JP3627162B2

JP3627162B2 - 液面測定装置

Info

Publication number: JP3627162B2
Application number: JP1015397A
Authority: JP
Inventors: 良文岸田; 幸佐藤
Original assignee: 三明電機株式会社
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2017-01-23
Also published as: JPH10206209A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、傾斜して設置された円筒タンクの液面までの距離を巻取式の検出器を用いて測定する液面測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体の大形容器として、円筒形のタンクが各種の分野で汎用的に使用されている。この種の円筒タンクは、通常、水平底部を有し、液体の排出口が側面下部に設けられているため、内容物の液体を最後まで流出させるために、排出口側を少し低く、その反対側を高くするように、タンクを傾斜して設置する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなタンクの液面までの距離を測定する場合、一般に、巻取式の液面測定器が使用される。この液面測定器は、巻取器に巻装したワイヤの先端にフロート或は電気的な液面検出器を取付け、フロート或は液面検出器をタンクの上から液面上に落下させ、その時に繰出されたワイヤの長さをカウンタにより測定し、液面までの距離を得るように測定する。
【０００４】
しかるに、傾斜して設置された円筒タンクの液面までの距離を、正確に測定するには、図１または図８に示すように、タンクＴの中心軸線Ｓ上における最上点と液面間の距離を測定する必要がある。
【０００５】
しかしながら、汎用で携帯型の液面測定器を使用して、工場等に設置された多数の大形円筒タンクの液面を順に測定する場合、簡単な作業で測定器を円筒タンクの中央に正確に設置することは困難であることから、タンクの側壁部付近に測定器を設置して、タンクの中心以外の任意の箇所の液面距離を測定していた。
【０００６】
このため、そのような液面の測定値には誤差（ばらつき）が多く、円筒タンクの中心軸線上に測定器を設置しなくても、液面までの距離を正確に測定することができる液面測定器が要望されていた。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、円筒タンクの中心軸線上の最上点から液面上の点までの中央液面距離を、タンクの縁部寄りに設置した巻取式の液面測定器により、容易に測定することができる液面測定装置とその測定方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の液面測定装置は、傾斜して設置された円筒タンクの液面までの距離を巻取式の液面測定器を用いて測定する液面測定装置であって、円筒タンクの上端に取付けられ、タンクの平面上の傾斜中心線上に配置されタンクの縁部に当たる当て部を有する本体部と、本体部に対し直角に取付けられ該タンクの上端円上に任意の弦を形成するように両端を該タンクの上端円周上に載置される弦部と、を有する取付け枠と、取付け枠の本体部上に前記弦と平行な軸で揺動可能に取り付けられ、ワイヤの先端に連結した液面検出器を液面上に降ろして液面までの距離を測定する巻取式の液面測定器と、本体部に設けられ、タンクの上端円に水平な状態から対鉛直水平状態まで該液面測定器を回動させて、タンクの傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、前記弦部上に設けられ、タンク上端円の任意の弦の長さを測定する弦長測定手段と、弦長測定手段が測定した弦長と、弦の中点から該タンク上端円での垂線の長さを用いてタンクの半径を算出するタンク径算出手段と、液面測定器が測定した液面距離と、液面測定器のワイヤの基点からタンク上端円までの半径上の所定距離と、傾斜角度検出手段が検出したタンクの傾斜角度と、タンク径算出手段が算出したタンクの上端円の半径と、からタンクの中心軸線上の中心液面距離を算出する液面距離算出手段と、を備えたことを特徴とする．
