JP2012225788A - Liquid level sensor and liquid level detection apparatus with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体タンクに収容された液体の液面レベルを測定する液面レベルセンサ、及び、この液面レベルセンサを有する液面レベル検出装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid level sensor that measures the liquid level of a liquid contained in a liquid tank, and a liquid level detection device having the liquid level sensor.
車両に搭載される燃料タンクには、その内部の燃料の液面レベル(即ち、液面高さであり、液位ともいう)を測定する液面レベルセンサが設けられており、この液面レベルセンサによって測定された液面レベル出力に基づいて燃料タンク内の燃料残量が検出される。このような液面レベルセンサとして、摺動抵抗式のものがある。摺動抵抗式の液面レベルセンサは、例えば、燃料タンクの内側に配設され、液面に浮かべられるフロート(浮き子)と、このフロートを上下揺動可能に支持するフロートアームと、フロートアームの揺動角度に応じて抵抗値が変化する摺動抵抗としてのセンダ抵抗と、を有して構成されている。そして、燃料タンクの外側には、上記液面レベルセンサとリード線などで電気的に接続された制御装置が設けられており、この制御装置は、上記液面レベルセンサの抵抗値の変化に基づいて、燃料タンク内の燃料の液面レベルを検出し、そして、この検出した液面レベルから燃料タンク内の燃料の残量を求めていた。 The fuel tank mounted on the vehicle is provided with a liquid level sensor for measuring the level of fuel inside the fuel tank (that is, the liquid level is also referred to as the liquid level). Based on the liquid level output measured by the sensor, the remaining amount of fuel in the fuel tank is detected. As such a liquid level sensor, there is a sliding resistance type sensor. The sliding resistance type liquid level sensor is, for example, a float (floating element) that is disposed inside the fuel tank and floats on the liquid level, a float arm that supports the float so as to be able to swing up and down, and a float arm. And a sender resistance as a sliding resistance whose resistance value changes in accordance with the rocking angle. A control device electrically connected to the liquid level sensor by a lead wire or the like is provided outside the fuel tank. The control device is based on a change in the resistance value of the liquid level sensor. Thus, the liquid level of the fuel in the fuel tank is detected, and the remaining amount of fuel in the fuel tank is obtained from the detected liquid level.
しかしながら、例えば、液化石油ガスなどの高圧となる燃料を収容する燃料タンクにおいては、気密性を確保することが重要であるところ、上述した摺動抵抗式の液面レベルセンサのように、燃料タンク内の液面レベルセンサと燃料タンク外の制御装置等とをリード線で接続するものである場合、燃料タンクの壁部にリード線を通すための貫通孔を設ける必要があるので、複雑な構造となり十分な気密性を確保することが困難であった。そして、このような問題を解決する技術が特許文献1に開示されている。
However, for example, in a fuel tank that contains high-pressure fuel such as liquefied petroleum gas, it is important to ensure airtightness. Like the above-described sliding resistance type liquid level sensor, the fuel tank When connecting the liquid level sensor inside and the control device outside the fuel tank with a lead wire, it is necessary to provide a through hole for the lead wire to pass through the wall of the fuel tank. It was difficult to ensure sufficient airtightness. And the technique which solves such a problem is disclosed by
特許文献1に記載された物体検知装置800は、図9、図10に示すように、センサ部801と、このセンサ部801に伝送路804を介して高周波信号を伝送する発振部802と、センサ部801に供給された高周波信号がセンサ部801で反射されて発振部802側に戻る反射信号を検出する反射波センサ803と、から構成されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, an
この物体検知装置800では、発振部802より伝送路804を介してセンサ部801に高周波信号が供給される。そして、共振回路の共振周波数が発振部802の周波数と一致するように設定されており、センサ部801近傍に物体が存在しない(即ち、空気のみ)ときに、センサ部801のインピーダンスと伝送路804のインピーダンスの整合が取れるように調整されている。
In the
これにより、センサ部801近傍に物体が存在しないと、発振部802より送られてきた高周波信号の反射が0になり、反射波センサ803からの出力が0となるので、「物体無し」を検知できる。また、センサ部801近傍に物体が存在すると、空気とその物体の透磁率の相違からセンサ部801は磁気的影響を受けてインピーダンスが変化し、そして、センサ部801のインピーダンスが整合インピーダンスから大きくずれると、反射信号も大となり、この反射信号が反射波センサ803で検出され、反射波すなわちインピーダンスの変化に応じたアナログ信号が出力されるので、「物体有り」検知することができる。そして、このような物体検知装置800を応用することにより、燃料タンクに貫通孔を設けることなく、燃料タンクの外側からその内側の燃料の液面レベルを検出することができた。
As a result, if there is no object in the vicinity of the
しかしながら、上述した物体検知装置800では、図10の構成から判るように、燃料タンク内の燃料の液面レベルが所定レベル以上か否かという検出はできるものの、燃料の液面レベルを詳細且つ正確に検出することができないという問題があった。
However, as can be seen from the configuration of FIG. 10, the
本発明は、上記課題に係る問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、液体タンクの気密性を確保しつつ、液体タンク内の液体の液面レベルを詳細且つ正確に測定できる液面レベルセンサ、及び、この液面レベルセンサを有する液面レベル検出装置を提供することを目的としている。 The present invention aims to solve the above problems. That is, the present invention provides a liquid level sensor capable of measuring the liquid level in the liquid tank in detail and accurately while ensuring airtightness of the liquid tank, and a liquid level detection having the liquid level sensor. The object is to provide a device.
