JP3258521B2 - 液体の表面及び水との界面検知用の静電容量式レベルセンサ - Google Patents
液体の表面及び水との界面検知用の静電容量式レベルセンサInfo
- Publication number
- JP3258521B2 JP3258521B2 JP12076895A JP12076895A JP3258521B2 JP 3258521 B2 JP3258521 B2 JP 3258521B2 JP 12076895 A JP12076895 A JP 12076895A JP 12076895 A JP12076895 A JP 12076895A JP 3258521 B2 JP3258521 B2 JP 3258521B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- bridge
- tank
- water
- frequency power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は対面する１対の電極板よ
りなる検出部の静電容量値から、液体の表面および界面
を検知する静電容量式レベルセンサに関する。
りなる検出部の静電容量値から、液体の表面および界面
を検知する静電容量式レベルセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の静電容量式レベルセンサは、タン
ク内壁に絶縁して設けた検出電極と、タンク内壁に接続
された接地電極との間の静電容量値が、液体の表面ある
いは比誘電率の異なる２液、例えば水と貯蔵液体間の界
面において変化するのを利用して液体の表面や界面を検
知するものである。
ク内壁に絶縁して設けた検出電極と、タンク内壁に接続
された接地電極との間の静電容量値が、液体の表面ある
いは比誘電率の異なる２液、例えば水と貯蔵液体間の界
面において変化するのを利用して液体の表面や界面を検
知するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】例えば、オイルタンカ
から石油製品を陸揚げする場合、タンク底面には航海中
に侵入した海水が溜っているので、まずポンプでこの海
水を排出し、海水の排出が終了してから石油製品の送り
出しを行い、さらに石油製品の送り出しが終了してタン
クが空になるとポンプを停止しなければならない。上述
のポンプ制御に使用するレベルセンサは、１台で水と油
間の界面の検出と油表面の検出が可能でなければなら
ず、しかも石油製品を扱うので、本質安全防爆構造でな
くてはならない。
から石油製品を陸揚げする場合、タンク底面には航海中
に侵入した海水が溜っているので、まずポンプでこの海
水を排出し、海水の排出が終了してから石油製品の送り
出しを行い、さらに石油製品の送り出しが終了してタン
クが空になるとポンプを停止しなければならない。上述
のポンプ制御に使用するレベルセンサは、１台で水と油
間の界面の検出と油表面の検出が可能でなければなら
ず、しかも石油製品を扱うので、本質安全防爆構造でな
くてはならない。
【０００４】本発明は安全に使用でき、かつ貯蔵液体の
表面および貯蔵液体と水との界面を確実に検知すること
のできるレベルセンサを提供することを目的としてい
る。
表面および貯蔵液体と水との界面を確実に検知すること
のできるレベルセンサを提供することを目的としてい
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明に係るレベルセンサは、水に比べて比誘
電率が低く、かつ比重の小なる液体を貯蔵するタンクの
底板付近にタンク内壁と絶縁した１対の電極板よりなる
検出部を設け、この検出部を１辺とし、矩形波を出力す
る高周波電源を備え、検出部の電極板間に貯蔵液体が存
在する場合にほぼ平衡する高周波ブリッジと、この高周
波ブリッジの出力電圧をインピーダンス変換するバッフ
ァ回路と、前記高周波電源からの電圧を参照電圧とし、
前記バッファ回路の出力を整流、平滑してセンサ出力と
する同期整流・平滑回路とを備え、前記センサ出力の電
位極性から前記検出部の電極板間に存在する液体が貯蔵
液体と水のどちらであるか、あるいは貯蔵液体および水
のどちらも存在しないかを識別して貯蔵液体の表面およ
び貯蔵液体と水の界面が検知されることを特徴としてい
る。
ために、本発明に係るレベルセンサは、水に比べて比誘
電率が低く、かつ比重の小なる液体を貯蔵するタンクの
底板付近にタンク内壁と絶縁した１対の電極板よりなる
検出部を設け、この検出部を１辺とし、矩形波を出力す
る高周波電源を備え、検出部の電極板間に貯蔵液体が存
在する場合にほぼ平衡する高周波ブリッジと、この高周
波ブリッジの出力電圧をインピーダンス変換するバッフ
ァ回路と、前記高周波電源からの電圧を参照電圧とし、
前記バッファ回路の出力を整流、平滑してセンサ出力と
する同期整流・平滑回路とを備え、前記センサ出力の電
位極性から前記検出部の電極板間に存在する液体が貯蔵
液体と水のどちらであるか、あるいは貯蔵液体および水
のどちらも存在しないかを識別して貯蔵液体の表面およ
び貯蔵液体と水の界面が検知されることを特徴としてい
る。
【０００６】また、前記同期整流・平滑回路および高周
波電源をタンク外部に設け、前記高周波ブリッジおよび
バッファ回路を前記検出部付近に設け、ケーブルを介し
てこれら整流・平滑回路および高周波電源と高周波ブリ
ッジおよびバッファ回路とを相互に電気的に接続した構
成のものとしてある。
波電源をタンク外部に設け、前記高周波ブリッジおよび
バッファ回路を前記検出部付近に設け、ケーブルを介し
てこれら整流・平滑回路および高周波電源と高周波ブリ
ッジおよびバッファ回路とを相互に電気的に接続した構
成のものとしてある。
【０００７】さらに、前記検出部の電極板をタンク内に
おいてほぼ水平となるように設け、かつ上側の電極板は
ブリッジ出力側に接続し、下側電極板は高周波電源側に
