JPS6073419A - 水理実験用自動計測システム - 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】 本発明は水理実験に於いて、自動的にせきの水位とマノ
メータの水位を測定し、水路の各部の流量及び圧力をめ
、水理実験の結果を計算し、表示、記録する水理実験用
自動計測゛システムに関するものである。

従来水門鉄管の水理模型実験においては水路に設けたせ
きの水位をポイントゲージによシ目測して測定し、流量
をめ、又、水路の各部の圧力をマノメータによシスケー
ル目盛を目測して測定する方法が行なわれてきた。この
水理実験の計測の自動化の方法として、例えばｈ量測定
には歪ゲージを利用した圧力変換器等が用いられ、電気
的に表示、記録する方法がとられてきた。しかしこれら
の測定器は高価であるばかりでなく、その使用範囲が狭
く、測定の精度も低いという欠点がある、本発明は、従
来の水理実験に於ける自動計測法の上述の欠点に鑑み、
高価な測定器を用いることなく、精度の高い広範囲の測
定を自動的に行い、更にその測定結果を自動的に演算処
理して、水理実験結果を自動的に算出することができる
水理実験用自動計測システムを提供することを目的とす
る。

即ち本発明は、従来の測定精度の優れた、ポイントゲー
ジによるせき水位測定及びマノメータによる圧力測定を
それぞれマイクロコンピュータを用いて自動化し、更に
その測定結果をコンピュータによシ演算処理し、必要な
水理実験結果を自動的に記録するようにしたものである
。

次に本発明の内容を図面により詳しく説明する。

第１図は本発明の自動計測システムに用いられるせき水
位検出装置の概略図である。これは従来流量を測定する
ため、水路に設けたせきの水位を読取る測定器として用
いられているポイントゲージをマイクロコンピュータの
制御下で自動的に作動させ、常に水面の位置を追跡し、
せき水深を測定するものである。

第１図に於て、（１）はせき上流の水面、（２）はポイ
ントゲージであシ、ポイントゲージは下端に触針（４）
及び没水検針（５）が取付けられた検針支持棒（３）と
検針支持棒を支持し、上下に駆動するパワーシリンダー
（６）と、検針支持棒（３）に固着され、マグネットス
ケ−／ｌ／　（７）に治って摺動する磁気ヘッド（８）
よシなる。触針（４）と没水検針（５）とは、その先端
位置が上下に一定距離だけ離れるように、且つ互に電気
的に絶縁して検針支持棒（３）に固定される。没水検針
（５）は常に水中に没し、触針（４）が常に水面を追跡
するように、マイクロコンピュータ（９）により制御さ
れて、パルスモータα０が回転しパワーシリンダー（６
）が駆動される。即ち、触針（４）と、没水検針（５）
からの接水信号をインタフェース（１１）を介しマイク
ロコンピュータ（９）　Ｋ入カシ、マイクロコンピュー
タ（９）の出力により、パルスモータ駆動回路Ｑ４よシ
、正転又は逆転の駆動パルスを出力し、パルスモータα
Ｑを正転又は逆転させ、パワーシリンダー（６）を上下
に駆動する。

このせき水位検出の制御フローを第２図に示す。

せき水位検出装置は手動、自動を切換えることができ、
手動スイッチを入れると手動回路が動作し、ディスプレ
イに「手動」を表示し、水面と無関係に触針を上下させ
ることができる。自動スイッチを入れると自動計測回路
が作動し、触針（４）の水面検出信号によシ、触針が空
中にある場合には、触針を降下させるための下降パルス
信号が、触針が水中におる場合には、上昇させるための
上昇パルス（ｉｆがマイクロコンピュータ（９）より出
され、パルスモータα１を駆動させることにより、パワ
ーシリンダー（６）を上下させ、触針が常に水面の上下
に一定微小範囲を振動するようにして水面を追跡させる
。

検針支持棒（３）に固着され、これと一体に上下してマ
グネットスケ−／Ｉ／（７）に沿って摺動する磁気ヘッ
ド（８）は触針（４）の上昇下降に応じて、マグネット
スケール（７）の目盛を読み取り、その位置を水深とし
て表示器α葎に表示し、更にその出力を後述の中央演算
処理装置に入力する。

このせき水位検出装置の測定範囲はパワーシリンダーの
ストロークによって決まり、その最小表示単位はマグネ
ットスケールの精度によりきまる。

例えば４００ｍｍの範囲を０．１　ｍｍの精度によ量測
定することができる。

第３図は本発明で用いられるマノメータ水位検出装置の
概略図でらる。流体圧力を測定する方法として広く用い
られているマノメータの水柱高さを目視測定するかわ＃
）に、マイクロコンピュータ制御下で光センサによシ水
面を監視させ、水柱の変動に追随して自動的に水面を追
跡、水柱高さを測定、表示させるようにしたものである
。

