JPH11511554A - 流体レベルを測定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 一定流量の空気流をタンク（49）の底部近傍で放出する管（41）を経て供給する、流体貯蔵タンク（49、図４）の流体レベルをバブル測定する方法であり、この一定流量は、一定圧力の圧縮空気を測定装置へ供給し、この空気を電磁弁制御の弁（25、図２）の入口部を経て等圧化容器（27、図２）へ送り、容器内の圧力を測定し、弁の両側の圧力を電気信号に変換し、これら電気信号を比較し、更に電気信号の変化を利用しオンオフ弁（25）を調整して一定流量を得ることにより得られる。これにより電磁弁の下流の圧力はバブル測定管の放出端部の上部の流体の高さの関数になる。

Description

【発明の詳細な説明】 流体レベルを測定する方法および装置 （技術分野） 本発明は複数の流体タンクを備えた貯蔵工場でレベル測定を行う方法および装 置に関する。 （背景技術） 流体タンクのレベル測定を行う、周知で極めて信頼性の高い方法はいわゆる［ バブル測定法］である。この方法の原理によれば、一定流量の圧縮空気が流体タ ンクの底部の近傍に配置された管の端部から吹き出される。この空気流の圧力は 空気が流体内に吹き込まれる位置の上部の流体の高さに正比例する。 この周知のレベル測定法の利点は、測定精度は低下するが、空気管内の圧力降 下が摩擦若しくは漏れのため一定流量では一定になり、校正により容易に除去可 能であることにある。 ［バブル測定法］の問題点は、貯蔵工場内に多数のタンクが存在する場合、そ の装置が高価となることである。周知のシステムの場合、各タンクに対し流量制 御装置を設け、各流量制御装置には流量制御装置の入口側と出口側との間の圧力 差により動作するメンブランを備える必要がある。このメンブランは弁を調整し て所定の空気流量を与える。流量制御装置の下流の圧力はレベル測定値として記 録される。 （発明の開示） 本発明の目的は複数の流体タンクを備えた従来の貯蔵工場用の装置に比べ低廉 な装置を用いて［バブル測定法］を有効 に実現する方法を提供することにある。 この目的は、電磁弁制御による導管および等圧化容器を経て空気を通過させ、 電磁弁の開放時間間隔と閉鎖時間間隔との間の関係を調整して一定の流量を維持 し、タンクの底部に供給される空気量を一定にすることにより達成される。 本発明は供給側の圧力に無関係に一定の流量を与える、本発明による方法を実 施する流量制御装置も提供し、流量制御装置は供給管内のガス圧に相応する第１ の電気信号を流量制御装置へ与える変換器と、供給管の下流に設けられ、電磁弁 により制御されるオンオフ弁と、オンオフ弁の下流の等圧化容器とオンオフ弁お よびガス流出口導管間に一定制限部とを有するガス流出口導管と、ガス流出口導 管内の圧力に相応する第２の電気信号を与える変換器と、第１および第２の電気 信号を比較しオンオフ弁の動作を活性化するパルス列のパルス幅を制御する制御 ユニットとを備えることを特徴とする。 本発明は更に、圧力制御装置を有する供給管と、第１の圧力変換器を有し圧縮 空気を圧力変換器へ供給する導管と、第１の圧力変換器は導管内の圧力に相当す る電気信号を発生し、貯蔵タンクの底部の近傍で放出するバブル測定管と、バブ ル測定管内の圧力に相応する電気信号を等圧化導管を経て与える第２の変換器と 、導管およびバブル測定管間に配置され供給管からバブル測定管への空気流量を 制御する電磁弁制御のオンオフ弁と、２電気信号を比較し電磁弁を制御して一定 流量に維持する中央制御装置とを備えることを特徴とする、流体タンクのレベル 測定を行う新規な方法を実施する装置に関 する。 