JPH076729U

JPH076729U - 液検出器

Info

Publication number: JPH076729U
Application number: JP3527493U
Authority: JP
Inventors: 健二小川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】誤検出が無く、かつ検出精度も高い液検出器
を提供すること。【構成】液検出器１の検出液に接する接液面12Ａを球
面状に形成する。光源14から所定入射角で接液面12Ａに
光13Ａを当てると、光13Ａは気液の屈折率の相違により
液２に接していない部分のみで反射し、この反射光量を
光検出器14で検出することで液２の有無が検出される。
この際、接液面12Ａに液２が薄く付着すると、光13Ａは
接液面12Ａではなく液２と空気との境界面で反射する
が、液２は表面張力の影響で球となるため、球状の接液
面12Ａで反射する際と同じ反射光量となる。従って、接
液面12Ａが乾いていても液２で濡れていても、液２に接
していなければ反射光量は変わらないため、誤検出が防
止され、高精度の液検出が可能となる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、光源及び光検出器を用いた液検出器に関するものである。

【０００２】

【背景技術】

従来より、容器内の液体のオーバーフロー等を検出するために、液面が所定高さ位置に達したか否かを検出する液検出器を用いた液面計が知られている。本出願人も、設置や取扱いが容易で、かつ被検出液を高精度で検出することができる液検出器として、特開平４−２４８４１８号公報に記載された液検出器を提案している。

【０００３】この液検出器は、被検出液に接する平面や円錐形等の接液面を備えたプリズムと、このプリズムの前記接液面に対向する面側に設けられて前記接液面に所定の入射角で射光する光源と、この光源からの光が前記接液面で反射された際の反射光を検出する光検出器とを備え、前記入射角は、前記接液面が被検出液に接触している場合にはその臨界角よりも小さくなって光が被検出液に透過され、かつ前記接液面が被検出液に接触していない場合にはその臨界角よりも大きくなって光が全反射されるように設定されていることを特徴とするものである。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、液検出器の被検出液に接する接液面が、円錐形や平面であると、接液面が被検出液に接している場合における光検出器の検出値は、略一定であるのに対し、接液面が被検出液に接していない場合における光検出器の検出値は、ばらつきが大きく、このため安定した液検出が行えない場合があるという問題があった。すなわち、液検出器が液に接していない状態としては、液に接する前や付着した液を拭き取るなどで接液面が乾いている状態と、液面が低下するなどして接液面が被検出液で濡れている状態とがある。ここで、接液面が乾いている場合には、光源からの光は接液面と空気との境界面で反射して光検出器で検出される。一方、接液面が被検出液内に配置されているのではなく、液から離れて表面に薄く液が付着するつまり液で濡れている場合には、光源からの光は接液面から付着した液に入射し、液と空気との境界面で反射して光検出器で検出される。

【０００５】ここで、平面や円錐形の接液面に入射する光の入射角は、光が当たっている範囲内であればどの位置でもほとんど変わらないため、反射する場合には殆どの光が反射する。一方、接液面が液で濡れていて液と空気との境界面で光が反射する場合には、液が表面張力により球状となるため、光の入射角も各位置で異なり、入射した光の何割かしか反射しない。このため、液検出器が被検出液に接していなくても、接液面が乾いているか濡れているかで反射光量に大きな差が生じ、かつ濡れている場合でも液の付着状態によって反射光量にばらつきが生じるため、液検出器に液が接している場合と接していない場合との検出光量の変化割合が小さくなり、反射光量の大きさで液検出の有無を設定する際に、設定値に対する変化量が小さいため、誤検出の原因になるという問題があった。

【０００６】本考案の目的は、誤検出が無く、検出精度も高い液検出器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案の液検出器は、被検出液に接する接液面を備え、かつこの接液面が球面の一部を構成するように形成された透光性部材と、この透光性部材の前記接液面に対向する面側に設けられて前記接液面に所定の入射角で射光する光源と、この光源からの光が前記接液面で反射された際の反射光を検出する光検出器とを備え、前記入射角は、前記接液面が被検出液に接触している場合にはその臨界角よりも小さくなって光が被検出液に透過され、かつ前記接液面が被検出液に接触していない場合にはその臨界角よりも大きくなって光が全反射されるように設定されていることを特徴とする。尚、液検出器は、前記透光性部材に光源および光検出器を近接させ、透光性部材に直接光を入射あるいは受光するように構成してもよいし、透光性部材と光源および光検出器との間に光ファイバを介在させ、光源や光検出器を透光性部材から離して設置できるように構成してもよい。

