JP2004309243A

JP2004309243A - 液漏れ検出装置

Info

Publication number: JP2004309243A
Application number: JP2003101315A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanaka; 宏田中
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: JP4093099B2

Abstract

【課題】センサの周囲温度が変化しても正常に動作する液漏れセンサを提供する。
【解決手段】液漏れ検出用温度センサ１にはヒーター１２から熱量Ｑが供給されている。ヒーター１２には、電力モニタ１４と電力制御器１６により、電力設定器１５に入力された一定の電力が常に供給されるようになっており、熱量Ｑは常に一定である。液漏れ検出用温度センサ１から、校正時に液漏れ検出用温度センサ基準温度記憶機構４に記憶した基準値を比較器７で引くことで校正時と現在の温度差が得られ、同様に、周囲温度測定用温度２から、校正時に周囲温度測定用温度センサ基準温度記憶機構５に記憶した基準値を比較器８で引くことで校正時と現在の温度差が得られる。両方の温度差の差を比較器１０を用いてを求めることにより液漏れ検出用温度センサ１の熱抵抗変化を測定することができ、液漏れが検出できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、液体クロマトグラフ等の分析機器や産業用機器に用いられる、液体の漏れを検出する液漏れ検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液漏れ検出方法として、電気伝導度を検出する方式、屈折率変化を検出する方式、熱放散量（熱抵抗）の変化を検出する方式がある。電気伝導度を検出する方式では、装置が簡単で感度も高いという長所を有しているが、電気伝導度の低い液体は検出できない、電気伝導度を測定する電極の汚染・腐食で感度が低下するといった短所もある。屈折率を検出する方式では、検出可能な液体に制約はないが、装置が複雑となる短所がある。熱放散量の変化を検出する方式は、検出可能な液体に制限は無く、装置も比較的簡単であるが、周囲温度でセンサ出力が変化するという欠点がある。
【０００３】
熱放散量検出型液漏れ検出装置の基本原理を図４に示す。サーミスタ等の温度センサ４１には弱い熱量が与えられており、周囲温度より高い状態に保たれている。温度センサ４１の出力電圧は温度によって変化するが、ゼロ点記憶機構４５で得られる基準電圧と比較器４３で比較する。温度センサ４１に与える熱量をＱ（Ｗ）、センサの周囲が空気の場合の周囲に対する熱抵抗をＲａ（℃／Ｗ）、周囲温度をＴ０（℃）とすると、温度センサ４１の温度は熱量と熱抵抗で、ある平衡温度に達する。周囲が空気の場合の平衡温度をＴａ（℃）とすると、温度センサの温度は（１）式で表される。
Ｔａ＝Ｔ０＋Ｑ・Ｒａ………（１）
この温度Ｔａをゼロ点記憶機構４５に基準値記憶値として記憶させる。ここで、温度センサ４１の周囲が液体に接すると、一般的には空気より液体のほうが熱抵抗が小さいので、周囲に対する熱抵抗が減少する。接液状態の熱抵抗がＲｂ（℃／Ｗ）に変化すると、この時温度センサ４１の温度は（２）式のＴ１に変化する。
Ｔ１＝Ｔ０＋Ｑ・Ｒｂ………（２）
したがって、温度センサ４１の周囲が空気の場合に対して（３）式のΔＴの温度差が生じる。
ΔＴ＝Ｔ１−Ｔａ＝Ｑ（Ｒｂ−Ｒａ）………（３）
比較器４３を用い、ゼロ点記憶機構４５に記憶させたＴａとＴ１とを比較し、この温度差ΔＴを検出することで、温度センサ４１を液漏れ検出器として使用することができる。すなわち、基準値記憶値として温度センサ４１の周囲が空気の場合のセンサ出力を記憶しておき、現在のセンサ出力値から基準値を引いた値をモニタし、液漏れなどにより液に触れたときその値が一定量変化したら、液漏れがあったとみなす。ここでは、温度差を検出するとしたが、サーミスタの抵抗など、温度と相関のある他の測定値を検出しても同様に動作する。
