JP6325391B2 - 投込式水位計の調節システム、その調節方法、その調節プログラムおよび調節機能付き投込式水位計 - Google Patents
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Description
このような設置工事を不要とする水位計に、投込式水位計がある。投込式水位計は、気泡式水位計に比べ、装置が小さく操作も容易である。この投込式水位計は、一般産業において、河川の監視プログラムや上下水道などの水位を測定するのに広く用いられている。
また、投込式水位計について、設定および維持管理がより簡便で、安定した水位の測定が可能なものも提案されている。
例えば、水圧に基づいて水位を導く水位計では、貯蔵されている液体の種類によって液体の密度が比重1より高い場合には、水位は実際よりも深いものと表示される。
また、表示部に内蔵されるメータの機械的なずれによって、表示部に送られてくる水位に関する電気信号と水位の指示値とにずれが発生する場合もある。
よって、投込式水位計が算出する水位の指示値の正確性を向上させるためには、ずれの要因ごとに校正または補正する必要がある。
よって、貯蔵された液体が放射性核種を含む場合には、この浸水部材を容易に交換または修理をすることができない。
図1は、第1実施形態にかかる投込式水位計の調節システム10(以下、単に「調節システム10」という)の概略構成図である。
図2は、調節システム10が適用される投込式水位計20が備える検出器24の概略断面図である。
また、調節システム10は、導出部47で導出された密度σに基づいて水位の指示値を補正する第1の補正部48を備える。
まず、調節システム10が適用される投込式水位計20について図2および図3(適宜、図1参照)を用いて詳細に説明する。
図3は、第1実施形態にかかる調節システム10が対象とする投込式水位計20の概略構成図である。
検出器24は、水位を測定する液体に投げ込まれて、この液体を貯蔵する構造物の底面まで沈下する。検出器24は、図2に示されるように、例えば一方の底面に入水孔33が設けられた筐体21によって、外形が円筒状となっている。
この圧力センサ22によって筐体21の内部は周囲の液体から隔離されて、圧力センサ22からさらに内部には液体は侵入しない。
ダイヤフラムとは、弾性のある隔膜のことであり、圧力による隔膜の膨張およびへこみの度合いが読み取られるものである。
以下、圧力センサ22を、これら2つのダイヤフラム25にそれぞれ圧電素子が設けられて、圧電素子に発生した電圧の差分を差分部35で読み取るものとして説明する。
調節システム10を適用する投込式水位計20の多くが、放射線汚染水に対して用いられるからである。
このように設置された変換部32は、受信した電流信号についてI/V変換をして、例えば中央制御室41などに設置された表示部26へ送信する。
表示部26は、変換部32から送信される差圧ΔPに基づく電気信号を液体(比重1の液体の場合)の水位(図4では、36.4m)として表示する。
例えば、貯蔵されている液体の種類によって液体の密度σが高くなると、水位は実際よりも深いものと表示される。
また、表示部26に内蔵されるメータに機械的なずれがある場合も、水位は正確に表示されない。
第1実施形態にかかる調節システム10は、この表示部26の水位の指示値を校正および補正の少なくとも一方を実施するものである。
また、各実施形態において、指示値または信号値を密度σに基づいて修正することを統一して「補正」と表す。
補正のうち特に第1の補正部48に基づく補正と校正とは、それぞれ独立して実施することも、同時に実施することも可能である。
次に、図1に戻って、調節システム10が備える各種の部材について説明する(適宜、図2および図6を参照)。
開口端27が互いに異なる水深で固定されることで、各々の水圧測定器50が測定する水深どうしに水深差L(L1,L2,…,L1+L2,…)が発生する。
以下、各実施形態では、水圧測定器50(501〜504)は、これらバブラチューブ51(511〜514)および計測部53(531〜534)から構成されるものとして説明する。
また、水圧測定器50は3以上であればいくつでもよいが、以下、例として4つが備えられているとして説明する。
既製の検出器24に付加的にバブラチューブ51を固定する場合には、図2に示されるように被覆材28をさらに包巻材19で包巻して一本の伝線29にすればよい。
計測部53は、接続されたバブラチューブ51から加圧し、逆に受ける背圧を計測することで、バブラチューブ51の開口端27における水圧を取得する。
割当部43は、計測部53で接続された水圧測定器50のうちから検出器24が受ける水圧Pwを主測定水圧Pmとして測定する主測定器を例えば、作業員による選択で割り当てる。
また、割当部43は、液体の密度σを導出するのに用いられる水圧を副測定水圧Psとして測定する、主測定器とは別の副測定器を割り当てる。
