JPH08199637A

JPH08199637A - 給水制御装置

Info

Publication number: JPH08199637A
Application number: JP918995A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Matsui; 孝行松井; Kenichi Isoda; 賢一磯田
Original assignee: Hitachi Building Systems Engineering and Service Co Ltd; Hitachi Building Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Building Systems Engineering and Service Co Ltd; Hitachi Building Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 1996-08-06

Abstract

(57)【要約】【目的】電極棒とコントローラ間の配線２本で４、５
本の電極棒を用いて検出することができる給水制御装置
の提供。【構成】電極棒１３ａ〜１３ｅの１つを水槽１の最下
点に位置するように設定して共通電極棒１３ｅとし、そ
の他の３本以上の電極棒の各々に所定の大きさをもつ直
列抵抗を個別に接続して、この直列抵抗の他端を並列接
続する手段と、この並列接続した直列抵抗と共通電極棒
の間に検出用の検出抵抗を直列に接続して直流電圧を印
加する手段３４と、検出用の検出抵抗の電流あるいは電
圧から電極棒間の抵抗値の変化を検知して水位を検知す
る手段とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水槽内の水位を検出す
る給水制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】給水制御装置としては、特開平４−１２
８９０８号公報に記載のように、図８および図９に示す
技術が知られている。

【０００３】図８および図９に示す従来の給水制御装置
は、受水槽１の下部に吸い込み管２を介してポンプ３が
接続され、該ポンプ３の吐出側に送水管４の一端が接続
されている。送水管４の途中位置には逆支弁５、圧力タ
ンク６が設けられると共に、該圧力タンク６の下流側に
は圧力スイッチ７が設けられる。ポンプ３は、水栓８を
開くと前記圧力タンク６の蓄圧によって給水されると共
に、送水管４の圧力が下がり圧力スイッチ７がオンとな
り、この信号に基づいてコントローラ９が運転信号をポ
ンプ駆動回路１０に出力し、運転開始される。ポンプ３
の運転により圧力タンク６の蓄圧が所定の大きさになる
と、圧力スイッチ７がオフし、運転が停止される。受水
槽１はボールタップ１１によって、受水槽１の水位が低
下すると市水側から水が取り込まれる。また、この給水
制御装置には受水槽１内の水位を検出する水位検知装置
１２が備えられている。この水位検知装置１２は例えば
５本の長さの異なる電極棒１３ａ〜１３ｅから構成さ
れ、複数の水位を検知できるようにしている。電極棒１
３ｅは受水槽１の最下点に位置するように設定された共
通電極棒、電極棒１３ｄは減水を警報する水位を検知す
る電極棒、電極棒１３ｃはポンプ３の空転を防止するた
めの水位を検知する電極棒、電極棒１３ｂはポンプ３の
空転防止を解除するための水位を検知する電極棒、電極
棒１３ａは満水を警報する水位を検知する電極棒であ
る。

【０００４】図９に示す従来のコントローラ９は、水位
検知装置１２の信号と圧力スイッチ７の信号を取り込
み、ポンプ３の運転開始及び停止を行うポンプ駆動回路
１０とさらに受水槽１の水位に関する警報を出力する装
置を有している。端子Ｅ１には電極棒１３ａ、端子Ｅ２
には電極棒１３ｂ、端子Ｅ３には電極棒１３ｃ、端子Ｅ
４には電極棒１３ｄ、端子Ｅ５には電極棒１３ｅが各々
接続される。変圧器２８の一次側には交流電源２９が接
続され、二次側の電圧はその一端が端子Ｅ５に、他端が
整流器２５〜２７の交流入力端に接続される。整流器２
５、２６の交流入力他端子は端子Ｅ１、Ｅ４に接続され
る。整流器２７の交流入力他端子は端子Ｅ２とリレー１
８のａ接点接続され、リレー１８の入力端に端子Ｅ３が
接続される。整流器２５〜２７の直流出力はリレー駆動
回路２２〜２４に各々入力され、リレー駆動回路２２〜
２４の出力によりリレーコイル１９〜２１が励磁され
る。例えば、受水槽１の水位が上昇して、電極棒１３ａ
が水中に入ると、電極棒１３ａと電極棒１３ｅが水の電
気抵抗を介して導通する。その結果、整流器２５に変圧
器２８の二次側の電圧が印加され、これが整流されてリ
レー駆動回路２２に入力される。リレー駆動回路２２は
この入力電圧の有無によりリレーコイル１９を励磁し、
リレー１６の接点を切り替える。リレー１６の接点は無
電圧であり、これを利用して警報出力の表示あるいは、
遠方への発報信号として用いることができる。

