JP2004325104A - Liquid level sensor - Google Patents

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JP2004325104A
JP2004325104A JP2003116775A JP2003116775A JP2004325104A JP 2004325104 A JP2004325104 A JP 2004325104A JP 2003116775 A JP2003116775 A JP 2003116775A JP 2003116775 A JP2003116775 A JP 2003116775A JP 2004325104 A JP2004325104 A JP 2004325104A
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liquid level
magnet
level sensor
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magnetic flux
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Takashi Sato
孝 佐藤
Toshiki Sugiyama
敏樹 杉山
Setsu Sakabe
節 坂部
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Yazaki Corp
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Yazaki Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid level sensor improved in measurement accuracy by improving resolution. <P>SOLUTION: Two sine waves having a 90-degree phase difference in a rotation angle of a magnet and having equivalent periods are generated by use of respective magnetic flux densities detected by a plurality of Hall elements 17a-17d, and an arc tangent value corresponding to the rotation angle of the magnet is found on the basis of the two sine waves. A liquid level is measured on the basis of the arc tangent value. Thereby, a rotation angle range of 360 degrees at the maximum can be assigned to the whole movement range of a float to drastically improve the resolution as compared to the conventional way. The resolution can be further improved by gears 14a, 14b as speed-increasing members. Accordingly, the level is measured with high accuracy. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液面レベルセンサに関し、特に、磁石及びホール素子を利用した液面レベルセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の液面レベルセンサは、例えば、自動車の燃料残量を監視するためのレベルセンサとして利用されている。この種の液面レベルセンサでは、液面レベルに連動するフロートに連結された磁石と、この磁石により生成される液面レベルに応じた磁力をホール素子等の磁電変換素子により電気信号に変換することによって、液面レベルを検出している。
【0003】
ところが、従来の液面レベルセンサでは、磁石の回転角度範囲が最大でも180度までしか利用できないため、十分な分解能が得られず、測定精度もよくないという問題もあった。これらの問題を図9〜図12を用いて説明する。図9は、従来の液面レベルセンサを示す平面図である。図10は、図9の液面レベルセンサがタンク内に取り付けられた状態を示す図である。図11は、図9の液面レベルセンサの検出部を概略的に示す斜視図である。図12は、図9の液面レベルセンサによる磁石の回転角度と磁束密度の関係を示すグラフである。
【0004】
図9及び図10に示すように、液面レベルセンサは、容器TNK内にある液体LQの液面レベルを検出するため、容器TNK内壁に固設されている。フロート903は、アーム902を介して磁石ホルダー911に連接されている。このフロート903は、円筒状をしており、液面レベルを測定する液体LQに対して浮力を有する部材で形成されている。また、アーム902は細長い棒状のステンレス等の金属により形成されている。このアーム902の一端は、フロート903の中心を貫通してこのフロート903に結合されている。
【0005】
また、磁石ホルダー911は、内側に円環状の磁石904を収容する収容部を有する一方、外側に例えばTの字型になった上記アーム902の他端(アーム921)を保持するアーム保持部931を有している。磁石ホルダー911は、非磁性体の材料で形成されており、その外形はそこに収容する磁石904の外形よりやや大きい円筒形状の外側中心部に上記アーム保持部931が設けられたようになっている。上記アーム保持部931を介して、フロート903に結合されたアーム902は磁石ホルダー911にも連結されている。
【0006】
この磁石ホルダー911は、図9に示すような抜け防止フランジ961、962、963によって保持されながら、これらによって作られる仮想の回転軸を中心にして回転可能にセンサケース905に装着されている。なお、図9に示すαは、液面レベルに応じた磁石904の回転角度である。
【0007】
上述した磁石ホルダー911の磁石904の収容部は、磁石904の外形に合わせて円筒状の内径を有している。そして、磁石904は、接着剤等を用いて、この収容部に固着されている。このような構造により、磁石904は液面レベルに応じて移動するフロート903に連動して回転軸を中心として回転する。なお、この磁石904は、2極着された永久磁石である。
