JP5013089B2

JP5013089B2 - 液面検知装置

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Publication number: JP5013089B2
Application number: JP2007232712A
Authority: JP
Inventors: 泉山本
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2027-09-07
Also published as: JP2009063484A

Description

本発明は、タンクなどに貯蔵された液体の水位を検知する液面検知装置に係わり、より詳細には、水位を検知する電極を交流駆動する回路が故障した場合、電極に直流電圧が印加されないようにし、電極の腐食を防止すると共に、貯蔵液体が電気分解されないようにする回路に関する。

従来、液面検知装置を用いたものとしては図３のブロック図に示す液面制御装置１００が開示されている。この液面制御装置１００では、液面検知装置としての機能の他、検知した水位のデータにより、タンクの水量（液面）を調整する制御装置としての機能も兼ね備えている。

図３は、液面制御装置１００を示した全体構成図である。６１は容器であり、容器６１の中には半絶縁性又は導電性媒体で、液中の金属とのイオン化傾向の違いにより、電荷の移動がおこなわれて金属を腐食させる作用、つまり、電食作用を有する液体６２が液面６２ａの位置まで供給されている。上記液体６２としては、水、飲料液、食塩水、酸・アルカリ等の薬液、水などを含有したフロン液、油脂等がある。

液面６２ａが制御すべき液体６２の液面であり、その液面６２ａの位置に対応した容器６１の側面には液面センサ６３が取付けられている。又、６４は気体（空気又は媒体の蒸気）であり、気体６４は容器６１に供給された液体６２の液面６２ａ上に隣接し、液体６２と熱伝導率の異なった他の媒体である。

５０は制御装置であり、制御装置５０には交流電圧発生回路７０を介して液面センサ６３が接続されている。制御装置５０は、電源部５１を接続した水位検知回路５２と、液面センサ６３からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器５３と、液面制御装置１００の制御部であるＣＰＵ５５と、そのＣＰＵ５５に接続された発振器５６と、液面センサ６３のデータを外気温補正するための外気温センサ６６からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器５４とから構成されている。そして、ＣＰＵ５５には制御プログラムを記憶したＲＯＭ５７と各種データを記憶するＲＡＭ５８とが接続されている。

交流電圧発生回路７０は４つのフリップフロップ接続されたスイッチング用トランジスタ７１と反転用トランジスタ７２とから成る。又、６８は容器６１内に液体６２を供給する配管中に配設された給液電磁弁、６９は容器６１内から液体６２を排出する配管中に配設された排液電磁弁である。

第４図は液面センサ６３の拡大縦断面図である。液面センサ６３の外体３１はその外周の一部に容器６１の側面に取付けるためのネジ部３１ａを有している。この外体３１の円筒内部には端子台３２が嵌合されている。この端子台３２は密封ガラス３３を介して、又、外体３１はその内部空間に充填剤３４を満たし、電極３５，３６を位置決め固定している。そして、対向した電極３５，３６間には液面検出用の負特性のサーミスタ３７がそれぞれリード線３８を介して接続されている。このサーミスタ３７は、温度上昇と共に電気抵抗が低下する特性を有している。

上記電極３５，３６には、密封ガラス３３と熱膨張率がほぼ等しいコバール線、又、リード線３８には、白金線が用いられている。そして、電極３５，３６のサーミスタ３７と反対側には液面センサ６３を交流電圧発生回路６７に接続するためのリード線３９が各圧着端子３９ａ，３９ｂにて接続されている。

次に、その作用について説明する。容器６１内の液体６２の液面６２ａのレベルが液面センサ6 ３のサーミスタ３７の位置より低い時は、液面センサ６３は気体６４の中にあることになる。制御装置５０が動作を開始すると、サーミスタ３７には、水位検知回路５２を介して電源部５１から電圧が印加される。この時、水位検知回路５２から液面センサ６３に印加すべき電圧は直流で出力される。そして、制御装置５０のＣＰＵ５５から液面センサ６３に印加すべき周波数の交流信号（矩形波）が出力され、交流電圧発生回路６７の反転用トランジスタ７２に出力される。

すると、反転用トランジスタ７２はＣＰＵ５５から出力された周波数に従い、各スイッチングトランジスタ７１に信号を送る。結果、水位検知回路５２から出力された直流電圧がＣＰＵ５５から出力された交流信号の周波数での交流矩形電圧波形となり、液面センサ６３のサーミスタ３７に印加される。

