JPS6047976B2

JPS6047976B2 - レベル検出装置

Info

Publication number: JPS6047976B2
Application number: JP1479979A
Authority: JP
Inventors: 容治宮崎; 修一谷吉
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1979-02-09
Filing date: 1979-02-09
Publication date: 1985-10-24
Also published as: JPS55107923A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はレベル検出装置に係り、特に、液体面と固体面
の両相レベルを検出するに最適なレベル検出装置に関す
る。

従来より、液面位あるいは固体面位を検出するレベル計
としては、フロート式、電極棒式、超音波式、静電容量
式、音叉式、水銀傾き式、サウンジング式等多数の形式
が存在するが、いずれも単一相（固体もしくは液体のい
ずれか）のみのレベル検出器である。

このため、どちらか一方のみが存在する場合は良いが、
両相が堆積した場合の各面の各々のレベル検出は不可能
である。このような解決策として、液面ならびに固体面
のための専用の検出器を２基設置する方法も考えられて
いるが、液体と固体との判別が困難であるため誤検出す
ることがあつた。また、連続的検出ができないばかりか
信頼性、保守性の面で劣るものであつた。特に、レベル
計に要求されることは、連続的検出が可能であることで
あり、これは重要な意味を持つている。すなわち、常時
測定面位の変化を検出できることから、槽を満量にする
ことができ（満量になつた時点で別の槽に移す）槽を有
効に利用てきる利点がある。

高炉等の冶金炉より発生する溶滓は木枠したのち、調整
槽や脱水槽等を介して、いわゆるスラリーにされ、スラ
グセメント、土木用骨材等種々の用途に供せられている
が、この過程で用いられる脱水槽は沈澱したスラリーと
上部に溜る水との各々の面レベルを知ることが効率良く
運転するうえで必要な事柄となつている。更には、連続
的に面レベルを知ることが槽群を有効に利用、管理する
上で必要とされる。本発明の目的は、トルクモータを用
いて両相レベルを検出するレベル検出装置に関する。

フ本発明は、固体と液体の物理的な違い及びトルクモ
ータの有する特性を利用し、槽内の液体中に吊下可能に
設置された錘りを、時々刻々に変化する液体面位、固体
面位間で反復上下運動させ、その錘りの動きを電気的に
検出するようにしたものｉである。

第１図は本発明の実施例を示すブロック図である。

第１図においてレベル検出装置は、錘り１、ワイヤロー
ブ２、検出部３、制御装置４、操作盤５、指示計６、ト
ルク可変装置７より成る。

さらに検出部３は、ワイヤドラム３０、回転位置検出器
３１、減速機３２、トルクモータ３３、停止検出装置３
４より構成され、これらは一つの筐体内に構成されて槽
１００の真上に設置される。槽１００内には固体２００
が沈澱し、さらにその上に液体３００が収容され、各々
固体面位と液体面位の２つの境界面が形成されている。
固体２００、液体３００は共に槽１００の上部より投入
され、排出は槽１００の下部より行なわれ、特に液体３
００の場合は槽１００の側面に設けられた排水弁１０１
〜１０４の開閉により排出することができる。これらの
一連の操作により境界面レベルは時々刻々に変化してい
る。錘り１を吊しているワイヤローブ２は検出部３のワ
イヤドラム３０に巻取られており、錘り１の移動量とワ
イヤドラム３０の回転数とは比例関係にある。

ワイヤドラム３０の回転軸は回転位置検出器３１及び減
速機３２と連結され、さらに減速機３２を介してトルク
モータ３３が連結されている。また、ワイヤドラム３０
の回転停止（すなわち錘り１の移動停止）を検出する停
止検出装置３４が設けられている。この停止検出装置３
４の出力信号は制御装置４に送られ、操作盤５よりのモ
ード選択信号に基き指示計６の指示、及びトルクモータ
３３への供給電圧を決定するための指令信号をトルク可
変装置７に出力するための論理判断を行なつている。ま
た、必要に応じて固体面位が満レベルであることを意味
する外部出力信号を出．力する。トルク可変装置７はト
ルクモータ３３への供給電圧を可変制御するもので、サ
イリスタスイッチにより構成される。また、錘り１は下
限ストッパーにより下限停止される様に構成され、その
位置で指示計６の調節ノブにより、指針の零調！ができ
るようになつている。第２図は錘り１を常時液体表面と
固体表面との間を反復上下運動させた場合の重量変化を
示すものである。

