JP2007127615A

JP2007127615A - 静電容量式のレベルセンサー

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Publication number: JP2007127615A
Application number: JP2006015818A
Authority: JP
Inventors: Yoshishige Fujimori; 良茂藤森; Yosoji Tanji; 與宗治丹治
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2007-05-24

Abstract

【課題】本発明の目的は、簡単に容器内の液体などを検知することができる静電容量式のレベルセンサーを提供することにある。
【解決手段】レベルセンサー１０は、電極１６と、電極１６に印加する高周波電圧を発振する発振回路２２と、高周波電圧を変化させる電圧調節回路２４と、電極１６における電圧の変化を検知する検知回路２６と、液体などに対する電極の接触感度を決定する基準電圧を生成する基準電圧回路２８と、検知回路２６で検知した電圧と基準電圧とを比較する比較回路３０とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器内の液体、粉体、粒体、またはそれらの少なくとも２つよりなる混合物を静電容量によって検知するレベルセンサーに関するものである。

従来、容器内の液面の高さ（液面レベル）を計測する装置が種々開発されている。例えば、液体の抵抗を利用して液面レベルを検出する装置が開発されている。抵抗が導電体の長さに比例し、かつ断面積に反比例することを利用している。液面レベルが変化することによって、液体全体の抵抗が変化し、この抵抗値（または抵抗値の逆数）を計測することによって液面レベルを求めることができる。しかし、導電率が０（またはほぼ０）となる純水、油、薬液などは検出できない欠点がある。

また、フロート（浮き）を液体の表面に浮かべ、そのフロートの高さで液面レベルを検出する装置もある。このような装置は、フロートと高さ計測手段とを針金などで接続し、フロートの高さが計測手段に直接伝わる。液面が上下することによってフロートも上下するため、フロートの高さが計測手段に伝わることによって液面レベルを求めることができる。この装置であれば、液体の導電率に影響されることはない。しかし、フロートの上下動によってフロートと計測手段とを接続する可動部が故障する場合があり、この上下動が無い装置の方が好ましい。

さらに、光を利用して液面レベルを計測する装置もある。光源と液面とが接触していないときは、空気と液体との屈折率の違いにより、光の一部が液面で反射する。また、光源と液面とが接触すると光が液体の中を進行するため、上述した反射が無くなる。この性質を利用して、液体があるレベルにあるか否かを検出することができる。液体の導電率に影響されることはなく、可動部もないために故障しにくい。しかし、液面が波立つと光が乱反射し、正確な検出ができなくなる場合がある。粘性のある液体は、光源に液体が接触すると光源に液体が付いたままとなり、正確な検出ができなくなる場合もある。

上記の欠点を補うために、静電容量で液面レベルを計測する装置がある（特許文献１参照）。しかし、液面レベルを計測するのではなく、液面があるレベルにあるか否かのみを検知すれば良い場合がある。この場合、特許文献１の装置は、液面レベルの計測をするための演算をおこなっており、演算をおこなうマイコンなどの不必要な手段を多数含んだ大がかりな装置となってしまう。

特開２００３−５７０９７号公報

本発明の目的は、簡単に容器内の液体などを検知することができる静電容量式のレベルセンサーを提供することにある。

本発明のレベルセンサーは、容器内の液体、粉体、粒体、またはそれらの少なくとも２つよりなる混合物が所定レベルにあるか否かを検知する静電容量式のレベルセンサーであって、前記容器をアース電極とし、該アース電極とでコンデンサを形成する電極と、前記電極に印加する高周波電圧を発振する回路と、前記電極と高周波電圧を発振する回路との間に設けられ、該高周波電圧を調節する回路と、前記電極における電圧の変化を検知する回路と、前記液体、粉体、粒体、またはそれらの少なくとも２つよりなる混合物に対する前記電極の接触感度を決定する基準電圧を生成する回路と、前記検知する回路で検知した電圧と前記基準電圧とを比較する回路とを含む。

