JPH05107099A - 液面レベル計 - Google Patents
液面レベル計Info
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- JPH05107099A JPH05107099A JP29984491A JP29984491A JPH05107099A JP H05107099 A JPH05107099 A JP H05107099A JP 29984491 A JP29984491 A JP 29984491A JP 29984491 A JP29984491 A JP 29984491A JP H05107099 A JPH05107099 A JP H05107099A
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Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 液化ガス等の液面を検知する液面レベル計に
おいて、素子加熱の熱効率を良くし、かつ応答速度も速
く正確にする。 【構成】 細分されたチップ上１のセラミックス基板上
に発熱体11を設け、その発熱体の上面を覆って絶縁体を
形成し、その絶縁体の上面に感熱体12を積層すると共
に、その感熱体上面を保護膜で覆って単位チップ素子を
形成し、その単位チップ素子を所定個数連結して構成し
た。
おいて、素子加熱の熱効率を良くし、かつ応答速度も速
く正確にする。 【構成】 細分されたチップ上１のセラミックス基板上
に発熱体11を設け、その発熱体の上面を覆って絶縁体を
形成し、その絶縁体の上面に感熱体12を積層すると共
に、その感熱体上面を保護膜で覆って単位チップ素子を
形成し、その単位チップ素子を所定個数連結して構成し
た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液体窒素等の液化ガスの
液面を検知するために利用される液面レベル計に関す
る。
液面を検知するために利用される液面レベル計に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、液体窒素等の液化ガスの液面を検
出する手段としては、種々の方法が提案され又実用化さ
れている。先ず第１の方式としては例えば特開昭５９−
１３２３１５号に示されるように、感熱素子をヒーター
で巻いたもの、第２の方式としては例えば特開昭６０−
６４２２０号及び特開昭６２−２５５８２２号に示され
るように、抵抗体として白金抵抗体やカーボン抵抗体を
用いたものがある。
出する手段としては、種々の方法が提案され又実用化さ
れている。先ず第１の方式としては例えば特開昭５９−
１３２３１５号に示されるように、感熱素子をヒーター
で巻いたもの、第２の方式としては例えば特開昭６０−
６４２２０号及び特開昭６２−２５５８２２号に示され
るように、抵抗体として白金抵抗体やカーボン抵抗体を
用いたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記した第１の方式の
ものは感熱素子の加熱を外部に巻いたヒーターで行なう
ため、同時に熱が液体中にも流出してしまい、素子加熱
の熱効率が悪く、検知する液体の無駄な蒸発を生じさせ
る。又、第２の方式のものは抵抗体の自己発熱を利用
し、液体中と気体中での熱放散係数の違いによる抵抗体
の抵抗値の増加又は減少を検出することにより、液体の
有無を検知している。このため大きな容量を要する加熱
用電源と、安定性及び正確性が要求される測定用定電流
電源とが同一となり、定電流電源としては電圧可変の幅
が大きく、かつ、電流値の変動が殆どない安定した電源
が必要とされる。特に、液面の位置を多くの測定点で検
知するために、多数の電源が必要とされる場合や、抵抗
体を直列に接続して配列する場合等では重要な問題とな
る。更に、抵抗体を直列に接続した場合には、液中と液
外とでの抵抗値の変化が起こる発熱量の変動、それによ
る液体の損失量の変動及び素子感度の変化が引起こされ
る。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、液
面レベル計素子の加熱部と液面検知部とを分離すること
により加熱用電源及び測定用電源を簡易にし、かつ、素
子加熱の熱効率が良く、液体の損失が少なく、しかも応
答速度が速い正確な液面レベル計を提供することを目的
としている。
ものは感熱素子の加熱を外部に巻いたヒーターで行なう
ため、同時に熱が液体中にも流出してしまい、素子加熱
の熱効率が悪く、検知する液体の無駄な蒸発を生じさせ
る。又、第２の方式のものは抵抗体の自己発熱を利用
し、液体中と気体中での熱放散係数の違いによる抵抗体
の抵抗値の増加又は減少を検出することにより、液体の
有無を検知している。このため大きな容量を要する加熱
用電源と、安定性及び正確性が要求される測定用定電流
電源とが同一となり、定電流電源としては電圧可変の幅
