(57)【要約】【課題】  例えば、貯水タンクあるいは堰における流体レベルを容易かつ精度良く測定し得ると共に、コスト面でも非常に有利なレベル測定装置及びこれを用いた流量測定装置を提供すること。【解決手段】  液体を収容するタンク内の液面レベルを測定する装置であって、液体上部側に差圧発信器を設置すると共に、該差圧発信器の高圧側からタンク内を下方底面に向って延びる導圧管を設け、該導圧管にタンク内の液体を満たすことにより差圧発信器の高圧側又は低圧側を負圧に維持し、タンク内液面レベル変化による圧力変化を差圧発信器における差圧変化として把握し、この差圧に基づきタンク内液面レベルを求める。必要に応じて液面レベルから流量を求めることもできる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容するタンク内の液面レベルを測定する装置であって、液体上部側に差圧発信器を設置すると共に、該差圧発信器の高圧側からタンク内を下方底面に向って延びる導圧管を設け、該導圧管にタンク内の液体を満たすことにより差圧発信器の高圧側又は低圧側を負圧に維持し、タンク内液面レベル変化による圧力変化を差圧発信器における差圧変化として把握し、この差圧に基づきタンク内液面レベルを求めることを特徴とするレベル測定装置。
【請求項２】
液体を収容するタンクが生活用水もしくは工業用水を貯留する密閉又は開放式貯水タンクであり、差圧発信器及び導圧管により貯水タンク内の水位を測定することを特徴とする請求項１記載のレベル測定装置。
【請求項３】
水路、貯水池、もしくは貯水槽に設けた堰の流量を測定する装置において、堰の上流側の上方に差圧発信器を設置すると共に、該差圧発信器の高圧側から堰内の水を通って堰の液面の最下限を越えて延びる導圧管を配置し、該導圧管に堰内の液体を満たすことにより差圧発信器の高圧側又は低圧側を負圧に維持し、堰内の水面レベル変化による圧力変化を差圧発信器における差圧変化として把握し、この差圧に基づき堰上流側水頭を求め、得られた水頭に基づき自動的に堰の流量を算出することを特徴とする堰内流量測定装置。
【請求項４】
水路が河川もしくは海に流れ込む排水溝であることを特徴とする請求項３記載の堰内流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レベル測定装置に関し、特に、貯水タンク等の容器内の流体レベル測定あるいは堰を有する排水溝の水位を測定するに適したレベル測定装置に係る。また、本発明は、堰内の流体レベルを測定した後、堰の流量を求めることができる流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、生活用水もしくは工業用水等の貯水タンクは、常にその液面レベルを把握して監視・制御する必要がある。通常、このような貯水タンクは密閉構造となっており、そのため液面レベル測定は、フロート式レベル計の如き機械式の測定手段をタンク内に設置しておき、そのフロートに繋がるワイヤの変位でレベルを計測し、その結果を外部で検知することで行っている。しかし、フロート式レベル計は、経年劣化による機械的な部品の故障や、ワイヤー断線、フロートの引掛りなどのトラブルが多発し、測定不能あるいは測定精度の低下をもたらし、そのため、手動による測定作業や人手による監視作業を余儀なくされているのが現状である。
【０００３】
一方、工業的に使用した水を所定の処理を行い河川や海などへ放出する場合、無制限に排水できるわけではなく、自ずとその排出量（流量）に制約がある。通常、排水溝の流路には中途に堰（堰の構造にはＪＩＳで定義された三角、四角、全幅形状等がある）を設けておき、この排水溝の堰内における水位を把握して流量を求めておく必要があり、このために所謂堰式流量計を設置している。堰式流量計は堰の水頭高さを計測することにより流量を計算するもので、流体に直接接触して測定する接触式のものでは静電容量式、投込式、フロート式が、また、非接触式のものとしては超音波式レベル計が多く使用されている。
しかしながら、接触式レベル計では、ごみや水あかの付着や堆積物の影響で計測不能になったり、測定誤差が大きくなる問題点がある。これに対し非接触式レベル計では、接触式の前記問題点は解消されるが、超音波のため定期的な校正（トレーサビリティー）には専門的な技術が必要であり、泡・蒸気・風などの影響を受けやすく、測定精度が悪い、等の欠点がある。
