JP3999380B2

JP3999380B2 - Concrete level sensor

Info

Publication number: JP3999380B2
Application number: JP32303098A
Authority: JP
Inventors: 茂幸十河; 隆祥平田; 卓郎小澤; 良敏末吉
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2018-11-13
Also published as: JP2000146673A

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、打設したコンクリートのレベル（高さ）を測定するセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、打設されたコンクリートのレベル（高さ）を測定するセンサとして、図６に示したように、所定の間隔を保って対向した一対の電極１０ａ，１０ｂを、型枠１１に打設されるコンクリートＣの打ち上がり方向に延設し、該一対の電極１０ａ，１０ｂ間に、データロガ１３から接続ケーブル１２を介して電圧を印加して、電極１０ａ，１０ｂ間のインピーダンス（電気容量や電気抵抗）を測定することで、打設されたコンクリートＣのレベルを測定するものが知られている。
【０００３】
かかるセンサによれば、コンクリートＣの打ち上がり高さＨが高くなるほど、電極１０ａ，１０ｂ間のスペース中にコンクリートＣが存在する割合が大きくなる。そして、コンクリートＣの電気化学的な性質により、電極１０ａ，１０ｂ間に存在するコンクリートＣの割合に応じて、電極１０ａ，１０ｂ間のインピーダンスが変化する。そのため、データロガ１３で電極１０ａ，１０ｂ間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定結果に対してパソコン１４で演算処理を行うことで、コンクリートＣの打ち上がり高さＨを測定することができる。
【０００４】
しかし、コンクリートの電気化学的な性質は、コンクリートの種類や温度等により大きな影響を受ける。そのため、上述した従来のセンサにおいては、コンクリートの打ち上がり高さの測定結果の再現性や直線性に問題が生じる場合があった。さらに、上述した従来のセンサにおいては、パソコン１４でコンクリートの打ち上がり高さを算出するための基準データを得るために、予め種々の条件下でのコンクリートの打ち上がり高さと電極１０ａ，１０ｂ間のインピーダンスとの関係を求める、いわゆるキャリブレーションを行う必要があり、このキャリブレーションに多大な労力を要していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、打設されたコンクリートのレベルを簡易かつ精度良く測定することができるセンサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、間隔を保持して対向した第１電極と第２電極とからなる対電極を、コンクリートの打ち上がり方向に複数個配置した集合電極と、前記各対電極の前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印加して該第１電極と該第２電極の間のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定結果に応じて該第１電極と該第２電極の間にコンクリートが存在するか否かを判別するコンクリート有無判別手段と、該コンクリート有無判別手段による、前記対電極の前記第１電極と前記第２電極の間にコンクリートが存在するか否かの判別結果に応じて開閉する開閉手段を前記各対電極毎に有し、各開閉手段に直列に抵抗を接続した直列回路を並列に接続した並列回路を備えて、該並列回路の合成抵抗値により前記第１電極と前記第２電極の間にコンクリートが存在する前記対電極の個数を測定し、該個数と前記対電極の配置間隔とを用いて、コンクリートの打ち上がり高さを算出する高さ算出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
かかる本発明によれば、前記コンクリート有無判別手段は、前記対電極の前記第１電極と前記第２電極間にコンクリートが存在するか否かの、比較的低い精度で可能な判別を行うだけでよい。そのため、判別のための閾値をコンクリートの種類や温度等の影響を受けないように、余裕を持たせて設定することが可能である。また、この場合には、種々の条件下でのキャリブレーションを行うことも不要であるため、測定に要する労力が少なくて済む。
【０００８】
そして、前記高さ算出手段により、前記コンクリート有無判別手段によって前記第１電極と前記第２電極の間にコンクリートが存在すると判別された前記対電極の数と、前記対電極が配置された間隔とを用いてコンクリートの打ち上がり高さを算出することで、コンクリートの種類や温度等の影響を排除して、コンクリートの打ち上がり高さを精度良く算出することができる。
【０００９】
また、前記高さ算出手段は、前記コンクリート有無判別手段による、前記対電極の前記第１電極と前記第２電極の間にコンクリートが存在するか否かの判別結果に応じて開閉する開閉手段を前記各対電極毎に有し、各開閉手段に直列に抵抗を接続した直列回路を並列に接続した並列回路を備えて、該並列回路の合成抵抗値により前記第１電極と前記第２電極の間にコンクリートが存在する前記対電極の個数を把握することを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明によれば、前記コンクリート有無判別手段により前記第１電極と前記第２電極の間にコンクリートが存在すると判別された前記対電極の数に応じて、前記並列回路を構成する前記抵抗の数が変化する。そのため、前記高さ算出手段は、前記並列回路の合成抵抗値から、前記第１電極と前記第２電極の間にコンクリートが存在する前記対電極の個数を容易に測定することができる。
【００１１】
