氣壓式液面計的製作方法
2023-12-09 13:34:01 4
專利名稱：氣壓式液面計的製作方法
技術領域：
本發明涉及可應用於船舶等的液罐的氣壓式液面計。
在貨櫃船或油輪等船舶的壓載箱或油罐、水罐等上，設有用於檢測貯存的液體的液面水平的液面計。眾所周知，這些液面計的現有方式為浮筒式、氣泡式等。
現有型號的氣泡式液面計是通過配管將由機房的壓縮機製造的壓縮空氣向分別設置在配有多個的液罐的液體中的供氣管配送。通過給供氣管內配送空氣，供氣管內的空氣漸漸達到飽和狀態，當供氣管內充滿壓縮空氣時，由打開的供氣管的下端部形成氣泡並排出。
在要放入液體的液罐內，沿鉛直方向配置由下端部形成自由開口的管子構成的供氣管，當液體向液罐內注入時，向供氣管內供給壓縮空氣，使供氣管的下端部形成氣泡並排出。此時供氣管的內壓P等於液體深度H乘以液體密度ρ所得的壓頭(head)ρH加上液體上部的氣壓的值(全壓)，所以，將從測出的全壓減去液體上部的氣壓後所得的值作為液體的液面水平顯示在指示計上。壓縮空氣由發動機室的空氣壓縮機製造，由鋪設在甲板上的主管經支管向各液罐的液面計供給，或經獨立配管向各液罐的液面計供給。
作為這樣形式的現有型號的氣泡式液面計的類型，如
圖15所示的空氣-空氣型液面計、如圖16所示的空氣-電型的液面計是公知的。圖15所示的液面計在圖中未顯示的機房由空氣壓縮機製造壓縮空氣，該壓縮空氣通過支管11向各液面計輸送。壓縮空氣向設在液面計的端子箱6的下部的供氣管2內部充填。供氣管2的下端一直延伸到接近液罐的底部。液罐中收儲有由貨物油、燃料油等裝載貨物、作為壓載物的水等構成的液體3。當供氣管2內充填了一定量的壓縮空氣時，就自供氣管2的下端部4形成氣泡並向液體3內排出。此時供氣管2內的空氣氣壓與液體3的液面水平對應。該空氣管2內的空氣氣壓由設置在控制室1的壓力計測定，該測定值被轉換為電信號。形成在控制室1中將該電信號換算為液位顯示的方式。在控制室1中，從與各液罐對應的支管11分出的管被引入，壓力計連在各管上，並設置有將各壓力計測得的測定值轉換為電信號、將該電信號換算為液位顯示的顯示裝置。
另外，圖16所示的液面計採用下述方式，即，通過支管11送來的壓縮空氣被充填到設在液面計的端子箱6下部的供氣管2的內部，當充填到一定量時，就自供氣管2的下端部4形成氣泡並排出。此時的壓縮空氣的測定壓力由設在端子箱6內的清除發送裝置(パ-ジトランスミッタ-)6轉換為電信號，將該電信號送至控制室，並將該電信號進一步換算為液位而顯示。控制室設置有與各液罐對應的顯示裝置。
這種現有類型的氣泡式液計具有結構簡單的優點，尤其是如圖15所示的空氣-空氣型由於信號線的迴繞短，因此，對易燃性貨物具有安全度高的優點。同時，由於除閥類外無滑動部，因此具有便於維修保養的優點。
但是，上述現有類型的液面計具有下述缺點，即儘管自端子箱的管子下端排出氣泡前後的壓力變動因液體壓頭而異。並且，液體壓頭因不同的液罐而不同，但由於壓縮空氣是由一個空氣壓縮機供給的，所以，壓縮空氣的氣壓需要保持與要測定的最大液體壓頭平衡的最大壓力，這樣，相對於液罐深度或當時的液體壓頭，氣壓就會過高，測量精度就會產生微妙的變化。且，由於易受溫度的影響，因此必須有充分的對策，一旦因溫度變化等引起管線接頭的洩漏，就得不到所需氣壓，這是致命的。並且，導入海水的壓載箱還存在下述缺點，由於自供氣管的下端部至內部會有牡蠣、藤壺、海草等海中生物附著、生長，還需要在液罐內多少進行一些準備工作。
本發明是針對上述現有技術的問題而開發的，其目的是提供一種小型液面計，這種小型液面計能夠用作船舶用液罐液面測定，是種原理簡單的液面計，可簡化準備工作，節約工程費用，縮短工期。