【０００８】

【作用】

このような本考案の液検出器においては、光源から透光性部材の接液面に所定の入射角で光を当てる。この際、光が当てられた接液面に液が接していなければ、光の入射角が透光性部材と空気との境界面の臨界角よりも大きくなって光が全反射し、この反射光が光検出器で検出される。一方、光が当てられた接液面に液が接していれば、光の入射角が透光性部材と液との境界面の臨界角よりも小さくなり、光が液内に透過して光検出器では検出されない。このため、反射光の有無を光検出器で検出すれば、接液面の光が当てられた部分の液の有無が検出される。

【０００９】また、通常光源からの光は接液面上に所定範囲の広がりをもって当てられる。このため、接液面の光が当たる範囲内に液が接していれば、その液が接している面積に応じて反射光の光量が変化する。このため、光検出器を反射光の光量変化をも検出できるものにすれば、前記範囲内での接液面積の変化つまり液面高さの変化が検出される。さらに、光を利用して液を検出しているため、電気磁気等の影響を受けることがなくて取扱いや設置が容易であり、発火性の液等の種々の液の検出が可能である。

【００１０】また、透光性部材の接液面は球面の一部を構成するように形成されているため、接液面が乾いている場合の反射光量と、接液面が濡れている場合の反射光量とは、共に球面に対して入射する光が反射されるため、殆ど同じになる。このため、液検出器が被検出液に接していない場合の２つの状態、つまり接液面が乾いている場合と濡れている場合とで、検出される反射光量に差がなく、これらの状態と、液検出器が被検出液に接している状態とを確実に区別して検出することが可能となり、誤検出が無くなるとともに高精度の液検出が可能となる。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。図１及び図２には、本考案の第１実施例の液検出器１が示されている。液検出器１は、図１に示すように、薬液、接着剤、溶剤等の被検出液２が溜められる液収納部材としての容器３の蓋４に形成された取付孔４Ａに固定され、容器３内の液２の液面２Ａを検出するように構成されている。

【００１２】液検出器１は、図２に示すように、ステンレスからなるパイプ状のケーシング１１と、このケーシング１１の絞り加工が施された下端開口に固定された透光性部材１２と、光源１３および光検出器１４と、光源１３から透光性部材１２に光１３Ａを伝送する光ファイバ１５と、透光性部材１２で反射された光１４Ａを光検出器１４に伝送する光ファイバ１６とを備えている。

【００１３】透光性部材１２は、ガラスやプラスチック等の透光性の材料により略半球状に形成され、その平面部分がケーシング１１の内側に配置されて光ファイバ１５，１６に当接されるとともに、球面部分がケーシング１１の下端から突出するように配置されている。尚、透光性部材１２の製造方法は、従来より知られている種々の方法が利用できる。例えば、ガラス製の透光性部材１２を製造する場合には、ガラス製の球を製造し、その球を略半球状となるまで研磨すればよく、一方、プラスチック製の透光性部材１２を製造する場合には、略半球状となる金型を作成して成形すればよい。

【００１４】光源１３および光検出器１４は、ケーシング１１とは離れた位置に設けられた適宜なボックス１７内に配置されている。尚、光源１３としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ、ガスレーザ、固体レーザ等の各種の光源を利用できる。また、光検出器１４としては、フォトトランジタ、ＣＣＤ等の固体イメージセンサ等の各種の光検出器１４を利用できる。

【００１５】光源１３および光検出器１４と、透光性部材１２との間に配置される光ファイバ１５，１６の透光性部材１２側の端部は、テフロンやポリエチレン等からなる光ファイバ止め具１８で保持されている。この光ファイバ止め具１８は、ケーシング１１および透光性部材１２間から液２が漏れないようにシール材としても機能している。また、ケーシング１１の上端部にも、ステンレスやプラスチック製の光ファイバ止め具１９が嵌挿されて光ファイバ１５，１６を保持している。

