JPH0833319B2

JPH0833319B2 - 液面検知装置

Info

Publication number: JPH0833319B2
Application number: JP21169487A
Authority: JP
Inventors: 正博小林; 昇小林; 潤治松島
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1987-08-26
Filing date: 1987-08-26
Publication date: 1996-03-29
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPS6454314A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、温度検知素子の抵抗変化を利用して液面を
検知する液面検知装置に係り、特に液面検知精度の向上
対策に関する。

（従来の技術）従来より、液面位置を検知する液面検知位置として、
例えば特開昭60−194319号公報に開示される如く、温度
検知素子としてのサーミスタと、サーミスタの電気抵抗
値を測定する測定手段とを備え、サーミスタの電気抵抗
値が温度により変化することを利用して、温度検知素子
の抵抗値の大小に基づいて温度検知素子が液体中にある
のか、それとも気体中にあるのかを検知しようとする液
面検知装置が知られている。

また、このような液面検知装置の応用として、例えば
特開昭60−14125号公報に開示される如く、温度検知素
子と、一定の幅を有するパルス電圧の印加により温度検
知素子を加熱する加熱手段とを備え、該加熱手段による
温度検知素子に対する加熱開始時の温度検知素子温度と
加熱終了時の温度検知素子温度との温度偏差を測定し
て、該温度偏差と予め定まる気液判定のための境界値と
を比較することにより、温度検知素子に対する液面の位
置を検知しようとするものがある。

（発明が解決しようとする課題）ところで、温度検知素子の抵抗値の温度依存性を液面
検知に利用する場合、温度検知素子が設置された環境自
体の温度によって温度検知素子温度が変化するので、上
記前者の公報によるものでは、使用し得る環境温度の範
囲に一定の制限があるという問題がある。

一方、上記後者の公報によるものでは、温度検知素子
の周囲の環境つまり液体中にあるか気体中にあるかによ
って、温度検知素子の熱放射量が異なることを利用し
て、一定のパルス電圧を印加したときに、時間に対する
温度検知素子温度の変化を測定しようとするものであ
り、この場合には周囲温度の絶対値の差にそれほど依存
することがないので、広い環境温度の範囲に亘って使用
できるものである。

しかしながら、温度検知素子自体の特性、加熱のため
の印加電圧、周囲の温度等の条件によって温度検知素子
の発熱量が変化するので、上記温度検知素子の温度偏差
もそれに伴い変化する。例えば、一定期間の開始時およ
び終了時における温度偏差が気体中と液体中とで異なる
ことを利用する場合、通常、第９図に示すように、液面
位置を判断するための閾値として標準条件における気体
中の温度偏差（図中−１）と液体中の温度偏差（図中
−２）との中間値ΔC_Dを設定して、検知される温度偏
差と比較するようにしている。しかし、例えば印加電圧
が標準条件よりも大きいとき等には、温度検知素子の発
熱量が増大し、一方、印加電圧が標準条件よりも小さい
ときには、温度検知素子の発熱量が減少する。そして、
発熱量が標準条件よりも大きく増大した場合には、温度
変化の特性曲線が標準条件のときよりも大きく上方に移
動して（図中曲線−１および−２）、気液いずれの
雰囲気における温度偏差も閾値ΔC_Dより高くなる。一
方、発熱量が標準条件よりも大きく減少した場合には、
温度変化の特性曲線が標準条件のときよりも大きく下方
に移動して（図中曲線−１および−２）、気液いず
れの雰囲気における温度偏差も閾値より低くなって、液
面位置を誤検知してしまう。

また、周囲液体の流れの差によっても同様のずれが生
じることがある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、装置の構成要素の特性のバラツキによる発熱量
等の変化が液面位置の判定に悪影響を及ぼすのを抑制し
て、液面検知装置の精度の向上を図ることにある。

（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、温度変化特性が
同じ形状を有する２つの条件下で測定した温度検知素子
の温度偏差を比較することにより、装置構成要素の特性
の差等による誤差を解消することにある。

具体的には、本発明の解決手段は、第１図に示すよう
に、電気抵抗値が温度に対して変化する特性を有する、
例えば自己の発熱により加熱される自己発熱型の温度検
知素子（４）と、一定の加熱量による加熱サイクルと非
加熱サイクルとからなる断続的サイクルで上記温度検知
素子（４）を加熱する加熱手段（20）とを設ける。