第８図に於て、α４）は透明アクリル樹脂パイプよシな
るマノメータであって、電磁弁Ｑ０により、水路に設け
られた複数個の圧力測定孔に切換えて連通させるように
なっている。マノメータα４の水面には浮きαＱを浮遊
させ、光源と受光部よシなる上下２組の光センサαη、
（ト）を備えた浮位置検出器α呻がマノメータα樽に治
って上下に摺動可能に配設され、又この浮位置検出器α
りはマグネットスケール四に沿って上下に摺動する磁気
ヘッド１２υと一体に結合され、これと一体に上下する
。（イ）は駆動用ローラに）に結合したパルスモータで
あって、両端を磁気ヘッドＱｐに結合したワイヤ（財）
が駆動用ローフ脅、ガイドローラ（２）、＠、＠を経て
環状に巻回され、パルスモータ（イ）の回転に工り、磁
気ヘッドＱｐ及び浮位置検出器Ｑ侍が上下に駆動される
ようになっている。（ホ）及びに）は、磁気ヘッドの上
昇、下降を制御する上限リミットスイッチ及び下限リミ
ットスイッチである。

（ハ）は磁気ヘッドＱ］）により読み取られたマグネッ
トスケ−）ｖ（１）の読みを表示する表示器であって、
更にその出力を後述の中央演算処理装置に入力する。

浮きα・が光センサαη、（至）の光を遮断したという
信号はインタフェース翰を介してマイクロコンピュータ
（至）に伝エラれ、マイクロコンピュータに）の出力に
よシ、パルスモータ駆動回路６］）より上昇又は下降パ
ルスをパルスモータ（イ）に送９、光センサαη、ａ８
を浮きαＱに追随させて上昇下降させ浮きを追跡させる
。

光センサａη、（ト）と浮きαＱの関係を第４図に示す
。

浮きα・が上下２組のセンサ光を遮断した状態（ａ）で
は停止状態にあるが、浮きが上昇し下センサ（至）の光
が透過すると（状態Φ））この信号をマイクロコンビコ
ータが判断して上昇信号を発する。（Ｃ）のように浮き
αＱが下降し上センサαηの光が透過すると下降信号を
発する。更に（ｄ）　、　（ｅ）に示すように浮きαＱ
が上下２組のセンサαη、ａ樽からはずれ、上下センサ
の光が透過すると浮きを見失なったと判断し、浮きを探
索する探索信号を発する。このときセンサは上昇を始め
、浮きを探索する。浮きが発見できずに上限に達すると
上限リミットの信号によシ、下降に移る。下降中に蚕い
ても浮きが発見できないと下限に達し、下限リミットの
信号によシ再度上列、この動作を繰シ返しながら浮きを
探索する。

第５図（ａ）〜（ｄ）は、上記のマノメータ水位検出制
御を示すフローチャートである。第５図（ａ）の「手動
運転」の部分の詳細を第５図（ｂ）に、「自動運転」の
部分の詳細を第５図（Ｃ’）に示す。第５図（Ｃ）の「
浮追跡」の部分の詳細を第５図（ｄ）に示す。

第５図（ａ）及び（ｂ）に示す如く、手動運転スイッチ
を入れると、手動運転回路が作動し上下スイッチを切換
えることにより、センサを自由に上下させることができ
る。自動運転スイッチを入れると自動運転回路が作動し
、浮きの探索を始める。浮きを発見すると浮き追跡回路
に移シ、常に浮きの動きを追跡し続ける。浮きを見失う
と浮き探索回路に戻シ、浮きの探索を始める。

光センサαの、（至）を備えた浮位置検出器αりが浮き
αＱを追跡すると、これと一体に磁気ヘッド０１）がマ
グネットスケール（ホ）に治って摺動してセンサの位置
はマグネットスケールで測定され、表示器（ハ）に表示
される。