が大きく、かつ、電流値の変動が殆どない安定した電源
が必要とされる。特に、液面の位置を多くの測定点で検
知するために、多数の電源が必要とされる場合や、抵抗
体を直列に接続して配列する場合等では重要な問題とな
る。更に、抵抗体を直列に接続した場合には、液中と液
外とでの抵抗値の変化が起こる発熱量の変動、それによ
る液体の損失量の変動及び素子感度の変化が引起こされ
る。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、液
面レベル計素子の加熱部と液面検知部とを分離すること
により加熱用電源及び測定用電源を簡易にし、かつ、素
子加熱の熱効率が良く、液体の損失が少なく、しかも応
答速度が速い正確な液面レベル計を提供することを目的
としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は細分されたチップ状のセラミックス基板上
に発熱体を設け、その発熱体の上面を覆って絶縁膜を形
成し、その絶縁膜の上面に感熱体厚膜を積層すると共
に、前記感熱体厚膜上面を保護膜で覆って単位チップ素
子を形成し、前記単位チップ素子を所定個数連結した液
面検知部とした。又、チップ状のセラミックス基板の同
一面上に、発熱抵抗体と感熱体厚膜とを互いに電気的絶
縁を保って並列に形成し、更にチップ素子内の温度分布
を少なくする機能も兼ねた保護膜で覆って単位チップ素
子とするか、又はチップ状のセラミックス基板の片面上
に発熱抵抗を設け、更にその上面を断熱的な機能を持っ
た保護膜で覆い、他方の片面上に感熱体厚膜を形成して
保護膜で覆うことによって単位チップ素子とし、これら
単位チップ素子を所定個数連結して液面検知部とした。
上記単位チップ素子では、発熱体として、液面を検知す
る温度範囲で殆ど抵抗値が変化しない、酸化ルテニウム
系セラミックス，ニクロム合金，マンガニン合金等の材
質が用いられる。かつ、感熱体としては、検知する液体
の沸点近傍の温度で、その抵抗値が温度上昇に伴なって
小さくなる負の温度係数を有する銅，マンガン，ニッケ
ル，鉄，コバルト等を含む酸化物からなるセラミック
ス、その抵抗値が温度上昇に伴なって大きくなる正の温
度係数を有する白金，ニッケル，タングステン，モリブ
デン等の材質、又は検知する液体の沸点近傍の温度での
感熱体として調整された各種材質が用いられる。単位チ
ップ素子相互の連結及び電源との接続は、素子の発熱体
の連結は直列、並列又は抵抗値に合せたそれらの組合わ
せにより行ない、比較的安定した定電圧又は定電流電源
に接続する。感熱体は、直列に接続した小さい容量の非
常に安定した測定用定電流電源に接続する。その両端か
らは検知用出力の端子を取る。
め、本発明は細分されたチップ状のセラミックス基板上
に発熱体を設け、その発熱体の上面を覆って絶縁膜を形
成し、その絶縁膜の上面に感熱体厚膜を積層すると共
に、前記感熱体厚膜上面を保護膜で覆って単位チップ素
子を形成し、前記単位チップ素子を所定個数連結した液
面検知部とした。又、チップ状のセラミックス基板の同
一面上に、発熱抵抗体と感熱体厚膜とを互いに電気的絶
縁を保って並列に形成し、更にチップ素子内の温度分布
を少なくする機能も兼ねた保護膜で覆って単位チップ素
子とするか、又はチップ状のセラミックス基板の片面上
に発熱抵抗を設け、更にその上面を断熱的な機能を持っ
た保護膜で覆い、他方の片面上に感熱体厚膜を形成して
保護膜で覆うことによって単位チップ素子とし、これら
単位チップ素子を所定個数連結して液面検知部とした。
上記単位チップ素子では、発熱体として、液面を検知す
る温度範囲で殆ど抵抗値が変化しない、酸化ルテニウム
系セラミックス，ニクロム合金，マンガニン合金等の材
質が用いられる。かつ、感熱体としては、検知する液体
の沸点近傍の温度で、その抵抗値が温度上昇に伴なって
小さくなる負の温度係数を有する銅，マンガン，ニッケ
ル，鉄，コバルト等を含む酸化物からなるセラミック
ス、その抵抗値が温度上昇に伴なって大きくなる正の温
度係数を有する白金，ニッケル，タングステン，モリブ
デン等の材質、又は検知する液体の沸点近傍の温度での
感熱体として調整された各種材質が用いられる。単位チ
ップ素子相互の連結及び電源との接続は、素子の発熱体
の連結は直列、並列又は抵抗値に合せたそれらの組合わ
せにより行ない、比較的安定した定電圧又は定電流電源
に接続する。感熱体は、直列に接続した小さい容量の非
常に安定した測定用定電流電源に接続する。その両端か
らは検知用出力の端子を取る。
【０００５】単位チップ素子の連結の個数は、液体窒素
等の液化ガスの容器に合せるか、又は検知したい液面位
置の数により任意に選択することができる。この場合、
大きい容量を必要とする発熱体用の電源にはそれ程の安
定性が要求されず、又、発熱体の抵抗値は液中でも液外
でも殆ど変化しないため定電流電源でも定電圧電源でも
良く、回路の設計及び接続等が容易となる。又、感熱体
用の電源は、精度，安定性，信頼性等が非常に要求され
