(57)【要約】  【課題】本発明は、正確な液位計測が可能な液位計測器を提供することを目的とする。  【解決手段】本実施形態に係る電気伝導度計測器１は、棒状の内側電極１０、筒状の電極座２０、筒状の外側電極３０、制御回路６０を備えている。内側電極１０の電極棒１９は、筒状の外側電極３０の内部に設置されており、制御回路６０は、測定対象の液体に浸された内側電極１０と外側電極３０との間に所定の交流電圧を印加して静電容量を測定することで、液位を計測する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の液位を計測する液位計測器において、
棒状の内側電極と、
前記内側電極の周囲を覆って配置される管状の外側電極と、
測定対象の液体に浸された前記内側電極と前記外側電極との間の静電容量を測定することで、当該液体の液位を計測する制御手段と、
を備えることを特徴とする液位計測器。
【請求項２】
前記内側電極は、基端側に大径突部を有し、
基端側から先端側まで内部を貫通する孔を有し、先端側から挿入される前記内側電極の一部をその孔内に絶縁樹脂を介して保持すると共に、前記外側電極と接続又は一体に形成される導電性の電極保持部材であって、前記孔が、前記内部電極が挿入された状態で前記大径突部が収容される、前記大径突部の最大径よりも大きな内径の大径突部収容部と、前記大径突部よりも基端側に位置し、前記大径突部の最大径よりも小さい内径を有する係止部と、を有する電極保持部材をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の液位計測器。
【請求項３】
前記電極保持部材の孔は、前記大径突部収容部よりも先端側に位置し、前記電極保持部材の孔内に収納する際に前記内側電極が通過する通過部であって、前記大径突部の最大径よりも僅かに大きい内径を有する通過部をさらに有していることを特徴とする請求項２記載の液位計測器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の液位を計測する液位計測器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ボイラの缶体や給水タンク等の容器内の液体の液位を計測する液位計測器が提供されている。一般的な液位計測器は、段階的に長さの異なる複数の電極を設置し、各電極の通電状態によってそれぞれの高さにおける水の有無を検知することで、液位を計測していた。
【０００３】
しかし、複数の電極間の通電状態により液位を計測する方法では、各電極の長さに対応した段階的な液位を計測できるだけであり、連続的に液位を計測することが出来なかった。
【０００４】
そこで、連続的に液位を計測するために静電容量式の液位計測器が提供されている。静電容量式の計測器は、液体に浸した棒状の第１電極と、第２電極としての金属製容器との間に交流電圧を印加し、静電容量を計測することで液位を計測するものである。このようにして静電容量を計測できるのは、各電極が液体に覆われる度合いに応じて、コンデンサの容量が変化するからである。
【０００５】
従来の静電容量式の液位計測器は、例えば、下記特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特許第２５０９４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来の棒状電極と金属製容器との間の静電容量を測定する方式では、棒状電極と金属製容器との間隔が遠いためにノイズが乗り、正確な測定が困難であった。また、ボイラ缶体内のように、液体の流入等により液面に揺れが生じるような場合にも、従来の方式では正確な液位計測が困難であった。
【０００７】
