JP4707418B2 - Level measuring device - Google Patents
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Description
本発明は液面または液境界面のレベルを検出測定するレベル計測装置に関する。 The present invention relates to a level measuring device that detects and measures the level of a liquid level or a liquid boundary surface.
液体のレベル(液面高さや液境界面高さ)を液面感得体により計測するレベル計測装置は、ワイヤドラムに巻回された測長ワイヤの先端に液面感得体を備え、液面感得体に作用する液体からの浮力が一定となるようにレベル変化に応じてワイヤドラムを回転させて液面感得体を上下せしめ、ワイヤドラムの回転量からレベルを検出測定する構成となっている。 A level measuring device that measures the level of liquid (the height of the liquid level and the height of the liquid boundary surface) with a liquid level sensor is equipped with a liquid level sensor at the tip of a measuring wire wound around a wire drum. The wire drum is rotated in accordance with the level change so that the buoyancy from the liquid acting on the body is constant, and the liquid surface sensing body is moved up and down, and the level is detected and measured from the amount of rotation of the wire drum.
上述したレベル計測装置には、ワイヤドラムにマグネットカップリングを介して結合される検出軸を備え、マグネットカップリングの外輪マグネットと内輪マグネットとのずれを磁電変換器により検出し、上記ずれに応じて検出軸を回転させるとともに計測値を得るようにした構成のものがある(特許文献1参照)。 The level measuring device described above includes a detection shaft coupled to the wire drum via a magnet coupling, detects a deviation between the outer ring magnet and the inner ring magnet of the magnet coupling by a magnetoelectric converter, and according to the deviation. There is a configuration in which a detection value is rotated and a measurement value is obtained (see Patent Document 1).
しかし、上述した従来の装置では磁電変換器をマグネットカップリングの外輪マグネットと内輪マグネット間に設けなければならない。これら外輪マグネットも内輪マグネットもともに回転部材であるので、磁電変換器を外輪、内輪のいずれに取り付けるにしても磁電変換器への電力供給用および出力導出用の導線を、スリップ・リングを介して外部に導出しなければならない。 However, in the conventional apparatus described above, the magnetoelectric converter must be provided between the outer ring magnet and the inner ring magnet of the magnet coupling. Since both the outer ring magnet and the inner ring magnet are rotating members, the lead wires for supplying power to the magnetoelectric converter and for outputting the output are passed through the slip ring regardless of whether the magnetoelectric converter is attached to the outer ring or the inner ring. Must be derived externally.
スリップ・リングは使用の経過に伴う接点部分の磨耗や、その他の不具合に基づく接触不良が生じるおそれがあり、この接触不良は装置の動作不良の原因となって装置の信頼性を損なうことがある。 Slip rings may cause contact failure due to wear and contact failure due to use, and this contact failure may cause device malfunction and impair device reliability. .
本発明は、回転部材に電気エネルギを要する部材を設ける必要がなく、したがって構造が簡単で電気系統の接触不良が生じるおそれはまずなく、安定性の高い正確なレベル計測を行なうことができる装置を提供することを課題とする。 The present invention eliminates the need for a member that requires electrical energy as a rotating member, and therefore has a simple structure and is unlikely to cause poor contact in the electrical system, and is capable of performing highly stable and accurate level measurement. The issue is to provide.
