JP2006177757A

JP2006177757A - 水位測定装置

Info

Publication number: JP2006177757A
Application number: JP2004370794A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Yoshimura; 武彦吉村; Shinji Hazama; 眞二間; Hiroichi Takeda; 博一竹田
Original assignee: Koshin Ltd
Current assignee: Koshin Ltd
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】極力人手を要することなく高精度の水位測定を長期間にわたって安定的に行うことが可能な水位測定装置を提供する。
【解決手段】水位の測定対象である導電液の上方に上下方向移動可能に保持される第１電極２７と、これを昇降駆動する駆動機構４４と、第１電極２７から離間し且つ常時導電液に接した状態で配置される第２電極１１と、駆動機構４４による所定の基準位置からの駆動量を検出する駆動量検出手段４５と、第１電極２７と第２電極１１との間に流れる電流値に基づいて第１電極２７が導電液の液面に接触しているか否かを判定する判定手段と、駆動機構４４による第１電極２７の降下駆動中に、判定手段により第１電極２７が導電液の液面に接触した旨の判定が行われたときに、駆動量検出手段４５により検出された駆動量を取得する駆動量取得手段とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、水、その他の導電液の液面の位置を検出する水位測定装置に関するものである。

例えば水盛法によるレベル計測を行う際には、複数地点において水等の液体の液面位置（以下、液体の種類に拘わらず水位という）を正確に測定する必要がある（例えば特許文献１参照）。このような場合に用いられる水位測定方法としては、圧力式測定方法、フロート式測定方法、マイクロメータ等による目視測定方法等が一般的であった。

圧力式測定方法は、圧力センサを水底に設置し、その圧力センサにより検出された圧力値に基づいて水底から液面までの距離を求めるものである。フロート式測定方法は、液面に浮かべた浮きの位置を測定するものである。また、マイクロメータ等による目視測定方法は、液面の位置をマイクロメータを用いて人間が目視により測定するものである。
特開平５−２２３５６６号公報

上述した従来の水位測定方法では、夫々次のような問題点があった。即ち、圧力式測定方法では、気圧の変化や液体の比重の相違によって圧力センサにより検出される圧力値が変化し、測定精度に大きな影響を与える問題があった。

また、フロート式測定方法では、浮きを常時液体に浮かべておく必要があるが、経年変化によって浮きの浮き具合が変化する等により測定精度が低下する問題があった。

更に、マイクロメータ等による目視測定方法では、読み取りに個人差があるため高精度での測定が困難である上に、他の方法に比べて人手を要するという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、極力人手を要することなく高精度の水位測定を長期間にわたって安定的に行うことが可能な水位測定装置を提供することを目的とする。

本発明は、水位の測定対象である導電液の上方に上下方向移動可能に保持される第１電極２７と、該第１電極２７を昇降駆動する駆動機構４４と、前記第１電極２７から離間して設けられ且つ少なくとも前記第１電極２７が前記導電液の液面に接したときには前記導電液に接した状態となる第２電極１１と、前記駆動機構４４による所定の基準位置からの駆動量を検出する駆動量検出手段４５と、前記第１電極２７と前記第２電極１１との間に流れる電流値に基づいて前記第１電極２７が前記導電液の液面に接触しているか否かを判定する判定手段１１５と、前記駆動機構４４による前記第１電極２７の降下駆動中に、前記判定手段１１５により前記第１電極２７が前記導電液の液面に接触した旨の判定が行われたときに、前記駆動量検出手段４５により検出された前記駆動量を取得する駆動量取得手段１１６とを備えたものである。

本発明によれば、駆動量取得手段１１６により取得された駆動量が水位に対応する値となるが、この値は、気圧の変化や液体の比重等による影響を受けず、また第１電極２７の液面への接触状態は経年変化の影響を受けにくいため、高精度の水位測定を長期間にわたって安定的に行うことが可能である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳述する。本実施形態に係る水位測定装置１は、例えば水盛り計測等において用いられるもので、水容器２の内面等に着脱自在に固定され、その水容器２内の液体３の水位を測定可能となっている。なお、水容器２内の液体３は、導電性を有するもの（導電液）であれば何でもよく、本実施形態では例えば水道水等の純水でない水を用いている。

水位測定装置１は、図１に示すように、少なくともその一部分が水容器２内の水３に常時浸かる状態で上下方向に配置されるパイプ１１と、このパイプ１１内に上下方向移動可能に保持される吊り下げ部材１２と、パイプ１１の上側に設けられ且つ吊り下げ部材１２を昇降可能に保持する本体部１３と、例えばパイプ１１を水容器２の内面等に着脱自在に固定する固定手段１４とを備えている。

パイプ１１は、第２電極の一例であって、ステンレス鋼等の導電性材料により例えば薄板円筒状に形成されており、その下端側が水容器２内の水３に浸かった状態で固定手段１４により略鉛直に支持されている。

