JP2001174313A - 静電容量形レベル測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁槽の周辺に形成される静電容量が変化し
ても、被測定液の正確な液位測定を可能とする。 【解決手段】 絶縁層１７、１９で被覆した補助電極５
および主電極７を絶縁槽３内の導電性被測定液１中へ挿
入する。補助電極５に信号源９から交流信号を加えて主
電極７から液位に比例した信号を出力させる。補助信号
源３７から、絶縁槽３底部と大地２１間の静電容量Ｃｘ
１、絶縁槽３と周辺構造物２３間の合成静電容量Ｃｖ
１、絶縁槽３側部と大地２１間の合成静電容量Ｃｖ２、
配管２５液路と大地２１間の合成静電容量Ｃｐがない状
態の被測定液１（液交点）の電位Ｖｑと同電位の交流信
号Ｖｑ０を発生させ、これを大地２１に接続する。その
結果、絶縁槽３の周囲に形成される静電容量Ｃｘ１や合
成静電容量Ｃｖ１、Ｃｖ２、Ｃｐには信号電流が流れ
ず、これによりそれら周辺静電容量変化は液位計測と無
関係となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静電容量形レベル測
定装置に係り、導電性液体の液面レベル（液位）を測定
する静電容量形レベル測定装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置の洗浄槽における薬液レ
ベル測定、一般的な工場における液体レベル測定には、
例えば静電容量形レベル測定装置が用いられる。

【０００３】従来、この種の静電容量形レベル測定装置
は、概略的には図９に示すように、被測定液１の入った
絶縁槽３内へ細長い補助電極５および主電極７を液面か
ら挿入し、信号源９から例えば補助電極５へ印加した交
流電流を主電極７を介して出力し、この出力電流から被
測定液１の液位を測定する構成が知られている。

【０００４】一般に、補助電極５と主電極７間に生じる
静電容量値は、それら補助電極５と主電極７間の距離が
一定であれば、それらの面積および介在物質の誘電率に
比例するから、補助電極５と主電極７間に介在する気体
や被測定液１の誘電率差の変化、すなわち被測定液１の
液位変化に比例して静電容量値が変化し、この静電容量
値の変化に伴った交流電流が主電極７から出力される。

【０００５】そのため、主電極７から出力された交流電
流を変換部１１で交流電圧に変換し、これを整流平滑部
１３で整流平滑し、調整部１５で基準点（零レベル点）
と出力勾配（フルスケール）を調整すれば、被測定液１
の液位に応じた測定信号を出力することが可能である。

【０００６】もっとも、被測定液１が導電性である場合
には、補助電極５および主電極７が被測定液１に触れた
瞬間に短絡状態となって液位測定が困難となるので、補
助電極５および主電極７の外周を絶縁層１７、１９で均
一な厚さに被覆することが行われている。

【０００７】そして、絶縁層１７、１９で被覆した補助
電極５および主電極７を用いる静電容量形レベル測定装
置は、絶縁性の被測定液１の液位レベル測定にも使用可
能であるから、絶縁層１７、１９で被覆した補助電極５
および主電極７を用いた静電容量形レベル測定装置にお
いて、導電性液体の液位レベル測定の考え方を説明す
る。

【０００８】図９において、気体（空気）で囲まれた絶
縁層１７、１９間の静電容量をＣａ、この静電容量Ｃａ
に直列に形成される絶縁層１７、１９の静電容量をＣｅ
１、Ｃｅ２、被測定液１で囲まれた絶縁層１７、１９間
の等価抵抗をＲ１、Ｒ２、これら等価抵抗Ｒ１、Ｒ２に
直列に形成される絶縁層１７、１９の静電容量をＣ１
１、Ｃｌ２、補助電極５および主電極７の下方先端の絶
縁層１７、１９で形成される静電容量をＣｓ１、Ｃｓ
２、これら静電容量Ｃｓ１、Ｃｓ２間の被測定液１によ
る等価抵抗をＲ４、Ｒ５、等価抵抗Ｒ１とＲ２の直列回
路と等価抵抗Ｒ４とＲ５の直列回路間の等価抵抗をＲ３
とすれば、補助電極５および主電極７間の等価回路は図
１０のようになる。

