JP2003057095A - 液面レベル検出器 - Google Patents
液面レベル検出器Info
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- JP2003057095A JP2003057095A JP2001249751A JP2001249751A JP2003057095A JP 2003057095 A JP2003057095 A JP 2003057095A JP 2001249751 A JP2001249751 A JP 2001249751A JP 2001249751 A JP2001249751 A JP 2001249751A JP 2003057095 A JP2003057095 A JP 2003057095A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡単な構造および回路で、正確でかつ十分な感
度が得られ、しかも低コストなデジタル信号出力の液面
レベル検出器を提供することを目的とする。 【解決手段】被測定対象の液中浸漬の割合に応じて静電
容量が変化する静電容量式電極ＣＳと、前記電極の静電
容量を発振時定数として構成された発振回路３と、発振
回路出力の周期を基準クロックで計数するカウンタ回路
４および基準クロック発生回路２と、カウンタ回路４の
計数値をラッチするラッチ回路５と、計数終了後にラッ
チトリガ信号および、ラッチ後にカウンタ回路をクリア
するためのクリア信号を発生するタイミング発生回路６
で構成する。
度が得られ、しかも低コストなデジタル信号出力の液面
レベル検出器を提供することを目的とする。 【解決手段】被測定対象の液中浸漬の割合に応じて静電
容量が変化する静電容量式電極ＣＳと、前記電極の静電
容量を発振時定数として構成された発振回路３と、発振
回路出力の周期を基準クロックで計数するカウンタ回路
４および基準クロック発生回路２と、カウンタ回路４の
計数値をラッチするラッチ回路５と、計数終了後にラッ
チトリガ信号および、ラッチ後にカウンタ回路をクリア
するためのクリア信号を発生するタイミング発生回路６
で構成する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電解質溶液を被測定
溶液とし、その液面レベルの変化に対応して静電容量が
変化する電極を用いた液面レベル検出器に関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】従来の静電容量式液面レベル検出器で
は、電極から液面までの空中の静電容量変化を検出した
ものや、液そのものの液レベル変化による静電容量変化
を検出するものが多くを占める。この場合、周囲温度変
化や液温度変化に対する補正が必要であり、また液の比
誘電率の違いに対する補正も必要である。そのため検出
回路も複雑になり、電極の構造も基準電極を設けたり、
あるいは可動部分が必要であったりするため、小型省ス
ペース型形状にすることや、低コストにすることができ
ない。またアナログ回路の場合は温度変化や部品のばら
つきによる誤差の発生も避けられない。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上述のように従来技術
では電極の構造などが複雑であり、製造コストも高く、
簡便で低価格な液面レベル検出器を構成することができ
ない。 【０００４】本発明は被測定対象液が電解質溶液である
場合に、液の導電率の変化や比誘電率の変化に依存する
ことなく簡便で正確かつ低価格な、デジタル信号出力の
液面レベル検出器を提供することを目的とする。 【０００５】 【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に記載する本発明の検出器は、被測定対象の
液中浸漬の割合に応じて静電容量を変化させる静電容量
式電極ＣＳと、前記電極の静電容量を発振時定数として
構成された発振回路３と、発振回路周期のハイレベル期
間幅を計測するカウンタ回路４と、カウンタ回路４に入
力する基準クロック発生回路２と、前記カウンタ回路４
の計数値を保持するラッチ回路５と、計数終了後にラッ
チトリガ信号および、ラッチ後にカウンタ回路をクリア
するためのクリア信号を発生するタイミング発生回路６
とで構成されていることを特徴としている。さらに電源
投入時にラッチ回路４とタイミング発生回路に初期化信
号を供給するパワーオンリセット回路７を含む。 【０００６】請求項１に記載する液面レベル検出器は、
