CN1514929A

CN1514929A - 液面高度检测装置

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Publication number: CN1514929A
Application number: CNA028117190A
Authority: CN
Inventors: ֮; 大缠直之
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Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-07-21
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Abstract

本发明的目的是提供一种不必选择检测对象，可用于各种不同检测对象和使用环境，实现了能高效率地把光照射在液面高度检测部位上，检测时对光接受装置的受光量变化的敏感度很高，而且经久耐用制造容易的，可以实际应用的液面高度检测装置。本发明设有不使发光装置(12)所发射的光直接照射在光接受装置(13)上的遮光装置(14)，一方面，用光散射装置(16)使发光装置发出的光散射，在光放射装置(透光部件)(11)的液面高度检测部位上，把散射出来的散射光的一部分发射到外部，另一方面，用光接受装置接收不发射出去而经过反射后又返回来的散射光，并检测这种受光量的变化。这样，在外部存在液体(17)的情况下，由于减少了在液体与光放射装置的分界面上反射后又返回光放射装置内部的光量，在光接受装置上的受光量也减少了，所以通过测定受光量的变化，能够检测出液体的液面高度。

Description

液面高度检测装置

技术领域

本发明涉及检测装入储存罐、管道、桶等等的容器内，从外部不易看到的液体的液面高度的装置，特别是，涉及使用散射光来检测液面高度的检测装置。

背景技术

图7是以往利用棱镜的光反射的液面高度检测装置的一个例子的断面图。图7中所示的液面高度检测装置100由下列各种部件构成：具有切割成规定形状的一端(以下称之为棱镜部分101)的用氟类树脂或者玻璃等制成的柱状透光部件102；面向棱镜部分101、且沿着透光部件102的长度方向发射光线的发光装置103；由发光装置103所发射的光，由棱镜部分101反射之后，从棱镜部分101接受沿着透光部件102的长度方向返回的反射光的光接受装置104；以及测定由光接受装置104所接受的光量，并输出该测定结果的IC105。

此外，在棱镜部分101上设定了规定的形状，以便光接受装置104能高效率地接受由发光装置103发射的光。例如，所发射的光在棱镜部分101上进行全反射，并使得这些全反射的光一直返回到光接受装置104。即，当透光部件102的折射率为n_t，空气的折射率为n_s(n_s1)时，从发光装置103发射的光的照射角便为sinθ₀＝ns/nt，以此来确定棱镜部分101的下端的规定形状，和发光装置103和光接受装置104的设置位置。

在液体106的液面107接触到棱镜部分101的被光照射到的部分上的情况下，棱镜部分101外部的折射率要发生变化(通常，由于液体106的折射率比空气大，外部的折射率就变大)，全反射角θ₀也变化。这样，从发光装置103发出的光便向液体106内部发射，返回光接受装置104的光量便大大减少。测定这种光量的变化，便能检测出与下端接触的液面107。

可是，图7中的液面高度检测装置100，由于在下端的棱镜部分101存在着液面高度检测部分，在检测了一次液体106的液面高度的情况下，液滴就继续附着在它上面，会发生检测液面高度的误动作，或者造成不能对液面高度进行检测的情况。下面图8中所示的液面高度检测装置是作为改进这一问题的一种液面高度检测装置。

图8是使用全反射光的以往的液面高度检测装置的一个例子的断面图。图8中所示的液面高度检测装置200由下列各部件构成：内部是空的、用氟类树脂或者玻璃等制成的透光部件201；设置在上述空的内部由光纤等构成的发光装置202和光接受装置203；使从发光装置202所发射的光不直接照射在光接受装置203上的遮光壁204；测定由光接受装置203所接受的光量，并输出该测定结果的IC205。

此外，在外部不存在液体206的情况(即，外部是空气的情况)下，可设定该发光装置202和光接受装置203的角度，使光在透光部件201侧面的外壁上进行全反射。即，当透光部件201的折射率为n_t，空气的折射率为n_s(n_s1)时，把发光装置202设置成其入射角以比发光装置202的光的照射角用sinθ₀＝ns/nt所设定的临界角θ₀更大的入射角入射，此外，光接受装置203也设置在与发光装置202的入射角为相同的反射角的位置上，以便能高效率地接受从透光部件201的外壁的全反射光。

