自動平衡式液面計
【課題】位置制御に対する応答遅れや液面の揺動に伴う共振現象を抑制し、均質な特性の検出機能を有する自動平衡式液面計を得る。
【解決手段】液面の測定に際して、フロート２５による測定用ワイヤ２４の張力は、ドラム２３を介し主軸２２、連結杆３２を経て条片状の板体３１に伝達される。板体３１の一端はウォームホイール３０に固定され、他端は主軸２２に連結された連結杆３２に固定され、板体３１は主軸２２と平行に配置され、その平面はウォームホイール３０の半径方向に一致している。測定用ワイヤ２４の張力は板体３１を撓ませてセンサ３３により検出され、モータ２６を駆動し、張力が所定量となるようにプーリ２７、ベルト２８、ウォームギア２９を介してウォームホイール３０を回転する。回転力は板体３１、連結杆３２を介して主軸２２に伝達され、ドラム２３を回転して、測定用ワイヤ２４を繰り出し、巻き上げてフロート２５の位置を調整する。
【解決手段】液面の測定に際して、フロート２５による測定用ワイヤ２４の張力は、ドラム２３を介し主軸２２、連結杆３２を経て条片状の板体３１に伝達される。板体３１の一端はウォームホイール３０に固定され、他端は主軸２２に連結された連結杆３２に固定され、板体３１は主軸２２と平行に配置され、その平面はウォームホイール３０の半径方向に一致している。測定用ワイヤ２４の張力は板体３１を撓ませてセンサ３３により検出され、モータ２６を駆動し、張力が所定量となるようにプーリ２７、ベルト２８、ウォームギア２９を介してウォームホイール３０を回転する。回転力は板体３１、連結杆３２を介して主軸２２に伝達され、ドラム２３を回転して、測定用ワイヤ２４を繰り出し、巻き上げてフロート２５の位置を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロートを吊り下げた測定用ワイヤに生ずる張力を所定値とするようにフロートの上下位置を制御して、測定用ワイヤのドラムからの繰り出し量、巻き上げ量を基に、液面の位置を計測する自動平衡式液面計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動平衡式液面計における従来の浮力検出構造は、例えば特許文献１の液面計測装置が開示されている。この特許文献１には、図２に示すようにドラム１には繰り出し自在にワイヤ２が巻回され、ワイヤ２の先端には液面に浮上するフロート３が取り付けられている。
【０００３】
ウォームホイール４の側面の２個所にはコイルばね５が固定され、コイルばね５の他端には連結杆６の一端が取り付けられ、この連結杆６にはドラム１の主軸７が連結されている。図示しない基台にモータ８が固定され、モータ８の回転軸の回転はプーリ９、ベルト１０、ウォームギア１１を介してウォームホイール４の回転に伝達されるようになっている。
【０００４】
連結杆６とウォームホイール４の側面の間には、コイルばね５の伸縮を測定するためのセンサ１２が配置され、ワイヤ２に生ずる張力の大きさを検出している。このセンサ１２の検出によってドラム１によりワイヤ２を繰り出すべきか巻き上げるべきかが判断される。
【０００５】
なお、ウォームホイール４はドラム１と同芯とされているが、ドラム１とは直接的には連結しておらず、ウォームホイール４の回転はコイルばね５、連結杆６を介して主軸７に伝達され、主軸７の回転によりドラム１を回転するようになっている。
【０００６】
そして、このドラム１の回転数を検出さることにより、ワイヤ２の繰り出し量、巻き上げ量が測定され、フロート３が浮上する液面位置が計測される。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−９３９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ワイヤ２の張力検出においては、張力の変化量とコイルばね５の伸縮量を或る程度の比例関係に保つために、コイルばね５のばね定数を所要の範囲内で安定させることが必要である。しかし、コイルばね５の特性に関与する要因は、コイルの径、巻き径、初期張力などと多々あり、組立時に機械的な調整を行わないと、所定の特性範囲に収めることができない。
【０００９】
従来例においては、限られた空間内で所定の特性を得るために調整をして組み立てることが必要で、コイルばね５の周りの連結杆６などにより、摩擦力やギャップなどの計測誤差の要因が存在するため、これらの影響が少なくなるように、伸縮変位の大きい、つまりばね定数が小さく柔らかい弾性部材を用いることが望ましい。
【００１０】
しかし、伸縮変位の大きいコイルばね５を使用するため、検出可能な張力の変化量に制限が生じ、測定しようとする液体の密度などの条件が大きく異なる場合には、それぞれの密度条件などに対応するワイヤ２の張力、つまりはフロート３の浮力の平衡点を調整しておく必要がある。
【００１１】
