JPH06273214A - 容積測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メインタンク及び基準タンク内の空間の容積
を変化させ、両空間内の圧力変動値に基づきメインタン
ク内の空間の容積を測定する容積測定装置において、簡
単な構成で基準タンク内への流体の流入を防止し、良好
な測定精度を確保する。 【構成】 アクチュエータ（３０）を駆動してメインタ
ンク（１）及び基準タンク（２）の各々の作動状態圧力
変動値を検出し、これらの作動状態圧力変動値に基づき
メインタンク内の空間（ＭＳ）の容積を演算する装置に
おいて、基準タンクに、一端が基準タンク内の空間（Ｒ
Ｓ）の最下端近傍に連通し他端がメインタンク内で開口
する連通管（６）を設ける。この連通管は、開口端（６
ａ）がメインタンクに形成される残留空間（ＨＳ）内に
位置するように配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は容積測定装置に関し、特
に所定形状のメインタンクに対し小容積の基準タンクを
連通して設け、両タンク内の空間の容積を変化させ、両
タンク内の圧力変動値に基づきメインタンク内の空間の
容積を測定する容積測定装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来、タンク内に収容された液体、粉体
等の体積を測定する体積測定方法及びその装置として、
特開平２−１９７１７号公報に記載のように種々の方法
及び装置が提案されている。例えば同公報第１０図に記
載の実施例においては、メインタンク３０及び補正タン
ク３１を完全に閉じられた系とすると共に、両タンクを
細いパイプ４７で接続することにより静圧を等しくする
こととしている。そして、メインタンク３０と補正タン
ク３１に対し、体積変化機構３３により各タンク内の容
積を変化させて圧力変動を生じさせ、第２の振幅検出器
３９ａからの出力γ・Ｐ₀ ・ｖ₀ を第１の振幅検出器３
９ｂからの出力γ・Ｐ₀ ・ｖ₀ ／Ｖ₂ で除算することに
よって、メインタンク３０の空洞部分の体積Ｖ₂ を算出
することとしている。更に、この体積Ｖ₂ をメインタン
ク３０の全体積（容積）から引算することによってメイ
ンタンク３０に収容された液体等の体積Ｖ_L を算出する
こととしている。測定原理は同公報に説明されているの
で説明は省略するが、メインタンク３０内の空間の容積
（即ち、メインタンク内に収容物が存在しなければメイ
ンタンクの全容積であり、収容物が存在する場合にはメ
インタンク内の収容物以外の容積）はメインタンク３０
及び補正タンク３１内の圧力変動の検出出力に応じて算
出し得ることが開示されている。

【０００３】上記公報第１０図に記載の補正タンク３１
はメインタンク３０に付設され、両タンクを連通するパ
イプ４７は補正タンク３１の側方からメインタンク３０
の上方に接続されており、同公報第１６図に記載の補正
タンクもメインタンクの外部に付設された形態を呈して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の体積測定装置を
例えば自動車の燃料タンクの燃料残量測定装置に適用す
る場合等においては、メインタンクの外形が制約される
ので、補正タンクの大半部分をメインタンク内に収容す
る必要が生ずる。このような場合に、補正タンク内とメ
インタンク内とを等しい静圧とするためには補正タンク
に連通孔を穿設すればよいが、万一連通孔から流体が流
入したときに補正タンク内に溜まることがないよう、連
通孔は補正タンク内の空間の最下端近傍に設けることが
望ましい。しかし、このような部分に連通孔を設ける
と、メインタンク内の流体が略満杯の状態で傾斜し流体
表面が変動した場合に、補正タンク内に流体が流入する
おそれがある。

【０００５】連通孔を介してメインタンク内の流体が補
正タンク内に流入すると、流体が補正タンク内の空気と
入れ替り、それだけ補正タンク内の容積が減少する。こ
のため、メインタンク内の空間の容積を演算すると実際
の値より小さい値となり、流体量は実際の量より大きい
値を示すこととなる。従って、補正タンク内には流体が
流入しないようにする必要がある。

