JPH0259618A - 液面位センサ - 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】 に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図はこの種従来の液面位センサの動作原理を説明す
る斜視図である。図において、（１）は図示しない容器
に収容された液体、（ｌａ）は検知せんとする液面、（
２）は液面（１ａ）の上方に存在する気体、（３）は液
面（１ａ）の変動範囲にわたって設けられた一対の平行
平板電極、（４）はリード線（５）を介して画電極（３
）間に接続された静電容量計である０次に液面（１ａ）
を検知する動作について説明する。

第５図に示すように、電極（３）の幅をａ　（ｍ　〕、
高さをＬ　（ｍ　）、間隔をｄ（ｍ）、そして、液体（
１）および気体（２）の比誘電率をそれぞれεＩおよび
εｆ、真空誘導率をｔｏ　＝　８．８５４Ｘ１０−”　
（Ｆ／ｍ　：）とスルト、［ｉ　（３）の高さＬ（ｍ）
のうちｈ（ｍ）が液体（１）中にある場合の画電極（３
）間の静電容量ｃｈは次式で求められる。

即ち、静電容量ｃｈは液面高さｈの関数となる。

従って静電容量計（４）で静電容量ｃｈを測定すること
により、上式から、液面高さｈを求めることができる訳
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の液面位センサは、以上のように、液体（１）と気
体（２）との誘電率の差を利用して電極（３）間の静電
容１１ｃｈから液面高さｈを逆算する方式としていたの
で、上記誘電率の差が極めて小さい場合、電極（３）の
面積には自ずと制約があるため静電容量計（４）が測定
すべき静電容量ｃｈの変化も非常に小さい範囲にとどま
りその測定精度が低下するという問題点があった。

例えば、遮断器や変圧器で使用される六弗化硫黄ガスが
低温時にその一部が液化した場合を想定し、その液量を
検出するため液面高さｈを測定するときの具体的な数値
例を下表に示す。

上表から電極（３）間の静電容３１ｃｈを求めると、Ｃ
ｈ　幻４．７８　Ｃ−ｐＦ）’　（ｈ−５０Ｘ１０　Ｃ
ｍ）（７）場合）Ｃｈ　＃　３．５７　ＣｐＦ　）　（
ｈ＝　ｌＸｌ０　Ｃｍ）ノ場合）となる。即ち、液面高
さｈが１〜５０　Ｃｍｘ　）で変動しても静電容量ｃｈ
は４．７８〜３．５７〔ｐＦ〕と、わずかの範囲しか変
化せず、かつその絶対値も極めて小さい。この結果、静
電容量計（４）として、たと丸精密級のものを使用して
も、液面位の測定誤差の増大が避けられなかった。

この発明は以上のような問題点を解決するためになされ
たもので、液体、気体のわずかな誘電率差に基づくこと
なく、新規な原理による高感度、高精度の液面位センサ
を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る液面位センサは、一定の熱量を発生する
加熱素子と、この加熱素子の温度を検出する温度センサ
とを備え、上記温度センサの出力変化から上記加熱素子
が液体中にあるか気体中にあるかを判別するようにした
ものである。

〔作用〕

加熱素子は絶えず一定の熱量を発生しているので、その
媒体との温度差は当該媒体中での熱伝達率に逆比例する
ことになる。液体中の熱伝達率は気体中のそれに対して
十分大きいので、液体中における加熱素子の温度は、気
体中における場合に比較して非常に低い値となり、その
差は温度センサによって確実に判別することができる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例における液面位センサを示
す斜視図である。図において、（６）は液面の変動範囲
にわたって等間隔で配列された合計ｎ個の液面位検知素
子ＬＳ＋〜ＬＳｎで、その詳細を第２図に示す。第２図
において、（７）は絶縁板、（８）はこの絶縁板（７）
の表面に接着固定された加熱素子としてのヒータ、（９
）はそれを引出すリード線、（１０は絶縁板（７）の裏
面に接合された熱伝導良導体、αηは絶縁板（７）と熱
伝導良導体α０との間から引出された温度センサとして
の熱電対線で、その接合点（１１ａ　）は熱伝導良導体
Ｑ０に溶接で固着されている。第１図に戻り、（６）は
取付台で、この取付台（６）を貫通して設けたターミナ
ルα１に各線（９）αηを中継接続することにより、各
液面位検知素子（６）を所定位置に支持している。

第３図は、第１図の液面位センサを使って液面高さｈを
検知する場合の回路図を示す。図において、各液面位検
知素子ＬＳ＋〜Ｌ　Ｓｎのヒータ（８）はすべて相互に
直列に接続され電流計α→を介して直流電源（ト）に接
続されている。また、各液面位検知素子ＬＳ、〜ＬＳｎ
の熱電対線αυは、複数の入力端子を有する記録温度計
αＱの各入力端子にそれぞれ接続されている・ 次に液面（１ａ）の高さｈを検知する場合の動作につい
て説明する。先ず、直流電源（ト）の電圧を調整してヒ
ータ（９）に一定の電流を供給する。検知素子ＬＳ、な
いしＬＳｎのヒータ（８）はすべて同一のものであり、
これらに等しい電流が流れるので、各検知素子ＬＳ、な
いしＬＳｎのヒータ（８）は、相互に等しい熱量を発生
することになる。

