【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容器内の液体の液位を検知する静電容量式液位センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
静電容量式液位センサとは、液体の入った容器内に収納される複数の電極間の静電容量に基づいて、容器内の液体の液面の位置（以後、液位と呼ぶ）を検出するものである。このものは、例えば、車両の燃料タンクに設置され、燃料の残量を知るために用いられる。ところが、このものは、液体の誘電率が温度などによって変化することや、容器が傾くことなどにより、液位を精度よく検出できないときがある。
【０００３】
特許第３１２８９３０号公報には、３つの測定電極と補正電極とを互いに９０度の位置に設けた絶縁基体を、筒状の共通アース電極内に挿置し、補正電極の下端を、３つの測定電極の下端よりも上方に位置するように設け、絶縁基体に設けられた電極と共通アース電極との間の静電容量を用いて誘電率や液面の傾きの影響を補正し、液位（液面レベル）を算出する静電容量式液位センサ（液面レベル検出装置）の構成について開示している。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３１２８９３０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許第３１２８９３０号公報に開示された構成は、液位を算出する前に誘電率を測定するので、誘電率の温度変化を考慮して液位を精度よく算出することができるので有用である。しかしながら、このものは、各部の静電容量を検出してから誘電率の測定を行い、その誘電率を用いて液位を算出する必要があるので、液位の算出に複数の計算手順を行う必要がある。また、補正電極を用いるためには、補正電極の下端が液面よりも下方に位置する必要がある。このものは、補正電極の下端が測定電極よりも上方に位置するため、液位が低いときには補正電極が機能せず、液位を精度よく得ることができない。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、少ない計算手順で液位を精度よく検出できる静電容量式液位センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、液体の入った容器内に収納される第１の電極と第２の電極とを有し、これらの電極間の静電容量に基づいてこの容器内の液体の液位を算出する演算部を有する静電容量式液位センサにおいて、第１の電極と第２の電極とをそれぞれ板状に、互いに略平行に設け、第１の電極は、水平な辺を下端に有し、この辺から上方にのばした境界線により分割されて液体に浸かっている部分の形状が異なるように複数の分割電極を形成し、演算部は、分割電極と第２の電極との間の静電容量を計測し、液体の誘電率と液位を変数とする連立方程式により導出した、液位と静電容量との関係式に代入することにより、液位を算出するものであることを特徴としている。
【０００８】
したがって、液位と静電容量との関係式は、液体の誘電率と液位を変数とする連立方程式により導出されたものであるので、誘電率の変化が考慮されている。そのため、演算部は、分割電極と第２の電極との間の静電容量の値を計測してこの関係式に代入することにより、１回の計算手順で誘電率の変化を考慮して液位を精度よく算出することができる。したがって、少ない手順で液位を精度よく検出できる静電容量式液位センサを提供することができる。また、分割電極は、第１の電極の下端にある水平な辺から上方にのびる境界線により分割して形成される。そのため、第１の電極の下端が液体に浸かる程度の低い液位であっても、分割電極の一部は液体に浸かる。したがって、液位が低いときにも、液位を精度よく検出する静電容量式液位センサを提供できる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の静電容量式液位センサにおいて、前記関係式は、液体の誘電率と液位に加え、第１の電極の面内の液面の傾きを変数とする連立方程式により導出されたものであることを特徴としている。
【００１０】
したがって、液位と静電容量の関係式は、誘電率に加え、第１の電極の面内における液面の傾きについても考慮しているので、演算部は、液体の誘電率と第１の電極の面内における液面の傾きとを考慮した液位を、１回の計算手順で算出することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１または２のいずれかに記載の静電容量式液位センサにおいて、演算部は、前記静電容量を、連立方程式により導出した、液位以外の量と前記静電容量との関係式に代入することにより、液位に加え液位以外の量を算出するものであることを特徴としている。
【００１２】
したがって、演算部は、静電容量により、液位とともに液体の誘電率または第１の電極の面内における液面の傾きを算出することができる。そのため、液位の他に液体の誘電率または第１の電極の面内における液面の傾きを検出できる静電容量式液位センサを提供できる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の静電容量式液位センサにおいて、演算部は、分割電極と第２の電極との間の静電容量を計測するときに、この分割電極とそれに隣接する他の分割電極とを略同電位にするものであることを特徴としている。
【００１４】
したがって、静電容量を計測される分割電極と第２の電極との間の電界分布における端効果を減少することができる。そのため、液体の粘性が高く、分割電極と第２の電極の間隔を大きく取る必要があるときにも、分割電極と第２の電極との間の静電容量を正確に計測して、液位を精度よく検出することができる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項３記載の静電容量式液位センサにおいて、第１の電極に対向する第３の電極を、第２の電極とは逆側に設け、演算部は、大地面に垂直で第１の電極の法線を含む面内における液面の傾きを算出するものであることを特徴としている。
【００１６】
したがって、第１の電極と第２の電極により算出された液体の誘電率とを用いて、第１の電極と第３の電極により液位を検出することができる。そして、第１の電極と第２の電極とで求められた液位と、第１の電極と第３の電極とで求められた液位とを用いて、大地面に垂直で第１の電極の法線を含む面内における液面の傾きを算出することができる。そのため、液位の他に大地面に垂直で第１の電極の法線を含む面内における液面の傾きを検出できる静電容量式液位センサを提供できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
次に、請求項１乃至３の発明に係る一実施形態を図１乃至図３を用いて説明する。この静電容量式液位センサは、容器Ｖ内の液体Ｆの液位ｈを計測するものであり、第１の電極１と、第２の電極２と、検出回路３と、リード線Ｌとを有して構成されている。
【００１８】
容器Ｖは、直方体状に形成されており、内部に中空部Ｖａを有している。このものは、底面部Ｖｅが水平になるように、例えば車両にのせられ、その中空部Ｖａ内に液体Ｆ（例えば、燃料）を貯める。そして、その上面には、上面の端の周辺を覆う長方形の蓋部Ｖｂ，Ｖｃを有し、蓋部Ｖｂ，Ｖｃの間には、隙間部Ｖｄを有している。このものは、液体Ｆの注入口（図示せず）を側面の上方に、液体Ｆの注出口（図示せず）を底面部Ｖｅに有している。
【００１９】
