(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来、互いに絶縁された接地電極と検知電極とを有し、これらの電極間に生じる静電容量の変化から、測定対象物である液体のレベルを連続的に検出する静電容量式レベル計が知られている。
【0003】
例えば、特許文献1には、金属製の容器5と導通する接地電極である外部電源接続端子部2と、フッ素樹脂などの絶縁被膜6で被覆されて容器5内の水位(レベル)を検知する水位検出電極部3を備え、外部電源接続端子部2と水位検出電極部3との間の静電容量の変化により水位の変化をアナログ的に検出可能な水位検出用電極棒1が開示されている(特許文献1の特許請求の範囲の請求項1、明細書の段落[0039]〜[0055]、図面の
図1等参照)。
【0004】
また、特許文献2には、ホッパ部50に導通される接地電極25と、ホッパ部50内に延出される検知電極26と、ホッパ部50内に延出され検知電極26の一部が露出するように検知電極26の周囲を覆うと共に、接地電極25と検知電極26とを絶縁する絶縁部材27と、を有し、ホッパ部50内に貯留される高温石炭のレベル位置を静電容量の変化に基づいて検出する静電容量式レベル計20及び静電容量式レベル測定装置10が開示されている(特許文献2の特許請求の範囲の請求項1、明細書の段落[0011]〜[0021]、図面の
図1等参照)。
【0005】
しかし、特許文献1に開示された水位検出用電極棒1や特許文献2に開示された静電容量式レベル計20は、検知電極である水位検出電極部3や検知電極26に汚れが付着するため定期的に検知電極を清掃する必要があった。
【0006】
また、このような静電容量式レベル計のレベル検知回路は、検知電極と金属容器(容器5やホッパ部50)が回路の一部に組み込まれた発振回路を構成しており、液体のレベル(高さ、水位)によって発振周波数の変化を検出するものである。
【0007】
このため、接地電極である外部電源接続端子部2や接地電極25は、容器5やホッパ部50との接触抵抗が変化してしまい液体のレベル(水位)が変化したと誤検知しないように、ボルト等で互いにしっかり固定されている必要があった。そのため、従来の静電容量式レベル計測装置では、金属容器(容器5やホッパ部50)から静電容量式レベル計を取り外して検知電極を清掃する際には、工具等を使って接地電極と金属容器との接続を解除する必要があり、清掃作業に時間が掛かるという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
そこで、本発明は、前述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、工具などを使わずに短時間で静電容量式レベル計の脱着ができ、検知電極の定期的な清掃が容易な静電容量式レベル計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
第1発明に係る静電容量式レベル計測装置は、導電体を有する導電筐体と静電容量式レベル計を備え、前記導電筐体内に溜まった液体のレベルを前記静電容量式レベル計で計測する静電容量式レベル計測装置であって、前記静電容量式レベル計は、前記導電筐体と導通する接地電極と、前記接地電極と絶縁されて前記液体のレベルを検知する検知電極と、を有し、前記導電筐体と前記検知電極との間に生じる静電容量の変化から前記液体のレベルを計測するものであり、前記静電容量式レベル計は、絶縁材を介して前記導電筐体に取り付けられているとともに、前記検知電極は、前記導電筐体の内部に向け前記導電筐体と離間した状態で突設され、前記接地電極は、導電性ばねにより前記導電筐体に対して弾接されて導通されていることを特徴とする。
【0011】
第2発明に係る静電容量式レベル計測装置は、第1発明において、前記導電筐体は、上部筐体と下部筐体とに分離可能に構成されていることを特徴とする。
【0012】
第3発明に係る静電容量式レベル計測装置は、第1発明又は第2発明において、前記導電性ばねの一端は、前記静電容量式レベル計又は前記導電筐体のいずれかに固着されていることを特徴とする。
【0013】
第4発明に係る静電容量式レベル計測装置は、第1発明〜第3発明のいずれかの発明において、前記導電性ばねは、金属製の板ばねであることを特徴とする。
