JP2010117239A

JP2010117239A - センサ装置

Info

Publication number: JP2010117239A
Application number: JP2008290548A
Authority: JP
Inventors: 義典 ▲高▼嶋; Yoshinori Takashima; Mikinori Oshima; 幹啓大島; Motoki Ogata; 基樹緒方
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2010-05-27

Abstract

【課題】本発明は、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の液質を検出することができるセンサ装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明のセンサ装置は、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第１の検出電極２２と、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けて電極間の静電容量を測定する第２の検出電極２３を設けるとともに、前記第２の検出電極２３で測定される静電容量と第１の検出電極２２で測定される静電容量との差に比例する時間だけ充電し、かつ前記第１の検出電極２２で測定される静電容量に比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返すようにしたものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、容器内に保管された液体の液質を検出するセンサ装置に関し、特に自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液質を検出するセンサ装置に関するものである。

自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液質や液位を検出するセンサ装置としては図８に示すようなものが知られている（特許文献１参照）。図８は従来のセンサ装置の断面図を示したもので、この図８において、１は円筒状のケースで、このケース１の下部には同軸上に配置された第１の円筒電極２と第２の円筒電極３とからなる第１の検出電極４が設けられ、かつ上部には同軸上に配置された第３の円筒電極５と第４の円筒電極６とからなる第２の検出電極７が設けられている。そして、前記第１の検出電極４における第１、第２の円筒電極２，３と第２の検出電極７における第３、第４の円筒電極５，６とは上下方向に配置されたスペーサ８，９，１０によって所定の間隔を空けて保持されている。１１はホース等によってセンサ装置とオイルタンク等とを連結する開口である。

上記したセンサ装置の通常動作時には、前記第１の検出電極４における第１、第２の円筒電極２，３間は完全に被測定液で充たされ、かつ前記第２の検出電極７における第３、第４の円筒電極５，６間は少なくとも部分的に被測定液で充たされているものである。

これにより、前記第１の検出電極４から得られるインピーダンス等の測定値は被測定液の液位には無関係となる。よって、予め新しい被測定液に対しては、前記第１の検出電極４で得られる測定値を標準値または閾値として記憶しておくことにより、被測定液の液質の評価が可能となる。

そして、前記第２の検出電極７から得られるインピーダンス等の測定値を前記第１の検出電極４から得られる測定値で補正することにより測定液の誘電率が変動した場合でも正確な液位を知ることができるものである。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特表平１１−５０７４３４号公報

