Liquid level detection system using capillary

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液面検知システムの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液面検知システムの代表的なものとしては、フロートを用いた液面検知システムがあるが、これは、液面に浮かべたフロートの浮き沈みを利用し、このフロートの上下方向の位置を検知することにより、液面を検知するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなフロートを用いた液面検知システムでは、フロートそのものが喫水するための深さが必要であるから、装置が全体として大型になってしまうという問題がある。
【０００４】
また、このようなフロートを用いた液面検知システムは、用途によっては、十分な感度が得られないという問題も有する。
【０００５】
前記フロート方式のほかには、温度検出方式、超音波方式、レーザ方式等があるが、いずれも、不感帯によるセンサと液面との距離等の影響で小型化することは困難であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液体の量に応じて上下する液面の上方に細管を配置し、
前記細管に熱センサが取付けられ、
前記液面が前記細管の下端に達し前記液体が前記細管内を上昇して前記熱センサの位置まで上昇したとき、前記熱センサによって前記液面が検知されることを特徴とする液面検知システムによって前記の課題を解決した。
【０００７】
【作用】
本発明では、フロートを用いないことにより喫水の深さが不必要となることで、液面検知システムを小型することができる。
また、細管の管径を液体材料の表面張力、粘性等に応じたものにすることにより、精密な液面検知が可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、本発明の液面検知システム１０の実施形態の断面図である。
同図に示すように、本発明の液面検知システム１０は、細管２０と、細管２０に巻付けられた熱センサ（電気抵抗体）３０からなり、液体容器４０と連結され直立した細管２０の下端部２４が、液面５０の上方に位置するように配置されている。
【０００９】
液面５０が上昇して、細管２０の下端部２４に達すると、表面張力により液体は細管２０中を高さｈまで上昇する（毛細管現象）。 これにより、細管２０に取付けられている熱センサ３０が温度変化を感知する。 熱センサ３０は、ワイヤ３２により、外部の電気回路（図示せず。）に連結されている。
熱センサ３０は、細管２０に電気抵抗体を巻付けたものでも、自己発熱する熱感知素子であれば小さな抵抗体チップを貼付けたものでもよい。 また、抵抗体は１個でも、コスト高にはなるが、感度を増すために複数でもよい。
なお、熱センサ３０が細管２０に電気抵抗体を巻付けたものであると、熱センサ３０の全内周面がセンサとして機能するため、感度が高くなる。
【００１０】
次に、図１（ｂ）、（ｃ）は、毛細管現象の説明図である。
図１（ｂ）に示すように、液面５０が細管２０の下端部２４より低い位置にあるときは、細管２０に液体が吸上げられることはないが、図１（ｃ）に示すように、液面５０が細管２０の下端部２４に到達すると、液体の表面張力により、液体が、細管２０内を、自然に、液面５０よりも高く上昇する現象が起きる。 この現象は、一般に「毛細管現象」と呼ばれているが、本発明は、この「毛細管現象」を積極的に利用したものである。 毛細管現象により、液体が細管２０を上昇する高さｈは、次の式で求められる。
ｈ＝２γｃｏｓθ／ｒρｇ
ここで、γは液体の表面張力、θは接触角、ｒは細管の半径、ρは液体の密度、ｇは重力加速度である。
細管２０の半径ｒは、この式に基づいて、適切な高さｈが得られるように設定される。
【００１１】
細管２０の管径については、０．２５ｍｍから０．８ｍｍの範囲で実験したところ、液体がＴＥＯＳ、エタノールの場合、０．７ｍｍが好適であった。
【００１２】
次に、図２は、本発明のさらなる実施形態の液面検知システム１００の断面図である。 この実施形態では、熱センサの感度を向上させるために、熱センサ３０は、ブリッジ回路（図示せず。）を構成するように、一対になっている。 その他の構成は、図１（ａ）と同様であるので説明を省略する。
【００１３】
図３は、図２の液面検知システム１００の液体容器４０への取付け方を示す断面図である。 液面検知システム１００は、メタルＯリング４２を介在させて、フランジ２６で液体容器４０に固定される。 オーバーフローした液体は、細管２０の上端部２２を経由して、自然に、液体容器４０に戻されるようになっている。
【００１４】
図４は、本発明のさらなる実施形態の液面検知システム１０２の断面図である。 この実施形態では、液体容器４０の側面に、液面検知システム１０２が、細管２０の上端部２２及び下端部２４を水平に延長して接続され、細管２０の下端部２４が液体容器４０の液面とつながるようになっている。 すなわち、細管２０の上下端部が液体容器４０の側面に、液体容器４０内部と連通するように連結されている。 この実施形態でも、オーバーフローした液体は、上端部２２を経由して、自然に、液体容器４０に戻される。
その他の構成は、図２と同様であるので説明を省略する。
【００１５】
最後に、図５は、本発明の液面検知システム１０４の具体的利用例を示す断面図である。 気化容器４０の底面に、ヒータ（図示せず。）で一定温度に保たれた気化プレート６０が、水平方向に対し一定の角度をなして設けられている。 ノズル７０は、気化面積が大きくなるように、気化プレート２０の上端近くに設けられている。 ノズル７０から出た液体は、気化プレート６０の斜面を下りながら一部は気化される。 気化される量よりも、ノズル７０から供給される量が多いので、液面５０は上昇していく。 液面５０が液面検知システム１０４の細管２０の下端部２４に到達すると、所定の液面検知信号が送られることにより、ノズル７０からの液体流入は停止させられる。 一方、気化が進むと液面５０が下がるため、再び、液面検知システム１０４がこれを検知し、液体流入が開始する。 この動作を繰返すことで、液体の気化制御が行なわれるようになっている。
本発明の液面検知システムは、このような分野で、好適に利用される。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、フロートを用いないことによりフロートの喫水の深さが不必要となるから、液面検知システムを小型化できるという効果を奏する。
また、細管の管径を液体材料の表面張力、粘性等に応じたものにすることにより、精密な液面検知が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液面検知システムを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）、（ｃ）は毛細管現象の説明図。
【図２】本発明のさらなる実施形態の液面検知システムの断面図。
【図３】本発明の液面検知システムの液体容器への取付け方を示す断面図。
【図４】本発明のさらなる実施形態の液面検知システムの断面図。
【図５】本発明の液面検知システムの利用例を示す断面図。
【符号の説明】
１０、１００、１０２：液面検知システム２０：細管３０：熱センサ（電気抵抗体）
４０：液体容器５０：液面