JP2005172757A

JP2005172757A - Liquid level sensor

Info

Publication number: JP2005172757A
Application number: JP2003416582A
Authority: JP
Inventors: Shin Kiuchi; 慎木内
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-06-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid level sensor measuring a liquid level with sufficient accuracy. <P>SOLUTION: The liquid level sensor has four sensor sections 2, 3, 4, 5 and a measuring circuit 6. Each sensor section 2, 3, 4, 5 has a driving electrode for inputting a predetermined AC signal, a measuring electrode for outputting a signal corresponding to the liquid level, and a reference electrode for obtaining a reference signal. Each AC signal to be input to each driving electrode is made to have a frequency value different from each sensor section 2, 3, 4, 5, by the measuring circuit 6. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液面レベルを測定する液面レベルセンサに関する。 The present invention relates to a liquid level sensor that measures a liquid level.

液体を収容する容器には、液面レベルを測定する液面レベルセンサを備えるものがある。液面レベルセンサとしては、例えば、フロート式のセンサや、超音波を用いたセンサ、静電容量式のセンサなどが知られている。
ここで、容器が、例えば、高さ２０ｍｍ、直径２０ｍｍのように小型である場合には、フロート式のセンサでは、フロートを小さくせざるを得ないので、フロート自体の浮力が小さくなりすぎる。このため、可変抵抗器や、光学素子、磁気素子など、フロートに連動する位置検出素子を支えきれないという問題を有する。また、小型の容器では、容積が小さいために、液面レベルの絶対値が小さくなり、例えば、高さ方向でプラスマイナス０．５ｍｍ程度といった高い測定精度が要求されるようになる。このような特殊性を有する小型な容器に、超音波を用いたセンサを適用すると、超音波を送受信する距離を十分に確保できないので、測定精度が低くなってしまい、液面レベルを精度良く測定することができない。 Some containers that contain liquid include a liquid level sensor that measures the liquid level. As the liquid level sensor, for example, a float type sensor, a sensor using ultrasonic waves, a capacitance type sensor, and the like are known.
Here, when the container is small, for example, a height of 20 mm and a diameter of 20 mm, the float sensor has to reduce the float, so that the buoyancy of the float itself becomes too small. For this reason, there exists a problem that the position detection element linked with a float, such as a variable resistor, an optical element, and a magnetic element, cannot be supported. In addition, since the volume of the small container is small, the absolute value of the liquid level becomes small, and for example, high measurement accuracy of about plus or minus 0.5 mm in the height direction is required. If a sensor using ultrasonic waves is applied to a small container with such special characteristics, the distance for transmitting and receiving ultrasonic waves cannot be secured sufficiently, resulting in low measurement accuracy and accurate measurement of the liquid level. Can not do it.

これに対して、静電容量式のセンサは、フロート式のセンサよりも小型にすることができ、超音波を用いたセンサよりも高精度に液面レベルを測定することができる。
静電容量式のセンサは、一部が液体内に浸漬される一対の測定用電極を、容器の鉛直方向に沿って配置した構成を有している。ここで、液体中の誘電率は、空気中の誘電率よりも大きいので、一対の測定用電極のうち、液体に浸漬されている部分の静電容量は大きくなる。したがって、液面レベルが高いほど、静電容量が大きくなるので、一組の測定用電極に交流信号を与えて、その静電容量を測定すれば、液面レベルを測定することができる。ここで、従来の液面レベルセンサでは、複数の電極を用いて容器の傾斜を測定できるものがある。具体的には、３本の測定用電極と、１本の補正用電極とを備え、各測定用電極から出力される信号の差から、容器の傾斜角度を算出する（例えば、特許文献１参照）。また、複数の測定用電極からの信号を処理する手法としては、測定回路にマルチプレクサを備え、複数の測定用電極から出力される信号を、順次１つずつ選択して処理を行うことが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３１２８９３０号公報特開平６−３４４３４号公報 On the other hand, the capacitance type sensor can be made smaller than the float type sensor, and can measure the liquid level with higher accuracy than a sensor using ultrasonic waves.
The capacitance type sensor has a configuration in which a pair of measurement electrodes partially immersed in a liquid is arranged along the vertical direction of the container. Here, since the dielectric constant in the liquid is larger than the dielectric constant in the air, the capacitance of the portion immersed in the liquid of the pair of measurement electrodes is increased. Therefore, the higher the liquid level, the larger the capacitance. Therefore, the liquid level can be measured by applying an AC signal to a set of measurement electrodes and measuring the capacitance. Here, some conventional liquid level sensors can measure the inclination of a container using a plurality of electrodes. Specifically, the measurement apparatus includes three measurement electrodes and one correction electrode, and calculates the tilt angle of the container from the difference between signals output from the measurement electrodes (see, for example, Patent Document 1). ). As a technique for processing signals from a plurality of measurement electrodes, it is known to provide a multiplexer in the measurement circuit, and select and output signals output from the plurality of measurement electrodes one by one. (For example, refer to Patent Document 2).
Japanese Patent No. 3128930 JP-A-6-34434

しかしながら、容器が小さく、複数の測定用電極が近接する場合には、各測定用電極の間でクロストークが起き、測定結果に誤差が生じる可能性がある。
また、信号処理にマルチプレクサを用いると、複数の測定用電極からの信号を同時に検出することができない。このため、容器の傾斜角度が頻繁に変化する場合には、液面レベルを正しく検出することができない。
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液面レベルを精度良く測定することができる液面レベルセンサを提供することである。 However, when the container is small and a plurality of measurement electrodes are close to each other, crosstalk occurs between the measurement electrodes, and an error may occur in the measurement result.
If a multiplexer is used for signal processing, signals from a plurality of measurement electrodes cannot be detected simultaneously. For this reason, when the inclination angle of the container changes frequently, the liquid level cannot be detected correctly.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a liquid level sensor capable of measuring the liquid level with high accuracy.

本発明は、上記の課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明の液面レベルセンサは、液体が収容される容器内に配置され、液面の高さに応じて変化する電気特性を測定する複数組の電極と、前記電極に接続された測定回路とを有し、前記測定回路は、前記電極の組ごとに、周波数の異なる信号を前記電気特性を測定する信号として与える駆動信号発振器を備えることを特徴とする。
この液面レベルセンサは、各組の電極ごとに異なる周波数の信号を与えるので、電極間のクロストークが防止される。また、周波数の異なる信号に基づいて出力される信号を、電極の組ごとに処理するように測定回路を構成すると、信号処理を同時に行うことが可能になるので、液面レベル及び容器の傾斜をリアルタイムで測定できる。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The liquid level sensor of the present invention is arranged in a container in which a liquid is stored, a plurality of sets of electrodes for measuring electrical characteristics that change according to the height of the liquid level, and a measurement circuit connected to the electrodes. The measurement circuit includes a drive signal oscillator that provides a signal having a different frequency as a signal for measuring the electrical characteristics for each set of the electrodes.
Since this liquid level sensor gives a signal having a different frequency for each set of electrodes, crosstalk between the electrodes is prevented. Also, if the measurement circuit is configured to process signals output based on signals of different frequencies for each set of electrodes, signal processing can be performed simultaneously, so the liquid level and the inclination of the container can be reduced. It can be measured in real time.

上記の液面レベルセンサにおいては、前記容器において、高さ方向に略直交する２つの軸のそれぞれに沿って、少なくとも３組の前記電極を配置したことが好ましい。
このような液面レベルセンサは、少なくとも３組の電極が容器の液面を測定可能に配置されると共に、容器の異なる２軸に振り分けて配置されるので、液面レベルや、容器の傾きを正確に検出できる。 In the liquid level sensor, it is preferable that at least three sets of the electrodes are arranged along each of two axes substantially orthogonal to the height direction in the container.
In such a liquid level sensor, at least three sets of electrodes are arranged so as to be able to measure the liquid level of the container, and are arranged on two different axes of the container, so that the liquid level and the inclination of the container are controlled. It can be detected accurately.

上記の液面レベルセンサにおいては、前記駆動信号発振器は、周波数の大きい搬送波を発振する搬送波発振器と、前記搬送波よりも周波数の小さい変調波を発振する変調波発振器と、前記搬送波に前記変調波を重畳する変調器とを有し、前記変調波を、前記電極の組ごとに異ならせることが好ましい。
この液面レベルセンサは、高周波を印加するようにしたので、高周波の伝播を利用して液面レベルによって変化する電極間の電気特性を測定することができる。このため、ノイズに対して強く、分解能も向上する。 In the liquid level sensor, the driving signal oscillator includes a carrier oscillator that oscillates a carrier wave having a high frequency, a modulation wave oscillator that oscillates a modulated wave having a frequency lower than the carrier wave, and the modulation wave to the carrier wave. It is preferable that the modulation wave is different for each set of electrodes.
Since this liquid level sensor applies a high frequency, it is possible to measure the electrical characteristics between the electrodes that change depending on the liquid level using the propagation of the high frequency. Therefore, it is strong against noise and the resolution is improved.

