JPH07198449A - 液面レベル計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多様な液体に対して分解能の高い電極棒型の
レベル計測機器を提供する。 【構成】 液体の液面を昇降させ、基準レベル検知手段
により液面レベルが基準レベルになったことを検知する
と、その時の電極間の電位差を求める。そして、かかる
電位差と液面に基づいて、電気伝導係数算出部２０で液
面レベルの実測値と前記液面レベル算出手段により算出
される理論値との誤差がないような電気伝導係数を算出
する。そして、この電気伝導係数を基にして内部抵抗調
整部３１により計測回路の内部抵抗を対象の液質により
変更し、前記液面レベル算出手段により、前記内部抵抗
調整部３１により変更された内部抵抗に基づいて液面レ
ベルの算出を行うことにより、正確な液面レベル計測を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の電極を液体内に
挿入するとともに、その電極間に電圧を印加し、その時
の電極間の電位差等から液面レベルを算出する液面レベ
ル計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液面レベル検出装置としては、例
えば図１４に示すようなものがある。すなわち、タンク
１内に３本の長さの異なる第１〜第３の電極棒２ａ、２
ｂ、２ｃを配置する。そして、一番長い第１の電極棒
（基準電位となる）２ａと第２の電極棒２ｂの間並びに
第１の電極棒２ａと第３の電極棒２ｃとの間にそれぞれ
ｓｉｎ型の交流電圧が印加されている。そして、この状
態でタンク１内に液体３が流入されて、図示するような
液体３の液面３ａが第２の電極棒２ｂの先端と第３の電
極棒２ｃとの間（レベルＬＬ〜ＬＵ）に位置すると、第
１の電極棒２ａと第２の電極棒２ｂとの間は、液体３を
介して導通状態になるが、第１の電極棒２ａと第３の電
極棒２ｃの間は非導通状態のままである。

【０００３】また、図示の状態から液体３がさらにタン
ク１内に流入してきてその液面３ａがレベルＬＵ以上と
なると、第２の電極棒２ｂと第３の電極棒２ｃも導通状
態となる。一方逆に図示の状態から液体３がタンク１よ
り流出してその液面３ａがレベルＬＬよりも低くなる
と、第１、第２の電極棒２ａ、２ｂ間も非導通状態とな
る。

【０００４】そして、係る導通／非導通状態の変化にと
もない、各電極棒間の電圧値が大きく変化するため、係
る変化を検出装置（コンパレータ等）４を介して検出
し、オン／オフの液位情報（ＬＬよりも低い、ＬＬとＬ
Ｕの間、ＬＵよりも高いの３種類）を出力するようにな
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の装置では、以下に示す種々の問題を有してい
る。すなわち、前記構成のものでは電極棒間の電圧値の
急激な変化をコンパレータで検知するため、液体の液面
レベル（液位）が所定位置（電極棒の下端位置）にある
か否かの計測はできるが、連続した液位の計測はできな
い。

【０００６】ところで、複数の電極棒がともに液体３内
に浸水した場合には、前記したごとくその複数の電極棒
は液体３を介して導通状態となるが、その浸水距離が長
くなるにつれて電極棒間の電位差は少なくなる。すなわ
ち、浸水距離（液位）と電位差には所定の相関関係があ
るため、予め液位の変化に伴う電位差の変化を調べると
ともに、係る相関関係を論理式で表現しておき、実際の
液位計測の際には、電極間の電位差を検出し、それを前
記論理式に代入し所定の演算処理を行うことにより液位
を算出することができる。

【０００７】しかし、かかる電位差の変化の状態は、液
体の電気伝導率により変わるため、論理式を求めた際に
使用した液体と同一の電気伝導率のものにしか適用でき
ない。しかも電位差の変動量は温度、測定器の有する誤
差、設置環境の影響等で異なるため、前記論理値と実測
値が一致しないことが多々ある。

【０００８】また、仮に論理値と実測値とがほぼ一致す
るような場合であっても、液位（電極棒の浸水距離）の
変異に伴う前記電位差の変動量が一定ではなく、液位が
高くなるにしたがって電位差の変化率が小さくなり、正
確な液位算出ができず精度が悪くなる。すなわち、液位
の高い箇所で測定が困難となる。

