JP4936184B2 - Induction heating type liquid level sensor - Google Patents
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Description
本発明は、電磁誘導加熱を利用した誘導加熱型液面レベルセンサに係り、特に、センサ自体を加熱した後の放熱状態を計測することで液面レベルを検知する誘導加熱型液面レベルセンサに関する。 The present invention relates to an induction heating type liquid level sensor using electromagnetic induction heating, and more particularly to an induction heating type liquid level sensor that detects a liquid level by measuring a heat dissipation state after heating the sensor itself. .
液位を検出する方式として、リードスイッチを応用したフロートスイッチや導電性スイッチで判定する電極式などが一般的である。測定する液体が一般的な食塩水や水道水などであれば、フロートスイッチや電極センサにて検出することは可能である。 As a method for detecting the liquid level, a float switch using a reed switch or an electrode type which is determined by a conductive switch is generally used. If the liquid to be measured is general salt water or tap water, it can be detected by a float switch or an electrode sensor.
一方、特許文献1に液面検出方法が記載されている。この液面検出方法によると、金属レベル管の片側所定加熱域を加熱したときに、内部で液面変動する液面上位と下位の温度差を検知し、気体と液体の熱伝導率の違いにより、加熱域に液面が存在しているかいないかを確認する方法である。この液面検出方法を実行する液面検出装置では、金属レベル管の片側にヒーター等の加熱装置を設置し、この金属レベル管の反対側に熱電対等のセンサを配置したものである。そして、ヒーター等で金属レベル管を加熱したときに、金属管の内部に液体があるか否かで温度の違いが生じ、この温度の違いで金属管内部の液面を測定しようとするものである。
ところが、従来のフロートスイッチでは適応できない液体がある。例えば、異物が混入した液体ではステムと浮子の間に介在して浮子が摺動不良を起こしやすいので、フロートスイッチは不適当である。また、蜂蜜などの粘性液体でも、浮き子間やフロート、ストッパ間等に付着して摺動不良が生じるおそれがある。 However, there are some liquids that cannot be adapted by conventional float switches. For example, in a liquid in which foreign matter is mixed, a float switch is inappropriate because it is interposed between the stem and the float and the float tends to cause a sliding failure. Moreover, even a viscous liquid such as honey may adhere to the floats, floats, stoppers, etc. and cause sliding failure.
更に、通常リードスイッチの耐熱温度は150℃であるが、オイル等は150℃以上に上昇する事例もある。このように、リードスイッチ等では耐熱温度に限界があり使用できないことがあった。また、浮き子が外れると、浮き子がタンク内を浮遊することになり、タンクまたは連動する装置等へ異物として紛れ込み誤作動を起こす危険性もある。 Furthermore, the heat resistance temperature of the reed switch is normally 150 ° C., but there are cases where oil and the like rise to 150 ° C. or higher. As described above, there are cases where the reed switch or the like cannot be used due to its limited heat-resistant temperature. Further, when the float is detached, the float floats in the tank, and there is a risk that it will be mixed into the tank or the interlocking device as a foreign substance and cause a malfunction.
また、従来の光センサでは、汚れた液体を検出する場合、センサの検出面に汚れが付着したり、結露したりすると誤作動が生じる。更に、電極センサでは、オイルのような絶縁液体での検出は電気が通りにくいために検出が困難であった。 Further, in the conventional optical sensor, when dirty liquid is detected, a malfunction occurs if dirt is attached to the detection surface of the sensor or condensation occurs. Furthermore, with an electrode sensor, detection with an insulating liquid such as oil is difficult because electricity is difficult to pass.
一方、特許文献1の如く、金属レベル管を介して加熱域やセンサ等を配したものでは、金属管の内部に液体があるか否かで温度の違いが生じるとしても、加熱してからセンサで感知するまでに長時間を要し、しかも加熱時の温度が液体に影響を与えるおそれもある。 On the other hand, in the case where a heating zone, a sensor, or the like is arranged through a metal level tube as in Patent Document 1, even if a temperature difference occurs depending on whether or not there is a liquid inside the metal tube, the sensor is heated after being heated. It takes a long time to detect the temperature, and the temperature during heating may affect the liquid.
