JP2012225774A - 液位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】故障の可能性を低減すると共に、タンクの大きさに制限を受け難く、タンク内の液体がタンク外部に漏洩することをより防止することが可能な液位検出装置を提供する。
【解決手段】液位検出装置１は、内部に液体Ｆを収納するタンク１０と、タンク１０内の液位に応じて上下動すると共に、本体の略中央部を上下に貫通する貫通孔２１が設けられ、且つ、磁石２２を有したフロート２０と、フロート２０の貫通孔２１に挿通されて当該フロート２０の上下動をガイドすると共に、タンク１０内と非連通とされ且つタンク１０外部と連通とされた中空部を有するガイドレール３０と、ガイドレール３０の中空部に設けられ、磁束密度を磁電変換して出力する磁気センサ４１，４２と、磁気センサ４１，４２から得られる出力信号から液位を検出する液位検出部５２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液位検出装置に関する。

従来、検出指示量の誤差を抑制することが可能な液位検出装置が提案されている。この液位検出装置は、容器内の液位に応じて回転する容器内マグネットと、容器内マグネットと磁気的に結合した回転伝達用マグネットと、回転伝達用マグネットと共に回転する検出側マグネットと、検出側マグネットの回転により変化する磁束によって起電力が変化するホールＩＣとを備え、ホールＩＣから出力される起電力の大きさにより液位を検出する。また、この液位検出装置では、液位の検出に要する部材同士が非接触となっているため、摩耗劣化などが殆どなく、劣化による検出指示量の誤差を抑えることができる（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−２０１３９０号公報 特開２００２−１９５８６９号公報

しかし、特許文献１に記載の液位検出装置において容器内マグネットは容器内回転シャフトの一端に接続され、容器内回転シャフトの他端には２つの歯車が接続される。さらに、特許文献１に記載の液位検出装置は、上記歯車にアーム及びフロートが設けられている。このため、特許文献１に記載の液位検出装置は可動部が多い構成となっており、可動部における破損など故障の可能性が高まってしまう。

また、特許文献１に記載の液位検出装置では、液位を検出するためにはフロートがタンクの上端から下端まで移動しなければならず、この移動を確保するためアームをある程度長くしなければならなくなってしまう。このため、アームの可動範囲を確保可能な大きさのタンクにしか液位検出装置を用いることができない。

また、特許文献２に記載の液位検出装置では、磁気センサからの信号をタンク外部に出力する必要があるため、タンクに電線挿通用の穴を設けなければならなくなる。よって、タンク内の液体（液化ガスを含む）が電線挿通用の穴を通じてタンク外部に漏洩する可能性があった。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、故障の可能性を低減すると共に、タンクの大きさに制限を受け難く、タンク内の液体がタンク外部に漏洩することをより防止することが可能な液位検出装置を提供することにある。

本発明の液位検出装置は、内部に液体を収納するタンクと、タンク内の液位に応じて上下動すると共に、本体の略中央部を上下に貫通する貫通孔が設けられ、且つ、磁石を有したフロートと、フロートの貫通孔に挿通されて当該フロートの上下動をガイドすると共に、タンク内と非連通とされ且つタンク外部と連通とされた中空部を有するガイドレールと、ガイドレールの中空部に設けられ、磁束密度を磁電変換して出力する磁気センサと、磁気センサから得られる出力信号から液位を検出する液位検出部と、を備えることを特徴とする。

この液位検出装置によれば、内部に液体を収納するタンクと、タンク内の液位に応じて上下動すると共に、磁石を有したフロートとを備える。このため、液位に応じて磁石が上下動して、磁気センサにて検出される磁束密度が変化し、液位検出部によって液位が検出されることとなる。また、上記の液位検出構成であるため、歯車やアームを備える必要がなく、可動部自体が少なくなっており、故障の可能性が低減される。さらに、フロートをタンクの上端から下端まで移動させるにあたり、アームの可動範囲を確保する必要がなく、タンクの大きさに制限を受け難くなる。加えて、磁気センサは、タンク内と非連通とされ且つタンク外部と連通とされたガイドレールの中空部に設けられているため、タンクに電線挿通用の穴を設ける必要がなく、タンク内の液体がタンク外部に漏洩することをより防止できる。従って、故障の可能性を低減すると共に、タンクの大きさに制限を受け難く、タンク内の液体がタンク外部に漏洩することをより防止することができる。

