こんにちは。
今日ものづくりの勉強をして行こうと思います。よろしくお願いします。今日は液面の測定ということで話をしていきたいと思います。液体の表面の位置を知る方法あるいは計測する方法について考えていきたいと思います。具体的にはフックゲージやシンクロ式液面計あるいは気泡式液面計等について学んでいきます。では、早速勉強していきたいと思います。 簡単に自己紹介をしておきます。私は日本はやはりものづくりの国だと考えて文系理系男性女性問わずものづくりに関する知識があればより日本が良くなるのではないかと思い情報発信をしている者です 。
最初にフックゲージという液面を測定する機器について学んでいきたいと思います。フックゲージというのは一番なじみがない液面を知るための機器かもしれません。と言いますのもフックゲージが使われるのは大きなタンクとか、例えば蒸発によって液面が減少してその量を正確に知るために用いるのがフックゲージだからです。このスライドの一番左側にフックゲージの構造が書いてあります。構造はマイクロメーターと言われる測定器に針がついた構造をしています。針の先端の位置にちょうど液面が来るようにセットしておき液面の位置が変化したら、マイクロメーターを動かすことによって正確な液面の変化つまり蒸発量を知ることができます 。
次にグラスケージというのについて学んでいきたいと思います。グラスゲージはフックゲージよりも馴染みがあると思います。ガソリンスタンドに停車しているトラックの燃料タンクを見るとグラスゲージがつけられていて燃料の量が分かるようになっています。左側の図のように上側が閉じられてない構造の場合と右側の図のように上と下が両方タンクに繋がった構造のどちらかのタイプがあります。この図ですとすべて黒い線で描いてあるので少しわかりにくいですが、タンクは通常、ガラスではなくて金属でできています。グラスゲージはその名の通り透明なガラスチューブでチューブの中の液面の位置とタンクの液面の位置が一致するので液面の位置を知ることができます 。
次にフロートと言われるウキを使った液面計について考えていきたいと思います。フロートとはどういうものでしょうか。ここにあるアルキメデスの原理で説明されます。アルキメデスの原理とは、水中の物体はその物体が押しのけた水の質量だけ軽くなる、というのがアルキメデスの原理です。言い換えると水中で物体はその物体が押しのけた水の質量だけ軽くなることになります。ここにウミガメが水の中を悠々と泳いでいる写真が貼ってあります。ウミガメはとても大きくて重たいですが水の中では軽そうに見えます。浮力が働いて実際に軽くなっているからです。フロートもこの原理により浮かぶことができます。
フロート式液面計というのは水面の位置に浮かんでいるフロートと滑車を介して反対側に重りがぶら下げてあるという構造をしています。液面の位置によりおもりの位置が変化するためにタンクの外から液面の位置を知ることができます。
次に圧力計を使って液面を知る方法について学習します。ここにある左側の図は液面の位置によってその部分の静水圧が変化するのでタンクの一番底の部分の静水圧を測定できるように圧力計を付けておけば液面の変化を知ることができます。こちら右側にある図は圧力計の位置が少し変化しています。右側の図は先ほど述べたフロートというのがタンクの中に設置されていてフロートには圧力計がつけられています。フロートが押しのけた水の量が液面の位置によって変わるので発生する浮力が変わることになります。その変化を圧力計で測定することによって液面の変化を知ることができます
少し感の良い方だと圧力計が水にさらされたりすると圧力計が壊れてしまう可能性があるのではないかと考えた人がいるかと思います。実際に水でも危険ですし、タンクの中に入っている液体は水である可能性の方が低くて、工場で使う液体の中には反応性の高い液体も多くあります。そのような場合には圧力計に直接液体が触れない工夫をする必要があります。その時に用いる液面計が気泡式液面計になります。気泡式液面計はタンクにストローようなものがさしてある構造をしています。ストローにはガスボンベから窒素やアルゴン等の不活性な気体最大の静水圧よりも高い圧力で供給されています。そしてボンベの途中に圧力計が取り付けられています。つまりボンベからある圧力で不活性ガスを供給されてストローの先端からそのガスを放出するわけですがこの時にガスが通っていく配管の中の圧力はこの液面によって作られる静水圧に等しくなりますしたがって甲はこの配管の途中に設置された圧力計の指示値は静水圧と等しいことになります。このようにして液面を知る方法を気泡式液面計といい、圧力計を直接反応性の高い液体にさらさなくていいというメリットがあります。
次に電極式液面計について考えていきます。電極式液面計はタンクの横に U 字管が取り付けられており u 字管の中には導電性のある水銀が入っています。タンクの液面が高くなると静水圧が増えるので中の水銀の液柱高さが高くなることになります。液柱高さに比例して抵抗がついており液柱高さが増すに従って合成抵抗の値が変化していくことになります。このように静水圧の変化すると水銀の液面が変化してそこにつけられた抵抗の値が変化するので液面の変化を知ることができます。
最後に静電容量式液面計について考えていきます。静電容量式液面計はコンデンサーと言われる電気をためるものを使っています。コンデンサーは極板のプラスの電気とマイナスの電気が引き合うことによって電気を蓄えることができます。そのを蓄えることのできる電気の量が誘電体と言われるものの存在で変化するという性質があるので、入っている液体が誘電体として機能する場合には液面の高さの変化によってこの棒状のコンデンサの誘電率が変化しその結果コンデンサの電圧が変化することになりますその性質を使って液面を知るのが静電容量式液面計になります。
