JPH0612284B2 - 静電容量流体レベル・センサの校正方法及び校正器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は液体の測定に関し、特に貯蔵若しくは転送中
の、又は管理転送時における高価な流体の測定に関す
る。更に具体的には、本発明は例えば貨物船の積み込み
又は積み下し時に、典型的には原油及び液化炭化水素生
成物である揮発性の高価な流体を正確に測定する方法及
び装置に関する。 ［従来の技術］ 従来技術において知られているある種の液体レベル計
は、単位長当り本質的に一定の分解能をそれぞれ有する
複数の積層静電容量レベル・センサを用いている。この
ようなレベル・センサは全体として連続的な外部電極を
形成したもの、また内部電極から都合よくセグメント化
されたものが可能である。従つて、このようなレベル・
センサのセンサ部分は底部から頂部まで互いに、積み重
ねられた複数のセグメント化センサ部からなり、一体の
センサ・モジユールを形成している。 特定の流体に対する測定精度については、ブランチヤー
ド（R.L.Blanchard）他の対する米国特許第３，３０
１，０５６号および米国特許第３，７９７，３１１号に
説明されている装置によりかなり改善することが可能と
なつた。米国特許第３，７９７，３１１号のものは、一
対の電極を有する１つまたは２つ以上のセグメント化さ
れた複数の静電容量センサ（セグメント）を用いてお
り、このセンサは流体に浸され、かつ、交流電圧がこの
センサに印加されたときは、その電極間の流体のレベル
に関連した電気的な出力を提供する。流体に完全に浸さ
れるようにした標準センサ装置によって、流体の誘電体
定数及び駆動電圧のいずれからも独立し、かつ標準セグ
メント静電容量とセグメントの検知静電容量との比率に
比例した出力を検知静電容量セグメントから得るように
静電容量セグメントに印加される駆動電圧を制御するこ
とができる。 このような測定装置の分解能を改善するために、米国特
許第３，７９７，３１１号は、１以上の長い内部中間電
極のセグメントと組み合わせ、センサの最端部に短いセ
グメントを用いることを示唆している。一般に、セグメ
ントは単位長当りの解像度が等しいので、短いセグメン
トは末端において（のみ）総合的に大きな解像度が得ら
れる。本発明の使用の際、及び実際の使用環境において
セグメントの校正を可能とするので、改良されたこのよ
うな分解能技術を用いる場合も含め、従来技術よりも精
度を改善している。 米国特許第３，３０１，０５６号および米国特許第３，
７９７，３１１号は従来の技術と比較して測定計器の精
度を大きく改善するものである。このような静電容量液
体レベル計はその全長に亙り本質的に均一かつ良好な分
解能が得られる。ある応用面では、液体レベル範囲の一
定の部分に亙り大きな分解能を有する測定装置を必要と
している。例えば、タンカーに積み込まれている液化天
然ガス（ＬＮＧ）のように非常に高価な流体を測定する
ときは、タンク内の上部及び下部において液体のレベル
を正確に測定して、蓄積しているガスや、輸送船、特に
タンカーの積み込み若しくは積み下すガスの量を正確に
決定する機能を有するということが非常に重要である。
保管転送と呼ぶ貨物タンカーの積み込み、又は荷下しに
は、数百万ドルに値する荷が含まれる。このような保管
転送は長年に亙り年に１５回以上発生するが、定期的な
装置の再校正は船が乾ドツクにあるときにのみ実行され
る。このような装置は時間と共に測定精度が低下し、高
価な荷に大きな転送誤差をもたらす。計器それ自体の精
度とは別に、使用時及び使用環境において計器の校正を
必要としていた。 従来技術は、乾燥した空、即ち空気の量を得ることによ
り、装置調整における「空」状態及び「フル」状態を推
定したり、模擬する有用な方法及び装置を備えていた。
このような装置の調整は、セグメントの出力を加算点に
供給してこれから空のときのセグメントの出力に対応す
る信号を引算することにより、実行することが可能とな
る。漂浮検出量は、接続点に漂浮検出量を打ち消す適当
な大きさ及び位相の電気信号を加算することにより、打
ち消すように校正されていた。この装置のセグメントは
ゼロ及びフル・スケールについて初期校正されていた。 ゼロ設定についての調整は、このように各センサ・セグ
メントの等価的な「空」静電容量を引算することにより
達成することができるものであつた。フル・スケール状
態を想定し、かつ模擬するためには、通常、適当な流体
にセンサ・セグメントを実験的に浸すことが必要であ
り、外洋タンカーのような大きなタンカーにとつては非
常に困難なことである。レベル・センサの出力は、セン
サ・セグメントが空であろうと、又は完全に浸されてい
ようとも、実効的に標準センサ・セグメントの静電容量
に対する静電容量比である。従つて、フル・スケールの
校正は、センサを空にすると共に、センサの空値補正を
切り離し、指示計をフル・スケールに設定することによ
り達成される。各センサ・セグメント信号のチヤネル出
力はセグメントの出力をフル・スケール値に別個に調整
することにより得られる。 上述の従来技術は有効ではあるが、ゲージ装置を用いる
状態の予測及び模擬に基づいている。このような予測及
び模擬は典型的な又は平均的な条件に基づいており、個
々の特定の場合と同一ではない。本発明においては、校
正が特定のセンサ、タンク及び動作環境における実際の
条件に基づいている。 極めて一般的なことでであるが、独立した複数のタンク
が各船に備えられているので、種々の長さのケーブルを
用いて何回もの校正作業を必要とする。電子部品、セン
サおよびケーブルの特性は経年により変化するので、従
来の測定技術では対応していない誤差を導入する。本発
明によれば、実際の積み込み及び積み下し中の校正測定
はこのような誤差の補正を可能としている。 天然ガスは揮発性の流体であり、その一部は長距離の輸
送中になくなるのが典型的である。タンカーは貯蔵して
いるＬＮＧを少し用いて部分的に空であるタンクを冷却
する装置を装備していることが多い。更に、いくつかの
タンカーはＬＮＧの一部を燃料として利用する動力手段
を備えている。タンクは放出により完全に空にされた
り、積み込みにより完全に一杯にされることはあまりな
い。 従つて、輸送船の積み込み量のみに基づいて、又はタン
ク容量のみに基づいて流体の量は何であるかを正確に算
出することは殆ど不可能である。 部分的に満たされたタンクの調整技術における改良は、
本発明の出願人に譲渡された米国特許出願第６０４，５
４４号の「輸送校正装置」に説明されている。 転送校正器及び前記米国特許において提案されている校
正技術は、複数の測定センサ及びセンサ・セグメント
と、制御装置と、前記センサ・セグメントのうちの各々
をそれぞれ１つの制御装置に相互接続する複数のケーブ
ルとを有する測定装置に用いられている。従来技術にお
いては、各特定のセンサ・セグメントの特性及びこれに
関連するケーブルは全て実行した測定結果に影響する。
このような状況は典型的な船及び貯蔵設備に現われる。
特に、本出願に説明した技術は、前述の技術をタンクが
流体を収容しているときの校正という重要なケースに拡
張したものである。このことは沿岸の貯蔵タンクにとっ
て普通の条件であり、船のタンクの場合もサービス時に
おいて、即ち電気的な修理の後に校正を必要とするとき
に発生する。前述の技術は設置されたセンサ・セグメン
トとケーブルとの組合わせに基づく初期データを得るも
のである。この組合わせは、後に転送校正器が、タンク
は空であるとして校正する場合に、部分的に満されたセ
ンサと、長いケーブルとの特性を模擬することができ
る。 タンクに流体が収容されているときは、前記の「転送校
正装置」はレベル測定装置において特に有用である。こ
れは空のタンク容器の等価物に対する校正機能を回復さ
せるものである。 従つて、米国特許第３，７９７，３１１号は、タンクが
空にして乾燥しているときに装置にとつて有用な手段を
提供し、また米国特許出願第６０４，５４４号に説明さ
れた転送校正器はタンクが一部満たされているときに同
じような機能が得られる。これらの調整により、測定装
置は最初の充填を含むサービス用に備えられる。しか
し、この調整は、使用環境、即ち貨物の蒸気の密度及び
組成と、貨物温度においてセグメントの静電容量及び長
さの予測に基づいている。ＬＮＧのような貨物は−１６
０℃又はその程度の温度に保持され、またこのような貨