【０００６】これに関連し、例えば実開平２−１２００
２８号公報においては、補正用タンク３１を形成するケ
ース５０をメインタンク３０内に収容し、このケース５
０とメインタンク３０とを連結する連結パイプ５１にボ
ール弁５４を配設した装置が開示されている。尚、同装
置においては、補正用タンク３１とメインタンク３０と
を連通するパイプ４７はケース５０内に収容されてい
る。

【０００７】然し乍ら、同公報に記載のように補正用タ
ンクからメインタンクへの出力口にボール弁を設けるこ
ととすると、ボール弁によって出力口が閉塞された後は
体積測定が不可能となり、また閉塞時前後の特性にも影
響を及ぼすおそれがある。尚、上記公報においては補正
タンクあるいは補正用タンクという用語が用いられてい
るが、本願では、メインタンクの容積の測定に際して参
照されるべき圧力変動を付与する機能に鑑み、基準タン
クとする。

【０００８】そこで、本発明はメインタンク及び基準タ
ンク内の空間の容積を変化させ、両空間内の圧力変動値
に基づきメインタンク内の空間の容積を測定する容積測
定装置において、簡単な構成で基準タンク内への流体の
流入を防止し、良好な測定精度を確保することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の容積測定装置は、流体を収容する所定形状
のメインタンクと、該メインタンクに連通する基準タン
クと、該基準タンク内の空間及び前記メインタンク内の
前記流体上方の空間に対し各々の容積を変化させて圧力
変動を付与するアクチュエータとを備え、該アクチュエ
ータを駆動して前記メインタンク及び前記基準タンクの
各々の作動状態圧力変動値を検出し、該各々の作動状態
圧力変動値に基づき前記メインタンク内の空間の容積を
演算する容積測定装置において、前記基準タンクに、一
端が前記基準タンク内の空間の最下端近傍に連通し他端
が前記メインタンク内で開口する連通管を設け、該連通
管の開口端が、前記メインタンクに形成される残留空間
内に位置するように配設することとしたものである。
尚、本発明における残留空間とは、メインタンクがどの
ような方向に最大限傾斜したときにも燃料の上方に残留
する空間をいう。

【００１０】

【作用】上記の容積測定装置においては、先ずアクチュ
エータが駆動され、アクチュエータが作動した状態でメ
インタンク及び基準タンクの各々の作動状態圧力変動値
が検出される。そして、これらの作動状態圧力変動値に
基づき、例えば両者の比が演算され、この比に基づきメ
インタンク内の空間の容積が演算される。この場合にお
いて、メインタンク内に流体が満杯に収容された状態で
傾斜し、基準タンクの一部に流体が接した場合にも、連
通管は、その開口端がメインタンクの残留空間内に位置
するように配設されているので、基準タンク内に流体が
流入することはない。万一、基準タンク内に流体が流入
しても、連通管は基準タンク内の空間の最下端近傍に連
通しているので、基準タンク内に拡散することはなく、
アクチュエータの作動により容易にメインタンク内に排
出される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の容積測定装置の一実施例に係り、
自動車の燃料タンクの燃料残量を測定する液量測定装置
に適用したものである。燃料タンクは閉空間を郭成する
メインタンク１を有し、燃料が注入されたときに上部に
形成される空間ＭＳが最小の場合、即ち液面ＦＬが最高
となった場合にも空間ＭＳに連通する位置に開口１ａが
穿設されている。この開口１ａには円筒体の基準タンク
２が収容され、その一方の端部に形成されたフランジ部
２ｆがガスケット３ａを介して開口１ａに押接され、更
にフランジ部２ｆにガスケット３ｂを介してカバー４が
押接されている。また、破線で示すケース５がカバー４
に接合され、両者間に閉空間が郭成されている。これら
ケース５、カバー４、フランジ部２ｆ及びガスケット３
ａ，３ｂは、メインタンク１に固着された環状のリテー
ナ１ｂ及びこれに螺合するボルト（図示せず）によって
メインタンク１に固定される。

