JP2006030064A - レベルセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成のレベルセンサを提供する。
【手段】 発振回路２０の出力は、導電性容器２に接続されている。導電性容器２には、測定電極（導電性第２部材）６ａ、６ｂ、６ｃが設けられている。また、測定電極６ａ、６ｂ、６ｃと導電性容器２とは、絶縁されている。測定対象物４によって測定電極が覆われると、当該測定電極と導電性容器２との間のインピーダンスは小さくなる。検出回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、このインピーダンスの変化を検出して、出力を出す。これによって、レベル１４を計測することができる。
【選択図】 図３

Description

この発明は、複数のレベルを計測することのできるセンサに関し、特にその構成の簡素化に関するものである。

図１に、複数レベルを計測する従来のセンサの構成を示す。導電性容器２の中に、検出対象物４（液体・粉体など）が収納されている。導電性容器２には、測定したいレベルの位置に測定電極６ａ、６ｂ、６ｃが設けられている。これら測定電極６ａ、６ｂ、６ｃは、絶縁スペーサ６ａ、６ｂ、６ｃによって、導電性容器２から絶縁して取り付けられている。なお、導電性容器２は接地されている。

測定電極６ａには、発振回路１０ａが接続されている。この発振回路１０ａは、測定電極６ａと導電性容器２との間の静電容量を回路要素としている。測定電極６ｂに接続された発振回路１０ｂ、測定電極６ｃに接続された発振回路１０ｃも同様である。

図に示すように、検出対象物４がレベル１４の位置まで満たされているとする。この場合、測定電極６ｂと導電性容器２との間、測定電極６ｃと導電性容器２との間には、検出対象物４が存在する。一方、測定電極６ａと導電性容器２との間は、空気が存在する。このため、検出対象物４によって満たされている測定電極６ｂ、６ｃと導電性容器２との間の静電容量Ｃfは、測定電極６ａと導電性容器２との間の静電容量Ｃvよりも大きくなる。

発振回路１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、検出対象物４が存在する場合の静電容量Ｃfの時に発振するように構成されている。したがって、図１の場合であれば、発振回路１０ｂ、１０ｃから発振出力が得られ、発振回路１０ａからは得られない。検出回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、発振出力があれば出力を出し、無ければ出力を出さない。図１の場合であれば、検出回路１２ｂ、１２ｃから発振出力が得られ、検出回路１２ａからは得られない。このようにして、検出対象物４のレベルを知ることができる。

図２に、従来のレベルセンサの他の例を示す。この例では、切り替えスイッチ１８を設けることにより、発振回路１０、検出回路１２を１つにしている。制御回路１６によって切り替えスイッチ１８を切り替え、発振回路１０を、測定電極６ａ、６ｂ、６ｃに、順次接続するようにしている。このような原理を用いたセンサが、特許文献１に開示されている。

特開２０００−９７７５１

しかし、上記のような従来の技術には以下のような問題点があった。

図１に示すレベルセンサでは、発振回路と検出回路を、測定電極の数だけ設けなければならず、構成が複雑になっていた。特に、調整の困難な発振回路が複数あるため、実装が困難であるという問題があった。

図２に示すレベルセンサでは、測定電極の数が多くなっても、発振回路と検出回路は一つでよいという利点がある。しかしその反面、切り替えスイッチ１８を切り替えるとともに、当該切り替えのタイミングに合わせて検出回路１２の出力を取り出すための制御回路１６が必要である。やはり、回路構成が複雑化してしまうという問題がある。さらに、スイッチ１８の浮遊容量があるため、測定感度が低下したり、発振回路１０の調整が困難になったりするという問題もあった。

この発明は上記のような問題点を解決して、簡易な構成のレベルセンサを提供することを目的とする。

(1)この発明に係るレベルセンサは、導電性容器に収納された検出対象物のレベルを計測するレベルセンサであって、その発振出力が前記導電性容器に接続された発振回路と、前記導電性容器内に、前記導電性容器と絶縁して、前記検出対象物のレベル変化方向に複数個設けられた測定電極と、前記複数の測定電極のそれぞれに接続され、測定電極の電位を検出する検出回路とを備えている。

発振回路の出力を、導電性容器、検出対象物、測定電極を介して検出回路に伝えるようにしている。したがって、発振回路を複数設ける必要が無く、切り替えのための制御回路も不要であり、構成を簡素化することができる。

(2)この発明に係るレベルセンサは、導電性容器は接地されており、発振回路および検出回路の接地と、導電性容器の接地とを、異なるものとしたことを特徴としている。

(3)この発明に係るレベルセンサは、容器に収納された検出対象物のレベルを計測するレベルセンサであって、前記容器に固定される導電性本体と、その発振出力が前記導電性本体に接続された発振回路と、前記導電性本体に、当該導電性本体と絶縁して、前記検出対象物のレベル変化方向に複数個設けられた測定電極と、前記複数の測定電極のそれぞれに接続され、測定電極の電位を検出する検出回路とを備えている。