そこで本発明は、上述の課題を解消すべく創出されたもので、電磁誘導加熱を利用することで、フロートスイッチの浮き子のように摺動不足から生じる不具合を解消し、異物が付着しても容易に除去することができ、極めて高い耐熱温度を有しながら、測定する液体に影響を与えることなく、液面の満水状態、標準状態、渇水状態の三段階の状態を正確に検出することができる誘導加熱型液面レベルセンサの提供を目的とするものである。 Therefore, the present invention was created to solve the above-mentioned problems, and by using electromagnetic induction heating, problems caused by insufficient sliding, such as floats of float switches, are eliminated, and foreign matter adheres. It can be easily removed, and it has a very high heat resistance temperature, and accurately detects the three levels of the liquid level, standard condition and drought condition without affecting the liquid to be measured. An object of the present invention is to provide an induction heating type liquid level sensor capable of performing
上述の目的を達成すべく本発明における第1の手段は、熱導電性を有する金属材で形成された有底筒状の容器1内に電磁誘導加熱体10を装着し、該電磁誘導加熱体10の上下に温度センサ2を配置し、電磁誘導加熱体10を加熱してから容器1を介して放熱するまでの電磁誘導加熱体10の上下の温度変化を温度センサ2が感知して容器1周囲の液面の高さを検出するように設けられた誘導加熱型液面レベルセンサにおいて、前記電磁誘導加熱体10は、磁性体からなるボビン11の中間部周囲にコイル12が巻き付けられ、該ボビン11の上下端部外周面が熱伝導性の高い前記容器1内部に熱伝導性接着剤にて接着されると共に、該ボビン11の上下端部に前記温度センサ2が熱伝導性接着剤にて接着されたものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the first means in the present invention is to mount an electromagnetic
第2の手段の前記電磁誘導加熱体10は、10℃乃至15℃加熱するように設けられ、前記温度センサ2は、電磁誘導加熱体10の上下が容器1を介して放熱する状態を検知するように設けられている。
The electromagnetic
第3の手段は、前記電磁誘導加熱体10から離れた位置に前記温度センサ2の回路部及び電磁誘導加熱体10に通電する電源装置を収納したコントロールボックス20を設け、前記電磁誘導加熱体10が加熱されてから容器1を介して放熱する状態を上下の温度センサ2が感知することにより、前記容器1の周囲に液面が位置する状態、又は容器1の周囲に液面がない状態、又は前記容器1周囲の上下温度センサ2の間に液面が位置する状態の三つの状態を検知するように設けられたことを課題解消のための手段とする。
The third means is provided with a control box 20 containing a circuit unit of the temperature sensor 2 and a power supply device for energizing the electromagnetic
本発明の請求項1によると、熱導電性を有する金属材で形成された有底筒状の容器1内に電磁誘導加熱体10を装着し、該電磁誘導加熱体10の上下に温度センサ2を配置し、電磁誘導加熱体10を加熱してから容器1を介して放熱するまでの電磁誘導加熱体10の上下の温度変化を温度センサ2が感知して容器1周囲の液面の高さを検出するものであるから、フロートスイッチの如き浮き子がなく、摺動不良という不具合は発生しない。
According to the first aspect of the present invention, the electromagnetic
また、電磁誘導加熱体10の加熱作用は、ニクロム線等の抵抗加熱に比べて加熱効率が良く、熱容量のロスが少ない上に、昇温速度が速いといった特徴がある。この結果、本発明レベルセンサの感知速度や感知精度を高めることができ、しかも、省エネ効果もある。
