(57)【要約】【課題】スカムが発生する被測定液体であっても、液面までの距離を精度良く測定できる液位測定装置を提供する。【解決手段】上下水道プラントにおける水処理の水処理タンク２内に貯留され、スカム、または、泡立ち、気泡などが発生している被測定液体３の液面３０までの距離を測定する液位測定装置１であって、被測定液体３の液面３０の上部で直進性を有する照射波を発生させ、照射波を被測定液体３の照射領域５の液面３０にて反射させ反射波を受信して液面までの距離を測定する測定器１１と、照射領域５に直接気体を供給する供給部１２とを備える。【選択図】図１
2019196953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定液体の液面の上部で直進性を有する照射波を発生させ、当該照射波を前記被測定液体の照射領域の前記液面にて反射させ反射波を受信して前記液面までの距離を測定する測定器と、
前記照射領域に直接気体を供給する供給部とを備える液位測定装置。
【請求項２】
前記供給部は、直進性を持たせて気体を供給する請求項１に記載の液位測定装置。
【請求項３】
前記供給部から供給する気体の供給量を調整する第一調整部と、
前記測定器が測定した前記液面までの距離に応じて前記第一調整部を制御する第一制御部とを備えた請求項１または請求項２に記載の液位測定装置。
【請求項４】
前記供給部が気体を供給する供給口の前記液面に対する距離を調整する第二調整部と、
前記測定器が測定した前記液面までの距離に応じて前記第二調整部を制御する第二制御部とを備えた請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液位測定装置。
【請求項５】
前記供給部は、巻き取り可能な材質の供給管にて形成され、
前記第二調整部は、前記供給管の長さを調整する巻取器にて形成される請求項４に記載の液位測定装置。
【請求項６】
前記測定器は、超音波レベル計、電波レベル計、または、光学レベル計のいずれかにて形成される請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、被測定液体の液面までの距離を精度良く測定する液位測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の非接触の液位測定装置は、液面上部の空間に発信素子と受信素子を設置し、発信したパルスと液面にて反射したパルスを比較することにより液位を計測している（例えば、特許文献１参照）。非接触の液位測定装置は、送受信の時間差を誤差なく測定することが、液位を算出する上で重要である。よって、パルスが伝播する照射領域と反射波を反射する液面の状態に大きく影響を受ける。
【０００３】
非接触の液位測定装置には、測定対象物に全く接触することなく測定できる大きな利点がある一方、液面に泡立ちが存在すると原理的に液位測定ができない問題がある（例えば、特許文献２参照）。また、照射領域の粉塵などの障害物除去には、測定器本体の照射領域に送風するファンを備え、これを除去する提案がなされている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１５５９２４号公報
【特許文献２】特開平６−３４４２１号公報
【特許文献３】特開２０１３−１９０２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の液位測定装置は、パルスが伝播する照射領域と反射波を形成する液面の状態に大きく影響を受ける構成となっている。照射領域である液面上にスカムが存在する場合には、照射波がスカムにより減衰または吸収されるため、反射波が微弱になり、測定が困難であった。また、乱反射により受信素子に反射波が到着する時間に乱れが生じ、正確な測定が困難となる問題もあった。
【０００６】
また、照射領域に対して、ファンにより送風する提案がなされていたが、ファンによる送風は、照射領域までの気体の動きが大きくなる可能性があり、パルスの伝播が不安定になる問題点があった。また、ファンは、パルスを照射する測定器本体の上部に設置されており、照射領域に気体が到達しにくく、液面上のスカムなどを的確に除くことができないという問題点があった。
【０００７】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、被測定液体の液面までの距離を精度良く測定できる液位測定装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に開示される液位測定装置は、
被測定液体の液面の上部で直進性を有する照射波を発生させ、当該照射波を前記被測定液体の照射領域の前記液面にて反射させ反射波を受信して前記液面までの距離を測定する測定器と、
前記照射領域に直接気体を供給する供給部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願に開示される液位測定装置によれば、被測定液体の液面までの距離を精度良く測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１による液位測定装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した被測定液体の液面の状態を示した上面図である。
【図３】比較例の液位測定装置の構成を示す図である。
【図４】図３に示した被測定液体の液面の状態を示した上面図である。
