CN102853879A

CN102853879A - 液体传感器

Info

Publication number: CN102853879A
Application number: CN2012101910344A
Authority: CN
Inventors: 秋元龙; 小桥隆; 小池哲夫; 田中实
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2032-06-11
Also published as: JP5773770B2; JP2013002842A; CN102853879B; US20120314217A1

Abstract

本发明提供一种即使内径为不同的极细直径的管也能够检测出管内有无液体的液体传感器。在投光部（10）的狭缝（14）和受光部（20）的狭缝（24）之间，在比管P更靠近狭缝（24）侧设置狭缝（31），该狭缝（31）使透过没有液体的管P而折射了的来自投光部（10）的出射光选择性地通过。另一方面，透过有液体的管P而折射了的来自投光部（10）的出射光被开有狭缝（31）的板状构件遮挡，无法到达受光部（20）。

Description

液体传感器

技术领域

本发明涉及一种检测管内的液体的有无以及气泡的有无等的液体传感器。

背景技术

现有的液体传感器，在互相相对地设置的投光元件和受光元件的光路中配置透光性管，利用液体存在于该管内的情况下和不存在于该管内的情况下的透过光的折射率的差异，光学性地检测管内的液体的有无（例如，参照专利文献1）。

背景技术文献

专利文献

专利文献1日本特开平10-253425号公报

发明内容

发明要解决的课题

由于现有的液体传感器是如上述那样地构成，如果将与传感器设计时的设想相比更细径的管作为检测对象而使用的话，向管的出射光量过大，无法充分地得到液体存在的情况下和不存在的情况下的受光量的变化，因此存在难以检测液体的有无这样的课题。为了解决该课题，考虑到按照管直径而使得传感器自身小型化，但是关于小型化在制造技术上有限度，而且需要根据每个管直径准备大小不同的传感器，因此不合理。

又，将1/16英寸以下的极细直径的管作为检测对象使用时，现有技术中在从投光元件至管的光路中设置比管直径窄的狭缝，但是在该构成的情况下，改变管内径时由管折射了的光并不限于一定到达至受光元件，因此存在难以检测液体的有无这样的课题。

本发明是为了解决上述那样的课题而作出，其目的是提供一种即使对于内径不同的极细直径的管也能够检测液体的有无的液体传感器。

解决课题的手段

本发明的技术方案所涉及的液体传感器具有：投光部，所述投光部使来自投光元件的出射光通过第1狭缝而向透光性的管体的方向出射；受光部，所述受光部使从所述投光部向所述管体的方向出射的所述出射光通过第2狭缝而由受光元件受光；和第3狭缝，所述第3狭缝被配置在所述管体和所述第2狭缝之间，使从所述投光部向所述管体的方向出射的所述出射光在所述管体内没有液体时向所述第2狭缝的方向选择性地通过。

关于本发明的技术方案2所涉及的液体传感器，所述第3狭缝是与所述管体半径相比开口得较小的形状，所述管体的中心轴与所述第3狭缝的开口边缘部位置对齐。

关于本发明的技术方案3所涉及的液体传感器，具有对所述管体进行定位的定位部，以使所述管体的中心轴沿着所述第3狭缝的开口边缘部。

关于本发明的技术方案4所涉及的液体传感器，具有透光性的保持部，所述保持部被设置在第1狭缝和第3狭缝之间，使所述管体紧贴于所述第3狭缝地对所述管体进行保持。

关于本发明的技术方案5所涉及的液体传感器具有：外壳，所述外壳在将凹下部分夹在中间的一对凸结构中分别收纳有投光元件和受光元件，且在夹着所述凹下部分而相对的所述一对凸结构的壁面上设置有第1狭缝以及第2狭缝；和附属装置，其能够安装在所述外壳的凹下部分，所述第3狭缝设置在所述附属装置上。

发明的效果

根据本发明的技术方案1-4，由于在管体和受光部侧的第2狭缝间设置有第3狭缝，所以即使对于内径不同的直径的管也能够检测液体的有无。

根据本发明的技术方案5，与外壳分开地设置形成有第3狭缝的附属装置，因此外壳主体侧还是如通用的形态那样，在没有附属装置的状态下可以检测大直径的管的液体的有无，在安装了附属装置的状态下可以检测直径极细的管的液体的有无。

