JPH0755540A - タンク液面測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 共通の信号処理回路によりサイズの異なるタ
ンクの液面測定を可能ならしめること。 【構成】 磁歪線２０の一端に送信コイル２２が、また
測定領域に受信コイル２３が設けられたコイルユニット
をパイプ内に収容し、パイプに磁石１３付きフロートを
遊嵌して液面検出手段を構成する。そして送信コイル２
２に駆動パルスを印加する駆動パルス発生回路３６と、
駆動パルスにより計時を開始し、また受信コイル２３か
らの信号により計時を停止するカウンタ４１と、カウン
タ４１の１カウント当たりの長さを示す単位データに基
づいて液量に関するデータを算出するデータ補正手段４
５を備え、液面検出手段の特性やサイズに応じてデータ
補正手段４５を構成しているＲＯＭのデータを設定用ス
イッチ５４により変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タンク等に収容された
液体の液面や液量をフロートの移動により測定する装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】地下に埋設されたタンクや、またローリ
等に搭載されたタンク内の液面測定は、通常、検尺棒を
使用して行われているが、人手に頼る必要があるばかり
でなく、オンラインによる液面管理ができないという問
題を抱えている。このような問題を解消するため、円筒
電極を同心状に配置して２つの電極間の静電容量が液面
に比例することを利用した液面測定装置も提案されてい
るが、油種や水分による影響を受けやすく、データ処理
回路が複雑化するという問題がある。このような問題を
解消するため、磁歪線の周囲に測定領域全体に渡るよう
に受信コイルを巻回し、また上端に送信コイルを設けて
なる磁歪現象を利用した変位検出手段に、磁石を内蔵し
たフロートを液面に追従可能に設けた液面検出手段を用
いた液面測定装置も提案されている（特開昭59-37418号
公報）。しかしながらこのような液面検出手段は、フロ
ート位置までの要する超音波振動の伝搬時間に基づいて
液面を検出するため、ロット毎に微妙に成分や、熱処理
の相違に起因する超音波伝搬速度の違いがそのまま測定
誤差になるという問題や、さらにはコストを下げるた
め、複数の液深測定用、例えば１．５ｍ、２ｍ、３ｍ用
の液面検出手段からの信号を共通の信号処理回路で賄う
必要上、最大液深に対応した設定が要求され、さらには
フロート外れの検知など、実用化に向けてのいろいろ解
決しなければならない問題を抱えている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に鑑みてなされたものであって、その目的とするとこ
ろは液面検出手段個々の器差や、タンクサイズに対応す
ることができる信号処理回路を備えた液面測定装置を提
供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、磁歪線の一端に送信コイル
が、また測定領域に受信コイルが設けられたコイルユニ
ットをパイプ内に収容し、前記パイプの上端に回路基板
を収容する耐圧防爆構造のヘッド部を気密的に取り付
け、さらに前記パイプに磁石付きフロートを遊嵌してな
る液面検出手段と、前記送信コイルに駆動パルスを印加
する駆動パルス発生手段と、前記駆動パルスにより計時
を開始し、また前記受信コイルからの信号により計時を
停止するカウント手段と、該カウント手段の１カウント
当たりの長さを示す単位データに基づいて液量に関する
データを算出するデータ補正手段を前記回路基板に備え
るようにした。

【０００５】

【作用】液面検出手段ごとのサイズや、超音波伝搬速度
に対応したデータをデータ補正手段に設定しておくこと
により、データの変更だけで液面検出手段の特性をサイ
ズに関りなく補正することができる。

【０００６】

【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図１は本発明の液面検出器の一実
施例を示すものであって、ヘッド部１と検出部２の２つ
の部分により構成されている．ヘッド部１は、検出部２
を固定する基台３、カバー４とをパッキン５を介して固
定して防爆構造のケースとして構成されており、内部に
後述する信号処理回路が実装された回路基板６，７、８
を多層構造でもって収容することができる。回路基盤
６，７、８にはパッキン９により気密的に引き出された
ケーブル１０により外部のデータ処理部に接続されてい
る．

【０００７】２は、検出部で、後述するパイプ１１と、
上端となる側に形成されたフランジ１２とを備え、フラ
ンジ１２を介してヘッド部１の基台３に気密的に固定で
きるように構成され、パイプ２の外側にはリング状磁石
１３を備えたフロート１４が移動可能に設けられてい
る．パイプ１１の内部には後述するコイルユニット１５
がダンパー部材を兼ねた糸状体１６を介して挿入され、
コイルユニット１５がパイプ１１のほぼ中心線上に配置
されている。

