JP2006047016A - 位置検出器およびこれを用いた液面レベルセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 外部振動などに影響されることなく、リードスイッチのオン，オフを検出してマグネットの位置および移動方向あるいは通過の有無を判断できる位置検出器およびこれを用いた液面レベルセンサを提供する。
【解決手段】 マグネット３の移動方向に所定の間隔を隔てて、それぞれが移動方向に位置をずらせて対をなしかつ移動方向にずらせてリードスイッチＬ１１，Ｌ１２〜Ｌ５１，Ｌ５２を配置し、それぞれの接点が閉じられているかを判別し、いずれの接点が閉じられるのが早いかを検出することでマグネットの移動方向あるいは移動の有無を判断する。リードスイッチＬ１１，Ｌ１２〜Ｌ５１，Ｌ５２を上下方向に配置し、マグネット３を液面に沿って上下させれば、リードスイッチＬ１１，Ｌ１２〜Ｌ５１，Ｌ５２により液面レベルを判断できる。
【選択図】 図１

Description

この発明は位置検出器およびこれを用いた液面レベルセンサに関し、例えば、マグネットの接近によってリードスイッチの接点を閉じてマグネットの位置および移動方向あるいは通過を検出する位置検出器およびこの結果に基づいて液面のレベルを検出する液面レベルセンサに関する。

液面レベルセンサは、液面にマグネットを内蔵させたフロートを浮かべておくとともに、垂直方向にリードスイッチを所定間隔ずつ離して配置して構成されており、液面が上昇，下降するたびにフロートが上下し、マグネットの磁力によりリードスイッチを閉じてその液面の位置あるいは液面の上昇，下降を検出する。

図６は従来のリードスイッチの動作を説明するための図であり、特公昭５０−１１０７２号公報（特許文献１）に記載されたものである。リードスイッチＬはガラス管内に対向する接点２１，２２が内蔵して構成されており、このリードスイッチＬの近傍に対向してバイアスマグネット１が配置されている。

バイアスマグネット１はそれ単体の磁力ではリードスイッチＬの接点２１，２２をオンすることはできず、フロート内のマグネット３の磁力とフロートが上昇と下降によって逆の磁界をリードスイッチＬに与えるようにマグネット３が配置されていることによって、リードスイッチＬの接点２１，２２がオン，オフされる。

すなわち、図６（ａ）に示した状態では、接点２１の近傍にバイアスマグネット１のＮ極が配置され、接点２２の近傍にＳ極が配置されている。接点２１にはバイアスマグネット１のＮ極から中間磁束が与えられており、接点２２にはＳ極から中間磁束が与えられている。フロート内のマグネット３のＮ極が図６（ａ）の左側から接近してくるが、このときは接点２１，２２が開かれている。

マグネット３がさらに右側に移動すると、図６（ｂ）に示すように、マグネット３のＮ極とバイアスマグネット１のＮ極が接近するので、接点２１，２２を通るバイアスマグネット１の磁路に、マグネット３のＮ極からＳ極への磁束が加えられて接点２１と２２とが吸着されてオンする。さらに、マグネット３がさらに右側に移動してもバイアスマグネット１からの磁束により接点２１，２２はオンし続けて自己保持する。

マグネット３が左側に移動し、図６（ｂ）の位置から図６（ａ）の位置に移動すると、マグネット３のＮ極とバイアスマグネット１のＳ極とが接近するので、マグネット３による接点２１，２２を通る磁束がなくなると同時に、２つの磁極は相互に強く吸引して接点２１，２２を通る磁束が著しく減少し、接点２１，２２がオフする。

このようにマグネット３が移動することで接点２１，２２をオン，オフすることができ、かつマグネット３を遠ざけることでその状態を持続させることができる。図６に示すリードスイッチＬとバイアスマグネット１との組合わせを図示しないタンク内に所定の間隔を隔てて上下方向に複数配置しておけば、液面が上下することによるリードスイッチＬのオン，オフを検出することで液面レベルあるいは液面の上昇，下降を検出する液面レベルセンサを構成できる。
特公昭５０−１１０７２号公報