附图说明

图1是表示本发明的实施形态1所涉及的液体传感器的构成的外观立体图，表示安装了管的状态。

图2是表示实施形态1所涉及的液体传感器的构成的外观立体图，表示没有管的状态。

图3表示实施形态1所涉及的液体传感器的主要部分，图3的（a）是沿图1的AA线切断的截面图，图3的（b）是平面图。

图4是对实施形态1所涉及的液体传感器的检测方法进行说明的图，图4的（a）表示在内径0.50mm的管内没有液体时的出射光，图4的（b）表示有液体时的出射光。

图5是对实施形态1所涉及的液体传感器的检测方法进行说明的图，图5的（a）表示在内径0.75mm的管内没有液体时的出射光，图5的（b）表示有液体时的出射光。

图6是对实施形态1所涉及的液体传感器的检测方法进行说明的图，图6的（a）表示在内径1.00mm的管内没有液体时的出射光，图6的（b）表示有液体时的出射光。

图7是表示实施形态1所涉及的液体传感器的变形例的截面图。

符号的说明

1外壳

2检测区域

10投光部

11、21外壳壁面

12投光元件

13、23透镜

14狭缝（第1狭缝）

20受光部

22受光元件

24狭缝（第2狭缝）

30附属装置

31狭缝（第3狭缝）

32定位部

33开口边缘部

40、50保持部

41带子

51盖体

P管。

具体实施方式

实施形态1

图1以及图2中所示的液体传感器是使外壳1的一边凹下，将该凹下部分作为检测区域2，将把检测区域2夹在中间的一方的凸结构设置为投光部10，将另一方的凸结构设置为受光部20。又，在外壳1的侧壁表面上形成有用于一体地固定附属装置30和作为检测对象的极细径的管P的保持部40。在图示例中，为了将附属装置30和导管P固定在外壳1，构成为将穿过设置在保持部40上的两个孔的带子41连管P一起绕在附属装置30上。又，没有附属装置30的液体传感器被设计为最合适检测比图1中示出的管P外径大的管（未图示）中的液体的有无。

图3的（a）表示沿图1所示的AA线切断液体传感器的截面图，在图3的（b）中示出平面图。又，在图3的（b）中省略外壳1的主体部分的图示。

如图1～图3所示，面对外壳1的检测区域2的壁面11、21是透光性构件。而且在投光部10的内部，收纳有向检测区域2的方向投光的投光元件12、透镜13和狭缝（第1狭缝）14。另一方面在受光部20的内部，收纳有对来自检测区域2的方向的光进行受光的受光元件22、透镜23和狭缝（第2狭缝）24。由外壳壁面11、21夹住的部分为检测区域2，在这里安装附属装置30，且设置直径极细的管P。

又，投光部10的构成为将透镜13安装在LED（发光二极管）等的投光元件12上，且配置在狭缝14的跟前，但是投光部10的构成也不限于此，例如也可以将光纤接合在狭缝14，从投光元件12通过光纤向狭缝14导光。又，受光部20的构成为将透镜23安装在光电二极管等的受光元件22上，且配置在狭缝24的跟前，但是受光部20的构成也不限于此，也可以与投光部10同样地，将光纤接合在狭缝24，通过光纤将经过狭缝24的出射光向受光元件22导光。

又，也可以没有外壳壁面11、21。

在附属装置30，在为了遮挡通过检测区域2的出射光而立设的板状构件上形成有狭缝（第3狭缝）31，且形成有用于相对于狭缝31对管P进行定位的定位部32。该狭缝31被配置在管P和狭缝24之间，来自投光部10的出射光透过管P进入到狭缝31。又，虽然在图示例中形成有狭缝31的板状构件和管P是接触了的状态，但是也不需要一定使它们接触，即使有些间隙也没关系。

管P是透光性的管体，其被定位部32定位，以使得其中心轴X和狭缝31的上侧的开口边缘部33是相同的高度。又，在图示例中，管P的外径是1/16英寸（1.59mm），狭缝31的高度方向的幅度是0.5mm。虽然管P和狭缝31的大小的关系性并不限于此，但是优选构成为，狭缝31为开口口径在管P的半径以下的开口得较小的形状，在管P的中心轴X与开口边缘部33位置对齐了的状态下，管P覆盖狭缝31。狭缝31的开口部分被管P覆盖的话，来自投光部10的出射光无法直接进入狭缝31。因此，来自投光部10的出射光透过管P折射后进入狭缝31。仅在透过没有液体的管P时折射了的出射光选择性地通过狭缝31，向受光部20的方向行进，另一方面，在透过有液体的管P时折射了出射光被附属装置30的板状构件遮挡，无法到达至受光部20。因此，能够基于通过受光部20受光的光量，检验出在直径极细的管P的内部有无液体，或者有无气泡。