るが、小さい容量の定電流電源で十分となり、回路設計
等においても有利となる。更には、温度による発熱体の
抵抗値変化が殆どないため、液中と液外とでの温度差か
ら生じる不必要な発熱量の変動が起こらない。又、素子
はセラミックス基板上の発熱体及び感熱体の膜構成とし
ているため、素子加熱の効率が良く、そのため、液体の
無駄な損失が防止される。
等の液化ガスの容器に合せるか、又は検知したい液面位
置の数により任意に選択することができる。この場合、
大きい容量を必要とする発熱体用の電源にはそれ程の安
定性が要求されず、又、発熱体の抵抗値は液中でも液外
でも殆ど変化しないため定電流電源でも定電圧電源でも
良く、回路の設計及び接続等が容易となる。又、感熱体
用の電源は、精度，安定性，信頼性等が非常に要求され
るが、小さい容量の定電流電源で十分となり、回路設計
等においても有利となる。更には、温度による発熱体の
抵抗値変化が殆どないため、液中と液外とでの温度差か
ら生じる不必要な発熱量の変動が起こらない。又、素子
はセラミックス基板上の発熱体及び感熱体の膜構成とし
ているため、素子加熱の効率が良く、そのため、液体の
無駄な損失が防止される。
【０００６】
【実施例】以下図面を参照して実施例を説明する。図１
は本発明による液面レベル計を拡大して示した原理図で
ある。図において、単位チップ素子１は夫々同一構造を
有し、必要個数が接続される。なお、単位チップ素子１
の構造については後述するが、所定個数連結した単位チ
ップ素子１部分が液面の検知部となる。単位チップ素子
の内部にある発熱体11に発熱体用電源２が接続される。
そして発熱体は液面の検知部が液体容器内へ挿入された
状態において、液体中と液体外との温度勾配を明確にす
るためのものである。又、単位チップ内には感熱体厚膜
12を設け、液面測定用定電流電源３が接続される。ここ
で、液面の検出原理としては、発熱体11に対して発熱体
用電源２から一定の電力を供給しておき、一方、感熱体
厚膜12にも液面測定用定電流電源３から一定電流を電流
計５で測定しつつ流し、この際、各電圧計４で検出され
る電圧値から液面レベルを測定するものである。
は本発明による液面レベル計を拡大して示した原理図で
ある。図において、単位チップ素子１は夫々同一構造を
有し、必要個数が接続される。なお、単位チップ素子１
の構造については後述するが、所定個数連結した単位チ
ップ素子１部分が液面の検知部となる。単位チップ素子
の内部にある発熱体11に発熱体用電源２が接続される。
そして発熱体は液面の検知部が液体容器内へ挿入された
状態において、液体中と液体外との温度勾配を明確にす
るためのものである。又、単位チップ内には感熱体厚膜
12を設け、液面測定用定電流電源３が接続される。ここ
で、液面の検出原理としては、発熱体11に対して発熱体
用電源２から一定の電力を供給しておき、一方、感熱体
厚膜12にも液面測定用定電流電源３から一定電流を電流
計５で測定しつつ流し、この際、各電圧計４で検出され
る電圧値から液面レベルを測定するものである。
【０００７】図２〜図５は液面レベル計を構成する単位
チップの構造を説明する分解図の例である。先ず、図２
ではセラミックス基板13上に発熱体11を折曲して形成
し、その上面には図３に示されるように、絶縁体膜14を
形成する。次いでその上部には、図４に示されるよう
に、感熱体厚膜12を折曲して形成し、その上には、図５
に示されるように、保護膜15を形成した。要するにセラ
ミックス基板上に発熱抵抗体，絶縁体，感熱体を順に形
成し、最後に上面を保護膜によって被覆する積層構成と
した。なお、実際の単位チップ素子では、セラミックス
基板として、10mm角で厚さ0.5 〜0.7 mmのアルミナ基板
及びイットリア安定化ジルコニア基板を用いた。又、発
熱抵抗体，絶縁体，感熱体及び保護膜の各膜は、各々以
下の素子の作製例のように形成した。
チップの構造を説明する分解図の例である。先ず、図２
ではセラミックス基板13上に発熱体11を折曲して形成
し、その上面には図３に示されるように、絶縁体膜14を
形成する。次いでその上部には、図４に示されるよう
に、感熱体厚膜12を折曲して形成し、その上には、図５
に示されるように、保護膜15を形成した。要するにセラ
ミックス基板上に発熱抵抗体，絶縁体，感熱体を順に形
成し、最後に上面を保護膜によって被覆する積層構成と
した。なお、実際の単位チップ素子では、セラミックス
基板として、10mm角で厚さ0.5 〜0.7 mmのアルミナ基板
及びイットリア安定化ジルコニア基板を用いた。又、発
熱抵抗体，絶縁体，感熱体及び保護膜の各膜は、各々以
下の素子の作製例のように形成した。
【０００８】作製例１ 発熱抵抗体は、市販の酸化ルテニウム系抵抗体用ペース
トを用いてスクリーン印刷法により、図２のようにセラ
ミックス基板13上に厚さ約20μｍ，幅１mmで折曲して形
成し、抵抗値を約100 Ωとした。絶縁体膜14は、アルミ
ナを添加したガラスのペーストを用い、図３のように発
