CN1954197A - 静电容量式液状态检测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在外筒电极上设置狭缝，将缝隙间的压力释放到外部，并且能够抑制与狭缝的形成相伴的强度降低的静电容量式液状态检测传感器。在与内部电极(20)隔着规定的间隔配置的外筒电极(10)上，沿着从前端部(11)到后端部(12)的母线(单点划线A所示)，分别单独形成多个狭缝(14)、(15)、(16)。没有形成狭缝的中间狭缝非形成区域(17)、(18)位于各狭缝(14)、(15)、(16)间。通过狭缝(14)、(15)、(16)，由于确保了在外筒电极(10)的内部和外部之间的液体相对于同一电极(10)的轴线方向的循环作用，所以能够将随着存在于缝隙间的液体的结冰时的体积膨胀的压力释放到外部。另外，通过中间狭缝非形成区域(17)、(18)的存在，由于可以良好地维持外筒电极(10)的强度，所以能够有效地防止外筒电极(10)的变形。

Description

静电容量式液状态检测传感器

技术领域

本发明涉及检测收容在液体收容容器内的液体的状态的静电容量式液状态检测传感器。

背景技术

在从柴油汽车排出的排气气体中，除一氧化碳(CO)以及碳氢化合物(HC)以外，还含有氮氧化合物(NOx)。因此，近年，进行了将该有害的氮氧化合物(NOx)还原成无害的气体。例如，提出了下述系统，该系统为，在柴油汽车的排气气体排出用的消音器的途中，设置NOx选择还原(SCR)催化剂，在另行设置于车辆上的容器中注入作为还原剂溶液的尿素水，向上述催化剂喷射该尿素水，将NOx还原成N2等的无害的气体。在该系统中，因为在没有了尿素水的情况下，不能促进NOx还原反应，会引起大量的NOx的排出，所以采取了在收容尿素水的容器中，设置测定所收容的尿素水的水位(液位)的传感器，在尿素水的残量达到规定量以下的情况下，发出警报等的措施。

作为用于测定该水位的传感器的一个例子，静电容量式液状态检测传感器已被公知。该静电容量式液状态检测传感器在由导体构成的细长的筒状的外筒电极，和通过该外筒电极内沿轴线方向设置的内部电极之间(下面称为[缝隙间])，测定静电容量。在用于检测象尿素水那样的具有导电性的液体的水位的测定的静电容量式液状态检测传感器中，为了防止在外筒电极和内部电极之间的短路，而在内部电极的外表面上形成绝缘膜。然后，以使外筒电极的轴线方向为液体的水位的上下方向的方式，将静电容量式液状态检测传感器设置于容器中。在使用导电性的液体的情况下，没有浸渍于液体的部分的静电容量依存于缝隙间的空气层以及内部电极的绝缘膜的厚度。另一方面，浸渍于液体的部分的静电容量由于导电性的液体与外筒电极同电位，所以依存于绝缘膜的厚度，与前者相比，静电容量大。因此，浸渍于液体中的部分越是增多，所测定的静电容量越大，能够作为水位进行检测。

在这样的静电容量式液状态检测传感器中，为了使液体易于流入流出缝隙间，或是使传感器的前端侧(外筒电极的前端侧)形成为开放状，或是在封闭的情况下也设置孔(例如参照专利文献1)。再有，在以往的静电容量式液状态检测传感器中，通过在外筒电极的侧壁从其前端延伸至后端设置狭缝，即使是在外筒电极的一端侧被异物等阻塞的情况下，也能使液体顺畅地进行流入流出缝隙间(例如，参照专利文献2)。

专利文献1：特开平7-318395号公报

专利文献2：实开昭63-101815号公报

但是，当柴油汽车在寒冷地等使用的情况下等，液体的容器曝露在例如-30℃～-40℃的环境中。在这样的情况下，存在下述情况，即，进入到静电容量式液状态检测传感器的缝隙间的液体被急速冷却，存在于缝隙间的液体从在沿着外筒电极的轴线方向看时的前端侧和后端侧两个方向开始结冰。但是，如专利文献1那样，形成于外筒电极和内部电极之间的缝隙间为大致封闭空间，在存在于该缝隙间的液体从上述前端侧和后端侧两个方向开始结冰的情况下，伴随着液体结冰时的体积膨胀而产生的压力，朝向存在于缝隙间的液体的中间侧释放。但是，因为缝隙间被形成为封闭空间，所以没有上述压力的释放场所，产生了由于结冰造成的巨大的体积膨胀。其结果为，若存在于缝隙间的液体结冰，则存在以上述压力上升或巨大的体积膨胀为起因，在外筒电极或内部电极产生变形的情况。特别是，在内部电极为柱状(实心状)的情况下等，因为内部电极的强度高，所以外筒电极容易产生变形。