本發明的另一目的是提供一種能夠根據液面的短時間變化控制泵等的驅動，且可實現省能化的氣壓式液面計。
為了解決上述課題，本發明第1方面提供一種氣壓式液面計，包括可插入液罐內的液體中的供氣管，可向供氣管內供給壓縮氣體的泵，設在泵和供氣管之間的單向閥，測定供氣管內氣壓的壓力傳感器，根據壓力傳感器送來的壓力數據控制泵的控制裝置；其特徵在於供氣管、泵、單向閥和壓力傳感器設置在每個液罐上。
本發明第2方面的特徵在於，在本發明第1方面的氣壓式液面計中，由泵送到供氣管的壓縮氣體的氣壓由壓力傳感器按一定的時間間隔測定，該測定值被依次發送到控制裝置。
本發明第3方面的特徵在於，在本發明第2方面的氣壓式液面計中，控制裝置由依次檢測的壓力值檢測氣壓變動值，變動值為正時增大泵的驅動速度。
本發明第4方面的特徵在於，在本發明第2方面的氣壓式液面計中，控制裝置根據依次檢測的壓力值檢測氣壓變動值，當變動值為負時降低泵的驅動速度。
本發明第5方面的特徵在於，在本發明第1方面的氣壓式液面計中，控制裝置檢測泵的連續驅動時間，當連續驅動時間達到一定值時，使泵暫停。
本發明第6方面的特徵在於，在本發明第5方面的氣壓式液面計中，控制裝置檢測泵的暫停時間，當暫停時間達到一定值時，使泵驅動。
本發明第7方面的特徵在於，在本發明第1方面的氣壓式液面計中，壓力傳感器在檢測的氣壓達到一定的上限值以上時，進行錯誤處理。
本發明第8方面的特徵在於，在本發明第1方面的氣壓式液面計中，壓力傳感器在檢測的氣壓不到一定的下限值時，進行錯誤處理。
本發明第9方面的特徵在於，在本發明第1方面的氣壓式液面計中，壓力傳感器在檢測的氣壓相對於初始數據無變化，且此時的壓力值大致為零時，進行零點修正。
本發明第10方面的特徵在於，在本發明第1方面的氣壓式液面計中，在供氣管的下端部具有傾斜或水平切斷的開口部，在該開口部的邊緣部設有孔。
本發明第11方面的特徵在於，在本發明第1方面的氣壓式液面計中，供氣管形成雙重結構，內部設有斷面積小的管，外部形成保護管。
本發明第12方面的特徵在於，在本發明第10方面的氣壓式液面計中，供氣管的下端部由海草及貝類難以附著的材料構成。
本發明第13方面的特徵在於，在本發明第10方面的氣壓式液面計中，供氣管的下端部由用於防止海草及貝類附著的防護網覆蓋。
本發明第14方面的特徵在於，在本發明第1方面的氣壓式液面計中，泵被間歇驅動，將泵的驅動停止時測得的供氣管內的氣壓發送到控制裝置。
本發明第15方面的特徵在於，在本發明第1方面的氣壓式液面計中，泵的吸氣利用液罐內的氣體進行。
本發明第1方面的氣壓式液面計包括可插入液罐內的液體中的供氣管，可向供氣管內供給壓縮空氣的泵，設在泵和供氣管之間的單向閥，測定供氣管內氣壓的壓力傳感器，根據壓力傳感器送來的壓力數據控制泵的控制裝置；由於供氣管、泵、單向閥和壓力傳感器設置在每個液罐上，所以不需要繁雜的配管工序，可以簡單地作為單獨工作的電器進行操作。由於壓縮氣體只是充滿測量部的管，所以只要安裝小容量的泵就足夠了。並且，由於是從距測量部特別近的距離供給壓縮氣體，所以幾乎不受外部溫度的影響。而且，由於是從距測量部特別近的距離供給壓縮氣體，所以控制簡單，由於測量部收放在檢測部端子箱之中，所以維修簡單。
根據本發明第2方面，由於在本發明第1方面的氣壓式液面計中，由泵送到供氣管壓縮空氣的氣壓由壓力傳感器按一定的時間間隔測定，該測定值被依次發送到控制裝置，所以可以根據液面的短時間的變化控制泵等的驅動。
根據本發明第3方面，由於在本發明第1方面的氣壓式液面計中，控制裝置由依次檢測的壓力值檢測氣壓變動值，變動值為正時增大泵的驅動速度，所以液面上升時可正確測定液位。