【００１６】光ファイバ１５は、透光性部材１２の球面状の接液面１２Ａに所定の入射角で光１３Ａを当てるように配置されている。この入射角は、透光性部材１２や検出液２の屈折率によって設定される。すなわち、光ファイバ１５からの光の入射角は、透光性部材１２が液２に接しておらず空気に接している場合の臨界角よりも大きく、かつ透光性部材１２が液２に接している場合の臨界角よりも小さくすればよい。このように設定すれば、光ファイバ１５からの光１３Ａは、透光性部材１２が空気に接している場合には全反射して光ファイバ１６を介して光検出器１４で検出され、一方、透光性部材１２が液２に接している場合には光１３Ａは液２内に透過し、光検出器１４で検出できなくなる。従って、光検出器１４で反射光１４Ａが検出されるか否かで液２が透光性部材１２に接しているか否かを検出することができる。例えば、ガラス（屈折率1.5 ）で形成された透光性部材１２が空気（屈折率約１）と接している場合には、臨界角は約41.8度となり、透光性部材１２が屈折率 1.06以上の液２に接している場合には、臨界角は45度以上となる。このため、光１３Ａの入射角を41.8〜45度の間に設定すれば、屈折率1.06以上の液２を検出することができる。尚、透光性部材１２の接液面１２Ａは球面状であり、一方光１３Ａはある程度の範囲に広がって入射されるため、入射される光１３Ａの総てを上記入射角の範囲内に設定できない場合もあるが、光１３Ａの大部分が上記入射角の範囲内となるように設定すれば、実用上問題は生じない。

【００１７】次に、本実施例の作用について説明する。まず、光源１３から光ファイバ１５を介して光１３Ａを接液面１２Ａに当てる。この際、光ファイバ１５，１６は、略平行に配置されており、光ファイバ１５から射光された光１３Ａが直接光ファイバ１６に入射されることはない。

【００１８】接液面１２Ａに光１３Ａを当てた際に、液２の液面２Ａが接液面１２ＡのＢ点の下にあるときには、光１３Ａは接液面１２Ａで２回反射し、その反射光１４Ａが光ファイバ１６を介して光検出器１４で検出される。これにより、液面２ＡがＢ点まで達していないことが検出される。

【００１９】一方、液面２Ａが徐々に上昇して液２がＡ〜Ｂ点間に達すると、気液の屈折率の違いによって臨界角が変わるため、液２に接する面に当てられた光１３Ａは液２内に透過し、反射光１４Ａの光量が低下する。この光量変化に応じて光検出器１４での検出値も変化し、液面２ＡがＡ〜Ｂ点間にあることが検出される。

【００２０】さらに、液面２ＡがＡ点以上まで上昇すると、光１３Ａは全て液２内に透過し、反射光１４Ａは無くなる。従って、光検出器１４では光１４Ａを検出できず、これにより液面２ＡがＡ点以上になったことが検出される。

【００２１】また、液面２ＡがＢ点以下に下がると、光１３Ａは接液面１２Ａに付着した液２と空気との境界面で反射し、光検出器１４で検出される。この際、接液面１２Ａに付着した液２は、表面張力の影響で球状となっているため、その反射光量は接液面１２Ａが乾いている際に接液面１２Ａで反射する光量と略同じとなる。

【００２２】このような構成の本実施例によれば、次のような効果がある。すなわち、液検出器１の接液面１２Ａを球面に形成しているので、接液面１２Ａに付着する液２は表面張力の影響で球状となり、接液面１２Ａと同じ形状となる。このため、接液面１２Ａが乾いていて入射光１３Ａが接液面１２Ａと空気との境界面で反射する場合と、接液面１２Ａが液２から離れて濡れていて入射光１３Ａが接液面１２Ａに付着した液２と空気との境界面で反射する場合とで、反射光量の差を殆ど無くすことができる。これにより、液２の誤検出が無くなり、高精度で検出できるとともに、安定した動作で液検出を行うことができる。