【０００９】液位レベル測定を考えるうえで、便宜上、
等価抵抗Ｒ１〜Ｒ５は無視することが可能であるから、
図１０の等価回路は図１１Ａのように書換えられる。

【００１０】さらに、補助電極５および主電極７、絶縁
層１７、１９が互いに同一寸法であれば、 Ｃｌ１＝Ｃｌ２＝Ｃｌ Ｃｓ１＝Ｃｓ２＝Ｃｓ となり、静電容量Ｃｅ１、Ｃａ、Ｃｅ２の直列回路をＣ
Ａとしたとき、図１１Ａは更に同図Ｂのように簡略化さ
れる。

【００１１】ここで、図９中の絶縁槽３内において、被
測定液１が空の場合、補助電極５と主電極７間の気体に
よる静電容量をＣＡｏ、補助電極５および主電極７の長
さＬｏに対する絶縁層１７、１９の各静電容量をＣｌ
ｏ、主電極７の液中高をＬとした場合、 Ｃｌ＝（Ｌ／Ｌｏ）Ｃｌｏ ＣＡ＝ 〔（Ｌｏ−Ｌ）／Ｌｏ〕ＣＡｏ となり、補助電極５と主電極７間の合成静電容量Ｃは、 Ｃ＝〔（Ｃｌ＋Ｃｓ）／２〕＋ＣＡ ＝｛〔（Ｌ／２Ｌｏ）Ｃｌｏ〕＋〔（Ｌｏ−Ｌ）／Ｌｏ）ＣＡｏ〕 ＋（Ｃｓ／２）〕｝ ＝｛（Ｌ／Ｌｏ）〔（Ｃｌｏ／２）−ＣＡｏ〕｝＋ＣＡｏ＋（Ｃｓ／２） となる。

【００１２】補助電極５および主電極７の位置および寸
法が絶縁層１７、１９を含めて一定であれば、それら静
電容量ＣＡｏとＣｓ／２は定数となるから、図９中の調
整部１５で〔ＣＡｏ＋（Ｃｓ／２）〕を電気的に差演算
することにより、 Ｃ＝｛（Ｌ／Ｌｏ）〔（Ｃｌｏ／２）−ＣＡｏ〕｝＋ＣＡｏ＋（Ｃｓ／２）− 〔ＣＡｏ＋（Ｃｓ／２）〕 ＝（Ｌ／Ｌｏ）〔（Ｃｌｏ／２）−ＣＡｏ〕 となり、被測定液１の液位レベルに比例した静電容量を
得ることができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た静電容量形レベル測定装置は、実際の使用現場では絶
縁槽３の周辺に形成される静電容量の影響があり、これ
を無視できないのが現状である。

【００１４】すなわち、図１２に示すように、絶縁槽３
の底部と大地２１間には静電容量Ｃｘ１が形成され、大
地２１に接続された周囲の導電性構造物２３と絶縁槽３
との間には静電容量Ｃｘ２、Ｃｘ３、Ｃｘ４、Ｃｘ５が
形成され、絶縁槽３自体の側部と大地２１間にも静電容
量Ｃｘ６、Ｃｘ７、Ｃｘ８が形成される。

【００１５】図１２において補助電極５および主電極７
間の導電性被測定液１による抵抗分は無視した。以下同
じ。

【００１６】さらに、絶縁槽３には、これに被測定液１
を流入・流出させる配管２５が連結されており、この配
管２５内の液路と大地２１間にも静電容量Ｃｐ１、Ｃｐ
２が形成され、これも考慮する必要がある。図１２中の
符号２７は配管２５の途中に配置されたバルブである。

【００１７】ここで、周囲の構造物２３と絶縁槽３間の
静電容量Ｃｘ２〜Ｃｘ５の合成静電容量をＣｖ１とし、
絶縁槽３側部と大地２１間の静電容量Ｃｘ６〜Ｃｘ８の
合成静電容量をＣｖ２とし、配管２５内の液路と大地２
１間の静電容量Ｃｐ１、Ｃｐ２の合成静電容量をＣｐと
すると、等価回路は図１３のようになる。

【００１８】図１３中の符号Ｐは被測定液１によって各
静電容量が接続される液交点（ポイント）である。

【００１９】そして、構造物２３と絶縁槽３間の合成静
電容量Ｃｖ１は、その構造物２３の形状によって影響が
異なるうえ、被測定液１のレベル上昇に従ってリニアに
変化しない場合が多く、絶縁槽３側部と大地２１間の合
成静電容量Ｃｖ２も、被測定液１のレベル上昇に従って
増加するものの、リニアに変化しない場合が多い。

