JPS6138803B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は導電性液体用液面計に関し、更に詳し
くは、複数の導電領域で構成したプローブを用い
た液面計に関する。

〔発明の背景〕

容器内の導電性液体の存在ないし不存在を検出
するプローブ形の導電性液体検出手段は、大分前
から知られている。

広く使われている計装の一例としてはボイラが
ある。

加熱プラントボイラのボイラ水の有無は導電性
液体検出プローブによつて監視できる。

この型式のプローブは、通常、プローブとボイ
ラ自体（導電性）との間に単一の抵抗路が形成さ
れるか否かに基づいている。抵抗の測定によりボ
イラ内の水の有無が分かる。

ある種の計装例では、２つのプローブを用いて
ボイラ内の水の２つの異なる液位レベルを設定
し、これによつてボイラ内に水を供給すべきとす
るレベルとボイラ内の水の正規の存在レベルとの
間にデイフアレンシヤルを設けている。

このデイフアレンシヤルを設ける方式はボイラ
水の液位レベルにリツプルすなわち僅かな揺動が
プローブの先端で生じても、ポンプまたは電磁弁
をサイクリングさせることがないので望ましい。

また、ボイラ水検出手段としてボイラ水のレベ
ルを検出し、機械的にスイツチを駆動するフロー
トを用いたものも開発されている。この種の検出
手段は、摩耗したり、ボイラ水のスケールが付着
するため、構造が複雑化し、単一の導電性液体検
出型のプローブよりは望ましくない。

〔発明の概要〕

本発明は複数の導電領域を有する単一のプロー
ブを用いる。そして、この複数の導電領域は互い
に電気的に直列に接続され、更に、交流電源と直
列回路を構成するように接続される。

この新規なプローブは３つの異なる導電性液体
の液位レベルを検知することができる。３つの液
位レベルを検知できる単一のプローブを利用する
ことによつて導電性液体の有無が検出でき、か
つ、容器内に供給されるべき最大の液位レベルと
有無の識別レベルとの間にデイフアレンシヤルを
設けることができる装置を提供することが可能と
なる。

本発明を加熱ボイラに使用した場合は、本プロ
ーブは水の有無、水が中間領域、すなわち、デイ
フアレンシヤル領域内にあるのか、およびボイラ
内で維持されるべき最大レベルにあるのかを検出
することができる。

この中間領域すなわちデイフアレンシヤル領域
の採用によりボイラ水にリツプルが生じても、不
用意にボイラへの水の供給源は駆動されない。

通常のボイラ計装ではボイラ水は、電磁弁の開
成によつて加圧水源から供給されるか、または、
給水ポンプを付勢することによつて供給される。

プローブ端での水面のリツプルすなわち揺動に
より少量の水が供給されるのは明らかに好ましく
ないので、デイフアレンシヤルを設けることが望
ましい。

本発明によれば、単一の直列回路が液位レベル
制御装置に必要な制御信号を与え、これにより制
御装置はポンプまたは弁を制御し、ボイラへの給
水を調節することができる。

本発明はプローブに非対称電流導電機能を導入
し、このプローブを交流電源で付勢することに基
づいている。

この構成によりプローブは３つの別個な信号を
液位レベル制御装置に供給することができる。

第１の信号は液位レベルがプローブの下端より
下にあるとき電流信号が全く存在しない信号であ
る。

液位レベルが上昇してプローブに接触すると、
プローブの非対称電流導体によりプローブは単方
向の電流を通す。この単方向の電流が第２の信号
である。

更に液位レベルが上昇してプローブの上部に達
すると、上記単方向の電流は第３の信号である双
方向の電流に変わる。

液位レベル制御装置はこの電流の単方向から双
方向への変化を検出し、これにより、液面の最大
レベルを検出する。

〔実施例〕

第１図は導電性液体の液位レベル制御装置の概
略図である。導電性液体検出手段１０は複数の導
電領域から成るプローブ１１を含む。

この第１図においては上部の導電領域は１２で
示され、下部の導電領域は１３で示されている。
上部のすなわち、第１の導電領域１２は導電性金
属棒のような電気的インピーダンスを持つものな
らばいかなるものでもよい。

