JP2013190379A

JP2013190379A - 液面レベル検出装置

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Publication number: JP2013190379A
Application number: JP2012058358A
Authority: JP
Inventors: Shimpei Kato; 慎平加藤; Takahiro Shoda; 隆博荘田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: JP5923350B2

Abstract

【課題】予めセンサの特性の計測が不要で、誘電率に影響されずに容易に液位の検出が行える液面レベル検出装置を提供する。
【解決手段】容器内に設置されたセンサ２ａ〜２ｂが鉛直方向に並べて配置されたセンサ電極部２と、各センサ２ａ〜２ｂが計測した静電容量値から、液位を計算して検出するセンサ計測部３を備えて、センサ計測部３では、各センサ２ａ〜２ｂが計測した静電容量値のうち、最下端に位置するセンサ２ａの静電容量値を基準として、センサ２ａの静電容量と一致するか否かに応じて液面が位置するセンサを特定し、特定されたセンサの静電容量と最下端に配置されているセンサの静電容量との比に基づいて当該特定されたセンサにおける液面レベルを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器の液面レベルによる静電容量の変化を出力するセンサ部と、そのセンサの出力結果に基づいて液面レベルを検出する液面レベル検出装置に関する。

従来の静電容量式液面レベルセンサにおいては、様々な液体に対応して液面レベル（液位）を正確に計測するために、液位を計測するための電極（液位センサ）と、液体の誘電率変化を計測するための誘電率補正電極（誘電率補正センサ）が設けられ、常に液体の誘電率変化を監視して液位を補正する必要がある。

誘電率補正センサは一般的に計測する液体が入っている容器の底部に設置し、例えばシールド構造を用いることで液位の変化によって誘電率補正電極の容量が変化しないようにしている（例えば特許文献１を参照）。

特開２００５−１８１１６５号公報

上述した従来の静電容量式液面レベルセンサを用いた液位の検出装置では、誘電率補正を行うために、予め液位センサと誘電率補正センサの特性を計測しておき、その特性をマイコン等の液位を検出する演算制御回路等に記憶させておく必要があるという問題があった。特に各センサ電極には個体差（誤差）があるためにセンサ各々に対する特性の書き込みが必要となり手間がかかる。

また、誘電率補正センサを構成する電極の寸法誤差により液位の補正にずれが生じてしまうという問題もあった。

そこで、本発明は、予めセンサの特性の計測が不要で、誘電率に影響されずに容易に液位の検出が行える液面レベル検出装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、容器内に配置されて電極間の静電容量を計測するセンサと、前記センサが計測した静電容量の変化に基づいて前記容器内の液面レベルを検出する検出手段と、を備えた液面レベル検出装置において、複数の前記センサが前記容器の鉛直方向に並べて配置されているとともに、前記検出手段が、複数の前記センサそれぞれに対して静電容量を計測させ、最下端に配置されている前記センサの静電容量を基準として、他の前記センサが計測した静電容量に基づいて前記容器内の液面レベルを検出することを特徴とする液面レベル検出装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記検出手段が、最下端に配置されている前記センサの静電容量と一致するか否かに応じて液面が位置する前記センサを特定し、特定された前記センサの静電容量と最下端に配置されている前記センサの静電容量との比に基づいて当該特定された前記センサにおける液面レベルを検出することを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記検出手段が、前記複数のセンサそれぞれに対して静電容量を計測させた結果に基づいて液面から露出している前記センサを特定する露出特定手段と、前記露出特定手段により特定された前記センサの静電容量と、前記検出手段により液面が位置すると特定された前記センサの静電容量と、最下端に配置されている前記センサの静電容量と、に基づいて結露による静電容量を補正して前記液面レベルを検出する補正手段と、を備えていることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の発明において、前記複数のセンサは、同一基板上に、複数のセンサ電極と、一つの接地電極と、が設けられて構成されており、前記基板上には、前記複数のセンサ電極が直線状に並べて配置されているとともに、前記複数のセンサ電極と前記一つの接地電極とは互いに一定の間隔を空けて配置されていることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記複数のセンサは、表面に前記複数のセンサ電極および前記一つの接地電極が設けられている第１の基板と、前記第１の基板に重ねられているとともに、前記第１の基板と重ならない側の面の全面に前記一つの接地電極とは異なる第２接地電極が設けられている第２の基板と、を備え、前記第１の基板と前記第２の基板に挟まれるように前記複数のセンサ電極、前記一つの接地電極および前記第２接地電極各々を外部と接続するための端子と電気的に接続する配線層が設けられていることを特徴とするものである。

