JPH07294316A

JPH07294316A - 液面計

Info

Publication number: JPH07294316A
Application number: JP8295594A
Authority: JP
Inventors: Saburo Uemura; 三良植村
Original assignee: Macome Corp
Current assignee: Macome Corp
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 1995-11-10
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JP2770126B2

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の液面計は、被測定液体の液位が特定の
位置に来たことを検出していた。この発明に係るディス
プレーサ式液面計は、被測定液体の変化の範囲内で、現
在の液位がどの区間にあるかを連続的に監視できること
を目的とする。【構成】液面計が、上端を係止したバネ（２４）と、
バネの下端より吊るされ、その一部または全部が被測定
液体の中にあるディスプレーサ（２６）と、ディスプレ
ーサの移動に連動する磁石（２０）と、磁石の移動方向
に隣接して並置された複数個の磁気検出器（３０，３
０′）と、磁気検出器の各々に接続された検出回路（３
４，３４′）と、各々の検出回路の出力信号を受けて、
被測定液体の液位が変化範囲のいずれの区間に位置する
かを表す区間表示信号を連続的に出力するゲート回路
（３６）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水、油その他の液体の
液位（レベル）を検出する液面計に関する。

【０００２】

【従来の技術】液面計として従来から広く利用されてい
る技術は、第１図に示すような、リードスイッチ２を利
用した液面計４である。液面形本体として非磁性の管状
パイプ６を用い、液面計４をこのパイプ６に接続したフ
ランジ８によって液体容器等に固定する。パイプ６に摺
動自在に係合する円筒形状のフロート１０を設け、この
フロートにリング状磁石１２を内蔵する。一方、パイプ
６の特定の位置にリードスイッチ２を設け、フロート１
０がリードスイッチ２に接近したとき、リング状磁石１
２の磁界をリードスイッチ２が検出し、リードスイッチ
に接続した適当な回路を用いてＯＮ／ＯＦＦの電気信号
を生じさせ、液面がリードスイッチ２に接近したことを
検出する。

【０００３】別の従来技術は、レベル計にコンパレータ
を組み合わせることにより連続的に液面レベルを検出す
る方式である。この従来技術は、検出可能範囲の任意の
レベルでスイッチ信号が得られる点で上述の従来技術よ
り有利であるが、この形式のレベル計は被測定液体の液
位の上限と下限に対応してスイッチを設けなければなら
ず、液面計全体の寸法が大きい。

【０００４】更に、ディスプレーサ式液面計と称される
液面計がある。ディスプレーサ式液面計は、１９８５年
９月２９日社団法人日本計量機器工業連合会発行「レベ
ル計」第６９〜７１頁を参考にすると、次のようなもの
である。

【０００５】ディスプレーサ式液面計は、液面の移動を
ディスプレーサの浮力変化で検出し測定するレベル計で
ある。ここで、「ディスプレーサ」とは、ディスプレー
ス（Ｄｉｓｐｌａｃｅ）〔排水量がいくらある〕という
語を語源として、「液体を排除するもの」の意味で使用
される。ディスプレーサは、その一部または全部が液体
に沈むように設計されており、液面に浮くフロートと区
別してディスプレーサと呼んでいる。

【０００６】図２に示すように断面積が一様な長いディ
スプレーサ１４を液中に吊るしたとき、ディスプレーサ
１４の受ける浮力Ｆは次式で表わされる。

【０００７】Ｆ＝γＡｌ…………………………（１）ここで、γ：液体の比重Ａ：ディスプレーサの断面積ｌ：液中にあるディスプレーサの長さ

【０００８】ここで、ディスプレーサ１４の浮力をバネ
（スプリング）１６により釣り合わせておけば液位が上
昇したとき、浮力が増加するのでディスプレーサ１４は
バネ１６の力と釣り合うまで変位する。このとき液位の
変化量ΔＨとディスプレーサの変位ΔＬとの関係は次式
で表される。

【０００９】 ΔＨ＝（１＋ｋ／γＡ）ΔＬ…………………………（２）ここで、ｋ：スプリングのバネ定数（単位変位当たりの
荷重）

【００１０】従って、ディスプレーサ１４の変位量ΔＬ
と液位の変化量ΔＨは比例することより、これを指針１
８に伝えて液位の変位を知ることができる。ここで式
（２）から、（１＋ｋ／γＡ）は定数であり、また常に
（１＋ｋ／γＡ）〉１が成り立つことから、液位の変化
量ΔＨに比例してディスプレーサはΔＬだけ変位し、且
つΔＨよりΔＬが小さいことが分かる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】リードスイッチを利用
した液面計（図１）は、パイプ６内にリードスイッチ２
及びこれに接続する導線等を配置し、リードスイッチ２
はパイプ６の中の特定の位置に固定されているので、液
面計４を一旦製作した後は、リードスイッチ２の位置を
変えて液面計４の動作位置を変更することが非常に困難
である。

【００１２】またリードスイッチ２を設けた特定の位
置、即ち液面の上限、下限またはその他の予め定められ
た特定の液面だけを検出して電気信号を出力するが、こ
れ以外の範囲においては液面状態の検出は不可能であ
る。従って、複数の液位を検出するためには、これに対
応する個数の液面計を必要とする。更にリードスイッチ
自体が機械的な接点であるために、長期間の使用に対し
て信頼性が低いという欠点もある。

