JPH0544963B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、タンク又はコンテナ内の異なる流体
間の界面の位置を検知する装置に関する。この種
の装置は、例えばタンク内の流体のレベルを測定
するために用いることができる。

特に、本発明は、例えば貯蔵タンク（例えば船
上又は陸上の）、貯蔵所、路上タンカー、小売ス
タンド等で用いられるよう構成した流体液面計に
関する。

２個以上の異なる物質間の界面の位置を測定す
る装置は通常知られている。一般に知られた流体
液面計は、機械的測定原理、例えばレベル指示器
と接続したフロートに基礎を置いている。

もうひとつ別の周知の流体液面計は、良く知ら
れたキヤパシタンス測定原理に基づいている。こ
の種の容量計は、つぎのように作動する。

静電容量液面計は、２個の手段よりなる。これ
らの手段は例えばタンク又はコンテナ内の流体中
に鉛直に配置された絶縁金属管であつて、キヤパ
シタンスを形成する。流体は、前記手段間のスペ
ースを満たし、誘電体としてはたらく。前記手段
間の誘電体は、液面計の静電容量値に影響する。
所定の誘電体と静電容量値に対する影響は、当業
者に公知であるから、ここでは詳しく説明しな
い。タンク又はコンテナ内のレベルより上の誘電
体が気体であり、レベル下の誘電体が液体であれ
ば、当業者には、タンク内のこの液体のレベル
を、静電容量測定から決定し得ることは明らかで
ある。

更に、複数個のセクシヨン又はセグメント、セ
グメントの静電容量値を測定する手段、及びキヤ
パシタンス値の測定からタンク内のレベルに関す
る情報を誘導する手段よりなる区分化静電容量液
面計を用いることも既に知られている。

しかし、この種の（区分化された）静電容量液
面計は導電性流体、例えば水中での使用にはあま
り適していない。更に、この種の装置は多相混合
物、例えば水、油及びガスの混合体中で使用する
ことは出来ない。従つてこれらの公知の液面計
は、明らかに異なる誘電率を持つ流体間の界面の
位置を決定するのに使用できるだけである。

異なる流体の誘電率が同じであるか、又はほぼ
同じであれば、前記界面の位置は正確に決定出来
ない。

本発明の目的は、簡単で安価な、例えば小売ス
タンド、貯蔵所、貯蔵タンク、船、路上タンカ
ー、等で使用するための、導電性又は非導電性流
体内で作動する液面計を提供することである。

広い温度範囲にわたつて作動することができ、
更に原油や化学薬品を含む、誘電率の差があまり
大きくない多数の流体内で作動するのに適した液
面計を提供することも、本発明のもう一つの目的
である。付着や詰まり（fouling）に不感であり、
一以上の界面、例えば気体、油、及び水の入つた
コンテナ内の気／液又は液／液界面を測定し得る
液面計を提供することも、本発明の更にもう一つ
の目的である。

本発明によれば、前記目的は、タンク又はコン
テナ内の互いに異なる流体間の界面の位置を検知
する装置であつて、この装置は、タンク又はコン
テナ内に鉛直に配列された複数のセル部材からな
り、セル部材の各々は、AC信号送出手段に接続
されていると共に垂直に配列された平面状の第１
の導電素子と、第１の導電素子と絶縁されてお
り、第１の導電素子と協働してギヤツプを形成す
るように第１の導電素子に対向しており、AC信
号送出手段に接続されている平面状の第２の導電
素子からなり、前記装置は、前記第１及び第２の
導電素子と絶縁されており、前記第１の導電素子
及び前記第２の導電素子の間に配置されていると
共に、ゼロ電位と接続されている平面状の導電部
材を備える前記装置によつて達成される。

本発明の装置によれば、各々が電気的に動作可
能であり更に信号検出手段を備えたセルが複数配
置されているため、セル各に伝達されたAC信号
を検出し、その値を比較することにより流体の特
性にかかわらず流体間の界面の位置を決定し得
る。

