(57)【要約】【課題】部品点数を減らすことができて信頼性を向上し得る振動式レベルセンサの多点物体検出装置を提供する。【解決手段】異なる振動周波数を持つ各センサ部をタンクの複数位置に設け、各センサ部の電磁石のコイルを直列または並列に接続し、これらの振動周波数におけるインピーダンス変化を検出し、この変化から各位置の物体の有無を単一の制御回路部で一括して検出する。【選択図】      図７
2004151074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出パイプと検出パイプ内に配置し、マグネットを設けた振動板と前記振動板に若干のギャップを介して対向させた電磁石とからなるセンサ部を有し、前記電磁石により振動を発生させ物体の有無を検出する振動式レベルセンサの多点物体検出装置であって、異なる振動周波数を持つ前記センサ部をタンクの複数位置に設け、前記各センサ部の電磁石のコイルを直列または並列に接続し、これらの振動周波数におけるインピーダンス変化を検出し、この変化から各位置の物体の有無を単一の制御回路部で一括して検出できるようにしたことを特徴とする振動式レベルセンサの多点物体検出装置。
【請求項２】
前記各センサ部と前記制御回路部はループ状の一本の線で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の振動式レベルセンサの多点物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は振動式レベルセンサの多点物体検出装置に関し、特に、検出パイプと検出パイプ内のマグネットを設けた振動板と前記振動板に若干のギャップを介して対向させた電磁石とからなるセンサ部を有し、前記電磁石により振動を発生させ物体の有無を検出する振動式レベルセンサの多点物体検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の振動式レベルセンサの概略ブロック図であり、特開平１１−３５１９４４号公報に記載されているものである。図８（ａ）において、検出パイプ部１は、その基部１１が固定端とされ、その先端部が閉塞部１２で閉塞されて自由端とされ、折返し片持ち梁を構成している。検出パイプ部１の内部には、細長い矩形状の振動片２が設けられる。すなわち、振動片２の一端は検出パイプ部１の閉塞部１２に固着され、他端には永久磁石３が設けられて自由端とされる。
【０００３】
さらに、振動片２の軸方向と向き合うように電磁石４が検出パイプ部１の内壁に密着するように取り付けられる。電磁石４が交流電流で駆動されると、電磁石４が発生する磁界と、永久磁石３の磁界の吸引反発作用により、振動片２と閉塞部１２と検出パイプ部１が基部１１を固定端として折返し片持ち梁の振動を発生させる。
【０００４】
検出パイプ部１の基部１１側の内側の壁には歪検出素子５が設けられる。歪検出素子５は検出パイプ１の基部１１側の振動振幅状態を検知して電気信号に変換し、増幅回路６に与える。増幅回路６は入力された信号を増幅して再び電磁石４に入力する。
【０００５】
電磁石４に加えられる電流の極性と電磁石４に発生する磁界の関係が図８（ｂ）に示す関係であるとすると、電磁石４の永久磁石３に向き合う極がＮ極となり、振動片２に取り付けられた永久磁石３のＳ極との間には吸引力が生じ、永久磁石３のＮ極との間には反発力が生じ、振動片２の自由端は図８（ｂ）において上側に力を受けて変位することになる。
【０００６】
逆に、電磁石４に加わる電流の極性を逆にすると、図８（ｃ）に示すように、電磁石４の永久磁石３に向かい合う側の極性が逆転してＳ極となり、振動片２の永久磁石３のＳ極と反発し、Ｎ極と吸引するために振動片２の自由端は下側に力を受け振動モードが変化する。したがって、電磁石４に加わる電流の極性を折返し片持ち梁の振動系の固有振動周波数に合わせて切り換えることにより、振動を生じ、継続させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示した例では、振動系の振動を検出素子５で検出して電気信号に変換し、増幅回路６で増幅して再び電磁石４に入力するとともに、検出回路７から検出信号を出力する。振動の検出素子５として圧電素子や加速度ピックアップが用いられるが、圧電素子は割れやすく、検出パイプに接着剤で貼り付けることによる環境性や温度特性などの影響を受けやすく圧電素子そのものの信頼性が低いという問題がある。