【００１３】一般的に、少数の検出スイッチで任意の液
位（レベル）を明確に特定することはできないが、例え
ば液位が変化する全範囲を上部、中間、下部のように複
数の区間に分けて、現在の液位がいずれの区間にあるか
を表示する信号が検出されるようにすることが望まれ
る。

【００１４】コンパレータを利用した液面計は、検出可
能範囲が広くて機能的には予め定められた範囲で必要な
電気信号が得られる。しかし、液面計として寸法が大き
くなり且つその構造が複雑で、結果的に高価となる点で
問題がある。

【００１５】そこで、構造が簡単で小型化され、機械的
接点を用いないで、液位の変化範囲を区間表示できる液
面計を検討した。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る液面計
は、例えば図３に示すように、上端を液体容器等に係止
したバネ（２４）と、バネの下端より吊るされ、その一
部または全部が被測定液体の中にあるディスプレーサ
（２６）と、ディスプレーサの移動に連動する発磁手段
（２０）と、発磁手段の移動方向に隣接して並置された
複数個の磁気検出器（３０，３０′）と、磁気検出器の
各々に接続された検出回路（３４，３４′）と、各々の
検出回路の出力信号を受けて、被測定液体の液位が変化
範囲のいずれの区間に位置するかを表す区間表示信号を
出力するゲート回路（３６）とを備える。

【００１７】更に、この発明に係る液面計は、例えば図
３に示すように、バネとディスプレーサとが軸部材（２
８）を介して接続され、発磁手段が軸部材に固定されて
いる。

【００１８】更に、この発明に係る液面計は、例えば図
３に示すように、軸部材とディスプレーサとが長さ調節
部材（３８）を介して接続され、液面計の全長が調節可
能となっている。

【００１９】更に、この発明に係る液面計は、例えば図
１０に示すように、バネ２４とディスプレーサ（２６）
とが、一端が回転軸（５６）により回転自在に固定され
た横方向に延在する発磁手段支持アーム（５４）を介し
て接続され、発磁手段支持アームに対するバネの係止位
置（７６）とディスプレーサの係止位置（７２）の双方
または一方を変更することにより、発磁手段（２０′）
の変位範囲を調整し得る。

【００２０】更に、この発明に係る液面計は、例えば図
１１に示すように、ディスプレーサ（２６）の周囲に保
護用パイプ（６４）を備え、被測定液体の移動に対して
ディスプレーサが影響されないようにする。

【００２１】

【作用】この発明に係る液面計は、発磁手段の移動方向
に複数個の磁気検出器を並置してあるので、被測定液体
の液位の変化に対し、現在の液位に対応する発磁手段の
位置に近い磁気検出器が液位を検知する。

【００２２】磁気検出器（Ｉ，II）（３０，３０′）が
２個設けられた場合、被測定液体の液位が上部にあると
き、上側の磁気検出器（Ｉ）（３０）のみが磁気検出し
て検出回路（３４）が出力信号Ａを出力し、ゲート回路
（３６）は出力信号Ａ・（＊Ｂ）を出力する。液位が中
間部にあるとき、上側と下側の両方の磁気検出器（Ｉ，
II）（３０，３０′）が磁気検出して対応する検出回路
（３４，３４′）が出力信号Ａと出力信号Ｂを夫々出力
し、ゲート回路（３６）は出力信号Ａ・Ｂを出力する。
液位が下部にあるとき、下側の磁気検出器（II）（３
０′）のみが磁気検出して検出回路（３４′）が出力信
号Ｂを出力し、ゲート回路（３６）は出力信号（＊Ａ）
・Ｂを出力する。

【００２３】更に磁気検出器を３個設けた場合、被測定
液体の液位が最上部、上部、中間部、下部、最下部にあ
るとき、それぞれ１番上側の検出器のみ、１番目と２番
目の検出器のみ、１番目と２番目と３番の検出器全部、
２番目と３番目の検出器のみ、３番の検出器のみ、磁気
検出して、これに対応してゲート回路は出力信号Ａ・
（＊Ｂ）・（＊Ｃ），Ａ・Ｂ・（＊Ｃ），Ａ・Ｂ・Ｃ，
（＊Ａ）・Ｂ・Ｃ及び（＊Ａ）・（＊Ｂ）・Ｃを夫々出
力する（図９）。

【００２４】こうして、被測定液体の変化の範囲内で、
現在の液位がどの区間にあるかを連続的に監視できる。

【００２５】

【実施例】図３に、発磁手段としての磁石２０が垂直方
向に変位するタイプの本発明の実施例の液面計２２を示
す。この液面計２２は、液体容器等に一端を固定された
バネ２４と、バネの下端に吊り下げられた軸部材２８
と、被測定液体の液位の変位量を指示する手段として軸
部材に固定された磁石２０と、軸の左右の横振れを防止
して磁石の上下変位を後述の磁気検出器３０，３０′に
対し検出可能範囲内で生じるようにする軸振れ止め手段
３２と、軸部材２８の下端近くに設けられたストッパ３
４と、この軸部材に接続され、必要に応じて液面計２２
の全体長を調節する長さ調節部材３８と、この長さ調節
部材３８の端に接続されたディスプレーサ２６とを備え
ている。