第１の電極１は、幅ｗ、高さｌの長方形状に形成された導体板であり、容器Ｖの中空部Ｖａ内に、長方形の幅ｗの辺が底面部Ｖｅに接するようにｘｚ面内に設けられている。そのため、このものは、底面部Ｖｅに接する水平な辺を下端に有している。そして、このものは、この辺から上方にのばした２つの境界線Ｂ１，Ｂ２により分割されて、３つの分割電極１ａ，１ｂ，１ｃを形成している。ここで、境界線Ｂ１は、第１の電極１の下端の水平な辺の中点から垂直に（ｚ方向に）伸ばした線であり、境界線Ｂ２は、この辺の端部と境界線Ｂ１の上端部をつなぐ線である。したがって、分割電極１ａは、第１の電極１の半分の面積の長方形状に形成されており、分割電極１ｂ，１ｃは、合同な直角三角形状に形成されている。これらの分割電極１ａ，１ｂ，１ｃは、樹脂製の支持部材（図示せず）により支持されている。このような構成にすることにより、液体Ｆに浸かっている部分の形状が異なるように、複数の分割電極が形成されている。これらの分割電極１ａ，１ｂ，１ｃは、リード線Ｌにより検出回路３に接続されている。また、分割電極１ａ，１ｂ，１ｃは、第１の電極１の下端にある水平な辺から上方に伸びる境界線Ｂ１，Ｂ２により分割して形成される。そのため、第１の電極１の下端が液体Ｆに浸かる程度の低い液位ｈであっても、分割電極１ａ，１ｂ，１ｃは、その一部が液体Ｆに浸かる。したがって、液位ｈが低いときにも、液位ｈの検出を行うことができる。
【００２０】
第２の電極２は、第１の電極１の外周の長方形と合同な形状に形成された導体板であり、第１の電極１と同じ高さ、同じ幅方向（ｘ方向）の位置で略平行にｘｚ面内に設けられている。つまり、このものは、第１の電極１を正面から見たときに、第２の電極２と重なり合うように設けられている。また、このものは、第１の電極１の面の法線方向（ｙ方向）に間隔ｄを有して設けられており、リード線Ｌにより検出回路３に接続されている。
【００２１】
検出回路３は、容器Ｖの上面の蓋部Ｖｂ上に載置される筐体内に、電源回路３ａと、発振回路３ｂと、切換回路３ｃと、電流値測定回路３ｄと、ＩＶ変換回路３ｅと、全波整流回路３ｆと、増幅回路３ｇと、演算部３ｈとを有して構成されている。
【００２２】
電源回路３ａは、この検出回路３の各回路に接続され（図示せず）、給電するものである。発振回路３ｂ（電圧源）は、第１の電極１と第２の電極２に接続され、これらの間に正弦波の交流電圧信号を出力する。
【００２３】
切替回路３ｃは、第１の電極１の分割電極１ａ，１ｂ，１ｃと、電流値測定回路３ｄと、演算部３ｈとに接続され、演算部３ｈにより制御されて電流値を計測する分割電極１ａ，１ｂ，１ｃを選択する。例えば、第１の電極１と第２の電極２との間の静電容量を計測するときには、切替回路３ｃは、すべての分割電極１ａ，１ｂ，１ｃと接続し、分割電極１ａと第２の電極２との間の静電容量を求めるときには、分割電極１ａにのみ接続する。
【００２４】
電流値測定回路３ｄは、切替回路３ｃに接続され、切替回路３ｃにより選択された分割電極と、第２の電極２との間に流れる交流電流信号が入力され、それをＩ／Ｖ変換回路３ｅに出力する。Ｉ／Ｖ変換回路３ｅは、電流値測定回路３ｄから切替回路３ｃに流れる交流電流信号が入力され、それを交流電圧信号へ変換して全波整流回路３ｆに出力する。全波整流回路３ｆは、Ｉ／Ｖ変換回路３ｅから入力された交流電圧信号を直流電圧信号に整流して増幅回路３ｇに出力する。増幅回路３ｇは、全波整流回路３ｆから出力された直流電圧信号を所望の信号レベルに増幅して演算部３ｈに入力する。
【００２５】
演算部３ｈは、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、増幅回路３ｇと、切替回路３ｃに接続される。このものは、切替回路３ｃを制御して静電容量を計測する分割電極を選択する。そして、切替回路３ｃにより選択された分割電極に流れる交流電流信号に対応する直流電圧信号を、増幅回路３ｆから入力され、その信号から静電容量を算出する。そして、このものは、算出した静電容量に基づいて、容器Ｖ内の液体Ｆの液位ｈと、液体Ｆの誘電率εｌ（以下、誘電率εｌと呼ぶ）と、第１の電極１の面内（ｘｚ面内）における、計測時の液面ＦＰ’と水平面との傾きθ（以下、液面ＦＰ’の傾きθと呼ぶ）を求める。
【００２６】
ここで、演算部３ｈは、分割電極１ａ，１ｂ，１ｃと第２の電極２との間の静電容量の値を、液位ｈと、液体Ｆの誘電率εｌと、第１の電極の面内の液面ＦＰ’の傾きθを変数とする連立方程式により導出した液位ｈと静電容量との関係式に代入することにより、液位ｈを算出する。この関係式は、数１の(1)〜(3)式に示される連立方程式を解くことにより導出される。
【数１】
【００２７】
ここで、Ｃ１は、第１の電極１と第２の電極２との間の静電容量、Ｃ１ａは、分割電極１ａと第２の電極２との間の静電容量、Ｃ１ｂは、分割電極１ｂと第２の電極２との間の静電容量を示している。これらの式は、点Ｐを原点とし、平行平板の静電容量の公式を用いて立てられている。また、式を単純化するために液面ＦＰ’の傾きθを小さい値として、ｔａｎθ≒θとして近似している。また、εａは空気の誘電率である。これらの式は、液体Ｆに浸かっている部分の形状が異なるように、複数の分割電極が形成されているので互いに独立となる。このことは、図３に示される分割電極の静電容量Ｃ１，Ｃ１ａ，Ｃ１ｂの液位ｈに対する変化よっても確認できる。
【００２８】
そして、(1)〜(3)式を解いて、液位ｈ、誘電率εｌ、液面ＦＰ’の傾きθと、静電容量との関係式を導出すると、数２の(4)〜(6)式となる。
【数２】
【００２９】
演算部３ｈは、Ｃ１と、Ｃ１ａと、Ｃ１ｂとを(4)式に代入することにより液位ｈを算出することができる。ここで、液位ｈは、(1)〜(3)式で表される連立方程式の解であるから、誘電率εｌの変化と、液面ＦＰ’の傾きθとを考慮した精度のよい値となっている。同様にして、演算部３ｈは、静電容量の値を、連立方程式を用いて導出した液位ｈ以外の量と静電容量との関係式である(5)，(6)式に代入して、液位ｈ以外の量である誘電率εｌと、液面ＦＰ’の傾きθとを求めることができる。
【００３０】
次に、第１の実施形態の動作について説明する。ここでは、電源回路３ａにより電源が検出回路３の各回路に給電されているものとする。ここで、液位ｈの検出をするように外部から演算部３ｈを制御すると、演算部３ｈは、分割電極の切替をするように切替回路３ｃを制御する。ここでは、まず、切替回路３ｃが分割電極１ａ，１ｂ，１ｃのすべてに接続するようにする。そして、発振回路３ｂ（電圧源）は、これらの分割電極１ａ，１ｂ，１ｃと、第２の電極２との間に正弦波の交流電圧信号を出力する。そうすると、電流値測定回路３ｄは、これらの間に流れる交流電流信号が入力され、それをＩ／Ｖ変換回路３ｅに出力する。Ｉ／Ｖ変換回路３ｅは、電流値測定回路３ｄから切替回路３ｃに流れる電流の交流電流信号が入力され、それを交流電圧信号へ変換して全波整流回路３ｆに出力する。全波整流回路３ｆは、Ｉ／Ｖ変換回路３ｅから入力された交流電圧信号を直流電圧信号に整流して増幅回路３ｇに出力する。増幅回路３ｇは、全波整流回路３ｆから出力された直流電圧信号を所望の信号レベルに増幅して演算部３ｈに入力する。演算部３ｈは、入力された直流電圧信号により、全ての分割電極１ａ，１ｂ，１ｃと第２の電極２との間の静電容量、つまり第１の電極１と第２の電極２との間の静電容量Ｃ１を算出する。同様に、演算部３ｈは、切替回路３ｃを制御して、分割電極１ａのみに接続したときの静電容量Ｃ１ａと、分割電極１ｂのみに接続したときの静電容量Ｃ１ｂとを算出する。そして、これらの静電容量Ｃ１，Ｃ１ａ，Ｃ１ｂを上述の液位ｈと静電容量Ｃ１，Ｃ１ａ，Ｃ１ｂとの関係式に代入して計算することにより、液位ｈを算出する。同様にして、このときの誘電率εｌと、液面ＦＰ’の傾きθを算出する。
【００３１】