【００２０】さらに、配管２５内の液路と大地２１間の
合成静電容量Ｃｐも、バルブ２７の開閉に伴って配管２
５内の液路と大地２１間の静電容量結合の変化として表
れ、被測定液１のレベルに関係なく変動する。

【００２１】これらの変化は、被測定液１の増減に伴っ
て直線的に増減する静電容量Ｃｌ１に非直線的に加算さ
れるため、補助電極５に安定した交流信号Ｖｇを印加し
ても、被測定液１の液位の増減に伴って液交点Ｐと大地
２１間の液交点電位Ｖｑが変動し、主電極７からの出力
信号が被測定液１の液位の増減によってリニアに変化せ
ず、正確な被測定液１の液位レベル測定を阻害する難点
がある。

【００２２】本発明はそのような状況の下になされたも
ので、絶縁槽の周辺に形成される静電容量が変化して
も、被測定液の正確な液位測定が可能な静電容量形レベ
ル測定装置の提供を目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】そのような課題を解決す
るために本発明は、絶縁被覆され導電性の被測定液中へ
下方に向けて漬浸された細長い主電極と、同様に絶縁被
覆されその主電極と一定の間隔を置いて並行な位置関係
で被測定液中へ下方に向けて漬浸された細長い補助電極
と、この補助電極へ交流信号を印加する信号源とを備
え、その主電極からの出力信号によって被測定液の液位
が測定される静電容量形レベル測定装置において、その
被測定液の電位を大地電位と等しく設定したものであ
る。

【００２４】また、本発明は、上記被測定液と外部環境
間に形成される静電容量がない状態の上記液位電位に相
当する補助信号源を設け、この補助信号源を大地に接続
して構成することが可能である。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。なお、従来例と共通する部分には
同一の符号を付す。

【００２６】図１は本発明に係る静電容量形レベル測定
装置の実施の形態を示す図であり、図２はその等価回路
図である。

【００２７】図１において、絶縁槽３は公知の絶縁材料
から形成された容器であり、導電性の被測定液１が入れ
られ、図示しない適当な保持手段で保持されている。

【００２８】この絶縁槽３には、例えば円柱状の補助電
極５および主電極７が、下方向に向け所定の間隔ｄを隔
てて並行に被測定液１中に挿入され、図示しない保持手
段にて保持されるとともに、絶縁槽３から上端部が多少
突出している。

【００２９】補助電極５および主電極７は、同じ厚みの
耐食性絶縁層１７、１９で覆われ、外形が円柱状かつ等
長に形成されている。

【００３０】補助電極５の上側先端には、出力レベルの
安定した例えば４０ＫＨｚの交流信号Ｖｇを発振出力す
る信号源９が接続されている。なお、信号源９は後述す
る大地２１に接続されていない。

【００３１】主電極７の上側先端は、シールドケーブル
２９の芯線２９ａを介してＯＰ（オペ）アンプ３１の反
転入力端子に接続され、シールドケーブル２９のシール
ド部２９ｂは、ＯＰアンプ３１の非反転入力端子に接続
されている。図１においてシールド部２９ｂは短く図示
されているが、実際は主電極７の近傍まで延びている。

【００３２】ＯＰアンプ３１の非反転入力端子は零電位
に固定されており、その出力端子は帰還回路３３を介し
て反転入力端子に接続される一方、整流平滑部１３に接
続されている。

【００３３】そのため、ＯＰアンプ３１の出力端子に
は、反転入力端子に加えられた電圧の逆極性の電圧が出
力され、帰還回路３３を適当に選定して非反転入力端子
と反転入力端子が交流的に同一電位になっている。

【００３４】従って、ＯＰアンプ３１は、帰還回路３３
とともに主電極７を交流的に０電位と同一電位状態にす
る同電位形成部３５として機能するとともに、主電極７
からの出力電流を電圧に変換する変換部（例えば図９中
の符号１１）としての機能を有する。

【００３５】整流平滑部１３は、ＯＰアンプ３１からの
出力信号を整流平滑するもので調整部１５に接続されて
いる。これら整流平滑部１３および調整部１５の機能は
従来例と同様である。

【００３６】大地２１に接続された導電性構造物２３と
絶縁槽３との間には静電容量Ｃｘ２、Ｃｘ３、Ｃｘ４、
Ｃｘ５（合成静電容量Ｃｖ１）が形成され、絶縁槽３の
底部と大地２１間には静電容量Ｃｘ１が形成され、絶縁
槽３自体の側部と大地２１間にも静電容量Ｃｘ６、Ｃｘ
７、Ｃｘ８（合成静電容量Ｃｖ２）が形成されるのは、
従来例と同様である。