【００２６】このバネ２４としては、一定のバネ定数を
もつ各種のバネを使用することができ、例えばコイルバ
ネ、竹の子バネ、渦巻きバネ等を使用できる。

【００２７】この軸部材２８としては、磁石２０を任意
の位置に固定配置でき且つ非磁性体で磁石２０の発する
磁界に影響を与えないことが必要である。ここでは、加
工の容易性から直径φ＝５ｍｍの軟鋼管を使用してい
る。

【００２８】この磁石２０は軸部材２８に固定され、一
定方向の磁界を発生している。ここでは、軸部材２８の
円柱形状に合わせて円筒形永久磁石とし、軸部材２８の
周囲に嵌合し固定されている。円筒形永久磁石２０は、
長さ約１５ｍｍで、外周面にＮ極、内周面にＳ極が着磁
され、磁気検出器３０，３０′に対して一定磁界を発生
している。

【００２９】この軸振れ防止手段３２は、磁石２０の上
下変位を後述の磁気検出器３０，３０′の検出出可能範
囲で生じるように変位位置決め機能を果たせれば十分で
あり、第１の実施例では図３に示すような軸うけとして
設けられている。

【００３０】この長さ調節部材３８としては、部材自体
の交換または部材自体を変形をすることにより、バネ２
４からディスプレーサ２６までの液面形全体の長さを所
望の長さに調節できれば十分であり、ここでは高強度、
軽重量、変形の容易さ、価格等の観点よりステンレス製
撚り線を使用している。

【００３１】このディスプレーサ２６は非測定液体より
比重の大きい材料からなり、一様な断面積を有し、非測
定液体との関連で必要な耐薬品性、耐熱性を有すれば十
分であり、ＭＣナイロン、ポリエチレン、塩化ビニー
ル、テフロンまたは密閉した金属管を使用できる。ここ
では、ＭＣナイロンを使用している。ここで、「ＭＣナ
イロン」は通称または商品名であり、樹脂名は「ナイロ
ン樹脂ＭｏｎｏＣａｓｔ」と言い、例えば東京都千代
田区丸ノ内所在の株式会社日本ポリペンコから商業的に
入手し得る。

【００３２】実施例で使用したＭＣナイロンは、比重ρ
＝１．１７、直径φ＝２０ｍｍ、長さ３００ｍｍであ
り、重量はＷ＝１１０ｇとなり、被測定液体が水のとき
水中に沈めると約９４ｇの浮力を受ける。この代わり
に、比重ρ＝１．１７、直径φ＝１４ｍｍ、長さ６００
ｍｍのＭＣナイロンを使用でき、重量はＷ＝１１０ｇと
なり、この場合ディスプレーサ２６を交換しても磁石２
０，磁気検出器３０等の交換は不要である。なお、ディ
スプレーサ２６の比重が軽すぎるときは、下端に金属の
錘４０を付加して調節することもできる。

【００３３】磁石２０の上下の変位を検出する手段とし
て、磁石２０の近傍でこの上下動に沿って配置された複
数個の磁気検出器（Ｉ，II）３０，３０′と、この磁気
検出器３０，３０′の検出信号を後段のゲート回路３６
に合わせ信号調整する複数個の検出回路３４，３４′
と、各検出回路３４，３４′の出力信号Ａ，Ｂを受けて
液位の区間表示信号を出力するゲート回路３６とを有す
る。

【００３４】この磁気検出器３０，３０′としては磁石
２０の一定方向の磁界を検出できれば十分であり、ホー
ル素子、磁気抵抗（ＭＲ）素子、リードスイッチ等が使
用可能である。ここでは感度及び温度特性で優れる可飽
和コイル形の磁気スイッチ（Ｉ，II）を使用している。

【００３５】ここで、磁気検出器３０，３０′に関して
更に詳しく説明する。円筒形永久磁石２０に接近してこ
の上下動に沿って配列した複数個の磁気検出スイッチ
（Ｉ，II）が設けてある。磁気検出器（磁気検出スイッ
チ）３０，３０′の個数は、液面計２２の分解能をどの
程度にするかという設計上の要請によって任意に決定さ
れる。即ち、液面の上限と下限の間を幾つの区間に分け
て検出する必要があるかによって定まる。

【００３６】以下、磁気検出スイッチが２個の場合（こ
の場合、液面が３区間のいずれにあるかを検出でき
る。）と、３個の場合（この場合、液面が５区間のいず
れにあるかを検出できる。）を説明するが、それ以上の
個数の場合も同様の考え方により液面計を製造し得る。

【００３７】図３の実施例において各磁気検出スイッチ
（Ｉ，II）３０，３０′に使用する可飽和コイル形磁気
スイッチの詳細を図４に示す。この可飽和コイル３０，
３０′は、「Ｉ」形のパーマロイの薄板のコア４２に巻
き線４４を施したもので、円筒形磁石２０からの磁界の
方向がパーマロイの薄板のコア４２の軸方向に実質的に
整合するように、円筒形磁石（２０，図３）の半径方向
に対して整合して配置されている。可飽和コイル形の磁
気スイッチは周知であり、ここでは可飽和コア４２は厚
さＷ＝０．０５ｍｍのパーマロイ薄板で、直径φ＝０．
０８ｍｍの導線が２００回巻回されている。

