JPH02280015A - 超伝導液位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、容器中の液体、特に沸点の低い液体の液位を
検出する超伝導液位センサに関するものである。

〈従来の技術〉 従来、液位の検出には、浮子式、浮力式、静電気式、放
射線式、超音波式及び、圧力式などのセンサが用いられ
ている。

以上の、浮子式は液面に浮かせた浮子の位置で、浮力式
は浮子の浮力とバランスさせたバネなどの変位１から、
静電式は容器との対向電極間を誘電体としての液体が浸
す面積変化による容量の変化から、放射線式は透過力の
強いｒ線の液層による減衰量から、超音波式は超音波が
液面で反射してくる往復時間から一圧力式にブルドン管
やＵ字管による液圧の測定から、液位を検出していた。

第５図は圧力式液位針の一例を示したもので、容器８の
なかの液体の液面７の上に配設したパイプ１６内の圧力
と、容器８の底面の圧力になるよう圧力発生装置１８と
制御バルブ１２で圧力の制御をされるパイプ１７内の圧
力との差を検出する差圧計１１によ１て液面の高さが測
定される。

〈発明が解決しようとする課題〉 前記の液位センサである浮子式や浮力式は、可動部で検
出するため機械的な調整が必要で、また低温では正確な
動作が期待できない。静電式は容器を導体にして対向電
極との間隔を狭くしないと電気容量が小さく感度が低く
なり、電極間が狭くなると異物の付着による誤差や、シ
ョートなどが発生しやすくなる。

放射線を用いるものＩｒ１ｒ線の透過力が強いので取扱
いが難しい。

超音波式は、非接触検知という利点があるが振動子への
汚れの付着などが誤差の原因になる他、極低温雰囲気で
実用的に使える製品は実現していない。

圧力式は、液体容器の底面での液体の圧力とパイプから
の流体の圧力と等しくするものでパイプ中の流体である
液体、又は気体などのへの加圧装置と、その圧力の測定
器が必要になる。

又、圧力式では、極低温の液体の液面を測定するとき、
外気に触れる部分の結露又は付着した水分の凍結の可能
性があり、その対策も必要になる。

更に、液体の粘度が高くなると液体の圧力測定に誤差が
多くなる欠点がある。

本発明は、従来の液位センサ、特に低温用がもつ課題を
解消し、取扱いが容易で安定した計測が可能な超伝導液
位センサを提供することを目的としている。

く課題を解決するだめの手段〉 本発明は、超伝導体の臨界温度Ｔｃ以下の温度で電気抵
抗が零になる特性を利用する液位センサである。

超伝導体には、従来の合金系のＴｃが２０に程度から、
近年相欠いて開発されそのＴｃが。

Ｌａ−５ｒ−Ｃｕ−０系の４０に、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０
系の９０に、Ｂ１−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の１１０Ｋ
（高Ｔｃ相）と８０Ｋ（低Ｔｃ相）、ＴノーＢａ−Ｃａ
−Ｃｕ−０系の１２５ＫＣ高Ｔｃ相）などが報告されて
いる。

一方、　ｔｃ化ガスも、プロパンやブタンなど常温でも
比較的低圧であるものと、沸点が低く常温では非常に高
圧になるものもある。このガスの１気圧での沸点と、そ
のガスの臨界温度は、第１表のようになっている。

第１表 液化ガスの特性 第１表に示したような臨界温度が常温より低いガスは、
臨界温度まで冷却しないと液化できない。

以上のように液化したガスを、常圧の１気圧で使用する
ときはその沸点温度に保たれる。

以上で説明した超伝導体と冷却ガスで、超伝導体とその
超伝導体のＴｃより低い沸点をもつ冷却ガスの液体のと
き、液面下の超伝導体は抵抗が零になシ、冷面上の超伝
導体はその常伝導状態での電気抵抗をもつので、その電
気抵抗を検出することによシ液位の検出が可能になる。

超伝導体は常伝導状態でも比較的比抵抗が小さいので、
超伝導体を細い線状の折れ曲がり、又は巻線構成にする
ことで、抵抗値を大きくすること、及び、この超伝導線
を、熱膨張係数が近似した電気絶縁体の基板、又は、保
護膜など低熱８遣の構成で固定と保護をしておくことが
望しい。

