JPH0334013B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、比重の異なる複数の液体を貯溜する
タンク内の比重の異なる液体間の境界面の位置を
検知しうる液境界面検知装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕 貯蔵タンク内に比重の異なる２液（例えば油と
水など）がある場合に、それぞれの液量を知るに
はそれぞれの高さ（深さ）を測定しなければなら
ない。そのため、従来は次のような方法を用いる
のを常とした。

(イ) タンク２台の液面計を取付け、一方の液面計
で気体と比重の小さい第１の液体の境界面であ
る液面を測定し、地方の液面計で第１の液体と
比重の大きい第２の液体の境界面である液境界
面を測定する。

(ロ) タンク尺（先端に重りを吊したスチール製目
盛付きテープ）をタンクの下に降ろし、液体に
よる濡れから高さを知る。すなわち、タンク尺
に第２の液体により色が変わる特殊なペースト
を塗つておくと、ペーストの色の変化で第２の
液体の高さを知ることができる。

(ハ) タンク尺と同じように試料採取器を液中に沈
め、予め見当をつけた部分の液を採取（サンプ
リング）して２液体間の境界の状況を調べる。
これは、本来液の高さを知るためではなく２液
体間の境界部分の状態を調査するために行なわ
れる（一般に、液体と液体の界面は完全に分離
してはいない。）のであるが、大体の高さを知
ることはできる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これらの従来の方法には、次の
ような問題点がある。まず(イ)の方法であるが、従
来の液面計は、界面の上下の移動を２液からデイ
スプレーサが受ける浮力の変化で検出し、デイス
プレーサを界面へ追従させてその時の測定糸（テ
ープ又はワイヤ）の繰り出し長さで高さを知るも
のであり、通常２液の比重差は極めて小さいので
この方法による測定は不安定である。また、デイ
スプレーサの上にスラツジ（沈積物）が堆積する
ことが多く、バランス点が次第にずれて測定不能
になることがある。更に、２液の比重変化に基く
浮力の定量的な変化によつてデイスプレーサのバ
ランス点が変化し、検出点が液の比重の影響を受
ける。

次に、(ロ)の方法は、人手が必要であり安全性及
び経費の点で不利である。(ハ)の方法も、人手が必
要で(ロ)と同様の欠点があるほか、液境界面を捉え
るのが難しい欠点がある。

したがつて、本発明は、上述のような欠点がな
く、１台の装置で液境界面を確実に検知しうる境
境界面検知装置を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

従来、サーボ機構をもつ自動平衡式液面計によ
つて液面又は比重の異なる液の境界面を測定する
場合、検出端であるデイスプレーサ（その質量が
それが置換する液体の質量より大きなものをデイ
スプレーサと呼ぶ。）が液面又は液境界面におい
て平衡を保ち静止している状態で測定が行われ
る。第４図は、静止したデイスプレーサに加わる
力の関係を示す説明図である。同図において、Ｗ
をデイスプレーサの重量、Ｆを浮力、Ｖをデイス
プレーサが液中に沈んでいる部分の体積、ρを液
体の比重、Ｔを測定ワイヤのテンシヨンとする
と、次の関係がある。

Ｔ＝Ｗ−Ｆ ……(1) Ｆ＝ρV ……(2) (1)式において、Ｗは既知であるからＴはＦに応
じて変化する。よつて、サーボ機構により、Ｆの
変化を捉えてＴが常に一定になるようにデイスプ
レーサを液面又は液界面に追従させている。

しかし、本発明では、(1)式において、デイスプ
レーサが液体の浮力Ｆを受けても平衡しないでタ
ンクの底まで下降しうるようにＷ，Ｔ，Ｆを設定
する。第２図は、この本発明の特徴を示す説明図
である。同図において、１はタンク、２はデイス
プレーサ、３は測定ワイヤ昇降機構を示す。本発
明では、最初デイスプレーサ２を気体中に捲上げ
ておき、測定を開始すると、デイスプレーサ２は
液体１、２…、ｎを通過してタンク１の底板に当
たり、測定ワイヤのテンシヨンＴがゼロになる。

この場合、デイスプレーサ２は連続的に下降を
続けるので、力学的関係は(1)式のような静的な場
合と異なり、デイスプレーサ２は液体のもつ粘性
などの抵抗を受ける。これを式で表わすと、次の
ようになる。

