(57)【要約】【課題】  測定中に気体流量損失の影響を考慮する必要がなく、安価なモータを使用できる気圧式液面検出装置を提供する。【解決手段】  低リークポンプの駆動前に、液位を計測してホールドし（ＳＰ１）、低リークポンプを駆動して所定時間経過していれば、液位を計測して基準値として記憶する（ＳＰ２〜ＳＰ４）。入出力同期動作を実行し、記憶した液位の基準値と実際の液位とを比較して所定の範囲内にあるかを判断して液位が変動しているか、あるいは低リークポンプの間欠駆動時間が経過していることを判別すれば（ＳＰ５〜ＳＰ７）、再度液位を計測してホールドし、低リークポンプを駆動する。【選択図】      図７
2007040903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その一端がタンク内の液中に挿入される給気管と、
前記給気管の他端に圧縮した気体を供給するポンプと、
前記給気管内の圧力を計測する圧力計測手段と、
前記ポンプ停止中に、前記圧力計測手段によって連続的に計測された圧力値を出力し、前記ポンプ停止後に前記圧力計測手段によって計測された圧力値を記憶するとともに前記圧力計測手段によって計則された圧力値が予め定める基準値に対して所定の幅を超えて変動したかあるいは予め設定された時間を経過したことに応じて、前記ポンプを駆動する制御手段を備える、気圧式液面検出装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記圧力計測手段によって計測された前記ポンプを駆動する直前の圧力値を記憶して前記ポンプ駆動中および駆動停止から一定時間経過後まで保持し、ポンプ駆動中の前記給気管内の一時的な圧力昇圧の影響を受けなくすることを特徴とする、請求項１に記載の気圧式液面検出装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ポンプが駆動を停止し、圧力変動による影響がなくなるまでの一定時間経過後、前記給気管内の圧力値を測定して前記基準値として記憶する、請求項１または２に記載の気圧式液面検出装置。
【請求項４】
さらに、警報表示手段を備え、
前記制御手段は、前記ポンプを駆動した回数を計数して、保守点検または交換時期を前記警報表示手段に表示する、請求項１から３のいずれかに記載の気圧式液面検出装置。
【請求項５】
さらに、前記給気管と前記ポンプとの間に設けられ、前記給気管から前記ポンプに気体が逆流するのを阻止する逆止弁を含む、請求項１から４のいずれかに記載の気圧式液面検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は気圧式液面検出装置に関し、特に、タンク内の液位を検出する気圧式液面検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パージ式の気圧式液面検出装置は、タンク内の液中に給気管を挿入し、ポンプから定流量弁（パージセット）を介して一定流量の気体を連続して給気管に供給し、給気管の気体供給側に取付けられた圧力センサで給気管の圧力（背圧）を測定し、測定した圧力に基づいて液位を演算して表示する。
【０００３】
このような気圧式液面検出装置において、給気管の内部を気体が流動すると圧力損失（流量損失）が発生するが、一定流量の気体を給気管に供給すると、圧力損失は一定になる。測定物（タンク内の液）がない場合でも給気管内に気体が流れると圧力損失が発生する。このため、圧力センサは圧力損失を伴った圧力を背圧として検出することになる。
【０００４】
このように連続して一定流量の気体を給気管に供給する気圧式液面検出装置では、検出する圧力には、実際の圧力に圧力損失が加算された値になるが液位のレベルが変化しても圧力損失の値が一定のため無視しており、測定した圧力から液位を演算する制御回路には特別な演算を行っていない。
【０００５】
