JPH0629694Y2 - 水位計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (a)技術分野 本考案は、水位計に関し、より詳細には、地下水、河
川、貯水池等の水位変化を受圧部に印加される水圧を基
に電気信号に変換して検出する水位計に関するものであ
る。

(b)従来技術 従来、水圧を検出することによって水位を測定するの
に、水圧計が用いられていた。この水圧計は、フィル
タ、受圧部、よりなり、受圧部であるダイヤフラムに生
じたひずみ量を、そのダイヤフラム又は、ダイヤフラム
に連結されたビームに添着してなるひずみゲージによっ
て電気的出力に変換して取り出す様に構成されている。

しかしながら、このように構成されてなる水圧計は、そ
の構造上、１kg／cm²以下の低い圧力を精度よく検出す
ることが難しいという難点があると共に、大気圧の変動
により出力が影響されるという難点がある。

一方、被測定流体によって変位する第１のベローズのベ
ローズ蓋の動きを、導管によって導かれる流体を介して
第２のベローズに伝え、この第２のベローズのベローズ
蓋の変位をさらにリンク機構および歯車機構を介して指
針の回転に変えるように構成してなる水圧式水位計が提
案されている。

この水圧式水位計は、上述したように、第１のベローズ
の動きを機械的に指針に伝達する方式であるため、電源
を必要としないという利点があるものの、機械的ガタが
介在し高精度のものが得にくく耐久性が必らずしも充分
あるとはいい得ず、また電気出力が得られないため、水
位計の設置地点よりあまり離れた地点での計測ができ
ず、加えて小型化が難しい等々の難点がある。

(c)目的 本考案は、上述した従来技術の有する難点を解消すべく
なされたもので、その目的とするところは、小型化、低
容量化が可能で、大気圧の影響を除去し得ると共に直線
性が良好で水位に対応した電気信号が得られ、もって水
位計の設置場所から離れた遠隔地にて水位の測定データ
を得ることが可能な水位計を提供することにある。

(d)構成 本考案は、上記の目的を達成するため、一端に大気と連
通される大気圧室を、他端に被測定流体と連通される水
圧室をそれぞれ有する本体ケース部と、ベローズ蓋で閉
塞された自由端側が前記大気圧室に突出し基部が前記本
体ケース部に固定された第１のベローズと、他のベロー
ズ蓋で閉塞された自由端側が前記水圧室に突出し基部が
前記本体ケース部に固定された第２のベローズまたは受
圧面が前記水圧室に臨むように配設され周縁が前記本体
ケース部に固定されたダイヤフラムと、前記第１のベロ
ーズのベローズ蓋と前記第２のベローズのベローズ蓋ま
たは前記ダイヤフラムとを連結する連結部材と、前記本
体ケース部の内径を限度とする長さを有し、自由端側に
前記連結部材を介して曲げ方向の力が印加され基端が前
記本体ケース部に固定された状態で前記本体ケース部内
に配設された起歪板と、この起歪板の表面に添着された
ひずみゲージとを具備し、前記第２のベローズまたは前
記ダイヤフラムに印加される被測定流体の圧力を前記ひ
ずみゲージによって電気信号に変換することによって水
位に対応する信号を得るように構成したものである。

以下、本考案の実施例を、添付図面に基づいて詳しく説
明する 第４図は、本考案の原理的構成を示す第１実施例の正面
断面図である。

第４図において、本体ケース部は、筒状のベローズケー
ス４１と起歪部ケース４２の結合体から成り、ベローズ
ケース４１の閉塞端面の中央部には大気導入用のパイプ
４３が接続され、起歪部ケース４２の底面の中央部には
第２のベローズとしての水圧側ベローズ４４が起歪部ケ
ース４２より露出するように配設され、その基端が起歪
部ケース４２の下面に水密的に取付けられている。ま
た、ベローズケース４１内には第１のベローズとしての
大気圧側ベローズ４５が配設され、その基端が起歪部ケ
ース４２の天井面に水密的に取付けられ、自由端にベロ
ーズ蓋４６が同様に水密的に装着されている。一方、水
圧側ベローズ４４の自由端（下端）にもベローズ蓋（受
圧板）４７が水密的に装着され、このベローズ蓋４７の
内面中央部とベローズ蓋４６の内面中央部との間は、連
結部材としての連結ロッド４８により一体的に結合され
ている。従って、ベローズ蓋４７の上下動に連動してベ
ローズ蓋４６が応動する。ベローズ４４，４５と起歪部
ケース４２とで囲まれた空間内には、起歪板４９が配設
され、その起歪板４９の固定端は起歪部ケース４２の内
面に一体的に固定され、可動端（自由端）は連結ロッド
４８に固定されている。この起歪板４９の曲げ応力が最
大となる部位には、ひずみゲージ５０が接着、蒸着等の
手段により添着されている。尚、図示は省略したが、ひ
ずみゲージ５０に対しブリッジ電源を外部から供給した
り、ひずみ検出出力を外部に導出するためのリード線
が、パイプ４３内に挿通または、パイプ４３に添わせて
配線される。また、起歪部ケース４２内には不活性ガス
が封入されており、ひずみゲージ５０の長期的な防錆効
果と防湿性を確保している。

