JPH06307915A

JPH06307915A - 液体センサ

Info

Publication number: JPH06307915A
Application number: JP12311693A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Saitou; 至昭斉藤
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】電極表面に液体のイオン成分が析出すること
なく、かつ液体の容量性・誘導性の成分の影響を受けな
い測定精度の高い液体センサを提供すること【構成】第１，第２の電極棒１０，１１をタンク１２
に貯蔵された液体１３内に浸す。両電極棒は、印加電圧
切り替え部１４を介して直流電源１５に接続され、一定
時間Ｔｐ毎に極性が反転される。これにより、イオンの
析出が抑制される。また両電極棒には、電位差を測定す
る計測部１６が接続され、その出力は係る電位差に基づ
いて液体の液面１３ａのレベル（液位）を算出する液位
算出部１７に接続される。液位算出部は、印加電圧切り
替え部からの切り替え信号を受け、極性反転から所定の
時間Ｔ１（反転初期の過渡現象による電圧レベル変動が
無くなり、安定した直流電圧（周波数変動を受けない）
となるために要する時間）経過後の計測部から与えられ
る電位差に基づいて液位を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の電極を液体内に
浸し、その電極間の電圧値及びまたは流れる電流値に基
づいてその液体の特性を計測するための液体センサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】液体の特性値の一つである液面を計測す
るための液体センサとして、従来例えば図３に示すよう
に、タンク１内に３本の長さの異なる第１〜第３の電極
棒２ａ，２ｂ，２ｃを配置する。そして、一番長い第１
の電極棒（基準電位となる）２ａと第２の電極棒２ｂの
間並びに第１の電極棒２ａと第３の電極棒２ｃとの間に
それぞれｓｉｎ型の交流電圧が印加されている。そし
て、この状態でタンク１内に液体２が流入されて、図示
するような液体３の液面３ａが第２の電極棒の先端と第
３の電極棒２ｃとの間（レベルＬＬ〜ＬＵ）に位置する
と、第１の電極棒２ａと第２の電極棒２ｂとの間は、液
体３を介して導通状態になるが、第１の電極棒２ａと第
３の電極棒２ｃの間は非導通状態のままである。

【０００３】また、図示の状態から液体３がさらにタン
ク１内に流入してきてその液面３ａがレベルＬＵ以上と
なると、第２の電極棒２ｂと第３の電極棒２ｃも導通状
態となる。一方逆に図示の状態から液体３がタンク１よ
り流出してその液面２ａがレベルＬＬよりも低くなる
と、第１，第２の電極棒２ａ，２ｂ間も非導通状態とな
る。

【０００４】そして、係る導通／非導通状態の変化にと
もない、各電極棒間の電圧値が大きく変化するため、係
る変化を検出装置（コンパレータ等）４を介して検出
し、オン／オフの液位情報（ＬＬよりも低い，ＬＬとＬ
Ｕの間，ＬＵよりも高いの３種類）を出力するようにな
っている。

【０００５】また、上記したように各電極棒間に印加す
る電圧は、ｓｉｎ型の交流電圧であるため、コンパレー
タで比較するためには、平滑回路を設けて、交流を直流
に変換した後、比較・判定するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の液体センサでは、電極棒間に印加する電圧を交流電
圧としていたため、対象液体の容量性・誘導性の成分が
電圧に影響を与えることになり、周波数の変動が測定電
圧に影響を与え、高精度な計測ができなくなる。特に、
上記した３種類の液位情報の検出の場合には、ＬＬとＬ
Ｕのレベル差が大きければ要求される測定精度が低くな
り上記誤差が許容されることもあるが、係るレベル差が
小さかったり、或いは電極間の電位値から、ＬＬ〜ＬＵ
の間におけるより具体的な液位の測定を行おうとした場
合には、上記の測定電圧に対する影響により、正確な液
位の測定が困難となる。また、検出装置では、平滑回路
の設置が必須となるが、係る平滑回路の性能も測定電圧
に影響を与え、上記と同様の問題を生じる。

【０００７】一方、係る問題を解決するために、電極棒
間に印加する電圧を直流にすることも考えられるが、係
る場合には、液体がイオン分解されてしまいその液体の
イオン成分が各電極に析出し、測定誤差を生じるばかり
か、電極が汚れるためその清掃等のメンテナンス処理が
必要で煩雑となる。