【０００９】
【作用・効果】
このような構成の液面測定装置では、タンクの液面距離を測定する場合、まず、本体部と弦部とからなる取付け枠を、被測定タンクの上に、その本体部を傾斜中心線上に配置しその当て部をタンクの縁部に当て弦部をタンク上端円上に載置して設置する。この状態で、弦長測定手段がタンク上端円の弦の長さを測定し、タンク径算出手段が、弦長測定手段により測定した弦長と、弦の中点からタンク上端円での垂線の長さを用いてタンクの半径を算出する。
【００１０】
傾斜角度検出手段が、タンクの上端円に水平な状態から対鉛直水平状態まで液面測定器を回動させて、タンクの傾斜角度を検出する。そして、液面測定器が、ワイヤを引き出してワイヤ先端に連結した液面検出器を液面上に降ろし、液面までの距離を測定する。
【００１１】
その後、液面距離算出手段が、液面測定器により測定した液面距離と、液面測定器のワイヤの基点からタンク上端円までの半径上の所定距離と、傾斜角度検出手段が検出したタンクの傾斜角度と、タンク径算出手段が算出したタンクの上端円の半径と、からタンクの中心軸線上の中心液面距離を算出する。
【００１２】
このように、傾斜した大形の円筒タンクであっても、液面測定装置の取付け枠とその上の液面測定器をタンクの上端の縁部寄りに設置し、タンクの縁部寄りの位置で液面までの距離を測定し、その距離を用いて正確なタンクの中心軸線上の液面距離を算出することができる。このため、液面測定装置を汎用で且つ携帯型として製作し、装置を被測定タンク上の縁部寄りに設置するだけで、傾斜角度が不明で且つ内外径の不明な大形の円筒タンクであっても、その液面距離を、簡単な作業で効率よく正確に測定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。この液面測定装置は、傾斜して設置された円筒タンクの液面までの距離を測定するために、図１〜図３に示すように、円筒タンクＴの傾斜側上端部に取付ける取付け枠１と、その取付け枠１の中央に傾斜方向に揺動可能に取りつけられた巻取式の液面測定器３０とを備えて構成される。
【００１４】
取付け枠１は、平面視で略Ｔ字状に形成され、液面測定器３０が取りつけられる本体部２と、本体部２に対し直角に固定されタンクＴの平面円上で弦をなすように配置される長尺直線状の弦部３と、から構成される。本体部２の先端にはタンクＴの上端の縁部に当接する当て部４が設けられ、そのタンクＴとの当接点Ｂから弦部３の中心点Ｃまでの距離ａが既知の値として形成されている。
【００１５】
液面測定器３０は、本体部２上で、弦部３と平行な軸１０により揺動可能に軸支される。液面測定器３０には水平を出すための水準器１１と水平調整器１２が取りつけられ、水平調整器１２のねじを回して液面測定器３０を水平状態に調整することができる。軸１０にはポテンショメータ等からなる角度検出器９が取り付けられる。角度検出器９は、液面測定器３０がタンクＴの上端部と平行な状態から水平状態になるまで、水平調整器１２により回動する間の角度を検出することにより、そのタンクＴの傾斜角度θを検出し、その信号を出力する。
【００１６】
弦部３上には１対の弦長測定爪５、６が左右方向に同期して移動可能に取り付けられ、これら１対の弦長測定爪５、６は、設置時、タンクＴの上端の２点（点Ａと点Ｄ）に当たり、弦の長さを測定する。すなわち、弦部３の両端にプーリ１３、１４が軸支されると共に、中央にプーリ１５が軸支され、それらのプーリ１３、１４、１５には１本のワイヤ７が掛け渡され、一方側のワイヤ７に弦長測定爪５が連結され、他方の側のワイヤ７に弦長測定爪６が連結される。
【００１７】
これにより、１対の弦長測定爪５、６は、手動により一方の爪を動かすだけで、プーリ１５の位置する中心点Ｃからの距離が同じになるように相対的に両側に移動する。中央のプーリ１５は多回転型ポテンショメータ等からなる回転型の弦長測定器８の軸に固定される。この弦長測定器８は、弦長測定爪５、６の移動（位置）に応じて走行するワイヤ７により回転し、弦長測定爪５、６間の距離（点Ａと点Ｄ間の距離２ｂ）を示す信号を出力する。
【００１８】
