JP2003315137A - エアーパージ式液面遠隔監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 計測誤差が少なく、レスポンスが良く安定し
た計測動作を可能とする。 【解決手段】 タンク３８内の液中に空気供給管路に連
結するパージパイプ４６を配置する。空気供給管路に自
動調整弁２８を設け、この空気供給管路からパージパイ
プ４６に空気を供給してパージパイプ４６内の液体をパ
ージパイプ４６の先端から押出す。空気がパージパイプ
４６の先端より気泡となって排出されるときの自動調整
弁２８の圧力を空／電変換器２４により検出し、該検出
信号に基づいてタンク３８の液面の高さを演算し、タン
ク設置場所より遠隔の監視場所の表示部５０に表示す
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、陸上、船舶等にお
いて、タンク内の液位計測を行い、液面の高さを遠隔監
視する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の、タンク液面を遠隔監視するため
のエアーパージ式液面検出装置は、図２に示すように、
エアーパージユニット２から清浄空気が、空気調整器
４、流量調整弁６、空気管８を通じて、船舶、工場など
に設置された液体９の入ったタンク（容体）１０に配置
されたパージパイプ１２に供給される。パージパイプ１
２内の液体は、その先端から押出されて、ついには空気
が気泡となって逃げ出す。エアーパージユニット２内の
空／電変換器１４は、パージパイプ１２内の空気圧を電
気信号に変換する。空／電変換器１４の空気圧検出信号
は、シーケンサユニット１６あるいは表示部１６のディ
ジタル指示計１８、アナログ指示計２０に供給されここ
でデータ加工、制御が行なわれ、液面データが表示部１
６に表示される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】エアーパージユニット
から測定対象先まで空気管一本の設置のみで行うエアパ
ージ式液面計測装置の従来型の問題点として、計測誤差
・追従速度・経年変化といった問題があった。図３のよ
うに、供給空気圧の検出を直に行うことで供給空気圧の
変動による影響を受け、管路抵抗や液位の変化によって
圧力は変化する。従来型では、その圧力を検出している
のでそれによる計測誤差が生じる。そこで上記の影響を
受けないように検出するには管内径の口径を大きくする
か、計測空気の供給量、即ち流量を極限にまで少なくす
ることで対策が可能となる。しかしこの場合、管の口径
を大きくすると、ぎ装作業性の悪化・コスト上昇という
問題が発生し、流量を減少させることで追従速度が著し
く遅くなり、液位計測を行う製品として使用上液位計測
が不安定になる。更に、流量が少ないということは、液
位の変化によって空気管内部に水が入り、管に海洋生物
などが付着することで詰まらせる危険性がある。又、長
期使用により管内径に付着物が発生し、管路抵抗値が変
化する経年変化による計測誤差が発生する。そうなった
場合、膨大なコストをかけて管自体を総交換しなければ
ならない。本発明は上記問題点を解決することを目的と
するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を達成するた
め、本発明は、図１に示すように、タンク内の液中にパ
ージパイプを配置しパージパイプに空気管から空気を供
給してパージパイプ内の液体をパージパイプの先端から
押出し空気がパージパイプの先端より気泡となって排出
されるときの空気圧に基づいて前記タンク内の液面の高
さを演算しタンク設置場所より遠隔の監視場所の表示部
において表示するようにしたエアーパージ式液面監視装
置において、前記空気の供給管路に自動調整弁を設け、
該自動調整弁の圧力を検出し、該検出信号に基づいて液
面の高さを表示部に表示するようにしたものである。ま
た本発明は、前記自動調整弁は、図２に示すように、下
面側で供給圧力Ｐｓを受ける第１のダイアフラムと、該
ダイアフラムに結合するポペットと、供給圧力Ｐｓを減
圧するオリフィスと、該オリフィスの下流側の圧力Ｐｄ
が伝達される通路と、該通路の一方側に配置され下面側
で前記圧力を受けるバランスダイアフラムと、前記通路
の他方側の開口部に対面し上面側で前記圧力Ｐｄを受け
る前記ポペットと一体的なポペットシールと、上面側で
前記圧力Ｐｄを受ける第２の入力ダイアフラムと、該第
２のダイアフラムに結合するとともにコネクティングロ
ッドを介して前記ポペット側に連結する圧力プレート
と、前記圧力プレートにバイアスを付与するスプリング
とを備え、供給口に供給圧力Ｐｓをかけると、この圧力
Ｐｓが第１の入力ダイアフラムにかかりポペットを押し
上げるとともに、この供給圧力Ｐｓはオリフィスにより
減圧され、この減圧された圧力Ｐｄが第２の入力ダイア
フラムへかかり圧力プレートを押し下げるとともに該減
圧圧力Ｐｄがバランスダイアフラムにかかり前記圧力プ
レートを押し上げ且つ該減圧圧力Ｐｄがポペットシール
にかかってポペットを押し下げ、下向きの力が増大する
とポペットシールが開き下向きの力を減少させて、ポペ
ットにかかる上向きの力と下向きの力とが等しくなるよ
うに可動部が動作するようにしたものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
した図面を参照して詳細に説明する。２２は、本発明で
あるエアーパージユニットであり、空気圧を電気信号に
変換する空／電変換器２４、清浄空気を処理、調整する
空気調整器２６、管内に流れる空気流量を一定に保つ自
動調整弁２８が図１に示すように、空気管により連結し
ている。