そして、上記断続的サイクルのうちの加熱サイクル又
は非加熱サイクルのいずれか一方のサイクルに属する２
つの期間について各期間の開始時および終了時に上記温
度検知素子（４）により検出される温度の偏差をそれぞ
れ演算する第１演算手段（21）と、該第１演算手段（2
1）で演算された２つの期間の温度偏差の比を演算する
第２演算手段（22）と、温度検知素子（４）が液中にあ
る時と空気中にある時の上記温度偏差の比から定まる液
面位置判断のための閾値を予め記憶する記憶手段（16）
と、該記憶手段（16）に記憶された温度偏差の比の閾値
と上記第２演算手段（22）で演算された温度偏差の比と
を比較して、液面位置が温度検知素子（４）の上下いず
れにあるかを判定する判定手段（17）とを設ける構成と
したものである。

（作用）以上の構成により、本発明では、加熱手段（20）によ
り温度検知素子（４）が断続的に加熱されて、加熱サイ
クルの開始とともに、自己発熱作用により加熱開始（時
刻T₀）直後は加熱量に対して自己の熱容量に応じた急激
な温度上昇を生じ、その後は周囲の液体又は気体からの
冷却による影響を受けて、その温度上昇速度を徐々に鈍
らせる。次に、加熱サイクルが終了して非加熱サイクル
が開始すると（時刻T₂）、それまでの加熱量に応じた上
昇温度値からいったん自己の熱容量に応じた急激な温度
下降を生じ、その後周囲からの冷却による影響を受けて
徐々に冷却されて、次の加熱サイクルが開始されるとき
（時刻T₄）には、ほぼ最初の温度と同じ値に戻るという
基本的な温度変化のサイクルを示す。

そして、例えば加熱手段（20）による加熱開始時刻T₀
から所定時間経過後の時刻T₁までの期間P₁と、加熱開始
時T₀から加熱終了時T₂までの期間P₂とにおいて、第１演
算手段（21）により、温度検知素子（４）の各期間P₁,P
₂の開始時および終了時の間の温度偏差ΔC₁,ΔC₂が演算
される。次に、第２演算手段（22）により、上記各温度
偏差ΔC₁,ΔC₂の比Ｒ（Ｒ＝ΔC₁/ΔC₂）が演算される。
さらに、判定手段（17）により、該温度偏差の比Ｒと上
記記憶手段（16）に予め記憶された気液判定のための境
界値R_Dとの比較が行われ、液面位置が温度検知素子
（４）よりも上下いずれにあるかが判定される。

そのとき、断続的サイクルのうち例えば加熱サイクル
中の２つの期間P₁,P₂における温度偏差ΔC₁,ΔC₂を比較
しているので、その比Ｒは装置を構成する各要素の特性
のバラツキ如何に拘らず、基本的な温度特性は変らな
い。例えば、気体中と液体中とにおける温度変化特性曲
線の基本的な形状はほぼ同じである。したがって、例え
ば変化してから一定の温度に達するまでの時間つまり時
定数の気液中での差により支配されることになる。すな
わち、上記第２演算手段（22）により演算される温度偏
差の比Ｒは発熱量の変化にほとんど影響を受けず、よっ
て、液面検知精度が向上することになる。

（実施例）以下、本発明の実施例について、第２図以下の図面に
基づき説明する。

第２図は本発明の実施例に係る液面検知装置の全体構
成を示し、（１）は液面センサーであって、該液面セン
サー（１）はステンレス製の円筒状ケーシング（1a）
と、鍔状に拡がったフランジ部（1b）とを有している。
（２）は上記液面センサー（１）の周囲を囲って保持す
るための風防キャップであって、該風防キャップ（２）
は、上記液面センサー（１）の鍔部（1b）の外径にほぼ
等しい内径を有する円筒状の筒本体（2a）と、該筒本体
（2a）の略上半分に突設された平板状の取付部（2b）と
で構成され、液面センサー（１）への液体又は空気の流
れを遮断して、それらの変動による測定温度のバラツキ
が抑制されるようになされている。

また、上記液面センサー（１）のケーシング（1a）先
端の内部は、第３図に拡大詳示するように、電気抵抗値
が温度により変化する特性を有する温度検知素子として
の半導体製の自己発熱形サーミスタ（４）と、該サーミ
スタ（４）を内部に固めてなるガラスビーズ（５）と、
該ガラスビース（５）全体をケーシング（1a）底部に固
定するエポキシ樹脂またはシリコン樹脂製の接着部
（７）とで構成されている。上記サーミスタ（４）の２
つの端子にはそれぞれリード線（８），（８）が接続さ
れていて、該２本のリード線（８），（８）は上方に延
びケーシング（1a）の上部から上記風防キャップ（２）
上面を通って装置本体側に接続され、装置本体からサー
ミスタ（４）への電圧印加およびサーミスタ（４）の温
度を検知する電流信号の伝達可能になされている。

