JPH0196515A - 管内液面レベル測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、管内の液面レベルを管の外側に設けた一対の
発光部及び受光部により測定する管内液面レベル測定装
置に関する。

（従来の技術） 従来、例えばガラス管内の不透明液の液面レベルを光検
出するには、管の中心線と直交する同一平面上の管外に
一対の発光部と受光部とを対向させ、前記発光部による
ガラス管への入射方向と前記受光部の受光方向とが同一
直線上に位置するようにした液面レベル測定装置によっ
ていた。

第４図は、このような液面レベル測定装置を示す説明図
である。図中、１１は発光素子を、１ｚは受光素子を、
１３はガラス管を、１４は管内液をそれぞれ示しており
、発光素子１１と受光素子１２とは、管１３をはさんで
、該管１３の中心線を通る同一直線上に配置されている
。

液面レベルＨが検出レベルＨ，以上であるとき、発光素
子１１から発せられてガラス管１３に入射したビームは
、管内液１４に吸収されるので、受光素子１２には到達
できず、この受光素子１２は液面検出回路（図示せず）
に信号を送らない。

一方、液面レベルＨが検出レベルＨｅ以下であるとき、
ガラス管１３に入射したビームはガラス管１３と空気と
の屈折作用により拡散するが、拡散光の一部は受光素子
１２に到達する。従って、受光素子１２はこのビームを
検出し、前記の液面検出回路に信号を送ることになる。

このように、従来の管内液面レベル測定装置は。

受光素子１２からの信号の有無により、液面レベルが検
出レベル以下であるか否かを判定するものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、従来からあるこのような装置では、管内液１４
が透明度の低いものである場合には検出感度は高いが、
管内液１４の透明度が高い場合には、入射光とガラス管
１３及び管内液１４を貫通して受光素子１２に向かう貫
通光との光度差が減少するため、微妙な感度調整を必要
としていた。

また、貫通光は、ガラス管１３及び管内液１４の屈折作
用により管外の受光部側で収束するので、管内液１４の
液面レベルが検出レベル以上であるにも拘らず、受光素
子がビームを検出してしまう場合も生じる。このような
場合、管内液１４０種類に応じて、検出方法の異なる装
置により液面レベルを検出せざるを得ないのが実情であ
った。

本発明は、管内液の透明度の大小に拘らず、液面レベル
を正確にかつ簡便に検出できる管内液面レベル測定装置
を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、ガラス、アクリ
ル等からなる管の中心線と直交する同一水平面上の前記
管の外側に一対の発光部と受光部とを設け、前記発光部
を、管への入射方向を管の中心線と直交させて配置し４
、前記受光部を、前記液面レベルが前記水平面よりも上
にあるときには前記発光部からの入射光を受光せず、前
記液面レベルが前記水平面よりも下にあるときには前記
発光部からの入射光を受光可能な位置に配置することを
特徴とする。

（作用） 管内液の液面レベルが検出レベル以上であるときは、発
光部から発したビームは管、管内液及び空気により屈折
を受け、入射方向に対する一定角度の範囲内で収束する
。受光部はこの角度の範囲外に設けられているので、発
光部からの光を検出し得ない。

一方、管内液の液面レベルが検出レベル以下であるとき
は、管に入射したビームは管と空気との屈折作用により
拡散・散乱するが、受光部はこの拡散・散乱光を受ける
範囲に設けであるので、拡散・散乱光は受光部に到達す
る。よって、受光部の後段に設けた液面検出回路によっ
て管内液の存在を検出することができる。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の一実施例を説明する。

第１図は管内液面レベル測定装置の概略を示す図であり
、また、第２図及び第３図は上記実施例の作用を説明す
るための図である。

第１図において、１は発光素子、２は受光素子、３はガ
ラスやアクリル等の光透過性のある管、４はこの管３内
の液をそれぞれ示しており、発光素子１と受光素子２か
らはそれぞれ光ファイバ５及び５′が引き出されている
。これらの光ファイバ５．５′の終端部は、発光部６及
び受光部７を形成しており、これらの発光部６及び受光
部７は、検出ブロック９により、管３をはさんでその中
心線を通る同一直線上に管３に近接して配置されている
。また１発光素子１及び受光素子２は、発光素子１の駆
動回路や受光出力のアンプ等を含む液面検出回路８に電
気的に接続されている。

