(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液面指示計であって、非磁性材料の直立した円筒形管（10）、この円筒形管内でこの円筒形管に沿って当該円筒形管の軸方向に移動可能な、円筒形円盤形状もしくは環形状の第一の永久磁石（22）、この円筒形管の外側に沿って当該円筒形管の軸方向に移動可能かつこの円筒形管を取り囲む環形状の第二の永久磁石（35）を組み合わせて含むものにおいて、
前記第一及び第二の永久磁石（22、35）が前記円筒形管（10）に対し、前記第一及び第二の永久磁石（22、35）の磁極が前記円筒形管の軸に沿ってもしくは前記円筒形管の軸と平行に位置合わせされ、且つ前記第一及び第二の永久磁石が上方に向く同様の極を備えるように配置され、前記永久磁石の１つがフロート（20）に組み込まれ、前記永久磁石の他方が前記フロートに組み込まれた永久磁石の高さよりも上で磁気反発力によって支持され、前記磁気反発力が前記円筒形管の軸方向及び半径方向の双方の成分を有することを特徴とする液面指示計。
【請求項２】
前記第二の永久磁石によるポテンシャルエネルギー井戸に対応する位置に前記第一の永久磁石が配置されるよう、前記第一及び第二の永久磁石（22、35）が、前記円筒形管（10）に対して配置され、それにより、前記フロートに組み込まれた第一の永久磁石（22）を支持する第二の磁石（35）の位置の変化、もしくはその逆の変化によって、結果として前記円筒形管（10）の半径方向及び軸方向の双方の方向で、前記第一及び第二の永久磁石（22、35）間に作用する磁気反発力が増大する、請求項１記載の液面指示計。
【請求項３】
前記第一の永久磁石（22）が前記フロート（20）によって支持され、前記フロートが前記円筒形管（10）内を滑動可能であり、前記第二の永久磁石（35）が当該円筒形管の外側に沿って滑動可能な液面指示スリーブ（30）に取り付けられている、請求項１又は２記載の液面指示計。
【請求項４】
第三の永久磁石（21）が設けられ、この第三の永久磁石が、前記第一の永久磁石（22）に機械的に連結され、また連結される前記第一の永久磁石の形状と同様の形状であり、この第三の永久磁石の磁極は前記第一及び第二の永久磁石の磁極の方向と同一の方向に位置合わせされ、前記３つの永久磁石の全ては上方に向く同様の極を有し、
前記第一及び第三の永久磁石（21、22）が互いから固定された距離で前記円筒形管の軸に沿って対をなして設けられ、同時に前記第二の永久磁石（35）が磁気反発力によって、前記円筒形管の軸方向において前記第一及び第三の永久磁石の間に、かつ前記第一及び第三の永久磁石と同軸に維持される、請求項１記載の液面指示計。
【請求項５】
１つ以上の永久磁石を備えている液面指示スリーブ（30）が、前記円筒形管内で前記円筒形管の軸方向に移動可能に設けられている１つ以上の前記永久磁石の影響下で、前記円筒形管の外側で前記円筒形管（10）に沿って滑動可能に設けられているとともに、前記円筒形管内で前記円筒形管の軸方向に移動可能に設けられている前記１つもしくは複数の永久磁石を支持するフロート（20）を含む、請求項１記載の液面指示計。
【請求項６】
前記円筒形管（10）及び前記液面指示スリーブ（30）が透明ハウジング（45）に囲まれている、請求項５記載の液面指示計。
【請求項７】
前記液面指示スリーブ（30）が、前記フロートが浮く液面で、液体の密度により変化する前記フロート（20）の浮く高さに対応して計算された複数の高さにマークを備え、前記高さの選択された一箇所でマークに表示を与える指示手段（47）を含む、請求項５記載の液面指示計。
【請求項８】
前記指示スリーブ（30）が、前記円筒形管の軸を含む面で分離する、２つの分離可能な半スリーブによって構成され、この半スリーブが前記円筒形管（10）を取り囲むように組み立てられ、互いに固定可能である、請求項５〜７の１項記載の液面指示計。
【請求項９】
前記フロート（20）が、前記円筒形管（10）の内側壁に対向する細長い円筒形の壁を備え、前記フロートと前記円筒形管の内側壁との間の接触が、前記フロートの円筒形の壁に点もしくは突起部（25）を設けることにより最小化することができ、前記フロートの壁に設けられている前記突起部を備える２つの隔置されたリングが存在し、前記円筒形管の内側壁と接触する前記フロートの唯一の部分が前記突起部である、請求項５記載の液面指示計。
【請求項１０】
