JP2006064633A - 背圧式液面レベル検出装置および背圧式液面レベル検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 容器内の液体有無を検出する背圧式液面レベル検出装置において、種々の使用環境の下でも、安価な背圧式圧力センサを用いて正確に検出できるようにする。
【解決手段】 液体３を溜めた容器１内にパイプ７を挿入する。パイプ７には圧力気体を供給して当該先端から気体を常に出力させ、パイプ先端が液体の液面に接するか液体中にあるとき当該先端から液体中に気泡を発生させる。液面レベル検出部１１は、背圧式圧力センサを用いてパイプ７中の気体圧力を測定し、順次測定したそれら圧力に圧力変化があるとき、そのパイプ７の先端に液体有りと検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は背圧式液面レベル検出装置およびその方法に係り、特に、各種の工業分野において貯溜された液体が所定の液面レベルにあるか否かを検出する背圧式液面レベル検出装置およびその方法の改良に関する。

従来、容器に貯溜された液体（貯留液体）の液面レベルを検出するには、例えば気体の圧力を用いた手法がある。

すなわち、図４に示すように、容器１内に液体３を溜め、不活性気体（ガス）を一定圧力で圧送する気体供給装置５に一端を連結したパイプ７の他端（先端）側を容器１中に上から挿入し、パイプ７の先端を液体３の有無検出レベル（図中破線）に設定するとともに、パイプ７の途中に液面レベル検出部１１を連結し、パイプ７中を流れる気体圧力の測定を介して液面レベルを検出する手法である。

図４中の符号１３はパイプ７に液面レベル検出部１１を連結するために、パイプ７の途中に挿入されたジョイントである。

このような検出手法では、液体３が少なくてパイプ７の先端に達していない場合には、パイプ７の先端から不活性気体がそのまま流出するのでパイプ７を流れる気体圧力値が小さい。

他方、液体３の液面がパイプ７の先端か又はそれより上にあれば、パイプ７の先端から不活性気体の気泡９が形成され、気泡９の形成に伴う負荷によってパイプ７を流れる気体圧力値が大きくなる。

そのため、液面レベル検出部１１において、内蔵する例えば圧電形の背圧式圧力センサ（図示せず。）によってパイプ７途中の気体圧力を電気的に測定し、この測定圧力値が予め設定された基準値より大きければ液体「有り」と判別可能となり、液体３の液面レベルが検出できることになる。

なお、背圧式液面レベル検出部１１において、液体３の比重が既知であればその圧力を測定することによってパイプ７先端からの液面レベルを知ることが可能であるから、一般的に、そのような液面レベルを検出する液面レベル計を一緒に構成する場合もある。この構成としては、特開２００２−１０７２０２号公報（特許文献１）がある。
特開２００２−１０７２０２号

しかしながら、上述した液面レベル検出部１１において、圧電形の背圧式圧力センサは液体３の高さが数ｍｍ変化してもその圧力変化の測定が可能である一方、経年変化が生じ易く、上述した基準値をよほど適切に設定しないと、経時的に安定で誤動作のない検出が困難となっていた。

もし、経年変化が小さい圧電形の背圧式圧力センサを用いるとすれば、製造コストが大幅にアップし、高価なものを用いる必要があった。

さらに、上述した容器１が密閉されている場合、容器１内に液体３がなくても何らかの理由で内部圧力が大きくなると、液面レベル検出部１１の背圧式圧力センサに加わる圧力が大きくなり、液体有りと誤判断するおそれもあった。

そこで、本発明者は、背圧式液面レベル検出手法について種々の観察、検討を行った結果、パイプ７の先端が液体３の液面に接するか又は液体中にあって気泡９が発生すると、パイプ７中の気体圧力が表面張力のため脈動状態で変化する点に着目し、本発明を完成させた。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、種々の使用環境の下であっても、また安価な圧電形の背圧式圧力センサを用いても、液面レベル検出誤差が少ない背圧式液面レベル検出装置および背圧式液面レベル検出方法の提供を目的とする。

