JP5275403B2 - Temperature compensation mechanism and temperature compensation method for torque tube level gauge - Google Patents

Temperature compensation mechanism and temperature compensation method for torque tube level gauge Download PDF

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Description

本発明は、温度の影響を受け易いトルクチューブ式液面計の温度補償機構及び温度補償方法に関するものである。   The present invention relates to a temperature compensation mechanism and a temperature compensation method for a torque tube type level gauge that is easily affected by temperature.

図６はトルクチューブ式液面計のトルクチューブに捩れ量が発生する機構の模式図である。液位ｘ％のときのディスプレーサ１の荷重により荷重伝達アーム２を介してトルクチューブ３が捩られ、このトルクチューブ３の捩れ角（ｒａｄ）であるφ（ｘ）は、次の（１）式で表される。
φ（ｘ）＝３２・Ａ・Ｌt・Ｆ(ｘ)／{π(ｄ2 4−ｄ1 4)・Ｇt(Ｔ)} ・・・（１）
Ａ：荷重伝達アーム２の長さ（ｍｍ）
ｄ1：トルクチューブ３の外径（ｍｍ）
ｄ2：トルクチューブ３の内径（ｍｍ）
Ｌt：トルクチューブ３の長さ（ｍｍ）
Ｇt(Ｔ)：温度Ｔにおけるトルクチューブ３の横弾性係数（Ｋｇ／ｍｍ2）
Ｆ（ｘ）：液位ｘ％のときのディスプレーサ１の荷重（Ｋｇｆ） FIG. 6 is a schematic view of a mechanism for generating a twist amount in the torque tube of the torque tube type liquid level gauge. The torque tube 3 is twisted via the load transmission arm 2 due to the load of the displacer 1 when the liquid level is x%, and φ (x) which is the twist angle (rad) of the torque tube 3 is expressed by the following equation (1): It is represented by
φ (x) = 32 · A · Lt · F (x) / {π (d 2 4 −d 1 4 ) · Gt (T)} (1)
A: Length of load transmission arm 2 (mm)
d 1 : outer diameter (mm) of the torque tube 3
d 2 : inner diameter (mm) of the torque tube 3
Lt: Length of torque tube 3 (mm)
Gt (T): the transverse elastic modulus of the torque tube 3 at the temperature T (Kg / mm 2 )
F (x): Displacer 1 load at liquid level x% (Kgf)

なお本明細書においては、液位Ｌを表現する際は、ディスプレーサ１が液体に浸漬し始め、つまりディスプレーサ１の底面が液位Ｌに接した状態を液位０％と云い、反対にディスプレーサ１が完全に液体に浸漬して最も大きな浮力を受けた状態を液位１００％と云う。また、ディスプレーサ１の半分の体積が液体に浸漬した状態では、荷重は液位０％と液位１００％時の荷重の中間となり、このときの液位Ｌを液位５０％と云う。このようにトルクチューブ式液面計では、ディスプレーサ１の荷重の変化により、トルクチューブ３の捩れ角φ（ｘ）が変化することにより液位Ｌの測定を行う。   In the present specification, when expressing the liquid level L, the displacer 1 starts to be immersed in the liquid, that is, the state where the bottom surface of the displacer 1 is in contact with the liquid level L is referred to as the liquid level 0%. A state in which the liquid is completely immersed in the liquid and receives the greatest buoyancy is called a liquid level of 100%. In the state where half the volume of the displacer 1 is immersed in the liquid, the load is intermediate between the load at the liquid level of 0% and the liquid level of 100%, and the liquid level L at this time is called the liquid level of 50%. Thus, in the torque tube type liquid level gauge, the liquid level L is measured by changing the twist angle φ (x) of the torque tube 3 due to the change in the load of the displacer 1.

トルクチューブ式液面計では、液体中に浸漬したディスプレーサ１に加わる浮力に対応したトルクチューブ３の捩れ量を、トルクチューブ３と共に捩れるセンタシャフト４を介して角度センサに伝達し、センタシャフト４の回転量を基に液位Ｌを測定している。しかし、雰囲気温度が変化すると、トルクチューブ３、センタシャフト４の横弾性係数が変化し、同じ液位Ｌでもトルクチューブ３等の捩れ角が変化してしまう問題がある。   In the torque tube type liquid level gauge, the torsion amount of the torque tube 3 corresponding to the buoyancy applied to the displacer 1 immersed in the liquid is transmitted to the angle sensor via the center shaft 4 that is twisted together with the torque tube 3. The liquid level L is measured based on the amount of rotation. However, when the ambient temperature changes, the transverse elastic coefficients of the torque tube 3 and the center shaft 4 change, and there is a problem that the twist angle of the torque tube 3 etc. changes even at the same liquid level L.

図７はこの場合の液位Ｌに対するトルクチューブ３の捻れ角φ（ｘ）の温度別のグラフ図であり、雰囲気温度が高くなると同じ液位Ｌでも捻れ角φ（ｘ）が大きくなる。   FIG. 7 is a graph for each temperature of the twist angle φ (x) of the torque tube 3 with respect to the liquid level L in this case. As the ambient temperature increases, the twist angle φ (x) increases even at the same liquid level L.

このような温度変化による誤差の影響を除去するために、例えば特許文献１においては、トルクチューブ３の近傍に配置した温度センサの出力を用いて、誤差の影響を演算により除去することが開示されている。   In order to remove the influence of the error due to such a temperature change, for example, Patent Document 1 discloses that the influence of the error is removed by calculation using the output of the temperature sensor arranged in the vicinity of the torque tube 3. ing.

また、特許文献２には、コイルばねを用いて温度変化によるトルクチューブ３に起因する測定誤差の発生を防止する手段が開示されている。   Patent Document 2 discloses means for preventing a measurement error caused by the torque tube 3 due to a temperature change by using a coil spring.

