JPH0242322A

JPH0242322A - 液面レベル計

Info

Publication number: JPH0242322A
Application number: JP19300088A
Authority: JP
Inventors: Shigechika Kosuge; 小菅　茂義; Moriaki Ono; 守章小野; Makoto Kabasawa; 樺沢　真事; Yukio Shinpo; 幸雄真保; Kazuo Aizawa; 和夫相沢; Toru Usui; 徹薄井
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1988-08-02
Filing date: 1988-08-02
Publication date: 1990-02-13

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〕この発明は超低温液体の液面レベル計に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

超低温液体の液面レベルを計測するために、従来から液
面レベル計が使用されている。

第６図は従来の超電導式液面レベル計の構成図であり、
液体ヘリウムの液面を計測対象としている。図において
ＩＡは超電導センサでニオブチタン合金線材が用いられ
る。２は定電流電源、３は電位差計、４は開閉器、５は
電流リード線、６は電圧リード線、フはタンク容器、１
２は液体ヘリウム、１３は気体ヘリウムである。

第６図の動作について説明する。まず超電導センサＩＡ
は液体ヘリウムの沸点（４，２５Ｋ）以上の温度に超電
導転移温度を有する超電導体として通常ニオブチタン合
金線が用いられる。超電導センサＩＡは液体ヘリウム容
器内の上下方向に被測定液体と交差するように設置され
る。超電導センサＩＡの下端は常に液体ヘリウム１２の
中にあシ、またその上端は常に気体ヘリウム１３内にあ
るように設置する。外部の定電流電源２から超電導セン
サＩＡ　　にその上下端に接続される電流リード線５を
介して定電流を流すと、熱放散性の悪い気体ヘリウム側
の部分は常電導状態となシ、熱放散性の良い液体ヘリウ
ム側の部分は超電導状態となる。この状態における超電
導センサ１人の両端間の電位差を電圧リード線６を介し
て外部の電位差計３により検出すれば、一定の比抵抗を
有する常電導部分の長さに比例した電圧値が得られるの
で、この検出された電圧値から液面レベルを計測するこ
とができる。

また液面レベル計としては、従来差圧式、フロート式、
エアパージ式、静電容量式、超音波式及び電波式等の各
種方式の計測器が存在するが、極低温液体の計測用とし
ては、精度、安定性、保守性及び経済性等の面ですべて
を満足するものはなく実用化されていない現状である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来のニオブチタン合金を用いた超電導液
面レベル計では、計測対象が限定されること及び液面降
下時の応答性の面で問題点が多い。

即ちセンサとして使用するニオブチタン合金の超電導転
移温度が低いため、液体ヘリウム（沸点４．２５Ｋ）の
液面計測は可能である。しかし本発明が計測対象として
いる、ニオブチタン合金の超電導転移温度よりも沸点の
高い液体水素、液体窒素およびＬＮＧ等には超電導現象
が発生しないため、適用することができない。

また、電流リード線５および電圧リード線６を、センサ
１人の上端および下端の両方に接続する必要がある。

タンク容器７内の超低温液体内にセンサを設置する場合
において、センサＩＡの両端の端子の位置が上下に遠く
離れていると、リード線５．６の引き回しが面倒である
ばかシでなく、リード線５゜６の一部分は液中に没する
ため、その外面から沸騰が生じ、液面を波立て計測誤差
が生じる。また、液体の蒸発量が増大し、蒸発分だけ液
の損失となる。

さらに、センサ１人の上端に接続された電圧リード端子
点と、センサ１人の下端に接続された電圧リード端子点
の温度が異なるため、電圧リード線５とセンサＩＡの超
電導体との異種導体接合による熱起電力によって計測誤
差が発生する等の問題がある。

従って、この発明の目的は、液体ヘリウムよシも沸点の
高い超低温液体の液面計測を誤差なく正確に行なうこと
ができ、しかも容易に故障することのない液面レベル計
を提供することにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

