JPH0219716A - タンク装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、タンク内に収納された液体、粉体、粒体、
異形状物体等の体積を測定するための機構を備えたタン
ク装置に関するものである。

〔従来の技術］ 従来のこの種のタンク装置に用いられる体積測定装置と
しては第９図乃至第１３図に示す如きものがある。以下
、この従来例について具体的に述べる。

第９図は液面位測定開始の初期状態を示し、また第１０
図は液面位の測定過程における状態を示す図であって、
ピストン（体積変化手段）７がシリンダ（体積変化量）
８の最深部まで移動させられたとき、すなわち最大スト
ローク移動したときの状態を示す。

第９図においてタンク３の体積を７丁、その空洞部分す
なわち液体４が満たされていない部分の体積Ｖ２、シリ
ンダ８の最大体積変化量に対応する体積をＶｏ　　（（
Ｖｌ、Ｖ２　）　、補正室９の体積をＶｌ、タンク３内
の圧力をＰｏとし、かつバルブ１０が解放されているも
のとすると、ポアッソン（Ｐｏｉｓｓｏｎ）の法則に基
づいてＰ、（Ｖ２　＋ｖｏ　＋ｖ、）γ＝ｎＲＴ。

が成立する。なお、ｎはシリンダ８、補正室９及びタン
ク３の空洞部の気体のモル数、Ｒはガス定数、Ｔｏは気
体の絶対温度、γは定圧比熱と定積比熱の比を示す。

ここでピストン７が、断熱を保持した状態で最大ストロ
ーク移動させられると、第１０図の如＜ｖ０＝Ｏとなる
と共にタンク３内圧力がΔＰＧだけ増加し、 （ｐｏ　＋ＡＰｏ　）（Ｖ２　＋Ｖ、）γ＝ｎＲＴが成
立する。これより、 ｐｏ（ｖ２＋　Ｖｏ＋　Ｖ、）　　γ−（Ｐ０＋ＡＰｏ
）　　（Ｖ２＋Ｖｌ）γ・・・（１） 式（１）は、近似的に となり、タンク３の空洞部分の体積ｖ２は、となる。

次に第９図及び第１０図においてバルブ１゜を閉成する
と、補正室９とタンク３との通気性は完全に遮断され、
上記の如く第９図においては、 Ｐｏ　　（ｖｏ　　＋ｖ、）　　γ＝　ｎ　ＲＴ。

が成立し、また第１０図においてはＶ、＝Ｏとなり、タ
ンク３内圧力がΔＰ０°だけ増加するので、 （ｐｏ　　＋Δｐ、’）ｖ、　　γ＝　ｎ　ＲＴ。

が成立する。これにより、 Ｐａ　（ｖｏ＋Ｖ＋）γ；（Ｐ０＋ΔＰ０°）Ｖ＋γ　
−（３）式（３）は、近似的に となる。ここでシリンダ８の最大体積変化量に対応する
体積ｖ０及び補正室９の体積Ｖ、は既知で、かつΔＰｏ
′は測定することができるので、γＰ０の値を求めるこ
とができる。これによって、式　（２）におけるタンク
３の空洞部分の体積Ｖ、は、算出可能となり液体４の体
積ｖＬは、ＶＴ−Ｖ、によって求めることができる。

なお、第９図および第１０図における３ａはエンジンに
ガソリン等の液体４を供給するバイブである。

次に、上記の如く説明した発明の原理に基づく具体的装
置の例の構成を第１１図及び第１２図を参照して説明す
る。なお、第１１図において第９図と同一構成の部分に
は同一符号を付してその説明を省略する。