第６図は本発明の水理実験用自動計測システム全体のブ
ロックダイヤグラムである。水理実験用の水路に複数の
電動パルプ０匂、複数の流量測定用のせき及びそのせき
水位検出装置（至）を設け、更に必要な水路の各部に圧
力測定孔を設け、これを測定個所切換用の電磁弁αＧを
備えたマノメーク水位検出装置（ロ）に繋ぐ、各電動パ
ルプ０りの開度信号、せき水位検出装置に）の測定値及
びマノメーク水位水盤（ロ）に入力され、操作表示盤に
表示される。中央演算処理装置（至）は、マノメータ切
換用電磁弁の０Ｎ−ＯＦＦ制御信号を出力し順次圧力測
定個所を切換え、又予め設定された実験条件と、上記各
検出端からの入力信号に応じて、電動バルブ０埠開閉の
制御信号を出力し、インタフェース曽を介して操作表示
盤（ロ）に伝え、これに応じて、操作表示盤Ｉ蜀からは
電動パルプＯｐに開閉用電流を加え、開閉を調節する。

電動バルブ０りの開度、せき水位、マノメータ水位等の
測定値は中央演算処理装置（７）で演算処理し、その結
果を表示器にグラフィック表示すると共に、プリンター
（ハ）に印字する。パルプ等の手動操作は現場スイッチ
（ト）及び操作表示盤（ロ）のスイッチによシ可能であ
る。せき水位及びマノメータ水位の測定値は現場表示器
αＯ及び操作室の操作表示盤（ロ）の双方に表示される
。

本発明の水理実験用自動計測システムの実施例として、
これを用いて、分岐管の水理実験を行った場合の計測の
概要図を第７図に示す。高水槽０υから主管（６）を経
て分岐管（財）に水を流し、２本の枝管（財）、（財）
に分岐させ各枝管の下流にそれぞれ電動パルプｅａ　、
　０３及び三角せきに）、に）及びせき水位検出装置−
，鏝を設け、主管１り及び枝管（財）、（財）の各部に
圧力測定孔−を設け、マノメータ水位検出装置■につな
ぐ。これらの電動パルプ（イ）、せき水位検出装置（至
）及びマノメータ水位検出装置（ロ）を、第６図のダイ
ヤグラムの如く結び、第８図に示すフローチャートに従
って、中央演算処理装置により制御して、自動的に測定
を行った。自動計測をスタートさせると、電動パルプ（
イ）、Ｃ１ａを制御しながら、左右の枝管（財）、＠４
内を流れる流量を測定する。

左右の管内流量を比較し、設定条件に達するまでパルプ
を微調整する。条件設定が終ると電磁弁αｅを切換えな
がら各圧力測定孔ＩＱの圧力測定を順次行ない、その結
果を用いて水頭勾配線を引き、分岐損失を計算する。と
の手順を繰返しながら測定を続ける。

分岐管α東として、第９図に示す主管径１２０ｍｍφ、
枝管径８５ａｍφ、球径１８０ｍφ、分岐角度９０゜の
２又球形分岐管を用いて模型実験を行った。その結果の
一例を第１０図に示す。図の（ａ）〜（Ｃ）はレイノル
ズ数（ｆＬＥ）の異なる条件下で測定した結果よシ動水
勾配線を描かせたものであり、そのときの流量（Ｑ）、
損失（ＬＯ８８）、損失係数（ＺＥＴＡ　）、レイノル
ズ数（ＲＥ　）を計算して表示している。この図の縦軸
で示した線が分岐点を示し、左側が主管、右側が枝管を
示す。この３つの結果をレイノルズ数で整理した結果を
第１０図（ｄ）に示す。縦軸は損失係数、横軸はレイノ
ルズ数を示す。

次に本発明の水理実験用自動計測システムを用いて、フ
ード付呑口を有し、放流ゲートとして高圧ラジアルゲー
トを装備した主放流管の模型実験を行った場合の例につ
いて説明する。第１１図は、測定に用いた主放流管模型
の断面図である。θカは主放流管であシ、（財）はラジ
アルゲートである。模型の各部の寸法は図中に示す通り
であり、曲線Ａは図中のＸＡ、ＹＡ、Ｄによシ で表わされ、曲線Ｂは同様に ＸＢ”　ｙ７ □＋＝１ Ｄ２（０，１６Ｄ）２ で表わされる形状をなす。

第１１図の主放流管についての自動計測結果を第１２図
に示す。（ａ）は主放流管と放流状態での開度を示すゲ
ート位置図を描き、圧力測定点を点線で図示し、その各
点の管壁圧力の計測結果を、最大値、平均値、最小値で
示す。次にこれを無次元化処理して軸距離を横軸に、圧
力を縦軸にとり、第１２図（ｂ）に示す。更に管に作用
する圧力変動を知るために、横軸に時間軸をとり、各測
定孔について１００回測定の結果をプロットして第１２
図（Ｃ）に示す。

