JP3118624B2 - 有害化学成分含有液体用の水位計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば温泉湯のよう
に、測定対象である液体が金属材料に対して悪影響を与
える有害化学成分を含む液体である場合の水位を計測す
るのに好適な水位計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】測定対象である液体の水圧によりダイヤ
フラム（円板状薄肉起歪体）に発生するひずみを、ダイ
ヤフラムに添着したひずみゲージで検出することにより
目的とする水位ないし水圧対応する電気信号得る水位計
は、既に知られている。この場合、当然のことながら、
測定対象である液体は、ダイヤフラムのひずみゲージが
添着されていない側の面に接してそのときの水位に応じ
た圧力をダイヤフラム面に伝達し、ダイヤフラムを撓ま
せるように作用することになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
温泉井戸の水位を計測するときのように、測定対象であ
る温泉湯に硫黄、塩素、カルシウム等の成分が含まれて
いる場合には、これらの成分がダイヤフラムを腐食、変
質させるという作用がある関係で、長期使用の間にはこ
れらの有害化学成分の腐食ないし変質作用に起因してダ
イヤフラムの腐食化が進行し、ダイヤフラムの厚さが設
計時の値よりも薄くなってダイヤフラム本来の感度が変
化したり、或いは、最悪の場合にはダイヤフラムに穴が
あいてしまうという問題が生じることになる。

【０００４】また、このような問題を防止するために、
温泉湯が接触するダイヤフラム面に耐食性の保護膜を形
成するようにすると、この保護膜の機械的強度のために
温泉湯の本来の圧力がダイヤフラムに伝達されなくなる
という別の問題が生じることになり、また、保護膜の腐
食という問題も残ることになる。これらの諸問題は、単
に温泉湯にだけ特有の現象ではなく、有害化学成分を含
有した液体の水位計測に共通な問題であり、しかも、水
位計の計測精度を低下させる結果につながるため、その
改善策の出現が望まれていた。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、有害化学成分を含有した液体が測定対象であ
る場合でも、長期に亘って高い測定精度を維持すること
が可能で且つ安定した水位検出が出来る有害化学成分含
有液体用の水位計を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、硫黄、塩素、カルシウムのような金属
に対して悪影響を与える成分を含んだ液体を測定対象液
体とし、ひずみゲージを用いてその水位に対応した電気
信号を得る有害化学成分含有液体用の水位計において、
上下方向の中間領域の内部に前記ひずみゲージを添着す
るダイヤフラム状の薄肉起歪部を具え、この薄肉起歪部
のひずみゲージ添着面から上方領域の端部に至る一方開
口中空部として形成された上方中空部および前記薄肉起
歪部のひずみゲージ添着面とは反対側の面から下方領域
の端部に至る一方開口中空部として形成された下方中空
部とを有する水位計ケースと、前記薄肉起歪部に対して
化学的な悪影響を与えない化学的性質と前記測定対象液
体よりも小さい比重とを持ち、且つ、前記水位計ケース
の下方中空部内に充填された充填液と、前記水位計ケー
スの下方領域の端部において前記下方中空部を囲繞する
ように設けられた中空状のフィルタ部材と、前記フィル
タ部材の下方位置に配置され、且つ、前記内筒部材の周
囲および下部との間に所定の間隙が存するように前記内
筒部材の周囲および下部を囲繞する緩衝用キャップ部材
と、前記ひずみゲージからの信号出力を前記水位計ケー
ス外に導出するために、前記ひずみゲージから前記上方
中空部を通って前記水位計ケース外に取り出されるよう
に設けられた信号導出ケーブルと、前記水位計を前記有
害化学成分含有液体に浸漬したときに、前記信号導出ケ
ーブルの外周面から前記薄肉起歪部の前記上方中空部内
に浸入する前記有害化学成分含有液体を阻止するよう
に、前記水位計ケースの上方領域に設けられた少なくと
も１個所の液密構造部と、を有することを特徴とするも
のである。

