JPS6219940Y2

JPS6219940Y2 -

Info

Publication number: JPS6219940Y2
Application number: JP9717782U
Authority: JP
Priority date: 1982-06-28
Filing date: 1982-06-28
Publication date: 1987-05-21
Also published as: JPS593321U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は重錘の変位を利用して液面を測定する
液面計に関するものである。

一般にタンクその他の液面の位置を測定するこ
とはプロセスにおける重要な測定の一つであり、
この液面を測定するためにデイスプレースメント
型液面計が広く使用されている。

ところで近年の産業の発達に伴ない前記液面計
の使用条件は、特に温度において厳しいものが要
求されつつある。例えばボイラープラント，熱媒
のコントロール等＋（プラス）400℃近傍の高温領
域からLNGプラント，HCliquid，エタン等の−
（マイナス）200℃近傍の低温領域までである。

しかしながら従来の液面計においては、トルク
チユーブの弾性係数が温度によつて変化するため
に、被測定液の温度変化により誤差が生じ正確な
測定が行えないという欠点がある。

これを第１図によつて説明すると、第１図は従
来の液面計について説明するための概略図で、同
図において符号１で示すものは、基端部がボデイ
２に固定された円筒状のトルクチユーブを示す。
このトルクチユーブ１の先端部には、重錘３を有
するアーム４が固定されている。５は前記アーム
４を支承するベアリング，６はトルクチユーブ１
内に同軸的に配設され、基端部がトルクチユーブ
１のアーム４側に固定されたトルクロツドであ
る。このトルクロツド６と、このトルクロツド６
のトルクチユーブ１外に突出した先端部に直角方
向に突設された入力ビーム７とは、トルクチユー
ブ１のねじれを伝達する変位伝達部材を形成して
いる。

この入力ビーム７は略々中間部をスパンライダ
８によつて支承されると共に、先端にはフラツパ
９が設けられている。そして、このフラツパ９と
対向して、増幅器１０からの空気を大気に流出す
るノズル１１が設けられている。１２はフイード
バツクビームで、ゼロ調スプリング１３およびフ
イードバツクカプセル１４に支承される一方、前
記スパンライダ８を支承している。

このように構成された従来の液面計において、
ノズル１１とフラツパ９との間隙調整は、測定用
の重錘３を吊下げたまま常温のもとで行われる。
このときのトルクチユーブ１のねじれ角は次の
(1)，(2)式で示される。

但し、do：トルクチユーブ１の外径〔mm〕 di：トルクチユーブ１の内径〔mm〕 lt：トルクチユーブ１の長さ〔mm〕 l₁：アーム４の長さ〔mm〕 θ（100％）：フルスパン（最大測定限界）にお
けるトルクチユーブ１のねじれ角
〔rad〕 θ（０％）：入力０％時におけるトルクチユーブ
１のねじれ角〔rad〕Ｆ：フルスパンにおける浮力〔Kgｆ〕Ｗ_F：入力０％時における重量〔Kgｆ〕Ｇ：横弾性係数〔Kgｆ／mm²〕 θ（100％）＝３２・Ｆ・ｌ_１・ｌｔ／π（ｄｏ^４−ｄ
ｉ^４）Ｇ……(1) θ（０％）＝３２・Ｗ_Ｆ・ｌ_１・ｌｔ／π（ｄｏ^４−ｄ
ｉ^４）Ｇ＝θ（100％）・Ｗ_Ｆ／Ｆ ……(2) また温度変化によつてトルクチユーブ１の弾性
係数が変化して、重錘３の浮力によりねじられま
たはねじり戻されるときのねじれ角は、次の(3)，
(4)式で表わすことができる。