接続した構成のものとしてある。
おいてほぼ水平となるように設け、かつ上側の電極板は
ブリッジ出力側に接続し、下側電極板は高周波電源側に
接続した構成のものとしてある。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の請求項１に係るレベルセンサ
の基本構成を図１に基づいて説明する。図において符号
１は石油タンクの底面付近にタンク内壁と絶縁して設け
られた対面する１対の電極板よりなる検出部、２は固定
容量のコンデンサ、３および４は出力電圧の振幅が安定
でほぼ等しく、互いに逆位相となる高周波電源を示して
いる。
の基本構成を図１に基づいて説明する。図において符号
１は石油タンクの底面付近にタンク内壁と絶縁して設け
られた対面する１対の電極板よりなる検出部、２は固定
容量のコンデンサ、３および４は出力電圧の振幅が安定
でほぼ等しく、互いに逆位相となる高周波電源を示して
いる。
【０００９】 これら検出部１、コンデンサ２および高周
波電源３、４で高周波ブリッジたるハーフブリッジを構
成し、コンデンサ２には検出部１の電極板間に貯蔵液体
たる油が存在するとき、すなわち検出部１が油相中にあ
るときにブリッジがほぼ平衡するような容量値のものを
選び、高周波電源３、４には周波数が数１０ｋＨｚ乃至
数１００ｋＨｚの矩形波電源を使用する。
波電源３、４で高周波ブリッジたるハーフブリッジを構
成し、コンデンサ２には検出部１の電極板間に貯蔵液体
たる油が存在するとき、すなわち検出部１が油相中にあ
るときにブリッジがほぼ平衡するような容量値のものを
選び、高周波電源３、４には周波数が数１０ｋＨｚ乃至
数１００ｋＨｚの矩形波電源を使用する。
【００１０】 ブリッジ出力端５にはインピーダンス変換
のためのバッファ回路６、例えば電界効果トランジスタ
を初段とするソースフォロワを接続して、低い抵抗上に
ブリッジ出力電圧と等しい電圧を発生させる。
のためのバッファ回路６、例えば電界効果トランジスタ
を初段とするソースフォロワを接続して、低い抵抗上に
ブリッジ出力電圧と等しい電圧を発生させる。
【００１１】 図中の符号７はブリッジ出力電圧を整流・
平滑して出力端子８に出力する整流・平滑回路部で、こ
の整流・平滑回路７は後述する理由から高周波電源３、
４の電圧をそれぞれ参照電圧Ｐ1 、Ｐ2 とする同期整流
・平滑回路とする。
平滑して出力端子８に出力する整流・平滑回路部で、こ
の整流・平滑回路７は後述する理由から高周波電源３、
４の電圧をそれぞれ参照電圧Ｐ1 、Ｐ2 とする同期整流
・平滑回路とする。
【００１２】 次に本実施例の動作について説明する。ま
ず、検出部１が油相中にあるときにはハーフブリッジが
ほぼ平衡しているので、出力端子８からの出力電圧はほ
ぼ０ｖとなる。
ず、検出部１が油相中にあるときにはハーフブリッジが
ほぼ平衡しているので、出力端子８からの出力電圧はほ
ぼ０ｖとなる。
【００１３】 検出部１が水相中にあるときには水の比誘
電率が８０と極めて高く、検出部１の電極板間は短絡状
態に近いので、ブリッジ出力端５の電圧は高周波電源４
の電圧と同位相で振幅もこれに近い電位となる。したが
って、出力端子８には大きな整流出力が現れ、整流・平
滑回路７において同期整流が行われるので、出力端子８
における出力電圧の極性は、例えば高周波電源４からの
電圧が負であれば負になる。
電率が８０と極めて高く、検出部１の電極板間は短絡状
態に近いので、ブリッジ出力端５の電圧は高周波電源４
の電圧と同位相で振幅もこれに近い電位となる。したが
って、出力端子８には大きな整流出力が現れ、整流・平
滑回路７において同期整流が行われるので、出力端子８
における出力電圧の極性は、例えば高周波電源４からの
電圧が負であれば負になる。
【００１４】 次に、検出部１が気相中にあるときには、
検出部１の容量は減少し、ブリッジ出力端５の電位は高
周波電源３の電位に近づく。
検出部１の容量は減少し、ブリッジ出力端５の電位は高
周波電源３の電位に近づく。
【００１５】 上述の動作についての具体的な数値例を挙
げると、例えば検出部１の油相中における容量値および
コンデンサ２の容量値をともに４０ｐＦ、油の比誘電率
を２、高周波電源３および４の電圧振幅をそれぞれ５ｖ
p 、−５ｖp （ｖp はピーク電圧値を示す）とすると、
検出部１の容量値は４０ｐＦから４０／２ｐＦとなり、
したがって整流・平滑回路７の電位は、 （４０−２０）／（４０＋２０）×５ｖp ＝１．７ｖp となり、その位相は高周波電源３の電圧位相と同相とな
る。この場合、出力端子８から得られる出力は、整流・
平滑回路７において同期整流を行うので、極性が正とな
る。
げると、例えば検出部１の油相中における容量値および
コンデンサ２の容量値をともに４０ｐＦ、油の比誘電率
を２、高周波電源３および４の電圧振幅をそれぞれ５ｖ
p 、−５ｖp （ｖp はピーク電圧値を示す）とすると、
検出部１の容量値は４０ｐＦから４０／２ｐＦとなり、
したがって整流・平滑回路７の電位は、 （４０−２０）／（４０＋２０）×５ｖp ＝１．７ｖp となり、その位相は高周波電源３の電圧位相と同相とな
る。この場合、出力端子８から得られる出力は、整流・
平滑回路７において同期整流を行うので、極性が正とな
る。
【００１６】 したがって、検出部１が水相中にあるとき
には−５ｖp 相当、油相中にあるときにはほぼ０ｖ、気
相中にあるときには１．７ｖp 相当の直流出力が出力端
子８から得られ、０ｖの識別の他は出力端子８からの出
力電位の極性を判別することにより検出部１が水相、油
相あるいは気相中のいずれにあるかが容易に識別でき
る。なお、上述した数値例の計算においては負荷効果や
飽和特性を考慮していない。
には−５ｖp 相当、油相中にあるときにはほぼ０ｖ、気
相中にあるときには１．７ｖp 相当の直流出力が出力端
子８から得られ、０ｖの識別の他は出力端子８からの出
力電位の極性を判別することにより検出部１が水相、油
相あるいは気相中のいずれにあるかが容易に識別でき
