JPH08327434A - 水位検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水垢や粘着浮遊物の付着に起因する影響を著
減し、かつあらゆる水質の水位検知を正確に行うことが
できるようにし、またプラスチック等の絶縁物で製作さ
れた水槽等に対しても適用でき、さらには電源として発
電機を使用した場合にも適用できるようにした汎用性の
ある水位検知装置を提供することを目的とする。 【構成】 水槽等の水位を検知する水位検知装置であ
り、「水槽等の中の所定水位の位置に配置され、１つの
電極面を有する電極」と「その電極が配置された水位に
水槽等の水面が達したときにその電極と水との間の電気
抵抗または静電容量を感知して水位を検知制御する検知
回路」とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水槽等の水位を検知する
水位検知装置、さらに詳しくは、一つの電極面を有する
電極単体の１個ないし数個で水位を検知することができ
る水位検知装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】〈従来の水位検知装置１〉従来、水槽の
水位を検知する検知装置として、たとえば図３に示すよ
うな装置が知られている。

【０００３】図３において水位検知装置は、商用交流電
源を降圧する電源トランス(1) を有しており、その二次
巻線には２つの巻線(2a), (2b)が形成される。二次巻線
(2a)の一端にはダイオードブリッジ(3) が接続され、そ
の出力側にコンデンサ(C1)を介してトランジスタ(Tr1),
(Tr2)からなるスイッチング回路が接続されている。他
方の二次巻線(2b)の一端はダイオードブリッジ(4) を介
して直接に電極(5a)に接続され、また他端は電極(5b)に
接続されて水槽(6) 内に所定の間隔を隔てて挿入され
る。ダイオードブリッジ(4) の他端はコンデンサ(C2)を
介して負の直流電圧として抵抗(R1)を介し、トランジス
タ(Tr1) のベースに接続されている。トランジスタ(Tr
1), (Tr2)は交互にオン、オフするように接続され、ト
ランジスタ(Tr2) のコレクタにはリレー回路(7) が接続
されている。

【０００４】電極(5) としては、たとえば図４に示すよ
うに、円筒形ケース(8) の先端部を円筒状電極(5a)と
し、その中心に電極(5b)を配置し、これらを樹脂等によ
って一体に成形して構成した電極が用いられる。

【０００５】さて、水槽(6) の水位が電極(5a), (5b)の
レベルに達しなければトランジスタ(Tr1) のベースには
この負電圧は加わらないため、正の所定電圧が印加され
トランジスタ(Tr1) がオン状態となり、トランジスタ(T
r2) はオフとなってそのコレクタに接続されたリレー回
路(7) は作動しない。しかし、水位の上昇により電極(5
a), (5b)のレベルに水槽水位が達すると、ダイオードブ
リッジ(4) を介して負電圧がトランジスタ(Tr1) のベー
スに加わり、トランジスタ(Tr1) がオフ、トランジスタ
(Tr2) がオンとなってリレー回路(7) が作動し、図示し
ないポンプ等を作動させるこどができる。

【０００６】〈従来の水位検知装置２〉また、水槽の水
位を検知する他の検知装置として、本出願人の出願にか
かる図５に示した装置がある。この図５の装置の構造お
よび作用機構は、実公平６−７３２８号公報に詳細に記
載されている。

【０００７】すなわち、図５においては、電柱にはたと
えば６０００Ｖの商用交流の電圧を１００Ｖの電圧に降
圧する柱上トランス(11)が設けられる。柱上トランス(1
1)の二次側の一端は、送配電線の保守点検を円滑に進
め、柱上トランスの焼損等により高圧が家庭内に進入す
るのを防止するために、一端が図示のように接地されて
いる。そしてこの柱上トランス(11)の二次側より、コン
セント(12)およびプラグ(13)を介して、水位制御装置の
電源トランス(14)が接続される。電源トランス(14)は商
用交流電源を低圧、たとえば１２Ｖまたは２４Ｖに降圧
するものであって、その二次側には整流回路(15)が接続
されていて、水位検知装置の各部に直流電圧を供給する
ものである。ここで電源トランス(14)、整流回路(15)
は、商用交流電源を整流して所定の電源電圧を得る直流
電源回路を構成している。