如上所述，在外部为空气的情况下，从发光装置202发射过来的光，在透光部件201的外壁上被全反射，由光接受装置203接受，而在液面207与透光部件201侧面的光进行全反射的部位(以下，称为全反射部位)接触的情况下，上述透光部件201的外部的折射率变化，临界角θ₀也变化。于是，从发光装置202发射出来的光便放射到液体206的内部，返回到光接受装置203的光量大大减少了。测定这种光量的变化，就能检测出液面207接触了全反射部位。这种利用全反射的液面高度的检测，在全反射部位存在液体206的情况下，就不会发生光的全反射，其反射的光量将发生戏剧性的变化。因此，由光接受装置所接收到的光量的变化量很大，能进行高精度的液面高度检测。

此外，在特开2000-329607号公报和特开2000-321116号公报中，公开了利用所传输的光散射，计量所传输的光的衰减量，从而检测出液面高度的液面高度传感器。例如，在特开2000-329607号公报中，公开了如图9所示的那种利用所传输的光散射后的散射光的液面高度传感器300。

这种液面高度传感器300，让传输的光通过光散射部件(粒状体)301，使其散射，成为散射光，再让散射光从检测部分302发射到外部，利用存在于外部的液体的影响，通过对衰减后传输光的衰减量进行测定，检测出液面的高度。此外，除了图9之外，例如，如图10所示，还公开了在整个U字形部分上布置折射率不同的透光物质的装置。

可是，在图8所示的液面高度检测装置中，由于是借助于全反射检测出液面高度的，例如，在检测了一次粘性较高的液体的液面高度之后，再次使用该液面检测装置来检测液面高度时，由于在全反射部位上粘附有液滴，就不会在全反射部位上发生全反射，所以存在着不除掉那些液滴，就不能检测出液面高度的问题。此外，在全反射部位上附着油膜和污点的情况下，同样也存在可能发生误动作的问题。

此外，图8所示的液面高度检测装置，由于在棱镜部分和全反射部位，要设定确定全反射的临界角，所以必须设定棱镜部分的角度，设置发光装置和光接受装置的位置和角度，从发光装置到光接受装置之间的距离(即，遮光壁长度方向的距离)，发光的角度和接受光的角度等各种各样的条件，例如，既使在这些条件中欠缺一个条件，也不能进行液面高度的检测。此外，还存在着由于外部撞击造成的伤痕和损伤，由于酸碱性等各种使用条件而引起的液面高度检测装置的性能恶化等寿命非常短的问题。此外，由于必须设定以上各种各样的条件，所以还有液面高度检测装置的制造要很精密，因而很困难的问题。

此外，图8中所示的液面高度检测装置，例如，在液面高度检测部位的外部是空气的初始状态下，设定为发生全反射，在既定的检测对象(液体)的内部不发生全反射。另一方面，这样设定的检测对象会随着所利用的环境而变化。因此，例如，根据设定的临界角θ₀，存在着虽然能检测折射率高的液体，却不能检测折射率低的液体的问题。此外，以往的液面高度检测装置，在检测对象是有色彩的液体的情况下，存在着会发生误动作的问题。

此外，图8中所示的液面高度检测装置，例如，虽然能对空气与液体的双层分界面进行检测，但，如果打算检测空气、油、水的3层分界面时，存在着必须设置两种液面高度检测装置的问题，在空气与油的分界面上设置对是否发生全反射的变化进行设定的液面高度检测装置，而在油与水的分界面上设置对是否发生全反射的变化进行设定的另一种液面高度检测装置。另外，在本说明书中，对液相与气相的界面，和两种不同液相的界面都称之为液面。

此外，图9中所示的液面高度传感器，其结构为发光装置所发出的光直接进入光接受装置中，光接受装置即使在检测液面高度之前，已经接受了相当数量的传输光。这种直接从发光装置进入光接受装置中的光，不仅与检测液面高度无关，还会使得液面高度的检测精度大大降低。特别是，在检测液面高度时，从检测部分向外发射的散射光(即，由光接受装置所传输的光的衰减量)很少的情况下，光接受装置所接受的光量的变化率(变化率＝液面高度检测出来之后接受的光量/液面高度检测出来之前接受的光量)变得非常的小，要测量这种变化是非常困难的，当前说来，是不现实的问题。

因此，特别是在为了提高液面高度检测的精度，缩短检测部分的距离L的情况下，由于从检测部分向外部发射的散射光量必然会减少，因此进一步减小了光接受装置所接受的光量的变化率。因此，如果不把这种液面高度传感器检测部分的距离L取得很大，就不可能检测液面的高度，因而存在着液面高度的检测精度非常低的问题。

