(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温液体容器内に測温抵抗型センサを設置し、同センサにシグナルコンディショナから所定の電流を供給し、同センサが液中またはガス中にある時の抵抗変化を電圧変化として検出し、前記低温液体容器内の液又はガス状態を判定し、液面を検出する液面検出器において、前記シグナルコンディショナは、ガス状態から液状態を判定する場合は小電流を前記測温抵抗型センサへ供給し、液状態からガス状態を判定する場合は大電流を前記測温抵抗型センサへ供給することを特徴とする高応答液面検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロケットのＬＯＸタンク及びＬＨ２  タンク内でＬＯＸ／ＬＨ２  の液位を把握するために装着される測温抵抗型液面検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測温抵抗型の液面検出器を図３に示すが、（ａ）はセンサ部の平面図、（ｂ）はその側面図である。測温抵抗型の液面センサは、図示のようにセンシングエレメント１０をＦＥＰのスリーブ１１でモールド成形してセンサ部を構成し、センシングエレメント１０は図示省略の測定部へ接続されている。このセンサ部は、容器内、例えば低温液体タンク内に装着され、計測部のシグナルコンディショナから規定の電流を流し、ガス中ではセンサ部の抵抗が上昇し、液中では下がる。その変化を電圧値で検出して所定の値と比較し、ガス／液を判定し、液面を検出するものである。
【０００３】
上記の液面検出器は、液→ガスの判定時、流体の種類にもよるが、１００〜２００ｍＡの比較的大きい電流をシグナルコンディショナがセンサ部へ供給し、ガス中のセンサの抵抗の上昇を急激に変化させて（応答時間を小さくする）ガス判定値（電圧）以上でガスを判別する。
【０００４】
同様にガス→液についても、液中で抵抗が下がり、液判定値（電圧）以下で液を判別する。しかしながら、従来の測温抵抗型液面検出器は、ガス中での供給電流が大きいため、ガス→液侵入時のセンサ表面温度が高く、センサ抵抗値がなかなか下がらず、ガス→液の応答時間が長いが、場合によっては、応答時間のファクタは無視して使用されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の測温抵抗型液面検出器のシグナルコンディショナからの供給電流パターンを図４に示すが、（ａ），（ｂ）いずれのパターンもガス中での抵抗変化を早くするためにガス中での電流を大きくし、そのため、液侵入時にセンサ部表面温度が高くなる。従って、液中でセンサ抵抗がなかなか下がらず、センサが液中の状態を検出するまでの応答時間が非常に長くなり、安定しない。
【０００６】
本発明は上記の課題に対し、センサが、ガスから液へ侵入時にセンサ表面温度を下げて、ガス→液の変化の応答性を向上させるようにした高応答液面検出器を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、低温液体容器内に測温抵抗型センサを設置し、同センサにシグナルコンディショナから所定の電流を供給し、同センサが液中またはガス中にある時の抵抗変化を電圧変化として検出し、前記低温液体容器内の液又はガス状態を判定し、液面を検出する液面検出器において、前記シグナルコンディショナは、ガス状態から液状態を判定する場合は小電流を前記測温抵抗型センサへ供給し、液状態からガス状態を判定する場合は大電流を前記測温抵抗型センサへ供給することを特徴とする高応答液面検出器を提供する。
【０００８】
本発明の高応答液面検出器では、ガス→液の状態を判定する場合には、液侵入時のセンサ表面の発熱量を抑えるため、シグナルコンディショナから小電流、例えば２０〜３０ｍＡの電流を供給し、センサの抵抗は変化して下がってゆき、所定の抵抗値（電圧値）で液判定を行う。また、液→ガスの状態を判定する場合には、従来技術と同様にセンサ表面の発熱量を大きくするため、シグナルコンディショナから大電流、例えば１００〜２００ｍＡの電流を供給し、センサの抵抗は上昇してゆき、所定の抵抗値（電圧値）でガス判定を行う。
【０００９】
上記のように、シグナルコンディショナは、２つの電流パターンを切換える方式として、液→ガスの判定時は従来通りの大電流とし、ガス→液の判定時には小電流とするので液侵入時の発熱が抑えられ、応答性が向上する。また、２つの電流パターンを独立に結合することから、各種低温流体（種々の液温）に適用可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。本発明の高応答液面検出器の基本構成は、従来の技術で図３により説明したように、シグナルコンディショナからセンシングエレメント１０へ電流を供給し、センシングエレメント１０の抵抗値が液中とガス中とでは変化するため、センシングエレメント１０両端の電圧をモニタすることで液／ガスを判定するものであり、これにより液位をコントロールすることが可能である。
【００１１】
