JP2010210307A - Liquid level sensor - Google Patents
Liquid level sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010210307A JP2010210307A JP2009054539A JP2009054539A JP2010210307A JP 2010210307 A JP2010210307 A JP 2010210307A JP 2009054539 A JP2009054539 A JP 2009054539A JP 2009054539 A JP2009054539 A JP 2009054539A JP 2010210307 A JP2010210307 A JP 2010210307A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detection electrode
- pulse
- measured
- potential
- resistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
本発明は、容器内に保管された液体の液位を検出する液位センサに関し、特に自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液位を検出する液位センサに関するものである。 The present invention relates to a liquid level sensor that detects a liquid level of a liquid stored in a container, and more particularly to a liquid level sensor that detects a liquid level of engine oil or fuel of an automobile, a construction machine, or the like.
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液位センサとしては図11、図12に示すようなものが知られている(特許文献1参照)。図11は従来の液位センサの検出部の正面図を示したもので、この図11において、1は上下に延びる長方形の基板で、この基板1の下端部には櫛歯形状の第1の検出電極2が、略中央部には櫛歯形状の第2の検出電極3が設けられている。そして、前記第1の検出電極2は上下に所定の間隔をおいて配置された複数の線状電極4からなり、これらは基板1の両側縁に沿って上下に延びる引き出し線5,6に交互に接続されている。また、前記第2の検出電極3は左右に所定の間隔をおいて上端部から下端部に延びるように配置された複数の線状電極7からなり、かつこれらの線状電極7は上端がリード線8,9に交互に接続されている。
As a liquid level sensor for detecting the liquid level of engine oil or fuel for automobiles, construction machines, etc., those shown in FIGS. 11 and 12 are known (see Patent Document 1). FIG. 11 is a front view of a detection unit of a conventional liquid level sensor. In FIG. 11,
液位測定時には前記検出部は被測定液中に浸漬されるもので、この時、前記第1の検出電極2は常に被測定液中に浸漬するように配置される。一方、前記第2の検出電極3は被測定液面と交差し、液中に浸漬する部分は液位の昇降に伴って増減することになる。
At the time of liquid level measurement, the detection unit is immersed in the liquid to be measured. At this time, the
図12は上記検出部を用いた検出回路図を示したもので、発振回路10と処理回路11とよりなる。発振回路10はインバータ12,13,14と、抵抗15とを有し、前記インバータ13,14間にはそれぞれアナログスイッチ16,17を介して前記検出部における第1、第2の検出電極2,3が接続されている。そして、マイクロコンピュータを有する処理回路11は最初にアナログスイッチ16を閉じ、前記抵抗15と、第1の検出電極2の静電容量で決定される発振周波数から被測定液の誘電率を計算して記憶する。続いて処理回路11は一方のアナログスイッチ16に代えて他方のアナログスイッチ17を閉じ、前記抵抗15と、第2の検出電極3の静電容量とで決定される発振周波数と前記被測定液の誘電率とから液位を算出するもので、被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。
FIG. 12 is a detection circuit diagram using the above-described detection unit, and includes an
しかしながら、上記した従来の液位センサにおいては、常に被測定液中に浸漬される第1の検出電極2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、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3から得られる測定値と前記第1の検出電極2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。
However, in the above-described conventional liquid level sensor, the liquid quality of the liquid to be measured is determined from the measured value obtained from the
本発明者らは、上記問題点を解決するために図13、図14に示すような液位センサを開発した。図13はこの液位センサの検出部の正面図を示したもので、この図13において、201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201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202を設けている。また、前記検出部201の略中央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203を設け、さらに前記検出部201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3の検出電極204を設けている。そして、前記第1、第2、第3の検出電極202,203,204は上下に延びるリード線205によって端子206,207,208,209に接続されているものである。
In order to solve the above problems, the present inventors have developed a liquid level sensor as shown in FIGS. FIG. 13 is a front view of the detection unit of the liquid level sensor. In FIG. 13, 201 is a detection unit made of a rectangular polyimide film or the like extending vertically, and a comb is placed at the lower end of the
図14は上記液位センサの検出回路図を示したもので、この図14において、前記検出部201の端子206は第1の電位210に接続する。また、前記検出部201の端子207,208,209はそれぞれ抵抗211,212,213を介して第2の電位214と接続する。これにより、第1の検出電極202、第2の検出電極203、第3の検出電極204がそれぞれ抵抗211,212,213に接続される。この時、第1、第2、第3の検出電極202,203,204がすべて被測定液外にある状態で第1の検出電極202の電極間容量と抵抗211で決まる時定数と、第2の検出電極203の電極間容量と抵抗212で決まる時定数と、第3の検出電極204の電極間容量と抵抗213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。
FIG. 14 shows a detection circuit diagram of the liquid level sensor. In FIG. 14, the
また、前記抵抗211と前記第1の検出電極202との中点電位はコンパレータからなる第1のパルス発生手段215において、抵抗216,217からなる閾値発生手段と比較される。これと同様に、前記抵抗212と前記第2の検出電極203との中点電位および前記抵抗213と前記第3の検出電極204との中点電位はそれぞれコンパレータからなる第2のパルス発生手段218および第3のパルス発生手段219において、抵抗216,217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、第3のパルス発生手段215,218,219の出力信号は論理素子からなる論理回路220に入力される。この論理回路220の後段には論理回路220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221と第2のアナログスイッチ222が設けられている。223は一端が前記第1のアナログスイッチ221と第2のアナログスイッチ222との中点に接続され、かつ他端が出力端子224に接続された抵抗である。225は一端が第1の電位210と接続され、かつ他端が前記抵抗223と出力端子224との間に接続されたコンデンサである。
Further, the midpoint potential of the
図15を用いて、上記液位センサの回路動作を説明する。図15(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)はこの液位センサの各部の電圧波形を示したものである。図13に示した液位センサの検出部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202は常に被測定液中に浸漬され、かつ第3の検出電極204は常に被測定液外に配置される。そして、第2の検出電極203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ものとする。
The circuit operation of the liquid level sensor will be described with reference to FIG. FIGS. 15 (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), and (h) show voltage waveforms of respective parts of the liquid level sensor. The detection part of the liquid level sensor shown in FIG. 13 is immersed in a liquid to be measured such as engine oil in an oil pan (not shown). At this time, the
上記液位センサは、電源投入前の初期状態(t0)においては、第1、第2、第3の検出電極202,203,204の電極対間に電荷が存在しないため、抵抗211と第1の検出電極202との中点電位、抵抗212と第2の検出電極203との中点電位、および抵抗213と第3の検出電極204との中点電位はすべて第1の電位210(V1)にある。
Since the liquid level sensor has no electric charge between the electrode pairs of the first, second, and
そして、電源が投入されると、前記抵抗213と第3の検出電極204との中点電位は、図15(a)に示すように第1の電位210(V1)から第2の電位214(V2)に向かって、前記抵抗213と第3の検出電極204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、前記抵抗212と第2の検出電極203との中点電位は、図15(b)に示すように第1の電位210(V1)から第2の電位214(V2)に向かって、前記抵抗212と第2の検出電極203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203の一部は被測定液中にあるため、前記抵抗212と第2の検出電極203の静電容量とで決まる時定数は、前記抵抗213と第3の検出電極204とで決まる時定数よりも大きくなる。さらに、前記抵抗211と第1の検出電極202との中点電位は、図15(c)に示すように第1の電位210(V1)から第2の電位214(V2)に向かって、それぞれ前記抵抗211と第1の検出電極202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1の検出電極202は常に被測定液中に浸漬されているため、前記抵抗211と第1の検出電極202の静電容量とで決まる時定数は、前記抵抗212と第2の検出電極203とで決まる時定数よりも大きくなる。
When the power is turned on, the midpoint potential of the
前記抵抗213と第3の検出電極204との中点電位が抵抗216,217で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第3のパルス発生手段219の出力は図15(d)に示すようにハイからローに遷移して(t1)、第3の検出電極204で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第3のパルス227を発生する。これと同様に、前記抵抗212と第2の検出電極203との中点電位が抵抗216,217で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段218の出力は図15(e)に示すようにハイからローに遷移して(t2)、第2の検出電極203で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第2のパルス228を発生する。また、前記抵抗211と前記第1の検出電極202との中点電位が抵抗216,217で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段215の出力は図15(f)に示すようにハイからローに遷移して(t3)、第1の検出電極202で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第1のパルス229を発生するとともに、第1、第2、第3の検出電極202,203,204に蓄積された電荷がオープンコレクタ構成である素子226を介して第1の電位210(V1)に放電されるため、前記抵抗211と第1の検出電極202との中点電位、前記抵抗212と第2の検出電極203との中点電位、および前記抵抗213と第3の検出電極204との中点電位はすべて第1の電位210(V1)に戻り、かつ前記第1、第2、第3のパルス発生手段215,218,219の出力はそれぞれ図15(f)(e)(d)に示すようにローからハイに遷移する(t4)。
When the midpoint potential of the
その後、前記抵抗213と第3の検出電極204との中点電位、前記抵抗212と第2の検出電極203との中点電位、前記抵抗211と第1の検出電極202との中点電位は再び第1の電位210(V1)から第2の電位214(V2)に向かって、それぞれ図15(c)(b)(a)に示すように前記抵抗213と第3の検出電極204の電極間容量、前記抵抗212と第2の検出電極203の電極間容量、前記抵抗211と第1の検出電極202の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇して前と同じ動作(t5,t6,t7)を繰り返すことになる。
Thereafter, the midpoint potential of the
上記第1、第2、第3のパルス発生手段215,218,219の出力信号は論理素子からなる論理回路220に入力されて、第1のアナログスイッチ221には図15(g)に示すように、第3の検出電極204で測定される静電容量に比例する第3のパルス227の立ち下がりから、第2の検出電極203で測定される静電容量に比例する第2のパルス228の立ち下がりまでのパルス幅を持つ第4のパルス230が出力される。また、第2のアナログスイッチ222には図15(h)に示すように、第2の検出電極203で測定される静電容量に比例する第2のパルス228の立ち下がりから、第1の検出電極202で測定される静電容量に比例する第1のパルス229の立ち下がりまでのパルス幅を持つ第5のパルス231が出力される。
The output signals of the first, second, and third pulse generating means 215, 218, and 219 are input to a
そして、この場合、第1のアナログスイッチ221に入力される信号がハイの時、第1のアナログスイッチ221は「閉」、ローの時、「開」となる。また、第2のアナログスイッチ222に入力される信号がハイの時、第2のアナログスイッチ222は「閉」、ローの時、「開」となる。これにより、図15の時間t1〜t2およびt5〜t6、すなわち第3のパルス発生手段219の出力がローに遷移してから第2のパルス発生手段218の出力がローに遷移するまでの期間は、第1のアナログスイッチ221が「閉」で第2のアナログスイッチ222が「開」となるため、第2の電位214から第4の抵抗223を通してコンデンサ225が充電される。
In this case, the
そしてまた、図15の時間t2〜t3およびt6〜t7、すなわち第2のパルス発生手段218の出力がローに遷移してから第1のパルス発生手段215の出力がローに遷移するまでの期間は、第1のアナログスイッチ221が「開」で第2のアナログスイッチ222が「閉」となるため、コンデンサ225に蓄積された電荷が抵抗223を通して第1の電位210に放電される。
And also, the output of the first pulse generating means 215 changes to the low output of the time t 2 ~t 3 and t 6 ~t 7, that is, the second pulse generating means 218 of FIG. 15 transitions low Until the
さらに、その他の時間においては、第1のアナログスイッチ221、第2のアナログスイッチ222がともに「開」となるため、コンデンサ225に蓄積された電荷は保存される。このようにして、第2の検出電極203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1のアナログスイッチ221と第2のアナログスイッチ222とを交互に開閉してコンデンサ225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出力端子224に出力することができるものである。
Further, at other times, the
上記した液位センサの構成によれば、被測定液の液位が第2の検出電極203間にある場合は、複雑な演算装置を設けることなく高精度で液位を検出することができるものである。
According to the configuration of the liquid level sensor described above, when the liquid level of the liquid to be measured is between the
