JP2006313079A - Level measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レベル測定装置に関し、特に、貯水タンク等の容器内の流体レベル測定あるいは堰を有する排水溝の水位を測定するに適したレベル測定装置に係る。また、本発明は、堰内の流体レベルを測定した後、堰の流量を求めることができる流量測定装置に関する。 The present invention relates to a level measuring device, and more particularly to a level measuring device suitable for measuring a fluid level in a container such as a water storage tank or measuring a water level of a drain having a weir. The present invention also relates to a flow rate measuring device that can determine the flow rate of the weir after measuring the fluid level in the weir.
例えば、生活用水もしくは工業用水等の貯水タンクは、常にその液面レベルを把握して監視・制御する必要がある。通常、このような貯水タンクは密閉構造となっており、そのため液面レベル測定は、フロート式レベル計の如き機械式の測定手段をタンク内に設置しておき、そのフロートに繋がるワイヤの変位でレベルを計測し、その結果を外部で検知することで行っている。しかし、フロート式レベル計は、経年劣化による機械的な部品の故障や、ワイヤー断線、フロートの引掛りなどのトラブルが多発し、測定不能あるいは測定精度の低下をもたらし、そのため、手動による測定作業や人手による監視作業を余儀なくされているのが現状である。 For example, it is necessary to constantly monitor and control the water level of a water storage tank such as domestic water or industrial water. Usually, such a water storage tank has a sealed structure, and therefore, the liquid level measurement is performed by installing a mechanical measuring means such as a float type level meter in the tank, and by displacing the wire connected to the float. This is done by measuring the level and detecting the result externally. However, the float type level meter frequently causes troubles such as mechanical parts failure due to deterioration over time, wire breakage, and hooking of the float, resulting in inability to measure or a decrease in measurement accuracy. The current situation is that manual monitoring is forced.
一方、工業的に使用した水を所定の処理を行い河川や海などへ放出する場合、無制限に排水できるわけではなく、自ずとその排出量(流量)に制約がある。通常、排水溝の流路には中途に堰(堰の構造にはJISで定義された三角、四角、全幅形状等がある)を設けておき、この排水溝の堰内における水位を把握して流量を求めておく必要があり、このために所謂堰式流量計を設置している。堰式流量計は堰の水頭高さを計測することにより流量を計算するもので、流体に直接接触して測定する接触式のものでは静電容量式、投込式、フロート式が、また、非接触式のものとしては超音波式レベル計が多く使用されている。
しかしながら、接触式レベル計では、ごみや水あかの付着や堆積物の影響で計測不能になったり、測定誤差が大きくなる問題点がある。これに対し非接触式レベル計では、接触式の前記問題点は解消されるが、超音波のため定期的な校正(トレーサビリティー)には専門的な技術が必要であり、泡・蒸気・風などの影響を受けやすく、測定精度が悪い、等の欠点がある。
On the other hand, when industrially used water is subjected to a predetermined treatment and discharged to rivers, seas, etc., it cannot be drained without limitation, and its discharge (flow rate) is naturally limited. Usually, weirs are provided midway in the drainage channel (the weir structure has triangles, squares, full-width shapes, etc. defined by JIS), and the water level in the drainage weir is ascertained. It is necessary to obtain the flow rate, and for this purpose, a so-called weir type flow meter is installed. The weir type flow meter calculates the flow rate by measuring the head height of the weir, and in the contact type that measures by directly contacting the fluid, the capacitance type, throwing type, float type, As a non-contact type, an ultrasonic level meter is often used.
However, the contact-type level meter has problems that it becomes impossible to measure due to adhesion of dirt, water, or deposits, and measurement errors increase. On the other hand, with the non-contact type level meter, the above-mentioned problem of the contact type is solved, but because of the ultrasonic wave, special techniques are required for periodic calibration (traceability), and bubbles, steam, wind There are disadvantages such as being easily affected by such factors as poor measurement accuracy.
