JP7396002B2 - タンク内液位の計測装置及び計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、薬液タンクなどのタンク内の液位を計測する装置及び方法に関する。

多くの工場では、様々な薬品が使用され、それらを備蓄するための貯蔵タンクが薬品毎、使用する目的ごとに配置される。タンク内に貯蔵される薬品は、想定される使用量・使用頻度から設計され、それぞれ生産活動に必要な容量を備えるが、使用される量は季節や需要状況により変化するため、タンク内残存量の管理は欠かせない。そのため、送液ポンプの稼働時間や流量計による使用量の管理や、薬液タンクにレベル計を設置し、残存量を確認することがある（例えば特許文献１）。

しかし、前者の方法はタンク内水位による吸引圧や吐出圧の変化や、送液の脈動などにより誤差を伴うことが多い。後者のように、レベル計による残存量の管理を行う場合、多数のタンク水位を計測することを人が実施することは、時間がかかる上に天候や時間帯による目視誤差などを伴うだけでなく、人的な負荷も大きい。そこで、電気的な出力を持つレベル計をタンクに設置してタンク残量を管理することが多く行われる（例えば特許文献２）。

特許文献２には、タンク内の液位を遠隔位置で検出する液面計として、タンク内に上方から下方にパイプを差し込み、該パイプ内の空気圧を検出して液位を計測する空気圧式液面計が記載されている。

特許文献３には、貯留水に導圧管の一端を浸漬し、導圧管の他端を圧力センサの圧力ポートに接続し、導圧管内の封入気体圧力の検出値に基づいて液位を計測することが記載されている。

特開平６－８９９０号公報 実開昭６２－１５６８３５号公報 特開平５－２４８９１８号公報

液位計測用パイプを既設のタンク上部からタンク内に差し込んで設置する場合、タンク高さが大きい時には、長さの大きいパイプをタンク上に持ち上げて鉛直姿勢とし、パイプ上面のパイプ設置座からタンク内に差し込むことになるが、タンク高さが大きい場合などには、パイプ設置作業にかなりの手間がかかり、コスト高である。

パイプの代りに、可撓性を有したチューブをタンク上部からタンク内に垂らすように差し込むことが考えられる。

即ち、一端側に圧力計が接続されたチューブをタンク内に挿入し、チューブ内の圧力（水頭圧）を計測して、挿入したチューブの下端からの水頭長を算出することで水位を管理するレベル計を用いることが考えられる。

この場合、チューブの下端が常に安定してタンク内の一定高さ位置に固定されることが必要であるが、既設のタンクの場合、チューブ下端をタンク内の任意の部分に固定することは困難である。

また、チューブ下端に重りを取り付けてチューブを挿入する方法も考えられるが、十分な重量を有する重りを取り付けると、挿入時の作業が難しくなるばかりでなく、チューブを交換や点検する場合の作業も難しくなる。

本発明は、タンクに容易に設置することができ、しかも計測精度も高いタンク内液位の計測装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明のタンク内液位の計測装置は、タンク内に上方から下方に向って差し込まれるガイドパイプと、該ガイドパイプ内に先端側から差し込まれるチューブと、該チューブの後端側に接続された、該チューブ内の圧力の検出器とを有する。

本発明のタンク内液位の計測方法は、タンク内に上方からガイドパイプを差し込む工程と、後端に圧力検出器が接続されたチューブを先端側から該ガイドパイプ内に差し込む工程と、該圧力検出器でチューブ内の圧力を計測して該タンク内の液位を算出する工程とを有する。

本発明の一態様では、前記ガイドパイプを構成するための複数のパイプを繋ぎながらタンク内に差し込んで前記ガイドパイプを構成する。

本発明の一態様では、前記ガイドパイプの上端に鍔部を設けておき、前記タンクの上面部に設けられた開口の上縁に該鍔部を係止させることにより該ガイドパイプを該タンク内に配置する。

本発明の一態様では、タンク内に上方からガイドパイプを差し込んでおき、このガイドパイプ内にチューブを上方から差し込むので、チューブをその下端がタンク内の規定位置となるようにタンク内に容易に差し込むことができ、チューブの配置作業が容易である。

また、チューブが浮き上がるようにして変形したり移動したりすることがガイドパイプによって防止されるので、精度よく液位を計測することができる。

タンク高さが大きい場合には、長さがタンク高さの半分以下の比較的短いパイプを繋ぎ合わせながら差し込むようにすることにより、ガイドパイプをタンク内の下部にまで容易に差し込むことができる。

実施の形態に係るタンク内液位の計測装置を備えたタンクの概略的な縦断面図である。

以下、図１を参照して実施の形態について説明する。

タンク１の上面１ａに計測装置の設置口（開口）２が設けられている。この設置口２からタンク１内の下部に向ってパイプ３が差し込まれている。

パイプ３の下端はタンク１の底面１ｂの近傍に位置しているが、底面１ｂより若干上位に位置している。パイプ３の上端に鍔部３ａが設けられており、該鍔部３ａが設置口２の上縁に係合している。

この実施の形態では、パイプ３は鉛直に配置されているが、略上下方向であればよく、鉛直に限定されない。

パイプ３内に可撓性を有したチューブ４が挿入されている。チューブ４の下端はパイプ３内の下部に位置している。チューブ４の下端は開放している。チューブ４の下部に、小重量の重りを取り付けておいてもよい。