また、ワイヤ２の張力を制御する回転力の伝達途中に、ばね定数が小さいコイルばね５を介在させているため、応答遅れが生じ易くなる。更に、固有振動数が低下し、液面の揺動に伴う共振現象も生じ易くなるため、これらの特性を抑制しながら、ワイヤの張力を制御して、フロート３の位置を液面に追従させてゆかなければならない。
【００１２】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、ワイヤの張力を制御する回転力の伝達途中に配置する張力検出機構のばね特性に起因する不本意な現象や、応答遅れや液面の揺動に伴う共振現象を抑制し、かつ均質な特性の検出機能を有する自動平衡式液面計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る自動平衡式液面計は、フロートを吊り下げた測定用ワイヤを巻回したドラムを回転させる主軸と、モータの回転力を伝達するウォームホイールの側面に、剛性の大きい金属製の条片状板体の一端を前記主軸と平行に配置して固定し、該板体の他端を連結杆を介して前記主軸に固定し、前記測定用ワイヤに生ずる張力の変化を前記主軸、連結杆を介した前記板体の変形により検出し、前記板体の変形を基に前記モータを回転し、前記モータの回転力を前記ウォームホイール、板体、連結杆、主軸を順次に介して前記ドラムに伝達し、前記ドラムにより前記測定用ワイヤの繰り出し、巻き上げを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る自動平衡式液面計によれば、機構部品の煩雑な調整をすることなく、広範な液種の計測に適合でき、部品特性や組立具合などの精密な調整を要しない簡便な構成により、制御応答性や追従安定性が良くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を図１に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は実施例の自動平衡式液面計の構成図である。基台２１の片側に、主軸２２に軸支されたドラム２３が回転自在に保持され、主軸２２を介して回転力が伝達されるようになっている。ドラム２３には繰り出し自在に測定用ワイヤ２４が巻回され、測定用ワイヤ２４の先端にはフロート２５が取り付けられている。
【００１６】
また、基台２１の他側にはモータ２６が固定されており、モータ２６の回転軸の回転は、プーリ２７、ベルト２８を介してウォームギア２９に伝達されるようになっている。ウォームギア２９はドラム２３と同芯で回転するウォームホイール３０の周囲の歯部と噛合されているが、ウォームホイール３０はドラム２３の主軸２２に対し直接には連結されていない。ウォームホイール３０の側面には剛性が大きい例えば板ばねから成る金属製の条片状の板体３１の一端が固定されている。この板体３１は主軸２２と平行に配置され、その平面方向はウォームホイール３０の半径方向と一致している。板体３１の他端には、ウォームホイール３０の側面と平行に配置された連結杆３２の一端が取り付けられ、この連結杆３２の他端にはドラム２３の主軸２２が連結されている。
【００１７】
また、板体３１の片面又は両面には、板体３１の変形つまり撓みを検出するための例えば歪ゲージから成るセンサ３３が張り付けられ、センサ３３の出力は図示しない制御回路を経てモータ２６に接続されている。
【００１８】
液面の測定に際しては、フロート２５の浮力は測定用ワイヤ２４の張力として抱えられ、この張力はドラム２３を介し主軸２２、連結杆３２を経て板体３１に伝達される。しかし、板体３１からウォームホイール３０に、この張力が伝達されても、ウォームホイール３０はウォームギア２９を回転することはない。
【００１９】
図１において板体３１に連結杆３２から測定用ワイヤ２４の張力が大きいために、例えば下方への力が作用し、板体３１の撓み量が所定量よりも大きくなると、フロート２５は液中に十分に浸されていない状態であり、測定用ワイヤ２４を繰り出してフロート２５を降下させる必要がある。
【００２０】
板体３１を撓ませる測定用ワイヤ２４の張力はセンサ３３により検出され、制御回路によりモータ２６を駆動し、プーリ２７、ベルト２８、ウォームギア２９を介して順次にウォームホイール３０を回転する。この回転力は板体３１、連結杆３２を介して主軸２２に伝達され、ドラム２３を回転して、測定用ワイヤ２４を繰り出してフロート２５を下降させ、板体３１の撓み量が所定量となると回転を停止する。
【００２１】
また、板体３１の撓みによるセンサ３３の出力によって、フロート２５を上昇させるべき場合には、モータ２６を逆回転して、ウォームギア２９を介してウォームホイール３０を回転し、測定用ワイヤ２４を巻き上げてフロート２５の位置を調整すればよい。
【００２２】
このように、フロート２５の上下動つまり測定用ワイヤ２４の繰り出し量、巻き上げ量は、ドラム２３の回転数を図示しない回転センサにより検出することによって検出され、液面の測定がなされる。
【００２３】
