JP2003247879A - 液面測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】水面および油面の測定に使用できる信頼度が高
い液面感知装置を提供する。 【解決手段】液体中に少なくとも部分的に浸漬するよう
設計された抵抗測深器１０と、上記測深器１０に、制御
電源からの電流を流すことができる給電手段２０と、測
深器１０の端子で得られる電圧の導関数を監視する手段
と、既知の最小値と最大値との間で予め定めた目盛と、
上記のようにして得られた導関数の値を比較することの
できる比較手段３２とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液面感知の分野に
関する。

【０００２】

【従来の技術】既に、多数のこの種の装置が提案されて
いる。

【０００３】例えば、フランス国特許出願第2,367,276
号には、タンクに入った液体の液面制御を可能にする装
置が記載されている。この装置は、液体に部分的に浸漬
した抵抗測深器と、この測深器に電気エネルギーを与え
ることができる給電手段と、測深器の電圧および電流の
大きさの少なくとも１つに対して感度の高い手段と、電
気エネルギーの供給開始時に、その初期値に対する上記
の大きさの変化を監視することにより、そこから液面に
関する情報を引き出すための手段とを備える。従来の文
献に基づいて得られる液面表示は、例えば、液面閾値に
達したとき、警報を実施するのに十分な信頼度を有す
る。

【０００４】この装置の変形および／または改良形態
は、フランス国特許出願第2,514,497号、フランス国特
許出願第2,690,521号、フランス国特許出願第2,703,074
号およびフランス国特許出願第2,703,775号の各文献に
記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、新規な液面
感知装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的は、液体中に少
なくとも部分的に浸漬するよう設計された抵抗測深器
と、上記測深器に、制御電源から電流を流すことができ
る給電手段と、測深器の端子で得られる電圧の導関数を
監視する手段と、既知の最小値と最大値との間で、予め
定めた目盛と、上記のようにして得られた導関数の値を
比較することができる比較手段とを含む装置によって、
達成される。

【０００７】本発明の有利な別の特徴によれば、この装
置は、さらに、液体の温度に応じた補正手段を含む。

【０００８】考慮した変形例によれば、この温度に応じ
た補正手段は、抵抗測深器に供給した電流の振幅、最小
値と最大値との間で定められる測定範囲、または測定さ
れた値に作用することができる。

【０００９】本発明の他の特徴、目的および利点は、以
下の詳細な説明により、また、非制限的な例として示す
図面を参照すると、明らかになるであろう。

【００１０】

【実施例】図１には、液面測定装置が示され、この装置
は、液体中に少なくとも部分的に浸漬するよう設計され
た抵抗測深器１０と、調節電源２２により制御されると
共に、測深器１０に制御電流を供給することができる、
抵抗測深器１０の給電手段２０と、処理手段３０とを含
む。

【００１１】前述したように、この処理手段３０は、第
１に、測深器１０の端子で得られる電圧の導関数を監視
する手段を備え、第２に、こうして得られた導関数の値
を、既知の最小値および最大値間で予め定められた目盛
と比較することができる比較手段を備える。

【００１２】さらに詳細には、図１に示した実施態様に
よれば、処理装置３０は、分流器３４、ならびに増幅器
−減算器３６（その入力は、測深器１０の端子に接続さ
れている）からの情報を受ける取得および処理モジュー
ル３２を備える。さらに、処理手段３０は、手段２０か
ら測深器１０への電流供給を制御するため、取得および
処理モジュール３２により操作される制御モジュール３
８を備える。このため、このモジュールは、測深器１０
と、給電手段２０との間に、図には参照符号２１で示し
た断続手段を備えており、この断続手段２１は、モジュ
ール３８によって操作される。

【００１３】図１には、取得および処理モジュール３２
の２つの出力４０，４２を示すが、これらはそれぞれ、
液体の液面を示す情報と、液体の温度を示す情報とを送
り出す。

【００１４】本発明による、図１に示した液面（例え
ば、油、水等）測定装置は、下記のように動作する。

【００１５】例えば、高い温度係数を有する導電線から
成る測深器１０は、液体中に部分的に浸漬している。液
面から出ている長さと、液面下の長さとの比は、液面高
さに応じて異なってくる。液面高さを測定しようとする
とき、手段２０から、既知の大きさの電流を瞬間的に測
深器１０に流す。それと同時に、取得および処理モジュ
ール３２が、測深器１０の端子での電圧時間に対する導
関数を測定する。