下部の、すなわち、第２の導電領域１３は２つ
のエレメントから成る。第１のエレメントは導電
性金属棒１４であり、第２のエレメントは、非対
称電流導体、例えば、ダイオード１６で、金属棒
１４と符号１５の位置で接続されている。

ダイオード１６は、更に、符号１７の位置で第
１の導電領域である金属棒１２に接続されてい
る。絶縁支持部材２０は第１の導電領域１２と第
２の導電領域１３をダイオード１６を含んで機械
的に保持するものとして図示されている。

エポキシやプラスチツクで保護し、かつ、プロ
ーブ１１にしつかりと固定すべくダイオード１６
をカプセル化してもよい。

プローブ１１は、第１と第２の導電領域を含み
これら２つの導電領域はダイオード１６を挾んだ
形で電気的に直列接続され、その結果、第２の導
電領域１３は電流を単方向にしか流さないインピ
ーダンス素子となる。この理由は全体の装置の説
明によつて明瞭となろう。

プローブ１１は（任意の適当な方法により）容
器２１に取付けられる。容器２１は導電性液体２
２を貯える容器ならば如何なるタイプのものでも
よいが、ここでは加熱プラント用ボイラで導電体
からなるものとして述べる。容器が電気絶縁体か
ら成る場合には所定の深さまで延びた導体が容器
内に挿入される必要のあることは明らかである。

ボイラ２１は２３でグランドされる。ボイラ２
１は給水口パイプ２４を備え、ポンプや従来のあ
りふれた電磁弁などで制御される加圧源によつて
導電性液体が供給される。この導電性液体の液位
レベル制御装置は、導線２５によつてプローブ１
１が負荷抵抗２６を介して交流電源２７に接続さ
れ、次いで電源２７は２３でグランドされてなる
ものである。交流電源２７は第１図では適当な出
力電圧を有する通常の交流電源であるとしてよ
い。

さらに負荷抵抗２６の両端には一対の導線３１
および３２により増幅制御装置３０が接続され、
この増幅制御装置３０は増幅器、検出器、およ
び、リレーなどの出力制御回路を含む。増幅器、
検出器、および、ポンプやソレノイドのための出
力リレーの構成の詳細は第２図に示される。図示
の増幅制御装置３０は、負荷抵抗２６の３つの異
なる端子間電圧状態にそれぞれ応答することがで
きる構成となつている。

〔動作〕

第１図に示す例は、導電性液体２２が第２の導
電領域１３の下端部の下方にある場合であるか
ら、明らかに、この状態では電源２７から負荷抵
抗２６を経て更に導線２５およびプローブ１１を
介して流れる電流は存在しない。したがつて、こ
の時負荷抵抗２６の端子間には電圧は現われず、
増幅制御装置３０はその状態に応答する。すなわ
ち、増幅制御装置３０の入力には電圧が加わらな
いので、増幅制御装置３０の出力により容器２１
内の導電性液体２２はプローブ１１より下方にあ
ることがわかり、液体はパイプ２４を経て供給さ
れる。

液体２２が導電性金属棒１４の下端部に達する
と、電源２７から負荷抵抗２６、導線２５および
プローブ１１を経てグランド２３に至る電気回路
が形成される。非対称電流導体の１つであるダイ
オード１６のため、この直列の電気回路に流れる
電流は単方向の電流である。更に詳しく言えば、
負荷抵抗２６の端子間には半波整流電圧が現われ
る。増幅制御装置３０は負荷抵抗２６の端子間に
電圧が全く現われない状態と半波整流電圧が存在
する状態との差異を検知するように設計されてい
る。導電性液体２２が第２の導電領域１３に達し
たとき形成される電流路を表わすものとして、仮
想の抵抗３３を図示する。この仮想の抵抗３３は
プローブ１１とグランド２３間に形成され直列の
電気回路の一部となる。

