JP3198320B2 - ストレインゲージ式ロードセルを利用した液体の液位／液量測 定システム及びその測定方法 - Google Patents
ストレインゲージ式ロードセルを利用した液体の液位／液量測 定システム及びその測定方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ストレインゲージ
式ロードセルを利用した、液体の液位／液量測定システ
ム及びその測定方法に関したもので、特に被測定液体タ
ンクの液位変化による浮力錘の重さの変化をストレイン
ゲージ式ロードセルによって電圧の大きさで検出して、
検出された信号をデジタルに変換して液位／液量の変化
を高精度に測れるストレインゲージ式ロードセルを利用
した液体の液位／液量測定システム及びその測定方法に
関した内容である。一般的に各種液体、例えば、油類タ
ンク、又は、各種プラント設備の原料タンク内部の液体
残量、蒸発量、漏水及び漏油量を正確に測定して、在庫
管理又は生産ラインに対して材料の投入に誤差がないよ
うにする必要がある。
式ロードセルを利用した、液体の液位／液量測定システ
ム及びその測定方法に関したもので、特に被測定液体タ
ンクの液位変化による浮力錘の重さの変化をストレイン
ゲージ式ロードセルによって電圧の大きさで検出して、
検出された信号をデジタルに変換して液位／液量の変化
を高精度に測れるストレインゲージ式ロードセルを利用
した液体の液位／液量測定システム及びその測定方法に
関した内容である。一般的に各種液体、例えば、油類タ
ンク、又は、各種プラント設備の原料タンク内部の液体
残量、蒸発量、漏水及び漏油量を正確に測定して、在庫
管理又は生産ラインに対して材料の投入に誤差がないよ
うにする必要がある。
【０００２】
【従来の技術】上記の液体に関したデータを得るための
従来の測定方法は、浮き（ＦＬＯＡＴ）を利用したのが
大部分であって、これを、もっと細分して分類してみる
と次のようになる。 Ａ．液体の表面に浮きを浮かばせて置いて、液体面の高
さの変化によって動く浮きからの梃子を利用して可変抵
抗の変化量を測定する方法。 Ｂ．浮きに繋がっている紐の張力を分析して一定の張力
になるように回転体を運動させて回転量を測定する方
法。 Ｃ．液体内部に圧力計を投入して圧力の変化量を測定す
る方法。 Ｄ．液体面に音波又は光束を発射して返ってくる時間を
測定する方法。 Ｅ．液体内の電極を投入して静電容量を測定する方法。 上記したＡとＢの方法は、測定対象体に浮きを設置して
接点の変位又は回転角の変化を測定する方法で、各支持
点毎発生する摩擦力による誤差又は回転角を測定する誤
差によって微細な変化量、例えば、０．０２ｃｍ以下の
測定は不可能であり、測定部分の機器構造が複雑であっ
て制作費用が高い問題点がある。また上記のＣの方法
は、圧力の変化量による測定方法であって、微細な測定
方法が不可能だけではなく、温度及び大気圧による誤差
により、いつも二重測定を必須不可欠に行われなければ
いけないという問題点がある。また、上記Ｄ又はＥの方
法も、大気の状態や温度、湿度のよって、そして、液体
の表面形状及び温度によって誤差が大きく生じる。
従来の測定方法は、浮き（ＦＬＯＡＴ）を利用したのが
大部分であって、これを、もっと細分して分類してみる
と次のようになる。 Ａ．液体の表面に浮きを浮かばせて置いて、液体面の高
さの変化によって動く浮きからの梃子を利用して可変抵
抗の変化量を測定する方法。 Ｂ．浮きに繋がっている紐の張力を分析して一定の張力
になるように回転体を運動させて回転量を測定する方
法。 Ｃ．液体内部に圧力計を投入して圧力の変化量を測定す
る方法。 Ｄ．液体面に音波又は光束を発射して返ってくる時間を
測定する方法。 Ｅ．液体内の電極を投入して静電容量を測定する方法。 上記したＡとＢの方法は、測定対象体に浮きを設置して
接点の変位又は回転角の変化を測定する方法で、各支持
点毎発生する摩擦力による誤差又は回転角を測定する誤
差によって微細な変化量、例えば、０．０２ｃｍ以下の
測定は不可能であり、測定部分の機器構造が複雑であっ
て制作費用が高い問題点がある。また上記のＣの方法
は、圧力の変化量による測定方法であって、微細な測定
方法が不可能だけではなく、温度及び大気圧による誤差
により、いつも二重測定を必須不可欠に行われなければ
いけないという問題点がある。また、上記Ｄ又はＥの方
法も、大気の状態や温度、湿度のよって、そして、液体
の表面形状及び温度によって誤差が大きく生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
方法を実施する装置などは、高価の費用が掛かるか、微
細な測定が不可能であるという問題がある。従って、本
発明はこのような従来の技術の問題点を解決するために
考案されたものであり、被測定液体内に設置されている
浮力錘の重さの変化をストレインゲージ式ロードセルを
利用して検出後、デジタル信号に分類処理して微細な液
位／液量の変化を高精度に測定する。液量の変化を検出
する方法としては、物理的運動部がない非移動体センサ
ーを使用して高精密度で測定可能にして、維持保守の必
要性をなくす。又、静電容量検出方法などで発生する温
度によって変化する容量変化の誤差を補正する必要がな
い浮力の変化量を測定する方法で構成されたストレイン
ゲージ式ロードセルを利用した液体の液位／液量を測定
するシステム及びその測定方法を提供する。
方法を実施する装置などは、高価の費用が掛かるか、微
細な測定が不可能であるという問題がある。従って、本
発明はこのような従来の技術の問題点を解決するために