【００３７】絶縁槽３には、これに被測定液１を流入・
流出させる液路配管２５が連結されており、この配管２
５内の液路と大地２１間にも静電容量Ｃｐ１、Ｃｐ２
（合成静電容量Ｃｐ）が形成されるのも、従来例と同様
である。符号２７は配管２５の途中に配置された被測定
液１の開閉バルブである。

【００３８】図１中の補助信号源３７は、構造物２３と
絶縁槽３間の合成静電容量Ｃｖ１、絶縁槽３側部と大地
２１間の合成静電容量Ｃｖ２、および配管２５内液路と
大地２１間の合成静電容量Ｃｐがない状態における被測
定液１、すなわち液交点電位Ｖｑと同電位の安定した例
えば４０ＫＨｚの交流信号Ｖｑ０（＝Ｖｑ）を発振出力
するものであり、大地２１に接続されている。

【００３９】信号源９および補助信号源３７は、同一の
基準電圧に基づく共通の駆動電源によって動作するもの
である。

【００４０】次に、このような構成の静電容量形レベル
測定装置の動作を説明する。上述した図１において、補
助電極５と主電極７間の絶縁層１７、１９と気体（空
気）を介した静電容量をＣａ、補助電極５と被測定液１
間にあって主電極７の液中高に相当する絶縁層１７によ
る静電容量をＣｌ１、主電極７と被測定液１間にあって
主電極７の液中高に相当するの絶縁層１９による静電容
量をＣｌ２、補助電極５先端と被測定液１間の絶縁層１
７による静電容量をＣｓ１、主電極７先端と被測定液１
間の絶縁層１９による静電容量をＣｓ２とすれば、補助
電極５および主電極７が被測定液１に中に挿入された状
態の等価回路は、導電性被測定液１の抵抗値を無視する
と、図２のようになる。

【００４１】しかも、補助電極５と主電極７、これらの
絶縁層１７、１９が同一形状・寸法であるから、補助電
極５と被測定液１に関する静電容量Ｃｌ１とＣｌ２、Ｃ
ｓ１とＣｓ２とは等しく、Ｃｌ１＝Ｃｌ２およびＣｓ１
＝Ｃｓ２となる。

【００４２】そのため、補助信号源３７の電位Ｖｑ０
は、信号源９の電位の半分すなわち Ｖｑ＝Ｖｇ／２ となる。

【００４３】さらに、Ｃｌ１：Ｃｌ２＝Ｃｓ１：Ｃｓ２
であれば、 Ｖｑ０＝（Ｃｌ２×Ｖｇ）／（Ｃｌ１＋Ｃｌ２） となる。

【００４４】そのため、補助信号源３７の出力電位Ｖｑ
０と被測定液１の液交点Ｐの電位Ｖｑを等しく、 Ｖｑ０＝Ｖｑ とすることにより、絶縁槽３の周囲との間に形成される
合成静電容量Ｃｖ１、Ｃｖ２および合成静電容量Ｃｐに
は、信号電流が流れないことになり、これらの値が変動
しても液交点Ｐの電位が変動し難くなる。

【００４５】しかも、絶縁槽３、補助電極５、主電極
７、絶縁層１７、１９の寸法や距離間隔等が分かってい
れば、絶縁槽３の周囲に形成される合成静電容量Ｃｖ
１、Ｃｖ２、Ｃｐおよび静電容量Ｃｘ１が形成されない
状態における液交点Ｐの電位を計算で求めることは簡単
である。

【００４６】次に、被測定液１の液位レベルを測定する
手順を示す。信号源９から印加された交流電圧をＶｇと
すれば、被測定液１の液交点Ｐの電位Ｖｑは次のように
なる。 Ｖｑ＝Ｖｇ（Ｃｌ１＋Ｃｓ１）／（Ｃｌ１＋Ｃｓ１＋Ｃｌ２＋Ｃｓ２） …（１） ここで、 α＝（Ｃｌ１＋Ｃｓ１）／（Ｃｌ１＋Ｃｓ１＋Ｃｌ２＋
Ｃｓ２） とすれば、被測定液１の液交点電位Ｖｑは次のようにな
る。 Ｖｑ＝αＶｇ …（２）