一方、特許第２９５１９５４号公報（特許文献１）には、間欠式の気圧式液面検出装置について記載されている。この気圧式液面検出装置では、液位のレベル変動に応じて、ポンプを高速動作させたり低速動作させたりするなどの間欠動作により、給気管に圧縮空気を供給して給気管の圧力を測定することで変動した液位を測定している。
【特許文献１】特許第２９５１９５４号公報（段落番号００２６〜００２９、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パージ式の気圧式液面検出装置は、ポンプを連続して駆動する必要があるため、ポンプを駆動するモータとして耐用年数の長いものを用いる必要があり、モータが高価になる。コストを低減するために、低価格のモータを使用することも考えられるが、例えば低価格の圧力ポンプは、寿命が３０００時間程度であり、連続で使用すると１２５日程度で寿命を終えることになり実用的でない。また、通常の低価格のポンプは、駆動（ＯＮ），停止（ＯＦＦ）しか制御できず、回転数などを変化させるには高価な制御回路が必要になってくる。
【０００７】
特許文献１に記載されている気圧式液面検出装置では、流量が一定ではなく、ポンプの高速動作時と低速動作時で流量が変化するので、高速動作時と低速動作時で生じる圧力損失が異なり、表示する液位に誤差を生じるという問題がある。さらに、この気圧式液面検出装置は、パルスモータやサーボモータなどを用いているためコストが高くなってしまうという問題もある。
【０００８】
そこで、この発明は、測定中に気体流量損失の影響を考慮する必要がなく、安価なモータを使用できる気圧式液面検出装置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】
【０００９】
この発明は、その一端がタンク内の液中に挿入される給気管と、給気管の他端に圧縮した気体を供給するポンプと、給気管内の圧力を計測する圧力計測手段と、ポンプ停止中に、圧力計測手段によって連続的に計測された圧力値を出力し、ポンプ停止後に圧力計測手段によって計測された圧力値を記憶するとともに圧力計測手段によって計則された圧力値が予め定める基準値に対して所定の幅を超えて変動したかあるいは予め設定された時間を経過したことに応じて、ポンプを駆動する制御手段とを備える。
【００１０】
この発明では、ポンプの停止時の液位を連続して検知し、ポンプ駆動時は駆動直前の液位を保持し、給気管内に発生する一時的な圧力上昇をキャンセルして圧力検出信号への影響を排除する。
【００１１】
好ましくは、制御御手段は、計測手段によって計測されたポンプを駆動する直前の圧力値を記憶してポンプ駆動中および駆動停止から一定時間経過後まで保持し、ポンプ駆動中の給気管内の一時的な圧力昇圧の影響を受けなくする。
【００１２】
好ましくは、制御手段は、ポンプが駆動を停止し、圧力変動による影響がなくなるまでの一定時間経過後、給気管内の圧力値を測定して基準値として記憶する。
【００１３】
さらに、警報表示手段を備え、制御手段はポンプを駆動した回数を計数して、保守点検または交換時期を警報表示手段に表示する。これにより、ポンプの保守点検が容易になる。
【００１４】
さらに、給気管とポンプとの間に設けられ、給気管からポンプに気体が逆流するのを阻止する逆止弁を含む。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、ポンプ停止中の液位を連続して検知し、ポンプ駆動時はポンプ駆動直前の液位をホールドして、給気管内に発生する一時的な圧力上昇をキャンセルして出力信号への影響を排除できる。
【００１６】
また、ポンプを停止したとき、換言すれば、測定気体である空気の流動がない状態で液位をサンプリングすることにより、気体流量損失などに影響されないので、定流量ポンプなどの使用は必要でなくなり、耐リーク性の良いポンプ、または汎用のＯＮ，ＯＦＦ制御ポンプと逆止弁の組合せなどの構成で実現可能となり、性能の向上を図ることができる。
【００１７】
