JP3606116B2 - Capacitive moisture sensor - Google Patents
Capacitive moisture sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP3606116B2 JP3606116B2 JP19819399A JP19819399A JP3606116B2 JP 3606116 B2 JP3606116 B2 JP 3606116B2 JP 19819399 A JP19819399 A JP 19819399A JP 19819399 A JP19819399 A JP 19819399A JP 3606116 B2 JP3606116 B2 JP 3606116B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- electrodes
- capacitance
- detection
- pair
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分量の検出や水分の有無を検出する静電容量式水分量センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
水分量センサの用途として、発酵工程・米等の穀類・茶の葉・タバコの葉・生ゴミ・木材・土壌・コンクリート細骨材、等で、夫々が静止或いは移動している状態で夫々の物質に含まれる水分量をオンライン又はオフラインで検出する場合や、雨検知・バスお湯はり時の水位監視・人体の着席検知を行う場合が想定される。
【0003】
これらの用途での検知対象物と、水分量センサの位置関係を図25に示す。この図で示すように検知対象物Aが収納される容器Bの外側に水分量センサ1を配置して、検知対象物Aの水分量を検知するようになっている。
【0004】
水分量センサ1の水分量検知原理によっては、容器Bの壁面に開口部を設ける必要がある。検知対象物Aは矢印で示すように移動する場合或いは静止している場合の何れでも良い。
【0005】
ここで従来から水分量を測定する方法は、一般には大別すると、赤外線吸収式、マイクロ波式、電気抵抗式、静電容量式、重量式などがある。
【0006】
赤外線吸収式は、図26に示す赤外光吸収特性から分かるように1.94μmの波長が水に良く吸収されることを利用したもので、この水分吸収波長である1.94μm付近の赤外光を検知対象物に照射して、照射光量に対する反射光又は透過光の減少量から、検知対象物に含まれる水分量を検知する方法である。
【0007】
図27はこの赤外線吸収式による水分量センサの一例を示しており、この水分量センサ1は光源Laから波長切り換えフィルタ2、ハーフミラー3と、容器Bの開口窓Wを介して容器B内の検知対象物Aに、水が吸収する波長及び水が吸収しない波長の赤外光を波長切り換えフィルタ2により選択して照射し、夫々の反射赤外光を受波器4により受光してその反射パワーP1,P2を検知して、両者の反射パワーP1,P2の比率を用いることにより、水による吸収以外の影響を除いた上で、水分量を検知する反射式水分量センサを構成している。尚5は波長切り換えフィルタ2の切り換え駆動用モータを示している。
【0008】
図27の水分量センサは反射パワーを用いて水分量を検出するものであったが、図28に示す水分量センサ1は赤外光を容器B内に入射するための開口窓Wの反対側の容器Bの壁に検知対象物Aを透過した赤外光を容器B外へ出すための開口窓W’を開口し、この開口窓W’に対応して透過赤外光の透過パワーを受波する受波器4を設け、波長切り換えフィルタ2により切り換え選択された、水に吸収される波長の赤外光と、水に吸収されない波長の赤外光を容器B内の検知対象物Aに照射し、夫々の透過パワーP1,P2を受波器4により検知して、両者の透過パワーP1,P2の比率を用いることにより、水による吸収以外の影響を除いた上で、水分量を検知する透過式水分量センサを構成している。
【0009】
マイクロ波式は、数GHz帯域のマイクロ波を検知対象物に照射し、その反射量、透過量から水分量を検知する方法である。
【0010】
数GHz帯域を使うと水の複素誘電率の効果が現れてくる。つまり、複素誘電率の虚数部分がエネルギ損失や伝播位相遅れを生じさせる。
【0011】
例えば、図29に示すように発振器7と、検波器8と、マイクロストリップ回路9とで水分量センサ1を構成して、マイクロストリップ回路9を容器Bの壁面に設けて電界を容器B内に放射する形にし、その電界を容器B内の検知対象物Aの内部を通過するように配置する。すると、水分によるエネルギ損失が発生するので、検波器8で検波したパワーから損失量を求め、この損失量から水分量を換算するのである。
【0012】
尚図30は比誘電率と周波数と複素誘電率の関係を示している。
【0013】
そして水の誘電率特性はε=ε’−jε”と表せる。
【0014】
また減衰定数は、
減衰定数(dB/m)=27.3/伝送波長×tan(δ)
ε’×tan(δ)=ε”
と表される。
【0015】
(参照文献:National Technical Report V.24 N.3 June 1978)
電気抵抗式は、水分が導電体である性質を用いて、電極間の電気抵抗値を測定し、その抵抗値から水分量を検知する方法である。
【0016】
つまりこの電気抵抗式の水分量センサ1は図31に示すように容器B内に一対の電極10a、10bを配置して両電極10a,10b間の検知対象物Aによる電気抵抗Rを抵抗ブリッジ回路6の一辺とし、その電気抵抗Rの値に応じて流れる電流を測定器11により測定して、電気抵抗Rの値を検知し、その検知した電気抵抗Rの値を用いて次式により水分量Mを演算することで水分量を検知するようになっている。
【0017】
R=K/(M×M)×[1+α(t−t0)]
R:検知対象物Aの電気抵抗値、M水分量、K:定数、α:温度係数、t:標準温度、t0:測定温度
検知対象物Aが木材の場合、概ね乾燥状態で数MΩ、水分が多い状態で数kΩを示す。(工業計測技術体系編集委員会編:湿度・水分測定 日刊工業新聞社刊1965 参照)
尚図31中DCは直流電源である。
【0018】
静電容量式は、水が分極する物質(誘電体)である性質を用いて、図32に示すように一対の電極12a,12b間の静電容量値を測定してその静電容量値から水分量を検知する方法である。ここで水分量は水分量=水体積/(S×d)で表され、Sは電極12の面積、dは電極間距離であり、S×dは検知エリアの体積を示す。
そして水分量と静電容量Cxは
Cx=[ε’(水)×水分量+ε’(他)×(1−水分量)]×ε0×S/dとなる。ここで水の比誘電率ε’(水)は80,比誘電率ε’(他)は木材の場合には2空気の場合には1であり、検知領域内の水分量によって静電容量Cxが決定される。静電容量Cxの値は電極12a,12bの大きさにも依存するが、乾燥状態で数pF、水分が多い状態で数10pFを示す。(例えば、工業計測技術体系編集委員会編:湿度・水分測定 日刊工業新聞社刊 1965 参照)
図33は水分量と静電容量Cxとの関係を示す。また図34は静電容量式の水分量センサ1の概念的な構成を示しており、この検知対象物Aの水分量に応じた電極12a,12bからなる電極部12での静電容量Cxの値を容量値検知回路13で検知して、その検知した静電容量Cxの値に対応した電気量を持つ、例えば電圧信号を出力部14より出力するようなっている。
【0019】
重量式は、JIS規格P−8127で定義されているように、105℃の乾燥炉で被検知物Aを加熱して水分を蒸発させる。このとき、乾燥前質量と乾燥後質量とから、蒸発した水分質量を計算で求めて、乾燥前質量で除した数値で定義される重量水分比率を得る方法である。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の赤外線吸収式において透過光を用いる水分量センサ1では、検知対象物Aが赤外光を透過するような材質のものでなければならない。この場合、数mm程度までの薄い紙等には適するが、赤外光を透過させない材質のものには不向きである。さらに反射光を用いる水分量センサ1では、検知対象物Aの表面の凹凸状態、色によって反射条件が大きく左右される。つまり、照射光量に対する光量減少量が水分の吸収によるのか反射条件によるのかが定まらず、精度の良い水分量検知ができないという問題があった。
【0021】
また、マイクロ波式は、複素誘電率によって発生する伝播エネルギ損失量を測定しているため、装置が複雑となって製作コストが高いという問題があった。
【0022】
更に電気抵抗式は、水の電気抵抗式は、水の電気伝導度を用いた抵抗成分の測定を行う方法だが、実際は水分中に含まれる不純物、例えば塩分(NaCl)などが電気分解によってできたイオン伝導度の方が桁違いに大きく、そのため抵抗で測定できる値は、正確には水分中に溶解している不純物濃度が実際の所である。
【0023】
更にまた重量式は、その測定原理からオンライン計測には不向きな方法である。
【0024】