此外，如图10所示，在整个U字形部分上都设置折射率不同的透光物质，用U字形部分发射光的液面高度传感器，这种构造的光的传送途径非常曲折，所传输的光几乎都作为散射光泄漏到外部，光接受装置所接受的光量非常少。此外，还有，即使在检测出液面高度的情况下，由于不可能正确地确定一个特定的液面高度，只能检测出精度极低的液面高度，实际上不起作用。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种液面高度检测装置，它不挑选检测对象，能应用于各种各样的检测对象和使用环境，此外，例如，即使对于粘度很高的液体，也能连续切实地进行液面的检测，更进一步，它的耐久性能优良，而且制造也很容易。此外，本发明的另一个目的是提供这样一种液面高度检测装置，它能以很高的效率把光照射在液面高度检测部位上，检测时光接受装置对受光量变化的灵敏度很高，能实在地进行灵敏度很高的液面高度检测。

为达到上述目的，本发明设置了不使发光装置所发射的光直接照射在光接受装置上的遮光装置，一方面，在光放射装置的液面高度检测部位上，把用光散射装置散射出来的散射光的一部分发射到外部去，另一方面，用光接受装置接收不发射出去而经过反射后又返回来的散射光，并检测这种受光量的变化。

即，按照本发明，所提供的液面高度检测装置是检测存在于外部的液体的液面高度的液面高度检测装置，它具有下列各种部件：

发光的发光装置；

使上述发光装置所发出的光散射的光散射装置；

具有将上述光散射装置所散射的一部分散射光放射到上述光散射装置外部的液面高度检测部位的光放射装置；

不是接受由上述光放射装置放射的光，而是接受在上述光散射装置或上述光放射装置和外部的分界面上反射后、又返回来的上述散射光的光接受装置；以及

遮挡光的遮光装置，以使从上述发光装置发出的光不直接照射在上述光接受装置上；

在上述外部存在上述液体的情况下，向上述光放射装置外部放射的光量变化，通过用上述光接受装置接受的光量检测出这种变化，以检测上述液体的液面高度。

此外，本发明的优选实施例还以既定的角度布置上述发光装置和光接受装置。

此外，本发明的优选实施例还配备了多个上述光接受装置。

此外，本发明的优选实施例还将上述多个光接受装置布置在大致水平面上。

此外，本发明的优选实施例还为了防止上述遮光装置吸收光，用反射光用的薄膜覆盖上述遮光装置。

此外，本发明的优选实施例还可以根据上述液体的种类设定上述光接受装置中的基准受光量，通过将上述光接受装置的受光量与上述基准受光量进行比较，检测出上述液体的液面高度。

