JP2000039479A

JP2000039479A - 静電容量型検出装置

Info

Publication number: JP2000039479A
Application number: JP10205189A
Authority: JP
Inventors: Satoru Okamoto; 知岡本
Original assignee: EAGLE DENSHI KK; JSK KK
Current assignee: EAGLE DENSHI KK; JSK KK
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2000-02-08
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: JP3772027B2

Abstract

(57)【要約】【課題】容器や流通配管の内面の汚れなどによる誤動
作なく、当該容器や流通配管中の各種液体や粉粒体など
の被検出誘電体を外部から確実に検出し得る静電容量型
検出装置を提供すること。【解決手段】被検出誘電体との間に非導電性隔壁を隔
てて配設された検出電極３に抵抗７を介して矩形波電圧
を印荷し、前記抵抗７と被検出誘電体とを経由するＲＣ
回路による前記検出電極３での矩形波電圧の立ち上がり
立ち下がりの時間的遅れに基づいて検出信号を出力する
ようにした静電容量型検出装置であって、前記検出電極
３に印荷される矩形波電圧と同位相且つ同周波数の矩形
波電圧を印荷される第二電極４を備えており、この第二
電極４の電位により、前記隔壁に沿って層状に存在する
誘電体を経由するＲＣ回路を遮断する構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器や流通配管内
の各種液体や粉粒体などの被検出誘電体を外部から静電
容量的に検出するための静電容量型検出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】この種の静電容量型検出装置としては、
接地状態にある前記容器や流通配管の外側に検出電極を
装着し、この検出電極に抵抗を介して矩形波電圧を対地
間で印荷し、前記抵抗と前記容器や流通配管中の被検出
誘電体とを経由するＲＣ回路による前記検出電極での矩
形波電圧の立ち上がり立ち下がりの時間的遅れに基づい
て検出信号を出力するようにしたものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかして、上記構成の
従来の静電容量型検出装置では、容器内の被検出誘電体
のレベルが検出電極の検出レベルよりも下がった状態や
流通配管中に被検出誘電体が流通していない状態であれ
ば、本来は、前記検出電極の対地間静電容量が極減して
ＲＣ回路が閉成されず、検出電極における矩形波電圧の
立ち上がり立ち下がりに時間的遅れが生じなくなり、検
出信号が出力されなくなる筈であるが、前記容器や流通
配管の内面に、水垢などの汚れ、結露、氷結、あるいは
被検出誘電体が強粘性物質である場合の層状の残留付着
などが生じている状況では、前記容器や流通配管の内面
に高周波回路的に接地状態にある誘電体層が存在するこ
とになる結果、当該誘電体層を介して検出電極を経由す
るＲＣ回路が対地間で閉成され、検出電極における矩形
波電圧の立ち上がり立ち下がりに時間的遅れが生じ、検
出信号が出力されてしまう。

【０００４】即ち、容器や流通配管の外側から内部の液
体や粉粒体を検出する従来のこの種の静電容量型検出装
置は、誤動作が生じ易くて信頼性が低いため、検出対象
の被検出誘電体の性状や、容器や配管内部の定期的清掃
などの保守面で、相当の好条件が満たされなければ実用
に供し得ないものであった。

【０００５】また、上記のような従来の静電容量型検出
装置は、被検出誘電体の対地間の静電容量に基づいて当
該被検出誘電体を検出するものであるから、当該被検出
誘電体が容器や流通配管を介して高周波回路的に接地状
態にあることが条件であり、そして検出装置に使用する
電源も、商用電源を直流変換して使用するなど、一方の
電極が高周波回路的に接地されている必要がある。

【０００６】従って、空気中に浮遊状態にある物体、例
えば非導電性材料から成るコンベヤベルト上で搬送され
る物体（誘電体）や、プレス機から排出されて非導電性
材料から成るシュート上を滑動する物体（誘電体）を従
来の静電容量型検出装置で検出することはできないし、
乾電池などを電源として利用することも実用上できなか
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の目的は、
従来のこの種の静電容量型検出装置の最大の問題点であ
る、容器内面や配管内面の汚れや結露、氷結などによる
誤動作を解消し、信頼性の高い静電容量型検出装置を提
供することにあって、その手段を後述する実施形態の参
照符号を付して示すと、被検出誘電体１６との間に非導
電性隔壁（囲壁１７ａや被覆層２２など）を隔てて配設
された検出電極３に抵抗７を介して矩形波電圧を印荷
し、前記抵抗７と被検出誘電体１６とを経由するＲＣ回
路による前記検出電極３での矩形波電圧の立ち上がり立
ち下がりの時間的遅れに基づいて検出信号を出力するよ
うにした静電容量型検出装置であって、前記検出電極３
に印荷される矩形波電圧と同位相且つ同周波数の矩形波
電圧を印荷される第二電極４を備えており、この第二電
極４の電位により、前記隔壁に沿って層状に存在する誘
電体１８を経由するＲＣ回路を遮断する構成となってい
る。