【００１６】この導関数は、導電線が完全に液体中に浸
漬している値と、液面から完全に出ている場合に得られ
る値とでこれを基準化すると、液面高さと比例する。

【００１７】測定を再開する前に、所定の冷却時間が必
要である。

【００１８】液体の温度は、同じ装置を用いて得られ
る。電流が測深器１０に流れ始めた時点で、測深器１０
の端子で電圧を測定することにより、液面高さの値を求
める。電流の値が一定かつ既知であれば、そこから、測
深器１０の抵抗値を導き出すことができる。温度の関数
としての、測深器の電気抵抗の変動法則、ならびに、所
与の温度での測深器１０の端子における電圧の値を知る
ことにより、導電線の温度（その長さにわたって平均化
したもの）が容易に分る。大きな熱勾配がないようにす
れば、測深器１０は、液体と同じ温度であると考えるこ
とができる。

【００１９】一般に、導電線の形態で実現される測深器
１０を、直径がＤ、厚さがｄｌの円板の積層体として考
えると、各円板には電流ｌが流れ、したがって、熱を放
出しており、各々の円板または要素は、液面下に浸漬し
もしくは液面上に突出した、異なる２つの環境に位置す
ることが可能であり、前者の場合には、発生する熱は、
液体中に放出され、これによって、時間に対する温度上
昇は低いが、後者の場合は、発生した熱は、空気中に放
出されるため、時間に対する温度上昇は高くなる。この
ことから、測深器の端子での電圧の導関数の値は、液面
高さに対して線形であることがわかる。

【００２０】したがって、液面の最小および最大高さに
対して基準化された電圧の導関数により表される液面高
さは、信頼度が高いと思われる。

【００２１】言い換えれば、測深器10のアナログ部分か
ら発生した信号（NVと呼ぶ）は、２つの値NVhおよびNVb
の間に含まれ、これらは、それぞれ、液面高さがその最
大値および最小値で得られた信号に対応する。

【００２２】したがって、液面高さをNVb、すなわち、
低い液面高さに対して基準化することにより、次の式に
基づき、百分率で表される液面高さを得ることができ
る。 NV％＝（NV−NVb）／（NVh−NVb）

【００２３】あるいは、次式によって得られる。 NV％＝（NV−NVh）／（NVh−NVb） ここで、NVhおよびNVbの役割は、所定の範囲内で完全に
交換可能である。

【００２４】前述したように、値NVb、NVhおよびNVは、
温度によって変わってくる。これは、一定の電流が測深
器10に供給されることと、測深器10を構成する導電線の
電気抵抗が温度に左右されることによるものである。

【００２５】一定の電流で、測深器10に供給される電力
は、したがって、温度の関数として変動する。液面高さ
は、供給された電力に比例する温度の線形関数である。

【００２６】このことから、前述したように、好ましく
は、本発明の範囲内で、温度の関数として、結果の補償
を確実にする手段が備えられる。このために、様々な手
段を備えることができる。

【００２７】本発明の範囲内で、２種類の補正が考えら
れる。すなわち、１つは、電力を一定に維持するための
供給電力の制御による方法と、測定値に対する後験的補
正による方法である。

【００２８】一定電力の制御による補正は、それ自体
が、多くの態様の目的となり得る。第１の態様によれ
ば、測深器１０と同様の温度係数を有する抵抗を介し
て、測深器１０に電流を供給する。

【００２９】図２に示すように、第２の態様によれば、
処理手段３０は、測深器１０の端子における電圧を測定
すると共に、これに供給される電流の強さを調節するモ
ジュール３１を備えている。毎回液面高さを取得する前
に、制御モジュール３１は、このように、供給される電
流を調節し、これによって、積UI、すなわち、電力が、
与えられた命令と等しくなるようにする。これは、連続
して行う試験、あるいは、抵抗の測定およびI（Ｉ＝(P/
R)^1/2）の計算のいずれかにより、実施することができ
る。これらの条件において、液面高さNVhおよびNVbに対
応する値は不変数である。

【００３０】後験的補正は、それ自体が、多くの実施態
様の目的となり得る。この補正は、上下限NVbおよびNVh
により定められる測定範囲、あるいはまた、液面高さNV
自体を表す値に作用し得る。NVbおよびNVhに対する補正
は、それ自体が、多くの実施形態の目的となり得る。

