JPS60159615A - タンク又はコンテナ内の異なる流体間の界面の位置を検知する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、タンク又はコンテナ内の種々の物質量の界面
の位置を決定するための装置に係る。

この種の装置は、例えばタンク内の流体のレベルを測定
するために用いることができる。

特に、本発明は、例えば貯蔵タンク（例えば船」二又は
陸上の）、貯蔵所、路上タンカー、小売スタンド、等で
用いられるよう構成した流体液面計に係る。

２個以上の異なる物質量の界面の位置を測定するための
装置は通常知られている。一般に知られた流体液面計は
、機械的測定原理、例えばレベル指示器と接続したフロ
ートに基礎を置いている。

もうひとつ別の周知の流体液面計は、良く知られたキャ
パシタンス測定原理にもとすいている。

この種の容量計は、っぎのように作動する。

容量液面計は、２個の手段よりなる。これらの手段は例
えばタンク又はコンテナ内の流体中に垂直に配置された
絶縁金属管であって、キャパシタンスを形成する。流体
は、面記手段間のスペースを満たし、誘電体としてはた
らく。前記手段間の誘電体は、液面計の容量値に影響す
る。所定の誘電体の容量値に対する影響は、当業者に公
知であるから、ここでは詳しく説明しない。タンク又は
コンテナ内のレベル上の誘電体が気体であり、レベル下
の誘電体が液体であれば、当業者には、タンク内のこの
液体のレベルを、容量測定がら決定し得ることは明らか
である。

更に、複数個のセクション又はセグメント、セグメント
の容量値を測定する手段、及びキャパシタンス値の測定
からタンク内のレベルに関する情報を誘導する手段より
なる区分化容量液面計を用いることも既に知られている
。

しかし、この種の（区分化された）容量液面計は導電性
流体例えば水中での使用にはあまり適していない。更に
、この種の装置は多相混合物例えば水、油及びガスの混
合体中で使用することは出来ない。従ってこれらの公知
の液面計は、明らかに異なる誘電率を持つ流体間の界面
の位置を決定するのに使用できるだけである。

異なる流体の誘電率が同じであるか、又はほぼ同しであ
れば、前記界面の位置は正確に決定出来ない。

本発明の目的は、簡単で安価な、例えば小売スタンド、
貯蔵所、貯蔵タンク、船、路上タンカー、等て使用ケる
ための、導電性又は非導電性流体内ご作動する液面計を
提供することである。

広い温度範囲にわたって作動することができ、更に原油
や化学薬品を含む、誘電率の差があまり大きくない多数
の流体内で作動するのに適した液面計を提供することも
、本発明のもう一つの目的である。付着や詰まり（ｆｏ
ｕｌｉｎｇ）に不感であり、−以上の界面、例えば気体
、油、及び水の入ったコンテナ内の気／液又は液／液界
面を測定し得る液面計を提供することも、本発明の更に
もう一つの目的である。従って本発明は、タンク又はコ
ンテナ内の各種流体間の界面の位置を決定し、」１下に
配置された複数個のセルを含み、各セルは３個の相互に
絶縁された導電素子よりなり、各セルの第１素子がＡＣ
信号送出手段に接続するべく構成され、各セルの第３素
子がゼロ電位と接続するよう構成され、各セルの第２素
子が、伝送されたＡＣ信号を検出する丸めの信号検出手
段と接続するよう構成した装置を提供する。

以下に、本発明を、例として添付図面を参照して更に詳
しく説明する。

第１図には、液面計の構造を概略的に示す。

液面計構造５は、上下に配置され、液体７及び気体８を
入れた容器６内に垂直方向に配置された堅牢な機械的構
造（簡明化のため、図示しない）上に任意の方法で取り
イ」けられた複数個のセルより成る。