【０００６】前記自動調整弁２８は、図２に示すよう
に、バルブにかかる上向きの力ｆｕと下向きの力ｆｄと
が等しくなるように可動部が動作するという力平衡の原
理に基づいて動作するように構成されている。図２中、
３０はモジュールベースであり、空気の通路３１，３
２，３３が形成されている。通路３１は出力口に連通し
ている。３４はカバープレート、３５はポペット、３７
はコネクティングロッド、３９は圧力プレート、４１，
４３は入力ダイアフラム、４５はバランスダイアフラ
ム、４７はバイアス調節用スプリング、４９はポペット
シールである。

【０００７】５１はモジュールベース３０に形成された
通路であり、これの中間部は通路５３を介して、通路３
３の固定オリフィス５５の下流側に連通している。通路
５１の上部にはバランスダイアフラム４５が配置され、
下部にはポペットシール４９が配置されている。上記し
た構成において、供給圧力Ｐｓを供給口５７へかける
と、この圧力は最初に入力ダイアフラム４１にかかり、
Ｓ３×Ｐｓ（Ｓ３＝ダイアフラム４１の面積）の力でポ
ペット３５を押し上げる。次に供給圧力はオリフィス５
５により減圧されて下流に流れ込む。

【０００８】この減圧された圧力Ｐｄは入力ダイアフラ
ム４３へかかり、Ｓ４×Ｐｄ（Ｓ４＝入力ダイアフラム
４３の面積）の力で圧力プレート３９を押し下げる。同
時に圧力Ｐｄはバランスダイアフラム４５にかかり、圧
力プレート３９をＰｄ×Ｓ１（Ｓ１＝ダイアフラム４５
の面積）の力で押し上げる。また、この力はポペットシ
ール４９にもかかりＰｄ×Ｓ０（Ｓ０＝ポペットシール
４９の面積）の力でポペットを押し下げる。圧力プレー
ト３９にはＰｂ調節スプリング４７により設定されるバ
イアス力ｆｂが同時にかかる。

【０００９】下向きの力ｆｄが増加すると、ポペットシ
ール４９が開き、圧力Ｐｄを低下させ、下向きの力を減
少させる。また下向きの力が減少しすぎると、ポペット
シール４９が閉じ、圧力Ｐｄを増加させ、下向きの力を
増大させる。つまり、このバルブはｆｄ＝ｆｕになるよ
うにポペットシール４９の開度を調節する。 下向きの力ｆｄ：ｆｂ（バイアス力），Ｐｄ×Ｓ４（入
力ダイアフラム４３にかかる力），Ｐｄ×Ｓ０（ポペッ
トシール４９にかかる力） 上向きの力ｆｕ：Ｐｓ×Ｓ３（入力ダイアフラム４１に
かかる力），Ｐｄ×Ｓ１（バランスダイアフラム４５に
かかる力）

【００１０】ｆｄ＝ｆｕのように動作するので ｆｂ＋Ｐｄ×Ｓ４＋Ｐｄ×Ｓ０＝Ｐｓ×Ｓ３＋Ｐｄ×Ｓ
１ Ｓ０＝Ｓ１，Ｓ４＝Ｓ３のように設計されており、上式
を整理すると （Ｐｓ−Ｐｄ）×Ｓ４＝ｆｂ つまり、オリフィス５５に発生する差圧はｆｂのみによ
り決まるのでライン圧Ｐｓが変化しない限りオリフィス
５５を流れる質量流量Ｑｍは変化しない。また、２次圧
変化の影響は条件（Ｓ０＝Ｓ１，Ｓ４＝Ｓ３）が成立し
ている限り受けない。