このように、第１の実施形態においては、液位ｈと静電容量との関係式は、誘電率εｌと、液面ＦＰ’の傾きθと、液位ｈとを変数とする連立方程式により導出されたものであるので、誘電率εｌの変化と液面ＦＰ’の傾きθとが考慮されている。そのため、演算部３ｈは、分割電極と第２の電極２との間の静電容量の値を計測してこの関係式に代入することにより、１回の計算手順で誘電率εｌの変化と、液面ＦＰ’の傾きθとを考慮して液位ｈを精度よく算出することができる。したがって、少ない手順で液位ｈを精度よく検出できる静電容量式液位センサを提供することができる。
【００３２】
また、演算部３ｈは、静電容量により、液位ｈとともに誘電率εｌまたは液面ＦＰ’の傾きθを算出することができる。そのため、液位ｈの他に誘電率εｌまたは液面ＦＰ’の傾きθを検出できる静電容量式液位センサを提供できる。
【００３３】
また、分割電極は、第１の電極１の下端にある水平な辺から上方にのびる境界線Ｂ１，Ｂ２により分割して形成される。そのため、第１の電極１の下端が液体Ｆに浸かる程度の低い液位ｈであっても、分割電極の一部は液体Ｆに浸かる。したがって、液位ｈが低いときにも、液位ｈを精度よく検出する静電容量式液位センサを提供できる。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、請求項１と、請求項３との発明に係る一実施形態を図４、図５を用いて説明する。このものは、第１の実施形態と、第１の電極１の分割電極１ａ，１ｂ，１ｃの形状と、演算部３ｈの計算内容とが異なっており、その他は、第１の実施形態と同じである。
【００３５】
第１の電極１は、下端の水平な辺から上方にのばした２つの境界線Ｂ３，Ｂ４により分割されて、３つの分割電極１ａ，１ｂ，１ｃを形成している。ここで、境界線Ｂ３，Ｂ４は、第１の電極１の下端の水平な辺の中点から、その対辺の両端にそれぞれ伸ばした線である。したがって、分割電極１ａ，１ｃは、合同な直角三角形状に形成されている。また、分割電極１ｂは、第１の電極１の半分の面積の二等辺三角形状に形成されている。
【００３６】
ここで、演算部３ｈは、誘電率εｌを考慮して変位ｈを求めるものであり、第１の実施形態のように液面ＦＰ’の傾きθを考慮しない。第１の実施形態と同様にして、分割電極１ａ，１ｂ，１ｃと第２の電極２との間の静電容量の値を、液位ｈと、誘電率εｌを変数とする連立方程式を用いて導出した液位ｈと静電容量との関係式に代入することにより、液位ｈを算出する。この関係式は、数３に示す(1)式と、(7)式とで示される連立方程式を解くことにより導出される。
【数３】
【００３７】
これらの式は、液体Ｆに浸かっている部分の形状が異なるように、複数の分割電極が形成されているので互いに独立となる。このことは、図５に示される分割電極の静電容量Ｃ１，Ｃ１ｂの液位ｈに対する変化によっても確認できる。そして、(1)式と(7)式とを解いて、液位ｈ、誘電率εｌと、静電容量との関係式を導出すると、数４の(8)式と(9)式となる。
【数４】
【００３８】
ここで、Ｃａは、第１の実施形態で示したものと同じである。演算部３ｈは、Ｃ１と、Ｃ１ｂとを(8)式に代入することにより液位ｈを算出することができる。ここで、液位ｈは、(1)式と(7)式で表される連立方程式の解であるから、誘電率εｌの変化を考慮した精度のよい値となっている。同様にして、演算部３ｈは、静電容量の値を、連立方程式を用いて導出した液位ｈ以外の量と静電容量との関係式である(9)式に代入して、液位ｈ以外の量である誘電率εｌを求めることができる。
【００３９】
第２の実施形態の動作は、静電容量を求めるための分割電極の選択が異なるだけであるから省略する。
【００４０】
このように、第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、誘電率εｌの変化を考慮した液位ｈを１回の計算手順で算出することができる。したがって、少ない手順で液位ｈを精度よく検出できる静電容量式液位センサを提供することができる。
【００４１】
（第３の実施形態）
次に、請求項１乃至４の発明に係る一実施形態を図２、図６、図７を用いて説明する。このものは、第１の実施形態と、第１の電極１の分割電極の構成と、演算部３ｈによる切替回路３ｃの制御の仕方が異なっており、その他は、第１の実施形態と同じである。
【００４２】
第１の電極１は、下端の水平な辺から上方にのばした４つの境界線Ｂ１，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７により分割されて、５つの分割電極１ａ〜１ｅを形成している。ここで、境界線Ｂ１は、第１の実施形態と同様に、第１の電極１の下端の水平な辺の中点から垂直に伸ばした線である。境界線Ｂ５は、下端の水平な辺の端部から所定の距離を離した内側の点Ｐ１と境界線Ｂ１の上端部をつなぐ線である。境界線Ｂ６は、下端の水平な辺のもう一方の端部から所定の距離を離した内側の点Ｐ２から垂直に上方に伸ばした線である。境界線Ｂ７は、点Ｐ１から垂直に上方に伸ばした線である。
【００４３】
演算部３ｈは、分割電極１ａ〜１ｅと、第２の電極２との間の静電容量を計測する際に、切替回路３ｃを制御して計測の対象としている分割電極に隣接する他の分割電極を、静電容量の計測対象である分割電極と略同電位にする。例えば、分割電極１ａと第２の電極２との間の静電容量を求めるときには、切替回路３ｃが分割電極１ａのみ電流値測定回路３ｄに接続し、他の分割電極が分割電極１ａとほぼ同電位になるようにする。そうすると、分割電極１ａ〜１ｅと、第２の電極２との間の電界分布はおおよそ図７のようになる。ここで、分割電極１ｄ，１ｅと第２の電極２との間の電界ベクトルＥは、端効果により広がって均一ではなくなっている。しかし、分割電極１ａと第２の電極２との間の電界分布は均一となり、平行平板の静電容量を算出する公式の条件を満たすので、液位検出の精度を向上させることができる。つまり、静電容量を取得する分割電極に隣接する他の分割電極を、分割電極と第２の電極との間の電界分布における端効果を減少させる補助電極Ｒとして用いているのである。
【００４４】
このように、第３の実施形態においては、静電容量を計測される分割電極と第２の電極２との間の電界分布における端効果を減少することができる。そのため、液体Ｆの粘性が高く、分割電極１ａ〜１ｅと第２の電極２との間隔を大きく取る必要があるときにも、分割電極１ａ〜１ｅと第２の電極２との間の静電容量を正確に計測して、液位ｈを精度よく検出することができる。
【００４５】
（第４の実施形態）
次に、同じく請求項１乃至４の発明に係る一実施形態を図８を用いて説明する。このものは、第３の実施形態と、分割電極１ｂ、１ｃの形状が異なっており、その他は、第３の実施形態と同じである。
【００４６】
境界線Ｂ５は、第３の実施形態とは異なり、境界線Ｂ１，Ｂ７の端部と交わらないようにしている。このようにすることにより、分割電極１ｂ，１ｃの形状は台形となり、分割電極１ｂの上端及び分割電極１ｃの下端において生じていた鋭角の細い部分を幅広にすることができる。そうすると、例えば、分割電極１ｂと第２の電極２との静電容量は、分割電極１ｂの上端付近で液位ｈが変化したときにも静電容量の変化が大きくなるので、正しい液位ｈを求めることができる。
【００４７】
このように、第４の実施形態においては、水平方向の幅が細い部分をなくすることができるので、液位ｈがどの高さであっても、正しい液位ｈを求めることができる。
【００４８】
（第５の実施形態）
次に、請求項１乃至３と、請求項５の発明に係る一実施形態を図２と、図９を用いて説明する。このものは、第１の実施形態と、第３の電極４を設けた点と演算部３ｈの動作が異なっており、その他は、第１の実施形態と同じである。
【００４９】
第３の電極４は、第２の電極２と同形状の導体板であり、第２の電極２とは逆側に、第１の電極１に対向して設けられている。このものは、第１の電極１との間で間隔ｄを有しており、第２の電極２と、第１の電極１に対して面対称の位置に設けられている。そして、このものは、検出回路３に接続されている。
