(57)【要約】【課題】水位計測部を水中に沈めたままでドリフト値の測定が可能な圧力式水位計を提供する。【解決手段】水中に固定される水位計測部Ａは、加圧体６には常時大気圧を付与し、加圧体７には大気圧と水圧との和である総合圧力が付与され、その差圧で揺動板２が傾動することで振動している水晶振動子３、４が変位し、両水晶振動子から出力される差周波数信号に基づいて水深を求める際、加圧体６と７で揺動板２に等圧力を与えた状態を水深ゼロの基準として使用するもので、切換弁装置１５により、加圧体７に対して総合圧力と大気圧とを切換可能に付与することで、ドリフト値の測定を水位計測部Ａを水中に固定した状態で行なえるようにした。【選択図】  図１
2004257858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に固定される水位計測部と、前記水位計測部とケーブルで接続され、該水位計測部へ電力を供給すると共に該水位計測部からの信号を受信して水位の演算を行なう監視装置とを備え、前記水位計測部は、大気圧が付与される第１の加圧体と、水中での水圧に大気圧が付加された総合圧力が付与される第２の加圧体と、前記第２の加圧体と前記第１の加圧体に作用する差圧に応じた電気信号を出力するセンサー部とを有し、前記監視装置は前記差圧をゼロ状態としたゼロ点で前記センサー部から出力される検出信号を基準値として前記センサー部から出力される検出信号に基づいて水位を求める圧力式水位計において、
前記水位計測部は、前記第２の加圧体に対し、前記総合圧力と前記大気圧とを選択的に切換えて付与する切換手段を有し、前記監視装置は、前記切換手段が前記第２の加圧体に大気圧を付与した状態で検出される前記センサー部からの信号に基づいて前記ゼロ点の調整のためのドリフト値を測定し、得られたドリフト値をゼロ点の基準値に更新することを特徴とする圧力式水位計。
【請求項２】
前記センサー部は、鉛直方向に揺動自在に垂れ下げられた揺動板を有し、前記揺動板の両側に当接するようにして前記第１の加圧体と前記第２の加圧体を配置し、前記揺動板の揺動に応じて２つの機械電気変換素子に向きが異なる応力を与えることを特徴とする請求項１に記載の圧力式水位計。
【請求項３】
前記センサー部は、前記２つの機械電気変換素子をそれぞれ水晶振動子とし、該各水晶振動子を発振させる第１の発振回路と第２の発振回路とを有し、前記第１の発振回路と前記第２の発振回路からそれぞれ出力される発振周波数の差を検出信号とすることを特徴とする請求項２に記載の圧力式水位計。
【請求項４】
前記水位計測部は、前記監視装置から供給される電力によって電気系への給電を行なう充電機能を備えた電源回路と、前記電源回路からの電力に基づいて充電され、前記切換手段の切換アクチュエータへの電力を供給する充電手段と、前記電源回路への給電の有無を検知する給電検知手段とを有し、前記給電検知手段が給電の中断を検知すると前記切換アクチュエータを駆動して前記第２の加圧体に大気圧を付与するように前記切換手段を切換ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧力式水位計。
【請求項５】
前記充電手段は、電気２重層コンデンサに充電回路によって充電することを特徴とする請求項４に記載の圧力式水位計。
【請求項６】
前記水位計測部は、密閉された縦長の筒状ケース内の上方に前記切換手段を配置し、該切換手段の下部に前記センサーを配置し、前記センサー部と前記切換手段とを連結する大気圧接続管には、前記センサー部の下部に配置したドレインボックスを有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の圧力式水位計。
【請求項７】
前記切換手段は、前記総合圧力が入力される総合圧力入力ポートと、前記大気圧が入力される大気圧入力ポートと、前記第２の加圧体側に連結される出力ポートとを有し、前記総合圧力ポートと前記大気圧入力ポートと前記出力ポートとは前記切換手段の底面側に上下方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の圧力式水位計。
【請求項８】
前記切換手段は切換位置に応じて異なる切換信号を前記監視装置に出力し、前記監視装置は該切換信号に応じて水位の演算とドリフト値の演算を行なうことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の圧力式水位計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力式水位計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
湖沼、貯水池、ダム等の水位を計測する水位計として、圧力式水位計が提案されている。この圧力式水位計は、センサーとして、外部から加わる圧力としての機械エネルギーを電気エネルギーに変換する水晶振動子を利用したもので、この水晶振動子を備えた水位計測部を水中に固定配置し、この水位計測部で計測した計測データを監視装置である復調部で水圧データに復調するようにしている。
