JP3315195B2

JP3315195B2 - 容積測定装置

Info

Publication number: JP3315195B2
Application number: JP11414893A
Authority: JP
Inventors: 信次宮碕; 久満加藤; 辰壽高嶋; 昌富高江洲
Original assignee: 堀江金属工業株式会社
Priority date: 1993-04-15
Filing date: 1993-04-15
Publication date: 2002-08-19
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: JPH06300609A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は容積測定方法及び容積測
定装置に関し、特に流体を収容する所定形状のメインタ
ンクに対し小容積の基準タンクを連通して設け、両タン
ク内の空間の容積を変化させ、両タンク内の圧力変動値
に基づきメインタンク内の流体の空間の容積を測定する
容積測定装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来、タンク内に収容された液体、粉体
等の体積を測定する体積測定方法及びその装置として、
特開平２−１９７１７号公報に記載のように種々の方法
及び装置が提案されている。例えば同公報第１０図に記
載の実施例においては、メインタンク３０と補正タンク
３１に対し、体積変化機構３３により各タンク内の容積
を変化させて圧力変動を生じさせ、第２の振幅検出器３
９ａからの出力γ・Ｐ₀・ｖ₀を第１の振幅検出器３９
ｂからの出力γ・Ｐ₀・ｖ₀／Ｖ₂で除算することによ
って、メインタンク３０の空洞部分の体積Ｖ₂を算出す
ることとしている。更に、この体積Ｖ₂をメインタンク
３０の全体積（容積）から引算することによってメイン
タンク３０に収容された液体等の体積Ｖ_Lを算出するこ
ととしている。測定原理は同公報に説明されているので
説明は省略するが、メインタンク３０内の空間の容積
（即ち、メインタンク内に収容物が存在しなければメイ
ンタンクの全容積であり、収容物が存在する場合にはメ
インタンク内の収容物以外の容積）はメインタンク３０
及び補正タンク３１内の圧力変動の検出出力に応じて算
出し得ることが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の体積測定方法及
び装置においては、メインタンク３０内の圧力変動値と
補正タンク３１内の圧力変動値の比を変数とする容積演
算時の関数が１次式で表されている。このような１次関
数に基づいて容積を演算する場合には測定誤差が生じ、
しかもこの測定誤差はメインタンク及び補正タンクの構
造、収容物の量等によって異なるため補正は容易ではな
い。従って、メインタンク及び補正タンクの構造、更に
はセンサの特性等が制約されることになる。例えば、図
４は容量８０リットルのメインタンクに流体（例えば
水）を注入し、圧力変動値の比（λ）と流体量が逆比例
の関係にあるとしたときに、λの１次乃至３次関数によ
って近似させたときの流体量の測定誤差を示したもので
あるが、従来技術のように流体量がλの１次関数に基づ
いて求められたときには、一点鎖線で示すように＋２０
０ｃｃ乃至−５００ｃｃの測定誤差を生ずることが確認
された。

【０００４】そこで、本発明はメインタンク及び基準タ
ンク内の空間の容積を変化させ、両空間内の圧力変動値
の比に基づきメインタンク内の空間の容積を測定する容
積測定装置において、測定誤差を抑え、安定した測定精
度を確保することを目的とする。尚、前述の公報におい
ては補正タンクという用語が用いられているが、本願で
は、メインタンク内の空間の容積の測定に際して参照さ
れるべき圧力変動を付与する機能に鑑み、基準タンクと
する。

【０００５】

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の容積測定装置は図１に構成の概要を示した
ように、流体を収容する所定形状のメインタンクＭＴ
と、メインタンクＭＴに連通する基準タンクＳＴと、基
準タンクＳＴ内の空間及びメインタンクＭＴ内の流体上
方の空間に対し各々の容積を変化させて圧力変動を付与
するアクチュエータＡＴと、アクチュエータＡＴを駆動
する駆動手段Ｍ３と、メインタンクＭＴ内の流体上方の
空間における圧力変動値を検出する第１の圧力変動検出
手段Ｍ１と、基準タンクＳＴ内の空間における圧力変動
値を検出する第２の圧力変動検出手段Ｍ２と、アクチュ
エータＡＴが作動した状態で第１及び第２の圧力変動検
出手段Ｍ１，Ｍ２が検出したメインタンクＭＴ及び基準
タンクＳＴの各々の作動状態圧力変動値の比を演算する
圧力比演算手段Ｍ４と、作動状態圧力変動値の比を変数
とする２次以上のｎ次関数を設定する関数設定手段Ｍ５
と、この関数設定手段Ｍ５が設定した所定のｎ次関数に
基づき圧力比演算手段Ｍ４の演算結果に応じてメインタ
ンクＭＴ内の空間の容積を演算する容積演算手段Ｍ６と
を備えることとしたものである。