【0014】
第5発明に係る静電容量式レベル計測装置は、第1発明〜第4発明のいずれかの発明において、前記導電筐体には、前記静電容量式レベル計で計測した前記液体のレベルの計測値を送信する通信手段が装着されていることを特徴とする。
【0015】
第6発明に係る静電容量式レベル計測装置は、第1発明〜第5発明のいずれかの発明において、前記検知電極は、絶縁材で被覆されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
第1発明〜第6発明によれば、工具などを使わずに短時間で静電容量式レベル計の脱着ができ、検知電極の定期的な清掃が容易となる。また、第1発明〜第6発明によれば、導電性ばねが、その付勢力により導電筐体に所定の圧力以上で当接(弾接)していることとなるため、装置に振動等が作用した場合であっても、導電性ばねと導電筐体との間の接触抵抗(電気抵抗)が変化して液体のレベル(水位)を誤検知するおそれが少ない。
【0017】
その上、第1発明〜第6発明によれば、導電筐体内に静電容量式レベル計が設置されているので、静電容量式レベル計が安定保持され、より正確なレベル計測が可能となる。
【0018】
特に、第2発明及び第3発明によれば、導電筐体が上部筐体と下部筐体とに分離可能に構成されているので、静電容量式レベル計の脱着、清掃がさらに容易となり、より短時間で行うことができる。
【0019】
特に、第4発明によれば、導電性ばねが板ばねであるため、導電筐体から静電容量式レベル計を簡単にスライド移動させることができ、脱着が極めて容易となる。また、第4発明によれば、導電性ばねが汎用品であるため、安価であるとともに耐久性が高く経年的にも誤検知するおそれが少なくなる。
【0020】
特に、第5発明によれば、広範囲な土地に点在する各計測点において計測対象となる液体のレベルの増減をリアルタイムで把握することが可能となり、見回りや、遠距離に移動しての計測が必要なくなる。このため、液体のレベル計測に掛かる労務コストを大幅に低減することができる。
【0021】
特に、第6発明によれば、さらに正確に液体のレベル計測を行うことができるとともに、絶縁材を撥水性や剥離性の高い樹脂とすることにより、泥水などの汚れを防ぐことができ、さらに検知電極の清掃が容易となる。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の実施形態に係る静電容量式レベル計測装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0024】
先ず、
図1〜
図7を用いて、本発明の実施形態に係る静電容量式レベル計測装置1の構成について説明する。静電容量式レベル計測装置1が、冠水や洪水のおそれのある道路や水路に立設されて、水位を計測し、道路封鎖や避難開始及び封鎖解除や避難解除の判断に用いられる水位計測装置として用いられる場合を例示して説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る静電容量式レベル計測装置1を示す斜視図であり、
図2は、静電容量式レベル計測装置1を水平方向に見た正面図である。
【0025】
本実施形態に係る静電容量式レベル計測装置1が設置される場所は、具体的には、通行の邪魔にならない歩道、自転車道、植樹升、中央分離帯などの周囲よりも相対的に高さの低い窪地や谷間等の比較的冠水や洪水のおそれのある地面等である。
【0026】
この静電容量式レベル計測装置1は、
図1、
図2に示すように、地面等に埋設される基礎2と、この基礎2上に設置される導電体を有する導電筐体3と、この導電筐体3に挿置された静電容量式レベル計4など、から構成されている。この静電容量式レベル計測装置1は、導電筐体3内に浸入した水(計測対象の液体)の水位(レベル)を計測する水位計測装置である。
【0027】
勿論、静電容量式レベル計測装置1は、基礎2が無く、ベースプレートに直接導電筐体3が立設することも、トンネルやアンダーパスの壁面、水路内の底面やコンクリート擁壁部分に導電筐体3を鋼製バンド等で直設固定することも可能である。
【0028】
(基礎)
次に、
図3、
図4を用いて、静電容量式レベル計測装置1の基礎2について説明する。