上記の液面レベルセンサにおいては、前記電極は、周波数の異なる信号が入力される測定信号供給電極と、駆動電極との間で液面の高さに応じて変化する電気特性を測定する測定電極と、電気特性の参照値を測定する参照電極とを含み、前記参照電極は、その先端部分を除いた部分であって、少なくとも液体に浸漬され得る部分が電磁的にシールドされていることが好ましい。
この液面レベルセンサでは、参照電極の一部が電磁的にシールドされるので、参照電極のうちシールドされている部分は、測定電極や、測定信号供給電極と静電的な結合を起こさない。この液面レベルセンサでは、駆動電極と測定電極との間の電気特性と、参照電極においてシールドされない部分で測定する電気特性とから、液面レベルが測定される。 In the liquid level sensor described above, the electrode is a measurement electrode that measures electrical characteristics that vary depending on the height of the liquid level between a measurement signal supply electrode to which signals having different frequencies are input and a drive electrode. And a reference electrode for measuring a reference value of electrical characteristics, wherein the reference electrode is a part excluding its tip part, and at least a part that can be immersed in a liquid is preferably electromagnetically shielded .
In this liquid level sensor, since a part of the reference electrode is electromagnetically shielded, the shielded part of the reference electrode does not cause electrostatic coupling with the measurement electrode or the measurement signal supply electrode. In this liquid level sensor, the liquid level is measured from the electrical characteristics between the drive electrode and the measurement electrode and the electrical characteristics measured at the unshielded portion of the reference electrode.

上記の液面レベルセンサにおいては、複数組の前記電極と、前記参照電極のシールドとを防水性の絶縁フィルムで覆ったことが好ましい。
このような液面レベルセンサでは、導電性の各電極及びシールドと、液体との接触を防止できる。 In the liquid level sensor, it is preferable that a plurality of sets of the electrodes and the shield of the reference electrode are covered with a waterproof insulating film.
In such a liquid level sensor, contact between each conductive electrode and shield and the liquid can be prevented.

この発明によれば、各組の電極ごとに異なる周波数の信号を与えることにより、電極間のクロストークを防止することができる。したがって、液面レベルや、容器の傾斜を精度良く測定できる。また、３組以上の電極を、容器の直交する軸に振り分けて配置すると、さらに測定精度を向上させることができる。そして、参照電極の一部を電磁的にシールドすると、さらに測定精度を向上できる。 According to the present invention, it is possible to prevent crosstalk between the electrodes by giving signals having different frequencies for each set of electrodes. Therefore, it is possible to accurately measure the liquid level and the inclination of the container. In addition, if three or more sets of electrodes are distributed and arranged on the orthogonal axes of the container, the measurement accuracy can be further improved. Then, if a part of the reference electrode is electromagnetically shielded, the measurement accuracy can be further improved.

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、第１の実施の形態における液面レベルセンサは、容器１内に配置される４つのセンサ部２，３，４，５と、各センサ部２，３，４，５に電気的に接続される測定回路６とを有している。 The best mode for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the liquid level sensor in the first embodiment includes four sensor units 2, 3, 4, 5 disposed in the container 1, and each sensor unit 2, 3, 4, 5. And a measurement circuit 6 electrically connected to.

４つのセンサ部２，３，４，５は、容器１の高さ方向の軸線Ｃ１と略平行に、容器１の内壁に取り付けられている。センサ部２とセンサ部３とは、軸線Ｃ１と略直交する軸線Ｃ２に沿って、互いに所定の距離を置いて取り付けられている。さらに、センサ部２とセンサ部４とは、軸線Ｃ１及び軸線Ｃ２のそれぞれに略直交する軸線Ｃ３に沿って、互いに所定の距離を置いて取り付けられている。同様に、センサ部３とセンサ部５とは、軸線Ｃ３に沿って、互いに所定の距離を置いて取り付けられている。なお、センサ部４とセンサ部５とは、軸線Ｃ２に沿って、互いに所定の距離を置いて取り付けられている。 The four sensor units 2, 3, 4, and 5 are attached to the inner wall of the container 1 so as to be substantially parallel to the axis C <b> 1 in the height direction of the container 1. The sensor unit 2 and the sensor unit 3 are attached at a predetermined distance from each other along an axis C2 substantially orthogonal to the axis C1. Further, the sensor unit 2 and the sensor unit 4 are attached at a predetermined distance from each other along an axis C3 substantially orthogonal to the axis C1 and the axis C2. Similarly, the sensor unit 3 and the sensor unit 5 are attached at a predetermined distance from each other along the axis C3. The sensor unit 4 and the sensor unit 5 are attached to each other at a predetermined distance along the axis C2.

次に、各センサ部２，３，４，５の構成について説明する。なお、各センサ部２，３，４，５の構成は同じであるので、以下にはセンサ部２のみを例にとって説明する。
図２及び図３に示すように、センサ部２は、細長のフィルム形状を有し、長手方向の一方の基端２ａ側が測定回路６に接続され、先端２ｂが容器１の底面近傍に位置するように固定される。さらに、基端２ａから先端２ｂに向かう間で、センサ部２は、その幅が広がっている。この拡幅部分２１から先が、液体内に浸漬されることが望ましい。
このセンサ部２は、カバーフィルム７と、第一絶縁フィルム８と、第二絶縁フィルム９と、カバーフィルム１０とを、この順番に積層させてある。各フィルム７，８，９，１０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や、ポリエステル、ナイロン、液晶ポリマなど、吸水率の低い絶縁部材で製造されている。 Next, the structure of each sensor part 2,3,4,5 is demonstrated. In addition, since the structure of each sensor part 2,3,4,5 is the same, it demonstrates below only the sensor part 2 as an example.
As shown in FIGS. 2 and 3, the sensor unit 2 has an elongated film shape, one base end 2 a side in the longitudinal direction is connected to the measurement circuit 6, and the distal end 2 b is located near the bottom surface of the container 1. To be fixed. Furthermore, the width of the sensor unit 2 is widened from the base end 2a toward the front end 2b. It is desirable that the end of the widened portion 21 is immersed in the liquid.
In the sensor unit 2, a cover film 7, a first insulating film 8, a second insulating film 9, and a cover film 10 are laminated in this order. Each of the films 7, 8, 9, and 10 is made of an insulating member having a low water absorption rate, such as polyethylene terephthalate (PET), polyester, nylon, or liquid crystal polymer.

一側の最外層にあたるカバーフィルム７上には、カバーフィルム７の半分ほどの幅を有するシールド層１１がシート状に設けられている。第一絶縁フィルム８は、カバーフィルム７と共にシールド層１１を挟むようにカバーフィルム７上に密着されている。この第一絶縁フィルム８には、各々線状の測定電極１２と、駆動電極（測定信号供給電極）１３と、第一シールド電極１４と、参照電極１５と、第二シールド電極１６とが、第一絶縁フィルム８の長手方向に沿って、各々離間して略並列に配設されている。第二絶縁フィルム９は、第一絶縁フィルム８と共に各電極１２，１３，１４，１５，１６を挟むように、第一絶縁フィルム８上に密着されている。この第二絶縁フィルム９上には、第二絶縁フィルム９の半分ほどの幅を有するシールド層１７がシート状に設けられている。そして、カバーフィルム１０は、第二絶縁フィルム９と共にシールド層１７を挟むように、第二絶縁フィルム９上に密着する。
なお、図２に示すように、第二絶縁フィルム９及びカバーフィルム１０は、センサ部２の基端２ａ側がカバーフィルム７及び第一絶縁フィルム８よりも短くなっており、センサ部２の上部に相当する基端２ａ側は、各電極１２，１３，１４，１５，１６が、各々所定の長さで露出している。 On the cover film 7 corresponding to the outermost layer on one side, a shield layer 11 having a width about half that of the cover film 7 is provided in a sheet shape. The first insulating film 8 is in close contact with the cover film 7 so as to sandwich the shield layer 11 together with the cover film 7. The first insulating film 8 includes a linear measurement electrode 12, a drive electrode (measurement signal supply electrode) 13, a first shield electrode 14, a reference electrode 15, and a second shield electrode 16. Along the longitudinal direction of the one insulating film 8, the insulating films 8 are spaced apart from each other and arranged substantially in parallel. The second insulating film 9 is in close contact with the first insulating film 8 so as to sandwich the electrodes 12, 13, 14, 15 and 16 together with the first insulating film 8. On the second insulating film 9, a shield layer 17 having a width about half that of the second insulating film 9 is provided in a sheet shape. The cover film 10 is in close contact with the second insulating film 9 so as to sandwich the shield layer 17 together with the second insulating film 9.
As shown in FIG. 2, the second insulating film 9 and the cover film 10 are such that the base end 2 a side of the sensor unit 2 is shorter than the cover film 7 and the first insulating film 8, and On the corresponding base end 2a side, the respective electrodes 12, 13, 14, 15, 16 are exposed with a predetermined length.