尚、水圧側ベローズ４４に異物が挟まったり、付着した
りしてベローズ４４の動きが阻害されないように、後述
するフィルタ等で周囲を囲繞するのが一般的である。

以上の構成において、水位（水深）を測定するに際して
は、パイプ４３の上端が水面位（ＷＬ）より露出するよ
うにして本体ケース部を水中に没入させる。すると、水
圧は、ベローズ蓋４７に加わり、ベローズ４４を圧縮さ
せ、連結ロッド４８を介してベローズ蓋４６を押し上げ
る。この連結ロッド４８の上昇に応じて起歪板４９が撓
み、この撓み量に応じてひずみゲージ５０にひずみ（伸
びまたは圧縮）が生じ、このひずみゲージで組まれるホ
イートストンブリッジの出力端から電気信号を取り出す
ことができる。この電気信号により、水面位からベロー
ズ蓋４７の位置までの水深を知ることができる。このと
き、パイプ４３を介してベローズケース４１内には大気
が導入されており、ベローズケース４１内の圧力は大気
圧に等しくされている。従って、水圧側ベローズ４４に
加わる水圧と大気圧側ベローズ４５に加わる大気圧との
差圧が連結ロッド４８の変位となって現われ、起歪板４
９を撓ませることになる。

このように構成され且つ動作する第１実施例によれば、
水圧側ベローズ４４と大気圧側ベローズ４５とを同形
状、同性能のものを用いているため、大気圧の影響を完
全に除去することができる。

また、２つのベローズ４４，４５間を連結する連結ロッ
ド４８によって、起歪板４９を撓ませ、その撓み量に応
じて伸縮するひずみゲージ５０によって電気信号に変換
するように構成してあるから、低い圧力にも正確に応答
し、直線性も良好である。加えて、機械的ガタもなく、
ひずみゲージ５０はベローズ４４と４５によって密閉さ
れ且つ不活性ガスが充填された起歪部ケース４２内に配
設されているため、酸化や吸湿による劣化がなく、長期
に亘って安定した水圧の検出が可能である。そして、ひ
ずみゲージ５０から得られる測定データは、水位に対応
した電気信号であるから、リード線を介して遠隔地まで
伝送することができ、複数個所の水位を１個所にて集中
監視することが可能となる。

第１図および第２図は、本考案の第２実施例の構成を示
す正面断面図および側面断面図である。

この第２実施例は、基本的構成は、第１実施例と共通す
るが、特に、起歪板と連結ロッドとの連結構造が大きく
相違するほか、第１実施例をより具体化した点に相違が
ある。

本体ケース部は、ケーブル引込み用ケース１、このケー
ス１が一端に嵌入されるシール用ケース２、このシール
用ケース２の他端に結合される仕切り部材３、この仕切
り部材３に連結される起歪部ケース４、この起歪部ケー
ス４に連結される円筒状のフィルタ５、このフィルタ５
に結合されて直上部に位置するベローズ（後述）を保護
するカバー６の各々を備えて構成される。本体ケース部
は、仕切り部材３を境界として、その上部に大気圧室Ｂ
が形成されると共に、その下部に水圧室Ａが形成されて
いる。

