JPH10206209A

JPH10206209A - 液面測定装置

Info

Publication number: JPH10206209A
Application number: JP1015397A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Kishida; 良文岸田; Miyuki Sato; 幸佐藤
Original assignee: Sanmei Electric Co Ltd
Current assignee: Sanmei Electric Co Ltd
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 1998-08-07
Anticipated expiration: 2017-01-23
Also published as: JP3627162B2

Abstract

(57)【要約】【課題】円筒タンクの中心軸線上の最上点から液面上の
点までの中央液面距離を、タンクの縁部寄りに設置した
巻取式の液面測定器により、容易に測定することができ
る液面測定装置とその測定方法を提供する。【解決手段】この液面測定装置は、傾斜して設置された
円筒タンクの液面までの距離を巻取式の液面測定器２０
を用いて測定する。弦長測定器８がタンク上端円の弦の
長さを測定し、タンク径算出手段が、弦長測定器８によ
り測定した弦長と、弦の中点からタンク上端円での垂線
の長さを用いてタンクの半径を算出する。角度検出器９
がタンクの傾斜角度を検出し、液面測定器２０が、ワイ
ヤ２２を引き出してワイヤ先端に連結した液面検出器３
０を液面上に降ろし、液面までの距離を測定する。液面
測定器２０により測定した液面距離と、液面測定器のワ
イヤの基点からタンク上端円までの半径上の所定距離
と、角度検出器９が検出したタンクの傾斜角度と、タン
ク径算出手段が算出したタンクの上端円の半径と、から
タンクの中心軸線上の中心液面距離を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、傾斜して設置され
た円筒タンクの液面までの距離を巻取式の検出器を用い
て測定する液面測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体の大形容器として、円筒形のタンク
が各種の分野で汎用的に使用されている。この種の円筒
タンクは、通常、水平底部を有し、液体の排出口が側面
下部に設けられているため、内容物の液体を最後まで流
出させるために、排出口側を少し低く、その反対側を高
くするように、タンクを傾斜して設置する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなタンクの液
面までの距離を測定する場合、一般に、巻取式の液面測
定器が使用される。この液面測定器は、巻取器に巻装し
たワイヤの先端にフロート或は電気的な液面検出器を取
付け、フロート或は液面検出器をタンクの上から液面上
に落下させ、その時に繰出されたワイヤの長さをカウン
タにより測定し、液面までの距離を得るように測定す
る。

【０００４】しかるに、傾斜して設置された円筒タンク
の液面までの距離を、正確に測定するには、図１または
図８に示すように、タンクＴの中心軸線Ｓ上における最
上点と液面間の距離を測定する必要がある。

【０００５】しかしながら、汎用で携帯型の液面測定器
を使用して、工場等に設置された多数の大形円筒タンク
の液面を順に測定する場合、簡単な作業で測定器を円筒
タンクの中央に正確に設置することは困難であることか
ら、タンクの側壁部付近に測定器を設置して、タンクの
中心以外の任意の箇所の液面距離を測定していた。

【０００６】このため、そのような液面の測定値には誤
差（ばらつき）が多く、円筒タンクの中心軸線上に測定
器を設置しなくても、液面までの距離を正確に測定する
ことができる液面測定器が要望されていた。