考案されたものであり、被測定液体内に設置されている
浮力錘の重さの変化をストレインゲージ式ロードセルを
利用して検出後、デジタル信号に分類処理して微細な液
位／液量の変化を高精度に測定する。液量の変化を検出
する方法としては、物理的運動部がない非移動体センサ
ーを使用して高精密度で測定可能にして、維持保守の必
要性をなくす。又、静電容量検出方法などで発生する温
度によって変化する容量変化の誤差を補正する必要がな
い浮力の変化量を測定する方法で構成されたストレイン
ゲージ式ロードセルを利用した液体の液位／液量を測定
するシステム及びその測定方法を提供する。
【０００４】
【発明を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、測定の精密度を高めるために測定しよ
うとする液体内に、被測定液体の密度とほぼ同一である
平均密度を持つ浮力錘を垂直に長く設置する。また、上
記の液体の液位によって変わる浮力錘の重さを電圧の変
化で出力するストレインゲージ式ロードセルと、このロ
ードセルから検出された電圧信号を増幅させるための増
幅手段と、増幅された電圧信号をデジタル信号に変換さ
せるためのアナロダ／デジタル変換機で構成される。そ
れから、上記ロードセルに駆動パルスを与えて得られた
多数のデジタル検出信号の中で、異常信号は除去して、
平均運算して平均値液位値を得るための制御手段と、こ
の液位値を数字で表示するための表示手段とこのデータ
をＰＣへ送る通信手段で構成されるのが特徴であるスト
レインゲージ式ロードセルを利用した液体の液位／液量
測定システムである。また、上記タンク内の液体の流動
によって浮力錘が揺れて発生する測定の誤差を防止する
ために、タンク内の液体が流入できる浮力錘を囲む補助
管をも含めるし、上記の浮力錘は液体と同一な平均密度
を保つために内部が密閉された空間になっていて、管形
状になっているのが特徴である。更に、１台のＰＣで多
数の上記のシステムを管理するために、システムの固有
番号設定手段と、多数の測定システムと遠距離に位置し
た制御用ＰＣに上記の測定データを送信するための直列
（ＳＥＲＩＡＬ）データ通信インターフェイスをも含め
る場合、遠隔地にあるＰＣから各測定システムの測定デ
ータを分析して、各種の材料の管理がしやすく精密にで
きるようにする。
めに、本発明は、測定の精密度を高めるために測定しよ
うとする液体内に、被測定液体の密度とほぼ同一である
平均密度を持つ浮力錘を垂直に長く設置する。また、上
記の液体の液位によって変わる浮力錘の重さを電圧の変
化で出力するストレインゲージ式ロードセルと、このロ
ードセルから検出された電圧信号を増幅させるための増
幅手段と、増幅された電圧信号をデジタル信号に変換さ
せるためのアナロダ／デジタル変換機で構成される。そ
れから、上記ロードセルに駆動パルスを与えて得られた
多数のデジタル検出信号の中で、異常信号は除去して、
平均運算して平均値液位値を得るための制御手段と、こ
の液位値を数字で表示するための表示手段とこのデータ
をＰＣへ送る通信手段で構成されるのが特徴であるスト
レインゲージ式ロードセルを利用した液体の液位／液量
測定システムである。また、上記タンク内の液体の流動
によって浮力錘が揺れて発生する測定の誤差を防止する
ために、タンク内の液体が流入できる浮力錘を囲む補助
管をも含めるし、上記の浮力錘は液体と同一な平均密度
を保つために内部が密閉された空間になっていて、管形
状になっているのが特徴である。更に、１台のＰＣで多
数の上記のシステムを管理するために、システムの固有
番号設定手段と、多数の測定システムと遠距離に位置し
た制御用ＰＣに上記の測定データを送信するための直列
（ＳＥＲＩＡＬ）データ通信インターフェイスをも含め
る場合、遠隔地にあるＰＣから各測定システムの測定デ
ータを分析して、各種の材料の管理がしやすく精密にで
きるようにする。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明は、測定しようとする被測
定液体の密度とほぼ同一の平均密度を持ち、タンク内の
液体に垂直に長く設置されている浮力錘と、これと繋が
っているストレインゲージ式ロードセルを利用して，上
記の液体の液位によって変化する浮力錘の重さ変化量を
電気的信号で検出する段階と、上記のロードセルから検
出された電圧信号を増幅させて、増幅した電圧信号をデ
ジタル信号に変換させる段階と、上記のデジタル検出信
号を信号処理して液位値を得る段階に構成されるのを特
徴とするストレインゲージ式ロードセルを利用した液体
の液位測定方法を提供する。本発明では、上記の液位値
を被測定タンクの面積値に基づいて液量を求める段階を
も含めて液量を容易く得られる。また、上記の液位値で
多数回測定された検出信号を、算術平均した値を計算す
ると、信頼性高い測定データを得ることが出来る。上記
のように、本発明では、被測定液体タンクの液位変化に
よる重さ変化をストレインゲージ式ロードセルにより検
出して検出された信号を信号処理することによって、微
細な液位／液量の変化を超高精度に測定できる。また、
測定センサーの構造が大変簡単であり、制作費用が安
く、測定センサー部分に物理的な運動部がないので摩擦
力の変化による維持保守が必要なく、半永久的寿命であ
り、温度の変化による液体の密度変化にも絶対浮力値は
一定しているので、別途の換算補正なく、電機的信号値
によって変化値を簡単に得られ、更に、データ通信によ
って多数の遠隔地から多数の被測定の液位／液量の変化