本発明は、上記に説明の構成は従来と同じであるが、以下に説明する実施の形態のようにシグナルコンディショナによりセンサ部へ供給する電流パターンに特徴を有し、これにより液面検出の応答性を良くするものである。
【００１２】
図１は本発明の実施の一形態に係る高応答液面検出器の電流パターンの図である。液面検出器のセンサ部は、従来の技術で説明したように図３に示す構造であり、測温抵抗型のセンシングエレメント１０をＦＥＰのスリーブ１１でモールド成形したものである。センサ部の抵抗値は、使用される各種の低温液体により異るが、本実施の形態での試作供試体では次の抵抗値とした。
【００１３】
ＬＯＸ／ＬＨ２  系では、１５０〜２００Ω；ＬＨ２  ／ＬＨｅ  系では、６００〜１０００Ωである。
【００１４】
センサ部は低温液体の容器内に設置され、図３では図示省略の計測部へ接続されているが、計測部のシグナルコンディショナからセンサ部へ電流が供給され、センサ部が液中かガス中かにより抵抗が変化し、その時の抵抗値でガス判定、液判定の信号を検出する。シグナルコンディショナは液→ガス判定時には大電流を流し、ガス判定信号を検出すると同時に、大電流から小電流に切換えができ、又、小電流の状態で、所定の抵抗値でガス→液判定信号を検出すると同時に、小電流から大電流に切換えが可能となっている。
【００１５】
図１に基づいて、上記のシグナルコンディショナの電流パターンについて説明する。まず、ガス→液の状態を判定する場合は、液侵入時のセンサ表面の発熱量を抑えるため２０〜３０ｍＡの小電流１をシグナルコンディショナより供給し、所定の抵抗値で液判定３を行う。
【００１６】
次に、液→ガスの状態を判定する場合には、従来技術と同様にセンサ表面の発熱量を大きくするため、１００〜２００ｍＡの大電流２をシグナルコンディショナより供給し、所定の抵抗値でガス判定４を行う。
【００１７】
上記のように、本実施の形態においては、測温抵抗型センサ部とシグナルコンディショナの構成により、液→ガスの判定は従来通りの大電流とし、ガス→液の判定は小電流として、センサ部の液侵入時の発熱が抑えられるので応答性が向上し、又、この２つの電流パターンを独立に結合することから、各種低温流体（種々の液温）に適用可能となる。
【００１８】
上記の実施の形態においては、低温液体をＬＯＸ／ＬＨ２  系及びＬＨ２  ／ＬＨｅ  系の例で説明したが、本発明の高応答液面検出器は、宇宙機器推進薬計測用の液・ガスセンサ、プラント用低温液体（例えば、ＬＨ２  ）の容器内又は配管内の液位モニタ用センサ、宇宙機器やプラント等で低温液体を充填し、排液する際の液面検出センサとして適用できるものである。
【００１９】
図２は本発明の高応答液面センサの確認試験を行ったシグナルコンディショナでの電流パターンを示し、符号Ａでガス判定、符号Ｂで液判定をそれぞれ行う電流パターンである。本試験では、センサ抵抗が１５０Ωの測温抵抗型センサと、電流が２０〜１２０ｍＡの範囲で変化するシグナルコンディショナを試作し、ＬＯＸ／ＧＯＸ中（液面速度、１ｍｍ／ｓｅｃ）  で、上記の電流パターンで確認試験を実施した。
【００２０】
その結果、図４（ｂ）に示す従来の電流パターン（ｂ）を有すシグナルコンディショナを使用した場合のガス→液の応答速度が約７秒であるのに対し、図２に示す電流パターンを有する試作のシグナルコンディショナを使用した場合は、約０．５秒となり、本発明の有効性が確認された。
【００２１】
【発明の効果】
以上、具体的に説明したように、本発明は、低温液体容器内に測温抵抗型センサを設置し、同センサにシグナルコンディショナから所定の電流を供給し、同センサが液中またはガス中にある時の抵抗変化を電圧変化として検出し、前記低温液体容器内の液又はガス状態を判定し、液面を検出する液面検出器において、前記シグナルコンディショナは、ガス状態から液状態を判定する場合は小電流を前記測温抵抗型センサへ供給し、液状態からガス状態を判定する場合は大電流を前記測温抵抗型センサへ供給するようにしたので、ガス→液の判定は小電流であり、センサの液侵入時の発熱が抑えられるので応答速度が速くなり、応答性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る高応答液面検出器の電流パターンを示す図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る高応答液面検出器の確認試験に用いた電流パターン図である。
【図３】測温抵抗型の液面検出器センサ部の一般的構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】従来の測温抵抗型液面検出器の電流パターンで、（ａ）と（ｂ）はそれぞれ２種類のパターンを示す。
【符号の説明】
１        小電流
２        大電流
３，Ｂ    液判定
４，Ａ    ガス判定
１０      センシングエレメント
１１      スリーブ
Ａ        ガス判定
Ｂ        液判定
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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