JP2011141255A - 抵抗変化式液面レベル計 - Google Patents

Abstract

【課題】測定スパンが数１０ｍ以上のダム水位、深井戸の水位測定はフロート式水位計または圧力式水位計によっている。これらの水位を安価な方法で測定することが課題である。
【解決手段】従来の水位計としてフロート式水位計は土木構造物とし高価な測水筒を必要とする。圧力式水位計は経年変化等により誤差が発生し、頻繁な校正を必要とする。測定上限と測定下限間に抵抗体電極、導体電極を相対して配置する。測定上限側と測定下限側で、抵抗体電極と導体電極間の抵抗値を測定する。測定液面下では液体抵抗による分布定数回路を構成している。測定上限側と測定下限側で測定した値から測定液面下で分布定数回路を構成する電極間回路抵抗値を演算により消去することにより、測定上限と測定水面間の抵抗体電極の抵抗値を求める。この抵抗値を抵抗体電極の単位長当たりの抵抗値で割算することにより測定水面上限から測定水面までの距離を求める。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

産業上の利用分野

本発明は、▲１▼測定水深が大きく、測定スパンが長い場合の水位測定、▲２▼水面上に障害物が存在する場合の水位測定、▲３▼傾斜がある断面のため池、ダムなどの水位測定等に適した抵抗変化式液面レベル計を提供するものである。

液面レベルを測定する場合、液面に電極等を接触して測定する方式では導電性液体の抵抗値の影響を受け、液面レベル測定に誤差を生ずる。液体抵抗の値を除去した液面レベル測定が背景技術である。

従来、河川、ダム、貯水地などの水位計には、機械的な方法としてフロート式が使用されている。この方式は水面の上昇下降にしたがって上下するフロートに取付けたワイヤを巻き込むリールの回転角度から水位を換算するもので水位計測精度として±１ｃｍ程度が得られるが、土木構造物として大きな測水筒を必要とする。このために最近ではダム、大河川などの他はあまり使用されていない。
測定水面に接触して測定する接触式水位計として水圧式水位計が多く使用されている。
この方式は水深に比例した水圧を感圧素子で測定するもので、大気圧と比較して測定するために大気開放チューブを必要とし、このチューブから感圧部に湿気が入ったり、感圧部が河川等の土砂に埋もれると測定誤差の原因となる。このため、経年的な安定性が課題となっている。
非接触水位計としては超音波式水位計と電波式水位計が用いられている。
これらは、水面にセンサー部が接触しないために、経年的に安定な測定ができる。
しかし、超音波式、電波式ともセンサーからの距離によって、放射角度が広がり、放射角度内に超音波または電波を遮蔽する障害物が存在すれば使用できない等の理由により、実用的に測定できる水位が制限される。
本発明の抵抗変化式液面レベル計ではフロート式のように規模の大きい測水筒を必要とせず、水圧式水位計のように経年的な測定精度劣化の問題がなく、超音波式または電波式のように水面の浮遊物の影響および測定距離の制限を受けることなく、水位測定が可能である。

図１は抵抗変化式液面レベル計の基本原理を図示したものである。１測定レベル上限から３測定レベル下限まで１０抵抗体電極を設置する。また、１測定レベル上限から３測定レベル下限まで１１導体電極を設置する。この１０抵抗体電極、１１導体電極は２液体測定レベル以下の位置においては、液体中に浸けられている。１測定レベル上限から見た１０抵抗体電極、１１導体電極間の４測定上限から見たインピーダンスをＺ１とする。３測定レベル下限から見た１０抵抗体電極、１１導体電極間の６測定レベル下限から液体を見たインピーダンスをＺ２とする。５測定レベルから測定液体を見たインピーダンスは６測定レベル下限から液体を見たインピーダンスと回路的に対称であるために、５測定レベルから測定液体を見たインピーダンスはＺ２となる。
１測定レベル上限の抵抗体端子と２液体測定レベル間の抵抗体電極の抵抗値をＲｘとする。
このとき、Ｚ１＝Ｒｘ＋Ｚ２の関係にある。Ｚ１とＺ２はともに測定により求められる。
従って、Ｒｘ＝Ｚ１−Ｚ２の関係により９測定レベル上限から２液体測定レベルまでの抵抗体の抵抗値Ｒｘが求められる。インピーダンスＺ１、Ｚ２は導電性を有する電解質の値を測定するために、一般に交流電流を流して測定するが静電容量、インダクタンス成分を無視できる位の低周波で測定するために抵抗成分のみを考えれば良い。
抵抗体の抵抗値Ｒｘを抵抗体の単位長当たりの抵抗値で除することにより、１測定レベル上限から２液体測定レベルまで距離として液体レベルが求められる。

