CN107462304B - 液面检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够使电路构成简单化并且小型化的液面检测装置。液面检测装置具备：浮子，追随液面而升降；至少2个以上的磁体，被安装于浮子，同极被对置配置；引导部件，对浮子的升降进行引导；多个磁传感器，被安装于引导部件，对根据所述磁体的升降位置而变化的磁通量密度进行检测，输出与该磁通量密度对应的电信号；和检测电路，基于分别从多个磁传感器输出的电信号来检测所述浮子的位置。升降方向上的相互相邻的磁传感器之间被设定为第1长度。与升降方向垂直的水平方向上的所述磁体与所述磁传感器的长度被设定为第2长度。第1长度比第2长度长。检测电路基于从所述多个磁传感器之中相邻的2个磁传感器输出的电信号来检测所述浮子的位置。

Description

液面检测装置

技术领域

本发明涉及液面检测装置，具体而言，涉及被安装于汽车等的贮藏汽油、发动机油或尿素水等液体的水箱并利用磁体来检测液面的位置的液面检测装置。

背景技术

以往，已知具备磁体和磁传感器的液面检测装置。例如，已知具备对应于液面的位置的变化而升降并具有磁体的浮动、和对磁体的磁通量密度进行检测的磁传感器，并根据磁传感器的输出信号来检测液面的位置的液面检测装置。

在该方面，专利文献1中公开了一种液面检测装置，该液面检测装置具备：浮子1；内部配置有浮子1的圆筒管2；被固定于浮子1的一个端部的磁化体3；和被配置于磁化体3的附近的磁阻元件4，根据浮子1所对应的磁化体3的位置来检测液面的位置(参照专利文献1的第1图以及第2图)。

此外，磁化体3沿着浮子1的移动方向，根据规定的磁化图案被磁化为(S-N，N-S，S-N，···)。此外，磁化体3从被设置于圆筒管2的顶面的贯通孔向圆筒管2的外部突出。磁阻元件4被配置于圆筒管2的外侧、即磁化体3的附近。此外，磁阻元件4包含构成2个桥电路的8个电阻要素。

专利文献2中公开了一种液面检测装置，该液面检测装置具备：液面感受体21、液面感受体21被配置于内部的液水箱18、被设置于检测杆23的上端的位移磁体24、被安装于检测部壳体20并包含多个霍尔元件5、5的检测器主体25(参照专利文献2的图1～图4、图12～图13)。

检测器主体25具有如下构造：将多个霍尔元件5在同一直线上以所需要的配设间隔设置在印刷基板6上，以使得与位移磁体24的移动方向平行。各霍尔元件被设置为磁感面5a与位移磁体24的磁化方向平行。液面感受体21通过将上端安装于检测部壳体20的下表面的拉伸弹簧22，经由检测杆23，被悬挂在水箱内，检测杆23的上端面对检测部壳体20内。液面检测装置将检测部壳体20内的检测杆23的上端部的位移作为位移磁体24的位移，由检测器主体25进行检测，由此测定液位。检测器主体25经由控制电路7而连接于：根据各霍尔元件的输出电压来运算磁体的位置，进一步换算为液位值的运算电路8、和将来自该运算电路的液位值输出到画面等的输出装置9。

在专利文献1所述的液面检测装置中，磁化体3从设置于圆筒管2的顶面的贯通孔向圆筒管2的外部突出。因此，存在难以小型化并且根据设备不同而难以安装的可能性。

在专利文献2所述的液面检测装置中，检测杆23以及位移磁体24从设置于液水箱18的顶面的贯通孔向液水箱18的外部突出。因此，与专利文献1所述的液面检测装置同样地，存在难以小型化并且根据设备不同而难以安装的可能性。

另一方面，也考虑了在水箱内配置磁体而成的液面检测装置。

在专利文献3中，公开了如下的液面检测装置，该液面检测装置具备：浮子23；浮子23被配置于内部的玻璃管21；被固定于浮子23的对置的2个端部的磁体22A、22B；和被安装于与玻璃管21相邻配置的传感器外壳32的传感器部31A～31E，通过与浮子23对应的磁体22A、22B的位置来检测液面的位置(参照专利文献3的图2～图4)。

磁体22A、22B在浮子23的移动方向的两端，沿着浮子23的移动方向被配置为NS、SN。传感器部31A～31E沿着浮子23的移动方向而被配置。传感器部31A～31E分别具备：对与浮子23的位移相应的基于第1磁体22A以及第2磁体22B的磁场进行检测的角度传感器34A～34E；和对浮子23由于磁场而到达附近进行检测的磁强度传感器35A～35E。

专利文献4中公开了如下的液面检测装置，该液面检测装置具备：磁铁3、磁铁3被配置于内部的水箱2、杆4、多个磁强度传感器S[1]～S[4]、和控制部10，根据磁铁3的位置来检测液面的位置(参照专利文献4的图1、图4、图5)。

杆4是长条的圆柱状，被配置在水箱2内以使得轴向与上下方向(垂直方向)平行。磁铁3是圆环状，被构成为在贮藏于水箱2内的液体的液面漂浮。杆4被插入到磁铁3，磁铁3在漂浮在贮藏于水箱2的液体的液面的状态下，通过杆4而被引导移动并在上下方向移动。多个磁强度传感器S[1]～S[4]分别被埋入到杆4，从上方向下方相互隔开间隔而被配置为依次排列。

