JP6798396B2 - 水位計 - Google Patents

Description

本発明は、水位計に関する。特に、管渠内の水位情報を計測するための水圧式水位計に備えられる水位計ホルダに関する。

道路などの地下に埋められた下水道管渠には、清掃や修理などの維持管理のための出入口として、マンホールが設けられている。このマンホール内の空間を利用して、マンホール内の環境計測や、管渠を流れる下水水質を計測するための計測器を設置して、管内情報を計測する管渠内情報計測システムを構築している（例えば、特許文献１）。例えば、図７に示すように、計測器２４は、マンホール２５の下水流入側に設けられたセンサーホルダー２６により管渠２７の底部に固定される。

管渠内情報計測システムにおいて、例えば、合流式下水道などでは、降雨時の下水道管渠への雨水流入によってマンホール管渠内水位が高くなる。また、水位の変動は降雨量の影響を大きく受ける。よって、管渠内情報計測システムにおいて、水位計測が重要な測定項目のひとつとなっている。

水位計は、水圧式水位計などの投げ込み式、超音波水位計などの非接触式、静電容量式水位計などの接触式に分類される測定方式がある。管渠内情報計測システムでは、簡単に測定できることから投げ込み式の水圧式水位計が使用されることが多い（例えば、特許文献２）。

水圧式水位計は、大気圧を基準とした圧力であるゲージ圧と水位（水圧）の相関を利用した検出方式の水位計である。水圧式水位計は、半導体圧力変換素子などの受圧部を備え、この受圧部先端のダイアフラムが液体圧を受ける。そして、液体圧を半導体圧力変換素子により連続的に電気信号に変換し、水位が連続表示される。なお、水圧式水位計は中空ケーブルを使用して大気と接続されており、大気圧の変動による検出誤差が自動的に補正される。

水圧式水位計などのセンサを管渠内に設置する場合、管渠にセンサ固定具が備えられる。センサ固定具でセンサを管渠に固定することで、施工性が良く、管渠の下流側に流されないようにセンサを固定することができる。

特開平１０−２１２７５１号公報 特開２００８−１２８６８８号公報 特願２０１６−０３４９７８号明細書

水圧式水位計は、流れのある場所での測定では、流れが受圧部に当たると静圧だけでなく動圧も作用した圧力を液体圧として測定するため、動圧分が水位測定の誤差となる。

また、水圧式水位計には、水位計内部の受圧部に水を導入するための導水孔があけられているが、測定対象となる水中の浮遊物などのごみ付着により導水孔が閉塞することで測定誤差が生じるおそれがある。

これらの課題により、水圧式水位計を管渠内などで使用する場合、比較的流速の安定した環境にしか適用できなかった。そして、流速変化が大きな環境では水圧式水位計の測定誤差が大きくなるおそれがあるため、水圧式水位計よりも価格の高い超音波式水位センサを使用せざるを得ない場合があった。しかし、超音波水位計には、水面における波立ちによる測定誤差の問題や、不感帯の問題などがあり、設置上の制約を受けるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、安定した水位計測の継続の向上に貢献する技術を提供することを目的としている。

上記目的を達成する本発明の水位計の一態様は、水圧を検出する受圧部と前記受圧部に水を導入する導水孔を備え、前記受圧部で検出された水圧に応じて測定対象の水位を計測する水位計本体と、前記水位計本体を収納する水位計ホルダを備え、前記水位計ホルダは、一端が開放され、他端が閉塞された筒状であり、前記水位計ホルダの外筒部には、前記水位計ホルダの内外を連通するホルダ通水孔が形成され、前記ホルダ通水孔は、前記水位計ホルダに備えられた水位計本体の導水孔より、前記水位計ホルダの開放された端部側に形成され、前記測定対象が流動している場合、前記水位計ホルダは、当該水位計ホルダの開放された端部が下流側となるように測定対象に備えられる、ことを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の水位計の他の態様は、上記水位計において、前記水位計ホルダの外筒部には、当該水位計ホルダの開放された端部側から切込みが形成されており、当該切込みを通して前記水位計本体に前記水位計ホルダが備えられる、ことを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の水位計の他の態様は、上記水位計において、前記水位計は、管渠の水位情報を計測する水圧式水位計であって、前記管渠には、前記水位計を固定するセンサ固定具が備えられる、ことを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の水位計の他の態様は、上記水位計において、前記センサ固定具は、前記管渠の底部の形状に沿って形成され、当該管渠の底部に設けられる底板と、前記底板の各端部から上方へ延在する側板と、前記側板間に架設される上板と、前記底板に設けられ、前記水位計を固定するセンサ固定部と、前記上板に設けられ、前記管渠の壁面に内接可能なアームと、を備える、ことを特徴としている。