Ｔ＝Ｗ−Ｆ−Ｒ ……(3) ただし、Ｒはデイスプレーサが液体から受ける
粘性などによる抵抗である。

(3)式のワイヤ・テンシヨンＴを連続的に測定
し、これを次の如く処理することにより、液界面
の位置を求めることができる。

第３図は、３種類の比重の異なる液体が３相に
分離して静置されている液体容器について、上述
のようにデイスプレーサを通過させてテンシヨン
Ｔを測定した実験結果を示すものである。同図Ａ
はテンシヨン値Ｔと時間ｔとの関係を、同図Ｂは
テンシヨン値Ｔを時間で微分した値と時間ｔとの
関係を、同図Ｃは各相の深さをそれぞれ示す。

第３図Ａの〜はそれぞれ第３図Ｂの〜
に、第３図Ａの a′ 〜 d′ はそれぞれ第３図Ｂ及
びＣの a′ 〜 d′ に対応する。〜は、それぞ
れ液体１ないし液体３の面及び容器底面にデイス
プレーサ２の下端が達した時を示し、〜 a′ ，
〜 b′ 、〜 c′ は、それぞれ気体及び液体
１、液体１及び液体２、液体２及び液体３の境界
面をデイスプレーサ２が通過する過程を、〜
d′ は、デイスプレーサ２が容器底面に達してヤ
イヤ・テンシヨンがゼロとなる過程を示す。ここ
で、第３図Ａのからから b′ へ、から d′ へ
移る過程においてテンシヨン値が一旦下がつてま
た上がる部分があるが、これは、(3)式中の抵抗Ｒ
によりデイスプレーサ２の下端が境界面に達して
からデイスプレーサ２の全体が下方の液体に没す
るまでの間に発生するもので、全体が下方の液体
に完全に没するとテンシヨンは一定になる。

これらの図から判るように、液界面においてワ
イヤ・テンシヨンが急激に変化しており、本発明
は、これらの変化に基き２つの判断手段を設けて
確実に境界面を検知するものである。第１の判断
手段は、デイスプレーサが境界面を通過する際に
変化するテンシヨンの微分値と、予め設定した基
準値（上液通過時のテンシヨン値と下液通過時の
テンシヨン値の差の約1/2程度の値を上液通過時
のテンシヨン値から差引いたもの）及び境界面で
低下するテンシヨン値を比較しそれが基準値以下
にあると出力を生じる比較手段からの出力との一
致を判断するものである。第２の判断手段は、上
記の比較手段からの出力と或る時間遅延させた上
記の微分値との一致を判断するものである。

〔作用〕

第１の判断手段は、デイスプレーサが境界面の
およそ半分を通過したことを判断する作用をす
る。しかし、デイスプレーサが境界面を通過して
いないにも拘らずノイズによつてその微分値が現
われ、且つその時のテンシヨン値の低下が上述の
基準値を越えていると、第１の判断手段はこれを
正しいと判断して液位データを取入れるという誤
りを犯す。第２の判断手段は、このような誤りを
犯すことなく、デイスプレーサが確実に境界面を
通過したことが確認されたときに始めて液位デー
タを表示するように作用する。

〔実施例〕

以下、図示の実施例により本発明を具体的に説
明する。

第１図は、本発明の好適な実施例を示すブロツ
ク図である。本装置は、テンシヨン検出・測定ワ
イヤ駆動部、自動計測部及び表示・伝送部の３部
分より成り、図では破線で囲んで示してある。そ
れらの各部分の構成は、図示のとおりである。便
宜上、構成・作用を同時に説明する。

いま、デイスプレーサ２はタンク１のトツプ近
傍まで捲上げられているとする。また、設定値回
路１０には、次のような値が設定値として手動で
入力されている。その第１の値は、デイスプレー
サ２が気相にあるときのテンシヨン値T₀と第１
液相にあるときのテンシヨン値T₁との差（T₀−
T₁）の約1/2の値であり、第２の値は、第１液相
にあるときのテンシヨン値T₁と第２液相にある
ときのテンシヨン値T₂との（T₁−T₂）の約1/2
の値であり、以下第ｎ液相まで同様とする。これ
らのテンシヨン値は、予めデイスプレーサ２を下
降させて知ることができるので、既知である。

計測開始回路２１のスタート釦を押すと、捲下
げ指令が出て測定ワイヤ捲上げ捲下げ制御回路７
が働き、モータ駆動回路８を介してモータ９を駆
動し、デイスプレーサ２が下降を開始する。同時
に、計測開始回路２１からのリセツト信号により
カウンタ２３とシフトデータバツフア１、２、２
４，２５がクリアされ、測定値回路１０の第１の
値とその時のテンシヨン値（テンシヨン検出器４
及びテンシヨン値回路５を介して供給される。）
を用いて減算回路１１で（テンシヨン設定値）
が計算され、これがホールド回路１２に入つて第
１の基準値としてホールドされる。