【０００９】本発明は、前記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、液体の電気伝導率や
設置環境等に影響されることなく正確な液面レベルの計
測を行うことができ、さらに、計測範囲内でできるだけ
高精度（高分解能）で測定可能とし、液位の高い箇所で
も正確に計測することのできる液面レベル計測装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ために、本発明に係る液面レベル計測装置では、液体に
挿入可能な複数本の電極と、前記電極間に所定の電圧を
印加する電圧印加手段と、前記電極間の電位差に基づい
て前記液体の液面レベルを算出する液面レベル算出手段
とを備えた液面レベル計測装置を基本とし、さらに前記
液体の液面が予め設定された基準レベルになったことを
検知する基準レベル検知手段と、現在の液面レベルが前
記基準レベルの時の前記電極間の電位差を受け、その電
位差と前記基準レベルから液面レベルの実測値と前記液
面レベル算出手段により算出される論理値との誤差をな
くすための電気伝導係数を算出する電気伝導係数算出手
段と、前記電気伝導係数算出手段により得られた電気伝
導係数を基にして計測回路の内部抵抗を対象の液質によ
り変更する内部抵抗変更手段とを備え、前記液面レベル
算出手段は、前記内部抵抗変更手段により変更された内
部抵抗に基づいて液面レベルの算出を行うようにした。

【００１１】また、前記内部抵抗変更手段は、前記電気
伝導係数算出手段により得られた電気伝導係数を基にし
て計測回路の内部抵抗の計測範囲を幾つかの区間に分
け、区間毎に最適の内部抵抗を求めるようにしてもよ
い。

【００１２】

【作用】かかる構成により、液体の液面を昇降させ、基
準レベル検知手段により液面レベルが基準レベルになっ
たことを検知すると、その時の電極間の電位差を求め
る。そして、かかる電位差は、液面が基準レベルになっ
た時のものであることがわかっているため、両者に基づ
いて、液面レベルの実測値と前記液面レベル算出手段に
より算出される理論値との誤差がないような電気伝導係
数を算出する。換言すれば、係る電位差を液面レベル算
出手段に入力し、かかる電気伝導係数を用いて演算処理
をすることにより得られる液面レベルが前記基準レベル
となるような係数を求める。そして、このようにして得
られた電気伝導係数を基にして内部抵抗変更手段により
計測回路の内部抵抗を対象の液質により変更し、前記液
面レベル算出手段により、前記内部抵抗変更手段により
変更された内部抵抗に基づいて液面レベルの算出を行う
ことにより、論理値（液面レベル算出手段により得られ
る計算結果）と実測値との差がなくなり、正確な液面レ
ベル計測が行われる。

【００１３】また、液面レベルの変化に対する電位差の
変化率は、内部抵抗（電極棒間に位置する液体の抵抗以
外の測定回路中の抵抗分）が大き過ぎると液面レベルの
低い箇所では非常に大きく高精度な測定が可能となる
が、すぐに変化量が減少して測定不能（誤差が大きい）
となる。また、逆に抵抗値が小さすぎると、やはり全体
的に電位差の変化分が少なく、高精度の液面レベル計測
ができない。そこで、抵抗値決定手段にて、測定する液
体の液質等に即し、前記液面レベルの計測範囲内での前
記電極間の電位差の変化率の全体に高くなる所定の内部
抵抗値を求める。そして、係る決定した内部抵抗値のと
きの前記電極間の電位差と液位の関係を求め、この液位
の計測範囲について幾つかの区間に分け、この区間毎に
付いての最大の分解能を実現できる内部抵抗を求め、こ
の内部抵抗を基に液位を算出することにより、全体的に
高精度の計測が可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明に係る液面レベル計測装置の実
施例を添付図面を参照にして詳述する。まず、本発明に
係る液面レベル計測の原理について説明すると、今、図
１に示すように、同一形状からなる比較的長い２本の第
１、第２の電極棒１０、１１をタンク１２に貯蔵された
液体１３内に浸すように配置する。そして、それら電極
棒１０、１１は電源１５に接続され、一定の電圧ＶＯが
印加されるようになっている。