更に本発明の装置は簡単な構成からなり、機械
的な動作を行う部分を有しないため、付着や詰ま
りに対して不感である。

以下に、本発明を、例として添付図面を参照し
て更に詳しく説明する。

第１図は、液面計の構造を概略的に示す。

液面計構造５は、液体７及び気体８を入れた容
器６内に鉛直方向に配置された堅牢な機械的構造
（簡明化のため、図示しない）上に任意の方法で
鉛直方向に整列して取り付けられた複数個のセル
４より成る。こうして、液体−気体界面Ｉが存在
する。しかし、本発明は液体−気体界面の位置の
測定のみに限定されないことを理解されたい。本
具体例では、簡明化のため、３個のセル４だけを
図示した。しかし、目的に適えば、任意の個数の
セルを使用することが出来る。各セル４は位置と
“値”が決まつている。各セルの位置とは、セル
配列内でのこのセルの位置であつて、各セルにつ
いて正確に分かつている。各セルの“値”は、こ
のセル内の媒質又は流体の量と電気的特性に従
う。全部のセルのこの“値”が電気的に測定され
る。この測定については、以下に更に詳しく説明
する。各セル４は、それぞれ相互に絶縁され、Ｕ
字形に配置された３個の平坦な導電性の素子１，
２，３よりなる。セル部材としての素子１および
２は高さＨ、幅Ｗを持ち、相互に対向して配置さ
れている。

より有利な具体例では、素子１，２，３は平面
である。但し、目的に適う任意の形状及び配置、
例えば同心の筒状素子又はＶ字形に配置した素子
を用い得ることが理解されよう。Ｖ字形状は、粘
着性又は付着性をもつ、あるいは粘性の高い物質
に採用すれば特に有利である。

各セル４は、流体、この場合は気体又は液体の
存在を検出するのに使用される。セルは、素子１
及び２間のギヤツプＧ内の媒質の２つの電気的特
性に応じるセンサとして働く。

各セル４の“値”は、導電性、セル内媒質の誘
電率、セル内液の高さＦ、及びセル自体の形状と
材質に依存する。既に述べたように、液面計内の
液柱を決定するために、全部のセルの“値”を電
気的に測定する。液体内に完全に沈められたセル
の“値”は、気体内に沈められたセルとは異な
る。液体−気体界面を含むセルは、その中間の
“値”を持つであろう。値全部を検査することに
よつて、完全に沈められたセルの数を決定するこ
とができ、その結果気−液界面を含むセルの位置
が特定できる。このセルの浸漬分は、それぞれ液
体と気体に完全に沈んだ隣接する２つのセルの値
を用いて補間法により正確に決定することができ
る。この種の補間法は、当業者に公知の技術であ
るので、詳述は差し控える。以上の説明から、セ
ル内の液高Ｆの決定は、各セル内の媒質の特性に
関らず実施されることは明らかであろう。

液柱の総高は、該当する界面を含むセルの位置
とこのセル内の液高Ｆとの合計である。

従つて、タンク又はコンテナ内の液高は、液面
計がタンク又はコンテナ内で正確に位置決めされ
れば、決定出来る。

以上の説明は、一次関係が、セルの“値”と界
面レベルＦの間に存在するとの仮定に基いてい
る。

但し、セルの末端では、非一次関係が生じるで
あろう。例えば界面近傍に位置するセルは、既に
僅かながらこの界面に影響されている。このよう
な影響を最小化するには、セル間の距離を適当な
方法で、例えば１mmに選択する必要がある。

３個のセルの代わりに４個のセルにこの補間法
を適用すれば、この“末端効果”が除去できる。

第２図には、各セルの作動原理を概略的に示
す。

先に説明したように、各セル４は、平面よりな
る導電性の素子１，２，３を含み、これらの素子
は相互に絶縁され、流体の入り得るギヤツプＧが
存在するように配列されている。素子３は、ゼロ
電位に接続する。各導電面は、流体と直に接触す
るか、又は、所望によつては、絶縁層（図示せ
ず）を用いて流体から分離され得る。

既に説明したように、セルの“値”は、素子１
から素子２への電気信号の伝達に従う。この種の
伝達は素子３によつて影響される。

この伝達は、ギヤツプＧ内の流体又は媒質の導
電効果と誘電効果の結合に依存する。

素子１は、任意の適当な方法でAC信号発生手
段としてのAC信号発生器Ｃに接続される。本発
明の更に有利な具体例では、10kHz−100kHzの周
波数範囲のAC信号、特に25kHz AC信号を発生
する。

