CN106461713B - 静电电容测量装置、静电电容型面状传感器装置以及静电电容型液位检测装置 - Google Patents

静电电容测量装置、静电电容型面状传感器装置以及静电电容型液位检测装置 Download PDF

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Abstract

提供一种能够实现高速化、抗噪性的提高以及高精度化的静电电容测量装置。静电电容测量装置(10)具备：桥用电容器(12)，其在测量对象的静电电容(Cn)的另一端侧与测量对象的静电电容(Cn)串联连接；以及充放电用开关元件(SW10)，其在测量对象的静电电容(Cn)的另一端侧与测量对象的静电电容(Cn)串联连接，并且与桥用电容器(12)并联连接。测量对象的静电电容(Cn)通过充放电用开关元件(SW10)成为闭合状态而被放电，通过充放电用开关元件(SW10)成为打开状态而进行充电。在充电步骤时，测量器(14)基于测量对象的静电电容(Cn)的另一端侧的电位(Vout)，来获取测量对象的静电电容(Cn)的当量值。

Description

静电电容测量装置、静电电容型面状传感器装置以及静电电 容型液位检测装置
技术领域
本发明涉及一种静电电容测量装置、使用该测量装置的静电电容型面状传感器装置以及静电电容型液位检测装置。
背景技术
国际公开第2011/004727号(专利文献1)中记载了如下一种装置：判定被测定电容的变化是否是因成为被检测对象的事件而引起的。在该装置中，基准电容Cs相对于被测定电容Cx1在第一电位源V1侧且与测定电容Cx1串联连接，该装置具备：第一开关，其配置在一端与第一电位源V1连接的基准电容的两端之间；第二开关，其配置在一端与第二电位源或自由空间连接的被测定电容的另一端与所述基准电容的另一端之间；以及第三开关，其配置在所述被测定电容的两端之间。
而且，当在进行将第一开关设为闭合状态后设为打开状态的第一开关操作之后交替地重复进行第二开关向闭合状态的操作以及第三开关向闭合状态的操作时，对基准电容Cs的端子的电位变化至设定电位Vref为止的重复次数进行计数。而且，基于使进行第二开关操作的时间不同的情况下的各个重复次数N1、N2，来判定被测定电容的变化是否是因成为被检测对象的事件而引起的。
另外，日本特开2005-30901号公报(专利文献2)中记载了如下内容：使多行电极与多列电极相向来测量矩阵状的测量对象位置的各自的静电电容。该装置在对测量对象位置的静电电容的一端输出了脉冲信号的情况下，通过测量流过静电电容的另一端的电流来测量静电电容。
另外，日本特许第3379388号公报(专利文献3)、日本特许第2561040号公报(专利文献4)、国际公开第2011/125725号(专利文献5)等中记载了静电电容的测量装置。另外，日本特开平11-311562号公报(专利文献6)、日本特开2006-337173号公报(专利文献7)中记载了使用静电电容来检测液位的装置。
专利文献1：国际公开第2011/004727号
专利文献2：日本特开2005-30901号公报
专利文献3：日本特许第3379388号公报
专利文献4：日本特许第2561040号公报
专利文献5：国际公开第2011/125725号
专利文献6：日本特开平11-311562号公报
专利文献7：日本特开2006-337173号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，以往，一般是通过在向静电电容的一端施加交流电压的情况下测量流过静电电容的另一端的电流，来进行静电电容的测量。然而，在基于电流值测量静电电容的情况下，电流值成为小的值，因此由于受到噪声的影响而无法测量高精度的静电电容。
另外，在针对测量对象的静电电容串联连接其它既定的静电电容并施加恒压的情况下，通过测量静电电容之间的电位，能够计算测量对象的静电电容。也就是说，该情况下的测量对象不是电流值而是电压值。但是，两个静电电容之间的电位不固定，因此使用该静电电容之间的电位测量出的静电电容的精度不高。另外，在上述的现有技术中，是非常复杂的测量装置。
另外，在专利文献5所记载的装置中，到向电容器C1蓄电为止需要时间，因此不易于高速地测量测量对象的静电电容。
本发明的目的在于提供一种通过采用对成为测量对象的静电电容与串联连接的其它既定的静电电容之间的电位进行测量的方法来实现测量的高速化以及抗噪性的提高、并且在测量出静电电容之间的电位的情况下也能够高精度地测量测量对象的静电电容的静电电容测量装置。
另外，本发明的目的在于提供一种使用该测量装置的静电电容型面状传感器装置以及静电电容型液位检测装置。即，提供一种能够高速且高精度地测量测量对象的静电电容的静电电容型面状传感器装置以及静电电容型液位检测装置。
用于解决问题的方案
<静电电容测量装置>
因此，本发明的发明人们发现，通过以将两个静电电容之间的电位放电至接地电位的状态为基准状态，能够通过测量两个静电电容之间的电位来测量测量对象的静电电容。
即，本方法所涉及的静电电容测量装置具备：输入电压施加单元，其对测量对象的静电电容的一端侧施加恒压的输入电压；桥用电容器，其在所述测量对象的静电电容的另一端侧与所述测量对象的静电电容串联连接，并连接于所述测量对象的静电电容的另一端侧与接地电位之间；充放电用开关元件，其在所述测量对象的静电电容的另一端侧与所述测量对象的静电电容串联连接，并且与所述桥用电容器并联连接，在闭合状态时将所述测量对象的静电电容的另一端侧的电荷放电至接地电位；控制器，其执行放电步骤以及在所述放电步骤之后执行充电步骤，在所述放电步骤中，通过设为没有施加所述输入电压的状态且将所述充放电用开关元件设为闭合状态，来将所述测量对象的静电电容的电荷放电至接地电位，在所述充电步骤中，通过将所述充放电用开关元件设为打开状态且设为施加所述输入电压的状态，来对所述测量对象的静电电容充电；以及测量器，其在由所述控制器进行的所述充电步骤中，基于所述测量对象的静电电容与所述桥用电容器之间的电位，来获取所述测量对象的静电电容的当量值。
桥用电容器与测量对象的静电电容串联连接，测量器基于测量对象的静电电容与桥用电容器之间的电位(中间电位)、即测量对象的静电电容的另一端侧的电位来获取静电电容的当量值。在此，两个电容器之间的中间电位不固定，因此使用该中间电位测量出的静电电容的精度不高。
但是，通过将充放电用开关元件设为闭合状态，测量对象的静电电容的电荷被放电。即，上述中间电位变为接地电位。而且，将该状态设为基准状态。也就是说，基准状态下的中间电位与接地电位相等。换言之，能够通过将充放电用开关元件设为闭合状态来进行中间电位的校准。
而且，当在进行放电之后将充放电用开关元件设为打开状态且设为施加输入电压的状态时，测量器对测量对象的静电电容的另一端侧的电位进行测量。也就是说，测量器测量的电位为与测量对象的静电电容相应的电位。因而，本方法的测量装置能够高精度地测量测量对象的静电电容。
并且，上述方法是使用中间电位来测量静电电容的方法，因此与测量电流的情况相比不易受到噪声的影响且能够进行高精度的静电电容的测量。并且，使用中间电位的测量能够实现高速的测量。另外，将充放电用开关元件设为闭合状态的校准能够在短时间内进行。由此整体上也能够实现高速的静电电容的测量。
以下，说明本方法所涉及的静电电容测量装置的优选的方式。
优选的是，所述输入电压施加单元具备：恒压电源，其能够施加所述输入电压；以及第一输入用开关元件，其一端侧与所述测量对象的静电电容的一端侧连接，另一端侧与所述恒压电源和接地电位中的一方连接来在通过所述恒压电源向所述测量对象的静电电容施加所述输入电压的状态与不向所述测量对象的静电电容施加所述输入电压的状态之间进行切换。由此，能够可靠地将中间电位设为基准状态的电位，并且能够可靠地形成向测量对象的静电电容施加输入电压的状态。其结果，能够获取高精度的静电电容的当量值。