また、棒状電極は絶縁体を介して容器等に保持されているが、ボイラ缶体内部等のように高温・高圧になる容器に取り付けた際には、電極を保持する絶縁体が破壊されてしまうおそれがある。このように絶縁体が破壊された場合、棒状電極が、容器外に飛び出したり、容器内に落下したりするといった問題が生じてしまう。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、正確な液位計測が可能な液位計測器を提供することを目的とする。また、本発明は、圧力容器内の液位計測に適した、電極が外部に飛び出すことのない安全な液位計測器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る液位計測器は、液体の液位を計測する液位計測器において、棒状の内側電極と、前記内側電極の周囲を覆って配置される管状の外側電極と、測定対象の液体に浸された前記内側電極と前記外側電極との間の静電容量を測定することで、当該液体の液位を計測する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る液位計測器によれば、正確な液位計測が可能になる。また、本発明に係る液位計測器によれば、電極が外部に飛び出すことのない安全な計測器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。まず、図１及び図２に基づいて、本実施形態に係る液位計測器を構成する内側電極の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る内側電極の構成を示す断面図である。図２は、図１のターミナル１１を図中上方から見た側面図である。図１に示すように、内側電極１０は、ターミナル１１、内側電極本体１４及び電極棒１９とから構成されている。
【００１２】
ターミナル１１は、導電性金属から形成され、図１及び図２に示すように、基端側（図中左側）が平板状、先端側（図中右側）は円柱形状であり、基端部には穴１２１が形成され、先端部には穴１２２が形成されている。ターミナル１１の基端部はリード片として機能しており、配線１３が接続されている。また、ターミナル１１の軸方向中心よりも基端側には、基端側の外径よりも径の大きく、輪帯状に突出した大径突部１２３が形成されている。
【００１３】
後述するように、内側電極１０が絶縁樹脂を介して電極座に保持される際に、絶縁樹脂が穴１２２内部に入り込んで固定されることにより、弛み等によるターミナル１１の軸周りの回転を防止している。また、ターミナル１１の先端側端面から軸方向に雌ネジ穴１１ａが形成されており、この雌ネジ穴１１ａを介して内側電極本体１４と固定されている。
【００１４】
内側電極本体１４は、導電性金属から構成され、図中左側の基端部には、ターミナル１１と固定するために、雌ネジ穴１１ａにねじ込まれる雄ネジ１５が刻まれている。図中右側の先端部には、電極棒１９と固定するための雄ネジ１６が刻まれている。
【００１５】
内側電極本体１４の軸方向中心付近には、本体の外径よりも大きな径を有して輪帯状に突出した大径突部１７が形成されている。詳細は後述するが、外側電極内に挿入された内側電極１０は、この輪帯状に突出した大径突部１７により、外部に飛び出すのを防止されている。
【００１６】
図１に示すように、大径突部１７は、軸方向の両端に第１大径部１７ａ及び第２大径部１７ｂを有し、この第１及び第２大径部１７ａ，ｂの間は、凹部１７ｃが形成されている。但し、凹部１７ｃの外径も、内側電極本体の外径よりも大きい。
【００１７】
第１大径部１７ａの基端側の軸に垂直な輪帯面には、輪帯溝１７ｅが形成されている。同様に、第２大径部１７ｂの先端側の軸に垂直な輪帯面には、輪帯溝１７ｆが形成されている。このように、大径突部１７の表面が複雑な形状をしていれば、大径突部１７と絶縁樹脂との接触面が大きく複雑になるため、絶縁樹脂が劣化したり、絶縁樹脂との間に隙間が生じたりしたような場合でも、内側電極１０と絶縁樹脂との間の隙間から液体等が漏れるのをある程度防止することができる。
【００１８】
また、大径突部１７が形成されている場所において、内側電極本体１４を軸に垂直な方向に貫通する貫通孔１８が形成されている。この貫通孔１８には、上述した穴１２２と同様に、電極座内に保持された際に内部に絶縁樹脂が入り込むので、弛み等により、内側電極本体１４が絶縁樹脂に対して回転するのを防止することができる。
【００１９】
電極棒１９は、導電性金属から円柱状に構成されている。また、電極棒１９の基端側に雌ネジ穴１９ａが形成されており、電極棒１９は、雌ネジ穴１９ａにおいて内側電極本体１４の先端の雄ネジ１６に固定されている。また、電極棒１９の表面には、絶縁層としてのフッ素樹脂のコーティングが施されている。
【００２０】