熱抵抗体の接続用の取出し端子の部分を除いて全面に30
〜40μｍの厚さで形成した。又、感熱体膜としては、白
金厚膜用ペーストを用いて、図４のように幅200 μｍ，
厚さ10μｍで折曲して、室温で抵抗値が約20Ωとなるよ
うに形成した。更に、保護膜は、絶縁体膜と同様なペー
ストを用いて、図５のように発熱抵抗体及び感熱体の接
続用の取出し端子の部分を除いて全面に約20μｍの厚さ
で形成した。なお、膜の焼成は、焼成温度850〜930 ℃
で行なった。図６はこの素子作製に用いた発熱抵抗体用
酸化ルテニウム系抵抗体膜の、抵抗値と温度変化を示し
ている。図６において、横軸は温度Ｋを示し、縦軸は抵
抗値Ｒを示す。図７は感熱体用白金膜の抵抗値の温度変
化を示し、前記同様、横軸は温度Ｋ、縦軸は抵抗値Ｒを
示す。図８は本作製例による素子１個での液面検出感度
を測定するため、素子を液体窒素の液中から液外へ取出
した場合での、時間と出力電圧との関係を測定したもの
である。ここでは、発熱抵抗体に約250 mWの電力を供給
し、感熱体用白金膜に５mAの一定電流を流し、その両端
の出力電圧の時間変化を測定した。図に示されるように
約60秒で、出力電圧の値は２倍となり、液面位置を上部
な感度で検出することができた。なお、横軸は時間
（秒）を、縦軸は出力電圧（Ｖ）を示す。
トを用いてスクリーン印刷法により、図２のようにセラ
ミックス基板13上に厚さ約20μｍ，幅１mmで折曲して形
成し、抵抗値を約100 Ωとした。絶縁体膜14は、アルミ
ナを添加したガラスのペーストを用い、図３のように発
熱抵抗体の接続用の取出し端子の部分を除いて全面に30
〜40μｍの厚さで形成した。又、感熱体膜としては、白
金厚膜用ペーストを用いて、図４のように幅200 μｍ，
厚さ10μｍで折曲して、室温で抵抗値が約20Ωとなるよ
うに形成した。更に、保護膜は、絶縁体膜と同様なペー
ストを用いて、図５のように発熱抵抗体及び感熱体の接
続用の取出し端子の部分を除いて全面に約20μｍの厚さ
で形成した。なお、膜の焼成は、焼成温度850〜930 ℃
で行なった。図６はこの素子作製に用いた発熱抵抗体用
酸化ルテニウム系抵抗体膜の、抵抗値と温度変化を示し
ている。図６において、横軸は温度Ｋを示し、縦軸は抵
抗値Ｒを示す。図７は感熱体用白金膜の抵抗値の温度変
化を示し、前記同様、横軸は温度Ｋ、縦軸は抵抗値Ｒを
示す。図８は本作製例による素子１個での液面検出感度
を測定するため、素子を液体窒素の液中から液外へ取出
した場合での、時間と出力電圧との関係を測定したもの
である。ここでは、発熱抵抗体に約250 mWの電力を供給
し、感熱体用白金膜に５mAの一定電流を流し、その両端
の出力電圧の時間変化を測定した。図に示されるように
約60秒で、出力電圧の値は２倍となり、液面位置を上部
な感度で検出することができた。なお、横軸は時間
（秒）を、縦軸は出力電圧（Ｖ）を示す。
【０００９】作製例２ 発熱抵抗体及び感熱体は、夫々作製例１と同じ形成方法
により、図９(a) のようにセラミックス基板13の片面
（前面）上に発熱抵抗体膜11を設け、図９(b) に示す他
方の片面（裏面）上に感熱体膜12を設ける。更に、その
両面夫々に保護膜として、作製例１と同様にアルミナを
添加したガラスペーストを用いて、その接続用の取出し
端子の部分を除いて発熱抵抗体膜上には50〜100 μｍ、
感熱体膜上には約20μｍの厚さでセラミックス膜を形成
した。なお、焼成は、作製例１と同様夫々850 〜930 ℃
で行なった。本作製例による素子１個での液面検出感度
を、作製例１（図８）と同一条件で測定した。結果は作
製例１とほぼ同じく約80秒で、出力電圧の値が２倍とな
った。
により、図９(a) のようにセラミックス基板13の片面
（前面）上に発熱抵抗体膜11を設け、図９(b) に示す他
方の片面（裏面）上に感熱体膜12を設ける。更に、その
両面夫々に保護膜として、作製例１と同様にアルミナを
添加したガラスペーストを用いて、その接続用の取出し
端子の部分を除いて発熱抵抗体膜上には50〜100 μｍ、
感熱体膜上には約20μｍの厚さでセラミックス膜を形成
した。なお、焼成は、作製例１と同様夫々850 〜930 ℃
で行なった。本作製例による素子１個での液面検出感度
を、作製例１（図８）と同一条件で測定した。結果は作
製例１とほぼ同じく約80秒で、出力電圧の値が２倍とな
った。
【００１０】作製例３ 本作製例では発熱抵抗体及び感熱体共に図10のように、
セラミックス基板13の同一面上に互いに電気的絶縁を保
って折曲して形成した。発熱抵抗体11は、作製例１と同
じペーストを用いて、厚さ約20μｍ，幅500 μｍで折曲
して形成し、その抵抗値を約100 Ωとした。感熱体12
は、作製例１と同じペーストを用いて、厚さ約10μｍ，
幅200 μｍで折曲して形成し、その室温での抵抗値を約
10Ωとした。更に、保護膜は、作製例１の場合と同じ方
法により、夫々の接続用の取出し端子の部分を除いて全
面に約20μｍの厚さで形成した。本作製例による素子１