另外，优选的是，所述静电电容测量装置还具备第二电容器，该第二电容器的一端侧被施加作为恒压的第二输入电压，另一端侧与所述测量对象的静电电容的另一端侧连接。由此，能够获取高精度的测量对象的静电电容的当量值。
另外，优选的是，按照第一状态、第二状态、第三状态以及第四状态的顺序进行切换，其中，所述第一状态是不施加所述输入电压和所述第二输入电压的状态，所述第二状态是施加所述输入电压和所述第二输入电压中的一方且不施加另一方的状态，所述第三状态是施加所述输入电压和所述第二输入电压的状态，所述第四状态是不施加所述输入电压和所述第二输入电压中的所述一方且施加所述另一方的状态，所述测量器基于所述第二状态、所述第三状态或所述第四状态时的所述测量对象的静电电容的另一端侧的电位，来获取所述测量对象的静电电容的当量值。
由此，能够可靠地得到高精度的测量对象的静电电容的当量值。
另外，优选的是，所述桥用电容器的静电电容设为比所述测量对象的静电电容的另一端侧与接地电位之间的静电电容大的静电电容。由此，可靠地减小存在于测量对象的静电电容的另一端侧与接地电位之间的静电电容的影响度。因而，能够得到高精度的测量对象的静电电容的当量值。
另外，优选的是，所述静电电容测量装置获取传感器主体中的多个测量对象的静电电容的当量值中的各个静电电容的当量值，所述传感器主体的等效电路具备：多行第一电极；多列第二电极，该多列第二电极以与所述多行第一电极形成为矩阵状的方式配置；以及多个介电层，该多个介电层设置于所述多行第一电极与所述多列第二电极分别立体交叉的多个位置，所述传感器主体中的多个测量对象的静电电容的当量值是与所述多个介电层各自的位置对应的所述第一电极与所述第二电极之间的静电电容的当量值。
也就是说，在等效电路中，多个测量对象的静电电容被配置为矩阵状。而且，使用上述的静电电容测量装置，能够高精度地得到矩阵状的测量对象的静电电容的当量值中的各个静电电容的当量值。
另外，优选的是，所述测量器通过求解由第二电极中的各个电压和作为未知数的多个位置的静电电容表示的联立方程式，来获取作为未知数的各个静电电容的当量值，其中，所述第二电极是在向所述多行第一电极中的一个第一电极施加所述输入电压并将剩余的第一电极与接地电位连接的情况下选择出的第二电极，所述多个位置是选择出的所述第二电极与所述多行第一电极分别立体交叉的位置。
在对某个测量对象的静电电容的另一端侧的电位进行测量的情况下，有时受到其它的静电电容的影响。因此，如上述那样，测量装置以多个测量对象的静电电容为未知数，求解由各个测量对象的静电电容以及对该测量对象的静电电容产生影响的静电电容表示的联立方程式。因而，能够高精度地得到作为未知数的各个静电电容的当量值。
<静电电容型面状传感器装置>
接着，对使用上述的静电电容测量装置的静电电容型面状传感器装置进行说明。
本方法所涉及的静电电容型面状传感器装置具备：多行第一电极，其形成为带状且配置为相互平行；多列第二电极，其形成为带状且配置为相互平行，所述多列第二电极以与所述多行第一电极的相向位置形成为矩阵状的方式与所述第一电极相向设置；介电层，其设置于所述多行第一电极的各个第一电极与所述多列第二电极的各个第二电极之间；以及上述的静电电容测量装置，其获取与各个所述第一电极同各个所述第二电极的相向位置对应的矩阵状位置的各个位置处的静电电容的当量值，其中，所述测量对象的静电电容的一端侧是所述第一电极，所述测量对象的静电电容的另一端侧是所述第二电极。
该面状传感器装置具有被配置为矩阵状的多个测量对象的静电电容。在该情况下，通过使用上述的静电电容测量装置，能够高精度地得到矩阵状的测量对象的静电电容的当量值中的各个静电电容的当量值。
以下，对本方法所涉及的静电电容型面状传感器装置的优选的方式进行说明。
优选的是，所述静电电容型面状传感器装置还具备第三电极，该第三电极被设置为相对于所述第二电极在同所述第一电极相反的一侧且与所述第二电极相向，并且该第三电极与接地电位连接，由所述第二电极和所述第三电极形成的电容器是所述桥用电容器。
第三电极被作为桥用电容器的一个电极来应用。因而，构造变得容易。
优选的是，所述静电电容型面状传感器装置还具备第三电极，该第三电极被设置为相对于所述第二电极在同所述第一电极相反的一侧且与所述第二电极相向，所述静电电容测量装置还具备第二电容器，该第二电容器的一端侧被施加作为恒压的第二输入电压，另一端侧与所述测量对象的静电电容的另一端侧连接，由所述第二电极和所述第三电极形成的电容器构成所述第二电容器。
由第二电极和第三电极形成的电容器构成第二电容器，因此不需要专用的第二电容器。
<静电电容型液位检测装置>
接着，对使用上述的静电电容测量装置的静电电容型液位检测装置进行说明。
本方法所涉及的静电电容型液位检测装置具备：多个电极，其在贮存液体的罐内在高度方向上错开配置；上述的静电电容测量装置，其将从所述多个电极中选择出的两个电极之间的静电电容的当量值获取为所述测量对象的静电电容的当量值；以及判定部，其基于所述测量对象的静电电容的当量值来判定所述罐内的液位。
通过使用上述的静电电容测量装置，能够高精度地得到测量对象的静电电容的当量值中的各个静电电容的当量值。因而，能够得到高精度的液位。
以下，对本方法所涉及的静电电容型液位检测装置的优选的实施方式进行说明。
优选的是，所述判定部基于所述测量对象的静电电容的当量值来判定液质。静电电容为与液质相应的值。因而，能够高精度地得到罐内的液体的液质。
优选的是，所述静电电容测量装置还具备第二电容器，该第二电容器的一端侧被施加作为恒压的第二输入电压，另一端侧与所述测量对象的静电电容的另一端侧连接，由所述测量对象的两个电极中的位于下侧的电极和位于比该两个电极更靠下侧的电极形成的电容器构成所述第二电容器，所述判定部基于所述测量对象的静电电容的当量值来判定不同种类的液体的边界。
通过对高度方向上相邻的电极之间的静电电容进行比较，如果一致，则可知存在同种液体，如果不同，则可知存在不同的液体。因而，在存在不同种类的液体的情况下，能够高精度地得到其边界。
附图说明
图1示出第一实施方式的静电电容测量装置10的电路结构。
图2是在第一实施方式中开关元件SW10、SW11、测量对象的静电电容Cn的一端侧的电位Vin1以及输出电压Vout的动作的时序图。
图3示出第二实施方式的静电电容测量装置20的电路结构。
图4示出第三实施方式的静电电容测量装置30的电路结构。
图5是在第三实施方式中开关元件SW10、SW11、SW12、测量对象的静电电容Cn的一端侧的电位Vin1、第二电容器的一端侧的电位Vin2以及输出电压Vout的动作的时序图。
图6示出将SW10设为闭合状态(接通)并且将SW11、SW12与接地电位连接的情况下的测量电路。
图7示出将SW10设为打开状态(断开)并且将SW11与接地电位连接、将SW12与电源连接的情况下的测量电路。
图8示出将SW10设为打开状态(断开)并且将SW11、SW12与电源连接的情况下的测量电路。
图9示出将SW10设为打开状态(断开)并且将SW11与电源连接、将SW12与接地电位连接的情况下的测量电路。
图10是在第四实施方式中开关元件SW10、SW11、SW12、测量对象的静电电容Cn的一端侧的电位Vin1、第二电容器的一端侧的电位Vin2以及输出电压Vout的动作的时序图。
图11示出第一实施方式的静电电容型面状传感器装置100的结构，将传感器主体110以俯视图示出。
图12示出图11的静电电容型面状传感器装置100的结构，将传感器主体110以截面图示出。
图13是取出了图11和图12的传感器主体110的一部分的情况下的电路图。
图14示出将测量对象位置的静电电容设为C1的情况下的测量电路整体。
图15示出对图14的测量电路进行置换所得到的电路。
图16示出第二实施方式的静电电容型面状传感器装置200的结构，将传感器主体110以截面图示出。
图17示出在图16中将测量对象位置的静电电容设为C1的情况下的测量电路。