【０００３】
図７はこの水位計測部における圧力計１の縦断面図を示し、隔壁１ａで２つの区室１ｂに仕切られた振動子保持枠１ｃの該隔壁１ａの下端部に支点部１ｄを介して揺動板２を揺動自在に垂下し、振動子保持枠１の一方の側壁１ｅと揺動板２との間に板状に形成された第１の水晶振動子３を固定し、また振動子保持枠１ｃの他方の側壁１ｆと揺動板２との間に該第１の水晶振動子３と同じ特性の板状に形成された第２の水晶振動子４が固定されている。振動子保持枠１ｃは圧力計ケース５に取り付けられている。
【０００４】
また、圧力変位によって軸方向に伸縮自在なベローズ型の加圧体６、７が揺動板２を挟んで左右に対向配置され、各加圧体６、７の外端部が圧力計ケース５に軸方向を水平方向として固定されると共に、これらの加圧体６、７の先端はそれぞれ揺動板２に常時当接している。
【０００５】
第１の加圧体６には水面よりも上方まで延びるパイプが連結されて大気圧が加わっている。一方、第２の加圧体７には、前記水位計測部の下部に開口するパイプが連結され、大気圧と該水位計測部の下部における水圧との和である圧力（本明細書中で総合圧力と称す）が加わっている。
【０００６】
したがって、第２の加圧体７内の圧力である総合圧力から第１の加圧体６内の圧力である大気圧を減じれば、水圧が得られ、該水圧より水深が求められ、水位が計測される。
【０００７】
また、圧力計１は、第１の水晶振動子３と第２の水晶振動子４をそれぞれ一定周波数で発振させる第１、第２の発振回路を有し、第１の水晶振動子３と第２の水晶振動子４に圧力を加えると、各発振回路での周波数が変化することを利用し、該各発振回路の周波数を検知することにより第１の水晶振動子３と第２の水晶振動子４に加わる圧力を求めるようにしている。この場合、圧力を加える以前の周波数と、圧力を加えた後の周波数の差分は極小で、単に周波数を測定する機器では誤差として周波数変化が見逃されることが多い。
【０００８】
このような構成において、第１の水晶振動子３へ圧縮応力が働いた場合は第２の水晶振動子４には引っ張り応力が働き、第１の水晶振動子３へ引っ張り応力が働いた場合には第２の水晶振動子４に圧縮応力が働くことになる。この場合、第１の発振回路及び第２の発振回路では、前記応力が作用する前後において周波数が変化し、その変化量は極小ながら絶対値が等しく増加及び減少した値となって現れる。
【０００９】
そして、第１の発振回路と第２の発振回路の出力をミキサーにかけることにより、前記応力の作用する前後の周波数からの変位はビート周波数（以下差圧周波数と称す）となって現れ、周波数変化の検出を容易に行なうことができる。したがって、このミキサーから出力される信号は第２の加圧体７内の圧力である総合圧力から第１の加圧体６内の圧力である大気圧の差圧に応じた値となる。
【００１０】
第１の水晶振動子３と第２の水晶振動子４は圧縮応力を受けた場合と引っ張り応力を受けた場合とでは上述のように、周波数の変化が増加及び減少するので、水深ゼロ、すなわち水位計測部を大気中に揚げ、該水位計測部を鉛直状態に保持した状態では揺動板２も鉛直状態に保持され、双方の水晶振動子３、４は共に歪がゼロとなり、前記総合圧力用の第２の水晶振動子４の出力周波数から大気圧用の第１の水晶振動子３の出力周波数を減じると、前記ミキサーからゼロが出力されるので、この状態を水圧の基準としている。
【００１１】
したがって、前記復調部は、前記水位計測部から送信される差圧に対応したビート周波数から水深ゼロ設定のための基準として設定された周波数（以下初期設定値と称す）を減じて得た値から水圧（水深）を算出し、水位を得るようにしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の圧力式水位計において、水晶振動子等で構成される圧力計は、経年変化等により第１の水晶振動子３と第２の水晶振動子４から出力される周波数が変化するため（この周波数の変化の値を本明細書中においてドリフト値と称す）、このドリフト値を測定し、この測定したドリフト値に基づいて前記復調部で初期設定値を変更する必要がある。
【００１３】
このような、ドリフト値の測定は、２つの加圧体６、７に同じ圧力を与え、その時の第２の水晶振動子４の周波数値から第１の水晶振動子３の周波数値を減じ、その差周波数に応じた周波数をドリフト値とすることができ、このドリフト値を新たに初期設定値とする。
【００１４】
しかしながら、前記水位計測部を水中に沈めたままでは２つの加圧体６、７内を同じ圧力にすることができないため、該水位計測部を水中から引き上げて同一大気圧下で上記したドリフト値の測定処理を行なわなければならず、この作業は非常に手間がかかる上に、費用もかさむという問題があった。
【００１５】