る。なお、上述した数値例の計算においては負荷効果や
飽和特性を考慮していない。
【００１７】 次に本実施例の構成の特長について説明す
る。ブリッジには一般的にハーフブリッジの他にフルブ
リッジが知られているが、フルブリッジにおいては励振
側、出力検出側の一方を平衡形に、他方は不平衡形にす
る必要があり、通常は励振側または検出側のいずれか一
方に変成器を使用する。
る。ブリッジには一般的にハーフブリッジの他にフルブ
リッジが知られているが、フルブリッジにおいては励振
側、出力検出側の一方を平衡形に、他方は不平衡形にす
る必要があり、通常は励振側または検出側のいずれか一
方に変成器を使用する。
【００１８】 本実施例のセンサを石油類のタンクに使用
する場合には、本質安全防爆構造が要求されるが、変成
器を使用すると、変成器のインダクタンスのためにその
実現は困難である。これに対し、本実施例では高周波ブ
リッジにハーフブリッジを採用しているので、変成器を
使用する必要がなく、防爆上有利である。
する場合には、本質安全防爆構造が要求されるが、変成
器を使用すると、変成器のインダクタンスのためにその
実現は困難である。これに対し、本実施例では高周波ブ
リッジにハーフブリッジを採用しているので、変成器を
使用する必要がなく、防爆上有利である。
【００１９】 また、ハーフブリッジでは２つの高周波電
源の振幅が安定で、かつ位相が互いに逆相関係でなくて
はならないが、本発明においては高周波電源に矩形波の
ものを使用するので、正弦波の高周波電源に比べて電源
回路の製作が容易である。
源の振幅が安定で、かつ位相が互いに逆相関係でなくて
はならないが、本発明においては高周波電源に矩形波の
ものを使用するので、正弦波の高周波電源に比べて電源
回路の製作が容易である。
【００２０】 さらに、整流・平滑回路７に同期整流・平
滑回路を使用するので、検出部１が水相中あるいは気相
中のいずれにあるかが出力電位の極性判別により識別で
き、バッファ回路６のダイナミックレンジを広くとる必
要がない。したがって、整流・平滑回路７を動作させる
電源電圧は例えば直流５ｖ程度で充分であり、これも本
質安全防爆構造の実現を容易にする特長のひとつであ
る。
滑回路を使用するので、検出部１が水相中あるいは気相
中のいずれにあるかが出力電位の極性判別により識別で
き、バッファ回路６のダイナミックレンジを広くとる必
要がない。したがって、整流・平滑回路７を動作させる
電源電圧は例えば直流５ｖ程度で充分であり、これも本
質安全防爆構造の実現を容易にする特長のひとつであ
る。
【００２１】 ブリッジに接続されるバッファ回路６の入
力インピーダンスはブリッジに負荷効果を与える。検出
部１およびコンデンサ２の容量値をそれぞれＣX 、Ｃと
し、バッファ回路６の入力インピーダンスを容量値Ｃi
で代表すると、ブリッジ出力端５の電位Ｖ0 は次式で表
される。 Ｖ0 ＝（Ｃ−ＣX ）／（Ｃ＋ＣX ＋Ｃi ）×ＶS （ＶS ：高周波電源３の電圧） したがって、Ｃi がＣやＣX に比べて充分小さくないと
感度が低下することになるが、バッファ回路６の初段に
電界効果トランジスタを用いれば、電界効果トランジス
タは入力容量が数ｐＦ以下と極めて小さいので、感度が
低下するおそれがない。
力インピーダンスはブリッジに負荷効果を与える。検出
部１およびコンデンサ２の容量値をそれぞれＣX 、Ｃと
し、バッファ回路６の入力インピーダンスを容量値Ｃi
で代表すると、ブリッジ出力端５の電位Ｖ0 は次式で表
される。 Ｖ0 ＝（Ｃ−ＣX ）／（Ｃ＋ＣX ＋Ｃi ）×ＶS （ＶS ：高周波電源３の電圧） したがって、Ｃi がＣやＣX に比べて充分小さくないと
感度が低下することになるが、バッファ回路６の初段に
電界効果トランジスタを用いれば、電界効果トランジス
タは入力容量が数ｐＦ以下と極めて小さいので、感度が
低下するおそれがない。
【００２２】 また、Ｃi が小さければＣやＣX も小さく
することができるので、検出部１の電極板の間隔を充分
大きくとることができ、電極板間に水や油が表面張力に
より残留することが防止され、センサの信頼性が向上す
る。さらに、電界効果トランジスタは入力抵抗が高く、
ブリッジに対する負荷効果を低減する見地からも好適で
ある。
することができるので、検出部１の電極板の間隔を充分
大きくとることができ、電極板間に水や油が表面張力に
より残留することが防止され、センサの信頼性が向上す
る。さらに、電界効果トランジスタは入力抵抗が高く、
ブリッジに対する負荷効果を低減する見地からも好適で
ある。
【００２３】 次に本発明に係るレベルセンサの具体例を
図２〜４に基づいて説明する。図２は本発明に係るレベ
ルセンサの具体的な回路図である。なお、図１と同一の
構成部分については同一の符号を付して説明を省略す
る。
図２〜４に基づいて説明する。図２は本発明に係るレベ
ルセンサの具体的な回路図である。なお、図１と同一の
構成部分については同一の符号を付して説明を省略す
る。
【００２４】 同図において、符号１１はブリッジ出力端
５の電位を取り出すためのカップリング容量たるコンデ
ンサ、１２および１３はバイアス抵抗、１４はジャンク
ション形電界効果トランジスタ、１５は電界効果トラン
ジスタの負荷抵抗、１６はＰＮＰ形トランジスタ、１７
はソース抵抗を示している。
５の電位を取り出すためのカップリング容量たるコンデ
ンサ、１２および１３はバイアス抵抗、１４はジャンク
ション形電界効果トランジスタ、１５は電界効果トラン
ジスタの負荷抵抗、１６はＰＮＰ形トランジスタ、１７
はソース抵抗を示している。
【００２５】 電界効果トランジスタ１４およびトランジ
スタ１６等はいわゆるコンプレメンタリ・コンパウンド
構成をとってソース抵抗１７上にブリッジ出力端５の電
位変化と同じ電圧を発生させる。ただし、ブリッジ出力
端５に現れるブリッジ不平衡電圧が大きいときには回路
の飽和によりソース抵抗１７上の電圧の振幅は制限され
る。