【０００８】図２は、前述の検出部２を拡大して示すも
のであっては、２０はニッケル合金からなる磁歪線で、
これの表面には絶縁体を兼ねた合成樹脂のチューブ２１
を被せ、その表面には上端となる側に送信コイル２２
が、また送信コイルから先端側にかけて一定のピッチで
全長にわたって受信コイル２３が巻回されている。これ
らコイル２２、２３の表面にはコイル固定用の熱収縮性
合成樹脂チューブ２４が被せられてコイルユニットに纏
め上げられている。

【０００９】図中符号１１は、前述のパイプで、外力に
抗することができる程度の剛性を備えた非磁性体金属、
この実施例では不錆鋼からなり、その一端の開口２５が
金属製の栓体２６を挿入して銀蝋により固着され、また
他端はフランジ１２の通孔に挿入されて、パイプ１１の
先端がフランジ１２の面とほぼ同一となるように位置決
めされた上で、フランジ１２の両端１２ａ，１２ｂを銀
蝋によりとパイプと一体に固定されている。

【００１０】このように構成されたパイプ１１内には、
前述のコイルユニット１５を、その表面に比較的太く、
かつ弾性を備えた糸状体を粗いピッチで巻回して少なく
とも受信コイル２３の一部、及び送信コイルが露出する
程度に引き出した状態で、パイプ１１の上端に合成樹脂
性のシール剤２７でモールデングし、またコイルユニッ
ト１５の先端も同様の合成樹脂２８により封止してパイ
プ１１の内部と外部環境とが遮断されている。これら送
信コイル２２、及び受信コイル２３は、それぞれケーブ
ルＣに接続されて回路基板６、７、８の測定回路に接続
されている。なお、図中符号２９は、送信コイル２２の
表面に設けられたリング状のバイアス用永久磁石を、ま
た符号６０はフロート１４の抜け落ち防止用のストッパ
を示す。

【００１１】図３は同上装置を駆動するためにヘッド部
１に収容されている信号処理回路の一例を示すもので、
図中符号３０は、測定回路で、信号処理部３１と起動回
路３２とにより構成されている。起動回路３２は、自動
車バッテリ３３から電力供給線３４により電力の供給を
受けて常時作動状態を維持し、後述する伝送回線３５か
ら起動パルスが入力した場合にバッテリ３３の電力を信
号処理部３１に供給して起動するように構成されてい
る。一方、信号処理部３１は、常時は休止状態が維持さ
れていて、起動回路３２からの電力供給を待って起動す
るように構成されている。

【００１２】次に信号処理部３１について説明する。図
中符号３６は、駆動パルス発生回路で、一定周期、例え
ばパルス幅５マイクロ秒の励起パルスを繰り返し周期１
０ミリ秒で出力するものであり、また３７は、逆磁歪効
果により受信コイル２３に誘起された起電力を検出する
検出回路である。３８はプリップフロップ回路で、駆動
パルスが出力された時点に一致してセットされ、また検
出回路３７からの信号によりリセットされるように構成
されている。３９は、ゲート回路でフリップフロップ回
路３８から出力されるパルスの時間に一致してクロック
発生回路４０からのクロック信号をカウンタ４１に出力
するように構成されている。

【００１３】図中符号４５は、後述するデータ補正手段
で、外部から操作が可能な設定用スイッチ５４により測
定限界点の位置や、単位カウント当たりの長さ等のデー
タを格納して構成されている。

【００１４】４８は、制御装置で、１台、もしくは複数
台の液面測定装置と共通の双方向通信が可能な伝送回
線、例えばＲＳ−４８５のケーブル３５により測定回路
３０と接続され、スイッチによる手動操作や、予め設定
された測定周期Ｔ₀毎に起動信号（図６ Ｉ）を出力す
るように構成されている。

【００１５】図４は、前述のデータ補正手段の一実施例
を示すブロック図であって、図中符号５０、５１、５２
は、マイクロコンピュータを構成するＲＯＭ、ＲＡＭ、
ＣＰＵで、ＲＯＭ５０に格納された補正データに基づい
てカウンタ４１により計数されたクロック数から液面の
位置データの算出や、また自己診断を実行するように構
成されている。５４は、データ入力用のスイッチ手段
で、この実施例ではデイップスイッチにより構成されて
おり、バス５５を介してＣＰＵ５２に所要のデータを出
力してＲＯＭ５０に格納させるようになっている。な
お、図中符号５６は、入出力インターフェイスを示す。