【０００８】さて水槽(16)には、所定の水位の位置に複
数の電極(E1)〜(E3)が配置される。電極(E1)は保持すべ
き水位の最も低いレベルに配置する電極とし、該電極(E
1)にはリード線を介して検知回路(17)が接続される。検
知回路(17)はリード線に直接接続されたコンデンサ(C
3)、抵抗(R2)を有し、その他端はトランジスタ(Tr3) の
ベースに接続される。トランジスタ(Tr3), (Tr4)は、増
幅率を高くすると共に入力インピーダンスを上げるた
め、ダーリントン接続されている。そしてトランジスタ
(Tr4) のエミッタが接地され、トランジスタ(Tr3) のベ
ースとの間にはコンデンサ(C4)が接続される。また共通
接続されたコレクタには、コレクタ抵抗(R3)を介して直
流電源の正極端が接続される。またコレクタには抵抗(R
4), (R5)を介してＰＮＰ形トランジスタ(Tr5) のベース
が接続され、抵抗(R4), (R5)の共通接続端と正極端には
コンデンサ(C5)が接続されて、一種のタイマ回路を構成
し、チャタリングを防止する。トランジスタ(Tr5) とト
ランジスタ(Tr6) とはダーリントン接続されており、ト
ランジスタ(Tr6) のエミッタと接地端間にはリレー(Ry
1) が接続される。他の電極(E2), (E3)についても同様
の検知回路(18), (19)が接続されている。これらの検知
回路(18), (19)はその詳細な構成の説明を省略するが、
それぞれリレー(Ry2), (Ry3)が接続されている。

【０００９】さて、リレー(Ry1), (Ry2)のＡ接点(Ry1-1
a), (Ry2-1a)および制御リレー(X)のリレーコイルが商
用交流電源に直列に接続される。リレー(Ry2) のＡ接点
(Ry2-1a)には制御リレー(X) のＡ接点(X-3a)が並列に接
続され、自己保持回路を構成している。制御リレー(X)
の一対のＡ接点(X-1a), (X-2a)はそれぞれ電源の端子間
に接続され、排水用の水中ポンプ(20)に電源を供給する
ものである。またリレー(Ry3) のＡ接点(Ry3-1a)はブザ
ー(B) に接続され、警戒水位に達したときにブザーに通
電するものである。

【００１０】次に動作について説明する。水槽(16)内の
水位が図示のように電極(E1)のレベル以上に達すると、
柱上トランス(11)の二次側の接地部および大地、水槽(1
6)、水槽(16)内の水および電極(E1)と検知回路(17)、お
よび電源トランス(14)の一次、二次巻線間のストレーキ
ャパシティおよび柱上トランス(11)の二次巻線の順に交
流的に結合されることとなって、商用交流電源より微小
なレベル、たとえば数μＡ程度のリーク電流が流れる。
このリーク電流はダーリントン接続されたトランジスタ
(Tr3), (Tr4)で増幅される。リーク電流によるコンデン
サ(C4)の端子電圧、すなわちトランジスタ(Tr3) のベー
スとトランジスタ(Tr4) のエミッタ間の電圧が 1.5Ｖ以
上になると、トランジスタ(Tr3), (Tr4)が動作し、リー
ク電流がこれらのトランジスタの電流増幅率の積の増幅
率で増幅され、トランジスタ(Tr4) にコレクタ電流が流
れる。従って、トランジスタ(Tr5) 、トランジスタ(Tr
6)にもベース電流が流れてリレー(Ry1) が付勢される。
このときコンデンサ(C5)と抵抗(R4)に電流が流れ、コン
デンサ(C5)が充電される。このコンデンサ(C5)の充電電
圧により、水位が下がって(Tr3), (Tr4)がオフとなって
も、所定時間遅れてリレーがオフとなる。