個での液面検出感度を、作製例１（図８）及び２と同一
条件で測定した。結果は作製例１及び２とほぼ同じく約
60〜80秒で、出力電圧の値が２倍となった。
セラミックス基板13の同一面上に互いに電気的絶縁を保
って折曲して形成した。発熱抵抗体11は、作製例１と同
じペーストを用いて、厚さ約20μｍ，幅500 μｍで折曲
して形成し、その抵抗値を約100 Ωとした。感熱体12
は、作製例１と同じペーストを用いて、厚さ約10μｍ，
幅200 μｍで折曲して形成し、その室温での抵抗値を約
10Ωとした。更に、保護膜は、作製例１の場合と同じ方
法により、夫々の接続用の取出し端子の部分を除いて全
面に約20μｍの厚さで形成した。本作製例による素子１
個での液面検出感度を、作製例１（図８）及び２と同一
条件で測定した。結果は作製例１及び２とほぼ同じく約
60〜80秒で、出力電圧の値が２倍となった。
【００１１】本作製例では、発熱抵抗体の形成に用いる
スクリーン印刷用ペーストを、ガラス粉末を約20％混合
したニクロム合金粉末に有機ビークルを加えることによ
り作製した。図11はこのニクロム合金ペーストを用いて
形成された発熱抵抗体膜の抵抗値の温度変化を示してい
る。素子の作製での各膜の形成は、発熱抵抗体膜を除い
て、絶縁体膜，感熱体膜及び保護膜共に、夫々作製例
１，２及び３と同様の方法・条件で行なった。発熱抵抗
体膜は、作製例１及び２の方法で素子を作製する場合
は、セラミックス基板上に厚さ約15μｍ，幅500 μｍで
折曲して形成し、抵抗値を約10Ωとした。又、作製例３
の方法で素子を作製する場合は、厚さ約15μｍ，幅300
μｍで折曲して形成し、その抵抗値を約10Ωとした。な
お、焼成は、前記作製例と同じ条件で行なった。本作製
例による素子１個での液面検出感度を、作製例１（図
８），２及び３と同一条件で測定した。結果は作製例
１，２及び３とほぼ同じく約60〜80秒で、出力電圧の値
が２倍となった。次に、以上の方法で作製した素子か
ら、作製方法及び各抵抗値の同じもの（下記の測定には
作製例１の素子を用いた）を選びだし、図12のような５
個の素子からなる液面レベル計を作製した。素子はガラ
ス・エポキシの強化プラスチック板17上に５cm間隔で固
定され、下から順に16a ，16b ，16c ，16d ，16e と表
示した。又、夫々の発熱抵抗体及び感熱体は直列に接続
し、更に感熱体の両端からは液面測定用の電圧出力端子
を取付けた。
スクリーン印刷用ペーストを、ガラス粉末を約20％混合
したニクロム合金粉末に有機ビークルを加えることによ
り作製した。図11はこのニクロム合金ペーストを用いて
形成された発熱抵抗体膜の抵抗値の温度変化を示してい
る。素子の作製での各膜の形成は、発熱抵抗体膜を除い
て、絶縁体膜，感熱体膜及び保護膜共に、夫々作製例
１，２及び３と同様の方法・条件で行なった。発熱抵抗
体膜は、作製例１及び２の方法で素子を作製する場合
は、セラミックス基板上に厚さ約15μｍ，幅500 μｍで
折曲して形成し、抵抗値を約10Ωとした。又、作製例３
の方法で素子を作製する場合は、厚さ約15μｍ，幅300
μｍで折曲して形成し、その抵抗値を約10Ωとした。な
お、焼成は、前記作製例と同じ条件で行なった。本作製
例による素子１個での液面検出感度を、作製例１（図
８），２及び３と同一条件で測定した。結果は作製例
１，２及び３とほぼ同じく約60〜80秒で、出力電圧の値
が２倍となった。次に、以上の方法で作製した素子か
ら、作製方法及び各抵抗値の同じもの（下記の測定には
作製例１の素子を用いた）を選びだし、図12のような５
個の素子からなる液面レベル計を作製した。素子はガラ
ス・エポキシの強化プラスチック板17上に５cm間隔で固
定され、下から順に16a ，16b ，16c ，16d ，16e と表
示した。又、夫々の発熱抵抗体及び感熱体は直列に接続
し、更に感熱体の両端からは液面測定用の電圧出力端子
を取付けた。
【００１２】図13は図12の液面レベル計の測定結果を示
している。測定方法は、容器内での温度分布の差があま
り大きくない液体窒素容器を用い、先ず、液面レベル計
全体を液体容器内に設置した状態で、素子16a ，16b ，
16c を液中に浸し、液面レベルを素子16c と16d との中
間位置にする。次に、液面レベル計を約５cm上方に引出
し（素子16c を液外に取出す）、液面レベルを素子16b
と16c との中間位置とした。又、その120 秒後、再び液
面レベル計を約５cm上方に引出し（素子16b を液外に取
出す）、液面レベルを素子16a と16b との中間位置とし
た。更に120 秒後には、再び液面レベル計を約10cm下方
に戻し、液面レベルを元の素子16c と16d との中間位置
とした。この時、各素子の両端の出力電圧の変化を液面
レベル計を引出してからの時間と共に記録したものが図
13である。素子16b 及び16c の両端の出力電圧は、液面
レベル計の上方への引出しでは上記の各作製例での測定
結果と同様、夫々の素子の液外への取出し後約60秒で２
