(57)【要約】【課題】液面検出部の回路構成及び制御装置の処理回路を簡素なものとする。【解決手段】本発明は、制御装置２０から出力されるパルス信号をカウントし、そのカウント値に基づき液面の位置を検出する液面検出装置であって、液面の位置を感知する液面感知手段Ｈ１〜Ｈｎと、該液面感知手段Ｈ１〜Ｈｎにそれぞれ接続されたｎ個のフリップフロップＦ１〜Ｆｎを順送りに作動させ得るように接続して構成されるシフトレジスタとを備えると共に、フリップフロップＦ１〜Ｆｎは、液面感知手段Ｈ１〜Ｈｎのいずれか１つから感知信号が入力されたものから順送りに作動してカウント終了信号を出力することを特徴とする液面検出装置を提供するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置から出力されるパルス信号をカウントし、そのカウント値に基づき液面の位置を検出する液面検出装置であって、液面の位置を感知する液面感知手段と、該液面感知手段にそれぞれ接続されたｎ個のフリップフロップを順送りに作動させ得るように接続して構成されるシフトレジスタとを備えると共に、前記フリップフロップは、前記液面感知手段から感知信号が入力されたものから順送りに作動してカウント終了信号を出力することを特徴とする液面検出装置。
【請求項２】
前記液面感知手段のうち、最下段又は最上段のいずれか一方に存するものに接続されたフリップフロップは、リセット直後に作動状態となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
【請求項３】
前記シフトレジスタは、前記液面感知手段のうち、最下段又は最上段のいずれか他方に存するものに接続されたフリップフロップに、順送りに作動し得るように接続された、液面感知手段が接続されていないフリップフロップを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の液面検出装置。
【請求項４】
前記液面感知手段は、液面の位置変動に伴い移動するマグネットに反応して感知信号を出力する磁電変換素子からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液面検出装置。
【請求項５】
前記磁電変換素子がホール素子であることを特徴とする請求項４に記載の液面検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液面の位置を検出する液面検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種プラントに設置された大型タンクの液位や、ダム、用水池、河川等の水位の測定に用いる液面検出装置として、例えば、下記特許文献１に開示された装置が知られている。この装置は、中空筒内部に複数の水位電極を深さ方向に取り付け、それぞれにトランジスタを接続し、これを駆動するフリップフロップを深さの順に直列に接続してシフトレジスターを構成する順送り回路を設け、水位電極に対向する共通電極と共にこれらを水中に設置して水位検出部としたものである。そして、かかる装置は、各水位電極と共通電極との間が空気であれば電気抵抗が大きくて電流が流れず、水であれば電気抵抗が小さくて電流が流れることを利用して、上から順に１つずつ水位電極が空中にあるのか、水中にあるのかを走査することにより液面の位置を検出するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−７９８８２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、各水位電極の状態を１つずつ走査することにより液面の位置を検出する構造であるため、液面感知手段として機能する水位電極のほかに、走査するためのインターフェースとして、トランジスタ等のスイッチング素子が必要であり、配線形態も複雑になる。また、すべての水位電極の状態を１つずつ走査して、その都度制御装置にフィードバックする方式であるため、制御装置側の処理回路も複雑なものとなる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、液面検出部の回路構成及び制御装置側の処理回路を簡素なものとすることができる液面検出装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、請求項１に記載の本発明は、制御装置から出力されるパルス信号をカウントし、そのカウント値に基づき液面の位置を検出する液面検出装置であって、液面の位置を感知する液面感知手段と、該液面感知手段にそれぞれ接続されたｎ個のフリップフロップを順送りに作動させ得るように接続して構成されるシフトレジスタとを備えると共に、前記フリップフロップは、前記液面感知手段から感知信号が入力されたものから順送りに作動してカウント終了信号を出力することを特徴とする液面検出装置を提供する。