７はピストンで、周面に磁極を有する円盤状の永久磁石
からなると共にその周面には磁性流体７ａが吸着され、
後述のシリンダ８との隙間を塞ぎ、通気を防止し、かつ
シリンダ８内をピストン７が摺動するときの摩擦を小さ
くしている。なお、ピストンフの周面に０リングを取り
付けることによって通気を防止してもよい。８はシリン
ダで、その一端開口部８　＋１は補正室９に連通される
と共に、他端を開口している。９は補正室で、その体積
ｖｌがタンク３の全体積７丁に対して十分に小さく設定
されていると共に、シリンダ８の最大体積変化量すなわ
ちピストン７の摺動によって変化する最大体積ｖ０に対
して、例えば１０倍の体積に設定されて、ピストン７の
一往復によって、内部の圧力変化は、正弦波状に変化す
る（これは後述のモータ１６の定速回転による）。また
補正室９は、電磁バルブ１０及び第１のバイブ１１を直
列に介してタンク３の液体注入口５の開口縁の近くに接
続され、気体がタンク３内と補正室９との間を流通で診
るように設定されている。なお第１のバイブ１１の液体
注入口５、電磁バルブ１０間の一部は、該液体注入口の
開口縁より高く位置せしめられており、液体４が液体注
入口５の開口縁まで注入されても補正室９内に液体４が
流れ込まないように設定されている。１２は圧力センサ
で、基準圧力室１２ａ、検出圧力室１２ｂ、その双方の
圧力室１２ａ、１２ｂを仕切り、かつその双方の圧力室
の圧力の差に比例して歪む歪板１２ｃ及び該歪板に貼付
けられているストレインゲージ等の圧力センサ本体１２
ｄからなり、その基準圧力室１２ａは空洞室１３及び微
細管の第２のバイブ１４に直列に第１のバイブ１１に連
通され、その空洞室１３及び第２のバイブ１４は、タン
ク３内の圧力変動を吸収し空気圧フィルタを構成してい
る。また検出圧力室１２ｂは補正室９に連通され、圧力
センサ本体１２ｄは歪板１２ｃが受ける双方の圧力室１
２ａ、１２ｂの圧力差を検出して電気信号に変換する。

１５は円板で、透孔１５ａが設けられていると共に、ピ
ストン７を往復直線運動させるためのクランク１５ｂの
一端が連結させられている。また円板１５は、後述のモ
ータ１６の回転軸に図示されない減速ギアを介して連結
されている。

１７は光センサで、ピストン７が最大に後退した位置で
透孔！５８に対面するように設けられており、円板１５
の透孔１５ａを検出する。１８はモータ駆動制御回路で
、電源投入直後にモータ１６を回転せしめるための信号
の供給を後述の演算処理回路２１から受け、光センサ１
７の位置に円板１５の透孔１５ａを一致させる為の信号
をモータ１６に供給する。またモータ駆動制御回路１８
は後述の演算処理回路２１から前記信号とは別の信号を
受けて、モータ１６を一定角速度ω。で回転駆動せしめ
るための駆ｉｌＪ信号をモータ１６に供給する。１９は
バンドパスフィルタで、モータ１６の角速度ω。に対応
する周波数成分のみを抽出して出力するように設定され
ており、圧力センサ１２で発生するノイズ成分、タンク
３内の温度上昇に対応して圧力センサ１２で発生するド
リフト成分等を除去する。２０は振幅検出回路で、バン
ドパスフィルタ１９の出力を入力し、その波高値を検出
する。２１は演算処理回路で、ＣＰｔ１　（ＣＥＮＴＲ
ＡＬＰＲＯＣＥＳＳＯＲＩＩＮＩＴ）、ＲＯＭ　（ＲＥ
ＡＤ　０ＮＬＹ　ＭＥＭＯＲＹ）等からなり、振幅検出
回路２０の出力を人力して、次のごとき演算処理を実行
することによってタンク３内の液面位を算出し、算出結
果を表示部２２に供給して表示せしめる。

