JP3277224B2 - 駆動センサー型タンク液面レベルゲージ - Google Patents

駆動センサー型タンク液面レベルゲージ

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JP3277224B2 JP50335493A JP50335493A JP3277224B2 JP 3277224 B2 JP3277224 B2 JP 3277224B2 JP 50335493 A JP50335493 A JP 50335493A JP 50335493 A JP50335493 A JP 50335493A JP 3277224 B2 JP3277224 B2 JP 3277224B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （発明の背景） 本発明の目的は駆動センサー型タンク液面レベルゲー
ジを提供することにある。
従来技術の例として、コーイを発明者とするフランス
特許第FR−Ａ−1,430,366号がある。これによれば、ド
ラムの周囲に巻回した糸にセンサーを懸下し、ドラムを
糸に働く力によって制御されるサーボモータで駆動す
る。より具体的には、センサーが測定しようとする液面
レベルの位置にあるとき、その見かけ重量と等しくかつ
方向が反対の反力が働いてアセンブリー全体のバランス
が取れる。
液面レベルが変化すると、センサーの見かけ重量が変
化し、反力における相関的な変化が検出されて、測定し
ようとする液面レベルにセンサーが位置するまでサーボ
モータがいずれかの方向に作動する。
この種のゲージはかねて知られており、例えば仏特許
出願第FR−Ａ−2,625,313号に見られるような改良が提
案されている。
最初の引用例に関する改良は自給手段、測定精度なら
びに最大限の測定範囲に関するものである。
本発明は２番目の引用例に対する改良に関する。
（発明の要旨） 本発明の目的の１つは、第２の引例に開示された特徴
を有しながら、全体のデザインがよりシンプルで低価格
のゲージを提供することにある。
また本発明によるゲージは、ゲージそのものの作動で
もデータの遠隔送信でも電力消費量が少なくてすむ。エ
ネルギー源としては、太陽電池セル・アレーで十分であ
る。さらに本発明の範囲から逸脱することなく、圧力、
温度...など本発明ゲージ内の他のデータの送信（およ
び／または処理）も可能になると考えられる。
さらにまた、本発明によるゲージでは、糸に牽引力が
強く作用しすぎると係合が外れる磁気係合手段を用いる
ことにより、糸の破断を防ぐことができる。
また、本ゲージは１つのタンク内部で少なくとも２つ
の界面の測定を実施できなければならない。
これらの目的は本書文頭で定義したゲージで、以下の
構成を持つものによって達成される： − 周囲に糸が巻回され糸の端部に駆動型液面レベルセ
ンサーが懸下されているドラム − 該ドラムを駆動するための可逆サーボモータ − ドラムを両方向に駆動するための手段 − ドラムの回転を記録するための手段 −糸に作用する力の変化を検出するための手段、該力は
測定しようとするレベルとセンサーとの相対位置に直接
関係する。
本発明によれば、糸に作用する力を検出する手段は水
平軸を中心に回転自在に搭載した手段からなり、その振
動は減衰手段によって制限されており、またその動きに
よって糸に作用する力を測定することができるようにな
っている。
糸に作用する力の変化を検出する手段は、糸に作用す
る（機械的）引力と関係する出力電圧を持つ差動変圧器
からなることが好ましい。
したがって、差動変圧器は振動手段に接続するコア
と、ゲージの固定部分に接続するコイルで構成すること
ができる。
減衰手段は磁気装置からなることが好ましい。
具体的には、磁気手段を振動手段に接続する少なくと
も１つの磁石と、ゲージの固定部分に接続する複数の磁
石で構成する。
また、サーボモータは、該差動変圧器の出力電圧が基
準電圧と異なる値を示した場合に回転が始まるステップ
モータとすることができる。
本発明によるゲージは電力自給を確保する手段と、作
動中の異常を検出する手段と、糸の破断を防ぐ手段とか
らなることが望ましい。
また、本発明によるゲージは数種類の界面レベルを測
定することができる。
図面の簡単な説明 本発明のその他の特徴や利点は以下の非制限的実施例
の記述と添付の図面から明らかとなろう。図中、 −第１図は本発明によるゲージの縦断面図である。
−第２図は本発明によるゲージの側面図である。
−第３図はモータ駆動の制御を中心に示す断面図であ
る。
−第４図は糸に作用する力の変化を検出する手段を減衰
させる手段を示す断面図である。
−第５図は本発明によるアセンブリーを制御するための