固定手段１４は、図１，図２，図７等に示すように、水容器２の内面等に着脱可能な固定部材１５と、この固定部材１５とパイプ１１とを連結する連結ブラケット１６とを備えている。

固定部材１５は、例えば永久磁石等を内蔵すると共にその固定面１７ａ側の磁力の強／弱（又はＯＮ／ＯＦＦ）を切り換え可能な着脱固定部１７と、この着脱固定部１７から例えば固定面１７ａに垂直な方向に突設された円柱状等の支持ロッド１８とを備えている。固定部材１５は、着脱固定部１７の固定面１７ａが、ステンレス鋼等の磁性体よりなる水容器２の内面に磁力により着脱自在に固着されることにより、支持ロッド１８が水容器２の内側に向けて略水平に保持されるようになっている。

連結ブラケット１６は、パイプ１１側を保持する第１保持部１９と、支持ロッド１８側を保持する第２保持部２０とが連結部２１において略９０°に連結された略Ｌ字型に一体形成されている。第１保持部１９にはパイプ１１を挿通可能な例えば円筒状の第１挿通孔１９ａが、第２保持部２０には支持ロッド１８を挿通可能な例えば円筒状の第２挿通孔２０ａが、それらの中心軸が同一面内で且つ互いに略直交するように形成されている。更に、連結部２１は、第１挿通孔１９ａと第２挿通孔２０ａとの両中心軸を含む平面に沿って形成され且つ第１挿通孔１９ａと第２挿通孔２０ａとを連結する所定幅の切り込み部２２により左右に分離され、更にその切り込み部２２に直交する締結孔２３が貫通状に形成されている。

連結ブラケット１６は、第１挿通孔１９ａにパイプ１１を、第２挿通孔２０ａに支持ロッド１８を夫々挿通させた状態で、締結孔２３に装着したボルト等の締結具２４により連結部２１を締結することにより、固定手段１４側の支持ロッド１８とパイプ１１とを略直交するように連結し、例えばパイプ１１を略鉛直方向に支持可能となっている。

吊り下げ部材１２は、図２，図７等に示すように、ウェイト２５、ガイド（短絡防止部材）２６、可動電極（第１電極）２７等を備え、ステンレス鋼等の導電性材料により例えば縒り線状に形成されたワイヤ２８によりパイプ１１内に吊り下げられている。

ウェイト２５は、当該吊り下げ部材１２を安定的に吊り下げるための錘としての役割を果たすもので、例えばパイプ１１の内径よりも小径の円柱状に形成されたウェイト本体部２９と、そのウェイト本体部２９の上下両端側に所定長さで設けられ且つ雄ねじ加工が施されたウェイト本体部２９よりも小径の固定ボルト部３０，３１とを備え、ステンレス鋼等の導電性材料により例えば一体に形成されている。

ガイド２６は、当該吊り下げ部材１２をパイプ１１の内周面に沿って軸方向（上下方向）に案内すると共に、パイプ１１とウェイト２５、可動電極２７等との間の短絡を防止するためのもので、合成樹脂等の非導電性材料により例えばウェイト２５よりも大径で且つパイプ１１の内径よりも小径の略円板状に形成され、その中心部には固定ボルト部３０，３１が嵌合可能な貫通孔３２が形成されており、ウェイト２５の上下両端側に夫々着脱自在に装着されている。

なお、本実施形態のガイド２６は、その外周上に等間隔で３箇所の円弧部２５ａを残してそれ以外の円弧部分を切り落とした形状としているが、円弧部２５ａを４箇所以上残してもよいし、円弧部分を切り落とすことなく円板状のままとしてもよい。また、ガイド２６は、その中心部からの距離がウェイト２５の半径よりも大きく且つパイプ１１の半径よりも小さい張り出し部を周方向の少なくとも三方に備えたものであればよく、その張り出し部の形状は必ずしも円弧状である必要はない。

ガイド２６は、ウェイト２５の上下両端側の固定ボルト部３０，３１に夫々環挿させた状態で上固定ナット３３，下固定ナット３４をねじ込むことによりウェイト２５の上下両端側に着脱自在に固定されている。

ウェイト２５の上端側には、固定ボルト部３０の端面３０ａからウェイト２５の中心軸に平行に所定半径、所定深さのワイヤ装着孔３５が形成されており、更にウェイト２５の外周面から内向きにワイヤ装着孔３５に略直交するワイヤ固定孔３６が、少なくともワイヤ装着孔３５に連通する深さに形成されている。また、ワイヤ装着孔３５は、ウェイト２５の中心軸から所定距離偏芯させて設けられている。

