JPH06503165A - レベル感知 - 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】 レベル感知 発明の分野 本発明は、流体媒体におけるレベルの検出、特に容器内の流体レベル、即ち、容 器内の気体と液体間の境界面あるいは容器内の２もしくはそれを超える液体間の 一つもしくは複数の境界面のレベルの検出に関する。

発明の背景 本明細書にて使用する“流体”の表現は、気体、液体又は粉状もしくは粒状であ る固体のように流れることが可能なものを意味する。

本発明は、上述した状態や他の状態に適用可能であるので、容器内の一つの気体 と一つの液体との間の境界面のレベル検出に関する例のみを用いて説明すること にする。特に、本発明は、容器内の液体が液化炭酸ガス（Ｃｏりであり該容器内 には炭酸ガスが上記液化炭酸ガスのレベルより上にあるときにおける液体のレベ ルの検出に関して例を用いて説明する。

気体状態における二酸化炭素（Ｃｏｔ）は、多くの産業において大量に使用され ている。Ｃｏｔの大量消費者の一つは、炭酸飲料及び網状供給装置を介する炭酸 飲料の入った設備を有するホテルである。他の消費者もまたしばしばボンベ（Ｃ ｙｌｉｎｄｅｒ）あるいはタンクに供給されるＣｏｔを必要としている。ボンベ 内の液体ＣＯ！のレベル及びそれによる該ボンベ内の液体の残量を確認あるいは 検出するためのいくつかの手段を提供する実施例が存在する。そのような状態に おいてボンベは高圧下にあるので、液位を指示するためにサイトゲージあるいは そのようなものを用いるのは都合のよいものではなくあるいは好ましくない。液 体状態におけるＣｏｔを含むそのようなボンベでは、ボンベ内に配置したプロー ブであり該プローブの長さにわたりリード継電器のような複数のセンサを有する プローブを用いる電気機械的レベル検出機構を提供する実例がある。フロートが 上記プローブと組合わされ、そのフロートはリード継電器の動作のための磁気エ レメントを含んでいる。プロパンガス、ブタンガス、天然ガス、ｃｏ２ガス、窒 素ガスのような工業ガスが溶解したバルク（ｂｕｌｋ）から水分を完全に除去す るのが困難であるので、特に液体が断熱膨張により凝固点以下に冷やされたとき 液体ガスの表面に氷粒子が累積される傾向がある。ある場合には、バルク液体ガ スは０℃未満の温度にて保管される。機械的及び電気機械的液位検出器では、液 体ガスの表面上の氷粒子の累積は、しばしば、まったく信頼できないレベル検出 器の動作を起こすフロートのように機械的機構を不作動にする。さらに、格納ボ ンベが鉄でできている部分では、微細なさびの粒子が液位に累積し、レベル検出 プローブに悪影響を与えることがわかっている。

機械的、即ち可動な液位検出装置は、上述した理由のため望ましいものではなく 、信頼できるものではなく、それゆえに正確なものではない。又、異なる特定の 比重の流体間の境界面の位置を決定するために使用される従来の液位検出器には 問題点が存在する。発酵及び蒸留槽において、一つ以上の液体又は液体の境界面 の位置を、連続工程を制御する目的のために決定する必要があるという状態が挙 げられる。

ＣＯ２に関する典型的なボンベ装置は、オーストラリア国特許出願６７３０４／ ８７における図４に示される図の一部分として示されている。そのようなボンベ は、タンク内及び該タンクの底部に隣接して加熱エレメントが設けられ、そして タンク内及び該タンクの上端部に冷媒蒸発器が設けられ、伸長ロッド及び係留（ ｃａｐｔｉｖｅ）フロート及び分岐及び吸込管路を有しボンベ内へ延在する液位 検出装置が設けられる。

他の流体レベル検出及び監視手段は、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＡＵ８５１００ ２６５、米国特許３９１１７４４．２９６３９０９８．４２００．０３３２５、 及びオーストラリア国特許番号４９３２２４．４０７００６に記載されている。

米国特許３９１１７４４及び４２０３３２５は、導電性液体に電極が浸されたと き横方向に間隔があけられた基準電極にて電気回路が閉じられる垂直方向に間隔 があけられた電極に関する。

米国特許番号２９６３９０８は、流れることができる粒状の固体を含む流体にお けるレベル測定に関し、周囲の媒体の比誘電率の変化を検出する容量測定を利用 している。

オーストラリア国特許番号４９３２２４は、液位測定あるいはポンプ制御のため の交流の導通部分及び絶縁する部分を備えた棒状の電極構造を述べている。上記 電極はその動作のために導電性の液体内に浸される必要がある。

オーストラリア国特許出願番号４０７００６は、約３００℃の通常温度にて動作 する複数のスペースサーミスタ（ｓｐａｃｅｄ　ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）につい て述べている。

