JP6483515B2 - 投込式水位計の補助システム、その補助方法、その補助プログラムおよび補助機能付き投込式水位計 - Google Patents

Description

本実施形態は、投込式水位計が示す水位の指示値の補助技術に関する。

津波や震災などで被災した原子力発電所などのように、立ち入りが困難となった施設において、その内部の貯留液体の水位の測定が求められることがある。
従来から知られる水位計として、開口端が水底に配置されたバブラチューブで水底に気泡を送り込むのに必要な圧力を計測することで水位を判定する気泡式水位計がある。

気泡式水位計とは、水中に開口した管からゆっくり気泡を出し、そのときの管内の圧力をセンサによって測定する水位計である。管内の圧力が大気圧と管の開口端にかかる水圧との和に等しくなることから、この開口端の圧力から、大気圧を差し引いて水位を求めることができる。

気泡式水位計は、気泡を水底に送り込むためのエアー供給源などが必要となり装置が大型になる。また、この装置を貯留液体の近傍に固定するための設置工事が必要となる。
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、河川の監視システムや上下水道などの水位測定システム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易で安定した水位の測定が可能なものも提案されている。

ところで、投込式水位計が表示する水位は、いくつかの要因によって真の水位からずれることがある。
例えば、水圧に基づいて水位を導く場合には、貯蔵されている貯留液体の比重が比重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、水位計内部の機械的なずれによって水位の指示値が正確でないものとなることもある。
よって、投込式水位計が判定する水位の指示値の正確性を向上させるためには、ずれの要因ごとに補正をする必要がある。

水位の指示値の正確性の要請は、上述したような作業員が現場に立ち入れない場合にも要求される。現在、遠隔においても適切に補正を施すことで正確な水位を取得できる水位計の研究がなされている。

特開平０７−０５４３９４号公報 特開２０００−３３７９４５号公報 実公平０３−２８２１号公報

しかしながら、上述した従来の技術では、貯留液体の種類または温度などといった、貯留液体の水位および比重以外の貯留液体に関する情報は、別の計器を設置しないと取得することができないという課題があった。
貯留液体の性質に関するこれらの情報は、例えば貯留液体の水位の補正の精度の向上のために用いることができる。
また、これらの情報は、この貯留液体のその後の処理または管理をする際にも必要となることがある。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、貯留液体の水位の測定とともにこの貯留液体の性質に関する情報を取得することが可能な投込式水位計の補助システム、その補助方法、その補助プログラムおよび補助機能付き投込式水位計を提供することを目的とする。

本実施形態にかかる投込式水位計の補助システムは、貯留液体中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２以上の水圧測定器と、水圧測定器のうちの少なくとも２つで測定された測定水圧の相互の差異および水圧測定器の水深の差異に基づいて貯留液体の比重を導出する比重導出部と、貯留液体の温度と比重との相関データを保持する保持部と、比重導出部で導出された比重および相関データに基づいて貯留液体の温度を判定する判定部と、を備えるものである。

また、本実施形態にかかる投込式水位計の補助方法は、貯留液体中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２以上の水圧測定器で水圧を測定するステップと、測定された水圧の相互の差異および水圧測定器の水深の差異に基づいて貯留液体の比重を導出するステップと、比重導出部で導出された比重および貯留液体の温度と比重と相関データに基づいて貯留液体の温度を判定するステップと、を含むものである。

また、実施形態にかかる投込式水位計の補助プログラムは、コンピュータに、貯留液体中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２以上の水圧測定器で水圧を測定するステップ、測定された水圧の相互の差異および水圧測定器の水深の差異に基づいて貯留液体の比重を導出するステップ、比重導出部で導出された比重および貯留液体の温度と比重と相関データに基づいて貯留液体の温度を判定するステップ、を実行させるものである。

本実施形態により、貯留液体の水位の測定とともにこの貯留液体の性質に関する情報を取得することが可能な投込式水位計の補助システム、その補助方法、その補助プログラムおよび補助機能付き投込式水位計が提供される。

第１実施形態にかかる投込式水位計の補助システムが対象とする投込式水位計の概略構成図。 第１実施形態にかかる投込式水位計の補助システムが備える検出部の概略断面図。 第１実施形態にかかる投込式水位計の補助システムの概略構成図。 水の温度の変化に対する比重の変化を示す図。 第１実施形態にかかる投込式水位計の補助方法を示すフローチャート。 第２実施形態にかかる投込式水位計の補助システムの構成概略図。 基準圧側ダイヤフラムおよび水圧側ダイヤフラムにかかるそれぞれの圧力の差圧と表示部で表示される水位の指示値との対応関係を示す図。