がわかるので産業施設の自動化に広く活用されるのであ
る。
定液体の密度とほぼ同一の平均密度を持ち、タンク内の
液体に垂直に長く設置されている浮力錘と、これと繋が
っているストレインゲージ式ロードセルを利用して，上
記の液体の液位によって変化する浮力錘の重さ変化量を
電気的信号で検出する段階と、上記のロードセルから検
出された電圧信号を増幅させて、増幅した電圧信号をデ
ジタル信号に変換させる段階と、上記のデジタル検出信
号を信号処理して液位値を得る段階に構成されるのを特
徴とするストレインゲージ式ロードセルを利用した液体
の液位測定方法を提供する。本発明では、上記の液位値
を被測定タンクの面積値に基づいて液量を求める段階を
も含めて液量を容易く得られる。また、上記の液位値で
多数回測定された検出信号を、算術平均した値を計算す
ると、信頼性高い測定データを得ることが出来る。上記
のように、本発明では、被測定液体タンクの液位変化に
よる重さ変化をストレインゲージ式ロードセルにより検
出して検出された信号を信号処理することによって、微
細な液位／液量の変化を超高精度に測定できる。また、
測定センサーの構造が大変簡単であり、制作費用が安
く、測定センサー部分に物理的な運動部がないので摩擦
力の変化による維持保守が必要なく、半永久的寿命であ
り、温度の変化による液体の密度変化にも絶対浮力値は
一定しているので、別途の換算補正なく、電機的信号値
によって変化値を簡単に得られ、更に、データ通信によ
って多数の遠隔地から多数の被測定の液位／液量の変化
がわかるので産業施設の自動化に広く活用されるのであ
る。
【０００６】
【実施例】本発明を実施例が図示されている添付図面を
参考にしながら、もっと詳しく説明することにする。添
付された図１は、本発明であるストレインゲージ式ロー
ドセルを利用した液体の液位／液量測定システムの全体
構造を見せる概略構成図、図２は、図１に図示したシス
テムの信号処理部の回路構成図、図３は、ロードセルの
等価回路図、図４は、本発明のストレインゲージ式ロー
ドセルを利用した液体の液位／液量測定方法を見せるフ
ローチャートである。まず、図１を参考すると、本発明
のストレインゲージ式ロードセルを利用した液体の液位
／液量測定システムは、被測定液体タンク（１）内の液
体（５）の高さ（以下液位という）を測定するために、
浮力錘（１０）が液体タンク（１）内に挿入されてい
て、浮力錘（１０）の外側には液体の流動がある場合、
浮力錘（１０）の揺れを防ぐ為に、管状の補助管（１
５）が設置されている。この場合、補助管（１５）は、
管の下部の一部分が開放された形態である。この浮力錘
（１０）は、内部が密閉された空間になっている管形状
になっていて、浮力錘（１０）の平均密度は被測定液体
（５）の密度とほぼ同一に設定するのがレベル変動に対
して測定の精密度を高めることが出来る。上記浮力錘
（１０）は紐（２０）を通じて上側のストレインゲージ
式ロードセル（ＬＤＣ）（２５）に繋がっていて、上記
ロードセル（２５）の出力は増幅機（ＡＭＰ）（３０）
を通じてアナログ信号をデジタル信号に変換させるアナ
ログ／デジタル変換機（ＡＤＣ）（３５）に繋がる。こ
のＡＤＣ（３５）の出力は、検出された信号を信号処理
して、液位／液量の変化量を計算して、表示装置（ＤＩ
Ｓ）（４５）と通信インターフェイス（ＳＤＣＩ）（５
０）とシステム全体を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）
（４０）の入力に繋がる。この通信インターフェイス
（５０）は、ＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４２２またはＲＳ
−４８５等で構成されていて、遠隔地にある制御用パソ
コン（ＰＣ）に本発明の測定システムを繋げる。次は、
図２を参考にしながら、本発明システムの信号処理部に
ついての回路構成を詳細に説明する。まず、ロードセル
（ＬＤＣ）（２５）の入力（ＩＮ＋）には、ＣＰＵ（４
０）からのセンサー駆動パルス（／ＳＥＮ）を与えるこ
とによってタンオフの状態になって、ロードセル（２
５）の作動を開始させるためのスウィッチング回路（７
０）はトレンジスター（ＴＲ）と抵抗（Ｒ１１，Ｒ１
２）で構成されていて、ロードセル（２５）の出力（Ｏ
ＵＴ＋）には検出された電圧信号をアナロダ／デジタル
変換に適合した信号に増幅させるために約１０００倍の
増幅率がある高性能非反転増幅機（３０）が運算増幅機
（ＯＰ）と抵抗（Ｒ１３−Ｒ１６）によって構成されて
いる。増幅機（３０）の出力は、ＣＰＵ（４０）のスタ
ート信号（／ＡＤ ＳＴＡＲＴ）によりアナロダ信号を
１６ビットデジタル信号に変換させるアナログ／デジタ
ル変換機（ＡＤＣ）（３５）の入力に繋げて、そのデジ
タルデータの出力は、データバス（ＤＡＴＡＢＵＳ）を
通じてＣＰＵ（４０）の入力に繋がる。ＣＰＵ（４０）
は、ロードセル（２５）より検出された信号をＡＤＣ
（３５）でデジタル信号に変換して認識してから、その
値を信号処理して表示装置（４５）に出力して表示する
機能と、制御用のＰＣと送受信するデータを作って電送
する機能と、後述するディップスウィッチ（６５）に設
定されているシステムの固有番号を読み込んで記憶する
機能がある。ＣＰＵ（４０）にはシステム制御に必要な
プログラムが記憶されているプログラムメモリー（ＥＰ
ＲＯＭ）（６０）が具備されていて、ＣＰＵ（４０）が
８ビットマイクロプロセッサーで構成される場合、二つ
の８ビットデータバス（ＤＡＴＡ ＢＵＳ）を通じて１
６ビットアドレスバス（ＡＤＤ ＢＵＳ）へ相互に連結