導電性液体２２が容器２１内でさらに上昇を続
け、第１の導電領域１２に接触するレベルに達す
ると、プローブ１１とグランド２３間の抵抗は仮
想の抵抗３４の如くに表わされる。このときダイ
オード１６は短絡されて前記直列の電気回路から
除かれるため負荷抵抗２６を経て直列の電気回路
に流れる電流は双方向の電流となり負荷抵抗２６
の端子間には交流電圧が発生する。

増幅制御装置３０はこの交流電圧に応答し、パ
イプ２４を経て導電性液体を供給しているポンプ
を停止させるか、弁を閉じる。

このように、第１図の装置においては、明らか
に３つの動作状態が形成されることが知れよう。

第１の動作状態は負荷抵抗２６の端子間に電圧
が生じない状態である。第２の状態は負荷抵抗２
６の端子間に単方向のつまり、半波整流電圧が現
われること、第３の状態は、負荷抵抗２６に双方
向の電流が流れる状態である。プローブ１１すな
わち、第１および第２の導電領域を含む本実施例
の直列回路により、３つの異なる動作状態を得る
ことができる。

第１図に示した動作原理はこの種の用い方の典
型的なシステムに適用されよう。例えば、ボイラ
水のプローブをこの種の用い方で使用し、増幅制
御装置３０を制御の目的でいかに構成するかとい
つたシステムの計装に適用できよう。また、装置
の動作は上述した実施例を逆動作であつてもよ
い。例えば、排水ポンプ制御装置は液位が高レベ
ルのときに“オン”であり、プローブ１１より低
レベルのとき“オフ”である。この逆動作の応用
例はほかにもある。

〔第２図の構成〕 導電性液体検出手段１０は第１図で示したもの
と同じ符号を有するエレメントからなるものが示
されている。

ボイラ２１は増幅制御装置３０′のグランド２
３に接続されている。プローブ１１は導線２５に
より増幅制御装置３０′内の端子３５に接続され
ている。端子３５は感度調整抵抗３６を通して変
成器４０の巻線３８のタツプ３７に接続される。

巻線３８は変成器４０の電圧降圧用２次巻線で
ある。変成器４０は１次巻線４１を有し、その一
対の端子４２と４３を介して交流電源に接続され
る。

巻線３８はさらにダイオード４４を介し、導線
４５により増幅制御装置３０′に整流された制御
電圧を与える。

導線４５とグランド２３間には、抵抗４６と電
界効果トランジスタ（FET）４７が直列接続さ
れる。

FET４７は非導通状態にするのにゲート５０
の電圧を負にしなければならないタイプのもので
ある。このゲート５０にはコンデンサ５１と抵抗
５２がグランド２３との間に並列接続される。

ゲート５０はさらにダイオード５３を介して端
子３５に接続される。端子３５はさらに逆方向接
続ダイオード５４を介して常開リレー接点５５に
接続される。このリレー接点はリレーコイル５７
で付勢される電機子（アーマチユア）５６で機械
的に駆動される。リレーコイル５７の一方の端子
は導線４５に接続され、他方の端子は別の電界効
果トランジスタ（FET）６０に接続される。

FET３０はゲート６１を有するが、絶縁型ゲ
ートタイプのものであるためFET６０が導通と
なるためにはゲート６１には正の駆動電圧が必要
である。

FET６０の他端はグランド２３に接続されて
リレーコイル５７を通る電流路ができる。

リレーコイル５７には動作を安定にするためコ
ンデンサ６２が並列接続される。リレーのアーマ
チユア５６は常開接点６３に結合され、これをも
付勢する。この接点６３はポンプまたは電磁弁６
４を制御する出力制御手段として働く。すなわ
ち、ポンプまたは電磁弁６４は一対の導線６５、
および接点６３を介した導線６６によつて交流電
源への端子４２および４３に接続される。