板体３１は張力検出と回転力伝達の機能を受け持ち、ウォームホイール３０に接続する側を固定端とし、連結杆３２に固定する他端を荷重点とする梁構造を有している。梁構造で荷重を支える単板の板体３１の特性は、板体３１の弾性係数の他は板体３１の断面形状と長さによって決定されるため、従来例のようなコイルばねの作用と比較して、安定した特性を得ることができる。
【００２４】
このように、本発明に係る自動平衡式液面計は板体３１の特性が安定し易いために、組立て時の調整が不要で、かつ微小変位のセンサ技術と組み合わせることで、保持部／荷重点に摩擦力やギャップのない固定構造とすることができ、機械的な計測誤差の要素を少なくすることができる。
【００２５】
回転力の伝達経路に位置する板体３１は、従来のコイルばねと比べて変位が抑制されて、より剛体に近い構造体となっているため、固有振動数が高く位置制御に対する応答遅れが小さく、液面の揺動に伴う共振も抑制され、液面に追従させる制御が容易でかつ計測作動の安定性が高められる。
【００２６】
このように、剛性の大きい板体３１と微小変位検出のセンサ３３により、検出可能な荷重範囲が拡がり、無負荷から吊り下げるフロート２５の重量まで、全ての範囲をスケーリングすれば、測定する液体の密度の相違など広範な使用条件に、演算処理能力で対応できる。
【００２７】
また、板体３１の撓み量を検出するセンサ３３は歪ゲージに限定されず、他の型式のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例の液面計の構成図である。
【図２】従来の波面計の構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
２１ 基台
２２ 主軸
２３ ドラム
２４ 測定用ワイヤ
２５ フロート
２６ モータ
２９ ウォームギア
３０ ウォームホイール
３１ 板体
３２ 連結杆
３３ センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロートを吊り下げた測定用ワイヤに生ずる張力を所定値とするようにフロートの上下位置を制御して、測定用ワイヤのドラムからの繰り出し量、巻き上げ量を基に、液面の位置を計測する自動平衡式液面計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動平衡式液面計における従来の浮力検出構造は、例えば特許文献１の液面計測装置が開示されている。この特許文献１には、図２に示すようにドラム１には繰り出し自在にワイヤ２が巻回され、ワイヤ２の先端には液面に浮上するフロート３が取り付けられている。
【０００３】
ウォームホイール４の側面の２個所にはコイルばね５が固定され、コイルばね５の他端には連結杆６の一端が取り付けられ、この連結杆６にはドラム１の主軸７が連結されている。図示しない基台にモータ８が固定され、モータ８の回転軸の回転はプーリ９、ベルト１０、ウォームギア１１を介してウォームホイール４の回転に伝達されるようになっている。
【０００４】
連結杆６とウォームホイール４の側面の間には、コイルばね５の伸縮を測定するためのセンサ１２が配置され、ワイヤ２に生ずる張力の大きさを検出している。このセンサ１２の検出によってドラム１によりワイヤ２を繰り出すべきか巻き上げるべきかが判断される。
【０００５】
なお、ウォームホイール４はドラム１と同芯とされているが、ドラム１とは直接的には連結しておらず、ウォームホイール４の回転はコイルばね５、連結杆６を介して主軸７に伝達され、主軸７の回転によりドラム１を回転するようになっている。
【０００６】
そして、このドラム１の回転数を検出さることにより、ワイヤ２の繰り出し量、巻き上げ量が測定され、フロート３が浮上する液面位置が計測される。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−９３９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ワイヤ２の張力検出においては、張力の変化量とコイルばね５の伸縮量を或る程度の比例関係に保つために、コイルばね５のばね定数を所要の範囲内で安定させることが必要である。しかし、コイルばね５の特性に関与する要因は、コイルの径、巻き径、初期張力などと多々あり、組立時に機械的な調整を行わないと、所定の特性範囲に収めることができない。
【０００９】
従来例においては、限られた空間内で所定の特性を得るために調整をして組み立てることが必要で、コイルばね５の周りの連結杆６などにより、摩擦力やギャップなどの計測誤差の要因が存在するため、これらの影響が少なくなるように、伸縮変位の大きい、つまりばね定数が小さく柔らかい弾性部材を用いることが望ましい。
【００１０】
しかし、伸縮変位の大きいコイルばね５を使用するため、検出可能な張力の変化量に制限が生じ、測定しようとする液体の密度などの条件が大きく異なる場合には、それぞれの密度条件などに対応するワイヤ２の張力、つまりはフロート３の浮力の平衡点を調整しておく必要がある。