スタ１６等はいわゆるコンプレメンタリ・コンパウンド
構成をとってソース抵抗１７上にブリッジ出力端５の電
位変化と同じ電圧を発生させる。ただし、ブリッジ出力
端５に現れるブリッジ不平衡電圧が大きいときには回路
の飽和によりソース抵抗１７上の電圧の振幅は制限され
る。
【００２６】 上述したコンデンサ１１、バイアス抵抗１
２、１３、電界効果トランジスタ１４、負荷抵抗１５、
トランジスタ１６およびソース抵抗１７で図１における
バッファ回路６を構成する。
２、１３、電界効果トランジスタ１４、負荷抵抗１５、
トランジスタ１６およびソース抵抗１７で図１における
バッファ回路６を構成する。
【００２７】 また、同図において符号１８および１９は
同期整流のためのＣ−ＭＯＳ形アナログスイッチＩＣを
示しており、アナログスイッチＩＣ１８および１９は０
ｖ、５ｖの互いに逆相の矩形波電圧（参照電圧）により
制御され、この参照電圧が５ｖのときにスイッチは閉じ
る。符号２０および２１は受信抵抗、２２、２３は平滑
容量たるコンデンサを示している。
同期整流のためのＣ−ＭＯＳ形アナログスイッチＩＣを
示しており、アナログスイッチＩＣ１８および１９は０
ｖ、５ｖの互いに逆相の矩形波電圧（参照電圧）により
制御され、この参照電圧が５ｖのときにスイッチは閉じ
る。符号２０および２１は受信抵抗、２２、２３は平滑
容量たるコンデンサを示している。
【００２８】上述したアナログスイッチＩＣ１８、１
９、受信抵抗２０、２１、およびコンデンサ２２、２３
で図１における整流・平滑回路７を構成する。
９、受信抵抗２０、２１、およびコンデンサ２２、２３
で図１における整流・平滑回路７を構成する。
【００２９】 コンデンサ２２、２３を挟む回路上の点２
４、２５間に現れる直流電圧はソース抵抗１７に発生す
る矩形波電圧の振幅に比例し、その位相に応じて極性が
変わることになる。
４、２５間に現れる直流電圧はソース抵抗１７に発生す
る矩形波電圧の振幅に比例し、その位相に応じて極性が
変わることになる。
【００３０】 回路上の点２４、２５間に現れる直流電圧
は回路コモン（ＣＯＭ）を基準とする電圧に変換した方
が便利であるから、演算抵抗２６、２７、２８、２９お
よび演算増幅器３０により演算して出力端子８に出力を
与える。なお、演算抵抗２６乃至２９の抵抗値を適当に
選べば変換ゲインは容易に変えられる。
は回路コモン（ＣＯＭ）を基準とする電圧に変換した方
が便利であるから、演算抵抗２６、２７、２８、２９お
よび演算増幅器３０により演算して出力端子８に出力を
与える。なお、演算抵抗２６乃至２９の抵抗値を適当に
選べば変換ゲインは容易に変えられる。
【００３１】 図中の符号３１は汎用タイマＩＣによるマ
ルチバイブレータを示しており、このマルチバイブレー
タ３１の発振周波数は数１０ｋＨｚ乃至数１００ｋＨｚ
の範囲の適当な値とする。３２は波形整形のためのＣ−
ＭＯＳ形インバータＩＣ、３３および３４は電位シフト
のためのそれぞれ５ｖゼナダイオードおよびゼナ電流規
制抵抗、３５は動作電流がインバータＩＣ３２より負側
に５ｖシフトされたＣ−ＭＯＳ形インバータＩＣをそれ
ぞれ示している。インバータＩＣ３２および３５の出力
はハーフブリッジを構成する静電容量検出器１およびコ
ンデンサ２に与えられるが、その振幅はＣ−ＭＯＳ形Ｉ
Ｃの特長として電源電圧にほぼ等しいので、電源電圧が
安定ならばインバータＩＣの出力も極めて安定である。
ルチバイブレータを示しており、このマルチバイブレー
タ３１の発振周波数は数１０ｋＨｚ乃至数１００ｋＨｚ
の範囲の適当な値とする。３２は波形整形のためのＣ−
ＭＯＳ形インバータＩＣ、３３および３４は電位シフト
のためのそれぞれ５ｖゼナダイオードおよびゼナ電流規
制抵抗、３５は動作電流がインバータＩＣ３２より負側
に５ｖシフトされたＣ−ＭＯＳ形インバータＩＣをそれ
ぞれ示している。インバータＩＣ３２および３５の出力
はハーフブリッジを構成する静電容量検出器１およびコ
ンデンサ２に与えられるが、その振幅はＣ−ＭＯＳ形Ｉ
Ｃの特長として電源電圧にほぼ等しいので、電源電圧が
安定ならばインバータＩＣの出力も極めて安定である。
【００３２】 また、これらの位相が互いに逆相関係にあ
ることも明らかであり、本発明における高周波電源に課
せられる特性を簡単な構成で実現している。符号３６も
インバータＩＣで、アナログスイッチＩＣ１９を制御す
るための電圧を得るためのものである。
ることも明らかであり、本発明における高周波電源に課
せられる特性を簡単な構成で実現している。符号３６も
インバータＩＣで、アナログスイッチＩＣ１９を制御す
るための電圧を得るためのものである。
【００３３】 上述した汎用タイマＩＣ３１、インバータ
ＩＣ３２、ゼナダイオード３３、ゼナ電流規制抵抗３
４、インバータＩＣ３５および３６で図１における高周
波電源３、４を構成している。
ＩＣ３２、ゼナダイオード３３、ゼナ電流規制抵抗３
４、インバータＩＣ３５および３６で図１における高周
波電源３、４を構成している。
【００３４】 図２に示す回路で、検出部１が油相にある
ときの静電容量が４０ｐＦとなるような電極板を検出部
に使用した場合、検出部１が油相中にあるとき出力端子
８からの出力が０ｖであるのに対し、水相中にあるとき
には同出力が約−２ｖ、気相中にあるときは同出力が約
１ｖであった。
ときの静電容量が４０ｐＦとなるような電極板を検出部
に使用した場合、検出部１が油相中にあるとき出力端子
８からの出力が０ｖであるのに対し、水相中にあるとき
には同出力が約−２ｖ、気相中にあるときは同出力が約
１ｖであった。
【００３５】 次に、本発明に係るレベルセンサをオイル
タンカのタンクに取り付ける場合の具体例を図３に基づ
いて説明する。同図において、符号４０は石油等の液体
を貯蔵するタンクの外壁、４１はタンク底面に設けられ
たウエル、４２、４３は検出部１の電極板、４４は電極
板保持用のタンク内筐体、４５は支持用電線管、４６は
レベルセンサ取付用フランジ、４７は外部配線用端子盤