更に、特許文献1あるいは特許文献2に示すように、タンク内の液体レベル測定手段として差圧検出器を利用する方式も提案されているが、これらはいずれも測定液体の圧力と大気圧との圧力差を差圧信号として出力するものである。
しかし、上記した特許文献1、2のレベル測定装置における差圧検出器に入力される測定液体の圧力は正圧であり、その使用の際には必ず測定液体タンクの下位側、即ちタンクの最低液位より下方位置に配置する必要があり、導圧管もタンク底部に取付けられそこから検出器に導かれている。このため差圧検出器の設置位置によってはグランドレベルより掘り下げる場合も考えられ、本発明の適用対象としているような貯水タンク(特に、狭小な場所或いは不便な場所に設置されるタンク)や排水溝の堰には、このような差圧検出器を適用するのは実用的ではなく、実際に適用した例はほとんど見られなかった。
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決することを課題とするもので、前記の如き貯水タンクあるいは堰における流体レベルを簡単かつ精度良く測定し得ると共に、狭小或いは不便な場所であっても容易に設置でき、コスト面でも非常に有利なレベル測定装置及びこれを用いた流量測定装置を提供するものである。
However, the pressure of the measuring liquid input to the differential pressure detector in the level measuring apparatus of Patent Documents 1 and 2 described above is a positive pressure. It is necessary to arrange at a position below the liquid level, and a pressure guiding pipe is also attached to the bottom of the tank and led from there to the detector. For this reason, depending on the installation position of the differential pressure detector, it may be possible to dig deeper than the ground level, such as a water storage tank (particularly a tank installed in a narrow place or an inconvenient place) or a drainage ditch. It is impractical to apply such a differential pressure detector to the weir, and almost no examples of actual application were found.
An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and it is possible to easily and accurately measure the fluid level in the water storage tank or the weir as described above, and in a narrow or inconvenient place. It is an object of the present invention to provide a level measuring device that can be easily installed even at a very low cost, and a flow rate measuring device using the level measuring device.
上記課題を解決するための本発明に係るレベル測定装置は、液体を収容するタンク内の液面レベルを測定する装置であって、液体上部側に差圧発信器を設置すると共に、該差圧発信器の高圧側からタンク内を下方底面に向って延びる導圧管を設け、該導圧管にタンク内の液体を満たすことにより差圧発信器の高圧側又は低圧側を負圧に維持し、タンク内液面レベル変化による圧力変化を差圧発信器における差圧変化として把握し、この差圧に基づきタンク内液面レベルを求めることを特徴とする。
また、本発明では上記の液体を収容するタンクが生活用水もしくは工業用水を貯留する密閉又は開放式貯水タンクであり、差圧発信器及び導圧管により貯水タンク内の水位を測定することが可能である。
更に、本発明に係る堰の流量測定装置は、水路、貯水池、もしくは貯水槽に設けた堰の流量を測定する装置において、堰の上流側の上方に差圧発信器を設置すると共に、該差圧発信器の高圧側から堰内の水を通って堰の最下限を越えて延びる導圧管を配置し、該導圧管に堰内の液体を満たすことにより差圧発信器の高圧側又は低圧側を負圧に維持し、堰内の水面レベル変化による圧力変化を差圧発信器における差圧変化として把握し、この差圧に基づき堰上流側水頭を求め、得られた水頭に基づき自動的に堰の流量を算出することを特徴とする。
上記堰の流量測定装置は、特に、工場から処理されて放出される排水を河川や海に流す場合、その排出量が厳格に規定されていることから、このような場合に適用することが最適である。なお、堰の構造は代表的なものとして、三角堰、四角堰、全幅堰を挙げることができる。
A level measuring device according to the present invention for solving the above-mentioned problems is a device for measuring a liquid level in a tank containing a liquid, wherein a differential pressure transmitter is installed on the upper side of the liquid, and the differential pressure is measured. A pressure guiding pipe extending from the high pressure side of the transmitter toward the bottom bottom is provided in the tank, and the high pressure side or the low pressure side of the differential pressure transmitter is maintained at a negative pressure by filling the pressure guiding pipe with the liquid in the tank. The pressure change due to the change in the internal liquid level is grasped as the differential pressure change in the differential pressure transmitter, and the liquid level in the tank is obtained based on this differential pressure.