倍となり、240 秒後の下方への戻しでは約１〜２秒以内
で元の値となった。素子16d 及び16e の出力電圧は、こ
の操作での素子16b 及び16c のそれに伴なって若干変化
したが（主に、容器内の温度分布等が影響）、素子16a
のそれには変化が見られなかった。又、この測定中、各
素子の発熱抵抗体には約250 mW（全体で約1250 mW ）の
電力が供給されたが、定電圧電源を用いても、定電流電
源を用いても測定操作中での変動は約２％以内に止ま
り、液面検出時間への影響は殆ど見られなかった。な
お、感熱体には５mAの一定電流が流された。
している。測定方法は、容器内での温度分布の差があま
り大きくない液体窒素容器を用い、先ず、液面レベル計
全体を液体容器内に設置した状態で、素子16a ，16b ，
16c を液中に浸し、液面レベルを素子16c と16d との中
間位置にする。次に、液面レベル計を約５cm上方に引出
し（素子16c を液外に取出す）、液面レベルを素子16b
と16c との中間位置とした。又、その120 秒後、再び液
面レベル計を約５cm上方に引出し（素子16b を液外に取
出す）、液面レベルを素子16a と16b との中間位置とし
た。更に120 秒後には、再び液面レベル計を約10cm下方
に戻し、液面レベルを元の素子16c と16d との中間位置
とした。この時、各素子の両端の出力電圧の変化を液面
レベル計を引出してからの時間と共に記録したものが図
13である。素子16b 及び16c の両端の出力電圧は、液面
レベル計の上方への引出しでは上記の各作製例での測定
結果と同様、夫々の素子の液外への取出し後約60秒で２
倍となり、240 秒後の下方への戻しでは約１〜２秒以内
で元の値となった。素子16d 及び16e の出力電圧は、こ
の操作での素子16b 及び16c のそれに伴なって若干変化
したが（主に、容器内の温度分布等が影響）、素子16a
のそれには変化が見られなかった。又、この測定中、各
素子の発熱抵抗体には約250 mW（全体で約1250 mW ）の
電力が供給されたが、定電圧電源を用いても、定電流電
源を用いても測定操作中での変動は約２％以内に止ま
り、液面検出時間への影響は殆ど見られなかった。な
お、感熱体には５mAの一定電流が流された。
【００１３】以上のように、本発明により十分な液面検
出感度を持ち、かつ、測定系の電源等が簡単な液面レベ
ル計を得ることができた。本実施例では、発熱抵抗体と
して酸化ルテニウム系セラミックス及びニクロム合金を
用いたが、液面を検知する温度範囲で抵抗値が殆ど変化
しない抵抗体、例えばマンガニン合金等の合金抵抗体、
及びセラミックス抵抗体等を用いても良い。又、感熱体
としても白金の他、その抵抗値が温度上昇に伴なって大
きくなる正の温度係数を持つニッケル，タングステ
ン，、モリブデン等の材質、その抵抗値が温度上昇に伴
なって小さくなる負の温度係数を持つ銅，マンガン，ニ
ッケル，鉄，コバルト等を含む酸化物からなるセラミッ
クス、及び検知する液体の沸点近傍の温度での感熱体と
して調整された各種材質を用いても良いことは明らかで
ある。
出感度を持ち、かつ、測定系の電源等が簡単な液面レベ
ル計を得ることができた。本実施例では、発熱抵抗体と
して酸化ルテニウム系セラミックス及びニクロム合金を
用いたが、液面を検知する温度範囲で抵抗値が殆ど変化
しない抵抗体、例えばマンガニン合金等の合金抵抗体、
及びセラミックス抵抗体等を用いても良い。又、感熱体
としても白金の他、その抵抗値が温度上昇に伴なって大
きくなる正の温度係数を持つニッケル，タングステ
ン，、モリブデン等の材質、その抵抗値が温度上昇に伴
なって小さくなる負の温度係数を持つ銅，マンガン，ニ
ッケル，鉄，コバルト等を含む酸化物からなるセラミッ
クス、及び検知する液体の沸点近傍の温度での感熱体と
して調整された各種材質を用いても良いことは明らかで
ある。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば細
分されたチップ状のセラミックス基板上に発熱抵抗体及
び感熱体、又は場合によっては絶縁体を膜構成として設
けると共に、保護膜で覆って単位チップ素子を形成し、
これら単位チップ素子を所定個数連結して液面検知部と
する構成としたので、以下に列挙する効果を奏する。 素子加熱の効率が良く、液面検知が速く、液体の無
駄な損失が防止される。 液面検知部の部分的な故障は、単位チップ素子の交
換により容易に修理することができる。 容器の様々な形状、大きさ及び検知したい液面位置
に対して、素子の連結作業のみで対応できる。 単位チップ素子の連結によって液面検知部としてい
るため、生産する装置も１種類でよく、経済的であって
大量生産に適している。 又、単位チップ素子自体の作製も、厚膜の一体形成
のため、経済的であって大量生産に適している。 発熱抵抗体と液面検知用感熱体とを、電気的に分離
することにより、大きい容量を必要とする加熱用電源と