一方静電容量式は比誘電率が水と同等なものが存在すると誤差の要因となるが、比誘電率が20〜50の有機溶剤系物質を含まない上記用途(発酵工程・米等の穀類・茶の葉・タバコの葉・生ゴミ・木材・土壌・コンクリート細骨材、等で、夫々が静止或いは移動している状態で夫々の物質に含まれる水分量をオンライン又はオフラインで検出する場合や、雨検知・バスお湯はり時の水位監視・人体の着席検知等)中に存在する物質では水と同等の比誘電率を有するものがないため、誤差の少ない水分量検知ができ、しかも検知対象物Aに対して接触させて検知対象物A中の水分量をできる特徴があるが、図35(a)(b)に示すように構造物たる容器Bの内壁の開口部16に絶縁構造物15を配設して、互いの電極面が対向するように平行配置した電極12a,12bでは電極12a,12b間に検出対象物Aが埋まって、堆積物として残留してしまい、その結果堆積物の水分量を測定することになってしまい検知対象物Aの水分量を反映しなくなるという問題があった。そのためには堆積残留しないようにな清掃構造が必要になるが、清掃構造を持たせるためには、製作コストの上昇を招くという問題があった。
【0025】
また容器B内に電極12a,12bが突出することになり、そのため容器B内の検知対象物Aの移動を阻害し、また電極12a、12bに荷重がかかったり、他の部分に堆積物が残留してしまうという問題があった。そのため電極12a,12bの構造に荷重に耐えるだけの強度を持たせることが必要になり、結果電極構造が大きくなったり、製作コストが上昇するという問題があった。
【0026】
尚図35(b)中Cxは検知対象物による静電容量、C1,C2,Ccは浮遊容量を示す。
【0027】
本発明は、上記の問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、静電容量式による水分量を検知する水分量センサの特徴を生かせ、しかも残留堆積物の発生や流れの阻害が無く、製作コストの上昇の要因となる構造が不要で、検知対象物である生ゴミ処理剤以外の生ゴミの影響を受けることなく正確に検知対象物の水分量を検知できる静電容量式水分量センサを提供することにある。
【0028】
請求項2の発明の目的は、請求項1の発明の目的に加えて、残留堆積物の発生や、流れの阻害を確実に無くすことができる静電容量式水分量センサを提供することにある。
【0030】
請求項3の発明の目的は、請求項1の発明の目的に加えて、少なくとも一方の電極の摩耗を防ぐことができる静電容量式水分量センサを提供することにある。
【0031】
請求項4の発明の目的は、請求項3の発明の目的に加えて、水分量検知感度を低下させることなく、高精度に水分量検知ができる静電容量式水分量センサを提供することにある。
【0032】
請求項5の発明の目的は、請求項1乃至4の何れの発明の目的に加えて、容量検知誤差の精度を高めて、設計時の複雑さを解消した静電容量式水分量センサを提供することにある。
【0033】
請求項6の発明の目的は、請求項5の発明の目的に加えて、一方の電極を大地とすることで、構造物の強度を強めることができる静電容量式水分量センサを提供することにある。
【0034】
請求項7の発明の目的は、請求項6の発明の目的に加えて、容量検知回路と大地を兼ねる電極との接続が容易である静電容量式水分量センサを提供することにある。
【0035】
請求項8の発明の目的は、請求項1乃至6の何れかの発明の目的に加えて、大地の電位などの変動や、漏れ電流による電位の変動に対しても、誤動作の少ない静電容量式水分量センサを提供することにある。
【0036】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明では、生ゴミ処理剤を検知対象物とし、この検知対象物に接する構造物の壁面より検知対象物側へ略突出しないように壁面に電極面を略並行させて配置した一対の電極からなる電極部と、該電極部の一対の電極で構成されるコンデンサ領域を検知領域とし、検知領域内に存在する水分量で決定される静電容量値を検知する容量検知回路と、容量検知回路から出力される検知された静電容量値に相当する値の電気量を出力する出力部とから成り、上記電極部の一対の電極端部の間の距離が上記検知領域内に存在する検知対象物以外の生ゴミの平均的な大きさの約2倍以上として成ることを特徴として成ることを特徴とする。
【0037】
請求項2の発明では、請求項1の発明において、上記電極部の一対の電極を略同一平面上に並設して成ることを特徴とする。
【0039】
請求項3の発明では、請求項1記載の発明において、上記電極部の一対の電極の内の少なくとも一方の電極が、絶縁物を介して検知対象物に接することを特徴とする。
【0040】
請求項4の発明では、請求項3の発明において、上記電極部の一対の電極間の距離を上記絶縁物の厚さの倍以上として成ることを特徴とする。
【0041】
請求項5の発明では、請求項1乃至4の何れかの発明において、上記電極部の一対の電極の内、上記容量検知回路の一方の電極接続端に接続される一方の電極の周囲を、上記容量検知回路の他方の電極接続端に接続される他方の電極が略囲むように配置したことを特徴とする。
【0042】
請求項6の発明では、請求項5の発明において、上記容量検知回路の上記他方の電極接続端に接続する電極を大地として成ることを特徴とする。
【0043】
請求項7の発明では、請求項6の発明において、上記容量検知回路の上記他方の電極接続端に接続される電極を、大地に接続された金属製の上記構造体として成ることを特徴とする。
【0044】
請求項8の発明では、請求項1乃至6の何れかの発明において、上記電極部の一対の電極の幅を略同一幅として成ることを特徴とする。
【0045】
【発明の実施の形態】
本発明を実施形態により説明する。尚本発明の回路構成及び検知原理は図32〜図34に示したものを用いるため、回路構成及び検知原理の説明は省略する。
(実施形態1)
図1(a)(b)は本実施形態の水分量センサ1の電極部12の要部を示しており、検出対象物Aが入っている容器Bの壁面に形成せる開口部16に合成樹脂成形材料やセラミック材料から形成された絶縁構造物15を嵌め込んで容器Bの壁面の一部とし、この絶縁構造物15の容器B側面に電極部12を構成する短冊状の電極12aと、この電極12aよりも幅狭な短冊状の電極12b、12bを電極12aの両側に配設し、中央の電極12aを容量検知回路13の一方の電極接続端に、両側の電極12b、12bを容量検知回路13の他方の電極接続端に、夫々接続して、電極12aと、電極12b、12bとで対の電極を構成し、これら対の電極12aと電極12b,12bとの間で構成されるコンデンサ領域を検査対象物Aの静電容量の検知領域としている。
【0046】
而して本実施形態の水分量センサ1によれば、容器B内を移動する検査対象物Aと電極部12との接触により検査対象物A内の水分量に対応した電極12a,12b間の静電容量Cxの値を容量検知回路13で検知し、この検知した該静電容量Cxの値に応じた例えば電圧信号を出力部14より出力し、この出力電圧により、検査対象物A中の水分量を検知することができる静電容量式水分量センサが実現するできるのである。特に本実施形態では、電極12a、12b、12bの電極面が容器Bの壁面と並行するとともに且つ略同一面上にあるため、容器B内で検査対象物Aが移動するのを電極12a、12b,12bが邪魔せず、そのため電極構造の強度を強くする必要もなく、また電極12a、12b間に殆ど堆積することがなく、堆積物を清掃する清掃手段を必要とせず、製造コストが安価な静電容量式水分量センサを提供できる。
【0047】
尚図2に示すように絶縁構造物15に外方向に向けて凹んだ凹部17a、17b,17bを形成して、これら凹部17a、17b,17bに電極12a、12b,12bを埋め込み、電極12a,12bの電極面を絶縁構造物15の表面、つまり容器Bの壁面と同一面としても良い。電極12a,12bの厚み分も容器B内へ突出しないため、電極12a、12b間の堆積物が皆無となる。
【0048】
尚図2では、容量検知回路、出力部の図示は省略しているが、図1(b)と同様に設けられるのは言うまでもない。
【0049】
絶縁構造物15を容器Bに固定する場合、図3(a)に示すように、絶縁構造物15の厚みを容器Bの壁部の厚みより厚くして、その両端より容器Bの外側壁面に重ねる固定片15aを突出形成し、この固定片15aと容器Bの外側壁面とを接着固定する方法や、図3(b)に示すように取付ねじ18とナット19とを用いてねじ固定する方法を採用すればよい。尚図3(a)(b)の例は図2の電極配設構造であるが、勿論図1の電極配設構造の例にこれら固定方法を採用しても良い。これら固定方法は後述する各実施形態の絶縁構造物15の容器Bへの固定に採用しても良いのは勿論であり、そのため以降固定方法については特に言及しない。
【0050】
(実施形態2)
上記実施形態1では絶縁構造物15の表面、つまり容器Bの壁面と略同一面となるように電極12a、12b,12bを配置して電極部12を構成しているが、図4(a)(b)のように検知対象物Aに接する絶縁構造物15の面側が開口して横断面形状が台形状の凹所20を設け、この凹所20の両側の緩斜面に設けた凹部17a、17bに電極部12を構成する一対の電極12a,12bを埋め込んで、容器B内に突出せず、容器Bの壁面と略並行する構造としたものである。尚図5は絶縁構造物15の緩斜面の表面に電極12a、12bを設けた例を示す。
【0051】