このような課題を解決するために本発明の背圧式液面レベル検出装置は、液体を入れる容器と、この容器中に挿入され所定圧力の気体を供給して当該先端からその気体を常に出力させるパイプであって、当該先端が液体の液面に接するか液体中にあるとき当該先端から液体中に気泡を発生させるパイプと、このパイプ中の気体圧力を測定してその液面レベルを検出する液面レベル検出部とを具備し、その液面レベル検出部が、順次測定したそれら圧力に圧力変化があるときそのパイプ先端に液体有りと検出するよう形成された構成を有している。

また、本発明では、上記液面レベル検出部は、測定した上記圧力を電気信号に変換して得たその圧力変化が所定の基準レベルを超えるとき、その液体有りと検出するよう形成されることが好ましい。

そして、本発明の背圧式液面レベル検出方法は、液体を入れる容器中にパイプを挿入し、所定圧力の気体を供給してそのパイプの先端からその気体を常に出力させるとともに、そのパイプの先端が液体の液面に接するか液体中にあるとき、そのパイプの先端から液体中に気泡を発生させ、そのパイプ中の気体圧力を測定して液面レベルを検出し、順次測定したそれら圧力に圧力変化あるとき、そのパイプの先端に液体有りと検出するものである。

また、本発明の背圧式液面レベル検出方法では、測定した上記圧力を電気信号に変換して得たその圧力変化が所定の基準レベルを超えるとき、その液体有りと検出するよう構成すると良い。

このような手段を備えた本発明の背圧式液面レベル検出装置では、液体を入れる容器中に挿入されたパイプ先端から液体中に気泡を発生させ、液面レベル検出部でそのパイプ中の気体圧力を測定し、上記液面レベル検出部が、順次測定したそれら圧力に圧力変化を検出したときそのパイプ先端に液体有りと検出する構成としたから、使用環境が種々に変化しても、更に、安価な圧電形の背圧式圧力センサを用いても、液面レベルを誤差なく検出できる。

さらに、上記液面レベル検出部として、電気信号に変換して得たその圧力変化から液体有りと検出するよう形成する構成では、簡単な回路構成で確実に液面レベルを誤差なく検出できる。

そして、本発明の背圧式液面レベル検出方法でも、液体を入れる容器中にパイプを挿入し、所定圧力の気体を供給してそのパイプの先端からその気体を常に出力させるとともに、そのパイプの先端が液体の液面に接するか液体中にあるとき、そのパイプの先端から液体中に気泡を発生させ、そのパイプ中の気体の圧力を測定して液面レベルを検出し、順次測定したそれら圧力に圧力変化があるとき、そのパイプの先端に液体有りと検出するから、上述した効果を得ることができる。

以下、本発明に係る背圧式液面レベル検出装置および背圧式液面レベル検出方法の実施の形態を図面を参照して説明する。従来例と共通する部分には同一の符号を付す。

なお、便宜上、背圧式液面レベル検出方法は背圧式液面レベル検出装置の動作を説明する過程で説明する。

図１は本発明に係る背圧式液面レベル検出装置の実施の形態を示す図である。

図１において、容器１は液面レベルを測定する液体３を溜めるものであり、液体３に応じて例えば耐食性材料、合成樹脂材料などによって任意の形状に形成されている。液体３の給排液構成は図示を省略した。

容器１には、不活性気体（ガス）を一定圧力で圧送する気体供給装置５に一端を連結したパイプ７の他端（先端）側がその上方から挿入されており、パイプ７の先端位置が液体３の有無検出レベル（図中破線）に選定されている。

パイプ７にはこの途中にジョイント１３が挿入されて分岐されて、液面レベル検出部１１がパイプ７に連通されている。

液面レベル検出部１１は、後述するようにパイプ７中を流れる気体圧力を介して液面レベルを検出する機能を有するが、詳細は後述する。

ただ、液面レベル検出部１１で検出される気体圧力は、図２Ａに示すように、液体３が少なくてパイプ７の先端に達していない場合、図３の「イ」のように圧力値が小さく一定である。

