(57)【要約】【課題】  圧力損失による影響を考慮し、低価格のポンプであっても長く使用でき、制御回路も簡単にできる気圧式液面検出装置を提供する。【解決手段】  ポンプを一定周期ごとに駆動して給気管を介してタンク内に一定の圧力で空気を送り込み、その駆動時間内に給気管内の背圧を測定して液面レベルを演算して表示し、駆動時間経過直後の変動期間経過後におけるポンプの停止時に検出された圧力を基準値として記憶し、その後に測定された圧力が基準値に対して変化したことが検出されたことに応じて、一定周期の時間以内であっても所定の駆動時間だけポンプを再駆動して表示されている液面レベルを修正する。【選択図】      図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その一端がタンク内の液中に挿入される給気管と、
前記給気管の他端に圧縮した気体を供給するポンプと、
前記給気管内の圧力を計測する圧力計測手段と、
一定周期ごとに所定の駆動時間だけ前記ポンプを駆動し、前記駆動時間内に前記圧力計測手段によって計測された圧力を取込んで前記タンク内の液面レベルを演算し、前記駆動時間経過後における前記ポンプの停止時に前記圧力計測手段で計測された圧力を基準値として記憶し、その後に前記圧力計測手段によって計測された圧力が前記基準値よりも変化したことが検出されたことに応じて、前記所定時間以内であっても前記ポンプを再駆動する制御手段を備える、気圧式液面検出装置。
【請求項２】
前記制御御手段は、前記ポンプを再駆動したことに応じて、前記圧力計測手段によって計測された圧力を取込んで前記タンク内の液面レベルを再演算する、請求項１に記載の気圧式液面検出装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記駆動時間内において前記ポンプの駆動開始時の変動期間を除く期間内において前記計測された圧力を取り込む、請求項１または２に記載の気圧式液面検出装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記駆動時間経過後の圧力損失による圧力の低下が落ち着くまでの一定時間経過後において計測された圧力を基準値として記憶する、請求項１から３のいずれかに記載の気圧式液面検出装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記給気管に供給する気体が一定流量になるように制御する、請求項１から４のいずれかに記載の気圧式液面検出装置。
【請求項６】
さらに、液面レベルを表示するレベル表示手段を備え、
前記制御手段は、前記駆動時間内に計測された圧力に基づいて液面レベルを前記レベル表示手段に表示する、請求項１から５のいずれかに記載の気圧式液面検出装置。
【請求項７】
さらに、警報表示手段を備え、
前記制御手段は、前記ポンプを駆動した回数を計数して、保守点検または交換時期を前記警報表示手段に表示する、請求項１から６のいずれかに記載の気圧式液面検出装置。
【請求項８】
さらに、前記給気管と前記ポンプとの間に設けられ、前記給気管から前記ポンプに気体が逆流するのを阻止する逆止弁を含む、請求項１から７のいずれかに記載の気圧式液面検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は気圧式液面検出装置に関し、特に、タンク内の液面を検出する気圧式液面検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パージ式の気圧式液面検出装置は、タンク内の液中に給気管を挿入し、ポンプから定流量弁（パージセット）を介して一定流量の気体を連続して給気管に供給し、給気管の気体供給側に取付けられた圧力センサで給気管の圧力（背圧）を測定し、測定した圧力に基づいて液面レベルを演算して表示する。
【０００３】
このような気圧式液面検出装置において、給気管の内部を気体が流動すると圧力損失（流量損失）が発生するが、一定流量の気体を給気管に供給すると、圧力損失は一定になる。測定物（タンク内の液）がない場合でも給気管内に気体が流れると圧力損失が発生する。このため、圧力センサは圧力損失を伴った圧力を背圧として検出することになる。
【０００４】
このように連続して一定流量の気体を給気管に供給する気圧式液面検出装置では、検出する圧力には、実際の圧力に圧力損失が加算された値になるが液面のレベルが変化しても圧力損失の値が一定のため無視しており、測定した圧力から液面レベルを演算する制御回路には特別な演算を行っていない。
【０００５】
一方、特許第２９５１９５４号公報（特許文献１）には間欠式の気圧式液面検出装置について記載されている。この気圧式液面検出装置では、液面のレベル変動に応じて、ポンプを高速動作させたり低速動作させたりするなどの間欠動作により、給気管に圧縮空気を供給して給気管の圧力を測定することで変動した液面レベルを測定している。