次に演算処理回路２１の作動を第１３図に示すフローチ
ャートに基づいて説明する。

第１３図に於て、電源を投入すると、スタートステップ
１００から初期設定ステップ１０１に進み、演算処理回
路２１を構成するＣＰＵ等が初期設定され、かつその初
期設定径所定時間が経過するとバルブ閉成信号の出力開
始ステップ１０２では、バルブ１０を閉成するための信
号を演算処理回路２１から図示されない駆動回路を介し
てバルブ１０に供給する。次に係数推定ステップ１０３
に進み、ピストン７を複数回往復運動させることによっ
て式　（４）における係数γＰ０値を推定する。すなわ
ち、ＲＯＭに記憶された補正室９の体積ｖ１及びシリン
ダ８の最大体積変化量に対応する体積ｖ０並びに圧力セ
ンサ１２によって測定された補正室９内の圧力変化幅Δ
Ｐ０°（前記ピストン７の複数回の往復運動の圧力変化
幅の平均値）によってγＰ０を式　（４）のｙｐｏ＝Δ
Ｐｏ’Ｖ’＋／Ｖｏに基づいて求める。求めた後、バル
ブ閉成信号の出力停止ステップ１０４に進み、バルブ１
０を開放するためにバルブ１０へのバルブ閉成信号の供
給が停止され、次のタンク内空洞体積の算出ステップ１
０５に進み、前記係数推定ステップ１０３でのピストン
７の往復運動の回数よりも多い回数ピストンフを往復運
動させることによって、ステップ１０５では、前のステ
ップ１０３で求めた係数γＰｏ、ＲＯＭに記憶されたシ
リンダ８の最大体積変化量に対応する体積ＶＯ％該体積
ｖ０と同様にＲＯＭに記憶された補正室９の体積Ｖ１及
び圧力センサ１２によって検出された圧力ΔＰ０（前記
ピストン７の複数回の往復運動の圧力変化幅の平均値）
に基づいてタンク３内空洞部分の体積ｖ２を求め、次の
液面位算出ステップ１０６に進み、直前のステップ１．
０５で求めたタンク３内空洞部分の体積ｖ２をＲＯＭに
記憶されたタンク３の全体積ＶＴから減算することによ
って液体４の体積■、を算出する。更に次の液面位信号
発生ステップ１０７に進み、このステップ１０７で表示
部２２に対して液面位を表示させるための信号を演算処
理回路２１から供給し、その後バルブ閉成信号の出力開
始ステラツブ１０２に戻る。その後は、上記の動作が周
期的又は非周期的に繰り返される。なおタンク内空洞体
積の算出ステップ１０５と液面位算出ステップ１０６と
の間には、タンク３内の空洞部分の体積が大きく変化し
た場合のキャンセルステップ（図示せず）が設けられて
いる。

用］ 次に、上記構成の作動を説明する。電源がｆ′、′入さ
れると光センサ１７からモータ駆動制御回路１８に透孔
１５ａを光センサ１７の位置に一致させるための信号が
供給され、モータ１６が回転されて光センサ１７の位置
に円板１５の透孔１５ａが一致せしめられる。なおこの
作動は電源投入直後から所定時間内に終了させられる。

その後、演算処理回路２１からバルブ１０にバルブ閉成
信号が供給されることによフてバルブ１０が閉成され、
更に演算処理回路２１からモータ駆動制御回路１８にモ
ータ１６の複数回の回転開始を指示する信号が供給され
る。該信号が供給されるとモータ駆動制御回路１８は、
モータ１６を一定角速度ω。で一方向に指示された回転
数だけ回転せしめ、モータ１６の回転軸に連結された円
板１５が回転させられることによってクランク１５ｂを
介してピストン７がシリンダ８内を往復運動し、シリン
ダ８の最大体積変化量に相当する体積Ｖ、の部分の空気
を補［作 王室９に送り込んだり、補正室９の空気を吸い込んだり
し、補正室９内の圧力を正弦波状に変化せしめると、圧
力センサ１２の検出圧力室１２ｂの圧力は、補正室９の
圧力が伝わることによって正弦波状に変化し、タンク３
内圧力と等しい基準圧力室１２ａの圧力との差が、圧力
センサ本体１２ｃによって検出され、正弦波状の電気信
号に変換される。その信号はバンドパスフィルタ１９を
介して振幅検出回路２０に供給され、その波高値が検出
される。検出された波高値は、演算処理回路２１に供給
され平均化されることによって、係数γＰ０が算出され
、ＣＰＵ内のレジスタ等に記憶される。その後、演算処
理回路２１からバルブ１０にバルブ閉成信号の供給が停
止されて、バルブ１０は開放され、さらにモータ１６は
係数γＰ０を算出するときよりも多くの回数回転させら
れることによって式（２）の演算がなされ、タンク３内
の液体４の体積が算出され、その算出結果は表示部２２
に表示される。以後、上記動作が繰り返され、バルブ１
０が閉成される毎に係数ＹＰｏが更新されて記憶され、
再度新たに液面位が算出される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の体積測定装置を具備せ
しめたタンク（自動車用燃料タンク）装置にあっては、
−数的には、このタンク内の気圧が熱膨張等によって増
大し、その結果タンクが破裂（破損）する等の事故を防
止するための異常気圧排出用の気体流通孔、あるいは、
タンク内に被測定物を出入れするための開口部である気
体流通孔等が設けられている。