被測定対象の液中浸漬の割合に応じて静電容量を変化さ
せる電極として、棒状導体に誘電体を被膜した電極を用
いる。誘電体を被膜した電極は中心導体と被測定液の間
に誘電体被膜による静電容量が生じる。一般に静電容量
は電極間の比誘電率と電極面積に比例し、電極間の距離
に反比例する。このため、電極に同一の誘電体材料で一
定厚みの被膜を形成すると、静電容量は電極が液中に浸
漬される長さ（面積）に比例する。液は単なる電極とし
てしか使用しないため液の導電率の変化や比誘電率の変
化に依存しない。上述の電極を用いた請求項１に記載す
る液面レベル検出器は、簡単な構成で液面レベルの変化
をデジタル信号として出力できるため、小型省スペース
で、低コストで製造できることを特徴としている。 【０００７】また全てがデジタル信号で処理されるた
め、アナログ回路に見られるような部品精度による誤差
や、温度変化による誤差の発生が無いのも特徴としてい
る。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
に依る液面レベル検出器の実施形態を説明する。図１は
棒状導体に誘電体を被膜した静電容量式電極の概念的な
斜視図である。図２は請求項１に記載する液面レベル検
出器の構成を示すブロック図である。図３は請求項１に
記載する液面レベル検出器の回路図である。図４は請求
項１に記載する液面レベル検出器の動作タイミング図で
ある。 【０００９】請求項１に記載する液面レベル検出器は、
静電容量式電極ＣＳの静電容量が液面レベルの変化に応
じて変化するため、その静電容量を発信時定数として得
た発信周期のハイレベル期間を基準クロックで計数する
ことにより、液面レベルの変化に応じたデジタル信号を
出力することを特徴としている。以下各部の動作につい
て詳細を説明する。 【００１０】請求項１に記載する液面レベル検出器にお
ける、発振回路３はオペアンプＯＰ１、可変抵抗Ｒ１、
抵抗Ｒ２，Ｒ３及び静電容量式電極ＣＳで構成され、Ｃ
Ｓの静電容量およびＲ１を発振時定数とするＣＲ発振回
路である。オペアンプＯＰ２および抵抗Ｒ４，Ｒ５で構
成される回路は発信回路３を単一電源で動作させるため
にＲ４＝Ｒ５としてＶＣＣの２分の１の電圧を得てい
る。この発振回路３の発振周波数はＲ２＝Ｒ３とするこ
とにより概略１／（２．２・ＣＳ・Ｒ１）である。さら
に可変抵抗Ｒ１を調整して発振周波数を変更すること
で、最終的なデジタル出力値を調整することが出来る。
液の浸漬レベルが低いときは、静電容量が少ないため高
い周波数で発振し、液の浸漬レベルが高い時は発振周波
数が低くなる。すなわち、液の浸漬レベルと発振周波数
は反比例する。発振回路２の出力発振周期Ｔにおけるハ
イレベル期間ＴＨとローレベル期間ＴＬの比は発振周波
数が変化しても一定であるため、ハイレベル期間ＴＨの
みの情報でも発信周期情報とすることができる。 【００１１】請求項１に記載する液面レベル検出器にお
ける、基準クロック発生回路２はインバータＩＮＶ１と
水晶発振子Ｘ１およびＣ１，Ｃ２，Ｒ６で構成され、水
晶発振子の持つ基準周波数の矩形波を出力する。基準ク
ロック発生回路２の発振周波数は、前述の発振回路３が
液面レベルの測定範囲中の最低レベル時に出力する周波
数より高い周波数に設定され、これを基準クロックとし
てカウンタ回路４と、タイミング発生回路６に供給す
る。 【００１２】請求項１に記載する液面レベル検出器にお
ける、カウンタ回路４は基準クロック発生回路２の出力
をクロック入力とし、発信回路３の出力をイネーブル入
力ＥＮに入力する。これにより発信回路３の出力周期Ｔ
におけるハイレベル期間ＴＨ時のみ基準クロックが計数
される。発信回路３の出力周期Ｔのローレベル期間ＴＬ
はカウンタ回路４の計数は禁止される。 【００１３】請求項１に記載する液面レベル検出器にお
ける、タイミング信号発生回路６は発信回路３の出力を
シフトレジスタＳＦ１に入力し、基準クロックで遅延さ
せる。シフトレジスタＳＦ１の出力ＱＡ〜ＱＩは基準ク
ロックにより１クロックずつ遅延した信号となる。１ク
ロック遅延させた信号ＱＡをインバータＩＮＶ２で反転
させ、ラッチ回路５のトリガ入力とすることにより、発
信周期Ｔにおけるハイレベル期間ＴＨ終了時の１クロッ
ク遅延後に、カウンタ回路４の出力Ｄ０〜Ｄ７をラッチ
し保持する。 【００１４】さらにシフトレジスタＳＦ１出力ＱＢをＩ
ＮＶ３で反転した信号と、シフトレジスタＳＦ１出力Ｑ
ＣをＡＮＤ回路ＡＮＤ１に入力し、上述のラッチトリガ
信号より１クロック遅延したパルス信号を得る。この信