【０００４】
上記熱放射量検出型液漏れ検出装置に関連する先行技術文献情報を調査したが発見されなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
熱放散量検出型液漏れ検出装置において、上記のような方法では、温度センサ４１の周囲が空気のときに基準値を測定して記憶し、周囲が液体になったときの比較基準値として使用するが、これは基準値記憶時と測定時の周囲温度Ｔ０が変化しないという前提がある。実際には周囲温度は変化するので、これを考慮して（３）式を計算しなおすと、基準値記憶時の周囲温度がＴ０ａ、測定時の周囲温度がＴ０Ｉのとき、温度センサ周囲が液体の場合と周囲が空気の場合の温度センサ４１における温度差ΔＴは（４）式で表される。
ΔＴ＝（Ｔ０Ｉ＋Ｑ・Ｒｂ）−（Ｔ０ａ＋Ｑ・Ｒａ）＝（Ｔ０Ｉ−Ｔ０ａ）＋Ｑ（Ｒｂ−Ｒａ）………（４）
つまり、液を検出した場合だけでなく、周囲温度が変化しても、温度センサ４１の測定温度が変化してしまう。このようなセンサを液漏れセンサとして使用すると、温度変化があった場合、実際には液漏れがないのに液漏れを報告する、液が漏れたのに検出できない、という誤動作が起こる。
【０００６】
このような問題を解決する手段としては次のような方法が考えられる。まず、温度センサに与える熱量を大きくし、温度センサの周囲の温度変化（Ｔ０Ｉ−Ｔ０ａ）が無視できるようにする。この方法は実現が容易であるが、温度センサ部分の温度が高くなるため、可燃性の液体には使用できないという欠点がある。次に、温度センサの周囲温度を測定し、温度変化を補正する方法がある。この方法では、温度センサの温度をあげることなく、温度センサ周囲の温度変化の影響を高精度で補正することができるが、温度センサ周囲の温度変化を測定するもう一つの温度センサが必要となる。
【０００７】
有機溶剤を使用する液体クロマトグラフ等の機器では、センサ温度をあまりあげることができないので、温度補正によって温度変化を吸収する方法が有効である。ところが、（４）式では、基準値記憶時と測定時で熱量Ｑが変化しないことが前提となるが、一般的には熱量は周囲温度変化と共に変化する。これを考慮して（４）式を補正すると（５）式のように表される。
ΔＴ＝（Ｔ０Ｉ＋Ｑｂ・Ｒｂ）−（Ｔ０ａ＋Ｑａ・Ｒａ）＝（Ｔ０Ｉ−Ｔ０ａ）＋Ｑｂ・Ｒｂ−Ｑａ・Ｒａ………（５）
これから、単に温度センサ周囲の温度を測定するだけでは補正は難しいことがわかる。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、センサの周囲温度が変化しても正常に動作する液漏れセンサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明の液漏れセンサは、周囲温度より高い温度に加熱もしくは自己発熱した温度センサからの熱放散量が液体の有無により変化し、この変化を計測することにより液漏れを検出する液漏れ検出装置において、温度センサおよび温度センサの周囲温度を測定する手段を有し、温度センサに一定の熱量を供給する手段を有し、さらに温度センサが測定する温度と温度センサの周囲温度を測定する手段が測定する温度との差を測定する手段を有するものである。温度センサとしては、サーミスタ、熱電対、白金抵抗体等がある。温度センサに一定の熱量を供給する手段としては、例えば供給する熱量を設定する電力設定器と供給する熱量を測定する電力モニタおよび電力設定器における設定値と電力モニタからの測定値との差を無くすように動作する電力制御器との組み合わせがある。
【００１０】
（４）式を変形し（４’）と表すことができる。
Ｑ（Ｒｂ−Ｒａ）＝ΔＴ−（Ｔ０Ｉ−Ｔ０ａ）………（４’）