以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、センサ部が、複数のセンサが容器の鉛直方向に並べて配置されて、検出手段が、複数のセンサそれぞれに対して静電容量を計測させ、最下端に配置されているセンサの静電容量を基準として、他のセンサが計測した静電容量に基づいて容器内の液面レベルを検出するので、最下端に配置されたセンサの静電容量を基準として順次比較することで、容器内に鉛直方向に並べられている複数のセンサのうちどのセンサの位置に液位が位置するか検出することができ、その液位が位置するセンサの静電容量から正確な液位を検出することができる。したがって、予めセンサの特性を計測する必要が無く、誘電率に影響されずに容易に液位の検出が行える。

請求項２に記載の発明によれば、検出手段が、最下端に配置されているセンサの静電容量と一致するか否かに応じて液面が位置するセンサを特定し、特定されたセンサの静電容量と最下端に配置されているセンサの静電容量との比に基づいて当該特定されたセンサにおける液面レベルを検出するので、最下端に配置されているセンサを基準として、液面位置を特定して、液面レベルを検出することができる。

請求項３に記載の発明によれば、検出手段が、複数のセンサそれぞれに対して静電容量を計測させた結果に基づいて液面から露出しているセンサを特定する露出特定手段と、露出特定手段により特定されたセンサの静電容量と、検出手段により液面が位置すると特定されたセンサの静電容量と、最下端に配置されているセンサの静電容量と、に基づいて結露による静電容量を補正して液面レベルを検出する補正手段と、を備えているので、液面から完全に露出しているセンサの静電容量から結露による補正分を算出することができ、結露による影響を少なくして、検出精度を高めることができる。

請求項４に記載の発明によれば、複数のセンサは、同一基板上に、複数のセンサ電極と、一つの接地電極と、が設けられて構成されており、基板上には、複数のセンサ電極が直線状に並べて配置されているとともに、複数のセンサ電極と一つの接地電極とは互いに一定の間隔を空けて配置されているので、同一基板上に複数のセンサを並べて配置することができ、容器内への設置が容易となる。

請求項５に記載の発明によれば、センサ部は、表面に複数のセンサ電極および一つの接地電極が設けられている第１の基板と、第１の基板に重ねられているとともに、第１の基板と重ならない側の面の全面に一つの接地電極とは異なる第２接地電極が設けられている第２の基板と、を備え、第１の基板と第２の基板に挟まれるように複数のセンサ電極、一つの接地電極および第２接地電極各々を外部と接続するための端子と電気的に接続する配線層が設けられているので、第１の基板で各センサ電極が静電容量を検出し、検出した静電容量が配線層を通して外部へ出力することができる。配線層は第１の基盤と第３の基板の接地電極によりシールドされるため、液位の変化による配線容量の変化を防止することができる。

本発明の一実施形態にかかる液体レベル検出装置の構成図である。図１に示されたセンサ電極部の構成図である。図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図１に示された液体レベル検出装置の液位検出動作を示したフローチャートである。図４に示された液位計算の動作を示したフローチャートである。図４および図５のフローチャートの動作説明用のセンサ電極部の図である。液位検出動作の具体例を示したグラフである。結露を考慮した液位検出動作の具体例を示したグラフである。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる液面レベル検出装置１の構成図である。図２は図１に示されたセンサ電極部の構成図である。図３は、図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図１ないし図３に示すように、液面レベル検出装置１は、センサ電極部２と、センサ計測部３と、を備えている。

