JP2000111387A - 液位測定方法および装置 - Google Patents

液位測定方法および装置

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JP2000111387A
JP2000111387A JP10281318A JP28131898A JP2000111387A JP 2000111387 A JP2000111387 A JP 2000111387A JP 10281318 A JP10281318 A JP 10281318A JP 28131898 A JP28131898 A JP 28131898A JP 2000111387 A JP2000111387 A JP 2000111387A
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JP
Japan
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liquid level
measurement
optical fiber
temperature
container
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JP10281318A
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English (en)
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Kazuhisa Toyama
和久 外山
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は信頼性の高い液位測定制御装置を提
供することを課題としている。 【解決手段】 本発明の液位測定制御装置は、液体の液
位レベルを監視し制御を行なう分散形ディジタル制御シ
ステムに、ラマン散乱効果を応用した光ファイバ温度計
1を用いて測定容器7の温度分布を測定し、温度分布測
定によって間接的に前記測定容器の液位を測定すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液位の監視・制御
を行う分散形ディジタル制御システムに関し、特に、同
システムに用いられる液位測定方法および装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来の液位の監視・制御を行う分散形デ
ィジタル制御システムに用いられる液位測定制御装置は
図9に示すように、測定容器7の液位Lを圧力信号Fと
して測定し、この圧力信号Fを電気信号Eに変換して計
測する方法や、図10に示すように測定容器7の各液位
レベルにおける温度T1 ,T2 ,T3 を測定し、これら
の温度分布から液位を演算している。
【0003】即ち、従来の液位監視・制御装置での液位
の測定方法は、(1)測定対象の圧力を応用した検出方
法と、(2)測定容器の数カ所に温度計(測温抵抗体ま
たは熱電対など)を設置して、どの位置に測定物が到達
しているかを検出する方法とが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来の液位の測
定方法のうち、上記(1)の方法の場合、粘度の高い測
定物の場合、圧力検出部がその粘性によって温度的に遮
断され、圧力の伝導が正確に行えないと言う不具合があ
る。また、上記(2)の温度計による測定の場合にも、
設置する場所が測定点毎に断続的となるために、連続し
た測定が出来ないと言う問題があった。
【0005】そこで、本発明は測定対象物の性状に影響
を受けずに測定容器内の液位を連続して測定することが
出来る液位測定方法および装置を提供することを目的と
している。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の液位測定方法
は、測定液の粘度に影響を受けることがなく、かつ、連
続して液位を測定することを目的として、ラマン散乱効
果を応用した光ファイバ温度計を用いて、測定容器内の
温度分布を連続して測定し、その温度分布から液位を求
める方法を使用することを特徴としている。
【0007】すなわち、本発明の液位測定方法は、液体
の液位レベルを監視し制御を行なう分散形ディジタル制
御システムに、ラマン散乱効果を応用した光ファイバ温
度計を用いて測定容器の温度分布を測定し、この測定し
た温度分布にもとづいて前記測定容器の液位を測定する
ことを特徴とするものである。
【0008】また、本発明の液位測定方法においては、
前記光ファイバを、前記測定容器の外側または内側に、
前記測定容器の上部から垂直に複数回折り返して敷設
し、前記測定容器の温度分布を測定することを特徴とす
るものである。
【0009】さらに、本発明の液位測定方法において
は、光ファイバを、前記測定容器の外側または内側に、
コイル状に複数回巻き付けて敷設し、前記測定容器の温
度分布を測定することを特徴とするものである。
【0010】次に、本発明の液位測定装置は、液体の液
位レベルを監視し制御を行なう分散形ディジタル制御シ
ステムに、ラマン散乱効果を応用した光ファイバ温度計
を用いて測定容器の温度分布を測定し、温度分布測定に
よって前記測定容器の液位を測定することを特徴とする
ものである。
【0011】また、本発明の液位測定装置においては、
光ファイバを、前記測定容器の外側または内側に、前記
測定容器の上部から垂直に複数回折り返して敷設し、前
記測定容器の温度分布を測定することを特徴とするもの
である。
【0012】さらに、本発明の液位測定装置において
は、光ファイバを、前記測定容器の外側または内側に、
コイル状に複数回巻き付けて敷設し、前記測定容器の温
度分布を測定することを特徴とするものである。
【0013】さらに、本発明の液位測定装置において
は、前記測定容器の温度分布から測定液体の液位を検出
する算出する演算器を備えたことを特徴とするものであ
