(57)【要約】【課題】消費電力を抑えることができるようにする。【解決手段】液面レベル計測器１内部のポンプが駆動され、測定管２の下端２Ａよりわずかに気泡が出る状態になったところで計測される測定管２内の圧力（背圧）から、液体の水位が計測される。ポンプの駆動が開始されたとき、測定管２内の圧力の監視が行われ、圧力が一定の状態になったとき、すなわち、下端２Ａより気泡が出る状態になったとき、ポンプの駆動が停止される。本発明は、エアパージ式の液面レベル計測器に適用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアパージ式の液体センサにおいて、
液面方向に延びる測定管に気体を供給する供給手段と、
前記供給手段の駆動により前記測定管内の圧力が一定になったことを検出したとき、前記供給手段の駆動を停止させる駆動制御手段と
を備えることを特徴とする液体センサ。
【請求項２】
電源を供給するバッテリをさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の液体センサ。
【請求項３】
液面方向に延びる測定管に気体を供給する供給手段を備えるエアパージ式の液体センサの計測方法において、
前記供給手段の駆動により前記測定管内の圧力が一定になったことを検出したとき、前記供給手段の駆動を停止させる駆動制御ステップを含む
ことを特徴とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、消費電力を抑えることができるようにするエアパージ式の液体センサおよび計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、タンク内などに貯蔵された液体の水位を計測するものとしてエアパージ式の液面レベル計測器が用いられている（特許文献１）。
【０００３】
エアパージ式の液面レベル計測器は、液体中にのびた測定管に空気などの気体を供給し、測定管の下端よりわずかに気泡が出る状態になったところで背圧を計測するものである。このとき計測される背圧は、液面の高さに比例するものであるから、これにより、液体の水位を計測することが可能になる。
【特許文献１】特開平７−４９２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、液面レベル計測器で水位を計測するためには、電源が当然必要になり、特に、液面レベル計測器の内部にあるポンプを駆動させることによる電力の消費が大きいことから、例えば電源として内蔵のバッテリを用いた場合、長い時間連続して水位を計測することができないという課題があった。なお、このポンプは、液面レベル計測器に装着される測定管に気体を供給するためのものである。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、液面のレベルを計測する液体センサの消費電力を抑えることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の液体センサは、エアパージ式の液体センサであって、液面方向に延びる測定管に気体を供給する供給手段と、供給手段の駆動により測定管内の圧力が一定になったことを検出したとき、供給手段の駆動を停止させる駆動制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この液体センサは、タンク内などに貯蔵された、液体の薬品、飲料水、油などの、各種の液体の水位を計測するものである。また、タンクの底面から液面までの高さを計測するもの、液体中に延びる測定管の先端から液面までの高さを計測するもの、測定管の先端から液面までの高さに液体の比重を乗算することで計測される圧力を計測するもののいずれもが液体センサには含まれる。
【０００８】
なお、エアパージ式とは、液面（液体中）に延びた測定管に空気などの気体を供給し、測定管の下端より気泡が出る状態で計測される背圧から水位を計測する方式をいう。
【０００９】
ここで、測定管内の圧力が一定とは、圧力が上がらなくなった状態をいい、例えば、図２に示されるように、測定管の下端から気泡が出ることにより、微小範囲で圧力が変動している状態を含む。
【００１０】
供給手段は、例えば、図３のポンプ２１により構成され、ポンプの他、気体を供給するボンベも含まれる。
【００１１】
駆動制御手段は、例えば、図４のポンプ駆動制御部３２により構成される。駆動制御手段により供給手段の駆動が停止されることにより、必要最小限の供給手段の駆動で水位を計測することができる。すなわち、消費電力を抑えることができる。
【００１２】
本発明の液体センサは、電源を供給するバッテリをさらに備えるようにすることができる。バッテリが内蔵されることにより、近くにあるコンセントなどから電力を供給するコードなどを液体センサに接続する必要がない。
【００１３】
本発明の計測方法は、液面方向に延びる測定管に気体を供給する供給手段を備えるエアパージ式の液体センサの計測方法であって、前記供給手段の駆動により前記測定管内の圧力が一定になったことを検出したとき、前記供給手段の駆動を停止させる駆動制御ステップとを含むことを特徴とする。
【００１４】
駆動制御ステップは、例えば、図５のステップＳ４に相当する。
【００１５】
