JP3135487B2 - 液体の比重、液面高さ及び液温測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば鉛蓄電池の
ような蓄電池の電解液の比重、液面高さ及び液温を測定
するのに好適な液体の比重、液面高さ及び液温測定装置
の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の蓄電池の電解液の比
重、液面高さ及び液温を遠隔計測する装置は、比重計、
液面計及び温度計を備えた構成となっており、比重計、
液面計及び温度計は、夫々、センサ部と信号変換部とを
有している。従来、上記比重計及び液面計は、各センサ
部が差圧管で構成されており、また、各信号変換部は、
水柱マノメータで構成されているものがある。

【０００３】上記各センサ部は、空気圧（差圧）を出力
とし、また、上記各信号変換部は、各センサ部から出力
された空気圧（差圧）が目盛り等で表示されるように構
成されている。これらの表示された値は、オペレータの
目視による直読によってサンプリングされることとな
る。一方、上記温度計は、そのセンサ部が白金測温抵抗
体で構成されており、また、その信号変換部は、広角度
抵抗指示計が採用されていて、上記センサ部は、電解液
温度に見合った大きさの電気抵抗値を出力とし、上記信
号変換部は、上記電気抵抗値が指示されることとなる。
この指示値についても、上記比重計や液面計におけると
同様に、オペレータの目視による直読によてサンプリン
グされていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
従来の遠隔計測装置は、比重計の差圧管及び液面計の差
圧管の夫々について空気配管と空気源とを必要とし、ま
た、温度計には配線と白金測温抵抗体に所定の電圧を印
加するための電源とを必要とするので、部品点数が多く
ならざるを得ない。

【０００５】一方、上記比重計及び液面計の信号変換部
は、大型で重量がある、構造が複雑で各種トラブル発生
の原因になり易い、信号変換部に取付けられた換算尺の
操作が複雑である、という欠点がある。そのうえ、上記
差圧値を所謂手計算によって求めていたために非常な手
数が掛かり、場合によっては計算ミスが生ずる虞もあっ
た。

【０００６】そこで、上記欠点を解消することを目的と
して、種々の改良提案が行われた。

【０００７】第１の改良提案に係る遠隔計測装置は、比
重計を始めとする各計測器の信号変換部に改良を施した
ものである。

【０００８】第２の改良提案に係る遠隔計測装置は、比
重計を始めとする各計測器のセンサ部と温度計を除く各
計測器の信号変換部に改良を施したものである。

【０００９】しかし、第１の改良提案に係る装置は、従
来と同様に、比重計の差圧管及び液面計の差圧管の夫々
について空気配管と空気源とが必要であり、温度計は配
線と電源とが必要であることから、部品点数が多くなる
という欠点を解消できない。また、上記比重計及び液面
計の信号変換部は、電子式差圧計が採用されているの
で、小型化、軽量化が図れるが、電子式差圧計の圧力ト
ランスデューサは、ボンディングによって結線されてい
る箇所やポリエステル、シリコン、ガラス、エポキシ接
着剤等が採用されている箇所等、腐食性気体や腐食性液
体等に対して脆弱な部分が多い。そのため、上記比重計
及び液面計は、硫酸等の腐食性液体が電解液として用い
られている蓄電池には使用することができないという問
題があった。

【００１０】一方、第２の改良提案に係る装置は、蓄電
池上部の部位の電解液の比重しか測定できない、光学式
センサ等では電解液中に浮遊している各種の不純物が鏡
面に付着して鏡面を汚すことにより測定誤差が生ずるの
で、鏡面を頻繁に清掃する必要がある。そのため、長期
間に亘る使用には滴さない、防爆構造化を図ることが困
難である、等の問題があった。

【００１１】そこで、上記問題を解消することを目的と
して、上記第１の改良提案に係る差圧管に改良を施した
ものを、比重計及び液面計のセンサ部に用いた測定装置
が新たに提案された。上記比重計及び液面計のセンサ部
は、端部がスパイラル状に形成された複数本の差圧管か
らなっており、また、上記比重計及び液面計の信号変換
部は、上記差圧管に取付固定された複数個の圧力トラン
スデューサからなっている。なお、各差圧管は、耐腐食
性樹脂材料によって構成されている。上記測定装置は、
比重計、液面計以外に、測温抵抗体やブリッジ回路から
なる温度計と、マイクロコンピュータを始めとする電子
回路機器類からなる信号処理部とを備えており、各圧力
トランスデューサと温度計から夫々出力された電気信号
は、信号処理部で信号処理されるように構成されてい
た。

【００１２】この提案に係る装置は、腐食性気体や腐食
性液体が使用されている環境下において適用可能であ
り、構造の簡単化と小型化、軽量化、防爆構造化を図る
ことができ、測定誤差が小さく且つメインテナンスが容
易であるという種々の利点がある。

【００１３】しかし、上記構成の差圧管は、蓄電池が傾
斜状態に置かれ電解液が移動すると、液圧をサンプリン
グする２点間の距離が、蓄電池が略水平な状態に置かれ
ているときの距離と異なった値となるので、傾斜状態で
検出された差圧値と略水平な状態に置かれているときの
差圧値との間に誤差が生ずることとなる。よって、この
誤差を含んだ差圧値に基づいて電解液の比重が算出され
ることとなってしまうために、蓄電池が傾斜状態に置か
れているときには、電解液の比重の正確な測定が行えな
いという不具合があった。