また、前記高さ算出手段は、前記並列回路を用いて構成したホイートストンブリッジ回路を有して、該ホイートストンブリッジ回路は、前記各直列回路の前記抵抗側の一端が該ホイートストンブリッジ回路の一方の出力端子に接続されると共に、前記各直列回路の前記開閉手段は、開閉に応じて該ホイートストンブリッジ回路の一方の入力端子が前記抵抗を介して該ホイートストンブリッジ回路の一方の出力端子に導通した状態と、該ホイートストンブリッジ回路の他方の入力端子が前記抵抗を介して該ホイートストンブリッジ回路の該一方の出力端子に導通した状態とを切換え、前記ホイートストンブリッジ回路の入力端子間に所定のブリッジ電圧を印加したときに、該ホイートストンブリッジ回路の出力端子間に生じる電圧により、前記第１電極と前記第２電極の間にコンクリートが存在する前記対電極の個数を測定することを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明によれば、前記ホイートストンブリッジ回路の入力に所定電圧を印加すると、該ホイートストンブリッジ回路の出力電圧は、前記並列回路の合成抵抗値に応じて変化する。そして、前記並列回路の合成抵抗値は、上述したように、前記第１電極と前記第２電極の間にコンクリートが存在する前記対電極の個数に応じて変化する。そのため、前記ホイートストンブリッジ回路の出力電圧は、前記第１電極と前記第２電極の間にコンクリートが存在する前記対電極の個数に応じて変化する。
【００１３】
したがって、ひずみゲージで構成されたホイートストンブリッジ回路と接続して使用される電気抵抗式ひずみゲージ測定器や、データロガ等を前記高さ算出手段として使用することができる。即ち、前記ホイートストンブリッジ回路を、電気抵抗式ひずみゲージ測定器や、データロガ等と接続して、前記ホイートストンブリッジ回路の出力電圧を測定することで、前記前記第１電極と前記第２電極の間にコンクリートが存在する前記対電極の個数を把握して、コンクリートの打ち上がり高さを算出することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を、図１〜図５を参照して説明する。図１は本発明のコンクリートレベルセンサの構成図、図２（ａ）は図１に示したコンクリート有無判別手段の回路構成図、図２（ｂ）は図１に示したコンクリート有無判別手段の等価回路図、図３は図２（ａ）に示した回路の作動説明図、図４は図１に示したホイートストンブリッジ回路の構成図、図５（ａ）〜図５（ｃ）は図４に示した回路の等価回路図である。
【００１５】
図１を参照して、本発明のコンクリートレベルセンサは、集合電極２０と、コンクリート有無判別手段２１とホイートストンブリッジ回路２６とを備えた検出モジュール２２と、検出モジュール２２とケーブルを介して接続されたデータロガ２７とからなり、集合電極２０を型枠２３内に打設されたコンクリートＣ内に浸漬することで、コンクリートＣの打ち上がり高さＨを測定する。
【００１６】
集合電極２０は、間隔を保持して対向した第１電極２４ａと第２電極２４ｂとからなる対電極２５を、コンクリートＣの打ち上がり方向にｎ（≧２）個配置して構成される。コンクリート有無判別手段２１は、各対電極２５の第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間に電圧を印加して、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間のインピーダンスを測定することで、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートＣが存在するか否かを判別する。ここで、各対電極２５の第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間隔は、安定した測定を行うために一定に保たれている。
【００１７】
また、ホイートストンブリッジ回路２６とデータロガ２７とにより、本発明の高さ算出手段が構成される。即ち、データロガ２７からホイートストンブリッジ回路２６に電源が供給され、ホイートストンブリッジ回路２６からデータロガ２７に、コンクリート有無判別手段２１により、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートＣが有ると判別された対電極２５の個数に応じた電圧が出力される。そして、データロガ２７は、ホイートストンブリッジ回路２６の出力電圧から、コンクリート有無判別手段２１により、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートＣが有ると判別された対電極２５の個数を把握して、コンクリートＣの打ち上がり高さＨを算出する。
【００１８】
本実施の形態では、各対電極２５の間隔を一定（図中ｈ）としているので、コンクリート有無判別手段２１により、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートＣが存在すると判別された対電極２５の数がｉであれば、データロガ２７は、コンクリートＣの打ち上がり高さＨを、Ｈ＝ｈ×ｉにより算出することができる。
【００１９】
例えば、図１においては、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートＣが存在する対電極２５の個数は３であるので、コンクリートＣの打ち上がり高さＨ＝３×ｈとなる。なお、対電極２５の配置間隔ｈを狭めることで測定精度を高めることができる。また、各対電極２５の間隔は必ずしも一定である必要はなく、データロガ２７に予め各対電極２５の間隔に関するデータを保持しておけば、データロガ２７は、該データに基づいてコンクリートＣの打ち上がり高さＨを算出することができる。
【００２０】
次に、図２（ａ），２（ｂ），及び図３を参照して、コンクリート有無判別手段２１による、対電極２５の第１電極２４ａと２４ｂの間にコンクリートが存在するか否かの判別方法について説明する。
【００２１】
コンクリート有無判別手段２１は、図２（ａ）に示したように、各対電極２５に対して、コンパレータ３０を有する。コンパレータ３０は、その正入力電圧が負入力電圧以上であるときは正電源電圧（＋Ｖ_CC）を出力し、正入力電圧が負入力電圧未満であるときには負電源電圧（−Ｖ_CC）を出力する。また、コンパレータ３０の出力ｃには抵抗４０（抵抗値ｒ）が直列に接続されている。
【００２２】
図２（ｂ）は、コンパレータ３０の出力抵抗Ｒ_Oが非常に小さく（Ｒ_O≪ｒ）、且つ、コンパレータ３０の出力が電源電圧（±Ｖ_CC）レベルまでフルスイングすると仮定して、以上説明したコンパレータ３０の動作を切替スイッチ３３で等価的に表した回路である。コンパレータ３０の正入力電圧が負入力電圧以上であるときは、切替スイッチ３３の接点ｂと接点ｃの間が導通して共通接点ｃから正電源電圧（＋Ｖ_CC）が出力される。
【００２３】