本願発明の目的は、このような従来の問題に鑑みなされたもので、水位計測部を水中に沈めたままでドリフト値の測定が可能な圧力式水位計を提供しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記した本発明の目的を達成する第１の発明は、請求項１に記載のように、水中に固定される水位計測部と、前記水位計測部とケーブルで接続され、該水位計測部へ電力を供給すると共に該水位計測部からの信号を受信して水位の演算を行なう監視装置とを備え、前記水位計測部は、大気圧が付与される第１の加圧体と、水中での水圧に大気圧が付加された総合圧力が付与される第２の加圧体と、前記第２の加圧体と前記第１の加圧体に作用する差圧に応じた電気信号を出力するセンサー部とを有し、前記監視装置は前記差圧をゼロ状態としたゼロ点で前記センサー部から出力される検出信号を基準値として前記センサー部から出力される検出信号に基づいて水位を求める圧力式水位計において、前記水位計測部は、前記第２の加圧体に対し、前記総合圧力と前記大気圧とを選択的に切換えて付与する切換手段を有し、前記監視装置は、前記切換手段が前記第２の加圧体に大気圧を付与した状態で検出される前記センサー部からの信号に基づいて前記ゼロ点の調整のためのドリフト値を測定し、得られたドリフト値をゼロ点の基準値に更新することを特徴とする。
【００１７】
上記した第１の発明では、切換手段を切換えて第２のセンサー部に大気圧を付与することによって、水位計測部を水中に固定した状態でドリフト値の測定が行なえる。
【００１８】
第２の発明は、請求項２に記載のように、上記した第１の発明で、前記圧力計のセンサー部は、鉛直方向に揺動自在に垂れ下げられた揺動板を有し、前記揺動板の両側に当接するようにして前記第１の加圧体と前記第２の加圧体を配置し、前記揺動板の揺動に応じて２つの機械電気変換素子に向きが異なる応力を与えることを特徴とする。
【００１９】
上記した第２の発明では、差圧が揺動板に加わることで、２つの機械電気変換素子例えば圧電素子、水晶振動子等に圧縮応力引っ張り応力とが加わり、これらの応力によって生じる出力の差を該差圧として検出することができる。
【００２０】
第３の発明は、請求項３に記載のように、前記センサー部は、前記２つの機械電気変換素子をそれぞれ水晶振動子とし、該各水晶振動子を発振させる第１の発振回路と第２の発振回路とを有し、前記第１の発振回路と前記第２の発振回路からそれぞれ出力される発振周波数の差を検出信号とすることを特徴とする。
【００２１】
上記した第３の発明では、信頼性の高い水晶振動子を利用して、高精度の水位計測が行なえると共に、水晶振動子が経年変化等で発振周波数値にずれが生じ易い構成の圧力計の場合でも、ゼロ点調整を容易に行なうことができる。
【００２２】
第４の発明は、請求項４に記載のように、上記いずれかの発明で、前記水位計測部は、前記監視装置から供給される電力によって電気系への給電を行なう充電機能を備えた電源回路と、前記電源回路からの電力に基づいて充電され、前記切換手段の切換アクチュエータへの電力を供給する充電手段と、前記電源回路への給電の有無を検知する給電検知手段とを有し、前記給電検知手段が給電の中断を検知すると前記切換アクチュエータを駆動して前記第２の加圧体に大気圧を付与するように前記切換手段を切換ることを特徴とする。
【００２３】
第４の発明では、監視装置からの給電を中断するだけで、自動的にドリフト値の測定を行なうことができる。
【００２４】
第５の発明は、請求項５に記載のように、上記いずれかの発明で、前記充電手段は、電気２重層コンデンサに充電回路によって充電することを特徴とする。
【００２５】
第５の発明では、モータ等で駆動する場合に電源回路への給電電力が小さくても瞬時に大電力でモータ駆動が行なえる。
【００２６】
第６の発明は、請求項６に記載のように、上記いずれかの発明で、前記水位計測部は、密閉された縦長の筒状ケース内の上方に前記切換手段を配置し、該切換手段の下部に前記圧力計を配置し、前記圧力計の第１の加圧体と前記切換手段とを連結する大気圧接続管には、前記圧力計の下部に配置したドレインボックスを有することを特徴とする。
【００２７】
第６の発明では、第２の加圧体へ総合圧力を付与した状態から大気圧を付与する方向に切換えた際、切換手段の一部に残っていた水が大気圧配管系に流れ込んでもこれらの水はドレインボックスへ溜められ、第１の加圧体に連通する大気圧配管系に水滴が付着して圧力の誤測定を招くことがない。
【００２８】
第７の発明は、請求項７に記載のように、上記いずれかの発明で、前記切換手段は、前記総合圧力が入力される総合圧力入力ポートと、前記大気圧が入力される大気圧入力ポートと、前記第２の加圧体側に連結される出力ポートとを有し、前記総合圧力ポートと前記大気圧入力ポートと前記出力ポートとは切換手段の底面側に上下方向に沿って設けられていることを特徴とする。
【００２９】
第７の発明では、切換手段のポートが径方向に存在しないので、径方向に大きくならず、従来の水位計測部をそのまま使用することができる。
【００３０】
第８の発明は、請求項８に記載のように、上記いずれかの発明で、前記切換手段は切換位置に応じて異なる切換信号を前記監視装置に出力し、前記監視装置は該切換信号に応じて水位の演算とドリフト値の演算を行なうことを特徴とする。
【００３１】
第８の発明では、水位計測部でのドリフト値の測定準備が完了すると、監視装置において自動的にドリフト値の演算が行なえる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１から図５は本発明の第１の実施の形態を示す。