取付け枠１の本体部２に設置される液面測定器２０は、図４に示すように、ケース２１内にワイヤ２２を巻装した巻取りドラム２３を内蔵し、ケース２１の底部に設けた開口部２１ａから、ワイヤ２２の先端に連結した液面検出器３０をタンクＴ内の液面上に下降させ、引出されたワイヤ２２の距離によりタンク上端から液面までの距離を測定する構造である。
【００１９】
巻取りドラム２３の軸には巻取モータ２６が連結され、巻取モータ２６によりドラム２３は駆動される。ワイヤ２２はロータリエンコーダ用のプーリ２７に掛けられて繰出される。プーリ２７の円周上は磁極部、開口部、反射部等が一定間隔で設けられ、それに対向して磁気センサ、光センサ等からなるロータリエンコーダ２４が設けられ、プーリ２４の回転数つまり繰出されたワイヤ２２の長さに応じた信号がエンコーダ２４から出力される。
【００２０】
ケース２１内の開口部２１ａの上方に、液面検出器３０を収納する収納部が形成され、その収納部に液面検出器３０の上昇端を検出するリミットスイッチ等の上昇端検出器２５が設けられる。また、ケース２１の底部には液面検出時に検出器３０から送られる光信号を受信するための受光素子２９が下向きに取付けられる。
【００２１】
液面検出器３０は、略円筒型の錘状に形成され、そのケースの底部中央に主電極３３を設け、その周囲に補助電極３１を設け、上部に液面検出光信号を送信するための投光素子３２が取り付けられる。検出器３０内には、図示しない電源回路、検出回路が内蔵され、検出回路は、液面検出器３０の底部が液面に達した時、主電極３３と補助電極３１間の抵抗値の変化に基づき、投光素子３２を発光させるように構成される。電源回路は通常、電池を内蔵するが、二次電池、コンデンサ、充電回路を設けることにより、ケース２１の収納部内にある時、二次電池、コンデンサに充電するようにしてもよい。
【００２２】
液面測定器２０の制御回路は、図５に示すように、マイクロコンピュータを主要部にして構成され、ＣＰＵ４０、ＲＯＭ４１、ＲＡＭ４２、及び入出力回路４３を備える。上記弦長測定器８、角度検出器９、受光素子２９、ロータリエンコーダ２４、上昇端検出器２５、巻取モータ２６、及び測定値等を表示する表示器２３、図示しないスイッチ類が入出力回路４３に接続される。
【００２３】
ＣＰＵ４０は、予めＲＯＭ４１に記憶されたプログラムデータに基づき、液面検出信号、エンコーダ２４の出力信号を取り込み、液面までの距離ｘを算出し、さらに、タンクＴの半径ｒと傾きθを算出し、これらの距離ｘ，半径ｒ，傾きθ、及び既知の距離ａとから中心液面距離ｙ（タンクの中心軸線上の上端から液面までの距離）を算出し、それを表示器２３に測定値を表示するなどの処理を実行する。また、ＲＯＭ４１内には、演算された距離データを補正するために、距離データに対応して補正係数がテーブルデータなどとして予め記憶される。補正係数は、例えばプーリとワイヤの滑り、ワイヤの伸びに応じて、実測値から予め算出され、記憶される。
【００２４】
次に、上記構成の液面測定装置の動作を説明する。測定装置の取付け枠１を図１、２に示すように、測定しようとするタンクＴ上の縁部に、その本体部２の当て部４をタンクの縁に当て、弦部３をタンク上に載置し、弦部３の両弦長測定爪５、６をタンクＴの縁に当てて装置を設置する。本体部２はその中心線がタンクＴの傾斜方向の中心線Ｌと一致するように配置する。この状態で、弦長測定器８は弦長測定爪５、６の位置に応じて弦ＡＤの長さを示す信号を発生し、ＣＰＵ４０はその弦ＡＤの半分の長さに当たる点Ａから点Ｃまでの距離ｂのデータを取り込む。
【００２５】
次に、水準器１１を見ながら水平調整器１２を操作して、液面測定器２０の姿勢を、タンクＴの上端に沿った状態から水平（鉛直に対する水平）状態にする。この時、角度検出器９からタンクＴの傾斜角度θを示す信号が出力され、ＣＰＵ４０はこの角度データθを取り込む。
【００２６】
測定開始用の操作スイッチをオンすると、ＣＰＵ４０は、図６のフローチャートに示すように先ず、ステップ１００で、液面検出器３０が上昇端にあるか否かを判定する。上昇端検出器２５がその上昇端を検出している場合、次に、ステップ１１０にて、巻取モータ２６を下降側に駆動し、ステップ１２０で、エンコーダ２４からのデータの取り込みを開始する。
【００２７】