【００１４】また、上記構成の差圧管を比重センサとし
て使用するには、スパイラル状端部を収容するための空
隙部を蓄電池内に設定する必要があるが、蓄電池内に上
記空隙部を求めるのは電極群の構造上かなり困難であ
り、そのため上記装置は実用的ではなかった。

【００１５】また、上記差圧管は、外的な要因によって
形状等が変化し、液圧をサンプリングする２点間の距離
が設定当初の距離と異なった値となる虞もあった。

【００１６】更に、蓄電池の構造上の制約により差圧管
に長尺なものが採用できないために、比重センサが検出
する差圧は小さな値となってしまうので、比重センサか
ら差圧検出信号として出力される電圧の値も小さなもの
となってしまい外乱等の影響を受け易くなり、差圧の検
出精度が低下するおそれもあった。

【００１７】このように、差圧により蓄電池内の電解液
の比重や液面を測定しようとすると、上記のような種々
の問題点が生ずるが、これらの問題点を解決するのは現
実には甚だ困難であった。

【００１８】従って本発明の目的は、差圧以外の物理量
を用いて液体の比重や液面高さを測定することにより液
体の比重や液面高さの測定精度をより向上させることが
可能な液体の比重、液面高さ及び液温測定装置を提供す
ることにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明に従う液体の比
重、液面高さ及び液温測定装置は、複数の液体収容器の
各々に設けられ、各液体収容器中の液体に浸漬されるこ
とにより対応する液体の状態を検知して夫々所定の電気
信号を出力する複数の液体状態検知部と、各液体状態検
知部からの出力信号に基づいて各液体の状態変化をチェ
ックするための信号処理を実行する液体状態監視部とを
備え、各液体状態検知部は、各液体収容器内での液面変
動に応じて上下動し、且つ、上面の液面からの突出高さ
が液体の比重変化に応じて変動する比重測定用フロート
と、その液体収容器内において上面が液面と略同一高さ
を保持した状態で液面変動に応じて上下動可能な液面測
定用フロートと、その液体収容器内の上部に設けられ、
発生させた伝播波が比重測定用フロートに反射して戻っ
てくるまでの第１の時間及び液面測定用フロートに反射
して戻ってくるまでの第２の時間を夫々計数することに
より液体の比重及び液面高さを検知するための時間デー
タを夫々出力する比重・液面高さ検知手段と、液体収容
器内の常時液中に浸漬する部位に設けられ、液温を検知
してこの液温に応じた電気信号を出力する液温検知手段
とを有し、液体状態監視部は、各液体状態検知部からの
出力信号を所定の順序で時分割的に選択入力する手段を
有し、上記選択入力される液体状態検知部からの出力信
号に基づいて対応する液体収容器内の液体の温度を認識
し、且つ、所定の演算処理を行うことにより、該液体の
比重及び液面高さを求める。

【００２０】上記構成によれば、各液体収容器内での液
面変動に応じて上下動し、且つ、上面の液面からの突出
高さが液体の比重変化に応じて変動する比重測定用フロ
ートと、その液体収容器内において上面が液面と略同一
高さを保持した状態で液面変動に応じて上下動可能な液
面測定用フロートと、その液体収容器内の上部に設けら
れ、発生させた伝播波が比重測定用フロートに反射して
戻ってくるまでの第１の時間及び液面測定用フロートに
反射して戻ってくるまでの第２の時間を夫々計数するこ
とにより液体の比重及び液面高さを検知するための時間
データを夫々出力する比重・液面高さ検知手段と、液体
収容器内の常時液中に浸漬する部位に設けられ、液温を
検知してこの液温に応じた電気信号を出力する液温検知
手段とを有する液体状態検知部を用いて液体収容器中の
液体の比重、液面高さ、液温を測定することにしたの
で、差圧以外の物理量を用いて液体の比重や液面高さを
測定することにより液体の比重や液面高さの測定精度を
より向上させることができる。また、液体状態監視部
が、選択入力手段により所定の順序で時分割的に選択入
力した各液体状態検知部からの出力信号に基づいて対応
する液体収容器内の液体の温度を認識し、且つ、所定の
演算処理を行うことにより、該液体の比重及び液面高さ
を求めることとしたので、比較的短時間で多数の液体収
容器内の液体の比重及び液面高さを測定することができ
ると共に、選択入力手段を制御することにより、監視者
が所望する特定の液体収容器中の液体の比重、液面高
さ、液温を、監視者が所望する時間に、他の液体収容器
中の液体の比重、液面高さ、液温に優先させて求めるこ
とができる。

【００２１】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図面によ
り詳細に説明する。

【００２２】図１は、本発明の一実施形態に係る液体、
即ち、電解液の比重、液面高さ及び液温を測定する測定
装置の全体構成を示す。

【００２３】上記装置は、蓄電池１内の電解液の比重、
液面高さ、液温を夫々測定する液面高さ、液温測定用の
センサを有した測定器３、これら各センサと複数本の信
号線（図示省略）を通じて接続され各センサから並列に
出力されるデータを直列データに変換して出力するパラ
レル／シリアル変換器（Ｐ／Ｓ変換器）７を備える。上
記装置は、各センサから信号線（図示省略）、Ｐ／Ｓ変
換器７、及び信号線９を介して伝送されたデータを読込
んで蓄電池１内の電解液の状態を監視する監視部１１を
も備える。なお、Ｐ／Ｓ変換器７の詳細構成については
後述する。また、図１において、符号２は電極板群、符
号４は蓄電池１内部に充満した気体を外部へと排出する
ための排気栓、符号６は電解液の液面である。

