(57)【要約】【課題】液面レベルの検知感度を向上することができる液面レベル検知センサ、および液面レベル検知装置を提供する。【解決手段】液体Ｌの量を表す液面レベルＬａを検知する液面レベル検知センサ２であって、内部に中空２１ａが設けられた絶縁体２１と、通電することにより発熱する発熱パターン２５と、発熱パターン２５の近傍に設けられており、かつ発熱パターン２５の発熱により抵抗値が変化する測温抵抗体パターン２６と、を備え、中空２１ａを構成する絶縁体２１の内壁面２１１、または中空２１ａを構成する絶縁体２１の内壁面２１１と絶縁体２１の外壁面２１２との間における絶縁体２１に、発熱パターン２５および測温抵抗体パターン２６が対となるように設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の量を表す液面レベルを検知する液面レベル検知センサであって、
内部に中空が設けられた絶縁体と、
通電することにより発熱する発熱パターンと、
前記発熱パターンの近傍に設けられており、かつ前記発熱パターンの発熱により抵抗値が変化する測温抵抗体パターンと、を備え、
前記中空を構成する前記絶縁体の内壁面、または前記中空を構成する前記絶縁体の内壁面と前記絶縁体の外壁面との間における前記絶縁体に、前記発熱パターンおよび前記測温抵抗体パターンが対となるように設けられていることを特徴とする液面レベル検知センサ。
【請求項２】
前記測温抵抗体パターンは、前記発熱パターンと一定の間隔を保つように、前記液面レベルの最高位から前記液面レベルの最低位にわたって設けられている、請求項１に記載の液面レベル検知センサ。
【請求項３】
前記中空の気圧は、外部の気圧よりも低い、請求項１または２に記載の液面レベル検知センサ。
【請求項４】
前記絶縁体は、セラミックからなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液面レベル検知センサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の液面レベル検知センサと、
前記発熱パターンに対して電力を供給する電力供給部と、
前記測温抵抗体パターンの抵抗値を検出し、検出した抵抗値に基づいて前記液面レベルを検知する液面レベル検知部と、を備えた、液面レベル検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の量を表す液面レベルを検知する液面レベル検知センサ、および液面レベル検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、セラミックからなる絶縁体に発熱抵抗体を設けることにより、液面レベルを検知する液面レベル検知センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。この液面レベル検知センサは、例えば、次のような方法により液面レベルを検知している。すなわち、発熱抵抗体のうち液体中に配置（浸漬）されている部分は、発熱抵抗体への通電により発生した熱が液体中に伝達するため、発熱抵抗体の温度上昇量は小さくなる。一方、発熱抵抗体のうち液体の外部に配置されている部分は、発熱抵抗体への通電により発生した熱が空気中に伝達し難いため、発熱抵抗体の温度上昇量は大きくなる。つまり、通電に伴う発熱抵抗体の全体的な温度変化量は、液体中に配置されている部分の割合に応じて変化することになる。これにより、発熱抵抗体の温度変化量に基づいて液面レベルを検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６３１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、より高感度な液面レベル検知センサが求められている。例えば、液面レベルが急激に下がった場合であっても、確実に液面レベルを検知することができる液面レベル検知センサが求められている。しかしながら、上記従来の液面レベル検知センサでは、セラミックからなる絶縁体の厚みにより、当該絶縁体に奪われる熱量が大きくなる。