JPS6035613B2 - 液面計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は導電性液体用液面計に関する。

プローブを用いて、加熱プラントのボィラの水の存在の
有無を感知する導電性液体用液面計は公知である。

従来のこの種の形式のプローブは、プローブとタンク間
又は単一プローブの２つの導電領域間に形成される抵抗
路に通常依存している。プローブで検出された抵抗は、
ボィラ水が存在するか否かの判定を行うのに用にられる
。従来のこの種プローブは、プローブに発生しやすいス
ケ−ルがブローブを短絡しないように、従って導電性液
体の存在の有無を誤って検出しないようにするために、
プローブの保守を頻繁に行う必要がある。ボィラ水は鉱
物の含有量が大きく変化するので、水の抵抗率も大きく
変わる。

鉱物を殆んど含まない水はその抵抗率は比較的高く、純
水を用いた場合に発生する程度の少ないスケールしか発
生しないので、ボィラ用としては好ましい。ボイラ水の
裕んどは、その地域の水の条件に基いて、相当量の鉱物
を含む。このような水はプローブに、水の存在の有無を
誤って検出する原因となるスケールを発生させやすい。
従って、この種ボィラ水用プ。−ブは、スケールを取り
除くための所定の保守を行うことが必要であり、中には
自浄作用し易いように、物理的に拡大又は縮小するよう
な設計が施されたプローブもある。ボィラ水の存否を検
出するのに、単一の抵抗路を用いるプローブは比較的廉
価であるが、信頼性に之しし、。ボィラ水用液面計は、
上述のプローブ式則ち電極式液面計の他に、フ。ート式
液面計がある。これはフロートを用いて液面を検出し、
スイッチを機械的に作動させるものであるが、このフロ
ート式液面計も欠点がある。即ち、腐食とスケールによ
る汚れであり、これらが信頼性を低下させる。従って本
発明の目的は上述の欠点を除去した改良されたプローブ
式液面計を提供するにある。本発明の他の目的は、感知
されるべき液体の抵抗を測定するために、通常は相互に
絶縁された３つの導電領域を有するプローブを用いたプ
ローブ式液面計を提供するにある。説明を簡明にするた
めに、本明細書では導電性液体をボィラ水として記述す
る。

しかし導電性液体はボィラ水に限らず、適当な電流が流
れる程度の抵抗率を有するような液体なら何でもよく、
またプローブの導電領域の寸法や増幅器即ち制御装置の
形式は、感知されるべき液体の種類に応じて適当なもの
が選ばれる。本発明に於て、３つの導電領域を有するプ
ローブは、感知されるべき導電性液体が入れられたタン
クに取り付けられる。

典形的な例としては、プローブは加熱プラントのボィラ
のタンク壁に取付けられるものであり、導電性液体は通
常含まれる鉱物を含有したポィラ水である。３つの導電
領域を有するプローブを用いることによって、ボィラ水
を経て３つの別個の抵抗路が形成される。

これら抵抗路の１つは、従来のプローブでも形成される
もので、プローブからボィラ水を経由する抵抗路である
。この抵抗路が形成されると、プローフが接続された制
御装置が作動し、その出力スイッチを閉じて、ボィラの
燃料バーナを付勢する。ポイラ水のスケールが、ボィラ
水に浸されたプローブの導電領域と、保護環として示す
導電領域との間に形成されると、該スケールの抵抗によ
って抵抗路が作られ、これが制御装置則ち増幅器の入力
部に流れる電流を分略して該増幅器を滅勢し、従って出
力スイッチを開く。同様の動作は、ボイラ水のレベルが
予定レベルを越え、保護壕とタンク壁との間に第３の抵
抗路が生じたときに起る。もし、この第３の抵抗路にも
電流が流れるように結線されていれば、この抵抗路も増
幅器の入力部に対する分路として作用し、増幅器は不作
勤状態にさせられ、その出力スイッチは開かれ、従って
これにより制御されるボィラのバーナは付勢を阻止され
る。このように、本発明液面計はプローブ式液面計であ
り、ボィラのボィラ水が適正レベルにあることを感知し
、もしボィラ水のスケールがプローフを短絡したり、又
はボィラ水が適正レベルを越えて危険なしベルに達した
ような場合には、これらの異常状態を感知し、前者にあ
っては制御装置の出力スイッチによりボィラのバーナを
付勢し、後者にあっては該出力スイッチによりバーナを
付勢しないようにする。