【００５０】
演算部３ｈは、第１の実施形態と同様にして液位ｈと、液体Ｆの誘電率εｌと、液面ＦＰ’の第１の電極１の面内における傾きθとを求めた後、大地面に垂直で第１の電極１の法線を含む面内における液面ＦＰ’の傾きφ（以下、液面ＦＰ’の傾きφと呼ぶ）を算出する。すなわち、誘電率εｌは既知であるので、このものは、第１の電極１と第３の電極４との間の静電容量Ｃを求めることにより、平行平板の静電容量の式を用いて液位ｈ’を求めることができる。つまり、ｈ’＝Ｃｄ／εｗである。また、第１の電極１と第２の電極２とで求めた液位ｈと、第１の電極１と第３の電極４とで求めた液位ｈ’の傾きが液面ＦＰ’の傾きφであるので、ｔａｎφ＝（ｈ’−ｈ）／ｄにより求められる。
【００５１】
第５の実施形態の動作は、第１の実施形態の動作の後に、演算部３ｈが上述のように液面ＦＰ’の傾きφの演算をするだけであるので、説明を省略する。
【００５２】
このように、第５の実施形態においては、第１の電極１と第２の電極２により算出された液体Ｆの誘電率εｌとを用いて、第１の電極１と第３の電極４により液位ｈ’を検出することができる。そして、第１の電極１と第２の電極２とで求められた液位ｈと、第１の電極１と第３の電極４とで求められた液位ｈ’とを用いて、液面ＦＰ’の傾きφを算出することができる。そのため、液位ｈの他に液面ＦＰ’の傾きφを検出できる静電容量式液位センサを提供できる。
【００５３】
なお、ここでは、第１の電極１が３つ以上の分割電極を形成している場合についてのみ説明したが、それに限るものではなく、誘電率εｌの変化を考慮して液位ｈを求めるときには、２つ以上であれば構成することができる。
【００５４】
また、分割電極間の境界線は直線のもののみを示したが、液体Ｆの誘電率εｌと液位ｈを変数とする連立方程式を用いて、液位ｈと静電容量との関係式を導出することができれば曲線であってもよい。
【００５５】
また、第１の電極１は、長方形状のものについてのみ説明したが、それに限るものではなく、板状であり、容器Ｖに設けられたときに下端に水平な辺を有し、この辺から上方に伸びる線により分割電極に分割されるものであればよい。
【００５６】
また、第２の電極２は、長方形状のものについてのみ説明したが、それに限るものではなく、第１の電極１と平行に配置され、第１の電極１を正面から見て、第１の電極１のほぼすべての部分が第２の電極２に対向するものであればよい。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、液位と静電容量との関係式は、液体の誘電率と液位を変数とする連立方程式により導出されたものであるので、誘電率の変化が考慮されている。そのため、演算部は、分割電極と第２の電極との間の静電容量の値を計測してこの関係式に代入することにより、１回の計算手順で誘電率の変化を考慮して液位を精度よく算出することができる。したがって、少ない手順で液位を精度よく検出できる静電容量式液位センサを提供することができる。また、分割電極は、第１の電極の下端にある水平な辺から上方にのびる境界線により分割して形成される。そのため、第１の電極の下端が液体に浸かる程度の低い液位であっても、分割電極の一部は液体に浸かる。したがって、液位が低いときにも、液位を精度よく検出する静電容量式液位センサを提供できる。
【００５８】
請求項２に係る発明によれば、請求項１記載の効果に加え、液位と静電容量の関係式は、誘電率に加え、第１の電極の面内における液面の傾きについても考慮しているので、演算部は、液体の誘電率と第１の電極の面内における液面の傾きとを考慮した液位を、１回の計算手順で算出することができる。
【００５９】
請求項３に係る発明によれば、請求項１または２のいずれかに記載の効果に加え、演算部は、静電容量により、液位とともに液体の誘電率または第１の電極の面内における液面の傾きを算出することができる。そのため、液位の他に液体の誘電率または第１の電極の面内における液面の傾きを検出できる静電容量式液位センサを提供できる。
【００６０】
請求項４に係る発明によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の効果に加え、静電容量を計測される分割電極と第２の電極との間の電界分布における端効果を減少することができるので、分割電極と第２の電極との間の静電容量を正確に計測して、液位を精度よく検出することができる。
【００６１】
請求項５に係る発明によれば、請求項３記載の効果に加え、第１の電極と第２の電極とで求められた液位と、第１の電極と第３の電極とで求められた液位とを用いて、大地面に垂直で第１の電極の法線を含む面内における液面の傾きを算出することができるので、液位の他に大地面に垂直で第１の電極の法線を含む面内における液面の傾きを検出できる静電容量式液位センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態の検出回路を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態の分割電極と第２の電極との間の静電容量と液位との関係を示す特性図である。
【図４】第２の実施形態における電極構成を示す斜視図である。
【図５】第２の実施形態における分割電極と第２の電極との間の静電容量と液位との関係を示す特性図である。
【図６】第３の実施形態における第１の電極を示す正面図である。
【図７】第３の実施形態における第１の電極と第２の電極との間の電界分布を示す模式図である図である。
【図８】第４の実施形態における第１の電極を示す正面図である。
【図９】第５の実施形態の電極構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 第１の電極
１ａ〜１ｅ 分割電極
２ 第２の電極
３ 検出回路
３ｈ 演算部
４ 第３の電極
Ｂ１〜Ｂ７ 境界線
Ｆ 液体
Ｌ リード線
Ｒ 補助電極
Ｖ 容器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitance type liquid level sensor for detecting a liquid level of a liquid in a container.
[0002]
[Prior art]
An electrostatic capacitance type liquid level sensor is a device that measures the position of a liquid surface of a liquid in a container (hereinafter referred to as a liquid level) based on the capacitance between a plurality of electrodes contained in a container containing the liquid. It is to detect. This is installed in a fuel tank of a vehicle, for example, and is used to know the remaining amount of fuel. However, in this case, there are cases where the liquid level cannot be detected accurately due to the fact that the dielectric constant of the liquid changes depending on the temperature or the like, or the container is tilted.
