JPS6018923B2 - 液位検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧下において安全でしかも誤差のきわめて少
ない液位検出装置に関する。

高圧下においてタンク類の液位を検出する方法としては
差圧発信器により高圧側と低圧側との圧力の差を検出す
る方法が採られている。

この場合、タンク内のガス組成および温度・圧力条件が
変化すると、これに伴ってガスの比重が変化し、検出液
位と実際の液位との間に相当の誤差が生じる。このよう
に時々刻々変化する温度・圧力条件に追従する液＆検出
方法はなく、現状では誤差のあるま）使用されておるの
でさらに誤差のない検出装置の開発が望まれてきた。特
に最近は化学プラントの高圧化、技術の高度化が進むに
従ってきわめて厳密な液位検出が必要となってきた。本
発明はこのような点に鑑みなされたもので、被測定タン
クに乾式配管による差圧発信器と湿式配管による差圧発
信器とを併設し、これら両差圧発信器からの出力信号を
演算器に入力して演算させ、この演算器の出力信号を謙
取ることによって温度、圧力条件が変化しても常に正確
な液位検出が行なえる液位検出装置を提供するものであ
る。以下その構成等を図に示す実施例により詳細に説明
する。第１図は乾式配管による液＆検出装置、第２図は
湿式配管による液＆検出装置、第３図は本発明に係る乾
式配管と湿式配管とを併設した液位検出装置を示す図で
、これらの図においてａは配管等の説明図、ｂは液＆と
差圧発信器の出力信号との関係強豪図である。

まず、乾式配管による場合は第１図ａにおいてタンク１
内には液体２が入れられ、液体２の上方にはガス３が充
満している。タンクーの予想最高液位と予想最低液位と
は、途中に差圧発信器Ａを備えた配管４Ａで連結されて
おり、差圧発信器Ａはその低圧側Ｌを配管４Ａの最高液
位側に接続され、また高圧側日を配管４Ａの最低液位側
に接続されている。そして、この配管のうち最高液位に
連結する方の側にはタンク内とおなじくガス３が充満し
ておりいわゆる乾式配管と云われる方式になっている。
日は液位、ＨＮ＾ｘは最高液位を示す。差圧発信器Ａは
その両方の入口における圧力の差を出力信号として発信
するものでその出力信号をａとする。以上のように構成
された乾式配管方式においては、液位が零のときに差圧
発信器Ａを零点に調整しておくと、液＆が最高液位にな
ったときには配瞥中に残ったガスのヘッドの影響によっ
て出力信号ａは真の液＆に対する出力信号より小さい値
を示す。そこで、液＆と筆圧発信器Ａにか）る差圧との
関係を数式によって表わすと次式のようになる。△Ｐ＝
（ｙ，一ｙｇ）日 ………【１’‘１｝式に
おいて上部ガスが緩い状態すなわち真空状態ではッｇ＝
０であり、配管取出口寸法をＨＮ＾ｘとすると葦圧発信
器に加わる技大差圧△Ｐｗ＾ｘは｛１）式にｙｇ＝０を
代入して△ＰＭ＾ｘ＝（ｙ，一０）Ｈｕ＾ｘ ＝ｙ，Ｈｗ＾ｘ ………【２’となる。

上式に用いた符号は次の通りである。△Ｐ…・・・差圧
発信器にかかる差圧（ｋ９／地）△Ｐ肌ｘ…・・・差圧
発信器最大差圧（【９′の）ｙｌ・・・・・・液比重量
（ｋ９／均）ｙｇ・・・・・・ガス比重量（ｋ９／地）
日・・・・・・液位（凧） ＨＭ＾ｘ・・・・・・出力信号最大目盛（凧）｛１１÷
｛２１△Ｐ−小柳：（・−努）日誌 △ＰＭ＾Ｘ ｙＩＨ…Ｘ ここで無次元化された△Ｐ，Ｈ′を考え上式に代入する
と△Ｐ′＝表馬Ｈ′＝日申 △Ｐ′＝（１−努）Ｈ′ …．・・．・側上記の数
式‘３｝すなわち出力信号と液位との関係を線図で表わ
すと第１図ｂのようになる。

図において、縦鞠に出力信号△Ｐ′をとり機軸に液位Ｈ
′をとると、直線６は上言己の糊式を表わす。また、直
線５は、検出したい液位Ｈ′と出力信号△Ｐ′との関係
が△Ｐ′；Ｈ′で表わされガス比重ｙｇの変化に影響さ
れない理想的入出力関係を示す。△Ｐ′＝Ｈ′に△Ｐ′
＝弄うＨ『亮 を代入すると、 △Ｐ − 日 △ＰＭ＾Ｘ−ＨＭ＾Ｘ となる。