このような気体流通孔が備えられているタンクにあって
は、前記体積測定装置における体積変化機構を駆動して
そのタンク内気圧を変化させようとしても上記気体流通
孔から排出される気体によって、そのタンク内の気圧が
所望値となるように安定させることができず、ひいては
、正確なタンク内体積を測定することができないという
問題点が生じる。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、このような−従来の問題点に着目して成され
たもので、上記気体流通孔を有するタンクであっても、
その気体流通孔の存在に左右されることがなく、タンク
内の体積測定気圧を得ることができるような体積変化機
構の駆動周波数を設定し、この駆動周波数による体積変
化機構の駆動で、気体流通孔が開設されたままの状態で
のタンク内体積を正確に測定することができるタンク装
置を提供することにある。

［実　施　例］ 以下に本発明の実施例を第１図乃至第８図に基づいて詳
細に説明する。

まず第１図乃至第６図において、原理説明を行なうと、
３０は例えば液体、粉体、粒体、異形状物体等を収納す
る異形状のメインタンクであって、このメインタンク３
０には連結パイプ３２を介して補正用タンク３１が連結
されている。また上記異形状メインタンク３０の上部に
は小径の通気孔３５が穿設されている６上記補正月タン
ク３１の上部には例えばピストン、ベローズ、ダイヤフ
ラム等の体積変化手段（機構）３３が設けられていて、
この体積変化機構３３の動作によって補正用タンク３１
内の体積を変化させることができるようになっている。

なお第５図においては、補正用タンク３１内の内圧を検
出するためのゲージ圧力センサ３４が設けられている。

以上が本実施例の構成であって、次にその構成による測
定原理を説明する。

測定原理 （１）第１図のような連結タンクシステムを考える。こ
れは体積”　Ｉ　＋　　”　２の２種類のタンクによっ
て構成される。タンク３１．３０は流量抵抗ｒ１のバイ
ブ３２によって接続されており、タンク３０の通気孔３
５流量抵抗ｒ２である。双方のタンク３０．３１内の気
体の比熱比をγ、気体定数をＲ、タンク３１の熱時定数
をτとする。タンク３１に、ピストン、ダイヤフラム、
ベローズ等を用いた体積変化機構３３を取り付け、この
体積変化機構３３によって実際に発生する体積変化量を
ｖ　（ｔ）　　とする。

タンク３０．３１が剛体の場合、タンクの加圧減圧時に
タンク３０．３１が歪まないので、ピストン、ダイヤフ
ラム、ベローズ等の体積変化量Ｖ。（１）と実際に発生
する体積変化量ｖ（ｔ、）は等しい。もしタンク３０が
フレキシブルな場合、タンク加圧減圧時にタンク３０が
歪むので、その収縮又は拡張による体積変化量に応じた
分だけＶＯ（ｔ）はｖ　（ｔ）　より小さく□る。

ｖ（ｔ）＝Ｏのとき、タンク３１のＩｌ、ｆｌ気体の絶
対圧力、温度、モル数をそれぞれｐ。、Ｔ１、ｎｌ、タ
ンク３０の中の気体においてそれぞれＰｏ、Ｔ２、ｎ２
とする。測定環境が著しく変化しない場合、通気孔３５
を介してタンク３１゜３０内外に気体が循環するので絶
対圧力ｐ。は外気圧と等しく、その変化は非常に遅く、
外気圧と等しく変化する。

ｖ（ｔ、）≠０のとき、圧力、温度、モル数も体積変化
機構の状況に応じて変化し、 タンク３１において、 圧力はｐ。＋Δｐ＋（ｔ） 温度はＴ１＋ΔＴ　Ｉ　（ｔ）　。

モル数はｎｌ−Δｎ＋２（ｔ）　　と変化する。

タンク３０において、 圧力はｐ０＋ΔＰ２ｆｔ）。

温度はＴ２＋Δ”ｒｚ（ｔ）。

モル数はｎ２＋Δｎ＋２（ｔ）−Δｎ２（ｔ）　　と変
化する。

Δｎ＋ｚ（ｔ）はタンク３１からタンク３０に流れた空
気のモル数、Δｎ２（ｔ）はタンク３０から通気孔３５
を介して外部に漏れた空りのモル数である。

ここでこのシステムについて次の仮定を設定する。

１）タンク内気体は理想気体である。

２）　ｖ　（ｔ）　＜　（Ｖ＋　、　Ｖ２　）３）タン
ク３０の熱容量は大きく、圧力変化ΔＰ２ｆｔ）に伴な
うタンク内温度変化は体積変化量ｖ　（ｔ）の変化の速
さに比べ非常に遅く無視できる。

