JPH0528496Y2 - - Google Patents

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JPH0528496Y2
JPH0528496Y2 JP8027988U JP8027988U JPH0528496Y2 JP H0528496 Y2 JPH0528496 Y2 JP H0528496Y2 JP 8027988 U JP8027988 U JP 8027988U JP 8027988 U JP8027988 U JP 8027988U JP H0528496 Y2 JPH0528496 Y2 JP H0528496Y2
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  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この考案は液面のレベル(液位と言う)を電極
間の静電容量値により検出する静電容量式レベル
センサの改良に関する。
「従来の技術」 従来、この種のレベルセンサは第4図に示すよ
うに、細長い円筒状の外部電極1と内部電極2と
が同軸心となるように両者の間に複数のスペーサ
3が介在される。内部電極2の長手方向にほぼ等
間隔で、かつ中心軸Oと直交する複数の平行面上
で、軸心より120度間隔に放射状に描いた軸線p1
p2,p3を中心として小孔2aが内部電極の周壁に
形成される。それらの小孔2aに、絶縁物例えば
テフロン(ポリテトラフルオロエチレンの商品
名)より成るスペーサの一端面に形成されたボス
3aが外側より圧入されて、各スペーサは軸線
p1,p2,p3に沿つて内部電極2の外周面より放射
状に取付けられる。
複数のスペーサ3を取付けた内部電極2を外部
電極1の開口より中心軸Oに沿つて圧入してレベ
ルセンサが組立てられる。上記2つの電極にはそ
れぞれ接続ケーブルの一端が取付けられ、それら
の他端は静電容量計に接続可能とされているが図
示していない。
レベルセンサは液位を測定すべき容器に垂直に
保持される。このレベルセンサの電極間の液位と
その静電容量とはほぼ直線的関係があり、少くと
も1対1に対応するので、静電容量値を測定する
ことにより液位が求められる。
「考案が解決しようとする課題」 従来の静電容量式レベルセンサを極低温(例え
ば−196℃)の液体窒素の液位の測定に使用する
と、電極材料(ステンレス鋼、アルミニウム合金
等)とスペーサ材料の線膨脹係数が相違し、極低
温においてスペーサの長さが電極間距離より短く
なれば、電極とスペーサとの間に間隙(ガタ)が
生じ、逆にスペーサの長さが電極間距離より長く
なれば、電極の形状が変形されたりして、静電容
量値に誤差を生じ、これがため液位り測定誤差が
大きくなる問題があつた。特にガタが生じた場
合、振動、衝撃等の加速度がレベルセンサに加わ
る状況であると、スペーサの摩耗が促進され、ガ
タの程度が拡大されて静電容量の誤差が更に大き
くなる。
この考案の目的は、極低温又は高温で使用して
も電極とスペーサとの間にガタが発生したり、電
極が変形されることのない静電容量式レベルセン
サを提供することにある。
「課題を解決するための手段」 細長い円筒状の外部電極と内部電極とが同軸心
状に配され、それら両電極間に、軸心より見て等
角間隔に複数のスペーサが取付けられ、それらの
スペーサが電極の長手方向に多段に配されている
静電容量式レベルセンサにおいて、 上記外部電極と内部電極とを線膨脹係数の等し
い金属材料で構成し、 上記スペーサをほぼ柱状の第1スペーサと第2
スペーサとを長さ方向に一体に連結して構成し、 上記外部電極、内部電極と同じ線膨脹係数をも
ち、一端が閉塞され他端が開口とされた、筒状の
電極ブツシユを、その開口を上記電極の一方に向
けた状態で、他方の電極のスペーサ取付位置に固
定し、 互に連結された上記第1又は第2スペーサの一
方を上記電極ブツシユに取付け、 上記第1、第2スペーサそれぞれの長さl1,l2
とそれぞれの線膨脹係数α1,α2と上記両電極の線
膨脹係数α0との間に、 α0−α1/α2−α0=l2/l1 の関係をもたせている。
「実施例」 この考案の実施例を第1図に第4図と対応する
部分には同じ符号を付し、重複説明は省略する。
この考案では外部電極1と内部電極2とは線膨脹
係数の等しい金属材料で構成される。従つて同じ
材料を用いるのが一般的である。スペーサ3は第
2図に示すように、円柱状の例えばセラミツクよ
りなる第1スペーサ3bと例えばテフロンより成