また、本発明の液位検出装置は、タンク内においてフロート及びガイドレールの周囲を覆うシールドを備え、シールドは、上端側及び下端側に開口部を有していることが好ましい。

この液位検出装置によれば、タンク内においてフロート及びガイドレールの周囲を覆うシールドを備え、シールドは、上端側及び下端側に開口部を有している。このため、上端側の開口部が気体の流出入口となり、下端側の開口部が液体の流出入口として作用する。そして、例えばタンクが傾いた場合、タンク内の液体に片寄が発生するが、シールド内の液体については、上記開口部により流出入速度が調整され、液位の変化を抑えることができる。従って、車両等タンクの傾きが一時的に発生する環境下においても適用した液位検出装置を提供することができる。

また、本発明の液位検出装置において、シールドは、金属部材により構成されていることが好ましい。

この液位検出装置によれば、シールドは金属部材により構成されているため、電気的なノイズの遮蔽効果が得られることとなり、磁気センサへの影響を抑えて、液位検出精度を向上させることができる。

また、本発明の液位検出装置において、シールドは、磁性材料により構成されていることが好ましい。

この液位検出装置によれば、シールドは、磁性材料により構成されているため、磁気的なノイズの遮蔽効果が得られることとなり、磁気センサへの影響を抑えて、液位検出精度を向上させることができる。

また、本発明の液位検出装置において、フロート、ガイドレール、及びシールドがフランジと一体的に形成され、当該フランジによりタンクの開口部が塞がれるように構成されていることが好ましい。

この液位検出装置によれば、フロート、ガイドレール、及びシールドがフランジと一体的に形成され、フランジによりタンクの開口部が塞がれるように構成されているため、液位検出装置を製造するにあたって各部の構成の位置関係等が崩れ難く、検出精度を向上させることができる。さらに、フランジをタンクの開口部に取り付けるだけでよく、組み付け性も向上させることができる。

また、本発明の液位検出装置において、磁石は、２つの磁極を結ぶ方向が垂直方向となっており、磁気センサは、垂直方向の磁束に応じた電気信号を出力することが好ましい。

この液位検出装置によれば、磁石は、２つの磁極を結ぶ方向が垂直方向となっており、磁気センサは、垂直方向の磁束に応じた電気信号を出力するため、水平方向の地磁気の影響を受け難く、液位の検出精度を高めることができる。

また、本発明の液位検出装置において、磁気センサは、高さが異なる状態で２つ設けられ、液位検出部は、２つの磁気センサから得られた出力信号の差分に基づいて、液位を検出することが好ましい。

この液位検出装置によれば、磁気センサは、高さが異なる状態で２つ設けられ、液位検出部は、２つの磁気センサから得られた出力信号の差分に基づいて、液位を検出する。よって、温度や経時的な磁力変化に対してもキャンセルすることとなり、一層正確に液位を検出することができる。

本発明によれば、故障の可能性を低減すると共に、タンクの大きさに制限を受け難く、タンク内の液体がタンク外部に漏洩することをより防止することができる。

本発明の実施形態に係る液位検出装置の概略構成図である。 図１に示した検出回路の一例を示す概略図である。 図１に示した磁気センサの出力信号を示す図である。 図１に示した差動アンプの出力信号を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る液位検出装置の概略構成図である。図１に示すように、液位検出装置１は、液体Ｆを収納したタンク１０内の液位を検出するものであって、タンク１０と、フロート２０と、ガイドレール３０と、磁気センサ４１，４２と、検出回路５０とを備えている。