センサ電極部２は、センサ２ａ〜２ｈまでの８つのセンサが図面上縦方向に沿って並べられており、この縦方向が容器内における鉛直方向となる。つまり、容器内にセンサ電極部２が設置された場合、センサ２ａが容器の最下端（底）側となり、センサ２ｈが容器の最上端側となる。なお、本実施形態ではセンサが８つの場合で説明するが、センサの数はそれに限らず、複数であれば設置する容器の大きさや検出精度などに応じて適宜決定すればよい。

センサ電極部２は、図２および図３に示したように、第１の基板としての基板４と、第２の基板としての基板５と、を備えた導体層が３層形成される３層プリント基板で構成されている。

基板４は、略長方形状に形成され、電極４ａ〜４ｉおよび端子４ｊが形成されている。複数のセンサ電極としての電極４ａ〜４ｈは、二等辺三角形状に形成され、基板４の長手方向の一方の辺に沿うように電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈの順に並べて直線状に配置されている。つまり、電極４ａ〜４ｈは基準となる線に沿うように直線状に配置されていれば、辺同士が対向するように配置されなくともよい。即ち、センサ電極部２は、基板４の長手方向が容器の鉛直方向となるように設置される。勿論、電極４ａ〜４ｈは互いに接することなく、間隔を空けて配置されている。

一つの接地電極としての電極４ｉは、基板４の電極４ａ〜４ｈが形成されている以外の部分に形成されている。電極４ｉは、電極４ａ〜４ｈとは接触することなく、電極４ａ〜４ｈの斜面部分と一定の間隔（図２のａ）を空けるように配置されている。

端子４ｊは、端子４ｊ１〜４ｊ９が基板４の長手方向の一端部に形成され、各センサからの計測値の出力端子および接地端子として機能する。端子４ｊは、後述する配線５ａ〜５ｉとスルーホールで電気的に接続されている。なお、端子４ｊは、各端子間および電極４ａ〜４ｉとは、基板４の同一平面上で接していない。

基板５は、基板４と同形の略長方形状に形成され、一方の面（以降の説明では表面とする）５１に配線５ａ〜５ｉが形成され、他方の面（以降の説明では裏面とする）５２には電極５ｋが形成されている。

配線層としての配線５ａ〜５ｈは、互いに間隔を空けて基板５の長手方向の一方の端部から他方の端部まで同じ長さで延在している。このように構成することで、配線容量に僅かな変化が起きたとしても、全ての配線容量をキャンセルすることができる。また、配線５ｉは、他の配線５ａ〜５ｈよりも短くなっているが、この配線５ｉは、接地電極用の配線であるため、端子と接地電極間を接続するだけの長さでよい。なお、配線５ｉは他の配線５ａ〜５ｈと離れて配置されているが、それに限らず、配線５ａ〜５ｈと同様の間隔で配置してもよい。

配線５ａ〜５ｉは、それぞれ、配線上の２箇所にスルーホール５ｊが形成され、そのスルーホール５ｊを介して基板４上の対応する電極と端子４ｊとを電気的に接続する。即ち、配線５ａは、電極４ａと端子４ｊ１を電気的に接続し、配線５ｂは、電極４ｂと端子４ｊ２を電気的に接続し、配線５ｃは、電極４ｃと端子４ｊ３を電気的に接続し、配線５ｄは、電極４ｄと端子４ｊ４を電気的に接続し、配線５ｅは、電極４ｅと端子４ｊ５を電気的に接続し、配線５ｆは、電極４ｆと端子４ｊ６を電気的に接続し、配線５ｇは、電極４ｇと端子４ｊ７を電気的に接続し、配線５ｈは、電極４ｈと端子４ｊ８を電気的に接続し、配線５ｉは、電極４ｉおよび電極５ｋと端子４ｊ９を電気的に接続している。