さらに、静的状態で測定できるため、特許文献１のように高速動作や低速動作でポンプを駆動することなく、測定中に発生する気体流量損失の影響を考慮する必要性を生じない。
【００１８】
また、ポンプ停止時に液位を測定するようにしているため、気体流量損失の影響がなくなるので、給気管の形状や長さ，材質などによる液位測定の影響を受けることがなく、測定の精度や信頼性を向上できる。
【００１９】
さらに、再駆動基準値を大きく取れるため、ポンプ寿命をさらに延ばすことが可能になる。ポンプの停止時に、下限値であるゼロ点と上限値との差のスパンを調整するゼロ・スパン調整が可能であるため、一般の加圧器で静的に調整できるので、工場出荷時にゼロ・スパン調整が可能となり、据え付け後の調整を不要にできる。その結果、現場での据付時間の短縮、労力の軽減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１はこの発明の一実施形態における気圧式液面検出装置の概略ブロック図である。
【００２１】
図１において、タンク１内には水や油などの液体が注入されており、液中に給気管２の一端が挿入されている。給気管２の他端には耐リーク性のよい低リークポンプ３が結合されており、低リークポンプ３から給気管２に気体として空気が圧縮されて供給されていて、給気管２の一端からバブリングされる。
【００２２】
圧力検出手段としての圧力検出素子４によって給気管２内の圧力が背圧として検出される。圧力検出素子４で検出された圧力の圧力検出信号は制御手段としての制御回路５に与えられる。制御回路５は圧力検出信号に応じて低リークポンプ３に駆動停止信号を与えて、駆動停止を制御するとともに検出された圧力に基づいて液位を演算して表示器６に液位を表示する。
【００２３】
図２は図１に示した制御回路５の具体的なブロック図である。図２を参照して、制御回路５のより具体的な構成について説明する。制御回路５は、Ａ／Ｄ変換器５１と、マイクロコンピュータ５２と、Ｄ／Ａ変換器５３と、警報表示器５４と、ポンプ駆動停止制御回路５５とを含む。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換器５１は圧力検出素子４で検出されたアナログの圧力検出信号をデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ５２に出力する。マイクロコンピュータ５２は、圧力検出信号に基づいて、液位を演算する。この演算は、例えば予め圧力と液位との関係を記憶しておき、検出された圧力に対応する液位を読出して演算出力とすることができる。この演算出力は、Ｄ／Ａ変換器５３によってアナログ信号に変換されて出力信号として導出され、図１に示した表示器６に与えられて液位が表示される。これにより、液位の視認が容易になる。
【００２５】
マイクロコンピュータ５２には警報表示器５４が接続されていて、警報表示器５４には低リークポンプ３の寿命が表示される。例えば、マイクロコンピュータ５２は、低リークポンプ３を駆動した回数あるいは駆動した時間を計数していて、低リークポンプ３の保守点検あるいは交換時期になったことを判別すると警報表示手段としての警報表示器５４に警報表示する。これにより、低リークポンプ３の保守点検が容易になる。さらに、マイクロコンピュータ５２には、ポンプ駆動停止制御回路５５が接続されていて、ポンプ駆動停止制御回路５５によって低リークポンプ３の駆動停止が制御される。
【００２６】
図３は低リークポンプ３の一例の断面図である。低リークポンプ３は図３に示すようにモータ３１を含み、モータ３１の回転軸に偏心フランジ３２が取付けられていて、軸３３の下端面が偏心フランジ３２の外周面に当接している。軸３３の上端はダイヤフラム３４の中心に固定されている。ダイヤフラム３４は円板状に形成されており、その周囲がポンプ室３５の内壁に固定されている。
【００２７】
