JP2015102388A - 比重測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の電解液の比重測定装置において、簡単な構造で電解液の比重を正確に測定できるようにする。【解決手段】鉛蓄電池５の電解液が取り込まれる管１５と、管１５内に配置され、電解液の比重により電解液中で浮き沈みする浮き子１６とを備えた比重測定装置１０において、管１５内の電解液の液面Ｌを検出する反射型センサ２５と、浮き子１６の高さ位置を検出する透過型センサ２６とを備え、検出された液面Ｌと浮き子１６の高さ位置との差を電解液の比重に換算する。【選択図】図１

Description

本発明は、比重測定装置に関する。

従来、鉛蓄電池の電解液の比重を浮き子を用いて測定する比重測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、電解液に浮いた浮き子の目盛りと、電解液の液面との位置関係を作業者が目視で読み取ることで、比重を測定している。
また、比重測定装置において、管内の電解液に浮いた浮き子の下端の位置を、センサで検出し、この検出の有無により、電解液の比重の良否を判別するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−２５９５４号公報 特開２００６−１８５８３３号公報

しかしながら、上記特許文献１の比重測定装置では、人間が浮き子の目盛りを目視で読み取るため、長時間の作業により読み取り精度に誤差が生じ易いという課題がある。また、比重を測定する方法は種々の方法があるが、浮き子を使用する方法は精度が高い方法であり、好ましい。浮き子の目盛りを読み取る方法としては、画像処理等の手法を採用することも可能であるが、構造や制御が複雑になってしまうという課題がある。また、上記特許文献２の比重測定装置では、電解液の比重の正確な値をセンサに基づいて測定することはできないとともに、良否の判別を正しく行うためには、管内の電解液の量を厳密に管理する必要があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、蓄電池の電解液の比重測定装置において、簡単な構造で電解液の比重を正確に測定できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、蓄電池の電解液が取り込まれる管と、当該管内に配置され、前記電解液の比重により前記電解液中で浮き沈みする浮き子とを備えた比重測定装置において、前記管内の前記電解液の液面を検出する反射型センサと、前記浮き子の高さ位置を検出する透過型センサとを備え、検出された前記液面と前記浮き子の前記高さ位置との差を前記電解液の比重に換算することを特徴とする。
本発明によれば、透過型センサ及び光学式の反射型センサによって検出された液面と浮き子の高さ位置との差から電解液の比重を換算でき、簡単な構造で電解液の比重を測定できる。

また、上記構成において、前記反射型センサ及び前記透過型センサは、同一のフレーム体に一体に支持されており、単一の駆動部によって前記管の軸方向に走査されて検出を行うことを特徴とする。
本発明によれば、反射型センサ及び透過型センサの支持構造、駆動構造及び検出構造を簡単な構成で実現できる。

また、上記構成において、前記浮き子は、前記電解液の比重を測定可能に浮力が調整された浮き子本体と、当該浮き子本体の上端から上方に延びる目盛りを備えた表示部とを備え、前記透過型センサは、前記比重の換算に際し、前記浮き子本体の下端の位置を検出することを特徴とする。
本発明によれば、目盛りを比重の換算の較正に用いることができるとともに、目盛りが邪魔にならない下端を透過型センサで検出して比重を正確に算出できる。

さらに、上記構成において、前記蓄電池の前記電解液を前記管内に吸引するとともに、前記比重の検出後に前記電解液を前記蓄電池に排出するポンプ部を備え、当該ポンプ部は、排出時には吸引時よりもポンピング回数が大きく設定されていることを特徴とする。
本発明によれば、比重の検出に使用した電解液を蓄電池に確実に戻すことができる。

本発明に係る比重測定装置では、簡単な構造で電解液の比重を正確に測定できる。

本発明の実施の形態に係る比重測定装置に鉛蓄電池をセットした状態を示す概略図である。 比重検出部を示す図である。 反射型センサが液面を検出する状態の比重検出部を示す図である。 透過型センサが下端を検出する状態の比重検出部を示す図である。 比重測定装置の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る比重測定装置に鉛蓄電池をセットした状態を示す概略図である。
比重測定装置１０は、鉛蓄電池５の電解液の比重を検出する比重検出部１２と、鉛蓄電池５から電解液を比重検出部１２に取り込むポンプ部１３と、比重検出部１２及びポンプ部１３を制御する制御部１４とを備える。