【０００７】

【作用】上記のように構成された有害化学成分含有液体
用の水位計は、有害化学成分を含む測定対象液体とひず
みゲージを添着した薄肉起歪部との間に、薄肉起歪部に
対して化学的な悪影響を与えない化学的性質を持ち、且
つ、測定対象液体よりも比重が軽く、さらに、測定対象
液体の圧力を正確に薄肉起歪部に伝達し得る充填液を介
在させることで、測定対象液体を直接薄肉起歪部に接触
させずに測定対象液体の圧力を検出するようになしてあ
る。

【０００８】この結果、たとえ有害化学成分を含有する
液体を対象としても、長期に亘って高精度を維持し得る
有害化学成分含有液体用の水位計を実現することが可能
になるものである。

【０００９】

【実施例】以下、温泉湯の水位を測定する場合の図示実
施例を参照して、本発明に係る有害化学成分含有液体用
の水位計の構成および作用を説明する。図１は、本発明
の一実施例である有害化学成分含有液体用の水位計の主
要構成を示す縦断面図であり、図２は、図１におけるＡ
−Ａ線矢視方向断面を示す部分断面図である。

【００１０】図１および図２において、２は水位計１の
本体を構成する、例えば円筒状の水位計ケースで、次の
ような構造のケースとして構成されている。すなわち、
この水位計ケース２では、図１における上下方向の中間
領域の内部に温泉湯の水圧を検出するためのダイヤフラ
ム（薄肉起歪部）３が形成され、このダイヤフラム３の
上面（図上）が後述するひずみゲージ１５を添着する面
となるように構成されている。

【００１１】そして、ダイヤフラム３の上面から水位計
ケース２のケース上方端部４に至るケース内部が上方中
空部５として形成され、しかも、ケース上方端部４の内
周部に、後述のリング状パッキン部材２０を嵌入させる
ための凹陥座４ａと、その上側位置に後述の締付金具２
２を螺着するための雌ねじ部４ｂとを有している。

【００１２】さらに、ダイヤフラム３の下面から水位計
ケース２のケース下方端部６に至るケース内部が下方中
空部７として形成され、しかも、ケース下方端部６の外
周部に、後述の中間キャップ部材８を螺着するための雄
ねじ部６ａを有するように構成されている。ケース上方
端部４の凹陥座４ａの底部とは、後述の信号導出ケーブ
ル１６を嵌入するためのケーブル嵌入空間５ｂが形成さ
れている。

【００１３】一方、下方中空部７では、ダイヤフラム３
の下面に接する部分空間が、例えばダイヤフラム３の下
面の平面積と同等の平面積を有する大径空間７ａとなる
ように、また、この大径空間からケース下方端部６まで
引き続く部分空間が小径空間７ｂとなるように構成され
ている。すなわち、この下方中空部７は「Ｔ字形」の断
面形状を持つ中空部として構成されることになる。

【００１４】８は所定の長さ（高さ）に形成された中間
キャップ部材８で、その外側空間領域９に後述のフィル
タ部材１１を介して温泉湯Ｗが自由に入り込めるよう
に、大部分の外周径がケース下方端部６の外径よりも、
漸次小さくなるように構成されている。

【００１５】そして、この中間キャップ部材８の中心部
分には、下方中空部７の小径空間７ｂと同径の接続中空
部８ａが形成され、下端部分には、ケース下方端部６の
外径よりやや小径の鍔部８ｂが形成されている。また、
この鍔部８ｂには、温泉湯Ｗが自由に出入し得る複数個
の連通孔８ｃが形成されている。

【００１６】この中間キャップ部材８は、雄ねじ部６ａ
を利用してケース下方端部６に固く螺着されることにな
るが、この際、ケース下方端部６との接触面に適宜の
「Ｏ」リング１０を介在させて水位計ケース２の下方中
空部７に対する液密を図るように構成されている。１１
は外側空間領域９が形成されるように中間キャップ部材
８を囲繞して設けられた、例えば円筒状のフィルタ部材
で、少なくともその側周壁は、所定のフィルタ効果を発
揮するような材質、構造のものとして構成されている。

【００１７】このフィルタ部材１１は、中間キャップ部
材８を取り付けるケース下方端部６の外周端面と中間キ
ャップ部材８の鍔部８ｂとの間において、その外径が、
例えばケース下方端部６と同径となるように構成され、
例えば溶接によりケース下方端部６と鍔部８ｂとに取り
付けられるように構成されているが、事情が許すなら
ば、このフィルタ部材１１と中間キャップ部材８とを一
体化させた構造のものとして構成することも可能であ
る。