本発明を添付図面に沿い更に詳細に説明する。 （図面の簡単な説明） 図１はバブル測定を行う周知の装置の簡略説明図、図２は本発明によるバブル 測定を行う方法に使用され一定の流量を与える流量制御装置の説明図、図３はデ イジタル制御システムにおける弁開放時間の関数としての空気流量を示す図、図 ４は本発明によるバブル測定を行う装置の説明図、図５は測定装置の空気漏れお よび貯蔵タンク内の流体レベルを計算するためのモデルを簡略に示す図である。 （発明を実施するための最良の形態） 図１に示す貯蔵工場で使用されるレベル測定装置が示されており、同一構造の ３個のタンク１、２、３を備えている。ここでタンク１とそのバブル測定装置の みを説明するに、圧縮空気が止め弁５および減圧弁６を有する導管４を経てレベ ル測定システムへ供給される。空気はアナログ弁９を作用する制御メンブラン８ を有した機械式（アナログ式）流量制御装置７へ供給される。面積Ａの一定制限 部を通過する空気流量Ｑは制限部の２側部の圧力ｐ₁、ｐ₂に左右される。即ち、 Ｑ＝ｆ（ｐ₁／ｐ₂） の式で表される。 ここにｐ₁は一定であり、ｐ₂が変化するとき一定供給量(分当たり約0.5正規リ ツトル)を得るには制限部を変化させる必要がある。圧力ｐ₂により変換器10が動 作されて電気信号を発生し、この電気信号はライン11を経て増幅器12へ送ら れる。 一定の空気流量が逆止め弁14を含む管13を経て、タンク１の下部へ送られる。 各貯蔵タンクに対して、比較的高価な流量制御装置７および圧力変換器10を分 離して設ける必要があることは理解されよう。 本発明によれば、図２に示す種類のデイジタル流量制御装置が採用される。 ガス流は定圧制御装置21を含むガス供給導管20を経て、図２に示す流量制御装 置へ送られる。ガス流は導管22内の圧力制御装置から流出されるが導管22内の圧 力は第１の電気信号を制御ユニツト24へ与える第１の変換器23により測定される 。導管22を経てガス流は電磁弁制御によるオンオフ弁25へ送られる。ガス流は一 定制限部と等圧化容器27とを有する導管26内のオンオフ弁25から離れる。この一 定制限部は面積Ａ₁を有している。ガス流は出口導管28を経てこの等圧化容器か ら流出する。等圧化容器27内のガス圧は第２の電気信号を制御ユニツト24に与え る第２の変換器29により測定される。制御ユニツト24では、第１および第２の電 気信号が比較される。この２個の電気信号間の大きさの関係が変化されると、オ ンオフ弁25の開放間隔と閉鎖間隔を制御するパルス列のパルス幅が制御ユニツト 24により変化される。 上述の流量制御装置の動作を以下に説明する。 導管22内の圧力ｐ₁は第１の変換器23により測定され、制御ユニツト24への第 １の信号に変換される。圧力ｐ₁を有す るガス流はオンオフ弁25および制限部Ａ₁を有する導管26を経て等圧化容器27へ 送られる。等圧化容器27内の圧力ｐ₂は第２の変換器29により測定され、対応す る第２の電気信号は制御ユニツト24へ送られる。 断熱的な膨張時に、オンオフ弁25および面積Ａ₁を有する一定制限部を経て等 圧化チヤンバ27に導入される瞬時空気流量ｑは面積Ａ₁を有する制限部の２側部 での圧力に左右される。即ち、 ｑ＝ｆ（ｐ₁／ｐ₂） の式で求められ得る。 瞬時空気流量ｑは圧力ｐ₁、ｐ₂の変化に伴って変化する。Ｑは電磁弁25を通る 平均流量である。電磁弁を通る流量は時間の関数として図３に示してある。ここ にｑは電磁弁25が開放状態にある期間中の瞬時空気流量を示している。