鉛蓄電池５は、正極板と負極板とセパレータとを積層した極板群（不図示）と、この極板群が収納される電槽５ａと、電槽５ａに満たされる希硫酸からなる電解液と、電槽を塞ぐ蓋５ｂと、端子５ｃとを備える。正極板は、例えば、鉛合金格子基板に過酸化鉛の活物質が充填されたものであり、負極板は、例えば、鉛合金格子基板に海綿状金属鉛の活物質が充填されたものである。
鉛蓄電池５は、上記極板群を電槽５ａに収納した後、電槽５ａに希硫酸を注液して充放電を繰り返すことで電槽化成され、充電状態となる。電槽化成工程では、極板の硫酸成分が電解液中に溶け出して電解液の比重が増加するため、電槽化成前の電解液は、電槽化成工程の完了後に所定の比重が得られるように比重が低く調整されている。

図２は、比重検出部１２を示す図である。
図１及び図２に示すように、比重検出部１２は、鉛蓄電池５から吸引された電解液が貯留される管１５と、管１５内で電解液に浮いて上下に移動自在に配置される浮き子１６と、浮き子１６及び電解液の液面の位置を検出する位置検出機構１７とを備える。また、比重検出部１２は、管１５の下端から引き出されて鉛蓄電池５内の電解液中に挿入される吸引管１８と、管１５の上端から引き出されてポンプ部１３に接続されるポンプ接続管１９と、電解液の温度を計測する温度センサ２０ｂとを備える。なお、温度センサ２０ｂは、後述する接続部２０ａに取り付けてある。
管１５は、アクリル等の樹脂やガラス等の耐酸性を有し且つ透明な材料により構成された断面円形の管であり、上下方向に真っ直ぐに延びて配置される。管１５の下端は、下蓋２０によって塞がれており、吸引管１８の一端は、下蓋２０に設けられた接続部２０ａに接続されて管１５の内部に連通する。管１５の上端は、上蓋２１によって塞がれており、ポンプ接続管１９の一端は、上蓋２１に設けられた接続部２１ａに接続されて管１５の内部に連通する。

浮き子１６は、電解液の比重を測定可能に浮力が調整された浮き子本体２２と、浮き子本体２２の上端から上方に延びて電解液の液面Ｌと一致する位置により電解液の比重を表示する目盛りを備えた棒状の比重表示部２３とを備える。浮き子１６は、電解液の比重が大きいほど、より上方に浮き上がる。このため、比重表示部２３に付されている目盛りの値は、下端側ほど大きく、上端側ほど小さい。
浮き子本体２２は、管１５の内径よりも小径に形成されるとともに上下方向に長い円柱状に形成されている。浮き子本体２２の上端部２２ａ及び下端部２２ｂは、電解液中で姿勢が安定し易いように半球状に形成されている。

位置検出機構１７は、液面Ｌを検出する光学式の反射型センサ２５と、浮き子本体２２の下端２２ｃを検出する光学式の透過型センサ２６と、反射型センサ２５及び透過型センサ２６を一体に支持するフレーム体２７とを備える。また、位置検出機構１７は、フレーム体２７を上下方向に移動するように駆動する駆動部２８を備える。
駆動部２８は、モーター等の動力源を備える駆動部本体（不図示）と、駆動部本体の動力によってフレーム体２７を管１５に沿って上下方向にスライド移動させる単一のスライド部（不図示）と、機械的変位量をデジタル量に変換するエンコーダー部（不図示）とを備える。このエンコーダー部は、ロータリーエンコーダーであり、上記モーターの回転角度から上記スライド部上でのフレーム体２７の位置を検出し、この位置をデジタル量に変換して制御部１４に出力する。また、上記エンコーダー部は、例えば、リニアエンコーダーであっても良く、リニアエンコーダーで上記スライド部上でのフレーム体２７の位置を検出し、この位置をデジタル量に変換して制御部１４に出力する構成としても良い。
また、上記スライド部は、例えば、一軸のＮＣスライダにより構成することができる。