[0003]
In Japanese Patent No. 3128930, an insulating base provided with three measuring electrodes and a correction electrode at 90 degrees from each other is inserted in a cylindrical common ground electrode, and the lower end of the correction electrode is measured by three measurements. Provided so as to be located above the lower end of the electrode, and using the capacitance between the electrode provided on the insulating base and the common ground electrode to correct the effects of the dielectric constant and the inclination of the liquid surface, A configuration of a capacitance type liquid level sensor (liquid level detecting device) for calculating a liquid level is disclosed.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3128930
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The configuration disclosed in Japanese Patent No. 3128930 measures the dielectric constant before calculating the liquid level, so that the liquid level can be accurately calculated in consideration of the temperature change of the dielectric constant, which is useful. However, since it is necessary to measure the dielectric constant after detecting the capacitance of each part and calculate the liquid level using the dielectric constant, a plurality of calculation procedures are performed to calculate the liquid level. There is a need. In addition, in order to use the correction electrode, the lower end of the correction electrode needs to be located below the liquid level. In this case, since the lower end of the correction electrode is located above the measurement electrode, when the liquid level is low, the correction electrode does not function, and the liquid level cannot be accurately obtained.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a capacitance-type liquid level sensor that can accurately detect a liquid level with a small number of calculation procedures.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 has a first electrode and a second electrode housed in a container containing a liquid, and the liquid in the container is based on the capacitance between these electrodes. In a capacitance type liquid level sensor having a calculation unit for calculating a position, a first electrode and a second electrode are provided in a plate shape and substantially parallel to each other, and the first electrode has a horizontal side at a lower end. And a plurality of divided electrodes are formed so that the shape of a portion divided by a boundary line extending upward from this side and immersed in the liquid is different, and the calculation unit The liquid level is calculated by measuring the capacitance between the liquids and substituting it into a relational expression between the liquid level and the capacitance derived by a simultaneous equation using the dielectric constant of the liquid and the liquid level as variables. It is characterized by:
[0008]
Therefore, since the relational expression between the liquid level and the capacitance is derived from a simultaneous equation using the liquid permittivity and the liquid level as variables, a change in the permittivity is considered. For this reason, the calculation unit measures the value of the capacitance between the divided electrode and the second electrode and substitutes the value into this relational expression, thereby taking into account the change in the dielectric constant in one calculation procedure. The position can be calculated accurately. Therefore, it is possible to provide a capacitance type liquid level sensor that can accurately detect the liquid level with a small number of procedures. Further, the divided electrodes are formed by being divided by a boundary line extending upward from a horizontal side at the lower end of the first electrode. Therefore, even if the lower end of the first electrode is at a liquid level low enough to be immersed in the liquid, a part of the divided electrode is immersed in the liquid. Therefore, it is possible to provide a capacitance type liquid level sensor that accurately detects the liquid level even when the liquid level is low.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the capacitance type liquid level sensor according to the first aspect, the relational expression is based on the inclination of the liquid level in the plane of the first electrode in addition to the dielectric constant and the liquid level of the liquid. It is characterized by being derived by simultaneous equations as variables.
[0010]
Therefore, since the relational expression between the liquid level and the capacitance takes into consideration not only the dielectric constant but also the inclination of the liquid surface in the plane of the first electrode, the calculation unit calculates the dielectric constant of the liquid and the first dielectric constant. The liquid level in consideration of the inclination of the liquid surface in the plane of the electrode can be calculated by one calculation procedure.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the capacitance type liquid level sensor according to any one of the first and second aspects, the arithmetic unit calculates the capacitance with an amount other than the liquid level derived by a simultaneous equation. By substituting into the relational expression with the capacitance, an amount other than the liquid level is calculated in addition to the liquid level.
[0012]
Therefore, the computing unit can calculate the dielectric constant of the liquid or the inclination of the liquid surface in the plane of the first electrode together with the liquid level, based on the capacitance. Therefore, it is possible to provide a capacitance type liquid level sensor capable of detecting the dielectric constant of the liquid or the inclination of the liquid surface in the plane of the first electrode in addition to the liquid level.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the capacitance type liquid level sensor according to any one of the first to third aspects, the calculation unit measures the capacitance between the divided electrode and the second electrode. Further, the present invention is characterized in that this divided electrode and another divided electrode adjacent to the divided electrode have substantially the same potential.
[0014]
Therefore, it is possible to reduce the end effect in the electric field distribution between the divided electrode whose capacitance is measured and the second electrode. Therefore, even when the viscosity of the liquid is high and it is necessary to increase the distance between the divided electrode and the second electrode, the capacitance between the divided electrode and the second electrode is accurately measured, and the liquid level is measured. Can be accurately detected.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the capacitance type liquid level sensor according to the third aspect, a third electrode facing the first electrode is provided on a side opposite to the second electrode, and the arithmetic unit includes: It is characterized in that the inclination of the liquid surface in a plane perpendicular to the ground plane and including the normal line of the first electrode is calculated.
[0016]
Therefore, the liquid level can be detected by the first electrode and the third electrode using the dielectric constant of the liquid calculated by the first electrode and the second electrode. Then, using the liquid level determined by the first electrode and the second electrode and the liquid level determined by the first electrode and the third electrode, the first electrode is perpendicular to the ground plane. The inclination of the liquid level in the plane including the normal line can be calculated. Therefore, it is possible to provide a capacitance type liquid level sensor capable of detecting the inclination of the liquid surface in a plane perpendicular to the ground and including the normal line of the first electrode, in addition to the liquid level.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
Next, one embodiment according to the first to third aspects of the present invention will be described with reference to FIGS. This capacitance type liquid level sensor measures the liquid level h of the liquid F in the container V, and includes a first electrode 1, a second electrode 2, a detection circuit 3, a lead wire L Is configured.
[0018]
The container V is formed in a rectangular parallelepiped shape, and has a hollow portion Va inside. This is mounted on, for example, a vehicle such that the bottom surface Ve is horizontal, and stores the liquid F (for example, fuel) in the hollow portion Va. The upper surface has rectangular lids Vb and Vc that cover the periphery of the edge of the upper surface, and has a gap Vd between the lids Vb and Vc. This device has an inlet (not shown) for the liquid F above the side surface and an outlet (not shown) for the liquid F on the bottom surface Ve.
[0019]
The first electrode 1 is a conductive plate formed in a rectangular shape having a width w and a height l, and has an xz plane in a hollow portion Va of the container V such that a side of the rectangular width w is in contact with the bottom portion Ve. It is provided in. Therefore, this one has a horizontal side at the lower end in contact with the bottom surface portion Ve. This electrode is divided by two boundary lines B1 and B2 extending upward from this side to form three divided electrodes 1a, 1b and 1c. Here, the boundary line B1 is a line extending vertically (in the z-direction) from the midpoint of the horizontal side at the lower end of the first electrode 1, and the boundary line B2 is defined by the end of this side and the boundary line B1. This is the line connecting the upper ends. Therefore, the divided electrode 1a is formed in a rectangular shape having an area half that of the first electrode 1, and the divided electrodes 1b and 1c are formed in a congruent right-angled triangular shape. These divided electrodes 1a, 1b, 1c are supported by a resin support member (not shown). With such a configuration, a plurality of divided electrodes are formed so that the shape of the portion immersed in the liquid F is different. These divided electrodes 1a, 1b, 1c are connected to the detection circuit 3 by lead wires L. Further, the divided electrodes 1a, 1b, 1c are formed by being divided by boundary lines B1, B2 extending upward from a horizontal side at the lower end of the first electrode 1. Therefore, even if the lower end of the first electrode 1 is at a liquid level h low enough to be immersed in the liquid F, a part of the divided electrodes 1a, 1b, 1c is immersed in the liquid F. Therefore, the liquid level h can be detected even when the liquid level h is low.