图18示出在第三实施方式的静电电容型面状传感器装置300中将测量对象位置的静电电容设为C1的情况下的测量电路。
图19示出用于说明第四实施方式的静电电容型面状传感器装置的各静电电容C1～C9的静电电容值。
图20是示出在第四实施方式中通过联立方程式的方法得到的静电电容与通过非联立方程式的方法得到的静电电容之间的差异的曲线。
图21示出第一实施方式的静电电容型液位检测装置600的结构。
图22示出图21的传感器主体621的详细结构。
图23示出第一实施方式的传感器主体621的等效电路。
图24示出第一实施方式的静电电容型液位检测装置600的电路结构。
图25示出第二实施方式的静电电容型液位检测装置700的传感器主体721的详细结构。
图26示出第二实施方式的静电电容型液位检测装置700的电路结构。
图27示出第三实施方式的静电电容型液位检测装置800的传感器主体721的详细结构。
图28示出第三实施方式的静电电容型液位检测装置800的电路结构。
具体实施方式
<第一实施方式的静电电容测量装置>
如图1所示，第一实施方式中的静电电容测量装置10是对测量对象的静电电容Cn的当量值进行测量的装置。静电电容测量装置10具备恒压电源11、第一输入用开关元件SW11、桥用电容器12、充放电用开关元件SW10、控制器13以及测量器14。
恒压电源11(输入电压施加单元)是能够施加恒压的输入电压Vin的电源。第一输入用开关元件SW11(输入电压施加单元)的一端侧与测量对象的静电电容Cn的一端侧连接，另一端侧能够切换地连接到恒压电源11和接地电位中的一方。也就是说，在第一输入用开关元件SW11被连接到恒压电源11侧的情况下，成为向测量对象的静电电容Cn的一端侧施加输入电压Vin的状态。另一方面，在第一输入用开关元件SW11被连接到接地电位侧的情况下，成为不向测量对象的静电电容Cn的一端侧施加输入电压Vin的状态。
桥用电容器12在测量对象的静电电容Cn的另一端侧(与恒压电源11不同的一侧)与测量对象的静电电容Cn串联连接，连接于测量对象的静电电容Cn的另一端侧与接地电位之间。也就是说，测量对象的静电电容Cn和桥用电容器12构成桥电路。在此，桥用电容器12的静电电容为Cb。
充放电用开关元件SW10在测量对象的静电电容Cn的另一端侧与测量对象的静电电容Cn串联连接，并且与桥用电容器12并联连接。并且，充放电用开关元件SW10在闭合状态时将测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电荷放电至接地电位。
控制器13交替地执行以下所示的放电步骤和充电步骤。即，控制器13通过设为将第一输入用开关元件SW11与接地电位侧连接的状态且将充放电用开关元件SW10设为闭合状态，来将测量对象的静电电容Cn的电荷放电至接地电位(放电步骤)。在此，第一输入用开关元件SW11与接地电位侧连接的状态相当于没有对测量对象的静电电容Cn施加输入电压Vin的状态。通过上述放电步骤，能够将测量对象的静电电容Cn的电荷设定为作为基准状态的接地电位来进行校准。
另外，在上述放电步骤之后，控制器13通过设为将第一输入用开关元件SW11与恒压电源11侧连接的状态且将充放电用开关元件SW10设为打开状态，来对测量对象的静电电容Cn充电(充电步骤)。在此，第一输入用开关元件SW11与恒压电源11侧连接的状态相当于对测量对象的静电电容Cn施加输入电压Vin的状态。
在控制器13执行充电步骤的情况下，测量器14基于测量对象的静电电容Cn与桥用电容器12之间的电位Vout(以下也称为“输出电压”)，来获取测量对象的静电电容的当量值。此外，输出电压Vout相当于测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电位。
在此，测量对象的静电电容Cn、桥用电容器12的静电电容Cb、输入电压Vin以及输出电压Vout具有式(1)的关系。
[式1]
另外，桥用电容器12的静电电容Cb以及输入电压Vin是已知的。因而，根据式(1)，测量器14能够基于输出电压Vout来获取测量对象的静电电容Cn的当量值。
接着，参照图2来说明控制器13所执行的充放电用开关元件SW10的开闭定时与测量对象的静电电容Cn的一端侧的电位Vin1和输出电压Vout的关系。在t1～t2期间，充放电用开关元件SW10被设为接通(闭合状态)。另外，第一输入用开关元件SW11被连接到接地电位侧。因而，测量对象的静电电容Cn的一端侧的电位Vin1变为接地电位。
通过上述动作，测量对象的静电电容Cn的电荷经由充放电用开关元件SW10而被放电。其结果，测量对象的静电电容Cn与桥用电容器12之间的电位(输出电压)Vout变为作为基准状态的接地电位。也就是说，在上述动作之前输出电压Vout不固定，但是通过上述动作，输出电压Vout被设定为接地电位。
接着，在t2～t4期间，充放电用开关元件SW10被设为断开(打开状态)，第一输入用开关元件SW11被连接到恒压电源11侧。因而，测量对象的静电电容Cn的一端侧的电位Vin1变为输入电压Vin。通过上述动作，对测量对象的静电电容Cn充电。在经过了充电所需的时间之后，测量器14测量输出电压Vout。在图2中，在t3～t4期间，测量器14测量输出电压Vout。
接着，在t4～t5期间，充放电用开关元件SW10被设为接通(闭合状态)，第一输入用开关元件SW11被连接到接地电位侧。通过该动作，测量对象的静电电容Cn的一端侧的电位Vin1变为接地电位，测量对象的静电电容Cn的电荷被放电。即，上述输出电压Vout变为接地电位。接着，在t5～t9期间重复进行与上述的t1～t5同样的动作。
如上述那样，桥用电容器12与测量对象的静电电容Cn串联连接，测量器14基于测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电位、即测量对象与桥用电容器12之间的电位(输出电压)Vout，来获取静电电容的当量值。在此，单纯的两个电容器之间的中间电位不固定，因此使用该中间电位测量出的静电电容的精度不高。
但是，如上述那样，通过将充放电用开关元件SW10设为闭合状态，测量对象的静电电容Cn的电荷被放电。即，上述输出电压(中间电位)Vout变为作为基准状态的接地电位。也就是说，能够通过将充放电用开关元件SW10设为闭合状态来进行输出电压Vout的校准。
而且，在进行放电之后，当将充放电用开关元件SW10设为打开状态且设为向测量对象的静电电容Cn的一端侧施加输入电压Vin的状态时，测量器14对测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电位进行测量。也就是说，测量器14所测量的电位成为与测量对象的静电电容Cn相应的电位。因而，静电电容测量装置10能够高精度地测量测量对象的静电电容Cn。
<第二实施方式的静电电容测量装置>
如图3所示，第二实施方式的静电电容测量装置20具备电源11、桥用电容器12、充放电用开关元件SW10、控制器13以及测量器14。
相对于第一实施方式的静电电容测量装置10，第二实施方式的静电电容测量装置20添加了静电电容Cy。静电电容Cy是存在于测量对象的静电电容Cn的另一端侧与接地电位之间的静电电容。例如，静电电容Cy形成在测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电极与该电极附近的电极之间。
也就是说，桥用电容器12与该静电电容Cy并联连接。在此，桥用电容器12的静电电容Cb被设定得比静电电容Cy大。静电电容Cy在某种程度上能够预先估计。因此，设定桥用电容器12的静电电容Cb。特别是，最好将桥用电容器12的静电电容Cb设定为静电电容Cy的100倍以上。
在此，测量对象的静电电容Cn、桥用电容器12的静电电容Cb、输入电压Vin、输出电压Vout以及静电电容Cy具有式(2)的关系。
[式2]
