JP2003121239A - 水位センサおよび水量センサ - Google Patents

水位センサおよび水量センサ

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JP2003121239A
JP2003121239A JP2001320726A JP2001320726A JP2003121239A JP 2003121239 A JP2003121239 A JP 2003121239A JP 2001320726 A JP2001320726 A JP 2001320726A JP 2001320726 A JP2001320726 A JP 2001320726A JP 2003121239 A JP2003121239 A JP 2003121239A
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Japan
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water level
level sensor
phase difference
reference signal
differential
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JP2001320726A
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Inventor
Shinichi Kanazawa
進一 金澤
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Tokin Corp
Original Assignee
NEC Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 相対的変位量に対する位相差出力を直線的な
出力にする水位センサを得る。 【解決手段】 水圧によって摺動する磁性体コアが配置
された差動トランス、および前記差動トランスを励振
し、差動出力を検出する回路部から構成される前記差動
トランスは、水圧による磁性体コアの相対位置変位量
を、差動トランスの差動出力の位相差によって検出し、
前記水位センサの回路部は、差動トランスの1次側コイ
ルを交流の基準信号で励振し、基準信号の一部は2次側
の差動出力に加算して合成信号をつくることで、基準信
号との位相差を生じさせ、位相比較することで変位量を
検出する水位センサとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として家電製
品、例えば電気ポット等 あるいは産業機器等における
水位、水量の検出に好適な水位センサおよび水量センサ
に関する。
【0002】
【従来の技術】図1は、水位センサの差動トランスの説
明図であり、図2は、図1に示す差動トランスの各コイ
ルの配線図である。
【0003】図1にて、差動トランスの1次側は、コイ
ルPにて構成され、差動トランスの2次側は、コイルS
1とコイルS2にて構成されている。差動トランスの1
次側は、基準信号により励振され、2次側は、磁性体コ
アの相対的変位量に応じた差動出力が出力する。
【0004】図6は、先行技術の水位センサの回路部の
ブロック図である。図6にて、差動トランスの差動出力
にπ/2位相差をもつ基準信号の一部を加算して合成信
号をつくる。ここで、基準信号a・sinθ、差動出力b・s
in(θ+π/2)とすれば、合成信号は(a2+b2)1/2・si
n[θ+ tan-1(b/a)]となり、合成信号は基準信号に
対し、tan-1(b/a)の位相差が起き、基準信号と合
成信号の位相を比較することで位相差が検出できる。
【0005】ここで、図4は、差動トランスの2次側出
力電圧の位相差と比率b/aとの関係を示す図であり、
図5は、差動トランスの2次側出力電圧の位相差および
直線性誤差と比率b/aとの関係を示すグラフである。
【0006】ここで、基準信号の振幅aは一定であり、
差動出力が変位量に対し比例して変化した場合、b/a
の比率は直線的に変化するが、図4に示すように、位相
差tan-1(b/a)は、非直線的な出力となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記の水位センサでの
回路部において、差動トランスの2次側は、コイルS1
とコイルS2の出力電圧の位相差tan-1(b/a)は非
直線的な出力であり、一般的出力形態である直線的な出
力ではなかった。
【0008】従って、本発明の目的は、相対的変位量に
対する位相差出力を直線的な出力にする水位センサおよ
び水量センサを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明による水位センサ
