JP5797488B2 - 液位検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液位検出装置に関する。

従来、液位に応じて上下に変位するフロートの位置からタンク内の液位を検出する液位検出装置が提案されている。この液位検出装置は、例えばタンク内側面に設けられた基部から回動自在なフロートアームが伸び、フロートアームの先端にフロートが設けられている。また、液位検出装置の基部には、摺動抵抗などが設けられ、液位に応じて変位するフロートの上下位置を摺動抵抗の抵抗値から検出するようになっている。

しかし、上記のような液位検出装置においてタンクが縦長である場合、タンク底面付近や上面付近までフロートアームが届かない可能性がある。そこで、縦長のタンクであっても液位を検出することができる液位検出装置が各種提案されている。

例えば、フロートアームを基体アームと補助アームとにより構成し、基体アームを補助アームに対してスライド可能とすることにより、フロートアームを伸縮自在とした液位検出装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、これと同様にフロートアームを伸縮自在とした他の液位検出装置についても提案されている（例えば特許文献２参照）。

また、液位に応じて上下動するフロートの上面に反射面を形成し、タンク上部からレーザ光を照射し、その反射ビームを捕捉して液位を検出する液位検出装置が提案されている（例えば特許文献３参照）。

さらに、略Ｌ状のガイドパイプと、ガイドパイプの鉛直部に設けられたフロートとを備え、フロート下面に反射面を形成した液位検出装置が提案されている。この液位検出装置は、ガイドパイプの水平部の先端に超音波パルス発振部と受信部と備えると共に、ガイドパイプの鉛直部と水平部との接続部分に水平方向の超音波パルスの鉛直方向に、及び、鉛直方向の超音波パルスを水平方向に反射する反射面を備えている（例えば特許文献４）。

以上の液位検出装置によれば、フロートアームが伸縮し、又は、フロートアーム自体を備えずレーザ光若しくは超音波パルスによる計測により、縦長のタンクであっても液位を検出することができる。

特開２００３−２５４８１４号公報 特開２００８−２６１７８１号公報 特開２００５−１４０６４０号公報 特開平１０−２８１８５４号公報

しかし、特許文献１及び特許文献２に記載の液位検出装置では、フロートアームが水平となる際、それまでフロートアームが伸びている状態であるため、タンク内壁とフロートとが接触し、タンク内壁とフロートとを互いに損傷させてしまう可能性があった。

さらに、例えばフロートアームが水平等になった場合、フロートアームが振動等により伸縮してしまう可能性がある。ここで、伸縮可能なフロートアームはバランサを備え、バランサが重量バランスを適切なものとしている。このため、振動等によりフロートアームが伸縮してしまうと、重量バランスが崩れて液位よりもフロートが浮いたり沈んだりしてしまい、液位検出の精度が低下してしまう。

加えて、伸縮自在なフロートアームでは、液位の変化に応じて伸縮可能となるように設計されるため、例えば基体アームと補助アームとに或る程度の隙間を設ける必要がある。このため、伸縮機構のガタが発生し、フロート位置を正確に捉えることができず、液位検出の精度が低下してしまう。

また、特許文献３及び特許文献４に記載の液位検出装置では、液面の遥動等により反射面の向きが変わってしまうことから、液位検出ができなくなってしまう可能性がある。さらに、レーザ光や超音波パルスを利用していることから、コスト面において不利である。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、タンク内壁とフロートとの損傷を防止し、液位検出の精度の低下を抑制すると共に、液面の遥動により液位検出ができなくなってしまう事態を防止し、且つ、コスト面において有利とすることができる縦長タンクに適用可能な液位検出装置を提供することにある。

本発明の液位検出装置は、内部に液体を収納するタンクと、タンク内に設けられた基部、前記基部から伸びるフロートアーム、及び、前記フロートアームの先端に設けられて液位に応じて上下動するフロートを有し、フロート位置に応じた信号を出力する複数のセンサと、前記複数のセンサから出力されたフロート位置に応じた信号に基づいて液位を検出する液位検出部と、を備え、前記複数のセンサは、２つのセンサであって、互いに接触しないように前記基部それぞれの高さが異なる状態でタンク内に設けられ、前記２つのセンサのうち、タンク底面側のセンサのフロートの上限位置は、当該センサの上に位置するセンサのフロートの下限位置より高くなっており、前記２つのセンサのうち１つは、前記２つのセンサのうち前記１つを除く他のセンサに対して前記タンク内壁の反対側に配置され、前記液位検出部は、前記タンク底面側のセンサについてフロートが上限位置となるときの前記上に位置するセンサの出力の大きさを所定値とした場合、前記上に位置するセンサの出力が前記所定値よりも大きい場合、前記２つのセンサの出力の合計から前記所定値を減算した値に基づいて液位を検出し、前記上に位置するセンサの出力が前記所定値よりも大きくない場合、前記タンク底面側のセンサの出力のみに基づいて液位を検出することを特徴とする。