【０００８】上記構成の本発明装置を実施するについ
て、前記検出電極３における矩形波電圧の立ち上がり立
ち下がりの時間的遅れを判定するための比較回路１１に
抵抗器（可変抵抗器１０）を介して基準矩形波電圧を供
給するようにし、前記抵抗器（可変抵抗器１０）を経由
した後の矩形波電圧を利用して前記第二電極４に印荷す
る矩形波電圧を得るように構成することができる。ま
た、前記検出電極３と前記第二電極４とは、非導電性材
料から構成された基材２，２８ａに、前記第二電極４が
検出電極３の周囲を取り囲むように設けることができ
る。

【０００９】さらに、容器または流通配管の囲壁を貫通
して内側に差し込まれた状態に装着される検出器２０
を、非導電性材料から成り且つ内部に被検出誘電体が侵
入しない構造の棒状体（円筒体２１とその外側の被覆層
２２から成る）に、その周面に露出しない状態で環状の
前記検出電極３と環状の前記第二電極４とを、検出電極
３が前記棒状体の先端側に位置するように略同心状に並
列内装して構成することができる。

【００１０】本発明の第二の目的は、従来のこの種の静
電容量型検出装置では検出することができなかった物
体、即ち、空気中に浮遊する状態の物体（誘電体）でも
確実に検出し得る静電容量型検出装置を提供することに
あって、その手段を同様に説明すると、前記第二電極４
を備えた本発明装置において、前記検出電極３に印荷さ
れる矩形波電圧と逆位相且つ同周波数の矩形波電圧を印
荷される第三電極５が付加され、この第三電極５は、前
記第二電極４に対し検出電極３のある側とは反対側に配
設されたもので、当該第三電極５の電位で被検出誘電体
を検出電極３の電位と逆位相に付勢して、検出電極３に
おける矩形波電圧に立ち上がり立ち下がりの時間的遅れ
が生じるように構成されている。

【００１１】前記第三電極５を備えた本発明装置を実施
するについて、前記検出電極３、前記第二電極４、及び
前記第三電極５は、非導電性材料から構成された基材２
に、前記第二電極４と第三電極５とが検出電極３の周囲
を取り囲むように設けることができる。また、比較的小
径の容器または流通配管の外側に装着する検出器２５の
場合は、前記第二電極４は前記検出電極３の周囲を取り
囲む環状に形成し、前記第三電極５は、前記検出電極３
のある側とは反対側に配設することができる。

【００１２】さらに、容器または流通配管の囲壁２３ａ
を貫通して内側に差し込まれた状態に装着される検出器
２０の場合は、非導電性材料から成り且つ内部に被検出
誘電体が侵入しない構造の棒状体（円筒体２１とその外
側の被覆層２２から成る）に、その周面に露出しない状
態でそれぞれ環状の前記検出電極３、前記第二電極４、
及び前記第三電極５を、この順番に前記棒状体の先端側
から略同心状態で並列内装して構成することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好適実施形態を添
付図に基づいて説明すると、図１及び図２において、１
は検出器であって、非導電性材料から成る基材２の片面
に検出電極３、第二電極４、及び第三電極５が、検出電
極３を中央にしてその外側を無端リング状の第二電極４
が取り囲み、そしてさらにその外側を無端リング状の第
三電極５が取り囲むように、例えばプリント配線方法な
どにより形成されている。

【００１４】図１に示すように、前記検出器１の検出電
極３は、矩形波電圧発生回路６の互いに逆位相の矩形波
電圧を出力する２つの出力端子の内の一方の出力端子６
ａに抵抗器７を介して接続されるとともに、位相反転／
波形整形回路８の入力端子８ａに接続されている。前記
矩形波電圧発生回路６の他方の出力端子６ｂは、位相反
転／波形整形回路９の入力端子９ａに可変抵抗器１０を
介して接続され、当該位相反転／波形整形回路９の出力
端子９ｂは、比較回路１１の３つの入力端子１１ａ〜１
１ｃの内、入力端子１１ａに接続されて、当該比較回路
１１に基準矩形波電圧を印荷する。

【００１５】比較回路１１は、３つの入力端子１１ａ〜
１１ｃの電位が全てＬレベルになっている間のみ、出力
端子１１ｄの電位がＨレベルからＬレベルに切り替わる
ように、ダイオードマトリックス回路で構成されたもの
で、その入力端子１１ｂにおいて前記位相反転／波形整
形回路８の出力端子８ｂと接続されるとともに、入力端
子１１ｃにおいて前記矩形波電圧発生回路６の出力端子
６ａに接続され、位相反転／波形整形回路９から与えら
れる基準矩形波電圧と位相反転／波形整形回路８から与
えられる矩形波電圧とを比較して、前記検出電極３にお
ける矩形波電圧の立ち上がり立ち下がりの時間遅れを検
出し、その出力端子１１ｄに時間遅れ検出信号を出力す
る。１２は、前記比較回路１１の出力端子１１ｄに接続
される入力端子１２ａと、次段の出力回路１３の入力端
子１３ａに接続される出力端子１２ｂとを備えたオンオ
フ信号発生回路であって、前記比較回路１１からの時間
遅れ検出信号に基づいてオンオフ信号を次段の出力回路
１３に供給する。出力回路１３は、前記オンオフ信号発
生回路１２からのオンオフ信号に基づいて外部出力端子
１３ｂの電位を切り換えるもので、接地端子１３ｃとの
間に所定の直流電圧が印荷される電源端子１３ｄを備え
ている。

