JPS631524B2

JPS631524B2 -

Info

Publication number: JPS631524B2
Application number: JP53062389A
Authority: JP
Inventors: Kankura Rarufu; Ketsuku Yuurugen
Original assignee: KERUNFUORUSHUNGUSUANRAAGE YUURITSUHI GmbH
Current assignee: KERUNFUORUSHUNGUSUANRAAGE YUURITSUHI GmbH
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1988-01-13
Also published as: NL7804852A; JPS53148473A; FR2392368A1; DK147606C; SE425699B; CH629301A5; DK147606B; SE7805955L; DK235478A; FR2392368B1; IT7823854A0; IT1095915B; US4188826A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、液体に浸し、この液体と導電接続
し、電気抵抗を形成する電極を用いて導電性液体
の液面を測定する装置に関する。

液体の液面を間接的に読み取る測定装置は、例
えば、高圧下又は近寄れない測定場所で液面を直
接測定できない時に必要となるもので、機械的、
音響的、光学的及び空圧的な方法以外に、電気的
な方法も知られている。この方法は、一個の抵抗
の容量、又は２個の抵抗の比率の変化に基ずく。
例えば、西独特許第842554号公報から、３本の内
２本が直列接続され、液体中に浸してある電極か
ら成る測定装置は公知である。この装置では、測
定値が直列接続された電極間の接触抵抗の比率に
よつて与えられる。しかしながら、この公知の測
定装置で検出した測定値には、検出する液体の液
面に関して著しい非直線性がある。事実、電極の
表面を特別な幾何的形状にして直線化しようとす
る試みがなされているが、このような処置は、ど
んな場合でも適用できるわけではない。西独特許
第2215950号公報から、西独特許第842554号公報
の装置で生じる測定値の非直線性を除去すること
を目的とする方法も知られている。しかしなが
ら、この公知の方法では、絶対測定から給電電圧
に無関係な比率測定が行われることに過ぎなく、
測定値の非直線性を完全には除去していない。

更に、西独特許第1798084号公報から、液体中
で直流電流が流れる抵抗体の電極に平行に狭い間
隔でこの液体中に浸した細長い電極に生じる流出
電流を測定する方法が知られている。しかしなが
ら、この装置の場合、上記抵抗体の電極に付随す
る流出電流が、電位センサとして働く浸漬電極を
部分的にしか流れなく、この公知の装置でも測定
値が液面に関し直線から外れる欠点がある。更
に、この公知の装置では、液体表面での流線の変
化及び容器の底部による分路から生じ、両電極の
間隔に対する長さの比率に依存する特性曲線の曲
がりを避けることが出来ない。加えて、この公知
の装置の場合、直流電流を使用しているので、電
極表面と液体との間の電位障壁に時間的に不安定
な未知の値がある。

液面を測定する他の装置が、西独特許第
1908921号公報から公知である。この装置では、
一方の電極が低抵抗の金属で、他方の電極が高抵
抗の金属から成る同軸状に配設された二つの電極
から成る。この装置の考えは、液体が短絡スライ
ド抵抗とて働くように一方の電極の抵抗を大きく
してある。しかし、この公知の装置では、液体に
浸した高抵抗電極の部分が湿潤して生じる不正確
さを実用上避け得ない欠点がある。

この発明の課題は、出来る限り単純な構造で測
定センサの浸漬深さ、液体の液面及び検出した測
定値間の関係が広範囲に直線的で、しかも複雑な
電極形状が不要な、巻頭に記載した様式の導電性
液体の液面測定装置を提供することにある。

上記の課題は、この発明により以下のように解
決されている。即ち、液体に対し電気絶縁された
二つの導体を介して電極を非接地交流電源に接続
し、この場合、電極、導体及び交流電源は、電流
回路を形成し、液面の目安値として使用される電
極の周囲の流出電流の領域外にある液体と電極外
の回路中の或る一個所の間の電位を測定する装置
を設置し、電極の抵抗及び交流電圧周波数は、一
方で電極の抵抗が、また他方で電極表面の、例え
ば気体又は酸化物の遮蔽物によつて生ずる絶縁分
離層の容量性リアクタンスが、電極と液体間の接
触抵抗に比べて小さくなるように設計してあるこ
とにある。