如根据式(2)明确可知的那样，在桥用电容器12的静电电容Cb相对于静电电容Cy足够大的情况下，(Cb+Cy)成为近似于Cb的值。因而，能够根据与式(1)同样的关系导出测量对象的静电电容Cn。这样，测量对象的静电电容Cn的另一端侧与接地电位之间的静电电容Cy的影响程度可靠地变小。因而，能够得到高精度的测量对象的静电电容Cn的当量值。
<第三实施方式的静电电容测量装置>
如图4所示，第三实施方式的静电电容测量装置30具备恒压电源11、桥用电容器12、充放电用开关元件SW10、控制器13、测量器14、第一输入用开关元件SW11、第二电容器31以及第二输入用开关元件SW12。
相对于第二实施方式的静电电容测量装置20，第三实施方式的静电电容测量装置30添加了第二电容器31以及第二输入用开关元件SW12。第二电容器31的一端侧被施加作为恒压的第二输入电压Vin(在本实施方式中与输入电压Vin相同)，另一端侧与测量对象的静电电容Cn的另一端侧连接。
第二输入用开关元件SW12的一端侧与第二电容器31的一端侧连接，另一端侧能够切换地连接到恒压电源11和接地电位中的一方。也就是说，在第二输入用开关元件SW12被连接到恒压电源11侧的情况下，成为向第二电容器31的一端侧施加第二输入电压Vin的状态。另一方面，在第二输入用开关元件SW12被连接到接地电位侧的情况下，成为不向第二电容器31的一端侧施加第二输入电压Vin的状态。
在此，控制器13所执行的各开关元件SW10、SW11、SW12的切换定时与测量对象的静电电容Cn的一端侧的电位Vin1、第二电容器31的一端侧的电位Vin2以及输出电压Vout的关系如图5所示。
如图5所示，充放电用开关元件SW10在t1～t2、t5～t6期间被设为接通(闭合状态)，在t2～t5、t6～t9期间被设为断开(打开状态)。第一输入用开关元件SW11在t1～t3、t5～t7期间被连接到接地电位，在t3～t5、t7～t9期间被连接到恒压电源11。第二输入用开关元件SW12在t1～t2、t4～t6、t8～t9期间被连接到接地电位，在t2～t4、t6～t8期间被连接到恒压电源11。
在此，将不向测量对象的静电电容Cn的一端侧施加输入电压Vin且不向第二电容器31的一端侧施加第二输入电压Vin的状态设为第一状态。将不向测量对象的静电电容Cn的一端侧施加输入电压Vin且向第二电容器31的一端侧施加第二输入电压Vin的状态设为第二状态。将向测量对象的静电电容Cn的一端侧施加输入电压Vin且向第二电容器31的一端侧施加第二输入电压Vin的状态设为第三状态。将向测量对象的静电电容Cn的一端侧施加输入电压Vin且不向第二电容器31的一端侧施加第二输入电压Vin的状态设为第四状态。
而且，如图5所示，按第一状态、第二状态、第三状态、第四状态的顺序进行切换。此时，输出电压Vout成为如图5的最下栏所示的那样。而且，测量器14基于第二状态(t2～t3)时的测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电位Vo2与第三状态时的测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电位Vo3之间的差(Vo2-Vo3)，来获取测量对象的静电电容Cn的当量值。或者，测量器14基于第四状态(t4～t5)时的测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电位Vo4，来获取测量对象的静电电容Cn的当量值。
在此，参照图6～图9来说明第一状态至第四状态的各个状态时的等效电路的结构以及输出电压Vout。
在第一状态(图5的t1～t2)下，充放电用开关元件SW10处于闭合状态，第一输入用开关元件SW11和第二输入用开关元件SW12被连接到接地电位。因而，该状态的电路成为如图6所示的那样。如图6所示，静电电容Ca、Cn、Cy、Cb的一端全部与接地电位连接，这些静电电容Ca、Cn、Cy、Cb的另一端与测量器14连接。并且，充放电用开关元件SW10处于闭合状态，因此静电电容Ca、Cn、Cy、Cb的另一端的电位变为接地电位(在此为0(零))。式(3)表示此时由测量器14测量的电位Vo1(输出电压Vout)。也就是说，电位Vo1作为基准状态的电位而成为0。
[式3]
在第二状态(图5的t2～t3)下，充放电用开关元件SW10处于打开状态，第一输入用开关元件SW11被连接到接地电位，第二输入用开关元件SW12被连接到恒压电源11。此时，如图7所示，静电电容Ca的一端与恒压电源11连接，其它的静电电容Cn、Cy、Cb的一端与接地电位连接。也就是说，由测量器14测量的电位Vo2成为静电电容Cn、Cy、Cb的合计值与静电电容Ca之间的中间电位。式(4)表示此时由测量器14测量的电位Vo2。即，电位Vo2成为与第二电容器31的静电电容Ca相当的电位。
[式4]
在第三状态(图5的t3～t4)下，充放电用开关元件SW10处于打开状态，第一输入用开关元件SW11和第二输入用开关元件SW12都被连接到恒压电源11。此时，如图8所示，静电电容Ca、Cn的一端与恒压电源11连接，其它的静电电容Cy、Cb的一端与接地电位连接，这些静电电容Ca、Cn、Cy、Cb的另一端与测量器14连接。也就是说，由测量器14测量的电位Vo3成为静电电容Ca、Cn的合计值与静电电容Cy、Cb的合计值之间的中间电位。式(5)表示此时由测量器14测量的电位Vo3。也就是说，电位Vo3成为与静电电容Ca、Cn的合计值相当的电位。
[式5]
在第四状态(图5的t4～t5)下，充放电用开关元件SW10处于打开状态，第一输入用开关元件SW11被连接到恒压电源11，第二输入用开关元件SW12被连接到接地电位。此时，如图9所示，静电电容Cn的一端与恒压电源11连接，其它的静电电容Ca、Cy、Cb的一端与接地电位连接，这些静电电容Ca、Cn、Cy、Cb的另一端与测量器14连接。也就是说，由测量器14测量的电位Vo4成为静电电容Ca、Cy、Cb的合计值与静电电容Cn之间的中间电位。式(6)表示此时由测量器14测量的电位Vo4。也就是说，电位Vo4成为与测量对象的静电电容Cn相当的电位。
[式6]
在此，如上述那样，测量器14能够基于第四状态(t4～t5)时的测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电位Vo4，来获取测量对象的静电电容Cn的当量值。在使用电位Vo4的测量的情况下，进行第一状态与第四状态之间的切换即可。但是，电位Vo4是与接地电位接近的值，因此有可能受到噪声的影响。
因此，测量器14基于第二状态(t2～t3)时的测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电位Vo2与第三状态时的测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电位Vo3之间的差(Vo2-Vo3)来获取测量对象的静电电容Cn的当量值，由此能够得到更高精度的静电电容的当量值。也就是说，通过对第一输入用开关元件SW11和第二输入用开关元件SW12的定时如图5所示那样按照第一状态→第二状态→第三状态→第四状态的顺序进行切换，能够利用第二状态的输出电压Vo2与第三状态的输出电压Vo3之间的差。
<第四实施方式的静电电容测量装置>
接着，第四实施方式的静电电容测量装置相对于第三实施方式的静电电容测量装置30，只在充放电用开关元件SW10的切换动作上不同。如图10所示，充放电用开关元件SW10在t1～t2、t3～t6、t7～t9期间被设为断开(打开状态)，在t2～t3、t6～t7期间被设为接通(闭合状态)。第一输入用开关元件SW11、第二输入用开关元件SW12、测量对象的静电电容Cn的一端侧的电位Vin1、第二电容器31的一端侧的电位Vin2与第三实施方式相同。