【特許文献１】特許第２９５１９５４号公報（段落番号００２６〜００２９、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パージ式の気圧式液面検出装置は、ポンプを連続して駆動する必要があるため、ポンプを駆動するモータとして耐用年数の長いものを用いる必要があり、高価なモータを用いる必要がある。コストを低減するために、低価格のモータを使用することも考えられるが、例えば低価格の圧力ポンプは、寿命が３０００時間程度であり、連続で使用すると１２５日程度で寿命を終えることになり実用的でない。また、通常の低価格のポンプは、オン，オフしか制御できず、回転数などを変化させるには高価な制御回路が必要になってくる。
【０００７】
特許文献１に記載されている気圧式液面検出装置では、流量が一定ではなく、ポンプの高速動作時と低速動作時で流量が変化するので、高速動作時と低速動作時で生じる圧力損失が異なり、表示する液面レベルに誤差を生じるという問題がある。さらに、この気圧式液面検出装置はパルスモータやサーボモータなどを用いているためコストが高くなってしまうという問題もある。
【０００８】
そこで、この発明は、圧力損失の影響を受けることがなく、低価格のポンプであっても長く使用でき、制御回路も簡単にできる気圧式液面検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、その一端がタンク内の液中に挿入される給気管と、給気管の他端に圧縮した気体を供給するポンプと、給気管内の圧力を計測する圧力計測手段と、一定周期ごとに所定の駆動時間だけポンプを駆動し、駆動時間内に圧力計測手段によって計測された圧力を取込んでタンク内の液面レベルを演算し、駆動時間経過後におけるポンプの停止時に圧力計測手段で計測された圧力を基準値として記憶し、その後に圧力計測手段によって計測された圧力が基準値よりも変化したことが検出されたことに応じて、所定時間以内であってもポンプを再駆動する制御手段を備える。
【００１０】
この発明では、圧力損失変動の誤差を受けることがなく、液面レベルが急激に変動しても直ちに液面レベルを検知でき、間欠駆動することで安価なポンプを使用しても寿命を長くできる。
【００１１】
好ましくは、ポンプを再駆動したことに応じて、圧力計測手段によって計測された圧力を取込んでタンク内の液面レベルを再演算する。したがって、圧力の変動に応じて液面レベルを再演算できる。
【００１２】
好ましくは、制御手段は駆動時間内においてポンプの駆動開始時の変動期間を除く期間内において計測された圧力を取り込む。これによりポンプ駆動時に生じる圧力変動の影響を避けることができるので、測定した液面レベルの精度の低下を防止できる。
【００１３】
好ましくは、制御手段は駆動時間経過後の圧力損失による圧力の低下が落ち着くまでの一定時間経過後に計測された圧力を基準値として記憶する。このように圧力損失による圧力の低下が落ち着くまでの一定時間経過後まで圧力検出を禁止することで、取込んだ基準値が圧力損失の影響を避けることができるので基準値の精度が低下するのを防止できる。
【００１４】
好ましくは、制御手段は給気管に供給する気体が一定流量になるように制御する。これにより、パージセットを利用した一定流量計測に近い動作を行うことができる。
【００１５】
さらに、液面レベルを表示するレベル表示手段を備え、制御手段は駆動時間内に計測された圧力に基づいて液面レベルをレベル表示手段に表示する。これにより、液面レベルを視認するのが容易になる。
【００１６】
さらに、警報表示手段を備え、制御手段はポンプを駆動した回数を計数して、保守点検または交換時期を警報表示手段に表示する。これにより、ポンプの保守点検が容易になる。
【００１７】
さらに、給気管とポンプとの間に設けられ、給気管からポンプに気体が逆流するのを阻止する逆止弁を含む。
【発明の効果】
【００１８】
したがって、この発明では、ポンプを一定周期で間欠駆動しているが高速動作や低速動作でポンプを駆動することなく、背圧の差（圧力損失）の影響を受けないように、液面レベルの計測には、ポンプ動作時の背圧を検出して行い、ポンプ停止時の背圧は液面レベルの変化を検出するだけに用いるようにしたので、圧力損失変動の誤差を受けることがない。
【００１９】
しかも、ポンプ停止時に計測された圧力を基準値として記憶し、その後に計測された圧力が基準値よりも変化したことが検出されたことに応じて、所定時間以内であってもポンプを再駆動するようにしたので、液面レベルが急激に変動しても直ちに液面レベルを検知できる。しかも、間欠駆動することで安価なポンプを使用しても寿命を長くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１はこの発明の一実施形態における気圧式液面検出装置の概略ブロック図である。