ワイヤ２８は、その先端側がこのワイヤ装着孔３５に挿入され、更にワイヤ固定孔３６にワイヤ固定ネジがねじ込まれることによりウェイト２５に着脱自在に固定されている。

また、ウェイト２５の下端側には、固定ボルト部３１の端面３１ａからウェイト２５の中心軸に沿って所定半径、所定深さの電極装着孔３８が形成されている。この電極装着孔３８には、例えば断面円形の細長状に形成された可動電極２７が、その先端部２７ａを下側に突出させた状態で挿入されており、この可動電極２７は、下固定ナット３４の下部側にねじ込まれた止めネジ３９により着脱自在に固定されている。なお、可動電極２７の先端部２７ａは錐状に形成されている。

以上のような構成により、吊り下げ部材１２の可動電極２７とワイヤ２８とは、ウェイト２５を介して導通した状態となっている。

本体部１３は、図１〜図６等に示すように、パイプ１１の上端側に固定されるベース４１と、このベース４１の上方に複数のポール４２ａ，４２ｂ等を介して支持される上ブラケット４３と、可動電極２７を備えた吊り下げ部材１２を昇降駆動する駆動機構４４と、この駆動機構４４による所定の基準位置からの駆動量を検出する駆動量検出手段４５等を備えている。

ベース４１は、合成樹脂等の非導電性材料により、例えば前後方向（図１における右側を前、左側を後とする）に長い所定形状の板状に形成されており、パイプ１１の上端側に略水平に配置されている。ベース４１の下面側には、例えばその前端部近傍にパイプ１１と略同径のパイプ装着部４６が上向き凹入状に形成されており、このパイプ装着部４６にパイプ１１の上端側が上向きに嵌合している。また、ベース４１には、その前端側の側面４７からパイプ装着部４６に連通する連通孔４８が１又は複数形成されており、この連通孔４８に固定ネジ４９をねじ込むことによりパイプ１１に対してベース４１が着脱自在に固定されるようになっている。更に、ベース４１には、ワイヤ２８が通過可能なワイヤ案内孔５０が、パイプ装着部４６の中心部に対応して上下方向に貫通状に形成されている。

また、ベース４１の上面側には、例えば下面側のパイプ装着部４６よりも後側の位置に、所定半径の軸受け装着部５１が下向き凹入状に形成されている。

ベース４１の上面側には、左右一対のポール４２ａ，４２ｂと、その前側に配置されたガイド軸５２とが着脱可能に立設されており、これらポール４２ａ，４２ｂ、ガイド軸５２の上端側に上ブラケット４３が着脱可能に装着されている。ポール４２ａ，４２ｂは、ステンレス鋼等により例えば同一径、同一長さ（高さ）の円柱状に形成されており、パイプ装着部４６と軸受け装着部５１との間の左右両側に配置されている。なお、ポール４２ａ，４２ｂの配置位置は、軸受け装着部５１の中心から等距離となっている。

上ブラケット４３は、前側に設けられた平板板状の前板部５３と、後側に設けられた厚肉状の軸受け収容部５４とを、互いに下面側が面一となるように一体に備えており、前板部５３の左右両端側近傍にポール４２ａ，４２ｂの上端側が、前板部５３の前端側近傍にガイド軸５２の上端側が夫々ネジ止め等により着脱自在に固定されることにより、その下面側がベース４１と平行になるように支持されている。

軸受け収容部５４の下面側には、所定半径の軸受け装着部５５が上向き凹入状に形成されている。また、前板部５３の下側には、僅かな隙間を介して平行にスリット取付板５６が配置され、その左右両端側において前板部５３に固定されている。

ガイド軸５２は、ステンレス鋼等により例えばポール４２ａ，４２ｂと同一長さ（高さ）の略円柱状に形成されており、ワイヤ案内孔５０の近傍に配置されている。ガイド軸５２は、その下部側の外周の一部に面取り部５７が形成されており、その面取り部５７に、ワイヤ２８を案内するガイドローラ５８が、水平軸廻りに回転可能に装着されている。ガイドローラ５８の外周側には、ワイヤ２８を案内するための案内溝５８ａが周方向に形成されている。

駆動機構４４は、ワイヤ２８が巻き掛けられるワイヤドラム６１と、このワイヤドラム６１を回転駆動する駆動手段６２とを備えている。

ワイヤドラム６１は、ドラム部６３と、そのドラム部６３の上側に隣接して設けられ且つドラム部６３よりも小径の小径部６４と、ドラム部６３の下部側から下向きに突設された下軸部６５と、小径部６４の上部側から上向きに突設された上軸部６６とを、上下方向の同一中心軸に沿って例えばステンレス鋼等の導電性材料により一体に備えており、ベース４１側の軸受け装着部５１に装着された下軸受け部６７により下軸部６５が、上ブラケット４３側の軸受け装着部５５に装着された上軸受け部６８により上軸部６６が、夫々回転自在に支持されている。なお、上軸部６６には、駆動手段６２側の駆動軸６２ａが嵌合、固定される駆動軸固定孔６６ａが、上端面６６ｂ側から中心軸に沿って所定深さで形成されている。