図２及び図３に示すように、駆動電極１３は、所定の線幅及び厚さで第一絶縁フィルム８の面１８上に、基端から先端の近傍まで設けられている。この駆動電極１３の上端は、センサ部２の基端２ａ側において測定回路６（図１参照）に接続されており、所定の駆動用の交流信号が入力される。また、駆動電極１３の下端（先端）１３ａは、第一絶縁フィルム８の先端８ａよりも、所定の距離ｒ１だけ上方に位置している。
測定電極１２は、面１８上において、駆動電極１３から所定距離をおいた位置に設けられている。測定電極１２の線幅及び厚さは、駆動電極１３と同じである。測定電極１２の上端は、センサ部２の基端２ａ側において測定回路６に接続される。また、測定電極１２の下端（先端）１２ａは、第一絶縁フィルム８の先端８ａよりも、所定の距離ｒ１だけ上方に位置している。
この測定電極１２と駆動電極１３とは、容量素子を形成する。その静電容量は、測定電極１２及び駆動電極１３の表面積と、電極間距離と、誘電率とで定まる。誘電率は、空気の誘電率に対して液体の誘電率が十分に大きい。したがって、測定電極１２及び駆動電極１３との間の静電容量は、液面に浸漬している表面積、つまり測定電極１２及び駆動電極１３の下端から、後述する液面レベルまでの長さに略比例する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the drive electrode 13 is provided on the surface 18 of the first insulating film 8 with a predetermined line width and thickness from the proximal end to the vicinity of the distal end. The upper end of the drive electrode 13 is connected to the measurement circuit 6 (see FIG. 1) on the base end 2a side of the sensor unit 2, and a predetermined drive AC signal is input thereto. Further, the lower end (tip) 13a of the drive electrode 13 is positioned above the tip 8a of the first insulating film 8 by a predetermined distance r1.
The measurement electrode 12 is provided on the surface 18 at a position spaced a predetermined distance from the drive electrode 13. The line width and thickness of the measurement electrode 12 are the same as those of the drive electrode 13. The upper end of the measurement electrode 12 is connected to the measurement circuit 6 on the base end 2 a side of the sensor unit 2. Further, the lower end (tip) 12a of the measurement electrode 12 is positioned above the tip 8a of the first insulating film 8 by a predetermined distance r1.
The measurement electrode 12 and the drive electrode 13 form a capacitive element. The capacitance is determined by the surface area of the measurement electrode 12 and the drive electrode 13, the distance between the electrodes, and the dielectric constant. As for the dielectric constant, the dielectric constant of the liquid is sufficiently larger than the dielectric constant of air. Therefore, the capacitance between the measurement electrode 12 and the drive electrode 13 is approximately the surface area immersed in the liquid surface, that is, the length from the lower end of the measurement electrode 12 and the drive electrode 13 to the liquid level described later. Proportional.

また、第一シールド電極１４は、面１８上において、駆動電極１３に対して測定電極１２と略対称な位置に設けられている。つまり、駆動電極１３から測定電極１２までの距離と、駆動電極１３から第一シールド電極１４までの距離は、略同一である。第一シールド電極１４の上端は、接地接続される。また、第一シールド電極１４の下端（先端）１４ａは、第一絶縁フィルム８の先端８ａよりも、所定の距離ｒ２だけ上方に位置している。なお、距離ｒ２は、距離ｒ１よりも大きい。
参照電極１５は、面１８上において、駆動電極１３から、さらに離間した位置に配置されている。参照電極１５の幅及び厚さは、駆動電極１３と等しい。参照電極１５の上端は、センサ部２の基端２ａ側において測定回路６に接続される。また、参照電極１５の下端（先端）１５ａは、第一絶縁フィルム８の先端８ａよりも、所定距離ｒ１だけ上方に位置している。
第二シールド電極１６は、面１８上において、第一シールド電極１４と共に参照電極１５を挟むように配置されている。つまり、参照電極１５から第二シールド電極１６までの距離は、参照電極１５から第一シールド電極１４までの距離の略等しい。第二シールド電極１６の上端は、接地接続される。また、第二シールド電極１６の下端（先端）１６ａは、第一絶縁フィルム８の先端８ａよりも、所定の距離ｒ２だけ上方に位置している。 Further, the first shield electrode 14 is provided on the surface 18 at a position substantially symmetrical to the measurement electrode 12 with respect to the drive electrode 13. That is, the distance from the drive electrode 13 to the measurement electrode 12 and the distance from the drive electrode 13 to the first shield electrode 14 are substantially the same. The upper end of the first shield electrode 14 is grounded. Further, the lower end (tip) 14a of the first shield electrode 14 is positioned above the tip 8a of the first insulating film 8 by a predetermined distance r2. The distance r2 is larger than the distance r1.
The reference electrode 15 is disposed on the surface 18 at a position further away from the drive electrode 13. The width and thickness of the reference electrode 15 are equal to those of the drive electrode 13. The upper end of the reference electrode 15 is connected to the measurement circuit 6 on the base end 2 a side of the sensor unit 2. Further, the lower end (tip) 15a of the reference electrode 15 is located above the tip 8a of the first insulating film 8 by a predetermined distance r1.
The second shield electrode 16 is arranged on the surface 18 so as to sandwich the reference electrode 15 together with the first shield electrode 14. That is, the distance from the reference electrode 15 to the second shield electrode 16 is substantially equal to the distance from the reference electrode 15 to the first shield electrode 14. The upper end of the second shield electrode 16 is grounded. Further, the lower end (tip) 16a of the second shield electrode 16 is positioned above the tip 8a of the first insulating film 8 by a predetermined distance r2.

さらに、シールド層１１は、各シールド電極１４，１６及びシールド層１７に重なる位置に設けられている。具体的には、シールド層１１の幅は、各シールド電極１４，１６の電極間距離に、各シールド電極１４，１６の幅を加えた値に略等しい。また、シールド層１１の下端（先端）は、各シールド電極１４，１６と同様に、第一絶縁フィルム８及び第二絶縁フィルム９の先端よりも、所定の距離ｒ２だけ上方に位置する。ここで、シールド層１１は、導電性材料からなる。そして、第一絶縁フィルム８に形成された導電スルーホール部２０を介して、第二シールド電極１６と電気的に接続されている。なお、導電スルーホール部２０は、例えば、第一絶縁フィルム８に形成したスルーホールに導電性材料をメッキして形成する。 Further, the shield layer 11 is provided at a position overlapping the shield electrodes 14 and 16 and the shield layer 17. Specifically, the width of the shield layer 11 is approximately equal to a value obtained by adding the width of each shield electrode 14, 16 to the distance between the electrodes of each shield electrode 14, 16. Further, the lower end (front end) of the shield layer 11 is positioned above the front ends of the first insulating film 8 and the second insulating film 9 by a predetermined distance r2 similarly to the shield electrodes 14 and 16. Here, the shield layer 11 is made of a conductive material. And it is electrically connected to the second shield electrode 16 through the conductive through-hole portion 20 formed in the first insulating film 8. The conductive through hole portion 20 is formed, for example, by plating a conductive material on the through hole formed in the first insulating film 8.

シールド層１７は、導電性材料からなり、シールド層１１と同じ形状を有している。また、シールド層１７は、第二絶縁フィルム９が第一絶縁フィルム８の面１８と密着する面と反対側の面１９に形成されている。シールド層１７の下端（先端）は、各シールド電極１４，１６及びシールド層１１と同じ位置にある。さらに、このシールド層１７は、第二絶縁フィルム９に形成された導電スルーホール部２３を介して、第一シールド電極１４と電気的に接続されている。
シールド層１１とシールド層１７とは、第一絶縁フィルム８及び第二絶縁フィルム９を介して、参照電極１５及び各シールド電極１４，１６を挟む位置に設けられている。したがって、一対のシールド電極１４，１６と一対のシールド層１１，１７は、参照電極１５を囲むように配置され、かつ電気的に接続される。各シールド電極１４，１６は、前記のように接地接続されるので、一対のシールド電極１４，１６と一対のシールド層１１，１７は、参照電極１５の電磁的なシールドとなる。 The shield layer 17 is made of a conductive material and has the same shape as the shield layer 11. The shield layer 17 is formed on the surface 19 opposite to the surface where the second insulating film 9 is in close contact with the surface 18 of the first insulating film 8. The lower end (tip) of the shield layer 17 is at the same position as the shield electrodes 14 and 16 and the shield layer 11. Further, the shield layer 17 is electrically connected to the first shield electrode 14 through a conductive through hole portion 23 formed in the second insulating film 9.
The shield layer 11 and the shield layer 17 are provided at positions sandwiching the reference electrode 15 and the shield electrodes 14 and 16 with the first insulating film 8 and the second insulating film 9 interposed therebetween. Therefore, the pair of shield electrodes 14 and 16 and the pair of shield layers 11 and 17 are disposed so as to surround the reference electrode 15 and are electrically connected. Since the shield electrodes 14 and 16 are grounded as described above, the pair of shield electrodes 14 and 16 and the pair of shield layers 11 and 17 serve as an electromagnetic shield for the reference electrode 15.

