JP2000241231A - 液面・界面測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤ状又は棒状のフロートガイドを処理槽
内に上下方向に設ける必要があり、また、フロートガイ
ドにフロートが引っ掛かるおそれがある。 【解決手段】 液面・界面測定装置１は、吊下部材24に
吊下されて昇降可能な、フロート101を着座せしめた保
持部材105及び界面検出用センサ10と、水面検出用セン
サ103と、検出手段32,61とを備えている。そして、フロ
ート101を着座せしめた保持部材105及び界面検出用セン
サ10を昇降させつつ検出手段32,61により水面検出用セ
ンサ103及び界面検出用センサ10からの各出力信号を検
出し、水面検出用センサ103からの出力信号に基づいて
水面位置を検出し、界面検出用センサ10からの出力信号
に基づいて界面位置を検出するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願に係る発明は、液面
・界面測定装置に関し、特に、界面位置のみならず水面
位置を検出することができる液面・界面測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液面・界面測定装置は、固体粒子を含ん
でなる液体を貯留する貯槽にあって、該液体の液面位置
を測定するとともに、該液体中の液層と固体粒子の沈殿
層との界面位置を測定する装置である。かかる液面・界
面測定装置として、例えば、特開昭63-36117号公報に記
載されたものがある。

【０００３】図７は、この公報に記載された液面・界面
測定装置の構成を示す図であって、(a)は液面・界面測
定装置が設置された処理槽の断面図、(b)はフロートの
拡大断面図である。

【０００４】図において、液面・界面測定装置は、貯槽
211内にワイヤからなるフロートガイド203が上下方向に
配設され、該フロートガイド203にフロート202が遊嵌さ
れている。フロート202の上端にはテープ204が接続され
ており、フロート202が液面217の上下に伴って上下する
と、テープ204の引き出し長さが変化する。この変化を
フロート式レベル検出器205で検出し、演算処理部206で
演算処理して、液面レベルとしてレベル指示計206aに表
示する。また、フロート202には超音波受発信器201が配
設されており、この超音波受発信器201で液層215と沈殿
層214との界面216を検出する。この検出信号を演算処理
部206で演算処理し、界面レベルとしてレベル指示計206
aに表示する。このように、この液面・界面測定装置に
よれば液面レベル及び界面レベルを測定することができ
る。

【０００５】また、特開平8-327437号には、受発信器を
取り付けたフロートを処理槽内に上下方向に配設した棒
状のフロートガイドで案内するようにしたものが開示さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
装置では、ワイヤ状あるいは棒状のフロートガイドを処
理槽内に上下方向に設ける必要があり、また、処理槽内
に常設されたフロートガイドによってフロートが案内さ
れるように構成されているので、フロートが浮遊物等の
障害物に引っ掛かるおそれがある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この出願発明に係る液面・界面測定装置は、吊下部
材に案内されて遊動可能なフロートと、上記吊下部材に
該フロートの下方に位置するよう吊下され、該フロート
を離着自在に保持する保持部材、及び該保持部材より下
方に位置する超音波センサ又は光センサからなる界面検
出用センサと、該保持部材に対する該フロートの離着を
検出する水面検出用センサと、該保持部材及び界面検出
用センサを上記吊下部材により昇降する昇降手段と、該
水面検出用センサ及び界面検出用センサからの各出力信
号をそれぞれ検出する検出手段とを備え、該昇降手段に
よって該保持部材及び界面検出用センサを昇降させつつ
該検出手段により該各出力信号を検出し、該水面検出用
センサからの出力信号に基づいて水面位置を検出し、該
界面検出用センサからの出力信号に基づいて界面位置を
検出する（請求項１）。保持部材及び界面検出用センサ
を昇降手段によって昇降すると、保持部材が水面を通過
する際にフロートが保持部材から離座し、これを水面検
出用センサが検出する。また、界面検出用センサが界面
を通過する際に該界面検出用センサが、その発信をしか
つ媒体中を伝搬せしめて受けた超音波又は光の強度等に
基づいて信号を出力する。この液面・界面測定装置は、
この水面検出用センサ及び界面検出用センサからの各出
力信号と該各出力信号が出力された際の保持部材及び界
面検出用センサの位置とに基づいて水面位置及び界面位
置を検出する。

【０００８】また、上記液面・界面測定装置において、
該フロートは、上下方向に形成された貫通孔からなるガ
イド孔により上記吊下部材に遊嵌され、該保持部材は、
該フロートのガイド孔に遊挿可能なガイド部と、該ガイ
ド部が該フロートのガイド孔に挿入された状態で該フロ
ートを着座せしめることが可能なフランジ部とを有して
なるものとしてもよい（請求項２）。フロートのガイド
孔が、吊下部材に対してフロートを案内する孔と離着の
ために保持部材を案内する孔とを兼ねる。よって、フロ
ートの構成が簡素化される。

【０００９】また、上記液面・界面測定装置において、
該保持部材は、該ガイド部が上下方向に延在しかつ少な
くとも上端部が略円錐形状を有するように形成され、該
ガイド部の下端部に水平方向に延びるように該フランジ
部が形成されてなるものとしてもよい（請求項３）。保
持部材が上昇し、水面を通過する際に、フロートが、保
持部材のガイド部の上端部に案内されてそのフランジ部
に着座する。よって、保持部材を上昇させる際に、フロ
ートをスムーズに保持部材のフランジ部に着座させるこ
とができる。