ドラム部６３の外周側には、回転軸方向、即ち上下方向の両端側に鍔部７０，７１を残してそれらの間に一定半径の溝状の巻き掛け部６９が形成されている。巻き掛け部６９の深さ、即ち巻き掛け部６９と鍔部７０，７１との半径差は例えばワイヤ２８の直径と略等しくなっている。また、下側の鍔部７１は、上側の鍔部７０よりも軸方向に幅広に形成されている。

また、ドラム部６３には、その下面側の例えば外周側近傍の所定位置に、円形状の凹入部７２が所定深さ、例えば下側の鍔部７１の厚さと略同じ深さで上向きに形成されており、更にその凹入部７２の中心位置に対応して凹入部７２よりも小径のネジ孔７３がワイヤドラム６１の軸方向に例えば貫通状に形成されている。更に、ドラム部６３には、その外周側と凹入部７２とを半径方向に連通させるワイヤ装着孔７４が、１又は複数、例えば２つ隣接して設けられている。ワイヤ装着孔７４は、下側の鍔部７１の上縁側近傍と、凹入部７２周面部の上端側近傍とを接続している。

吊り下げ部材１２の上端側にその一端側が固定されたワイヤ２８は、その他端側がパイプ１１側からワイヤ案内孔５０、ガイドローラ５８を介してワイヤドラム６１のワイヤ装着孔７４に外側から挿入され、凹入部７２側からネジ孔７３にねじ込まれたワイヤ固定ボルト７５により凹入部７２内に固定されている。ワイヤドラム６１が所定方向、例えば平面視反時計方向に回転すると、ワイヤ２８はガイドローラ５８からドラム部６３と左側のポール４２ａとの隙間を経て巻き掛け部６９に巻き掛けられる。

ここで、ガイドローラ５８は、図２，図６等に示すように、その外周側に沿って環状に形成された案内溝５８ａが、ワイヤ案内孔５０を通る鉛直方向の第１の直線と、その第１の直線を通り且つワイヤドラム６１の巻き掛け部６９に接する第２の直線との両方に接するように配置されており、ワイヤ案内孔５０を通って鉛直に張られたワイヤ２８の軸線方向をワイヤ案内孔５０の上側で横向きに変更して、鉛直軸廻りに回転するワイヤドラム６１の巻き掛け部６９側にスムーズに案内するようになっている。更に、ガイドローラ５８は、図１，図２等に示すように、その案内溝５８ａの最上部がワイヤドラム６１の巻き掛け部６９の軸方向幅の所定位置、例えば中央と略同じ高さとなるように配置されている。

また、ワイヤドラム６１は、図６に示すように、ドラム部６３の外周側、即ち鍔部７０，７１の外周側がポール４２ａ，４２ｂの外周側に略接するように配置されている。更に、ワイヤドラム６１に対してワイヤ２８の巻き取り／繰り出し側に配置されたポール４２ａは、巻き取りの際にワイヤ２８がワイヤドラム６１に最初に接する位置（以下、巻き取り接点位置という）又はその近傍においてワイヤドラム６１と略接している。

駆動手段６２は、例えば減速機付モータ等により構成されており、駆動軸６２ａを軸受け装着部５５内に下向きに突出させた状態で上ブラケット４３の軸受け収容部５４上に着脱自在に固定されており、その駆動軸６２ａはワイヤドラム６１側の駆動軸固定孔６６ａに上側から嵌合、固定されている。この駆動手段６２の正逆方向の作動により、駆動軸６２ａを介してワイヤドラム６１が巻き取り方向（平面視反時計方向）、繰り出し方向（平面視時計方向）に夫々回転駆動される。

駆動手段６２の駆動によりワイヤドラム６１が巻き取り方向に回転すると、ワイヤ２８が徐々にワイヤドラム６１の巻き掛け部６９に巻き取られ、そのワイヤ２８に吊り下げられている吊り下げ部材１２は徐々に上昇する。このとき、ワイヤ２８は、金属で縒り線状に形成されているために曲げ方向に弾性を有すると共に、ワイヤドラム６１の前でガイドローラ５８によりその軸線方向が略９０°曲げられており、しかもワイヤ２８には先端側に吊された吊り下げ部材１２により適度な張力が作用しているため、図９（ａ）に示すように、ガイドローラ５８よりもワイヤドラム６１側ではそのワイヤ２８にはそれ自体の弾性により上向きの力が働き、これによってワイヤ２８は巻き掛け部６９の上縁側、即ち上側の鍔部７０に沿うように巻き取られていく（図９（ａ））。