In the present invention, the tank containing the liquid is a sealed or open water storage tank for storing domestic water or industrial water, and the water level in the water storage tank can be measured by a differential pressure transmitter and a pressure guiding tube. is there.
Furthermore, the weir flow rate measuring device according to the present invention is a device for measuring the flow rate of a weir provided in a water channel, a reservoir, or a water tank, and a differential pressure transmitter is installed above the upstream side of the weir and the difference is measured. A pressure guiding pipe extending from the high pressure side of the pressure transmitter through the water in the weir and exceeding the lowest limit of the weir is arranged, and by filling the liquid in the weir to the pressure guiding pipe, the high pressure side or the low pressure side of the differential pressure transmitter Is maintained at negative pressure, the pressure change due to the water level change in the weir is grasped as the differential pressure change in the differential pressure transmitter, the head upstream of the weir is obtained based on this differential pressure, and automatically based on the obtained water head The flow rate of the weir is calculated.
The weir flow measuring device is best applied in such cases, especially when the wastewater discharged from the factory is discharged into rivers and seas because the amount of discharge is strictly regulated. It is. Typical weir structures include a triangular weir, a square weir, and a full width weir.
本発明に係るレベル測定装置によれば、検出部の圧力を正圧から負圧に転換することで、特別な手段を要することなく汎用の差圧レベル計を配置や操作を工夫して使用することで容易かつ高精度に液体レベルを測定し得ると共に、この測定レベルに基づき堰の流量をも同様に高精度の求めることができる。また、本発明に装置は、コスト的に安価で済むと共に、蒸気、泡、風などの影響を受けないため耐用性に優れており、設置スペース的に厳しい状況においても取付け使用が可能で、計装工事が簡単であるという利点もある。また、その校正は、高度な技術は特に必要なく、誰でも容易に校正が可能である。 According to the level measurement device of the present invention, the general-purpose differential pressure level meter is devised in terms of arrangement and operation without requiring special means by converting the pressure of the detection unit from positive pressure to negative pressure. Thus, the liquid level can be measured easily and with high accuracy, and the flow rate of the weir can be similarly determined with high accuracy based on this measurement level. In addition, the device according to the present invention is low in cost and has excellent durability because it is not affected by steam, bubbles, wind, etc., and can be installed and used even in severe installation space conditions. There is also an advantage that the installation work is simple. Moreover, the calibration does not require any advanced technology, and anyone can easily calibrate.
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
例えば、汎用されている差圧式液位計は、図2に示す如く、開放型タンク1内の最低液位よりも下方位置に設置した差圧発信器2の高圧側に、タンク内の液3を導圧パイプ4を通して導くと共に、低圧側は大気開放にしておく。差圧発信器2の高圧側圧力と低圧側圧力の差圧は次式で求められる。
PH−PL=ρg(H+h)
ここで PH:差圧発信器の高圧側圧力(Pa)
PL:差圧発信器の低圧側圧力(Pa)
ρ=液の密度(kg/m3)
g=重力加速度(m/s2)
H=最低液位から液面までの鉛直距離(m)
h=差圧発信器の受圧素子の位置から最低液位までの鉛直距離(m)
図2の差圧式液位計は正圧検出器であり、差圧発信器2は最低液位よりも下方位置に設置することが必須であり、液体タンクの設置状況や堰の場合には差圧発信器の設置は無理であり、このため従来では超音波検出器のような他の高価なレベル計を用いざるを得なかった。
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
For example, as shown in FIG. 2, a widely used differential pressure type liquid level gauge has a
P H −P L = ρg (H + h)
Where P H : High pressure side pressure of differential pressure transmitter (Pa)
P L : Low pressure side pressure of differential pressure transmitter (Pa)
ρ = density of the liquid (kg / m 3 )
g = gravity acceleration (m / s 2 )
H = Vertical distance from the lowest liquid level to the liquid level (m)
h = Vertical distance (m) from the position of the pressure receiving element of the differential pressure transmitter to the lowest liquid level
The differential pressure type liquid level meter in FIG. 2 is a positive pressure detector, and it is essential that the differential pressure transmitter 2 be installed at a position below the lowest liquid level. It is impossible to install a pressure transmitter. For this reason, conventionally, an expensive level meter such as an ultrasonic detector has to be used.