【００３８】磁気検出器３０，３０′に接続された検出
回路（検波回路）３４，３４′の一例を図５に示す。磁
気検出器３０，３０′の可飽和コイル（Ｉ，II）が接続
され、出力Ａ，Ｂには後段のゲート回路３６に適合する
ＯＮ／ＯＦＦの出力信号を生ずる。実施例では、ＯＳＣ
は約４５０ｋＨｚ，１０Ｖｐーｐのパルス状電圧発振
器、Ｒｓ１，Ｒｓ２は２ｋΩの直列抵抗、Ｑ１，Ｑはト
ランジスタでコレクタは１０ｋΩの抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ
２を介して正電圧＋Ｖに接続されている。Ｃ１，Ｃ２
は０．０２２μＦのチャタリング防止用コンデサであ
る。

【００３９】このパーマロイコアはＯＳＣからの高周波
励磁により励磁された状態にあり、コア４２内部の磁束
密度の変化は円筒形磁石２０からの外部磁界に直線的に
比例して変化する。コア４２に巻かれたコイル（Ｉ，I
I）３０，３０′は励磁に用いられると同時にそのイン
ダクタンスの変化が外部磁界の検出に使われている。コ
イル（Ｉ，II）のインダクタンスは単位時間当たりの磁
束の変化に比例する（即ち、一定断面積のコアの磁束密
度に比例する。）。外部磁界によってコアが磁気的に飽
和すると励磁によるコア内部の磁束密度変化が小さくな
り、これに伴ってコイルのインダクタンスが小さくなっ
て外部磁界を検出することができる。コイル３０，３
０′のインダクタンスが外部磁界に比例して変化するこ
とが分かる。しかも、コア４２の励磁方向とが外部磁界
の方向が一致すればコイルのインダクタンスは大きくな
り、逆であれば小さくなる。この実施例の場合、励磁方
向と外部磁界の方向は一致している。

【００４０】ここで、可飽和コイル（Ｉ）の近傍に円筒
形磁石２０からの外部磁界がない場合、コイル（Ｉ）の
インダクタンスは大きくＱ１は導通状態にあり、出力Ａ
は論理ローレベル（ＯＮ）となる。これとは反対に、外
部磁界が近傍に存在する場合、出力Ａは論理ハイレベル
（ＯＦＦ）になる。なお、可飽和コイル（II）に関して
も同様に動作する。このように、可飽和コイル（Ｉ，I
I）は、円筒形磁石２０の接近に対して、出力端子にＯ
Ｎ／ＯＦＦのスイッチ信号Ａ，Ｂを生ずる。

【００４１】図４に、磁気検出スイッチが２個（Ｉ，I
I）３０，３０′の場合のゲート回路３６の詳細を示
す。このゲート回路３６は、４個のインバータと３個の
ＮＡＮＤ回路の組み合わせからからなり、集積回路（Ｉ
Ｃ）化されている。入力端子に検出回路３４，３４′か
ら信号Ａ，Ｂが供給され、出力端子にはＡ・（＊Ｂ），
Ａ・Ｂ及び（＊Ａ）・Ｂの論理式で表される信号が夫々
出力される。

【００４２】ここで、「（＊Ａ）」は信号Ａの反転信号
を表し、通常の技術文献等においては「上付きバーの
Ａ」の形で表現されるものに相当する（図面もそのよう
に表す。）。この表記は、電子出願を利用した特許出願
における制約のための代用表記である。他の信号に関し
ても同様とする。

【００４３】ゲート回路３６は、入力信号Ａからインバ
ータを１段通して反転信号（＊Ａ）、２段通して信号Ａ
を生成する（信号Ａは、入力信号をそのまま使用しても
よい）。入力信号Ｂも同様とする。出力信号Ａ・（＊
Ｂ）をＮＡＮＤ回路により生成するには、信号（＊Ａ）
と信号Ｂを用いる。同様に、出力信号Ａ・Ｂを生成する
には、信号（＊Ａ）と信号（＊Ｂ）を用いる。出力信号
Ａ・（＊Ｂ）を生成するには、信号（＊Ａ）と信号Ｂを
用いる。これら３種類の出力信号は、択一的に論理ハイ
となる。

【００４４】従って、出力信号Ａ・（＊Ｂ）は円筒形磁
石２０の位置が下部の区間にあるとき、出力信号Ａ・Ｂ
は中間部の区間にあるとき、出力信号（＊Ａ）・Ｂは上
部の区間にあるとき、夫々ＯＮとなる。

【００４５】この結果、従来技術で説明した、例えばリ
ードスイッチを設けて特定の位置、即ち液面の上限また
は下限等の特定位置を検出点とするのではなく、液面の
変化し得る範囲即ち上限と下限の間を、下部、中部、上
部の区間に分けて、現在の液面がいずれの区間にあるか
を表示する区間表示信号が連続的に得られる。

【００４６】更に、磁気検出スイッチを３個とした場合
のゲート回路３６を図８に示す。このゲート回路３６
は、６個のインバータと５個のＮＡＮＤ回路の組み合わ
せからからなる。磁気検出回路（Ｉ，II，III ）３０，
３０′，３０″から信号Ａ，Ｂ，Ｃが夫々入力され、ゲ
ート回路３６により、出力信号Ａ・（＊Ｂ）・（＊
Ｃ），Ａ・Ｂ・（＊Ｃ），Ａ・Ｂ・Ｃ，（＊Ａ）・Ｂ・
Ｃ及び（＊Ａ）・（＊Ｂ）・Ｃの５種の信号が出力され
る。