根據本發明第4方面，由於在本發明第1方面的氣壓式液面計中，控制裝置根據依次檢測的壓力值檢測氣壓變動值，當變動值為負時降低泵的驅動速度，所以液面下降時可正確測定液位。
根據本發明第5方面，由於在本發明第1方面的氣壓式液面計中，控制裝置檢測泵的連續驅動時間，當連續驅動時間達到一定值時，使泵暫停，所以可以省能。
根據本發明第6方面，由於在本發明第5方面的氣壓式液面計中，控制裝置檢測泵的暫停時間，當暫停時間達到一定值時，使泵驅動，所以可以省能。
根據本發明第7方面，由於在本發明第1方面的氣壓式液面計中，壓力傳感器在檢測的氣壓達到一定的上限值以上時，進行錯誤處理，所以可以緊急處理供氣管的堵塞、壓力傳感器的故障等。
根據本發明第8方面，由於在本發明第1方面的氣壓式液面計中，壓力傳感器在檢測的氣壓不到一定的下限值時，進行錯誤處理，所以可以在單向閥故障，氣體洩漏時等進行緊急處理。
根據本發明第9方面，由於在本發明第1方面的氣壓式液面計中，壓力傳感器在檢測的氣壓相對於初始數據無變化，且此時的壓力值大致為零時，進行零點修正。所以不必依次進行零點修正。
根據本發明第10方面，由於在本發明第1方面的氣壓式液面計中，在供氣管的下端部具有傾斜或水平切斷的開口部，在該開口部的邊緣部設有孔，所以，即使在供氣管傾斜設置時，或象船舶等總是橫搖的情況，也可以總是使壓縮氣體從孔中放出，減小測量壓力誤差。
根據本發明第11方面，由於在本發明第1方面的氣壓式液面計中，供氣管形成雙重結構，內部設有斷面積小的管，外部形成保護管，所以供給的氣體量很少就可以，所以使用容量小的泵就可以，因此，可實現液面計的小型化。
根據本發明第12方面，由於在本發明第10方面的氣壓式液面計中，供氣管的下端部由海草及貝類難以附著的材料構成，所以供氣管的氣體排放部不會被堵塞，可以測定正確的液壓，從而測定正確的液面位置。
根據本發明第13方面，由於在本發明第10方面的氣壓式液面計中，供氣管的下端部由用於防止海草及貝類附著的防護網覆蓋，所以供氣管的氣體排放部不會被堵塞，可以測定正確的液壓，從而測定正確的液面位置。
根據本發明第14方面，由於在本發明第1方面的氣壓式液面計中，泵被間歇驅動，將泵的驅動停止時測得的供氣管內的氣壓發送到控制裝置，所以可以在壓力變動小時測定壓力，得到誤差小的正確的測定值。
根據本發明第15方面，由於在本發明第1方面的氣壓式液面計中，泵的吸氣利用液罐內的氣體進行，所以可以自動修正供氣管下端部所受的壓力和液體上部的液體部壓力的差，減少氣體的壓力、溼度、密度引起的測量誤差。
下面，參照附圖對本發明的氣壓式液面計的實施例進行說明，其中，圖1為表示可應用本發明的氣壓式液面計的船舶之一例的側面圖；圖2為表示本發明的氣壓式液面計的實施例的側面圖；圖3為表示本發明的氣壓式液面計的另一實施例的側面圖；圖4為表示本發明的氣壓式液面計的內部結構之一例的斷面圖；圖5為表示本發明的氣壓式液面計的內部結構之另一例的斷面圖；圖6為表示本發明的氣壓式液面計的另一實施例的斷面圖；圖7為本發明的氣壓式液面計的控制方塊圖的一例；
圖8為表示本發明的氣壓式液面計的控制動作例的流程圖；圖9為表示本發明的氣壓式液面計的控制動作例的另一流程圖；圖10為表示本發明的氣壓式液面計的控制動作例的又一流程圖；圖11為顯示船舶的壓載箱在漲水時的液位和時間的關係的一例的曲線；圖12為顯示船舶的壓載箱在排水時的液位和時間的關係的一例的曲線；圖13為顯示船舶的壓載箱在漲排水停止時的液罐內的液位和時間的關係的一例的曲線；圖14為顯示將本發明的氣壓式液面計用於船舶的壓載箱等時檢測壓力和時間的關係的一例的曲線；圖15為表示現有氣壓式液面計的例子的平面圖；圖16為表示現有氣壓式液面計的另一例子的平面圖。