【０００７】

【０００８】

【作用】図１に示すように構成された容積測定装置にお
いては、駆動手段Ｍ３によってアクチュエータＡＴが駆
動されると、基準タンクＳＴ及びメインタンクＭＴ内の
空間に対し圧力変動が付与される。而して、アクチュエ
ータＡＴが作動した状態で、第１及び第２の圧力変動検
出手段Ｍ１，Ｍ２によってメインタンクＭＴ及び基準タ
ンクＳＴの各々の作動状態圧力変動値が検出される。更
に、圧力比演算手段Ｍ４において各々の作動状態圧力変
動値の比が演算される。一方、関数設定手段Ｍ５におい
て、作動状態圧力変動値の比を変数とする２次以上の所
定のｎ次関数（例えば２次関数）が設定される。そし
て、空間の容積演算手段Ｍ６により、圧力比演算手段Ｍ
４の演算結果に応じてｎ次関数（例えば２次関数）に基
づきメインタンクＭＴ内の空間の容積が演算される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図２は本発明の容積測定装置の一実施例に係り、
自動車の燃料タンクの燃料残量を測定する液量測定装置
に適用したものである。燃料タンクは閉空間を郭成する
メインタンク１を有し、燃料が注入されたときに上方に
形成される空間ＭＳが最小の場合、即ち液面ＦＬが最高
となった場合にも空間ＭＳに連通する位置に開口１ａが
穿設されている。この開口１ａには円筒体の基準タンク
２が収容され、その一方の端部に形成されたフランジ部
２ｆがガスケット３ａを介して開口１ａに押接され、更
にフランジ部２ｆにガスケット３ｂを介してカバー４が
押接されている。また、破線で示すケース５がカバー４
に接合され、両者間に閉空間が郭成されている。これら
ケース５、カバー４、フランジ部２ｆ及びガスケット３
ａ，３ｂは、メインタンク１に固着された環状のリテー
ナ１ｂ及びこれに螺合するボルト（図示せず）によって
メインタンク１に固定される。尚、基準タンク２は、メ
インタンク１内に収容することなく、基準タンク２の先
端部のみを開口１ａに接合し残余の部分がメインタンク
１から外方に突出するように配設することとしてもよ
い。

【００１０】基準タンク２内には図２に示すようにアク
チュエータ３０が収容されている。本実施例のアクチュ
エータ３０は、電気信号を振動板３１の機械振動に変換
する動電型の装置である。振動板３１はエッジ３１ａを
介して基準タンク２の開口部に支持されており、振動板
３１の中央部には可動コイル３２が装着されている。更
に、基準タンク２内に、コア３３及びこれに接合される
永久磁石３４が嵌合され、コア３３に対し可動コイル３
２が基準タンク２の軸方向に移動可能となるように配置
されている。コア３３の中央部には連通孔３３ａが形成
されており、カバー４と振動板３１によって基準タンク
２内に空間ＲＳが郭成されている。尚、基準タンク２の
側壁には小径の連通孔２ａが穿設されており、基準タン
ク２内の空間ＲＳがメインタンク１内の空間ＭＳに連通
している。

【００１１】而して、可動コイル３２に交流電圧の駆動
信号が供給されると振動板３１が振動し、メインタンク
１内の空間ＭＳ及び基準タンク２内の空間ＲＳの両空間
に対し同時に逆位相の粗密圧力波が出力される。尚、ア
クチュエータ３０としては、上記に限ることなく、永久
磁石に接続したコアにコイルを巻回し、このコイルに駆
動信号を供給することによって振動板３１を振動させる
電磁型の装置を構成することとしてもよい。この外、ス
ピーカ分野において利用される静電型、電歪型、磁歪型
等の種々の構成を採用することができ、あるいはピスト
ン等を駆動する装置を採用することもできる。

【００１２】基準タンク２の開口端部には、本発明の第
１の圧力変動検出手段を構成し、メインタンク１内の空
間ＭＳに露呈し空間ＭＳ内の圧力変動を検出する圧力セ
ンサ１０が装着されている。また、本発明の第２の圧力
変動検出手段を構成し、基準タンク２内の空間ＲＳの圧
力変動を検出する圧力センサ２０が基準タンク２内に支
持されている。而して、これらの圧力センサ１０，２０
からメインタンク１及び基準タンク２の各々の空間Ｍ
Ｓ，ＲＳの圧力変動値に応じた検出信号がコントローラ
５０に出力される。尚、圧力センサ１０，２０は圧力信
号を電気信号に変換するものであり、マイクロホン等種
々の態様がある。上記ケース５とカバー４で囲繞される
空間には、コントローラ５０を構成する回路素子等が収
容されており、圧力センサ１０，２０はコントローラ５
０に接続されている。