本実施形態も、電極12a、12bの電極面が容器Bの壁面と略並行し且つ略同一面上にあるため、容器Bで検査対象物Aが移動するのを電極12a、12b,12bが邪魔せず、そのため電極構造の強度を強くする必要もなく、また電極12a、12b間に殆ど堆積することがなく、堆積物を清掃する清掃手段を必要とせず、製造コストが安価な静電容量式水分量センサを提供することができる。
【0052】
尚図4中Cxは検出対象物Aによる電極12a、12b間の静電容量を示している。またC1,Ccは電極12a、12bと金属製の容器Bとの間の浮遊容量、C2は容量検知回路13と大地との間の浮遊容量を示す。
【0053】
(実施形態3)
上記実施形態2では、夫々1つの電極12a、12bを絶縁構造物15の凹所20の緩斜面に配置して電極部12を構成したものであるが、本実施形態は図6(a)(b)に示すように実施形態1と同様に1つの電極12aと、2つの電極12b、12bとを用いて電極部12を構成するもので、凹所20の底部の凹部17aには幅広の電極12aを、両側の緩斜面の凹部17bには夫々電極12aを埋め込んだものである。
【0054】
本実施形態も実施形態2と同様に電極12a、12bの電極面が容器Bの壁面と略並行するともに略同一面上にあるため、容器Bで検査対象物Aが移動するのを電極12a、12b,12bが邪魔とならず、そのため電極構造の強度を強くする必要もなく、また電極12a、12b間に殆ど堆積することがなく、堆積物を清掃する清掃手段を必要とせず、製造コストが安価な静電容量式水分量センサを提供できる。
【0055】
ところで、本実施形態では中央の電極12aを囲むように電極12b、12bを両側に配置してあるため、中央の電極12aと両側の電極12b、12bとの間の電気力線は対称に存在することになる。そして容量検知回路13の一方の電極接続端に接続する電極12aの外側に、容量検知回路13の他方の電極接続端に接続する電極12bが存在するので、容量検知回路13の一方の電極接続端に接続する電極12aから発生する浮遊容量の外部への電気力線の漏れ量は少なくできることになる。つまり図4(b)で示した電極12aと容器Bとの間の浮遊容量Ccの影響が低減されることになる。
【0056】
その結果本実施形態では、浮遊容量の影響を受けずに精度良い水分量の検知が可能となる。
【0057】
上述した実施形態1の場合も、中央の電極12aの両側に、電極12b,12bを配置する構造であるため、浮遊容量の影響を減少できるのは言うまでもない。
【0058】
また図35のような電極を立てた構造の電極部に於ける浮遊容量の問題点を解消するために、図24のように中央に容量検知回路13の一方の電極接続端に接続する電極12aを絶縁構造物15の面と略同一面となるように配置し、その両側に容量検知回路13の他の電極接続端に接続する電極12b、12bを垂立させることにより、本実施形態と同様な浮遊容量を減少させることができる。
(実施形態4)
上記実施形態1〜3の電極部の電極12a,12bが短冊状のものを並行配置して構成されるものであるが、図7(a)〜(d)に示すように電極12aの周囲を囲むように環状の電極12bを配置し、これら電極12a、12bで電極部12を構成しても良い。これら電極12a、12bを上述の絶縁構造物15に配設する場合には、上述の実施形態1〜3のように検査対象物A側の面上に配設するか、凹部を設けて埋め込み配設すればよい。
【0059】
尚容量検知回路13の電極接続端に中央の電極12aを接続する場合には絶縁構造物15を貫通する電路などを用いれば良いが、図8に示すように環状の電極12bの一部を切り欠いてその切欠部21より、接続電路22を引き出すようにしても良い。
【0060】
図7,図8は平板状の絶縁構造物15に対応する電極12a、12bのパターンを示しているが、図9(a)(b)は絶縁構造物15に凹所20を設け、この凹所20の周囲の緩斜面に環状の電極12bを、凹所20の中央部に電極12aを配置した例を夫々示す。
【0061】
本実施形態の各例の場合も中央の電極12aを囲むように電極12bを設けてあるため、実施形態1,3と同様に浮遊容量の影響を受けにくい。
(実施形態5)
上記実施形態1〜3或いは4では容器Bの壁面が平坦な面であり、これに対応した平板状の絶縁構造物15を用いていたが、図10(b)に示すように容器Bの壁面が曲面である場合には、この壁面と同一面となるように曲面を持つ絶縁構造物15を用い、この絶縁構造物15の曲面と同一面を構成するように湾曲した電極12a,12bを用いる。
【0062】
本実施形態の場合には図10(a)に示すように図7(a)と同様に正方形状の電極12aとを囲むように環状の電極12bとで電極部12を構成し、これら電極12a,12bの形状に合わせて絶縁構造物15の面に形成した凹部17a,17bに対応する電極12a,12bを埋め込んで電極部12を構成し、一方の電極12aを容量検知回路13の一方の電極接続端に、他方の電極12bを容量検知回路13の他方の電極接続端に接続する。
【0063】
本実施形態も実施形態2と同様に電極12a、12bの電極面が容器Bの壁面と略並行し且つ略同一面上に設けてあるため容器B内で検査対象物Aが移動するのを電極12a、12bが邪魔せず、そのため電極構造の強度を強くする必要もなく、また電極12a、12b間に殆ど堆積することがなく、堆積物を清掃する清掃手段を必要とせず、製造コストが安価な静電容量式水分量センサを提供できる。
(実施形態6)
ところで、本発明の静電容量式水分量センサを、例えば微生物の寄生した生ゴミ処理剤の水分量を測定する水分量センサに用いるとき、実際には、生ゴミ処理槽内部には、生ゴミ処理剤とともに、生ゴミ自体も存在する。そして生ゴミを構成する成分を実測したところ表1に示す通り水分が多い。この表1は、水分量センサ1をバイオ式の生ゴミ処理機に取り付けた場合に想定される生ゴミに含まれる水分量を重量%で示している。
【0064】
検知対象物である生ゴミ処理剤の水分量は、重量%で最大でも60%程度であり、もっと乾燥側にあるのが一般的である。検知対象物がこのような水分量なのに、生ゴミ自体が電極12a、12b間で形成される検知領域を占めてしてまうと、生ゴミの水分量に対応した検知出力を水分量センサが出力してしまい、本来必要な生ゴミ処理剤の水分量を測定できなくなる。
【0065】
【表1】
【0066】
ところで、生ゴミの一般的な大きさは、生ゴミ処理機内に投入後直ちに粉砕されて、表2の大きさになる。この表2は生ゴミを実際に種々の目の大きさのふるいにかけて、残留した生ゴミの比率を求めた実測値を示す。
【0067】
この表2から概ね15mm程度の大きさに生ゴミが粉砕されていることが分かる。従って、検知領域として余裕をみて、20mm程度以上あれば、検知領域を生ゴミが埋め尽くすということが起きないことが分かった。
【0068】
【表2】
【0069】
そこで本発明者らは検知領域を決定する1対の電極12a,12bの寸法や距離と、検知領域との関係を図11に示す実験用電極部を用いて求めた。
【0070】
この実験は、厚さ0.1mmで長さが115mmの銅箔テープからなる短冊状の1対の電極12a,12bの電極幅Wが24mm、両電極12a,12b間の距離Pが2mmである電極構成の電極部と、厚さ、長さが上記と同じ銅箔テープからなる短冊状の1対の電極12a,12bの電極幅Wが10mm、両電極12a,12b間の距離Pが30mmである電極構成の電極部と、厚さ、長さが上記と同じ銅箔テープからなる短冊状の1対の電極12a,12bの内一方の電極幅Wが5mm、他方の電極幅Wが25mm、両電極12a,12b間の距離Pが20mmである電極構成の電極部とを用いて行い、厚さが1mmで一辺の長さが115mmの正方形状の底面を持ち、高さが40mmの箱状の非導電性樹脂ケースPCの外底面に各電極12a、12bを貼り着し、樹脂ケースPCの内部に水を入れ、この時の水位を5mm、10mm、25mm、…と増加させていったときの電極間容量を測定したところ、夫々の電極部の電極間容量は図12に示すような値となった。図12中イは電極12a,12bの電極幅が24mm、両電極12a,12b間の距離が2mmである電極構成の電極部の電極間容量の測定結果、ロは電極12a,12bの電極幅が10mm、両電極12a,12b間の距離が30mmである電極構成の電極部の電極間容量の測定結果、ハは電極12a,12bの内一方の電極幅が5mm、他方の電極幅が25mm、両電極12a,12b間の距離が20mmである電極構成の電極部の電極間容量の測定結果を示す。
【0071】
この結果から水位を増やしても電極間容量が変化しなくなる水位を、電極面からの奥行き方向の検知領域Dとすると、検知領域Dの奥行き寸法が電極12a,12bの互いに並行し且つ遠い方の端縁間、つまり全体幅(50mm)の距離の約半分であることが分かった。
【0072】
而して、上述の条件を満たした、生ゴミ処理機の水分量の検知対象物である生ゴミ処理剤の水分量を検出する水分量センサを構成することにより、正確に生ゴミ処理剤の水分量を検知できるようになった。
【0073】