【0008】
そして、この磁石904の中心部には、磁電変換素子としてのホール素子908が配線板907に実装されて固定的に配置されている。このホール素子908は、液面レベルに応じて回転する磁石904による磁束密度を検出して、これを電気信号に変換して出力する。ホール素子908及び磁石904は、この液面レベルセンサにおいて、磁束密度の検出部を構成しており、図11に示すように、ホール素子908は円環状の磁石904の中心部に固定的に配置されている。磁石904は、上述したように液面レベルに応じて、図11中、矢印で示す方向に回転するので、この回転に伴い変動するホール素子908に対する磁束密度が、液面レベル測定に利用される。
【0009】
なお、上記ホール素子908を実装する配線板907は、本液面レベルセンサの筐体外形を構成するセンサケース905にネジ止め等(不図示)により固定されており、この配線板907は、本液面レベル測定に必要な関連電気回路部品や上記磁束密度から変換された液面レベルに対応する電気信号を外部に出力するターミナル909も実装している。そして、センサケース905の裏側は、ケース蓋910が覆設されている。
【0010】
上述のような構成において、液面レベルの変動に応じてフロート903が移動する。このフロート903の移動に応じて、アーム902を介して磁石ホルダー911が回転するため、これに伴いこの磁石ホルダー911に保持収容される磁石904も回転する。そして、ホール素子908が、上記フロート903の移動に応じて回転する磁石904による磁束密度を検出して、これを電気信号に変換することによって、この電気信号に基づき液面レベルが測定されることになる。なお、このような液面レベルセンサは、下記特許文献1でも示されている。
【0011】
【特許文献1】
特開2002−206959号公報(図1−図3)
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の液面レベルセンサでは、図12に示すように、磁石の回転角180度を挟んで、検出される磁束密度が左右対称となる。したがって、磁束密度の変動範囲ΔΦに対して、最大でも回転角度範囲180度(0度〜180度の範囲Δα′又は180度〜360度の範囲Δα″)しか割り当てることができない。このような回転角度範囲にフロートの全移動範囲を割り当ても十分な分解能が得られず、この結果、測定精度もよくないという問題もあった。
【0013】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、分解能を高めて測定精度を向上させた液面レベルセンサを提供することを課題としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の液面レベルセンサは、液面レベルを測定する液体に対して浮力を有する部材で形成されたフロートの、前記液面レベルに応じた移動にともなって回転する磁石の磁束密度を検出して、これを電気信号に変換する磁電変換素子を有し、この電気信号に基づいて前記液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、前記磁電変換素子は、前記磁石の回転軸を周回するように同等の性能を有するものが複数配置されており、前記複数の磁電変換素子により検出されたそれぞれの磁束密度を利用して、前記磁石の回転角度において90度の位相差を有し、且つ、同等の周期を有する2つのサイン波を生成し、前記2つのサイン波に基づき、前記磁石の回転角度に対応したアークタンジェント値を求め、前記アークタンジェント値に基づいて、前記液面レベルを測定する、ことを特徴とする。
【0015】
請求項1記載の発明によれば、磁電変換素子は、磁石の回転軸を周回するように同等の性能を有するものが複数配置されている。これら複数の磁電変換素子により検出されたそれぞれの磁束密度を利用して、磁石の回転角度において90度の位相差を有し、且つ、同等の周期を有する2つのサイン波が生成され、2つのサイン波に基づき、磁石の回転角度に対応したアークタンジェント値が求められる。そして、このアークタンジェント値に基づいて、液面レベルが測定される。これにより、レベル検出に利用可能な磁石の回転角度範囲が360度まで拡張される(図8参照)。
【0016】
上記課題を解決するためになされた請求項2記載の液面レベルセンサは、請求項1記載の液面レベルセンサにおいて、前記液面レベルに応じた移動にともなって回転する磁石の回転速度を増加させる増速用部材、を更に有することを特徴とする。
【0017】
請求項2記載の発明によれば、液面レベルに応じた移動にともなって回転する磁石の回転速度を増加させる増速用部材を有するので、より分解能を高めることができる。
【0018】
上記課題を解決するためになされた請求項3記載の液面レベルセンサは、請求項1又は2記載の液面レベルセンサにおいて、前記磁電変換素子はホール素子である、ことを特徴とする。
【0019】
請求項3記載の発明によれば、非接触にて磁石の回転角度が検出されるので、磁電変換素子の気密性が向上する。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図1〜図4を用いて本発明の液面レベルセンサの一実施形態の外観的な構造について説明する。図1は、本発明の液面レベルセンサの一実施形態を示す斜視図である。図2は、図1の液面レベルセンサの分解斜視図である。図3は、図1の液面レベルセンサを反対方向からみた斜視図である。図4は、図3に示す両ギアの平面図である。
【0021】
図1〜図3に示す本液面レベルセンサは、図10で示した従来の液面レベルセンサと同様、容器内にある液体の液面レベルを検出するため、容器内壁に固設されて使用される。図1に示すように、本液面レベルセンサは、センサ本体1、アーム2及びフロート3から基本的に構成される。このフロート3は、円筒状をしており、液面レベルを測定する液体に対して浮力を有する部材で形成されている。また、アーム2は細長い棒状のステンレス等の金属により形成されている。このアーム2の一端は折れ曲がり、フロート3の中心を貫通してフロート3に結合され、その他端も逆方向に折れ曲がり、センサ本体1のアーム取付穴14a1に挿入される。
【0022】
センサ本体1は、図1〜図3に示すように、センサケース11、基板12、ケース蓋13、ギア14a、14b、磁石15、及びギアカバー16を含んで構成される。センサケース11は、開口した箱形をしており、基板12、ギア14a、14b、及び磁石15を収容する。また、センサケース11には、容器内の所定部位に固定するための固定用アームも突設されている。
