JP6239437B2 - 中継器およびレベル計 - Google Patents

Description

この発明は、中継器およびレベル計に関し、より特定的には、避雷保護回路を備えた中継器およびレベル計に関する。

従来から測定対象物の表面位置を制御するために、測定対象物のレベルを測定するレベル計が幅広く用いられている。たとえばレベル計の代表例である液位計は、諸工業および農業などの種々の分野において容器内に貯留される液体の液位制御に用いられる。

レベル計は、一般的に、測定対象物中に浸漬可能に構成された検出部と、検出部の検出値に基づいて測定対象物の表面位置を監視するための変換器とを備えて構成される。さらに、測定対象物の表面位置を遠隔して監視できるように、検出部と遠隔地に設置された変換器とを中継するための中継器を備えたものがある。このようなレベル計において、中継器と変換器とは信号線によって通信可能に接続されており、中継器は検出部から受けた検出値を信号線を通じて変換器に送信する。

上記の構成からなるレベル計においては、雷などの過渡的な異常電圧（サージ）から中継器を保護するための避雷保護回路が信号線上に設置されている。避雷保護回路は、たとえば特開平６−１８１１０９号公報（特許文献１）および特開平８−２５４５６４号公報（特許文献２）に開示されるように、酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗体からなる避雷素子を用いて構成される。

避雷素子がサージや過電圧を受けて劣化が進行すると、避雷素子の有する非直線的な抵抗特性が変化することによって漏れ電流が増加する。上記の特許文献１および２では、避雷素子を流れる漏れ電流を漏れ電流検出回路で検出し、検出値に基づいて避雷素子の劣化を検出している。

特開平６−１８１１０９号公報 特開平８−２５４５６４号公報

しかしながら、従来のレベル計においては、避雷素子の劣化が検出された後、避雷素子が新品に交換されるまでの間、避雷素子が劣化した状態で継続使用される。したがって、避雷保護回路の保護機能が低下しているため、サージが発生した場合に内部回路の故障を誘引する可能性がある。また、漏れ電流によって信号線を伝搬する信号のレベルが変動することによって、レベル計の測定精度の低下を招く可能性がある。したがって、避雷素子の劣化が検出された後、レベル計の信頼性が低下するという問題があった。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、避雷保護回路の劣化が検出された後においても信頼性を維持することが可能な中継器およびレベル計を提供することである。

この発明のある局面に従えば、中継器は、測定対象物の表面位置を検出する検出部と、測定対象物の表面位置を監視する変換器との間を中継する。中継器は、検出部からの検出信号に基づいて測定対象物のレベルを測定し、測定値を変換器へ送信する信号処理部と、第１の信号線対と、第１の信号線対と並列に接続された第２の信号線対と、信号処理部と変換器との間に、第１の信号線対と第２の信号線対とを切り替えて接続するための第１の切替部と、第１の信号線対に設置された主避雷器と、第２の信号線対に設置された副避雷器と、第１の切替部によって信号処理部および変換器の間に第２の信号線対が接続された状態において、主避雷器の劣化を診断する診断手段とを備える。診断手段によって主避雷器の劣化と診断された場合には、第１の切替部によって信号処理部と変換器との間に第２の信号線対が接続された状態が維持される。

好ましくは、中継器は、避雷素子の漏れ電流を検出可能に構成された漏れ電流検出回路と、第１の切替部によって信号処理部および変換器の間に第２の信号線対が接続された状態において、主避雷器を漏れ電流検出回路に接続するための第２の切替部と、第２の切替部によって主避雷器が漏れ電流検出回路に接続された状態において、第１の信号線対に電圧を供給するための第３の切替部とを備える。

好ましくは、診断手段は、第１の信号線対に電圧が供給されていない状態における漏れ電流検出回路の検出値を基準値に設定するとともに、第３の切替部によって第１の信号線対に電圧が供給された状態において、漏れ電流検出回路の検出値と基準値との差に基づいて主避雷器の劣化診断する。

好ましくは、診断手段によって主避雷器の劣化と診断された場合には、第３の切替部によって第１の信号線対への電圧供給が停止され、かつ、第２の切替部によって主避雷器が漏れ電流検出回路から切り離された後に、第１の切替部によって信号処理部と変換器との間に第２の信号線対が接続された状態が維持される。

好ましくは、診断手段によって主避雷器が正常と診断された場合には、第３の切替部によって第１の信号線対への電圧供給が停止され、かつ、第２の切替部によって主避雷器が漏れ電流検出回路から切り離された後に、第１の切替部によって信号処理部と変換器との間に第１の信号線対が接続される。

好ましくは、中継器は、診断手段によって主避雷器の劣化と診断された場合には、信号処理部から変換器への送信信号に、診断結果を示す信号を重畳させることによって主避雷器の劣化を変換器に報知するための報知手段をさらに備える。

