JPH0499923A - 液面レベル計 - Google Patents
液面レベル計Info
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- JPH0499923A JPH0499923A JP21850390A JP21850390A JPH0499923A JP H0499923 A JPH0499923 A JP H0499923A JP 21850390 A JP21850390 A JP 21850390A JP 21850390 A JP21850390 A JP 21850390A JP H0499923 A JPH0499923 A JP H0499923A
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- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、超電導体を用いて液体窒素等の液化ガスの液
面検知に用いる液面レベル計に関する。
面検知に用いる液面レベル計に関する。
（従来の技術）
従来の超電導体の電気特性を利用した液面レベル計は、
素子部の超電導体を液体中て超電導状態とし、液面より
上て常電導状態とすることにより、液面より上の常電導
部分だけの電気抵抗値を測定することで、素子全長の何
割が常電導状態にあるかを算出して液面のレベルを求め
ていた。
素子部の超電導体を液体中て超電導状態とし、液面より
上て常電導状態とすることにより、液面より上の常電導
部分だけの電気抵抗値を測定することで、素子全長の何
割が常電導状態にあるかを算出して液面のレベルを求め
ていた。
（発明が解決しようとする課題）
上記した従来技術では、液面下にある素子部は臨界温度
Ｔ。以下であるため超電導状態であり、液面」二にある
素子部は常電導状態であることを利用している。
Ｔ。以下であるため超電導状態であり、液面」二にある
素子部は常電導状態であることを利用している。
しかし超電導素子として、常電導状態の電気抵抗の温度
依存性が無視てきない超電導体を適用すると、素子の電
気抵抗値は液面より上部の液体容器内の温度分布に依存
するため、液面のレベルと素子の電気抵抗値の線形関係
が成り立たなくなり、正確な液面のレベルが測定てきな
い。
依存性が無視てきない超電導体を適用すると、素子の電
気抵抗値は液面より上部の液体容器内の温度分布に依存
するため、液面のレベルと素子の電気抵抗値の線形関係
が成り立たなくなり、正確な液面のレベルが測定てきな
い。
本発明は上記課題を解決するなめになされたものであり
、液面レベル計の素子として臨界温度Ｔｏより上の電気
抵抗の温度依存性が無視できず、温度に一次比例すると
見なぜる超電導体を使う場合に、液体容器内の温度分布
による液面のレベルと素子の電気抵抗値の関係の非線形
性を打ち消して、正確な液面レベルを計測することの可
能な液面レベル計を提供することを１」的としている。
、液面レベル計の素子として臨界温度Ｔｏより上の電気
抵抗の温度依存性が無視できず、温度に一次比例すると
見なぜる超電導体を使う場合に、液体容器内の温度分布
による液面のレベルと素子の電気抵抗値の関係の非線形
性を打ち消して、正確な液面レベルを計測することの可
能な液面レベル計を提供することを１」的としている。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段及び作用）第１図は原理図
てあり、長さＩ（の超電導体１と常電導体２が、超電導
体の臨界温度Ｔ。より低い、例えば温度Ｔｂの低温液体
中に高さｈまで浸かっている系を考える。この場合、超
電導体１は液面より」二で常電導状態、下で超電導状態
を示し、液面より上の部分の温度分布Ｔ’（Ｚ）は、距
離Ｚの関数として超電導体１と常電導体２共に一致して
いるとする。
てあり、長さＩ（の超電導体１と常電導体２が、超電導
体の臨界温度Ｔ。より低い、例えば温度Ｔｂの低温液体
中に高さｈまで浸かっている系を考える。この場合、超
電導体１は液面より」二で常電導状態、下で超電導状態