すると、サーミスタ３７は容器６１内の気体６４の温度より高い温度となって平衡状態となる。即ち、サーミスタ３７が熱伝導率の低い気体中にあると、そのサーミスタ３７から発生するジュール熱は気体６４への伝熱量が少なく、サーミスタ３７は温度上昇し易く、低い電圧で一定温度に達する。この時の水位検知回路５２から印加される電圧は、サーミスタ３７が気体中に存在する値に対応する。従って、制御装置５０のＣＰＵ５５は液面センサ６３のサーミスタ３７が気体６４の中に在ると判定する。

そして、制御装置５０のＣＰＵ５５はインターフェース５９を介して給液電磁弁６８を開とし、液体６２の容器６１内への供給を開始する。液体６２が容器６１内に供給され続けると、やがて、液面センサ６３の位置、即ち、そのサーミスタ３７の位置に液体６２の液面６２ａが到達する。

すると、サーミスタ３７から液体６２への伝熱量が急増し、サーミスタ３７自身の温度が急激に低下する。即ち、その抵抗値が増大する。上述の場合と同様に、サーミスタ３７には、制御装置５０の水位検知回路５２から電圧が印加され、サーミスタ３７は容器６１内の液体６２の温度より高い温度で平衡状態となる。

即ち、サーミスタ３７が熱伝導率の高い液体中にあると、そのサーミスタ３７から発生するジュール熱は気体６４に比べて高い熱伝導率を有する液体中に放散し、サーミスタ３７は温度上昇し難く、一定温度に達するには高い電圧が必要となる。この時の水位検知回路５２から印加される電圧は、サーミスタ３７が液体中に存在する値に対応する。即ち、サーミスタ３７が気体中から液体中に到達すると、伝熱量が増し、抵抗値が大きくなるので、その印加電圧は増大する。

すると、制御装置５０のＣＰＵ５５はこの電圧値の増大を検出し、液面６２ａが液面センサ６３のサーミスタ３７の位置まで到達したと判定する。そして、給液電磁弁６８を閉として液体６２の容器６１内への供給を停止するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

このような制御が行われている間、ＣＰＵ５５は交流電圧発生回路７０に対して常に交流信号を出力しており、液面センサ６３に印加される電圧が直流のままにならないようにしている。一般的に、例えば水などの液体に電極を入れ、この電極に直流を印加すると電気分解が行われて水素や酸素が発生する場合があり、長時間の直流印加は危険な場合がある。また、電極への直流の印加は電極の電食を誘発し、電極の寿命を縮めてしまう場合がある。従って、交流を電極に印加することにより、このような不具合を防止している。

しかしながら、何らかの原因で交流電圧発生回路への駆動信号が停止した場合は、上記のような電気分解や腐食が発生する場合があった。また、近年では交流電圧発生回路への駆動信号をＣＰＵ（マイコン）で発生する場合が多く、マイコンが暴走した場合や待機電力削減のため、マイコンがスリープモードに入る場合があり、マイコンの動作が停止した場合でも上記のような電気分解や腐食を防止する手段が求められていた。
特許第３０４４７７６号（第３−４頁、図４）

本発明は以上述べた問題点を解決し、マイコンの動作が停止した場合に、交流電圧発生回路を介して液面センサへ直流電源が印加されないようにした液面検知装置を提供すること目的とする。

本発明による液面検知装置は上述の課題を解決するため、交流電圧で駆動される液面センサに前記交流電圧を供給する交流電圧発生回路と、同交流電圧発生回路を介して前記液面センサの電圧を監視する水位検知回路と、前記交流電圧発生回路と前記水位検知回路とを制御する制御部と、前記液面センサと前記交流電圧発生回路と前記水位検知回路とに直流電圧を供給する電源部とを備え、前記交流電圧発生回路が、前記制御部の出力する信号に基づいて前記交流電圧を発生する液面検知装置において、
前記交流電圧が停止した時に、前記電源部から前記液面センサへの電源供給を遮断する電源遮断部を設ける。

また、前記電源遮断部は、前記交流電圧の発生、または、停止を検出する交流信号遮断検出回路と、同交流信号遮断検出回路の検知結果が前記交流電圧が発生している場合に、前記電源部の直流電圧を出力し、前記交流信号遮断検出回路の検知結果が前記交流電圧の停止である場合に、前記電源部の直流電圧を遮断するスイッチ回路とで構成される。