加熱されたサーミスタが液体に浸されることでその電気的抵抗が変化し、その結 果として非導通状態と導通状態間のトランジスタの動作を切り替えるサーミスタ に動作的に接続されているトランジスタの動作特性が変化する。

国際特許出願番号ＰＣＴ／ＡＵ８５１００２６５は、間隔のあけられた複数の導 電電極が該電極本体の周囲表面口りに不連続に存在することを除いてオーストラ リア国特許番号４９３２２４に記述されていることに類似する電極アセンブリに ついて記述している。

国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ９０１０００１７は、複数の温度依存性レベルセンサ 及び一つの基準センサのアセンブリを記述している。上記レベルセンサは、プロ ーブ内に配列あるいは埋め込まれ、ボンベ内にて液体ガスに接触可能となるセン サの一部分を有している。そのように配列されるセンサは損傷を受け易く、該損 傷はボンベの修理あるいはやすりがけの製作中にプローブの除去及び位置交換の 間に発生しやすい。さらに、上記基準センサは上記アセンブリの好ましい動作の ために必要である。

ＰＣＴ／ＡＵ９０１０００１７において、上記アセンブリは、ボンベ内の液体あ るいは気体の検出における変化に起因する温度変化を検出するセンサとしてトラ ンジスタを使用していた。液体ＣＯ２の温度は一般的に約−２５℃であり、一方 気体状のＣＯ２は一１２℃から一２５℃の間である。このような気体と液体との 間における温度差は、しばしば、この従来の特許明細書に開示されるタイプのセ ンサでは正確な検出を行うことがほとんどできずそして困難である。

本発明の目的は、上述したような問題点の幾つかを少なくとも軽減あるいは出来 る限り少なくする流体レベルセンサを提供することである。

聚吸９脱朋 本発明の一つによれば、流体のレベルを感知するためのレベル感知装置を提供し 、該装置は、長尺のハウジングと、該ハウジング内の複数のセンサとを設け、該 各センサのそれぞれには、流体の存在が検出されたとき増幅器の前後の電位差の 中間の所定の出力を提供し気体の存在が検出されたとき上記所定の出力よりも低 い出力を提供する高利得増幅器とバイアス構成部分を有する回路とが含まれる。

少なくとも４つのセンサが設けられるのが好ましい。上記センサは上記ハウジン グに沿って一様にあるいはばらばらの間隔を設けて配列される。上記センサは、 ボンベ内に流体が満杯状態であるのか、満杯の３／４状態であるのか、１／２状 態であるのか、１／４状態であるのか、空状態であるのかを検出可能である。こ のように５つのセンサを設けることもできる。明確な流体レベルの移行が要求さ れないようなものでは、レベルセンサは非等間隔にてハウジングに沿って配列さ れる。

上述したようなセンサは、高利得増幅器を備えている。縦続接続された複数のト ランジスタが使用されるのが好ましい。一実施例では、カスケードエミッタフォ ロワの一ダーリントン対構成が使用される。

それぞれのセンサはバイアス構成部分を有する。これらの構成部分は、複数の抵 抗を備えることができる。該抵抗は、上記バイアス及びトランジスタのコレクタ ／エミッタ回路内に設けることができる。上記抵抗の一つは少量の負帰還をなす ことが好ましい。

上記センサからの出力に対応してレベル指示信号を供給するそれぞれのセンサに 比較器を組合わすこともできる。比較器は別々の構成部分を使用する素子である けれども、集積回路にてなる比較器が好ましい。

レベルの視覚的な及び／又は聴覚的なレベル指示を提供する指示器は、上記比較 器と連結される。視覚的な指示器は上記比較器と連結されるのが好ましい。一実 施例では、一つのＬＥＤが上記比較器に連結され上記比較器によってなされる比 較状態を指示する。

履皿２脱■ 本発明の好ましい一実施例が以下の図を参照して説明される。

図１は、本発明の一実施例におけるセンサの回路図である。

図２は、使用に際しセンサがどのように装着されるかを示す略図である。

主泣吸ｑ膠縄輩脱朋 図１において、トランジスタＱ１、Ｑ２がダーリントン対構成にて縦続接続され たエミッタフォロワとして配設される。この構成は、比較的に高入力インピーダ ンスを有する増幅のみならず一つのエミッタフォロワに比べ高い利得をももたら す。抵抗Ｒ１は電流制限抵抗であり、抵抗Ｒ２はトランジスタへの少量の負帰還 を供給する。２４ＶＤＣのｖＣＣにて、センサが流体の影響を受けるとき上記ト ランジスタのコレクタ電極が一般的に約１４ＶＤｃであるように抵抗Ｒ％Ｒ１゜ Ｒ２の値が選択される。上記センサが気体の影響を受けるとき、トランジスタの コレクタ電極は一般的に９からｌ０ＶＤｃの電位である。ダーリントン対の高利 得、逆バイアス、及び電流制限抵抗Ｒ１の値の選択により、センサ温度が流体あ るいは気体の存在により影響されるとき、迅速で正確なスイッチング動作を行う ことが保証される。