另外，在这样的情况下，因为若是在外筒电极上设置狭缝的静电容量式液状态检测传感器，则能够借助狭缝，在外筒电极的外部和缝隙间之间，确保液体的循环作用，所以能够有效地将随着液体结冰时的体积膨胀而上升的压力释放到外筒电极的外部。但是，即使通过狭缝，将上述压力释放到外部，液体结冰时的体积膨胀依然没有减少，在缝隙间产生。因此，若象专利文献2那样，遍及外筒电极的全长形成狭缝，则有外筒电极自身的强度降低的倾向，存在即使小的体积膨胀，也会产生外筒电极的变形的问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题点而产生，其目的在于，提供一种在外筒电极上设置狭缝，有效地将缝隙间的压力释放到外部，并且能够防止与狭缝的形成相伴的强度降低的静电容量式液状态检测传感器。

为了达到上述目的，根据本发明的第一特征，提供了一种静电容量式液状态检测传感器，该静电容量式液状态检测传感器具有由导体构成的筒状的外筒电极、和在上述外筒电极内，由沿上述外筒电极的轴线方向设置的导体构成的筒状或者柱状的内部电极、以及在上述外筒电极以及上述内部电极的后端侧，以非接触的状态，支撑上述外筒电极和上述内部电极的基部，其特征在于，上述外筒电极具有以比该外筒电极的全长短的长度，沿上述轴线方向开口的多个狭缝，多个上述狭缝包括第一狭缝和第二狭缝，上述第一狭缝的前端与上述第二狭缝的前端相比位于前端侧，上述第一狭缝的后端与上述第二狭缝的后端相比位于前端侧。

另外，根据本发明的其他特征，提供了一种静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，多个上述狭缝其任意一个的前端与上述外筒电极的前端相比都位于后端侧。

另外，根据本发明的其他特征，提供了一种静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，多个上述狭缝其任意一个的后端与上述外筒电极的后端相比都位于前端侧。

另外，根据本发明的其他特征，提供了一种静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，多个上述狭缝位于在上述外筒电极的外周面中的至少一条母线上。

另外，根据本发明的其他特征，提供了一种静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，各个多个上述狭缝位于在上述外筒电极的外周面中的多个不同的母线上。

另外，根据本发明的其他特征，提供了一种静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，满足上述第一狭缝的后端与上述第二狭缝的前端相比位于前端侧的关系，遍及全周，不存在狭缝的中间狭缝非形成区域位于上述外筒电极中的上述第一狭缝的后端和上述第二狭缝的前端之间。

另外，根据本发明的其他特征，提供了一种静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，至少包括1个或多于1个的上述狭缝，在获取与上述外筒电极的中心轴线正交的截面时，上述狭缝的开口宽度的合计尺寸具有上述外筒电极的外周的3％或大于3％的大小。

另外，根据本发明的其他特征，提供了一种静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，在上述内部电极的外周面上形成绝缘膜，在获取上述截面时，上述狭缝的开口宽度的合计尺寸具有上述外筒电极的外周的10％或小于10％的大小。

另外，根据本发明的其他特征，提供了一种静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，在上述内部电极的外周面上形成绝缘膜，上述狭缝的与上述轴线方向正交的方向的开口宽度其任意一个都小于等于5mm。

另外，根据本发明的其他特征，提供了一种静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，上述液体是尿素水。

在本发明的静电容量式液状态检测传感器中，多个狭缝包括第一狭缝和第二狭缝，并满足下述关系，所述关系为：第一狭缝的前端与第二狭缝的前端相比位于前端侧，第一狭缝的后端与第二狭缝的后端相比位于前端侧，这点应是最引人注目之处。由于外筒电极具有满足这样的关系的狭缝，即使设置了多个狭缝，外筒电极的外部的液体和缝隙间的液体的循环作用也能付与到外筒电极的轴线方向。据此，即使存在于缝隙间的液体被急速冷却而结冰，与液体结冰时的体积膨胀相伴，从缝隙间的前端侧以及后端侧向中间侧上升的压力也能够借助狭缝，释放到外筒电极的外部。

另外，在本发明中，因为没有设置遍及外筒电极的全长开口的狭缝，而是通过设置包括满足上述关系的狭缝的多个狭缝，使液体的循环作用付与到外筒电极的轴线方向，所以即使是在存在于缝隙间的液体由于结冰而没有减少，产生体积膨胀的情况下，外筒电极中的位于狭缝和狭缝之间的部位(区域)也作为加强部发挥功能，难以产生外筒电极的变形。再有，在外筒电极上形成用于促进相对于外筒电极的轴线方向的液体的循环作用的开口时，由于形成多个沿外筒电极的轴线方向开口的细长形状的狭缝，所以与沿外筒电极的长度方向形成多个圆形的孔的情况相比，其形成作业容易，能够提供制造效率优异的静电容量式液状态检测传感器。

因此，在本申请发明的静电容量式液状态检测传感器中，即使是在缝隙间的液体结冰的情况下，也能有效地抑制内部电极和外筒电极的间隙(缝隙尺寸)的扩大，能够长期地高精度地测定外筒电极和内部电极之间的静电容量。