表示部26には、例えば、主群と副群の2列のボタン群からなる測定器選択ボタン34が設けられる。
副群のボタン群は、作業員に、主測定器として選択された水圧測定器50以外の水圧測定器50を副測定器として選択させるものである。
同様に、作業員に選択された副測定器は導出部47へ接続される。
より具体的には、第1計測部531が主測定器、第2計測部532が副測定器として特定されたとする。
第1計測部531および第2計測部532は、それぞれに接続されたバブラチューブ51(511,512)に、その開口端27からバブルが漏出するまで加圧をする。
主測定器および副測定器に接続されるそれぞれのバブラチューブ51にかかる背圧が、主測定水圧Pmおよび副測定水圧Psなどの測定水圧となる。
この主測定水圧Pmおよび副測定水圧Psは、その大きさが電気信号に変換され、導出部47へ送信される。
導出部47は、これら主測定水圧Pmと副測定水圧Psとの差異を算出する。
そして、この差異および主測定器の水深と副測定器の水深との水深差Lに基づいて、式(1)で示す液体の密度σを導出する。
σ=(|Pm−Ps|/g)/L (1)
ただし、gは重力加速度を表わす。
σ=(|Ps1−Ps2|/g)/L2 (2)
第1の補正部48は、導出部47で導出された密度σを用いて式(3)に従って水位の指示値を補正する。
Lk=(|Pw−Patm|/g)/σ (3)
ただし、Lkは、圧力センサ22の真の水深である。
なお、補正は、表示部26に密度補正ボタン48a(48)を設け、作業員が手動で反映させてもよい。
一方、校正時においては、導出部47で導出された密度σは、導出部47に接続された第2の補正部44に送信される。
第2の補正部44は、第1実施形態においては、密度σおよびバブラチューブ511の開口端27と水圧側ダイヤフラム25aとの水深差L1に基づいて、この主測定水圧Pmの値を水圧Pwの値に一致させる補正する。
なお、L1=0のときは、はじめから主測定水圧Pmおよび水圧Pwは一致するので、第2の補正部44を省略することができる。
また、この水深差L1は、検出器24の水深に比べて小さく、さらにその密度σによる誤差の影響も小さいので第2の補正部44は設けなくてもよい。
中空ケーブル23を介して主測定水圧Pmは、基準圧側ダイヤフラム25bにかかる。
よって、水圧側ダイヤフラム25aと基準圧側ダイヤフラム25bとにかかる圧力の圧力差はゼロとなる。
よって、このときに表示部26に表示される水位の指示値は、この指示値にずれがない場合、ゼロとなる。
校正部46は、例えば作業員によって発信されたゼロ点校正ボタン46a(46)からの指令信号を受けたタイミングで校正をする。
自動で校正をする場合、例えば、加圧部45が主測定水圧Pmを加圧した際に、同時に信号Sを発信させて、この信号Sを校正部46が受信したときの指示値がゼロ点を示すように校正をすればよい。
図6(A)は、従来の投込式水位計20の調節方法の説明図、図6(B)は、第1実施形態にかかる調節方法の説明図である。
従来では中空ケーブル23が常に大気開放されているため、基準圧側ダイヤフラム25bには、常に大気圧Patmがかかる。
検出器24を引き上げることで、図6(A)に示されるように、水圧Pwは降下する(Pw1→Pw2)。
検出器24を水上まで引き上げることで、水圧側ダイヤフラム25aにかかる圧力を大気圧Patmと一致させて、このとき指示値がゼロ点を示すか確認していた。
このとき表示部26の指示値が0でない場合(図7では1.2m)、この指示値はずれていることとなり、ゼロ点校正が必要となる。
次に、図8を用いて、調節システム10に好適に用いることができる中継器13について説明する。
図8は、第1実施形態にかかる調節システム10に合わせて設計された中継器13の概略構成図である。上述したように、差圧ΔPの電気信号は、信号線38で変換部32へ伝送される。
また、中継器13には、大気開放孔15が設けられており、中空ケーブル23が接続される。大気開放孔15には、通常時では中空ケーブル23以外何も接続されず、中空ケーブル23は大気開放されている。
そして、校正時には、背圧孔16に延長バブラチューブ52(521〜524)を接続して、この延長バブラチューブ52を介して、対応する計測部53に接続する。
背圧孔16は、図8に示されるように、バブラチューブ51の個数と同数設けられていてもよいし、複数のバブラチューブ51をいくつかまとめて固定するものであってもよい。
このように、信号線孔14、大気開放孔15、および背圧孔16を備えた中継器13を設けることで、校正時に調節システム10を短時間で接続することができる。すなわち、作業員の被ばくを最小限にすることができる。
次に、第1実施形態にかかる調節方法を図10のフローチャートを用いて説明する(適宜図1、図2および図9を参照)。
図9は、第1実施形態にかかる調節システム10および投込式水位計20の常設される部材の概略構成図である。