【００３３】
図１は水位計測部Ａの縦断面図で通常状態を示し、図２は切換弁装置の縦断面図でドリフト値測定状態を示す。図３は水位計測部Ａの電気回路のブロック図、図４は水位計測部ＡとケーブルＢ内の通信線により電気的に接続された監視装置である復調器Ｃの回路ブロック図を示す。
【００３４】
図１に示す水位計測部Ａは、筒状に形成された耐圧性を有するケース８の上下の各端部に上蓋９と下蓋１０とをＯリング１１を介して水密的に取り付けてケース８内を密封し、ケース８内に水位計測部Ａを構成する機器類を配置している。
【００３５】
上蓋９にはケーブルＢの一端部が水密的に取り付けられ、ケーブルＢ内には一端が水面よりも上方まで延びて開口する大気圧パイプ１２と、復調器Ｃと電気的に接続される通信線Ｌ１、Ｌ２が設けら、大気圧パイプ１２は後述する圧力計１の大気圧入力ポート１７に接続されている。また、下蓋１０には外部に開口した総合圧力ポート１３が取り付けられ、総合圧力パイプ１４の一端部がこの総合圧力ポート１３に挿通されている。そして、この総合圧力パイプ１４の他端部は後述するドリフト測定用の切換弁装置１５の総合圧力入力ポート２１に接続されている。
【００３６】
ケース８内の下部に配置された圧力計１は、大気圧分配用ポート１６と、大気圧パイプ１２と接続された大気圧入力ポート１７と、切換弁装置１５の出力ポート２０と接続パイプ２２を介して接続される総合圧力入力用ポート１８とが設けられている。大気圧分配用ポート１６と大気圧入力ポート１７とは連通していて、これらの両ポート１６、１７は第１の加圧体６に繋がっている。また、大気圧分配用ポート１６は後述のドレインボックス２３に接続され、このドレインボックス２３は大気圧分配用接続管２４を介して切換弁装置１５のドリフト値測定用大気圧入力ポート１９に接続されている。さらに、総合圧力入力ポート１８は第２の加圧体７に繋がっている。
【００３７】
切換弁装置１５は、圧力計１に対して水位を計測する通常時には、圧力計１の総合圧力入力ポート１８に総合圧力パイプ１４を接続し、ドリフト値の測定時には該総合圧力入力ポート１８に大気圧分配用接続管２４を接続して第１の加圧体６と第２の加圧体７内を共に等圧の大気圧とするようにしたものである。
【００３８】
切換弁装置１５は、筒状に形成された弁ケース２５内に円盤形状に形成された弁台２６と弁体２７とを配置し、弁台２６は弁ケース２５に固定され、弁体２７は減速機付きのモータＭの出力軸Ｍ１に取り付けられ、モータＭの回転により弁体２７を弁台２６に対して回転可能としている。弁台２６には、軸中心部に出力ポート２０の弁座が形成され、この出力ポート２０の弁座を中心として軸対称位置にドリフト値測定用大気圧入力ポート１９と総合圧力入力ポート２１の各弁座が形成されている。また、弁体２７には、弁台２６に形成された出力ポート２０の弁座と常時接続されると共に、弁体２７の回転により弁台２６に形成されたドリフト値測定用大気圧入力ポート１９の弁座と総合圧力入力ポート２１の弁座と選択的に接続される切換流路２８が形成されている。
【００３９】
なお、弁体２７と弁台２６との接触面は、入出力される水や大気が漏れ出ないように鏡面仕上げが施され、双方の接触面を密着させている。
【００４０】
図１は弁体２７が水深を測定する通常状態を示し、弁体２７に形成されている切換流路２８が総合圧力入力ポート２１と出力ポート２０とを連通させた状態にあり、図２は弁体２７が図１に示す状態から１８０°回転したドリフト値測定状態を示し、切換流路２８がドリフト値測定用大気圧入力ポート１９と出力ポート２０とを連通させている。なお、切換弁装置１５の切換位置とは無関係に、圧力計１の大気圧入力ポート１７が大気圧パイプ１２に接続されているので、第１の加圧体６には常時大気圧が付与されている。
【００４１】
したがって、切換弁装置１５が図１に示す通常状態に切換わると、圧力計１の総合圧力入力ポート１８に総合圧力パイプ１４を接続して外部の水圧を第２の加圧体７に付与し、常時大気圧が付与されている第１の加圧体６との差圧が揺動板２に作用することとなり、第２の水晶振動子４に発生する周波数と第１の水晶振動子３に発生する周波数との差に応じた信号が通信線Ｌ２を通して復調器Ｃに出力される。
【００４２】
また、切換弁装置１５が図２に示すドリフト値測定状態に切換わると、切換弁装置１５の出力ポート２０から第２の加圧体７内までは水が充填されているが、切換弁装置１５の切換流路２８がドリフト値測定用大気圧入力ポート１９と連通し、大気圧が第２の加圧体７に作用するので、第１の加圧体６と第２の加圧体７には共に等圧の大気圧が作用し、揺動板２が双方の加圧体６、７の圧力が釣り合った位置に保持されることになり、その時の第２の水晶振動子４と第１の水晶振動子３の発振周波数の差に応じた信号が通信線Ｌ２を通して復調器Ｃに出力され、その値がドリフト値として記憶され、以後このドリフト値を初期設定値として水深の演算に用いられる。
【００４３】
