JP2552587Y2 - 液体中の気体量測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、配管内に流れる液体中
から分離した気体量を測定する液体中の気体量測定装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液体中の気体量測定装置を図３〜
図５により説明すると、図３の１０５が配管、１０１が
同配管１０５内の液体（導電体、磁性体、若しくは磁性
導電体の液体）、１０３が同液体１０１中の気泡、１０
２が同液体１０１から分離した気体、１０４が液面（液
体１０１と気体１０２との境界面）、５１が上記配管１
０５の外面に取付けた超音波センサ、５２が同超音波セ
ンサ５１のリード線、５３が超音波の方向、１０６が液
体１０１の流れる方向である。

【０００３】図４の６１が上記リード線５２を介して上
記超音波センサ５１に接続した信号処理器、６２が同信
号処理器６１のブラウン管、６３が同ブラウン管６２に
表示された信号波形である。信号処理器６１からリード
線５２を介して超音波センサ５１へ急峻に変化する電圧
を印加して、超音波を発生させるとともに、外部からの
超音波を受けることにより、音波の強度に対応する電圧
を発生する。この電圧を信号処理器６１により増幅、信
号処理して、ブラウン管６２に信号波形６３として表示
する。

【０００４】図５（ａ）は、信号処理器６１のブラウン
管６２に表示された信号波形６３のうち、気泡に影響さ
れない場合の信号波形を示し、図５（ｂ）は、気泡に影
響された場合の信号波形を示している。いま気泡１０３
の混入した液体１０１が矢印１０６方向に流れていると
すると、気体は液体よりも比重が小さいため、配管１０
５の水平部で配管１０５内上部に集まり、気泡１０３と
液体１０１とが分離して、気体１０２層が形成されて、
液面（液体１０１と気体１０２との境界面）１０４が生
じる。

【０００５】超音波センサ５１に発生した超音波は、液
面１０４で反射して、超音波センサ５１に戻って、受信
される。超音波センサ５１が超音波を受信することによ
り、超音波センサ５１は、電圧を発生する。この電圧
は、信号処理器６１により増幅、信号処理されて、ブラ
ウン管６２に信号波形６３として表示される。この場合
のブラウン管６２に表示される信号波形６３は、図５
（ａ）に示すように超音波発振信号７１から時間τ＝Ｔ
₁ だけ遅れて、エコー受信信号が表示される。エコー受
信信号７２が液面１０４から反射して来た超音波の受信
に対応する信号である。

【０００６】液体１０１中を伝わる音の速度は、或る一
定条件下では、一定であるため、超音波センサ５１が超
音波を発生した後、反射して来た超音波を受信するまで
の時間を測定することにより、液面１０４の高さを検出
できる。これは、図５に示したブラウン管６２に表示し
た信号波形６３から容易に判定でき、図３〜図５から超
音波センサ５１から液面１０４までの高さを検出でき
る。

【０００７】図３、図４において、気体１０２の量が少
ない場合、液面１０４の位置は、高くなり、気体１０２
の量が多い場合、液面１０４の位置は、低くなる。これ
らの場合にも、同じ要領で液体１０１中の気体１０２の
量を測定している。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】前記図３〜図５に示す
従来の液体中の気体量測定装置では、超音波ビームが液
体中の気泡の影響を受けて、液体中の気体量を正確に測
定できないという問題があった。即ち、前述のように気
体１０２の比重は、液体１０１のそれよりも小さいた
め、配管１０５の水平部では、液体１０１と気体１０２
とが分離し、気体１０２が上部に、液体１０１が下部
に、それぞれ集まって、液面（液体１０１と気体１０２
との境界面）１０４が発生する。

【０００９】その場合、上記配管１０５の水平部が充分
に長くなければ、液体１０１と気体１０２とが完全に分
離されず、液体１０１中に気体１０２が気泡１０３の状
態で残留する。この気泡１０３の体積は、僅かであり、
配管１０５の水平部における気泡１０３全体の体積が例
え僅かであっても、超音波センサ５１からの超音波ビー
ムが気泡１０３のどれかに当たり、液面１０４と同様に
反射して、同様なエコー受信信号７２が発生する。この
状態を図５（ｂ）に示した。

【００１０】超音波を発振してから気泡１０３に当たっ
て戻ってくるまでの時間と、超音波を発振してから液面
１０４に当たって戻ってくるまでの時間とを比べると、
前者の方が短く、その時間は、図５（ｂ）のｔ＝Ｔ₂ に
なる。これは、あたかも、気体量が多くなって、液面１
０４の位置が下がったことを意味しており、実際の気体
量を測定していないことになる。つまり超音波ビームが
液体中の気泡の影響を受けて、液体中の気体量を正確に
測定できないという問題があった。