以下、本実施形態の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
〔投込式水位計２０〕
まず、投込式水位計の補助システム１０（以下、単に「補助システム１０」という）が適用される投込式水位計２０について図１および図２を用いて説明する。
図１は、第１実施形態にかかる補助システム１０が対象とする投込式水位計２０の概略構成図である。

投込式水位計２０は、図１に示されるように、液中に投げ込まれる検出部２４が、伝線２９および信号線３８を介して変換部３２に接続されている。
変換部３２は、例えば中央制御室４１の内部の表示部２６に接続されている。
変換部３２は、検出部２４から受信した貯留液体の水位に関する電流信号をＩ／Ｖ変換をして、表示部２６へ送信する。

また、図２は、投込式水位計２０が備える検出部２４の概略断面図である。
検出部２４は、図２に示されるように、一方の底面に入水孔３３が設けられた筐体２１によって、円筒状の外形を有している。
筐体２１の内部には、入水孔３３が設けられた底面の付近に圧力センサ２２が筐体２１を封止するように設置されている。
この圧力センサ２２によって筐体２１の内部は周囲の貯留液体から隔離されて、圧力センサ２２からさらに内部には貯留液体は侵入しない。

一方、入水孔３３が設けられていない他方の底面には、中空ケーブル２３が接続されている。中空ケーブル２３は、通常時は、筐体２１が接続されていない他端で大気開放されており、筐体２１の内部を大気圧Ｐ_atmに維持させている。圧力センサ２２のうち、封止された筐体２１の内部に面する一面は、この中空ケーブル２３を介して、大気圧Ｐ_atmを受ける。

圧力センサ２２のうち貯留液体と接触する他面は水圧Ｐ_wを受ける。圧力センサ２２は、例えば、隔膜にかかる圧力を電気信号の大きさに変換するダイヤフラム２５を利用したものが広く使用されている。
圧力センサ２２が有する水圧側ダイヤフラム２５ａが受ける水圧Ｐ_wと、基準圧側ダイヤフラム２５ｂが中空ケーブル２３を介して受ける大気圧Ｐ_atmとの差圧ΔＰは、電圧に変換されて差分部３５に読み取られる。

この電圧は、Ｖ／Ｉ変換回路３７で電流信号に変換されて、信号線３８に出力される。信号線３８は、中空ケーブル２３および強化線１８とともに被覆材２８に被覆されて、変換部３２（図１）に接続されている。
変換部３２は、検出部２４から信号線３８を介して受信したこの電流信号をＩ／Ｖ変換をして、表示部２６へ送信する（図１）。表示部２６は、この信号を取得した水位として表示する。

（第１実施形態）
〔補助システム１０〕
図３は、第１実施形態にかかる補助システム１０の概略構成図である。
第１実施形態にかかる補助システム１０は、図３に示されるように、水圧測定器５０、比重導出部４２、記憶部４３（図３中、「比重範囲記憶部４３」）、特定部４４（図３中、「物質特定部４４」）、保持部４６（図３中、「相関データ保持部４６」と表示）および判定部４７（図３中、「温度判定部４７」）を備える。

水圧測定器５０は、図３に示されるように、２つ以上が投込式水位計２０に装着される。それぞれの水圧測定器５０_n（５０）は、例えば、シリコンや金属などからなるバブラチューブ５１（浸水部材５１）と、バブラチューブ５１_n（５１）に加圧をして背圧を計測する計測部５３_n（５３）（図３）と、から構成される。

以下、図２および図３に示されるように、補助システム１０に２つの水圧測定器５０_n（５０₁，５０₂）が備えられている例で説明する。
バブラチューブ５１_n（５１₁，５１₂）は、検出器を構成する伝線２９および検出部２４の外表に開口端２７が異なる水深となるように治具１９で固定される。
大気中に開口するバブラチューブ５１_n（５１₁，５１₂）の他方の自由端は、地上において、それぞれ対応する計測部５３_n（５３₁，５３₂）に接続される。

計測部５３_nは、接続されたバブラチューブ５１_n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_nの開口端２７における水圧Ｐ_n（Ｐ₁，Ｐ₂）を取得する。
これらの計測部５３_nは、いずれも比重導出部４２に接続される。
計測された水圧Ｐ_n（Ｐ₁，Ｐ₂）は、その大きさが電気信号に変換され、比重導出部４２へ送信される。