そこで、本発明では貯水タンクや堰のレベル検出に対しコスト的に有利な差圧発信器を用いるべく検討した結果、差圧発信器を正圧ではなく負圧検出器として利用すれば、上記した問題が解決できることを知見し、本発明を完成したものである。
すなわち、図1は本発明を貯水タンク内の液体レベル測定に適用した例を示すもので、図において、10はタンク本体、11は該タンク10内に貯留される生活又は保安用水、12はタンク10の頂部に設置される水封式差圧レベル計である。差圧レベル計12は、高圧側及び低圧側からなる差圧発信器13と、該差圧発信器13の上部にストップ弁14を介して設けた吸引装置15と、差圧発信器13の高圧側から下方に向ってその先端がほぼタンク底部の近傍になる位置まで延びる導圧管16とから構成される。前記差圧レベル計12は、タンク本体の蓋部もしくは側壁部に適宜のブラケットなどを介して固定すればよい。また、導圧管16は耐食性に優れたステンレス鋼等とすることが望ましい。
Therefore, in the present invention, as a result of examining to use a differential pressure transmitter that is advantageous in terms of cost for water tank and weir level detection, if the differential pressure transmitter is used as a negative pressure detector instead of a positive pressure, it is described above. It has been found that the problem can be solved, and the present invention has been completed.
That is, FIG. 1 shows an example in which the present invention is applied to liquid level measurement in a water storage tank. In the figure, 10 is a tank body, 11 is life or security water stored in the
実際のレベル測定作業においては、まずストップ弁14を開放し、吸引装置15を作動させて導圧管16を真空状態にし水を吸引して低水位状態にて水を充満させ、所定の真空度で吸引を停止し、その後はストップ弁14を閉じて真空度を維持する。なお、吸引装置15は最初の吸引時のみ必要なものであるので、吸引時のみ取付ければよい。この状態でタンク10内の水位変化があれば、その変化は導圧管16を通してその上方の差圧発信器13の高圧(負圧)側に伝わり、圧力変化として現れる。この圧力変化は直ちに低圧側(通常は大気圧に設定)との差圧に変動をもたらし、圧力差が変化する。予め差圧変化値とタンク内液体レベルとの関係を設定しておけば、検出された差圧によって直ちにレベルを知ることができる。実際には前記の差圧変化は電気信号に変換され、レベルを指示計に表示すればよい。
ここで、図1の例では高圧側に液体を充填して差圧を測定している場合を説明するが、本発明においては、低圧側に液体を充填して所定の信号変換処理をしても、同様の結果を得ることができる。
In the actual level measurement operation, first, the
Here, in the example of FIG. 1, the case where the differential pressure is measured by filling the liquid on the high pressure side will be described. However, in the present invention, the liquid is filled on the low pressure side and a predetermined signal conversion process is performed. The same result can be obtained.
図1における測定装置の具体的なデータ例を示すと、H(導圧管先端から差圧発信器までの距離あるいは導圧管の長さ)=5000mm、L(計器指示可能範囲)=4000mmとすると、水位0%の差圧は、5000mm×1.0(比重)=5000mmH2O(実際には負圧のため−5000mmH2Oとなる)であり、水位100%の時の差圧は、上記Lの値からスパン4000mm×1.0(比重)=4000mmH2Oであるから、−5000+4000=−1000mmH2Oとなる。以上から測定装置の測定レンジは、−5000〜−1000mmH2O/0〜4mである。 Specific data examples of the measuring apparatus in FIG. 1 are as follows: H (distance from the tip of the pressure guiding tube to the differential pressure transmitter or length of the pressure guiding tube) = 5000 mm, L (range where the instrument can be indicated) = 4000 mm The differential pressure at 0% water level is 5000 mm × 1.0 (specific gravity) = 5000 mmH 2 O (actually −5000 mmH 2 O due to negative pressure). span from the value 4000 mm × 1.0 (specific gravity) = from 4000mmH a 2 O, the -5000 + 4000 = -1000mmH 2 O. From the above, the measurement range of the measuring apparatus is −5000 to −1000 mmH 2 O / 0 to 4 m.