【０００８】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、電極表面に液体のイ
オン成分が析出することなく、かつ液体の容量性・誘導
性の成分の影響を受けない測定精度の高い液体センサを
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る液体センサでは、液体に挿入可能
な複数本の電極と、前記電極間に交互に逆極性の直流電
圧を印加する電圧印加手段と、前記電極間の電圧または
電極間に流れる電流を計測する計測手段と、前記電圧印
加手段による印加電圧の極性反転から所定時間経過後
の、前記計測手段の計測結果に基づいて前記液体の特性
値を求める特性値生成手段とを備えた。

【００１０】

【作用】複数の電極に対して直流電圧を印加し、その時
の電極間の電位差或いは電極間に流れる電流値等を計測
すると共に、その計測結果に基づいて液体の特性値を求
める。そして、計測結果は、電極に対する印加電圧が直
流であるので周波数変動等の影響を受けずに高性能で測
定される。そして、係る計測結果に基づく特性値生成手
段で算出は、極性反転後一定時間経過した後で行う。こ
れにより反転初期の過渡現象による電圧レベル変動が無
くなり、安定した直流電圧となった時のデータに基づい
て処理されるため、安定した、高精度の測定が行われ
る。またこのように電極に印加する電圧の極性を反転さ
せるため、電極の表面に液体のイオン成分も析出しな
い。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係る液体センサの好適な実施
例を添付図面を参照にして詳述する。図１は本発明に係
る液体センサの一実施例を示しており、本例では、液位
計測装置に適用した例を示している。

【００１２】図示するように、本例では同一形状からな
る２本の第１，第２の電極棒１０，１１をタンク１２に
貯蔵された液体１３内に浸すように配置する。そしてそ
の両電極棒１０，１１は、印加電圧切り替え部１４を介
して直流電源１５（出力電圧Ｖ０）に接続されている。
この印加電圧切り替え部１４は、切り替えスイッチを主
構成部品とし、直流電源１５の正極／負極と、印加電圧
切り替え部１４の第１，第２出力端子Ｏ１，Ｏ２との接
続状態（関係）を一定時間Ｔｐごとに切り替えるように
なっている。これにより、同図（Ｂ）に示すように第
１，第２の電極棒１０，１１に印加される電圧の極性
が、交互に反転される。そして本例では、上記印加電圧
切り替え部１４と直流電源１５とで電圧印加手段を構成
している。

【００１３】また、第１，第２の電極棒１０，１１に
は、その両電極棒間の電位差を測定する計測部１６が接
続され、さらにその計測部１６の出力は特性値生成手段
たる液位算出部１７に接続される。この液位算出部１７
は、与えられた電位差に基づいて液体１３の液面１３ａ
のレベル（液位）を算出するもので、具体的には、以下
に示す演算処理を行うようになっている。

【００１４】すなわち、第１，第２の電極棒１０，１１
の半径をａ，第１，第２の電極棒１０，１１間の距離を
ｄ，液体の電気伝導率をσ，内部抵抗をｒ，第１，第２
の電極棒１０，１１の下端から液面までの距離をＬ１と
すると、両電極棒間の電位差Ｖは、下記式のようにな
る。

【００１５】

【数１】従って、ｄ，ａ，σ，Ｖ０が定数であるため、上記式に
計測部１６で計測した電位差Ｖを代入すると共にＬ１に
ついて解くことにより、第１，第２の電極棒１０，１１
の液体１３への浸水距離Ｌ１がわかり、しかも、タンク
１２の底面から電極棒１０，１１の下端までの距離は既
知であるため、かかる距離に上記浸水距離Ｌ１を加える
ことにより液位を算出することになる。そして、上記各
種の計算を上記液位算出部１７で行うようになってい
る。

【００１６】そして本例では上記液位算出部１７は、印
加電圧切り替え部１４からの切り替え信号を受け、極性
反転から所定の時間Ｔ１（反転初期の過渡現象による電
圧レベル変動が無くなり、安定した直流電圧となるため
に要する時間）経過後の計測部１６から与えられる電位
差に基づいて上記の演算処理をし、液位を算出するよう
になっている。これにより、液位算出の基となる電圧値
（電位差）Ｖは、安定している時のものを使用できると
共に、直流電圧であるため周波数変動もなく液体１３の
容量性，誘導性等の影響を受けないので高精度の計測が
できる。また、このように直流電圧を使用しているた
め、従来のような検出装置側で平滑回路等が不要とな
る。そして、一定時間毎に極性を反転しているため、両
電極棒１０，１１間に直流電圧を印加しても第１，第２
の電極棒１０，１１に液体１３のイオン成分が析出する
こともない。