【００１０】また、上記液面・界面測定装置において、
該フロートのガイド孔の内周面の下部に、下方に向け広
がるテーパ部が形成されているようにしてもよい（請求
項４）。保持部材が上昇し、水面を通過する際に、保持
部材の上端がフロートのガイド孔のテーパ部に案内され
て該ガイド孔に進入する。よって、保持部材を上昇させ
る際に、よりスムーズにフロートを保持部材のフランジ
部に着座させることができる。

【００１１】また、上記液面・界面測定装置において、
該フロートのガイド孔のテーパ部、又は該保持部材のフ
ランジ部の上面に、該フロートが該保持部材のフランジ
部に着座した状態で該ガイド孔と外部とを連通可能なよ
うに放射状の溝が形成されているようにしてもよい（請
求項５）。保持部材が上昇して、フロートが保持部材の
フランジ部に着座する際に、フロートのガイド孔から水
が溝を通じて外部に逃げる。よって、フロートを速やか
に保持部材のフランジ部に着座させることができる。

【００１２】また、上記液面・界面測定装置において、
該水面検出用センサは、該保持部材にリードスイッチを
配設するとともに、該フロートに永久磁石を配設し、該
永久磁石の磁力によって該リードスイッチをＯＮ／ＯＦ
Ｆせしめることにより、該保持部材に対する該フロート
の離着を検出するものとしてもよい（請求項６）。リー
ドスイッチのアクチュエータを磁性材料で構成すると、
保持部材に対するフロートの離着によりアクチュエータ
が揺動してリードスイッチがＯＮ／ＯＦＦする。よっ
て、リードスイッチを保持部材に内蔵することにより、
防水構造の水面検出用センサを構築することができる。

【００１３】また、上記液面・界面測定装置において、
該水面検出用センサは、該保持部材に光センサを配設す
るとともに、該フロートに反射板を配設し、該光センサ
の発光部から発せられ該反射板で反射された光を該光セ
ンサの受光部が受けるか否かにより、該保持部材に対す
る該フロートの離着を検出するものとしてもよい（請求
項７）。保持部材にフロートが着座した状態で保持部材
の光センサから発した光をフロートの反射板で反射して
該光センサで受けるよう構成すると、保持部材に対する
フロートの離着により光センサの出力が増減する。よっ
て、光センサを保持部材に内蔵し、窓を通じて反射板と
の間で送受光が可能なように構成することにより、防水
構造の水面検出用センサを構築することができる。

【００１４】また、上記液面・界面測定装置において、
該水面検出用センサは、該保持部材のガイド部に光セン
サを配設するとともに、該フロートのガイド孔の内周面
に反射板を配設し、該光センサの発光部から発せられ該
反射板で反射された光を該光センサの受光部が受けるか
否かにより、該保持部材に対する該フロートの離着を検
出するよう構成され、かつ、該フロートのガイド孔の内
周面の該反射板が配設されていない部分に、黒色のつや
なしコーティングが施されているものとしてもよい（請
求項８）。光センサからの光がフロートのガイド孔の反
射板以外の部分で反射されるのが防止されるので、光セ
ンサの誤動作が防止される。

【００１５】また、上記液面・界面測定装置において、
該界面検出用センサが、測定しようとする界面を形成す
る媒体を水平方向に伝搬する超音波又は光の強度を検出
するものであるようにしてもよい（請求項９）。界面検
出用センサからの出力が界面において急変するので、界
面を容易に検出することができる。

【００１６】また、上記液面・界面測定装置において、
該界面検出用センサが、支持部材と、超音波若しくは光
の伝送部とを有し、該支持部材の基端部が上記吊下部材
に取り付けられ、該支持部材の先端部に、該超音波又は
光の伝送部として、超音波若しくは光を発する発信部と
超音波若しくは光を受ける受信部とが、又は超音波若し
くは光を受発する受発信部と超音波若しくは光を反射す
る反射部とが、上記媒体を介して水平方向に対向するよ
う配設されてなるようにしてもよい（請求項１０）。

【００１７】また、上記液面・界面測定装置において、
該界面検出用センサが、上端を該保持部材の下端に接続
することにより、上記吊下部材に取り付けられているよ
うにしてもよい（請求項１１）。

【００１８】また、上記液面・界面測定装置において、
該界面検出用センサが、超音波センサからなるものとし
てもよい（請求項１２）。

【００１９】また、上記液面・界面測定装置において、
保持部材及び界面検出用センサの下降及び上昇のいずれ
か一方の行程を測定用の行程としてもよい（請求項１
３）。一方の行程のみを測定に用いるので、ヒステリシ
スを生じることなく測定できる。よって測定精度が安定
化する。

【００２０】また、上記液面・界面測定装置において、
非測定用の行程における昇降速度を測定用の行程におけ
る昇降速度より大きくしてもよい（請求項１４）。非測
定用の行程における昇降速度が大きいので、１つの測定
サイクルを短縮することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】この出願発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。

【００２２】図１は、本願に係る発明の一実施形態たる
液面・界面測定装置１の構造を示すブロック図である。
まず、図１を参照しつつ、この液面・界面測定装置１の
概略構成を説明する。この液面・界面測定装置１は、主
に、超音波センサ10と、フロート101と、保持部材105
と、リードスイッチ103と、昇降装置20と、信号生成回
路31と、受信部出力検出回路32と、引き出し長さ検出装
置40と、超音波センサ位置設定装置50と、信号処理回路
61と、表示装置62とで構成されている。