本発明の水理実験用自動計測システムによれば、水理実
験に於いて、高価な測定器を用いることなく、精度の高
い広範囲の測定を行うことができ、予め設定した実験条
件に従って自動的にパルプの開度を調節して流量を調節
し、水路の各部の流量及び圧力を自動的に測定して、そ
の測定結果を演算処理し、結果を表示し、印字すること
ができる。

特に、流れの状態が時間的に変動する場合には、測定を
自動的に繰返してその変動の状態を正確に測定すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水理実験用自動計測システムに用いら
れるせき水位検出装置の概略図、第２図は同せき水位検
出のフローチャート、第３図は本発明の自動計測システ
ムに用いられるマノメータ水位検出装置の概略図、第４
図は同マノメータ水位検出装置のセンサと浮きの関係を
示す説明図、第５図は同マノメータ水位検出装置の制御
を示すフローチャート、第６図は本発明の水理実験用自
動計測システム全体のブロックダイヤグラム、第７図は
本発明の自動計測システムによる分岐管の水理実験の計
測の概要図、第８図は同分岐管自動計測のフローチャー
ト、第９図は球形分岐管模型の断面図、第１θ図は本発
明の自動計測システムにより測定した球形分岐管の自動
計測結果を印字したグラフである。第１１図は主放流管
模型の断したグラフである。 符号の説明 （１）・・・水面、（２）・・・ポイントゲージ、（３
）・・・検針支持棒、　（４）・・・触針、（５）・・
・没水検針、（６）・・・パヮーシＩＪンク−１（７）
・・・マグネットスケール、（８）・・・磁気ヘッド、
（９）・・・マイクロコンピュータ、 θ０・・・パルスモータ、θ１）・・・インタフェース
、α乃・・・パルスモータ駆動回路、 αト・・表示Ｈ％　α４・・・マノメータ、αＯ・・・
電磁弁、　αＱ・・・浮き、ση、α訃・・光センサ、
α燵・・・浮位置検出器、翰・・・マグネットスケール
、 Ｑη・・・磁気ヘッド、　（イ）・・・パルスモータ、
曽・・・駆動用ローラ、（ハ）・・・ワイヤ、（４）、
−１ｄ・・・ガイドローラ、 （ハ）・・・上限リミットスイッチ、 （ロ）・・・下限リミットスイッチ、 （ハ）・・・表示器、　（ホ）・・・インタフェース、
図・・・マイクロコンピュータ、 ６υ・・・パルスモータｇａｎ路、 ０曇・・・電動バルグ、　（至）・・・せき水位検出装
置、（ロ）・・・マノメータ水位検出装置、（至）・・
・インタフェース、　（７）・・・中央演算処理装置、
（ロ）・・・操作表示盤、　（至）・・・プリンター、
（至）・・・現陽スイッチ、輪・・・現場表示器、Ａ１
）・・・高水樗、　θ２・・・主管、（財）・・・分岐
管、　０→、（財）・・・枝管、に）・・・三角せき、
　ＩＱ・・・圧力測定孔、０乃・・・主放流管、　（ハ
）・・・ラジアルゲート。 特許出願人　２株式会社酒井鉄工所 代理人　弁理士小山義之 第４図 第２図 第３図 第４図 ノ４ 第５図 （αジ ５ＴＡＲＴへ （しり （ｃ） （ｄ−ジ 第７図 第７図 第８図 第９図 第１イ図 ４γ 図 昭和りと年　特許該第１８３２ダ０号 ２．　＊　ａＡ　Ｑ　ｌ、　ａ　ＡＣ５Ｒｑ　歇１１　
自＠　ｐ　？ｌシス７へ３、　補正をする者 事件との関係　姉許主及艷人 ７、、ｌｌＨ寿　大１吸有堺牟出烏ｂ）日’ｆ３．：＆
ＴＬの１氏　名（名称）　株式会社５頃竹与ケ、工暫代
表者執へヶ巻人 ４、代理人 〔１）、礫層の噌山薄良人の１［ｉ則賦覇］ジ嫂キ０ど
ろ。 ν■と７Ｊ９ （，２）　明色つ丼ＩＣＪ１９（〜じ＝ｔｔｘ）岬Ｎ第
１１）図Σ１１）こ町こ１ｍ面のとδリネ！ＥＴｇ。 Ｃ５）　４シ↑こ５１シト杢ｐ！ｕ代のとｈ・ワ丁失」
ビ３ふ。 １％　ｎ 第４０図　（す ｕ（０）−２，１２９６７２８７１０００９１１ｉ、−
２（コ（１）−，０１７０５０９９６１９１１５７＋、