【０００５】電極棒１３ｂが水の電気抵抗を介して共通
電極棒１３ｅと導通すると、整流器２７に変圧器２８の
二次側の電圧が印加され、これが整流されてリレー駆動
回路２４に入力される。リレー駆動回路２４はこの入力
電圧の有無によりリレーコイル２１を励磁し、リレー１
５、リレー１８の接点を切り替える。ポンプ３は、リレ
ー１５と圧力スイッチ７がオンすると、電磁開閉器１４
の駆動コイルを励磁し、ポンプ３に交流電源が接続され
運転を開始する。また、リレー１８の接点が切り替わる
ことにより、受水槽１の水位が電極棒１３ｂ以上にある
場合、およびこの状態から水位が低下して電極棒１３ｃ
以上である場合に運転可となり、さらに圧力スイッチ７
がオン状態であるときに運転開始するようにしている。
また、ポンプ３は圧力スイッチ７がオフあるいは、受水
槽１の水位の条件が成立しないときは運転停止するよう
にしている。

【０００６】このような水位検知装置を備えた給水制御
装置は、水栓８を開くと前記圧力タンク６の蓄圧によっ
て給水されると共に、受水槽１の水位が給水するのに十
分な水がないときには、送水管４の圧力が下がり圧力ス
イッチ７がオンとなっても、ポンプ３の運転を禁止し
て、ポンプ３の摺動部の焼き付きを防止できるようにし
ている。また、給水側の故障による減水あるいは満水を
検知して警報を出すことができるようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来技術
は、電極棒１３ａ〜１３ｅとコントローラ９間の配線が
電極棒の本数だけ必要であり、既設のビルなどで３本の
電極棒を用いていたものを５本の電極棒を用いて警報出
力を出したい場合に電線数を追加する施工工事の必要が
ある問題点を有している。また、水位検知装置１２側の
電極棒１３ａ〜１３ｅとコントローラ９側の結線に間違
いが発生する問題があった。

【０００８】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決し、電極棒とコントローラ間の配線２本で４、５本
の電極棒を用いて検出することができる給水制御装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、測定対象の水の水位を、水を貯蔵する水
槽に設けた長さの異なる少なくとも４本以上の電極棒
と、この電極棒に電圧を印加して、電極棒間の導通によ
って水位が予め設定されたレベルに達したことを検出す
る装置において、前記電極棒の１つを前記水槽の最下点
に位置するように設定して共通電極棒とし、その他の３
本以上の電極棒の各々に所定の大きさをもつ直列抵抗を
個別に接続して、この直列抵抗の他端を並列接続する手
段と、この並列接続した直列抵抗と前記共通電極棒の間
に検出用の検出抵抗を直列に接続して直流電圧を印加す
る手段と、前記検出用の検出抵抗の電流あるいは電圧か
ら前記電極棒間の抵抗値の変化を検知して前記水位を検
知する手段を有する構成としている。