今、この発生熱量をＱ　（ｋｃａ１７ｈ）　、伝熱面積
をＡＣｍ’）＝液体（１）中での熱伝達率をαｔ　（ｋ
ｃａｌ／、Ｆ　ｈ“ｃ）。

気体（２）中での熱伝達率をαｙ　Ｃｋｃａｌ／、、　
ｈ”（３）とすると、ヒータ（８）と各媒体（１）また
は（２）との温度差Δθノ。

Δθｆは次式で求まる。即ち、 ここで、液体（１）中の熱伝達率αｊは５００〜８００
気体（２）中の熱伝達率αｆはｌＯ〜旬程度であるので
、Δθノ〉〉Δθノとなり両温度差には大きな差が生じ
、両者の判別が確実にできる。絶縁板（７）の厚さを極
く薄くし、この間に生じる温度降下を十分小さくしてや
れば、ヒータ（８）の温度はそのまま熱電対線αυの接
合点（ｌｌａ）の温度とみなせ、記録温度計ＯＱにより
測定が可能となる。

第４図は液面（１ａ）の高さｈを時間ｔの経過とともに
上昇させた場合の記録温度計αｅによる各検知素子ＬＳ
、〜Ｌ　Ｓｎの温度差Δθ出力の変化を示すもの摩 である。図において、Ａの部分は金検知素子の温々 度差Δθが高位にあり、金検知素子が気体（２）中にあ
り、従って液面（１ａ）の高さｈが最も低位にあること
を示している。時間の経過とともに、検知素子ＬＳ、か
ら順次その温度差Δθが低位に下降し、高さｈの上昇が
そのまま検知できることになる。Ｂの部分は金検知素子
の温度差Δθが低位にあり、液面（１ａ）の高さｈが最
高位にあることを示している。

ここで各検知素子（６）はその部品構成から厚さを非常
に小さくすることが可能であるので、これらを液面（１
ａ）の高さｈの方向に、例えばｌ　ｙＩｍの間隔で多数
段積み重ねるように配置すれば、液面（１ａ）の高さｈ
を１　ｍｙｉの精度で検知することができる。

なお１上記実施例では、熱電対（ロ）の接合点Ｑ１ａ）
の温度を安定させその測定を容易にするため熱伝導良導
体αＯを使用したが、この発明の実施において必須のも
のではない。また、絶縁板（７）も、ヒータ（８）また
は熱電対線αυを絶縁機能を具備したものとしてこれを
省略することもできる。

更に、上記実施例では加熱素子として電気抵抗で発熱す
るヒータ（８）を用いたが、一定の熱量を発生ｒるもの
ならどのような方式のものであってもよく、温度センサ
としても熱電対線αυに限られるものではない。

また、上記実施例では、熱電対線αηの出力を記録温度
計αｅで直接測定する方式としたが、例えば最上段の検
知素子ＬＳｎを常に気中に位置させるようにするか、ま
たは最下段の検知素子ＬＳ、を常に液中に位置させるよ
うにすることにより、上記いずれかの検知素子の温度を
基準としてその温度との差を記録温度計Ｈに入力するよ
うにしてもよい。

更にまた、各検知素子の温度センサの出力をシミ子回路
等を介して時分割で出力するようにすれば、検知素子の
数に対して温度測定エレメントの数を実質的に節減する
こともできる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、一定の熱量を発生す
る加熱素子と、この温度を検出する温度センサとを備え
、この温度センサの出力変化から上記加熱素子が液体中
にあるか気体中にあるかを判別するようにしたので、両
者中の熱伝達率が大きく異なることから両者における温
度センサの出力差が大きくその判別が確実となり、精度
の高い液面位検知が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例（こおける液面位センサを
示す斜視図、第２図は第１図の液面位センサの要部であ
る液面位検知素子の詳細を示す斜視図、第３図は液面位
を検知する場合の回路図、第４図は第３図の記録温度計
の出力変化を示す特性図、第５図は従来の液面位センサ
の動作原理を説明する斜視図である。 図において、（１）は液体、（１ａ）は液面、（２）は
気体、（６）は液面位検知素子、（８）は加熱素子とし
てのヒータ、αυは温度センサとしての熱電対線である
。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一定の熱量を発生する加熱素子と、この加熱素子の温度
   を検出する温度センサとを備え、上記温度センサの出力
   変化から上記加熱素子が液体中にあるか気体中にあるか
   を判別するようにした液面位センサ。