なお、切換弁装置１５の弁体２５が通常状態からドリフト値測定状態に切換わる際、切換流路２８内に取り残された水がドリフト値測定用大気圧入力ポート１９から大気圧流入配管系内に浸入することも考えられるので、本実施の形態はドレインボックス２３をケース８の最下端部に配置し、該切換流路２８内の水をドレインボックス２３内に一括して貯蔵するようにしており、これによって大気圧流入配管系内に水滴が付着して大気圧が正確に測れなくなることを防止している。
【００４４】
ドリフト値測定のために切換弁装置１５の切換動作は復調部Ｂ側から不図示のドリフト値測定スイッチ等の操作部材を操作すると、モータＭが回転して上述したように弁体２７が１８０°回転する。
【００４５】
その際、切換弁装置１５から切換信号が出力され、この切換信号に基づいて図４に示す回路構成の復調器Ｃは水深（水位）の演算、ドリフト値の演算を行なうと共に、切換弁装置１５のモータＭの駆動等を行なうために、水位計測部Ａ側に配置した図３に示す駆動回路を制御する。
【００４６】
切換弁装置１５には、モータＭのモータ軸Ｍ１に同軸上に設けた円盤状のスイッチ作動用のカム盤２９が弁体２７と一体に回転できるようになっており、切換弁装置１５の弁ケース２５の外周部にマイクロスイッチで構成されるドリフト値測定状態検知用の第１のスイッチＳ１と、通常状態検知用の第２のスイッチＳ２とが対向して取り付けられている。これら両スイッチＳ１、Ｓ２の作動部材を弁ケース２５の内部まで突出可能としており、該突出状態でオフとなり、またスイッチ作動用のカム盤２９の側面に形成されたカム面に押されて弁ケース２５の内部から径方向外方に移動した状態でオンとしており、図１の通常状態では第１スイッチＳ１がオフで第２スイッチＳ２がオン、図２のドリフト値測定状態では第１スイッチＳ１がオンで第２スイッチＳ２がオフとなっている。
【００４７】
モータＭのケース内には、１ｋＨｚと２ｋＨｚの周波数を発振する不図示の発振回路が設けられ、通常状態では２ｋＨｚの信号が出力され、ドリフト値測定状態では１ｋＨｚの信号を出力する。
【００４８】
図３に示す水位計測部Ａには、通信線Ｌ１を介して復調器Ｃから駆動用の電力（直流）が供給されると共に、該通信線Ｌ１を介して上記通常状態と上記ドリフト値測定状態を示す信号を出力するために、信号分離回路Ａ１を介して通信線Ｌ１に接続されている。
【００４９】
Ａ２は充電機能を備えた主電源で、信号分離回路Ａ１で分離された復調器Ｃから供給される電力をモータＭの駆動を除く水位計測部Ａの全体の電気回路に供給する。Ａ５はモータＭの駆動電力を供給するコンデンサで、電源回路Ａ２から電力の供給を受けて充電回路Ａ４により充電される。Ａ３は主電源Ａ２に復調器Ｃから電力が供給されているか否かをチェックする信号検出部で、主電源Ａ２への電流の中断を検出すると、モータ制御部Ａ６に対してモータ起動信号を送信すると共に、充電回路Ａ４を制御してコンデンサＡ５に蓄電された電力によってモータＭを駆動させる。
【００５０】
水位計測部Ａにおいて、モータＭの駆動以外には小さな電力で済むため、復調器Ｃからは小電力が供給され、またモータＭの駆動は頻繁に行なわないことから、供給される電力を充電回路Ａ４で昇圧等を行なってコンデンサＡ５に通常状態の時に蓄電を行い、コンデンサＡ５の大電力でモータＭの駆動を行なうようにしている。このコンデンサＡ５の種類については特に限定されることはないが、電気２重層コンデンサとすれば、放電の際には瞬時に大電力を発生させてモータＭをスムーズに駆動させることができる。
【００５１】
モータ制御部Ａ６は、信号検出部Ａ３からモータ起動信号が出力されると、モータＭを正転させて切換弁装置１５の弁体２７を通常状態の位置から１８０°回転させたドリフト値測定状態の位置で停止させ、その時第１スイッチＳ１がオンする。また、弁体２７が正転を始めると第２スイッチＳ２がオフする。一方、電源回路Ａ２への電力供給が再開されると該モータ起動信号の出力が停止され、モータ制御部Ａ６はモータＭをさらに１８０°正転させて弁体２７をドリフト値測定状態の位置から１８０°回転させた通常状態の位置で停止させ、その時第２スイッチＳ２がオンする。また、弁体２７が回転を始めると第１スイッチＳ１がオフする。
【００５２】
なお、モータＭの回転の停止は弁体２７の回転角度を検出しても良いが、本実施の形態では第１，第２のスイッチＳ１，Ｓ２がオンするとモータＭの回転を停止している。
【００５３】
第２スイッチＳ２がオンすると通常状態を示す２ｋＨｚの信号が出力され、第１スイッチＳ１がオンするとドリフト値測定状態を示す１ｋＨｚの信号が出力されるが、復調器Ｃから電力供給が行なわれる通信線Ｌ１を介して通常状態を表す信号とドリフト値測定状態を表す信号（以下状態信号と称す）とを復調器Ｃに送信するため、１ｋＨｚと２ｋＨｚの周波数をエンコーダＡ７で例えばパルス波形のデジタル信号に変換し、信号分離回路Ａ１から信号線Ｌ１を介して復調器Ｃに送信される。
【００５４】