第２接地電極としての電極５ｋは、基板５の裏面５２全面に形成され、上述したようにスルーホールと配線５ｉによって端子４ｊ９と電気的に接続される。

基板４と基板５は、図３に示したように、基板５の表面５１側に基板４が重ねられるようにして３層プリント基板を構成する。したがって、電極４ａ〜４ｉは、センサ電極部２の一方の片面側に形成され、電極５ｋは、センサ電極部２の他方の片面側に形成される。なお、電極４ａ〜４ｉが形成される面には、図３に示したように導電性の液体でも計測できるために絶縁材料４ｋがコーティングされている。

上述した構成のセンサ電極部２は、電極４ａ〜４ｈが複数のセンサ電極として機能し、電極４ｉが一つの接地電極として機能する。即ち、電極４ａと電極４ｉが図１のセンサ２ａであり、端子４ｊ１がセンサ２ａの出力としてセンサ計測部３に接続される。電極４ｂと電極４ｉが図１のセンサ２ｂであり、端子４ｊ２がセンサ２ｂの出力としてセンサ計測部３に接続される。電極４ｃと電極４ｉが図１のセンサ２ｃであり、端子４ｊ３がセンサ２ｃの出力としてセンサ計測部３に接続される。電極４ｄと電極４ｉが図１のセンサ２ｄであり、端子４ｊ４がセンサ２ｄの出力としてセンサ計測部３に接続される。電極４ｅと電極４ｉが図１のセンサ２ｅであり、端子４ｊ５がセンサ２ｅの出力としてセンサ計測部３に接続される。電極４ｆと電極４ｉが図１のセンサ２ｆであり、端子４ｊ６がセンサ２ｆの出力としてセンサ計測部３に接続される。電極４ｇと電極４ｉが図１のセンサ２ｇであり、端子４ｊ７がセンサ２ｇの出力としてセンサ計測部３に接続される。電極４ｈと電極４ｉが図１のセンサ２ｈであり、端子４ｊ８がセンサ２ｈの出力としてセンサ計測部３に接続される。そして、電極４ｉが接続される端子４ｊ９は、図１の各センサを接地するための端子に相当する。

なお、配線５ａ〜５ｉは、基板５に形成するのではなく、基板４の電極４ａ〜４ｉが設けられている面の裏側の面に形成してもよい。要するに、３層プリント基板の中間層、つまり、第１の基板と第２の基板に挟まれるように、複数のセンサ電極、一つの接地電極および第２接地電極各々を端子と電気的に接続する配線層を構成できればよい。

検出手段、露出特定手段、補正手段としてのセンサ計測部３は、各センサの切り替えを行うマルチプレクサなどの信号切り替え回路とセンサから検出された静電容量値を電圧値等に変換するためのＣＶ変換回路やＣＦ変換回路および変換回路で変換された電圧値や周波数から液位（液面レベル）を検出するマイコン等の演算制御回路を備えている。

次に、上述した構成の液面レベル検出装置１において、液位を計測する際の動作を図４および図５のフローチャートを参照して説明する。図４および図５に示したフローチャートはセンサ計測部３のマイコン（演算制御回路）で実行される。

なお、図４および図５のフローチャートの説明において、図６に示すように、センサ２ａ〜２ｈをセンサ１〜８と記載し、Ｈをセンサ電極部２全体での液位（容器内の液位）、ｈをセンサ１つ当たりの液位、Ｃ_nをセンサｎ（ｎ＝１〜８）の静電容量値とする。

まず、図４にステップＳ１０１において、センサ１〜８の計測を行ってステップＳ１０２に進む、本ステップでは、信号切り替え回路を切り替えて、センサ１〜８、つまり、電極４ａ〜４ｈと電極４ｉとの間で形成されるコンデンサの静電容量値を計測してＣＶ変換回路等で電圧値に変換する。なお、計測の順序はセンサ１〜８の順でもよいし逆でもよい。また、信号切り替え回路を備えずにＣＶ変換回路等を複数備えて一度に計測するようにしてもよい。即ち、検出手段が、複数のセンサそれぞれに対して静電容量を計測させている。