【０００４】
更に、特許文献１あるいは特許文献２に示すように、タンク内の液体レベル測定手段として差圧検出器を利用する方式も提案されているが、これらはいずれも測定液体の圧力と大気圧との圧力差を差圧信号として出力するものである。
【特許文献１】特開平８−２１９７７６号公報
【特許文献２】特開２０００−３３７９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した特許文献１、２のレベル測定装置における差圧検出器に入力される測定液体の圧力は正圧であり、その使用の際には必ず測定液体タンクの下位側、即ちタンクの最低液位より下方位置に配置する必要があり、導圧管もタンク底部に取付けられそこから検出器に導かれている。このため差圧検出器の設置位置によってはグランドレベルより掘り下げる場合も考えられ、本発明の適用対象としているような貯水タンク（特に、狭小な場所或いは不便な場所に設置されるタンク）や排水溝の堰には、このような差圧検出器を適用するのは実用的ではなく、実際に適用した例はほとんど見られなかった。
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決することを課題とするもので、前記の如き貯水タンクあるいは堰における流体レベルを簡単かつ精度良く測定し得ると共に、狭小或いは不便な場所であっても容易に設置でき、コスト面でも非常に有利なレベル測定装置及びこれを用いた流量測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明に係るレベル測定装置は、液体を収容するタンク内の液面レベルを測定する装置であって、液体上部側に差圧発信器を設置すると共に、該差圧発信器の高圧側からタンク内を下方底面に向って延びる導圧管を設け、該導圧管にタンク内の液体を満たすことにより差圧発信器の高圧側又は低圧側を負圧に維持し、タンク内液面レベル変化による圧力変化を差圧発信器における差圧変化として把握し、この差圧に基づきタンク内液面レベルを求めることを特徴とする。
また、本発明では上記の液体を収容するタンクが生活用水もしくは工業用水を貯留する密閉又は開放式貯水タンクであり、差圧発信器及び導圧管により貯水タンク内の水位を測定することが可能である。
更に、本発明に係る堰の流量測定装置は、水路、貯水池、もしくは貯水槽に設けた堰の流量を測定する装置において、堰の上流側の上方に差圧発信器を設置すると共に、該差圧発信器の高圧側から堰内の水を通って堰の最下限を越えて延びる導圧管を配置し、該導圧管に堰内の液体を満たすことにより差圧発信器の高圧側又は低圧側を負圧に維持し、堰内の水面レベル変化による圧力変化を差圧発信器における差圧変化として把握し、この差圧に基づき堰上流側水頭を求め、得られた水頭に基づき自動的に堰の流量を算出することを特徴とする。
上記堰の流量測定装置は、特に、工場から処理されて放出される排水を河川や海に流す場合、その排出量が厳格に規定されていることから、このような場合に適用することが最適である。なお、堰の構造は代表的なものとして、三角堰、四角堰、全幅堰を挙げることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るレベル測定装置によれば、検出部の圧力を正圧から負圧に転換することで、特別な手段を要することなく汎用の差圧レベル計を配置や操作を工夫して使用することで容易かつ高精度に液体レベルを測定し得ると共に、この測定レベルに基づき堰の流量をも同様に高精度の求めることができる。また、本発明に装置は、コスト的に安価で済むと共に、蒸気、泡、風などの影響を受けないため耐用性に優れており、設置スペース的に厳しい状況においても取付け使用が可能で、計装工事が簡単であるという利点もある。また、その校正は、高度な技術は特に必要なく、誰でも容易に校正が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
例えば、汎用されている差圧式液位計は、図２に示す如く、開放型タンク１内の最低液位よりも下方位置に設置した差圧発信器２の高圧側に、タンク内の液３を導圧パイプ４を通して導くと共に、低圧側は大気開放にしておく。差圧発信器２の高圧側圧力と低圧側圧力の差圧は次式で求められる。
ＰＨ−ＰＬ＝ρｇ（Ｈ＋ｈ）
ここで  ＰＨ：差圧発信器の高圧側圧力（Ｐａ）
ＰＬ：差圧発信器の低圧側圧力（Ｐａ）