控制部10具有：具有切换开关12以及减法器13的差值计算部11、和微计算机20。切换开关12具有：输入端子I11、I12、I13、I21、I22、I23、输出端子O1、O2。通过基于来自微计算机20的控制信号的开关切换，输入端子I11、I12、I13的任意一个与输出端子O1连接。输入端子I21、I22、I23的任意一个通过开关切换而与输出端子O2连接。输入端子I11与磁强度传感器S[1]连接。输入端子I12与磁强度传感器S[2]连接。输入端子I13与磁强度传感器S[3]连接。输入端子I21与磁强度传感器S[2]连接。输入端子I22与磁强度传感器S[3]连接。输入端子I23与磁强度传感器S[4]连接。由此，切换开关12，(1)在从输出端子O1输出磁强度传感器S[1]的电压信号时，从输出端子O2输出磁强度传感器S[2]的电压信号，(2)在从输出端子O1输出磁强度传感器S[2]的电压信号时，从输出端子O2输出磁强度传感器S[3]的电压信号，(3)在从输出端子O1输出磁强度传感器S[3]的电压信号时，从输出端子O2输出磁强度传感器S[4]的电压信号。减法器13具备：输出端子O1所连接的一个输入端子、输出端子O2所连接的另一个输入端子、和输出差分电压信号的输出端子。

微计算机20连接于切换开关12以及减法器13。微计算机20具备ROM，该ROM预先存储有：表示被相邻配置的磁强度传感器的电压信号(输出值)的差值与磁铁3的位置(即贮藏于水箱2的液体的液面水平)的关系的高精度液面水平检测基准信息G[1]～G[3]、标准精度液面水平检测基准信息H[1]～H[3]、和在液面水平的检测中用于判定使用高精度液面水平检测基准信息G[1]～G[3]以及标准精度液面水平检测基准信息H[1]～H[3]的哪一个的高精度检测条件。

微计算机20还具备CPU，CPU进行使用了减法器13的差分电压信号、高精度液面水平检测基准信息G[1]～G[3]、标准精度液面水平检测基准信息H[1]～H[3]和高精度检测条件的信号处理，对磁铁3的位置、即贮藏于水箱2的液体的液面水平进行检测。

专利文献5中公开了一种液面检测装置，该液面检测装置具备：浮子3；内部配置有浮子3的水箱；被固定于浮子3的凹槽3h内的大致环状的永久磁体5；具有在浮子3的孔中穿插的大致圆筒状的阀杆部13，对浮子3的升降进行引导的引导部件11；被配置于阀杆部13内的磁传感器即2个霍尔元件(第1霍尔元件21以及第2霍尔元件23)；和用于将液面水平的检测输出导出至外部的驱动控制电路31，根据浮子3(＝永久磁体5)的位置来检测液面的位置(参照专利文献5的图1、图2)。

永久磁体5被一样磁化为内周面5n侧是N极，外周面5g侧是S极。第1霍尔元件21以及第2霍尔元件23在垂直方向分别分离而被固定。若向第1、第2霍尔元件21、23施加驱动电压，则对根据被配置于追随液面的浮子3的永久磁体5的升降位置而变化的磁通量密度进行检测，输出与该磁通量密度对应的电信号，更具体而言，输出与该磁通量密度几乎直线地对应的电压。驱动控制电路31具有：将来自第1霍尔元件21的输出电压放大的第1放大电路33、和将来自第2霍尔元件23的输出电压放大的第2放大电路35。第1放大电路33和第2放大电路35表示相同的放大率。

第1霍尔元件21的输出电压通过第1放大电路33而被以规定的比例放大。被放大的输出电压被输入到输出调整电路37和反相放大电路41，从输出调整电路37向外部输出与液面水平对应的电压。此外，第2霍尔元件23的输出电压通过第2放大电路35而被以规定的比例放大。被放大的输出电压被输入到反相放大电路41。向反相放大电路41输入将使第1霍尔元件21的输出放大的输出电压与使第2霍尔元件23的输出放大的输出电压相加的输出电压，用于第1、第2霍尔元件21、23的驱动的反馈控制。由此，能够不受液温的变动、永久磁体5的特性的偏差的影响，准确地测量磁通量密度、即液面水平。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平1-221620号公报

专利文献2：日本特开2002-22403号公报

专利文献3：日本特开2009-236615号公报

专利文献4：日本特开2014-145714号公报

专利文献5：日本特开2002-277308号公报

但是，在专利文献3所述的液面检测装置中，由于传感器部31A～31E分别具备角度传感器34A～34E和磁强度传感器35A～35E，进一步具备角度传感器34A～34E所连接的输出监视电路和磁强度传感器35A～35E所连接的切换电路12，因此难以进行电路构成的小型化。此外，在角度传感器34A～34E和磁强度传感器35A～35E是GMR元件的情况下，虽然能够对应到30～200G为止的磁场强度，但若被施加大于200G的磁场则会磁饱和并不能检测。因此，针对磁体22A、22B的种类、位置的自由度较低。特别地，由于磁体22A、22B，不能缩短角度传感器34A～34E以及磁强度传感器35A～35E与磁体22A、22B的距离，难以实现电路构成的小型化。

在专利文献4所述的液面检测装置中，由于需要切换开关12、减法器13、微计算机20的ROM，因此电路构成复杂化并且难以小型化。

在专利文献5所述的液面检测装置中，为了仅通过第1霍尔元件21来检测液面，对液温的变动、永久磁体5的特性的偏差的影响进行修正，需要包含第2霍尔元件23和反相放大电路41的反馈控制电路，因此电路构成复杂化并且难以小型化。

发明内容

因此，本发明为了解决上述课题而作出，其目的在于，提供一种能够使电路构成简单化并且小型化的液面检测装置。

依照本发明的某个方面的液面检测装置具备：浮子，追随液面而升降；至少2个以上的磁体，被安装于浮子，同极被对置配置；引导部件，对浮子的升降进行引导；多个磁传感器，被安装于引导部件，对根据所述磁体的升降位置而变化的磁通量密度进行检测，输出与该磁通量密度对应的电信号；和检测电路，基于分别从多个磁传感器输出的电信号来检测所述浮子的位置。升降方向上的相互相邻的磁传感器之间被设定为第1长度。与升降方向垂直的水平方向上的所述磁体与所述磁传感器的长度被设定为第2长度。第1长度比第2长度长。检测电路基于从所述多个磁传感器之中相邻的2个磁传感器输出的电信号来检测所述浮子的位置。

优选地，各磁传感器具有在水平方向上施加偏置磁场的偏置磁体。

优选地，各磁传感器对基于由所述磁体产生的磁力线的磁矢量的电信号进行输出。

优选地，检测电路在分别从所述多个磁传感器输出的电信号之中，基于与中间电压的比较，提取从相邻的2个磁传感器输出的电信号。

优选地，检测电路对将提取的2个电信号的一个设为正弦波、将另一个设为余弦波的情况下的角度信息进行计算，基于计算出的角度信息来检测所述浮子的位置。

优选地，各磁传感器包含：被施加由偏置磁体产生的偏置磁场矢量的第1～第4磁阻元件；和对与基于偏置磁场矢量的变化的所述第1～第4磁阻元件的阻值的变化相应的电信号进行输出的输出电路。

优选地，还具备对从输出电路输出的电信号进行修正的修正电路。

优选地，修正电路对被输出的所述电信号以规定的系数进行乘方根。

优选地，磁传感器相对于磁场强度线性地输出，能够判别极性。

优选地，磁传感器使用各向异性磁阻元件。

优选地，磁传感器使用霍尔元件。

本发明的液面检测装置能够使电路构成简单化并且小型化。

附图说明

图1是对基于实施方式1的液面检测装置的外观构成进行说明的图。

图2是对被安装于基于实施方式1的导向部10的多个磁传感器5进行说明的图。

图3是基于实施方式1的液面检测装置1的电路构成图。

图4是对基于实施方式1的磁传感器5的磁阻元件的图案进行说明的图。

图5是对基于实施方式1的磁传感器5的检测原理进行说明的图。

图6是对被安装于基于实施方式1的浮子20的磁体2的配置进行说明的图。

图7是对被安装于基于实施方式1的浮子20的磁体2A、2B与多个磁传感器5的布局进行说明的图。

图8是对基于实施方式1的浮子20由于升降动作其位置变化的情况下与磁传感器的关系进行说明的图。

图9是对依照基于实施方式1的浮子20的升降动作的多个磁传感器的输出信号波形进行说明的图。

图10是将图9的规定区域放大的示意图。

图11是对基于实施方式1的磁传感器5与磁矢量P的关系示意性地进行说明的图。

图12是对基于实施方式1的角度信息θ的精度进行说明的图。

图13是对基于实施方式1的液面检测装置1的检测方式进行说明的流程图。

图14是基于实施方式2的液面检测装置1的电路构成图。

图15是对磁传感器5PA以及5PB的修正前以及修正后的信号进行说明的图。

图16是对基于实施方式2的角度信息θ的精度进行说明的图。

图17是对被安装于基于其它实施方式的浮子20的磁体与磁传感器5PA、5PB、5PC的布局进行说明的图。

-符号说明-

1 液面检测装置，2 磁体，5、5PA～5PC 磁传感器，10 导向部，20 浮子，30 P/S变换电路，40、40# MPU，45 修正部，50、50# 检测电路，60 A/D电路。

具体实施方式

参照附图来对本实施方式详细进行说明。另外，针对图中的相同或者相当部分，付与相同符号并不重复其说明。

图1是对基于实施方式1的液面检测装置的外观构成进行说明的图。如图1所示，液面检测装置1包含：追随液面而升降的浮子20、导向部(引导部件)10和检测电路50。

检测电路50基于从被安装于引导部件10的多个磁传感器检测的输出信号来检测浮子20的位置。

图2是对被安装于基于实施方式1的导向部10的多个磁传感器5进行说明的图。

如图2所示，多个磁传感器5沿着升降方向被配置为规定间隔。

在浮子20设置磁体2。具体而言，作为磁体单元，安装了磁体2A、2B。由磁体2A、2B构成磁体单元。

多个磁传感器5对依照被安装于浮子20的磁体2的升降动作的磁通量密度进行检测，输出与该磁通量密度对应的电信号。另外，在本例中，针对4管脚的磁传感器5的构成，作为一个例子进行说明，但管脚数并不特别限定于此，本领域的技术人员能够适当地进行设计变更。

图3是基于实施方式1的液面检测装置1的电路构成图。

如图3所示，基于实施方式1的液面检测装置1包含多个磁传感器5和检测电路50。在本例中，表示设置有n个磁传感器的情况。

检测电路50包含：作为模拟/数字变换电路的A/D电路60、作为并行/串行变换电路的P/S变换电路30、和执行运算处理的MPU(Micro-processing unit，微处理单元)40。

A/D电路60与多个(n个)磁传感器5连接，将被输入的模拟信号变换为数字信号。

P/S变换电路30同步于从MPU40输入的时钟CLK，将被并行输入的从A/D电路60输入的数字信号串行地信号变换并输出给MPU40。

MPU40对从P/S变换电路30输入的来自多个(n个)磁传感器5的信号进行运算处理来检测浮子20的位置。

另外，虽然说明了本例中的MPU40针对来自A/D电路60的信号，接受与时钟CLK同步的P/S变换电路30的输出的构成，但并不特别限定于该构成，也能够变更为经由多路复用器来从A/D电路60接受数字信号的输入的构成。

图4是对基于实施方式1的磁传感器5的磁阻元件的图案进行说明的图。

如图4所示，这里，磁传感器5由4个磁阻元件MR1～MR4(也统称为磁阻元件MR)构成。

这些磁阻元件MR是各向异性磁阻元件(AMR(Anisotropic Magneto Resistance)元件)，具有折回形状的图案构造。

磁阻元件MR的磁场施加时的阻值具有如下特性：在相对于折回形状图案的长边方向垂直(90°)的饱和磁场被施加时为最小，在平行(0°)的饱和磁场被施加时为最大。

如图4所示，这些磁阻元件MR的MR1与MR4的折回形状图案的长边方向相同。MR2与MR3的折回形状图案的长边方向相同。MR1(MR4)与MR2(MR3)的折回形状图案的长边方向相差90°。

并且，如图4所示，在电源电压Vcc与接地GND之间，这些磁阻元件MR构成桥电路。

若磁传感器5被施加磁场，则由于磁阻元件MR1～MR4的阻值变化，导致在桥电路的中点输出部，输出与阻值变化相应的信号V+、V-。磁传感器5输出信号V+、V-的差分ΔV。

此外，在磁传感器5设置偏置磁体3A、3B。偏置磁体3A、3B被配置为在相对于磁阻元件MR1～MR4从图4的左上到右下的方向上施加偏置磁场。

另外，本例的磁传感器5的磁阻元件MR作为一个例子，说明了折回形状的图案构造，但并不特别限定于折回形状，本领域的技术人员能够适当地设计变更该图案构造，以使得提高磁传感器5的检测特性。此外，关于偏置磁体3A、3B的配置(方向)，在本例中，也作为一个例子，表示了配置为在相对于磁阻元件MR1的长边方向从图4的左上到右下的方向上施加45°的角度的偏置磁场矢量的构成，本领域的技术人员也能够适当地设计变更该配置或者角度以使得提高磁传感器5的检测特性。

此外，在本例中，对基于2个偏置磁体3A、3B来施加偏置磁场矢量的构成进行说明，但也能够不是使用2个偏置磁体而是使用一个偏置磁体来施加偏置磁场矢量。例如，可以在设置有磁阻元件MR1～MR4的基板上配置偏置磁体，也可以设为在基板的背面配置偏置磁体的构成。

图5是对基于实施方式1的磁传感器5的检测原理进行说明的图。

图5(A)是对依照外部磁场而变化的偏置磁场矢量进行说明的图。

如图5(A)所示，磁传感器5的偏置磁场矢量根据相对于升降方向的外部磁场，使其矢量方向变化。在本例中，没有外部磁场的状态下的偏置磁场矢量V0由实线表示。另外，偏置磁体设定为磁传感器5成为达到饱和灵敏度区域的磁场强度。

偏置磁场矢量V0依照图5(A)的从右向左的外部磁场而变化为偏置磁场矢量V1。

另一方面，偏置磁场矢量V0依照图5(A)的从左向右的外部磁场而变化为偏置磁场矢量V2。

依照外部磁场的磁通量密度的变化，偏置磁场矢量变化。磁传感器5检测偏置磁场矢量的变化，输出与该检测结果相应的输出信号(电位差ΔV)。

图5(B)中表示依照外部磁场的磁通量密度变化的磁传感器5的输出信号的变化特性。

如图5(B)所示，基于依照偏置磁体3A、3B的偏置磁场来施加规定的磁通量密度ST。该情况下的输出被设定为中间值，依照施加于磁传感器5的磁场的方向的变化，电位差ΔV变化。

作为外部磁场，依照从右向左的外部磁场的磁通量密度的变化，电位差ΔV向ΔV1侧偏移。

另一方面，作为外部磁场，依照从左向右的外部磁场的磁通量密度的变化，电位差ΔV向ΔV2侧偏移。

依照与中间值的电位差ΔV的增减，能够检测施加于磁传感器5的磁场的极性(是来自哪个方向的磁场)。此外，通过改变偏置磁体3A、3B的磁力强度也能够提高饱和磁场强度。

虽然后面叙述，但基于与外部磁场的磁通量密度的变化相应的信号波形(电位差ΔV)，能够检测浮子20的位置。

图6是对被安装于基于实施方式1的浮子20的磁体2的配置进行说明的图。

如图6所示，这里，表示俯视浮子20的情况下的图。此外，由磁体2A、2B形成的磁体单元被对置配置以使得经由引导部件而相互相对。在本例中，磁体2A、2B的N极被对置设置为相互相对。另外，也能够将磁体2A、2B的S极对置配置为相互相对。在对置的磁体2A、2B的中间配置磁传感器5。

通过该配置，磁力方向为沿着引导部件的方向(浮子20的升降方向)，与沿着引导部件的方向垂直的方向的磁力分量被抵消。优选地，磁传感器5被配置为磁传感器5的中心、换言之、形成磁阻元件MR的区域的中心位于对置的磁体2A、2B的中间。在该情况下，此外，即使在浮子20旋转的情况下，磁力方向和磁通量密度也几乎没有变化，磁传感器5能够高精度地测量磁通量密度的位移量。

图7是对被安装于基于实施方式1的浮子20的磁体2A、2B与多个磁传感器5的布局进行说明的图。

如图7所示，磁体2A、2B形成1组磁体单元。

由磁体2A、2B形成的磁体单元被配置为相互N极相向。

在本例中，作为多个磁传感器5，表示了设置3个磁传感器5PA～5PC(统称为磁传感器5)的情况。

这里，将升降方向上的磁传感器5的中心彼此的距离设为第1长度。此外，将磁体2A或者磁体2B的对置面与磁传感器5的中心的水平方向的距离、换言之、磁体2A与磁体2B的对置面之间的距离的二分之一设为第2长度。在本例中，将第1长度设定为比第2长度长。