圧力計１は、第１の水晶振動子３と第２の水晶振動子４をそれぞれ発振させる発振回路３ａ、４ａを有し、発振している第１の水晶振動子３と第２の水晶振動子４に圧力を加えると、各発振回路３ａ、４ａでの発振周波数が変化することを利用し、該各発振回路３ａ、４ａの発振周波数を検知することにより第１の水晶振動子３と第２の水晶振動子４に加わる圧力を求めるようにしている。この場合、圧力を加える以前の発振周波数と、圧力を加えた後の発振周波数の差分は極小で、単に発振周波数を測定する機器では誤差として発振周波数変化が見逃されることが多い。
【００５５】
このような構成の圧力計において、第１の水晶振動子３へ圧縮応力が働いた場合は第２の水晶振動子４には引っ張り応力が働き、第１の水晶振動子３へ引っ張り応力が働いた場合には第２の水晶振動子４に圧縮応力が働くことになる。この場合、第１の発振回路３ａ及び第２の発振回路４ａでは、一方の発振回路からの発振周波数が増加すると他方の発振回路の発振周波数が減少し、その変化量は極小ながら絶対値が等しい値となって現れる。
【００５６】
そして、第１の発振回路３ａと第２の発振回路４ａの出力をミキサーＡ８にかけることにより、ミキサーＡ８からの出力はビート周波数となって現れ、周波数変化の検出を容易に行なうことができる。したがって、このミキサーＡ８から出力される信号は第２の加圧体７内の圧力である総合圧力から第１の加圧体６内の圧力である大気圧の差圧に応じた値となり、ミキサーＡ８からの信号は通信線Ｌ２を介して復調器Ｃに出力される。
【００５７】
復調器Ｃは、図４に示すように、信号分離回路Ｃ１が通信線Ｌ１と接続されている。この信号分離回路Ｃ１には、水位計測部Ａへの電力を供給するための電源Ｃ２が接続され、また通信線Ｌ１を介して水位計測部Ａからのデジタル信号に変換された前記状態信号が入力される。
【００５８】
信号分離回路Ｃ１に入力された状態信号は、トーンデコーダＣ３でデジタル信号が復調され、通常状態を示す２ｋＨｚ又はドリフト値測定状態を示す１ｋＨｚの周波数が演算部Ｃ５に入力される。
【００５９】
演算部Ｃ５には、水位計測部ＡのミキサーＡ８から出力される圧力差に応じた周波数が入力され、圧力差に復調される。そして、トーンデコーダＣ３からの信号が２ｋＨｚの周波数であれば通常状態を示すものと判断し、通信線Ｌ２からの周波数に対応した圧力差に基づいて水深（水位）の演算が行なわれ、表示部Ｃ４に演算結果としての水位が表示される。また、トーンデコーダＣ３からの信号が１ｋＨｚの周波数であればドリフト値測定状態を示すものと判断し、表示部Ｃ４にドリフト値を表示し、このドリフト値を新たな初期設定値として更新する。
【００６０】
この周波数で与えられる初期設定値は、ドリフト値の測定によって変更されるために、所定の周波数範囲が用意されており、予想されるドリフト値の最大値の周波数よりも大きな範囲に設定され、ドリフトが安定するまでのドリフト値の変化が把握できるようになっている。
【００６１】
本実施の形態において、ドリフト値測定の指示は不図示の操作スイッチ等を操作することにより、水位計測部Ａへの電力供給を停止することで行なっているが、停電等のトラブルによって電源回路Ａ２への電力供給が停止されると、ドリフト値測定の動作を自動的に実行してしまうので、復調器Ｃからドリフト値測定信号を通信線Ｌ１から信号分離回路Ａ１を介して充電回路Ａ４とモータ制御部Ａ６に入力するようにしても良く、この場合は信号検出部Ａ３を不要となる。
【００６２】
以上が本実施の形態の圧力式水位計の構成を示し、以下にその動作を図５に示すタイミングチャートに基づいて説明する。
【００６３】
先ず、水位計測部Ａを水中の所定位置に沈降させる前に、陸上において、復調器Ｃから通常状態を水位計測部Ａに指示するために、電力を水位計測部Ａに供給する。
【００６４】
その際、陸上において水位計測部Ａを鉛直状態に保持することで、圧力計１の揺動板２を鉛直状態にして第１の水晶振動子３と第２の水晶振動子４に共に応力が加わらない状態とし、復調器Ｃはこの状態におけるミキサーＡ８からの周波数信号をゼロ調整の基準値とし、この基準値を水圧（差圧）から水位（水深）を求める際の補正値として用い、この時の水位を表示部Ｃ４に表示させる。勿論、陸上でのテストであるため、水位はゼロを示す。なお、量水板等の実際に水位を計測する他の水位計での計測値と本圧力式水位計で計測した水位の差から水底と水位計との差を出して校正し、以後実際の水位の測定に供するようにしている。
【００６５】
なお、初期設定値は、第１の水晶振動子３と第２の水晶振動子４に付与する応力がゼロの状態で発振させたときにミキサーＡ８から復調器Ｃの演算部Ｃ５に出力されるビート信号をいうもので、水晶振動子の特性は経年変化等により変化し、またその変化の値は第１の水晶振動子３と第２の水晶振動子４とでは新品の時に殆ど同じ特性であっても異なるのが普通である。そのため、新品の時には揺動板２が鉛直位置にあれば両水晶振動子からは等しい発振周波数が出力されるため、ミキサーＡ８からは差を有する周波数信号が出力されないが、経年変化によって必ずしも差周波数がゼロとはならないので、このときに生じる差圧に応じた周波数を初期設定値とし、その後水位計測のために水中の所定位置に沈降させる。これ以後のドリフト値の測定による初期設定値の更新は、水位計測部Ａを水中に没したままで復調器Ｃからの指示により行なわれる。
【００６６】