在圖1所示的船舶100中，用於調整船的吃水量的壓載箱、或裝載貨物油或燃料油的油罐、或裝載清水或飲用水的液罐等設在船體內部的船底或船側部位。在上述各種液罐中，需要檢測儲存的液體的液面水平的液面計。
圖2為圖1所示的船舶的A-A斷面圖，在船舶內部的船底或船側部設有壓載箱等液罐31、32。在這些液罐中設有測定液罐內液面的氣壓式液面計21。在船側部的液罐32內設有沿鉛直方向具有長的供氣管2a的氣壓式液面計21a。在船底的液罐31中設有具有彎曲成直角的供氣管2b的氣壓式液面計21b。上述供氣管2b貫穿液罐31的壁，沿水平方向延伸，在液罐內向下彎曲成直角。由這些液面計可檢測各液罐內的液面水平。
圖3顯示和圖2不同的另一實施例，顯示設在船底和船側部的壓載箱等液罐是連續形的船舶。在這樣的液罐33中，由於船底的兩側34、34彎曲，所以，如果將供氣管沿鉛直方向直線配置，供氣管2的下端部4就到達不了船底，不能測定正確的液位。因此，將供氣管2彎曲，避開船底的兩側34、34，使供氣管2的下端部4到達最接近船底的位置，從而能夠正確地測定液位。
圖4、圖5例示本發明的氣壓式液面計的內部結構。圖4(a)為泵的吸氣從外氣進行的外氣直接吸氣型氣壓式液面計，圖4(b)顯示供氣管2的下端部。圖5顯示泵吸入液罐內氣體的液罐上部吸氣型氣壓式液面計，圖5(b)顯示供氣管2的下端部。在圖4及圖5所示的例子中，氣壓式液面計21主要由泵12、內藏壓力傳感器15等的端子箱6和內部可充填氣體的供氣管2構成。供氣管2的上端部連接在端子箱6的下部。
在圖4所示的例子中，在端子箱6的側面設有用於吸入外氣的吸入管22。該吸入管22貫通端子箱6的側面，在端子箱6內連接在泵12上。在吸入管22和端子箱6的側壁之間設有襯墊。
供氣管22的前端為了防塵及防避風雨，沿鉛直方向向下彎曲。在由於設置空間的問題而不能使供氣管22的前端向下彎曲時，可以在吸入管22的前端安裝防塵裝置。這時，吸入管22的前端部也可以向側面或向上。
泵12經由單向閥14連接在供氣管2上。泵12由脈衝電機11的旋轉力驅動，自吸入管22吸入的氣體由泵12壓縮，充填到供氣管2內。端子箱6內設有作為控制裝置的控制基板50。控制基板50具有上述電機11的控制電路，且具有壓力傳感器15。供氣管2內的氣壓作用在壓力傳感器15上，從而輸出與該氣壓對應的電信號。端子箱6內設有端子盤46。端子箱6和控制室1內的控制裝置16由適當的連接器和通用配線連接。控制室1內配有顯示器17，根據控制基板50傳輸來的電信號顯示液罐的液位。上述壓力傳感器15的測定值經由端子盤46、上述通用配線，輸入、顯示在控制室1內的顯示器17上。另外，在控制基板50和控制室1內的顯示器17之間，經由端子盤46、通用配線收發控制信號。
供氣管2的下端4被斜著或水平切斷，形成開口。在圖示的例子中，為斜著切斷，具有傾斜部28的結構。當氣體充滿供氣管2內時，氣體自下端4形成氣泡並排出。在圖示的例中，在傾斜部28的鈍角部29的緊靠上方的邊緣部設有孔30，供氣管2內的壓縮空氣由此排出。由於設有上述孔30，即使在供氣管2傾斜設置的情況下，或如船舶那樣常時橫搖，由於壓縮氣體總是從孔30排出，所以也可以減小測定壓力誤差。在供氣管2的下端4被水平切斷的情況下，可以將孔30設在開口端邊緣部的任意位置上。