【００１６】次にこのように構成した装置の動作につい
て説明する。先ず、フロート１４をパイプの最上端（図
５ Ｉの位置）、つまり第１測定限界点Ａ₀に移動させ
てここに固定する。この状態で測定回路３０を作動させ
ると駆動パルス発生回路３６から一定周期で駆動パルス
が出力して（図６ ＩＩ）、送信コイル２２に磁界が発
生して磁歪線２０に瞬間的に機械的歪みが発生する。こ
の歪みは疎密波となって磁歪線２０を他端に向けて約５
Ｋｍ／ｓの速度で伝搬する。同時にフリップフロップ３
８がセットされて信号が出力してゲート回路３９が開放
されてクロック発生回路４０からのクロック信号がカウ
ンタ４１に入力する。

【００１７】疎密波がフロート１４の位置（Ａ₀）まで
伝搬すると、ここに位置する磁石１３による磁界を受け
て逆磁歪効果により受信コイル２３に起電力が発生する
（図６ ＩＩＩ）。この起電力は検出回路３７により検
出されてフリップフロップ３８に入力する。これにより
フリップフロップ３８がリセットし、ゲート回路３９が
閉じてクロック信号（図６ ＩＶ）の計数が終了する。
これにより超音波が送信コイル２２から第１測定限界点
に到達するに要する時間、つまり距離Ｌ₁を移動するに
要するクロック数Ｃ₀が検出される。

【００１８】また、フロート１４を最下端（図５ ＩＩ
の位置）、つまり第２測定限界点Ｍ₀まで移動させてこ
こに固定し、この状態で前述と同様に測定回路３０を動
作させると、超音波が送信コイル２２から第２測定限界
点Ｍ₀まで移動するに要する時間、つまり距離Ｌ₁＋Ｌ₂
を移動するに要するクロック数Ｃ₁がカウンタ４１検出
される。

【００１９】このようにして測定された送信コイル２２
と第１測定限界点までのクロック数Ｃ₀と、第１測定限
界点Ａ₀と第２測定限界点Ｍ₀を超音波が移動するに要す
るクロック数Ｃ₁−Ｃ₀と、これら２点間の実寸法Ｌ₂と
により１カウント当たりの長さＬ₂／（Ｃ₁−Ｃ₀）を算
出し、これに一致するデータを設定用スイッチ５４によ
り予めＲＯＭ５０に用意されているものの中から選択し
たり、この値をＲＯＭ５０に直接書き込んで当該液面測
定装置の基本データとして設定する。これにより、磁歪
線２０の合金成分や熱処理等に起因する超音波伝搬速度
のばらつきに関りなく、超音波の伝搬時間に基づいて測
定が可能となるばかりでなく、フロート外れ等を自己診
断することができる。

【００２０】このようにして調整作業が終了して測定装
置は、ヘッド部１をパイプ１１が鉛直状態となるように
タンクの上端に固定される。これにより、コイルユニッ
ト１５は、糸状体１６によりパイプ１１の中心軸線上に
位置決めされた状態で配置される。この状態では、パイ
プ１１が先端を栓体２６により封止されているから液密
状態が保持され、また他端が合成樹脂製シール剤２７、
及びヘッド部１により気密状態に保持されているから、
雰囲気中の可燃性ガスがパイプ１１や、ヘッド部空間内
にに侵入するのが阻止される。液面検出手段の取り付け
が完了した段階で、双方向伝送回線３５、及び電力供給
線３４により車室に搭載されている制御装置４８、及び
自動車バッテリ３３に接続される。

【００２１】通常の動作状態では、起動回路３２だけが
動作可能で、また信号処理回路３１は待機状態を維持し
ている。このような待機状態において制御装置４８のス
イッチを操作したり、また測定周期に基づいて起動信号
（図６ Ｉ）が出力すると、起動回路３２は、電力供給
線３４により供給されている電力を信号処理回路３１に
供給する。これにより駆動パルス発生回路３６から一定
周期で駆動パルスが出力して（図６ ＩＩ）、送信コイ
ル２２に磁界が発生して磁歪線２０に瞬間的に機械的歪
みが発生する。この歪みは疎密波となって磁歪線２０を
他端に向けて約５Ｋｍ／ｓの速度で伝搬する。同時にフ
リップフロップ３２がセットされて信号が出力してゲー
ト回路３９が開放されてクロック発生回路４０からのク
ロック信号がカウンタ４１に入力する。

【００２２】疎密波が液面に一致して移動しているフロ
ート１４まで伝搬すると、フロート１４に取り付けられ
ている磁石１３による磁界を受けて逆磁歪効果により受
信コイル２３に起電力が発生する。この起電力は検出回
路３７により受信信号（図６ＩＩＩ）として検出されて
フリップフロップ３８に入力する。これによりフリップ
フロップ３８がリセットし、ゲート回路３９が閉じてク
ロック信号（図６ＩＶ）の計数が終了する。