チューブ４の上端に、チューブ４内の圧力を検出するための圧力センサユニット５が取り付けられている。

圧力センサユニット５は、半導体圧力センサ等の圧力計測器を備えている。圧力センサユニット５にはノズル状のチューブ接続部５ａが下向きに突設されており、チューブ４の上端が該チューブ接続部５ａに外嵌状に装着されている。チューブ接続部５ａの外周面とチューブ４の上端部の内周面との間は、Ｏリング（図示略）等によって気密に封じられている。

圧力センサユニット５は直接に、又は支持部材（図示略）等によって、タンク１の上面１ａ又はガイドパイプ３に支持されている。

タンク１内の液位がチューブ４の下端よりも上位にまで上昇すると、タンク１内の液がチューブ４の下端からチューブ４内に入り込み、チューブ４内の空気を圧縮するので、チューブ４内の圧力が上昇する。従って、チューブ４内の圧力を圧力センサユニット５で計測することにより、タンク１内の液位を検出することができる。

圧力センサユニット５の検出圧力をＰ１とし、チューブ４内の圧縮空気圧（水圧）をＰとし、図１の通り、
Ｌ０：チューブ４の全長（予め測定しておいた値）（ｃｍ）
Ｌ１：タンク１内の水位（ｃｍ）
Ｌ２：チューブ４の下端からチューブ４内の水面位までの高さ（ｃｍ）
Ｌ３：チューブ４下端のタンク底面１ｂからの高さ（ｃｍ）
としたとき、タンク１内の水位Ｌ１は、下記の計算により求めることができる。

すなわち、タンク１内の水位とチューブ４内の水位差による検出圧力Ｐ１（ｋＰａ）は、高さ１０００ｃｍの水柱の水頭圧が９８ｋＰａであるとすると、
Ｐ１＝（Ｌ１－（Ｌ２＋Ｌ３））／１０００＊９８ …（１）
と表される。また、チューブ４内の空気が圧縮されたことにより、チューブ４内の圧縮空気圧Ｐ（ｋＰａ）は、
Ｐ＝Ｌ０／（Ｌ０－Ｌ２）＊１００ …（２）
となっている。ここで、圧力センサユニット５の検出圧力Ｐ１が０ｋＰａを示しているとき、チューブ４内の圧縮空気圧Ｐは、大気圧、つまり１気圧（１０１．３２５ｋＰａ）である。計算を簡単にする為、Ｐ＝Ｐ１＋１００とし、（２）式をＬ２について解くと、次の（３）式となる。

Ｌ２＝Ｌ０＊（１－１００／（Ｐ１＋１００）） …（３）

（１）式をＬ１について解くと、次の（４）式となる。（４）式に（３）式を代入すると（５）式が得られる。

Ｌ１＝Ｌ３＋Ｌ２＋１０００／９８＊Ｐ１ …（４）
＝Ｌ３＋Ｌ０＊（１－１００／（Ｐ１＋１００）＋１０００／９８＊Ｐ１…（５）

（５）式において、Ｌ３はチューブ４の全長Ｌ０と、タンク１の全高と、チューブ４のタンク上面１ａからの突出長さとから算出される一定値であり、予め（５）式に代入しておく。従って、圧力検出値Ｐ１を（５）式に代入することにより、水位Ｌ１（ｃｍ）が算出される。実際には水温や周囲の気温によりチューブ内に封入した空気の圧力が変化することで計測水位値Ｌ１は変化するので、温度による補正を行うことで、誤差を少なくするのが好ましい。

ガイドパイプ３としては、塩化ビニルなど、耐久性と硬度とを有した硬質な合成樹脂製のものが好適である。

ガイドパイプ３は、図１では上端から下端まで一続きの一本物となっているが、タンク１の高さが大きいときには、複数本のパイプを用意しておき、開口２から第１のパイプをある程度差し込んだ後、第１のパイプの上端に第２のパイプの下端を接続するようにして、所要長さのガイドパイプをタンク１内に配置することができる。

パイプ同士をつなぐには、パイプの両端にフランジを設けており、ボルト及びナットや、クランプ等によってフランジ同士を連結するのが好適である。

チューブ４としては、ポリテトラフルオロエチレン等の軟質なフッ素樹脂製のものが好適であるが、これに限定されない。

１ タンク内液位の計測装置
２ 設置口（開口）
３ ガイドパイプ
４ チューブ
５ 圧力センサユニット

Claims (4)

1. タンク内に上方から下方に向って差し込まれるガイドパイプと、
   該ガイドパイプ内に先端側から差し込まれるフッ素樹脂製のチューブと、
   該チューブの先端部に取り付けられた重りと、
   該チューブの後端側に接続された、該チューブ内の圧力の検出器と
   を有するタンク内液位の計測装置であって、
   前記ガイドパイプは、複数のパイプを繋ぐことにより構成されたものであるタンク内液位の計測装置。
2. タンク内に上方からガイドパイプを差し込む工程と、
   後端に圧力検出器が接続され、先端部に重りが取り付けられたフッ素樹脂製のチューブを先端側から該ガイドパイプ内に差し込む工程と、
   該圧力検出器でチューブ内の圧力を計測して該タンク内の液位を算出する工程と
   を有するタンク内液位の計測方法であって、
   前記ガイドパイプを構成するための複数のパイプを繋ぎながら前記タンク内に差し込んで前記ガイドパイプを構成することを特徴とするタンク内液位の計測方法。
3. 前記フッ素樹脂はポリテトラフルオロエチレン樹脂である請求項２のタンク内液位の計測方法。
4. 前記ガイドパイプの上端に鍔部を設けておき、
   前記タンクの上面部に設けられた開口の上縁に該鍔部を係止させることにより該ガイドパイプを該タンク内に配置することを特徴とする請求項２又は３のタンク内液位の計測方法。

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