請求項1に記載された発明は、上記目的を達成するために、液体タンクに収容された液体の液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、前記液体タンク外に配設された、第1コイルを有する、第1回路と、前記液体タンク内に配設された、当該第1コイルと磁気的に結合するように配置された第2コイルと、前記第2コイルと閉路を構成するように接続された静電容量体と、を有する第2回路と、を有し、前記静電容量体が、互いに近接して対向配置された一対の電極で構成されるとともに、前記液体タンク内の液体の液面レベルに応じて前記一対の電極の全体のうち前記液体に浸かる部分の割合が変化するように前記液体タンク内に配置されていることを特徴とする液面レベルセンサである。
In order to achieve the above object, the invention described in
請求項2に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、前記一対の電極のそれぞれが、絶縁材料で覆われていることを特徴とするものである。
The invention described in claim 2 is the invention described in
請求項3に記載された発明は、請求項1又は2に記載された発明において、前記一対の電極が、絶縁基材上に互いに噛み合う櫛歯状に形成された配線パターンで構成されていることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the pair of electrodes is configured by a wiring pattern formed in a comb-tooth shape that meshes with each other on an insulating base material. It is characterized by.
請求項4に記載された発明は、上記目的を達成するために、液体タンクに収容された液体の液面レベルを検出する液面レベル検出装置であって、請求項1〜3のいずれか一項に記載された液面レベルセンサと、前記液面レベルセンサの第1コイルの一方の端子に接続された、交流信号を出力する、交流信号発生部と、前記液面レベルセンサの第1コイルの他方の端子に接続された、当該他方の端子の信号に基づいて前記液面レベルを検出する、液面レベル検出部と、を有していることを特徴とする液面レベル検出装置である。 The invention described in claim 4 is a liquid level detecting device for detecting the liquid level of the liquid stored in the liquid tank in order to achieve the above object. And an AC signal generator connected to one terminal of the first coil of the liquid level sensor, and an AC signal generator that outputs an AC signal, and the first coil of the liquid level sensor And a liquid level detecting unit that detects the liquid level based on a signal of the other terminal connected to the other terminal of the liquid level detecting device. .
請求項1に記載された発明によれば、液体タンク内に配設された第2回路の第2コイルが、液体タンク外に配設された第1回路の第1コイルと磁気的に結合するように配置されている。また、第2コイルと閉路を構成するように接続された静電容量体が、互いに近接して対向配置された一対の電極で構成されるとともに、液体タンク内の液体の液面レベルに応じて上記一対の電極の全体のうち前記液体に浸かる部分の割合が変化するように液体タンク内に配置されているので、液体タンク内の空気等と液体との誘電率が異なることにより液面レベルに応じて一対の電極間の静電容量が変化し、そのため、第2回路の共振周波数が変化する。即ち、液体タンク外の第1回路と液体タンク内の第2回路とが磁気的に結合されているので、第1回路から第2回路に交流信号が伝達され、第2回路から第1回路に当該交流信号の反射信号が伝達され、そのため、液体タンクに貫通孔を設けることなく第1回路と第2回路との間で信号を伝達することができる。そして、液体タンク内の液体の液面レベルに応じて第2回路の共振周波数が変化するので、第2回路から第1回路へ戻る反射信号の大きさが変化し、そのため、第1回路における共振周波数のずれが生じてインピーダンスが変化する。 According to the first aspect of the present invention, the second coil of the second circuit disposed in the liquid tank is magnetically coupled to the first coil of the first circuit disposed outside the liquid tank. Are arranged as follows. In addition, the electrostatic capacity body connected to form a closed circuit with the second coil is composed of a pair of electrodes disposed in close proximity to each other and according to the liquid level of the liquid in the liquid tank. Since the ratio of the portion immersed in the liquid in the whole of the pair of electrodes is arranged in the liquid tank, the dielectric constant between the liquid in the liquid tank and the liquid is changed to the liquid level. Accordingly, the capacitance between the pair of electrodes changes, and therefore the resonance frequency of the second circuit changes. That is, since the first circuit outside the liquid tank and the second circuit inside the liquid tank are magnetically coupled, an AC signal is transmitted from the first circuit to the second circuit, and from the second circuit to the first circuit. The reflected signal of the AC signal is transmitted, so that the signal can be transmitted between the first circuit and the second circuit without providing a through hole in the liquid tank. Then, since the resonance frequency of the second circuit changes according to the liquid level of the liquid in the liquid tank, the magnitude of the reflected signal returning from the second circuit to the first circuit changes, and therefore, the resonance in the first circuit. Frequency shift occurs and impedance changes.