この発明は、被測定液体の液面と交差するように配置さ
れた、前記被測定液体の沸点よシ高い超電導転移温度を
有する超電導材料からなるＵ字状の超電導センサと、前
記センサに定電流を供給するための定電流装置と、前記
センサの両端の電圧を測定するための電圧測定装置とが
らなシ、前記定電流装置および前記電圧測定装置は前記
Ｕ字状のセンサの上端に接続されたことに特徴を有する
ものである。

次に、この発明の液面レベル計を図面を参照しながら説
明する。

第１図はこの発明の液面レベル計の一実施態様を示す説
明図であシ、第１図に示す２乃至７は、第６図に示す従
来装置と全く同一のものである。

第２図は第１図に示す超電導センサ（以下センサと称す
）のＸ−Ｘ線断面図である。

センサ１は、断面が矩形の棒状の基材１ｏの相対向する
２つの短辺の側面の表面に超電導皮膜１１が形成されて
なっておシ、超電導皮膜１１はセンサ１の下端で導通し
ている。

セラミックス超電導体は加工性が悪く脆いため、単体で
Ｕ字状に形成させると耐久性に難がある。

従って、基材を介して形成することが好ましい。

また、センサ１としては、第３図および第４図に示すよ
うにＵ字状に形成した円形断面の棒状の基材の表面に、
超電導皮膜を形成させたものを使用することもできる。

本発明においては、超電導皮膜材料として、例えば酸素
欠損型プロブスカイト結晶構造の超電導体（ＹＢａ２Ｃ
ｕ３０ｙ　）を使用する。一般的にＹＢａ２Ｃｕ３０ｙ
は９０に以下では比抵抗が零、約９５にではほぼ一定の
比抵抗ρＣを有する。従って、液体ヘリウム（沸点４．
２５Ｋ）のみならず、液体水素（沸点２０．４Ｋ）、液
体ネオン（同２７Ｋ）、液体窒素（同７７．４Ｋ）、液
体アルゴン（同８７　ｘ　）、液体酸素（同９０Ｋ）等
の液化ガスについてもその液面レベルの計測が可能であ
る。

この他、超電導皮膜材料の例としては、　Ｂ１−８ｒ−
Ｃａ　−Ｃｕ　−０系等多くの酸化物系超電導材料を使
用できる。

また、基材としては、例えばニッケルあるいはニッケル
基合金（ナイモニツク）等を使用することができる。

いま、第１図において、液体窒素の液面レベルを計測す
る場合を考える。タンク容器マが完全に保温されている
と、液体部および気体部は共に７　”、４　Ｋの温度と
なっている。

電流を流す前は超電導センサｌは全体が７７．４にとな
シ、総ての部分が超電導状態となっている。

この状態から第１図に示すように定電流電源２から開閉
器４及びリード線５を介して超電導センサ１に定電流を
流すと、電流リードｆｆｌＡ３は常電導体であるため上
記定電流によシ発熱し、この発熱エネルギーが超電導セ
ンサｌの上部よシ内部に伝達されるため、超電導センサ
１は昇温し気体中の部分全域が常電導状態に転移する。

しかし超電導センサ１の液体中の部分はこの通電時にお
いても超電導状態を維持する。これは気体中では、超電
導センサ１と気体窒素との間の熱伝導率が小さく。

超電導センサｌの温度が超電導転移温度（９０Ｋ）を大
きく越えるのに反して、液体中では、熱伝導率が極めて
大きく超電導センサ１は昇温も発生もしないためである
。

いま電流リード線５の超電導センサ１への装着点をＡ、
Ｂ１電圧リード線６の該センサ１への装着点をＣ，Ｄ、
窒素の液体と気体との境界点をＥ、センサｌの最下端点
をＦとし、また点Ｃ−１間の距離を１１、点Ｃ−Ｆ間の
距離を４、点Ｆと基準レベル間の距離を１１、定電流電
源より供給される電流をＴｏ、超電導センサｌの超電導
皮膜１１の片側の断面積をＳｃ、超電導センサ１の常電
導領域での比抵抗をρＣとすると、電圧リード線６を介
して計測される点Ｃ−Ｄ間の電位差Ｖは次の（１）式で
示される。