検出器のレンジ調整でなされる‘２｝式を上式に代入す
ると、ＡＰ − 日 ｙ，ＨＭ＾ｘ一馬＾Ｘ となり、 △Ｐ＝ｙ，日が導かれガス比重ｙｇが含まれていない理
想的な入出力関係式であることが確認される。

以上説明したのは乾式配管の場合であって、つぎに説明
する緑式配管の場合は第２図においてタンク１、液体２
、ガス３、差圧発信器Ｂの関係は乾式配管の場合とまっ
た〈同様であるが、配管方式がことなり、差圧発信器Ｂ
とタンク１の予想最高液位とを連結する配管４８の中に
はタンク１の中の液体２と同じ比重の液体が満たされて
おりいわゆる湿式配管と云われる方式になっている。

この場合差圧発信器Ｂの高圧側日が配管４Ｂの最低液位
側に連結されており、低圧側Ｌが配管４Ｂの技高液位側
に連結されている。したがって差圧発信器Ｂは一般に市
販されているような測定レンジを平行移動するバイアス
機構を備えた蓋圧発信器を用い、この菱圧発信器Ｂの出
力信号をｂとする。このように構成された湿式配管方式
において液位が最高液位のときに差圧発信器Ｂの出力信
号が最大差圧を示すように調整しておくと液位が零にな
ったときには、タンク内に流入したガス３のヘッドの影
響によって出力信号ｂは零よりも大きな値を示すことに
なる。そこで液位と蓋圧発信器Ｂにか）る差圧との関係
を数式によって表わすと次式のようになる。△Ｐ＝（ｙ
ｌ−ｙｇ）（日一日Ｍ＾ｘ） …｛４１また■式の
場合と同様に△ＰＭ＾ｘ＝ｙ，ＨＭ＾ｘ
………‘５１上式に用いた符号は前記｛１１、‘２’
式の場合と同じである。

‘４’÷‘５｝ △Ｐ （ｙ「ｙｇＸＨ−ＨＭ＾Ｘ） △ＰＭ＾ｘ ｙ，ＨＭ＾ｘ ＝（１−篭）（品−，） ここで無次元化された△Ｐ、Ｈ′を考え上式に代入する
と△Ｐ′＝（１−券）（Ｈ′−１） 小・・・【６）こ
こで差圧発信器ＢにＨＭ＾ｘに相当するレンジサプレツ
ションを加えるものとする。

差圧に変換すると △Ｐ＝ｙ，ＨＭ＾ｘ 同機に無次元化量△Ｐ′を考え上式に代入すると△Ｐ′
＝基昔竿等＝多韓竿…蔓＝・｛６｝式において△Ｐ′軸
の正方向移動１を考えればよく【６｝式の左辺△Ｐに△
Ｐ′−１を代入すると△Ｐ′−１＝（１−努）（Ｈ′−
・）△Ｐ′＝（１−券）（Ｈ′−１）十１ ．．・【７
’上記の数式｛７）すなわち出力信号と液位との関係を
線図で表わすと第２図ｂのようになる。

乾式配管の場合と同じく直線７は前記直線５と同じく△
Ｐ：ッＩＨを表わし、直線８は上記の‘７１式を表わす
。以上第１図と第２図によって乾式配管と湿式配管の場
合について説明したが本発明に係る液位検出装置は上記
の乾式配管による差氏発信器と湿式配管による差圧発信
器とを併設したものであって以下第３図によって説明す
る。

図ａにおいて液体２、ガス３が満たされたタンク１に乾
式配管４Ａで連結された差圧発信器Ａと湿式配管４Ｂで
連結された差圧発信器Ｂとを併設する。差圧発信器Ａの
出力信号をａとし、差圧発信器Ｂの出力信号をｂとする
。９は縦単な演算能力を持った演算器で差圧発信器Ａ，
Ｂの出力信号ａ，ｂを入力した後、あらかじめ設定した
演算式を演算させ、その出力信号を読取ることによって
液位を検出するようになされている。

さて、このような乾式、湿式両配管を併用した場合の差
圧発信器の出力信号と液位との関係を糠図で表わすと第
３図ｂのようになる。この第３図Ｄはすなわち第１図ｂ
と第２図ｂとを合成した図であって、５のは前述の通り
数式△Ｐ′＝ｙ，Ｈ′を表わし、６は前記糊式△Ｐ′＝
（１−皆）Ｈ′を表わし「また８‘ま前記厭△Ｐ′＝（
１ーヱぷ）（Ｈ−１）十１を表わす。‘３ー式と‘７｝
式ｙｌ‘ま共Ｑ−券を函数とする式であるか地図こおい
ては両式を表わす線は平行することは明らかである。