以上の発明によれば、安定した水位計測を継続することができる。

（ａ）本発明の実施形態に係る水位計の側面透視図、（ｂ）本発明の実施形態に係る水位計の平面透視図である。 本発明の実施形態に係る水位計（水位計本体）の平面図である。 本発明の実施形態に係るセンサ固定具の斜視図である。 インバートの流出側の内壁が略平面を有するマンホールを示す図である。 インバートの流出側の内壁が曲面を有するマンホールを示す図である。 （ａ）水位計ホルダの他例（本体部分）の斜視図、（ｂ）水位計ホルダの他例の切込み部分を示す図、（ｃ）水位計ホルダの他例の側面図である。 従来技術の管渠内に計測器を取り付けた状態を示す図である。

本発明の実施形態に係る水位計について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る水位計１は、水位計本体２と、水位計本体２を収納する水位計ホルダ３と、を備える。

図２に示すように、水位計本体２は、円筒状の胴部４の内部に、半導体圧力変換素子などの受圧部５（センサ部）と受圧部５の検出信号を電流信号に変換するアンプ部６を備える。胴部４の一端にはノーズコーン７が設けられ、胴部４の他端には中空ケーブル８が延出している。ノーズコーン７には、受圧部５に水を導入するための導水孔９が形成されている。中空ケーブル８は、アンプ部６で変換された電流信号を信号変換器（圧力単位の出力を水位値の電流出力に変換する変換器）などに伝送する。中空ケーブル８には、大気導入用のエアチューブ１０が備えられており、大気圧の変動による検出誤差が自動的に補正される。

水位計ホルダ３は、図１に示すように、例えば、水位計本体２の外形よりも内径が大きい円筒状である。水位計ホルダ３の一方の端部３ａは流線形に形成されており、先端にいくにしたがって高さが低く、幅が細くなるように先細りになっている。水位計ホルダ３の端部３ａを流線形または先細りにすることで、水位計ホルダ３にごみが付着しづらくなっており、この端部３ａを上流側に向けて水位計ホルダ３が固定される。また、水位計ホルダ３の他方の端部３ｂは開放されており、水位計本体２の出し入れおよび中空ケーブル８の導出が可能となっている。水位計ホルダ３には、水位計ホルダ３の内部と外部とを連通するホルダ通水孔３ｃが形成されており、水位計ホルダ３内外の水の移動が可能となっている。水位計ホルダ３（および水位計本体２）は、例えば、後に詳細に説明するセンサ固定板２２に固定された後、測定箇所に固定される。

ホルダ通水孔３ｃは、水位計ホルダ３の下流側の外筒部に複数形成される。ホルダ通水孔３ｃは、水位計ホルダ３に備えられた水位計本体２の導水孔９より下流側（水位計ホルダ３の端部３ｂ側）に形成され、好ましくは、水位計ホルダ３の外筒部の下流側の半分程度に形成される。ホルダ通水孔３ｃを、水位計本体２の導水孔９を避けて下流側に設けることで、水流の動圧が水位計本体２の受圧面に直接かかることが抑制される。なお、水位計本体２の導水孔９とホルダ通水孔３ｃとの距離は、水位計ホルダ３の外部における流速の変化による動圧の影響を受けない程度に離すか、または、影響があったとしても許容誤差内であれば、設置場所での流速の変化を考慮して設定される。

上記のように、本発明の実施形態に係る水位計１は、水圧センサなどの受圧部５を水位計ホルダ３で覆った構造を備え、図３に示すようなセンサ固定具１１と組み合わせて使用される。水位計ホルダ３を備えることで、液体の流動で生ずる動圧の影響が低減され、ごみなどの付着による計測不良が抑制される。センサ固定具１１は、図４に示すようなインバート１２の流出側の内壁１３が略平面を有するマンホールや、図５に示すようなインバート１４の流出側の内壁１５が曲面を有するマンホールなどのマンホール管渠に適用される。なお、センサ固定具１１については、特許文献３に詳細に記載されている。

図３に示すように、センサ固定具１１は、インバート１６の底面の曲面に合わせて形成された底板１７と、底板１７の端部から上方に延在して設けられる側板１８と、側板１８間に架設される上板１９と、上板１９に設けられるアーム固定部２０と、を備える。そして、底板１７には、インバート１６の上流方向に延在するセンサ固定板２２が備えられる。センサ固定具１１は、例えば、耐蝕性あるステンレス鋼で形成される。