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。
しかしながら、図14に示した構成の液位センサの検出回路を1チップのICに集積化しようとすると、アナログ信号を取り扱うパルス発生手段が並列に3個必要であることが大きな障害になる。その理由は、第1にデジタル信号を取り扱う論理回路部は低消費電流で効率よく構成できるため、少ないトランジスタで構成できるのに対して、アナログ回路部は消費電流が大きく、また一定の精度と耐ノイズ性を維持するには大きな面積を占める数多くのトランジスタ、抵抗等が必要であることである。これにより、3個のパルス発生手段を含む従来の液位センサではチップ面積が大きくなってしまい、ICのコストが上昇することになる。典型的な例ではアナログ回路部を構成する素子は論理回路部を構成する素子の約20倍の面積が必要となる。第2に複数のアナログ回路部間にはスイッチング電圧や立ち上がり特性等にバラツキが存在するため、使用するアナログ回路が多くなればなるほど液位測定の精度が低下することである。 However, if the detection circuit of the liquid level sensor having the configuration shown in FIG. 14 is to be integrated on a one-chip IC, the need for three pulse generating means for handling analog signals in parallel is a major obstacle. The reason for this is that the logic circuit that handles digital signals can be configured efficiently with low current consumption, so it can be configured with a small number of transistors, whereas the analog circuit has high current consumption, and has a certain level of accuracy and resistance. In order to maintain noise characteristics, a large number of transistors, resistors, etc. occupying a large area are required. As a result, in the conventional liquid level sensor including three pulse generating means, the chip area becomes large, and the cost of the IC increases. In a typical example, an element constituting the analog circuit portion requires about 20 times the area of an element constituting the logic circuit portion. Second, since there are variations in switching voltage, rising characteristics, etc. between a plurality of analog circuit units, the accuracy of liquid level measurement decreases as the number of analog circuits used increases.
本発明は以上のような問題点を解決するもので、アナログ回路部を集約することにより、チップ面積を小さくして検出回路の低コスト化を実現することができるとともに液位測定精度の向上を図ることができる液位センサを提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-described problems. By consolidating analog circuit portions, the chip area can be reduced, the cost of the detection circuit can be reduced, and the liquid level measurement accuracy can be improved. An object of the present invention is to provide a liquid level sensor that can be realized.
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。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
本発明の請求項1に記載の発明は、常に被測定液中にある第1の検出電極と被測定液の液位を測定する第2の検出電極と常に被測定液外にある第3の検出電極を有する検出部と、前記各検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つパルスを発生させる第1のパルス発生手段と第2のパルス発生手段を備え、前記第1のパルス発生手段と第2のパルス発生手段のいずれか一方のパルス発生手段で発生させた前記第3の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第3のパルスの立ち下がりから、他方のパルス発生手段で発生させた前記第2の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第2のパルスの立ち下がりまでの時間だけ充電し、かつ前記一方のパルス発生手段で発生させた前記第2の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第2のパルスの立ち下がりから、前記他方のパルス発生手段で発生させた前記第1の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第1のパルスの立ち下がりまでの時間だけ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位を測定するようにしたもので、この構成によれば、従来3個必要であったアナログ回路部を2個に集約することができるため、検出回路の低コスト化を実現することができるとともに液位測定精度の向上を図ることができ、これにより、安価で高感度の液位センサ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。 According to the first aspect of the present invention, the first detection electrode always in the liquid to be measured, the second detection electrode for measuring the liquid level of the liquid to be measured, and the third detection electrode always outside the liquid to be measured. A detection unit having a detection electrode; and a first pulse generation unit and a second pulse generation unit that generate a pulse having a pulse width proportional to the capacitance measured by each detection electrode. From the fall of the third pulse having a pulse width proportional to the capacitance measured by the third detection electrode generated by one of the pulse generation means and the second pulse generation means. Charging for the time until the fall of the second pulse having a pulse width proportional to the capacitance measured by the second detection electrode generated by the other pulse generating means, and generating the one pulse The second detection electrode generated by the means A pulse width proportional to the capacitance measured by the first detection electrode generated by the other pulse generation means from the trailing edge of the second pulse having a pulse width proportional to the determined capacitance. The liquid level of the liquid to be measured is measured by repeating the operation of discharging only for the time until the falling edge of the first pulse having the above. Since the circuit section can be integrated into two, the cost of the detection circuit can be reduced, and the liquid level measurement accuracy can be improved, thereby enabling an inexpensive and highly sensitive liquid level sensor. It has the effect that it can be provided.
本発明の請求項2に記載の発明は、垂直方向に立設され、かつ下方から上方にかけて第1の検出電極、第2の検出電極および第3の検出電極を順番に設けるとともに、前記第1、第2、第3の検出電極とは別個に、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4の検出電極を設けた検出部と、前記各検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つパルスを発生させる第1のパルス発生手段と第2のパルス発生手段を備え、前記第1のパルス発生手段と第2のパルス発生手段のいずれか一方のパルス発生手段で発生させた前記第3の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第3のパルスの立ち下がりから、他方のパルス発生手段で発生させた前記第2の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第2のパルスの立ち下がりまでの時間だけ充電し、かつ前記一方のパルス発生手段で発生させた前記第2の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第2のパルスの立ち下がりから、前記他方のパルス発生手段で発生させた前記第1の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第1のパルスの立ち下がりまでの時間だけ放電し、さらに前記一方のパルス発生手段で発生させた前記第4の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第4のパルスの立ち下がり時点で、前記他方のパルス発生手段で発生させた前記第3の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第3のパルスがハイレベルにある場合には放電を停止して充電のみを行い、かつ前記一方のパルス発生手段で発生させた前記第4の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第4のパルスの立ち下がり時点で、前記他方のパルス発生手段で発生させた前記第1の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第1のパルスがローレベルにある場合には充電を停止して放電のみを行うようにするという動作を繰り返すことにより被測定液の液位を測定するようにしたもので、この構成によれば、従来4個必要であったアナログ回路部を2個に集約しているため、検出回路の低コスト化を実現することができるとともに液位測定精度の向上を図ることができ、これにより、安価で高感度の液位センサを提供することができるとともに、被測定液の液面が各検出電極のいずれの位置で交差した場合でも常に確定した出力電圧を出力することができるという作用効果を有するものである。 According to a second aspect of the present invention, the first detection electrode, the second detection electrode, and the third detection electrode are provided in order from the lower side to the upper side. Separately from the second and third detection electrodes, a detection unit provided with a fourth detection electrode for measuring the capacitance between the electrodes without being affected by the dielectric constant of the liquid to be measured; First pulse generating means and second pulse generating means for generating a pulse having a pulse width proportional to the capacitance measured by the detection electrode, the first pulse generating means and the second pulse generating means From the falling edge of the third pulse having a pulse width proportional to the capacitance measured by the third detection electrode generated by one of the pulse generating means, the other pulse generating means Static electricity measured by the second detection electrode A pulse that is charged for the time until the fall of the second pulse having a pulse width proportional to the amount, and that is proportional to the capacitance measured by the second detection electrode generated by the one pulse generating means From the fall of the second pulse having a width to the fall of the first pulse having a pulse width proportional to the capacitance measured by the first detection electrode generated by the other pulse generating means. At the falling edge of the fourth pulse having a pulse width proportional to the capacitance measured by the fourth detection electrode generated by the one pulse generating means. If the third pulse having a pulse width proportional to the capacitance measured by the third detection electrode generated by the pulse generating means is at a high level, the discharge is stopped and only charging is performed; and Said one The first pulse generated by the other pulse generating means at the time of falling of the fourth pulse having a pulse width proportional to the capacitance measured by the fourth detection electrode generated by the pulse generating means. When the first pulse having a pulse width proportional to the capacitance measured by the detection electrode is at a low level, the liquid to be measured is repeated by stopping the charge and performing only the discharge. The liquid level is measured, and according to this configuration, the analog circuit portion, which has conventionally been required to be four, is consolidated into two, so that the cost of the detection circuit can be reduced. In addition, it is possible to improve the liquid level measurement accuracy, thereby providing an inexpensive and highly sensitive liquid level sensor, and when the liquid level of the liquid to be measured intersects at any position of each detection electrode But always fixed This has the effect of being able to output an output voltage.