請求項2に記載された発明によれば、静電容量体を構成する一対の電極のそれぞれが、絶縁材料で覆われているので、液体タンク内の液体が導電性を有する場合に、当該液体を通じて各電極間に電流が流れることを防止できる。 According to the invention described in claim 2, since each of the pair of electrodes constituting the capacitance body is covered with the insulating material, when the liquid in the liquid tank has conductivity, the liquid It is possible to prevent a current from flowing between the electrodes.
請求項3に記載された発明によれば、静電容量体を構成する一対の電極が、絶縁基材上に互いに噛み合う櫛歯状に形成された配線パターンで構成されているので、直線状に形成された配線パターンに比べて電極長を長くできる。 According to the invention described in claim 3, the pair of electrodes constituting the capacitance body is configured by the wiring pattern formed in a comb-tooth shape that meshes with each other on the insulating base material. The electrode length can be increased compared to the formed wiring pattern.
請求項4に記載された発明によれば、請求項1〜3のいずれか一項に記載された液面レベルセンサを有し、この液面レベルセンサに交流信号を入力するとともに、液面レベルセンサから出力された信号に基づいて液面レベルを検出する。
According to the invention described in claim 4, the liquid level sensor according to any one of
請求項1に記載された発明によれば、液体タンクに貫通孔を設けることなく第1回路と第2回路との間で信号を伝達することができるので、液体タンクの気密性を確保できる。また、液体タンク内の液体の液面レベルに応じて第1回路のインピーダンスが変化するので、このインピーダンスに基づいて液面レベルを詳細且つ正確に測定することができる。 According to the first aspect of the present invention, since the signal can be transmitted between the first circuit and the second circuit without providing the through hole in the liquid tank, the airtightness of the liquid tank can be ensured. Further, since the impedance of the first circuit changes according to the liquid level of the liquid in the liquid tank, the liquid level can be measured in detail and accurately based on this impedance.
請求項2に記載された発明によれば、液体タンク内の液体が導電性を有する場合に、当該液体を通じて各電極間に電流が流れることを防止できるので、導電性を有する液体の液面レベルを測定することができる。 According to the second aspect of the present invention, when the liquid in the liquid tank has conductivity, it is possible to prevent a current from flowing between the electrodes through the liquid. Can be measured.
請求項3に記載された発明によれば、直線状に形成された配線パターンに比べて電極長を長くできるので、静電容量体における液面レベルあたりの静電容量を増やすことができ、そのため、液面レベルの変化に対する静電容量の変化を大きくすることができ、液面レベルをより正確に測定できる。 According to the invention described in claim 3, since the electrode length can be made longer than the wiring pattern formed in a straight line, the capacitance per liquid level in the capacitance body can be increased. The change in capacitance with respect to the change in liquid level can be increased, and the liquid level can be measured more accurately.
請求項4に記載された発明によれば、請求項1〜3のいずれか一項に記載された液面レベルセンサを有し、この液面レベルセンサに交流信号を入力するとともに、液面レベルセンサから出力された信号に基づいて液面レベルを検出するので、液面レベルセンサのインピーダンスに基づいて液面レベルを詳細且つ正確に測定することができる。
According to the invention described in claim 4, the liquid level sensor according to any one of
以下、本発明の液面レベル検出装置の一実施形態を、図1〜図8を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the liquid level detection device of the present invention will be described with reference to FIGS.