特開２００３−２１５５０号公報JP 2003-21550 A 実公昭６２−１９９４０号公報Japanese Utility Model Publication No. 62-19940

特許文献２においては、図８に示すようにディスプレーサ１の荷重を荷重伝達アーム２を介してトルクチューブ３に伝達し、このトルクチューブ３の捩れを荷重伝達アーム２側でトルクチューブ３と一体としたセンタシャフト４に回転量として伝達する。しかし、トルクチューブ３には温度変化による捩れ角の変動が加わるので、この変動をセンタシャフト４に入力ビーム５を介して接続した温度補償用コイルばね６の弾性力により補償している。   In Patent Document 2, as shown in FIG. 8, the load of the displacer 1 is transmitted to the torque tube 3 through the load transmission arm 2, and the twist of the torque tube 3 is integrated with the torque tube 3 on the load transmission arm 2 side. It is transmitted to the center shaft 4 as a rotation amount. However, the torque tube 3 is subject to fluctuations in the torsion angle due to temperature changes, and this fluctuation is compensated by the elastic force of the temperature compensating coil spring 6 connected to the center shaft 4 via the input beam 5.

つまり、コイルばね６によりトルクチューブ３の捩り方向と反対の方向にセンタシャフト４を捩り返すように、センタシャフト４に対し付勢力を与えることによって、温度が原因の誤差の一部を解消することができる。   That is, by applying a biasing force to the center shaft 4 so that the center shaft 4 is twisted back in the direction opposite to the twisting direction of the torque tube 3 by the coil spring 6, a part of the error caused by the temperature can be eliminated. Can do.

この引用文献２では、確かにコイルばね６による温度補償効果はあるものの、適合する弾発力を持つコイルばね６を選定しなければならず、更にはコイルばね６の付勢力の取付方法、調整についても開示がなく、量産時においては個々の液面計への対応が困難であるという実用的な問題がある。   In this reference document 2, although there is a temperature compensation effect by the coil spring 6, the coil spring 6 having a suitable elastic force must be selected, and furthermore, a method for adjusting and adjusting the biasing force of the coil spring 6. Is not disclosed, and there is a practical problem that it is difficult to deal with individual liquid level gauges in mass production.

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、トルクチューブとセンタシャフトを同材料とし、動作上の回転負荷を最小限にする付勢力の取付構造と付勢力の調整を可能としたばねを用いて、温度変化があっても簡便に温度補償を実現できるトルクチューブ式液面計の温度補償機構及び温度補償方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a spring that eliminates the above-mentioned problems, uses the same material for the torque tube and the center shaft, and allows the adjustment of the biasing force and the biasing force mounting structure that minimizes the rotational load during operation. It is an object of the present invention to provide a temperature compensation mechanism and a temperature compensation method for a torque tube type liquid level gauge that can easily realize temperature compensation even when there is a temperature change.

上記目的を達成するための本発明に係るトルクチューブ式液面計の温度補償機構は、一端をハウジングに固定し他端にディスプレーサからの荷重を受けて捩れる円筒状のトルクチューブと、該トルクチューブ内を貫通し該トルクチューブと同じ捩れ力を受けて回転し前記トルクチューブと温度に対する同等の弾性係数を有する棒状のセンタシャフトと、該センタシャフトの先端に取り付け該センタシャフトの回転角を検出する角度センサとから成るトルクチューブ式液面計において、前記センタシャフトに取り付けた付勢力付加アームと、前記センタシャフトの周囲に回動可能に配置した回動基板と、前記付勢力付加アームと前記回動基板の間に介在し前記付勢力付加アームに対し前記センタシャフトの回転力と逆方向に前記付勢力を供与するばねと、前記回動基板の回動を所定の停止位置で停止し前記ばねの付勢力を調整する付勢力調整機構とを備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a temperature compensation mechanism for a torque tube type liquid level gauge according to the present invention comprises a cylindrical torque tube having one end fixed to a housing and the other end receiving a load from a displacer and twisted. A rod-shaped center shaft that penetrates the tube and rotates under the same torsional force as the torque tube and has the same elastic coefficient as the temperature of the torque tube, and is attached to the tip of the center shaft to detect the rotation angle of the center shaft In the torque tube type liquid level gauge comprising an angle sensor, an urging force adding arm attached to the center shaft, a rotating substrate arranged rotatably around the center shaft, the urging force adding arm, and the The urging force is provided in a direction opposite to the rotational force of the center shaft with respect to the urging force adding arm interposed between the rotating substrates. A spring, characterized in that the rotation of the rotating substrate and a biasing force adjusting mechanism for adjusting the biasing force of the spring stops at a predetermined stop position.

また、本発明に係るトルクチューブ式液面計の温度補償方法は、一端をハウジングに固定し他端にディスプレーサからの荷重を受けて捩れる円筒状のトルクチューブと、該トルクチューブ内を貫通し該トルクチューブと同じ捩れ力を受けて回転し前記トルクチューブと温度に対する同等の弾性係数を有する棒状のセンタシャフトと、該センタシャフトの先端に取り付け該センタシャフトの回転角を検出する角度センサとから成るトルクチューブ式液面計において、前記センタシャフトに取り付けた付勢力付加アームと、前記センタシャフトの周囲に回動可能に配置した回動基板と、前記付勢力付加アームと前記回動基板の間に介在し前記付勢力付加アームに対し前記センタシャフトの回転力と逆方向に前記付勢力を供与するばねと、前記回動基板の回動を所定の停止位置で停止させる付勢力を調整する付勢力調整機構とを備え、前記付勢力調整機構により前記回動基板の回動停止位置を移動させながら、前記角度センサの出力を基に前記ばねの付勢力を調整することを特徴とする。   The temperature compensation method for a torque tube type liquid level gauge according to the present invention includes a cylindrical torque tube having one end fixed to the housing and the other end twisted by receiving a load from the displacer, and passing through the torque tube. A rod-shaped center shaft that receives the same torsional force as that of the torque tube and rotates and has an elastic modulus equivalent to that of the torque tube, and an angle sensor that is attached to the tip of the center shaft and detects the rotation angle of the center shaft In the torque tube type liquid level gauge, the urging force adding arm attached to the center shaft, a rotating board arranged rotatably around the center shaft, and between the urging force adding arm and the rotating board. A spring interposed between the spring and the biasing force application arm for supplying the biasing force in a direction opposite to the rotational force of the center shaft. An urging force adjusting mechanism that adjusts an urging force that stops the rotation of the plate at a predetermined stop position, and the output of the angle sensor while moving the rotation stop position of the rotating substrate by the urging force adjusting mechanism. The biasing force of the spring is adjusted based on the above.