される。また、ＣＰＵ（４０）には上記のデータバス
（ＤＡＴＡ ＢＵＳ）を通じて検出された電圧信号の信
号処理の結果得られた液位／液量値を浮動小数点の表示
方法で、５桁の数字に表示するための表示装置（４５）
が繋がっていて、多数の測定システムを遠隔地にある１
台のＰＣで制御する場合、自分の固有番号を生成するた
めのディップスウィッチ（ＤＩＰ）（４５）がデータバ
スを通じて繋がっていて、固有番号は８ビットで構成さ
れていてＰＣでは２５６個の測定システムを連結して制
御できる。一方、ＣＰＵ（４０）には、遠隔地の制御用
のＰＣと直列データ通信によって検出されたデータを送
付するために、ＲＳ−２３２Ｃ型、ＲＳ−４８５型、Ｒ
Ｓ−４２２型の通信インターフェイス（５０）が繋がっ
ている。次は、上記のように構成された本発明のストレ
インゲージ式ロードセルを利用した液体の液位／液量測
定システムの作用を、図４に図示されたフローチャート
を参考にして詳細に説明する。まず、システムに電源が
与えられると、ＣＰＵ（４０）は、プロダラムメモリー
（ＥＰＲＯＭ）（６０）に記憶されている制御プログラ
ムを読み込んで、初期化過程によってＣＰＵ（４０）の
レジスター、外部入／出力装置（Ｉ／Ｏ）、表示装置
（４５）を順次的に初期化処理をする（Ｓ１）。それか
ら、ディップスウィッチ（６５）にチップ選択信号（Ｉ
ＤＳＥＬ）を与えて、ディップスウィッチ（６５）に設
定されたシステムの固有番号（ＩＤ）を読み込んでセッ
ティングする（Ｓ２）。続けて、ＣＰＵ（４０）は、直
列データ通信インターフェイス（ＳＤＣＩ）（５０）を
通して、制御用のＰＣにサンプリングカウントについて
の作動開始を問い合わせて、ＰＣからのカウントについ
ての設定条件、即ち、カウンティングの周期、サンプリ
ングの回数（ｎ）を要求して、ＰＣから設定条件が受信
されると（Ｓ３）、ＣＰＵ（４０）は内蔵カウントにサ
ンプリング回数（ｎ）を設定する（Ｓ４）。カウントに
設定されているサンプリングの回数（ｎ）は、センサ
ー、即ち、ロードセル（ＬＤＣ）（２５）からデータを
測定する回数（ｎ）であり、このような多数回測定は、
後に信号処理する時に、ノイズの影響による異常値のデ
ータは除去して、正常的なデータを平均して測定データ
の信頼性を高めるための方案である。この場合、サンプ
リングの回数（ｎ）は１０が望ましい。それから、ＣＰ
Ｕ（４０）は、スウィッチング回路（７０）にセンサー
駆動パルス（／ＳＥＮ）を与えて、トランジスター（Ｔ
Ｒ）をタンオフさせることによって、ロードセル（ＬＤ
Ｃ）（２５）の入力（ＩＮ＋）に１２Ｖを与える（Ｓ
５）。これと同時にＣＰＵ（４０）は、ＡＤＣ（３５）
に入力されるアナログ検出信号をデジタル信号に変換動
作を開始させる制御信号（／ＡＤ ＳＴＡＲＴ）を入れ
る（Ｓ６）。一方、図１に図示されたように、長さが長
くて内部が密閉された管形状の浮力錘（１０）が液体
（５）に垂直に立てられている場合、被測定液体タンク
（１）の残留液体（５）の液位によって、浮力錘（１
０）は液位に比例した浮力を受ける。即ち、液体液位の
下降によって、液体（５）に漬かる浮力錘（１０）の容
積が減少するようになり、浮力錘（１０）に対する重さ
は液位のレベルに反比例して増加するようになる。上記
のロードセル（ＬＤＣ）（２５）は、図３に図示された
ように、４個の可変抵抗（ＶＲ１−ＶＲ４）がブリジッ
ト型に結線された等価回路に表れられ、ストレインゲー
ジ式の場合、浮力錘（１０）の重さが変化されることに
従って可変抵抗（ＶＲ１−ＶＲ４）が変わるようになっ
て、可変抵抗（ＶＲ３とＶＲ４）間の接点、即ちロード
セルの出力（ＯＵＴ＋）から検出される出力電圧
（Ｖ０）は、０−４．８ｍＶの間の値が得られる。従っ
て、液位の下降によって浮力錘（１０）の重さが増加す
る場合、ロードセル（２５）の出力（ＯＵＴ＋）から得
られる出力電圧（Ｖ０）は増加されるようになる。上記
の出力電圧（Ｖ０）は抵抗（Ｒ１３）を通して運算増幅
機（ＯＰ）の非反転入力端子に与えられ、非反転増幅機
（３０）の増幅によって、約１０００倍に信号が増幅さ
れる。増幅された検出信号は、ＡＤＣ（３５）に与えら
れ１６ビットのデジタル信号に変換される。この時ＣＰ
Ｕ（４０）は／ＤＡＴＡＬＯＷとＤＡＴＡＨＩＧＨ制御
信号をＡＤＣ（４０）へ入れて１６ビットデジタル信号
をＬＯＷバイトとＨＩＧＨバイトに２回に分けて８ビッ
トずつ変換されたデジタル信号の入力を受ける（Ｓ７，
Ｓ８）。このような方式で、測定データサンプリング
が、カウントに設定されたサンプリンダの回数（ｎ）に
到達したのかを判断して（Ｓ９）、設定されたサンプリ
ング回数（ｎ）に到達した場合、入力されたデータサン
プル値を判断して、例えば、液体の流動またはノイズに
よって得られた異常データは捨てて正常のデータに対す
る平均値を求める（Ｓ１０）。液位レベルの平均値を得
られた場合、これを貯蔵してそのデータ値（Ｄ０−Ｄ
７）をデータバスを通じて、８ビットの制御信号と一緒
に表示装置（４５）に出力して、浮動小数点の表示方法
による５桁の数字で表示する （Ｓ１１）。それから、
得られた平均値のデータは、測定システムの固有番号
（ＩＤ）と一緒に、例えばＲＳ−２３２Ｃと同じ通信イ
ンターフェイス（ＳＤＣＩ）（５０）を通して測定シス
テムから遠隔地にあるＰＣに送信される（Ｓ１２）。本
発明では、上記のＡＤＣ（３５）でアナロダ測定値を１
０、０００段階又は、その以上の段階に変換して生成さ
れるデジタルデータを分析すると、分解能が０．０１％
またはそれ以上の精密度で液位の測定が出来る。それか
ら、現在の技術で１６ビットのＡＤＣを使用して６５、