ポンプ室３５に連なるように吸気弁３６と排気弁３７とが設けられており、モータ３１が回転すると偏心フランジ３２の回転に伴って、軸３３が上下動することでダイヤフラム３４が上下動し、吸気弁３６からポンプ室３５内に空気が吸入され、排気弁３７から排出される。吸気弁３６内にはスプリング３８によって逆止弁３９が保持されており、ポンプ室３５から外部に空気が逆流するのが阻止される。同様にして排気弁３７内にもスプリング４０によって逆止弁４１が保持されており、外部からポンプ室３５内に空気が逆流するのが阻止される。
【００２８】
図４はポンプの間欠動作を示すタイミング図である。まず、図４を参照して、この発明の一実施形態の気圧式液面検出装置の概略の動作について説明する。この発明の一実施形態では、リークポンプ３の停止時において、給気管２内の液位背圧を圧力検出素子４で連続して検出し、その信号をそのまま同期出力動作する。そして、低リークポンプ３が駆動されることにより、背圧が上昇し、出力値に影響を及ぼすのを防ぐために、ポンプ駆動時直前の背圧を記憶する。
【００２９】
すなわち、図４（Ｄ）に示すように一定周期の間欠動作設定時間Ｔ＝１分〜５分ごとに低リークポンプ３を所定の駆動時間であるポンプ動作時間ＴＰ＝１０秒間動作させる。ポンプ動作時間後の図４（Ｃ）に示すサンプリング停止時間ＴＳの期間は、液面変動があるため、液面変動停止タイミング時間として規定される。ポンプ動作時間ＴＰと、サンプリング停止時間ＴＳとの期間は、図４（Ａ）に示すように出力信号をホールドする。出力ホールド期間経過後の背圧が一定になったタイミングである、図４（Ｂ）に示す基準値サンプリングタイミングにおいて、背圧を計測して基準値として記憶し、データを更新する。
【００３０】
図５は図４に示したポンプ動作の時間軸を拡大して示す。図５を参照して、図４に示した動作波形について詳細に説明する。
【００３１】
図４（Ｄ）に示したポンプ駆動時間ＴＰの時間軸を拡大して示すと図５（Ｆ）に示すポンプ動作波形となり、低リークポンプ３の駆動時における給気管２内の背圧は図５（Ａ）に示す背圧変動波形のように変動する。背圧変動波形の立上がり部分は、給気管２に空気が送り込まれたことにより、オーバシュートなどの変動を生じている。背圧変動波形の立下り部分は、給気管２への空気の送り込みが停止されたことにより、アンダシュートなどの変動を生じている。アンダシュートが生じている期間は、図５（Ｇ）に示すようにポンプ停止後測定値が安定する液面変動停止タイミング時間ＴＳとする。
【００３２】
図５（Ｂ）に示すように、ポンプ駆動直前の圧力計測値のサンプリングタイミングにおいて、液位表示用背圧測定を行い、さらに、図５（Ｃ）に示すポンプ停止後測定値が安定する時間ＴＳの経過後における再駆動用基準値のサンプリングタイミングにおいて、液位表示用背圧測定を行う。
【００３３】
図５（Ｂ）に示すポンプ駆動動作直前圧力の計測値サンプリングタイミングから図５（Ｃ）に示すポンプ再駆動用基準値のサンプリングタイミングまでの期間は、図５（Ｄ）に示すようにポンプ駆動における圧力のホールド時間となる。また、この期間を除いて、図５（Ｅ）に示す入出力同期測定動作（ポンプ停止動作）が実行される。
【００３４】
図６はポンプ動作と出力表示のタイミング図である。
【００３５】
次に、図６を参照して、ポンプ動作と出力表示について説明する。図１に示した給気管２が長ければ、低リークポンプ３の駆動時に背圧が例えば０．０６ＭＰａに上昇するが、低リークポンプ３の駆動を停止させると、図６（Ａ）に示すように、背圧が例えば０．０５ＭＰａに低下してしまう。これは、低リークポンプ３を駆動して加圧しているときは、圧力損失の影響で背圧が実際の液位による圧力よりも上昇してしまうからである。
【００３６】
低リークポンプ３の駆動を停止させ、背圧が正常となる液面変動停止タイミング時間ＴＳ経過後は、ポンプ駆動停止後の圧力損失による背圧が低下している。この低下が落ち着くまでの一定時間（約２秒）後のポンプ停止中の液面サンプリングタイミングにおいて液位を計測し、この背圧をポンプ停止中に基準液位とする。
【００３７】
