JPH0711439B2 - 液量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、給油所の地下タンクに収容した燃料など、主
に容器内の液量測定に好適な液量測定装置に関する。

（従来の技術） 給油所の地下に埋設したガソリンタンク内の燃料残量を
検出するために、従来はタンクの規格に合わせて目盛り
の付けられた検尺と称する棒をタンク上部から挿入して
目視による測定を行なうようにしていた。しかしなが
ら、これでは作業が面倒で不正確でもあるので、近年で
はタンク内の燃料液面に浮揚するフロートに連動して容
量表示用のメータを駆動するようにした機械式の油面計
や、燃料中に挿入した棒状電極間の静電容量から燃料量
を換算するようにした電気式の油面計などが用いられる
ようになってきた。

一方、地下タンクとして多く利用されている容器は円筒
形状をした横置型であり、円筒を横に寝かせた態様をし
ている。このようなタンク形状においては内部の燃料液
面位置と容量とが直線関係にならないため、液面位置の
測定結果から燃料量を換算する過程で誤差が生じやす
い。これに対して、例えば特公昭60−35612号公報に開
示された液面指示計では、容器内の液面位置に対して近
似的に燃料量を付与する関数を設定し、換算表等による
場合の誤差を無くしてタンク内の残量表示精度を高める
ようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、機械式の油面計はフロートを支持したりその
動きを伝達したりする部分での摩擦抵抗や寸法精度等に
応じて、いわゆる機械的誤差が発生しやすく、またガソ
リンの膨張や収縮に伴う液面位置の変化にフロートが追
従してしまうため温度変化によっても誤差が生じるとい
う欠点が有った。また、電気式油面計の場合も、原理的
に電極間の見かけ上の液面位置によって出力が変化して
しまうため温度によって誤差が発生することになり、従
ってこの場合もガソリンの実質量を正確に測定すること
はできなかった。

一方、タンク形状に応じた近似計算により残量表示を行
なう液面指示計にしても、その液面位置の測定そのもの
はフロート等を使用した従来の液面測定手段に依存して
いたため、液面測定の時点で誤差が発生するのが避けら
れない。また、タンク形状に対して近似計算により液量
を算出するものであるため、ことにタンク内容量が特定
の液面位置を中心として頻繁に増減するような使用条件
下では計算の過程でも大きな誤差が発生する傾向があ
り、従って最終的に得られる残量表示の信頼性が必ずし
も十分なものであるとは言えなかった。

なお、給油所には一般に最低でも５基の地下タンクが備
えられており、それぞれについて液量測定を行なう必要
があるので、そのための手段は正確であるだけでなく安
価でもあることが求められている。また、このような測
定装置はマンホール内の限定された場所にしか取り付け
られないので、小型でメンテナンスが容易であることも
必要条件になっている。

本発明はこのような現状に着目してなされたもので、機
械的誤差や燃料温度変化に影響されない高精度の、かつ
小型でセッティングやメンテナンスの容易な液量測定装
置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、容器内に収容され
る被測定液体よりも比重量が大きいディスプレーサと、
容器側の所定位置に固定端が固定されると共にその変位
端に前記ディスプレーサを吊り下げた支持体を有して前
記変位端に作用する重量を電気信号に変換して出力する
ロードセルとを備え、被測定液体の規定最高液面位置に
て当該液面下に没しない程度に被測定液体中に浸したデ
ィスプレーサの検出重量に基づいて容器内の被測定液体
量を測定するように構成した液量測定装置を構成し、前
記支持体変位端の下方に所定の間隔を空けた位置にてデ
ィスプレーサを吊り下げる端子を仮に固定する仮設支点
部を設けると共に、前記ディスプレーサを被測定液体の
収容容器と同一の線膨張係数を有する材質で形成しかつ
その表面に弗素樹脂加工を施すものとした。

（作用） 上記構成に基づき、被測定液体の液面位置に応じてディ
スプレーサに作用する浮力が変化し、この浮力変化に対
応したディスプレーサの重量がロードセルを介して電気
信号に変換される。このとき、ディスプレーサに作用す
る浮力は、ディスプレーサの被測定液中に浸っている部
分の体積に被測定液体の密度を乗じたものになり、温度
に応じた密度変化に伴って液面位置が変化しても、これ
を補償するように浮力つまり重量が変化するから、フロ
ート式のように液面位置に追従するものとは異なり、密
度及び温度変化に対する誤差が非常に少ない。加えて、
ディスプレーサを液体収容容器と同一の線膨張係数を有
する材質で形成したことから、温度変化に対する誤差を
確実に排除することができ、またディスプレーサの表面
に弗素樹脂加工を施したことにより液体の付着による応
答の悪化や腐食といった不具合を回避でき、したがって
これらの作用が相俟って極めて高い精度で被測定液体の
実質量を測定することが可能になる。