５３６段階の中、２０、０００段階の分解能を維持する
ことは出来るし、これは半導体の集積技術の向上によっ
てもっと高い精密度のデータ値も得られる。また、液体
容器の形状による容積の換算関数プログラムを使用し
て、液位だけではなく液量も即時算出が可能である。
参考にしながら、もっと詳しく説明することにする。添
付された図１は、本発明であるストレインゲージ式ロー
ドセルを利用した液体の液位／液量測定システムの全体
構造を見せる概略構成図、図２は、図１に図示したシス
テムの信号処理部の回路構成図、図３は、ロードセルの
等価回路図、図４は、本発明のストレインゲージ式ロー
ドセルを利用した液体の液位／液量測定方法を見せるフ
ローチャートである。まず、図１を参考すると、本発明
のストレインゲージ式ロードセルを利用した液体の液位
／液量測定システムは、被測定液体タンク（１）内の液
体（５）の高さ（以下液位という）を測定するために、
浮力錘（１０）が液体タンク（１）内に挿入されてい
て、浮力錘（１０）の外側には液体の流動がある場合、
浮力錘（１０）の揺れを防ぐ為に、管状の補助管（１
５）が設置されている。この場合、補助管（１５）は、
管の下部の一部分が開放された形態である。この浮力錘
（１０）は、内部が密閉された空間になっている管形状
になっていて、浮力錘（１０）の平均密度は被測定液体
（５）の密度とほぼ同一に設定するのがレベル変動に対
して測定の精密度を高めることが出来る。上記浮力錘
（１０）は紐（２０）を通じて上側のストレインゲージ
式ロードセル（ＬＤＣ）（２５）に繋がっていて、上記
ロードセル（２５）の出力は増幅機（ＡＭＰ）（３０）
を通じてアナログ信号をデジタル信号に変換させるアナ
ログ／デジタル変換機（ＡＤＣ）（３５）に繋がる。こ
のＡＤＣ（３５）の出力は、検出された信号を信号処理
して、液位／液量の変化量を計算して、表示装置（ＤＩ
Ｓ）（４５）と通信インターフェイス（ＳＤＣＩ）（５
０）とシステム全体を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）
（４０）の入力に繋がる。この通信インターフェイス
（５０）は、ＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４２２またはＲＳ
−４８５等で構成されていて、遠隔地にある制御用パソ
コン（ＰＣ）に本発明の測定システムを繋げる。次は、
図２を参考にしながら、本発明システムの信号処理部に
ついての回路構成を詳細に説明する。まず、ロードセル
（ＬＤＣ）（２５）の入力（ＩＮ＋）には、ＣＰＵ（４
０）からのセンサー駆動パルス（／ＳＥＮ）を与えるこ
とによってタンオフの状態になって、ロードセル（２
５）の作動を開始させるためのスウィッチング回路（７
０）はトレンジスター（ＴＲ）と抵抗（Ｒ１１，Ｒ１
２）で構成されていて、ロードセル（２５）の出力（Ｏ
ＵＴ＋）には検出された電圧信号をアナロダ／デジタル
変換に適合した信号に増幅させるために約１０００倍の
増幅率がある高性能非反転増幅機（３０）が運算増幅機
（ＯＰ）と抵抗（Ｒ１３−Ｒ１６）によって構成されて
いる。増幅機（３０）の出力は、ＣＰＵ（４０）のスタ
ート信号（／ＡＤ ＳＴＡＲＴ）によりアナロダ信号を
１６ビットデジタル信号に変換させるアナログ／デジタ
ル変換機（ＡＤＣ）（３５）の入力に繋げて、そのデジ
タルデータの出力は、データバス（ＤＡＴＡＢＵＳ）を
通じてＣＰＵ（４０）の入力に繋がる。ＣＰＵ（４０）
は、ロードセル（２５）より検出された信号をＡＤＣ
（３５）でデジタル信号に変換して認識してから、その
値を信号処理して表示装置（４５）に出力して表示する
機能と、制御用のＰＣと送受信するデータを作って電送
する機能と、後述するディップスウィッチ（６５）に設
定されているシステムの固有番号を読み込んで記憶する
機能がある。ＣＰＵ（４０）にはシステム制御に必要な
プログラムが記憶されているプログラムメモリー（ＥＰ
ＲＯＭ）（６０）が具備されていて、ＣＰＵ（４０）が
８ビットマイクロプロセッサーで構成される場合、二つ
の８ビットデータバス（ＤＡＴＡ ＢＵＳ）を通じて１
６ビットアドレスバス（ＡＤＤ ＢＵＳ）へ相互に連結
される。また、ＣＰＵ（４０）には上記のデータバス
（ＤＡＴＡ ＢＵＳ）を通じて検出された電圧信号の信
号処理の結果得られた液位／液量値を浮動小数点の表示
方法で、５桁の数字に表示するための表示装置（４５）
が繋がっていて、多数の測定システムを遠隔地にある１
台のＰＣで制御する場合、自分の固有番号を生成するた
めのディップスウィッチ（ＤＩＰ）（４５）がデータバ
スを通じて繋がっていて、固有番号は８ビットで構成さ
れていてＰＣでは２５６個の測定システムを連結して制
御できる。一方、ＣＰＵ（４０）には、遠隔地の制御用
のＰＣと直列データ通信によって検出されたデータを送
付するために、ＲＳ−２３２Ｃ型、ＲＳ−４８５型、Ｒ
Ｓ−４２２型の通信インターフェイス（５０）が繋がっ
ている。次は、上記のように構成された本発明のストレ
インゲージ式ロードセルを利用した液体の液位／液量測
定システムの作用を、図４に図示されたフローチャート
を参考にして詳細に説明する。まず、システムに電源が
与えられると、ＣＰＵ（４０）は、プロダラムメモリー
（ＥＰＲＯＭ）（６０）に記憶されている制御プログラ
ムを読み込んで、初期化過程によってＣＰＵ（４０）の
レジスター、外部入／出力装置（Ｉ／Ｏ）、表示装置
（４５）を順次的に初期化処理をする（Ｓ１）。それか
ら、ディップスウィッチ（６５）にチップ選択信号（Ｉ