底板１７は、マンホール内のインバート１６から、下流側管路２１内部まで延長した幅を有する板である。したがって、底板１７の形状は、インバート１６の底面および下流側管路２１の底面の形状に合わせて形成される。

側板１８は、底板１７のインバート１６の側壁側の端部から上方に延在した状態で設けられる板であって、底板１７と上板１９とをつなぐ板である。

上板１９は、側板１８間に設けられる。上板１９と底板１７の底部との距離は、下流側管路２１の内径よりも長く形成されており、上板１９または上板１９（または、アーム固定部２０）に設けられた位置決めボルト（図示せず）がインバート１６の流出側の内壁面に押し当てられる。位置決めボルトにより、センサ固定具１１のインバート１６の下流方向の位置が調整される。上板１９の幅（すなわち、側板１８間の上端部の距離）を、上板１９の幅方向の端部がマンホールの内壁に当たらない距離となるように形成することで、マンホールの内壁が曲面を有するマンホールの管渠に適用可能となる。

アーム固定部２０には、アーム２３が設けられる。また、アーム２３上端部には、アーム２３の垂直方向の位置を調節するアーム位置調整部（図示せず）が設けられる。

アーム２３は、Ｌ字型の部材であり、アーム固定部２０に上下方向に移動可能に設けられる。アーム２３は、例えば、アーム固定部２０から垂直下方向に延伸する棒の下端部を、下流側管路２１の下流方向に折り曲げて構成される。アーム２３は、例えば、インバート１６の径方向に並ぶように1対設けられる。アーム２３は、下流側管路２１の下流方向に延伸した部位を下流側管路２１内周面（下流側管路２１内部の上面の曲面）に押し当てて固定される。

アーム位置調整部は、アーム２３の上下方向の位置を調整する。アーム位置調整部は、例えば、アーム２３の上端部に形成されたボルト部と、ボルトに螺合されるナットにより構成される。アーム位置調整部により、アーム２３を上方に移動させることで、アーム２３の下流側管路２１内に延在する部位が下流側管路２１内周面に押し当てられ、センサ固定具１１がインバート１６に固定される。また、アーム位置調整部により、アーム２３を下方に移動させることで、センサ固定具１１の取外しや位置調整を行うことができる。

センサ固定板２２には、水位計１（すなわち、水位計本体２と水位計ホルダ３）が固定される。例えば、水位計ホルダ３のホルダ通水孔３ｃを利用してステンレスワイヤなどで水位計本体２を水位計ホルダ３に取付けた後、金属製の結束バンドなどにより、水位計ホルダ３（および水位計本体２）が、センサ固定板２２に固定される。

また、水位計１をセンサ固定板２２に固定するにあたり、図６に示すように、水位計ホルダ３Ａの底部に端部３ｂ側から水位計本体２の径と同等か小さい幅となるよう矩形の切込み３ｄを入れておき、センサ固定板２２に先に固定しておいた水位計本体２の上方から水位計ホルダ３Ａを被せて覆うか、水位計本体２のノーズコーン７側から水位計ホルダ３Ａをスライドさせて水位計本体２を覆い、その後、ステンレスワイヤなどにより水位計ホルダ３Ａをセンサ固定板２２に固定してもよい。なお、この例では、切込み３ｄが形成された円筒状の本体に先端が先細りとなるように形成されたキャップを備えることで水位計ホルダ３Ａが構成されている。また、キャップ（すなわち、水位計ホルダ３Ａの端部３ａ側の内周部）には、水位計ホルダ３Ａの端部３ｂ方向に突出する水位計ホルダ位置決め突起３ｅが備えられており、水位計本体２のノーズコーン７が当接可能となっている。

図３に示すように、水位計１は、受圧部５が上流側に向けられた状態でセンサ固定板２２に設置される。つまり、水位計ホルダ３の先細りに形成された端部３ａを上流側に向けて水位計ホルダ３がセンサ固定板２２に固定される。なお、水位計本体２の概略寸法は、例えば、φ２２ｍｍ×１５０ｍｍなどのものが用いられる。

水位計１をインバート１６に設置する際には、センサ固定具１１をインバート１６に設ける前に、アーム２３の位置（具体的には、アーム２３の下流側管路２１内に延伸している部位の位置）を下流側管路２１の上部内周面よりも低い位置となるように調整する。また、センサ固定板２２に水位計１（すなわち、水位計本体２および水位計ホルダ３）を固定する。

次に、センサ固定具１１の底板１７を、マンホール内のインバート１６に仮置きする。そして、位置決めボルトがマンホールの壁面に突き当たるまでインバート１６に合わせてセンサ固定具１１をスライドさせ、センサ固定具１１の底板１７の一部を下流側管路２１内に挿入する。