以上のように本発明の液位センサは、常に被測定液中にある第1の検出電極と被測定液の液位を測定する第2の検出電極と常に被測定液外にある第3の検出電極を有する検出部と、前記各検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つパルスを発生させる第1のパルス発生手段と第2のパルス発生手段を備え、前記第1のパルス発生手段と第2のパルス発生手段のいずれか一方のパルス発生手段で発生させた前記第3の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第3のパルスの立ち下がりから、他方のパルス発生手段で発生させた前記第2の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第2のパルスの立ち下がりまでの時間だけ充電し、かつ前記一方のパルス発生手段で発生させた前記第2の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第2のパルスの立ち下がりから、前記他方のパルス発生手段で発生させた前記第1の検出電極で測定される静電容量に比例するパルス幅を持つ第1のパルスの立ち下がりまでの時間だけ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位を測定するようにしているため、使用するアナログ回路部の個数を減少させることができ、これにより、安価で高精度の液位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。 As described above, the liquid level sensor of the present invention has the first detection electrode always in the liquid to be measured and the second detection electrode for measuring the liquid level of the liquid to be measured, and the third sensor which is always outside the liquid to be measured. A detection unit having a detection electrode; and a first pulse generation unit and a second pulse generation unit that generate a pulse having a pulse width proportional to the capacitance measured by each detection electrode. From the fall of the third pulse having a pulse width proportional to the capacitance measured by the third detection electrode generated by one of the pulse generation means and the second pulse generation means. Charging for the time until the fall of the second pulse having a pulse width proportional to the capacitance measured by the second detection electrode generated by the other pulse generating means, and generating the one pulse Said second detection electrode generated by means A pulse width proportional to the capacitance measured by the first detection electrode generated by the other pulse generation means from the falling edge of the second pulse having a pulse width proportional to the measured capacitance. Since the liquid level of the liquid to be measured is measured by repeating the operation of discharging only for the time until the first pulse falls, the number of analog circuit parts to be used can be reduced. Thereby, the outstanding effect that an inexpensive and highly accurate liquid level sensor can be provided is produced.
以下、本発明の実施の形態における液位センサについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a liquid level sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施の形態における液位センサ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、前記検出部21の略中央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、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3の検出電極24を設けている。そして、前記第1、第2、第3の検出電極22,23,24は上下に延びるリード線25によって端子26,27,28,29に接続されているものである。
FIG. 1 is a front view of a detection unit of a liquid level sensor according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1,
図2は上記液位センサの検出回路図を示したもので、この図2において、前記検出部21の端子26は第1の電位30に接続する。また、前記検出部21の端子27は抵抗31と第1のスイッチ32を介して第2の電位33に接続する。これと同様にして前記検出部21の端子28は抵抗34を介して、前記検出部21の端子29は抵抗35と第2のスイッチ36を介してそれぞれ第2の電位33に接続する。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がそれぞれ抵抗31,34,35に接続される。この時、第1、第2、第3の検出電極22,23,24がすべて被測定液外にある状態で第1の検出電極22の電極間容量と抵抗31で決まる時定数と、第2の検出電極23の電極間容量と抵抗34で決まる時定数と、第3の検出電極24の電極間容量と抵抗35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。
FIG. 2 shows a detection circuit diagram of the liquid level sensor. In FIG. 2, the
また、前記抵抗31と前記第1の検出電極22との中点電位は第3のスイッチ37を介してコンパレータからなる第1のパルス発生手段38に入力され、抵抗39,40からなる閾値電圧と比較される。これと同様にして、前記抵抗34と前記第2の検出電極23との中点電位はコンパレータからなる第2のパルス発生手段41に入力され、また、前記抵抗35と前記第3の検出電極24との中点電位は第4のスイッチ42を介してコンパレータからなる第1のパルス発生手段38に入力され、抵抗39,40からなる閾値電圧と比較される。
Further, the midpoint potential of the
前記第1のスイッチ32と第3のスイッチ37とはスイッチング信号発生回路43からの信号(SEL_Q)により開閉制御される。これと同様にして、前記第2のスイッチ36と第4のスイッチ42とはスイッチング信号発生回路43からの信号(SEL_A)により開閉制御される。この場合、各スイッチに加えられる信号がハイの時、各スイッチは「閉」となり、一方、各スイッチに加えられる信号がローの時、各スイッチは「開」となる。
The
44は論理素子やフリップフロップからなる論理回路で、この論理回路44には、前記第1、第2のパルス発生手段38,41の出力信号とスイッチング信号発生回路43からの信号とが入力される。また、この論理回路44の後段には論理回路44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45と第2のアナログスイッチ46とが第1の電位30と第2の電位33との間に設けられている。47は一端が前記第1のアナログスイッチ45と第2のアナログスイッチ46との中点に接続され、かつ他端が出力端子48に接続された抵抗である。49は一端が第1の電位30に接続され、かつ他端が前記抵抗47と出力端子48との間に接続されたコンデンサである。
44 is a logic circuit composed of logic elements and flip-flops. The
次に、本発明の一実施の形態における液位センサの回路動作を図3を用いて説明する。 Next, the circuit operation of the liquid level sensor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図3(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)はこの液位センサの各部の電圧波形を示したもので、図1に示した液位センサの検出部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は常に被測定液中に浸漬され、かつ第3の検出電極24は常に被測定液外に配置される。そして、第2の検出電極23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ものとする。
3 (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), and (i) show voltage waveforms at various parts of the liquid level sensor, which are shown in FIG. The
本発明の一実施の形態における液位センサは、電源投入前の初期状態(t0)においては、第1、第2、第3の検出電極22,23,24の電極対間に電荷が存在しないため、抵抗31と第1の検出電極22との中点電位、抵抗34と第2の検出電極23との中点電位、および抵抗35と第3の検出電極24との中点電位はすべて第1の電位30にある。
In the liquid level sensor according to the embodiment of the present invention, electric charge exists between the electrode pairs of the first, second, and
そして、電源が投入されると、図3(a)に示すようにスイッチング信号発生回路43からSEL_A信号が出力され、第2のスイッチ36と第4のスイッチ42とが「閉」となるため、前記抵抗35と第3の検出電極24との中点電位は、図3(c)に示すように第1の電位30から第2の電位33に向かって、前記抵抗35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。また、前記抵抗34と第2の検出電極23との中点電位は、図3(d)に示すように第1の電位30から第2の電位33に向かって、前記抵抗34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。
When the power is turned on, the SEL_A signal is output from the switching
この時、第2の検出電極23は被測定液面と交差し、第3の検出電極24は常に被測定液外にあるため、前記抵抗34と第2の検出電極23の静電容量とで決まる時定数は、前記抵抗35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。
At this time, since the
前記抵抗35と第3の検出電極24との中点電位が抵抗39,40で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段38の出力は図3(g)に示すようにハイからローに遷移して(t1)、第3の検出電極24で測定される静電容量に比例する第3のパルス51が発生する。これと同様に、前記抵抗34と第2の検出電極23との中点電位が抵抗39,40で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段41の出力は図3(f)に示すようにハイからローに遷移して(t2)、第2の検出電極23で測定される静電容量に比例する第2のパルス52が発生する。
When the midpoint potential of the resistor 35 and the
SEL_A信号が立ち下がると(t3)、論理回路44からの信号がオープンコレクタ構成である素子50を駆動することにより、第2の検出電極23と第3の検出電極24とに蓄積された電荷が第1の電位30に放電されるため、前記抵抗34と第2の検出電極23との中点電位および抵抗35と第3の検出電極24との中点電位は各々図3(d)(c)に示すように第1の電位30に戻る。
When the SEL_A signal falls (t 3 ), the signal from the
次いで、図3(b)に示すようにスイッチング信号発生回路43からSEL_Q信号が出力され(t4)、第1のスイッチ32と第3のスイッチ37とが「閉」となるため、前記抵抗31と第1の検出電極22との中点電位は、図3(e)に示すように第1の電位30から第2の電位33に向かって、前記抵抗31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。また、前記抵抗34と第2の検出電極23との中点電位は、図3(d)に示すように再び第1の電位30から第2の電位33に向かって、前記抵抗34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。
Then, Figure 3 SEL_Q signal from the switching
この時、第1の検出電極22は常に被測定液中に浸漬されているため、前記抵抗31と第1の検出電極22とで決まる時定数は、前記抵抗34と第2の検出電極23の電極間容量とで決まる時定数よりも大きくなる。
At this time, since the
前記抵抗34と第2の検出電極23との中点電位が抵抗39,40で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段41の出力は図3(f)に示すようにハイからローに遷移して(t5)、第2の検出電極23で測定される静電容量に比例する第2のパルス53が発生する。これと同様に、前記抵抗31と第1の検出電極22との中点電位が抵抗39,40で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段38の出力は図3(g)に示すようにハイからローに遷移して(t6)、第1の検出電極22で測定される静電容量に比例する第1のパルス54が発生する。
When the midpoint potential of the
SEL_Q信号が立ち下がると(t7)、論理回路44からの信号がオープンコレクタ構成である素子50を駆動することにより、第2の検出電極23と第1の検出電極22とに蓄積された電荷が第1の電位30に放電されるため、前記抵抗34と第2の検出電極23との中点電位および抵抗31と第1の検出電極22との中点電位は各々図3(d)(e)に示すように第1の電位30に戻る。