【００２１】
図１において、タンク１内には水や油などの液体が注入されており、液中に給気管２の一端が挿入されている。給気管２の他端にはポンプ３が結合されており、ポンプ３から給気管２に気体として空気が圧縮されて供給されていて、給気管２の一端からバブリングされる。
【００２２】
圧力検出手段としての圧力検出素子４によって給気管２内の圧力が背圧として検出される。圧力検出素子４で検出された圧力の圧力検出信号は制御回路５に与えられる。制御手段としての制御回路５は圧力検出信号に応じてポンプ３にポンプオン，オフ信号を与えて、オン，オフ制御するとともに検出された圧力に基づいて液面レベルを演算して表示器６に液面レベルを表示する。
【００２３】
図２は図１に示した制御回路５の具体的なブロック図である。図２を参照して、制御回路５のより具体的な構成について説明する。制御回路５は、Ａ／Ｄ変換器５１と、マイクロコンピュータ５２と、Ｄ／Ａ変換器５３と、警報表示器５４と、ポンプオン，オフ制御回路５５とを含む。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換器５１は圧力検出素子４で検出されたアナログの圧力検出信号をデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ５２に出力する。マイクロコンピュータ５２は、圧力検出信号に基づいて、液面レベルを演算する。この演算は、例えば予め圧力と液面レベルとの関係を記憶しておき、検出された圧力に対応する液面レベルを読出して演算出力とすることができる。この演算出力はＤ／Ａ変換器５３によってアナログ信号に変換されて出力信号として導出され、図１に示した表示器６に与えられ液面レベルが表示される。これにより、液面レベルの視認が容易になる。
【００２５】
マイクロコンピュータ５２には警報表示器５４が接続されていて、警報表示器５４にはポンプ３の寿命が表示される。例えば、マイクロコンピュータ５２は、ポンプ３をオンした回数あるいはオンした時間を計数していて、ポンプの保守点検あるいは交換時期になったことを判別すると警報表示手段としての警報表示器５４に警報表示する。これにより、ポンプの保守点検が容易になる。さらに、マイクロコンピュータ５２には、ポンプオン，オフ制御回路５５が接続されていて、ポンプオン，オフ制御回路５５によってポンプ３のオン，オフが制御される。
【００２６】
図３はポンプ３の一例の断面図である。ポンプ３は図３に示すようにモータ３１を含み、モータ３１の回転軸に偏心フランジ３２が取付けられていて、軸３３の下端面が偏心フランジ３２の外周面に当接している。軸３３の上端はダイヤフラム３４の中心に固定されている。ダイヤフラム３４は円板状に形成されており、その周囲がポンプ室３５の内壁に固定されている。
【００２７】
ポンプ室３５に連なるように吸気弁３６と排気弁３７とが設けられており、モータ３１が回転すると偏心フランジ３２の回転に伴って、軸３３が上下動することでダイヤフラム３４が上下動し、吸気弁３６からポンプ室３５内に空気が吸入され、排気弁３７から排出される。吸気弁３６内にはスプリング３８によって逆止弁３９が保持されており、ポンプ室３５から外部に空気が逆流するのが阻止される。同様にして排気弁３７内にもスプリング４０によって逆止弁４１が保持されており、外部からポンプ室３５内に空気が逆流するのが阻止される。
【００２８】
図３に示したポンプ３は圧力と流量は比例関係にあり、圧力の変化に応じて気体の流量が変化する。しかし、逆止弁３９，４１が設けられているため高価になってしまう。そこで、他の実施形態として、ポンプ３として図４の縦軸に示す流量と横軸に示す圧力との関係を有するポンプを用いてもよい。すなわち、ポンプ３として、図４に示すように、横軸に示す圧力が０〜０．０５ＭＰａ程度までほぼ一定流量を供給する準定流量領域を有する安価なものを用いることができる。
【００２９】
このような特性を持つものを用いることにより、圧力が変化してもポンプの定格能力の５０％程度の流量の排出力で液面の検出が可能になる。液面の検出が可能な長さを図１に示した給気管２の測定長さとすると、特別なパージセットや高度なモータ制御を使用することなく、上記一定流量を供給する安価なポンプを簡易なパージ流量源として使用できる。
【００３０】
図５はポンプの間欠動作を示すタイミング図である。次に、図５を参照して、この発明の一実施形態における概略の動作について説明する。なお、以下の説明では、ポンプ３として上記の安価なものを用いて、一定流量で給気管２に空気を送り込むものとして説明する。マイクロコンピュータ５２は、図５（Ｄ）に示すように一定周期の間欠動作時間Ｔ＝１分〜５分ごとにポンプ３を所定の駆動時間であるポンプ動作時間ＴＰ＝１０秒間動作させて、給気管２内に一定流量で空気を供給する。このように一定流量で空気を給気管２に供給することで、圧力損失は一定になる。
