JP2001183216A - 静電容量式液面レベル計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物の液面が振動などにより変動しても
安定して液面レベルを検出できると共に、被測定物の誘
電率が温度に依存して変化しても精度良く液面レベルを
検出することができる静電容量式液面レベル計を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 被測定対象の液面レベルの変化に応じて
静電容量値が変化する静電容量センサＳＣと、静電容量
センサをＣＲマルチバイブレータの静電容量成分として
含むように構成された容量検出用発振回路１５と、容量
検出用発振回路が発生する信号の周波数を計数する周波
数計測回路２１と、周波数計測回路の計数値を保持する
ラッチ回路２３と、所定の時間間隔毎にラッチ回路への
ラッチ指令と周波数計測回路への初期化指令とを発する
基準用発振回路１７とを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定対象の液面
レベルの変化に応じてその静電容量値が変化する静電容
量センサを用いた静電容量式液面レベル計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の静電容量式液面レベル計
では、静電容量センサで検出した静電容量値をブリッジ
回路やアナログ増幅回路を通してアナログ出力に変換し
ている。この場合、ブリッジ回路部や増幅回路部での温
度変化や設置条件等の外的要因に起因して出力に誤差が
生じがちであり、そのためレベル計の設置時やメインテ
ナンス時などにゼロ点調節を行なう必要があった。

【０００３】こうした調整の煩雑さを避けるため、例え
ば特開平６−２５８１２７号公報では、マルチバイブレ
ータ式の発振回路によってデジタル的に液面レベルを検
出するようにしており、アナログ的な誤差の発生を防止
するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが上述の従来技
術では、ガソリン・軽油・灯油などといった燃料の液面
レベルを検出しようとした場合、かかる被測定物の誘電
率は一般に温度に依存して変化することから、マルチバ
イブレータの発振周波数が変化したとき、それが液面レ
ベルの変化によるものなのか温度変化によるものなの
か、を区別できないという問題点があった。

【０００５】また上述の従来技術の液面レベル計は、例
えば生コンクリート製造プラントのような固定設備に取
付ける場合には良好に動作するものの、例えば車両のよ
うな移動体の燃料タンクの液面レベル計として用いる場
合には、車両の振動に伴って液面が上下するため、検出
指針も小刻みに振動して、正確な液面レベルを知ること
が難しかった。

【０００６】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてな
されたもので、被測定物の液面が振動などにより変動し
ても安定して液面レベルを検出できると共に、被測定物
の誘電率が温度に依存して変化しても精度良く液面レベ
ルを検出することができる静電容量式液面レベル計を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に係る本発明の静電容量式液面レベル計は、
被測定対象の液面レベルの変化に応じてその静電容量値
が変化する静電容量センサと、前記静電容量センサでの
検出静電容量をＣＲマルチバイブレータの静電容量成分
として含むように構成された容量検出用発振回路と、前
記容量検出用発振回路が発生する信号の周波数を計数す
る周波数計測回路と、前記周波数計測回路の計数値を保
持するラッチ回路と、所定の時間間隔毎に前記ラッチ回
路へのラッチ指令と前記周波数計測回路への初期化指令
とを発する基準用発振回路とを備えて構成されることを
特徴としている。

【０００８】請求項１に記載の静電容量式液面レベル計
によれば、静電容量センサでの検出静電容量によりＣＲ
マルチバイブレータを動作させてその発振周波数をもと
に液面レベルを検出するので、アナログ的な誤差を無く
することができ、高精度でメインテナンスが容易であ
る。また、所定の時間間隔毎に周波数を計数すること
で、実質的に積分動作をしたのと同様になり、短時間の
周期での液面の変化が平滑化され、振動による液面変化
の影響を受けにくくなる。

【０００９】さらに請求項２に記載の静電容量式液面レ
ベル計は、請求項１に記載の静電容量式液面レベル計に
おいて、前記容量検出用発振回路を構成するＣＲマルチ
バイブレータの抵抗成分としてサーミスタを含むことを
特徴としている。

【００１０】請求項２に記載の静電容量式液面レベル計
によれば、被測定物の誘電率が温度に依存して変化した
場合であっても、サーミスタの抵抗値の変化により、こ
の影響を打消して液面レベルを高い精度で測定すること
ができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
に係る静電容量式液面レベル計の実施形態を説明する。