現在の温度センサの温度Ｔ０Ｉから、校正時に記憶した基準値記憶時の温度センサの温度Ｔ０ａを引くことで、（４’）式のΔＴが得られ、同様に、温度センサの周囲温度の現在温度から、校正時に記憶した周囲温度の基準値を引くことで、（４’）式の（Ｔ０Ｉ−Ｔ０ａ）が得られる。これらより、Ｑ（Ｒｂ−Ｒａ）を求めることができる。熱量Ｑは一定値となるように制御されているので、Ｑ（Ｒｂ−Ｒａ）は温度センサの、周囲が液の場合と周囲が空気の場合の熱抵抗変化に比例するため、これを判定基準と比較することで、液漏れが検出できる。
【００１１】
また、本発明の液漏れセンサは、周囲温度より高い温度に加熱もしくは自己発熱した温度センサからの熱放散量が液体の有無により変化し、この変化を計測することにより液漏れを検出する液漏れ検出装置において、温度センサおよび温度センサの周囲温度を測定する手段を有し、温度センサに供給する熱量を測定する手段を有し、さらに温度センサが測定する温度と温度センサの周囲温度を測定する手段が測定する温度との差を測定する手段を有するものである。温度センサに供給する熱量を測定する手段としては、電力モニタ等がある。
【００１２】
（１）式より、温度センサの熱抵抗は、このときの熱量をＱ、周囲温度をＴ０とすると、（６）式のように求めることができる。
Ｒ＝（Ｔ１−Ｔ０）／Ｑ（℃／Ｗ）………（６）
熱量Ｑは熱量を測定する手段により求められるので、液漏れが起こっていないときの熱抵抗と現在の熱抵抗の差を求めることで、熱抵抗変化を求めることができ、液漏れが検出できる。
【００１３】
また、本発明の液漏れセンサは、周囲温度より高い温度に加熱もしくは自己発熱した温度センサからの熱放散量が液体の有無により変化し、この変化を計測することにより液漏れを検出する液漏れ検出装置において、温度センサおよび温度センサの周囲温度を測定する手段を有し、温度センサと周囲温度との温度差を一定に保つ手段を有し、さらに温度センサが測定する温度と温度センサの周囲温度を測定する手段が測定する温度との差を測定する手段を有するものである。温度センサと周囲温度との温度差を一定に保つ手段としては、例えば温度センサと周囲温度との温度差を測定する２つの温度検出器と、温度差をあらかじめ設定しておく温度設定器と、実際の温度差と設定している温度差との差をなくすように温度センサに熱を供給するヒータの制御を行うヒータ駆動回路との組み合わせがある。
【００１４】
温度センサの温度を一定に保つために必要な熱量は放散した熱量に等しい、という事実を用いて、熱の放散量を計測することで、周囲温度に依存しない液漏れ検出を行うことができる。式（２）は式（２’）のように変形できる。
Ｔ１−Ｔ０＝Ｑ・Ｒｂ………（２’）
ここで、温度センサと周囲温度との温度差を一定値ΔＴｓとすると、（２’）は（７）式のように表される。
ΔＴｓ＝Ｑ・ＲＢ
Ｒｂ＝ΔＴｓ／Ｑ………（７）
すなわち、温度センサに供給した熱量（電力）を測定することで、温度センサの熱抵抗Ｒｂを測定することができる。この値から、校正時に記憶した、温度センサの周囲が空気の場合の熱抵抗Ｒａを引くことで、熱抵抗変化が得られ、これをある閾値を比較することで液漏れが検出できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。本発明の液漏れ検出器の一実施例のブロック図を図１に示す。本発明の液漏れ検出器は、液漏れ検出用温度センサ１と、周囲温度測定用温度センサ２と、液漏れ検出用温度センサ基準温度記憶機構４と、周囲温度測定用温度センサ基準温度記憶機構５と、比較器７、８、１０と、ヒーター１２と、電流増幅器１３と、電力モニタ１４と、電力設定器１５および電力制御器１６から構成されている。液漏れ検出用温度センサ１および周囲温度測定用温度センサ２はサーミスタである。
【００１６】