を納めたタンク外筐体を示している。
タンカのタンクに取り付ける場合の具体例を図３に基づ
いて説明する。同図において、符号４０は石油等の液体
を貯蔵するタンクの外壁、４１はタンク底面に設けられ
たウエル、４２、４３は検出部１の電極板、４４は電極
板保持用のタンク内筐体、４５は支持用電線管、４６は
レベルセンサ取付用フランジ、４７は外部配線用端子盤
を納めたタンク外筐体を示している。
【００３６】 検出部１の電極板４２、４３の取付構造は
図４に示す構造のものとしてあり、タンク内筐体４４の
下方に接続された電線管４５ａの下端部の内径を広げて
段部５０を設け、この段部内にフッ素樹脂、例えばＰＦ
Ａの円柱ブロック５１を取り付け、袋ナット５２で電線
管４５ａ内部が水密になるように締め付けてある。ブロ
ック５１には長さの異なる２種の導電性支柱５３、５４
を対にして取り付け、短い支柱５３には上側電極板４２
を、長い支柱５４には下側電極板４３を取り付けてあ
る。この長い支柱５４の下端は上側電極板４２にあけら
れた孔４２ａから上側電極板４２の下面側に上側電極板
４２と接触しないように突出させられている。この電極
板の間隔はタンクが空になったときに水または油が表面
張力により電極板間に滞留しない程度にする。
図４に示す構造のものとしてあり、タンク内筐体４４の
下方に接続された電線管４５ａの下端部の内径を広げて
段部５０を設け、この段部内にフッ素樹脂、例えばＰＦ
Ａの円柱ブロック５１を取り付け、袋ナット５２で電線
管４５ａ内部が水密になるように締め付けてある。ブロ
ック５１には長さの異なる２種の導電性支柱５３、５４
を対にして取り付け、短い支柱５３には上側電極板４２
を、長い支柱５４には下側電極板４３を取り付けてあ
る。この長い支柱５４の下端は上側電極板４２にあけら
れた孔４２ａから上側電極板４２の下面側に上側電極板
４２と接触しないように突出させられている。この電極
板の間隔はタンクが空になったときに水または油が表面
張力により電極板間に滞留しない程度にする。
【００３７】 水−油界面および油表面の変動に対する感
度を高めるために両電極板はほぼ水平となるように設け
るのが好ましいが、電極板を水平に設けると電極板上に
水や油が溜り易くなる。このため、上側電極板４２にあ
けた孔４２ａのまわりに立ち上げ枠４２ｂを設けて電極
板４２上に残留した水や油がこの孔４２ａから下側電極
板４３上に滴下しないようにしてある。
度を高めるために両電極板はほぼ水平となるように設け
るのが好ましいが、電極板を水平に設けると電極板上に
水や油が溜り易くなる。このため、上側電極板４２にあ
けた孔４２ａのまわりに立ち上げ枠４２ｂを設けて電極
板４２上に残留した水や油がこの孔４２ａから下側電極
板４３上に滴下しないようにしてある。
【００３８】 また、上側電極板４２は下側電極板４３よ
りもひとまわり大なる面積のものとしてあって、上側電
極板４２の外周から滴下する水や油が下側電極板４３上
に滴下しないようになっており、また下側電極板４３に
は小孔４２ａを多数あけてあって、下側電極板４３上面
の水や油の落下をこの小孔４３ａから下方へ落とすよう
になっている。
りもひとまわり大なる面積のものとしてあって、上側電
極板４２の外周から滴下する水や油が下側電極板４３上
に滴下しないようになっており、また下側電極板４３に
は小孔４２ａを多数あけてあって、下側電極板４３上面
の水や油の落下をこの小孔４３ａから下方へ落とすよう
になっている。
【００３９】 上述した検出部１の構造により同検出部に
おける容量の変化が迅速に行われ、水−油間の界面およ
び油面の検出が速やかに行われる。なお、電極板を、ブ
リッジを構成するために接続するにあたってはタンク底
面からの電気的影響を受け難いブリッジ励振側に下側電
極板４３を接続し、ブリッジ出力側に上側電極板４２を
接続する。
おける容量の変化が迅速に行われ、水−油間の界面およ
び油面の検出が速やかに行われる。なお、電極板を、ブ
リッジを構成するために接続するにあたってはタンク底
面からの電気的影響を受け難いブリッジ励振側に下側電
極板４３を接続し、ブリッジ出力側に上側電極板４２を
接続する。
【００４０】 タンク内液体の温度が常温の場合には、図
２に示す電気回路の全てをタンク内筐体４４内に収容し
て、タンク外筐体４７は単なる端子用の筐体としてもよ
いが、液体の温度が高い場合には高温下におかれるタン
ク内筐体４４内の電子部品数を最小にして、回路の信頼
性を確保するのが望ましい。
２に示す電気回路の全てをタンク内筐体４４内に収容し
て、タンク外筐体４７は単なる端子用の筐体としてもよ
いが、液体の温度が高い場合には高温下におかれるタン
ク内筐体４４内の電子部品数を最小にして、回路の信頼
性を確保するのが望ましい。
【００４１】 この場合にはタンク内筐体４４内にブリッ
ジおよびバッファ回路６を残し、整流・平滑回路７およ
び高周波電源３、４等をタンク外筐体４７内に分離して
設ければよく、これらブリッジおよびバッファ回路と整
流・平滑回路および高周波電源を分離して設ける場合の
回路を図５に基づいて説明する。
ジおよびバッファ回路６を残し、整流・平滑回路７およ
び高周波電源３、４等をタンク外筐体４７内に分離して
設ければよく、これらブリッジおよびバッファ回路と整
流・平滑回路および高周波電源を分離して設ける場合の
回路を図５に基づいて説明する。
【００４２】 なお、同図においては図２に示した回路と
同一の構成部分は図示を省略した。同図において、符号
６０および６１は高周波電圧をタンク外筐体４６内の電
源からタンク内筐体４３内のブリッジに供給するための
同軸ケーブル、６２はタンク内筐体４３内のバッファ回
路６の出力をタンク外筐体４６内の整流・平滑回路７に
導くための同軸ケーブル、６３および６４はそれぞれ５
ｖ、コモン（ＣＯＭ）用導線、６５、６６および６７は
波形歪を低減するための終端抵抗を示しており、破線Ａ
で囲まれた回路はタンク内筐体４４内に、破線Ｂで囲ま
れた回路はタンク外筐体４７内に設けるようにする。