ケーブル引込み用ケース１の上部は先細にされ、ケーブ
ル７を圧接保持する保持金具（いわゆるケーブルグラン
ド）８が内周面に形成された雌ねじ部にねじ込まれ、こ
の保持金具８の下端には防水用のパッキング部材９が配
設されている。ケーブル７内には、大気圧室Ｂに外気を
導入するためのナイロンパイプ１０および信号線１１が
挿通されている。信号線１１は、ケース１内の避雷対策
用のアレスタ１２に接続されると共に後述するひずみゲ
ージに接続されている。ケース２の上部はアレスタ１２
の取付基板１３を取付ける基台部１４を有しており、そ
の中央部に穿設された孔にナイロンパイプ１０の開口端
部およびリード線が挿通されている。この孔の上端には
防水用のハーメチックシール１５が設けられている。基
台部１４は、ケース１に対しＯリング１６によってシー
ルされ、ケース１，２間の螺合部を介して外部より水が
侵入するのを防止している。また、基台部１４の下部に
はリード線１７をガイドするためのガイド板１８がビス
止めにより装着されている。基台部１４の外周の一部に
はねじ切り加工が施され、ケース１の下端が捩じ込まれ
ている。

仕切部材３の上面には、自由端（図においては上端）に
ベローズ蓋１９を備えた第１のベローズとしての大気圧
側ベローズ２０の基端が溶接等により水密的に固定され
ている。また、起歪部ケース４のリムには、自由端（図
においては下端）にベローズ蓋２１を備えた第２のベロ
ーズとしての水圧側ベローズ２２が溶接等により水密的
に固定されている。ベローズ蓋１９と２１は、パイプ状
の連結部材としての連結ロッド２３が同軸的に結合され
ており、その略中間の一部が直径方向に貫通するように
カットされている。このカット部分に貫通させた状態で
起歪板２４が配設され、その基端が仕切り部材３の下面
に固定され、自由端は連結ロッド２３より外方に延設さ
れている駆動部材２５に連結されている。なお、仕切り
部材３とケース２および起歪部ケース４の各々との結合
部は、溶接等によって密封接続されている。また、ベロ
ーズ２０および２２内には不活性ガスが封入されてい
る。封入口２６は、この不活性ガスを充填した後、封止
される。さらに、図示を省略しているが起歪板２４の表
面にはひずみゲージが添着されている。

次に、以上の構成よりなる第２実施例の動作について説
明する。

ダム等の水中にケーブル７を引き出しながら本体ケース
部を、水位検知希望深さまで降下させる。その深さにお
ける水はフィルタ５を経て水圧室Ａに侵入し、水深に応
じた水圧に大気圧が加算された圧力がベローズ２２のベ
ローズ蓋２１に加わる。その結果、その圧力によって水
圧室側ベローズ２２は縮小し、連結ロッド２３を押し上
げる。このとき、大気圧室側ベローズ２０が配設されて
いる大気圧室Ｂにはナイロンパイプ１０を介して外気が
導入されているため、ベローズ蓋２１に加わる圧力と大
気圧の差分だけ連結ロッド２３が変位する。この変位
は、駆動部材２５を介して起歪板２４の自由端に伝達さ
れ、起歪板２４を撓ませ、そのひずみ量が図示省略のひ
ずみゲージによって電気信号に変換される。ひずみ量
は、圧力水頭、すなわち水面から水圧側ベローズ２２の
ベローズ蓋２１までの水深に比例する。

従って、ひずみゲージによって構成されるホイートスト
ンブリッジの入力端にブリッジ電源を供給すれば、該ブ
リッジの出力端から所望の深さの水位に対応した電気信
号をリード線１７、ケーブル７等を介して地上に導出す
ることができる。

この第２実施例によれば、第１実施例によって奏れる効
果を全て奏することはもとより、次の効果が付加され
る。

すなわち、起歪板２４をケース４の内径寸法に近い長さ
とし、基端をケース４の内壁面近傍部位に固定し、自由
端をケース４の１８０°ずれた対向部位近傍にて駆動部
材２５に連結する構成としたから、ケース４の直径を増
大させることなく、起歪板２４の長さを第１実施例の起
歪板４９の約２倍にすることができ、その分検出感度お
よび圧力−ひずみ特性（または圧力−ひずみ出力特性）
の直線性を大幅に改善することができる。換言すれば、
同じ検出感度、非直線性を維持しながら、水位計を大幅
に小型、軽量化、低コスト化することができる。