本発明に係るトルクチューブ式液面計の温度補償機構及び温度補償方法によれば、トルクチューブの捩り方向に対し、ばねによる逆方向の付勢力を調整してセンタシャフトに加えることにより、角度センサに伝達される変位角の温度変化による変動を補償できる。   According to the temperature compensation mechanism and temperature compensation method of the torque tube type liquid level gauge according to the present invention, the angle sensor is configured by adjusting the biasing force in the reverse direction by the spring with respect to the twisting direction of the torque tube and applying it to the center shaft. It is possible to compensate for fluctuations due to temperature changes in the displacement angle transmitted to the.

実施例のディスプレーサからトルクチューブに至る連結部の断面図である。It is sectional drawing of the connection part from the displacer of an Example to a torque tube. トルクチューブから角度センサに至る連結部の図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the AA line of FIG. 1 of the connection part from a torque tube to an angle sensor. 図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the BB line of FIG. センタシャフトの捩れに対し逆方向に付勢力を加える機構の原理図である。It is a principle diagram of a mechanism for applying a biasing force in the opposite direction to the twist of the center shaft. 付勢力を加えた場合の液位に対するセンタシャフトの捩れ角のグラフ図である。It is a graph of the twist angle of the center shaft with respect to the liquid level when an urging force is applied. 液位によりトルクチューブに捩れ量を発生する原理図である。It is a principle figure which generates the amount of twist in a torque tube by a liquid level. 従来例の液位に対するトルクチューブの捩れ角のグラフ図である。It is a graph of the twist angle of the torque tube with respect to the liquid level of a prior art example. 従来例のコイルばねによる補正機構の説明図である。It is explanatory drawing of the correction mechanism by the coil spring of a prior art example.

本発明を図１〜図５に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。なお、図１〜図３において、図面の倍率はそれぞれ異なって図示している。   The present invention will be described in detail based on the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the magnifications of the drawings are illustrated differently.

図１はタンクの天井部に固定されたトルクチューブ式液面計のディスプレーサからトルクチューブに至る連結部の断面図である。タンクＴ内には液位Ｌを測定すべき例えば高温の液体が貯留されている。液面計の第１のハウジング１１は、フランジ１２を介してタンクＴの天井部に固定され、第１のハウジング１１には後述する第２のハウジングが連結され、更に第２のハウジングには第３のハウジングが連結され、フランジ１２は液面計の重量、つまり第１〜第３のハウジングを含めた全重量を保持している。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a connecting portion from a displacer to a torque tube of a torque tube type liquid level gauge fixed to the ceiling of the tank. In the tank T, for example, a high-temperature liquid whose liquid level L is to be measured is stored. The first housing 11 of the liquid level gauge is fixed to the ceiling portion of the tank T via a flange 12, a second housing described later is connected to the first housing 11, and the second housing is further connected to the second housing. The three housings are connected, and the flange 12 holds the weight of the level gauge, that is, the total weight including the first to third housings.

第１のハウジング１１の下向きの開放口から、フランジ１２の孔部を介して重錘であるディスプレーサ１３がチェーン１４を介して吊り下げられている。チェーン１４はフック１５に連結して、荷重伝達アーム１６の先端部のアームフック１６ａにディスプレーサ１３の荷重を伝達している。荷重伝達アーム１６はその他端に設けられた切込部１６ｂが、第２のハウジング１７に固定されたナイフエッジから成る支点１８により支持されており、荷重伝達アーム１６は支点１８を中心にディスプレーサ１３の荷重の軽重により僅かに傾動するようにされている。また、荷重伝達アーム１６の他端にはブロック１９がボルト２０により固定されている。   A displacer 13 that is a weight is suspended from a downward opening of the first housing 11 through a hole of the flange 12 via a chain 14. The chain 14 is connected to the hook 15 to transmit the load of the displacer 13 to the arm hook 16 a at the tip of the load transmission arm 16. The load transmitting arm 16 has a notch 16 b provided at the other end supported by a fulcrum 18 formed of a knife edge fixed to the second housing 17, and the load transmitting arm 16 is centered on the fulcrum 18. It is designed to tilt slightly due to the light weight of the load. A block 19 is fixed to the other end of the load transmission arm 16 with a bolt 20.

図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。第１のハウジング１１には円筒状の第２のハウジング１７が連結され、第２のハウジング１７には後述する付勢力調整機構等を囲むボックス状の第３のハウジング２１が連結されている。ブロック１９には荷重伝達アーム１６の長手方向と直交する方向に、金属製で円筒状のトルクチューブ２２の一端が溶接により固定され、第２のハウジング１７内に収納されている。ブロック１９は荷重伝達アーム１６の支点１８による傾きを、トルクチューブ２２の軸を中心とする捩り量に変換するようにされている。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. A cylindrical second housing 17 is connected to the first housing 11, and a box-shaped third housing 21 surrounding an urging force adjusting mechanism and the like to be described later is connected to the second housing 17. One end of a metal-made cylindrical torque tube 22 is fixed to the block 19 by welding in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the load transmission arm 16 and is housed in the second housing 17. The block 19 is configured to convert the inclination of the load transmission arm 16 by the fulcrum 18 into a torsion amount about the axis of the torque tube 22.