【００１１】前記空気調整器２６にはエアー源が接続し
ている。前記空／電変換器２４は、自動調整弁２８の空
気圧が供給される入力端を有し、これらの入力端に供給
された空気圧が電気信号に変換され、圧力信号が造出さ
れるように構成されている。前記空／電変換器２４に
は、ＡＣ電源に接続するＡＣ／ＤＣコンバータ３６から
直流駆動電圧が供給されるように構成さている。３８
は、液面遠隔監視対象となる液体４０の入ったタンクで
あり、空気抜き管４２が設けられた蓋体４４を備え、内
部に空気管から成るパージパイプ４６が配置されてい
る。前記パージパイプ４６の先端は、タンク３８内の計
測０点まで延びている。

【００１２】前記パージパイプ４６と、自動調整弁２８
は、連結している。５０は、遠隔の液面監視場所に配設
された表示部であり、ディジタル指示計５２、アナログ
指示計５４、タッチパネル５６、ＣＲＴ表示部５８を備
えている。６０は演算処理ユニットであり、空／電変換
器２４の検出信号を処理制御する。前記演算処理ユニッ
ト６０と表示部５０とエアーパージユニット２２は、図
示の如く結線されている。

【００１３】次に本実施形態の作用について説明する。
エアーパージユニット２２に供給された清浄空気は空気
調整器２６で処理・調整される。この空気調整器２６を
通過した清浄空気は、空気管、自動調整弁２８、空気
管、パージパイプ４６を介して、タンク３８内に計測空
気として送られる。パージパイプ４６内の空気は、その
先端より押出されて気泡となって逃げ出す。

【００１４】自動調整弁２８の空気圧は、空気管６２を
通じて空／電変換器２４の一方の入力端に供給され、自
動調整弁２８の圧力を空／電変換器２４が電気信号とし
て検出する。空／電変換器２４は、計測する最大圧力に
よって数種類にレンジ分けされる。空／電変換器２４に
よって検出された信号は、ディジタル指示計５２、ある
いは、アナログ指示計５４に入力され、ここでデータ加
工されて液位６６が表示される。タッチパネル５６やＣ
ＲＴ表示部５８に液位６６を表示させる場合には、空／
電変換器２４の検出信号が演算処理ユニット６０に入力
され、演算処理ユニット６０によりデータが制御され、
液位データがタッチパネル５６あるいはＣＲＴ表示部５
８に可視化される。

【００１５】空／電変換器２４の検出信号は、空／電変
換器２４の圧力レンジの最小〜最大値に応じて出力信号
も最小〜最大値を出力する。空／電変換器２４には調整
能力があり、例えば、最小〜中間値にて出力信号を最小
〜最大値とすることができ、計測対象先に応じた調整を
することができる。エアーパージユニット２２に供給さ
れパージパイプ４６に圧送された計測空気はさまざまな
影響を受け変化する。タンク３８内の液位６６の変化以
外にパージパイプ４６の管路抵抗による影響を受ける。

【００１６】エアーパージユニット２２から対象タンク
３８まで設置されたパージパイプ４６は、数百メートル
に及び、圧力・流量・長さ・その間の曲げ・温度変化・
湿気・管内径などにより抵抗値が決まる。また、液位変
化や管路抵抗や初期調整値のずれなどによる影響を受け
る。本装置は、自動調整弁２８を利用することで液位６
６の計測を可能としたものである。初期調整時に計測対
象先に応じた計測空気供給圧に調整し、検出値の０点調
整を行い、計測対象先に応じたスパン調整を行う。自動
調整弁２８を調整することで０点・スパン調整が行われ
る。圧力調整は０点に応じた値に固定して設定する。最
後の微調整は空／電変換器２４によって行う。

【００１７】計測の流れは、例として、タンク４４内の
液体を清水とした場合、液位が０ｃｍであった時は、計
測する水頭圧は、０ｋｇｆ／平方センチメートル（０ｋ
ｐａ）であり、パージパイプ４６を流れる配管抵抗ｆが
自動調整弁２８の出力として、空／電変換器２４に加わ
り、０点調整にて配管抵抗ｆの圧力を減じ０ｍ分の電気
信号を出力する。液位が１０ｍになった場合、水頭圧は
１０ｋｇｆ／平方センチメートル（１００ｋｐａ）とな
るが、自動調整弁２８により流量が０ｍのときと同じに
なる。配管抵抗ｆは一定となる。自動調整弁２８の出力
は１０ｍ分の変化量と配管抵抗ｆを検出する。空／電変
換器２４は既に配管抵抗ｆを減じた出力を変換している
ので、出力は１０ｍ分の電気信号を出力する。