る第2スペーサ3cとが長さ方向に一体に連絡し
て構成される。この例では第2スペーサ3cの直
径は第1スペーサ3bのそれより大きくされ、そ
の一端面に円形凹部が形成され、その凹部に第1
スペーサの一端部が嵌合され、それぞれのスペー
サは同軸心に係合される。
内部電極2には従来と同様な多数の小孔2aが
形成され、第3図に示すように、電極ブツシユ4
がその小孔2aにはめ込まれて固定される。即ち
電極ブツシユ4は一端が閉塞され他端が開口とさ
れた筒状部とその開口の周りに一体に形成された
リング状の鍔とにより構成され、その開口を外部
電極1側に向けた状態で、筒状部が内部電極2の
外側より小孔2aに挿入され、その鍔が小孔2a
の周りで内部電極2と密着した状態で溶接、ろう
付その他の方法で互いに固定される。
内部電極1に固定された電極ブツシユ4に、ス
ペーサ3の第1スペーサ3bが圧入される。この
ようにしてスペーサ3を取付けた内部電極2は従
来と同様に中心軸に沿つて外部電極1内に同軸心
に圧入されてレベルセンサが組立てられる。
電極ブツシユ4は両電極と同一の線膨脹係数を
もつ材料で構成される。従つて両電極と同じ材料
を用いることができる。
いま、第2図に示すように、第1、第2スペー
サ3b,3cそれぞれの長さをl1,l2とし、それ
ぞれの線膨脹係数をα1,α2とし、また両電極の線
膨脹係数をα0とすると、この考案ではこれらの間
に、 α0−α1/α2−α0=l2/l1 (1) の関係が成立するように、電極及びスペーサが選
定される。次にその理由につき詳述しよう。
第3図に示すように、電極ブツシユ4を取付け
た内部電極2を外部電極1と同軸心に配し、周囲
温度を変化させた場合の要部の寸法変化を求め
る。いま常温t1(例えば20℃)における中心軸O
より外部電極1の内周面迄の距離をr1、同じく内
部電極2の外周面迄の距離をr2、同じく電極ブツ
シユ4の内部底面迄の距離をaとする。また、常
温t1における電極ブツシユ4の内部底面より内部
電極2の外周面迄の距離をbとし、同じく外部電
極1の内周面迄の距離をcとする。電極ブツシユ
4の深さと対応する上記寸法bは正確にはb=r2
−aで定義される。上記寸法cは、 c=b+Δr (2) で表わされる。ここでΔr=r1−r2である。この寸
法cにほぼ等しいようにスペーサ3の長さl1+l2
が決められる。即ち、 c=l1+l2 (3) 第3図に示したように同軸心に配された両電極
の周囲温度tを常温t1より極低温t2(例えば−196
℃)に下げて電極自体の温度が極低温t2に平衡し
たとすれば、外部電極1の内周の長さは常温での
値m1=2πr1よりm1′に変化する。ここで、m1′は m1′=m1(1+α0Δt) (4) しかし、Δt=t2−t1である。これに伴い内周の
半径はr1よりr1′=m1′/2πに変化し、(4)式より、 r1′=m1(1+α0Δt)/2π =r1(1+α0Δt) (5) と表わされる。内部電極2の内周の半径r2につい
ても線膨脹係数が外部電極1と同じであるから、
同様に r2′=r2(1+α0Δt) (6) と表わされる。従つて両半径の差は Δr1′=r1′−r2′=Δr(1+α0Δt) (7) 電極ブツシユ4の深さと対応する寸法bは、そ
の材料の線膨脹係数が両電極と同じであるから、
極低温t2では b′=b(1+α0Δt) (8) となる。
電極ブツシユ4の底面より外部電極1の内周面
迄の距離cは、極低温t2では(7)、(8)式より、 c′=b′+Δr′=(b+Δr)(1+α0Δt) =c(1+α0Δt) (9) となることが分る。
一方、第2図に示したスペーサ3の長さl1+l2
は、極低温t2では l1′+l2′=l1(1+α1Δt) +l2(1+α2Δt) (10) と表わされる。この寸法l1′+l2′が(9)式の寸法
c′と等しければ、第1図のように常温でセンサを
組立てた場合に、極低温でスペーサ3と外部電極
1或いは電極ブツシユ4との間にガタが生じたり
或いは電極が変形されることはないから、 c′=l1′+l2′ (11) と置いて(9)、(10)式を代入すれば l1(1+α1Δt)l2(1+α2Δt) =c(1+α0Δt) 上記のcに(3)式を代入すれば l1α1+l2α=(l1+l2)α0 上式を変形すれば(1)式が容易に求められる。こ
のように(1)式は(11)式を変形したものであるから、
(1)式が独立すれば極低温での上記のカダや電極の
変形が生じないのは当然である。
(1)式から明らかなように、l2/l1>0であるか
ら、左辺の分子、分母は共に正でα0−α1>0,α2