そして、参照電極１５の下端１５ａ近傍で、シールドから突出する部分が、参照用測定部２５となり、シールドされている部分が信号導通部２６とされる。参照用測定部２５は、駆動電極１３と、容量素子を形成する。その静電容量は、参照用測定部２５及び駆動電極１３の表面積と、電極間距離と、誘電率とで定まる。参照用測定部２５の長さは、所定の距離ｒ２から所定の距離ｒ１を引いた長さであり、このときの静電容量（誘電率）の値が、液面レベルを測定する際の参照値になる。そして、信号導通部２６は、その上端が測定回路６に接続され、参照用測定部２５で発生する所定の信号を測定回路６に入力する役割を担う。 A portion protruding from the shield in the vicinity of the lower end 15 a of the reference electrode 15 serves as a reference measurement unit 25, and a shielded portion serves as a signal conduction unit 26. The reference measurement unit 25 forms the drive electrode 13 and the capacitive element. The capacitance is determined by the surface area of the reference measurement unit 25 and the drive electrode 13, the distance between the electrodes, and the dielectric constant. The length of the reference measuring unit 25 is a length obtained by subtracting the predetermined distance r1 from the predetermined distance r2, and the value of the capacitance (dielectric constant) at this time is a reference when measuring the liquid level. Value. The signal conduction unit 26 has an upper end connected to the measurement circuit 6 and plays a role of inputting a predetermined signal generated by the reference measurement unit 25 to the measurement circuit 6.

なお、各電極１２，１３，１４，１５，１６と、各シールド層１１，１７とは、所定の厚さの導電性材料を貼り付けられた各フィルム７，８，９において、導電材料を部分的にエッチングして形成されている。また、センサ部２の拡幅部分２１では、各電極１２，１３，１４，１５，１６の配置間隔も、第一シールド電極１４を中心にして長くなっている。 In addition, each electrode 12, 13, 14, 15, 16 and each shield layer 11, 17 are part of the conductive material in each film 7, 8, 9 to which a conductive material having a predetermined thickness is attached. It is formed by etching. Further, in the widened portion 21 of the sensor unit 2, the arrangement interval of the electrodes 12, 13, 14, 15, 16 is also long with the first shield electrode 14 as the center.

図１に示すように、測定回路６は、センサ部２に接続される第一測定回路４１と、センサ部３に接続される第二測定回路４２と、センサ部４に接続される第三測定回路４３と、センサ部５に接続される第四測定回路４４とを有する。 As shown in FIG. 1, the measurement circuit 6 includes a first measurement circuit 41 connected to the sensor unit 2, a second measurement circuit 42 connected to the sensor unit 3, and a third measurement connected to the sensor unit 4. The circuit 43 and the fourth measurement circuit 44 connected to the sensor unit 5 are included.

図４に示すように、第一測定回路４１は、駆動電極１３に接続される駆動信号発振器５１と、参照電極１５及び測定電極１２にそれぞれ接続される電流‐電圧コンバータ５２及び電流‐電圧コンバータ５３と、各電流‐電圧コンバータ５２，５３に直列に接続される各アナログスイッチ５４，５５、各ローパスフィルタ５６，５７、差動増幅回路５８を有している。
駆動信号発振器５１は、３つのインバータ６１，６２，６３からなる直列回路と、この直列回路の入力端及び出力端に接続された抵抗６４と、インバータ６１の入力端及びインバータ６２の出力端に接続されたコンデンサ６５とを有している。そして、直列回路の出力端は、３つのインバータ６６，６７，６８に並列に接続されている。各インバータ６６，６７，６８の出力端は、駆動電極１３と、各アナログスイッチ５４，５５のコントロール端子とに接続されている。なお、駆動信号発振器５１と各アナログスイッチ５４，５５との間には、コンデンサ６９が介挿されている。 As shown in FIG. 4, the first measurement circuit 41 includes a drive signal oscillator 51 connected to the drive electrode 13, a current-voltage converter 52 and a current-voltage converter 53 connected to the reference electrode 15 and the measurement electrode 12, respectively. And analog switches 54 and 55 connected in series to the current-voltage converters 52 and 53, low-pass filters 56 and 57, and a differential amplifier circuit 58, respectively.
The drive signal oscillator 51 is connected to a series circuit composed of three inverters 61, 62, 63, a resistor 64 connected to the input terminal and the output terminal of the series circuit, and an input terminal of the inverter 61 and an output terminal of the inverter 62. The capacitor 65 is provided. The output terminal of the series circuit is connected in parallel to the three inverters 66, 67 and 68. The output terminals of the inverters 66, 67 and 68 are connected to the drive electrode 13 and the control terminals of the analog switches 54 and 55. A capacitor 69 is interposed between the drive signal oscillator 51 and the analog switches 54 and 55.

電流‐電圧コンバータ５２は、オペアンプ７０を有している。オペアンプ７０の反転入力端子は、参照電極１５に接続されている。非反転入力端子は、接地接続された抵抗７１に接続されている。このオペアンプ７０の出力端子と反転入力端子とは、抵抗７２を介して接続されており、負帰還ループが形成されている。さらに、オペアンプ７０の出力端子は、接地接続された抵抗７３と、アナログスイッチ５４とに接続されている。
電流‐電圧コンバータ５３は、オペアンプ７４を有している。オペアンプ７４の反転入力端子は、測定電極１２に接続されている。非反転入力端子は、接地接続された抵抗７５に接続されている。このオペアンプ７４の出力端子と反転入力端子とは、抵抗７６を介して接続されており、負帰還ループが形成されている。さらに、オペアンプ７４の出力端子は、接地接続された抵抗７７と、アナログスイッチ５５とに接続されている。 The current-voltage converter 52 has an operational amplifier 70. An inverting input terminal of the operational amplifier 70 is connected to the reference electrode 15. The non-inverting input terminal is connected to a resistor 71 connected to ground. The output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 70 are connected via a resistor 72 to form a negative feedback loop. Further, the output terminal of the operational amplifier 70 is connected to the resistor 73 and the analog switch 54 that are connected to the ground.
The current-voltage converter 53 has an operational amplifier 74. An inverting input terminal of the operational amplifier 74 is connected to the measurement electrode 12. The non-inverting input terminal is connected to a resistor 75 connected to ground. The output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 74 are connected via a resistor 76 to form a negative feedback loop. Further, the output terminal of the operational amplifier 74 is connected to the resistor 77 and the analog switch 55 that are connected to the ground.

ローパスフィルタ５６は、アナログスイッチ５４に一端が接続された抵抗７８及び抵抗７９を有し、抵抗７９の他端にはコンデンサ８０が接続されている。なお、抵抗７８及びコンデンサ８０は、接地接続されている。
ローパスフィルタ５７は、アナログスイッチ５５に一端が接続された抵抗８１及び抵抗８２を有し、抵抗８２の他端にはコンデンサ８３が接続されている。なお、抵抗８１及びコンデンサ８３は、接地接続されている。 The low-pass filter 56 has a resistor 78 and a resistor 79 connected at one end to the analog switch 54, and a capacitor 80 is connected to the other end of the resistor 79. The resistor 78 and the capacitor 80 are grounded.
The low-pass filter 57 has a resistor 81 and a resistor 82 connected at one end to the analog switch 55, and a capacitor 83 is connected to the other end of the resistor 82. The resistor 81 and the capacitor 83 are grounded.