また、ワイヤドラム６１が巻き上げ方向に１回転以上して二巻き目に入ると、ワイヤ２８は一巻き目と鍔部７０との間に割り込む形となり（図９（ｂ））、以後、同様に直前の巻き目の上側に順次割り込むように巻き取りが進行する（図９（ｃ））。このとき、ワイヤ２８は、巻き取り接点位置又はその近傍においてポール４２ａと巻き掛け部６９との間のワイヤ一本分の隙間を通過しつつ巻き取られるため、後の巻き目が先の巻き目の上側に乗り上げて二層以上になることはない。従って、ワイヤドラム６１の駆動量と、それによる可動電極２７の昇降量とは常に一定の関係が保持される。

また、駆動手段６２の駆動によりワイヤドラム６１が繰り出し方向に回転すると、巻き取り時とは逆の動作により、ワイヤドラム６１に巻き取られていたワイヤ２８が徐々に繰り出され、吊り下げ部材１２は徐々に降下する。

駆動量検出手段４５は、例えばインクリメンタル式のロータリーエンコーダにより構成されており、回転スリット板８１、固定スリット板８２、投光基板８３、受光基板８４等を備えている。

回転スリット板８１は、例えばワイヤドラム６１のドラム部６３と略同径の薄板円盤状に形成され、上ブラケット４３の下面側に沿うように、ワイヤドラム６１の小径部６４の上面側に同心状に固定されており、ワイヤドラム６１と共に回転するようになっている。

回転スリット板８１には、図５に示すように、所定幅、所定間隔で円周方向に多数配置された第１スリット９１と、第１スリット９１とは異なる半径位置に例えば１個配置された第２スリット９２とが設けられている。なお、第１スリット９１と第２スリット９２とは、図４，図５等に示すように、回転スリット板８１の回転により上ブラケット４３の前板部５３とその下側のスリット取付板５６との間の隙間を通過する位置に設けられている。

固定スリット板８２は、図５，図８等に示すように、例えば略矩形の薄板状に形成され、上ブラケット４３の前板部５３とスリット取付板５６との間で且つ回転スリット板８１の下面側に沿って配置され、例えばその左右両端側においてスリット取付板５６に着脱自在に固定されている。

固定スリット板８２には、回転スリット板８１側の第１スリット９１に対応する位置に配置され且つ夫々１又は複数のスリットよりなるＡ相スリット９３及びＢ相スリット９４と、回転スリット板８１側の第２スリット９２に対応する位置に１個配置されたＺ相スリット９５とが設けられている。Ａ相スリット９３とＢ相スリット９４とは、回転スリット板８１側の第１スリット９１に対して１／４周期の位相差を持つように配置されている。

投光基板８３は、その下面側に３つの発光素子９７ａ，９７ｂ，９７ｚを備え、上ブラケット４３の前板部５３の上面側に着脱自在に固定されている。なお、発光素子９７ａ，９７ｂ，９７ｚは、夫々固定スリット板８２側のＡ相スリット９３、Ｂ相スリット９４、Ｚ相スリット９５に対応する位置に配置されており、それら各発光素子９７ａ，９７ｂ，９７ｚからの光は、前板部５３に設けられた投光孔９８を介して各スリット９３〜９５側に照射されるようになっている。

受光基板８４は、その上面側に３つの受光素子１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｚを備え、スリット取付板５６の下面側に着脱自在に固定されている。受光素子１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｚは、夫々発光素子９７ａ，９７ｂ，９７ｚに対応する位置に配置されており、発光素子９７ａ，９７ｂ，９７ｚから照射され、回転スリット板８１及び固定スリット板８２の各スリットを通過した光を、スリット取付板５６に設けられた受光孔１０３を介して受光するようになっている。

なお、受光素子１０２ａから出力されるパルス列（以下、Ａ相という）と、受光素子１０２ｂから出力されるパルス列（以下、Ｂ相という）との間には１／４周期の位相差があることにより、ワイヤドラム６１の回転方向によって両者の位相関係が異なることとなるため、Ａ相とＢ相の位相関係に基づいてワイヤドラム６１の回転方向を判断することが可能となっている。また、受光素子１０２ｚから出力されるパルス列（以下、Ｚ相という）は、ワイヤドラム６１の１回転毎に１パルス出力される。

また、本体部１３には、例えばベース４１よりも上側の部分を覆うようにカバー１０４が装着され、例えばベース４１に対して着脱自在に固定されている。

図１０は、本発明の制御系の構成を示すブロック図である。本制御系は、ＣＰＵ基板１１１を中心に構成されており、このＣＰＵ基板１１１に、駆動手段６２が接続されたモータ基板１１２、投光基板８３、受光基板８４、可動電極（第１電極）２７、パイプ（第２電極）１１が接続されている。なお、ＣＰＵ基板１１１及びモータ基板１１２は、本体部１３の上部側、カバー１０４の内側等の適宜箇所に装着可能である。