When the SEL_Q signal falls (t 7 ), the signal from the
次いで、スイッチング信号発生回路43から再びSEL_A信号が出力され(t8)、第2のスイッチ36と第4のスイッチ42とが「閉」となるため、前記抵抗35と第3の検出電極24との中点電位は、図3(c)に示すように第1の電位30から第2の電位33に向かって、前記抵抗35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。また、前記抵抗34と第2の検出電極23との中点電位は、図3(d)に示すように第1の電位30から第2の電位33に向かって、前記抵抗34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。そして、以後、前記のt0〜t7の区間と同じ動作を繰り返す。
Next, the SEL_A signal is output again from the switching signal generation circuit 43 (t 8 ), and the
このようにして、第1のパルス発生手段38からは図3(g)に示すようなパルス列が出力され、第2のパルス発生手段41からは図3(f)に示すようなパルス列が出力されることになる。
In this way, the
第1、第2のパルス発生手段38,41の出力信号は論理素子やフリップフロップからなる論理回路44に入力されて、第1のアナログスイッチ45には図3(h)に示すように、第3の検出電極24で測定される静電容量に比例する第3のパルス51の立ち下がりから、第2の検出電極23で測定される静電容量に比例する第2のパルス52の立ち下がりまでのパルス幅を持つ第4のパルス55が出力される。また、第2のアナログスイッチ46には図3(i)に示すように、第2の検出電極23で測定される静電容量に比例する第2のパルス53の立ち下がりから、第1の検出電極22で測定される静電容量に比例する第1のパルス54の立ち下がりまでのパルス幅を持つ第5のパルス56が出力される。
The output signals of the first and
ここで、第1のアナログスイッチ45に入力される信号がハイの時、第1のアナログスイッチ45は「閉」、ローの時、「開」となる。また、第2のアナログスイッチ46に入力される信号がハイの時、第2のアナログスイッチ46は「閉」、ローの時、「開」となる。これにより、図3の時間t1〜t2、すなわち第4のパルス55がハイの期間は、第1のアナログスイッチ45が「閉」で第2のアナログスイッチ46が「開」となるため、第2の電位33から第4の抵抗47を通してコンデンサ49が充電される。
Here, the
そして、図3の時間t5〜t6、すなわち第5のパルス56がハイの期間は、第1のアナログスイッチ45が「開」で第2のアナログスイッチ46が「閉」となるため、コンデンサ49に蓄積された電荷が第4の抵抗47を通して第1の電位30に放電される。
Then, during the time t 5 to t 6 in FIG. 3, that is, during the period when the
また、その他の時間においては、第1のアナログスイッチ45、第2のアナログスイッチ46がともに「開」となるため、コンデンサ49に蓄積された電荷は保存される。このようにして、第2の検出電極23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1のアナログスイッチ45と第2のアナログスイッチ46とを交互に開閉してコンデンサ49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出力端子48に出力することができる。
At other times, since the
図4は第1の電位を0[V]、第2の電位を5[V]、抵抗47を500kΩ、コンデンサ49の容量を100pFとした時に出力端子48に現れる出力電圧V0を計算したものである。図4では充電と放電が連続して繰り返されるとして、充電時間(Tc)、すなわち第4のパルス55のパルス幅を3μ秒とし、放電時間(Td)、すなわち第5のパルス56のパルス幅を2μ秒とした場合、すなわちTcとTdの比、したがって第2の検出電極23の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との比が3:2の場合の出力電圧V0の時間変化を示す。図4において、ほぼ500μ秒経過後、3[V]の直流成分に振幅がほぼ±0.06[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ため、被測定液の液位をアナログ電圧で出力することができるものである。
FIG. 4 shows the calculation of the output voltage V 0 appearing at the output terminal 48 when the first potential is 0 [V], the second potential is 5 [V], the
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液位センサの検出回路は、デジタル回路部に比べてきわめて大きな素子面積を必要とするアナログ回路部の個数を3個から2個に減少させることができ、また、スイッチング電圧や立ち上がり特性等にバラツキが存在するアナログ回路部の使用数を低減することにより、液位測定精度を向上させることができるため、安価で高精度の液位センサを提供することができるという効果を有するものである。 As is clear from the above description, the detection circuit of the liquid level sensor according to the embodiment of the present invention has three to two analog circuit portions that require an extremely large element area compared to the digital circuit portion. In addition, the liquid level measurement accuracy can be improved by reducing the number of analog circuit units that have variations in switching voltage, rise characteristics, etc. The position sensor can be provided.
図5は本発明の他の実施の形態における液位センサの検出部の正面図を示したもので、この図5において、61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61の下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62を設けている。また、前記第1の検出電極62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63を設け、そしてこの第2の検出電極63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64を設け、さらに前記検出部61の下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65を設けている。そして、前記第1、第2、第3、第4の検出電極62,63,64,65は上下に延びる引き出し線によって端子66,67,68,69,70に接続されているものである。
FIG. 5 is a front view of a detection unit of a liquid level sensor according to another embodiment of the present invention. In FIG. 5,
図6は図5における第4の検出電極65のA−A線での断面図を示したもので、この図6に示すように、第4の検出電極65は対向する電極71の全体を絶縁物72を介して金属層73で覆って構成しているものである。このような構成とすることにより、対向する電極71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62で測定される電極71間の静電容量は被測定液の液位や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ものである。
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA of the
図7は本発明の他の実施の形態における液位センサの検出回路図を示したもので、この図7において、前記検出部61の端子66は第1の電位74に接続する。また、前記検出部61の端子67は第1の抵抗75と第1のスイッチ76を介して第2の電位77に接続する。これと同様にして前記検出部61の端子68は第2の抵抗78と第2のスイッチ79を介して、前記検出部61の端子69は第3の抵抗80と第3のスイッチ81を介して、さらに前記検出部61の端子70は第4の抵抗82と第4のスイッチ83を介してそれぞれ第2の電位77に接続する。これにより、第1の検出電極62、第2の検出電極63、第3の検出電極64、第4の検出電極65がそれぞれ第1〜第4の抵抗75,78,80,82に接続される。
FIG. 7 shows a detection circuit diagram of a liquid level sensor according to another embodiment of the present invention. In FIG. 7, a
この時、第1、第2、第3の検出電極62,63,64がすべて被測定液外にある状態で第1の検出電極62の電極間容量と第1の抵抗75とで決まる時定数と、第2の検出電極63の電極間容量と第2の抵抗78とで決まる時定数と、第3の検出電極64の電極間容量と第3の抵抗80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。また、第4の検出電極65の電極間容量と第4の抵抗82とで決まる時定数は、第1の検出電極62が被測定液中に浸漬された状態で第1の検出電極62の電極間容量と第1の抵抗75とで決まる時定数よりも小さく、かつ第3の検出電極64が被測定液外にある状態で第3の検出電極64の電極間容量と第3の抵抗80とで決まる時定数よりも大きくなるように設定しているものである。
At this time, a time constant determined by the interelectrode capacitance of the
そして、前記第1の抵抗75と前記第1の検出電極62との中点電位と、前記第3の抵抗80と前記第3の検出電極64との中点電位は、それぞれ第5のスイッチ84、第6のスイッチ88を介してコンパレータからなる第1のパルス発生手段85において、抵抗86,87からなる閾値発生手段と比較される。これと同様にして、前記第2の抵抗78と前記第2の検出電極63との中点電位と、前記第4の抵抗82と前記第4の検出電極65との中点電位は、それぞれ第7のスイッチ89、第8のスイッチ90を介してコンパレータからなる第2のパルス発生手段91において、抵抗86,87からなる閾値発生手段と比較される。
The midpoint potential of the
前記第1のスイッチ76と第5のスイッチ84はスイッチング信号発生回路92からの信号(SEL_Q)により、前記第2のスイッチ79と第7のスイッチ89はスイッチング信号発生回路92からの信号(SEL_L)によりそれぞれ開閉制御される。これと同様にして、前記第3のスイッチ81と第6のスイッチ88はスイッチング信号発生回路92からの信号(SEL_A)により、前記第4のスイッチ83と第8のスイッチ90はスイッチング信号発生回路92からの信号(SEL_R)によりそれぞれ開閉制御される。この場合、各スイッチに加えられる信号がハイの時、各スイッチは「閉」となり、一方、各スイッチに加えられる信号がローの時、各スイッチは「開」となる。
The
93は論理素子やフリップフロップからなる論理回路で、この論理回路93には、前記第1、第2のパルス発生手段85,91の出力信号とスイッチング信号発生回路92からの信号とが入力される。また、この論理回路93の後段には論理回路93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94と第2のアナログスイッチ95とが第1の電位74と第2の電位77との間に設けられている。96は一端が前記第1のアナログスイッチ94と第2のアナログスイッチ95との中点に接続され、かつ他端が出力端子97に接続された抵抗である。98は一端が第1の電位74に接続され、かつ他端が前記抵抗96と出力端子97との間に接続されたコンデンサである。
93 is a logic circuit composed of logic elements and flip-flops. The
次に、本発明の他の実施の形態における液位センサの回路動作を図8を用いて説明する。 Next, the circuit operation of the liquid level sensor according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図8(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)(k)(l)はこの液位センサの各部の電圧波形を示したもので、図5に示した液位センサの検出部61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62と第4の検出電極65は常に被測定液中に浸漬され、第3の検出電極64は常に被測定液外に配置され、かつ第2の検出電極63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ものとする。
8 (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i), (j), (k), and (l) show voltage waveforms at various parts of the liquid level sensor. Therefore, the
本発明の他の実施の形態における液位センサは、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62,63,64,65の電極対間に電荷が存在しないため、第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位、第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位、第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位および第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位はすべて第1の電位74にある。
Liquid level sensor according to another embodiment of the present invention, in an initial state before power-on (t 0), the first, second, third,
そして、電源が投入されると、図8(a)(b)に示すようにスイッチング信号発生回路92からSEL_A信号とSEL_L信号とが出力され、第2のスイッチ79、第3のスイッチ81、第6のスイッチ88、第7のスイッチ89が「閉」となるため、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位は、図8(e)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64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2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位は、図8(f)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63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。