また、前記電源遮断部は、前記液面センサと共に、前記水位検知回路と前記交流電圧発生回路とに前記電源部の直流電圧を供給する。

以上の手段を用いることにより、本発明による液面検知装置によれば、
請求項１に係わる発明は、例えば制御部に障害が発生したり、制御部が低消費電力モードに移行して交流信号が停止した場合、液面センサへの電源供給を自動的に遮断するため、長時間の制御部停止による液面センサの腐食や貯蔵液体の電気分解を防止することができる。

請求項２に係わる発明は、交流信号遮断検出回路をリトリガー可能なワンショットタイマーや、モノステーブルマルチ回路で構成でき、また、スイッチ回路をリレーやトランジスタで構成できるため、回路構成が容易となる。

請求項３に係わる発明は、制御部が低消費電力モードに移行して交流信号が停止した場合、液面センサと水位検知回路と交流電圧発生回路とへの電源供給を同時に、かつ、自動的に遮断するため、低消費電力モード時に、水位検知関連回路の消費電力を低減させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。なお、背景技術で説明した部分については同じ番号を付与し詳細な説明を省略する。また、図１の液面検知装置１は、背景技術の図３で説明した液面制御装置１００の内、電磁弁の制御を省略したものであり、液面の検知のみを行うようにしたものである。このため、図３の従来回路に対して、図１の本発明の回路はインターフェース５９を削除しているが、電磁弁の制御も１つのＣＰＵで行うのであれば、従来のまま接続した状態でよい。

図１は、制御装置５０’と交流電圧発生回路７０とからなる液面検知装置１と、これに接続される液面センサ６３を備えた容器６１とを示す全体構成図である。なお、容器６１には液体６２が貯蔵されるようになっており、また、容器６１には給液電磁弁６８を備えた給水管と、排液電磁弁６９を備えた排水管とが接続されている。

容器６１内において、液面６２ａが液体６２の液面レベルであり、その液面６２ａの位置に対応した容器６１の側面には液面センサ６３が螺合され取付けられている。又、６４は気体（空気又は媒体の蒸気）であり、気体６４は容器６１に供給された液体６２の液面６２ａ上に隣接し、液体６２と熱伝導率の異なった他の媒体である。

５０´は制御装置であり、制御装置５０´には交流電圧発生回路７０を介して液面センサ６３が接続されている。制御装置５０´は、直流電圧を供給する電源部５１を接続した電源遮断部２と、これから電源が供給される水位検知回路５２と、液面センサ６３からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器５３と、液面検知装置１の制御部であるＣＰＵ５５と、そのＣＰＵ５５に接続された発振器５６と、液面センサ６３のデータを外気温補正するための外気温センサ６６からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器５４とから構成されている。そして、ＣＰＵ５５には、制御プログラムを記憶したＲＯＭ５７と各種データを記憶するＲＡＭ５８とが接続されている。

また、電源遮断部２はＣＰＵ５５から出力される交流信号が入力されており、この交流信号が途絶えた場合に、水位検知回路５２、及びこれを介して供給される交流電圧発生回路７０と液面センサ６３への電源供給を遮断する機能を備えている。

交流電圧発生回路７０は４つのフリップフロップ接続されたスイッチング用トランジスタ７１と反転用トランジスタ７２とから構成されており、ＣＰＵ５５から出力される交流信号によって、液面センサ６３への供給電圧を交互に反転させるようになっている。

なお、液面センサ６３への電圧は水位検知回路５２から供給されるようになっており、水位検知回路５２は、この供給電圧の変化をＡ／Ｄ変換器５３を介してＣＰＵ５５へ伝えるようになっており、ＣＰＵ５５はこの電圧変化を監視することにより、液面６２ａが液面センサ６３へ到達したかどうかを判断している。

液面センサ６３の詳細な構造や、以上の構成を用いた水位検知方法については、背景技術で詳細に説明しており、また、検知方法も本発明でも同じため説明を省略する。次に本発明の特徴である電源遮断部２について説明する。

図２は、ＣＰＵ５５から出力される交流信号が交流信号が途絶えた場合に、水位検知回路５２への電源を遮断する電源遮断部２のブロック図である。この電源遮断部２は、入力した交流信号の遮断を検出する交流信号遮断検出回路１５と、同交流信号遮断検出回路１５の検出結果により、入力した電源を出力側にオン／オフするスイッチ回路１６とで構成されている。