号をカウンタ回路４のＣＬＲに入力することによりカウ
ンタ回路４はクリアされ、００１２からの動作を繰り返
す。このことによりラッチ回路５の出力Ｑ０〜Ｑ７はカ
ウンタ回路６のクリアされる直前の値を保持することを
繰り返す。 【００１５】カウンタ回路４で計数するビット数は、図
３では例示的に８ビットとしたが、液面レベルの測定範
囲と、必要とする精度から他のビット数にすることがで
きることは当然本発明の技術的範囲である。 【００１６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の液面レベ
ル検出器は、０００６で記述する電極と、００１０以下
で説明する簡単な回路で液面レベルに対応したデジタル
信号を出力する液面レベル検出器を構成できるため、従
来の液面レベル検出器に比較して低コストで製造できる
上、小型省スペースである。
溶液とし、その液面レベルの変化に対応して静電容量が
変化する電極を用いた液面レベル検出器に関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】従来の静電容量式液面レベル検出器で
は、電極から液面までの空中の静電容量変化を検出した
ものや、液そのものの液レベル変化による静電容量変化
を検出するものが多くを占める。この場合、周囲温度変
化や液温度変化に対する補正が必要であり、また液の比
誘電率の違いに対する補正も必要である。そのため検出
回路も複雑になり、電極の構造も基準電極を設けたり、
あるいは可動部分が必要であったりするため、小型省ス
ペース型形状にすることや、低コストにすることができ
ない。またアナログ回路の場合は温度変化や部品のばら
つきによる誤差の発生も避けられない。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上述のように従来技術
では電極の構造などが複雑であり、製造コストも高く、
簡便で低価格な液面レベル検出器を構成することができ
ない。 【０００４】本発明は被測定対象液が電解質溶液である
場合に、液の導電率の変化や比誘電率の変化に依存する
ことなく簡便で正確かつ低価格な、デジタル信号出力の
液面レベル検出器を提供することを目的とする。 【０００５】 【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に記載する本発明の検出器は、被測定対象の
液中浸漬の割合に応じて静電容量を変化させる静電容量
式電極ＣＳと、前記電極の静電容量を発振時定数として
構成された発振回路３と、発振回路周期のハイレベル期
間幅を計測するカウンタ回路４と、カウンタ回路４に入
力する基準クロック発生回路２と、前記カウンタ回路４
の計数値を保持するラッチ回路５と、計数終了後にラッ
チトリガ信号および、ラッチ後にカウンタ回路をクリア
するためのクリア信号を発生するタイミング発生回路６
とで構成されていることを特徴としている。さらに電源
投入時にラッチ回路４とタイミング発生回路に初期化信
号を供給するパワーオンリセット回路７を含む。 【０００６】請求項１に記載する液面レベル検出器は、
被測定対象の液中浸漬の割合に応じて静電容量を変化さ
せる電極として、棒状導体に誘電体を被膜した電極を用
いる。誘電体を被膜した電極は中心導体と被測定液の間
に誘電体被膜による静電容量が生じる。一般に静電容量
は電極間の比誘電率と電極面積に比例し、電極間の距離
に反比例する。このため、電極に同一の誘電体材料で一
定厚みの被膜を形成すると、静電容量は電極が液中に浸
漬される長さ（面積）に比例する。液は単なる電極とし
てしか使用しないため液の導電率の変化や比誘電率の変
化に依存しない。上述の電極を用いた請求項１に記載す
る液面レベル検出器は、簡単な構成で液面レベルの変化
をデジタル信号として出力できるため、小型省スペース
で、低コストで製造できることを特徴としている。 【０００７】また全てがデジタル信号で処理されるた
め、アナログ回路に見られるような部品精度による誤差
や、温度変化による誤差の発生が無いのも特徴としてい
る。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
に依る液面レベル検出器の実施形態を説明する。図１は
棒状導体に誘電体を被膜した静電容量式電極の概念的な
斜視図である。図２は請求項１に記載する液面レベル検
出器の構成を示すブロック図である。図３は請求項１に
記載する液面レベル検出器の回路図である。図４は請求