電源回路Ａ２への電力が供給されている状態（図５中、電源Ｃ２のＯＮ）では、信号検出部Ａ３は該電力供給の中断を未検出であるためにモータ起動信号がモータ制御部Ａ６に出力されておらず、モータ制御部Ａ６はモータＭの非駆動状態にある（図５中のＯＦＦ）。
【００６７】
この状態において、切換弁装置１５の弁体２７は切換流路２８が圧力計１の第２の加圧体７と常時接続されている出力ポート２０と水位計測部Ａの外部の水圧を常時受ける総合圧力パイプ１４に接続される総合圧力入力ポート２１との間を連通した位置にあり、第２の加圧体７に水圧が付与され、常時大気圧が付与されている第１の加圧体６との差圧により揺動板２が傾き、第２の水晶振動子４と第１の水晶振動子３から出力される周波数の差に応じた周波数信号ｆ３がミキサーＡ８から出力される。
【００６８】
次に、ゼロ点補正のためにドリフト値の計測が必要となると、復調器Ｃの不図示の操作部材を操作することにより、電源Ｃ２から水位計測部Ａに対する電力の供給が中断されると（図５中ａの時点）、信号検出部Ａ３はこの中断を検出し、モータ制御部Ａ６にモータＭを正方向に回転するモータ起動信号を出力すると共に、充電回路Ａ４を制御してコンデンサーＡ５に蓄電していた電力でモータＭの駆動を可能とする。
【００６９】
モータＭは、第１のスイッチＳ１がＯＮするまで回転（弁体２７が１８０°の回転）し（図５中ｂの時点）、切換弁装置１５の弁体２５は切換流路２８の連通が総合圧力入力ポート２１からドリフト値測定用大気圧入力ポート１９へと切換わると、出力ポート２０には大気圧が加わり、接続パイプ２２から第２の加圧体７内まで満たされている水に大気圧が付与され、第２の加圧体７と常時大気圧が付与されている第１の加圧体６とは等圧の大気圧が付与される。
【００７０】
このときカム盤２９は第１のスイッチＳ１をＯＮ、第２のスイッチＳ２をＯＦＦとしている。第１のスイッチＳ１がＯＮの時に周波数ｆ１（１ｋＨｚ）のデジタルパルス信号が所定の期間の間だけエンコーダＡ７から出力される。この所定の期間は切換弁装置１５により第２の加圧体７へ付与される大気圧が安定する時間としており、この圧力安定化時間の経過後（図５中ｃの時点）に、ミキサーＡ８から出力されるゼロ点補正値であるドリフト値に対応する周波数ｆ４を出力し、復調部ＣはミキサーＡ８からの周波数に基づいてドリフト値を演算する。
【００７１】
このドリフト値の計測は手動操作により終了させてもよく、また復調器Ｃにタイマー手段を設け、所定時間の経過後に自動的に通常状態に戻るように電源Ｃ２をＯＮさせるようにしても良い。
【００７２】
電源Ｃ２がＯＮすると（図５中ｄ時点）、信号検出部Ａ３はモータＭをさらに回転させるようにモータ制御部Ａ６を制御し、第２のスイッチＳ２がＯＮするまでモータＭを回転させる（図５中ｅ時点）。
【００７３】
第２のスイッチＳ２がＯＮする位置まで弁体２７が回転すると、弁体２７は切換流路２８が圧力計１の第２の加圧体７と常時接続されている出力ポート２０と水位計測部Ａの外部の水圧を常時受ける総合圧力パイプ１４に接続される総合圧力入力ポート２１との間を連通した位置にあり、第２の加圧体７に水圧が付与され、常時大気圧が付与されている第１の加圧体６との差圧により揺動板２が傾き、第２の水晶振動子４と第１の水晶振動子３から出力される周波数の差に応じた周波数信号ｆ３がミキサーＡ８から出力される。
【００７４】
一方、第２のスイッチＳ２がＯＮすると、周波数ｆ２（２ｋＨｚ）のデジタルパルス信号が所定の期間の間だけエンコーダＡ７から出力される。この所定の期間は切換弁装置１５により第２の加圧体７へ付与される外部の水圧が安定する時間としており、この圧力安定化時間の経過後（図５中ｆの時点）に、ミキサーＡ８から出力される水位出力に対応する周波数ｆ５に基づいて水深を演算し水位を求める。その際、周波数ｆ５に基づいて演算した水位の値から更新された初期設定値を差し引いた値を水位とし、さらに例えば貯水池に予め設置している量水板と演算で求めた上記水深の差から水底と水位計測部の総合圧力パイプ１３の下端位置との差を予め求め、これに基づいて校正したものを最終的に水位として表示部Ｃ４に表示するようにしている。
【００７５】
上記の実施の形態では、切換弁装置１５の切換信号を得るために、第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２のスイッチ作動部材を弁体２７と一体に回転するカム盤２７の側面に形成したカム面で作動させているが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
【００７６】
第２の実施の形態
図６は切換弁装置１５の第２の第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２のスイッチ作動部材を作動させる第２の実施の形態を示し、（Ａ）は第２のスイッチＳ２がＯＮの状態、（Ｂ）は第１のスイッチＳ１がＯＮの状態を示す。
【００７７】
本実施の形態では、モータＭの出力軸Ｍ１と一体に回転する回転子３４の上面外周部に突起３５を上方に突出させ、回転子３４が回転する際に、この突起３５でスイッチＳ１、Ｓ２のスイッチ作動部材を押し込んでＯＮさせるようにしている。