る。
【0014】さらに、本発明の液位測定装置において
は、前記演算器の演算結果を液位測定値とし、予め設定
された液位設定値になるようにPID演算器で液位を制
御する演算装置を備えたことを特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】次に本発明の液位測定方法および
液位測定装置の実施の形態を図面を用いて詳細に説明す
る。図1において光ファイバ温度計1は、光ファイバの
ラマン散乱効果を応用したものであり、光ファイバ温度
計1の光ファイバ8に高速の光パルスを入射させると、
光ファイバ8の各点から散乱光が反射される。
【0016】この散乱光は、光ファイバ温度計1に接続
された周波数分離回路2によって、低周波成分と高周波
成分の2つに分けられる。−方はファイバ8の物性に関
するもので、もう片方は物性および反射面の温度に関す
るものである。
【0017】従って、周波数分離回路2に接続された周
波数強度比演算回路3によって、この2つの周波数成分
の強さの比により反射面の温度計測ができる。そして、
周波数強度比演算回路3からの出力された温度信号によ
り、測定容器7の中の各点の温度が温度演算回路4によ
って算出される。
【0018】そして、液位測定回路5は温度演算回路4
に接続され、温度演算回路4から出力された各点の温度
値を変換して液位を算出することができる。
【0019】なお、図1は複数の光ファイバ8を測定容
器7の外側で垂直方向に繰り返して折り返し設置した実
施例を示しているが、光ファイバ8は図2に示すように
測定容器7の外側でコイル状(螺旋状も含む)に設置す
る方法、図3に示すように、複数の光ファイバ8を測定
容器7の内側で垂直方向に繰り返し折り返して設置する
方法、あるいは図4に示すように、複数の光ファイバ8
を測定容器7の内側でコイル状(螺旋状も含む)に設置
することもできる。
【0020】また、光ファイバ8に沿う距離方向の分布
は、光の反射光が戻ってくる時間によって演算すること
も可能であり、図2に示したように、光ファイバ温度計
1に接続された光帰還時間演算回路6によって光の反射
光が戻ってくる時間を演算し、この光帰還時間演算回路
6から出力された温度信号により、測定容器7の中の各
点の温度が温度演算回路4によって算出され、液位測定
回路5によって温度演算回路4から出力された各点の温
度値を変換して液位を算出することができる。
【0021】更に、図5に示すように、測定容器7の外
側に垂直方向に延長設置された光ファイバ温度計1A
と、測定容器7の内側に垂直方向に延長設置された光フ
ァイバ温度計1Bと、測定容器7の外側にコイル状に巻
き付けて設置された光ファイバ温度計1Cと、測定容器
7の内側にコイル状に巻いて設置された光ファイバ温度
計1Dとを組み合わせ、これらの光ファイバ温度計を周
波数分離回路2または光帰還時間演算回路に接続し、温
度演算回路4を介して液位測定回路5に接続し、各点の
温度値を変換して液位を算出することができる。
【0022】次に、図6は温度分布から液位を算出する
液位算出装置の実施例を示している。変換器62は測定
容器7に設置された光ファイバ温度計1に接続され、光
ファイバ温度計1から出力された信号成分から温度成分
を割り出すことができる。或いは、別の変換器では投射
光と反射光との時間差を測定して位置を検出し、位置信
号を出力することができる。
【0023】レベル検出回路64は変換器62に接続さ
れ、変換器62から出力された温度信号63を用いて液
位測定値67を出力することができる。また、レベル検
出回路64は入力された温度信号63から液位測定値6
7を出力することができる。コントローラ65は、レベ
ル検出回路64から出力された液位測定値67をPV値
とし、別途SV値として与えられた液位設定値66と比
較し、バルブなどの操作端69を制御すべく操作出力6
8を出力する制御装置である。
【0024】図7は温度分布から液位を算出する液位算
出装置の他の実施例を示している。変換器22は光ファ
イバ温度計1に接続され、距離LとL点の温度情報を出
力する。記憶回路71は変換器22に接続され、変換器
22から入力した測定位置信号と測定位置の温度を記憶
メモリに記憶する。記憶された各点の温度はデータ送出
管理器78に制御され、測定位置を移動させて容器底部
位置から順次温度差を比較し、データ更新装置73のデ
ータを書き替える。
【0025】そして、これらの温度データ及び位置デー
タは比較対象位置温度記憶装置74にメモリされる。更
に、比較対象位置温度記憶装置74に接続された温度差
MAX記憶器77において、温度差のMAX箇所とその
温度差を記憶する。
【0026】一方、複数の比較対象位置温度記憶装置7
4から出力された温度信号A,Bの間の温度差分は温度
差分算出器75によって演算され、演算結果は差分Xと
して出力される。
【0027】温度差比較器76は温度差MAX記憶器7
7および温度差分算出器75に接続され、温度差MAX
記憶器77から出力されたMAX信号Yと差分Xとを比
較し、差分XがMAX信号Yよりも大きい場合には記憶
データ更新信号76aとして温度差MAX記憶器77に
フィードバックされる。
【0028】また、温度差比較器76から出力された比
較完了信号76aはデータを更新する信号としてデータ
更新装置73にフィードバックされ、温度差MAX記憶
器77から出力された位置信号77aはデータの送出を
管理するためにデータ送出管理器78にフィードバック
される。
【0029】レベル位置記憶器79は温度差MAX記憶
器77および記憶回路71に接続され、記憶回路71か
ら出力された比較データエリア送出完了信号71aによ
って温度差MAX記憶器77のデータ内容を入力する。
【0030】図8は温度分布から液位を算出する液位算
出装置のフローチャートを示した説明図であり、ステッ
プ81において位置Lを例えば10cmの範囲としてデ
ータを比較し、ステップ82において差分の最大値範囲