图4是表示使用外径为1.59mm以及内径为0.50mm的管P的情况下的出射光的图，图4的（a）是表示在管P内没有液体的情况，图4的（b）是表示在管P内有液体的情况。又，在图4～图6中，假设将水作为液体，没有液体时管P内充满空气。

通过未图示的定位部32，管P的中心轴X被定位在和狭缝31的开口边缘部33相同的高度位置。在图4的（a）中，在管P内没有水时，由投光元件12所投光的出射光通过透镜13以及狭缝14，且透过外壳壁面11，被出射至检测区域2（由图4的（a）中最浅的灰色部分示出），在管P的外周表面以规定的折射率折射（由图4的（a）中略微深的灰色示出），进一步在内周表面以规定的折射率折射（由图4的（a）中最深的灰色示出），一部分的出射光通过狭缝31。而且，通过了狭缝31的出射光透过外壳壁面21，且通过狭缝24，由透镜23聚光到达至受光元件22。由受光元件22受光了的光在未图示的信号处理部被变换为电信号，和预先被设定的阈值比较，判定液体的有无。具体来说，在表示受光量的电信号的值超过阈值时，判断从投光部10出射的光透过管P内到达至受光部20，则输出表示在管P内没有液体的信号。

另一方面，在图4的（b）中，在管P内有水时，由于和在管P内没有水的情况相比管P内的折射率增大，从投光部10出射到检测区域2的出射光（由图4的（b）中最浅的灰色示出）主要在管P的外周表面折射（由图4的（b）中略微深的灰色示出），在管P的内周表面和水的边界面几乎没有折射地行进（由图4的（b）中最深的灰色示出）。因此，出射光由附属装置30的板状构件遮挡，无法通过狭缝31。因此，即使有干扰光入射到受光部20中，也无法入射超过阈值的足够的量的受光量。这时，未图示的信号处理部输出表示在管P内有液体的信号。

又，在这里对以下情况进行了说明，即，以PFA（氟树脂，绝对折射率为1.34）作为管P的材质，以及将通过管P内的液体仅设为水（绝对折射率1.33），在管P内没有水时，管P内充满空气（绝对折射率1.00）的情况，但是并不限于这些组合，关键是将在管P内有液体时和没有液体时（管P内充满某种气体时）两者相比较，只要是该液体和气体的折射率不同的情况，也同样地适用于本发明。

图5是表示使用外径为1.59mm、内径为0.75mm的管P的情况下的出射光的图，图5的（a）是表示在管P内没有液体的情况，图5的（b）是表示在管P内有液体的情况。

又，图6是表示使用外径为1.59mm、内径为1.00mm的管P的情况下的出射光的图，图6的（a）是表示在管P内没有液体的情况，图6的（b）是表示在管P内有液体的情况。

任何情况都是和图4同样地，在管P内没有液体时，出射光在管P的内周表面折射，通过狭缝31，到达至受光部20。另一方面，在管P内有液体时，出射光在管P的内周表面（其和水的边界面）的折射率产生变化，由于其无法通过狭缝31所以无法到达至受光部20。像这样，通过在管P和狭缝24之间设置狭缝31，即使在1/16英寸以下的直径极细的管P的内径不同的情况下，也可以检测出液体的有无。

又，如图4～图6所示，无论管P内有没有液体，折射了的光的一部分都会稍微进入狭缝31的一端部，理想的情况是使形成狭缝31的板状构件具有某程度的厚度。但是，将该板状构件设置得较厚以使狭缝31与狭缝24连接的话，由于出射光在连接了的狭缝的内壁表面多重反射等，有产生干扰光的可能性，因此将形成狭缝31的板状构件和形成狭缝24的板状构件分别设置，且使它们分开。

又，在图示例的液体传感器中，将从外壳壁面11到外壳壁面21的距离设置为13mm。又，将狭缝14的开口幅度设置为高度方向2.0mm，左右方向为1.0mm，将狭缝24的开口幅度设置为高度方向1.3mm，左右方向1.0mm，将狭缝31的开口幅度设置为高度方向0.5mm，左右方向为2.0mm。其中，狭缝31的高度方向的开口幅度（0.5mm）优选为随着管P的外径（1.59mm）变小而变窄。

又，如图示例所示，将狭缝24的开口面积设置为比狭缝31的开口面积大时，由于通过了狭缝31的出射光易于从狭缝24向受光元件22侧进入，所以受光元件22中的受光量增加，检测灵敏度提高。另一方面，也可以将狭缝24的开口面积设置为比狭缝31的开口面积小，这时，由于干扰光从狭缝24难以从狭缝24进入到受光元件22侧，由此可以防止误判。