図２において、電源入力端子３に印加された電源、つまり、電源部５１の電圧がスイッチ回路１６に入力され、オン／オフ制御されてスイッチ回路１６から、電源出力端子１７へ出力される。一方、交流信号入力端子４に入力された交流信号（ＣＰＵ５５から出力）は、交流信号遮断検出回路１５へ入力され、同交流信号遮断検出回路１５からのオン／オフ信号がスイッチ回路１６へ出力されている。

交流信号遮断検出回路１５は、一定周期の交流信号を常に入力し、交流信号が停止した場合に、一定レベルの信号を出力するものであれば回路方式は特定しない。例えば、リトリガー可能なモノステーブルマルチ回路やワンショットタイマーなどである。

また、スイッチ回路１６も同様であり、交流信号遮断検出回路１５の出力信号により、電源部５１をオン／オフ制御できるものであればどのような種類のものでもよく、例えばリレーや電源出力が制御可能な安定化電源などでもよい。

本実施例ではコストの安いディスクリート部品を用いた例を説明する。

図２の交流信号遮断検出回路１５は、コンデンサ５とダイオード６とダイオード７とコンデンサ８で構成されており、コンデンサ５の一端が交流信号入力端子４に、他端がダイオード６のカソード端子とダイオード７のアノード端子にそれぞれ接続されている。そして、ダイオード６のアノード端子はグランド（アース）へ、ダイオード７のカソード端子は、一端をグランドに接続したコンデンサ８の他端に接続されている。なお、ダイオード７のカソード端子が交流信号遮断検出回路１５への出力になっている。

次に交流信号遮断検出回路１５の動作を説明する。交流信号入力端子４に交流信号が印加されると、コンデンサ５を通り抜けた信号はダイオード６、７で半波倍電圧整流されてコンデンサ８を充電する。そして、コンデンサ８が一定電圧以上になるとスイッチ回路１６がをオンとなる。一方、交流信号入力端子４に信号が無くなったり、直流電位となった場合、コンデンサ８の電荷は徐々に放電し、一定電圧以下になるとスイッチ回路１６がオフとなる。

従って、コンデンサ８と後述するスイッチ回路１６の放電抵抗との時定数を、入力される交流信号の周期を考慮して決定することにより、交流信号が継続している間はコンデンサ８が所定電圧以上になり、交流信号が途絶えた時にコンデンサ８が所定電圧以下になるようにする。なお、ダイオード６は倍電圧整流用であり、なくても問題ない。また、ダイオード６、７に代替してブリッジダイオードを用いてもよい。

次にスイッチ回路１６を説明する。スイッチ回路１６は、電源入力端子３にエミッタ端子を、電源出力端子１７にコレクタ端子をそれぞれ接続したＰＮＰのトランジスタ１４と、このトランジスタ１４のベース電圧を制御するＮＰＮのトランジスタ１１とを備えている。トランジスタ１４のベース端子とトランジスタ１１のコレクタ端子とは抵抗１２を介して接続されており、トランジスタ１４のエミッタ端子〜ベース端子間には抵抗１３が接続されている。

そして、トランジスタ１１のエミッタ端子はグランドに、また、抵抗１０がトランジスタ１１のベース端子とグランドの間に接続され、トランジスタ１１のベース端子と交流信号遮断検出回路１５のコンデンサ８との間には、抵抗９が接続されている。従って、直列に接続された抵抗９と抵抗１０とが、前述したスイッチ回路１６の放電抵抗となる。

次にスイッチ回路１６の動作を説明する。コンデンサ８が所定電圧以上の場合、抵抗９を介してトランジスタ１１に所定のベース電流が流れ、トランジスタ１１はオンとなる。すると、トランジスタ１４のベース電流が抵抗１２とトランジスタ１１を介してグランドへ流れ、トランジスタ１４はオンとなる。つまり、電源出力端子１７に電圧が印加される。

一方、コンデンサ８が所定電圧以下の場合、トランジスタ１１のベースとエミッタ端子間の電圧が所定電圧以下となり、トランジスタ１１はオフとなる。すると、トランジスタ１４のベース端子とエミッタ端子間の電圧が所定電圧以下となり、トランジスタ１４はオフとなる。つまり、電源出力端子１７に電圧が印加されなくなる。

