JPH0814990A - 多層液面測定方法とその測定器 - Google Patents

多層液面測定方法とその測定器

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JPH0814990A
JPH0814990A JP6169036A JP16903694A JPH0814990A JP H0814990 A JPH0814990 A JP H0814990A JP 6169036 A JP6169036 A JP 6169036A JP 16903694 A JP16903694 A JP 16903694A JP H0814990 A JPH0814990 A JP H0814990A
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JP
Japan
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waves
container
waveform
ultrasonic
liquid level
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JP6169036A
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Hiroshi Okamoto
洋 岡本
Shintaro Kamiya
晋太郎 紙谷
Noriyuki Yamamoto
宣之 山本
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KANSAI TEC KK
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KANSAI TEC KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、多層液面測
定により、高電圧で課電される機材等を収容する密閉容
器内の収納液体(油、水など)の液面位置を稼働状態の
ままで的確かつ迅速に測定することであり、その事によ
って電気的絶縁不良などから発生する電気機器等の不測
の事態とそれに伴う二次災害を未然に防止できるように
することである。 【構成】 金属のような不透明材料等の
容器A内に存在する例えば絶縁油、水など異液体の液面
位置を測定する液面測定方法であって、送信された超音
波の異液体各面の反射波を受信しその受信波形を整形・
計測することにより多層の液面位置を同時に測定するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明の対象物は、例えば配電用
柱上変圧器のようなもので、不透明な容器内の絶縁油の
油面、或いはその容器内に侵入した雨水の水面を外部か
ら精度よくかつ容易に測定する事のできる不透明密閉容
器内の液面測定方法とその測定器の改良に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】電気機材を収納する容器は、課電される
機材と容器間の電気的絶縁を保持するため絶縁性の油と
かガス(空気を含む)等を保有しており、油とかガスが
容器からもれたり雨水などが侵入して電気的絶縁を低下
させないようほぼ密閉構造となっているが、例えば配電
用柱上変圧器のように、電気的絶縁状態を監視する油面
計等を装備していないことがある。
【0003】そこで、容器の欠陥等何らかの原因で油が
漏れたり、雨水等が侵入した場合には電気的絶縁が低下
し、電気機器の破損とそれに伴う二次災害の発生の恐れ
があるため、電気的絶縁性能の低下が懸念される電気機
器については速やかにその電気的絶縁状態を点検する事
が必要である。
【0004】従来から各種の絶縁点検手法が提案されて
いるが、監視装置のない電気機器では稼働状態で電気機
器絶縁監視の基本である油面とか浸水状況の的確なチェ
ックが困難なため、絶縁低下の恐れのある電気機器の運
転を停止するか或いは電気機器を取り外して点検する必
要があり、そのため点検に手間がかかって点検時期が遅
延し、場合によっては絶縁低下のために電気機器が破損
する事があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来の欠点に鑑みてなされたもので、本発明の解決しよう
とする課題は、多層液面測定により、高電圧で課電され
る機材等を収容する密閉容器内の収納液体(油、水な
ど)の液面位置を稼働状態のままで的確かつ迅速に測定
することであり、その事によって電気的絶縁不良などか
ら発生する電気機器等の不測の事態とそれに伴う二次災
害を未然に防止できるようにすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の多層液面測定方
法は『金属のような不透明材料等の容器A内に存在する
例えば絶縁油、水など異液体の液面位置を測定する液面
測定方法であって、送信された超音波の異液体各面の反
射波を受信しその受信波形を整形・計測することにより
多層の液面位置を同時に測定する』ことを特徴とする。
【0007】本発明方法によれば、監視装置がなく内部
のチェックが困難な電気機器でも稼働状態下で電気機器
絶縁監視の基本である油面とか浸水状況の的確なチェッ
クを遅滞なく円滑に行うことが出来、従来のように点検
時期の遅延による電気機器の破損というような事故を回
避する事が出来る。
【0008】請求項2は『多層の液面測定を同時に行う
ため、適切に増幅された受信音波を処理する二つ以上の
波形整形・計測回路が並列に設けられている』事を特徴