この発明の利点は、以下のことにある。即ち、
液体に浸した電極部分の中点の電位が、上記電極
部分を取り巻く流出電流の領域外の液体の電位に
一致することで、その理由は、充分に細い電極の
場合、流出電流が液体に浸した電極部分の中点に
対して完全に対称的に流出しているからである。
それ故、液体の電位−従つて、上記電極部分の中
点の電位−と電極外の電流回路中の一個所の電位
との間の電位差には、液体に浸した電極の長さに
対する直線依存性がある。この場合、液体の電位
に比べて上記の電位差をタツプで切り換えて均衡
をとる電流回路の一点は、例えば、交流電流源の
電源を使用しているのであれば、電源の端子であ
てもよい。実際には、この交流電流源は低容量の
変圧器の多段二次巻線から成り、この変圧器のと
ころで電位を切り換える。液体の電位を合わせ込
むには、容器の壁又は補助電極も利用できる。液
体が接地されている場合、大地が基準電位として
使用される。

電極上に場合によつて存在している分離層の容
量性リアクタンスが無視できる程度に小さく交流
の周波数を定めると、分離層が誘電的な短絡路と
して働き、従つて、測定値−直流電流を使用する
公知の方法と異なつて−に影響を与えない。上に
述べたことは、一般に交流電圧の周波数が約5k
Hzまでの場合である。

電位差の測定装置としては、交流電圧増幅器、
測定用整流器及び表示器又は同期整流器から成る
交流周波数に調整した表示増幅器を使用すること
ができ、前記同期整流器は、Ｖ字型の特性曲線を
公知の様式で連続特性曲線に変換する。この場
合、電位差を切り換えるため、調節可能な中間タ
ツプ付の抵抗を交流電源に並列に接続し、液面の
目安値として電位差に対し中間タツプを合わせた
ときの値だけ異なる電圧を検出すると有利であ
る。この処置により計器の目盛板の零点を移動さ
せることができる。

この発明による装置の他の有利な構成は、電位
差の自動零点平衡装置を設置し、中間タツプをサ
ーボモータで移動させ、その時の移動距離を電位
差、従つて、液面の目安値とする。これに対し
は、零点自体の平衡をとるブリツジ回路を利用す
ると有利である。

上記のように、この発明による装置では電極の
いろいろな実施形状を使用できる。電極と一緒に
液体内に浸した導体を絶縁材料の円管で囲み、こ
の円管に沿つて抵抗線の電極を導入すると有利で
ある。他の極めて有利な構成は、例えば導体の抵
抗値に対して高く、液体の抵抗値に対して低い抵
抗値の円管で電極を形成し、この円管の内部に一
つの導体として配設した金属線又は金属棒を円管
に対して電気絶縁して設置することにある。円管
の材料としては、例えばグラフアイト又は円管の
肉厚に合わせて、媒質に対して耐久性のある金属
を設けることができる。

更に、電極の特に有利な構成は、電極を液体用
流出口のある保護管で取り囲み、この保護管と電
極の間隔を、保護管が流出電流の領域外にあるよ
うに設計することができる。この場合、保護管は
導電性材料で形成できる。その外、この保護管は
電極の損傷を防止し、同時に液体の接地に利用さ
れる。

更に、この発明による装置を導電性の悪い液体
の液面測定に使用する場合、交流電圧源の一つの
極と、大地とに接続してある平衡用コンデンサ
（トリマコンデンサ）を設けると有利である。こ
の方法により、導電性の悪い液体でも良好な零点
鋭度が補償される。更に、液体の導電性に応じて
20ｍまで導体の許容長さを伸ばすことができる。
この場合、導体を２重シールド法で形成し、内部
シールドにブーストストラツプ電圧、即ち増幅器
から供給され、増幅器の入力電圧に相当する電圧
を印加する。電位用導体及び電流用導体は、抵抗
の遠隔測定でも使用されているように、分離して
構成される。これに反し、導電性の良好な液体で
は、電極の抵抗値を液体の抵抗値より低く保持す
るように注意すべきである。この方法で、電解質
の導電性が濃厚な酸から工業的な純水の導電性に
及ぶ範囲の液体に対して、この発明による装置を
導入することができる。