【００１６】第二電極４には、位相反転／波形整形回路
１４の出力端子１４ｂが接続され、この位相反転／波形
整形回路１４の入力端子１４ａは、前記位相反転／波形
整形回路９の入力端子９ａに接続され、可変抵抗器１０
の影響を受けた矩形波電圧が印荷されるようになってい
る。また、第三電極５には、位相反転／波形整形回路１
５の出力端子１５ｂが接続され、この位相反転／波形整
形回路１５の入力端子１５ａは、前記矩形波電圧発生回
路６の出力端子６ａに接続されている。

【００１７】以上のように構成された検出装置の検出器
１は、例えば図２Ａに示すように、水などの被検出誘電
体１６が収容される容器（タンク）１７の非導電性材料
から構成された囲壁１７ａの外側に、前記被検出誘電体
１７の有無を検出するレベルに検出電極３が位置するよ
うに適当な手段で貼付して使用することができる。図３
及び図４は、この使用状態での各回路の出力乃至は入力
の電圧波形を示すもので、図３−列(1) は、検出電極３
に対応する検出レベルに被検出誘電体１６が存在しない
場合、図３−列(2) は、検出電極３に対応する検出レベ
ルに被検出誘電体１６が存在する場合、図４−列(1)
は、図２Ｂに示すように検出電極３に対応する検出レベ
ルに被検出誘電体１６は存在しないが、囲壁１７ａの内
面に水垢や結露、氷結などによる誘電体層１８が形成さ
れている場合を示している。

【００１８】しかして検出電極３には、矩形波電圧発生
回路６の出力端子６ａから、図３−行Ａに示す矩形波電
圧が抵抗器７を介して印荷される。一方、矩形波電圧発
生回路６の出力端子６ｂから、図３−行Ｂに示すように
前記検出電極３に印荷される矩形波電圧（図３−行Ａ）
に対し１８０度位相が異なった同周波数の矩形波電圧が
出力され、これが可変抵抗器１０を経由することによ
り、図３−行Ｄに示すように立ち上がり立ち下がりに若
干の時間を要した状態で、位相反転／波形整形回路９の
入力端子９ａに供給される。従って、当該位相反転／波
形整形回路９の出力端子９ｂ（比較回路１１の入力端子
１１ａ）での矩形波電圧の波形は、図３−行Ｆに示すよ
うに、位相が１８０度反転されて、図３−行Ａに示す矩
形波電圧発生回路６の出力端子６ａの出力波形（検出電
極３に印荷される矩形波電圧の波形）と同位相になる
が、当該図３−行Ａに示す矩形波電圧よりも立ち上がり
立ち下がりが時間ｔだけ遅れた矩形波となる。

【００１９】可変抵抗器１０を経由した矩形波電圧は、
前記位相反転／波形整形回路９と同一の働きをする位相
反転／波形整形回路１４にも供給されるので、第二電極
４に印荷される矩形波電圧、即ち、位相反転／波形整形
回路１４の出力端子１４ｂでの矩形波電圧の波形は、比
較回路１１の入力端子１１ａに入力される矩形波電圧
（図３−行Ｆ）と同一の波形になる。このことから明ら
かなように、位相反転／波形整形回路９の出力端子９ｂ
と第二電極４とを接続して、前記位相反転／波形整形回
路１４を省くことも可能である。

【００２０】また、矩形波電圧発生回路６の出力端子６
ａから出力される矩形波電圧（図３−行Ａ）は、位相反
転／波形整形回路１５を経由して第三電極５に印荷され
るので、この第三電極５に印荷される矩形波電圧、即
ち、位相反転／波形整形回路１５の出力端子１５ｂの矩
形波電圧は、矩形波電圧発生回路６の出力端子６ａから
出力される矩形波電圧（図３−行Ａ）に対し１８０度位
相が異なった同周波数の矩形波電圧となり、矩形波電圧
発生回路６の出力端子６ｂから出力される矩形波電圧
（図３−行Ｂ）と同一波形のものとなる。このことから
明らかなように、矩形波電圧発生回路６の出力端子６ｂ
と第三電極５とを接続して、前記位相反転／波形整形回
路１５を省くことも可能である。

