JP6211725B1 - 高位液面警報装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高位液面時における誤検知を低減する高位液面警報装置を提供する。【解決手段】電波方式により液面の高さを判定する液面警報ユニット１１、２１を備え、液面警報ユニットは、液面警報ユニットに向かって反射された現在の電波情報を定期的に受信する受信部１１３、２１３と、現在電波情報に基づいて液面の高さが所定の高さに達したか否かの判定動作を行う判定部１１５、２１５と、過去に受信した電波情報と現在の電波情報とに基づいて、判定部１１５、２１５が判定動作を行うか否かを決定する選別部１１４、２１４と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、高位液面警報装置に関する。

液体等を貯蔵するタンクの液面がタンク内の所定の高さに到達したことを検知して、警報を通知する高位液面警報装置が知られている。

電波式の高位液面警報装置は、１個又は複数の液面警報ユニットを備える。液面警報ユニットは、定期的に液面に向かって電波を発信し、液面で反射した反射波を受信することで警報を通知する。しかしながら、液面以外の構造物からの反射や、他の液面警報ユニットが送信した電波との干渉により、誤った検知を行うことがある。

そこで、誤検知を低減する高位液面警報装置が必要とされている。

特許文献１には、センサをタンク内の所定の高さ位置に固定し本体に接続する垂直棒体を有し、センサが液面位を検知することによって警報を発する高位液面警報装置が開示されている。
また、特許文献２には、発信素子と受信素子を備える金属製の垂直棒体の下端に、アースされた連結棒を介して絶縁板を設けてなる高液位検出装置が開示されている。
特許文献３には、各チャネルの特徴によって相互に区別可能な波が、別のレーダ測定チャネルによって同じアンテナを介して送信される構成が開示されている。しかしながら、いずれの特許文献にも、誤検知を軽減する構成については開示されていない。

特許第４８１８１４４号 特開平８−１５９８４２号 特表２００３−５０３７２４号

本発明は、誤検知を軽減する高位液面警報装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる高位液面警報装置は、電波方式により液面の高さを判定する液面警報ユニットを備え、液面警報ユニットは、液面警報ユニットに向かって反射された現在の電波情報を定期的に受信する受信部と、電波から算出された現在の電波情報に基づいて液面の高さが所定の高さに達したか否かの判定動作を行う判定部と、前記現在の電波情報と、過去に受信した電波から算出された過去の電波情報と、を比較して、判定部が判定動作を行うか否かを決定する選別部と、を有し、現在の電波情報は、次の電波情報が受信されるときに、判定動作が行われるか否かを決定するのに使用され、選別部は過去に受信した電波に基づいて判定基準を決定し、判定部は、比較の結果が判定基準の範囲内であるときは判定動作を行い、比較の結果が判定基準の範囲外であるときは判定動作を行わない。

本発明によれば、誤検知を低減する高位液面警報装置を提供することができる。

本発明にかかる高位液面警報装置の実施の形態を示す縦断面図である。 前記高位液面警報装置が備える第１液面警報ユニットの縦の断面図である。 上記高位液面警報装置の機能ブロック図である。 前記第１液面警報ユニットが備える選別処理を示すフローチャートである。

以下、本発明にかかる高位液面警報装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

●高位液面警報装置の概要
図１において、高位液面警報装置１は、タンク内に貯蔵された被測定物としての液体等の液面の高さを判定し、液面が所定の高さにある場合に警報を発する装置である。

●高位液面警報装置の構成
図１に示すように、高位液面警報装置１は、筐体１０と、第１液面警報ユニット１１と、第２液面警報ユニット２１とを備える。

筐体１０は、第１液面警報ユニット１１および第２液面警報ユニット２１、ならびにそれぞれの動作回路等を保持している略円筒形の部材である。筐体１０は、図示を省略されたタンクの上面に固定されている。筐体１０および筐体１０内部は、後述する第１液面警報ユニット１１の導波管３０を除いてタンク内の液体から遮蔽されている。筐体１０の上部は、蓋１３により密閉されている。