４）体積変化量ｖ　（ｔ）の変化の速さは、それに伴い
変化する圧力がタンク３０．３１の至るところで等しい
程度とする。

５）タンク３０内に被計測物体を入れても、この物体に
よりタンク３０内に２つ以上の閉じたガス空間、すなわ
ち空洞部分が構成されない。

以上の仮定は、それほど大きな制約となるものはない。

体積変化量ｖ　（ｔ）　に対するΔｐ＋（ｔ）、ΔＰ２
（ｔ）、ΔＴｌ（ｔ）、ΔＴ２（ｔ）、Δｎ＋２（ｔ）
Δｎｚ（ｔ）の変化は本来、非線形方程式で表されるが
、仮定２）よりその大きさはＰｏ％ＴＩ、Ｔ２、ｎ、、
ｎ２に対して非常に小さく、そのため線形方程式で近似
できる。静的状態においてタンク３０．３１内の気体の
圧力、温度、モル数の関係は次の代数方程式で表される
。

ｐｏＶ＋　”　ｎ＋ＲＴ＋　、　Ｉ）ｏＶｚ　−ｎ２Ｒ
Ｔ２　　　　（ｌａ）また仮定１）、３）、４）、５）
より、動的状態においてはタンク３０．３１内の気体の
圧力、温度、モル数の関係は次の線形常微分方程式で表
される。

（１ｂ） （ｌｄ） ΔＴｌ（０）　　工０ （１ｆ） 流量抵抗ｒ、上式ｒｌ、ｒ２はパイプ３２の長さ℃と直
径ｄより次の式のように求められる。

ΔＶはタンクの材質、形状、容積等から定まるタンク固
有の定数であり、Δｖ　（ｔ）は体積変化機構３３の体
積変化量ｖｏ（ｔ）の変化に伴うタンクの拡張、収縮に
よる体積変化量である。

式（１ａ）〜（１１）にラプラス変換を施し、入力ｖ（
ｔ）から出力Δｐ＋（ｔ）までの伝達関数を求めると次
のようになる。

Δｐ＋（ｓ） ”　”ｆ　　　　　　ｋｚ（Ｓ、ｒ＋、ｒ２．Ｖ＋、Ｖ
ａ）ｖ（ｓ）　　　ｖ、＋ｖ、＋ΔＶ （２ａ） この式は長さｌが５０〜６５０［ｍｍ］　、直径ｄが２
．０〜９　、０　［ｍｍｌのアルミ製パイプを用いて実
験的に求めたものである。

また、体積変化ｖ　（ｔ）は次のように表される。

ｖ　（ｔ）　＝　Ｖｏ　（ｔ）　−Δｖ（ｔ）　　　　
　　　（ｌｈ）となる。係数ｒ２Ｖ２／ＲＴ２．　ｒｌ
Ｖ２／ＲＴ２　、　ｒＩＶ１／ＲＴ１は、圧力変化の時
定数である。例えばｒ、Ｖ２／ＲＴ２はタンク３０にお
ける空洞部分の絶対温度Ｔ２の気体が流量抵抗ｒ２の通
気孔３５を介してタンク３０外に流れるときの圧力減衰
の時定数である。補正係数に２（ｓ、ｒ＋、ｒｚ、Ｖ＋
、Ｖｚ）は、メインタンク３０の容積ｖ２により変化す
るが、第２図に示されるに２　（Ｓ、ｒ＋　＋’２ｉＶ
Ｉ　＋ｖ２）の周波数特性において、適当な周波数、例
えば区間Ａの４　Ｘ　１０−’〜１０−”Ｈｚの周波数
を廼：ぶことにより近似的に定数と見做せる。