この発明の別の局面に従えば、レベル計は、上記のいずれかに記載の中継器と、検出部と、変換器とを備える。

この発明によれば、避雷保護回路を備えた中継器を有するレベル計において、避雷保護回路の劣化が検出された後においても、信頼性を維持することができる。

この発明の実施の形態によるレベル計の全体構成を示すブロック図である。 図１における検出部および中継器の詳細な構成を示す回路ブロック図である。 図２に示した避雷保護回路の構成例を示す回路図である。 図２に示した避雷保護回路の構成例を示す回路図である。 図２に示した避雷保護回路の構成例を示す回路図である。 漏れ電流検出回路の構成例を示す回路図である。 本実施の形態に係る中継器により実行される主避雷器の劣化診断を説明するためのタイミングチャートである。 中継器から変換器への送信信号の波形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［レベル計の全体構成］
図１は、この発明の実施の形態によるレベル計の代表例として示される液位計の全体構成を示すブロック図である。液位計１００は、検出部１０を液体中に浸漬させて使用する投げ込み式の液位計である。以下の説明では、液位計１００の使用例として、タンクに設置され、当該タンクに貯留される液体の液位を検出する場合について説明する。

図１を参照して、液位計１００は、検出部１０と、中継器２０と、変換器５０と、ケーブル３０と、信号線対４０とを備える。

検出部１０は、ケーブル３０の一方端に接続されており、タンク内の液体に浸漬可能に構成される。具体的には、タンクには、液体の流れや攪拌機等から検出部１０を守るための保護管２００が設けられている。保護管２００には、タンク内の液体と同じレベルまで保護管２００の内部に液体が侵入するように、周壁に複数の孔が深さ方向に並べて設けられている。

検出部１０は、保護管２００を通じてタンクの底部に設置される。検出部１０は、液体の液位を検出し、その検出値をケーブル３０の他方端に接続された中継器２０に伝達する。

中継器２０は、検出部１０と変換器５０との間を中継する。中継器２０と変換器５０とは、２本１組の信号線で構成される信号線対４０によって通信可能に接続されている。中継器２０は、検出部１０の検出値に基づいて液体の液位を測定すると、測定値を信号線対４０を経由して変換器５０へ送信する。変換器５０は、中継器２０から送信される測定値に基づいて液体の液位を監視する。変換器５０は、液位を知らせるための液位出力以外に、検出部１０での検出異常を知らせるための警報出力を発生する。変換器５０はさらに、後述する中継器２０内部に設けられた避雷保護回路の劣化診断が行なわれたときに、診断結果に応じて避雷保護回路の劣化を知らせるための故障出力を発生する。

図２は、図１における検出部１０および中継器２０の詳細な構成を示す回路ブロック図である。

図２を参照して、検出部１０は、感圧素子１４と、増幅部１６と、電圧−電流変換部（Ｖ／Ｉ）１８とを含む。検出部１０は、感圧素子１４と、増幅部１６と、電圧−電流変換部１８とを収容するための円筒状のケース１１をさらに含む。

ケース１１の内部は封止されており、感圧素子１４はケース１１内部に加えられる圧力を検出する。具体的には、ケース１１には、ケース１１の内部と外部とを連通させるための孔１２が設けられている。この孔１２が圧力導入口となってケース１１内部に圧力が加えられる。感圧素子１４は、例えばピエゾ抵抗式の半導体圧力センサからなり、感圧部としてのダイヤフラムを備えてなるものである。感圧素子１４の感圧部としてのダイヤフラムは、その感圧面が受圧室に面するように配置されている。

感圧素子１４の出力電圧は増幅部１６において予め設定された増幅率で増幅されて電圧−電流変換部１８へ出力される。電圧−電流変換部１８は、感圧素子１４の出力電圧を電流信号に変換する。ケーブル３０は、電圧−電流変換部１８から出力される電流信号を中継器２０へ伝達する。

中継器２０は、電流−電圧変換部（Ｉ／Ｖ）２１と、増幅部２２と、信号処理部２３と、電圧−電流変換部２４と、操作部２６と、表示部２７と、電源２８とを含む。中継器２０は、避雷保護回路２５と、漏れ電流検出回路２９とをさらに含む。

電源２８は、中継器２０の内部の各部に電源を供給する。表示部２７は、ユーザに対してさまざまな情報を通知するための部位である。中継器２０によって検出された液体の液位は表示部２７に表示される。操作部２６は、図示しない複数の操作用スイッチを含む。操作用スイッチを用いて液位計１００における各種設定を行なうことができる。

電流−電圧変換部２１は、検出部１０から取得した電流信号を電圧信号に変換する。増幅部２２は、電圧信号を予め設定された増幅率で増幅して信号処理部２３に出力する。

信号処理部２３は、増幅部２２から受ける電圧信号に基づいて検出部１０で検出された圧力の検出値を取得すると、その圧力検出値に基づいて液体の液圧を検出する。そして、信号処理部２３は、検出された液圧と液体の密度とに基づいて、容器内の液位を算出する。信号処理部２３は、算出された液位を表示部２７に表示させる。信号処理部２３の機能は、たとえばマイクロコンピュータによって実現される。

信号処理部２３はさらに、算出された液位を電圧−電流変換部２４に出力する。電圧−電流変換部２４は、信号処理部２３から受ける液位を電圧信号から電流信号に変換する。変換された電流信号は、信号線対４０を経由して変換器５０に伝達される。