但し、Ｔθ（100％）：Ｔ℃変化した時のθ
（100％）〔rad〕Ｔθ（０％）：Ｔ℃変化した時のθ（０
％）〔rad〕 β：横弾性係数の温度係数〔１／℃〕Ｔ：温度変化〔℃〕Ｔθ（100％）＝３２・Ｆ・ｌ_１・ｌｔ／π（ｄｏ^４−ｄｉ^４）Ｇ（１＋β・Ｔ）＝θ（100％）・（１＋β・Ｔ）^-1 ……(3) Ｔθ（０％）＝３２・Ｗ_Ｆ・ｌ_１・ｌｔ／π（ｄｏ^４−ｄｉ
^４）Ｇ（１＋β・Ｔ）＝θ（100％）・（１＋β・Ｔ）^-1・Ｗ_Ｆ／Ｆ
… …(4) 以上の式を用いて温度変化Ｔ℃におけるゼロシ
フトＺ（基準液面を保持したままの状態における
温度変化による誤差Ｅ），およびスパンシフトＳ
（二液面位から得られる信号差の温度変化ごとの
誤差Ｅ）を求めると、Ｚ＝θ（０％）−Ｔθ（０％）／θ（１００％）＝Ｗ_Ｆ／Ｆ（β・Ｔ／１＋β・Ｔ） ……(5) Ｓ＝θ（１００％）−Ｔθ（１００％）／θ（１００
％）＝β・Ｔ／１＋β・Ｔ ……(6) したがつて前記(5)，(6)式によりゼロシフトＺ、
スパンシフトＳの数値を、例えばインコネル合金
について求めると第２図および第３図を得ること
ができる。

このように従来の液面計においては、温度によ
り横断性係数が変化するために測定誤差を生じ、
温度特性がきわめて悪いという欠点があつた。こ
れを解決するためにはトルクチユーブを一定温度
に保持すればよいのであるが、装置が大型化なら
びに複雑化してしまうのはいうまでもない。この
ため高温あるいは低温の液体についても、正確に
液面が測定できる温度特性のよい液面計の出現が
要望されている。

本考案はこのような要望に答えてなされたもの
でボデイと入力ビームおよびトルクロツドからな
る変位伝達部材との間に、トルクチユーブを重錘
によるねじり方向と反対の方向に付勢するばね部
材を設けるというきわめて簡単な構成により、温
度特性のよい液面計を提供するものである。以下
その構成等を図に示す実施例によつて詳細に説明
する。

第４図は本考案に係る液面計について説明する
ための斜視図で、同図において第１図に示すもの
と同一あるいは同等な部材には同一符号を付しそ
の説明を省略する。１５はボデイ２と変位伝達部
材であるトルクロツド６の入力ビーム７との間に
介装するように設けられた温度補償用のばね部材
としてのコイルばねである。このコイルばね１５
は、温度変化によつて弾性係数が変化するため
に、重錘３の重力あるいは浮力によつてねじり作
用を受けるトルクチユーブ１を、前記ねじり作用
に応じてこのねじり方向と反対の方向にねじり返
すように調整荷重W₂で付勢するために弾性変形
した状態に配設されている。すなわち、トルクチ
ユーブ１をねじり返す付勢力を調整荷重W₂とし
てトルクロツド６に与えることにより弾性係数の
変化の補償するものである。また発信器は図示し
ないが従来のものと同様に構成された空気式位置
発信器が内設されている。

前記調整荷重W₂は次のように求めることがで
きる。すなわち第４図に示すような液面計におい
て、トルクチユーブ１およびトルクロツド６のね
じれ角φ_１，φ_２は次のように表わすことができ
る。

但し、l₂：入力ビーム７のアーム長さ〔mm〕 W₂：調整荷重〔Kgｆ〕Ｋ_T：トルクチユーブ１のねじり弾性
〔Kgｆmm／rad〕Ｋ_R：トルクロツド６のねじり弾性〔Kg
ｆmm／rad〕 φ_１＝Ｗ_Ｆ・ｌ_１／Ｋ_Ｔ ……(7) φ_２＝Ｗ_２・ｌ_２／Ｋ_Ｒ ……(8) ここで温度変化をＴ℃としたときのねじれ角の
変位Δφ_１，Δφ_２は次式となる。

Δφ_１＝φ_１・β・Ｔ（１＋β・Ｔ）^-1 ……(9) Δφ_２＝φ_２・β・Ｔ（１＋β・Ｔ）^-1 ……(10) このΔφ_１とΔφ_２とを等しくすることにより
第５図に示すようにノズル１１とフラツパ９との
間隙を一定に保つことができる。すなわち上式か
ら調整荷重W₂を次のように設定することによ
り、温度変化による測定誤差の発生を防止するこ
とができる。