項１に記載する液面レベル検出器の動作タイミング図で
ある。 【０００９】請求項１に記載する液面レベル検出器は、
静電容量式電極ＣＳの静電容量が液面レベルの変化に応
じて変化するため、その静電容量を発信時定数として得
た発信周期のハイレベル期間を基準クロックで計数する
ことにより、液面レベルの変化に応じたデジタル信号を
出力することを特徴としている。以下各部の動作につい
て詳細を説明する。 【００１０】請求項１に記載する液面レベル検出器にお
ける、発振回路３はオペアンプＯＰ１、可変抵抗Ｒ１、
抵抗Ｒ２，Ｒ３及び静電容量式電極ＣＳで構成され、Ｃ
Ｓの静電容量およびＲ１を発振時定数とするＣＲ発振回
路である。オペアンプＯＰ２および抵抗Ｒ４，Ｒ５で構
成される回路は発信回路３を単一電源で動作させるため
にＲ４＝Ｒ５としてＶＣＣの２分の１の電圧を得てい
る。この発振回路３の発振周波数はＲ２＝Ｒ３とするこ
とにより概略１／（２．２・ＣＳ・Ｒ１）である。さら
に可変抵抗Ｒ１を調整して発振周波数を変更すること
で、最終的なデジタル出力値を調整することが出来る。
液の浸漬レベルが低いときは、静電容量が少ないため高
い周波数で発振し、液の浸漬レベルが高い時は発振周波
数が低くなる。すなわち、液の浸漬レベルと発振周波数
は反比例する。発振回路２の出力発振周期Ｔにおけるハ
イレベル期間ＴＨとローレベル期間ＴＬの比は発振周波
数が変化しても一定であるため、ハイレベル期間ＴＨの
みの情報でも発信周期情報とすることができる。 【００１１】請求項１に記載する液面レベル検出器にお
ける、基準クロック発生回路２はインバータＩＮＶ１と
水晶発振子Ｘ１およびＣ１，Ｃ２，Ｒ６で構成され、水
晶発振子の持つ基準周波数の矩形波を出力する。基準ク
ロック発生回路２の発振周波数は、前述の発振回路３が
液面レベルの測定範囲中の最低レベル時に出力する周波
数より高い周波数に設定され、これを基準クロックとし
てカウンタ回路４と、タイミング発生回路６に供給す
る。 【００１２】請求項１に記載する液面レベル検出器にお
ける、カウンタ回路４は基準クロック発生回路２の出力
をクロック入力とし、発信回路３の出力をイネーブル入
力ＥＮに入力する。これにより発信回路３の出力周期Ｔ
におけるハイレベル期間ＴＨ時のみ基準クロックが計数
される。発信回路３の出力周期Ｔのローレベル期間ＴＬ
はカウンタ回路４の計数は禁止される。 【００１３】請求項１に記載する液面レベル検出器にお
ける、タイミング信号発生回路６は発信回路３の出力を
シフトレジスタＳＦ１に入力し、基準クロックで遅延さ
せる。シフトレジスタＳＦ１の出力ＱＡ〜ＱＩは基準ク
ロックにより１クロックずつ遅延した信号となる。１ク
ロック遅延させた信号ＱＡをインバータＩＮＶ２で反転
させ、ラッチ回路５のトリガ入力とすることにより、発
信周期Ｔにおけるハイレベル期間ＴＨ終了時の１クロッ
ク遅延後に、カウンタ回路４の出力Ｄ０〜Ｄ７をラッチ
し保持する。 【００１４】さらにシフトレジスタＳＦ１出力ＱＢをＩ
ＮＶ３で反転した信号と、シフトレジスタＳＦ１出力Ｑ
ＣをＡＮＤ回路ＡＮＤ１に入力し、上述のラッチトリガ
信号より１クロック遅延したパルス信号を得る。この信
号をカウンタ回路４のＣＬＲに入力することによりカウ
ンタ回路４はクリアされ、００１２からの動作を繰り返
す。このことによりラッチ回路５の出力Ｑ０〜Ｑ７はカ
ウンタ回路６のクリアされる直前の値を保持することを
繰り返す。 【００１５】カウンタ回路４で計数するビット数は、図
３では例示的に８ビットとしたが、液面レベルの測定範
囲と、必要とする精度から他のビット数にすることがで
きることは当然本発明の技術的範囲である。 【００１６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の液面レベ
ル検出器は、０００６で記述する電極と、００１０以下
で説明する簡単な回路で液面レベルに対応したデジタル
信号を出力する液面レベル検出器を構成できるため、従
来の液面レベル検出器に比較して低コストで製造できる
上、小型省スペースである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液面レベル検出器用電極の概念的な斜
視図である。 【図２】本発明の液面レベル検出器の構成を示すブロッ
ク図である。 【図３】本発明の液面レベル検出器の回路図である。 【図４】図３で示した回路を動作させたときの動作タイ