ＤＳＥＬ）を与えて、ディップスウィッチ（６５）に設
定されたシステムの固有番号（ＩＤ）を読み込んでセッ
ティングする（Ｓ２）。続けて、ＣＰＵ（４０）は、直
列データ通信インターフェイス（ＳＤＣＩ）（５０）を
通して、制御用のＰＣにサンプリングカウントについて
の作動開始を問い合わせて、ＰＣからのカウントについ
ての設定条件、即ち、カウンティングの周期、サンプリ
ングの回数（ｎ）を要求して、ＰＣから設定条件が受信
されると（Ｓ３）、ＣＰＵ（４０）は内蔵カウントにサ
ンプリング回数（ｎ）を設定する（Ｓ４）。カウントに
設定されているサンプリングの回数（ｎ）は、センサ
ー、即ち、ロードセル（ＬＤＣ）（２５）からデータを
測定する回数（ｎ）であり、このような多数回測定は、
後に信号処理する時に、ノイズの影響による異常値のデ
ータは除去して、正常的なデータを平均して測定データ
の信頼性を高めるための方案である。この場合、サンプ
リングの回数（ｎ）は１０が望ましい。それから、ＣＰ
Ｕ（４０）は、スウィッチング回路（７０）にセンサー
駆動パルス（／ＳＥＮ）を与えて、トランジスター（Ｔ
Ｒ）をタンオフさせることによって、ロードセル（ＬＤ
Ｃ）（２５）の入力（ＩＮ＋）に１２Ｖを与える（Ｓ
５）。これと同時にＣＰＵ（４０）は、ＡＤＣ（３５）
に入力されるアナログ検出信号をデジタル信号に変換動
作を開始させる制御信号（／ＡＤ ＳＴＡＲＴ）を入れ
る（Ｓ６）。一方、図１に図示されたように、長さが長
くて内部が密閉された管形状の浮力錘（１０）が液体
（５）に垂直に立てられている場合、被測定液体タンク
（１）の残留液体（５）の液位によって、浮力錘（１
０）は液位に比例した浮力を受ける。即ち、液体液位の
下降によって、液体（５）に漬かる浮力錘（１０）の容
積が減少するようになり、浮力錘（１０）に対する重さ
は液位のレベルに反比例して増加するようになる。上記
のロードセル（ＬＤＣ）（２５）は、図３に図示された
ように、４個の可変抵抗（ＶＲ１−ＶＲ４）がブリジッ
ト型に結線された等価回路に表れられ、ストレインゲー
ジ式の場合、浮力錘（１０）の重さが変化されることに
従って可変抵抗（ＶＲ１−ＶＲ４）が変わるようになっ
て、可変抵抗（ＶＲ３とＶＲ４）間の接点、即ちロード
セルの出力（ＯＵＴ＋）から検出される出力電圧
（Ｖ０）は、０−４．８ｍＶの間の値が得られる。従っ
て、液位の下降によって浮力錘（１０）の重さが増加す
る場合、ロードセル（２５）の出力（ＯＵＴ＋）から得
られる出力電圧（Ｖ０）は増加されるようになる。上記
の出力電圧（Ｖ０）は抵抗（Ｒ１３）を通して運算増幅
機（ＯＰ）の非反転入力端子に与えられ、非反転増幅機
（３０）の増幅によって、約１０００倍に信号が増幅さ
れる。増幅された検出信号は、ＡＤＣ（３５）に与えら
れ１６ビットのデジタル信号に変換される。この時ＣＰ
Ｕ（４０）は／ＤＡＴＡＬＯＷとＤＡＴＡＨＩＧＨ制御
信号をＡＤＣ（４０）へ入れて１６ビットデジタル信号
をＬＯＷバイトとＨＩＧＨバイトに２回に分けて８ビッ
トずつ変換されたデジタル信号の入力を受ける（Ｓ７，
Ｓ８）。このような方式で、測定データサンプリング
が、カウントに設定されたサンプリンダの回数（ｎ）に
到達したのかを判断して（Ｓ９）、設定されたサンプリ
ング回数（ｎ）に到達した場合、入力されたデータサン
プル値を判断して、例えば、液体の流動またはノイズに
よって得られた異常データは捨てて正常のデータに対す
る平均値を求める（Ｓ１０）。液位レベルの平均値を得
られた場合、これを貯蔵してそのデータ値（Ｄ０−Ｄ
７）をデータバスを通じて、８ビットの制御信号と一緒
に表示装置（４５）に出力して、浮動小数点の表示方法
による５桁の数字で表示する （Ｓ１１）。それから、
得られた平均値のデータは、測定システムの固有番号
（ＩＤ）と一緒に、例えばＲＳ−２３２Ｃと同じ通信イ
ンターフェイス（ＳＤＣＩ）（５０）を通して測定シス
テムから遠隔地にあるＰＣに送信される（Ｓ１２）。本
発明では、上記のＡＤＣ（３５）でアナロダ測定値を１
０、０００段階又は、その以上の段階に変換して生成さ
れるデジタルデータを分析すると、分解能が０．０１％
またはそれ以上の精密度で液位の測定が出来る。それか
ら、現在の技術で１６ビットのＡＤＣを使用して６５、
５３６段階の中、２０、０００段階の分解能を維持する
ことは出来るし、これは半導体の集積技術の向上によっ
てもっと高い精密度のデータ値も得られる。また、液体
容器の形状による容積の換算関数プログラムを使用し
て、液位だけではなく液量も即時算出が可能である。
【０００７】本発明の例を挙げると、使用容量１２０グ
ラムのロードセルに１／２０，０００の測定精密度を持
つシステムの場合、直径２．７５ｃｍ、長さ２００ｃｍ
の浮力錘を使用して密度１の液体を測定すると、液体タ
ンクの高さ２００ｃｍの１／２０，０００である０．０
１ｃｍ（０．１ｍｍ）まで液位変化を分解測定できる。
この場合、液体容器の直径が２００ｃｍの円筒形のタン
クであるならば、１００×１００×３．１４×０．００
１＝３１．４ｃｃの容量変化が測定できる。
ラムのロードセルに１／２０，０００の測定精密度を持
つシステムの場合、直径２．７５ｃｍ、長さ２００ｃｍ
の浮力錘を使用して密度１の液体を測定すると、液体タ
ンクの高さ２００ｃｍの１／２０，０００である０．０
１ｃｍ（０．１ｍｍ）まで液位変化を分解測定できる。
この場合、液体容器の直径が２００ｃｍの円筒形のタン
クであるならば、１００×１００×３．１４×０．００
１＝３１．４ｃｃの容量変化が測定できる。
【０００８】他の例として、使用容量２０，０００グラ