物が原産国により（また実際は特定の油井及び特定の年
により）かなり組成を異にした油井から得た場合もある
ので、調整の際の基準となる予測はある程度不正確とな
らざるを得ない。 迅速、かつ正確に実行可能な液体測定装置を正確に校正
する方法及び装置に対する需要は、かなりある。このよ
うな装置は保管転送又は他の使用時に迅速、安全、かつ
信頼性のある精度のものでなければならない。更に、測
定時に適当なパフオーマンス仕様範囲で測定装置が確か
に動作する保証は、世界中のバイヤー、販売者、国際的
な税関官及び監査官にとり重要である。更に、長期的な
信頼性のあるデータ及び測定の精度を得るために、以前
の校正及び補正パラメータの履歴簿、並びに個々のデー
タに対する必要性が存在する。 ［発明の効果と要約］ 本発明は、実際の使用において、即ち実際の温度にある
各セグメントにより装置を校正するものであり、これら
のセグメントが実際の蒸気を含み、かつこれらのセグメ
ント静電容量が実際の値にある。残留誤差は暖かい乾燥
した調整後に決定され、これによつて測定が補正され
る。 本発明の効果は、従来技術において知られていたように
模擬や、予測に基づくのではなく、保管転送時又は測定
時に、かつ実際の環境において校正標準を用いることで
ある。 本発明の他の効果は、保管転送が発生する度に、世界中
で認可されている高精度の国家標準に対応可能な測定単
位へレベル計測装置を自動的に校正する方法及び装置を
提供することである。 本発明の他の効果は、各セグメントについて２つの校正
点を達成し、全てのセグメントにつき、単純な誤差補正
モデルを計算して記憶することが可能な２つの値を得る
ことにある。 本発明の更に他の効果は、調整から外れ、多少誤差のあ
るデータを発生する装置であつても実際の測定時に系統
的、かつ自動的に補正することもできることにある。 本発明の他の効果は、校正及び補正のデータ・フアイル
履歴を関連され、記憶し、かつ保持する手段が得られる
ことにある。 本発明の他の効果は、現存するタンカー輸送に以前構築
した装置を本発明により容易に更新することができ、か
つ全て周期的な乾ドツク又は修復機関においてセグメン
ト化した従来の関連測定装置を最小コスト及び労力によ
り改善できることにある。 本発明は実際の使用環境において、かつ実際の使用時点
又はそれに近い時点において測定装置を校正する手段を
提供する。実際のセンサ、ケーブル及び電子装置の環境
の影響は、校正補正に含まれ、測定可能なセグメントの
長さ及びタンクの底に対するセグメントの位置が本質的
な校正標準である。 ［校正器］ 本発明の校正セグメントは、例えば校正されるべきセグ
メントと同軸、かつ一体の付加的な短いセンサ・セグメ
ント（通常は、上記セグメント及び最下部セグメント）
である。このような校正セグメントは測定セグメント内
が満たされ、また空にされる。校正セグメント及び測定
セグメントにおける液体のレベルは、タンク内とほぼ同
一にして、タンク内の波や、船の場合に発生するタンク
の傾きにより影響されない。校正センサ・セグメント内
の液体のレベルがタンクの液体の波立、及び／又はタン
クの動きのために、幾らか振動する．校正セグメントが
満される、或いは、空にされる間に液体のレベルが校正
器と交差する時、又は、液面レベルが一定時間周期の間
一定の平均レベルで校正器と交差する時、校正器の指示
値と測定セグメントの指示値とのダイナミツクな比較に
より、誤差量のデータを収集することができる。これら
の値をコンピユータ処理により測定セグメントの指示に
対する補正値が得られる。 他の実施例においては、非常に短い軸長の同軸校正器セ
グメント、又は他の検知装置が正しい離散的なレベル又
は点センサとして用いられ、校正用のタンクの底を標準
とした特定点の位置決めをする。 タンク床の上にある校正器の正確な位置は初期のタンク
点検時、委託及び／又は再調整期間のような次のタンク
点検時に確認することが可能である。 ［校正及び測定装置］ 本発明による総合測定及び校正装置には、(a)多数の測
定セグメントを有する複数のセンサ・モジユール、(b)
少なくとも１つの信号源及び交直変換器をそれぞれ有す
る複数の電子装置、(c)スイツチング回路網、及び(d)ス
イツチング回路網を制御し、データ収集、記憶、及び処
理機能を実行するコンピユータ、そして通常は(e)少な
くとも１つの校正器および校正センサが主要なエレメン
トとして含まれている。便宜的に、各セグメント即ち校
正器エレメントから増幅器及び交直変換器を介してスイ
ツチング回路網への信号線を「チヤネル」と呼ぶことに
し、当該装置が多くの同様な測定チヤネルと、通常の場
合は少なくとも１つの校正器チヤネルとから形成されて
いるものとする。 他の主要なエレメント及び本発明の要旨には次ののもの
が含まれる。 (a)校正器セグメント及びチヤネル、 (b)補正モデル、 (c)データの確保 (d)データ記憶及び測定補正。 (a)校正器セグメント及びチヤネル 最下部のセンサ・セグメントは通常、完全に空にされる
ことはなく、かつ最上位のセンサ・セグメントが完全に
浸されることもない。これらの各セグメントは短い一体
の校正器セグメントを備えており、これがプロセス測定
を実行している間は校正器チヤネルの全ての部分が測定
するチヤネルの対応する部分と同一の条件下に置かれ
る。 測定セグメントにおいて必要とする２つの校正値のうち
の１つはこの校正器チヤネルから得られる。後述する
が、この校正器チヤネルは測定チヤネルより実質的に正
確である。他の校正値は、流体が最上位のセグメントよ
り低いときは最上位のセグメントに対し得られ、また流
体が最下位のセグメントより高いときは最下位のセグメ
ントに対し得られる。 (b)補正モデル 校正器セグメントを備えていようが、いまいが個々のセ
グメントの校正値から２つの補正パラメータ（ゼロ及び
目盛り）を計算し、これを算術的な補正モデルに用い
る。このモデルによりセグメント長に亙る測定データの
補正が可能となる。 (c)データの確保 サービス中の作業時、特に積み込み及び積み下し時に必
要な校正値を測定する機会が頻繁に得られるが、一般の
作業時においても得られる。必要とするデータは、流体
がセグメントより低いとき及び高いときはセグメント・
チャンネル測定値であり、更に校正器及び測定セグメン
トからのデータ対も必要である。このデータ対は平均化
式に入力される。コンピユータのプログラムは全てのセ
グメント・チヤネルの走査と、このデータの「確保」及
びこれより計算したデータを記憶し、補正モデルに用い
るための制御をする。（「確保」とは、特定の値の検
出、測定、及び記憶を表わす。） (d)記憶及びデータの補正 １つのセグメントについての２つの補正パラメータ（ゼ
ロ及び目盛の倍率）はコンピユータのメモリに保持され
る。これらパラメータと補正モデルとにより、測定した
全ての値に対応する補正値を決定する。この補正値は表
示され、補正パラメータは装置状態の長期的な評価のた
めに動向フアイルにも保持される。 ＬＮＧのような流体物質を含むタンクの場合、ある種の
液体レベル計は１以上の静電容量レベル・センサ・セグ
メントからなるセンサ・モジユールを用いると共に、各
センサ・セグメントが単位長当り本質的に一定の分解能
を有し、通常はタンク当り１つのセンサ・モジユールを
用いる。これが本発明の実施を意図した形式の１つであ
る。この分野の技術において知られているように、セン
サは全体として電気的に連続している外部電極と、好ま
しくはセグメント化した内部電極とから形成されるもの
でもよい。これらを「センサ・セグメント」又は単に
「セグメント」と呼ぶことにする。最上位及び最下位の
センサ・セグメントには短いものを用いるのが好まし
い。従来技術のセンサでは外部電極を通常、共通電極に
している。外部電極は、タンク内に配置され、タンクが
一杯のときに実質的にタンク内で浸入されるようにして
いる。 共通の外部電極は離れている発振器から駆動されてもよ
い。発振器の出力は標準センサの出力により制御され、
この標準センサも発振器により駆動される。この発振器
は、測定している流体の誘電定数の変化に影響されるこ
となく、標準センサを介する駆動電流が一定となるよう
に標準センサにより制御される。従つて、各センサ・セ
グメントの出力は流体の誘電定数に関係なく、センサ電
極間の流体のレベルにのみに依存することが保証され
る。この装置は米国特許第３，７９７，３１１号に詳細