荷重伝達アーム１６側のトルクチューブ２２は閉止されており、他端の円筒部は第２のハウジング１７の中間部に設けられた隔壁１７ａの孔部の内壁に固定され、トルクチューブ２２の内部は第１、第２のハウジング１１、１７内と気密に隔絶されている。そして、第１、第２のハウジング１１、１７内の雰囲気は第２のハウジング１７の隔壁１７ａにより、第３のハウジング２１内に入り込まないように遮蔽されている。   The torque tube 22 on the load transmission arm 16 side is closed, and the cylindrical portion at the other end is fixed to the inner wall of the hole of the partition wall 17a provided in the intermediate portion of the second housing 17, and the inside of the torque tube 22 is The first and second housings 11 and 17 are hermetically isolated from each other. The atmosphere in the first and second housings 11, 17 is shielded by the partition wall 17 a of the second housing 17 so as not to enter the third housing 21.

ブロック１９にはブロック２３が溶接により固定され、ブロック２３にはトルクチューブ２２と同材料から成る棒状のセンタシャフト２４が溶接により固定されている。このセンタシャフト２４はトルクチューブ２２内を同心円状に貫通して配置され、センタシャフト２４の中心軸は支点１８の先端と一致している。   A block 23 is fixed to the block 19 by welding, and a rod-shaped center shaft 24 made of the same material as the torque tube 22 is fixed to the block 23 by welding. The center shaft 24 is disposed concentrically through the torque tube 22, and the center axis of the center shaft 24 coincides with the tip of the fulcrum 18.

センタシャフト２４は隔壁１７ａの孔部を経て、その先端は連結ロッド２５に同軸状に接続され、第２のハウジング１７には保持部材２６が取り付けられ、連結ロッド２５は保持部材２６に設けられたベアリング２７により回転自在に保持されている。更に、連結ロッド２５の先端は角度センサ２８の回転検出軸２８ａに接続され、角度センサ２８は第３のハウジング２１の外側に配置されている。   The center shaft 24 passes through the hole of the partition wall 17a, and the tip thereof is coaxially connected to the connecting rod 25. A holding member 26 is attached to the second housing 17, and the connecting rod 25 is provided on the holding member 26. The bearing 27 is rotatably held. Further, the distal end of the connecting rod 25 is connected to the rotation detection shaft 28 a of the angle sensor 28, and the angle sensor 28 is disposed outside the third housing 21.

図２の第３のハウジング２１の内部及び図２のＢ−Ｂ線に沿った図３の断面図に示すように、第３のハウジング２１内の連結ロッド２５に、連結ロッド２５の中心軸と直交する方向に条片状の付勢力付加アーム２９が固定され、付勢力付加アーム２９の両端はそれぞればね掛け部２９ａ、２９ｂとされている。なお、連結ロッド２５は組立等の都合上用いたが、連結ロッド２５を用いることなく、センタシャフト２４に角度センサ２８、付勢力付加アーム２９を直接に取り付けてもよい。   As shown in the inside of the third housing 21 in FIG. 2 and the cross-sectional view in FIG. 3 along the line BB in FIG. 2, the connecting rod 25 in the third housing 21 is connected to the central axis of the connecting rod 25. A strip-like urging force adding arm 29 is fixed in a direction orthogonal to each other, and both ends of the urging force adding arm 29 are spring hook portions 29a and 29b, respectively. Although the connecting rod 25 is used for assembly and the like, the angle sensor 28 and the urging force adding arm 29 may be directly attached to the center shaft 24 without using the connecting rod 25.

一方、第３のハウジング２１内の保持部材２６には、付勢力付加アーム２９と軸方向に重なるように、回動基板３０が連結ロッド２５の中心軸を中心に回動可能に配置され、この回動基板３０には回動規制部３０ａが切欠されている。また、回動基板３０の周囲には２個のばね掛け部３０ｂ、３０ｃが設けられている。   On the other hand, on the holding member 26 in the third housing 21, a rotating substrate 30 is disposed so as to be rotatable about the central axis of the connecting rod 25 so as to overlap the urging force adding arm 29 in the axial direction. A rotation restricting portion 30 a is notched in the rotation substrate 30. Two spring hooks 30 b and 30 c are provided around the rotating substrate 30.

更に、第３のハウジング２１内には、センタシャフト２４の捩れに対し逆方向の付勢力を調整して加えるために、回動基板３０の回動規制部３０ａに対して作用する付勢力調整機構３１が設けられている。この付勢力調整機構３１のねじ軸３２は第３のハウジング２１内に支持され、ねじ軸３２には回動基板３０の回動規制部３０ａに係合する係止部３３が螺合され、係止部３３はねじ軸３２の回転に従って、ねじ軸３２に沿って移動し得るようにされている。   Further, in the third housing 21, an urging force adjusting mechanism that acts on the rotation restricting portion 30 a of the rotating substrate 30 in order to adjust and apply the urging force in the opposite direction to the twist of the center shaft 24. 31 is provided. A screw shaft 32 of the urging force adjusting mechanism 31 is supported in the third housing 21, and a locking portion 33 that engages with the rotation restricting portion 30 a of the rotation substrate 30 is screwed onto the screw shaft 32. The stopper 33 is configured to move along the screw shaft 32 as the screw shaft 32 rotates.