【図５】実施の形態２による液位測定装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示した被測定液体の液面が高い状態を示した図である。
【図７】図５に示した被測定液体の液面が低い状態を示した図である。
【図８】実施の形態３による液位測定装置の構成を示す図である。
【図９】図８に示した被測定液体の液面が高い状態を示した図である。
【図１０】図８に示した被測定液体の液面が低い状態を示した図である。
【図１１】図８に示した液位測定装置の巻取器の構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は実施の形態１による液位測定装置の構成を示す図である。図２は図１に示した被測定液体の液面の状態を示した上面図である。図３は比較例の液位測定装置の構成を示す図である。図４は図３に示した被測定液体の液面の状態を示した上面図である。本実施の形態の液位測定装置１は、例えば、上下水道プラントにおける水処理の水処理タンク２内に貯留されている被測定液体３の、水処理タンク２の底面から液面３０までの高さ（以下、単に「液位」と称する場合もある）の測定に関するものである。よって、液面３０上には浮遊物として、例えば、スカム、または、泡立ち、気泡など（以下、これらを総称して、スカム４と示す）が発生している。このようなスカム４が存在する被測定液体３の液面３０の液位の測定に用いられる。
【００１２】
図において、上述したように、液位測定装置１は、水処理タンク２内に貯留されている被測定液体３の液面３０の液位を測定するものである。液位測定装置１は、測定器１１と供給部１２とを備える。測定器１１は、被測定液体３の液面３０の上部で直進性を有する照射波を発生させ、照射波を被測定液体３の照射領域５にて反射させ反射波を受信して液面３０までの距離を測定する。これにより、被測定液体３の液面３０の液位を測定できる。
【００１３】
本実施の形態１においては、測定器１１は超音波レベル計を例に説明する。よって、照射波は超音波である。尚、測定器１１は、超音波レベル計に限られるものではなく、液面３０の上部で直進性を有する照射波を発生可能なものであれば良く、例えば、電波レベル計または光学レベル計なども同様に用いることが可能であるため、その説明は適宜省略する。
【００１４】
供給部１２は、被測定液体３の液面３０の照射領域５に直接気体を供給する。供給部１２は、供給管にて形成され、供給口１２１が照射領域５の上部に配置され、図示を省略した例えばコンプレッサなどにより、供給口１２１から直進性を持たせた気体の供給を可能に形成される。
【００１５】
次に、上記のように構成された実施の形態１の液位測定装置１の動作について説明する。まず、一般的に、水処理などに利用されている水処理タンク２内に貯留される被測定液体３には、その液面３０にスカム４が存在する。図３および図４の比較例に示すように供給部１２が存在しない場合について説明する。測定器１１から超音波が発信され、照射空間を伝播する。超音波は、照射領域５に到達し、反射されたのち、反射波として測定器１１に受信される。この発信と受信との時間差である伝播時間に基づき、液面３０の液位を算出する。
【００１６】
しかしながら、照射領域５の液面３０はスカム４にて覆われる（図４）。これにより、照射空間を伝播してきた超音波が、本来到達すべき照射領域５の液面３０に到達せず、スカム４により減衰または吸収され反射波が形成されない。あるいは、超音波が乱反射されるため、受信時間に大きな誤差が生じる。よって、被測定液体３の液面３０の液位を正確に測定できない。
【００１７】
これに対し、本実施の形態１の液位測定装置１によれば、まず、供給部１２の供給口１２１から気体を照射領域５に向かって直接供給する。すると、図１および図２に示すように、照射領域５からスカム４が除去され、照射領域５における液面３０が露出する。そしてこの状態を維持しながら、測定器１１から超音波を照射領域５に発信する。発振された超音波は、照射空間を伝播する。超音波は、障害となるスカム４に阻害されることなく、照射領域５において露出された液面３０に到達し、液面３０にて反射されたのち、反射波として測定器１１に受信される。
【００１８】
この発信と受信との時間差である伝播時間に基づき、液面３０の液位を算出する。このように測定器１１から発信される超音波は、液面３０の露出が確保された照射領域５にて反射波を形成するため、照射波および反射波の伝播時間が正確に算出され、精度良く液位を測定できる。また、供給部１２は、照射領域５の直接気体を供給できるため、スカム４を除去するために必要となる気体の供給量を抑制できる。
【００１９】
さらに、本実施の形態１では、供給部１２の供給口１２１より直進性を持たせた気体が供給される。よって、図１および図２に示すように、当該直進性の気体により、照射領域５からスカム４を的確に取り除くことができる。また、照射領域５までの気体の動きが小さくなり、照射波および反射波の伝播が安定的となり、精度良く液位を測定できる。
【００２０】
上記のように構成された実施の形態１の液位測定装置によれば、被測定液体の液面の上部で直進性を有する照射波を発生させ、当該照射波を被測定液体の照射領域の液面にて反射させ反射波を受信して液面までの距離を測定する測定器と、照射領域に直接気体を供給する供給部とを備えるので、液面上に、スカム、泡立ち、または気泡などが存在する環境においても、これらを気体により効率よく取り除くことにより、正しい液位を測定できる。すなわち、照射領域において、スカムなどが存在しない状態の液面にて照射波を反射できるため、照射波および反射波の伝播時間が正確に算出され、精度に優れた液位の測定が可能となる。