図６（Ｃ）に示すように、間欠動作設定時間Ｔごとに一定の周期で低リークポンプ３が駆動されるが、図６（Ｂ）に示すように液面変動により測定した背圧が基準背圧よりも低ければ、間欠動作設定時間Ｔよりも短い短縮時間Ｔｓであっても低リークポンプ３を再駆動する。すなわち、液面変動の監視幅が基準背圧を超えると、低リークポンプ３を再駆動する。
【００３８】
図７はこの発明の一実施形態における気圧式液面検出装置の動作を説明するためのフローチャートであり、図４〜図６について説明した処理をマイクロコンピュータ５２が行うものである。
【００３９】
まず、マイクロコンピュータ５２はステップ（図示ではＳＰと略称する）ＳＰ１において、図５（Ｂ）に示すポンプ駆動直前圧力の計測値のサンプリングタイミングにおいて、Ａ／Ｄ変換器５１によってデジタル信号に変換された圧力検出素子４からの圧力検出信号である背圧をサンプリングして計測し、液位を演算して表示器６に表示または出力信号として出力するとともに、その液位をホールドする。
【００４０】
ステップＳＰ２において、図５（Ｆ）に示すタイミングで低リークポンプ３を駆動する。すなわち、ポンプ駆動停止制御回路５５により、駆動信号を低リークポンプ３に与える。この駆動信号は、ＴＰ＝１０秒だけ「Ｈ」レベルに立ち上がる信号である。この駆動信号により低リークポンプ３が動作して、給気管２に空気が送り込まれる。このとき、図６（Ａ）に示すように、ポンプ駆動時における給気管２内の背圧変動波形に変動を生じるが、このポンプ動作中は液位がホールドされ、出力は固定される。
【００４１】
ステップＳＰ３において、図５（Ａ）に示すアンダシュートが生じている液面変動停止タイミング時間ＴＳである所定時間が経過したか否かを判別する。所定時間が経過していれば、ステップＳＰ４において、図５（Ｃ）に示すポンプ停止後のポンプ再駆動用基準値のサンプリングタイミングにおいて、Ａ／Ｄ変換器５１によってデジタル信号に変換された圧力検出素子４からの圧力検出信号を取込み、液位の基準値を記憶する。
【００４２】
ステップＳＰ５において、ポンプ停止動作時に、図５（Ｅ）に示す入出力同期動作を行う。すなわち、ポンプ停止後にデジタル信号に変換された圧力検出素子４からの圧力検出信号を取込み、現時点の液位と、ステップＳＰ４で記憶した基準液位とを比較する。ステップＳＰ６において、測定した液位が基準液位に対して変化したことを判別したときには、ステップＳＰ１に戻り、計測した液位をホールドし、ステップＳＰ２で低リークポンプ３を再駆動する。
【００４３】
ステップＳＰ６において、液位が変動していないことを判別したときには、ステップＳＰ７において間欠動作設定時間Ｔを経過したか否かを判別する。間欠動作設定時間Ｔを経過していなければ、ステップＳＰ５に戻り、入出力同期動作を行う。
【００４４】
すなわち、図６（Ｃ）に示すように、間欠動作設定時間Ｔごとに一定の周期で低リークポンプ３が駆動されるが、ポンプ動作停止後の一定時間ＴＳ後の値を記憶しておき、図６（Ａ）に示すように背圧変動により測定した液位が基準液位よりも低ければ、間欠動作設定時間Ｔよりも短い短縮時間Ｔｓであっても低リークポンプ３を再駆動することにより、液位が急激に変化しても直ちに液位を測定できる。
【００４５】
上述のごとく、この実施形態によれば、再駆動液位基準値を大きくとっても、低リークポンプ３の停止時における液位を連続サンプリングして出力しているので、追尾性が非常に良好になる。すなわち、背圧変動があっても常に液位変動をサンプリングしているので、微小な液位変動の検出および警報の設定が可能となる。例えば、スパン２ｍで再駆動液位基準値内を±１５ｃｍとすると、液位が３０ｃｍ上下に移動しても出力は追従する。
【００４６】
再駆動液位基準値および間欠動作設定時間Ｔを大きく設定しても、出力がホールドされる時間は、低リークポンプ３を駆動した時間の１０秒と、アンダシュートの時間２秒との合わせて計１２秒だけであり、間欠動作設定時間Ｔを５分とすると、５分４８秒は連続的に計測されていることになる。これにより、液位追従性は飛躍的に向上するので、間欠動作設定時間Ｔを長くし、かつ再駆動液位基準値を大きくとることができる。