同一の構成部分は図示を省略した。同図において、符号
６０および６１は高周波電圧をタンク外筐体４６内の電
源からタンク内筐体４３内のブリッジに供給するための
同軸ケーブル、６２はタンク内筐体４３内のバッファ回
路６の出力をタンク外筐体４６内の整流・平滑回路７に
導くための同軸ケーブル、６３および６４はそれぞれ５
ｖ、コモン（ＣＯＭ）用導線、６５、６６および６７は
波形歪を低減するための終端抵抗を示しており、破線Ａ
で囲まれた回路はタンク内筐体４４内に、破線Ｂで囲ま
れた回路はタンク外筐体４７内に設けるようにする。
【００４３】 タンク内筐体４４とタンク外筐体４７間の
距離が短い場合および励振周波数が低い場合には、同軸
ケーブル６０、６１の代わりに通常のシールド線やある
いは一般の絶縁被覆線を使用してもよく、また、同軸ケ
ーブル６２もシールド線で代替できる。抵抗６５、６６
および６７も同軸ケーブルの特性インピーダンスに厳密
に合わせる必要はなく、場合によっては省略してもよ
い。
距離が短い場合および励振周波数が低い場合には、同軸
ケーブル６０、６１の代わりに通常のシールド線やある
いは一般の絶縁被覆線を使用してもよく、また、同軸ケ
ーブル６２もシールド線で代替できる。抵抗６５、６６
および６７も同軸ケーブルの特性インピーダンスに厳密
に合わせる必要はなく、場合によっては省略してもよ
い。
【００４４】 次に、本発明に係る他のレベルセンサの基
本構成を図６に基づいて説明する。同図において符号７
０は１対の電極板よりなる検出部、７１乃至７３はフル
ブリッジを構成する固定容量のコンデンサを示してお
り、これらコンデンサには検出部が貯蔵液体たる油相中
にあるときにブリッジがほぼ平衡となるような容量値の
ものを選ぶ。
本構成を図６に基づいて説明する。同図において符号７
０は１対の電極板よりなる検出部、７１乃至７３はフル
ブリッジを構成する固定容量のコンデンサを示してお
り、これらコンデンサには検出部が貯蔵液体たる油相中
にあるときにブリッジがほぼ平衡となるような容量値の
ものを選ぶ。
【００４５】 ブリッジ出力端７４、７５にはそれぞれバ
ッファ回路７６、７７が接続され、バッファ回路７６、
７７からの出力はそれぞれ同期整流・平滑回路７８、７
９により直流となる。この直流となった電圧は差動増幅
器８０によりひき算された後に出力端子８１から出力さ
れる。ブリッジを励振するための高周波電源８２は同期
整流・平滑回路７８、７９にも同期整流用の参照電圧Ｐ
を与える。
ッファ回路７６、７７が接続され、バッファ回路７６、
７７からの出力はそれぞれ同期整流・平滑回路７８、７
９により直流となる。この直流となった電圧は差動増幅
器８０によりひき算された後に出力端子８１から出力さ
れる。ブリッジを励振するための高周波電源８２は同期
整流・平滑回路７８、７９にも同期整流用の参照電圧Ｐ
を与える。
【００４６】 本構成を図１に示す構成と比較すると、図
１の場合はバッファ回路がブリッジのガルバ回路に接続
されてブリッジ辺要素に対する影響が前述のように比較
的小さい。
１の場合はバッファ回路がブリッジのガルバ回路に接続
されてブリッジ辺要素に対する影響が前述のように比較
的小さい。
【００４７】 図６に示す本実施例においては、フルブリ
ッジで変成器を使用すれば、図１に示した実施例のもの
と同様にガルバ回路にバッファ回路を接続する構成をと
ることができるが、本質安全防爆構造をとるためには変
成器を使用することができない。したがって、図６に示
す本実施例の構成ではバッファ回路が辺要素７１、７３
に並列に接続されるので、ブリッジの精度面では若干不
利となる。しかし、図１の構成に比べて励振電源が簡潔
になるという利点があり、簡易なレベルセンサを実現で
きて、警報回路等に使用するのに適している。
ッジで変成器を使用すれば、図１に示した実施例のもの
と同様にガルバ回路にバッファ回路を接続する構成をと
ることができるが、本質安全防爆構造をとるためには変
成器を使用することができない。したがって、図６に示
す本実施例の構成ではバッファ回路が辺要素７１、７３
に並列に接続されるので、ブリッジの精度面では若干不
利となる。しかし、図１の構成に比べて励振電源が簡潔
になるという利点があり、簡易なレベルセンサを実現で
きて、警報回路等に使用するのに適している。
【００４８】
【発明の効果】本発明に係る静電容量式レベルセンサは
上述した構成により次の効果を奏し得る。本発明のレベ
ルセンサの高周波ブリッジにはインダクタンス要素が必
要ないので、本質安全防爆構造の実現が容易になり、特
に石油製品等の荷揚げ作業等に使用する場合、充分な安
全性を確保することができる。
上述した構成により次の効果を奏し得る。本発明のレベ
ルセンサの高周波ブリッジにはインダクタンス要素が必
要ないので、本質安全防爆構造の実現が容易になり、特
に石油製品等の荷揚げ作業等に使用する場合、充分な安
全性を確保することができる。
【００４９】 また、整流・平滑回路に高周波電源からの
電圧を参照電圧とする同期整流・平滑回路を使用してい
るので、検出部が水相中にある場合と気相中にある場合
の識別がセンサ出力の極性判別で済むので識別が容易
で、しかもバッファ回路に広いダイナミックレンジを必
要としないので、同期整流・平滑回路の動作用電圧が低
くて済み、安全性がより向上する。
電圧を参照電圧とする同期整流・平滑回路を使用してい
るので、検出部が水相中にある場合と気相中にある場合
の識別がセンサ出力の極性判別で済むので識別が容易
で、しかもバッファ回路に広いダイナミックレンジを必
要としないので、同期整流・平滑回路の動作用電圧が低
くて済み、安全性がより向上する。
【００５０】 さらに、ブリッジおよびバッファ回路以外
の構成部分をタンク外に設けることにより、貯蔵液体の
液温が高い場合であっても電子回路が液体からの熱の影
響を受けにくく、回路の信頼性を向上させることができ
る。
の構成部分をタンク外に設けることにより、貯蔵液体の