図3は、静電容量式レベル計測装置1の基礎2を示す斜視図であり、
図4は、その基礎2の構成を示す分解斜視図である。この基礎2は、
図3、
図4に示すように、地面に埋設されるコンクリートブロック20と、このコンクリートブロック20に立設された基礎パイプ21など、から構成され、導電筐体3を支持して自立させる機能を有している。
【0029】
コンクリートブロック20は、
図4に示すように、中央に上下に貫通する正方形状(矩形)の上下貫通口20aが形成された、300mm×300mm×400mmの平面視正方形状(矩形状)の市販の升型コンクリートブロックである。
【0030】
また、基礎パイプ21は、SUS304からなるステンレス鋼管であり、側面周面の上部中央付近に左右対象に一対の縦長な長方形状の側面貫通孔22が穿設されている。
【0031】
この側面貫通孔22は、静電容量式レベル計測装置1の設置場所が冠水した場合に、計測対象となる水が浸入してくる経路となっている。このように、地表付近に形成された幅が狭い側面貫通孔22を通って水を浸入させることで、氾濫水に混入した流木や落ち葉等などの浮遊ゴミが静電容量式レベル計測装置1内に入ってくるのを防いでいる。このため、水位の検知精度が低下したり、静電容量式レベル計4が損傷したりすることを防ぐことができる。
【0032】
なお、これらの側面貫通孔22の個数、形状、位置は、静電容量式レベル計測装置1の周りに増水した冠水や洪水の水が特段のタイムラグなく浸入可能であればよく、用途や接地箇所に応じて適宜変更してもよいことは云うまでもない。
【0033】
また、基礎パイプ21がコンクリートブロック20の上下貫通口20aに挿置され、モルタルなどの一定期間経過後硬化する経時性硬化材である充填材23が側面貫通孔22の下端が丁度埋まる程度の高さまで打設される。そして、充填材23が硬化することで基礎パイプ21とコンクリートブロック20とが一体化されて基礎2が構築される(
図3参照)。
【0034】
(導電筐体)
次に、
図5、
図6を用いて、静電容量式レベル計測装置1の導電筐体3について説明する。
図5は、静電容量式レベル計測装置1の導電筐体3の構成を示す分解斜視図であり、
図6は、導電筐体3を主に示す水平方向に見た正面図である。
【0035】
導電筐体3は、導電体であるSUS304のステンレス鋼管を備えた外装ケースであり、
図5、
図6に示すように、上部筐体である上段ケース30と、下部筐体である下段ケース31など、から主に構成されている。勿論、本発明に係る導電筐体は、ステンレス鋼管に限られず他の金属管、その他導電性の高い物体から構成されていればよい。
【0036】
上段ケース30は、SUS304のステンレス鋼管からなる上管32と、この上管32の上端に嵌着された樹脂製の樹脂キャップ33など、から構成されている。この樹脂キャップ33は、上管32に接着剤で接着固定されている。なお、この上段ケース30は、静電容量式レベル計4で計測した水位の計測値を送信する後述の通信手段5を収容する収容スペースであり、樹脂キャップ33は、通信手段5のアンテナが収容されるスペースである(
図6参照)。このため、通信手段5のアンテナが導電体で遮蔽されて無線通信ができなくならないように、樹脂キャップ33が樹脂製となっている。但し、上段ケース30は、後述のように、接地電極と直接導通されるものではないため導電体である必要はない。このため、上管30は樹脂でもよく、樹脂ケース33と一体化したものであってもよい。
【0037】
下段ケース31は、SUS304のステンレス鋼管から主に構成され、この下段ケース31の側周面の下端には、前述の側面貫通孔22と対応する位置に長方形状(矩形状)に切り欠かれた左右一対の切欠き部31aが形成されている。
【0038】
この下段ケース31には、静電容量式レベル計4が収容されており、下段ケース31内のスペースが、切欠き部31aから下段ケース31内に浸入した水のレベルを計測する計測スペースとなっている。
【0039】
また、
図5に示すように、上管32の外周面の下端付近、及び下段ケース31の内周面の上端付近には、ねじが切削加工されて形成されており、上段ケース30と下段ケース31は、ねじ止め固定及び分離が自在となっている。
【0040】
なお、
図1、