前記第一及び第三の永久磁石（21、22）が、前記円筒形管（10）の外径と少なくとも等しい距離をもって前記円筒形管の軸方向に互いに隔置されている、請求項４記載の液面指示計。
【請求項１１】
前記永久磁石の各々が、前記円筒形管の内側に沿って滑動可能な円筒形部材もしくは前記円筒形管の外側に沿って滑動可能なスリーブとして構成されている準円筒形部材に連結され、又は当該準円筒形部材内に組み込まれ、当該準円筒形部材の各々が、前記円筒形管の直径の少なくとも1.5倍である軸方向の長さを有する、請求項４記載の液面指示計。
【発明の詳細な説明】
この発明は、非磁性材料の直立する円筒形管、その円筒形管内で軸方向に移動可能な第一の永久磁石、第一の永久磁石と磁気的に結合しその円筒形管の外側に沿って移動可能な第二の永久磁石の組み合わせを含み、少なくとも１つの永久磁石がフロート内に組み込まれ、フロートが液面に浮くように調節されて位置合わせされ、フロートに組み込まれた浮動磁石の上下動に同調して、もう一方の永久磁石が追従し、それによって浮動磁石を支える液面の位置を指示する、種類の液面指示計装置に関する。
管が液面を測定される液体内に浸かる、例えばDE-A-1139660又はUS-A-5020367もしくは逆に配置される、例えばDE-A-1034877と比較して、ここに提案されるような配列においては、管は液体を収容する。したがってフロートは、その中に第二の永久磁石が配置される管を取り囲むリングもしくはカラーの形状であり、もしくは逆の配列で、浮動磁石はゲージ管の中に配置され、第二の永久磁石はゲージ管の外に配置されるフォロア内に配置される。
このようにオーステナイトステンレス鋼のような非磁性材料の密閉されたゲージ管の内側をフロートが上下するゲージシステムを提供することは公知であり、このシステムでは、ゲージ管が密封された手法でタンク又は容器に接続されて、その中の内容物である液面が測定又は指示される。このようなタンク及びゲージは、例えば引火性の流体又は有毒な流体を収容することがあり、もしくは加圧システムの一部であることがある。この形式のゲージの全体の構造及び耐圧構造は、このタンク及びゲージを船舶もしくはプロセスエンジニアリング、多くの他の用途において特に安全にかつ好適に使用される。
磁力が、一方がゲージ内に、もう一方がゲージ外に配置される、２つの永久磁石の結合を利用する場合には、特に確実かつ信頼される設計のシステムの場合には、確かに第二の永久磁石を追従する１つの永久磁石を必要とする磁気結合力は非常に強く、それによって、衝撃もしくは振動によってその現在の位置から追従磁石が容易に移動しない。
また磁気的な引力もしくは磁気的な反発力のどちらかを使用する、磁気的に結合する内部及び外部の永久磁石は公知であり、このようなゲージにおいて使用される。しかしながら、DE-A-2342735にあるように、強い磁気的な力が使用されると、一般にもう一方に対して結合した永久磁石を引っ張るもしくは押しやる半径方向の著しい力が存在する。内側の永久磁石がゲージ管の側壁の横方向に付勢されるので、等しい強い力がゲージ管の外側方向の外側の永久磁石を引きつけると同時に、これは磁気アレイの深刻な不安定性を生じさせる。このような半径方向の力は、液面指示の正確さを非常に損なう可能性のある摩擦を生じさせる。それどころか、従来技術は、大きな摩擦力をさける、１つの永久磁石が確かに他の永久磁石の移動に追従するような磁気的に安定なアレイを提供する、実用的かつ商用的に利用できるシステムを開示していない。
したがって、本発明の主たる目的は、内外で結合する永久磁石を有する管を備え、しかし、それらの永久磁石は磁気的に安定なアレイに配列され、浮動磁石と一方の管壁の間に、及びフォロア磁石ともう一方の管壁との間に加わる摩擦力が最小となる、液面の変化がフロートの移動を生じさせる、確かな、迅速な、敏感な応答を提供するようなシステムである、参照した一般の種類の液面計の管を提供することである。
このような装置のさらに好適な必要条件は、液面の視覚的指示が外部フォロアシステムの前面に実質上制限されないことである。また装置が軽量、単純、経済的であり、さらにそれ自身遠隔表示に向いていることが好ましく、高位及び低位警報位置を指示するように取り付けることが可能であることが好ましい。
概して、この発明は、非磁性材料の直立する円筒形管、この円筒形管内で同軸に移動可能な第一の円筒形永久磁石、この円筒形管の外で同軸に移動可能な第二の環状の永久磁石を組み合わせてなる、液面指示器を提供し、双方の永久磁石は該円筒形管の軸に平行である磁極軸を有し、双方の永久磁石は上面に同様の極を有し、１つの前記永久磁石が高さが指示されるべき液面に位置するフロートによって支持され、永久磁石が磁気反発によって、浮動磁石に適用されるよりも上の高さで他の永久磁石をフロートが支えることにより支持するように相対的に円筒形管の軸方向に永久磁石が隔置されていることを特徴とする。
