JP2005265589A - 液位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な装置構成で、液位検出と異常検知との判断が可能なフェイルセーフ型の液位検出装置を提供する。
【解決手段】 変換器２０から送出した試験信号（±１２Ｖ，１ｋＨｚ）は、信号線ＳＬを伝搬して測定電極１１に入力される。測定電極１１は、この試験信号に対する応答信号をリターン線ＲＬを介して変換器２０に帰還する。積分回路２３から出力される応答信号のＤＣ電圧は、比較回路２４において、液位検知の基準電圧（１Ｖ）と異常検知の基準電圧（１０Ｖ）とそれぞれ比較される。水位検知のときには、インピーダンスＺによって応答信号のＤＣ電圧が減少して液位検知の基準電圧よりも低くなるため、水位警報出力が出力される。断線異常のときには、試験信号は帰還抵抗素子ＦＲを通って帰還される。応答信号のＤＣ電圧は帰還抵抗素子分減少し、異常検知の基準電圧よりも低くなるため、異常警報出力が出力される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、液位検出装置に関し、より特定的には、液位検出機能と装置内部に生じた断線等の異常を知らせる異常警報機能を備えた液位検出装置に関する。

液位検出装置は、鉄鋼、食品、化学などの諸工業や農業水、浄水場、汚水処理などの液面制御に幅広く用いられている。電気的な液位検出方式の１つである導電率式を採用した液位検出装置は、あらゆる導電性液体を測定対象液とした液位検出装置として、現在最も汎用されている（たとえば特許文献１、２および非特許文献１参照）。

図４は、従来の導電率式の液位検出装置の動作原理を説明するための概略回路図である。

図４を参照して、液位検出装置は、互いに長さの異なる１対の電極ＢＬ，ＢＳからなる電極部１００と、電極ＢＬ，ＢＳを保持する電極保持部２００と、リレー駆動用回路３００とを備える。

電極部１００は、測定対象液の入った液槽内に設置される。測定時において、電極部１００の電極ＢＬと電極ＢＳとの間には、電源から交流電圧が印加される。

ここで、電極ＢＳが液面に触れていないときには、電極ＢＬと電極ＢＳとの間は開いた状態（遮断状態）となって電流が流れない。したがって、リレー駆動用回路３００は動作せず、リレーの接点３０６は変化しない。

一方、電極ＢＳが液面に触れているときには、電極ＢＬと電極ＢＳとの間は閉じた状態（導通状態）となり、電流が流れる。この電流に応答して、増幅回路３０４に信号が送られる。この信号がリレー用駆動回路３００を作動させ、リレー接点３０６を変化させる。なお、リレー接点３０６は、図示しないポンプに接続され、接点出力の変化に応じてポンプを駆動／停止する。

以上のように、導電率式の液位検出装置は、電極に液体が接触すると、液体を通して閉回路ができ、そこに流れる電流によってレベル検知する。検出には、液体の電極間抵抗を直接検出し、設定した抵抗値よりも大きいか小さいかによって液面の有無を判断する構成となっている。
特許第３０３９３４９号公報 特許第３１１２４２７号公報 社団法人日本計量機器工業連合会著、「レベル計−液面・界面・粉粒面センサ−」、第１２５頁−第１２９頁

従来の液位検出装置において、電極保持部２００とリレー駆動用回路３００との間には、電線が配線される。この電線に劣化や衝撃等によって断線が生じた場合には、リレー駆動用回路３００が正常な動作を行なわなくなる。詳細には、断線が生じると、電極ＢＳが液体に接触しているにも関わらず、電極間には電流が流れないため、リレー接点は変化せずに液面の位置を誤って検出してしまうことになる。

たとえば船舶においては、鉱石などを積載する船体内部の貨物倉に生じた浸水を検知するための手段として、上記のような液位検出装置が搭載される。ここで、液位検出装置に断線が生じると、貨物倉における浸水を正確に検知することができず、船体および乗務員を危険にさらすことになる。したがって、船舶関連の検出装置内部には、通常、自己監視手段として、断線警報システムを備えることが義務付けられている。