ここで、可動電極２７は、例えばウェイト２５、ワイヤ２８、ワイヤドラム６１、上軸受け部６８を介してＣＰＵ基板１１１に導通されている。また、パイプ１１は、任意箇所、例えばベース４１への固定部分又はその近傍に接続されたリード線等によりＣＰＵ基板１１１に導通されている。なお、可動電極２７とＣＰＵ基板１１１、パイプ１１とＣＰＵ基板１１１の間の各導通経路はこれらに限られるものではなく任意である。例えば、可動電極２７は、ウェイト２５、ワイヤ２８、ガイドローラ５８、ガイド軸５２等を介してＣＰＵ基板１１１に導通させてもよい。

ＣＰＵ基板１１１上には、ＣＰＵ、ＲＯＭ等により駆動量検出制御手段１１３、昇降制御手段１１４、判定手段１１５、駆動量取得手段１１６等が構成されている。

駆動量検出制御手段１１３は、投光基板８３、受光基板８４等と共に駆動量検出手段４５を構成するもので、電源投入中の少なくとも駆動手段６２の作動中に発光素子９７ａ，９７ｂ，９７ｚを発光させる機能と、受光素子１０２ｚからのＺ相のパルスに基づいて原点位置を検出する機能と、受光素子１０２ａ，１０２ｂからのＡ相、Ｂ相の各パルス列に基づいて、駆動機構４４による所定の基準位置（原点位置）からの駆動量、即ち可動電極２７の昇降量を測定する機能とを備えている。

昇降制御手段１１４は、駆動機構４４の駆動制御、即ち可動電極２７の昇降制御を行うもので、電源投入後の原点復帰動作、及びその後に所定のタイミングで行われる水位検出動作においてモータ基板１１２を介して駆動手段６２の所定方向への駆動及びその停止を制御する機能と、原点復帰動作において上限リミットの検出を行う機能等を備えている。なお、上限リミットの検出は、吊り下げ部材１２が上昇移動の限界位置としての上限リミット位置に到達して駆動手段６２による駆動が停止したことを検出することにより行うようにしてもよいし、その他の方法、例えば吊り下げ部材１２が所定の上限リミット位置に到達したことを検出する上限リミットスイッチを別に設け、その上限リミットスイッチからの検出信号に基づいて行うようにしてもよい。

判定手段１１５は、可動電極２７とパイプ１１との間に流れる電流値に基づいて可動電極２７が水面に接触しているか否かを判定するものである。この判定処理は、所定の微小時間間隔で行われる。

駆動量取得手段１１６は、可動電極２７の降下駆動中に、判定手段１１５により可動電極２７が水面に接触した旨の判定が行われたときに、駆動量検出手段４５により検出された駆動量を取得するものである。

続いて、ＣＰＵ基板１１１側の制御による原点復帰動作、水位検出動作の処理手順を具体的に説明する。

まず、原点復帰処理は例えば図１１に示すような手順で行われる。即ち、水位測定装置１の電源が投入されると（Ｓ１：Ｙｅｓ）、昇降制御手段１１４の制御により駆動手段６２がワイヤ２８の巻き取り方向に作動して、可動電極２７の上昇方向への駆動が開始される（Ｓ２）。その後、昇降制御手段１１４により上昇リミットが検出されると（Ｓ３：Ｙｅｓ）、続いて駆動手段６２がそれまでと逆方向、即ちワイヤ２８の繰り出し方向に作動して、可動電極２７の降下方向への駆動が開始される（Ｓ４）。そして、駆動量検出制御手段１１３によりＺ相のパルスが検出された時点で（Ｓ５：Ｙｅｓ）、可動電極２７の駆動が停止され（Ｓ６）、これによって可動電極２７は原点位置で停止する。

また、水位検出処理は例えば図１２に示すような手順で行われる。即ち、例えば所定の検出開始要求が発生すると（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、昇降制御手段１１４の制御により駆動手段６２がワイヤ２８の繰り出し方向に作動して、可動電極２７の降下方向への駆動が開始される（Ｓ１２）。なお、この場合の可動電極２７の降下開始位置は、上述した原点復帰処理直後にあっては原点位置、それ以外の場合には後述する検出待機位置である。

ここで、所定の検出開始要求は、例えば水位検出を所定時間毎に行う場合には、所定時間経過毎にタイマ手段その他から出力され、例えば人のボタン操作等があったときに水位検出を行う場合には、ボタン操作を検出するボタン操作検出手段から出力される。

そして、判定手段１１５により、可動電極２７とパイプ１１との間の電流値が所定のしきい値を超えた、即ち可動電極２７が水面に接触したと判定されると（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、駆動量検出手段４５からその時点の駆動量、即ち可動電極２７の昇降位置が取得される（Ｓ１４）。ここで取得された昇降位置の値が、その時点での水位に対応するものである。