When the power is turned on, as shown in FIGS. 8A and 8B, the switching
この時、第2の検出電極63は被測定液面と交差し、第3の検出電極64は常に被測定液外にあるため、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63の静電容量とで決まる時定数は、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64とで決まる時定数よりも大きくなる。
At this time, since the
前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段85の出力は図8(j)に示すようにハイからローに遷移して(t1)、第3の検出電極64で測定される静電容量に比例する第3のパルス99が発生する。これと同様に、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段91の出力は図8(i)に示すようにハイからローに遷移して(t2)、第2の検出電極63で測定される静電容量に比例する第2のパルス100が発生する。
When the midpoint potential of the
SEL_A信号が立ち下がると(t3)、論理回路93からの信号がオープンコレクタ構成である素子101を駆動することにより、第2の検出電極63と第3の検出電極64とに蓄積された電荷が第1の電位74に放電されるため、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位および第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位は、それぞれ図8(f)(e)に示すように第1の電位74に戻る。
When the SEL_A signal falls (t 3 ), the signal from the
次いで、図8(c)に示すようにスイッチング信号発生回路92からSEL_Q信号が出力され(t4)、第1のスイッチ76と第5のスイッチ84とが「閉」となるため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位は、図8(g)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62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2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位は、図8(f)に示すように再び第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63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。
Then, Figure 8 SEL_Q signal from the switching
この時、第1の検出電極62は常に被測定液中に浸漬されているため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62とで決まる時定数は、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63の電極間容量とで決まる時定数よりも大きくなる。
At this time, since the
前記第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段91の出力は図8(i)に示すようにハイからローに遷移して(t5)、第2の検出電極63で測定される静電容量に比例する第2のパルス102が発生する。これと同様に、前記第3の抵抗80と第1の検出電極62との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段85の出力は図8(j)に示すようにハイからローに遷移して(t6)、第1の検出電極62で測定される静電容量に比例する第1のパルス103が発生する。
When the midpoint potential of the
SEL_Q信号が立ち下がると(t7)、論理回路93からの信号がオープンコレクタ構成である素子101を駆動することにより、第2の検出電極63と第1の検出電極62とに蓄積された電荷が第1の電位74に放電されるため、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位および第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位は、それぞれ図8(f)(g)に示すように第1の電位74に戻る。
When the SEL_Q signal falls (t 7 ), the signal from the
次いで、スイッチング信号発生回路92から再びSEL_A信号とSEL_R信号とが出力され(t8)、第3のスイッチ81、第6のスイッチ88、第4のスイッチ83、第8のスイッチ90が「閉」となる。これにより、前記抵抗80と第3の検出電極64との中点電位は、図8(e)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64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4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位は、図8(h)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第4の抵抗82と第4の検出電極65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。
Next, the SEL_A signal and the SEL_R signal are output again from the switching signal generation circuit 92 (t 8 ), and the third switch 81, the
この時、前記のように、第4の検出電極65の電極間容量と第4の抵抗82とで決まる時定数は、第3の検出電極64が被測定液外にある状態で第3の検出電極64の電極間容量と第3の抵抗80とで決まる時定数よりも大きくなるように設定している。
At this time, as described above, the time constant determined by the interelectrode capacitance of the
前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段85の出力は図8(j)に示すようにハイからローに遷移して(t9)、第3の検出電極64で測定される静電容量に比例する第3のパルス104が発生する。これと同様に、前記第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段91の出力は図8(i)に示すようにハイからローに遷移して(t10)、第4の検出電極65で測定される静電容量に比例する第4のパルス105が発生する。
When the midpoint potential of the
SEL_A信号が立ち下がると(t11)、論理回路93からの信号がオープンコレクタ構成である素子101を駆動することにより、第3の検出電極64と第4の検出電極65とに蓄積された電荷が第1の電位74に放電されるため、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位および第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位は、それぞれ図8(e)(h)に示すように第1の電位74に戻る。
When the SEL_A signal falls (t 11 ), the signal from the
次いで、図8(c)に示すようにスイッチング信号発生回路92からSEL_Q信号が出力され(t12)、第1のスイッチ76と第5のスイッチ84とが「閉」となるため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位は、図8(g)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62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4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位は、図8(h)に示すように再び第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第4の抵抗82と第4の検出電極65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。
Then, the switching SEL_Q signal from the
この時、前記のように、第4の検出電極65の電極間容量と第4の抵抗82とで決まる時定数は、第1の検出電極62が被測定液中に浸漬された状態で第1の検出電極62の電極間容量と第1の抵抗75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。
At this time, as described above, the time constant determined by the interelectrode capacitance of the
前記第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段91の出力は図8(i)に示すようにハイからローに遷移して(t13)、第4の検出電極65で測定される静電容量に比例する第4のパルス106が発生する。これと同様に、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段85の出力は図8(j)に示すようにハイからローに遷移して(t14)、第1の検出電極62で測定される静電容量に比例する第1のパルス107が発生する。
When the midpoint potential of the
SEL_Q信号が立ち下がると(t15)、論理回路93からの信号がオープンコレクタ構成である素子101を駆動することにより、第1の検出電極62と第4の検出電極65とに蓄積された電荷が第1の電位74に放電されるため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位および第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位は、それぞれ図8(g)(h)に示すように第1の電位74に戻る。
When the SEL_Q signal falls (t 15 ), the signal from the
次いで、スイッチング信号発生回路92から再びSEL_A信号とSEL_L信号とが出力され(t16)、第2のスイッチ79、第3のスイッチ81、第6のスイッチ88、第7のスイッチ89が「閉」となるため、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位は、図8(e)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64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2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位は、図8(f)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記抵抗78と第2の検出電極63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。そして、以後、前記のt0〜t15の区間と同じ動作を繰り返す。
Next, the SEL_A signal and the SEL_L signal are output again from the switching signal generation circuit 92 (t 16 ), and the
このようにして、第1のパルス発生手段85からは図8(i)に示すようなパルス列が出力され、第2のパルス発生手段91からは図8(j)に示すようなパルス列が出力されることになる。
In this way, the first pulse generator 85 outputs a pulse train as shown in FIG. 8 (i), and the
第1、第2のパルス発生手段85,91の出力信号は論理素子やフリップフロップからなる論理回路93に入力されて、第1のアナログスイッチ94には図8(k)に示すように、第3の検出電極64で測定される静電容量に比例する第3のパルス99の立ち下がりから、第2の検出電極63で測定される静電容量に比例する第2のパルス100の立ち下がりまでのパルス幅を持つ第5のパルス108が出力される。また、第2のアナログスイッチ95には図3(l)に示すように、第2の検出電極63で測定される静電容量に比例する第2のパルス102の立ち下がりから、第1の検出電極62で測定される静電容量に比例する第1のパルス103の立ち下がりまでのパルス幅を持つ第6のパルス109が出力される。
The output signals of the first and second pulse generating means 85 and 91 are inputted to a
ここで、第1のアナログスイッチ94に入力される信号がハイの時、第1のアナログスイッチ94は「閉」、ローの時、「開」となる。また、第2のアナログスイッチ95に入力される信号がハイの時、第2のアナログスイッチ95は「閉」、ローの時、「開」となる。これにより、図8の時間t1〜t2、すなわち第5のパルス108がハイの期間は、第1のアナログスイッチ94が「閉」で第2のアナログスイッチ95が「開」となるため、第2の電位77から第5の抵抗96を通してコンデンサ98が充電される。
Here, the
そして、図8の時間t5〜t6、すなわち第6のパルス109がハイの期間は、第1のアナログスイッチ94が「開」で第2のアナログスイッチ95が「閉」となるため、コンデンサ98に蓄積された電荷が第5の抵抗96を通して第1の電位74に放電される。
Then, during the time t 5 to t 6 in FIG. 8, that is, during the period when the
また、論理回路93は第4のパルス105の立ち下がり時点で第3のパルス104がハイレベルにある場合には、第1のアナログスイッチ94にハイの信号を入力し、第4のパルス106の立ち下がり時点で第1のパルス107がローレベルにある場合には、第2のアナログスイッチ95にハイの信号を入力する機能を有している。
The
しかし、第1の検出電極62と第4の検出電極65が常に被測定液中に浸漬され、第3の検出電極64が常に被測定液外に配置されている場合には、図8(i)(j)に示すように、第4のパルス105の立ち下がり時点で第3のパルス104はローレベルにあり、第4のパルス106の立ち下がり時点で第1のパルス107はハイレベルにあるため、第1のアナログスイッチ94と第2のアナログスイッチ95にはハイの信号は入力されない。
However, when the
よって、図8の時間t1〜t2、すなわち第5のパルス108がハイの期間と、図8の時間t5〜t6、すなわち第6のパルス109がハイの期間以外の時間においては、第1のアナログスイッチ94、第2のアナログスイッチ95がともに「開」となるため、コンデンサ98に蓄積された電荷は保存される。このようにして、第2の検出電極63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1のアナログスイッチ94と第2のアナログスイッチ95とを交互に開閉してコンデンサ98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出力端子97に出力することができる。