上記課題を解決するために、本発明に係るレベル計測装置の代表的な構成は、先端に液面感得体たるディスプレーサを備えるワイヤが巻き付けられたワイヤドラムと、該ワイヤドラムと同軸上で相対的に回転可能な検出軸とを備え、レベルの変化に伴って生じる前記ワイヤドラム側の回転変位と前記検出軸側の回転変位のずれに応じて前記検出軸を回転させ、前記ワイヤドラムの回転量と前記検出軸の回転量が同じになるように制御し、前記検出軸の回転量からレベルを検出するレベル計測装置において、前記ワイヤドラムに接続された第一歯車と、前記検出軸に接続された第二歯車と、前記第一歯車と前記第二歯車とを接続する遊星歯車と、前記遊星歯車を自転可能に軸支し且つ前記検出軸と同軸にて公転させるキャリアと、前記キャリアに取り付けられたマグネットと、前記マグネットの軌道の近傍に配置されその離接を検知する磁電変換器と、前記キャリアに前記ワイヤの巻き取り方向の付勢力を与える弾性体とを備え、前記ワイヤドラム側の回転変位と前記検出軸側の回転変位のずれが生じると前記遊星歯車が自転および公転させられ、この遊星歯車の公転とともに変位する前記キャリアの回転によって移動する前記マグネットの変位を前記磁電変換器の出力によって検出し、前記検出軸を回転させて前記遊星歯車を逆方向に自転および公転せしめ、前記マグネットの位置を元の位置に復帰させて前記磁電変換器の出力が所定の値に戻るまで前記検出軸を回転させることにより、前記ワイヤドラムの回転量と前記検出軸の回転量がほぼ等しくなるように制御することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a typical configuration of the level measuring apparatus according to the present invention includes a wire drum in which a wire having a displacer serving as a liquid level sensor is wound around a tip, and a coaxial relative to the wire drum. And a rotation amount of the wire drum by rotating the detection shaft in accordance with a deviation between the rotational displacement on the wire drum side and the rotational displacement on the detection shaft side caused by a change in level. In the level measuring device that controls the rotation amount of the detection shaft to be the same and detects the level from the rotation amount of the detection shaft, the first gear connected to the wire drum and the detection shaft are connected. A second gear, a planetary gear that connects the first gear and the second gear, a carrier that rotatably supports the planetary gear and revolves coaxially with the detection shaft, and the carrier An attached magnet; a magnetoelectric converter that is disposed in the vicinity of the track of the magnet and detects separation / contact; and an elastic body that applies an urging force in the winding direction of the wire to the carrier. The planetary gear rotates and revolves when there is a difference between the rotational displacement of the rotating shaft and the rotational displacement of the detection shaft side, and the displacement of the magnet that moves due to the rotation of the carrier that is displaced along with the revolution of the planetary gear is converted to the magnetoelectric transducer. Thus detected in the output, by rotating the detection axis allowed rotation and revolution of the planetary gear in the reverse direction, the output of the magnetoelectric transducer to return the position of the magnet to its original position to return to a predetermined value wherein said by rotating the detection axis, the rotation amount of the detecting shaft revolutions and of the wire drum is controlled to be substantially equal to To.
また、前記第一歯車と第二歯車の一方は前記遊星歯車の内側に配置された太陽歯車であり、他方は前記遊星歯車の外側に配置された内歯車であることを特徴とする。 Further, one of the first gear and the second gear is a sun gear disposed inside the planetary gear, and the other is an internal gear disposed outside the planetary gear.
また、前記キャリアの回動範囲を制限する規制部材を備えたことを特徴とする。 In addition, a restriction member that restricts a rotation range of the carrier is provided.
また、前記磁電変換器を複数備え、前記マグネットの軌道の近傍に、前記複数の磁電変換器を配列したことを特徴とする。 Further, a plurality of the magnetoelectric converters are provided, and the plurality of magnetoelectric converters are arranged in the vicinity of the orbit of the magnet.
本発明に係るレベル計測装置の実施例について、図を用いて説明する。図1は本実施例に係るレベル計測装置を説明する図、図2は他の実施例を説明する図である。 Embodiments of the level measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a level measuring apparatus according to this embodiment, and FIG. 2 is a diagram for explaining another embodiment.
