(57)【要約】【課題】簡易な構成でありながら、制度の良い測定ができる液位計および液位測定方法を提供する。【解決手段】液位計１は、内部に液体を収容する管２と、管２の下端部に設けられた開口７と、管２の上端部を密閉する蓋部３と、管の内部で上端部に設けられた圧力センサ４を有し、圧力センサの信号に基いて液圧Ｐを測定し、以下の式に基いて管の基準位置に対する液位ｈを算定する。ｈ＝Ｐ／ρｇ      ρ：液の密度，  ｇ：重力加速度      （式１）【選択図】図１
2019066377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液体を収容する管と、管の下端部に設けられた開口と、管の上端部を密閉する蓋部と、管の内部で上端部に設けられた圧力センサを有する液位計。
【請求項２】
管の上面に設けられた給液口と、給液口を開閉する開閉蓋と、下端部の開口を開閉する開閉部材と、管の上部より開閉部材を開閉操作する開閉操作部材を備えた請求項１に記載の液位計。
【請求項３】
圧力センサに接続された演算装置を有し、圧力センサの信号に基いて液圧Ｐを測定し、以下の式に基いて管の基準位置に対する液位ｈを算定する請求項１または請求項２に記載の液位計。
ｈ＝Ｐ／ρｇ      ρ：液の密度，  ｇ：重力加速度      （式１）
【請求項４】
液圧Ｐが大気圧のとき異常であることを示す信号を発生させる自己診断機能を有する請求項３に記載の液位計。
【請求項５】
内部に液体を収容する管と、管の下端部に設けられた開口と、管の上端部を密閉する蓋部と、管の内部で上端部に設けられた圧力センサと、管の上面に設けられた給液口と、給液口を開閉する開閉蓋と、下端部の開口を開閉する開閉部材と、管の上部より開閉部材を開閉操作する開閉操作部材と、圧力センサに接続された演算装置と、を備えた液位計を使用し、
管の下端部を測定対象の液体中に挿入し、開閉部材により下端部の開口を閉鎖するとともに給液口を開き、給液口より液体を管内に供給して管を充満させ、
開閉蓋により給液口を閉鎖し、開閉操作部材により開閉部材を操作して開口を開き、
圧力センサの信号に基いて液圧Ｐを測定し、以下の式に基いて管の基準位置に対する液位ｈを算定する液位測定方法。
ｈ＝Ｐ／ρｇ      ρ：液の密度，  ｇ：重力加速度      （式１）
【請求項６】
液圧Ｐが大気圧のとき異常であることを示す信号を発生させる請求項５に記載の液位測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液位を測定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中のピット内にある水の高さなどを測定する場合、通常はピット入り口から相当に深い位置に水面があり、直接目視などで水位を測定することは困難である。そのような水位を精密に測定するものとして、投げ込み式水位計が使用されている。これは、先端部の筒体に圧力センサや計測回路、電源などが設けられており、この筒体に長い電気ケーブルや光ケーブルが接続されていて、圧力センサにより得られた情報を外部の計器盤に伝達するようになっている。圧力センサを収納した筒体を排水ピットなどの底に投入し、その液圧を測定する。この液圧データに基づいて、圧力センサに対する液面の高さが算定でき、液位を求めることができる。ケーブルを介して圧力データあるいは算定された液位データをピットの外部に設けられた計器盤に送ることにより、ピットの外部で液位を測定することができる。例えば、特許文献１に記載の発明も同様の投げ込み式水位計に基づいている。
【０００３】
また、簡易な液位測定装置としては、異なる高さに複数のフロートを設けたものがある。液面より上にあるフロートは下がった状態であるが液中にあるフロートは浮き上がるので、このフロートの状態を検知することにより液位を知ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３７８２５号公開特許公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１などで用いられる投げ込み式の液位計は設置が容易であり、しかも精度の良い測定ができる。しかし、この液位計は高価である。一方、フロート式の液位計は安価に作れるが、液面の上昇や下降の速さを把握することができない。フロートのある位置のみでしか測定できないので、大まかな情報しか得られず、フロートとフロートの間の連続的な液位情報を得ることはできない。
【０００６】
この発明は簡易な構成でありながら、精度の良い測定が連続的にできる液位計および液位測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、この発明の液位計は、内部に液体を収容する管と、管の下端部に設けられた開口と、管の上端部を密閉する蓋部と、管の内部で上端部に設けられた圧力センサを有する。管の上面に設けられた給液口と、給液口を開閉する開閉蓋と、下端部の開口を開閉する開閉部材と、管の上部より開閉部材を開閉操作する開閉操作部材を備えることが好ましい。圧力センサに接続された演算装置を有し、圧力センサの信号に基いて液圧Ｐを測定し、以下の式に基いて管の基準位置に対する液位ｈを算定する。