一方、コンパレータ３０の正入力電圧が負入力電圧未満であるときには、切替スイッチ３３の接点ａと接点ｃの間が導通して共通接点ｃから負電源電圧（−Ｖ_CC）が出力される。このように、コンパレータ３０は、正入力電圧と負入力電圧の比較結果に応じて、出力ｃからの出力電圧を正電源電圧（＋Ｖ_CC）と負電源電圧（−Ｖ_CC）とに切替えるスイッチ（本発明の開閉手段に相当する）として作動する。そして、コンパレータ３０（切替スイッチ３３）と抵抗４０（抵抗値ｒ）とを直列に接続して、本発明の直列回路４１を構成している。
【００２４】
図２（ａ）を参照して、コンクリート有無判別手段２１は、各対電極２５の第２電極２４ｂをコンパレータ３０の負電源電圧（−Ｖ_CC）に接続し、第１電極２４ａに抵抗３４を介してブリッジ電圧Ｖ_Cを印加したときの、第１電極２４ａの電圧（＝コンパレータ３０の正入力電圧）を、コンパレータ３０により比較電圧Ｖ_Bと比較することで、対電極２５の第１電極２４ａと２４ｂ間にコンクリートが存在するか否かの判別を行う。尚、ブリッジ電圧Ｖ_Cをコンパレータ３０の正電源電圧（＋Ｖ_CC）と同一（Ｖ_C＝＋Ｖ_CC）としてもよい。
【００２５】
第１電極２４ａに抵抗３４を介してブリッジ電圧Ｖ_Cを印加したときの第１電極２４ａの電圧は、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間のインピーダンスの変化に応じて変動する。そのため、第１電極２４ａの電圧を検出するすることで、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間のインピーダンスを測定（把握）することができる。
【００２６】
したがって、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートが存在するときの、第１電極２４ａと第２電極２４間のインピーダンスに基づいて比較電圧Ｖ_Bを決定し、該比較電圧Ｖ_Bと第１電極２４ａの電圧（本発明のインピーダンスの測定結果に対応する）とをコンパレータ３０で比較することで、コンパレータ３０の出力電圧から、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートが存在するか否かを判別することができる。
【００２７】
具体的には、図３に示したように、コンクリート有無判別手段２１は、所定のタイミング（図中ｔ₁〜ｔ₂、ｔ₃〜ｔ₄）で対電極２５の第１電極２４ａにブリッジ電圧Ｖ_Cを印加する。図中ｔ₁〜ｔ₂は、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートが存在しない状態で、第１電極２４ａにブリッジ電圧Ｖ_Cを印加した場合を示し、図中ｔ₃〜ｔ₄は、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートが存在する状態で、第１電極２４ａにブリッジ電圧Ｖ_Cを印加した場合を示している。
【００２８】
ｔ₁〜ｔ₂で第１電極２４ａにブリッジ電圧Ｖ_Cを印加したときは、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間が絶縁状態（インピーダンス∞）にあるので、図２（ａ）を参照して、コンパレータ３０の正入力にはブリッジ電圧Ｖ_Cがそのまま入力される。
【００２９】
そのため、図３の▲２▼に示したように、コンパレータ３０の正入力電圧（Ｖ_C）がコンパレータ３０の負入力電圧（Ｖ_B）よりも大きくなり、▲３▼に示したようにコンパレータ３０の出力電圧が正電源電圧（＋Ｖ_CC）となる。このとき、図２（ｂ）に示した等価回路においては、切替スイッチ３３の接点ｂと接点ｃの間が導通した状態となる。
【００３０】
一方、ｔ₃〜ｔ₄で第１電極２４ａにブリッジ電圧Ｖ_Cを印加したときには、図２（ａ）を参照して、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間に、コンクリートの電気容量３５（本発明のインピーダンスに相当する）が存在するため、図３の▲２▼に示したように、コンパレータ３０の正入力電圧は電気容量３５への電荷の充電が進むにつれて緩やかに上昇し、比較電圧Ｖ_Bを上回ることはない。
【００３１】
そのため、図３の▲３▼に示したように、コンパレータ３０の出力電圧が負電源電圧（−Ｖ_CC）となる。このとき、図２（ｂ）に示した等価回路においては、切替スイッチ３３の接点ａと接点ｃの間が導通した状態となる。
【００３２】
ここで、比較電圧Ｖ_Bは、対電極２５の第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートが存在するか否かという、さほど精度を有しない判別を行うためのものである。そのため、コンクリートの種類や温度等の影響により、第１電極２４ａの電圧が変動しても、コンクリートの有無の判別ができるように、余裕を持たせて設定することができる
したがって、コンクリート有無判別手段２１は、コンクリートの種類や温度の影響を排除して、対電極２５の第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートが存在するか否かを判別することができる。そして、コンクリートの種類や温度の影響を考慮してインピーダンスを測定するためのキャリブレーションを行う必要もない。
【００３３】
次に、図４を参照して、ホイートストンブリッジ回路２６は、図２（ａ）に示したコンパレータ３０に抵抗４０を直列に接続したｎ個の直列回路４１を並列に接続した並列回路４２を用いて構成されるものであるが、図４においては、説明の便宜上、コンパレータ３０を図２（ｂ）で説明した切替スイッチ３３（図中ＳＷ₁〜ＳＷ_n）で表している。
【００３４】
また、図４は、１番目の切替スイッチ３３（図中ＳＷ₁）に対応した対電極２５から、ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ）の切替スイッチ３３（図中ＳＷ_i）に対応した対電極２５までが、コンクリート中に浸漬した状態を示しており、１番目からｉ番目までの切替スイッチ３３（図中ＳＷ₁〜ＳＷ_i）の接点ａと接点ｃの間が導通した状態となっている。
【００３５】
並列回路４２においては、接点ａと接点ｃの間が導通した切替スイッチ３３（対応する対電極２５の第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートが存在することを意味する）の個数が多い程、図中Ｘ点とＹ点の間の合成抵抗値が大きくなる。また、図中Ｚ点とＹ点の合成抵抗値は、逆に、接点ａと接点ｃの間が導通した切替スイッチ３３の個数が多い程小さくなる。
【００３６】