図６に示したリードスイッチＬで液面レベルを検出するためには、バイアスマグネット１の磁力および設置位置、リードスイッチＬの磁気特性、フロート内のマグネット３の磁力および上昇と下降によって逆の磁界をリードスイッチＬに与えるようにマグネット３を配置するというように、いくつもの要因が適切な条件を保つように構成する必要がある。このため、いずれかの要因の条件が満たされていなければ、液面レベルセンサとして正確に液面レベルを検出できなくなる。

また、リードスイッチＬが自己保持するときは、バイアスマグネット１からの磁束だけでその接点２１，２２がオンしているだけであるため、外部振動などによりオンからオフになり誤動作するという不安定さを併せ持つことになる。

そこで、この発明は、外部振動などに影響されることなく、スイッチのオン，オフを検出してマグネットの位置および移動方向あるいは通過の有無を検出できる位置検出器およびこれを用いた液面レベルセンサを提供することである。

この発明は、マグネットを有する移動物体の位置および移動方向あるいは移動の有無を検出する位置検出器であって、マグネットの移動方向に所定の間隔を隔てて、それぞれの接点同士が配置される少なくとも２つのスイッチを含む少なくとも１つのスイッチユニットと、マグネットの移動に応じて、スイッチユニットにおける各接点の開閉状況に応じて、移動物体の位置および移動方向あるいは移動の有無を判断する判断手段とを備える。

この発明では、少なくとも１つのスイッチユニットに含まれる接点のいずれが先に閉じられるかを検出することで、マグネットの移動方向あるいは移動の有無を判断できるので、従来の自己保持型のように、外部振動などによって誤動作するおそれを排除できる。

好ましくは、スイッチユニットは、ホルダに収納されてユニット化されている。ユニット化することでスイッチユニットを任意の位置に設置しやすくなる。

この発明の他の局面は、液面のレベルおよび上昇，下降を検出する液面レベルセンサであって、マグネットを内蔵し、液面の上昇，下降に応じて上下するフロートと、フロートの上昇，下降経路に沿って所定の間隔を隔てて、それぞれの接点同士が配置される少なくとも２つのスイッチを含む複数のスイッチユニットと、フロートの上昇，下降に応じて、複数のスイッチユニットにおけるそれぞれの接点の開閉状況に応じて、液面のレベルおよび上昇，下降を判断する判断手段とを備える。

この発明では従来のような自己保持型のリードスイッチを用いることなく液面レベルの検出が可能になり、外部振動などにより、誤動作するおそれを解消できる。

図１はこの発明の一実施形態における位置検出器を構成するリードスイッチの配置図であり、図２はこの発明の一実施形態における位置検出器の全体の構成を示すブロック図である。

以下の説明では、この発明の位置検出器をレベルセンサとして用いた場合について説明する。図１において、検出位置（１）〜（５）には、それぞれ対をなすリードスイッチＬ１１，Ｌ１２と、Ｌ２１，Ｌ２２と、Ｌ３１，Ｌ３２と、Ｌ４１，Ｌ４２と、Ｌ５１，Ｌ５２とが液面の移動方向である上下方向に所定の一定間隔Ｄを隔てて配置されている。各対になるリードスイッチＬ１１とＬ１２，Ｌ２１とＬ２２，Ｌ３１とＬ３２，Ｌ４１とＬ４２，Ｌ５１とＬ５２は、それぞれ移動方向である上下方向にわずかに位置をずらして配置されている。