【００３１】前述したように、液面高さは、温度に線形
に比例する。したがって、下式で表すことができる。 NVb(T)＝NVb₀（１＋α(T-T₀)） NVh(T)＝NVh₀（１＋α(T-T₀)） 式中、NVb(T)：温度の関数としての低液面高さ（液面高
さを基準化するのに使用する）、 NVh(T)：温度の関数としての高液面高さ（液面高さを基
準化するのに使用する）、 NVb₀：基準温度T₀での低液面高さ NVh₀：基準温度T₀での高液面高さ Ｔ：現在の温度 T₀：基準温度 α：補正係数）。

【００３２】NVb(T)およびNVh(T)を計算した後、液面高
さNVを基準化することにより、この高さの百分率を得る
ことができる。この補正のためには、導電線の温度を知
る必要があり、これは、例えば、導電線の電圧を測定す
ることにより達成することができる。

【００３３】このような補正はすべて、計算によって実
施される。

【００３４】別の態様では、NVbおよびNVhに対する後験
的補正は、装置の構造の改変により実施することができ
る。

【００３５】例として、図３に示すように、この装置
は、NVb(T)およびNVh(T)を決定するための２つの抵抗R1
およびR2を有する分圧器を備えることができる。これら
２つの抵抗R1およびR2を計算することにより、T₀でのNV
b₀およびNVh₀を得ることができる。このブリッジ分圧器
は、測深器10の導電線と同じ温度係数αを有する抵抗R
_αに接続された電流発生器22により給電される。このよ
うな装置によって、電子測定処理装置32のアナログ入力
を介して、NVb(T)およびNVh(T)の値を知ることができ
る。

【００３６】言うまでもなく、この構成では、電流発生
器２２に接続された抵抗R_αは、測深器１０と同じ温度
であるようにするのが好ましい。

【００３７】上記液面高さNVを表す値に対する後験的補
正は、それ自体が、多数の実施態様の目的となり得る。

【００３８】すでに述べたように、NVbおよびNVhの値を
補正することを考えたのと同様、下記の式に従い、計算
によってNVを補正することができる。 NVc＝NV(T)（１＋α(T−T₀)） 式中、NV(T)：温度Ｔで、電子測定処置装置により読取
られた液面高さ、 NVc：補正された液面高さ（液面高さを基準化するのに
用いる）、 Ｔ：現在の温度、 T₀：基準温度、 α：補正係数）。

【００３９】この場合、液面高さNVb₀およびNVh₀（T₀で
得られる液面高さ）を用いて、NV₀を基準化しなければ
ならない。

【００４０】さらに別の態様では、測定値NVに対する補
正は、装置の構造の改変により得ることができる。

【００４１】言い換えれば、信号の補正は、電子装置の
レベルで実施することができる。このために、例えば、
図４に示すように、可変利得の増幅を使用することがで
きる。

【００４２】この図には、断続器２１を介して、電流源
２０から給電される測深器１０が示されている。この断
続器２１は、制御モジュール３１および処理手段３０に
より操作される。

【００４３】図４に示す態様の場合、処理手段３０は、
測定モジュール５０と、処理モジュール５４との間に配
置された利得制御増幅器５２を備えている。利得制御増
幅器５２自体は、段５６によって操作され、段５６は、
温度に比例する電圧を供給する。

【００４４】実際には、この補正段５６は、抵抗６０，
６２，６４に接続された演算増幅器５８によって構成さ
れる。

【００４５】さらに詳細には、図４に示す態様によれ
ば、演算増幅器５８は、測深器１０に接続された非反転
入力端子を有する。演算増幅器５８の反転入力端子は、
抵抗６０の端子に接続され、抵抗６０の第２端子は、正
の電源に接続されている。抵抗６２は、アースと、演算
増幅器５８の反転入力端子との間に配置されている。こ
れに対し、抵抗６４は、演算増幅器５８の反転入力端子
と出力端子との間に取り付けられている。

【００４６】言うまでもなく、本発明は、これまで記載
した特定の実施態様に限定されるわけではなく、その精
神に従うあらゆる形態を含むものとする。

【００４７】本発明は、多数の用途に適用することがで
きる。本発明は、例えば、限定するものではないが、自
動車のケーシングにおける水面および油面の測定に使用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一般的構造による装置の概略図であ
る。