この液位検出装置によれば、２つのセンサは、基部それぞれの高さが異なる状態でタンク内に設けられ、２つのセンサのうち、タンク底面側のセンサのフロートの上限位置は、当該センサの１つ上に位置するセンサのフロートの下限位置より高くなっている。このため、タンク底面側のセンサのフロートが上限位置に達して、それ以上の液位を検出できなくなったとしても、１つ上のセンサが液位を検出できることとなる。よって、フロートアームを伸縮自在に形成する必要が無く、タンク内壁とフロートとの接触を防止できる。また、フロートアームの伸縮による重量バランスの変化や伸縮機構のガタも発生しない。加えて、液面の遥動等においても液位検出できなくなることがない。さらに、レーザ光や超音波パルスを利用せず、コスト面においても有利である。従って、タンク内壁とフロートとの損傷を防止し、液位検出の精度の低下を抑制すると共に、液位検出ができなくなってしまう事態を防止し、且つ、コスト面において有利とすることができる縦長タンクに適用可能な液位検出装置を提供することができる。さらに、２つのセンサのうち１つは、他のセンサに対してタンク内壁の反対側に配置されているため、例えばセンサがタンクの一方の箇所に集中して重量バランスが悪くなってしまう事態を抑制することができる。

また、本発明の液位検出装置において、複数のセンサは、基部それぞれの高さが異なると共に水平方向に互いにずらされてタンク内に設けられていることが好ましい。

この液位検出装置によれば、複数のセンサは、基部それぞれの高さが異なると共に水平方向に互いにずらされてタンク内に設けられている。このため、センサのフロート同士の接触を一層防止することができる。

本発明によれば、タンク内壁とフロートとの損傷を防止すると共に、液位検出の精度の低下を抑制し、液面の遥動により液位検出ができなくなってしまう事態を防止し、且つ、コスト面において有利とすることができる縦長タンクに適用可能な液位検出装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る液位検出装置の概略構成図である。 第１センサのフロートの上限位置と第２センサのフロートの下限位置とが同じ場合のセンサ出力を示す図である。 第１センサのフロートの上限位置と第２センサのフロートの下限位置とが同じ場合における双方のセンサの出力合計を示す図である。 第１センサのフロートの上限位置が第２センサのフロートの下限位置よりも高い場合のセンサ出力を示す図である。 第１センサのフロートの上限位置が第２センサのフロートの下限位置よりも高い場合における双方のセンサの出力合計を示す図である。 第１センサのフロートの上限位置と第２センサのフロートの下限位置とが同じ場合における液位検出装置の動作を示すフローチャートである。 第１センサのフロートの上限位置が第２センサのフロートの下限位置よりも高い場合における液位検出装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る液位検出装置の概略構成図である。なお、図１では、説明の便宜上、後述するフロートアーム２１ｂ，２２ｃの可動範囲を実線にて示すものとする。図１に示すように、液位検出装置１は、液体Ｆを収納したタンク１０内の液位を検出するものであって、概略的にタンク１０と、複数のセンサ２１，２２と、液位検出部３０とを備えている。

タンク１０は、内部に液体Ｆを収納するものであって、本実施形態では縦長構造となっている。このタンク１０は、樹脂、アルミ、鉄、及びステンレスなどにより構成されている。

第１センサ２１は、基部２１ａ、フロートアーム２１ｂ及びフロート２１ｃを有している。基部２１ａは、タンク内側壁に設けられ、内部に摺動抵抗を備えている。フロートアーム２１ｂは、基部２１ａから伸びる長尺の棒状部材である。フロート２１ｃは、フロートアーム２１ｂの先端に設けられて液位に応じて上下動するものである。このような構成を有する第１センサ２１は、液位に応じてフロート２１ｃが上下動して、フロートアーム２１ｂが基部２１ａを中心に回動することとなる。この回動によって基部２１ａ内の摺動抵抗の抵抗値が変化することとなり、これが出力として液位検出部３０に取得される。