【００２３】カウンタ４１のデータは、ＣＰＵ５２に入
力して、ＲＯＭ５０に格納されている基本データに基づ
いて第１測定限界点からフロート１４の位置までの距
離、もしくは第２計測限界点からフロート１４までの距
離に変換されて入出力インターフェイス５６から伝送回
線３５を介して制御装置４８に出力される。

【００２４】所定時間Ｔ₀が経過して測定期間が終了す
ると、制御装置４８から起動信号が停止し、起動回路３
２による電力供給が停止され、信号処理回路３１での電
力の消費が抑えられる。

【００２５】以下、このような動作を一定周期で繰り返
すことによりタンク液面についての情報を、可及的に少
ない電力により得ることができる。

【００２６】ところで、駆動パルスが出力されてカウン
タ４１による計数が開始され、最下端、つまり第２測定
限界点Ｍ₀に超音波が到達したであろう時間に相当する
計数が行われた場合には、フロート外れ等の恐れがある
ため、ＣＰＵ５２は警報信号を出力して制御装置４８に
装備されている図示しない警報手段を作動させて点検を
促す。

【００２７】また、複数台の液面検出手段が設置されて
いる場合には、各測定装置に時刻をずらせながら起動信
号を出力することにより、電力消費の平均化を図りなが
ら１本の伝送回線により複数のタンクについての液面デ
ータを収集することができる。

【００２８】一方、液面検出手段のタンクへの設置や、
また既設の液面検出手段の再調整する場合には、制御装
置４８と同等の機能を備えたハンデイタイプの制御装置
を用い、現場において伝送回線により個々の液面検出手
段に接続して起動信号を手動で発生させる等の方法で、
フロート１４の位置に関する情報を得ながら、液面検出
手段の取り付け状態を調整したり、また設定用スイッチ
５４により最適な補正データをＲＯＭ５０から呼び出し
て再セットすることができ、調整作業の簡素化を図るこ
とができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
磁歪線の一端に送信コイルが、また測定領域に受信コイ
ルが設けられたコイルユニットをパイプ内に収容し、パ
イプの上端に回路基板を収容する耐圧防爆構造のヘッド
部を気密的に取り付け、さらにパイプに磁石付きフロー
トを遊嵌してなる液面検出手段と、送信コイルに駆動パ
ルスを印加する駆動パルス発生手段と、駆動パルスによ
り計時を開始し、また受信コイルからの信号により計時
を停止するカウント手段と、１カウント当たりの長さを
示す単位データに基づいて液量に関するデータを算出す
るデータ補正手段を備えるようにしたので、長さや特性
の異なる検出手段に対しても共通の信号処理手段を使用
して液面検出手段の特性補償を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用する液面検出手段の一実施例を示
す装置の断面図である。

【図２】同上液面検出手段を拡大して示す断面図であ
る。

【図３】同上液面検出手段を使用した液面測定装置の一
実施例を示すブロック図である。

【図４】同上装置における補正手段の一実施例を示すブ
ロック図である。

【図５】同上液面検出手段の測定限界点を示すための図
である。

【図６】同上装置の動作を示すタイミング図である。

【符号の説明】

１ ヘッド部 ２ 検出部 ３ 基台 ４ カバー ６、７、８ 回路基板 １０ ケーブル １１ パイプ １２ フランジ １３ 磁石 １４ フロート １５ コイルユニット １６ 糸状体 ２０ 磁歪線 ２２ 送信コイル ２３ 受信コイル ２６ 栓体 ３０ 測定回路 ３１ 信号処理部 ３３ バッテリ ３４ 電力供給線 ３５ 伝送回線 ４５ データ補正手段 ５４ 設定用スイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁歪線の一端に送信コイルが、また測定
   領域に受信コイルが設けられたコイルユニットをパイプ
   内に収容し、前記パイプの上端に回路基板を収容する耐
   圧防爆構造のヘッド部を気密的に取り付け、さらに前記
   パイプに磁石付きフロートを遊嵌してなる液面検出手段
   と、 前記送信コイルに駆動パルスを印加する駆動パルス発生
   手段と、前記駆動パルスにより計時を開始し、また前記
   受信コイルからの信号により計時を停止するカウント手
   段と、該カウント手段の１カウント当たりの長さを示す
   単位データに基づいて液量に関するデータを算出するデ
   ータ補正手段を前記回路基板に備えたタンク液面測定装
   置。
2. 【請求項２】 前記データ補正手段は、前記フロートが
   最下位レベル時の基準カウント数を格納していて、前記
   カウント手段のカウント値が前記基準カウント値を越え
   た時に警報信号を出力する請求項１のタンク液面測定装
   置。
3. 【請求項３】 前記単位データ、及び基準カウント値が
   外部操作可能なスイッチ手段により設定される請求項１
   のタンク液面測定装置。