ρ＝液の密度（ｋｇ／ｍ３）
ｇ＝重力加速度（ｍ／ｓ２）
Ｈ＝最低液位から液面までの鉛直距離（ｍ）
ｈ＝差圧発信器の受圧素子の位置から最低液位までの鉛直距離（ｍ）
図２の差圧式液位計は正圧検出器であり、差圧発信器２は最低液位よりも下方位置に設置することが必須であり、液体タンクの設置状況や堰の場合には差圧発信器の設置は無理であり、このため従来では超音波検出器のような他の高価なレベル計を用いざるを得なかった。
【０００９】
そこで、本発明では貯水タンクや堰のレベル検出に対しコスト的に有利な差圧発信器を用いるべく検討した結果、差圧発信器を正圧ではなく負圧検出器として利用すれば、上記した問題が解決できることを知見し、本発明を完成したものである。
すなわち、図１は本発明を貯水タンク内の液体レベル測定に適用した例を示すもので、図において、１０はタンク本体、１１は該タンク１０内に貯留される生活又は保安用水、１２はタンク１０の頂部に設置される水封式差圧レベル計である。差圧レベル計１２は、高圧側及び低圧側からなる差圧発信器１３と、該差圧発信器１３の上部にストップ弁１４を介して設けた吸引装置１５と、差圧発信器１３の高圧側から下方に向ってその先端がほぼタンク底部の近傍になる位置まで延びる導圧管１６とから構成される。前記差圧レベル計１２は、タンク本体の蓋部もしくは側壁部に適宜のブラケットなどを介して固定すればよい。また、導圧管１６は耐食性に優れたステンレス鋼等とすることが望ましい。
【００１０】
実際のレベル測定作業においては、まずストップ弁１４を開放し、吸引装置１５を作動させて導圧管１６を真空状態にし水を吸引して低水位状態にて水を充満させ、所定の真空度で吸引を停止し、その後はストップ弁１４を閉じて真空度を維持する。なお、吸引装置１５は最初の吸引時のみ必要なものであるので、吸引時のみ取付ければよい。この状態でタンク１０内の水位変化があれば、その変化は導圧管１６を通してその上方の差圧発信器１３の高圧（負圧）側に伝わり、圧力変化として現れる。この圧力変化は直ちに低圧側（通常は大気圧に設定）との差圧に変動をもたらし、圧力差が変化する。予め差圧変化値とタンク内液体レベルとの関係を設定しておけば、検出された差圧によって直ちにレベルを知ることができる。実際には前記の差圧変化は電気信号に変換され、レベルを指示計に表示すればよい。
ここで、図１の例では高圧側に液体を充填して差圧を測定している場合を説明するが、本発明においては、低圧側に液体を充填して所定の信号変換処理をしても、同様の結果を得ることができる。
【００１１】
図１における測定装置の具体的なデータ例を示すと、Ｈ（導圧管先端から差圧発信器までの距離あるいは導圧管の長さ）＝５０００ｍｍ、Ｌ（計器指示可能範囲）＝４０００ｍｍとすると、水位０％の差圧は、５０００ｍｍ×１．０（比重）＝５０００ｍｍＨ２Ｏ（実際には負圧のため−５０００ｍｍＨ２Ｏとなる）であり、水位１００％の時の差圧は、上記Ｌの値からスパン４０００ｍｍ×１．０（比重）＝４０００ｍｍＨ２Ｏであるから、−５０００＋４０００＝−１０００ｍｍＨ２Ｏとなる。以上から測定装置の測定レンジは、−５０００〜−１０００ｍｍＨ２Ｏ／０〜４ｍである。
【００１２】
次に、図３は流水堰の流量計（水頭差圧式流量計）として本発明の装置を適用した場合であり、例えば、工場内の各種工程で使用した後の排水を所定の処理を施して河川或いは海などに放出する際に、その直前に流路に設けた堰が該当する。図３において、２０は水路の途中あるいは先端に設けた板状又は壁状三角堰、２１は該三角堰２０を流動・落下する液体（この場合は排水とする）、２２は三角堰２０の上流側の自由表面の上方に設置される水頭差圧式レベル計、２３はレベル計２２で求めたレベルに基づき流量を算出する流量変換器である。この水頭差圧式レベル計２２は、高圧側及び低圧側からなる差圧発信器２４と、差圧発信器２４の高圧側から下方に向ってその先端がほぼ三角堰の堰板下縁よりも更に下方位置まで延びる導圧管２５とからなる。差圧発信器２３の高圧側にはストップ弁２５を設けた配管を示しているが、該配管には適宜吸引装置（図示せず）が装着可能となっている。上記の水頭差圧式レベル計２２および流量変換器２３を組合せたものが堰の流量計を構成する。なお、流量変換器２３は、例えば汎用されているリニアライザーと変換器から構成される。
【００１３】