を示し、液面より上の部分の温度分布Ｔ’（Ｚ）は、距
離Ｚの関数として超電導体１と常電導体２共に一致して
いるとする。
超電導体１と常電導体２の電気抵抗率ρ８゜ρ カ釈臨
界温度Ｔ。より上の温度の一次関数として ρ −ＣＴ＋ρＳＯ・ρＮ−ＣＮ′「１″ρＮＯＳ 但し、Ｃ、Ｃ、ρ 、ρ は物質によ Ｓ Ｎ ＳＯＮＯ って決まる定数 であるとすると、この系の超伝導体１と常伝導体２の電
気抵抗値Ｒ，ｓ 、 ＲＮは これらの非線形項は（１） 、 （２）式から打ち消す
ことがてきる。
界温度Ｔ。より上の温度の一次関数として ρ −ＣＴ＋ρＳＯ・ρＮ−ＣＮ′「１″ρＮＯＳ 但し、Ｃ、Ｃ、ρ 、ρ は物質によ Ｓ Ｎ ＳＯＮＯ って決まる定数 であるとすると、この系の超伝導体１と常伝導体２の電
気抵抗値Ｒ，ｓ 、 ＲＮは これらの非線形項は（１） 、 （２）式から打ち消す
ことがてきる。
第１図の通り、超電導体１と常電導体２を直列につなき
゛、電源Ｅによって電流ｉを流すと、超電導体と常電導
体の両端に生ずる電圧ＶＳ 、ＶＮは、（１） 、 （
２）式より ・・・・・（３） ・・・・・（２） 但し、ｓ、ＳＮは超電導体１．常電導体２の断面積 となる。（１）式の右辺第１項が非線形性を生じさせる
要素である。しかし、この項は（２）式の常電導体２の
電気抵抗に同じ形の項が含まれるため、となる。ここで
、（３） 、 （４）式の右辺の第１項を打ち消すには
、■８を増幅器を通して、その増幅率αが 項がとれ へＶ二ＶＮ−αＶｓ ・・・・・・（５） となる。（５）式は、Δｖｃｃｈの関係が成り立つこと
を示す。
゛、電源Ｅによって電流ｉを流すと、超電導体と常電導
体の両端に生ずる電圧ＶＳ 、ＶＮは、（１） 、 （
２）式より ・・・・・（３） ・・・・・（２） 但し、ｓ、ＳＮは超電導体１．常電導体２の断面積 となる。（１）式の右辺第１項が非線形性を生じさせる
要素である。しかし、この項は（２）式の常電導体２の
電気抵抗に同じ形の項が含まれるため、となる。ここで
、（３） 、 （４）式の右辺の第１項を打ち消すには
、■８を増幅器を通して、その増幅率αが 項がとれ へＶ二ＶＮ−αＶｓ ・・・・・・（５） となる。（５）式は、Δｖｃｃｈの関係が成り立つこと
を示す。
従って、（５）式の関係に基づいて八Ｖを測定ずれは、
低温液体の液面のレベルを、容器内の温度分布によらず
正確に測定することができる。
低温液体の液面のレベルを、容器内の温度分布によらず
正確に測定することができる。
なお、上記説明ては超電導体素子の端子電圧を増幅器を
介して所定の増幅率として増幅しなか、これを逆に常電
導体の端子電圧を増幅器に入力するようにしても良い。
介して所定の増幅率として増幅しなか、これを逆に常電
導体の端子電圧を増幅器に入力するようにしても良い。
（実施例）
以下図面を参照して実施例を説明する。
第２図は本発明による液面レベル計で使用する検知部本
体の一実施例の構成図てあり、第２図（ａ）は平面図、
第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＸＸ′断面図である。
体の一実施例の構成図てあり、第２図（ａ）は平面図、
第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＸＸ′断面図である。
第２図において１０は検知部本体てセラミック基板（Ｙ
ＳＺ基板）３と、この基板上に形成した発熱体膜４、そ
の上に絶縁体膜５と、さらにその上面に形成した超電導
体膜６と常電導体膜７との積層膜構成とした。
ＳＺ基板）３と、この基板上に形成した発熱体膜４、そ
の上に絶縁体膜５と、さらにその上面に形成した超電導
体膜６と常電導体膜７との積層膜構成とした。
なお、実際にはセラミック基板３としてはイブ１〜リア
安定化ジルコニア基板を用い、厚さ０．６ＩｎＩＩ１幅
１０ｍｍ、長さ１００ｍｍとし、発熱体膜４としてはｐ
ｔにＹＳＺを６０ ｖｏ１％添加した膜を厚さ２０．ｕ
ｍ、幅０．５ｍｍとして基板上に折曲して、上部で電
極をとれる構造に形成した。また絶縁体膜５はＹＳＺ膜
とし幅１０ｍｍ、長さ８５１１ｍ、厚さ２０ｇｍとなる