【００１５】また、第１、第２の電極棒１０、１１に
は、その両電極棒間の電位差Ｖを測定する計測部１６が
接続され、さらにその計測部１６の出力は液位算出部１
７に接続される。この液位算出部１７は、与えられた電
位差Ｖに基づいて液体１３の液面１３ａのレベル（液
位）を算出し、表示部１８に表示するもので、具体的に
は、以下に示す演算処理を行うようになっている。

【００１６】すなわち、第１、第２の電極棒１０、１１
の半径をａ、第１、第２の電極棒１０、１１間の距離を
ｄ、液体の電気伝導率をσ、測定装置の内部抵抗ｒ、第
１、第２の電極棒１０、１１の下端から液面までの距離
をＬとすると、第１、第２の電極棒１０、１１間に作ら
れる抵抗値Ｒ（Ｌ）は、下記式のようになる。

【００１７】

【数１】 したがって、計測すべき電極棒間の電位差Ｖは、下記式
のようになる。

【００１８】

【数２】 従って、ｄ、ａ、σ、ＶＯが定数であるため、前記式に
計測部１６で計測した電位差Ｖを代入すると共にＬにつ
いて解くことにより、第１、第２の電極棒１０、１１の
液体１３への浸水距離Ｌがわかり、しかも、タンク１２
の底面から第１、第２の電極棒１０、１１の下端までの
距離は既知であるため、かかる距離に前記浸水距離Ｌを
加えることにより液位を算出することになる。そして、
前記各種の計算を前記液位算出部１７で行うようになっ
ている。

【００１９】ところで、前記した式から液位Ｌと電位差
Ｖとの関係は、図２中破線で示すように双曲線状になっ
ており、液位Ｌが増すにつれて電圧値Ｖが下がるように
なっている。一方、実際に液位Ｌを変化させながら（液
位の値は別の手段により測定する）、その時の第１、第
２の電極棒１０、１１間の電位差Ｖを測定し、その関係
をグラフに表すと、同図中二点鎖線で示すようになり、
前記した従来の問題点のように理論値と実測値に差があ
ることがわかる。ここで、両特性を見ると、確かに差が
あるものの、曲線の形状は近似していることがわかる。
そこで、このように両曲線に差が生じるのは、前記した
算出式（理論式）中の係数の値に誤差があると考えられ
る。したがって、所定の補正を行う必要がある。

【００２０】そして、各係数を見ると、ａ、ｄ、πは既
知である。一方、電気伝導率σは、温度や周囲の環境な
どにより変化しやすく、また液体１３の電気伝導率σを
レベル計測の都度測定することは困難である。また、内
部抵抗ｒも電極棒間電圧Ｖの変化具合により変化する。

【００２１】そこで本発明では、電気伝導率σに更に周
囲環境の状態や回路上の誤差等にともない生じる前記相
違（誤差）分を含めた電気伝導係数σ´なる概念を導入
し、前記理論式中の電気伝導率σの代りに、かかる電気
伝導係数σ´を用い、また、電極棒間電圧Ｖの変化具合
が、内部抵抗ｒによって変わることに着目して内部抵抗
ｒを液質によって変え、さらに計測範囲を幾つかの区間
に分け、区間毎に内部抵抗を変えて液位算出を行うこと
により、実測値に近い学習値を得ることにした。

【００２２】そこで本発明の実施例では、図１に示すよ
うに計測部１６の出力を、前記係数σ´を算出する電気
伝導係数算出部２０に接続した。さらに、第１、第２の
電極棒１０、１１よりも短い第３の電極棒２１を、それ
ら両電極棒１０、１１と平行に垂下形成する。そして、
第１の電極棒１０の下端からこの第３の電極棒２１の下
端間での距離がＬ１となるように調整している。そし
て、この第１の電極棒１０と第３の電極棒２１との間に
は、電源２２が接続され、電圧ＶＯを印加するように
し、さらに、第１、第３の電極棒１０、２１には、計測
部２３が接続され、両電極棒１０、２１間の電位差Ｖｔ
を計測し、その測定結果を比較器２４に送るようになっ
ている。そして、その比較器２４の出力（トリガ信号）
は、前記した電気伝導係数算出部２０に接続され、処理
開始信号を与えるようになっている。

