JP2000304580A - 液位流量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量の測定範囲が広く、精度の高い液位流量
計測装置を構成することを課題とする。 【解決手段】 導入部１３、バッファ部１１および越流
部１２を備え、越流部１２上方に超音波センサ３を配設
し、該導入部１３およびバッファ部１１を介して越流部
１２より流出する液体の該越流部１２における液面の高
さを検出し、流量を測定する。超音波センサ３を複数配
設する。越流部１２の直前上流側にバッファ部１１を設
ける。超音波センサを三つ配設し、該三つの超音波セン
サにそれぞれ異なる検出範囲を対応させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、越流部の液位を検
出し、流量を測定する、液位流量計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自由液面を有する容器または配管
の内面に設けられた障害手段と、障害手段をオーバーフ
ローする液面の上方に設けられた超音波発進器とを備
え、超音波発進器から発射され、オーバーフロー液面で
反射された超音波を超音波受信器で受信することによ
り、オーバーフロー液面の高さを検出して液位および流
量を測定する液位流量計は知られている。例えば、特開
昭６４−５７１２４号公報に示されるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の測定方法では、
液位の変化が激しい場合には、正確な液位の測定を行う
ことが困難であり、また、液面が複雑に波打っている場
合には、液面の振動によるドップラー効果等により、液
面の正確な位置を測定することが困難である。また、超
音波センサーによる液位の検出の精度を上げる場合に
は、検出可能な液位の範囲が減少する。また、音波は放
射状に広がるため、液面を平均化して測定するために
は、一定の範囲の液面の高さを取る必要がある。前記特
開昭６４−５７１２４号公報に記載された技術において
は、オーバーフロー液面の高さが、流入配管より流入し
た液体の影響を受け易く、正確な流量の測定を行うのは
困難である。また、下水等の汚水の流量を測定する場合
には、水中の超音波の伝播速度の違いにより流速を測定
する方法は取りにくい。また、流量が一定しておらず、
流入量の範囲が広いため、測定が困難である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解すべく、まず、請求項１に記載のごとく、導入部、バ
ッファ部および越流部を備え、越流部上方に超音波セン
サを配設し、該導入部およびバッファ部を介して越流部
より流出する液体の該越流部における液面の高さを検出
し、流量を測定する。

【０００５】また、請求項２に記載のごとく、前記超音
波センサを複数配設することを特徴とする。

【０００６】請求項３に記載のごとく、前記液位流量計
測装置において、越流部の直前上流側にバッファ部を設
け、水流の勢いを拡散させる。

【０００７】請求項４に記載のごとく、前記超音波セン
サを三つ配設し、該三つの超音波センサにそれぞれ異な
る検出範囲を対応させる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面を
用いて詳細に説明する。図１は液位流量計測装置の構成
を示す模式図、図２は越流測定部の構成を示す模式図、
図３はバッファ部を無くした場合の越流測定部の構成を
示す模式図、図４は導入部を無くした場合の越流測定部
の構成を示す模式図、図５は導入部を無くした場合の越
流部の液面変化を示す側面図、図６は本実施例における
越流部の液面変化を示す側面図、図７はバッファ部を無
くした場合の越流部の液面変化を示す側面図、図８は超
音波センサの配置構成を示す側面図、図９はセンサから
液面までの測定値と越流部における液体の流量の関係を
示す図、図１０はデータ処理のフローチャート図、図１
１は超音波センサによって測定された液面の高さと流量
の関係を示す図、図１２は測定された液面の高さと流量
の関係とその相関を示す図、図１３は超音波センサの別
の配置構成を示す側面図である。

【０００９】図１において、液位流量計測装置の構成に
ついて説明する。液位流量計測装置１は、越流計測部
２、センサ３、データ収集ユニット４および演算処理装
置５により構成されている。越流計測部２には流入配管
６が接続されており、該流入配管６より水が越流計測部
２に供給される。該越流計測部２に供給された水は、越
流計測部２より溢れでる構成になっている。該越流計測
部２にはセンサ３が配設されており、該センサ３により
越流計測部２より溢れ出る水の液位を計測できる構成に
なっている。センサ３はデータ収集ユニット４に接続さ
れており、センサ３の計測結果は該データ収集ユニット
４を介して演算処理装置５に伝達される。演算処理装置
５においてセンサ３により測定された液面の高さより、
越流計測部２より溢れ出る水の流量が求められる。