【００２４】蓄電池１内の電解液の比重及び液面高さ
は、測定器３に内蔵されるレーザ式変位センサ３１（図
２参照）により測定され、また、上記電解液の液温は、
測定器３に内蔵されるＩＣ温度センサ３３（図２参照）
により測定される。本実施例に係る各センサ３１、３
３、信号線５、９、Ｐ／Ｓ変換器７及び監視部１１は、
共に本質安全防爆回路が採用されており、水素ガスの爆
発に対する安全性の確保が図られている。

【００２５】図２は、上述した電解液の比重、液面高さ
及び液温を測定するための測定器を示す。

【００２６】測定器３は、蓄電池１の天面に固定される
略円筒状のケーシング２３、その上部に収容されるＰ／
Ｓ変換器７、その下部に収容されるレーザ式変位センサ
３１、ケーシング２３の底部から下方に夫々垂設される
比重測定用フロートガイド２５、ＩＣ温度センサ保持用
部材２２及び液面測定用フロートガイド２４を備える。
測定器３は、液面６の変動に伴って上下動するようガイ
ド機構２５により保持される比重測定用フロート２９、
同じく液面６の変動に伴って上下動するようガイド機構
２４により保持される液面測定用フロート２８、ＩＣ温
度センサ保持用部材２２の先端部に取付けられたＩＣ温
度センサ３３をも備える。

【００２７】比重測定用フロート２９には、上面がレー
ザ光を反射するための鏡面２７になっており、鏡面２７
の液面からの突出高さが電解液の比重変化を反映して敏
感に変動するような構成のものが採用される。比重測定
用フロート２９には、例えば円筒形状のもの、三角錐形
状のもの、瓢箪形状のもの等が採用される。

【００２８】液面測定用フロート２８には、フロート２
９と同様に上面がレーザ光を反射するための鏡面２６に
なっており、鏡面２６が液面６と略同一高さを保持した
状態で液面６の変動に応じて上下動するような構成のも
のが採用される。液面測定用フロート２６には、例えば
発泡スチロールのような材質により構成されるもの等が
採用される。

【００２９】レーザ式変位センサ３１は、鏡面２７、２
６に向けてレーザ光を照射すると共に鏡面２７、２６か
ら反射されたレーザ光を受光してレーザ光が照射されて
から鏡面２７、２６で反射されて戻ってくるまでの時間
を計数し、これら計数した時間データを出力する。レー
ザ式変位センサ３１の詳細構成については、図３で説明
する。ＩＣ温度センサ３３は、電解液の温度を測定して
その測定値を出力する。

【００３０】ケーシング２３、ガイド機構２４、２５、
ＩＣ温度センサ保持用部材２２及びフロート２８、２９
は、既に公知の耐腐食性樹脂材料（例えばアクリル）に
より構成されており、また、ＩＣ温度センサ３３は、上
記と同様の材料により、電解液から完全に防護された状
態で取付固定されている。

【００３１】図３は、レーザ式変位センサ３１の構成を
示すブロック図である。

【００３２】レーザ式変位センサ３１は、所定周波数の
クロックパルスを生成して出力するクロック発生回路４
０、鏡面２６、２７から夫々反射されたレーザ光を個別
に受光し、これらを電気信号に変換して出力するレーザ
光受光部４２を備える。変位センサ３１は、鏡面２６、
２７方向に所定強度のレーザ光を所定周期で所定時間照
射するレーザ光照射部４４、レーザ光照射部４４を所定
周期で所定時間駆動するためのドライバ４６をも備え
る。

【００３３】変位センサ３１は、更に、クロック発生回
路４０からのクロックパルスの計数値とドライバ４６か
らの駆動指令信号とに基づき、この駆動指令信号の出力
時刻とレーザ光受光部４２から個別に出力される各電気
信号の入力時刻との間の時間を夫々計数して、それらの
計数値を出力するカウンタ４８をも備える。上記内容か
ら明らかなように、カウンタ４８から出力される計数値
は、レーザ光照射部４４から鏡面２７までの距離に対応
する第１の時間計数値と、レーザ光照射部４４から鏡面
２６までの距離に対応する第２の時間計数値の２種類で
ある。

【００３４】変位センサ３１からの出力に基づく電解液
の比重算定は、予め、蓄電池１内の電解液の比重が１．
００のときと１．３０（これは一例である。別の値であ
ってもよい）のときの、フロート２９における鏡面２７
の液面６からの突出高さを求め、比重変化に対応する突
出高さの変化率を求めておくことが前提となる。

【００３５】つまり、突出高さは、変位センサ３１のレ
ーザ光照射面から鏡面２７までの距離ｌ2と、レーザ光
照射面から液面６（鏡面２６により表される）までの距
離ｌ1との差分により表すことができる。よって、突出
高さは、上記各比重値毎にカウンタ４８から個別に出力
される時間計数値を夫々距離（ｌ1及びｌ2）に換算した
後、これらの差分を演算することにより求められること
となる。なお、上記演算を行う場合の液面高さは、必ず
しも電解液が正規液面のときの液面高さ（Ｌ）である必
要はない。