筐体１０の下端には、平面視において略円形の取付フランジ１２が溶接などの手段によって固着され、取付フランジ１２は筐体１０の底板となっている。取付フランジ１２には孔が穿設され、後述する導波管３０が上記孔を貫いて筐体１０の外部へ突出している。

なお、取付フランジ１２は、筐体１０と一体に成形されていてもよい。

●第１液面警報ユニット１１
図１および図２を参照して、第１液面警報ユニット１１を説明する。
第１液面警報ユニット１１は、電波方式により液面の高さを判定するものであり、導波管３０と、電波送信部３１と、誘電体３７と、を備える。

図１に示すように、導波管３０は、筐体１０の底面をなす取付フランジ１２に垂直に、底面から所定の長さ下方に伸びた中空の筒であり、本実施の形態では円筒である。導波管３０は、設置時において液面方向に伸びている。導波管３０の下端は開放されていて、下端がタンク内の液体に浸漬し、管内部に液体が浸入可能になっている。管内部に浸入する液体の液位は、タンク内の液体の液位と同一である。導波管３０は、後に詳述する電波送信部３１から送信される電波を液面に向かって伝搬し、導波管３０に浸入した液体の液面の高さを判定する。導波管３０の材質は、例えば金属であり、本実施の形態ではステンレス鋼である。

上述のように、導波管３０は、下端が液体に浸漬しているときに測定可能である。導波管３０の長さは、任意である。

第１液面警報ユニット１１は、導波管３０を通じて導波管３０内部の液面に向かって電波を発信し、液面で反射した反射波を受信することで、タンク内の液面が所定の高さ、すなわち警報点に達しているかどうかを判定する。液面が警報点に達している場合、第１液面警報ユニット１１は、図３に示すユーザインタフェース２（以下、「ＵＩ２」という。）に、その旨を表示する。使用者は、ＵＩ２を通じて、タンク内の液面の高さを把握することができる。

導波管３０は、導波管３０の上端近くにおいて、導波管３０の壁を貫通する抜き孔３６を備える。液位が上がって導波管３０内に液体が浸入すると、浸入した液体の体積に相当する導波管３０内部の気体が抜き孔３６を通って排出される。また、液位が下がると、抜き孔３６から導波管３０内にタンク内の気体が流入する。抜き孔３６は、１個であっても、複数であってもよい。孔が老廃物などにより詰まると導波管３０による液位判定ができなくなるおそれがあるため、抜き孔３６は複数あった方が好ましい。

導波管３０は電波を透過しない。したがって、導波管３０の内側に電波を伝搬させることにより、電波が拡散せず、電波を少ない減衰で液面まで伝搬させることができる。

また、導波管３０は、ホーンアンテナに比べて水平方向に広がらない形状であるため、狭いスペースに配置することができる。

第１液面警報ユニット１１から送信された電波は導波管３０の内部のみを伝播するので、電波がタンク内に設置されたはしごやポンプなどに到達して反射することがない。すなわち、導波管３０を用いた第１液面警報ユニット１１によれば、意図しない反射による誤計測のおそれが軽減される。

図２に示すように、導波管３０の上端は平面視において略円形であるフランジ３３が形成され、筐体１０の取付フランジ１２の下面に対向している。フランジ３３は、ネジなどの締結部材により取付フランジ１２に締結されている。フランジ３３と取付フランジ１２の間に、フランジ３３の形状に対応した円環状のパッキンが配置されていてもよい。

導波管３０の上方には電波送信部３１が配置されている。電波送信部３１は、本実施の形態においては導波管３０と同等程度の径を有する装置であるが、形状は任意である。電波送信部３１は、図示を省略された電気ケーブルを介して上位の制御機器に接続されている。電波送信部３１は、電波が導波管３０の内側を伝播するように、導波管３０の軸線方向に電波を送信する。

電波送信部３１は、その外縁を保持する円環状の支持部３２と固着されている。支持部３２は、取付フランジ１２の孔に嵌まっている。電波送信部３１は、支持部３２を介してネジなどの締結部材により導波管３０のフランジ３３に締結されている。