このように本発明プロープ式液面計は本質的にフェィル
・セーフ動作を行うものである。以下図面について本発
明を説明する。第１図に於て１川まタンクの如き容器で
、本明細書で加熱プラントのボィラと記述する場合もあ
る。タンク１０には導電‘性液体１１が部分的に満され
る。該液体は加熱プラントのボイラ用の水で、通常鉱物
を含んでいる。導電性液体１１は僅かな抵抗を有し、電
流を通過させるような液体であれば、どんな液体であっ
てもよい。第１図に於て、タンク１０は穣地線１２を有
し、かつ第２図の電気回路の一部を形成する金属容器則
ちボイラとして示されている。１４はプローブで、タン
ク１０の上板１３を貫通して取付けられる。

この実施例では、ブローフ１４はタンク１０を含む。即
ち、タンク１川まプローブ１４の３つの導電領域の１領
域を担っている。プローブ１４は導電性中心電極１５を
含む。該電極１５はプローブ１４の３つの導電領域の１
領域を形成する露出表面領域を有する。１７は導電性保
護環で、プローブ１４の第３の導電領域を形成する。

１６は絶縁スリーブで、上記中心電極と導電性保護環１
７との間に挿入される。

２０はタンク１０の上板１３の関口部をふさぐようにし
て該上板上に取付けられた絶縁板で、上記保護環１７は
この絶縁板２０を貫通して該絶縁板に取付けられる。

このように、プローブ１４は相互に絶縁された３つの導
電領域（中心電極１５、導電性保護環１７及びタンクの
上板１３）を有する。導線２１は電極１５に、導線２２
は保護環１７に夫々接続される。上記の３つの導電領域
に関連して、第１図、第２図、第３図及び第５図に点線
で示す如く、３つの抵抗路２３，２４及び２５が形成さ
れる。

３つの抵抗路の中、抵抗路２３は保護環１７とタンク１
０の上板との間に、抵抗路２４は中心電極１５とタンク
１０の間に液体１１を経て、更に抵抗路２５は保護環１
７と中心電極１５との間に液体１１、タンク中の空気及
び電極と保護環との間に発生するかもしれない鉱物性付
着物等を経て、夫々形成される。

第２図に於て、２６は一般的な交流電源で、巻線２８を
具備する変圧器２７に交流電圧を供給する。

直流電流ももちろん使えるが、分極作用の影響を防止す
るためには、交流電源が望ましい。巻線２８の一端は導
線３０を経て、導電領域１３則ちタンク１０の上板１３
か、又は大地１２に接続される。変圧器巻線２８の他端
は、増幅器３５の入力部３４に接続された導線３３に、
抵抗３２を経て接続される。増幅器３５は線３６と３７
を経て適当な直流電源に接続される。この実施例に於る
増幅器３５は、その入力部３４を流れる電流に応答して
動作する電流応答形増幅器である。増幅器３５の出力部
には、リレーコイル４０と一対の通常開接点４１として
示されている出力スイッチ３６が後続されている。増幅
器３５の入力部３４には、ブローブ１４の中心電極１５
が導線２１を経て接続される。

インピーダンス４３は一端を導線４２を経て導線３３に
、池端を線２２を経て保護環１７に夫々接続される。イ
ンピーダンス４３は増幅器３５の入力部３４のインピー
ダンスと整合するような値に選ばれる。増幅器３５が電
流増幅器の場合、事実上無くてもよく、単に導体でよい
。増幅器３５が電圧増幅器なら、補助用インピーダンス
４３は当然必要となるであろう。第２図の回路の動作を
、最初は通常状態について、次に異常状態について分け
て述べる。