信号線対４０は、正電位用の信号線４０Ｐと、負電位用の信号線４０Ｎとから構成される。信号線４０Ｐは変換器５０の正側の端子に接続され、信号線４０Ｎは変換器５０の負側の端子に接続される。信号線対４０には、避雷保護回路２５が設置されている。避雷保護回路２５は、中継器２０を雷などの過渡的な異常電圧（サージ）から保護するための装置である。

避雷保護回路２５は、避雷素子を含む。避雷素子は、たとえば酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体（バリスタ）から構成される。避雷素子は、サージが印加されていない状態において流れる電流（漏れ電流）が小さいことが求められる。しかしながら、高電圧のサージが繰り返し印加されることによって避雷素子が徐々に劣化すると、非直線的な電流−電圧特性が変化するため、漏れ電流が増加してしまう。したがって、避雷素子の劣化を早期に検出する必要がある。

本実施の形態において、中継器２０は、避雷保護回路２５の劣化診断を定期的に実行する。具体的には、漏れ電流検出回路２９は、避雷素子を流れる漏れ電流を検出し、その検出値を信号処理部２３へ出力する。信号処理部２３は、漏れ電流検出回路２９から受ける検出値に基づいて、避雷素子の劣化を診断する。そして、避雷素子が劣化していると診断されたときには、中継器２０は、避雷保護回路２５の劣化をユーザに報知するため、変換器５０へ警報の出力を指示する。

［避雷保護回路の構成］
次に、図３から図５を参照して、図２に示した避雷保護回路２５の詳細な構成について説明する。図３から図５は、避雷保護回路２５の構成例を示す回路図である。

図３を参照して、避雷保護回路２５は、主避雷器２５０と、副避雷器２５２と、信号線対４２，４４，４６，４８，５０と、複数のリレーＲＹ１〜ＲＹ４と、ダイオードＤ１とを含む。

図２に示した信号線対４０のうち、正電位用の信号線４０Ｐは、信号線ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３をこの順に接続することにより実現される。負電位用の信号線４０Ｎは、信号線ＮＬ１，ＮＬ２，ＮＬ３をこの順に接続することにより実現される。信号線ＰＬ１，ＮＬ１の一方端は図示しない電圧−電流変換部２４に接続される。信号線ＰＬ３，ＮＬ３の一方端は変換器５０に接続される。信号線ＰＬ１上には、電圧−電流変換部２４から変換器５０への電流の流れを阻止するためのダイオードＤ１が設けられている。

信号線ＰＬ１，ＮＬ１と信号線ＰＬ２，ＮＬ２との間にはリレーＲＹ４が接続されている。リレーＲＹ４は、信号線ＰＬ１，ＮＬ１と信号線ＰＬ２，ＮＬ２との接続／遮断を切り替え可能に構成されている。リレーＲＹ４はさらに、信号線ＰＬ１，ＮＬ１と信号線ＰＬ２，ＮＬ２とが遮断された状態において、信号線ＰＬ２，ＮＬ２を信号線対４８に接続することが可能に構成されている。信号線対４８は、一方端が信号線ＰＬ１に接続された信号線ＰＬ６と、一方端が漏れ電流検出回路２９に接続された信号線ＮＬ６とから構成される。信号線ＰＬ１と信号線ＰＬ６との接続ノードはダイオードＤ１のカソード側に設けられる。信号処理部２３からの制御信号ＣＳ４に応じてリレーＲＹ４がＩ側に制御されることにより、信号線ＰＬ１，ＮＬ１と信号線ＰＬ２，ＮＬ２とが接続される。一方、制御信号ＣＳ４に応じてリレーＲＹ４がＩＩ側に制御されることにより、信号線ＰＬ６，ＮＬ６と信号線ＰＬ２，ＮＬ２とが接続される。

信号線ＰＬ２，ＮＬ２と信号線ＰＬ３，ＮＬ３との間にはリレーＲＹ２が設けられている。リレーＲＹ２は、信号線ＰＬ２，ＮＬ２と信号線ＰＬ３，ＮＬ３との接続／遮断を切り替え可能に構成されている。リレーＲＹ２はさらに、信号線ＰＬ２，ＮＬ２と信号線ＰＬ３，ＮＬ３とが遮断された状態において、信号線ＰＬ３，ＮＬ３を信号線対４６に接続することが可能に構成されている。信号線対４６は、一方端が信号線ＰＬ４に接続された信号線ＰＬ５と、一方端が信号線ＮＬ４に接続された信号線ＮＬ５とから構成される。信号処理部２３からの制御信号ＣＳ２に応じてリレーＲＹ２がＩ側に制御されることにより、信号線ＰＬ２，ＮＬ２と信号線ＰＬ３，ＮＬ３とが接続される。一方、制御信号ＣＳ２に応じてリレーＲＹ２がＩＩ側に制御されることにより、信号線ＰＬ５，ＮＬ５と信号線ＰＬ２，ＮＬ２とが接続される。

図３に示されるように、リレーＲＹ４が制御信号ＣＳ４に応じてＩ側に制御されるとともに、リレーＲＹ２が制御信号ＣＳ２に応じてＩ側に制御されている場合には、信号線ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３が接続されることにより、信号線４０Ｐが形成される。また、信号線ＮＬ１，ＮＬ２，ＮＬ３が接続されることにより、信号線４０Ｎが形成される。この結果、図３中において実線矢印で示されるように、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間に電流が流れる経路が形成される。