比重導出部４２は、これら水圧Ｐ₁と水圧Ｐ₂との差異、および開口端２７の水深差Ｌに基づいて、式（１）で示す貯留液体の比重σを導出する。
σ＝（｜Ｐ₁−Ｐ₂｜／ｇ）／Ｌ （１）
ただし、ｇは重力加速度を表わす。
なお、バブラチューブ５１を３以上用いて複数の比重σを式（１）によって導出して、これら複数の比重σの平均をとることで、比重の精度を高めてもよい。

記憶部４３は、貯留液体として想定される複数の液体の比重の変化範囲を記憶している。
例えば、貯留液体が海水、水および油脂のいずれかとして想定される場合で説明する。
海水、水および油脂の比重αの変化範囲は、通常、次式（２）のようになる。
海水 １．０１≦α
水 １．０１＞α＞０．８ （２）
油脂 ０．８≧α
記憶部４３は、この式（２）のように、想定されうる液体の種類とその比重αの変化範囲とを関連付けて記憶する。

特定部４４は、記憶部４３に記憶された変化範囲の区分のうち、導出された比重σが含まれる区間を特定することで、貯留液体の種類を特定する。
例えば、取得した比重σに基づく比重が１．０２の場合、式（２）から貯留液体は海水であることがわかる。
なお、貯留液体の種類が既知の場合または貯留液体の種類を特定する必要がない場合は、記憶部４３および特定部４４を省略してもよい。

保持部４６は、貯留液体として想定される候補となり記憶部４３に記憶される上述の複数の液体それぞれの温度と比重との相関データを保持する。
例えば、図４は、水の温度の変化に対する比重αの変化を示す図である。
保持部４６は、図４に示されるような、例えば化学便覧またはＪＩＳなどで規定されたそれぞれの液体の正確な相関データを保持する。

判定部４７は、特定部４４で特定された液体の種類の相関データを参照して、比重導出部４２で導出された比重およびこの相関データに基づいて貯留液体の温度を判定する。
図４からわかるように、比重αが確定すると、液体の温度はほぼ一意的に確定する。
このように特定された貯留液体の種類および判定された温度に関する情報は、表示部２６に送信される。

〔補助方法〕
次に、第１実施形態にかかる補助方法を図５のフローチャートを用いて説明する（適宜図３を参照）。

まず、２つの水圧測定器５０を、起動してそれぞれの水深における水圧Ｐ_n（Ｐ₁，Ｐ₂）を測定する（Ｓ１１）。
計測部５３_n（５３₁，５３₂）は、それぞれに接続されたバブラチューブ５１_n（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。
この加圧によって、計測部５３_nは、逆にバブラチューブ５１（５１₁，５１₂）から背圧を受ける。
計測部５３_nに接続されるそれぞれのバブラチューブ５１_nにかかる背圧が、開口端２７の水深における水圧Ｐ_n（Ｐ₁，Ｐ₂）として測定される。

次に、比重導出部４２で、測定された水圧Ｐ_n（測定水圧）の相互の差異および水深差Ｌから式（１）に基づいて貯留液体のそれぞれの水深における比重σを導出する（Ｓ１２）。
そして、特定部４４が、記憶部４３に記憶された変化範囲の区分のうち、導出された比重σが含まれるものを特定することで、貯留液体の種類を特定する（Ｓ１３）。
次に、判定部４７が、特定部４４で特定された液体の種類の相関データを参照して、比重導出部４２で導出された比重およびこの相関データに基づいて貯留液体の温度を判定する（Ｓ１４）。
このように取得された貯留液体の種類および温度の情報は、表示部２６で表示されて動作を終了する（ＥＮＤ）。

以上のように、第１実施形態にかかる補助システム１０および補助方法によれば、貯留液体の水位の測定とともにこの貯留液体の性質に関する情報を取得することができる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態にかかる補助システム１０の構成概略図である。

第２実施形態にかかる補助システム１０は、図６に示されるように、第１実施形態の構成に加えて、補正部４８を備える。
補正部４８は、比重導出部４２および表示部２６に接続され、比重導出部４２で導出した比重に基づいて投込式水位計２０の水位の指示値を補正する。

ここで、図７は、基準圧側ダイヤフラム２５ｂ（図２）および水圧側ダイヤフラム２５ａ（図２）にかかるそれぞれの圧力の差圧ΔＰと表示部２６で表示される水位の指示値との対応関係を示す図である。
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貯留液体（比重１の貯留液体の場合）の水位（図７では、３６．４ｍ）として表示する。

しかし、この水位の指示値は、前述のように水圧Ｐ_wなどの圧力に基づいて計算されるものであるため、実際の水位と完全には一致していないことがある。
例えば、貯蔵されている貯留液体の種類によって貯留液体の比重が高くなると、水圧Ｐ_wが高くなるため、水位は実際よりも深いものと表示される。
そこで、第２実施形態においては、比重導出部４２で導出した密度σを用いて、この表示部２６の水位の指示値の補正をする。