次に、図3は流水堰の流量計(水頭差圧式流量計)として本発明の装置を適用した場合であり、例えば、工場内の各種工程で使用した後の排水を所定の処理を施して河川或いは海などに放出する際に、その直前に流路に設けた堰が該当する。図3において、20は水路の途中あるいは先端に設けた板状又は壁状三角堰、21は該三角堰20を流動・落下する液体(この場合は排水とする)、22は三角堰20の上流側の自由表面の上方に設置される水頭差圧式レベル計、23はレベル計22で求めたレベルに基づき流量を算出する流量変換器である。この水頭差圧式レベル計22は、高圧側及び低圧側からなる差圧発信器24と、差圧発信器24の高圧側から下方に向ってその先端がほぼ三角堰の堰板下縁よりも更に下方位置まで延びる導圧管25とからなる。差圧発信器23の高圧側にはストップ弁25を設けた配管を示しているが、該配管には適宜吸引装置(図示せず)が装着可能となっている。上記の水頭差圧式レベル計22および流量変換器23を組合せたものが堰の流量計を構成する。なお、流量変換器23は、例えば汎用されているリニアライザーと変換器から構成される。
Next, FIG. 3 shows a case where the apparatus of the present invention is applied as a flow meter for a flowing water weir (water differential pressure type flow meter). For example, the waste water after being used in various processes in a factory is subjected to predetermined treatment. When discharging into a river or the sea, the weir provided in the channel immediately before that corresponds. In FIG. 3, 20 is a plate-like or wall-like triangular weir provided in the middle of the water channel or at the tip, 21 is a liquid that flows and falls in the triangular weir 20 (in this case, drainage), and 22 is upstream of the
流量を測定するに際しては、まず、現状の三角堰20の上流側の自由表面レベルを測定する必要があり、これは図1に示すものと同様の原理で行う。すなわち、差圧発信器24の高圧側のストップ弁25を開放してこれに適宜な吸引装置を取り付け、導圧管25を介して排水を吸引して該導圧管25内に排水を充満させ、差圧発信器24の高圧側を一定の負圧に維持する。この状態で三角堰20の上流側の水頭圧で高圧(負圧)側と低圧側の差圧を把握し、これに基づいて三角堰20の上流側レベルを測定する。勿論この場合、差圧は負圧として求められる。このようにして得られたレベルを流量変換器23に入力し、JIS B 8302で規定する下記の流量公式により流量Qを算出する。
Q=Kh5/2(m3/min)
K=81.2+0.24/h+(8.4+12/√D)×(h/B−0.09)
上記の流量公式は直角三角堰に適用するものであり、堰形状が四角堰あるいは全幅堰の場合には、同様にJIS B 8302で規定するそれぞれの流量公式に基づいて流量Qを算出すればよい。四角堰の場合はQ=Kbh3/2(b:切り欠いた堰の幅)、全幅堰の場合はQ=KBh3/2となる。
When measuring the flow rate, it is first necessary to measure the free surface level on the upstream side of the current
Q = Kh 5/2 (m 3 / min)
K = 81.2 + 0.24 / h + (8.4 + 12 / √D) × (h / B−0.09)
The above flow rate formula applies to right-angled triangular weirs. When the weir shape is a square weir or full width weir, the flow rate Q may be calculated based on the respective flow rate formulas defined in JIS B 8302. . In the case of a square weir, Q = Kbh 3/2 (b: width of the notched weir), and in the case of a full width weir, Q = KBh 3/2 .