一方、ロードセルの支持体変位端の下方に所定の間隔を
空けた位置にてディスプレーサを吊り下げる端子を仮に
固定する仮設支点部を設けたことから、前記端子をロー
ドセルに取り付けるのに先立って、この端子を仮設支点
部に仮設することにより、ディスプレーサの吊り下げ位
置を容器底部を基準として一定に設定することが容易に
でき、したがって測定精度に影響する容器底部とディス
プレーサとの間隔を正確に設定して、測定精度の向上を
図ることができる。

また、この液量測定装置は機械的に作動する部分が皆無
であるので、摩擦等に原因する機械的誤差の生じる余地
が無くかつ耐久性にも優れ、また液面位置等を検出する
装置としては最も小型にまとめられる。

（実施例） 以下、上記発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は第１の液量測定装置の第１実施例を示したもの
で、図中１はガソリン等の被測定液体Ｇを収容したタン
ク、２はその上部に設けられた立上り管、３は立上り管
２の上端開口部に水平に設けられた取付フランジ、４は
取付フランジ３に図示しないネジ等を使用して固定され
たセンサ部である。

センサ部４は取付フランジ３に固定される平板状の取付
ベース５と、取付ベース５上に固定されるロードセル６
及びこれを覆うカバー７からなる。ロードセル６は、横
長の角柱状の支持体８の一端を固定端8aとして取付ベー
ス５上に固定されており、その他端は変位端8bとして取
付ベース５に対し上下に微小変位が可能なように設けら
れている。このロードセル６は、ひずみゲージを応用し
て荷重を測定するように構成されたものであり、詳細は
図示しないが、ブリッジ結合した抵抗体が支持体８上に
披着されており、その入力端子に所定の電圧を印加した
状態で前記変位端8bに鉛直方向の荷重が作用したときの
支持体８の微小変位に伴う抵抗値及び出力端子電圧の変
化により当該荷重の大きさが検知される。

支持体変位端8bの上面部には吊り下げ支点部９が取り付
けられており、この支点部９に結合されたステンレス製
のケーブル10がその下方に開口した取付ベース５の通し
穴5aを貫通してタンク１内に挿入されている。ケーブル
10の下端部には、被測定液体Ｇが通常の最高液面の状態
でもその液面上に上端の一部が露出するように直円筒形
状のディスプレーサ11が結合されている。

ディスプレーサ11は、例えばステンレス鋼からなる管材
で構成されており、その両端部を密封した中空構造にな
っている。その比重（この場合見かけ上の比重）は被測
定液体Ｇよりも若干大きくなるように調整されている。
また、長さについてはタンク１の寸法に応じて設定され
ており、具体的には上述したように規定最高液面上に上
端の一部が露出するように支持体８から懸架した状態
で、下端部分がタンク１の底面に接触しない程度に僅か
に上方に位置するような長さに設定されている。さら
に、このディスプレーサ11はその材質をタンク１と同一
の線膨張係数を有する材質で形成することにより温度変
化による誤差の発生をより一層低減させると共に、表面
に自己潤滑性を有する弗素樹脂（例えば商品名「テフロ
ン」として知られるものなど。）の被覆を施して、液体
の付着による応答性の悪化や腐食・凝固といった不具合
の発生を防止するようにしてある。

次に、上記構成に基づく液量測定原理につき第２図に基
づいて説明する。

図において、直円筒状のタンク１の内径をＤ、ディスプ
レーサ11の外径をｄ、被測定液体Ｇの液面位置をｈ、そ
のときの液体重量をＷ、同じく密度をρ、ディスプレー
サ11に作用する浮力をＦとする。ただし、ディスプレー
サ11の下端部とタンク１の底面との間の間隔Δｈは微小
であって無視しうる程度とする。このとき、 Ｗ＝（D²−d²）ｈ・ρ・π/4 …（１） Ｆ＝d²・ｈ・ρ・π/4 …（２） 式（１）と（２）から、 Ｆ＝Ｗ・d²/（D²−d²） …（３） 従って、ディスプレーサ11に作用する浮力Ｆは被測定液
体Ｇの密度とは無関係であり、その実質的な量を意味す
る重量Ｗと比例関係になる。このため、ディスプレーサ
11の重量を測定することにより、温度による被測定液体
の膨張・収縮及び密度変化に影響されることが無く、極
めて正確な液量測定が可能になるのである。