【００１１】それ故、水位が電極(E1)〜(E3)のレベルを
それぞれ越えるときにリレー(Ry1)〜(Ry3) が順次オン
状態となる。従って水位が上昇し電極(E2)に達すると、
リレー(Ry1), (Ry2)が動作するため、そのＡ接点(Ry1-1
a), (Ry2-1a)がオンとなり、制御リレー(X) が付勢され
る。従って、自己保持を行うと共に水中ポンプ(20)が動
作し、水槽(16)内の水を排水する。

【００１２】水位が低下し上位電極(E2)のレベル以下と
なっても、自己保持回路により制御リレー(X) がオン状
態に保たれるため、水中ポンプ(20)が運転を継続してい
る。さて、さらに水位が低下して電極(E1)のレベル以下
となれば、リレー(Ry1) が消勢されるため自己保持回路
が停止し、制御リレー(X) がオフとなって水中ポンプ(2
0)が停止する。また水位が急激に高くなり電極(E3)に水
位が達すれば、ブザーが鳴って警報状態を報知する。

【００１３】〈従来の水位検知装置３〉そのほか、水槽
の水位を検知する検知装置として、水槽の所定レベルを
検知するために内部に水銀スイッチ等が封入されたフロ
ートスイッチを用いるようにした装置も知られている。
これは水位の上昇に伴い、水面に浮かぶようにしたフロ
ートスイッチの傾きの変化に基いてその内部の水銀スイ
ッチ等を導通させ、それによって所定レベルの水位を検
知するようにしたものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】

〈従来の水位検知装置１の問題点〉図３、４に示した水
位検知装置によれば、電極として２個の電極(5a), (5b)
を相対向させて同一水位の部分に挿入する必要がある。
そして水槽(6) の水の抵抗値が大きいために、また低電
圧（たとえば１２Ｖまたは２４Ｖ）で動作させているた
めに、電極間の間隔をあまり大きくすることができず
（５０mm以下）、従って電極の表面に水垢が付着した
り、電極間に粘着浮遊物が付着したりすると、低電圧で
動作させていることからその付着の影響が大きく、水位
が電極(5a), (5b)に達していてもいなくても、すなわち
水位のレベルに関係なく、誤動作してしまうことがある
という欠点があった。このように水垢や粘着浮遊物の付
着が水位検知に大きな影響を与えるため、定期的に電極
の清掃や取り替えが必要となる。また、浄水、塩水、汚
水、薬水等の水質によって感度調整を行ったり、多種類
の電極が必要となるという欠点があった。

【００１５】〈従来の水位検知装置２の問題点〉これに
対し、図５に示した水位検知装置によれば、電極として
相対向する電極を形成する必要がなく、１つの電極面を
有する電極単体で微弱なリーク電流を検知して水位を検
知するので、感度が良く、水垢や粘着浮遊物の影響が少
なくなり、あらゆる水質の水位検知ができる。

【００１６】しかしながら、この水位検知装置において
は、コンセント(12)に接続するプラグ(13)の差し込み方
向によって、柱上トランス(11)の二次側の接地側、すな
わち商用交流電源の極性が変わり、リーク電流の大きさ
が変化するので、感度が変わるという欠点があった。

【００１７】また一般に、水槽は電気的に接地されてい
ると考えられるので、大地を流れる微弱なリーク電流を
検知できるが、絶縁物、たとえばプラスチック等で製作
された水槽等は、大地と電気的に絶縁されているのでリ
ーク電流を検知できない。従って上記の水位検知装置
は、絶縁物で製作された水槽等の水位検知には適用でき
ないという欠点があった。

【００１８】加えて、電源として発電機を使用した場合
には、商用交流電源のように片側を接地することはない
ので大地と電気的に絶縁され、リーク電流を検知でき
ず、水位検知できないという欠点があった。

【００１９】このように従来の水位検知装置２は、従来
の水位検知装置１の問題点を克服しているものの、実用
化のためにはさらに改良の余地があった。

【００２０】〈従来の水位検知装置３の問題点〉水銀ス
イッチ等を用いたフロートスイッチによる水位レベルを
検知する装置にあっては、フロートスイッチの形状が大
きくなるだけでなく、フロートに粘着浮遊物が付着して
フロートの重量が増し、検知レベルが不明確となって誤
動作するおそれがあった。また、水銀スイッチの接点不
良による誤動作やフロートスイッチの破壊による水銀汚
染が起こりやすいという欠点もあった。