【０００７】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、円筒タンクの中心軸線上の最上点から液面上の点ま
での中央液面距離を、タンクの縁部寄りに設置した巻取
式の液面測定器により、容易に測定することができる液
面測定装置とその測定方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の液面測定装置は、傾斜して設置された円筒
タンクの液面までの距離を巻取式の液面測定器を用いて
測定する液面測定装置であって、円筒タンクの上端に取
付けられ、タンクの平面上の傾斜中心線上に配置されタ
ンクの縁部に当たる当て部を有する本体部と、本体部に
対し直角に取付けられ該タンクの上端円上に任意の弦を
形成するように両端を該タンクの上端円周上に載置され
る弦部と、を有する取付け枠と、取付け枠の本体部上に
前記弦と平行な軸で揺動可能に取り付けられ、ワイヤの
先端に連結した液面検出器を液面上に降ろして液面まで
の距離を測定する巻取式の液面測定器と、本体部に設け
られ、タンクの上端円に水平な状態から対鉛直水平状態
まで該液面測定器を回動させて、タンクの傾斜角度を検
出する傾斜角度検出手段と、前記弦部上に設けられ、タ
ンク上端円の任意の弦の長さを測定する弦長測定手段
と、弦長測定手段が測定した弦長と、弦の中点から該タ
ンク上端円での垂線の長さを用いてタンクの半径を算出
するタンク径算出手段と、液面測定器が測定した液面距
離と、液面測定器のワイヤの基点からタンク上端円まで
の半径上の所定距離と、傾斜角度検出手段が検出したタ
ンクの傾斜角度と、タンク径算出手段が算出したタンク
の上端円の半径と、からタンクの中心軸線上の中心液面
距離を算出する液面距離算出手段と、を備えたことを特
徴とする．

【０００９】

【作用・効果】このような構成の液面測定装置では、タ
ンクの液面距離を測定する場合、まず、本体部と弦部と
からなる取付け枠を、被測定タンクの上に、その本体部
を傾斜中心線上に配置しその当て部をタンクの縁部に当
て弦部をタンク上端円上に載置して設置する。この状態
で、弦長測定手段がタンク上端円の弦の長さを測定し、
タンク径算出手段が、弦長測定手段により測定した弦長
と、弦の中点からタンク上端円での垂線の長さを用いて
タンクの半径を算出する。

【００１０】傾斜角度検出手段が、タンクの上端円に水
平な状態から対鉛直水平状態まで液面測定器を回動させ
て、タンクの傾斜角度を検出する。そして、液面測定器
が、ワイヤを引き出してワイヤ先端に連結した液面検出
器を液面上に降ろし、液面までの距離を測定する。

【００１１】その後、液面距離算出手段が、液面測定器
により測定した液面距離と、液面測定器のワイヤの基点
からタンク上端円までの半径上の所定距離と、傾斜角度
検出手段が検出したタンクの傾斜角度と、タンク径算出
手段が算出したタンクの上端円の半径と、からタンクの
中心軸線上の中心液面距離を算出する。

【００１２】このように、傾斜した大形の円筒タンクで
あっても、液面測定装置の取付け枠とその上の液面測定
器をタンクの上端の縁部寄りに設置し、タンクの縁部寄
りの位置で液面までの距離を測定し、その距離を用いて
正確なタンクの中心軸線上の液面距離を算出することが
できる。このため、液面測定装置を汎用で且つ携帯型と
して製作し、装置を被測定タンク上の縁部寄りに設置す
るだけで、傾斜角度が不明で且つ内外径の不明な大形の
円筒タンクであっても、その液面距離を、簡単な作業で
効率よく正確に測定することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。この液面測定装置は、傾斜して設
置された円筒タンクの液面までの距離を測定するため
に、図１〜図３に示すように、円筒タンクＴの傾斜側上
端部に取付ける取付け枠１と、その取付け枠１の中央に
傾斜方向に揺動可能に取りつけられた巻取式の液面測定
器３０とを備えて構成される。

【００１４】取付け枠１は、平面視で略Ｔ字状に形成さ
れ、液面測定器３０が取りつけられる本体部２と、本体
部２に対し直角に固定されタンクＴの平面円上で弦をな
すように配置される長尺直線状の弦部３と、から構成さ
れる。本体部２の先端にはタンクＴの上端の縁部に当接
する当て部４が設けられ、そのタンクＴとの当接点Ｂか
ら弦部３の中心点Ｃまでの距離ａが既知の値として形成
されている。

【００１５】液面測定器３０は、本体部２上で、弦部３
と平行な軸１０により揺動可能に軸支される。液面測定
器３０には水平を出すための水準器１１と水平調整器１
２が取りつけられ、水平調整器１２のねじを回して液面
測定器３０を水平状態に調整することができる。軸１０
にはポテンショメータ等からなる角度検出器９が取り付
けられる。角度検出器９は、液面測定器３０がタンクＴ
の上端部と平行な状態から水平状態になるまで、水平調
整器１２により回動する間の角度を検出することによ
り、そのタンクＴの傾斜角度θを検出し、その信号を出
力する。