そして、付勢力付加アーム２９のばね掛け部２９ａ、２９ｂと回動基板３０のばね掛け部３０ｂ、３０ｃとの間に、引っ張りばねから成る２個のコイルばね３４ａ、３４ｂがそれぞれ掛け渡されている。また、コイルばね３４ａ、３４ｂは温度によってばね特性が変化し難い恒弾性材料を選択することが、付勢力の安定のために好ましく、温度０℃〜８０℃に対し横弾性係数の変化率が１％以内であることが望ましく、例えばＮｉＳｐａｎＣなどが好適である。   Two coil springs 34 a and 34 b made of tension springs are respectively stretched between the spring hooking portions 29 a and 29 b of the urging force adding arm 29 and the spring hooking portions 30 b and 30 c of the rotating substrate 30. . For the coil springs 34a and 34b, it is preferable to select a constant elastic material whose spring characteristics hardly change depending on the temperature, in order to stabilize the urging force, and the rate of change of the transverse elastic coefficient is 1 for temperatures from 0 ° C to 80 ° C. For example, NiSpanC is preferable.

図３において、センタシャフト２４にはトルクチューブ２２からディスプレーサ１３による荷重が時計廻りの回転力として常時加えられている。回動基板３０は付勢力調整機構３１の係止部３３により時計廻りの回動が規制され、付勢力付加アーム２９にはコイルばね３４ａ、３４ｂにより反時計廻りの捩れ力が加えられ、結果的にセンタシャフト２４にはトルクチューブ２２の捩れ力と逆方向の付勢力が加えられる。   In FIG. 3, a load from the displacer 13 is constantly applied to the center shaft 24 from the torque tube 22 as a clockwise rotational force. The rotating substrate 30 is controlled to rotate clockwise by the locking portion 33 of the urging force adjusting mechanism 31, and counterclockwise twisting force is applied to the urging force adding arm 29 by the coil springs 34a and 34b. Further, a biasing force in a direction opposite to the twisting force of the torque tube 22 is applied to the center shaft 24.

このセンタシャフト２４の逆方向の付勢力については、治具等によりねじ軸３２を回転させて係止部３３を移動して、回動基板３０の回動規制部３０ａによりばね掛け部３０ｂ、３０ｃの回動停止位置を調整して、コイルばね３４ａ、３４ｂの伸び量、即ち付勢力を微細に調整することができる。   With respect to the reverse biasing force of the center shaft 24, the screw shaft 32 is rotated by a jig or the like to move the locking portion 33, and the spring hooking portions 30 b and 30 c are moved by the rotation restricting portion 30 a of the rotation substrate 30. The amount of extension of the coil springs 34a and 34b, that is, the urging force, can be finely adjusted by adjusting the rotation stop position.

測定時において、ディスプレーサ１３から荷重伝達アーム１６に伝達される荷重は、ディスプレーサ１３の自重から液体による浮力つまりディスプレーサ１３のうち液位Ｌまで浸漬した分の体積に、液体の比重を乗じた値を差し引いた合成荷重である。浮力を受けたディスプレーサ１３の荷重は荷重伝達アーム１６のアームフック１６ａに伝わり、支点１８を中心とする荷重伝達アーム１６の傾動に変換される。更に、この傾動はブロック１９を介してトルクチューブ２２に伝達され、またブロック２３を介してセンタシャフト２４に伝達される。トルクチューブ２２の他端は第２のハウジング１７の隔壁１７ａに固定されているために、トルクチューブ２２には捩れ角が発生し、センタシャフト２４にも同じ捩れ角つまり回転角が与えられる。   At the time of measurement, the load transmitted from the displacer 13 to the load transmitting arm 16 is obtained by multiplying the liquid weight by the buoyancy caused by the liquid from the displacer 13's own weight, that is, the volume of the displacer 13 immersed in the liquid level L. This is the subtracted composite load. The load of the displacer 13 receiving the buoyancy is transmitted to the arm hook 16 a of the load transmission arm 16 and converted to tilting of the load transmission arm 16 around the fulcrum 18. Further, the tilt is transmitted to the torque tube 22 through the block 19 and is transmitted to the center shaft 24 through the block 23. Since the other end of the torque tube 22 is fixed to the partition wall 17 a of the second housing 17, a twist angle is generated in the torque tube 22, and the same twist angle, that is, a rotation angle is given to the center shaft 24.

このセンタシャフト２４の回転角は、連結ロッド２５、回転検出軸２８ａを介して角度センサ２８によって検出がなされ、この回転角を基に液位Ｌが測定され、液位０％〜１００％のフルスパンに対し、例えばセンタシャフト２４の回転角は１゜とされている。   The rotation angle of the center shaft 24 is detected by the angle sensor 28 via the connecting rod 25 and the rotation detection shaft 28a. The liquid level L is measured based on the rotation angle, and the full span of the liquid level 0% to 100% is measured. On the other hand, for example, the rotation angle of the center shaft 24 is 1 °.

測定時においては、第１のハウジング１１、第２のハウジング１７内はタンクＴ内の雰囲気と同等となり、トルクチューブ２２はこの雰囲気の温度に晒され、温度が変動するとトルクチューブ２２の横弾性係数の変化により同じ液位Ｌでも捻れ量が変化することになる。また、センタシャフト４にもブロック１９、２３も温度が伝熱されセンタシャフト２４はトルクチューブ２２の温度とほぼ同等となる。   At the time of measurement, the inside of the first housing 11 and the second housing 17 is equivalent to the atmosphere in the tank T, and the torque tube 22 is exposed to the temperature of this atmosphere. As a result, the amount of twist changes even at the same liquid level L. Further, the temperatures of the blocks 19 and 23 are also transferred to the center shaft 4 so that the center shaft 24 is substantially equal to the temperature of the torque tube 22.