発振回路の出力を、導電性本体、検出対象物、測定電極を介して検出回路に伝えるようにしている。したがって、発振回路を複数設ける必要が無く、切り替えのための制御回路も不要であり、構成を簡素化することができる。

(4)この発明に係るレベルセンサは、導電性本体は接地されており、発振回路および検出回路の接地と、導電性本体の接地とを、異なるものとしたことを特徴としている。

(5)この発明に係るレベル計測方法は、検出対象物のレベルを計測するレベル計測方法であって、検出対象物のレベル変化方向に伸びるように配置されている導電性第１部材のレベル変化方向において、当該導電性第１部材と絶縁して複数の導電性第２部材を設け、発振回路の出力を導電性第１部材に接続し、導電性第２部材と導電性第１部材との間に検出対象物が存在することによる両者間のインピーダンス変化に基づき、導電性第１部材に与えられた発振出力が、導電性第２部材に伝達されるようにし、いずれの導電性第２部材まで発振出力が伝達されたかによってレベルを判定することを特徴としている。

したがって、発振回路を複数設ける必要が無く、切り替えのための制御回路も不要であり、構成を簡素化することができる。

(6)この発明に係るレベル計測方法は、導電性第１部材を接地し、発振回路の接地と、前記導電性第１部材の接地とを、異なるものとしたことを特徴としている。

発明を実施するための形態

図３に、この発明の一実施形態によるレベルセンサのブロック図を示す。導電性容器２（導電性第１部材）の中には、検出対象物４（粉体、液体など）が収納されている。この検出対象物４は、弁（図示せず）などを介して導電性容器２から取り出される。これにより、検出対象物４のレベル１４が低下する。この実施形態によるレベルセンサは、この検出対象物１４のレベル１４を計測しようとするものである。

発振回路２０の出力は、導電性容器２に接続されている。導電性容器２には、測定したいレベルの位置に測定電極（導電性第２部材）６ａ、６ｂ、６ｃが設けられている。すなわち、検出対象物１４のレベル変動方向Ａに沿って、測定電極６ａ、６ｂ、６ｃが設けられている。これら測定電極６ａ、６ｂ、６ｃは、絶縁スペーサ６ａ、６ｂ、６ｃによって、導電性容器２から絶縁して取り付けられている。なお、導電性容器２は接地されている。

測定電極６ａには、検出回路１２ａが接続されている。検出回路１２ａは、測定電極６ａに発振出力が現れたかどうかを検出して出力するものである。測定電極６ｂ、６ｃには、それぞれ、検出回路１２ｂ、１２ｃが接続されている。検出回路１２ｂ、１２ｃは、検出回路１２ａと同じように、測定電極６ａに発振出力が現れたかどうかを検出して出力する。

なお、発振回路２０、検出回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃのアースは共通であるが、導電性容器２とはアースを共通にしていない。

測定電極６ｃのところまで検出対象物４のレベル１４が達していない場合には、測定電極６ｃと導電性容器２との間には、静電容量も抵抗も存在しない。存在しても浮遊容量程度である。しかし、検出対象物４のレベル１４が測定電極６ｃのところまで達すると、測定電極６ｃと導電性容器２との間には、静電容量Ｃと抵抗Ｒが生じる。検出対象物４は、通常、空気よりも誘電率は高く、抵抗値が小さいからである。

たとえば、図３に示すような位置にレベル１４がある場合には、図４に示すように、導電性容器２と測定電極６ｂ、６ｃとの間に、抵抗とコンデンサが生じる。一方、導電性容器２と測定電極６ａとの間に、抵抗とコンデンサは生じない。したがって、発振回路２０の出力は、検出回路１２ｂ、１２ｃに与えられ、出力ｂ、出力ｃが得られる。つまり、出力ａが「０」、出力ｂが「１」、出力ｃが「１」の状態を得ることができ、検出対象４のレベル１４が、検出電極６ａと６ｂの間にあることを知ることができる。

図５は、図３のレベルセンサに用いた電源回路の詳細である。交流電源をトランス２２によって所望の電圧にし、ダイオードブリッジ２４によって整流している。レギュレータ２６によって電源を安定化させ、＋Ｖ、＋１／２Ｖ、０Ｖ（アース電位）を得ている。これらは、発振回路２０、検出回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃ等に供給される。

図６は、発振回路２０の詳細である。この実施形態では、発振用ＩＣ（タイマーＩＣ５５５）を用いて、方形波による発振出力を得ている。なお、正弦派等の他の発振波形を用いてもよい。