いま図に示すように直線６の上に任意の点１０をとり、
この点１０の縦軸座標をａとする。また直線８の上に点
１０とおなじ液位すなわち横軸座標のおなじ点１１をと
り、この点１１の縦軸座標をｂとする。点１０と点１１
とを結ぶ直線と直線５との交点を１２とし、点１２の縦
軸座標と機軸座標とは同じ数値であってこれをｃとする
。いま直線６の上にあって機軸座標が１である点１３の
縦軸座標をｄとすれば幾何学的解析によりｄ＝１一（ｂ
−ａ）＝１十ａ−ｂであることは明らかである。またさ
らに点１０，１１，１２の機軸、織擬似ご古掛ること側
め掛る。

すな被このごこが求めるところの真の液位である。

演算器ではこのａとｂを入力してＣ＝ごこの演算を対て
その肋信号を議取れば真の液位が求められる。

以比ご：なる演算を行な瓶算器を備え ０た液位検出菱檀についてその構成等を説明したが、第
３図に示す装置における差圧発信器Ｂの接続方向を変え
ることによってもう一つの数式に導く装置があるので、
以下この装置について説明する。

この装置は、第３図に示す装置と同様に乾式配管４Ａと
緑式配管４Ｂとを併設するものであり、このうちの乾式
配管については第１図、すなわち第３図の配管４Ａ側と
全く同じであるからその説明を省略する。第４図はこの
乾湿併設菱贋のうちの湿式配管側のみを第２図ａ，ｂに
対応して示すものであって、差圧発信器Ｂの接続方向が
第２図のものと異なり、差圧発信器Ｂの高圧側日が配管
４Ｂの最高液位側に連結されている。したがって差圧発
信器Ｂは前記バイアス機構が付設されていないものが用
いられる。前述の装魔では液＆と蓋圧発信器Ｂにか）る
差圧との関係は数式‘４１で表わされたが今回の装置で
は日とＨＭ＾ｘが反対となり次の式で表わされる。使用
する符号はすべて前述のとおりである。△Ｐ＝（ｙ，一
ｙｇ）（ＨＮ＾ｘ−Ｈ） …【８ー‘８｝式におい
て上部ガスが無い状態すなわち真空状態ではｙｇ＝０で
あり、配管取出口寸法をＨＭ＾ｘとすると髪圧発信器に
加わる最大差圧△ＰＭ＾ｘはｍ式にｙｇ＝０を代入して
△ＰＭ＾Ｘ＝（ｙ，−０）ＨＮ＾Ｘ ＝ｙＩＨＭｘ ………｛９１となる。

‘８）÷■ △Ｐ （ｒ ｙｇ力ＨＭ＾ｘ−Ｈ） ニ １一 △ＰＭＡＸ ｙ，ＨＮ＾Ｘ ＝（１‐等）（１‐品） ここで無次元化された△Ｐ、Ｈ′を考え上式に代入する
と△Ｆ′＝（１−券）（１−Ｈ′） ．・・．・・．・
剛第４図ｂにおいて直線７は第２図ｂとおなじく△Ｐ＝
ｙＩＨ′を表わし、直線１４は上記の００式を表わす。

図で明らかなように今回は直線１４の煩きが逆になり、
液位が最高液＆になった時に出力信号は零になる。差圧
発信器Ｂの接続方向が異なる他は第３図に示す装置と同
じである。

第５図は第１図ｂと第４図ｂとを合成したもので今回の
装直における出力信号と液位との関係を表わす線図であ
る。図において直線６の上に任意の点１５をとりこの点
１５の縦藤座標をａとする。また直線１４の上に点１５
とおなじ液位すなわち機軸座標のおなじ点１６をとりこ
の′点１６の縦軸座標をｂとする。点１５と点１６を結
ぶ線の延長と直線５との交点を１７とし、点１７の縦軸
座標と機軸座標とは同じであってこれをｃとする。いま
直線６の上の機軸座標が１である点１８の縦軸座標をｄ
とすると、幾何学的解析によりｄ＝ａ十ｂであることは
あきらかである。また点１５’１６’１７の機軸座側ま
±であることはあさるかである。

すなわちこのＣ：毒±が求めるところの真の液位である
。

演算器ではこのａとｂを入力して声；の演算をさせてそ
の出力信号を読取れ‘頃の液位が求められる。なお、通
常の工業計器信号はベース信号を持っており、実際に使
用する演算式は下記の通りとなる。