こうして、液体−気体界面Ｉが存在する。しかし、本発
明は液体−気体界面の位置の測定のみに限定されないこ
とを理解されたい。本具体例では、簡明化のため、３個
のセル４だ（ｊを図示した。しかし、目的に適えば、任
意の個数のセルを使用することが出来る。各セル４は位
置と“値”が決まっている。各セルの位置は、セル配列
内でのこのセルの位置であって、各セルについて正確に
分がっている。各セルの“値”は、このセル内の媒質又
は流体の量と電気的特性に従う。全部のセルのこの“値
”が電気的に測定される。この測定については、以下に
更に詳しく説明する。各セル４は、それぞれ相互に絶縁
され、Ｕ字形に配置された３個の平坦な導電性の素子よ
りなる。平面１および２は高さＦｌ、幅Ｗを持ち、相互
に対向し゛ζ配置されている。

より有利な具体例では、素子１，２．３は平面である。

但し、目的に適う任意の形状及び配置、例えば同心の筒
状素子又はＶ字形に配置した素子を用い得ることが理解
されよう。■字形状は、粘着性又は付着性をもつ、ある
いは粘性の高い物質に採用すれば特に有利である。

各セル４は、流体、この場合は気体又は液体の、存在を
検出するのに使用される。セルは、平面１及び２間のギ
ヤツブＧ内の媒質の２つの電気的特性に応じるセンサと
して働く。

各セル４の“値”は、導電性、セル内媒質の誘電率、セ
ル内液の高さＦｌ及びセル自体の形状と材質に従属する
。既に述べたように、液面計内の液柱を決定するために
は、全部のセルの“値”を電気的に測定する。液体内に
完全に沈められたセルの“値”は、気体内に沈められた
セルとは異なる。液体−気体界面を含むセルは、中間“
値”を持つであろう。値全部を検査することによって、
完全に沈められたセルの数を決定することができ、その
結果気−液界面を含むセルの位置が知られる。このセル
について、浸漬分は、それぞれ液体と気体に完全に沈ん
だ相互に隣接する２つのセルの値を用いて補間法により
正確に決定することができる。

この種の補間法は、当業者に公知の技術であるので、詳
述は差し控える。以上の説明から、セル内の液高Ｆの決
定は、各セル内の媒質の特性から独立して実施されるこ
とは明らかであろう。

液柱の総高は、適切な界面を含むセルの位置とこのセル
内の液高Ｆとの合計である。

従って、タンク又はコンテナ内の液高は、液面計がタン
ク又はコンテナ内で正確に位置決めされれば、決定出来
る。

以上の説明は、−次関係が、セルの“値”と界面レベル
Ｆの間に存在するとの仮定に基いている。

但し、セルの末端では、非一次関係が生じるであろう。

例えば界面近傍に位置するセルは、既に僅かながらこの
界面に影響されている。このような影響を最小化するに
は、セル間の距離を適当な方法で、例えば［１に選択す
る必要がある。

３個のセルの代イっりに４個のセルにこの捕間法を適用
すれば、この“末端効果”が除去できる。

第２図には、各セルの作動原理を概略的に示す。

先に説明したように、各セル４は、導電性の平面より成
る素子１．２．３を含み、これらの素子は相互に絶縁さ
れ、流体の入り得るギャップＧが存在するような方法で
配列されている。平面３は、ゼロ電位に接続する。各導
電面は、流体と直に接触するか、又は、所望によっては
、絶縁層（図示せず）を用いて流体から分離され得る。

既に説明したように、セルの“値”は、平面１から平面
２への電気信号の伝達に従う。この種の伝達は、平面３
によって影響される。

この伝達は、ギヤツブＧ内の流体又は媒質の導電効果と
誘電効果の結合に従う。

平面１は、任意の適当な方法でＡＣ信号発生器Ｃに接続
される。本発明の更に有利な具体例では、１０ｋｌｌｚ
　−１００ｋＨｚの周波数範囲のＡＣ信号、特に２５ｋ
ＨｚＡＣ信号を発生ずる。

平面２は、任意の適当な方法で、ＡＣ増幅器Ａを含む検
出手段に接続される。増幅器ＡからのＡＣ出力信号は、
界面位置の情報を得るのに、目的に適う任意の方法で処
理できる。増幅器Ａの出力電圧は、平面ｌから平面２に
移行する信号に比例する。

本発明の更に有利な具体例では、この検出手段は、伝達
されたＡＣ信号の振幅の変化を検出する振幅−検出器で
ある。

セル内に導電性流体又は媒質Ｍが存在すれば、平面３は
この流体内に一種の導電領域９を生じ、平面１．から平
面２への信号の伝達が大きく影響されるよう、平面ｌ及
び２間に“スクリーン”を形成する（第３Ａ図参照）。