本発明の液体センサおよび計測方法においては、液面方向に延びる測定管に供給手段により気体が供給され、供給手段の駆動により測定管内の圧力が一定になったことが検出されたとき、供給手段の駆動が停止される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、消費電力を抑制することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、内蔵するバッテリを電源とする場合でも、長時間にわたって水位を計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明を適用した液面レベル計測器１の外観の例を示す図である。
【００１９】
液面レベル計測器１は、タンク内などに貯蔵された液体の水位を計測するエアパージ式の計測器であり、図１に示されるように、例えば、液面より高い位置に固定される。
【００２０】
液面レベル計測器１は、基本的には、蓋部材１１と、水面方向に延びた測定管２を固定する固定部材１２とからその外観が構成され、蓋部材１１と固定部材１２を組み合わせたときに形成される内部の空間に、例えば、空気などの気体を測定管２に供給するポンプ、ポンプなどを駆動させるためのバッテリ、ポンプの駆動等を制御するコントローラ（チップ）などが配設される基板などが設けられる。
【００２１】
すなわち、液面レベル計測器１は、内蔵のバッテリで駆動するようになっており、近くにあるコンセントなどから電源を供給するコードなどが接続されていない。
【００２２】
液面レベル計測器１は、内部のポンプを駆動させることで測定管２に空気を供給し、図１に示されるように、測定管２の下端２Ａよりわずかに気泡が出る状態になったところで計測される測定管２内の圧力（背圧）から、液体の水位を計測する。
【００２３】
ここで、液体の水位または圧力の計測について説明する。計測方式に応じて、液面レベルセンサ（液面レベル計測器１）は以下の３つのタイプに分類される。
【００２４】
タイプ１（タンク底面から液面までの高さＨを計測するセンサ）
【００２５】
図１において、次のように変数を定義すると、タンク底面から液面までの高さＨは、下式（１）乃至（４）より求まる。ただし、圧力の単位はＫｇ／ｃｍ2、高さの単位はｃｍ、比重の単位はＫｇ／ｃｍ3である。
【００２６】
Ｐ０：大気圧
Ｐ１：測定管２内を空気で満たしたときの管内の圧力
Ｌ：測定管２の下端２Ａのタンク底面からの高さ
ｓ：タンク内の液体の比重
Ｐ：圧力センサの出力する圧力値
【００２７】
まず、測定管２内を空気で満たしたときの管内の圧力は次式（１）より求まる。
Ｐ１  ＝  Ｐ０  ＋  （Ｈ−Ｌ）＊ｓ    ・・・・（１）
【００２８】
通常の圧力センサは、大気圧との差圧を出力するようになっていることから、圧力値Ｐは次式（２）となる。
Ｐ  ＝  Ｐ１  −  Ｐ０                ・・・・（２）
【００２９】
式（１）、（２）より次式（３）が求まる。
Ｐ  ＝  （Ｈ−Ｌ）＊ｓ                ・・・・（３）
【００３０】
式（３）を変形すると次式（４）となる。
Ｈ  ＝  Ｐ／ｓ  ＋  Ｌ                ・・・・（４）
【００３１】
式（４）より求められる高さＨを水位とするタイプ１の液面レベルセンサは、厳密に液面のタンク底面からの高さを求めるものであり、測定管２の下端２Ａのタンク底面からの高さＬ、液体の比重ｓのデータが必要になることから、これらのデータは、予め、液面レベルセンサに記憶されている。
【００３２】
なお、現実には、後述するタイプ２やタイプ３の方式で測定する液面レベルセンサでも実用上は問題がない場合があり、その場合には、タイプ２やタイプ３のものも用いられる。
【００３３】
タイプ２（測定管２の下端２Ａから液面までの高さＨ１を計測するセンサ）
【００３４】
次式（５）より測定管２の下端２Ａから液面までの高さＨ１が求まる。
Ｈ１  ＝  （Ｈ−Ｌ）  ＝  Ｐ／ｓ      ・・・・（５）
【００３５】
このタイプ２の液面レベルセンサは、測定管２の下端２Ａの高さＬをタンクの底面とみなすものであり、タンクの底が平面でない場合や、タンクにある程度残量がある状態を保ちつつ、タンクの液面レベル管理を行いたい場合に用いられる。
【００３６】
なお、タイプ２の場合には、高さＬの値を測定したり、予め記憶させておく必要がなく、単に圧力センサの出力Ｐと比重ｓの値がわかればよいことになる。
【００３７】
タイプ３（測定管２のセンタ２Ａから液面までの高さＨ１に比重ｓを掛けた値Ｈ２（圧力）を計測するセンサ）
【００３８】
次式（６）より値Ｈ２が求まる。
Ｈ２  ＝  Ｈ１＊ｓ  ＝  Ｐ            ・・・・（６）
【００３９】
このタイプ２の液面レベルセンサは、大まかな液面レベルが計測できればいい場合や、液体の比重が常に同じものだけを取り扱う場合に用いられる。
【００４０】
図１の液面レベル計測器１は、以上の３つのタイプのいずれのものであってもよい。
【００４１】
図１の説明に戻り、液面レベル計測器１は、ポンプから空気を供給するとともに、測定管２内の圧力の計測を行い、測定管２の下端２Ａより気泡が出る状態になったとき、ポンプの駆動を停止させる。測定管２の下端２Ａより気泡が出る状態は、図２に示されるように遷移する測定管２内の圧力に基づいて検出される。図２の横軸は時刻を表し、縦軸は測定管２内の圧力を表す。
【００４２】
ポンプの駆動が時刻０で開始されたとき、圧力の値は、初期値である圧力Ｐ1から徐々に高くなり、測定管２の下端２Ａより気泡が出る状態になった時刻ｔ1以降は、圧力Ｐ2でほぼ一定になる。液面レベル計測器１は、このように圧力がほぼ一定になったとき、測定管２の下端２Ａより気泡が出る状態になったと判定し、ポンプの駆動を停止させる。