【００２３】超音波センサ10は、発信部11と受信部12と
を有している。発信部11は信号生成回路31で生成された
電気信号を超音波に変換して発信する。受信部12は発信
部11から発信された超音波を受信する。発信部11と受信
部12とは吊下方向に対し二股に分岐した支持部材13を介
して水平方向に離間して配されている。よって、発信部
11から発せられた超音波は媒体中の水平方向の経路を経
て受信部12により受信される。

【００２４】リードスイッチ103は、後述するように、
保持部材105に対するフロート101の離着により入出力端
子間がＯＮ／ＯＦＦする。

【００２５】昇降装置20は、原動機たるモータ21、この
モータ21に駆動電力を供給するモータ駆動回路22、モー
タ21によって回動するケーブルドラム23、ケーブルドラ
ム23に巻き付けられたケーブル24、モータ21の軸21aに
固定されたピニオン25、ケーブルドラム23の軸26に固定
されたトルクリミッタ27、トルクリミッタ27を介して軸
26に結合され、該ピニオン25とかみ合うギヤ28等から構
成されている。ケーブル24の一端には保持部材105が接
続され、ケーブル24に遊嵌されたフロート101が該保持
部材105によって離着自在に保持され、また、該保持部
材105の下端に連結部材106を介して超音波センサ10が接
続されている。そして、ケーブル24の他端には軸26内の
信号線26aが接続されている。信号線26aは超音波センサ
10用の信号線（図示せず）とリードスイッチ103用の信
号線（図示せず）とからなっている。

【００２６】信号生成回路31は、超音波センサ10の発信
部11に供給すべき約４ＭＨｚの電気信号を発生させる回
路であり、スリップリング63、軸26内の信号線26a、ケ
ーブル24を介してこの電気信号を発信部11に供給する。
よって発信部11からは約４ＭＨｚの超音波が発せられ
る。また、受信部出力検出回路32は、受信部12の出力信
号を検出する回路であり、ケーブル24、軸26内の信号線
26a、スリップリング63を介してこの受信部12からの出
力信号を検出する。また、受信部出力検出回路32は、リ
レー回路を内蔵している。この受信部出力検出回路32の
動作の詳細については後述する。

【００２７】リードスイッチ103用の信号線はスリップ
リング63及び信号線100を介して信号処理回路61に接続
されている。

【００２８】引き出し長さ検出装置40は、主に、エンコ
ーダ41とエンコーダ41の出力を検出するエンコーダ出力
検出回路42とで構成されている。エンコーダ41の軸41a
には、ギヤ28とかみ合うピニオン43が固定されている。
このようにして、ケーブルドラム23から引き出されたケ
ーブル24の長さに対応する量を検出することにより、引
き出されたケーブル24の長さを間接的に検出できるよう
になっている。

【００２９】超音波センサ位置設定装置50は、主に、軸
51と、軸51に固定されたスリッタ52,53,54と、フォトセ
ンサ55とフォトセンサ出力検出回路56、軸26に固定され
たピニオン57、ピニオン57とかみ合い、軸51に固定され
たギヤ58とにより構成されている。スリッタ52,53,54
は、軸51に半径方向に突出するように配設されている。
スリッタ52,53,54は、軸51上の任意の角度位置に調整で
きるようになっている。軸51はピニオン57とギヤ58を介
して軸26に連結されており、軸26の回動により回動す
る。フォトセンサ55はスリッタ52,53,54が対応位置に回
転してきたことを検出できるようになっている。スリッ
タ52は超音波センサ10が基準高さ位置にある時にフォト
センサ55と対応するように、スリッタ53は超音波センサ
10が下限高さ位置にある時にフォトセンサ55と対応する
ように、スリッタ54は超音波センサが上限高さ位置にあ
る時にフォトセンサ55と対応するように、軸51上におい
てそれぞれの角度位置に配されている。これにより、超
音波センサ10の上下限高さ位置が規制され、また、超音
波センサ10を任意の基準高さ位置に設定できるようにな
っている。

【００３０】信号処理回路61は、マイクロプロセッサ
（ＣＰＵ）を内蔵しており、受信部出力検出回路32、リ
ードスイッチ103、エンコーダ出力検出回路42、フォト
センサ出力検出回路56から信号を入力し、これらの入力
信号に基づいてモータ駆動回路22、表示装置62に制御信
号を出力する。

【００３１】表示装置62は、信号処理回路61が算出した
種々の値を表示できるようになっている。

【００３２】なお、スリップリング63は、信号生成回路
31、受信部出力検出回路32、及び信号処理回路61と軸26
の内部の信号線26aとの間を、信号線26aのねじれを生じ
させることなく接続させるためのものであり、軸26を周
回するように軸26表面に設けられた電極と、この電極に
滑り接触する接触子とにより構成されている。また、図
中のｂは軸受けである。

【００３３】図２は、フロート101の概略構成を示す斜
視図である。図において、フロート101は、例えば、上
下方向に延びる短円筒形状を有し、その中心部を上下方
向に貫通するように円形断面のガイド孔102が形成され
ている。ガイド孔102は、下部に、下方に向け円錐状に
広がるテーパ102aが形成され、該テーパ部102aに、下方
に向って深くなる溝130が、放射状に複数本（図では２
本）形成されている。また、ガイド孔102には後述する
ように永久磁石が配設されている。

【００３４】図３は、フロート101、保持部材105、リー
ドスイッチ103、及び超音波センサ10の構成を示す部分
縦断面図である。フロート101は、図２のＡ−Ａ線切断
面を示している。図において、フロート101のガイド孔1
02の内周面には、テーパ部102aの直ぐ上方に位置する部
分に、環状の永久磁石104が配設されている。そして、
フロート101は、ガイド孔102によりケーブル24に遊嵌さ
れている。