図13(a)は本実施形態の電極部12の一例を示しており、この例は図7(a)の電極形状に対応するもので中央の電極12aの一辺の寸法をd0とし、周囲の電極12bの幅寸法をd1とし、電極12aの辺と、これに対向する電極12bの内側の辺との間の寸法をd2とし、一対の電極12a,12bの大きさにより決定される検知領域Dの奥行き寸法を上記の条件である20mm以上を満足するために、本発明者らは実験の結果に基づいて、両電極12a,12bの並行する端縁の内互いに遠い方にある端縁間の距離(=d1+d2+d0)が図13(b)に示すように検知領域Dの奥行き寸法20mm(L/2)の倍(L)以上となるように電極12a、12bの幅寸法及び間隔を設定する。
【0074】
図14(a)(b)は直径がd0の円形状の電極12aに対して内径が(d2×2)+d0で幅がd1の円環状の電極12bとで電極部12を構成した例(図7(b)に対応)を示しており、この例においても、両電極12a、12bの並行する端縁の遠方の間の距離(d1+d2+d0)が検知領域Dの奥行き寸法20mm(L/2)の倍以上(L)となるように電極12a、12bの幅寸法及び間隔を設定する。
【0075】
(実施形態7)
ところで、電極12aを例えば図15(a)(b)に示すように正方形の電極12aと、それを囲むように配設した四角枠状の電極12bとで電極部12を構成したとき、中央の正方形の一辺の寸法d0を、周囲の電極12bの幅d1より大きく設定した場合、両電極12a,12bの間に浮遊容量(細線の矢印は電気力線を示す)が発生するとともに、電極12aと大地との間に浮遊容量(太実線の矢印は電気力線を示す)が発生する。この浮遊容量の寄生先の電位が変動、例えば大地の電位が揺れることによって、誤動作が生じる。特に容器Bが金属製では、他の電子部品の漏れ電流など、どのような電気的挙動を示すか定かでない。従って極力浮遊容量を小さくする方が安全である。
【0076】
本実施形態では、図16(a)(b)又は図17に示すように絶縁構造物15の面と同一面となるように凹部17a、17bに埋め込み配設した正方形状又は円形状の電極12aの一辺の長さ又は直径、つまり幅をd0としたとき、周囲の電極12bの幅d1を同一(d1=d0)としてある。尚図中d2は両電極12a、12b間の距離を示す。
【0077】
従って本実施形態の構成では電気力線の密度が電極12a、12bで同一になるため浮遊容量が減少し、その結果、大地の電位などの変動や、漏れ電流による電位の変動に対しても誤動作の少ない水分量センサを実現できる。
(実施形態8)
上記実施形態1乃至7は電極12a、12bからなる電極部12を絶縁構造物15に設け、該絶縁構造物15を容器Bに設けてある開口部16に取り付ける構成であるが、対の電極12a、12bを共に絶縁構造物15に設けるため、絶縁構造物15が大型化し、そのため開口部16が大きくなり、結果容器Bの強度を弱める恐れがある。
【0078】
そこで本実施形態では、容量検知回路13の一方の電極接続端に接続する電極12aはそのままであるが、他方の電極接続端に接続する電極12bを大地で構成する構造とする。
【0079】
図18(a)は平板状の絶縁構造物15の凹部17aに電極12aを埋め込んで、電極12aの電極面と容器Bの壁面とを同一面とした例を示し、図18(b)は絶縁構造物15に凹所20を形成して、その凹所20の底部に設けた凹部17aに電極12aを埋め込んだ例を示す。
【0080】
これら例図で分かるように絶縁構造物15に設ける電極が12aの一つとなるため、絶縁構造物15が小型となり、結果絶縁構造物15を取り付けるために容器Bに設ける開口部16の開口面積を小さくすることができ、容器Bの強度を弱めることはない。尚容量検知回路13の一方の電極接続端には電極12aを、他方の電極接続端には大地を接続して、容量検知回路13は大地たる電極12bと電極12aとの間の検知対象物による静電容量Cxの値を検知し、出力部14より静電容量Cxの値に対応した例えば電圧信号を出力する。
(実施形態9)
上記実施形態8は、容量検知回路13の他方の電極接続端に接続する電極12bを大地とする構造であったが、本実施形態では、大地と電気的に接続された金属製の容器Bを電極12bとしたものである。
【0081】
図19(a)は平板状の絶縁構造物15の凹部17aに電極12aを埋め込んで、電極12aの電極面と容器Bの壁面とを同一面とした例を示し、図19(b)は絶縁構造物15に凹所20を形成して、その凹所20の底部に設けた凹部17aに電極12aを埋め込んだ例を示す。
【0082】
これら例図で分かるように実施形態8と同様に絶縁構造物15に設ける電極が12aの一つとなるため、絶縁構造物15が小型となり、結果絶縁構造物15を取り付けるために容器Bに設ける開口部16の開口面積を小さくすることができ、容器Bの強度を弱めることはない。尚容量検知回路13の一方の電極接続端には電極12aを、他方の電極接続端には容器Bを接続して、容量検知回路13は容器Bたる電極12bと、電極12aとの間の検知対象物による静電容量Cxを検知し、出力部14より静電容量Cxの値に対応した例えば電圧信号を出力する。
(実施形態10)
上記実施形態1乃至10は電極12a,12bが検知対象物と直接接触する構造であったが、高温加熱されているものや、pH濃度が酸やアルカリを示している液体、石が含まれているセメント細骨材、また魚の骨などの固形物が含まれている生ゴミなどを検知対象物とする水分量センサでは、電極12a、12bが損傷する問題がある。
【0083】
また、一対の電極12a,12b間に電圧が印加されているため、pH濃度・温度・金属イオン化傾向の大小にも依存するが、基本的に電極の電気分解が発生して、溶解していく。
【0084】
そこで腐食劣化防止のために、電極表面を数百μm程度の有機や向きの薄膜、例えば琺瑯などのコーティング処理が考えられるが、検知対象物が電極表面を移動していくようなオンライン計測では、膜の摩耗劣化が置き、膜の剥がれが発生する可能性は十分に考えられる。
【0085】
そこで、本実施形態では、電極12a、12bに薄膜をコーティング処理により形成するのではなく、例えば図20(a)に示すようなパターンの電極12a、12bを図20(b)に示すように絶縁構造物15に設けた凹部17a、17bに夫々埋め込んで絶縁構造物15の面と電極面とを同一面とし、更に図示するように数mmの厚さの合成樹脂成形材料による絶縁物層23を電極12a、12bを設けた絶縁構造物15の面全体を覆うように設け、この絶縁物層23の表面に検知対象物を接触するような構成としてある。図中Dは検知領域を示す。
【0086】
ここで絶縁物層23としてはポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイドなどを用いる。
【0087】
図21は本実施形態の水分量検知原理の回路構成を示しており、電極12aと、12bとの間の静電容量は、絶縁物層23による静電容量Csの分と、水分量による静電容量Cxの分との合成容量からなり、両電極12a、12bに接続される容量検知回路13はこれらの合成容量成分を検知し、この合成容量成分検知出力に基づいて出力部14は静電容量Csの分を排除した形で、検知対象物の静電容量Cxに対応する電気信号を出力する。
【0088】
而して本実施形態によれば、絶縁物層23の摩耗強度を適度に選択することにより、摩耗劣化が起こりにくく、更に数mmの厚さのために電極12a、12bが露出してしまう可能性も少ない。
【0089】
ところで、検知領域Dの奥行きの寸法は、電極12a,12bの端縁間の距離(間隔)に依存することは上述したとおりで、端縁間の距離に対して検知領域の奥行きの寸法は略1/2となる。例えば図20(a)のようなパターンの電極12a、12bを用いた電極部12において、図22に示すように電極12a、12bの端縁間の距離が16mmの場合、検知領域Dの奥行き寸法は8mmとなる。このとき電極12a、12bを覆う絶縁物層23の厚みが10mmの場合、検知領域Dは絶縁物層23内のみとなって、検知対象物の水分量の検知は不可能となる。
【0090】
そこで、検知領域Dの奥行き寸法を決定する方法に従って、図23(a)(b)に示すように電極12aの一辺の長さをd0、電極12bの幅をd1.両電極12a,12b間の距離をd2、絶縁物層23の厚さをd3としたとき、d2/2>d3の関係に設定すれば、絶縁物層23内に検知領域Dが存在しなくなる。つまり絶縁物層23の厚みd3の2倍以上の距離d2を離して両電極12a、12bを離して配置すればよい。
【0091】
表3はこの絶縁物層23の厚みd3と、距離d2との関係を持たせて電極部12を構成した例の各部の寸法を示す。
【0092】
【表3】
【0093】
【発明の効果】
請求項1の発明は、生ゴミ処理剤を検知対象物とし、この検知対象物に接する構造物の壁面より検知対象物側へ略突出しないように壁面に電極面を略並行させて配置した一対の電極からなる電極部と、該電極部の一対の電極で構成されるコンデンサ領域を検知領域とし、検知領域内に存在する水分量で決定される静電容量値を検知する容量検知回路と、容量検知回路から出力される検知された静電容量値に相当する値の電気量を出力する出力部とから成り、上記電極部の一対の電極端部の間の距離が上記検知領域内に存在する検知対象物以外の生ゴミの平均的な大きさの約2倍以上としたので、静電容量式による水分量を検知する水分量センサの特徴を生かせ、しかも残留堆積物の発生や流れの阻害が無く、製作コストの上昇の要因となる構造が不要な静電容量式水分量センサを提供でき、しかも検知対象物である生ゴミ処理剤以外の物質である生ゴミの影響を受けることなく正確に検知対象物の水分量を検知できるという効果がある。