以充放电用开关元件SW10被设为闭合状态的第二状态时为基准状态来进行校准。也就是说，输出电压Vout表示将第二状态(t2～t3、t6～t7)时的输出电压Vo2设为零所得到的值。因而，测量器14通过只测量第三状态的输出电压Vo3就能够获取测量对象的静电电容Cn的当量值。
<第一实施方式的静电电容型面状传感器装置>
接着，对使用上述的静电电容测量装置的静电电容型面状传感器装置进行说明。
(静电电容型传感器装置的整体构造)
如图11和图12所示，静电电容型面状传感器装置100具备形成为片状(面状)的传感器主体110，对该传感器主体110中的电极之间的静电电容(测量对象的静电电容)进行测量。
在此，传感器主体110能够作为对被施加了外力的位置和大小进行检测的压力传感器来应用，还能够作为对人的手指等导电体接触或接近的位置进行检测的触摸面板来应用。而且，如图11和图12所示，静电电容型面状传感器装置100具备传感器主体110以及静电电容测量装置160。
(传感器主体110的详细结构)
在本实施方式中，传感器主体110形成为片状，具有挠性且具有伸缩自如的性质。该传感器主体110不只能够设为平面形状，还能够设为曲面形状。但是，在以下中，参照图11和图12，将平面形状的传感器主体110举为例子。此外，在如上述那样将传感器主体110作为触摸面板来应用的情况下，挠性和伸缩性不一定是必须的。
传感器主体110具备多行第一电极120(121～128)、多列第二电极130(131～138)、介电层141以及绝缘层142、143(图12所示)。多行第一电极120中的各个第一电极121～128形成为带状，被配置为在图11的上下方向上延伸且相互平行。
多列第二电极130中的各个第二电极131～138形成为带状，被配置为在图11的左右方向上延伸且相互平行。此外，在图11中，多行第一电极120和多列第二电极130是以8行、8列图示的，但是并不限于此。
多行第一电极120与多列第二电极130以在面法线方向(图11的纸面前后方向、图12的上下方向)上隔开距离的方式相向设置。而且，多行第一电极120和多列第二电极130被配置为这两者的相向位置成为矩阵状。也就是说，各个第一电极121～128与各个第二电极131～138相向，并且两者的相向位置成为8行×8列的矩阵状。8行×8列的矩阵状位置的各个位置能够成为静电电容的测量对象位置。
另外，各个第一电极121～128和各个第二电极131～138是通过使导电性填料混合在弹性体或树脂中而成形的。而且，第一电极120、第二电极130具有挠性且具有伸缩自如的性质。
在构成第一电极120、第二电极130的弹性体中，例如能够应用硅橡胶、乙烯-丙烯共聚橡胶、天然橡胶、乙烯-丁二烯共聚橡胶、丙烯腈-丁二烯共聚橡胶、丙烯酸类橡胶、表氯醇橡胶、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、聚氨酯橡胶等。另外，第一电极120、第二电极130中混合的导电性填料只要是具有导电性的粒子即可，例如能够应用碳材料、金属等的微粒子。另外，在构成第一电极120、第二电极130的树脂中，例如能够应用聚酯树脂、变性聚酯树脂、聚醚型聚氨酯树脂、聚碳酸酯型聚氨酯树脂、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛树脂、丙烯酸类树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、硝化纤维素、变性纤维素类等。
介电层141被设置在各个第一电极121～128与各个第二电极131～138之间。在将传感器主体110作为感压传感器来应用的情况下，介电层141形成为能够以根据外力不同而使厚度不同的方式压缩变形。
介电层141由弹性体或树脂成形，与第一电极120、第二电极130同样，具有挠性且具有伸缩自如的性质。在构成该介电层141的弹性体中，例如能够使用硅橡胶、丙烯腈-丁二烯共聚橡胶、丙烯酸类橡胶、表氯醇橡胶、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、聚氨酯橡胶等。另外，在构成介电层141的树脂中，例如能够应用聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚氨酯树脂、聚苯乙烯树脂(包含交联发泡聚苯乙烯树脂)、聚氯乙烯-聚偏二氯乙烯共聚物、乙烯-乙酸共聚物等。
绝缘层142、143分别以覆盖第一电极120侧的表面和第二电极130侧的背面的方式设置。绝缘层142、143与第一电极120、第二电极130同样，具有挠性且具有伸缩自如的性质。构成该绝缘层142、143的弹性体或树脂例如应用作为构成介电层141的弹性体或树脂而记载的材料。
如图12所示，在上述那样构成的传感器主体110受到沿传感器主体110的面法线方向(图12的上下方向)压缩的外力F的情况下，介电层141沿面法线方向压缩变形。其结果，位于被施加了外力F的部位的第一电极120、第二电极130之间的间隔距离变小。在该情况下，该部位的第一电极120、第二电极130之间的静电电容以增大的方式变化。因此，能够通过对各个第一电极121～128与各个第二电极131～138相向的矩阵状位置中的各个位置测量静电电容的变化来测量受到外力F的位置。并且，通过测量矩阵状位置的各个位置处的静电电容的绝对值，能够测量外力F的大小。
(传感器主体的电路)
在此，如图11所示，传感器主体110例如由8行第一电极120和8列第二电极130构成。但是，以下为了使静电电容测量装置的说明容易化而对3行第一电极120(121～123)和3列第二电极130(131～133)进行说明。
该情况下的传感器主体110的电路图如图13那样表示。也就是说，在各个第一电极121～123与各个第二电极131～133之间形成静电电容C1～C9。例如，第一电极121与第二电极131之间的静电电容是C1，第一电极122与第二电极132之间的静电电容是C5。在此，将各个第一电极121～123的端子设为Pi1～Pi3，将各个第二电极131～133的端子设为Po1～Po3。
(静电电容测量装置的结构)
接着，参照图14和图15来说明静电电容测量装置160的结构。在此，本实施方式的静电电容测量装置160采用参照图4说明的第三实施方式的静电电容测量装置30的电路结构。
在图13中，按顺序切换传感器主体110中的各个第一电极121～123的端子Pi1～Pi3的连接，并且按顺序切换各个第二电极131～133的端子Po1～Po3的连接。但是，为了使说明容易化，首先参照图14来说明将第一电极121与第二电极131的相向位置设为测量对象位置并测量静电电容C1的情况。
如图14所示，静电电容测量装置160具备恒压电源11、桥用电容器12、充放电用开关元件SW10、未图示的控制器、测量器14、第一输入用开关元件SW11、第二电容器31、第二输入用开关元件SW12以及测量对象变更开关SW121～SW123、SW131～SW133。在此，对本实施方式的静电电容测量装置160中的与第三实施方式的静电电容测量装置30相同的结构标注相同标记。
测量对象变更开关SW121～SW123将第一电极121～123的端子Pi1～Pi3中的一个端子与恒压电源11连接，将剩余的两个端子与接地电位连接。而且，测量对象变更开关SW121～SW123能够对与恒压电源11连接的端子进行切换。测量对象变更开关SW131～SW133将第二电极131～133的端子Po1～Po3中的一个端子与测量器14连接，将剩余的两个端子与接地电位连接。而且，测量对象变更开关SW131～SW133能够对与测量器14连接的端子进行切换。在此，将测量对象变更开关SW121与恒压电源11连接，将开关SW131与测量器14连接，将其它的开关SW122、SW123、SW132、SW133与接地电位连接。