図2に示すように、導電筐体3が地面に埋設されたコンクリートブロック20から突設する基礎パイプ21に外嵌された上、下段ケース31の外周面から基礎2の基礎パイプ21へ向けボルトやビス等(図示せず)をねじ込んでねじ止め固定することで設置されている。
【0041】
(静電容量式レベル計)
次に、
図7を用いて、静電容量式レベル計測装置1の静電容量式レベル計4について説明する。
図7は、静電容量式レベル計測装置1の静電容量式レベル計4を模式的に示す斜視図である。
【0042】
静電容量式レベル計4は、円筒状のレベル計本体40と、前述の導電筐体3と導通する接地電極41と、この接地電極41と絶縁されて水位を検知する検知電極42など、から構成されている。また、レベル計本体40の外周面には、左右一対の導電性ばね43が取り付けられている。
【0043】
このレベル計本体40には、検知電極42の静電容量の変化から水位を算出するべく、発振周波数の変化を検出するレベル検知回路として発振回路が組み込まれ、その発振周波数の変化を水位情報に変換して外部へ出力するアンプが内蔵されている。なお、このレベル計本体40は、上段ケース30から吊り下げ支持され、レベル計本体40のアンプと通信手段5とは、有線で電気的に接続されている。
【0044】
よって、レベル計本体40のアンプから出力される情報は、前述の上段ケース30に収容された通信手段5に送信され、通信手段5から他の親機や基地局に無線で発信されて伝達されることとなる。
【0045】
また、接地電極41は、電気的に導電性ばね43に接続され、導電性ばね43がその付勢力により導電筐体3の下段ケース31に所定の圧力以上で弾性的に当接(即ち弾接)することで、導電筐体3と接地電極41とが電気的に接続されて導通されることとなる。
【0046】
このため、従来のように、静電容量式レベル計4を取り外す際に、レンチやスパナなどの工具を使って接地電極41と金属容器である導電筐体3とのボルト接合を緩めるような手間の掛かることを行う必要がない。また、導電筐体3の下段ケース31に所定の圧力以上で当接することにより、静電容量式レベル計測装置1に、車両や地震などの振動が作用した場合であっても、導電性ばね43と導電筐体3との間の接触抵抗が変化して水位を誤検知するおそれが少ない。
【0047】
検知電極42は、レベル計本体40の下端から下方へ向け下段ケース31と離間した状態で突設されている。また、本実施形態に係る検知電極42は、絶縁体によって被覆されている。これは、検知電極42の静電容量が水位の変化以外の他の要因で変動するのを防ぐためである。絶縁体は、シリコン樹脂やフッ素樹脂等の撥水性や剥離性が高く泥などの汚れが付着しにくい樹脂であることが好ましい。検知電極42に泥などの汚れが付着しにくくなり、清掃をより短時間で行うことができるからである。
【0048】
導電性ばね43は、SUS304のステンレス製の板ばねである。勿論、本発明に係る導電性ばねは、ステンレス製に限られず、他の金属など導電性を有する素材であればよい。また、本発明に係る導電性ばねは、板ばねに限られず、コイルばね、ねじりコイルばね、スナップピンなどの他のばねであっても構わない。要するに、本発明に係る導電性ばねは、その付勢力により導電筐体3に所定の圧力以上で弾接して導通可能であればよい。但し、導電性ばね43を板ばねとすることにより、導電筐体3から静電容量式レベル計4を簡単にスライド移動させることができ、脱着が極めて容易となる。
【0049】
また、本実施形態に係る導電性ばね43は、レベル計本体40の外周面に左右一対、計2個装着されているが、導通可能であれば3個を以上の複数であっても1つであっても構わない。しかし、この導電性ばね43は、その付勢力で押圧してレベル計本体40の平面上の設置位置が、下段ケース31の軸芯に位置するように保持し、検知電極42が導電体である導電筐体3からの離間距離が均等となるように保持する機能も有している。このため、本発明に係る導電性ばねは、下段ケース31の軸芯を中心に点対称に均等に複数設けられていることが好ましい。
【0050】
そして、導電性ばね43の一端がレベル計本体40の外周面に固着されているものを例示して説明したが、導電性ばね43の一端が、下段ケース31の内周面に固着されて検知電極42に弾接するものであっても構わない。また、導電性ばね43が下段ケース31及びレベル計本体40のいずれにも固着されるものでもなく、他の部材に固着されている構成であっても構わない。要するに、本発明に係る導電性ばねは、導電性ばねを介して接地電極41と導電筐体3とが電気的に接続されている構成であればどこに固着されていてもよい。