【００２３】また、液２を光１３Ａの全反射を利用して検出しているので、反射光１４Ａの有無によって液面２Ａが接液面１２ＡのＢ点のレベルまできているか否かを精度良く検出でき、高精度のレベルスイッチ等として利用することができる。

【００２４】さらに、接液面１２ＡのＡ〜Ｂ点間で液面２Ａが変化する場合には、その変化に応じて反射光１４Ａの光量が変化するため、光検出器１４としてこの光量変化を検出できるものを用いれば、液２の有無の検出だけでなく、Ａ〜Ｂ点間の液面２Ａの高さ位置の変化も検出することができる。

【００２５】また、液検出器１のなかで液２に接するのは透光性部材１２とケーシング１１のみであり、この透光性部材１２はガラスや三フッ化塩化エチレン等のフッ素系樹脂などで形成され、ケーシング１１はステンレスで形成されているので、液検出器１はほとんどの薬液や溶剤に侵されず、薬液タンク、接着剤タンク、溶剤タンク等の種々のタンクの液検出器１として広範に利用することができる。なお、ケーシング１１はケースとしての機能を備えていればよく、その材質はステンレス以外でもよいため、液２に応じてケーシング１１の材質を変更でき、種々の液２に対応させることができる。

【００２６】さらに、透光性部材１２と光源１３および光検出器１４との間に光ファイバ１５，１６を介在させており、光源１３や光検出器１４等をケーシング１１内に配置する必要がないため、ケーシング１１を非常に細くかつ短く形成することができ、容器３内での専有空間を少なくできるとともに、非常に小さな容器３であっても液検出器１を配置することができる。

【００２７】また、液検出器１は光１３Ａを用いて液２を検出しており動作部がない単純な形状なので、衝撃に強く十分な強度を備えることができる。また、光１３Ａを用いているため、電気磁気の影響を受けることがなく、よって設置箇所の制限が少なくなって様々な箇所に設置できるとともに、発火性の液でも安全に検出できるため様々な種類の液２を検出できる。

【００２８】次に、本考案の第２実施例について図３を参照して説明する。本実施例の液検出器２０は、透光性部材２１として三フッ化塩化エチレン等のフッ素系樹脂で成形されたものを用いており、光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）２５と光検出器であるフォトダイオード２６とを透光性部材２１に近接させて配置している。

【００２９】透光性部材２１の接液面２１Ａは、第１実施例と同様に球面状に形成され、一方、ケーシング１１内部に面した側には、底面中央に円錐状の凸部２２が形成されて断面略Ｗ字形とされた凹部２２が設けられている。この凹部２３の凸部２２回りの円周状に連続するＶ溝２４部分には、ＬＥＤ２５とフォトトランジスタ２６とが取付けられている。ＬＥＤ２５は、射光した光２５Ａが接液面２１Ａ側に僅かに屈折し、この屈折光が接液面２１Ａに対して所定の入射角で入射されるように配置されている。尚、ＬＥＤ２５は、光２５Ａがあまり広がらず１方向に向かって射光されるものが望ましい。

【００３０】一方、フォトトランジスタ２６は、ＬＥＤ２５からの光２５Ａが接液面２１Ａで反射された反射光２６Ａを検出できる位置に配置されている。これらのＬＥＤ２５及びフォトトランジスタ２６の各端子２７は、基板２８にはんだ付けされ、さらにこの基板２８に一端がはんだ付けされた各コード２９によりコントローラ等に電気的に接続されている。

【００３１】基板２８は、透光性部材２１の凹部２３の周壁３０に形成された溝３１に嵌合固定されている。この周壁３０には、透光性部材２１の中心軸に沿った方向の切り溝３２が円周方向に４〜６か所形成されている。このため、基板２８を透光性部材２１の凹部２３内に押し込むと、切り溝３２によって透光性部材２１の周壁３０が一旦外側に広がり、溝３１に基板２８が嵌合すると元の状態に戻って基板２８が固定される。この透光性部材２１をケーシング１１に嵌め込むと、周壁３０が外側に広がらないので基板２８も確実に固定される。従って、透光性部材２１は、ＬＥＤ２５、フォトトランジスタ２６及び基板２８のホルダを兼ねていることになる。