【００２１】以上の回路構成から明らかなように、検出
電極３に印荷される矩形波電圧に対して、周囲の第二電
極４には同位相で同周波数の矩形波電圧が印荷され、そ
してさらにその外側の第三電極５には逆位相で同周波数
の矩形波電圧が印荷されている。従って、図２Ａに示す
ように、検出電極３の内側に、第二電極４の電位の影響
を受ける深さ（囲壁１７ａに対し直角方向）を越える深
さで水などの誘電率の高い被検出誘電体１６が存在する
ときで且つ、容器１７が高周波回路的に接地されている
一般的な状態にあるときは、高周波回路的に接地された
大容量の被検出誘電体１６が第三電極５の電位の影響を
受けることは実質的になく、従って、第三電極５の有る
無しに関係なく、検出電極３は、第二電極４の電位の影
響を受けずに当該容器１７内の被検出誘電体１６を介し
て高周波回路的に接地され、対地間で高周波電流が流れ
ることになる。

【００２２】換言すれば、容器１７内に収容されている
被検出誘電体１６のレベルが検出電極３の検出レベルよ
りも低いときは、第二電極４や第三電極５の有る無しに
関係なく、検出電極３に印荷される矩形波電圧により高
周波電流が流れることはないので、図３−列(1) 行Ｅに
示すように、比較回路１１の入力端子１１ｂには、単
に、矩形波電圧発生回路６の出力端子６ａにおける矩形
波電圧（図３−列(1) 行Ｃ）の逆位相の矩形波電圧が供
給されることになり、その立ち上がり立ち下がりに時間
的遅れは生じていない。従って、比較回路１１の入力端
子１１ｃに供給される矩形波電圧（図３６−列(1) 行
Ｂ）に基づいて、入力端子１１ａに供給される矩形波電
圧（図３−列(1) 行Ｆ）と入力端子１１ｂに供給される
矩形波電圧（図３−列(1) 行Ｅ）とを比較回路１１にお
いて比較した結果、３入力の全ての矩形波電圧が何れも
Ｌレベルになることはないので、その出力端子１１ｄの
電位は、図３−列(1) 行Ｉに示すようにＨレベルのまま
であり、出力回路１３の入力端子１３ａ（オンオフ信号
発生回路１２の出力端子１２ｂ）及び外部出力端子１３
ｂの電位は、図３−列(1) 行Ｊ，行Ｋに示すようにＨレ
ベルのままである。

【００２３】これに対して、先に説明したように、容器
１７内に収容されている被検出誘電体１６のレベルが検
出電極３の検出レベルよりも高いときで且つ、容器１７
が高周波回路的に接地されている一般的な状態にあると
きは、第二電極４や第三電極５の有る無しに関係なく、
検出電極３に印荷される矩形波電圧により、抵抗器７、
検出電極３、及び被検出誘電体１６を経由して高周波電
流が流れるので、図３−列(2) 行Ｃに示すように、位相
反転／波形整形回路８の入力端子８ａにおける矩形波電
圧（検出電極３における矩形波電圧）は、その立ち上が
り立ち下がり時に、先に説明した可変抵抗器１０による
遅れ時間ｔよりも大きな時間Ｔの遅れが発生する。

【００２４】従って、比較回路１１の入力端子１１ｂに
は、時間Ｔだけ立ち上がり立ち下がりが遅れた矩形波電
圧（図３−列(2) 行Ｅ）が供給されるので、図３−列
(2) 行Ａ，行Ｅ，行Ｆの矩形波電圧波形から明らかなよ
うに、比較回路１１の入力端子１１ａの矩形波電圧の立
ち下がりから入力端子１１ｂの矩形波電圧の立ち上がり
までの間、比較回路１１の３入力の全ての矩形波電圧が
何れもＬレベルになり、その間だけ出力端子１１ｄの電
位は、図３−列(2) 行Ｉに示すようにＬレベルとなり、
パルス信号が出力される。この結果、オンオフ信号発生
回路１２の出力端子１２ｂ（出力回路１３の入力端子１
３ａ）及び外部出力端子１３ｂの電位は、図３−列(2)
行Ｊ，行Ｋに示すように、前記パルス信号の立ち上がり
時点でＨレベルからＬレベルに切り換えられ、当該外部
出力端子１３ｂの電位の変化を利用して、接続された適
当な外部制御手段などを介して検出電極３の検出レベル
に被検出誘電体１６が存在することを検知できる。

【００２５】次に、図２Ｂに示すように、検出電極３の
検出レベルに被検出誘電体１６は存在しないが、容器１
７の囲壁１７ａの内面に水垢や結露、氷結などによる誘
電体層１８が形成され且つ当該容器１７を介して誘電体
層１８が高周波回路的に接地されている場合を説明する
と、この誘電体層１８は厚さが最大数ミリメートルと薄
いので、第二電極４の電位の影響を確実に受けることに
なり、検出電極３の周囲に、当該検出電極３と同位相の
電位に付勢された領域を形成して、検出電極が前記誘電
体層１８を介して対地間で高周波回路的につながるのを
抑制する。