なお、電波送信部３１と支持部３２は、一体に構成されていてもよい。また、導波管３０と電波送信部３１とを結合する構成であれば、支持部３２に相当する構成はなくてもよい。さらに、本実施の形態では、電波送信部３１と導波管３０のフランジ３３が固定されているが、電波送信部３１と筐体１０の取付フランジ１２が固定されていてもよい。この場合にも、導波管３０と取付フランジ１２は結合されていて、導波管３０と電波送信部３１が間接的に結合されている。

導波管３０の上端部、すなわち液面とは反対側の端部には、導波管３０を封止する誘電体３７が配置されている。誘電体３７と電波送信部３１は、説明図中では隙間を開けて対向しているが、配置の方法はこの限りでは無い。また、誘電体３７は、説明図中では中実の略円錐形であるが、形状はこの限りでは無い。

また、誘電体３７は、略円錐形の底面に鍔部３８を備える。鍔部３８は、支持部３２とフランジ３３によって挟まれて押圧されている。電波送信部３１から送信された電波は、誘電体３７を透過して導波管３０の内側を伝播する。

誘電体３７は、電波を減衰させずに透過させる材質が好ましい。誘電体３７の材質は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）である。

支持部３２は、円環形の内側に周状の凸部３２１を有している。凸部３２１は、上側面３２２において電波送信部３１と接している。さらに、凸部３２１の下側面３２３は誘電体３７の鍔部３８と接している。支持部３２とフランジ３３は、誘電体３７の鍔部３８を紙面上上下方向から挟み込んで押圧し、誘電体３７を保持している。

支持部３２とフランジ３３により誘電体３７を押圧する構成により、タンク内部と筐体１０内部とが封止され、電波送信部３１がタンク内の液体に浸漬することがない。言い換えれば、誘電体３７は、電波送信部３１を含む筐体１０内の装置をタンク内の液体から保護する。また、誘電体３７により、電波送信部３１を含む筐体１０内の装置を、タンクに印加される圧力から保護することができる。

●第２液面警報ユニット２１
以下に、第２液面警報ユニット２１の実施の１形態を説明する。
図１に示すように、第１液面警報ユニット１１と第２液面警報ユニット２１は、共通の導波管３０に接続されている。液面が警報点に達している場合、第２液面警報ユニット２１は、ＵＩ２に、その旨を表示する。使用者は、ＵＩ２を通じて、タンク内の液面の高さを把握することができる。

第１液面警報ユニット１１と第２液面警報ユニット２１は、異なる液位を警報点として監視することが可能である。例えば、第１液面警報ユニット１１は溢位液面警報ユニットとして、第２液面警報ユニット２１は高位液面警報ユニットとして設定することができる。高位液面警報ユニットは、タンク内の液体が所定量を超えていることを予備的に警報するユニットである。溢位警報ユニットとは、高位液面警報ユニットの警報点を超えて、タンク内の液体の液面が溢れ出る限界にまで達していることを警報するユニットである。

上述のように、高位液面警報装置１は、電波方式の第１液面警報ユニット１１および第２液面警報ユニット２１を用いて２点の警報点を監視することができる。

第２液面警報ユニット２１は、故障時に備えて予備ユニットとして、通常使用時には非通電としてもよい。この場合、第２液面警報ユニット２１は、第１液面警報ユニット１１の故障を検知して動作を開始する。その際、第２液面警報ユニット２１は、第１液面警報ユニット１１が監視していた警報点の情報を共有して、当該警報点を監視することができる。第１液面警報ユニット１１の故障は、例えば後述する校正機能により検知される。

なお、２個の液面警報ユニットが送受信する電波を区別できるような構成を備えていてもよい。例えば、２個の液面警報ユニットがそれぞれ異なる周波数の電波を送受信するように構成してもよい。また、２個の液面警報ユニットが電波を送受信するタイミングをあらかじめ定め、交互に送受信するようにしてもよい。さらに、２個の液面警報ユニットが他方の電波が送信されているか否かをそれぞれ判定し、他方のユニットが電波を送信していないときに自身の電波を送信するように構成してもよい。