【００１８】１２は、例えば大径空間７ａの平面積と同
等の平面積を有し且つ所定の長さ（高さ）を有する内筒
部材で、接続中空部８ａと連通するように中間キャップ
部材８の下端面に固定的に設けられている。１３は中間
キャップ部材８の下方に好ましくは取り外し可能に設け
られた、例えば円筒状の緩衝用キャップ部材で、中間キ
ャップ部材８の鍔部８ｂに結合する円周壁部１３ａと端
面壁部１３ｂとから構成されている。

【００１９】この緩衝用キャップ部材１３は、フィルタ
部材１１の側周壁を通って外側空間領域９に入り、さら
に、中間キャップ部材８の連通孔８ｃを経て緩衝用キャ
ップ部材１３の内部に入り込む温泉湯Ｗを緩衝的に保持
する働きをする。

【００２０】１４はケース下方端部６の下方中空部７内
および中間キャップ部材８の接続中空部８ａ内に充填さ
れた充填液で、ダイヤフラム３に対して化学的な悪影響
を与えず且つ温泉湯Ｗに含まれる有害化学成分に対して
耐化学性を有する化学的性質を持ち、しかも、温泉湯Ｗ
よりも比重の軽い液体、例えばシリコーンオイルが使用
されている。

【００２１】なお、この充填液１４には、温泉湯の圧力
を正確にダイヤフラム３に伝達しなければならないとい
う性質も求められるから、充填液１４の選定に当って
は、前述の化学的性質および比重の条件と合せてこの条
件をも満たし得る液体を選定する必要がある。

【００２２】１５は、例えばダイヤフラム３上面の中心
領域および周辺領域に各一対づつ添着されたひずみゲー
ジで、これら各一対のひずみゲージ１５には図示なきゲ
ージリードが電気的に接続され、その後、上方中空部５
内において、適宜の中継基板（図示なし）に電気的およ
び機械的に接続され、さらに、この中継基板から後述の
信号導出ケーブル１６に電気的および機械的に接続され
ている。

【００２３】そして、これら各ひずみゲージ１５は、ダ
イヤフラム３に発生するひずみ（撓み）を精度よく検出
し得るように、中心領域に添着された一対のひずみゲー
ジがそれぞれホイートストンブリッジ回路（図示なし）
の一方の対辺に、また、周辺領域に添着された一対のひ
ずみゲージがそれぞれホイートストンブリッジ回路の他
方の（隣接する）対辺に配設されている。

【００２４】なお、このホイートストンブリッジ回路は
例えば外部に設置された適宜の圧力計測器（ひずみ測定
器）（図示なし）内に設けられるように構成されるが、
ひずみゲージ１５とリード線との接続、中継基板の設
置、リード線と中継基板との接続、中継基板と信号導出
ケーブル１６との接続、ホイートストンブリッジ回路の
構成等については、それ自体公知の事柄であるので詳細
な説明を省略する。

【００２５】１６は例えばテフロン材のような防水被覆
材料により円形断面になるように被覆された信号導出ケ
ーブルで、その一端部側は、中継基板に電気的および機
械的に接続され、上方中空部５のケーブル陥入空間５ｂ
内を貫通してケース上方端部４から水位計ケース２の外
部に導出されて、圧力計測器に電気的に接続されるよう
に構成されている。

【００２６】１７は水位計ケース２のケース上方端部４
に連接された第１補助液密構造金具で、ケース上方端部
４の内周部の場合と同様に、その上部内周部に、パッキ
ン部材２０を嵌入させるための凹陥座１７ａと、その上
側位置に締付金具２２を螺着するための雌ねじ部１７ｂ
を有するように構成されている。この第１補助液密構造
金具１７は、例えば水位計ケース２のケース上方端部４
の外径と同外径に形成され、さらに、溶接などの適宜の
結合手段により「Ｏ」リング１８を介してケース上方端
部４に結合されるように構成されている。