液温が高い場合であっても電子回路が液体からの熱の影
響を受けにくく、回路の信頼性を向上させることができ
る。
【００５１】 また、検出部の電極板をタンク内において
ほぼ水平となるように設け、かつ上側の電極板はブリッ
ジ出力側に接続し、下側電極板は高周波電源側に接続す
ることにより、下側電極板はタンク底面からの電気的影
響を受けやすいが、下側電極板に接続される高周波電源
側は電気的影響を受けにくいので、精度の高い検出を行
うことができる。
ほぼ水平となるように設け、かつ上側の電極板はブリッ
ジ出力側に接続し、下側電極板は高周波電源側に接続す
ることにより、下側電極板はタンク底面からの電気的影
響を受けやすいが、下側電極板に接続される高周波電源
側は電気的影響を受けにくいので、精度の高い検出を行
うことができる。
【図１】本発明に係るレベルセンサの基本構成を示す構
成図。
成図。
【図２】本発明に係るレベルセンサの実施例を示す回路
図。
図。
【図３】本発明に係るレベルセンサの取付構造を示す縦
断面図。
断面図。
【図４】検出部の構造を示す一部縦断正面図。
【図５】本発明に係るレベルセンサの電気回路の一部を
分離して取り付ける場合の具体例を示す回路図。
分離して取り付ける場合の具体例を示す回路図。
【図６】本発明に係る他のレベルセンサの基本構成を示
す構成図。
す構成図。
１ 検出部 ２ コンデンサ ３、４ 高周波電源 ５ ブリッジ出力端 ６ バッファ回路 ７ 整流・平滑回路 ８ 出力端子 １１ コンデンサ １２、１３ バイアス抵抗 １４ 電界効果トランジスタ １５ 負荷抵抗 １６ ＰＮＰ形トランジスタ １７ ソース抵抗 １８、１９ Ｃ−ＭＯＳ形アナログスイッチＩＣ ２０、２１ 受信抵抗 ２２、２３ コンデンサ ２６、・・・、２９ 演算抵抗 ３０ 演算増幅器 ３１ マルチバイブレータ ３２ Ｃ−ＭＯＳ形インバータＩＣ ３３ ゼナダイオード ３４ ゼナ電流規制抵抗 ３５ Ｃ−ＭＯＳ形インバータＩＣ ３６ インバータＩＣ ４０ タンク外壁 ４１ ウエル ４２、４３ 電極板 ４４ タンク内筐体 ４５ 電線管 ４６ 取付フランジ ４７ タンク外筐体 ５０ 段部 ５１ 円柱ブロック ５２ 袋ナット ５３、５４ 電極板用支柱 ６０、６１、６２ 同軸ケーブル ６３、６４ コモン用導線 ６５、６６、６７ 終端抵抗 ７０ 検出部 ７１、７２、７３ コンデンサ ７４、７５ ブリッジ出力端 ７６、７７ バッファ回路 ７８、７９ 整流・平滑回路 ８０ 差動増幅器 ８１ 出力端子 ８２ 高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 23/26
Claims (3)
- 【請求項１】水に比べて比誘電率が低く、かつ比重の小
なる液体を貯蔵するタンクの底板付近にタンク内壁と絶
縁した１対の電極板よりなる検出部を設け、この検出部
を１辺とし、矩形波を出力する高周波電源を備え、検出
部の電極板間に貯蔵液体が存在する場合にほぼ平衡する
高周波ブリッジと、この高周波ブリッジの出力電圧をイ
ンピーダンス変換するバッファ回路と、前記高周波電源
からの電圧を参照電圧とし、前記バッファ回路の出力を
整流、平滑してセンサ出力とする同期整流・平滑回路と
を備え、前記センサ出力の電位極性から前記検出部の電
極板間に存在する液体が貯蔵液体と水のどちらである
か、あるいは貯蔵液体および水のどちらも存在しないか
を識別して貯蔵液体の表面および貯蔵液体と水の界面が
検知される液体の表面及び水との界面検知用の静電容量
式レベルセンサ。 - 【請求項２】前記同期整流・平滑回路および高周波電源
をタンク外部に設け、前記高周波ブリッジおよびバッフ
ァ回路を前記検出部付近に設け、ケーブルを介してこれ
ら整流・平滑回路および高周波電源と高周波ブリッジお
よびバッファ回路とを相互に電気的に接続してなる請求
項１に記載の液体の表面及び水との界面検知用の静電容
量式レベルセンサ。 - 【請求項３】 前記検出部の電極板をタンク内においてほ
ぼ水平となるように設け、かつ上側の電極板はブリッジ
出力側に接続し、下側電極板は高周波電源側に接続して
なる請求項１に記載の液体の表面及び水との界面検知用
の静電容量式レベルセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12076895A JP3258521B2 (ja) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | 液体の表面及び水との界面検知用の静電容量式レベルセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12076895A JP3258521B2 (ja) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | 液体の表面及び水との界面検知用の静電容量式レベルセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08292081A JPH08292081A (ja) | 1996-11-05 |
| JP3258521B2 true JP3258521B2 (ja) | 2002-02-18 |
Family
ID=14794529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12076895A Expired - Fee Related JP3258521B2 (ja) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | 液体の表面及び水との界面検知用の静電容量式レベルセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3258521B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016121898A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | 株式会社鷺宮製作所 | 液体検知器、圧縮機及び空気調和機 |