此外，在本发明的优选实施例中，还把上述光散射装置布置在上述发光装置的发光部位的周围。

此外，在本发明的优选实施例中，还把上述光散射装置布置在从上述发光装置发射出来的上述光所照射的上述液面高度检测部位的周围。

此外，在本发明的优选实施例中，上述光散射装置是硅橡胶。

此外，在本发明的优选实施例中，上述光放射装置是烷氧基全氟化合物。

此外，在本发明的优选实施例中，还在上述发光装置中使用钨灯，在上述光接受装置中使用玻璃光纤。

此外，在本发明的优选实施例中，还通过将上述光放射装置浸泡在上述液体内，以检测上述液体的液面高度。

此外，在本发明的优选实施例中，还把上述光放射装置设置在具有透光性容器的外壁上，以检测容纳在上述容器内的上述液体的液面高度。

此外，在本发明的优选实施例中，还具有能把上述光放射装置固定在上述容器的外壁上的固定装置。

附图说明

图1是表示本发明的液面高度检测装置的使用状态的模式图；

图2是本发明的液面高度检测装置的第一实施例的断面图；

图3是图2中所示的本发明的液面高度检测装置的液面高度检测部分附近的放大后的模式图；

图4是用本发明的液面高度检测装置检测液面时，表示光接受装置的受光量变化的模式曲线图；

图5是本发明的液面高度检测装置的第二实施例的断面图；

图6是本发明的液面高度检测装置的第三实施例的断面图；

图7是以往利用棱镜的光反射的液面高度检测装置的一个例子的断面图；

图8是使用全反射光的以往的液面高度检测装置的一个例子的断面图；

图9是以往利用散射光的液面高度检测装置一个例子的断面图；

图10是以往利用散射光的液面高度检测装置另一个例子的断面图；

图11是表示本发明的液面高度检测装置的使用状态的第一例的模式图；

图12(A)是在本发明的液面高度检测装置中，在不同高度上设置液面高度检测部位的第一例的模式图；

图12(B)是在本发明的液面高度检测装置中，在不同高度上设置液面高度检测部位的第二例的模式图；

图12(C)是在本发明的液面高度检测装置中，在不同高度上设置液面高度检测部位的第三例的模式图；

图13是本发明的液面高度检测装置的第四实施例的断面图；

图14是图13中所示的液面高度检测装置设置了许多玻璃光纤时的图，是图13中的X-Y断面图；

图15是表示本发明的液面高度检测装置的使用状态的第二例的模式图。

具体实施方式

<第一实施例>

下面，参照附图说明本发明的液面高度检测装置。首先，说明本发明的液面高度检测装置的第一实施例。图1是表示本发明的液面高度检测装置的使用状态的模式图；图2是本发明的液面高度检测装置的第一实施例的断面图。另外，图2是图1中的虚线部分的放大图。本发明的液面高度检测装置10，例如，是把柱状部分大致垂直地从罐之类的容器上方插入罐内，并使液体17接触处于下方的液面高度检测部位，以进行液面高度的检测。

图2中所示的本发明的液面高度检测装置10全长大致为几十厘米，它由下列各部分构成：用氟类树脂或者玻璃等制成的、内部为空洞部分的柱状透光部件(光放射装置、透光装置)11；设置在上述内部空洞部分中的，由光纤或发光二极管(LED)等构成的发光装置12；把光能变换成电气信号之类的电能的光接受装置13；不使发光装置发射的光直接照射在光接受装置13上的遮光壁(遮光装置)14；测定由光接受装置13所接受的光量，并输出该测定结果的IC(集成电路)15；以及覆盖发光装置12和光接受装置13的整个顶端，使所照射的光具有散射性质的光散射部件(光散射装置、硅(酮)橡胶)16。另外，例如，当发光装置12为光纤时，它与光供应装置连接；当发光装置12为发光二极管时，则与电源连接。此外，作为光散射部件16，以具有能与发光装置12和光接受装置13固定连接的性能的硅橡胶16为佳，特别是，以具有吸湿硬化性能和耐热性能的半透明软质硅密封胶为最好。

对于这种用于液面高度检测的光的波长，没有特别的限制，凡是用于可视领域、红外领域、紫外领域，以及其他领域的光都可以使用。此外，配备了棱镜等器件，使得从发光装置12发出的光，以及由光接受装置13接收到的光具有方向性，使之能高效率地发光和接受光。此外，透光部件11以使用对化学药品的耐久性高的材料为好，例如，可使用PTEE(聚四氟乙烯)、PFA(烷氧基全氟化合物)、FEP(荧光乙烯丙烯)、ETFE(乙烯四氟乙烯)等氟类树脂，特别是，最好使用在高温下也不熔化的、稳定的PTFE，或者廉价的、容易加工的PFA等。此外，由于透光部件11具有透光性能，成为向外部环境发射光的液面高度检测部位，所以把透光部件11也称为光放射装置11。此外，由于透光部件只是保护外部环境的装置，所以，即使不把透光部件11设置在液面高度检测部位附近，而把光散射装置16直接暴露于外部环境(即，把光放射装置11和光散射装置16做成同一个部件)，也能达到本发明的目的。

图3是图2中所示的本发明的液面高度检测装置的液面高度检测部分附近的放大后的模式图。下面，参照图3说明在检测液面高度时的工作过程和光的流程。例如，硅橡胶16那样的物质是许多微粒子不规则地散布着的半透明物质，当光照射在这种硅橡胶16上时，它便在硅橡胶16内部散射。因此，从发光装置12照射过来的光，由于硅橡胶16内部的微粒而散射，向任意方向扩展。然后，散射光又由于微粒而反复来回散射，例如，再一次回到发光装置存在的方向上，照在透光部件11的内壁上。另外，也可以使用具有能使照射的光散射的性能的物质或部件来代替硅橡胶16。

此外，由于遮光壁14，能使光接受装置13不直接接受发光装置12发射出来的光。这样，不使发光装置22所发射的光直接照射在光接受装置13上，就能够遮挡住干扰液面高度检测的光。另外，使光接受装置13不直接接受发光装置12发射出来的光，这意味着，无论有没有硅橡胶16，把发光装置12与光接受装置13互相相对布置，光也不会直接照射在光接受装置13上。此外，通过把发光装置按照规定的设计角度布置，就能提高在发光装置12与光接受装置13之间，向外部发射一部分散射光的透光部件11的这一部位(以下简称液面高度检测部位)附近的平均照射光量，同样，通过把光接受装置按照规定的设计角度布置，就能够提高接受光的效率，从而能提高液面高度检测的精度。