【0051】
(通信手段)
上段ケース30に収容されている通信手段5は、電源として乾電池などのバッテリーを備え、アンテナを介して他の端末装置や基地局へ無線信号を送信する通信手段である。このため、静電容量式レベル計測装置1は、有線による商用電源から引き込みが不可能な場所へも設置が可能となり、設置可能な範囲が広がる。
【0052】
次に、
図8を用いて、前述の静電容量式レベル計測装置1の上段ケース30の取外し、及び検知電極42の清掃方法について説明する。
図8は、静電容量式レベル計測装置1の上段ケース30を取外した状態を示す斜視図である。
【0053】
前述のように、静電容量式レベル計測装置1の上段ケース30と下段ケース31は、ねじにより分離が自在となっている。このため、ねじを緩める方向へ上段ケース30を回転すると簡単に下段ケース31から上段ケース30を取り外すことができる。
【0054】
このとき、前述のように、レベル計本体40が上段ケース30に吊り下げ支持されているため、
図8に示すように、上段ケース30を下段ケース31から取り外すと、静電容量式レベル計4も引き抜かれることとなる。
【0055】
これは、静電容量式レベル計測装置1の接地電極41と導電筐体3との接続が、従来のようにボルトによるねじ止め固定ではなく、導電性ばね43を介して弾接的に当接した弾接状態であるからである。このように、導電性ばね43で下段ケース31に当接しているだけであるため、上段ケース30を回転させる際にも、導電性ばね43が下段ケース31の内周面に対して摺動することができ、上段ケース30の回転を阻害することがない。
【0056】
また、
図8に示すように、上段ケース30を下段ケース31から取り外すと、静電容量式レベル計4が略全部露出することとなり、検知電極42の清掃が極めて容易となる。その上、上段ケース30を下段ケース31から取り外し自在であるため、上段ケース30内に収容された通信手段5のバッテリーの交換も容易である。
【0057】
以上説明した本実施形態に係る静電容量式レベル計測装置1によれば、工具などを使わずに短時間で静電容量式レベル計4の脱着ができ、検知電極42の定期的な清掃が容易となる。
【0058】
また、静電容量式レベル計測装置1によれば、導電性ばね43により下段ケース31に所定の圧力以上で弾接していることとなる。このため、車両や地震などの振動が静電容量式レベル計測装置1作用した場合であっても、導電性ばね43と導電筐体3との間の接触抵抗が変化して水位を誤検知するおそれが少ない。
【0059】
その上、静電容量式レベル計測装置1によれば、導電筐体3内に静電容量式レベル計4が設置されているとともに、導電性ばね43により検知電極42が導電体である導電筐体3からの離間距離が均等となるように保持されている。このため、静電容量式レベル計4が安定保持され、より正確な水位の計測が可能となる。
【0060】
それに加え、静電容量式レベル計測装置1によれば、通信手段5により静電容量式レベル計4で計測した水位が制御間隔ごとに送信可能となっている。このため、静電容量式レベル計測装置1を設置した場所の水位をリアルタイムで把握することが可能となり、避難指示や封鎖解除の指示が極めて的確に出すことができる。このため、広範囲な土地に点在する各計測点における水位の増減を見回ることや、遠距離移動しての計測が必要なくなる。このため、冠水や洪水に関する水位計測に掛かる労務コストを大幅に低減することができる。
【0061】
以上、本発明の実施形態に係る静電容量式レベル計測装置について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
【0062】
特に、導電体としてSUS304のステンレス製のものを例示して説明したが、導電性を有していればよいことは云うまでもない。また、静電容量式レベル計測装置で計測する液体として水を例示して説明したが、静電容量式レベル計で計測可能であれば他の液体の計測にも適用することができる。例えば、工場等で材料の流出の有無や材料のレベル変動を把握するのにも適用することができる。