JPS5935633Y2 - 打設管用静電容量式レベル検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、打設管用静電容量式レベル検出装置に関し、
地盤改良工事において、地盤に投入する改良材（例えば
生石灰、セメント等）の投入量を連続的に測定できるよ
うにしたものである。

改良材の投入量を連続測定するには、打設管（径４０
６０ｃｍ、長さ２０２０−６Ｏ内の改良材レベルを測定
する重錘式と静電容量式との二つの方法が一般的である
。

重錘式は、ワイヤーの先端に取付けた重錘を打設管上部
より降し、改良材までのワイヤーの長さを測定する方法
であるが、可動部があるため、重錘の引掛かり、ワイヤ
ーの巻付き等が発生し、長尺の打設管では、これらが特
に問題となる。

静電容量式は、打設管内に取付けた電極により改良材レ
ベルに比例する改良材の静電容量を検出する方法であっ
て、従来は専ら一定レベルを検出するスイッチ式として
利用されていた。

また従来は、静電容量の検出にブリッジ方式を用いてい
るため、調整部が非常に多く、操作性が悪かった。

更にブリッジ方式は回路構成が複雑で、温度ドリフト対
策が困難であった。

本考案は、このような従来の問題点を解消することを目
的としたものであって、その特徴とするところは、打設
管の内部に、外周を絶縁した２本の電極を長さ方向に沿
って固定的に取付け、該電極を含む電気回路に、定電圧
を発生する発振回路と、インピーダンス検出用抵抗とを
設ける他、電極間の静電容量の変化に伴なう該抵抗の電
圧変化を検出する差動アンプと、該アンプにより検出さ
れる交流電圧を直流電圧に変換する実効値検出回路とを
設けた点にある。

以下、図示の実施例について本考案を詳述する。

第１図は静電容量式レベル検出装置の検出原理を示す。

第１図において、検出すべき改良材の静電容量をＣ、イ
ンピーダンス検出用抵抗をＲ１該抵抗に発生する電圧を
ＶＲ１検出回路に印加される電圧を■ｅｊＷｔとすれば
、検出回路に流れる電流Ｉは、 Ｉ＝ＶｅｊＷ７Ｚ ただしＺ＝Ｒ＋１／ｊｗＣ である。

ここで、である。

依ってとなる。

ここでｗ、Ｒ，Ｖは一定であるから、ＩＶ、ｌ０ｃｃ となり、従って、このＶＲＩによりＣを検出できるｊこ
とが分かる。

なお（１）式の条件より ＶＲとＣとの直線法は、ｗＣ
Ｒが小さい程良いと云うことになるが、ｗ、 Ｒを小
さくすれば、ＶＲＩを検出するＳ／Ｎ比が悪くなる。

従って、そこは当然、Ｗ及びＲの最適値が存１在する。

そこで、改良材の静電容量の変化を５００〜４０００（
ＰＦ）と設定し、理論計算よりＷ及びＲの最適値を ｆ＝ｗ／２π＝６５ＫＨｚ（正弦波） Ｒ＝ １００Ω とし、発振電圧を通常のノイズレベルを考慮し、Ｖ＝２
０Ｖｐ−ｐ に設定して、打設管内の改良材（生石灰）レベルを測定
した処、第２図に示すような測定結果が得：られた。

ここで設定したｆ（ｗ）、Ｒ，Ｖ等の回路定数は、電極
形状、改良材、打設管構造が大きく変った場合には、夫
々最適値に変更されることは当然である。

第３図は本考案検出装置の一実施例を示すブロック図を
示す。

同図において、１は鋼鉄製の打設管、２は該打設管１に
より地盤に投入される改良材である。

打設管１の内周面には第４図に示すように取付台３を介
して２本の保護パイプ４，５が長さ方向の全長にわたっ
て設けられ、その各保護パイプ４．５内に鋼鉄製ワイヤ
ー等から成る電極６．７が夫々挿入されている。