次に、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で計測されたセンサ１の静電容量値であるＣ₁の値の初期値からの変化量が０であるか否かを判断し、０である場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１０３に進み、０でない場合（ＮＯの場合）はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０３においては、液位は０（Ｈ＝０）としてステップＳ１０１に戻る。各センサは配線容量など初期値を持っているため、センサ１の静電容量の初期値からの変化量が０のときはセンサ１が液体に全く触れていない状態であると判断でき、センサ１は容器の最下端に配置されているセンサであるため液位は０であるといえる。そして、この液位の情報は、センサ計測部３から図示しない表示装置などに出力されて、例えば、液位を示す表示がなされる。

ステップＳ１０４においては、ステップＳ１０１で計測されたセンサ１の静電容量値であるＣ₁の値がセンサ２の静電容量値であるＣ₂以上であるか否かを判断し、Ｃ₂以上である場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１０６に進み、Ｃ₂以上でない場合（ＮＯの場合）はステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５においては、液位は０（Ｈ＝０）としてステップＳ１０１に戻る。本ステップの場合、静電容量（の変化量）が０ではないがセンサ１よりもセンサ２の静電容量が多い状態であるので、センサに液位を計測する液体は触れていないが、結露による液体がセンサに付着しているとして、液位を０とみなしている。なお、ステップＳ１０４では、Ｃ₂と比較していたが、Ｃ₂〜Ｃ₈の平均値と比較してもよい。そのようにすることで、より精度良く結露が付着している状態を検出することができる。

ステップＳ１０６においては、センサ１の静電容量値であるＣ₁とセンサ２の静電容量値であるＣ₂が同じ値になった際のＣ₁の値をＣ₁参照値として記憶しているか否かを判断し、記憶している場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１０７に進み、記憶していない場合はステップＳ１０９に進む。本実施形態では、後述するように最下端に位置するセンサ１の静電容量値を基準として液位を検出するが、センサ１自身に液位がある場合は、そのままでは基準値がないため検出できない。そのため、基準値としてセンサ１とセンサ２が同じ値になった際の静電容量値を記憶し、その値をＣ₁参照値として検出する。つまり、センサ１とセンサ２が同じ値になるということは、液位がセンサ２まで完全に浸漬している状態であると言えるので、基準値（参照値）とするセンサ１が完全に浸漬している状態の静電容量値を取得することがきる。

ステップＳ１０７においては、Ｃ₁参照値がステップＳ１０１で計測されたセンサ１の静電容量値であるＣ₁の値と同じ値であるか否かを判断し、同じ値である場合は（ＹＥＳの場合）はステップＳ１０９に進み、同じ値でない場合（ＮＯの場合）はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ１上にあると判断されたので、液位計算（１）として図５のフローチャートにより液位を算出してステップＳ１０１に戻る。なお、図５のフローチャートの説明は後述する。

ステップＳ１０９においては、ステップＳ１０１で計測されたセンサ１の静電容量値であるＣ₁の値とセンサ２の静電容量値であるＣ₂の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合（ＹＥＳの場合）は、このときのセンサ１の値をＣ₁参照値として記憶しステップＳ１１１に進み、同じ値でない場合（ＮＯの場合）はステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ２上にあると判断されたので、液位計算（２）として図５のフローチャートにより液位を算出してステップＳ１０１に戻る。

ここで、図５に示したフローチャートに沿って液位を計算（検出）する動作を説明する。まず、ステップＳ２０１において、露出電極の容量の平均値Ｃ_aveを計算し、ステップＳ２０２に進む。本ステップでは液位があるセンサｎよりも上位（上側）に位置するセンサｎ＋１〜８、つまり液面から完全に露出している電極の静電容量の平均値Ｃ_aveを次に示す（１）式により算出している。