另外，在本发明的静电容量式液状态检测传感器中，因为多个狭缝的各前端与外筒电极的前端相比位于后端侧，所以被设置成遍及全周不存在狭缝的狭缝非形成区域(前端侧狭缝非形成区域)与外筒电极的前端相连。据此，能够增加外筒电极的前端侧的强度，能够有效地抑制与存在于缝隙间的液体的结冰相伴的外筒电极的变形。

另外，在本发明的静电容量式液状态检测传感器中，因为多个狭缝的各后端与外筒电极的后端相比位于前端侧，所以被设置成遍及全周不存在狭缝的狭缝非形成区域(后端侧狭缝非形成区域)与外筒电极的后端相连。据此，能够增加外筒电极的后端侧的强度，能够有效地抑制与存在于缝隙间的液体的结冰相伴的外筒电极的变形。再有，因为外筒电极的后端侧与内侧电极的后端侧同时被支撑在基部，所以在将本传感器应用在产生振动的用途(例如车辆用途)的情况下，虽然存在以振动为起因的应力容易集中在外筒电极的靠近后端部位的倾向，但是通过在外筒电极上设置上述后端侧狭缝非形成区域，能够增加外筒电极的后端侧的强度，提高传感器自身的抗振性。

另外，在本发明的静电容量式液状态检测传感器中，因为狭缝在外筒电极的外周面的至少一条母线上形成多个，所以能够将外筒电极的外部的液体和缝隙间的液体的循环作用有效地带给外筒电极的轴线方向。据此，能够将随着液体结冰时的体积膨胀而从缝隙间的前端侧以及后端侧向中间侧上升的压力有效地向外筒电极的外部释放。

另外，在本发明的静电容量式液状态检测传感器中，因为各个多个狭缝形成于在外筒电极的外周面中的多个不同的母线上，所以能够将随着液体结冰时的体积膨胀而从缝隙间的前端侧以及后端侧向中间侧上升的压力有效地从外筒电极的周方向的多个位置向外部释放。

再有，在本发明的静电容量式液状态检测传感器中，遍及全周不存在狭缝的中间狭缝非形成区域介于外筒电极中的第一狭缝的后端和第二狭缝的前端之间。据此，因为在外筒电极的轴线方向的中间部位，配置遍及全周不存在狭缝的区域，所以即使是在存在于缝隙间的液体没有减少而产生了体积膨胀的情况下，也能更有效地抑制外筒电极的变形。

另外，在本发明的静电容量式液状态检测传感器中，因为在与至少包括1个或多于1个狭缝的外筒电极的中心轴线正交的截面中，在占外筒电极的外周3％或大于3％的部位形成狭缝，所以能够有效地释放与液体结冰时的体积膨胀相伴的上升的压力。

再有，在本发明的静电容量式液状态检测传感器中，因为在与至少包括1个或多于1个狭缝的外筒电极的中心轴线正交的截面中，将狭缝的开口宽度的合计尺寸限制为小于或等于外筒电极的外周的10％，所以例如通过外筒电极的外部，与结冰的液体的冰块那样的绝缘膜接触，损伤该绝缘膜那样大小的固形物难以通过狭缝，能够有效地谋求对绝缘膜的保护。

再有，在本发明的静电容量式液状态检测传感器中，因为将上述狭缝的与上述轴线方向正交的方向的开口宽度被限制在小于等于5mm，所以能够防止通过外筒电极的外部，与结冰的液体的冰块那样的绝缘膜接触，损伤该绝缘膜那样大小的固形物借助狭缝，进入外筒电极的内部，能够有效地谋求对绝缘膜的保护。

附图说明

图1是液面传感器的纵剖视图。

图2是外筒电极的立体图。

图3是液面传感器的前端部附近的分解立体图。

图4是在充满于外筒电极和内部电极之间(缝隙间)的尿素水的水面附近的放大剖视图。

图5是在与外筒电极的中心轴线正交的方向的狭缝的任意一个的形成部位的剖视图。

图6是表示对狭缝的宽度以及在母线上的分割数和外筒电极的强度的关系的评价试验的结果的表。

图7是狭缝的配列(形成部位)不同于图2的外筒电极的其他的方式的外筒电极的立体图。

图8是狭缝的配列(形成部位)不同于图2的外筒电极的其他的方式的外筒电极的立体图。

具体实施方式

下面，针对将本发明具体化的静电容量式液状态检测传感器的一个实施方式参照附图，进行说明。首先，参照图1-图3，对作为静电容量式液状态检测传感器的一个例子的液面传感器1进行说明。图1是液面传感器1的纵剖视图。图2是外筒电极10的立体图。图3是液面传感器1的前端部附近的分解立体图。

本实施方式的液面传感器1安装在收容着尿素水的容器(未图示出)上，用于检测液体的状态，即，测定尿素水的水位，该尿素水用于在柴油汽车的排气气体中含有的氮氧化合物(NOx)的还原。

