(57)【要約】【課題】外筒電極と中心電極との間に液体が円滑に出入りすることができ、しかもその製造が容易でメンテナンスフリー化を図ることのできる静電容量型液面計を提供する。【解決手段】所定の距離を隔てて同軸に設けられる外筒電極と中心電極とを備え、例えば高圧の液化ガス容器に装着されて該容器に充填された液化ガスの液面を検出するに好適なものであって、特に前記外筒電極を、その軸方向に１条のスリットを設けた円管状の導体としたことを特徴としている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒電極と中心電極とを所定の間隙を隔てて同軸に設けた検出プローブを備え、この検出プローブを所定の容器内に組み込んで該容器に充填された液体の液面を検出する静電容量型液面計であって、
前記外筒電極は、その軸方向に１条のスリットを設けた円管状の導体からなることを特徴とする静電容量型液面計。
【請求項２】
前記外筒電極は、矩形状の導体板における一対の長辺が所定の間隔を隔てて対峙するように、その短辺方向に曲げ加工を施して円管状に形成したものである請求項１に記載の静電容量型液面計。
【請求項３】
前記中心電極は、その一端に雌ねじを形成すると共に、他端に上記雌ねじと対をなす雄ねじを形成した丸棒状の導体からなる請求項１に記載の静電容量型液面計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の容器に充填された各種液体の液面（充填量）を検出するに好適な静電容量型液面計に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
所定の容器に充填された液体の液面（充填量）を検出する装置として、外筒電極と中心電極とを所定の間隙を隔てて同軸に配置した静電容量型液面計がある（例えば特許文献１，２を参照）。この種の静電容量型液面計は、上記外筒電極と中心電極とからなる棒状の検出プローブ１を、図３に例示するように容器（タンク）２の内部に鉛直に設け、該容器（タンク）２に充填された液体３に浸漬する上記センシング体１の長さによって前記外筒電極と中心電極との間の静電容量が変化することを利用して上記液体３の液面を検出するものである。
【０００３】
即ち、この静電容量型液面計は、図４にその概略構成を示すように外筒電極５の内径をＤ、中心電極６の外径をｄ、その全長をＬ、そして電極５，６間の空気の誘電率をεｏとしたとき、基本的には上記電極５，６間に
Ｃ＝２π・εｏ・Ｌ／ｌｏｇ（Ｄ／ｄ）
なる静電容量Ｃを有する。そして前記検出プローブ１（電極５，６）が液体３に浸漬したとき、その浸漬長をＬｒ、そして液体３の誘電率をεｒとすると、上記電極５，６間の静電容量Ｃｘは
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と変化する。静電容量型液面計は、このような電極５，６間の静電容量の変化を検出することで、検出プローブ１が液体３に浸漬している長さＬｒを、ひいては容器（タンク）２に充填された液体３の液面（充填量）を検出するように構成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２３９３８４号公報
【特許文献２】
特開平８−２９６９３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで容器２に充填された液体３が検出プローブ１の外筒電極５と中心電極６との間に自由に入り込むようにするには、例えばその上下端を開放した構造としておくか、或いは特許文献２に示されるように外筒電極５の管壁に、その長手方向（軸方向）に沿って複数の液体通流孔を設けておく必要がある。
【０００６】
しかしながら外筒電極５の管壁に複数の液体通流孔を設ける作業が繁雑であることのみならず、その穴開け加工時に外筒電極５が変形する虞もある。また外筒電極５と中心電極６との間の静電容量に対する影響を抑えるべく、上記液体通流孔を小さくすると、液体３に混入しているゴミや不純物によって液体通流孔が目詰まりする虞がある。
【０００７】