図３は、反射型センサ２５が液面Ｌを検出する状態の比重検出部１２を示す図である。
反射型センサ２５は、管１５の外周面に対向して配置される発光素子及び受光素子を一体に備えた光センサである。
上記発光素子は、管１５の軸線に略直交する位置関係で管１５に向かって発光し、上記受光素子は、管１５側から反射した発光素子の反射光を受光し、この受光量に応じた検出値を出力する。反射型センサ２５は、フレーム体２７のスライド移動に伴って管１５の軸方向にスライドし、管１５を外周面側から走査する。

管１５において、管１５内に電解液が満たされていない位置と、液面Ｌの位置とでは、光の反射率が異なる。このため、反射型センサ２５は、走査した際、電解液が満たされていない位置と液面Ｌの位置とでは、異なる検出値を出力する。この異なる検出値の差に基づき、制御部１４は、液面Ｌの位置を判別できる。
詳細には、図３に示すように、反射型センサ２５が液面Ｌを検出した場合、駆動部２８の上記エンコーダー部は、液面Ｌが検出された位置に対応するフレーム体２７の位置を、液面Ｌの位置として制御部１４に出力する。
本実施の形態では、反射型センサ２５で液面Ｌを検出する場合、反射型センサ２５に近い位置の管１５の内周面側からの反射光により液面Ｌを判別でき、管１５の径方向に光が透過しなくとも液面Ｌを判別できる。このため、電解液の透明度が低い場合や管１５が汚れている場合であっても、液面Ｌを正しく検出できる。

図４は、透過型センサ２６が下端２２ｃを検出する状態の比重検出部１２を示す図である。
透過型センサ２６は、管１５の外周面に対向して配置される発光部２６ａと、管１５を跨いで発光部２６ａに対向して配置される受光部２６ｂとを備えた光センサである。発光部２６ａ及び受光部２６ｂは、フレーム体２７に一体に支持されており、上下方向において略同一の高さに位置している。また、透過型センサ２６は、反射型センサ２５の下方に位置している。
発光部２６ａは、管１５の軸線に略直交する位置関係で管１５に向かって発光し、受光部２６ｂは、管１５を透過した発光部２６ａの透過光を受光し、この受光量に応じた検出値を出力する。透過型センサ２６は、フレーム体２７のスライド移動に伴って管１５の軸方向にスライドし、管１５を外周面側から走査する。

管１５において、管１５内に電解液のみが存在する位置と、管１５内の浮き子１６によって発光部２６ａの発光が遮断される位置とでは、発光部２６ａの発光の透過率が異なり、受光部２６ｂの受光量が異なる。このため、透過型センサ２６は、走査した際、電解液のみが存在する位置と浮き子１６が存在する位置とでは、異なる検出値を出力する。この異なる検出値の差に基づき、制御部１４は、浮き子１６の下端２２ｃの位置を判別できる。
詳細には、図４に示すように、透過型センサ２６が下端２２ｃを検出した場合、駆動部２８（図１参照）の上記エンコーダー部は、下端２２ｃが検出された位置に対応するフレーム体２７の位置を、下端２２ｃの位置として制御部１４に出力する。

図１に示すように、ポンプ部１３は、ポンプ接続管１９の他端が接続されるチャンバー３０と、チャンバー３０内の空気を排出可能であるとともに、チャンバー３０内の空気を圧縮可能であるポンプ３１とを備える。
チャンバー３０には、チャンバー３０の内部空間の外部に対する連通及び遮断を切り替える切替弁３２が設けられている。切替弁３２は、制御部１４によって切り替えられる。
ポンプ３１は、筒状のシリンダ３１ａと、制御部１４の制御によってシリンダ３１ａ内を軸方向に移動するピストン３１ｂとを備える。また、ポンプ部１３には、必要に応じて逆止弁（不図示）が設けられる。