【００４７】
また、ゼロ，スパン点近くで再駆動液位基準値が大きく設定されても、ポンプ停止サンプリングのためゼロ，スパン値まで液位測定が可能となり、安全性が向上する。
【００４８】
さらに、この実施形態では、低リークポンプ３の停止時に液位を測定するようにしているため、気体流量損失の影響がなくなるので、給気管２の形状や長さ，材質などによる液位測定の影響を受けることがなく、測定の精度や信頼性を向上できる。
【００４９】
また、再駆動基準値を大きく取れるため、ポンプ寿命をさらに延ばすことが可能になる。さらに、低リークポンプ３の停止時に、下限値であるゼロ点と上限値との差のスパンを調整するゼロ・スパン調整などの取扱いがより簡単になる。しかも、ゼロ・スパン調整を静的に行うことができ、工場出荷時にゼロ、スパン調整が可能となり、据え付け後の調整を不要にできる。その結果、現場での据付時間の短縮、労力の軽減を図ることができる。
【００５０】
図８は、この発明の他の実施形態における気圧式液面検出装置の概略ブロック図である。図１に示した気圧式液面検出装置は低リークポンプ３を用いたのに対して、図８に示した実施形態では、低リークポンプ３を用いることなく、汎用のＯＮ，ＯＦＦ制御のポンプ３ａと逆止弁７とを設けたものである。すなわち、ポンプ３ａと給気管２との間に逆止弁７が設けられている。逆止弁７は給気管２を介して液がポンプ３ａに逆流しないように設けられている。
【００５１】
従って、この実施形態によれば、安価な汎用のＯＮ，ＯＦＦ制御のポンプ３ａを用いることができるので、コストを抑えることができる。
【００５２】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
この発明の気圧式液面検出装置は、液位のレベル変動がなくてもポンプを一定周期で間欠動作させて液位を測定できる液位センサとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の一実施形態における気圧式液面検出装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示した制御回路のより具体的なブロック図である。
【図３】この発明の一実施形態における気圧式液面検出装置に用いられるポンプの断面図である。
【図４】ポンプの間欠動作を示すタイミング図である。
【図５】図４に示したポンプ動作の時間軸を拡大して示すタイミング図である。
【図６】ポンプ動作と出力表示のタイミング図である。
【図７】この発明の一実施形態における気圧式液面検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】この発明の一実施形態における気圧式液面検出装置に用いられるモータの他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  タンク、２  給気管、３  低リークポンプ、３ａ  ポンプ、４  圧力検出素子、５  制御回路、６  表示器、７，３９，４１  逆止弁、３１  モータ、３２  偏心フランジ、３３  軸、３４  ダイヤフラム、３５  ポンプ室、３６  吸気弁、３７  排気弁、３８，４０スプリング、５１  Ａ／Ｄ変換器、５２  マイクロコンピュータ、５３  Ｄ／Ａ変換器、５４  警報表示器、５５  ポンプ駆動停止制御回路。
【図１】
2007040903.tif 000003
【図２】
2007040903.tif 000004
【図３】
2007040903.tif 000005
【図４】
2007040903.tif 000006
【図５】
2007040903.tif 000007
【図６】
2007040903.tif 000008
【図７】
2007040903.tif 000009
【図８】
2007040903.tif 000010