ミング図である。 【符号の説明】 １ 液面レベル検出器 ２ 基準クロック発生回路 ３ 発信回路 ４ カウンタ回路 ５ ラッチ回路 ６ タイミング発生回路 ７ パワーオンリセット回路 ＣＳ 静電容量式電極 Ｔ 発振回路出力周期 ＴＨ 発振回路出力周期ハイレベル期間 ＴＬ 発振回路出力周期ローレベル期間
視図である。 【図２】本発明の液面レベル検出器の構成を示すブロッ
ク図である。 【図３】本発明の液面レベル検出器の回路図である。 【図４】図３で示した回路を動作させたときの動作タイ
ミング図である。 【符号の説明】 １ 液面レベル検出器 ２ 基準クロック発生回路 ３ 発信回路 ４ カウンタ回路 ５ ラッチ回路 ６ タイミング発生回路 ７ パワーオンリセット回路 ＣＳ 静電容量式電極 Ｔ 発振回路出力周期 ＴＨ 発振回路出力周期ハイレベル期間 ＴＬ 発振回路出力周期ローレベル期間
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】被測定液面レベルの変化に応じて静電容量
が変化する静電容量式電極と、静電容量を発振時定数と
して構成された発振回路と、前記発振回路出力周期のハ
イレベル期間幅を計測するカウンタ回路と、前記カウン
タ回路の計数値を保持するラッチ回路と、計数終了後に
ラッチトリガ信号および、ラッチ後にカウンタ回路をク
リアするためのクリア信号を発生するタイミング発生回
路で構成され、液面レベルの変化に応じたデジタル信号
を出力する液面レベル検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001249751A JP2003057095A (ja) | 2001-08-21 | 2001-08-21 | 液面レベル検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001249751A JP2003057095A (ja) | 2001-08-21 | 2001-08-21 | 液面レベル検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003057095A true JP2003057095A (ja) | 2003-02-26 |
Family
ID=19078708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001249751A Pending JP2003057095A (ja) | 2001-08-21 | 2001-08-21 | 液面レベル検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003057095A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006038830A (ja) * | 2004-06-24 | 2006-02-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 静電容量式液状態検知センサ |
| JP2013062574A (ja) * | 2011-09-12 | 2013-04-04 | New Japan Radio Co Ltd | Ｐｌｌ回路およびそのキャリブレーション方法 |
| JP6144398B1 (ja) * | 2016-09-26 | 2017-06-07 | 株式会社タカラトミー | 液体霧化装置 |
-
2001
- 2001-08-21 JP JP2001249751A patent/JP2003057095A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006038830A (ja) * | 2004-06-24 | 2006-02-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 静電容量式液状態検知センサ |
| JP2013062574A (ja) * | 2011-09-12 | 2013-04-04 | New Japan Radio Co Ltd | Ｐｌｌ回路およびそのキャリブレーション方法 |
| JP6144398B1 (ja) * | 2016-09-26 | 2017-06-07 | 株式会社タカラトミー | 液体霧化装置 |
| JP2018050688A (ja) * | 2016-09-26 | 2018-04-05 | 株式会社タカラトミー | 液体霧化装置 |
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