ムのロードセルに１／２０，０００の測定精密度で直径
２．５ｃｍ、長さ４０ｍの１／２０，０００である０．
００２ｍ（０．２ｃｍ）まで液位変化を分解して測定で
きる。一方、本発明では浮力錘、紐、及びロードセルを
第１構成体に、増幅機、ＡＤＣ及び、通信インターフェ
イスを第２構成体に、表示装置を第３構成体に制作でき
て、精密測定をしようとする場合には、これを二つまた
は一つに統合しての構成することも出来る。
ムのロードセルに１／２０，０００の測定精密度で直径
２．５ｃｍ、長さ４０ｍの１／２０，０００である０．
００２ｍ（０．２ｃｍ）まで液位変化を分解して測定で
きる。一方、本発明では浮力錘、紐、及びロードセルを
第１構成体に、増幅機、ＡＤＣ及び、通信インターフェ
イスを第２構成体に、表示装置を第３構成体に制作でき
て、精密測定をしようとする場合には、これを二つまた
は一つに統合しての構成することも出来る。
【発明の効果】上記のように、本発明では、被測定液体
タンクの液位変化による浮力錘の重さ変化をストレイン
ゲージ式ロードセルによって検出して、検出された信号
を信号処理することによって微細な液位／液量の変化を
超高精度に測定できる。また、測定センサーの構造が大
変簡単で、制作費用が安く、測定センサー部分に物理的
な運動部がないので、摩擦力の変化による維持保守も必
要なく半永久的寿命であって、温度の変化による液体の
密度変化にも絶対浮力値は一定しているので、別途の換
算補正なしに電気的信号値によって変化値を簡単に測定
できて、更に、データ通信によって多数の遠隔地に配置
された多数の被測定体の液位／液量の変化が分かるので
産業施設の自動化に広く活用できる。以上、本発明の特
定の望ましい実施例を挙げて図示して説明したが、本発
明は、上記の実施例に限らず、本発明の精神に外れない
範囲内で当該発明の属する技術分野で通常の知識を持っ
ている者によって多様な変更と修正が可能であろう。
タンクの液位変化による浮力錘の重さ変化をストレイン
ゲージ式ロードセルによって検出して、検出された信号
を信号処理することによって微細な液位／液量の変化を
超高精度に測定できる。また、測定センサーの構造が大
変簡単で、制作費用が安く、測定センサー部分に物理的
な運動部がないので、摩擦力の変化による維持保守も必
要なく半永久的寿命であって、温度の変化による液体の
密度変化にも絶対浮力値は一定しているので、別途の換
算補正なしに電気的信号値によって変化値を簡単に測定
できて、更に、データ通信によって多数の遠隔地に配置
された多数の被測定体の液位／液量の変化が分かるので
産業施設の自動化に広く活用できる。以上、本発明の特
定の望ましい実施例を挙げて図示して説明したが、本発
明は、上記の実施例に限らず、本発明の精神に外れない
範囲内で当該発明の属する技術分野で通常の知識を持っ
ている者によって多様な変更と修正が可能であろう。
【図１】本発明によるストレインゲージ式ロードセルを
利用した液体の液位／液量測定システムの全体構造の概
略構成図である。
利用した液体の液位／液量測定システムの全体構造の概
略構成図である。
【図２】図１に図示されたシステムの回路構成図であ
る。
る。
【図３】図２のロードセルに対しての等価回路図であ
る。
る。
【図４】本発明によるストレインゲージ式ロードセルを
利用した液体の液位／液量測定方法を表わすフローチャ
ート（ＦＬＯＷ ＣＨＡＲＴ）である。
利用した液体の液位／液量測定方法を表わすフローチャ
ート（ＦＬＯＷ ＣＨＡＲＴ）である。
１：液体タンク ５：液体 １０：浮力錘 １５：補助管 ２０：紐 ２５：ロードセル ３０：増幅機（ＡＭＰ） ３５：アナログ／
デジタル変換機（ＡＤＣ） ４０：中央処理装置（ＣＰＵ） ４５：表示装置
（ＤＩＳ） ５０：通信インターフェイス（ＳＤＣＩ） ６０：Ｅ
ＰＲＯＭ ６５：ディップスウィッチ ７０：スウィッチ
ングトレンジスター
デジタル変換機（ＡＤＣ） ４０：中央処理装置（ＣＰＵ） ４５：表示装置
（ＤＩＳ） ５０：通信インターフェイス（ＳＤＣＩ） ６０：Ｅ
ＰＲＯＭ ６５：ディップスウィッチ ７０：スウィッチ
ングトレンジスター
Claims (7)
- 【請求項１】測定しようとするタンク内液体の液位／液
量を測定するためのシステムにおいて、タンク内の液体
の中に長い管形状で、被測定液体に垂直方向に漬かって
いる浮力錘と、上記浮力錘と紐で連結され上記液体の液
位によって変わる浮力錘の重さ変化量を電圧の大きさの
変化で出力するストレインゲージ式ロードセルと、上記
のロードセルから検出された電圧信号を増幅するための
増幅手段と、増幅された電圧信号をデジタル信号に変換
させるためのアナログ／デジタル変換機と、上記ロード
セルに駆動パルスを与えて得られた多数のデジタル検出
信号を平均運算して平均値の液位値を求めるための制御
手段と、上記の液位値を数字に表示するための表示手段
として構成されるのが特徴であるストレインゲージ式ロ
ードセルを利用した液体液位測定システム。 - 【請求項２】 第１請求項記載において、上記タンク内
の液体の流動によって、浮力錘が変位されるのを防ぐた
めにタンク内の液体が流入でき、浮力錘を囲む補助管を
も含めるのを特徴とするストレインゲージ式ロードセル
を利用した液体液位測定システム。 - 【請求項３】 第１請求項記載において、上記の浮力錘
は内部が密閉された空間になっている管形状が特徴であ
るストレインゲージ式ロードセルを利用した液体液位測
定システム。 - 【請求項４】 第１請求項または第３請求項のいずれか
の請求項記載において、上記システムの固有番号を設定