ｈ＝Ｐ／ρｇ      ρ：液の密度，  ｇ：重力加速度      （式１）
さらに、液圧Ｐが大気圧のときに異常であることを示す信号を発生させる自己診断機能を有することが好ましい。
【０００８】
この発明の液位測定方法は、内部に液体を収容する管と、管の下端部に設けられた開口と、管の上端部を密閉する蓋部と、管の内部で上端部に設けられた圧力センサと、管の上面に設けられた給液口と、給液口を開閉する開閉蓋と、下端部の開口を開閉する開閉部材と、管の上部より開閉部材を開閉操作する開閉操作部材と、圧力センサに接続された演算装置と、を備えた液位計を使用し、
管の下端部を測定対象の液体中に挿入し、開閉部材により下端部の開口部を閉鎖するとともに給液口を開き、給液口より液体を管内に供給して管を充満させ、
開閉蓋により給液口を閉鎖し、開閉操作部材により開閉部材を操作して開口部を開き、
圧力センサの信号に基いて液圧Ｐを測定し、以下の式に基いて管の基準位置に対する液位ｈを算定する。
ｈ＝Ｐ／ρｇ      ρ：液の密度，  ｇ：重力加速度      （式１）
【発明の効果】
【０００９】
この発明の液位計は細長い管と上端部の圧力センサを主要部材とする簡易な構成であり、安価に実現できる。先端部にはセンサ類のような繊細な部材を含まず、しかも、液位を迅速かつ正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】液位計の概要を示す概念図である。
【図２】液位計の装用原理を示す概念図である。
【図３】液位の測定例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
この発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。液位計の概要を示す概念図である。
【００１２】
液位計１は内部に液体を収容する管２を備える。この管は測定対象である液が入った容器ｘの底部まで届く長さを有するものであればよく、金属管や塩化ビニール管など硬質な管が適しているが、ホースのような柔軟な管でもよい。本例では、排水ピット内の水位を測定する例であり、酸化や腐食に強く十分な剛性を有し、比較的安価であるステンレス管を使用しており、例えば径５０ｍｍのステンレス管などが特に適している。
【００１３】
管２は鉛直方向に延びた状態で使用されるが、傾斜があっても問題はない。そして、この中空管の上部は密閉される必要がある。そのため、管の上端面は密閉蓋３によって閉じられている。この密閉蓋３には給液口５と、給液口５を開閉するキャップ状の開閉蓋６が設けられている。
【００１４】
一方、管２の下部には液体が出入りできる開口７が形成されている必要がある。この開口７は、下端部の側面に設けてもよいが、管２の底面に設ける方が内部に異物を堆積させないために好ましい。さらに、開口７を開閉する開閉部材８と、管２の上部より開閉部材８を開閉操作する開閉操作部材９を設けている。本例では装置の構成を簡易にするため、扉状の開閉部材８と、この扉に連結されたワイヤや棒材のような開閉操作部材９を用いている。
【００１５】
また、管２の下部には支持部材１０が設けられており、開口７を排水ピットの底から所定の高さだけ離れた状態で支持するようにしている。排水ピットの場合、底から５０〜３００ｍｍ程度だけ高い位置に開口７を設置することにより、底部に溜まるスラッジが管２の開口７を塞ぐことを防止する。
【００１６】
また、管２の上端部には液圧センサ４が設けられている。さらに、外部には演算装置１１が設けられており、液圧センサ４と演算装置１１は回線１２を介して接続されている。この接続は有線でも無線でもよく、さらにその組合せやインターネットなどの通信回線を介したものでもよい。
【００１７】
ついで、この液位計１の使用方法に基いて、液位測定方法の例を説明する。まず、管２の下端部を測定対象の容器ｘの中に設置する。支持部材１０などを使用して、圧力センサ４の位置が固定され、かつ、開口７が液中で所定の高さになるように設置する。
【００１８】
測定を開始する前に、開閉操作部材９を操作して開閉部材８により下部の開口７を閉鎖する。一方、開閉蓋６を開放し、給液口５より測定対象の液体ｙと同様の液体を管２の中に供給する。たとえば、排水ピットの測定であれば水を供給する。液体を管２の上端まで充填したら、開閉蓋６を閉じて上端部を密封する。
【００１９】
そして、開閉操作部材９を操作して開閉部材８により下部の開口７を開放する。これにより、開口７を通って、液体ｙが出入りできるようになり、液位の測定を開始できる。
【００２０】
本発明の液位計および液位測定方法の作用原理について説明する。図２は液位計の作用原理を示す概念図である。ここでは、主要な構成のみを示しており、液位測定に直接的には関与しないものは省略している。
【００２１】