如图1所示，液面传感器1由下述部件构成，即，具有圆筒形状的外筒电极10、通过该外筒电极10的内部，沿外筒电极10的轴线方向设置的内部电极20、以相互非接触的状态，支撑外筒电极10以及内部电极20的基部40。

外筒电极10由导电性的金属材料构成，如图2所示，具有细长的圆筒形状。在相对于液面传感器1的前端侧(图1中的下侧)的外筒电极10的前端部11(图2中的上侧)上，设置着用于防止后述的内部电极20的衬套30(参照图1)脱落的开口部13。然后，沿着设有开口部13的位置上的外筒电极10的母线(图中单点划线A所示)，窄幅的狭缝14、15、16从前端部11侧依次向着后端部12(液面传感器1的基部40侧的端部)分别独立地形成。狭缝14、15、16分别为大致相同的形状，等间隔地沿1根母线上间歇地配置，遍及全周不存在狭缝的筒状形态的中间狭缝非形成区域17、18位于各狭缝14、15、16之间。再有，在前端部11以及后端部12上，也设置从各自的端面开始相连，遍及全周不存在狭缝的圆筒形态的前端侧狭缝非形成区域71以及后端侧狭缝非形成区域72。然后，这些各狭缝14、15、16分别形成于在外筒电极10的外周面上沿周方向成为等间隔的3根母线上。另外，在外筒电极10的后端部12上，在与形成有狭缝14、15、16的各母线不同的母线上，形成1个排气孔19。

象这样，在本实施方式的液面传感器1中，在外筒电极10上设置的多个(具体地说是9个)狭缝14、15、16中，选择了1个狭缝14和1个狭缝15时，满足了一方的狭缝14的开口前端与另一方的狭缝15的开口前端相比位于前端侧(图2中的上侧)，一方的狭缝14的开口后端与另一方的狭缝16的开口后端相比位于前端侧(图2中的上侧)的关系。在该情况下，一方的狭缝14相当于权利要求书中的[第一狭缝]，另一方的狭缝15相当于权利要求书中的[第二狭缝]。另外，在多个狭缝14、15、16中，选择狭缝14和狭缝16来看时，或者选择狭缝15和狭缝16时，也满足上述的关系。

接着，如图1所示，外筒电极10在其后端部12卡合到金属制的基部40的电极支撑部41的外周的状态下被焊接。基部40作为用于将液面传感器1固定在收容着尿素水的容器(未图示出)上的基台发挥功能，在凸缘部42具有用于此的安装孔(未图示出)。另外，隔着基部40的凸缘部42，在电极支撑部41的相反侧，形成收容了中继用的回路基板60等的收容部43，该中继用的回路基板60用于进行外筒电极10以及内部电极20与外部回路(未图示出)的电连接。另外，回路基板60被载置在从收容部43的内壁面的四角突出的基板载置部(未图示出)上。与外部回路的连接借助被固定在罩45的侧部上的连接器62进行，罩45覆盖保护收容部43，被固定在凸缘部42上，连接器62的外部连接端子(未图示出)和回路基板60的配线通过配线电缆61连接。

在基部40的电极支撑部41上，贯穿设置着贯穿收容部43内的孔46，在该孔46内固定着内部电极20。本实施方式的内部电极20是实心的呈圆柱状的导电性的金属棒，具有与外筒电极10的全长大致相等的长度。内部电极20的前端部21侧(图1中的下侧，液面传感器1的前端侧)的端部被倒角。在该内部电极20的外周面上，形成例如由PFA构成的绝缘膜23(参照图4)。另外，在后端部22侧(图1中的上侧)，为了将内部电极20固定在基部40上，管导向器55与内壳体50被卡合。管导向器55是接合在内部电极20的靠近后端部22的端缘的环状的引导部件。

另外，内壳体50为了能够使内部电极20和外筒电极10切实地绝缘，是定位支撑内部电极20的筒状且具有绝缘性的树脂制部件，前端侧与基部40的电极支撑部41的孔46卡合。在内壳体50上形成向径向外侧突出的凸缘部51，在内壳体50与电极支撑部41卡合时，从收容部43侧插通电极支撑部41的内周。然后，通过凸缘部51与收容部43内的底面抵接，来防止内壳体50穿过电极支撑部41的内周。虽然内部电极20也还是从收容部43侧插通内壳体50的内周侧，但通过管导向器55与凸缘部51的抵接，来防止相对于内壳体50的脱落。

再有，在内壳体50的外周和内周上，分别设置第一O型环53和第二O型环54。第一O型环53封闭内壳体50的外周和基部40的孔46间的间隙，第二O型环54封闭内壳体50的内周和内部电极20的后端部22的内周间的间隙。据此，在将液面传感器1安装到了容器(未图示出)上时，确保其气密性，使容器内和容器外不会借助收容部43连通。另外，在基部40的凸缘部42中，在液面传感器1的前端侧的面上嵌有未图示出的板状的橡胶部件，与第一O型环53、第二O型环54同样，在向容器安装时，确保容器的内外的气密性。

