JPH073357B2 - 液面計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、容器内に収容
された溶剤等の液体の液面を測定するのに好適な液面計
に関し、特に、食品工業の分野、半導体工業の分野のよ
うに液体の汚れが嫌われる分野に適用して好適な液面計
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、本出願人が出願した特願平３−
３０９１１号の明細書等に記載された技術による液面計
の使用状態を示す線図である。この液面計は、アーム１
を有し、このアーム１の両端にフロート２と角度センサ
３とが付けられている。角度センサ３は、図示しない支
持部材に固定された液面計本体４に取り付けられてい
る。また、角度センサ３の出力信号は、多心ケーブル５
を通じて図示しない信号処理回路に供給されるようにな
っている。

【０００３】図７のように構成される液面計において
は、容器６内に収容されている液体７の液面８の上昇ま
たは下降に応じて、フロート２が角度センサ３の回転軸
を中心にして矢印Ｐ方向に回転する。

【０００４】この場合、液面８の鉛直方向Ｑへの移動量
（以下、必要に応じて液面高さという）Ｈは、角度セン
サ３の回転軸からフロート２の中心までの長さ（一般に
は、アームの長さという）をＬとし、アーム１の回転角
度をθとしたとき、次の数１によって得られる。

【０００５】

【数１】Ｈ＝Ｌ・ｓｉｎθ

【０００６】角度θは、角度センサ３から得られるの
で、上記信号処理回路により数１を計算して液面高さＨ
を知ることができる。

【０００７】このように上記従来の液面計でも、液面高
さを測定することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７に示し
たような上記従来の液面計では、角度センサ３、液面計
本体４、および、場合によっては、多心ケーブル５が液
体７中に沈められて使用に供される。

【０００９】しかしながら、このように、角度センサ
３、液面計本体４が液体７中に沈められて使用に供され
る場合には、つぎに説明するような種々の不都合が発生
する場合がある。 (1) 液面計本体４、角度センサ３等に汚れが付着した場
合の洗浄に手間がかかる。 (2) 液面計本体４等が液体７を汚す可能性がある。 (3) 液体７が強い酸・アルカリ等の溶液、あるいは、ア
セトン等の溶剤である場合には、それらの溶液および溶
剤に耐える材料で液面計本体４等を作製しなければなら
ず、一般に、製造コストが上昇するという問題がある。 (4) 液体７の温度が高い場合、例えば、熱いコーヒーの
液面高さを測定する場合にも、その温度に耐える材料で
液面計本体４を作製しなけらばならないという問題があ
る。

【００１０】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、液体が収容された容器の外側にセンサを配
置することができる液面計を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明液面計は、例え
ば、図１及び図６に示すように、容器２１内に収容され
た液体２２の液面２３を検出するフロート１１と、この
フロート１１が一端に付けられ、他端を回転軸Ｇ中心と
して回転するアーム１３と、このアーム１３の上記他端
に接続され、このアーム１３の回転に応じた信号を出力
する容器２１の外側に配置されたセンサ１５とを備える
液面計において、アーム１３が非直線部２５を有する形
状にされ、この非直線部２５が容器２１の縁３１を跨ぐ
ように配置され、かつ、回転軸Ｇ中心の水平位置と液面
２３の基準位置とが同一水平位置上にあるように配置さ
れたものである。

【００１２】

【作用】本発明液面計によれば、フロート１１と一体的
に構成されたアーム１３が非直線部２５を有しているの
で、この非直線部２５を利用して、アーム１３が容器の
縁３１を跨ぐことができるようになる。このため、アー
ム１３の他端に接続されるセンサ１５を容器２１の外側
に配置することができる。また、回転軸Ｇ中心の水平位
置と液面２３の基準位置とが同一水平位置上にあるよう
に配置しているので、センサ１５の出力のリニアリティ
を確保することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明液面計の一実施例について図面
を参照して説明する。図１はこの実施例による液面計が
適用された装置全体の構成を示している。