このような液体通流孔の目詰まり等の不具合は、液面計測精度を低下させる要因となるので、通常、検出プローブ１の定期的な清掃（メンテナンス）が必要となる。しかし液面計（検出プローブ１）が可燃性・有毒性の液化ガスが充填される容器に組み付けられている場合、その検出プローブ１を定期的に清掃するには、例えば上記液化ガスを一旦抜き取ることが必要であるので、そのメンテナンス自体が極めて困難である。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、外筒電極と中心電極との間に液体が円滑に出入りすることができ、しかもその製造が容易でメンテナンスフリー化を図ることのできる静電容量型液面計を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る静電容量型液面計は、所定の距離を隔てて同軸に設けられる外筒電極と中心電極とを備え、例えば高圧の液化ガス容器に装着されて該容器に充填された液化ガスの液面を検出するに好適なものであって、特に前記外筒電極を、その軸方向に１条のスリットを設けた円管状の導体としたことを特徴としている。
【００１０】
ちなみに前記外筒電極は、矩形状の導体板における一対の長辺が所定の間隔を隔てて対峙するように、上記導体板をその短辺方向に曲げ加工を施して円管状に形成したものからなる。また前記中心電極については、その一端に雌ねじを形成すると共に、他端に上記雌ねじと対をなす雄ねじを形成した丸棒状の導体として構成することが好ましい。
【００１１】
前記外筒電極を、上述したように１条のスリットを有する円管状の導体として構成すれば、上記スリットを介して中心電極との間に液体が円滑に出入りすることができるので、目詰まりの問題が生じることがない。従って外筒電極と中心電極とからなる検出プローブの清掃が不要となり、そのメンテナンスフリー化を図ることが可能となる。また上述した構造の外筒電極は、矩形状の導体板の曲げ加工によって容易に製作することができるので、その製造コストを抑えることができる。しかもスリットを利用して外筒電極の径を調整することが可能となるので、これによって中心電極との間の静電容量を予め調整することも容易である。
【００１２】
また棒状の中心電極が、その両端に上述した雄ねじと雌ねじとを備えた構造であれば、雄ねじと雌ねじとを利用して複数の中心電極を連結することが容易なので、所望とする長さの中心電極を容易に実現することができる。この場合、外筒電極については複数の中心電極の連結に伴って、これらの中心電極と同軸に順次継ぎ足して行くようにすれば良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る静電容量型液面計について説明する。
図１は実施形態に係る静電容量型液面計の要部概略構成を示す図で、５は所定の内径Ｄを有する所定長さの筒状の外筒電極、６は所定の外径ｄを有する所定長さの棒状の中心電極である。これらの外筒電極５および中心電極６は、高圧の液化ガス容器２の壁面を貫通して該容器２に取り付けられる電極保持体１０に、その上端部をそれぞれ取り付けられて同軸に配置されて液面検出用の検出プローブ（センシング体）１を構成する。
【００１４】
電極保持体１０は、概略的には容器２に設けられた液面計取付孔に螺合させて設けられる基台１１と、この基台１１の上下面を貫通して設けられた貫通孔１２に絶縁体１３を介して支持されるセンタプラグ１４とを備える。これらの基台１１およびセンタプラグ１４は黄銅（真鍮）やステンレス鋼等の導電性を有する金属材料からなり、また前記絶縁体１３はジュラコン（商品名）等の熱可塑性樹脂製の部材からなる。
【００１５】
ちなみに前記基台１１は、液化ガス容器２の壁面に穿たれた液面計取付孔に螺合するねじ部１１ａをその周面に備えた６角ボルト形状をなす。またこの基台１１に設けられた貫通孔１２は、基台１１の頭部側を小径部１２ａとし、この小径部１２ａから段差部１２ｂを介してその下端部側を大径部１２ｃとした孔形状を有する。尚、大径部１２ｃの下部内壁面には、貫通孔１２に嵌め込まれたセンタプラグ１４を固定する為の筒状の固定部材１５が螺合するねじ溝１２ｄが刻設されている。
【００１６】
一方、金属製のセンタプラグ１４は、丸棒体の周面中央部に鍔状（フランジ状）に突出する大径の拡径部（ブッシュ）１４ａを備えた形状を有する。この拡径部（ブッシュ）１４ａの外径は、前記貫通孔１４の小径部１２ａの内径よりも大きく、且つ前記貫通孔１４の大径部１２ｃの内径よりも前記絶縁体１３の厚み分だけ小さく設定されている。そしてこのセンタプラグ１４を絶縁体１３を介して前記基台１１の貫通孔１２に嵌め込んだとき、上記拡径部（ブッシュ）１４ａの周縁部上面が前記貫通孔１２の段差部１２ｂに対峙するようになっている。