【００１０】

【作用】本発明による給水制御装置は、上述のように電
極棒の各々に所定の大きさを持つ抵抗を直列に接続して
さらにその他端で並列接続し、受水槽内の水位により各
電極棒の先端が水で短絡されることにより、直列に設け
た抵抗が並列回路を形成して水位に応じて変化する。こ
の直列抵抗の大きさを電極棒が水につかることによる抵
抗に対して大きく設定することにより、並列抵抗の変化
を明確にできる。さらに、この並列抵抗の変化を、電極
棒間に印加する直流電源に直列に設けた検出抵抗によっ
て検知するようにしているので、直流電源をコントロー
ラ側に持たせることにより、コントローラと水位検知装
置間の配線を２本にできる。このようにして、水位検知
装置側の電極棒とコントローラ側の結線は２本でよく、
電極棒とコントローラ間の配線２本で４、５本の電極棒
を用いて検出することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明による給水制御装置の実施例を
図面により説明する。

【００１２】図１は本発明の一実施例による給水制御装
置を示す構成図、図２はコントローラ３０の構成図であ
る。図１において、図８および図９に示す従来の給水制
御装置との相違点は、水位検知装置１２を構成する５本
の長さの異なる電極棒１３ａ〜１３ｅの少なくとも４本
以上の電極棒に対して直列抵抗を設ける抵抗装置３１
と、水位検知装置１２とコントローラ３０の配線を２本
にしている点である。

【００１３】図１において、受水槽１の下部に吸い込み
管２を介してポンプ３が接続され、該ポンプ３の吐出側
に送水管４の一端が接続されている。送水管４の途中位
置には逆支弁５、圧力タンク６が設けられると共に、該
圧力タンク６の下流側には圧力スイッチ７が設けられ
る。ポンプ３は、水栓８を開くと前記圧力タンク６の蓄
圧によって給水されると共に、送水管４の圧力が下がり
圧力スイッチ７がオンとなり、この信号に基づいてコン
トローラ３０が運転信号をポンプ駆動回路１０に出力
し、運転開始される。ポンプ３の運転により圧力タンク
６の蓄圧が所定の大きさになると、圧力スイッチ７がオ
フし、運転が停止される。受水槽１はボールタップ１１
によって、受水槽１の水位が低下すると市水側から水が
取り込まれる。また、この給水制御装置には受水槽１内
の水位を検出する水位検知装置１２が備えられている。
この水位検知装置１２は例えば５本の長さの異なる電極
棒１３ａ〜１３ｅから構成され、複数の水位を検知でき
るようにしている。電極棒１３ｅは受水槽１の最下点に
位置するように設定された共通電極棒、電極棒１３ｄは
減水を警報する水位を検知する電極棒、電極棒１３ｃは
ポンプ３の空転を防止するための水位を検知する電極
棒、電極棒１３ｂはポンプ３の空転防止を解除するため
の水位を検知する電極棒、電気棒１３ａは満水を警報す
る水位を検知する電極棒である。

【００１４】図２に示す本発明のコントローラ３０は、
従来のコントローラ９を用いることができるように、破
線で示すような回路構成と従来のコントローラ９で構成
している。コントローラ３０は、水位検知装置１２の信
号と圧力スイッチ７の信号を取り込み、ポンプ３の運転
開始及び停止を行うポンプ駆動回路１０とさらに受水槽
１の水位に関する警報を出力する装置を有している。従
来のコントローラ９の端子Ｅ１にはリレー回路４４のａ
接点、端子Ｅ２にはリレー回路４５のａ接点、端子Ｅ３
にはリレー回路４６のａ接点、端子Ｅ４にはリレー回路
４７のａ接点、端子Ｅ５にはリレー回路４４〜４７の入
力接点が各々接続される。このように本発明のコントロ
ーラ３０では、従来のコントローラ９が必要としていた
５本の配線部分をコントローラ内部に持たせるようにし
ている。

【００１５】次に本発明の主要部分について説明する。
コントローラ３０の端子Ｔ１は抵抗装置３１に接続さ
れ、端子Ｔ２は水位検知装置１２の共通電極棒１３ｅに
接続される。端子Ｔ１とＴ２には検出抵抗３３と直流電
源３４が直列に接続され、直流電源３４には抵抗３５ａ
〜３５ｅの直列回路が並列に接続され、直流電源の電圧
を分圧して複数の基準電圧をつくるようにしている。リ
レー駆動回路３６〜３９には抵抗３５ａ〜３５ｅの直列
回路の接続点と検出抵抗３３の両端の電位が入力され、
検出抵抗３３の電位が抵抗３５ａ〜３５ｅの直列回路で
直流電源の電圧を分圧して作られる基準電圧より大きく
なると、リレー駆動回路３６〜３９の出力によりリレー
コイル４０〜４３が励磁され、リレー回路４４〜４７を
切り替えるように動作する。