このように本発明においては、通常、正圧検出に基づき使用されている差圧発信器を負圧検出用として用いることで、従来では設置場所やスペース面で差圧発信器を設けることができなかった箇所に差圧発信器を設置することが可能となった。実際の操業に際しては、タンクのレベル検出および堰のレベル・流量検出に続いて、適宜電気的手段を介してレベル制御や流量制御システムもしくは警報システムを接続することで、本発明を活用すればよい。 As described above, in the present invention, the differential pressure transmitter that is normally used based on the detection of the positive pressure is used for the detection of the negative pressure. It became possible to install a differential pressure transmitter in a place that did not exist. In actual operation, following the detection of the level of the tank and the detection of the level / flow rate of the weir, the present invention may be utilized by appropriately connecting a level control, a flow control system or an alarm system via electrical means. .
図3において、H1=2000mm、H2=500mm、h=110mmとしたとき、直角三角堰上限レベルにおける差圧は、−2000+610=−1390mmH2O、直角三角堰下限レベルにおける差圧は、−2000+500=−1500mmH2Oとなり、測定レンジは−1500〜−1390mmH2Oとなる。導圧管(15A)に測定液を充満させ、水頭圧で差圧を変化させて堰の液面レベルを測定すると共に、これをリニアライザーおよび変換器で流量に変換し、電気信号として流量記録計に記録した。レベル測定としては全く外的な要因(蒸気、気泡、風)の影響を受けることなく±1mmの精度で測定作業を遂行できた。
これに対し同一の直角三角堰で、従来の超音波式流量計で堰のレベルと流量測定を実施した場合、外的な要因の影響を受け易く、測定精度もせいぜい±10mmであり、計器コストについても差圧発信器の約4〜5倍であった。また、超音波式流量計では定期的な校正は不可能であるが、本発明で採用する差圧発信器では校正は可能であり、トレーサビリティーが確立できた。
In FIG. 3, when H 1 = 2000 mm, H 2 = 500 mm, and h = 110 mm, the differential pressure at the upper limit level of the right angle triangular weir is −2000 + 610 = −1390 mmH 2 O, and the differential pressure at the lower limit level of the right angle triangular weir is − 2000 + 500 = −1500 mmH 2 O, and the measurement range is −1500 to −1390 mmH 2 O. Fill the pressure guiding tube (15A) with the measuring liquid, change the differential pressure with the head pressure, measure the weir liquid level, convert it into a flow rate with a linearizer and a converter, and record it as an electrical signal. Recorded. As a level measurement, the measurement work could be performed with an accuracy of ± 1 mm without being affected by external factors (steam, bubbles, wind).
On the other hand, when measuring the level and flow rate of a weir with the same right-angle triangular weir with a conventional ultrasonic flowmeter, it is easily affected by external factors, and the measurement accuracy is at most ± 10 mm. Was about 4 to 5 times the differential pressure transmitter. Further, periodic calibration is impossible with an ultrasonic flowmeter, but calibration is possible with a differential pressure transmitter employed in the present invention, and traceability can be established.
上記した本発明の原理を利用することにより、正圧に基づく差圧発信器を使用すると各種液体のレベル測定が困難な場合に、容易に適用することが可能となる。 By utilizing the principle of the present invention described above, it becomes possible to easily apply the measurement when the level of various liquids is difficult to measure using a differential pressure transmitter based on positive pressure.
1 開放型タンク 2 差圧発信器
3 タンク内の液体 4 導圧パイプ
10 タンク本体 11 液体
12、22 水封式差圧レベル計 13、24 差圧発信器
14、25 ストップ弁 15 吸引装置
16、25 導圧管 20 三角堰
21 排水 23 流量変換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Open type tank 2
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Cited By (3)
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JP2009210211A (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Hitachi Plant Technologies Ltd | Air conditioning system and its operating method |
JP2010126243A (en) * | 2008-11-30 | 2010-06-10 | Nihon Tetra Pak Kk | Liquid level controlling apparatus |
KR101387043B1 (en) * | 2012-07-17 | 2014-04-18 | 주식회사 원일정기 | Auto water level measuring of water tank and control device for submersion type wirecut electric discharge machine |
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