【００１１】本考案は前記の問題点に鑑み提案するもの
であり、その目的とする処は、配管内の液体中の気泡の
影響を受けずに、配管水平部の上部に集まる気体量を正
確に測定できる液体中の気体量測定装置を提供しようと
する点にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本考案の液体中の気体量測定装置は、配管水平部
の上面と下面とに一対の気体量検出用コイルを対向、設
置して、同各コイルにより交流で作動するブリツジ回路
を構成し、同各コイルのインピーダンスの差を取り出し
これを増幅、検波して配管内部に流れる液体から分離し
た気体量を測定する測定系を上記各コイルに接続してい
る。

【００１３】

【作用】本考案の液体中の気体量測定装置は前記のよう
に構成されており、配管中の気体量測定時、配管中の液
体は導電体、磁性体、或いは磁性導電体である。一方、
液体との比重差により配管水平部の上部に集まる気体
は、非磁性の絶縁体である。このため、配管水平部の上
面と下面とに対向、設置した一対の気体量検出用コイル
では、これらが全く同一の特性であっても、これらの周
辺の導電体或いは磁性体の様相が異なるため、これらの
インピーダンスに差が生じる。このインピーダンスの差
は、気体量により、変化するので、インピーダンスの差
を測定系に抽出して、気体量を測定する。その際、気泡
は、非磁性の絶縁体であり、これによる影響を当然受け
るが、気泡は、僅かな体積であり、気泡による影響は小
さくて、測定精度を低下させる要因にはならない。

【００１４】

【実施例】次に本考案の液体中の気体量測定装置を図
１、図２に示す一実施例により説明すると、０１、０１
が２個の気体量検出用コイル、０２、０２が２個の零点
調整用ダミーインピーダンス、０３が交流電圧（電源）
により各気体量検出用コイル０１及び零点調整用ダミー
インピーダンス０２を励磁する発振器である。

【００１５】０４が各気体量検出用コイル０１及び各零
点調整用ダミーインピーダンス０２により構成されるブ
リツジ回路からの出力（交流電圧）を増幅する交流アン
プ、０５が交流アンプ０４の出力（交流電圧）を検波す
る検波器、０６が低い周波数成分の電圧のみを増幅する
低域アンプ、０９が各気体量検出用コイル０１及び零点
調整用ダミーインピーダンス０２を接続するリード線、
１１が低域アンプの出力（本装置の出力: 低い周波数の
電圧）を記録する記録計、１２が記録計１１のチヤー
ト、１３が測定波形（本装置の出力波形）である。

【００１６】１０１が液体（導電性、磁性、或いは磁性
導電性の液体）、１０２が配管１０５の水平部の上部に
形成された測定対象の気体、１０３が液体１０１中の気
泡、１０４が液面（液体１０１と気体１０２との境界
面）、１０６が液体１０１の流れ方向を示す矢印であ
る。配管１０５の水平部では、液体１０１と液体１０１
中の気泡１０３とが互いの比重差により、上下に分離さ
れて、気泡１０３が水平部の上部に気体１０２として集
まる。２個の気体量検出用コイル０１、０１は、配管１
０５の水平部の直上及び直下に配管１０５にできるだけ
接近して配置される。この２個の気体量検出用コイル０
１、０１は、零点調整用ダミーインピーダンス０２とと
もにブリツジ回路を構成し、発振器０３により励磁され
る。

【００１７】一般的にコイルのインピーダンスは、コイ
ルと鎖交する磁束に影響される。また導電体中では、導
電体に作用する磁束により、導電体の内部に渦電流が発
生し、この渦電流によっても磁束が発生し、この磁束に
より、当初の磁束が影響される。磁性体が存在する場
合、磁束の強度が大きくなる。コイルのインピーダンス
は、コイルと鎖交する磁束に影響されるため、コイルの
周辺に導電体或いは磁性体が存在する場合、導電体或い
は磁性体により、コイルのインピーダンスが変化する。