In addition, the heating action of the electromagnetic
更に、電磁誘導加熱体10や温度センサ2は、容器1の内部に収納されており、この容器1の周囲で液面を検知するものなので、蜂蜜、オイルなど粘性をもった液体でも液面を正確に検知することができる。しかも、容器1の周囲に異物が付着しても簡単に拭き取り掃除ができるので、極めて衛生的な構造であるとも言える。
Furthermore, since the electromagnetic
電磁誘導加熱体10は、磁性体からなるボビン11の中間部周囲にコイル12が巻き付けられ、該ボビン11の上下端部外周面が熱伝導性の高い前記容器1内部に熱伝導性接着剤にて接着されると共に、該ボビン11の上下端部に前記温度センサ2が接着されているので、電磁誘導加熱体10が加熱されてから熱伝導性の高い容器1を介して容器1周囲に放熱されるので、この電磁誘導加熱体10の放熱状態が容器1周囲の液面状態により、敏感に変化することになる。この結果、正確な液面検知が可能になる。
In the electromagnetic
しかも、電磁誘導加熱体10は、鉄製のボビン11がステンレス製の容器1内部に接着されているので、落下衝撃の破損が少なく、極めて扱い易い利点がある。また、このボビン11の上下の温度で液面を検知するので、このボビン11の長さを変更することで、簡単に検知点を変更することが可能になる。
In addition, the electromagnetic
請求項2により、電磁誘導加熱体10は、10℃乃至15℃加熱するように設けられ、前記温度センサ2は、電磁誘導加熱体10の上下が容器1を介して放熱する状態を検知するように設けられているので、電磁誘導加熱体10の僅かな加熱で液面検知が可能になる。また、電磁誘導加熱体10を10℃乃至15℃加熱した状態から放熱する状態を検知するので、検知する時間が短くて済む。
According to claim 2 , the electromagnetic
請求項3では、前記電磁誘導加熱体10から離れた位置に前記温度センサ2の回路部及び電磁誘導加熱体10に通電する電源装置を収納したコントロールボックス20を設けているので、高温下での検知も可能になった。この結果、リードスイッチの限界耐熱温度が150℃であったが、本発明によると、150℃以上に上昇するオイル等の液面を検知することも可能になった。
In
また、本発明では、容器1の周囲に液面が位置する状態、又は容器1の周囲に液面がない状態、又は前記容器1周囲の上温度センサ2と下温度センサ2との間に液面が位置する状態の三つの状態を検知するように設けているので、極めてシンプルなセンサ構造で前記三つの状態を正確に検知することができる。 In the present invention, the liquid level is located around the container 1, the liquid level is not around the container 1, or the liquid is interposed between the upper temperature sensor 2 and the lower temperature sensor 2 around the container 1. Since it is provided so as to detect the three states where the surface is located, the three states can be accurately detected with a very simple sensor structure.
この結果、本発明によると、例えば、自動車のエンジンオイルの残量検知、蜂蜜などの高粘度液体の残量検知、高温度(150℃〜250℃)になる液体の検知、摺動による摩耗粉を嫌う飲料水等の検知、異物の混入した液体の検知など、特殊な環境化での使用なども可能になるものである。 As a result, according to the present invention, for example, detection of the remaining amount of automobile engine oil, detection of the remaining amount of high-viscosity liquid such as honey, detection of liquid that reaches a high temperature (150 ° C. to 250 ° C.), wear powder due to sliding It can also be used in special environments such as detection of drinking water, etc.