各リードスイッチＬ１１，Ｌ１２〜Ｌ５１，Ｌ５２の一方の接点は接地されており、他方の各接点は図２に示すＣＰＵ１０の入力ポートに接続されると同時に抵抗Ｒ１１，Ｒ１２〜Ｒ５１，Ｒ５２を介して電源電圧が供給される。これらのリードスイッチＬ１１とＬ１２，Ｌ２１とＬ２２，Ｌ３１とＬ３２，Ｌ４１とＬ４２，Ｌ５１とＬ５２は、例えば図示しないホルダに収納されてユニットＵ１〜Ｕ５にユニット化されている。このように各リードスイッチをユニット化することで任意の位置に設置するのが容易になる。

なお、ユニットＵ１〜Ｕ５には、それぞれ１対のリードスイッチで構成されているが、各ユニットＵ１〜Ｕ５にはそれ以上のリードスイッチを内蔵させてよい。例えば２個ずつ並列に接続したリードスイッチ２組を上下方向にわずかに位置をずらして配置すれば、リードスイッチが１個不良になっても、他方のリードスイッチによって二重化させることができる。さらに、３個のリードスイッチを内蔵させてもよい。

フロート４内にはマグネット３が配置されており、液面の上昇，下降に応じてフロート４が上昇，下降し、マグネット３からの磁束でリードスイッチＬ１１，Ｌ１２〜Ｌ５１，Ｌ５２の順番で接点がオン，オフする。例えば、液面が検出位置（１）以下であれば、リードスイッチＬ１１，Ｌ１２〜Ｌ５１，Ｌ５２はすべてオフになっている。液面が上昇し、マグネット３が検出位置（１）に近づくと、リードスイッチＬ１１がオンする。さらに液面が上昇すると、リードスイッチＬ１１がオンを継続しつつリードスイッチＬ１２がオンする。

さらに液面が上昇すると、マグネット３がリードスイッチＬ１１から離れるのでリードスイッチＬ１１がオフし、その後リードスイッチＬ１２がオフする。以下、液面が上昇するにつれてリードスイッチＬ２１〜Ｌ５２がオンし、マグネット３が離れるとオフする。したがって、この実施形態では、リードスイッチＬ１１，Ｌ１２〜Ｌ５１，Ｌ５２には自己保持機能を持たせていない。

図２に示すＣＰＵ１０は各リードスイッチＬ１１，Ｌ１２〜Ｌ５１，Ｌ５２のオン，オフを電位の変化で検出して、マグネット３の移動方向あるいは通過を判断するものであり、液面レベルセンサに適用した場合には液面レベルの上昇，下降を判断する。

ＣＰＵ１０は各リードスイッチＬ１１，Ｌ１２〜Ｌ５１，Ｌ５２のそれぞれの接点がマグネット３からの磁束で閉じられて接地電位になると、オンであると判別し、電源電位であればオフであると判別する。また、ＣＰＵ１０は、後述の図３および図４に示すフローチャートに基づくプログラムを記憶するためのメモリ１１を有している。また、ＣＰＵ１０の出力ポートは出力回路１２に接続されている。出力回路１２は、例えば液面が所定の位置に達すると警報を発するような警報回路や、ＣＰＵ１０がエラーと判断したときにエラーを報知する回路などによって構成されている。

図３および図４は、この発明の一実施形態における位置検出器の動作を説明するためのフローチャートである。図３はマグネットが最下点〜最上点の間にあるときの各接点の確認動作を示し、図４は図１に示す各位置（１）〜（５）における接点の確認動作を示している。

なお、図３および図４の説明では、各検出位置（１）〜（５）の最下点から最上点における、それぞれ対となるリードスイッチを組として接点１〜５と称し、各検出位置（１）〜（５）における下側のリードスイッチＬ１１，Ｌ２１，Ｌ３１，Ｌ４１，Ｌ５１をＳＷ１と称し、上側のリードスイッチＬ１２，Ｌ２２，Ｌ３２，Ｌ４２，Ｌ５２をＳＷ２と称することにする。