この雰囲気温度の測定精度への影響を補償するために、付勢力調整機構３１のコイルばね３４ａ、３４ｂの付勢力を調整する。即ち、センタシャフト２４の回転量が、例えば液位５０％時のトルクチューブ２２の捩れ力と平衡するように、つまり液位５０％において、検出角度が０となるように、トルクチューブ２２の捩れ量と同一量で逆方向の回転量がセンタシャフト２４に生ずるように調整する。   In order to compensate for the influence of the ambient temperature on the measurement accuracy, the urging forces of the coil springs 34a and 34b of the urging force adjusting mechanism 31 are adjusted. That is, the torque tube 22 is twisted so that the rotation amount of the center shaft 24 is balanced with, for example, the twisting force of the torque tube 22 when the liquid level is 50%, that is, the detection angle becomes zero at the liquid level 50%. Adjustment is made so that the rotation amount in the opposite direction is the same as the amount, but is generated in the center shaft 24.

この調整においては、製造時に例えば常温で液位５０％におけるディスプレーサ１３と同等の荷重をアームフック１６ａに加えて、センタシャフト２４の回転角を角度センサ２８により検出する。そして、付勢力調整機構３１の係止部３３を移動しながら、角度センサ２８で得られる回転角が０となるように、回動基板３０の回動規制部３０ａによる回動停止位置を移動することにより、コイルばね３４ａ、３４ｂの付勢力を調整する。なお、不時にねじ軸３２が回転して係止部３３が移動しないように、調整後にねじ軸３２の回転を規制するロック機構を設けることが好ましい。   In this adjustment, a load equivalent to that of the displacer 13 at a liquid level of 50% is applied to the arm hook 16a at the time of manufacture, for example, and the rotation angle of the center shaft 24 is detected by the angle sensor 28. And while moving the latching | locking part 33 of the urging | biasing force adjustment mechanism 31, the rotation stop position by the rotation control part 30a of the rotation board | substrate 30 is moved so that the rotation angle obtained by the angle sensor 28 may become zero. Thus, the urging force of the coil springs 34a and 34b is adjusted. In addition, it is preferable to provide a lock mechanism that restricts the rotation of the screw shaft 32 after adjustment so that the screw shaft 32 does not rotate and the locking portion 33 does not move.

このことを図４の捩れ量と逆の付勢力をセンタシャフト２４に加える機構の原理図を基に、数式を用いて説明する。   This will be described using mathematical formulas based on the principle diagram of a mechanism for applying an urging force opposite to the twist amount of FIG. 4 to the center shaft 24.

φ（ｘ）：トルクチューブ２２の捩れ角（ｒａｄ）
θ（ｘ）：センタシャフト２４の回転角（ｒａｄ）
Ａ：荷重伝達アーム１６の長さ（ｍｍ）
ａ：付勢力付加アーム２９の長さ（ｍｍ）
ｄ1：トルクチューブ２２の外径（ｍｍ）
ｄ2：トルクチューブ２２の内径（ｍｍ）
ｄ3：センタシャフト２４の外径（ｍｍ）
Ｌt：トルクチューブ２２の長さ（ｍｍ）
Ｌc：センタシャフト２４の長さ（ｍｍ）
Ｇt(Ｔ）：温度Ｔにおけるトルクチューブ２２の横弾性係数（Ｋｇ／ｍｍ2）
Ｇc(Ｔ)：温度Ｔにおけるセンタシャフト２４の横弾性係数（Ｋｇ／ｍｍ2）
ｆ（ｘ）：液位ｘ％のときのディスプレーサ１３の質量（Ｋｇｆ）
Ｆ（ｘ）：液位ｘ％のときのコイルばね３４ａ、３４ｂの付勢力（Ｋｇｆ）
これらの諸元を基に、次の（２）、（３）式が成立する。
φ（ｘ）＝｛３２・Ｆ（ｘ）・Ａ・Ｌt−ｆ（ｘ）・ａ・Ｌc｝
／{π(ｄ2 4−ｄ1 4)・Ｇt(Ｔ)} ・・・（２）
θ（ｘ）＝{３２・Ｆ(ｘ)・ａ・Ｌc}／{π・ｄ3 4・Ｇc(Ｔ)} ・・・（３） φ (x): Torsion angle (rad) of the torque tube 22
θ (x): rotation angle (rad) of the center shaft 24
A: Length of load transmission arm 16 (mm)
a: Length of the urging force adding arm 29 (mm)
d 1 : outer diameter (mm) of the torque tube 22
d 2 : Inner diameter (mm) of the torque tube 22
d 3 : outer diameter of center shaft 24 (mm)
Lt: Length of the torque tube 22 (mm)
Lc: Length of center shaft 24 (mm)
Gt (T): the transverse elastic modulus of the torque tube 22 at the temperature T (Kg / mm 2 )
Gc (T): transverse elastic modulus of the center shaft 24 at the temperature T (Kg / mm 2 )
f (x): mass of the displacer 13 when the liquid level is x% (Kgf)
F (x): Energizing force (Kgf) of the coil springs 34a and 34b at the liquid level x%
Based on these specifications, the following equations (2) and (3) are established.
φ (x) = {32 · F (x) · A · Lt−f (x) · a · Lc}
/ {Π (d 2 4 −d 1 4 ) · Gt (T)} (2)
θ (x) = {32 · F (x) · a · Lc} / {π · d 3 4 · Gc (T)} (3)

（２）、（３）式から、トルクチューブ２２とセンタシャフト２４は同材料であるためＧt(Ｔ)＝Ｇc(Ｔ)となり、トルクチューブ２２、センタシャフト２４の横弾性係数は相殺され、次の（４）式が得られる。
ｆ（ｘ）＝Ａ・Ｌt・ｄ3 4・Ｆ（ｘ）／{ａ・Ｌc・(ｄ2 4−ｄ1 4＋ｄ3 4)} ・・・（４） From the equations (2) and (3), since the torque tube 22 and the center shaft 24 are made of the same material, Gt (T) = Gc (T), and the transverse elastic modulus of the torque tube 22 and the center shaft 24 is canceled. (4) is obtained.
f (x) = A · Lt · d 3 4 · F (x) / {a · Lc · (d 2 4 −d 1 4 + d 3 4 )} (4)