【００１６】弦部３上には１対の弦長測定爪５、６が左
右方向に同期して移動可能に取り付けられ、これら１対
の弦長測定爪５、６は、設置時、タンクＴの上端の２点
（点Ａと点Ｄ）に当たり、弦の長さを測定する。すなわ
ち、弦部３の両端にプーリ１３、１４が軸支されると共
に、中央にプーリ１５が軸支され、それらのプーリ１
３、１４、１５には１本のワイヤ７が掛け渡され、一方
側のワイヤ７に弦長測定爪５が連結され、他方の側のワ
イヤ７に弦長測定爪６が連結される。

【００１７】これにより、１対の弦長測定爪５、６は、
手動により一方の爪を動かすだけで、プーリ１５の位置
する中心点Ｃからの距離が同じになるように相対的に両
側に移動する。中央のプーリ１５は多回転型ポテンショ
メータ等からなる回転型の弦長測定器８の軸に固定され
る。この弦長測定器８は、弦長測定爪５、６の移動（位
置）に応じて走行するワイヤ７により回転し、弦長測定
爪５、６間の距離（点Ａと点Ｄ間の距離２ｂ）を示す信
号を出力する。

【００１８】取付け枠１の本体部２に設置される液面測
定器２０は、図４に示すように、ケース２１内にワイヤ
２２を巻装した巻取りドラム２３を内蔵し、ケース２１
の底部に設けた開口部２１ａから、ワイヤ２２の先端に
連結した液面検出器３０をタンクＴ内の液面上に下降さ
せ、引出されたワイヤ２２の距離によりタンク上端から
液面までの距離を測定する構造である。

【００１９】巻取りドラム２３の軸には巻取モータ２６
が連結され、巻取モータ２６によりドラム２３は駆動さ
れる。ワイヤ２２はロータリエンコーダ用のプーリ２７
に掛けられて繰出される。プーリ２７の円周上は磁極
部、開口部、反射部等が一定間隔で設けられ、それに対
向して磁気センサ、光センサ等からなるロータリエンコ
ーダ２４が設けられ、プーリ２４の回転数つまり繰出さ
れたワイヤ２２の長さに応じた信号がエンコーダ２４か
ら出力される。

【００２０】ケース２１内の開口部２１ａの上方に、液
面検出器３０を収納する収納部が形成され、その収納部
に液面検出器３０の上昇端を検出するリミットスイッチ
等の上昇端検出器２５が設けられる。また、ケース２１
の底部には液面検出時に検出器３０から送られる光信号
を受信するための受光素子２９が下向きに取付けられ
る。

【００２１】液面検出器３０は、略円筒型の錘状に形成
され、そのケースの底部中央に主電極３３を設け、その
周囲に補助電極３１を設け、上部に液面検出光信号を送
信するための投光素子３２が取り付けられる。検出器３
０内には、図示しない電源回路、検出回路が内蔵され、
検出回路は、液面検出器３０の底部が液面に達した時、
主電極３３と補助電極３１間の抵抗値の変化に基づき、
投光素子３２を発光させるように構成される。電源回路
は通常、電池を内蔵するが、二次電池、コンデンサ、充
電回路を設けることにより、ケース２１の収納部内にあ
る時、二次電池、コンデンサに充電するようにしてもよ
い。

【００２２】液面測定器２０の制御回路は、図５に示す
ように、マイクロコンピュータを主要部にして構成さ
れ、ＣＰＵ４０、ＲＯＭ４１、ＲＡＭ４２、及び入出力
回路４３を備える。上記弦長測定器８、角度検出器９、
受光素子２９、ロータリエンコーダ２４、上昇端検出器
２５、巻取モータ２６、及び測定値等を表示する表示器
２３、図示しないスイッチ類が入出力回路４３に接続さ
れる。