【０００８】
その他に、たとえば特許第２６３６８７１号公報に示されている振動式検出装置を用いる方法もある。この振動式レベル検出装置では、振動体に励振用圧電素子と受信用圧電素子とが設けられ、励振用圧電素子により振動体が励振させて振動体の振動が受信用圧電素子で検出される。そして、受信用圧電素子からの出力がバンドパスフィルタに入力されて振動体が被検出対象物に接触しない場合の振動周波数ｆａを通過させ、振動体が被検出対象物に接触した場合の振動周波数ｆｂを通過させないようにする。このバンドパスフィルタの出力を電圧比較回路に与えて、基準電圧と比較し、振動体が被検出対象物に接触しない場合には基準電圧より高くなるので被検出対象物を検出できる。
【０００９】
しかし、上述の従来例においては、検出回路の部品点数が多くなり、コストが高くなり構造的にも複雑になり、組み立て工数も多くなってしまうという問題もある。部品点数が増えることは信頼性の低下にもつながる。
【００１０】
図９は図８に示す従来のセンサ部をタンクの複数位置に設けた時のレベルセンサの説明図である。タンク４１にセンサ部４３を設け、タンク４２にセンサ部４４を設けて、それぞれの位置における物体の有無を検出する場合、各センサ部４３，４４に電源を供給する電源線４７や各センサ部４３，４４の信号を物体排出供給用の制御装置４５に送る信号線４６が各センサ部毎に必要となり、各線ともプラス側とマイナス側の２本必要で、図９の例では各センサ部４３，４４に対して４本、合計８本の電線が必要になる。
【００１１】
また、センサ部および制御装置にそれら配線を接続する端子台などの接続用の部品の点数も多く必要になる。
【００１２】
それに加え、各センサ部毎に制御回路部として、増幅回路や検出回路およびそれに伴う電源回路等付随回路が必要で、タンク周辺温度が高温な場合、部品の温度範囲を越す場合などは、使用できなかったり、冷却などの手段が必要である。また、電子部品は振動などに弱い場合が多く、特に物体の目詰まりなどを防ぐ目的で設けられているバイブレータや衝撃発生器などの近傍にセンサが設けられる場合は補強などの対策が必要となる。
【００１３】
それゆえに、この発明の主たる目的は、単一の制御回路部により複数のセンサ部位置の物体の有無を検出することでレベルセンサのコストを下げると同時にセンサ部と制御装置間の配線を極力少なくし配線材料の本数および長さを削減し配線材料のコストを下げると共に、センサ内部の電子回路を無くし、耐熱性能や耐振動性能等の耐環境性能に優れた振動式レベルセンサの物体検出装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、検出パイプと検出パイプ内に配置し、マグネットを設けた振動板と前記振動板に若干のギャップを介して対向させた電磁石とからなるセンサ部を有し、前記電磁石により振動を発生させ粉体の有無を検出する振動式レベルセンサであって、異なる振動周波数を持つ前記センサ部をタンクの複数位置に設け、前記センサ部の電磁石のコイルを直列または並列に接続し、これらの振動周波数におけるインピーダンス変化を検出し、この変化から各位置の物体の有無を単一の制御回路部で一括して検出できるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
また、各センサ部と前記制御回路部はループ状の一本の線で接続されていることを特徴とする。
【００１６】
【実施の実施の形態】
まず、この発明の実施形態について説明する前に、図１を参照してこの発明の原理について説明する。図１において、検出パイプ１１と振動板１２とマグネット１３と電磁石１４からセンサ部Ａは構成される。この電磁石１４に振動板１２と検出パイプ１１の振動周波数の電流信号を加えると、マグネット１３の磁極と電磁石１４の交番磁界の作用によりセンサ部Ａの振動が最大となり、マグネット１３と電磁石１４により生じる逆起電力も最も大きくなり制御信号から信号線１５に流している電流位相が変化する。この変化を測定した結果を図２〜図５に示す。
【００１７】