また、水圧室側ベローズ２２は、カバー６、フィルタ５
によって囲繞されているから、たとえ、水に汚泥、岩
石、ゴミ等の異物が含まれた環境に設置されても、これ
らの異物はフィルタ５によって水圧室Ａ内への浸入を阻
止される。従って、異物がベローズ２２の間に挟まった
り、付着することによって、ベローズ２２の変位が妨げ
られるといった不都合は生じない。また、カバー６が設
けられているので、設置時あるいは測定中に地底、構造
物、流動物等に水位計が衝突しても、ベローズ２２の損
傷は防止される。

第３図は、本考案の第３実施例の主要部の構成を示す断
面図である。本実施例が前記第１，第２実施例と異なる
ところは、水圧側の受圧部として、ベローズに代えてダ
イヤフラム３０を用いた点にある。ベローズは、ダイヤ
フラムに比べ、ばね定数が小さく圧力−変位特性の直線
性が良く、小型化に適するのであるが、襞を有し、水圧
室Ａに侵入した不純物が付着しやすい。このため、使用
環境が悪い所での使用にはダイヤフラムを用いたものの
方が適しているといえる。このような用途を対象とした
のが第３図の実施例であり、長期の使用においても特性
の劣化を少なくすることができる。カバー３１には、ダ
イヤフラム３０を衝撃から保護すると共に水圧室Ａへの
水の浸入が自由に行えるように多数の通水孔が設けられ
ている。

尚、本考案は、上述し且つ図面に示した実施例のみに限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で
種々の変形実施が可能である。

例えば、第２実施例は、アレスタ１２を設けてあるが、
これは必須のものではない。しかし、雷の発生する地域
において使用する場合は、水位計に落雷するおそれがあ
るので、アレスタ１２を内蔵した水位計を用いることが
望ましい。

また、清浄な水中で使用する場合には、フィルタを省略
してもよい。

また、上述したところは、水位の検出について説明した
が、被測定対象はこれに限らず、薬品、液体燃料、等の
液体の液位の検出にも適用することができる。

(e)効果 以上詳述したように、本考案によれば、小型、低容量化
が可能で、大気圧の影響をほぼ完全に除去し得ると共
に、直線性、検出感度が共に良好で水位に対応した電気
信号を得ることができ、もって水位計の設置場所から離
れた遠隔地にて水位の測定データを得ることが可能な水
位計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の第２実施例の構成を示す正面断面
図、第２図は、同実施例の側面断面図、第３図は、本考
案の第３実施例の主要部の構成を示す斜視図、第４図
は、本考案の第１実施例の概略構成を示す断面図であ
る。 １……ケーブル引込み用ケース、 ２……シール用ケース、３……仕切り部材、 ４……起歪部ケース、５……フィルタ、 ６，３１……カバー、 １０……ナイロンパイプ、１４……基台部、 １９，２１，４６，４７……ベローズ蓋、 ２０，４５……大気圧側ベローズ、 ２２，４４……水圧側ベローズ、 ２３，４８……連結ロッド、 ２４，４９……起歪板、２５……駆動部材、 ３０……ダイヤフラム、 ４１……ベローズケース、 ４２……起歪部ケース、 ４３……大気導入用パイプ、 ５０……ひずみゲージ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一端に大気と連通される大気圧室を、他端
   に被測定流体と連通される水圧室をそれぞれ有する本体
   ケース部と、ベローズ蓋で閉塞された自由端側が前記大
   気圧室に突出し基部が前記本体ケース部に固定された第
   １のベローズと、他のベローズ蓋で閉塞された自由端側
   が前記水圧室に突出し基部が前記本体ケース部に固定さ
   れた第２のベローズまたは受圧面が前記水圧室に臨むよ
   うに配設され周縁が前記本体ケース部に固定されたダイ
   ヤフラムと、前記第１のベローズのベローズ蓋と前記第
   ２のベローズのベローズ蓋または前記ダイヤフラムとを
   連結する連結部材と、前記本体ケース部の内径を限度と
   する長さを有し、自由端側に前記連結部材を介して曲げ
   方向の力が印加され基端が前記本体ケース部に固定され
   た状態で前記本体ケース部内に配設された起歪板と、こ
   の起歪板の表面に添着されたひずみゲージとを具備し、
   前記第２のベローズまたは前記ダイヤフラムに印加され
   る被測定流体の圧力を前記ひずみゲージによって電気信
   号に変換することによって水位に対応する信号を得るよ
   うに構成したことを特徴とする水位計。