本発明に於てば１以上で説明した超伝導線に。

一定電流を印加し、超伝導線に適宜配設した電圧検出タ
ーミナルからの出力で液位全検出する方式本発明は、超
伝導体のＴｃを、液位を検出する液体の沸点以上に選定
し、その超伝導の配線は、容器中の液体の増減で、液中
の部分が増減し電気抵抗値が増減する構成である。従っ
て、液の増減後も一定の遅延時間後は熱平衡に達し、電
気抵抗値の測定のみで液位測定が行なえ、かつ、可動部
分や複雑な付属装置などが不要な、小型で、取扱いも容
易な超伝導液位センサにすることができる。

〈実施例〉 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の超伝導液位センサの基本実施例を示
すものである。第１図に於て、８は液体の容器で、７は
液面を示し、液面７に垂直に太い線で表した超伝導線１
が設けられている。超伝導線１は常伝導状態のとき大き
い抵抗値をもたせる折り返し又はジグザグなどの形状で
線長を長くした測定点２（２１，２２，２８）が一定間
隔で形成され、各測定点２を直列に接続して、その両端
に定電流源３を接続し、更に、各測定点２で発生した電
圧を測定するため各測定点２の両端と、電圧測定用のタ
ーミナル５の間を配線６で接続している。ターミナル５
には、各測定点での電位差を計る電位差計４が接続され
ている。

以上の第１図の構成で、定電流源３で、超伝導線１に電
流を流しておくと、液面７より上の測定点２のみ電気抵
抗をもつので、その電位差を電位差計４で測定すること
で液面７を計ることができる。なお、測定点２は必要に
応じて数を多くして液位の測定精度を上げることができ
る。

第１実施例 第２図は、本発明の第１実施例であり、超伝導線１は電
気絶縁性基板１４上に配線しである。

この第１実施例では、測定点２をもつ超伝導線ｌが基板
１４上に形成されている他は、第１図の液位センサの基
本構成図と同じであるので液体、および、その容器の図
示を省略して説明する。この図の基板１４は、ガラス、
セラミックスまたはポリイミドなどの高分子材料などか
らなり電気絶縁性がよく熱膨張率の低い材料を用いた。

超伝導線１は各測定点２での線長を長くするため折り返
し形状にし、かつ、測定点２の中間の基板１４には切取
孔９を設けることで、測定点での発生抵抗値を大きくシ
、測定点間での熱伝導による影響を小さくして、液位測
定精度を高くしている。

なお、本実施例では入力インピーダンスが高い電圧計４
を用いたので、測定点の電位差の測定導線６１１′ｉ従
来の金属線を超伝導線１にスボフト溶接や超音波ボンデ
ィングして用いた。

以上の基板１４上に形成した超伝導線１を外気や液体か
ら保護する膜も、基板１４と同様に、電気絶縁性と低熱
膨張率が必要であり溶融ガラス。

ポリイミド等の高分子溶液、又は、セラミックのアルコ
キンド溶液〔ゾル・ゲル法）へ基板１４ごとデイツプす
る方法により保護膜を形成した。

この超伝導液位センサの電源は、必ずしも定電流電源で
ある必要はなく、第２図のようにバイアス電流回路中に
抵抗Ｒと、Ｒで発生した電圧の測測定する電圧計４′で
バイアス電流の変動をモニターしておけば、バイアス電
流が少々変動しても測定値に変化はないので、通常の直
流電源１０を用いることもできる。

更に、各測定点２の電位差測定も、第１図のようにその
隣接したターミナル５０間の電位差をスキャナー電圧計
で順次測定されるが、第２図のように１本液位センサの
ほぼアース電位になる最下位電位を基準にし、各測定点
２の電位差を順次積算した表にすると１図示しない液面
の上の測定点のみ電位差が発して第８図の測定値が得ら
れた。

この第８図の横軸はターミナル５の位置で０がアースの
ターミナルで順次測定点の数を増したタミナルの位置を
示し、縦軸はアースと、その各ターミナル間の電位差を
示している。この第３図から測定点と電位差の関係が判
り、その電位差の立ち上りの点で液位を計測できる。

第２実施例 本発明の第２実施例を第４図に示した。第２実施例は、
超電導線１に関連する第４図の部分以外は、第１図の基
本構成及び、第２図の第１実施例と同じにすることがで
きるので、第４図に示した部分以外の説明は省略する。

この図において、１５は円筒形の基板で、その外周に超
伝導線１が基板１５に形成したらせん状の溝に沿１て巻
かれている。この超伝導線１は各測定点２で高密度に巻
かれ、各測定点２０間では、近接して作ったスルーホー
ルを通し絶縁被膜をもった電圧測定用導線６によってタ
ーミナル５に接続されている。