还有，把遮光壁14设置成倾斜的，可使它起到光反射板的作用，如果单独设置光反射板，同样也能提高液面高度检测的精度。另外，上述液面高度检测部位的长度在几个毫米的范围内。此外，为了防止光被遮光壁14所吸收掉，要把遮光壁14做成白色的，或者用银和铝之类的薄膜覆盖，也能提高遮光壁14的光反射率。

到达透光部件11内壁的光，其一部分在内壁上被反射出来，穿过透光部件11的内部到达透光部件11的外壁。在透光部件11的外部(外部环境)中不存在液体17的情况下(即，外部是空气的情况)，相对于透光部件11外壁的法线以比临界角小的角度入射的光，便穿过与外部的分界面，放射到外部(不过，其一部分在外壁上反射掉了)；另一方面，以临界角以上的角度入射的光，则在外壁上发生全反射。另外，在透光部件11的内壁和外壁上，光前进的路线遵从在分界面上反射和折射的法则。另外，PFA之类的氟类树脂，严格的说，不是完全透明的(即，是半透明的)，也有使光散射的性质，为了简化说明，这里忽略对其效果的说明。

在透光部件11的内壁和外壁上反射之后，又返回透光部件11内部的光，进一步在存在于透光部件11内部的硅橡胶16内反复地进行散射，和在遮光壁14上进行反射。其结果是，再一次到达透光部件11的外壁，所以还有穿过该外壁后发射到外部去的光存在。这样，由发光装置12发射出来的光，最后就分为两大类，一类是发射到透光部件11外部的光，另一类是返回透光部件11内部的光。然后，在透光部件11内部反复散射的光中的一部分，由光接受装置13所接收。另外，由于散射光的方向是任意的，所以在静止状态下的平均光量是固定的，向透光部件11外部放射的光量(平均放射光量)，光接受装置13所接收的光量(平均受光量)也是固定的。

如上所述在外部环境没有变化的情况下，光接受装置13所接收的光量是固定的。可是，例如，在液面18上升，液面接近液面高度检测部位(或者，将透光部件11向液体17内部插进一些)时等等，由于外部环境发生变化，光接受装置13的受光量就会发生变化。

此外，光接受装置的受光量不仅与外部液体17的折射率有关，而且在很大程度上与这种液体17的吸收-反射的光谱特性有关。例如，牛奶之类的白色液体，和水银之类的金属液体等，具有反射可视领域光的特性。在这种情况下，要根据成为液面高度检测对象的液体的吸收-反射的光谱特性，通过选定所利用的光的波长范围，才能进行液面高度的检测。

图4是用本发明的液面高度检测装置检测液面时，表示光接受装置的受光量变化的模式曲线图。当有比空气大的折射率的液体17升高，其液面18达到液面高度检测部位时，在此之前由透光部件11的外壁所反射的一部分散射光，就发射到液体17的内部。即，存在于外部环境中的介质的折射率变大了，液体17与透光部件11的分界面上的光的反射穿透特性发生了变化，向上述介质内放射的光量增大了。结果，在液体17与透光部件11的分界面上反射后，返回透光部件11内部的光量减少，光接受装置13上的受光量也减少。通过测定在这一传输过程中所衰减的受光量的变化，就能检测出液体17的液面高度。

如以上所说明的，按照第一实施例，从发光装置12发射出来的光，由于在硅橡胶16内的散射，其效果与从大多数光源向任意方向发射光的效果相同。这样，所检测的液面高度的范围(光射出外部的范围，以及暂时射到外部的光又返回的范围)就非常大，即使在液面高度检测部位附近附着了液滴和液膜的情况下，也可以忽略其影响，能测定随着液面高度变化的光量的变化，准确地检测出液面的高度。

此外，例如，可以在光接受装置13的受光量在规定的受光量(基准的受光量)以下的情况下，由预先设定IC 15输出显示液面高度检测的信号，向外部报告液面高度的检测。另外，例如，可以利用微调器之类的调节装置，就能简单地调节规定的受光量，根据液体的种类，预先规定不同的受光量，就能对各种不同液体的液面高度进行检测。此外，对于规定的受光量设定若干个数值，就能对有许多层的液体17的各个分界面进行检测。此外，例如，也可以预先设定，在测定光接受装置13的受光量的变化之后，如果变化超过规定的数值，由IC 15输出显示液面高度检测的信号。