次に、この実施例の作用を詳述する。

いま、管３内の液面レベルＨが検出レベルＨ８以上、す
なわち管３の中心線と直交し、かつ発光部６と受光部７
とを含む平面が管３を切断するレベル以上であるときに
は、第２図に示すように、発光部６からのビーム又は入
射線Ｌｉに沿って管３内に入射する。このとき、ビーム
端の入射角を０１とすると、屈折角θ２は、 ｓｉｎ　ｅ　ｚ　＝　ｓｉｎθ、／ｎ−’　　　　　　
　・・・（１）で表される。ここで、ｎｌは管３を形成
する素材の屈折率とし、空気の屈折率は１とする。

管３内に第２図のＡ点から入射したビームＸは、Ｂ点に
おいて管内液４に入射する。このときの入射角をθコと
すると、屈折角θ唱は。

ｓｉｎθ、＝ｎ工ｓｉｎθ３／ｎ２　　　　　　・・・
（２）で表される。ここで、ｎｚは管内液４の屈折率と
する。

管３から管内液４に入射したビーム又は、０点において
再び管３に入射するが、０点における入射角及び屈折角
は前記Ｂ点における屈折角θ４及び入射角θ３と同じで
ある。

また、管３に再入射したビームはＤ点において貫通角φ
（入射線ＬＬに対して貫通光の広がり角）をもって管３
から出るが、Ｄ点における入射角及び屈折角も前記Ａ点
における屈折角θ２及び入射角０１と同じである。

従って、管３の中心ＯからＤ点への径が入射線Ｌｉとな
す角θは。

θ＝−０１＋２（θ２−０３＋０４）　　　・・・（３
）となる。

なお、θ１と０２との間及びθ１とθ嶋との間には、（
１）及び（２）式が成立するほか、第２図から明らかな
ように、θ２とθ、との間には、 Ｒ２ｓｉｎθｚ＝Ｒ１ｓｉｎθ３ すなわち、 θ３　＝ｓｉｎ−１（（Ｒｚ／Ｒｘ）ｓｕｎθｚ）　　
　　＝−（４）なる関係が成立する。ここで、Ｒ１は管
３の内径、Ｒ２は管３の外径である。

従って、本実施例のように、管３に近接して受光部７を
設けた場合、受光部７を角ｅの外側に配置すれば、受光
部７に貫通ビームが入り込まない。

なお、管３との間に距離を持たせて受光部７を設けた場
合には、貫通ビームの端部より外側の位置に受光部７を
設ければ受光部７には貫通ビームは入り込まない。

次に、液面レベルＨが検出レベルＨｏ以下である場合を
第３図により説明する。

この場合には、発光部６から入射線Ｌｉに沿ってＡ１点
から管３内に入射するビームの入射角０１′及び屈折角
０２′、Ｂ点における入射角０３′、０１点における屈
折角０３′及びＤ′点における入射角０２′及び屈折角
０１′は、前述の場合と同一値であるが、管３の検出レ
ベル位置には液４が存在していないので、Ｂ点における
屈折角θ鴫′、０１点における入射角θ唱′の値は前述
の場合と異なったものとなる。

この場合には、管３の中心ＯからＤ′点への径が入射線
ＬＬとなす角θ′は、前記の（３）式と同様に、 ｅ′＝−θｘ’＋ｚ（０２′−０１′＋θ喝′）・・・
（３）′となる。従って、受光部７をθ′の内側に配置
すれば受光部７は貫通光を受光できることになる。

なお、０１′と０２′との間には、（１）式に対応する
、 ｓｉｎθｚ”：Ｂｉｎθ１　’　／　ｎ　１　　　　　
　　　・・・（１）′なる関係が成立する。また、管３
の液面レベルＨは検出レベルＨａ’以下なので、０３′
とθ唱′との間には、（２）式に対応する式、 ｓｉｎθ４’　＝　ｎ　ｔｓｉｎθ３′　　　　　　　
　・・・（２）′が成立する。更に、（４）式に相当す
る。