なお、第２図において、（2c）は風防キャップ（２）
の取付部（2b）に設けられた取付け穴、（2d）は筒本体
（2a）の上部に設けられたドレン口、（2e）は空気抜き
口、（９）は上記液面センサー（１）の鍔部（1b）をそ
の上下で風防キャップ（２）に固定するための樹脂接着
部である。

次に、第４図は装置本体の概略構成を示し、（10）は
装置全体に一定電圧の電源を供給する定電圧電源装置、
（12）は内蔵するタイマーの出力に応じて同期時間信号
を出力するタイマー回路、（11）は該タイマー回路（1
2）の同期時間信号に応じて、定電圧電源装置（10）か
らの定電圧を所定の幅をもったパルス信号として出力す
るスイッチング回路であって、上記定電圧電源（10）、
タイマー回路（12）、スイッチング回路（11）およびサ
ーミスタ（４）自身により、一定の加熱量による加熱サ
イクルと非加熱サイクルとからなる断続的サイクルでサ
ーミスタ（温度検知素子）（４）を加熱する加熱手段
（20）が構成されている。

次に、（13）はサーミスタ（４）からのアナログ電流
信号を受けて、ディジタル信号に変換するA/D変換器、
（14）は該A/D変換器（13）の信号を受け、上記タイマ
ー回路（12）からの同期時間信号に応じて、所定時刻ご
とのサーミスタ温度の演算処理を行うCPU、（15）は該C
PU（14）の演算に応じた中間データ等を記憶するRAMで
ある。上記CPU（14）は、加熱サイクルにおいて加熱開
始時刻T₀から所定時間経過後の時刻T₁までの期間P₁にお
ける各時刻T₀（開始時刻）,T₁（終了時刻）間のサーミ
スタ温度の温度偏差ΔC₁と、加熱開始時刻T₀から加熱終
了時刻T₂までの期間P₂における各時刻T₀,T₂間のサーミ
スタ温度の温度偏差ΔC₂と、該２つの温度偏差ΔC₁,ΔC
₂の比Ｒ（Ｒ＝ΔC₁/ΔC₂）とを演算するようになされて
いる。すなわち、上記CPU（14）により、上記加熱手段
（20）による断続的サイクルのうちの加熱サイクル又は
非加熱サイクルのいずれか一方のサイクルに属する２つ
の期間P₁,P₂について各期間P₁,P₂の開始時と終了時とに
サーミスタ（温度検知素子）（４）により検知される温
度の偏差ΔC₁,ΔC₂をそれぞれ演算する第１演算手段（2
1）と、該第１演算手段（21）で演算された２つの期間P
₁,P₂の温度偏差ΔC₁,ΔC₂の比Ｒを演算する第２演算手
段（22）とが構成されている。

また、（16）は液面位置の判断に必要な基本データ等
を記憶する記憶手段としてのROMであって、該ROM（16）
には、第５図に示すような、期間P₁の長さに対する２つ
の期間P₁,P₂の温度偏差の比Ｒの変化特性に基づいて、
上記各期間P₁,P₂の温度偏差ΔC₁,ΔC₂の空気中での比R_A
（図中実線部分）と液中での比R_L（図中破線部分）との
差から求められる，サーミスタ（４）が気液いずれの中
にあるか、つまり液面位置を判断するための閾値R_Dが予
め基本的なデータとして記憶されている。

さらに、（17）は上記ROM（16）に記憶された閾値R_D
と上記CPU（14）で演算された温度偏差の比Ｒとを比較
して、液面位置がサーミスタ（４）よりも上下いずれに
あるかを判定する判定手段としての比較器である。