【0094】
請求項2の発明では、請求項1の発明において、上記電極部の一対の電極を略同一平面上に並設して成るので、請求項1の発明の効果に加えて、残留堆積物の発生や、流れの阻害を確実に無くすことができるという効果がある。
【0096】
請求項3の発明では、請求項1記載の発明において、上記電極部の一対の電極の内の少なくとも一方の電極が、絶縁物を介して検知対象物に接するので、請求項1の発明の効果に加えて、少なくとも一方の電極の摩耗を防ぐことができるという効果がある。
【0097】
請求項4の発明では、請求項3の発明において、上記電極部の一対の電極間の距離を上記絶縁物の厚さの倍以上として成るので、請求項4の発明の効果に加えて、水分量検知感度を低下させることなく、高精度に水分量検知ができるという効果がある。
【0098】
請求項5の発明では、請求項1乃至4の何れかの発明において、上記電極部の一対の電極の内、上記容量検知回路の一方の電極接続端に接続される一方の電極の周囲を、上記容量検知回路の他方の電極接続端に接続される他方の電極が略囲むように配置したので、請求項1乃至5の何れの発明の効果に加えて、浮遊容量の影響を小さくして容量検知誤差の精度を高め、設計時の複雑さを解消することが可能であるという効果がある。
【0099】
請求項6の発明では、請求項5の発明において、上記容量検知回路の上記他方の電極接続端に接続する電極を大地としたので、実際に設ける電極が一つとなるため、電極を取り付けるために構造物の壁にあける開口部を小さくすることができ、その結果構造物の強度を強めることができる静電容量式水分量センサを提供することにある。
【0100】
請求項7の発明では、請求項5の発明において、電極材料となる金属からなる構造物体を、上記他方の電極としてあるので、請求項7の発明の効果に加えて、容量検知回路の電極接続端との接続が容易となるという効果がある。
【0101】
請求項8の発明では、請求項1乃至6の何れかの発明において、上記電極部の一対の電極の幅を略同一幅としてあるので、電極と構造物等の周囲の金属部位との間の浮遊容量を減少して浮遊容量の影響を減らすことができ、大地の電位などの変動や、漏れ電流による電位の変動に対しても、誤動作の少ないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施形態1の電極部の配置部位の一部省略せる正面図である。(b)は(a)のX−X’に対応する一部省略せる断面を示す構成図である。
【図2】同上の別の例の一部省略せる断面を示す構成図である。
【図3】(a)は同上の他の例の一部省略せる断面図である。
(b)は同上のさらに別の例の一部省略せる断面図である。
【図4】(a)は本発明の実施形態2の電極部の配置部位の一部省略せる正面図である。(b)は(a)のX−X’に対応する一部省略せる断面を示す構成図である。
【図5】同上の他の例の一部省略せる断面図である。
【図6】(a)は本発明の実施形態3の電極部の配置部位の一部省略せる正面図である。(b)は(a)のX−X’に対応する一部省略せる断面を示す構成図である。
【図7】(a)〜(d)は本発明の実施形態4の電極部の電極のパターン例の説明図である。
【図8】同上の別の電極部の電極のパターン例の説明図である。
【図9】(a)は同上の他の電極部の電極のパターン例の説明図である。
(b)は同上のその他の電極部の電極のパターン例の説明図である。
【図10】(a)は本発明の実施形態5の電極部の配置部位の一部省略せる正面図である。
(b)は(a)のX−X’に対応する一部省略せる断面を示す構成図である。
【図11】本発明の実施形態6の検知領域決定のための実験説明図である。
【図12】同上の実験測定値のグラフである。
【図13】(a)は同上の電極部の電極のパターン例の説明図である。
(b)は同上の検知領域の説明図である。
【図14】(a)は同上の電極のパターンの別例の説明図である。
(b)は同上の検知領域の説明図である。
【図15】(a)は本発明の実施形態7の前提となる浮遊容量の問題説明用の電極パターン例の説明図である。
(b)は同上の浮遊容量の問題説明図である。
【図16】(a)は同上の電極パターン例の説明図である。
(b)は同上の浮遊容量の説明図である。
【図17】同上の電極パターンの別例の説明図である。
【図18】(a)は本発明の実施形態8の前提となる一例の容器の強度上の問題説明用の構成図である。
(b)は本発明の実施形態8の前提となる別例の容器の強度上の問題説明用の構成図である。
【図19】(a)は同上の一例の断面を示す構成図である。
(b)は同上の別例の断面を示す構成図である。
【図20】(a)は本発明の実施形態9の電極部の電極のパターン例図である。
(b)は同上の電極部位の断面を示す構成図である。
【図21】同上の電極等価回路構成図である。
【図22】同上における検知領域の奥行き寸法と絶縁物層の厚さの問題説明図である。
【図23】(a)は同上の検知領域の奥行き寸法と絶縁物層の厚さの関係説明用の電極部の電極のパターン例図である。
(b)は同上の検知領域の奥行き寸法と絶縁物層の厚さの関係説明用の電極部位の断面を示す構成図である。
【図24】静電容量式水分量センサにおける浮遊容量の影響を無くす電極部の構成説明図である。
【図25】水分量センサと容器と検知対象物の関係説明図である。
【図26】水の赤外光吸収特性の説明図である。
【図27】従来例の構成図である。
【図28】別の従来例の構成図である。
【図29】他の従来例の構成図である。
【図30】比誘電率とマイクロ波の周波数の関係の説明図である。
【図31】その他の従来例の構成図である。
【図32】静電容量式の水分量検知の原理説明図である。
【図33】水分量と静電容量の関係の説明図である。
【図34】静電容量式水分量センサの概略回路構成図である。
【図35】(a)は静電容量式水分量センサの従来例の電極部の配置部位の一部省略せる正面図である。
(b)は(a)のX−X’に対応する一部省略せる断面を示す構成図である。
【符号の説明】
A 検知対象物
B 容器
1 水分量センサ
12 電極部
12a,12b 電極
13 容量検知回路
14 出力部
15 絶縁構造物
16 開口部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitance type moisture sensor that detects the amount of moisture and the presence or absence of moisture.
[0002]
[Prior art]
Applications of moisture sensors include fermentation processes, rice grains, tea leaves, tobacco leaves, garbage, wood, soil, concrete fine aggregates, etc., each in a stationary or moving state. It is assumed that the amount of moisture contained in a substance is detected online or offline, or when rain detection, water level monitoring during bath hot water detection, or human body seating detection is performed.
[0003]
FIG. 25 shows the positional relationship between the object to be detected and the moisture sensor in these applications. As shown in this figure, the
[0004]
Depending on the water content detection principle of the
[0005]
Conventionally, methods for measuring the amount of moisture are generally roughly classified into an infrared absorption type, a microwave type, an electric resistance type, a capacitance type, and a weight type.
[0006]
The infrared absorption formula utilizes the fact that a wavelength of 1.94 μm is well absorbed by water as can be seen from the infrared light absorption characteristics shown in FIG. 26, and an infrared wavelength near 1.94 μm, which is the water absorption wavelength. This is a method of irradiating a detection target with light and detecting the amount of moisture contained in the detection target from the amount of reflected light or transmitted light reduced with respect to the amount of irradiation light.