圖5所示的上部吸氣型氣壓式液面計除泵12的吸氣部以外，結構與圖4所示的相同。吸入管22從泵12貫穿端子箱6的底面及液罐的上面，露出到液罐內的上部。在貫穿端子箱6的底面和液罐上面的孔上設有管接頭，吸入管安裝在該管接頭上。採用如此結構的氣壓式液面計，泵的吸氣自液罐內液體上部充填的氣體中進行，從而可以自動修正從供氣管下端部受到的壓力和液體上部的液體部壓力的差，減少因氣體的壓力、溼度、密度所引起的測量誤差。
圖6顯示供氣管的另一例。該供氣管2由內側的管24和外側的保護管25構成兩重結構。即，內部設有斷面積小的管24，外側為保護管25。來自泵12的配管通過管接頭26a與自液罐上壁垂下的供氣管2內的管24連接。吸氣管2的下端部固定有用以固定管24和保護管25的保持板27。管24下端也安裝有管接頭26b，管接頭26b貫通上述保持板27。被保持板27隔開的供氣管2的下端部形成具有與圖4所示的供氣管2的下端4同樣被斜著切斷的傾斜部28的形狀。當壓縮空氣充滿管24內時，氣體自下端部4排出。這樣，當用於供氣的管採用斷面積小的管24時，由於管內的壓縮變動可以較小，所以可以通過緩緩地供氣來改善靈敏度，提高測定精度。另外，由於小容量的泵就可以，所以可以實現液面計的小型化。
另外，由於管接頭26b的開口部狹小，所以有時會附著海草或藤壺等貝類而閉塞開口部。因此，保持板27做成海草或貝類難以附著的材質如銅等金屬。這樣，就可以解決開口部被堵塞不能測定正確的氣壓，從而不能測定正確的液面位置的問題。或者，也可以通過用防護網覆蓋管接頭26b的前端以防止附著海草或貝類。電連接與圖4所示的實施例相同。
如圖4所示，設在端子箱6內的壓力傳感器15測定送到供氣管2的壓縮氣體的氣壓，用控制基板50將該測定值轉換為串行信號，傳輸到用端子箱6和電纜連接的控制室1內的指示計17。由該壓力傳感器15進行的供氣管2內的壓縮氣體的氣壓的測定按一定時間間隔如100msec間隔進行，該測定值依次發送到控制室1內的控制裝置16，顯示在指示計17上。
另外，由於泵是間歇驅動，當泵停止時壓力誤差小，因此，泵停止時的壓力值也被發送到控制室1，由指示計17顯示液罐內的液面水平。
由前述說明可知，由供氣管2、泵12、單向閥14、壓力傳感器15、控制基板50等構成的氣壓式液面計分設在各液罐上。而各液面計的輸出信號被輸送到控制室1集中監視。
下面就本發明的氣壓式液面計的工作原理進行說明。在供氣管2的下端部沒入液罐內的液體中的狀態下，由泵12供給壓縮氣體時，氣體被充填入供氣管2中，以抵抗液罐內液體的壓力。當供氣管2內達到飽和狀態時，就自供氣管2的下端部4形成氣泡並排出。當液面上部沒有氣壓時，設液罐內液面水平為H，液體密度為ρ，則供氣管內的壓力P等於水頭壓力ρH。
對於供氣管2內的壓力P，由端子箱6內的壓力傳感器15以一定的時間間隔測定供氣管2內的氣壓。測定的氣壓由端子箱6內的控制基板50被轉換為電信號，經端子臺46，通過通用配線，H的值的電信號被輸送給控制室1內的指示計17。由於供氣管2的內壓P等於供氣管2在液體中的高度H乘以液體3的密度ρ所得的壓頭ρH，所以，將對應於內壓P的值作為液體3的水平，用指示計顯示。
在本發明中，將空氣充填入供氣管2的壓縮氣體用液罐的端子箱6內藏的泵12分別製造，所以以往所需的繁雜的管的配管不再需要，可以作為單獨工作的電器簡便地操作。並且，由於只要供給用以充滿供氣管2的壓縮氣體，所以泵12用小容量的泵就泵夠了。
另外，由於由端子箱內的泵以很近的距離供給壓縮氣體，因此，幾乎不受外部溫度的影響，控制簡便，而且，由於計測器等收藏在端子箱中，因此，維護、檢修極其簡單。
另外，供給電源、收發控制信號、輸出壓力傳感器檢測信號的通用電線配設在船舶的甲板上，經由支線饋電給各液罐的端子箱，驅動端子箱內藏的泵。