Therefore, in the time t 1 to t 2 in FIG. 8, that is, the period in which the
次に、本発明の他の実施の形態の液位センサにおいて、測定液の液位が上昇し第3の検出電極64が被測定液中に浸漬した時の動作について説明する。
Next, in the liquid level sensor according to another embodiment of the present invention, the operation when the liquid level of the measurement liquid rises and the
図9(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)(k)(l)は上記の場合の液位センサの各部の電圧波形を示したものである。 9 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) (k) (l) are voltages of each part of the liquid level sensor in the above case. The waveform is shown.
本発明の他の実施の形態における液位センサは、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62,63,64,65の電極対間に電荷が存在しないため、第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位、第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位、第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位および第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位はすべて第1の電位74にある。
In the liquid level sensor according to another embodiment of the present invention, the first, second, third, and
そして、電源が投入されると、図9(a)(b)に示すようにスイッチング信号発生回路92からSEL_A信号とSEL_L信号とが出力され、第2のスイッチ79、第3のスイッチ81、第6のスイッチ88、第7のスイッチ89が「閉」となるため、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位は、図9(e)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64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2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位は、図9(f)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63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。
When the power is turned on, as shown in FIGS. 9A and 9B, the switching
この時、第1の検出電極62、第2の検出電極63、第3の検出電極64はすべて被測定液に浸漬されているため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62の静電容量とで決まる時定数と、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63の静電容量とで決まる時定数と、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64とで決まる時定数とは等しくなっている。
At this time, since the
前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段85の出力は図9(j)に示すようにハイからローに遷移して(t1)、第3の検出電極64で測定される静電容量に比例する第3のパルス110が発生する。これと同様に、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段91の出力は図9(i)に示すようにハイからローに遷移して、第2の検出電極63で測定される静電容量に比例する第2のパルス111が発生する。
When the midpoint potential of the
SEL_A信号が立ち下がると(t2)、論理回路93からの信号がオープンコレクタ構成である素子101を駆動することにより、第2の検出電極63と第3の検出電極64とに蓄積された電荷が第1の電位74に放電されるため、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位および第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位は、それぞれ図9(f)(e)に示すように第1の電位74に戻る。
When the SEL_A signal falls (t 2 ), the signal from the
次いで、図9(c)に示すようにスイッチング信号発生回路92からSEL_Q信号が出力され(t3)、第1のスイッチ76と第5のスイッチ84とが「閉」となるため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位は、図9(g)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62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2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位は、図9(f)に示すように再び第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63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。
Next, as shown in FIG. 9C, the SEL_Q signal is output from the switching signal generation circuit 92 (t 3 ), and the
この時、前記したように第1の検出電極62、第2の検出電極63、第3の検出電極64はすべて被測定液に浸漬されているため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62の静電容量とで決まる時定数と、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63の静電容量とで決まる時定数と、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64とで決まる時定数とは等しくなっている。
At this time, as described above, since the
前記第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段91の出力は図9(i)に示すようにハイからローに遷移して(t4)、第2の検出電極63で測定される静電容量に比例する第2のパルス112が発生する。これと同様に、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段85の出力は図9(j)に示すようにハイからローに遷移して、第1の検出電極62で測定される静電容量に比例する第1のパルス113が発生する。
When the midpoint potential of the
SEL_Q信号が立ち下がると(t5)、論理回路93からの信号がオープンコレクタ構成である素子101を駆動することにより、第2の検出電極63と第1の検出電極62とに蓄積された電荷が第1の電位74に放電されるため、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位および第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位は、それぞれ図9(f)(g)に示すように第1の電位74に戻る。
When the SEL_Q signal falls (t 5 ), the signal from the
次いで、図9(a)(d)に示すようにスイッチング信号発生回路92から再びSEL_A信号とSEL_R信号とが出力され(t6)、第3のスイッチ81、第6のスイッチ88、第4のスイッチ83、第8のスイッチ90が「閉」となる。これにより、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位は、図9(e)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64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4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位は、図9(h)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第4の抵抗82と第4の検出電極65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。
Then, FIG. 9 (a) and again SEL_A signal and SEL_R signal from the switching
この時、前記のように第3の検出電極64は被測定液に浸漬されているため、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64の電極間容量とで決まる時定数は前記第4の抵抗82と第4の検出電極65の電極間容量とで決まる時定数よりも大きくなる。
At this time, since the
前記第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段91の出力は図9(i)に示すようにハイからローに遷移して(t7)、第4の検出電極65で測定される静電容量に比例する第4のパルス114が発生する。これと同様に、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段85の出力は図9(j)に示すようにハイからローに遷移して(t8)、第3の検出電極64で測定される静電容量に比例する第3のパルス115が発生する。
When the midpoint potential of the
SEL_A信号が立ち下がると(t9)、論理回路93からの信号がオープンコレクタ構成である素子101を駆動することにより、第3の検出電極64と第4の検出電極65とに蓄積された電荷が第1の電位74に放電されるため、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位および第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位は、それぞれ図9(e)(h)に示すように第1の電位74に戻る。
When the SEL_A signal falls (t 9 ), the signal from the
次いで、図9(c)に示すようにスイッチング信号発生回路92からSEL_Q信号が出力され(t10)、第1のスイッチ76と第5のスイッチ84とが「閉」となるため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位は、図9(g)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62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4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位は、図9(h)に示すように再び第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記抵抗82と第4の検出電極65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。
Next, as shown in FIG. 9C, the SEL_Q signal is output from the switching signal generation circuit 92 (t 10 ), and the
この時、前記のように第1の検出電極62は被測定液に浸漬されているため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62の電極間容量とで決まる時定数は前記第4の抵抗82と第4の検出電極65の電極間容量とで決まる時定数よりも大きくなる。
At this time, since the
前記第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段91の出力は図9(i)に示すようにハイからローに遷移して(t11)、第4の検出電極65で測定される静電容量に比例する第4のパルス116が発生する。これと同様に、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段85の出力は図9(j)に示すようにハイからローに遷移して(t12)、第1の検出電極62で測定される静電容量に比例する第1のパルス117が発生する。
When the midpoint potential between the
SEL_Q信号が立ち下がると(t13)、論理回路93からの信号がオープンコレクタ構成である素子101を駆動することにより、第1の検出電極62と第4の検出電極65とに蓄積された電荷が第1の電位74に放電されるため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位および第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位は、それぞれ図9(g)(h)に示すように第1の電位74に戻る。
When the SEL_Q signal falls (t 13 ), the signal from the
次いで、スイッチング信号発生回路92から再びSEL_A信号とSEL_L信号とが出力され(t14)、第2のスイッチ79、第3のスイッチ81、第6のスイッチ88、第7のスイッチ89が「閉」となるため、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位は、図9(e)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64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2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位は、図9(f)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63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。そして、以後、前記のt0〜t13の区間と同じ動作を繰り返す。
Then, a re SEL_A signal and SEL_L signal from the switching
このようにして、第1のパルス発生手段85からは図9(i)に示すようなパルス列が出力され、第2のパルス発生手段91からは図9(j)に示すようなパルス列が出力されることになる。 In this way, the first pulse generating means 85 outputs a pulse train as shown in FIG. 9 (i), and the second pulse generating means 91 outputs a pulse train as shown in FIG. 9 (j). Will be.
