(57)【要約】【課題】高精度で液面位置を連続的に検出でき、しかも構造が簡単にしてコンパクトな、耐腐食性に優れた液面センサを提供することにある。【解決手段】液面センサ（Ｓ）の電極部（１ｃ）、（１ｄ）を抵抗素線（１ａ）の外周を導電性部材（１ｂ）で被覆して得られた２本の抵抗線（１）を、それらの長手方向に間隔をおいて配設するとともに、２本の抵抗線（１）の先端部を導電性部材（１ｅ）で被覆して形成する。【選択図】  図１
2004233224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗素線の外周の少なくとも一部を導電性部材で被覆して得られた抵抗線の少なくとも２本が、それらの長手方向に間隔をおいて配設された形状の電極部を備えていることを特徴とする液面センサ。
【請求項２】
該導電性部材が導電性樹脂ないしゴムである請求項１に記載の液面センサ。
【請求項３】
該導電性樹脂ないしゴムが導電性ふっ素樹脂ないし導電性シリコーンゴムである請求項２に記載の液面センサ。
【請求項４】
該抵抗線が抵抗素線の外周に導電性部材を押出し被覆した電線である請求項１〜３のいずれかに記載の液面センサ。
【請求項５】
該電極部における少なくとも２本の抵抗線が、絶縁部材を介して平行に配設されている請求項１〜４のいずれかに記載の液面センサ。
【請求項６】
該電極部と該線状絶縁部材とが撚り合わされている請求項１〜５に記載の液面センサ。
【請求項７】
該電極部が絶縁性チューブ状部材に配設されている請求項１〜６のいずれかに記載の液面センサ。
【請求項８】
該抵抗素線の抵抗値が５Ω／ｍ〜１００ＫΩ／ｍである請求項１〜７のいずれかに記載の液面センサ。
【請求項９】
該抵抗素線の外径が１ｍｍ〜３ｍｍである請求項１〜８のいずれかに記載の液面センサ。
【請求項１０】
該導電性部材の被覆厚さが０．３ｍｍ〜１ｍｍの範囲にある請求項１〜９のいずれかに記載の液面センサ。
【請求項１１】
該導電性部材の体積抵抗率が１０−３Ω／□〜１０９Ω／□の範囲にある請求項１〜１０のいずれかに記載の液面センサ。
【請求項１２】
該電極部の長さが１００ｍｍ〜２０００ｍｍである請求項１〜１１のいずれかに記載の液面センサ。
【請求項１３】
該電極部の間隔が１ｍｍ〜２０ｍｍである請求項１〜１２のいずれかに記載の液面センサ。
【請求項１４】
該電極部を構成する少なくとも２本の抵抗線の長さが同一で且つそれらの端面が揃えられて配設されている請求項１〜１３のいずれかに記載の液面センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性を有する液体の液面レベルを検出するための液面センサに関し、特に水や薬液等の液体の液面レベルを連続的に検出するのに適した液面センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、導電性を有する液体の液面レベルを検出する電極式液面センサ（以下、単に“センサ”と称することがある）として、単芯または２芯以上の多芯ケーブルを利用したものが知られている（たとえば、特許文献１〜２参照。）。
ところが、これらの液面センサでは検出部が１点のため、検出する液面位置が異なる場合あるいは液面位置を変更する場合等の仕様変更が生じたとき、それぞれの液面位置に対応した位置に取付位置を変更する必要があり、検出時の自由度に欠けるという問題がある。
また、検出する液面位置が複数箇所の場合には、液面位置の数と同じ数の液面センサを取り付けるという非連続的検出手法も知られているが、この場合はスペース上の問題がある。  付随して、センサを準備する時間と費用が掛かるため生産性が悪いという問題もある（例えば、特許文献３参照。）。
これに対して、液面位置を連続的に検出する方式として、抵抗線とフロートとを組み合わせたものが知られている（例えば、特許文献４参照。）。
しかし、この方式は可動部が有ることと接触抵抗等の問題があり、検出精度及び耐久性等信頼性上の問題がある。さらに、抵抗線が露出しているため、被検出液体が薬液等の場合には、抵抗線が腐食してしまうという耐食性の問題がある。さらに、フロートを要し小型化が難しいという問題もある。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３２５０５６号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４５６５号公報
【特許文献３】特開２００１−９９６９３号公報