このように、液位検出装置の信頼性および安全性を高めるためには、装置内部に生じた断線等の異常を速やかに検出し、作業者に警告するといったフェイルセーフ機能を備えることが求められる。

そこで、最近では、たとえば特許文献１および２に記載されるように、異常検出回路を備えた液位検出装置が種々提案されている。

図５は、特許文献１に記載される液位検出装置に搭載される異常検出回路の構成を示す回路図である。なお、本図の異常検出回路は、図４の電極部の電極ＢＬ，ＢＳの各々に対して設けられる。以下においては、当該回路を電極ＢＬに設ける場合を例として説明する。

図５を参照して、図示しない電極ＢＬは検出端子Ｌに接続され、図示しない液槽は接地端子Ｅと同電位に接地される。抵抗素子Ｒ２０，Ｒ２１は互いに直列に接続される分圧用の抵抗で、交流電源（端子Ａ，接地端子Ｅ間）に接続される。

パルス発生回路Ｐは、抵抗素子Ｒ２１に並列接続される整流用ダイオードＤ２０と、これに並列に接続され、ダイオードＤ２０の整流方向と逆方向の所定の電圧以上が印加されたときに導通する単方向フォトトランジスタＦ１と、フォトトランジスタＦ１のコレクタに直列に接続される抵抗素子Ｒ２３と、フォトトランジスタＦ１の出力端子に接続される抵抗素子Ｒ２４およびインバータ素子ＩＶ１からなるパルス成形回路とを含む。

このような構成において、検出端子Ｌが液体有りを検出していると、端子Ｌ，Ｅ間の抵抗は０に近く、検出端子Ｌの電位が低いため、端子Ａに印加される交流電圧の半サイクルごとにフォトトランジスタＦ１とダイオードＤ２０とが交互に導通する。フォトトランジスタＦ１の出力波形は、抵抗素子Ｒ２４とインバータ素子ＩＶ１とによって成形され、方形状のパルス出力が出力端子Ｏから出力される。

一方、検出端子Ｌが液体無しを検出していると、端子Ｌ，Ｅ間の抵抗は無限大となり検出端子Ｌの電位が高いため、フォトトランジスタＦ１は導通しない。これにより、フォトトランジスタＦ１の出力波形は直流電圧波形となり、パルス発生回路Ｐからはパルスが出力されないため、出力端子Ｏからは０Ｖが出力される。なお、本装置の液位制御において、液体有りは安全な状態を意味し、液体無しは不安全な状態を意味する。

この構成において、回路（たとえば抵抗素子Ｒ２０）が断線したとすると、抵抗素子Ｒ２０の両端には電圧が発生しないため、パルス発生回路Ｐからはパルスが出力されず、出力端子Ｏからは、液体無しのときと同じ出力である０Ｖが出力される。このように、異常発生時には、検出端子Ｌの検出状態とは無関係に液体無しを出力することから、液体無し（不安全）にも関わらず液体有り（安全）を出力することがないため、フェイルセーフが担保される。

以上のように、従来の液位検出装置において、装置内部の異常検出は、新たに端子を設け、この端子から供給される交流電源と電極との間に抵抗素子を配して、その抵抗素子に駆動される電流を計測する方法により行なわれる。

この方法によれば、液体無しを検知できるとともに、断線を検知することが可能となる一方、電極ごとに図５のような検出回路の装着が必要となり、部品点数が増加し、回路規模の増大と装置コストの増加とを招いてしまう。

また、本方法では、液体無しと断線との警報は、いずれも液体無し出力によって指示されることから、作業者はいずれの状態を示す警報であるかを判別できないといった問題が生じていた。