然后，在向基部40组装内部电极20时，通过两片压板56、57，向内壳体50的凸缘部51推压管导向器55。压板57在与管导向器55之间夹着压板56，并推压管导向器55的状态下，被螺钉58固定在收容部43内。据此，与管导向器55接合的内部电极20被固定在电极支撑部41上。在压板56、57的中央设置孔，插通着内部电极20的电极取出用引线59，与回路基板60接合。未图示出详细内容，从回路基板60开始，接地侧的电极与基部40连接，因此，外筒电极10与接地侧电连接。

另外，通过基部40的电极支撑部41支撑的内部电极20，其前端部21被橡胶制的衬套30保持，以便成为与外筒电极10的前端部11不接触的状态。如图1、图3所示，衬套30在外径与外筒电极10的内周大致一致的圆筒形状的筒体部32的一端侧，形成逐渐缩小为锥状的前端部31。前端部31作为筒体部32侧的端比筒体部32的外径大的构成的凸缘部34而形成，作为将筒体部32嵌于外筒电极10上时的挡块发挥功能。

在衬套30的筒体部32的内周，用于定位保持内部电极20的前端部21的肋36相对于周方向多根分散地排列。然后，在前端部31上，开设与筒体部32的内周侧连接的孔33，即使是在通过筒体部32的内周保持内部电极20的状态下，衬套30的内侧和外侧也借助肋36的间隙连通而构成。据此，借助孔33，被收容在容器内的尿素水能够进入形成于外筒电极10和内部电极20之间的缝隙(间隙)。另外，在筒体部32的外周，设置与外筒电极10的开口部13卡合，并发挥防止衬套30脱落的功能的突起部35。这样的被衬套30保持的内部电极20其与外筒电极10的接触得到防止。

但是，如上所述，外筒电极10的外周面的一个母线上的狭缝14、15、16，在该母线上一连串地形成，遍及全周没有形成狭缝的中间狭缝非形成区域17、18位于各狭缝间。即，通过外筒电极10的母线上，从外筒电极10的前端部11到后端部12没有连续地形成狭缝，狭缝间的强度通过筒状形态的中间狭缝非形成区域17、18来确保。在本实施的方式中，通过在外筒电极10上设置狭缝14、15、16，来使容器(未图示出)内的尿素水容易流入流出于缝隙间，将在缝隙间和外筒电极10的外部之间的尿素水的循环作用良好地带给外筒电极10的轴线方向。因此，即使是在寒冷地等，尿素水结冰时，因为也能够借助狭缝14、15、16的全部乃至任意一个，使伴随着尿素水结冰时的体积膨胀而上升的压力分散到外部，所以能够抑制以上述压力上升为起因的外筒电极10的变形。

另外，虽然即使通过上述循环作用，将上升的压力释放到外部，尿素水结冰时的体积膨胀依然没有减少，在缝隙间产生，但是，由于上述的中间狭缝非形成区域17、18的存在，每一个狭缝的长度被抑制。因此，因为与形成了多个狭缝14、15、16无关，由于中间狭缝非形成区域17、18的存在，维持了外筒电极10的强度，抑制了外筒电极10的随着上述体积膨胀的挠曲，所以能够有效地抑制外筒电极10的变形。另外，为了象这样有效地抑制外筒电极10的变形，而将在外筒电极10的外周面的一个母线上所形成的各狭缝14、15、16彼此的间隔(换言之，在上述母线上的各中间狭缝非形成区域17、18的长度)形成为在沿母线上看时大于等于5mm，另外，将外筒电极10的壁厚形成为大于等于0.5mm，这种情况在良好地确保外筒电极10的强度方面较好。

另外，通过在外筒电极10的前端部11上，设置从外筒电极10的前端侧的端面开始相连的前端侧狭缝非形成区域71，可以连接由各母线上的狭缝14分断的部位彼此，进行加强，能够增加外筒电极10的强度。再有，通过在外筒电极10的后端部12上，设置从外筒电极10的后端侧的端面开始相连的后端侧狭缝非形成区域72，能够进一步增强外筒电极10的强度。这样，因为通过设置该后端侧狭缝非形成区域72，在将液面传感器1安装到车辆上使用时，即使振动施加到该传感器1，以其振动为起因的应力波及外筒电极10的后端部12，也能够确保抵御该应力的程度的强度，所以能够提高该传感器1的耐振性。

接着，参照图4，就通过本实施方式的液面传感器1，检测液体的水位等的状态(在本实施方式中是尿素水的水平面)的原理进行说明。图4是充满在外筒电极10和内部电极20之间(缝隙间)的尿素水的水面附近的放大剖视图。该液面传感器1以将外筒电极10以及内部电极20使其轴线方向沿尿素水的水位的高低方向配置的状态，被组装到收容着尿素水的容器(未图示出)上。然后，可以通过测定缝隙间(外筒电极10和内部电极20之间)的静电容量，来检测存在于两者间的尿素水沿外筒电极10的轴线方向存在于多高的水位。这样做的基础如公知的那样，在电位不同的两点之间，静电容量的大小与该两点间的距离呈反比例。