に説明されている。 スイツチング回路網はレベル・センサの出力とレベルの
読みを指示する指示計との間に接続される。このスイツ
チング回路網は手動的に、電気的に、又はコンピユータ
管理の下に制御することができる。レベル・センサはセ
ンサ・セグメント内の流体レベルに従い、スイツチング
回路網を介して指示計に接続される。これは、センサ・
チヤネルの出力と、センサ・セグメントに関連し、予め
選択されたレベルに対応する標準値とを比較した後、流
体レベルが各セグメントに関連される範囲に入るに従
い、又はこれより外れるに従い、指示計へセグメントを
接続する又は切り離すことにより、通常達成される。指
示計の指示即ち値は、電気的に記憶され、後に比較即ち
使用することができる。 流体のレベルが最下位のセグメントの範囲内にあるとき
は、この最下位のセグメントのみが指示計に接続され
る。流体のレベルが上位のセグメントの範囲内にあると
きは、この上位のセグメントのみが指示計に接続され
る。即ち、この上位セグメントより下の流体を計算する
場合は、上位センサの底部における流体のレベルに対応
した固定値が上位のセグメントの出力に加算されるの
で、流体の総合的なレベルを正確に指示することができ
る。従つて、センサの全長に亙り流体を正確に測定する
ことができる。 セグメントの出力に加算されるべき固定値は、浸された
セグメントの数及びこれらの長さを知るだけで、非常に
正確に計算して求めることが可能である。セグメントの
長さは、設置前に精密にかつ正確に測定することが可能
である。流体の表面と交差するセグメントの正確な校正
は、本発明の方法及び装置により可能である。更に、レ
ベルを測定しようとする流体の浸入に基づくセグメント
の長さの変化は、その流体の温度を測定することによ
り、かつセンサ熱膨張係数を知ることにより算出するこ
とが可能である。この変化の値はこの技術分野に習熟す
る者において知られているアナログ・デイジタル変換器
のセンサ出力に加算されてもよいし、又は等価的な機能
をコンピユータにより実行させてもよい。 この技術は、標準の計測装置を構築した後に、与えられ
た設備に対して容易に、かつ経済的に適合することが可
能である。しかも、精密に調整可能な標準電源は不必要
性である。この技術は、異なる寸法、従つてセグメント
の高さが異なつているいくつかのタンク間で装置を切換
えなければならないときは、特に都合がよい。このよう
な場合でも測定前に各タンクの標準高をリセツトするだ
けでよい。このセツトは、各タンクについて独立してい
るメモリを用いることにより手動的又は電気的に実行す
ることができる。このような処理は小型のデイジタル・
コンピユータにより実行される。 各レベル・センサ並びに標準センサは「空」、「乾燥」
又は「空気」値について補正することが可能となつてお
り、これにより各セグメントの実効出力はセグメントの
電極間における流体の存在を原因としたセグメントの静
電容量変化に対応している。この補正は、空のときにセ
グメントの出力を加算点に加えた後、これからセグメン
トの出力に対応する信号を引算することを含むシミユレ
ーシヨン技術により実行される。更に、加算点における
漂浮検出の影響を得ち消すために、適当な大きさ及び位
相の信号を加算し、これによつて漂浮検出を打ち消すよ
うにしてもよい。 センサの「ゼロ」及び「フル・スケール」についての初
期校正は他のシミユレーシヨン技術により達成される。
ゼロ設定は、先に述べたように各センサの「空」の静電
容量値を引算することにより達成される。「フル・スケ
ール」の校正は、センサが空のときに、この補正を切り
離してフル・スケールを読み出すように指示計を設定す
ることにより達成される。 フル・スケールを校正するためには、通常センサを流体
に浸す必要があると考えられている。これは、タンカー
のような大型船の場合や、貯蔵タンクのような場合は非
常に面倒なことになる。しかし、先に述べたように、レ
ベル・センサの出力は、実質的にそのレベル・センサと
標準センサの静電容量との比率であり、この比率は両者
が完全に浸入されていても、両者が空であつても同じこ
とである。従つて、校正のためにフル・スケールを模擬
及び近似するためには、センサが空のときにセンサの空
値補正を単に引算し、フル・スケールを読み出すように
指示計をセツトするだけでよい。実際には、測定回路に
各センサ・セグメント及び標準センサの出力をこれらの
フル・スケール値に個々に調整することを含めてもよ
い。 センサと残りの測定装置のエレメントとの間に配置され
た保護安全障壁により、過大な電気信号を防ぐこと、及
び火災や爆発を防ぐことが必要となることもある。この
障壁の特性は構成する当該装置に組み込まれる。 センサの取り付けは、センサが低温流体に浸され、又は
これより露出したときに、センサの寸法がかなり変化す
るので、低温応用の場合は重要となる。 本発明のこの他の特徴、効果及び目的はその一部を形成
する図に示されており、図において同一の参照番号は同
一の機能を表わす。ここで、便宜上、説明において引用
するいくつかの式については、詳細な説明の最後に添付
する表に示してある。 ［実施例］ 以下の本発明の説明を船のタンク又は沿岸のタンクの底
から上方向に延び、そのセンサ・モジユールが軸方向に
セグメント化されている同軸静電容量カラム・センサに
関連させて行なう。センサ・モジユールの全長は数メー
トルから典型的には数十メートルの範囲にあり、通常は
１０〜５０メートルの範囲にある。測定方法は、典型的
には液体面と交差しているセグメントより下方にあり、
液体中に没っしているセグメントを識別し、これら没っ
しているセグメントの長さと、部分的に没っしていて、
液体面と交差している上記セグメントの長さとを加算し
たものからなる。液体面と交差するこのセグメントは、
タンクが空（又はほぼ空）のときは底部のセグメント，
タンクが一杯（又はほぼ一杯）のときは頂部のセグメン
ト、又はタンクが空でなくかつ一杯でもないときは底部
と頂部との間にあるセグメントであればよい。多くの場
合、測定の時点でタンクはほぼ空か、ほぼ一杯である。 本発明による校正は、測定装置により表わされる値と、
対応してかつ独立して決定された標準値との比較からな
る。装置の指示の補正は、これらの値の差を計算し、数
学的なモデルを構築することにより達成される。 本発明において、最上位のセグメントに対する標準は、
好ましくはこの最上位のセグメントと同軸で一体の新規
かつ独特の校正装置の位置及び校正チヤネルにより実行
された測定である。校正チヤネルは測定を実行する間、
測定セグメントとほぼ同一の条件に置かれる。この標準
には（従来技術のような）シミユレーシヨンや、センサ
内の蒸気の組成及び密度、流体の温度勾配及び／又は密
度勾配、並びにセンサ・セグメントが空で冷たいときの
静電容量値のような予測的仮定はない。 また、最下位のセグメントにも、高いタンク・レベルに
おける上位校正器の場合と同様に、下位タンク・レベル
において機能を実行する一体の校正器標準が含まれてい
る。 中間セグメントの標準はセグメントそれ自身の長さであ
り、正確に知られた値である。液体がセグメントより高
く、従つてセグメントが一杯であると分かつているとき
は、このような標準と比較される測定値が採用される。 最下位のセグメントより上の各セグメントはタンクの底
部に対し、その下のセンサ・カラム部分によつて支持さ
れているので、このカラムの長さの温度依存生を考慮し
なければならない。この係数は、周知にして安定な依存
性を有し、計算が容易なものであつて、これを校正計算
に適用するのは当該の技術分野において通常に習熟した
者にとつて簡単なことである。 従来の校正技術は、例えば船のタンクが乾ドツク保守作
業中で空のとき、沿岸貯蔵タンクが空のとき、又は米国
特許第６０４，５４４号によりタンクが部分的に満たさ
れているときに定期的な装置調整をするものである。本
発明は、当該装置が使用状態にあるときに（又は測定又
は保管転送の時点のような使用の条件にあるときに）用
いられ、このような装置調整後に残留する誤差を補正
し、かつその後の装置ドリフト又はパフオーマンス劣化
に基づく誤差を補正するものである。本発明は、自動的
な精密調整にも用いられ、調整の精度を改善し、かつ調
整に必要とする時間と労力を少なくするものである。 この実施例においては、同軸校正器１３８が同軸の上部
セグメント１１６と同軸である。保管転送において、一
