JPH0953973A

JPH0953973A - レベルセンサ

Info

Publication number: JPH0953973A
Application number: JP22703695A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Shimizu; 勉清水
Original assignee: KANSAI OOTOMEISHIYON KK
Current assignee: KANSAI OOTOMEISHIYON KK
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】全体構成の大型化を抑制しながら、見かけ比重
の小さい微粉体などの高さレベルを高精度に検出するこ
とのできるレベルセンサを提供する。【解決手段】振動するロッド８と、ロッド８に振動を
付加する加振器１４と、ロッド８の基端部８ａを移動不
能または弾性的に支持する第１支持体４，２９と、ロッ
ド８における基端部８ａから所定距離離れ、かつ自由端
である先端部からも離れ、ロッド８の２次振動モードま
たは１次振動モードの節となる中間節部８ｂを弾性的に
支持する第２支持体９と、第１支持体４，２９および第
２支持体９を保持するとともに、加振器１４を駆動する
駆動手段１７を収容するケーシング１とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばタンク内に
液体、粉体、粒状体などを充填するに際して、その被充
填物が所定高さレベルまで充填されたか否かを検知する
レベルセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のレベルセンサとしては、
実開昭５７−１８３５２３号公報の圧電式レベル検知器
や特開昭６２−２９３１２７号公報の充填面調節装置な
どが知られている。上記の圧電式レベル検知器は、帯状
の金属振動片の中央部に圧電磁器板を取り付けた振動ロ
ッドを、その１次振動モードの振動の節となる２個所で
それぞれ弾性的に支持して保護管に取り付け、保護管か
ら突出した振動ロッドの先端部を被充填物の測定探針部
とし、かつ保護管の上記とは反対側から突出した振動ロ
ッドの基端部に付加質量体を取り付けている。この付加
質量体は、振動の周期を短くすることにより振動ロッド
の長さを短くして、小型化を図るために設けられてい
る。

【０００３】一方、上記の充填面調節装置は、振動ロッ
ドをその第１次振動モードの節となる２個所でそれぞれ
弾性的に支持して管状の保護管に取り付け、振動ロッド
の両端部を保護管から突出させている点で上記の圧電式
レベル検知器と同様であるが、振動ロッドの中央部に付
加質量を取り付け、振動ロッドの測定探針部とは反対側
の基端部に圧電素子および追加質量体を取り付けてい
る。

【０００４】上述のいずれの従来装置も、タンクへの充
填動作に伴い上昇していく被充填物の充填面が振動ロッ
ドの先端側の測定探針部に接触すると、振動ロッドの振
動が抑制または停止され、それにより圧電磁器板または
圧電素子からの出力電圧が変化するので、この出力電圧
の大小により被充填物が所定高さレベルまで充填された
か否かを判別している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の各従来
装置では、振動ロッドがこれの両端からそれぞれ離れた
２箇所をいずれも弾性的に支持されていることから、振
動ロッドにおける保護管から突出した両端部分では、測
定探針部となる一端部だけでなく他端部も自由振動する
ので、振動ロッドの振動数を決定するための振動数係数
が大きくなり、振動ロッドが比較的大きな振動周波数で
振動する。その結果、被充填物が見かけ比重（物質間に
介在する空気をも含めた比重）の小さい粉体化合物や微
粉体などの場合には、振動ロッドの振動を十分に抑制す
る効果が得られないので、これらの被充填物が所定の高
さレベルになったのを精度良く検出することができな
い。振動ロッドを長くすれば振動周波数を小さくできる
が、装置全体が大型化する欠点がある。

【０００６】そこで本発明は、全体構成の大型化を抑制
しながら、見かけ比重の小さい微粉体などの高さレベル
を高精度に検出することのできるレベルセンサを提供す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１のレベ
ルセンサは、上記目的を達成するために、振動するロッ
ドと、このロッドに振動を付加する加振器と、前記ロッ
ドの基端部を移動不能に支持する第１支持体と、前記ロ
ッドにおける前記基端部から所定距離離れ、かつ自由端
である先端部からも離れ、該ロッドの２次振動モードの
節となる中間節部を弾性的に支持する第２支持体と、前
記第１および第２支持体を保持するとともに、前記加振
器を駆動する駆動手段を収容するケーシングとを備えて
いる。