このため、液面レベルの変化による発熱抵抗体の温度変化が遅くなり、液面レベルの検知感度が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、液面レベルの検知感度を向上することができる液面レベル検知センサ、および液面レベル検知装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明における液面レベル検知センサは、液体の量を表す液面レベルを検知する液面レベル検知センサであって、内部に中空が設けられた絶縁体と、通電することにより発熱する発熱パターンと、前記発熱パターンの近傍に設けられており、かつ前記発熱パターンの発熱により抵抗値が変化する測温抵抗体パターンと、を備え、前記中空を構成する前記絶縁体の内壁面、または前記中空を構成する前記絶縁体の内壁面と前記絶縁体の外壁面との間における前記絶縁体に、前記発熱パターンおよび前記測温抵抗体パターンが対となるように設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の液面レベル検知センサ、および液面レベル検知装置は、液面レベルの検知感度を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る液面レベル検知装置の概略構成を示す図である。
【図２】液面レベル検知センサの概略構成を示す断面図である。
【図３】図２中に示した切断線Ｉ−Ｉに沿って切断した断面図である。
【図４】絶縁体の内壁面を展開した図である。
【図５】液面レベルに応じて測温抵抗体パターンの抵抗値が変化する原理を説明するための図である。
【図６】絶縁体の内壁面に設けられた発熱パターンおよび測温抵抗体パターンの他の形状を示す図である。
【図７】絶縁体の内壁面に設けられた発熱パターン間に切欠部が設けられた例を示す図である。
【図８】発熱パターンおよび測温抵抗体パターンが絶縁体の他の部位に設けられている例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る液面レベル検知装置１の概略構成を示す図である。図１に示すように、液面レベル検知装置１は、液面レベル検知センサ２、電力供給部３、液面レベル検知部４、および制御部５を備えている。ここで、液面レベル検知装置１は、例えば、マンションや工場等に設置される貯水タンク、各種薬液が貯留される薬液タンク、あるいは各種装置に用いられる冷却水が貯留される冷却水タンク等の管理用に備えられており、これらタンク６内の液体Ｌの量を表す液面レベルＬａを検知する装置である。また、液面レベル検知装置１は、液面レベルＬａの最高位および最低位を閾値として検知する装置である。
【００１１】
図２は、液面レベル検知センサ２の概略構成を示す断面図である。図３は、図２中に示した切断線Ｉ−Ｉに沿って切断した断面図である。
【００１２】
図１〜図３に示すように、液面レベル検知センサ２は、外観視丸棒状であって、タンク６内の液体Ｌ中に配置されている。液面レベル検知センサ２の外観視が丸棒状であるので、液面レベル検知センサ２の外観視が例えば直方体状である場合と比べて、液面レベル検知センサ２の外力に対する強度を高めることができる。このように、液面レベル検知センサ２の外観視は丸棒状であることが好ましいが、これに限定されない。
【００１３】
液面レベル検知センサ２は、絶縁体２１から構成される。絶縁体２１は、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、あるいはガラスセラミック焼結体等のセラミックからなる。絶縁体２１がセラミックからなるので、液面レベル検知センサ２の強度を高めることができる。また、絶縁体２１は、その内部に、閉空間となる中空２１ａが設けられている。中空２１ａは、図３に示すように、断面視、Ｃ字状をなしているが、これには特に限定されない。また、本実施形態においては、中空２１ａの気圧は、外部の気圧よりも低い減圧状態である。なお、本実施形態において、中空２１ａを構成する絶縁体２１の内部の面を「内壁面２１１」、絶縁体２１の外部（外側）の面を「外壁面２１２」とする。
【００１４】
図４は、絶縁体２１の内壁面２１１を展開した図である。図４に示すように、絶縁体２１の内壁面２１１には、発熱パターン２５および測温抵抗体パターン２６が対となるように設けられている。また、本実施形態においては、測温抵抗体パターン２６は、発熱パターン２５と一定の間隔を保つように、液面レベルＬａの最高位から液面レベルＬａの最低位にわたって設けられている。なお、このようにする理由については後述する。
【００１５】
発熱パターン２５は、電力供給部３から電力が供給されることにより、通電し発熱する部材である。発熱パターン２５としては、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、あるいはそれらの混合物からなる金属材料等が挙げられる。また、発熱パターン２５は、正の抵抗温度係数（ＴＣＲ：Temperature Coefficient of Resistance）を有している