（１）式より電位差Ｖは距離り、に比例していることが
明らかであり、距離１．は次の（２）式で示される。

２・ρＣ・　工。

いま基準レベルから液面レベルまでの高さｈは（３）式
で示される。

ｈ　＝　１３　＋　１２−も２・ρＣ・　工。

（３）式で定式化された計測方法によυ、液体酸素及び
これより低い沸点を有する液化ガスの液面レベルの計測
がすべて可能となる。

〔実施例〕

次に、この発明を実施例により説明する。

第１図に示すように、液高１０００ｍのタンク容器マに
、本発明の液面レベル計を使用して、液体窒素８の液面
レベルを計測した。センサｌとしては第２図に示すよう
に、断面２Ｘ１ｍ＋の矩形の棒状の基材１０の相対向す
る辺長１ｍの２つの側面にＯ，ｌ　ｗａのＹＢａ２Ｃｕ
３０ｙの超電導皮膜１１を形成させたものを使用した。

このセンサ１の比抵抗ρＣは８５に以下ではρｃ：０，
９５に以上ではほぼρＣ＝　２　Ｘ　１０−５Ω・ｍ　
であった。

そして、電流電源２からセンサ１に、その上端部に接続
された電流リード線５を介してｌｏｏｍＡの電流Ｉ。を
流し、電圧リード線端子間電圧を計測した。

第５図は、この実施例による計測結果を示す図であり、
縦軸は電位差計３により測定された超電導センサ１の端
子間電圧（単位はボルト）、横軸は液体窒素の実際の液
位（単位はミリメートル）である。

図中、実線は液位りと電位差Ｖとの関係の実測値である
。また、点線は（３）式によって得られるｈとＶの関係
である。実際上、比抵抗ρＣは温度によって多少変化す
るため、実線のｈ−ｖの関係は多少直線をはずれている
が、実用上は（３）式を用いて十分な精度で液面レベル
ｈを測定できることがこの実施例よシ明らかである。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように構成されているので次に
述べる有用な効果を奏する。

１　センサとして被測定液体の沸点より高い超電導転移
温度を有する超電導材料を使用することにより、主要構
成機器をセンサ、定電流装置および電圧測定装置で構成
でき、比較的簡単な装置が安価に設備できる。

２　センサとして比較的超電導転移塩、度の高い例えば
酸素欠損型プロブスカイト結晶構造のセラミックス超電
導体からなる超電導センサを使用することにより、沸点
の高い超低温液体の液面レベルを計測可能とした。

３　リード線の端子点がすべてセンサの上端部に位置す
るため、リード線が液中に没することがなく、リード線
が液中に没することにより生ずる計測誤差等の不都合が
生ぜず、正確な計測を行なうことができる。

４　センサとして、基材表面に超電導皮膜を形成させた
構造のものを使用することにより、センサ自体の耐久性
が高く、故障の発生率が極めて低い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施態様を示す説明図、第２図は
第１図のＸ−Ｘ線断面図、第３図は超電導センサの正面
図、第４図は第３図のＹ−Ｙ線断面図、第５図は実施例
による計測結果を示す図、第６図は従来の超電導式液面
レベル計の・説明図である。図面において、１・・・超電導センサ、１人・・・超電導センサ、２・・・定電流電源、３・・・電位差計、４・・・開閉器、５・・・電流リード線、６・・・電圧リード線、７・・・タンク容器、８・・・液体窒素、９・・・気体窒素、ｌＯ・・・基材、１１・・・超電導皮膜、１２・・・液体ヘリウム、１３・・・気体ヘリウム。

Claims

【特許請求の範囲】１　被測定液体の液面と交差するように配置された、前
記被測定液体の沸点より高い超電導転移温度を有する超
電導材料からなるＵ字状の超電導センサと、前記センサ
に定電流を供給するための定電流装置と、前記センサの
両端の電圧を測定するための電圧測定装置とからなり、
前記定電流装置および前記電圧測定装置は前記Ｕ字状の
センサの上端に接続されたことを特徴とする液面レベル
計。２　前記センサは断面が円形の棒状の基材の表面に超電
導皮膜を形成してなることを特徴とする請求項１記載の
液面レベル計。