【００１８】ここでの検出値は１０ｍとなる。検出値
は、表示部５０によって表示される。本実施形態では、
空気管の口径を小さく、空気の流量を多くすることで追
従速度を速くすることができる。しかも、流量が多い
と、流速が速いので、管内径へ付着物が付着するのを防
止することができ、これにより空気管の経年変化による
影響を受け難くなり、また、長寿命となる。また、流量
が多くなっても計測方式として本装置は、圧力の変化量
を計測するので供給空気の変化による影響を受け難く、
安定した計測が行える。

【００１９】

【発明の効果】本発明は上述の如く構成したので、安定
した計測動作が可能となるという効果が存する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す全体ブロック説明図
である。

【図２】自動調整弁の断面図である。

【図３】従来技術のブロック説明図である。

【符号の説明】

２ エアーパージユニット ４ 空気調整器 ６ 流量調整弁 ８ 空気管 ９ 液体 １０ タンク １２ パージパイプ １４ 空／電変換器 １６ 表示部 １８ ディジタル指示計 ２０ アナログ指示計 ２２ エアーパージユニット ２４ 空／電変換器 ２６ 空気調整器 ２８ 自動調整弁 ３０ モジュールベース ３１ 通路 ３２ 通路 ３３ 通路 ３４ カバープレート ３５ ポペット ３６ ＡＣ／ＤＣコンバータ ３７ コネクティングロッド ３８ タンク ３９ 圧力プレート ４０ 液体 ４１ 入力ダイアフラム ４２ 空気抜き管 ４３ 入力ダイアフラム ４４ 蓋体 ４５ バランスダイアフラム ４６ パージパイプ ４７ スプリング ４９ ポペットシール ５０ 表示部 ５１ 通路 ５２ ディジタル指示計 ５３ 通路 ５４ アナログ指示計 ５５ 固定オリフィス ５６ タッチパネル ５７ 供給口 ５８ ＣＲＴ表示部 ６０ シーケンサユニット ６２ 空気管 ６６ 液位

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンク内の液中にパージパイプを配置し
   パージパイプに空気管から空気を供給してパージパイプ
   内の液体をパージパイプの先端から押出し空気がパージ
   パイプの先端より気泡となって排出されるときの空気圧
   に基づいて前記タンク内の液面の高さを演算しタンク設
   置場所より遠隔の監視場所の表示部において表示するよ
   うにしたエアーパージ式液面監視装置において、前記空
   気の供給管路に自動調整弁を設け、該自動調整弁の圧力
   を検出し、該検出信号に基づいて液面の高さを表示部に
   表示するようにしたことを特徴とするエアーパージ式液
   面監視装置。
2. 【請求項２】 前記自動調整弁は、下面側で供給圧力Ｐ
   ｓを受ける第１のダイアフラムと、該ダイアフラムに結
   合するポペットと、供給圧力Ｐｓを減圧するオリフィス
   と、該オリフィスの下流側の圧力Ｐｄが伝達される通路
   と、該通路の一方側に配置され下面側で前記圧力を受け
   るバランスダイアフラムと、前記通路の他方側の開口部
   に対面し上面側で前記圧力Ｐｄを受ける前記ポペットと
   一体的なポペットシールと、上面側で前記圧力Ｐｄをを
   受ける第２の入力ダイアフラムと、該第２のダイアフラ
   ムに結合するとともにコネクティングロッドを介して前
   記ポペット側に連結する圧力プレートと、前記圧力プレ
   ートにバイアスを付与するスプリングとを備え、供給口
   に供給圧力Ｐｓをかけると、この圧力Ｐｓが第１の入力
   ダイアフラムにかかりポペットを押し上げるとともに、
   この供給圧力Ｐｓはオリフィスにより減圧され、この減
   圧された圧力Ｐｄが第２の入力ダイアフラムへかかり圧
   力プレートを押し下げるとともに該減圧圧力Ｐｄがバラ
   ンスダイアフラムにかかり前記圧力プレートを押し上げ
   且つ該減圧圧力Ｐｄがポペットシールにかかってポペッ
   トを押し下げ、下向きの力が増大するとポペットシール
   が開き下向きの力を減少させて、ポペットにかかる上向
   きの力と下向きの力とが等しくなるように可動部が動作
   するようにしたことを特徴とする「請求項１」に記載の
   エアーパージ式液面監視装置。