素子２は任意の適当な方法で、信号検出手段と
してのAC増幅器Ａに接続される。増幅器Ａから
のAC信号は、界面位置の情報を得るために、目
的に適う任意の方法で処理できる。増幅器Ａの出
力電圧は、素子１から素子２に伝達する信号に比
例する。本発明の更に有利な具体例では、信号検
出手段は、伝達されたAC信号の振幅の変化を検
出する振幅検出器である。

セル内に導電性流体又は媒質Ｍが存在すれば、
素子３はこの流体内に一種の導電領域９を生じ、
素子１及び２間に“スクリーン”を形成して素子
１から素子２への信号の伝達に大きく影響する
（第３Ａ図参照）。

第３Ｂ図には、素子１からの信号の大半が素子
３を経由して送られ、更にこの信号のごく僅かな
部分のみが素子２に受容されることを概略的に示
す。従つて導電性の高い媒質中では、増幅器Ａの
出力は低くなる。

非導電性流体又は媒質の場合は、素子１及び２
間の信号伝達は、主としてセル内の媒質の誘電率
によつて決定され、従つて素子３の影響は小さい
だろう。それ故、誘電率の高い媒質では、増幅器
Ａの出力は高くなる。

０〜１の誘電率をもつ気体中では、増幅器Ａの
出力は中間値をとる。

素子１，２，３が絶縁平面素子である場合に
は、動作はもう少し複雑だが、ほぼ上の説明どう
りであることが分かるだろう。

第４図は、僅かに導電性の媒質中に絶縁平面素
子をもつセルのための等価回路を示す。

符号１，２，３は、第２図のセル４の素子１，
２，３を示す。

C₁，C₂，C₃は、それぞれ素子１，２，３のキ
ヤパシタンスを示す。R₁，R₂，R₃及びC₄，C₅，
C₆は、液体の電気的特性（それぞれ導電率、誘
電率）によつて決定される。

第５図は、第２図の具体例の改良形を示す。

符号１，２，３，４，Ｃ，Ａは、第２図に用い
たものと同一である。増幅器Ａの出力は、ここで
は位相感度整流器Ｄに接続されている。素子１か
ら素子２への信号伝達は、信号の振幅のみならず
位相にも関連することが分かる。それ故、位相感
度整流器Ｄは、増幅器ＡのAC信号を高い線型を
もたせて再生するばかりでなく、第４図の回路の
パラメータ値の変化によりDC出力をも変化させ
る。このDC出力変化は、振幅検出器だけでは感
知し得ないだろう。本発明の更に有利な具体例で
は、各セル４は固有のAC発生器と増幅器／検出
器を備える。

第６図は本発明の装置の他の具体例の構成図を
概略的に示す。AC発生器Ｃは、複数個のスイツ
チ手段S₁……S_oを介して各セルの素子１₁……１_o
に接続される。これらのセルは、互いに鉛直方向
に整列して配置されている。（簡明化のため、セ
ル間の接続と構造の詳細は図示しない）。素子２₁
……２_oは、各素子１₁……１_oから所定の距離に
配置されている。

本実施例では、各セルの全部の素子２₁……２_o
が接続されており、従つて長い引上プレート２は
液面計の全長に及ぶ。

タンク又はコンテナの底から頂上までの全部の
セルの値は、例えば共通電子式ゲージ−ヘツド
（図示せず）のような適切な装置により逐次的に
測定され、デジタル化され、レベル情報を得るた
め受信機−計算機（図示せず）に逐次的に伝達さ
れる。但し、セルの“値”を測定するステツプ
は、目的に適う任意の方法で行なわれることがで
き、必ずしも、底から頂上までに限定されない。
また、電子計算機更にデータ処理装置をこの目的
のため、適当な方法で配置することもできる。例
えば電子回路（図示せず）はセルの近傍に配置し
てもよい。しかし、すでに述べたように、液面計
の頂上部に、あるいはタンク又はコンテナの外側
に電子装置を配置することもできる。後者の場合
では、装置の操作は、タンク内よりはるかに高い
温度で実施できる。

簡明化のため、電子計算機更に、データ処理装
置は図示していない。既に述べたように、液面よ
り下に位置するセルの伝達信号の測定振幅は所定
“値”をもち、この“値”は液面より上のセルの
“値”とは異なる。