方の又は他方の（頂部又は底部）の校正器は通常満たさ
れた状態又は空の状態にある。この校正器は測定セグメ
ントの内部から満たされるので、校正器内及び測定セグ
メントの液体のレベルは実際において同一であり、タン
ク内の波やその傾斜角度からほぼ独立している。センサ
内の液体レベルは、船のタンクの場合のようにタンク内
の流体の波立及び／又はタンクの動きによりいくらか振
動することがある。 本発明の実施例においては、軸方向に適当に短い寸法、
例えばこれに限定されるものではないが、２５cmだけ校
正器を伸延し、次いて注入処理中又は排出処理中に液体
のレベルが校正器と交差するときに校正器と測定セグメ
ントの指示とのダイナミツクな比較により、波の条件を
適合させている。次に、誤差量のデータを処理して測定
セグメントの補正パラメータを得る。就役の時点におい
て、また次のタンク点検時点でもタンクの底を標準とし
た実際の校正器の位置を光学的に確認して既知の標準を
得ることができる。校正値の軸方向の寸法は、予想され
る流体の振動振幅、流体レベルの変化速度、データのサ
ンプリング速度及び所要精度に従つて設定前に決定され
る。校正器の長さは既知の値である。 さて、第１図を参照するに、流体を収容した複数のタン
ク内における流体のレベル測定に用いられ、動作可能な
多数ユニツトの流体レベル・センサ装置１０のブロツク
図が示されている。それぞれのタンクには流体レベル・
センサ・モジユール１１が備えられている。流体レベル
・センサ・モジユール１１と動作及び機能が実質的に同
一のセンサ・モジユール１５，１６，及び１７のブロツ
クも付加的に示されている。流体レベル・センサ・モジ
ユール１１は後述する第２図に詳細に示されている。し
かし、第１図はブロツク図であるので、流体レベル・セ
ンサ・モジユール１１は簡略化され、それぞれ複数の信
号線を表わす入力線１２、出力線１３及び１４が示され
ている。 複数の電子装置２０，２２，２４及び２６（詳細を第３
図に示す。）は、流体レベル・センサ・モジユール１
１，１５，１６、及び１７とスイツチング回路網３０と
の間に配置されている。これらの電子装置２０，２２，
２４及び２６は各流体レベル・センサ・モジユール１
１，１５，１６，１７及びスイツチング回路網３０に接
続され、スイツチング回路網３０は例えばデイジタル・
コンピユータ４０からの予め設定可能な命令セツトに従
つて電気的な相互接続をする。前記電子装置２０，２
２，２４及び２６はそれぞれ少なくとも２つの出力線
（ここでは参照番号２３及び２４により示す）を有す
る。他の電子装置の等価回路もあるが、これらは実質的
に同一であるので、ここでは説明しない。 既知のデイジタル・コンピユータ４０には、データ入
力、入出力装置４２と、ランダム・アクセス・メモリ
（ＲＡＭ）及びここではコンピユータ技術において知ら
れているハード又はソフト・デイスク駆動メモリ装置を
含む記憶装置４４と、これもコンピユータ技術において
良く知られている表示出力装置４６とを含む複数の周辺
装置が接続されている。複数の制御及び／又は通信線は
デイジタル・コンピユータ４０を関連するその周辺装置
４２，４４，４６及びスイツチング回路網３０によりイ
ンタフエース接続している。これらの通信線は必要に応
じて１チャンネルまたは多チヤネル・ケーブルであつて
もよく、これらの線の正確な本数及び種類は特定の流体
レベル・センサ装置１０に基づいて決定され、その選択
は通常の設計者の経験の範囲内のものである。スイツチ
ング回路網３０を制御するために、線３２により表わさ
れる複数の校正器チヤネル信号線（通常、校正器当り１
本）、複数の測定チヤネル信号線（通常、測定セグメン
ト当り１本）３４、及び複数のスイツチング回路網制御
線３６が備えられている。データ・エントリ入力及び制
御線４１，４３はそれぞれデータ・エントリ〜入出力コ
ンピユータ機能を表わし、データ記憶入力及び出力線４
５，４７はそれぞれデータ記憶入力、出力及び制御機能
を表わし、表示リターン及び出力線４８，４９は名コン
ピユータ制御された表示機能を表わす。更に、専用の表
示装置も備えられられている。 第２図には、流体レベル・センサ・モジユール１１、即
ち底部セグメント１１４、中間セグメント１１８、及び
上部セグメント１１６を含むスタツクが表示されてい
る。これらは、例えば米国特許第３，７９７，３１１号
に説明されている同軸静電容量流体センサでもよい。同
軸校正器１３８は底部セグメント１１４及び少なくとも
１つの上部セグメント１１６に備えられている。複数の
セグメント接続点１３４は隣接関係にある従属的なセグ
メントを接続するものとして示されている。入力線１２
はこれらのセグメントを駆動する交流電源の電圧を搬送
するものであり、複数の出力線１４（１４ａ〜１４ｄ）
は検知、即ち測定出力を次の処理を行なう電子装置２０
へ導くために用いられる。各セグメントはそれ自身の出
力信号線を備えており、その各出力信号線は通常、個々
に密閉された同軸ケーブルである。同じような複数のケ
ーブル、即ち線１３（１３ａ）は校正器信号を電子装置
２０に導くものである。 第３図は第１図の各電子装置２０，２２，２４及び２６
に接続されるエレメントを形成しており、明確にするた
めにこれらを独立した装置として示している。逆に、電
子装置２０，２２，２４及び２６は１個の電子パツケー
ジ上の、又はこの内の独立した複数回路のこともある。
ここに示すこのような電子装置２０，２２，２４及び２
６は１以上の独立した校正器チヤネル、独立した複数の
測定チヤネル、及び信号源を備えている。必要ならば、
いくつかの予備を備えることができる。第３図におい
て、出力線１３、交流電圧増幅器７０、交直（ＡＣ／Ｄ
Ｃ）変換器７２、出力線２３により電子装置２０の校正
器チヤネルを表わす。出力線１４、交流電圧増幅器７
４、ＡＣ／ＤＣ変換器７６及び出力線２５により測定チ
ヤネルを表わす。交流電圧増幅器７４及びＡＣ／ＤＣ変
換器７２，７６は電子技術分野において周知である。電
源６０は安全な低圧の交流駆動電力を供給することがで
き、入力線１２を介して流体レベル・センサ・モジユー
ル１１にこの駆動電力を供給している。電源６０は必要
に応じて固定又は可変出力電圧レベルを供給するように
設計されていればよい。このような電源は米国特許第
３，７９７，３１１号に説明されており、電子技術分野
において周知の設計のものである。 直流レベルのアナログ・デイジタル（Ａ／Ｄ）変換器の
機能は、直流信号レベルをコンピユータにより処理可能
なデイジタル信号に変換するために必要である。これら
のアナログ・デイジタル変換器を、必要に応じて電子装
置（チヤネル当り１台）、又はスイツチング装置（少な
くとも１つ必要とする）に接続ることができる。 第４図を参照するに、タンク１１１の内部に配置され、
レベルを測定すべき流体（図示なし）に浸入される流体
レベル・センサ・モジユール１１の拡大図が示されてい
る。本発明の説明目的から、タンク１１１は陸上タンク
集合所において個々に識別可能な多数のタンクのうちの
１基、接続される一連の流体輸送手段（車両、内運のは
しけ）におけるものの１つ、又は海洋タンカーにおける
多数のタンクのうちの１基とすることができる。 各センサは支持ブラケツト１１２によりタンク１１１内
に取り付けた状態で示されており、支持ブラケツト１１
２は流体レベル・センサ・モジユール１１と取り付け板
１１３との間に接続され、取り付け板１１３はタンクの
頂部又は底により支持されている。各センサと、これら
のセンサを支持する構造との間における相対的な動きを
適合させるように、センサを取り付けることは特に重要
なことである。この動きに適合する更に簡単、かつ効果
的な支持ブラケツト１１２は、米国特許第３，７９７，
３１１号に説明されている。流体レベル・センサ・モジ
ユール１１は独立した複数のセンサ・セグメントから形
成されており、ここでは上部セグメント１１６、底部セ
グメント１１４、及び中間セグメント１１８のような複
数の中間セグメントにより表わされている。上部セグメ
ント１１６及び底部セグメント１１４は実質的に同一で
あり、それぞれセグメントの寸法よりかなり短い軸寸法
を有する同軸校正器１３８を備えている。殆んどの応用
においては、同軸校正器１３８を１つだけ各上部セグメ
ント１１６及び底部セグメント１１４に備えるようにす
ればよい。しかし、タンクが頻繁に部分的にだけ満たさ
れ、又は部分的に空にされる場合は、他のセグメントに