好ましくは、第三の永久磁石が設けられ、第三の永久磁石は前記第一の永久磁石もしくは前記第二の永久磁石のどちらかと機械的に連結し、かつ連結する永久磁石と同様の形状であり、第三の永久磁石の磁場は第一及び第二の永久磁石と同様の方向に位置合わせされる。
第一の永久磁石はフロートによって支持され、フロートは円筒形管内で滑動し、第二の永久磁石は、円筒形管外側に沿って滑動可能な液面指示スリーブに取り付けられる。
本発明の他の局面によれば、非磁性材料の直立する円筒形管、この円筒形管に沿って円筒形管内で軸方向に移動可能な円筒形円盤形状もしくはリング形状の第一の永久磁石、この円筒形管を取り囲む環形状で、この円筒形管の外側に沿って軸方向に移動可能な第二の永久磁石を組み合わせてなる液面指示ゲージ装置が提供され、この装置では、円筒形管の軸に沿ってもしくはそれと共に平行に配向されるそれらの磁極をもって磁場方向に同一の極性を備えるように、前記永久磁石の双方は磁化され、互いに及び円筒形管に関して配向するように維持され、かつ前記永久磁石の１つは、液面に浮くように取り付けられて配置されているフロートに組み込まれ、それと同時に前記永久磁石のもう一方は、この浮動磁石によって取り付けられる直上の高さに磁気反発によって支持され、この磁気反発は軸方向及び半径方向の両方の成分を有する。磁気反発力の軸方向及び半径方向双方のこれらの成分のために、磁気的に安定なアレイ内で一方が他方によって支持される、結合磁石を配置することが可能となり、「自己センタリング」効果、すなわちゲージ管の内外の永久磁石がゲージ管の軸に実質上同軸な位置に達するような効果と一致する半径方向の力成分が与えられる。
ゲージ管が測定すべき高さの液体に浸かっていても、もしくはゲージ管がそのような液体を収容していてもどちらでも良い。浮動磁石は、ゲージ管を取り囲むカラー形状のフロートによって支持され、もしくは浮動磁石は、ゲージ管内に配置されるフロート内に取り付けられる。第二の場合であっても、フォロア磁石は、浮動磁石から管壁の対向する側でより高い位置に磁気反発によって支持される。
好適な配置では、記載される限りでは、一方はフロートに取り付けられ、もう一方は第一のフォロアムーブメントに配置される、２つの永久磁石が存在する。しかしながら代替的な配置では、一般に前記ゲージ管の軸に沿って行ったり来たりして、同軸に移動可能に配置される３つの永久磁石が存在する。全ての永久磁石は、磁場方向における同一の極がゲージ管の軸に沿ってかつ平行であるように、磁化され、永久磁石の２つが、他方から固定された距離離れて、ゲージ管の軸に沿って対をなし、それと同時に永久磁石のもう１つが一般に、対をなす２つの永久磁石の間で、磁気反発により、その対の永久磁石と同軸に維持される。このようなアレイにおいて、永久磁石のもう１つのものは他の２つの永久磁石の低い方の永久磁石により磁気反発によって支持される。
フォロア磁石がゲージ管の外側に配置されるので、ゲージ管を取り囲むのに都合がよい。永久磁石は、複数部分環構造であり、またゲージ管に沿って上下に滑動して、ゲージが接続されるタンクもしくは容器の本体によって覆われるまで、ゲージ周囲全ての方向からはっきりと見える複数部分指示スリーブ内に収容される。はっきりと見える１つのマークもしくは複数のマークを、スリーブ上に設けることができ、それらはフォロア環に関連する液面の正確な位置を指示するように配置され、較正され、選択される。例えばこの相対的な位置は、まず第一に磁気アセンブリの磁場強さに合致して、第二にはゲージ内の液体の密度に合致して、よって液体内のフロートの沈んでいる深さに合致して変化する。したがって指示スリーブ上に設けられるマークの範囲から、それぞれの液面が所定の密度に対して調節されるように指示することができ、それによって、適当な較正がなされまた選択がなされる。
ゲージの内側には、それらの厚みに関して特徴づけられている距離だけ隔置されている一対の円筒形環もしくは円盤形状の永久磁石が組み込まれている、円筒形のフロートが存在する。フロート内の永久磁石の高さは、調節可能である。一度液面に関して調節された円盤状の永久磁石は、フロート内で堅く保持され、その隣接面が反対の極性を備えて配置される。