【００２３】すなわち、計測部２３で測定される電圧Ｖ
ｔは、液位がＬ１より低いときは第１、第３の電極棒１
０、２１はオープン状態であるので、Ｖｔ＝ＶＯとな
る。そして、液位が上昇しＬ１になると、両電極棒１
０、２１は導通されて電流回路が作られるため、両電極
棒１０、２１間のＶｔは急激に減少する（図３参照）。

【００２４】そして、Ｌ１の時の電位差がＶｓとする
と、前記比較器２４の他方の入力端子への入力電圧を係
るＶｓにセットしておくことにより、比較器２４の出力
は液位がＬ１になったときに反転しトリガ信号が変化す
る。

【００２５】よって、かかるトリガ信号が変化したとき
の液位はＬ１とわかっており、しかも、その時の第１、
第２の電極棒１０、１１間の電位差Ｖ１は、計測部１６
を介して検出できる。したがって、かかる液位Ｌ１と電
位差Ｖ１を前記した電圧理論式のＬ、Ｖに代入すると共
にσについて解くと、その時の解が求める電気伝導係数
σ´である。すなわち、本例では第１の電極棒１０、第
３の電極棒２１、電源２２、計測部２３、比較器２４で
基準レベル検知手段を構成している。

【００２６】したがって、電気伝導係数算出部２０で
は、比較器２４の出力が変化したなら、計測部１６から
与えられる電位差Ｖに基づいて前記所定の演算処理を行
うようになっている。このようにして求めた電気伝導係
数σ´は、液位測定を行う液体１３の現在の状態につい
て行った実測の電位差Ｖ１と液位Ｌ１を使って算出した
ため、周囲環境の状態や回路上の誤差等が反映された係
数となる。そして、前記の電気伝導係数算出部２０の機
能は、図４に示すフローチャートのようになっている。
なお、セットされた電気伝導係数σ´に基づいて液位算
出部１７に求められる液位Ｌと電位差Ｖの関係は、図２
中実線で示すように、実測値に近くなる。

【００２７】さらに本発明の実施例では、電気伝導係数
算出部２０の出力を次段の抵抗値決定部２５にも送るよ
うになっている。すなわち、図５に示すごとく、内部抵
抗ｒを変化させると、液位Ｌと、第１、第２の電極棒１
０、１１間の電位さＶ（Ｌ）の相関関係も変化する。こ
れは、前記した電圧理論式からも明らかであり、ｒを０
にするとグラフは横一直線に近付き、一方、ｒを大きく
すると、グラフは液位が０より少し大きくなれば電圧は
急激に減少して０になりその後余り変化しなくなる。

【００２８】すなわち、ｒを小さくし過ぎると全体的に
液位の変位量に対する電圧の変化量が少なく（分解能）
検出精度が全体的に低くなる。一方、ｒを高くし過ぎる
と液位の比較的少ない範囲では非常に高分解能を示す
が、その後すぐに低下し正確な液位の測定ができない。
つまり、内部抵抗が大き過ぎたり逆に小さ過ぎたりする
と、所定の分解能が得られる範囲（計測可能な範囲）が
短くなる。

【００２９】そこで、最大の分解能を実現できる内部抵
抗ｒを前記抵抗値決定部２５で求め、この内部抵抗ｒの
ときの電極棒間電圧Ｖ（Ｌ）と液位Ｌの関係を求め、こ
の液位Ｌについての計測範囲を幾つかの区間に分け、区
間毎に内部抵抗を変えて液位算出を行うことにより、実
測値に近い学習値を得ることにした。そして、具体的な
処理（原理）は以下の通りである。

【００３０】まず、本発明の実施例でいう最大分解能を
もつ曲線とは、図５に示す曲線群の中で、曲線の変化率
（液位の変化に対する電圧の変化量）の最小値が、測定
範囲内で最大になる曲線をいう。