【００３１】
ポンプ動作時間ＴＰ内における図５（Ｃ）に示す液面サンプリングタイミングにおけるサンプリング時間ＴＳの間に、圧力検出素子４により給気管２内の背圧がサンプリングして測定され、図５（Ｂ）に示す液面レベルが演算され、図５（Ａ）に示すように液面レベルのデータが出力されてデータが更新される。
【００３２】
ポンプ動作時間経過後には、ポンプ停止中の基準液圧が測定されて記憶され、液圧が基準液圧よりも変化するとポンプ３が再起動されて給気管２内の背圧が再測定され、液面レベルが再演算されてデータが更新される。このように液圧が基準液圧よりも変化するとポンプ３が再起動されるので、液面レベルが急激に変動しても直ちに液面レベルを検知できる。
【００３３】
図６は図５に示したポンプ動作の時間軸を拡大して示し、図７はポンプ動作と出力表示のタイミング図である。
【００３４】
図５（Ｄ）に示したポンプ動作時間ＴＰの時間軸を拡大して示すと図６（Ｅ）に示す波形となり、ポンプ３の駆動時における給気管２内の背圧は図６（Ａ）に示す波形のように変動する。背圧の変動波形の立上がり部分は、給気管２に空気が送り込まれたことによりオーバーシュートａなどの変動を生じており、背圧の変動波形の立下り部分は、給気管２への空気の送り込みが停止されたことによりアンダーシュートｂなどの変動を生じている。
【００３５】
そこで、図６（Ｄ）に示すようにポンプ駆動開始時および終了時の期間はサンプリング動作禁止期間として設定され、このサンプリング動作禁止期間を除いて図６（Ｂ）に示すポンプ駆動時の液位記憶用サンプリングタイミングにおいて、液位表示用背圧測定が行われる。
【００３６】
図１に示した給気管２が長ければ、ポンプ３の駆動時に背圧が例えば０．０６ＭＰａであってもポンプ３の駆動を停止させると、図６（Ａ）に示すように、背圧が例えば０．０５ＭＰａに低下してしまう。これは、ポンプ３を駆動して加圧しているときは、圧力損失のためポンプ３の駆動時に背圧が実際の液位による圧力よりも高くなってしまうからである。
【００３７】
ポンプ３の駆動を停止させると、圧力損失が生じなくなるので背圧が低くなる。この背圧は液位の変化に対応しているので、この背圧をポンプ停止中の基準液圧とする。ただし、ポンプ駆動停止後の圧力損失による背圧が低下しており、この低下が落ち着くまでの一定時間（約２秒）後のポンプ停止中の図６（Ｃ）に示す基準液圧サンプリングタイムにおいて背圧を記憶し、基準液圧を測定するようにしている。
【００３８】
また、この期間に背圧の変動波形の立下り部分には給気管２への空気の送り込みが停止されたことにより、変動を生じているが、ポンプ停止後の一定時間経過後に基準液圧測定を行うことで変動による影響も受けることがない。
【００３９】
図７（Ｃ）に示すように、ポンプ３は間欠動作時間Ｔごとに一定の周期でポンプ３が駆動されるが、ポンプ動作時間ＴＰ経過後のポンプ停止中の基準背圧サンプリング期間において基準背圧を測定して記憶しておき、図７（Ｂ）に示すように背圧変動により測定した背圧が基準背圧よりも低ければ、間欠動作時間Ｔよりも短い短縮時間Ｔｓであってもポンプ３を再起動する。ポンプ３が再起動されると、ポンプ駆動時の液位記憶用サンプリングタイミングにおいて液圧が再測定され、その測定結果に基づいて液面レベルが再演算されて、図７（Ａ）に示す出力値として表示されている液面レベルが修正される。
【００４０】
図８はこの発明の一実施形態における気圧式液面検出装置の動作を説明するためのフローチャートであり、図５〜図７について説明した処理をマイクロコンピュータ５２が行うものである。
【００４１】
まず、マイクロコンピュータ５２はステップ（図示ではＳＰと略称する）ＳＰ１において、図５（Ｄ）に示す一定周期の間欠動作設定時間Ｔが経過したか否かを判別する。一定周期を経過していなければ、経過するまで待機する。一定周期を経過したことを判別すると、マイクロコンピュータ５２はステップＳＰ２において、ポンプオン，オフ制御回路５５により、例えば所定時間ＴＰ＝１０秒のポンプ動作時間だけポンプ３を駆動する。
【００４２】
この駆動信号は図６（Ｅ）に示すようにＴＰ＝１０秒だけ「Ｈ」レベルに立ち上がる信号である。この駆動信号によりポンプ３が駆動されて、給気管２に空気が送り込まれる。このとき、図６（Ａ）に示すように、ポンプ駆動時における給気管２内の背圧変動波形に変動を生じる。
【００４３】