これにより、巻取りドラム２３がワイヤ繰出し方向に回転駆動され、ワイヤ２２の先端の液面検出器３０は、その自重によりタンク内を下降していく。このとき、ワイヤ２２の繰出しに応じてプーリ２７が従動回転し、その回転角を示す信号がエンコーダ２４から出力され、その信号はＣＰＵ４０に取り込まれ、ステップ１３０で、現在のワイヤの長さつまり液面検出器３０までの距離が演算され、ステップ１４０で、その距離が表示器２３に表示される。このような処理は所定時間（数百ミリ秒）毎に繰り返され、表示距離はインクリメントされていく。
【００２８】
そして、液面検出器３０の下部が液面に達すると、液体により主電極３３と補助電極３１間の抵抗値が変化し、液面検出回路において液面到着が検出され、検出器上部に設けた投光素子３２が投光動作する。
【００２９】
このとき、測定器本体側の受光素子２９は、投光素子３２からの液面検出を示す光信号を受光し、その受光信号（液面検出信号）をＣＰＵ４０に送る。ＣＰＵ４０は、この液面検出信号を入力すると、液面検出と判断してステップ１７０に進み、巻取モータ２６を直ちに停止させ、液面検出器３０の下降を停止させる。そして、次に、ステップ１８０で、その時点の距離データに補正を加えて、液面までの距離ｘを算出する。
【００３０】
次に、ＣＰＵ４０は、ステップ１８５で、タンクＴの半径ｒを、既知の距離ａと測定した弦の半分の距離ｂを用いて演算する。図７に示すように、三角形ＡＢＣと三角形ＯＡＢにおいて、ｃ^２＝ａ^２＋ｂ^２、ｔａｎβ＝ｂ／ａ、ｃｏｓβ＝ｃ／２ｒ、の式が成立するから、この３つの式からタンクの半径ｒが算出される。
【００３１】
次に、ステップ１９０で、角度検出器９により検出したタンクの傾斜角度θ、上記測定器３０で測定した液面までの距離ｘ、タンクの半径ｒ、及び既知の距離ａを用いて、タンクＴの中心軸線Ｓ上のタンク上端から液面までの距離ｙ（適正な液面距離）を演算し、表示器２３に表示する。
【００３２】
この中心液面距離ｙは、図８に示すように、点Ｏから点Ｇであり、ｙ＝ｙ_１＋ｙ_２、であるから、三角形ＥＦＧにおいて、ｙ_２＝ｘ／ｃｏｓθ、三角形ＯＣ_２Ｅにおいて、ｙ_１＝（ｒ−ａ_２）／ｔａｎθ、ａ_２＝ａ−ａ_１である。従って、この３つの式より中央液面距離ｙを算出することができる。なお、ａ_１は、弦の中心点Ｃと液面測定器２０のワイヤの基点Ｃ_２間の既知の距離、ａ_２は円弧上の点Ｂから基点Ｃ_２間の既知の距離である（図１）。
【００３３】
そして、ステップ２００で、巻取モータ２６を巻取り側に駆動させ、巻取りドラム２３にワイヤ２２を巻取り、液面検出器３０を上昇させ、ステップ２１０で、液面検出器３０が測定器本体の収納部まで上昇し、上昇端検出器２５がその上昇端を検出したとき、ステップ２１０からステップ２２０に進み、巻取モータ２６による上昇動作を停止させ、この回の液面測定を完了する。
【００３４】
このように、傾斜した円筒タンクであっても、液面測定装置をタンクの側壁部付近の上端に設置するだけで、タンクの縁部寄りの位置で液面までの距離ｘを測定し、その距離ｘを用いて、正確な中心液面距離ｙつまりタンクの中心軸線Ｓ上の液面距離を算出することができる。このため、液面測定装置を汎用で且つ携帯型として製作することができ、工場等に設置され傾斜角度が不明で、内径や外径の不明な大形円筒タンクであっても、その液面距離を、簡単な作業で効率よく正確に測定することができる。
【００３５】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、以下のような態様でも、実施することができる。
【００３６】
１．上記では、タンクＴの外側に当て部４や弦長測定爪５、６を当ててタンクの外側の寸法を測定し外径を算出したが、内側の寸法を測定しその内径を算出してのよい。
【００３７】
２．また、取付け枠１は傾斜したタンクの上端円の傾斜中心線Ｌの下側に設置したが、傾斜中心線Ｌに沿った上側に設置することもできる。その場合、測定した液面距離ｘから算出した距離ｙ_２が、求める中心液面距離より大きくなるため、距離ｙ_２から距離ｙ_１を減算して求める。
【００３８】
３．上記実施例では、液面検出器が電気的に液面を検出し、その検出信号を空間光伝送により測定器本体側に送信したが、無線送信により、或は検出信号をワイヤに沿って配線した電線により送信してもよい。
【００３９】
４．上記液面検出器は液面を電気的に検出したが、ワイヤの先端にフロートを連結し、ワイヤを繰出してフロートが液面に到達した時、そのワイヤの張力変化を検出してワイヤの繰出しを停止する構造の液面検出器としてもよい。
