JP4087616B2

JP4087616B2 - 液面測定装置

Info

Publication number: JP4087616B2
Application number: JP2002036714A
Authority: JP
Inventors: パスカル、カストロ
Original assignee: エスセドゥーエヌ
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: JP2003247879A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液面感知の分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既に、多数のこの種の装置が提案されている。
【０００３】
例えば、フランス国特許出願第2,367,276号には、タンクに入った液体の液面制御を可能にする装置が記載されている。この装置は、液体に部分的に浸漬した抵抗測深器と、この測深器に電気エネルギーを与えることができる給電手段と、測深器の電圧および電流の大きさの少なくとも１つに対して感度の高い手段と、電気エネルギーの供給開始時に、その初期値に対する上記の大きさの変化を監視することにより、そこから液面に関する情報を引き出すための手段とを備える。従来の文献に基づいて得られる液面表示は、例えば、液面閾値に達したとき、警報を実施するのに十分な信頼度を有する。
【０００４】
この装置の変形および／または改良形態は、フランス国特許出願第2,514,497号、フランス国特許出願第2,690,521号、フランス国特許出願第2,703,074号およびフランス国特許出願第2,703,775号の各文献に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、新規な液面感知装置を提供することを目的とする。
【０００６】
液体中に少なくとも部分的に浸漬するよう設計された抵抗測深器（１０）と、
前記測深器（１０）に、制御電源からの電流を流すことができる給電手段（２０）と、
前記測深器（１０）の端子で得られる電圧の時間に関する導関数の値を監視する手段と、
既知の最大レベルと最小レベルのそれぞれについて得られる値と測定値に対応する導関数の基準値とを比較することにより前記最大レベルと最小レベルとの間の液体のレベルを測定する手段（３２）と
を含むことを特徴とする液面感知装置、
によって達成される。
【０００７】
本発明の有利な別の特徴によれば、この装置は、さらに、液体の温度に応じた補正手段を含む。
【０００８】
考慮した変形例によれば、この温度に応じた補正手段は、抵抗測深器に供給した電流の振幅、最小値と最大値との間で定められる測定範囲、または測定された値に作用することができる。
【０００９】
本発明の他の特徴、目的および利点は、以下の詳細な説明により、また、非制限的な例として示す図面を参照すると、明らかになるであろう。
【００１０】
【実施例】
図１には、液面測定装置が示され、この装置は、液体中に少なくとも部分的に浸漬するよう設計された抵抗測深器１０と、調節電源２２により制御されると共に、測深器１０に制御電流を供給することができる、抵抗測深器１０の給電手段２０と、処理手段３０とを含む。
【００１１】
前述したように、この処理手段３０は、第１に、測深器１０の端子で得られる電圧の導関数を監視する手段を備え、第２に、こうして得られた導関数の値を、既知の最小値および最大値間で予め定められた目盛と比較することができる比較手段を備える。
【００１２】
さらに詳細には、図１に示した実施態様によれば、処理装置３０は、分流器３４、ならびに増幅器−減算器３６（その入力は、測深器１０の端子に接続されている）からの情報を受ける取得および処理モジュール３２を備える。さらに、処理手段３０は、手段２０から測深器１０への電流供給を制御するため、取得および処理モジュール３２により操作される制御モジュール３８を備える。このため、このモジュールは、測深器１０と、給電手段２０との間に、図には参照符号２１で示した断続手段を備えており、この断続手段２１は、モジュール３８によって操作される。
【００１３】
図１には、取得および処理モジュール３２の２つの出力４０，４２を示すが、これらはそれぞれ、液体の液面を示す情報と、液体の温度を示す情報とを送り出す。
【００１４】
本発明による、図１に示した液面（例えば、油、水等）測定装置は、下記のように動作する。