および水量センサは、水圧によってコアが摺動する差動
トランス、差動トランスを励振・差動出力を検出する回
路部から構成され、前記差動トランスは水圧によるコア
の相対位置変位量を検出し、回路部は差動トランスの1
次側コイルを交流の基準信号で励振され、基準信号の一
部は2次側の差動出力に加算して合成信号をつくること
で、基準信号との位相差を生じさせ、位相比較すること
で変位量を検出する。
【0010】また、基準信号と合成信号は、振幅比率を
調整することで、位相差及び直線性を設定できるように
した。
【0011】即ち、本発明は、水圧によって摺動する磁
性体コアを配する差動トランス、および前記差動トラン
スを励振・差動出力を検出する回路部から構成される水
位センサである。
【0012】また、本発明は、前記差動トランスは、水
圧による磁性体コアの相対位置変位量を、差動トランス
の差動出力の位相差によって検出する水位センサであ
る。
【0013】また、本発明は、前記水位センサの回路部
は、差動トランスの1次側コイルを交流の基準信号で励
振し、基準信号の一部は2次側の差動出力に加算して合
成信号をつくることで、基準信号との位相差を生じさ
せ、位相比較することで変位量を検出する水位センサで
ある。
【0014】また、本発明は、前記水位センサにおい
て、基準信号と合成信号は、振幅比率を調整すること
で、位相差及び直線性を設定する水位センサである。
【0015】また、本発明は、前記水位センサに、被測
定水量の容器の形状に関する数値と、検出した水位の値
とを演算する演算部を付加して構成された水量センサで
ある。
【0016】このように、基準信号と差動出力を加算す
ることで、合成信号の(a2+b2)1/ 2・sin[θ+ tan
-1(b/a)]は、基準信号に対し、tan-1(b/a)の位
相差が起きるようになり、基準信号と合成信号の位相を
比較することで位相差が検出できるようになる。また、
位相差tan-1(b/a)は、非直線的な出力であるが、
比率b/aを調整することで、位相差、直線性を設定
し、直線的な出力にすることができる。
【0017】
【実施例】本発明の実施例による水位センサおよび水量
センサについて、以下に説明する。
【0018】(実施例1)本発明の実施例の水位センサ
について、以下に説明する。本発明の水位センサは、差
動トランスについては一般的な差動トランスを使用し、
回路部に工夫を加えている。図1は、本発明にて使用す
る一般的な水位センサの差動トランスの説明図である。
即ち、図1にて、差動トランスの1次側は、コイルPに
て構成され、差動トランスの2次側は、コイルS1とコ
イルS2にて構成されている。差動トランスの1次側は
基準信号により励振され、2次側は、磁性体コアの相対
的変位量に応じた差動出力が出力する。
【0019】図1のごとく、水圧によって差動トランス
のコアに相対位置変位を与える機械的作動を示したもの
である。水圧によってシャフトが押され、シャフト内の
コアが水圧に比例して相対位置変位する。また、相対位
置変位量は、水圧とバネ定数によって適宜設計するもの
とする。
【0020】図2は、図1の差動トランスの各コイルの
接続図である。図2より、一次側コイルは交流で励振
し、2次側は2つのコイルを差動結合し、差動出力が得
られるように接続されてある。コアが中央部にある時
は、コイルS1,S2の出力es1,es2は均しく、差動出
力はe0=es1−es2=0となるが、コアがどちらかに
相対位置変位した場合は、変位に比例した出力電圧が検
出できる。
【0021】ここで、差動出力とπ/2位相差をもつ基
準信号を加算し、合成信号をつくる。基準信号a・sin
θ、差動信号b・sin(θ+π/2)とすれば、合成信号
は、 a・sinθ+b・sin(θ+π/2)=a・sinθ+b・cosθ=
(a2+b2)1/2・sin[θ+ tan-1(b/a)] となり、合成信号の振幅は(a2+b2)1/2、位相はθ+ t
an-1(b/a)となり、tan-1(b/a)の位相差が生じる
ようになり、基準信号と合成信号の位相比較することで
位相差が検出できるようになる。
【0022】図4は、差動トランスの2次側電圧の位相
差と比率b/aとの関係を示すグラフである。基準信号
の振幅aは一定とし、差動出力は相対位置変位量に対し
比例して変化した場合、b/aの比率は直線的に変化す
るが、位相差tan-1(b/a)は図のような非直線的な
出力となる。
【0023】図5は、差動トランスの2次側電圧の位相
差および直線性誤差と比率b/aの関係を示すグラフで
ある。図5から比率b/aを0.325とすれば、位相
差は18°、位相の直線性誤差は0.6°となる。
【0024】図3は、本発明の実施例による水位センサ
の回路部のブロック図である。発振器は、図3に示すよ
うに、CMOSインバータによるLCのコルピッツ発振
回路を構成した。分圧抵抗器は、差動トランスへ基準信