差動増幅回路５８は、増幅用の各オペアンプ８４，８５と、差動増幅用のオペアンプ８６と、増幅用のオペアンプ８７とから主に構成されている。
オペアンプ８４の非反転入力端子は、参照電極１５側のローパスフィルタ５６に接続されている。このオペアンプ８４の出力端子と反転入力端子との間には、負帰還ループが形成されている。さらに、出力端子は、抵抗８８を介してオペアンプ８６の反転入力端子に接続されている。同様に、オペアンプ８５の非反転入力端子は、測定電極１２側のローパスフィルタ５７に接続されている。このオペアンプ８５も負帰還ループを有し、出力端子は抵抗８９の一端に接続されている。抵抗８９の他端は、オペアンプ８６の非反転入力端子と、抵抗９０に接続されている。この抵抗９０は、可変抵抗９１を介して接地接続されている。オペアンプ８６の出力端子は、コンデンサ９２と、抵抗９３と、抵抗９４とに接続されている。コンデンサ９２、抵抗９３は、それぞれオペアンプ８６の反転入力端子に接続されている。抵抗９４は、オペアンプ８７の反転入力端子に接続されている。オペアンプ８７の非反転入力端子は、接地接続された抵抗９５に接続されている。オペアンプ８７の出力端子は、コンデンサ９６と、抵抗９７と、不図示の他の制御回路とに接続されている。コンデンサ９６、抵抗９７は、それぞれオペアンプ８７の反転入力端子に接続されている。なお、各電流‐電圧コンバータ５２，５３と、各アナログスイッチ５４，５５と、ローバスフィルタ５６，５７と、増幅用のオペアンプ８４，８５は、測定電極１２側と、参照電極１５側とで、同じ処理を行う回路になっている。 The differential amplifier circuit 58 is mainly composed of amplification operational amplifiers 84 and 85, a differential amplification operational amplifier 86, and an amplification operational amplifier 87.
The non-inverting input terminal of the operational amplifier 84 is connected to the low pass filter 56 on the reference electrode 15 side. A negative feedback loop is formed between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 84. Further, the output terminal is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 86 through the resistor 88. Similarly, the non-inverting input terminal of the operational amplifier 85 is connected to the low pass filter 57 on the measurement electrode 12 side. The operational amplifier 85 also has a negative feedback loop, and the output terminal is connected to one end of the resistor 89. The other end of the resistor 89 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 86 and the resistor 90. The resistor 90 is grounded via a variable resistor 91. The output terminal of the operational amplifier 86 is connected to a capacitor 92, a resistor 93, and a resistor 94. The capacitor 92 and the resistor 93 are each connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 86. The resistor 94 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 87. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 87 is connected to the resistor 95 connected to the ground. The output terminal of the operational amplifier 87 is connected to a capacitor 96, a resistor 97, and another control circuit (not shown). The capacitor 96 and the resistor 97 are each connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 87. The current-voltage converters 52 and 53, the analog switches 54 and 55, the low-pass filters 56 and 57, and the operational amplifiers 84 and 85 for amplification are provided on the measurement electrode 12 side and the reference electrode 15 side. The circuit performs the same processing.

このような構成の第一測定回路４１は、駆動信号発振器５１において、所定の周波数、例えば、１３．３６ｋＨｚの交流信号を発振する。そして、この交流信号に基づいて測定電極１２及び参照電極１５のそれぞれで発生する受信電圧に基づく信号の差に応じた出力を発生させる。
第二測定回路４２は、第一測定回路４１と同じ回路構成を有している。ただし、第二測定回路４２の駆動信号発振器５１は、第一測定回路４１とは異なる周波数、例えば、１２．４９ｋＨｚの交流信号を発振する。
同様に、第三測定回路４３及び第四測定回路４４も、第一測定回路４１と同じ回路構成を有している。そして、第三測定回路４３は、例えば、１１．６５ｋＨｚの交流信号を発振する。第四測定回路４４は、例えば、９．３９ｋＨｚの交流信号を発振する。 The first measurement circuit 41 having such a configuration causes the drive signal oscillator 51 to oscillate an AC signal having a predetermined frequency, for example, 13.36 kHz. Based on this AC signal, an output corresponding to the difference in signal based on the received voltage generated at each of the measurement electrode 12 and the reference electrode 15 is generated.
The second measurement circuit 42 has the same circuit configuration as the first measurement circuit 41. However, the drive signal oscillator 51 of the second measurement circuit 42 oscillates an AC signal having a frequency different from that of the first measurement circuit 41, for example, 12.49 kHz.
Similarly, the third measurement circuit 43 and the fourth measurement circuit 44 have the same circuit configuration as the first measurement circuit 41. The third measurement circuit 43 oscillates an AC signal of 11.65 kHz, for example. For example, the fourth measurement circuit 44 oscillates an AC signal of 9.39 kHz.

次に、この液面レベルセンサの動作について説明する。なお、容器１には、少なくとも、図２に示すように距離ｒ２に等しい高さ（基準位置ｈ０）まで液体が入っているものとする。
第一測定回路４１の駆動信号発振器５１は、１３．３６ｋＨｚの交流信号をセンサ部２の駆動電極１３に入力する。駆動電極１３に入力された交流信号は、空気及び液体を媒体として、センサ部２の測定電極１２及び参照電極１５の参照用測定部２５及びシールドに伝播する。測定電極１２には、信号の伝播により、液体の誘電率に基づく静電容量、つまり液面レベルに応じた受信信号が発生する。この受信信号が、測定回路６の電流‐電圧コンバータ５２に入力される。また、参照用測定部２５には、信号の伝播により、液体の誘電率に基づく静電容量に応じた受信信号が発生する。この受信電圧が、測定回路６の電流‐電圧コンバータ５３に入力される。なお、シールドは、アースされているので、受信信号は発生しない。 Next, the operation of this liquid level sensor will be described. The container 1 is assumed to contain liquid at least up to a height (reference position h0) equal to the distance r2, as shown in FIG.
The drive signal oscillator 51 of the first measurement circuit 41 inputs an AC signal of 13.36 kHz to the drive electrode 13 of the sensor unit 2. The AC signal input to the drive electrode 13 propagates to the measurement electrode 12 of the sensor unit 2 and the reference measurement unit 25 of the reference electrode 15 and the shield using air and liquid as a medium. The measurement electrode 12 generates a reception signal corresponding to the capacitance based on the dielectric constant of the liquid, that is, the liquid level, by the propagation of the signal. This received signal is input to the current-voltage converter 52 of the measurement circuit 6. The reference measurement unit 25 generates a reception signal corresponding to the capacitance based on the dielectric constant of the liquid by the propagation of the signal. This received voltage is input to the current-voltage converter 53 of the measurement circuit 6. Since the shield is grounded, no reception signal is generated.

各電流‐電圧コンバータ５２，５３は、それぞれの受信信号の大きさに応じた交流電圧を発生し、各アナログスイッチ５４，５５に出力する。各アナログスイッチ５４，５５では、コンデンサ６９によって位相が調整された交流信号に基づいて同期検波が行われる。そして、各アナログスイッチ５４，５５で同期検波された信号は、各ローパスフィルタ５６，５７に入力され、余分な交流成分が取り除かれ、直流成分が取り出される。さらに、差動増幅回路５８に入力され、増幅された後に、測定電極１２の信号から、参照値となる参照電極１３の信号を減じた差に比例した信号が出力される。 Each of the current-voltage converters 52 and 53 generates an AC voltage corresponding to the magnitude of each received signal and outputs the AC voltage to each of the analog switches 54 and 55. In each of the analog switches 54 and 55, synchronous detection is performed based on the AC signal whose phase is adjusted by the capacitor 69. Then, the signals synchronously detected by the analog switches 54 and 55 are input to the low-pass filters 56 and 57, and excess AC components are removed, and DC components are extracted. Further, after being input to the differential amplifier circuit 58 and amplified, a signal proportional to the difference obtained by subtracting the signal of the reference electrode 13 as a reference value from the signal of the measurement electrode 12 is output.

ここで、測定電極１２と駆動電極１３の液体に浸漬している部分の間の誘電率と、測定電極１２と参照電極１５の参照用測定部２５の間の誘電率とは、同じ値である。したがって、容器１内の液体の量が増えて、液面が基準位置ｈ０を超えて上昇すると、駆動電極１３と測定電極１２との間の静電容量は、液面レベルに略比例して増加する。これに対して、参照電極１５は、基準位置ｈ０を越える部分が各シールド電極１４，１６及び各シールド層１１，１７にシールドされているので、基準位置ｈ０に相当する静電容量から変化しない。前記のように、センサ出力は、測定電極１２側の静電容量に基づく信号と、参照電極１５側の静電容量に基づく信号の差に比例する。したがって、液面レベルが上昇すると、これに比例して増加する。同様に、センサ出力は、液面レベルが下降すると、これに比例して減少する。このように、センサ部２のセンサ出力は、参照用測定部２５の受信電圧を基準として、液面レベルに略比例した大きさの信号になる。したがって、信号の大きさから液面レベルの絶対値がわかる。 Here, the dielectric constant between the portions of the measurement electrode 12 and the drive electrode 13 immersed in the liquid and the dielectric constant between the measurement electrode 12 and the reference measurement unit 25 of the reference electrode 15 are the same value. . Therefore, when the amount of the liquid in the container 1 increases and the liquid level rises above the reference position h0, the capacitance between the drive electrode 13 and the measurement electrode 12 increases substantially in proportion to the liquid level. To do. On the other hand, the portion of the reference electrode 15 that exceeds the reference position h0 is shielded by the shield electrodes 14 and 16 and the shield layers 11 and 17, and therefore does not change from the capacitance corresponding to the reference position h0. As described above, the sensor output is proportional to the difference between the signal based on the capacitance on the measurement electrode 12 side and the signal based on the capacitance on the reference electrode 15 side. Therefore, as the liquid level increases, it increases in proportion to this. Similarly, the sensor output decreases in proportion to the decrease in the liquid level. Thus, the sensor output of the sensor unit 2 is a signal having a magnitude approximately proportional to the liquid level with reference to the reception voltage of the reference measurement unit 25. Therefore, the absolute value of the liquid level is known from the magnitude of the signal.