タンク１０は、内部に液体Ｆを収納するものであって、樹脂やアルミやステンレスにより構成されている。

フロート２０は、タンク１０内の液位に応じて上下動するものであって、フロート２０の本体の略中央部を上下に貫通する貫通孔２１が形成されている。ガイドレール３０は、フロート２０の貫通孔２１に挿通されてフロート２０の上下動をガイドする案内部材である。これにより、フロート２０は、ガイドレール３０によって横方向の移動が規制されることとなる。

また、フロート２０は、磁石２２を備えている。この磁石２２は、２つの磁極（Ｎ極及びＳ極）を結ぶ方向が垂直方向となっている。また、フロート２０は横方向に移動が規制されていることから、磁石２２についても液位に応じて上下動することとなる。

また、ガイドレール３０は、例えば長尺の略コップ状とされ、タンク１０内と非連通とされると共に、タンク１０外と連通とされた中空部を有している。磁気センサ４１，４２は、ガイドレール３０の中空部（すなわちコップ形状の内部）に設けられ、磁束密度を磁電変換して出力するものである。具体的に磁気センサ４１，４２は、ホールＩＣやＭＲセンサなどが用いられる。このような磁気センサ４１，４２は、垂直方向の磁束に応じた電気信号を出力するように配置されている。

また、磁気センサ４１，４２は、ガイドレール３０の中空部において高さが異なる状態で２つ設けられており、それぞれが検出回路５０に信号出力する。図２は、図１に示した検出回路５０の一例を示す概略図である。図２に示すように、検出回路５０は差動アンプ５１と液位検出部５２とを備えている。

差動アンプ５１は、２つの磁気センサ４１，４２からの信号を入力すると共に、２つの入力信号の差分を一定係数（差動利得）で増幅する増幅回路である。差動アンプ５１の非反転入力端子にはガイドレール３０の中空部の上部に設けられる第１磁気センサ４１からの出力信号が入力され、差動アンプ５１の反転入力端子にはガイドレール３０の中空部の下部に設けられる第２磁気センサ４２からの出力信号が入力される。

液位検出部５２は、磁気センサ４１，４２から得られる出力信号から液位を検出するものであって、本実施形態では２つの磁気センサ４１，４２から得られた出力信号の差分に基づいて液位を検出する。

次に、本実施形態に係る液位検出装置１による液位検出の概要について説明する。図３は、図１に示した磁気センサ４１，４２の出力信号を示す図である。図３に示すように、第１磁気センサ４１はガイドレール３０の中空部の上部に設けられている。このため、液位が上がって第１磁気センサ４１と磁石２２とが近くなった場合、大きい出力が得られる。一方、液位が下がって第１磁気センサ４１と磁石２２とが遠くなった場合、小さい出力が得られる。特に、第１磁気センサ４１は、液位の上昇に応じて指数関数的に大きくなる信号を出力する。

また、第２磁気センサ４２はガイドレール３０の中空部の下部に設けられている。このため、液位が上がって第２磁気センサ４２と磁石２２とが遠くなった場合、小さい出力が得られる。一方、液位が下がって第２磁気センサ４２と磁石２２とが近くなった場合、大きい出力が得られる。特に、第２磁気センサ４２は、液位の上昇に応じて指数関数的に小さくなる信号を出力する。

図４は、図１に示した差動アンプ５１の出力信号を示す図である。上記したように、第１磁気センサ４１からの出力信号は差動アンプ５１の非反転入力端子に入力され、第２磁気センサ４２からの出力信号は差動アンプ５１の反転入力端子に入力される。このため、差動アンプ５１は、図４に示すように液位に応じて略比例的な信号を出力することとなる。

液位検出部５２は、差動アンプ５１から得られた信号に基づいて、液位を検出する。この際、液位検出部５２は、例えば図４に示すような液位と出力信号との関係を示すデータを記憶しておき、差動アンプ５１から得られた信号に基づいて液位を検出する。

