JP3390827B2 - 液面レベル計測装置 - 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、容器、タンクなど
に貯えられる各種液体の液面位置、すなわち液面レベル
を計測する液面レベル計測装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、液面レベル計測装置の一つとし
て、磁石を利用したものが知られている。 図９は、従
来技術に係る液面レベル計測装置を示し、（Ａ）は使用
状態の説明図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は磁気抵抗素子
と永久磁石の関係を示す斜視図である。この液面レベル
計測装置１００は、液体１０５の液面１０６に浮かぶフ
ロート１０１の上下動によって回動する永久磁石１０２
と、この永久磁石１０２と電気的に絶縁されるとともに
その回動によって電気的抵抗値が変化して永久磁石１０
２の回転角度を検出する磁気抵抗素子１０３と、この永
久磁石１０２と磁気抵抗素子１０３とを合成樹脂製絶縁
体の框体内部空間に収納すると共に、その内部空間に設
けた側壁で仕切って磁気抵抗素子１０３を密閉した框体
部１０４と、磁気抵抗素子１０３と電気的に接続された
メーターとを有する。 【０００３】図９（Ｃ）に示すように、永久磁石１０２
をある方向に回転させると、永久磁石１０２の磁束の向
きが変化して、ホィーストンブリッジ回路を形成する磁
気抵抗素子１０３の電流値が変化し、これを増幅して液
面レベルを計測するものである（特許番号第２６６４８
７４号公報）。 【０００４】図１０は、従来技術に係る別の液面レベル
計測装置を示す説明図である。液面レベル計測装置１１
０は、液体１０５に立設されたパイプ１１１と、磁石付
きフロート１１２とを有する。液面１０６に浮かべられ
たフロート１１２は、液面１０６によって上下する。磁
石付きフロート１１２が、たとえばリードスイッチ１１
３ｂに近づくと、磁石１１４の磁界によってリードスイ
ッチ１１３ｂがオン（ＯＮ）になり、イン（ＩＮ）側１
１５からアウト（ＯＵＴ）側１１６へ電流が流れ電圧降
下を起こす。従って、リードスイッチ１１３ａ、１１３
ｂ…につながっている抵抗１１５ａ、１１５ｂ…の抵抗
値Ｒを変えておけば、オンになった位置によってイン
（ＩＮ）側１１５とアウト（ＯＵＴ）側１１６の電位差
が異なりそれによって液面レベルがわかる。この場合、
液面レベル付近にリードスイッチや配線があるので液体
による腐食の影響を受けやすい（たとえば特開平５−３
１２６２１号公報）。 【０００５】さらに、別の液面レベル計測装置として、
光ファイバーを液体に立設させたパイプ内にはわせ、フ
ロートには磁石ではなく反射面（反射鏡）を付けたもの
が知られている（たとえば特開平５−２４０６８３号公
報）。これは液面とともにフロートが上下し、光源より
発した光は、光ファイバー内を通り検知ポイント窓より
フロートに付いている反射面で反射し、再びファイバー
内を通り、それが受光・光電変換器で検出されることに
より液面レベルがわかるものである。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記永
久磁石１０２の回転角度を磁気抵抗素子１０３によって
検出し液面レベルを計測する液面レベル計測装置１００
は、永久磁石１０２を回動させるために、アームのつい
たフロート１０１が設けられている。したがって、この
アームが位置する空間、いわゆる遊び空間が必要であ
り、それだけ計測装置の高さが大きくなり、フロートの
回動するスペースのとれない計測場所においては使用で
きない恐れがあった。 【０００７】さらに、上記リードスイッチ１１３ａ、１
１３ｂ…による接点信号出力によって液面レベルを計測
する液面レベル計測装置１１０は、リードスイッチ１１
３ａ、１１３ｂ…の構造上接点を持つことになり、サー
マルショックによるリードスイッチの誤動作またはリー
ドスイッチ自体の作動不良、或いは、液面に近い位置に
リードスイッチ、磁石があるので、液体による影響を受
けやすいなどの恐れがあった。また、サーマルショック
による磁石の損傷や低温度下における液面レベル計測の
場合には、磁石の重量、磁束密度、温度特性などを考慮
して適切な磁石を選定する問題もあった。 【０００８】また、光ファイバーを利用した液面レベル
計測装置は、光の反射面が液体と接触するために、液体
による反射面の汚れ付着や腐食の影響を受け、誤動作す
る怖れがあった。 【０００９】本発明の課題は、液面の上部空間が小さく
ても設置が容易であり、作動が確実で液体による影響が
小さく、液面レベルを高精度に計測できることである。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の液面レベル計測装置は、液面が変動する液体に