【００４７】このゲート回路３６は、図６のゲート回路
と基本的に同様な考え方により構成される。入力信号Ａ
から、インバータを１段通して反転信号（＊Ａ）、２段
通して信号Ａを生成する。入力信号Ｂ及びＣも同様とす
る。出力信号Ａ・（＊Ｂ）・（＊Ｃ）をＮＡＮＤ回路に
より生成するには、信号（＊Ａ）と信号Ｂと信号Ｃとを
用いる。同様に出力信号（＊Ａ）・Ｂ・Ｃを生成するに
は、信号Ａと信号（＊Ｂ）と信号（＊Ｃ）とを用いる。
出力信号Ａ・Ｂ・Ｃを生成するには、信号（＊Ａ）と信
号（＊Ｂ）と信号（＊Ｃ）とを用いる。出力信号Ａ・Ｂ
・（＊Ｃ）を生成するには、信号（＊Ａ）と信号（＊
Ｂ）と信号Ｃとを用いる。出力信号Ａ・（＊Ｂ）・（＊
Ｃ）を生成するには、信号（＊Ａ）と信号Ｂと信号Ｃと
を用いる。これら５種類の信号は、択一的に論理ハイに
なる。

【００４８】従って、液面の上限と下限の間を最下部，
下部，中間部，上部，最上部の５つの区間に分けて、現
在の液面がいずれの区間にあるかを表示する区間表示信
号が連続的に得られる。

【００４９】区間の個数は、液面計の分解能をどの程度
にするかという設計上の要請によって任意に決定され、
これに対応した個数の磁気スイッチが設けられる。磁気
検出スイッチ３０，３０′，３０″……を増加すること
により表現できる区間の数Ｐは、磁気検出スイッチの数
をＮとしたとき、次式に従って増加する。Ｐ＝２Ｎ−１…………………………（３）

【００５０】次に、図３の実施例の作用について説明す
る。バネ２４の上端を固定して、液面計２２を垂直に保
持しながらディスプレーサ２６を液体容器の中の被測定
液体に沈める。被測定液体の液位の下限をＨ0 とし、上
限をＨｍａｘとする。液位測定中はディスプレーサ２６
が被測定液体から浮力Ｆを受けていることを必要とす
る。従って下限Ｈ0 おいては、ディスプレーサ２６の一
部が既に被測定液体に沈んでいるかまたは接触する直前
であることが必要である。この接触直前の状態では、
ディスプレーサ２６の重量は空中における重さと同じ
である。

【００５１】いずれにしても、被測定液体が増量すると
ディスプレーサ２６の排除した液体重量に相当する浮力
Ｆを受けて軽くなる。円筒形磁石２４の力とディスプレ
ーサ２６の重さとが平衡した（即ち、釣り合った）状態
で液面計２２の測定が可能となる。ここでバネ２４の力
と釣り合う「ディスプレーサの重さ」とは、厳密には、
ディスプレーサ２６自体の重さに加えてバネ２４、軸振
れ止め手段３２、軸部材２８、円筒形磁石２０、長さ調
節部材３８等を含めた総重量からディスプレーサ２６が
受ける浮力Ｆを引いた値であるが、説明を簡単にするた
めに、以下この値を「ディスプレーサの重さ」として説
明する。

【００５２】被測定液体が増量するに従って、バネ２４
の力とディスプレーサ２６の重さが平衡する位置までデ
ィスプレーサ２６が上方に変位する。式（２）で説明し
たように、ディスプレーサ２６の変位量ΔＬは被測定液
体の変位量ΔＨに比例するがこれより少ない。ディスプ
レーサ２６の変位量ΔＬは円筒形磁石２０の変位量であ
るので、円筒形磁石２０が上下にΔＬだけ変位する。被
測定液体の液位変位量ΔＨに対するディスプレーサ２６
の変位量ΔＬの比は、式（２）の（１＋ｋ／γＡ）、即
ちバネ定数ｋ、ディスプレーサ２６の断面積Ａ、被測定
液体の比重γによって決定される。

【００５３】この実施例おいては、磁気検出の設計上の
要請から円筒形磁石２０の変位量の範囲（＝ディスプレ
ーサ２６の変位量）ΔＬｍａｘを約１５ｍｍに設定して
いる。そこで、被測定液体の液位の変化の範囲（上限Ｈ
ｍａｘと下限Ｈ0 の範囲）ΔＨｍａｘを設定し、ΔＨｍ
ａｘ／（１＋ｋ／γＡ）＝ΔＬｍａｘ＝１５ｍｍを満足
するように、所定のバネ定数ｋを有するバネ及び所定
の断面積Ａを有するディスプレーサ２６が選択され
る。

【００５４】即ち、バネ２４とディスプレーサ２６の組
み合わせは、液位の変化の範囲ΔＨｍａｘに対して円筒
形磁石を１５ｍｍ（＝ΔＬｍａｘ）だけ変位させる変換
装置として機能している。

【００５５】円筒形磁石２０の変位量ΔＬｍａｘ（＝約
１５ｍｍ）に対して２個の可飽和コイル（Ｉ，II）３
０，３０′を用いる場合、可飽和コイルは５ｍｍの間隔
で配置され、円筒磁石磁石２０の長さを変位量ΔＬｍａ
ｘに略等しくすると、検出回路３４，３４′からゲート
回路３６に対して、図７に示すような信号Ａ，Ｂが入力
される。ゲート回路３６からは、Ａ・（＊Ｂ），Ａ・Ｂ
及び（＊Ａ）・Ｂ信号が夫々出力される。これら出力信
号を、図７に示す。Ａ・（＊Ｂ）は被測定液体の液位が
上部の区間にあるとき、Ａ・Ｂは中間部の区間にあると
き、（＊Ａ）・Ｂは下部の区間区間にあるとき、夫々Ｏ
Ｎになり、当該区間の区間表示信号となる。