上述のような構成により、一方の液面警報ユニットの電波が他方の液面警報ユニットに干渉するのを防ぐことができる。

本実施の形態において、高位液面警報装置１が備える液面警報ユニットは２個であるが、液面警報ユニットが３個以上であってもよい。

また、本実施の形態においては、２個の液面警報ユニットが１個の導波管３０に接続されている構成であったが、２個の液面警報ユニットがいずれも導波管を備える構成であってもよい。また、２個の液面警報ユニットが１個のホーンアンテナに接続されている構成であってもよい。

●液面警報ユニットの構成
図３に示すように、第１液面警報ユニット１１は、発信部１１２と、受信部１１３と、判定部１１４と、選別部１１５と、を備える。また、第２液面警報ユニット２１は、第１液面警報ユニットと同様に、発信部２１２と、受信部２１３と、判定部２１４と、選別部２１５と、を備える。すなわち、第１液面警報ユニット１１と第２液面警報ユニット２１の機能ブロックは、同一である。言い換えれば、第１液面警報ユニット１１と第２液面警報ユニット２１の回路構成は同一である。

判定部１１４、２１４は、ユーザインタフェース２（以下、「ＵＩ２」という。）に接続されている。判定部１１４，２１４は、液面が警報点に達していることを、ＵＩ２を通じて使用者に通知する。

第１液面警報ユニット１１と第２液面警報ユニット２１の警報点は、ソフトウェア的に書き換え可能である。第１液面警報ユニット１１および第２液面警報ユニット２１は、それぞれの警報点を記憶した上位制御装置１００に接続されている。上位制御装置１００に記憶された警報点を書き換えることにより、物理的な設計変更を行うことなく各液面警報ユニット１１、２１の警報点を変更することができる。この構成により、警報を発する距離に応じて製品の大きさを決める必要がない。すなわち、装置の大量生産性が大幅に向上する。

第１液面警報ユニット１１と第２液面警報ユニット２１の警報点は、上述のように上位制御装置１００に記憶されていてもよいし、各液面警報ユニット１１、２１に記憶されていてもよい。

第１および第２液面警報ユニット１１、２１の警報点の変更は、手動で書き換えてもよいし、上位制御装置１００により自動的に変更されるように構成してもよい。また、監視する警報点を周期的に変更してもよい。具体的には、１回目の判定においては液位Ａ、２回目の判定においては液位Ａとは異なる液位Ｂ、３回目の判定においては液位Ａおよび液位Ｂとは異なる液位Ｃを警報点として液面判定を行い、４回目以降はこれを繰り返す。この場合、１つの液面警報ユニットで液位Ａ、ＢおよびＣの監視が可能である。この場合の警報点の周期的な変更は、上位制御装置１００による自動的変更で容易に実現できる。

このように、警報点が自動的に変更される構成により、１つの液面警報ユニットで複数の警報点を監視可能である。警報の種類は、高位液面警報および溢位警報に加えて、高位液面警報の警報点よりも液位の低い予告警報としてもよい。予告警報を発報可能とすることで、液位の監視をより確実に行うことができる。

また、警報点が自動的に変更される構成により、一方の第１液面警報ユニットが故障した場合にも、故障したユニットが監視すべき警報点を他方の液面警報ユニットにより監視することができる。例えば、第１液面警報ユニット１１が故障したことを検知して、第２液面警報ユニット２１は、第１液面警報ユニット１１の警報点と第２液面警報ユニット２１の警報点とを交互に判定する。第２液面警報ユニット２１は、第１液面警報ユニット１１の予備機として動作することができる。逆に、第１液面警報ユニット１１は、第２液面警報ユニット２１の予備機として動作することができる。

●第１および第２液面警報ユニットの動作
第１および第２液面警報ユニット１１、２１は、それぞれ一定の時間間隔で高位判定のための電波を発信する。各液面警報ユニットは、図示を省略された電波検知部により他の液面警報ユニットが電波を発信しているか否かを検知し、他の液面警報ユニットが電波を発信しているときには電波を発信しない。したがって、第１および第２液面警報ユニット１１、２１は、電波を交互に液面に向けて発信する。言い換えれば、第１および第２液面警報ユニット１１、２１は、時分割制御により１つのアンテナ（導波管も含む）で２点の警報点を監視している。