まず、図1を用いてレベル計測装置の全体構成について説明する。ワイヤドラム1は、先端に液面感得体たるディスプレーサ2を備えるワイヤ3が巻き付けられている。ワイヤドラム1には、ワイヤ3を均等に巻き取るための溝1aを、密なる螺旋状に切り込み加工されている。ワイヤ3は途中で溝1aを外れて垂直に垂れている。
First, the overall configuration of the level measuring apparatus will be described with reference to FIG. The
ディスプレーサ2が規定喫水にあるとき、ディスプレーサ2の見かけ重量Fは、ディスプレーサ2の重量をW、ディスプレーサ2が液体から受ける浮力をBとすると、F=W−B となる。本装置は、液位の上昇、下降によりディスプレーサ2の喫水が変化すると浮力が変化することから、その見かけ重量Fの変化をワイヤ3の張力、ワイヤドラム1の回転トルクを介して検知し、喫水が一定になるようにワイヤドラム1をワイヤ3の巻き取り、繰り出し方向へ回転制御することにより、その回転量を機械的に若しくは電気的に積算して液位を計測するものである。
When the
図1に示すように、本実施例においては、ワイヤドラムの軸1bには第一冠型歯車4(第一歯車)が備えられており、モータ11に接続された検出軸10には第二冠型歯車5が備えられている。軸1bと検出軸10は同軸上にあり、第一冠型歯車4と第二冠型歯車5の歯面は対向して配置されている。なお、図示していないが、検出軸10は適切な減速機構を介してモータ11に接続されている。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, the
第一冠型歯車4と第二冠型歯車5の間には三叉のキャリア6が配置されており、キャリア6には3つの遊星歯車7が取り付けられている。遊星歯車7はキャリア6に自転可能に軸支され、かつキャリア6が検出軸10に回転自在に軸支されていることにより、遊星歯車7は検出軸10を中心に公転可能になっている。図において説明の便宜上、第一冠型歯車4、遊星歯車7、第二冠型歯車5は分離して示しているが、これらは互いに噛合して遊星歯車機構を構成している。
A trident carrier 6 is arranged between the first crown gear 4 and the second crown gear 5, and three planetary gears 7 are attached to the carrier 6. The planetary gear 7 is pivotally supported on the carrier 6 so as to be rotatable, and the carrier 6 is rotatably supported on the
さらに、キャリア6には半径方向に延長されたアーム6aが設けられており、その先端にはマグネット8が備えられ、弾性体としてのバネ9が接続されている。バネ9は本実施例においてつるまきコイルばねであり、ディスプレーサ2の見かけ重量Fによって所定量変形して釣り合った位置にある。キャリア6はこのバネ9の伸縮の範囲で、回動可能である。
Further, the carrier 6 is provided with an arm 6a extended in the radial direction, and a
マグネット8はキャリア6の回動に伴って、円弧の軌道を描いて回動する。このマグネット8の軌道の近傍には、その離接を検知するホール素子などの磁電変換器12が配置されている。マグネット8は、回動方向両側にそれぞれS極とN極を備えており、磁電変換器12はS/N両極について動作するものを用いている。
As the carrier 6 rotates, the
ここで液位静止状態を考えると、ワイヤドラム1の半径をRd、検出軸10の中心からアーム6aとバネ9の接続部までの距離(半径)をRp、バネ9によって与えられる付勢力をTとすると、 F×Rd=T×Rp となる。従って付勢力Tは、 T=F×Rd/Rp を満たすものとなる。この付勢力Tに見合ったバネの伸び(伸び=付勢力T/バネ定数)によって決まる位置が、キャリア6の回転位置である。
Considering the liquid level stationary state, the radius of the
液位が下降した場合、喫水が浅くなるために浮力が減少し、見かけ重量Fが増加する。これによりワイヤ3の張力、ワイヤドラム1のトルクを介して、キャリア6はバネ9の弾性力に抗して更に引き伸ばす方向に回転する。なお、このときモータ11が停止しているために第二冠型歯車5は固定されており、キャリア6は第一冠型歯車4の回転に対して1/2に減速されて回転する。
When the liquid level falls, the draft becomes shallow, so the buoyancy decreases and the apparent weight F increases. As a result, the carrier 6 rotates in the direction of further stretching against the elastic force of the spring 9 via the tension of the
するとマグネット8と磁電変換器12との相対位置が変化し、磁電変換器12の出力が変化する。このセンサー出力の変化を受けて、モータ制御回路13は、ワイヤドラム1がワイヤ3を繰り出す方向へモータ11を駆動させる。なお、このときキャリア6は、摩擦を考慮しなければ、釣り合いの位置から移動しない。従って第一冠型歯車4と第二冠型歯車5は等倍の減速比にて、逆方向に回転が伝達される。
Then, the relative position between the
ワイヤ3の繰り出しによって、ディスプレーサ2の喫水が上がってくると、釣り合いによりマグネット8が磁電変換器12と対向する位置に戻ってくる。そして磁電変換器12とマグネット8とが対向したことを磁電変換器12の出力によって検知すると、磁電変換器12はディスプレーサ2が規定喫水となったとして、モータ11の駆動を停止する。当然ではあるが、このときのバネ9の伸び状態、つまり、マグネット8と磁電変換器12の相対位置関係は、液位静止の状態と同一である。
When the draft of the
液位が上昇した場合、喫水が深くなるために浮力が増加し、見かけ重量Fが減少する。これによりワイヤ3の張力、ワイヤドラム1のトルクを介して、キャリア6はバネ9の弾性力により、バネ9が縮む方向に回転する。するとマグネット8と磁電変換器12との相対位置が変化し、磁電変換器12の出力が変化する。なお、マグネット8が回動方向両側にそれぞれS極とN極を備えていることから、バネ9が伸びる方向に回動したか、縮む方向に回動したかを、区別して検知することができる。
When the liquid level rises, the draft becomes deeper and the buoyancy increases and the apparent weight F decreases. As a result, the carrier 6 rotates in the direction in which the spring 9 contracts due to the elastic force of the spring 9 via the tension of the