此外，对于像上述白色液体之类的具有光的反射特性的液体17，当其液面18到达液面高度检测部位时，在此之前放射到透光部件11外部的光，成为全部返回未了，使光接受装置13的受光量增多了。因此，例如，在光接受装置13的受光量超过既定的受光量时，便可以通过设定让IC 15输出显示检测液面高度的信号，从而能向外部报告液面高度的检测。

此外，由于把光接受装置13所接收的光量的变化作为测定的对象，所以没有必要严格规定发光装置12和光接受装置13的设置位置，只要把光接受装置13设置在能接收到发光装置12所发出的光的位置上就可以了。这就是本发明的检测装置，与图8中所示的那种测定有无全反射的以往的液面高度检测装置中，必须根据全反射的临界角来严格规定发光装置202和光接受装置203的设置位置大不相同之处。此外，在优选的实施例中，发光装置12和光接受装置13都具有向着液面高度检测部位附近的指向性，从发光装置12发射出来的光能够高效率地照射在液面高度检测部位附近，而光接受装置13则能够高效率地接收从液面高度检测部位附近发射过来的光。

此外，在上述第一实施例中，由于在液面高度检测部位附近全部都添加了硅橡胶16，把发光装置12和光接受装置13粘附在其上，所以发光装置12、光接受装置13、遮光壁14等都可以用硅橡胶16来固定。特别是，硅橡胶16与PFA和PTFE等氟类树脂的粘接性很高，这样，就能把各种装置稳定地装设在液面高度检测部位附近，结果，就能使检测液面高度的工作过程稳定地进行。

<第二实施例>

接着，说明本发明液面高度检测装置的第二实施例。图5是本发明的液面高度检测装置的第二实施例的断面图。图5中所示的本发明的液面高度检测装置10，与图2中的液面高度检测装置一样，也是由透光部件21、发光装置22、光接受装置23、遮光壁24、硅橡胶26所构成，但硅橡胶26只存在于发光装置22附近。

图5中所示的本发明的液面高度检测装置10中，发光装置22发射的光是通过硅橡胶26而成为散射光的，这种散射光照射在液面高度检测部位。由液面高度检测部位反射后返回来的光，例如，由于一面在遮光壁24和透光部件21的间隙中反复地反射，一面向光接受装置23的方向传输，所以能通过光接受装置23检测出液面高度。因此，与图2中所示的第一实施例中所说明的液面高度检测装置10一样，散射光能够照射到液面高度检测部位，通过测定光接受装置23的受光量的变化，就能检测出液体17的液面高度。

如上所述，按照第二实施例，由于从发光装置22发射出来的光，在布置在发光装置22中的硅橡胶26内被散射开来，因而与从多个光源向任意方向发射的光具有同样的效果。利用这种方式，检测液面高度的范围就非常大，即使在液面高度的检测部位附近附有液滴或液膜的情况下，也可以忽略其影响，能随着液面高度的变化测定光量的变化，从而能够准确检测出液面的高度。

<第三实施例>

下面，说明本发明液面高度检测装置的第三实施例。图6是本发明的液面高度检测装置的第三实施例的断面图。图6中所示的本发明的液面高度检测装置10，与图2中的液面高度检测装置一样，也是由透光部件31、发光装置32、光接受装置33、遮光壁34、硅橡胶36所构成，但硅橡胶36只存在于透光部件31的整个内壁(液面高度检测部位附近)上。

在图6中所示的本发明的液面高度检测装置10中，到达液体17与透光部件31非分界面的光，也是通过硅橡胶36变成散射光的。因此，与图2和是5中所示的第一实施例和第二实施例中所说明的液面高度检测装置一样，散射光能够照射到液面高度检测部位，通过测定光接受装置33的受光量的变化，就能检测出液体17的液面高度。

如上所述，按照第三实施例，由于从发光装置32发射出来的光，在布置在透光部件31的整个内壁上的硅橡胶36内被散射开来，因而与从多个光源向任意方向发射的光具有同样的效果。利用这种方式，检测液面高度的范围就非常大，即使在液面高度的检测部位附近附有液滴或液膜的情况下，也可以忽略其影响，能随着液面高度的变化测定光量的变化，从而能够准确检测出液面的高度。