図６を参照して図２〜図５を説明する。たとえば、タンク２１に取り付けたセンサ部２３の振動周波数は３３１Ｈｚで、タンク２２に取り付けたセンサ部２４の振動周波数は３８２Ｈｚの場合、図２はセンサ部２３の検出パイプ１１とセンサ部２４の検出パイプ１１の両方とも物体で覆われることなく自由振動状態を示す。図３はセンサ部２３の検出パイプ１１は物体に覆われた状態を示し、センサ部２４の検出パイプ１１は物体に覆われていない状態を示す。図４はセンサ部２３の検出パイプ１１は物体に覆われていない状態を示し、センサ部２４の検出パイプ１１は物体に覆われた状態を示す。図５はセンサ部２３の検出パイプ１１とセンサ部２４の検出パイプ１１の両方とも物体に覆われている状態を示している。
【００１８】
物体がない場合は、センサ部の振動周波数で電流位相に変化が発生しているが、物体がある場合は、検出パイプ１１や振動板１２は振動しないため逆起電力による信号電流の位相は変化しない。この各センサ部２３，２４の振動周波数における電流位相の変化の有無もしくは大きさから、それぞれのセンサが物体に埋没しているかしていないかを検出する。
【００１９】
なお、各センサ部２３，２４の振動周波数をそれぞれ変えるには、振動板１２の厚み、材質または形状を変えるなどの方法がある。
【００２０】
図７はこの発明の一実施形態における振動式レベルセンサの制御回路部２５のブロック図である。図７において、制御回路部２５は周波数制御部３３、周波数発生部３２、駆動回路３７、電流検出部３６、位相比較部３８で構成され、周波数制御部３３が周波数発生部３２を制御して信号線１５に接続されている全てのセンサ部の振動周波数を包括する周波数範囲の掃引を行う。（本例では３２０Ｈｚ〜４００Ｈｚ）駆動回路３７はマイクロコンピュータ３１の信号を信号線１５に加える電流信号へ変換する。電流検出部３６は信号線１５に流れている電流位相を検出する。位相比較部３８は周波数発生部３２が発生する駆動位相と、電流検出部３６が検出する信号線１５に流れている電流位相の比較を行い、両位相の位相差を検出する。
【００２１】
信号処理部３４はある周波数における位相差があらかじめ設定されている位相差の範囲内かどうか判断し、各々のセンサ部の振動周波数における位相特性から、各々のセンサ部の振動状態そして各々のセンサが物体に埋没しているかどうかの判定を行い、検出信号出力部３５から制御／警報信号３９の出力を行う。
【００２２】
なお、周波数の掃引は、すべてのセンサ部の振動周波数を一括して行う方法や、特定のセンサ部の振動周波数を重点的に掃引し、他のセンサ部の振動周波数の掃引は間欠的に行う方法がある。
【００２３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、各センサ部の振動周波数におけるインピーダンス変化を検出することができ、このインピーダンスの変化に基づいて物体の有無を検出することができる。
【００２５】
したがって、センサ部として駆動用コイル（電磁石）と永久磁石のみを設け、受信用のセンサ部に従来のように圧電素子や加速度ピックアップを用いることなく、物体の有無を判別でき、これにより構造の簡素化と大幅なコストダウンを図ることが可能となり、装置としての信頼性も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の原理を説明するための図である。
【図２】センサ２３、２４共に何も検出していない自由振動状態を示す。
【図３】センサ２３は物体を検出し、センサ２４は何も検出していない状態を示す。
【図４】センサ２３は何も検出されず、センサ２４は物体を検出している状態を示す。
【図５】センサ２３，２４共に物体を検出している状態を示す。
【図６】図２〜図５を説明するための図
【図７】上述の原理に基づく第１の実施形態のブロック図である。
【図８】従来の振動式レベルセンサの概略ブロック図である。
【図９】従来の振動式レベルセンサの説明図である。
【符号の説明】
Ａ  センサ部、１１  検出パイプ、１２  振動板、１３  永久磁石、１４  駆動コイル、２１，２２  タンク、２３，２４  センサ部、２５  制御回路部、２６信号線、３１  マイクロコンピュータ、３２  周波数発生部、３３  周波数制御部、３４  信号処理部、３５  検出信号出力部、３６  電流検出部、３７  駆動回路、３８  位相比較部、３９  制御／警報信号
【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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