【0023】
センサケース11において、図2中の手前側には基板12が収容される。基板12は、センサケース11側に設けられた複数の突起111にそれぞれ嵌合する複数の穴121が穿設されている。これら複数の穴121が複数の突起111に嵌合されて基板12が所定位置に収容された後、この上にケース蓋13が覆設される。なお、基板12上には、複数のホール素子やマイコン(マイクロコンピュータ)等も配設されるが、これらについては、図5及び図6を用いて後述する。
【0024】
一方、センサケース11において、図2中の向こう側には、ギア14a、14b、及び磁石15が収容される。ギア14aは上記アーム2に直結する大径ギアであり、ギア14bは磁石15を搭載する小径ギアである。例えば、図4に示すように、ギア14aの歯数は36、ギア14bの歯数は10である。このようなギア比により、アーム2に直結するギア14aの回転速度が、3.6倍に変換されて、ギア14b、すなわち、磁石15が回転することになる。
【0025】
磁石15が3.6倍で回転するということは、換言すれば、磁石の所定の回転角度変化量に対して、3.6倍の磁束密度変化量を割り当てることが可能となるということになるため、分解能を高めることができ、高精度のレベル測定ができるようになる。なお、ギア14a、14bは、請求項中の増速用部材に対応する。上記例示したギア比は、適宜変更可能であることはいうまでもない。
【0026】
また、ギア14aには、円筒状の回転軸部が突設されており、その先端にはアーム取付穴14a1が設けられている。アーム取付穴14a1の一部は、アーム2が取付穴14a1を軸にして自由回転しないように、切欠部が形成されている。また、ギア14bには、円筒状の磁石15の外径よりもやや大きな内径の磁石収容部が設けられている。
【0027】
ギアカバー16には一対の突起161が設けられ、センサケース11側にはこれらにそれぞれ対応する一対の穴113が設けられている。ギア14aと磁石15が収容されたギア14bとが歯合されてセンサケース11の所定位置に収容された後、一対の突起163がそれぞれ対応する穴113に嵌合されてギアカバー16が覆設される。
【0028】
このような構成において、図1の矢印で示すように、液面レベルの変動に応じてフロート3が移動すると、このフロート3の移動にともなって磁石15が回転する。そして、ここでは、図示しない複数のホール素子がそれぞれ磁石15による磁束密度を検出して、これを電気信号に変換することによって、この電気信号に基づき液面レベルが測定される。なお、本発明の特徴的な液面レベルの測定方法については、図7及び図8に示すグラフを用いて後述する。
【0029】
次に、図5及び図6を用いて、ホール素子及び磁石の配置方法について説明する。図5は、ホール素子及び磁石の配置方法を示す概略斜視図である。図6は、多素子入りホールICを利用した例を示す概略斜視図である。なお、図5及び図6は、上記図1〜図3の液面レベルセンサにおける、基板、ホール素子、磁石等を概略的に示したものである。
【0030】
図5に示すように、液面レベルの変動に応じたフロート3の移動にともなって、磁石15は、矢印で示すように、回転軸RXを中心にして両方向に回転可能である。この磁石15は、S極及びN極に2極着磁された円筒状をした永久磁石である。磁石15は、基板12上に配設されたホール素子17a〜17dから所定距離だけ離間して回転するように配置されている。
【0031】
基板12上に配設される4つのホール素子17a〜17dは、2つの対になっている。すなわち、ホール素子17a及び17cが回転軸RXを挟んで一方の対となり、ホール素子17b及び17dが回転軸RXを挟んで他方の対となっている。更に、4つのホール素子17a〜17dはそれぞれ、磁石15の回転角度において90度ずつ異なる位相で磁束密度を検出するように配置されている。また、4つのホール素子17a〜17dは共に同等の性能を有するものとする。上記ホール素子17a〜17dは、請求項中の磁電変換素子に対応する。磁電変換素子として、ホール素子を用いることにより、非接触にて磁石の回転角度を検出できるので、この素子が搭載された基板は、液体に触れないように密封することができる。
【0032】
なお、図示しないが、基板12上には、4つのホール素子17a〜17dにより検出された磁束密度から磁石15の回転角等を算出したり、その他の液面レベル測定に関する処理を司るマイクロコンピュータも配置されている。
【0033】
磁電変換素子としては、上述のように独立の複数のホール素子を配置してもよいが、図6に示すように、複数のホール素子を1チップに実装した多素子入りホールIC18を使用してもよい。このような多素子入りホールIC18を使用することにより、より安価に液面レベルセンサを製造することができるようになる。図中、マイコン19は、ホールIC18にて検出された異なる位相における磁束密度から磁石15の回転角等を算出したり、その他の液面レベル測定に関する処理を司るものである。
【0034】
更に、図7及び図8を用いて、上記ホール素子17a〜17dにより検出された磁束密度を利用して、磁石15の回転角度、すなわち、液面レベルを測定する方法について説明する。図7は、対になったホール素子により検出された磁束密度と磁石の回転角度との関係を示すグラフである。図8は、図7に示す2つのサイン波に基づき求めたアークタンジェント値と磁石の回転角度との関係を示すグラフである。
【0035】
図7において、17a′及び17b′はそれぞれ、ホール素子17a及び17bにより検出された磁束密度を示す。ホール素子17a及び17bはそれぞれ、磁石15の回転角度において、90度の位相差で磁束密度を検出していることがわかる。なお、図示しないが、ホール素子17c及び17dにより検出された磁束密度も同様の関係となる。補足すると、ホール素子17a、17b、17c及び17dは、磁石15の回転角度において、それぞれ90度の位相差をもって磁束密度を検出する。なお、各ホール素子17a〜17dは同等の性能を有するので、これらにより検出された磁束密度は上記のように位相差があるだけで、同等の周期及び振幅値を有するサイン波(コサイン波とよんでもよい)となる。
【0036】
図8において、17′は、上記磁束密度17a′及び17b′に基づいて求められた、磁石15の回転角度に対応したアークタンジェント値を示す。すなわち、上述のように磁束密度17a′と17b′とは、コサイン及びサインの関係になっているので、磁石15の回転角度において、これらからタンジェント値を得ることができる。したがって、磁石15の回転角度において、このタンジェント値を満たすθ、すなわち、アークタンジェント値を得ることができる(図8の縦軸)。このアークタンジェント値θは、図8に示すように、磁石15の回転角度0度から360度に対応して固有の値を有する。また、アークタンジェント値θは、磁石15の回転角度に対してリニアに変化する。