また、図１に示すように、第１センサ２１のフロートアーム２１ｂの可動範囲は、水平位置を０°とした場合、上方に３０°であり、下方に７０°である。

第２センサ２２は、第１センサ２１と同様の構成を有している。すなわち、第２センサ２２は、基部２２ａ、フロートアーム２２ｂ及びフロート２２ｃを有している。基部２２ａは、タンク内側壁に設けられ、内部に摺動抵抗を備えている。フロートアーム２２ｂは、基部２２ａから伸びる長尺の棒状部材である。フロート２２ｃは、フロートアーム２２ｂの先端に設けられて液位に応じて上下動するものである。このような構成を有する第２センサ２２は、液位に応じてフロート２２ｃが上下動して、フロートアーム２２ｂが基部２２ａを中心に回動することとなる。この回動によって基部２２ａ内の摺動抵抗の抵抗値が変化することとなり、これが出力として液位検出部３０に取得される。

また、図１に示すように、第２センサ２２のフロートアーム２２ｂの可動範囲は、第１センサ２１と同様に、水平位置を０°とした場合、上方に３０°であり、下方に７０°である。ここで、第１センサ２１のフロートアーム２１ｂの可動範囲についても上方に３０°であり、下方に７０°である。このため、両者のフロート２２ａ，２２ｂは、上記角度範囲により接触が防止されている。

また、第１センサ２１と第２センサ２２とは、それぞれ高さが異なる状態でタンク内側壁に設けられている。詳細には、図１に示す複数のセンサ２１，２２のうち、タンク底面側に位置する第１センサ２１のフロート２１ｃの上限位置は、その上に位置する第２センサ２２のフロート２２ｃの下限位置と同じか、又は高くなっている。

さらに、第１センサ２１と第２センサ２２とは、それぞれ水平方向に互いにずらされてタンク内側壁に設けられていることが望ましい。すなわち、第１センサ２１と第２センサ２２とは、図１に示す紙面垂直方向にずらされていることが望ましい。両センサ２１，２２をそれぞれ水平方向に互いにずらすことにより、フロート２１ｃ、２２ｃ同士の接触を一層防止することができるからである。

なお、図１に示す例において第１センサ２１と第２センサ２２とは、紙面左側の側壁に取り付けられているが、これに限らず、第１センサ２１のみ又は第２センサ２２のみが反対側側壁に配置されていてもよい。これにより、例えばセンサ２１，２２がタンクの一方の箇所に集中して重量バランスが悪くなってしまう事態を抑制することができるからである。

液位検出部３０は、第１センサ２１及び第２センサ２２の摺動抵抗の抵抗値（センサ出力）を読み込んで、液位を検出するものである。次に、図２から図５を参照して各センサ２１，２２の出力及び液位検出部３０による液位検出の概要について説明する。

図２は、第１センサ２１のフロート２１ｃの上限位置と第２センサ２２のフロート２２ｃの下限位置とが同じ場合のセンサ出力を示す図である。図２に示すように、タンク１０内に液体Ｆが入っていない状態では、双方のセンサ２１，２２の出力は０となる。そして、タンク１０内に液体Ｆが満たされていくと、まず、第１センサ２１のフロート２１ｃが上昇することとなる。これにより、第１センサ２１の出力は比例的に増加することとなる。そして、液位がＦ１に達したとすると、第１センサ２１のフロート２１ｃは上限位置となる。このため、第１センサ２１の出力は最大となる。

さらに、液位がＦ１から上昇したとする。このとき、第１センサ２１のフロート２１ｃは上限位置に達しているため、第１センサ２１の出力は最大のまま維持するが、第２センサ２２についてはフロート２２ｃが上昇することとなり、出力が比例的に増加していく。そして、液位がＦ２に達すると第２センサ２２のフロート２２ｃは上限位置となる。このため、第２センサ２２の出力は最大となる。

図３は、第１センサ２１のフロート２１ｃの上限位置と第２センサ２２のフロート２２ｃの下限位置とが同じ場合における双方のセンサ２１，２２の出力合計を示す図である。図３に示すように、第１センサ２１のフロート２１ｃの上限位置と第２センサ２２のフロート２２ｃの下限位置とが同じであるため、液位がＦ１までは、第１センサ２１の出力のみが出力合計として表される。また、液位がＦ１以上となると、第１センサ２１の出力と第２センサ２２の出力との合算が出力合計として表される。また、双方のセンサ２１，２２の出力合計は、図３からも明らかなように液位に応じて比例的に増加している。液位検出部３０は、このようなセンサ出力の合計から液位を検出することとなる。