それゆえ、この発明の目的は、簡易な装置構成で、液位検出と異常検知との判断が可能なフェイルセーフ型の液位検出装置を提供することにある。

この発明のある局面によれば、測定対象液の液面との接触の有無によって液位を検出する測定電極と、測定電極に試験信号を送信して、試験信号に対する応答信号を受信する変換器と、変換器からの試験信号を測定電極に伝搬する第１の信号線と、測定電極の出力する応答信号を変換器に伝搬する第２の信号線と、第１の信号線と第２の信号線との間に結合される帰還抵抗素子とを備え、変換器は、試験信号を生成する試験信号生成手段と、応答信号に基づいて、測定電極が液位を検出したことを指示する液位検出信号を出力する液位検出手段と、応答信号に基づいて、第１および第２の信号線の導通状態の異常を検出したことを指示する異常検出信号を出力する異常検出手段とを含み、液位検出手段は、応答信号の電圧と第１の基準電圧とを比較する第１の比較回路と、第１の比較回路の比較結果信号に応答して、液位検出信号を出力する液位検出信号出力回路とを含み、異常検出手段は、応答信号の電圧と第２の基準電圧とを比較する第２の比較回路と、第２の比較回路の比較結果信号に応答して、異常検出信号を出力する異常検出信号出力回路とを含む。

好ましくは、第１の信号線に挿入され、測定対象液の導電率に応じて抵抗値を変化させて検出感度を調整する可変抵抗素子をさらに備える。

好ましくは、液位検出信号出力回路は、異常検出信号と液位検出信号とのいずれもが活性化したことに応じて、液位検出信号を出力する。

好ましくは、変換器は、応答信号を直流電圧に変換する積分回路をさらに含み、第１の比較回路は、直流電圧と第１の基準電圧とを比較し、第２の比較回路は、直流電圧と第２の基準電圧とを比較する。

好ましくは、変換器は、応答信号から所定の周波数成分を抽出するフィルタ回路をさらに含む。

この発明のある局面によれば、測定電極に２本の信号線を接続した簡易な構成によって、装置規模の増大を伴なうことなく、液位検知とともに、装置本体に発生した異常を検知することができる。

また、検知判断の基準となる電圧レベルが、検知する内容によって異なることから、液位検出と異常検知とを個別に判断することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、この発明の実施の形態に従う液位検出装置の構成を示す回路ブロック図である。なお、以下においては、本発明に係る液位検出装置の使用例として、船体内の貨物倉に設置され、当該貨物倉に生じた浸水を検知する場合について説明する。したがって、貨物倉の液位制御としては、液位が未検知の状態が安全な状態に対応し、液位検知の状態が不安全な状態に対応する。

図１を参照して、液位検出装置は、測定対象液（海水に相当）の液位を検出するセンサ部１０と、センサ部１０に試験信号を伝送し、その応答信号から液位を検知する変換器２０と、変換器２０から出力される試験信号を伝搬する信号線ＳＬと、センサ部１０から帰還される応答信号を伝搬するリターン線ＲＬとを備える。

センサ部１０は、測定電極１１と、測定電極１１を被覆する絶縁物１２とを含む。

測定電極１１は、信号線ＳＬとリターン線ＲＬとが接続され、これら２線を介して後述する変換器２０と結合される。

変換器２０は、所定の周波数の試験信号を送信する部位として、試験信号を発生する発振回路２１と、測定対象液の導電率に応じて検出感度を調整するための感度調整用抵抗素子ＳＲと、試験信号から直流成分を除去するＤＣカットコンデンサＤＣ１とを備える。試験信号は、たとえば交流電圧±１２Ｖおよび周波数１ｋＨｚの交流信号とする。変換器２０から出力された試験信号は、信号線ＳＬを伝搬してセンサ部の測定電極１１に与えられる。

変換器２０は、測定電極１１からの試験信号に対する応答信号を受信する部位として、ＤＣカットコンデンサＤＣ２と、フィルタ回路２２と、応答信号を積分する積分回路２３と、積分して得られた直流電圧を所定の基準電圧と比較する比較回路２４と、比較結果に応じて水位警報出力を発生する水位警報出力回路２５と、装置本体の異常を知らせる異常警報出力を発生する異常警報出力回路２６とをさらに備える。