【００１４】この実施例による液面計は、基本的に、フ
ロート１１と、一端がこのフロート１１に取り付けられ
他端がホルダー１２に取り付けられるアーム１３と、ホ
ルダー１２と一体的に角度センサ１５を形成する液面計
本体１６とを備えている。

【００１５】フロート１１は、容器２１内に収容された
液体２２の液面２３を検出するものであり、このフロー
ト１１は、液面２３の矢印Ｑ方向（鉛直方向）への移動
に伴い、ホルダー１２の軸（角度センサ１５の回転軸
Ｇ）を中心にアーム１３を通じて矢印Ｆ方向に回転移動
するものである。

【００１６】アーム１３は、図１から分かるように、湾
曲した非直線部２５を有する形状に形成されており、ガ
ラス管の成形品になっている。また、フロート１１は、
中空のガラス球製である。なお、アーム１３およびフロ
ート１１は、耐液性を有するガラス、例えば、石英ガラ
ス製とすることで、液体２１が、強い酸・アルカリ等の
溶液、あるいは、アセトン等の溶剤であってもそれらに
侵されずに液面高さを測定することができる。

【００１７】アーム１３が湾曲して形成されていること
で、アーム１３が容器２１の縁３１を跨ぐことができる
ようになるので、アーム１３の他端に接続される角度セ
ンサ１５を容器２１の外側に配置することができる。

【００１８】また、アーム１３の他端は、ねじ３３によ
りホルダー１２から取り外すことが可能にされており、
取り外された場合には、アーム１３とフロート１１の洗
浄を容易に行える。角度センサ１５およびこの角度セン
サ１５を収容する液面計本体１６は、容器２１の外側に
配置されているので、液体２２によっては、汚れること
がない。このため、特に溶剤等に対する耐性のある材料
を使用する必要はない。仮に、汚れたとしても液体２２
には浸かっていないので、汚れを拭き取ることが容易で
ある。

【００１９】液面計本体１６は、支持管１７によって支
持され、この支持管１７は、スタンド１８によって支持
されている。スタンド１８と容器２１とは基台３２上に
配置されている

【００２０】この場合、ホルダー１２の軸、すなわち、
アーム１３の回転軸Ｇの基台３２からの高さと液面２３
の基準位置（図１に示す液面２３の位置とする。）とが
同一の高さになっていることが、フロート１１と一体に
なったアーム１３の回転角度に対する角度センサ１５の
出力のリニアリティを確保する上で望ましい。

【００２１】なお、支持管１７を伸縮して使用できるよ
うにすることにより、回転軸Ｇの高さと上記基準位置の
高さを同一にすることが容易である。また、スタンド１
８が付いているので、携帯にも便利である。

【００２２】スタンド１８からは、角度センサ１５の出
力信号に基づいて形成された液面高さ信号が多心シール
ド線１９を通じて外部の表示器等に出力される。

【００２３】図２は、角度センサ１５の構成を含む液面
計の一部を示す一部断面側面図である。図３は、角度セ
ンサ１５の構成を含む液面計の一部を示す一部断面正面
図である。なお、図３では、液面計本体１６を省略して
描いている。

【００２４】図２および図３において、液面計本体１６
には、底面が塞がれた円筒状の支持体４０が固定され、
この支持体４０中には、角度センサ１５を構成する一方
の部材である可飽和コイル４１が固定されている。支持
体４０の材質は、非磁性体、例えば、ＳＵＳ−３０４ま
たは黄銅である。

【００２５】図４は、可飽和コイル４１の構成を示して
いる。可飽和コイル４１は、パーマロイの薄板のコア４
４を有し、このコア４４に巻線４６，４６が巻かれた２
つの可飽和コイル４１Ａ，４１Ｂを備えている。この可
飽和コイル４１の出力は後に説明する検波回路に供給さ
れている。

【００２６】図２および図３において、支持体４０を覆
うようにホルダー１２を構成する底面が塞がれた円筒状
のケース４７が図示しない支持機構により支持体４０に
対して同軸上に配置されるとともに、矢印Ｆ方向に回転
することが可能に配置されている。