<第四实施例>

下面，说明本发明液面高度检测装置的第四实施例。图13是本发明的液面高度检测装置的第四实施例的断面图。图13中所示的本发明的液面高度检测装置10，与图2中的液面高度检测装置一样，也是由透光部件41、发光装置42、光接受装置43、遮光壁44、硅橡胶46所构成。此外，使用了玻璃光纤51作为图2中所示的光接受装置13。如下文中所述，这种玻璃光纤51具有在高温下强度高的优点。

此外，图14是图13中所示的液面高度检测装置设置了许多玻璃光纤时的图，是图13中的X-Y断面图。如图所示，设置了许多条玻璃光纤51，借助于这些玻璃光纤51，可以接收由液面高度检测部位反射后返回来的光。

在光接受部分的面积小的时候，在液面高度检测部位上残留水滴等的情况下，容易产生误动作。另一方面，当需要考虑液面高度检测装置10的小型化和减轻其重量时，也不能把接收光的那一部分做得太大。因此，在第四实施例中，如图14所示，例如，布置了多条直径为1mm的玻璃光纤51(图14中为12条)。这样，即使在液面高度检测部位附近附有水滴的情况下，也可以忽略这些水滴的影响，能随着液面高度的变化测定光量的变化，准确地检测出液面的高度。

如上所述，按照第四实施例，由于从发光装置42发射出来的光，在硅橡胶46内被散射开来，因而与从多个光源向任意方向发射的光具有同样的效果。利用这种方式，检测液面高度的范围就非常大，即使在液面高度的检测部位附近附有液滴或液膜的情况下，也可以忽略其影响，能随着液面高度的变化测定光量的变化，从而能够准确检测出液面的高度。

此外，特别是如图14所示，由于把许多条玻璃光纤51组成的光接受部分沿着透光部件41的内壁布置在大致水平的面上，从而能以很高的精度检测出大致为水平面的液面高度，并能防止由于液滴和液膜而造成误动作。另外，在图14中，还表示了由许多条玻璃光纤51所组成的光接受部分沿着透光部件41内壁排列的方式，但本发明的光接受部分的排列方式并不限定于这一种排列方式。例如，可以按照液面高度检测装置10的形状来确定多个光接受部分的布置方式。例如，如后面图15中所示，在不是浸泡在液体中，而能从外部对液面高度进行检测的液面高度检测装置10中，就可以采用按照加压罐91的形状来布置的方式。

下面，说明应用上述本发明的液面高度检测装置的例子。图11是表示本发明液面高度检测装置使用状态的第一个例子的模式图。图中表示，在液面高度检测装置10上连接着控制其工作过程及处理其测定结果的控制器90，并且本发明的装置正处于插入加压罐91内的液体17中的状态下。由于其下部的具有检测液面高度的部位的柱状部分的长度可以自由地设定，所以，可以根据不同情况制作成使周方便的液面高度检测装置10。例如，在药用的加仑瓶、加压罐、佩尔锅炉等等设备上，柱状部分最长为330mm左右，在圆筒形锅炉等设备上，柱状部分一般为800mm左右。

此外，图12是在本发明的液面高度检测装置中，在不同高度上设置液面高度检测部位例子的模式图。如图12(A)、图12(B)所示，设置了若干根具有不同长度的柱状部分，因而能在不同的高度上对液面的高度进行检测。另外，图12(A)所示的液面高度检测装置10能在两个不同的点上检测液面的高度，而图12(B)所示的液面高度检测装置10能在四个不同的点上检测液面的高度。此外，由于这种设置多个柱状部分的情形在小型的罐中使用有些困难，所以，可以如图12(C)所示，在一根柱状部分的不同高度上设置若干个液面高度的检测部位，就可以使能在若干个部位上进行检测的液面高度检测装置10小型化。

此外，图15是表示本发明的液面高度检测装置的使用状态的第二例的模式图。在图11所示的使用例子中，是把本发明的液面高度检测装置10的液面高度检测部位直接插入液体17内，进行液面18高度的检测，而在图15所示的使用例子中，是把液面高度检测部位设置在波面高度通常使用目测的加压罐91的水准仪管93上，对液面18进行检测。这样，在难以将液面高度检测部位浸入液体17中的情况下，或者液体17是一种危险物质(例如，反应性能很强的物质，高温或者低温物质)的情况下，不直接浸入液体17中，就能够检测出液面高度。另外，在要检测放入在没有水准仪管93的容器(加压罐)91内的液体的液面高度时，则可以把液面高度检测部位直接设置在容器91中。