このセンサー出力の変化を受けて、モータ制御回路13は、ワイヤドラム1がワイヤ3を巻き取る方向へモータを駆動させる。ワイヤ3の巻き取りによって、ディスプレーサ2の喫水が下がってくると、見かけ重量Fが増加するために、マグネット8が磁電変換器12と対向する位置に戻ってくる。そして磁電変換器12とマグネット8とが対向したことを磁電変換器12の出力によって検知すると、磁電変換器12はディスプレーサ2が規定喫水となったとして、モータ11の駆動を停止する。当然ではあるが、このときのバネ9の伸び状態、つまり、マグネット8と磁電変換器12の相対位置関係は、液位静止の状態と同一である。
In response to the change in sensor output, the
液位の指示機構については、特に図示しないが、例えば第二冠型歯車5に連動する機械式カウンターを適宜な減速機構などを介して接続すれば、現場での液位支持が可能である。また、このカウンターをディジタル式の変位伝送器に置き換えたり、モータ11にステッピングモータを用いてそのステップ数をカウントすることにより、液位の遠隔伝送が可能である。
Although the liquid level indicating mechanism is not particularly illustrated, the liquid level can be supported in the field if a mechanical counter linked to the second crown gear 5 is connected through an appropriate speed reduction mechanism. Further, by replacing the counter with a digital displacement transmitter or counting the number of steps using a stepping motor as the
上記説明した如く、遊星歯車を用いたことにより、モータ側を固定してもドラム側が回動可能であり、かつモータ側を回転させれば(キャリア6が回転しないために)ワイヤドラム1も追従して回転する。すなわち、ワイヤドラム1はディスプレーサ2の重量(見かけ重量)によって回動可能であると共に、モータ11の駆動によって回転させることが可能である。
As described above, by using the planetary gear, the drum side can be rotated even if the motor side is fixed, and if the motor side is rotated (because the carrier 6 does not rotate), the
本発明によれば、ワイヤドラムとともに回転する部材と、検出軸とともに回転する部材のいずれにおいても、回転を検知、検出するための部材に対して電力を供給したり、信号を出力したりするための導線等のエレメントが一切不要となり、したがって構造が簡単であり、上記エレメントにおける接触不良等の故障のおそれをなくすことができ、信頼性の高いレベル計測装置を提供することができる。 According to the present invention, in any of the member rotating with the wire drum and the member rotating with the detection shaft, power is supplied to the member for detecting and detecting the rotation and a signal is output. Thus, no element such as a lead wire is required, so that the structure is simple, the possibility of failure such as contact failure in the element can be eliminated, and a highly reliable level measuring device can be provided.
なお、上記実施例においては、説明の都合上、ワイヤドラム1側の第一冠型歯車4と検出軸10側の第二冠型歯車5の動きが等しく見える方がわかりやすいため、遊星歯車機構に冠形歯車を使用した図としてある。しかし実際の製作にあたっては、図2に示すように、平歯車によって遊星歯車機構を構成したほうが、工作、精度出し共に容易である。
In the above embodiment, for convenience of explanation, it is easier to understand that the movement of the first crown gear 4 on the
図2は、本発明に係るレベル計測装置の他の実施例を説明する図である。図2において、ワイヤドラム1に接続された第一歯車14は、キャリア16に支持された3つの遊星歯車17の内側に配置された太陽歯車である。検出軸10に接続された第二歯車15は、遊星歯車17の外側に配置された内歯車である。遊星歯車17の半径Rに対し第一歯車14の半径が2Rである(歯数が倍である)とすれば、第一歯車14の回転量は第二歯車15の回転量の2倍となる。
FIG. 2 is a diagram for explaining another embodiment of the level measuring apparatus according to the present invention. In FIG. 2, the
上記構成とすることにより、製作が容易となるほか、ワイヤドラム1の回転に対してモータ11のステッピングモータのステップ数を多く取ることができ、制御精度の向上、トルクの向上もしくはモータの小型化を図ることができる。
With the above configuration, manufacturing becomes easy, and the number of steps of the stepping motor of the
また、上記実施例においては、1つのマグネット8と、1つの磁電変換器12とによって装置を構成するよう説明した。しかし、複数の磁電変換器12をマグネット8の軌道の近傍に配列し、マグネット8の回動方向に直交する方向にS極とN極を配置することでもよい。これにより、検知範囲を広くしたり、回動の方向を検知したりすることができる。
Moreover, in the said Example, it demonstrated that the apparatus was comprised by the one
また、駆動軸10を回転駆動させる際に、キャリア6は本来であれば釣り合いの位置から移動しないが、遊星歯車7の軸の摩擦抵抗により回転力が生じる場合がある。このとき、バネ9に過剰な負荷がかかると損傷を招くおそれがあるため、キャリア6の回動範囲を制限する規制部材(例えば、ケーシングに設けられた突起)を備えることも好適である。
Further, when the
また、上記実施例は遊星歯車の数を3つに限定するものではなく、1つまたはそれ以上の数であればよい。またワイヤドラム1と第一冠型歯車4、第二冠型歯車5とモータ11などは、直接接続するのみならず、適宜減速機構やリンク機構、ベルト伝達機構などを介して接続することでもよい。
Moreover, the said Example does not limit the number of planetary gears to three, What is necessary is just one or more numbers. Further, the
本発明は、液面または液境界面のレベルを検出測定するレベル計測装置に利用することができる。 The present invention can be used in a level measuring device that detects and measures the level of a liquid surface or a liquid boundary surface.