立設されるフロート軸と、前記液体に浮動可能に設けら
れ該液体の液面の変動とともに前記フロート軸の軸方向
に沿って動くフロートとを有する液面レベル計測装置に
おいて、前記フロートの前記軸方向の動きを前記フロー
ト軸の回動する動きに変換する動き変換手段と、前記フ
ロート軸の上端に固定して設けられ該フロート軸の回動
とともに回動する回動体と、該回動体の回動位置を検出
する回動位置検出手段とを備えてななり、前記回動位置
検出手段は、前記回動体に設けられ平坦な上面に該回動
体の回動位置に対応する穴が形成される磁石と、該磁石
の穴によって変化する磁界強度を検出するセンサーとを
有してなる構成とすることにより上記課題を解決する。 【００１１】フロート軸は、液面が変動する液体に立設
され、かつ液面がフロート軸の中間部に位置するように
立設される。フロートは、液体に浮動可能に設けられる
ので液体の液面の変動とともに浮動する。この時、動き
変換手段によってフロートの軸方向の動きはフロート軸
の回動する動きに変換される。フロート軸の回動する動
きは、フロート軸の上端に固定される回動体の回動の動
きとなり、回動体は回動される。この回動体の回動位置
を回動位置検出手段によって検出し、電気的出力信号と
して出力する。この電気的出力信号を液面レベルを演算
する演算手段に入力することにより液面レベルを得るこ
とができる。演算手段による液面レベルの信号を表示手
段に入力することにより表示することができる。この液
面レベル計測装置は、小型で、かつタンク内の液体から
隔離して回動位置検出手段が設けられる。 【００１２】さ らに、先のいずれかの液面レベル計測装
置において、前記回動位置検出手段は、前記回動体に設
けられ平坦な上面に該回動体の回動位置に対応する穴が
形成される磁石と、該磁石の穴によって変化する磁界強
度を検出するセンサーとを有してなることである。この
回動位置検出手段は、先のいずれかの液面レベル計測装
置の作用に加え、磁石の平坦な上面に回動体の回動位置
に対応する穴が形成されるので、センサーにより磁石表
面の穴によって変化する磁界強度を検出し回動体の回動
位置に対応する電気的出力信号をデジタル的に取り出せ
る。回動体の回動位置に対応する穴を必要に応じて適宜
形成し、これによる磁界強度を検出するという簡単な手
段で作動不良を起こすことなく確実に液面レベルを検出
することができる。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、本発明に係る液面レベル計
測装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
尚、図１〜８において、同一又は同等部分には同一符号
を付けて示す。 【００１４】図１は、本発明に係る液面レベル計測装置
の第１実施形態を示す断面図、図２は、図１の I−I 線
断面図である。第１実施形態の液面レベル計測装置１
は、自動車その他に使用する燃料、例えばガソリンを貯
めておく燃料タンクに採用するに好適なものである。液
面５が変動するガソリン（液体）４に立設されるフロー
ト軸１１と、ガソリン４に浮動可能に設けられガソリン
の液面５の変動とともにフロート軸１１の軸方向１２に
沿って動くフロート７とを有する。 【００１５】さらに、フロート７の軸方向１２の動きを
フロート軸１１の回動する動きに変換する動き変換手段
として、図２に示すように、フロート７は、そのフロー
ト軸側に設けられる第１の突起８を有し、フロート軸１
１は、フロートの第１の突起８に摺動可能に遊嵌しフロ
ート軸の外側に軸方向１２にらせん状に設けられる第２
の溝１４とを有する。この際、フロートの第１の突起８
に代えて第１の溝とし、フロート軸の第２の溝に代えて
フロートの第１の溝に摺動可能に遊嵌しフロート軸１１
の外側に軸方向１２にらせん状に設けられる第２の突起
としても良い。 【００１６】さらに、動き変換手段による動き変換のと
きにフロート７の回動を防止する回動防止手段として、
図２に示すように、フロート７に開けられた二つの孔９
に摺動可能に挿通される二つのフロート回動防止軸４０
と、フロート軸の上端１３に固定して設けられフロート
軸１１の回動ともに平面内で回動する回動体としての上
部ステージ１７とが設けられる。 【００１７】そして、第１実施形態の液面レベル計測装
置１は、上部ステージ１７（またはフロート軸１１）の
回動位置を検出する回動位置検出手段１９として、上部
ステージ１７に設けられる永久磁石２０と、この永久磁
石２０の磁界方向を検出するセンサーとして、たとえば
磁気抵抗素子２１を備えている。磁気抵抗素子２１に代
えて永久磁石２０の磁界方向を検出するものであれば、
他の検出素子であっても良い。 【００１８】外装ケース（または防波ケース）４２は、