ついての付加的な校正器を必要とすることもある。 上部セグメント１１６及び底部セグメント１１４は、流
体レベル・センサ・モジユール１１と同一の拡がりを有
する流体レベル（図示なし）範囲の最上部及び最下部に
おいて流体のレベルを検知する。中央セグメント１１８
は、前記最上部及び最下部の中間範囲ないにある流体レ
ベルを検知する。 流体レベル・センサ・モジユール１１はフランジ１２０
上に取り付けられており、フランジ１２０は通常、タン
ク１１１の床に取り付けられ、流体のレベルの正確な標
準点である。流体レベル・センサ・モジユール１１が海
洋タンカーの低温流体タンクであるときは、このタンク
が比較薄い外殻のことがたまにあり、かつこの外殻をタ
ンカーそれ自体の下張り床（図示なし）上で支持し、流
体レベル・センサ・モジユール１１の重量を最終的にそ
の下部構造により支持していることがある。標準センサ
１２６は、外部電極１２８及び第５図の外部電極１４０
である内部電極を有し、同軸、かつシリンダ状の静電容
量の形式を必要とするときは、設けてられてもよい。交
流電力は、複数のケーブル１３２を介して標準センサ１
２６、底部セグメント１１４、上部セグメント１１６、
中間セグメント１１８、及び同軸校正器１３８と授受さ
れる。ケーブル１３２のコネクタ１５６は、内部のケー
ブル・アタツチメント部を保護するために、小さなコン
パートメント１９６を用いたものでもよい。 支持ブラケツト１１２は当該分野において周知のもので
あり、流体レベル・センサ・モジユール１１回りの一対
の半シリンダ状部分及び１以上の板に関連させて、支持
ブラケツト１１２を取り付け板１１３に容易に取り付け
られている。リング部分は、２つの半リング部分により
形成されているので、取り付け板１１３から流体レベル
・センサ・モジユール１１を電気的に絶縁させている。
これは支持ブラケツト１１２に対してセンサの軸方向の
動きも許容するので、センサの収縮及び膨張に適応させ
ることができる。このようなリングは、シリコン充填ポ
リテトラフルオエチレン材から製造され、例えばデユポ
ン社から「ルーロン」という商品名により販売されてい
ることが知られている。センサ・セグメントはフランジ
及びボルトを含む適当な手段により互いに接続される。
外部電極１２８は互いに隣接して液漏防止の密閉式、か
つ電気的に連続した電極を形式し、これに対して内部電
極は互いに電気的に個別的な独立したセンサ電極を形成
している。 前述の流体レベル・センサ・モジユール１１及び中間セ
グメント１１８は、上部セグメント１１６、底部セグメ
ント１１４、以下で説明する同軸校正器１３８及び標準
センサ１２６を含む付加的なセグメントを除き、米国特
許第３，７９７，３１１号のものと本質的に同一であ
る。以上の説明は本発明がうまく機能する装置の詳細な
説明であつたが、流体レベル・センサ・モジユール１
１、底部セグメント１１４、上部セグメント１１６、中
間セグメント１１８、支持ブラケツト１１２及び取り付
け板１１３は、例示のみを目的として備えたものであつ
て、本発明の範囲を限定するものではなく、設計の選択
的な修飾又は変形に帰する機能的な等価物を特許請求の
範囲に含むものである。 ここで第４図及び第５図を参照するに、流体レベル・セ
ンサ・モジユール１１の同軸校正器１３８及び底部セグ
メント１１４の複数部分が示されている。これらの中間
セグメントは通常、流体により交互に完全に覆われる
か、又は完全に露出するので、上部セグメント１１６及
び底部セグメント１１４を除き、全てのセグメントは空
状態及び満杯状態のときに補正される。残つた上部セグ
メント１１６及び底部セグメント１１４は本発明による
同軸校正器１３８により校正される。 上位の同軸校正器１３８は生起する最高レベルより下に
位置しなければならず、最下位の同軸校正器１３８は生
起する最低レベルより上に位置しなければならない。同
軸校正器１３８は典型的にほぼ上部セグメント１１６と
底部セグメント１１４との中間に配置される。 第５図に同軸校正器１３８の詳細を示す。同軸校正器１
３８それ自体は、底部セグメント１１４の外部電極１４
０の外面及び校正器信号電極１４２の内部から形成され
た同軸静電容量レベル・ゲージである。同軸校正器１３
８の主要な第３の部品はシリンダ状の接地電極１４４，
１４６，及び１４８の同軸組合せからなる。接地電極１
４４，１４６は（典型的には１２０度の放射状位置に配
置された）導電性の少なくとも１つ（典型的には３つ）
のスペーサ１５０により硬く、かつ電気的に結合されて
いる。接地電極１４４，１４６は縫い付けたフアスナ
ー、リベツト、溶接又はこれらと等価の方法により結合
され、これは関連する技術に習熟する者にとつて設計上
の選択の問題である。接地電極１４４及び１４８も前述
のものと同じように硬く、かつ電気的に結合されてい
る。逆に、（低温流体を充填中のように）大きな温度勾
配が発生する場合は、複数の金属接触スペーサ１５２を
備えててもよい。金属接触スペーサ１５２は、(a)接地
電極１４４と接地電極１４８との間が電気的に低インピ
ーダンスであること、(b)接地電極１４４と接地電極１
４２との間が均一な間隔であること、(c)通過する流体
が自由に流れること、(d)接地電極１４８と機械的に摺
動する接点であることの４機能を実行しなければならな
い。スペーサ１５０は固定した機能的かつ電気的な接点
機能を除く、以上の３機能を実行しなければならない。
装置としては、抵抗接触が得られるにしろ、接地電極１
４４〜１４８までの電気的なインピーダンスが接地電極
１４８からセグメント外部の外部電極１４０までの電気
的なインピーダンスより倍率にして約５倍小さいにし
ろ、正しく機能することが重要である。 接地電極１４４と接地電極１４８との間の電極インピー
ダンスが大きいと校正器測定に誤差を導入する恐れがあ
る。 接地接地電極１４６と接地電極１４８との間の校正器信
号電極１４２を支持し、かつ保持するために、２つの
（例えば上部及び下部）絶縁スペーサ１５３及び１５４
が備えられている。絶縁スペーサ１５３及び１５４部分
は、校正器信号電極１４２と接地電極１４６，１４８と
の間にあり、以下で更に明確に説明するように、軸方向
（即ち長軸に沿う寸法）が非常に短い。これに適当な絶
縁物には、充填式ポリテトラフルオロエチレン及び「ル
ーロン」（このような充填式絶縁物に対するデユポン社
の商品名）が含まれる。 底部セグメント１１４の外部電極１４０は同軸校正器１
３８及び底部セグメント１１４の電気的な駆動電極であ
る。校正器信号は交流であり、校正器信号電極１４２か
らコネクタ１５６及びケーブル（図示なし）を介して小
さな値の終端インピーダンス（図示なし）へ導かれ、こ
の終端インピーダンスにより校正器信号電極１４２上に
発生する電位の大きさは外部電極１４０の電位と比較し
て無視できるものとなる。外部電極１４０と接地電極１
４４との間の電界の大きさは、外部電極１４０と接地電
極１４８との間、及び外部電極１４０と接地電極１４６
との間の電位の大きさと実質的に同一であることが望ま
しい。注意すべきことは、校正器の内部電極の頂部エレ
メント及び底部エレメントの接地電位への電気的な接続
がケーブル・シールドにより達成され、これらの頂部エ
レメント及び底部エレメントにより信号電極の付加的な
シールド効果が得られることである。 第５図に示す構造は一定の重要な効果をもたらすもので
あり、校正器信号電極１４２の終端で明確に定められた
同軸校正器１３８の物理的な境界を有し、その位置は絶
縁スペーサ１５３及び１５４上に示す１以上の斜線１８
８及び１９２により容易に識別可能である。斜線１９２
は同軸校正器１３８のゼロ線を測定するレベルに対応す
る。通常、電極及び絶縁は、校正器における電界の大き
さを校正器信号電極１４２と隣接する接地電極１４６，
１４８との間のインタフエースの所、及びその上下にお
いて均一にさせるように選択され、かつ配置される。こ
の電界は、インタフエースの一端では接地電極１４６に
より終端し、他方では実質的に接地電位にある校正器信
号電極１４２により終端している。更に第５図の構造の
重要な特徴は外部電極１４０と接地電極１４６又は１４
８のいずれかとの間の流体の存在に対応する信号電流の
増加が無視することができることであり、また外部電極
１４０と校正器信号電極１４２との間の流体の単位高さ
当りの信号電流は校正器信号電極１４２の高さを通して
一定である。この結果、校正器における流体のレベルに