【0037】
図8に示すように、アークタンジェント値θを利用することにより、レベル検出に利用可能な磁石の回転角度範囲を360度(図中、Δαで示す範囲)まで拡張することができる。これにより、最大で360度という回転角度範囲をフロートの全移動範囲に割り当てることも可能になり、従来に比べて分解能を2倍に高めることができる。したがって、分解能を高めて測定精度を向上させることができる。
【0038】
なお、上述の例は、ホール素子17a及び17bにより検出された磁束密度に基づいてアークタンジェント値θを求めるようにしたが、ホール素子17c及び17dにより検出された磁束密度、或いは、ホール素子17b及び17cや、ホール素子17d及び17aにより検出された磁束密度に基づいてアークタンジェント値θを求めるようにしてもよい。更には、ホール素子17a及び17cにより検出された磁束密度の差分と、ホール素子17b及び17dにより検出された磁束密度の差分と、に基づいてアークタンジェント値θを求めることも可能である。要は、磁石の回転角度において90度の位相差を有し、且つ、同等の周期を有する2つのサイン波であれば、これら2つのサイン波に基づき、磁石の回転角度に対応したアークタンジェント値が求められる。
【0039】
アークタンジェント値と磁石15の回転角度との関係は、予め実験等により求めることができ、上記マイコンに含まれるメモリに格納されている。ここから随時、上記アークタンジェント値に対応する磁石15の回転角度を読み出して、これに基づいて液面のレベル検出を行うことができる。レベル検出に関する演算処理は、上記マイコンにて行われる。そして、演算された磁石15の回転角度は、フロート3の位置、更には、液面レベルに換算されて、図示しない表示部に送信される。
【0040】
以上のように、本実施形態によると、アークタンジェント値を利用してレベル検出に利用可能な磁石の回転角度範囲を拡張すると共にギア比により磁石の回転速度を増速させて、分解能を高め測定精度を向上させた液面レベルセンサを提供することができる。
【0041】
なお、本発明は、上記実施形態で示したように、ホール素子を2つ又は4つに限定するものではない。測定精度を向上させるために、ホール素子を4つ以上にホール素子を搭載するようにしてもよい。また、本発明は、自動車の燃料残量の監視以外の用途にも適用可能である。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明によれば、磁電変換素子は、磁石の回転軸を周回するように同等の性能を有するものが複数配置されている。これら複数の磁電変換素子により検出されたそれぞれの磁束密度を利用して、磁石の回転角度において90度の位相差を有し、且つ、同等の周期を有する2つのサイン波が生成され、2つのサイン波に基づき、磁石の回転角度に対応したアークタンジェント値が求められる。そして、このアークタンジェント値に基づいて、液面レベルが測定される。これにより、レベル検出に利用可能な磁石の回転角度範囲が360度まで拡張される(図8参照)。これにより、最大で360度という回転角度範囲をフロートの全移動範囲に割り当てることも可能になり、従来に比べて分解能を大幅に高めることができる。したがって、高精度のレベル測定ができるようになる。
【0043】
請求項2記載の発明によれば、液面レベルに応じた移動にともなって回転する磁石の回転速度を増加させる増速用部材を有するので、より分解能を高めることができる。したがって、より高精度のレベル測定ができるようになる。
【0044】
請求項3記載の発明によれば、非接触にて磁石の回転角度が検出されるので、磁電変換素子の気密性が向上して、更に高精度のレベル測定ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液面レベルセンサの一実施形態を示す斜視図である。
【図2】図1の液面レベルセンサの分解斜視図である。
【図3】図1の液面レベルセンサを反対方向からみた斜視図である。
【図4】図3に示す両ギアの平面図である。
【図5】ホール素子及び磁石の配置方法を示す概略斜視図である。
【図6】多素子入りホールICを利用した例を示す概略斜視図である。
【図7】対になったホール素子により検出された磁束密度と磁石の回転角度との関係を示すグラフである。
【図8】図7に示す2つのサイン波に基づき求めたアークタンジェント値と磁石の回転角度との関係を示すグラフである。
【図9】従来の液面レベルセンサを示す平面図である。
【図10】図9の液面レベルセンサがタンク内に取り付けられた状態を示す図である。
【図11】図9の液面レベルセンサの検出部を概略的に示す斜視図である。
【図12】図9の液面レベルセンサによる磁石の回転角度と磁束密度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 センサ本体
2 アーム
3 フロート
11 センサケース
12 基板
14a、14b ギア(増速用部材)
15 磁石
16 ギアカバー
17a〜17d ホール素子(磁電変換素子)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid level sensor, and more particularly, to a liquid level sensor using a magnet and a Hall element.
[0002]
[Prior art]
This type of liquid level sensor is used, for example, as a level sensor for monitoring the remaining amount of fuel in an automobile. In this type of liquid level sensor, a magnet connected to a float interlocked with the liquid level and a magnetic force generated by the magnet according to the liquid level are converted into an electric signal by a magnetoelectric conversion element such as a Hall element. Thus, the liquid level is detected.