F …見かけ重量
1 …ワイヤドラム
1a …溝
1b …軸
2 …ディスプレーサ
3 …ワイヤ
4 …第一冠型歯車
5 …第二冠型歯車
6 …キャリア
6a …アーム
7 …遊星歯車
8 …マグネット
9 …バネ
10 …検出軸
11 …モータ
12 …磁電変換器
13 …モータ制御回路
14 …第一歯車
15 …第二歯車
16 …キャリア
17 …遊星歯車
F ...
10… Detection axis
11… Motor
12… Magnetoelectric converter
13… Motor control circuit
14… first gear
15… second gear
16… Career
17… Planetary gear
Claims (3)
前記ワイヤドラムに接続された第一歯車と、前記検出軸に接続された第二歯車と、前記第一歯車と前記第二歯車とを接続する遊星歯車と、前記遊星歯車を自転可能に軸支し且つ前記検出軸と同軸にて公転させるキャリアと、前記キャリアに取り付けられたマグネットと、前記マグネットの軌道の近傍に配置されその離接を検知する磁電変換器と、前記キャリアに前記ワイヤの巻き取り方向の付勢力を与える弾性体とを備え、
前記ワイヤドラム側の回転変位と前記検出軸側の回転変位のずれが生じると前記遊星歯車が自転および公転させられ、この遊星歯車の公転とともに変位する前記キャリアの回転によって移動する前記マグネットの変位を前記磁電変換器の出力によって検出し、前記検出軸を回転させて前記遊星歯車を逆方向に自転および公転せしめ、前記マグネットの位置を元の位置に復帰させて前記磁電変換器の出力が所定の値に戻るまで前記検出軸を回転させることにより、前記ワイヤドラムの回転量と前記検出軸の回転量がほぼ等しくなるように制御することを特徴とするレベル計測装置。
A wire drum around which a wire having a displacer serving as a liquid level sensor is wound at the tip, and a detection shaft that can rotate relatively coaxially with the wire drum, The detection shaft is rotated according to a difference between a rotational displacement and a rotational displacement on the detection shaft side, and the rotation amount of the detection drum is controlled so that the rotation amount of the wire drum and the rotation amount of the detection shaft are the same. In the level measuring device that detects the level from
A first gear connected to the wire drum, a second gear connected to the detection shaft, a planetary gear connecting the first gear and the second gear, and a shaft support capable of rotating the planetary gear. And a carrier that revolves coaxially with the detection shaft, a magnet attached to the carrier, a magnetoelectric converter that is disposed near the track of the magnet and detects the separation and connection thereof, and the wire wound around the carrier. An elastic body that gives an urging force in the taking direction,
When a deviation between the rotational displacement on the wire drum side and the rotational displacement on the detection shaft side occurs, the planetary gear rotates and revolves, and the displacement of the magnet that moves by the rotation of the carrier that is displaced along with the revolution of the planetary gear is changed. wherein the output of the magnetoelectric transducers Accordingly detected, by rotating the detection axis allowed rotation and revolution of the planetary gear in the reverse direction, the output of the magnetoelectric transducer to return the position of the magnet to its original position is predetermined The level measuring apparatus is characterized in that the rotation amount of the wire drum and the rotation amount of the detection shaft are controlled to be substantially equal by rotating the detection shaft until it returns to the value of .
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