。また、測温抵抗体パターン２６は、発熱パターン２５の発熱により抵抗値が変化する部材である。このため、測温抵抗体パターン２６は、発熱パターン２５の近傍に設けられている。なお、ここでいう「近傍」とは次の意味を有する。すなわち、発熱パターン２５の発熱により測温抵抗体パターン２６の抵抗値が変化する位置に測温抵抗体パターン２５が設けられていれば、測温抵抗体パターン２６は、発熱パターン２５の「近傍」に設けられている、という意味である。測温抵抗体パターン２６としては、例えば、白金、タングステン、モリブデン、マンガン、あるいはそれらの混合物からなる金属材料等が挙げられる。また、測温抵抗体パターン２６も、正の抵抗温度係数を有している。
【００１６】
ここで、液面レベルＬａに応じて、測温抵抗体パターン２６の抵抗値が変化する原理について説明する。この原理を説明するにあたり、図５に示すように、液面レベルＬａが低下することによって、絶縁体２１のうち液体Ｌ中に配置されている第１部位Ｐａと、絶縁体２１のうち液体Ｌの外部に配置されている第２部位Ｐｂとが存在しているものとする。すなわち、第１部位Ｐａに位置する発熱パターン２５で発生した熱は、液体Ｌ中に伝達される。このため、第１部位Ｐａに位置する測温抵抗体パターン２６の温度は低下し、当該測温抵抗体パターン２６の抵抗値は、低い温度による値を示す。一方、第２部位Ｐｂに位置する発熱パターン２５で発生した熱は、空気中に伝達し難い。このため、第２部位Ｐｂに位置する測温抵抗体パターン２６の温度は上昇し、当該測温抵抗体パターン２６の抵抗値は、高い温度による値を示す。このように、測温抵抗体パターン２６の全体的な抵抗値は、液体Ｌ中に配置されている部分（第１部位Ｐａ）の割合に応じて変化することになる。
【００１７】
ここで、本実施形態では、絶縁体２１の内部に、閉空間となる中空２１ａが設けられており、絶縁体２１の内部に設けられた中空２１ａの気圧は、外部の気圧よりも低い減圧状態である。すなわち、この中空２１ａは断熱空間としての役割を担うことになる。なお、断熱空間としての役割をより担うために、中空２１ａは、真空状態であることが好ましい。このため、第１部位Ｐａに位置する発熱パターン２５で発生した熱は、絶縁体２１で奪われることが抑制されるとともに、液体Ｌ中に伝達される。また、第２部位Ｐｂに位置する発熱パターン２５で発生した熱は、第１部位Ｐａに存在する絶縁体２１の外壁面２１２より空気中に伝達し難くなるとともに、中空２１ａへも伝達し難くなる。すなわち、第２部位Ｐｂに位置する発熱パターン２５で発生した熱により、第２部位Ｐｂの温度は、より上昇することになる。
【００１８】
すなわち、本実施形態においては、絶縁体２１の内部に断熱空間である中空２１ａが設けられているので、上記従来の液面レベル検知センサのように絶縁体の内部に中空が設けられていない態様と比べて、第１部位Ｐａに位置する測温抵抗体パターン２６の抵抗値と、第２部位Ｐｂに位置する測温抵抗体パターン２６の抵抗値との差が大きくなる。この結果、液面レベル検知部４において感度良く液面レベルＬａを検知することができる。
【００１９】
また、本実施形態では、測温抵抗体パターン２６は、発熱パターン２５と一定の間隔を保ちつつ、発熱パターン２５と平行になるように、液面レベルＬａの最高位から液面レベルＬａの最低位にわたって設けられている。このため、液面レベルＬａが僅かに変化した場合であっても、測温抵抗体パターン２６の抵抗値は変化することになる。また、測温抵抗体パターン２６と発熱パターン２５とは、一定の間隔を保っているので、液面レベルＬａに対応して測温抵抗体パターン２６の抵抗値が変化することになる。この結果、液面レベル検知部４において精度よく液面レベルＬａを検知することができる。さらに、液面レ
ベルＬａの最高位から液面レベルＬａの最低位にわたって設けられているので、液面レベル検知部４において液面レベルＬａの最高位および液面レベルＬａの最低位を確実に検知することができる。
【００２０】
なお、測温抵抗体パターン２６は、発熱パターン２５と一定の間隔を保ちつつ、発熱パターン２５と平行になるように、液面レベルＬａの最高位から液面レベルＬａの最低位にわたって設けられていれば、図４に示すパターンの形状には限られない。すなわち、図４に示すパターンの形状は、絶縁体２１の長手方向に沿って交互に繰り返されるパターンであるが、例えば、図６に示すように、絶縁体２１の短手方向に沿って交互に繰り返されるパターンであってもよい。
【００２１】
また、図７に示すように、図６に示すパターンの形状において、発熱パターン２５間に切欠部Ｃが設けられていてもよい。発熱パターン２５間に切欠部Ｃが設けられているので、液面レベル検知部４において精度よく液面レベルＬａを検知することができる。