W₂＝Ｗ_Ｆ・ｌ_１・Ｋ_Ｒ／ｌ_２・Ｋ_Ｔ (11) 実験によれば第６図に示すようにかなり精度が
よく、誤差が防止されている。

このように構成された液面計の調整作業は、先
ず前記調整荷重W₂に対応する重さの図示しない
基準フロート（重錘）をアーム４に吊り下げ、コ
イルばね１５を設けずに、フラツパ９を回転させ
てねじ作用によつて、ノズル１１との間隙を使用
時の間隙に調整する。次に前記基準フロートを重
錘３と取替えることにより変化する間隙を、前記
使用時の間隙に調整するように、調整荷重W₂を
与えるコイルばね１５を取付け、調整して端部を
固定すればよい。

また発信器は従来のものと同様に構成された空
気圧式なので第１図によつて説明すれば、液面の
変化によつて浮力に変化が生じると、トルクチユ
ーブ１がねじれ、これがトルクロツド６を介して
入力ビーム７に伝達され、それによつてフラツパ
９とノズル１１との間隙が変化する。このためノ
ズル１１の空気流出口の面積が増減し、ノズル背
圧が変化する。このノズル背圧の変化が増幅器１
０で増幅され受信器へ伝送されると同時にフイー
ドバツクカプセル１４に導入される。このフイー
ドバツクカプセル１４によつてフラツパ９とノズ
ル１１との変化した間隙が元の状態に調整され、
フイードバツクカプセル１４の伸びはゼロ調スプ
リング１３との組合せにより、変換圧力に比例し
ているので、ねじれに比例した変換空気圧信号を
得ることができる。

なお上記実施例においては、トルクロツドの入
力ビームにコイルばねを取付けているが、本考案
はトルクチユーブをねじり返すようなばね力を変
位伝達部材のトルクロツドに与えるように構成す
ることをその内容とするものであるから、これに
限定されるものではなく、うず巻ばねをトルクロ
ツドに取付けてもよい。

また液面計の発信器として空気圧式位置発信器
について説明したが、フオースモータなどを用い
て電気的に検知してもよいのは勿論である。

ばね部材の材質としては、熱弾性係数を考慮し
た精密設計に広く使用されているNiSpanC，イン
コネルなどが好ましい。

以上説明したように本考案によれば、トルクチ
ユーブを重錘によるねじりの方向と反対の方向に
付勢するばねをトルクロツドに設けたから、トル
クチユーブが温度変化によつて変位してもトルク
ロツドは変位せず、ノズルとフラツパとの間隙を
一定に保つことができるので、温度変化による測
定誤差の発生を防止することができる。

したがつて、液面計の温度特性が向上し、高温
あるいは低温の液体についても精度よく液面の測
定が行えるという効果がある。

またばね部材を設けるというきわめて簡単な構
造であるから、従来の装置に大幅な設計変更等を
何ら行う必要もないという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液面計について説明するための
概略図、第２図，第３図はゼロシフトおよびスパ
ンシフトを示すグラフ、第４図は本考案に係る液
面計について説明するための斜視図、第５図は同
じく側面図、第６図は同じくゼロシフトおよびス
パンシフトを示すグラフである。１……トルクチユーブ、２……ボデイ、３……
重錘、４……アーム、６……トルクロツド、７…
…入力ビーム、１５……コイルばね。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

基端部はボデイに固定され先端部には重錘を有
するアームが固定されたトルクチユーブと、この
トルクチユーブと同軸的に配設され基端部が前記
トルクチユーブのアーム側に固定されると共に、
先端部はトルクチユーブ外に突出したトルクロツ
ドおよびこのトルクロツドの先端部に直角方向に
設けられた入力ビームからなる変位伝達部材とを
備えた液面計において、前記変位伝達部材とボデ
イとの間に、トルクチユーブを前記重錘によるね
じり方向と反対の方向に付勢する温度補償用のば
ね部材を設けたことを特徴とする液面計。