[0020]
The second electrode 2 is a conductor plate formed in a shape congruent with the rectangle of the outer periphery of the first electrode 1, and substantially at the same height and the same width direction (x direction) as the first electrode 1. They are provided in parallel in the xz plane. That is, the first electrode 1 is provided so as to overlap with the second electrode 2 when the first electrode 1 is viewed from the front. This is provided with an interval d in the normal direction (y direction) of the surface of the first electrode 1, and is connected to the detection circuit 3 by a lead wire L.
[0021]
The detection circuit 3 includes a power supply circuit 3a, an oscillation circuit 3b, a switching circuit 3c, a current value measurement circuit 3d, and an IV conversion circuit 3e in a housing mounted on the lid Vb on the upper surface of the container V. , A full-wave rectifier circuit 3f, an amplifier circuit 3g, and a calculation unit 3h.
[0022]
The power supply circuit 3a is connected to each circuit of the detection circuit 3 (not shown) and supplies power. The oscillating circuit 3b (voltage source) is connected to the first electrode 1 and the second electrode 2, and outputs a sine wave AC voltage signal therebetween.
[0023]
The switching circuit 3c is connected to the divided electrodes 1a, 1b, 1c of the first electrode 1, the current value measuring circuit 3d, and the arithmetic unit 3h, and is controlled by the arithmetic unit 3h to measure the current value. , 1b, and 1c. For example, when measuring the capacitance between the first electrode 1 and the second electrode 2, the switching circuit 3c is connected to all the divided electrodes 1a, 1b, 1c, and is connected to the divided electrode 1a and the second electrode 2. When obtaining the capacitance between the electrode 2 and the electrode 2, the capacitor is connected only to the divided electrode 1a.
[0024]
The current value measuring circuit 3d is connected to the switching circuit 3c, receives an alternating current signal flowing between the divided electrode selected by the switching circuit 3c and the second electrode 2, and converts the signal into an I / V conversion circuit 3e. Output to The I / V conversion circuit 3e receives an AC current signal flowing from the current value measurement circuit 3d to the switching circuit 3c, converts the signal into an AC voltage signal, and outputs the AC voltage signal to the full-wave rectification circuit 3f. The full-wave rectifier circuit 3f rectifies the AC voltage signal input from the I / V converter circuit 3e into a DC voltage signal and outputs the DC voltage signal to the amplifier circuit 3g. The amplifier circuit 3g amplifies the DC voltage signal output from the full-wave rectifier circuit 3f to a desired signal level and inputs the signal level to the arithmetic unit 3h.
[0025]
The calculation unit 3h is an ECU (Electric Control Unit), and is connected to the amplification circuit 3g and the switching circuit 3c. This selects a divided electrode for measuring the capacitance by controlling the switching circuit 3c. Then, a DC voltage signal corresponding to the AC current signal flowing through the divided electrode selected by the switching circuit 3c is input from the amplifier circuit 3f, and the capacitance is calculated from the signal. Then, based on the calculated capacitance, the liquid level h of the liquid F in the container V, the dielectric constant εl of the liquid F (hereinafter, referred to as the dielectric constant εl), The inclination θ between the liquid level FP ′ and the horizontal plane at the time of measurement in the plane (xz plane) (hereinafter, referred to as the inclination θ of the liquid level FP ′) is obtained.
[0026]
Here, the calculation unit 3h calculates the value of the capacitance between the divided electrodes 1a, 1b, 1c and the second electrode 2 as the liquid level h, the dielectric constant εl of the liquid F, and the value of the first electrode. The liquid level h is calculated by substituting it into a relational expression between the liquid level h and the capacitance derived by a simultaneous equation using the gradient θ of the liquid level FP ′ in the plane as a variable. This relational expression is derived by solving the simultaneous equations shown in Expressions (1) to (3).
(Equation 1)
[0027]
Here, C1 is the capacitance between the first electrode 1 and the second electrode 2, C1a is the capacitance between the divided electrode 1a and the second electrode 2, and C1b is the divided electrode. 2 shows the capacitance between the first electrode 1b and the second electrode 2. These equations are established using the formula of the capacitance of the parallel plate with the point P as the origin. In addition, in order to simplify the equation, the inclination θ of the liquid level FP ′ is approximated as a small value and tan θ ≒ θ. Εa is the dielectric constant of air. These formulas are independent of each other because a plurality of split electrodes are formed so that the shape of the part immersed in the liquid F is different. This can be confirmed by the change of the capacitances C1, C1a, and C1b of the divided electrodes with respect to the liquid level h shown in FIG.
[0028]
Then, by solving the equations (1) to (3) and deriving a relational expression between the liquid level h, the dielectric constant ε1, the inclination θ of the liquid level FP ′, and the capacitance, the equations (4) to (4) 6)
(Equation 2)
[0029]
The calculation unit 3h can calculate the liquid level h by substituting C1, C1a, and C1b into the equation (4). Here, since the liquid level h is a solution of the simultaneous equations expressed by the equations (1) to (3), an accurate value considering the change in the dielectric constant εl and the inclination θ of the liquid level FP ′ is given. It has become. Similarly, the calculation unit 3h substitutes the value of the capacitance into the expressions (5) and (6), which are the relational expressions between the amount other than the liquid level h and the capacitance derived using the simultaneous equations. Thus, the dielectric constant ε1, which is an amount other than the liquid level h, and the inclination θ of the liquid level FP ′ can be obtained.
[0030]
Next, the operation of the first embodiment will be described. Here, it is assumed that power is supplied to each circuit of the detection circuit 3 by the power supply circuit 3a. Here, when the arithmetic unit 3h is externally controlled to detect the liquid level h, the arithmetic unit 3h controls the switching circuit 3c so as to switch the divided electrodes. Here, first, the switching circuit 3c is connected to all of the divided electrodes 1a, 1b, 1c. The oscillation circuit 3b (voltage source) outputs a sine wave AC voltage signal between the divided electrodes 1a, 1b, 1c and the second electrode 2. Then, the current value measuring circuit 3d receives the AC current signal flowing therebetween and outputs it to the I / V conversion circuit 3e. The I / V conversion circuit 3e receives an AC current signal of the current flowing from the current value measurement circuit 3d to the switching circuit 3c, converts the signal into an AC voltage signal, and outputs the AC voltage signal to the full-wave rectification circuit 3f. The full-wave rectifier circuit 3f rectifies the AC voltage signal input from the I / V converter circuit 3e into a DC voltage signal and outputs the DC voltage signal to the amplifier circuit 3g. The amplifier circuit 3g amplifies the DC voltage signal output from the full-wave rectifier circuit 3f to a desired signal level and inputs the signal level to the arithmetic unit 3h. The calculation unit 3h calculates the capacitance between all the divided electrodes 1a, 1b, 1c and the second electrode 2, that is, the capacitance between the first electrode 1 and the second electrode 2 based on the input DC voltage signal. Calculate the capacitance C1 between them. Similarly, the arithmetic unit 3h controls the switching circuit 3c to calculate the capacitance C1a when connected only to the divided electrode 1a and the capacitance C1b when connected only to the divided electrode 1b. Then, the liquid level h is calculated by substituting these capacitances C1, C1a, and C1b into the above-described relational expression between the liquid level h and the capacitances C1, C1a, and C1b. Similarly, the dielectric constant ε1 and the inclination θ of the liquid surface FP ′ at this time are calculated.