しかしながら、上記した従来のセンサ装置においては、常に被測定液中に浸漬される第１の検出電極４から得られる測定値と予め記憶しておいた標準値とから被測定液の液質を算出するとともに、被測定液面と交差し、かつ液中に浸漬する部分は液位の昇降に伴って増減する第２の検出電極７から得られる測定値と前記第１の検出電極４から得られる測定値とから被測定液の液位を演算するようにしているため、演算装置が複雑で大がかりになってしまうという問題点を有していた。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の液質を高精度で検出することができるセンサ装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第１の検出電極と、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けて電極間の静電容量を測定する第２の検出電極を検出部に設けるとともに、前記第２の検出電極で測定される静電容量と第１の検出電極で測定される静電容量との差に比例する時間だけ充電し、かつ前記第１の検出電極で測定される静電容量に比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返す回路を備えたもので、この構成によれば、前記第２の検出電極で測定される静電容量と第１の検出電極で測定される静電容量との差に比例する時間だけ充電し、かつ前記第１の検出電極で測定される静電容量に比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返す回路を備えているため、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の液質に比例する電圧を出力することができ、これにより、容易に高感度のセンサ装置を提供することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載のセンサ装置における第１の検出電極を、対向する電極全体を絶縁物を介して金属層で覆ったもので構成したもので、この構成によれば、第１の検出電極を、対向する電極全体を絶縁物を介して金属層で覆ったもので構成しているため、被測定液の液質に無関係な一定の静電容量を簡単な構成で得ることができ、これにより、容易に高感度のセンサ装置を提供することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第１の検出電極と第１の抵抗とを含む第１の時定数回路と、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けて電極間の静電容量を測定する第２の検出電極と第２の抵抗とを含む第２の時定数回路と、前記第１の時定数回路の出力電位が入力されるとともにその出力電位を閾値と比較する第１の比較手段と、前記第２の時定数回路の出力電位が入力されるとともにその出力電位を閾値と比較する第２の比較手段と、前記第１の比較手段と第２の比較手段の出力信号が入力される第１の論理回路と、この第１の論理回路の出力信号により開閉制御される第１のアナログスイッチおよび第２のアナログスイッチと、一端が前記第１のアナログスイッチと第２のアナログスイッチの中点に接続され、かつ他端が第１の出力端子に接続された第５の抵抗と、一端が第１の電位と接続され、かつ他端が前記第５の抵抗と第１の出力端子との間に接続されたコンデンサとを備え、前記第１のアナログスイッチが「閉」で、第２のアナログスイッチが「開」のとき、前記コンデンサを充電し、かつ前記第１のアナログスイッチが「開」で、第２のアナログスイッチが「閉」のとき、前記コンデンサの電荷を放電するようにし、前記コンデンサを前記第２の検出電極で測定される静電容量と第１の検出電極で測定される静電容量との差に比例する時間だけ充電し、かつ前記第１の検出電極で測定される静電容量に比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返す回路を備えることにより被測定液の液質変化を電圧変化として出力するようにしたもので、この構成によれば、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の液質に比例する電圧を出力することができ、これにより、容易に高感度のセンサ装置を提供することができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明のセンサ装置は、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第１の検出電極と、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けて電極間の静電容量を測定する第２の検出電極を検出部に設けるとともに、前記第２の検出電極で測定される静電容量と第１の検出電極で測定される静電容量との差に比例する時間だけ充電し、かつ前記第１の検出電極で測定される静電容量に比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返す回路を備えているため、複雑な演算装置を設けることなく、常に液質に比例する電圧を出力することができ、これにより、容易に高感度のセンサを提供することができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態におけるセンサ装置の検出部の正面図を示したもので、この図１において、２１は上下に延びる長方形のポリイミドフィルム等からなる検出部で、この検出部２１の下端部には櫛歯形状のカーボンからなる一対の第１の検出電極２２を設けている。また、前記第１の検出電極２２の上には櫛歯形状のカーボンからなる一対の第２の検出電極２３を設け、そしてこの第２の検出電極２３の上には同じく櫛歯形状のカーボンからなる一対の第３の検出電極２４を設け、さらに前記検出部２１の上端部には同じく櫛歯形状のカーボンからなる一対の第４の検出電極２５を設けている。そして、前記第１、第２、第３、第４の検出電極２２，２３，２４，２５は上下に延びる引き出し線によって端子２６，２７，２８，２９，３０に接続されているものである。

図２は図１における第１の検出電極２２のＡ−Ａ線での断面図を示したもので，この図２に示すように、第１の検出電極２２は、対向する電極５５全体を絶縁物５６を介して金属層５７で覆ったもので構成したものである。このような構成とすることにより、対向する電極５５間に発生する電気力線は被測定液内を通過しないため、第１の検出電極２２で測定される電極５５間の静電容量は被測定液が有する誘電率の影響を受けることがなくなる。

なお、前記絶縁物５６としては被測定液または被測定液を含浸させた固形物あるいは被測定液と実質的に同じ誘電率温度特性を持つ物質を選択するのが望ましい。これにより、液質測定における温度変化の影響を除去することができるものである。

本発明の一実施の形態におけるセンサ装置の動作時には、前記第１の検出電極２２と第２の検出電極２３はオイル等の熱伝導性の高い被測定液中に常に浸漬されるため、第１の検出電極２２と第２の検出電極２３の温度は実質的に等しいと見なすことができる。