第２図回路が付勢されており、タンク１０内に水即ち導
電性液体１１が存在しない場合、抵抗２３，２４及び２
５は殆んど無限大である。この場合は増幅器３５の入力
部３４には全く電流は流れず、従って出力スイッチ３８
は滅勢され、接点４１は開いたままであり、これにより
加熱プラントのボイラ用バーナをオフ状態に保持する。
第１図に示すレベルまでタンク１０内に水１１は満され
る。

第１図に示すレベルは正常時のレベルであり、このレベ
ル範囲は液面が電極１５を越え、保護環１７に達するま
での範囲である。このようなしベルに液面がある場合、
液体１１を介する抵抗路２４の抵抗値は比較的低くなり
、導線２１と１２との間に電流路が形成され、これによ
って増幅器３５の入力部には電流が流れ、リレー４０を
付勢して接点４１を閉じる。するとバーナは正常に付勢
される。もしも電極１５と保護環１７との間、又は保護
環１７とタンク１０の上板１３との間にスケールが付く
ような異常状態が発生すると、抵抗２３と２５は夫々ほ
ぼ無限大の抵抗値から低下する。

抵抗２３と２４のいずれか一方又は両方がその抵抗値を
上述したような理由で著しく減少させると、増幅器３５
の入力部３４に対して分路が形成され、該入力部３４に
流れる電流をこの分路に分流させる。このような分流が
生じると、増幅器３５はリレー４０を減勢し、接点４１
を開く。抵抗路２５を先ず取上げると、抵抗路２５の抵
抗値が比較的低くなると、抵抗路２５と液体１１を通る
抵抗路２４とを経て導体２２に電流が流れる。

この電流は増幅器３５の入力部３４から十分な大きさの
電流を取り去り、増幅器３５を減勢する。抵抗２３の抵
抗値が減少した場合を考えると、導線２２と１２との間
には、より直接的な電流の分路が形成され、増幅器３５
の入力部３４は短絡して、リレー４川こ減勢させる。こ
れは、ボイラ即ちタンク１０に水を入れ過ぎた場合には
その旨を、又は好ましくないスケールの発生、従って好
ましくない抵抗路の発生を本発明装置が検出できること
を意味するだけでなく、危険な満水レベルまでタンク１
０が満されることをも本発明装置が検出できることを意
味する。第１図と第２図は本発明装置の動作原理を良く
説明しているが、以下により具体的な例を説明する。

第２ａ図に於て、第２図の増幅器３５はリレー３８′に
置換されている。

リレー３８′は、これを流れる電流に応答して直接に作
動する。この場合、インピーダンス４３はリレー３８′
のインピーダンスに塞いて、その値が選ばれる。第３図
に於て、ボィラ則ちタンク１０は、導電性液体則ち水を
入れる部分として示されている。

第３図に示すプローブ１４′はネジ付ナット１３′、電
極１５及び保護環１７から成る３つの導電領域を有する
。電極１５は導線２１に、ネジ付ナット１３′は導線１
２に夫々接続される。保護環１７は導線２２と別の平行
で分離した導線２２′に接続される。導線２２と２２′
は第４図と関連して説明するように、安全性向上のため
冗長度を持たせたものである。導電領域１３′即ちネジ
付ナット１３′は六角頭ナット形に作られ、そのネジ部
は導線１２に接続されると共に、タンク１０に液密に螺
着される。絶縁部材４５はナット１３′の中心を貫通し
、部材４５の頂部には導線２２と２２′用の導入口と電
極挿入穴とが設けられている。絶縁部材４５はナット１
３′を貫通し、保護環１７にぶつかり、この部分で導線
２２と２２′が保護環１７に接続される。もの一つの絶
縁部村４６は保護環１７の底部とシール端４７との間に
設けられる。シール端４７で、電極１５は更び突出し、
第２図の抵抗２２，２３及び２４と全く同じように機能
する一体構造のブ。ーブ１４′を形成する。第３図に示
すブローブ１４′は、第４図回路と共に実用的に用いら
れる。第４図に於て、２６は電源、２７は変圧器、２８
は変圧器２７の２次巻線、３０と３１は該２次巻線に接
続された導線である。