[0003]
However, in the conventional liquid level sensor, there is a problem that sufficient resolution cannot be obtained and measurement accuracy is not good because the rotation angle range of the magnet can be used only up to 180 degrees at the maximum. These problems will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a plan view showing a conventional liquid level sensor. FIG. 10 is a diagram showing a state in which the liquid level sensor of FIG. 9 is mounted in the tank. FIG. 11 is a perspective view schematically showing a detection unit of the liquid level sensor of FIG. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the rotation angle of the magnet and the magnetic flux density by the liquid level sensor of FIG.
[0004]
As shown in FIGS. 9 and 10, the liquid level sensor is fixed to the inner wall of the container TNK in order to detect the liquid level of the liquid LQ in the container TNK. The float 903 is connected to the magnet holder 911 via the arm 902. The float 903 has a cylindrical shape and is formed of a member having buoyancy with respect to the liquid LQ for measuring the liquid level. The arm 902 is formed of an elongated rod-shaped metal such as stainless steel. One end of the arm 902 passes through the center of the float 903 and is connected to the float 903.
[0005]
Further, the magnet holder 911 has an accommodation portion for accommodating the annular magnet 904 on the inside, and an arm holding portion 931 for holding the other end (arm 921) of the arm 902 having a T-shape on the outside, for example. have. The magnet holder 911 is formed of a non-magnetic material. The outer shape of the magnet holder 911 is such that the arm holding portion 931 is provided at the outer central portion of a cylindrical shape slightly larger than the outer shape of the magnet 904 housed therein. I have. The arm 902 connected to the float 903 via the arm holding portion 931 is also connected to the magnet holder 911.
[0006]
The magnet holder 911 is mounted on the sensor case 905 so as to be rotatable about a virtual rotation axis formed by the magnet holders 911 while being held by stopper flanges 961, 962, 963 as shown in FIG. Note that α shown in FIG. 9 is the rotation angle of the magnet 904 according to the liquid level.
[0007]
The accommodation portion of the magnet 904 of the magnet holder 911 described above has a cylindrical inner diameter in accordance with the outer shape of the magnet 904. The magnet 904 is fixed to the housing using an adhesive or the like. With such a structure, the magnet 904 rotates about the rotation axis in conjunction with the float 903 that moves according to the liquid level. The magnet 904 is a permanent magnet with two poles.
[0008]
At the center of the magnet 904, a Hall element 908 as a magnetoelectric conversion element is mounted on the wiring board 907 and fixedly arranged. The Hall element 908 detects the magnetic flux density by the magnet 904 rotating according to the liquid level, converts the detected magnetic flux into an electric signal, and outputs the electric signal. In the liquid level sensor, the Hall element 908 and the magnet 904 constitute a magnetic flux density detecting unit. As shown in FIG. 11, the Hall element 908 is fixedly arranged at the center of the annular magnet 904. Have been. Since the magnet 904 rotates in the direction indicated by the arrow in FIG. 11 according to the liquid level as described above, the magnetic flux density of the Hall element 908 that fluctuates with this rotation is used for liquid level measurement. .
[0009]
The wiring board 907 on which the Hall element 908 is mounted is fixed to a sensor case 905 constituting an outer shape of the housing of the present liquid level sensor by screws (not shown) or the like. A related electric circuit component necessary for liquid level measurement and a terminal 909 for outputting an electric signal corresponding to the liquid level converted from the magnetic flux density to the outside are also mounted. A case lid 910 is covered on the back side of the sensor case 905.
[0010]
In the above-described configuration, the float 903 moves according to a change in the liquid level. Since the magnet holder 911 rotates via the arm 902 in response to the movement of the float 903, the magnet 904 held and accommodated in the magnet holder 911 also rotates. Then, the Hall element 908 detects the magnetic flux density of the magnet 904 that rotates in accordance with the movement of the float 903 and converts the magnetic flux density into an electric signal, whereby the liquid level is measured based on the electric signal. become. Note that such a liquid level sensor is also disclosed in Patent Document 1 below.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-206959 (FIGS. 1 to 3)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional liquid level sensor, as shown in FIG. 12, the detected magnetic flux density is symmetrical with respect to the rotation angle of the magnet of 180 degrees. Therefore, only a rotation angle range of 180 degrees (a range of 0 to 180 degrees ?? 'or a range of 180 to 360 degrees ?? ") can be assigned at most to the variation range ?? of the magnetic flux density. Even if the entire float movement range is assigned to the angle range, sufficient resolution cannot be obtained, and as a result, there is a problem that the measurement accuracy is not good.
[0013]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid level sensor that has improved resolution and improved measurement accuracy in view of the above-described current situation.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The liquid level sensor according to claim 1, which has been made to solve the above-mentioned problem, is capable of moving a float formed of a member having buoyancy with respect to a liquid whose liquid level is to be measured, according to the liquid level. A liquid level sensor that detects a magnetic flux density of a rotating magnet and converts the magnetic flux density into an electric signal, and that measures the liquid level based on the electric signal; A plurality of conversion elements, each having the same performance as orbiting the rotation axis of the magnet, are arranged, and utilizing the respective magnetic flux densities detected by the plurality of magnetoelectric conversion elements, the rotation of the magnet is performed. Two sine waves having a phase difference of 90 degrees in angle and having the same period are generated, and an arc tangent value corresponding to the rotation angle of the magnet is obtained based on the two sine waves. , Based on the arc tangent value, measuring the fluid level, characterized in that.