第１、第２の液面警報ユニット１１、２１は、他方の液面警報ユニットが電波を発信していないときに電波を発信するように、前記電波を発信するタイミングがあらかじめ定められていてもよい。このとき、各液面警報ユニットは、他方の液面警報ユニットが電波を発信しているか否かのステータスを共有する、ステータス共有機能を備える。このステータス共有機能は、複数実装された液面警報ユニット相互間における通信手段によって実現させる。具体的には、フォトカプラ等を用いた光学的結合方式、または絶縁トランスを用いた電磁的な結合方式により、他の液面警報ユニットが電波を発信しているかどうか判定する。

第１および第２液面警報ユニット１１、２１は、周波数分割制御により１つの導波管３０で２点の警報点を監視してもよい。すなわち、第１液面警報ユニット１１により導波管３０に向かって発信された電波の周波数と、第２液面警報ユニット２１により導波管３０に向かって発信された電波の周波数が異なるように構成してもよい。この場合、第１および第２液面警報ユニット１１、２１により発信される電波は互いに干渉しないため、２つの液面警報ユニットは異なる警報点を同時に監視することができる。

●液面警報ユニットの選別処理
第１液面警報ユニット１１および第２液面警報ユニット２１は、受信した電波情報を液面判定に使用するかどうかを選別する選別部１１５を備える。選別部１１５による選別処理は、電波の送受信に伴って定期的に行われる。

図４に、第１液面警報ユニット１１における選別処理のフローチャートを示す。なお、第２液面警報ユニット２１のフローチャートは、第１液面警報ユニット１１と同一のため省略した。

まず、第１液面警報ユニット１１の発信部１１２は、液面に向かって電波を送出する（ステップＳ１）。次いで、受信部１１３は、反射した電波を受信する（ステップＳ２）。

第１液面警報ユニット１１は、受信した電波に基づいて液位判定に用いる電波情報を算出する。電波情報とは、例えばＦＭＣＷ方式におけるビート周波数である。また、電波情報は、パルス方式におけるパルス信号の時間情報であってもよい。ビート周波数とは、第１液面警報ユニット１１から送信された電波の周波数と、液面から反射して返ってきた電波の周波数との差である。また、パルス信号の時間情報とは、第１液面警報ユニット１１が液面に向かって定期的に発信するパルス状の電波が、液面で反射して第１液面警報ユニット１１に返ってくるまでの時間である。

次いで、第１液面警報ユニット１１は、上位制御装置１００に保存されている過去の電波情報と、ステップＳ２で算出した現在の電波情報を比較する（ステップＳ３）。そして、比較結果が判定基準の範囲内かどうか判断する（ステップＳ４）。

ここで、過去に受信した電波情報は、受信した１回の電波に基づく電波情報を用いてもよいし、複数回の電波情報に基づいて算出した値を用いてもよい。

また、過去に受信した電波情報と現在の電波情報の比較の方法は、例えば差分であってもよいし、変化の割合であってもよい。

判定基準は、過去に受信した電波情報に基づいて決定される範囲である。判定基準は、過去１回の電波情報に基づいて決定されてもよいし、複数回の電波情報に基づいて算出した値に基づいて決定されてもよい。例えば、判定基準は、過去複数回の判定情報の平均値に基づいて決定されてもよい。

比較結果が判定基準の範囲内だった場合、第１液面警報ユニット１１は、現在の電波情報を高位液面警報の判定データとして採用し（ステップＳ５）、判定データに基づいて高位液面判定処理を行う（ステップＳ６）。高位液面判定処理に使用した電波情報は、次に受信される電波情報の選別に使用するため、上位制御装置１００に保存される。その後、ステップＳ１の処理に戻る。

比較結果が判定基準の範囲外だった場合、第１液面警報ユニット１１は、高位液面判定処理は行わずにステップＳ１の処理に戻る（ステップＳ７）。この電波情報は、上位制御装置１００には保存されず、破棄される。

なお、上述の説明においては過去の電波情報を上位制御装置１００に保存した。しかし、各液面警報ユニット１１、２１が情報を保存可能な格納部を有し、過去の電波情報が格納部に保存されるように構成されていてもよい。