【００１３】コントローラ５０は図２の上方に示す回路
構成を有し、圧力センサ１０，２０に夫々接続されるバ
ンドパスフィルタ１１，２１、Ａ／Ｄコンバータ１２，
２２を有し、更にＣＰＵ（中央処理装置）５１、ＲＯＭ
５２及びＲＡＭ５３の各メモリ、タイマ５４、入出力イ
ンターフェース５５等を内蔵しており、この入出力イン
ターフェース５５に駆動装置４０が接続され、この駆動
装置４０はアクチュエータ３０の可動コイル３２に接続
されている。更に、入出力インターフェース５５には表
示装置６０が接続されている。表示装置６０としては、
例えばアナログ表示あるいはディジタル表示の燃料計
等、種々の態様がある。

【００１４】駆動装置４０は例えば発振器（図示せず）
を内蔵し、入出力インターフェース５５の出力信号に応
じ所定周波数（例えば、１０Ｈｚ前後）の正弦波出力信
号をアクチュエータ３０の可動コイル３２に供給するよ
うに構成されている。即ち、メインタンク１及び基準タ
ンク２内に、例えば｜ｖ₀sinω₀t｜の気体体積変化を生
じさせるように、アクチュエータ３０が駆動制御され
る。尚、ｖ₀ は振動板３１から出力される粗密圧力波に
よって惹起される気体体積変化の最大値である。

【００１５】上述の圧力センサ１０，２０の検出信号は
バンドパスフィルタ１１，２１に供給され、ここで角周
波数ω₀の信号成分が取り出され、Ａ／Ｄコンバータ１
２，２２を介してディジタル量に変換されて入出力イン
ターフェース５５に供給される。

【００１６】而して、コントローラ５０においては、圧
力センサ１０，２０の検出信号に応じ入出力処理、記
憶、演算が行なわれ、アクチュエータ３０が駆動される
と共に、演算結果が表示装置６０に出力される。即ち、
ＣＰＵ５１で実行されるプログラムに従ってアクチュエ
ータ３０が駆動され、メインタンク１内の空間の容積、
ひいてはメインタンク１内の燃料残量を求める一連の演
算処理が行なわれ、表示装置６０にて燃料残量が表示さ
れる。このプログラムは例えば図３に示すルーチンから
成り、イグニッションスイッチ（図示せず）がオンとな
った後に実行され、以下のように処理される。

【００１７】先ず、ステップ１０１においてＣＰＵ５１
等が初期化され、各種演算値がクリアされ、タイマがリ
セットされる。続いて、ステップ１０２において、後述
する圧力変動値の比λを変数とする２次以上の所定のｎ
次関数Ｆｎ（例えば２次関数）が設定される。そして、
ステップ１０３にて駆動装置４０からの出力に応じてア
クチュエータ３０が駆動され、振動板３１が振動を開始
し、粗密圧力波がメインタンク１内の空間ＭＳ及び基準
タンク２内の空間ＲＳに出力される。これにより、夫々
の空間ＭＳ，ＲＳに略同一の条件で略同一の圧力変動
（但し、逆位相）が生ずる。

【００１８】上記空間ＭＳ，ＲＳにおける圧力変動は圧
力センサ１０，２０によって検出され、その変化量がメ
インタンク１及び基準タンク２内の圧力変動値ΔＰ_M，
ΔＰ_Rとして求められる。前述の測定誤差が無ければ、
後者のΔＰ_Rは数１のように表すことができ、前者のΔ
Ｐ_Mは数２のように表すことができる。

【数１】

【数２】但し、γはメインタンク１及び基準タンク２内の気体の
比熱比、Ｐ₀はメインタンク１及び基準タンク２内の絶
対圧力を示し、Ｖ_Rは基準タンク２内の空間ＲＳの容
積、Ｖ_Mはメインタンク１内の空間ＭＳの容積、ΔＶ_A
はアクチュエータ３０の駆動に伴うメインタンク１の変
形による空間ＭＳの容積変化量を示す。

【００１９】ステップ１０４に進み、圧力センサ１０，
２０の検出信号がバンドパスフィルタ１１，２１並びに
Ａ／Ｄコンバータ１２，２２を介してディジタル量に変
換され、入出力インターフェース５５を介してＲＡＭ５
３に格納される。そしてステップ１０５にて、上記圧力
変動値ΔＰ_M，ΔＰ_Rの絶対値が所定時間（例えば３０
秒）積分され、夫々ΔＰ_AM，ΔＰ_ARとされてＲＡＭ５３
に格納される。更にステップ１０６に進み、上述のよう
にして求められた圧力変動値ΔＰ_AR，ΔＰ_AMの比λ（＝
ΔＰ_AR／ΔＰ_AM）が演算される。この比λは、前述の測
定誤差が無ければ、メインタンク１内の空間ＭＳの容積
Ｖ_M及び容積変化量ΔＶ_Aの和と基準タンク２内の空間
ＲＳの容積Ｖ_Rの比（＝（Ｖ_M＋ΔＶ_A）／Ｖ_R）に近
似する。

