JP6853739B2 - 静電容量式レベル計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電体を有する導電筐体と静電容量式レベル計を備え、前記導電筐体内に溜まった液体のレベルを前記静電容量式レベル計で計測する静電容量式レベル計測装置に関する。

従来、互いに絶縁された接地電極と検知電極とを有し、これらの電極間に生じる静電容量の変化から、測定対象物である液体のレベルを連続的に検出する静電容量式レベル計が知られている。

例えば、特許文献１には、金属製の容器５と導通する接地電極である外部電源接続端子部２と、フッ素樹脂などの絶縁被膜６で被覆されて容器５内の水位（レベル）を検知する水位検出電極部３を備え、外部電源接続端子部２と水位検出電極部３との間の静電容量の変化により水位の変化をアナログ的に検出可能な水位検出用電極棒１が開示されている（特許文献１の特許請求の範囲の請求項１、明細書の段落［００３９］〜［００５５］、図面の図１等参照）。

また、特許文献２には、ホッパ部５０に導通される接地電極２５と、ホッパ部５０内に延出される検知電極２６と、ホッパ部５０内に延出され検知電極２６の一部が露出するように検知電極２６の周囲を覆うと共に、接地電極２５と検知電極２６とを絶縁する絶縁部材２７と、を有し、ホッパ部５０内に貯留される高温石炭のレベル位置を静電容量の変化に基づいて検出する静電容量式レベル計２０及び静電容量式レベル測定装置１０が開示されている（特許文献２の特許請求の範囲の請求項１、明細書の段落［００１１］〜［００２１］、図面の図１等参照）。

しかし、特許文献１に開示された水位検出用電極棒１や特許文献２に開示された静電容量式レベル計２０は、検知電極である水位検出電極部３や検知電極２６に汚れが付着するため定期的に検知電極を清掃する必要があった。

また、このような静電容量式レベル計のレベル検知回路は、検知電極と金属容器（容器５やホッパ部５０）が回路の一部に組み込まれた発振回路を構成しており、液体のレベル（高さ、水位）によって発振周波数の変化を検出するものである。

このため、接地電極である外部電源接続端子部２や接地電極２５は、容器５やホッパ部５０との接触抵抗が変化してしまい液体のレベル（水位）が変化したと誤検知しないように、ボルト等で互いにしっかり固定されている必要があった。そのため、従来の静電容量式レベル計測装置では、金属容器（容器５やホッパ部５０）から静電容量式レベル計を取り外して検知電極を清掃する際には、工具等を使って接地電極と金属容器との接続を解除する必要があり、清掃作業に時間が掛かるという問題点があった。

特開２００７−２７１５９３号公報 特開２０１５−１９７４２４号公報

そこで、本発明は、前述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、工具などを使わずに短時間で静電容量式レベル計の脱着ができ、検知電極の定期的な清掃が容易な静電容量式レベル計測装置を提供することにある。

第１発明に係る静電容量式レベル計測装置は、導電体を有する導電筐体と静電容量式レベル計を備え、前記導電筐体内に溜まった液体のレベルを前記静電容量式レベル計で計測する静電容量式レベル計測装置であって、前記静電容量式レベル計は、前記導電筐体と導通する接地電極と、前記接地電極と絶縁されて前記液体のレベルを検知する検知電極と、を有し、前記導電筐体と前記検知電極との間に生じる静電容量の変化から前記液体のレベルを計測するものであり、前記静電容量式レベル計は、絶縁材を介して前記導電筐体に取り付けられているとともに、前記検知電極は、前記導電筐体の内部に向け前記導電筐体と離間した状態で突設され、前記接地電極は、導電性ばねにより前記導電筐体に対して弾接されて導通されていることを特徴とする。