抵抗３２は導線３１と、プローブ１４′の導線１２との
間に接続される。第４図に示すプローブ１４′は導電領
域としての電極１５と保護環１７とを有する。保護環１
７は第４図に示す如く、ブローブ１４′の内部５０で導
線２２と２２′とを接続している。導線３１と２２′の
間に増幅器５１が接続される。増幅器５１の入力部はト
ランジスタ５３とダイオード５４とを含み、ダイオード
５４は電極１５の導線２１と保護環１７の導線２２′と
の間に接続され、この間の信号を制限する。増幅器５１
の電源線５５と５６は導線３１と導線２２′との夫々接
続される。増幅器５１の出力スイッチ５７はトランジス
タ５８とＩＪレー４０とを含む。４１はリレ−４０の常
開接点である。

第３図と第４図に示す装置の動作は、第１図と第２図に
示すものと殆んど同じである。

変圧器２７の２次巻線２８に接続された導線３０と３１
に電圧が印加されると、保護環１７の結線部５０を経て
増幅器５１には電圧が供給される。もし、導電液体即ち
水がタンク１０内に存在しなければ、プロープ１４′に
は何ら抵抗路が形成されず、増幅器５１の入力部には信
号が発生せず、従って出力装置即ち出力リレー４０は励
磁されない。タンク１０内に予定のレベルまで導電性液
体則ち水が満されると、プローブ１４′にはその導電領
域１３′と１５との間に抵抗路が形成される。するとト
ランジスタ５３にはベース電流が流れ、トランジスタ５
３は導通として増幅器５１を駆動し、該増幅器５１はト
ランジスタ５８を作動させてリレー４０を励磁し、接点
４１を閉じ、ボィラのバーナを付勢する。水がタンク１
０‘こ充満した場合、又は導電領域１３′と１７との間
、又は１５と１７との間に抵抗路を形成するようなスケ
ールが発生した場合、増幅器５１の入力部は分路され、
増幅器５１は出力リレー４０を励磁することができない
。

第３図と第４図に示す装置は第１図と第２図に示すもの
と袷んど同じように作動するが、安全性に関しては向上
した構成となっている。

即ち保護環１７の導線は第１図と第２図の装置に於ては
１本の導線２２であったのに対し、第３図と第４図のも
のに於ては一対の導線２２と２２′を用い、これをプロ
ーブ内の結線部５０で接続している。このような構成に
すると、保護環１７に接続されるべき導線の中のいずれ
か一方又は両方が、装置の取付け時又は使用中に断線し
ても、増幅器５１の動作電圧が線３０と３１から除去さ
れるから、増幅器５１は出力リレー４０を常に減磁する
ようになる。すると、バーナは滅勢される。このように
、保護環１７への結線を二重結線とすることにより、装
置の取付け又は使用中の断線事故に対しては、ボイラー
のバーナは常に滅勢され、安全対策が向上した。第５図
は、プローブを２個用いる本発明装置の一実施例を示す
。

第５図に於て、６川ま２個の同種のプローブで、これら
はいずれもそのネジ部６１によってタンク１０′の絶縁
板６２に取付けられている。タンク１０′は導電材でも
絶縁材のいずれで作られてもよい。絶縁材則ち非導電材
で作られたタンク１０′を想定したのは、本発明装置が
ボィラ以外にも適用できることを意味する。従ってタン
ク１０′に入れる液体は水以外でもよく、第５図では燃
料油又はプロセス制御系に用いられる他の導電柱液体を
想定している。電極則ちプローブ６０は中心導電部分６
２を有し、該導亀部分６２は絶縁部材６３を貫通し、絶
縁部村６３はネジ部６１を貫通する。