図７は、検出回路１２ａ（１２ｂ、１２ｃも同様）の詳細を示す図である。検出回路１２ａに対応するのは、増幅部３０、検波部３２、比較部３４である。

測定電極６ａの出力は、増幅部３０に与えられている。増幅部３０の出力は、検波部３２によって検波される。検波部３２の出力は、比較部３４によって、所定の基準電圧と比較される。この基準電圧は、発振回路２０の発振出力が測定電極に伝わった場合（検出対象物４のレベル１４が測定電極よりも上にある場合）の電圧よりも低く、発振回路２０の発振出力が測定電極に伝わらない場合（検出対象物４のレベル１４が測定電極よりも下にある場合）の電圧よりも高く設定する。

比較部３４の出力ａは、リレー駆動回路３６に与えられる。つまり、比較部３４の出力があった場合には、リレー３８が駆動される。このようにして、検出したレベル１４に応じて、制御を行うことができる。

また、比較器３４の出力によって、ＬＥＤ等をドライブすれば、レベルメータを得ることができる。

図８に、他の実施形態によるレベルセンサを示す。図３の実施形態では、導電性容器２で無ければ実現できなかったが、この実施形態のレベルセンサでは、容器が導電性であると非導電性であるとにかかわらず実現できるようにしている。

容器３には、導電性の筒体５（導電性第１部材）が、検出対象物４のレベル１４の移動方向Ａに伸びる方向に固定されている。この筒体５には、移動方向Ａに複数個の測定電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが設けられている。これら測定電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、筒体５に対して絶縁して取り付けられている。なお、筒体５は接地されている。

筒体５には、発振回路２０の出力が与えられ、各測定電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、それぞれ、検出回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに接続されている。したがって、図３のレベルセンサと同じように、検出対象物４のレベル１４を計測することができる。

この実施形態では、発振回路２０の出力を容器３に与える必要がないので、容器３が非導電性であっても、検出を行うことができる。

なお、この実施形態では、筒体５を用いているので、その内部に配線を収納することができる。しかし、筒体５ではなく、板状の導電部材を用いてもよい。

なお、上記各実施形態では、各測定電極８ａ、８ｂ、８ｃごとに、検出回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃを設けている。しかし、検出回路を一つにし、切り替えスイッチによって切り替えて用いるようにしてもよい。

従来のレベルセンサを示す図である。 従来のレベルセンサを示す図である。 本発明の一実施形態によるレベルセンサを示す図である。 図３のレベルセンサの等価回路である。 図３のレベルセンサの電源部の回路である。 図３のレベルセンサの発振部の回路である。 図３のレベルセンサの検出回路である。 他の実施形態によるレベルセンサを示す図である。

符号の説明

２・・・導電性容器
４・・・検出対象物
６ａ、６ｂ、６ｃ・・・測定電極
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・検出回路
１４・・・レベル
２０・・・発振回路

Claims (6)

1. 導電性容器に収納された検出対象物のレベルを計測するレベルセンサであって、
   その発振出力が前記導電性容器に接続された発振回路と、
   前記導電性容器内に、前記導電性容器と絶縁して、前記検出対象物のレベル変化方向に複数個設けられた測定電極と、
   前記複数の測定電極のそれぞれに接続され、測定電極の電位を検出する検出回路と、
   を備えたレベルセンサ。
2. 請求項１のレベルセンサにおいて、
   前記導電性容器は接地されており、
   前記発振回路および検出回路の接地と、導電性容器の接地とを、異なるものとしたことを特徴とするもの。
3. 容器に収納された検出対象物のレベルを計測するレベルセンサであって、
   前記容器に固定される導電性本体と、
   その発振出力が前記導電性本体に接続された発振回路と、
   前記導電性本体に、当該導電性本体と絶縁して、前記検出対象物のレベル変化方向に複数個設けられた測定電極と、
   前記複数の測定電極のそれぞれに接続され、測定電極の電位を検出する検出回路と、
   を備えたレベルセンサ。
4. 請求項３のレベルセンサにおいて、
   前記導電性本体は接地されており、
   前記発振回路および検出回路の接地と、導電性本体の接地とを、異なるものとしたことを特徴とするもの。
5. 検出対象物のレベルを計測するレベル計測方法であって、
   検出対象物のレベル変化方向に伸びるように配置されている導電性第１部材のレベル変化方向において、当該導電性第１部材と絶縁して複数の導電性第２部材を設け、
   発振回路の出力を導電性第１部材に接続し、
   導電性第２部材と導電性第１部材との間に検出対象物が存在することによる両者間のインピーダンス変化に基づき、導電性第１部材に与えられた発振出力が、導電性第２部材に伝達されるようにし、
   いずれの導電性第２部材まで発振出力が伝達されたかによってレベルを判定すること
   を特徴とするレベル計測方法。
6. 請求項５のレベル計測方法において、
   前記導電性第１部材を接地し、
   前記発振回路の接地と、前記導電性第１部材の接地とを、異なるものとしたことを特徴とするもの。
   

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