【００１７】
このような形状のセンタプラグ１４と前記基台１１の貫通孔１２との間に設けられて、これらの間を電気的に絶縁する絶縁体１３は、この例では前記センタプラグ１４の前述した拡径部（ブッシュ）１４ａから上の部分を覆って設けられる筒状の第１の絶縁体１３ａと、上記拡径部（ブッシュ）１４ａからその下端部までを覆う筒状の第２の絶縁体１３ｂとからなる。そして前記第１の絶縁体１３ａは、センタプラグ１４の上端側から嵌め込まれて、また第２の絶縁体１３ｂはセンタプラグ１４の下端側から嵌め込まれることで該センタプラグ１４の外周面の全体を覆って設けられる。この際、センタプラグ１４に設けたリング溝１４ｄにＯリング１７ｂを嵌め込んでおくことで、該Ｏリング１７ｂによりセンタプラグ１４と絶縁体１３との間、特に第２の絶縁体１３ｂとの間が気密にシールされる。
【００１８】
このようにして絶縁体１３にてその周面が覆われたセンタプラグ１４は、前記第２の絶縁体１３ｂの周面にＯリング１７ａを嵌め込んだ状態で前記貫通孔１３の下端部側から、該貫通孔１３に嵌め込まれる。尚、第１の絶縁体１３ａを貫通孔１２に嵌め込んだ後、この第１の絶縁体１３ａの内側にセンタプラグ１４を嵌め込み、その後、このセンタプラグ１４を覆って第２の絶縁体１３ｂを前記貫通孔１２に嵌め込むようにしても良い。
【００１９】
しかる後、貫通孔１２の大径部１２ｃ側から前記筒状の固定部材１５のねじ込み、その上端部と前記貫通孔１２の段差部１２ｂとの間に前記第２の絶縁体１３ｂを挟み込むことで、絶縁体１３を介して前記センタプラグ１４を貫通孔１２内に固定する。この結果、センタプラグ１４の拡径部１４ａの上面が段差部１２ｂに平行に対峙して位置付けられる。また貫通孔１２と固定部材１５との間は、該固定部材１５の周面に嵌め込まれたＯリング１７ｃにて気密にシールされる。
【００２０】
このような構造の電極保持体１０によれば、基台１１の貫通孔１２に組み付けられたセンタプラグ１４は、その拡径部１４ａの上面を前記貫通孔１２の段差部１２ｂに対峙させて設けられる。これ故、この電極保持体１０（静電容量型液面計）を高圧の液化ガス容器２に取り付けて使用したとき、該容器２の内側から前記センタプラグ１４に高い圧力を加わっても、その力がセンタプラグ１４の拡径部１４ｂを介して貫通孔１２の段差部１２ｂにて機械的に強固に受け止められる。従って容器２内の高い圧力によってセンタプラグ１４が基台１１から外れてその外部に抜け落ちることがない。故に高圧の液化ガスが充填される液化ガス容器２に組み付けて、その充填量（液面）をモニタする用途に用いる場合であっても、その機械的（構造的）信頼性を十分に高くすることができ、実用的利点が絶大である。
【００２１】
さて上述した構造の電極保持体１０は、前記センタプラグ１４の下端部に前述した中心電極６を取り付けると共に、前記第２の絶縁体１３ｂと固定部材１５の間に形成された隙間に前記外筒電極５を取り付けて、これらの電極５，６を同軸に支持する役割を担う。即ち、前記センタプラグ１４の下端部には、所定深さのねじ孔（雌ねじ）１４ｃが刻設されている。そして所定長さの丸棒状の中心電極６は、その一端部に刻設した雄ねじ６ａを上記センタプラグ１４のねじ孔１４ｃに螺合させることで、該センタプラグ１４の下端部に装着されるようになっている。
【００２２】
また基台１１にセンタプラグ１４を嵌め込んで固定した固定部材１５は、その内周径を前記外筒電極５の外径と略同じく設定されており、第２の絶縁体１３ｂの外周面との間に外筒電極５の厚みと略等しい隙間を形成している。外筒電極５は、その一端部を上記固定部材１５の内側に嵌め込むことで、前記センタプラグ１４の下端に取り付けられた中心電極６と同軸に位置付けられる。そして固定部材１５の内側にその一端を嵌め込んだ外筒電極５は、前記中心電極６の他端に形成されたねじ孔（雌ねじ）６ｂにねじ止め固定される皿状の絶縁体からなる押さえ部材１８により、その他端側から基台１１に向けて押さえ込むことで、該押さえ部材１８と基台１１との間に挟持される。
【００２３】