【００２０】そして、ステップ１０７に進み、比λの値
に応じてメインタンク１内の液量（燃料残量）Ｖ_Lが演
算される。即ち、上述のステップ１０２で設定されたλ
のｎ次関数Ｆｎに基づきメインタンク１内の燃料の液量
Ｖ_Lが演算される。このｎ次関数Ｆｎとして例えば数３
に示すλの２次関数が用いられる。

【数３】但し、Ｖ_Aはメインタンク１の容量（全容積）、Ｋ_A、
Ｋ_B及びＫ_Cは定数である。尚、定数Ｋ_A、Ｋ_B、
Ｋ_C、ΔＶ_Aは種々の所定液量Ｖ_Lnにおける圧力変動値
の比λを実測することにより設定される。

【００２１】而して、ステップ１０８にて上記液量Ｖ_L
に対応した信号が表示装置６０に供給され，所定の表示
が行なわれた後ステップ１０４に戻り上述の作動が繰り
返され、所定の周期で表示が更新される。前述のよう
に、液量Ｖ_Lの演算に際し本実施例ではλの２次関数を
用いており、測定誤差は図４に実線で示すように非常に
小さい値となっている。更に、３次関数を用いた場合に
は、図４に破線で示したようになり、４次関数、５次関
数等を用いた場合でも略同じ測定誤差であり、２次関数
で実用上問題となることはない。尚、メインタンク１内
の空間ＭＳの容積Ｖ_Mを表示するように構成してもよ
く、あるいは表示装置６０を設けることなく入出力イン
ターフェース５５の出力信号を直接他の制御装置等に供
することとしてもよい。

【００２２】尚、本実施例においてはディジタル処理に
よる制御を中心としたが、もちろん全てをアナログ処理
とすることもできる。また、本実施例では燃料残量を測
定する燃料残量測定装置としたが、燃料に限ることなく
粉体、粒体、異形物体等の収容量を測定する装置として
もよい。

【００２３】

【００２４】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で以下の効果を奏する。即ち、本発明の容積測定装置に
おいては、関数設定手段により作動状態圧力変動値の比
を変数とする２次以上の所定のｎ次関数を設定し、この
ｎ次関数に基づき圧力比演算手段の演算結果に応じて空
間の容積演算手段によりメインタンク内の空間の容積を
演算するように構成されているので、簡単な構成でメイ
ンタンクの形状、構造等に起因する測定誤差を抑えるこ
とができ、安定した測定精度を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の容積測定装置の概要を示すブロック図
である。

【図２】本発明の一実施例に係る容積測定装置の構成を
示すブロック図である。

【図３】本発明の一実施例におけるコントローラによる
メインルーチンの処理を示すフローチャートである。

【図４】本発明の一実施例における作動状態圧力変動値
の比と流体量の測定誤差との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１メインタンク２基準タンク２ａ連通孔６燃料注入管７ブリーザチューブ８キャップ９逆止弁１０，２０圧力センサ３０アクチュエータ３１振動板３２可動コイル４０駆動装置５０コントローラ６０出力装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高江洲昌富愛知県豊田市鴻ノ巣町２丁目26番地堀江金属工業株式会社内 (56)参考文献特開平５−223616（ＪＰ，Ａ) 特開平４−98122（ＪＰ，Ａ) 特開平２−19719（ＪＰ，Ａ) 特開平２−206723（ＪＰ，Ａ) 特開平４−65634（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 17/00 G01F 22/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流体を収容する所定形状のメインタンク
と、該メインタンクに連通する基準タンクと、該基準タ
ンク内の空間及び前記メインタンク内の前記流体上方の
空間に対し各々の容積を変化させて圧力変動を付与する
アクチュエータと、該アクチュエータを駆動する駆動手
段と、前記メインタンク内の前記流体上方の空間におけ
る圧力変動値を検出する第１の圧力変動検出手段と、前
記基準タンク内の空間における圧力変動値を検出する第
２の圧力変動検出手段と、前記アクチュエータが作動し
た状態で前記第１及び第２の圧力変動検出手段が検出し
た前記メインタンク及び前記基準タンクの各々の作動状
態圧力変動値の比を演算する圧力比演算手段と、前記作
動状態圧力変動値の比を変数とする２次以上の所定のｎ
次関数を設定する関数設定手段と、該関数設定手段が設
定した前記ｎ次関数に基づき前記圧力比演算手段の演算
結果に応じて前記メインタンク内の空間の容積を演算す
る容積演算手段とを備えたことを特徴とする容積測定装
置。