【００３５】保持部材105は、ガイド部105aとフランジ
部105bとで構成されている。ガイド部105aは、フロート
101のガイド孔102の長さに略等しい長さ（高さ）を有
し、かつ、その下部が該ガイド孔102のテーパ部102aに
嵌合するような下端が開放された中空の円錐形状に形成
され、該ガイド部105aの下端に水平方向に延びるように
環状のフランジ部105bが形成されている。そして、ガイ
ド部105aの上端部が、固定部材109a,109bによってケー
ブル24の下端に固定されており、かかる構成によって、
保持部材105は、フロート101をフランジ部105bの上面に
離着自在に保持している。そして、フロート101の上記
溝130は、保持部材105のフランジ部105bにフロート101
が着座した状態で、その底部がフランジ部105bの外側に
達するように形成されている。

【００３６】そして、保持部材105のガイド部105aの内
部に、リードスイッチ103が、フランジ部105bにフロー
ト101が着座した状態における永久磁石104の高さに対応
する高さに位置するよう配設されている。そして、リー
ドスイッチ103は、アクチュエータ（図示せず）が磁性
材料で構成され、かつ、フロート101が保持部材105のフ
ランジ部105aに着座した状態では、アクチュエータが永
久磁石104の磁力を受けてＯＮの状態になり、フロート1
01が保持部材105のフランジ部105aから離座した状態で
は、アクチュエータが永久磁石104の磁力から解放され
てＯＦＦの状態になるように配設されている。また、ケ
ーブル24の先端からは、ケーブル24内の信号線24aが、
固定部材109a,109bの内部を経由して保持部材105の内部
に導出されている。該信号線24aは、リードスイッチ用
の信号線107、及び超音波センサ用の信号線108a,108bか
らなり、リードスイッチ用の信号線107はリードスイッ
チ103に接続されている。

【００３７】超音波センサ10は、半円弧状のパイプから
なる支持部材13の両先端部に、発信部11及び受信部12が
対向するように配されている。発信部11及び受信部12
は、それぞれ、筒状のケース11a,12aに振動子11b,12bが
取り付けられてなる。また、符号106は、下端が閉鎖さ
れた円筒形状の部材からなる連結部材である。連結部材
106の下部には取付孔106aが設けられ、該取付孔106aに
超音波センサ10の支持部材13が挿通され、その中央部を
固定されている。また、連結部材106の上端部にはフラ
ンジ部106bが設けられ、該フランジ部106bが保持部材10
5のフランジ部105bの下面にネジ110によって固定されて
いる。つまり、超音波センサ10は、その上端部が、連結
部材106を介して、保持部材105の下端部に取り付けられ
ている。そして、上記超音波用の信号線108a,108bは、
連結部材106、及び支持部材13の内部を通って、発信部1
1及び受信部12の各振動子11b,12bに接続されている。

【００３８】図４は、液面・界面測定装置の動作を示す
模式図であって、(a)は、保持部材105及び超音波センサ
10が空気中にあるときの状態を示す図、(b)は、保持部
材105が水面にあるときの状態を示す図、(c)は、超音波
センサ10が界面にあるときの状態を示す図である。図に
おいて、符号71は下水処理場の沈殿槽を示している。沈
殿槽71の底部側には汚泥72が沈殿し、汚泥72の上部は水
74で覆われている。水74の上部にあるのは空気76であ
る。そして、汚泥72と水74との間には界面73があり、水
74と空気76との間には水面75がある。液面・界面測定装
置１は、昇降装置20によって超音波センサ10及び保持部
材105を空気76中から汚泥72中にまで降下させたり、汚
泥72中から空気76中にまで上昇させたりすることができ
るように配設されている。

【００３９】図５は、信号処理回路61の制御及び信号処
理動作を示すフローチャートである。次に、図１〜図５
を参照しつつ、この液面・界面測定装置１によって水面
75の位置、界面73の位置を検出・測定する手順を説明す
る。

【００４０】まず、信号処理装置61は、超音波センサ10
の位置が、超音波センサ位置設定装置50によって設定さ
れた基準高さ位置となるように、昇降装置20によって設
定する（ステップＳ１）。このとき受信部12は、発信部
11から発信された約４ＭＨｚの超音波を受信している。
図３及び図４中の矢印Ｙは超音波の進行方向を示す。受
信部12の出力は受信部出力検出回路32に送出されてい
る。また、リードスイッチ103には、信号処理回路61に
よって検出電圧が印加されている。そして、発信部11か
らの超音波出力レベルを一定に保ったまま、フロート10
1を着座せしめた保持部材105及び超音波センサ10を昇降
装置20によって低速で下降させる（ステップＳ２）。

【００４１】図４(a)に示すように、保持部材105及び超
音波センサ10が空気76中にあるときは、フロート101が
保持部材105に着座しているので、リードスイッチ103は
ＯＮの状態となっており、かつ、発信部11の出力は一定
であるので、信号処理回路61は、超音波センサ10及びリ
ードスイッチ103を下降させ続ける（ステップＳ３,４,
５,６,２,３）。