【００４７】従って、補助電極５および主電極７の寸法
および材質が同じて、絶縁層１７、１９どうしの寸法お
よび材質が同じであれば、上述したように静電容量Ｃｌ
１、Ｃｌ２、Ｃｓ１、Ｃｓ２の間にはＣｌ１＝Ｃｌ２、
Ｃｓ１＝Ｃｓ２の関係が成立するから、被測定液１の液
交点電位Ｖｑは常に１／２Ｖｇとなる。

【００４８】この場合、符号Ｃｌ１、Ｃｌ２は被測定液
１の液面高によって変化する静電容量値であって液位変
化によって同率で変化し、符号Ｃｓ１、Ｃｓ２は液面高
によって変化しないものの環境温度変化等によって変化
する静電容量値であり、同一寸法、同一材質の使用によ
りほぼ同率で変化するから、被測定液１の液交点電位Ｖ
ｑの値は、変化率が分母、分子同率により打ち消されて
変化しない。

【００４９】このように、図１に示す構成では被測定液
１の液交点電位Ｖｑが一定となるから、主電極７から出
力される交流電流ｉ１は、印加交流電圧の角速度をωと
すれば、 ｉ１＝ωαＶｇＣｌ２＋ωＶｇＣａ …（３） となる。

【００５０】ここで、上述した図９のように、主電極７
の全長Ｌｏが全て被測定液中にあるとした場合の主電極
７と被測定液１間の絶縁層１７による静電容量をＣｌ
ｏ、主電極７が全て気体（空気）中にあるときの補助電
極５と主電極７間の絶縁層１７、１９と気体（空気）を
介した静電容量をＣａｏ、主電極７の液中高をＬとする
と、被測定液１が同電位電極４５を超えた状態の交流電
流ｉ１は、 ｉ１＝ωαＶｇ（Ｌ／Ｌｏ）Ｃｌｏ＋ωＶｇ［（Ｌｏ−Ｌ）／Ｌｏ］Ｃａｏ ＝ωＶｇ（Ｌ／Ｌｏ）（αＣｌｏ−Ｃａｏ）＋ωＶｇＣａｏ …（４） となる。

【００５１】ここで、ωＶｇ、α、Ｃｌｏ、Ｃａｏはい
ずれも定数であるから、ωＶｇ（αＣｌｏ−Ｃａｏ）を
「Ａ」とし、ωＶｇＣａｏを「Ｂ」とすれば、主電極７
から出力される交流電流ｉ１は、 ｉ１＝（Ｌ／Ｌｏ）Ａ＋Ｂ となる。

【００５２】そして、実質的に被測定液１の液位にほぼ
比例した測定信号がＯＰアンプ３１の出力端子から出力
され、これを整流平滑部１３で整流平滑し、調整部１５
で調整すれば、各電極先端部に形成される静電容量Ｃｓ
１、Ｃｓ２が環境温度変化等によって変化しても、この
変化に影響されない被測定液１のレベル計測が可能とな
る。

【００５３】このように図１に示す静電容量形レベル測
定装置では、外周を絶縁層１７、１９で被覆した補助電
極５および主電極７を絶縁槽３内の導電性被測定液１中
へ間隔ｄを隔てて並行に配置し、補助電極５に信号源９
から交流信号を加えて主電極７から液位に比例した電流
を出力させる一方、絶縁槽３の底部と大地２１間の静電
容量Ｃｘ１、絶縁槽３と周囲の構造物２３間の合成静電
容量Ｃｖ１、絶縁槽３側部と大地２１間の合成静電容量
Ｃｖ２、および配管２５内液路と大地２１間の合成静電
容量Ｃｐがないと仮定した場合の被測定液１の液交点Ｐ
の電位Ｖｑと同電位の交流信号Ｖｑ０を、補助信号源３
７から発振出力させて大地２１に接続することにより、
それら絶縁槽３の周囲に形成される静電容量Ｃｘ１や合
成静電容量Ｃｖ１、Ｃｖ２、Ｃｐには信号電流が流れな
いことになり、これらの値が変動してもその液交点Ｐの
電位が変動し難くなる。

【００５４】そのため、絶縁槽３の底部と大地２１間、
絶縁槽３と構造物２３や大地２１との間、および配管２
５内液路と大地２１間の静電容量によってその液位測定
値が影響を受けず、これらの変動に起因して液位測定値
が不正確となることはなくなる。

【００５５】上述した静電容量形レベル測定装置は、絶
縁槽３に補助電極５および主電極７のみを挿入する構成
であったが、本発明ではこれに限定されない。以下に種
々の電極構成を示す。