第４図の円筒形の基板、及び超伝導線、電圧測定用導線
などは第１実施例と同じように作成した。

この第２実施例の円筒は径を小さくしても機械的強度を
大きくでき、測定する液体の容器に上部にあけた小孔か
ら挿入して使用できる。

以上で説明した第１実施例の改良又は、変形として次の
構成が考えられる。これは第２図の形状の液位センサを
形成するとき、基板１４上に、スハノタ法、ＭＢＥ法、
又は、ＣＶＤ法などによる物理的、又は、化学的な手段
による超伝導薄膜を作製するか、超伝導体を構成する元
素の化合物を用いてスプレー熱分解法やゾル・ゲル法に
よる超電導厚膜を作製し、続いてフォトリソグラフィー
と ｌエツチングにより超伝導線１と電位差測定用導線と同
じ超伝導膜から同時に作製するものである。

従って、＠記での実施例で説明した超伝導線１の中途へ
、後で、電位差測定用導線６を多数接続する工程が不要
になり、これで、超伝導液位センサの信頼性を向上させ
ることができる。

以上の実施例のように形成した超伝導液位センサは、汚
れや異物の付着があっても熱の伝達が遅れ検出速度が多
少悪くなることがあっても動作不良の発生はなく、取扱
い上安全である。

本発明の超伝導液位センサには保守が難しい。

又は、大がかりな付属装置の必要がなく、小型化に適し
、小型の液体容器にも使用できると共に、そのセンサを
組み合せ大型の容器にも使用可能になる。

本液位センサの出力は、各測定点での超伝導線の抵抗の
有無に対応じたデジタル的出力であるから、マイコンな
どのデジタル機器への接続、自動計測又は制御などを行
なうのが容易である。

更に、本発明の超伝導液位センサは、現在の超伝導体の
Ｔｃが低いこともあるが、従来の液面センサが良好な動
作をしなかった液体窒素温度のような極〈低温での液位
センサとして有効に使うことができる。しかし、今後、
超伝導体材料の開発が進み＋　Ｔｃが高くなると、より
高い沸点の液体へ使用可能な液位センサを作製できる。

以上の実施例で説明したように、本発明の超伝導液位セ
ンサーは、測定する液体の沸点よりわずかにＴｃが高い
超伝導体分用い、感度のよい構成で、可動部がなく出力
がデジタルにできて取扱いも容易になるという特徴があ
る。

〈発明の効果〉 本発明は、測定する液体の沸点よりわずかにＴｃが高い
超伝導線を用い、その超伝導線の液中に浸った部分の抵
抗が零になることを利用する低温用に適した液位センサ
である。

また本発明の超伝導液位センサは可動部を必要とせず、
液体用の容器の構造に合わせた形状にでき、異物などの
付着による誤動作もなく、取扱いが容易で安全性も高い
。更に、付属装置も小型化でき、出力もデジタルで処理
回路は低コスト化が図れるので小型の製造装置、測定機
器などに適用して、液位の自動計測や制御などを行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液位センサの基本接続構成図、第２図
は本発明の第１実施例の一部省略斜視図、第３図は第１
実施例の出力特性を示した図、第４図は本発明の第２実
施例の構成図、第５図は従来例の圧力式液位針の構成図
である。 １・・・超伝導線、２・・・測定点、４と４′・・・電
位差計、５・・・ターミナル、６・・・電位差測定用導
線、７・・・液面、８・・・容器、９・・切取孔、１０
・直流電源、１１・・・差圧計、１２・・・制御バルブ
、１３・・・圧力発生装置、１４・・・基板、１５・・
・円筒形基板。 １６．１７・・−パイプ。 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）σ 第 ５図 第 図 平成 事件の表示 特願平１−１０２９７２ ２、発明の名称 超伝導液位センサ 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　８５４５大阪市阿倍野区長池町２２番２２号名
　称　（５０４）シャープ株式会社 代表者　辻　　　晴　雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体容器に蓄えた液体の沸点以上の臨界温度をもち
   、線状に、かつ、熱容量の小さくした実装の超伝導体を
   、前記液体の量に対応して浸す長さが変わるよう設置し
   、前記液体の液面上に露出した前記超伝導線の電気抵抗
   値を前記液体の液位に対応させることを特徴とする超伝
   導液位センサ。 ２、前記超伝導線を電気絶縁性で、かつ、ほぼ同じ熱膨
   張率の無機酸化物、又は、ポリイミド、エポキシ樹脂等
   からなる材料で支持又は保護したことを特徴とする請求
   項１記載の超伝導液位センサ。