同様にして、センサ部３と、センサ部４と、センサ部５とにおいても、周波数が互いに異なる交流信号に基づいて、それぞれの取り付け位置における液面レベルが検出される。
ここで、容器１が水平状態である場合には、各センサ部２，３，４，５に対応するセンサ出力は、略同じ値になる。これに対して、容器１が傾いた姿勢にあるときには、各センサ部２，３，４，５ごとに異なるセンサ出力が得られる。この場合には、センサ出力、つまり液面レベルの値と各センサ部２，３，４，５の位置とに基づいて所定の計算を行うと、容器１の傾斜角度を算出することができる。 Similarly, in the sensor unit 3, the sensor unit 4, and the sensor unit 5, the liquid level at each mounting position is detected based on AC signals having different frequencies.
Here, when the container 1 is in a horizontal state, the sensor outputs corresponding to the sensor units 2, 3, 4, and 5 have substantially the same value. On the other hand, when the container 1 is in a tilted posture, a different sensor output is obtained for each of the sensor units 2, 3, 4 and 5. In this case, the inclination angle of the container 1 can be calculated by performing a predetermined calculation based on the sensor output, that is, the value of the liquid level and the positions of the sensor units 2, 3, 4, and 5.

この実施の形態によれば、複数のセンサ部２，３，４，５を備える場合に、各センサ部２，３，４，５に入力する交流信号を、互いに異なる周波数にしたので、各センサ部２，３，４，５間のクロストークを防止できる。したがって、複数箇所の液面レベルを精度良く測定できる。なお、周波数は、高調波の発生による干渉を防止するために、整数倍以外の値を設定することが好ましい。
また、複数のセンサ部２，３，４，５を備えることで、それぞれのセンサ出力から容器１の傾斜角度を算出することが可能になる。ここにおいて、センサ部２とセンサ部３とを軸線Ｃ２に沿って配置し、センサ部２とセンサ部４、又はセンサ部３とセンサ部５とを軸線Ｃ３に沿って配置したので、傾斜角度を確実に検出することが可能になる。 According to this embodiment, when a plurality of sensor units 2, 3, 4, and 5 are provided, the AC signals input to the sensor units 2, 3, 4, and 5 have different frequencies. Crosstalk between the parts 2, 3, 4 and 5 can be prevented. Therefore, the liquid level at a plurality of locations can be measured with high accuracy. The frequency is preferably set to a value other than an integral multiple in order to prevent interference due to the generation of harmonics.
Moreover, it becomes possible to calculate the inclination angle of the container 1 from each sensor output by providing the some sensor part 2,3,4,5. Here, the sensor unit 2 and the sensor unit 3 are arranged along the axis C2, and the sensor unit 2 and the sensor unit 4 or the sensor unit 3 and the sensor unit 5 are arranged along the axis C3. It becomes possible to detect reliably.

さらに、参照電極１５のうち、参照用の静電容量を測定する部分だけを露出し、液体に浸漬される他の部分（図２において拡幅部分２１よりも下側）をシールドしたので、レファレンスとして用いる静電容量を精度良く測定できる。さらに、シールドされていない部分、つまり参照用測定部２５を、参照電極１５の下端で、容器１の底面近傍に配置したので、レファレンスとして用いる静電容量を測定しやすい。したがって、少ない液量からでも液面レベルを精度良く測定できる。ここで、液面レベルは、基準位置ｈ０からの距離として求められるが、基準位置ｈ０は、液面レベルセンサの容器１への取り付け位置が決まれば既知の値になるので、容器１の底面から液面までの絶対値を簡単に求めることができる。
また、測定電極１２と参照電極１５とが、駆動電極１３を共有し、３本の電極で液面レベルを測定するので、液面レベルセンサの小型化が可能である。また、各電極１２，１３，１５を吸水率の小さい各フィルム７，８，９，１０で覆ったので、各電極１２，１３，１５と液体との接触を防止できる。 Further, only the portion of the reference electrode 15 for measuring the reference capacitance is exposed and the other portion immersed in the liquid (below the widened portion 21 in FIG. 2) is shielded. Capacitance used can be accurately measured. Furthermore, since the unshielded portion, that is, the reference measurement unit 25 is arranged near the bottom surface of the container 1 at the lower end of the reference electrode 15, the capacitance used as a reference can be easily measured. Therefore, the liquid level can be accurately measured even from a small amount of liquid. Here, the liquid level is obtained as a distance from the reference position h0. Since the reference position h0 is a known value when the mounting position of the liquid level sensor on the container 1 is determined, the liquid level is determined from the bottom surface of the container 1. The absolute value up to the liquid level can be easily obtained.
Further, since the measurement electrode 12 and the reference electrode 15 share the drive electrode 13 and measure the liquid level with three electrodes, the liquid level sensor can be downsized. Moreover, since each electrode 12,13,15 was covered with each film 7,8,9,10 with a small water absorption, contact with each electrode 12,13,15 and a liquid can be prevented.

ここで、この液面レベルセンサの適用例としては、ＰＤＡ（電子手帳）、コンピュータ、携帯電話などの携帯端末装置の電源、又は車両の駆動源として開発されている燃料電池において、燃料を貯蔵する容器や、廃液を貯蔵する容器の貯蔵量（残量）を検出するために適用することができる。参照電極１５で測定するレファレンス用の静電容量を精度良く測定できるので、純粋なメタノールや、蟻酸とホルムアルデヒドの混合液など、誘電率の異なる液体が容器に入れられた場合であっても、確実に液面レベルを検出することができる。また、この液面レベルセンサは、洗濯機や、食器洗い機、電気ポット、浴槽など、容器内に水などの液体が貯蔵されるものに適用しても良い。 Here, as an application example of this liquid level sensor, fuel is stored in a fuel cell developed as a power source for a portable terminal device such as a PDA (electronic notebook), a computer, a cellular phone, or a driving source of a vehicle. The present invention can be applied to detect the storage amount (remaining amount) of a container or a container that stores waste liquid. Since the reference capacitance measured by the reference electrode 15 can be accurately measured, even if liquids with different dielectric constants, such as pure methanol or a mixture of formic acid and formaldehyde, are put in the container, it is ensured. The liquid level can be detected. Moreover, this liquid level sensor may be applied to a machine in which a liquid such as water is stored in a container, such as a washing machine, a dishwasher, an electric kettle, or a bathtub.

さらに、液面レベルセンサは、レファレンスの静電容量を精度良く測定できるので、基準位置ｈ０を確実に検出することができる。また、液面レベルセンサの出力から、液面レベルと基準位置ｈ０の比が容易に演算できる。このため、液面レベルが基準位置ｈ０に達したら（前記の比が１に相当）、警告を発するような制御が可能になる。また、液面レベルセンサを廃液などの貯蔵タンクに取り付ける際には、液面レベルが所定位置に達したことを、センサ出力の値から容易に判定できるので、タンクが満杯になる前に警告を発するような制御が可能になる。 Furthermore, since the liquid level sensor can accurately measure the reference capacitance, the reference position h0 can be reliably detected. Further, the ratio between the liquid level and the reference position h0 can be easily calculated from the output of the liquid level sensor. For this reason, when the liquid level reaches the reference position h0 (the ratio is equivalent to 1), it is possible to perform control such that a warning is issued. In addition, when installing a liquid level sensor in a storage tank for waste liquid, etc., it can be easily determined from the sensor output value that the liquid level has reached a predetermined position, so a warning is issued before the tank is full. It is possible to control such as to emit.

次に、第２の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、第１の実施の形態と同一の構成要素には同じ符号を付してある。また、重複する説明は省略する。
この実施の形態は、複数組の電極に入力する交流信号として、振幅変調した信号を用いることを特徴とする。 Next, a second embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as 1st Embodiment. In addition, overlapping explanation is omitted.
This embodiment is characterized in that an amplitude-modulated signal is used as an AC signal input to a plurality of sets of electrodes.