【００２１】〈本発明の目的〉本発明は、このような従
来の水位検知装置１，２，３の問題点を根本的に克服す
るためになされたものであって、本出願人の出願にかか
る上記の水位検知装置２をさらに機構的に大きく改良す
ることにより、水垢や粘着浮遊物の付着に起因する影響
を著減し、かつあらゆる水質の水位検知を正確に行うこ
とができるようにし、またプラスチック等の絶縁物で製
作された水槽等に対しても適用でき、さらには電源とし
て発電機を使用した場合にも適用できるようにした汎用
性のある水位検知装置を提供することを目的とするもの
である。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の水位検知装置
は、水槽等の水位を検知する水位検知装置であって、水
槽等の中の所定水位の位置に配置され、１つの電極面を
有する電極と、該電極が配置された水位に水槽等の水面
が達したときに該電極と水との間の電気抵抗または静電
容量を感知して水位を検知制御する検知回路とを有する
ことを特徴とするものである。（ここで「電気抵抗また
は静電容量」の「または」とは「および」を含む概念で
ある。）

【００２３】本発明においては、１つの電極面を有する
電極を用いる。図２はそのような１つの電極面を有する
電極の一例を示した断面図である。

【００２４】図２中、(32)はケーブルである。(33)はケ
ースであり、たとえばポリ塩化ビニルなどのプラスチッ
ク成形品で形成される。(34)は電極面であり、導通性を
有する任意の材料で構成されるが、水中に確実に沈むよ
うにするため、比重の大きいステンレススチールが好適
である。(35)はキャップであり、電極(34)と同じような
材質で形成することもでき（この場合、キャップ(35)が
電極(34)と一体化していてもよい）、あるいは導通性を
有しない材質のもので形成することもできる。(36)は電
子回路、(37)はエポキシ樹脂のようなモールド樹脂であ
る。

【００２５】そして本発明においては、上記の電極が配
置された水位に水槽(30)等の水面が達したときに、該電
極と水との間の電気抵抗または静電容量を感知して水位
を検知制御する検知回路を設ける。検知回路の詳細につ
いては、後述の実施例で述べることにする。

【００２６】

【作用】本発明の水位検知装置においては、水槽等の中
の所定水位の位置に１つの電極面を有する電極が配置さ
れる。そして電極面に水位が達したときに、電極面と水
との間の電気抵抗または静電容量を感知し、そのレベル
を検知することにより、電極の位置まで水位が達したこ
とを検知するようにしている。

【００２７】このような機構を採用した本発明にあって
は、水槽等の水位を検知するために従来例のように相対
向する電極を形成する必要がなく、１つの電極面を有す
る電極を用いて水との間の電気抵抗または静電容量によ
ってその水位を検知することができる。そしてこのよう
に電気抵抗または静電容量を検知するので、電極面に絶
縁性の物、たとえば水垢や粘着浮遊物が付着しても影響
されにくく、確実に水位を検知することが可能となり、
浄水はもちろんのこと汚水まで安定して検知可能であ
る。

【００２８】また、大地を流れる微弱なリーク電流を活
用しないので、商用交流電源の極性に対して感度調整の
必要がなく、絶縁物、たとえばプラスチック等で製作さ
れた水槽などあらゆる水槽の水位検知ができ、さらには
商用交流電源以外の電源、たとえば発電機を電源として
も水位検知ができる。

【００２９】

【実施例】次に実施例をあげて本発明を詳細に説明す
る。

【００３０】実施例１ 図１は本発明の水位検知装置の全体構成の一例を示した
回路図である。

【００３１】この実施例は、水槽の水位を所定レベルに
保つようにした水位制御装置に本発明の水位検知装置を
適用したものである。なお電極(E4), (E5), (E6)として
は、先に述べた図２のものを用いた。