対して正確に線形となる。 第５図を引き続き参照するに、主として校正器信号電極
１４２、接地電極１４４、１４６，１４８、絶縁スペー
サ１５３、１５４及び１５８からなる構造は、一端がセ
グメントの外部電極１４０に対して硬く取り付けられ、
かつこれから絶縁スペーサ１５８，１６０により絶縁さ
れている。この構造を硬く取り付けることにより、信号
電極１４２の底部がセグメント取り付けフランジ１２０
上の測定可能な寸法ｈｒの所に確実に配置される。ｈｒ
の物理的な測定及び校正器測定レベルＨは各覗き穴１９
０，１９４により利用される。改装中に必要ならば、こ
の寸法を可視的に確認又は再設定することができる。 同軸校正器１３８に対する流体のアクセスは底部セグメ
ント１１４の内部から流通孔１７０，１７２及び通気孔
１７８，１８０によつている。注意すべきことは、ポテ
ンシヤル・アクセスの全経路が底部セグメント１１４の
外部と内部との間における静水頭の差圧から遮断されて
いることである。重要なことは、流通孔１７０，１７
２、通気孔１７８及び１８０を充分に大きく、かつ漏洩
路を充分に小さくすることにより、底部セグメント１１
４及び同軸校正器１３８内のレベルを同一にさせること
である。 第４図及び第５図に示すような校正器の同軸構造を用い
た結果としての電極の経済性、及び外部電極１４０によ
り得られる容易かつ適切な電極駆動は、この構造の付加
的な効果である。重要なことは、流体の誘電定数に従
い、数ボルトの交流電位で（コンピユータの制御に基づ
く）スイツチング回路網を介してセグメントの外部電極
１４０を電気的に駆動することである。底部セグメント
１４１及び同軸校正器１３８の両者に同一の駆動方法を
採用することにより、チヤネルはこれらの信号駆動、周
波数、及び誘導体定数に対して同一の従属性を確保す
る。更に、底部セグメント１１４と同軸校正器１３８と
の間の流体交換に対する制約を最小とすることにより、
また流体の流速が大きくなるとき、又はタンク１１１内
で流体のスロツシングが発生するときは校正器の断面を
小さくすることにより、更に効果が得られる。 文字“Ａ”及び“Ｂ”は電極の付勢限界を表わすもので
あり、以下で校正器の長さの選択についての説明と関連
させて説明する。 第６図には、同軸校正器１３８及びセンサ・セグメント
の部分断面図が示されている。センサ・セグメントの外
部電極１４０、校正器信号電極１４２、接地電極１４
４、コネクタ１５６、絶縁スペーサ１５８及び防護密閉
容器１９６は先に説明したような機能を満足させる。こ
こで、金属接触スペーサ１５２のような３つの電極スペ
ーサは同軸校正器１３８の外部エレメントである接地電
極１４４とその内部エレメントである接地電極１４８と
の間に均一に配置されている。 ［校正器の長さ］ 個々の応用に対し、校正器の軸寸法を最適化することが
できる。即ち、校正器の長さは想定する流体の振動振
幅、流体レベルの変化速度、データのサンプリング速度
及び所望の精度に従つて選択することが可能である。 例えば、流体が速度Ａmm／分で測定セグメント内を上昇
し、同時にその流体がＢサイクル／分の周波数で振幅が
振動している場合を考える。正確な比較をするために
は、少なくともその３サイクル、好ましくは約５サイク
ルについてサンプリングをし、かつ各サイクルにおいて
少なくとも３回、好ましくは約５回サンプリングをする
ことが望ましい。これを実行するためには、校正器が少
なくとも３×Ａ／Ｂmmの最小長、好ましくは５×Ａ／Ｂ
mmであることを意味する。例示目的のみであつて限定す
ることを意図するものではないが、レベルが２０ｍ、荷
の転送周期が約８時間のタンクの場合、Ａの公称値は４
１．７／分となる。１／４の振動期間（この例の場合）
を設定すると、Ｂは４に等しくなり、所望する校正器の
長さ（即ち、校正器の長さ）は少なくとも ３×４１．７×０．２５＝３１．３mm、好ましくは５×
４１．７×０．２５＝５２．２mmとなる。またこの実施
例におけるサンプリング速度は５×Ｂ／分又は２０／分
が好ましい。第１サイクルの液体レベルの振動により底
部の又は頂部の校正器信号電極より下の流体が転送され
る状態を防止するために、電極付勢レベル（第５図の参
照符号“Ａ”及び“Ｂ”）を当該装置のコンピユータに
予め設定したり、記憶しておくことにより、コンピユー
タの初期化及び終結処理を決定する際に用いることがで
きる。校正器の長さは５×Ａ／Ｂmmよりいくらか長いの
が好ましい。 他の実施利用により校正器を離散的な、即ち「点」のセ
ンサとして意図しているときは、軸寸法は非常に小さい
ことが好ましい。離散的なセンサが短時間の遷移を検出
するためには、非常に速いデータ・サンプリング速度、
又は遷移の時間を推定する補間機構が必要である。従つ
て、先の実施例、即ち４サイクル／分の周波数で１０mm
振幅の高さ変動のために、１mmの高さ検知能力及び４２
mm／分を超える液体レベルの変化速度を有する離散的な
センサの場合は、許容し得る最低のサンプリング速度
は、補助用の校正器校正における２０／分のものよりも
２９３サンプル／分の方が好ましいことになる。念頭に
置かなければならないのは、このような離散的なセンサ
が誤差を導入することなく液体のレベルの振動に対応す
るように、かつ生起し得るセンサの多数の付勢に備える
ように配置されなければならないことである。 ［校正器の精度］ 校正器チヤネルはここで説明したような測定セグメント
・チヤネルより正確である。レベル・ゲージ、即ちゼロ
及びスパンの誤差は、いずれもゲージの高さスパンが小
さくなる程、小さくなるのが典型的なものである。また
校正器のスパンは測定セグメントのスパンに対して数パ
ーセント、例えば５ｍに対して２５cmに過ぎない。更
に、校正器それ自体は本発明の技術により、即ち液体の
レベルが校正器の上下にあるときは、リアルタイムでそ
のゼロ値及びフル値を検知することにより、校正され
る。 従つて、静電容量レベル・ゲージにおける誤差、校正器
か、又は測定セグメントかを考えることにする。この測
定は、本質的に詳細な説明の最後に添付する第１表(a)
に示す(1)式により表わされる。誤差は第１表(a)の(1)
式における分子のいくつか項の予測値から少し偏差した
結果となる。これは、第１表(b)〜(e)に示す(2)〜(5)式
により説明されるレベル誤差の原因となる。例えば、温
度及び経年変化を原因としたセグメント空の静電容量に
おける変化を第１表(b)に示す。他の例として、第１表
(c)に蒸気の密度及び成分の予測値における誤差を示
す。更に、他の例として第１表(d)に平衡回路網におけ
る誤差の差を示す。また他の例として第１表(e)にチヤ
ネル・ゲインにおける誤差を示す。従つて、「０」及び
「目盛」倍率におけるこれらの誤差は全てセグメントの
レベルＨに比例している。 液体のレベル・ゲージを自動的に校正するオン・ライン
・システムにおいて校正器を用いるときは、以下で説明
する補正モデル及び補正パラメータを理解することが必
要である。 ［補正モデル］ 液体のレベルについて更に正確な値を得るために、数学
的なモデルを用い、測定データに対する補正を行なう。 例えば、測定データが液体のレベルの線形な関数となつ
ている装置の場合、モデル（第２表(a)）には各セグメ
ントに対して固有な２つの補正パラメータが含まれてお
り、補正データを基本的な標準データに対して系統的に
適合させるように選択された値を有する。この標準デー
タは、校正器から、流体が空のときは各セグメントか
ら、流体が完全に一杯のときは各セグメントから得たも
のである。これらは測定可能な物理的な長さである。２
つの補正パラメータは流体のレベルから独立して適用さ
れるべき「０」補正、及び液体のレベルに比例して適用
されるべき「目盛」補正である。補正パラメータの値は
検知したデータにより決定され、自動補正のときに記憶
される。添付する第２表(b)〜(g)も参照のこと。補正モ
デルは第２表(a)に示してある。この補正モデルはコン
ピユータにより測定データに自動的に適用される。 頂部セグメント（又は校正器に備えられている上部セグ
メント）の場合は、ゼロ補正パラメータＺ＝Ｅ₀ であ
る。ただし、Ｅ₀ は流体のレベルがセグメントより低い
ときは、測定セグメント・チヤネルの検知値である。目
盛補正パラメータＫｓはセグメント・チヤネルの測定を
対応する校正器チヤネル測定と比較することにより計算
される。これは、校正器の長さに亙る多数の測定、又は