【０００８】この構成によれば、ロッドがその基端部を
固定的に支持され、かつ２次振動モードの節が現れる中
間節部を変位可能に弾性的に支持されている。すなわ
ち、ロッドは、いわゆる片持ち式に支持されて、その一
端側部分のみが第２支持体から外方に突出して自由端と
なっている。それにより、ロッドの振動数を決定する振
動数係数は、振動ロッドにおける保護管から突出した両
端部が共に自由振動する従来装置を１次振動モードで励
振させた場合よりも小さくなる。

【０００９】したがって、ロッドは、長さを含めた寸法
および材質が同一である場合、従来装置よりも小さな振
動周波数で振動するので、被充填物が見かけ比重の小さ
な微粉体のようなものであっても、これがロッドの自由
端に接触すれば、ロッドには大きな制動効果が作用して
振動を確実に抑制される。それにより、見かけ比重の小
さな被充填物が所定高さレベルに達したのを高精度に検
出できる。また、ロッドを長くする必要がないので、大
型化を抑制できる。

【００１０】また、本発明の請求項２のレベルセンサ
は、振動するロッドと、このロッドに振動を付加する加
振器と、前記ロッドの基端部を弾性的に支持する第１支
持体と、前記ロッドにおける前記基端部から所定距離離
れ、かつ自由端である先端部からも離れ、該ロッドの１
次振動モードの振動の節となる中間節部を弾性的に支持
する第２支持体と、前記第１および第２支持体を保持す
るとともに、前記加振器を駆動する駆動手段を収容する
ケーシングとを備えている。

【００１１】上記構成によれば、ロッドは、片持ち式に
支持されているが、このロッドの基端部と中間節部の両
方で弾性的に支持されているから、ロッドの振動数係数
は請求項１のレベルセンサのロッドよりもさらに小さく
なる。したがって、ロッドの寸法および材質が同じであ
る場合、より小さな振動周波数で振動するので、さらに
見かけ比重の小さな被充填物をも確実に検出することが
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について図面を参照しながら詳述する。図１は本発明の
第１実施形態に係るレベルセンサを示す縦断面図、図２
はその切断平面図である。これらの図において、本体ケ
ース部２と取付ソケット部３とがねじ結合されてなるケ
ーシング１の先端部に、保護管７が溶接などの固定手段
で連結されている。偏平な帯状の金属板からなるロッド
８は、上記保護管７に挿入されて、その基端部８ａを金
属製の第１支持体４に対し溶接により固定され、つまり
移動不能に支持され、かつ、後述する中間節部８ｂを薄
い金属膜からなる第２支持体９に貫通状態で溶接されて
弾性的に支持されており、ロッド８の先端部８ｃは自由
端となっている。これら第１および第２支持体４，９が
保護管７の両端開口部に溶接により固定されている。こ
うして、第１および第２支持体４，９は、保護管７を介
してケーシング１に保持されている。

【００１３】ロッド８における保護管７内の中央部に
は、付加質量体１０が位置決めねじ１１で位置決めされ
て固定ねじ１２により固定されている。さらに、ロッド
８の付加質量体１０よりも基端部８ａ側の箇所には、一
対の圧電素子（加振器）１４が両面に貼り付けられてい
る。この圧電素子１４には、駆動回路部１７からリード
線１８を介して給電される。

【００１４】上記駆動回路部１７は、図２に示すよう
に、交流電源１７ａの交流電力を整流回路１７ｂで直流
電力に変換して圧電素子１４に給電する。圧電素子１４
は供給された電気エネルギを機械エネルギに変換してロ
ッド８に振動を付加する。圧電素子１４の出力電圧は駆
動回路部１７の帯域フィルタ１７ｃで振動成分のみを抽
出され、帯域フィルタ１７ｃの出力信号は増幅回路１７
ｄで増幅されたのちに、整流回路１７ｂの直流電力に重
畳されてリレー出力回路１７ｅに入力される。リレー出
力回路１７ｅは、所定の電気信号が入力されたときに、
図１に示す表示灯窓レンズ１９内に設けられた表示灯
（図示せず）を点灯させ、かつタンク２０内への被充填
物の供給機（図示せず）に対し供給停止信号を出力す
る。

【００１５】なお、ケーシング１は、本体ケース部２の
筒状部に設けられた雌ねじ部２ａを取付ソケット部３の
雄ねじ部３ａにねじ込み、かつ本体ケース部２の先端部
をガスケット２１を介在して取付ソケット部３のつば部
３ｂに押し付けられ、さらに、雄ねじ部３ａにねじ込ま
れたロックナット２２により固定されて、本体ケース部
２と取付ソケット部３とが気密に連結されている。本体
ケース部２の後部開口はパッキン２４を介在してケース
カバー２３により閉塞されている。