すなわち、上記スイッチング回路（11）から第６図の
下図に示すような矩形のパルス信号がサーミスタ（４）
に出力され、加熱サイクルが開始すると（時刻T₀）、第
６図の上図に示すように、サーミスタ（４）は自己発熱
作用により加熱開始（時刻T₀）直後は加熱量に対して自
己の熱容量に応じた急激な温度上昇を生じ、その後は周
囲の液体又は気体からの冷却による影響を受けて、その
温度上昇速度を徐々に鈍らせる。次に、加熱サイクルが
終了して非加熱サイクルが開始すると（時刻T₂）、それ
までの加熱量に応じた上昇温度値からいったん自己の熱
容量に応じた急激な温度下降を生じ、その後周囲からの
冷却による影響を受けて徐々に冷却されて、次の電圧の
印加が開始されるとき（時刻T₄）には、ほぼ最初の温度
と同じ値に戻るという基本的な温度変化のサイクルを繰
り返す。そして、該サーミスタ（４）の温度変化信号は
上記A/D変換器（13）によりディジタル信号に変換さ
れ、CPU（14）により、タイマー回路（12）からの同期
時間信号に基づいて、上記加熱手段（20）によるパルス
電圧の印加開始時の初期時刻T₀におけるサーミスタ温度
C₀が取込まれていったんRAM（15）に記憶された後、上
記初期時刻T₀から所定時間（期間P₁）経過後の時刻T₁に
おけるサーミスタ温度C₁が取込まれ、両時刻T₀,T₁にお
けるサーミスタ温度C₀,C₁間の温度偏差ΔC₁（＝C₁−
C₀）が演算される。同様に、期間P₂の時刻T₀および時刻
T₂におけるサーミスタ温度の温度偏差ΔC₂が演算され、
さらに、これら２つの期間P₁,P₂の温度偏差ΔC₁,ΔC₂の
比Ｒが演算される。次に、比較器（17）により、該温度
偏差の比Ｒと上記ROM（16）に予め記憶された液面位置
の判断基準である閾値R_Dとの比較が行われ、Ｒ＜R_Dであ
れば気体中つまり液面がサーミスタ（４）よりも下方に
あると判断される一方、Ｒ＞R_Dであれば、液体中つまり
液面がサーミスタ（４）よりも上方にあると判断され
る。すなわち、液面の位置が検知されることになる。そ
して、上記比較器（17）の出力に応じて、液を補充又は
排出するポンプ（図示せず）等が作動又は停止して、液
面が下方にあるときには増加する方向に、液面が上方に
あるときには減少する方向に液供給量が制御され、液面
が適正な位置に保持されるようになされている。

したがって、上記実施例では、上記加熱手段（20）の
パルス状印加電圧に対して、サーミスタ（４）の温度
は、第７図に示すように、気体中では図中実線のごと
く、液体中では図中破線のごとく変化し、その特性曲線
の形状には気体と液体との冷却能の差による明確な相違
がある。つまり、同じ加熱量を与えても、気体中と液体
中とでは、その冷却能の違いから、一定の温度に上昇す
るまでの時間つまり時定数に差があり、気体中ではすぐ
に温度上昇するが液体中ではかなり長い時間を必要とす
る。したがって、加熱開始時刻T₀と加熱終了時刻T₂との
間のサーミスタ温度の偏差は、液体中では図中ΔC_Lと小
さいのに対して、空気中では図中ΔC_Aと大きく、それら
２つの値には明確な差がある。

一方、サーミスタ（４）の発熱量が変っても、第６図
に示す温度変化の特性曲線の基本的な変化特性はほとん
ど変わらない。すなわち、期間P₂に対して期間P₁の時間
を変化させた場合の温度偏差比Ｒは、第５図に示すよう
に、サーミスタ（４）が気液いずれの中にあってもサー
ミスタ（４）の発熱量の違いに依存せず、主として時定
数に依存することになる。つまり、時間に対してほぼ同
じ形状の変化特性を示すので、構成要素のバラツキによ
ってサーミスタ（４）の発熱量が変化しても、温度偏差
比Ｒはそれほど変化せず、気液双方の中における温度偏
差比R_AおよびR_Lがそれぞれ閾値R_Dの上下に位置すること
になる。したがって、従来のもののように閾値を越えた
温度変化による液面位置の誤検知を生ずる虞れがほとん
どなく、液面位置の誤検知が有効に防止され、よって、
液面検知精度が向上する。

なお、本発明の液面検知装置の構成は上記実施例に限
定されるものではない。但し、空気中の風の強度変化、
液体の流れの変化等のランダムな温度変動の原因は無い
ほうが望ましい。斯かる点から、上記実施例のような風
防キャップ（２）は精度向上を図る上で著効を発揮する
ものである。

また、上記実施例では、サーミスタ温度の偏差を検知
する期間として、加熱開始時刻T₀から一定時間経過後の
時刻T₁までの期間P₁と、加熱開始時刻T₀から加熱終了時
刻T₂までの期間P₂とを設定したが、その場合、時刻T₁は
第５図における気液両特性曲線における比Ｒの差が最も
大きい部位（例えば図中の時刻T₁）に設定することが望
ましい。