【特許文献４】特表平３−５０１５２２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、従来の欠点を解消し、高精度で液面位置を連続的に検出でき、しかも構造が簡単にしてコンパクトな、耐腐食性に優れた液面センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、抵抗素線の外周を導電性部材で被覆して得られた少なくとも２本の抵抗線を利用した電極部を採用することにより、従来の問題を容易に解消するに至った。
【０００６】
かくして、本発明によれば、抵抗素線の外周を導電性部材で被覆して得られた抵抗線の少なくとも２本が、それらの長手方向に間隔をおいて配設された形状の電極部を備えていることを特徴とする液面センサが提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、２本の抵抗線を平行に配設した液面センサの例について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る液面センサの検出部の一例を示す縦断面図である。
図２は、図１のＡ−Ａに沿った横断面図である。
図３は、図１〜２に示した液面センサの斜視図である。
図４および図５は、本発明に係る液面センサの別の態様を示す斜視図である。
図６は、本発明の液面センサの動作説明図である。
図７は、本発明の液面センサにおいて、抵抗線の入力端子Ｐ１、Ｐ２間で測定した抵抗値（Ｒ）が、液面位置（Ｂ）の変位に対応して連続的に変化することを示すグラフである。
図１〜図３において、（Ｓ）は液面センサ、（１）は抵抗線であって、抵抗素線（１ａ）の外周に導電性部材（１ｂ）を被覆して得られたものである。この抵抗線（１）は、少なくとも２本がそれらの長手方向に間隔をおいて、即ち、絶縁状態で配設される。図では、これらの抵抗線（１）は同一長さであり且つそれらの端面が互いに揃えられた状態で線状の絶縁部材（２）を介して平行に配設されることにより、一対の電極部（１ｃ、１ｄ）を形成している。そして、（１ｅ）は、電極部（１ｃ）および電極部（１ｄ）の先端部の抵抗線（１）の端面を被覆している先端被覆部材であり、さらに、（３）は２本の抵抗線（１）と線状の絶縁部材（２）とを固定するための固定部材でである。
本発明で特徴的なことは、検出部電極に、抵抗素線（１ａ）の外周に導電性部材（１ｂ）が被覆された抵抗線（１）の２本以上を互いに絶縁状態で配設して、多点電極を形成した点に在る。その際、２本の抵抗線の長手方向と直交する面（液面に相当）で、これら抵抗線（１）の端面は互いに揃えられている態様は、引用文献１（特開平７−３２５０５６号公報）の非連続検出タイプのセンサとは本質的に異なる。即ち、引用文献１のセンサでは、構造上どうしても、内部電極（内部導体）を飛び出す構成とせざるを得ず、従って“同一長さ”を採用するのは不可能である。
上述の構成を採る本発明の液面センサは当初の取付位置を保ったままで、液面変位を連続的に検出することができる。
このことについて、図６および図７を参照しながら説明する。
図６において、水槽内に導電性液体が投入されていない状態では、電極部（１ｃ）および電極部（１ｄ）がオープン（開放）になるため、２本の抵抗線（１）のそれぞれの入力端子Ｐ１、Ｐ２間の抵抗値（Ｒ）は無限大となる。これに対して、水槽内に導電性液体が投入された場合には、各電極部（１ｃ）、（１ｄ）の内、導電性液体に浸っている部分は導電性液体の導電率に応じて一定の抵抗値ｒ１（Ω）を示すようになる。
以上のことから、該入力端子Ｐ１−Ｐ２間で測定される抵抗値（Ｒ）は、導電性液体の抵抗値（ｒ１）と、抵抗線（１）の開始部（Ａ）から導電性液体の液面（Ｂ）までの長さ（Ｌ）の非浸漬部分の抵抗線（１）の抵抗値（ｒ２とする）の２倍との和、即ち、Ｒ＝ｒ１（Ω）＋２＊ｒ２（Ω）となる。その際、該非浸漬部分の長さ（Ｌ）は液面の変位に応じて連続的に変化することになるので、これに伴い該抵抗値Ｒも、図７の抵抗値変化のグラフに示されるように、連続的に変化することになる。
そこで、これら入力端子Ｐ１、Ｐ２間の電気抵抗値（Ｒ）を周知の抵抗検知回路等の電子回路にて計測すれば、液面の変位が連続的に検出可能となる。この場合、導電性液体の種類により個々に導電率および抵抗値変化のパターンは異なるので、これに対応するには、抵抗検知回路の設定値を予め調整しておけばよい。
本発明において、抵抗線（１）としては、その外径が１ｍｍ〜３ｍｍの範囲にあるのが好ましく採用される。この抵抗線（１）を得るに当たっては、ニクロム線や銅合金線等の抵抗素線（１ａ）を、単線または撚り線あるいは横巻の形で用いる。それらの抵抗値は検知回路の感度にもよるが、一般には５Ω／ｍ〜１００ＫΩ／ｍの範囲にあるのが好ましい。また、外径は強度・寸法との関係で１ｍｍ〜３ｍｍの範囲にあるのが好ましい。