コンピユータ・プログラムにより付勢された校正器の長
さに亙る多数の測定を平均した結果である。第２表(c)
を参照のこと。 校正器に備えられていない中間セグメントの場合は、ゼ
ロ補正パラメータＺ＝Ｅ₀ である。目盛補正パラメータ
は、第２表(d)に示すように、流体が完全に一杯となつ
ているときは一回の測定結果である。校正器に備えられ
ている最低のセグメント（又は下位のセグメント）の場
合、ゼロ補正パラメータは第２表(e)に示すように校正
器測定の比較結果である。目盛補正パラメータは、第２
表(f)に示すように、流体が完全に一杯となつていると
きは一回の測定結果である。補正パラメータの観点か
ら、校正器それ自体は中間セグメントと同じものであ
る。その補正パラメータは２つの測定から決定される。
その１つは流体が校正器より低いときの測定であり、他
は流体のレベルが校正器より高いとき測定である。 校正器ゼロ補正パラメータはＺ＝Ｅ₀ である。 校正器目盛補正パラメータは Ｋｓ＝Ｈ／（Ｌｍｆ−Ｅ₀ ）である。 校正器チヤネルにおける校正補正測定を第２表(g)に示
す。 第７図は、セグメント及び校正器の種々の組合わせを関
連する可能流体レベル（ＬＬ）と対応させて示す。頂部
セグメント及び校正器の場合、流体のレベルは校正器の
所（「目盛」補正パラメータ）に、又はセグメントより
下（「ゼロ」補正パラメータ）にある。中間セグメント
の場合、流体のレベルは校正器より上（「目盛」補正パ
ラメータ）に、又はセグメントより下（「ゼロ」補正パ
ラメータ）にある。底部セグメントの場合、流体のレベ
ルはセグメントより上（「目盛」補正パラメータ）に、
又は校正器の所（「ゼロ」補正パラメータ）にある。校
正器の場合、レベルは「目盛」補正パラメータの校正器
より上、かつ「ゼロ」補正パラメータの校正器より下に
ある。いずれの場合も流体のレベルは上昇、下降又は安
定している。 本発明は、自動的に、しかも費用を掛けることなく、装
置調整の精度を改善する手段を提供するものである。自
動的な精密調整の処理は部分的にオン・ライン自動校正
の処理と平行しており、次の処理の項に説明されてい
る。 ［処理］ オン・ライン自動校正の場合、以下の処理を開始するた
めに、複数のコンピユータ制御命令が備えられている。
即ち、 (a)流体のレベルが低いときは、流体のレベルより上の
セグメント、典型的には底部セグメントを除く、全セグ
メントを有する全セグメント・チヤネルの空補正値を獲
得（即ち「確保」）し、更新すること。 (b)流体のレベルが高いときは、流体のレベルより低い
セグメント、典型的には底部セグメントを除く、全セグ
メントを有する全セグメント・チヤネルの空補正値を獲
得して更新すること。 (c)積み込みのときは積み込み前の全ての空補正値を獲
得して更新し、底部セグメントが満たされているのとき
は「ｎ」校正器補正値対を獲得し、頂部セグメントを満
たしているのときは、「ｎ」校正器補正値の対を獲得し
て全てのフル補正値を獲得して更新すること。 (d)積み下しのときは積み下しの前の浸入されたセグメ
ントを有するチヤネルの全ての完全補正値を更新し、頂
部セグメント及び底部セグメントが露出しているときは
「ｎ」補正器補正値の対を獲得し、積み下し後に全ての
空の補正値を更新すること。 (e)全ての場合において、全チヤネルの補正モデルの対
応するパラメータを更新し、これによつて保管転送校正
及び記録に登録される全ての値を補正すること。 タンクが空の場合に自動的な精密調整をするのときは、
次の命令も付加的される。 (a)校正器チヤネルを含む全てのチヤネルの空補正値を
獲得して更新すること。 (b)頂部及び底部セグメント・チヤネルを含む全てのチ
ヤネルの完全な補正値を獲得して補正し、適当なチヤネ
ル又はチヤネル対平衡回路網を個々に切り離すこと。 (c)補正パラメータを更新し、補正モデルを用いて指示
された全ての値を補正すること。 第１表は以上の説明において引用した式を総合した表で
あり、第２表はあらゆるレベル配置及びあらゆる種類の
セグメントに対する補正パラメータを計算するときに用
いる補正モデル及び式を示す表である。

【図の簡単な説明】

第１図は本発明による動作可能な多重ユニツト流体レベ
ル・センサ装置のブロツク図、 第２図はセンサ・モジユール及びそのエレメントを概要
的に示す簡単なブロツク図、 第３図は多重ユニツト流体レベル・センサ装置の一部を
形成する電子装置の簡単なブロツク図、 第４図は第２図のセンサ・モジユールの更に詳細な他の
外観図、 第５図は本発明の第１の実施例による一体同軸校正器を
有する静電容量セグメントの部分断面図、 第６図は第５図の線６〜６において切断した平面図、 第７図は全てのセグメント形式における補正値を獲得す
るレベル構造を示す図である。 ２０，２２，２４，２６……電子装置、３０……スイツ
チング回路網、４０……デイジタル・コンピユータ、６
０……電源、７０，７４……交流電圧増幅器、７２，７
６……ＡＣ／ＤＣ変換器、１１２……支持ブラケツト、
１１３……取り付け板、１１４……底部セグメント、１
１６……上部セグメント、１１８……中間セグメント、
１２０……フランジ、１２６……基準センサ、１２８…
…外部電極、１３８……同軸校正器、１４０……外部電
極、１４２，１４６，１４８……接地電極、１５０……
スペーサ、１５２……金属接触スペーサ、１５３，１５
４……絶縁スペーサ、１７０，１７２……流通孔、１７
８，１８０……通気孔。

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電容量流体レベル・センサ（１１）と、
   高さを測定すべき流体と、を組合せた静電容量流体セン
   サの校正器（１３８）であって、 (a) 既知の軸長を有する第１の電極（１４０）と、 (b) 既知の軸長を有し、前記第１の電極から離れて配
   置される第２の電極（１４２）と、 (c) 前記静電容量流体レベル・センサと既知の固定的
   な関係により前記電極を支持する支持手段（１５３，１
   ５４，１５８，１６０）とを備えると共に、 前記静電容量流体レベル・センサは前記静電容量流体レ
   ベル・センサと前記第１の電極（１４０）との間に交流
   電圧を印加する手段（２０，２２，２４，２６）を備え
   ていることを特徴とする静電容量流体センサの校正器。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の静電容量流体
   センサの校正器において、前記第１の電極及び前記第２
   の電極は円筒状かつ同軸状をなすと共に、それぞれ円形
   をなす頂部及び底部にそれぞれ流体を交換する流通路を
   含む円形領域を形成していることを特徴とする静電容量
   流体センサの校正器。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の静電容量流体
   センサの校正器は内部電極及び外部電極を備え、前記内
   部電極及び外部電極は互いに同軸であることを特徴とす
   る静電容量流体センサの校正器。
4. 【請求項４】流体を保持するようにしたタンク容器（１
   １１）に用いられる静電容量流体センサの校正器であっ
   て、 (a)校正器（１３８）を含む下部同軸静電容量流体レベ
   ル・センサ・セグメント（１１４）と、 (b)前記タンク容器（１１１）の底部に前記下部同軸静
   電容量流体レベル・センサ・セグメント（１１４）を取
   り付ける取り付け手段（１２０）と、 (c)前記下部同軸静電容量流体レベル・センサ・セグメ
   ント（１１４）から軸方向に離れて同軸に配置された少
   なくとも１つの上部同軸静電容量流体レベル・センサ・
   セグメント（１１６，１１８）と を備えていることを特徴とする静電容量流体センサの校
   正器。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項記載の静電容量流体
   センサの校正器において、少なくとも１つの前記上部同
   軸静電容量流体レベル・センサ・セグメントは校正器部
   を備えていることを特徴とする静電容量流体センサの校
   正器。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第４項記載の静電容量流体
   センサの校正器において、更に少なくとも１つの中間同