【００５６】図３は、図１に示した構成の静電容量形レ
ベル測定装置と比較すると、筒型の主電極３９の先端に
僅かの間隔をおいて逆カップ状の参照電極４１を共軸的
に配置し、これら主電極３９および参照電極４１を絶縁
層１９で覆う構成となっており、絶縁槽３、補助電極
５、主電極３９に接続されたシールドケーブル２９およ
び帰還回路３３等は図１の構成と同様である。大地２１
に接続した補助信号源３７の図示は省略した。

【００５７】参照電極４１は主電極３９の中空部を通し
たシールドケーブル４３の芯線４３ａを介してＯＰアン
プ４５の反転入力端子に接続され、シールドケーブル４
３のシールド部４３ｂはＯＰアンプ４５の非反転入力端
子に接続され、この非反転入力端子が０電位（０Ｖ）に
固定されている。

【００５８】ＯＰアンプ４５の出力端は帰還回路３３と
同様な帰還回路４７を介して反転入力端子へ接続される
とともに整流平滑回路１３と同様な整流平滑部４９に接
続されており、ＯＰアンプ４５および帰還回路４７によ
って上述した同電位形成部３７と同様な同電位形成部５
１が形成されている。

【００５９】整流平滑部１３、４９は、演算部５３に接
続されるとともに補償部５５、５７に接続されており、
整流平滑部１３、４９と演算部５３間には各々出力端Ｐ
１、Ｐ２が形成されている。

【００６０】補償部５５、５７は、絶縁槽３内の被測定
液１が空状態における補償静電容量に相当する補償値を
記憶するものである。

【００６１】このような構成の静電容量形レベル測定装
置では、シールドケーブル４３を介して参照電極４１を
ＯＰアンプ４５へ接続し、同電位形成部５１および電流
平滑部４９により、参照電極４１からの出力信号に対し
て主電極３９からの出力信号と同様な信号処理を行い、
これら処理信号を演算部５３で補償演算すれば、上述し
た効果に加えて、絶縁層１７、１９における誘電率、厚
みの変化等による変動影響を受け難くなり、計測誤差が
少なく使用可能範囲が拡大される。

【００６２】絶縁槽３内が空の状態において主電極３９
および参照電極４１からの出力信号Ｓ１、Ｓ２を出力端
Ｐ１、Ｐ２で測定し、出力信号Ｓ１、Ｓ２が「０（ゼ
ロ）」になるような補償部５５、５７からの補償値によ
り出力交流信号を補償することになる。

【００６３】そのため、環境変化、特に温度変動等によ
って絶縁層１７、１９に伸びが発生してもその影響を受
け難くなるうえ、広範囲の液位レベルを再現性良く測定
できる。

【００６４】しかも、絶縁槽３の周囲に形成される静電
容量Ｃｘ１、合成静電容量Ｃｖ１、Ｃｖ２、Ｃｐがない
と仮定した場合の被測定液１の液交点Ｐの電位Ｖｑと同
電位の交流信号Ｖｑ０を補助信号源３７（図１参照）か
ら発振出力させて大地２１に接続することにより、図４
に示すように、それら静電容量Ｃｘ１、合成静電容量Ｃ
ｖ１、Ｃｖ２、Ｃｐには信号電流が流れず、図１の構成
と同様に、絶縁槽３の周囲に形成される静電容量によっ
てその液位測定値が影響を受けず、正確な液位測定値が
可能となる。

【００６５】なお、図３および図４中の静電容量Ｃｓ２
は、参照電極４１先端と被測定液１間のものである。

【００６６】次に、図５に示す静電容量形レベル測定装
置は、図３の構成と比較した場合、補助電極５および主
電極３９と、この主電極３９の先端に共軸的に配置した
参照電極４１とを１個の棒状の絶縁層６１で覆うととも
に、補助電極５と主電極３９の間および補助電極５と参
照電極４１との間に１枚の長方形板状の遮蔽電極５９を
介在させた構成となっている。

【００６７】主電極３９に接続されたシールドケーブル
２９および参照電極４１に接続されたシールドケーブル
４３の接続先の構成は、図３とほぼ同様であるし、信号
源９および大地２１に接続した補助信号源３７の図示は
省略した。なお、遮蔽電極５９は、シールドケーブル２
９のシールド部２９ｂに接続され、０電位となってい
る。