[0007]
FIG. 27 shows an example of this moisture absorption type moisture sensor. This
[0008]
The moisture amount sensor shown in FIG. 27 detects the moisture amount using the reflected power, but the
[0009]
The microwave method is a method of irradiating a detection target with a microwave of several GHz band and detecting the amount of water from the amount of reflection and transmission.
[0010]
When a few GHz band is used, the effect of the complex dielectric constant of water appears. That is, the imaginary part of the complex dielectric constant causes energy loss and propagation phase delay.
[0011]
For example, as shown in FIG. 29, the
[0012]
FIG. 30 shows the relationship between the relative dielectric constant, frequency, and complex dielectric constant.
[0013]
The dielectric constant characteristic of water can be expressed as ε = ε′−jε ″.
[0014]
The attenuation constant is
Attenuation constant (dB / m) = 27.3 / transmission wavelength × tan (δ)
ε ′ × tan (δ) = ε ″
It is expressed.
[0015]
(Reference: National Technical Report V.24 N.3 June 1978)
The electrical resistance method is a method of measuring the electrical resistance value between electrodes using the property that moisture is a conductor, and detecting the moisture content from the resistance value.
[0016]
That is, in this electric resistance type
[0017]
R = K / (M × M) × [1 + α (t−t0)]
R: electrical resistance value of detection object A, M moisture content, K: constant, α: temperature coefficient, t: standard temperature, t0: measurement temperature
When the detection target A is wood, it is generally several MΩ in a dry state and several kΩ in a state with much moisture. (Edited by Industrial Measurement Technology System Editorial Committee: Humidity and Moisture Measurement, see Nikkan Kogyo Shimbun 1965)
In FIG. 31, DC is a DC power source.
[0018]
In the capacitance type, using the property that water is a substance (dielectric) that polarizes, the capacitance value between the pair of
And the water content and capacitance Cx are
Cx = [ε ′ (water) × water content + ε ′ (other) × (1−water content)] × ε0 × S / d. Here, the relative dielectric constant ε ′ (water) of water is 80, and the relative dielectric constant ε ′ (others) is 1 in the case of 2 air in the case of wood, and the capacitance Cx depends on the amount of water in the detection region. Is determined. Although the value of the capacitance Cx also depends on the size of the
FIG. 33 shows the relationship between the moisture content and the capacitance Cx. FIG. 34 shows a conceptual configuration of the capacitance-
[0019]
As defined in the JIS standard P-8127, the weight formula evaporates moisture by heating the object A to be detected in a drying furnace at 105 ° C. At this time, it is a method of obtaining the weight-to-weight ratio defined by a numerical value obtained by calculating the evaporated moisture mass from the mass before drying and the mass after drying and dividing by the mass before drying.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the
[0021]
In addition, the microwave method measures the amount of propagation energy loss caused by the complex dielectric constant, which causes a problem that the apparatus becomes complicated and the manufacturing cost is high.
[0022]
In addition, the electrical resistance formula is a method of measuring resistance components using the electrical conductivity of water, but in reality impurities such as salt (NaCl) contained in moisture were formed by electrolysis. The ionic conductivity is orders of magnitude greater, so the value that can be measured by resistance is actually the concentration of impurities dissolved in moisture.
[0023]
Furthermore, the gravimetric method is not suitable for online measurement because of its measurement principle.