調整時において、或る液位にＬに相当するディスプレーサ１３の荷重を与え、コイルばね３４ａ、３４ｂによる付勢力を徐々に加減することにより、角度センサ２８で得られる回転角が０となったときが、トルクチューブ３の捩れ角φ（ｘ）とセンタシャフト２４の捩れ角θ（ｘ）が平衡したときである。   At the time of adjustment, when the rotation angle obtained by the angle sensor 28 becomes 0 by applying a load of the displacer 13 corresponding to L to a certain liquid level and gradually increasing or decreasing the urging force by the coil springs 34a and 34b. Is when the twist angle φ (x) of the torque tube 3 and the twist angle θ (x) of the center shaft 24 are balanced.

本実施例では、液位５０％に相当するディスプレーサ１３の荷重を加え、そのとき角度センサ２８で回転角０が得られるように、コイルばね３４ａ、３４ｂの付勢力を調整すると、結果的に（４）式のｆ（５０）、Ｆ（５０）以外の定数が１となり、φ（５０）＝θ（５０）となる。これにより、たとえ温度が変化しても、少なくとも調整液位である液位５０％においては、測定角が変動することはない。   In the present embodiment, when the load of the displacer 13 corresponding to the liquid level of 50% is applied and the urging force of the coil springs 34a and 34b is adjusted so that the angle sensor 28 can obtain the rotation angle 0 at that time, as a result, 4) Constants other than f (50) and F (50) in the equation are 1 and φ (50) = θ (50). Thereby, even if the temperature changes, the measurement angle does not fluctuate at least at the liquid level of 50% which is the adjusted liquid level.

図５はこのように調整した場合の液位０〜１００％に対するセンタシャフト２４の回転量である捩れ角θ（ｘ）のグラフ図である。液位５０％においては、雰囲気温度に拘らず角度センサ２８では回転角０が得られるが、液位５０％以外では若干の誤差が生ずる。なお、この誤差については、トルクチューブ２２の近傍に温度センサを備え、温度センサの出力を基に電気的な演算によって補正することもできる。   FIG. 5 is a graph of the twist angle θ (x), which is the rotation amount of the center shaft 24 with respect to the liquid level 0 to 100% when adjusted in this way. At the liquid level of 50%, the angle sensor 28 can obtain a rotation angle of 0 regardless of the ambient temperature, but a slight error occurs at other than the liquid level of 50%. This error can also be corrected by electrical calculation based on the output of the temperature sensor provided with a temperature sensor in the vicinity of the torque tube 22.

上述の実施例では、液位５０％の近傍の測定値の精度を高めるために、液位５０％において回転力が釣り合うように、コイルばね３４ａ、３４ｂの付勢力を付勢力調整機構３１により調整した。しかし、測定目的によっては液位０％或いは１００％近傍での精度を高めるために液位０％或いは１００％で調整したり、その他の液位の時のトルクチューブ２２の捩り量を相殺する逆方向の付勢力調整を、必要に応じて実施することができる。   In the above-described embodiment, in order to increase the accuracy of the measurement value near the liquid level 50%, the urging force of the coil springs 34a and 34b is adjusted by the urging force adjusting mechanism 31 so that the rotational force is balanced at the liquid level 50%. did. However, depending on the measurement purpose, in order to improve the accuracy at the liquid level of 0% or near 100%, the adjustment is made at the liquid level of 0% or 100%, or the reverse to cancel the twist amount of the torque tube 22 at other liquid levels. The urging force adjustment in the direction can be performed as necessary.

コイルばね３４ａ、３４ｂのばねの強さを示すばね定数が大きいほど、液位５０％以外の液位において誤差が小さくなるが、反面で感度が悪くなり測定スパンも小さくなる。   The larger the spring constant indicating the strength of the springs of the coil springs 34a and 34b, the smaller the error at liquid levels other than the liquid level of 50%. However, on the other hand, the sensitivity becomes worse and the measurement span also decreases.

また、２個のコイルばね３４ａ、３４ｂを用いて、センタシャフト２４にスラスト方向の荷重が掛からず、ヒステリシス誤差が生じないように付勢力を平衡させたが、コイルばねは１個であっても付勢力を供与することができる。更には、３個以上のばねを使用して付勢力を更に均等にセンタシャフト２４に加わるようにすることも可能である。また、付勢力付加手段はコイルばねではなく、他のばね手段によって付勢することもできる。   Further, the two coil springs 34a and 34b are used to balance the urging force so that the thrust in the thrust direction is not applied to the center shaft 24 and no hysteresis error occurs, but even if there is only one coil spring. A biasing force can be provided. Furthermore, it is possible to apply the biasing force to the center shaft 24 more evenly by using three or more springs. Further, the biasing force adding means can be biased not by the coil spring but by other spring means.

なお、角度センサ２８としては種々の型式のものが使用可能であるが、本実施例においては、例えばホール素子を用いて角度検出を行っている。   Various types of angle sensors 28 can be used as the angle sensor 28. In this embodiment, for example, angle detection is performed using a Hall element.