信号線対４２は、一方端が信号線ＰＬ１に接続された信号線ＰＬ４と、一方端が信号線ＮＬ１に接続された信号線ＮＬ４とから構成される。信号線対４４は、一方端が信号線ＰＬ３に接続された信号線ＰＬ８と、一方端が信号線ＮＬ３に接続された信号線ＮＬ８とから構成される。信号線ＰＬ４，ＮＬ４と信号線ＰＬ８，ＮＬ８との間にはリレーＲＹ１が接続されている。リレーＲＹ１は、信号線ＰＬ４，ＮＬ４と信号線ＰＬ８，ＮＬ８との接続／遮断を切り替え可能に構成されている。信号処理部２３からの制御信号ＣＳ１に応じてリレーＲＹ１がＩ側に制御されることにより、信号線ＰＬ４，ＮＬ４と信号線ＰＬ８，ＮＬ８とが遮断される。一方、制御信号ＣＳ１に応じてリレーＲＹ１がＩＩ側に制御されることにより、信号線ＰＬ４，ＮＬ４と信号線ＰＬ８，ＮＬ８とが接続される。

リレーＲＹ１が制御信号ＣＳ１に応じてＩＩ側に制御されている場合には、信号線ＰＬ１，ＰＬ４，ＰＬ８，ＰＬ３が接続されるとともに、信号線ＮＬ１，ＮＬ４，ＮＬ８，ＮＬ３が接続される。すなわち、信号線対４２と信号線対４４とが連結される。これにより、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間には、信号線対４０に対して並列に接続された信号線対が形成される。

また、リレーＲＹ２が制御信号ＣＳ２に応じてＩＩ側に制御されている場合には、信号線ＰＬ１，ＰＬ４，ＰＬ５，ＰＬ３が接続されるとともに、信号線ＮＬ１，ＮＬ４，ＮＬ５，ＮＬ３が接続される。すなわち、信号線対４２と信号線対４６とが直結される。この場合においても、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間には、信号線対４０に対して並列に接続された信号線対が形成される。これにより、図４中において実線矢印で示されるように、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間に電流が流れる経路が形成される。

図３および図４に示される構成から明らかなように、リレーＲＹＩをＩ側に制御した状態においては、リレーＲＹ２の制御に応じて、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間には、並列に接続された２つの信号線対が選択的に接続される。以下の説明では、それぞれの信号線対を区別するために、信号線対４０を「主信号線対」とも記し、信号線対４２，４６からなる信号線対を「副信号線対」とも表記する。

ただし、避雷保護回路２５内部でリレーＲＹ２をＩ側からＩＩ側に切り替える過渡期においては、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間の電流経路に瞬断が生じてしまう。そこで、リレーＲＹ２をＩ側からＩＩ側に切り替える過渡期には、最初にリレーＲＹ１をＩＩ側に制御して電圧−電流変換部２４と変換器５０との間に電流経路を形成し、この状態でリレーＲＹ２をＩ側からＩＩ側に切り替える。そして、副信号線対が形成された後に、リレーＲＹ１をＩ側に戻す。このようにして、リレーＲＹ１を一時的にＩＩ側に制御した状態でリレーＲＹ２をＩ側からＩＩ側に切り替えることにより、主信号線対と副信号線対との切り替えを無瞬断で行なうことができる。

信号線対４０（主信号線対）において、信号線ＰＬ２，ＮＬ２には主避雷器２５０が接続される。主避雷器２５０は、避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３と、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２とを含む。避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３は、たとえばバリスタから構成される。避雷素子ＳＰＤ１は、信号線ＰＬ２と信号線ＮＬ２との間に接続される。避雷素子ＳＰＤ２は、リレーＲＹ３を介して信号線ＰＬ２と接地線ＧＮＤとの間に接続される。避雷素子ＰＤ３は、リレーＲＹ３を介して信号線ＮＬ２と接地線ＧＮＤとの間に接続される。抵抗素子Ｒ１は、信号線ＰＬ２に介挿接続される。抵抗素子Ｒ２は、信号線ＮＬ２に介挿接続される。

リレーＲＹ３は、避雷素子ＳＰＤ２と接地線ＧＮＤとの接続／遮断を切り替え可能に構成されている。リレーＲＹ３はまた、避雷素子ＳＰＤ３と信号線ＮＬ２および接地線ＧＮＤとの接続／遮断を切り替え可能に構成されている。リレーＲＹ３はさらに、避雷素子ＳＰＤ２が接地線ＧＮＤから遮断された状態において、避雷素子ＳＰＤ２を信号線ＰＬ２と信号線ＮＬ２との間に接続することが可能に構成されている。リレーＲＹ３はまた、避雷素子ＳＰＤ３が信号線ＮＬ２および接地線ＧＮＤから遮断された状態において、避雷素子ＳＰＤ３を信号線ＰＬ２と信号線ＮＬ２との間に接続することが可能に構成されている。