上記のよう、電極が充分細い場合、満足な直線
性が得られる。しかし、液体中に突出している電
極の端部に絶縁円板を設ける場合には、電極を太
くできる。この場合にも、上記の方法により、液
体表面に生じる幾何学的な歪みが対向する端部に
正確に対置する歪みで均らされ、流出電流の分布
形状が再び対称になる。

重なつている液体の分離層が、同時に下方の液
体の液面となつている混合液体の液面を測定する
場合、この発明による装置を導入することもでき
る。比較的狭い間隔で配設した多数の電極を同時
に作動させることは、電極を他の電極の流出電流
の領域外に置くだけで実施できる。

電極を上部から垂直の状態で液体に浸す代わり
に、電極を斜めの状態にして液体に浸すこともで
きる。また、電極を容器の底から液体中に導入す
ることもできる。

この発明の他の有利な構成は、電極を帯状に形
成することにある。液体を入れた容器が導電性材
料の場合、電極を金属製の帯にして容器の壁から
僅かに離して配設すると効果的である。しかし、
容器が非導電性材料の場合には、帯状に形成した
電極を容器の内壁に貼り付けてあるか、又は容器
の壁面に嵌め込むこともできる。

これ以外に、この発明による構成では、電極を
螺線状にも形成している。これにより、例えば、
長く延びた電線のように一様な金属断面の場合、
比較的高い抵抗が得られる。従つて、必要とする
測定電流は少ない。この場合、螺線状に形成した
線材、又はセラミツクス材の棒に巻き付けた線
材、又はセラツミクス材の担持体上に取り付けた
螺旋状の金属箔から成つていてもよい。

更に、この発明による有利な構成は、分離層を
電極上に設置し、この分離層を直流電流が通れな
い材料で形成することにある。この構成は、故意
に塗布した電気絶縁被膜が周波数の高い電流−約
1MHz以下−に対し誘電的な短絡路として働く。
従つて、被膜の容量性リアクタンスは、液体に浸
した絶縁導体の絶縁物の容量性リアクタンスに比
べて充分に小さいとき、測定値に何も影響を与え
ない。

この場合、分離層の材料は、熱硬化性又は熱可
塑性の合成樹脂であつて、例えば、ポリパーフロ
ロエチレンプロピレン、フエノールフオルムアル
デヒド、フラン、メラミンフオルムアルデヒド、
アニリンフオルムアルデヒド、ポリスチロール、
ポリモノクロルフロールエチレン、ポリテトラフ
ロールエチレン、ポリビニールビニリデンクロリ
ド、ポリビニールクロライド、ポリエチレン、ポ
リアミド及び天然物質の樹脂等である。しかし、
自明なことであるが、他の絶縁物質又は、例え
ば、セラミツクス材（Al₂O₃）、ガラス繊維
（SiO₂）及び分離層を作るエナメル材も使用でき
る。この場合、分離層の厚みは0.01〜１mmである
と有効である。しかし、一般に電気絶縁性分離層
の厚さの増加に伴つて表示増幅器の入力抵抗の上
昇及び／又は導体の容量の減少による表示回路の
内部抵抗の上昇を考慮にいれる必要がある。更
に、故意に塗布した分離層の電極を使用する場合
にも、液面表示の直線性を保証するためには、分
離層が一様な厚みであるように注意しなけらばな
らない。

模式図に基ずき、この発明による装置の実施例
の構造と動作を詳しく説明する。

第１図から明らかなように、液面測定装置は、
導体２を介して交流電流源３−交流電流発生器−
に接続する電極１から成る。この電極１は、導電
性材料の容器５にある液体４の中に浸してある。
液体４の領域内で導体が絶縁材の測定体６に導入
されている。容器の壁−従つて、液に浸した電極
の部分の中点Ｐの電位−と交流電流発生器３の一
つの端子間の電位差を測定するため、交流電圧増
幅器、測定用整流器及び表示器から成る測定装置
７が設置してある。第２図には、更に電位差を調
整するため、交流電流発生器３に並列接続した中
間タツプ付抵抗R_oが配設してあり、この中間タ
ツプは零点調整用に使用される。液面に対する目
安値として使用される電位は、第１図及び第２図
に示した回路の場合、表示装置によつて与えられ
る。