【００３２】商用交流電源(21)より、水位検知装置の電
源トランス(22)が接続される。電源トランス(22)は商用
交流電源を低圧、たとえば１２Ｖに降圧するものであっ
て、その二次側には整流回路(23)が接続されていて、水
位検知装置の各部に直流電源を供給するものである。こ
の直流電源の一端で負極側を水中ポンプ(31)のアース端
子(E) に接続して、共に大地に接地する。従って、直流
電源の負極側と水中ポンプ(31)のある水槽(30)の水は同
電位となる。

【００３３】検知回路(27)は、集積回路(IC1) 、抵抗(R
6), (R7)、コンデンサ(C6)からなり、高周波、たとえば
１kHz の発振をする発振器(24)と、該発振器(24)により
トリガーされてパルスを出す集積回路(IC2) 、抵抗(R
8)、リード線を介して接続される電極(E4)からなる単安
定マルチバイブレータ(25)と、該パルスの幅（大きさ）
を判定する抵抗(R9)、コンデンサ(C7)、トランジスタ(T
r7) 、ダイオード(D) 、リレー(Ry4) からなる判定出力
回路(26)により構成されている。

【００３４】他の検知回路(28), (29)は、詳細な構成の
説明は省略するが、それぞれリード線を介して電極(E
5), (E6)とリレー(Ry5), (Ry6)とが接続されている。

【００３５】さて、リレー(Ry4), (Ry5)のＡ接点(Ry4-1
a), (Ry5-1a)および制御リレー(X1)のリレーコイルが、
商用交流電源(21)に直列に接続される。リレー(Ry5) の
Ａ接点(Ry5-1a)には、制御リレー(X1)のＡ接点(X1-3a)
が並列に接続され、自己保持回路を構成している。制御
リレー(X1)の一対のＡ接点(X1-1a), (X1-2a)はそれぞれ
電源の端子間に接続され、排水用の水中ポンプ(31)に電
源を供給するものである。また、リレー(Ry6) のＡ接点
(Ry6-1a)はブザー(B1)に接続され、警戒水位に達したと
きにブザーに通電がなされる。

【００３６】次に本実施例の動作について説明する。

【００３７】水槽(30)には所定の水位の位置に電極(E4)
〜(E6)が配置される。電極(E4)は保持すべき水位の最も
低いレベルに、また電極(E5)は保持すべき水位の最も高
いレベルに、電極(E6)は警戒水位に配置する電極とす
る。

【００３８】水槽(30)内の水位が図示のように電極(E4)
のレベル以上に達すると、電極(E4)と直流電源の負極側
との間、すなわち前述のように直流電源の負極側と水槽
(31)の水は同電位であるので、電極(E4)と水槽(31)の水
との間の電気抵抗および静電容量が変化し、集積回路(I
C1) 、抵抗(R6), (R7)、コンデンサ(C6)からなる発振器
(24)にトリガーされた集積回路(IC2) 、抵抗(R8)、電極
(E4)からなる単安定マルチバイブレータ(25)の出力パル
ス幅が大きくなり、抵抗(R9)、コンデンサ(C7)、トラン
ジスタ(Tr7) 、ダイオード(D) 、リレー(Ry4) からなる
判定出力回路(26)のリレーがオン状態となる。それ故、
水位が電極(E4)〜(E6)のレベルをそれぞれ越えるときに
リレー(Ry4) 〜(Ry6) が順次オン状態となる。

【００３９】そして水位が上昇し電極(E5)に達すると、
リレー(Ry4), (Ry5)が動作するため、そのＡ接点(Ry4-1
a), (Ry5-1a)がオンとなり、制御リレー(X1)がオンす
る。従って、自己保持を行うと共に、水中ポンプ(31)が
動作し、水槽(30)内の水を排水する。水位が低下し上位
電極(E5)のレベル以下となっても、自己保持回路により
制御リレー(X1)がオン状態に保たれるため、水中ポンプ
(31)が運転を継続している。

【００４０】さて、さらに水位が低下し電極(E4)のレベ
ル以下となれば、リレー(Ry4) がオフとなるため自己保
持回路が停止し、制御リレー(X1)がオフとなって水中ポ
ンプ(31)が停止する。