信号処理部２３からの制御信号ＣＳ３に応じてリレーＲＹ３がＩ側に制御されることにより、信号線ＰＬ２と接地線ＧＮＤとの間に避雷素子ＳＰＤ２が接続されるとともに、信号線ＮＬ２と接地線ＧＮＤとの間に避雷素子ＳＰＤ３が接続される。これにより、中継器２０をサージから保護するための主避雷器２５０が実現される。

これに対して、制御信号ＣＳ３に応じてリレーＲＹ３がＩＩ側に制御された場合には、図５に示されるように、信号線ＰＬ２と信号線ＮＬ２との間に、避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３が並列に接続された状態が形成される。この状態で、リレーＲＹ４をＩＩ側に制御することにより、避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３の各々を漏れ電流検出回路２９に接続させることができる。

信号線対４２（副信号線対の一部）には、副避雷器２５２が接続される。副避雷器２５２は、避雷素子ＳＰＤ４，ＳＰＤ５，ＳＰＤ６と、抵抗素子Ｒ３，Ｒ４とを含む。副避雷器２５２は、リレーＲＹ３を有していない点を除いて主避雷器２５０と回路構成が同じである。すなわち、避雷素子ＳＰＤ４は信号線ＰＬ４と信号線ＮＬ４との間に接続され、避雷素子ＳＰＤ５は信号線ＰＬ４と接地線ＧＮＤとの間に接続され、避雷素子ＳＰＤ６は信号線ＮＬ４と接地線ＧＮＤとの間に接続される。また、抵抗素子Ｒ３は信号線ＰＬ４に介挿接続され、抵抗素子Ｒ４は信号線ＮＬ４に介挿接続される。これにより、図４および図５に示されるように、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間に副信号線対が接続されている場合においても、副避雷器２５２によって中継器２０をサージから保護することが可能となる。

以上のように、本実施の形態に係る中継器２０において、避雷保護回路２５は、主避雷器２５０と副避雷器２５２との二重系を構築する。主避雷器２５０と副避雷器２５２とのいずれを使用するかは、主にリレーＲＹ２の制御によって電圧−電流変換部２４と変換器５０との間に主信号線対（信号線対４０）および副信号線対（信号線対４２，４６）を切り替えて接続することにより、選択することができる。なお、上記のように、主信号線対と副信号線対との切り替え時にはリレーＲＹ１を一時的にＩＩ側に制御することにより、主信号線対と副信号線対との切り替えを無瞬断で行なうことができる。

このような構成とすることにより、後述する主避雷器２５０の劣化診断によって主避雷器２５０の劣化と診断された場合には、主避雷器２５０に代えて副避雷器２５２を使用することができる。主避雷器２５０を劣化した状態で継続使用した場合には、避雷保護回路２５の保護機能の低下や、液位計１００の測定精度の低下を招く可能性がある。また、サージの発生によって内部回路の故障を誘引する虞もある。本実施の形態によれば、主避雷器２５０の劣化と診断された後は、主避雷器２５０の使用を停止するため、このような不具合の発生を未然に防止することができる。また、主避雷器２５０が新品に交換されるまでは副避雷器２５２を使用することによって、避雷保護回路２５の保護機能および液位計１００の測定精度が損なわれず、液位計１００を安定して使用することができる。

なお、本実施の形態において、主信号線対（信号線対４０）は「第１の信号線対」に対応し、副信号線対（信号線対４２，４６）は「第２の信号線対」に対応する。また、リレーＲＹ１，ＲＹ２は、信号処理部２３と変換器５０との間に、第１の信号線対（主信号線対）と第２の信号線対（副信号線対）とを切り替えて接続するための「第１の切替部」に対応する。リレーＲＹ３は、第１の切替部（ＲＹ１，ＲＹ２）によって信号処理部２３および変換器５０の間に第２の信号線対が接続された状態において、主避雷器２５０を漏れ電流検出回路２９に接続するための「第２の切替部」に対応する。リレーＲＹ４は、第２の切替部（ＲＹ３）によって主避雷器２５０が漏れ電流検出回路２９に接続された状態において、第１の信号線対に電圧を供給するための「第３の切替部」に対応する。

［主避雷器の劣化診断］
次に、本実施に形態に係る主避雷器２５０の劣化診断について説明する。図５を参照して、主避雷器２５０の劣化診断は、リレーＲＹ２，ＲＹ３，ＲＹ４の各々をＩＩ側に制御することにより実行される。すなわち、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間には副信号線対（信号線対４２，４６）が接続される。そして、信号線ＰＬ２および信号線ＮＬ２の間には避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３が並列に接続される。さらに信号線ＰＬ２が信号線ＰＬ６を介して信号線ＰＬ１に接続されるととに、信号線ＮＬ２が信号線ＮＬ６を介して漏れ電流検出回路２９に接続される。

これにより、図５中において実線矢印で示されるように、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間に電流が流れる経路が形成される。さらに、図５中において点線矢印で示されるように、信号線ＰＬ２に供給される電圧を受けて、避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３に漏れ電流が流れる経路が形成される。避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３の漏れ電流は漏れ電流検出回路２９に入力される。

なお、主避雷器２５０の劣化診断を行なうときを除いて、漏れ電流検出回路２９は主避雷器２５０から電気的に切り離されている。このため、漏れ電流検出回路２９にサージが侵入するのを回避することができる。