図３は本発明の一実施の形態におけるセンサ装置の検出回路図を示したもので、この図３において、検出部２１の端子２６は例えば、ＧＮＤ電位からなる第１の電位３１に接続する。また、前記検出部２１の端子２７，２８，２９，３０はそれぞれ第１の抵抗３２，第２の抵抗３３，第３の抵抗３４，第４の抵抗３５を介して５Ｖの電源電位からなる第２の電位５２と接続する。これにより、第１の検出電極２２、第２の検出電極２３、第３の検出電極２４、第４の検出電極２５がそれぞれ第１の抵抗３２，第２の抵抗３３，第３の抵抗３４，第４の抵抗３５に接続される。

この時、第２、第３、第４の検出電極２３，２４，２５がすべて被測定液外にある状態で第２の検出電極２３の電極間容量と第２の抵抗３３とで決まる時定数と、第３の検出電極２４の電極間容量と第３の抵抗３４とで決まる時定数と、第４の検出電極２５の電極間容量と第４の抵抗３５とで決まる時定数とは実質的に等しくなるようにしているものである。そして、第１の検出電極２２と第１の抵抗３２とで決まる時定数は、被測定液中に浸漬させた状態で第２の検出電極２３の電極間容量と第２の抵抗３３とで決まる時定数よりも小さくなるようにしている。

また、前記第１の抵抗３２と前記第１の検出電極２２との中点電位はコンパレータからなる第１の比較手段３６において、抵抗５３，５４からなる閾値発生手段と比較される。これと同様に、前記第２の抵抗３３と前記第２の検出電極２３との中点電位、前記第３の抵抗３４と前記第３の検出電極２４との中点電位および前記第４の抵抗３５と前記第４の検出電極２５との中点電位はそれぞれコンパレータからなる第２の比較手段３７、第３の比較手段３８および第４の比較手段３９において、抵抗５３，５４からなる閾値発生手段と比較される。

そして、前記第１，第２の比較手段３６，３７の出力信号は論理素子からなる第１の論理回路４０に入力される。さらに前記第２、第３、第４の比較手段３７，３８，３９の出力信号は論理素子からなる第２の論理回路４１に入力される。

前記第１の論理回路４０の後段には第１の論理回路４０の出力信号により開閉制御される第１のアナログスイッチ４２と第２のアナログスイッチ４３が設けられている。４４は一端が前記第１のアナログスイッチ４２と第２のアナログスイッチ４３との中点に接続され、かつ他端が第１の出力端子４５に接続された第５の抵抗である。４６は一端が第１の電位３１と接続され、かつ他端が前記第５の抵抗４４と第１の出力端子４５との間に接続されたコンデンサである。

上記と同様に、前記第２の論理回路４１の後段には第２の論理回路４１の出力信号により開閉制御される第３のアナログスイッチ４７と第４のアナログスイッチ４８が設けられている。４９は一端が前記第３のアナログスイッチ４７と第４のアナログスイッチ４８との中点に接続され、かつ他端が第２の出力端子５０に接続された第６の抵抗である。５１は一端が第１の電位３１と接続され、かつ他端が前記第６の抵抗４９と第２の出力端子５０との間に接続されたコンデンサである。

次に、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置の回路動作を図４を用いて説明する。図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ），（ｉ），（ｊ），（ｋ），（ｌ）はこのセンサ装置の各部の電圧波形を示したもので、図１で示したセンサ装置の検出部２１を図示していないオイルパン中のエンジンオイル等の被測定液に浸漬する。この時、第１の検出電極２２と第２の検出電極２３は常に被測定液中に浸漬され、かつ第４の検出電極２５は常に被測定液外に配置される。そして、第３の検出電極２４は被測定液面と交差し、かつ液中に浸漬する部分は液位の昇降に伴って増減する。

本発明の一実施の形態におけるセンサ装置は、電源投入前の初期状態（ｔ₀）においては、前記第１、第２、第３、第４の検出電極２２，２３，２４，２５の電極対間に電荷が存在しないため、第１の抵抗３２と第１の検出電極２２との中点電位、第２の抵抗３３と第２の検出電極２３との中点電位、第３の抵抗３４と第３の検出電極２４との中点電位および第４の抵抗３５と第４の検出電極２５との中点電位はすべて第１の電位３１（Ｖ₁）にある。