カードの部分上面図である。
好ましい実施例の説明 第１図において、参照番号100、103は主として円筒形
をなし、内部空間が気密パーティション101によって２
つの部分にわかれているゲージのハウジング全体を表
す。
第１図でパーティションの左側の部分Ａは機械部品を
収納し、防爆性の部分Ｂはゲージのうち最も敏感な構成
部品を収納している。
部分Ａの端部をカバー102で覆うことにより、糸を通
すための開口部105以外は周囲の媒体から気密に保つ。
さらに、ハウジング100に足106を取り付け、測定が行
われるタンクにハウジングを取り付ける。開口部107を
開口部105と同一線上に設けることにより、糸を縦方向
に案内することができる。
容積部分Ａはしたがって開口部105を介してタンク上
部と連通する以外はほぼ気密な封入部を形成する。タン
クは通常25バール程度の圧力の気体を収容している。
電磁部品をすべて収納している容積部分Ｂは、容積部
分Ａとは完全に隔絶されており、また周囲の大気からも
遮断されている。内部に収納した部品を問題なく作働さ
せるためにも、またこの部分で生じる可能性のある爆燃
によって炎が容積部分Ｂの外に拡散するのを防ぐために
もこの部分を隔絶しておく必要がある。
ハウジング103の端部に窓104を設けたことにより、例
えば測定した高さを読み取ることができる。
電線やケーブル用の通路108も容積部分Ｂに設けられ
ているが、この通路も容積部分Ｂに隔絶された状態に保
つためにたとえばパッキン箱などで気密に保つ。
容積部分Ａに収納された公知の機械部品について以下
に述べる。この部分は周囲に糸を巻回したドラム200か
らなる。本発明によれば、この糸にはケブラー（Kevla
r、登録商標）あるいはその他従来用いられていた材料
と同じ引張強さを持ちながら、密度が顕著に低い材料を
用いる。この特徴は特にセンサーの感度に関して特に有
利に働く。
センサーは測定しようとする界面レベルで半分浸漬さ
れた状態にあることが望ましく、これを糸の端部に懸下
させる。センサーはたとえば直径140ミリのプラスチッ
ク円板とし、質量を約300グラムとする。
水平軸のドラム200は、ドラムが１゜回転すると電線
長さにして１ミリ、あるいは有限値のミリ長さに相当す
るよう高精度で加工した外側周囲表面201を持つ。ドラ
ムの回転角度と電線が巻き戻される長さとの間に単純な
関係式が成り立つことが好ましい。
中心駆動軸210と一体に回転するが横方向移動は別で
ある中心ハブ202をドラム200に取り付ける。ハブ202の
雌ネジを切った部分に嵌合させた無端ネジ120などから
なるアセンブリーを駆動軸210の溝およびキー203と共同
で作動させて、ドラムを回転させると同時に横方向移動
させることにより、糸は開口部105に対して軸方向にド
ラムから離れる。
パーティション101などに（ネジ111により）固定した
ハウジング110を上記アセンブリーの端部の軸受けとし
てもよい。ハウジング110に開口部105、107と同一線上
をなす開口部112を設けて糸を通すようになっている。
軸210のもう一方の軸受けは壁101の厚みに位置するこ
とが望ましい。このために対摩擦性軸受け212を設けて
もよい。
このようにして最小回転摩擦トルクが得られ、その結
果糸に作用する力の変化は0.01から0.02ニュートン程度
の極めて小さい変化まで軸受けレベルで検出できる。
磁気継手の雄部分220は中心壁101に位置する軸受け
（参照番号で示さず）で支えるのが好ましい。
磁気継手の補完（雌）部分320を雄部分220に対向させ
る。アルミニウムの壁101の薄い領域208を磁気継手の２
つの部分（220、320）の間に挿入する。
ここでは、非磁性の壁208を介して磁気効果によって
係合が行われる。この係合によって、モータとともに回
転する容積部分Ｂ内の部材を介して、ゲージの容積部分
Ａに位置する部材を非接触のまま回転駆動させることが
可能になり、またその逆も可能になる。
この係合は、センサーが過負荷になると解除されるよ
うな構成であることが望ましい。なんらかの事態が発生
したときに「係合が解除」される機能により、糸の破断
を防止できる。
タンクが低圧下にある本発明によるゲージの他の実施
例によれば、壁101を通る軸を設けることにより該磁気
係合を抑制することができる。該軸は容積部分ＡとＢ内
に位置する機械部品の回転中の接続を確実にする。壁10
1の高さで軸に密閉手段を設けて容積部分の防爆性を維
持するのは当然である。
上述の容積部分Ａの部材の配置は公知技術と考えてよ
い。
容積部分Ｂは好ましくは以下からなる： − 糸に作用する引張力／牽引力の変化を検出するため