【００３２】なお、コード２９は、ケーシング１１内面に当接するプレート３３及びコード２９を締めつけているベルト３４によって抜け止めされている。また、透光性部材２１及びケーシング１１間、ケーシング１１及び容器３の側壁４間、ケーシング１１及びコード２９間は、Ｏリング３５でそれぞれシールされている。

【００３３】このような液検出器２０においても、光２５Ａの接液面２１Ａへの入射角を適宜設定することで、前記実施例と同様の効果を得ることができる。また、透光性部材２１がＬＥＤ２５、フォトトランジスタ２６、基板２８のホルダを兼ねているので、ケーシング１１等を取付けて液検出器２０を組立てなくても透光性部材２１にＬＥＤ２５等を取付けた段階で光路の検査等を行ってＬＥＤ２５やトランジスタ２６の位置出しを正確にかつ容易に行うことができる。その上、ＬＥＤ２５やトランジスタ２６を保持する部材を別途設ける必要がなくなり、構成部材を少なくできて組立が簡単となり、かつ安価に提供できる。また、ケーシング１１にＯリング３５を介在させて透光性部材２１を嵌合することで、ＬＥＤ２５やフォトトランジスタ２６が配置された内部を密封できるので、防水処理が容易でこの点からも組立が簡単でかつ安価に提供できる。

【００３４】さらに、透光性部材２１に近接して光源であるＬＥＤ２５や光検出器であるフォトトランジスタ２６を配置できるので、光２５Ａ、２６Ａの搬送路が短くなって光量が少なくても確実に検出できる。また、比較的高価な光ファイバを用いていないため、安価にかつ容易に製作できる。

【００３５】なお、本考案は前述の実施例に限定されるものではなく、本考案の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本考案に含まれるものである。例えば、前記第１実施例では、略半球状の透光性部材１２を用いていたが、特にプラスチック製とする場合には、第２実施例と同様に光ファイバ１５，１６の端部を保持できる形状に形成してもよい。また、前記第２実施例では、フッ素系樹脂等でＬＥＤ２５等を保持できる形状に成形された透光性部材２１を用いていたが、第１実施例のような半球状の透光性部材１２を用いてもよい。要するに、透光性部材１２，２１は、光を透過できかつ接液面１２Ａ，２１Ａが球状であればよく、その材質や形状等は実施にあたって適宜設定すればよい。

【００３６】また、本考案の光源や光検出器は前記実施例のようにＬＥＤ２５やフォトトランジスタ２６に限らず、従来より知られている種々の光源や光検出器を用いることができる。さらに、本考案の液検出器１，２０は、液面計としてだけでなく、液検出が必要な各種の機器に利用できる。

【００３７】

【考案の効果】

本考案の液検出器によれば、設置や取扱いが容易で誤検出が無く、被検出液を高精度で検出できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例の液検出器の容器への取付
状態を示す断面図である。

【図２】前記実施例の液検出器を示す一部を省略した断
面図である。

【図３】本考案の第２実施例の液検出器を示す一部を省
略した断面図である。

【符号の説明】

１，20 液検出器２被検出液２A 液面３容器 11 ケーシング 12，21 透光性部材 12A,21A 接液面 13 光源 14 光検出器 15, 16 光ファイバ 25 発光ダイオード 26 フォトトランジスタ

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】被検出液に接する接液面を備えかつこの
接液面が球面の一部を構成するように形成された透光性
部材と、この透光性部材の前記接液面に対向する面側に
設けられて前記接液面に所定の入射角で射光する光源
と、この光源からの光が前記接液面で反射された際の反
射光を検出する光検出器とを備え、前記入射角は、前記接液面が被検出液に接触している場
合にはその臨界角よりも小さくなって光が被検出液に透
過され、かつ前記接液面が被検出液に接触していない場
合にはその臨界角よりも大きくなって光が全反射される
ように設定されていることを特徴とする液検出器。
【請求項２】請求項１記載の液検出器において、前記
透光性部材と光源および光検出器との間には光ファイバ
が介在されていることを特徴とする液検出器。