【００４２】そして、図４(b)に示すように、まず、超
音波センサ10が水74の中に沈み、その後、保持部材105
が水74の中に沈むと、フロート101が水74に浮いて保持
部材105から離座する。すると、そのとたんにリードス
イッチ103がＯＦＦの状態となる。信号処理回路61はこ
のリードスイッチ103のＯＮの状態からＯＦＦの状態へ
の変化を検出して（ステップＳ３）、この時点でのエン
コーダ出力検出回路42の出力を読み取り、このときの保
持部材105の高さ位置を水面75の位置であると認識する
（ステップＳ７）。そして、信号処理回路61は表示装置
62に水面75の位置を表示させる。この水面75の位置は、
超音波センサ10の高さ位置と、保持部材105と超音波セ
ンサ10間との高低差に基づいて算出され、超音波センサ
位置設定装置50によって予め設定された基準高さ位置を
基準にして表示される。なお、超音波センサ10が水74の
中に沈んだときに受信部12の出力が大きくなるが、その
変化が設定値には達しないので受信部出力検出回路32の
内蔵するリレーはＯＮの状態にならない。よって、信号
処理回路61はこれを界面とは認識しない（ステップＳ
４）。また、保持部材105及び超音波センサ10が水74の
中にあるときには、リードスイッチ103はＯＦＦの状態
のままであり、かつ受信部12の出力は一定であるので、
信号処理回路61は、昇降装置20によって、保持部材105
が水面75に達した後も、超音波センサ10及び保持部材10
5の下降を停止させることなく、そのまま水74の中を下
降させる（ステップＳ４,５,６,２,３）。

【００４３】そして、図４(c)に示すように、超音波セ
ンサ10が汚泥72の中に沈むと、そのとたんに受信部12の
出力が小さくなる。水におけるよりも汚泥の方が、超音
波の伝搬による減衰率が大きいからである。このよう
に、超音波センサ10が界面73を通過するときに受信部12
の出力は急変して設定値に至る。受信部出力検出回路32
はこの急変を検出して内蔵しているリレーをＯＦＦの状
態からＯＮの状態にする。信号処理回路61はこのリレー
の状態の変化を検出して（ステップＳ４）、この時点で
のエンコーダ出力検出回路42の出力を読み取り、このと
きの超音波センサ10の高さ位置を界面73の位置であると
認識する（ステップＳ８）。そして、信号処理回路61は
表示装置62に界面73の位置を表示させる。この界面73の
位置の表示は、超音波センサ位置設定装置50によって設
定された基準高さ位置を基準にしてもよいし、水面75の
位置を基準にしてもよい。その後、信号処理回路61は、
昇降装置20によって、超音波センサ10及び保持部材105
の下降を停止し（ステップＳ５,９）、該超音波センサ1
0及び保持部材105を高速で上昇させる（ステップＳ10,1
1）。そして、保持部材105が水面75付近に達すると、フ
ロート101が、そのテーパ部102a及び保持部材105のガイ
ド部105aによって案内されつつ保持部材105のフランジ
部105bに着座し、それにより、リードスイッチ103がＯ
Ｎの状態になる。この際、ガイド孔102中の水が溝130を
通って外部に流出するので、フロート101は速やかにフ
ランジ部105bに着座する。その後、このフロート101を
着座せしめた保持部材105と超音波センサ10とが、初期
位置に復帰し、それにより、１サイクルの測定を終了す
る（ステップＳ11)。

【００４４】そして、次の測定を上記したのと同様に行
い、全ての測定が終了すると、本測定動作を終了する
（ステップＳ12)。また、上記測定において、リードス
イッチ103がＯＮの状態からＯＦＦの状態に変化せず、
かつ超音波センサ10の出力が設定値に達しないまま超音
波センサ10が下端基準位置に達した場合には、異常であ
るので、信号処理回路61は、昇降装置20によって、保持
部材105及び超音波センサ10の下降を停止する（ステッ
プＳ６,13）。ここで、下端基準位置は、沈殿槽71の底
面付近の高さに設定される。

【００４５】なお、受信部出力検出回路32に内蔵された
リレーの状態は、超音波センサ10が空気76及び水74中に
あるときにＯＦＦになるように、超音波センサ10が汚泥
72中あるときにＯＮとなるように設定したが、ＯＮ、Ｏ
ＦＦの関係は逆でもよい。また、リードスイッチ103
は、永久磁石104に接近してO N 、離隔してO FFになる
ように設定したが、O N、O F Fの関係は逆でもよい。

【００４６】このようにして液面・界面測定装置１によ
って水面75位置、界面73位置、水74の層の厚さを測定す
ることができる。この液面・界面測定装置１では、ケー
ブル24に吊下して保持部材105、フロート101、リードス
イッチ103、及び超音波センサ10を昇降するので、従来
例のようにワイヤやガイド棒からなるフロートガイドを
設ける必要がなく、従ってフロートが引っ掛かるおそれ
がない。また、ケーブル24を巻き上げれば保持部材10
5、フロート101、リードスイッチ103、及び超音波セン
サ10のメンテナンスあるいは交換を容易に行うことがで
きる。さらに、リードスイッチ103のＯＮ／ＯＦＦ信号
の切り換わりに基づいて水面75位置を検出できるので、
複雑な演算処理が不要である。また、ケーブル24の引き
出し量を検出することによって水面75位置、界面73位置
を測定している。ケーブル24の気温、水温による長さの
変化は非常に少ないので、温度補償の演算を行うことな
く水面75位置、界面73位置を正確に測定できる。よって
温度センサなどを設ける必要もない。