【００４０】
５．上記実施例では、液面測定器２０のワイヤの基点位置を、弦中央点Ｃからａ_１だけ離れた位置に設けたが、液面測定器２０のワイヤの基点位置を弦中央点Ｃに合わせれば、ａ_１＝０、ａ_２＝ａ、となり、上記の液面距離ｙを算出する際に使用した、ａ_２＝ａ−ａ_１の式は不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す液面測定装置の設置状態を示す説明図である。
【図２】液面測定装置の平面図である。
【図３】同測定装置の背面図である。
【図４】液面測定器２０の断面図である。
【図５】液面測定装置の制御回路のブロック図である。
【図６】制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図７】タンクＴの半径ｒを求めるための説明図である。
【図８】タンクＴの傾斜θと半径ｒから中央液面距離ｙを求めるための説明図である。
【符号の説明】
１−取付け枠
２−本体部
３−弦部
４−当て部
５、６−弦測定爪
８−弦長測定器
９−角度検出器
２０−液面測定器
２２−ワイヤ
３０−液面検出器

Claims

傾斜して設置された円筒タンクの液面までの距離を巻取式の液面測定器を用いて測定する液面測定装置であって、
該円筒タンクの上端に取付けられ、該タンクの平面上の傾斜中心線上に配置され該タンクの縁部に当たる当て部を有する本体部と、該本体部に対し直角に取付けられ該タンクの上端円上に任意の弦を形成するように両端を該タンクの上端円周上に載置される弦部と、を有する取付け枠と、
該取付け枠の本体部上に前記弦と平行な軸で揺動可能に取り付けられ、ワイヤの先端に連結した液面検出器を液面上に降ろして液面までの距離を測定する巻取式の液面測定器と、
該本体部に設けられ、該タンクの上端円に水平な状態から対鉛直水平状態まで該液面測定器を回動させて、該タンクの傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、
前記弦部上に設けられ、該タンク上端円の任意の弦の長さを測定する弦長測定手段と、
該弦長測定手段が測定した弦長と、該弦の中点から該タンク上端円での垂線の長さを用いて該タンクの半径を算出するタンク径算出手段と、
前記液面測定器が測定した液面距離と、該液面測定器のワイヤの基点からタンク上端円までの半径上の所定距離と、前記傾斜角度検出手段が検出した該タンクの傾斜角度と、前記タンク径算出手段が算出したタンクの上端円の半径と、からタンクの中心軸線上の中心液面距離を算出する液面距離算出手段と、
を備えたことを特徴とする液面測定装置。
前記弦長測定手段は、弦部の両側に弦長測定爪を移動可能に配設し、該弦長間の距離を電気的に測定する弦長測定器を有し、該両弦長測定爪をタンクの上端に当接させた際の該両弦長測定爪間の距離から弦長を測定する請求項１記載の液面測定装置。
前記液面測定器の液面検出器は電極を有し、該液面検出器が液面に到達した時の該電極間の抵抗値の変化により液面を検出する請求項１記載の液面測定装置。
前記液面測定器の液面検出器は投光素子を有し、検出した液面検出信号を空間光伝送により測定器本体側に伝送する請求項３記載の液面測定装置。
前記傾斜角度検出器は、該液面測定器の回動角度を電気的に測定する角度検出器と、該液面測定器の水平を検出する水準器と、該液面測定器を水平状態に回動させる該水平調整器と有し、タンクの上端円と平行状態にある本体部上の液面測定器を、該水準器を見ながら該水平調整器を操作して水平状態まで傾動させて傾斜角度を検出する請求項１記載の液面測定器。
傾斜して設置された円筒タンクの液面までの距離を巻取式の液面測定器を用いて測定する液面測定方法であって、
該タンクの上端円の任意の弦の長さを測定する工程と、
該弦の１／２の長さと該弦の中点から該上端円上に引いた垂線の長さとから該タンクの半径を算出する工程と、
該タンクの水平面に対する傾斜角度を測定する工程と、
該弦の中点或はその垂線上に設置した液面測定器からワイヤの引出しにより液面検出器を液面に降ろして液面距離を測定する工程と、
上記で算出したタンクの半径とタンクの傾斜角度と上記垂線の長さとから該タンクの中央軸線上の中央液面距離を算出する工程と、
を含むことを特徴とする液面測定方法。