JP3056484U - 光液面計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液面計の耐熱性を向上させる。 【解決手段】 円柱形状を呈する石英ロッド上部１５
と、石英ロッド上部１５の下側に接続されかつ石英ロッ
ド上部１５の円柱の直径より大なる直径の円柱を有する
ロッド固定部１４と、ロッド固定部１４の下側に接続さ
れかつ石英ロッド１５上部と共通する円柱直径を有する
石英ロッド下部１１とが、一体成形され、ロッド固定部
１４の上下の円環状面部分で、パッキン３０を介在させ
て気密固定し、石英ロッド部１５の上端平面に斜方向か
ら放射光を入射させると共に反射光を拾い受光素子に伝
える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】 本考案は光液面計に係わり、特に高温・高圧の タンク内の液面の高さを光で検知する光液面計に関する。

【０００２】

【従来の技術】 図５において、１は空気、２は石英、３は空気１と石英２ の境界面、４は境界面３における光の入出点、５は光の入出点４を通る境界面３ に対する法線、Ｂは空気１中の光線、Ｄは石英２中の光線、Ｘは空気１中の光線 Ｂと法線５とのなす角、Ｙは石英２中の光線Ｄと法線５とのなす角、Ｕは石英の 屈折率である。

【０００３】 入射光線が異なる物質の境界面３に達するとその一部が反射されると同時に他 の部分は境界面３を越え屈折して他物質内に進入し、屈折光線となる。

【０００４】 空気１から石英２に入る入射光線Ｂの入射角Ｘと、石英２内の屈折光線Ｄの屈 折角Ｙとの間には （ｓｉｎＸ）／（ｓｉｎＹ）＝Ｕ の関係があり、Ｘ及びＹ が変化しても屈折率Ｕは変わらない。

【０００５】 また石英２から空気１に入る入射光線Ｄと屈折光線Ｂの間にも （ｓｉｎＸ） ／（ｓｉｎＹ）＝Ｕ の関係は成立する。空気に対して石英及び液体は光学的に 密で常にＵ＞１である。ｓｉｎＸの極大値は１であるからＹが臨界角Ｚより大き くなれば屈折光線は無くなり全反射する。

【０００６】 従来から、処理液等を不足することなく定期的に補充して、製品製造の管理が 行われている。

【０００７】 しかしながら、使用条件や使用雰囲気の空気の乾燥度等により、定期的な管理 だけでは間に合わず、必要に応じて潤滑油や処理液等の補充を行う必要がある。 また、場合によっては逆に長期間補充を行う必要がない場合もある。このため、 使用液量を常時監視して臨機応変に対応するための液面計が必要不可欠となる。

【０００８】 特に、高温・高圧のタンク内の液面を計測することが重要である。このような タンク内に使用される光液面計は、防爆仕様である必要があるだけでなく、気密 封入され高耐圧性を有するものである必要がある。従来のこの種の光液面計は、 気密封入構造が充分ではなく、またこの封入部分での光伝送損失が大きく、信頼 性の高いものではなかった。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】 本考案の課題は、上述した問題点が解決 され、防爆仕様を満足するだけでなく、高温・高圧のタンク内の使用に耐え、か つ光伝送損失を極めて小さくして信頼性の向上を図ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】 図１〜図４を参考にして説明する。本考案 に係わる光液面計は、円柱形状を呈する石英ロッド上部１５と、石英ロッド上部 １５の下円端に接続されかつ石英ロッド上部１５の円柱の直径より大なる直径の 円柱を有するロッド固定部１４と、ロッド固定部１４の下円端に接続されかつ石 英ロッド上部１５と共通する円柱直径を有する石英ロッド下部１１とが、一体成 形され、ロッド固定部１４の上下の環状面部分で、パッキン３０を介在させて気 密固定し、石英ロッド上部１５の上端平面から斜方向に入射させた放射光が複数 回の全反射をしながら石英ロッド上部１５、ロッド固定部１４、石英ロッド下部 １１を通過し、石英ロッド下部１１の下端の円錐形状先端１６にまで達し、タン ク４０内のタンク内液４１の液面４２が先端１６の表面を覆っていない場合には 先端１６から反射してもとの入射経路を逆もどりして反射光となり、覆っている 場合には先端１６からタンク内液４１中へ放射光が漏れて反射光がほぼ無くなる ようにしたものである。