第２図においては、横軸にスピードをとり（上昇方向を
正とする）、縦軸に錘り１に対くし上昇方向にかかる力
をとつている。トルクモータ３３はその特性として、供
給電圧に比例して発生１・ルクが変化し、この変化に対
応して錘り１の引揚げ力を変化することになる。この変
化に対し、第２図では供給電圧Ｖ１のときの引揚げ力に
該当する特性カーブを曲線Ｍ１とし、更に高い電圧Ｖ２
の場合に該当する特性カーブを曲線Ｍ２として示してい
る。更に、錘り１が液体中にあるときの引揚げに要する
力（錘り１の水中での重さに等しい）を直線Ｗ１で示し
、錘り１が液体中から露出して空気中にあるときの引揚
げに要する力（錘り１の空気中での重さに等しい）を直
線Ｗ２で示している。錘り１は中空の金属性の円筒形状
にすノると共に、内部に小金属球を多数内蔵可能として
全体の重量調節を行つている。なお、上述のＷ２とＷ１
の大きさの差は錘り１の浮力によるものである。トルク
モータ３３を巻上時のトルク設定すなわ・ち電圧Ｖ２に
設定すると、錘り１は自動Ｗ１に打勝つて直線Ｗ１と曲
線Ｍ２の交点、すなわちスピードｎ１て上昇する。

錘り１が液面位に達すると、錘り１は浮力が無くなりＷ
２の重さになろうとするが、トルクモータ３３はそれ以
上引揚げるだけの力を持たないため、錘り１は液面位で
停止することになり、トルクモータ３３は曲線Ｍ２のス
ピード零での値Ｗ２の力でワイヤローブ２を緊張させる
ことになる。次に、トルクモータ３３を巻下時のトルク
設定値、すなわち電圧Ｖ１にすると錘り１はトルクモー
タ３３の引揚げ力よりも自重の方が勝つて、直線Ｗ１と
曲線Ｍ１の負領域での交点でのスピードＮ２で下降する
。

このときのトルクモータ３３の発生トルク値は駆動部の
慣性に基く惰走を抑制するとともに、ワイヤローブ２に
適度の張力を与えて錘り１の固体面上への着地時のショ
ックによるワイヤローブ２のたるみを防止するように作
用する。錘り１は下降して固体面位上に着地すると、そ
の位置で静止することになる。このときトルクモータ３
３は曲線Ｍ１のスピード零での値Ｗ１の力でワイヤロー
ブ２を緊張させることになる。以上の一連の動作を繰り
返すことにより、即ち、巻上時（上昇時）はトルクモー
タ３３に上記Ｗ２以下でかつＷ１以上の引揚げ力に相当
する引揚げトルクを発生させる電圧Ｖ２を、巻下時（下
降時）はトルクモータ３３にＷ１以下の引揚げトルクを
発生させる電圧■１を付与するようにして、トルクモー
タ３３への供給電圧を交互に変えることによつて、簡単
に錘り１を両面位間であたかもピンポン球のように反射
反復運動をすることになる。このときトルクモータ３３
には常時一方向（上昇方向５のみの電圧を供給し、その
電圧値（トルクに対応）を変化させるのみであるから、
複雑な制御装置を必要としない。また、トルクモータ３
３による引揚げ力が曲線Ｍ１もしくは曲線Ｍ２になるよ
うにトルクを一定にしておけば、それぞれ固体面位もし
くは液面位位の変化に錘り１は追従し、各々のレベルの
連続検出が可能である。ただし、固体面位の場合は、錘
り１が埋没してしまう恐れがあ，るため、固体面位が下
降しているときのみに使用可能である。錘り１は常時、
上昇と下降の反復運動をしているわけてあるが、各面位
に到着したタイミングの検出は、ワイヤドラム３０が回
転を停止したことを検知することにより行われる。

この検知は非接触型のスピードスイッチで構成された停
止検出装置３４で行つているが、この他にトルクモータ
３３の軸にブラツキングリレーを付加する方法あるいは
回転位置検出器３１の出力信号を処理する方５法も可能
である。表示としては、指示計６に錘り１の変化状態を
そのまま指示させると、指針が常にふらつくことになり
非常に見ずらい。

そこで指示計６としては、最大、最小指針付の電流計を
用いる。これは、その時の電流値を常に指示する動針と
、動針の最大値と最小値とを機械的に残留指示する２つ
の固定針とて構成され、両固定針は各々外部入力により
内蔵の電磁コイルを付熱することにより、その時の動針
の位置に一致するように移動する。この動針に回転位置
検出器３１で得られた信号を電流変換して与えれば、錘
り１の反復上下運動を表示することができる。このとき
、最大側の固定針は動針の最大振れを示し、最小側の固
定針は動針の最小振れを示すよう動針によつて運針され
る。これは結果的に各々液面位、固体面位を意味するこ
とになる。しかし、動針が常に最大値と最小値を更新す
る場合、即ち液面位が次第に高くなると共に固体面位が
次第に低くなる場合は良いが、逆の動作をすることも考
慮して、前述の電磁コイルを付熱することにより固定針
を動かすようにしている。この場合のタイミングとして
は、最大側固定針（液面位表示）の場合は停止検出装置
３４が液面位に停止したことを検出した時点とし、最小
側固定針（固体面位表示）の楊合は停止検出装置３４が
固体面位に停止したことを検出した時点として用いてい
る。第３図は指示計６の一例を示す正面図である。