【００３１】そして、前記したように液位Ｌに対する電
位差Ｖは、下記の式のようになり、内部抵抗ｒと変位Ｌ
を変数とした関数で表すことができる。

【００３２】

【数３】 したがって、変位の変化に対する電圧の変化量は前記式
をＬについて偏微分することにより得られ、下記式のよ
うになる。

【００３３】

【数４】 前記式から明らかなように、計測範囲の最大液位をＬＭ
とすると、Ｌ＝ＬＭの時に変位量は最小となり、その時
の分解能ｈ（ｒ）は、下記式のようになる。

【００３４】

【数５】 そして、前記式で特定される分解能ｈは変数ｒの関数で
あり、係る式をｒで偏微分すると、

【００３５】

【数６】 となる。よってｒ１＝α／（β・ＬＭ）の時、ｈ（ｒ
１）＝Ｖ０／（４・ＬＭ）となり最大値となる。したが
って最大分解能ｈを得るための最適内部抵抗ｒ１は、下
記式の通りである。

【００３６】

【数７】 次に、この内部抵抗ｒ１のときの電極棒間電圧Ｖ（Ｌ）
と液位Ｌの関係を求め、この液位Ｌについて図６に示す
ように等分割する。ここで区間ＬＭ（０）〜ＬＭ（１）
について最大の分解能を実現できる内部抵抗ｒｋ（１）
は、

【００３７】

【数８】 となる。以下、同様に考えてｒｋ（２）〜ｒｋ（ｎ）に
ついての抵抗を求める。次に、内部抵抗ｒ１で電圧Ｖ
（Ｌ）を計測し、これがどの区間ＬＭ（０）〜ＬＭ
（１）にあるか否かを判断する。電圧Ｖ（Ｌ）の入って
いる区間ｉ（ｉ＝１〜ｎ）が決まれば、抵抗をｒｋ
（ｉ）にする。そして、内部抵抗ｒｋ（ｉ）で電圧Ｖ
（Ｌ）を計測し、液位Ｌを算出する。

【００３８】以上のようにすれば、区間ＬＭ（０）〜Ｌ
Ｍ（１）毎で最適な抵抗値を使って計測するために、計
測精度を向上させることができるし、算出される液位Ｌ
は、各パラメータσ´、ｒｋ（ｎ）がすでに求められ修
正されているため、係る修正後のパラメータに基づいて
液位Ｌが算出されるので、表示部１８に表示される液位
は、実測値を正確に表すことになる。

【００３９】ここで、本発明の液面レベル計測装置を用
いての液面レベル計測のアルゴリズムについて説明す
る。まず、理論式をまとめると、以下のようになる。

【００４０】

【数９】 ［電気伝導係数σ´の計算］液位Ｌ１のときの電極棒１
０、１１間の電圧がＶ１であるので、理論式に代入する
と、

【００４１】

【数１０】 ここで、未知数となっているのはσのみであるので、
［数９］の式よりσが計算できる。この値をσ´とす
る。σ´は液体の電気伝導率ではない。実測の電圧Ｖ１
と液位ＬＩを使って求めているので、σ´には周辺の環
境の状態、回路上の誤差などが反映された係数となって
いる。これを電気伝導係数と呼ぶ。

【００４２】［内部抵抗の計算］電気伝導係数σ´を求
めた後、

【００４３】

【数１１】 を計算して、内部抵抗値を電子ボリュームなどで調整し
て、ｒ１にする。同様に考えて

【００４４】

【数１２】 を計算する。

【００４５】［液位の計算］電極棒１０、１１の間の電
圧がＶのときの液位Ｌは、以下のようになる。電圧Ｖが
どの区間にあるかによって、ｉの値が決定される。

【００４６】

【数１３】 未知数は、液位Ｌのみであるので、［数１３］の式より
液位Ｌが計算できる。なお、係る内部抵抗の調整を行う
ことにより、図２に示す実測値並びに学習値は、最適な
高分解能を得るための曲線になるべくその特性が変動す
るが、両者は同じように変動するため、学習値に基づく
液位算出をした結果と実測値とは略一致したままであ
る。

【００４７】次に、前記した実施例の作用について図８
に示すフローチャートを用いて説明する。すなわち、ま
ず液位計測を行うために装置の電源を投入すると、各種
パラメータの設定などの処理を行う（ステップＳ１０
１、１０２）。そして、その時の液体１３の液位が第３
の電極棒２１の下端位置Ｌ１よりも高い（第３の電極棒
２１が液体内に浸水している）場合には、液体１３を排
出させて液位をさげ、逆に液体１３の液位がＬ１より低
い場合には、液体１３の流入させて液位を上昇させる。