【００４１】また、水位が急激に高くなり電極(E6)に水
位が達すれば、ブザー(B1)が鳴って警報状態を報知す
る。

【００４２】なお本実施例は複数の電極を用いて、水位
を一定範囲に制御する水位制御装置について説明してい
るが、本発明は特定の水位を検知する水位検知装置に適
用することができることは言うまでもない。

【００４３】

【発明の効果】作用の項でも述べたように、本発明によ
れば、水槽等の水位を検知するために、従来例のように
相対向する電極を形成する必要がなく、１つの電極面を
有する電極を用いて、水との間の電気抵抗または静電容
量によってその水位を検知することができる。このよう
に電気抵抗または静電容量を検知するので、電極面に絶
縁性の物、たとえば水垢や粘着浮遊物が付着しても影響
されにくく、確実に水位を検知することが可能となり、
浄水はもちろんのこと汚水まで安定して検知可能であ
る。

【００４４】また１つの電極面を有する電極を用いるこ
とは先に述べた従来の水位検知装置２と同じでも、大地
を流れる微弱なリーク電流を活用しないので、商用交流
電源の極性に対して感度調整の必要がなく、絶縁物、た
とえばプラスチック等で製作された水槽などあらゆる水
槽の水位検知ができ、さらには商用交流電源以外の電
源、たとえば発電機を電源としても水位検知ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水位検知装置の全体構成の一例を示し
た回路図である。

【図２】本発明で用いる１つの電極面を有する電極の一
例を示した断面図である。

【図３】従来の水位検知装置１の一例を示した回路図で
ある。

【図４】図３の水位検知装置１で用いる電極の一例を示
した断面図である。

【図５】従来の水位制御装置２の全体構成の一例を示し
た回路図である。

【符号の説明】

(1) …電源トランス、(2a), (2b)…巻線、(3) …ダイオ
ードブリッジ、(4) …ダイオードブリッジ、(5), (5a),
(5b) …電極、(6）…水槽、(7) …リレー回路、(8) …
円筒形ケース、(Tr1), (Tr2)…トランジスタ、(C1), (C
2)…コンデンサ、(R1)…抵抗、(11)…柱上トランス、(1
2)…コンセント、(13)…プラグ、(14)…電源トランス、
(15)…整流回路、(16)…水槽、(17), (18), (19)…検知
回路、(20)…水中ポンプ、(E1), (E2), (E3)…電極、(C
3), (C4), (C5)…コンデンサ、(R2), (R3), (R4), (R5)
…抵抗、(Tr3), (Tr4), (Tr5), (Tr6)…トランジスタ、
(X) …制御リレー、(X-1a), (X-2a), (X-3a)…制御リレ
ー(X) のＡ接点、(Ry1), (Ry2), (Ry3) …リレー、(Ry1
-1a), (Ry2-1a), (Ry3-1a)…リレーのＡ接点、(B) …ブ
ザー、(21)…商用交流電源、(22)…電源トランス、(23)
…整流回路、(24)…発振器、(25)…単安定マルチバイブ
レータ、(26)…判定出力回路、(27), (28), (29)…検知
回路、(30)…水槽、(31)…水中ポンプ、(32)…ケーブ
ル、(33)…ケース、(34)…電極面、(35)…キャップ、(3
6)…電子回路、(37)…モールド樹脂、(E) …アース端
子、(E4), (E5), (E6)…電極、(IC1), (IC2)…集積回
路、(R6), (R7), (R8), (R9)…抵抗、(C6), (C7)…コン
デンサ、(Tr7) …トランジスタ、(D) …ダイオード、(X
1)…制御リレー、(X1-1a), (X1-2a), (X1-3a) …制御リ
レー(X1)のＡ接点、(Ry4), (Ry5), (Ry6) …リレー、(R
4-1a), (R5-1a), (Ry6-1a)…リレーのＡ接点、(B1)…ブ
ザー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水槽等の水位を検知する水位検知装置であ
   って、 水槽等の中の所定水位の位置に配置され、１つの電極面
   を有する電極と、 該電極が配置された水位に水槽等の水面が達したときに
   該電極と水との間の電気抵抗または静電容量を感知して
   水位を検知制御する検知回路とを有することを特徴とす
   る水位検知装置。