第２発明に係る静電容量式レベル計測装置は、第１発明において、前記導電筐体は、上部筐体と下部筐体とに分離可能に構成されていることを特徴とする。

第３発明に係る静電容量式レベル計測装置は、第１発明又は第２発明において、前記導電性ばねの一端は、前記静電容量式レベル計又は前記導電筐体のいずれかに固着されていることを特徴とする。

第４発明に係る静電容量式レベル計測装置は、第１発明〜第３発明のいずれかの発明において、前記導電性ばねは、金属製の板ばねであることを特徴とする。

第５発明に係る静電容量式レベル計測装置は、第１発明〜第４発明のいずれかの発明において、前記導電筐体には、前記静電容量式レベル計で計測した前記液体のレベルの計測値を送信する通信手段が装着されていることを特徴とする。

第６発明に係る静電容量式レベル計測装置は、第１発明〜第５発明のいずれかの発明において、前記検知電極は、絶縁材で被覆されていることを特徴とする。

第１発明〜第６発明によれば、工具などを使わずに短時間で静電容量式レベル計の脱着ができ、検知電極の定期的な清掃が容易となる。また、第１発明〜第６発明によれば、導電性ばねが、その付勢力により導電筐体に所定の圧力以上で当接（弾接）していることとなるため、装置に振動等が作用した場合であっても、導電性ばねと導電筐体との間の接触抵抗（電気抵抗）が変化して液体のレベル（水位）を誤検知するおそれが少ない。

その上、第１発明〜第６発明によれば、導電筐体内に静電容量式レベル計が設置されているので、静電容量式レベル計が安定保持され、より正確なレベル計測が可能となる。

特に、第２発明及び第３発明によれば、導電筐体が上部筐体と下部筐体とに分離可能に構成されているので、静電容量式レベル計の脱着、清掃がさらに容易となり、より短時間で行うことができる。

特に、第４発明によれば、導電性ばねが板ばねであるため、導電筐体から静電容量式レベル計を簡単にスライド移動させることができ、脱着が極めて容易となる。また、第４発明によれば、導電性ばねが汎用品であるため、安価であるとともに耐久性が高く経年的にも誤検知するおそれが少なくなる。

特に、第５発明によれば、広範囲な土地に点在する各計測点において計測対象となる液体のレベルの増減をリアルタイムで把握することが可能となり、見回りや、遠距離に移動しての計測が必要なくなる。このため、液体のレベル計測に掛かる労務コストを大幅に低減することができる。

特に、第６発明によれば、さらに正確に液体のレベル計測を行うことができるとともに、絶縁材を撥水性や剥離性の高い樹脂とすることにより、泥水などの汚れを防ぐことができ、さらに検知電極の清掃が容易となる。

本発明の実施形態に係る静電容量式レベル計測装置を示す斜視図である。 同上の静電容量式レベル計測装置を水平方向に見た正面図である。 同上の静電容量式レベル計測装置の基礎を示す斜視図である。 同上の基礎の構成を示す分解斜視図である。 同上の静電容量式レベル計測装置の導電筐体の構成を示す分解斜視図である。 同上の導電筐体を主に示す水平方向に見た正面図である。 同上の静電容量式レベル計測装置の静電容量式レベル計を模式的に示す斜視図である。 同上の静電容量式レベル計測装置の上段ケースを取外した状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る静電容量式レベル計測装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

先ず、図１〜図７を用いて、本発明の実施形態に係る静電容量式レベル計測装置１の構成について説明する。静電容量式レベル計測装置１が、冠水や洪水のおそれのある道路や水路に立設されて、水位を計測し、道路封鎖や避難開始及び封鎖解除や避難解除の判断に用いられる水位計測装置として用いられる場合を例示して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る静電容量式レベル計測装置１を示す斜視図であり、図２は、静電容量式レベル計測装置１を水平方向に見た正面図である。

本実施形態に係る静電容量式レベル計測装置１が設置される場所は、具体的には、通行の邪魔にならない歩道、自転車道、植樹升、中央分離帯などの周囲よりも相対的に高さの低い窪地や谷間等の比較的冠水や洪水のおそれのある地面等である。