【００４８】次に、トリガ信号のレベルの取り込みを行
う（ステップＳ１０３）。そして、トリガ信号が変化、
すなわち、液位がＬ１となるか否かを判断し（ステップ
Ｓ１０４）、トリガ信号が状態変化（Ｌ＝Ｌ１）したな
ら、内部抵抗を任意の値ｒにする（ステップＳ１０
５）。

【００４９】次に、第１、第２の電極棒１０、１１間の
電位差Ｖ（Ｌ）を取り込む（ステップＳ１０６）ととも
に、電気伝導係数算出部２０を用いて計測対象となる液
体１３の電気伝導度や周囲環境並びに測定装置（回路）
の誤差等に基づいて決定される電気伝導係数σ´を算出
する（ステップＳ１０７）。

【００５０】次に、その求めた電気伝導係数σ´に基づ
いて全測定範囲の内部抵抗ｒ１を決定する（ステップＳ
１０８）。そして、この内部抵抗ｒ１のときの電極棒間
電圧Ｖ（Ｌ）と液位Ｌの関係を求め、この液位Ｌについ
て図６に示すように等分割する。ここで区間ＬＭ（０）
〜ＬＭ（１）について最大の分解能を実現できる内部抵
抗ｒｋ（１）〜ｒｋ（ｎ）についての内部抵抗を図９に
示すフローチャートにしたがって算出する（ステップＳ
１０９）。

【００５１】次に、第１、第２の電極棒１０、１１間の
電圧Ｖ（Ｌ）を取り込み（ステップＳ１１０）、電圧Ｖ
（Ｌ）が存在する範囲ｐを図１０に示すフローチャート
にしたがって求め（ステップＳ１１１）、内部抵抗をｒ
ｋ（ｐ）にする（ステップＳ１１２）。

【００５２】次に、第１、第２の電極棒１０、１１間の
電圧Ｖ（Ｌ）を取り込み（ステップＳ１１３）、液位算
出部１７にて理論式を計算して図１１に示すフローチャ
ートにしたがって液位Ｌを算出し（ステップＳ１１
４）、それを表示部１８に出力し（ステップＳ１１
５）、ステップＳ１０２に戻る。この時、算出される液
位Ｌは、各パラメータσ´、ｒｋ（ｎ）がすでに求めら
れ修正されているため、係る修正後のパラメータに基づ
いて液位が算出されるので、表示部１８に表示される液
位は、実測値を正確に表すことになる。

【００５３】ステップＳ１０４で液位がＬ１となるか否
かを判断し、トリガ信号の状態が変化しない場合には、
ステップＳ１１０、ステップＳ１１１、ステップＳ１１
２、ステップＳ１１３、ステップＳ１１４、ステップＳ
１１５を経てステップ１０２に戻る。

【００５４】なお本例では、液位が変動しＬ１を通過す
る都度、前記の電気伝導係数σ´、内部抵抗ｒｋ（ｎ）
の算出（補正）が行われるため、液位Ｌを求める算出式
が常にその時の各種条件に即した最適な数値となり（学
習・補正が継続して行われる）、実測値のずれない正確
で、かつ高分解能を維持しつつ広範囲の液位計測を行う
ことができる。

【００５５】図１２は、前記したレベル計測装置を実施
するための具体的な回路形成を示している。同図に示す
ように、電源１５と第２の電極棒１１との間には、内部
抵抗調整部３０が配置されている。この内部抵抗調整部
３０が図１に示す可変抵抗ｒに相当する。また、第１、
第２の電極棒１０、１１間の電位差Ｖ並びに第１、第３
の電極棒１０、２１間の電位差Ｖｔは図示省略の計測部
により計測され、それがＡ／Ｄ変換部３１に送られ、そ
こにおいてデジタルに変換された後と、マイコン３２に
送られる。このマイコン３２は、前記した液位算出部１
７、電気伝導係数算出部２０、比較器２４並びに抵抗値
決定部２５等を構成し、決定された高分解能を得るため
の抵抗値となるように内部抵抗調整部３０に対して所定
の制御信号を送るようになっている。