これらの抵抗素線（１ａ）の外周には導電性部材（１ｂ）が被覆される。導電性部材（１ｂ）の被覆方法としては、押出し被覆、塗付、ディッピング、およびモールド等各種の方法があるが、生産性、品質の点から、押出し被覆が望ましい。この被覆に関連して、２本の電極部（１ｃ）および電極部（１ｄ）の各先端部の抵抗線（１）を被覆している端末被覆部材（１ｅ）については、この導電性部材（１ｂ）と同じ部材を熱融着モールドで被覆すればよい。
ここで、導電性部材（１ｂ）自体の導電性は体積抵抗率で１０−３Ω／□〜１０９Ω／□の範囲にあるのが好ましく、また、その被覆厚みは、センサの耐食性・感度等の仕様・補強強度を考慮して、０．３ｍｍ〜１ｍｍの範囲にあるのが好ましい。
該導電性部材（１ｂ）としては、樹脂ないしゴムに導電剤を混入させたものが供される。この場合、樹脂としてはフッ素系樹脂、ポリエチレン、ポリアミドないしポリイミド、およびポリエステル、またゴムとしてはシリコーンゴム、フッ素ゴム、およびＥＰゴムが挙げられるが、耐熱性と耐薬品性の点からフッ素系樹脂が好ましく用いられる。  該フッ素樹脂の具体例としては、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等が挙げられる。一方、該導電剤としてはカーボンブラック系、銀、銅、およびニッケルなどが挙げられる。
このようにして得られる抵抗線（１）の少なくとも２本は、それらの長手方向に沿って間隔をおいて配設される。ここで、“間隔”とは、２本の抵抗線（１）の間に線状絶縁体（２）が介在した状態または２本の抵抗線（１）の間の空気絶縁状態を指す。該線状絶縁部材（２）、さらには固定部材（３）としては、絶縁性に優れた部材であればよい。具体的には、フッ素系樹脂、ポリエチレン、ポリアミドないしポリイミド、ポリエステル、シリコーンゴム、フッ素ゴム、およびＥＰゴムが挙げられるが、耐熱性と耐薬品性の点から前出のフッ素樹脂が好ましく用いられる。形状については、ムク、チューブ状、いずれでもよいが、強度アップのために、鉄、銅等の芯材を入れたものでも良い。また、断面形状も円に限定されず、方形等各種形状が選択できる。
なお、絶縁部材（２）の外径ないし外寸は、液切れによる誤動作を防止するためにも、抵抗線（１）の外径ないし外寸よりも大きいことが望ましい。具体的には、液切れによる誤動作を防止（最小値）と検出感度・スペース削減（最大値）を考慮し、各電極部の間隔が１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲となるよう、絶縁部材（２）の外径ないし外寸を選択することが望ましい。なお、上記の説明では、抵抗素線（１ａ）の外周全体に渡って導電性部材（１ｂ）を被覆したが、部分的に液面を検出すれば良い場合には、センサの長手方向の一部分だけを導電性部材（１ｂ）で被覆し、他の部分を非導電部材で被覆する複合被覆構成としても良い。さらに、抵抗素線（１ａ）の外周に導電性部材（１ｂ）をストライプ状あるいはスパイラル状に被覆しても良いことは言うまでもない。
次に、本発明の別の態様について、図４に基づいて説明する。
この態様においては、２本の抵抗線（１）が絶縁性チューブ（４）の内周面に対峙状態、従って空気絶縁状態で配設されている。この場合の固定方法としては、絶縁性チューブ（４）の内周面に設けた溝に抵抗線（１）を部分的に埋め込むか、あるいは両者の接触界面を接着剤にて固定する方法があげられる。このほか、絶縁性チューブ（４）の外表面に設けた溝に抵抗線（１）を部分的に埋め込むか、あるいは両者の接触界面を接着剤にて固定する方法、さらには、絶縁性チューブ（４）の内周面に線あるいは筋状に固着した導電性樹脂中に、抵抗線（１）ないし抵抗素線（１ａ）を埋め込む等、各種の固定方法が採択される。
これらの固定方法では前述した図１の固定方法に比べて、より確実に抵抗線（１）を固定できるばかりでなく、得られるセンサにも曲がりやそりが発生しにくくなる。したがって、電極長が長くなった場合において特に有利な固定方法である。
さらに、本発明の液面センサのさらに別の態様について、図５に基づいて説明する。
この態様では、２本の抵抗線（１）が３本の線状絶縁部材（２）とともに撚ってある。このようなセンサは前述の固定方法に比べて、強度上、最も優れ、且つ生産性においても優れている。
以上、本発明の液面センサの検出部について説明したが、該センサには検出部に続いて非検出部があっても構わない。そして、この非検出部においては、抵抗素線（１ａ）は必ずしも導電性部材（１ｂ）で被覆する必要はない。つまり、非検出部に特に耐熱性、耐食性の要求が無ければ、通常の安価な非導電性の樹脂あるいはゴム部材を使用しても差し支えない。また、ここでは、抵抗線（１）を２本採用した２極電極の例で説明したが、これら抵抗線（１）は３本以上に展開できることは言うまでもない。絶縁部材についても同様である。