【００４７】なお、上記図１〜図５に基づく液面・界面
測定装置１の動作の説明では、空気76中にある保持部材
105及び超音波センサ10を汚泥72中にまで徐々に下降さ
せながら、水面75位置、界面73位置を検出・測定するよ
うにしたが、保持部材105及び超音波センサ10を汚泥72
中に降した後、上昇させながら界面73位置、水面75位置
を検出・測定するようにしてもよい。

【００４８】また、上記図１〜図５に基づく液面・界面
測定装置１の動作の説明においては、発信部11から発信
する超音波のレベルを一定とした。発信部11からの超音
波レベルが一定であるから、受信部12で受信する超音波
のレベルを測定することによって、発信部11から発信部
11までの超音波の減衰を測定したことにもなる。一方、
発信部11から発信される超音波のレベルは必ずしも一定
にする必要はない。すなわち、超音波の伝搬する媒体が
空気であるか水であるかなどによって、発信する超音波
のレベルを変化させてもよい。この場合は、発信部11が
発信する超音波のレベルと受信部12が受信する超音波の
レベルとの比較により超音波の減衰レベルを検知し、こ
の減衰レベルの急変する位置を界面73位置として認識す
るようにすればよい。

【００４９】また、上記図１〜図５に基づく液面・界面
測定装置１の動作の説明においては、下水の水面、及び
水と汚泥との界面を測定したが、これ以外の固体粒子を
含んでなる液体の液面、及び液層と固体粒子の沈殿層と
の界面を測定することもできる。

【００５０】図１に従って説明した液面・界面測定装置
１では、超音波センサ10の発信部11と受信部12とが水平
方向に離間して配されている。しかし、超音波センサの
構造を、必ずしもこのような構造にする必要はなく、例
えば、受発信部と反射部とを水平方向に離間して配する
ようにしてもよい。

【００５１】図１に従って説明した液面・界面測定装置
１では、超音波センサを用いたが、これに代えて、光セ
ンサを用いてもよい。この場合は、超音波センサにおけ
る発信部及び受信部に代えて、発光部及び受光部を設け
ればよい。

【００５２】上記図３に基づく液面・界面測定装置１の
動作の説明では、永久磁石104とリードスイッチ103とで
保持部材105に対するフロート101の離着を検出するよう
にしているが、必ずしもこのような構成によって保持部
材105に対するフロート101の離着を検出する必要はな
く、例えば、図６に示すような構成としてもよい。

【００５３】図６は、光センサ111によって保持部材105
に対するフロート101の離着を検出する構成を示す部分
縦断面図である。この構成では、フロート101のガイド
孔102の内周面の下端部にテーパ部102aが形成され、ま
た、該内周面の略中央部に環状の反射板112が配設され
ている。また、ガイド孔102の内周面の、反射板112が配
設された部分以外の部分には黒色のつやなしコーティン
グが施されている。

【００５４】保持部材105のガイド部105aは、フロート1
01のガイド孔102の長さより長く形成され、上端部及び
下端部が円錐形状に、中央部105a'が円柱形状に形成さ
れている。そして、円柱形状部105a'の内部に、光セン
サ111が、フランジ部105bにフロート101が着座した状態
における反射板112の高さに対応する高さに位置するよ
う配設されている。円柱形状部105a'の周壁の、光セン
サ111の前方に位置する部分には、窓部120が設けられて
いる。窓部120は、光センサ111の正面に位置する部分に
開口部118が形成され、該開口部118を覆うようにガラス
板114が配置され、該ガラス板114が押さえ枠115及びネ
ジ119によって周壁に固定されてなる。また、開口部118
は、該開口部118を囲む溝116内に配置されたＯリング11
7によって外部からシールされている。光センサ111は、
発光部111a及び受光部111bが近接して配置されている。
そして、光センサ111は、ケーブル24内の信号線24aのう
ちの光センサ用の信号線113に接続されている。また、
図１において、信号処理回路61とスリップリング63との
間には、信号線100に代えて、発光部111aに発光用の電
力を供給するための回路（図示せず）と、受信部出力検
出回路32と同様の機能を有する受光部出力検出回路（図
示せず）とが設けられる。

【００５５】このような構成によれば、フロート101が
保持部材105のフランジ部105bに着座すると、光センサ1
11は、発光部111aから発せられ反射板112で反射された
光を受光部111bが受けて、電気信号を出力する。この電
気信号を受光部出力検出回路が検出して、その内蔵する
リレーがＯＮの状態になり、このリレーの状態の変化を
信号処理回路61が検出する。一方、フロート101が保持
部材105のフランジ部105bから離座すると、光センサ111
は、発光部111aから発せられた光を受光部111bが受け
ず、電気信号を出力しない。そのため、受光部出力検出
回路の内蔵するリレーがＯＦＦの状態となり、この状態
の変化を信号処理回路61が検出する。また、フロート10
1のガイド孔102の内周面の、反射板112が配設されてい
ない部分に黒色のつやなしコーティングが施されている
ので、フロート101が保持部材105のフランジ部105bに離
着する際に、光センサ111の発光部111aからの光がフロ
ート101のガイド孔102の反射板112以外の部分で反射さ
れるのが防止される。そのため、光センサ111の誤動作
が防止される。よって、図１の液面・界面測定装置１に
おいて、図３に示す、保持部材105に対するフロート101
の離着を検出する構成に代えて、図６に示すような保持
部材105に対するフロート101の離着を検出する構成を用
いても、水面位置、界面位置を測定することができる。

【００５６】図３、図６に従って説明した液面・界面測
定装置１では、水面検出用センサとして、リードスイッ
チ103、又は光センサ111を用いたが、水面検出用センサ
は、これらに限られず、保持部材105に対するフロート1
01の離着を検出することができるものであればどのよう
なものであってもよい。