【００５６】また、前記した内部抵抗調整部３０は、図
１３に示すように、電気伝導係数σ´を算出する際に用
いられる既知の基準抵抗ｒ０と、実際のレベル計測の際
に使用される可変抵抗ｒ１あるいはｒｋ（ｉ）とが両端
子１、２間に並列に接続され、マイコン３２からの制御
信号によりスイッチが切り替わり、いずれか一方の抵抗
が回路に接続されるようになっている。そして、前記の
可変抵抗ｒ１としては、例えば電子ボリュームがある。

【００５７】さらに、基準抵抗ｒ０が内部抵抗調整部３
０の両端子に接続される場合には、可変抵抗ｒ１は、抵
抗ｒ２と基準電源３５（電圧Ｖｓ）とが直列接続された
閉回路が構成され、両抵抗ｒ１、ｒ２で電圧降下する端
子間電圧Ｖｒが前記Ａ／Ｄ変換部３１を介してマイコン
３２に送られるようになっている。

【００５８】ここでこの実施例の動作について説明する
と、まず、内部抵抗調整部３０の端子１、２に基準抵抗
ｒ０を接続し、液位Ｌを変化させる。そして電位差Ｖｔ
があるしきい値を横切ってトリガがかかったならば、そ
の時の電位差Ｖｍを取り込み、電気伝導係数σ´を算出
する。

【００５９】トリガがかかると、計算された電気伝導係
数σ´に適した抵抗値ｒ１が算出される。そして、計測
範囲を区間分けして、それぞれＶＬ（ｉ）、ｒｋ（ｉ）
を算出する。抵抗値ｒ１を調整するには、基準電源３５
（電圧Ｖｓ）、抵抗ｒ２、可変抵抗ｒ１で閉回路を作
り、端子間電圧Ｖｒの値を確認しながら、最適値になる
ように可変抵抗ｒ１を調整する。

【００６０】可変抵抗ｒ１の調整が終了すると、端子
１、２には抵抗ｒ１が接続され、この状態で電位差Ｖｍ
を計測する。そして、この電位差Ｖｍがどの区間内に入
るかを計算して、抵抗ｒ１と同様な手法で、その区間内
における最適な内部抵抗ｒｋ（ｉ）になるように、抵抗
値を調整する。この内部抵抗ｒｋ（ｉ）の調整が終了す
ると、端子１、２には抵抗ｒｋ（ｉ）接続され、この状
態で電位差Ｖｍを計測して液位情報Ｌを算出する。

【００６１】なお、上記した各例では、いずれも電源に
直流電圧を用いた例について説明したが、交流電源でも
よいのはもちろんであり、かかる場合には、整流回路等
を設け、直流に変換した後で各種の処理（レベル測定、
補正処理等）を行うようになる。

【００６２】さらにまた、上記した実施例では基準レベ
ル検知手段の一部として実際の液面レベル計測をするた
めの第１の電極棒１０を用いる（兼用する）ようにした
が、独立して形成しても良いのはもちろんである。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る液面レベル
計測装置では、液体の液面を昇降させ、基準レベル検知
手段により液面レベルが基準レベルになったことを検知
すると、その時の電極間の電位差を求める。そして、か
かる電位差は、液面が基準レベルになった時のものであ
ることがわかっているため、両者に基づいて、液面レベ
ルの実測値と前記液面レベル算出手段により算出される
理論値との誤差がないような電気伝導係数を算出する。
換言すれば、係る電位差を液面レベル算出手段に入力
し、かかる電気伝導係数を用いて演算処理をすることに
より得られる液面レベルが前記基準レベルとなるような
係数を求める。そして、このようにして得られた電気伝
導係数を基にして内部抵抗変更手段により計測回路の内
部抵抗を対象の液質により変更し、前記液面レベル算出
手段により、前記内部抵抗変更手段により変更された内
部抵抗に基づいて液面レベルの算出を行うことにより、
論理値（液面レベル算出手段により得られる計算結果）
と実測値との差がなくなり、正確な液面レベル計測が行
われる。

【００６４】したがって、多様な液体に対して電極棒型
のレベル計測機器が実現できるし、液質が変化してもそ
れに対応した学習が得られるので、液質の変化にも対応
できる電極棒型のレベル計測機器が実現できるし、更に
は、多様な液体に対して分解能の高い電極棒型のレベル
計測機器が実現できるという効果が得られる。