【００１２】図１は静電容量式液面レベル計の構成を示
すブロック図、図２は具体的な回路図、図３は本発明の
動作説明図、図４は本発明に係る静電容量センサの電極
を説明する図である。

【００１３】図１に示す静電容量式液面レベル計１１
は、被測定対象の液面レベルの変化に応じてその静電容
量値Ｃ１が変化する静電容量センサＳＣと、静電容量セ
ンサＳＣでの検出静電容量Ｃ１をＣＲマルチバイブレー
タの静電容量成分として含むように構成された容量検出
用発振回路１５と、容量検出用発振回路１５が発生する
信号の周波数を計数する周波数計測回路２１と、周波数
計測回路２１の計数値を保持するラッチ回路２３と、所
定の時間間隔毎にラッチ回路２３へのラッチ指令と周波
数計測回路２１への初期化指令とを発する基準用発振回
路１７とを備えて構成される。

【００１４】本発明に係る静電容量センサの電極は、図
４に示すように、底部が開口した円筒形状の外側電極１
と、外側電極１よりも細い直径を有し、底部が封止３ｂ
された円筒形状の中間電極３と、この中間電極３よりも
細い直径を有し、円筒形状又は丸棒形状の中心電極５
と、を備え、これら３つの電極が同軸に配置されてい
る。外側電極１と中間電極３との間には被測定物（例え
ば燃料）が自由に流入して充満するので、両電極１，３
間の静電容量値Ｃ１は液面のレベルに応じて変化する。
また、中間電極３の底部は封止３ｂされており、これと
中心電極５との間には被測定物が流入することはないの
で、両電極３，５間の静電容量成分は基準静電容量Ｃ２
として利用する。

【００１５】図２において、基準電位発生回路１３は、
容量検出用発振回路１５と基準用発振回路１７との各々
に備えられたオペアンプを単電源で動作させるために必
要なもので、ＶｃｃをＲ４とＲ５とで分圧して（なおＲ
４＝Ｒ５）、Ｖｃｃ／２の電圧を出力している。

【００１６】容量検出用発振回路１５は、静電容量セン
サＳＣとサーミスタＲ３とから構成されるＣＲマルチバ
イブレータであって、その発振周期Ｔは、 Ｔ＝２・Ｒ３・Ｃ１・ｌｏｇ_ｅ（１＋Ｒ２／Ｒ１） である。

【００１７】ここで、 Ｃ１＝ε_０・ε_ｒ・Ｓ／ｄ ただし、ε_０は真空の誘電率、ε_ｒは比誘電率、Ｓは電
極面積、ｄは電極間距離であるから、被測定物がガソリ
ン・灯油・軽油などの場合には、温度が上昇すると比誘
電率ε_ｒ も増加することから、Ｃ１が増加して発振周
期Ｔも大きくなる。そこで、この影響を打消すために、
温度が上昇すると抵抗値が下がる傾向のサーミスタＲ３
を組入れることにより、温度が変化しても発振周期Ｔが
変化しないようにする。なお、被測定物の温度特性と完
全に一致するサーミスタが入手できない場合でも、サー
ミスタと並列または直列に抵抗を接続して組合わせたも
のをＲ３として使用することにより、被測定物の温度変
化に近似させることが可能である。

【００１８】容量検出用発振回路１５の出力側にはバッ
ファとしてのボルテージフォロアが備えられており、そ
の出力は周波数計測回路２１へ接続されている。周波数
計測回路２１はデジタルカウンタであって、ＣＬＫへの
入力を２進数として計数し、ＯＡ〜ＯＨの出力端子に０
０ｈ〜ＦＦｈの値として出力する。また、その計数値は
ＣＬＲへの入力によってクリアされる。

【００１９】ラッチ回路２３は、ＣＬＫへ入力があった
ときに入力Ｄ１〜Ｄ８の値をラッチしてＱ１〜Ｑ８に出
力するデジタル回路であって、入力Ｄ１〜Ｄ８は前記し
た周波数計測回路２１の出力ＯＡ〜ＯＨに出力されてお
り、出力Ｑ１〜Ｑ８は梯子状のＤ／Ａ変換回路２５へと
接続されている。