上記コレクタ電極は、比較器Ｃ１に連結される。ＬＥＤ１６のような指示器が０ １の出力側に連結される。比較器Ｃ１は、１２ＶＤＣの基準電圧ＶＲに一般的に 連結されるであろう基準電圧入力端子を有する。上記比較器は、センサが気体の 影響下にあるとき出力を発する。ＶＲの値は、１２ＶＤＣである必要はないが動 作が最高となるような値に選択される。

図１に示すような複数のセンサ１５は、長尺のハウジングに沿って流体のボンベ 内に間隔をおいて配列される。上記センサは、ハウジングの内側表面に対向して 設けられ、ハウジングによって流体から分離され、物理的に流体には接触しない 。それゆえに上記センサは、ボンベ内の流体のレベルによる流体もしくは気体の 影響下にある。センサが液体ＣＯｔの影響下にあるとき、その温度はセンサが気 体の影響下にある場合の温度よりも低い。このように、ダーリントン対を介して 流れる電流は、温度がより低くそして抵抗Ｒ１における電圧降下がより小さいと き、より小さくなる。

それぞれのセンサはセンサに組合わされる比較器を有し、それら比較器に設けら れる出力は、流体レベルの指示を提供するＬＥＤに連結される。

縦続接続されるトランジスタは高利得を有するので、温度利得に対するセンサの 応答 センサ１５は長尺のハウジング１０内に配列され、その状態が図２に示される。

該ハウジングはボンベ内に挿入可能である。上記センサは、管１１の内側表面に 隣接して配列され、センサの高利得により、管１１内で開口を通過して突出する 必要がなく、かつ流体又は気体に接触する必要がない。このような方法において 、損傷するセンサの可能性が最小化される。管１１は一端がプラグ１２にて、他 方の端部がグランド１３にて閉じられる。ケーブル１４がセンサの電気的接続を なす。

ＡＵ　４９６２１／９０　ＷＯ９００８３０４フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、　ＧＲ，ＩＴ、　ＬＵ、　ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（Ｂ Ｆ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、Ｔ Ｇ）、ＡＴ、ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ、　Ｄ Ｋ。

ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、ＭＣ， ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＰＬ、Ｒ○、ＳＤ、ＳＥ、ＳＵ、　ＵＳ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．長尺のハウジングと、該ハウジング内の複数のセンサとを備え、上記各セン サには、流体の存在が検出されたとき増幅器の前後の電位差の中間の所定の出力 を提供し気体の存在が検出されたとき上記所定の出力よりも低い出力を提供する 高利得増幅器及びバイアス構成部分を有する回路を備えたことを特徴とする、流 体のレベルを感知するためのレベル感知装置。
2. ２．上記ハウジングにより上記流体から上記センサが分離される、請求項１記載 のレベル感知装置。
3. ３．上記高利得増幅器はダーリントン対構成における２つのトランジスタを備え た、請求項２記載のレベル感知装置。
4. ４．上記バイアス構成部分は、ダーリントン対トランジスタ構成のベース電極に て一つの可変抵抗と、上記ダーリントン対トランジスタ構成のコレクタ又はエミ ッタ通路における２つの抵抗とを含む、請求項３記載のレベル感知装置。
5. ５．上記増幅器の前後の電位差が２４ＶＤＣであるとき、上記バイアス構成部分 は、増幅器のコレクタに、上記センサによって流体の存在が検出されるとき約１ ４ＶＤＣの電圧を与えるように選択され、上記センサによって気体の存在が検出 されるとき９から１０ＶＤＣの電圧を与えるように選択される、請求項４記載の レベル感知装置。
6. ６．上記ダーリントン対構成のコレクタに連結される一つの入力端子と、基準電 圧に連結される他の入力端子と、出力端子に接続される指示器とを有する比較器 を備えた、請求項４又は５記載のレベル感知装置。
7. ７．上記基準電圧は約１２ＶＤＣである、請求項６記載のレベル感知装置。
8. ８．上記指示器は発光ダイオードである、請求項６又は７記載のレベル感知装置 。
9. ９．４つの上記センサが上記ハウジングの内側表面に対向して該ハウジング内に 存在する、請求項１ないし８のいずれかに記載のレベル感知装置。
10. １０．上記センサは上記ハウジングに沿って一様の間隔があけられている、請求 項９記載のレベル感知装置。