接点６３が閉成するとポンプまたは電磁弁６４
は付勢され、パイプ２４に液体を供給するように
動作する。

増幅制御装置３０′に関し、FET６０のゲート
６１はツエナダイオード７０を介し、更に、抵抗
７１とコンデンサ７２の並列回路を介してグラン
ド２３に接続され、この抵抗７１とコンデンサ７
２は抵抗４６と、前記ダイオード７０、抵抗７１
および常開リレー接点５５を相接続する導線７４
との間に接続された別のダイオード７３と関連し
て遅延回路を形成する。

〔第２図の動作〕 最初に増幅制御装置３０′は端子４２および４
３に通常の60Hzの交流電源から電源が供給された
ばかりであるとしよう。この時点においては、導
電性液体２２は導電領域１３の下端部より下にあ
るものとする。このときリレーコイル５７は消勢
されリレー接点６３と５５は図示の如く開成して
いる。

電圧が端子４２と４３に印加されると、２次巻
線３８の下側巻線に電圧が生じる。タツプ３７の
電圧がグランド２３に対し負のとき、すなわち、
誘起電圧が負の半サイクルのとき、電流はダイオ
ード５３抵抗３６、下側巻線を通してグランド２
３に流れる。この電流は比較的高抵抗値の抵抗５
２と同時にコンデンサ５１を介して流れ、コンデ
ンサ５１は充電され、FET４７のゲート５０に
負の電圧を与える。端子４２と４３に電源を印加
したばかりの時点では、コンデンサ５１の充電電
圧すなわち、FET４７のゲート５０の電圧は
FET４７をオフにするに十分な負の電圧まで達
しないためFET４７は“オン”の状態のままで
ある。

従つて、FET４７が“オフ”の状態になるま
では第２次巻線３８の上側巻線の電圧がグランド
２３に対し正、すなわち、誘起電圧が正の半サイ
クルのときダイオード４４を介して単方向の電流
がFET４７を通つて流れる。このため、導線４
５の電圧のほとんどは抵抗４６で降下し、FET
４７とダイオード７３の接続点は実効上グランド
電位にある。これにより絶縁型ゲートタイプの
FET６０のゲート６１は短絡され、FET６０は
“オフ”の状態にある。

コンデンサ５１の負の半サイクルでの充電が更
に進み、コンデンサ５１のゲート５０側の電圧が
FET４７をオフにするに十分な負の電圧に達す
ると、FET４７を“オフ”にする。FET４７が
非導通になると、直ぐ、誘起電圧の半サイクルの
ときの導線４５の電圧により抵抗４６およびダイ
オード７３を介してコンデンサ７２は充電され
る。

コンデンサ７２がツエナダイオード７０を降伏
させるに十分な電圧にまで充電されると、FET
６０のゲート６１に正の電圧が現われFET６０
は“オン”になる。するとリレーコイル５７には
FET６０を通して十分な電流が流れ、アーマチ
ユア５６は接点６３と５５を閉成する。接点６３
が閉成すると直ちにポンプまたは電磁弁６４は導
電性液体をパイプ２４に供給する。また、接点５
５が閉成すると、ダイオード５４を介して直流電
圧がコンデンサ７２に供給され、FET６０を導
通状態に保持するのに必要な正の電圧がFET６
０のゲート６１に続けて与えられ、増幅制御装置
３０′はこの状態にロツクされる。

ボイラ２１内の導電性液体２２は導電領域１３
に達してダイオード１６を介しての電流路が形成
されるまで上昇する。ダイオード１６を介する電
流路が形成されるとダイオード５３とそれに関連
するコンポーネントはFET４７の制御から外さ
れる。しかしなららリレー接点５５は閉成してい
るのでFET６０は導通状態を変えず、リレーコ
イル５７は、依然として付勢され、接点６３を閉
に保つている。