ｊ　１＜＜＜　ｊ　２　　（ｊ　２は空気等の通気孔３
５の流量抵抗）で熱時定数τとｒ２　（Ｖ＋”ＭｉｎＶ
ｚ）／ＲＴ２が同程度の値なら次のような角周波数が存
在する。

この条件において補正係数’２（Ｓ、ｒｌ＋ｒ２＋Ｖ１
＋Ｖ２）は次のように近似される。

ｋ２（ｉω、ｒ＋、ｒ２．Ｖ＋、Ｖ２）　　ｌ　’Ｆ、
Ｉ７に２（ｉω、ｒ＋、ｒ２．Ｖ＋、Ｖｚ）　　＝　Ｏ
（２ｄ）ゆ、＜に、式（’、’　１：　’、ｌ・７．）
染注をＩＡたす場合、入力ｖ（ｔ、）から圧力Δｐｔ（
ｔ）　ま丁゛の伝達関数はγｐｏ／　（Ｖｌ”Ｖ２”　
Ａ　Ｖ）　トナ６゜なお、体積変化機構３３が角周波数
ω。で１６弦波状に駆動される場合。

３２が閉塞されている状態と同等と考えらねる。

即ち （２）次に第３図のような単一・シックシステムを考え
る。これは第１図のタン々３１．３ｏの間を結合するバ
イブ３２の断面積を非常に大きくしたもので、こればよ
りバイブ３２の流量抵抗ｒ１の値が非常に小さくなる場
合に相当する。これより、第３図のｖ　（ｔ）からΔｐ
ａ（ｔ）までの伝達関数は式（２ａ）においてｒＩ−４
０、Ｔ、　＝Ｔ、　、Δｐ、−Δｐ１．Ｖ　２”　＝　
Ｖ　１　＋　’Ｊ　、としたものであり、次のようにな
る。

（２ｆ） ここで、 となる。次のような角周波数ωを考える。

例えば第４図の周波数特性においてＡに示す１０−’Ｈ
ｚ以上の周波数である。・−のような周波数に設定する
ことにより補正係数に、　（ｉω。「２゜■、°）は次
のように近似される。

Ｉｋ＋（ｉω＋’２＋Ｖ３°）１す１゜ｌ　Ｊ　（ｉω
、ｌ−２，Ｖ３’）４０　　　　　　　　　（２＋）こ
のとき、伝達関数はγｐｏ／（ｖ２°＋ΔＶ）となる。

次に上記原理を第５図に示す具体例に基づいて説明する
。

第５図において補正タンク３１は第１図におけるタンク
３１に相当するものであり、体積変化機構３３であるダ
イヤフラムを夫・１２種類の角周ン反数ω５．ω、（（
ωしくω１１　）で同時に（Ｖ　ｏｓｉｎωＬｔ＋　ｖ
　ｏｓｉｎωＨｔ）、又は交互に（Ｖ６Ｓ１ｎ（ＪＪＬ
ｔ、　Ｖ　０３１１’１（１）　、ｔ）に駆動し、バイ
ブ３２、は、高い角周波数ω□では流量抵抗ｒ１は式（
２ｅ）より非常に大きくなるので圧力変化をメインタン
ク３０に伝達せず、実質的に補正タンク３１とメインタ
ンク３０とが切り離され、バイブ３２が流量抵抗の極め
て大きな空気漏れ孔となるために補正タンク３１だけの
圧力変化を計測でき、この場合第３図に示す単一タンク
システムの理論が適用される。

ここで補正タンク３１の容積をＶｌ、メインタンク３０
内の気体の体積をＶ２、メインタンク３０内の液体の体
積をＶＬ＋補正タンク３１とメインタンク３０の容積の
和をＶ丁とする。

補正タンク３１の圧力変化Δｐ＋（ｔ）は式（２ｈ）を
満たす角周波数ω□を用いると、 となる。また、メインタンク３０を剛体、すなわちΔｖ
＝０とし、角周波数ω、が式（２ｃ）を満たすとき、Δ
ｐ＋（ｔ）は次のようになる。

次に低い角周波数ω、ではバイブ３２の流量抵抗が小さ
くなり、補正タンク３１とメインタンク３０とが非常に
太いバイブで結合された形になるので補正タンク３１内
での圧力変化はメインタンク３０に伝達され、両タンク
３０゜３１の圧力変化を計測できる。