さらに、本発明は、上記実施例に限定されるものでは
なく、例えば、第６図の非加熱サイクル中において、加
熱終了時刻T₂から一定時間経過後の時刻T₃までの期間P₃
における各時刻T₂,T₃間の温度偏差ΔC₃と、加熱終了時
刻T₂から次の加熱サイクルに入る直前の時刻T₄までの期
間P₄における各時刻T₂,T₄間の温度偏差ΔC₄との比Ｒ′
を演算して、その比Ｒ″に相当する閾値R_D′と比較する
ようにしてもよい。この場合にも、構成要素の特性のバ
ラツキによりサーミスタ（４）の発熱量が変化しても、
温度変化特性の基本的な形状はほとんど変化しないから
である。

また、第８図に示すように、例えば次の加熱サイクル
の加熱開始後（時刻T₀′）一定時間経過した時刻T₁′か
ら加熱終了時刻T₂′までの期間P₅における温度偏差ΔC₅
と、上記前の加熱サイクルの期間P₂における温度偏差Δ
C₂との比Ｒ″の値から判断するようにしてもよい。その
場合には、例えば次の加熱サイクルの加熱開始時刻T₀′
にサーミスタ（４）の位置が気体中から液体中に変化し
たとき等、液面の位置が気液間に変化するサイクルの変
わり目において、上記気液間の時定数の違いだけでな
く、気液間のサーミスタ（４）からの熱放散の違いも比
Ｒ″に寄与することになって、温度検知精度がさらに向
上するという著効を得ることができる。

すなわち、温度偏差を比較する２つの期間が加熱サイ
クル又は非加熱サイクルのいずれか一方のサイクルであ
れば、その温度変化特性が基本的に同じであるため、構
成要素の特性のバラツキによる温度検知素子の発熱量の
変化に拘らず、液面検知を行うことができるのである。

さらに、本発明に使用される温度検知素子は、上記実
施例のような自己発熱型サーミスタ（４）に限定される
ものではなく、自己発熱型のダイオード、白金等の金属
抵抗体のほか、加熱手段（20）を別途設けたいわゆる傍
熱型サーミスタを使用することができるのはいうまでも
ない。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の液面検知装置によれ
ば、温度検知素子を加熱サイクルと非加熱サイクルとで
断続的に加熱するとともに、加熱サイクル又は非加熱サ
イクルのいずれか一方のサイクル中の２つの期間の開始
時と終了時における温度を検出して、それらの温度偏差
の比と気液判定のための閾値とを比較することにより液
面を検知するようにしたので、装置の構成要素の特性の
バラツキによる発熱量等の変化が液面位置の判定に悪影
響を及ぼすのを有効に防止して、液面検知精度の向上を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。第２図
ないし第８図は本発明の実施例を示し、第２図は液面セ
ンサーの構成を示す縦断面図、第３図はサーミスタの取
付状態を示す拡大縦断面図、第４図は液面検知装置の制
御装置の回路構成図、第５図は単一のサイクル中の２つ
の期間における期間前後の温度偏差の比の変化特性図、
第６図はサーミスタに印加されるパルス電圧の特性およ
びそれに対応するサーミスタ温度変化の特性を示す図、
第７図は気体中および液体中の温度変化の特性比較図、
第８図は２つの加熱サイクルに跨った各期間の温度変化
特性図である。第９図は従来のものによる発熱量変化時
の温度偏差と閾値との関係を示す図である。（４）……サーミスタ（温度検知素子）、（14）……CP
U、（16）……ROM（記憶手段）、（17）……比較器（判
定手段）、（20）……加熱手段、（21）……第１演算手
段、（22）……第２演算手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気抵抗値が温度に対して変化する特性を
有する温度検知素子（４）と、一定の加熱量による加熱
サイクルと非加熱サイクルとからなる断続的サイクルで
上記温度検知素子（４）を加熱する加熱手段（20）とを
備えるとともに、上記断続的サイクルのうちの加熱サイ
クル又は非加熱サイクルのいずれか一方のサイクルに属
する２つの期間について各期間の開始時および終了時に
上記温度検知素子（４）により検出される温度の偏差を
それぞれ演算する第１演算手段（21）と、該第１演算手
段（21）で演算された２つの期間の温度偏差の比を演算
する第２演算手段（22）と、温度検知素子（４）が液中
にある時と空気中にある時との上記温度偏差の比の差か
ら定まる液面位置判断のための閾値を予め記憶する記憶
手段（16）と、該記憶手段（16）に記憶された温度偏差
の比の閾値と上記第２演算手段（22）で演算された温度
偏差の比とを比較して、液面位置が温度検知素子（４）
の上下いずれにあるかを判定する判定手段（17）とを備
えたことを特徴とする液面検知装置。
【請求項２】温度検知素子（４）は自己の発熱によって
加熱されるものである特許請求の範囲第（１）項記載の
液面検知装置。