なお取付台３、保護パイプ４，５は、塩化ビニール樹脂
等の絶縁材料により製作されている。

８はインピーダンス検出用抵抗、９は発振回路で、所定
の交流電圧を電極６，７間に印加するためのものである
。

１０は差動アンプで、抵抗８の電圧変化を検出するため
のものである。

１１はバンドパスフィルター、１２は実効値検出回路で
、差動アンプ１０で検出した交流電圧を直流電圧に変換
するためのものである。

１３はゼロ−スパン調整用アンプ、１４は電圧／電流変
換回路、１５はレベル表示メータである。

上記構成において、測定に際しては、先ずゼロ−スパン
調整用アンプ１３によりゼロ調整及びスパン調整を行な
う。

次に打設管１に改良材２を順次投入すると、電極５，６
間の静電容量が改良材２のレベルに応じて変化するので
、それが抵抗８の両端の電圧変化として現われ、これを
差動アンプ１０により検出する。

そして抵抗８の両端に表われた交流電圧は、実効値検出
回路１２により直流電圧に変換した後、電圧／電流変換
回路１４を介して電流変化に変換し、その電流によって
レベル表示メーター１５を駆動する。

従って、レベル表示メーター１５の指針は、改良材２の
投入レベルを指示するので、これによって連続測定を行
なうことができる。

また差動アンプ１０で検出した交流電圧はバンドパスフ
ィルター１１を通すので、Ｓ／Ｎ比を大きくすることが
できる。

第５図は実際の改良工事において、改良材レベルを連続
測定した結果を示し、Ａは充填時、Ｂは排出時のレベル
を示す。

各電極６，７は保護パイプ４，５に挿入して、改良材２
、水等の付着し難い構造とするならば、絶縁性の低下を
防止でき、また耐久性も向上するが、これに限定される
ものではない。

更に発振回路９により電極６，７に定電圧を印加する他
、定電流を印加するようにしても良い。

この場合、第３図に示す検出装置が定電流印加型に変更
されるのは当然のことである。

以上本考案によれば、打設管内に設けた長さ方向の電極
に定電圧を印加し、その時の電極間の静電容量の変化を
抵抗を介して電圧変化として検出し、実効値検出回路に
より直流電圧で取出すようにしているので、打設管が長
尺であっても、その打設管内の改良材レベルを簡単な構
成で連続的に測定でき、細かな測定結果が得られる。

しかも絶縁された電極間の静電容量の変化を抵抗の電圧
変化として捉えるものであるため、測定対象が限定され
ず、例えば石灰、セメント等の絶縁物質、及び含水性砂
等の導電物質でも測定できる。

また従来のブリッジ調整が不要な電圧降下方式を用いて
いるので、調整箇所がゼロ、スパン調整の２箇所程度に
なり、調整が容易であると共に、回路構成が簡略である
ため、温度ドリフト対策が容易である。

更に電極は外周を絶縁し、これを打設管内部の２本設け
、この２本の電極に定電圧を印加するようにしているの
で、一方の電極として打設管を直接使用するものに比較
して電気ノイズが発生し難く、検出精度が向上する利点
がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を例示し、第１図は原理図、第
２図は改良材レベルとレベル計出力電流との関係を示す
図、第３図はブロック図、第４図は電極取付部の断面図
、第５図は測定結果を示す図である。 １・・・・・・打設管、２・・・・・・改良材、６，７
・・・・・・電極、８・・・・・・インピーダンス検出
用抵抗、９・・・・・・発振回路、１０・・・・・・差
動アンプ、１２・・・・・・実効値検出回路、１５・・
・・・・レベル表示メータ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 打設管の内部に、外周を絶縁した２本の電極を長さ方向
   に沿って固定的に取付け、該電極を含む電気回路に、定
   電圧を発生する発振回路と、インピーダンス検出用抵抗
   とを設ける他、電極間の静電容量の変化に伴なう該抵抗
   の電圧変化を検出する差動アンプと、該アンプにより検
   出される交流電圧を直流電圧に変換する実効値検出回路
   とを設けたことを特徴とする打設管用静電容量式レベル
   検出装置。