Ｔは全パ ルスサイクル時間、即ち弁開放後の２パルス間の時間である。これは制御ユニツ ト24により一定に維持される。パルスサイクル時間Ｔの、電磁弁25は、開放中の 部分はｔにより示される。制御ユニツト24は受信した電気信号を比較し、電磁弁 25の開放期間および閉鎖期間を調整する。 従つて、以下の式が満足される。 Ｑ＝ｑ・ｔ／Ｔあるいは Ｑ＝ｆ（ｐ₁／ｐ₂）・ｔ／Ｔあるいは ｔ／Ｔ＝Ｑ／ｆ（ｐ₁／ｐ₂） ある所望値Ｑでは、ｔ／Ｔは制御ユニツト（コンピユータ）24で容易に演算で きる。主側の圧力変換器で圧力ｐ₁を演算 することに代えて、定圧制御装置21を使用できる。このような場合、圧力ｐ₁が 一定に停留し、流量Ｑは圧力ｐ₂のみの関数となる。 アナログ弁を有する従来の流量制御装置に比べ、本発明による流量制御装置は 単一の電磁弁と等圧化容器のみからなり簡潔にされている。制御ユニツトおよび そのプログラミングに関するコストは極めて多数の流量制御装置を備える貯蔵工 場でも最小限に押さえられ得る。 図４は新規なバブル測定法に基づく本発明のレベル測定システムを示す。 圧縮空気は導管30を経て供給され、止め弁31およびオプシヨンとしての減圧弁 32を通過する。導管33内の圧力ｐ₁は変換器34により測定され、その電気信号を コンピユータ35へと送られる。図２の複数の流量制御装置36〜38は導管33から分 岐される分岐管に設けられる。以下の説明においては流量制御装置36と接続され る分岐管39のみについて詳しく述べる。流量制御装置36の出口部40からバブル測 定用の管41〜44が分岐されている。各バブル測定管はそれぞれ止め弁45〜52を有 しており、これら止め弁45〜52の放出端部は流体貯蔵用のタンク49〜52の底部の 近傍に配置される。コンピユータ35には流量制御装置36内の出口圧力ｐ₂に関す る情報が変換器53および信号線54を経て供給される。コンピユータ35はまた各流 量制御装置36〜38内の止め弁45〜48および電磁弁25（図２参照）を制御する。流 量制御装置37、38の下流の圧力ｐ₂に相当する電気信号もまたコンピユータ35へ 供給される。 各装置の流量制御装置36を有する部分は各タンク49〜52内のレベルを選択的に 測定するために使用し得る。これは止め弁45〜48を制御することにより実現され る。また残りの分岐導管37、38に接続される貯蔵タンク内の測定は選択的に行う ことができる。 止め弁45〜48は所定のシーケンスに従つて付勢され、測定結果はコンピユータ 35に記憶される。貯蔵タンクの測定は連続的に、あるいは所定のタンクに対して 行われる。更新はシーケンス期間に応じて行われる。 圧力ｐ₁を一定に維持する減圧弁32は変換器34に代えて使用できる。 本発明による装置のコストは従来のバブル測定装置に比べ、大幅に削減される 。アナログ流量制御装置はより低廉な電磁弁制御の相応する複数のオンオフ弁と 置換され得る。且つ管の全長は大幅に減少され得る。コンピユータ35およびその プログラミングのコストは最小限に押さえられる。 本発明による方法および装置の利点は特に、バブル測定システムの空気漏れに 対する校正が極めて容易であることにある。この点について、図５に簡略に示す 等圧化チヤンバを併照して説明する。 このチヤンバは図５において符号55で示されている。チヤンバ55の入口開口部 56は一定の制限面積Ａ₁を有しており、圧力ｐ₁および流速ｖ₁を有する空気流を 入力する。またチヤンバ55の出口部57は一定の制限面積Ａ₂を有し、この出口部 は測定システムのバブル測定管と接続される。