号の一部を加算するための抵抗であり、基準信号は分圧
抵抗器と差動トランスのインピーダンスによって分圧さ
れる。並列共振は、差動トランスの2次側コイルの並列
共振、及びインピーダンス調整用である。差動出力は、
並列共振により振幅を設定し、分圧抵抗器と並列共振の
インピーダンスを調整することで基準信号の分圧比が決
定できる。また、並列共振によって、基準信号と差動出
力の位相差はπ/2ずらして加算している。
【0025】ここで、位相比較器は基準信号と合成信号
のEORの論理であり、(位相差/180°)×励振周
期の1/2のパルス変調波が出力される。積分器は、R
Cで構成し、パルス変調波を積分し、出力電圧は、[5
V(電源電圧)×位相差]/180°の直流電圧が出力
するようにした。例えば、前述のように位相差18°、
比率b/aを0.325に設定した場合、出力電圧(感
度)は0.5V出力する。このようにして、図3の回路
部によって位相差と比率b/aとの関係は、比率b/a
が0から0.325までの間で直線となる。
【0026】(実施例2)本発明の実施例の水量センサ
について、以下に説明する。本実施例の水量センサは、
先の実施例1にて説明した水位センサの構成を使用す
る。即ち、先の実施例1の水位センサの回路部に、被測
定水量の容器の形状に関する数値と、検出した水位の値
とを演算する演算部を付加して水量センサを構成する。
【0027】ここで、被測定水量の容器としては、電気
ポット、あるいは洗濯機、あるいは風呂ガマなどがあ
る。これらに適合した形状の数値を選択して、水位との
数値とで演算して水量を求める。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、基準信号と差動出
力を加算することで、合成信号(a2+b 2)1/2・sin[θ+
tan-1(b/a)]は基準信号に対し、tan-1(b/a)
の位相差が生じるようになり、基準信号と合成信号の位
相を比較することで位相差が検出できるようになった。
また、位相差はtan-1(b/a)であり、非直線的な出
力であるが、比率b/aを調整し、位相差、直線性を設
定することで、直線的な出力にした水位センサおよび水
量センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な水位センサの差動トランスの説明図。
【図2】図1の差動トランスの各コイルの配線図。
【図3】本発明の実施例による水位センサの回路部のブ
ロック図。
【図4】差動トランスの2次側出力電圧の位相差と比率
b/aとの関係を示すグラフ。
【図5】差動トランスの2次側出力電圧の位相差および
直線性誤差と比率b/aとの関係を示すグラフ。
【図6】従来の水位センサの回路部のブロック図。
【符号の説明】
P 差動トランスの1次側コイル S1,S2 差動トランスの2次側コイル

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水圧によって摺動する磁性体コアが配置
    された差動トランス、および前記差動トランスを励振
    し、差動出力を検出する回路部から構成されることを特
    徴とする水位センサ。
  2. 【請求項2】 前記差動トランスは、水圧による磁性体
    コアの相対位置変位量を、差動トランスの差動出力の位
    相差によって検出することを特徴とする請求項1に記載
    の水位センサ。
  3. 【請求項3】 前記水位センサの回路部は、差動トラン
    スの1次側コイルを交流の基準信号で励振し、基準信号
    の一部は2次側の差動出力に加算して合成信号をつくる
    ことで、基準信号との位相差を生じさせ、位相比較する
    ことで変位量を検出することを特徴とする請求項1また
    は2に記載の水位センサ。
  4. 【請求項4】 前記水位センサにおいて、基準信号と合
    成信号は、振幅比率を調整することで、位相差及び直線
    性を設定することを特徴とする請求項1ないし3のいず
    れかに記載の水位センサ。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載の水
    位センサに、被測定水量の容器の形状に関する数値と、
    検出した水位の値とを演算する演算部を付加して構成さ
    れたことを特徴とする水量センサ。
JP2001320726A 2001-10-18 2001-10-18 水位センサおよび水量センサ Withdrawn JP2003121239A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101644614A (zh) * 2008-08-05 2010-02-10 北京谊安医疗系统股份有限公司 气压监测装置

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