【００１５】
例えば、高い温度係数を有する導電線から成る測深器１０は、液体中に部分的に浸漬している。液面から出ている長さと、液面下の長さとの比は、液面高さに応じて異なってくる。液面高さを測定しようとするとき、手段２０から、既知の大きさの電流を瞬間的に測深器１０に流す。それと同時に、取得および処理モジュール３２が、測深器１０の端子での電圧時間に対する導関数を測定する。
【００１６】
この導関数は、導電線が完全に液体中に浸漬している値と、液面から完全に出ている場合に得られる値とでこれを基準化すると、液面高さと比例する。
【００１７】
測定を再開する前に、所定の冷却時間が必要である。
【００１８】
液体の温度は、同じ装置を用いて得られる。電流が測深器１０に流れ始めた時点で、測深器１０の端子で電圧を測定することにより、液面高さの値を求める。電流の値が一定かつ既知であれば、そこから、測深器１０の抵抗値を導き出すことができる。温度の関数としての、測深器の電気抵抗の変動法則、ならびに、所与の温度での測深器１０の端子における電圧の値を知ることにより、導電線の温度（その長さにわたって平均化したもの）が容易に分る。大きな熱勾配がないようにすれば、測深器１０は、液体と同じ温度であると考えることができる。
【００１９】
一般に、導電線の形態で実現される測深器１０を、直径がＤ、厚さがｄｌの円板の積層体として考えると、各円板には電流ｌが流れ、したがって、熱を放出しており、各々の円板または要素は、液面下に浸漬しもしくは液面上に突出した、異なる２つの環境に位置することが可能であり、前者の場合には、発生する熱は、液体中に放出され、これによって、時間に対する温度上昇は低いが、後者の場合は、発生した熱は、空気中に放出されるため、時間に対する温度上昇は高くなる。このことから、測深器の端子での電圧の導関数の値は、液面高さに対して線形であることがわかる。
【００２０】
したがって、液面の最小および最大高さに対して基準化された電圧の導関数により表される液面高さは、信頼度が高いと思われる。
【００２１】
言い換えれば、測深器10のアナログ部分から発生した信号（NVと呼ぶ）は、２つの値NVhおよびNVbの間に含まれ、これらは、それぞれ、液面高さがその最大値および最小値で得られた信号に対応する。
【００２２】
したがって、液面高さをNVb、すなわち、低い液面高さに対して基準化することにより、次の式に基づき、百分率で表される液面高さを得ることができる。
NV％＝（NV−NVb）／（NVh−NVb）
【００２３】
あるいは、次式によって得られる。
NV％＝（NV−NVh）／（NVh−NVb）
ここで、NVhおよびNVbの役割は、所定の範囲内で完全に交換可能である。
【００２４】
前述したように、値NVb、NVhおよびNVは、温度によって変わってくる。これは、一定の電流が測深器10に供給されることと、測深器10を構成する導電線の電気抵抗が温度に左右されることによるものである。
【００２５】
一定の電流で、測深器10に供給される電力は、したがって、温度の関数として変動する。液面高さは、供給された電力に比例する温度の線形関数である。
【００２６】
このことから、前述したように、好ましくは、本発明の範囲内で、温度の関数として、結果の補償を確実にする手段が備えられる。
このために、様々な手段を備えることができる。
【００２７】
本発明の範囲内で、２種類の補正が考えられる。すなわち、１つは、電力を一定に維持するための供給電力の制御による方法と、測定値に対する後験的補正による方法である。
【００２８】
一定電力の制御による補正は、それ自体が、多くの態様の目的となり得る。
第１の態様によれば、測深器１０と同様の温度係数を有する抵抗を介して、測深器１０に電流を供給する。
【００２９】
図２に示すように、第２の態様によれば、処理手段３０は、測深器１０の端子における電圧を測定すると共に、これに供給される電流の強さを調節するモジュール３１を備えている。毎回液面高さを取得する前に、制御モジュール３１は、このように、供給される電流を調節し、これによって、積UI、すなわち、電力が、与えられた命令と等しくなるようにする。これは、連続して行う試験、あるいは、抵抗の測定およびI（Ｉ＝(P/R)^1/2）の計算のいずれかにより、実施することができる。これらの条件において、液面高さNVhおよびNVbに対応する値は不変数である。
【００３０】
