CN115735102A - 液位传感器 - Google Patents

Abstract

液位传感器(1)具有：套筒(2)，其沿铅直方向设置；浮标(3)，其随着液位的变动而沿套筒移动；电阻列(4)；多个接地单元(5)，该多个接地单元(5)设置于套筒的内部；以及液位信号输出单元(6)，其取出在正极侧端部(4a)与通过接地单元(5)而被接地的连接部之间检测出的电信号来作为与液位对应的信号即液位信号，液位传感器(1)还具有警戒信号输出单元(7)，其在浮标(3)位于从浮标(3)的可动范围内的规定位置即警戒位置起的规定距离以内的位置时输出警戒信号。由此，实现小型且可靠性高的液位传感器。

Description

液位传感器

技术领域

本发明涉及一种液位传感器。

背景技术

已知一种将与液位有关的信息变换为电信号的类型的液位传感器。

例如，图8中例示的现有技术所涉及的液位传感器1’由沿铅直方向设置的套筒2、随着液位的变动而沿套筒2移动的浮标3以及当浮标3接近时通过由内置于浮标的磁体产生的磁场来进行动作的未图示的簧片开关构成。通过在罐内设置多个液位传感器1’，能够得知液位例如在上限位置、中间位置以及下限位置中的哪个位置。

另外，例如，专利文献1中记载了一种由将多个电阻器串联连接而成的电阻列和向电阻器的连接部供给电流的多个簧片开关构成的液位传感器的发明。在该液位传感器中，当簧片开关根据与浮标联动的磁力源的位置而闭合时，电流经由连接部被供给到电阻列的一部分。流过电流的部分的电阻值根据簧片开关闭合的位置而变化。通过探测该电阻值，能够检测与电阻值对应的液体的剩余量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开平5-64737号公报

发明内容

发明要解决的问题

图8中例示的液位传感器1’能够以精确测定的位置(pinpoint)探测液位是否处于特定的位置。另外，由于构造简单，因此可靠性高。但是，必须设置与能够探测的液位的数量相应的数量的液位传感器。因此，存在如下问题：在1个装置中为了增加想要进行探测的液位的数量而需要增加所设置的液位传感器的数量，从而用于设置的成本增大，或者罐中能够贮存的液体的容积减小。

另一方面，专利文献1中记载的液位传感器能够以通过设置簧片开关的间隔而决定的精度将处于最高位置的簧片开关与处于最低位置的簧片开关之间的液位的高低探测为伪模拟信号。但是，由于与图8中例示的液位传感器相比构造变得复杂，因此有可能输出因故障产生的错误的信号。

本发明是鉴于上述的问题而完成的，目的在于实现一种小型且可靠性高的液位传感器。

用于解决问题的方案

本发明所涉及的液位传感器具有：套筒，其沿铅直方向设置；浮标，其构成为随着液位的变动而沿套筒移动；电阻列，其包括串联连接的多个电阻，电阻列的两端始终与直流电源连接；多个接地单元，该多个接地单元分别与在电阻列中相邻的电阻的连接部对应地设置于套筒的内部；以及液位信号输出单元，其构成为取出在正极侧端部与通过接地单元而被接地的连接部之间检测出的电信号来作为与液位对应的信号即液位信号，其中，该正极侧端部是电阻列的两端中的与直流电源的正极连接的端部。多个接地单元构成为在浮标位于规定距离以内的位置时将对应的连接部接地，在浮标不位于规定距离以内的位置时不将对应的连接部接地。本发明所涉及的液位传感器除了具有上述部分以外，还具有警戒信号输出单元，该警戒信号输出单元构成为在浮标位于从浮标的可动范围内的规定位置即警戒位置起的规定距离以内的位置时输出警戒信号，在浮标不位于从警戒位置起的规定距离以内的位置时不输出警戒信号。

根据上述的结构，在本发明所涉及的液位传感器中，在浮标的位置处于设置有多个接地单元的范围内时，能够根据从电阻列得到的液位信号来探测液位，在浮标的位置处于从警戒位置起的规定距离以内的位置时，能够输出由与电阻列相独立的警戒信号输出单元发出的警戒信号。

在本发明的优选的实施方式中，液位传感器具有正极接地单元和/或负极接地单元，该正极接地单元构成为：在浮标位于从多个接地单元中的与最靠近正极侧端部的连接部对应的接地单元起的规定距离以内的位置时或者浮标位于该接地单元的外侧的位置时，将正极侧端部接地，该负极接地单元构成为：在浮标位于从多个接地单元中的与最靠近负极侧端部的连接部对应的接地单元起的规定距离以内的位置时或者浮标位于该接地单元的外侧的位置时，将最靠近负极侧端部的连接部接地，其中，该负极侧端部是电阻列的与正极侧端部相反的一侧的端部。根据具有正极接地单元的结构，例如，即使在与最靠近正极侧端部的连接部对应的接地单元中发生异常而无法将对应的连接部接地的情况下，由于在浮标位于从该接地单元起的规定距离以内的位置时或者浮标位于该接地单元的外侧的位置时通过正极接地单元来将正极侧端部接地，因此也能够取出与同最靠近正极侧端部的连接部对应的接地单元的位置对应的液位信号。另外，根据具有负极接地单元的结构，例如，即使在与最靠近负极侧端部的连接部对应的接地单元中发生异常而无法将对应的连接部接地的情况下，由于在浮标位于从该接地单元起的规定距离以内的位置时或者浮标位于该接地单元的外侧的位置时通过负极接地单元来将最靠近负极侧端部的连接部接地，因此也能够取出与同最靠近负极侧端部的连接部对应的接地单元的位置对应的液位信号。

发明的效果

根据本发明，通过由一个套筒构成的液位传感器，能够基于液位信号来高精度地探测液位，同时能够产生可靠性高的警戒信号。由此，例如，在将本发明所涉及的液位传感器应用于罐的情况下，能够在不减少罐的贮液容量的情况下准确且可靠地管理液位。

附图说明

图1是示出使构成多个接地单元的传感器中的各传感器进行动作的液位的范围以及在各传感器进行动作时输出的液位信号的大小的例子的示意性的图。

图2是示出使构成多个接地单元的传感器中的各传感器进行动作的液位的范围以及在各传感器进行动作时输出的液位信号的大小的其它例的示意性的图。

图3是示出本发明所涉及的电阻列和接地单元的例子的立体图。

图4是示出本发明所涉及的液位传感器的例子的局部截面图。

图5是示出本发明所涉及的液位传感器的例子的电路图。

图6是示出本发明所涉及的液位传感器的其它例的电路图。

图7是示出本发明所涉及的液位传感器的动作例的示意图。

图8是示出现有技术所涉及的液位传感器的例子的局部截面图。

具体实施方式

下面详细说明用于实施本发明的方式。下面的说明和附图示出了用于实施本发明的方式的例子，用于实施本发明的方式不限定于下面的说明和附图所示出的方式。

本发明所涉及的液位传感器1具有沿铅直方向设置的套筒2。套筒2以其长边方向与同液体的液面垂直的方向一致的方式被固定。套筒2的外部中的至少一部分与液体接触，后述的接地单元5设置于套筒2的内部。即，套筒2具有作为用于将作为构成液位传感器1的电子部件的接地单元5与液体隔离的保护管的功能。另外，后述的电阻列4也可以设置于套筒2的内部。或者，也可以是，电阻列4设置于套筒2的外部，设置于套筒2的内部的多个接地单元5中的各接地单元与设置于套筒2的外部的电阻列4的多个连接部4c中的各连接部例如通过引线或柔性印刷基板等连接。

套筒2还具有作为随着液位的变动而移动的后述的浮标3的引导件的功能。在本发明的优选的实施方式中，浮标3具有孔，该孔具有与套筒2的横截面形状对应的横截面形状，浮标3在套筒2插入该孔的状态下沿上下移动。套筒2的横截面形状既可以是圆形，或者也可以是椭圆形、多边形。为了使浮标3稳定地移动，优选的是套筒2的横截面形状沿套筒2的长度方向相同。

作为构成套筒2的材料，优选的是对液体具有耐腐蚀性的材料，例如能够使用不锈钢。在如后述那样浮标3具备磁体并且接地单元5探测由磁体产生的磁场从而进行动作的情况下，为了不妨碍磁场到达接地单元5且不妨碍套筒2沿上下方向移动，优选的是选择不易磁化的材料作为构成套筒2的材料。

本发明所涉及的液位传感器1具有随着液位的变动而沿套筒2移动的浮标3。浮标3构成为通过浮力漂浮在液面上。浮标3典型地具有中空构造。在本发明中，通过探测浮标3的位置来间接地探测液位。若液体浸入到浮标3的内部(例如中空部等)，则浮标3与液面的位置关系发生变化从而导致液位的检测产生误差，因此浮标3需要构成为不使液体出入。浮标3中的至少面向套筒2的部分优选地由不易磁化的材料构成。

本发明所涉及的液位传感器1具有电阻列4，该电阻列4设置于套筒2的内部或外部，包括串联连接的多个电阻，该电阻列4的两端(正极侧端部4a和负极侧端部4b)始终与直流电源连接。正极侧端部4a是电阻列4的两端中的与直流电源的正极连接的端部，负极侧端部4b是电阻列4的两端中的与正极侧端部4a相反的一侧的端部。电阻列4与后述的接地单元5组合而具有将浮标3的位置信息、即液位变换为电气的液位信号的功能。优选的是，分别与在电阻列4中相邻的电阻的连接部4c对应地设置于套筒2的内部的多个接地单元5沿套筒2的长边方向即铅直方向以与多个电阻的排列顺序相同的顺序或相反的顺序并列地(即，在连接部4c与地线之间)排列。通过始终将电阻列4与直流电源连接，能够始终监视液位信号，因此液位信号的可靠性提高。

构成电阻列4的多个电阻优选为电阻值的精度高的电阻，在电阻列4设置于套筒2的内部的情况下，设置面积小的电阻为优选。作为这样的电阻，例如能够使用片式电阻等。构成电阻列4的电阻的数量能够根据要探测的液位的范围的长度、电阻的尺寸以及液位的探测精度等来适宜地选择。在本发明中，将在电阻列4中相邻的电阻相互电连接的布线、引线、端子等以及与它们相同电位的导体被称为连接部4c。

本发明所涉及的液位传感器1具有分别与在电阻列4中相邻的电阻的连接部4c对应地设置于套筒2的内部的多个接地单元5。多个接地单元5构成为在浮标3位于规定距离以内时将对应的连接部4c接地，在浮标3不位于规定距离以内时不将对应的连接部4c接地。在本发明中，接地单元5的数量既可以与电阻列4中包括的电阻的数量相等，也可以是比其少的数量。在接地单元5的数量与电阻的数量相等时，液位的探测精度最高。在以与上述情况相比拉开间隔的方式设置接地单元5的情况下，液位的探测精度下降。

在本发明中，“将连接部接地”是指将连接部4c与构成液位传感器1的电气回路的地线电连接。当连接部4c与地线连接时，电阻列4中的与地线连接着的负极侧端部4b和被接地的连接部4c成为相同的电位，因此在处于两者之间的电阻中不流过电流，仅在处于正极侧端部4a与被接地的连接部4c之间的电阻中流过电流。使用后述的液位信号输出单元6将该电信号作为与液位对应的信号即液位信号输出到外部。

本发明所涉及的液位传感器1所具有的多个接地单元5在浮标3位于靠近接地单元5的位置时将对应的连接部4c接地。此时进行动作的接地单元5的数量既可以是最靠近浮标的一个，或者也可以是相邻的多个。具体地说，可以构成为：仅最靠近浮标3的一个接地单元5进行动作，来将与该接地单元5对应的连接部4c接地。或者，也可以构成为：第二靠近浮标3的接地单元5、或者第二靠近浮标3的接地单元5和第三靠近浮标3的接地单元5与最靠近浮标3的一个接地单元5同时进行动作，来将分别与这些接地单元5对应的连接部4c接地。

但是，在构成为仅靠近浮标3的一个接地单元5进行动作的情况下，存在如下担忧：在从浮标3的位置发生变化到相邻的接地单元5进行动作为止的期间，产生任何接地单元5都不进行动作(任何连接部4c都不接地)的瞬间，从而液位信号产生无法预测的跳跃。因而，优选的是，预先调整接地单元5的间隔和由后述的磁体产生的磁场的强度等，使得不产生这样的瞬间，更优选的是，构成为使相邻的接地单元5进行动作的浮标3的位置的范围有一部分相互重叠。在像这样构成为使相邻的接地单元5进行动作的浮标3的位置的范围相互重叠的情况下，在浮标3的位置处于该范围内时，多个接地单元5同时进行动作。在该情况下，输出与同通过正在进行动作的接地单元5而被接地的多个连接部4c中的最靠近电阻例4的正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5的位置对应的液位信号。

图1是示出使构成25个接地单元5的传感器S1～S25中的各传感器进行动作的液位的范围和在各传感器进行动作时输出的液位信号的大小的例子的示意性的图，横轴表示液位[mm]，纵轴表示液位信号的大小[V]。如图1的图所示，使各传感器进行动作的液位的范围与使相邻的传感器进行动作的液位的范围相互略微重叠。其结果，能够实质上实现仅最靠近浮标3的一个接地单元5进行动作的结构，并且降低在从浮标3的位置发生变化到相邻的接地单元5进行动作为止的期间产生任何接地单元5都不进行动作的瞬间的可能性，从而能够降低液位信号产生无法预测的跳跃的可能性。

本发明所涉及的液位传感器1具有液位信号输出单元6，该液位信号输出单元6构成为取出在正极侧端部4a与通过接地单元5而被接地的连接部4c之间检测出的电信号来作为与液位对应的信号即液位信号，该正极侧端部4a是电阻列的两端中的与直流电源的正极连接的端部。在此，作为液位信号被取出的正极侧端部4a与通过接地单元5而被接地的连接部4c之间的电信号既可以是电压信号，也可以是电流信号。在作为液位信号被取出的电信号是电压信号的情况下，电压的范围例如能够设为1.0V以上且5.0V以下，还能够根据用途而设为0.0V以上且5.0V以下。在电信号是电流信号的情况下，电流的范围例如能够设为4mA以上且20mA以下。像这样被取出的液位信号是包含液位的信息的伪模拟信号。能够通过用公知的方法对液位信号进行电处理来探测液位。

在本发明所涉及的液位传感器1的结构中，关于将与最靠近电阻列4的正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5和与最靠近负极侧端部4b的连接部4c对应的接地单元5设置于要探测的液位的上限的位置和下限的位置中的哪个位置，不被特别地限定。例如，在将与最靠近电阻列4的正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5设置于液位的下限的位置的情况下，液位越上升，则存在于正极侧端部4a与通过接地单元5而被接地的连接部4c之间的电阻的数量越增加。因而，在直流电源是恒流电源并且作为液位信号被取出的电信号是电压信号的情况下，液位越上升，则液位信号的强度越大。另外，在直流电源是恒压电源并且作为液位信号被取出的电信号是电流信号的情况下，液位越上升，则液位信号的强度越小。相反，在将与最靠近电阻列4的负极侧端部4b的连接部4c对应的接地单元5设置于液位的下限的位置的情况下，液位越上升，则存在于正极侧端部4a与通过接地单元5而被接地的连接部4c之间的电阻的数量越减少。因而，在直流电源是恒流电源并且作为液位信号被取出的电信号是电压信号的情况下，液位越上升，则液位信号的强度越小。另外，在直流电源是恒压电源并且作为液位信号被取出的电信号是电流信号的情况下，液位越上升，则液位信号的强度越大。无论在哪种情况下，都能够对所得到的液位信号进行电处理来将其变换为液位的信息，因此在实用上没有问题。

在此，下面详细说明构成多个接地单元5的传感器中的任一者发生了故障的情况下的液位传感器的动作。在下面的说明中，对如下液位传感器进行说明，该液位传感器构成为：与从电阻列4的正极侧端部4a去向负极侧端部4b串联存在的各连接部4c对应地构成多个接地单元5的传感器S(1)、S(2)、S(3)…S(n-1)以及S(n)按从液位的下限去向上限的顺序配设，并且仅最靠近浮标3的一个接地单元5进行动作。

在上述液位传感器中，在构成接地单元5的传感器S(1)～S(n)全部正常的情况下，输出的液位信号的值随着液位的上升而如下面的表1所示那样变化。另外，表中记载的“接通”是指作为接地单元5的传感器由于浮标3的接近而进行动作从而对应的连接部4c被接地，1～n表示从液位的下限向上限上升的液位和对应的传感器的位置。

[表1]

表1

如上所述，在全部传感器S(1)～S(n)均正常的情况下，作为靠近与液位对应的浮标3的位置的接地单元5的传感器进行动作，输出与各传感器的位置对应的液位信号。

接着，假定传感器S(1)～S(n)中的从液位的下限起第三个传感器S(3)因故障而始终处于“接通”状态(无论浮标3的位置如何均进行动作从而对应的连接部4c被接地的状态)的情况。在该情况下，输出的液位信号的值随着液位的上升而如下面的表2所示那样变化。

[表2]

表2

如上所述，在多个接地单元5同时进行动作的情况下，输出与同通过正在进行动作的接地单元5而被接地的多个连接部4c中的最靠近电阻例4的正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5的位置对应的液位信号。因而，如表2所示，即使液位上升至比从下限起第三个传感器S(3)高的位置，也会输出与液位处于传感器S(3)的位置时相同的液位信号(输出3)。然而，在液位处于与传感器S(3)相同的位置或比传感器S(3)低的位置时，与表1所示的正常时同样地，正确地输出与从下限起第一个传感器S(1)、第二个传感器S(2)以及第三个传感器S(3)的位置相应的液位信号(输出1、输出2以及输出3)。

接着，假定从液位的下限起第三个传感器S(3)的动作状态因故障而处于“不稳定”状态(例如，无论浮标3的位置如何都进行动作、或者不进行动作、或者输出异常的信号的状态)的情况。在该情况下，输出的液位信号的值随着液位的上升而如下面的表3所示那样变化。

[表3]

表3

如上所述，在液位处于与发生故障的传感器S(3)相同的位置或者比传感器S(3)低的位置时，传感器S(3)的动作状态为“不稳定”，因此液位信号的状态也变得不稳定。然而，在液位处于比传感器S(3)低的位置的情况下，与表1所示的正常时同样地，正确地输出与从下限起第一个传感器S(1)及第二个传感器S(2)的位置相应的液位信号(输出1和输出2)。

接着，假定传感器S(3)因故障而始终处于“断开”状态(无论浮标3的位置如何都不进行动作从而对应的连接部4c没有被接地的状态)的情况。在该情况下，输出的液位信号的值随着液位的上升而如下面的表4所示那样变化。

[表4]

表4

在该情况下，在浮标3位于传感器S(3)的附近时，本来应根据传感器(3)进行动作并成为“接通”状态从而将对应的连接部4c接地来输出本来的液位信号(输出3)，但由于故障，传感器S(3)未成为“接通”状态而保持“断开”状态。因而，在浮标3位于传感器S(3)的附近时，成为任何接地单元5都不进行动作(任何连接部4c都没有被接地)的状态，液位信号的大小成为能够由电阻列4输出的最大值。其结果，在浮标3经过传感器S(3)的位置时，液位信号的大小突然跳跃，例如可能会招致使操作员产生混乱等不良情况。然而，在浮标3位于传感器S(3)以外的传感器的附近时，与表1所示的正常时同样地，正确地输出与从下限起第一个传感器S(1)、第二个传感器S(2)、…第n-1个传感器S(n-1)以及第n个传感器S(n)的位置相应的液位信号(输出1、输出2、…输出n-1以及输出n)。

以上，如参照表2～表4所说明的那样，在本发明所涉及的液位传感器1中，即使在多个接地单元5中的一部分发生故障而无法正常地进行动作的情况下，作为液位传感器的功能也并非全部丧失，而能够与正常时同样地对要探测的液位的范围的一部分进行探测。即，能够说具有这样的结构的液位传感器具备高冗余性。

另外，如表4所例示的那样，在一部分传感器由于故障而始终处于“断开”状态的情况下，在浮标3位于该传感器的附近时，成为任何接地单元5都不进行动作的状态，从而产生液位信号的大小突然跳跃这样的不良情况。这是由于该液位传感器构成为仅最靠近浮标3的一个接地单元5进行动作。为了减少这样的不良情况，优选的是将液位传感器构成为与浮标3的位置对应的至少两个相邻的接地单元5进行动作。

图2是示出使构成25个接地单元5的传感器S1～S25中的各传感器进行动作的液位的范围和在各传感器进行动作时输出的液位信号的大小的例子的示意性的图。如图2的图所示，在该例子中，调整了接地单元5的间隔和由浮标3所具备的磁体产生的磁场的强度等，使得与浮标3的位置对应的至少两个相邻的接地单元5进行动作。除了这点以外，图2是与图1相同的图。在具有这样的结构的液位传感器中，即使在如表4所例示的那样传感器S(3)由于故障而始终处于“断开”状态的情况下，液位信号的值也随着液位的上升而如下面的表5所示那样变化。

[表5]

表5

如表5所示，尽管在浮标3位于本来应传感器S(3)和传感器S(4)同时成为接通状态的位置时，但是传感器(3)由于故障而保持断开状态，因此正在进行动作的传感器中的最靠近正极侧端部的传感器为传感器S(4)。因此，在浮标3位于该位置时，尽管本来应输出与传感器S(3)的位置对应的液位信号(输出3)，但输出的是与传感器S(4)的位置对应的液位信号(输出4)。其结果，虽然输出与传感器S(4)的位置对应的液位信号(输出4)的期间增长，但也不会成为如表4所例示的那样的“任何接地单元5都不进行动作(任何连接部4c都没有被接地)的状态”。其结果，在浮标3经过传感器S(3)的位置时液位信号的大小突然跳跃而招致使操作员产生混乱等不良情况的可能性降低。即，能够说具有这样的结构的液位传感器具备更高的冗余性。

接着，对本发明中的与特征性的警报功能的可靠性有关的结构进行说明。本发明所涉及的液位传感器1还具有警戒信号输出单元7，该警戒信号输出单元7构成为在浮标位于从浮标3的可动范围内的规定位置即警戒位置起的规定距离以内的位置时输出警戒信号，在浮标3不位于从警戒位置起的规定距离以内的位置时不输出警戒信号。例如，也可以将警戒信号输出单元7构成为在浮标3位于设置有多个接地单元5的范围的外侧的位置时输出警戒信号。“浮标3位于设置有接地单元5的范围的外侧的位置”是指：在从要利用多个接地单元5进行探测的液位的上限的位置到下限的位置的范围内不存在浮标3，浮标3存在于比液位的上限的位置靠上侧或比液位的下限的位置靠下侧的位置。在该情况下，处于比液位的上限的位置靠上侧或比液位的下限的位置靠下侧的位置的规定位置为警戒位置，警戒信号输出单元7能够在浮标3位于比上限的位置靠上侧的位置的情况下输出上限警戒信号，在浮标3位于比下限的位置靠下侧的位置的情况下输出下限警戒信号。在本发明中，也可以将警戒信号输出单元7构成为仅输出上限警戒信号和下限警戒信号中的某一者。

除上述情况以外或代替上述情况，例如，也可以将警戒信号输出单元7构成为在浮标3存在于设置有多个接地单元5的范围内的规定位置(从该规定位置起的规定距离以内)时输出警戒信号。在该情况下，设置有多个接地单元5的范围内的上述“规定位置”为警戒位置，在浮标3存在于该警戒位置(从该警戒位置起的规定距离以内)时，警戒信号输出单元7能够输出警戒信号。无论在哪种情况下，都能够根据需要设定1个或2个以上的警戒位置。

在本发明中，警戒信号输出单元7被设置为与液位信号输出单元6分开的独立的结构。因此，即使假设在液位信号输出单元6的某处发生错误而液位信号未示出实际的液位的情况下，也能够正常地产生上限警戒信号和/或下限警戒信号等警戒信号。由此，与不具备独立的警戒信号输出单元7的现有技术相比，能够提高液位传感器的可靠性。

本发明所涉及的警戒信号输出单元7的具体的结构不被特别地限定。优选的是，能够将构成警戒信号输出单元7的追加的接地单元7a设置于设置有构成液位信号输出单元6的接地单元5的范围的外侧、或者该范围内且浮标3的可动范围内的规定位置。如上所述，如果在液位的上限的位置的外侧追加接地单元7a，则能够产生上限警戒信号，如果在液位的下限的位置的外侧追加接地单元7a，则能够产生下限警戒信号。或者，也可以追加这双方。构成警戒信号输出单元7的追加的接地单元7a也可以设置在与构成液位信号输出单元6的多个接地单元5中的任一者相同的位置，还可以以插入于相邻的接地单元5之间的方式设置。

如果使这些追加的接地单元7a以与构成液位信号输出单元6的接地单元5的动作原理相同的动作原理进行动作，则能够使用与液位信号输出单元6共通的结构，因此是优选的。在此，共通的结构例如是设置于浮标3的磁体或光源(后述)等。或者，作为构成警戒信号输出单元7的追加的接地单元7a，也可以采用与构成液位信号输出单元6的接地单元5不同的单元，例如限位开关等。

在本发明的优选的实施方式中，具有正极接地单元8a和/或负极接地单元8b，该正极接地单元8a构成为：在浮标3位于从多个接地单元5中的与最靠近正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5起的规定距离以内的位置时或者浮标3位于正极接地单元的外侧的位置时将正极侧端部4a接地，该负极接地单元8b构成为：在浮标3位于从多个接地单元5中的与最靠近负极侧端部4b的连接部4c对应的接地单元5起的规定距离以内的位置时或者浮标3位于该接地单元的外侧的位置时将最靠近负极侧端部4b的连接部4c接地，其中，该负极侧端部4b是电阻列4的与正极侧端部4a相反的一侧的端部。如上所述，在浮标3位于与最靠近正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5的附近的位置时，由于构成电阻列4的全部电阻被绕过(bypass)，因此电阻列4的(正极侧端部4a与负极侧端部4b之间的)电阻值最小。但是，在浮标3从与最靠近正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5的附近起向设置有接地单元5的范围的外侧经过的情况下，存在与最靠近正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5的动作停止从而连接部4c的接地被切断的担忧。当正极侧的电阻列4的接地像这样被切断时，此前成为最小的值的电阻列4的电阻值突然跳跃为最大的值，因此液位信号的大小也与此对应地突然跳跃。这样的话，液位信号输出单元6所示出的液位的信息与警戒信号输出单元7所示出的液位的信息不匹配，导致操作员产生混乱。同样的不良情况在浮标3的位置位于与最靠近正极侧端部4a或负极侧端部4b的连接部4c对应的接地单元5的附近时液位信号输出单元6中偶然地发生了错误的情况下也可能发生。

在上述的优选的实施方式中，在位于多个接地单元5中的与最靠近正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5的附近或者该接地单元5的外侧的位置时，通过正极接地单元8a来将电阻列4的正极侧端部4a强制地接地。由此，即使与最靠近正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5的动作停止，也能够维持正极侧端部4a的接地，因此能够将上述的不良情况的发生防止于未然。在将与最靠近电阻列4的正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5设置于液位的下限的位置的情况以及将该接地单元5设置于上限的位置的情况中的任一情况下，都能够等同地得到该效果。另外，根据负极接地单元8b，能够将在浮标3的位置位于与最靠近负极侧端部4b的连接部4c对应的接地单元5的附近时液位信号输出单元6中偶然地发生了错误的情况下可能发生的上述的不良情况防止于未然。

在本发明的优选的实施方式中，警戒信号输出单元7具备逻辑反转单元9。逻辑反转是指输出与输入信号的接通和断开相反的信号，逻辑反转单元9例如能够由晶体管构成。在如上述那样利用追加的接地单元7a来构成警戒信号输出单元7的情况下，在缺少逻辑反转单元9的结构中，在来自追加的接地单元7a的输出信号为接通时(即，正在进行与浮标3的接近相应的动作时)，警戒信号变为接通，能够基于此来产生警报。但是，例如，在将作为包括多个接地单元5的部分的传感器部1a与作为用于进行向传感器部1a的电源供给和从传感器部1a的信号取出等的部分的控制部1b连结的布线发生断线或者发生连接不良时，来自追加的接地单元7a的输出信号变为断开。这样，即使在应产生警报时，警戒信号也不变为接通，因此不会产生警报。

因此，在本发明的优选的实施方式中，警戒信号输出单元7构成为使警戒信号输出进行逻辑反转，并且在警戒信号为断开时产生警报。这样的话，在来自追加的接地单元7a的输出信号为接通时(即，正在进行与浮标3的接近相应的动作时)，能够使警戒信号变为断开并产生警报，在来自追加的接地单元7a的输出信号为断开时(即，没有进行与浮标3的接近相应的动作时)，能够使警戒信号变为接通而不产生警报。由此，在来自追加的接地单元7a的输出信号为接通时以及在信号布线发生错误时之中的任一情况下，警戒信号都为断开，并且产生警报，因此能够实现故障安全功能。

本发明中的多个接地单元5只要是能够将相邻的电阻的连接部4c中的与位于靠近浮标3的位置的接地单元5对应的连接部4c接地的单元，则可以采用任意的单元。在本发明的优选的实施方式中，浮标3具备磁体，接地单元5构成为在探测到由磁体产生的磁场时进行动作(将对应的连接部4c接地)，在没有探测到由磁体产生的磁场时不进行动作(不将对应的连接部接地)。另外，在其它优选的实施方式中，接地单元5由簧片开关和霍尔IC中的任一者构成。簧片开关是指在探测到磁场时闭合、在没有探测到磁场时断开的机械式的开关。霍尔IC是由霍尔元件和开关电路构成的电气元件，霍尔元件在探测到磁场时将输出端子接地至地线，霍尔元件在没有探测到磁场时将输出端子与地线断开。具备上述的磁体和簧片开关或霍尔IC的结构也能够应用于警戒信号输出单元7。在其它优选的实施方式中，套筒2和浮标3由透光材料构成，浮标3具备光源，接地单元5由感知光来进行动作的开关构成。

在本发明的优选的实施方式中，直流电源包括恒流电路，构成电阻列4的电阻的电阻值全部相同。恒流电路将流过电阻列4的电流值保持为恒定的值。此时，若采用电压信号作为液位信号，则电压信号的大小同电阻列4中的位于正极侧端部4a与被接地的接地单元5之间的电阻的电阻值的合计成比例。因此，如果使全部电阻的电阻值相同并且等间隔地配置多个接地单元5，则作为液位信号的电压信号的大小同电阻列4的正极侧端部4a与被接地的接地单元5中的最靠近正极侧端部4a的连接部4c之间的电阻的数量大致成比例。而且，由于多个接地单元5被等间隔地配置，因此能够构成液位信号与实际的液位之间的线性特性优异的液位传感器。

在本发明的优选的实施方式中，警戒信号输出单元7由与上述的用于取出液位信号的直流电源(+Vcc)不同的电源构成。通过利用与电阻列4所使用的直流电源不同的且与其分开的独立的电源来构成警戒信号输出单元7，能够进一步提高警戒信号输出单元7的可靠性。

实施例

接着，使用附图来更详细地说明本发明的优选的实施方式。图3是示出本发明所涉及的电阻列4和接地单元5的例子的立体图。在该实施例中，在由印刷布线基板构成的细长的板上，通过钎焊而交替地安装有构成电阻列4的25个片式电阻和构成接地单元5的25个霍尔IC。片式电阻的设置面积的尺寸为纵0.5mm，横1.0mm。霍尔IC的高度为3.2mm，间距间隔为2.5mm，沿图3的上下方向排列。霍尔IC探测图3的上下方向的磁场。在该结构中，霍尔IC的间距间隔被霍尔IC自身的尺寸和配置在霍尔IC之间的片式电阻的尺寸限制。在比构成接地单元5的25个霍尔IC中的位于最上方的霍尔IC更靠上侧的位置、以及比位于最下方的霍尔IC更靠下侧的位置均安装有作为构成警戒信号输出单元7的追加的接地单元7a的霍尔IC。在电阻列4的上方安装有作为用于使这两个霍尔IC的输出分别进行逻辑反转的逻辑反转单元9的两个晶体管。从提高作为液位传感器的可靠性的观点出发，优选的是，通过与始终连接于构成接地单元5的霍尔IC的直流电源不同的直流电源来进行向这些霍尔IC和晶体管的电力供给。

图4是示出本发明所涉及的液位传感器1的例子的局部截面图。在罐内沿铅直方向设置有套筒2，图3所示的印刷布线基板的前端插入并固定在套筒2的内部。即，在该例子中，不仅构成接地单元5的25个霍尔IC设置于套筒2的内部，构成电阻列4的25个片式电阻也设置于套筒2的内部。套筒2被插入浮标3的中央的孔，浮标3构成为随着罐内的液位的变动而沿套筒2进行上下移动。在浮标3中设置有未图示的环状的磁体，浮标3的附近的接地单元5和追加的接地单元7a通过由磁体产生的磁场而进行动作。由设置于套筒2的内部的印刷布线基板产生的液位信号和警戒信号的输出从印刷布线基板的上部被取出，并经由未图示的输出端子被引导至外部。

图5是示出本发明所涉及的液位传感器的例子的电路图。该实施例是通过恒流来使液位传感器1进行动作的液位传感器。图5的左半部分示出由图3中例示的印刷布线基板构成的传感器部1a的电路，右半部分示出与传感器部1a分离的控制部1b的电路。传感器部1a与控制部1b通过多个布线被连接。传感器部1a中包括的R1、R2、…R(n-1)、R(n)是构成本发明的电阻列4的串联连接的n个电阻。电阻R1经由输出端子LQout来与电阻R0连接，包括该R0在内的全部n+1个电阻构成电阻列4。即，在该例子中，构成电阻列4的n+1个电阻中的n个电阻R1～R(n)设置于套筒2的内部，一个电阻R0设置于套筒2的外部。电阻列4的正极侧端部4a及负极侧端部4b始终与直流电源(+Vcc)连接。流过电阻列4的直流电流被恒流电路(CCC)控制为恒定的值，例如1mA。在该实施例中，电阻列4中的从正极侧端部4a起数第二个电阻R1与液位的下限对应，最靠近负极侧端部4b的电阻R(n)与液位的上限对应。

S(1)、…S(n-1)、S(n)是将相邻的电阻的连接部4c接地的n个接地单元5。接地单元5由霍尔IC构成，具备输入电极(+Vs)、输出电极(OUT)以及地线电极(GND)。在输入电极(+Vs)与地线电极(GND)之间施加用于使霍尔IC进行动作的电压(+Vcc)。各输出电极(OUT)与电阻列4的连接部4c连接。

霍尔IC(S)的地线电极(GND)和输出电极(OUT)在非动作状态下绝缘。霍尔IC(S)当感知到由磁体产生的磁场时成为动作状态，地线电极(GND)与输出电极(OUT)之间的电阻几乎变为零，输出电极(OUT)实质上成为接地的状态。这样的话，在从最靠近负极侧端部4b的电阻R(n)到通过接地单元5而被接地的连接部4c之间的电阻中不流过电流，在从最靠近正极侧端部4a的电阻R0到通过接地单元5而被接地的连接部4c中的最靠近正极侧端部4a的连接部4c之间的电阻中流过电流。与该电流对应的电压信号作为液位信号经由缓冲放大器(U1)输出到输出端子(LQout)。

在该实施例中，n个接地单元5被配置为与最靠近正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5(S(1))位于液位的下限侧，与最靠近负极侧端部4b的连接部4c对应的接地单元5(S(n))位于液位的上限侧。另外，电阻R1到R(n)的电阻值全部相同。因而，随着液位的上升，流过电流的电阻的数量大致呈线性地增加。即，浮标的位置与液位信号的大小之间的比例关系成立。液位信号产生在从1.0V到5.0V的范围内。为了将液位信号的下限值设为1.0V而将电阻R0的电阻值设为1kΩ。

在与最靠近电阻列4的正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5(S(1))的外侧设置有追加的接地单元7a(S(L))，该接地单元7a(S(L))构成用于输出作为警戒信号的下限警报Lout的警戒信号输出单元7。当该追加的接地单元7a(S(L))进行动作时，电阻RL1中流过电流。该电流信号通过作为逻辑反转单元9的晶体管QL1被进行逻辑反转，下限警报Lout的端子变为断开，并经由光电耦合器(PL1)来在输出端子(LQ_Lout)产生下限警报。追加的接地单元7a(S(L))通过与用于驱动电阻列4的直流电源(+Vcc)共通的直流电源来进行动作，但在不具备恒流电路这点上具有与电阻列4不同的结构。

在产生下限警报的同时，由光电耦合器(PL2)构成的正极接地单元8a进行动作，电阻R0与电阻R1之间的连接部4c被接地。由此，无论接地单元5的状态如何，液位信号都示出作为下限值的1.0V。通过经由光电耦合器来传递信号，能够不使在外部的电气回路中产生的噪声传递到构成液位传感器的电气回路，从而使液位传感器的动作更加稳定。

在与最靠近电阻列4的负极侧端部4b的连接部4c对应的接地单元5(S(n))的外侧设置有追加的接地单元7a(S(H))，该接地单元7a(S(H))构成用于输出作为警戒信号的上限警报Hout的警戒信号输出单元7。当该追加的接地单元7a(S(H))进行动作时，电阻RH1中流过电流。该电流信号通过作为逻辑反转单元9的晶体管QH1被进行逻辑反转，上限警报Hout的端子变为断开，并经由光电耦合器(PH1)来在输出端子(LQ_Hout)产生上限警报。追加的接地单元7a(S(H))也通过与用于驱动电阻列4的直流电源(+Vcc)共通的直流电源来进行动作，但不具备恒流电路。产生上限警报的警戒信号输出单元7不与正极接地单元8a联动。

另外，虽然未图示，但在具有负极接地单元8b的本发明的优选的实施方式中，也可以使产生上限警报的警戒信号输出单元7与负极接地单元8b联动。例如，也可以构成为在产生上限警报的同时负极接地单元8b进行动作，从而最靠近负极侧端部4b的连接部4c(电阻R(n)与电阻R(n-1)之间的连接部4c)被接地。根据该结构，即使在与最靠近负极侧端部4b的连接部4c对应的接地单元5发生异常而无法将该连接部4c接地的情况下，在浮标位于从该接地单元5起的规定距离以内的位置时或者浮标位于该接地单元5的外侧的位置时，能够通过负极接地单元8b将该连接部4c接地，因此能够取出与同最靠近负极侧端部4b的连接部4c对应的接地单元5的位置对应的液位信号。另外，根据负极接地单元8b，能够将在浮标3的位置位于与最靠近负极侧端部4b的连接部4c对应的接地单元5的附近时液位信号输出单元6中偶然地发生了错误的情况下可能发生的上述那样的不良情况防止于未然。另外，在该情况下，也可以调整电阻列4的结构，使得在构成用于产生上限警报的警戒信号输出单元7的追加的接地单元7a(S(H))被接地时输出的上限警报的输出值与液位信号的上限值(例如5.0V)一致。

另外，关于正极接地单元8a，也可以与上述同样地构成为不是将正极侧端部4a接地而是将最靠近正极侧端部4a的连接部4c接地。根据该结构，无论浮标的位置如何，都将构成多个接地单元5的多个传感器S(1)～S(n)中的至少一个传感器所对应的连接部4c始终接地，从而逻辑电路与液位信号匹配，因此是优选的。