【００４３】
このように、下端２Ａから気泡が出る状態になったときにポンプの駆動を停止させることで、当然、水位を計測することができるとともに、それ以降もポンプを駆動させ続ける場合に較べて、消費電力を抑えることが可能になる。従って、内蔵のバッテリを電源として用いた場合であっても、長時間に渡って水位を計測することが可能となる。
【００４４】
液面レベル計測器１によるポンプの駆動を制御する処理についてはフローチャートを参照して後述する。
【００４５】
図３は、液面レベル計測器１の内部の構成例を示す図である。
【００４６】
図３に示されるように、蓋部材１１と固定部材１２を組み合わせたときに形成される内部の空間には、供給管２２から空気を測定管２に供給するポンプ２１、乾電池などのバッテリを収納する収納部２３、測定管２内の圧力を計測する圧力センサ２４、液面レベル計測器１の全体の駆動を制御するコントローラなどが配設される基板２５が設けられる。
【００４７】
なお、収納部２３には、例えば、単３型の乾電池が２本収納可能とされる。また、液面レベル計測器１による水位の計測結果は、例えば、基板２５に配設される無線通信モジュールにより、近傍にある端末に無線で送信される。
【００４８】
図４は、図３の基板２５に配設されるコントローラにより実現される機能構成例を示すブロック図である。
【００４９】
圧力監視部３１は、ポンプ２１の駆動が開始されたとき、圧力センサ２４による計測結果の監視を開始し、図２を参照して説明したように、測定管２内の圧力が一定になったとき、ポンプ駆動制御部３２にポンプ２１の駆動を停止させる。
【００５０】
なお、測定管２内の圧力が一定の状態とは、圧力が上がらなくなった状態をいい、図２に示されるように、下端２Ａから気泡が出ることにより、微小範囲で圧力が変動している状態を含む。
【００５１】
ポンプ駆動制御部３２は、ポンプ２１の駆動を制御し、測定管２に対する空気の供給を管理する。ポンプ駆動制御部３２は、水位を計測することが指示されたとき、ポンプ２１の駆動を開始させ、圧力監視部３１から所定のタイミングで行われる指示に従ってポンプ２１の駆動を停止させる。
【００５２】
次に、図５のフローチャートを参照して、液面レベル計測器１によるポンプ２１の駆動制御処理について説明する。
【００５３】
圧力監視部３１は、ステップＳ１において、圧力センサ２４による計測結果の監視を開始する。
【００５４】
ステップＳ２において、ポンプ駆動制御部３２は、ポンプ２１を駆動させて、測定管２１内に対する空気の供給を開始する。
【００５５】
ステップＳ３において、圧力監視部３１は、圧力センサ２４による計測結果に基づいて、測定管２内の圧力が一定の状態になったか否かを判定し、一定の状態になったと判定するまで待機する。この待機している状態のとき、測定管２内の圧力は、図２の時刻ｔ1までの期間のように圧力Ｐ1から徐々に高くなる。
【００５６】
一方、圧力監視部３１は、ステップＳ３において、測定管２内の圧力が一定になったと判定した場合、ステップＳ４に進み、ポンプ駆動制御部３２にポンプ２１の駆動を停止させる。これにより、測定管２内の圧力が一定になる図２の時刻ｔ1の直後にポンプ２１の駆動が停止されることになり、測定管２内の圧力が一定になった後もポンプ２１を駆動させ続ける場合に較べて、ポンプ２１を駆動させることによる電力の消費を抑えることができる。
【００５７】
ステップＳ５において、圧力監視部３１は、圧力の計測を行い、上述したタイプ１乃至３のいずれかの方式で液面レベルの算出を行う。
【００５８】
以上においては、測定管２内の圧力が一定になったことが検出されたときにポンプ２１の駆動が停止されるとしたが、圧力が一定になる図２の時刻ｔ1をそれまでの計測結果に基づいて予測し、その予測した時刻ｔ1よりも少し前から圧力の計測周期を短くし、圧力が一定となったら、ポンプ２１の駆動が停止されるようにしてもよい。これによっても、必要最小限のポンプ２１の駆動で水位を測定することができるとともに、消費電力を抑えることができる。
【００５９】
また、以上においては、液面レベル計測器１は、内蔵のバッテリを用いて駆動するとしたが、当然、近くのコンセントなどからコードを介して供給される電源により駆動するものであってもよい。この場合においても、上述したように、測定管２内の圧力が一定になったところでポンプ２１の駆動を停止させることにより、内蔵のバッテリを用いる場合と同様に、消費電力を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明を適用した液面レベル計測器の構成例を示す図である。
【図２】測定管内の圧力の遷移について示す図である。
【図３】液面レベル計測器の内部の構成例を示す図である。
【図４】コントローラにより実現される機能構成例を示すブロック図である。
【図５】液面レベル計測器の駆動制御処理について説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１  液面レベル計測器
２  測定管
２１  ポンプ
２２  供給管
２３  収納部
２４  圧力センサ
２５  基板
３１  圧力監視部
３２  ポンプ駆動制御部
【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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