車両には、図1に示すような液体タンクとしての燃料タンク6が搭載されている。この燃料タンク6は、例えば、ステンレスなどの剛性及び耐腐食性の高い材料を用いて構成されており、本実施形態において、燃料タンク6は略直方体状の箱形に形成されており、上壁部6aに円形の開口部6bが設けられている。燃料タンク6には、気密を確保して密閉するように当該開口部6bを塞ぐ円板形状のフランジ7が設けられている。
A
このフランジ7は、例えば、ポリフェニレンスルファイド樹脂(PPS樹脂)等の剛性及び耐薬品性に優れる非導電性の合成樹脂等を用いて構成されている。即ち、フランジ7は、燃料タンク6の非導電性壁部を構成する。フランジ7の上面7a及び下面7bの中央部分のそれぞれには、後述する第1回路10の第1コイル11及び第2回路20の第2コイル21が、互いに磁気結合するように平行に向き合って配置される。フランジ7を樹脂材料で構成する場合、クリープの問題や、パッキン部の平滑性が悪く気密性に問題が生じる可能性があるため、例えば、第1コイル11及び第2コイル21の間に挟まれる部分のみを樹脂材料とし、それ以外の部分を金属材料として、金属材料と樹脂材料とを複合させてフランジ7を構成してもよい。
The flange 7 is made of, for example, a non-conductive synthetic resin having excellent rigidity and chemical resistance such as polyphenylene sulfide resin (PPS resin). That is, the flange 7 constitutes a nonconductive wall portion of the
この燃料タンク6には、液体状の燃料Fが収容されている。そして、車両には、この燃料タンク6とともに、燃料Fの液面レベルを検出する液面レベル検出装置1が搭載されている。
The
液面レベル検出装置1は、図1、図2に示すように、液面レベルセンサ8と、交流信号発生部40と、液面レベル検出部50と、を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the liquid
液面レベルセンサ8は、燃料タンク6の外側に配設された第1回路10と、燃料タンク6の内側に配設された第2回路20と、を有している。
The
第1回路10は、第1コイル11と、この第1コイル11に並列に接続されたインピーダンス整合用コンデンサ12と、を有している。第1コイル11は、プリント基板(PCB)上に形成された平型渦巻き状の配線パターンで構成されており、上述したフランジ7の上面7aに密に重ねて固定されている。インピーダンス整合用コンデンサ12は、例えば、表面実装タイプの積層セラミックコンデンサなどで構成されており、上記PCB上に実装されている。インピーダンス整合用コンデンサ12は、第1コイル11及び後述する第2回路20とともに、交流信号発生部40の出力インピーダンスと、燃料タンク6の燃料Fの液面レベルが0のときの液面レベルセンサ8の入力インピーダンスと、が整合するようにその値が決定される。また、このようなインピーダンス整合用コンデンサ12を設けることにより、任意の入力周波数に対して、第1回路と第2回路とのインピーダンスを整合することができるので、第1コイル11と第2回路20の第2コイル21との伝送効率を高めることができ、これらコイルを小型化することができる。
The
第2回路20は、絶縁基材としての可塑性を有するプラスチックからなる1枚の支持部材31上に敷設された配線パターンによりそれぞれ一体に構成された、第2コイル21と、この第2コイル21と閉路を構成するように接続された静電容量体22と、静電容量体22と並列に接続された並列共振コイル23と、を有している。これら第2コイル21、静電容量体22及び並列共振コイル23は、燃料Fに対して絶縁されるように、支持部材31と絶縁材料としての樹脂フィルム33との間に挟み込まれている。
The
第2コイル21は、支持部材31上に形成された平型渦巻き状の配線パターンで構成されており、第1コイル11と互いの中心が一致するように、上述したフランジ7の下面7bに密に重ねて固定されている。これにより、第1コイル11と第2コイル21とがフランジ7を間に挟んで互いに対向配置され、第2コイル21は、第1コイル11と磁気的に結合される。つまり、第1コイル11と第2コイル21とを非導電性のフランジ7の両面に設置することによって、互いの間で信号の伝送を可能としつつ燃料タンク6内外を物理的に隔離するので、リード線の取り出しのための複雑な構造が必要なく、燃料タンク6の気密性を損なうことがない。また、第1コイル11と第2コイル21とに挟まれるフランジ7の部分は、これらの磁気結合効率を高めるために、耐圧を確保できる範囲で極力薄肉化することが望ましい。
The
静電容量体22は、電荷を蓄えられるように支持部材31上に互いに近接して対向配置されるとともに噛み合って形成された櫛歯状の配線パターンからなる一対の電極32で構成されている。静電容量体22は、一対の電極32の全長が燃料タンク6の高さと略同一に形成されているとともに、一対の電極32の全長方向(図3(a)の上下方向)が、燃料タンク6の高さ方向と平行になるように、燃料タンク6の一の側壁部6cとの間に一対の電極32が影響を受けない(即ち、燃料タンク6により電界が変化しない)程度の距離をあけて固定されている。これにより、例えば、燃料タンク6内の液面レベルが0%(燃料F無し)のとき、一対の電極32の全体のうち燃料Fに浸かる部分の割合は0%となり、液面レベルが30%のとき、一対の電極32の全体のうち燃料Fに浸かる部分の割合は30%となり、液面レベルが100%のとき、一対の電極32の全体のうち燃料Fに浸かる部分の割合は100%となり、つまり、液面レベルに応じて一対の電極32間に浸入する燃料Fの量が変化し、燃料タンク6内の空気や気化した燃料Fなど(以下、空気等という)と液体状の燃料Fとの誘電率が異なるため、静電容量体22の静電容量値が変化する。
The