【００５７】図３、図６に従って説明した液面・界面測
定装置１では、溝130をフロート101のテーパ部102aに設
けたが、これを保持部材105 のフランジ部105aの上面に
設けてもよい。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。 (１)ワイヤやガイド棒からなるフロートガイドを設ける
必要がなく、従ってフロートが引っ掛かるおそれもな
い。また、吊下部材を巻き上げればレベルスイッチ及び
センサのメンテナンスあるいはを交換を容易に行うこと
ができる。さらに、水面検出用センサの水面検出信号に
基づいて水面位置を検出できるので、複雑な演算処理が
不要である。 (２)フロートがガイド孔により吊下部材に遊嵌され、保
持部材が、フロートのガイド孔に遊挿可能なガイド部
と、ガイド部がフロートのガイド孔に挿入された状態で
該フロートを着座せしめることが可能なフランジ部とを
有してなるものとすると、フロートの構成が簡素化され
る。 (３)保持部材を、ガイド部が少なくとも上端部が略円錐
形状を有するように形成され、ガイド部の下端部にフラ
ンジ部が形成されてなるものとすると、保持部材を上昇
させる際に、フロートをスムーズに保持部材のフランジ
部に着座させることができる。 (４)フロートのガイド孔の内周面の下部に、下方に向け
広がるテーパ部が形成されているようにすると、保持部
材を上昇させる際に、よりスムーズにフロートを保持部
材のフランジ部に着座させることができる。 (５)フロートのガイド孔のテーパ部、又は保持部材のフ
ランジ部の上面に、フロートが保持部材のフランジ部に
着座した状態でガイド孔と外部とを連通可能なように放
射状の溝が形成されているようにすると、フロートを速
やかに保持部材のフランジ部に着座させることができ
る。 (６)水面検出用センサを、保持部材にリードスイッチを
配設するとともに、フロートに永久磁石を配設し、永久
磁石の磁力によってリードスイッチをＯＮ／ＯＦＦせし
めることにより、保持部材に対するフロートの離着を検
出するものとすると、リードスイッチを保持部材に内蔵
することにより、防水構造の水面検出用センサを構築す
ることができる。 (７)水面検出用センサを、保持部材に光センサを配設す
るとともに、フロートに反射板を配設し、光センサの発
光部から発せられ反射板で反射された光を光センサの受
光部が受けるか否かにより、保持部材に対するフロート
の離着を検出するものとすると、光センサを保持部材に
内蔵し、窓を通じて送受光が可能なように構成すること
により、防水構造の水面検出用センサを構築することが
できる。 (８)フロートのガイド孔の内周面の反射板が配設されて
いない部分に、黒色のつやなしコーティングが施されて
いるようにすると、光センサの誤動作が防止される。 (９)界面検出用センサが、測定しようとする界面を形成
する媒体を水平方向に伝搬する超音波又は光の強度を検
出するものであるようにすると、界面を容易に検出する
ことができる。 (10)保持部材及び界面検出用センサの下降及び上昇のい
ずれか一方の行程を測定用の行程とすると、ヒステリシ
スを生じることなく測定でき、測定精度が安定化する。 (11)非測定用の行程における昇降速度を測定用の行程に
おける昇降速度より大きくすると、１つの測定サイクル
を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液面・界面測定装置の構造を示すブロック図で
ある。

【図２】フロートの概略構成を示す斜視図である。

【図３】フロート、保持部材、リードスイッチ、及び超
音波センサの構成を示す部分縦断面図である。

【図４】液面・界面測定装置の動作を示す模式図であっ
て、(a)は、保持部材及び超音波センサが空気中にある
ときの状態を示す図、(b)は、保持部材が水面にあると
きの状態を示す図、(c)は、超音波センサが界面にある
ときの状態を示す図である。

【図５】液面・界面測定装置の動作を示すフローチャー
トである。

【図６】光センサによって保持部材に対するフロートの
離着を検出する構成を示す部分縦断面図である。

【図７】従来の液面・界面測定装置の構成を示す図であ
って、(a)は液面・界面測定装置が設置された処理槽の
断面図、(b)はフロートの拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 液面・界面測定装置 10 超音波センサ 11 発信部 11a ケース 11b 振動子 12 受信部 12a ケース 12b 振動子 13 支持部材 20 昇降装置 21 モータ 21a 軸 22 モータ駆動回路 23 ケーブルドラム 24 ケーブル 24a ケーブル内の信号線 25 ピニオン 26 軸 26a 信号線 27 トルクリミッタ 28 ギヤ 31 信号生成／受発信部出力検出回路 32 信号線 40 引き出し長さ検出装置 41 エンコーダ 41a 軸 42 エンコーダ出力検出回路 43 ピニオン 50 超音波センサ位置設定装置 51 軸 52 スリッタ 53 スリッタ 54 スリッタ 55 フォトセンサ 56 フォトセンサ出力検出回路 57 ピニオン 58 ギヤ 61 信号処理回路 62 表示装置 63 スリップリング 71 沈殿槽 72 汚泥 73 界面 74 水 75 水面 76 空気 100 信号線 101 フロート 102 ガイド孔１０２ａ テーパ部 103 リードスイッチ 104 永久磁石 105 保持部材 105a ガイド部 105a' 円柱形状部 105b フランジ部 106 連結部材 106a 取付孔 106b フランジ部 107 リードスイッチ用の信号線 108a,108b 超音波センサ用の信号線 109a,109b 固定部材 110 ネジ 111 光センサ 112 反射板 113 光センサ用の信号線 114 ガラス板 115 押さえ枠 116 溝 117 ０リング 118 開口部 119 ネジ 120 窓部 130 溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 茂次 兵庫県西宮市田近野町６番107号 新明和 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F013 AA03 AA06 BC01 BD02 CA15 CB02 2F014 AB04 FA03 FB04