【００１１】
また、ワイヤ２の張力を制御する回転力の伝達途中に、ばね定数が小さいコイルばね５を介在させているため、応答遅れが生じ易くなる。更に、固有振動数が低下し、液面の揺動に伴う共振現象も生じ易くなるため、これらの特性を抑制しながら、ワイヤの張力を制御して、フロート３の位置を液面に追従させてゆかなければならない。
【００１２】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、ワイヤの張力を制御する回転力の伝達途中に配置する張力検出機構のばね特性に起因する不本意な現象や、応答遅れや液面の揺動に伴う共振現象を抑制し、かつ均質な特性の検出機能を有する自動平衡式液面計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る自動平衡式液面計は、フロートを吊り下げた測定用ワイヤを巻回したドラムを回転させる主軸と、モータの回転力を伝達するウォームホイールの側面に、剛性の大きい金属製の条片状板体の一端を前記主軸と平行に配置して固定し、該板体の他端を連結杆を介して前記主軸に固定し、前記測定用ワイヤに生ずる張力の変化を前記主軸、連結杆を介した前記板体の変形により検出し、前記板体の変形を基に前記モータを回転し、前記モータの回転力を前記ウォームホイール、板体、連結杆、主軸を順次に介して前記ドラムに伝達し、前記ドラムにより前記測定用ワイヤの繰り出し、巻き上げを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る自動平衡式液面計によれば、機構部品の煩雑な調整をすることなく、広範な液種の計測に適合でき、部品特性や組立具合などの精密な調整を要しない簡便な構成により、制御応答性や追従安定性が良くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を図１に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は実施例の自動平衡式液面計の構成図である。基台２１の片側に、主軸２２に軸支されたドラム２３が回転自在に保持され、主軸２２を介して回転力が伝達されるようになっている。ドラム２３には繰り出し自在に測定用ワイヤ２４が巻回され、測定用ワイヤ２４の先端にはフロート２５が取り付けられている。
【００１６】
また、基台２１の他側にはモータ２６が固定されており、モータ２６の回転軸の回転は、プーリ２７、ベルト２８を介してウォームギア２９に伝達されるようになっている。ウォームギア２９はドラム２３と同芯で回転するウォームホイール３０の周囲の歯部と噛合されているが、ウォームホイール３０はドラム２３の主軸２２に対し直接には連結されていない。ウォームホイール３０の側面には剛性が大きい例えば板ばねから成る金属製の条片状の板体３１の一端が固定されている。この板体３１は主軸２２と平行に配置され、その平面方向はウォームホイール３０の半径方向と一致している。板体３１の他端には、ウォームホイール３０の側面と平行に配置された連結杆３２の一端が取り付けられ、この連結杆３２の他端にはドラム２３の主軸２２が連結されている。
【００１７】
また、板体３１の片面又は両面には、板体３１の変形つまり撓みを検出するための例えば歪ゲージから成るセンサ３３が張り付けられ、センサ３３の出力は図示しない制御回路を経てモータ２６に接続されている。
【００１８】
液面の測定に際しては、フロート２５の浮力は測定用ワイヤ２４の張力として抱えられ、この張力はドラム２３を介し主軸２２、連結杆３２を経て板体３１に伝達される。しかし、板体３１からウォームホイール３０に、この張力が伝達されても、ウォームホイール３０はウォームギア２９を回転することはない。
【００１９】
図１において板体３１に連結杆３２から測定用ワイヤ２４の張力が大きいために、例えば下方への力が作用し、板体３１の撓み量が所定量よりも大きくなると、フロート２５は液中に十分に浸されていない状態であり、測定用ワイヤ２４を繰り出してフロート２５を降下させる必要がある。
【００２０】
板体３１を撓ませる測定用ワイヤ２４の張力はセンサ３３により検出され、制御回路によりモータ２６を駆動し、プーリ２７、ベルト２８、ウォームギア２９を介して順次にウォームホイール３０を回転する。この回転力は板体３１、連結杆３２を介して主軸２２に伝達され、ドラム２３を回転して、測定用ワイヤ２４を繰り出してフロート２５を下降させ、板体３１の撓み量が所定量となると回転を停止する。
【００２１】
また、板体３１の撓みによるセンサ３３の出力によって、フロート２５を上昇させるべき場合には、モータ２６を逆回転して、ウォームギア２９を介してウォームホイール３０を回転し、測定用ワイヤ２４を巻き上げてフロート２５の位置を調整すればよい。