前記基準電圧を生成する回路が、該基準電圧の電圧値を調節するための可変抵抗を含む。

前記液体、粉体、粒体、またはそれらの少なくとも２つよりなる混合物の比誘電率によって前記電極の表面積を変化させる。

金属線の一端を前記電極に接続し、該金属線の他端に前記液体、粉体、またはそれらの少なくとも２つよりなる混合物に直接接触する外部電極を設けてもよい。

前記電極と金属線と外部電極とを合計した長さが、前記高周波電圧の波長の半分以下である。

本発明によると従来技術で示したような演算はおこなっていないため、簡単な装置となっている。本発明のレベルセンサーは、電極と容器とでコンデンサを形成したときのパラメータによって電極に印加する電圧を調節することができるため、汎用性のあるレベルセンサーである。また、液体に対する電極の接触感度を調節でき、使用者の目的に応じて使い分けのできるレベルセンサーである。

本発明に係る静電容量式のレベルセンサーの実施形態を図面を用いて説明する。本発明のレベルセンサーは、容器内の液体、粉体、またはそれらの少なくとも２つよりなる混合物が、容器内の所定レベル（高さ）にあるか否かを検知するものである。以下、「液体、粉体、粒体、またはそれらの少なくとも２つよりなる混合物」を「液体など」と記載する場合がある。

図１に示す本発明のレベルセンサー１０は、円筒形の筐体１２内に図２の回路が設置される。筐体１２はステンレスやチタンなどの金属で形成し、さび付かないようにするのが好ましい。筐体１２の先端部に、筐体１２とは絶縁体１４によって電気的に分離された電極１６が設けられる。絶縁体１４としては円筒形にしたフッ素系樹脂などを使用する。電極１６とは反対側の端部にキャップ１８を設け、液面の検知を点灯で知らせるＬＥＤ、回路の抵抗などを調節するつまみ、回路の出力や商用電源（電池を含む）へのコード、レベルセンサー１０のスイッチを取り付けたりする。また、筐体１２の側面にねじ山を設け、ナット２０が取り付けられるようにしても良い。筐体１２を容器などに取り付けるためである。図２の回路の基準電位（アース）は筐体１２を介して容器の電位と同じにする。筐体１２が水没しても内部に設置された回路が壊れないように防水するのが好ましい。

図２に示すように、レベルセンサー１０の回路構成は、容器とでコンデンサを形成する電極１６と、電極１６に印加する高周波電圧を発振する発振回路２２と、高周波電圧を調節する電圧調節回路２４と、電極１６における電圧の変化を検知する検知回路２６と、液体などに対する電極の接触感度を決定する基準電圧を生成する基準電圧回路２８と、検知回路２６で検知した電圧と基準電圧とを比較する比較回路３０とを含む。以下、レベルセンサー１０を構成する各手段について詳述する。

電極１６は、ステンレスやチタンなどで形成するのが好ましい。これは、電極１６が接する液体などによって、電極１６がさび付かないようにするためである。電極１６をフッ素系樹脂でコーティングしても良い。液面などを検知するだけであるので周知のような細長い棒状の電極とはならず、電極の一例としては、図１に示すような円盤形であって、側面Ｙの面積よりも底面Ｘの面積の方が広くなっても良い。また、図１では底面Ｘに面取りがおこなわれているが、無くても良い。図４にレベルセンサー１０の使用例を示しており、容器は接地されることによってアース電極となり、電極１６とでコンデンサを形成する。

液体などの比誘電率によって電極１６の表面積が異なるようにしてもよい。すなわち、電極１６だけ取り替えられるようにしてもよい。誘電率（真空中の誘電率に比誘電率を乗算したもの）をε、電極１６の面積をＳ、電極間距離（電極１６と容器との距離）をｄとした場合に静電容量ＣはεＳ／ｄとなるため、比誘電率の違いによる静電容量Ｃの違いを電極１６の表面積を変えることによって所望の値にすることができる。例えば、水の比誘電率は約８０であり、エチルアルコールは約２５であり、石油は約２である。比誘電率の大きな水を検知する場合、エチルアルコールや石油などと比べて表面積の小さな電極１６となる。すなわち、検知するものの比誘電率を比較した場合、比誘電率の大きなものは小さなものよりも表面積の小さな電極１６を使用できる。

液体は粘性の高いものであっても良い。液体が電極１６に接触した後、液面が下がったときに電極１６の表面に液体が残る場合がある。このような場合であったとしても電極１６と液面との間に空気が入るため、静電容量の変化があり、液面が電極１６に接触していないことがわかる。また、粉体または粒体のみを検知する場合、粉体または粒体同士の間に空気が入り込みにくいことが条件となる。これは、上述したように空気とそれ以外のものとで比誘電率が異なるため、空気が入り込むと比誘電率の差異が出にくくなるためである。例えば、粉体または粒体としては小麦粉や片栗粉や米粒などである。

発振回路２２は、クリスタル発振器を含む回路である。クリスタル発振器の発振周波数は約１６ＭＨｚである。クリスタル発振器は温度特性が良く、レベルセンサーを使用する環境の温度に関係なく一定の発振をおこなうことができる。

発振回路２２で発振された高周波電圧の電圧が低いので増幅回路３２を設ける。増幅回路３２は、例えばインバータが内蔵されているＣＭＯＳのＩＣを並列接続して構成する。すなわち増幅回路３２としてＣＭＯＳバッファを構成し、電極１６に流れる電流を確保する。なお、発振された高周波電圧が高ければ増幅回路３２を省いても良い。

電圧調節回路２４は、可変抵抗を含む。可変抵抗の抵抗値を変えることによって電極１６に印加する電圧を調節することができる。電極１６に印加する電圧を変化させる理由について以下に説明する。

検知される液体などは固有の比誘電率を有している。また、上述したように比誘電率に応じて電極１６の面積を変えることもできる。さらに、電極１６と容器の位置、いわゆる電極間距離によって容量も異なる。それ以外にも電極１６と容器との間の空気の影響が無視できず、容量が変わる場合がある。すなわち、電極１６と容器とでコンデンサを形成したときの種々のパラメータによって電極１６と容器との間に蓄えられる電荷が変化する。そのパラメータとしては、上述したＣ＝εＳ／ｄより検知する液体などの比誘電率、電極１６の面積、および電極１６と容器との距離が含まれる。これらはレベルセンサー１０の使用態様によって種々変化するものである。使用態様にあわせて発振回路２２や増幅回路３２などを設計していては汎用性の無いレベルセンサーとなってしまう。特に、従来技術で説明したようにマイコンを用いていれば、使用態様ごとにマイコンを設計しなくてはならず、高価なレベルセンサーとなってしまう。そこで、本発明は発振回路２２から電極１６までに電圧調節回路２４を設け、使用態様によって種々変化する上記のパラメータに適宜対応できるレベルセンサー１０となっている。レベルセンサー１０の使用態様に応じて可変抵抗を調節して出荷しても良いし、可変抵抗を調節するつまみを筐体１２のキャップ１８に設けても良い。

上述したように、検知する液体などの比誘電率に応じて電極１６の表面積を変えることが可能であり、さらにレベルセンサー１０の使用態様によって電極１６に印加する電圧を調節することが可能である。電極１６と容器との間に蓄えられる電荷を２段階で調節可能であり、汎用性が高いレベルセンサー１０である。

電極１６と容器との間に蓄えられる電荷をＱ、静電容量をＣとした場合、電極１６の電圧はＶ＝Ｑ／Ｃとなる。空気の比誘電率（約１）よりも水などの比誘電率は高く、電極１６に液体などが接触することによって電圧Ｖは低くなる。検知回路２６は、この変化を検知する。図２は、電圧調節回路２４から検知回路２６を介して電極１６に電圧が印加されるブロック図となっているが、電極１６に電圧を印加しながら検知をおこなっているためであり、電圧調節回路２４から直接電極１６に電圧を印加するようなブロック図であっても良い。

電極１６に接続された検知回路２６は、ダイオード、抵抗、コンデンサによって電極１６の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路を含む。交流電圧から直流電圧に変換するのは、比較回路３０で電圧の比較をおこなうためである。また、検知回路２６に流れる電流はμＡ程度と微弱であるため、必要に応じて増幅回路を設けてもよい。すなわち本発明で使用する検知回路２６は、電極１６の電圧を交流から直流に変換し、増幅する回路である。