【００６５】また、液面レベルの変化に対する電位差の
変化率は、内部抵抗（電極棒間に位置する液体の抵抗以
外の測定回路中の抵抗分）が大き過ぎると液面レベルの
低い箇所では非常に大きく高精度な測定が可能となる
が、すぐに変化量が減少して測定不能（誤差が大きい）
となる。また、逆に抵抗値が小さすぎると、やはり全体
的に電位差の変化分が少なく、高精度の液面レベル計測
ができない。そこで、抵抗値決定手段にて、測定する液
体の液質等に即し、前記液面レベルの計測範囲内での前
記電極間の電位差の変化率の全体に高くなる所定の内部
抵抗値を求める。そして、係る決定した内部抵抗値のと
きの前記電極間の電位差と液位の関係を求め、この液位
の計測範囲について幾つかの区間に分け、この区間毎に
付いての最大の分解能を実現できる内部抵抗を求め、こ
の内部抵抗を基に液位を算出することにより、全体的に
高精度の計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液面レベル計測装置の一実施例を
示す概略構成図である。

【図２】液面レベル（液位）に対する第１、第２の電極
棒間の電位差の関係を示すグラフである。

【図３】液面レベル（液位）に対する第１、第３の電極
棒間の電位差の関係を示すグラフである。

【図４】電気伝導係数算出部の機能の一部を示すフロー
チャートである。

【図５】内部抵抗を変えた場合の液面レベル（液位）に
対する第１、第２の電極棒間の電位差の関係を示すグラ
フである。

【図６】内部抵抗ｒ１のときの液位Ｌについて等分割
し、その液位Ｌに対する第１、第２の電極棒間の電位差
の関係を示すグラフである。

【図７】内部抵抗決定部の機能の一部を示すフローチャ
ートである。

【図８】本実施例の作用を説明するフローチャートであ
る。

【図９】ＬＭ（ｉ）、ＶＬ（ｉ）、ｒｋ（ｉ）の算出フ
ローチャートである。

【図１０】電圧Ｖ（Ｌ）の存在範囲を求めるフローチャ
ートである。

【図１１】液位計算フローチャートである。

【図１２】本発明に係る液面レベル計測装置の具体的な
回路構成の一例を示す図である。

【図１３】内部抵抗調整部の内部構成を示す図である。

【図１４】従来の液面レベル計測装置を示す概略構成図
である。

【符号の説明】

１０ 第１の電極棒 １１ 第２の電極棒 １３ 液体 １５ 電源 １６ 計測部 １７ 液位算出部 ２０ 電気伝導係数算出部（電気伝導係数算出手段） ２１ 第３の電極棒（基準レベル検知手段） ２２ 電源（基準レベル検知手段） ２３ 計測部（基準レベル検知手段） ２４ 比較器（基準レベル検知手段） ２５ 抵抗値決定部（抵抗値決定手段） ３１ 内部抵抗調整部 ｒ、ｒ１ 可変抵抗

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体に挿入可能な複数本の電極と、 前記電極間に所定の電圧を印加する電圧印加手段と、 前記電極間の電位差に基づいて前記液体の液面レベルを
   算出する液面レベル算出手段とを備えた液面レベル計測
   装置において、 前記液体の液面が予め設定された基準レベルになったこ
   とを検知する基準レベル検知手段と、 現在の液面レベルが前記基準レベルの時の前記電極間の
   電位差を受け、その電位差と前記基準レベルから液面レ
   ベルの実測値と前記液面レベル算出手段により算出され
   る理論値との誤差をなくすための電気伝導係数を算出す
   る電気伝導係数算出手段と、 前記電気伝導係数算出手段により得られた電気伝導係数
   を基にして計測回路の内部抵抗を対象の液質により変更
   する内部抵抗変更手段とを備え、 前記液面レベル算出手段は、前記内部抵抗変更手段によ
   り変更された内部抵抗に基づいて液面レベルの算出を行
   うようにしたことを特徴とする液面レベル計測装置。
2. 【請求項２】 前記内部抵抗変更手段は、前記電気伝導
   係数算出手段により得られた電気伝導係数を基にして計
   測回路の内部抵抗の計測範囲を幾つかの区間に分け、区
   間毎に最適の内部抵抗を求めるようにした請求項１記載
   の液面レベル計測装置。