ところで、この流量測定装置では上述したように液中に
挿入したディスプレーサ11の重量を測定するものである
から、第２図にΔｈで示したように、タンク１の底面と
ディスプレーサ11の下端部との間に適当な間隔（以下
「底部間隔」という。）を確保する必要がある。この底
部間隔の部分の液量についてはタンクの形状・寸法によ
り予め知ることができるから、タンクの仕様に応じて常
に一定の間隔を空けるようにしておけば実際の液量管理
のうえで支障は生じない。ところが、タンク１に取り付
けたセンサ部４からディスプレーサ11を吊り下げると
き、底部間隔を直接に測定することはできないので、検
尺棒やスケールを使用してセンサ部４からタンク１の底
面までの実際の深さを計測したうえでケーブル10の長さ
を決定するなど、なかなか手間のかかる作業が必要にな
る。そこで本発明では、詳しくは第３図及び第４図に示
したように、ケーブル10の一端を仮止めするための仮設
支点部15を設けることにより、上述したような作業の手
間を簡略化して、簡単かつ正確に底部間隔を設定できる
ようにしている。

これを説明すると、支持体変位端8bの上面に取り付けら
れた板状をした支点部９の上面には、円形の凹部12が形
成されている。この凹部12には、第４図に示したように
支点部９の一辺から中心部に向けて溝13が切られてお
り、ケーブル10を固定した円筒状の端子14を、この溝13
にケーブル10を通したうえで凹部12に嵌め込むことによ
り支点部９に支持するようになっている。この状態で、
ケーブル10の下端に結合されたディスプレーサ11（第１
図参照）の荷重がロードセル６に加えられることにな
る。

ところで、この実施例では上記凹部12の下方に位置する
ように取付ベース５に開口した通し穴5aの周囲にも、端
子14が嵌まり合う円形凹部状の仮設支点部15が形成され
ている。この仮設支点部15と凹部12とのあいだの間隔は
例えば30mmに予め決められている。なお、図中16は支持
体固定端8aに取り付けられた信号増幅器の基板を示して
いる。

このような測定装置をタンク１に取り付けるには、まず
ケーブル10を取り付けたディスプレーサ11を立上り管２
からタンク１内に挿入し、次にロードセル６を設けた取
付ベース５をフランジ３に固定する。このときケーブル
10の一端は取付ベース５の通し穴5aから外部に引き出し
ておく。次に、このケーブル10に通した端子14を仮設支
点部15に嵌め込んだ状態でケーブル10を下方に滑らせ、
ディスプレーサ11の下端部がタンク１の底面に当たった
ところで、カシメあるいは熔接等によりケーブル10を端
子14に固定する。これでちょうど底部間隔がゼロの状態
で仮設支点部15からディスプレーサ11が吊り下げられて
いることになるから、そのままケーブル10を引き上げて
端子14を本来の支点部９の凹部12に嵌め込むことによ
り、凹部12と仮設支点部15との間隔に相当する一定の高
さだけディスプレーサ11が持ち上げられたことになる。
つまり、凹部12と仮設支点部15とのあいだの間隔がその
まま底部間隔として設定されるのであり、従ってスケー
ル等を用いるまでもなく、前述の通り簡単な作業で一定
の底部間隔を設定することができるのである。

次に、このような測定装置を適用して給油所の地下タン
ク内の燃料量を容易に測定及び表示できるようにした実
施例について説明する。

第５図において、６はロードセル、20はその信号を増幅
して出力する増幅器、21はロードセル６の信号を処理し
てタンク１内の燃料量等を求める制御装置、22は燃料量
の測定に関連した種々の操作、及び液量表示等を行うた
めの操作盤である。

制御装置21は、詳細は後述するが、増幅器20からの増幅
されたロードセル信号に基づきタンク１内の燃料量を測
定して操作盤22に所定の表示を行わせることを主たる機
能としている。なお、図にはタンク１、ロードセル６及
び増幅器20が各１個のみ示されているが、制御装置22は
例えば最大16基程度の地下タンクに対応して複数のロー
ドセル信号を順次、あるいは選択的に処理しうるように
構成されている。