次に、図３に基づいて本実施形態に係る液位計測器を構成する電極座及び外側電極の構成について詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る電極座及び外側電極の構成を示す断面図である。電極座２０（電極保持部材）は、導電性金属から形成され、その内部に内側電極１０を内包するために、軸方向に貫通する孔２１を有している。
【００２１】
この孔２１の内径は均一ではなく、軸方向に沿って場所によって異なる。図中右側（先端側）の孔２１ａの内径は、内側電極１０の大径突部１７の最大径（第１及び第２大径部１７ａ，ｂの外径）よりも僅かに大きく形成されている。内側電極１０が電極座２０内に挿入される際には、大径突部１７がこの先端側（入口側）の孔２１ａを通過することとなり、いわゆる孔２１ａは通過部として作用する。
【００２２】
孔２１ａの内側（図中左側）には、孔２１ａの内径よりも大きな内径を有する孔２１ｂが隣接して形成されている。この孔２１ｂの内径は、大径突部１７の最大径よりも十分に大きい。後述するように、内側電極１０が孔２１内に挿入された状態では、大径突部１７はこの孔２１ｂの部分に位置して収容されることになる。このように、大径突部収容部として作用する孔２１ｂにおいては、内側電極１０の大径突部１７と電極座２０の内壁面との間に十分な距離を確保できるため、絶縁樹脂により両者間を確実に絶縁できる。
【００２３】
孔２１ｂの基端側には孔２１ｃが隣接して位置し、その内径は、内側電極１０の大径突部１７の最大径よりも小さい。よって、内側電極１０を先端側から孔２１内に挿入する際には、大径突部１７が、係止部としての孔２１ｃの先端側入口で引っかかり、それ以上奥に進むことはできない。
【００２４】
また、図３に示すように、孔２１ｂと孔２１ｃの境界は、孔２１ｂの周辺部が溝状に孔２１ｃの外側の領域に潜り込むように形成されており、孔２１ｂと孔２１ｃが重複している。孔２１ｃの基端側には、孔２１ｂと同じ径の孔２１ｄが隣接して形成されている。孔２１ｃと孔２１ｄの境界は、上述した孔２１ｂと孔２１ｃの境界と同様に、孔２１ｄの周辺部が溝状に孔２１ｃの領域に潜り込むように形成されており、内側の孔２１ｃと外側の孔２１ｄが重複している。
【００２５】
孔２１ｄの基端側には、孔２１ｄの径よりも小径の孔２１ｅが隣接して形成されている。図３に示すように、孔２１ｄと孔２１ｅの境界は、連続して孔の内径が小さくなるように、テーパ状になっている。また、孔２１ｅの基端側の開端付近には、若干内径の大きい部分が形成されている。
【００２６】
電極座２０の孔２１ａの部分の外表面側には、雄ネジ部２２が形成されており、管状の外側電極３０がねじ込まれ、固定される。また、電極座２０の孔２１ｂの部分の外表面側にも雄ネジ部２３が形成されており、測定対象の液体を格納する容器（例えば、ボイラ缶体等）にこの雄ネジ部２３で取り付けられる。また、電極座２０の基端付近の外表面には、配線２９が接続されている。よって、電極座２０が容器に取り付けられた際には、先端側が容器内に位置し、基端側が容器外に位置することになる。
【００２７】
外側電極３０は、導電性金属から管状に形成されている。外側電極３０の基端付近壁面には、９０°間隔で４つの穴３２が開けられており、これらの各穴３２を介して容器内と外側電極３０内が連通していることで、容器内の液位と外側電極３０内の液位とが一致するようになっている。また、外側電極３０の基端側（図中左側）の内表面には、雌ネジ部３１が形成されており、この雌ネジ部３１と電極座２０の雄ネジ部２２が嵌合して、外側電極３０が電極座２０に固定される。なお、外側電極３０の内側内径は、内側電極１０の大径突部１７の最大径よりも充分に大きい。
【００２８】
次に、図４に基づいて、本実施形態に係る液位計測器の構成について説明する。図４は、本実施形態に係る液位計測器の構成を示す断面図である。同図に示すように、液位計測器１は、内側電極１０、電極座２０、外側電極３０、モールド樹脂（絶縁樹脂）４０、ゴムカバー５０及び制御回路６０（制御手段）を有している。
【００２９】
この液位計測器１の電極部分の組立方法としては、例えば、ターミナル１１と内側電極本体１４とをねじ込み固定したものを、電極座２０の先端側から孔２１内に挿入し、モールド樹脂４０により電極座２０の孔２１内に同軸に固定する。その後、電極棒１９を内側電極本体１４の先端にねじ込み固定すると共に、外側電極３０を電極座２０の先端にねじ込み固定して組み立てれば良い。