指示計６は、動針６１．最小側固定針６２、最大側固定
針６３、目盛板６４よりなる。目盛りはメートル表示で
直接に面位が表示される。動針６１が動くことにより、
その外側に配針されている最小側固定針６２、最大側固
定針６３が該当する測定面位まで押し動かされる。第３
図の例では固体面位置が師であり、液体面位置が１１．
５ｍであることを示している。最小側、最大側固定針６
２，６３の針復帰は内蔵の電磁コイル（図示せす）にリ
セットパルスを与えることにより、第３図の図示方向に
戻されて次の運針に備えられる。第４図は制御装置４の
詳細ブロック図である。

制御装置４は、停止検出用増幅器４１、選択切替回路４
２、リセット及び満読み込み回路４３、リレー回路４４
、■−１コンバータ４５、メーター駆動及び比較回路４
６より成る。停止検出装置３４の出力信号は増幅器４１
で所定の増幅を行つたのち選択切替回路４２に送られる
。選択切替回路４２では、停止検出信号及び操作盤５よ
りの選択信号を基にしてトルクモータ３３の供給電圧を
決定し、トルク可変装置７に出力しトルクモーター３３
を制御する。一方、回転位置検出器３１の出力は■−１
コンバータ４５に入力されてＶ−１変換が行なわれた後
、メーター駆動及び比較回路４６に送られ、指示計６に
出力すると同時に満レベル等の設定値との比較を行ない
、その結果をリセット及び満読み込み回路４３に送る。
リセット及び満読み込み回路４３は、選択切替回路４２
及びメータ駆動及び比較回路４６の出力信号に基づいて
指示計６のリセットコイル６６を励磁すると・共に、満
レベル等の外部出力をするために所定の増幅を行ない、
更にはリレー回路４４の制御を行なう。第５図は液面位
と固体面位との時間的変化に伴う各指示過程を示す説明
図である。

横軸に時間を′とり、縦軸に針振れ角度（槽内の高さ）
をとつている。なお、下部に示される信号はリセットコ
イル６６を付熱するためのパルス出力信号を示すもので
ある。また、図中の曲線１は液面位の変化曲線てあり、
曲線Ｈは固体面位の変化曲線てあり、曲線１、■間の繰
返し台形波形ＭＮは動針６１の変化曲線である。さらに
、曲線１に並行する点線図示特性Ｓｕは最大側固定針６
３の軌跡を示し、曲線■に並行する点線図示特性ＳＬは
最小側固定針６２の軌跡を示すものである。第５図にお
いて、移動点Ａｌ，ａ２の各々は動針６１によつて最大
側固定針６３が押され、目盛の多い側に動いている状態
てあり、同様にＫｇは動針によつて最小側固定針６２が
押され、目盛の小さい方に動いている状態を意味する。

また、リセットパルスは移動点Ａｌ，ａ２，ｂｌの各々
の直後で出されているが、この段階ては動針６１と各固
定針が同位置にあるため、電磁コイルが励磁されても固
定針は戻されることが無い。しかし、移動点Ａｌｌ，■
の各々ては、動針６１の方が各固定針よりも内側（目盛
の中央域）にあるため、リセットパルスの発生と同時に
該当する固定針は動針６１に接するまて電磁コイルによ
り移動する。（なお、動針６１の軌跡を示す波形ＭＮの
水平部分は、ワイヤドラム３０が停止状態にある領域て
ある。）最大側、最小側の各固定針は、それぞれ液面位
、固体面位にほぼ追従指示しているため、錘り１の移動
スピード（１ｍ／Ｓｅｃ）考え合わせれば、実用上液面
位ならびに固体面位の連続的なレベル検出がなし得たと
伝える。なお、錘り１の移動スピード５は、液面位、固
体面位の上昇下降の変動速度より充分高くとつてあるた
め、レベル検出追従遅れは或いは錘り１の埋没は生じ得
ない。なお、検出モードすなわち液面位、固体面位、両
面位の３モードの選択は操作盤５で行なう。