【００６８】この図５に示す静電容量形レベル測定装置
では、補助電極５と、主電極３９および参照電極４１と
の間に遮蔽電極５９を介在させ、これらを絶縁層６１で
覆ったから、補助電極５と主電極３９間および補助電極
５と参照電極４１間に形成される静電容量をほぼ零とす
ることが可能となり、より安定した液位レベル測定が可
能となる。

【００６９】遮蔽電極５９は、補助電極５と主電極３９
や参照電極４１との間に形成される静電容量を遮蔽する
目的で配置するから、その効果を確実にする観点から補
助電極５と主電極３９や参照電極４１の径（横断面）方
向寸法と同幅か、より好ましくは広く選択することが好
ましい。

【００７０】このような図５に示す構成においても、絶
縁槽３の周囲に形成される静電容量Ｃｘ１、合成静電容
量Ｃｖ１、Ｃｖ２、Ｃｐがない状態の被測定液１の液交
点Ｐの電位Ｖｑと同電位の交流信号Ｖｑ０を、補助信号
源３７（図１参照）から発振出力させて大地２１に接続
することにより、図６に示すように、それら静電容量Ｃ
ｘ１、合成静電容量Ｃｖ１、Ｃｖ２、Ｃｐには信号電流
が流れないことになる。

【００７１】そのため、図１の構成と同様に、絶縁槽３
の周囲に形成される静電容量によってその液位測定値が
影響を受けず、正確な液位測定値が可能となる。

【００７２】なお、図５中の静電容量ＣＡは、遮蔽電極
５９を間において補助電極５と主電極３９間に直線的に
形成される静電容量ではなく、遮蔽電極５９の外部すな
わち絶縁層６１の外周を介した静電容量である。

【００７３】さらに、図７の静電容量形レベル測定装置
は、図１の構成に加え、筒型の同電位電極６３および参
照電極４７を共軸的に配置して３軸構成としたものであ
り、主電極７および参照電極４１に接続したシールドケ
ーブル２９、４３の接続先構成は図３と同様である。

【００７４】すなわち、図１に示した補助電極５および
主電極７を絶縁層１７、１９で覆うとともに、細長い筒
型の同電位電極６３とこの先端に僅かの間隔を置いて参
照電極４１を共軸的かつ補助電極５や主電極７と等長に
配置し、これら同電位電極６３および参照電極４１を絶
縁層１７、１９と同じ材質・寸法の絶縁層６５で覆い、
補助電極５を挟んでこれから主電極７や同電位電極６３
（参照電極４１）を等距離の位置関係に配置した構成と
なっている。

【００７５】なお、図８における符号ＣＡ１、ＣＡ２は
補助電極５と主電極７間の大気を介しての静電容量、補
助電極５と同電位電極６３間の大気を介しての静電容量
であり、符号Ｃｌ１、Ｃｌ２、Ｃｌ３、Ｃｌ４は補助電
極５、主電極７又は同電位電極６３及び参照電極４１と
絶縁層１７、１９、６５を挟んだ被測定液１間の静電容
量である。

【００７６】このような図７の静電容量形レベル測定装
置においても、環境変化、特に温度変動等によって絶縁
層１７、１９に伸びが発生してもその影響を受け難くな
り、被測定液１の液位レベルを再現性良く測定できる。

【００７７】しかも、絶縁槽３の周囲に形成される静電
容量Ｃｘ１、合成静電容量Ｃｖ１、Ｃｖ２、Ｃｐがない
状態の被測定液１の液交点Ｐの電位Ｖｑと同電位の交流
信号Ｖｑ０を補助信号源３７（図１参照）から発振出力
させて大地２１に接続することにより、図６に示すそれ
ら合成静電容量ＣＶｑ、Ｃｖ２、Ｃｐには信号電流が流
れない。

【００７８】そのため、図１の構成と同様に、絶縁槽３
の周囲に形成される静電容量によってその液位測定値が
影響を受けず、正確な液位測定値が可能となる。

【００７９】ところで、本発明の静電容量形レベル測定
装置においては、上述したように絶縁槽３（被測定液
１）とこの外部環境間に形成される静電容量Ｃｘ１、合
成静電容量Ｃｖ１、Ｃｖ２、Ｃｐがない状態の液交点電
位に相当する補助信号源３７を設け、この補助信号源３
７を大地２１に接続して構成すれば、簡単に被測定液１
を大地２１と同電位にできる利点があるが、本発明はこ
れに限定されず、被測定液１の電位を大地２１の電位と
等しく設定すれば、本発明の目的達成が可能である。