デイスプレーサ２は下降を続けて第１液相に到
着すると、テンシヨン値が変化する。この時のテ
ンシヨン値と上記第１の基準値とが比較回路１３
で比較され、テンシヨン値が基準値より小なら
ば、比較回路１３は出力を生じる。一方、テンシ
ヨン値が変化すると、微分回路１４が出力を生じ
る。これら両出力が同時にアンドゲートである判
断回路１８に入ると、これが出力を発生し、その
出力がデータ記憶メモリ２２に送られる。データ
記憶メモリ２２は、テンシヨン検出・測定ワイヤ
駆動部の測定ワイヤ昇降機構３が送出する液位値
を液位Ａ−Ｄ変換回路１７でデジタル化された信
号を受けているが、判断回路１８から出力があつ
た時のみその時の液位値を記憶するものである。
この値はまた、シフトデータバツフア１２４にも
送られる。一方、微分回路１４からの出力は、遅
延回路１５に送られ或る一定時間遅延される。こ
のとき、比較回路１３がまだ出力を生じておれば
アンドゲートである判断回路２１９へ両出力が同
時に入力されるので、判断回路２１９は出力を生
じる。この出力は、カウンタ２３を１つ進め界面
区別の値とする（この値は、シフトデータバツフ
ア１２４にも送られる。）と共に、ホールド回路
１２の基準値の更新のための指令として用いる。
更に、判断回路２１９は、シフトクロツクを出し
てシフトデータバツフア１２４のカウンタ値と液
位値を表示・伝送部の表示計２７に送り界面区
別、液位値として表示させると同時に第２のシフ
トデータバツフア２２５へシフトさせる。また、
表示計２７の値を制御室２９で見たい場合は、こ
れを遠隔伝送回路２８を介して制御室２９の受信
器に伝送する。

一方、デイスプレーサ２は下降を続け第１液相
と第２液相の境界面を通過するが、この場合の境
界面検出も上述と同じである。ただ、シフトデー
タバツフア１２４の方には新しく計測した第２液
相のデータが入つており、シフトデータバツフア
２２５の方には前に計測した第１液相のデータが
入つていて、シフトクロツクにより第２液相のデ
ータが表示計２７に表示されるとき、減算器２６
によつてシフトデータバツフア２の液位値からシ
フトデータバツフア１の液位値が減算され、これ
が液相幅として表示計２７に表示される点が異な
る。

ここで、上述の計測過程においてノイズを拾つ
てテンシヨンが一時的に低下した場合でも、誤動
作を起こさない点について説明を加える。

いま、例えばデイスプレーサ２が第１液相を下
降中に何らかの原因で急にテンシヨンが下つたと
する。しかし、その値がホールド回路１２の基準
値以下に下がらなければ、比較回路１３は出力を
生ぜず微分回路１４が働いても判断回路１８は出
力を生じないので、問題はない。これに対し、テ
ンシヨン値がホールド回路１２の基準値以下に下
がると、比較回路１３と微分回路１４から同時に
出力が出て、判断回路１１８の出力によりその時
点の液位値をデータ記憶メモリ２２に記憶する。
しかし、判断回路２１９について考えると、ノイ
ズの発生は極めて短時間であるので、比較回路１
３からの出力はそれより更に短い時間で消滅す
る。そして、微分回路１４からの出力は遅延回路
１５により遅延されるから、これが判断回路２１
９に入る時点には比較回路１３からの出力は消滅
しており、判断回路２１９は出力を生じない。こ
うして、デイスプレーサ２が第１液相を通過中に
基準値以下のノイズが入つても、データ記憶メモ
リ２２の液位値が更新されるだけで、表示計２７
には現われない。

デイスプレーサ２が第１液相と第２液相の境界
面を通過する場合、テンシヨン値はホールド回路
１２の基準値以下に下がり、この値が継続する。
したがつて、比較回路１３は継続して出力を出し
ている。同時に微分回路１４が出力を生じるの
で、判断回路１１８は出力を生じ、その時点での
液位値がデータ記憶メモリ２２にて更新される。
一方、判断回路２１９においては、たとえ微分回
路１４の出力が遅延しても比較回路１３から出力
が継続して出ているので必ず両出力の一致が取
れ、判断回路２１９から出力が得られる。この出
力によりカウンタ２３が動作しシフトクロツクが
出て、データ記憶メモリ２２と接続したシヘトデ
ータバツフア１２４の液位値が表示計２７に移さ
れ、第１液相と第２液相の境界面の液位値が表示
計２７に表示される。このようにして、誤動作を
起こすことなく正常な動作が行われる。