【００２７】このケース４７の内周面にはＮ極とＳ極と
が対向するように配置された磁石４８，４９が固定され
ている。なお、磁石４８，４９は可飽和コイル４１とと
もに角度センサ１５を構成する。

【００２８】このような構成により、磁石４８，４９に
よって可飽和コイル４１に作用する直流磁界が発生す
る。ケース４７と磁石４８，４９とは磁界発生部材を構
成する。なお、ケース４７の材質は磁性体が好ましい。
磁性体でなくともよい。

【００２９】ホルダー１２には、ねじ３３によって、ア
ーム１３の他端が取り付けられている。上記したように
ねじ３３を緩めることによって、アーム１３をホルダー
１２から取り外すことが容易とされている。

【００３０】ここで、図１に示すように、液体２２の液
面２３が変化すると、フロート１１は、液面２３の変化
により矢印Ｆ方向に動く。この動きは、上記したように
ホルダー１２の軸線４５（図２参照）、すなわち、回転
軸Ｇを回転中心として回転する動きである。したがっ
て、フロート１１が動くとアーム１３が動き、ホルダー
１２と一体に形成されているケース４７が矢印Ｆ方向
（図１および図３参照）に回転する。

【００３１】この動きに応じて、磁石４８，４９によっ
て発生する磁力線と可飽和コイル４１との交差角度が上
記回転の角度に応じて変化することになる。そうする
と、可飽和コイル４１Ａ，４１Ｂのインダクタンスが変
化する。このインダクタンスの変化が、検波回路に供給
される。

【００３２】図５は、検波回路６２の構成を示す回路図
である。

【００３３】図５において、可飽和コイル４１Ａ，４１
Ｂの出力端子は検波回路６２に接続されている。この検
波回路６２は、周期が約４０μｓ，パルス幅約１μｓ，
電圧振幅３０Ｖのパルス状電圧発振器６４を有し、この
発振器６４の出力がトランス６５の２次コイル６５ｃの
一端を通じて可飽和コイル４１の共通接続点に供給され
る。可飽和コイル４１Ａと可飽和コイル４１Ｂのそれぞ
れの出力は、直列抵抗６６，６６の一端とダイオード６
７，６７のアノード端子に接続されている。

【００３４】直列抵抗６６，６６の他端は、トランス６
５の２次コイル６５ｃの他端に接続されている。ダイオ
ード６７，６７のカソード端子は、出力抵抗６８，６８
とコンデンサ６９，６９の一端に接続され、並列接続さ
れた出力抵抗６８，６８とコンデンサ６９，６９の他端
は、２次コイル６５ｃの他端に接続されている。また、
ダイオード６７，６７のカソード端子間には、コンデン
サ７０が接続されており、このコンデンサ７０の両端が
出力端子８１，８１になっている。この出力端子８１，
８１間にアナログ電圧出力が発生する。

【００３５】このアナログ電圧出力が発生する過程につ
いて詳しく説明する。可飽和コイル４１Ａ，４１Ｂは、
発振器６４からトランス６５を通じて供給されるパルス
状電流により、互いに逆向きに略磁気飽和した状態にさ
れている。この状態で、コア４４に直流磁界が加わる
と、一方の可飽和コイル（例えば、可飽和コイル４１
Ａ）のインダクタンスが増加し、他方の可飽和コイル
（したがって、可飽和コイル４１Ｂ）のインダクタンス
が減少するように変化する。このインダクタンスの変化
に応じてダイオード６７，６７のアノード側に供給され
るパルス状電圧が変化し、これに応じて出力抵抗６８，
６８に発生する整流電圧も変化する。この整流電圧の変
化は相互に逆方向に発生するので、出力端子８１，８１
間に表われるこれら二つの整流電圧の差が検波回路６２
の出力になる。この整流電圧の差は可飽和コイル４１の
回転角度に対応する正弦波状の電圧になる。検波回路６
２の電圧出力は、図示しない信号処理装置に供給され、
その信号処理装置により液面高さを表す数値データに変
換される。変換された数値データは多心シールド線１９
（図１参照）を通じて出力され、例えば、表示器等に表
示される。