第1、第2のパルス発生手段85,91の出力信号は論理素子やフリップフロップからなる論理回路93に入力されるが、測定液の液位が上昇し第3の検出電極64が被測定液中に浸漬した時には、第2の検出電極63で測定される静電容量に比例する第2のパルス111の立ち下がりと第3の検出電極64で測定される静電容量に比例する第3のパルス110の立ち下がりとは一致し、かつ第2の検出電極63で測定される静電容量に比例する第2のパルス112の立ち下がりと第1の検出電極62で測定される静電容量に比例する第1のパルス113の立ち下がりも一致するため、図9(k)(l)に示すようにt0〜t6の区間では第1のアナログスイッチ94および第2のアナログスイッチ95に出力される信号は常にローとなり、第1、第2のアナログスイッチ94,95は常に「開」となる。また、図9(i)(j)に示すように、第4のパルス116の立ち下がり時点で第1のパルス117はハイレベルにあるため、第2のアナログスイッチ95にはハイの信号は入力されず、図9(l)に示すように、時間t6以降の期間も第2のアナログスイッチ95は常に「開」となる。そして、もし時間t6以降の期間に第1のアナログスイッチ94への入力信号が常にローであれば、出力端子97は電気的なフロート状態となるため、正常な確定した出力電圧が得られないことになる。
The output signals of the first and second pulse generating means 85 and 91 are input to a
しかしながら、第4のパルス114の立ち下がり時点で第3のパルス115はハイレベルにあるため、図9(k)に示すように、時間t7以降の期間は第1のアナログスイッチ94にハイの信号が入力される。
However, the
これにより、図9(k)の時間t7以降の期間は、第1のアナログスイッチ94が「閉」で第2のアナログスイッチ95が「開」となるため、第2の電位77から第5の抵抗96を通してコンデンサ98が充電され、出力端子97の電位は第2の電位77と等しくなる。
Accordingly, in the period after time t 7 in FIG. 9 (k), the
このようにして、測定液の液位が上昇し第3の検出電極64が被測定液中に浸漬した時にも確定した出力電圧を出力することができるものである。
In this way, the determined output voltage can be output even when the liquid level of the measurement liquid rises and the
次に、本発明の他の実施の形態の液位センサにおいて、測定液の液位が下降して第1の検出電極62が被測定液外に暴露した時の動作について説明する。
Next, in the liquid level sensor according to another embodiment of the present invention, the operation when the liquid level of the measurement liquid is lowered and the
図10(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)(k)(l)は上記の場合の液位センサの各部の電圧波形を示したものである。 10 (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i), (j), (k), and (l) are the voltages of each part of the liquid level sensor in the above case. The waveform is shown.
本発明の他の実施の形態における液位センサは、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62,63,64,65の電極対間に電荷が存在しないため、第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位、第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位、第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位および第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位はすべて第1の電位74にある。
In the liquid level sensor according to another embodiment of the present invention, the first, second, third, and
そして、電源が投入されると、図10(a)(b)に示すようにスイッチング信号発生回路92からSEL_A信号とSEL_L信号とが出力され、第2のスイッチ79、第3のスイッチ81、第6のスイッチ88、第7のスイッチ89が「閉」となるため、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位は図10(e)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64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、前記抵抗78と第2の検出電極63との中点電位は、図10(f)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63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。
When the power is turned on, as shown in FIGS. 10A and 10B, the switching
この時、第1の検出電極62、第2の検出電極63、第3の検出電極64はすべて被測定液外に暴露しているため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62の静電容量とで決まる時定数と、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63の静電容量とで決まる時定数と、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64とで決まる時定数とは等しくなっている。
At this time, since the
前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段85の出力は図10(j)に示すようにハイからローに遷移して(t1)、第3の検出電極64で測定される静電容量に比例する第3のパルス120が発生する。これと同様に、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段91の出力は図10(i)に示すようにハイからローに遷移して、第2の検出電極63で測定される静電容量に比例する第2のパルス121が発生する。
When the midpoint potential of the
SEL_A信号が立ち下がると(t2)、論理回路93からの信号がオープンコレクタ構成である素子101を駆動することにより、第2の検出電極63と第3の検出電極64とに蓄積された電荷が第1の電位74に放電されるため、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位および第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位は、それぞれ図10(f)(e)に示すように第1の電位74に戻る。
When the SEL_A signal falls (t 2 ), the signal from the
次いで、図10(c)に示すようにスイッチング信号発生回路92からSEL_Q信号が出力され(t3)、第1のスイッチ76と第5のスイッチ84とが「閉」となるため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位は、図10(g)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記抵抗75と第1の検出電極62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2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位は、図10(f)に示すように再び第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63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。
Next, as shown in FIG. 10C, the SEL_Q signal is output from the switching signal generation circuit 92 (t 3 ), and the
この時、前記したように第1の検出電極62、第2の検出電極63、第3の検出電極64はすべて被測定液外に暴露しているため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62の静電容量とで決まる時定数と、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63の静電容量とで決まる時定数と、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64とで決まる時定数とは等しくなっている。
At this time, as described above, since the
前記第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段91の出力は図10(i)に示すようにハイからローに遷移して(t4)、第2の検出電極63で測定される静電容量に比例する第2のパルス122が発生する。これと同様に、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段85の出力は図10(j)に示すようにハイからローに遷移して、第1の検出電極62で測定される静電容量に比例する第1のパルス123が発生する。
When the midpoint potential of the
SEL_Q信号が立ち下がると(t5)、論理回路93からの信号がオープンコレクタ構成である素子101を駆動することにより、第2の検出電極63と第1の検出電極62とに蓄積された電荷が第1の電位74に放電されるため、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位および第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位は、それぞれ図10(f)(g)に示すように第1の電位74に戻る。
When the SEL_Q signal falls (t 5 ), the signal from the
次いで、図10(a)(d)に示すようにスイッチング信号発生回路92から再びSEL_A信号とSEL_R信号とが出力され(t6)、第3のスイッチ81、第6のスイッチ88、第4のスイッチ83、第8のスイッチ90が「閉」となる。これにより、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位は、図10(e)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64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4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位は、図10(h)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第4の抵抗82と第4の検出電極65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。
Next, as shown in FIGS. 10A and 10D, the SEL_A signal and the SEL_R signal are output again from the switching signal generation circuit 92 (t 6 ), and the third switch 81, the
この時、前記のように第3の検出電極64は被測定液外に暴露されているため、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64の電極間容量とで決まる時定数は前記第4の抵抗82と第4の検出電極65の電極間容量とで決まる時定数よりも小さくなる。
At this time, since the
前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段85の出力は図10(j)に示すようにハイからローに遷移して(t7)、第3の検出電極64で測定される静電容量に比例する第3のパルス124が発生する。これと同様に、前記第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段91の出力は図10(i)に示すようにハイからローに遷移して(t8)、第4の検出電極65で測定される静電容量に比例する第4のパルス125が発生する。
When the midpoint potential of the
SEL_A信号が立ち下がると(t9)、論理回路93からの信号がオープンコレクタ構成である素子101を駆動することにより、第3の検出電極64と第4の検出電極65とに蓄積された電荷が第1の電位74に放電されるため、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位および第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位は、それぞれ図10(e)(h)に示すように第1の電位74に戻る。
When the SEL_A signal falls (t 9 ), the signal from the
次いで、図10(c)に示すようにスイッチング信号発生回路92からSEL_Q信号が出力され(t10)、第1のスイッチ76と第5のスイッチ84とが「閉」となるため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位は、図10(g)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62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4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位は、図10(h)に示すように再び第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第4の抵抗82と第4の検出電極65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。
Next, as shown in FIG. 10C, the SEL_Q signal is output from the switching signal generation circuit 92 (t 10 ), and the
この時、前記のように第1の検出電極62は被測定液外に暴露されているため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62の電極間容量とで決まる時定数は前記第4の抵抗82と第4の検出電極65の電極間容量とで決まる時定数よりも小さくなる。
At this time, as described above, since the
前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第1のパルス発生手段85の出力は図10(j)に示すようにハイからローに遷移して(t11)、第1の検出電極62で測定される静電容量に比例する第1のパルス126が発生する。これと同様に、前記第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位が抵抗86,87で決められる閾値電圧Vthに達すると、コンパレータからなる第2のパルス発生手段91の出力は図10(i)に示すようにハイからローに遷移して(t12)、第4の検出電極65で測定される静電容量に比例する第4のパルス127が発生する。
When the midpoint potential of the
SEL_Q信号が立ち下がると(t13)、論理回路93からの信号がオープンコレクタ構成である素子101を駆動することにより、第1の検出電極62と第4の検出電極65とに蓄積された電荷が第1の電位74に放電されるため、前記第1の抵抗75と第1の検出電極62との中点電位および第4の抵抗82と第4の検出電極65との中点電位は、それぞれ図10(g)(h)に示すように第1の電位74に戻る。
When SEL_Q signal falls (t 13), by a signal from the
次いで、スイッチング信号発生回路92から再びSEL_A信号とSEL_L信号とが出力され(t14)、第2のスイッチ79、第3のスイッチ81、第6のスイッチ88、第7のスイッチ89が「閉」となるため、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64との中点電位は、図10(e)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第3の抵抗80と第3の検出電極64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2の抵抗78と第2の検出電極63との中点電位は、図10(f)に示すように第1の電位74から第2の電位77に向かって、前記第2の抵抗78と第2の検出電極63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。そして、以後、前記のt0〜t13の区間と同じ動作を繰り返す。
Next, the SEL_A signal and the SEL_L signal are output again from the switching signal generation circuit 92 (t 14 ), and the
このようにして、第1のパルス発生手段85からは図10(j)に示すようなパルス列が出力され、第2のパルス発生手段91からは図10(i)に示すようなパルス列が出力されることになる。 In this way, the first pulse generation means 85 outputs a pulse train as shown in FIG. 10 (j), and the second pulse generation means 91 outputs a pulse train as shown in FIG. 10 (i). Will be.