[0031]
As described above, in the first embodiment, the relational expression between the liquid level h and the capacitance is represented by a simultaneous equation using the dielectric constant ε1, the inclination θ of the liquid level FP ′, and the liquid level h as variables. Since it is derived, the change in the dielectric constant εl and the inclination θ of the liquid surface FP ′ are taken into account. Therefore, the calculation unit 3h measures the value of the capacitance between the divided electrode and the second electrode 2 and substitutes the measured value into this relational expression to calculate the change in the dielectric constant εl in one calculation procedure, The liquid level h can be accurately calculated in consideration of the inclination θ of the liquid level FP ′. Therefore, it is possible to provide a capacitance type liquid level sensor that can accurately detect the liquid level h with a small number of procedures.
[0032]
In addition, the calculation unit 3h can calculate the dielectric constant εl or the inclination θ of the liquid level FP ′ together with the liquid level h, based on the capacitance. Therefore, it is possible to provide a capacitance type liquid level sensor capable of detecting the dielectric constant ε1 or the inclination θ of the liquid level FP ′ in addition to the liquid level h.
[0033]
Further, the divided electrodes are formed by being divided by boundary lines B1 and B2 extending upward from a horizontal side at the lower end of the first electrode 1. Therefore, even if the lower end of the first electrode 1 is at a liquid level h low enough to be immersed in the liquid F, a part of the divided electrode is immersed in the liquid F. Therefore, even when the liquid level h is low, it is possible to provide a capacitance type liquid level sensor that accurately detects the liquid level h.
[0034]
(Second embodiment)
Next, an embodiment according to the first and third aspects of the present invention will be described with reference to FIGS. This is different from the first embodiment in that the shapes of the divided electrodes 1a, 1b, 1c of the first electrode 1 and the calculation contents of the calculation unit 3h are different, and the other is the same as the first embodiment. It is.
[0035]
The first electrode 1 is divided by two boundary lines B3, B4 extending upward from the horizontal side at the lower end to form three divided electrodes 1a, 1b, 1c. Here, the boundary lines B3 and B4 are lines extending from the midpoint of the horizontal side at the lower end of the first electrode 1 to both ends of the opposite side. Therefore, the divided electrodes 1a and 1c are formed in a congruent right triangular shape. The divided electrode 1b is formed in an isosceles triangular shape having a half area of the first electrode 1.
[0036]
Here, the calculation unit 3h calculates the displacement h in consideration of the dielectric constant ε1, and does not consider the inclination θ of the liquid level FP ′ as in the first embodiment. In the same manner as in the first embodiment, the value of the capacitance between the divided electrodes 1a, 1b, 1c and the second electrode 2 is calculated using a simultaneous equation in which the liquid level h and the dielectric constant εl are variables. The liquid level h is calculated by substituting it into the relational expression between the liquid level h and the capacitance derived as described above. This relational expression is derived by solving simultaneous equations expressed by Expressions (1) and (7) shown in Expression 3.
[Equation 3]
[0037]
These formulas are independent of each other because a plurality of split electrodes are formed so that the shape of the part immersed in the liquid F is different. This can be confirmed by the change in the capacitances C1 and C1b of the divided electrodes with respect to the liquid level h shown in FIG. Then, the equations (1) and (7) are solved to derive a relational expression between the liquid level h, the dielectric constant εl, and the capacitance, and the equations (8) and (9) of Equation 4 are obtained. .
(Equation 4)
[0038]
Here, Ca is the same as that shown in the first embodiment. The calculation unit 3h can calculate the liquid level h by substituting C1 and C1b into the equation (8). Here, since the liquid level h is a solution of the simultaneous equations expressed by the equations (1) and (7), the liquid level h has a high precision value in consideration of the change in the dielectric constant ε1. Similarly, the calculation unit 3h substitutes the value of the capacitance into Expression (9), which is a relational expression between the capacitance and an amount other than the liquid level h derived using a simultaneous equation, The dielectric constant ε1, which is an amount other than h, can be obtained.
[0039]
The operation of the second embodiment will be omitted because only the selection of the divided electrodes for obtaining the capacitance is different.
[0040]
As described above, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the liquid level h in consideration of the change in the dielectric constant εl can be calculated by one calculation procedure. Therefore, it is possible to provide a capacitance type liquid level sensor that can accurately detect the liquid level h with a small number of procedures.
[0041]
(Third embodiment)
Next, an embodiment according to the first to fourth aspects of the present invention will be described with reference to FIGS. 2, 6, and 7. FIG. This is different from the first embodiment in the configuration of the divided electrodes of the first electrode 1 and the way in which the arithmetic unit 3h controls the switching circuit 3c, and the rest is the same as the first embodiment. is there.
[0042]
The first electrode 1 is divided by four boundary lines B1, B5, B6, and B7 extending upward from a horizontal side at the lower end to form five divided electrodes 1a to 1e. Here, similarly to the first embodiment, the boundary line B1 is a line extending vertically from the midpoint of the horizontal side at the lower end of the first electrode 1. The boundary line B5 is a line connecting the inner point P1 separated by a predetermined distance from the end of the lower horizontal side and the upper end of the boundary line B1. The boundary line B6 is a line that extends vertically upward from an inside point P2 that is separated by a predetermined distance from the other end of the lower horizontal side. The boundary line B7 is a line extending vertically upward from the point P1.
[0043]
When measuring the capacitance between the divided electrodes 1a to 1e and the second electrode 2, the calculation unit 3h controls the switching circuit 3c to control another divided electrode adjacent to the divided electrode to be measured. The electrodes are set to have substantially the same potential as the divided electrodes whose capacitance is to be measured. For example, when obtaining the capacitance between the divided electrode 1a and the second electrode 2, the switching circuit 3c connects only the divided electrode 1a to the current value measuring circuit 3d, and the other divided electrodes are substantially the same as the divided electrode 1a. Set to the potential. Then, the electric field distribution between the divided electrodes 1a to 1e and the second electrode 2 is approximately as shown in FIG. Here, the electric field vector E between the divided electrodes 1d and 1e and the second electrode 2 is spread and non-uniform due to the end effect. However, the electric field distribution between the split electrode 1a and the second electrode 2 becomes uniform and satisfies the formula condition for calculating the capacitance of the parallel plate, so that the accuracy of liquid level detection can be improved. That is, another divided electrode adjacent to the divided electrode for obtaining the capacitance is used as the auxiliary electrode R for reducing the end effect in the electric field distribution between the divided electrode and the second electrode.
[0044]
As described above, in the third embodiment, it is possible to reduce the end effect in the electric field distribution between the divided electrode whose capacitance is measured and the second electrode 2. Therefore, even when the viscosity of the liquid F is high and it is necessary to increase the distance between the divided electrodes 1a to 1e and the second electrode 2, the electrostatic force between the divided electrodes 1a to 1e and the second electrode 2 can be increased. By accurately measuring the capacity, the liquid level h can be accurately detected.