【００１０】次に、越流計測部２の構成について説明す
る。図２に示すごとく、越流計測部２はバッファ部１
１、導入部１３および、越流部１２、該越流部１２の上
方に配設されたセンサ３ａ・３ｂ・３ｃにより構成され
ている。前述した流入配管６は導入部１３に接続されて
おり、該流入配管６より導入部１３に水が導入される。
該導入部１３はバッファ部１１に連通しており、該バッ
ファ部１１の水の流入方向に垂直な平面による断面積
は、前記導入部１３の水の流入方向に垂直な平面による
断面積より、大きく構成されている。

【００１１】また、越流部１２の上面は平坦に構成され
ており、該上面を介してバッファ１１に導入された水が
排出される。越流部１２の上方には、超音波センサ３ａ
・３ｂ・３ｃが配設されており、該超音波センサ３ａ・
３ｂ・３ｃにより越流部１２の上面を流れる水の液位が
測定される。該センサ３は複数個配設することにより、
測定の精度を向上できる。さらに、水の流れる方向に配
設することにより、液位測定の精度を向上できる。本実
施例においては、精度および効率を考慮して、三つの超
音波センサ３を配設した。

【００１２】上記の構成において、水は流入配管６よ
り、導入部１３を介してバッファ部１１に導入される。
この際、バッファ部１１の水の流入方向に垂直な平面に
よる断面積は、導入部１３の断面積よりも大きく形成さ
れている。このため、流入配管６より水が供給され、該
水の流がバッファ部１１において攪乱され、水流による
液面への影響が解消される。すなわち、流入配管６より
供給される水流の影響を該バッファ部１１において、解
消できる。これにより、導入部１３に流入する流量が多
い場合においても、バッファ部１１において、水流の影
響が解消され、液面を安定に保つことができる。そのた
め、液位の測定による流量認識を高い精度で行うことが
可能である。また、バッファ部１１は導入部１３の上方
に形成されており、水の上昇するエネルギーが該バッフ
ァ部１１において拡散され、局所的に水位が高くなるこ
とがない。

【００１３】バッファ部１１の効果について図３乃至図
７において説明する。まず、図４に示すごとく、流入配
管６が直接バッファ部１１ａに接続している場合につい
て説明する。この場合、流入配管６よりバッファ部１１
ａに流入した水の流れは、該バッファ部１１ａにおいて
拡散されない。該流入配管６よりの水流は、バッファ部
１１ａの底に沿って、越流部１２の側面に到達する。そ
して、さらに該越流部１２の側面に沿って、上昇する。
このため、図５に示すごとく、越流部１２の上面の上流
側の液面が盛り上がるとともに、該液面の変化が激し
い。また、流量に対しての変化が不均一かつ不規則であ
り、越流部１２の上方における液位の測定が困難であ
る。このため、越流部１２における流量の測定が困難で
ある。

【００１４】また、図３に示すごとく、流入配管６に接
続した導入部１３ａが越流部１２の上面の高さ位置まで
達している場合について説明する。この場合、流入配管
６より導入管１３ａに流入した水の流れは、拡散される
ことなく、該導入管１３ａの側面に沿って上昇する。こ
のため、図７に示すごとく、越流部１２の上流側の離れ
た位置において液面が盛り上がる。また、流量に対して
の変化が不均一かつ不規則であり、特に越流部１２の上
方における液面の流量に対しての変化が少ない。このた
め、越流部１２の上方における液位の測定が困難であ
る。即ち、越流部１２における、流量の測定が困難とな
る。

【００１５】本実施例に示すごとく、流入配管６より導
入部１３に水流を導入し、該水流を導入部１３に接続し
たバッファ部１１に導入することにより、図６に示すご
とく、液位は水の流量に対応して変化し、その変化がほ
ぼ規則的であり、越流部１２の上面において該液面の高
さの変化を測定し、水の流量を容易に測定できる。すな
わち、越流部１２の直前の上流側にバッファ部１１を設
けたことにより、流量変化に伴う液位の変位を測定し易
い状態を生じさせることができる。このため、液位の測
定による流量の検出の精度を向上できる。

【００１６】次に、センサ３の配置構成について説明す
る。本実施例においては、液位を計測するセンサとして
超音波センサを用いるものであり、該超音波センサによ
りセンサ配設位置より水面までの距離を測定するもので
ある。本実施例においては、図８に示すごとく、超音波
センサ３ａ、３ｂおよび３ｃのそれぞれ異なる構成にな
っている。超音波センサ３ｂおよび３ｃの下方には測定
板２１・２１が配設されており、該測定板２１・２１は
越流部１２の上面より上方に配設されている。また、測
定板２１・２１の配置としては、超音波センサ３ｃの下
方に配設された測定板２１が、超音波センサ３ｂの下方
に配設された測定板２１より上方に成るように配設され
ている。

