は二次電池）に充電する。
【００２３】
上記構成の測定器本体は、大形タンクの内側上部に取付けられ、その液面検出器１０をタンク内の液面に向けて上方から下降させるように設置される。一方、液面検出光信号受信手段である受光素子１９、エンコーダ２４などからの信号を受けて測定値を演算し表示する測定器の制御盤は、別に設置される。
【００２４】
その制御盤の制御回路は、図５のブロック図に示すように、マイクロコンピュータを主要部にして構成され、ＣＰＵ２０、ＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２、及び入出力回路２９を備える。上記巻取りモータ４、ロータリエンコーダ２４、上端検出器２５、ワイヤ緩み検出器２６、操作スイッチ２７、受光素子１９、誘導給電回路の発振回路８が、入出力回路２９に接続される。
【００２５】
ＣＰＵ２０は、予めＲＯＭ２１に記憶されたプログラムデータに基づき、液面検出信号、エンコーダ２４の出力信号を取り込み、液面までの距離を算出し、表示器２３に測定値を表示するなどの処理を実行する。また、ＲＯＭ２１内には、演算された距離データを補正するために、距離データに対応して補正係数がテーブルデータなどとして予め記憶される。補正係数は、例えばプーリとワイヤの滑り、ワイヤの伸びに応じて、実測値から予め算出され、記憶される。
【００２６】
次に、上記構成の液面測定器の動作を説明する。
【００２７】
タンク内の液面までの距離を測定する際、所定の操作スイッチ２７をオンすると、ＣＰＵ２０は、図６の液面測定の処理に入り、先ず、ステップ１００で、液面検出器１０が上昇端にあるか否かを判定する。上昇端検出器２５がその上昇端を検出している場合、次に、ステップ１１０にて、巻取りモータ４を下降側に駆動し、ステップ１２０で、エンコーダ２４からのデータの取り込みを開始する。
【００２８】
これにより、巻取りドラム３がワイヤ繰出し方向に回転駆動され、ワイヤ２の先端の液面検出器１０は、その自重によりタンク内を下降していく。このとき、ワイヤ２の繰出しに応じてプーリ５が従動回転し、その回転角を示す信号がエンコーダ２４から出力され、その信号はＣＰＵ２０に取り込まれ、ステップ１３０で、現在のワイヤの長さつまり液面検出器１０までの距離が演算され、ステップ１４０で、その距離が表示器２３に表示される。このような処理は所定時間（数百ミリ秒）毎に繰り返され、表示距離はインクリメントされていく。
【００２９】
一方、液面検出器１０の下降中に、ワイヤ２に緩みが生じた場合、ワイヤ緩み検出器２６でそれが検出され、ＣＰＵ２０に送られると、ステップ１５０からステップ２３０に進み、非常停止をかけて巻取りドラム３の駆動を停止させる。
【００３０】
そして、液面検出器１０の下部が液面に達すると、液体により主電極１３と補助電極１１間の抵抗値が変化し、液面検出回路１５において液面到着が検出され、発振回路１６と発光回路１７が動作して、検出器上部に設けた投光素子１４が投光動作する。
【００３１】
液面検出器１０が液面に到達した時、まず、円筒状の補助電極１１が液面にタッチし、次に中央の円錐部が液面にタッチするため、液面の乱れは最小に抑えられ、主電極１３と補助電極１１による液面の検出信号を安定して得ることができる。
【００３２】
このとき、測定器本体側の受光素子１９は、投光素子１４からの液面検出を示す光信号を受光し、その受光信号（液面検出信号）をＣＰＵ２０に送る。ＣＰＵ２０は、この液面検出信号を入力すると、液面検出と判断し、ステップ１６０からステップ１７０に進み、巻取りモータ４を直ちに停止させ、液面検出器１０の下降を停止させる。そして、次に、ステップ１８０で、その時点の距離データに補正を加えて、最終的な液面までの距離データを算出し、ステップ１９０でその距離データつまりタンクの上端から液面までの距離を表示器２３に表示する。
【００３３】
この後、ＣＰＵ２０は、ステップ２００で、巻取りモータ４を巻取り側に駆動させ、巻取りドラム３にワイヤ２を巻取り、液面検出器１０を上昇させ、ステップ２１０で、液面検出器１０が測定器本体の収納部６まで上昇し、上昇端検出器２５がその上昇端を検出したとき、ステップ２１０からステップ２２０に進み、巻取りモータ４による上昇動作を停止させ、この回の液面測定を完了する。
【００３４】
液面検出器１０が収納部６内に収納された状態において、その上部の同調コイル１２は収納部６内の一次コイル７と相対して位置し、一次コイル７と同調コイル１２が電磁的にカップリングされ、一次コイル７には発振回路８から例えば１ＫＨｚの高周波電流が供給される。このため、液面検出器１０側の同調コイル１２には、同様の周波数の高周波電圧が誘起され、電源回路１８においてその高周波電力が整流され、コンデンサに電力が充電される。このコンデンサに充電された電力は次回の液面測定時に使用される。
【００３５】
このように、フロートが液面に到着したときのワイヤの緩みを検知するのではなく、液面検出器１０が液面に到達したことを電気的に検出して巻取りモータ４を止めるため、ワイヤ２に緩みが生じにくく、高精度に液面までの距離を測定することができる。また、仮にワイヤ２に緩みが発生したとしても、ワイヤ緩み検出器２６によりワイヤの緩みを検出できるため、緩み検出時には、巻取りモータ４に非常停止をかけることにより、ワイヤの外れや絡みを防止することができる。
【００３６】
なお、液面検出器１０の下部に設けた補助電極は、円筒形に代えて複数の棒状電極とすることもでき、この複数の棒状電極を、主電極１３より下に突出した形状とすれば、上記と同様に、液面到達時に液面を余り乱さず、安定して且つ正確に液面位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す測定器本体の縦断面図である。
【図２】同測定器本体の横断面図である。
【図３】液面検出器の断面図である。
【図４】液面検出器の回路のブロック図である。
【図５】液面測定器の制御回路のブロック図である。
【図６】液面測定の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２−ワイヤ
３−巻取りドラム
４−巻取りモータ
５−プーリ
６−収納部
７−一次コイル
１０−液面検出器
１１−補助電極
１２−同調コイル
１３−主電極
１４−投光素子
１９−受光素子
２０−ＣＰＵ
２４−ロータリエンコーダ
２５−上昇端検出器
２６−ワイヤ緩み検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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