【００２０】基準用発振回路１７は、ＣＲマルチバイブ
レータとして構成されているが、基準静電容量Ｃ２は固
定値であり、また、抵抗Ｒ８も固定値である。従って、
基準用発振回路１７は一定の周波数で発振する。

【００２１】このように構成された静電容量式液面レベ
ル計１１では、基準用発振回路１７が所定の周波数で発
振している。そして、基準用発振回路１７がパルスを発
生したとき、そのパルスはラッチ回路２３のＣＬＫへ入
力され周波数計測回路２１の計数値ＯＡ〜ＯＨをラッチ
してラッチ回路２３の出力Ｑ１〜Ｑ８に保持出力され
る。また、前記パルスはバッファ１９を通って若干の時
間遅れを生じた後に周波数計測回路２１のＣＬＲへも入
力され、周波数計測回路２１の出力ＯＡ〜ＯＨをクリア
する。よって、バッファ１９での時間遅れがあるため
に、ラッチ回路２３の出力Ｑ１〜Ｑ８には、クリアされ
る直前の周波数計測回路２１の計数値が常時保持される
ことになる。

【００２２】ここで、容量検出用発振回路１５の発振周
波数は、図３に示すように、液面レベルの上下に応じた
検出静電容量Ｃ１の値に対応して変化するから、ラッチ
回路２３のデジタル出力とＤ／Ａ変換回路２５からのア
ナログ出力は共に液面レベルに対応したものとなる。し
かも、得られる計数値は、基準用発振回路１７が発生す
るパルスの周期の間にわたって、容量検出用発振回路１
５の発振をカウントしたものであるから、いわば積分が
なされたものと同等であり、液面の振動などによる短周
期の変動の影響が平滑化されたものとなる。

【００２３】なお、上述した実施の形態は、本発明の理
解を容易にするために例示的に記載したものであって、
本発明の技術的範囲を限定するために記載したものでは
ない。したがって、本発明は、その技術的範囲に属する
全ての実施の形態を含むことは当然として、そのいかな
る均等物をも含む趣旨である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
静電容量式液面レベル計によれば、静電容量センサでの
検出静電容量によりＣＲマルチバイブレータを動作させ
てその発振周波数をもとに液面レベルを検出するので、
アナログ的な誤差を無くすることができ、高精度でメイ
ンテナンスが容易である。また、所定の時間間隔毎に周
波数を計数することで、実質的に積分動作をしたのと同
様になり、短時間の周期での液面の変化が平滑化され、
振動による液面変化の影響を受けにくくなる。

【００２５】請求項２に記載の静電容量式液面レベル計
によれば、被測定物の誘電率が温度に依存して変化した
場合であっても、サーミスタの抵抗値の変化により、こ
の影響を打消して液面レベルを高い精度で測定すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による静電容量式液面レベル
計の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施形態による静電容量式液面レベル
計の具体的な構成を示す回路図である。

【図３】本発明の動作を説明する図である。

【図４】本発明に係る静電容量センサの電極を説明する
図である。

【符号の説明】

１１ 静電容量式液面レベル計 １３ 基準電位発生回路 １５ 容量検出用発振回路 １７ 基準用発振回路 １９ 遅延回路 ２１ 周波数計測回路 ２３ ラッチ回路 ２５ Ｄ／Ａ変換回路 ＳＣ 静電容量センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定対象の液面レベルの変化に応じて
   その静電容量値が変化する静電容量センサと、 前記静電容量センサでの検出静電容量をＣＲマルチバイ
   ブレータの静電容量成分として含むように構成された容
   量検出用発振回路と、 前記容量検出用発振回路が発生する信号の周波数を計数
   する周波数計測回路と、 前記周波数計測回路の計数値を保持するラッチ回路と、 所定の時間間隔毎に前記ラッチ回路へのラッチ指令と前
   記周波数計測回路への初期化指令とを発する基準用発振
   回路と、を備えて構成されることを特徴とする静電容量
   式液面レベル計。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の静電容量式液面レベル
   計において、 前記容量検出用発振回路を構成するＣＲマルチバイブレ
   ータの抵抗成分としてサーミスタを含むことを特徴とす
   る静電容量式液面レベル計。