他方、図２Ｂに示すように、液体３の液面がパイプ７の先端か若しくはごく近傍にある場合、又は同図Ｃに示すように、液体３の液面がパイプ７の先端より上方にある場合、パイプ７の先端から不活性気体の気泡９が形成され、パイプ７中の気体圧力は図３の「ロ」のようにその圧力変位を繰り返す脈動状態となる。

なお、図３中の波形「ロ」は、実際には滑らかではなくトリガー状に細かく変化しながら変わる。

そして、液面レベル検出部１１は、圧力測定部１５、圧力変化検出部１７および出力部１９を有して形成されている。

圧力測定部１５は、パイプ７中を圧送される気体圧力値に応じたレベルのアナログ測定信号として電圧信号に連続的に変換出力する例えば背圧式圧力センサ（図示せず。）を主体としたものであり、圧力変化検出部１７に接続されている。

背圧式圧力センサとしては、例えば圧電形ロードセル、半導体ロードセル、その他従来公知の圧力センサ素子が用いられる。

圧力変化検出部１７は、圧力測定部１５からの測定圧力値を例えば平滑し、この平滑信号が所定の基準レベルを超えるときその圧力変化を検出し、パイプ７の先端に液体３が有ることを意味する検出信号Ａを出力部１９に出力するものである。複数回の圧力変化を検出したら検出信号Ａを出力するよう形成しても良い。

出力部１９は、圧力変化検出部１７からの検出信号Ａの入力に基づき、液体３の有無に関する制御信号Ｂを出力し、図示しないリレー、表示装置又は警報装置を駆動する機能を有している。

制御信号Ｂは、検出信号Ａの入力に基づく液体有りを意味するものでも、検出信号Ａの無入力に基づく液体なしを意味するものでも任意である。

次に、上述した背圧式液面レベル検出装置の動作を説明する。

もし、図２Ａに示すように、容器１（図２では図示省略）中に液体３がないか又は有っても液面がパイプ７先端より下方にある場合、測定圧力値が図３中の「イ」のように低くしかも一定となり、図１の液面レベル検出部１１では、圧力測定部１５からの測定圧力値が変化せず、圧力変化検出部１７が圧力変化を検出しないから、検出信号Ａが出力部１９へ出力されないし、出力部１９も制御信号Ｂを出力しない。

他方、図２Ｂ、Ｃに示すように、液体３の液面がパイプ７先端又はごく近傍にある場合、パイプ７の先端から液体３の液面に抗して気泡９が発生し、測定圧力値が図３中の「ロ」に示すように脈動状態となり、液面レベル検出部１１では、圧力測定部１５からの測定圧力値が変化する。

そのため、圧力変化検出部１７では、圧力変化に基づく電気信号を出力して検出信号Ａを出力部１９へ出力し、出力部１９もそれに基づき制御信号Ｂを出力する。

従って、圧力変化検出部１７において、圧力変化に基づく電気信号が一定レベルを超えて変化すれば、パイプ７先端における液体液面の有無を検出できる。

このように本発明の背圧式液面レベル検出装置は、液体３を溜めた容器１内にパイプ７を挿入し、このパイプ７先端から気体を常に出力させ、そのパイプ７の先端が液体の液面に接するか液体中にあるとき当該先端から液体中に気泡を発生させ、液面レベル検出部１１において、そのパイプ７中の気体圧力を測定するとともに、順次測定したそれら圧力に圧力変化があるとき、そのパイプ７の先端に液体有りと検出するよう構成したから、パイプ７先端における液体３の液面の有無を検出できる。

しかも、そのパイプ７中の気体圧力の測定値は、絶対値ではなく測定圧力の圧量差に基づくから圧力差があれば検出可能となり、液面レベル検出部１１に内蔵する圧電形の背圧式圧力センサに経時的変動が生じても、確実に検出可能となり、安価な背圧式圧力センサを用いて正確な検出が可能で、コストをアップさせない。圧電形の背圧式圧力センサ以外の圧力センサを用いても同様である。