一対の電極32の構成の一例を図3(a)に示す。勿論、一対の電極32は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、図3(b)に示すように、支持部材31上に互いに近接して平行に形成された直線状の配線パターンでもよい。但し、櫛歯状の配線パターンの方が、実質的に電極の長さが長くなり、液面レベルの変化に対して静電容量の変化を大きくすることができる。また、これら構成以外にも、互いに対向配置された平行板や二重円筒形など、互いに近接して配置されて電荷を蓄積できる形状で且つ燃料タンク6内の燃料Fの液面レベルに応じて一対の電極32の全体のうち燃料Fに浸かる部分の割合が変化するように燃料タンク6内に配置されるものであればよい。
An example of the configuration of the pair of
並列共振コイル23は、第2コイル21と同様に支持部材31上に形成された平型渦巻き状の配線パターンで構成されており、燃料タンク6の下壁部6dとの間に並列共振コイル23が影響を受けない(即ち、燃料タンク6により特性が変化しない)程度の距離をあけて固定されている。並列共振コイル23は、上述した第1コイル11、第2コイル21と磁気結合しないように配置する必要があり、本実施形態のように、磁気結合しない程度に距離をあけて配置したり、又は、これら第1コイル11、第2コイル21と中心軸が直交するように配置したりする。また、並列共振コイル23を燃料タンク6の下壁部6dに配置することで、燃料タンク6内の燃料Fが空にならない限り並列共振コイル23周辺の誘電率が変化しないため、並列共振コイル23の配置場所によるインダクタンス変化の影響を少なくすることができる。また、静電容量体22と並列共振コイル23とにより第2回路20において並列共振回路を構成することで、静電容量体22の静電容量値の変化、即ち、液面レベルに対する第2回路20のインピーダンスの変化がなだらかになり、例えば、インピーダンスの変化が急峻な直列共振回路に比べて、幅広い静電容量値の変化、即ち、液面レベルの変化を測定できる。また、並列共振コイル23のインダクタンスを調整することで第2回路20の共振周波数の調整が可能となる。並列共振コイル23は、上述した配線パターン以外にも、例えば、表面実装タイプのマイクロインダクタなどで構成しても良い。なお、並列共振コイル23を設けない構成でもよい。
The
第2コイル21、静電容量体22(一対の電極32)、及び、並列共振コイル23は、例えば、金属メッキやスパッタリングなどにより支持部材31上に直接パターニングしたり、打ち抜きやエッチング等でパターニングした金属箔を支持部材31上に貼り付けたりして、それぞれが一体形成される。このようにすることで、部品点数を少なくしてコストを低く抑えるとともに構成を簡素化できる。勿論、第2コイル21、静電容量体22(一対の電極32)、及び、並列共振コイル23をそれぞれ別個の部品で構成してもよい。
The
第2回路20を、上述した可塑性を有するプラスチックからなる支持部材31上又はフレキシブルプリント基板(FPC)上に形成することによって、燃料タンク6が複雑な形状の場合でも、その形状に沿わせて設置できる。支持部材31を構成するプラスチックは燃料Fに対して耐性(耐薬品性など)を有する材料のものを使用すればよい。また、第2コイル21、静電容量体22(一対の電極32)、及び、並列共振コイル23についても、上記樹脂フィルム33を設けずにこれらが燃料Fに直接触れる構成の場合は、燃料Fの性質に合わせて銅の他にニッケルやSUS等の金属薄を用いるなどすることで、腐食性の高い燃料F中でも使用できる。
Even if the
上述した液面レベルセンサ8は、燃料タンク6内に配設されたLC共振回路を構成する第2回路20が有する静電容量体22の静電容量値(C2)が液面レベルに応じて変化し、これに伴い共振周波数が変化することを利用した液面レベルセンサであり、その変化を燃料タンク6外に配設されたLC共振回路を構成する第1回路10によって検出する方式である。第2回路20の共振周波数が液面レベルに応じて変化することによって、燃料タンク6内の第2コイル21から第1コイル11への反射波の大きさが変化するため、反射波の大きさに応じて共振周波数のずれに伴うインピーダンスの変化が起こる。共振周波数はf=1/(2π√LC)で示され、並列共振回路の場合には共振点でインピーダンスが最大となる。
In the
例えば、燃料タンク6外の第1回路10には共振周波数付近のインピーダンスが大きくなるような一定入力周波数の交流電圧信号を供給する。燃料タンク6内のLC共振回路を構成する第2回路20の静電容量体22は液面レベルによって静電容量値(C2)が変化するために第2回路20のインピーダンスが変化する。そして、第1回路10の第1コイル11と第2回路20の第2コイル21とは磁気結合しているので、第1回路10に供給された交流電圧信号が第2回路20に伝達され、そして、これら回路のインピーダンスマッチングのずれによって第2回路20から第1回路10へ反射波が生じ、燃料タンク6外の第1回路10にも共振周波数のずれが生じてインピーダンスが変化する。反射波の大きさは第2回路20の静電容量体22の静電容量値(C2)の大きさによって変化するため、第1回路10のインピーダンス変化の大きさを電圧として読み取ることで液面レベルが検出できる。
For example, the
図4に第1回路10のインピーダンス特性を示す。Ca、Cb、Ccは第2回路20の静電容量体22の静電容量値(C2)であり、この静電容量値(C2)がそれぞれCa<Cb<Ccの関係で変動したときのインピーダンス特性の変化である。このときある一定の周波数(f0)で燃料タンク6内の静電容量値(C2)がCaのときに第1回路10のインピーダンスを最大になるようにした場合、第2回路20とのマッチングが良い(インピーダンス整合がとれている)ため、反射波が小さくインピーダンスはZaとなる。そして、静電容量値(C2)がCbへと変化したときに反射波が生じインピーダンスはZbとなり、さらに静電容量値(C2)がCcへ変化した場合インピーダンスはZcとなり連続的にインピーダンスの減少が起こる。これにより、液面レベルセンサ8に、一定周波数で且つ一定振幅の交流電圧信号を入力することで、第1回路10のインピーダンス、即ち、液面レベルに応じた振幅の交流電圧信号が液面レベルセンサ8から出力されるので、液面レベルセンサ8の出力電圧に基づいて液面レベルを検出する。
FIG. 4 shows the impedance characteristics of the
交流信号発生部40は、例えば、LC共振回路、水晶発振器、又は、PLL回路などで生成された一定周波数の交流電圧信号を、オペアンプなどの増幅器によって一定の振幅に増幅して出力するように構成されている。交流信号発生部40は、液面レベルセンサ8の第1回路10が有する第1コイル11の一端に接続されており、一定周波数で且つ一定振幅の交流電圧信号を液面レベルセンサ8に向けて出力する。
The
液面レベル検出部50は、例えば、ダイオード51及びコンデンサ52で構成され、液面レベルセンサ8により出力された信号を直流電圧信号に整流する整流回路53と、マイクロコンピュータ(MPU)54と、を有している。
The
MPU54は、それぞれ図示しない中央演算処理装置(CPU)、ROM、RAM、データメモリ、外部インタフェースなどを備えている。
The
CPUは、液面レベル検出装置1における各種制御を司り、ROMに記憶されている各種制御プログラムにしたがって本実施形態に係る制御を含む各種の処理を実行する。ROMは、前記制御プログラムやこの制御プログラムに参照されるパラメータなどの各種情報を記憶している。特に、ROMは、CPUを、液面レベル検出手段などの各種手段として機能させるための制御プログラムを記憶している。そして、CPUは、この制御プログラムを実行することで前述した各種手段として機能する。RAMは、CPUが各種の処理を実行する上において必要なデータ、プログラム等が適宜記憶される。データメモリは、例えば、EEPROMやフラッシュメモリなどの電源断となってもデータを保持できる不揮発性のメモリで構成されている。このデータメモリには、パラメータ等の各種情報が記憶されている。特に、このデータメモリには、整流回路53からの直流電圧信号と燃料タンク6内の燃料Fの液面レベルとの関係を示すデータテーブルが記憶されている。外部インタフェースは、整流回路53からの直流電圧信号が入力されるアナログ−デジタル変換器(A/Dコンバータ)を備えており、このアナログ−デジタル変換器によってアナログ値からデジタル値に変換された直流電圧信号(即ち、電圧値)がCPUに送られる。また、外部インタフェースは、燃料計を備えたコンビネーションメータ装置等の他の電子機器(ECU)と通信可能なように図示しない車両ネットワークに接続されている。
The CPU performs various types of control in the liquid
交流信号発生部40は一定周波数で且つ一定振幅の交流電圧信号を生成して液面レベルセンサ8に出力する。液面レベルセンサ8は、燃料タンク6内の燃料Fの液面レベルに応じたインピーダンスとなっており、このインピーダンスに応じて交流電圧信号から振幅が変化した信号が液面レベルセンサ8から出力される。そして、液面レベルセンサ8により出力された信号が整流回路53で直流電圧信号に整流されて、この直流電圧信号がA/Dコンバータを通じてCPUに送られると、CPUは、この直流電圧信号の電圧値をデータメモリに記憶されている上記データテーブルに当てはめて、燃料タンク6の液面レベルを取得する。そして、CPUは、この液面レベルから燃料タンク6内の燃料Fの残量を算出するとともにこの残量を示す情報を生成して、外部インタフェースを通じてメータ装置に送信する。メータ装置では、この残量を示す情報に基づいて、燃料計に燃料の残量を表示する。
The
次に、上述した液面レベル検出装置1の本発明に係る動作(作用)の一例について、図5〜図7を参照して説明する。図5は、交流信号発生部40の出力する交流電圧信号の波形の一例を示す。図6は、液面レベルセンサ8の出力する信号の波形の一例を示す。図7は、液面レベル検出部50の整流回路53の出力する直流電圧信号の波形の一例を示す。
Next, an example of the operation (action) according to the present invention of the liquid
交流信号発生部40において、図5に示すような一定周波数(15MHz)で且つ一定振幅5VP-P(−2.5V〜+2.5V)の交流電圧信号を生成して液面レベルセンサ8に入力する。液面レベルセンサ8において、第2回路20が有する静電容量体22における液面レベルの変化による静電容量値(C2)の変化範囲を10pF〜200pFとし、10pFのときは液面レベル0%(燃料Fが0)、200pFのときは液面レベル100%(燃料Fが満量)となるように一対の電極32を構成する。このとき、10pFのときに第2回路20から第1回路10への反射波が最小となるように調整しておくと、図6に示すように、液面レベルが最低(静電容量値(C2)が10pF)のとき第1回路10のインピーダンスが最大となって液面レベルセンサ8の出力する信号の振幅が最小になり、さらに、液面レベルが上昇して静電容量値が大きくなると液面レベルセンサ8の出力する信号の振幅が大きくなり、液面レベルが最高(静電容量値(C2)が200pF)のとき第1回路10のインピーダンスが最小となって液面レベルセンサ8の出力する信号の振幅が最大になる。そして、液面レベルセンサ8によって出力された信号が液面レベル検出部50の整流回路53を通過すると、図7に示すように直流電圧信号に整流されて、この直流電圧信号がMPUに入力されると、CPUによってこの直流電圧信号の電圧値に応じた液面レベルが検出される。
In the
なお、静電容量体22の静電容量値の変化に対する第1回路10のインピーダンスの変化(即ち、液面レベルセンサ8の出力する信号の変化)の仕方は第1コイル11及び第2コイル21のインダクタンスやこれらコイルの結合係数、また、並列共振コイル23のインダクタンスによって任意に変更することができる。
Note that the
以上より、本実施形態によれば、燃料タンク6内に配設された第2回路20の第2コイル21が、燃料タンク6外に配設された第1回路10の第1コイル11との間に燃料タンク6の開口部6bを密閉するフランジ7を挟んで当該第1コイル11と対向配置されているので、第2コイル21は第1コイル11と磁気的に結合するように配置されている。また、第2コイル21と閉路を構成するように接続された静電容量体22が、互いに近接して対向配置された一対の電極32で構成されるとともに、燃料タンク6内の燃料Fの液面レベルに応じて上記一対の電極32の全体のうち燃料Fに浸かる部分の割合が変化するように燃料タンク6内に配置されているので、燃料タンク6内の空気等と燃料Fとの誘電率が異なることにより液面レベルに応じて一対の電極32間(即ち、静電容量体22)の静電容量値が変化し、そのため、第2回路20の共振周波数が変化する。