【００２７】１９は第１補助液密構造金具１７の上方に
連接された第２補助液密構造金具で、第１補助液密構造
金具１７と同様に、その上部内周部に、パッキン部材２
０を嵌入させるための凹陥座１９ａと、その上側位置に
締付金具２２を螺着するための雌ねじ部１９ｂを有する
ように構成されている。この第２補助液密構造金具１９
は、ねじ結合などの適宜の結合手段により「Ｏ」リング
１８を介してケース上方端部４に結合されるように構成
されている。

【００２８】２０は例えば合成ゴムのような弾性パッキ
ン材で形成された３個のパッキン部材で、その中心部に
信号導出ケーブル１６を貫入させるための中空部を具え
た適宜厚さのパッキン部材として形成されている。これ
らのパッキン部材２０は、ケース上方端部４の凹陥座４
ａ、第１補助液密構造金具１７の凹陥座１７ａ、第２補
助液密構造金具１９の凹陥座１９ａにそれぞれ配設され
るように構成されている。

【００２９】２１はこれらのパッキン部材２０の両端面
に接合されたリング状の金属よりなるワッシャー部材
で、いずれもパッキン部材２０と同外径に形成されてい
る。なお、このワッシャー部材２１を予めパッキン部材
２０の両端面に貼付しておくように構成することも可能
である。

【００３０】２２は適宜形状の鍔部と雄ねじ部とを具え
た中空状の複数個（この実施例の場合、３個）の締付金
具で、それぞれの雄ねじ部を、ケース上方端部４の雌ね
じ部４ｂ、第１補助液密構造金具１７の雌ねじ部１７
ｂ、第２補助液密構造金具１９の雌ねじ部１９ｂに締め
付け的に螺合させることにより、各２個のワッシャー部
材２１を介して、対象とするパッキン部材２０をそれぞ
れ変形させながら、ケース上方端部４の凹陥座４ａと信
号導出ケーブル１６の外周面とに、また、第１補助液密
構造金具１７の凹陥座１７ａと信号導出ケーブル１６の
外周面とに、さらに、第２補助液密構造金具１９の凹陥
座１９ａと信号導出ケーブル１６の外周面とに、それぞ
れ押圧するように構成されている。

【００３１】すなわち、これら３個所の凹陥座４ａ、１
７ａ、１９ａとこれらにそれぞれ嵌入および螺合するパ
ッキン部材２０、ワッシャー部材２１、締付金具２２と
によって、３組の液密構造部が構成されることになり、
この結果、水位計１を温泉湯Ｗに浸漬したときに、この
３組の液密構造部および３個所の「Ｏ」リング１８によ
って、信号導出ケーブル１６の外周面から水位計ケース
２の上方中空部５内に浸入しようとする温泉湯Ｗを阻止
することが可能になる。

【００３２】２３は水位計１を温泉井戸内に吊り下げる
ためのステンレス・ワイヤーで、小ねじのような適宜の
固定手段２４によりその一端部が、例えば第２補助液密
構造金具１９の外周部に取り付けられている。なお、こ
の水位計１に使用される金属材料には、温泉湯Ｗに含ま
れる有害化学成分により腐食ないし変質されない材料を
選定するものとする。

【００３３】以下、このように構成された図示例の有害
化学成分含有液体用の水位計の作用について説明する。
先ず、予め水位計１を逆さ姿勢の状態にして、水位計ケ
ース２の下方中空部７内、中間キャップ部材８の接続中
空部８ａ内、内筒部材１２内（以下、下方中空部７〜内
筒部材１２内という）に適量の充填液１４を充填し、例
えば取り外し可能な適宜のシール材（図示なし）により
内筒部材１２の下方開口を塞いでおく。

【００３４】そして、水位計１を正常姿勢に戻した状態
で、予め対象とする温泉井戸から少量だけ汲み上げてお
いた温泉湯Ｗを緩衝用キャップ部材１３内に注ぎ込み、
その後、シール材を剥して充填液１４と緩衝用キャップ
部材１３内の少量の温泉湯Ｗとを接触させる。