の手段 − サーボモータを駆動するための制御手段 − 検出手段を平衡位置を中心に減衰させるための手
段。
糸に作用する牽引力の変化を検出する手段は、第２図
に関連して説明する振動アーム310からなることが好ま
しい。
振動アーム310にはモータの駆動を制御する手段が固
定されている。モータの断面図を、平衡位置すなわち基
準位置を中心に振動アームを駆動させる手段とともに第
３図に示す。
必要に応じて、振動アームに１個または数個の釣り合
い重り330を取り付けてもよい。
磁気継手の雌部分320は、支持手段300を介して垂直軸
の無端ネジ351によって駆動されるピニオン350と一体を
なし、無端ネジ351自体はステップモータなどのサーボ
モータ150によって作動する。
一例として、所定のモータが１回転48ステップ刻むと
し、ピニオン350−ネジ351レベルの減速率（demultipli
cation）を100分の１とし、ドラム200の円周を480ミリ
とすると、モータの１ステップごとにセンサーは10分の
１ミリ移動することになる。
当該技術分野の熟練者であれば、ピニオン350と無端
ネジ351からなる伝動装置を一対の円錐形または円筒形
の平歯車またははすば歯車に変えて本発明を修正するこ
とができる。さらに、特に伝動効率を高めるために、ま
た駆動軸にはたらく慣性を小さくするために、上記伝動
装置に歯車レデューサを挿入してもよい。
モーター150を振動アームの側面に取り付ける。モー
タを駆動する制御システムを振動アームの（回転軸に対
して）もう一方の側面に取り付ける。該システムはコア
302が振動アーム310と接続し、固定コイル301が支持部
材304を介して壁101などのゲージの固定部分と接続する
差動変圧器で構成する。
したがって、センサーの見かけ重量が変化することに
より、振動アーム310がピニオン350、無端ネジ351、連
結部300、磁気継手の雌部分320、そして当然差動変圧器
のコア302とともに回転駆動される。
差動変圧器がこのようにして見かけ重量の変化を記録
するが、これは変圧器の出力端子における電圧変化とし
て表され、これによりモータが駆動される。さらに具体
的に言えば、モータ150を制御するユニットが差動変圧
器の端子での電圧変化を検出し、サーボモータ150を駆
動する部材に向けて検出電圧...などに従ってサーボモ
ータをいずれかの方向に１ステップ分回転させるインパ
ルスを、検出電圧が基準電圧に再び等しくなるまで、す
なわち振動アームが平衡位置で安定するまで送る。同時
に、逆カウントダウン・カウンタがモータの変化を記録
する。差動変圧器の出力信号も振動アームのアンバラン
ス方向、したがって振動アームが再び平衡を取り戻すの
に必要なモータの回転方向、を示す。
本発明の利点によれば、制御ユニットが情報処理ユニ
ットとともに作動することにより、変圧器の端子で検出
された電圧を各界面に対応する基準電圧の１つと比較す
ることができる。
また、平衡位置の少なくとも１つを中心に減衰システ
ムが設けられている。このシステムは測定しようとする
液面レベル付近にセンサーを安定させる際の「サージ発
生」を回避させることができる。
第４図に好ましい減衰装置を示す。この装置は主とし
て以下の構成からなる： − 支持部材305によって振動アーム310に固定した永久
磁石306 − 磁石306と同じ永久磁石307、308を磁石306に対向さ
せて同じ極性を持つ面が互いに向き合うようにする。磁
石307、308はゲージの固定部材、たとえば壁101などに
取り付けた支持部材309、311によって支えられている。
したがって、磁石306が磁石307、308から等間隔にあ
る場合、生じる反発力はゼロになる。
界面が平衡状態にある時、磁石306が磁石307、308か
らそれぞれ等間隔になるように減衰装置を配置する。ア
ーム310が傾くと、エアギャップの１つが減少しもう一
方が同じ値だけ増大する。したがって、互いに引き合う
磁石に働く反発力はエアギャップの二乗値の逆数の関数
として増大するのに対し、互いに離反する磁石に働く反
発力は同じ法則に従って減少する。これによってほぼ完
璧な減衰が達成される。
界面が異なると、減衰の生じる場所も異なる。
上記の減衰装置は非制限的な一例に過ぎず、同じ機能
を持つものであれば他の弾性装置を本発明の範囲を逸脱
することなく用いることができるのは当然である。
特に、電磁石あるいは水力学の原理に基づく減衰装置
を用いることができるのは明らかである。
電磁石の原理では、アーム310と一体をなす銅コイル
が環状磁場の内部を該アームとともに移動する。この移
動によってコイル内部に反対方向の起電力であるフーコ
ー電流が生じ、これが該移動に対抗して減衰力となる。
水力学の原理によれば、変形可能なダイアフラムから