即，如图4所示，在没有被尿素水充满的部分的缝隙间，产生电位差的部位的距离是由距离B所示的、两者间的空气层和绝缘膜23的合计的厚度量的距离。另一方面，在充满了尿素水的部位的缝隙间，产生电位差的部位的距离由于尿素水具有导电性，外筒电极10和尿素水的电位差相等，所以是距离C所示的、绝缘膜23的厚度量的距离。即，因为充满了尿素水的部位与没有充满的部位相比，产生电位差的部位间的距离更近，所以静电容量大。因此，在向缝隙间施加了电压的情况下，随着充满尿素水的部分的增多，作为静电容量更大的距离C的部分的比例也增加。在这里，如公知的那样，由于静电容量的大小与相互相对的电位的不同部位的面积成比例，所以作为液面传感器1的整体所检测的静电容量随着尿素水的水位的升高而增大。

在这样测定液体的水位时，形成在内部电极20的外周面上的绝缘膜23的厚度越薄，即使施加在外筒电极10和内部电极20之间的电压降低，也能得到大的静电容量。因为存在绝缘膜23由于伤等而丧失绝缘性的情况，所以在本实施方式的液面传感器1中，对形成在外筒电极10上的狭缝14、15、16的宽度(开口宽度)设置限制，以便在冰块等的固形物存在于尿素水中的情况下，也不使该固形物进入外筒电极10和内部电极20之间。下面，参照图5，就狭缝14、15、16的宽度进行说明。图5是在与外筒电极10的中心轴线正交的方向上的狭缝14、15、16中的任意一个形成部位的剖视图。

如图5所示，在外筒电极10上，在相对于外周面的周方向等间隔地配置的3根母线上，分别形成狭缝14、15、16。在图5中，在外筒电极10的截面上的沿外周的方向，狭缝14、15、16的宽度用宽度D表示。另外同样，在外筒电极10的轴线截面上的沿外周的方向，没有形成狭缝14、15、16部分的宽度用宽度E表示。即，将全部的宽度D和全部的宽度E合计在一起的长度相当于外筒电极10的外周的长度。

在本实施方式中，将狭缝14、15、16的宽度D的合计设定成小于等于外筒电极10的外周的长度(宽度D和宽度E的合计)的10％。因为通过将狭缝14、15、16的宽度设定成这样的大小，在尿素水中含有例如不纯物或结冰的尿素水的块等的固形物时，使该固形物难以通过狭缝14、15、16，所以能够保护绝缘膜23不受伤等。另外，即使是在狭缝14、15、16的宽度D不足外筒电极10的外周的长度的10％的情况下，也有小的固形物通过狭缝14、15、16的情况。但是，能够通过该宽度的狭缝14、15、16的大小的固形物即使与内部电极20的绝缘膜23碰撞，由于也没有足够的质量，所以很少会损伤绝缘膜23，难以影响绝缘性。

另外，在本实施方式中，将各狭缝14、15、16的与轴线方向正交的方向的宽度(开口宽度)E设定为2.5mm。象这样，通过将各狭缝14、15、16的宽度E设定成小于等于5mm，可以防止通过外筒电极10的外部，结冰的尿素水的冰块那样的与绝缘膜23接触，损伤该绝缘膜23那样的大小的固形物借助各狭缝14、15、16，进入到外筒电极10的内侧。因此，能够谋求更有效地保护绝缘膜23。

另外，本实施方式的液面传感器1的狭缝14、15、16被形成为在寒冷地等使用时，不会由于与存在于缝隙间的尿素水的结冰相伴的压力上升而导致外筒电极10产生变形。详细地说，若有进入缝隙间的尿素水被急速冷却的情况，则有存在于缝隙间的尿素水从外筒电极10的前端部11侧和后端部12侧双方向开始结冰的情况。于是，朝向存在于缝隙间的尿素水的中间侧，产生与结冰相伴的压力上升。但是，由于通过形成狭缝14、15、16，确保了在外筒电极10的内部和外部之间的循环作用，所以能够将上述压力有效地释放到外筒电极10的外部。为了发挥这样的效果，希望狭缝14、15、16的宽度D的合计大于等于外筒电极10的外周的3％。

在这里，针对狭缝的宽度以及在母线上的分割数(在同一母线上相连的狭缝的数)、和外筒电极的强度的关系，为了确认是否能够得到上述的效果，进行了评价试验。其结果表示在图6的表中。图6是表示对狭缝宽度以及在母线上的分割数和外筒电极的强度的关系的评价试验的结果的表。