切替弁３２を閉じた状態でピストン３１ｂが図１中のシリンダ３１ａの上端（一端）から下端（他端）に移動すると、チャンバー３０内の空気が吸い出され、チャンバー３０内が負圧になる。ピストン３１ｂを上端に戻す際には、切替弁３２が開かれる。ピストン３１ｂが上端から下端に移動して再び上端に戻る工程が、電解液を管１５内に吸引する吸引工程の１工程である。吸引工程が行われることで、管１５内が負圧となり、電解液が鉛蓄電池５から管１５内に吸引される。

切替弁３２を閉じた状態でピストン３１ｂが図１中のシリンダ３１ａの下端から上端に移動すると、チャンバー３０内の空気が圧縮され、チャンバー３０内の圧力が高まる。ピストン３１ｂを上端に戻す際には、切替弁３２が開かれる。ピストン３１ｂが下端から上端に移動して再び下端に戻る工程が、管１５内の電解液を鉛蓄電池５に戻す排出工程の１工程である。吸引工程が行われることで、管１５内の圧力が高くなり、電解液が管１５内から鉛蓄電池５内に排出される。

制御部１４は、ＣＰＵから成る演算処理部１４ａと、ＲＯＭおよびＲＡＭ等から成る記憶部１４ｂと、算出した電解液の比重等の情報を表示する表示部１４ｃとを有する。制御部１４は、記憶部１４ｂ内の制御情報に基づいて、位置検出機構１７及びポンプ部１３を制御するとともに、電解液の比重を算出する。ここで、比重は水を基準とした比重である。

図５は、比重測定装置１０の動作を示すフローチャートである。
比重測定装置１０は、電槽化成工程の完了後の鉛蓄電池５の比重を測定する。
制御部１４は、電解液の比重の測定の指示が出されると、ポンプ部１３を駆動し、吸引工程を行う（ステップＳ１）。吸引工程は、複数回行われ、本実施の形態では、２回行われる。この吸引工程により、管１５内は、図２に示すように管１５に電解液が無い状態から、図３に示すように管１５の上部まで電解液が満たされた状態となる。これにより、浮き子１６は電解液に浮き、比重表示部２３は、液面Ｌに一致した位置に示された目盛りにより、電解液の比重を指し示す。また、制御部１４は、吸引工程において、上昇して行く液面Ｌを反射型センサ２５で検出するとともに駆動部２８を制御し、反射型センサ２５を液面Ｌの移動に追従させる。このように、反射型センサ２５を液面Ｌの移動に追従させるため、迅速に液面Ｌの位置を検出できる。

次いで、制御部１４は、液面Ｌ及び浮き子１６の位置が安定した後に、図３に示すように、反射型センサ２５で液面Ｌの高さ位置を検出し、この液面Ｌの高さ位置を検出した状態のフレーム体２７の高さ位置を、液面Ｌの高さ位置Ｐ１として上記エンコーダー部を介して検出する（ステップＳ２）。ここで、液面Ｌ及び浮き子１６の位置の安定を判断する方法は、例えば、吸引工程の終了から所定時間経過した場合に安定と見なす方法や、反射型センサ２５で液面Ｌの動きを検出する方法が挙げられる。
続いて、制御部１４は、図４に示すように、フレーム体２７を下方に下降させて行き、透過型センサ２６で浮き子１６の下端２２ｃの高さ位置を検出し、この下端２２ｃの高さ位置を検出した状態のフレーム体２７の高さ位置を、下端２２ｃの高さ位置Ｐ２として上記エンコーダー部を介して検出する（ステップＳ３）。