なるピストンを該振動アームに接続する。該ダイアフラ
ムが流体を収納する閉鎖容器の変形自在な壁を構成す
る。該閉鎖容器は目盛り付き開口部あるいはノズルを介
して流体貯留装置と連通している。
アーム310が振動すると、ダイアフラムも駆動されて
同じく振動を開始するため、閉鎖容器の体積に変化が生
じる。ノズルの大きさによって調節される流動が生じる
ことにより、流体は押し出されたりあるいは引き込まれ
たりし、その結果アーム310の振動が水力学的に減衰さ
れる。
上に簡単に述べたように、各界面におけるセンサーの
見かけ重量の値は目盛りをつけて求めるのが好ましく、
対応する基準電圧（VREF1、VREF2...）はデータ処理手
段に記憶させて、これら基準電圧値のいずれかによって
差動変圧器（301、302）の出力電圧を制御する。また先
に述べたように、本発明ゲージでは液面を探している間
だけモータが作動するため、電力消費量が少なくてす
む。さらに他の電気部品の電力消費量も非常に少ない。
本発明ゲージは異常を迅速に検出できその信頼性も高
いという利点を有する。
事実、正常運転時、差動変圧器の出力電圧は基準電圧
に傾く（振動アームがその平衡位置に向かう）。そのた
め、所定の時間内にある閾値より高くなるなど有意な変
化が電圧に生じるということは装置の機能に異常がある
ことを示す。そうした場合、本装置は警告を発し、場合
によっては故障の種類まで検出できる。
たとえば、 − センサーにロス（非結合）が生じると、一定の測定
可能な値の負の電圧が発生する。
− サーボモータに故障が生じると、センサーが浸漬さ
れているか否かによって正または負の異常に高い電圧が
生じる。
− センサーがタンク内部に引っ掛かっても異常電圧が
生じる。
本発明によるゲージはこうした状況を認識し、これに
呼応して警告信号を発することができる。
さらにまた、継手（220、320）レベルで磁気的に結合
が外れた場合、振動アーム310が異常な高速で回転し、
マイクロスイッチ312が作動する。マイクロスイッチは
たとえば警告信号を発生させたりするが、この情報は特
にデータ処理装置に「情報ドロップアウト」として記録
され、その結果糸が極限位置に上昇してステップモータ
に連結したカウンタの目盛りがゼロに戻る。
センサーと端部ドグとの接触状態を公知のデータ収集
システムにより絶対値ゼロまたは基準高さとして記録し
ておくことができる。
本発明によるゲージは、データ収集処理システムに接
続するのが好ましい。
本発明によるゲージの電気部品は基本的には、差動変
圧器301、302、ステップモータ150、および供給装置
（参照番号なし）である。
これらの部品の制御およびできれば表示は、好ましく
は容積部分Ｂに設けた単一のカード400にまとめる。電
気的接続に用いる電線またはケーブルはたとえば横方向
パーティション101の壁を走る管108を介して容積部分Ｂ
から引き出すことができる。
モータ制御ユニットからの情報はバスなどを介して、
他の種類のデータ（たとえばタンク内の圧力、温度）の
送受信ができるマイクロコンピュータのような処理ユニ
ットに送ればよく、これらのデータそのものは本発明に
よるゲージおよび／または他の装置から送られる。
本発明の範囲から逸脱することなく、ゲージから送ら
れるデータをゲージ上部などに設けた送信回路を介して
ヘルツ波を使って送ることもできる。受信装置を設けて
遠隔操作によって制御装置からの指令を受けることもで
きる。
本発明によるゲージは遠隔操作が可能である。油／水
の界面あるいは油／空気の界面の測定、システムをゼロ
に戻す操作なども遠隔操作で行える。
さらに、先に述べたように本システムの電気部品（お
よび電子部品）はすべて電力消費が少ないため、本発明
によるゲージの電力供給には太陽電池セルを用いること
ができる。平衡位置にあるとき、ステップモータがオフ
になってエネルギーを消費しない点は特筆すべきことで
ある。
本技術分野の熟練者であれば、本発明の範囲を逸脱す
ることなく上記のシステムに修正および／または追加を
おこなうことが可能であることは言うまでもない。
フロントページの続き (72)発明者 コウイ ダニー ジャム 92500 フランス国 リイル マルメゾ ン ブルバル ジュ マレイシャル フ ォウシュ 10番 12番 (72)発明者 ゴンザレイス ピエール 94120 フランス国 リイル マルメゾ ン リュー ド タートレス 51番 (72)発明者 ビュッフェンノア デニー 78400 フランス国 シャートゥー ブ ルバル ジャン ジョーレス ２番 (56)参考文献 特許2614458（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭58−18609（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 23/40 - 23/46