したがって、並列回路４２のＸＹ間又はＹＺ間の合成抵抗値から、接点ａと接点ｃの間が導通した切替スイッチ３３の個数、即ち、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートが存在する対電極２５の個数を把握することができる。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、図４に示したように、並列回路４２を用いてホイートストンブリッジ回路２６を構成し、並列回路４２の合成抵抗の変化、即ち、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートが存在する対電極２５の個数の変化に応じて、ホイートストンブリッジ回路２６の出力電圧ｅが変化するようにしている。
【００３８】
これにより、通常、ひずみゲージで構成されたホイートストンブリッジ回路と接続して使用されるデータロガ２７を、ホイートストンブリッジ回路２６と接続して、データロガ２７からホイートストンブリッジ回路２６にブリッジ電圧Ｅを印加し、ホイートストンブリッジ回路２６の出力電圧ｅをデータロガ２７で測定することで、データロガ２７は、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートが存在する対電極２５の個数を把握することができる。
【００３９】
尚、図４において、記号Ｒ，ｒ，ｒ_Sは、各抵抗の抵抗値を示している。そして、抵抗４３（抵抗値ｒ／ｎ）は、接点ａと接点ｃの間が導通した切替スイッチ３３が存在しないとき、即ち、コンクリートが打設されていないときに、ホイートストンブリッジ回路２６の出力電圧ｅを０とするためのものである。接点ａと接点ｃの間が導通した切替スイッチ３３が存在しなければ、ＸＹ間の合成抵抗値がｒ／ｎとなり、Ｙ点の電位がＥ／２となるため、ホイートストンブリッジ回路２６の出力電圧ｅが０Ｖとなる。また、抵抗４４（抵抗値ｒ_S）は、ホイートストンブリッジ回路２６の出力電圧ｅの出力レベルを調節するためのものである。
【００４０】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、データロガ２７の入力インピーダンスが無限大であると仮定して、図４に示したホイートストンブリッジ回路２６を等価回路で表したものである。図５（ａ）は図４に示したホイートストンブリッジ回路２６のＡ矢印側の等価回路であり、図中Ｖ₁は図４のＹ点の電圧（Ａ₂点基準）である。図４のＸ−Ｙ間の合成抵抗値はｒ／（ｎ−ｉ）となり、Ｙ−Ｚ間の合成抵抗値はｒ／ｉとなるので、Ｖ₁は、以下の式（１）で表せる。
【００４１】
【数１】

【００４２】
また、図５（ｂ）は、図４に示したホイートストンブリッジ回路２６のＢ矢印側の等価回路であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）に示したホイートストンブリッジ回路２６のＡ矢印側の等価回路とＢ矢印側の等価回路との合成等価回路である。
【００４３】
図５（ｃ）に示した合成等価回路から、ホイートストンブリッジ回路２６のブリッジ電圧Ｅと出力電圧ｅとの関係は、以下の式（２）で表される。そして、式（２）中、Ｒ，ｒ，ｒ_S，及びｎは定数であるので、式（２）の左辺の第２項を定数Ｋで置き換えると、ホイートストンブリッジ回路２６のブリッジ電圧Ｅと出力電圧ｅとの関係は式（３）で表される。
【００４４】
【数２】

【００４５】
したがって、図１を参照して、データロガ２７は、式（３）より、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートが存在する対電極２５の個数ｉを、ホイートストンブリッジ回路２６のブリッジ電圧Ｅと出力電圧ｅとから算出することができる。そして、コンクリートＣの打ち上がり高さＨを、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間にコンクリートが存在する対電極２５の個数ｉと、対電極２５の配置間隔ｈとから、Ｈ＝ｉ×ｈにより算出することができる。
【００４６】
尚、本実施の形態においては、図４に示したように、並列回路４２の合成抵抗値の変化を、ホイートストンブリッジ回路２６の出力電圧ｅを介して検出するようにしたが、ホイートストンブリッジ回路２６を介さずに直接検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンクリートレベルセンサの構成図。
【図２】図１に示したコンクリート有無判別手段の回路構成図
【図３】図２に示したコンクリート有無判別手段の作動説明図。
【図４】ホイートストンブリッジ回路の構成図。
【図５】図４に示したホイートストンブリッジ回路の等価回路。
【図６】従来のコンクリートレベルセンサの構成図。
【符号の説明】
２０…集合電極、２１…コンクリート有無判別手段、２４ａ…第１電極、２４ｂ…第２電極、２５…対電極、２６…ホイートストンブリッジ回路、２７…データロガ、３３…切替スイッチ[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a sensor for measuring the level (height) of placed concrete.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a sensor for measuring the level (height) of placed concrete, as shown in FIG. 6, a pair of electrodes 10a and 10b facing each other at a predetermined interval are placed on a mold 11. The concrete C is extended in the direction of launch, and a voltage is applied between the pair of electrodes 10a and 10b from the data logger 13 through the connection cable 12, and the impedance between the electrodes 10a and 10b (electric capacity and electric resistance). ) Is measured to measure the level of the concrete C placed.