基準電圧回路２８で調節する電極１６の接触感度は、電極１６に対する液体などの接触面積である。すなわち、電極１６にどれだけの液体などが接触した場合に検知するかを調節する。接触感度について、図１に示す筐体１２の長軸が液面に対して垂直である場合を例に説明する。図３（ａ）に示すように、液面が電極に接触しない状態（Ａ）から上昇して、円盤状の電極１６の底面Ｘが接触した場合（Ｂ）、電極１６の側面Ｙの一部が接触した場合（Ｃ）、電極１６の側面Ｙの全部が接触した場合（Ｄ）など、種々の感度を調節可能である。また、図３（ｂ）に示すように、電極１６の側面Ｙが下側を向いた場合も同様である。液面が接触しない状態（Ａ’）から電極１６の面Ｙに接触した状態（Ｂ’）、電極１６の面Ｘの一部が接触した状態（Ｃ’）、面Ｘの全部が接触した状態（Ｄ’）などの接触感度が調節可能である。

基準電圧回路２８は、基準電圧を調節するための可変抵抗を含む。可変抵抗であるので直線的に抵抗値を変化させることができ、細かな基準電圧の調節が可能である。例えば、基準電圧は約２８３〜８５０ｍＶの範囲で変化するようにする。可変抵抗のつまみは筐体１２のキャップ１８に設ける。

比較回路３０は、検知回路２６の出力と基準電圧回路２８の出力とが入力される。比較回路３０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。比較回路３０は、オペアンプによる差動増幅をおこなう。

比較回路３０の出力によって液体などが所定のレベルにあるか否かを検出することができる。液体などの電極１６に対する接触が同じであっても基準電圧が異なれば比較回路３０の出力が異なることになる。すなわち本発明は、電極１６に対する液体などの接触感度を考慮したレベルセンサー１０である。例えば、基準電圧を高くすると検知回路２６で検知した電圧との差が大きくなり、電極１６の接触感度が良くなる。

本発明では、比較回路３０の出力によって増幅およびスイッチングをおこなうスイッチング回路３４と、スイッチングによって液体などを検知したことを点灯によって表示するＬＥＤ３６とを含む。すなわち、何らかの手段で液面などを検知したことを操作者に知らせる必要があるが、本発明ではスイッチングによりＬＥＤ３６を点灯させて知らせる。スイッチング回路３４はトランジスタを使用する。トランジスタの一例としては、最大定格のドレイン・ソース電圧が３０Ｖ、ドレイン電流が１００ｍＡのＭＯＳＦＥＴである。スイッチングをおこなうため、比較回路３０の出力電圧が所定の値以上にならないとＬＥＤ３６は点灯しない。

スイッチング回路３４とＬＥＤ３６以外の手段で検知を知らせる構成であっても良い。例えば、比較回路３０の出力電圧を測定する電圧計を設け、電圧計の値によって検知を知らせても良い。また、ＬＥＤ３６にかえてスピーカーを設け、スピーカーから音が出るようにしても良い。

スイッチング回路３４で増幅された信号を他の機器に送信するようにしても良い。デジタル信号に変換してコンピュータなどにその信号を送信して液体などのレベルのデータとして利用したりできる。

上述した回路に対する電源回路（図示せず）は、電流の逆流防止用のダイオードと、変圧器とを含むように構成しても良い。ダイオードによって回路の保護をおこなう。また、変圧器によって所望の電圧に変換し、上記の回路に電力を供給できるようにする。

上述した回路はプリント基板に設けられ、図１の筐体１２内に配置される。複雑な演算をおこなうマイコンがないので、プリント基板を小型にすることができ、製造コストを低くすることができる。例えば、直径３ｃｍ、長さ７ｃｍの円筒形の筐体１２の中にプリント基板が入るようになる。

容器に対する筐体の取り付け方法は種々あるが、図４に一例を示す。図４（ａ）に示すように、容器３８などに支持部材４０を設け、支持部材４０にレベルセンサー１０を取り付ける。レベルセンサー１０は、液面などに対して垂直を向くようになる。また、図４（ｂ）に示すように、容器３８の側面に直接レベルセンサー１０を取り付ける。レベルセンサー１０は液面などに対して平行になる。いずれも電極１６と容器３８とでコンデンサが形成される。図中の点線で示した液面などが上昇して電極１６に接触したときに、調節した電極１６の感度で液面を検知することができる。

容器３８に対してレベルセンサー１０を複数取り付けても良い。例えば、図５に示すように、容器３８の側面に複数のレベルセンサー１０を設ける。どのレベルセンサー１０が液面などを検知したかによって、液面などのレベルがどこにあるかわかる。図５の点線の位置に液面があれば下のレベルセンサー１０が液面を検知し、下のレベルセンサー１０と上のレベルセンサー１０の中間に液面があることがわかる。

上述したように、本発明は複雑な演算をおこなうマイコンなどを使用せずに液体などを検知できる。検知したい液体などに応じて電極１６に印加する電圧を変えることができるので、汎用性のあるレベルセンサー１０となっている。また、液体などに対する電極１６の接触感度が調節でき、利用者のニーズに応えることができる。複雑な回路となっていないのでレベルセンサーの小型化が可能である。回路の素子によっては使用温度６０℃で使用することもでき、一般的な環境で使用可能である。

比較回路３０で利用する基準電圧は、レベルセンサー１０をオンにしたときに調節する。その調節は、ＬＥＤ３６のオン・オフを確認しながら可変抵抗のつまみを回しておこなう。調節は次の工程によっておこなう。（１）レベルセンサー１０を容器３８に設置したときに、電極１６が液体などに触れていないかを確認する。（２）触れていなければ、レベルセンサー１０の電源をオンにする。電源としては１０〜３０Ｖとなるようにする。（３）ＬＥＤ３６が消灯している場合、基準電圧の調整用のつまみを回してＬＥＤ３６を点灯させ、その後つまみを逆方向にゆっくり回してＬＥＤ３６を消灯させる。また、ＬＥＤ３６が点灯している場合、つまみをゆっくり回して消灯させる。以上の工程で調節が完了する。

基準電圧の調節が完了すると、レベルセンサー１０の動作確認をおこなう。液面などに電極１６を接触させたときにＬＥＤ３６が点灯し、液面などから電極１６が離れたときにＬＥＤ３６が消灯すればレベルセンサー１０が正常に動作していることが確認できる。液面などに電極１６を接触させたときにＬＥＤ３６が消灯している場合、つまみを回して点灯するようにし、液面などから電極１６が離れたときにＬＥＤ３６が消灯すれば、レベルセンサー１０は正常に動作している。さらに、図３で説明した電極１６の接触感度は、この動作確認時につまみを回して調節することもできる。

以上、本発明について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば図６のように、金属線４２の一端を電極１６に接続し、金属線４２の他端に液体などに直接接触する外部電極４４を設けてもよい。筐体１２を容器３８の外部に設けておくことによって、筐体１２が水没するのを防止する。引火性液体などの危険物を取り扱うときや高温・高圧の環境において、遠隔操作が可能となる。金属線４２はねじで固定しても良いし、溶接などで固定しても良い。また、金属線４２と外部電極４４はステンレスやチタンで構成するのが好ましく、さらに絶縁物で被覆させても良い。金属線４２を支持する絶縁性の支持部材４６を任意の位置に設けてもよい。金属線４２の材料などにもよるが、約２５０℃の高温環境や約１．９６Ｍｐａの高圧環境であっても、本発明のレベルセンサー１０を使用することができる。電極１６に直径３ｍｍのビス穴を設け、金属線４２をビスによって取り付けても良いし、電極１６に溶接して取り付けても良い。

外部電極４４の形状は球や立方体など任意である。図３で説明したように、外部電極４４の接触面積によって、検知の有無を変えることができる。外部電極４４が電極１６の代わりとなるからである。

電極１６と金属線４２と外部電極４４とを合計した電気経路の長さは高周波電圧の波長の半波長より短くなるようにする。これは、上記の長さが半波長を超えてしまうと、検知回路２６での電圧の正負が逆転してしまい、比較回路３０で正確な電圧の比較を行えなくなるからである。例えば、高周波電圧の周波数が１６ＭＨｚであれば、上記の長さは約９．３７５ｍ以下になるようにする。なお、上記の長さは、余裕を見て半波長の１割ほど短い長さとするのが好ましい。また、必要に応じて高周波電圧の周波数を変え、金属線４２などが必要な長さを得られるようにする。例えば、高周波電圧の周波数を１６ＭＨｚから３ＭＨｚにすることによって、上記の長さは約５０ｍとすることができる。

また、任意の位置に金属線４２を巻き取るリールを設け、金属線４２の長さを変えられるようにしても良い。金属線４２の長さが変わることにより、検知する液面などのレベルを変えることができる。

金属線４２の長さが長くなると金属線４２によって発生する容量が無視できなくなる。そこで、電圧調節回路２４で外部電極４４に印加する電圧を調節する。例えば、金属線４２の長さが４ｍ以上になると調節をおこなう。

図６では外部電極４４を設けたが、電極１６のみを容器３８の内部に入れるようにしても良い。検知回路２６と電極１６との間を図６のように金属線で接続する。

金属線４２の代わりに金属棒を使用しても良い。容器３８の中に金属棒を差し込むようにする。金属棒のみが容器３８の内部に入るようにすることによって、図６の実施例と同様に遠隔操作をおこなうことができる。金属棒は、ステンレスまたはチタンで構成するのが好ましい。

圧力のかかる容器にレベルセンサー１０を使用する場合、筐体１２などを耐圧設計にして、内部の回路を保護するようにすることが好ましい。図４（ｂ）のように、キャップ１８を容器の外側に配置すれば、回路の操作などは可能である。

発振回路２２は、高周波電圧の周波数を変化させることができる回路であっても良い。周波数を調節するつまみをキャップ１８に設ける。使用態様によって周波数を設定可能となる。

図１などに示すように、筐体１２の形を円筒形にしたが、他の形状であっても良い。上述した回路が動作するのであれば、筐体１２などの形状は限定されない。基板の形を考慮して筐体１２の形状を決定しても良い。また、基板をフレキシブル基板にし、種々の形状の筐体１２に適応できるようにしても良い。

図２を用いて説明した回路ブロックの構成であれば、回路ブロックの中に構成される実際の回路は任意である。キャップ１８に設けるスイッチはタッチセンサー式であっても良い。

次にレベルセンサー１０を用いた種々の実験結果を説明する。実験は（１）水、（２）灯油、（３）メリケン粉についておこなった。

（１）水の検知について説明する。直径２６ｍｍの円盤状の電極１６を用いた。水を検知する前の検知回路２６の出力電圧は７３９ｍＶ、基準電圧は７３１ｍＶになるように調節した。図７（ａ）に示すように、電極１６の底面Ｘが水面Ｍに接すると同時に検知回路２６の出力電圧が７１０ｍＶになり、スイッチングによってＬＥＤ３６が点灯した。なお、図７（ｂ）に示すように、電極１６の底面Ｘと側面Ｙとで形成される角を水に近づけ、表面張力によって電極１６に水面Ｍが接するだけでもＬＥＤ３６が点灯した。このときの接触面積は５ｍｍ^２であった。

（２）灯油の検知について説明する。灯油の比誘電率は１．８〜３である。実験では水の検知に使用した電極と同じ電極を使用した。検知する前の検知回路の出力を７４４ｍＶ、基準電圧は７１６ｍＶになるように調節した。電極の底面全体が油に接触したときにＬＥＤ３６が点灯した。このときの検知回路２６の出力は７１５ｍＶ以下であった。

（３）メリケン粉の検知について説明する。メリケン粉の比誘電率は３．０〜４．５である。実験では水の検知に使用した電極１６と同じ電極を使用した。検知する前の検出回路２６の出力は７５３ｍＶ、基準電圧は７４０ｍＶになるように調節した。図７（ｃ）に示すように、メリケン粉の中に電極１６が２７ｍｍ入るとＬＥＤ３６が点灯した。このときの検知回路２６の出力は７３９ｍＶ以下であった。