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】駆動型センサー式タンク液面レベルゲージ
    であって、 − 端部に駆動型液面レベルセンサーが懸下された糸を
    周囲に巻回したドラム（200）と − 該ドラムを駆動する可逆サーボモータ（150）と − ドラムを両方向に駆動する手段（350、351）と − ドラムの回転を記録する手段と − 測定しようとする液面レベルに対するセンサーの相
    対位置に直接関係する力で、該糸に作用する力の変化を
    検出する手段（310、301、302）と からなり、該糸に作用する力の変化を検出する手段が水
    平軸を中心に回転自在に搭載され、その振動が減衰手段
    （305から311）によって制限されること、手段（310）
    の動きによって糸に作用する力の測定が可能になること
    を特徴とする液面レベルゲージ。
  2. 【請求項２】糸に作用する力の変化を検出する該手段
    は、出力電圧が糸に働く（機械的）牽引力に関係する差
    動変圧器（301、302）であることを特徴とする請求の範
    囲第１に記載の液面レベルゲージ。
  3. 【請求項３】該差動変圧器は、振動手段（310）に接続
    するコア（302）と、ゲージの固定部分（101）に接続す
    るコイルからなることを特徴とする請求の範囲第１に記
    載の液面レベルゲージ。
  4. 【請求項４】該減衰手段が磁気装置からなることを特徴
    とする請求の範囲第１乃至３のいずれかに記載の液面レ
    ベルゲージ。
  5. 【請求項５】磁気装置が振動手段（310）に接続する少
    なくとも１つの磁石（306）と、ゲージの固定部分（10
    1）に接続する複数個の磁石（307、308）とからなるこ
    とを特徴とする請求の範囲第４に記載の液面レベルゲー
    ジ。
  6. 【請求項６】固定磁石（307、308）と可動磁石（306）
    の同じ極性を持つ面が互いに向き合うように配置されて
    いることを特徴とする請求の範囲第５に記載の液面レベ
    ルゲージ。
  7. 【請求項７】該振動手段（310）が振動アームに支持さ
    れる部材全体の平衡をとるためのカウンタバランス重り
    （330）をさらに含むことを特徴とする前記請求の範囲
    のいずれかに記載の液面レベルゲージ。
  8. 【請求項８】該サーボモータ（150）が基準電圧に対す
    る該差動変圧器（301、302）の出力電圧の変化によって
    回転を開始するステップモータであることを特徴とする
    前記請求の範囲のいずれかに記載の液面レベルゲージ。
  9. 【請求項９】運転異常を検出することができる手段をさ
    らに含むことを特徴とする前記請求の範囲のいずれかに
    記載の液面レベルゲージ。
  10. 【請求項１０】電力自給を確保するための手段をさらに
    含むことを特徴とする前記請求の範囲のいずれかに記載
    の液面レベルゲージ。
  11. 【請求項１１】各種界面の測定を可能にする手段をさら
    に含むことを特徴とする前記請求の範囲のいずれかに記
    載の液面レベルゲージ。
  12. 【請求項１２】糸の破断を防止する手段（220、320）を
    さらに含むことを特徴とする前記請求の範囲のいずれか
    に記載の液面レベルゲージ。
  13. 【請求項１３】糸が破断した際にドラムの回転を記録す
    る手段の目盛りを自動的に再較正するための手段をさら
    に含むことを特徴とする請求の範囲第12に記載の液面レ
    ベルゲージ。
  14. 【請求項１４】（削除）
JP50335493A 1991-08-09 1992-08-06 駆動センサー型タンク液面レベルゲージ Expired - Fee Related JP3277224B2 (ja)

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FR91/10.257 1991-08-09
FR9110257A FR2680244B1 (fr) 1991-08-09 1991-08-09 Jaugeur de niveau pour reservoir de type a palpeur asservi.

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