添付の図面を参照することによって本発明はさらに理解される。
まず図４を参照すると、13で示されるタンクの壁の部分の内側に上部ユニオン11及び下部ユニオン12によって接続されるボアを備えるゲージ管10が示される。タンク及びゲージ管10、ユニオン11と12は、液体に対する密閉耐圧容器を形成し、最近ではこの液体は漏れることを防がなくてはならない必要のある有毒なものにまで範囲が広がっている。
本発明によるゲージ管10は非磁性材料からなる。例えばゲージ管はオーステナイトステンレス鋼から造ることができ、この場合ボア内の液体及びその表面の液面は、管壁が不透明であるために、見ることができない。ゲージ管内のこのような液面はタンク内の液体の高さに相当し、本発明の目的は、ゲージ管10が不透明であることによりこのような液面が見えないにも関わらず、液面の指示を与えることである。
本発明の図解される例によれば、ゲージ管10のボア内にプラスチック材料の細長い中空円筒形本体であるフロート20が設けられる。フロート20の中空内部には、この例ではフロートの上端からぶら下がるロッド２３に、一対の永久磁石21及び22が隔置されて設けられている。
フロート20はゲージ管10のボア内に適合して容易に滑動し、フロートはその端部の各々に小さく突き出す点もしくは突起部25からなるリングを備える。これらの突起部25は、ゲージ管10の内壁と接触する際に点接触を与え、液体の高さが上下するときにゲージ管10のボアに沿ってフロート20の容易な移動を可能とするのに役立つ。突起部25は、フロートの外側円筒形表面の両端のそれぞれもしくは両端近傍のそれぞれに、隔置される２つのリングとして配置される。
永久磁石21及び22は、円筒形の円盤もしくは環である強力に磁化された永久磁石である。それらの磁極が一般に円筒形フロート20及びゲージ管10の軸上に置かれるように、永久磁石は磁化される。永久磁石はどちらも同様な極性を備えるように磁化され、例えば永久磁石の上面がＮ極を備えるように分極される。ロッド23に沿う軸方向の永久磁石21及び22の位置は調節可能である。この調節により液体の密度に対してフロートを調節し較正することができる。
一般に30で示される指示スリーブが、ゲージ管10の外側に容易に滑動するように設けられる。スリーブ30は、フロート20のように非磁性材料で造られ、ガラス強化樹脂のようなプラスチック材料で造ることができる。スリーブは、フロート20の外側の突起部25のような小さな突起部をその内側に備え、スリーブの内側のこの突起部は、ゲージ管の外側壁との点接触をもたらし、ゲージ管に沿うスリーブの滑動運動を容易にする際に接触領域を小さくする。
スリーブ30は、細長い円筒形状であり、図５に示されるように、ネジ33によって一緒に固定される２つの半スリーブ31及び32を含む複数部分構造である。２つのＣ字型の半環により形成される環形状の強力に磁化された永久磁石35が、半スリーブ31及び32により形成される細長い部屋の中に収容される。永久磁石35は軸方向に磁化され、フロート内に設けられる永久磁石21及び22と同様の磁極を備えて磁化される。全ての３つの永久磁石は、同じ方向に向かう同様な磁極を備え、したがって例えば、全ての３つの永久磁石21及び22、35は、図４に示す配置の上方に面するＮ極を備える。全ての永久磁石が同じ方向に面する同様な磁極を備える、３つの永久磁石のアレイを備えるゲージ管10の同一の配置及び結果として生じる磁場の強さのパターンが図１に示される。
図１のシステムにおいて、使用される３つの磁石は全て永久磁石であり、それらは全て軸方向に磁化されて、ゲージ管10の軸に沿う一致した磁場方向を備え、永久磁石は全て上方に面するＮ極を有する。環の表面における極性はフロート磁石の隣接表面の極性とは異なっており、したがって図１において、環磁石35の上面はＮ極であり、これは上部円盤磁石21の下側のＳ極に対向し、それと同時に環磁石35の下面のＳ極は、フロート20に設けられる下部円盤磁石22の上方に面するＮ極に向く。磁極が他のものに対して直接対置されると、同一の磁極は反発し、同時に異なる磁極は引きつけるということが支配則となる。しかしながらこの場合には、永久磁石21及び22はゲージ管の内側にあり、かつゲージ管10の外側に配置される永久磁石35よりも小さな直径であり、したがって磁極は直接対置されない。その代わりに力の場を適当に考慮することにより、磁気反発の力により環22によって支持される環35が示される。これは一見反対に認識されそうであるが、採用される特別なアレイにより、及び磁力場の相互作用により引き出される。事実、試験はこの配置が非常に良好に機能することを示し、エネルギーの井戸である、ポテンシャルエネルギーの低い領域もしくは最低領域が存在し、この領域は２つの円盤磁石21及び22の間の中央の面に一般に位置する。その中心位置から環磁石もしくはフォロア磁石35の軸方向の変位は、浮動磁石及びフォロア磁石の配列が実質上同軸に維持される限りは、軸方向どちらにおいても抵抗が増加することになる。