第３図に示したこの発明による装置の実施形状
−場合によつては、表示装置はなくてもよい−で
は、測定装置７の後にサーボモータ８が接続され
ていて、このモータを介してブリツジ抵抗R_oの
中間タツプが自動的に零点位置に調節される。従
つて、この抵抗R_oの中間タツプの調整位置が電
位差、つまり液面に対する目安値となる。

第４図に示す等価回路は、第１図の配置に相当
するものであるが、この等価回路では、電極１の
抵抗を分割抵抗R₁〜R₅分けてある。これ等の分
割抵抗の内R₁は、液体の上部にある電極１の一
部の抵抗である。一方、点Ｐの上部にあり、液体
に浸してある電極１の部分は、分割抵抗R₂とR₃
に、また点Ｐの下部にある電極１の部分は分割抵
抗R₄〜R₅に分解されている。流出電流の領域外
の液体中の一点Ｘにおけるこの液体に対する個々
の電極部分の接触抵抗を記号R_a〜R_eとする。抵
抗R₁〜R₅が、これ等の接触抵抗に比べ無視でき
る程小さい場合には、 U_ZP＝U_ZX＝ U_GR₄＋R₅＋R_r／R_h＋R₂＋R₃＋R₄＋R₅＋R_r となる。ここで、 U_Gは、交流電流発生器の端子に印加されてい
る電圧、 U_PXは、点ＰとＸ間の電圧、 U_ZXは、点ＺとＸ間の電圧、 U_ZPは、点ＺとＰ間の電圧。

流出電流が、対称的に配分している場合には、
例えば、長さに比べて無視できる程小さい直径の
細長い円筒状電極の場合、実用上、R_a＝R_e及び
R_b＝R_dであるので、R_cには電流が流れない。従
つて、U_PX＝０またはU_PZ＝U_ZXである。このこと
から、測定体７で測定された電圧は、液体に浸し
た深さに対し直線依存性を有している。第５図に
示した電極１の実施形状では、電極が単純な抵抗
線から成るもので、同時に導体２として使用さ
れ、そしてこの目的のため絶縁管６の中心に通し
てある。液体に導電接続する線材の部分は、電極
１として利用される。電極１を覆う補助保護管９
を備えた第５図による電極の実施形状は、第６図
に示してある。この場合、流出口１０を有する保
護管は結合体１１を介して絶縁管６に装着されて
いる。

第７図に示した電極１の実施形状の場合には、
電極は導電性の悪いグラフアイトの円管、又は薄
肉の特殊鋼、例えばオーステナイト・クロムニツ
ケル鋼の円管から成り、この円管に対し導体２の
金属棒が絶縁部１２でこの棒から離して配設して
ある。

第８図には、電極１の他の実施形状が示してあ
る。この構造は第７図に示した電極に大部分で一
致しているが、液体に突出している端部に、更に
絶縁円板１３が装着されている。この電極の実施
形状は、電極の長さに比べて比較的大きい直径の
ため、R_e＜R_aのとき、使用される。絶縁円板１
３によつて流出電流の対称状態が再び生じるの
で、この種の絶縁円板を使用する場合には、比較
的太い電極でも使用できる。

第１０図に示した電極１は、帯状に形成されて
いて、容器５の壁に平行に、しかもこの容器に対
して狭い間隔で装着されている。この壁が導電性
材料から成る場合、電極は絶縁され、壁を通して
導入される。

第１１図に示した電極は、螺旋状に形成されて
いる。このような電極は、例えば先ず金属箔をセ
ラミツクス材の棒に取り付け、次いでこの金属箔
の一部を螺旋状にフライス加工して作製される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電位差測定装置を備えた電極の配置
図、第２図は、零点調節用ブリツジ回路を有する
第１図に従う配置図、第３図は、自動零点平衡部
を有する電位差測定装置を備えた第１図に従う配
置図、第４図は、第１図による電極、導体及び交
流電流源から成る電流回路の等価回路図、第５図
は、電極の簡単な実施形状の断面図、第６図は、
保護管を有する第５図による電極実施形状の断面
図、第７図は、電極の他の実施形状の断面図、第
８図は、絶縁円板を有する電極の実施形状の断面
図、第９図は、絶縁円板を有する電極形状の断面
図、第１０図は、帯状電極の実施形状とその配置
図、第１１図は、螺旋状電極の実施形状の断面図
である。図中引用記号：１……電極、２……導体、３…
…交流電流源、７……電位差測定装置。