   軸静電容量流体レベル・センサ・セグメントを備え、前
   記中間同軸静電容量流体レベル・センサ・セグメントは
   前記下部同軸静電容量流体レベル・センサ・セグメント
   と前記上部同軸静電容量流体レベル・センサ・セグメン
   トとの間において同軸であることを特徴とする静電容量
   流体センサの校正器。
7. 【請求項７】特許請求の範囲第４項記載の静電容量流体
   センサの校正器において、更に前記各同軸静電容量流体
   レベル・センサ・セグメントの長軸に沿って軸方向に配
   置されると共に、前記校正器の円形領域を前記各センサ
   ・セグメントの円形領域に接続する上部及び底部放射状
   静電容量流体流通路を備えていることを特徴とする静電
   容量流体センサの校正器。
8. 【請求項８】流体を貯えている複数のタンク内の流体の
   レベルを測定するに際に用い、多重ユニツトをなす静電
   容量流体センサの校正器であって、 (a)(i) １つの底部センサ・セグメント及び少なくとも
   １つの上部センサ・セグメント、 (ii) 流体を貯えているタンク内に前記流体レベル・セ
   ンサ・モジュールの一端を固定的に取り付ける手段、並
   びに (iii) 少なくとも１つの流体センサ校正器をそれぞれ
   有すると共に、 各センサ・セグメントが各校正チャネル・ケーブルを有
   し、各校正器が関連する校正チャネル・ケーブルを有
   し、かつ各センサ・モジュールが少なくとも１つのセン
   サ駆動ケーブルを有する複数の流体センサ校正器と、 (b)各センサ・モジュールに交流駆動電圧を印加する複
   数の電源手段、及び各センサ・セグメント内の流体の比
   率に関連した信号レベルを発生し、かつ前記流体レベル
   ・センサ・モジュールに含まれている各校正器内の流体
   の比率に関連する信号レベル・センサを発生する複数の
   信号処理チャネル手段と、 (c)前記センサ・セグメント及び校正器チャネルに選択
   的に接続をするスイッチング回路網手段と、 (d)入出力手段、データ記憶手段、表示手段、算術及び
   論理手段、及び中央制御装置手段を含み、全てプログラ
   ム制御に基づいて協動し得るコンピュータ手段とを有
   し、 前記電源手段は電圧を入力ケーブルを介して前記流体レ
   ベル・センサ・モジュール及び前記校正器に印加し、前
   記処理手段は各測定チャネル及び各校正器チャネルの出
   力ケーブルを介して検知した前記流体レベルに関連する
   信号を受信し、前記信号を前記コンピュータにより処理
   して記憶し、校正された出力表示と、特定のセンサ・チ
   ャネル及びタンク流体レベル・センサに関連した校正セ
   グメント及び総合測定を得ることを特徴とする静電容量
   流体センサの校正器。
9. 【請求項９】特許請求の範囲第８項記載の静電容量流体
   センサの校正器において、各センサ・モジュールは更に
   前記底部センサ・セグメントと前記頂部センサ・セグメ
   ントとの間に少なくとも１つの中間流体レベル・センサ
   ・セグメントを備えていることを特徴とする静電容量流
   体センサの校正器。
10. 【請求項１０】特許請求の範囲第８項記載の静電容量流
    体センサの校正器において、各流体レベル・センサ・モ
    ジュールは少なくとも２つの校正器を備え、前記校正器
    の一方は前記底部センサ・セグメントの長軸に沿って同
    軸に配置され、前記校正器の他方は頂部センサ・セグメ
    ントの長軸に沿って配置されていることを特徴とする静
    電容量流体センサの校正器。
11. 【請求項１１】特許請求の範囲第８項記載の静電容量流
    体センサの校正器において、各チャネルに関連される前
    記信号処理チャネル手段は信号値を測定した前記流体の
    レベルに関連する直流信号に変換する交直信号変換器を
    備えていることを特徴とする静電容量流体センサの校正
    器。
12. 【請求項１２】特許請求の範囲第８項記載の多重ユニッ
    ト静電容量流体センサの校正器において、前記スイッチ
    ング回路網はアナログ測定信号を前記コンピュータ手段
    により用いられるデイジタル測定信号に変換する少なく
    とも１つのアナログ・デイジタル変換器に関連されてい
    ることを特徴とする静電容量流体センサの校正器。
13. 【請求項１３】タンク内の流体において測定される流体
    の高さを表わすシステム測定値を発生する流体レベル測
    定装置を実際の使用条件に基づいて校正する静電容量流
    体センサの校正器において、 (a)前記流体の高さが第１の既知レベルであるときは、
    第１の測定値を発生する手段と、 (b)前記第１の測定値が記憶する手段と、 (c)前記流体の高さが第２の既知レベルにあるときに、
    第２の測定値を発生する手段と、 (d)前記第２の測定値を記憶する手段と、 (e)前記第１および第２の測定値を関数として、かつ対
    応する前記既知流体の高さの関数としてゼロ補正パラメ
    ータ及び目盛補正パラメータを決定し、測定すべき流体
    の高さを表わす前記システムの測定値の補正に用いる手
    段と、 (f)前記表示と、前記ゼロ補正及び目盛補正パラメータ
    との関数として測定した流体の高さの補正値を決定する
    手段と を備えていることを特徴とする静電容量流体センサの校
    正器。
14. 【請求項１４】特許請求の範囲第１３項記載の静電容量
    流体センサの校正器において、 (a)前記第１および第２の測定値の関数として、かつ対
    応する前記既知レベルの関数としゼロ補正パラメータ及
    び目盛り補正パラメータを決定し、測定すべき流体の高
    さを表わす前記システムの測定値の補正に用いる手段
    と、 (b)前記表示と前記ゼロ補正及び目盛り補正パラメータ
    との関数として流体の高さの補正値を決定する手段とは 電子計算機であることを特徴とする静電容量流体センサ
    の校正器。
15. 【請求項１５】垂直路に沿って軸方向に配置した複数の
    センサ・セグメントを備えたタンク内にあり、測定され
    る流体の高さを表わしたシステム測定値を発生する流体
    レベル測定装置について実際の測定条件に基づき校正す
    る静電容量流体センサの校正方法であって、 (a)前記流体の高さが第１の既知レベルであるときは、
    第１の測定値を発生する段階と、 (b)前記第１の測定値を記憶する段階と、 (c)前記流体の高さが第２の既知レベルであるときは、
    センサ・セグメント内の流体の高さを表わす第２の測定
    値を発生する手段と、 (d)前記第２の測定値を記憶する段階と、 (e)前記第１及び第２の測定値の関数として、かつ前記
    センサ・セグメントにおいて対応する前記既知流体の高
    さの関数として各セグメント・チャネルのゼロ補正パラ
    メータ及び目盛補正パラメータを発生し、測定すべき前
    記流体の高さを表わす前記システムの測定値の補正に用
    いる段階と、 (f)前記システム値、前記ゼロ補正パラメータ及び前記
    目盛補正パラメータとの関数として流体の高さの補正値
    を決定する段階とを備えていることを特徴とする静電容
    量流体センサの校正方法。
16. 【請求項１６】特許請求の範囲第１５項記載の静電容量
    流体センサの構成方法において、前記第１の測定値は前
    記流体の高さが校正中のセンサ・セグメントより低いと
    きは、前記センサ・セグメントにおける流体の高さがゼ
    ロであることを表わし、前記第２の測定値は前記流体の
    高さが校正中のセンサ・セグメントより高いときは、前
    記セグメントにおける流体の高さが前記センサ・セグメ
    ントの長さに等しいことを表わすことを特徴とする静電
    容量流体センサの校正方法。
17. 【請求項１７】特許請求の範囲第１５項記載の静電容量
    流体センサの校正方法において、前記第１の測定値は前
    記流体の高さが校正中のセンサ・セグメントより低いと
    きは、流体の高さがゼロであることを表わし、前記第２
    の測定値は前記流体の高さが校正中のセンサ・セグメン
    トの整数であるときは、前記センサ・セグメントにおけ
    る流体の高さを表わすことを特徴とする静電容量流体セ
    ンサの校正方法。