さらに、液位検出装置１は、シールド６０を備えている。このシールド６０は、タンク１０内においてフロート２０及びガイドレール３０の周囲を覆う部材であって、上端側に第１開口部６１を有すると共に、下端側に第２開口部６２を有している。第１開口部６１はタンク１０内の気体の流出入口となり、第２開口部６２はタンク１０内の液体Ｆの流出入口となる。

また、本実施形態に係る液位検出装置１は、フランジ７０を備えている。フランジ７０は、フロート２０、ガイドレール３０、及びシールド６０の各部を一体的に接続する部材である。また、フランジ９０は、タンク１０の開口部Ｒを塞ぐように配置されている。

次に、シールド６０の作用を説明する。まず、タンク１０が車両等に搭載されているとすると、車両が斜面を走行するとき、タンク１０が傾くこととなる。これにより、液面も傾いて液位が変化したかのように磁気センサ４１，４２に検知され、液位検出精度が低下してしまう恐れがある。しかし、シールド６０が設けられ、且つシールド６０には第１開口部６１及び第２開口部６２が形成されているため、両開口部６１，６２により液体Ｆの流出入速度が調整される。この結果、液面レベルの変化を遅くしてシールド６０内の液体Ｆを平均液位の状態に維持し易くできる。よって、液面の傾きにより液位検出精度の低下を抑制することができる。

なお、シールド６０は金属部材により構成されていることが好ましい。これにより、電気的なノイズの遮蔽効果が得られることとなり、磁気センサ４１，４２への影響を抑えて、液位検出精度を向上させることができるからである。さらに、シールド６０は磁性材料により構成されていることが好ましい。これにより、磁気的なノイズの遮蔽効果が得られることとなり、磁気センサ４１，４２への影響を抑えて、液位検出精度を向上させることができるからである。

このようにして、本実施形態に係る液位検出装置１によれば、内部に液体Ｆを収納するタンク１０と、タンク１０内の液位に応じて上下動すると共に、磁石２２を有したフロート２０とを備える。このため、液位に応じて磁石２２が上下動して、磁気センサ４１，４２にて検出される磁束密度が変化し、液位検出部５２によって液位が検出されることとなる。また、上記の液位検出構成であるため、歯車やアームを備える必要がなく、可動部自体が少なくなっており、故障の可能性が低減される。さらに、フロート２０をタンクの上端から下端まで移動させるにあたり、アームの可動範囲を確保する必要がなく、タンク１０の大きさに制限を受け難くなる。加えて、磁気センサ４１，４２は、タンク１０内と非連通とされ且つタンク１０外部と連通とされたガイドレール３０の中空部に設けられているため、タンク１０に電線挿通用の穴を設ける必要がなく、タンク１０内の液体Ｆがタンク１０外部に漏洩することをより防止できる。従って、故障の可能性を低減すると共に、タンク１０の大きさに制限を受け難く、タンク１０内の液体Ｆがタンク１０外部に漏洩することをより防止することができる。

また、タンク１０内においてフロート２０及びガイドレール３０の周囲を覆うシールド６０を備え、シールド６０は、上端側及び下端側に開口部６１，６２を有している。このため、上端側の開口部６１が気体の流出入口となり、下端側の開口部６２が液体Ｆの流出入口として作用する。そして、例えばタンク１０が傾いた場合、タンク１０内の液体Ｆに片寄が発生するが、シールド６０内の液体Ｆについては、上記開口部６１，６２により流出入速度が調整され、液位Ｆの変化を抑えることができる。従って、車両等タンク１０の傾きが一時的に発生する環境下においても適用した液位検出装置１を提供することができる。

また、シールド６０は金属部材により構成されている場合、電気的なノイズの遮蔽効果が得られることとなり、磁気センサ４１，４２への影響を抑えて、液位検出精度を向上させることができる。