【００２２】
また、上記では、発熱パターン２５および測温抵抗体パターン２６は、絶縁体２１の内壁面２１１に直列的に設けられている例について説明したが、これに限定されない。すなわち、発熱パターン２５は、絶縁体２１の内壁面２１１に並列的に設けられていてもよい。また、測温抵抗体パターン２６は、絶縁体２１の内壁面２１１に並列的に設けられていてもよい。また、発熱パターン２５の一部と測温抵抗体パターン２６の一部とを共通の端子としてもよい。さらに、絶縁体２１の内壁面２１１に、複数の発熱パターン２５および複数の測温抵抗体パターン２６を設けてもよい。
【００２３】
さらに、上記では、絶縁体２１の内壁面２１１に、発熱パターン２５および測温抵抗体パターン２６が設けられている例について説明したが、これに限定されない。例えば、図７に示すように、絶縁体２１の内壁面２１１と絶縁体２１の外壁面２１２との間における絶縁体２１に、発熱パターン２５および測温抵抗体パターン２６が埋設されていてもよい。このようにしても、液面レベル検知部４において感度良く液面レベルＬａを検知することができる。
【００２４】
電力供給部３は、発熱パターン２５と電気的に接続されており、発熱パターン２５に対して電力を供給する役割を担う部材である。電力供給部３が発熱パターン２５に対して電力を供給することにより、発熱パターン２５は通電し発熱する。
【００２５】
液面レベル検知部４は、測温抵抗体パターン２６と電気的に接続されており、液面レベルＬａを検知する役割を担う部材である。具体的には、液面レベル検知部４は、所定のタイミングで、測温抵抗体パターン２６の抵抗値を検出する。なお、ここでいう「所定のタイミング」とは、液面レベルＬａをリアルタイムに検知する観点から、ほぼリアルタイムのタイミングであることが好ましい。液面レベル検知部４は、検出した測温抵抗体パターン２６の抵抗値に基づいて、液面レベルＬａを検知する。なお、液面レベル検知部４の内部に、測温抵抗体パターン２６の抵抗値と液面レベルＬａとの対応関係を示すデータを記録したレジスタが設けられており、液面レベル検知部４は、このレジスタを参照することで、液面レベルＬａを検知することができる。液面レベル検知部４は、検出した液面レベルＬａを制御部５へ出力する。
【００２６】
制御部５は、液面レベル検知部４から出力された液面レベルＬａに基づいて、各種の機器を制御する。例えば、制御部５は、液面レベルＬａが閾値以上であれば、警報器に対して警報を報知するように指示する。また、例えば、制御部５は、液面レベルＬａが閾値以上であれば、ある機器の作動を停止するように当該機器を制御する。
【００２７】
次に、上記の液面レベル検知センサ２の製造方法について説明する。
【００２８】
まず、絶縁体２１の芯体となるセラミック成型体を準備する。このセラミック成型体は、例えば、押出成型、プレス成型等により作製される。また、発熱パターン２５および測温抵抗体パターン２６となる金属ペーストを例えばスクリーン印刷により所定の位置に印刷塗布された第１セラミックグリーンシートを準備する。ここで、測温抵抗体パターン２６となる金属ペーストは、発熱パターン２５となる金属ペーストと一定の間隔を保ちつつ当該金属ペーストと平行になるように印刷塗布される。さらに、開口が形成された複数枚の第２セラミックグリーンシートを準備する。
【００２９】
ここで、絶縁体２１の内部に設けられた中空２１ａは、セラミック成型体に対して、第２セラミックグリーンシート、および第１セラミックグリーンシートを順次回転させて積層し、所定の温度で焼成することにより形成される。
【００３０】
そして、外部（電力供給部３および液面レベル検知部４）への電気接続用の電極、およびタンク６への取付用の金具等を所定の位置に形成する。このようにして、上記の液面レベル検知センサ２は製造される。なお、液面レベル検知センサ２の製造方法については、特にこの方法に限定されない。
【００３１】
以上のように、上記の液面レベル検知センサ２によれば、液面レベルＬａの検知感度を向上することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  液面レベル検知装置
２  液面レベル検知センサ
２１  絶縁体
２１ａ  中空
２５  発熱パターン
２６  測温抵抗体パターン
２１１  絶縁体の内壁面
２１２  絶縁体の外壁面
３  電力供給部
４  液面レベル検知部
Ｌ  液体
Ｌａ  液面レベル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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