そして、電源が投入されると前記第４の抵抗３５と第４の検出電極２５との中点電位は図４（ａ）に示すように第１の電位３１（Ｖ₁）から第２の電位５２（Ｖ₂）に向かって、前記第４の抵抗３５と第４の検出電極２５の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。また、前記第３の抵抗３４と第３の検出電極２４との中点電位は図４（ｂ）に示すように第１の電位３１（Ｖ₁）から第２の電位５２（Ｖ₂）に向かって、前記第３の抵抗３４と第３の検出電極２４の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。この時、第３の検出電極２４の一部は被測定液中にあるため、前記第３の抵抗３４と第３の検出電極２４の静電容量とで決まる時定数は、前記第４の抵抗３５と第４の検出電極２５とで決まる時定数よりも大きくなる。また、前記第２の抵抗３３と第２の検出電極２３との中点電位は図４（ｃ）に示すように第１の電位３１（Ｖ₁）から第２の電位５２（Ｖ₂）に向かってそれぞれ前記第２の抵抗３３と第２の検出電極２３の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。この時、第２の検出電極２３は常に被測定液中に浸漬されているため、前記第２の抵抗３３と第２の検出電極２３の静電容量とで決まる時定数は、前記第３の抵抗３４と第３の検出電極２４とで決まる時定数よりも大きくなる。さらに、前記第１の抵抗３２と第１の検出電極２２との中点電位は図４（ｄ）に示すように第１の電位３１（Ｖ₁）から第２の電位５２（Ｖ₂）に向かってそれぞれ前記第１の抵抗３２と第１の検出電極２２の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。この時、前記の通り、第１の検出電極２２と第１の抵抗３２とで決まる時定数は、被測定液中に浸漬させた状態で第２の検出電極２３の電極間容量と第２の抵抗３３とで決まる時定数よりも小さくなるように設定している。

その後、前記第４の抵抗３５と第４の検出電極２５との中点電位が抵抗５３，５４で決められる閾値電圧Ｖ_thに達すると、コンパレータからなる第４の比較手段３９の出力は図４（ｅ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ₁）。これと同様に、前記第３の抵抗３４と第３の検出電極２４との中点電位が抵抗５３，５４で決められる閾値電圧Ｖ_thに達すると、コンパレータからなる第３の比較手段３８の出力は図４（ｆ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ₂）。また、前記第１の抵抗３２と第１の検出電極２２との中点電位が抵抗５３，５４で決められる閾値電圧Ｖ_thに達すると、コンパレータからなる第１の比較手段３６の出力は図４（ｈ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ₃）。さらに、前記第２の抵抗３３と前記第２の検出電極２３との中点電位が抵抗５３，５４で決められる閾値電圧Ｖ_thに達すると、コンパレータからなる第２の比較手段３７の出力は図４（ｇ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ₄）とともに、第１、第２、第３、第４の検出電極２２，２３，２４，２５に蓄積された電荷がオープンコレクタ構成である素子５１を介して第１の電位３１（Ｖ₁）に放電されるため、前記第１の抵抗３２と第１の検出電極２２との中点電位、前記第２の抵抗３３と第２の検出電極２３との中点電位、前記第３の抵抗３４と第３の検出電極２４との中点電位および前記第４の抵抗３５と第４の検出電極２５との中点電位はすべて第１の電位３１（Ｖ₁）に戻り、かつ前記第１、第２、第３、第４の比較手段３６，３７，３８，３９の出力はそれぞれ図４（ｈ），（ｇ），（ｆ），（ｅ）に示すようにローからハイに遷移する（ｔ₅）。

さらにその後、前記第４の抵抗３５と第４の検出電極２５との中点電位、前記第３の抵抗３４と第３の検出電極２４との中点電位、前記第２の抵抗３３と第２の検出電極２３との中点電位、前記第１の抵抗３２と第１の検出電極２２との中点電位は再び図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）で示すように第１の電位３１（Ｖ₁）から第２の電位５２（Ｖ₂）に向かってそれぞれ前記第４の抵抗３５と第４の検出電極２５の電極間容量、前記第３の抵抗３４と第３の検出電極２４の電極間容量、前記第２の抵抗３３と第２の検出電極２３の電極間容量、前記第１の抵抗３２と第１の検出電極２２の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。以後、第４の比較手段３９の出力がハイからローに遷移し（ｔ₆）、第３の比較手段３８の出力がハイからローに遷移し（ｔ₇）、第２の比較手段３７の出力がハイからローに遷移し（ｔ₈）、第１の比較手段３６の出力がハイからローに遷移して（ｔ₉）、前と同様の動作を繰り返す。

上記第１、第２の比較手段３６，３７の出力信号は論理素子からなる論理回路４０に入力され、そして、第１のアナログスイッチ４２には図４（ｋ）に示す信号が、また第２のアナログスイッチ４３には図４（ｊ）に示す信号が出力される。

また、これと同様に、上記第２，第３，第４の比較手段３７，３８，３９の出力信号は論理素子からなる論理回路４１に入力され、そして、第３のアナログスイッチ４７には図４（ｉ）に示す信号が、また第４のアナログスイッチ４８には図４（ｊ）に示す信号が出力される。

そして、この場合、各アナログスイッチに入力される信号がハイの時、アナログスイッチは「閉」、ローの時、「開」となる。これにより、図４の時間ｔ₃〜ｔ₄およびｔ₈〜ｔ₉においては、第１のアナログスイッチ４２が「閉」で第２のアナログスイッチ４３が「開」となるため、第２の電位５２から第５の抵抗４４を通してコンデンサ４６が充電される。そして、図４の時間ｔ₀〜ｔ₃およびｔ₅〜ｔ₈においては、第１のアナログスイッチ４２が「開」で第２のアナログスイッチ４３が「閉」となるため、コンデンサ４６に蓄積された電荷が第５の抵抗４４を通して第１の電位３１（Ｖ₁）に放電される。

このようにして、前記第１の検出電極２２で測定される静電容量と第２の検出電極２３で測定される静電容量との差に比例する時間だけ前記コンデンサ４６を充電し、かつ前記第１の検出電極２２で測定される静電容量に比例する時間だけ前記コンデンサ４６に充電された電荷を放電するという動作を繰り返すことにより、被測定液の液質に比例する電圧を第１の出力端子４５に出力することができるものである。

また、これと同様に、図４の時間ｔ₁〜ｔ₂およびｔ₆〜ｔ₇においては、第３のアナログスイッチ４７が「閉」で第４のアナログスイッチ４８が「開」となるため、第２の電位５２から第６の抵抗４９を通してコンデンサ５１が充電される。そして、図４の時間ｔ₂〜ｔ₄およびｔ₇〜ｔ₉においては、第３のアナログスイッチ４７が「開」で第４のアナログスイッチ４８が「閉」となるため、コンデンサ５１に蓄積された電荷が第５の抵抗４９を通して第１の電位３１（Ｖ₁）に放電される。このようにして、第３の検出電極２４が被測定液に浸漬されている部分の長さと被測定液外にある部分の長さにより決まる時間だけ第３のアナログスイッチ４７と第４のアナログスイッチ４８とを交互に開閉してコンデンサ５１を充放電することにより、被測定液の液位をアナログ電圧として第２の出力端子５０に出力することができるものである。

液質測定部の回路動作について、数式を用いてさらに説明する。第１の検出電極２２の静電容量をＣ₁、第２の検出電極２３が被測定液外にある時の静電容量をＣ₂、第１の抵抗３２，第２の抵抗３３の抵抗値をｒ₀、被測定液の比誘電率をε_Lとする。また第１の電位３１（Ｖ₁）を０［Ｖ］、第２の電位５２（Ｖ₂）をＶ_dd［Ｖ］とする。前記第１の検出電極２２と第２の検出電極２３とが被測定液中に浸漬された時、第１の検出電極２２の静電容量は被測定液が有する誘電率の影響を受けないため、第１の検出電極２２と第１の抵抗３２とで決まる時定数は次の（数１）で表される。

数２の検出電極２３の静電容量は被測定液が有する誘電率の影響を受けるため、第２の検出電極２３と第２の抵抗３３とで決まる時定数は次の（数２）で表される。

電源が投入されると前記第２の検出電極２３と前記第２の抵抗３３との中点電位Ｖは次の（数３）に示す式で表される。

これと同様に、前記第１の検出電極２２と前記第１の抵抗３２との中点電位Ｖは次の（数４）で表される。

これから、コンデンサ４６が充電される時間Ｔ_cは次の（数５）で表される。

同様にして、コンデンサ４６が放電される時間Ｔ_dは次の（数６）で表される。

上記（数５）と（数６）とから、充電時間Ｔ_cは第２の検出電極２３の静電容量と第１の検出電極２２の静電容量との差（ε_LＣ₂−Ｃ₁）に比例し、放電時間Ｔ_dは第１の検出電極２２の静電容量により決まることが分かる。

次に、第１の出力端子４５に現れる出力電圧Ｖ₀を数式で表す。図３に示す回路では図４に示すように、ｔ₄〜ｔ₅等の期間では第１、第２のアナログスイッチ４２，４３はともに「開」であるため、コンデンサ４６に蓄積された電荷は変化せず、かつ出力電圧Ｖ₀も変化しない。よって、以下においては、これらの期間を無視し、充電時間Ｔ_c、放電時間Ｔ_dが繰り返された場合の出力電圧の変化を考える。電源投入直後の出力電圧は０［Ｖ］とする。第５の抵抗４４の抵抗をＲ、コンデンサ４６の容量をＣとすると、第１回目の充電後の出力電圧Ｖ_1cは次の（数７）で表される。

第１回目の放電後の出力電圧Ｖ_1dは次の（数８）で表される。

第２回目の充電後の出力電圧Ｖ_2cは次の（数９）で表される。

第２回目の放電後の出力電圧Ｖ_2dは次の（数１０）で表される。

さらに第３回目の充電後の出力電圧Ｖ_3c、放電後の出力電圧Ｖ_3dは次の（数１１）、（数１２）で表される。

以下、上記と同様にして充電、放電後の出力電圧を求めることができる。

図５〜図７は第５の抵抗４４の抵抗Ｒを５００ｋΩ、コンデンサ４６の容量Ｃを１００ｐＦとした時の出力電圧Ｖ₀を計算したものである。

図５は充電時間Ｔ_cを１μ秒とし、放電時間Ｔ_dを４μ秒とした場合、すなわちＴ_cとＴ_dの比、つまり、被測定液中に浸漬された第１の検出電極２２の静電容量Ｃ₁と第２の検出電極２３の静電容量ε_LＣ₂との比が４：５の場合の出力電圧Ｖ₀の時間変化を示したものである。この図５においては、ほぼ５００μ秒経過後、１［Ｖ］の直流成分に振幅がほぼ±０．０４［Ｖ］のリップルが重畳された出力電圧Ｖ₀が得られることが分かる。このリップルは適当なローパスフィルタを使用することにより除去することができる。

図６は図５の状態から被測定液の誘電率ε_Lが劣化等により５％上昇した場合、すなわち充電時間Ｔ_cのみが１．２５μ秒に増加した場合の出力電圧Ｖ₀の時間変化を示したものである。この図６においては、ほぼ５００μ秒経過後、１．２４［Ｖ］の直流成分に振幅がほぼ±０．０５［Ｖ］のリップルが重畳された出力電圧Ｖ₀が得られることが分かる。

図７は図５の状態から第１の検出電極２２の静電容量と第２の検出電極２３の静電容量とがともに１０％上昇した場合、すなわち放電時間Ｔ_dが１．１μ秒、充電時間Ｔ_cが４．４μ秒に増加した場合の出力電圧Ｖ₀の時間変化を示したものである。この図７においては、図５と同じくほぼ５００μ秒経過後、１［Ｖ］の直流成分に振幅がほぼ±０．０４［Ｖ］のリップルが重畳された出力電圧Ｖ₀が得られることが分かる。この事から、第１の検出電極２２の静電容量と第２の検出電極２３の静電容量温度変化率を同じにすることで温度によらず被測定液の液質を測定できることになる。