＋（２）−Ａ、２１５７３２５１９６５２０７ａ；−３
Ｌ（Ｈ：ｆＳ（１１−２１９，Ａ２１１９３７９７５７
７＋、ｏ＋ｔｓ（２）−９３，６１５７９５１０３２５
９６７、＋ｌ：ＴＡ（１）−１，２１２９４６３３５９
６２３ｚ＋１：ＴＡ（２）−，５１７６５８９９７１９
９５８８Ｉ（ｌＩ：（１）−２５３０９Ａ、６９９１２
０３１１第７０　図　（ｂジ Ｑ（０）−２，３９６２２３９８１２８９＋２ｍ−２Ｑ
（１１−１，９２０Ｂ９２７２Ａ６０５８９１？、−２
０（２）−Ａ、７５３３３２５６６８３Ａ３Ｅ−３１、
ａｓｓ（１）−２９Ａ、８９８１０６１７１Ａ２４ＬＯ
Ｒ８（２＋−１２０，９７Ａ１６８５１０５７Ａｚ）ｐ
、ｒＡ（１）−１，２Ａ５９８６７５２２２９６ＡｚＥ
ＴＡ（２）＝、５２８２２１３０６３８１６９１Ｍ（２
）−２ＢＡ７．ＢＡ、９０８１Ｓ５１６Ａ９＃ＳヅＯ図
　に） Ｑ（０）−２，７５３３１５５２１０１７９５１”、’
−２Ｑ（１）−２，２０１５２０１７９６６Ａ７５Ｅ−
２Ｑ（２１−５，５１７８７３Ａ１６５５２０６１ニ一
３丁、０ε；８（１）−３７５，２２５Ｂ２９９２１１
９／１＋、ｏｓｓ（２）−１Ａ６．８３５８Ｉｉ５６４
９８１７ＺＦ、ＴＡ（１）−１，２４０９７２１６９Ｂ
６ｄ５ｄｚ＋ｚ、ｒＡ（２）−１８５６２５１１１３１
０８８３）１１弓（３）−３２７１３２，１０２７［１
ａ９６第イＯ図　（ｄ） とＥＴＡ 実験ム１．果 水位　Ｉ　Ａ２６　ｍｍ 開喰　９６．９ｍｍ 流ｌｉｔ　Ｏ，ＯＡ６０２ｍ／Ｓ １１、力表（ｍｍ） １１乏１ｔ１１　平均　最低 １２１．８７ｈＪ７２１２２＋３ｉ１１　１１７．８８
６３７２１２２３０１　１１４８７６３７２１２２３０
１１７２４１１７７１７０７４２９８　１（ｉ８５３７
７１７０７４２９８　１Ｋ　９１７７１７０７４２９８
７４７、７２２０ｔｉ０７７６３７１　７３７．０３２
０６０７７（＋３７１　７２＆　？２２０６０７７６３
７１９６Ｚ　６３４４ｉｉ４２６１９７　９１＆　０７
４４６４２６１９７　８８α６３４４６４２６１９７（
α） （ら） （Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）　水理実験の水路を開閉する電動パルプと、（ｂ
   ）　該水路に設けたせきと、 （Ｃ）　せきの水位を検知する触針と、該触針の接水を
   検知して接水信号を出力する手段と、該接水信号に応じ
   てモータを駆動して検針を昇降し、水面を追跡させる手
   段と、検針の上下位置を自動的に読み取シ、位置信号を
   出力する手段を備えたせき水位検出装置と、 （ｄ）　せき水位検出装置からの位置信号を演算して水
   路の流量の測定値を算出する手段と、（ｅ）　水路の流
   量を予め設定された流量に一致するように電動パルプ開
   閉用の駆動信号を出力する手段と、 （０透明管よりなるマノメータと、マノメータ水面に浮
   遊する浮きと、光センサによシ該浮きを検知して検知信
   号を出力する浮位置検知器と、該検知信号に応じてモー
   タを駆動して該浮位置検知器をマノメータに沿って昇降
   させ、浮きを追跡させる手段と、該浮位置検知器の上下
   位置を自動的に読み取り、圧力の測定値を出力する手段
   を備えたマノメータ水位検出装置と、 倍）該水路の各部の圧力測定孔と、該マノメータ水位検
   出装置を切換えて連通させる電磁弁と、 （ｈ）　各電磁弁を切換えて開閉する電磁弁開閉信号を
   出力する手段と、 （ｉ）該マノメータ水位検知装置が各圧力測定孔の圧力
   を測定して出力する各部の圧力の測定値と、前記流量の
   測定値を演算して、水理実験結果を算出する手段と、 （ｊ）算出された水理実験結果を表示し又は印字する手
   段、 とを備え有することを特徴とする水理実験用自動計測シ
   ステム。