この静電容量式レベル計測装置１は、図１、図２に示すように、地面等に埋設される基礎２と、この基礎２上に設置される導電体を有する導電筐体３と、この導電筐体３に挿置された静電容量式レベル計４など、から構成されている。この静電容量式レベル計測装置１は、導電筐体３内に浸入した水（計測対象の液体）の水位（レベル）を計測する水位計測装置である。

勿論、静電容量式レベル計測装置１は、基礎２が無く、ベースプレートに直接導電筐体３が立設することも、トンネルやアンダーパスの壁面、水路内の底面やコンクリート擁壁部分に導電筐体３を鋼製バンド等で直設固定することも可能である。

（基礎）
次に、図３、図４を用いて、静電容量式レベル計測装置１の基礎２について説明する。図３は、静電容量式レベル計測装置１の基礎２を示す斜視図であり、図４は、その基礎２の構成を示す分解斜視図である。この基礎２は、図３、図４に示すように、地面に埋設されるコンクリートブロック２０と、このコンクリートブロック２０に立設された基礎パイプ２１など、から構成され、導電筐体３を支持して自立させる機能を有している。

コンクリートブロック２０は、図４に示すように、中央に上下に貫通する正方形状（矩形）の上下貫通口２０ａが形成された、３００ｍｍ×３００ｍｍ×４００ｍｍの平面視正方形状（矩形状）の市販の升型コンクリートブロックである。

また、基礎パイプ２１は、ＳＵＳ３０４からなるステンレス鋼管であり、側面周面の上部中央付近に左右対象に一対の縦長な長方形状の側面貫通孔２２が穿設されている。

この側面貫通孔２２は、静電容量式レベル計測装置１の設置場所が冠水した場合に、計測対象となる水が浸入してくる経路となっている。このように、地表付近に形成された幅が狭い側面貫通孔２２を通って水を浸入させることで、氾濫水に混入した流木や落ち葉等などの浮遊ゴミが静電容量式レベル計測装置１内に入ってくるのを防いでいる。このため、水位の検知精度が低下したり、静電容量式レベル計４が損傷したりすることを防ぐことができる。

なお、これらの側面貫通孔２２の個数、形状、位置は、静電容量式レベル計測装置１の周りに増水した冠水や洪水の水が特段のタイムラグなく浸入可能であればよく、用途や接地箇所に応じて適宜変更してもよいことは云うまでもない。

また、基礎パイプ２１がコンクリートブロック２０の上下貫通口２０ａに挿置され、モルタルなどの一定期間経過後硬化する経時性硬化材である充填材２３が側面貫通孔２２の下端が丁度埋まる程度の高さまで打設される。そして、充填材２３が硬化することで基礎パイプ２１とコンクリートブロック２０とが一体化されて基礎２が構築される（図３参照）。

（導電筐体）
次に、図５、図６を用いて、静電容量式レベル計測装置１の導電筐体３について説明する。図５は、静電容量式レベル計測装置１の導電筐体３の構成を示す分解斜視図であり、図６は、導電筐体３を主に示す水平方向に見た正面図である。

導電筐体３は、導電体であるＳＵＳ３０４のステンレス鋼管を備えた外装ケースであり、図５、図６に示すように、上部筐体である上段ケース３０と、下部筐体である下段ケース３１など、から主に構成されている。勿論、本発明に係る導電筐体は、ステンレス鋼管に限られず他の金属管、その他導電性の高い物体から構成されていればよい。