[0015]
According to the first aspect of the invention, a plurality of magnetoelectric conversion elements having the same performance are arranged so as to orbit around the rotation axis of the magnet. Utilizing the respective magnetic flux densities detected by the plurality of magnetoelectric conversion elements, two sine waves having a phase difference of 90 degrees in the rotation angle of the magnet and having the same period are generated, and two An arc tangent value corresponding to the rotation angle of the magnet is obtained based on the sine wave. Then, the liquid level is measured based on the arc tangent value. Thereby, the rotation angle range of the magnet that can be used for level detection is extended to 360 degrees (see FIG. 8).
[0016]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a liquid level sensor according to the first aspect, wherein the rotation speed of the magnet that rotates with the movement according to the liquid level is increased. And a speed increasing member.
[0017]
According to the second aspect of the present invention, since the speed increasing member that increases the rotation speed of the magnet that rotates with the movement according to the liquid level is provided, the resolution can be further improved.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a liquid level sensor according to the first or second aspect, wherein the magnetoelectric element is a Hall element.
[0019]
According to the third aspect of the invention, since the rotation angle of the magnet is detected in a non-contact manner, the airtightness of the magnetoelectric conversion element is improved.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an external structure of a liquid level sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a liquid level sensor of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of the liquid level sensor of FIG. FIG. 3 is a perspective view of the liquid level sensor of FIG. 1 viewed from the opposite direction. FIG. 4 is a plan view of both gears shown in FIG.
[0021]
The liquid level sensor shown in FIGS. 1 to 3 is used fixedly on the inner wall of the container to detect the liquid level of the liquid in the container, similarly to the conventional liquid level sensor shown in FIG. Is done. As shown in FIG. 1, the present liquid level sensor basically includes a sensor main body 1, an arm 2, and a float 3. The float 3 has a cylindrical shape and is formed of a member having buoyancy with respect to the liquid whose liquid level is to be measured. The arm 2 is formed of an elongated rod-shaped metal such as stainless steel. One end of this arm 2 is bent, penetrates through the center of the float 3 and is connected to the float 3, and the other end also bends in the opposite direction and is inserted into the arm mounting hole 14 a 1 of the sensor body 1.
[0022]
The sensor main body 1 includes a sensor case 11, a substrate 12, a case lid 13, gears 14a and 14b, magnets 15, and a gear cover 16, as shown in FIGS. The sensor case 11 has an open box shape and accommodates the substrate 12, the gears 14a and 14b, and the magnet 15. Further, the sensor case 11 is also provided with a fixing arm for fixing to a predetermined portion in the container.
[0023]
In the sensor case 11, a substrate 12 is accommodated on the near side in FIG. The substrate 12 is provided with a plurality of holes 121 that are respectively fitted to the plurality of protrusions 111 provided on the sensor case 11 side. After the plurality of holes 121 are fitted into the plurality of protrusions 111 and the substrate 12 is accommodated in a predetermined position, the case lid 13 is covered thereon. Note that a plurality of Hall elements, a microcomputer (microcomputer), and the like are also provided on the substrate 12, and these will be described later with reference to FIGS.
[0024]
On the other hand, in the sensor case 11, gears 14a and 14b and a magnet 15 are accommodated on the other side in FIG. The gear 14a is a large-diameter gear directly connected to the arm 2, and the gear 14b is a small-diameter gear on which the magnet 15 is mounted. For example, as shown in FIG. 4, the gear 14a has 36 teeth and the gear 14b has 10 teeth. With such a gear ratio, the rotation speed of the gear 14a directly connected to the arm 2 is converted to 3.6 times, and the gear 14b, that is, the magnet 15 rotates.
[0025]
The fact that the magnet 15 rotates by 3.6 times means that, in other words, it is possible to allocate a 3.6 times change amount of the magnetic flux density to a predetermined rotation angle change amount of the magnet. Therefore, the resolution can be increased, and highly accurate level measurement can be performed. The gears 14a and 14b correspond to speed increasing members in the claims. It goes without saying that the gear ratios exemplified above can be appropriately changed.
[0026]
The gear 14a has a cylindrical rotating shaft protruding therefrom, and an arm mounting hole 14a1 at the tip thereof. A part of the arm mounting hole 14a1 is formed with a notch so that the arm 2 does not rotate freely around the mounting hole 14a1. The gear 14b is provided with a magnet housing part having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the cylindrical magnet 15.
[0027]
The gear cover 16 is provided with a pair of protrusions 161, and the sensor case 11 side is provided with a pair of holes 113 respectively corresponding to these. After the gear 14a and the gear 14b in which the magnet 15 is housed are meshed and housed in a predetermined position of the sensor case 11, the pair of projections 163 are fitted in the corresponding holes 113, and the gear cover 16 is covered. Is done.
[0028]
In such a configuration, when the float 3 moves according to the fluctuation of the liquid level, as shown by the arrow in FIG. 1, the magnet 15 rotates with the movement of the float 3. Here, a plurality of Hall elements (not shown) each detect a magnetic flux density by the magnet 15 and convert the detected magnetic flux density into an electric signal, so that the liquid level is measured based on the electric signal. The characteristic liquid level measurement method of the present invention will be described later with reference to the graphs shown in FIGS.
[0029]
Next, an arrangement method of the Hall element and the magnet will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic perspective view showing an arrangement method of the Hall elements and the magnets. FIG. 6 is a schematic perspective view showing an example using a multi-element hall IC. FIGS. 5 and 6 schematically show a substrate, a Hall element, a magnet, and the like in the liquid level sensor shown in FIGS.
[0030]
As shown in FIG. 5, as the float 3 moves in accordance with the fluctuation of the liquid level, the magnet 15 can rotate in both directions about the rotation axis RX as indicated by an arrow. The magnet 15 is a cylindrical permanent magnet that is magnetized in two poles at the S pole and the N pole. The magnet 15 is arranged to rotate at a predetermined distance from the Hall elements 17a to 17d provided on the substrate 12.
[0031]
The four Hall elements 17a to 17d arranged on the substrate 12 are in two pairs. That is, the Hall elements 17a and 17c form one pair across the rotation axis RX, and the Hall elements 17b and 17d form the other pair across the rotation axis RX. Further, the four Hall elements 17a to 17d are arranged so as to detect the magnetic flux densities at phases different from each other by 90 degrees in the rotation angle of the magnet 15. The four Hall elements 17a to 17d all have the same performance. The Hall elements 17a to 17d correspond to the magneto-electric conversion elements in the claims. By using a Hall element as the magnetoelectric conversion element, the rotation angle of the magnet can be detected in a non-contact manner, so that the substrate on which this element is mounted can be sealed without touching the liquid.
[0032]
Although not shown, on the substrate 12, a microcomputer that calculates the rotation angle of the magnet 15 from the magnetic flux densities detected by the four Hall elements 17a to 17d and performs other processes related to the liquid level measurement is also provided. Are located.
[0033]
As the magnetoelectric conversion element, a plurality of independent Hall elements may be arranged as described above, but as shown in FIG. 6, a multi-element Hall IC 18 in which a plurality of Hall elements are mounted on one chip is used. Is also good. By using such a multi-element Hall IC 18, a liquid level sensor can be manufactured at lower cost. In the figure, a microcomputer 19 calculates a rotation angle and the like of the magnet 15 from magnetic flux densities in different phases detected by the Hall IC 18 and performs other processes related to liquid level measurement.
[0034]
Further, a method of measuring the rotation angle of the magnet 15, that is, the liquid level using the magnetic flux densities detected by the Hall elements 17a to 17d will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the magnetic flux density detected by the paired Hall elements and the rotation angle of the magnet. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the arc tangent value obtained based on the two sine waves shown in FIG. 7 and the rotation angle of the magnet.
[0035]
In FIG. 7, 17a 'and 17b' indicate the magnetic flux densities detected by the Hall elements 17a and 17b, respectively. It can be seen that each of the Hall elements 17a and 17b detects the magnetic flux density with a phase difference of 90 degrees at the rotation angle of the magnet 15. Although not shown, the same relationship applies to the magnetic flux densities detected by the Hall elements 17c and 17d. Supplementally, the Hall elements 17a, 17b, 17c and 17d detect the magnetic flux density with a phase difference of 90 degrees, respectively, at the rotation angle of the magnet 15. Since the Hall elements 17a to 17d have the same performance, the magnetic flux densities detected by the Hall elements 17a to 17d only have a phase difference as described above, and have a sine wave (also called a cosine wave) having the same period and amplitude value. Good).
[0036]
In FIG. 8, reference numeral 17 'denotes an arc tangent value corresponding to the rotation angle of the magnet 15, which is obtained based on the magnetic flux densities 17a' and 17b '. That is, since the magnetic flux densities 17a 'and 17b' have a cosine and sine relationship as described above, a tangent value can be obtained from these at the rotation angle of the magnet 15. Therefore, at the rotation angle of the magnet 15, θ satisfying this tangent value, that is, an arc tangent value can be obtained (vertical axis in FIG. 8). The arc tangent value θ has a unique value corresponding to the rotation angle of the magnet 15 from 0 ° to 360 ° as shown in FIG. The arc tangent value θ changes linearly with the rotation angle of the magnet 15.
[0037]
As shown in FIG. 8, by using the arc tangent value θ, the rotation angle range of the magnet that can be used for level detection can be extended to 360 degrees (the range indicated by Δα in the figure). As a result, a rotation angle range of 360 degrees at the maximum can be allocated to the entire movement range of the float, and the resolution can be doubled as compared with the related art. Therefore, the resolution can be increased and the measurement accuracy can be improved.
[0038]
In the above-described example, the arc tangent value θ is obtained based on the magnetic flux density detected by the Hall elements 17a and 17b. However, the magnetic flux density detected by the Hall elements 17c and 17d or the Hall element 17b and The arc tangent value θ may be determined based on the magnetic flux density detected by the Hall element 17c or the Hall elements 17d and 17a. Further, the arc tangent value θ can be determined based on the difference between the magnetic flux densities detected by the Hall elements 17a and 17c and the difference between the magnetic flux densities detected by the Hall elements 17b and 17d. In short, if two sine waves have a phase difference of 90 degrees in the rotation angle of the magnet and have the same period, the arc tangent value corresponding to the rotation angle of the magnet based on these two sine waves Is required.
[0039]
The relationship between the arc tangent value and the rotation angle of the magnet 15 can be obtained in advance by an experiment or the like, and is stored in a memory included in the microcomputer. From this, the rotation angle of the magnet 15 corresponding to the arc tangent value is read at any time, and the level of the liquid level can be detected based on the readout angle. The arithmetic processing related to the level detection is performed by the microcomputer. Then, the calculated rotation angle of the magnet 15 is converted to the position of the float 3 and further to a liquid level, and transmitted to a display unit (not shown).