具体的には、まず、作業員が中継器13の背圧孔16に延長バブラチューブ52を接続して、バブラチューブ51と計測部53などの各種部材を接続する。
同時に、校正部46を変換部32および表示部26に接続する。
上述のように表示部26に測定器選択ボタン34を設けて作業員がから選択してもよいが、割当部43が自動で選択してもよい。
第1計測部531および第2計測部532は、それぞれに接続されたバブラチューブ51に加圧し、その背圧を主測定水圧Pmおよび副測定水圧Psとして計測する(S13)。
次に、主測定水圧Pmと副測定水圧Psとの差異および第1計測部531と第2計測部532との水深差L2から式(1)に基づいて液体の密度σを導出する(S14)。
そして、第1の補正部48が、導出部47で導出された密度σを用いて式(3)で、水位の指示値に補正する(S15)。
また、第2の補正部44が、密度σおよび水深差L1に基づき、主測定水圧Pmに補正をし、主測定水圧Pmを水圧Pwと一致させる(S16)。
加圧部45は、この主測定水圧Pmを基準圧側ダイヤフラム25bに加圧する(S17)。
このとき、表示部26の水位の指示値にずれがない場合、この指示値はゼロとなる。
指示値がゼロ点でない場合、校正部46はゼロ点を示すように指示値を校正する(S18)。
また、第1の補正部48において、水位の測定がなされる液体の密度σを考慮して、表示部26の水位の指示値を補正する。
そして、共有された3以上の水圧測定器50のうち、任意な2つを主測定器または副測定器として遠隔から割り当てて校正または補正に用いている。
また、この9つの水圧測定器50のいずれも、主測定器にも副測定器にもなりうるので、最小限の水圧測定器50で、効率的に校正手段および補正手段を冗長化させることができる。
図11は、第2実施形態にかかる調節システム10の部分構成図である。
なお、図11では、図1で示した第2の補正部44を省略している。
また、図12は、第2実施形態にかかる調節システム10に対応した仕様の表示部26の一例を示す図である。
校正時には、基準圧切換弁31の2つの接続孔は、一方に加圧部45が接続されて、他方が大気開放されて、適宜基準圧側ダイヤフラム25bにかかる基準圧が切り換えられる。
図13においても、第2の補正部44を省略している。
例えば、調圧部54bは、加圧部45が出力する圧力を指標圧Pcに調節して、基準圧切換弁31に加圧する。同時に、加圧した指標圧Pcと背圧との差圧ΔPcを変換部32へ送信して、変換部32に接続された校正部46で自動で校正をさせる。
この場合の基準圧力計36は、調圧部54bに内蔵された部材またはプログラムである。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。
これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
Claims (13)
- 貯蔵された液体に投げ込まれる検出器の外表面に異なる水深で固定される3以上の水圧測定器と、
3以上の前記水圧測定器のうちから主測定水圧を測定する主測定器および副測定水圧を測定する副測定器を割り当てる割当部と、
前記主測定水圧と前記副測定水圧との差異および前記主測定器と前記副測定器との前記水深の差異に基づいて前記液体の密度を導出する導出部と、
前記導出部で導出された前記密度に基づいて水位の指示値を補正する第1の補正部と、を備えることを特徴とする投込式水位計の調節システム。 - 一部が液体に開放された筐体の端部を圧力センサで封止して、前記圧力センサが液体から受ける水圧と前記筐体に接続された中空ケーブルによって前記筐体の内部から受ける大気圧との差圧を検出する検出器と、を備え、前記水圧および前記大気圧の差圧に基づいて液体の水位を算出する投込式水位計の調節システムにおいて、
前記検出器の外表面に異なる水深で固定される3以上の水圧測定器と、
3以上の前記水圧測定器のうちから主測定水圧を測定する主測定器および副測定水圧を測定する副測定器を割り当てる割当部と、
前記主測定水圧と前記副測定水圧との差異および前記主測定器と前記副測定器との前記水深の差異に基づいて前記液体の密度を導出する導出部と、
前記導出部で導出された前記密度に基づいて前記主測定器で測定された前記主測定水圧に補正する第2の補正部と、
補正された前記主測定水圧を前記中空ケーブルから加圧する加圧部と、
前記主測定水圧が加圧されたときに水位の指示値がゼロ点を示すように前記指示値を校正する校正部と、を備えることを特徴とする投込式水位計の調節システム。 - 前記導出部で導出された前記密度に基づいて前記水位の前記指示値を補正する第1の補正部を備えることを特徴とする請求項2に記載の投込式水位計の調節システム。
- 前記水圧測定器は、
前記検出器の前記外表面に開口端が固定されたバブラチューブと、
前記バブラチューブに加圧をして背圧を計測する計測部と、を備え、