【００２３】ＣＰＵ４０は、予めＲＯＭ４１に記憶され
たプログラムデータに基づき、液面検出信号、エンコー
ダ２４の出力信号を取り込み、液面までの距離ｘを算出
し、さらに、タンクＴの半径ｒと傾きθを算出し、これ
らの距離ｘ，半径ｒ，傾きθ、及び既知の距離ａとから
中心液面距離ｙ（タンクの中心軸線上の上端から液面ま
での距離）を算出し、それを表示器２３に測定値を表示
するなどの処理を実行する。また、ＲＯＭ４１内には、
演算された距離データを補正するために、距離データに
対応して補正係数がテーブルデータなどとして予め記憶
される。補正係数は、例えばプーリとワイヤの滑り、ワ
イヤの伸びに応じて、実測値から予め算出され、記憶さ
れる。

【００２４】次に、上記構成の液面測定装置の動作を説
明する。測定装置の取付け枠１を図１、２に示すよう
に、測定しようとするタンクＴ上の縁部に、その本体部
２の当て部４をタンクの縁に当て、弦部３をタンク上に
載置し、弦部３の両弦長測定爪５、６をタンクＴの縁に
当てて装置を設置する。本体部２はその中心線がタンク
Ｔの傾斜方向の中心線Ｌと一致するように配置する。こ
の状態で、弦長測定器８は弦長測定爪５、６の位置に応
じて弦ＡＤの長さを示す信号を発生し、ＣＰＵ４０はそ
の弦ＡＤの半分の長さに当たる点Ａから点Ｃまでの距離
ｂのデータを取り込む。

【００２５】次に、水準器１１を見ながら水平調整器１
２を操作して、液面測定器２０の姿勢を、タンクＴの上
端に沿った状態から水平（鉛直に対する水平）状態にす
る。この時、角度検出器９からタンクＴの傾斜角度θを
示す信号が出力され、ＣＰＵ４０はこの角度データθを
取り込む。

【００２６】測定開始用の操作スイッチをオンすると、
ＣＰＵ４０は、図６のフローチャートに示すように先
ず、ステップ１００で、液面検出器３０が上昇端にある
か否かを判定する。上昇端検出器２５がその上昇端を検
出している場合、次に、ステップ１１０にて、巻取モー
タ２６を下降側に駆動し、ステップ１２０で、エンコー
ダ２４からのデータの取り込みを開始する。

【００２７】これにより、巻取りドラム２３がワイヤ繰
出し方向に回転駆動され、ワイヤ２２の先端の液面検出
器３０は、その自重によりタンク内を下降していく。こ
のとき、ワイヤ２２の繰出しに応じてプーリ２７が従動
回転し、その回転角を示す信号がエンコーダ２４から出
力され、その信号はＣＰＵ４０に取り込まれ、ステップ
１３０で、現在のワイヤの長さつまり液面検出器３０ま
での距離が演算され、ステップ１４０で、その距離が表
示器２３に表示される。このような処理は所定時間（数
百ミリ秒）毎に繰り返され、表示距離はインクリメント
されていく。

【００２８】そして、液面検出器３０の下部が液面に達
すると、液体により主電極３３と補助電極３１間の抵抗
値が変化し、液面検出回路において液面到着が検出さ
れ、検出器上部に設けた投光素子３２が投光動作する。

【００２９】このとき、測定器本体側の受光素子２９
は、投光素子３２からの液面検出を示す光信号を受光
し、その受光信号（液面検出信号）をＣＰＵ４０に送
る。ＣＰＵ４０は、この液面検出信号を入力すると、液
面検出と判断してステップ１７０に進み、巻取モータ２
６を直ちに停止させ、液面検出器３０の下降を停止させ
る。そして、次に、ステップ１８０で、その時点の距離
データに補正を加えて、液面までの距離ｘを算出する。

【００３０】次に、ＣＰＵ４０は、ステップ１８５で、
タンクＴの半径ｒを、既知の距離ａと測定した弦の半分
の距離ｂを用いて演算する。図７に示すように、三角形
ＡＢＣと三角形ＯＡＢにおいて、ｃ² ＝ａ² ＋ｂ² 、ｔ
ａｎβ＝ｂ／ａ、ｃｏｓβ＝ｃ／２ｒ、の式が成立する
から、この３つの式からタンクの半径ｒが算出される。