θｇ’　＝ｓｉｎ−１（（Ｒｓ／Ｒｚ）ｓｉｎθ２’）
　　・（４）’なる関係式も成立する。

ここで、θ０．θ１’　Ｈｎ　Ｘ　ｅ　ｎ　Ｘに具体的
な数値を代入し、具体的なｅの値を導出する。

例えば、管３にガラスを、管内液４に純水を用い、入射
ビーム端部光束の管３への入射角０□を１５°とし、上
記ガラスの屈折率ｎ１を１．６０、純水の屈折率ｎｚを
１．３３、管の内径Ｒ１を１０ｍｍ、外径Ｒ１を１２ｍ
ｍとすると、液面レベルＨが検出レベルＨ。

以上のときには、（１）、（２）、（３）、（４）式に
より、θ＝Ｌ２４゜ となり、このときθ１は１５″であるから、前記φは負
となって貫通ビームは収束することになる。

また、液面レベルＨが検出レベルＨｏ以下のときには、
（１）’　、（２）’、（３）’　、（４）’式により
。

ｅ　’　＝　１５．９８＠ となり、前記φは正となって貫通ビームは拡散する。

液面レベルＨが検出レベルＨ，以下のときのθ′の値は
、一般に液面レベルＨが検出レベルＨ０以上のときのｅ
より大きいので、受光部７をｅの外側であって、かつ、
ｅ′の内側に設けておけば、管内液４のレベルＨが検出
レベルＨ，以上であるときには、受光部７にはビームが
入らず、液４のレベルＨが検出レベルＨａ以下であると
きには、入射ビームの拡散により受光部７は拡散光をキ
ャッチするので、液面レベルを正確に判定することがで
きる。

ところで、実際上は、液面レベルＨに管内液４が存在し
ない場合には、管３の中心線と直交する同一水平面上の
管３の外側にも分散する。従って、受光部７がθ′の外
側に存在していても受光部７は拡散光をキャッチするの
で、液面レベルを正確に判定することができ１本発明の
目的は十分達成できる。

上記実施例においては、一対の光ファイバのそれぞれの
一端を発光部及び受光部とし、管に近接させる構成につ
いて説明したが、発光部として、発光ダイオードやネオ
ンランプなどの発光素子を用いて管に近接させあるいは
距離をおいて設けてもよいし、受光部として、フォトト
ランジスタ等の光感素子を用い、管に近接させあるいは
距離をおいて設けてもよい。

なお、管の肉厚や屈折率、及びビームの入射角の選択に
よっては、受光部の有効な検出位置を適宜拡張すること
ができる。

（発明の効果） 本発明によれば、管内液の透明度の大小によらず、検出
感度の高い液面レベルの簡便な検出が可能となるほか、
従来のような、入射光と貫通光との光度差が減少するた
めに生ずる微妙な感度調整を必要とせず、また、管内液
の種類に応じて、検出方法の異なる装置により液面レベ
ルを検出する必要がない等の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は体発明の一実施例の構成を示す説明図、第２図
及び第３図は同じく作用を説明するための図、第４図は
従来技術を説明するための図である。 １・・・発光素子　　　　　２・・・受光素子３・・・
管　　　　　　　　４・・・液５．５′・・・光ファイ
バ　　６・・・発光部７・・・受光部　　　　　　８・
・・液面検出回路９・・・検出ブロック 特許出願人　　　　　電気化学計器株式会社ｗｉ３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管内に収容された液の液一面レベルを光学的手段により
   検出する管内液面レベル測定装置において、前記管の中
   心線と直交する同一水平面上の管の外側に一対の発光部
   と受光部とを設け、前記発光部を、管への入射方向を管
   の中心線と直交させて配置し、前記受光部を、前記液面
   レベルが前記水平面よりも上にあるときには前記発光部
   からの入射光を受光せず、前記液面レベルが前記水平面
   よりも下にあるときには前記発光部からの入射光を受光
   可能な位置に配置することを特徴とする管内液面レベル
   測定装置。