【００３６】変位センサ３１からの出力による電解液の
比重算定は、下記の（１）式で示す演算を行うことによ
り行われる。

【００３７】ρ＝ｃ（ｈ−ｌ）…………（１） ここで、ρ：電解液の比重 ｈ：変位センサ３１のレーザ光照射面と電解液の液面６
との間の距離（上記ｌ1により表された値である） ｌ：変位センサ３１のレーザ光照射面と鏡面２７との間
の距離（上記ｌ2により表された値である） ｃ：定数 次に、変位センサ３１からの出力による、正規液面から
変位したときの電解液の液面高さは、フロート２６の鏡
面２８が液面の変動に応じて変動するために、カウンタ
４８から出力される上記ｌ1に対応した時間計数値のみ
に基づいて求められる。即ち、正規液面のときの液面高
さの値が既知数であるために、正規液面のときのレーザ
光照射面と鏡面２６との間の距離と、変位後の液面にお
けるレーザ光照射面と鏡面２６との間の距離との間の差
分を求めてこの差分を上記正規液面のときの液面高さの
値に加算することにより容易に求められる。

【００３８】図４は、上記測定装置を備えた蓄電池の監
視方式を示すブロック図である。

【００３９】この監視方式は、多数の蓄電池を、幾つか
の蓄電池を単位として複数個のブロックに分割し、個々
の蓄電池１に関する３種類のセンサ情報を各蓄電池１毎
にシリアルデータに変換する。そして、このシリアルデ
ータを所定の順序に従い所定のタイミングで対応する信
号線９を構成するデータ伝送線５５（図５、図６参照）
から監視部１１側に送出するようになっている。

【００４０】蓄電池の監視方式を上記のように構成する
ことにより、監視部１１内の信号処理部５１（後に詳述
する）と、各々の蓄電池１側にあるセンサ情報を処理す
るための機器類（上述したＰ／Ｓ変換器７）との間を接
続する信号線９の本数は、上記ブロックの数だけあれば
間に合うこととなる。例えば、監視対象となる蓄電池の
数が１００個であって、２０個の蓄電池で１ブロックを
構成するものとすれば、ブロックの総数は５となるか
ら、上記信号線９の数は５本で済むことになる。なお、
上記装置が監視し得る蓄電池１の個数は１００個に限定
されるものでないのは勿論である。

【００４１】図５及び図６は、図４に示した監視方式の
信号処理系統を示したブロック図である。図５は、監視
対象である蓄電池１側に取付けられる各種機器類を示
し、また、図６は、監視部１１側の内部構成を示してい
る。

【００４２】上記信号処理系統は、図５及び図６に示す
ように、既述の各センサ３１、３３を始め、各増幅器３
５、各Ｐ／Ｓ変換器７、及び監視部１１から構成され
る。

【００４３】図５の上側２段の各レーザ式変位センサ３
１、ＩＣ温度センサ３３、増幅器３５、及び各Ｐ／Ｓ変
換器７は、図４のブロック１を構成する蓄電池１に対応
して設けられている機器類である。また、図５の下側２
段の各センサ３１、３３、増幅器３５、及び各Ｐ／Ｓ変
換器７は、図４のブロックｎを構成する蓄電池１に対応
して設けられている機器類である。

【００４４】上記各々のセンサ３１、３３は、図５に示
すように、夫々監視対象である蓄電池１の設置数と同数
設けられており、これら２種類のセンサは、夫々各蓄電
池１内に既述のような態様（図１及び図２参照）で設置
されている。各増幅器３５も、上記各センサ３３に対応
して夫々各蓄電池１内の適宜箇所に設置されており、更
に、各Ｐ／Ｓ変換器７も、各蓄電池１毎に設けられてい
る。

【００４５】各Ｐ／Ｓ変換器７は、監視部１１の制御下
で、夫々対応する蓄電池１のセンサ３１から出力される
比重・液面高さ検知用の２種類のディジタル信号（上述
した第１の時間計数値及び第２の時間計数値に対応す
る）と、これらの信号とパラレルに増幅器３５から出力
されるアナログ信号とを時分割的に選択入力する。そし
て、アナログ信号についてはディジタル信号に変換した
後、センサ３１からの２種類のディジタル信号と共にシ
リアルデータとして監視部１１に出力する。

【００４６】各Ｐ／Ｓ変換器７は、制御プログラムを始
め、マルチプレクサ４１による第１の時間計数データ、
第２の時間計数データ及び液温検出信号の入力順序及び
入力タイミングに関するデータを記憶するメモリ４５を
備える。各Ｐ／Ｓ変換器７は、上記制御プログラム、監
視部１１からの時分割制御用データ及びシリアルデータ
送出許可等に基づき、以下に詳述するマルチプレクサ４
１や入出力ポート４９を制御するローカルＣＰＵ４７を
も備える。各Ｐ／Ｓ変換器７は、ローカルＣＰＵ４７の
制御下で、所定の入力順序と入力タイミングで上記２種
類のディジタル信号とアナログ信号とを時分割的に選択
入力するマルチプレクサ４１、マルチプレクサ４１から
所定のタイミングで出力されるアナログ信号をディジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４３をも備える。各Ｐ／
Ｓ変換器７は、制御データ伝送線５３を通じた監視部１
１からの時分割制御用データを入力してローカルＣＰＵ
４７に出力すると共に、ローカルＣＰＵ４７の制御下で
上記各ディジタル信号（シリアルデータ）を所定のタイ
ミングでデータ伝送線５５から監視部１１に出力する入
出力ポート４９をも備える。

【００４７】監視部１１は、図６に示すように、電解液
に関する各種データを表示するための表示手段としての
比重表示部６１、液面表示部６３、及び液温表示部６５
を始め、種々の指令を入力するためのキーボード６７を
備える。監視部１１は、また、電解液に関する各種デー
タをハードコピーとして出力するためのプリンタ６９、
及びキーボード６７からの指令と各センサ３１、３３か
らの出力とに基づき、表示部６１〜６５、プリンタ６９
を制御するための信号処理を実行する信号処理部５１を
も備える。