その後、アーム位置調整部のナットを回転して、アーム２３を上方向に移動させる。アーム２３が下流側管路２１の上部内周面に押し付けられるまでアーム２３を上昇させることで、センサ固定具１１（および水位計１）がインバート１６に固定される。

以上のような本発明の実施形態に係る水位計１によれば、水圧式水位計において、流速の変化による動圧の影響を受けることなく、さらに、水位計１の導水孔９の閉塞が防止されることで、長期間、正確な水位測定が可能となる。つまり、水位計本体２を保護する水位計ホルダ３を備えることで、液体の流動で生じる動圧の影響を低減し、水位計測における測定誤差が低減される。そして、測定誤差が低減された正常な水位計測を継続することが可能となる。

また、万一ごみが水位計ホルダ３の外筒部を覆っても、水位計本体２の導水孔９は閉塞することがないため、少なくともホルダ通水孔３ｃまたは水位計ホルダ３の後方側の端部３ｂが外部水と連通している限り、正常な水位計測が可能となる。つまり、従来、水圧式水位計は、導水孔の閉塞を防止するごみ対策として定期的な清掃などによる付着物の除去作業が必要であり、導水孔にごみが付着している期間の水位計測データは信用できないおそれがあった。これに対して、本発明の実施形態に係る水位計１では、導水孔９の閉塞が防止されるため正常な水位計測を継続することができる。

また、センサ固定具１１により水位計１を固定することで、位置決めボルト（または、上板１９）がマンホール内部の壁面に当接しているので、センサ固定具１１本体が下流側管路２１の流出方向に流されることがない。また、インバート１６に設けられるセンサ固定具１１本体には突起部がないため、下水の流れが激しい場合でも流れの障害となることはない。

また、マンホール管渠内を傷つけることなく、ねじを回してアーム２３を下流側管路２１内側に押し付けることで簡単にセンサ固定具１１（および水位計１）を設置（または撤去）することが可能であり、施工性が良い。さらに、センサ固定具１１（および水位計１）を設置した後であっても、センサ固定具１１（および水位計１）の位置の修正が容易である。その結果、水位計１の定期的な清掃などのメンテナンスが容易となる。なお、水位計１で水位計ホルダ３のみ取外し可能な態様とすることで、簡易的なメンテナンスが可能となる。

また、図６に示すように水位計ホルダ３の端部３ａに水位計ホルダ位置決め突起３ｅを備えておくと、水位計ホルダ３の位置決めが容易となる。

以上、具体的な実施形態を示して本発明の水位計について説明したが、本発明の水位計は、実施形態に限定されるものではなく、その特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更されたものも、本発明の技術的範囲に属する。

例えば、水位計を固定するセンサ固定具は実施形態に限定されるものではなく、水位計は、公知のセンサ固定具により管渠などの測定箇所に固定される。

１…水位計
２…水位計本体
３、３Ａ…水位計ホルダ
３ａ、３ｂ…端部、３ｃ…ホルダ通水孔
３ｄ…切込み、３ｅ…水位計ホルダ位置決め突起
４…胴部、５…受圧部、６…アンプ部
７…ノーズコーン、８…中空ケーブル
９…導水孔
１０…エアチューブ
１１…センサ固定具
１２、１４、１６…インバート
１３、１５…内壁
１７…底板、１８…側板、１９…上板
２０…アーム固定部
２１…下流側管路
２２…センサ固定板（センサ固定部）
２３…アーム

Claims (2)

1. 水圧を検出する受圧部と前記受圧部に水を導入する導水孔を備え、前記受圧部で検出された水圧に応じて測定対象の水位を計測する水位計本体と、
   前記水位計本体を収納する水位計ホルダを備え、
   前記水位計ホルダは、
   一端が開放され、他端が閉塞された筒状であり、
   前記水位計ホルダの外筒部には、前記水位計ホルダの内外を連通するホルダ通水孔が形成され、
   前記ホルダ通水孔は、前記水位計ホルダに備えられた水位計本体の導水孔より、前記水位計ホルダの開放された端部側に形成され、
   前記測定対象が流動している場合、前記水位計ホルダは、当該水位計ホルダの開放された端部が下流側となるように測定対象に備えられる、ことを特徴とする水位計。
2. 前記水位計ホルダの外筒部には、当該水位計ホルダの開放された端部側から切込みが形成されており、当該切込みを通して前記水位計本体に前記水位計ホルダが備えられる、ことを特徴とする請求項１に記載の水位計。

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