図６は、漏れ電流検出回路２９の構成例を示す回路図である。図６を参照して、漏れ電流検出回路２９は、オペアンプＯＰと、抵抗Ｒ５〜Ｒ１０とを含む。

抵抗Ｒ５は、信号線ＮＬ６と接地線ＧＮＤとの間に接続される。抵抗Ｒ５の一方端は、抵抗Ｒ６を介してオペアンプＯＰの非反転入力端子（＋）に接続される。抵抗Ｒ５の他方端は、抵抗Ｒ７を介してオペアンプＯＰの反転入力端子（−）に接続される。抵抗Ｒ８は、オペアンプＯＰの反転入力端子と接地線ＧＮＤとの間に接続される。抵抗Ｒ９は、オペアンプＯＰの非反転入力端子と出力端子との間に接続される。すなわち、オペアンプＯＰおよび抵抗Ｒ６〜Ｒ９は差動増幅回路を構成する。抵抗Ｒ１０は、オペアンプＯＰの出力端子と信号線ＮＬ１との間に接続される。

このような構成とすることにより、主避雷器２５０から受ける漏れ電流は抵抗Ｒ５によって電圧に変換されてオペアンプＯＰの反転入力端子に入力される。オペアンプＯＰの非反転入力端子には接地電圧が入力される。差動増幅回路は、入力端子間の電圧差、すなわち漏れ電流と抵抗Ｒ５の抵抗値との積に値する電圧を、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ９との抵抗値の比で決まる増幅率で増幅して出力端子に出力する。差動増幅回路の出力電圧は信号処理部２３に伝達される。

信号処理部２３は、漏れ電流検出回路２９の検出値に基づいて主避雷器２５０の避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３が劣化しているか否かを診断する。具体的には、信号処理部２３は、避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３に漏れ電流が流れる経路が形成されていないとき、すなわち、リレーＲＹ３およびＲＹ４がＩ側に制御されているときの漏れ電流検出回路２９の出力電圧を基準値に設定する。そして、信号処理部２３は、リレーＲＹ３およびＲＹ４がＩＩ側に制御されて避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３に漏れ電流が流れる経路が形成されているときの漏れ電流検出回路２９の検出値を受けると、当該検出値と基準値とを比較し、比較結果に基づいて避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３が劣化しているか否かを診断する。

このように、信号処理部２３は、リレーＲＹ３およびＲＹ４の切り替え前後での漏れ電流検出回路２９の検出値の差に基づいて避雷素子の劣化を診断する。漏れ電流検出回路２９においては、構成部品の特性ばらつきや環境温度の変化に起因して検出誤差が生じる場合がある。そのため、避雷素子の劣化度合いが小さいために漏れ電流が微小電流であるときには、検出誤差の影響を受けて正確な劣化診断が困難となる。本実施の形態では、上記のように、基準値と検出値との差をとることによって検出誤差が相殺される。これにより、避雷素子の劣化診断を正確に行なうことができるとともに、避雷素子の劣化を早期に診断することが可能となる。

図７は、本実施の形態に係る中継器２０により実行される主避雷器２５０の劣化診断を説明するためのタイミングチャートである。

本実施の形態において、主避雷器２５０の劣化診断は、たとえば所定の時間間隔で定期的に実行される。なお、主避雷器２５０の劣化診断は、操作部２６（図２）または変換器５０から劣化診断の実行を指示する実行指令を受けたときに実行されてもよい。

図７を参照して、時刻ｔ１以降、液位計１００は通常運転しているものとする。通常運転時には、リレーＲＹ１〜ＲＹ４は、信号処理部２３からの制御信号ＣＳ１〜ＣＳ４に応じてＩ側に制御されている。これにより、図３に示されるように、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間には主信号線対（信号線４０）が接続されるため、実線矢印で示される電流の経路が形成される。したがって、主避雷器２５０が使用状態とされる一方で、副避雷器２５２が非使用状態とされる。

通常運転時において主避雷器２５０の劣化診断の開始条件が成立すると（時刻ｔ２）、最初に、信号処理部２３からの制御信号ＣＳ１を受けてリレーＲＹ１がＩＩ側に制御される。これにより、信号線対４２と信号線対４４とが直結されるため、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間には、信号線対４０に対して並列に接続された信号線対が形成される。

続いて、信号処理部２３からの制御信号ＣＳ２を受けてリレーＲＹ２がＩＩ側に制御される（時刻ｔ３）。これにより、図４に示されるように、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間には副信号線対（信号線４２，４６）が接続される。この状態でリレーＲＹ１をＩＩ側からＩ側に切り替えることにより（時刻ｔ４）、図４中に実線矢印で示される電流の経路が形成される。すなわち、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの間に主信号線対から副信号線対への切り替えが行なわれる。リレーＲＹ１を一時的にＩＩ側に制御した状態でリレーＲＹ２をＩ側からＩＩ側に切り替えることにより、主信号線対と副信号線対との切り替えを無瞬断で行なうことができる。