しかも、密封された容器１内の圧力が変動しても、同様の理由から、安価な背圧式圧力センサを用いて正確な検出が可能である。

特に、パイプ７先端又はごく近傍に液面がある場合、気泡９がパイプ７の先端にできればパイプ７内の気体圧力が変化するから、パイプ７先端における液体３の液面の有無を検出できる。

なお、本発明においては、パイプ７内の気体圧力変化を測定するが、パイプ７へ供給する気体流量を一定にした方が正確、確実かつ安定的に検出可能である。

従来では、パイプ７先端又はごく近傍に液面がある場合、パイプ７を流れる気体圧力値を測定しても、圧電形の背圧式圧力センサの経年変化によって検出できなかったり、誤差とみなされて検出に用いられなかったり、液面検出がチャタリング状態となって検出不能となっていた。

ところで、本発明に係る背圧式液面レベル検出方法を示せば、液体３を溜めた容器１内にパイプ７を挿入し、所定圧力の気体を供給してそのパイプ７先端からその気体を常に出力させ、そのパイプ７の先端が液体３の液面に接するか液体３中にあるとき当該先端から液体３中に気泡９を発生させ、そのパイプ７中の気体圧力を測定するとともに、順次測定したそれら圧力に圧力変化があるとき、そのパイプ７の先端に液体有りと検出する構成である。

そして、この方法においても、電気信号に変換したその圧力変化が所定の基準レベルを超えるとき、その液体有りと検出するよう構成すれば、簡単な回路構成により、パイプ７先端に液体３の液面の有無を確実に検出できる。

本発明の背圧式液面レベル検出装置およびその方法の実施の形態を示すブロック図である。 本発明の背圧式液面レベル検出装置およびその方法の動作説明する図である。 本発明の背圧式液面レベル検出装置およびその方法の動作説明する波形図である。 本発明の背圧式液面レベル検出装置の参考となる図である。

符号の説明

１ 容器
３ 液体
５ 気体供給装置
７ パイプ
９ 気泡
１１ 液面レベル検出部（液面レベル検出計）
１３ ジョイント
１５ 圧力測定部
１７ 圧力変化検出部
１９ 出力部

Claims (4)

1. 液体を入れる容器と、
   この容器中に挿入され、所定圧力の気体を供給して当該先端から前記気体を常に出力させるパイプであって、当該先端が前記液体の液面に接するか液体中にあるとき当該先端から前記液体中に気泡を発生させるパイプと、
   このパイプ中の前記気体圧力を測定して前記液体の液面レベルを検出する液面レベル検出部と、
   を具備する背圧式液面レベル検出装置であり、
   前記液面レベル検出部は、順次測定した前記圧力に圧力変化があるとき、前記パイプの先端に前記液体有りと検出するよう形成されてなることを特徴とする背圧式液面レベル検出装置。
2. 前記液面レベル検出部は、測定した前記圧力を電気信号に変換して得た前記圧力変化が所定の基準レベルを超えるとき、前記液体有りと検出するよう形成された請求項１記載の背圧式液面レベル検出装置。
3. 液体を入れる容器中にパイプを挿入し、所定圧力の気体を供給して前記パイプの先端から常に前記気体を出力させるとともに、前記パイプの先端が前記液体の液面に接するか液体中にあるとき、前記パイプの先端から前記液体中に気泡を発生させ、前記パイプ中の前記気体の圧力を測定して前記液面レベルを検出する背圧式液面レベル検出方法であり、
   順次測定した前記圧力に圧力変化があるとき、前記パイプの先端に前記液体有りと検出することを特徴とする背圧式液面レベル検出方法。
4. 測定した前記圧力を電気信号に変換して得た前記圧力変化が所定の基準レベルを超えるとき前記液体有りと検出する請求項３記載の背圧式液面レベル検出方法。

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