そして、制御部１４は、液面Ｌの高さ位置Ｐ１及び下端２２ｃの高さ位置Ｐ２との差を、所定の計算式により、電解液の比重に換算する（ステップＳ４）。詳細には、制御部１４は、液面Ｌの高さ位置Ｐ１及び下端２２ｃの高さ位置Ｐ２との差から、液面Ｌが比重表示部２３の目盛りに一致した位置、すなわち、比重表示部２３の目盛りが示す比重の値を算出する。記憶部１４ｂには、上記所定の計算式に加えて、例えば、比重表示部２３の単位目盛り当たりの比重値、比重表示部２３の単位目盛りの長さ、及び、浮き子本体２２の全長等のうち少なくともいずれかの情報が格納されており、制御部１４はこれらの情報に基づいて比重を算出する。
事前の基準となる測定において、液面Ｌの高さ位置がＡ、下端２２ｃの高さ位置がＢの場合に、比重表示部２３を用いた目視による比重の値がＣであり、比重表示部２３の単位目盛りの長さをＤ、比重表示部２３の単位目盛り当たりの比重値をＥとした場合、比重は、下記式（１）により換算される。
比重＝Ｃ＋（（（Ｂ−Ａ）−（Ｐ２−Ｐ１））／Ｄ）×Ｅ…（１）
上記式（１）は一例であり、例えば、浮き子本体２２の全長を用いた他の算出方法によって比重を算出しても良い。
また、制御部１４は、上記温度センサから得た電解液の温度を取得し、温度による電解液の比重変化を、最終的な比重の換算値に反映させる。

次に、制御部１４は、算出した比重の値に基づいて、補充することで鉛蓄電池５の電解液を所定の比重値（例えば、１．２８０）にすることができる補充液量を算出する（ステップＳ５）。詳細には、算出した比重が所定の比重値よりも大きい場合には、補充液としての精製水の液量を算出する。また、算出した比重が所定の比重値よりも小さい場合には、補充液としての希硫酸の液量を算出する。ここで、補充液量は、記憶部１４ｂに格納されている鉛蓄電池５の電解液の容量や上記所定の比重値等から算出される。
次に、制御部１４は、算出した比重、補充液の種類及び補充液量を、表示部１４ｃに表示する（ステップＳ６）。

その後、制御部１４は、ポンプ部１３を駆動し、排出工程を行うとともに、フレーム体２７を下方の初期位置に戻す（ステップＳ７）。排出工程は、複数回行われ、本実施の形態では、吸引工程よりも多く、３回行われる。この排出工程により、管１５内の電解液は、鉛蓄電池５に戻される。本実施の形態では、吸引工程よりも排出工程の回数が多く設定されており、ポンピング回数は、排出工程の方が吸引工程よりも大きい。このため、鉛蓄電池５に確実に電解液を戻すことができ、鉛蓄電池５の液量を適正に維持できる。また、管１５に残留した電解液が次の電解液の測定に影響することを防止でき、比重を正確に測定できる。
排出工程の完了後、作業者は、表示部１４ｃの表示に基づいて、補充液を鉛蓄電池５に注液する。また、ステップＳ６で算出した補充液を自動で鉛蓄電池５に注液する構成としても良い。

また、ステップＳ１に先立って、目視による比重表示部２３の目盛を用いた測定を行うことで、比重表示部２３の目盛りと制御部１４が算出する比重の値とを較正することができる。詳細には、目視で測定される比重の値と、制御部１４が算出して表示部１４ｃに表示する比重の値とが一致するように、記憶部１４ｂに入力する比重表示部２３の単位目盛りの長さを補正する。これにより、目盛りに起因する誤差を較正でき、比重を正確に測定できる。

以上説明したように、本発明を適用した実施の形態によれば、管１５内の電解液の液面Ｌを検出する反射型センサ２５と、浮き子１６の高さ位置を検出する透過型センサ２６とを備え、検出された液面Ｌと浮き子１６の高さ位置との差を電解液の比重に換算する。このため、透過型センサ２６及び反射型センサ２５によって検出された液面Ｌと浮き子１６の高さ位置との差から電解液の比重を換算でき、簡単な構造で電解液の比重を測定できる。センサによって比重を測定できるため、人間による目盛りの読み取り誤差等が発生することが無く、正確に電解液の比重を測定できる。また、液面Ｌと浮き子１６の高さ位置との差から電解液の比重を換算できるため、浮き子１６が完全に浮くことが可能であれば、電解液の液量は比重の測定に影響しない。このため、管１５内の電解液の液量を厳密に管理する必要が無く、比重を簡単な構成で正確に測定できる。