[0045]
(Fourth embodiment)
Next, one embodiment according to the first to fourth aspects of the present invention will be described with reference to FIG. This is different from the third embodiment in the shape of the divided electrodes 1b and 1c, and the rest is the same as the third embodiment.
[0046]
Unlike the third embodiment, the boundary line B5 does not cross the ends of the boundary lines B1 and B7. By doing so, the shape of the divided electrodes 1b and 1c becomes trapezoidal, and the narrow portion of the acute angle generated at the upper end of the divided electrode 1b and the lower end of the divided electrode 1c can be widened. Then, for example, the capacitance between the divided electrode 1b and the second electrode 2 becomes large even when the liquid level h changes near the upper end of the divided electrode 1b. Can be requested.
[0047]
As described above, in the fourth embodiment, a portion having a small horizontal width can be eliminated, so that a correct liquid level h can be obtained regardless of the liquid level h.
[0048]
(Fifth embodiment)
Next, an embodiment according to claims 1 to 3 and claim 5 will be described with reference to FIGS. 2 and 9. This is different from the first embodiment in that the third electrode 4 is provided and the operation of the arithmetic unit 3h is different, and the other points are the same as the first embodiment.
[0049]
The third electrode 4 is a conductor plate having the same shape as the second electrode 2, and is provided on the opposite side of the second electrode 2 so as to face the first electrode 1. This device has a distance d between the first electrode 1 and the second electrode 2 and is provided at a position symmetric with respect to the first electrode 1. This is connected to the detection circuit 3.
[0050]
After calculating the liquid level h, the dielectric constant εl of the liquid F, and the inclination θ of the liquid level FP ′ in the plane of the first electrode 1 in the same manner as in the first embodiment, The inclination φ of the liquid surface FP ′ in a plane perpendicular to the ground and including the normal line of the first electrode 1 (hereinafter, referred to as the inclination φ of the liquid surface FP ′) is calculated. That is, since the dielectric constant εl is known, the dielectric constant εl is obtained by calculating the capacitance C between the first electrode 1 and the third electrode 4 and using the parallel plate capacitance formula. The liquid level h 'can be obtained. That is, h ′ = Cd / εw. The inclination of the liquid level h obtained by the first electrode 1 and the second electrode 2 and the inclination of the liquid level h ′ obtained by the first electrode 1 and the third electrode 4 are the inclination of the liquid surface FP ′. Since it is φ, it is obtained by tan φ = (h′−h) / d.
[0051]
In the operation of the fifth embodiment, since the operation unit 3h only calculates the inclination φ of the liquid surface FP 'as described above after the operation of the first embodiment, the description is omitted.
[0052]
As described above, in the fifth embodiment, the first electrode 1 and the third electrode 4 use the dielectric constant εl of the liquid F calculated by the first electrode 1 and the second electrode 2. The liquid level h ′ can be detected. Then, using the liquid level h obtained by the first electrode 1 and the second electrode 2 and the liquid level h ′ obtained by the first electrode 1 and the third electrode 4, the liquid level is obtained. The slope φ of FP ′ can be calculated. Therefore, it is possible to provide a capacitance type liquid level sensor capable of detecting the inclination φ of the liquid level FP ′ in addition to the liquid level h.
[0053]
Note that, here, only the case where the first electrode 1 forms three or more divided electrodes has been described. However, the present invention is not limited to this, and when the liquid level h is determined in consideration of a change in the dielectric constant εl. If it is two or more, it can be comprised.
[0054]
The boundary line between the divided electrodes is only a straight line, but the relational expression between the liquid level h and the capacitance is calculated by using a simultaneous equation using the dielectric constant εl of the liquid F and the liquid level h as variables. If it can be derived, it may be a curve.
[0055]
Although the first electrode 1 has been described only for a rectangular one, the present invention is not limited to this. The first electrode 1 has a plate-like shape and has a horizontal side at a lower end when provided in the container V. What is necessary is just to be able to be divided into the divided electrodes by a line extending to.
[0056]
Further, the second electrode 2 has been described only in a rectangular shape, but is not limited thereto. The second electrode 2 is disposed in parallel with the first electrode 1, and the first electrode 1 is viewed from the front and the first electrode 1 It suffices that almost all portions of the electrode 1 face the second electrode 2.
[0057]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the relational expression between the liquid level and the capacitance is derived from the simultaneous equations using the liquid permittivity and the liquid level as variables, the change in the permittivity is taken into account. Have been. For this reason, the calculation unit measures the value of the capacitance between the divided electrode and the second electrode and substitutes the value into this relational expression, thereby taking into account the change in the dielectric constant in one calculation procedure. The position can be calculated accurately. Therefore, it is possible to provide a capacitance type liquid level sensor that can accurately detect the liquid level with a small number of procedures. Further, the divided electrodes are formed by being divided by a boundary line extending upward from a horizontal side at the lower end of the first electrode. Therefore, even if the lower end of the first electrode is at a liquid level low enough to be immersed in the liquid, a part of the divided electrode is immersed in the liquid. Therefore, it is possible to provide a capacitance type liquid level sensor that accurately detects the liquid level even when the liquid level is low.
[0058]
According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, the relational expression between the liquid level and the capacitance takes into consideration the inclination of the liquid level in the plane of the first electrode in addition to the dielectric constant. Accordingly, the calculation unit can calculate the liquid level in consideration of the dielectric constant of the liquid and the inclination of the liquid surface in the plane of the first electrode in one calculation procedure.
[0059]
According to the invention according to claim 3, in addition to the effect according to claim 1 or 2, in addition to the liquid level, the calculation unit may determine the dielectric constant of the liquid or the in-plane of the first electrode by the capacitance. The inclination of the liquid level can be calculated. Therefore, it is possible to provide a capacitance type liquid level sensor capable of detecting the dielectric constant of the liquid or the inclination of the liquid surface in the plane of the first electrode in addition to the liquid level.
[0060]
According to the invention according to claim 4, in addition to the effect according to any one of claims 1 to 3, the end effect in the electric field distribution between the divided electrode whose capacitance is measured and the second electrode is reduced. Therefore, the capacitance between the divided electrode and the second electrode can be accurately measured, and the liquid level can be accurately detected.
[0061]
According to the fifth aspect of the invention, in addition to the effects of the third aspect, the liquid level determined by the first electrode and the second electrode, and the liquid level determined by the first electrode and the third electrode. The inclination of the liquid surface in a plane perpendicular to the ground plane and including the normal line of the first electrode can be calculated using the liquid level thus obtained. It is possible to provide a capacitance type liquid level sensor capable of detecting the inclination of the liquid surface in a plane including the normal line of the electrode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a first embodiment.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a detection circuit according to the first embodiment.
FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a capacitance and a liquid level between a divided electrode and a second electrode according to the first embodiment.
FIG. 4 is a perspective view illustrating an electrode configuration according to a second embodiment.
FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a capacitance and a liquid level between a divided electrode and a second electrode according to the second embodiment.
FIG. 6 is a front view showing a first electrode according to a third embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an electric field distribution between a first electrode and a second electrode in a third embodiment.
FIG. 8 is a front view showing a first electrode according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is a perspective view illustrating an electrode configuration according to a fifth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 First electrode
1a-1e split electrode
2 Second electrode
3 Detection circuit
3h arithmetic unit
4 Third electrode
B1-B7 borderline
F liquid
L Lead wire
R auxiliary electrode
V container