下部固定部３９の下部軸受け部４６を固定するとともに
下方に燃料導入口４３をあけることにより、タンク内の
波の影響を無くしている。フロート７の上下の動きが上
部ステージ１７を回動させ易いように、上部軸受け部４
５および下部軸受け部４６には軸受けベアリングやＯリ
ングが挿入されている。上部ステージ１７と永久磁石２
０の外側には非磁性物質で形成される上部蓋４９を設
け、この上部蓋４９に磁気抵抗素子２１がセットされて
いる。上部蓋４９と上部固定部３５の間および上部固定
部３５と燃料タンク３との間には各々パッキン４８ａ、
４８ｂが挿入されている。なお、符号３６は上部シャフ
ト、符号３９は下部シャフトを示す。 【００１９】以上の構造を有する第１実施形態の液面レ
ベル計測装置１は、次のように作用する。すなわち、図
１において、フロート軸１１は、液面５が変動するガソ
リン４に立設され、かつ液面５がフロート軸１１の中間
部に位置するように立設される。フロート７は、ガソリ
ン４に浮動可能に設けられるのでガソリンの液面５の変
動とともに浮動する。この時、フロート７はフロート回
動防止軸４０によって回動が防止される。動き変換手段
は、そのフロートの第１の突起８がフロート軸の軸方向
外側にらせん状に設けられる第２の溝１４に遊嵌してい
るので、フロートの軸方向１２の動きを確実、容易にフ
ロート軸１１の回動に変換する。フロート７の上下の移
動距離にくらべ、フロート軸の第２の溝１４の形成の仕
方でフロート軸１１の回転数または回動角を適宜設定で
きる。動き変換手段によってフロート７の軸方向の動き
はフロート軸１１の回動する動きに変換され、さらに、
フロート軸１１の回動する動きは、上部ステージ１７の
回動の動きとなり、上部ステージ１７は回動される。 【００２０】回動位置検出手段１９は、この場合、上部
ステージ１７に設けられる永久磁石２０と、この永久磁
石２０の磁界方向を検出する磁気抵抗素子２１を備えて
いるが、永久磁石２０が液面レベルに対応した回動角度
だけ回動すると永久磁石２０の磁束の向きが変化して、
公知の、たとえばホィーストンブリッジ回路を構成する
各抵抗素子の抵抗値が変化し、これによって電流値が変
化し、これを検出し電気的出力信号として出力する。こ
の出力信号を図示していない増幅器により増幅し、液面
レベルを演算する図示していない演算手段に入力するこ
とにより液面レベルを得ることができる。演算手段によ
る液面レベルの信号を図示していない表示手段に入力す
ることにより液面レベルを表示することができる。 【００２１】第１実施形態の液面レベル計測装置１は、
上部ステージ１７に設けられる永久磁石２０と磁気抵抗
素子２１とを接近させることにより、接点がいらず作動
不良を起こすことなく簡単な手段により磁界方向を検出
し、この簡単な手段により連続的に電気的出力信号を取
り出せる。さらに、液面５をタンク３上面に近づけるこ
とができ、液面５の上部空間がとれない場合においても
装置の設置が容易である。また、小型で、かつ液体のタ
ンク内から隔離して回動位置検出手段１９を設けること
ができるので腐食による電気的欠陥の影響がない。さら
に、上部蓋４９と上部固定部３５の間および上部固定部
３５と燃料タンク３との間に各々パッキン４８ａ、４８
ｂを挿入することにより、燃料タンク内のガスを外部に
漏らさず雰囲気から遮断され安全であるとともに、密封
型液面レベル計測装置とすることができる。また、液面
５が大きく変わるものに小型で対応可能である。 【００２２】図３は、第２実施形態を示す全体斜視図、
図４は、図３の回動位置検出手段を示し、（Ａ）は磁石
の平面図、（Ｂ）はセンサーとともに示す（Ａ）の II
−II線断面図である。第２実施形態の液面レベル計測装
置１において、回動位置検出手段１９は、上部ステージ
１７に設けられ平坦な上面に、上部ステージ１７の回動
位置に対応する穴２５が形成される永久磁石２３と、こ
の永久磁石２３の穴２５によって変化する磁界強度を検
出するセンサーとして磁電変換素子２４を有してなる。
図４の永久磁石２３は液面レベルを８段階に分割する場
合で、穴２５のあるなしで０００〜１１１まで８つの段
階をデジタルで表すことができる。また、磁電変換素子
２４は、この穴２５に対応して三つ設けられている。 【００２３】図３に示すように、燃焼タンク３内の液面
の変動によってフロート７が上下の動きをする。フロー
ト７の上下の動きをフロート軸１１の軸方向１２の回動
の動きに変換する。フロート軸１１の回動の動きは、燃
料タンク３の外側にある上部ステージ１７に伝わる。 【００２４】図４に示すように、回動位置検出手段１９
は、永久磁石２３の平坦な上面に上部ステージ１７の回
動位置に対応する穴２５が形成されるので、磁電変換素
子２４は永久磁石２３表面のこの穴２５のある所で変化