[0024]
On the other hand, the capacitance type causes an error if a dielectric constant equivalent to that of water is present, but the above-mentioned application (fermentation process / cereal grains such as rice, etc.) that does not contain an organic solvent substance having a relative dielectric constant of 20 to 50・ When detecting the amount of water contained in each substance on-line or off-line with tea leaves, tobacco leaves, garbage, wood, soil, concrete fine aggregate, etc. while each is stationary or moving In addition, since there is no substance with a relative dielectric constant equivalent to that of water among substances present in rain detection, water level monitoring during bath hot water detection, human body seating detection, etc., it is possible to detect the amount of moisture with little error. Although there is a feature that the amount of moisture in the detection object A can be brought into contact with the object A, an insulating structure is provided in the
[0025]
In addition, the
[0026]
In FIG. 35 (b), Cx represents electrostatic capacitance due to the detection object, and C1, C2, and Cc represent stray capacitance.
[0027]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to make use of the characteristics of a moisture sensor that detects the amount of moisture by a capacitance type, and to generate and flow residual deposits. There is no obstruction, and there is no need for a structure that increases production costs. Therefore, it is possible to accurately detect the moisture content of the detection target without being affected by garbage other than the garbage treatment agent that is the detection target. The object is to provide a capacitive moisture sensor.
[0028]
In addition to the object of the invention of
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
Claim 6 The purpose of the invention is to claim 5 In addition to the object of the present invention, it is an object of the present invention to provide a capacitance type moisture sensor capable of increasing the strength of a structure by using one of the electrodes as the ground.
[0034]
[0035]
[0036]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the invention of
[0037]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the pair of electrodes of the electrode portion are arranged side by side on substantially the same plane.
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
Claim 6 In the invention of
[0043]
[0044]
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described with reference to embodiments. Since the circuit configuration and detection principle of the present invention are those shown in FIGS. 32 to 34, the description of the circuit configuration and detection principle is omitted.
(Embodiment 1)
FIGS. 1A and 1B show the main part of the
[0046]
Thus, according to the
[0047]
As shown in FIG. 2, recesses 17a, 17b, 17b that are recessed outward are formed in the insulating
[0048]
In FIG. 2, the capacitance detection circuit and the output unit are not shown, but it goes without saying that they are provided in the same manner as in FIG.
[0049]
When fixing the insulating
[0050]
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the
[0051]
Also in this embodiment, since the electrode surfaces of the
[0052]
In FIG. 4, Cx indicates the capacitance between the
[0053]
(Embodiment 3)
In the second embodiment, one
[0054]
Since the electrode surfaces of the
[0055]
By the way, in this embodiment, since the
[0056]
As a result, in the present embodiment, it is possible to accurately detect the amount of water without being affected by stray capacitance.
[0057]
In the case of the first embodiment described above, it is needless to say that the influence of the stray capacitance can be reduced because the
[0058]
Further, in order to eliminate the problem of stray capacitance in the electrode portion having the structure in which the electrodes are erected as shown in FIG. 35, the
(Embodiment 4)
Although the
[0059]
When the
[0060]
7 and 8 show the patterns of the
[0061]
In each example of the present embodiment, the
(Embodiment 5)
In the first to third embodiments or 4 described above, the wall surface of the container B is a flat surface, and the flat
[0062]
In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 10 (a), the
[0063]
In this embodiment, as in the second embodiment, the electrode surfaces of the
(Embodiment 6)
By the way, when the capacitance-type moisture sensor of the present invention is used for, for example, a moisture sensor for measuring the moisture content of a garbage treatment agent infested with microorganisms, the garbage is actually disposed inside the garbage treatment tank. Along with the treatment agent, there is also garbage itself. And when the component which comprises a garbage is measured, as shown in Table 1, there is much moisture. Table 1 shows the amount of moisture contained in the garbage that is assumed when the
[0064]
The amount of water in the garbage treatment agent, which is the detection target, is about 60% at the maximum by weight%, and is generally on the dry side. Even if the detection target has such a moisture content, if the garbage itself occupies a detection area formed between the
[0065]
[Table 1]
[0066]
By the way, the general size of garbage is pulverized immediately after being put into the garbage processing machine to the size shown in Table 2. Table 2 shows actual measurement values obtained by determining the ratio of the remaining garbage by actually screening the garbage with various eye sizes.
[0067]
It can be seen from Table 2 that garbage is crushed to a size of about 15 mm. Therefore, it was found that if the detection area has a margin and is about 20 mm or more, the detection area is not filled with garbage.
[0068]
[Table 2]
[0069]
Therefore, the present inventors obtained the relationship between the size and distance of the pair of
[0070]
In this experiment, the electrode width W of a pair of strip-shaped
[0071]
From this result, when the water level at which the interelectrode capacitance does not change even if the water level is increased is defined as the detection region D in the depth direction from the electrode surface, the depth dimension of the detection region D is parallel to and far from the
[0072]
Thus, by constructing a moisture sensor that detects the moisture content of the garbage treatment agent that is the target for detecting the moisture content of the garbage disposal machine that satisfies the above-described conditions, the It became possible to detect the amount of moisture.
[0073]
FIG. 13 (a) shows an example of the
[0074]
14A and 14B show an example in which the
[0075]
(Embodiment 7)
By the way, when the
[0076]
In this embodiment, as shown in FIGS. 16A, 16B, or 17, a square or
[0077]
Therefore, in the configuration of the present embodiment, the density of the electric lines of force is the same between the
(Embodiment 8)
In the first to seventh embodiments, the
[0078]
Therefore, in the present embodiment, the
[0079]
FIG. 18A shows an example in which the
[0080]
As can be seen from these example drawings, since the electrode provided on the insulating
(Embodiment 9)
[0081]
FIG. 19A shows an example in which the
[0082]
As can be seen from these example diagrams, the electrode provided on the insulating
(Embodiment 10)
[0083]
In addition, since a voltage is applied between the pair of
[0084]
Therefore, in order to prevent corrosion degradation, the electrode surface can be coated with organic or oriented thin film of about several hundred μm, such as wrinkles, but in online measurement where the detection target moves on the electrode surface, There is a possibility that the film will be worn away and the film may be peeled off.
[0085]
Therefore, in this embodiment, instead of forming a thin film on the
[0086]
Here, as the insulating
[0087]
FIG. 21 shows a circuit configuration of the moisture amount detection principle of the present embodiment. The capacitance between the
[0088]
Thus, according to the present embodiment, by appropriately selecting the wear strength of the
[0089]
By the way, as described above, the depth dimension of the detection region D depends on the distance (interval) between the edges of the
[0090]
Therefore, according to the method of determining the depth dimension of the detection region D, as shown in FIGS. 23A and 23B, the length of one side of the
[0091]
Table 3 shows the dimensions of each part of the example in which the
[0092]
[Table 3]
[0093]
【The invention's effect】
The invention of
[0094]
According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the pair of electrodes of the electrode portion are arranged side by side on substantially the same plane. Therefore, in addition to the effects of the first aspect of the invention, the generation of residual deposits In addition, there is an effect that the obstruction of the flow can be surely eliminated.
[0096]
[0097]
[0098]
[0099]
Claim 6 In the invention of
[0100]
[0101]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a front view in which a part of an electrode portion arrangement portion according to
FIG. 2 is a configuration diagram showing a cross-section that can be partially omitted in another example of the above.
FIG. 3A is a cross-sectional view in which another example of the above is partially omitted.
(B) is sectional drawing which a part of another example same as the above can omit.
FIG. 4 (a) is a front view in which a part of an electrode part arrangement portion according to
FIG. 5 is a cross-sectional view in which another example of the above is partially omitted.
FIG. 6 (a) is a front view in which a part of an electrode part arrangement portion according to
FIGS. 7A to 7D are explanatory diagrams of electrode pattern examples of an electrode unit according to the fourth embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an electrode pattern example of another electrode unit of the above.
