(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】内部絶縁層（３）を介して内部導体（２）と外部導体（４）とを含む同軸ケーブル（１）を利用した液面センサ（Ｓ）において、抵抗線で構成された外部導体（４）の外周を導電性部材（５）で被覆してなり且つ該ケーブル（１）の長手方向に沿って少なくとも３０ｍｍの長さで延在する複合導電体構造を外部電極として採用する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部絶縁層を介して内部導体と外部導体とを含む同軸ケーブルを利用した液面センサにおいて、抵抗線で構成された外部導体の外周を導電性部材で被覆してなり且つ該ケーブルの長手方向に沿って少なくとも３０ｍｍの長さで延在する複合導電構造からなる外部電極を具備することを特徴とする多点検出用液面センサ。
【請求項２】
該外部導体が、内部絶縁層の周りに抵抗線が編組または横巻されて形成されたものである請求項１に記載の多点検出用液面センサ。
【請求項３】
該抵抗線の編組密度が１０％から９０％である請求項２に記載の多点検出用液面センサ。
【請求項４】
該抵抗線の横巻ピッチが０．２ｍｍ〜５０ｍｍである請求項２に記載の多点検出用液面センサ。
【請求項５】
該抵抗線の素線径が０．０５ｍｍ〜３ｍｍである請求項１〜４のいずれかに記載の多点検出用液面センサ。
【請求項６】
該抵抗線の抵抗値が５Ω／ｍ〜１００ＫΩ／ｍである  請求項１〜５のいずれかに記載の多点検出用液面センサ。
【請求項７】
該導電性部材が導電性樹脂ないしゴムである請求項１〜６のいずれかに記載の多点検出用液面センサ。
【請求項８】
該導電性樹脂ないしゴムが導電性フッ素樹脂ないし導電性シリコーンゴムである請求項１〜７のいずれかに記載の多点検出用液面センサ。
【請求項９】
該導電性部材が外部導体の外周に押出し被覆されてなる請求項１〜８のいずれかに記載の多点検出用液面センサ。
【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９に記載の多点検出用液面センサ。
【請求項１１】
該導電性部材の体積抵抗率が１０−３Ω・ｃｍ〜１０９Ω・ｃｍの範囲にある請求項１〜１０のいずれかに記載の多点検出用液面センサ。
【請求項１２】
該外部電極部の長さが５０ｍｍ〜２０００ｍｍである請求項１〜１１のいずれかに記載の多点検出用液面センサ。
【請求項１３】
該内部導体と外部導体との間隔が１ｍｍ〜１０ｍｍである請求項１〜１２のいずれかに記載の多点検出用液面センサ。
【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位置（レベル）をその変位に追随して連続的に検出するための液面センサ、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多点検出用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、“液面センサ”と称する）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、液面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、この方式には、可動部が有ることと接触抵抗等の問題があることから、検出精度および耐久性等信頼性に欠けるきらいがある。さらに、この方式では、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。また、この方式では、フロートを要するので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、高精度で液面位置の変位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、耐腐食性に優れた多点検出用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、同軸ケーブルの内部導体および外部導体に注目した結果、中心電極として該内部導体を、そして、外部電極として、外部導体と導電性部材とからなり且つ該ケーブルの長手方向に延在する複合導電構造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、内部絶縁層を介して内部導体と外部導体とを含む同軸ケーブルを利用した液面センサにおいて、抵抗線で構成された外部導体の外周を導電性部材で被覆してなり且つ該ケーブルの長手方向に沿って少なくとも３０ｍｍの長さで延在する複合導電構造からなる外部電極を具備することを特徴とする多点検出用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、同軸ケーブルの外部導体を抵抗線の横巻とした多点検出用液面センサ、特に検出部の例について、添付図面を参照しながら説明する。その際、特にことわらない限り、“液面センサ”の語句は“多点検出用液面センサ”を意味する。
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、本発明に係る液面センサの別の態様を示す縦断面図である。
図４は、本発明の液面センサの動作説明図である。
図５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（図４）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２において、（Ｓ）は液面センサ、（１）は同軸ケーブルであって、内部導体（２）、内部絶縁層（３）、抵抗線で構成される外部導体（４）、外部導体（４）の外周に被覆された導電性部材（５）、および、内部導体（２）および外部導体（４）のそれぞれの先端露出部を被覆している先端被覆部材（６）から成る。