【００１６】図３は抵抗装置３１の構成である。抵抗装
置３は抵抗３２ａ〜３２ｄの一端が端子Ｔ１に接続さ
れ、抵抗３２ａ〜３２ｄの他端が各々水位検知装置１２
の電極棒１３ａ〜１３ｄに接続される。このような構成
において、本発明では抵抗装置３１を構成する抵抗３２
ａ〜３２ｄと検出抵抗３３の大きさを所定の関係に設定
することにより、水槽の水質あるいは温度変化による水
抵抗の大きさの変化によらず、電極棒の水位検知の精度
を向上できることに着目している。この本発明の動作原
理を図４〜５及び式を用いて説明する。

【００１７】水位検知装置１２の電極棒１３ａ〜１３ｄ
が共通電極棒と水を介して接続されると、直流電源３４
より電流が流れ検出抵抗３３に電圧降下が生じる。この
電圧降下の大きさは、水槽の水位が上昇して電気的に接
続される電極棒の並列数と関係する。本発明では、この
電圧降下の変化が電極棒の数に比例して変化するよう
に、検出抵抗３３と電極棒に直列に接続される抵抗装置
３１の抵抗３２ａ〜３２ｄの大きさを設定するものであ
る。はじめに、一般式を求めるために、共通電極棒の次
に長い電極棒１３ｄに直列に設ける抵抗３２ｄの大きさ
をＲとし、電極棒１３ｄの次に長い電極棒１３ｃに直列
に設ける抵抗３２ｃの大きさをＲ／ｘとし、電極棒１３
ｃの次に長い電極棒１３ｂに直列に設ける抵抗３２ｂの
大きさをＲ／ｙとし、電極棒１３ｂの次に長い電極棒１
３ａに直列に設ける抵抗３２ａの大きさをＲ／ｚとし、
検出抵抗３３の大きさをαＲとする。この時、水槽の水
位に応じて電極棒が順番に水中に入って、検出抵抗３３
に生じる電圧降下の大きさを、各々ｖ１、ｖ２、ｖ３、
ｖ４とする。直流電源３４の電圧をｅとすると、ｖ１、
ｖ２、ｖ３、ｖ４は次式で表すことができる。

【００１８】ｖ１／ｅ＝α／（１＋α）‥‥‥（１）ｖ２／ｅ＝（１＋ｘ）・α／（１＋（１＋ｘ）・α）‥‥‥（２）ｖ３／ｅ＝（１＋ｘ＋ｙ）・α／（１＋（１＋ｘ＋ｙ）・α）‥‥‥（３）ｖ４／ｅ＝（１＋ｘ＋ｙ＋ｚ）・α／（１＋（１＋ｘ＋ｙ＋ｚ）・α）‥‥‥ （４）ここで、ｖ２＝２＊ｖ１、ｖ３＝３＊ｖ１、ｖ４＝４＊
ｖ１とできれば、水槽の水位に応じて電極棒が順番に水
中に入った時に、検出抵抗３３に生じる電圧降下の大き
さの変化幅をｖ１に等しくできる。そのために、必要な
条件を式（１）〜（４）より求めると次式である。

【００１９】ｘ＝（１＋α）／（１−α）‥‥‥（５）ｙ＝（１＋α）／（（１−α）・（１−２α））‥‥‥（６）ｚ＝（１＋α）／（（１−２α）・（１−３α））‥‥‥（７）これより、検出抵抗３３の大きさＲ０と電極棒に直列に
接続される抵抗装置３１の抵抗３２ａ〜３２ｄの大きさ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、次式の大きさに設定すれ
ば、水槽の水位に応じて電極棒が順番に水中に入った時
に、検出抵抗３３に生じる電圧降下の大きさの変化幅を
ｖ１に等しくできる。