【００２１】
また、供給部から照射領域に直接気体を供給可能とするため、気体の供給量を抑制しながら、測定に必要な照射領域における液面の露出を確保できる。よって、経済性に優れた装置を得ることができる。また、気体の供給量を抑制できるため、気体の供給に必要なコンプレッサまたは電動機などの装置を小型化でき、これら装置により発生するノイズが低減されるため、液位の測定の精度を向上でき、初期投資が削減できる。
【００２２】
また、供給部は、直進性を持たせた気体を供給するため、照射領域までの気体の動きが低減され、照射波および反射波の伝播が安定になり、さらに精度に優れた液位の測定ができる。また、照射領域に気体が的確に到達し、液面上のスカムを的確に除くことができるため、さらに精度に優れた液位の測定ができる。
【００２３】
また、測定器は、超音波レベル計、電波レベル計、または、光学レベル計のいずれかにて形成されるため、直進性を有する照射波を確実に発生でき、精度に優れた液位の測定ができる。
【００２４】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、スカム４の影響を受けることなく液位を測定する液位測定装置１について示した。一般的に、上下水道プラントにおける水処理の水処理タンク内に貯留されている被測定液体の液面の液位は、定期的にその測定が必要となる場合が考えられる。しかしながら、上記実施の形態１に示したように、一度、スカム４の影響を受けることなく液位を測定したとしても、時間が経過すると再び、照射領域５における液面３０上がスカム４にて覆われる、または、一部にスカム４が侵入する可能性がある。よって、再び、上記実施の形態１と同様に、スカム４を取り除いた後に測定を行う必要がある。
【００２５】
このように、一度、液位を測定している場合には、その液位に応じて、供給部１２から供給する気体の供給量を、無駄なくかつ液位の測定を精度良く行うために、調整することが考えられる。よって、本実施の形態２では、測定器１１にて測定した液位に応じて、供給部１２から供給する気体の供給量を調整する場合について説明する。図５は実施の形態２による液位測定装置の構成を示す図である。図６は図５に示した被測定液体の液面が高い状態を示した図である。図７は図５に示した被測定液体の液面が低い状態を示した図である。
【００２６】
図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。液位測定装置１は、第一調整部１４と第一制御部１３とを備える。第一調整部１４は、供給部１２から供給する気体の供給量を調整する。第一制御部１３は、測定器１１が測定した液面３０までの距離（液位）に応じて第一調整部１４を制御する。
【００２７】
上記のように構成された実施の形態２の液位測定装置１の動作について説明する。まず、上記実施の形態１と同様に被測定液体３の液面３０の液位を測定する。尚、液位の測定は、上記実施の形態１と同様であるため、その説明は適宜省略する。ここでは、例えば、図６に示したように、液面３０の高い液位３０１が測定された場合、また、図７に示したように、液面３０の低い液位３０２が測定された場合について説明する。
【００２８】
第一制御部１３は、図６に示したように、当該測定器１１の測定値が高い液位３０１の場合、供給口１２１から液面３０までの距離が短いと判断する。そして、第一制御部１３は、照射領域５におけるスカム４を除去するためには、供給部１２から供給する気体の供給量が少なくもと可能であると判断して、適正な気体の供給量を算出する。そして、第一調整部１４を調整し、供給部１２からの気体の供給量を少なくなるように調整する。そして、照射領域５におけるスカム４は少ない供給量の気体により取り除かれ、液面３０を露出できる。
【００２９】
これに対し、第一制御部１３は、図７に示したように、当該測定器１１の測定値が低い液位３０２の場合、供給口１２１から液面３０までの距離が長いと判断する。そして、第一制御部１３は、照射領域５におけるスカム４を除去するためには、供給部１２から供給する気体の供給量が多く必要になると判断して、適正な気体の供給量を算出する。そして、第一調整部１４を調整し、供給部１２からの気体の供給量を多くなるように調整する。そして、照射領域５におけるスカム４は多くの供給量の気体により取り除かれ、液面３０を露出できる。
【００３０】
このように供給部１２の気体の供給量を、照射領域５におけるスカム４を取り除く最適な気体の供給量にて行うことができる。よって、経済性がさらに向上できるとともに、液位の測定の精度を確保できる。
【００３１】
上記のように構成された実施の形態２の液位測定装置によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんこと、供給部から供給する気体の供給量を調整する第一調整部と、測定器が測定した液面までの距離に応じて第一調整部を制御する第一制御部とを備えたので、照射領域において液面を露出させるために必要となる気体の供給量を、的確な量に制御できるため、経済性がさらに向上でき、液位の測定の精度を確保できる。