この場合も第３図に示す単一タンクシステムの原理が適
用される。

そこでｖ　（ｔ）を角周波数ωＬで駆動したときのΔｐ
１°（１）の振幅を測定すると、 Δｐ＋’（ｔ）＝ ここでω、で駆動したときのΔｐ＋（ｔ）の振幅をＡ１
、ω、で駆動したときのΔｐ＋（ｔ）の振幅をＡ２とす
ると、式（３ａ）　、　（３ｂ）よりメインタンク３゜
及び補正タンク３１内の気体の体積の和ｖ１◆ｖ２は次
のように求められる。

液量ｖＬは次のように求められる。

また、メインタンクがフレキシブルな場合Ａｔ、Ａ２の
比の値Ｃは次のようになる。

この場合、液量を求めるにはΔｖ、Ｉｋｌｌ／ｌｋ２を
キャリブレーションにより求める必要がある。キャリブ
レーションはメインタンク３０に体積の正しく測定され
た液体を入れ、ｖ２とＣｔ求める。これを異なった体積
について２回行い、得られた値を式（３ｆ）に代入し、
ΔＶ、ｌｋ。

を求める方法である。

このとき、液量ｖＬは次のように求められる。

上記原理説明における剛性タンクとフレキシブルタンク
の場合の夫々の信号処理は次の如くである。

（イ）剛性タンクの場合（第６図） 体積変化機構３３が（ｖｏｓｌｎωＬｔ＋ｖ、ｓｉｎω
、ｔ）（ωしくω□）の偏動力によって駆動されると、
それによる圧力変化がゲージ圧力センサ３４で検出され
、２つの並列接続されたバンドパスフィルタ３６．３７
に供給される。一方のバンドパスフィルタ３６は、中心
角周波数ω。

で、角周波数ωＬの信号成分のみを抽出するように設定
されて、また他方のバンドパスフィルタ３７は、中心角
周波数ωＨで角周波数ωＨの信号成分のみを抽出するよ
うに設定されている。これらのバンドパスフィルタ３６
．３７の夫々の出力信号は夫々に接続され、かつ同一ゲ
インの振幅検出器３８．３９で振幅が検出され、低い方
の角周波数ω、の信号成分の振幅を検出する一方の振幅
検出器３８の出力γＰｏｖ。

は、高い方の角周波数ωＨの信号成分の振幅をで割算器
４０によって、除算され、メインタンク３０内の空洞部
分の体積ｖ２と補正タンク３１の容積ｖ１との和（ＶＩ
”Ｖ２）が算出される。

その算出結果Ｖ、＋Ｖ、は引算４１で設定されているメ
インタンク３０の容積ｖ丁と補正タンク３１の容積Ｖ１
との和から引算され、その結果メインタンク３０内に収
納された液体等の収納物の体積ｖＬが算出される。なお
、一方のバンドパスフィルタ３６のゲインは他のバンド
パスフィルタ３７のゲインのＶ３倍に設定されている。

（ロ）フレキシブルタンクの場合（第５Ｆ］）体積変化
機構３３が（ＶｏＳｉｎ（ｄ　Ｌｔ＋Ｖ＠ＳｉｎωＨｊ
）（ωしくωＨ）の駆動力によって駆動されると、それ
による圧力変化がゲージ圧力センサ３４で検出され、２
つの上記のバンドパスフィルタ３６．３７に供給される
。一方のバンドパスフィルタ３６では角周波数ω、の信
号成分が抽出され、また他方のバンドパスフィルタ３７
では角周波数ω□の信号成分が抽出され、夫々の出力信
号は夫々に接続された上記の振幅検出器３８．３９で振
幅が検出され、低い方の角周波数ωＬの信号成分の振幅
を検出する一方の振幅検出器３８の出力γ１ｋｌＰｏＶ
ｏは、高い方の角周波数ωＨの信号成分の振幅を検出す
る他方のれる。

連関数の係数から算出される補正係数に対応する増幅率
ｌ　ｋ２／　ｋｓ　ｌの増幅率４２で増幅される。その
後、増幅された信号は、引算器４１で設定されている値
（ＶＴ”ＶＩ＋ΔＶ）から引算され、その結果メインタ
ンク３０内に収納された液体等の収納物の体積ｖＬが算
出される。ΔＶとｋａｔ／ｌｋｌは予めキャリブレーシ
ョンにより求められている。