このように、過去に受信した電波情報と著しく異なる特異値が受信された場合には、現在の電波情報を高位液面判定処理に用いないように選別する。この選別処理により、液面以外の構造物による反射や、他の液面警報ユニットからの電波との干渉による誤検知を低減することができる。

●高位液面警報装置１の校正機能
高位液面警報装置１は、電波により基準位置を判定可能な基準物を設置し、運用上常に基準位置と判定位置を比較校正する機能を有するように構成することができる。
この機能を実現するには、例えば、第１および第２液面警報ユニット１１、２１に対して予め位置を定められた基準物をタンク内空間に設置する。基準物としては、例えば、高位液面警報装置１の測定方向に直交する反射面を持つ平板状物体を用いることができる。平板状物体の形状は適宜である。
第１および第２液面警報ユニット１１、２１に対する基準物の位置、すなわち基準位置は、上位制御装置等に記憶させておく。

基準物は、タンク内の第１、第２液面警報ユニット１１、２１の検知範囲内に配置する。配置の形態としては、例えば導波管３０に基準物を設置することもできる。基準物が導波管３０に設置されていることにより、高位液面警報装置１を設置するだけで、基準物をタンク内に配置することができる。すなわち、基準物を高位液面警報装置１と独立して設置する場合と比較して、タンク内に基準物を設置する作業が不要になる。

また、導波管３０そのものが基準物であってもよい。すなわち、第１液面警報ユニット１１および第２液面警報ユニット２１は、導波管３０の下端を基準位置とし、導波管３０の下端で反射する電波により判定してもよい。

第１および第２液面警報ユニット１１、２１は、それぞれユニットの基準物に対する実際の位置を定期的に判定し、基準位置と比較する。判定位置と基準位置が異なる場合、高位液面警報装置１は、判定位置と基準位置に基づいて液面判定の結果を校正する。判定位置と基準位置が大きく異なる場合、高位液面警報装置１は、ＵＩ２を通じてアラームを発し、第１、第２液面警報ユニット１１、２１が正しく動作していない可能性があることを使用者に通知する。

１ 高位液面警報装置
１１ 第１液面警報ユニット
２１ 第２液面警報ユニット
３０ 導波管
１１２ 発信部
１１３ 受信部
１１４ 選別部
１１５ 判定部

Claims (8)

1. 電波方式により液面の高さを判定する液面警報ユニットを備え、
   前記液面警報ユニットは、
   前記液面警報ユニットに向かって反射された電波を定期的に受信する受信部と、
   前記電波から算出された現在の電波情報に基づいて前記液面の高さが所定の高さに達したか否かの判定動作を行う判定部と、
   前記現在の電波情報と、過去に受信した電波から算出された過去の電波情報と、を比較して、前記判定部が前記判定動作を行うか否かを決定する選別部と、
   を有し、
   前記現在の電波情報は、次の電波情報が受信されるときに、前記判定動作が行われるか否かを決定するのに使用され、
   前記選別部は過去に受信した電波に基づいて判定基準を決定し、前記判定部は、前記比較の結果が前記判定基準の範囲内であるときは前記判定動作を行い、前記比較の結果が前記判定基準の範囲外であるときは前記判定動作を行わない、高位液面警報装置。
2. 前記選別部は、前記過去の電波情報の平均値に基づいて判定基準を定める、請求項１記載の高位液面警報装置。
3. 前記電波情報は、ビート周波数である、請求項１又は２記載の高位液面警報装置。
4. 前記電波情報は、パルス方式におけるパルス信号の時間情報である、請求項１又は２記載の高位液面警報装置。
5. 前記液面警報ユニットが発信する電波を前記液面に向かって伝搬する導波管を有する、請求項１乃至４のいずれかに記載の高位液面警報装置。
6. 前記液面警報ユニットが発信する電波を前記液面に向かって伝搬するホーンアンテナを有する、請求項１乃至４のいずれかに記載の高位液面警報装置。
7. 前記液面警報ユニットを複数備える、請求項１乃至６のいずれかに記載の高位液面警報装置。
8. １個の前記液面警報ユニットが正しく動作していないとき、別の前記液面警報ユニットは、前記１個の液面警報ユニットが警報を発する液面の高さにおいて警報を発する、請求項７記載の高位液面警報装置。