−α0>0、つまり α2>α0>α1 (12) か、又は分子、分母は共に負でα0−α1<0,α2
α0<0、つまり α2<α0<α1 (13) でなければならない。言い換えれば、両電極及び
電極ブツシユの線膨脹係数α0の大きさは相異なる
第1、第2スペーサの線膨張係数α1,α2の大きさ
の中間でなければならない。
このセンサが主に極低温における液位の測定に
用いる場合には、極低温において、電極ブツシユ
4の内径より第1スペーサ3bの外径が小さくな
つて径方向のガタが生ずることの無いように、両
者の線膨張係数はα0>α1であるのが望ましく、従
つて(12)式、即ちα2>α0>α1を満足するように各材
料を選定するのが望ましい。
また反対にセンサが主に高温での液位の測定に
用いるのであれば、同じ理由から、(13)式、即ち、
α2<α0<α1を満足させるのが望ましい。
いま、一例として(12)式を満足するように、両電
極及び電極ブツシユをアルミ合金A6061(JIS)
(α0=2.019×10-5/℃)、第1スペーサ3bを線
膨張係数α1=3.8×10-6/℃のセラミツク、第2
スペーサ3cを線膨張係数α2=1.052×10-4/℃
のテフロンとし、スペーサ3の常温での長さを l1+l2=13.0mm(14) に設定したとする。α0,α1,α2の値を(1)式に代入
すれば、 l2/l1=α0−α1/α2−α0=0.1928 (15) が得られる。(14)、(15)式よりl1,l2を求めれば、 l1=10.9mm、l2=2.10mm (16) となる。
これまでの説明では電極ブツシユ4を内部電極
2に取付けるものとしたが、その場合に限らず外
部電極1側に取付けるようにしてもよい。また電
極ブツシユ4が円筒状でそれに圧入されるスペー
サ3を円柱状にした場合を示したが、必ずしもそ
の必要はなく角形でもよい。
「考案の効果」 以上述べたようにこの考案によれば、レベルセ
ンサの両電極、電極ブツシユの線膨張係数、第
1、第2スペーサの線膨脹係数と寸法比との間に
(1)式の関係をもたせることによつて、極低温又は
高温におけるスペーサと電極又はスペーサと電極
ブツシユとの間に生ずるガタや、電極の変形が抑
圧され、測定誤差が軽減される。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの考案の実施例を示す縦断面図、第
2図は第1図のスペーサ3の断面図、第3図は第
1図の電極ブツシユ4を取付けた内部電極2と外
部電極1とを同軸心に配した状態における横断面
図、第4図A,B及びCは従来の静電容量式レベ
ルセンサのそれぞれ平面図、A−A側断面図及び
拡大したB−B横断面図である。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 細長い円筒状の外部電極と内部電極とが同軸心
    状に配され、それら両電極間に、軸心より見て等
    角間隔に複数のスペーサが取付けられ、それらの
    スペーサが電極の長手方向に多段に配されている
    静電容量式レベルセンサにおいて、 上記外部電極と内部電極とを線膨脹係数の等し
    い金属材料で構成し、 上記スペーサをほぼ柱状の第1スペーサと第2
    スペーサとを長さ方向に一体に連結して構成し、 上記外部電極、内部電極と同じ線膨脹係数をも
    ち、一端が閉塞され他端が開口とされた、筒状の
    電極ブツシユを、その開口を上記電極の一方に向
    けた状態で、他方の電極のスペーサ取付位置に固
    定し、 互に連結された上記第1又は第2スペーサの一
    方を上記電極ブツシユに取付け、 上記第1、第2スペーサそれぞれの長さl1,l2
    とそれぞれの線膨脹係数α1,α2と上記両電極の線
    膨脹係数α0との間に、 α0−α1/α2−α0=l2/l1 の関係をもたせたことを特徴とする静電容量式レ
    ベルセンサ。
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JPS50129142U (ja) * 1974-04-05 1975-10-23
JPH075379Y2 (ja) * 1990-01-24 1995-02-08 日本航空電子工業株式会社 静電容量式レベルセンサ
KR101151482B1 (ko) * 2010-09-28 2012-05-30 한국전력공사 초전도 전력 기기용 극저온 용기

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