第３Ｂ図には、平面ｌからの信号の大半が平面３を経由
して送られ、更にこの信号のごく僅かな部分のみが平面
２に受容されることを概略的に示す。

従って導電性の高い媒質中では、増幅器Ａの出力は低く
なるだろう。

非導電性流体又は媒質の場合は、平面１及び２間の信号
伝達は、主としてセル内の媒質の誘電率によって決定さ
れ、従って平面３の影響は小さいだろう。　それ故、誘
電率の高い媒質では、増幅器Ａの出力は高くなるだろう
。

〜１の誘電率をもつ気体中では、増幅器Ａの出力は中間
値をとるだろう。

絶縁平面１，２．３の場合には、動作はもう少し複雑だ
が、はぼ上の説明どうりであることが分かるだろう。

第４図は、僅かに導電性の媒質中に絶縁平面をもつセル
のための等価回路を示す。

符号１，２．３は、第２図のセル４の絶縁平面１゜２．
３を示す。

Ｃ，、Ｃ２，Ｃ３は、それぞれ絶縁平面１，２．３のキ
ャパシタンスを示ず。Ｒ３，Ｒｖ　、　Ｒ３及びＣ，、
Ｃ５゜Ｃｅは、液体の電気的特性（それぞれ導電率、誘
電率）によって決定される。

第５図は、第２図の具体例の改良形を示す。

符号１．２．３．４　、Ｃ，Ａは、第２図に用いたもの
と同一である。増幅器Ａの出力は、ここでは位相感度整
流器りに接続されている。平面１から平面２への信号伝
達は、信号の振幅のみならず、位相にも関連することが
分かる。それ故、位相感度整流器りは、増幅器ＡのＡＣ
出力信号を高い線型をもたぜて再生ずるばかりでなく、
第４図の回路のパラメータ値の変化によりＤＣ出力をも
変化させる。

このＤＣ出力変化は、振幅検出器だけでは感知し得ない
だろう。本発明の更に有利な具体例では、各セル４は固
有のＡＣ発生器と増幅器／検出器を備える。

第６図は本発明装置の更に有利な具体例の構成図を概略
的に示す。ＡＣ発生器Ｃは、複数個のスイッチ手段Ｓ＋
、、、Ｓｓを介して各セルの平面ｔ’１．．．ｔ１１に
接続される。これらのセルは、互いに垂直方向に下側に
配置されている。（簡明化のため、セル間の接続と構造
の詳細は図示しない）。平面２１．。

２べは、各平面り、：、　１　ｎから所定の距離に配置
されている。

この具体例では、各セルの全部の平面り、、、２Ｎが接
続されており、従って長い引上プレート２は液面計の全
長に及ぶ。

底から頂上までの全部のセルの値は、例えば共通電子式
ゲージ−ヘッド（図示せず）のような適切な装置により
逐次的に測定され、デジタル化され、レベル情報を得る
ため受信機−計算機（図示せず）に逐次的に伝達される
。但し、セルの“値”を測定するステップは、目的に適
う任意の方法で行なわれることができ、必ずしも、底か
ら頂上までに限定されない。また、電子計算機更にデー
タ処理装置をこの目的のため、適当な方法で配置するこ
としできる。例えば電子回路（図示せず）はセルと引上
プレートの近傍に配置してもよい。しかし、すてに述べ
たように、液面計の頂上部に、あるいはタンク又はコン
テナの外側に電子装置を使用することもできる。後者の
場合では、装置の操作は、タンク内よりはるかに高い温
度で実施できる。

簡明化のため、電子計算機更に、データ処理装置は凶手
していない。既に述ベノこように、液面より下に位置す
るセルの伝達信号の測定振幅は所定の°°値”をらち、
この“値”は液面より上のセルの“値”とは異なる。