| JP6778783B2 (ja) * | 2019-04-19 | 2020-11-04 | 株式会社鷺宮製作所 | 液体検知器、圧縮機及び空気調和機 |
-
1995
- 1995-04-21 JP JP12076895A patent/JP3258521B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08292081A (ja) | 1996-11-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4676101A (en) | Capacitance-type material level indicator | |
| US5304347A (en) | Liquid transfer device for an analysis unit | |
| US3956760A (en) | Liquid level gauge | |
| US8222886B2 (en) | Voltage detecting apparatus and line voltage detecting apparatus having a detection electrode disposed facing a detected object | |
| US4841227A (en) | Apparatus for the ratiometric measurement of a quantity of liquid in a tank | |
| US4987776A (en) | Level indicator | |
| US5611240A (en) | Level detector | |
| US20070000320A1 (en) | Bin level monitor | |
| JPS5954928A (ja) | 静電容量型材料レベル表示器 | |
| JP3158063B2 (ja) | 非接触電圧計測方法及び装置 | |
| JP2018136301A (ja) | 非接触式電圧測定装置用センササブシステム | |
| CA1247255A (en) | Measuring and damping resistor arrangement for a high- voltage apparatus | |
| US4583402A (en) | Fluid-gauging systems | |
| JP3258521B2 (ja) | 液体の表面及び水との界面検知用の静電容量式レベルセンサ | |
| GB2195778A (en) | Circuit arrangement for capacitance or admittance measurement | |
| KR910003193B1 (ko) | Rf 전력계 | |
| US5140270A (en) | Electrical feed-through bushing cavity insulation detector | |
| US5495130A (en) | Point level switch | |
| JPH01126518A (ja) | 液量検出方法およびその装置 | |
| RU53771U1 (ru) | Датчик уровня и блок обработки сигналов для его осуществления | |
| JPH09145760A (ja) | 静電容量計測装置 | |
| GB2040464A (en) | Measuring Liquid Level | |
| CN210036880U (zh) | 一种低温介质下分节式电容液位变换器及液位测量系统 | |
| JP3420635B2 (ja) | 液体検出装置 | |
| RU2298153C2 (ru) | Датчик уровня и блок обработки сигналов для его осуществления |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D02 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071207 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081207 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081207 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091207 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101207 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101207 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111207 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111207 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121207 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121207 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131207 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |