JP2006038699A

JP2006038699A - 静電容量を利用した液面レベル測定装置

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Publication number: JP2006038699A
Application number: JP2004220478A
Authority: JP
Inventors: Junichi Otsuka; 淳一大塚; Yosoji Tanji; 與宗治丹治
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2024-07-28
Also published as: JP4514117B2

Abstract

【課題】本発明は、温度変化などの外的影響があったとしても、正確な液面レベルの測定ができる装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の液面レベル測定装置１０は、容器１２に設けられた一対の電極１４，１６と、発振回路１８と、発振回路１８から一対の電極１４，１６の内の一方に電流を供給するための第１供給回路２０と、電極１４の電位を測定する検知回路２２と、第２供給回路２４と、第２供給回路２４から直接電力が供給される基準回路２６と、検知回路２２と基準回路２６との電位の差分を出力する比較回路２８と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器内の液面レベルを静電容量によって測定する液面レベル測定装置に関するものである。

従来、液面レベルを測定する装置が種々考えられている。例えば、静電容量によって液面レベルを測定する装置が特許文献１などに開示されている。

特許文献１は、水容器の内部と外部側壁に電極を設けている。電極間の静電容量を測定し、液面レベルを求めている。また、水容器を囲むようにシールドを設けることによって、水容器の周りにいる人によって発生する人体の浮遊容量の影響を減らしている。

人体の浮遊容量に対する影響対策が記載されているが、他の影響対策については記載されていない。例えば、装置を車両などに使用した場合、温度変化が激しく、種々の構成部品が正常に動作しない場合がある。例えば、特許文献１には記載されていないが、装置にＩＣ（integrated circuit）を使用した場合、そのＩＣにＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）が使用されている場合が多々ある。ＣＭＯＳは温度の影響を大きく受け、誤動作する場合がある。温度の影響によって、正確な液面レベル測定ができなくなる。

特開平２−１６１３２２号公報

本発明は、温度変化などの外的影響があったとしても、正確な液面レベルの測定ができる装置を提供することを目的とする。

本発明の液面レベル測定装置の要旨は、液体を入れる容器と、前記容器に設けられた一対の電極と、高周波発振をおこなう発振回路と、前記発振回路から前記一対の電極の内の一方に電位を印加するための第１供給回路と、電位を印加された前記電極の電位を測定する検知回路と、前記第１供給回路と並列に設けられた第２供給回路と、前記第２供給回路から直接電力が供給される基準回路と、前記検知回路と基準回路との電位の差分を出力する比較回路と、を含むことにある。

前記第１供給回路と第２供給回路とはＣＭＯＳを含む。

前記検知回路と基準回路、および、第１供給回路と第２供給回路とは同じ回路構成である。

前記比較回路が出力する前記差分のノイズを除去するフィルタ回路を設けてもよい。

前記フィルタ回路にツェナーダイオードを含んでもよい。

本発明は、検知回路と基準回路との電位の差分を取ることによって温度の影響を除去することができる。本発明の装置を車載し、燃料の液面レベルを計測するために使用した場合に、装置の使用条件の温度変化が大きいが、正確な液面レベルを測定することができる。また、フィルタ回路を設けることによって、不要なノイズを除去でき、さらに正確な測定がおこなえる。

本発明に係る液面レベル測定装置の実施形態について図面を用いて説明する。本発明の液面レベル測定装置は、種々の装置、例えば車などに搭載され、温度変化が大きくなっても正確に液面レベルの測定がおこなえるものである。

図１に示すように、本発明の液面レベル測定装置１０は、液体を入れる容器１２と、容器１２に設けられた一対の電極１４，１６と、高周波発振をおこなう発振回路１８と、発振回路１８から２つの電極１４，１６の内の一方の電極１４に電圧を印加するための第１供給回路２０と、電圧を印加された電極１４の電位を測定する検知回路２２と、第１供給回路２０と並列に設けられた第２供給回路２４と、第２供給回路２４から直接電力が供給される基準回路２６と、検知回路２２と基準回路２６との電位の差分を出力する比較回路２８と、を含む。また、装置１０を動作させるための電源回路３２を含む。

容器１２の形状は任意である。例えば、円や四角形などの筒の底を閉じたものを使用する。

電極１４，１６はステンレスやチタンなどで形成する。これは液体によって電極がさび付かないためである。電極１４，１６の周りはフッ素系樹脂や他の樹脂でコーティングをほどこしてもよい。電極１４，１６がさらにさび付きにくくなる。それらのコーティングなどをほどこすのであれば、ステンレスなど以外の電極１４，１６を使用してもよい。

容器１２が円筒形であれば、一対の電極１４，１６の内の一方（以下、第１電極１４と記載する。）は容器１２の中心軸を通る棒状体である。容器１２の側面をステンレスなどで形成することによって、他方の電極（以下、第２電極１６と記載する。）を形成する。第２電極１６の電位はアース電位となるようにする。

周知のように、容器１２内の液体の容量、すなわち液面レベルが上下することによって、容器１２内の静電容量が変化する。本発明は、この自然法則を利用して液面レベルを測定する装置である。

図２に示すように、発振回路１８はクリスタル発振器Ｘ１を含む。クリスタル発振器Ｘ１の周波数は、例えば５ＭＨｚである。クリスタル発振器Ｘ１は温度特性が良く、装置１０を車載しても温度変化によって誤動作しにくい。