圖11為顯示船舶的壓載箱在漲水時的液位和時間的關係的曲線。圖11(a)顯示液罐自空罐狀態至變成滿罐液位的液位和時間的關係，圖11(b)顯示液罐自空罐狀態至變為中間液位的液位和時間的關係。圖11(a)、(b)中實線曲線均表示實際液位隨時間一起以一定速度上升的狀態，虛線曲線均表示自液面計測定的壓力值換算的液位和時間的關係。虛線曲線有部分液位呈一定值。這是由於液面計的泵是間歇驅動，隔一定時間泵會暫停，其間的壓力大致一定，因此其間的換算液位一定的緣故。
圖12為顯示船舶的壓載箱在排水時的液位和時間的關係的曲線。圖12(a)顯示液罐自滿罐液位至變成空罐狀態的液位和時間的關係，圖12(b)顯示液罐自中間液位至變為空罐狀態的液位和時間的關係。圖12(a)、(b)中實線曲線均表示實際液位隨時間以一定速度下降的狀態，虛線曲線均表示自液面計測定的壓力值換算的液位和時間的關係。虛線曲線有部分液位呈一定值。這是由於與圖11中所敘述的理由同樣的理由。
圖13所示的曲線為表示對船舶的壓載箱進行的注水或排水停止時液罐內的液位和時間的關係的曲線，其間液位是一定的，因此，通過在該其間測定壓力，將該壓力信號送到控制室，可以測定正確的定位。
圖7顯示本發明的氣壓式液面計的控制基板的控制方塊圖。用壓力傳感器15測定的壓力值按一定的時間間隔用多路選擇器取入，然後，用AD轉換器42轉換為數位訊號後，輸入CPU 43。CPU 44對輸入的壓力值數據進行處理，將必要的信號送入電機驅動裝置電路44，控制電機11的動作。另外，送入CPU 43的壓力信號由串行驅動裝置45作為串行信號輸送到控制室1內的控制裝置16或轉換為模擬信號，作為例如4～20mA電流的模擬信號，輸送給控制室1內的控制裝置16。
根據圖8的流程圖，說明圖4所示的氣壓式液面計的系統的控制動作。另外，各動作步驟以(S1)(S2)(S3)…表示。
一旦系統電源接通，就進行RAM檢驗、串行埠設定、A/D初始化(S1)。然後，存儲壓力初始值數據，結束初始設定(S2)。最初泵被低速驅動(S3)。從而供氣管內被緩緩充入壓縮氣體。
當氣體向供氣管2內供給時，其氣壓用壓力傳感器15依次測定，由接受該壓力信號的控制基板50依次計算壓力變動，在測出壓力變動的時間微分值為正值時，即dP/dt＝ρdH/dt的關係中dP/dt＞0時，顯示液罐內的液體水平處於增加的狀態，因此判斷為壓力上升中(S4)，然後，判斷壓力上升速度是否比常數A大(S5)。在壓力上升速度比常數A大時，再判斷壓力上升時間是否比常數B長(S7)。在壓力上升時間比常數B長時，可以推定液位相當高，因此要將泵轉換為高速驅動(S8)。然後進行自診斷(S9)，再進行內部設定檢驗(S10)，然後重新重複自S4開始的動作。
當在S4中，檢測出壓力變動的時間微分值為負值時，即，dP/dt＝ρdH/dt的關係中dP/dt＜0時，顯示液罐內液體的水平處於降低狀態，因此，接著判斷泵12是否處於高速驅動中(S11)，若在高速驅動中則使其形成低速驅動(S6)，然後進行S9以後的動作。另外，當在S4判斷不是壓力上升，且在S11判斷泵不是高速驅動中即為低速驅動中時，則在S12使泵停止，經上述S9、S10返回S4。
在S4判斷為壓力上升中、在S5判斷上升速度小於常數A時，不必要使泵的驅動速度成為高速，所以要在S6轉換為泵的低速驅動。另外，即使在S5判斷上升速度比常數A大時，若在S7壓力的上升時間比常數B短時，也不需要使泵的驅動速度為高速，所以要在S6轉換為泵低速驅動。常數B由液罐的規模等適當設定。
如以上說明所述，在液位的測定動作開始的最初，低速驅動液面計的泵，利用泵的驅動使壓力上升，當該上升速度在一定值以上，且上升持續時間為一定時間以上時，可以推定要測定的液位為高液位，所以，通過在S8將泵的驅動速度轉換為高速，可迅速達到可測定液位的壓力。