ようにした。さらに超電導体膜６としてはＡｇを２４
ｗｔ％添加したＹ Ｂａ２Ｃｕ３ｏ７−ｘ酸化物超電導
体を用い、幅２ ｒｎｍ 、長さ８０川ｍ、厚さ３０μ
ｍ、常電導体ｌｌｌ７としては発熱体と同様にｐｔにＹ
ＳＺを６０ｖｏ１％添加した膜を幅２ ｍｍ 、長さ８
０ｍｍ、厚さ１５μｍとなるようにした。平面上での位
置は超電導体膜６と常電導体膜７の位置は、温度分布を
等しくするなめにＺ軸に対称となっている。
安定化ジルコニア基板を用い、厚さ０．６ＩｎＩＩ１幅
１０ｍｍ、長さ１００ｍｍとし、発熱体膜４としてはｐ
ｔにＹＳＺを６０ ｖｏ１％添加した膜を厚さ２０．ｕ
ｍ、幅０．５ｍｍとして基板上に折曲して、上部で電
極をとれる構造に形成した。また絶縁体膜５はＹＳＺ膜
とし幅１０ｍｍ、長さ８５１１ｍ、厚さ２０ｇｍとなる
ようにした。さらに超電導体膜６としてはＡｇを２４
ｗｔ％添加したＹ Ｂａ２Ｃｕ３ｏ７−ｘ酸化物超電導
体を用い、幅２ ｒｎｍ 、長さ８０川ｍ、厚さ３０μ
ｍ、常電導体ｌｌｌ７としては発熱体と同様にｐｔにＹ
ＳＺを６０ｖｏ１％添加した膜を幅２ ｍｍ 、長さ８
０ｍｍ、厚さ１５μｍとなるようにした。平面上での位
置は超電導体膜６と常電導体膜７の位置は、温度分布を
等しくするなめにＺ軸に対称となっている。
ここで、膜の作製にはスクリーン印刷法を用い、焼成温
度は発熱体膜４．絶縁体膜５及び常電導体＠７に対して
は１４００°Ｃとし、超電導体膜６は９８０℃で５分間
の焼成とした。
度は発熱体膜４．絶縁体膜５及び常電導体＠７に対して
は１４００°Ｃとし、超電導体膜６は９８０℃で５分間
の焼成とした。
なお、上記積層構成はセラミック基板の片面のみとした
。
。
第３図は液面レベル計の構成開国てあり、低温液体とし
て液体窒素１１が窒素容器に充填されていて、その中に
第２図の検知部本体１０を挿入して図のような構成とし
た。８，９は電源てあり、８は発熱体膜４に接続され、
８は超電導体膜６と常電導体膜７に直列に電流を供給す
る。反転増幅器１２は、超電導体の両端に生ずる電圧を
、（５）式に基づき増幅するためのものである。電圧計
１３は（５）式に基づく差分電圧ΔＶを測定するもので
、液面の位置を電圧変位として検出する。そして検知部
本体の発熱体膜には直流電源８から電流が流されていて
、検知部本体１の超電導体ＷＡ６は液面より下で超電導
状態、液面より上で常電導状態になっ反映して一致して
いた。
て液体窒素１１が窒素容器に充填されていて、その中に
第２図の検知部本体１０を挿入して図のような構成とし
た。８，９は電源てあり、８は発熱体膜４に接続され、
８は超電導体膜６と常電導体膜７に直列に電流を供給す
る。反転増幅器１２は、超電導体の両端に生ずる電圧を
、（５）式に基づき増幅するためのものである。電圧計
１３は（５）式に基づく差分電圧ΔＶを測定するもので
、液面の位置を電圧変位として検出する。そして検知部
本体の発熱体膜には直流電源８から電流が流されていて
、検知部本体１の超電導体ＷＡ６は液面より下で超電導
状態、液面より上で常電導状態になっ反映して一致して
いた。
このような状態て、検知部本体１０の超電導体膜６と常
電導体８７に電流を２５ｍＡ流し、（５）式に相当する
差分電圧へ■を液面の高さの関数として電圧計１３て測
定しな。このときのαは、１４．１であった。その結果
を八■と液面の高さとの関係のグラフとして第６図に示
す。但し、液面がＯａｎの時の出力をＯ■としな。図よ
りΔ■と液面の高さの関係が本発明の動作原理によく一
致して、非線形項が打ち消され、直線関係にあることを
確認した。
電導体８７に電流を２５ｍＡ流し、（５）式に相当する
差分電圧へ■を液面の高さの関数として電圧計１３て測
定しな。このときのαは、１４．１であった。その結果
を八■と液面の高さとの関係のグラフとして第６図に示
す。但し、液面がＯａｎの時の出力をＯ■としな。図よ
りΔ■と液面の高さの関係が本発明の動作原理によく一
致して、非線形項が打ち消され、直線関係にあることを
確認した。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明によれば常電導体素子と超