上段ケース３０は、ＳＵＳ３０４のステンレス鋼管からなる上管３２と、この上管３２の上端に嵌着された樹脂製の樹脂キャップ３３など、から構成されている。この樹脂キャップ３３は、上管３２に接着剤で接着固定されている。なお、この上段ケース３０は、静電容量式レベル計４で計測した水位の計測値を送信する後述の通信手段５を収容する収容スペースであり、樹脂キャップ３３は、通信手段５のアンテナが収容されるスペースである（図６参照）。このため、通信手段５のアンテナが導電体で遮蔽されて無線通信ができなくならないように、樹脂キャップ３３が樹脂製となっている。但し、上段ケース３０は、後述のように、接地電極と直接導通されるものではないため導電体である必要はない。このため、上管３０は樹脂でもよく、樹脂ケース３３と一体化したものであってもよい。

下段ケース３１は、ＳＵＳ３０４のステンレス鋼管から主に構成され、この下段ケース３１の側周面の下端には、前述の側面貫通孔２２と対応する位置に長方形状（矩形状）に切り欠かれた左右一対の切欠き部３１ａが形成されている。

この下段ケース３１には、静電容量式レベル計４が収容されており、下段ケース３１内のスペースが、切欠き部３１ａから下段ケース３１内に浸入した水のレベルを計測する計測スペースとなっている。

また、図５に示すように、上管３２の外周面の下端付近、及び下段ケース３１の内周面の上端付近には、ねじが切削加工されて形成されており、上段ケース３０と下段ケース３１は、ねじ止め固定及び分離が自在となっている。

なお、図１、図２に示すように、導電筐体３が地面に埋設されたコンクリートブロック２０から突設する基礎パイプ２１に外嵌された上、下段ケース３１の外周面から基礎２の基礎パイプ２１へ向けボルトやビス等（図示せず）をねじ込んでねじ止め固定することで設置されている。

（静電容量式レベル計）
次に、図７を用いて、静電容量式レベル計測装置１の静電容量式レベル計４について説明する。図７は、静電容量式レベル計測装置１の静電容量式レベル計４を模式的に示す斜視図である。

静電容量式レベル計４は、円筒状のレベル計本体４０と、前述の導電筐体３と導通する接地電極４１と、この接地電極４１と絶縁されて水位を検知する検知電極４２など、から構成されている。また、レベル計本体４０の外周面には、左右一対の導電性ばね４３が取り付けられている。

このレベル計本体４０には、検知電極４２の静電容量の変化から水位を算出するべく、発振周波数の変化を検出するレベル検知回路として発振回路が組み込まれ、その発振周波数の変化を水位情報に変換して外部へ出力するアンプが内蔵されている。なお、このレベル計本体４０は、上段ケース３０から吊り下げ支持され、レベル計本体４０のアンプと通信手段５とは、有線で電気的に接続されている。

よって、レベル計本体４０のアンプから出力される情報は、前述の上段ケース３０に収容された通信手段５に送信され、通信手段５から他の親機や基地局に無線で発信されて伝達されることとなる。

また、接地電極４１は、電気的に導電性ばね４３に接続され、導電性ばね４３がその付勢力により導電筐体３の下段ケース３１に所定の圧力以上で弾性的に当接（即ち弾接）することで、導電筐体３と接地電極４１とが電気的に接続されて導通されることとなる。

このため、従来のように、静電容量式レベル計４を取り外す際に、レンチやスパナなどの工具を使って接地電極４１と金属容器である導電筐体３とのボルト接合を緩めるような手間の掛かることを行う必要がない。また、導電筐体３の下段ケース３１に所定の圧力以上で当接することにより、静電容量式レベル計測装置１に、車両や地震などの振動が作用した場合であっても、導電性ばね４３と導電筐体３との間の接触抵抗が変化して水位を誤検知するおそれが少ない。

検知電極４２は、レベル計本体４０の下端から下方へ向け下段ケース３１と離間した状態で突設されている。また、本実施形態に係る検知電極４２は、絶縁体によって被覆されている。これは、検知電極４２の静電容量が水位の変化以外の他の要因で変動するのを防ぐためである。絶縁体は、シリコン樹脂やフッ素樹脂等の撥水性や剥離性が高く泥などの汚れが付着しにくい樹脂であることが好ましい。検知電極４２に泥などの汚れが付着しにくくなり、清掃をより短時間で行うことができるからである。