【００３６】図６は、液面高さ（ｍｍ）と検波回路６２
の出力（Ｖ）との測定例をプロットした図である。この
測定例において、アーム１３の曲がりに沿っての長さ
は、３７０ｍｍであり、角度センサ１５とフロート１１
間の直線距離は、２１０ｍｍである。この例では、基準
位置（角度センサ１５の高さと液面高さが一致する位置
＝０ｍｍ）から＋１００ｍｍ、−１６０ｍｍまでの液面
高さの測定が可能であり、その範囲では、実用上充分な
直線性を有している。なお、回転角度は、液面高さが８
０ｍｍのときに−２２度であり、−１４０ｍｍのとき
に、＋４４度であった。

【００３７】このように上記の実施例によれば、フロー
ト１１と一体的に構成されたアーム１３が非直線部分２
５を有している。このため、この非直線部分２５を利用
して、アーム１３が容器２１の縁３１を跨ぐことができ
るようになり、アーム１３の他端に接続される角度セン
サ１５を容器の外側に配置することができる。

【００３８】したがって、このような構成・作用によ
り、従来の技術の項で説明した諸問題を解決することが
できる。すなわち、液面計本体１６、角度センサ１５等
に汚れが付着しても液体２２を汚すことがなく、また汚
れても洗浄が簡単である。さらに、液体２２が強い酸・
アルカリ等の溶液、あるいは、アセトン等の溶剤であっ
ても、液面計本体１６側は、それらの溶液および溶剤に
耐える材料で作製する必要がなくなり、製造コストが高
くならない。その上、液体２２の温度が高い場合、例え
ば、熱いコーヒーの液面高さを測定する場合にも、液面
計本体１６をその温度に耐える材料で作製する必要がな
くなる。

【００３９】そして、上記したようにアーム１３とフロ
ート１１とを石英ガラス等で作製することにより、耐液
性に優れ、食品工業の分野、半導体工業の分野で適切に
使用することができる液面計が得られる。この場合、ア
ーム１３とフロート１１とが取り外せるようになってい
るので、洗浄も容易である。

【００４０】また、本発明は上記の実施例に限らず本発
明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採り得ること
はもちろんである。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明液面計によ
れば、フロートと一体的に構成されたアームが非直線部
を有しているので、この非直線部を利用して、アームが
容器の縁を跨ぐことができるようになる。このため、ア
ームの他端に接続されるセンサを容器の外側に配置する
ことができるという効果が得られる。また、回転軸中心
の水平位置と液面の基準位置とが同一水平位置上にある
ように配置しているので、センサの出力のリニアリティ
を確保することができるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による液面計の使用状態を示
す一部断面図である。

【図２】図１例に示す液面計のうち、角度センサ等の構
成を示す一部断面側面図である。

【図３】図１例に示す液面計のうち、角度センサ等の構
成を示す一部断面正面図である。

【図４】角度センサを構成する可飽和コイルの構成を示
す正面図である。

【図５】図４に示した可飽和コイルに接続される検波回
路の回路図である。

【図６】図１例に示す液面計による液面高さと出力電圧
との関係の実測値を示す線図である。

【図７】従来の技術による液面計の使用状態を示す一部
断面図である。

【符号の説明】

１１ フロート １３ アーム １５ 角度センサ ２１ 容器 ２２ 液体 ２５ 非直線部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内に収容された液体の液面を検出す
   るフロートと、このフロートが一端に付けられ、他端を
   回転軸中心として回転するアームと、このアームの上記
   他端に接続され、このアームの回転に応じた信号を出力
   する上記容器の外側に配置されたセンサとを備える液面
   計において、上記アームが非直線部を有する形状にさ
   れ、この非直線部が上記容器の縁を跨ぐように配置さ
   れ、かつ、上記回転軸中心の水平位置と液面の基準位置
   とが同一水平位置上にあるように配置されたことを特徴
   とする液面計。