する磁界強度を検出し、上部ステージ１７（またはフロ
ート軸１１）の回動位置に対応する電気的出力信号をデ
ジタル的に取り出せる。上部ステージ１７の回動位置に
対応する穴２５を必要に応じて適宜形成し、この穴２５
による磁界強度を検出するという簡単な手段でリードス
イッチなどの接点を使用せず、作動不良を起こすことな
く確実に液面レベルを検出することができる。第２実施
形態の液面レベル計測装置１におけるその他の部分は、
第１実施形態の液面レベル計測装置と同じであるので、
その説明を省略する。 【００２５】図５は、第３実施形態を示す全体斜視図、
図６は、図５の回動位置検出手段を示し、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）はスリットの斜視図であ
る。第３実施形態の液面レベル計測装置１において、回
動位置検出手段１９は、上部ステージ１７の回動ととも
に回動し上部ステージ１７の回動位置に対応する光量を
通過させる円筒形状のスリット２６と、このスリット２
６に光を当てる光源２７と、スリット２６からの通過光
量を検出する光検出部２９を有し、光検出部２９にはセ
ンサーとして光強度検出素子２８が設けられる。光源２
７と光検出部２９は回動しない部分に設置される。スリ
ット２６は、光通過可能な光通過部２６ａと、光が通過
できない光非通過部２６ｂとが設けられている。光通過
部２６ａは、円周方向に漸次高さが大きく、または小さ
くなるようにらせん状に形成されている。 【００２６】第３実施形態の回動位置検出手段１９は、
上部ステージ１７（またはフロート軸１１）の回動位置
に対応する光量を通過させるスリット２６に光源２７の
光を当てることにより、上部ステージ１７の回動位置に
対応する光量が通過し、通過光量（または光強度）がフ
ロート７の液面レベルを示しているので、この通過光量
を光強度検出素子２８により検出し、電気的出力信号を
フロート位置に対してリニアに取り出せ、液面レベルを
測定できる。上部ステージ１７の回動位置に対応する光
量を通過させるスリット２６を設けるという簡単な手段
で作動不良を起こすことなく連続的に液面レベルを検出
することができる。第３実施形態の液面レベル計測装置
１におけるその他の部分は、第２実施形態の液面レベル
計測装置と同じであるので、その説明を省略する。 【００２７】図７は、第４実施形態の回動位置検出手段
を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。第４
実施形態の液面レベル計測装置１において、回動位置検
出手段１９は、上部ステージ１７の回動とともに回動し
上部ステージ１７の回動位置に対応する光量を通過させ
る平板で渦巻状のスリット２６と、このスリット２６に
光を当てる光源２７と、スリット２６からの通過光量を
検出する光検出部２９を有し、光検出部２９にはセンサ
ーとして光強度検出素子２８が設けられる。スリット２
６は、光が通過可能な部分で、この実施形態では光が通
過できない上部ステージ１７の中に設けられており、円
周方向に漸次その幅が大きく、または小さくなるように
渦巻状に形成されている。 【００２８】第４実施形態の回動位置検出手段１９は、
第３実施形態の回動位置検出手段と同様に、上部ステー
ジ１７（またはフロート軸１１）の回動位置に対応する
光量を通過させるスリット２６に光源２７の光を当てる
ことにより、上部ステージ１７の回動位置に対応する光
量が通過し、通過光量（または光強度）がフロート７の
液面レベルを示しているので、この通過光量を光強度検
出素子２８により検出し、電気的出力信号をフロート位
置に対してリニアに取り出せ、液面レベルを測定でき
る。上部ステージ１７の回動位置に対応する光量を通過
させるスリット２６を設けるという簡単な手段で作動不
良を起こすことなく連続的に液面レベルを検出すること
ができる。光強度検出素子２８は、第３実施形態のもの
と同じものを使用できる。第４実施形態の液面レベル計
測装置１におけるその他の部分は、第３実施形態の液面
レベル計測装置と同じであるので、その説明を省略す
る。 【００２９】図８は、第５実施形態の回動位置検出手段
を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はセンサーとともに示
す側面図である。第５実施形態の回動位置検出手段１９
は、上部ステージ１７（またはフロート軸１１）の回動
位置に対応して回転スリット３４に形成される光の通過
孔としてのスリット孔３０と、このスリット孔３０に光
を当てる光源３１と、スリット孔３０からの光を検出す
る検出ヘッド３３とを有し、検出ヘッド３３にはセンサ
ーとしての光電変換素子３２を有してなる。もちろん、
スリット孔３０以外の部分は、光非通過部分である。上
記回転スリット３４は、上部ステージ１７と兼ねている