即ち、外筒電極５は、センタプラグ１４の下部に装着された中心電極６を介して、該中心電極６の下端に装着される得さえ部材１８と基台１１との間に挟み込まれ、また固定部材１５と押さえ部材１８とにより中心電極６に対して同軸に位置付けられて基台１１に固定される。そして外筒電極５は、基台１１を外部接続端子として、また中心電極６は前記センタプラグ１４を外部接続端子として図示しない計測装置本体に電気的に接続されるものとなっている。
【００２４】
ところで基本的には上述した如く外筒電極５と中心電極６とを電極保持体１０に取り付けた静電容量型液面計において、この発明が特徴とするところは、前記外筒電極５が、図２（ａ）にその外観形状を示し、また図２（ｂ）にその端面形状を示すように、その軸方向に１条のスリット５ａを設けた円管状の導体として形成されている点にある。
【００２５】
このようなスリット５ａを有する円管状の外筒電極５は、矩形状の導体板における一対の長辺が所定の間隔を隔てて対峙するように、その短辺方向に曲げ加工を施して円管状に形成することにより製作される。具体的には図３（ａ）に示すように断面形状が半円形の窪みをなす長溝２１ａを有する第１の型枠２１と、上記長溝２１ａと対をなす半円形の蒲鉾状のプレス面を有する第２の型枠２２とを用いて、先ず図３（ｂ）に示すように矩形状の導体板をＵ字状に曲げ加工する。次いで上記第２の型枠２２に代えて、図３（ｃ）に示すように長溝２１ａと対をなす断面形状が半円形の窪みを有する長溝２１ａを備えた第３の型枠２３を用い、Ｕ字状に曲げ加工した導体板の先端部を図３（ｄ）に示すように内側に向けて曲げ加工することで、上記導体板の先端部が所定の隙間を隔てて対峙して、その間にスリット５ａを形成した外筒電極５を製作する。
【００２６】
このような１条のスリット５ａを有する外筒電極５を用いた静電容量型液面計によれば、スリット５ａを介して外筒電極５と中心電極６との間に液面検出対象である液体３が自由に出入りするので、従来の外筒電極５の周面にその軸方向に沿って複数の液体貫通孔を設けたもののように、液体３に混入しているゴミや不純物が詰まる虞が殆どない。仮に液体３に混入しているゴミがスリット５ａの一部に付着しても、該スリット５ａの他の部位を介して液体３が出入りするので、液面検出に支障が生じることがない。従ってそのメンテナンスフリー化を容易に図ることが可能となる。
【００２７】
また１条のスリット５ａを有する外筒電極５によれば、検出プローブ（センシング体）１の長手方向（軸方向）のどの位置においても、中心電極６との対向面積が一定であるので、液面の変化に伴う前記各電極５，６間の静電容量がリニアリティ良く変化することになる。特にその静電容量は［ｐＦ］の微小なオーダであるので、液面を精度良く検出する上で好都合である。
【００２８】
特に１条のスリット５ａを有する外筒電極５によれば、このスリット５ａの幅を狭くしたり、逆に広くすることで該外筒電極５の径（内径）を変化させることができるので、これによって前記中心電極６との間の静電容量を調整することができる。従って製品出荷時等に検出プローブ（センシング体）１の特性を校正する上で極めて都合が良く、従来構造の検出プローブ（センシング体）１においては全く期待することのできなかった効果を奏する。
【００２９】
尚、スリット５ａの幅を変えて外筒電極５の径（内径）を変化させ、これによって中心電極６との間の静電容量を調整するに際しては、例えば図２（ｃ）に示すように外筒電極５のスリット５ａを形成する両縁部に沿って、その外側にそれぞれ突出するフランジ５ｂを互いに対峙させて設けておくことも有用である。このようなフランジ５ｂを備えれば、これらのフランジ５ｂ間に力を加えてスリット５ａの幅を、ひいては外筒電極５の径（内径）を容易に調整することが可能となるので、中心電極６との間の静電容量を容易に調整することが可能となる。
【００３０】
またこのようなフランジ５ｂを外筒電極５に設けても、中心電極６との間の静電容量に関与するのは、外筒電極５の内周壁の面積と中心電極との距離だけなので、フランジ５ｂの存在は検出プローブ（センシング体）１の特性に何等の悪影響も与えない。従ってフランジ５ｂを備えることのない外筒電極５に比較してその製作がフランジ５ｂを形成する分、若干面倒になることを除けば、静電容量を容易に調整可能である等の優れた利点がある。
【００３１】