ＣＰＵ１０は図３に示すステップ（図示ではＳＰと略称する）ＳＰ１〜ＳＰ５において、各検出位置（１）〜（５）における接点１〜５の確認を行う。ステップＳＰ１においては、図４の処理により検出位置（１）における接点１であるリードスイッチＬ１１，Ｌ１２がそれぞれオフしているか、あるいはオンしているかを判別してそれぞれの結果を保持する。すなわち、図４に示すステップＳＰ１１において、ＳＷ２がオフしているか否かを判別し、ＳＷ２がオフしていれば、ステップＳＰ１２において、対応するＳＷ１がオフしているか否かを判別する。例えば、リードスイッチＬ１２がオフしていれば、対応するリードスイッチＬ１１がオフしているか否かを判別する。いずれのリードスイッチＬ１１，Ｌ１２もオフしていれば入力なしであり、状態Ａと判別する。そして、それぞれの判別結果を保持する。

ステップＳＰ１２においてＳＷ１であるリードスイッチＬ１１がオンしていれば、入力ありの状態Ｂと判別して、その結果を保持する。ステップＳＰ１１においてＳＷ２であるリードスイッチＬ１２がオンしていれば、ステップＳＰ１３においてＳＷ１であるリードスイッチＬ１１がオンしているか否かを判別する。ＳＷ１がオンしていれば入力ありの状態Ｃであると判別して保持し、ＳＷ１がオフしていれば入力ありの状態Ｄであると判別して保持する。

ＣＰＵ１０はステップＳＰ２〜ＳＰ５において、上述の説明と同様にして、接点２〜接点５である各リードスイッチＬ２１，Ｌ２２〜Ｌ５１，Ｌ５２について、状態Ａ〜Ｄのいずれであるかを判別して保持する。そして、ステップＳＰ６において、各リードスイッチＬ１１，Ｌ１２〜Ｌ５１，Ｌ５２の判別結果である状態Ａ〜Ｄに基づいて処理を行う。

接点１〜接点５の状態Ａ〜Ｄの判別結果に基づいて、各位置（１）〜（５）において、状態がＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａのように変化していれば、液面が上昇していて、マグネット３が上昇通過しているものと判断する。また、状態がＡ→Ｄ→Ｃ→Ｂ→Ａのように変化していれば、液面が下降していて、マグネット３が下降通過しているものと判断する。状態がＡ→Ｂ→Ｃ→Ｂ→Ａのように変化していれば、液面が上昇から下降に転じてマグネット３の上方に位置するスイッチユニットを通過しなかったと判断し、状態がＡ→Ｄ→Ｃ→Ｄ→Ａのように変化していれば、液面が下降から上昇に転じてマグネット３の下方に位置するスイッチユニットを通過しなかったと判断する。

この判断結果に基づいて、ＣＰＵ１０は次のように処理を行う。
（ア） 複数のスイッチユニットのＳＷ１またはＳＷ２のオンを検出すればエラーと判断する。
（イ） 全てのスイッチユニットにおいて、ＳＷ１，ＳＷ２がオンを検出していなければ直前に通過を判断したスイッチユニットの位置を液面レベルとする。
（ウ） いずれかのスイッチユニットのＳＷ１，ＳＷ２または両方のオンを検出すれば、そのスイッチユニットの位置を液面レベルとする。
（エ） 隣接するスイッチユニット位置（１）のＳＷ２と、位置（２）のＳＷ１のオンを検出したときは、判断により上昇ならば位置（２）を液面レベルとし、判断により下降ならば位置（１）を液面レベルとする。

ＣＰＵ１０は、ステップＳＰ６において上記処理を行った後、ステップＳＰ７において出力回路１２に信号を出力する。すなわち、ＣＰＵ１０は処理内容が上記（イ）であれば、直前に検出した位置の液面レベルを保持し、処理内容が（ア）であれば出力回路１２からエラー信号を出力し、処理内容が（ウ），（エ）であれば、液面レベルを新たに検出した位置に更新する。

