JP4969587B2 - 液体のレベルおよび密度を測定する装置 - Google Patents

Description

本発明は、地下石油貯蔵タンクのようなタンク内の液体のレベルと密度とを測定するための装置に関するものである。

磁歪トランスデューサー（磁歪変換器）は、液面（液レベル、液位）の測定において広く使われている。例えば、Ｋｏｓｋｉらの米国特許第４,８３９,５９０号明細書を参照。Ｋｏｓｋｉらは、地下貯蔵タンク内の液レベルの精密測定のための測定装置であって、温度測定と組み合わせることにより、そのタンクからの非常に小さなリークであっても検出できる装置を開示している。レベルが測定される同じ容器内において、製品の正確な密度を測定する要求もある。

密度測定として広く知られている方法の１つは静水学の原則に基づくものであり、それは、ある物体のある液体中における重量損失は、その液体の押しのけられた重さに等しいということである。その方法はハイドロメーター（浮き秤）に使用されており、本体の相対的に大きく重い下側の部分は液体中に完全に沈み、目盛が付された高く細い上側の部分が表面から上に突き出るようになっている。ハイドロメーターの沈んだ深さは液体密度に対して反比例する。ハイドロメーターは、重い液体では高い位置で浮き、軽い液体では低い位置で浮く。ハイドロメーターの感度は、上側の部分の断面積に反比例する。ハイドロメーターは、この部分が細ければ細いほどより感度が良い。ハイドロメーターの測定範囲は、上側の部分の高さに比例する。その部分が高ければ高いほど、測定範囲がより大きくなる。

また、一つの磁歪トランスデューサーで、レベルと密度とを組み合わせて測定する装置もある。例えば、Ｎｙｃｅらの米国特許第５,２５３,５２２号明細書とロシア特許第２１３８０２８号明細書を参照。

ロシアの特許において開示されている装置は、図１ａ、１ｂおよび１ｃに概要が記載されているように、液密度フロート１７と、液レベル測定フロート（不図示）を含んでいる。液レベル測定フロートは、液体密度の変化に対し相対的に感度は良くなく、液密度フロート１７は、液体密度の変化に対し相対的に感度が良い。液密度フロート１７は、沈むシリンダー１６と、そのシリンダーの外辺部の周りで、そのシリンダー上に位置し、表面の上まで延びる四つの細い垂直ロッド１５の形態から成る。基本的に、それは相互に接続された４つのハイドロメーターの集合である。密度フロート１７の直径は十分に大きく、液レベルフロートが、ロッド１５の間で自由に動けるようになっている。

サイズは、そのような装置の１つの短所である。上述したように、磁歪トランスデューサーは、地下貯蔵タンクのリーク検出のために広く使われている。そのようなリーク検出には、０．００１インチ（０．０２５ｍｍ）またはそれ以下の範囲の、液レベルの非常に小さな変化を高い信頼性で測定することが要求される。このタイプの分解能を達成するためには、液レベルの測定のためのフロートは十分重くし、それにより十分に大きくし、フロートとトランスデューサーの本体との間の摩擦を克服しないと、「スティクション（閊えること）」として知られている効果がリークを隠してしまう。同時に、トランスデューサーを設置するためのタンクの標準的な開口は、典型的には直径が４インチ（１００ｍｍ）またはそれ以下であり、フロートの許容される直径は限られたものとなる。タンクの開口のサイズを広げることは高価である。

リーク検出能力を低下させることなく、標準的なタンクの開口に設置される一つのトランスデューサーにレベルと密度との測定を組みあわせるためには、開口部の直径が小さい部分にできる限り密度フロートを合わせ、そして、液面フロートに十分な余地を残すことが必要である。

本発明においては、液体用のタンクの内部に設置され、タンクの内部の液体のレベルおよび密度を測定するための装置であって、タンクの内部にほぼ垂直に配置される磁歪トランスデューサーと、下側の基部、および基部の周辺に沿ってほぼ連続的に延び、キャビティーを形成するほぼ円筒状の上側の部分を含む液体の密度センシングフロートであって、当該密度センシングフロートは磁石を含み、さらに、基部は前記トランスデューサーがスライド可能に入る孔を備えた密度センシングフロートと、キャビティーの内部にスライド可能に配置されている液体のレベルセンシングフロートであって、トランスデューサーがスライド可能に入る孔を備え、さらに、磁石を含む、レベルセンシングフロートと、トランスデューサーと組み合わされて、複数の磁石のトランスデューサーに対する相対的な位置を求めるための回路とを有する装置を提供する。

この発明は多くの異なる形態で実施でき、それらを詳細に以下で説明するが、それらの特定の実施形態は、それらの開示が本発明の原理を例示するだけのものであり、示された特定の実施形態に本発明を限定する意図はないとの理解に基づくものである。