前記主測定水圧および前記副測定水圧は前記背圧であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の投込式水位計の調節システム。 - 前記中空ケーブルに設置されて前記中空ケーブルを前記加圧部への接続状態と大気開放状態とに相互に切り換える基準圧切換弁を備えることを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の投込式水位計の調節システム。
- 前記中空ケーブルを介して前記検出器に前記大気圧から前記水圧までの複数の指標圧を加圧する指標圧付加部と、
前記指標圧付加部に接続されて前記指標圧と前記主測定水圧との差圧を検知する基準圧力計と、を備えることを特徴とする請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の投込式水位計の調節システム。 - 前記指標圧付加部は、圧力ポンプであり、
前記基準圧切換弁に接続されて前記検出器の前記内部を前記圧力ポンプへの接続状態と大気開放状態とに相互に切り換えるスパン切換弁を備えることを特徴とする請求項6に記載の投込式水位計の調節システム。 - 一部が液体に開放された筐体の端部を圧力センサで封止して、前記圧力センサが液体から受ける水圧と前記筐体に接続された中空ケーブルによって前記筐体の内部から受ける大気圧との差圧を検出する検出器と、
前記差圧に基づいて液体の水位を表示する表示部と、
前記検出器の外表面に異なる水深で固定される3以上の水圧測定器と、
3以上の前記水圧測定器のうちから主測定水圧を測定する主測定器および副測定水圧を測定する副測定器を割り当てる割当部と、
前記主測定水圧と前記副測定水圧との差異および前記主測定器と前記副測定器との前記水深の差異に基づいて前記液体の密度を導出する導出部と、
前記導出部で導出された前記密度に基づいて測定された前記主測定水圧に補正する第2の補正部と、
補正された前記主測定水圧を前記中空ケーブルから加圧する加圧部と、
前記主測定水圧が加圧されたときに水位の指示値がゼロ点を示すように前記指示値を校正する校正部と、を備えることを特徴とする調節機能付き投込式水位計。 - 前記水圧測定器は、
前記検出器の前記外表面に開口端が固定されたバブラチューブと、
前記バブラチューブに加圧をして背圧を計測する計測部と、を備え、
前記主測定水圧および前記副測定水圧は前記背圧であることを特徴とする請求項8に記載の調節機能付き投込式水位計。 - 前記差圧を電気信号の形態で伝送する信号線を固定する信号線孔、前記バブラチューブを固定する背圧孔を有する中継器を備えることを特徴とする請求項9に記載の調節機能付き投込式水位計。
- 前記圧力センサは、開放された前記筐体の端部を封止して液体中で前記水圧を受ける水圧側ダイヤフラムと、封止された前記筐体の前記内部に配置されて前記筐体に接続された前記中空ケーブルから大気圧を受ける基準圧側ダイヤフラムと、を備えることを特徴とする請求項8から請求項10のいずれか1項に記載の調節機能付き投込式水位計。
- 一部が液体に開放された筐体の端部を圧力センサで封止して、前記圧力センサが液体から受ける水圧と前記筐体に接続された中空ケーブルによって前記筐体の内部から受ける大気圧との差圧を検出する検出器と、前記水圧および前記大気圧の差圧に基づいて液体の水位を算出する投込式水位計の調節方法において、
3以上の異なる水深のうち水圧を主測定水圧および副測定水圧として測定する2つの水深を選択するステップと、
前記主測定水圧と前記副測定水圧との差異および前記2つの水深の差異に基づいて前記液体の密度を導出するステップと、
導出された前記密度に基づいて測定された前記主測定水圧に補正するステップと、
補正された前記主測定水圧を前記中空ケーブルから加圧するステップと、
前記主測定水圧が加圧されたときに水位の指示値がゼロ点を示すように前記指示値を校正するステップと、を含むことを特徴とする投込式水位計の調節方法。 - 一部が液体に開放された筐体の端部を圧力センサで封止して、前記圧力センサが液体から受ける水圧と前記筐体に接続された中空ケーブルによって前記筐体の内部から受ける大気圧との差圧を検出する検出器と、
前記水圧および前記大気圧の差圧に基づいて液体の水位を算出する投込式水位計の調節プログラムにおいて、
コンピュータに、
3以上の異なる水深のうち水圧を主測定水圧および副測定水圧として測定する2つの水深を選択するステップ、
前記主測定水圧と前記副測定水圧との差異および前記2つの水深の差異に基づいて前記液体の密度を導出するステップ、
導出された前記密度に基づいて測定された前記主測定水圧に補正するステップ、
補正された前記主測定水圧を前記中空ケーブルから加圧するステップ、
前記主測定水圧が加圧されたときに水位の指示値がゼロ点を示すように前記指示値を校正するステップ、を実行させることを特徴とする投込式水位計の調節プログラム。
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