永久磁石の全周囲を取り囲む磁気的な力線の性質及び方向を熟慮すれば、このシステムの確かに機能することに対する理由が理解される。図１はこの配置における力線の輪郭を表す図であり、またこれは、軸方向のポテンシャルエネルギーが最小となる位置であるエネルギーの井戸41を示し、これは、図の脇にあるように、ゲージ管に沿う軸方向でポテンシャルエネルギーＰＥをプロットすることにより示される。磁気的な力線は、Ｎ極からＳ極へ走り抜け、引力はそれ自体力線に沿って影響を受ける。
円盤磁石21がＮ極表面からＳ極表面に続くトロイダル力線によって取り囲まれ、これらの力線が、円盤の近傍で密な（すなわち高い強度の）束となり、円盤からさらに離れた領域では次第に弱くなる力を配するより疎な束となる。また環磁石35は、それを取り囲む力線の一対のトロイダル半スプールを備える。一方の半スプールは、環のＮ極面からＳ極面へ環の内側を通り、他方の半スプールは、同じように環の外側を通る。
互いに平行に力線が走る限り、磁気反発力は力線間を横切ることにより生じる。図１に示されるように、ゲージ管の軸に30度から40度の間の角度で力線を横切り、上部円盤磁石21の下面から環磁石35の上面の極表面の中央に描かれる、円盤磁石21及び環磁石35双方のトロイダル力線は同じ平行な方向に走り、その結果磁気反発力が発生してこの力線に沿って影響を及ぼす。これらの反発力の性質が永久磁石の軸の周りで周囲に対称であるため、矢印37によって示される結果として生じる反発力が存在し、軸方向に円盤磁石21から環磁石35を離す傾向がある。環磁石35の反対側では、磁気反発力の同様な逆の相対的な配置が存在し、矢印38によって示される結果として生じる反発力が導かれる。矢印37及び38により表現される、これら反発力の組み合わせによって、環磁石35（その重量を無視する）は、円盤磁石21及び22間の実質上中程の軸方向の位置を取り、この中間位置からの環磁石35の如何なる軸方向の変位も、どちらの方向に対しても、抵抗が増加することとなり、最小ポテンシャルエネルギーの中間位置に常に押し戻される。その重量のために、永久磁石35は、２つの内部の永久磁石21及び22の高さ間の中間位置よりも低い位置を実際には取る。
図１の配置においては、フロートに設けられるのが内部の永久磁石21及び22であり、それと同時に外側環磁石35がフォロア磁石である。しかしながら本発明は、ゲージ管の外側に配置される１つの永久磁石もしくは複数の永久磁石がフロートに設けられ、同時にゲージ管の内側に配置される１つもしくは複数の永久磁石が外部の永久磁石の運動に応答しもしくは追従する、逆の配置にまで拡張される。
また環磁石35の上方を向くＮ極と円盤磁石21の下方を向くＳ極の間の磁気引力が存在するが、これらの表面間の軸方向の距離が大きいために、これらの力は弱く、またそれらは如何なる場合にも環磁石の他の表面及び下部の円盤の対抗する引力によって相殺される。これらの引力に関しては円盤21及び22の間の中程の位置の環磁石の位置は最小ポテンシャルエネルギーの安定位置である必要はないということが事実であると同時に、磁気引力の強度が低く、円盤磁石及び環磁石周囲の固有の力線の場により、それらは反発力から結果として生じる安定平衡位置を乱す可能性はない。
記述されたように環磁石35及び円盤磁石21と22の間の軸方向の平衡安定位置はまた、環磁石が全くないかもしくは最小である半径方向の力を受ける位置であり、この半径方向の力は、一方で外側指示フォロアとゲージ管との間の、他方でフロートとゲージ管の内壁との間の摩擦の原因となる。説明してきたように、記載された位置は、磁気反発力間の平衡な位置の１つであり、本当の同軸位置から相対的に半径方向にわずか移動すると、その同軸位置に環を戻そうとする増大した反発力が発生する。したがってこの配置は、円盤磁石の間の中程の位置で上下するフロートの動きに確実に常に追従することにより、磁気ゲージ動作の目的において特に有益であり、さらに液面指示の動作を緩慢にする傾向のある、摩擦を発生する半径方向の力が全くないかもしくは極わずかしかない。実際の試験は、記載されるような磁気結合を備えるゲージの動作が信頼性がありかつ非常に感度がよいことを示す。