[0003]
According to such a sensor, the proportion of the concrete C existing in the space between the electrodes 10a and 10b increases as the launch height H of the concrete C increases. Then, due to the electrochemical properties of concrete C, the impedance between electrodes 10a and 10b changes according to the proportion of concrete C present between electrodes 10a and 10b. Therefore, the height H of the concrete C can be measured by measuring the impedance between the electrodes 10a and 10b with the data logger 13 and performing arithmetic processing with the personal computer 14 on the measurement result of the impedance.
[0004]
However, the electrochemical properties of concrete are greatly affected by the type and temperature of the concrete. Therefore, in the conventional sensor described above, there may be a problem in the reproducibility and linearity of the measurement result of the concrete height. Furthermore, in the above-described conventional sensor, in order to obtain the reference data for calculating the concrete launch height by the personal computer 14, the concrete launch height under various conditions and the electrodes 10a and 10b are preliminarily determined. It is necessary to perform a so-called calibration for obtaining the relationship with the impedance, and this calibration requires a great deal of labor.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described background, and an object thereof is to provide a sensor that can easily and accurately measure the level of placed concrete.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a collective electrode in which a plurality of counter electrodes each having a first electrode and a second electrode facing each other with a gap therebetween are arranged in the concrete rising direction, and each of the counter electrodes. A voltage is applied between the first electrode and the second electrode to measure an impedance between the first electrode and the second electrode, and the first electrode and the second electrode are measured according to the measurement result of the impedance. and concrete existence discrimination means concrete between the two electrodes is determined whether or not there, Ru good to the concrete existence discrimination means, the concrete exists between the first electrode and the second electrode of the counter electrode Each of the counter electrodes has an opening / closing means that opens and closes according to the determination result, and includes a parallel circuit in which a series circuit having a resistance connected in series to each opening / closing means is connected in parallel. The first electric power is determined by the combined resistance value. The number of the counter electrode concrete exists between the second electrode and the measured, by using the arrangement interval of the counter electrode and the number, the height calculation means for calculating the beat up height of concrete It is characterized by having.
[0007]
According to the present invention, the concrete presence / absence discriminating means only determines whether or not concrete exists between the first electrode and the second electrode of the counter electrode with relatively low accuracy. Good. Therefore, it is possible to set a threshold value for determination with a margin so as not to be affected by the type of concrete, temperature, and the like. In this case, it is not necessary to perform calibration under various conditions, so that less labor is required for measurement.
[0008]
And the number of the counter electrodes determined by the height calculation means that concrete is present between the first electrode and the second electrode by the concrete presence / absence determination means, and the interval at which the counter electrodes are arranged, By calculating the concrete launch height using, it is possible to eliminate the influence of the concrete type, temperature, etc. and calculate the concrete launch height with high accuracy.
[0009]
In addition, the height calculation means includes opening / closing means that opens and closes according to a determination result of whether or not concrete exists between the first electrode and the second electrode of the counter electrode by the concrete presence / absence determination means. A parallel circuit in which a series circuit having a resistance connected in series to each open / close means is connected in parallel, and the first electrode and the second electrode are combined according to a combined resistance value of the parallel circuit; It is characterized in that the number of the counter electrodes with concrete in between is grasped.
[0010]
Furthermore, according to the present invention, the resistance constituting the parallel circuit is determined according to the number of counter electrodes determined by the concrete presence / absence determining means that concrete is present between the first electrode and the second electrode. The number of changes. Therefore, the height calculation means can easily measure the number of the counter electrodes in which concrete exists between the first electrode and the second electrode from the combined resistance value of the parallel circuit.
[0011]
Further, the height calculation means has a Wheatstone bridge circuit configured using the parallel circuit , and the Wheatstone bridge circuit has one end on the resistance side of each series circuit as one output of the Wheatstone bridge circuit. And the switching means of each series circuit is connected to one output terminal of the Wheatstone bridge circuit through the resistor in response to opening and closing, and The other input terminal of the Wheatstone bridge circuit is switched to the conductive state to the one output terminal of the Wheatstone bridge circuit via the resistor, and a predetermined bridge voltage is applied between the input terminals of the Wheatstone bridge circuit. Occasionally, the voltage generated between the output terminals of the Wheatstone bridge circuit, wherein The number of the counter electrode concrete exists between the first electrode and the second electrode and measuring.
[0012]
According to the present invention, when a predetermined voltage is applied to the input of the Wheatstone bridge circuit, the output voltage of the Wheatstone bridge circuit changes according to the combined resistance value of the parallel circuit. Then, as described above, the combined resistance value of the parallel circuit changes according to the number of the counter electrodes in which concrete exists between the first electrode and the second electrode. Therefore, the output voltage of the Wheatstone bridge circuit varies according to the number of the counter electrodes in which concrete exists between the first electrode and the second electrode.
[0013]
Therefore, an electrical resistance strain gauge measuring instrument used in connection with a Wheatstone bridge circuit composed of a strain gauge, a data logger, or the like can be used as the height calculating means. That is, the Wheatstone bridge circuit is connected to an electric resistance type strain gauge measuring instrument, a data logger, or the like, and the output voltage of the Wheatstone bridge circuit is measured, so that the first electrode and the second electrode are interposed. By grasping the number of the counter electrodes where the concrete exists, it is possible to calculate the concrete launch height.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a block diagram of the concrete level sensor of the present invention, FIG. 2A is a circuit configuration diagram of the concrete presence / absence discriminating means shown in FIG. 1, and FIG. 2B is an equivalent of the concrete presence / absence discriminating means shown in FIG. FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the circuit shown in FIG. 2A, FIG. 4 is a configuration diagram of the Wheatstone bridge circuit shown in FIG. 1, and FIGS. 5A to 5C are FIG. It is an equivalent circuit diagram of the circuit shown.