今統一信号が１〜ＷＤＣ信号であるとすると、前述のａ
、ｂ、ｃ信号は無次元化された信号であるので０＜ａ＜
１、０くｂ＜１、０＜ｃ＜１である。差圧発信器Ａの統
一出力信号をＶａ、差圧発信器Ｂの統一出力信号をＶｂ
とすると△Ｐ′＝ａ＝０のとき Ｖａ＝１（Ｖ） △Ｐ′＝ａ＝１のとき Ｖａ＝５（Ｖ） 無次元化された信号と統一出力信号との間は線型である
からＶａ＝Ｋ，ａ十Ｋ２ ………（１１
）（１１）式に上記の条件を代入するとｖａ＝傘十・＾
ａ：ミニ ・・‐・・‐．‐．（・２）同様にしてｂ＝
均一………（１３） 従って演賊ここに（１２）（１３）式を代入するとＶａ
−１ ．．．．．．．．．（１４）Ｖ
ａ−Ｖｂ十４また、演算式患に〈１２）（１３）滋代入
するとＶａ−１ …．．，．．．（
１５）Ｖａ＋Ｖｂ−２実際に使用する演算式は（１４）
式および（１５）式である。

以上説明したように本発明によれば被測定タンクに乾式
配管による差圧信号器と湿式配管による差圧信号器を併
設してその出力信号を付設の演算器に入力して演算させ
てその出力信号を読取るというきわめて簡単な方法によ
り誤差のまったくない液位を検出できるようにしたもの
で、高圧下の液位検出する場合、安全な大気圧のもとで
差圧発信器の零点および最大差圧を調整しておけ‘よ、
その後はタンク上部のガス組成および温度条件が変化し
てもその都度発信器を再調整する必要がなく常にきわめ
て正確な液位を検出することができる。

また運転条件が大中に変動する場合でも再調整の必要は
まったくなく、作業の簡素化および安全性からしてもそ
の効果はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは乾式配管による液位検出装置の配管等の説明
図、第１図ｂは同じく液位と叢圧発信器の出力信号との
関係強豪図、第２図ａは湿式配管による液位検出装置の
配管等の説明図、第２図ｂは同じく液位と差圧発信器の
出力信号との関係線図、第３図ないし第５図は本発明に
係る液位検出装置の実施例を示し、第３図ａはその配管
等の説明図、第３図ｂは同じく液＆と筆圧発信器の出力
信号との関係謙泉図、第４図ａは第３図に示すものとは
差圧発信器の接続方向が異なる別の乾湿配管併設の液位
検出装置の湿式配管側のみを示す配管等の説明図、第４
図ｂは同じく液位と差圧発信器の出力信号との関係線図
、第５図は、第１図ｂと第４図ｂとを合成した液位と差
圧発信器の出力信号との関係孫康図である。 １・・・・・・タンク、４Ａ・・・・・・乾式配管、４
Ｂ…・・・湿式配管、Ａ・・・・・・乾式配管による差
圧発信器、Ｂ・・・・・・湿式配管による差圧発信器、
ａ・・・・・・乾式配管による差圧発信器の出力信号、
ｂ・・・・・・湿式配管による差圧発信器の出力信号、
９・・・・・・演算器、ｃ・・・・・・演算器の出力信
号。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体とその蒸発ガスとが充満した被測定タンクの予
   想最高液位と予想最低液位とを途中にそれぞれ差圧発信
   器を備えた一対の配管で連結し、片方の配管の差圧発信
   器の最高液位側にはガスを入れてこの配管を差圧発信器
   の低圧側に接続し、他方の配管の差圧発信器には測定レ
   ンジ平行移動用バイアス機構を付設しこの差圧発信器の
   最高液位側には液体を入れてこの配管を差圧発信器の低
   圧側に接続するとともに、前記両差圧発信器からの出力
   信号を付設の演算器に入力し、ガス側差圧発信器からの
   入力数値ａおよび液体側差圧発信器からの入力数値ｂを
   含んだ数式ａ／（１＋ａ−ｂ）を計算させ、この演算器
   の出力信号を読取ることにより液位を検出るようにした
   ことを特徴とする液位検出装置。 ２ 液体とその蒸発ガスとが充満した被測定タンクの予
   想最高液位と予想最低液位とを途中にそれぞれ差圧発信
   器を備えた一対の配管で連結し、片方の配管の差圧発信
   器の最高液位側にはガスを入れてこの配管を差圧発信器
   の低圧側に接続し、他方の配管の差圧発信器の最高液位
   側には液体を入れてこの配管を差圧発信器の高圧側に接
   続するとともに、前記両差圧発信器からの出力信号を付
   設の演算器に入力し、ガス側差圧発信器からの入力数値
   ａおよび液体側差圧発信器からの入力数値ｂを含んだ数
   式ａ／（ａ＋ｂ）を計算させ、この演算器の出力信号を
   読取ることにより液位を検出するようにしたことを特徴
   とする液位検出装置。