するための固有番号設定手段と測定システムと遠隔地に
ある制御用ＰＣへ上記測定データを送信するための直列
データ通信インターフェイスを追加して含めるのを特徴
とするストレインゲージ式ロードセルを利用した液体液
位測定システム。 - 【請求項５】タンク内の垂直に長く設置され、被測定液
体の密度とほぼ同一の平均密度を持つ浮力錘と、これと
紐を介して連結されているストレインゲージ式ロードセ
ルを利用して上記液体の液位によって変化する浮力錘の
重さ変化量を電気的電圧の大きさで検出する段階と、上
記のロードセルから検出された電圧信号を増幅して増幅
された電圧信号をデジタル信号に変換する段階と、上記
のデジタル検出信号を信号処理して、液位値を求める段
階に構成されるのが特徴であるストレインゲージ式ロー
ドセルを利用した液体液位測定方法。 - 【請求項６】 第５請求項記載において、上記の液位値
を被測定タンクの面積値に基づいて液量を求める段階を
も含めるのが特徴であるストレインゲージ式ロードセル
を利用した液体液位測定方法。 - 【請求項７】 第５請求項記載において、上記の液位値
を求める段階は、多数回に測定された検出信号の中で、
特異の値を除いた段階と、特異の値を除いた検出信号を
算術平均する段階に構成され、雑音（ＮＯＩＳＥ）の影
響のない液位値を求めるのを特徴とするストレインゲー
ジ式ロードセルを利用した液体液位測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25401997A JP3198320B2 (ja) | 1997-08-15 | 1997-08-15 | ストレインゲージ式ロードセルを利用した液体の液位／液量測 定システム及びその測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25401997A JP3198320B2 (ja) | 1997-08-15 | 1997-08-15 | ストレインゲージ式ロードセルを利用した液体の液位／液量測 定システム及びその測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1172371A JPH1172371A (ja) | 1999-03-16 |
| JP3198320B2 true JP3198320B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=17259128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25401997A Expired - Fee Related JP3198320B2 (ja) | 1997-08-15 | 1997-08-15 | ストレインゲージ式ロードセルを利用した液体の液位／液量測 定システム及びその測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3198320B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9841690B2 (en) | 2015-07-23 | 2017-12-12 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Method and apparatus for exposure pattern correction and exposure system |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001074200A (ja) * | 1999-09-07 | 2001-03-23 | Taiyo Toyo Sanso Co Ltd | 超低温液化ガス容器の液量検出装置 |
| EP3684621A1 (en) | 2018-08-01 | 2020-07-29 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Load cells for print supplies |
| CN114413840A (zh) * | 2021-11-13 | 2022-04-29 | 国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司 | 一种智能物联网差压式静力水准仪及检测系统 |
| CN114199313B (zh) * | 2021-12-20 | 2023-06-02 | 上海铭控传感技术有限公司 | 一种投入式液体测量系统及测量方法 |
-
1997
- 1997-08-15 JP JP25401997A patent/JP3198320B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9841690B2 (en) | 2015-07-23 | 2017-12-12 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Method and apparatus for exposure pattern correction and exposure system |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1172371A (ja) | 1999-03-16 |
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