【００１１】

【考案の実施の形態】 本考案の第１の実施の形態は、図１に示すように、 タンク４０内の貯溜液４１の液面４２を測るため、タンク４０の一部に開口する 開口部分から、光液面計１０のロッド下部１１が挿入される。光液面計１０は、 石英ガラス又は石英を主成分とする透明ガラス製で石英ロッド上部１５、ロッド 固定部１４及び石英ロッド下部１１が一体成形されている。石英ロッド上部１５ ，ロッド固定部１４及び石英ロッド下部１１は、いずれも円柱形をなし、光伝送 損失を低減させる形状を呈する。但し、ロッド固定部１４の円柱直径は他部より 大きい。

【００１２】 開口部分には、開口部の周囲に押さえフランジ固定具３１があり、ボルト２１ の嵌合する複数のネジ穴が開口する。ロッド固定部１４との間には、シリコーン ゴム製のＯ−リング等からなるパッキン３０が介在する。押さえフランジ２０は 、ロッド固定部１４を挟み込む形で、固定具３１と複数のボルト２１で固定され る。押さえフランジ２０とロッド固定部１４との間にも、シリコーンゴム製のＯ −リング等からなるパッキン３０が介在する。ロッド部の先端は、円錐形状を呈 する。

【００１３】 今、石英ロッド上部１５の上円端から斜方向に入射させた放射光が複数回の全 反射をしながら石英ロッド上部１５，ロッド固定部１４，石英ロッド下部１１を 通過し、石英ロッド下部１１の下端の円錐形状先端１６にまで達し、タンク４０ 内のタンク内液４１の液面４２が先端１６の表面を覆っていない場合には先端１ ６から反射してもとの入射経路を逆もどりして反射光となり、覆っている場合に は先端１６からタンク内液４１中へ放射光が漏れて反射光がほぼ無くなるように したことを特徴とする光液面計である。

【００１４】 このような構造により、１００kg／cm^２の高圧に耐え、かつ４００℃の高温に も耐える。

【００１５】 次に、光液面計１０の測定原理を示す図２，図３を参照すると、まず光結合部 １２内の光ファイバー１３の終端部７２から石英ガラス中に光が斜線の点線で示 すように斜方向に放出され、円柱状の石英ロッド上部１５で幾度も全反射を繰り 返す。ロッド固定部１４に入射した光も、同様に一回又は複数回反射して、石英 ロッド下部１１に入り、全反射を繰り返し、円錐形状のロッド先端１６にまで達 する。

【００１６】 液面４２がロッド先端１６に達していない時、即ちロッド先端１６を覆ってい ない時、ロッド先端１６の部分では光が全反射して反射光となり、ロッド下部１ １，ロッド固定部１４，ロッド上部１５を点線で示すように逆もどりする。光フ ァイバー１７の初端部７３に入射した反射光は、光ファイバー１７を通してフォ トトランジスターよりなる受光素子１９まで入射する。

【００１７】 液面４２がロッド先端１６に達している時、即ちロッド先端を覆っている時に は、ロッド先端１６部分では光が全反射せず液中に放射され、逆もどりする光は ほぼなく、受光素子は検知しない。

【００１８】 本実施の形態では、光電気変換素子例えば発光素子１８及び受光素子１９は、 光結合部１２から光ファイバー１３，１７を介して離間した位置に設けているが 、この他に光ファイバーを使用せず直接光結合部１２に設けてもよい。

【００１９】 ここで、石英ロッド上部１５，ロッド下部１１だけでなく、ロッド固定部１４ も、円筒形状をなす点である。この円筒形状のため、光の全反射が効率良く行わ れるだけでなく、光の全反射面には、全く接触せず、気密封止が行われるため、 この点からも光の全反射が効率良く行われる。

【００２０】 本実施の形態では、光ファイバー１７を通過後の光については、なんら図示し ていないが、光は電気信号に変換後、増幅して論理合成してブザーを鳴らしたり 、さらには適切な警報器やタンク内液４１を補充するための機械的制御系等の駆 動源として利用される。