在进行该评价试验时，在内部电极中，使用由SUS304构成的实心的圆柱状的金属棒。另外，在外筒电极上，分别准备在圆筒状且外径为30mm，壁厚为1mm，全长为300mm的SUS304构成金属筒上，形成以后述的12种条件为基础的狭缝的外筒电极。然后，每个种类各制作2根样品，在用水充满缝隙间的状态下急速冷却，使之结冰，然后，在解冻后，对外筒电极的状态进行评价。

外筒电极根据以下的3个条件进行组合，准备12种。首先，就形成有狭缝的外筒电极的外周面上的母线数而言，组合1根、2根(从与外筒电极的中心轴线正交的截面看每180度)、3根(同样的每120度)、4根(同样的每90度)的外筒电极。接着，组合狭缝的每一个宽度(相当于图5中的宽度D)为1.0mm的外筒电极、为2.5mm的外筒电极、为5.0mm的外筒电极。然后，狭缝的长度为120mm配置2根，位于狭缝彼此间的加强部的长度为10mm。另外，作为比较例1，准备设置着1根从外筒电极的前端到后端相连的狭缝(开口宽度2.5mm)的外筒电极，作为比较例2，准备以从外筒电极的前端开始相连的形式，并且在外筒电极的外周面上的不同的母线上形成有长度(120mm)比外筒电极的全长短的2条狭缝(开口宽度2.5mm)的外筒电极。另外，比较例2的2条狭缝的后端的位置调整成在外筒电极的轴线方向处于相同的位置。

如图6所示，在形成有狭缝的外筒电极的外周面上的母线数为1根的情况下，在狭缝的宽度为1.0mm(在全周中的狭缝的宽度的比例为1.1％)或者2.5mm(同样地比例为2.7％)的情况下，或是在外筒电极上产生极其微小的变形，或是在狭缝的缘部产生局部变形，评价结果为[△]。在同样的条件下，使狭缝的宽度为5.0mm(同样地比例为5.3％)的情况下，在狭缝的缘部产生局部变形，评价结果为[○]。

另外，在形成有狭缝的外筒电极的外周面上的母线数为2条的情况下，在狭缝的宽度为1.0mm(在全周的狭缝的宽度的比例为2.1％)的情况下，或是在外筒电极上产生极其微小的变形，或是在狭缝的缘部产生局部变形，评价结果为[△]。在同样的条件下，使狭缝的宽度为2.5mm(同样地比例为5.3％)或5.0mm(同样的比例为10.6％)的情况下，在狭缝的缘部产生局部变形，评价结果为[○]。

再有，在形成有狭缝的外筒电极的外周面上的母线数为3条的情况下，与狭缝的宽度无关，没有产生外筒电极的变形，完全没有问题，评价结果为[☆]。另外，在本实施例中，在狭缝的宽度为1.0mm、2.Smm、5.0mm的情况下，在全周的狭缝的宽度的比例分别为3.2％、8.0％、15.9％。另外，在形成有狭缝的外筒电极的外周面上的母线数为4条的情况下，也同样与狭缝的宽度无关，完全没有问题，评价结果为[☆]。另外，在本实施例中，在狭缝的宽度为1.0mm、2.5mm、5.0mm的情况下，在全周的狭缝的宽度的比例分别为4.2％、10.6％、21.2％。

另一方面，就设置从外筒电极的前端到后端相连的1条狭缝的比较例1，以及设置从外筒电极的前端开始相连的2条狭缝的比较例2而言，都是在外筒电极上产生大的变形，评价结果为[×]。

根据上述评价试验的结果，在沿外筒电极10的外周面上的母线，形成多个狭缝，并在狭缝彼此间设置加强部的构造中，与形成有狭缝的外筒电极的外周面上的母线数无关，没有在外筒电极上产生大的变形，评价结果为[×]的情况。因此，就沿细长的外筒电极的外周面上的母线，形成多个狭缝，并在狭缝彼此间设置遍及全周不存在狭缝的中间狭缝非形成区域的构造而言，即使是在外筒电极和内部电极间(间隙间)的液体结冰的情况下，也能够防止外筒电极产生很大的变形。因此，能够有效地抑制内部电极和外筒电极的缝隙尺寸的扩大，进而，能够提供一种长期地高精度地测定上述缝隙间的静电容量的静电容量式液状态检测传感器。

另外，根据上述评价试验的结果，若在外筒电极的外周的狭缝的宽度的比例至少大于等于3％，则虽然确认了在狭缝的缘部存在些许变形，但是可知外筒电极没有产生变形。另外，在本实施例中，虽然不存在因狭缝的长度而对外筒电极的变形性的影响，但外筒电极的长度若使用比在本实施例中所使用的(300mm)长的长度，则由于会产生因狭缝的长度而产生的挠曲的影响，所以希望增加狭缝的分割数，设置发挥加强部的功能的中间狭缝非形成区域。另外，若使形成有狭缝的外筒电极的外周面上的母线数为大于等于3条，则可知不会产生对外筒电极的变形的影响。在这里，若母线数为3条，则由于在与外筒电极的中心轴线正交的截面中，狭缝的位置按每外周120度配置，所以是配置平衡好，良好地确保了外筒电极的强度的形式，能够不依赖周方向的方向性，有效地将随着液体结冰时的体积膨胀而上升的压力释放到外部。