图6是示出本发明所涉及的液位传感器的其它例的电路图。在该实施例中，与图5所示的实施例不同，以恒压驱动液位传感器1。电阻列4由设置于套筒2的内部的R0到R(n)的n+1个电阻构成，电阻列4的正极侧端部4a及负极侧端部4b始终与直流电源(+Vcc)连接。设置电阻R0作为用于在接地单元S(1)进行动作时避免直流电源(+Vcc)短路的负载电阻。在该实施例中，也是n个接地单元5被配置为与最靠近正极侧端部4a的连接部4c对应的接地单元5(S(1))位于液位的下限侧，与最靠近负极侧端部4b的连接部4c对应的接地单元5(S(n))位于液位的上限侧。因而，随着液位的上升，被施加电压的电阻的数量增加，因此流过电阻列的电流减小。即，输出到输出端子(LQout)的液位信号的大小随着液位的上升而非线性地变化。在该实施例中，与恒流驱动的情况相比，电气回路变得简单，因此能够在整体上降低故障的风险和制造成本。除了上述结构以外，与图5共通的部分的结构及其功能与图5所示的实施例的情况相同，因此在这里省略说明。

图7是示出本发明所涉及的液位传感器的动作例的示意图。该实施例是图5所示的恒流驱动的例子。图的横轴以mm为单位表示从下限位置起测量到的浮标的位置。纵轴以V为单位表示作为电压信号而实测出的液位信号。液位信号被调整为：在浮标处于下限的位置时液位信号为1.0V，在浮标处于上限的位置时液位信号为5.0V。液位信号通过细的阶梯状的折线示出，可知输出了与液位有关的线性特性优异的伪模拟信号。另外，在图的下部，通过粗线示出了警戒信号输出单元7进行动作并输出作为警戒信号的下限警报(L)和上限警报(H)时的浮标的位置。

在图7中，在浮标处于下限的位置时，在液位传感器1发生了某些错误从而接地单元5没有正常地进行动作的情况下，存在液位信号如图中的虚线所示那样跳跃至5.0V的担忧。但是，在本发明中，由于包括追加的接地单元7a的警戒信号输出单元7由与液位信号输出单元6不同的电气回路构成，因此警戒信号(下限警报)本身正常地产生。并且，在具有正极接地单元8a的本发明的优选的实施方式中，在正极接地单元8a进行动作的情况下，液位信号如图中的实线所示那样维持1.0V，因此液位信号与警戒信号匹配，不会使操作员产生混乱。

附图标记说明

1：液位传感器；1a：传感器部；1b：控制部；1’：液位传感器(现有技术)；2：套筒；3：浮标；4：电阻列；4a：正极侧端部；4b：负极侧端部；4c：连接部；5：接地单元；6：液位信号输出单元；7：警戒信号输出单元；7a：追加的接地单元；8a：正极接地单元；8b：负极接地单元；9：逻辑反转单元。

Claims (7)

1.一种液位传感器，具有：

套筒，其沿铅直方向设置；

浮标，其构成为随着液位的变动而沿所述套筒移动；

电阻列，其包括串联连接的多个电阻，所述电阻列的两端始终与直流电源连接；

多个接地单元，所述多个接地单元分别与在所述电阻列中相邻的所述电阻的连接部对应地设置于所述套筒的内部，所述多个接地单元构成为在所述浮标位于规定距离以内时将对应的所述连接部接地，在所述浮标不位于规定距离以内时不将对应的所述连接部接地；以及

液位信号输出单元，其构成为取出在正极侧端部与通过所述接地单元而被接地的所述连接部之间检测出的电信号来作为与所述液位对应的信号即液位信号，其中，所述正极侧端部是所述电阻列的所述两端中的与所述直流电源的正极连接的端部，

所述液位传感器还具有警戒信号输出单元，所述警戒信号输出单元构成为在所述浮标位于从所述浮标的可动范围内的规定位置即警戒位置起的规定距离以内的位置时输出警戒信号，在所述浮标不位于从所述警戒位置起的规定距离以内的位置时不输出警戒信号。

2.根据权利要求1所述的液位传感器，其中，

还具有正极接地单元和/或负极接地单元，所述正极接地单元构成为：在所述浮标位于从多个所述接地单元中的与最靠近所述正极侧端部的所述连接部对应的接地单元起的规定距离以内的位置时或者所述浮标位于该接地单元的外侧的位置时，将所述正极侧端部或最靠近所述正极侧端部的所述连接部接地，所述负极接地单元构成为：在所述浮标位于从多个所述接地单元中的与最靠近负极侧端部的所述连接部对应的接地单元起的规定距离以内的位置时或者所述浮标位于该接地单元的外侧的位置时，将最靠近所述负极侧端部的所述连接部接地，其中，所述负极侧端部是所述电阻列的与所述正极侧端部相反的一侧的端部。

3.根据权利要求1或2中的任一项所述的液位传感器，其中，

所述警戒信号输出单元具备逻辑反转单元。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的液位传感器，其中，

所述浮标具备磁体，

所述接地单元构成为在探测到由所述磁体产生的磁场时将对应的所述连接部接地，在没有探测到由所述磁体产生的磁场时不将对应的所述连接部接地，

所述警戒信号输出单元构成为在探测到由所述磁体产生的磁场时输出所述警戒信号，在没有探测到由所述磁体产生的磁场时不输出所述警戒信号。

5.根据权利要求4所述的液位传感器，其中，

所述接地单元和所述警戒信号输出单元包括簧片开关和霍尔IC中的任一者。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的液位传感器，其中，

所述直流电源包括恒流电路，

构成所述电阻列的所述电阻的电阻值全部相同。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的液位传感器，其中，

所述警戒信号输出单元由与所述直流电源不同的电源构成。

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