以下同様のことを繰返しながら、デイスプレー
サ２は下降を続け最後にタンク底面に到達する。
デイスプレーサ２がタンク底面に達するとテンシ
ヨンが零となり、テンシヨン零値検出回路６が働
いて捲上げ指令を出し、測定ワイヤ捲上げ捲下げ
制御回路７及びモータ駆動回路８を経てモータ９
を駆動し、デイスプレーサ２の捲上げを開始す
る。測定ワイヤ昇降機構３には上限停止機構が付
いており、デイスプレーサ２がタンクのトツプ近
傍に来ると自動的に停止する。同時に、指令が上
限停止回路１６を介してインターバル・タイマ２
０に送られる。インターバル・タイマ２０は、こ
の指令を受けて或る一定時間（例えば、１時間に
１回の計測周期であれば１時間）経過後に計測開
始の指令を計測開始回路２１へ送る。計測開始回
路２１は、この指令を受けるとリセツト信号を出
してカウンタ２３、シフトデータバツフア１、
２、２４，２５をクリアし、デイスプレーサ２の
捲下げを開始する。これは、初めの動作と同じで
ある。したがつて、第１回目だけスタート釦を押
してやれば、次回からは自動的に予め定めた周期
で計測が繰返される。

以上本発明の好適な実施例を説明したが、本発
明は、この実施例に限らず特許請求の範囲内にお
いて種々の変形・変更をしうるものである。例え
ば、計測の繰返しを一定周期で自動的にする代わ
りに任意に適当な間隔で行うようにしてもよい。
また、判断手段は必ずしもアンドゲートである必
要はない。また、テンシヨン値をＡ−Ｄ変換して
デジタル化すれば、自動計測部全体をマイクロプ
ロセツサで置き換えることもできる。

〔発明の効果〕

(イ) これまでの比重の異なる複数の液体の境界面
位置を設けるには、従来の液面計を複数個設置
するか或いは複数個のバランサーと指示計をも
つ特殊な液面計を使用しなければならなかつた
が、本発明によれば、１台の装置で済むのでコ
スト面で有利である。

(ロ) 従来の方法では、デイスプレーサを常時液中
に沈めて平衡させているので、デイスプレーサ
の表面にスラツジやカーボンのような異物が付
着・堆積して平衡点が移動し、誤差を生じる
が、本発明では、デイスプレーサは計測中は常
に移動しており、また、計測のため液中に入る
とき以外は捲上げられているので、異物が付
着・堆積することがなくテンシヨンのドリフト
は起こらない。

(ハ) 本発明は、デイスプレーサが液界面に達した
ときの検出に抵抗値も加算されるという動的な
測定方法であるため、比重差が小さい２液の境
界面でも確実に検出することができる。（境界
面は一般にエマルジヨン状態の層をなしている
ので、特殊な抵抗が働く。） (ニ) 本発明は、２つの判断手段をもつているの
で、誤動作が生じる確立が非常に小さい。たと
え誤動作を生じたとしても、繰返し測定方式と
すれば、これを打ち消すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロツク図、第
２図は本発明の特徴を示す説明図、第３図は本発
明の原理を示す実験結果特性図、第４図は液面に
静止したデイスプレーサに加わる力関係を示す説
明図である。 ２……デイスプレーサ、３，７，８，９……測
定ワイヤ昇降手段、４，５……テンシヨン検出手
段、１３……比較手段、１４……微分手段、１５
……遅延手段、１８……比較手段の出力及び微分
手段の出力の一致を判断する手段、１９……比較
手段の出力及び遅延手段の出力の一致を判断する
手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 最下部の液体の比重よりも大きな比重のデイ
   スプレーサと、比重の異なる複数の液体の境界面
   を通過するように上記デイスプレーサを下降させ
   るための測定糸昇降手段と、上記測定糸のテンシ
   ヨンを検出する手段と、上記テンシヨン値を予め
   定めた基準値と比較する手段と、上記テンシヨン
   値を微分する手段と、該微分手段の出力を一定時
   間遅延させる手段と、上記比較手段の出力及び上
   記微分手段の出力の一致を判断する第１の判断手
   段と、上記比較手段の出力及び上記遅延手段の出
   力の一致を判断する第２の判断手段とを具え、 上記第１及び第２の判断手段で同時に一致が判
   断されたとき、比重が異なる液体の境界面を上記
   デイスプレーサが通過していると判断し、液境界
   面の検知を行うようにした液境界面検知装置。