【００３１】次に、ステップ１９０で、角度検出器９に
より検出したタンクの傾斜角度θ、上記測定器３０で測
定した液面までの距離ｘ、タンクの半径ｒ、及び既知の
距離ａを用いて、タンクＴの中心軸線Ｓ上のタンク上端
から液面までの距離ｙ（適正な液面距離）を演算し、表
示器２３に表示する。

【００３２】この中心液面距離ｙは、図８に示すよう
に、点Ｏから点Ｇであり、ｙ＝ｙ₁ ＋ｙ₂ 、であるか
ら、三角形ＥＦＧにおいて、ｙ₂ ＝ｘ／ｃｏｓθ、三角
形ＯＣ₂Ｅにおいて、ｙ₁ ＝（ｒ−ａ₂ ）／ｔａｎθ、
ａ₂ ＝ａ−ａ₁ である。従って、この３つの式より中央
液面距離ｙを算出することができる。なお、ａ₁ は、弦
の中心点Ｃと液面測定器２０のワイヤの基点Ｃ₂ 間の既
知の距離、ａ₂ は円弧上の点Ｂから基点Ｃ₂ 間の既知の
距離である（図１）。

【００３３】そして、ステップ２００で、巻取モータ２
６を巻取り側に駆動させ、巻取りドラム２３にワイヤ２
２を巻取り、液面検出器３０を上昇させ、ステップ２１
０で、液面検出器３０が測定器本体の収納部まで上昇
し、上昇端検出器２５がその上昇端を検出したとき、ス
テップ２１０からステップ２２０に進み、巻取モータ２
６による上昇動作を停止させ、この回の液面測定を完了
する。

【００３４】このように、傾斜した円筒タンクであって
も、液面測定装置をタンクの側壁部付近の上端に設置す
るだけで、タンクの縁部寄りの位置で液面までの距離ｘ
を測定し、その距離ｘを用いて、正確な中心液面距離ｙ
つまりタンクの中心軸線Ｓ上の液面距離を算出すること
ができる。このため、液面測定装置を汎用で且つ携帯型
として製作することができ、工場等に設置され傾斜角度
が不明で、内径や外径の不明な大形円筒タンクであって
も、その液面距離を、簡単な作業で効率よく正確に測定
することができる。

【００３５】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、以下のような態様でも、実施することが
できる。

【００３６】１．上記では、タンクＴの外側に当て部４
や弦長測定爪５、６を当ててタンクの外側の寸法を測定
し外径を算出したが、内側の寸法を測定しその内径を算
出してのよい。

【００３７】２．また、取付け枠１は傾斜したタンクの
上端円の傾斜中心線Ｌの下側に設置したが、傾斜中心線
Ｌに沿った上側に設置することもできる。その場合、測
定した液面距離ｘから算出した距離ｙ₂ が、求める中心
液面距離より大きくなるため、距離ｙ₂ から距離ｙ₁ を
減算して求める。

【００３８】３．上記実施例では、液面検出器が電気的
に液面を検出し、その検出信号を空間光伝送により測定
器本体側に送信したが、無線送信により、或は検出信号
をワイヤに沿って配線した電線により送信してもよい。

【００３９】４．上記液面検出器は液面を電気的に検出
したが、ワイヤの先端にフロートを連結し、ワイヤを繰
出してフロートが液面に到達した時、そのワイヤの張力
変化を検出してワイヤの繰出しを停止する構造の液面検
出器としてもよい。

【００４０】５．上記実施例では、液面測定器２０のワ
イヤの基点位置を、弦中央点Ｃからａ₁ だけ離れた位置
に設けたが、液面測定器２０のワイヤの基点位置を弦中
央点Ｃに合わせれば、ａ₁ ＝０、ａ₂ ＝ａ、となり、上
記の液面距離ｙを算出する際に使用した、ａ₂ ＝ａ−ａ
₁ の式は不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す液面測定装置の設置状
態を示す説明図である。