【００２６】即ち、図４−列(1) 行Ｃに示すように、前
記誘電体層１８を通じて検出電極３が対地間で高周波回
路的に接続されるので、抵抗器７、検出電極３、及び誘
電体層１８を通じて高周波電流が流れて、検出電極３に
印荷される矩形波電圧（位相反転／波形整形回路８の入
力端子８ａの矩形波電圧）には、その立ち上がり立ち下
がりに時間遅れが発生するが、第二電極４に印荷される
同位相の矩形波電圧（図４−列(1) 行Ｇ）の電位で誘電
体層１８が付勢される結果、検出電極３における矩形波
電圧（図４−列(1) 行Ｃ）の立ち上がり立ち下がりの時
間遅れが、第二電極４に印荷される同位相の矩形波電圧
（図４−列(1) 行Ｇ）の立ち上がり立ち下がり時点で強
制的に解消され、同時点で検出電極３における矩形波電
圧（図４−列(1) 行Ｃ）の立ち上がり立ち下がりが完了
する。

【００２７】従って、比較回路１１の入力端子１１ｂに
供給される矩形波電圧（図４−列(1) 行Ｅ）には、その
立ち上がり立ち下がりに若干の時間遅れが生じるが、こ
の遅れ時間は、第二電極４に印荷される矩形波電圧（図
４−列(1) 行Ｇ）の立ち上がり立ち下がりに生じている
遅れ時間、即ち、比較回路１１の入力端子１１ａに供給
される矩形波電圧（図４−列(1) 行Ｆ）の立ち上がり立
ち下がりに生じる、可変抵抗器１０による遅れ時間ｔと
等しいため、結果的には、図４−列(1) 行Ａ，行Ｅ，行
Ｆに示すように、比較回路１１における３入力の全てが
Ｌレベルになることはなく、検出電極３の検出レベルに
被検出誘電体１６が存在しないときと同様に、出力回路
１３の外部出力端子１３ｂの電位が切り替えられること
はない。即ち、誘電体層１８は検出されない。

【００２８】次に、被検出誘電体１６が高周波回路的に
接地されていない状態、例えば図２Ｃに示すように、非
導電性材料から成る隔壁（シュートやコンベヤベルトな
ど）１９の上を板状などの被検出誘電体１６が断続的に
移動する設備において、この被検出誘電体１６を検出す
るために、検出位置で前記隔壁１９の下側に検出器１が
取り付けられている場合では、前記隔壁１９上を移動す
る被検出誘電体１６は高周波回路的には接地されていな
いため、検出器１の真上を通過するとき、第三電極５の
電位（検出電極３の電位とは逆位相の電位）によって付
勢される。この場合、被検出誘電体１６の厚さ（隔壁１
９に対し直角方向の厚さ）が第二電極４の電位が影響す
る深さ（隔壁１９に対し直角方向の深さ）よりも大きい
ことが条件となる。

【００２９】上記の場合、被検出誘電体１６が検出器１
の真上を通過するとき、当該被検出誘電体１６は、検出
電極３の電位とは逆位相の第三電極５の矩形波電圧を受
けてその電位に付勢されるので、図４−列(2) 行Ｃに示
すように、検出電極３に印荷される矩形波電圧（位相判
定／波形整形回路８の入力端子８ａでの矩形波電圧）の
立ち上がり立ち下がり時に逆位相の第三電極５の電位が
重畳されて、２倍低い電位から立ち上がるかまたは、２
倍高い電位から立ち下がることになる。換言すれば、被
検出誘電体１６に対する検出電極３による充放電電圧が
２倍になるため、検出電極３に印荷される矩形波電圧
（位相判定／波形整形回路８の入力端子８ａでの矩形波
電圧）の立ち上がり立ち下がりの完了までの遅れ時間
Ｔ’が、先に説明した可変抵抗器１０による遅れ時間ｔ
よりも大きくなる。

【００３０】従って、比較回路１１の入力端子１１ｂに
は、時間Ｔ’だけ立ち上がり立ち下がりが遅れた矩形波
電圧（図４−列(2) 行Ｅ）が供給されるので、図４−列
(2)行Ａ，行Ｅ，行Ｆの矩形波電圧波形から明らかなよ
うに、比較回路１１の入力端子１１ａの矩形波電圧の立
ち下がりから入力端子１１ｂの矩形波電圧の立ち上がり
までの間、比較回路１１の３入力の全ての矩形波電圧が
何れもＬレベルになり、その間だけ出力端子１１ｄの電
位は、図４−列(2) 行Ｉに示すようにＬレベルとなり、
パルス信号が出力される。この結果、図３−列(2) にお
いて説明した通り、出力回路１３の外部出力端子１３ｂ
の電位が、図４−列(2) 行Ｋに示すように、前記パルス
信号の立ち上がり時点でＨレベルからＬレベルに切り換
えられ、当該外部出力端子１３ｂの電位の変化を利用し
て、接続された適当な外部制御手段などを介して検出器
１の位置を通過する被検出誘電体１６を隔壁１９の下側
から検知することができる。

【００３１】この場合にも、検出器１の真上で隔壁１９
の上面に汚れなどによる薄い誘電体層が形成されたとし
ても、図４−列(1) に基づいて説明した第二電極４の作
用により、被検出誘電体１６が通過していないにもかか
わらず検出信号が出力されるというような誤動作は生じ
ない。