【００１７】本実施例においては、超音波センサ３ａ、
３ｂおよび３ｃの距離測定特性は、それぞれ異なる構成
になっている。図９において、Ｆａ、ＦｂおよびＦｃは
それぞれ、超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃにより測
定された水面までの距離と流量の関係を示すものであ
る。超音波センサ３ａは水面までの距離が遠い場合に、
超音波センサ３ｂは水面までの距離が中程度の場合に、
超音波センサ３ｃは水面までの距離が近い場合にそれぞ
れ流量の認識が良好になるものである。

【００１８】また、本実施例においては、該超音波セン
サ３ａ、３ｂおよび３ｃにより検出されたデータを正確
に判断すべく、該検出されたデータに含まれるノイズを
除去する処理を行っている。超音波センサには該超音波
センサのアンプ部の処理方法、水面の微妙な変動等によ
るノイズが発生する。そこで、本実施例においては、図
１０に示すフローチャートのごとく、ノイズ処理を行う
ものである。まず、センサ３より検出データが入力さ
れ、該データと一つ前に入力されているデータが比較さ
れる。そして、該変化量が、予め設定されている基準値
以外である場合には、そのデータは除去される。また、
基準値以内である場合には、さらに前後の複数のデータ
の平均値と照合され、その差が予め設定されている基準
値以内である場合には、処理データとして蓄積される。
また、上記基準値以外である場合には、そのデータは除
去される。上記のごとく、センサ３より入力されたデー
タの処理を行うため、ノイズを除去したセンサ３よりの
検出データを認識できる。これにより、前記センサ３に
より測定される液面の高さの精度を向上できるととも
に、検出されたデータの取り扱いを容易に行うことがで
きる。

【００１９】次に、超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃ
により流出する水面の高さの測定値と流出量の関係につ
いて説明する。図１１、図１２において、超音波センサ
３ａ、３ｂおよび３ｃにより検出された水面の高さの測
定値と流出量の関係について説明する。図１１におい
て、ＢおよびＣは、それぞれ超音波センサ３ｂおよび３
ｃによる測定板２１・２１よりの水面の高さを示すもの
である。また、Ａは超音波センサ３ａによる越流部１２
上面よりの水面の高さを示すものである。図１１に示す
ごとく、超音波センサ３ａは低い位置の水面の検出精度
がよく、超音波センサ３ｂは中間位置の水面の高さ検出
精度がよく、超音波センサ３ｃは高い位置の水面の高さ
検出精度がよいと考察される。すなわち、複数の特性の
ことなるセンサにより水面の高さを測定するため、精度
良く測定可能な水面の高さの範囲を広げることができ
る。

【００２０】また、図１２に示すごとく、測定板２１・
２１の配設位置を考慮したＡ、ＢおよびＣより、水面の
高さの測定値と流出量の関係を示すＤを算出できる。図
１２に示すごとく、該Ｄは水面の高さに対してほぼ一次
的に流出量が決定されることを示すものであり、本実施
例の構成において、水面の位置を検出することにより、
水の流出量を精度よく測定できることを示すものであ
る。

【００２１】上記のごとく、液位流量計測装置を構成す
るため、幅広い流量の測定を精度良く行うことができ
る。また、前記センサ３を複数個の超音波センサにより
構成することにより、より広い範囲の流量を測定でき
る。また、本実施例の液位流量計測装置は構成が簡便で
あるため、メンテナンス性に優れており、汚水や廃水な
どの流量を測定する場合においても、不具合が発生する
ことがない。また、センサ３が水に接触しないため、高
い耐久性を有し、精度の低下が生じないものである。ま
た、流入する水の量が急激に変動位した場合において
も、前述したバッファ部１１により、越流部１２を越え
る水の量が激変することがない。これにより、急激な流
量の変化にも対応できる液位流量計測装置を構成でき
る。