導電性ばね４３は、ＳＵＳ３０４のステンレス製の板ばねである。勿論、本発明に係る導電性ばねは、ステンレス製に限られず、他の金属など導電性を有する素材であればよい。また、本発明に係る導電性ばねは、板ばねに限られず、コイルばね、ねじりコイルばね、スナップピンなどの他のばねであっても構わない。要するに、本発明に係る導電性ばねは、その付勢力により導電筐体３に所定の圧力以上で弾接して導通可能であればよい。但し、導電性ばね４３を板ばねとすることにより、導電筐体３から静電容量式レベル計４を簡単にスライド移動させることができ、脱着が極めて容易となる。

また、本実施形態に係る導電性ばね４３は、レベル計本体４０の外周面に左右一対、計２個装着されているが、導通可能であれば３個を以上の複数であっても１つであっても構わない。しかし、この導電性ばね４３は、その付勢力で押圧してレベル計本体４０の平面上の設置位置が、下段ケース３１の軸芯に位置するように保持し、検知電極４２が導電体である導電筐体３からの離間距離が均等となるように保持する機能も有している。このため、本発明に係る導電性ばねは、下段ケース３１の軸芯を中心に点対称に均等に複数設けられていることが好ましい。

そして、導電性ばね４３の一端がレベル計本体４０の外周面に固着されているものを例示して説明したが、導電性ばね４３の一端が、下段ケース３１の内周面に固着されて検知電極４２に弾接するものであっても構わない。また、導電性ばね４３が下段ケース３１及びレベル計本体４０のいずれにも固着されるものでもなく、他の部材に固着されている構成であっても構わない。要するに、本発明に係る導電性ばねは、導電性ばねを介して接地電極４１と導電筐体３とが電気的に接続されている構成であればどこに固着されていてもよい。

（通信手段）
上段ケース３０に収容されている通信手段５は、電源として乾電池などのバッテリーを備え、アンテナを介して他の端末装置や基地局へ無線信号を送信する通信手段である。このため、静電容量式レベル計測装置１は、有線による商用電源から引き込みが不可能な場所へも設置が可能となり、設置可能な範囲が広がる。

次に、図８を用いて、前述の静電容量式レベル計測装置１の上段ケース３０の取外し、及び検知電極４２の清掃方法について説明する。図８は、静電容量式レベル計測装置１の上段ケース３０を取外した状態を示す斜視図である。

前述のように、静電容量式レベル計測装置１の上段ケース３０と下段ケース３１は、ねじにより分離が自在となっている。このため、ねじを緩める方向へ上段ケース３０を回転すると簡単に下段ケース３１から上段ケース３０を取り外すことができる。

このとき、前述のように、レベル計本体４０が上段ケース３０に吊り下げ支持されているため、図８に示すように、上段ケース３０を下段ケース３１から取り外すと、静電容量式レベル計４も引き抜かれることとなる。

これは、静電容量式レベル計測装置１の接地電極４１と導電筐体３との接続が、従来のようにボルトによるねじ止め固定ではなく、導電性ばね４３を介して弾接的に当接した弾接状態であるからである。このように、導電性ばね４３で下段ケース３１に当接しているだけであるため、上段ケース３０を回転させる際にも、導電性ばね４３が下段ケース３１の内周面に対して摺動することができ、上段ケース３０の回転を阻害することがない。

また、図８に示すように、上段ケース３０を下段ケース３１から取り外すと、静電容量式レベル計４が略全部露出することとなり、検知電極４２の清掃が極めて容易となる。その上、上段ケース３０を下段ケース３１から取り外し自在であるため、上段ケース３０内に収容された通信手段５のバッテリーの交換も容易である。