液漏れ検出用温度センサ１にはヒーター１２から熱量Ｑが供給されている。ヒーター１２には、電力モニタ１４と電力制御器１６により、電力設定器１５に入力された一定の電力が常に供給されるようになっており、熱量Ｑは常に一定である。液漏れ検出用温度センサ１から、校正時に液漏れ検出用温度センサ基準温度記憶機構４に記憶した基準値を比較器７で引くことで（４’）式のΔＴが得られ、同様に、周囲温度測定用温度センサ２から、校正時に周囲温度測定用温度センサ基準温度記憶機構５に記憶した基準値を比較器８で引くことで（４’）式の（Ｔ０Ｉ−Ｔ０ａ）が得られる。これらより、比較器１０を用いてＱ（Ｒｂ−Ｒａ）を求めることができる。熱量Ｑは一定値となるように制御されているので、Ｑ（Ｒｂ−Ｒａ）は液漏れ検出用温度センサ１の、周囲が液の場合と周囲が空気の場合の熱抵抗変化に比例するため、これを判定基準と比較することで、液漏れが検出できる。
【００１７】
図２に本発明の第２の実施例のブロック図を示す。本実施例は液漏れ検出用温度センサ１と、周囲温度測定用温度センサ２と、熱抵抗基準値記憶機構２３と、比較器２５、２９と、熱抵抗測定器２７と、ヒーター１２および電力モニタ１４から構成されている。
【００１８】
本実施例の液漏れ検出装置は（６）式により液漏れ検出用温度センサ１の熱抵抗を直接求めることにより液漏れを検出するものである。液漏れ検出用温度センサ１にはヒーター１２から熱量Ｑが供給されている。熱量Ｑは変動しても良いがその値は常に電力モニタ１４により測定されている。液漏れ検出用温度センサ１と周囲温度測定用温度センサ２の温度差（Ｔ１−Ｔ０）が比較器２５より得られ、これを熱抵抗測定器２７において、電力モニタ１４で求められる電力から計算される熱量Ｑで除すと、液漏れ検出用温度センサ１の周囲への熱抵抗Ｒｂが直接計算できるので、校正時に熱抵抗基準値記憶機構２３に記憶させておいた液漏れが起こっていない状態の熱抵抗Ｒａと現在の熱抵抗Ｒｂとを比較器２９で比較する。周囲が空気の場合の熱抵抗は周囲が液で満たされた場合の熱抵抗より大きいので、例えばＲｂがＲａより５０％減少したら液漏れとみなす、という判定を行うことにより液漏れを検出することができる。
【００１９】
電力モニタ１４の構成を図５に示す。電力モニタ１４は抵抗５１と、サーミスタ５３および電圧計５５から構成されている。抵抗５１は抵抗値Ｒを有している。サーミスタ５３を抵抗５１により電圧Ｖｃｃでプルアップし、そのときのサーミスタ電圧Ｖｔｈを電圧計５５でモニタする。この回路において、サーミスタ５３における電流Ｉｔｈは８式で示される。
Ｉｔｈ＝（Ｖｃｃ−Ｖｔｈ）／Ｒ………（８）
したがって、サーミスタ５３の発熱電力Ｐｔｈは９式で求められる。
Ｐｔｈ＝Ｉｔｈ・Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ（Ｖｃｃ−Ｖｔｈ）／Ｒ………（９）
ＶｃｃおよびＲはあらかじめ決まっている値であるので、発熱電力Ｐｔｈは電圧計５５によりＶｔｈを測定することにより常にモニタすることができる。
【００２０】
図３に本発明の第３の実施例のブロック図を示す。本実施例は液漏れ検出用温度センサ１と、周囲温度測定用温度センサ２と、ヒーター１２と、ヒーター駆動回路３５と、温度設定器３３と、電力モニタ１４と、熱抵抗測定器２７と、比較器３０、３１、３９および熱抵抗基準値記憶機構２３から構成されている。
【００２１】
本実施例の液漏れ検出装置は（７）式により、液漏れ検出用温度センサ１と周囲温度測定用温度センサ２との温度差を一定に保つことで液漏れ検出用温度センサ１の熱抵抗を測定でき、これにより液漏れを検出するものである。液漏れ検出用温度センサ１はヒーター１２により熱量Ｑが供給され周囲温度より高温に保たれている。液漏れ検出用温度センサ１と周囲温度測定用温度センサ２との温度差ΔＴｓが比較器３０により常に測定されている。温度設定器３３には液漏れ検出用温度センサ１と周囲温度測定用温度センサ２との温度差があらかじめ設定されており、温度設定器３３に設定されている値と比較器３０で測定されるΔＴｓとの差が比較器３１により測定される。比較器３１からの信号はヒーター駆動回路３５に伝えられ、液漏れ検出用温度センサ１と周囲温度測定用温度センサ２との温度差ΔＴｓが温度設定器３３に設定された温度と常に一致するように制御される。また、ヒーター１２に供給される熱量Ｑは電力モニタ１４により測定されており、この熱量Ｑと液漏れ検出用温度センサ１と周囲温度測定用温度センサ２との温度差ΔＴｓを用いて（７）式に従って熱抵抗測定器２７により液漏れ検出用温度センサ１の熱抵抗が計算される。校正時に熱抵抗基準値記憶機構２３に記憶させておいた液漏れが起こっていない状態の熱抵抗Ｒａと現在の熱抵抗Ｒｂとを比較器３９で比較する。例えばＲｂがＲａより５０％減少したら液漏れとみなす、という判定を行うことにより液漏れを検出することができる。