以上の構成において、センサ部１０では、与えられた試験信号に対する測定電極１１の電圧レベルがその検知状態に応じて変化する。詳細には、測定電極１１と貨物倉４０（接地電位に相当）との間には、図１に示すように、インピーダンスＺが介在すると考えることができる。たとえば、測定電極１１が空気中にあって液位を検知していない場合には、このインピーダンスＺは、空気のインピーダンスに相当し、非常に大きい値となる。一方、測定電極１１が導電性の液体に接触している場合には、インピーダンスＺは液体の導電率に依存した小さい値となる。測定電極１１には、インピーダンスＺによって試験信号が分圧されて現われることとなり、その電圧レベルは、インピーダンスＺの大きさに応じて変化する。

この測定電極１１の電圧レベルは、応答信号として、リターン線ＲＬを介して変換器２０に入力される。変換器２０は、応答信号から測定電極１１の電圧レベルを計測することにより、検知状態を知ることができる。

また、感度調整用抵抗素子ＳＲの抵抗値を変更することにより、測定電極１１が液体に接触しているときに、液体の導電率によって異なるインピーダンスＺに対応することができ、検出感度の調整を行なうことができる。

変換器２０は、さらに信号線ＳＬとリターン線ＲＬとの間に結合される帰還抵抗素子ＦＲを備える。この帰還抵抗素子ＦＲを配したことによって、後述するように、液位検知と異常検知との識別が可能となっている。

図２は、図１における変換器２０の詳細な構成を示す回路図である。

図２を参照して、測定電極１１に送信する試験信号を生成する発振回路２１は、たとえばＯＰアンプＯＰ５の正相入力端子および逆相入力端子にそれぞれ抵抗素子Ｒ１２〜Ｒ１４によって正帰還および負帰還をかけたウィーンブリッジ発振器で構成される。発振回路２１の出力電圧は、さらに、直列接続されたｎｐｎ型トランジスタ素子Ｔｒ３とｐｎｐ型トランジスタ素子Ｔｒ４とからなる出力バッファで増幅され、試験信号として出力される。

生成された試験信号は、ＤＣカットコンデンサＤＣ１によって直流成分が除かれた後、感度調整用抵抗素子ＳＲを介して信号線ＳＬを伝搬し、測定電極１１に入力される。

さらに、試験信号に応答して測定電極１１から出力された応答信号は、リターン線ＲＬを伝搬し、ＤＣカットコンデンサＤＣ２によって直流成分が除かれた後にフィルタ回路２２に与えられる。

フィルタ回路２２は、帯域通過型フィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）であり、交流の応答信号から所望の周波数成分のみを抽出する。フィルタ回路２２は、たとえば図２に示すように、ＯＰアンプＯＰ１に抵抗素子Ｒ３とコンデンサＣ１，Ｃ２による帰還をかけたアクティブフィルタで構成される。

先述のように、センサ部の測定電極１１と貨物倉４０との間にはインピーダンスＺが存在することから、リターン線ＲＬを伝搬する測定電極１１からの応答信号には、何らかのノイズ成分が含まれる可能性がある。応答信号の電圧レベルがこのノイズ成分の影響を受けて変動すれば、変換器２０が誤った検知出力を発するおそれがある。したがって、フィルタ回路２２は、信号処理に必要な周波数１ｋＨｚの信号成分のみを抽出することによって、このようなノイズ成分による誤動作の発生を防止している。

積分回路２３は、フィルタ回路２２から入力される応答信号をある時間ごとに積分して平滑化する。積分回路２３は、一般的な回路構成であって、ＯＰアンプＯＰ２と、ＯＰアンプＯＰ２の逆相入力端子に接続された抵抗素子Ｒ４と、逆相入力端子と出力端子との間に接続されたコンデンサＣ３とを備える。積分回路２３に入力される応答信号は、周波数１ｋＨｚ、電圧±１２Ｖの交流信号であるため、この交流信号を直流信号に変換することによって、後の信号処理を簡単なものとしている。