第５図に示すプローブ６川ま、単一の抵抗路を用いると
いう点で、通常のボィラ用液面計のプローブと極めて類
似している。導電性液体１１′は液面がプローブ６０の
導露領域６２を横切るように示されており、抵抗路２４
が両プローブの導電領域６２間に液体１１′を介して形
成される。ジャンバ６４は２個のプローブのネジ部６１
間を接続し、これによって、通常のプローブを２個利用
する３つの導電領域を有するプロープが提供される。導
線２１は中心導電部分６２に、導線２１は他の中心導電
部分６２にそれぞれ接続される。ジャンパ６４は導線２
２にも接続されるように延びており、これによりプロー
ブ１４″の２つの構成要素の保護環部１７′を形成する
。抵抗２５と２３は導電領域６２と保護嬢部１７′との
間に発生する。このように、２個の同一のプローブ６０
と、これを接続するジヤンバ６４とにより、上述のプロ
ーブ１４や１４′と同様に、通常時には相互に絶縁され
た３つの導電領域を有するプローブが実現できる。

第６図は第５図に示すプローブ１４″を用いた場合の本
発明装置の一実施例回路である。

第６図回路は第４図回路と殆んど同じであるが、後者が
内部ジャンバ５０を用いているのに対し前者即ち第６図
回路では外部ジヤンパ６４が用いられている点で構成が
多少異なる。しかし動作は同じであり、導電性液体１１
′が両プローブのそれぞれの導電領域６２間に存在する
場合には、増幅器５１はリレー接点４１を閉じるように
作動する。もしも、導体１７′と１２間又は１７′と２
１間に抵抗路が出現すれば、増幅器５１の入力部に対す
る分路がプローブ１４″を経て形成され、従って増幅器
５１は不作動状態にさせられる。第７図は第３図に示す
プローブ１４′を、実際に製造するのに通した構造にし
たものを示す。

プローブ１４′は中心導電領域則ち中心電極１５を有す
る。中心電極１５はプローブの装置全体を貫く導電榛の
形状であり、導線２１を接続する側の端部はネジ７０が
形成され、接続部７４が結合される端部は中心電極の貫
通部分より拡大し、後液部７４のネジ部と螺合するネジ
穴７３が形成されている。中心電極１５の援液部７４は
導電棒であり、実施に適合した長さのものが選ばれる。
換言すれば、薮液部７４は目的に応じて簡単に取り替え
られるようになっている。７５はテフロンの如き軟質絶
縁材料で作られた絶縁部村で、中心電極１５を取り囲む
円筒状部材である。

７６は保護環１７を形成するフレア端部７７を有する導
電管であり、その他端即ち上端は分割されて２個の突起
８０と８１が形成される。

突起８０と８１は第３図の二重結線２２と２２′に相当
する。導電管７６は絶縁部材７５の外側に設けられる。
導電管７６の外側には更に他の絶縁部材８２が設けられ
る。絶縁部村８２もテフロンの如き軟質絶縁材料で作ら
れる。８３はテーパ状のネジ部８４を有する管状六角ナ
ットで、第２の絶縁部材８２の外側、従ってプロープの
最外側に位置するようにして設けられる。

六角ナット８３はプロープ１４′をタンク１０‘こ固着
するためのものである。８５は絶縁材で作られた締付部
材で、突起８０と８１を適する２個の孔８７と８６を有
する。