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吊下部材に案内されて遊動可能なフロー
   トと、上記吊下部材に該フロートの下方に位置するよう
   吊下され、該フロートを離着自在に保持する保持部材、
   及び該保持部材より下方に位置する超音波センサ又は光
   センサからなる界面検出用センサと、該保持部材に対す
   る該フロートの離着を検出する水面検出用センサと、該
   保持部材及び界面検出用センサを上記吊下部材により昇
   降する昇降手段と、該水面検出用センサ及び界面検出用
   センサからの各出力信号をそれぞれ検出する検出手段と
   を備え、 該昇降手段によって該保持部材及び界面検出用センサを
   昇降させつつ該検出手段により該各出力信号を検出し、
   該水面検出用センサからの出力信号に基づいて水面位置
   を検出し、該界面検出用センサからの出力信号に基づい
   て界面位置を検出する、液面・界面測定装置。
2. 【請求項２】 該フロートは、上下方向に形成された貫
   通孔からなるガイド孔により上記吊下部材に遊嵌され、 該保持部材は、該フロートのガイド孔に遊挿可能なガイ
   ド部と、該ガイド部が該フロートのガイド孔に挿入され
   た状態で該フロートを着座せしめることが可能なフラン
   ジ部とを有してなる、請求項１記載の液面・界面測定装
   置。
3. 【請求項３】 該保持部材は、該ガイド部が上下方向に
   延在しかつ少なくとも上端部が略円錐形状を有するよう
   に形成され、該ガイド部の下端部に水平方向に延びるよ
   うに該フランジ部が形成されてなる、請求項２記載の液
   面・界面測定装置。
4. 【請求項４】 該フロートのガイド孔の内周面の下部
   に、下方に向け広がるテーパ部が形成されてなる、請求
   項２記載の液面・界面測定装置。
5. 【請求項５】 該フロートのガイド孔のテーパ部、又は
   該保持部材のフランジ部の上面に、該フロートが該保持
   部材のフランジ部に着座した状態で該ガイド孔と外部と
   を連通可能なように放射状の溝が形成されている、請求
   項４記載の液面・界面測定装置。
6. 【請求項６】 該水面検出用センサは、該保持部材にリ
   ードスイッチを配設するとともに、該フロートに永久磁
   石を配設し、該永久磁石の磁力によって該リードスイッ
   チをＯＮ／ＯＦＦせしめることにより、該保持部材に対
   する該フロートの離着を検出する、請求項１〜５のいず
   れか一の項に記載の液面・界面測定装置。
7. 【請求項７】 該水面検出用センサは、該保持部材に光
   センサを配設するとともに、該フロートに反射板を配設
   し、該光センサの発光部から発せられ該反射板で反射さ
   れた光を該光センサの受光部が受けるか否かにより、該
   保持部材に対する該フロートの離着を検出する、請求項
   １〜５のいずれか一の項に記載の液面・界面測定装置。
8. 【請求項８】 該水面検出用センサは、該保持部材のガ
   イド部に光センサを配設するとともに、該フロートのガ
   イド孔の内周面に反射板を配設し、該光センサの発光部
   から発せられ該反射板で反射された光を該光センサの受
   光部が受けるか否かにより、該保持部材に対する該フロ
   ートの離着を検出するよう構成され、かつ、該フロート
   のガイド孔の内周面の該反射板が配設されていない部分
   に、黒色のつやなしコーティングが施されている、請求
   項２〜５のいずれか一の項に記載の液面・界面測定装
   置。
9. 【請求項９】 該界面検出用センサは、測定しようとす
   る界面を形成する媒体を水平方向に伝搬する超音波又は
   光の強度を検出するものである、請求項１〜８のいずれ
   か一の項に記載の液面・界面測定装置。
10. 【請求項１０】 該界面検出用センサは、支持部材と、
    超音波若しくは光の伝送部とを有し、該支持部材の基端
    部が上記吊下部材に取り付けられ、該支持部材の先端部
    に、該超音波又は光の伝送部として、超音波若しくは光
    を発する発信部と超音波若しくは光を受ける受信部と
    が、又は超音波若しくは光を受発する受発信部と超音波
    若しくは光を反射する反射部とが、上記媒体を介して水
    平方向に対向するよう配設されてなる、請求項１〜９の
    いずれか一の項に記載の液面・界面測定装置。
11. 【請求項１１】 該界面検出用センサは、上端を該保持
    部材の下端に接続することにより、上記吊下部材に取り
    付けられている、請求項１〜１０のいずれか一の項に記
    載の液面・界面測定装置。
12. 【請求項１２】 該界面検出用センサは、超音波センサ
    からなる、請求項１〜１１のいずれか一の項に記載の液
    面・界面測定装置。
13. 【請求項１３】 該保持部材及び界面検出用センサの下
    降及び上昇のいずれか一方の行程を測定用の行程とした
    請求項１〜１２のいずれか一の項に記載の液面・界面測
    定装置。
14. 【請求項１４】 非測定用の行程における昇降速度を測
    定用の行程における昇降速度より大きくした請求項１３
    記載の液面・界面測定装置。