As described above, according to the present embodiment, the
即ち、燃料タンク6外の第1回路10と燃料タンク6内の第2回路20とが磁気的に結合されているので、第1回路10から第2回路20に交流電圧信号が伝達され、第2回路20から第1回路10に当該交流電圧信号の反射信号が伝達され、そのため、液体タンクに貫通孔を設けることなく第1回路10と第2回路20との間で信号を伝達することができ、燃料タンク6の気密性を確保できる。また、燃料タンク6内の燃料Fの液面レベルに応じて第2回路20の共振周波数が変化するので、第2回路20から第1回路10へ戻る反射信号(反射波)の大きさが変化し、そのため、第1回路10における共振周波数のずれが生じてインピーダンスが変化する。即ち、燃料タンク6内の燃料Fの液面レベルに応じて第1回路10のインピーダンスが変化するので、このインピーダンスに基づいて液面レベルを詳細且つ正確に測定することができる。
That is, since the
また、静電容量体22を構成する一対の電極32のそれぞれが、燃料Fに対して絶縁されるように、絶縁材料である支持部材31及び樹脂フィルムの間に挟み込まれて覆われているので、燃料タンク6内の燃料Fが導電性を有する場合に、当該燃料Fを通じて各電極32間に電流が流れることを防止でき、そのため、導電性を有する燃料Fの液面レベルを測定することができる。
Further, each of the pair of
また、静電容量体22を構成する一対の電極32が、支持部材31上に互いに噛み合う櫛歯状に形成された配線パターンで構成されているので、直線状に形成された配線パターンに比べて電極長を長くでき、そのため、静電容量体22における液面レベルあたりの静電容量を増やすことができ、そのため、液面レベルの変化に対する静電容量値の変化を大きくすることができ、液面レベルをより正確に測定できる。
In addition, since the pair of
また、第1回路10が、第1コイル11と並列に接続されたインピーダンス整合用コンデンサ12をさらに有しているので、任意の入力周波数に対して、第1コイル11と第2コイル21との伝送効率を高めることができ、そのため、大型コイルを用いて磁気結合効率を上げる必要がなくなり、第1コイル11及び第2コイル21を小型化できる。磁気結合効率を高めるためにはコイル間距離を短くすることが有効であるが、第1コイル11及び第2コイル21を小型化することで、燃料タンク6のフランジ7の面積又はフランジ7に設けられた各コイル11、21が固定される薄肉部面積を小さくすることができ、フランジ7の耐圧性を高めて、燃料タンク6全体の耐圧性を確保できる。
In addition, since the
また、第2回路20が、静電容量体22と並列に接続された並列共振コイル23をさらに有しているので、静電容量体22の静電容量値の変化、即ち、液面レベルに対するインピーダンスの変化がなだらかになり、例えば、インピーダンスの変化が急峻な直列共振回路に比べて、幅広い静電容量値の変化、即ち、液面レベルの変化を測定できる。
Further, since the
また、液面レベル検出装置1が、上述した液面レベルセンサ8を有し、この液面レベルセンサ8に交流電圧信号を入力するとともに、液面レベルセンサ8から出力された信号に基づいて液面レベルを検出するので、燃料タンク6の気密性を確保しつつ液面レベルセンサ8のインピーダンスに基づいて液面レベルを詳細且つ正確に測定することができる。
Further, the liquid
上述した本実施形態においては、交流信号発生部40において一定周波数で且つ一定振幅の交流電圧信号を生成して液面レベルセンサ8に入力するものであったが、これに限定されるものではない、例えば、交流信号発生部40において、周波数が徐々に変化する(周波数スイープした)交流電圧信号を生成して液面レベルセンサ8に入力し、液面レベルセンサ8の信号の第1回路の通過特性が最も小さくなったとき(即ち、第1回路10のインピーダンスが最大になったとき)の周波数に基づいて、静電容量体22の静電容量値、即ち、液面レベルを検出するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、本実施形態においては、上述した第1コイル11及び第2コイル21は、平型渦巻き状の配線パターンで構成されているものであったが、これに限定されるものではなく、例えば、互いに同軸に配置されたソレノイド型(円筒形状)のコイルとするなど、互いに磁気結合されるものであれば、第1コイル11及び第2コイル21の構成は任意である。また、第1コイル11及び第2コイル21はそれぞれ非導電性のフランジ7に設けられていたが、これに限定されるものではなく、例えば、燃料タンク6自体が非導電性の材料で構成されている場合などにおいては、これら第1コイル11及び第2コイル21を、燃料タンク6の壁部を挟んで対向するように配置しても良い。
In the present embodiment, the
上述した実施形態は、車両に搭載され、液化ガスを収容する燃料タンク内の燃料Fの液面レベルを検出する液面レベル検出装置を説明するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、工場や家庭などに設置され、各種燃料や各種薬液などを収容するとともにその液面レベルを検出する液面レベル検出装置などであってもよく、本発明の目的に反しない限り、本発明の液面レベルセンサ及び液面レベル検出装置を適用する装置やシステムは任意である。また、液面レベルの測定対象となる液体についても、例えば、石油液化ガス、エタノール、ガソリン、軽油などの車両用燃料や、窒素、酸素、アンモニアなどの工業用途の液化ガス、各種薬液等、本発明の目的に反しない限り、その種類は任意である。 