比較回路２４は、積分回路２３の出力に対して並列に接続された２つの比較器ＯＰ３，ＯＰ４を備える。積分回路２３から出力された直流信号は、比較器ＯＰ３，ＯＰ４において、それぞれに設定された基準電圧と比較される。

比較器ＯＰ３は、電源電圧を抵抗素子Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７で分圧して生成した基準電圧と直流信号との電圧レベルを比較して、比較結果信号を出力する。比較器ＯＰ３の基準電圧は、１０Ｖに設定されている。比較器ＯＰ３は、逆相増幅器であり、直流信号の電圧レベルが１０Ｖよりも高ければ「Ｌ」（論理ロー）レベルの比較結果信号を出力する。一方、直流信号の電圧レベルが１０Ｖよりも低ければ「Ｈ」（論理ハイ）レベルの比較結果信号を出力する。比較結果信号は、異常警報出力回路２６のｎｐｎ型トランジスタ素子Ｔｒ１のゲートに入力される。

比較器ＯＰ４は、電源電圧を抵抗素子Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０で分圧して生成した基準電圧と直流信号との電圧レベルを比較して、比較結果信号を出力する。比較器ＯＰ４の基準電圧は１Ｖに設定されている。比較器ＯＰ４は、直流信号の電圧レベルが１Ｖよりも高ければ「Ｌ」レベルの比較結果信号を出力する。一方、直流信号の電圧レベルが１Ｖよりも低ければ「Ｈ」レベルの比較結果信号を出力する。比較結果信号は、水位警報出力回路２５のｎｐｎ型トランジスタ素子Ｔｒ２のゲートに入力される。

異常警報出力回路２６は、電源電圧と接地電圧との間に直列に接続されるリレー回路Ｒｙ１と、ｎｐｎ型トランジスタ素子Ｔｒ１とを備える。

ｎｐｎ型トランジスタ素子Ｔｒ１は、比較結果信号に応答してオン／オフし、リレー回路Ｒｙ１を励磁または非励磁状態とする。比較結果信号が「Ｌ」のとき、すなわち直流信号の電圧が１０Ｖ以上のときには、ｎｐｎ型トランジスタ素子Ｔｒ１がオフしてリレー回路Ｒｙ１を非励磁状態とする。このとき、リレー回路Ｒｙ１のリレー接点はオフ状態となる。

一方、比較結果信号が「Ｈ」のとき、すなわち直流信号の電圧が１０Ｖ以下のときには、ｎｐｎ型トランジスタＴｒ１がオンしてリレー回路Ｒｙ１を励磁状態とする。これにより、リレー回路Ｒｙ１のリレー接点がオン状態となる。リレー接点がオンされたことに応じて、異常検知を知らせる異常警報出力が出力される。

水位警報出力回路２５は、電源電圧と接地電圧との間に直列に接続されるリレー回路Ｒｙ２と、ｎｐｎ型トランジスタ素子Ｔｒ２とを備える。

ｎｐｎ型トランジスタ素子Ｔｒ２は、比較結果信号に応答してオン／オフし、リレー回路Ｒｙ２を励磁または非励磁状態とする。詳細には、比較結果信号が「Ｌ」のとき、すなわち直流信号の電圧が１Ｖ以上のときには、ｎｐｎ型トランジスタ素子Ｔｒ２がオフしてリレー回路Ｒｙ２を非励磁状態とする。このとき、リレー回路Ｒｙ２のリレー接点はオフ状態となる。

一方、比較結果信号が「Ｈ」のとき、すなわち直流信号の電圧が１Ｖ以下のときには、ｎｐｎ型トランジスタＴｒ２がオンしてリレー回路Ｒｙ２を励磁状態とする。これにより、リレー回路Ｒｙ２のリレー接点がオン状態となる。