【００３０】
このとき、内側電極１０の電極棒１９は、外側電極３０の管内に同軸に位置することになる。なお、モールド樹脂４０は、電極座２０の基端側から先端側までほぼ全体に充填されている。
【００３１】
容器に取り付けられた際に、容器の外部に位置することになる内側電極１０や電極座２０の基端側の部分は、ゴムカバー５０によって覆われる。また、内側電極１０は配線１３により、外側電極３０は電極座２０を介して配線２９により制御回路６０に接続されている。このような構成において、制御回路６０は、両電極１０，３０間に所定の交流電圧を印加して静電容量を測定することで、容器内の液位を計測する。
【００３２】
このように、本実施形態では、内側電極１０の電極棒１９と、この電極棒１９の周囲を覆って同軸に配置された管状の外側電極３０との間に交流電圧を印加して静電容量を測定している。したがって、電圧を印加する両電極１０，３０間の距離が短くなり、測定ノイズを最小限に抑えることができる。
【００３３】
また、電極棒１９と外側電極３０との間に位置する液体は、管状の外側電極３０により覆われていることになり、両電極１０，３０が、液体の流入により液面に揺れが生じるような容器内に配置された場合であっても、測定対象である液体の揺れを最小限に抑え、高精度な静電容量の計測が可能となる。
【００３４】
続いて、本実施形態に係る液位計測器１の主要なサイズについて具体的に言及する。ターミナル１１の全長は25.9mm、内側電極本体１４の全長は58.1mmであり、両者を接続した状態の全長は、78.5mmである。ターミナル１１の先端側（図１及び図２の右側）の外径は4mm、大径突部１２３の外径は6.8mmである。内側電極本体１４の外径は4.5mmであるが、大径突部１７の最大径（第１及び第２大径部１７ａ，ｂの外径）は8.3mmある。また、電極棒１９の全長は390mm、外径は6mmである。
【００３５】
一方、電極座２０の孔２１ａ部分の内径は8.4mm、孔２１ｂ，ｄ部分の内径は11.0mm、孔２１ｃ部分の内径は7.0mmである。また、電極座２０の先端に接続される外側電極３０の全長は550mm、内径は10.8mmである。
【００３６】
このように、大径突部１７の最大径が8.3mmである内側電極本体１４は、電極座２０の基端側から孔２１内に挿入することは出来ず、先端側から通過部である孔２１ａを通過させて孔２１内に挿入することができる。但し、最大径φ8.3mmの大径突部１７と、φ8.4mmの孔２１ａとでは、0.1mmの差しかないため、孔２１ａ内に第１大径部１７ａを挿入する際には、内側電極本体１４と電極座２０との中心軸をほぼ正確に一致させた状態でなければ挿入することはできない。
【００３７】
そして、大径突部１７は、孔２１ａをぎりぎり通過することができるが、φ7.0mmの孔２１ｃに進入することができず、孔２１ｂに留まることになる。いったん孔２１ｂ内に進入した大径突部１７は、孔２１ｃの入口が障害となって電極座２０の基端側に移動できないだけではなく、孔２１ａの入口が障害となって、電極座２０の先端側にも容易に移動することはできない。
【００３８】
すなわち、上述したように、大径突部１７の最大径と孔２１ａの内径との差は、わずか0.1mmだけであるので、内側電極本体１４と電極座２０とが同軸状態とならなければ大径突部１７が孔２１ａ内に進入することはなく、人為的に同状態を作り出さない限り、大径突部１７が孔２１ａ内に進入することはほとんどないと考えられる。
【００３９】
よって、本実施形態によれば、内側電極１０を構成するターミナル１１及び内側電極本体１４を保持する絶縁モールド樹脂４０が劣化した際に、容器内の圧力により内側電極本体１４が外側に飛び出そうとしても、大径突部１７は孔２１ｃに進入することができないため、外部に飛び出すことはない。また、内側電極本体１４が容器内に落下しようとしても、大径突部１７が孔２１ａ内に進入することほとんどないため、落下することはない。
【００４０】
ここで、内側電極本体１４を電極座２０の孔内に挿入するためには、電極座２０の挿入側の内径を大径突部１７の最大径よりも大きくする必要があるが、いったん内部に挿入された大径突部１７が外部に抜け出さないようにするためには、できるだけ挿入側の内径を小さくする必要がある。本実施形態では、電極座２０の内径を0.1mmだけ大きくすることで、挿入可能と抜け出し防止を両立させている。もちろん、このサイズ差に限定されるものではなく、内側電極本体１０の最大径部と、電極座２０の挿入側最小内径のサイズ差が、僅かなサイズ差、すなわち0.05〜1.0mmの範囲内であれば、挿入可能性と抜け出し防止性を両立させることができた。