全部のセルの“値”を例えば逐次的に決定する
ことによつて、これらの“値”中の変化を決定す
ることができ、従つてここから液高を導くことが
できる。

本発明の好ましい具体例（簡明化のため図示せ
ず）によれば、素子３は、構造を堅牢にするた
め、金属棒の形をとることができる。更に有利な
具体例（簡明化のため図示せず）では、素子２
は、ワイヤの形をとるこができる。

第６図の本発明の装置の他の具体例では、ワイ
ヤリング及び漂遊効果を除去するため、各セルの
近くにスイツチ手段S₁……S_oを配置するのがよ
い。但し、これらのスイツチ手段を所定の距離に
配置してもよい。スイツチ手段は、任意の適当な
方法で、例えば機械的に、磁気的に、電子的に作
動させてもよい。

本発明の好ましい具体例では、スイツチ手段と
してシフトレジスタを用いる。更に分かること
は、セルは目的に適う任意の寸法及び形状であつ
てよい。本発明の好ましい具体例では、セルは、
高さ７mm、幅８mm、素子１及び素子２間のギヤツ
プＧは５mmであり、従つてセル間の鉛直方向の距
離は１mmである。

このようにして、４ｍまでの液面計を実現する
ことができる。液高決定誤差は、0.5mm以内であ
る。

以上の説明及び添付の図面から、当業者は本発
明の種々の変形例を考えることができる。請求範
囲には、このような変形例もすべて含まれるもの
とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の具体例の概略的な縦
断面図、第２図は、本発明に従つて使用したセル
の測定原理を説明する概略的な構成図、第３Ａ図
は、本発明に従つて使用したセルの第３の素子
が、このセル内に導電性媒質が存在している場合
に、セルの第１の素子及び第２の素子間の信号伝
達に及ぼす影響を概略的に示す説明図、第３Ｂ図
は第３Ａ図の信号伝達を概略的に示す説明図、第
４図は、導電性媒質中の絶縁素子をもつセルの概
略的な等価回路図、第５図は、本発明の有利な具
体例で使用したセルの概略的の構成図、第６図
は、本発明装置の他の具体例の構成図である。 １，２，３……素子、４……セル、５……液面
計、６……コンテナ、７……液体、８……気体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タンク又はコンテナ内の異なる流体間の界面
   の位置を検知する装置であつて、前記装置は、前
   記タンク又は前記コンテナ内に鉛直に配列された
   複数のセル部材からなり、前記セル部材の各々
   は、AC信号送出手段に接続されていると共に垂
   直に配列された平面状の第１の導電素子と、前記
   第１の導電素子と絶縁されており、前記第１の導
   電素子と協働してギヤツプを形成するように前記
   第１の導電素子に対向しており、前記AC信号送
   出手段に接続されている平面状の第２の導電素子
   からなり、さらに、前記装置は、前記第１及び第
   ２の導電素子と絶縁されており、前記第１の導電
   素子及び前記第２の導電素子の間に配置されてい
   ると共にゼロ電位と接続されている平面状の導電
   部材を備える前記装置。 ２ 前記導電部材が、前記セル部材の各々におけ
   る前記第１及び第２の導電素子と絶縁されてお
   り、前記第１の導電素子及び前記第２の導電素子
   の間に配置されている第３の導電素子の複数から
   なる特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 前記第２の導電素子同士が互いに電気的に接
   続されており、前記第１の導電素子及び前記第２
   の導電素子の間に配置されている前記導電部材が
   最下位のセルに配置されている特許請求の範囲第
   １項に記載の装置。 ４ 前記AC信号送出手段が、前記AC信号を界面
   の位置についての情報に変換する変換手段を含む
   特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の装置。 ５ 前記第１の導電素子及び前記AC信号送出手
   段の間にスイツチ手段が設けられている特許請求
   の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載の
   装置。 ６ 前記スイツチ手段がシフトレジスタである特
   許請求の範囲第５項に記載の装置。 ７ 前記第１の導電素子及び前記第２の導電素子
   の各々は矩形であり、高さが７mm、幅が８mmであ
   る特許請求の範囲第１項から第６項のいずれか一
   項に記載の装置。 ８ 前記第１の導電素子及び前記第２の導電素子
   は互いに平行であり、前記ギヤツプが５mmである
   特許請求の範囲第１項から第７項のいずれか一項
   に記載の装置。 ９ 前記セル間の鉛直方向の間隔が１mmである特
   許請求の範囲第１項から第８項のいずれか一項に
   記載の装置。