第１供給回路２０は複数のＩＣを並列接続している。本発明では３個のＩＣを並列接続している。このＩＣは、６個のインバータが内蔵されているＣＭＯＳのＩＣである。図２の回路構成ではＣＭＯＳバッファとなっている。複数のＩＣを使用し、ＣＭＯＳバッファを構成するのは、第１電極に向けて流れる電流を確保するためである。ＣＭＯＳバッファから第１電極１４までにある可変抵抗Ｒ１によって電位を調節し、所望の電圧を第１電極１４に印加することができる。例えば、供給回路２０からは約１μＡの電流が流れるようにする。なお、第１供給回路２０から第１電極１４までに、回路設計上、検知回路２２の一部を通過する。

検知回路２２は、ダイオードＤ、コンデンサＣおよび抵抗Ｒによって交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを含む。ダイオードＤで整流し、コンデンサＣと抵抗Ｒで平滑している。直流に変換するのは、比較回路２８で、基準回路２６の電位との比較をおこなうためである。また、アンプＡＭＰによって、検知した電位を増幅する。

検知回路２２と基準回路２６は同じ回路構成にする。さらに、第１供給回路２０と第２供給回路２４とは同じ回路構成にする。これらの理由について説明する。第１供給回路２０のＩＣにＣＭＯＳを使用しており、従来技術で説明したように、温度によっては誤動作する。検知回路２２で第１電極１４の電位を検知しても正確な電位を検知したことにはならない。そこで、上記のように同じ回路が並列になるように設ける。第２供給回路２４および基準回路２６は第１電極１４には接続されていないので、第１電極１４の電位を検知することはない。検知回路２２と基準回路２６の電位の差分を取った場合、その差分は第１電極１４の電位だけとなる。したがって、図１および図２のように同じ回路を並列に設けることによって、温度影響を除去することができる。

比較回路２８に用いられるオペアンプＯＰは、例えば低消費電力クワッド汎用オペアンプを使用する。クワッド汎用オペアンプは、４つのオペアンプが内蔵されており、高利得、周波数補償回路内蔵のデバイスである。図２の回路構成より、比較回路２８は、オペアンプＯＰによって差動増幅をおこなう。

上述したように、比較回路２８の出力は、温度の影響が除去されている。本装置１０を車載しても温度の影響は受けず、正確に液面レベルを測定することが可能となる。例えば、０〜８０℃の使用環境において、温度による誤差は約５％以内、良好な場合はほぼ誤差が無いようにすることができる。

比較回路２８が出力する差分のノイズを除去するフィルタ回路３０を含む。ノイズはＥＭＩ（electro-magnetic interference）である。フィルタ回路３０に使用されるデバイスとしては、例えばＤＣライン用コモンモードフィルタＦ１がある。このデバイスは、貫通コンデンサ、チップ積層コンデンサ、ヒューズインダクタを組み合わせたものである。

また、ケーブルに対してグランドレベルのケーブルシールド３４を設け、ノイズ対策をほどこしてもよい。

フィルタ回路３０にツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２を含む。これは、装置１０が車載された場合に、車のイグニッションによるサージ対策のためである。

フィルタ回路３０によって比較回路２８の出力に含まれるノイズを除去することができる。本装置１０の出力をコンピュータなどに接続し、液面レベルをディスプレイに表示するとき、コンピュータが液面レベルを間違えにくくなる。

図２に示すように、回路には大きな素子は使用していない。したがって、装置１０の回路構成はコンパクトになる。例えば、約２５ｍｍ×３５ｍｍのコンパクトな２枚の基板に全ての素子を取り付けることができる。コンパクトであるので、車載したときに場所をとらない。

以上、本発明について説明したが本発明は上記の実施形態に限定されることはない。その他、本発明は、主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

本発明の液面レベル測定装置の構成を示すブロック図である。図１を詳細に示した回路図である。

符号の説明

１０：液面レベル測定装置
１２：容器
１４：第１電極
１６：第２電極
１８：発振回路
２０：第１供給回路
２２：検知回路
２４：第２供給回路
２６：基準回路
２８：比較回路
３０：フィルタ回路
３２：電源回路
３４：ケーブルシールド

Claims

液体を入れる容器と、
前記容器に設けられた一対の電極と、
高周波発振をおこなう発振回路と、
前記発振回路から前記一対の電極の内の一方の電極に電位を印加するための第１供給回路と、
前記一方の電極の電位を測定する検知回路と、
前記第１供給回路と並列に設けられた第２供給回路と、
前記第２供給回路から直接電力が供給される基準回路と、
前記検知回路と基準回路との電位の差分を出力する比較回路と、
を含む液面レベル測定装置。
前記第１供給回路と前記第２供給回路とはＣＭＯＳを含む請求項１に記載の液面レベル測定装置。
前記検知回路と前記基準回路、および、前記第１供給回路と前記第２供給回路とが同じ回路構成である請求項２に記載の液面レベル測定装置。
前記比較回路が出力する前記差分のノイズを除去するフィルタ回路を設けた請求項１乃至３に記載の液面レベル測定装置。
前記フィルタ回路にツェナーダイオードを含む請求項４に記載の液面レベル測定装置。