【００３５】この状態では、温泉湯Ｗとの比重差によっ
て充填液１４が下方中空部７〜内筒部材１２内に保持さ
れるから、この状態のままステンレス・ワイヤー２３を
用いて水位計１を温泉井戸（図示なし）内に垂下して、
図３に示すように温泉湯Ｗの水面下の所定沈下位置に沈
める。

【００３６】このとき、温泉井戸内の温泉湯Ｗは、フィ
ルタ部材１１の側周壁を通って外側空間領域９に入り込
み、さらに、中間キャップ部材８の連通孔８ｃを経て緩
衝用キャップ部材１３の内部に入り込んで緩衝用キャッ
プ部材１３内の少量の温泉湯Ｗと一体化する。

【００３７】そのため、緩衝用キャップ部材１３内の少
量の温泉湯Ｗは、入り込む温泉湯Ｗの水圧により内筒部
材１２内に押上げられ、このときの温泉湯Ｗの水圧が充
填液１４を介してダイヤフラム３の下面に伝達される。
従って、ダイヤフラム３は、所定沈下位置の水圧に応じ
た量だけひずむ（撓む）ことになる。

【００３８】このとき、ダイヤフラム３の上面に添着さ
れた各ひずみゲージ１５が、このときのダイヤフラム３
のひずみ量をテンションひずみ、コンプレッションひず
みとして検出し、その検出信号をゲージリード、中継基
板、信号導出ケーブル１６を介して外部の圧力計測器に
出力する。この結果、出力された検出信号は、ホィート
ストンブリッジ回路においてひずみ量として計測され、
さらに、このひずみ量に基づいて所定沈下位置の水圧値
として演算されることになる。

【００３９】なお、井戸内の温泉湯Ｗが、たとえ激しく
揺れ動く場合であっても、緩衝用キャップ部材１３の円
周壁部１３ａおよび端面壁部１３ｂ並びに内筒部材１２
が、揺れ動く温泉湯Ｗを遮断することになるので、内筒
部材１２内および下方中空部７内の充填液１４に伝達さ
れる温泉湯Ｗの水圧は、一定に保持されることになる。

【００４０】以上、図示の実施例について説明したが、
本発明は、これに限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲内で種々に変形実施することが可能であ
る。例えば、図示実施例では、温泉井戸の水位を測定す
る場合を例にして説明してあるが、本発明は、有害化学
成分を含有する液体に対して広く適用することが可能で
ある。

【００４１】また、図示実施例では、信号導出ケーブル
１６の外周面の液密に当って３組の液密構造部を用いて
いるが、液密構造部の設置数は設計の段階で適宜に且つ
任意に決定するものとする。また、この液密構造部に使
用されるパッキン部材２０および「Ｏ」リング１８の材
質、構造についても測定対象である液体の特性等を考慮
して設計の段階で適宜に且つ任意に決定するものとす
る。

【００４２】また、図示実施例では、ダイヤフラム３に
各一対のひずみゲージを添着してあるが、この添着数に
ついても設計の段階で適宜に且つ任意に決定することが
出来るものである。また、図示実施例では、水位計ケー
ス２のケース下方端部６と中間キャップ部材８とを別体
の部材として構成してあるが、両者一体のものとして構
成することも可能である。また、フィルタ部材１１の材
質、形状、構造については、測定対象の液体の特性に合
せて、適宜の材質、形状、構造を選定することが可能で
ある。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、測
定対象である液体を直接ダイヤフラム面に接触させず
に、しかも、測定対象である液体の水圧を精度よくダイ
ヤフラム面に伝達させ得るように構成したので、たとえ
有害化学成分を含有する液体を対象とする場合であって
も、長期に亘って高精度で且つ安定して水位の検出が可
能な有害化学成分含有液体用の水位計を提供することが
できる。

【００４４】また、本発明において、充填液として、例
えばシリコーンオイルのような液体を用いた場合には、
環境温度が高温であるときでも変質せず、また低温下で
も凍結しにくいので、長期に亘って安定的な水位の検出
ができるという利点を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である有害化学成分含有液体
用の水位計の主要構成を示す部分縦断面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視方向断面を拡大して示
す断面図である。

【図３】図１の水位計を温泉井戸内に垂下して温泉湯Ｗ
の水面下の所定位置に沈めた状態を模式的に示す模式状
態図である。

【符号の説明】

１ 水位計 ２ 水位計ケース ３ ダイヤフラム（薄肉起歪部） ４ ケース上方端部 ４ａ 凹陥座 ５ 上方中空部 ５ｂ ケーブル嵌入空間 ６ ケース下方端部 ７ 下方中空部 ７ａ 大径空間 ７ｂ 小径空間 ８ 中間キャップ部材 ８ａ 接続中空部 ８ｂ 鍔部 ８ｃ 連通孔 ９ 外側空間領域 １０ 「Ｏ」リング １１ フィルタ部材 １２ 内筒部材 １３ 緩衝用キャップ部材 １３ａ 円周壁部 １３ｂ 端面壁部 １４ 充填液 １５ ひずみゲージ １６ 信号導出ケーブル １７ 第１補助液密構造金具 １７ａ 凹陥座 １８ 「Ｏ」リング １９ 第２補助液密構造金具 １９ａ 凹陥座 ２０ パッキン部材 ２１ ワッシャー部材 ２２ 締付金具 ２３ ステンレス・ワイヤー ２４ 固定手段 Ｗ 温泉湯

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硫黄、塩素、カルシウムのような金属に
   対して悪影響を与える成分を含んだ液体を測定対象液体
   とし、ひずみゲージを用いてその水位に対応した電気信
   号を得る有害化学成分含有液体用の水位計において、 上下方向の中間領域の内部に前記ひずみゲージを添着す
   るダイヤフラム状の薄肉起歪部を具え、この薄肉起歪部
   のひずみゲージ添着面から上方領域の端部に至る一方開
   口中空部として形成された上方中空部および前記薄肉起
   歪部のひずみゲージ添着面とは反対側の面から下方領域
   の端部に至る一方開口中空部として形成された下方中空
   部とを有する水位計ケースと、 前記薄肉起歪部に対して化学的な悪影響を与えない化学
   的性質と前記測定対象液体よりも小さい比重とを持ち、
   且つ、前記水位計ケースの下方中空部内に充填された充
   填液と、 前記水位計ケースの下方領域の端部において前記下方中
   空部を囲繞するように設けられた中空状のフィルタ部材
   と、 前記フィルタ部材の下方位置に配置され、且つ、前記内
   筒部材の周囲および下部との間に所定の間隙が存するよ
   うに前記内筒部材の周囲および下部を囲繞する緩衝用キ
   ャップ部材と、 前記ひずみゲージからの信号出力を前記水位計ケース外
   に導出するために、前記ひずみゲージから前記上方中空
   部を通って前記水位計ケース外に取り出されるように設
   けられた信号導出ケーブルと、 前記水位計を前記有害化学成分含有液体に浸漬したとき
   に、前記信号導出ケーブルの外周面から前記薄肉起歪部
   の前記上方中空部内に浸入する前記有害化学成分含有液
   体を阻止するように、前記水位計ケースの上方領域に設
   けられた少なくとも１個所の液密構造部と、を有するこ
   とを特徴とする有害化学成分含有液体用の水位計。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された有害化学成分含有
   液体用の水位計において、 前記液密構造部が、前記上方中空部に形成され且つ中心
   部に前記信号導出ケーブルの貫入孔を具えた凹陥座と、
   この凹陥座に嵌着され且つ前記信号導出ケーブルの外周
   を囲繞するように形成されたリング状弾性部材と、この
   リング状弾性部材の両端面に配設されたリング状のワッ
   シャー部材と、前記リング状弾性部材を前記信号導出ケ
   ーブルの外周面と前記凹陥座とに押圧変形させる締め付
   け部材を含むものであることを特徴とする有害化学成分
   含有液体用の水位計。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載された有害化学
   成分含有液体用の水位計において、 前記水位計ケースの下方領域の端部に、前記下方中空部
   と連通し且つ前記下方中空部を囲繞するような構造の内
   筒部材を突設すると共に、この内筒部材内および前記下
   方中空部内に、シリコーンオイルから成る前記充填液を
   充填するように構成したことを特徴とする有害化学成分
   含有液体用の水位計。