次に金属線４２を利用する図６の構成で（４）水、（５）灯油についての実験結果を説明する。使用する金属線４２は断面積０．５ｍｍ^２、長さ４ｍである。

（４）水の検知について説明する。容器はガラス瓶を使用した。外部電極４４として鉄製の皿ビスを使用した。検知する前の検知回路２６の出力は４５９ｍＶ、基準電圧を３９８ｍＶに調節した。外部電極４４の５ｍｍ^２が水に接触するとＬＥＤ３６が点灯した。その時の検知回路２６の出力は３９７ｍＶ以下であった。

（５）灯油の検知について説明する。容器は市販の灯油ポリ容器を使用した。外部電極４４として断面が２２ｍｍ×２ｍｍ、長さが１５ｃｍのアルミスケールを用いた。検知する前の検知回路２６の出力を４４１ｍＶ、基準電圧を３９１ｍＶに調節した。アルミスケールが先端から３ｍｍ灯油に浸すとＬＥＤ３６が点灯した。このときの検知回路２６の出力は３９０ｍＶ以下であった。

以上の実験より種々の液体などの検知が可能であることがわかった。細かなレベルを計測することがないので簡単なレベルセンサーとなっており、粉体、粒体またはそれらの混合物も簡単に検知できることがわかった。

その他、本発明は、その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。

本発明のレベルセンサーの外観の一例を示す図である。本発明のレベルセンサーの回路構成を示すブロック図である。本発明のレベルセンサーの電極の接触感度の違いを示す図であり、（ａ）はレベルセンサーを垂直にした場合の図であり、（ｂ）はレベルセンサーを水平にした場合の図である。本発明のレベルセンサーの使用方法を示す図であり、（ａ）は支持部材に固定した図であり、（ｂ）は容器に固定した図である。本発明のレベルセンサーを容器に複数固定した図である。本発明のレベルセンサーの他の実施形態を示す図である。本発明のレベルセンサーを用いた実験を示す図であり、（ａ）は電極の底面が水に接触した図であり、（ｂ）は電極の角が表面張力によって水に接触した図であり、（ｃ）は電極が粉体の内部に入り込んだ図である。

符号の説明

１０：レベルセンサー
１２：筐体
１４：絶縁物
１６：電極
１８：キャップ
２０：ナット
２２：発振回路
２４：電圧調節回路
２６：検知回路
２８：基準電圧回路
３０：比較回路
３２：増幅回路
３４：スイッチング回路
３６：ＬＥＤ
３８：容器
４０，４６：支持部材
４２：金属線
４４：外部電極

Claims

容器内の液体、粉体、粒体、またはそれらの少なくとも２つよりなる混合物が所定レベルにあるか否かを検知する静電容量式のレベルセンサーであって、
前記容器をアース電極とし、該アース電極とでコンデンサを形成する電極と、
前記電極に印加する高周波電圧を発振する回路と、
前記電極と高周波電圧を発振する回路との間に設けられ、該高周波電圧の電圧調節をする回路と、
前記電極における電圧の変化を検知する回路と、
前記液体、粉体、粒体、またはそれらの少なくとも２つよりなる混合物に対する前記電極の接触感度を決定する基準電圧を生成する回路と、
前記検知する回路で検知した電圧と前記基準電圧とを比較する回路と、
を含むレベルセンサー。
前記基準電圧を生成する回路が、該基準電圧の電圧値を調節するための可変抵抗を含む請求項１のレベルセンサー。
前記液体、粉体、粒体、またはそれらの少なくとも２つよりなる混合物の比誘電率によって前記電極の表面積を変化させる請求項１または２のレベルセンサー。
金属線の一端を前記電極に接続し、該金属線の他端に前記液体、粉体、粒体、またはそれらの少なくとも２つよりなる混合物に直接接触する外部電極を設けた請求項１乃至３のレベルセンサー。
前記電極と金属線と外部電極とを合計した長さが、前記高周波電圧の波長の半分以下である請求項４に記載のレベルセンサー。