これと同様にして、第３の検出電極２４が被測定液に浸漬されている部分の長さと被測定外にある部分の長さにより決まる時間だけ第３のアナログスイッチ４７と第４のアナログスイッチ４８とを交互に開閉してコンデンサ５１を充放電するようにすれば、被測定液の液位をアナログ電圧として第２の出力端子５０に出力することができるものである。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置は複雑な演算装置を設けることなく、常に液質に比例する電圧を出力することができ、これにより、容易に高感度のセンサ装置を提供することができるものである。

本発明に係るセンサ装置は、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の液質に比例する電圧を出力することができ、これにより、容易に高感度のセンサ装置を提供することができるという効果を有するものであり、特に、自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液位を検出するセンサ装置として有用なものである。

本発明の一実施の形態におけるセンサ装置の検出部の正面図同センサ装置の第１の検出電極の断面図同センサ装置の検出回路図（ａ）〜（ｌ）同センサ装置の回路動作を説明するための波形図同センサ装置における第１の検出電極の静電容量と第２の検出電極の静電容量との比が４：５の場合の出力電圧Ｖ₀の時間変化を示す特性図同センサ装置における第２の検出電極の静電容量が５％上昇した場合の出力電圧Ｖ₀の時間変化を示す特性図同センサ装置における第１の検出電極の静電容量と第２の検出電極の静電容量とがともに１０％上昇した場合の出力電圧Ｖ₀の時間変化を示す特性図従来のセンサ装置の検出部の断面図

符号の説明

２１検出部
２２第１の検出電極
２３第２の検出電極
３１第１の電位
３２第１の抵抗
３３第２の抵抗
３６第１の比較手段
３７第２の比較手段
４０第１の論理回路
４２第１のアナログスイッチ
４３第２のアナログスイッチ
４４第５の抵抗
４５第１の出力端子
４６コンデンサ
５５電極
５６絶縁物
５７金属層

Claims

常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第１の検出電極と、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けて電極間の静電容量を測定する第２の検出電極を検出部に設けるとともに、前記第２の検出電極で測定される静電容量と第１の検出電極で測定される静電容量との差に比例する時間だけ充電し、かつ前記第１の検出電極で測定される静電容量に比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返す回路を備えたセンサ装置。
第１の検出電極を、対向する電極全体を絶縁物を介して金属層で覆ったもので構成した請求項１記載のセンサ装置。
常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第１の検出電極と第１の抵抗とを含む第１の時定数回路と、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けて電極間の静電容量を測定する第２の検出電極と第２の抵抗とを含む第２の時定数回路と、前記第１の時定数回路の出力電位が入力されるとともにその出力電位を閾値と比較する第１の比較手段と、前記第２の時定数回路の出力電位が入力されるとともにその出力電位を閾値と比較する第２の比較手段と、前記第１の比較手段と第２の比較手段の出力信号が入力される第１の論理回路と、この第１の論理回路の出力信号により開閉制御される第１のアナログスイッチおよび第２のアナログスイッチと、一端が前記第１のアナログスイッチと第２のアナログスイッチの中点に接続され、かつ他端が第１の出力端子に接続された第５の抵抗と、一端が第１の電位と接続され、かつ他端が前記第５の抵抗と第１の出力端子との間に接続されたコンデンサとを備え、前記第１のアナログスイッチが「閉」で、第２のアナログスイッチが「開」のとき、前記コンデンサを充電し、かつ前記第１のアナログスイッチが「開」で、第２のアナログスイッチが「閉」のとき、前記コンデンサの電荷を放電するようにし、前記コンデンサを前記第２の検出電極で測定される静電容量と第１の検出電極で測定される静電容量との差に比例する時間だけ充電し、かつ前記第１の検出電極で測定される静電容量に比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返す回路を備えることにより被測定液の液質変化を電圧変化として出力するようにしたセンサ装置。