管２の上端部は測定対象の液体上面の最大高さよりも上になるように設置する。すなわち、液面は常に管２の上端部になる圧力センサよりも低い位置になる。管２の上端部は密閉されているので、上端部での液圧は大気圧よりも低い負圧となる。一方、排水ピットｘ内の液体ｙの上面の圧力は大気圧である。したがって、液体上面と圧力センサ４の高さの差をｈ、液体ｙの密度をρ、重力加速度をｇとすると、液体上面と圧力センサ４に近い基準位置における圧力差、すなわち、圧力センサ４によって検知される圧力は、次の関係になる。
ｈ＝Ｐ／ρｇ
これによって、ｈが求められる。また、圧力センサ４の位置は固定されているので、このｈは液位を示す値となる。
【００２２】
圧力センサ４によって得られた圧力情報Ｐは外部の演算装置１１に送られ、演算装置１１によって液位ｈを算定してもよく、また、管２の上端部付近に設けた小型処理端末（図示省略）などで液位ｈを算定したり、時間平均計算やノイズ除去等の処理も加えた上で、その小型処理端末に付属した通信部材を用いて、外部のサーバに送信してもよい。
【００２３】
上述の通り、圧力センサ４を容器ｘの液体ｙの最大上昇位置よりも高く設置すれば、正常に測定している限り圧力Ｐは負圧（大気圧未満）となるはずである。しかし、もし管２に孔が空いたりすると、管２の中の液位は容器ｘの液位と同じになり、圧力Ｐも大気圧になる。そこで、連続的に液位を測定するときに演算装置によって圧力Ｐが大気圧未満であるか否かについて判定させ、圧力Ｐが大気圧になったときには異常と判断させることができる。この場合、それまでの測定データを記憶装置に保存させるとともに、それ以降の計測を中止する。そして、表示装置１３などに異常が発生したことおよび異常発生時間を表示したり、音声等によって警報を発することができる。このように特別な機材を加えることなく液位計に自己診断機能を持たせることができる。
【００２４】
この発明の液位計の本体部は管２と圧力センサ４を主要部材とする簡易な構成であり、安価に実施できる。そのため、液位計を３本組にすることもできる。それぞれの圧力センサ４の値を相互比較し、最も差が小さい組み合わせの値を採用するようにすれば、信頼性を高めることができる。さらに、１本の管に孔が空いた場合には自己診断機能によって異常を通知するとともに、残りの２本によって測定を継続しながら新たな３本組への交換を待つことができる。
【００２５】
この発明の液位計の実施例について説明する。図３は液位の測定例を示すグラフである。水槽に水を入れ、満杯になった後に排出し、その間の水位ｈの変化を計測し、時間を横軸として表示している。５００ｍｍ×５００ｍｍ×１６００ｍｍの水槽を容器として使用する。管としては、直径１００ｍｍ、高さ１７００ｍｍのアクリル樹脂のものを使用する。水槽には、０〜２０００ｍｍのスケールも垂直に投入し、水位ｈの確認に使用する。管上部には、負圧測定用の圧力センサを設置している。圧力センサのデータは、デジタル式記録計により０．１秒周期で記録する。
まず管に水を上端までし、その後、水槽にポンプでゆっくりと水を入れ、ほぼ満杯になったら水を水槽から排出する。水槽の水位ｈは圧力センサによって検知した圧力データに基いて上述の計算式によって算定し、スケールによって測定される水位とも比較した。
図３には圧力センサのデータに基いた水位を表示している。水槽の底部近くを基準高さとして、それよりも上方向を正として表示している。水位の変化に素早く追随しており、実質的にリアルタイムの測定が精度よく実施できている。この水位とスケールの読取値は、読取誤差を考慮しても誤差は±１％程度であり、ほぼ完全に一致していることが確認できた。
【００２６】
この液位計および液位測定方法は様々な分野に広く適用できる。
河川に設置し、演算装置またはサーバに対して遠隔伝送することにより、河川の水位を安全な場所で連続的に測定できる。安価な装置であるため、多くの場所に設置することができるので、危険個所を漏れなく監視することができる。
マンホールピットや排水中和ピットに設けて遠隔で水位を監視できる。
薬液タンクの液位を遠隔で測定することもできる。
三角関の水位を継続計測し、総排水量を計算するための情報を取得することができる。
また、貯水池や井戸の水位の遠隔測定にも適用でき、貯水量を正確に把握することにより節水など適切な水資源の活用に利用できる。
さらに、地下排水管の水位を遠隔測定にも適用できる。
以上、さまざまな場所や液体に対して液位を安価で確実に測定し、伝送することによって、災害防止や対応、資源の効果的活用などに貢献できる。
【符号の説明】
【００２７】
１．液位計
２．管
３．開閉蓋
４．圧力センサ 
５．給液口
６．開閉蓋
７．開口
８．開閉部材
９．開閉操作部材
１０．支持部材
１１．演算装置 
１２．回線 
１３．表示装置
ｘ．容器
ｙ．液体
【図１】
2019066377.tif 000003
【図２】
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【図３】
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