[0040]
As described above, according to the present embodiment, the arc tangent value is used to expand the rotation angle range of the magnet that can be used for level detection, and the gear ratio increases the rotation speed of the magnet to increase resolution and measure. A liquid level sensor with improved accuracy can be provided.
[0041]
The present invention does not limit the number of Hall elements to two or four as described in the above embodiment. In order to improve measurement accuracy, four or more Hall elements may be mounted. Further, the present invention can be applied to uses other than monitoring of the remaining fuel amount of an automobile.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a plurality of magnetoelectric conversion elements having the same performance are arranged so as to orbit around the rotation axis of the magnet. Utilizing the respective magnetic flux densities detected by the plurality of magnetoelectric conversion elements, two sine waves having a phase difference of 90 degrees in the rotation angle of the magnet and having the same period are generated, and two An arc tangent value corresponding to the rotation angle of the magnet is obtained based on the sine wave. Then, the liquid level is measured based on the arc tangent value. Thereby, the rotation angle range of the magnet that can be used for level detection is extended to 360 degrees (see FIG. 8). As a result, a rotation angle range of 360 degrees at the maximum can be allocated to the entire movement range of the float, and the resolution can be greatly improved as compared with the related art. Therefore, highly accurate level measurement can be performed.
[0043]
According to the second aspect of the present invention, since the speed increasing member that increases the rotation speed of the magnet that rotates with the movement according to the liquid level is provided, the resolution can be further improved. Therefore, more accurate level measurement can be performed.
[0044]
According to the third aspect of the present invention, since the rotation angle of the magnet is detected in a non-contact manner, the airtightness of the magneto-electric conversion element is improved, and more accurate level measurement can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a liquid level sensor of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the liquid level sensor of FIG.
FIG. 3 is a perspective view of the liquid level sensor of FIG. 1 as viewed from an opposite direction.
FIG. 4 is a plan view of both gears shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic perspective view showing an arrangement method of a Hall element and a magnet.
FIG. 6 is a schematic perspective view showing an example using a multi-element hall IC.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a magnetic flux density detected by a pair of Hall elements and a rotation angle of a magnet.
8 is a graph showing a relationship between an arc tangent value obtained based on two sine waves shown in FIG. 7 and a rotation angle of a magnet.
FIG. 9 is a plan view showing a conventional liquid level sensor.
FIG. 10 is a diagram showing a state in which the liquid level sensor of FIG. 9 is mounted in a tank.
FIG. 11 is a perspective view schematically showing a detection unit of the liquid level sensor of FIG. 9;
FIG. 12 is a graph showing a relationship between a rotation angle of a magnet and a magnetic flux density by the liquid level sensor of FIG. 9;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor main body 2 Arm 3 Float 11 Sensor case 12 Substrates 14a and 14b Gear (member for speed increase)
15 Magnet 16 Gear cover 17a to 17d Hall element (magnetoelectric conversion element)

Claims (3)

液面レベルを測定する液体に対して浮力を有する部材で形成されたフロートの、前記液面レベルに応じた移動にともなって回転する磁石の磁束密度を検出して、これを電気信号に変換する磁電変換素子を有し、この電気信号に基づいて前記液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、
前記磁電変換素子は、前記磁石の回転軸を周回するように同等の性能を有するものが複数配置されており、
前記複数の磁電変換素子により検出されたそれぞれの磁束密度を利用して、前記磁石の回転角度において90度の位相差を有し、且つ、同等の周期を有する2つのサイン波を生成し、
前記2つのサイン波に基づき、前記磁石の回転角度に対応したアークタンジェント値を求め、
前記アークタンジェント値に基づいて、前記液面レベルを測定する、
ことを特徴とする液面レベルセンサ。
The magnetic flux density of a magnet rotating with the movement according to the liquid level of a float formed of a member having a buoyancy with respect to the liquid whose liquid level is measured is detected and converted into an electric signal. A liquid level sensor having a magnetoelectric conversion element and measuring the liquid level based on the electric signal,
In the magnetoelectric conversion element, a plurality of elements having equivalent performance are arranged so as to orbit around the rotation axis of the magnet,
Utilizing the respective magnetic flux densities detected by the plurality of magnetoelectric conversion elements, the two sine waves having a phase difference of 90 degrees at the rotation angle of the magnet, and having the same period, are generated.
Based on the two sine waves, determine an arc tangent value corresponding to the rotation angle of the magnet,
Measuring the liquid level based on the arc tangent value,
A liquid level sensor, comprising:
請求項1記載の液面レベルセンサにおいて、
前記液面レベルに応じた移動にともなって回転する磁石の回転速度を増加させる増速用部材
を更に有することを特徴とする液面レベルセンサ。
The liquid level sensor according to claim 1,
A liquid level sensor further comprising a speed increasing member for increasing a rotation speed of a magnet that rotates with the movement according to the liquid level.
請求項1又は2記載の液面レベルセンサにおいて、
前記磁電変換素子はホール素子である、
ことを特徴とする液面レベルセンサ。
The liquid level sensor according to claim 1 or 2,
The magnetoelectric element is a Hall element,
A liquid level sensor, comprising:
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