次に、ステップＳ２０２において、結露補正値Ｃ_calibを計算し、ステップＳ２０３に進む。液位のあるセンサｎに結露による付着容量がある場合、付着容量を露出電極の容量の平均値Ｃ_aveとした場合、液位があるセンサｎの静電容量Ｃ_nは、次に示す（２）式で表される。

したがって、（２）式から次に示す（３）式が導き出される。つまり、本ステップでは液位があるセンサｎの静電容量Ｃ_nから露出電極の静電容量の平均値Ｃ_aveの差分をセンサ１の静電容量Ｃ₁と露出電極の静電容量の平均値Ｃ_aveとの比に基づく値で除算する（３）式により結露補正値Ｃ_calibを算出している。この（３）式により液位があるセンサｎに付着した結露分の補正がなされる。即ち、液面から露出していると特定されたセンサの静電容量と、液位があるセンサｎの静電容量Ｃ_nと、センサ１の静電容量Ｃ₁と、に基づいて結露による静電容量を補正している。

次に、ステップＳ２０３において、液位（Ｈ）を計算してリターンする。本ステップではセンサ１の静電容量値であるＣ₁を基準として次に示す（４）式により液位を計算している。

（４）式は、液面があるセンサにおける液位をセンサ１の静電容量値であるＣ₁を基準として液面があるセンサの静電容量値との比で計算し、その値に液面があるセンサより下位（下側）に位置するセンサ分の液位を加算している。即ち、最下端に配置されているセンサの静電容量を基準として、他のセンサが計測した静電容量に基づいて容器内の液面レベルを検出している。なお、（４）式は、ステップＳ１０８において実行する場合は、Ｃ₁の値をＣ₁参照値に置き換えて計算する。

図４のフローチャートに戻ってステップＳ１１１においては、ステップＳ１０１で計測されたセンサ２の静電容量値であるＣ₂の値とセンサ３の静電容量値であるＣ₃の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１１３に進み、同じ値でない場合（ＮＯの場合）はステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ３上にあると判断されたので、液位計算（３）として図５のフローチャートにより液位を算出してステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１１３においては、ステップＳ１０１で計測されたセンサ３の静電容量値であるＣ₃の値とセンサ４の静電容量値であるＣ₄の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１１５に進み、同じ値でない場合（ＮＯの場合）はステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ４上にあると判断されたので、液位計算（４）として図５のフローチャートにより液位を算出してステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１１５においては、ステップＳ１０１で計測されたセンサ４の静電容量値であるＣ₄の値とセンサ５の静電容量値であるＣ₅の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１１７に進み、同じ値でない場合（ＮＯの場合）はステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ５上にあると判断されたので、液位計算（５）として図５のフローチャートにより液位を算出してステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１１７においては、ステップＳ１０１で計測されたセンサ５の静電容量値であるＣ₅の値とセンサ６の静電容量値であるＣ₆の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１１９に進み、同じ値でない場合（ＮＯの場合）はステップＳ１１８に進む。ステップＳ１１８においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ６上にあると判断されたので、液位計算（６）として図５のフローチャートにより液位を算出してステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１１９においては、ステップＳ１０１で計測されたセンサ６の静電容量値であるＣ₆の値とセンサ７の静電容量値であるＣ₇の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１２１に進み、同じ値でない場合（ＮＯの場合）はステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ７上にあると判断されたので、液位計算（７）として図５のフローチャートにより液位を算出してステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１２１においては、ステップＳ１０１で計測されたセンサ７の静電容量値であるＣ₇の値とセンサ８の静電容量値であるＣ₈の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１２３に進み、同じ値でない場合（ＮＯの場合）はステップＳ１２２に進む。ステップＳ１２２においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ８上にあると判断されたので、液位計算（８）として図５のフローチャートにより液位を算出してステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１２３においては、センサ７の静電容量値であるＣ₇の値とセンサ８の静電容量値であるＣ₈の値とが同じ値であると判断されたので、センサ１〜センサ８までの静電容量が同じ値となり、液位はＦｕｌｌの状態にあると判断してステップＳ１０１に戻る。