[0015]
Referring to FIG. 1, the concrete level sensor of the present invention is connected to a collective electrode 20, a detection module 22 having a concrete presence / absence discriminating means 21 and a Wheatstone bridge circuit 26, and connected to the detection module 22 via a cable. It is composed of a data logger 27, and the aggregate electrode 20 is immersed in the concrete C placed in the mold 23 to measure the launch height H of the concrete C.
[0016]
The collective electrode 20 is configured by arranging n (≧ 2) counter electrodes 25 made up of the first electrode 24 a and the second electrode 24 b facing each other while maintaining a gap in the concrete C rising direction. The concrete presence / absence discriminating means 21 applies a voltage between the first electrode 24a and the second electrode 24b of each counter electrode 25 and measures the impedance between the first electrode 24a and the second electrode 24b. It is determined whether or not concrete C exists between the first electrode 24a and the second electrode 24b. Here, the distance between the first electrode 24a and the second electrode 24b of each counter electrode 25 is kept constant in order to perform stable measurement.
[0017]
Further, the Wheatstone bridge circuit 26 and the data logger 27 constitute the height calculating means of the present invention. That is, power is supplied from the data logger 27 to the Wheatstone bridge circuit 26, and it is determined by the concrete presence / absence determining means 21 that the concrete C exists between the first electrode 24 a and the second electrode 24 b from the Wheatstone bridge circuit 26 to the data logger 27. A voltage corresponding to the number of counter electrodes 25 is output. The data logger 27 grasps the number of counter electrodes 25 determined by the concrete presence / absence determining means 21 from the output voltage of the Wheatstone bridge circuit 26 that the concrete C is present between the first electrode 24a and the second electrode 24b. Then, the launch height H of the concrete C is calculated.
[0018]
In the present embodiment, since the interval between the counter electrodes 25 is constant (h in the figure), it is determined by the concrete presence / absence determining means 21 that concrete C exists between the first electrode 24a and the second electrode 24b. If the number of counter electrodes 25 is i, the data logger 27 can calculate the launch height H of the concrete C by H = h × i.
[0019]
For example, in FIG. 1, since the number of the counter electrodes 25 in which the concrete C exists between the first electrode 24a and the second electrode 24b is 3, the launch height H of the concrete C is 3 × h. Note that the measurement accuracy can be increased by narrowing the arrangement interval h of the counter electrode 25. In addition, the interval between the counter electrodes 25 is not necessarily constant, and if the data logger 27 holds data related to the interval between the counter electrodes 25 in advance, the data logger 27 can launch concrete C based on the data. The height H can be calculated.
[0020]
Next, referring to FIGS. 2 (a), 2 (b), and 3, whether or not concrete exists between the

first electrodes

24a and 24b of the counter electrode 25 by the concrete presence / absence discriminating means 21 is determined. A determination method will be described.
[0021]
The concrete presence / absence discriminating means 21 has a comparator 30 for each counter electrode 25 as shown in FIG. The comparator 30 outputs a positive power supply voltage (+ V _CC ) when the positive input voltage is equal to or higher than the negative input voltage, and outputs a negative power supply voltage (−V _CC ) when the positive input voltage is less than the negative input voltage. . A resistor 40 (resistance value r) is connected in series to the output c of the comparator 30.
[0022]
FIG. 2B illustrates the above description on the assumption that the output resistance R _O of the comparator 30 is very small (R _O << r) and the output of the comparator 30 fully swings to the power supply voltage (± V _CC ) level. This is a circuit that equivalently represents the operation of the comparator 30 by the changeover switch 33. When the positive input voltage of the comparator 30 is equal to or higher than the negative input voltage, the contact b and the contact c of the changeover switch 33 are brought into conduction, and the positive power supply voltage (+ V _CC ) is output from the common contact c.
[0023]
On the other hand, when the positive input voltage of the comparator 30 is less than the negative input voltage, the contact point a and the contact point c of the changeover switch 33 are brought into conduction and the negative power supply voltage (−V _CC ) is output from the common contact point c. Thus, the comparator 30 switches the output voltage from the output c between the positive power supply voltage (+ V _CC ) and the negative power supply voltage (−V _CC ) according to the comparison result of the positive input voltage and the negative input voltage ( Corresponding to the opening / closing means of the present invention. The series circuit 41 of the present invention is configured by connecting the comparator 30 (changeover switch 33) and the resistor 40 (resistance value r) in series.
[0024]
Referring to FIG. 2A, the concrete presence / absence discriminating means 21 connects the second electrode 24b of each counter electrode 25 to the negative power supply voltage (−V _CC ) of the comparator 30, and a resistor 34 is connected to the first electrode 24a. By comparing the voltage of the first electrode 24a (= the positive input voltage of the comparator 30) with the comparison voltage V _B by the comparator 30 when the bridge voltage V _C is applied via the first electrode 24a of the counter electrode 25. And whether or not concrete exists between 24b and 24b. Note that the bridge voltage V _C may be the same as the positive power supply voltage (+ V _CC ) of the comparator 30 (V _C = + V _CC ).