另外，當在S6壓力上升速度在一定值以下時，且，即使壓力上升速度在一定值以上，但該壓力上升持續時間在一定值以下時，可以推定為接近於可測定液位的壓力，因此，在S6轉換為泵低速驅動，使之處於可精度良好地進行液位測定的狀態。
若在S4使壓力上升停止或相反使壓力開始下降，則如果此時在S1判斷為泵高速驅動中，就要在S6轉換為泵低速驅動，進而經S9、S10、S4、S11在S12使泵停止。
前述自診斷根據圖9所示的流程進行。當泵12或電機11的溫度在一定值以上時(S13)，進行錯誤處理(S14)，用警報通知泵或電機異常。此時，可根據各種錯誤狀況，通過在模擬情況下設定4～20mA以外的一定的電流進行電處理。在數字情況下，可通過各種設定利用建立標誌而進行。
另外，若預先設定該液罐的供氣管內的最大水頭，當由壓力傳感器15測定的氣壓在上述最大壓力以上時(S15)，進行錯誤處理(S16)，利用警報通知異常。作為此時的異常，可考慮供氣管2的堵塞、壓力傳感器15的故障等。
另外，當壓力傳感器15測定的氣壓為一定值如為大氣壓以下時(S17)，進行錯誤處理(S18)，由警報通知異常。作為此時的異常，考慮單向閥故障引起氣體洩漏。
在與電源接通時的初始數據比較沒有壓力變化時(S19)，而且壓力大致為零時(S20)，進行自動零點修正(S21)。
自診斷(S9)結束後進行內部設定檢驗(S10)，然後，再重複從S4開始的動作。
另外，在泵被低速或高速驅動時，若如圖10所示，連續驅動時間為一定時間如10秒以上時(S22)，使泵停止(S23)。又，當泵停止時間達到一定時間如10秒以上時(S24)，低速驅動泵(S25)。這樣，通過間歇驅動泵也可以省能。
圖14為表示將本發明的氣壓式液面計實際使用於船舶時檢測壓力和時間的關係的一例的曲線。
最初，氣壓式液面計內的泵被低速驅動(S51)。此時，檢測壓力以一定的坡度上升。當檢測壓力的上升速度為一定值以上，且，檢測壓力上升持續時間在一定值以上時，泵切換為高速驅動(S52)。由圖可知在S52的前半段檢測壓力隨時間增加，但在後半段檢測壓力卻在狹小的範圍內振動。這是由於供氣管內部充滿壓縮氣體，而形成氣泡自供氣管下端排出口的緣故。接著，當上述泵在高速驅動中，檢測壓力的上升速度為一定值以上時，或檢測壓力上升持續時間為一定值以下時，使泵形成低速驅動(S53)。在S53的泵低速驅動中，檢測壓力也在狹小的範圍內振動。當在泵低速驅動中，檢測壓力的上升速度沒有時，停止泵的驅動(S54)。
在泵停止中，壓力也被檢測，在S54的前半段檢測壓力顯示一定值，但其後檢測壓力則隨時間的增加而下降。這意味著液罐內的液體被排出，液面下降，同時，液體壓頭ρH也下降，由於供氣管的內壓，氣泡自供氣管的下端向液體中排出，供氣管的內壓變為與上述液體壓頭ρH平衡的值。在54將近結束時，檢測壓力開始上升。這意味著在如船舶的壓載箱中液體(壓載物)正被重新注入。當檢測壓力的上升速度達到一定值以上，且檢測壓力上升持續時間達到一定值以上時，泵再次開始低速驅動(S55)。此時，檢測壓力以一定的坡度上升。當該檢測壓力上升速度在一定值以上，且檢測壓力上升持續時間在一定時間以上時，泵被切換為高速驅動(S56)。在S56的前半段，檢測壓力隨時間增加，但在後半段，供氣管內的內壓超過液體壓頭，氣泡向液體內排出，每當氣泡排出，檢測壓力就在狹小範圍內振動。由於在S56的後半段檢測壓力的上升在一定值以下，所以使泵形成低速驅動(S57)。在S57的泵低速驅動中，檢測壓力也會因船舶的橫搖等在狹小範圍內振動。最後，由於船舶姿勢的穩定，檢測壓力的上升消失，所以，使泵的驅動停止(S58)。當在泵的驅動停止中檢測壓力上升時，泵被重新低速驅動(S59)。而當泵的低速驅動中檢測壓力的上升停止時，泵的驅動被停止(S60)。