全部のセルの“値”を例えば逐次的に決定することによ
って、これらの“値”中の変化を決定することができ、
従ってここから液高を導くことができる。

本発明のもうひとつの有利な具体例（簡明化のため図示
せず）によれば、平面３は、構造を堅牢にするため、金
属棒の形をとることができる。更に有利な具体例（簡明
化のため図示せず）では、平面２は、ワイヤの形をとる
ことができる。

第６図では、ワイヤリング及び漂遊効果を除去するため
、各セルの近くにスイッチ手段Ｓ、　。

ＳＮが配置されている。但し、これらのスイッチ手段を
所定の距離に配置してもよい。スイッチ手段は、任意の
適当な方法で、例えば機械的に、磁気的に、電子的に作
動させてもよい。

本発明の有利な具体例では、スイッチ手段としてンフト
レジスタを用いる。更に分かることは、セルは目的に適
う任意の寸法及び形状であってよい。本発明の有利な具
体例では、セルは、高さ７ｍｍ、幅８　ｍｍ、平面ｌ及
び平面２間のギャップＧは５ｍｍであり、従ってセル間
の垂直距離は１ｍｍである。

このようにして、４ｍまでの液面計を実現することがで
きる。液高決定誤差は、０　、５ｍｍ以内である。

以上の説明及び添付の図面から、当業者は本発明の種々
の変形例を考えることができるだろう。

請求範囲には、このような変形例もすべて含まれるもの
とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う液面測定用装置の概略的な縦断
面図、第２図は、本発明に従って使用したセルの測定原
理を説明する概略的な構成図、第３Ａ図は、本発明に従
って使用したセルの第３素子が、このセル内に導電性媒
質が存在している場合に、セルの第１素子及び第２素子
間の信号伝達に及ぼず影響を概略的に示す説明図、第３
Ｂ図は第３Δ図の信号伝達を概略的に示す説明図、第４
図は、導電性媒質中の絶縁素子をもつセルの概略的な等
価回路図、第５図は、本発明の有利な具体例で使用した
セルの概略的な構成図、第６図は、本発明装置の有利な
具体例の概略的な構成図である。 １．２．３・・・・・・平面素子、４・・・・・・セル
、５・・・・・・液面計、６・・・・・・コンテナ、７
・・・・・・液体、８・・・・・・気体。 ｉｖａ人軸士Ｊｎ　口　義　雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）タンク又はコンテナ内の種々の流体間の界面の位
   置を決定するための装置において、それぞれが他の下側
   にくるように、タンク又はコンテナ内に配置された構造
   上に取付けられた複数個のセルよりなり、各セルは相互
   に絶縁された３個の導はゼロ電位と接続するようになさ
   れ、各セルの第２素子は伝送されたＡＣ信号を検出する
   ための信号検出手段と接続するようになされている装置
   。 （２）各セルの前記３個の導電素子をＵ字形に配置した
   特許請求の範囲第１項に記載の装置。 （３）各セルの３個の導電素子を平面素子とした特許請
   求の範囲第１項又は第２項に記載の装置。 （４）セルを高さ７　ｎ＋ｍ、幅８ｍｍとした特許請求
   の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の装置。 （５）セルの２個の素子を相互に対向して位置させ、こ
   れら２素子間にギャップを形成した特許請求の範囲第４
   項に記載の装置。 （６）ギャップを５＋ｎｍとした特許請求の範囲第５項
   に記載の装置。 （７）セル間の垂直距離を１ｍｍとした特許請求の範囲
   第１項乃至第６項のいずれかに記載の装置。 （８）検出されたＡＣ信号から、前記界面の位置につい
   ての情報を誘導するための手段を含む特許請求の範囲第
   １項乃至第７項のいずれかに記載の装置。 （９）各セルの前記第１素子を前記ＡＣＣ信号用山手段
   接続するようになされたスイッチ手段を含む特許請求の
   範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載の装置。 （ｌＯ）前記スイッチ手段をシフトレジスタとしに特許
   請求の範囲第９項に記載の装置。 （１１）セルの前記第２素子を、装置の全長にわたり延
   伸する長形のプレートよりなるような方法で接続する特
   許請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれかに記載の装
   置。 （１２）セルの前記第３素子を１個の長形金属棒よりな
   るような方法で接続する特許請求の範囲第１項乃至第１
   １項のいずれかに記載の装置。