[0025]
The voltage of the first electrode 24a when the bridge voltage V _C is applied to the first electrode 24a via the resistor 34 varies in accordance with the change in impedance between the first electrode 24a and the second electrode 24b. Therefore, the impedance between the first electrode 24a and the second electrode 24b can be measured (obtained) by detecting the voltage of the first electrode 24a.
[0026]
Therefore, when the concrete exists between the first electrode 24a and the second electrode 24b, the comparison voltage V _B is determined based on the impedance between the first electrode 24a and the second electrode 24, and the comparison voltage V _B By comparing the voltage of the first electrode 24a (corresponding to the impedance measurement result of the present invention) with the comparator 30, there is concrete between the first electrode 24a and the second electrode 24b from the output voltage of the comparator 30. Whether or not to do so can be determined.
[0027]
Specifically, as shown in FIG. 3, the concrete presence / absence discriminating means 21 applies a bridge voltage to the first electrode 24a of the counter electrode 25 at a predetermined timing (t _{1 to} t ₂ and t _{3 to} t _{4 in the} figure). Apply V _C. In the figure, t _{1 to} t ₂ indicate the case where the bridge voltage V _C is applied to the first electrode 24a in the state where there is no concrete between the first electrode 24a and the second electrode 24b, and t _{3 to} t in the figure. ₄ shows a case where a bridge voltage V _C is applied to the first electrode 24a in a state where concrete exists between the first electrode 24a and the second electrode 24b.
[0028]
When the bridge voltage V _C is applied to the first electrode 24a between t _{1 and} t ₂ , the first electrode 24a and the second electrode 24b are in an insulated state (impedance ∞), so refer to FIG. Thus, the bridge voltage V _C is input to the positive input of the comparator 30 as it is.
[0029]
Therefore, as shown in (2) of FIG. 3, the positive input voltage (V _C ) of the comparator 30 becomes larger than the negative input voltage (V _B ) of the comparator 30, and as shown in (3), the comparator 30 Output voltage becomes the positive power supply voltage (+ V _CC ). At this time, in the equivalent circuit shown in FIG. 2B, the contact point b and the contact point c of the changeover switch 33 are brought into conduction.
[0030]
On the other hand, when the bridge voltage V _C is applied to the first electrode 24a between t ₃ and t ₄ , referring to FIG. 2A, the concrete capacitance 35 between the first electrode 24a and the second electrode 24b. (Corresponding to the impedance of the present invention), the positive input voltage of the comparator 30 gradually increases as the charge of the electric capacity 35 proceeds as shown in (2) of FIG. The voltage V _B is not exceeded.
[0031]
Therefore, as shown in (3) of FIG. 3, the output voltage of the comparator 30 becomes the negative power supply voltage (−V _CC ). At this time, in the equivalent circuit shown in FIG. 2B, the contact point a and the contact point c of the changeover switch 33 are brought into conduction.
[0032]
Here, the comparison voltage V _B is used to determine whether or not concrete is present between the first electrode 24a and the second electrode 24b of the counter electrode 25 with less accuracy. For this reason, even if the voltage of the first electrode 24a fluctuates due to the effect of concrete type, temperature, etc., it can be set with a margin so that the presence or absence of concrete can be determined. 21 can determine whether concrete exists between the first electrode 24a and the second electrode 24b of the counter electrode 25 by eliminating the influence of the type and temperature of the concrete. Further, it is not necessary to perform calibration for measuring the impedance in consideration of the effect of the concrete type and temperature.
[0033]
Next, referring to FIG. 4, the Wheatstone bridge circuit 26 uses a parallel circuit 42 in which n series circuits 41 in which resistors 40 are connected in series to the comparator 30 shown in FIG. 2A are connected in parallel. In FIG. 4, for convenience of explanation, the comparator 30 is represented by the changeover switch 33 (SW _{1 to} SW _{n in the} drawing) described in FIG.
[0034]
4 shows the counter electrode 25 corresponding to the i-th (1 ≦ i ≦ n) switch 33 (SW _{i in the} figure) from the counter electrode 25 corresponding to the _first switch 33 (SW _{1 in the} figure). Up to 25 shows a state immersed in concrete, and the contact a and contact c of the first to i-th change-over switches 33 (SW _{1 to} SW _{i in the} figure) are in a conductive state. .
[0035]
In the parallel circuit 42, the number of changeover switches 33 (meaning that concrete exists between the first electrode 24a and the second electrode 24b of the corresponding counter electrode 25) in which the contact point a and the contact point c are electrically connected is equal. The greater the number, the greater the combined resistance value between the X and Y points in the figure. On the contrary, the combined resistance value at the point Z and the point Y in the figure becomes smaller as the number of the changeover switches 33 in which the contact point a and the contact point c are connected increases.
[0036]
Accordingly, based on the combined resistance value between XY or YZ of the parallel circuit 42, the number of changeover switches 33 that are electrically connected between the contact point a and the contact point c, that is, concrete exists between the first electrode 24a and the second electrode 24b. Thus, the number of counter electrodes 25 can be grasped.
[0037]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the Wheatstone bridge circuit 26 is configured using the parallel circuit 42, and the change in the combined resistance of the parallel circuit 42, that is, the first electrode 24a and the second electrode 24b. The output voltage e of the Wheatstone bridge circuit 26 changes in accordance with the change in the number of counter electrodes 25 in which concrete is present.