特に図１及び図４に採用される永久磁石の配列は、ゲージ管の軸の半径方向に作用する磁気反発力を与え、これは管の内外双方の永久磁石を中心に集める傾向がある。「自己センタリング」のこの傾向は、重要な効果であり、内部の１つの永久磁石もしくは複数の永久磁石をゲージ管の軸に一致する位置にとどめておくことが可能であり、全永久磁石のゲージ管の壁に対する接触を最小とする。
図１及び図４の実施例を参照すると、上述の記述は、全ての永久磁石が上方に向くＮ極を備えて磁化されることが仮定されている。しかしながら全ての永久磁石が上方に向くＳ極を有して磁化されても、全く等しく機能することは明白である。適切な分極を検討すると、配置及び相互作用、力の場の機能が重要である。
また記述される磁気結合システムの本質のさらなる局面は、図２の図に示される配置に関連して、検討される環磁石と共に機能する単一円盤磁石の効果を検討することにより、理解され、図２には環磁石が円盤磁石と同軸にかつ同一軸面に置かれている。双方の永久磁石がある所定の軸方向に同一の極性を有するとすれば、一方では同軸の位置に保持するのに環と円盤との間の半径方向に極度の反発力が存在し、如何なるわずかな軸方向、如何なる方向への移動も同様の極間の距離が増加するために、他方では軸方向の平衡が不安定である。事実、この位置は、もし可能であれば、軸方向どちらかに環が離れていってしまうであろう、ポテンシャルエネルギー最大の位置の１つである。
記述されるように２つの永久磁石の配列を図２は表し、またフォロア環磁石のポテンシャルエネルギーの軸方向及び半径方向の表示も与える。ゲージ管内に位置する永久磁石が液面をモニターされる液面のフロートに設けられるとすれば、外側の環磁石は、液面の変化に一致して上下するフォロアであり、この外側の環磁石は、内側の永久磁石の高さよりも高い位置で磁気反発によって支持される。図２の配置は、フロートの内側に設けられる単一円盤磁石を使用し、ゲージ管の外側を滑動する指示本体もしくはスリーブに設けられる単一環磁石もしくはフォロア磁石を備える。もちろんフォロア磁石がフロートに設置されたフロート設置磁石の上方の位置を常にとって配置されることが必須である。２つの永久磁石間の反発がフォロアもしくは指示ユニットの重みとつり合う。液面が上昇すると、フロート設置磁石はフォロア磁石を上方に持ち上げて駆動し、一方液面が降下するとフォロア磁石は、それ自体の重みの効果でゲージ管を下方に滑り落ちる。
逆のアレイにおいて、液面に設けられるフロートである外側の永久磁石を備え、内側の永久磁石がフォロアであると、ゲージ管内を移動する内側の永久磁石は、ゲージ管の外側に位置する外側フロート設置磁石の位置よりも高い位置で、磁気反発により支持される。
これはゲージのより単純な形であり、フロートに関連する高さを正確に画定することができない点で、及びゴミもしくは汚れの存在によりゲージ管の増大した滑り摩擦が生じる点で、図１を参照して記述された二重環もしくは円盤形状のフロート設置磁石の配置と比較すると不利であり、これによってフォロア磁石は、フロート設置磁石の上下動に厳密に追従することができない。
さらに図１及び４の二重円盤形状のフロート設置磁石の配置を参照すると、まず環磁石を磁石21もしくは22の一方と同じ面に位置するかのように仮定すると、他の円盤に向かう環の転置によって、ポテンシャルエネルギー最大領域から他の円盤にわたりポテンシャルエネルギーのピークに対する傾きがそれ自体によって影響される点へ移動することが理解される。実際にポテンシャルエネルギー最小に対する軸方向の位置が円盤間に画定され、これは、等しい力の円盤磁石を備える、２つのフロート設置磁石間の高さに位置する。実際問題として、ゲージの垂直配列をもって、フォロア本体は、環磁石及び下部円盤磁石の間の増大した反発力がフォロア及びそこに設けられる永久磁石の重さとつり合うように作用することにより、円盤間の中間の面よりわずか下の位置に結局置かれる。しかしながら中間位置からのこの離脱は、安定であり、フロートの上下どちらにもフォロア磁石は、その新しい平衡位置に向けて明確に押される。
フロート設置磁石及び環磁石に関連する空間的及び寸法は、装置の信頼性のある機能に関して相当に重要であり、ここに引用される実際の実施は、例示すれば、フロートに設けられる円盤磁石は、直径12.5mm、厚み３mm、それらの間隔は40mmである。この例では、環磁石は内径35mm、外径41mm、また厚み３mmである。