此外，最好把固定液面高度检测部位用的固定装置(带子)92设置在容纳液体的容器91的外壁上。例如，可以使用图15中所示的那种带子92，利用带子92绕在容器的外圆周上的方式，把液面高度检测部位固定在容器91规定的位置上。此外，作为固定装置92，可以设置有粘接性的粘接面，利用这个粘接面把液面高度检测部位粘贴在容器91上。

此外，如图15所示，也可以直接把硅橡胶56贴在容器91的外壁上。这样，光就不会从间隙中泄漏出去(光学上的密闭性)，由于硅橡胶56的粘接性能，也不会脱落，而且，由于不使用带子92就能够贴附在容器91的外壁上，防止了液体渗入硅橡胶56与容器91之间的外壁，还有能防止误动作等优点。此外，使用同样性质的硅橡胶硬化液也能把液面高度检测部位和容器91粘接在一起。

此外，也有作为液面高度检测对象的液体或工作环境处于高温下的情况，特别是，在液体是油的情况下，往往需要检测近200℃的液体的液面高度。可是，如果使用半导体的LED光源作为发光装置12、22、32、42，大约超过80℃左右，就会使LED光源损坏，就不可能进行监测了。考虑到在这样高的温度下的工作情况，可以使用小型的精密灯(钨灯)，并且使用玻璃光纤作为光接受装置13、23、33，它们在300℃左右的高温下还能正常工作，保证了高温下也能进行液面高度检测工作。

产业上的利用可能性

如上所述，按照本发明，由于设置了遮光装置，使得发光装置发射的光不直接照射在光接受装置上，另一方面，在发光装置的液面高度检测部位上，把由光散射装置散射后的散射光的一部分，发射到散射装置或透光装置的外部，由光接受装置接受没有发射出去的、经过反射后又返回来的散射光，因此能检测出这种受光量的变化，所以不必选择检测对象，在各种不同的检测对象和使用环境都能够使用，实现了能高效率地把光照射在液面高度检测部位，检测时对光接受装置的受光量变化的敏感度很高，而且经久耐用制造容易，可以实际应用的液面高度检测装置。

Claims

1.一种液面高度检测装置，是检测存在于外部的液体的液面高度的液面高度检测装置，具有下列各种部件：

发光的发光装置；

使上述发光装置所发出的光散射的光散射装置；

2.如权利要求1所述的液面高度检测装置，其特征在于，以既定的角度布置上述发光装置和光接受装置。

3.如权利要求1或2所述的液面高度检测装置，其特征在于，配备了多个上述光接受装置。

4.如权利要求3所述的液面高度检测装置，其特征在于，上述多个光接受装置布置在大致水平面上。

5.如权利要求1或4所述的液面高度检测装置，其特征在于，为了防止上述遮光装置吸收光，用反射光用的薄膜覆盖上述遮光装置。

6.如权利要求1至5中任何一项权利要求所述的液面高度检测装置，其特征在于，能根据上述液体的种类设定上述光接受装置中的基准受光量，通过将上述光接受装置的受光量与上述基准受光量进行比较，检测出上述液体的液面高度。

7.如权利要求1至6中任何一项权利要求所述的液面高度检测装置，其特征在于，上述光散射装置布置在上述发光装置的发光部位的周围。

8.如权利要求1至6中任何一项权利要求所述的液面高度检测装置，其特征在于，上述光散射装置布置在从上述发光装置发射出来的上述光所照射的上述液面高度检测部位的周围。

9.如权利要求1至7中任何一项权利要求所述的液面高度检测装置，其特征在于，上述光散射装置是硅橡胶。

10.如权利要求1至9中任何一项权利要求所述的液面高度检测装置，其特征在于，上述光放射装置是烷氧基全氟化合物。

11.如权利要求1至10中任何一项权利要求所述的液面高度检测装置，其特征在于，在上述发光装置中使用钨灯，在上述光接受装置中使用玻璃光纤。

12.如权利要求1至11中任何一项权利要求所述的液面高度检测装置，其特征在于，通过将上述光放射装置浸泡在上述液体内，以检测上述液体的液面高度。

13.如权利要求1至11中任何一项权利要求所述的液面高度检测装置，其特征在于，把上述光放射装置设置在具有透光性容器的外壁上，以检测容纳在上述容器内的上述液体的液面高度。

14.如权利要求13所述的液面高度检测装置，其特征在于，它还具有能把上述光放射装置固定在上述容器的外壁上的固定装置。