【００２１】 本考案の第２の実施の形態は、図４に示すように、高温・高圧タンク４０内に 、光液面計１０が上述した第１の実施の形態と同様な構造で気密固定される。石 英ロッド下部１１の先端部分１６にタンク内液４１の液面が触れると、石英ロッ ド下部１１内の光はタンク内液４１に放射され、反射される光は光ファイバー１ ７中には存在しない。アンプ５０と称される電子回路制御部では、発光素子１８ から光ファイバー１３を介して必要な光を放射すると共に、反射光を光ファイバ ー１７を介して受光素子１９に入射させる。さらに、放射光と反射光との論理和 を取り、反射光がない場合には警報ランプ５１を点灯又は点滅させる。さらに、 信号を必要レベルにまで増幅する機能も有する。このような電子回路制御部の電 源は、１００Ｖ商用電源からコンセント５２で取り出される。

【００２２】 この実施の形態は、警報ランプの例を示したが、この他にブザーを鳴らす構成 にしてもよいし、さらにタンク内液４１の液量調節バルブ等の機械的制御系に接 続されて、自動制御してもよい。

【００２３】 なお、棒状の石英ロッドは直径に比べて長さが著しく長い（例えば直径：長さ ＝１：１００）で、石英ロッドの中心線に対して光ファイバー終端部７２の中心 線及び光ファイバーの初端部７３の中心線はいずれも極く僅かしか傾斜しておら ず平行に近くなっている。図２及び図３においては、石英ロッドの直径に比べて 長さが短く画かれているので、石英ロッドの中心線に対する光ファイバー終端部 ７２の中心線及び光ファイバー初端部７３の中心線が大きな角度で傾斜した状態 で画いてある。

【００２４】

【考案の効果】 以上の通り、本考案等によれば、可燃素材を使用せず、耐 熱性があり、微弱光で済む等防爆仕様を充分に満足し、接液部が透明石英のため に耐熱性，耐圧性，耐熱性に優れており、最大４００℃の高温に耐え、１００kg ／cm^２ 高圧にも耐え、構造が簡単で信頼性も高く、安価に供給できるという効 果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の第１の実施の形態の断面図である。

【図２】 本考案の一動作原理を示す断面図である。

【図３】 本考案の他の動作原理を示す断面図である。

【図４】 本考案の第２の実施の形態の断面図である。

【図５】 光の反射及び屈折の説明図である。

【符号の説明】

１ 空気 ２ 石英 ３ 空気と石英の境界面 ４ 境界面における光の入出点 ５ 光の入出点を通る境界面に対する法線 １０ 光液面計 １１ 石英ロッド下部 １２ 光結合部 １３ 光ファイバー １４ ロッド固定部 １５ 石英ロッド上部 １６ 円錐形状先端 １７ 光ファイバー １８ 発光素子 １９ 受光素子 ２０ 押さえフランジ ２１ ボルト ３０ パッキン ３１ 押さえフランジ固定具 ４０ タンク ４１ タンク内液 ４２ 液面 ５０ 増幅部 ５１ 警報ランプ ５２ コンセント ７２ 発光素子に初端する光ファイバーの終端部 ７３ 受光素子に終端する光ファイバーの初端部 Ｂ 空気中の光線 Ｄ 石英中の光線 Ｘ 空気中の光線と法線とのなす角 Ｙ 石英中の光線と法線とのなす角 Ｕ 石英の屈折率

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 円柱形状を呈する石英ロッド上部（１
   ５）と、石英ロッド上部の下円端に接続されかつ石英ロ
   ッド上部の円柱の直径より大なる直径の円柱を有するロ
   ッド固定部（１４）と、ロッド固定部の下円端に接続さ
   れかつ石英ロッド上部と共通する円柱直径を有する石英
   ロッド下部（１１）とが一体成形され、ロッド固定部の
   上下の環状面部分で、パッキン（３０）を介在させて気
   密固定し、石英ロッド上部の上端平面から斜方向に入射
   させた放射光が複数回の全反射をしながら石英ロッド下
   部の下端の円錐形状先端（１６）にまで達し、タンク
   （４０）内のタンク内液（４１）の液面（４２）が先端
   （１６）の表面を覆っていない場合には先端から反射し
   てもとの入射経路を逆もどりして反射光となり、覆って
   いる場合には先端からタンク内液中へ放射光が漏れて反
   射光がほぼ無くなるようにしたことを特徴とする光液面
   計。