【００３２】なお、上記実施形態における各回路部品
は、３つの電極３〜５を備えた検出器１と一体に組み込
むこともできるし、検出器１とは別のケーシング内に内
装することもできる。また、検出器１を独立させるとき
は、非導電性材料から成る基材２を可撓性のあるシート
から構成して、各電極３〜５を含めて検出器１の全体に
可撓性を与えることにより、検出器１を配管の外側面な
ど、曲面上にも貼付することが可能になる。勿論、配管
や容器の外側面の曲面に沿って湾曲した基材２を使用し
て検出器１を構成することもできる。

【００３３】さらに、金属などの導電性材料から構成さ
れた容器（タンク）や流通配管にも使用できる検出装置
とするときは、例えば、図５に示すような棒状検出器２
０を使用することができる。この棒状検出器２０は、合
成樹脂やガラスなどの非導電性材料から成る円筒体２１
の周面に前記検出電極３、第二電極４、及び第三電極５
を、円筒体２１の先端からこの順番に並列するように、
同心環状に形成し、その外側から円筒体２１の全面を覆
うように、合成樹脂やガラスなどの非導電性材料から成
る被覆層２２を形成し、円筒体２１の基部には、容器な
ど２３の囲壁２３ａに設けられた貫通ねじ孔２４に螺嵌
する螺軸部２１ａと、囲壁２３ａの外側に突出する頭部
２１ｂとを形成したものである。勿論、合成樹脂やガラ
スなどの非導電性材料から成る先端が閉じた円筒体の内
面に環状の各電極３〜５を形成して構成することも可能
である。各電極３〜５に対する配線３ａ〜５ａは、円筒
体２１の内部を経由して頭部２１ｂから外に導き出され
る。また、この頭部２１ｂを、各回路部品が内装される
ケーシングに構成して、棒状検出器２０を一体に備えた
検出装置とすることもできる。

【００３４】また、比較的小径の流通配管や容器に使用
する場合は、図６及び図７に示すような検出器２５を使
用することができる。この検出器２５は、流通配管など
２６を挟み込むことができるようにヒンジ２７により開
閉自在に連結された２つの横断面円弧形の非導電性材料
から成る基材２８ａ，２８ｂの内面に、前記各電極３〜
５を形成したものであり、検出電極３は、一方の基材２
８ａの内面中央に配設され、第二電極４は、当該基材２
８ａの内面で前記検出電極３を取り囲むように環状に配
設され、第三電極５は、他方の基材２８ｂの内面で前記
検出電極３に対面するように配設されている。なお２９
ａ，２９ｂは、両基材２８ａ，２８ｂを流通配管など２
６の検出位置に巻き付けるように装着したときに互いに
係合する係止具である。

【００３５】上記構成の棒状検出器２０や巻装型検出器
２５においても、先に説明した平板状の検出器１を容器
や配管の外側面に装着した場合と同様に、棒状検出器２
０が容器など２３内の収容または流通している被検出誘
電体に浸っているとき、または巻装型検出器２５の装着
レベルにおいて流通配管など２６の内部に被検出誘電体
が存在するときは、検出電極３に印荷される矩形波電圧
の立ち上がり立ち下がりの時間遅れを利用して、当該被
検出誘電体の検知出力を得ることができ、当該棒状検出
器２０や巻装型検出器２５の位置に被検出誘電体が無い
にもかかわらず、当該棒状検出器２０の外周面に付着す
るかまたは流通配管など２６の内面に付着する汚れなど
の誘電体層によって検知出力が生じることは、検出電極
３を取り囲む環状の第二電極４により防止することがで
きる。さらに、前記容器など２３や流通配管など２６が
高周波回路的に接地されない状態、例えば前記容器など
２３や流通配管など２６が空気層（発泡合成樹脂製の断
熱材などを含む）を介して設置されていたり、空中に吊
り下げられている状態にある場合でも、前記平板状の検
出器１が外側面に装着された容器１７や流通配管の場合
も同様であるが、第三電極５の働きにより、検出電極３
による被検出誘電体の検知作用を所期通りに確実に行わ
せ得る。

【００３６】なお、以上の実施形態の説明から明らかな
ように、被検出誘電体を収容または流通させる容器や配
管などが高周波回路的に確実に接地される場合、勿論、
検出装置に使用される電源として、商用交流電源をＡＣ
／ＤＣ変換アダプターにより直流変換して使用する場合
などであるが、第三電極５は省くことができる。換言す
れば、第三電極５は本発明に必須のものではない。しか
して、当該第三電極５を併用するときは、図６及び図７
に示した巻装型検出器２５の構成からも明らかなよう
に、検出電極３から見て第二電極４の外側に第三電極５
があることは条件となるが、第二電極４を取り囲む環状
のものである必要はない。また、第二電極４は、検出電
極３の周囲を取り囲む環状のものである必要はあるが、
完全に閉じた環状である必要はなく、一部分が分断され
たＣの字形のものであっても良い。