操作盤22には、制御装置21からの測定結果を表示するた
めの表示装置として、タンク番号を表示する番号表示部
23aとその番号に対応するタンク内の燃料量を表示する
数量表示部23bとからなる数値表示器23、及び燃料量の
上下限警報を行う警報装置24が設けられている。また、
この実施例では操作盤22にタンク番号等を指定するため
のテンキー部26aと、機能を指定するための機能キー部2
6bとからなるキーボード26と、各タンクの燃料測定結果
や日報等を記録するためのプリンタ27が併設されてい
る。

制御装置21は、複数のタンク１に取り付けられたロード
セル６からの信号を所定のタイミングで順次的に監視し
てこれから求めた燃料量を逐次記憶しており、操作盤22
からの指令に応じて指定されたタンク１についての燃料
量測定結果を操作盤22の数値表示器23やプリンタ27に出
力したり、あるいは何れかのタンク１内の燃料残量が下
限または上限に達したことを検出して警報装置25を駆動
したりする。

このような機能を有する制御装置21は、この場合第６図
に示したように主にマイクロコンピュータシステムで構
成されている。これを説明すると、31は例えばシャント
ダイオード型の防爆バリヤ、32は第１のI/O装置、33は
液量の検索手段及び警報手段の機能を有するCPU、34は
記憶手段、35は第２のI/O装置である。

第１のI/O装置は、アナログスイッチ及びA/Dコンバータ
などからなり、防爆バリヤ31を経由して入力してくる複
数のロードセル信号をCPU33からの指令に応じて順次的
に選択し、ロジックレベルの信号ＳとしてCPU33に出力
する。

記憶手段34は、所定の動作プログラム等を格納したRO
M、演算処理過程で必要なデータ等を一時的に記憶して
おくためのRAM、及び所定期間内の測定結果を保持して
おくためのNVRAMなどからなる。前記ROM内には、プログ
ラムの他に、ロードセル信号Ｓのレベルに応じてタンク
１内の燃料量を表すデータＷを所定の精度、例えばタン
ク内の液面レベルに換算して1mm毎の精度で記憶させた
テーブルが、タンクの規格（形状・容量）毎に複数種類
記憶されている。複数個のタンク１の各々につき、それ
がどの規格であるかは予め初期設定処理により記憶され
ている。

このため、例えば複数のタンクがそれぞれに異なる規格
のものである場合にCPU33が各タンク内の燃料量を測定
するときは、まず所定の番号のタンクからロードセル信
号Ｓを取り出し、次にそのタンクの規格に応じたテーブ
ルを選択し、そのテーブル上で前記信号Ｓに対応する燃
料量Ｗを検索してこれを記憶するという動作をタンク毎
に繰り返すことになる。このようなタンク内燃料量の測
定は所定のタイミングで常時行なわれる。

一方、特定のタンクを指定してその残量を表示するよう
にI/O装置35を経由して操作盤22からの指示が有ると、C
PU33は指定された番号のタンクについて記憶してある最
新のデータＷを取り出し、これをI/O装置35を介して操
作盤22に出力する。このとき、第５図に示した番号表示
部23aに指定されたタンク番号が、同じく数量表示部23b
に前記データＷに対応した測定燃料量がそれぞれ表示さ
れる。また、この測定結果としてのデータＷは操作盤22
での指示に応じてプリンタ27により印字出力される。印
字出力による場合は、ある時点での燃料量だけでなく、
例えば営業時間内の燃料量の変化や入荷量と出荷量の関
係なども知ることができるので、これを利用して日報を
作成することができる。

このように、この測定装置によると、給油所に設けられ
る地下タンクの規格に対応してその中の燃料の量（Ｗ）
とロードセル信号（Ｓ）との関係を予め記憶させたＳ−
Ｗテーブルからの検索により燃料残量を求めてこれを表
示する構成であるから、燃料液面位置とタンク形状とに
基づく演算処理により燃料残量を求めるようにした従来
のものなどに比較して、タンクの形状や寸法にかかわら
ず、高速で精度の高い燃料量測定及び燃料量表示が可能
である。

ところで、この液量測定装置ではディスプレーサ11に作
用する浮力の変化に基づいて液量を測定するから、ディ
スプレーサ11の上下端部間に液面が位置することが測定
条件であり、換言するならばディスプレーサ11の下端部
よりも液面が低下したときと、同じく上端部よりも液面
が上昇したときには液量測定ができなくなる。通常は、
給油所のタンク内残量が下限付近まで減ったり、規定の
上限を超えるまで燃料が注入されたりすることは無い
が、もしこのような事が起こると管理上不都合が生じ
る。