【００３２】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、供給部１２から供給する気体の供給量を調整し、スカム４の影響を受けることなく測定する液位測定装置１の例について示したが、本実施の形態３では、測定器１１にて測定した液位に応じて、供給部１２の供給口１２１の位置を調整する場合について説明する。図８は実施の形態３による液位測定装置の構成を示す図である。図９は図８に示した被測定液体の液面が高い状態を示した図である。図１０は図９に示した被測定液体の液面が低い状態を示した図である。図１１は図８に示した液位測定装置の巻取器の構成を示した図である。
【００３３】
図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。液位測定装置１は、第二調整部１５と第二制御部１６とを備える。第二調整部１５は供給部１２が気体を供給する供給口１２１の液面３０に対する距離を調整する。第二制御部１６は、測定器１１が測定した液面３０までの距離（液位）に応じて第二調整部１５を制御する。また、供給部１２は、巻き取り可能な材質、例えばゴムまたは樹脂の供給管にて形成される。また第二調整部１５は、供給管の長さを調整する巻取器１５１にて形成される（図１１参照）。
【００３４】
上記のように構成された実施の形態３の液位測定装置１の動作について説明する。まず、上記実施の形態１と同様に被測定液体３の液面３０の液位を測定する。尚、液位の測定は、上記実施の形態１と同様であるため、その説明は適宜省略する。ここでは、例えば、図９に示したように、液面３０の高い液位３０３が測定された場合、また、図１０に示したように、液面３０の低い液位３０４が測定された場合について説明する。
【００３５】
第二制御部１６は、図９に示したように、当該測定器１１の測定値が高い液位３０３の場合、第二制御部１６、照射領域５におけるスカム４を除去するためには、供給部１２の供給口１２１を水処理タンク２の高い位置に設置すると判断して、適正な供給口１２１の位置を算出する。そして、第二調整部１５を調整、ここでは巻取器１５１により供給管を巻き取って、供給部１２の供給口１２１を水処理タンク２の高い位置に調整する。そして、この位置に存在する供給口１２１から適量な供給量の気体が供給され照射領域５におけるスカム４は取り除かれ、液面３０を露出できる。
【００３６】
これに対し、第二制御部１６は、図１０に示したように、当該測定器１１の測定値が低い液位３０４の場合、第二制御部１６は、照射領域５におけるスカム４を除去するためには、供給部１２の供給口１２１を低い位置に設置すると判断して、適正な供給口１２１の位置を算出する。そして、第二調整部１５を調整、ここでは巻取器１５１により供給管を巻き戻して、供給部１２の供給口１２１を水処理タンク２の低い位置に調整する。そして、この位置に存在する供給口１２１から適量な供給量の気体が供給され、照射領域５におけるスカム４は取り除かれ、液面３０を露出できる。
【００３７】
このように供給部１２の供給口１２１の位置を、照射領域５におけるスカム４を取り除く最適な位置にて行うことができる。よって、経済性がさらに向上できるとともに、液位の測定の精度を確保できる。
【００３８】
また、例えば、液面３０が高い液位３０３または低い液位３０４に存在しても、供給部１２の供給口１２１の液面３０からの距離（液面３０からの位置）を同一距離とすれば、照射領域５におけるスカム４を取り除く最適な気体の供給量を一定として制御することが可能となる。よって、経済性がさらに向上できるとともに、液位の測定の精度を確保できる。
【００３９】
上記のように構成された実施の形態３の液位測定装置によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんこと、供給部が気体を供給する供給口の液面に対する距離を調整する第二調整部と、測定器が測定した液面までの距離に応じて第二調整部を制御する第二制御部とを備えたので、照射領域において液面を露出させるために必要となる供給口の位置を、的確な位置に制御できるため、経済性がさらに向上でき、液位の測定の精度を確保できる。
【００４０】
また、供給部は、巻き取り可能な材質の供給管にて形成され、第二調整部は、供給管の長さを調整する巻取器にて形成されるので、供給口の位置の調整を、簡便な構成で実現できるため、低コストとなる。
【００４１】
本開示は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらに、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００４２】
１  液位測定装置、２  水処理タンク、３  被測定液体、４  スカム、５  照射領域、１１  測定器、１２  供給部、１３  第一制御部、１４  第一調整部、
１５  第二調整部、１６  第二制御部、３０  液面、１２１  供給口、１５１  巻取器、３０１  液位、３０２  液位、３０３  液位、３０４  液位。
【図１】
2019196953.tif 000003
【図２】
2019196953.tif 000004
【図３】
2019196953.tif 000005
【図４】
2019196953.tif 000006
【図５】
2019196953.tif 000007
【図６】
2019196953.tif 000008
【図７】
2019196953.tif 000009
【図８】
2019196953.tif 000010
【図９】
2019196953.tif 000011
【図１０】
2019196953.tif 000012
【図１１】
2019196953.tif 000013