そして、これらの内部導体（２）、内部絶縁層（３）、外部導体（４）、および導電性部材（５）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配設されている。
本発明で特徴的なことは、検出部電極として、同軸ケーブル（１）の内部導体（２）を中心電極とし他方、抵抗線で構成される外部導体（４）の外周にさらに導電性部材（５）を被覆してなる複合導電構造を該ケーブルの長手方向に沿って少なくとも３０ｍｍの長さで延在させて、外部電極を形成した点に在る。
上述の構成を採る本発明の液面センサでは、外部電極（４、５）の外周側壁面は液面が変位しても常に導電性液体と接触することになる。したがって、それ自体が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。このような機能を有する液面センサを、本発明では“多点検出用液面センサ”と称する。
この連続検出について、図４および図５を参照しながら説明する。
図４において、水槽内に図１〜２に示した液面センサを設置した状態で、未だ導電性液体が投入されていないときは、中心電極（２）および外部電極（４，５）間がオープン（開放）になるため、同軸ケーブル（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、中心電極（２）、外部電極（４，５）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、外部電極（４，５）の開始部（Ａ）から導電性液体の液面（Ｂ）までの長さ（Ｌ）の非浸漬部分の同軸ケーブル（１）の抵抗値（ｒ２とする）との和、即ち、Ｒ＝ｒ１（Ω）＋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５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。この図５は、後述する実施例の処方にしたがって、導電性溶液として水道水を用いた際の測定値をプロットしたものである。
そこで、これら入力端子Ｐ１、Ｐ２間の電気抵抗値（Ｒ）を周知の抵抗検出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、抵抗検出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、内部導体（２）としては、その素線径が、好ましくは、０．０５ｍｍ〜３ｍｍの範囲にある錫メッキ軟銅線、さらにはニクロム線や銅合金線等が用いられる。さらに、内部絶縁層（３）は直接、液に接するわけではないので、通常の樹脂ないしゴムのいずれでも構成してもよい。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、中心電極となる内部導体（２）、および外部電極（４、５）の各先端出部を被覆している先端被覆部材（６）との接着性に優れた樹脂が好ましく用いられる。
次に、本発明の核心を占める外部電極について述べる。
先ず、外部導体（４）は、抵抗線を内部絶縁層（３）の外周に横巻または編組等の被覆手段で適用することにより得られる。横巻の場合には、横巻ピッチが０．２ｍｍ〜５０ｍｍにあるのが好ましく他方、編組の場合の編組密度としては１０％から９０％が好ましい。これらの被覆手段の内、生産性および抵抗値の調整の容易さを考慮すると横巻がより好ましい。
このとき用いられる抵抗線としては、その素線径が、好ましくは、０．０５ｍｍ〜３ｍｍの範囲にあるニクロム線や銅合金線等の抵抗素線が挙げられる。これらの素線は単線のみならず撚り線の形で供される。この抵抗線の抵抗値は検出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。
このような外部導体（４）の外周には導電性部材（５）が被覆される。ここで、導電性部材（５）としては、樹脂ないしゴムに導電剤を混入したもの、特に、体積抵抗率で１０−３Ω・ｃｍ〜１０９Ω・ｃｍの範囲にあるものが好ましく供される。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。
上記の導電性部材（５）の被覆手段としては、押出し被覆、塗付、ディッピング、およびモールド等各種の手段があるが、生産性、品質の点から、押出し被覆が望ましい。その際の被覆厚みは、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。この被覆に関連して、中心電極（２）および外部電極（４、５）の各先端露出部を被覆している被覆部材（６）についても、上記の導電性部材（５）と同じ部材を熱融着モールドで被覆すればよい。
このような外部電極は、液面位置を連続的に検出するため、換言すれば複数箇所での液面レベルを検出するために、同軸ケーブルの長手方向に沿う延在長さとして少なくとも３０ｍｍが必要である。この長さが３０ｍｍ未満では短か過ぎて抵抗値の変化が小さいので多点検出の機能が発揮されない。この延在長さは水槽のサイズや検出箇所の数および導電性部材の抵抗値等に依存するが、好ましくは５０ｍｍ〜２０００ｍｍの範囲で適宜選択される。
次に、本発明の別の態様について、図３に基づいて説明する。
この態様は、中心電極（２）が外部電極を形成する外部導体（４）に対して突出している点で図１のそれと異なる。