【図２】液面測定装置の平面図である。

【図３】同測定装置の背面図である。

【図４】液面測定器２０の断面図である。

【図５】液面測定装置の制御回路のブロック図である。

【図６】制御回路の動作を示すフローチャートである。

【図７】タンクＴの半径ｒを求めるための説明図であ
る。

【図８】タンクＴの傾斜θと半径ｒから中央液面距離ｙ
を求めるための説明図である。

【符号の説明】

１−取付け枠２−本体部３−弦部４−当て部５、６−弦測定爪８−弦長測定器９−角度検出器２０−液面測定器２２−ワイヤ３０−液面検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】傾斜して設置された円筒タンクの液面ま
での距離を巻取式の液面測定器を用いて測定する液面測
定装置であって、該円筒タンクの上端に取付けられ、該タンクの平面上の
傾斜中心線上に配置され該タンクの縁部に当たる当て部
を有する本体部と、該本体部に対し直角に取付けられ該
タンクの上端円上に任意の弦を形成するように両端を該
タンクの上端円周上に載置される弦部と、を有する取付
け枠と、該取付け枠の本体部上に前記弦と平行な軸で揺動可能に
取り付けられ、ワイヤの先端に連結した液面検出器を液
面上に降ろして液面までの距離を測定する巻取式の液面
測定器と、該本体部に設けられ、該タンクの上端円に水平な状態か
ら対鉛直水平状態まで該液面測定器を回動させて、該タ
ンクの傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、前記弦部上に設けられ、該タンク上端円の任意の弦の長
さを測定する弦長測定手段と、該弦長測定手段が測定した弦長と、該弦の中点から該タ
ンク上端円での垂線の長さを用いて該タンクの半径を算
出するタンク径算出手段と、前記液面測定器が測定した液面距離と、該液面測定器の
ワイヤの基点からタンク上端円までの半径上の所定距離
と、前記傾斜角度検出手段が検出した該タンクの傾斜角
度と、前記タンク径算出手段が算出したタンクの上端円
の半径と、からタンクの中心軸線上の中心液面距離を算
出する液面距離算出手段と、を備えたことを特徴とする液面測定装置。
【請求項２】前記弦長測定手段は、弦部の両側に弦長
測定爪を移動可能に配設し、該弦長間の距離を電気的に
測定する弦長測定器を有し、該両弦長測定爪をタンクの
上端に当接させた際の該両弦長測定爪間の距離から弦長
を測定する請求項１記載の液面測定装置。
【請求項３】前記液面測定器の液面検出器は電極を有
し、該液面検出器が液面に到達した時の該電極間の抵抗
値の変化により液面を検出する請求項１記載の液面測定
装置。
【請求項４】前記液面測定器の液面検出器は投光素子を
有し、検出した液面検出信号を空間光伝送により測定器
本体側に伝送する請求項３記載の液面測定装置。
【請求項５】前記傾斜角度検出器は、該液面測定器の回
動角度を電気的に測定する角度検出器と、該液面測定器
の水平を検出する水準器と、該液面測定器を水平状態に
回動させる該水平調整器と有し、タンクの上端円と平行
状態にある本体部上の液面測定器を、該水準器を見なが
ら該水平調整器を操作して水平状態まで傾動させて傾斜
角度を検出する請求項１記載の液面測定器。
【請求項６】傾斜して設置された円筒タンクの液面まで
の距離を巻取式の液面測定器を用いて測定する液面測定
方法であって、該タンクの上端円の任意の弦の長さを測定する工程と、該弦の１／２の長さと該弦の中点から該上端円上に引い
た垂線の長さとから該タンクの半径を算出する工程と、該タンクの水平面に対する傾斜角度を測定する工程と、該弦の中点或はその垂線上に設置した液面測定器からワ
イヤの引出しにより液面検出器を液面に降ろして液面距
離を測定する工程と、上記で算出したタンクの半径とタンクの傾斜角度と上記
垂線の長さとから該タンクの中央軸線上の中央液面距離
を算出する工程と、を含むことを特徴とする液面測定方法。