【０００８】
以下に、本発明の液面センサの具体例を図１の場合について示す。
長さ１ｍ、線径が０．０４ｍｍ、抵抗値１３．８ｋΩ／ｍの単線のニクロム線からなる抵抗素線（１ａ）の周りに導電性部材（１ｂ）として導電ＥＴＦＥ樹脂を０．７２ｍｍの厚さに押出し機にて押出し被覆して、外径が２．０ｍｍの抵抗線（１）を２本作成した。
次いで、この抵抗線（１）の２本を、線状絶縁部材（２）としての長さ１ｍ、外径２．２ｍｍ、肉厚０．７ｍｍのＥＴＦＥ樹脂チューブ側面に沿って間隔をおいて配設した。この状態で、抵抗線（１）と絶縁部材（２）との固定するに当たっては、それらの長手方向に沿って３個所を幅３ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＥＴＦＥ樹脂からなる固定部材（３）にて固定した。
次に、２本の抵抗線（１）のそれぞれの先端部（電極側の２個所）を端末被覆部材（１ｅ）として導電ＥＴＦＥ樹脂を熱融着モールドして検知部を作成した。
最後に、検知回路と接続するためのリード線を抵抗線（１）の開始部（Ａ）に接続して、本発明の液面センサ（Ｓ）を完成させた。
このようにして得られた液面センサを表１に示すように水道水、及び塩化水素水（ＨＣＬ、５％希釈）が入った水槽に取付けるとともに、検知回路に接続してセンサの作動状況をチェックした。
【表１】
2004233224.tif 000003
この結果、上記、表１に示すように、水道水、及び塩化水素水（ＨＣＬ、５％希釈）のいずれにおいても、液面に応じて抵抗値が変化するので連続的に液面を検知することができ、本発明の液面センサの有効性が確認された。
【０００９】
【発明の効果】
本発明では、液面センサにおける電極部（１ｃ、１ｄ・・・・）を、抵抗素線（１ａ）の外周に導電性部材（１ｂ）を被覆して得た抵抗線（１）の少なくとも２本を用いて２極以上の多点電極の形で構成するので、該センサの当初の取付状態は不変のままで、導電性液体の液面変位に追随して液面レベルを連続的に検出できる。しかも、このようなセンサは構造が簡単でコンパクト化につながると共に薬液に対する腐食の問題もなく、可動部分も無いので耐久性にも優れている。さらに、抵抗線（１）として、抵抗素線（１ａ）の外周に導電性部材（１ｂ）を押出し被覆してなる長尺の電線を利用することにより、センサの生産性が上がり、これによりセンサの大幅なコスト低減も実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る液面センサの検出部の一例を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、図１〜２に示したセンサの斜視図である。
【図４】図４は、本発明に係る液面センサの別の態様を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明に係る液面センサのさらに別の態様を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の液面センサの動作説明図である。
【図７】図７は、本発明の液面センサにおいて、抵抗線の入力端子Ｐ１、Ｐ２間で測定した抵抗値が、液面位置の変位に対応して連続的に変化することを示すグラフである。
【符号の説明】
Ｓ            液面センサ
１          抵抗線
１ａ        抵抗素線
１ｂ        導電部材
１ｃ、１ｄ  電極部
１ｅ        端末被覆部材
２            絶縁部材
３            固定部材
４            チューブ
５            水槽
Ａ            抵抗線開始部
Ｂ            液面
Ｌ          抵抗線開始部（Ａ）から液面（Ｂ）までの長さ
Ｐ１、Ｐ２        抵抗線の入力端子
Ｒ          抵抗線入力端間での抵抗値（測定値）
ｒ１      導電性液体の固有抵抗値（導電率）（測定値）
ｒ２      長さ（Ｌ）の部分の抵抗線の抵抗値
【図１】
2004233224.tif 000004
【図２】
2004233224.tif 000005
【図３】
2004233224.tif 000006
【図４】
2004233224.tif 000007
【図５】
2004233224.tif 000008
【図６】
2004233224.tif 000009
【図７】
2004233224.tif 000010