以上説明したように、例えば制御部（ＣＰＵ）に障害が発生したり、制御部が低消費電力モードに移行して交流信号が停止した場合、液面センサへの電源供給を自動的に遮断するため、長時間の制御部停止による液面センサの腐食や貯蔵液体の電気分解を防止することができる。

また、交流信号遮断検出回路をリトリガー可能なワンショットタイマーや、モノステーブルマルチ回路で構成でき、また、スイッチ回路をリレーやトランジスタで構成できるため、回路構成が容易となる。

さらに、制御部が低消費電力モードに移行して交流信号が停止した場合、液面センサと水位検知回路と交流電圧発生回路とへの電源供給を同時に、かつ、自動的に遮断するため、低消費電力モード時に、水位検知関連回路の消費電力を低減させることができる。

なお、本実施例では制御部をＣＰＵを用いて構成しているが、これに限るものでなく、ロジックＩＣで構成してもよい。また、外気温センサは無くてもよいし、液面センサと本液面検知装置とが一体になっていてもよい。

また、本実施例では水位検知回路への電源を遮断する構成になっているが、これに限るものでなく、交流電圧発生回路への電源供給を遮断するようにしてもよいし、直接、液面センサへの電源供給を遮断するようにしてもよい。

また、本実施例では非導電性液体を検知出来るようにするため、サーミスタを用いているが、貯蔵液体が導電性液体であれば電極だけでも検知できることは言うまでもない。

また、本実施例では、電源遮断部がＣＰＵから出力される交流信号の状態を監視して電源遮断の制御を行っているが、これに限るものでなく、液面センサに印加される交流電圧を監視するようにしてもよい。この場合、交流電圧発生回路が故障した場合でも電源遮断部が電源を遮断できるため、ＣＰＵから出力される交流信号の状態を監視する場合に比較して障害の監視能力が高い。

本発明による液面検知装置の実施例と、検知対象の貯水タンクとを示すブロック図である。本発明による液面検知装置の電源遮断部の一例を示す回路図である。従来の液面検知装置の検知情報により水位を調節する液面制御装置を示すブロック図である。従来の液面センサの断面図である。

符号の説明

１液面検知装置
２電源遮断部
３電源入力端子
４交流信号入力端子
５コンデンサ
６ダイオード
７ダイオード
８コンデンサ
９抵抗
１０抵抗
１１トランジスタ
１２抵抗
１３抵抗
１４トランジスタ
１５交流信号遮断検出回路
１６スイッチ回路
１７電源出力端子
３１外体
３１ａネジ部
３２端子台
３３密封ガラス
３４充填剤
３５上記電極
３５電極
３７サーミスタ
３８リード線
３９リード線
３９ａ各圧着端子
５０制御装置
５０’ 制御装置
５１電源部
５２水位検知回路
５３ＡＤ変換器
５４ＡＤ変換器
５５ＣＰＵ
５６発振器
５７ＲＯＭ
５８ＲＡＭ
５９インターフェース
６１容器
６２液体
６２ａ液面
６３液面センサ
６４気体
６６外気温センサ
６７交流電圧発生回路
６８給液電磁弁
６９排液電磁弁
７０交流電圧発生回路
７１スイッチング用トランジスタ
７２反転用トランジスタ
１００液面制御装置

Claims

交流電圧で駆動される液面センサに前記交流電圧を供給する交流電圧発生回路と、同交流電圧発生回路を介して前記液面センサの電圧を監視する水位検知回路と、前記交流電圧発生回路と前記水位検知回路とを制御する制御部と、前記液面センサと前記交流電圧発生回路と前記水位検知回路とに直流電圧を供給する電源部とを備え、前記交流電圧発生回路が、前記制御部の出力する信号に基づいて前記交流電圧を発生する液面検知装置において、
前記交流電圧が停止した時に、前記電源部から前記液面センサへの電源供給を遮断する電源遮断部を設けてなることを特徴とする液面検知装置。
前記電源遮断部は、前記交流電圧の発生、または、停止を検出する交流信号遮断検出回路と、同交流信号遮断検出回路の検知結果が前記交流電圧が発生している場合に、前記電源部の直流電圧を出力し、前記交流信号遮断検出回路の検知結果が前記交流電圧の停止である場合に、前記電源部の直流電圧を遮断するスイッチ回路とで構成されてなることを特徴とする請求項１記載の液面検知装置。
前記電源遮断部は、前記液面センサと共に、前記水位検知回路と前記交流電圧発生回路とに前記電源部の直流電圧を供給してなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の液面検知装置。