【００１７】図２は、上記した図１の各回路・装置の具
体的な構成を示している。すなわち、図示するように印
加電圧切り替え部１４は、各電極棒１０，１１と直流電
源１５との間に配置された２つの切り替えスイッチ１４
ａ，１４ｂと、その切り替えスイッチ１４ａ，１４ｂの
開閉を制御するタイマ１４ｃとから大略構成されてい
る。そして、タイマ１４の出力は周期Ｔｐで制御信号が
発生され、かかる制御信号を受けて、スイッチ１４ａ，
１４ｂがａ接点，ｂ接点と交互に切り替えられて逆極性
に接続する。

【００１８】一方、液位算出部１７は、計測した電位差
Ｖの値（アナログ）をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換部
１７ａと、係るＡ／Ｄ変換部１７ａを介して求められた
電位差（デジタル）に基づいて上記した所定の演算処理
を行うマイコン１７ｂとから構成されている。そして上
記タイマ１４ｃが、周期Ｔｐ毎に両スイッチ１４ａ，１
４ｂに対して切り替え信号を発生し、その切り替え信号
に基づいてスイッチ１４ａ，１４ｂが切り替わり両電極
１０，１１に印加される直流電圧の極性が反転する。一
方、そのタイマ１４ｃは、上記切り替え信号の発生（極
性反転）から時間Ｔ１を計測したなら、液位算出部１７
のＡ／Ｄ変換部１７ａに計測開始信号を送り、その時の
電位差Ｖをデジタルに変換すると共にそれに基づいてマ
イコン１７ｂにて液位を求める。そして、その求めた液
位情報は、図示省略するが例えばＣＲＴ等の表示装置に
出力したり、或いは、液位を一定にするための水位制御
装置に送る等、種々の手段に利用される。

【００１９】なお、上記した実施例では、同一形状から
なる２本の電極棒を用いた液位計測装置に適用した例に
ついて説明したが、本発明は、これに限ることなく、３
本以上の電極棒を用いたり、或いは、図３等に示すよう
に、ある基準水位に対するオン／オフ情報を検出する
（具体的な液位は算出しない）ものでも良く、任意であ
る。すなわち、要は、電極間に電圧を印加し、その時の
電極間の電位差や、流れる電流等を計測すると共に、そ
の計測値に基づいて液体の特性を調べる構造の液体セン
サであれば、その構成は問わず、係る液体センサの電極
に対して交互に極性か反転する直流電圧を印加するよう
になっていれば良いのである。

【００２０】なおまた、上記した実施例では、液体の特
性値として液位を測定する例について説明したが、本発
明はこれに限ることなく、例えば液体の伝導率σを求め
るようなものでも良い。すなわち、電極棒の液体への浸
水距離Ｌ１が既知データとすれば、上記した式（１）に
電位差Ｖを代入するとともに、伝導率σに付いて解くこ
とにより求めることができる。これにより、未知の液体
の伝導率を簡単に求めることができるとともに、時間の
経過にともなう導電率の変化等を知ることもできる。こ
のように、液体の特性値としては、電極間に電圧を印加
し、その時の電極間の電位差や、流れる電流に基づいて
算出できるものであれば何でも良い。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る液体センサ
では、電極に対して直流電圧を印加するようにしたた
め、対象液体の容量性・誘導性の成分が測定電圧に影響
を与えないため、たとえ周波数の変動があっても測定結
果に影響を与えない。その結果、測定精度が向上する。
また、平滑回路が不要となるため、上記効果がより顕著
となる。

【００２２】一方、電極に印加する直流電圧の極性を一
定時間毎に反転する様にしたため、電極の表面に液体の
イオンが析出することもない。しかも、特性値の計測
は、極性反転後一定時間経過してから行うようにしたた
め、反転直後の過渡現象により生じる電圧レベルの変動
の影響も受けない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液体センサの好適な一実施例を示
すブロック構成図である。

【図２】その詳細な構成例を示す図である。

【図３】従来の液体センサの一例を示す図である。

【符号の説明】

１０第１の電極棒１１第２の電極棒１２タンク１３液面１４印加電圧切り替え部１５直流電源１６計測部１７液位算出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体に挿入可能な複数本の電極と、前記電極間に交互に極性を反転させて直流電圧を印加す
る電圧印加手段と、前記電極間の電圧または電極間に流れる電流を計測する
計測手段と、前記電圧印加手段による印加電圧の極性反転時から所定
時間経過後の、前記計測手段の計測結果に基づいて前記
液体の特性値を求める特性値生成手段とを備えた液体セ
ンサ。
【請求項２】前記特性値生成手段が、前記液体の液位
を求めるものであることを特徴とする請求項１に記載の
液体センサ。