流量を測定するに際しては、まず、現状の三角堰２０の上流側の自由表面レベルを測定する必要があり、これは図１に示すものと同様の原理で行う。すなわち、差圧発信器２４の高圧側のストップ弁２５を開放してこれに適宜な吸引装置を取り付け、導圧管２５を介して排水を吸引して該導圧管２５内に排水を充満させ、差圧発信器２４の高圧側を一定の負圧に維持する。この状態で三角堰２０の上流側の水頭圧で高圧（負圧）側と低圧側の差圧を把握し、これに基づいて三角堰２０の上流側レベルを測定する。勿論この場合、差圧は負圧として求められる。このようにして得られたレベルを流量変換器２３に入力し、ＪＩＳ  Ｂ  ８３０２で規定する下記の流量公式により流量Ｑを算出する。
Ｑ＝Ｋｈ５／２（ｍ３／ｍｉｎ）
Ｋ＝８１．２＋０．２４／ｈ＋（８．４＋１２／√Ｄ）×（ｈ／Ｂ−０．０９）
上記の流量公式は直角三角堰に適用するものであり、堰形状が四角堰あるいは全幅堰の場合には、同様にＪＩＳ  Ｂ  ８３０２で規定するそれぞれの流量公式に基づいて流量Ｑを算出すればよい。四角堰の場合はＱ＝Ｋｂｈ３／２（ｂ：切り欠いた堰の幅）、全幅堰の場合はＱ＝ＫＢｈ３／２となる。
【００１４】
このように本発明においては、通常、正圧検出に基づき使用されている差圧発信器を負圧検出用として用いることで、従来では設置場所やスペース面で差圧発信器を設けることができなかった箇所に差圧発信器を設置することが可能となった。実際の操業に際しては、タンクのレベル検出および堰のレベル・流量検出に続いて、適宜電気的手段を介してレベル制御や流量制御システムもしくは警報システムを接続することで、本発明を活用すればよい。
【実施例】
【００１５】
図３において、Ｈ１＝２０００ｍｍ、Ｈ２＝５００ｍｍ、ｈ＝１１０ｍｍとしたとき、直角三角堰上限レベルにおける差圧は、−２０００＋６１０＝−１３９０ｍｍＨ２Ｏ、直角三角堰下限レベルにおける差圧は、−２０００＋５００＝−１５００ｍｍＨ２Ｏとなり、測定レンジは−１５００〜−１３９０ｍｍＨ２Ｏとなる。導圧管（１５Ａ）に測定液を充満させ、水頭圧で差圧を変化させて堰の液面レベルを測定すると共に、これをリニアライザーおよび変換器で流量に変換し、電気信号として流量記録計に記録した。レベル測定としては全く外的な要因（蒸気、気泡、風）の影響を受けることなく±１ｍｍの精度で測定作業を遂行できた。
これに対し同一の直角三角堰で、従来の超音波式流量計で堰のレベルと流量測定を実施した場合、外的な要因の影響を受け易く、測定精度もせいぜい±１０ｍｍであり、計器コストについても差圧発信器の約４〜５倍であった。また、超音波式流量計では定期的な校正は不可能であるが、本発明で採用する差圧発信器では校正は可能であり、トレーサビリティーが確立できた。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
上記した本発明の原理を利用することにより、正圧に基づく差圧発信器を使用すると各種液体のレベル測定が困難な場合に、容易に適用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を貯水タンク内の液体レベル測定に適用した例を示す概略説明図である。
【図２】開放型タンク内の液面レベルを測定するための従来の差圧式液面計の概要を示す説明図である。
【図３】三角堰の流量測定に本発明を適用した場合の装置の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１８】
１    開放型タンク                      ２    差圧発信器
３    タンク内の液体                    ４    導圧パイプ
１０    タンク本体                      １１    液体
１２、２２    水封式差圧レベル計        １３、２４    差圧発信器
１４、２５    ストップ弁                １５    吸引装置
１６、２５    導圧管                    ２０    三角堰
２１    排水                            ２３    流量変換器
【図１】
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【図２】
2006313079.tif 000004
【図３】
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