ここで、リレー回路Ｒｙ２のリレー接点は、図２に示すように、リレー回路Ｒｙ１のリレー接点と直列に結合される。このような構成としたのは以下の理由による。リレー回路Ｒｙ１，Ｒｙ２を独立して設けた場合、直流信号の電圧が１Ｖ以下のときには、異常警報出力回路２６と水位警報出力回路２５とのいずれのリレー接点がオンとなり、異常警報出力と水位警報出力とがそれぞれ発生することとなってしまう。そこで、２つのリレー回路Ｒｙ１，Ｒｙ２を水位警報出力に対してＡＮＤ回路の構成にすれば、両リレー接点が閉じたときにはじめて水位警報出力が出力されることとなり、警報出力を識別することができる。

なお、このようなリレー回路を用いたＡＮＤ回路は、リレー回路自体が高価かつ大型なものであることから、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等を用いたシーケンス制御を行なうことによって、より簡易かつ安価に構成することも可能である。

次に、図１および図２に示した液位検出装置における水位検出動作および異常検知動作について説明する。

再び図１を参照して、変換器２０から送出された試験信号（±１２Ｖ，１ｋＨｚ）は、信号線ＳＬを伝搬して測定電極１１に入力される。測定電極１１は、この試験信号に対する応答信号をリターン線ＲＬを介して変換器２０に帰還する。

最初に、測定電極１１が水位を検知していない場合を考える。この場合は、測定電極１１と貨物倉４０との間のインピーダンスＺが大きいことから、信号線ＳＬ上の試験信号はそのまま応答信号としてリターン線ＲＬを伝搬する。このときの測定電極１１の電圧は変化しないことから、応答信号は、試験信号とほぼ同じ電圧レベルとなり、変換器２０内の積分回路２３から出力される直流信号において、約１１ＶのＤＣ電圧が得られる。

この電圧１１Ｖの直流信号は、比較回路２４に与えられると、比較器ＯＰ３，ＯＰ４において、それぞれ基準電圧（１０Ｖ，１Ｖ）と比較される。いずれの比較器においても、直流信号の電圧レベルが基準電圧よりも高いことから、対応するリレー回路Ｒｙ１，Ｒｙ２はともにオンされず、水位警報出力および異常警報出力は出力されない。

次に、測定電極１１が水位を検知した場合を考える。この場合は、測定電極１１と貨物倉４０との間のインピーダンスＺは、海水の導電率を受けて小さくなる。このため、測定電極１１の電圧レベルは減少し、応答信号として変換器２０に伝搬される。この応答信号が積分回路２３に与えられると、約１Ｖ以下のＤＣ電圧の直流信号に変換される。

電圧１Ｖ以下の直流信号は、比較回路２４の比較器ＯＰ３，ＯＰ４において、それぞれ電圧レベルが比較される。このとき、いずれの比較器においても、直流信号の電圧が基準電圧よりも低いことから、リレー回路Ｒｙ１，Ｒｙ２はともに励磁状態となる。これにより、直流接続されたリレー接点がともにオンされ、水位警報出力回路２５から水位警報出力が出力される。

最後に、装置内部に断線による異常が発生した場合を考える。この場合は、信号線ＳＬとリターン線ＲＬとは接続が絶たれた状態となり、両線間の抵抗値は無限大となる。

ここで、図１に示すように、信号線ＳＬとリターン線ＲＬとの間には、変換器２０内において帰還抵抗素子ＦＲが結合されている。この帰還抵抗素子ＦＲは、信号線ＳＬとリターン線ＲＬとの間の抵抗（無限大に相当）に対して十分小さい値に設定されていることから、発振回路２１から出力された試験信号は、帰還抵抗素子ＦＲを通って受信側のフィルタ回路２２に伝搬される。この信号は、積分回路２３を通過した段階において、ＤＣ電圧が約１０Ｖ以下の直流信号となる。

この直流信号は、比較回路２４に与えられると、比較器ＯＰ３，ＯＰ４においてそれぞれ基準電圧と比較される。このとき、直流信号は、比較器ＯＰ３においてのみ基準電圧よりも低いことから、異常警報出力回路２６のリレー回路Ｒｙ１が励磁状態となり、リレー接点をオンする。この結果、液位検出装置からは異常警報出力が出力される。