【００２２】次に超音波センサの配置の別の構成につい
て説明する。図１３において、越流部１２の上方には超
音波センサ２３・２３・２３が配設されている。該超音
波センサ２３・２３・２３は、下流側が最も高い位置に
配設されており、上流側に向かうにつれ、該超音波セン
サ２３の配設位置が、低くなるように超音波センサ２３
・２３・２３が配設されている。また、下流側の二つの
超音波センサ２３・２３の下方には測定板２１・２１が
配設されている。超音波センサにより水面までの距離を
測定する場合には、該水面の変動を平均化する等の理由
より、超音波センサが水面より一定距離離れており、超
音波を照射される面積が水面の微小変動を平均化できる
だけ大きい必要がある。このため、該超音波センサによ
り、測定し得る範囲には一定の限界がある。しかしなが
ら、本実施例においては同一の超音波センサ２３を複数
配設することにより、測定可能な水面の高さの範囲を大
きくすることができる。また、測定の精度を低減させる
ことなく、広い範囲の流用を測定できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、請求項１に記載のごとく、導
入部、バッファ部および越流部を備え、越流部上方に超
音波センサを配設し、該導入部およびバッファ部を介し
て越流部より流出する液体の該越流部における液面の高
さを検出し、流量を測定する液位流量計測装置を構成す
るので、流量を広い範囲において精度良く測定可能であ
り、供給される水の水流による影響を解消できるととも
に、急激な流量の変化にも対応できる。また、簡便に構
成であるため、耐久性およびメンテナンス性の面で優れ
た液位流量計測装置構成でき、センサが液体に接触しな
いため、測定する液体の種類に関係なく、流量を計測で
きる。

【００２４】また、請求項２に記載のごとく、前記超音
波センサを複数配設することを特徴とするので、流量を
広い範囲において精度良く測定可能であり、供給される
水の水流による影響を解消できるとともに、急激な流量
の変化にも対応できる。

【００２５】請求項３に記載のごとく、前記液位流量計
測装置において、越流部の直前上流側にバッファ部を設
け、水流の勢いを拡散させるので、供給される水の水流
による影響を解消できるとともに、急激な流量の変化に
も対応できる。また、簡便に構成であるため、耐久性お
よびメンテナンス性の面で優れた液位流量計測装置構成
できる。

【００２６】請求項４に記載のごとく、前記超音波セン
サを三つ配設し、該三つの超音波センサにそれぞれ異な
る検出範囲を対応させるので、流量を広い範囲において
精度良く測定可能であり、供給される水の水流による影
響を解消できるとともに、急激な流量の変化にも対応で
きる。また、センサが液体に接触しないため、測定する
液体の種類に関係なく、流量を計測できる。また、超音
波センサを三つ配設するため、センサおよび越流部の幅
を必要最小限に構成でき、該液位を測定する部分をコン
パクト構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液位流量計測装置流量計の構成を示す模式図で
ある。

【図２】越流測定部の構成を示す模式図である。

【図３】バッファ部を無くした場合の越流測定部の構成
を示す模式図である。

【図４】導入部を無くした場合の越流測定部の構成を示
す模式図である。

【図５】導入部を無くした場合の越流部の液面変化を示
す側面図である。

【図６】本実施例における越流部の液面変化を示す側面
図である。

【図７】バッファ部を無くした場合の越流部の液面変化
を示す側面図である。

【図８】超音波センサの配置構成を示す側面図である。

【図９】センサから液面までの測定値と越流部における
液体の流量の関係を示す図である。

【図１０】データ処理のフローチャート図である。

【図１１】超音波センサによって測定された液面の高さ
と流量の関係を示す図である。

【図１２】測定された液面の高さと流量の関係とその相
関を示す図である。

【図１３】超音波センサの別の配置構成を示す側面図で
ある。

【符号の説明】

３ センサ １３ 導入部 １１ バッファ部 １２ 越流部

フロントページの続き (72)発明者 村井 昭 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電 力株式会社内 (72)発明者 高田 不二雄 大阪府茨木市畑田町15番26号 株式会社レ スカ内 (72)発明者 浜島 義和 大阪府茨木市畑田町15番26号 株式会社レ スカ内 Ｆターム(参考） 2F014 AA01 FB01 2F030 CA03 CC05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導入部、バッファ部および越流部を備
   え、越流部上方に超音波センサを配設し、該導入部およ
   びバッファ部を介して越流部より流出する液体の該越流
   部における液面の高さを検出し、流量を測定することを
   特徴とする液位流量計測装置。
2. 【請求項２】 前記超音波センサを複数配設することを
   特徴とする請求項１記載の液位流量計測装置。
3. 【請求項３】 前記液位流量計測装置において、越流部
   の直前上流側にバッファ部を設け、水流の勢いを拡散さ
   せることを特徴とする請求項１記載の液位流量計測装
   置。
4. 【請求項４】 前記超音波センサを三つ配設し、該三つ
   の超音波センサにそれぞれ異なる検出範囲を対応させる
   ことを特徴とする請求項１記載の液位流量計測装置。