また、反射型センサ２５及び透過型センサ２６は、同一のフレーム体２７に一体に支持されており、単一の駆動部２８によって管１５の軸方向に走査されて検出を行う。このため、反射型センサ２５及び透過型センサ２６の支持構造、駆動構造及び検出構造を簡単な構成で実現できる。
また、浮き子１６は、電解液の比重を測定可能に浮力が調整された浮き子本体２２と、浮き子本体２２の上端から上方に延びる目盛りを備えた比重表示部２３とを備え、透過型センサ２６は、比重の換算に際し、浮き子本体２２の下端２２ｃの位置を検出する。このため、比重表示部２３の目盛りを比重の換算の較正に用いることができるとともに、目盛りが邪魔にならない下端２２ｃを透過型センサ２６で検出して比重を正確に算出できる。

さらに、鉛蓄電池５の電解液を管１５内に吸引するとともに、比重の検出後に電解液を鉛蓄電池５に排出するポンプ部１３を備え、ポンプ部１３は、排出時には吸引時よりもポンピング回数が大きく設定されている。このため、比重の検出に使用した電解液を鉛蓄電池５に確実に戻すことができる。

なお、上記実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
上記実施の形態では、電槽５ａに電解液が満たされる鉛蓄電池５を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ゲル式の鉛蓄電池に本発明を適用することもでき、この場合、シリカゲル等に含浸させる前の電解液の比重を、比重測定装置１０で測定できる。
また、上記実施の形態では、透過型センサ２６は、比重の換算に際し、浮き子本体２２の下端２２ｃの位置を検出するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、透過型センサ２６の光が通過可能な孔を浮き子本体２２に形成し、この孔の高さ位置を透過型センサ２６で検出し、この高さ位置に基づいて比重の値を算出しても良い。また、浮き子１６の高さ位置と電解液の比重との対応が事前の測定等により明らかにされており、上記の較正等も必要としない場合、比重表示部２３を設けなくとも良い。この場合、下端２２ｃに替えて、浮き子本体２２の上端を透過型センサ２６で検出し、この上端の高さ位置及び液面Ｌの高さ位置から比重を算出しても良い。

５ 鉛蓄電池（蓄電池）
１０ 比重測定装置
１３ ポンプ部
１５ 管
１６ 浮き子
２２ 浮き子本体
２２ｃ 下端
２３ 比重表示部（表示部）
２５ 反射型センサ
２６ 透過型センサ
２７ フレーム体
２８ 駆動部
Ｌ 液面

Claims (4)

1. 蓄電池の電解液が取り込まれる管と、当該管内に配置され、前記電解液の比重により前記電解液中で浮き沈みする浮き子とを備えた比重測定装置において、
   前記管内の前記電解液の液面を検出する反射型センサと、前記浮き子の高さ位置を検出する透過型センサとを備え、検出された前記液面と前記浮き子の前記高さ位置との差を前記電解液の比重に換算することを特徴とする比重測定装置。
2. 前記反射型センサ及び前記透過型センサは、同一のフレーム体に一体に支持されており、単一の駆動部によって前記管の軸方向に走査されて検出を行うことを特徴とする請求項１記載の比重測定装置。
3. 前記浮き子は、前記電解液の比重を測定可能に浮力が調整された浮き子本体と、当該浮き子本体の上端から上方に延びる目盛りを備えた表示部とを備え、前記透過型センサは、前記比重の換算に際し、前記浮き子本体の下端の位置を検出することを特徴とする請求項１または２記載の比重測定装置。
4. 前記蓄電池の前記電解液を前記管内に吸引するとともに、前記比重の検出後に前記電解液を前記蓄電池に排出するポンプ部を備え、当該ポンプ部は、排出時には吸引時よりもポンピング回数が大きく設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の比重測定装置。

Images