請求項２に記載の本発明は、前記液面感知手段のうち、最下段又は最上段のいずれか一方に存するものに接続されたフリップフロップは、リセット直後に作動状態となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置を提供する。
請求項３に記載の本発明は、前記シフトレジスタは、前記液面感知手段のうち、最下段又は最上段のいずれか他方に存するものに接続されたフリップフロップに、順送りに作動し得るように接続された、液面感知手段が接続されていないフリップフロップを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の液面検出装置を提供する。
請求項４に記載の本発明は、前記液面感知手段は、液面の位置変動に伴い移動するマグネットに反応して感知信号を出力する磁電変換素子からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液面検出装置を提供する。
請求項５に記載の本発明は、前記磁電変換素子がホール素子であることを特徴とする請求項４に記載の液面検出装置を提供する。
【０００７】
（作用）
請求項１に記載の本発明によれば、シフトレジスタを構成するフリップフロップは、液面感知手段から感知信号が入力されたものから順送りに作動してカウント終了信号を出力するため、制御装置側では、該カウント終了信号が出力されるまでのパルス信号をカウントすれば、そのカウント値に基づいて液面の位置を検出することができる。従って、液面感知手段の状態を１つずつ走査する方式に比べて制御装置側の処理回路を簡素なものとすることが可能である。また、上記構成より、スイッチング素子が不要となり、液面検出部の回路構成を簡素なものとすることが可能である。
請求項２に記載の本発明によれば、液面感知手段のうち、最下段又は最上段のいずれか一方に存するものに接続されたフリップフロップは、リセット直後に作動状態となるように設定されているため、すべての液面感知手段が液面の位置を感知していない状態であっても、フリップフロップは順送りに作動してカウント終了信号を出力できるので、制御装置側ではパルス信号をカウントすることが可能になる。従って、液面が検出可能範囲内にないことを把握することができる。
請求項３に記載の本発明によれば、シフトレジスタは、上記のように接続された、液面感知手段が接続されていないフリップフロップを有するため、液面感知手段が接続されたフリップフロップのうち、最終のものに接続された液面感知手段が液面を感知した場合でも、制御装置側では、１個のパルス信号をカウントすることが可能になる。従って、液面感知手段のすべてを有効に機能させることができる。
請求項４に記載の本発明によれば、液面感知手段は、液面の位置変動に伴い移動するマグネットに反応して感知信号を出力する磁電変換素子からなるため、該磁電変換素子が液面の位置変動に伴い移動するマグネットに反応することにより、液面の位置に対応した特定のフリップフロップを起点として後続のフリップフロップを順送りに作動させることができる。
請求項５に記載の本発明によれば、液面感知手段を構成する磁電変換素子としてホール素子を用いることにより、低コストで高精度な液面の位置検出が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいてさらに詳しく説明する。
図１は、本発明の一の実施の形態に係る液面検出装置の構成を示す図である。この図に示したように、本実施形態に係る液面検出装置は、液面検出部１００、制御装置２０及び出力装置３０を有して構成される。
【０００９】
液面検出部１００は、例えば、図３に示した液面検出器１０の筒部１１内に収容されるプリント基板１２上に組み込まれる。ここで、本実施形態に係る液面検出装置の一部として採用される液面検出器１０は、図３に示したように、一端が閉塞された筒部１１と、該筒部１１内に収容されるプリント基板１２と、筒部１１に沿って移動可能に設けられるフロート１７と、該フロート１７に設けられるマグネット１８とを具備して構成される。
【００１０】
この液面検出器１０は、筒部１１の開口端に設けられた端子箱１６内に、プリント基板１２に接続され、端子台１５に支持された各種端子Ｔ１〜Ｔ３等が配置されており、それらの端子Ｔ１〜Ｔ３等に接続される入出力線Ｌ１〜Ｌ３等を介してプリント基板１２上に組み込まれた液面検出部１００が後述の制御装置２０に接続される。
【００１１】
また、筒部１１の一端側にはフロート１７の脱落を防止するストッパ１３が設けられ、その開口端側にはフランジ１４が設けられており、フロート１７は、ストッパ１３とフランジ１４との間で液面の位置変動に伴い筒部１１に沿って移動するように構成されている。
【００１２】
そして、このように構成される液面検出器１０によれば、液面の位置変動に伴いフロート１７が筒部１１に沿って移動することにより、該フロート１７に設けられたマグネット１８も移動するため、該マグネット１８の位置を検出することにより、液面の位置を検出することが可能になる。