另外，由於在液罐的高度大時，供氣管的長度也要增長，因此，供氣管2的下端部4也可以用安裝部件安裝在液罐的底面或側面。又，本發明所用的氣體根據環境和氛圍氣，也可以是空氣以外的液體蒸發氣體或空氣和其他氣體的混合氣體。
在上述實施例中，電機以使用脈衝電機的例子進行了說明，但電機並不限於脈衝電機，例如也可以是伺服電機。
權利要求
1.一種氣壓式液面計，包括可插入液罐內的液體中的供氣管，可向供氣管內供給壓縮氣體的泵，設在泵和供氣管之間的單向閥，測定供氣管內氣壓的壓力傳感器，根據壓力傳感器送來的壓力數據控制泵的控制裝置；其特徵在於，所述供氣管、泵、單向閥和壓力傳感器設置在每個液罐上。
2.如權利要求1所述的氣壓式液面計，其特徵在於，由所述泵送到供氣管的壓縮氣體的氣壓由壓力傳感器按一定的時間間隔測定，該測定值被依次發送到控制裝置。
3.如權利要求2所述的氣壓式液面計，其特徵在於，所述控制裝置由依次檢測的壓力值檢測氣壓變動值，變動值為正時增大泵的驅動速度。
4.如權利要求2所述的氣壓式液面計，其特徵在於，所述控制裝置根據依次檢測的壓力值檢測氣壓變動，當變動值為負時降低泵的驅動速度。
5.如權利要求1所述的氣壓式液面計，其特徵在於，所述控制裝置檢測泵的連續驅動時間，當連續驅動時間達到一定值時，使泵暫停。
6.如權利要求5所述的氣壓式液面計，其特徵在於，所述控制裝置檢測泵的暫停時間，當暫停時間達到一定值時，使泵驅動。
7.如權利要求1所述的氣壓式液面計，其特徵在於，所述壓力傳感器在檢測的氣壓達到一定的上限值以上時，進行錯誤處理。
8.如權利要求1所述的氣壓式液面計，其特徵在於，所述壓力傳感器在檢測的氣壓不到一定的下限值時，進行錯誤處理。
9.如權利要求1所述的氣壓式液面計，其特徵在於，所述壓力傳感器在檢測的氣壓相對於初始數據無變化，且此時的壓力值大致為零時，進行零點修正。
10.如權利要求1所述的氣壓式液面計，其特徵在於，在所述供氣管的下端部具有傾斜或水平切斷的開口部，在該開口部的邊緣部設有孔。
11.如權利要求1所述的氣壓式液面計，其特徵在於，所述供氣管形成雙重結構，內部設有斷面積小的管，外部形成保護管。
12.如權利要求10所述的氣壓式液面計，其特徵在於，所述供氣管的下端部由海草及貝類難以附著的材料構成。
13.如權利要求10所述的氣壓式液面計，其特徵在於，所述供氣管的下端部由用於防止海草及貝類附著的防護網覆蓋。
14.如權利要求1所述的氣壓式液面計，其特徵在於，所述泵被間歇驅動，將泵的驅動停止時測得的供氣管內的氣壓發送到控制裝置。
15.如權利要求1所述的氣壓式液面計，其特徵在於，泵的吸氣利用液罐內的氣體進行。
全文摘要
一種小型液面計,能夠根據液面的短時間變化控制泵等的驅動。它具有可插入液罐內的液體中的供氣管2,可向供氣管2內供給壓縮氣體的泵12,設在泵12和供氣管2之間的單向閥14,測定供氣管2內氣壓的壓力傳感器15,根據壓力傳感器15送來的壓力數據控制泵12的控制裝置16;供氣管2、泵12、單向閥14和壓力傳感器15設置在每個液罐上。壓力傳感器15按一定的時間間隔進行測定。控制裝置在氣壓變動值為正時增大泵的驅動速度。
文檔編號G05D9/00GK1247974SQ9812284
公開日2000年3月22日 申請日期1998年12月15日 優先權日1998年9月17日
發明者山田巖 申請人:武藏野機器株式會社