【００８０】また、本発明に係る図１、図３、図５およ
び図７の構成において、補助電極５、主電極７、３９、
参照電極４１および同電位電極６３の形状は円柱又は円
筒状である必要はなく、四角柱、多角柱、楕円柱等で実
施可能であり、絶縁層１７、１９、４１、６５もそれに
合せた形状で形成すれば良い。

【００８１】さらに、本発明において上述した同電位形
成部３５、５１は、一例であってＯＰアンプ３１、４５
と帰還回路３３、４７等からなる構成に限定されず、同
電位にする他の電子回路で同様に実施可能である。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の静電容量形
レベル測定装置は、絶縁槽に導電性の被測定液を溜め、
絶縁被覆された細長い主電極をその被測定液中へ下方に
向けて漬浸し、同様に絶縁被覆された補助電極をその主
電極と一定の間隔を置いて並行な位置関係でその被測定
液中へ下方に向けて漬浸し、信号源からその補助電極へ
交流信号を印加し、その被測定液の電位を大地電位と等
しく設定し、その主電極から出力させた出力信号によっ
てその被測定液の液位を測定する構成としたから、その
絶縁槽と大地間の静電容量、絶縁槽周囲の導電性構造物
間の静電容量、さらに絶縁槽に連結された配管の液路と
大地間の静電容量が変化しても、被測定液の正確な液位
測定が可能となる。また、上記被測定液とこの外部環境
間に形成される静電容量がない状態の上記液位電位に相
当する補助信号源を設け、この補助信号源を大地に接続
して構成すれば、簡単に被測定液を大地と同電位にでき
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電容量形レベル測定装置の実施
の形態を示す図である。

【図２】図１の静電容量形レベル測定装置の等価回路図
である。

【図３】本発明に係る静電容量形レベル測定装置の他の
実施の形態を示す図である。

【図４】図３の静電容量形レベル測定装置の等価回路図
である。

【図５】本発明に係る静電容量形レベル測定装置の別の
実施の形態を示す図である。

【図６】図５の静電容量形レベル測定装置の等価回路図
である。

【図７】本発明の静電容量形レベル測定装置の更に他の
実施の形態を示す図である。

【図８】図７の静電容量形レベル測定装置の等価回路図
である。

【図９】従来の静電容量形レベル測定装置を示す図であ
る。

【図１０】図９に係る静電容量形レベル測定装置の等価
回路図である。

【図１１】図９に係る静電容量形レベル測定装置の等価
回路図である。

【図１２】図９に係る静電容量形レベル測定装置を周辺
環境に形成される静電容量も含めて示す図である。

【図１３】図１２に係る静電容量形レベル測定装置の等
価回路図である。

【符号の説明】

１ 被測定液 ３ 絶縁槽 ５ 補助電極 ７、３９ 主電極 ９ 信号源 １１ 変換部 １３、４９ 整流平滑部 １５ 調整部 １７、１９、６１、６５ 絶縁層 ２１ 大地 ２３ 構造物 ２５ 配管 ２７ バルブ ２９、４３ シールドケーブル ２９ａ、４３ａ 芯線 ２９ｂ、４３ｂ シールド部 ３１、４５ ＯＰアンプ ３３、４７ 帰還回路 ３５、５１ 同電位形成部 ３７ 補助信号源 ４１ 参照電極 ５５、５７ 補償部 ５９ 遮蔽電極 ６３ 同電位電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 付 思 茨城県結城郡八千代町佐野1164 理化工業 株式会社茨城事業所内 Ｆターム(参考） 2F014 EA10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁被覆され、導電性の被測定液中へ下
   方に向けて漬浸された細長い主電極と、 絶縁被覆され、前記主電極と一定の間隔を置いて並行な
   位置関係で前記被測定液中へ下方に向けて漬浸された細
   長い補助電極と、 この補助電極へ交流信号を印加する信号源と、 を具備し、前記主電極からの出力信号によって前記被測
   定液の液位が測定される静電容量形レベル測定装置にお
   いて、 前記被測定液の電位が、大地電位と等しく設定されてな
   ることを特徴とする静電容量形レベル測定装置。
2. 【請求項２】 前記被測定液と外部環境間に形成される
   静電容量がない状態の前記液位電位に相当する補助信号
   源を設け、この補助信号源が前記大地に接続されてなる
   請求項１記載の静電容量形レベル測定装置。