【００２２】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行うことができる。例えば、上記実施例では液漏れ検出用温度センサ１の熱抵抗を測定することにより液漏れを検出しているが、熱伝導度を測定することにより液漏れを検出することも可能である。この場合は、周囲が空気の場合の熱伝導度は周囲が液で満たされた場合の熱伝導度より小さいので、例えばＲｂがＲａの１５０％に達したら液漏れとみなす、ということで判定を行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、液漏れ検出用温度センサの周囲温度を測定し、さらに液漏れ検出用温度センサに供給する熱量を一定に保っているので、周囲温度が変化しても液漏れを正確に検出することができる。また、液漏れ検出用温度センサの周囲温度を測定し、さらに液漏れ検出用温度センサに供給する熱量を直接測定することにより、周囲温度が変化しても液漏れを正確に検出することを可能としている。また、液漏れ検出用温度センサの周囲温度を測定し、さらに液漏れ検出用温度センサと周囲温度の差を一定に保つことにより周囲温度が変化しても液漏れを正確に検出することを可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液漏れ検出装置の一実施例のブロック図である。
【図２】本発明の液漏れ検出装置の第二の実施例のブロック図である。
【図３】本発明の液漏れ検出装置の第三の実施例のブロック図である。
【図４】従来の熱放散量検出型液漏れ検出装置の基本原理図である。
【図５】電力モニタの構成図である。
【符号の説明】
１−−−液漏れ検出用温度センサ
２−−−周囲温度測定用温度センサ
４−−−液漏れ検出用温度センサ基準温度記憶機構
５−−−周囲温度測定用温度センサ基準温度記憶機構
７、８、１０−−−比較器
１２−−−ヒーター
１３−−−電流増幅器
１４−−−電力モニタ
１５−−−電力設定器
１６−−−電力制御器

Claims

周囲温度より高い温度に加熱もしくは自己発熱した温度センサからの熱放散量が液体の有無により変化し、この変化を計測することにより液漏れを検出する液漏れ検出装置において、温度センサおよび温度センサの周囲温度を測定する手段を有し、前記温度センサに一定の熱量を供給する手段を有し、前記温度センサが測定する温度と前記温度センサの周囲温度を測定する手段が測定する温度との差を測定する手段を有することを特徴とする液漏れ検出装置。
周囲温度より高い温度に加熱もしくは自己発熱した温度センサからの熱放散量が液体の有無により変化し、この変化を計測することにより液漏れを検出する液漏れ検出装置において、温度センサおよび温度センサの周囲温度を測定する手段を有し、前記温度センサに供給する熱量を測定する手段を有し、前記温度センサが測定する温度と前記温度センサの周囲温度を測定する手段が測定する温度との差を測定する手段を有することを特徴とする液漏れ検出装置。
周囲温度より高い温度に加熱もしくは自己発熱した温度センサからの熱放散量が液体の有無により変化し、この変化を計測することにより液漏れを検出する液漏れ検出装置において、温度センサおよび温度センサの周囲温度を測定する手段を有し、前記温度センサと周囲温度との温度差を一定に保つ手段を有し、前記温度センサが測定する温度と前記温度センサの周囲温度を測定する手段が測定する温度との差を測定する手段を有することを特徴とする液漏れ検出装置。