【００４８】信号処理部５１は、比重値演算手段、液面
高さ演算手段、及び比重値換算手段として機能するメイ
ンＣＰＵ７９を始め、入出力ポート７１、出力ポート７
７、メモリ７５及びシリアル／パラレル変換回路（Ｓ／
Ｐ変換回路）７３を備える。

【００４９】キーボード６７は、信号処理部５１に対し
て本実施形態に係る測定装置を制御するのに必要な種々
の指令信号を出力するためのキーや、テンキー等からな
るキー群を備えている。上記キー群は、監視対象である
複数個の蓄電池１中から特定の蓄電池１を指定してその
蓄電池１中の電解液の比重、液面、液温及び換算比重を
各表示部６１、６３、及び６５に表示させるための各種
キーを含む。上記キー群は、また、全ての蓄電池１の電
解液の平均換算比重、平均液面及び平均温度を各表示部
６１、６３、６５に表示させるための各種キーをも含
む。

【００５０】上記各種キーの操作に起因する指令信号
は、キーボード６７から入出力ポート７１を通してメイ
ンＣＰＵ７９に出力され、メインＣＰＵ７９において所
定の演算処理が施される。

【００５１】比重表示部６１、液面表示部６３、液温表
示部６５は、例えば運転室等、指揮を行う箇所に設置さ
れており、各表示部６１、６３、６５は、例えばＬＥＤ
（発光ダイオード）素子からなる複数桁の７セグメント
が採用されている。これら各々の表示部６１、６３及び
６５は、メインＣＰＵ７９から出力ポート７７を通して
出力された表示指令信号に基づき、所定の表示動作を実
行する。

【００５２】プリンタ６９も、上記各表示部６１、６
３、６５と同様に、運転室等、指揮を行う箇所に設置さ
れており、メインＣＰＵ７９から出力ポート７７を通し
て出力された駆動指令信号に基づき、所定様式の要旨に
所定の印字動作を実行する。

【００５３】入出力ポート７１は、メインＣＰＵ７９の
制御下でキーボード６７から出力された指令信号をメイ
ンＣＰＵ７９に出力する。入出力ポート７１は、また、
メインＣＰＵ７９の制御下で前記各Ｐ／Ｓ変換器７から
対応するデータ伝送線５５を通じてパラレルに送出され
た各ブロック毎のディジタルデータを予め設定された順
序に従って時分割的に選択入力し、シリアルデータとし
て所定のタイミングでＳ／Ｐ変換回路７３に出力する。
入出力ポート７１は、更に、メインＣＰＵ７９から出力
された前記各Ｐ／Ｓ変換器７の制御データをシリアルデ
ータとして所定のタイミングで前記制御データ伝送線５
３に送出する。

【００５４】Ｓ／Ｐ変換回路７３は、メインＣＰＵ７９
の制御下で入出力ポート７１からのシリアルデータを、
各蓄電池１毎の電解液の２種類の時間計数情報（２個の
距離情報に対応する）及び温度情報として演算処理が可
能なようにパラレルデータに変換し、所定のタイミング
でメインＣＰＵ７９に出力する。ＲＯＭ／ＲＡＭメモリ
（メモリ）７５は、制御プログラム、時分割制御用デー
タとして各Ｐ／Ｓ変換器７が対応するセンサ３１、３３
からの検出信号を入力する順序、その入力タイミング、
各Ｐ／Ｓ変換器７が夫々のシリアルデータを対応するデ
ータ伝送線５５に送出する順序、送出タイミングに係る
データを記憶する。

【００５５】メモリ７５は、入出力ポート７１が各デー
タ伝送線５５から送出されるシリアルデータを入力する
順序、その入出力タイミングに関するデータ、既述の
（１）式、正規液面から変位後の電解液の液面高さｈ´
を算出するための式をも記憶している。メモリ７５は、
電解液の比重ρを液温２０℃での比重Ｇ２０に換算する
式、電解液の比重ρを液温２０℃で且つ正規液面での比
重Ｇ２０ｂに換算する式、全ての蓄電池１の電解液の平
均換算比重、平均液面及び平均温度を算出する式、蓄電
池１内の電解液の正規液面高さを示す値ｂ等の各種デー
タをも記憶している。

【００５６】メモリ７５は、更に、前記各種キーが操作
されたことに起因して、メインＣＰＵ７９から出力され
た各蓄電池１中の電解液の比重データ、液面データ、温
度データ及び換算比重データ、全ての蓄電池１の電解液
の平均換算比重データ、平均液面データ及び平均温度デ
ータ等を所定記憶領域に記憶する。メモリ７５は、メイ
ンＣＰＵ７９からのデータ読出要求を入力して対応する
データをメインＣＰＵ７９に出力する。

【００５７】メインＣＰＵ７９は、メモリ７５中の各種
データと入出力ポート７１から入力された外部の諸情報
（各種センサ情報やキーボード６７からのキー操作情
報）とに基づき一連の演算処理を行う。メインＣＰＵ７
９は、出力ポート７７を通じて比重表示部６１、液面表
示部６３、液温表示部６５及びプリンタ６９を制御す
る。メインＣＰＵ７９は、メモリ７５に記憶されている
前記各種データ等に基づき、以下のような演算処理動作
を実行する。

【００５８】（ア）メインＣＰＵ７９は、入出力ポート
７１及び各制御データ伝送線５３を通して各ローカルＣ
ＰＵ４７を制御するための制御データを送出するととも
に、入出力ポート７１を制御することにより、（イ）乃
至（キ）に記載するように各蓄電池１毎に電解液の比
重、液面高さ及び液温を求める。