１１、１７、２１ ハウジング
１３ ディスプレーサ
１６ 荷重伝達アーム
１８ 支点
２２ トルクチューブ
２４ センタシャフト
２８ 角度センサ
２９ 付勢力付加アーム
３０ 回動基板
３０ａ 回動規制部
３１ 付勢力調整機構
３２ ねじ軸
３３ 係止部
３４ａ、３４ｂ コイルばね DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 17, 21 Housing 13 Displacer 16 Load transmission arm 18 Support point 22 Torque tube 24 Center shaft 28 Angle sensor 29 Energizing force addition arm 30 Rotating board 30a Rotation restriction part 31 Energizing force adjustment mechanism 32 Screw shaft 33 Locking part 34a 34b Coil spring

Claims (7)

一端をハウジングに固定し他端にディスプレーサからの荷重を受けて捩れる円筒状のトルクチューブと、該トルクチューブ内を貫通し該トルクチューブと同じ捩れ力を受けて回転し前記トルクチューブと温度に対する同等の弾性係数を有する棒状のセンタシャフトと、該センタシャフトの先端に取り付け該センタシャフトの回転角を検出する角度センサとから成るトルクチューブ式液面計において、前記センタシャフトに取り付けた付勢力付加アームと、前記センタシャフトの周囲に回動可能に配置した回動基板と、前記付勢力付加アームと前記回動基板の間に介在し前記付勢力付加アームに対し前記センタシャフトの回転力と逆方向に前記付勢力を供与するばねと、前記回動基板の回動を所定の停止位置で停止し前記ばねの付勢力を調整する付勢力調整機構とを備えたことを特徴とするトルクチューブ式液面計の温度補償機構。   A cylindrical torque tube with one end fixed to the housing and twisted by receiving a load from the displacer at the other end, and rotating through the torque tube and receiving the same torsional force as the torque tube. In a torque tube type level gauge comprising a rod-shaped center shaft having an equivalent elastic coefficient and an angle sensor attached to the tip of the center shaft and detecting the rotation angle of the center shaft, an urging force applied to the center shaft is applied. An arm, a pivot board disposed so as to be rotatable around the center shaft, and a biasing force applied arm interposed between the pivot board and the biasing force added arm opposite to the rotational force of the center shaft. A spring for supplying the biasing force in the direction, and the rotation of the rotating substrate is stopped at a predetermined stop position to adjust the biasing force of the spring. Temperature compensation mechanism of the torque tube type level gauge, characterized in that a biasing force adjustment mechanism. 前記ばねにより前記センタシャフトの回転量が中間液位５０％における前記トルクチューブの捩れ力と同一量で逆方向となるようにすることを特徴とする請求項１に記載のトルクチューブ式液面計の温度補償機構。   2. The torque tube type liquid level gauge according to claim 1, wherein the rotation amount of the center shaft is opposite to the twisting force of the torque tube at an intermediate liquid level of 50% by the spring in the opposite direction. Temperature compensation mechanism. 前記回動基板には回動規制部を形成し、前記付勢力調整機構の係止部を前記回動規制部に係止することによりその回動位置を所定の停止位置で停止することを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクチューブ式液面計の温度補償機構。   A rotation restricting portion is formed on the rotation substrate, and the rotation position is stopped at a predetermined stop position by engaging the engaging portion of the biasing force adjusting mechanism with the rotation restricting portion. The temperature compensation mechanism of the torque tube type liquid level gauge according to claim 1 or 2. 前記ばねは温度に対し恒弾性材料を使用することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載のトルクチューブ式液面計の温度補償機構。   The temperature compensation mechanism of a torque tube type liquid level gauge according to any one of claims 1 to 3, wherein the spring uses a constant elastic material with respect to temperature. 前記ばねを１個又は複数個設けたことを特徴とする請求項１〜４に何れか１つの請求項に記載のトルクチューブ式液面計の温度補償機構。   The temperature compensation mechanism for a torque tube type liquid level gauge according to any one of claims 1 to 4, wherein one or a plurality of the springs are provided. 前記付勢力調整機構の係止部はねじ軸に沿って移動するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のトルクチューブ式液面計の温度補償機構。   4. The temperature compensation mechanism for a torque tube type liquid level gauge according to claim 3, wherein the engaging portion of the urging force adjusting mechanism moves along the screw shaft. 一端をハウジングに固定し他端にディスプレーサからの荷重を受けて捩れる円筒状のトルクチューブと、該トルクチューブ内を貫通し該トルクチューブと同じ捩れ力を受けて回転し前記トルクチューブと温度に対する同等の弾性係数を有する棒状のセンタシャフトと、該センタシャフトの先端に取り付け該センタシャフトの回転角を検出する角度センサとから成るトルクチューブ式液面計において、前記センタシャフトに取り付けた付勢力付加アームと、前記センタシャフトの周囲に回動可能に配置した回動基板と、前記付勢力付加アームと前記回動基板の間に介在し前記付勢力付加アームに対し前記センタシャフトの回転力と逆方向に前記付勢力を供与するばねと、前記回動基板の回動を所定の停止位置で停止させる付勢力を調整する付勢力調整機構とを備え、前記付勢力調整機構により前記回動基板の回動停止位置を移動させながら、前記角度センサの出力を基に前記ばねの付勢力を調整することを特徴とするトルクチューブ式液面計の温度補償方法。   A cylindrical torque tube with one end fixed to the housing and twisted by receiving a load from the displacer at the other end, and rotating through the torque tube and receiving the same torsional force as the torque tube. In a torque tube type level gauge comprising a rod-shaped center shaft having an equivalent elastic coefficient and an angle sensor attached to the tip of the center shaft and detecting the rotation angle of the center shaft, an urging force applied to the center shaft is applied. An arm, a pivot board disposed so as to be rotatable around the center shaft, and a biasing force applied arm interposed between the pivot board and the biasing force added arm opposite to the rotational force of the center shaft. A spring for supplying the biasing force in the direction, and a biasing force for adjusting the biasing force to stop the rotation of the rotating substrate at a predetermined stop position An adjustment mechanism, and adjusting the biasing force of the spring based on the output of the angle sensor while moving the rotation stop position of the rotating substrate by the biasing force adjusting mechanism. Liquid level gauge temperature compensation method.
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