【００１２】上記基準タンク２内にはアクチュエータ３
０が収容されている。本実施例のアクチュエータ３０
は、電気信号を振動板３１の機械振動に変換する動電型
の装置である。振動板３１はエッジ３１ａを介して基準
タンク２の開口部に支持されており、振動板３１の中央
部には可動コイル３２が装着されている。更に、基準タ
ンク２内に、コア３３及びこれに接合される永久磁石３
４が嵌合され、コア３３に対し可動コイル３２が基準タ
ンク２の軸方向に移動可能となるように配置されてい
る。コア３３の中央部には連通孔３３ａが形成されてお
り、カバー４と振動板３１によって基準タンク２内に空
間ＲＳが郭成されている。

【００１３】基準タンク２の側壁には、空間ＲＳの最下
端近傍に小径の連通孔２ａが穿設されており、この連通
孔２ａに連通管６の一方の開口端が連通接続され、基準
タンク２の側面に固定されている。従って、連通管６を
介して基準タンク２内の空間ＲＳがメインタンク１内の
空間ＭＳに連通している。連通管６は基準タンク２の下
部からメインタンク１内に延出し、その他方の開口端６
ａは上方に開口している。即ち、図２に示すように、連
通管６の開口端６ａは連通孔２ａと同一水平面上に位置
するように配設されており、メインタンク１内に燃料が
満杯に収容された状態で傾斜し、基準タンク２の一部に
燃料が接した場合にも、連通管６の開口端６ａがメイン
タンク１の残留空間ＨＳ内に位置するように配設されて
いる。図２において、液面ＦＬａ，ＦＬｂは夫々メイン
タンク１が図２中、左方及び右方に最大限傾斜したとき
の液面を示すもので、何れの場合にも共通の残留空間Ｈ
Ｓ内に連通管６の開口端６ａが位置している。

【００１４】而して、通常は、メインタンク１内の空間
ＭＳと基準タンク２内の空間ＲＳは連通管６を介して連
通し同一圧力となっている。即ち、両空間ＭＳ，ＲＳは
等しい静圧とされている。そして、可動コイル３２に交
流電圧の駆動信号が供給されると振動板３１が振動し、
両空間ＭＳ，ＲＳに対し同時に逆位相の粗密圧力波が出
力される。尚、アクチュエータ３０としては、上記に限
ることなく、永久磁石に接続したコアにコイルを巻回
し、このコイルに駆動信号を供給することによって振動
板３１を振動させる電磁型の装置を構成することとして
もよい。この外、スピーカ分野において利用される静電
型、電歪型、磁歪型等の種々の構成を採用することがで
き、あるいはピストン等を駆動する装置を採用すること
もできる。

【００１５】基準タンク２の開口端部には、メインタン
ク１内の空間ＭＳに露呈し空間ＭＳ内の圧力変動を検出
する圧力センサ１０が装着されている。また、基準タン
ク２内の空間ＲＳの圧力変動を検出する圧力センサ２０
が基準タンク２内に支持されている。而して、これらの
圧力センサ１０，２０からメインタンク１及び基準タン
ク２の各々の空間ＭＳ，ＲＳの圧力変動値に応じた検出
信号がコントローラ５０に出力される。尚、圧力センサ
１０，２０は圧力信号を電気信号に変換するものであ
り、マイクロホン等種々の態様がある。上記ケース５と
カバー４で囲繞される空間には、コントローラ５０を構
成する回路素子等が収容されており、圧力センサ１０，
２０はコントローラ５０に接続されている。

【００１６】コントローラ５０は図１の上方に示す回路
構成を有し、圧力センサ１０，２０に夫々接続されるバ
ンドパスフィルタ１１，２１、Ａ／Ｄコンバータ１２，
２２を有し、更にＣＰＵ（中央処理装置）５１、ＲＯＭ
５２及びＲＡＭ５３の各メモリ、タイマ５４、入出力イ
ンターフェース５５等を内蔵しており、この入出力イン
ターフェース５５に駆動装置４０が接続され、この駆動
装置４０はアクチュエータ３０の可動コイル３２に接続
されている。更に、入出力インターフェース５５には表
示装置６０が接続されている。表示装置６０としては、
例えばアナログ表示あるいはディジタル表示の燃料計
等、種々の態様がある。