【００１６】上述の構成としたレベルセンサはタンク２
０の側壁における所定高さ位置に装着される。すなわ
ち、タンク２０における被充填物を充填すべき高さ位置
に対応した側壁には取付孔２０ａが形成されており、こ
の取付孔２０に、雌ねじ部を有するソケット２７が嵌め
込まれて溶接により固定されている。レベルセンサは、
ケーシング１の取付ソケット部３に形成されたテーパー
ねじ部３ｃをソケット２７の雌ねじ部にねじ込み、かつ
取付ソケット部３のつば部３ｂをガスケット２８を介在
してソケット２７の端部に押し付けることにより、タン
ク２０に気密に取り付けられている。

【００１７】図３は、上述のロッド８の中間節部８ｂを
説明するために、上記レベルセンサにおけるロッド８の
支持構成部分を模式的に示したものである。同図におい
て、ロッド８の長さをＬとすると、このロッド８を２次
振動モードで振動させた場合に、ロッド８における基端
部８ａから０．７３６Ｌの箇所に振動の節が現れる。上
記レベルセンサでは上述の振動の節が現れる中間節部８
ｂを第２支持体９で変位可能に弾性的に支持して、ロッ
ド８を２次振動モードで振動させるようになっている。
同図に破線で示すように、振動の節である固定支持され
た基端部８ａと回転可能に支持された中間節部８ｂとの
間では正弦波の振動カーブとなるが、中間節部８ｂから
先端部８ｃまでの部分は直線の振動カーブを描いて振動
する。この先端側部分が測定探針部としてタンク２０内
に挿入される。

【００１８】つぎに、上記レベルセンサの作用について
説明する。タンク２０内に挿入状態に設置されたロッド
８は、これに装着された一方（図２の上側）の圧電素子
１４に、駆動回路部１７の整流回路１７ｂから直流電力
を供給され、この直流電力に含まれたノイズ成分により
振動力を付加されて、図２に矢印で示すように水平方向
に振動する。図１に示すように、タンク２０への被充填
物の充填面Ｈがロッド８よりも下方にある場合には、他
方（図２の下側）の圧電素子１４の出力電圧に含まれる
振動成分が帯域フィルタ１７ｃにより抽出されて、増幅
回路１７ｄで増幅されたのちに、整流回路１７ｂの直流
電力に重畳されてリレー出力回路１７ｅに入力される。
被充填物の充填面Ｈがロッド８に接触する位置まで上昇
すると、この被充填物によりロット８の振動が抑制また
は停止され、圧電素子１４の出力電圧に振動成分が含ま
れなくなる。したがって、リレー出力回路１７ｅには整
流回路１７ｂからの直流電力のみが入力され、それによ
り、リレー出力回路１７ｅは表示灯を点灯させて充填完
了を報知し、かつ、被充填物の供給機に対し供給停止信
号を出力して被充填物のタンクへの充填動作を停止させ
る。

【００１９】ところで、ロッド８の振動数ｆは、振動数
を決定する振動数係数をλ、ロッド８の長さをＬ
（ｍ）、縦弾性係数をＥ（Ｎ／ｍ²）、断面二次モーメ
ントをＩ（ｍ⁴）、比重をρ（ｋｇ／ｍ³）、断面積を
Ａ（ｍ²）とすると、ｆ＝λ²／２πＬ²×√（ＥＩ／ρＡ）（単位Ｈｚ） …（１）の式で表される。

【００２０】そして、上記レベルセンサのように、ロッ
ド８の基端部８ａを変位不能に固定し、２次振動モード
で励振させたときの振動の節である中間節部８ｂを弾性
的に支持し、かつ先端部８ｃを自由端とした場合の振動
数係数λは、４．６９４であることが実験的に求められ
ている（「機械工学便覧」、昭和６２年４月１５日日本
機械学会発行、Ａ３−５２頁参照）。これに対し、従来
装置では、振動ロッドの２箇所を弾性的に支持し、かつ
振動ロッドの両支持点から外方に突出した両端部を共に
自由端としているので、振動ロッドを１次振動モードで
励振させた場合においても、振動数係数λが４．７３０
と大きくなる。