【００２０】Ｒ０＝α・Ｒ‥‥‥（８）Ｒ１＝（１−２α）・（１−３α）・Ｒ／（１＋α）‥‥‥（９）Ｒ２＝（１−α）・（１−２α）・Ｒ／（１＋α）‥‥‥（１０）Ｒ３＝（１−α）・Ｒ／（１＋α）‥‥‥（１１）Ｒ４＝Ｒ‥‥‥（１２）式（８）〜（１２）より、すべての抵抗の大きさは、Ｒ
及びαを設定すると一意に決定することができる。通
常、水道水の水抵抗は電極棒の先端が水に接触し始める
時には数十ｋΩであるが電極棒が１ｃｍ位になる数百ｋ
Ωになり、指数関数的に減少する。従って、抵抗Ｒは数
ｋΩに選択すれば、水抵抗の変動および水槽の水質ある
いは温度変化による水抵抗の大きさの変化に比較して十
分大きく、これらの影響を取り除くことができる。ま
た、係数αは式（９）あるいは式（１０）の抵抗が負に
ならない範囲に選択することができる。図４に検出抵抗
３３の大きさＲ０と電極棒に直列に接続される抵抗装置
３１の抵抗３２ａ〜３２ｄの大きさＲ１、Ｒ２、Ｒ３、
Ｒ４の抵抗Ｒに対する係数を示す。たとえば、係数αを
０．２に選択すると、Ｒ０は０．２、Ｒ１は０．２、Ｒ
２は０．４、Ｒ３は０．６６７、Ｒ４は１．０である。
この時、水槽の水位に応じて電極棒が順番に水中に入っ
た時に、検出抵抗３３に生じる電圧降下の大きさの変化
幅は図５に示すように０．１６７ｅ（＝ｖ１）となり、
すべての変化幅を等しくできる。従って、電極棒が水中
に有るか否かを明確に判定することができ、検出精度を
向上することができる。

【００２１】また、本実施例によれば、従来のコントロ
ーラ９を用いて、水位検知装置１２とコントローラ３０
間の配線を２本ですますことができる。これにより、既
設のビルにおいて、３本の電極棒を用いた従来の給水制
御装置に対して、新たな配線を必要とせずに、５本の電
極棒を用いた給水制御装置を設置して、警報出力を出す
ことができる。

【００２２】図６は本発明の他の一実施例による給水制
御装置を示す構成図である。図６において、図２に示す
従来の給水制御装置との相違点は、従来のコントローラ
９とのインタフェースを省略してリレー回路４９を設け
るようにしている点である。

【００２３】図６において、リレー駆動回路３７、３８
の出力は、各々リレーコイル４１、４２を励磁すると共
に、リレー回路４５、４６の入力端子に接続されてい
る。リレー回路４５のａ接点はリレーコイル４８に接続
され、リレー回路４６のａ接点はリレー回路４９の入力
端子に接続され、さらにリレー回路４９のａ接点はリレ
ーコイル４８に接続されている。リレー回路４９とリレ
ー回路１５はリレーコイル４８が励磁されると切り替え
られる。このような構成により、リレーコイル４８は、
リレー駆動回路３７がリレーコイルを励磁する電圧を出
力した時、および一旦リレーコイル４８が励磁されてか
つ、リレー駆動回路３８がリレーコイルを励磁する電圧
を出力している時に励磁される。すなわち、水槽の水位
が一旦電極棒１３ｂの水位以上となり、その後電極棒１
３ｄの水位以下となるまでの間はポンプ３の運転が可と
なるようにしている。このようにして従来のコントロー
ラ９を用いずに同様の給水制御を行うことができる。