【００１７】駆動装置４０は例えば発振器（図示せず）
を内蔵し、入出力インターフェース５５の出力信号に応
じ所定周波数（例えば、１０Ｈｚ前後）の正弦波出力信
号をアクチュエータ３０の可動コイル３２に供給するよ
うに構成されている。即ち、メインタンク１及び基準タ
ンク２内に、例えば｜ｖ₀sinω₀t｜の気体体積変化を生
じさせるように、アクチュエータ３０が駆動制御され
る。尚、ｖ₀ は振動板３１から出力される粗密圧力波に
よって惹起される気体体積変化の最大値である。

【００１８】上述の圧力センサ１０，２０の検出信号は
バンドパスフィルタ１１，２１に供給され、ここで角周
波数ω₀ の信号成分が取り出され、Ａ／Ｄコンバータ１
２，２２を介してディジタル量に変換されて入出力イン
ターフェース５５に供給される。

【００１９】而して、コントローラ５０においては、圧
力センサ１０，２０の検出信号に応じ入出力処理、記
憶、演算が行なわれ、アクチュエータ３０が駆動される
と共に、演算結果が表示装置６０に出力される。即ち、
ＣＰＵ５１で実行されるプログラムに従ってアクチュエ
ータ３０が駆動され、メインタンク１内の空間の容積、
ひいてはメインタンク１内の燃料残量を求める一連の演
算処理が行なわれ、表示装置６０にて容積及び／又は燃
料残量が表示される。このプログラムは例えば図３に示
すルーチンから成り、イグニッションスイッチ（図示せ
ず）がオンとなった後に実行され、以下のように処理さ
れる。

【００２０】先ず、ステップ１０１においてＣＰＵ５１
等が初期化され、各種演算値がクリアされ、タイマがリ
セットされる。続いて、ステップ１０２において、後述
のステップ１０７で利用する関数Ｆが、例えば所定の一
次関数として設定される。そして、ステップ１０３にて
駆動装置４０からの出力に応じてアクチュエータ３０が
駆動され、振動板３１が振動を開始し、粗密圧力波がメ
インタンク１内の空間ＭＳ及び基準タンク２内の空間Ｒ
Ｓに出力される。これにより、夫々の空間ＭＳ，ＲＳに
略同一の条件で略同一の圧力変動（但し、逆位相）が生
ずる。

【００２１】上記空間ＭＳ，ＲＳにおける圧力変動は圧
力センサ１０，２０によって検出され、その変化量がメ
インタンク１及び基準タンク２内の圧力変動値ΔＰ_M ，
ΔＰ_R として求められる。後者のΔＰ_R は数１のように
表すことができ、前者のΔＰ_M は数２のように表すこと
ができる。

【数１】

【数２】 但し、γはメインタンク１及び基準タンク２内の気体の
比熱比、Ｐ₀ は気体の絶対圧力を示し、Ｖ_R は基準タン
ク２内の空間ＲＳの容積、Ｖ_M はメインタンク１内の空
間ＭＳの容積、ΔＶ_A はアクチュエータ３０の駆動に伴
うメインタンク１の変形による空間ＭＳの容積変化量を
示す。

【００２２】ステップ１０４に進み、圧力センサ１０，
２０の検出信号がバンドパスフィルタ１１，２１並びに
Ａ／Ｄコンバータ１２，２２を介してディジタル量に変
換され、入出力インターフェース５５を介してＲＡＭ５
３に格納される。そしてステップ１０５にて、上記圧力
変動値ΔＰ_M ，ΔＰ_R の絶対値が所定時間（例えば３０
秒）積分され、夫々ΔＰ_AM，ΔＰ_ARとされてＲＡＭ５３
に格納される。更にステップ１０６に進み、上述のよう
にして求められた圧力変動値ΔＰ_AR，ΔＰ_AMの比λ（＝
ΔＰ_AR／ΔＰ_AM）が演算される。この比λは、メインタ
ンク１内の空間ＭＳの容積Ｖ_M 及び容積変化量ΔＶ_A の
和と基準タンク２内の空間ＲＳの容積Ｖ_R の比（＝（Ｖ
_M ＋ΔＶ_A ）／Ｖ_R ）に近似する。