尚、上述したスリット５ａを備えた外筒電極５を用いて構成される静電容量型液面計を所定の容器２に取り付ける際しては、図４に示すようにスリット５ａの向きが容器２への液体供給部（充填部）２ａ側とは反対側を向くようにすることが望ましい。このようにして外筒電極５（スリット５ａ）の向きを規定して容器２に取り付けるようにすれば、液体供給部（充填部）２ａから充填される液体３がスリット５ａを介して検出プローブ（センシング体）１に直接流れ込むことを防止することができる。従って検出プローブ（センシング体）１に流れ込んだ液体３が波打って、その液面が不安定となることを防止することができる。
【００３２】
ちなみにこのようにしてスリット５ａの向きを規制しながら容器２に静電容量型液面計を取り付ける際しては、例えば基台１１の側部に設ける外部接続端子（端子ねじ）の位置と、上記スリット５ａの向きとを予め揃えるようにしておけば良い。或いは基台１１の上面にスリット５ａの向きを示すマークを付しておくことも有用である。
【００３３】
ところで中心電極６は、前述したようにその一端部に雄ねじ６ａを備えると共に、他端部にねじ孔（雌ねじ）６ｂを備えている。従ってこれらの雄ねじ６ａとねじ孔（雌ねじ）６ｂとを利用して図５（ａ）に示すように複数本の中心電極６連結して、所望とする長さのを中心電極６を実現するようにしても良い。この場合、外筒電極５については、図５（ｂ）に示すように中心電極６の連結部に挟み込まれて該中心電極６の周囲に支持される環状の絶縁リング７の周面にそれぞれ嵌め込むようにし、これらの外筒電極５の端部を互いに突き合わせることで電気的・機械的に接続するようにすれば良い。尚、必要に応じて、互いにその端部を突き合わせた外筒電極５の周面に環状の連結部材８を嵌め込み、この連結部材８を用いて上記外筒電極５間の電気的・機械的な接続構造をより強固なものとすることも勿論可能である。
【００３４】
このようにして複数の中心電極６および外筒電極５をそれぞれ継ぎ足して用いるようにすれば、容器２の仕様（深さ）に応じた検出長を有する検出プローブ（センシング体）１を容易に実現することができるので、その実用的利点が多大である。特に外筒電極５および中心電極６としてそれぞれ複数種の長さのものを予め標準品として準備しておき、容器２の仕様（深さ）に応じて所望とする長さの検出プローブ（センシング体）１を構築するようにすれば、各種の仕様に容易に対処することが可能となる。
【００３５】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば外筒電極５の内径やスリット５ａの幅、更には中心電極６の外径については、液面計に対する仕様に応じて設定すれば良いものである。またその構成材料についても真鍮やステンレス鋼等の導電性を有するものであれば良く、また必要に応じてその表面を液体３に対する腐食防止剤等でコーティングしたものであっても良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る静電容量型液面計によれば、外筒電極に１条のスリットが設けられているので、液体に混入したゴミや不純物によって検出プローブ内への液体の侵入が妨げられることがなく、そのメンテナンスフリー化を図ることができる。しかもスリットを有する外筒電極については、これを容易に製作することができ、その製作コストを制限し得ることのみならず、スリットを利用して外筒電極の径を、ひいては中心電極との間の静電容量を容易に調整することが可能となる。従って汎用性が高く、しかも取り扱いの容易な信頼性の高い静電容量型液面計を安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る静電容量型液面計の要部概略構成図。
【図２】本発明に係る静電容量型液面計における外筒電極の構造を示す図。
【図３】図２に示す外筒電極の製作過程の例を示す図。
【図４】本発明に係る静電容量型液面計の容器への取り付け例を示す図。
【図５】検出プローブの連結構造を示す図。
【図６】静電容量型液面計の使用例を示す図。
【図７】静電容量型液面計の動作原理を説明する為の図。
【符号の説明】
１  静電容量型液面計
２  容器
５  外筒電極
５ａ  スリット
６  中心電極
１０  電極保持体
１１  基台
１２  貫通孔
１３  絶縁体
１４  センタプラグ
１５  固定部材
１８  押さえ部材
【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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