The above-described embodiment describes the liquid level detecting device that detects the liquid level of the fuel F in the fuel tank that is mounted on the vehicle and stores the liquefied gas. However, the present invention is not limited to this. Absent. For example, it may be a liquid level detector that is installed in a factory or home, and contains various fuels or various chemicals and detects the liquid level thereof. The apparatus and system to which the liquid level sensor and the liquid level detector are applied are arbitrary. In addition, liquids that are subject to liquid level measurement include, for example, vehicle fuels such as petroleum liquefied gas, ethanol, gasoline, and light oil, liquefied gases for industrial use such as nitrogen, oxygen, and ammonia, and various chemical solutions. As long as the object of the invention is not violated, the type is arbitrary.
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 In addition, embodiment mentioned above only showed the typical form of this invention, and this invention is not limited to embodiment. That is, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 液面レベル検出装置
6 燃料タンク(液体タンク)
7 フランジ
8 液面レベルセンサ
10 第1回路
11 第1コイル
12 インピーダンス整合用コンデンサ
20 第2回路
21 第2コイル
22 静電容量体
23 並列共振コイル
31 支持部材(絶縁基材)
32 一対の電極
33 樹脂フィルム(絶縁材料)
40 交流信号発生部
50 液面レベル検出部
53 整流回路
1
7
32 Pair of
40
Claims (4)
前記液体タンク外に配設された、第1コイルを有する、第1回路と、
前記液体タンク内に配設された、当該第1コイルと磁気的に結合するように配置された第2コイルと、前記第2コイルと閉路を構成するように接続された静電容量体と、を有する第2回路と、を有し、
前記静電容量体が、互いに近接して対向配置された一対の電極で構成されるとともに、前記液体タンク内の液体の液面レベルに応じて前記一対の電極の全体のうち前記液体に浸かる部分の割合が変化するように前記液体タンク内に配置されている
ことを特徴とする液面レベルセンサ。 A liquid level sensor for measuring a liquid level of a liquid stored in a liquid tank,
A first circuit having a first coil disposed outside the liquid tank;
A second coil disposed in the liquid tank and disposed so as to be magnetically coupled to the first coil; a capacitance body connected to form a closed circuit with the second coil; A second circuit having
The electrostatic capacity body is composed of a pair of electrodes disposed in close proximity to each other, and a portion of the entire pair of electrodes that is immersed in the liquid according to the liquid level of the liquid in the liquid tank It is arrange | positioned in the said liquid tank so that the ratio may change, The liquid level sensor characterized by the above-mentioned.
請求項1〜3のいずれか一項に記載された液面レベルセンサと、
前記液面レベルセンサの第1コイルの一方の端子に接続された、交流信号を出力する、交流信号発生部と、
前記液面レベルセンサの第1コイルの他方の端子に接続された、当該他方の端子の信号に基づいて前記液面レベルを検出する、液面レベル検出部と、を有している
ことを特徴とする液面レベル検出装置。 A liquid level detecting device for detecting a liquid level of a liquid stored in a liquid tank,
The liquid level sensor according to any one of claims 1 to 3,
An AC signal generator connected to one terminal of the first coil of the liquid level sensor and outputting an AC signal;
A liquid level detecting unit connected to the other terminal of the first coil of the liquid level sensor and detecting the liquid level based on a signal of the other terminal; Liquid level detection device.
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