図５に示すように、液面レベルセンサは、各センサ部２，３，４，５と、各センサ部２，３，４，５に接続される測定回路１００とを含む。さらに、測定回路１００は、第一測定回路１０１と、第二測定回路１０２と、第三測定回路１０３と、第四測定回路１０４とからなる。なお、各センサ部２，３，４，５は、図２及び図３に示す構成を有している。 As shown in FIG. 5, the liquid level sensor includes each sensor unit 2, 3, 4, 5 and a measurement circuit 100 connected to each sensor unit 2, 3, 4, 5. Further, the measurement circuit 100 includes a first measurement circuit 101, a second measurement circuit 102, a third measurement circuit 103, and a fourth measurement circuit 104. Each of the sensor units 2, 3, 4, and 5 has the configuration shown in FIGS.

第一測定回路１０１は、変調波発振器１１１と、搬送波発振器１１２と、変調器１１３と、位相調整器１１４と、復調器１１５と、差動増幅器１１６とを備えている。
変調波発振器１１１は、数ｋＨｚの変調波を発生させるもので、変調器１１３に接続されている。搬送波発振器１１２は、変調波よりも高い周波数、例えば、数ＭＨｚの搬送波を発生させるもので、変調器１１３と、位相調整器１１４とに接続されている。変調器１１３は、搬送波に変調波を重畳し、駆動電極１３に入力する。なお、変調波発振器１１１と、搬送波発振器１１２と、変調器１１３とが、駆動信号発振器を構成する。
また、復調器１１５は、測定電極１２に接続された同期検波器１１７と、参照電極１５に接続された同期検波器１１８とを有している。各同期検波器１１７，１１８は、各電極１２，１５から入力される信号の強度が十分に大きいときには、ダイオードとローバスフィルタから構成される。一方、信号の強度が小さいときには、直線性に優れる公知の同期検波回路が用いられる。さらに、各同期検波器１１７，１１８には、位相調整器１１４を介して搬送波が入力される。また、各同期検波器１１７，１１８の出力は、差動増幅器１１６に接続されている。差動増幅器１１６は、オペアンプを含んで構成されている。 The first measurement circuit 101 includes a modulated wave oscillator 111, a carrier wave oscillator 112, a modulator 113, a phase adjuster 114, a demodulator 115, and a differential amplifier 116.
The modulated wave oscillator 111 generates a modulated wave of several kHz, and is connected to the modulator 113. The carrier wave oscillator 112 generates a carrier wave having a higher frequency than the modulation wave, for example, several MHz, and is connected to the modulator 113 and the phase adjuster 114. The modulator 113 superimposes the modulated wave on the carrier wave and inputs it to the drive electrode 13. The modulated wave oscillator 111, the carrier wave oscillator 112, and the modulator 113 constitute a drive signal oscillator.
The demodulator 115 includes a synchronous detector 117 connected to the measurement electrode 12 and a synchronous detector 118 connected to the reference electrode 15. Each of the synchronous detectors 117 and 118 includes a diode and a low-pass filter when the intensity of the signal input from each of the electrodes 12 and 15 is sufficiently large. On the other hand, when the signal strength is small, a known synchronous detection circuit having excellent linearity is used. Further, a carrier wave is input to each of the synchronous detectors 117 and 118 via the phase adjuster 114. The outputs of the synchronous detectors 117 and 118 are connected to the differential amplifier 116. The differential amplifier 116 includes an operational amplifier.

第二測定回路１０２、第三測定回路１０３、第四測定回路１０４は、共に第一測定回路１０１と同じ回路構成を有している。ただし、変調波発振器１１１は、各測定回路１０１，１０２，１０３，１０４で異なる周波数の変調波を発振させる。 The second measurement circuit 102, the third measurement circuit 103, and the fourth measurement circuit 104 all have the same circuit configuration as the first measurement circuit 101. However, the modulation wave oscillator 111 oscillates modulation waves having different frequencies in the measurement circuits 101, 102, 103, and 104.

この液面レベルセンサで、容器１の液面レベルを測定する際には、所定の搬送波に、各測定回路１０１，１０２，１０３，１０４において、異なる変調波を重畳した高周波信号を発生させ、この高周波信号をそれぞれのセンサ部２，３，４，５の駆動電極１３に入力する。各駆動電極１３からは、測定電極１２と、参照電極１５の参照用測定部２５とに高周波信号が伝播される。そして、測定電極１２には、先端１２ａから液面までの距離に比例した高周波の受信信号が発生する。一方、参照電極１５には、先端１５ａから参照用測定部２５の長さに応じた高周波の受信信号が発生する。どちらの受信信号も、復調器１１５に入力され、同期検波される。これにより、復調器１１５からは、搬送波が除去されて、数ｋＨｚレベルの交流信号が出力される。そして、差動増幅器１１６は、同期検波した測定電極１２側の信号から、同期検波した参照電極１５側の信号を減じ、その差に比例した信号を出力する。 When measuring the liquid level of the container 1 with this liquid level sensor, each measurement circuit 101, 102, 103, 104 generates a high-frequency signal in which different modulation waves are superimposed on a predetermined carrier wave. A high-frequency signal is input to the drive electrode 13 of each sensor unit 2, 3, 4, 5. From each drive electrode 13, a high-frequency signal is propagated to the measurement electrode 12 and the reference measurement unit 25 of the reference electrode 15. The measurement electrode 12 generates a high-frequency reception signal proportional to the distance from the tip 12a to the liquid level. On the other hand, a high-frequency received signal corresponding to the length of the reference measurement unit 25 is generated from the tip 15 a to the reference electrode 15. Both received signals are input to the demodulator 115 and subjected to synchronous detection. As a result, the demodulator 115 removes the carrier wave and outputs an AC signal of several kHz level. Then, the differential amplifier 116 subtracts the signal on the reference electrode 15 side subjected to the synchronous detection from the signal on the measurement electrode 12 side subjected to the synchronous detection, and outputs a signal proportional to the difference.

この実施の形態によれば、各電極１２，１３，１５に高い周波数の信号を印加するので、静電容量の変化が小さい場合であっても、分解能を高くすることができる。さらに、ノイズに対して強くなり、Ｓ／Ｎ比を良好にすることができる。ここにおいて、復調器１１５によって、周波数を数ｋＨｚ程度まで落とすことで、差動増幅器１１６をオペアンプなどの汎用部品から構成することが可能になり、かつ高精度な信号処理を実現できる。
また、複数のセンサ部２，３，４，５を有するので、液面レベルを精度良く測定できる。さらに、容器１の傾斜角度を算出することもできる。 According to this embodiment, since a high frequency signal is applied to each of the electrodes 12, 13, and 15, the resolution can be increased even when the change in capacitance is small. Furthermore, it becomes strong against noise and can improve the S / N ratio. Here, by reducing the frequency to about several kHz by the demodulator 115, the differential amplifier 116 can be constructed from general-purpose components such as an operational amplifier, and highly accurate signal processing can be realized.
Moreover, since it has several sensor part 2,3,4,5, a liquid level can be measured with a sufficient precision. Furthermore, the inclination angle of the container 1 can also be calculated.

次に、第３の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、前記の各実施の形態と同一の構成要素には同じ符号を付してある。また、重複する説明は省略する。
この実施の形態は、複数組の電極に入力する交流信号として、無変調の高周波を用いることを特徴とする。 Next, a third embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as each said embodiment. In addition, overlapping explanation is omitted.
This embodiment is characterized in that an unmodulated high frequency is used as an AC signal input to a plurality of sets of electrodes.

図６に示すように、液面レベルセンサは、各センサ部２，３，４，５と、各センサ部２，３，４，５に接続される測定回路１２０とを含む。さらに、測定回路１２０は、第一測定回路１２１と、第二測定回路１２２と、第三測定回路１２３と、第四測定回路１２４とからなる。なお、各センサ部２，３，４，５は、図２及び図３に示すような構成を有している。
第一測定回路１２１は、駆動信号発振器である搬送波発振器１３１と、復調器１３２と、局部発振器１３３と、差動増幅器１３４とを有している。搬送波発振器１３１は、駆動電極１３に印加する高周波（例えば、周波数が数十ＭＨｚ）を発生する。復調器１３２は、測定電極１２に接続された乗算器１３５と、参照電極１５に接続された乗算器１３６とからなる。また、各乗算器１３５，１３６には、局部発振器１３３で発生させた所定の高周波が入力されるようになっている。局部発振器１３３は、搬送波と数ｋＨｚだけ異なる高周波を発生させる。差動増幅器１３４は、各乗算器１３５，１３６のそれぞれに接続されており、オペアンプを含んで構成されている。 As shown in FIG. 6, the liquid level sensor includes each sensor unit 2, 3, 4, 5 and a measurement circuit 120 connected to each sensor unit 2, 3, 4, 5. Further, the measurement circuit 120 includes a first measurement circuit 121, a second measurement circuit 122, a third measurement circuit 123, and a fourth measurement circuit 124. Each of the sensor units 2, 3, 4, and 5 has a configuration as shown in FIGS.
The first measurement circuit 121 includes a carrier wave oscillator 131 that is a drive signal oscillator, a demodulator 132, a local oscillator 133, and a differential amplifier 134. The carrier wave oscillator 131 generates a high frequency (for example, a frequency of several tens of MHz) applied to the drive electrode 13. The demodulator 132 includes a multiplier 135 connected to the measurement electrode 12 and a multiplier 136 connected to the reference electrode 15. The multipliers 135 and 136 are input with a predetermined high frequency generated by the local oscillator 133. The local oscillator 133 generates a high frequency different from the carrier wave by several kHz. The differential amplifier 134 is connected to each of the multipliers 135 and 136 and includes an operational amplifier.