【図２】本発明の３つの変形例における具体的実施態様
の１つである。

【図３】本発明の３つの変形例における具体的実施態様
の他の１つである。

【図４】本発明の３つの変形例における具体的実施態様
の更に他の１つである。

【符号の説明】

１０ 測深器 ２０ 給電手段 ２１ 断続手段 ３０ 処理手段 ３１ 制御モジュール ３２ 取得および処理モジュール ３４ 分流器 ３６ 増幅器−減算器 ３８ 制御モジュール ４０ 出力波面高さ ４２ 出力温度 ５０ 電子測定装置 ５２ 利得制御増幅器 ５４ 処理モジュール ５６ 補正段 ５８ 演算増幅器 ６０，６２，６４ 抵抗

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体中に少なくとも部分的に浸漬するよう
   設計された抵抗測深器（１０）と、 上記測深器（１０）に、制御電源からの電流を流すこと
   ができる給電手段（２０）と、 測深器（１０）の端子で得られる電圧の導関数を監視す
   る手段と、 既知の最小値と最大値との間で予め定めた目盛と、上記
   のようにして得られた導関数の値を比較することができ
   る比較手段（３２）とを含むことを特徴とする液面感知
   装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、 さらに、温度補正手段を含む装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の装置において、 温度補正手段が、測深器（１０）に供給された電流に作
   用する装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の装置において、 温度補正手段が、測深器（１０）と同様の温度係数を有
   する抵抗を有し、これを介して、電流が測深器（１０）
   に供給される装置。
5. 【請求項５】請求項３記載の装置において、 測深器の端子で電圧を測定し、測深器に供給される電流
   を調節することにより、一定電力を定めることができる
   手段を含む装置。
6. 【請求項６】請求項２記載の装置のいて、 温度補正手段が、得られた液面高さの値に作用する装
   置。
7. 【請求項７】請求項６記載の装置において、 温度補正手段が、温度の関数として、最小値および最大
   値を補正するように設計されている装置。
8. 【請求項８】請求項７記載の装置において、 温度補正手段が、温度の関数として補正された最小値お
   よび最大値を計算するように設計されている装置。
9. 【請求項９】請求項８記載の装置において、 温度補正手段が、下式に基づき、最小値および最大値を
   計算するように設計されている装置。 NVb(T)＝NVb₀（１＋α(T-T₀)） NVh(T)＝NVh₀（１＋α(T-T₀)） 式中、NVb(T)：温度の関数としての低液面高さ（液面高
   さを基準化するのに使用する）、 NVh(T)：温度の関数としての高液面高さ（液面高さを基
   準化するのに使用する）、 NVb₀：基準温度T₀での低液面高さ、 NVh₀：基準温度T₀での高液面高さ、 Ｔ：現在の温度、 T₀：基準温度、 α：補正係数）。
10. 【請求項１０】請求項7記載の装置において、 温度補正手段が、温度の関数として補正された最小値お
    よび最大値を送り出すことができる回路を含む装置。
11. 【請求項１１】請求項１０記載の装置において、 温度補正手段が、測深器と同じ温度係数を有する抵抗Ｒ
    αに接続された電流発生器を介して供給される最小値お
    よび最大値を送り出す抵抗ブリッジ分圧器を含む装置。
12. 【請求項１２】請求項６記載の装置において、 温度補正手段が、測定された値ＮＶに作用する装置。
13. 【請求項１３】請求項１２記載の装置において、 温度補正手段が、温度の関数として補正された液面高さ
    ＮＶ（Ｔ）の値を計算するように設計されている装置。
14. 【請求項１４】請求項１３記載の装置において、 温度補正手段が、下式に基づき、補正された液面高さの
    値を計算するように設計されている装置。 NVc＝NV(T)（１＋α(T−T₀)） 式中、NV(T)：温度Ｔで、電子測定処理装置によって読
    取られた液面高さ、 NVc：補正された液面高さ（液面高さを基準化するのに
    用いる）、 Ｔ：現在の温度、 T₀：基準温度、 α：補正係数）。
15. 【請求項１５】請求項１２に記載の装置において、 温度補正手段が、補正された測定値を送り出すことがで
    きる回路を含む装置。
16. 【請求項１６】請求項１５記載の装置において、 温度補正手段が、温度を表す信号により操作される利得
    制御増幅器を含む装置。