これはプローブ１４′を第４図回路に接続する場合に起
るかもしれない短絡事故を防止するのに役立つ。プロー
ブ１４′は中心電極１５を中心にして、第１絶縁部村７
５、保護環１７を形成する導電管７６、第２絶縁部村８
２及び管状六角ナット８３を順次重ねるようにして挿着
した後、絶縁性締付部材８５を中心電極１５のネジ側か
ら管状六角ナット８３に重ね、更にその上からワッシャ
７２を介してナット７２をネジ７０１こ螺合させて、こ
れらの部材を締付けられて組み立てられる。テフロンの
如き欧質絶縁材料で作られた２つの絶縁部材７５と８２
は、プローブ１４′の３つの導電領域、即ち中心電極１
５、保護環１７及び取付けナット８３を相互に絶縁する
と共に、プローブの液密構造を実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の検出端であるプローブの一実施例
を示す。 第２図は第１図プローブを用いる本発明装置の一実施例
回路を示す。第２ａ図は第２図回路の出力スイッチの他
の実施例を示す。第３図は導電領域の１つに一対の導線
が接続されたプロープの一実施例を示す。第４図は第３
図プローブを用いる本発明装置の他の実施例回路を示す
。第５図は２個のプローブ素子を用いて３つの導電領域
を有するプローブの一実施例を示す。第６図は第５図の
プローブを用いる場合の電気回路の一実施例を示す。第
７図は第１図と第３図に夫々示すブローブの具体的構造
の一例を示す。図において、１０：タンク、１１：導電
性液体、１３：第１導電領域、１４：プローブ、１５：
第２導電領域、１７：第３導電領域、２３：第１抵抗路
、２４：第２抵抗路、２６：第３抵抗路、３５：増幅器
、３８：出力スイッチである。」２ＺＧ．′ＪヱＹＧ．
２ 〆／Ｇ．２０ ＪスＹＧ●３ 汀けり．４ Ｊごけり．う ＪＺ打Ｇ．６ ｊフＹＧ−ア

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感知すべく、容
   器に取付けられ、かつ、正常状態では相互に絶縁されて
   なる第１、第２および第３の電極からなる３つの導電領
   域を有し、液位レベルに応じて、各導電領域間にそれぞ
   れ第１、第２ならびに第３の抵抗路を形成するプローブ
   と、 前記プローブの第１と第３の電極の導電領域に接
   続された電源手段と、 出力スイツチ手段と、前記第２
   の電極の導電領域に接続された入力回路手段とを有する
   制御装置とから成り、 前記容器内の導電性液体の液位
   レベルが前記第２の電極の導電領域に達するレベル以上
   にあるとき、前記第１と第２の電極の導電領域間には前
   記第２の抵抗路が導電性液体を介して形成され、 液位
   レベルが更に上がり前記第３の電極の導電領域に達する
   レベル以上にあるとき、前記第１と第３の電極の導電領
   域間に前記第１の抵抗路と、前記第２と第３の電極の導
   電領域間に前記第３の抵抗路もそれぞれ導電性液体を介
   して形成されるようにして成り、 液位レベルにより前
   記第２の抵抗路のみが形成されたとき、前記出力スイツ
   チ手段はこの第２の抵抗路を通つて前記入力回路手段に
   電流が流れることにより作動状態にされ、 液位レベル
   により前記第１および第３の抵抗路が形成されたとき、
   これら第１および第３の抵抗路は前記入力回路手段に対
   する分路を作り、これに分路電流が流れて前記入力回路
   手段を流れる電流を減少せしめることにより前記出力ス
   イツチ手段は不作動状態にされることを特徴とする液面
   計。 ２ 制御装置は増幅器であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の液面計。 ３ 出力スイツチ手段はリレーであることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載の液面計。 ４ プローブは一体構造からなり、プローブ取付装置と
   して機能するネジ部を有し、このネジ部は更に３つの導
   電領域の中の１つとして機能することを特徴とする特許
   請求の範囲第２項に記載の液面計。 ５ プローブは、それぞれ第１および第２の電極からな
   る２つの導電領域を有する第１および第２のプローブ要
   素からなり、かつ、第１のプローブ要素の第１の電極か
   らなる導電領域、第２のプローブ要素の第１の電極から
   なる導電領域、ならびに第１および第２のプローブ要素
   の第２の電極同士を電気的に相接続して形成される導電
   領域は、それぞれプローブの第１、第２および第３の電
   極からなる３つの導電領域として機能することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の液面計。