【００２２】
このように、フロート２５の上下動つまり測定用ワイヤ２４の繰り出し量、巻き上げ量は、ドラム２３の回転数を図示しない回転センサにより検出することによって検出され、液面の測定がなされる。
【００２３】
板体３１は張力検出と回転力伝達の機能を受け持ち、ウォームホイール３０に接続する側を固定端とし、連結杆３２に固定する他端を荷重点とする梁構造を有している。梁構造で荷重を支える単板の板体３１の特性は、板体３１の弾性係数の他は板体３１の断面形状と長さによって決定されるため、従来例のようなコイルばねの作用と比較して、安定した特性を得ることができる。
【００２４】
このように、本発明に係る自動平衡式液面計は板体３１の特性が安定し易いために、組立て時の調整が不要で、かつ微小変位のセンサ技術と組み合わせることで、保持部／荷重点に摩擦力やギャップのない固定構造とすることができ、機械的な計測誤差の要素を少なくすることができる。
【００２５】
回転力の伝達経路に位置する板体３１は、従来のコイルばねと比べて変位が抑制されて、より剛体に近い構造体となっているため、固有振動数が高く位置制御に対する応答遅れが小さく、液面の揺動に伴う共振も抑制され、液面に追従させる制御が容易でかつ計測作動の安定性が高められる。
【００２６】
このように、剛性の大きい板体３１と微小変位検出のセンサ３３により、検出可能な荷重範囲が拡がり、無負荷から吊り下げるフロート２５の重量まで、全ての範囲をスケーリングすれば、測定する液体の密度の相違など広範な使用条件に、演算処理能力で対応できる。
【００２７】
また、板体３１の撓み量を検出するセンサ３３は歪ゲージに限定されず、他の型式のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例の液面計の構成図である。
【図２】従来の波面計の構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
２１ 基台
２２ 主軸
２３ ドラム
２４ 測定用ワイヤ
２５ フロート
２６ モータ
２９ ウォームギア
３０ ウォームホイール
３１ 板体
３２ 連結杆
３３ センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロートを吊り下げた測定用ワイヤを巻回したドラムを回転させる主軸と、モータの回転力を伝達するウォームホイールの側面に、剛性の大きい金属製の条片状板体の一端を前記主軸と平行に配置して固定し、該板体の他端を連結杆を介して前記主軸に固定し、前記測定用ワイヤに生ずる張力の変化を前記主軸、連結杆を介した前記板体の変形により検出し、前記板体の変形を基に前記モータを回転し、前記モータの回転力を前記ウォームホイール、板体、連結杆、主軸を順次に介して前記ドラムに伝達し、前記ドラムにより前記測定用ワイヤの繰り出し、巻き上げを行うことを特徴とする自動平衡式液面計。
【請求項２】
前記板体の変形は、前記板体に張り付けた歪ゲージにより検出することを特徴とする請求項１に記載の自動平衡式液面計。
【請求項３】
前記板体は板ばねとしたことを特徴とする請求項１に記載の自動平衡式液面計。
【請求項１】
フロートを吊り下げた測定用ワイヤを巻回したドラムを回転させる主軸と、モータの回転力を伝達するウォームホイールの側面に、剛性の大きい金属製の条片状板体の一端を前記主軸と平行に配置して固定し、該板体の他端を連結杆を介して前記主軸に固定し、前記測定用ワイヤに生ずる張力の変化を前記主軸、連結杆を介した前記板体の変形により検出し、前記板体の変形を基に前記モータを回転し、前記モータの回転力を前記ウォームホイール、板体、連結杆、主軸を順次に介して前記ドラムに伝達し、前記ドラムにより前記測定用ワイヤの繰り出し、巻き上げを行うことを特徴とする自動平衡式液面計。
【請求項２】
前記板体の変形は、前記板体に張り付けた歪ゲージにより検出することを特徴とする請求項１に記載の自動平衡式液面計。
【請求項３】
前記板体は板ばねとしたことを特徴とする請求項１に記載の自動平衡式液面計。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−６６１６７（Ｐ２０１０−６６１６７Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３３８６８（Ｐ２００８−２３３８６８）
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（３９００２６９９６）東京計装株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（３９００２６９９６）東京計装株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
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