【００５６】次に、円筒形磁石２０の変位量ΔＬｍａｘ
に対して可飽和コイルを３個用いる場合、可飽和コイル
（Ｉ，II，III ）３０，３０′，３０″は約４ｍｍの間
隔で配置され、円筒形磁石２０の長さを変位量ΔＬｍａ
ｘと略等しくすると、検出回路３６，３６′，３６″に
図９に示すような信号Ａ，Ｂ，Ｃが生ずる。この出力信
号Ａ，Ｂ，Ｃがゲート回路３６（図８）に入力され、ゲ
ート回路３６からは、５種類の信号Ａ・（＊Ｂ）・（＊
Ｃ），Ａ・Ｂ・（＊Ｃ），Ａ・Ｂ・Ｃ，（＊Ａ）・Ｂ・
Ｃ及び（＊Ａ）・（＊Ｂ）・Ｃが夫々出力される。これ
ら信号は、択一的に論理ハイになる。

【００５７】出力信号を、図７に示す。Ａ・（＊Ｂ）・
（＊Ｃ）は被測定液体の液位が最上部の区間にあると
き、Ａ・Ｂ・（＊Ｃ）は上部の区間にあるとき、Ａ・Ｂ
・Ｃは中間部の区間にあるとき、（＊Ａ）・Ｂ・Ｃは下
部の区間にあるとき、（＊Ａ）・（＊Ｂ）・Ｃは最下部
の区間にあるとき、夫々ＯＮとなり、当該区間の区間表
示信号となるる。

【００５８】上述の第１の実施例により、以下のような
有利な点が挙げられる。（１）従来の液面計４（図１）は、上限、下限等の特定
点を検出するものであるが、本発明に係る液面計２２
（図３）は、複数個の磁気検出器を用いることにより、
液位の変化範囲を複数の区間に分け、現在の液位がいず
れの区間にあるかを連続的に出力することができる。即
ち、液面監視装置としての信頼性が向上する。

【００５９】（２）これら複数個の磁気検出器の位置は
一定にできる。即ち、先ず液位の変化範囲の中間が磁石
の変化範囲の中間になるよう長さ調節部材を調整し、次
に液位の変化範囲に対して、ディスプレーサの断面積
Ａ、バネ定数ｋを調整して予め設定された磁石の変化範
囲とし得る。

【００６０】（３）ディスプレーサ２６の材料を、例え
ばＭＣナイロンと一定にした場合、ディスプレーサ２６
の重量（または容積）を一定とすると、その後にディス
プレーサの長さを変更しても、バネ、磁石、磁気検出ス
イッチ等は同じものが使用できる。即ち、最初使用され
たＭＣナイロンは、比重ｐ＝１．２、直径φ＝２０ｍ
ｍ、長さＨ＝３００ｍｍであり、重量はＷ＝１１３ｇで
ある。次に、比重ｐ＝１．２、直径φ＝１４ｍｍ、長さ
Ｈ＝６００ｍｍのディスプレーサに交換しても、重量は
Ｗ＝１１０ｇと同じであり、この場合に磁気検出に関連
する部分は元のままである。

【００６１】（４）軸部材２８とディスプレーサ２６の
間は、長さ調節部材であるステンレス製撚り線３８で接
続してある。従って、撚り線の交換または変形により液
面計全長を調節することができ、スイッチ本体から被測
定液体迄の距離に合わせることができる。

【００６２】上述の（２），（３），（４）の特徴によ
り、磁気検出に関連する部分を変更せずに、広い範囲の
液位測定の用途に仕様を変更できる。

【００６３】（５）従来技術であるリードスイッチを利
用した多重レベル液面計では、位置出力毎にフロートを
必要とし高価であるが、本発明に係るディスプレーサは
１本でよい。

【００６４】（６）従来技術である磁石を含む円筒形の
フロートを使う技術では、この磁石に鉄屑等のゴミが付
着し、更に水垢等の汚れによって円滑なフロートの摺動
動作が妨げられ動作不良の原因となる。しかし、本発明
に係るディスプレーサ２６は、形状が単純で、磁性を帯
びてなく、単に浮力を受けているにすぎなく、ゴミや汚
れによるトラブルが少ない。

【００６５】（７）液面計２２の分解能を上げるために
磁気検出スイッチ３０の個数を増やす場合、同様な検出
回路３４を増加し、ゲート回路３６を変更するだけで対
応し得る。バネ２４、ディスプレーサ２６その他の変更
を必要としない。

【００６６】上述の図３に示す実施例は、バネ２４、軸
部材２８、長さ調節部材３８、ディスプレーサ２６が一
連に垂直になる構造であり、液面計全長が縦に長い形に
なる。しかし、液面計の実際の使用に於いては、液面ま
での距離が短い場合も多く、液面計の全長を一層短くす
る必要がある。