図４は、第１センサ２１のフロート２１ｃの上限位置が第２センサ２２のフロート２２ｃの下限位置よりも高い場合のセンサ出力を示す図である。

図４に示すように、タンク１０内に液体Ｆが入っていない状態では、双方のセンサ２１，２２の出力は０となる。そして、タンク１０内に液体Ｆが満たされていくと、まず、第１センサ２１のフロート２１ｃが上昇することとなる。これにより、第１センサ２１の出力は比例的に増加することとなる。そして、液位がＦ１’に達したとすると、第２センサ２２のフロート２２ｃが上昇することとなる。そして、液位がＦ１に達したとすると、第１センサ２１のフロート２１ｃは上限位置となる。このため、第１センサ２１の出力は最大となる。また、液位がＦ１に達した場合、第２センサ２２の出力は比例的に増加した結果、Ｄとなっている。

さらに、液位がＦ１から上昇したとする。このとき、第１センサ２１のフロート２１ｃは上限位置に達しているため、第１センサ２１の出力は最大のまま維持する。また、液位がＦ１から上昇すると第２センサ２２のフロート２２ｃはさらに上昇し、第２センサ２２の出力はＤから比例的に増加する。そして、液位がＦ２に達すると第２センサ２２のフロート２２ｃは上限位置となる。このため、第２センサ２２の出力は最大となる。

図５は、第１センサ２１のフロート２１ｃの上限位置が第２センサ２２のフロート２２ｃの下限位置よりも高い場合における双方のセンサ２１，２２の出力合計を示す図である。図５に示すように、第１センサ２１のフロート２１ｃの上限位置が第２センサ２２のフロート２２ｃの下限位置よりも高くなっているため、液位がＦ１’までは、第１センサ２１の出力のみが出力合計として表される。また、液位がＦ１’以上となると、第１センサ２１の出力と第２センサ２２の出力との合算が出力合計として表される。

液位検出部３０は、このようなセンサ出力の合計から液位を検出する。具体的に液位検出部３０は、第２センサ２２の出力がＤより大きい場合、双方のセンサ２１，２２の出力合計からＤを減算した値を採用して液位を検出する。一方、液位検出部３０は、第２センサ２２の出力がＤより大きくない場合、第２センサ２２の出力を無視して、第１センサ２１の出力のみから液位を検出する。

以上のように構成することで、液位検出部３０は、縦長のタンク１０であっても液位を検出することができる。

次に、本実施形態に係る液位検出装置１の動作を説明する。図６は、第１センサ２１のフロート２１ｃの上限位置と第２センサ２２のフロート２２ｃの下限位置とが同じ場合における液位検出装置１の動作を示すフローチャートである。図６に示すように、まず、液位検出部３０は、双方のセンサ２１，２２の出力を取得する（Ｓ１）。

次いで、液位検出部３０は、ステップＳ１において取得した双方のセンサ２１，２２の出力を合算する（Ｓ２）。次いで、液位検出部３０は、ステップＳ２で算出した合算値から液位を検出する（Ｓ３）。その後、処理はステップＳ１に移行する。なお、図６に示す処理は液位検出装置１の電源がオフとなるまで、繰り返し実行される。

図７は、第１センサ２１のフロート２１ｃの上限位置が第２センサ２２のフロート２２ｃの下限位置よりも高い場合における液位検出装置１の動作を示すフローチャートである。図７に示すように、まず、液位検出部３０は、双方のセンサ２１，２２の出力を取得する（Ｓ１１）。

次に、液位検出部３０は、ステップＳ１１にて取得した出力のうち、第２センサ２２の出力がＤより大きいか否かを判断する（Ｓ１２）。第２センサ２２の出力がＤより大きいと判断した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、液位検出部３０は、ステップＳ１１にて取得した双方のセンサ２１，２２の出力を合算し、且つ、Ｄだけ減算する（Ｓ１３）。次いで、液位検出部３０は、ステップＳ１３で算出した合算値−Ｄから液位を検出する（Ｓ１５）。その後、処理はステップＳ１に移行する。

一方、第２センサ２２の出力がＤより大きくないと判断した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、液位検出部３０は、ステップＳ１１にて取得した第１センサ２１の出力を採用する（Ｓ１４）。次いで、液位検出部３０は、ステップＳ１４で採用した第１センサ２１の出力から液位を検出する（Ｓ１５）。その後、処理はステップＳ１に移行する。