その後、昇降制御手段１１４の制御により駆動手段６２の作動方向が逆転され、可動電極２７の駆動方向が上昇方向に切り換えられる（Ｓ１５）。そして、判定手段１１５により可動電極２７とパイプ１１との間の電流値が略ゼロとなった、即ち可動電極２７が水面から離れたと判定され（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、更にそこから可動電極２７が所定距離（又は所定時間）上昇した時点（Ｓ１７：Ｙｅｓ）で可動電極２７の駆動が停止され（Ｓ１８）、可動電極２７は検出待機位置で停止して、次の検出処理の開始までそのまま待機する（Ｓ１１）。

ここで、可動電極２７を引き上げた際にその先端部２７ａに水滴が溜まったままになると、次の検出処理の際に、可動電極２７が水面位置まで降下するよりも先にその水滴によって水面と可動電極２７とが導通するために測定精度が低下するが、本実施形態では可動電極２７の先端部２７ａが錐状に形成されているため水滴が落下しやすく、次の検出処理においても高精度を維持できる。

なお、この検出待機位置は、次の水位検出処理まで可動電極２７の先端が水面から確実に離間した状態を保持可能な位置に設定する必要があるが、水位検出処理を迅速に行うためには水面からの距離をできるだけ小さくすることが望ましい。

以上説明したように、本実施形態の水位測定装置１は、水位の測定対象である水（導電液）３の上方に上下方向移動可能に保持される可動電極（第１電極）２７と、この可動電極２７を昇降駆動する駆動機構４４と、可動電極２７から離間して設けられ且つ少なくとも一部が水３に浸かった状態となるパイプ（第２電極）１１と、駆動機構４４による所定の基準位置からの駆動量を検出する駆動量検出手段４５と、可動電極２７とパイプ１１との間に流れる電流値に基づいて可動電極２７が水面に接触しているか否かを判定する判定手段１１５と、駆動機構４４による可動電極２７の降下駆動中に、判定手段１１５により可動電極２７が水面に接触した旨の判定が行われたときに、駆動量検出手段４５により検出された駆動量を取得する駆動量取得手段１１６とを備えているため、気圧の変化や液体の比重等による影響を受けることなく、また経年変化の影響を受けることなく、高精度の水位測定を長期間にわたって安定的に行うことが可能である。

また、可動電極２７が水面に接触した時点での駆動量を、可動電極２７とパイプ１１との間に流れる電流値に基づいて取得するようになっているため、可動電極２７が水面に接触した時点でその可動電極２７を停止させるような高精度の駆動制御を行う必要はなく、駆動系の構成を簡略化できる利点もある。

第２電極としてのパイプ１１は、筒状に形成され且つその下端側が水３に浸かった状態で上下方向に配置され、第１電極としての可動電極２７は、パイプ１１の内部に上下方向移動可能に保持され、可動電極２７又はパイプ１１に、両者の短絡を防止する短絡防止部材としてのガイド２６を設けているため、第２電極に第１電極を安定的に昇降させるための案内部材としての機能を持たせることができる。

可動電極２７は導電性のワイヤ２８により吊り下げられた状態で保持されており、駆動機構４４は、上下方向の軸廻りに回転駆動されることによりワイヤ２８の巻き取り・繰り出しを行うワイヤドラム６１を備え、ワイヤドラム６１側から横向きに引き出されたワイヤ２８を鉛直方向下向きに案内するガイドローラ５８を備えているため、ワイヤ２８による可動電極２７の吊り下げ位置を常に一定に保持することができると共に、ワイヤドラム６１、駆動手段６２等を上下方向に配置することで装置の小型化が容易となる利点もある。

更に、ワイヤ２８は曲げ方向に弾性を有する金属製の縒り線等により構成されているため、ワイヤ２８の巻き取り時にはガイドローラ５８に案内されたワイヤ２８がワイヤドラム６１の巻き掛け部６９の上縁側に沿って順次巻き取られることとなり、更にワイヤドラム６１の外周に設けられた巻き掛け部６９は、ワイヤ２８の外径と略同じ深さの溝状に形成されており、ワイヤドラム６１におけるワイヤ２８の巻き取り・繰り出し位置の近傍には、ワイヤドラム６１の外周に略摺接又は転接する巻き取りガイド４２ａが配置されているため、ワイヤ２８は偏ることなく巻き掛け部６９の上縁側から順次単層で巻き取られることとなる。これにより、簡単な構成であるにも拘わらず、ワイヤドラム６１の駆動量と、それによる可動電極２７の昇降量とが常に一定の関係が保持され、より安定的且つ正確な水位測定が可能となる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明はこれら各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、第２電極は、第１電極２７を案内するパイプ１１とは別に設けてもよいし、パイプ１１を非導電性部材により形成すると共にその外周側等に沿って第２電極を配置してもよい。