液ｊ面位選択の場合はトルクモータ３３へ第２図に示す
曲線Ｍ２となるようなトルクを発生させると、錘り１か
常に引揚け力Ｗ２で緊張され、液面位に追従して動針が
液面位を連続的に表示するとこになる。固体面位選択の
場合はトルクモータ３３へ！第２図に示す曲線Ｍ１とな
るようなトルクを発生させると、錘り１は常に引揚げ力
Ｗ１で緊張され、固体面位に追従して動針が固体面位連
続的に表示することになる。但し、このモードな固体面
位が下降するときのみ使用でき、両面位選択の場る合は
錘り１か自動的に反復上下動を繰返して動針１、固定針
２の組合せて液面位と固体面位とを表示することになる
。また、錘り１は下限ストッパーにより下限停止される
ように構成され、この位置で指示計６の調整ノブにより
針の零調（第３図における目盛５ｍの位置）を行なうこ
とができる。

。第１図に示した実施例を水滓スラグ製造設備に用いた
場合の使用例を説明すれば次の如くてある。

ほぼ連続的に液面位と固体面位の両相が検出できること
から、槽１００の側面の固体上の上澄水を外部に排出す
る役目の排水弁の開閉制御か即座・に可能となる。

第１図に示す例では、指示計６の指示値を見ながら排水
弁１０２，１０３を開けることになる。更に、常時固体
面位を監視できることにより、脱水槽内に水滓スラリー
を何回となく投入できるほか、満になれは途中で別の槽
に切換えることができるため、槽の有効利用を図ること
ができる。なお、本発明の実施例として最適な結果が得
られた諸機器の仕様の一例は次の如きものであつた。

トルクモータ・・・単相ＡＣ２ＯＯＶｌ４極、６０ＨＺ
１（かつ、Ｗ１＝２．１ｋ９、Ｗ２＝１４．１ｋｇとな
るように設定する）錘り・・・重量２５ｋ９、浮力１７
．７ｋ９、減速機・・・減速比１／３０ワ，イヤドラム
ー円周１ｍ本発明によれば、具体的に次に列挙する如くの効果が得
られる。

（１）装置を簡易かつ安価に構成できる。

（２）信頼性ならびに保守性に優れている。

（３）液面位と固体面位の両方が検出できる。（４）
検出レベル表示は各面位の変化に追従するため読取りが
容易。（５）液面位、固体面位ともに連続的な検出が可
能てある。

さらに、従来のサウンジング式レベル計と比較した場合
、次の利点がある。

（６）錘り１の固体面位着地検出を機械的検出（ワイヤ
たるみ）で行ない、それによりモータ停止する方法では
なく（従来、この方法は信頼性の低いものであつた）固
体面位（さらに液体面位）にて自ら強制的に停止するた
め信頼性が高められる。

（７）検出指示を保持するのに、従来のサウンジング
式では回転位置検出器で機械的に行なつているが、メー
タ側で簡単に行なうことができる。

（８）モータ制御は一方向のみの制御て簡単な構成とす
ることがてきる。上述の説明では固体、液体両相堆積槽
の両相レベル検出について行なつたが、どちらか一方の
みが収容されている槽にも適用可能である。

ただし、この場合は上限に錘りのストッパーを設置する
か、タイマーによつて反復上下運動させる様にする必要
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は錘
りを反復上下運動させた場合の重量変化図、第３図は本
発明に用いられる指示計の一例を示す正面図、第４図は
本発明に係る制御装置の詳細フロック図、第５図は液面
位と固体面位との時間的変化に伴う各指示過程を示す説
明図である。１・・・錘り、２・・・ワイヤローブ、３・・・検出部
、４・・制御装置、５・・・操作盤、６・・・指示計、
７・・・トルク可変装置、３０・・・ワイヤドラム、３
１・・・回転位置検出器、３２・・・減速機、３３・・
・トルクモータ、３４・・・停止検出装置、４１・・・
増幅器、４２・・・選択切替回路、４３・・・リセット
及び満読込み回路、４］４・・・リレー回路、４５・・
・■−１コンバータ、４６・・・メータ駆動及び比較回
路、１００・・・槽、２００・・固体、３００・・・液
体、１０１〜１０４・・・排水弁。

Claims

【特許請求の範囲】

１液体と固体とが収容された槽内に吊下可能に設置さ
れた錘りと、該錘りを上記液体、固体の両面位置を反復
上下運動させるべく、上昇時は気体中における上記錘り
重量以下でかつ液体中における上記錘り重量以上の引揚
げトルクを、下降時は液体中における上記錘り重量以下
の引揚げトルクを発生させる電圧が付与されるトルクモ
ータと、上記錘りの上下移動量ならびにその移動停止を
検知する検知手段と、該検知手段の出力に基いて上記ト
ルクモータへの供給電圧の制御ならびに測定面位の表示
を行なう指示計とを有するレベル検出装置。