が、上部ステージ１７と別の専用の回転スリットを設け
ても良い。 【００３０】この回動位置検出手段１９は、回転スリッ
ト３４の回動位置に対応するスリット孔３０に光源３１
の光を当てることにより、回転スリット３４の回動位置
に対応する数の光が通過し、この通過光を光電変換素子
３２により検出することにより電気的出力信号をフロー
ト位置に対して２値（デジタル的）に取り出せる。回転
スリット３４の回動位置に対応する光の通過孔を設ける
という簡単な手段で作動不良を起こすことなく液面レベ
ルを検出することができる。第５実施形態の液面レベル
計測装置１におけるその他の部分は、第３、４実施形態
の液面レベル計測装置と同じであるので、説明を省略す
る。 【００３１】 【発明の効果】本発明の液面レベル計測装置によれば、
液面の上部空間が小さくても設置が容易であり、作動が
確実で液体による影響が小さく、液面レベルを高精度に
計測できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る液面レベル計測装置の第１実施形
態を示す断面図である。 【図２】図１の I−I 線断面図である。 【図３】第２実施形態を示す全体斜視図である。 【図４】図３の回動位置検出手段を示し、（Ａ）は磁石
の平面図、（Ｂ）はセンサーとともに示す（Ａ）の II
−II 線断面図である。 【図５】第３実施形態を示す全体斜視図である。 【図６】図５の回動位置検出手段を示し、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）はスリットの斜視図であ
る。 【図７】第４実施形態の回動位置検出手段を示し、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 【図８】第５実施形態の回動位置検出手段を示し、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）はセンサーとともに示す側面図
である。 【図９】従来技術に係る液面レベル計測装置を示し、
（Ａ）は使用状態の説明図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は
磁気抵抗素子と永久磁石の関係を示す斜視図である。 【図１０】従来技術に係る別の液面レベル計測装置を示
す説明図である。 【符号の説明】 １ 液面レベル計測装置 ４ ガソリン（液体） ５ 液面 ７ フロート ８ 第１の突起また第１の溝（動き変換手段） ９ 孔（回動防止手段） １１ フロート軸 １２ 軸方向 １３ 上端 １４ 第２の溝または第２の突起（動き変換手段） １７ 上部ステージ（回動体） １９ 回動位置検出手段 ２０ 永久磁石（磁石） ２１ 磁気抵抗素子（センサー） ２３ 永久磁石（磁石） ２４ 磁電変換素子（センサー） ２５ 穴 ２６ スリット ２７ 光源 ２８ センサー ３０ スリット孔（光の通過孔） ３１ 光源 ３２ 光電変換素子（センサー） ４０ フロート回動防止軸（回動防止手段）

フロントページの続き (72)発明者 広田 真佐樹 静岡県島田市横井１−７−１ 矢崎計器 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−145319（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−51506（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−127528（ＪＰ，Ｕ) 特公 平６−92911（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−82789（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 23/00 - 25/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 液面が変動する液体に立設されるフロー
   ト軸と、前記液体に浮動可能に設けられ該液体の液面の
   変動とともに前記フロート軸の軸方向に沿って動くフロ
   ートとを有する液面レベル計測装置において、前記フロ
   ートの前記軸方向の動きを前記フロート軸の回動する動
   きに変換する動き変換手段と、前記フロート軸の上端に
   固定して設けられ該フロート軸の回動とともに回動する
   回動体と、該回動体の回動位置を検出する回動位置検出
   手段とを備えてなり、 前記回動位置検出手段は、前記回動体に設けられ平坦な
   上面に該回動体の回動位置に対応する穴が形成される磁
   石と、該磁石の穴によって変化する磁界強度を検出する
   センサーとを有してなる ことを特徴とする液面レベル計
   測装置。