桥用电容器12具有已设定好的固定的静电电容Cb。桥用电容器12的一端经由测量对象变更开关SW131～SW133而与各个第二电极131～133连接。桥用电容器12的另一端与接地电位连接。桥用电容器12的静电电容Cb被设定为比位于测量对象位置的第二电极131与接地电位之间的、矩阵状位置中的其它位置的静电电容大的固定值的静电电容。桥用电容器12的静电电容Cb设为上述其它位置的静电电容的例如100倍以上的固定值的静电电容。在测量对象位置的静电电容为C1的情况下，矩阵状位置中的其它位置的静电电容为C2、C3的合计值。也就是说，桥用电容器12的静电电容Cb设为C2、C3的合计值的100倍以上。
在此，在测量静电电容C1的情况下，第一电极121与接地电位之间的静电电容C4、C7对由测量器14测量的电位Vout几乎没有影响。并且，同接地电位连接的其它的第一电极122、123与同接地电位连接的其它的第二电极132、133之间的静电电容C5、C6、C8、C9也对电位Vout几乎没有影响。因而，图14中的传感器主体110的电路能够如图15那样进行置换来表示。在图15中，为了一般化而将静电电容C1设为表示测量对象的静电电容的Cn并将静电电容C2、C3的合计设为Cy来表示。各标记与上述第三实施方式的静电电容测量装置30中的标记相同。
因而，图15所示的电路相当于图4所示的电路。因而，如图4中所说明的那样，通过使各开关元件SW10、SW11、SW12进行动作，测量器14能够高精度地获取测量对象位置的静电电容C1。
<第二实施方式的静电电容型面状传感器装置>
参照图16和图17来说明第二实施方式的静电电容型面状传感器装置200。如图16所示，相对于图12所示的传感器主体110，静电电容型面状传感器装置200的传感器主体210添加了第三电极220。第三电极220被设置为相对于第二电极130在同第一电极120相反的一侧且与第二电极130相向，该第三电极220与接地电位连接。也就是说，第三电极220隔着绝缘层230而设置在第二电极130的背面侧(图16的下侧)。第三电极220是与绝缘层143大致相同程度的大小。而且，第三电极220的背面侧被绝缘层142覆盖。
在图17中示出该情况下的电路图。由第二电极130和第三电极220形成的电容器作为图15中的桥用电容器12而发挥功能。也就是说，第二电极130与第三电极220之间的静电电容成为Cb。这样，桥用电容器12使用第三电极220构成，因此不需要设置专用的电容器。因而，构造变得容易。并且，静电电容Cn、Cb被形成为了一体的构件，因此两者例如追随温度变化。因而，即使温度变化也能够高精度地测量测量对象的静电电容Cn。
<第三实施方式的静电电容型面状传感器装置>
参照图18来说明第三实施方式的静电电容型面状传感器装置300。如图18所示，静电电容型面状传感器装置300的传感器主体以与图16中示出的传感器主体210同样的方式构成。但是，第三电极220不是与接地电位连接，而是与第二输入用开关元件SW12连接。
也就是说，如图18所示，由第二电极130和第三电极220形成的电容器构成第二电容器31。也就是说，第二电极130与第三电极220之间的静电电容成为Ca。因而，不需要专用的第二电容器。并且，静电电容Cn、Ca被形成为了一体的构件，因此两者例如追随温度变化。因而，即使温度变化也能够高精度地测量测量对象的静电电容Cn。
<第四实施方式的静电电容型面状传感器装置>
参照图19和图20来说明第四实施方式的静电电容型面状传感器装置。在上述实施方式中，测量器14基于第二状态(t2～t3)时的测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电位Vo2与第三状态时的测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电位Vo3之间的差(Vo2-Vo3)，来获取测量对象的静电电容Cn的当量值。或者，测量器14基于第四状态(t4～t5)时的测量对象的静电电容Cn的另一端侧的电位Vo4，来获取测量对象的静电电容Cn的当量值。
在本实施方式中，与该计算方法不同，测量器14通过求解联立方程式来获取测量对象的静电电容Cn。通过式(7)表示将未知数设为静电电容Cn1、Cn2、Cn3的情况下的联立方程式。也就是说，式(7)的联立方程式由输入电压Vin、选择出的第二电极131中的各个电压Vout1、Vout2、Vout3以及作为未知数的多个位置处的静电电容Cn1、Cn2、Cn3表示，其中，该多个位置是所选择出的第二电极131与多行第一电极121、122、123分别立体交叉的位置。
[式7]
通过求解式(7)的联立方程式来得到静电电容Cn1、Cn2、Cn3。其它的静电电容Cn4～Cn9也同样通过求解联立方程式得到。
在此，在将C1～C9的静电电容设为1pF～9pF的情况下，对本实施方式的求解联立方程式的方法与上述实施方式中的方法进行比较。结果如图20所示的那样。在图20中，白色圆为设定电容，白色四角形是本实施方式的求解联立方程式的方法的结果，黑色圆是上述实施方式中的基于非联立方程式的方法的结果。
如图20所示，求解联立方程式的方法与基于非联立方程式的方法相比，静电电容的精度高。在此，认为原因如下：在基于非联立方程式的方法中，在对某个测量对象的静电电容的另一端侧的电位进行测量的情况下，受到其它的静电电容的影响。因此，求解联立方程式的方法是考虑了其它的静电电容的运算，因此能够得到高精度的静电电容。
<静电电容型面状传感器装置的其它>
在上述第二实施方式、第三实施方式的传感器装置中，将静电电容Cn、Cb或静电电容Cn、Ca形成为了一体的构件。除此之外，也可以将静电电容Cn、Ca、Cb形成为一体的构件。由此，即使温度变化也能够更高精度地测量测量对象的静电电容Cn。此外，不需要将全部电极重合，将各个电极形成在同一基板上，也起到上述效果。
<第一实施方式的静电电容型液位检测装置>
接着，对使用上述的静电电容测量装置的静电电容型液位检测装置进行说明。
(静电电容型液位检测装置的整体构造)
参照图21来说明静电电容型液位检测装置(以下称为液位检测装置)的构造。液位检测装置检测车辆的燃料罐610内的液位和液质。如图21所示，燃料罐610被搭载于车辆，贮存作为燃料的汽油。
在此，存在以下情况：在被供给的液体中，除汽油以外还混有水、甲醇。液位检测装置判定燃料罐610内的液体的液质，即判定该液体是汽油、水还是甲醇等。并且，液位检测装置判定液体的液位，即判定汽油的液位、水的液位以及甲醇的液位。此外，例如在存在其它液体的情况下或存在悬浮物的情况下，也能够适用于对它们进行判定。
燃料罐610在车辆的左右方向的中央的底部具有凹部611，在与凹部611对应的顶面具有凹部612。也就是说，底部的凹部611与顶面的凹部612在上下方向上相向。另外，在燃料罐610的上表面形成有开口孔613。在该开口孔613连接能够装卸的连接器。
在燃料罐610设置有构成静电电容型液位检测装置600的电极单元620。电极单元620在燃料罐610中位于车辆的左右方向的中央，并沿上下方向被固定在燃料罐610的底部的凹部611与顶面的凹部612之间。
电极单元620具备施力构件622以及形成为棒状的传感器主体621，该施力构件622被设置在传感器主体621的上端，并被设置为能够从传感器主体621的上端面伸展。传感器主体621的下端被配置在燃料罐610的底部的凹部611。施力构件622在伸展的状态下对燃料罐610的顶面的凹部612(对伸展方向)施力。通过这样，电极单元620被固定在燃料罐610的底部的凹部611与顶面的凹部612之间。
并且，传感器主体621具备在燃料罐610内在上下方向(高度方向)上错开配置的多个电极对626a～626i。多个电极对626a～626i的各电极对之间的静电电容根据存在的流体的种类而不同。
液位检测装置600具备与电极单元620的多个电极对626a～626i电连接的静电电容测量装置630以及判定部640。