【００２１】したがって、ロッド８の長さＬを含めた寸
法と材質が同一の場合、（１）式から分かるとおり、上
記レベルセンサのロッド８の方が振動周波数ｆが小さく
なる。それにより、被充填物が粉体化合物や微粉体のよ
うな見かけ比重の小さなものである場合、この被充填物
がロッド８の先端部分に接触すれば、ロッド８は、小さ
な振動周波数で振動していることから、その振動を確実
に抑制される。それにより、極めて計量で、かつ粘性の
少ない被充填物であっても、これを高精度に検出するこ
とができる。また、ロッド８を長くする必要がないの
で、レベルセンサの大型化を抑制できる。さらに、ロッ
ド８は、一端側のみ第２支持体９から外方に突出してい
るだけであり、付加質量体１０および圧電素子１４はロ
ッド８における保護管７の内部に装着しているから、保
護管７の外部に露出する要素が少なくなる分だけ全体構
成をコンパクトにできる。

【００２２】また、ロッド８に付加質量体１０を取り付
けていることにより、ロッド８の振動の節間の距離が短
くなり、この節を支持する両支持体４，９の間隔を小さ
くできる。したがって、ロッド８の長さＬが同一の場
合、ロッド８の第２支持体９からの突出長さが大きくな
って、ロッド８の自由端である先端部８ｃの振幅が大き
くなり、被充填物の検出精度が向上する。

【００２３】図４は本発明の第２実施形態に係るレベル
センサを示す縦断面図、図５はその切断平面図である。
これらの図において、第１発明と同一若しくは同等のも
のには同一の符号を付してその説明を省略し、相違する
構成についてのみ説明する。すなわち、このレベルセン
サは、第１支持体２９を第２支持体９と同じ薄いステン
レス膜で形成して、ロッド８の基端部８ａをも弾性的に
支持している。また、第２支持体９は、ロッド８を１次
振動モードで励振させたときに振動の節が現れるロッド
８の中間節部８ｂを支持している。

【００２４】また、上記レベルセンサのタンク２０への
取り付けに際しては、タンク２０の取付孔２０ａに、先
端部にフランジ部３０を設けた取付筒体３１を嵌め込ん
で溶接により固着し、ケーシング１に固着した取付フラ
ンジ３２を上記フランジ部３０に重合し、かつ、これら
を通しボルト３３とナット３４とにより締め付け固定す
る手段を用いている。

【００２５】このレベルセンサにおいても、ロッド８を
いわゆる片持ち式に支持してその先端側部分のみを第２
支持体２９から外方に突出させているだけである。ただ
し、ロッド８の基端部８ａは第１発明のものとは異なり
変位可能に支持している。その結果、ロッド８が１次振
動モードで振動したときの振動数係数λは３．９２７と
なって、上記第１の従来装置よりも小さくなり、ロッド
８を小さな振動周波数で振動させることができるので、
第１実施形態と同様の効果が得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明のレベルセンサによ
れば、ロッドの基端部と振動の節が現れる中間節部とを
支持体で支持する構成としたので、ロッドは、片持ち式
に支持されて中間節部から突出する一端部のみが自由端
となり、同一のロッドを使用した従来の装置よりも振動
周波数が小さくなる。その結果、見かけ比重の小さい粉
体化合物や微粉体のような被充填物をも高精度に検出す
ることができる。また、ロッドを長くする必要がないの
で、レベルセンサの大型化を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るレベルセンサを示
す縦断面図である。

【図２】同上の切断平面図である。

【図３】同上のロッドの作用を説明するための模式図で
ある。

【図４】本発明の第２実施形態に係るレベルセンサを示
す縦断面図である。

【図５】同上の切断平面図である。

【符号の説明】

１…ケーシング、４…第１支持体、８…ロッド、８ａ…
基端部、８ｂ…中間節部、９…第２支持体、１４圧電素
子（加振器）、１７…駆動回路部（駆動手段）、２９…
第１支持体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動するロッドと、このロッドに振動を付加する加振器と、前記ロッドの基端部を移動不能に支持する第１支持体
と、前記ロッドにおける前記基端部から所定距離離れ、かつ
自由端である先端部からも離れ、該ロッドの２次振動モ
ードの節となる中間節部を弾性的に支持する第２支持体
と、前記第１および第２支持体を保持するとともに、前記加
振器を駆動する駆動手段を収容するケーシングとを備え
たレベルセンサ。
【請求項２】振動するロッドと、このロッドに振動を付加する加振器と、前記ロッドの基端部を弾性的に支持する第１支持体と、前記ロッドにおける前記基端部から所定距離離れ、かつ
自由端である先端部からも離れ、該ロッドの１次振動モ
ードの節となる中間節部を弾性的に支持する第２支持体
と、前記第１および第２支持体を保持するとともに、前記加
振器を駆動する駆動手段を収容するケーシングとを備え
たレベルセンサ。