なお、図７に示す処理は液位検出装置１の電源がオフとなるまで、繰り返し実行される。

このようにして、本実施形態に係る液位検出装置１によれば、複数のセンサ２１，２２は、それぞれ高さが異なる状態でタンク内側壁に設けられ、複数のセンサ２１，２２のうち、タンク底面側のセンサ２１のフロート２１ｃの上限位置は、当該センサ２１の１つ上に位置するセンサ２２のフロート２２ｃの下限位置と同じ又は高くなっている。このため、タンク底面側のセンサ２１のフロート２１ｃが上限位置に達して、それ以上の液位を検出できなくなったとしても、１つ上のセンサ２２が液位を検出できることとなる。このため、フロートアーム２１ｂ，２２ｂを伸縮自在に形成する必要が無く、タンク内壁とフロート２１ｃ，２２ｃとの接触を防止できる。また、フロートアーム２１ｂ，２２ｂの伸縮による重量バランスの変化や伸縮機構のガタも発生しない。加えて、液面の遥動等においても液位検出できなくなることがない。さらに、レーザ光や超音波パルスを利用せず、コスト面においても有利である。従って、タンク内壁とフロート２１ｃ，２２ｃとの損傷を防止し、液位検出の精度の低下を抑制すると共に、液面の遥動により液位検出ができなくなってしまう事態を防止し、且つ、コスト面において有利とすることができる縦長タンク１０に適用可能な液位検出装置１を提供することができる。

また、複数のセンサ２１，２２は、それぞれ高さが異なると共に水平方向に互いにずらされて、又はフロートアーム２１ｂ，２２ｂの可動範囲を制限してタンク内側壁に設けられている。このため、センサ２１，２２のフロート２１ｃ，２２ｃ同士の接触を一層防止することができる。

また、複数のセンサ２１，２２のうち少なくとも１つは、他のセンサ２１，２２に対してタンク内壁の反対側に配置されているため、例えばセンサ２１，２２がタンク１０の一方の箇所に集中して重量バランスが悪くなってしまう事態を抑制することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

例えば、上記実施形態においてセンサ２１,２２は摺動抵抗の抵抗値からフロート位置を検出しているが、これに限らず、フロートアームの支点に同様に可動するよう取り付けたマグネットの磁束変化をホールＩＣにより検出するものであってもよい。

また、本実施形態においてセンサ２１，２２は２つであるが、これに限らず、３つ以上であってもよい。特に、３つ以上のセンサを備える場合、３つ以上のセンサのそれぞれについて、高さを異ならせると共に、タンク底面側のセンサのフロートの上限位置を、当該センサの１つ上に位置するセンサのフロートの下限位置と同じ又は高くすることとなる。

また、センサ２１，２２はタンク内壁に設置されているが、これに限らず、タンク内の中央付近に上下に伸びる部材を有し、この部材に基部２１ａ，２１ｂが設けられていてもよい。

さらに、３つ以上のセンサを備える場合、３つ以上のセンサそれぞれについて水平方向に互いにずらすか、フロートアームの可動角範囲を制限してフロート同士が接触しないようにすることが望ましい。また、３つ以上のセンサのうち少なくとも１つを、他のセンサに対してタンク内壁の反対側に配置してもよい。

１…液位検出装置
１０…タンク
２１…第１センサ
２２…第２センサ
２１ａ，２２ａ…基部
２１ｂ，２２ｂ…フロートアーム
２１ｃ，２２ｃ…フロート
３０…液位検出部

Claims (2)

1. 内部に液体を収納するタンクと、
   タンク内に設けられた基部、前記基部から伸びるフロートアーム、及び、前記フロートアームの先端に設けられて液位に応じて上下動するフロートを有し、フロート位置に応じた信号を出力する複数のセンサと、
   前記複数のセンサから出力されたフロート位置に応じた信号に基づいて液位を検出する液位検出部と、を備え、
   前記複数のセンサは、２つのセンサであって、互いに接触しないように前記基部それぞれの高さが異なる状態でタンク内に設けられ、
   前記２つのセンサのうち、タンク底面側のセンサのフロートの上限位置は、当該センサの上に位置するセンサのフロートの下限位置より高くなっており、
   前記２つのセンサのうち１つは、前記２つのセンサのうち前記１つを除く他のセンサに対して前記タンク内壁の反対側に配置され、
   前記液位検出部は、前記タンク底面側のセンサについてフロートが上限位置となるときの前記上に位置するセンサの出力の大きさを所定値とした場合、前記上に位置するセンサの出力が前記所定値よりも大きい場合、前記２つのセンサの出力の合計から前記所定値を減算した値に基づいて液位を検出し、前記上に位置するセンサの出力が前記所定値よりも大きくない場合、前記タンク底面側のセンサの出力のみに基づいて液位を検出する
   ことを特徴とする液位検出装置。
2. 前記複数のセンサは、前記基部それぞれの高さが異なると共に水平方向に互いにずらされてタンク内に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の液位検出装置。

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