静电电容测量装置630被配置在燃料罐610之外，实际上应用上述的静电电容测量装置。判定部640基于由静电电容测量装置630得到的静电电容C1～C9来判定燃料罐610内的液体的液位和液质。
(电极单元的传感器主体)
接着，参照图22详细说明电极单元620的传感器主体621。在传感器主体621的基材表面，在高度方向上错开配置有多个电极对626a～626i。各电极对626a～626i的静电电容从下方起依次设为C1～C9。
形成有与多个电极对626a～626i的各电极对的一个电极电连接的配线627a～627c(以下称为施加侧配线)。另外，形成有与各电极对的另一个电极电连接的配线628a～628c(以下称为输出侧配线)。
第一施加侧配线627a与电极对626a、626d、626g连接，第二施加侧配线627b与电极对626b、626e、626h连接，第三施加侧配线627c与电极对626c、626f、626i连接。第一输出侧配线628a与电极对626a、626b、626c连接，第二输出侧配线628b与电极对626d、626e、626f连接，第三输出侧配线628c与电极对626g、626h、626i连接。
在此，与施加侧配线627a、627b、627c连接的端子分别设为Pi1、Pi2、Pi3，与输出侧配线628a、628b、628c连接的端子分别设为Po1、Po2、Po3。
上述的传感器主体621的等效电路如图23那样表示。因而，液位检测装置600的电路如图24那样表示。也就是说，液位检测装置600与静电电容型面状传感器装置200同样地，等效于矩阵状的电路。于是，液位检测装置600能够同样地应用上述的静电电容型面状传感器装置200。
而且，判定部640基于测量器14获取到的各个高度处的静电电容C1～C9，来判定各个高度处的液位。同时，判定部640能够基于各个高度处的静电电容C1～C9来判定各个高度处的液体的液质。
<第二实施方式的静电电容型液位检测装置>
在第一实施方式的液位检测装置600中，构成各电极对的电极位于同一高度。如图25所示，本实施方式的液位检测装置700的各电极726a～726t在高度方向上错开配置。而且，与施加侧配线727a～727c连接的电极同与输出侧配线728a～728c连接的电极在高度方向上交替地配置。
该情况下的等效电路成为如图26所示的那样。在图26中，将测量对象的静电电容设为Cn1，将第二电容器31(相当于图24的标记31)的静电电容设为Ca1。这样，由测量对象的两个电极726b、726c中的位于下侧的电极726b和位于更靠下侧的电极726a形成的电容器构成上述的第二电容器31。
判定部740基于测量对象的静电电容Cn1～Cn8的当量值来判定不同种类的液体的边界。例如，如果在高度方向上相邻的电极之间726b～726c、726a～726b的位置存在同种液体，则Cn1和Ca1相同。于是，与Cn1相当的电位和与Ca1相当的电位之间的差为零。
另一方面，如果在高度方向上相邻的电极之间726b～726c、726a～726b的位置存在不同种类的液体，则Cn1和Ca1为不同的值。于是，与Cn1相当的电位和与Ca1相当的电位之间的差不为零。判定部740基于该差来判定液体的边界。
<第三实施方式的静电电容型液位检测装置>
接着，参照图27和图28来说明第三实施方式的液位检测装置800。本实施方式的液位检测装置800相对于第二实施方式的液位检测装置700的不同点在于，本实施方式的液位检测装置800将输出侧配线828a～828c用作桥用电容器12。
也就是说，将输出侧配线828a、828b、828c形成为在电极单元620的高度方向上足够长。通过这样，如图28所示，输出侧配线828a、828b、828c构成桥用电容器12的电极。因而，本实施方式的液位检测装置800不需要设置专用的桥用电容器12。
附图标记说明
10、20、30、160、630：静电电容测量装置；11：恒压电源；12：桥用电容器；13：控制器；14：测量器；31：第二电容器；100、200、300：静电电容型面状传感器装置；110、210：传感器主体；120：第一电极；130：第二电极；141：介电层；142、143、230：绝缘层；220：第三电极；600、700、800：静电电容型液位检测装置；621、721：传感器主体；626a～626i、726a～726t：电极；640、740：判定部；SW10：充放电用开关元件；SW11：第一输入用开关元件；SW12：第二输入用开关元件；Cn、Cn1：测量对象的静电电容；Cb：桥用电容器12的静电电容；Ca、Ca1：第二电容器31的静电电容。

Claims (13)

1.一种静电电容测量装置(10、20、30、160、630)，具备：
输入电压施加单元(11、SW11)，其对测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的一端侧施加恒压的输入电压(Vin)；
桥用电容器(12)，其在所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的另一端侧与所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)串联连接，并连接于所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的另一端侧与接地电位(GND)之间；
充放电用开关元件(SW10)，其在所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的另一端侧与所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)串联连接，并且与所述桥用电容器(12)并联连接，在闭合状态时将所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的另一端侧的电荷放电至接地电位(GND)；
控制器(13)，其执行放电步骤以及在所述放电步骤之后执行充电步骤，在所述放电步骤中，通过设为没有施加所述输入电压(Vin)的状态且将所述充放电用开关元件(SW10)设为闭合状态，来将所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的电荷放电至接地电位(GND)，在所述充电步骤中，通过将所述充放电用开关元件(SW10)设为打开状态且设为施加所述输入电压(Vin)的状态，来对所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)充电；以及
测量器(14)，其在由所述控制器(13)进行的所述充电步骤中，基于所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)与所述桥用电容器(12)之间的电位(Vout)，来获取所述测量对象的静电电容的当量值。
2.根据权利要求1所述的静电电容测量装置(10、20、30、160、630)，其特征在于，
所述输入电压施加单元(11、SW11)具备：
恒压电源(11)，其能够施加所述输入电压(Vin)；以及
第一输入用开关元件(SW11)，其一端侧与所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的一端侧连接，另一端侧与所述恒压电源(11)和接地电位(GND)中的一方连接来在通过所述恒压电源(11)向所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)施加所述输入电压(Vin)的状态与不向所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)施加所述输入电压(Vin)的状态之间进行切换。
3.根据权利要求1或2所述的静电电容测量装置(30、160、630)，其特征在于，