また、第２電極は、常時導電液に接した状態である必要はなく、少なくとも第１電極２７が導電液の液面に接したときには導電液に接した状態となればよい。従って、例えば第２電極を第１電極と共に昇降可能に設けると共に、第１電極よりも第２電極を低い高さ位置に配置し、又は両者を同じ高さ位置に配置して、常に第１電極よりも第２電極の方が先に、又は同時に液面に接触するように構成してもよい。

第１電極２７を昇降駆動する駆動機構４４は、所定の駆動量検出手段４５によりその駆動量を正確に検出可能なものであればどのような構成を採用してもよい。しかも、その駆動量を正確に制御する必要がないため、例えば、ボールネジを用いたものの他、電磁ソレノイド、エアシリンダ等を用いたもの等、幅広い選択が可能である。

固定部材１５は、水位測定装置１を液面に対して垂直に保持できるものであればどのようなものでもよい。例えば、パイプ１１側ではなく本体部１３側を保持するものであってもよい。

また、本発明は水のみならず導電性を有する液体全般を測定対象とすることが可能である。

本発明の一実施形態を示す水位測定装置の側面図である。本発明の一実施形態を示す水位測定装置の側面断面図である。本発明の一実施形態を示す水位測定装置の正面図である。本発明の一実施形態を示す水位測定装置の平面図である。本発明の一実施形態を示す水位測定装置のＡ−Ａ断面図である。本発明の一実施形態を示す水位測定装置のＢ−Ｂ断面図である。本発明の一実施形態を示す水位測定装置のＣ−Ｃ断面図である。本発明の一実施形態を示す水位測定装置の要部拡大断面図である。本発明の一実施形態を示す水位測定装置のワイヤ巻き取り状態の説明図である。本発明の一実施形態を示す水位測定装置の制御系のブロック図である。本発明の一実施形態を示す原点復帰処理手順のフローチャートである。本発明の一実施形態を示す水位検出処理手順のフローチャートである。

符号の説明

１１パイプ（第２電極）
２６ガイド（短絡防止部材）
２７可動電極（第１電極）
２８ワイヤ
４２ａポール（巻き取りガイド）
４４駆動機構
４５駆動量検出手段
５８ガイドローラ
６１ワイヤドラム
６９巻き掛け部
１１５判定手段
１１６駆動量取得手段

Claims

水位の測定対象である導電液の上方に上下方向移動可能に保持される第１電極（２７）と、該第１電極（２７）を昇降駆動する駆動機構（４４）と、前記第１電極（２７）から離間して設けられ且つ少なくとも前記第１電極（２７）が前記導電液の液面に接したときには前記導電液に接した状態となる第２電極（１１）と、前記駆動機構（４４）による所定の基準位置からの駆動量を検出する駆動量検出手段（４５）と、前記第１電極（２７）と前記第２電極（１１）との間に流れる電流値に基づいて前記第１電極（２７）が前記導電液の液面に接触しているか否かを判定する判定手段（１１５）と、前記駆動機構（４４）による前記第１電極（２７）の降下駆動中に、前記判定手段（１１５）により前記第１電極（２７）が前記導電液の液面に接触した旨の判定が行われたときに、前記駆動量検出手段（４５）により検出された前記駆動量を取得する駆動量取得手段（１１６）とを備えたことを特徴とする水位測定装置。
前記第２電極（１１）は、筒状に形成され且つその下端側が導電液に浸かった状態で上下方向に配置され、前記第１電極（２７）は、前記第２電極（１１）の内部に上下方向移動可能に保持され、前記第１電極（２７）又は前記第２電極（１１）に、両者の短絡を防止する短絡防止部材（２６）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の水位測定装置。
前記第１電極（２７）は導電性のワイヤ（２８）により吊り下げられた状態で保持されており、前記駆動機構（４４）は、上下方向の軸廻りに回転駆動されることにより前記ワイヤ（２８）の巻き取り・繰り出しを行うワイヤドラム（６１）を備え、前記ワイヤドラム（６１）側から横向きに引き出された前記ワイヤ（２８）を鉛直方向下向きに案内するガイドローラ（５８）を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水位測定装置。
前記ワイヤ（２８）は曲げ方向に弾性を有するものであることを特徴とする請求項３に記載の水位測定装置。
前記ワイヤドラム（６１）の外周に設けられた巻き掛け部（６９）は、前記ワイヤ（２８）の外径と略同じ深さの溝状に形成されており、前記ワイヤドラム（６１）における前記ワイヤ（２８）の巻き取り・繰り出し位置の近傍には、前記ワイヤドラム（６１）の外周に略摺接又は転接する巻き取りガイド（４２ａ）が配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の水位測定装置。