本発明レベルセンサの最良の形態は、熱導電性を有する金属材で形成された有底筒状の容器1内に電磁誘導加熱体10を装着する。電磁誘導加熱体10は、鉄製の磁性体からなるボビン11の中間部周囲にコイル12が巻き付けられ、該ボビン11の上下端部外周面がステンレス製の容器1内部に熱伝導性接着剤にて接着される。該ボビン11の上下端部に温度センサ2が接着される。電磁誘導加熱体10から離れた位置に温度センサ2の回路部及び電磁誘導加熱体10に通電する電源装置を収納したコントロールボックス20を設ける。電磁誘導加熱体10を10℃乃至15℃加熱してから電磁誘導加熱体10の上下が容器1を介して放熱する状態を上下の温度センサ2が検知して、容器1の周囲に液面が位置する状態、又は容器1の周囲に液面がない状態、又は容器1周囲の上温度センサ2と下温度センサ2との間に液面が位置する状態の三つの状態を検知するように設けることで、当初の目的を達成するものである。
In the best mode of the level sensor of the present invention, the electromagnetic
以下、本発明の一実施例を説明する。本発明レベルセンサの主要構成は、容器1、電磁誘導加熱体10、温度センサ2、コントロールボックス20から構成されている。
An embodiment of the present invention will be described below. The main configuration of the level sensor of the present invention includes a container 1, an electromagnetic
容器1は、熱導電性を有する例えばステンレス製等の金属材で形成された有底筒状を成し、この中に電磁誘導加熱体10や温度センサ2を収納するものである。図示例の容器1は、開口上部に蓋体3を設け、この蓋体3を通して後述する温度センサ2や電磁誘導加熱体10に連結するリード線4を配線している。また、蓋体3とリード線4との隙間をエポキシ樹脂等の充填材5で密封し、容器1の密封性を高めている。尚、図中符号6は、蓋体3に設けられた取付孔であり、本発明を適当な場所に取り付ける際に使用する。
The container 1 has a bottomed cylindrical shape made of a metal material having thermal conductivity, such as stainless steel, and houses the electromagnetic
電磁誘導加熱体10は、容器1内に収納されるもので、該電磁誘導加熱体10の上下の温度を温度センサ2が感知する。図示の電磁誘導加熱体10は、鉄製の磁性体からなる略鼓形状を成したボビン11の中間部周囲にコイル12が巻き付けられたものである。更に、ボビン11の上下端部は、その外周面が容器1の内周面に接着されている。
The electromagnetic
本発明では、ボビン11の上下端部が加熱されてから容器1を介して放熱するまでの温度変化で容器1周囲の液面の高さを検出するように設けている。そのため、電磁誘導加熱体10は、このボビン11の温度が10℃乃至15℃上昇するように設けている。そして、このボビン11の上下部分が容器1を介して放熱する状態により、容器1の周囲に液面が位置する状態や、容器1の周囲に液面がない状態、又は前記容器1周囲の上温度センサ2と下温度センサ2との間に液面が位置する状態の、三つの状態を検知できるように設けている。
In the present invention, the height of the liquid surface around the container 1 is detected by a temperature change from when the upper and lower ends of the
図示の電磁誘導加熱体10は、鉄製のボビン11に、耐熱性に優れたコイル12としてリッツ線を65回巻き付けている。このリッツ線は、30芯構成でそれぞれが絶縁被膜をもった線材が30本構成されたもので65回を30個巻き付けた構造になる。鉄製ボビンの上部と下部には温度センサを配置し熱伝導性接着剤で接着している。
The illustrated electromagnetic
また、電磁誘導加熱体10のボビン11の上部と下部はステンレス製の金具本体1内壁と密着していることが望ましいので、熱伝導性接着剤で密着固定している。これは、ステンレス製の容器1を介した放熱状態を忠実に検知するためである。
Moreover, since it is desirable that the upper part and the lower part of the
また、電磁誘導加熱体10から離れた位置に前記温度センサ2の回路部及び電磁誘導加熱体10に通電する電源装置を収納したコントロールボックス20を設けている。このコントロールボックス20に、例えば、容器1の周囲において、上下の温度センサ2の間に液面が位置する定量状態と、容器1を超えて液面が満水となる状態を満水状態、更に容器1の周囲に液面がない渇水状態として設定した場合、定量状態を示す青LED21と、満水状態を示す黄LED22、更に渇水状態を示す赤LED23などを備えることで、一目で状況を把握することができる。
Further, a control box 20 in which a circuit unit of the temperature sensor 2 and a power supply device for energizing the electromagnetic
本発明レベルセンサでは、電磁誘導加熱体10のコイル12に周期的に電流パルスを入れる。例えば、パルスを450kHz、通電時間20秒、放熱時間280秒を1周期として断続的に印加する。誘導加熱で加温された電磁誘導加熱体10のボビン11の上下の熱は、密着されたステンレス製の容器1を介して外部に放熱される。このとき、容器1周辺の液面の状況、例えば、温度変化の速度や、上下の温度センサ2の温度差などから、容器1周囲の状態が、渇水、中間、満水を検知する。20秒の加熱により、ボビン11は加熱前より温度が10℃乃至15℃程度上昇する。
In the level sensor of the present invention, current pulses are periodically applied to the
次に、液面の違いによる温度センサ2の検知状態を説明する。基本原理は20秒間の誘導加熱によりボビン11は急激に温度が上がり、ボビン11に密着されたステンレス製の容器1に伝わり放熱されていく。そこで、上下の温度センサ2により、放熱の速度、ボビン11の上部と下部の温度差を計測した。
Next, the detection state of the temperature sensor 2 due to the difference in liquid level will be described. The basic principle is that the temperature of the
(ア)温度上昇スピードは速く温度上昇は20秒間で約7℃である。
(イ)ボビン11の上下での温度差はなく放熱時間は長い。
(ウ)放熱スピードは遅く、加熱前の温度に戻るには約1180秒必要であった。
(エ)この結果、温度上昇スピードが速くて上下の温度センサ2の差異がなければ、容器1の周囲は渇水状態と判断できる。
(A) The temperature rise speed is fast and the temperature rise is about 7 ° C. in 20 seconds.