【００３７】なお、被検出誘電体の存在により検出電極
３に印荷される矩形波電圧の立ち上がり立ち下がりに生
じる遅れ時間Ｔが、被検出誘電体の性状や検出電極３と
被検出誘電体との間の非導電性隔壁（容器囲壁１７ａな
ど）の材質などにより変化するが、可変抵抗器１０は、
前記遅れ時間Ｔよりも比較回路１１の入力端子１１ａ及
び第二電極４に加えられる矩形波電圧の立ち上がり立ち
下がりの遅れ時間ｔが小さくなるように抵抗値が調整さ
れる。しかしながら、予想される遅れ時間Ｔの最小値よ
りも遅れ時間ｔが小さくなれば良いのであるから、前記
可変抵抗器１０に代えて、固定抵抗器を使用することも
できる。

【００３８】また、第二電極４に加える矩形波電圧の電
圧を小さくすることにより、図２Ｂに示すように容器囲
壁１７ａなど、被検出誘電体と検出電極３との間の非導
電性隔壁の内面の汚れなどの誘電体層１８を、被検出誘
電体が存在する場合と同様に、検出電極３における矩形
波電圧の立ち上がり立ち下がりの時間遅れにより検出し
てしまうことになる。換言すれば、第二電極４に加える
矩形波電圧の電圧を調整可能にするとともに、その印荷
電圧値を読み取れるように構成すれば、被検出誘電体が
存在しないことが明らかである状況において、第二電極
４に加える矩形波電圧の電圧を調整し、検知信号が出力
されたときの電圧値から前記汚れなどの誘電体層１８の
厚みを容器などの外部から判別することも可能になる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように実施し得る本発明の静電容
量型検出装置では、被検出誘電体は検出位置に存在しな
いが、検出電極の内側の非導電性隔壁の内面に沿って汚
れなどの誘電体層が存在する場合、検出電極に印荷され
る矩形波電圧と同位相且つ同周波数の矩形波電圧を印荷
される第二電極の電位により、前記汚れなどの誘電体層
を経由するＲＣ回路を遮断することができるので、前記
非導電性隔壁の内面に形成される汚れなどの誘電体層を
検出電極により検出してしまうことがない。

【００４０】即ち、本発明の静電容量型検出装置によれ
ば、容器や流通配管の内面の汚れや結露、氷結などによ
り誤動作することなく、検出電極が対応する検出位置に
被検出誘電体が存在するか否かを容器や流通配管の外部
から精度良く検出することができるので、被検出誘電体
の性状や、容器や流通配管の内部の定期的清掃などの保
守作業に影響されない、信頼性の高い静電容量型検出装
置として活用することができる。

【００４１】なお、請求項２に記載の構成によれば、検
出電極における矩形波電圧の立ち上がり立ち下がりの時
間的遅れを判定するための比較回路に抵抗器、例えば可
変抵抗器を介して基準矩形波電圧を供給するようにした
静電容量型検出装置において、検出対象の被検出誘電体
の性状や被検出誘電体と検出電極との間の隔壁の厚さや
材質などに応じて前記抵抗器の抵抗値が調整されても、
第二電極に印荷される矩形波電圧の立ち上がり立ち下が
りのタイミングを、検出電極における矩形波電圧の立ち
上がり立ち下がりの時間的遅れを判定するタイミングに
同期させることができるので、汚れなどの誘電体層を検
出させないという第二電極の所期の機能を常に精度良く
発揮させることができる。

【００４２】また、請求項３に記載の構成によれば、非
導電性材料から構成された容器または流通配管の外側に
貼付するなどの簡単な取り付け方法で使用することがで
き、しかも、当該容器などの内面の汚れによる誤動作な
く確実に内部の被検出誘電体の有無を検出する検出装置
として活用することができる。さらに請求項４に記載の
構成によれば、金属製の容器や流通配管の内部の被検出
誘電体も、当該容器または流通配管の囲壁を貫通させて
内側に差し込む形式の棒状の検出器により、当該棒状検
出器の周面の汚れなどによる誤動作なく確実に検出する
ことができる。

【００４３】請求項５に記載の構成によれば、被検出誘
電体が高周波回路的に接地状態になくとも、当該被検出
誘電体を確実に検出することができる。従って、空気中
に浮遊状態にある物体、例えば非導電性材料から成るコ
ンベヤベルト上で搬送される物体（誘電体）や、プレス
機から排出されて非導電性材料から成るシュート上を滑
動する物体（誘電体）を、静電容量的に検出し得る検出
装置として活用することができる。また、この結果、電
源に乾電池などの二次電池を活用することが容易にな
る。

【００４４】上記のように、高周波回路的に接地状態に
ならない被検出誘電体をも検出できる検出装置として実
施する場合、請求項６〜８に記載の構成により、各電極
を備えた検出器を、被検出誘電体の収容容器や流通配管
の外側に取り付けて使用する場合、あるいは前記のよう
に断続的に移動通過する被検出誘電体を案内する非導電
性隔壁の下側に取り付けて使用する場合、若しくは金属
製容器や流通配管の内部に差し込んで使用する場合など
に好適なものとして、活用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】装置全体の回路図である。