FIG. 9A is an explanatory diagram of an example of an electrode pattern of another electrode unit of the above.
(B) is explanatory drawing of the example of a pattern of the electrode of the other electrode part same as the above.
FIG. 10 (a) is a front view in which a part of the arrangement part of the electrode part according to the fifth embodiment of the present invention can be omitted.
(B) is a block diagram which shows the cross section which can be abbreviate | omitted corresponding to XX 'of (a).
FIG. 11 is an explanatory diagram of an experiment for determining a detection area according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a graph of experimental measurement values as described above.
FIG. 13A is an explanatory diagram of an electrode pattern example of the electrode portion of the above.
(B) is explanatory drawing of a detection area same as the above.
FIG. 14A is an explanatory diagram of another example of the electrode pattern of the above.
(B) is explanatory drawing of a detection area same as the above.
FIG. 15A is an explanatory diagram of an example of an electrode pattern for explaining a problem of stray capacitance, which is a premise of the seventh embodiment of the present invention.
(B) is a problem explanatory diagram of the stray capacitance described above.
FIG. 16A is an explanatory diagram of an example of the electrode pattern of the above.
(B) is an explanatory view of the above stray capacitance.
FIG. 17 is an explanatory diagram of another example of the electrode pattern same as above.
FIG. 18A is a configuration diagram for explaining a problem in strength of an example container which is a premise of an eighth embodiment of the present invention.
(B) is a block diagram for demonstrating the problem on the intensity | strength of the container of another example used as the premise of
FIG. 19A is a configuration diagram showing a cross section of an example of the above.
(B) is a block diagram which shows the cross section of another example same as the above.
FIG. 20 (a) is a diagram showing an example of an electrode pattern of an electrode unit according to the ninth embodiment of the present invention.
(B) is a block diagram which shows the cross section of an electrode part same as the above.
FIG. 21 is an electrode equivalent circuit configuration diagram of the above.
FIG. 22 is a diagram for explaining the problem of the depth size of the detection region and the thickness of the insulating layer in the same as above.
FIG. 23A is an electrode pattern diagram of an electrode portion for explaining the relationship between the depth dimension of the detection region and the thickness of the insulating layer.
(B) is a block diagram which shows the cross section of the electrode site | part for description of the relationship between the depth dimension of a detection region same as the above, and the thickness of an insulator layer.
FIG. 24 is a diagram illustrating the configuration of an electrode unit that eliminates the influence of stray capacitance in a capacitive moisture sensor.
FIG. 25 is an explanatory diagram of the relationship among a moisture sensor, a container, and a detection object.
FIG. 26 is an explanatory diagram of the infrared light absorption characteristics of water.
FIG. 27 is a configuration diagram of a conventional example.
FIG. 28 is a configuration diagram of another conventional example.
FIG. 29 is a configuration diagram of another conventional example.
FIG. 30 is an explanatory diagram of a relationship between a relative dielectric constant and a microwave frequency.
FIG. 31 is a configuration diagram of another conventional example.
FIG. 32 is a diagram for explaining the principle of capacitance-type water content detection.
FIG. 33 is an explanatory diagram of the relationship between moisture content and capacitance.
FIG. 34 is a schematic circuit configuration diagram of a capacitive moisture sensor.
FIG. 35 (a) is a front view in which a part of the arrangement part of the electrode part of the conventional example of the capacitive moisture sensor can be omitted.
(B) is a block diagram which shows the cross section which can be abbreviate | omitted corresponding to XX 'of (a).
[Explanation of symbols]
A Object to be detected
B container
1 Moisture sensor
12 Electrode section
12a, 12b electrode
13 Capacitance detection circuit
14 Output section
15 Insulation structure
16 opening
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19819399A JP3606116B2 (en) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | Capacitive moisture sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19819399A JP3606116B2 (en) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | Capacitive moisture sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001021518A JP2001021518A (en) | 2001-01-26 |
JP3606116B2 true JP3606116B2 (en) | 2005-01-05 |
Family
ID=16387028
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19819399A Expired - Fee Related JP3606116B2 (en) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | Capacitive moisture sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3606116B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107576716A (en) * | 2017-09-18 | 2018-01-12 | 中国科学院烟台海岸带研究所 | A kind of acupuncture needle base working electrode electrochemical sensor for detecting trace heavy metal |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4501320B2 (en) * | 2001-07-16 | 2010-07-14 | 株式会社デンソー | Capacitive humidity sensor |
AU2012210278B2 (en) * | 2011-01-24 | 2016-06-02 | Basf Plant Science Company Gmbh | System for monitoring growth conditions of plants |
JP5768648B2 (en) * | 2011-10-12 | 2015-08-26 | 富士通株式会社 | Dielectric constant sensor |
JP2013195118A (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Life Co Ltd | Electrostatic capacitance type moisture sensor and moisture measuring device |
JP6736001B2 (en) * | 2016-01-29 | 2020-08-05 | 国立大学法人京都大学 | Sensor IC |
JPWO2018110220A1 (en) * | 2016-12-12 | 2018-12-13 | 株式会社村田製作所 | Moisture sensor and field management system using it |
CN106940338B (en) * | 2017-05-12 | 2023-05-05 | 成都凡米科技有限公司 | Novel moisture content measuring device and method |
JP6774100B2 (en) | 2017-10-03 | 2020-10-21 | 株式会社ケット科学研究所 | Sensor for detecting concrete filling and measuring changes in moisture over time |
-
1999
- 1999-07-12 JP JP19819399A patent/JP3606116B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107576716A (en) * | 2017-09-18 | 2018-01-12 | 中国科学院烟台海岸带研究所 | A kind of acupuncture needle base working electrode electrochemical sensor for detecting trace heavy metal |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001021518A (en) | 2001-01-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3606116B2 (en) | Capacitive moisture sensor | |
RU2115935C1 (en) | Method of contact-free measurement of dielectric constant of dielectric matter | |
US6073488A (en) | Capacitive liquid level sensor with integrated pollutant film detection | |
US6469524B1 (en) | System and method for interrogating a capacitive sensor | |
US6318172B1 (en) | Capacitive level detector with optimized electrode geometry | |
US9851235B2 (en) | Apparatus for determining and/or monitoring at least one process variable of a medium | |
KR20030074673A (en) | Method and device for measuring levels | |
JP2008524613A5 (en) | ||
La Spada et al. | Metamaterial biosensor for cancer detection | |
CA2519817A1 (en) | A multi-frequency capacitive measurement device and a method of operating the same | |
US7151380B2 (en) | Microwave water weight sensor and process | |
JPH0618460A (en) | Method of measuring electric resistance of test material in noncontact manner | |
CN108369125A (en) | Sensor adapter | |
CN105606668A (en) | Electrochemical thin-film condensation sensor | |
US4745803A (en) | Method and apparatus for determining the covering on a road surface | |
JPH035863Y2 (en) | ||
JP3705024B2 (en) | Capacitive moisture sensor | |
Oommen et al. | Enhanced performance of spiral co-planar inter-digital capacitive structures for sensing applications | |
CN110658239A (en) | Double-electric characteristic water content analyzer | |
JP3644357B2 (en) | Capacitive moisture sensor | |
KR20050046554A (en) | Liquid surface level sensor | |
WO2008090157A1 (en) | Liquid level resonance sensor assembly | |
CN106546303A (en) | The capacitance level transducer being applied under adverse circumstances | |
JP2002243661A (en) | Plant-leaf wetting sensor and plant-leaf wetting measuring method | |
JP2002022697A (en) | Electrostatic capacity type water content sensor and method for manufacturing its electrode section |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040521 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040608 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040809 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040914 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040927 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071015 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081015 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081015 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091015 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091015 Year of fee payment: 5 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091015 Year of fee payment: 5 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101015 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101015 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111015 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111015 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121015 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |