CN103529092A - 静电电容式水分检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构简单的静电电容式水分检测装置，即便不设置虚设电极也能够以足够的精度检测结霜状态等。检测与周围环境的水分的比例或状态对应的静电电容的变化的静电电容式水分检测装置具有：静电电容传感器，其具有彼此相对配置的第1电极和第2电极，静电电容根据第1电极与第2电极之间的水分的比例或状态而发生变化；驱动部，其对静电电容传感器施加交流信号；以及判定部，其根据来自静电电容传感器的输出电压的大小进行二值化，输出接通或断开的检测信号。静电电容传感器例如连接在驱动部的输出端与判定部的输入端之间，判定部对来自静电电容传感器的输出电压的大小与预先设定的阈值进行比较，由此进行二值化。

Description

静电电容式水分检测装置

技术领域

本发明涉及静电电容式水分检测装置，该静电电容式水分检测装置检测与周围环境的水分的比例或状态对应的静电电容的变化，输出检测信号。本发明的水分检测装置可以用作检测冷却器的结霜状态等的结霜传感器、根据土壤的干燥状态检测是否需要洒水的洒水传感器或者液面传感器等。

背景技术

以往，在冰箱或冰柜等冷冻冷藏装置中，存在水分被冷却结霜而附着在冷却器上这样的问题，提出了用于解决该问题的多种除霜方法。

例如，使用定时器，以适当的时间间隔驱动加热器，对冷却器等加热来进行除霜。但是，该情况下，为了可靠地进行除霜，会过度地驱动加热器，存在电力浪费这样的问题。

为此，提出了以下方法：利用传感器检测是否已经在冷却器上结霜，当已经结霜时接通加热器进行除霜。

例如提出了以下方法：将由金属棒构成的电场传感器与冷却器相对地设置，检测结霜引起的电容的变化（专利文献1）。根据专利文献1，向电场传感器施加交流信号，放射电波。当在电场传感器的电波放射范围内结霜时电容发生变化，因此，通过检测电容的变化来检测结霜状态。

专利文献1：日本特开2010-91171号

但是，在使用专利文献1公开的检测方法的情况下，电场传感器引起的电波放射波及到包含周围的开放的较大区域，电波放射范围较大。因此，各种原因都会影响检测精度，存在难以提高检测精度这样的问题。

为此，在专利文献1的方法中，设置虚设电极以成为与电场传感器的电极相同的环境，通过虚设电极的输出对环境变化引起的电场传感器的输出变动进行校正。因此，需要虚设电极和用于其控制的电路等，存在整体结构复杂化这样的问题。

发明内容

本发明正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种结构简单的静电电容式水分检测装置，即便不设置虚设电极也能够以足够的精度检测结霜的状态等。

本发明的一个实施方式的装置是检测与周围环境的水分的比例或状态对应的静电电容的变化并输出检测信号的静电电容式水分检测装置，该静电电容式水分检测装置具有：静电电容传感器，其具有彼此相对配置的第1电极和第2电极，静电电容根据所述第1电极与所述第2电极之间的水分的比例或状态而发生变化；驱动部，其对所述静电电容传感器施加交流信号；以及判定部，其根据来自所述静电电容传感器的输出电压的大小进行二值化，输出接通或断开的检测信号。

所述静电电容传感器可以连接在所述驱动部的输出端与所述判定部的输入端之间，或者也可以连接在所述驱动部的输出端与接地线之间。

所述判定部可以对来自所述静电电容传感器的输出电压与预先设定的阈值进行比较，由此进行所述二值化。

根据本发明，能够提供一种结构简单的结霜状态检测装置和静电电容式检测装置，即便不设置虚设电极也能够以足够的精度检测结霜状态等。

附图说明

图1是示出第1实施方式的结霜状态检测装置的结构的图。

图2是示出在第1实施方式中使用的结霜传感器的外形的正视图。

图3是示出结霜状态检测装置的具体电路的一例的图。

图4是示出第2实施方式的结霜状态检测装置的电路的例子的图。

图5是示出第3实施方式的静电电容式检测装置的外形的图。

图6是示出第3实施方式的静电电容式检测装置的电路的例子的图。

图7是示出检测地面水分的水分传感器的例子的图。

图8是示出将静电电容式检测装置作为液面传感器使用时的设置例的图。

图9是示出水分传感器的其它例子的图。

图10是示出第4实施方式的结霜状态检测装置的结构的图。

图11是示出在第4实施方式中使用的结霜传感器的外形的正视图。

图12是放大地示出第4实施方式的结霜传感器和冷却管的一部分的图。

图13是示出第4实施方式的结霜状态检测装置的具体电路的一例的图。

图14是示出实现非门电路的电路例子的图。

图15是示出结霜状态检测装置的各部分的波形的例子的图。

图16是示出结霜状态的检测情形的图。

图17是示出修正部的工作情形的图。

图18是示出水分的状态与冷冻机的运转状态之间的关系的例子的图。

图19是用于说明冷冻机的运转状态的变化的图。

标号说明

1、1B、1D 结霜状态检测装置（静电电容式水分检测装置）

1C 检测装置（静电电容式水分检测装置）

11、11B、11C、11D 驱动部

12、12B、12C、12D 判定部

13 结霜传感器（静电电容传感器）

13C、13D 水分传感器（静电电容传感器）

21、21C、21D 基板

22、22C 第1图形电极（第1电极）

22Da、b 第1电极

23、23C 第2图形电极（第2电极）

23D 第2电极

30、30B、30C 水分传感器（静电电容传感器）

31、32 电极棒（第1电极、第2电极）

31B、32B 电线（第1电极、第2电极）

31C、32C 电线（第1电极、第2电极）

Rs 电阻值

Cs 静电电容

Zs 阻抗

S1 输出电压

S1c 输出电压

S2、S2a、S2b 检测信号

th 阈值

th1、th1a、th1b 阈值（第1阈值）

th2 阈值（第2阈值）

R2 电阻（电阻元件）

R3 电阻（第2电阻元件）

R10 电阻（反馈电阻）

C2 电容器（电容元件）

C3 电容器（第2电容元件）

D2 二极管

Q3 非门电路（第1非门电路）

Q4 非门电路（第2非门电路）

Q6 非门电路（修正部）

GS 信号产生部

IF、IFB 输入接口部

KD、KDB、KDC、KDD 二值化部

SYD 修正部

HA 梳齿

RK 冷冻机

RP 冷却器

RKP 冷却管

具体实施方式

〔第1实施方式〕

首先，对将本发明的静电电容式水分检测装置作为结霜状态检测装置实施的第1实施方式进行说明。

在图1中，结霜状态检测装置1由驱动部11、判定部12以及结霜传感器13等构成。图2中示出结霜传感器13的外形。

在这些图1和图2中，驱动部11是对结霜传感器13施加交流信号的电路。使用正弦波、矩形波、三角波等作为交流信号。优选使用长波段或中波段的频率作为交流信号的频率。例如，使用50kHz～1MHz左右，例如57kHz、400kHz或它们附近的频率、其它频率。

判定部12根据结霜传感器13的输出电压S1的大小进行二值化，输出表示是否处于结霜状态的检测信号S2。

即，在由于冷却器RP结霜，后述的结霜传感器13的第1图形电极22与第2图形电极23之间的电阻值增大且静电电容减小，由此使得基于交流信号的输出电压S1大于阈值时，判定部12输出表示处于结霜状态的检测信号S2。

结霜传感器13具有在基板21的表面以彼此相对的方式构图形成的第1图形电极22和第2图形电极23。结霜传感器13安装在冷却器RP的表面。

基板21是由玻璃环氧树脂或陶瓷等构成的板状基板。利用铜等金属材料在基板21的一个表面上形成第1图形电极22和第2图形电极23。另外，还可以使用在薄膜状绝缘体的表面形成有铜箔等的图形的挠性印刷基板（FPC）作为基板21。

如图2所示，第1图形电极22和第2图形电极23均为梳状，各自的梳齿HA被构图形成为彼此相对。

在图2所示的实施方式中，第1图形电极22和第2图形电极23均具有3个梳齿HA，成为在一方的梳齿HA之间插入另一方的梳齿HA的状态。由此，在第1图形电极22的梳齿HA与第2图形电极23的梳齿HA之间形成间隙（gap）GP。

作为结霜传感器13的尺寸的一例，基板21例如是一边为几毫米至几厘米的矩形。例如纵向1厘米左右，横向2厘米左右。也可以不是矩形而是圆形、椭圆形、多边形等。第1图形电极22的梳齿HA与第2图形电极23的梳齿HA的间隙GP例如是几十微米至几百微米左右。

在结霜传感器13中，第1图形电极22与第2图形电极23之间的电阻值Rs的初始值是几十MΩ以上，但是，在附着水滴时降低至几十kΩ左右。如果附着的水滴冻结成冰或霜等，则上升至几百kΩ左右。

此外，第1图形电极22与第2图形电极23之间的静电电容Cs的初始值是十pF至几十pF，在附着水滴时增加至初始值的80倍左右。如果附着的水滴冻结成冰或霜等，则静电电容Cs下降至水时的二十分之一左右。

由此，在结霜传感器13中，在表面附着水滴的情况与水滴冻结的情况彼此之间，电阻值Rs和静电电容Cs大幅变化。在水滴冻结的情况下，电阻值Rs增大且静电电容Cs减小，因此，对于交流信号的阻抗Zs（＝Rs+1/jωCs）大幅增大。

另外，梳齿HA的个数、形状、长度、梳齿HA之间的间隙GP的大小等可以有多种选择。如果将梳齿HA的个数和长度设为较大，则电阻值Rs下降，静电电容Cs增大。如果将梳齿HA之间的间隙GP设为较小，则电阻值Rs下降，静电电容Cs增大。

在本实施方式中，利用这种水滴冻结引起的结霜传感器13的阻抗Zs的变化来检测是否处于结霜状态。

如图1所示，以与冷却器RP接近或接触的状态安装结霜传感器13。例如，使用螺钉等直接或隔着垫片与冷却器RP拧紧。或者，使用粘接剂等直接粘贴在冷却器RP的冷却管上。或者，使用双面胶带粘贴在冷却器RP的表面。

由此，根据冷却器RP的结霜状态或冻结状态，结霜传感器13中的第1图形电极22与第2图形电极23之间的大气的状态和大气中含有的水分的状态发生变化，阻抗Zs发生变化。

另外，由于是与冷却器RP接近地安装结霜传感器13，因此，结霜传感器13被设置在大气环境中。即，在本实施方式中，结霜传感器13检测大气中的水分是否由于冷却器RP产生的冷却效应而冻结变化成霜状，而不是检测特定容器等中收纳的水是否已经冻结。

因此，结霜传感器13只要以成为与冷却器RP表面的温度接近的温度的方式进行安装即可。结霜传感器13与冷却器RP表面的温度大致相同，由此，冷却器RP附近的大气中的水蒸气成为水滴而附着到结霜传感器13的间隙GP中，温度降低至冰点以下，由此该水滴冻结成为霜状。

接着，对驱动部11和判定部12的具体电路的例子进行说明。

在图3中，驱动部11由非门（NOT）电路Q1、Q2、电阻R1、R2以及电容器C1等构成。由非门电路Q1、Q2、电阻R1以及电容器C1构成产生交流信号的信号产生部GS。成为电阻R2串联连接于信号产生部GS的输出侧的状态。

由电阻R2和结霜传感器13的阻抗Zs构成具有频率选择性的分压电路。将电阻R2的值设定为，使得因结霜引起的输出电压S1的变化相对于驱动部11输出的交流信号的频率较大。因此，根据结霜传感器13的阻抗Zs来设定电阻R2的电阻值。例如设定成几十kΩ至几百kΩ左右，例如100kΩ左右。

判定部12由非门电路（二值化电路）Q3、非门电路Q4～Q5、电阻R3～R8、电容器C2、C3、二极管D1、发光二极管LEDa、LEDb等构成。输入接口部IF由彼此串联连接的电阻R3和电容器C2构成。二值化部KD由非门电路Q3、电阻R4～R6、电容器C3、二极管D1等构成。二值化部KD连接在输入接口部IF的输出侧。

关于二值化部KD，在被输入的输出电压S1的大小超过阈值th的情况下，二值化部KD的输出成为低电平（L）。在被输入的输出电压S1未超过阈值th的情况下，二值化部KD的输出维持高电平（H）。根据电阻R4、R5的电阻值来调整阈值th的大小。即，选定多种电阻R4、R5的电阻值，由此，电源电压被2个电阻R4、R5分压成多种电压，设定多种阈值th。

另外，输出电压S1的大小与输出的L、H（或接通、断开）的关系也可以相反。

此外，显示输出部HS由非门电路Q4、Q5、电阻R7、R8、发光二极管LEDa、LEDb等构成。在检测到处于结霜状态时发光二极管LEDa点亮，当不是结霜状态时发光二极管LEDb点亮。

从判定部12分别输出表示处于结霜状态的检测信号S2a和表示不是结霜状态的检测信号S2b。

结霜状态检测装置1的判定部12对结霜传感器13的输出电压S1进行数字处理，进行二值化。

另外，在结霜状态检测装置1中还设置有电源电路等，但省略了图示。也可以从外部提供电源。

结霜传感器13的一个端子Ta通过绝缘电线DSa连接于驱动部11的输出侧。结霜传感器13的另一个端子Tb通过绝缘电线DSb连接于结霜状态检测装置1的接地线GL。

另外，在图1中示出了驱动部11和判定部12与结霜传感器13分离，但也可以采用使它们一体化的构造。即，也可以将驱动部11和判定部12与结霜传感器13一体地嵌入。该情况下，例如，只要将基板21设为双面基板或多层基板，使用设置有图形电极的面以外的面来设置驱动部11和判定部12即可。只要将用于驱动部11和判定部12的电子部件用例如铸模覆盖，并且设置检测信号S2a、S2b的输出端和用于连接到电源电路（电源装置）的连接器即可。

接着，对结霜状态检测装置1的动作进行说明。

结霜传感器13的阻抗Zs根据结霜状态而发生变化。结霜传感器13被施加驱动部11产生的交流信号，结霜传感器13的输出电压S1根据结霜传感器13的阻抗Zs发生变化。当输出电压S1的大小超过阈值th时，输出表示处于结霜状态的检测信号S2a。

根据检测信号S2a，能够接通未图示的除霜加热器而流过电流，使其进行除霜动作。当通过接通除霜加热器而使冷却器RP的霜融化成水滴时，结霜传感器13的阻抗Zs下降，由此输出电压S1下降。当输出电压S1的大小成为阈值以下时，输出表示不是结霜状态的检测信号S2b。

由此，能够根据检测信号S2a、S2b，通过控制未图示的除霜加热器的接通/断开，可靠、高效地进行冷却器RP的除霜。

另外，检测处于结霜状态的阈值th与检测不是结霜状态的阈值th可以是相同的值，也可以是彼此不同的值。在将阈值th设为彼此不同的值的情况下，可以使检测具有滞后性（hysteresis）。此外，对于用于除霜的除霜加热器等的控制方法，可以参照上述专利文献1等。

在本实施方式中，结霜传感器13是在基板21上使第1图形电极22和第2图形电极23相对的结构，实现阻抗Zs的空间是封闭空间，因此不易受到周围有无物体或移动、空气的流动、周围的温度等环境因素的影响，可以提高检测精度。因此，不需要使用虚设电极等来校正环境变化引起的输出变动，结构简单且动作可靠。

由此，根据本实施方式的结霜状态检测装置1，即便不设置虚设电极也能够以足够的精度检测结霜状态，且结构简单。

〔第2实施方式〕

接着，对将本发明的静电电容式水分检测装置作为其它方式的结霜状态检测装置实施的第2实施方式进行说明。

图4中示出第2实施方式的结霜状态检测装置1B的具体的电路例子。

在图4中，结霜状态检测装置1B由驱动部11B、判定部12B以及结霜传感器13等构成。

另外，在第2实施方式的结霜状态检测装置1B中，整体的结构、结霜传感器13的外形等与图1和图2所示的第1实施方式的结霜状态检测装置1相同。此外，驱动部11B和结霜传感器13与图3所示的驱动部11和结霜传感器13相同。对于相同的部分省略或简化其说明。

判定部12B由非门电路Q11～Q14、电阻R11～R14、电容器C2、C11、二极管D2以及发光二极管LEDa等构成。

二值化部KDB由非门电路Q11、Q12、电阻R11～R13、电容器C11以及二极管D2等构成。此外，显示输出部HSB由非门电路Q13、Q14、电阻R14、发光二极管LEDa等构成。当检测到处于结霜状态时，发光二极管LEDa点亮。从判定部12B分别输出表示处于结霜状态的检测信号S2a和表示不是结霜状态的检测信号S2b。

结霜状态检测装置1B的判定部12B对结霜传感器13的输出电压S1进行模拟处理，进行二值化。

〔第3的实施方式〕

接着，对将本发明的静电电容式水分检测装置作为用于检测水分的一般的检测装置实施的第3的实施方式进行说明。

图5中示出第3的实施方式的检测装置1C的外形，图6中示出检测装置1C的具体的电路例子。图5的（A）、（B）、（C）分别是检测装置1C的正视图、左视图、后视图。

如图5所示，检测装置1C是其整体一体化成为大致长方体形状的构造。

如图6所示，检测装置1C由驱动部11C、判定部12C以及水分传感器（静电电容传感器）13C等构成。驱动部11C和判定部12C的电路与图3所示的驱动部11和判定部12相同，对具有相同功能的部件标注相同的标号。

即，检测装置1C在作为多层基板的长方形状的基板21C的一个表面上形成有用于水分传感器13C的第1图形电极22C和第2图形电极23C，它们的2个端子Ta、Tb彼此接近地设置。

在基板21C的另一个表面上安装有用于驱动部11C和判定部12C的电子部件，通过对图形布线的锡焊等形成各个电路。驱动部11C和判定部12C的电子部件等由铸模MD覆盖，在铸模MD的一部分中，可以从外部看见发光二极管LEDa、LEDb。此外，在基板21C的未被铸模MD覆盖的部分，安装有用于连接到检测信号S2a、S2b的输出端和电源电路的连接器CN1。

在基板21C上设置有驱动部11C的输出端子T11和判定部12C的输入端子T12，这些端子T11、T12和水分传感器13C的端子Ta、Tb在铸模MD的内部布线连接。由此，如图6所示，水分传感器13C与驱动部11C的输出端子T11和判定部12C的输入端子T12串联连接。

另外，也可以将2个端子T11、T12和水分传感器13C的一个端子Ta用电线彼此连接，将水分传感器13C的另一个端子Tb与设置在基板21C上的接地线（接地端子）GL连接。该情况下，水分传感器13C与驱动部11C的输出端子T11和判定部12C的输入端子T12并联连接。

由此，在用铸模MD覆盖基板21C前的状态下，检测装置1C可以选择是将水分传感器13C与驱动部11C的输出端子T11和判定部12C的输入端子T12串联连接，还是将水分传感器13C与驱动部11C的输出端子T11和判定部12C的输入端子T12并联连接。

判定部12C中的用于二值化的阈值th的大小可以通过选定电阻R4、R5的电阻值来进行调整。为了容易进行该调整，这些电阻R4、R5的任意一方或双方可以使用可变电阻器。

接着，对检测装置1C的动作进行说明。

水分传感器13C的阻抗Zs（电阻值Rs和静电电容Cs）根据周围环境的水分的比例或状态而发生变化。例如在将检测装置1C用于结霜状态的检测的情况下，阻抗Zs根据结霜状态而发生变化。当不是结霜状态时，水分传感器13C的阻抗Zs较低，来自驱动部11C的交流信号S1a基本不衰减而成为输出电压S1b，并输入到判定部12C。当成为结霜状态时，水分传感器13C的阻抗Zs升高，来自驱动部11C的交流信号S1a大幅衰减而成为输出电压S1b，向判定部12C的输入降低。根据阈值th检测输入到判定部12C的信号（输出电压S1b）的变动，由此检测是否处于结霜状态。

即，在输出电压S1的大小为阈值th以下的情况下，输出表示处于结霜状态的检测信号S2a。

由此，根据本实施方式的检测装置1C，即便不设置虚设电极也能够以足够的精度检测结霜状态等，结构简单。

〔静电电容式水分检测装置的其它实施方式〕

上述检测装置1C可以作为不仅用于检测结霜状态，而且用于检测周围环境的水分的比例或状态的静电电容式水分检测装置而进行工作。

即，检测装置1C通过设定多种阈值th，例如可以作为洒水传感器、漏液传感器、冻结传感器、液面传感器或制冰传感器等使用。

〔洒水传感器〕

在将检测装置1C作为洒水传感器使用的情况下，将检测装置1C埋入田地等地中。水分传感器13C与土壤接触，水分传感器13C的阻抗Zs（特别是静电电容Cs）与土壤中的水分量相应地变化。

即，土壤的相对介电常数ε例如在干燥时是4左右，在水分为1％、2％、5％时分别为76、87、94左右，水分引起的土壤的相对介电常数ε的变化较大。因此，能够利用检测装置1C检测土壤的干燥状态，当成为干燥状态时，例如使洒水装置工作进行洒水即可。

此外，在将检测装置1C作为洒水传感器使用的情况下，也可以不将检测装置1C埋入地中，而是取而代之，将专用的水分传感器（静电电容传感器）30埋入地中。

即，如图7所示，将2根电极棒31、32以彼此平行的状态隔开适当的间隔打入地面ZM，将其一部分或全部埋入土中。将2根电极棒31、32作为水分传感器30。代替前面叙述的水分传感器13C的端子Ta、Tb，将该电极棒31、32的端子Ta、Tb分别与检测装置1C的端子T11、T12连接。该情况下，水分传感器30为串联连接。

或者，在将检测装置1C的端子T11、T12彼此连接的状态下，将这些端子T11、T12与水分传感器30的一个端子Ta连接，将水分传感器30的另一个端子Tb与接地线GL连接。该情况下，水分传感器30为并联连接。

该情况下，为了去除不需要的电压的直流成分，也可以将水分传感器30经由电容器与检测装置1C连接。即，该情况下，在端子Ta、Tb与端子T11、T12或接地线GL之间插入电容器。

另外，可以使用由铜、铝合金或铁等金属材料、其它导电性材料构成的棒状物作为电极棒31、32。另外，在将电极棒31、32打入地面ZM的情况下，其设置比较容易，但也可以取而代之地挖开地面ZM将电极棒31、32埋入土中。该情况下，可以将电极棒31、32设为铅直姿势、水平姿势、倾斜姿势等。

在使用这种水分传感器30的情况下，电极棒31、32之间的静电电容Cs根据地面ZM中的水分量而发生变化。利用阈值th检测该静电电容Cs的变化，由此能够检测土壤的干燥状态。

〔漏水传感器〕

在将检测装置1C作为漏水传感器使用的情况下，将检测装置1C安装到建筑物的地面等。当无漏水时，水分传感器13C的周围是空气或地面的材质（例如塑料），相对介电常数ε较小，静电电容Cs例如为0.1pF左右。当由于漏水而使水分传感器13C沾湿时，相对介电常数ε变成80左右，静电电容Cs例如增大至几pF左右，因此，利用阈值th检测到该变化。

〔冻结传感器〕

在将检测装置1C作为冻结传感器使用的情况下，将检测装置1C配置在高速公路等的路面上。即，配置成检测装置1C的水分传感器13C的表面成为与路面相同的状态。当水分传感器13C的表面的水分冻结时，由此静电电容Cs降低至二十分之一左右，因此，利用阈值th检测到该变化。即便在表面冻结成冰霜状的情况下也可以进行检测。

〔液面传感器〕

在将检测装置1C作为液面传感器使用的情况下，如图8所示，将检测装置1C安装在收纳液体LQ的塑料制的容器YK1等的外周面。容器YK1的厚度非常薄，因此，当容器YK1内的液面HM达到检测装置1C的位置时，静电电容Cs以增大的方式变化，利用阈值th检测到该变化。

此外，在将检测装置1C作为液面传感器使用的情况下，如图9所示，也可以使用专用的水分传感器（静电电容传感器）30B、30C来代替水分传感器13C。

即，如图9的（A）所示，将2根电线31B、32B以彼此平行的状态隔开适当的间隔卷绕在容器YK2的外周面上，使它们成为水分传感器30B。将电线31B、32B的端子Ta、Tb分别与检测装置1C的端子T11、T12或接地线GL连接。电线31B、32B可以是单线或绞线中的任意一种，截面可以是圆形或平板状（即带状）等。优选电线31B、32B为绝缘电线。

当容器YK2内的液面HM达到水分传感器30B的位置时，静电电容Cs以增大的方式变化，因此检测到该变化。

此外，如图9的（B）所示，隔着内部的液体LQ，将彼此相对的半周量的2根电线31C、32C卷绕在容器YK3的外周面上，使它们成为水分传感器30C。当容器YK3内的液面HM达到水分传感器30C的位置时，静电电容Cs以增大的方式变化，因此检测到该变化。

此外，在将检测装置1C作为这些各种传感器使用的情况下，可以在相对介电常数ε或静电电容Cs的变化量接近零时，检测到它们的环境状态发生变化。即，当相对介电常数ε或静电电容Cs发生变化，且其变化量充分变小时，判断为环境状态发生变化。例如，判断为成为干燥状态，或者判断为制冰完成，或者判断为已经冻结，或者判断为液面达到预定的位置。

〔第4实施方式〕

接着，对将本发明的静电电容式水分检测装置进一步作为其它方式的结霜状态检测装置实施的第4实施方式进行说明。

图10中示出第4实施方式的结霜状态检测装置1D的结构，图11中示出在结霜状态检测装置1D中使用的结霜传感器13D的外形，图12中放大地示出图10的一部分。另外，图13中示出结霜状态检测装置1D的具体电路的一例，图14中示出实现非门电路的电路例子。另外，图15中示出结霜状态检测装置1D的各部分的波形的例子。

在图10中，结霜状态检测装置1D是如下所述的构造：除了水分传感器13D的表面以外都被铸模覆盖，整体一体化成为大致长方体形状。

结霜状态检测装置1D通过未图示的粘合剂或热收缩管等，被安装到设置于冷冻机RK的冷却管RKP上。结霜状态检测装置1D通过电线与冷冻机RK的控制部RKC连接，由此从控制部RKC接受电源的供给，并且对控制部RKC的控制输入端子TS输出用于进行控制的检测信号S2a。

如图13所示，结霜状态检测装置1D由驱动部11D、判定部12D以及水分传感器（静电电容传感器）13D等构成。在判定部12D中设置有输入接口部IF、二值化部KDD以及修正部SYD。

另外，在第4实施方式的结霜状态检测装置1D中，关于其结构和功能，存在与上述的第1和第2实施方式的结霜状态检测装置1、1B以及第3实施方式的检测装置1C相同的部分。对于相同的部分，有时省略或简化这里的说明。另外，关于相同的部分，以下会进一步添加详细的说明，以下的说明也适用于与结霜状态检测装置1、1B和检测装置1C相同的部分。

如图10～图12所示，水分传感器13D具有在基板21D的表面上构图形成的第1电极22Da、22Db、第2电极23D以及接地电极24a、24b。

即，这些电极22Da、22Db、23D、24a、24b都构图形成为长方形状，以在相互之间设有间隙GP、GPG的方式进行配置。第2电极23D配置在基板21D的中央部。第1电极22Da、22Db处于在第2电极23D的两侧与第2电极23D之间设置了间隙GP的状态，并且第1电极22Da、22Db被配置成，彼此靠近侧的边部间的距离比冷却管RKP的外径小。

作为水分传感器13D的尺寸的一例，基板21D例如是纵向为20～30毫米左右、横向为10～15毫米左右的矩形。第2电极23D的宽度例如为几毫米，更具体地讲，例如为3毫米左右。第1电极22Da、22Db的宽度例如分别为几毫米，更具体地讲，例如为2～3毫米左右。接地电极24a、24b的宽度例如分别为几毫米，更具体地讲，例如为2～3毫米左右。

另外，第2电极23D与第1电极22Da、22Db之间的两个间隙GP例如分别为十分之一～十分之几毫米，更具体地讲，例如为0.1毫米左右。电极22Da、22Db与接地电极24a、24b之间的两个间隙GPG例如分别为1～几毫米，更具体地讲，例如为1毫米左右。

水分传感器13D以能够在第2电极23D的一部分、第1电极22Da、22Db的一部分、间隙GP以及冷却管RKP的外周面附着水分的方式安装在冷却管RKP上。

具体地讲，如图10～图12所示，第2电极23D的宽度方向的中央部以与冷却管RKP的表面接触的状态固定于冷却管RKP的表面。

当通过冷冻机RK的运转来对冷却管RKP进行冷却时，如图12所示，在冷却管RKP的表面上附着水分（水滴）MZ。水分MZ进入到间隙GP中，使第1电极22Da与第2电极23D之间的阻抗Zs降低。

另外，在最初开始了冷冻机RK的运转的时刻，在冷却管RKP的表面未附着水分MZ而处于干燥状态的可能性高。

这样，水分传感器13D的阻抗Zs根据间隙GP、GPG中的水分MZ的状态而变化，即，根据是处于水滴状态（结露状态）、结霜状态、还是干燥状态而变化。而且，也会根据混合存在这些状态时这些状态的比例、以及水分MZ的量等而变化。另外，结霜状态可称为冻结状态或部分的冻结状态。

另外，水滴状态、冻结状态以及干燥状态中的相对介电常数ε分别为80、4.2、1左右。

冷冻机RK的控制部RKC根据来自结霜状态检测装置1D的检测信号S2a，控制冷却装置的开启/关闭，即控制冷却装置的运转或停止。当水分传感器13D检测到水滴状态时，检测信号S2a断开，即成为L，此时冷却装置运转。而当水分传感器13D检测到结霜状态时，检测信号S2a接通，即成为H，此时冷却装置停止。

由于冷冻机RK在初始的干燥状态中也需要启动（运转），因此在干燥状态中检测信号S2a断开，即为L。为了检测到处于干燥状态而强制地断开检测信号S2a，在本实施方式的结霜状态检测装置1D中设置有修正部SYD。之后将进行详细说明。

如图13所示，在结霜状态检测装置1D上安装有用于连接到检测信号S2a、S2b的输出端、电源电路的正侧（VDD）和负侧（接地线GL）的连接器CN1D。接地线GL也是对于检测信号S2a、S2b的接地线。

在结霜状态检测装置1D中，使用单电源作为电源电路。但是，也可以使用由正电源（+VDD）和负电源（-VDD）这样的双系统构成的双电源。此时，只要将结霜状态检测装置1D的正侧（VDD）连接到电源电路的正电源（+VDD），并根据电源电路的电压将结霜状态检测装置1D的接地线GL连接到电源电路的接地线GL或负电源（-VDD）即可。

另外，关于驱动部11D，其结构和功能与上述的驱动部11相同。驱动部11D中形成的信号产生部GSD与上述的信号产生部GS相同。在信号产生部GSD的输出侧串联连接着电阻R2。

如图15（A）所示，信号产生部GSD的输出电压S0是在接地线GL的电位即0伏与施加到正侧的电压VDD之间接通、断开的矩形波。

关于驱动部11D的输出电压S1，由于电压S0被电阻R2与水分传感器13D的阻抗Zs分压，因而如图15（B）所示，输出电压S1低于输出电压S0。

即，在水以水滴状态附着在水分传感器13D上时，阻抗变低，因此电压的下降量大，如虚线所示，输出电压S1成为比较低的电压。

当附着在水分传感器13D上的水冻结而成为结霜状态时，阻抗Zs变高，因此电压的下降量减小，如点划线所示，输出电压S1成为比较高的电压。

在水分传感器13D上既没有附着水滴也没有附着霜时，也就是说，在处于水分传感器13D的周边仅存在空气的干燥状态时，阻抗Zs最大，因此基本不存在电压的下降量，如实线所示，输出电压S1成为最高的电压。

另外，输出电压S1的高度（大小）可以根据干燥状态、结霜状态、水滴状态以及水分的量等而取各种值。

因此，可以利用图15（B）所示的阈值th1来判別水滴状态和结霜状态。另外，如后所述，作为阈值th1，可以设定两个阈值th1a、th1b，根据状态变化的方向选择性地使用阈值th1a或th1b中的任意一个。由此，在进行二值化时能够赋予滞后性。

另外，在结霜状态检测装置1D中，虽然针对后面说明的电压S1c设定了这些阈值th1、th1a、th1b，但作为二值化的意义是相同的。

另外，可以利用图15（B）所示的阈值th2来判別结霜状态和干燥状态。

另外，在结霜状态检测装置1D中，虽然针对由输出电压S1分压得到的电压设定了阈值th2，但作为二值化的意义是相同的。

驱动部11D的输出电压S1、即水分传感器13D的输出电压S1通过由电阻R3和电容器C2构成的输入接口部IF输入到二值化部KDD。由于输入接口部IF的输出侧电压S1c被电容器C2去除了直流成分，因此如图15（C）所示，成为以基准电压（偏置电压）Va为中心而上下振动的正负信号。

也就是说，实际输入到二值化部KDD的电压S1c的最大振幅比水分传感器13D的输出电压S1小，并且，基准电压（偏置电压）Va为0伏时的正向或负向的最大值为其二分之一。

图16中示出了如下情形：在二值化部KDD中，根据来自输入接口部IF的输出电压S1c进行二值化，输出检测信号S2a。特别是，图16（B）中示出了检测信号S2a从L转变到H时的情形，图16（C）中示出了检测信号S2a从H转变到L时的情形。

在图16的（A）（B）（C）中，阈值TH是二值化部KDD的逻辑电路中的逻辑判定用的阈值。即，在输出电压S1c为阈值TH以下的情况下，将输入作为L来处理，检测信号S2a断开。在输出电压S1c超过了阈值TH的情况下，将输入作为H来处理，检测信号S2a接通。

另外，输出电压S1c的基准电压（偏置电压）Va被设定为比阈值TH低、且能够判别水滴状态与结霜状态的恰当的值。

阈值TH与基准电压（偏置电压）Va之差（TH-Va）是用于比较输出电压S1c而进行二值化的阈值th1。即，差（TH-Va）是本发明中的“阈值”和“第1阈值”的例子。

另外，从阈值TH是用于对来自水分传感器13D的输出电压S1进行二值化的阈值这一点看，阈值TH是本发明中的“阈值”和“第1阈值”的例子。但是，阈值TH自身在与阈值th2的大小关系中，并不直接对应于本发明中的“第1阈值”。

通过恰当地设定偏置电压Va，能够将阈值th1设定为恰当的值。

因此，如图16（A）的左侧所示，在通过水分传感器13D检测到结霜状态时，即在输出电压S1c比阈值th1高时，输出电压S1c的一部分超过阈值TH，因此二值化部KDD中的输入成为H，检测信号S2a接通。

另外，如图16（A）的右侧所示，在通过水分传感器13D检测到水滴状态时，即在输出电压S1c比阈值th1低时，输出电压S1c未超过阈值TH，因此输入成为L，检测信号S2a断开。

另外，在二值化部KDD中设置有具备由电容器C3决定的恰当时间常数的积分电路，以便在检测信号S2a接通时，暂时维持其状态。因此，在本实施方式中，在进行二值化时只要关注输出电压S1c的最大值即可。

另外，如图16（B）所示，在检测信号S2a断开时，即在水分传感器13D检测到水滴状态时，设定了比较低的电压Vaa作为偏置电压Va。由此，阈值TH与偏置电压Vaa之差（TH-Vaa）比较大，设定了比较大的阈值th1a。

当来自输入接口部IF的输出电压S1c超过了阈值th1a时，检测到从水滴状态转移到结霜状态，输出检测信号S2a。

另外，如图16（C）所示，在检测信号S2a接通时，即在水分传感器13D检测到结霜状态时，设定了比较高的电压Vab作为偏置电压Va。由此，阈值TH与偏置电压Vab之差（TH-Vab）比较小，设定了比较小的阈值th1b。

当来自输入接口部IF的输出电压S1c成为阈值th1b以下时，检测到从结霜状态转移到水滴状态，检测信号S2a断开。

图17中示出如下情形：在修正部SYD中，根据水分传感器13D的输出电压S1判别为干燥状态，在干燥状态时使检测信号S2a断开。另外，本实施方式的修正部SYD由非门电路Q6构成。

在图17中，输入到修正部SYD的电压S1d是通过后述的电阻R11与电阻R12对来自水分传感器13D的输出电压S1进行分压后的电压。

阈值TH2是修正部SYD的逻辑电路中的逻辑判定用的阈值。也就是说，在电压S1d为阈值TH2以下的情况下，将输入作为L来处理，修正部SYD的输出维持H。在电压S1d超过了阈值TH2的情况下，将输入作为H来处理，修正部SYD的输出成为L。当修正部SYD的输出成为L时，输入接口部IF的输出电压S1c成为大致0伏。

此处，阈值TH2作为用于判别干燥状态和结霜状态的阈值th2来使用。从这层意义上讲，阈值TH2是本发明中的“第2阈值”的例子。但是，阈值TH2自身在与阈值th1的大小关系中，并不直接对应于本发明中的“第2阈值”。

因此，如图17的左侧所示，在水分传感器13D检测到干燥状态的情况下，即在电压S1d比阈值TH2高时，电压S1d的一部分超过阈值TH2，因此修正部SYD的输出成为L。由此，电压S1c成为大致0伏，变得比任何一个阈值th1a、th1b小，检测信号S2a被强制断开。

另外，如图17的右侧所示，在水分传感器13D检测到结霜状态的情况下，即在电压S1d比阈值TH2低时，电压S1d未超过阈值TH2，因此修正部SYD的输出成为H。于是，修正部SYD不会对电压S1c产生影响，而在二值化部KDD中进行与电压S1c对应的判別。

二值化部KDD将所输入的电压S1c与阈值th1进行比较而进行二值化，输出检测信号。

即，当来自输入接口部IF的输出电压S1c为阈值th1以上时，二值化部KDD输出表示第1电极22Da、22Db与第2电极23D之间的水分冻结变化成霜状的结霜状态检测信号，作为检测信号S2a。

另外，当来自水分传感器13D的输出电压S1为阈值th2以上时，为了表示在第1电极22Da、22Db与第2电极23D之间不存在水分而处于干燥状态，不输出检测信号S2a。也就是说，在干燥状态的情况下，强制断开检测信号S2a，正是为了进行这样的修正而设置了修正部SYD。

即，在来自水分传感器13D的输出电压S1为阈值th2以上时，修正部SYD进行修正，使得来自输入接口部IF的输出电压S1c降低到阈值th1以下，由此不输出检测信号S2a。

另外，阈值th2比阈值th1大，即，th2>th1。

以下，参照图13～图18进一步详细地说明判定部12D的结构和动作。

在图13中，二值化部KDD由非门电路Q3～Q5、电阻R4、R5、R6、R10、电容器C3、二极管D1等构成。二值化部KDD与输入接口部IF的输出侧连接。

另外，修正部SYD由非门电路Q6、电阻R11～R13、电容器C4、二极管D2等构成。还可以认为修正部SYD与输入接口部IF并联连接。

另外，非门电路Q1～Q6都由CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体）的非门电路元件构成。

即，如图14所示，非门电路Q1～Q6都由将p沟道和n沟道的MOSFET配置成互补形所得到的栅极构造的逻辑反转电路元件构成。在输入栅极IN为L（低电平）时输出为H（高电平），在输入栅极IN为H时输出OUT为L。第2实施方式中使用的非门电路Q11～Q14也与此相同。

作为这样的非门电路元件，例如可以使用型号为14068B的在市面中销售的集成电路元件。型号为14068B的集成电路元件在一个封装中收纳有6个非门电路元件，也可以通过1个集成电路元件来提供结霜状态检测装置1D中所需的全部非门电路Q1～Q6。

在这样的非门电路Q3中，逻辑反转中的阈值TH位于电源电压VDD的二分之一附近。也就是说，当输入栅极IN的电压超过VDD/2时输出为L，当输入栅极IN的电压为VDD/2以下时输出为H。

因此，如果对非门电路Q3的输入栅极IN施加了偏置电压Va，则在来自输入接口部IF的输出电压S1c超过了这些阈值TH与偏置电压Va之差（TH-Va）时，输出为L，在输出电压S1c为差（TH-Va）以下时，输出为H。即，差（TH-Va）就是阈值th1。

因此，通过变更偏置电压Va的值，能够变更阈值th1。也就是说，在将偏置电压Va设为比阈值TH低的电压时（Va<TH），如果减小偏置电压Va，则差（TH-Va）变大从而阈值th1变高，如果增大偏置电压Va，则差（TH-Va）变小从而阈值th1变低。

在本实施方式中，在非门电路Q3的输出为H时，将偏置电压Va设为比较小的电压Vaa，较高地设定用于将输出从H切换到L的阈值th1a，在非门电路Q3的输出为L时，将偏置电压Va设为比电压Vaa大的电压Vab（Vab>Vaa），较低地设定用于将输出从L切换到H的阈值th1b。也就是说，th1a>th1b（参照图15、图18）。

这样来设定用于从H切换到L的阈值th1a、与用于从L切换到H的阈值th1b这两个阈值th1a、th1b。

在图13所示的二值化部KDD中，为了设定两个阈值th1a、th1b，利用电阻R10从非门电路Q4的输出侧向非门电路Q3的输入侧施加正反馈。电阻R10是在进行非门电路Q3的二值化时，用于根据输出状态改变偏置电压Va而对阈值th1赋予滞后性的反馈电阻。

即，非门电路Q4的输出电压被两个电阻R10、R5分压，并加到非门电路Q3的输入侧。在非门电路Q3的输入侧，经由电阻R4施加电源电压VDD并由两个电阻R4、R5分压得到的电压与由电阻R10反馈的电压之和成为非门电路Q3的偏置电压Va。

在非门电路Q4的输出为H时，对非门电路Q3的输入侧施加比较高的偏置电压Vab，在非门电路Q4的输出为L时，对非门电路Q3的输入侧施加比较低的偏置电压Vaa。

因此，例如在非门电路Q3的输出为H时，即在非门电路Q4的输出为L，从而未输出检测信号S2a时（不是结霜状态时），输入到非门电路Q3的来自输入接口部IF的输出电压S1c处于比阈值th1a低的状态，响应于输出电压S1c超过阈值th1a，非门电路Q3的输出从H切换为L。此时，偏置电压Va变高而成为偏置电压Vab，阈值th1变低而成为阈值th1b。

并且，在非门电路Q3的输出为L时，即在非门电路Q4的输出为H，从而输出了检测信号S2a时（处于结霜状态时），输入到非门电路Q3的来自输入接口部IF的输出电压S1c成为比阈值th1b高的状态，响应于输出电压S1c成为阈值th1b以下，非门电路Q3的输出从L切换为H。此时，偏置电压Va变低而成为偏置电压Vaa，阈值th1变高而成为阈值th1a。

另外，如上所述，在非门电路Q3的输出侧、即非门电路Q4的输入侧，与接地线GL之间连接有积分用的电容器C3，对输入到非门电路Q4的电荷进行蓄积，从而不会产生短时间的急剧的电压变化。电容器C3的容量例如为0.001μF～0.1μF左右，具体地讲，例如为0.01μF左右。电容器C3是本发明中的“第2电容元件”的例子。

接着，对修正部SYD的动作进行说明。

在修正部SYD中，如上所述，来自水分传感器13D的输出电压S1被电阻R11和电阻R12分压，作为电压S1d输入到非门电路Q6。电阻R11、R12的值被设定为：在电压S1d比阈值TH2大时，即在电压S1比阈值th2大时，使得非门电路Q6的输出成为L。

当非门电路Q6的输出成为L时，非门电路Q3的输入侧的电位经由电阻R13和二极管D2而与接地线GL连接，非门电路Q3的输入侧的电位降低而成为阈值th1b以下。其结果，非门电路Q3的输出成为H，非门电路Q4的输出成为L。

另外，电容器C4对非门电路Q3的输入侧的位相进行调整，并且抑制电位的急剧变化而使动作稳定。

由此，在来自水分传感器13D的输出电压S1为阈值th2以上时，修正部SYD使得来自输入接口部IF的输出电压S1c降低至阈值th1b以下，由此以不输出检测信号S2a的方式，也就是以断开检测信号S2a的方式进行修正。

图18中，在时刻t1处将冷冻机RK的电源接通。在时刻t1处，冷却管RKP的周边处于干燥状态，水分传感器13D检测到干燥状态，输出比阈值th2高的电压S1。此时，修正部SYD的输出成为L，输入到二值化部KDD中的电压S1c成为0伏，强制切断检测信号S2a。因此，冷冻机RK的冷却装置开始运转，对冷却管RKP进行冷却。

此时，由于非门电路Q3的输入侧为L，因此设定比较低的偏置电压Vaa，由此设定比较高的阈值th1a。

另外，由于因冷冻机RK的运转而产生结露，因此在时刻t2处水分传感器13D的输出电压S1比阈值th2低，非门电路Q6的输出成为H。但是此时，由于输出电压S1因结露而急剧下降，并且存在由电容器C3、C4实现的积分效应，因此非门电路Q4的输出不变成H。

并且，在随着结露的水滴逐渐冻结，使得电压S1c逐渐变大时，且在时刻t3处超过阈值th1a时，检测到处于结霜状态，接通检测信号S2a。

当检测信号S2a接通时，冷冻机RK的冷却装置的运转停止，冷却管RKP的温度逐渐上升。

此时，由于非门电路Q3的输入侧为H，因此设定比较高的偏置电压Vab，由此设定比较低的阈值th1b。

当随着温度上升，霜融化而回到水滴状态时，电压S1c逐渐变小，且在时刻t4处成为阈值th1b以下时，检测到处于水滴状态，切断检测信号S2a。由此，冷冻机RK的冷却装置重新开始运转。

即，如图19所示，在本实施方式的冷冻机RK中，反复进行如下循环：从干燥状态启动，当经过水滴状态而成为结霜状态时停止运转，当成为水滴状态时重新开始运转。

如上所述，通过本实施方式的结霜状态检测装置1D来检测冷冻机RK的结霜状态，并且检测从结霜状态转移到水滴状态的情况，与此相伴地恰当地切换冷却装置的运转和停止。

而且，从水滴状态向结霜状态转移时与从结霜状态向水滴状态转移时，检测用的阈值th被设定为不同的值，因此更恰当地进行冷却装置的运转与停止的切换。

另外，在冷冻机RK初始启动（运转）时，即使处于干燥状态，也会强制断开检测信号S2a，顺利地进行冷却装置的启动。

本实施方式的结霜状态检测装置1D可以由具有非门电路Q1～Q6的一个集成电路元件、少数的电阻以及电容器等电子部件构成，并且，可以通过将这些电子部件安装到构成水分传感器13D的基板21D上来进行制作。因此，能够使结霜状态检测装置1D小型且轻量，能够低成本地进行制作，向冷冻机RK上的安装也十分容易。而且，可以与冷冻机RK的控制部RKC连接三根电线，安装和维护也十分容易。

如上所述，根据本实施方式，即使不设置以往那样的虚拟电极，也能够以足够的精度来检测结霜状态等，能够提供结构简单的结霜状态检测装置1D。

在如上所述的实施方式的冷冻机RK中，虽然是根据结霜状态检测装置1D的检测信号S2a进行冷却装置的启动/关闭，但是也可以控制对冷却装置进行驱动的逆变器电机的转速，增大或降低冷却能力。

另外，也可以不通过结霜状态检测装置1D的检测信号S2a来控制冷却装置，而是设置例如用于除霜的除霜加热器等，以在检测到结霜状态时启动除霜加热器的方式进行控制。

另外，在结霜状态检测装置1D中，可以设置发光二极管等显示输出部，以便显示检测信号S2a的接通/断开。

另外，如上所述，在判定部12D中，在根据来自水分传感器13D的输出电压S1的大小进行二值化而输出检测信号时，使用与输出电压S1相关联的各种电压S1c、S1d以及各种阈值th1、th1a、th1b、TH、TH2。它们是本发明中的“来自静电电容传感器的输出电压”或“阈值”、“第1阈值”、“第2阈值”的例子。但是，也可以根据电路和元件等，使用上述例子以外的电压或阈值。

另外，如上所述的非门电路Q3是本发明中的“第1非门电路”的例子。而非门电路Q4是本发明中的“第2非门电路”的例子。

在如上所述的各种实施方式中，结霜传感器13、13B或水分传感器13C、13D，可以安装在冷却器RP、冷却管RKP、其他的管、冷却用扇片、冰箱等的壁面、或者其它部位。

可以使用比较器（比较电路）来代替上述非门电路Q3。该情况下，只要将输入到判定部12、2B、12C、12D的电压S1、S1b、S1c与通过电阻R4、R5等设定的阈值th、th1、th1a、th1b进行比较即可。由于电压S1、S1b、S1c是交流信号，因此超过阈值th的直流的电压成分（脉动流）会出现在比较器的输出侧。可以使其平滑而进行二值化。为了得到与交流信号的电压S1、S1b的大小对应的二值化信号，可以使用其它各种检测方式。

另外，输入接口部IF、IFB、二值化部KD、KDB、KDC、KDD、显示输出部HS、HSB、HSC、驱动部11、11C、、11D、判定部12、12B、12C、12D、结霜传感器13、水分传感器13C、13D、30、30B、30C、结霜状态检测装置1、1B、1D或者检测装置1C的各部或者整体的结构、构造、电路、形状、尺寸、个数、材质、配置、频率、波形等，可以按照本发明的主旨进行适当变更。

Claims (16)

1.一种静电电容式水分检测装置，其检测与周围环境的水分的比例或状态对应的静电电容的变化并输出检测信号，其特征在于，所述静电电容式水分检测装置具有：

静电电容传感器，其具有彼此相对配置的第1电极和第2电极，静电电容根据所述第1电极与所述第2电极之间的水分的比例或状态而发生变化；

驱动部，其对所述静电电容传感器施加交流信号；以及

判定部，其根据来自所述静电电容传感器的输出电压的大小进行二值化，输出接通或断开的检测信号。

2.根据权利要求1所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述静电电容传感器连接在所述驱动部的输出与接地线之间，

所述判定部对来自所述静电电容传感器的输出电压与预先设定的阈值进行比较，由此进行所述二值化。

3.根据权利要求2所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述判定部在来自所述静电电容传感器的输出电压为第1阈值th1以上时，输出表示所述第1电极与所述第2电极之间的水分已经冻结变化成霜状的结霜状态检测信号，作为所述检测信号，并且，

所述判定部在来自所述静电电容传感器的输出电压为比所述第1阈值th1大的第2阈值th2以上时，不输出所述结霜状态检测信号，以表示所述第1电极与所述第2电极之间不存在水分而是干燥的。

4.根据权利要求1所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述静电电容传感器连接在所述驱动部的输出与所述判定部的输入之间，

所述判定部对来自所述静电电容传感器的输出电压与预先设定的阈值进行比较，由此进行所述二值化。

5.根据权利要求4所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述判定部在来自所述静电电容传感器的输出电压为第1阈值th1以下时，输出表示所述第1电极与所述第2电极之间的水分已经冻结变化成霜状的结霜状态检测信号，作为所述检测信号，并且，

所述判定部在来自所述静电电容传感器的输出电压为比所述第1阈值th1小的第2阈值th2以下时，不输出所述结霜状态检测信号，以表示所述第1电极与所述第2电极之间不存在水分而是干燥的。

6.根据权利要求2所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述驱动部具有：

信号产生部，其产生所述交流信号；以及

电阻元件，其与所述信号产生部的输出侧连接。

7.根据权利要求6所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述判定部具有：

输入接口部，其与所述静电电容传感器的输出侧连接，由彼此串联连接的第2电阻元件和电容元件构成；以及

二值化部，其与所述输入接口部的输出侧连接，在来自所述输入接口部的输出电压为第1阈值th1以上时，输出表示所述第1电极与所述第2电极之间的水分已经冻结变化成霜状的结霜状态检测信号，作为所述检测信号；以及

修正部，其在来自所述静电电容传感器的输出电压为比所述第1阈值th1大的第2阈值th2以上时，使得来自所述输入接口部的输出电压降低至所述第1阈值th1以下。

8.根据权利要求7所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述二值化部具有：

CMOS的第1非门电路，其被输入来自所述输入接口部的输出电压，利用所述第1阈值th1进行所述二值化；

积分用的第2电容元件，其与所述第1非门电路的输出侧连接；

CMOS的第2非门电路，其被输入所述第2电容元件的端子电压，使所输入的电压反转而输出所述检测信号；以及

反馈电阻，其连接在所述第2非门电路的输出侧与所述第1非门电路的输入侧之间，用于在所述二值化时赋予滞后性。

9.根据权利要求8所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述修正部具有：

CMOS的第3非门电路，其被输入来自所述静电电容传感器的输出电压，在所输入的电压为所述第2阈值th2以上时，该第3非门电路的输出为低电平；以及

二极管，其反向连接在所述第3非门电路的输出侧与所述第1非门电路的输入侧之间。

10.根据权利要求1所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述静电电容传感器在基板的表面上构图形成有所述第1电极和所述第2电极，以所述第2电极与冷却管的外周面相接的状态进行安装，

所述静电电容传感器检测大气中的水分是否由于所述冷却管的冷却效应而冻结变化成霜状的结霜状态。

11.根据权利要求10所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述第2电极在所述基板的表面构图形成为矩形形状，

所述第1电极以如下方式在所述基板的表面构图形成为矩形形状：所述第1电极处于在所述第2电极的两侧与所述第2电极之间设置有间隙的状态，并且，所述第1电极的彼此靠近侧的边部间的距离比所述冷却管的外径小，

所述静电电容传感器以能够在所述第2电极的一部分、所述第1电极的一部分、所述间隙以及所述冷却管的外周面附着水分的方式安装在所述冷却管上。

12.根据权利要求1所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述驱动部的输出端子和所述判定部的输入端子设置在基板上，

分别与所述第1电极和所述第2电极连接的2个端子彼此接近地设置在所述基板上，

所述输出端子、所述输入端子以及所述2个端子在所述基板上布线连接，由此，能够选择是相对于所述驱动部的输出端子和所述判定部的输入端子串联连接所述静电电容传感器，还是相对于所述驱动部的输出端子和所述判定部的输入端子并联连接所述静电电容传感器。

13.根据权利要求2或4所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述第1电极和所述第2电极是以彼此平行的状态隔开适当的间隔埋入土中的2根电极棒，

所述静电电容传感器检测所述土中的水分的状态。

14.根据权利要求2或4所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述第1电极和所述第2电极以彼此平行的状态隔开适当的间隔卷绕在容器的外周面，

所述静电电容传感器检测所述容器内的液体的液位。

15.根据权利要求2或4所述的静电电容式水分检测装置，其中，

所述第1电极和所述第2电极以隔着收纳在容器内的液体彼此相对的状态，卷绕在该容器的外周面的半周上，

所述静电电容传感器检测所述容器内的液体的液位。

16.一种冷冻机，该冷冻机具有权利要求1至12中任意一项所述的静电电容式水分检测装置。

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