電導体素子とを並列配置して各素子を直列接続して通電
し、各素子の端部に生ずる電圧の差を計算して超電導体
素子に生ずる温度依存部分ている。
電導体素子とを並列配置して各素子を直列接続して通電
し、各素子の端部に生ずる電圧の差を計算して超電導体
素子に生ずる温度依存部分ている。
この場合の発熱体膜４への入力電力は約２Ｗてあった。
第４図、第５図は、検知部本体１０の超電導体膜６．常
電導体膜７と等価試料の電気抵抗率 ｎ の温度依存性の測定値を示す。超電導＃膜のＴ。
電導体膜７と等価試料の電気抵抗率 ｎ の温度依存性の測定値を示す。超電導＃膜のＴ。
（電気抵抗値０て定義）は８８にて、１゛。より上の温
度領域ての電気抵抗率は常電導体膜、超電導体膜共に温
度の一次関数となっている。また超電導体膜６の液体窒
素中の臨界電流密度（Ｊｏ）は５０Ａ／ｃＪ （臨界電
流３０ｍ Ａ ＞であった。この場合、（５）式を満た
す増幅率αは約１５倍となる。液体窒素液面より上の気
体窒素中の常電導体膜７と超電導体ｐＡ６の温度分布は
、ＹＳＺ基板３の分布を強くを消去する構成としなのて
、以下に列挙する効果を奏する。
度領域ての電気抵抗率は常電導体膜、超電導体膜共に温
度の一次関数となっている。また超電導体膜６の液体窒
素中の臨界電流密度（Ｊｏ）は５０Ａ／ｃＪ （臨界電
流３０ｍ Ａ ＞であった。この場合、（５）式を満た
す増幅率αは約１５倍となる。液体窒素液面より上の気
体窒素中の常電導体膜７と超電導体ｐＡ６の温度分布は
、ＹＳＺ基板３の分布を強くを消去する構成としなのて
、以下に列挙する効果を奏する。
■ 低温液体容器内の温度分布に無関係に正確に低温液
体の液面のレベルが測定てきる。
体の液面のレベルが測定てきる。
■ 臨界温度Ｔ。より上の電気抵抗の温度依存性が一次
関数になっていない超電導体を素子として使用する場合
であっても、それを−次間数として近似して液面レベル
の変位と素子の′１Ｌ気抵抗値の関係の非線形性を打ち
消す一次近似として作用するため、従来技術のよりも、
より精度よく液面のレベルが測定できる。
関数になっていない超電導体を素子として使用する場合
であっても、それを−次間数として近似して液面レベル
の変位と素子の′１Ｌ気抵抗値の関係の非線形性を打ち
消す一次近似として作用するため、従来技術のよりも、
より精度よく液面のレベルが測定できる。
第１図は本発明による液面レベル計の原理を示す図、第
２図は液面レベル計て使用する検知部本体の一例図、第
３図は液面レベル計の構成側図、第４図は検知部本体て
使用する超電導体膜の等価試料の電気抵抗率の温度依存
性を示す特・け図、第５図は検知部本体で使用する常電
導体膜の等価試料の電気抵抗率の温度依存性を示す図、
第６図は差分電圧と液面の高さとの関係図である。 １・・・超電導体 ２・・・常電導体３・・・
セラミック基板 ４・・・発熱体膜５・・・絶縁体膜
６・・・超電導体膜７・・・常電導体膜
８，９・・・電源１０・・・検知部本体 １
１・・・液体窒素１２・・・反転増幅器 １３・
・・電圧計特許出願人 秩父七メント株式会社 代理人弁理士 石 井 紀 男 Ｎン 田 工 工＝ ○ ○ Ｏ 弧余−四 と 一新蜂躬携ト 手続補正書く岐）
２図は液面レベル計て使用する検知部本体の一例図、第
３図は液面レベル計の構成側図、第４図は検知部本体て
使用する超電導体膜の等価試料の電気抵抗率の温度依存
性を示す特・け図、第５図は検知部本体で使用する常電
導体膜の等価試料の電気抵抗率の温度依存性を示す図、
第６図は差分電圧と液面の高さとの関係図である。 １・・・超電導体 ２・・・常電導体３・・・
セラミック基板 ４・・・発熱体膜５・・・絶縁体膜
６・・・超電導体膜７・・・常電導体膜
８，９・・・電源１０・・・検知部本体 １
１・・・液体窒素１２・・・反転増幅器 １３・
・・電圧計特許出願人 秩父七メント株式会社 代理人弁理士 石 井 紀 男 Ｎン 田 工 工＝ ○ ○ Ｏ 弧余−四 と 一新蜂躬携ト 手続補正書く岐）
Claims (3)
- （１）超電導体の臨界温度を利用した液面レベル計にお
いて、臨界温度より高い温度における前記超電導体の電