第二測定回路１２２、第三測定回路１２３、第四測定回路１２４は、共に第一測定回路１２１と同じ回路構成を有している。ただし、搬送波発振器１３１は、各測定回路１２１，１２２，１２３，１２４で異なる周波数の変調波を発振させる。 The second measurement circuit 122, the third measurement circuit 123, and the fourth measurement circuit 124 all have the same circuit configuration as the first measurement circuit 121. However, the carrier wave oscillator 131 oscillates modulated waves having different frequencies in the measurement circuits 121, 122, 123, and 124.

この液面レベルセンサで、容器１の液面レベルを測定する際には、各測定回路１０１，１０２，１０３，１０４において、周波数の異なる高周波を発生させる。この高周波は、駆動電極１３から放射されて、測定電極１２と、参照電極１５の参照用測定部２５とに伝播する。各電極１２，１５で発生した受信信号は、復調器１３２に入力され、局部発振器１３３で発生させた高周波を利用して乗算処理が行われる。例えば、搬送波が１０ＭＨｚで、局部発振器１３３で発生させた信号が９．９９９ＭＨｚであれば、周波数変換によって、１ｋＨｚの信号が差動増幅器１３４に出力される。そして、差動増幅器１３４は、乗算処理した測定電極１２側の信号から、乗算処理した参照電極１５側の信号を減じ、その差に比例した信号を出力する。 When measuring the liquid level of the container 1 with this liquid level sensor, the measurement circuits 101, 102, 103, and 104 generate high frequencies having different frequencies. This high frequency is radiated from the drive electrode 13 and propagates to the measurement electrode 12 and the reference measurement unit 25 of the reference electrode 15. The reception signals generated at the electrodes 12 and 15 are input to the demodulator 132 and are multiplied using the high frequency generated by the local oscillator 133. For example, if the carrier wave is 10 MHz and the signal generated by the local oscillator 133 is 9.999 MHz, a 1 kHz signal is output to the differential amplifier 134 by frequency conversion. The differential amplifier 134 subtracts the multiplied signal on the reference electrode 15 side from the multiplied signal on the measurement electrode 12 side, and outputs a signal proportional to the difference.

この実施の形態によれば、各電極１２，１３，１５に高い周波数の信号を印加するので、静電容量の変化が小さい場合であっても、分解能を高くすることができる。さらに、ノイズに対して強くなり、Ｓ／Ｎ比を良好にすることができる。また、高周波を振幅変調しないので、駆動電極１３に印加する信号を生成する回路の構成を簡略化できる。ここにおいて、復調器１３２によって、周波数を数ｋＨｚ程度まで落とすことで、差動増幅器１３４をオペアンプなどの汎用部品から構成することが可能になり、かつ高精度な信号処理を実現している。
また、複数のセンサ部２，３，４，５を有するので、液面レベルを精度良く測定できる。さらに、容器１の傾斜角度を算出することもできる。 According to this embodiment, since a high frequency signal is applied to each of the electrodes 12, 13, and 15, the resolution can be increased even when the change in capacitance is small. Furthermore, it becomes strong against noise and can improve the S / N ratio. In addition, since the high frequency is not amplitude-modulated, the configuration of a circuit that generates a signal to be applied to the drive electrode 13 can be simplified. Here, by reducing the frequency to about several kHz by the demodulator 132, the differential amplifier 134 can be constructed from general-purpose parts such as an operational amplifier, and high-precision signal processing is realized.
Moreover, since it has several sensor part 2,3,4,5, a liquid level can be measured with a sufficient precision. Furthermore, the inclination angle of the container 1 can also be calculated.

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに、広く応用することができる。
例えば、インピーダンスが、液体に浸漬した電極面積に比例することを利用し、静電容量の上位概念であるインピーダンスを測定して、液面レベルを検出するように電流検出回路及び電圧検出回路を備えた測定回路としても良い。
さらに、各フィルム７，８，９，１０は、最外層である各カバーフィルム７，１０のみが吸水性のない材料、又は吸水性が殆どない材料を用いても良い、さらに、フィルムの外表面をガラスコーティングすることや、他の防水材料でさらに覆うことで、吸水を防止しても良い。
また、各センサ部２，３，４，５は、シールドを有さない構成でも良い。この場合には、参照電極１５の参照用測定部２５に対して、信号導通部２６の幅を狭くすることが好ましい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be widely applied.
For example, using the fact that the impedance is proportional to the area of the electrode immersed in the liquid, it is equipped with a current detection circuit and a voltage detection circuit to measure the impedance, which is a superordinate concept of capacitance, and detect the liquid level. Alternatively, a measurement circuit may be used.
Further, each of the films 7, 8, 9, and 10 may be made of a material that does not absorb water or a material that hardly absorbs water for each of the cover films 7 and 10 that is the outermost layer. Water absorption may be prevented by glass coating or further covering with a waterproof material.
Further, the sensor units 2, 3, 4, and 5 may be configured without a shield. In this case, it is preferable to narrow the width of the signal conducting portion 26 with respect to the reference measuring portion 25 of the reference electrode 15.

本発明の実施の形態における液面レベルセンサの全体構成図である。It is a whole lineblock diagram of a liquid level sensor in an embodiment of the invention. 液面レベルセンサのセンサ部を示す図である。It is a figure which shows the sensor part of a liquid level sensor. 液面レベルセンサのセンサ部の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the sensor part of a liquid level sensor. 測定回路の一部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a part of measurement circuit. 本発明の実施の形態における液面レベルセンサの構成図である。It is a block diagram of the liquid level sensor in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における液面レベルセンサの構成図である。It is a block diagram of the liquid level sensor in embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１容器
２，３，４，５センサ部
６，１００，１２０測定回路
７，１０カバーフィルム（絶縁フィルム）
１１，１７シールド層（シールド）
１２測定電極
１３駆動電極（測定信号供給電極）
１４第一シールド電極（シールド）
１５参照電極
１６第二シールド電極（シールド）
２５参照用測定部
５１駆動信号発振器
１１１変調波発振器（駆動信号発振器）
１１２搬送波発振器（駆動信号発振器）
１１３変調器（駆動信号発振器）
１３１搬送波発振器（駆動信号発振器）
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３軸線
ｈ０基準位置

1 Container 2, 3, 4, 5 Sensor unit 6, 100, 120 Measuring circuit 7, 10 Cover film (insulating film)
11, 17 Shield layer (shield)
12 Measurement electrode 13 Drive electrode (Measurement signal supply electrode)
14 First shield electrode (shield)
15 Reference electrode 16 Second shield electrode (shield)
25 Reference Measurement Unit 51 Drive Signal Oscillator 111 Modulated Wave Oscillator (Drive Signal Oscillator)
112 Carrier oscillator (drive signal oscillator)
113 Modulator (Drive signal oscillator)
131 Carrier wave oscillator (Drive signal oscillator)
C1, C2, C3 axis h0 reference position

Claims

A plurality of sets of electrodes that are arranged in a container in which a liquid is stored and that measure electrical characteristics that change according to the height of the liquid level; and a measurement circuit connected to the electrodes; A liquid level sensor, comprising: a drive signal oscillator that provides a signal having a different frequency as a signal for measuring the electrical characteristics for each set of electrodes.

2. The liquid level sensor according to claim 1, wherein at least three sets of the electrodes are arranged along each of two axes substantially perpendicular to the height direction in the container.

The drive signal oscillator includes a carrier oscillator that oscillates a carrier wave having a large frequency, a modulation wave oscillator that oscillates a modulated wave having a frequency lower than the carrier wave, and a modulator that superimposes the modulation wave on the carrier wave, The liquid level sensor according to claim 1 or 2, wherein the modulated wave is made different for each set of the electrodes.

The electrode includes a measurement signal supply electrode to which signals having different frequencies are input, a measurement electrode that measures electrical characteristics that change depending on the liquid level between the drive electrode, and a reference value of the electrical characteristics. The reference electrode is a portion excluding its tip portion, and at least a portion that can be immersed in the liquid is electromagnetically shielded. The liquid level sensor according to any one of the above.

The liquid level sensor according to claim 4, wherein a plurality of sets of the electrodes and the shield of the reference electrode are covered with a waterproof insulating film.