【００５９】（イ）各センサ３１から上記経路を通じて
メインＣＰＵ７９に伝送されたディジタルデータ（即
ち、２種類の時間計数データを換算することにより得ら
れる２固の距離データ）を入力し、これらのディジタル
データとメモリ７５中の電解液の比重ρを求める（１）
式とによってρを求める。

【００６０】（ウ）正規液面から変位したときの電解液
の液面を上述した様な態様で求める。

【００６１】（エ）各ＩＣ温度センサ３１から出力さ
れ、上記経路を通じてメインＣＰＵ７９に伝送されたデ
ィジタルデータｔを入力する。メインＣＰＵ７９は、こ
のディジタルデータｔを、（イ）において前記比重ρを
求めたとき及び（ウ）において前記液面高さｈ´を求め
たときの液温ｔ〔℃〕と認識する。即ち、メインＣＰＵ
７９は、（イ）において求めた比重ρを、液温ｔ〔℃〕
における電解液の比重Ｇ（ρ＝Ｇｔ）と認識し、このｔ
と、メモリ７５中の、液温が２０℃のときの電解液の比
重Ｇ２０に換算するための式 Ｇ２０＝Ｇｔ＋０．００
０７（ｔ−２０）を用いてＧ２０を求める。

【００６２】（オ）（イ）で求められた比重ρは、
（ウ）で求められた液面高さｈ´における比重であっ
て、電解液が正規液面であるときの比重ではない。そこ
で、（イ）で求められた比重ρと、（ウ）で求められた
液面高さｈ´と、メモリ７５中の、電解液が正規液面で
あるときの比重Ｇｂに換算するための式 Ｇｂ＝ＧＬ＋
０．０００４（ｂ−ｈ´）の式とを用いて比重Ｇｂを求
める。ここで、ｂは、電解液３の正規液面高さを示して
いる。また、ｈ´は、液面高さを示しており、既に
（ウ）で求められている。また、ＧＬは、液面高さｈ´
のときの電解液の比重を示している（このＧＬは、
（イ）ではρで示し、（エ）ではＧｔで示している）。
更に、０．０００４は、測定された電解液３の液面が正
規液面に換算されるに際して必要となる液面換算係数で
ある。

【００６３】（カ）メインＣＰＵ７９は、（エ）でＧ２
０の値、即ち、液温２０℃のときの電解液の比重を求
め、（オ）でＧｂの値、即ち、液面高さｈ´のときの電
解液の比重を求めた後、メモリ７５中の、液温２０℃で
且つ液面が正規液面であるときの電解液の比重Ｇ２０ｂ
に換算するための式 Ｇ２０ｂ＝ＧｔＬ＋０．０００７
（ｔ−２０）＋０．０００４（ｂ−ｈ´） を用いてＧ
２０ｂを求める。

【００６４】ＧｔＬ＋０．０００７（ｔ−２０） は、
（エ）で求められているから既知数であり（∵ＧｔＬ＝
Ｇｔ）、また、０．０００４（ｂ−ｈ´）は、（オ）で
演算されているのでやはり既知数である。

【００６５】このようにして、電解液の比重を、液面２
０℃で且つ正規液面であるときの比重に換算する理由
は、電解液の比重は液温及び液面高さによって変化する
ため、電解液比重を比較する場合には、（イ）で求めた
電解液比重ρを液温２０℃で且つ正規液面のときの電解
液比重Ｇ２０ｂに換算する必要があるからである。

【００６６】（キ）メインＣＰＵ７９は、（カ）におい
て求めたＧ２０ｂに関し、必要に応じて温度ドリフト補
正を行う。即ち、メインＣＰＵ７９は、ＩＣ温度センサ
３３から出力された液温検出値ｔ等に基づき、所定の演
算処理を行うことによって、前記（カ）で求めたＧ２０
ｂの値を補正する。

【００６７】（ク）メインＣＰＵ７９は、キーボード６
７から出力された指令信号に基づき、全ての蓄電池１の
電解液の平均換算比重、平均液面及び平均温度を算出す
る。

【００６８】（ケ）メインＣＰＵ７９は、上記のように
して求めた各蓄電池１毎にＧ２０ｂの値を始め、ｈ´の
値、ｔの値と、全ての蓄電池１の電解液の平均換算比重
値、平均液面値及び平均温度値を、夫々対応する表示部
６１、６３、６５に表示出力したり、或いはプリンタ６
９を制御することによってプリンタ６９からハードコピ
ー（上記情報が印刷された所定様式の用紙）を出力させ
る。

【００６９】次に、上記構成の制御動作を、図７及び図
８のフローチャートを参照しながら説明する。

【００７０】まず、メインＣＰＵ７９は、電解液が正規
液面のときの液面高さデータＬと、比重１．００及び
１．３０のときの、変位センサ３１のレーザ光照射面と
鏡面２６、２７との間の距離データとが、各メモリ４５
内に登録されているか否かをチェックする（ステップＳ
１）。上記データは、変位センサ３１の出力特性に生じ
た温度ドリフトによって、既述のＧ２０ｂの値に誤差が
生じた場合に、これを補正するに際して用いられるもの
である。

【００７１】上記チェックの結果、各メモリ４５内に登
録されていれば、メインＣＰＵ７９は、ステップＳ２以
降の処理動作に移行する。メインＣＰＵ７９は、時分割
制御用データを各ローカルＣＰＵ４７に送出する。この
制御データにより、各Ｐ／Ｓ変換器７が各センサ３１、
３３から出力された検出信号を入力する順序が決定され
る。また、上記検出信号によって形成されたシリアルデ
ータの各Ｐ／Ｓ変換器７からの出力順序及び出力タイミ
ングも決定される（ステップＳ２）。

【００７２】この処理動作が終了すると、メインＣＰＵ
７９は、入出力ポート７１からの各ブロック毎のディジ
タルデータの出力順序と出力タイミングとを決定すべく
入出力ポート７１を制御する。以下、この制御によりブ
ロック１〜ブロックｎの順に各ディジタルデータが出力
されるものと仮定し、ブロック１において蓄電池１のセ
ンサ情報として最初に出力されるディジタルデータにつ
き説明することとする（ステップＳ３）。

【００７３】メインＣＰＵ７９は、変位センサ３１から
出力された２種類の時間計数データを換算することによ
り得られるレーザ光照射面からフロート２９までの距離
データ及びレーザ光照射面からフロート２８までの距離
データを読込み（ステップＳ４）、メモリ７５から前記
（１）式を読出して、電解液の比重ρを計算する（ステ
ップＳ５）。

【００７４】ステップＳ５で算出したρの値は、メイン
ＣＰＵ７９によりメモリ７５の所定記憶領域に一時的に
記憶される（ステップＳ６）。ステップＳ４からステッ
プＳ６に至る一連の処理動作が終了すると、ステップＳ
７に移行する。即ち、メインＣＰＵ７９は、メモリ７５
から電解液の液面高さｈ´を算出するための式と、ステ
ップＳ４で読込んだ２種類の距離データとから電解液の
液面高さｈ´を演算する（ステップＳ７）。ステップＳ
７で算出したｈ´の値は、メインＣＰＵ７９によりメモ
リ７５の所定記憶領域に一時的に記憶される（ステップ
Ｓ８）。ステップＳ８で示した処理動作が完了すると、
メインＣＰＵ７９１は、ＩＣ温度センサ３３から出力さ
れた液温検出値ｔを読込み、メモリ７５内の所定記憶領
域に一時的に記憶させる（ステップＳ９）。

【００７５】ステップＳ５で求めた電解液の比重ρと、
ステップＳ９で読込んだ液温検出値ｔと、メモリ７５内
に記憶されている電解液の液温が２０℃のときの比重Ｇ
２０に換算するための式 Ｇ２０＝Ｇｔ＋０．０００７
（ｔ−２０）とを用いて、電解液の液温が２０℃のとき
の比重Ｇ２０を計算する。上記換算式を構成する各項の
詳細については、既に説明したので省略する（ステップ
Ｓ１０）。この計算が終了すると、メインＣＰＵ７９
は、ステップＳ５で求めた電解液の比重ρと、ステップ
Ｓ７で求めた電解液の液面高さｈ´と、メモリ７５内に
記憶されている電解液の液面が正規液面であるときの比
重Ｇｂに換算するための式 Ｇｂ＝ＧＬ＋０．０００４
（ｂ−ｈ´） とを用いてＧｂを求める。上記換算式を
構成する各項の詳細についても、既に説明したので省略
する（ステップＳ１１）。

【００７６】ステップＳ１０及びステップＳ１１におい
て夫々記載した計算が終了すると、メインＣＰＵ７９
は、メモリ７５内に記憶されている、液温２０℃で且つ
正規液面であるときの電解液の比重Ｇ２０ｂに換算する
ための式 Ｇ２０ｂ＝ＧｔＬ＋０．０００７（ｔ−２
０）＋０．０００４（ｂ−ｈ´） を用いて、上記比重
Ｇ２０ｂを計算する（ステップＳ１２）。このＧ２０ｂ
については、必要に応じて既述のような温度ドリフト補
正が行われる（ステップＳ１３）。

【００７７】ステップＳ１３の処理動作が終了した後、
キーボード７１から上記各データを表示すべき旨の指令
（蓄電池１個分のデータを表示すべき旨の指令）が入力
されたことを認識すると（ステップＳ１４）、メインＣ
ＰＵ７９は、各値（温度ドリフト補正後のＧ２０ｂ、液
面高さｈ´、及び液温検出値ｔ）を表示すべく各表示部
６１、６３、６５を制御する（ステップＳ１５）。ステ
ップＳ１３の処理動作が終了した後、キーボード７１か
ら全ての蓄電池１の電解液の平均換算比重、平均液面及
び平均温度を表示すべき旨の指令が入力されたことを認
識すると（ステップＳ１６）、メインＣＰＵ７９は、ス
テップＳ１３で求めた各値を一時的にメモリ７５の所定
記憶領域内に記憶させる（ステップＳ１７）。

【００７８】そして、全ての蓄電池１に関するデータを
求めた後、メインＣＰＵ７９は、これらのデータに基づ
き全ての蓄電池１の電解液の平均換算比重、平均液面及
び平均温度を算出し（ステップＳ１８）、これら各値を
表示すべく各表示部６１、６３、６５を制御する（ステ
ップＳ１９）。キーボード７１からステップＳ１３或い
はステップＳ１８で求めた値を印字出力すべき旨の指令
が入力されたことを認識すると（ステップＳ２０、２
１）、メインＣＰＵ７９は、上記各データをハードコピ
ーとして出力すべく、プリンタ６９を制御する（ステッ
プＳ２２）。

【００７９】上述した各ステップＳ１〜Ｓ２２に示す処
理動作が終了することで、メインＣＰＵ７９による一連
の演算処理動作が終了することとなる。

【００８０】以上説明した内容は、あくまで本発明の一
実施形態に関するものであって、本発明が上記内容のみ
に限定されるものでないのは勿論である。例えば、電解
液の比重及び液面高さを測定するためのセンサとして、
図１〜図３で示したレーザ式変位センサ３１の代りに超
音波センサを用いてもよい。また、フロートにマグネッ
トを設け、電解液の液面に直交する方向に磁歪線を形成
し、この磁歪線に電流パルスを通電して電流パルスとマ
グネットとにより生ずる磁歪線のねじりの伝播時間を測
定する方法（磁歪式リニア変位センサの原理を応用した
方法）を採用して、電解液の比重及び液面高さを求めて
もよい。

【００８１】更に、蓄電池１に傾斜センサ（図示省略）
を設け、この傾斜センサからの出力に基づき、レーザ式
変位センサ３１からの出力（前述した第１の時間計数値
及び第２の時間計数値）を補正することとすれば、蓄電
池１が傾斜した場合でも、高精度な比重、液面高さの検
出が行える。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
差圧以外の物理量を用いて液体の比重や液面高さを測定
することにより液体の比重や液面高さの測定精度をより
向上させることが可能な液体の比重、液面高さ及び液温
測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の電解液の比重、液面高さ及び液温
測定装置の全体構成のブロック図。

【図２】一実施形態のレーザ式変位センサの側面図。

【図３】一実施形態のレーザ式変位センサのブロック
図。

【図４】電解液の比重、液面高さ及び液温測定装置を備
えた蓄電池の監視方式のブロック図。

【図５】図４の監視方式の信号処理系統のブロック図。

【図６】図４の監視方式の信号処理系統のブロック図。

【図７】図５及び図６の信号処理系統の動作のフローチ
ャート。

【図８】図５及び図６の信号処理系統の動作のフローチ
ャート。

【符号の説明】

１ 蓄電池 ３ 測定器 １１ 監視部 ２２ ＩＣ温度センサ保持用部材 ２３ ケーシング ２４ 液面測定用フロートガイド ２５ 比重測定用フロートガイド ２６、２７ 鏡面 ２８ 液面測定用フロート ２９ 比重測定用フロート ３１ レーザ式変位センサ ３３ ＩＣ温度センサ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の液体収容器の各々に設けられ、各
   液体収容器中の液体に浸漬されることにより対応する液
   体の状態を検知して夫々所定の電気信号を出力する複数
   の液体状態検知部と、 前記各液体状態検知部からの出力信号に基づいて前記各
   液体の状態変化をチェックするための信号処理を実行す
   る液体状態監視部とを備え、 前記液体状態検知部が、 前記液体収容器内での液面変動に応じて上下動し、且
   つ、上面の液面からの突出高さが前記液体の比重変化に
   応じて変動する比重測定用フロートと、 前記液体収容器内において上面が液面と略同一高さを保
   持した状態で液面変動に応じて上下動可能な液面測定用
   フロートと、 前記液体収容器内の上部に設けられ、発生させた伝播波
   が前記比重測定用フロートに反射して戻ってくるまでの
   第１の時間及び前記液面測定用フロートに反射して戻っ
   てくるまでの第２の時間を夫々計数することにより前記
   液体の比重及び液面高さを検知するための時間データを
   夫々出力する比重・液面高さ検知手段と、 前記液体収容器内の常時液中に浸漬する部位に設けら
   れ、液温を検知してこの液温に応じた電気信号を出力す
   る液温検知手段とを有し、 前記液体状態監視部が、 前記各液体状態検知部からの出力信号を所定の順序で時
   分割的に選択入力する手段を有し、 前記選択入力される液体状態検知部からの出力信号に基
   づいて対応する液体収容器内の液体の温度を認識し、且
   つ、所定の演算処理を行うことにより、該液体の比重及
   び液面高さを求めることを特徴とする液体の比重、液面
   高さ及び液温測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の液体の比重、液面高さ及
   び液温測定装置において、 前記所定の演算処理が、 前記選択入力される液体状態検知部の前記比重・液面高
   さ検知手段からの第１の時間データに基づく所定の演算
   式による前記液体の比重の演算処理と、 前記比重・液面高さ検知手段からの第２の時間データに
   基づく所定の演算式による前記液体の液面高さの演算処
   理と、 前記比重の演算処理により求められた比重データ及び前
   記液面高さの演算処理により求められた液面高さに基づ
   く所定の演算式による前記比重の所定液温での、且つ所
   定液面高さでの比重に換算する処理とを含むことを特徴
   とする液体の比重、液面高さ及び液温測定装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の液体の比
   重、液面高さ及び液温測定装置において、 前記複数の液体収容器が、複数個の蓄電池であり、 前記各液体状態検知部が、 前記比重・液面高さ検知手段、及び前記液温検知手段か
   ら夫々出力された電気信号をシリアルデータに変換する
   信号変換手段を更に有し、 前記液体状態監視部が、 前記液温検知手段からの電気信号に基づく液温と、前記
   液面高さの演算処理により得られた液面高さと、前記比
   重の換算処理により得られた比重とを各別に表示する表
   示手段と、 前記液温検出手段からの電気信号に基づく液温、前記液
   面高さの演算処理により得られた液面高さ、前記比重の
   演算処理により得られた比重、及び前記比重の換算処理
   により得られた換算比重に係るハードコピーを出力する
   手段とを更に有し、 少なくとも前記各液体状態検知部及び前記液体状態監視
   部には、夫々本質安全防爆回路が採用されていることを
   特徴とする液体の比重、液面高さ及び液温測定装置。