液体のレベルおよび密度を測定する装置は、全体が２０で示され、図２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａおよび３ｂに記載されている。液体のレベル（液面、液位）および密度を測定する装置２０は、従来の細長い磁歪トランスデューサー（磁歪変換器、マグネトストリクティブトランスチューサー）２１、および第１および第２のトランスデューサー用（変換器用）の磁石２４ａおよび２４ｂを有している。第１のトランスデューサー用磁石２４ａは、液密度フロート２２の中に埋め込まれ、この液密度フロート２２は液体の密度変化に対して相対的に感度が良い。第２のトランスデューサー用磁石２４ｂは、液レベルフロート２３に埋め込まれ、この液レベルフロート２３は液体の密度変化に対して相対的に感度が良くない。フロート２２、２３は、トランスデューサー２１に沿って自由に動く。液レベルフロート２３は、液レベル（液面）の測定に使用され、液密度２２は液体の密度測定に使用される。

液密度フロート２２は、液体２８に完全に沈んだ下側の部分２６と、液体２８に部分的に沈んだ上側の部分３０とを備えている。上側の部分３０は、キャビティー３０ａを定義している内径をもつ、実質的に中空の筒状を成している。このキャビティー３０ａの内径は、液レベルフロート２３の外径よりも大きくなるように設定されている。したがって、液密度フロート２２は、液レベルフロート２３に接触することなく昇降できる。

図３ａには、比較的密度の高い液体内の液密度フロート２２が示され、図３ｂには、比較的密度の低い液体内の液密度フロート２２がされている。高さ「ｄ」の差は、これら二つの液体の密度の相対的な差を示している。

液密度フロート２２は、低密度の材料で作られ、底部にバラストを備えていることが好ましい。下側の部分２６の直径は約９５ｍｍであることが好ましい。上側の部分の外径は９５ｍｍであり内径は約７２ｍｍより大きいことが好ましい。

液レベルフロートは、低密度の材料で作られていることが好ましい。その直径は約７２ｍｍであることが好ましい。

複数の開口３４が上側の部分３０を貫通するように設けられており、キャビティー３０ａへ液体が流れ込むようになっている。

液密度フロート２２のほぼ筒状の上側の部分３０は、従来の液密度フロートより、円周方向に沿って、より多くの質量（マス）を備えているので、その直径を小さくでき、典型的な４インチのタンク開口を通して挿入できる。

液密度フロート２２の上側の部分３０は、筒状でなくてもよい。例えば、型成形する過程に適するようにテーパーになっていてもよい。

上述したように、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなしに多くのバリエーションおよび変更が有効であることが認められる。ここに示された特定の装置について限定することを意図したものではなく、また、そのように推測されるものでもない。添付の請求の範囲によりそれらすべての変更はカバーされ、それらは請求の範囲に含まれる。

図１ａ、１ｂおよび１ｃは、それぞれ、従来の液体密度測定装置を上から見た図、横から見た図、および斜視図である。 図２ａ、２ｂおよび２ｃは、それぞれ、本発明の液体のレベルおよび密度を測定する装置の密度フロートを上から見た図、横から見た図、および斜視図である。 図３ａおよび３ｂは、図２ａおよび２ｂの、液体のレベルおよび密度を測定する装置の断面図であり、異なる密度の液体中に浮かんでいる位置を示す図である。

Claims (6)

1. 液体用のタンクの内部に設置され、前記タンクの内部の前記液体のレベルおよび密度を測定するための装置であって、
   前記タンクの内部にほぼ垂直に配置される磁歪トランスデューサーと、
   下側の基部と、前記基部の周辺に沿ってほぼ連続的に延び、キャビティーを形成するほぼ円筒状の上側の部分とを含む液体の密度センシングフロートであって、当該密度センシングフロートは磁石を含み、さらに、前記基部は前記トランスデューサーがスライド可能に入る孔を備えた、密度センシングフロートと、
   前記キャビティーの内部にスライド可能に配置されている液体のレベルセンシングフロートであって、前記トランスデューサーがスライド可能に入る孔を備え、さらに、磁石を含む、レベルセンシングフロートと、
   前記トランスデューサーと組み合わされて、複数の前記磁石の前記トランスデューサーに対する相対的な位置を求めるための回路とを有する装置。
2. 請求項１において、前記密度センシングフロートは、４インチの開口を通して前記タンクに入る大きさである、装置。
3. 請求項１または２において、前記上側の部分は、実質的に円筒状である、装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記タンクは、地下の液体貯蔵用のタンクである、装置。
5. 液体の高さおよび密度を測定するためのシステムであって、
   前記液体を貯蔵し、さらに、呼び径４インチの開口を備えているタンクと、
   前記タンクの内部にほぼ垂直に配置される磁歪トランスデューサーと、
   下側の基部と、前記基部の周辺に沿って実質的に連続的に延び、キャビティーを形成するほぼ円筒状の上側の部分とを含む液体の密度センシングフロートであって、当該密度センシングフロートは磁石を含み、さらに、前記基部は前記トランスデューサーがスライド可能に入る孔を備えた、密度センシングフロートと、
   前記キャビティーの内部にスライド可能に配置されている液体のレベルセンシングフロートであって、前記トランスデューサーがスライド可能に入る孔を備え、さらに、磁石を含む、レベルセンシングフロートと、
   前記トランスデューサーと組み合わされて、複数の前記磁石の前記トランスデューサーに対する相対的な位置を求めるための回路とを有する、システム。
6. 請求項５において、前記タンクは地下貯蔵用のタンクである、システム。

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