もちろん他の寸法及び形状も使用可能であるが、円盤磁石間の距離が、環磁石の厚みと同様に円盤の厚みに関して相対的に大きく、また環磁石の内径と円盤の直径の差より相対的に大きいことが重要であり、与えられる例では３：１に近い有意な数量である。
上述の磁気結合アレイは、図３の配置を検討することにより、さらに理解される。ここでは内側フロート永久磁石及び外側フォロア永久磁石が反対向きに磁化されている。このような場合、円盤磁石の面の環磁石の位置は、軸方向でポテンシャルエネルギー最小の位置の１つである。軸方向どちら側の如何なる変位も、異なる極間に引力を発生させ、この力は円盤の面のその中心位置に環を戻すような軸方向の成分を有する。しかしながらこの場合には、また半径方向の向きで不安定平衡が存在し、軸の位置から如何なる半径方向の変位も、より小さな半径方向の間隙の側では増大し、より大きな半径方向の間隙の側では減少する、異なる極の引力のために、この変位を増大させる傾向のある強力な半径方向の力が発生する。内側の永久磁石がフロート設置であると、一般的な場合であるが、この配列は、一方でフォロアスリーブとゲージ管の外側、他方でフロートとゲージ管の内側の間に生じる半径方向の摩擦の原因となる。この摩擦の効果は、液面指示の機能を緩慢にし、かつ信頼できないものとする。
図１及び図２を参照した上述の磁気結合配列では、フロートとフォロアの間の半径方向の力が小さいかもしくは全く存在しないので、やはりできる限りゲージ内の中心位置にフロートを保持する点で有利である。フロートそれ自体一般に、その外径とゲージのボアの間に容易に上下できるようにいくらかの間隙を有し、この明細書で認識されるようなフロートは、所望の同軸配列にフロートを維持するようにゲージ管の壁に接触するように計算されたその外周の周りに小さな突き出す点もしくは突起部25を有利に設け、またこのような突起部は、過度の領域にわたる壁に対するフロートの接触を防ぎ、液面の急な上下動に対してフロートを通過する適当な液体の流れとするための部屋を与える。
円筒形フロート20の上端及び下端近傍の面に２つのリングとして突き出す点もしくは突起部25を配列することは、特に有利である。このような場合、すなわち半球形の端部がフロートに存在しないが、フロートがリップを溶接した上端及び下端を備える構造である場合、回転すると、フロートはゲージ管のボアと上端の縁もしくは下端の縁のどちらかが接触するのを防がれる。このような溶接リップに起因する摩擦は過度であり、上端の縁及び下端の縁の近傍に点のリングを設けることにより、この摩擦が発生するのが防止される。フロートとゲージ管の間の接触が、最小の領域となるように制限され、その最小の領域が、ゲージ管の壁に接触するフロートのほんの一部である点25からなる。
フロート20は液面を測定される液面に、液体の密度に依存する高さで浮かぶ。したがって液体の密度に依存するため較正を行う必要があり、磁気反発力を補正し又は見込むことにより、またその中に収容される永久磁石35を備えるフォロアスリーブアセンブリ30の重さを見込むことにより較正される。この較正のための調整は、先に記述されたように、永久磁石21及び22をフロート20内でロッド23に沿って上下動させることにより、部分的に行うことができる。又は及び図５に示すように、フォロアスリーブ30は、フロート20によって採用される異なる高さにそれぞれ対応する、複数の、例えば５つの異なる高さ位置46によって特徴づけられ、較正が終了すると、47で示されるような彩色されたマーカが適当な選択された高さ位置46に配置され、適当な高さで指示するように目立つ表示を提供する。
さらにまた本発明によれば、磁気ゲージがいわゆる透明プラスチック材料のハウジングで囲まれ、このハウジングは、損傷もしくはゴミからゲージ管の外側表面を保護する。この透明ハウジングは、図４の45で示され、押し出されたゴムもしくはプラスチック材料を切り抜きもしくは押しつけ形抜きによって対向する縦の縁に沿って共に押しつけられる半円透明プラスチックシートに都合良く作り上げられる。ハウジングの上端部及び下端部において、またこのハウジングは、ゴミもしくは油の進入を防ぐ密封手段を与える、ゲージ接続本体から相応する形成された面に対して都合良く密封する。