[0038]
As a result, the data logger 27 that is normally used in connection with a Wheatstone bridge circuit composed of a strain gauge is connected to the Wheatstone bridge circuit 26, and the bridge voltage E is applied from the data logger 27 to the Wheatstone bridge circuit 26. By measuring the output voltage e of the bridge circuit 26 with the data logger 27, the data logger 27 can grasp the number of counter electrodes 25 in which concrete exists between the first electrode 24 a and the second electrode 24 b.
[0039]
In FIG. 4, symbols R, r, and r _S indicate resistance values of the respective resistors. The resistor 43 (resistance value r / n) is the output voltage of the Wheatstone bridge circuit 26 when there is no change-over switch 33 between the contact point a and the contact point c, that is, when concrete is not placed. This is for setting e to 0. If there is no change-over switch 33 between the contact point a and the contact point c, the combined resistance value between XY becomes r / n, and the potential at the point Y becomes E / 2. Therefore, the output voltage of the Wheatstone bridge circuit 26 e becomes 0V. The resistor 44 (resistance value r _S ) is for adjusting the output level of the output voltage e of the Wheatstone bridge circuit 26.
[0040]
FIG. 5A to FIG. 5C represent the Wheatstone bridge circuit 26 shown in FIG. 4 as an equivalent circuit on the assumption that the input impedance of the data logger 27 is infinite. 5 (a) is an equivalent circuit of the arrow A side of the Wheatstone bridge circuit 26 shown in FIG. 4, reference numeral V ₁ was a voltage at the Y point in FIG. 4 (A ₂ points reference). Since the combined resistance value between X and Y in FIG. 4 is r / (n−i) and the combined resistance value between Y and Z is r / i, V ₁ can be expressed by the following equation (1).
[0041]
[Expression 1]

[0042]
5 (b) is an equivalent circuit on the B arrow side of the Wheatstone bridge circuit 26 shown in FIG. 4, and FIG. 5 (c) is an A arrow of the Wheatstone bridge circuit 26 shown in FIG. 5 (a). This is a combined equivalent circuit of the equivalent circuit on the side and the equivalent circuit on the B arrow side.
[0043]
From the combined equivalent circuit shown in FIG. 5C, the relationship between the bridge voltage E and the output voltage e of the Wheatstone bridge circuit 26 is expressed by the following equation (2). Since R, r, r _S , and n are constants in the equation (2), when the second term on the left side of the equation (2) is replaced with the constant K, the bridge voltage E and the output of the Wheatstone bridge circuit 26 are output. The relationship with the voltage e is expressed by equation (3).
[0044]
[Expression 2]

[0045]
Therefore, referring to FIG. 1, the data logger 27 calculates the number i of the counter electrodes 25 in which concrete exists between the first electrode 24 a and the second electrode 24 b as the bridge voltage of the Wheatstone bridge circuit 26 according to the equation (3). It can be calculated from E and the output voltage e. Then, the launch height H of the concrete C is calculated from the number i of the counter electrodes 25 where the concrete exists between the first electrode 24a and the second electrode 24b and the arrangement interval h of the counter electrodes 25, as follows: H = i × It can be calculated by h.
[0046]
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the change in the combined resistance value of the parallel circuit 42 is detected via the output voltage e of the Wheatstone bridge circuit 26. You may make it detect directly, without going through.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a concrete level sensor of the present invention.
2 is a circuit configuration diagram of the concrete presence / absence discriminating means shown in FIG. 1. FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the concrete presence / absence discriminating means shown in FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram of a Wheatstone bridge circuit.
5 is an equivalent circuit of the Wheatstone bridge circuit shown in FIG.
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional concrete level sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Collecting electrode, 21 ... Concrete presence / absence discriminating means, 24a ... First electrode, 24b ... Second electrode, 25 ... Counter electrode, 26 ... Wheatstone bridge circuit, 27 ... Data logger, 33 ... Changeover switch

Claims

An assembly electrode in which a plurality of counter electrodes composed of a first electrode and a second electrode facing each other while maintaining a gap are arranged in the concrete rising direction, and the first electrode and the second electrode of each counter electrode A voltage is applied between them to measure the impedance between the first electrode and the second electrode, and whether or not concrete exists between the first electrode and the second electrode according to the measurement result of the impedance Concrete presence / absence discriminating means for discriminating whether or not
Ru good to the concrete existence discrimination means, have the closing means for opening and closing depending on whether the determination result concrete exists between the first electrode and the second electrode of the counter electrode in each of said counter-electrode And a parallel circuit in which a series circuit having a resistance connected in series to each open / close means is connected in parallel, and the concrete exists between the first electrode and the second electrode by the combined resistance value of the parallel circuit. measuring the number of counter electrode, by using the arrangement interval of the counter electrode and the number, concrete level sensor, characterized in that a height calculation means for calculating the beat up height of the concrete.

The height calculating means has a Wheatstone bridge circuit configured using the parallel circuit , and the Wheatstone bridge circuit has one end on the resistance side of each series circuit connected to one output terminal of the Wheatstone bridge circuit. And the switching means of each series circuit is in a state where one input terminal of the Wheatstone bridge circuit is electrically connected to one output terminal of the Wheatstone bridge circuit via the resistor in response to opening and closing, Switching the state where the other input terminal of the Wheatstone bridge circuit is conducted to the one output terminal of the Wheatstone bridge circuit via the resistor;
When a predetermined bridge voltage is applied between the input terminals of the Wheatstone bridge circuit, the voltage between the output terminals of the Wheatstone bridge circuit causes concrete to exist between the first electrode and the second electrode. concrete level sensor of claim 1, wherein measuring the number of electrodes.