所述静电电容测量装置(30、160、630)还具备第二电容器(31)，该第二电容器(31)的一端侧被施加作为恒压的第二输入电压(Vin)，另一端侧与所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的另一端侧连接。
4.根据权利要求3所述的静电电容测量装置(30、160、630)，其特征在于，
按照第一状态(t1～t2)、第二状态(t2～t3)、第三状态(t3～t4)以及第四状态(t4～t5)的顺序进行切换，其中，所述第一状态(t1～t2)是不施加所述输入电压(Vin)和所述第二输入电压(Vin)的状态，所述第二状态(t2～t3)是施加所述输入电压(Vin)和所述第二输入电压(Vin)中的一方且不施加另一方的状态，所述第三状态(t3～t4)是施加所述输入电压(Vin)和所述第二输入电压(Vin)的状态，所述第四状态(t4～t5)是不施加所述输入电压(Vin)和所述第二输入电压(Vin)中的所述一方且施加所述另一方的状态，
所述测量器(14)基于所述第二状态(t2～t3)、所述第三状态(t3～t4)或所述第四状态(t4～t5)时的所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的另一端侧的电位(Vout)，来获取所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的当量值。
5.根据权利要求1或2所述的静电电容测量装置(20、30、160、630)，其特征在于，
所述桥用电容器(12)的静电电容(Cb)设为比所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的另一端侧与接地电位(GND)之间的静电电容(Cy)大的静电电容。
6.根据权利要求1或2所述的静电电容测量装置(10、20、30、160、630)，其特征在于，
所述静电电容测量装置(10、20、30、160、630)获取传感器主体(110、210)中的多个测量对象的静电电容的当量值中的各个静电电容的当量值，
所述传感器主体(110、210)的等效电路具备：多行第一电极(120、121～128)；多列第二电极(130、131～138)，该多列第二电极(130、131～138)以与所述多行第一电极(120、121～128)形成为矩阵状的方式配置；以及多个介电层(141)，该多个介电层(141)设置于所述多行第一电极(120、121～128)与所述多列第二电极(130、131～138)分别立体交叉的多个位置，
所述传感器主体(110、210)中的多个测量对象的静电电容的当量值是与所述多个介电层(141)各自的位置对应的所述第一电极(120、121～128)与所述第二电极(130、131～138)之间的静电电容的当量值。
7.根据权利要求6所述的静电电容测量装置(10、20、30、160、630)，其特征在于，
所述测量器(14)通过求解由第二电极(130、131～138)中的各个电压(Vout1、Vout2、Vout3)和作为未知数的多个位置的静电电容(Cn1、Cn2、Cn3)表示的联立方程式，来获取作为未知数的各个静电电容的当量值，
其中，该第二电极(131～138)是在向所述多行第一电极(120、121～128)中的一个第一电极(121～128)施加所述输入电压(Vin)并将剩余的第一电极(121～128)与接地电位(GND)连接的情况下选择出的第二电极，
该多个位置是选择出的所述第二电极(131～138)与所述多行第一电极(120、121～128)分别立体交叉的位置。
8.一种静电电容型面状传感器装置(100、200、300)，具备：
多行第一电极(120、121～128)，其形成为带状且配置为相互平行；
多列第二电极(130、131～138)，其形成为带状且配置为相互平行，所述多列第二电极(130、131～138)以与所述多行第一电极(120、121～128)的相向位置形成为矩阵状的方式与所述第一电极(120、121～128)相向设置；
介电层(141)，其设置于所述多行第一电极(120、121～128)的各个第一电极(121～128)与所述多列第二电极(130、131～138)的各个第二电极(131～138)之间；以及
根据权利要求1所述的静电电容测量装置(10、20、30、160、630)，其获取与各个所述第一电极(120、121～128)同各个所述第二电极(130、131～138)的相向位置对应的矩阵状位置的各个位置处的静电电容的当量值，
其中，所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的一端侧是所述第一电极(120、121～128)，
所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的另一端侧是所述第二电极(130、131～138)。
9.根据权利要求8所述的静电电容型面状传感器装置(200)，其特征在于，
所述静电电容型面状传感器装置(200)还具备第三电极(220)，该第三电极(220)被设置为相对于所述第二电极(130、131～138)在同所述第一电极(120、121～128)相反的一侧且与所述第二电极(130、131～138)相向，并且该第三电极(220)与接地电位(GND)连接，
由所述第二电极(130、131～138)和所述第三电极(220)形成的电容器是所述桥用电容器(12)。
10.根据权利要求8所述的静电电容型面状传感器装置(300)，其特征在于，
所述静电电容型面状传感器装置(300)还具备第三电极(220)，该第三电极(220)被设置为相对于所述第二电极(130、131～138)在同所述第一电极(120、121～128)相反的一侧且与所述第二电极(130、131～138)相向，
所述静电电容测量装置(30、160、630)还具备第二电容器(31)，该第二电容器(31)的一端侧被施加作为恒压的第二输入电压(Vin)，另一端侧与所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的另一端侧连接，
由所述第二电极(130、131～138)和所述第三电极(220)形成的电容器构成所述第二电容器(31)。
11.一种静电电容型液位检测装置(600、700、800)，具备：
多个电极(626a～626i、726a～726t)，其在贮存液体的罐(610)内在高度方向上错开配置；
根据权利要求1所述的静电电容测量装置(10、20、30、160、630)，其将从所述多个电极(626a～626i、726a～726t)中选择出的两个电极之间的静电电容的当量值获取为所述测量对象的静电电容的当量值；以及
判定部(640、740)，其基于所述测量对象的静电电容的当量值来判定所述罐(610)内的液位。
12.根据权利要求11所述的静电电容型液位检测装置(600、700、800)，其特征在于，
所述判定部(640、740)基于所述测量对象的静电电容的当量值来判定液质。
13.根据权利要求11所述的静电电容型液位检测装置(700、800)，其特征在于，
所述静电电容测量装置(30、160、630)还具备第二电容器(31)，该第二电容器(31)的一端侧被施加作为恒压的第二输入电压(Vin)，另一端侧与所述测量对象的静电电容(Cn、Cn1)的另一端侧连接，
由所述测量对象的两个电极(726b、726c)中的位于下侧的电极(726b)和位于比该两个电极更靠下侧的电极(726a)形成的电容器构成所述第二电容器(31)，
所述判定部(640、740)基于所述测量对象的静电电容的当量值来判定不同种类的液体的边界。
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