とするもので、これにより点検作業が非常に簡便とな
る。
【0009】請求項3は本発明にかかる多層液面測定器
に関し、 金属のような不透明容器A外部より容器A内部に数M
Hz(例えば1〜5MHz)の超音波を送信し且つ各物
質境界面からの前記超音波の反射波を受信出来る超音波
送受信装置10と、 この受信音波の波形を計測しやすいよう整形する波形
整形回路21、22、…2nおよびこの整形された波形
から受信音波の到着時間を計測する波形計測回路31、
32…3nと、 容器A内に収納されている各物質(油、水など)の超
音波透過速度と測定環境条件を設定する条件設定ボード
40と、 各種演算を効果的におこなうための制御プログラム5
0と、 制御プログラム50に基づいて受信音波到着時間と超
音波透過速度等から液面水位など各種演算を行うCPU
60と、 演算結果を表示する表示器70とで構成された事を特
徴とする。
【0010】これにより、本発明にかかる多層液面測定
器は、不透明な密閉容器A内に存在する比重の異なる多
種の液体境界面をその設備を停止することなく稼働状態
においても速やかに且つ精度よく測定出来る。
【0011】請求項4は、「容器A内の液体が二つ以上
の多層境界面を構成しているときに一回の超音波送信で
多層液面を測定するため、波形整形回路21と波形計測
回路31とを直列接続した回路を二回路以上並列に形成
させている」事を特徴とするもので、これによれば各波
形整形回路がこれらの受信音波を同時に取り入れ、それ
ぞれの波形整形回路のもつ特性に応じてその波形を計測
しやすいように時間領域ごとに整形するために、一回の
超音波送信で多層液面を同時に測定出来るようになる。
【0012】
【実施例】以下、本発明にかかる多層液面測定器の実施
例を図1を引用しながら説明する。変圧器巻線とか開閉
器等で高電圧課電される電気機器は密閉構造の金属性容
器Aに通常収納されてり、この金属性容器Aは保安のた
め大地電位に等しくなるように接地されていると共に高
電圧課電機器の対地絶縁を保持するためこの密閉容器A
には絶縁油とか絶縁性気体(空気を含む)が封入されて
いる。何らかの事由によりこの密閉容器Aから絶縁油が
漏れ、油面が低下するとか雨水が容器A内に浸入する事
があれば、高電圧課電機器の絶縁が低下して電気事故発
生の恐れがある一方、それに伴う不測の事態も懸念され
るものである。したがって、絶縁低下が心配される場合
には、その電気機器の油面位置、雨水侵入の有無等の確
認を行い、電気事故や不測の事態発生前に適切な措置を
講じる必要がある。
【0013】ここでは各種高電圧課電機器の内、街中に
存在する電柱の上部に取り付けられている柱上変圧器の
ような準密閉容器類の電気機器を代表例として考える。
これらの容器Aは通常油が漏れたり雨水の浸入がないも
のとして製作されているので油面計などの絶縁状態監視
装置を装備していないため、万一、絶縁油が漏れたり雨
水が侵入した恐れのあるような場合、この電気機器を停
止することなく稼働状態のままで油面とか水面の位置を
確認する適切な方法が現在見当たらない。一般に使用さ
れる電気機器は絶縁種別ならびにその容器Aと内部に収
納される課電部分の形状、材質、配置寸法等が既知であ
るため、本発明にかかる多層液面測定器を使用すること
で油面と水面の位置を容易に且つ精度よく以下の通り測
定出来る。
【0014】液面を測定しようとする電気機器の絶縁種
別、構造、形状および概略寸法等は既知であるため、測
定に好都合な超音波送受信装置10の取り付け位置およ
び超音波通過経路に存在する各物質(水、油、空気、容
器Aの材質など)の超音波透過(伝播)速度は測定に先
立って容易に決定出来る。
【0015】図1のように超音波送受信装置10、波形
整形回路21、22、…2n、波形計測回路31、3
2、…3n、条件設定ボード40、制御プログラム5
0、CPU60、および表示器70とで構成している多
層液面測定は、超音波送受信装置10を容器Aの外側底
部の所定位置に取付けし、各物質の材質、概略構造寸法
と外気温度等環境条件を条件設定ボード40に入力する
と共にCPU60をコントロールする制御プログラム5
0の選定を行うことで容易にその測定準備を完了する。
【0016】測定準備完了後に超音波送受信装置10か
ら容器Aの底面に対し垂直に送出される1〜5MHzの
超音波10Sは各物質の境界面すなわち容器Aの外側底
面、容器Aの内側と水Bの境界面、水Bと油Cの境界
面、油Cと空気Dの境界面などで反射し、その反射超音
波は超音波送受信装置10により受信音波11、12、
13、14として捕らえられ波形整形回路21、22、
…、2nへ送り込まれる。
【0017】超音波が物質を伝播する透過速度は既知で
あるものの金属は液体(水、油)の約4倍の速度であ
る。このように透過速度が大きく異なったり受信音波の
時間領域にかなりな違いを生じたりする場合に対処する
ため、波形整形回路を二つ以上並列に構成することによ
り受信音波の波形を整形して受信音波の分析をしやすく
するように工夫されている。
【0018】各波形整形回路21、22、…、2nのそ
れぞれに直列接続される波形計測回路31、32、…、
3nは、整形された受信音波から受信音波11、12、
13、14の到着時刻を決定するデシタル・シグナルを
CPU60に提供する。
【0019】なお、超音波送受信装置10が容器Aの外
側底部に密着して取り付けられる場合、受信音波11の
デシタル・シグナルは必ずしも要しないことは自明であ
り、また容器A内に油か水のみか或いは水と油が存在す
る場合、水と油の超音波伝播速度がほぼ同一であるため
波形整形回路は21と22の二つの並列回路で十分な液
面精度が得られる。