気抵抗値の温度依存性から生ずる液面レベルの測定誤差
を、前記超電導体に常電導体を並列配置し前記常電導体
の電気抵抗値の温度依存性を利用して前記の測定誤差を
打ち消すことを特徴とする液面レベル計。 - （２）超電導体の臨界温度を利用した液面レベル計にお
いて、超電導体素子と常電導体素子を並列配置して、こ
れらを電源を介して直列接続し、前記各素子の端部に生
じる電圧値をＶ＿Ｓ、Ｖ＿Ｎとしたとき、下記の式を求
める構成としたことを特徴とする液面レベル計。 Ｖ＿Ｎ−αＶ＿Ｓ＝ｉ／Ｓ＿Ｎ｛（Ｃ＿ＮＴ＿ｂ＋Ｃ＿
Ｎ／Ｃ＿Ｓρ＿Ｓ＿Ｏ）ｈ＋（ρ＿Ｎ＿Ｏ−Ｃ＿Ｎ／Ｃ
＿Ｓρ＿Ｓ＿Ｏ）Ｈ｝但し、ρ＿Ｓ、ρ＿Ｎ・・・・・
・電気抵抗率ρ＿Ｓ＿Ｏ、ρ＿Ｎ＿Ｏ・・・・・・物質
によって決まる定数Ｃ＿Ｓ、Ｃ＿Ｎ・・・・・・温度定
数 Ｓ＿Ｓ、Ｓ＿Ｎ・・・・・・断面積 Ｔ＿ｂ・・・・・・臨界温度よりも低い温度α・・・・
・・増幅率＝Ｃ＿Ｎ・Ｓ＿Ｓ・Ｃ＿Ｓ・Ｓ＿Ｎｈ・・・
・・・低温液体中に浸っている 高さＨ・・・・・・超電導体素子と常電導体素子の長さ なお、添字のＳは超電導体、Ｎは常電導体を意味する。 - （３）超電導体と常電導体の電気抵抗率ρ＿Ｓ、ρ＿Ｎ
は、臨界温度Ｔ＿Ｃ以上において、温度Ｔとしたとき下
記の一次関数とすることを特徴とする請求項２項記載の
液面レベル計。 ρ＿Ｓ＝Ｃ＿ＳＴ＋ρ＿Ｓ＿Ｏ、ρ＿Ｎ＝Ｃ＿ＮＴ＋ρ
＿Ｎ＿Ｏ
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21850390A JPH0499923A (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 液面レベル計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21850390A JPH0499923A (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 液面レベル計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0499923A true JPH0499923A (ja) | 1992-03-31 |
Family
ID=16720949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21850390A Pending JPH0499923A (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 液面レベル計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0499923A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2473057A (en) * | 2009-09-01 | 2011-03-02 | Siemens Magnet Technology Ltd | Cryogen level probe |
| JP2011257181A (ja) * | 2010-06-07 | 2011-12-22 | Kyushu Univ | 超伝導液面計、及び超伝導液面測定方法 |
-
1990
- 1990-08-20 JP JP21850390A patent/JPH0499923A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2473057A (en) * | 2009-09-01 | 2011-03-02 | Siemens Magnet Technology Ltd | Cryogen level probe |
| JP2011257181A (ja) * | 2010-06-07 | 2011-12-22 | Kyushu Univ | 超伝導液面計、及び超伝導液面測定方法 |
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