【００６７】この観点より、図１０に示す別の実施例の
液面計５０は、図３の実施例の軸部材２８を水平方向に
配置した磁石（発磁手段）支持アーム５２とし、液面計
５０の全長を短いものとしている。更にこの磁石支持ア
ーム５２は、後述のように液位の変位量ΔＨとディスプ
レーサの変位量ΔＬの比である（１＋ｋ／γＡ）を更に
微調整する手段として機能する。

【００６８】この図１０の実施例は、一端を非磁性体の
支持板５２に係止部材５４を用いて固定されたバネ２４
と、このバネの他端に接続された磁石支持アーム５４
と、この磁石支持アームに接続された長さ調節部材３８
と、この長さ調節部材に吊り下げられたディスプレーサ
２６とを備える。この図１０の実施例に関し、上述の図
３の実施例と相違する点のみを以下に説明する。説明さ
れた事項以外は、図３の実施例に同じである。

【００６９】ディスプレーサ２６の変位量ΔＬを指示す
る手段として、この磁石支持アーム５４に固定された発
磁手段としての磁石２０′とを有する。

【００７０】磁石２０′の上下の変位を検出する手段と
して、図１０Ｂに詳細を示すように磁石２０′の近傍で
円弧上に沿って上下に配置された複数個の磁気検出器
（Ｉ，II）３０，３０′と、複数個の検出回路３４，３
４′（図示せず。）と、ゲート回路３６（図示せず。）
とを有する。

【００７１】この実施例では、液位の変化に応じて、磁
石支持アーム５４が回転軸５６の周りを回転運動する。
ここで磁石支持アーム５４は、回転角度はθ＝約±９°
で、この結果磁石はΔＬ＝±８ｍｍ上下に変位する。回
転角θの変位量は、支持板５２に係止されたストッパ５
８により最大量が制限されている。このストッパ５８
は、所望に応じてその位置を変更し得る。

【００７２】この磁石２０′は、幅Ｗ＝８ｍｍ、長さＬ
＝１６ｍｍ、厚さｔ＝２ｍｍの形状の矩形フェライト板
ならなる永久磁石である。図１０Ｂに示すようにこの永
久磁石２０′は、磁石支持アーム５４に固定され、磁石
支持アーム固定面にＳ極、反対面にＮ極が着磁され、支
持板５２を介して、磁気検出器（Ｉ，II）の軸方向に一
定磁界を発生している。磁石２０′と支持板５２の間
は、１ｍｍ以上の隙間が空いている。可飽和コイル形の
磁気検出スイッチ３０，３０′は高感度で、磁石２０′
との間に大きい隙間を設けることができる。

【００７３】磁気検出スイッチ３０，３０′の後段の検
出回路３４，３４′及びゲート回路３６は、モジュール
化されて容器６０の中に組み込んである。外側ケース
（ハウジング）６２の外形寸法は、幅Ｗ＝６０ｍｍ，高
さＨ＝６０ｍｍ、奥行Ｄ＝４５ｍｍであり、かなり小型
化されている。

【００７４】更に図１０の実施例では、以下の追加的な
構成を備えることができる。ディスプレーサ式液面計で
は、被測定液体に流れ、揺れ等の移動がある場合に、デ
ィスプレーサ２６が揺動して静止せず、磁石支持アーム
５４が完全に釣合静止しないことがある。この場合、磁
石２０′が動き、磁気検出器３０，３０′が正しい動作
をしない。そこで所望により、図１１に示すように、デ
ィスプレーサの一部又は全部を、外側ケース６２等に固
定した保護用パイプ６４の中に配置することができる。
保護用パイプ６４には、被測定液体が流入し得る開口６
６が適宜設けてある。なお、この保護用パイプ６４は第
１の実施例（図３）にも適用し得る。

【００７５】密封容器内の液面を測るには、液面計、レ
ベルスイッチともに密封構造とする。更に、図１０及び
１１に示すように、外側ケース６２と液面計の底板６８
の間に例えばパッキン等の適当な封じ手段７０を介在さ
せて密封構造とする。パッキンを介在させて底板と液体
容器をネジ７４等で締め付ければ、耐圧構造になる。

【００７６】次に図１０の実施例の作用について説明す
る。図１０に示すように回転軸５６で支えられた磁石支
持アーム５４が、被測定液体の液位の変化に応じて回転
軸５６を中心にして円弧状に回転変位し、バネ２０′の
作用する回転モーメントとディスプレーサの作用する回
転モーメントが平衡している。

【００７７】図３の実施例に関連して、被測定液体の液
位変位量ΔＨに対するディスプレーサの変位量（＝磁石
の変位量）ΔＬの比は、式（２）の（１＋ｋ／γＡ）に
よって決定されることを説明した。即ち、バネ定数ｋ及
びディスプレーサの断面積Ａを適当に選択することによ
り、任意の液位変位の範囲ΔＨｍａｘに対して、ディス
プレーサの変位の範囲ΔＬｍａｘを適当に設定し得る。

【００７８】図１０の実施例では、ディスプレーサ２６
の変位の範囲ΔＬｍａｘと磁石２０′の変位の範囲Δ
Ｌ′ｍａｘは同じでなく、ディスプレーサ２６の変位の
範囲ΔＬｍａｘと磁石２０′の変位の範囲ΔＬ′ｍａｘ
の間に変換装置が設けられている。即ち、磁石支持アー
ム５４に関し、被測定液体中でのディスプレーサ２６の
変位量ΔＬと永久磁石２０′の変位量ΔＬ′との間に、
次の関係が成立する。