導電性液体２２は上昇して、遂には導電領域１
２と接触するレベルに達する。

導電性液体２２が導電領域１２に達すると、導
電性液体２２は端子３５の短絡手段として働ら
き、FET６０からゲート電圧を消減させる。ゲ
ート電圧がなくなる際、抵抗７１を介してのコン
デンサ７２の放電により僅かな遅延時間が生じ、
しばらくの間ゲート６１を十分な正の電圧に維持
するためリレーを付勢し続け導電性液体２２のリ
ツプルによりポンプが再び不用意に“オン”とな
るのを阻止している。

抵抗７１を介してのコンデンサ７２の放電によ
り得られる遅延時間が経過すると、FET６０の
ゲート６１には必要な正のゲート電圧がもはや存
在しない状態となる。この状態になると、FET
６０は非導通となりリレーコイル５７は消勢さ
れ、接点５５と６３は開成する。

これによりポンプまたは電磁弁６４は“オフ”
となり接点５５を介して形成されていた回路は開
回路となる。

導電性液体２２が僅か下がつてもデイフアレン
シヤルがプローブ１１の上部の導電領域によりつ
くられているのでポンプまたは電磁弁６４のサイ
クリング動作は起らない。導電性液体２２が十分
に下がつて、プローブの回路を完全に開にすると
この制御装置は再び動作を開始する。デイフアレ
ンシヤルはプローブの設計および／または増幅制
御回路の回路定数によつて設定されるものであ
る。

〔実施例〕

第３図には、本発明におけるプローブの変形例
が示されている。ボイラ２１は、ここでも導電性
液体２２、グランド２３およびパイプ２４を有す
るものが示されている。

プローブ８０はボイラ２１内の適当な位置に吊
り下げられる。プローブ８０は双方向電流を通す
インピーダンス素子からなる上部の、すなわち、
第１の導電領域８１を有する。下部の、すなわ
ち、第２の導電領域８２は、符号８３の位置で第
１の導電領域８１に電気的に、かつ、機械的に結
合されたものが図示されている。この実施例で
は、第２の導電領域８２はこの導電領域に印加さ
れる交流電源からの双方向の電流の単方向の電流
だけを通す物質から構成される。このような機能
を持つ物質にはチタンがある。この物質が本発明
に適用された場合双方向の電流の単方向の電流だ
けを通す理由は、残りの説明を行つた後で説明す
る。

導電領域８１は導線８４により増幅・出力制御
回路８５に接続され、増幅・出力制御回路８５は
導線８６により交流電源９０に接続される。交流
電源９０は一対の通常の交流電源線９１および９
２から付勢される。

交流電源９０は23でグランドされ、ボイラ２１
および導電性液体２２が十分なレベルまで上昇し
たときの液体を介してプローブ８０へ双方向の電
流を流すことができる。

第３図においては交流電源９０は非常に低い周
波数の交流電源である。この電源９０は低周波の
交流波形を発生する任意の発振器でもよいし、一
般に矩形波状の正および負の波形の如き切換型の
別のタイプのものでもよい。

本発明にとつて交流電源の特定は重要なもので
はなくまた、通常の60Hzの交流電源の周波数を望
ましい他の周波数に変換することはその技術分野
において周知の技術である。

〔動作〕

第３図の実施例装置を機能させるためには、プ
ローブ８０、特に、導電領域８２は、導電性液体
２２が上昇して導電領域８２に接触したとき印加
される交流電源からの双方向の電流の単方向の電
流のみを通すものであることが必要である。

チタンからなる導電領域８２がこの特性を持つ
ことは理解されよう。このチタンからなる導電領
域８２が正の電位にあつて、ボイラ水と接触して
いるとチタンの表面は二酸化チタンに変わり絶縁
物になる。このことは、導線８４とグランド２３
間に正の電圧が印加されたならば常にチタンは二
酸化チタン層を生じ、導電領域８２を印加される
交流の正側に対して非導通となることを意味す
る。チタンからなる導電領域８２はグランド２３
に対し導線８４が負の電圧にあるとき導電領域の
表面にある二酸化チタンは水に溶け、チタンの表
面は通常の導体になる。かくして、この装置は、
あたかも半波で動作しているかの如く動作する。