【００２４】図７は本発明の他の一実施例による給水制
御装置を示す構成図である。図７において、図１に示す
本発明の給水制御装置との相違点は、受水槽１からポン
プ３を介して高架水槽５０に水を貯水して給水栓８に供
給するようにしている設備に適用している点である。本
実施例のような給水設備に本発明の給水制御装置を適用
すると、高架水槽５０とコントローラ３０間の配線が少
なくてすむ効果がある。

【００２５】なお、本発明は測定対象が導電性であれば
水以外の液体の液位を測定するものに対しても適用で
き、直流電圧による電極棒の電食の問題は腐食しにくい
材質を用いることで解決できる。また、リレー駆動回路
およびリレー回路をマイコンを用いてソフトで処理する
こともでき、これらは本発明の範囲である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
極棒本数によらず水位検知装置とコントローラ間の配線
が２本だけあればよく、既設のビルなどで３本の電極棒
を用いていたものを５本の電極棒を用いて警報出力を出
したい場合に電線数を追加する施工工事の必要がなくな
る。また、水位検知装置１２側の電極棒１３ａ〜１３ｅ
とコントローラ９側の結線に間違いが発生する問題もな
く、電極棒とコントローラ間の配線２本で４、５本の電
極を用いて検出することができる給水制御装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の給水制御装置の構成を示す
構成図である。

【図２】本発明のコントローラの一実施例の構成を示す
構成図である。

【図３】本発明の抵抗装置の一実施例の構成を示す構成
図である。

【図４】本発明の抵抗装置を構成する抵抗と検出抵抗の
選択範囲を示す説明図である。

【図５】本発明の水位に対する検出特性を説明する特性
図である。

【図６】本発明の他の一実施例の構成を示す構成図であ
る。

【図７】本発明の他の一実施例の構成を示す構成図であ
る。

【図８】従来の給水制御装置の構成を示す構成図であ
る。

【図９】従来のコントローラの構成を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１受水槽３ポンプ６圧力タンク７圧力スイッチ９、３０コントローラ１２水位検知装置１３ａ〜１３ｅ電極棒３１抵抗装置３１ａ〜３２ｄ抵抗３３検出抵抗３４直流電源５０高架水槽

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象の水の水位を、水を貯蔵する水
槽に設けた長さの異なる少なくとも４本以上の電極棒
と、この電極棒に電圧を印加して、電極棒間の導通によ
って水位が予め設定されたレベルに達したことを検出す
る給水制御装置において、前記電極棒の１つを前記水槽
の最下点に位置するように設定して共通電極棒とし、そ
の他の３本以上の電極棒の各々に所定の大きさをもつ直
列抵抗を個別に接続して、この直列抵抗の他端を並列接
続する手段と、この並列接続した直列抵抗と前記共通電
極棒の間に検出用の検出抵抗を直列に接続して直流電圧
を印加する手段と、前記検出用の検出抵抗の電流あるい
は電圧から前記電極棒間の抵抗値の変化を検知して前記
水位を検知する手段を有することを特徴とする給水制御
装置。
【請求項２】請求項１の記載において、上記少なくと
も３本以上の電極棒の各々に個別に接続する所定の大き
さをもつ直列抵抗は、前記電極棒の設定長さに対して、
概略で比例するような大きさの抵抗を設けるようにした
ことを特徴とする給水制御装置。
【請求項３】請求項１の記載において、上記少なくと
も３本以上の電極棒の各々に個別に接続する所定の大き
さをもつ直列抵抗は、前記共通電極棒の次に長い電極棒
の直列抵抗の大きさを基準にして、電極棒の設定長さに
対して、概略で比例するような大きさの抵抗を設けるよ
うにしたことを特徴とする給水制御装置。
【請求項４】請求項１の記載において、上記少なくと
も３本以上の電極棒の各々に個別に接続する所定の大き
さをもつ直列抵抗は、前記共通電極棒の次に長い電極棒
の直列抵抗の大きさと検出用の検出抵抗の大きさの比を
基準にして、電極棒の設定長さに対して、概略で比例す
るような大きさの抵抗を設けるようにしたことを特徴と
する給水制御装置。