このため、この実施例の装置では、残量の上下限値に達
したときに警報を発するように構成されている。この機
能は上述したようにCPU33が有しており、ロードセル信
号Ｓから判断する。即ち、上限値はディスプレーサ11の
上端部に液面が位置するときのロードセル信号値とし
て、また下限値はディスプレーサ11の自重がすべてロー
ドセルに作用したときの信号値として、それぞれ予め知
ることができるから、これを記憶手段34にタンク毎に記
憶させておき、これと実際に検出したロードセル信号値
とを比較すれば上限値または下限値に達したことが判定
できる。なお、上下限値はタンク毎に決まっている固定
値であるから、これを上記Ｓ−Ｗテーブルに記憶させて
おき、テーブル検索の結果として上下限値を知るように
することもできる。

このようにして、あるタンクの中の燃料量が上限値、ま
たは下限値に達していることを継続的な測定動作の過程
で検出すると、CPU33はI/O装置35を経由して操作盤22の
警報装置24を駆動し、警報として例えば当該タンクに対
応したランプによる発光やブザー音出力を行わせる。こ
のため、地下タンク内の燃料が不足し、あるいはタンク
内に過剰に燃料を注入してしまうといった事態を確実に
防止することができる。

なお、上記実施例は本発明を給油所の地下タンク内の燃
料を測定するようにしたものへの適用例を示したもので
あるが、本発明はこれに限られるものではなく種々の液
量測定用途に適用することができ、特に被測定液体の温
度・密度変化による測定誤差を排除したい場合に好適で
ある。

以上説明した通り、本発明によれば、ガソリンタンク等
の容器内の液量測定にあたっての密度及び温度変化に対
する誤差が非常に少なく、加えてディスプレーサを液体
収容容器と同一の線膨張係数を有する材質で形成したこ
とから、温度変化に対する誤差を確実に排除することが
でき、またディスプレーサの表面に弗素樹脂加工を施し
たことにより液体の付着による応答の悪化や腐食といっ
た不具合を回避でき、したがって極めて高い精度で被測
定液体の量を測定することができる。

一方、ロードセルの支持体変位端の下方に所定の間隔を
空けた位置にてディスプレーサを吊り下げる端子を仮に
固定する仮設支点部を設けたことから、測定精度に影響
する容器底部とディスプレーサとの間隔を正確に設定し
て、測定精度のより一層の向上を図ることができる。

また、この液量測定装置は機械的に作動する部分が皆無
であるので、摩擦等に原因する機械的誤差の生じる余地
が無くかつ耐久性にも優れ、また液面位置等を検出する
装置としては最も安価かつ小型にまとめられるという特
徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液量測定装置の一実施例の概略構
成を示す側面図、第２図はその測定原理の説明図であ
る。第３図は前記実施例の要部の一部切欠断面図、第４
図は同じく平面図である。第５図は本発明の他の実施例
の概略構成図、第６図はその制御装置の構成図である。 １……タンク、４……センサ部、 ５……取付ベース、６……ロードセル、 ８……支持体、8a……支持体の固定端、 8b……同変位端、９……支点部、 10……ケーブル、11……ディスプレーサ、 14……端子、15……仮設支点部、 21……制御装置、22……操作盤、 23……数値表示器、24……警報装置、 26……キーボード、27……プリンタ、 32……第１のI/O装置、33……CPU、 34……記憶手段、35……第２のI/O装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器内に収容される被測定液体よりも比重
   量が大きいディスプレーサと、容器側の所定位置に固定
   端が固定されると共にその変位端に前記ディスプレーサ
   を吊り下げた支持体を有して前記変位端に作用する重量
   を電気信号に変換して出力するロードセルとを備え、被
   測定液体の規定最高液面位置にて当該液面下に没しない
   程度に被測定液体中に浸したディスプレーサの検出重量
   に基づいて容器内の被測定液体量を測定するように構成
   した液量測定装置であって、前記支持体変位端の下方に
   所定の間隔を空けた位置にてディスプレーサを吊り下げ
   る端子を仮に固定する仮設支点部を設けると共に、前記
   ディスプレーサを被測定液体の収容容器と同一の線膨張
   係数を有する材質で形成しかつその表面に弗素樹脂加工
   を施したことを特徴とする液量測定装置。