(A) There is no temperature difference between the top and bottom of the
(C) The heat release speed was slow, and it took about 1180 seconds to return to the temperature before heating.
(D) As a result, if the temperature rise speed is fast and there is no difference between the upper and lower temperature sensors 2, it can be determined that the surroundings of the container 1 are in a drought state.
(ア)ボビン11の上部の温度上昇スピードは速く、20秒間の加熱で約7℃である。
(イ)ボビン11の下部の温度センサ2は温度上昇が遅く20秒間の加熱で4℃である。
(ウ)ボビン11上下の温度差は約3℃あった。
(エ)放熱スピードは速く、加熱前温度に戻るのに280秒であった。
(オ)このように、ボビン11の上下に温度差があるときは、液面が上下の温度センサ2の間に位置する状態であることがわかる。
(A) The temperature rise speed at the top of the
(A) The temperature sensor 2 below the
(C) The temperature difference between the top and bottom of the
(D) The heat release speed was fast, and it took 280 seconds to return to the temperature before heating.
(E) Thus, when there is a temperature difference between the upper and lower sides of the
(ア)ボビン11の温度上昇スピードは遅く、20秒間の加熱で約4℃である。
(イ)ボビン11の上下の温度差はゼロに等しい。
(エ)放熱スピードは速く、加熱前温度に戻るのに180秒であった。
(オ)このように、温度上昇が遅く放熱スピードが速いと容器1の周囲は液体で満ちており、満水状態であると判断できる。
(A) The temperature rise speed of the
(A) The temperature difference between the top and bottom of the
(D) The heat release speed was fast, and it took 180 seconds to return to the temperature before heating.
(E) As described above, when the temperature rise is slow and the heat dissipation speed is fast, it can be determined that the periphery of the container 1 is filled with liquid and is in a full state.
本発明では、前記表1乃至表3のデータを基にして温度センサ2のデータを解析し、容器1の周囲に液面が位置する状態、又は容器1の周囲に液面がない状態、又は容器1周囲の上下温度センサ2の間に液面が位置する状態の三つの状態を検知するように設けたものである。 In the present invention, the data of the temperature sensor 2 is analyzed based on the data in Tables 1 to 3, and the liquid level is located around the container 1 or the liquid level is not around the container 1 or It is provided so as to detect three states in which the liquid level is located between the upper and lower temperature sensors 2 around the container 1.
尚、本発明は図示例に限定されるものではなく、容器1の形状や電磁誘導加熱体10、温度センサ2等の各構成部品の寸法や形状等の設計変更、および材質の変更などは任意に行えるものであり、本発明の要旨を変更しない範囲において自由に変更できるものである。
The present invention is not limited to the illustrated example, and the design of the shape of the container 1, the size and shape of each component such as the electromagnetic
1 容器
2 温度センサ
3 蓋体
4 リード線
5 充填材
6 取付孔
10 電磁誘導加熱体
11 ボビン
12 コイル
20 コントロールボックス
21 青LED
22 黄LED
23 赤LED
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 2
22 Yellow LED
23 Red LED
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