本抵抗変化式液面レベル計は、１０抵抗体電極１１導体電極は適当な距離に相対して配置し、これらを消波管に収めて設置することにより、フロート式水位計のように、大きな土木構造物は必要がない。また、電波式水位計、超音波式水位計のような測定レベル範囲の制限がなく、原理的に簡単のために安価な水位計が実現できる。

液面測定原理の説明図 抵抗変化式液面レベル計の全体構成 抵抗変化式レベル液面計の動作説明図 抵抗体等の支持体構成例１ 抵抗体等の支持体構成例２ 導体電極を抵抗体電極に置き換えた時の説明図

本発明の全体構成を図２に示す。１０抵抗体電極と１４抵抗体電極の絶縁被覆導線による帰線は３測定レベル下限で電気的に接続され、１７抵抗測定および演算回路の入力端子ｂ、ａに接続する。１１導体電極と１５導体電極の絶縁被覆導線による帰線は３測定レベル下限で電気的に接続され、１７抵抗測定および演算回路の入力端子ｃ、ｄに接続する。
液面測定は入力端子ｂ、ａ間の抵抗値、ｃ、ｄ間の抵抗値を測定し、ｂ、ａ間の抵抗値からｃ、ｄ間の抵抗値差し引くことにより、１測定レベル上限と２液体測定レベル間の１０抵抗体電極の抵抗値を求め、この抵抗値を距離に換算することによる。
河川等においては水流の流れによる水位レベルの影響を軽減するために１６消波管内に電極、帰線を収納した構成とする。
図３に示すように抵抗体電極、導体電極、帰線等は２２支持体に固定されて設置する。
また、２２支持体は液体の浮力で大きく動かないように２０重りで下方に力をかけて設置する。

２２支持体の構成方法の例を図４、図５に示す。図４は平面構成の例である。２２支持体の上に抵抗体電極、導体電極、帰線を設置する。２２支持体は液体レベルの変動による応答性の改善のために液体をはじく、撥液性の絶縁物で構成する。
例として、水の場合テフロンなどで構成する。また、液体が油、有機溶剤などの場合には耐候性、耐薬品性に優れたフッ素樹脂などで構成する。平面支持体の場合、液体に不純物などが混入して、不純物による抵抗体電極と導体電極間の電気的短絡の可能性がある場合、平面構成の表と裏にそれぞれの電極を遠ざけて構成したり、１０抵抗体電極、１１導体電極は接液部全体を液面に露出せず絶縁物で表面を覆い、接液部は絶縁物に２３小孔をあけて接液する。
図５は丸型構成の例である。本構成は丸型のフッ素系樹脂等で構成した２４キャリアロッドの表面に抵抗体電極、導体電極を１８０度の位置に埋め込んだ構成とする。同様に帰線の絶縁被覆導体も１８０度の位置に埋め込んで構成とする。各電極、帰線は液中の介在物に直接触れないよう絶縁物ロッドの表面よりややロッドの中に沈めた位置に配置する。

図１に示す１０抵抗体電極、１１導体電極の構成に対し、図６に示すように１１導体電極を別の２６導体電極の代わりの抵抗体電極 による抵抗変化式液面レベル計を構成することができる。この場合、各抵抗体電極の１測定レベル上限と２液体測定レベル間の抵抗値をＲｘとしたときＲｘは４測定上限から見たインピーダンスＺ１から５測定レベルから測定液体を見たインピーダンスＺ２または６測定レベル下限から液体を見たインピーダンスＺ２を差引した値の１／２の値となる。

Claims (1)

1. （イ）測定液面上限から測定液面下限までの液位測定範囲に、長さ方向に一様な電気抵抗を有する抵抗体電極を設置する。
   （ロ）上記（イ）項の抵抗体に相対して、測定液面上限から測定液面下限までの液面測定範囲に導体電極または抵抗体電極を設置する。
   （ハ）上記（イ）項の抵抗体電極、上記（ロ）項の導体電極または抵抗体電極間の測定液面上限の端子間の抵抗を測定する抵抗測定器を設け抵抗を測定する。
   （ニ）次に、上記（イ）項の抵抗体電極、上記（ロ）項の導体電極または抵抗体電極間の測定水面下限の端子間の抵抗を測定する抵抗測定器を設け抵抗を測定する。
   （ホ）上記（ハ）項で測定した抵抗値から上記（ニ）項で測定した抵抗値を差し引いた抵抗値を演算器により求める。
   （ヘ）上記（ホ）項で求めた抵抗値は測定液面上限から測定液面までの抵抗体の抵抗値に比例した値である。この抵抗値を抵抗体電極の単位長当たりの抵抗値をもちいて換算することにより測定液面上限から測定液面までの距離を求める。
   以上の方法と構成よりなる抵抗変化式液面レベル計

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