【００１３】
液面検出部１００は、少なくとも、液面の位置を感知する液面感知手段と、該液面感知手段にそれぞれ接続されたｎ個のフリップフロップを順送りに作動させ得るように接続して構成されるシフトレジスタとを有して構成される。
【００１４】
液面感知手段としては、液面の位置を感知し得るものであれば良く、光、磁気、超音波などを利用した従来公知のものを採用することができるが、デジタル処理に適した位置情報を得ることが容易で、上記した液面検出器１０にも適用可能な磁電変換素子を用いることが好ましい。
【００１５】
磁電変換素子には、例えばリードスイッチや磁気抵抗素子なども含まれる。図５は、液面感知手段としてリードスイッチＲＳを使用した場合の回路構成を示す図である。この図に示したように、本発明に適用される液面感知手段としては、フリップフロップＦのプリセット入力端子（ＰＲバー）に接続され、液面の位置を感知したときに、該プリセット入力端子（ＰＲバー）に感知信号を出力できるものであればどのようなものであっても良いが、特に好ましい態様としては、磁電変換素子の１つであるホール素子を用いることである。
【００１６】
液面感知手段としてホール素子を採用することにより、リードスイッチのように機械的応力や衝撃・振動に弱いという欠点がなく、また、安価に入手することができるので、製造コストの低減を図ることができ、さらに、各素子間の間隔を小さくして、マグネット１８の１つの磁極からの磁束により作動するように構成することができるので、液面の位置を高い精度で検出することが可能となる。
【００１７】
本実施形態では、上記の理由から液面感知手段としてホール素子が採用されている。図１に示した液面感知手段としてのホール素子Ｈ１〜Ｈｎは、上記した液面検出器１０のマグネット１８の磁気に応答し得るように、液面検出器１０のプリント基板１２上に、その長手方向に沿って列をなすように配置されると共に、図２に示したように、ホール素子Ｈ１〜Ｈｎは個別に後述のフリップフロップＦ１〜Ｆｎのプリセット入力端子（ＰＲバー）に接続されている。
【００１８】
なお、本実施形態では、図１及び図２に示したように、各ホール素子Ｈ１〜Ｈｎにプルアップ抵抗Ｒが設けられているが、これは、何らかの原因でホール素子Ｈ１〜Ｈｎのいずれかが故障した場合、それに接続されたフリップフロップのプリセット入力端子が不定状態となり、フリップフロップが順送りに作動しなくなるおそれがあるので、このような不具合を解消するために設けられたものである。すなわち、プルアップ抵抗Ｒを設けることにより、ホール素子Ｈ１〜Ｈｎのいずれかが故障した場合でも、それに接続されたフリップフロップを作動状態とさせることができるため、フリップフロップは後述のように順送りに作動することができる。つまり、プルアップ抵抗Ｒはフリップフロップの順送り機能を補償するものであるということができる。
【００１９】
なお、本実施形態で採用したホール素子Ｈ１〜Ｈｎに代えてプルアップ抵抗を内蔵したものやＦＥＴ出力（電圧出力型）のものを採用することで、プルアップ抵抗Ｒを外付けしなくても同様の機能を果たすように構成することができる。本発明のホール素子には、単に液面を検出するための磁気センサとして機能するものだけでなく、プルアップ抵抗内蔵型のものを含む。
【００２０】
液面感知手段として用いられるホール素子Ｈ１〜Ｈｎには、図１に示したように、それぞれフリップフロップＦ１〜Ｆｎが接続される。フリップフロップは、少なくともｎ個、すなわち、液面感知手段としてのホール素子Ｈ１〜Ｈｎの数量と同じ数量用いられる。
【００２１】
各フリップフロップＦ１〜Ｆｎは、図１及び図２に示したように、例えば、フリップフロップＦ３の出力端子Ｑが出力線Ｌ８を介してその後に続くフリップフロップＦ２の入力端子Ｄに接続され、フリップフロップＦ２の出力端子Ｑが出力線Ｌ７を介してその後に続くフリップフロップＦ１の入力端子Ｄに接続されるように、順送りに作動し得るように接続され、シフトレジスタを構成する。
【００２２】
ここで、液面感知手段のうち、最下段又は最上段のいずれか一方に存するものに接続されたフリップフロップは、リセット直後に作動状態となるように設定されていることが好ましい。すなわち、例えば、図１に示したように、液面感知手段としてのホール素子Ｈ１〜Ｈｎのうち、最下段に存するホール素子Ｈｎに接続されたフリップフロップＦｎは、その入力端子Ｄが入力線Ｌ９を介して電源に接続されることにより、該フリップフロップＦｎをリセットした直後に作動状態となるように設定されていることが好ましい。
【００２３】