また、上記実施例における式（１ト）は次のようにして
求めた。１なわちまず、パイプの流量抵抗ｒ、長さ１と
内径ｄの関係を調べる実験を行った。実験装置は容積７
．９［Ｕ］のガラスタンク、圧力変化を与えるための注
射器（容積２００ｔｃｃ］）、圧力検出企図してゲージ
圧力計を用いた。

実験方法は、ガラスタンクに取付けたパイプの先を指で
空気が凋れないようにおさえて、タンク内に注射器で圧
力変化（２００［ＣＣ］）を与える。そして、瞬時に指
を離して、その圧力変化を測定し時定数τを求めた。以
上の実験をパイプの長さ１を変えていった場合と内径ｄ
を変えていった場合について行った。

時定数τと流量抵抗ｒの関係は次式で与えられる。

実験結果を第７図、第８図に示す。第７図はパイプの長
さ℃を横軸にとり、内径ｄをパラメータとして流量抵抗
ｒを縦軸にとったものである。第８図は内径ｄを横軸に
とり、長さｌをパラメータとして流量抵抗ｒを縦軸にと
ったものである。

この結果から流量抵抗ｒ、長さ２と内径ｄの関係式を求
める。

まず、第７図よりｒはｌに対し直線的に変化しているの
で、次の１次式で表される。

ｒｗａ（、＋ａｌ◆ＩＬ　　　　　　　（ａｂ）また、
第８図よりｒはｄに対し双曲線的に変化しているので、
次の式で表される。

（８ｃ） ここで式（８Ｃ）に最小自乗法を１次の場合、２次の場
合、３次の場合、・・・・と適用していき標準偏差を比
較すると、ｒはｄ２に反比例するものと推定される。

以上のことから、パイプの流量抵抗ｒはその長さλに比
例し内径ｄの自乗に反比例するものと推定される。

従って、次のモデルが考えられる。

式（８ｄ）に最小自乗法を適用して定数ａとｂの値を推
定すると次のようになる。

ｌ・２４゛ｌ・５４弓　［ｋｇ／、、０．、。１．５］
１＝ｄ２ この関係式をもとにパイプの長さ１と内径ｄを決定する
が、体積変化機構３３の駆動周波数に係る時定数は、気
体漏れ孔３５から流出する気体の膨張時定数でよりも小
さく設定しなくてはならない。

［発明の効果］ 以上のように本発明は、気体流通孔を有するタンクに、
該タンク内の気体が前記気体流通孔内を流通しないよう
な周波数で、前記タンク内体積を変化する体積変化手段
を具備せしめたものであるから上記タンクの気体流通孔
が開放されたままの状態であっても、該タンク内の体積
を正確に測定することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は第１図において
体積変化機構の駆動周波数とタンク３０内の収納物体積
とを変化させたときの伝達関数の係数の変化状態を示す
特性図、第３図は第１図を説明するための原理説明図、
第４図は、第３図において体積変化機構の駆動周波数と
タンク内の収納物体積とを変化させたときの伝達関数の
係数に、の変化状態を示す特性図、第５図は、本・発明
タンクの測定実施例の説明図、第６図は本発明タンクの
他の測定実施例の説明図、第７図及び第８図は、孔の長
さ及び内径と流量抵抗との関係を示す特性図、第９図乃
至第１３図は従来例の説明図である。 ３０・・・メインタンク　３１・・・補正用タンク３２
・・・連結パイプ　　３３・・・体積変化機構３４・・
・ゲージ圧力センサ ３５・・・通気孔 ３６．３７・・・バンドパスフィルタ ３８．３９・・・振幅検出器 ４０・・・割算器　　　　４１・・・引算器４２・・・
増幅器 第 図 Ｖ６（ｔｌ 第 図 ＆を抵抗 ＸＩＯ’Ｋｇ／ｍ ８ｍｏｌ ■抵抗 ＸＩＯ’　Ｋｇ／ｍ・ｓ−ｍｏｌ 補 正 書

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　気体流通孔を有するタンクに、該タンク内の気体が
   前記気体流通孔内を流通しないような周波数で、前記タ
   ンク内体積を変化せしめる体積変化手段を具備せしめた
   ことを特徴とするタンク装置。