另外，本发明当然能够进行各种的变形。例如，在本实施的方式中，内部电极20为实心的圆柱状的金属棒，但并不限于圆柱状，也可以是方柱状或中空的圆筒状或方筒状。另外，外筒电极10也不限于是圆筒状，也可以是方筒状。

另外，在本实施的方式中，作为检测液体的状态的对象的液体，以尿素水为例进行了说明，但并不限于此，只要是导电性的液体，通过在内部电极20的外周面上添加绝缘膜23，即可检测液体的状态。另外，若为非导电性的液体，则也可以不在内部电极20的外周面上形成绝缘膜23。其原因是，因为在空气的电容率和非导电性的液体的电容率之间存在差，与本实施的方式同样，若进行外筒电极10和内部电极20之间的静电容量的测定，则该静电容量产生变化。

另外，被检测的液体的状态并不限于水位(液位)，例如也可以是液体的浓度、劣化度、异物的混入度等。

再有，在本实施的方式中，表示了沿外筒电极10的3条母线(图中单点划线A所示)，分别形成窄幅的狭缝14、15、16的构造，但多个狭缝向外筒电极的配置位置并非被限定于此。例如，也可以如图7所示，沿外筒电极80的轴线方向，螺旋状地设置多个狭缝85。另外，即使是在图7所示的外筒电极80的前端部81以及后端部82中，也与上述实施方式的外筒电极10相同，设置从各自的端面开始相连，且不存在狭缝的筒状形态的前端侧狭缝非形成区域83以及后端侧狭缝非形成区域84。另外，作为其他的方式，也可以如图8所示，沿外筒电极90的轴线方向锯齿状地设置多个狭缝95。另外，即使是在图8所示的外筒电极90的前端部91以及后端部92中，也与上述实施方式的外筒电极10相同，设置从各自的端面开始相连，且不存在狭缝的筒状形态的前端侧狭缝非形成区域93以及后端侧狭缝非形成区域94。但是，即使是在图8、9所示的外筒电极80、90中的任意一个方式中，多个狭缝85(95)也被形成为满足下述关系，即，在选择任意2个时，一方的狭缝85(95)的开口前端与另一方的狭缝85(95)的开口前端相比位于前端侧，一方的狭缝85(95)的开口后端与另一方的狭缝85(95)的开口后端相比位于前端侧。

产业上利用的可能性

能够应用于通过测定电位不同的2部件之间的静电容量，来检测液体的状态的静电容量式液状态检测传感器中。

Claims (10)

1.一种静电容量式液状态检测传感器，具有由导体构成的筒状的外筒电极、和在上述外筒电极内，由沿上述外筒电极的轴线方向设置的导体构成的筒状或者柱状的内部电极、以及在上述外筒电极以及上述内部电极的后端侧，以非接触的状态支撑上述外筒电极和上述内部电极的基部，其特征在于，

上述外筒电极具有以比该外筒电极的全长短的长度，沿上述轴线方向开口的多个狭缝，

多个上述狭缝包括第一狭缝和第二狭缝，并满足下述关系，所述关系为：上述第一狭缝的前端与上述第二狭缝的前端相比位于前端侧，上述第一狭缝的后端与上述第二狭缝的后端相比位于前端侧。

2.如权利要求1所述的静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，多个上述狭缝其任意一个的前端与上述外筒电极的前端相比都位于后端侧。

3.如权利要求1或2所述的静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，多个上述狭缝其任意一个的后端与上述外筒电极的后端相比都位于前端侧。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，多个上述狭缝位于在上述外筒电极的外周面中的至少一条母线上。

5.如权利要求4所述的静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，各个多个上述狭缝位于在上述外筒电极的外周面中的多个不同的母线上。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，满足上述第一狭缝的后端与上述第二狭缝的前端相比位于前端侧的关系，遍及全周不存在狭缝的中间狭缝非形成区域位于上述外筒电极中的上述第一狭缝的后端和上述第二狭缝的前端之间。

7.如权利要求1至6中的任一项所述的静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，至少包括1个或多于1个的上述狭缝，在获取与上述外筒电极的中心轴线正交的截面时，上述狭缝的开口宽度的合计尺寸具有上述外筒电极的外周的3％或大于3％的大小。

8.如权利要求7所述的静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，在上述内部电极的外周面上形成绝缘膜，在获取上述截面时，上述狭缝的开口宽度的合计尺寸具有上述外筒电极的外周的10％或小于10％的大小。

9.如权利要求1至8中的任一项所述的静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，在上述内部电极的外周面上形成绝缘膜，上述狭缝的与上述轴线方向正交的方向的开口宽度其任意一个都小于等于5mm。

10.如权利要求1至9中的任一项所述的静电容量式液状态检测传感器，其特征在于，上述液体是尿素水。

Images