後験的補正は、それ自体が、多くの実施態様の目的となり得る。この補正は、上下限NVbおよびNVhにより定められる測定範囲、あるいはまた、液面高さNV自体を表す値に作用し得る。
NVbおよびNVhに対する補正は、それ自体が、多くの実施形態の目的となり得る。
【００３１】
前述したように、液面高さは、温度に線形に比例する。したがって、下式で表すことができる。
NVb(T)＝NVb₀（１＋α(T-T₀)）
NVh(T)＝NVh₀（１＋α(T-T₀)）
式中、NVb(T)：温度の関数としての低液面高さ（液面高さを基準化するのに使用する）、
NVh(T)：温度の関数としての高液面高さ（液面高さを基準化するのに使用する）、
NVb₀：基準温度T₀での低液面高さ
NVh₀：基準温度T₀での高液面高さ
Ｔ：現在の温度
T₀：基準温度
α：補正係数）。
【００３２】
NVb(T)およびNVh(T)を計算した後、液面高さNVを基準化することにより、この高さの百分率を得ることができる。この補正のためには、導電線の温度を知る必要があり、これは、例えば、導電線の電圧を測定することにより達成することができる。
【００３３】
このような補正はすべて、計算によって実施される。
【００３４】
別の態様では、NVbおよびNVhに対する後験的補正は、装置の構造の改変により実施することができる。
【００３５】
例として、図３に示すように、この装置は、NVb(T)およびNVh(T)を決定するための２つの抵抗R1およびR2を有する分圧器を備えることができる。これら２つの抵抗R1およびR2を計算することにより、T₀でのNVb₀およびNVh₀を得ることができる。このブリッジ分圧器は、測深器10の導電線と同じ温度係数αを有する抵抗R_αに接続された電流発生器22により給電される。このような装置によって、電子測定処理装置32のアナログ入力を介して、NVb(T)およびNVh(T)の値を知ることができる。
【００３６】
言うまでもなく、この構成では、電流発生器２２に接続された抵抗R_αは、測深器１０と同じ温度であるようにするのが好ましい。
【００３７】
上記液面高さNVを表す値に対する後験的補正は、それ自体が、多数の実施態様の目的となり得る。
【００３８】
すでに述べたように、NVbおよびNVhの値を補正することを考えたのと同様、下記の式に従い、計算によってNVを補正することができる。
NVc＝NV(T)（１＋α(T−T₀)）
式中、NV(T)：温度Ｔで、電子測定処置装置により読取られた液面高さ、
NVc：補正された液面高さ（液面高さを基準化するのに用いる）、
Ｔ：現在の温度、
T₀：基準温度、
α：補正係数）。
【００３９】
この場合、液面高さNVb₀およびNVh₀（T₀で得られる液面高さ）を用いて、NV₀を基準化しなければならない。
【００４０】
さらに別の態様では、測定値NVに対する補正は、装置の構造の改変により得ることができる。
【００４１】
言い換えれば、信号の補正は、電子装置のレベルで実施することができる。このために、例えば、図４に示すように、可変利得の増幅を使用することができる。
【００４２】
この図には、断続器２１を介して、電流源２０から給電される測深器１０が示されている。この断続器２１は、制御モジュール３１および処理手段３０により操作される。
【００４３】
図４に示す態様の場合、処理手段３０は、測定モジュール５０と、処理モジュール５４との間に配置された利得制御増幅器５２を備えている。利得制御増幅器５２自体は、段５６によって操作され、段５６は、温度に比例する電圧を供給する。
【００４４】
実際には、この補正段５６は、抵抗６０，６２，６４に接続された演算増幅器５８によって構成される。
【００４５】
さらに詳細には、図４に示す態様によれば、演算増幅器５８は、測深器１０に接続された非反転入力端子を有する。演算増幅器５８の反転入力端子は、抵抗６０の端子に接続され、抵抗６０の第２端子は、正の電源に接続されている。抵抗６２は、アースと、演算増幅器５８の反転入力端子との間に配置されている。これに対し、抵抗６４は、演算増幅器５８の反転入力端子と出力端子との間に取り付けられている。
【００４６】
言うまでもなく、本発明は、これまで記載した特定の実施態様に限定されるわけではなく、その精神に従うあらゆる形態を含むものとする。
【００４７】
本発明は、多数の用途に適用することができる。本発明は、例えば、限定するものではないが、自動車のケーシングにおける水面および油面の測定に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一般的構造による装置の概略図である。