【００１８】またコイルのインピーダンス変化の大きさ
は、コイル周辺の導電体或いは磁性体の変化の大きさに
対応する。従ってコイルのインピーダンス変化を抽出す
ることにより、コイルの周辺の導電体或いは磁性体の状
態が判る。図１において、液体１０１が導電体、磁性
体、或いは磁性導電体であり、気体１０２が非磁性の絶
縁体である。このため、図１のように配置した２個の気
体量検出用コイル０１、０１では、これらが全く同一の
特性であっても、これらの周辺の導電体或いは磁性体の
様相が異なるため、これらのインピーダンスに差が生じ
る。このインピーダンスの差は、気体１０２の量によ
り、変化するので、インピーダンスの差を抽出すること
により、気体量を測定できる。

【００１９】気泡１０３も、非磁性の絶縁体であり、こ
れによる影響を当然受けるが、気泡１０３は、僅かな体
積であり、気泡１０３による影響は小さくて、測定精度
を低下させる要因にはならない。図２に示すように２個
の気体量検出用コイル０１、０１は、２個の零点調整用
ダミーインピーダンス０２、０２とともにブリツジ回路
を構成している。このうち、零点調整用ダミーインピー
ダンス０２、０２は、測定動作中、固定して使用される
ため、ブリツジ回路の出力（交流アンプ０４の入力）
は、２個の気体量検出用コイル０１、０１のインピーダ
ンスの差に比例した電圧になる。

【００２０】このブリツジ回路の出力（交流電圧）は、
交流アンプ０４により増幅され、検波器０５により検波
された後、低域アンプ０６により低周波成分だけが増幅
されて、記録計１１のチヤート１２上にその信号波形１
３が時々刻々記録される。従ってこの信号波形１３は、
気体量検出用コイル０１のインピーダンスの差に比例し
たものになり、配管１０５中の気体１０２の量に対応す
る。

【００２１】２個の気体量検出用コイル０１、０１のイ
ンピーダンスの差を抽出するので、下方の気体量検出用
コイル０１は、気泡１０３の影響を当然受けるが、気泡
１０３の体積は、僅かであり、これが測定結果に与える
影響は小さくて、測定精度を低下させる要因にはならな
い。このため、本考案の液体中の気体量測定装置では、
液体１０１中の気泡１０３の影響を受けずに、液体１０
１中の気体１０２量が正確に測定される。

【００２２】

【考案の効果】本考案の液体中の気体量測定装置は前記
のように配管中の液体は導電体、磁性体、或いは磁性導
電体である。一方、液体との比重差により配管水平部の
上部に集まる気体は、非磁性の絶縁体である。このた
め、配管水平部の上面と下面とに対向、設置した一対の
気体量検出用コイルでは、これらが全く同一の特性であ
っても、これらの周辺の導電体或いは磁性体の様相が異
なるため、これらのインピーダンスに差が生じる。この
インピーダンスの差は、気体量により、変化するので、
インピーダンスの差を測定系に抽出する。その際、気泡
は、非磁性の絶縁体であり、これによる影響を当然受け
るが、気泡は、僅かな体積であり、気泡による影響は小
さくて、測定精度を低下させる要因にはならないので、
配管内の液体中の気泡の影響を受けずに、配管水平部の
上部に集まる気体量を正確に測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本考案の液体中の気体量測定装置の一
実施例を示す縦断側面図、（ｂ）は縦断正面図、（ｃ）
は底面図である。

【図２】同気体量測定装置の系統図である。

【図３】（ａ）は従来の液体中の気体量測定装置を示す
縦断側面図、（ｂ）は縦断正面図である。

【図４】同気体量測定装置の信号処理装置を示す正面図
である。

【図５】（ａ）は気泡に影響されない場合の信号波形を
示す説明図、（ｂ）は気泡に霊境された場合の信号波形
を示す説明図である。

【符号の説明】

０１ 気体量検出用コイル ０２ 零点調整用ダミーインピーダンス ０３ 発振器 ０４ 交流アンプ ０５ 検波器 ０６ 低域アンプ ０９ リード線 １１ 記録計 １３ 測定波形 １０１ 液体 １０２ 気体 １０３ 気泡 １０４ 液面 １０５ 配管 １０６ 液体の流れ方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 東 淳一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (72)考案者 木寺 弘次 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目８番25号 高菱エンジニアリング株式会社内 (72)考案者 高見 博策 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目８番25号 高菱エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−31020（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 配管水平部の上面と下面とに一対の気体
   量検出用コイルを対向、設置して、同各コイルにより交
   流で作動するブリツジ回路を構成し、同各コイルのイン
   ピーダンスの差を取り出しこれを増幅、検波して配管内
   部に流れる液体から分離した気体量を測定する測定系を
   上記各コイルに接続したことを特徴とする液体中の気体
   量測定装置。