具体而言，在将水平方向的距离设为距离a的情况下，将升降方向上相邻的磁传感器5之间的距离设定为距离a的2倍的间隔。

此外，在2个相邻的磁传感器5的一个位于磁体2A的升降方向的端部的情况下，相邻的磁传感器5的另一个设定为位于磁体2A的升降方向的中央。也就是说，将磁体2A与磁体2B的升降方向的长度设为升降方向上相邻的磁传感器5的中心彼此的距离的2倍、即距离a的4倍的长度。

磁传感器5沿着升降方向被安装于引导部件。

另外，在本例中，对配置3个磁传感器5PA～5PC来检测浮子20的位置的情况进行说明，进一步地，对于配置多个磁传感器的情况也是同样的。

另外，在本例中，例如，作为浮子20的位置，作为一个例子，将磁体2A与磁体2B的升降方向上的中心设为基准位置(中心点)。在该情况下，表示磁传感器5PB位于基准位置(中心点)的情况。

图8是对基于实施方式1的浮子20由于升降动作其位置变化的情况下与磁传感器的关系进行说明的图。

在本例中，对浮子20从图8的右侧向左侧(作为一个例子为上升方向)变化的情况进行说明。另外，在图8中，省略偏置磁场矢量V0向V1侧或V2侧变化的图示。

在图8(A)中，表示浮子20上升并接近磁传感器5PA的情况(状态S0)。

磁传感器5PA受到由浮子20的磁体2A、2B产生的磁场(磁力线)的影响。具体而言，磁传感器5PA受到作为磁体2A、2B的磁力线从右向左的磁场的影响。因此，磁传感器5PA的偏置磁场矢量V0向偏置磁场矢量V1侧变化。依照该偏置磁场矢量的变化，电位差ΔV减少。其他磁传感器5PB、5PC也受到作为磁体2A、2B的磁力线从右向左的磁场的影响。依照向该偏置磁场矢量V1侧的变化，电位差ΔV减少。

在图8(B)中，表示浮子20从图8(A)进一步上升了距离2a的情况(状态S1)。

磁传感器5PA是位于与浮子20的磁体2A、2B之间的中心线上的状态。在本例中，将该状态设为初始状态。

磁传感器5PB受到作为磁体2A、2B的磁力线从右向左的磁场的影响。因此，磁传感器5PB的偏置磁场矢量V0向偏置磁场矢量V1侧变化。依照该偏置磁场矢量的变化，电位差ΔV减少。其他磁传感器5PC也受到作为磁体2A、2B的磁力线从右向左的磁场的影响。依照向该偏置磁场矢量V1侧的变化，电位差ΔV减少。

在图8(C)中，表示浮子20从图8(B)进一步上升了距离2a的情况(状态S2)。

磁传感器5PA受到由磁体2A、2B产生的磁场(磁力线)的影响。具体而言，磁传感器5PA受到作为磁体2A、2B的磁力线从左向右的磁场的影响。因此，磁传感器5PA的偏置磁场矢量V0向偏置磁场矢量V2侧变化。依照向该偏置磁场矢量V2侧的变化，电位差V增加。

磁传感器5PB是位于与磁体2A、2B之间的中心线上的状态。因此，是初始状态。

磁传感器5PC受到由磁体2A、2B产生的磁场的影响。具体而言，磁传感器5PC受到作为磁体2A、2B的磁力线从右向左的磁场的影响。依照向该偏置磁场矢量V1侧的变化，电位差ΔV减少。

在图8(D)中，表示浮子20从图8(C)进一步上升了距离2a的情况(状态S3)。

磁传感器5PB受到由磁体2A、2B产生的磁场(磁力线)的影响。具体而言，磁传感器5PB受到作为磁体2A、2B的磁力线从左向右的磁场的影响。因此，磁传感器5PB的偏置磁场矢量V0向偏置磁场矢量V2侧变化。依照向该偏置磁场矢量V2侧的变化，电位差ΔV增加。

磁传感器5PA受到作为磁体2A、2B的磁力线从左向右的磁场的影响。由于磁场的影响变小，因此向该偏置磁场矢量V2侧的变化变小。

磁传感器5PC是位于与磁体2A、2B之间的中心线上的状态。因此，是初始状态。

在图8(E)中，表示浮子20从图8(D)进一步上升了距离2a的情况(状态S4)。

磁传感器5PC受到由磁体2A、2B产生的磁场(磁力线)的影响。具体而言，磁传感器5PC受到作为磁体2A、2B的磁力线从左向右的磁场的影响。

因此，磁传感器5PC的偏置磁场矢量V0向偏置磁场矢量V2侧变化。依照向该偏置磁场矢量V2侧的变化，电位差ΔV增加。

表示磁传感器5PA、5PB由于由磁体2A、2B产生的磁场而在升降方向上施加磁场的情况。具体而言，磁传感器5PA、5PB受到作为由磁体2A、2B产生的磁场(磁力线)从左向右的磁场的影响。依照距离，磁场的影响变小，因此向该偏置磁场矢量V2侧的变化变小。

在图8(F)中，表示浮子20从图8(E)进一步上升了距离2a的情况(状态S5)。

表示磁传感器5PA、5PB、5PC由于由磁体2A、2B产生的磁场而在升降方向施加磁场的情况。具体而言，磁传感器5PA、5PB、5PC受到作为由磁体2A、2B产生的磁场(磁力线)从左向右的磁场的影响。依照距离，磁场的影响变小，因此向该偏置磁场矢量V2侧的变化变小。以下同样。

图9是对依照基于实施方式1的浮子20的升降动作的多个磁传感器的输出信号波形进行说明的图。

如图9所示，表示状态S0～S5的位置关系与输出信号关系。

例如，若关注磁传感器5PA，与由磁传感器5PA受到的外部磁场的磁通量密度相应的信号被输出。

依照浮子20接近于磁传感器5PA，磁传感器5PA受到作为磁体2A、2B的磁力线从右向左的磁场的影响。因此，磁传感器5PA的偏置磁场矢量V0向偏置磁场矢量V1侧变化。依照向该偏置磁场矢量V1侧的变化，电位差ΔV减少。其他磁传感器5PB、5PC也受到作为磁体2A、2B的磁力线从右向左的磁场的影响，因此依照向偏置磁场矢量V1侧的变化，电位差ΔV减少。

在状态S0中，依照由磁传感器5PA受到的外部磁场，偏置磁场矢量变化，作为输出信号(电位差ΔV)为最小的情况被表示。

在状态S1中，磁传感器5PA是位于与磁体2A、2B之间的中心线上的初始状态，在本例中，将初始状态的情况下的输出信号(电位差ΔV)的电压设为中间值(中间电压)。

在状态S2中，磁传感器5PA的偏置磁场矢量向偏置磁场矢量V2侧变化的情况下输出信号为最大的情况被表示。

在状态S3中，磁传感器5PA的输出信号(电位差ΔV)降低的情况被表示。

在状态S4以后，基于根据距离而变化的外部磁场，磁传感器5PA的输出信号变化的情况被表示。

此外，关注磁传感器5PB，将磁传感器5PA的输出信号偏移了距离2a的波形被表示。关注磁传感器5PC，将磁传感器5PB的输出信号偏移了距离2a的波形被表示。

图10是将图9的规定区域放大的示意图。

如图10所示，这里，作为规定区域，表示图9的阴影区域的多个磁传感器5PA、5PB的输出信号波形。

磁传感器5PA、5PB的输出信号波形在以中间电压为基准的情况下，能够模式化(近似)为后述的沿着圆状变化的外部磁场的磁矢量P的水平分量(升降方向)。

具体而言，作为从相邻的2个磁传感器输出的电信号，能够检测相位偏移了90°的信号波形。

在本例中，由于相位偏移90°，因此能够将一个输出信号(电信号)通过正弦波(sinθ)来表示，将另一个输出信号(电信号)通过余弦波(cosθ)来表示。并且，基于2个输出信号(电信号)来计算外部磁场的磁矢量P的角度θ。

在本实施方式中，对多个磁传感器的输出信号之中从相邻的2个磁传感器输出的电信号进行检测并计算外部磁场的磁矢量的角度，基于被计算出的该磁矢量的角度来检测浮子的位置。

图11是对基于实施方式1的磁传感器5与磁矢量P的关系示意性地进行说明的图。

图11中表示在从状态S1移至状态S2的情况下针对浮子20相对于磁传感器5PA、5PB的升降方向的磁矢量。这里，升降方向是沿着X轴的方向。磁矢量P作为一个例子，是指由磁体2A的N极产生的磁场的磁力线的方向。

另外，为了简化说明，省略了由磁体2B的N极产生的磁场的磁力线，但与磁矢量P的升降方向垂直的分量被由该磁体2B的N极产生的磁场的磁力线的磁矢量抵消。因此，作为对于磁传感器5PA、5PB的外部磁场，仅为升降方向分量。如上所述，依照该外部磁场，各磁传感器5的偏置磁场矢量变化。

作为一个例子，由于作为外部磁场的磁矢量的大小与磁通量密度(电位差ΔV)处于相关关系，因此相对于升降方向由磁传感器5PA检测的输出信号能够通过Psinθ来表示，由磁传感器5PB检测的输出信号能够通过-Pcosθ来表示。并且，基于2个输出信号(电信号)来计算为磁矢量P的角度θ。

具体而言，通过基于2个输出信号(电信号)来计算tanθ(Psinθ/|-Pcosθ|)，计算arctanθ，从而计算角度信息θ。

另外，正弦波Psinθ、余弦波Pcosθ的振幅值P通过计算tanθ而被抵消。

上述处理是由检测电路50执行的处理。具体而言，在MPU40中执行上述计算处理。

作为磁矢量的角度信息θ，与0°～90°的变化对应地，浮子20的位置变化距离2a。

例如，作为浮子20的位置，作为一个例子，将磁体2A、2B的升降方向上的中心设为基准位置(中心点)。在该情况下，图8(B)的状态S1所示的浮子20的基准位置(中心点)是与磁传感器5PA的位置相同的位置。

在本例中，利用磁传感器5PA和磁传感器5PB的电信号，计算磁矢量的角度信息θ，来确定其位置关系。例如，在角度信息θ被计算为45°的情况下，能够检测为浮子的基准位置(中心点)处于从磁传感器5PA的位置向磁传感器5PB的一侧移动了a的距离的位置。

另外，在本例中，说明了利用磁传感器5PA、5PB的电信号，计算磁矢量的角度信息θ，来确定距离磁传感器5PA的位置关系的情况，但也能够确定距离磁传感器5PB的位置关系。依照同样的方式，当然也能够利用磁传感器5PB、5PC的电信号，计算磁矢量的角度信息θ，来确定距离磁传感器5PB的位置关系。针对其他方式也是同样的。

图12是对基于实施方式1的角度信息θ的精度进行说明的图。

图12(A)中表示使角度θ在0°～90°之间变化的情况下的、将一个输出信号(电信号)设定为Pcosθ、将另一个输出信号(电信号)设定为Psinθ的情况下的arctanθ与基准值的比较。

作为模拟结果，与基准值几乎没有差异。

此外，作为被求取为模拟结果与基准值的差的角度的精度，如图12(B)所示，表示了相对于基准值仅偏差±10°的情况，能够进行精度较高的浮子20的位置检测。

图13是对基于实施方式1的液面检测装置1的检测方式进行说明的流程图。

如图13所示，提取基于规定的信号关系的组合的2根信号(步骤SP2)。在本例中，输出从中间电压以下超过中间电压的磁传感器的信号(第1信号)、和此时为中间电压以下的信号，提取相邻的磁传感器的信号(第2信号)的2个信号。另外，在本例中，作为一个例子，中间电压设定为初始状态的情况下的输出信号的电压。具体而言，例如如图8中说明的那样，通过在磁传感器5PA位于磁体2A或磁体2B的升降方向的中央的状态(图8(B))下，预先测定电压，从而能够设定中间电压。另外，作为该中间电压的设定的方式，存在各种方式，并不局限于该方式，例如，也可以设定为峰值的最大值与最小值之间的中间值。

然后，提取图9中说明的阴影区域中的2根电信号。

接下来，基于提取出的2根信号来计算磁矢量的角度θ(步骤SP4)。具体而言，将2根电信号之中的一个输出信号(电信号)设定为Pcosθ，将另一个输出信号(电信号)设定为Psinθ，基于2个输出信号(电信号)来计算磁矢量的角度θ。并且，基于2个输出信号(电信号)来计算tanθ，并计算arctanθ，从而计算角度信息θ。

接下来，基于磁矢量的角度θ来计算浮子20的位置(步骤SP6)。基于被计算的角度信息θ来根据磁传感器的位置计算浮子20的基准位置(中心点)。例如，如上述说明的那样，在角度信息θ被计算为45°的情况下，能够检测为浮子的基准位置(中心点)处于比磁传感器5PA的位置向磁传感器5PB侧移动了a的距离的位置。

然后，结束(end)处理。

通过基于实施方式1的液面检测装置1，能够基于2个电信号来进行浮子20的精度较高的位置检测。通过该方式，不需要设置切换信号的切换电路等，能够使电路构成简单化，并且能够实现小型化。

此外，虽然可能追随环境温度的变化，磁体或磁传感器的特性变化从而输出信号变化，但在角度计算中计算2个输出信号的tanθ(Psinθ/Pcosθ)，因此依照环境温度的变动量被抵消，因此能够较小基于环境温度的影响的误差，进行精度较高的位置检测。

另外，在本例中，说明了将磁体2A与磁传感器5的水平方向的距离(第2长度)设定为距离a的间隔，将相邻的磁传感器5的升降方向的距离(第1长度)设定为距离a的2倍的间隔的情况。但是，通过调整磁体2A、2B等的尺寸(图7中磁体2A、2B的水平方向的长度、深度方向的长度)等，来改变外部磁场的磁力，从而能够提高磁传感器5的检测特性并且适当地设计变更磁传感器5间的升降方向的距离。同样地，也能够适当地设计变更磁体2A与磁体2B的升降方向的长度。

通过扩大磁传感器5的升降方向的距离能够减少安装于引导部件的磁传感器5的个数(但是，磁传感器的最低个数为2个)，能够使电路构成简单化并且小型化。此外，液面检测装置的成本也能够减少。

(实施方式2)

在实施方式2中，对精度较高的检测浮子20的位置的液面检测装置1的构成进行说明。

图14是基于实施方式2的液面检测装置1的电路构成图。

如图14所示，基于实施方式2的液面检测装置1包含：多个磁传感器5和检测电路50#。在本例中，表示设置了n个磁传感器的情况。

检测电路50#包含：作为模拟/数字变换电路的A/D电路60、作为并行/串行变换电路的P/S变换电路30、和执行运算处理的MPU(Micro-processing unit)40#。

MPU40#对从P/S变换电路30输入的来自多个(n个)的磁传感器5的信号进行运算处理来检测浮子20的位置。具体而言，MPU40#还包含修正部45。

修正部45对来自磁传感器5的信号进行修正处理。

在本例中，对修正的多个磁传感器的输出信号之中从相邻的2个磁传感器输出的电信号进行检测来计算外部磁场的磁矢量的角度，基于被计算的被磁矢量的角度来检测浮子的位置。

图15是对磁传感器5PA以及5PB的修正前以及修正后的信号进行说明的图。

图15(A)中表示修正前的分别由磁传感器5PA、5PB检测的输出信号。如上述中说明的那样，磁传感器5PA的输出信号通过Psinθ来表示，磁传感器5PB的输出信号通过-Pcosθ来表示。这里，表示使磁传感器5PB的输出信号反相后的信号。

在输出信号的信号波形是理想的sin波以及cos波的情况下能够没有误差地进行位置检测，但由于实际的输出信号的信号波形与理想的sin波以及cos波之间产生偏差，因此角度精度产生偏差。

在本例中，通过执行对于输出信号以规定的系数进行乘方根的修正处理，能够抑制偏差并提高角度精度。

在本例中，磁传感器5间的升降方向的距离(第1长度)被设定为比磁体2A与磁传感器5的水平方向的距离(第2长度)长。因此，由于磁传感器5间的升降方向的距离越比磁体2A与磁传感器5的水平方向的距离长，相对于移动距离的外部磁场的磁矢量P的变化越小，因此比理想的sin波以及cos波的理想线向下凹的信号波形被检测。

因此，为了修正向下凹的信号波形，执行通过规定的系数来进行乘方根的修正处理。

图15(B)中表示，修正后的磁传感器5PA、5PB的输出信号。

基于该修正的信号来计算外部磁场的磁矢量的角度，基于被计算的该磁矢量的角度来检测浮子的位置。

图16是对基于实施方式2的角度信息θ的精度进行说明的图。

图16(A)中表示使角度θ在0°～90°之间变化的情况下的、将一个输出信号(电信号)设定为Pcosθ、将另一个输出信号(电信号)设定为Psinθ的情况下的arctanθ与基准值的比较。

作为模拟结果，与基准值几乎没有差异。

此外，作为角度的精度，如图16(B)所示，表示了相对于基准值仅偏差±2°的情况，能够进行精度进一步较高的浮子20的位置检测。

另外，在本实施例中，为了修正信号波形而执行了通过规定的系数来进行乘方根的修正处理，但并不局限于此。求取与根据磁体与磁传感器的位置关系而被计算的角度和其理想值之间的偏差量有关的近似式，使用该近似式来执行修正处理。由此，也能够抑制偏差并提高角度精度。

利用基于实施方式2的液面检测装置1，通过对从磁传感器5输出的输出信号进行修正，能够进行浮子20的位置精度较高的检测，能够使电路构成简单化，并且能够实现小型化。

也就是说，将磁体2A、2B和磁传感器5从图7所示的位置关系变更，针对由此变大的偏差量，通过执行上述修正方法，也能够提高角度精度。具体而言，例如，通过将图7中磁体2A与磁体2B的升降方向的长度变更为比升降方向上相邻的磁传感器5的中心彼此的距离的2倍的长度小，对此执行上述修正处理，能够提高角度精度。

图17是对被安装于基于其它实施方式的浮子20的磁体与磁传感器5PA、5PB、5PC的布局进行说明的图。

如图17所示，设置与磁体2A、2B不同的磁体单元。在本例中，作为不同的磁体单元，设置磁体2E、2F。磁体2E、2F被配置为S极相互相对。针对该构成也能够进行基于与上述相同的方式的浮子20的位置检测。另外，磁体2A、2E和磁体2B、2F也可以作为独立个体形成或者作为一体形成。

在本实施例中以AMR元件进行了公开，但并不局限于此。只要是对于磁场强度能够输出为线形并能够辨别极性的磁传感器就能够应用。例如，能够使用巨磁阻元件(GMR(Giant Magneto Resistance)元件)、隧道磁阻效应元件(TMR(Tunnel MagnetoResistance)元件)、霍尔元件。在取代本实施例的AMR元件而使用这些元件的情况下，通过将这些元件的磁感方向与本实施例同样配置，能够得到相同的作用效果。

应当认为本次公开的实施方式在全部方面均为示例，并不是限制性的。本公开的范围并不是上述的说明，而是由权利要求书表示，意图包含与权利要求书均等的意思以及范围内的全部变更。

Claims (11)

1.一种液面检测装置，具备：

浮子，追随液面而升降；

至少2个以上的磁体，被安装于所述浮子，同极被对置配置；

引导部件，对所述浮子的升降进行引导；

多个磁传感器，被安装于所述引导部件，对根据所述磁体的升降位置而变化的磁通量密度进行检测，输出与该磁通量密度对应的电信号；和

检测电路，基于分别从多个所述磁传感器输出的电信号来检测所述浮子的位置，

升降方向上的相互相邻的磁传感器之间的距离被设定为第1长度，

与所述升降方向垂直的水平方向上的所述磁体与所述磁传感器的距离被设定为第2长度，

所述第1长度比所述第2长度长，

所述检测电路基于从多个所述磁传感器之中相邻的2个磁传感器输出的电信号来检测所述浮子的位置。

2.根据权利要求1所述的液面检测装置，其中，

各所述磁传感器具有在所述水平方向上施加偏置磁场的偏置磁体。

3.根据权利要求1所述的液面检测装置，其中，

各所述磁传感器对基于由所述磁体产生的磁力线的磁矢量的电信号进行输出。

4.根据权利要求1所述的液面检测装置，其中，

所述检测电路在分别从多个所述磁传感器输出的电信号之中基于与中间电压的比较，提取从相邻的2个磁传感器输出的电信号。

5.根据权利要求4所述的液面检测装置，其中，

所述检测电路对将提取出的2个所述电信号的一个设为正弦波、将另一个设为余弦波的情况下的角度信息进行计算，

基于计算出的角度信息来检测所述浮子的位置。

6.根据权利要求2所述的液面检测装置，其中，

各所述磁传感器包含：

被施加由所述偏置磁体产生的偏置磁场矢量的第1～第4磁阻元件；和

对与基于所述偏置磁场矢量的变化的所述第1～第4磁阻元件的阻值的变化相应的电信号进行输出的输出电路。

7.根据权利要求6所述的液面检测装置，其中，

所述液面检测装置还具备修正电路，该修正电路对从所述输出电路输出的电信号进行修正。

8.根据权利要求7所述的液面检测装置，其中，

所述修正电路对从所述输出电路输出的电信号以规定的系数进行乘方根。

9.根据权利要求1至8的任意一项所述的液面检测装置，其中，

所述磁传感器相对于磁场强度线性地输出，能够判别极性。

10.根据权利要求9所述的液面检测装置，其中，

所述磁传感器使用各向异性磁阻元件。

11.根据权利要求9所述的液面检测装置，其中，

所述磁传感器使用了霍尔元件。

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