導出された比重σの情報は、表示部２６に表示されるとともに、補正部４８に送信される。
補正部４８は、この比重σを用いて式（３）に従って水位の指示値を補正する。
Ｌ_k＝（｜Ｐ_w−Ｐ_atm｜／ｇ）／σ （３）
ただし、Ｌ_kは、圧力センサ２２（図２）の真の水深である。

なお、導出された比重σを用いて貯留液体の水位の指示値を補正すること以外は、第２実施形態は第１実施形態と同じ構造および動作手順となるので、重複する説明を省略する。
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。

以上のように、貯留液体の種類および温度を取得するために導出された比重σを用いて投込式水位計２０の水位の指示値を補正することができる。
なお、取得された貯留液体の種類および温度を用いて、この補正の精度をさらに向上させることもできる。

以上述べた少なくとも一つの実施形態の補助システム１０によれば、貯留液体の水位の測定とともにこの貯留液体の性質に関する情報を取得することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
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。

１０…補助システム、１８…強化線、１９…治具、２０…投込式水位計、２１…筐体、２２…圧力センサ、２３…中空ケーブル、２４…検出部、２５…ダイヤフラム、２５ａ…水圧側ダイヤフラム、２５ｂ…基準圧側ダイヤフラム、２６…表示部、２７…開口端、２８…被覆材、２９…伝線、３２…変換部、３３…入水孔、３５…差分部、３７…Ｖ／Ｉ変換回路、３８…信号線、４１…中央制御室、４２…比重導出部、４３…記憶部（比重範囲記憶部）、４４…特定部（物質特定部）、４６…保持部（相関データ保持部）、４７…判定部（温度判定部）、４８…補正部、５０…水圧測定器、５０_(n)…水圧測定器、５１…バブラチューブ（浸水部材）、５１_(n)…バブラチューブ、５３_(n)…計測部、Ｌ…水深差、Ｐ_atm…大気圧、Ｐ_(n)…水圧、Ｐ_w…水圧、ΔＰ…差圧。

Claims (9)

1. 貯留液体中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２以上の水圧測定器と、
   前記水圧測定器のうちの少なくとも２つで測定された測定水圧の相互の差異および前記水圧測定器の前記水深の差異に基づいて前記貯留液体の比重を導出する比重導出部と、
   前記貯留液体の温度と比重との相関データを保持する保持部と、
   前記比重導出部で導出された前記比重および前記相関データに基づいて前記貯留液体の温度を判定する判定部と、を備えることを特徴とする投込式水位計の補助システム。
2. 前記貯留液体として想定される複数の液体の比重の変化範囲を記憶している記憶部と、
   導出された前記比重および前記変化範囲に基づいて前記貯留液体の種類を特定する特定部と、を備え、
   前記保持部は、前記複数の液体の前記相関データを保持し、
   前記判定部は、前記特定部で特定された前記種類の前記相関データに基づいて前記温度を判定する請求項１に記載の投込式水位計の補助システム。
3. 前記検出器は、
   一部が前記貯留液体に開放された筐体の端部を封止して水圧を受ける圧力センサと、
   前記筐体の内部に接続されて前記圧力センサに前記貯留液体の外部から圧力を送る中空ケーブルと、を備える請求項１または請求項２に記載の投込式水位計の補助システム。
4. 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、
   前記測定水圧は前記背圧である請求項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補助システム。
5. 導出される前記比重は、前記貯留液体の２以上の前記水深における比重である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の投込式水位計の補助システム。
6. 導出した前記比重に基づいて前記投込式水位計の水位の指示値を補正する補正部を備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の投込式水位計の補助システム。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の補助システムを備える補助機能付き投込式水位計。
8. 貯留液体中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２以上の水圧測定器で水圧を測定するステップと、
   測定された前記水圧の相互の差異および前記水圧測定器の前記水深の差異に基づいて前記貯留液体の比重を導出するステップと、
   導出された前記比重および前記貯留液体の温度と比重と相関データに基づいて前記貯留液体の温度を判定するステップと、を含むことを特徴とする投込式水位計の補助方法。
9. コンピュータに、貯留液体中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２以上の水圧測定器で水圧を測定するステップ、
   測定された前記水圧の相互の差異および前記水圧測定器の前記水深の差異に基づいて前記貯留液体の比重を導出するステップ、
   導出された前記比重および前記貯留液体の温度と比重と相関データに基づいて前記貯留液体の温度を判定するステップ、を実行させることを特徴とする投込式水位計の補助プログラム。

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