なお、装置内部において電源がオフとなる異常が発生した場合においても、リターン線ＲＬの電圧レベルは低下し、直流信号においては、正常動作時の約１１ＶＤＣ電圧よりも低い電圧となる。このような場合であっても、断線時と同様に異常警報出力が出力されることから、電源オフによる異常をも検知することができる。

ここで、感度調整用抵抗素子ＳＲについて、さらに説明する。感度調整用抵抗素子ＳＲは、信号線ＳＬとリターン線ＲＬとの間に接続されていることから、リターン線ＲＬを伝搬する応答信号の電圧は、測定電極１１と貨物倉４０と間のインピーダンスＺと、感度調整用抵抗素子ＳＲとの分圧電圧に相当することになる。このとき、感度調整用抵抗素子ＳＲの抵抗値を大きく設定すれば、導電率の低い液体（インピーダンスＺが大きいことに相当）の検出が可能となり、感度調整用抵抗素子ＳＲの抵抗値を小さく設定すれば、導電率の高い液体（インピーダンスＺが小さいことに相当）の検出が可能となる。このように、感度調整用抵抗素子ＳＲの抵抗値を測定対象液の導電率に応じて変化させることにより、検出可能な液体の範囲が広がり、本装置の汎用性を高めることができる。

図３は、以上に説明した検出動作を説明するためのフロー図である。

図１に示す液位検出装置は、電源投入に応じて作動状態となると（ステップＳ０１）、変換器２０から試験信号を送信し、受信した応答信号の電圧レベルを計測する。

応答信号の電圧レベルは、先述のように、液位検知の有無、または断線などの異常の有無によって変動する。比較回路２４は、この電圧レベルを所定の基準電圧と比較して、液位検知と異常検知とを判断する。

このとき、比較回路２４は、電圧レベルの異なる２種類の基準電圧を有しており、一方は断線検知のための基準電圧（たとえば１０Ｖ）であり、他方は、液位検知のための基準電圧（たとえば１Ｖ）である。

比較回路２４は、ステップＳ０２に示すように、応答信号の電圧レベルを断線検知のための基準電圧と比較し、基準電圧を下回ると、異常警報出力回路２６から異常警報出力を発生する（ステップＳ０３）。

比較回路２４は、さらに応答信号の電圧レベルを液位検知のための基準電圧と比較する（ステップＳ０４）。応答信号の電圧レベルが基準電圧以下となると、リレー回路Ｒｙ１，Ｒｙ２のいずれもがオンとなり、水位警報出力回路２５から水位警報出力が出力される（ステップＳ０５）。

なお、以上の実施の形態では、測定対象液が海水である場合を例として説明したが、本発明に係る液位検出装置は、海水に限定されず、あらゆる導電性の液体に対して適用可能であることは明らかである。この場合は、測定対象液の導電率に応じて、比較回路の基準電圧を設定することで対応することができる。この点について、電極間に流れる電流値から液位を検出する従来の液位検出装置では、測定対象液の導電率によっては電流が微小となるため、基準となる電流レベルの設定感度が求められる。これに対して、本発明に係る液位検出装置は、比較回路内部の分圧比によって基準電圧を設定するため、設定が容易であるという利点を有する。

また、本実施の形態では、貨物倉に生じた浸水を検知するために、液位を検知して液位検出警報を発する構成としたが、たとえば高架水槽に設置し、液位が検知されないときに警報を発する構成とすることも可能である。

以上のように、この発明の実施の形態によれば、測定電極に２本の信号線を接続した簡易な構成によって、装置規模の増大を伴なうことなく、液位検知とともに、装置に発生した異常を検知することができる。

また、比較回路において、検知判断の基準となる電圧レベルが検知する内容によって異なることから、液位検出と異常検知とを容易に判別することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態に従う液位検出装置の構成を示す回路ブロック図である。 図１における変換器２０の受信側の詳細な構成を示す回路図である。 図１および図２に示す液位検出装置における検出動作を説明するためのフロー図である。 従来の導電率式の液位検出装置の動作原理を説明するための概略回路図である。 特許文献１に記載される液位検出装置に搭載される異常検出回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