以上説明した本実施形態に係る静電容量式レベル計測装置１によれば、工具などを使わずに短時間で静電容量式レベル計４の脱着ができ、検知電極４２の定期的な清掃が容易となる。

また、静電容量式レベル計測装置１によれば、導電性ばね４３により下段ケース３１に所定の圧力以上で弾接していることとなる。このため、車両や地震などの振動が静電容量式レベル計測装置１作用した場合であっても、導電性ばね４３と導電筐体３との間の接触抵抗が変化して水位を誤検知するおそれが少ない。

その上、静電容量式レベル計測装置１によれば、導電筐体３内に静電容量式レベル計４が設置されているとともに、導電性ばね４３により検知電極４２が導電体である導電筐体３からの離間距離が均等となるように保持されている。このため、静電容量式レベル計４が安定保持され、より正確な水位の計測が可能となる。

それに加え、静電容量式レベル計測装置１によれば、通信手段５により静電容量式レベル計４で計測した水位が制御間隔ごとに送信可能となっている。このため、静電容量式レベル計測装置１を設置した場所の水位をリアルタイムで把握することが可能となり、避難指示や封鎖解除の指示が極めて的確に出すことができる。このため、広範囲な土地に点在する各計測点における水位の増減を見回ることや、遠距離移動しての計測が必要なくなる。このため、冠水や洪水に関する水位計測に掛かる労務コストを大幅に低減することができる。

以上、本発明の実施形態に係る静電容量式レベル計測装置について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

特に、導電体としてＳＵＳ３０４のステンレス製のものを例示して説明したが、導電性を有していればよいことは云うまでもない。また、静電容量式レベル計測装置で計測する液体として水を例示して説明したが、静電容量式レベル計で計測可能であれば他の液体の計測にも適用することができる。例えば、工場等で材料の流出の有無や材料のレベル変動を把握するのにも適用することができる。

１：静電容量式レベル計測装置
２：基礎
２０：コンクリートブロック
２０ａ：上下貫通口
２１：基礎パイプ
２２：側面貫通孔
２３：充填材
３：導電筐体
３０：上段ケース
３１：下段ケース
３１a：切欠き部
３２：上管
３３：樹脂キャップ
４：静電容量式レベル計
４０：レベル計本体
４１：接地電極
４２：検知電極
４３：導電性ばね
５：通信手段

Claims (6)

1. 導電体を有する導電筐体と静電容量式レベル計を備え、前記導電筐体内に溜まった液体のレベルを前記静電容量式レベル計で計測する静電容量式レベル計測装置であって、
   前記静電容量式レベル計は、前記導電筐体と導通する接地電極と、前記接地電極と絶縁されて前記液体のレベルを検知する検知電極と、を有し、前記導電筐体と前記検知電極との間に生じる静電容量の変化から前記液体のレベルを計測するものであり、
   前記静電容量式レベル計は、絶縁材を介して前記導電筐体に取り付けられているとともに、
   前記検知電極は、前記導電筐体の内部に向け前記導電筐体と離間した状態で突設され、
   前記接地電極は、導電性ばねにより前記導電筐体に対して弾接されて導通されていること
   を特徴とする静電容量式レベル計測装置。
2. 前記導電筐体は、上部筐体と下部筐体とに分離可能に構成されていること
   を特徴とする請求項１記載の静電容量式レベル計測装置。
3. 前記導電性ばねの一端は、前記静電容量式レベル計又は前記導電筐体のいずれかに固着されていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量式レベル計測装置。
4. 前記導電性ばねは、金属製の板ばねであること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電容量式レベル計測装置。
5. 前記導電筐体には、前記静電容量式レベル計で計測した前記液体のレベルの計測値を送信する通信手段が装着されていること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電容量式レベル計測装置。
6. 前記検知電極は、絶縁材で被覆されていること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電容量式レベル計測装置。

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