このように設定することで、すべてのホール素子Ｈ１〜Ｈｎが液面の位置を感知していない状態にある場合でも、フリップフロップＦｎが作動状態となるため、フリップフロップＦｎの出力端子ＱからフリップフロップＦｎ−１の入力端子Ｄに作動信号が出力され、該フリップフロップＦｎ−１が作動状態となる。そして、フリップフロップＦ１〜Ｆｎが順送りに作動して後述の制御装置２０にカウント終了信号を出力することにより、制御装置２０側では、後述するように該カウント終了信号が出力されるまでのパルス信号をカウントすることが可能になる。従って、本実施形態に係る液面検出装置によれば、液面が検出可能範囲内にない場合でも、機能不全に陥ることなく正常に動作して、液面が検出可能範囲内にないことを検出することができる。
【００２４】
また、シフトレジスタは、液面感知手段のうち、最下段又は最上段のいずれか他方に存するものに接続されたフリップフロップに、順送りに作動し得るように接続された、液面感知手段が接続されていないフリップフロップを有することが好ましい。すなわち、例えば、図１に示したように、液面感知手段としてのホール素子Ｈ１〜Ｈｎのうち、最上段に存するホール素子Ｈ１に接続されたフリップフロップＦ１に順送りに作動し得るように接続された、液面感知手段としてのホール素子が接続されていないフリップフロップＦ０を有することが好ましい。
【００２５】
このフリップフロップＦ０を設けない場合には、最上段のホール素子Ｈ１が液面を感知したときに、それに接続されたフリップフロップＦ１は、リセット直後に制御装置２０にカウント終了信号を出力するので、後述のカウンタ２２によりパルス信号をカウントすることができなくなる。このような事態を回避するため、例えば、上記した液面検出器１０の筒部１１にフロート１７の移動範囲を規制するストッパを付加して、ホール素子Ｈ１〜Ｈｎのうち、ホール素子Ｈ２からホール素子Ｈｎまでを検出可能範囲に設定することもできるが、それでは、最上段のホール素子Ｈ１が無駄になるだけでなく、液面の検出可能範囲を狭くしてしまうことになる。そこで、上記のフリップフロップＦ０を設け、液面感知手段としてのホール素子Ｈ１〜Ｈｎが接続されたフリップフロップＦ１〜Ｆｎのうち、最終のもの（フリップフロップＦ１）に接続されたホール素子Ｈ１が液面を感知した場合でも、かかるフリップフロップＦ０からカウント終了信号を制御装置２０に出力できるようにした。これにより、制御装置２０側では、最上段のホール素子Ｈ１が液面を感知したときには、１個のパルス信号をカウントすることが可能になる。従って、本実施形態に係る液面検出装置によれば、液面感知手段としてのホール素子Ｈ１〜Ｈｎのすべてを有効に機能させることができると共に、液面の検出可能範囲の拡大も図ることができる。
【００２６】
各フリップフロップＦ１〜Ｆｎは、それぞれ、図１及び図２に示したように、クロック入力端子ＣＫが入力線Ｌ６を介してパルス信号出力端子Ｔ３に接続され、クリア入力端子（ＣＬＲバー）が入力線Ｌ５を介してリセット信号出力端子Ｔ２に接続されている。また、上記した液面感知手段が接続されていないフリップフロップＦ０は、クロック入力端子ＣＫが入力線Ｌ６を介してパルス信号出力端子Ｔ３に、クリア入力端子（ＣＬＲバー）が入力線Ｌ５を介してリセット信号出力端子Ｔ２にそれぞれ接続されていると共に、出力端子Ｑが出力線Ｌ４を介してカウント終了信号入力端子Ｔ１に接続されている。
【００２７】
制御装置２０は、液面検出部１００を含む装置全体を制御するコントローラ２１と、該コントローラ２１に接続されたパルス信号を発振するオシレータ２３と、同じくコントローラ２１に接続されたパルス信号をカウントするカウンタ２２とを有して構成される。
【００２８】
コントローラ２１は、入力線Ｌ１を介してカウント終了信号入力端子Ｔ１に接続されると共に、出力線Ｌ２を介してリセット信号出力端子Ｔ２に接続されている。また、コントローラ２１には、液面検出部１００で検出され、コントローラ２１でデジタル処理された液面の位置情報を視覚的に表示するディスプレイ等からなる出力装置３０が接続されている。オシレータ２３は出力線Ｌ３を介してパルス信号出力端子Ｔ３に接続されている。カウンタ２２は、コントローラ２１から各フリップフロップＦ０〜Ｆｎに対してリセット信号が出力された後、オシレータ２３から発振されるパルス信号を、コントローラ２１を介して入力されるカウント終了信号を受信するまでカウントする働きをする。そして、コントローラ２１は、カウンタ２２のカウント値に基づいて液面の位置を判定し、判定した位置情報を出力装置３０に出力する働きをする。なお、コントローラ２１に所定の処理手段をセットしておき、出力装置３０としてのディスプレイの画面に、液面の位置情報だけでなく、例えば、その位置情報から換算して求められる液体の残量等を表示させることも可能である。
【００２９】
次に、上記のように構成される液面検出装置の動作について説明する。
例えば、給液・排液設備を備えたタンク内に、液面感知手段としてのホール素子Ｈｎが最下段に位置するように液面検出器１０を設置したとすると、そのタンクに液体が供給され、液位が上昇するのに伴って、液面に浮くフロート１７が筒部１１に沿って上昇する。一方、そのタンクから液体が排出され、液位が下降すると、それに伴いフロート１７が筒部１１に沿って下降する。