本発明による磁気液面計は、またゲージ管に沿うフォロア本体内の磁石環の位置を検知するセンサを提供する。このセンサは、ホール効果原理に基づき、このセンサは、強力な磁場に極めて接近することにより電気信号を発生する。このようなセンサは、しばしばゲージ用途で必要とされるような、低位及び高位の警報システムに対して使用するのに都合良い。いわゆる通常位から満タン位もしくは満タンを越えた位置から通常位の、警報位置を横切る方向を識別する目的で、ホール効果センサは、いわゆる下側のセンサが最初に通過して次に上側のセンサが通過する（高位警報）と信号を発生し、最初に上部センサがトリガされて次に下側のセンサがトリガされる（満タン位から落ちた位置）と信号を発生しない、論理シーケンスで動作可能な近接して隔置される対の形で配列可能である。
記述された形式のセンサは、締め付け端部の２つの半ハウジングのどちらかに沿って、ゲージに取り付けられ、もしくは上部ゲージ接続から下部ゲージ接続に通る１つ以上のロッドに沿って配置され、それらの高さは要求される位置に調節可能である。近接して隔置される対の形である必要がない同様のセンサは、ゲージに沿った様々な不連続位置に配置され、高位及び低位の警報位置の間を示す中間信号を発生することが可能である。全体としてこのゲージ設計は、その実施において経済的であり、サービス要求の広い範囲に応じることができる、丈夫で重宝な配置を与える。
図に示されたシステムのいくつかの転置を考えることができる。上記で言及したように、タンクに適合する外部ゲージ管は、液体を通過するタンク内部の管となり得る。この場合には、管を取り囲む永久磁石環、２つの液体間の何らかの相互作用領域もしくは液面に浮かぶフロート内に組み合わせることが可能である。管内側のフロートとして記述されたものは、さらに外側のフロートの中の永久磁石環の動きに応答して、管内側で上下するフォロアボビンとなる。さらに管内側のボビンは、フロートの位置の外部指示として役立つ。浅いタンクに対しては、これはタンクの上端部のスケールに対して上下する、突き出すポインタの形状である。より深いタンクでは、例えばポテンショメータ線に沿う接触の動きのような、電気もしくは電気的な手段を、フロートの位置を指示するのに考えることができる。
また特に、フロートに適当に収容される管の外側に隔置される２つの環を備え、フロートと共に上下動する管内側の単一の円盤磁石を備え、遠隔指示手段として使用される、タンク内の内部ゲージ管の場合もある。外部環磁石の下側からの反発によってつり合う、単一の円盤磁石のより小さい重さのため、これは有利である。このシステムの機能の方法は、外部ゲージ管に関して記述されたのと全く類似する。
最後に、ゲージ管内側の円盤磁石は、タンクの上端部に達する指示ポインタをいわば支持するように、その中に穴を有し、もしくは円盤磁石は概して軸方向に磁化される環磁石として形成される。このような配置は、円盤磁石として同様な方法で、しかし円盤よりも一層コンパクトかつ効率良く、広く使用される。しかしながらこの設計の特徴は、円盤の代わりに環の使用が望ましいということにある。
ゲージの各永久磁石は、ゲージ管内に沿って滑動可能な円筒もしくはゲージ管の外に沿って滑動可能なスリーブとして構成される準円筒形部材に連結されもしくは準円筒形部材内に組み込まれ、好ましくはこのような各準円筒形部材は、永久磁石が滑動する管の面の直径の少なくとも1.5倍の軸長さを有する。これは、応答部材が真の軸の位置合わせされた状態から乱され得る、拡がりに対する制限であり、したがって自由に容易に滑動する動きを助長し、それぞれの部材がゲージ管に対して引っかかる如何なる傾向をも減少させる。
好ましくは、他の永久磁石に対して機械的に連結される第三の永久磁石を提供する実施例において、これら２つの連結する永久磁石が、ゲージ管の外径に少なくとも等しい距離をもって軸方向に隔置される。
【図面の簡単な説明】
図１は、２つの永久磁石がゲージ管内に設けられ、さらなる永久磁石が２つの内部の永久磁石の間の高さでゲージ管の周囲に設けられる場合に存在する、磁気的な力の場を示す図である。
図２及び図３は、ゲージ管内に配置に関する２つの対照的な磁極アレイに生じるポテンシャルエネルギーを説明する図である。
図４は、本発明による液面計の一実施例であり、このアセンブリは垂直断面が示されている。
図５は、フォロア磁石を一体に組み込む指示スリーブの一実施例を示す拡大正面図である。
【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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