チヤンバの 出口部では圧力がｐ₂で、流速はｖ₂である。システム内の漏れは一定の制限面積 Ａ₃を有する開口部58で示される。漏れは流速ｖ₃を有する流量である。 チヤンバを流れる流量はチヤンバを離れる流量に等しい。 即ち、 Ｑ_ml＝Ｑ_m2＋Ｑ_m3 制限穴を通過する流量は穴の面積Ａと穴の２側部での圧力間の関係との関数で ある。即ち、 Ｑ_m＝ｆ（Ａ₁，ｐ₁／ｐ₂） 流量が一定の場合、 Ｑ_m1＝ｆ₁（Ａ₂，ｐ₂／ｐ₃）＋ｆ₂（Ａ₃，ｐ₂／ｐ_atm） 面積Ａ₂において弁が閉鎖されているとき、チヤンバに流入する流量は次のよ うに維持される。 Ｑ_m1＝ｆ₂（Ａ₃，ｐ₂’／ｐ_atm） 従つて、弁が閉鎖されているときの圧力ｐ₁からｐ₂'への圧力変化を測定する ことにより、制限面積Ａ₃を決定できる。制限面積Ａ₃を通過する漏れは上述のよ うにして計算され偏位として表され、計算ｐ₂（レベル）に含まれる。 この自己校正、即ちＡ₂における閉鎖弁での圧力測定は所定間隔でコンピユー タにより、あるいは所定の主導システムにより行われる。自動的に自己校正を行 う際、漏れは以前に得られた値と比較され、所望ならば例えば有害信号［漏れ管 ］の如く出力され得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の流体タンク（49〜52、図４）を備え、電磁弁制御による導管および等 圧化容器（27、図２）を経て空気を通過させ、電磁弁（25）の開放時間間隔と閉 鎖時間間隔との間の関係を調整して一定の流量を維持することにより、タンクの 底部に供給される空気量が一定に維持されることを特徴とする、複数の流体タン ク（49〜52、図４）を備えた貯蔵工場で測定期間中一定空気流がタンクの底部近 傍内に吹き入れてレベル測定を行う方法。 ２．供給管（22）内のガス圧に相応する第１の電気信号を流量制御装置へ与える 変換器（23）と、供給管（22）の下流に設けられ、電磁弁により制御されるオン オフ弁（25）と、オンオフ弁（25）の下流の等圧化容器（27）とオンオフ弁（25 ）およびガス出口導管（28）間に一定の制限部（Ａ₁）とを有するガス出口導管 （28）と、ガス出口導管（28）内の圧力に相当する第２の電気信号を与える変換 器（29）と、第１および第２の電気信号を比較しオンオフ弁（25）の動作を活性 化するパルス列のパルス幅（ｔ）を制御する制御ユニット（24）とを備えること を特徴とし、供給側の圧力に無関係に一定流量のガス流を与える請求項１の方法 を実施する流量制御装置。 ３．圧力調整器（21）が供給導管に設けられ、供給管内の圧力を確実に一定にす ることを特徴とする請求項２の流量制御装置。 ４．圧力制御装置（32）を有する供給管（30、図４）と、第１の圧力変換器（34 ）を有し圧縮空気を圧力変換器へ供給す る導管（33）とを有し、第１の圧力変換器（34）が導管（33）内の圧力（ｐ₁） に相当する電気信号を発生するように設けられ、且つ貯蔵タンクの底部近傍で放 出するバブル測定管（41）と、バブル測定管（41）内の圧力（ｐ₂）に相応する 電気信号を与える第２の変換器（53）と、導管（33）およびバブル測定管（41） 間に配置され供給管から等圧化導管（40）を経てバブル測定管への空気流量を制 御する電磁弁制御のオンオフ弁（25、図２）と、２電気信号を比較し電磁弁（25 、図２）を制御して一定流量に維持する中央制御装置（35）とを備えることを特 徴とする請求項１の方法を用いてレベル測定を行う装置。 ５．止め弁（45）がバブル測定管に挿入されてなる請求項４の装置。