第1、第2のパルス発生手段85,91の出力信号は論理素子やフリップフロップからなる論理回路93に入力されるが、測定液の液位が下降し第1の検出電極62が被測定液外に暴露した時には、第2の検出電極63で測定される静電容量に比例する第2のパルス121の立ち下がりと第3の検出電極64で測定される静電容量に比例する第3のパルス120の立ち下がりとは一致し、かつ第2の検出電極63で測定される静電容量に比例する第2のパルス122の立ち下がりと第1の検出電極62で測定される静電容量に比例する第1のパルス123の立ち下がりとは一致するため、図10(k)(l)に示すようにt0〜t6の区間では第1のアナログスイッチ94および第2のアナログスイッチ95に出力される信号は常にローとなり、第1、第2のアナログスイッチ94,95は常に「開」となる。また、図10(i)(j)に示すように、第4のパルス125の立ち下がり時点で第3のパルス124はローレベルにあるため、第1のアナログスイッチ94にはハイの信号は入力されず、図9(k)に示すように、時間t6以降の期間も第1のアナログスイッチ94は常に「開」となる。そして、もし時間t6以降の期間に第1のアナログスイッチ94への入力信号が常にローであれば、出力端子97は電気的なフロート状態となるため、正常な確定した出力電圧が得られないことになる。
The output signals of the first and second pulse generating means 85 and 91 are input to a
しかしながら、第4のパルス127の立ち下がり時点で第1のパルス126はローレベルにあるため、図9(l)に示すように、時間t12以降の期間は第2のアナログスイッチ94にハイの信号が入力される。
However, the
これにより、図10(l)の時間t12以降の期間は、第1のアナログスイッチ94が「開」で第2のアナログスイッチ95が「閉」となるため、出力端子97の電位は第1の電位74と等しくなる。
Thus, the time t 12 after the period of FIG. 10 (l), since the
このようにして、測定液の液位が下降し第1の検出電極62が被測定液外に暴露した時にも確定した出力電圧を出力することができるものである。
In this way, the determined output voltage can be output even when the liquid level of the measurement liquid is lowered and the
以上の説明から明らかなように、本発明の他の実施の形態における液位センサの検出回路は、従来4個必要であったアナログ回路部を2個に集約しているため、検出回路の低コスト化を実現することができるとともに液位測定精度の向上を図ることができ、これにより、安価で高感度の液位センサを提供することができるとともに、被測定液の液面が各検出電極のいずれの位置で交差した場合でも常に確定した出力電圧を出力することができるという効果を有するものである。 As is apparent from the above description, the detection circuit of the liquid level sensor according to another embodiment of the present invention is composed of two analog circuit portions, which conventionally required four, so that the detection circuit has a low level. It is possible to realize cost reduction and improve the liquid level measurement accuracy, thereby providing an inexpensive and highly sensitive liquid level sensor, and the liquid level of the liquid to be measured is set to each detection electrode. Even when crossing at any of the positions, it is possible to always output a fixed output voltage.
なお、上記本発明の一実施の形態および他の実施の形態において、図9では第3の検出電極64が被測定液に浸漬した場合、また図10では第1の検出電極が被測定液外に暴露した場合について説明したが、第4の抵抗82と第4の検出電極65とで決まる時定数を、第1の検出電極62が被測定液中に浸漬している時に、第1の抵抗75と第1の検出電極62とで決まる時定数と、第3の検出電極64が被測定液外にある時に、第3の抵抗80と第3の検出電極64とで決まる時定数との略中間値に設定することにより、第1の検出電極62の略中間以下の位置に被測定液面が交差した場合に出力端子が第1の電位74に、また第3の検出電極の略中間以上の位置に被測定液面が交差した場合に出力端子が第2の電位77に達するように構成することもできるものである。
In one embodiment and other embodiments of the present invention, in FIG. 9, the
本発明に係る液位センサは、アナログ回路部を集約することにより、チップ面積を小さくして検出回路の低コスト化を実現することができるとともに液位測定精度の向上を図ることができ、これにより、安価で高精度の液位センサ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液位センサとして有用なものである。 The liquid level sensor according to the present invention can reduce the chip area and reduce the cost of the detection circuit by consolidating the analog circuit section, and can improve the liquid level measurement accuracy. Therefore, it is possible to provide an inexpensive and highly accurate liquid level sensor, which is particularly useful as a liquid level sensor for detecting the level of engine oil or fuel in automobiles, construction machinery, etc. is there.
21 検出部
22 第1の検出電極
23 第2の検出電極
24 第3の検出電極
25 リード線
38 第1のパルス発生手段
41 第2のパルス発生手段
51 第3のパルス
52,53 第2のパルス
54 第1のパルス
62 第1の検出電極
63 第2の検出電極
64 第3の検出電極
65 第4の検出電極
85 第1のパルス発生手段
91 第2のパルス発生手段
99,104 第3のパルス
100,102 第2のパルス
103,109 第1のパルス
105,106 第4のパルス
21
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009054539A JP2010210307A (en) | 2009-03-09 | 2009-03-09 | Liquid level sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009054539A JP2010210307A (en) | 2009-03-09 | 2009-03-09 | Liquid level sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010210307A true JP2010210307A (en) | 2010-09-24 |
Family
ID=42970647
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009054539A Pending JP2010210307A (en) | 2009-03-09 | 2009-03-09 | Liquid level sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010210307A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012095996A1 (en) * | 2011-01-14 | 2012-07-19 | トヨタ自動車株式会社 | Fluid state detection sensor |
CN106441502A (en) * | 2016-08-29 | 2017-02-22 | 长春迪瑞医疗科技股份有限公司 | Device and method for noncontact measuring of remaining reagent amount |
CN108107786A (en) * | 2017-12-26 | 2018-06-01 | 陈志德 | A kind of level sensing type CAN bus controllor for step-by-step motor |
-
2009
- 2009-03-09 JP JP2009054539A patent/JP2010210307A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012095996A1 (en) * | 2011-01-14 | 2012-07-19 | トヨタ自動車株式会社 | Fluid state detection sensor |
US8919196B2 (en) | 2011-01-14 | 2014-12-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Liquid state detection sensor |
CN106441502A (en) * | 2016-08-29 | 2017-02-22 | 长春迪瑞医疗科技股份有限公司 | Device and method for noncontact measuring of remaining reagent amount |
CN108107786A (en) * | 2017-12-26 | 2018-06-01 | 陈志德 | A kind of level sensing type CAN bus controllor for step-by-step motor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2010010683A1 (en) | Liquid-level sensor | |
KR101527440B1 (en) | Capacitive touch panel | |
US9244104B2 (en) | Detecting a dielectric article | |
US20120044013A1 (en) | Electrostatic capacitance-type input device | |
CA2950965A1 (en) | Method and apparatus for monitoring fill level of a medium in a container | |
CN111771109B (en) | Electrostatic capacitance detection device | |
JP2010210307A (en) | Liquid level sensor | |
JP2010025782A (en) | Liquid level sensor | |
JP2010256015A (en) | Sensor device | |
JP5964152B2 (en) | Capacitance detection device | |
Arshad et al. | Capacitance-to-voltage converter design to measure small change in capacitance produced by human body movement | |
JP2010203871A (en) | Sensor device | |
US7683637B2 (en) | Touch sensor with electrostatic immunity and sensing method thereof | |
CN106022270A (en) | Fingerprint detection circuit and apparatus | |
JP2011112595A (en) | Sensor device | |
JP3892345B2 (en) | Microcurrent measuring device | |
JP2010117238A (en) | Liquid level sensor | |
JP5934567B2 (en) | Electrode failure diagnosis device | |
JP5721745B2 (en) | Circuit arrangement for determining the capacitance of multiple capacitive sensor elements | |
JP4811987B2 (en) | CV conversion circuit | |
JP2010117237A (en) | Liquid-level sensor | |
KR100211114B1 (en) | Liquid level detector | |
CN202913854U (en) | Car-window anti-pinch assembly | |
US7224193B2 (en) | Current-voltage conversion circuit | |
EP2722985B1 (en) | Method of differential measurement of voltage levels of capacitive change. |