安定性及び正確性が要求される測定用定電流電源とを分
けることができ、電気的な構成が容易になった。特に、
安定性及び正確性が要求される測定用定電流電源部は小
さな容量でも可能となり、安価となった。 更に、発熱抵抗体として、液面を検知する温度範囲
で殆ど抵抗値が変化しない材質を用いることにより、大
きい容量を必要とする加熱用電源は定電流電源でも定電
圧電源でも良く、回路の設計及び接続等が容易になっ
た。又、液中と液外とでの抵抗変化による発熱量の変
化、検知速度の変化及び液体の蒸発量の変化等が生じな
い。
分されたチップ状のセラミックス基板上に発熱抵抗体及
び感熱体、又は場合によっては絶縁体を膜構成として設
けると共に、保護膜で覆って単位チップ素子を形成し、
これら単位チップ素子を所定個数連結して液面検知部と
する構成としたので、以下に列挙する効果を奏する。 素子加熱の効率が良く、液面検知が速く、液体の無
駄な損失が防止される。 液面検知部の部分的な故障は、単位チップ素子の交
換により容易に修理することができる。 容器の様々な形状、大きさ及び検知したい液面位置
に対して、素子の連結作業のみで対応できる。 単位チップ素子の連結によって液面検知部としてい
るため、生産する装置も１種類でよく、経済的であって
大量生産に適している。 又、単位チップ素子自体の作製も、厚膜の一体形成
のため、経済的であって大量生産に適している。 発熱抵抗体と液面検知用感熱体とを、電気的に分離
することにより、大きい容量を必要とする加熱用電源と
安定性及び正確性が要求される測定用定電流電源とを分
けることができ、電気的な構成が容易になった。特に、
安定性及び正確性が要求される測定用定電流電源部は小
さな容量でも可能となり、安価となった。 更に、発熱抵抗体として、液面を検知する温度範囲
で殆ど抵抗値が変化しない材質を用いることにより、大
きい容量を必要とする加熱用電源は定電流電源でも定電
圧電源でも良く、回路の設計及び接続等が容易になっ
た。又、液中と液外とでの抵抗変化による発熱量の変
化、検知速度の変化及び液体の蒸発量の変化等が生じな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明での液面レベル計を拡大して示した原理
図。
図。
【図２】一実施例でのセラミックス基板上に発熱抵抗体
を設けた図。
を設けた図。
【図３】一実施例での発熱抵抗体の上面に絶縁体を設け
た図。
た図。
【図４】一実施例での絶縁体の上面に感熱体を設けた
図。
図。
【図５】一実施例での感熱体の上面を保護膜で覆った
図。
図。
【図６】本実施例で発熱抵抗体として用いた酸化ルテニ
ウム系セラミックスの抵抗値の温度による変化を示した
図。
ウム系セラミックスの抵抗値の温度による変化を示した
図。
【図７】本実施例で感熱体として用いた白金の抵抗値の
温度による変化を示した図。
温度による変化を示した図。
【図８】一実施例で作製した単位チップ素子の液面検出
感度を示した図。
感度を示した図。
【図９】他の実施例での単位チップ素子の構成を示した
図。
図。
【図10】更に他の実施例での単位チップ素子の構成を示
した図。
した図。
【図11】本実施例で発熱抵抗体として用いたニクロム合
金の抵抗値の温度による変化を示した図。
金の抵抗値の温度による変化を示した図。
【図12】本実施例に作製した５個の単位チップ素子から
なる液面レベル計を示した図。
なる液面レベル計を示した図。
【図13】本実施例で作製した液面レベル計の液面検出感
度を示した図。
度を示した図。
１ 単位チップ素子 ２ 加熱用電源 ３ 液面測定用電源 ４ 電圧計 ５ 電流計 11 発熱抵抗体 12 感熱体 13 セラミックス基板 14 絶縁体 15 保護膜 16 検知部 17 素子固定用板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 賢司 埼玉県熊谷市大字三ケ尻5310番地 秩父セ メント株式会社内フアインセラミツクス本 部内 (72)発明者 秋濱 良三 埼玉県熊谷市大字三ケ尻5310番地 秩父セ メント株式会社内フアインセラミツクス本 部内
Claims (5)
- 【請求項１】 細分されたチップ状のセラミックス基板
上に発熱体を設け、その発熱体の上面を覆って絶縁体を
形成し、その絶縁体の上面に感熱体を積層すると共に、
その感熱体上面を保護膜で覆って単位チップ素子を形成
し、その単位チップ素子を所定個数連結して液面検知部
としたことを特徴とする液面レベル計。 - 【請求項２】 単位チップ素子を、細分されたチップ状
のセラミックス基板の同一上面に発熱体と感熱体とを互
いに接触しないように配置し、更にその上面を保護膜で
覆って構成したことを特徴とする請求項１記載の液面レ
ベル計。 - 【請求項３】 単位チップ素子を、細分されたチップ状
のセラミックス基板の片面上に発熱体を設け、更にその
上面を断熱的な機能を持った保護膜で覆うと共に、他の
片面上に感熱体を配置し、その上面を保護膜で覆って構