を検知し、ステップ83において位置Lを更に1cmに
狭めてからデータを比較し、再びステップ84において
狭められた位置における差分の最大値範囲を検知し、必
要であればステップ85において更に範囲を狭くし、ス
テップ86において差分最大値の位置をレベル位置とみ
なし、ステップ87において比較データエリアを送り出
してこのフローを完了させている。
【0031】以上のように、本発明の液位測定制御装置
の実施の形態においては、温度比較を行うための測定位
置の移動方法と温度比較は、まず最初に、おおまかな範
囲での想定位置を移動し、その範囲での温度差MAX範
囲を求め、次にその範囲で細かく温度差MAX範囲を求
め、さらにその範囲で詳細に温度差MAX位置を求め、
この結果としての温度差MAXの位置が求める液位とな
る。
【0032】なお、光ファイバを折り返して使用してい
る場合などで、測定対象の無い範囲については、予め位
置が分かっているため、測定比較の対象から除く。
【0033】このように液位制御演算器の温度分布から
求めた液位を液位測定値として、その測定値が予め設定
された設定値になるようにPID演算器にて演算し、そ
の結果にて操作端を操作することができる。
【0034】本発明によつて、測定物の性状に影響を受
けずに測定容器内の液位を連続して測定することが可能
となる。また、連続測定の可能によつて液位の連続制御
が可能となり、更に、連続測定の可能によつて使用量等
の管理が行え、歩留りの向上に寄与できるという効果も
ある。
【0035】
【発明の効果】本発明により、液位測定制御装置の測定
精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す液位測定制御装置の構
成図である。
【図2】他の実施例を示す液位測定制御装置の構成図で
ある。
【図3】図1の光ファイバを測定容器の内側に設置した
構成図である。
【図4】図2の光ファイバを測定容器の内側に設置した
構成図である。
【図5】複合の光ファイバを測定容器に設置した構成図
である。
【図6】液位算出装置の−実施例を示した構成図であ
る。
【図7】他の液位算出装置の実施例を示した構成図であ
る。
【図8】図7の液位算出装置のフローチャートを示した
説明図である。
【図9】従来の液位測定制御装置の構成図である。
【図10】従来の他の液位測定制御装置の構成図であ
る。
【符号の説明】
1 光ファイバ温度計 2 周波数分離回路 3 周波数成分強度比演算回路 4 温度演算回路 5 液位測定回路 6 光帰還時間演算回路 7 測定容器 8 光ファイバ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体の液位レベルを監視し制御を行なう
    分散形ディジタル制御システムに、ラマン散乱効果を応
    用した光ファイバ温度計を用いて測定容器の温度分布を
    測定し、この測定した温度分布にもとづいて前記測定容
    器の液位を測定することを特徴とする液位測定方法。
  2. 【請求項2】 光ファイバを、前記測定容器の外側また
    は内側に、前記測定容器の上部から垂直に複数回折り返
    して敷設し、前記測定容器の温度分布を測定することを
    特徴とする請求項1に記載した液位測定方法。
  3. 【請求項3】 光ファイバを、前記測定容器の外側また
    は内側に、コイル状に複数回巻き付けて敷設し、前記測
    定容器の温度分布を測定することを特徴とする請求項1
    に記載した液位測定方法。
  4. 【請求項4】 前記測定容器の温度分布から測定液体の
    液位を検出する算出する演算器を備えたことを特徴とす
    る請求項1乃至請求項3の内のいずれかに記載した液位
    測定方法。
  5. 【請求項5】 液体の液位レベルを監視し制御を行なう
    分散形ディジタル制御システムに、ラマン散乱効果を応
    用した光ファイバ温度計を用いて測定容器の温度分布を
    測定し、温度分布測定によって前記測定容器の液位を測
    定することを特徴とする液位測定装置。
  6. 【請求項6】 光ファイバを、前記測定容器の外側また
    は内側に、前記測定容器の上部から垂直に複数回折り返
    して敷設し、前記測定容器の温度分布を測定することを
    特徴とする請求項5に記載した液位測定装置。
  7. 【請求項7】 光ファイバを、前記測定容器の外側また
    は内側に、コイル状に複数回巻き付けて敷設し、前記測
    定容器の温度分布を測定することを特徴とする請求項5
    に記載した液位測定装置。
  8. 【請求項8】 前記測定容器の温度分布から測定液体の
    液位を検出する算出する演算器を備えたことを特徴とす
    る請求項5乃至請求項7のいずれかに記載した液位測定
    装置。
  9. 【請求項9】 前記演算器の演算結果を液位測定値と
    し、予め設定された液位設定値になるようにPID演算
    器で液位を制御する演算装置を備えたことを特徴とする
    請求項8に記載した液位測定装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010012468A1 (de) * 2008-07-31 2010-02-04 Sms Siemag Ag Giessspiegelmessung in einer kokille durch ein faseroptisches messverfahren

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010012468A1 (de) * 2008-07-31 2010-02-04 Sms Siemag Ag Giessspiegelmessung in einer kokille durch ein faseroptisches messverfahren
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