なお、この実施形態によれば、１対の接点間の距離が一定の間隔Ｄに定められており、各接点が閉じられる時間をＣＰＵ１０で計数すれば、液面の上昇，下降の速度を計測することが可能になる。

また、リードスイッチに異常がある場合、いずれのリードスイッチが異常であるかを、液面がその異常なリードスイッチの位置に達した時点で判断することが可能になる。従来では、図５（ａ）に示すように、図６に示したバイアスマグネットが設けられた自己保持型のリードスイッチＬ１〜Ｌ５が上下方向に配置されているときに、例えばリードスイッチＬ２がオンして、リードスイッチＬ３がオンせず、リードスイッチＬ４がオンしたときにはリードスイッチＬ３が異常であることが分かる。

これに対して、この実施形態では、図５（ｂ）に示すように、リードスイッチＬ２１，Ｌ２２が上昇していることを示しているときに、リードスイッチＬ３１がオンせずにリードスイッチＬ３２がオンしたときには、リードスイッチＬ３１が異常であることがわかる。すなわち、従来では液面がリードスイッチＬ４の位置まで上昇しなければ、リードスイッチＬ３の異常を判断できなかったのに対して、この実施形態では液面がリードスイッチＬ３２の位置に達した時点でリードスイッチＬ３１の異常を判断できる。

なお、上述の説明では、この発明を液面レベルセンサに適用した例について説明したが、これに限ることなく、リードスイッチＬ１１，Ｌ１２〜Ｌ５１，Ｌ５２を水平方向に配置し、マグネット３を水平方向に移動させて、マグネット３の移動方向を判断するようにしてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、各リードスイッチに自己保持機能を設けることなく、タンク内の液面のレベルおよび上昇，下降を検出する液面レベルセンサに利用できる。

この発明の一実施形態における位置検出器を構成するリードスイッチの配置図である。 この発明の一実施形態における位置検出器の全体の構成を示すブロック図である。 この発明の一実施形態における位置検出器の動作を説明するためのフローチャートであり、最下点〜最上点における接点の確認動作を示す。 この発明の一実施形態における位置検出器の動作を説明するためのフローチャートであり、図１の各位置（１）〜（５）における各リードスイッチのオン，オフを検出し、移動方向あるいは移動の有無を判別する動作を示している。 従来例とこの発明の実施形態の効果を対比して説明するための図である。 従来のリードスイッチの動作を説明するための図である。

符号の説明

３ マグネット、１０ ＣＰＵ、１１ メモリ、１２ 出力回路、Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ５１，Ｌ５２ リードスイッチ、Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ５１，Ｒ５２ 抵抗、Ｕ１〜Ｕ５ ユニット。

Claims (3)

1. マグネットを有する移動物体の移動方向あるいは移動の有無を検出する位置検出器であって、
   前記マグネットの移動方向に所定の間隔を隔てて、それぞれの接点同士が配置される少なくとも２つのスイッチを含む少なくとも１つのスイッチユニットと、
   前記マグネットの移動に応じて、前記スイッチユニットにおける各接点の開閉状況に応じて、前記移動物体の位置および移動方向あるいは移動の有無を判断する判断手段とを備える、位置検出器。
2. 前記少なくとも１つのスイッチユニットは、ホルダに収納されてユニット化されている、請求項１に記載の位置検出器。
3. 液面のレベルおよび上昇，下降を検出する液面レベルセンサであって、
   マグネットを内蔵し、前記液面の上昇，下降に応じて上下するフロートと、
   前記フロートの上昇，下降経路に沿って所定の間隔を隔てて、それぞれの接点同士が配置される少なくとも２つのスイッチを含む複数のスイッチユニットと、
   前記フロートの上昇，下降に応じて、前記複数のスイッチユニットにおけるそれぞれの接点の開閉状況に応じて、前記液面のレベルおよび上昇，下降を判断する判断手段とを備える、液面レベルセンサ。

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