こうすることにより、図１の態様に比べて、溶液に浸される中心電極、すなわち内部導体（２）の表面積が大きくなるので、十分な電流経路が確保でき、より検出の信頼性が向上する。また、この図では、先端被覆部材（６）と絶縁体（３）の先端部間にさらに絶縁部材（７）を被覆しているが、これは撥水性に優れた樹脂、例えば、前出のフッ素系樹脂を被覆することにより、先端被覆部材（６）間の液切れによる誤動作防止に有効である。この場合の突出長さは、１ｍｍ〜５ｍｍ程度であれば十分である。
さらに、本発明の液面センサの直径ないし外寸について触れる。これについては、液切れによる誤動作防止（最小値）と検出感度・スペース削減（最大値）を考慮して、電極間の間隔、すなわち内部導体（２）と外部導体（４）間の隣接間隔が１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に保持されることが望ましい。したがって、該センサの母体となる同軸ケーブル（１）の外径ないし外寸は、この導体間距離を満足するように設定される。
以上、本発明の液面センサの検出部について、外部導体（４）の外周全体に渡って導電性部材（５）を被覆した例で説明したが、部分的に液面を検出すればよい場合には、液面センサの長手方向の一部分だけを導電性部材（５）で被覆し、その他の部分を非導電部材で被覆する、いわゆる複合被覆構成としてもよい。さらに、外部導体（４）の外周の全てを導電性部材（５）で被覆する代わりに、外部導体（４）の外周の一部分を導電性部材（５）でストライプ状あるいはスパイラル状に、局所的に被覆してもよいことは言うまでもない。
さらに、本発明の液面センサにおいては、検出部に続いて非検出部が、図面に向かって右方に接続されていても構わない。この非検出部においては、外部導体は必ずしも導電性部材（５）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。
【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０．５ｍｍの錫メッキ軟銅線を内部導体（中心電極）（２）とし、この周りにＥＴＦＥ樹脂を１ｍｍの厚さに押出し機にて押出し被覆して内部絶縁層（３）を形成した。次に、線径が０．５ｍｍ、抵抗値４．２ｋΩ／ｍの単線のニクロム線からなる抵抗線を内部絶縁層（３）の周りにピッチ１０ｍｍで横巻し外部導体（４）とし、さらに、この周りに導電性部材（５）として導電ＥＴＦＥ樹脂を０．５ｍｍの厚さに押出し機にて押出し被覆して複合導電構造（外部電極）を形成して、外径が４．３ｍｍの同軸ケーブル（１）を作成した。この場合の複合導電構造（外部電極）の延在長さは１ｍである。
次に、上記で作成した同軸ケーブル（１）の電極側の内部導体（２）および外部導体（４）の先端露出部を先端被覆部材（６）として導電ＥＴＦＥ樹脂を熱融着モールドして液面セン検出部を作成した。
最後に、検出回路と接続するためのリード線を、同軸ケーブル（１）の電極側に対峙する端末、すなわち開始部（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、水道水、および塩化水素水（ＨＣＬ、５％希釈）が入った、図４に示すような水槽に取付けるとともに、検出回路に接続してセンサの作動状況をチェックした。結果を表１に示した。
【表１】
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この結果、水道水、および塩化水素水（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出することができ、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を、同軸ケーブル（１）の内部導体（２）を中心電極とし他方、該ケーブルの長手方向に沿って延在する複合導電構造を外部電極（４、５）として採用するので、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、このような構造は長尺の電線として容易に製造できるので、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。さらには、本発明では同軸ケーブルの内部導体と外部導体を電極として利用している構成のため、センサが長尺の場合でも、そりや曲がりが発生し難く信頼性が向上する。
【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、本発明に係る液面センサの別の態様を示す縦断面図である。
【図４】図４は、本発明の液面センサの動作説明図である。
【図５】図５は、本発明の液面センサにおいて、同軸ケーブルの入力端子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      同軸ケーブル
２        内部導体
３        内部絶縁層
４        外部導体
５        導電性部材
６        先端被覆部材
７        絶縁性部材
８        水槽
Ａ        電極開始部
Ｂ        液面
Ｌ        電極開始部（Ａ）から液面（Ｂ）までの長さ
Ｐ１、Ｐ２        同軸ケーブルの入力端子
Ｒ          同軸ケーブルの入力端子間での抵抗値
ｒ１      導電性液体の固有抵抗値（導電率）
ｒ２      長さ（Ｌ）の部分の外部導体（抵抗線）の抵抗値
【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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