Claims

【特許請求の範囲】１導電性液体中に浸し、この液体と導電接続
し、電気抵抗を形成する電極を有する液面測定装
置において、電極１が上記液体から電気絶縁され
た二本の導体２を経由して非接地交流電源３に接
続されていて、電極、導体及び交流電源が電気回
路を形成し、電極１の周囲の流出電流外の領域に
ある液体と電極１外の回路中の一個所との間の、
液面の目安値として使用される電位差を測定する
装置７が配設してあり、一方で電極の抵抗が、ま
た他方で電極表面の、例えば気体又は酸化物の遮
蔽物によつて生ずる、絶縁分離層の容量性リアク
タンスが、電極と液面間の接触抵抗に比べて小さ
くなるように電極１の抵抗と交流電圧周波数を設
定してあることを特徴とする測定装置。２電位差を合わせるため、交流電源に平行に接
続された抵抗R_Nは、調節可能な中間タツプを有
し、液面に対する目安値として、上記中間タツプ
を調節して定まる値だけ電位差を区別する電圧が
検出されることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の測定装置。３電位差の自動零点平衡用の装置が設置してあ
り、中間タツプがサーボモータ８で調節され、そ
の移動距離が電位差、従つて、液面の目安値であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
測定装置。４電極１と共に液体に浸した導体２が絶縁材料
の円管６で取り巻かれていて、この円管に沿つて
抵抗線の電極が導入されていることを特徴とする
特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載
の測定装置。５電極１が導体２の抵抗に比べて比較的高い抵
抗値、しかも液体の抵抗値に比べて比較的低い抵
抗値を有する円管から成り、この円管内に導体２
の一つとして設けられている金属線、又は金属棒
が円管に対して絶縁して配設してあることを特徴
とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項
に記載の測定装置。６電極１が液体用の流出口１０を有する保護管
９によつて取り巻かれていて、この保護管が流出
電流の領域外にあるように、保護管と電極１の間
隔が設定されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１〜６項のいずれか１項に記載の測定装
置。７保護管９が、導電性材料から成ることを特徴
とする特許請求の範囲第６項記載の測定装置。８保護管９が、接地されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第７項記載の測定装置。９交流電圧電源３の一つの極と、大地とに接続
してある平衡用コンデンサが設置してあることを
特徴とする特許請求の範囲第１〜８項のいずれか
１項に記載の測定装置。１０液体に突出している電極１の端部に絶縁円
板１３が設置されていることを特徴とする特許請
求の範囲第１〜９項のいずれか１項に記載の測定
装置。１１電極１が、帯状に形成されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１〜４項のいずれか１
項に記載の測定装置。１２電極１が、螺旋状に形成されていることを
特徴とする特許請求の範囲第１〜４項のいずれか
１項に記載の測定装置。１３分離層１４が、電極１上に取り付けられ、
直流電流が流れない材料から成ることを特徴とす
る特許請求の範囲第１〜１２項のいずれか１項に
記載の測定装置。１４分離層１４の材料が、熱硬化性又は熱可塑
性合成樹脂であることを特徴とする特許請求の範
囲第１３項記載の測定装置。１５分離層１４の材料が、Al₂O₃のようなセラ
ツミクスであることを特徴とする特許請求の範囲
第１３項記載の測定装置。１６分離層１４の材料が、SiO₂のようなガラ
ス繊維であることを特徴とする特許請求の範囲第
１３項記載の測定装置。１７分離層１４の材料が、エナメルであること
を特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の測定
装置。１８分離層の厚さが、0.01〜１mmであることを
特徴とする特許請求の範囲第１３〜１７項のいず
れか１項に記載の測定装置。