また、シールド６０は、磁性材料により構成されている場合、磁気的なノイズの遮蔽効果が得られることとなり、磁気センサ４１，４２への影響を抑えて、液位検出精度を向上させることができる。

また、フロート２０、ガイドレール３０、及びシールド６０がフランジ７０と一体的に形成され、フランジ７０によりタンク１０の開口部Ｒが塞がれるように構成されているため、液位検出装置１を製造するにあたって各部２０，３０，６０の構成の位置関係等が崩れ難く、検出精度を向上させることができる。さらに、フランジ７０をタンク１０の開口部Ｒに取り付けるだけでよく、組み付け性も向上させることができる。

また、磁石２２は、２つの磁極を結ぶ方向が垂直方向となっており、磁気センサ４１，４２は、垂直方向の磁束に応じた電気信号を出力するため、水平方向の地磁気の影響を受け難く、液位の検出精度を高めることができる。

また、磁気センサ４１，４２は、高さが異なる状態で２つ設けられ、液位検出部５２は、２つの磁気センサから得られた出力信号の差分に基づいて、液位を検出する。よって、温度や経時的な磁力変化に対してもキャンセルすることとなり、一層正確に液位を検出することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

例えば、本実施形態において磁気センサ４１，４２は上下２つに設けられているが、これに限らず、１つだけであってもよい。また、タンク１０に収納する液体Ｆの種類によって、タンク１０は樹脂部材により構成されていてもよいし、アルミなどの金属部材により構成されていてもよい。

また、本実施形態に係る液位検出装置１は温度センサを備えていてもよい。これにより、液位検出部５２において温度変化に伴う液面レベルの変化を補正することができるからである。

さらに、温度センサはガイドレール３０の中空部に設けられることが好ましい。これにより、温度センサに係る配線によりタンク１０内に配線用の穴を設ける必要が無くなるからである。

加えて、温度センサは上下方向に複数個並べて配置されることが好ましい。これにより、タンク１０内において温度分布を検出できるようになり、より正確な補正を行うことができるからである。

１…液位検出装置
１０…タンク
２０…フロート
２１…貫通孔
２２…磁石
３０…ガイドレール
４１，４２…磁気センサ
５０…検出回路
５１…差動アンプ
５２…液位検出部
６０…シールド
６１…第１開口部
６２…第２開口部
７０…フランジ

Claims (7)

1. 内部に液体を収納するタンクと、
   前記タンク内の液位に応じて上下動すると共に、本体の略中央部を上下に貫通する貫通孔が設けられ、且つ、磁石を有したフロートと、
   前記フロートの貫通孔に挿通されて当該フロートの上下動をガイドすると共に、タンク内と非連通とされ且つタンク外部と連通とされた中空部を有するガイドレールと、
   前記ガイドレールの中空部に設けられ、磁束密度を磁電変換して出力する磁気センサと、
   前記磁気センサから得られる出力信号から液位を検出する液位検出部と、
   を備えることを特徴とする液位検出装置。
2. 前記タンク内において前記フロート及び前記ガイドレールの周囲を覆うシールドを備え、
   前記シールドは、上端側及び下端側に開口部を有している
   ことを特徴とする請求項１に記載の液位検出装置。
3. 前記シールドは、金属部材により構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の液位検出装置。
4. 前記シールドは、磁性材料により構成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の液位検出装置。
5. 前記フロート、前記ガイドレール、及び前記シールドがフランジと一体的に形成され、当該フランジにより前記タンクの開口部が塞がれるように構成されている
   ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の液位検出装置。
6. 前記磁石は、２つの磁極を結ぶ方向が垂直方向となっており、
   前記磁気センサは、垂直方向の磁束に応じた電気信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液位検出装置。
7. 前記磁気センサは、高さが異なる状態で２つ設けられ、
   前記液位検出部は、２つの前記磁気センサから得られた出力信号の差分に基づいて、液位を検出する
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の液位検出装置。

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