【００３０】
液面検出部１００は、こうした液面の上下動に伴い筒部１１に沿って移動するフロート１７に設けられたマグネット１８の磁気に各ホール素子Ｈ１〜Ｈｎが反応することで、液面の位置を検出することができる。
【００３１】
その検出の手順としては、まず、制御装置２０のコントローラ２１から各フリップフロップＦ０〜Ｆｎに対してリセット信号が出力される。これにより、各フリップフロップＦ０〜Ｆｎはリセットされ非作動状態となる。但し、フリップフロップＦｎについては、上記のように、リセット直後に作動状態となる。次に、オシレータ２３からパルス信号が出力され、また、カウンタ２２により出力されたパルス信号のカウントが開始される。
【００３２】
この際、液面が検出可能範囲になく、すべてのホール素子Ｈ１〜Ｈｎがマグネット１８の磁気に反応を示さない場合には、フリップフロップＦｎが作動状態となっているため、その他のフリップフロップＦｎ−１〜Ｆ０が順送りに作動して、コントローラ２１に対し、カウント終了信号を出力する。カウンタ２２は、コントローラ２１を介してカウント終了信号を受信することによりカウントを終了する。このときのカウント値は、ホール素子が接続されていないフリップフロップＦ０が設けられているため、ｎ＋１個となる。
【００３３】
一方、液面が検出可能範囲にあり、例えば、ホール素子Ｈ３がマグネット１８の磁気に反応して感知信号を出力すると、ホール素子Ｈ３に接続され、その感知信号が入力されたフリップフロップＦ３から順送りに作動して、すなわち、図４のタイミングチャートに示すように、フリップフロップＦ３は感知信号の入力によりプリセットされるため、フリップフロップＦ３を起点として、その後に続くフリップフロップＦ２からフリップフロップＦ１、フロップフロップＦ０へと順送りに作動して、コントローラ２１に対し、カウント終了信号を出力する。カウンタ２２は、上記と同様に、コントローラ２１を介してカウント終了信号を受信することによりカウントを終了する。このときのカウント値は、３個となる。
【００３４】
コントローラ２１は、このようにカウントされた値に基づき液面の位置を判定し、判定した位置情報を出力装置３０に出力する。そして、出力装置３０によって液面の検出結果が視覚的に表示される。従って、本実施形態の液面検出装置によれば、上記の動作を繰り返し行うことにより、連続的に液面の位置変動を高い精度で検出することができる。
【００３５】
また、上記のように、シフトレジスタを構成するフリップフロップＦ１〜Ｆｎは、液面感知手段としてのホール素子Ｈ１〜Ｈｎのいずれか１つから感知信号が入力されたものから、それを起点として後続のフリップフロップが順送りに作動してカウント終了信号を出力するため、制御装置２０側では、該カウント終了信号が出力されるまでのパルス信号をカウントすれば、そのカウント値に基づいて液面の位置を検出することができる。従って、従来の液面感知手段の状態を１つずつ走査する方式に比べて制御装置２０側の処理回路を簡素なものとすることが可能である。また、上記構成より、液面感知手段の状態を１つずつ走査しないので、そのためのスイッチング素子が不要であり、液面検出部１００の回路構成を簡素なものとすることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液面検出部の回路構成及び制御装置側の処理回路を簡素なものとすることができる液面検出装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一の実施の形態に係る液面検出装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１のＡ部拡大図である。
【図３】図３は、上記実施形態において採用した液面検出器の構成を示す図である。
【図４】図４は、シフトレジスタを構成するフリップフロップの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】図５は、液面感知手段の他の例を説明するための回路図である。
【符号の説明】
１０  液面検出器
１１  筒部
１２  プリント基板
１３  ストッパ
１４  フランジ
１５  端子台
１６  端子箱
１７  フロート
１８  マグネット
２０  制御装置
２１  コントローラ
２２  カウンタ
２３  オシレータ
３０  出力装置
１００  液面検出部
Ｈ１〜Ｈｎ  ホール素子
Ｆ０〜Ｆｎ  フリップフロップ
Ｔ１  カウント終了信号入力端子
Ｔ２  リセット信号出力端子
Ｔ３  パルス信号出力端子
【図１】
2004257763.tif 000003
【図２】
2004257763.tif 000004
【図３】
2004257763.tif 000005
【図４】
2004257763.tif 000006
【図５】
2004257763.tif 000007