【００４１】
なお、上記した内側電極１０、電極座２０等のサイズは、実施形態の一例を示すに過ぎず、適宜サイズを変更できることは言うまでもない。
【００４２】
以上、詳細に説明した本実施形態によれば、内側電極１０と外側電極３０との間の距離を短くすると共に、内側電極１０を外側電極３０で覆うように配置したので、両電極１０，３０間のノイズを低減させると共に、測定対象の液体の揺れによる影響を低減させることができ、高精度な液位測定が可能となる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、内側電極１０に大径突部１７を設ける一方、内側電極１０を内部に保持する電極座２０の孔２１において、大径突部収容部よりも基端側に大径突部１７の外径よりも小さい内径の係止部を設けたので、内側電極１０が外側に飛び出すことのない安全な液位計測器１を提供することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、電極保持具としての電極座は、外側電極と別体に形成されて接続固定されるのではなく、一体に形成された外側電極兼用の電極座であっても良い。
【００４５】
また、本実施形態では、内側電極１０を、別体に形成されたターミナル１１、内側電極本体１４、電極棒１９を接続・固定することで構成しているが、最初から一体形成するように構成しても良い。但し、組立の容易さを考慮すれば、少なくとも電極棒１９は別体に構成するのが望ましい。
【００４６】
また、本実施形態では、ターミナル１１の大径突部１２３の外径を、孔２１の最小径部２１ｃの内径よりも小さく構成しているので、ターミナル１１は孔２１内全体を通過することが可能であるが、ターミナル１１の最大外径を、孔２１の最小内径よりも大きくするように構成しても良い。
【００４７】
この場合には、内側電極１０の組立時に、ターミナル１１と内側電極１４を接続してから、電極座２０の先端側から孔２１内に挿入しようとしても、ターミナル１１の大径突部１２３が孔２１内の最小径部にひっかかってしまう。よって、ターミナル１１を電極座２０の基端側から、内側電極本体１４を電極座２０の先端側から孔２１内に挿入し、孔２１内でねじ込み固定する必要がある。
【００４８】
このような構成によれば、内側電極１０が基端側に飛び出さないだけでなく、ターミナル１１の大径突部が孔２１内の最小径部にひっかかることで、内側電極１０は先端側に飛び出すことも全くないため、より計測器の安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本実施形態に係る内側電極の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るターミナルの構成を示す側面図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る電極座及び外側電極の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本実施形態の変形例に係る液位計測器の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１              液位計測器
１０            内側電極
１１            ターミナル
１４            内側電極本体
１７            大径突部
１９            電極棒
２０            電極座（電極保持部材）
２１            孔
３０            外側電極
４０            モールド樹脂（絶縁樹脂）
５０            ゴムカバー
６０            制御回路
【図１】
2009042078.tif 000003
【図２】
2009042078.tif 000004
【図３】
2009042078.tif 000005
【図４】
2009042078.tif 000006