この実施例装置の唯一の必要条件は二酸化チタ
ン層の形成、消滅が行われるべく印加される交流
の周波数が十分に抵くなければならないことであ
る。

以上の説明から第３図の装置は導電性液体２２
がプローブと接触していないレベルにあるとき増
幅・出力制御回路８５には電流が流れず、これに
より増幅・出力制御回路８５はポンプ等を付勢
し、導電性液体は導電領域８２と接触するまで上
昇することは明らかである。このとき、低周波の
交流電源が導電領域８２と液体２２間に印加され
ている。

上述した動作から導電領域８２は双方向の電流
の単方向のみを通す。増幅・出力制御回路８５を
流れる単方向電流は検知され、正規の制御機能が
行われる。

液体２２が上昇し導電領域８１と接触すると双
方向の電流が導線８４を流れ増幅・出力制御回路
８５はポンプ等の給水源を“オフ”にする。この
実施例装置におけるプローブ８０は、第１図およ
び第２図のプローブ１１と同様に機能することに
注目されたい。

プローブ１１またはプローブ８０の作り方など
は当業者ならば種々変更が可能である。

また、これらのプローブを用いる装置を動作さ
せるのに使用する電子回路も電子技術の分野の当
業者にとつては、広範に変更可能である。

従つてプローブならびに電子回路は、上述の実
施例に限定されるべきではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例プローブを含
む液位レベル制御装置の概略構成図、第２図は第
１図の増幅制御装置の一実施例回路接続図、第３
図は本発明における他の実施例プローブを含む液
位レベル制御装置の概略構成図である。 １０：導電性液体検出手段、１１，８０：プロ
ーブ、１２，８１：第１の導電領域、１３，８
２：第２の導電領域、１６：ダイオード、２１：
容器、２２：導電性液体、２７：交流電源、３
０，３０′：増幅制御装置、８５：増幅・出力制
御装置、９０：交流電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 容器内の導電性液体の液位レベルを検出する
   液面計であつて 双方向の電流を供給する交流電源と、 この交流電源に接続され、かつ、前記容器に取
   付けられ前記双方向の電流を通すインピーダンス
   を有する第１の導電領域と、双方向電流の単方向
   の電流のみしか通さないインピーダンスを有する
   第２の導電領域とを有し、かつ、前記第２の導電
   領域が液位レベルの上昇に対し、前記第１の導電
   領域より前に前記液体に接触するように、前記第
   １および第２の導電領域は電気的に直列に接続さ
   れ、更に前記交流電源と直列回路を構成するよう
   に接続されてなるプローブとを備え、 前記容器内の導電性液体の液位レベルの表示と
   して、前記直列回路を流れる電流は、電流の不存
   在の状態、前記単方向電流の存在状態または前記
   双方向電流の存在状態のいずれかの状態となるこ
   とを特徴とする液面計。 ２ 第１項に記載の液面計において、第１の導電
   領域は導電性の棒体からなり、第２の導電領域は
   導電性の棒体と整流素子との直列接続体からなる
   ことを特徴とする液面計。 ３ 第２項に記載の液面計において、導電性の棒
   体は金属からなることを特徴とする液面計。 ４ 第３項に記載の液面計において、整流素子は
   ダイオードであることを特徴とする液面計。 ５ 第１項に記載の液面計において、第１の導電
   領域は導電性の棒体からなり、第２の導電領域は
   容器内の導電性液体に接触しているときに双方向
   電流の単方向電流のみしか通さない物質からなる
   ことを特徴とする液面計。 ６ 第５項に記載の液面計において、導電性の棒
   体は金属からなり、単方向電流のみしか通さない
   物質は二酸化チタンであることを特徴とする液面
   計。