【0020】図1に示すような密閉容器Aに水B、油C
と空気Dが存在するときの各液面は、次のようにCPU
60で演算される。CPU60は条件設定ボード40の
入力と制御プログラム50とに基づいて、波形計測回路
31、32、…、3nから受け取った受信音波11、1
2、13、14のデシタル・シグナルより超音波送受信
装置10が送信音波10Sを送信してから各受信音波1
1、12、13、14を受信するまでのそれぞれの所要
時間(11R,12R,13R,14R)を計算し、こ
れらの所要時間と物質の材料固有の超音波伝播速度(P
V)より環境条件を加味してそれぞれの物質(容器A、
水B、油C)の厚み12T,13T,14Tを演算す
る。
【0021】環境条件を加味しなければ各物質の厚み、
例えば密閉容器Aに侵入した水Bの深さ13Tは次式で
簡単に計算出来る。 13T=(13R−12R)/2×(水の超音波伝播速
度PV) なお、環境条件の一つとして概略構造寸法を条件設定ボ
ード40に入力している事は、計算された厚みが妥当な
ものかどうかをチェックするためでもある。
【0022】CPU60で演算された結果のうちで必要
な事項は表示器70に表示される。5MHzの超音波を
使用した場合、密閉容器A内の液層厚が5mm以下であ
るとその厚みの測定は困難であるが、5mmを越える液
層厚があればmmオーダの精度でその厚みを測定する事
が出来る。
【0023】超音波送受信装置10は、比較的高所に設
置された金属性容器Aの底部に取り付けることが多いの
で、磁石の吸引力を利用したワン・タッチ方式で取付出
来かつ容器Aの底部に密着するように工夫されている。
多層液面測定系を構成する要素のうち超音波送受信装置
10を除く部分は、持ち運びに便利な一つの携帯測定器
ケース内に収納されている。なお、表示器70は超音波
の送受信波形を直接目視出来るディスプレイを備えてお
り、必要に応じてその波形の撮影が出来る。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、高電圧で課電される電
力用機器、例えば配電用柱上変圧器等の油漏れとか内部
へ雨水が侵入してその電気的絶縁低下の恐れがあり且つ
その機器の絶縁状態を確認する必要のあるとき、油面計
などの絶縁状態監視装置を有しない機器を停止すること
なく稼動状態のままで密閉構造容器内の油面と雨水面の
位置が容易に精度良く測定されるので、電力用機器に対
し適切な処置を講じることが出来るようになる。更に、
本発明にかかる多層液面測定器を使用すると、容器内の
液面層が三層以上の場合でも同時に液面位置を測定出来
るという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】密閉容器の内部に水と油が存在すると想定した
場合、各液面を測定するための本発明に係る多層液面測
定器のブロック回路とその使用例の概念図である。
【符号の説明】
Aは密閉容器、 Bは密閉容器内の水、 Cは密閉容器内の油、 Dは密閉容器内の空気、 10は超音波送受信装置、 10Sは超音波送受信装置が送出した送信音波、 11は密閉容器の外側底面で反射した超音波送受信装置
の受信音波、 12は密閉容器の底部と水の境界面で反射した超音波送
受信装置の受信音波、 13は水と油の境界面で反射した超音波送受信装置の受
信音波、 14は油と空気の境界面で反射した超音波送受信装置の
受信音波、 12T…密閉容器の底部の厚み、 13T…水の厚み 14T…油の厚み 21、22、…、2nは波形整形回路、 31、32、…、3nは波形計測回路、 40は条件設定ボード、 50は制御プログラム、 60はCPU(中央演算処理装置)、 70は表示器である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不透明材料等の容器内に存在する
    絶縁油や水などの異液体の液面位置を測定する液面測定
    方法であって、送信された超音波の異液体各面の反射波
    を受信しその受信波形を整形・計測することにより多層
    の液面位置を同時に測定することを特徴とする多層液面
    測定方法。
  2. 【請求項2】 多層の液面測定を同時に行うた
    め、適切に増幅された受信音波を処理する二つ以上の波
    形整形・計測回路が並列に設けられている事を特徴とす
    る請求項1に記載の多層液面測定方法。
  3. 【請求項3】 不透明容器外部より容器内部に1
    〜5MHzの超音波を送信し且つ容器内に収納されてい
    る各物質境界面からの前記超音波の反射波を受信出来る
    超音波送受信装置と、この受信音波の波形を整形する波
    形整形回路およびこの整形された波形から受信音波の到
    着時間を計測する波形計測回路と、容器に収納されてい
    る各物質の超音波透過速度と測定環境条件を設定する条
    件設定ボードと、各種演算をおこなうための制御プログ
    ラムと、制御プログラムに基づいて受信音波到着時間と
    超音波透過速度等から液面水位など各種演算を行うCP
    Uと、演算結果を表示する表示器とで構成された事を特
    徴とする多層液面測定装置。
  4. 【請求項4】 前記波形整形回路と波形計測回路
    とを直列接続した回路を二回路以上並列に設置した事を
    特徴とする請求項3に記載の多層液面測定装置。
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Cited By (1)

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