上記の信号線対の切り替えにより、時刻ｔ４以降は、副避雷器２５２が使用状態とされる一方で、主避雷器２５０が非使用状態とされる。この状態で主避雷器２５０の劣化診断が実行される。具体的には、信号処理部２３からの制御信号ＣＳ３，ＣＳ４を受けてリレーＲＹ３，ＲＹ４がそれぞれＩＩ側に制御される。これにより、図５に示されるように、信号線ＰＬ２および信号線ＮＬ２の間には避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３が並列に接続される。さらに信号線ＰＬ２が信号線ＰＬ６を介して信号線ＰＬ１に接続されるととに、信号線ＮＬ２が信号線ＮＬ６を介して漏れ電流検出回路２９に接続される。この結果、図５中において点線矢印で示されるように、信号線ＰＬ２に供給される電圧を受けて、避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３に漏れ電流が流れる経路が形成される。

漏れ電流検出回路２９は避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３の漏れ電流を検出し、その検出値を信号処理部２３に出力する。信号処理部２３は、漏れ電流検出回路２９の検出値に基づいて主避雷器２５０の避雷素子ＳＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３が劣化しているか否かを診断する(時刻ｔ５）。上記のように、信号処理部２３は、リレーＲＹ３およびＲＹ４の切り替え前後での漏れ電流検出回路２９の検出値の差に基づいて避雷素子の劣化を診断する。

主避雷器２５０の正常と診断された場合、信号処理部２３は、リレーＲＹ３，ＲＹ４をＩＩ側からＩ側に切り替えることにより、主避雷器２５０と漏れ電流検出回路２９とを電気的に遮断する（時刻ｔ６）。信号処理部２３はさらに、リレーＲＹ１をＩＩ側からＩ側に切り替えると、続いて、リレーＲＹ２をＩＩ側からＩ側に切り替える（時刻ｔ７）。リレーＲＹ２をＩ側に切り替えた後、信号処理部２３はリレーＲＹ１を再びＩ側に戻す(時刻ｔ８）。このようにして、時刻ｔ６から時刻ｔ８までの間に副信号線対から主信号線対への切り替えが行なわれる。この結果、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間には主信号線対が接続され、液位計１００は通常運転時の状態に戻る。よって、主避雷器２５０が使用状態とされる一方で、副避雷器２５２が非使用状態とされる。

これに対して、主避雷器２５０の劣化と診断された場合には、信号処理部２３は、リレーＲＹ３，ＲＹ４をＩＩ側からＩ側に切り替えることによって主避雷器２５０と漏れ電流検出回路２９とを電気的に遮断した後（時刻ｔ６）、リレーＲＹ１をＩ側に制御された状態に維持するとともに、リレーＲＹ２をＩＩ側に制御された状態に維持する。これにより、電圧−電流変換部２４と変換器５０との間に副信号線対が接続された状態が維持される。したがって、劣化診断後においても引き続き、副避雷器２５２が使用状態とされる一方で、主避雷器２５０が非使用状態とされる。

すなわち、主避雷器２５０の劣化と診断された後は、副避雷器２５２を使用して液位計１００の通常運転が行なわれる。主避雷器２５０が新品に交換されるまでは副避雷器２５２を使用することによって、避雷保護回路２５の保護機能および液位計１００の測定精度が損なわれず、液位計１００を安定して使用することができる。

なお、主避雷器２５０の劣化と診断された場合には、信号処理部２３は、主避雷器２５０の劣化をユーザに報知するため、変換器５０へ警報の出力を指示する。液位計１００の通常運転時、信号処理部２３は、検出部１０の検出値に基づいて算出された液位を、電流信号に変換して変換器５０に送信する。信号処理部２３は、この変換器５０への送信信号を用いて主避雷器２５０の劣化を報知する。これにより、中継器２０と変換器５０との間に警報出力のための専用の配線を設けることが不要となるため、液位計１００を簡素かつ低廉な構成で実現することができる。

図８は、中継器２０から変換器５０へ送信される信号の波形例を示す図である。図８において、液位を示す電流信号を実線で示している。

図７に示されるタイミングチャートにおいて、主避雷器２５０の劣化と診断された場合（時刻ｔ５）、信号処理部２３は、図８中に破線で示されるように、変換器５０へ送信する電流信号に、診断結果を示す信号を重畳させる。この信号はアナログ信号であってもデジタル信号であってもよい。変換器５０は、電流信号に重畳された信号を検出することにより、主避雷器２５０の劣化を知らせる警報を出力する。

以上説明したように、本発明の実施の形態による中継器によれば、避雷保護回路を、主避雷器と副避雷器との二重系によって構成することにより、主避雷器の劣化と診断された場合には、主避雷器に代えて副避雷器を使用することができる。これにより、主避雷器を劣化した状態で継続使用することによって生じるレベル計の性能低下（避雷保護機能および測定精度の低下など）を防止することができる。この結果、レベル計を安定して使用することが可能となり、レベル計の信頼性を向上させることができる。

また、本発明の実施の形態による中継器によれば、主避雷器の劣化診断を行なうときのみ漏れ電流検出回路を主避雷器に電気的に接続する。これにより、サージが主避雷器を通じて漏れ電流検出回路に侵入するのを回避することができる。