【図２】Ａ図は検出レベルに被検出誘電体の有る状態
を示す要部の縦断側面図、Ｂ図は検出レベルに被検出誘
電体が無く、汚れなどの誘電体層が有る状態を示す要部
の縦断側面図、Ｃ図は別の使用方法を示す一部縦断側面
図である。

【図３】検出レベルに被検出誘電体の有る状態と無い
状態での各端子の電圧波形を説明する図である。

【図４】検出レベルに被検出誘電体が無く、汚れなど
の誘電体層が有る状態と、空中の被検出誘電体を検出す
る状態での各端子の電圧波形を説明する図である。

【図５】棒状検出器の使用状態を示す縦断側面図であ
る。

【図６】巻装型検出器の使用状態を示す横断平面図で
ある。

【図７】同巻装型検出器の展開状態を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１平板状の検出器２非導電性材料から成る基材３検出電極４第二電極５第三電極６矩形波電圧発生回路７抵抗器８位相反転／波形整形回路９位相反転／波形整形回路１０可変抵抗器１１比較回路１２オンオフ信号発生回路１３出力回路１４位相反転／波形整形回路１５位相反転／波形整形回路１６被検出誘電体１７容器１７ａ非導電性材料から成る囲壁１８汚れなどの誘電体層１９シュートやコンベヤベルトなどの非導電性材料
から成る隔壁２０棒状検出器２１非導電性材料から成る円筒体２２非導電性材料から成る被覆層２５巻装型検出器２７ヒンジ２８ａ非導電性材料から成る基材２８ｂ非導電性材料から成る基材

【手続補正書】

【提出日】平成１０年８月２５日（１９９８．８．２
５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G060 AA05 AA08 AF04 AF10 AG06 AG07 AG08 AG10 AG11 EB02 FA01 GA01 HA03 HC01 HC07 HC09 HC10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検出誘電体との間に非導電性隔壁を隔て
て配設された検出電極に抵抗を介して矩形波電圧を印荷
し、前記抵抗と被検出誘電体とを経由するＲＣ回路によ
る前記検出電極での矩形波電圧の立ち上がり立ち下がり
の時間的遅れに基づいて検出信号を出力するようにした
静電容量型検出装置であって、前記検出電極に印荷され
る矩形波電圧と同位相且つ同周波数の矩形波電圧を印荷
される第二電極を備えており、この第二電極の電位によ
り、前記隔壁に沿って層状に存在する誘電体を経由する
ＲＣ回路を遮断するようにした、静電容量型検出装置。
【請求項２】前記検出電極における矩形波電圧の立ち上
がり立ち下がりの時間的遅れを判定するための比較回路
に抵抗器を介して基準矩形波電圧を供給するようにした
静電容量型検出装置であって、前記抵抗器を経由した後
の矩形波電圧を利用して前記第二電極に印荷する矩形波
電圧を得るようにした、請求項１に記載の静電容量型検
出装置。
【請求項３】非導電性材料から構成された基材に前記検
出電極と前記第二電極とを設けたもので、前記第二電極
は、前記検出電極の周囲を取り囲む環状に形成されてい
る、請求項１または２に記載の静電容量型検出装置。
【請求項４】容器または流通配管の囲壁を貫通して内側
に差し込まれた状態に装着される検出器を備え、当該検
出器は、非導電性材料から成り且つ内部に被検出誘電体
が侵入しない構造の棒状体に、その周面に露出しない状
態で環状の前記検出電極と環状の前記第二電極とが、検
出電極が前記棒状体の先端側に位置するように略同心状
に並列内装されたものである、請求項１または２に記載
の静電容量型検出装置。
【請求項５】前記検出電極に印荷される矩形波電圧と逆
位相且つ同周波数の矩形波電圧を印荷される第三電極を
備え、この第三電極は、前記第二電極に対し検出電極の
ある側とは反対側に配設されたもので、当該第三電極の
電位で被検出誘電体を検出電極の電位と逆位相に付勢し
て、前記検出電極における矩形波電圧に立ち上がり立ち
下がりの時間的遅れが生じるようにした、請求項１〜４
の何れかに記載の静電容量型検出装置。
【請求項６】非導電性材料から構成された基材に前記検
出電極、前記第二電極、及び前記第三電極を設けたもの
で、前記第二電極と第三電極とは、前記検出電極の周囲
を取り囲む環状に形成されている、請求項５に記載の静
電容量型検出装置。
【請求項７】前記第二電極は前記検出電極の周囲を取り
囲む環状に形成され、前記第三電極は、容器または流通
配管に対し前記検出電極のある側とは反対側に配設され
ている、請求項５に記載の静電容量型検出装置。
【請求項８】容器または流通配管の囲壁を貫通して内側
に差し込まれた状態に装着される検出器を備え、当該検
出器は、非導電性材料から成り且つ内部に被検出誘電体
が侵入しない構造の棒状体に、その周面に露出しない状
態でそれぞれ環状の前記検出電極、前記第二電極、及び
前記第三電極が、この順番に前記棒状体の先端側から略
同心状態で並列内装されたものである、請求項５に記載
の静電容量型検出装置。