１０ センサ部、１１ 測定電極、１２ 絶縁物、２０ 変換器、２１ 発振回路、２２ フィルタ回路、２３ 積分回路、２４ 比較回路、２５ 水位警報出力回路、２６ 異常警報出力回路、４０ 貨物倉、１００ 電極部、２００ 電極保持部、３００ リレー駆動回路、３０３ 定電圧回路、３０４ 増幅回路、３０５ ｎｐｎ型トランジスタ、３０６ リレー接点、ＳＬ 信号線、ＲＬ リターン線、ＤＣ１，ＤＣ２ ＤＣカットコンデンサ、ＦＲ 帰還抵抗素子、ＳＲ 感度調整用抵抗素子、Ｒｙ１，Ｒｙ２ リレー回路、Ｔｒ１〜Ｔｒ３ ｎｐｎ型トランジスタ素子、Ｔｒ４ ｐｎｐ型トランジスタ素子、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ２０ コンデンサ、Ｒ１〜Ｒ１５，Ｒ２０〜Ｒ２４ 抵抗素子、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ２０ ダイオード、ＯＰ１，ＯＰ２ オペアンプ、ＯＰ３，ＯＰ４ 比較器、Ｔ１，Ｔ２ トランス、ＣＲ１，ＣＲ２ 整流器、ＢＬ，ＢＳ 電極、Ａ 端子、Ｌ 検出端子、Ｅ 接地端子，ＩＶ１ インバータ素子、Ｐ パルス発生回路、Ｆ１ フォトトランジスタ、ＣＰ 判別回路。

Claims (5)

1. 測定対象液の液面との接触の有無によって液位を検出する測定電極と、
   前記測定電極に試験信号を送信して、前記試験信号に対する応答信号を受信する変換器と、
   前記変換器からの前記試験信号を前記測定電極に伝搬する第１の信号線と、
   前記測定電極の出力する前記応答信号を前記変換器に伝搬する第２の信号線と、
   前記第１の信号線と前記第２の信号線との間に結合される帰還抵抗素子とを備え、
   前記変換器は、
   前記試験信号を生成する試験信号生成手段と、
   前記応答信号に基づいて、前記測定電極が液位を検出したことを指示する液位検出信号を出力する液位検出手段と、
   前記応答信号に基づいて、前記第１および第２の信号線の導通状態の異常を検出したことを指示する異常検出信号を出力する異常検出手段とを含み、
   前記液位検出手段は、
   前記応答信号の電圧と第１の基準電圧とを比較する第１の比較回路と、
   前記第１の比較回路の比較結果信号に応答して、前記液位検出信号を出力する液位検出信号出力回路とを含み、
   前記異常検出手段は、
   前記応答信号の電圧と第２の基準電圧とを比較する第２の比較回路と、
   前記第２の比較回路の比較結果信号に応答して、前記異常検出信号を出力する異常検出信号出力回路とを含む、液位検出装置。
2. 前記第１の信号線に挿入され、前記測定対象液の導電率に応じて抵抗値を変化させて検出感度を調整する可変抵抗素子をさらに備える、請求項１に記載の液位検出装置。
3. 前記液位検出信号出力回路は、
   前記異常検出信号と前記液位検出信号とのいずれもが活性化したことに応じて、前記液位検出信号を出力する、請求項１または２に記載の液位検出装置。
4. 前記変換器は、
   前記応答信号を直流電圧に変換する積分回路をさらに含み、
   前記第１の比較回路は、前記直流電圧と前記第１の基準電圧とを比較し、前記第２の比較回路は、前記直流電圧と前記第２の基準電圧とを比較する、請求項３に記載の液位検出装置。
5. 前記変換器は、
   前記応答信号から所定の周波数成分を抽出するフィルタ回路をさらに含む、請求項４に記載の液位検出装置。

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