【００７９】 ΔＬ′ｍａｘ／ΔＬｍａｘ＝ｒ′／ｒ………（４）ここで、ｒ′：回転軸中心から磁石固定箇所係止位置ま
での距離ｒ：回転軸中心から長さ調節手段係止位置までの距離

【００８０】図３の実施例では、ディスプレーサ２６の
変位量ΔＬと永久磁石２０の変位量ΔＬ′は一致してい
た。しかし図１０の実施例では、ｒ′／ｒの値を変える
ことにより、磁石２０′の変位量ΔＬ′を磁気検出器
（図示せず。）にとって最適な範囲に微調整することが
できる。具体的には、バネ係止手段５４の位置と長さ調
節部材３８の釣り下げ位置７２の一方または両方を平行
移動し、ｒ′／ｒの値を変更することにより行う。

【００８１】次に図１０の実施例の効果について説明す
る。図１０の実施例は、図３の実施例が有する効果を全
て有し、更に、以下の効果を有する。（１）図３の実施例の垂直方向に配置された軸部材２８
の代わりに、図１０の実施例では水平方向に配置された
磁石支持アーム５４を用いているので、液面計の全体長
を短くできる。長さ調節部材３８との組み合わせで、全
体長を所望の長さに調節できる。

【００８２】（２）図３の実施例では、磁石２０の変位
範囲はバネ定数ｋ及びディスプレーサの断面積Ａを適当
に選択することにより行っている。これに対し図１０の
実施例では、更に磁石支持アーム５４に対する磁石の係
止位置５４，７４及びディスプレーサの係止位置７２を
変えることにより磁石の変位範囲を微調整できる。

【００８３】（３）図３の実施例と比較すると、軸振れ
止め手段３２が無く、磁石２０′と支持板５２の間は非
接触で摩擦がなく、回転軸５６自体の摩擦は少なく、従
って測定動作におけるエネルギ損失が僅かである。この
結果、バネ２４の定数を弱くし、ディスプレーサ２６を
細く（即ち、受ける浮力を少なく）することができる。

【００８４】

【発明の効果】従来の液面計では、被測定液体の液位が
特定の位置にあるか否かの検出のみであったが、本発明
に係る液面計では、液位が下限Ｈ0 から上限Ｈｍａｘの
範囲で、どの区間にあるかを連続的に検出し区間表示信
号を出力する。

【００８５】更に、本発明に係る液面計では、長さ調節
部材、バネまたはディスプレーサの変更だけで任意の被
測定液体の液位の変化範囲に適応できる。即ち、被測定
液体が変わり、液位の変化範囲が異なっても、検出部分
は変更を要しない。更に、本発明に係る液面計では、磁
気検出器の変位範囲を微調整し得る手段も設けることが
できる。更に、液面計の分解能である区間の数は、その
ニーズに対応して容易に変更し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のリードスイッチを利用した液面計の
構成を示す図である。

【図２】ディスプレーサ式液面計の原理を説明する図で
ある。

【図３】この発明に係る液面計の実施例の構成図であ
る。

【図４】図３の実施例の磁気検出器として使用される可
飽和コイルの詳細を示す図である。

【図５】図３の実施例の検出回路の詳細を示す図であ
る。

【図６】図３の実施例のゲート回路の詳細を示す図であ
り、ここでは磁気検出器が２個の場合である。

【図７】図６のゲート回路の入力信号及び出力信号を示
す波形図である。

【図８】図３の実施例のゲート回路の別の実施例を示す
図であり、ここでは磁気検出器が２個の場合である。

【図９】図８のゲート回路の入力信号及び出力信号を示
す波形図である。

【図１０】この発明に係るディスプレーサ式液面計の別
の実施例を構成を示す図である。

【図１１】図１０の別の実施例に、保護用パイプを追加
した構成を示す図である。

【符号の説明】

２０磁石２４バネ２６ディスプレーサ２８軸部材３４，３４′ 検出回路３６ゲート回路３８長さ調節部材５４磁石支持アーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上端を係止したバネと、該バネの下端より吊るされ、その一部または全部が被測
定液体の中にあるディスプレーサと、上記ディスプレーサの移動に連動する発磁手段と、該発磁手段の移動方向に隣接して並置された複数個の磁
気検出器と、該磁気検出器の各々に接続された検出回路と、各々の該検出回路の出力信号を受けて、上記被測定液体
の液位が変化範囲のいずれの区間に位置するかを表す区
間表示信号を出力するゲート回路とを備える液面計。
【請求項２】上記バネと上記ディスプレーサとが軸部
材を介して接続され、上記発磁手段が該軸部材に固定さ
れている請求項１に記載の液面計。
【請求項３】上記軸部材と上記ディスプレーサとが長
さ調節部材を介して接続され、上記液面計の全長が調節
可能な請求項１または２に記載の液面計。
【請求項４】上記バネと上記ディスプレーサとが、一
端が回転軸により回転自在に固定された横方向に延在す
る発磁手段支持アームを介して接続され、該ディスプレ
ーサに対する該バネの係止位置と上記ディスプレーサの
係止位置の双方または一方を変更することにより、発磁
手段の変位範囲を調整し得る請求項１または３に記載の
液面計。
【請求項５】更に上記ディスプレーサの周囲に保護用
パイプを備え、被測定液体の移動に対して該ディスプレ
ーサが影響されないようにした請求項１乃至４のいずれ
か一項に記載の液面計。