【００７８】
なお、上記した各実施の形態において、圧力計１は第１の水晶振動子３と第２の水晶振動子４が出力する周波数差に基づいて水圧を求めるようにしているが、本発明はこの水晶振動子を用いた圧力計に限定されるものではなく、差圧式の圧力計であれば半導体方式、歪ゲージ方式、圧電素子等の機械エネルギーを電気エネルギーに変換する機械電気変換素子であればよい。
【００７９】
また、上記した各実施の形態において、切換弁装置１５は円盤状の弁台２６と弁体２７との対向面を接触させ、３つのポート１９〜２１を上下方向に配置する構成によって水平方向のポートをなくしてできるだけ直径を小さくし、限られた内径寸法のケース８内に収まるようにしたものであるが、本発明はこのような構成のものに限定されるものではなく、１つの出力ポートに対する２つの入力ポートからの流入をアクチュエータ駆動により選択的に切換可能としたものであれば良く、例えばバルブ構造あるいはシリンダー構造など種々の構造のものを利用でき、また切換を電気的に検知できる手段が備わっていれば良い。
【００８０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、切換手段を切換えて第２のセンサー部に大気圧を付与することによって、水位計測部を水中に固定した状態でドリフト値の測定が行なえる。
【００８１】
請求項２に係る発明によれば、監視装置からの給電を中断するだけで、自動的にドリフト値の測定を行なうことができる。
【００８２】
請求項３に係る発明によれば、モータ等で駆動する場合に電源回路への給電電力が小さくても瞬時に大電力でモータ駆動が行なえる。
【００８３】
請求項４に係る発明によれば、第２のセンサー部へ総合圧力を付与した状態から大気圧を付与する方向に切換えた際、切換手段の一部に残っていた水が大気圧配管系に流れ込んでもこれらの水はドレインボックスへ溜められ、第１のセンサー部に連通する大気圧配管系に水滴が付着して圧力の誤測定を招くことがない。
【００８４】
請求項５に係る発明によれば、切換手段のポートが径方向に存在しないので、径方向に大きくならず、従来の水位計測部をそのまま使用することができる。
【００８５】
請求項６に係る発明によれば、水位計測部でのドリフト値の測定準備が完了すると、監視装置において自動的にドリフト値の演算が行なえる。
【００８６】
請求項７に係る発明によれば、信頼性の高い水晶振動子を利用して、高精度の水位計測が行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す水位計測部の縦断面図で、通常状態を示す。
【図２】図１の水位計測部における切換弁装置の縦断面図で、ドリフト値計測状態を示す。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す水位計測部の電気ブロック図。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す復調部の電気ブロック図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の動作を示すタイミングチャート。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す切換弁装置の切換信号生成装置の平面図。
【図７】圧力式水位計測装置の圧力計を示す縦断面図。
【符号の説明】
Ａ  水位計測部
Ａ１  信号分離回路
Ａ２  主電源
Ａ３  信号検出部
Ａ４  充電回路
Ａ５  コンデンサ
Ａ６  モータ制御部
Ａ７  エンコーダ
Ａ８  ミキサー
Ｂ  ケーブル
Ｃ  復調器（監視装置）
Ｃ１  信号分離回路
Ｃ２  電源
Ｃ３  トーンデコーダ
Ｃ４  表示部
Ｃ５  演算部
Ｌ１、Ｌ２  通信線
Ｍ  モータ
Ｍ１  出力軸
Ｓ１  第１のスイッチ
Ｓ２  第２のスイッチ
１  圧力計
１ａ  隔壁
１ｂ  区室
１ｃ  振動子保持枠
１ｄ  支点部
１ｆ  側壁
２  揺動板
３  第１の水晶振動子
３ａ  第１の発振回路
４  第２の水晶振動子
４ａ  第２の発振回路
５  圧力計ケース
６、７  加圧体（センサー）
８  ケース
９  上蓋
１０  下蓋
１１  Ｏリング
１２  大気圧パイプ
１３  総合圧力ポート
１４  総合圧力パイプ
１５  切換弁装置
１６  大気圧分配用ポート
１７  大気圧入力ポート
１８  総合圧力入力用ポート
１９  ドリフト値測定用大気圧入力ポート
２０  出力ポート
２１  総合圧力入力ポート
２２  接続パイプ
２３  ドレインボックス
２４  大気圧分配用接続管
２５  弁ケース
２６  弁台
２７  弁体
２８  切換流路
２９  カム盤
３４  回転子
３５  突起
【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】
2004257858.tif 000008
【図７】
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