漏れ電流検出回路へのサージの侵入を防止するためには、漏れ電流検出回路と避雷器とを直接電気的に接続することなく、電気磁気的な結合によって避雷器の漏れ電流を検出する構成を採用することも可能である。しかしながら、この構成では部品特性のばらつきや環境温度の変化に起因した検出誤差があるため、微小な漏れ電流の検出が難しいという課題がある。

これに対して、本実施の形態は、漏れ電流検出時のみ主避雷器と漏れ電流検出回路とを電気的に接続する。そして、主避雷器に漏れ電流の経路が形成されていない状態における漏れ電流検出回路の検出値を基準値に設定するとともに、主避雷器に漏れ電流の経路が形成された状態における漏れ電流検出回路の検出値と、当該基準値との差に基づいて主避雷器の劣化を診断する。このような構成とすることにより、漏れ電流検出回路が検出誤差を有している場合であっても、検出値と基準値との差をとることによって当該検出誤差を相殺できるので、微小な漏れ電流を検出することができる。この結果、主避雷器の劣化診断を正確に行なうことができるとともに、主避雷器の劣化を早期に診断することが可能となる。

本実施の形態では、レベル計の一例として、投げ込み式の液位計の構成について説明したが、本発明の適用はこのようなレベル計に限定されるものではない。具体的には、検出部と変換器とを中継するための中継器を備えており、かつ中継器に避雷保護回路が搭載されていれば、本発明を適用することが可能である点について確認的に記載する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 検出部、１１ ケース、１２ 孔、１４ 感圧素子、１６，２２ 増幅部、１８，２４ 電圧−電流変換部、２０ 中継器、２１ 電流−電圧変換部、２３ 信号処理部、２５ 避雷保護回路、２６ 操作部、２７ 表示部、２８ 電源、２９ 漏れ電流検出回路、３０ ケーブル、４０，４２，４４，４６，４８，５０ 信号線対、４０ 変換器、１００ 液位計、２００ 測深管、２１０ 受板、２５０ 主避雷器、２５２ 副避雷器、ＲＹ１〜ＲＹ４ リレー、ＳＰＤ１〜ＳＰＤ６ 避雷素子、Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗。

Claims (7)

1. 測定対象物の表面位置を検出する検出部と、前記測定対象物の表面位置を監視する変換器との間を中継するための中継器であって、
   前記検出部からの検出信号に基づいて前記測定対象物のレベルを測定し、測定値を前記変換器へ送信する信号処理部と、
   第１の信号線対と、
   前記第１の信号線対と並列に接続された第２の信号線対と、
   前記信号処理部と前記変換器との間に、前記第１の信号線対と前記第２の信号線対とを切り替えて接続するための第１の切替部と、
   前記第１の信号線対に設置された主避雷器と、
   前記第２の信号線対に設置された副避雷器と、
   前記第１の切替部によって前記信号処理部および前記変換器の間に前記第２の信号線対が接続された状態において、前記主避雷器の劣化を診断する診断手段とを備え、
   前記診断手段によって前記主避雷器の劣化と診断された場合には、前記第１の切替部によって前記信号処理部と前記変換器との間に前記第２の信号線対が接続された状態が維持される、中継器。
2. 避雷素子の漏れ電流を検出可能に構成された漏れ電流検出回路と、
   前記第１の切替部によって前記信号処理部および前記変換器の間に前記第２の信号線対が接続された状態において、前記主避雷器を前記漏れ電流検出回路に接続するための第２の切替部と、
   前記第２の切替部によって前記主避雷器が前記漏れ電流検出回路に接続された状態において、前記第１の信号線対に電圧を供給するための第３の切替部とを備える、請求項１に記載の中継器。
3. 前記診断手段は、前記第１の信号線対に電圧が供給されていない状態における前記漏れ電流検出回路の検出値を基準値に設定するとともに、前記第３の切替部によって前記第１の信号線対に電圧が供給された状態において、前記漏れ電流検出回路の検出値と前記基準値との差に基づいて前記主避雷器の劣化診断する、請求項２に記載の中継器。
4. 前記診断手段によって前記主避雷器の劣化と診断された場合には、前記第３の切替部によって前記第１の信号線対への電圧供給が停止され、かつ、前記第２の切替部によって前記主避雷器が前記漏れ電流検出回路から切り離された後に、前記第１の切替部によって前記信号処理部と前記変換器との間に前記第２の信号線対が接続された状態が維持される、請求項３に記載の中継器。
5. 前記診断手段によって前記主避雷器が正常と診断された場合には、前記第３の切替部によって前記第１の信号線対への電圧供給が停止され、かつ、前記第２の切替部によって前記主避雷器が前記漏れ電流検出回路から切り離された後に、前記第１の切替部によって前記信号処理部と前記変換器との間に前記第１の信号線対が接続される、請求項３に記載の中継器。
6. 前記診断手段によって前記主避雷器の劣化と診断された場合には、前記信号処理部から前記変換器への送信信号に、診断結果を示す信号を重畳させることによって、前記主避雷器の劣化を前記変換器に報知するための報知手段をさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の中継器。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の中継器と、
   前記検出部と、
   前記変換器とを備える、レベル計。

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