又，在图示例的液体传感器中，是利用来自投光部10的出射光中的、在附图中上方的出射光来检测管P的液体的有无，但是也不限于此，也可以做成使图示的液体传感器的外壳1以外的各部分在上下方向翻转的构成，可以利用来自投光部10的射出光中的下方的出射光来检测管P的液体的有无。采用该构成时，管P的中心轴X被定位在沿狭缝31的下侧的开口边缘部的位置。

如上所述，根据实施形态1，液体传感器具有：投光部10，其将投光元件12的出射光从狭缝14向管P的方向出射；受光部20，其使从投光部10向管P的方向出射的出射光通过狭缝24并利用受光元件22对该出射光进行受光；狭缝31，其被配置在管P和狭缝24之间，使从投光部10向管P的方向出射的出射光在管P内没有液体时向狭缝24的方向选择性地通过，其中，狭缝31是相比于管P的半径开口得较小的形状，定位部32对管P进行定位使得管P的中心轴X沿该开口边缘部33。因此，即使是本来被设计用来检测大直径的管的液体的有无的液体传感器，通过设置狭缝31，也能够检测更细的直径的管P的液体的有无。进一步，即使是内径不同的极细直径的管P也能够检测液体的有无。

又，在本实施形态1中，与外壳1分开地构成附属装置30。因此，能够相对于外壳1拆装附属装置30，例如，根据管P的外径更换附属装置30，也能够使用形成有适当的开口幅度的狭缝31的附属装置30来检测液体的有无。进一步，在拆卸了附属装置30的状态下，将大直径的管P固定在检测区域2的话，能够检测出大直径的管P的液体的有无。因此，能够构成对于从极细直径到大直径的各种直径的管P都可以检测液体的有无的通用性的液体传感器。

另一方面，狭缝31以及定位部32等不构成为附属装置30，而与外壳1一体地构成也是可以的。在该构成的情况下，不需要用于将附属装置30固定在外壳1上的保持部40以及带子41等，由此能够将液体传感器小型化。

进一步，保持部40不限于图示例的形态，也可以是将附属装置30和管P固定在外壳1上的构成。

在图7中，作为变形例示出具有其它形状的保持部的液体传感器。在该变形例中，使用板状的保持部50以及盖体51将管P固定在附属装置30的规定位置上。具体地说，在狭缝14和管P之间形成板状的保持部50，保持使管P紧贴于形成有狭缝31的板状构件的状态。除此之外，由定位部32决定管P的高度方向的位置，用盖体51覆盖管P使其高度方向被固定。又，保持部50用透光性构件构成，或者形成充分的开口面积的狭缝，以便不遮挡来自投光部10的出射光。

又，虽然参照附图对本发明的实施形态进行了详细说明，但是具体的构成不限于上述实施形态的构成，不脱离本发明的中心思想的范围的设计的变更等也应该包含在本发明中。

Claims

1.一种液体传感器，具有：

投光部，所述投光部使来自投光元件的出射光通过第1狭缝而向透光性的管体的方向出射；

受光部，所述受光部使从所述投光部向所述管体的方向出射的所述出射光通过第2狭缝而由受光元件受光，

所述液体传感器基于所述受光部中的受光量来检测在所述管体内是否有液体，

所述液体传感器的特征在于，

还具有第3狭缝，所述第3狭缝被配置在所述管体和所述第2狭缝之间，使从所述投光部向所述管体的方向出射的所述出射光在所述管体内没有液体时向所述第2狭缝的方向选择性地通过。

2.如权利要求1所述的液体传感器，其特征在于，所述第3狭缝的形状是开口小于所述管体半径，所述管体的中心轴与所述第3狭缝的开口边缘部位置对齐。

3.如权利要求2所述的液体传感器，其特征在于，具有对所述管体进行定位的定位部，以使所述管体的中心轴沿着所述第3狭缝的开口边缘部。

4.如权利要求1所述的液体传感器，其特征在于，具有透光性的保持部，所述保持部被设置在第1狭缝和第3狭缝之间，使所述管体紧贴于所述第3狭缝地对所述管体进行保持。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的液体传感器，其特征在于，具有：

外壳，所述外壳在将凹下部分夹在中间的一对凸结构中分别收纳有投光元件和受光元件，且在夹着所述凹下部分而相对的所述一对凸结构的壁面上设置有第1狭缝以及第2狭缝；和

附属装置，其能够安装在所述外壳的凹下部分，

所述第3狭缝设置在所述附属装置上。