成したことを特徴とする請求項１記載の液面レベル計。 - 【請求項４】 発熱体として液面を検知する温度範囲で
殆ど抵抗値が変化しない材質を用い、感熱体として検知
する液体の沸点近傍の温度で抵抗値の変化が大きい材質
を用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請
求項３記載の液面レベル計。 - 【請求項５】 発熱体として、液面を検知する温度範囲
で殆ど抵抗値が変化しない、酸化ルテニウム系セラミッ
クス，ニクロム合金，マンガニン合金等の材質を用いた
ことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又
は請求項４記載の液面レベル計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29984491A JPH05107099A (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | 液面レベル計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29984491A JPH05107099A (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | 液面レベル計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05107099A true JPH05107099A (ja) | 1993-04-27 |
Family
ID=17877618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29984491A Pending JPH05107099A (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | 液面レベル計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05107099A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013156036A (ja) * | 2012-01-26 | 2013-08-15 | Toshiba Corp | 液面レベル検知装置及び方法 |
| JP2018531394A (ja) * | 2015-10-28 | 2018-10-25 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー．Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ． | 液位の表示 |
| JP2021047209A (ja) * | 2020-12-21 | 2021-03-25 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー．Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ． | 液位の表示 |
-
1991
- 1991-10-18 JP JP29984491A patent/JPH05107099A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013156036A (ja) * | 2012-01-26 | 2013-08-15 | Toshiba Corp | 液面レベル検知装置及び方法 |
| JP2018531394A (ja) * | 2015-10-28 | 2018-10-25 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー．Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ． | 液位の表示 |
| US10739181B2 (en) | 2015-10-28 | 2020-08-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Liquid level indicating |
| US11366000B2 (en) | 2015-10-28 | 2022-06-21 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid sensing |
| JP2021047209A (ja) * | 2020-12-21 | 2021-03-25 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー．Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ． | 液位の表示 |
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