【図２】本発明の３つの変形例における具体的実施態様の１つである。
【図３】本発明の３つの変形例における具体的実施態様の他の１つである。
【図４】本発明の３つの変形例における具体的実施態様の更に他の１つである。
【符号の説明】
１０測深器
２０給電手段
２１断続手段
３０処理手段
３１制御モジュール
３２取得および処理モジュール
３４分流器
３６増幅器−減算器
３８制御モジュール
４０出力波面高さ
４２出力温度
５０電子測定装置
５２利得制御増幅器
５４処理モジュール
５６補正段
５８演算増幅器
６０，６２，６４抵抗

Claims

液体中に少なくとも部分的に浸漬するよう設計された抵抗測深器（１０）と、
前記測深器（１０）に、制御電源からの電流を流すことができる給電手段（２０）と、
前記測深器（１０）の端子で得られる電圧の時間に関する導関数の値を監視する手段と、
既知の最大レベルと最小レベルのそれぞれについて得られる値と測定値に対応する導関数の基準値とを比較することにより前記最大レベルと最小レベルとの間の液体のレベルを測定する手段（３２）と
を含むことを特徴とする液面感知装置。
請求項１記載の装置において、
さらに、前記液体の温度に応じる少なくとも一つの補正手段を含む装置。
請求項２記載の装置において、
前記液体温度に応じる少なくとも一つの補正手段は、前記測深器（１０）に供給された電流の強さを調整することができる装置。
請求項３記載の装置において、
前記液体温度に応じる少なくとも一つの補正手段は、前記測深器（１０）と同様の温度係数を有する抵抗を有し、かつこれを介して、電流が前記測深器（１０）に供給される装置。
請求項３記載の装置において、
供給電力を一定に維持する手段を有し、
この手段は、前記測深器の端子で電圧を測定し、前記測深器に供給される電流を調節することができる装置。
請求項２記載の装置において、
前記液体温度に応じる少なくとも一つの補正手段は、前記液体の測定レベルに対応する導関数の基準値に作用する装置。
請求項６記載の装置において、
前記液体温度に応じる少なくとも一つの補正手段は、前記既知の最大レベルおよび最小レベルのそれぞれについて得られる値を計算することにより補正することができる装置。
請求項７記載の装置において、
前記液体温度に応じる少なくとも一つの補正手段は、下式に基づき、最小値および最大値を計算することができるように設計されている装置。
NVb(T)＝NVb₀（１＋α(T-T₀)）
NVh(T)＝NVh₀（１＋α(T-T₀)）
式中、NVb(T)：温度の関数としての低液面高さ（液面高さを基準化するのに使
用する）、
NVh(T)：温度の関数としての高液面高さ（液面高さを基準化するのに使
用する）、
NVb₀：基準温度T₀での低液面高さ、
NVh₀：基準温度T₀での高液面高さ、
Ｔ：現在の温度、
T₀：基準温度、
α：補正係数）。
請求項7記載の装置において、
前記液体温度に応じる少なくとも一つの補正手段は、温度の関数として補正された最小値および最大値を送り出すことができる回路を含む装置。
請求項９記載の装置において、
前記液体温度に応じる少なくとも一つの補正手段は、前記測深器と同じ温度係数を有する抵抗Ｒαに接続された電流発生器を介して供給される最小値および最大値を送り出す抵抗ブリッジ分圧器を含む装置。
請求項６記載の装置において、
前記液体温度に応じる少なくとも一つの補正手段は、測定された値ＮＶに作用する装置。
請求項１１記載の装置において、
前記液体温度に応じる少なくとも一つの補正手段は、温度の関数として補正された液面高さＮＶ（Ｔ）の値を計算するように設計されている装置。
請求項１２記載の装置において、
前記液体温度に応じる少なくとも一つの補正手段は、下式に基づき、補正された液面高さの値を計算するように設計されている装置。
NVc＝NV(T)（１＋α(T−T₀)）
式中、NV(T)：温度Ｔで、電子測定処理装置によって読取られた液面高さ、
NVc：補正された液面高さ（液面高さを基準化するのに用いる）、
Ｔ：現在の温度、
T₀：基準温度、
α：補正係数）。
請求項１１に記載の装置において、
前記液体温度に応じる少なくとも一つの補正手段は、補正された測定値を送り出すことができる回路を含む装置。
請求項１４記載の装置において、
前記液体温度に応じる少なくとも一つの補正手段は、温度を表す信号により操作される利得制御増幅器を含む装置。