【００２３】そして、ステップ１０７に進み、メインタ
ンク１内の燃料の液量Ｖ_L が演算される。即ち、上述の
ステップ１０２で設定された関数Ｆに基づきメインタン
ク１内の燃料の液量Ｖ_L が演算される。この関数Ｆとし
ては例えば下記数３に示す一次関数が用いられる。

【数３】 但し、Ｖ_A はメインタンク１の容量（全容積）、Ｋ₀ は
定数である。尚、定数Ｋ₀ 、ΔＶ_A は所定の液量Ｖ_L0に
おける圧力変動値の比λを実測することにより設定され
る。

【００２４】而して、ステップ１０８にて上記液量Ｖ_L
に対応した信号が表示装置６０に供給され，所定の表示
が行なわれた後ステップ１０４に戻り上述の作動が繰り
返され、所定の周期で表示が更新される。この場合にお
いて、メインタンク１内の空間ＭＳの容積Ｖ_M を表示す
るように構成してもよく、あるいは表示装置６０を設け
ることなく入出力インターフェース５５の出力信号を直
接他の制御装置等に供することとしてもよい。

【００２５】上述の測定作動において、メインタンク１
内の燃料が満杯となるまで収容された後、メインタンク
１が傾斜すると図２に示すような液面ＦＬａ，ＦＬｂが
形成される。このとき、液面ＦＬａ，ＦＬｂの上方の残
留空間ＨＳに連通管６の開口端６ａが開口しているの
で、傾斜時の液面変動に拘らず基準タンク２内の空間Ｒ
Ｓは連通管６を介してメインタンク１内の残留空間ＨＳ
に連通している。また、仮に連通管６内に燃料の飛沫が
侵入しても、連通孔２ａは基準タンク２の空間ＲＳの最
下端近傍に設けられているので、基準タンク２内に拡散
することはなく、また連通管６内の燃料はアクチュエー
タ３０駆動時の基準タンク２とメインタンク１の圧力差
によってメインタンク１内に排出される。

【００２６】尚、本実施例においてはディジタル処理に
よる制御を中心としたが、もちろん全てをアナログ処理
とすることもできる。また、本実施例では燃料残量を測
定する液量測定装置としたが、燃料に限ることなく粉
体、粒体、異形物体等の収容量を測定する装置としても
よい。更に、連通管６は上記実施例の形態に限ることな
く種々の形態を構成することができ、例えば侵入した燃
料を開口端６ａ側に導くように屈曲形成してもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で以下の効果を奏する。即ち、本発明の容積測定装置に
よれば、一端が基準タンク内の空間の最下端近傍に連通
し、他端の開口端がメインタンクに形成される残留空間
内に位置するように配設された連通管を介して、基準タ
ンク内の空間がメインタンク内の空間と連通するように
構成されているので、基準タンク内への流体の流入が防
止され、また万一基準タンク内に流体が流入しても容易
に排出される。而して、良好な測定精度を確保すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る容積測定装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】本発明の容積測定装置の一実施例におけるメイ
ンタンク及び基準タンクの断面図である。

【図３】本発明の一実施例におけるコントローラによる
処理を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ メインタンク ２ 基準タンク ２ａ 連通孔 ６ 連通管 １０，２０ 圧力センサ ３０ アクチュエータ ３１ 振動板 ３２ 可動コイル ４０ 駆動装置 ５０ コントローラ ６０ 出力装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高江洲 昌富 愛知県豊田市鴻ノ巣町２丁目26番地 堀江 金属工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体を収容する所定形状のメインタンク
   と、該メインタンクに連通する基準タンクと、該基準タ
   ンク内の空間及び前記メインタンク内の前記流体上方の
   空間に対し各々の容積を変化させて圧力変動を付与する
   アクチュエータとを備え、該アクチュエータを駆動して
   前記メインタンク及び前記基準タンクの各々の作動状態
   圧力変動値を検出し、該各々の作動状態圧力変動値に基
   づき前記メインタンク内の空間の容積を演算する容積測
   定装置において、前記基準タンクに、一端が前記基準タ
   ンク内の空間の最下端近傍に連通し他端が前記メインタ
   ンク内で開口する連通管を設け、該連通管の開口端が、
   前記メインタンクに形成される残留空間内に位置するよ
   うに配設したことを特徴とする容積測定装置。