マイクロコンピュータ５２は、ステップＳＰ３においてポンプ３を駆動後に変動期間を経過したか否かを判別する。変動期間を経過していなければ経過するまで待機する。変動期間を経過すると、ステップＳＰ４において、液位を表示するために背圧を測定する。
【００４４】
すなわち、マイクロコンピュータ５２は、図６（Ｂ）に示すサンプリングタイミングにおいて、Ａ／Ｄ変換器５１によってデジタル信号に変換された圧力検出素子４からの圧力検出信号を取り込み、ステップＳＰ５において、液面レベルを演算する。その演算結果は、Ｄ／Ａ変換器５３によってアナログ信号に変換されて出力され、表示器６に液面レベルが表示される。
【００４５】
ステップＳＰ６において、図６（Ｃ）に示すポンプ停止中の基準液圧のサンプリングタイムであるか否かを判別する。ポンプ３の駆動信号は、図６（Ｂ）に示すサンプリング期間を経過すると、ポンプ駆動停止後の圧力損失による背圧の低下が落ち着くまでに一定時間を有し、しかも図６（Ａ）に示すように変動を生じている。
【００４６】
ステップＳＰ６において、これらの期間が経過して基準液圧測定サンプリングタイミングであることを判別すると、ステップＳＰ７において、図６（Ｃ）に示すポンプ停止中の基準液圧のサンプリングタイミングで、Ａ／Ｄ変換器５１によってデジタル信号に変換された圧力検出素子４からの圧力検出信号を取込んで基準液圧として記憶する。
【００４７】
ステップＳＰ８において、ポンプ停止後の所定のタイミングでデジタル信号に変換された圧力検出素子４からの圧力検出信号を取込み、現時点の液圧がステップＳＰ９においてステップＳＰ７で記憶した基準液圧に対して変化したか否かを判別する。測定した液圧が基準液圧に対して変化したことを判別したときには、ステップＳＰ２に戻り、ポンプ３を再駆動する。
【００４８】
すなわち、図７（Ｃ）に示すように、ポンプ３は間欠動作設定時間Ｔごとに一定の周期でポンプ３が駆動されるが、ポンプ動作中の液位、基準背圧を測定して記憶しておき、図７（Ｂ）に示すように背圧変動により測定した背圧が基準背圧よりも低ければ、間欠動作設定時間Ｔよりも短い短縮時間Ｔｓであってもポンプ３を再駆動することにより、液面レベルが急激に変化しても直ちに液面レベルを測定できる。
【００４９】
図９はこの発明の一実施形態における気圧式液面検出装置において使用されるポンプの他の例を示す図である。この例はポンプ３ａに吸気弁３６ａと排気弁３７ａとが設けられており、排気弁３７ａには連結チューブ４２を介して逆止弁４１ａが取付けられている。この例では吸気弁３６ａ側には逆止弁が設けられておらず、排気弁３７ａ側にのみ逆止弁４１ａが設けられている。排気弁３７ａ側には逆止弁４１ａを取付けておかなければ液がポンプ３ａ内に逆流するおそれがあるが、吸入側には気体が逆流しても問題がなく、コストダウンを図ることができる。
【００５０】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
この発明の気圧式液面検出装置は、液面のレベル変動がなくてもポンプを一定周期で間欠動作させて液面レベルを測定できる液面レベルセンサとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の一実施形態における気圧式液面検出装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示した制御回路のより具体的なブロック図である。
【図３】この発明の一実施形態における気圧式液面検出装置に用いられるポンプの断面図である。
【図４】ポンプの流量と圧力との関係を示す図である。
【図５】ポンプの間欠動作を示すタイミング図である。
【図６】図５に示したポンプ動作の時間軸を拡大して示すタイミング図である。
【図７】ポンプ動作と出力表示のタイミング図である。
【図８】この発明の一実施形態における気圧式液面検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】この発明の一実施形態における気圧式液面検出装置に用いられるモータの他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  タンク、２  給気管、３，３ａ  ポンプ、４  圧力検出素子、５  制御回路、６  表示器、３１  モータ、３２  偏心フランジ、３３  軸、３４  ダイヤフラム、３５  ポンプ室、３６，３６ａ  吸気弁、３７，３７ａ  排気弁、３８，４０スプリング、３９，４１，４１ａ  逆止弁、５１  Ａ／Ｄ変換器、５２  マイクロコンピュータ、５３  Ｄ／Ａ変換器、５４  警報表示器、５５  ポンプオン，オフ制御回路。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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