図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１０７、Ｓ１０９、Ｓ１１１、Ｓ１１３、Ｓ１１５、Ｓ１１７、Ｓ１１９、Ｓ１２１は、センサ１よりも静電容量値が小さいセンサを特定しており、実質的に複数のセンサそれぞれに対して静電容量を計測させた結果に基づいて液面から露出しているセンサを特定している。

ここで、上述した動作の具体例を図７および図８を参照して説明する。

図７および図８は、センサ毎に検出された静電容量をセンサの配置順に示したグラフである。図７はセンサ３の中央に液面があった場合である。この場合、センサ１と２の位置には液体１が満たされているので、静電容量は同じ値となり、センサ３は、中央付近に液面があることからセンサ１の半分の静電容量となる。したがって、センサ１の静電容量を基準とすると、センサ２は同じ値なのでセンサ２は完全に液体１に浸漬されていることが分かり、センサ３は、センサ１の半分の値なので中央まで液体１に浸漬されていることが分かるため液体１の液位が検出できる。図４のフローチャートでは、ステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６、（Ｓ１０７）、Ｓ１０９、Ｓ１１１、Ｓ１１２と進む。

図７において、液体１と誘電率の異なる液体２の場合でも、同様にして液位を検出することができる。本実施形態では、最下端（最下位）に配置されたセンサ１を基準にして液位を検出しているため、誘電率が異なっても誘電率補正等の動作をする必要は無い。

次に、図８は、センサに結露が付着して付加容量が検出されている場合の例である。図８に示したように、センサ３には、結露が付着しているため、本来の液位による静電容量よりも付加容量分多い値が検出されている。そのため、上述した（３）式により結露の付加容量分の補正することで、本来の液位による静電容量へ補正することができる。また、実際の液位の検出は液面の位置するセンサ３の静電容量で検出するので、センサ４〜８に付着した結露による静電容量の変動が液位の誤差にならない。

以上の実施形態によれば、容器内に設置されたセンサ２ａ〜２ｂが鉛直方向に並べて配置されたセンサ電極部２と、各センサ２ａ〜２ｂが計測した静電容量値から、液位を計算して検出するセンサ計測部３を備えて、センサ計測部３では、各センサ２ａ〜２ｂが計測した静電容量値のうち、最下端に位置するセンサ２ａの静電容量値を基準として、センサ２ａの静電容量と一致するか否かに応じて液面が位置するセンサを特定し、特定されたセンサの静電容量と最下端に配置されているセンサの静電容量との比に基づいて当該特定されたセンサにおける液面レベルを検出しているので、最下端に配置されたセンサ２ａの静電容量と順次比較することで、センサ２ｂ〜２ｈのうちどのセンサの位置に液位が位置するか検出することができ、その液位が位置するセンサの静電容量とセンサ２ａの静電容量から正確な液位を検出することができる。したがって、予めセンサの特性を計測する必要が無く、誘電率に影響されずに容易に液位の検出が行える。

また、センサ計測部３が、液面から完全に露出しているセンサを特定し、特定されたセンサの静電容量からセンサに付着している結露による静電容量と、液面が位置すると特定されたセンサの静電容量と、最下端に配置されているセンサの静電容量と、に基づいて結露による静電容量を補正して液面レベルを検出することで、結露による影響を少なくすることができ、検出精度を高めることができる。

また、センサ電極部２は、基板４上に複数のセンサの測定電極となる電極４ａ〜４ｈと接地電極となる電極４ｉが形成され、電極４ａ〜４ｈが直線状に並べられて配置されているともに、電極４ａ〜４ｈと電極４ｉは互いに一定の間隔を空けて配置されているので、一つの基板上に複数のセンサを並べて配置することができ、容器内に容易に設置することができる。

また、センサ電極部２は、基板４に電極４ａ〜４ｉを形成し、基板５の表面５１に電極４ａ〜４ｉと端子４ｊとを電気的に接続する配線５ａ〜５ｉを形成して、基板５の裏面５２に接地電極となる電極５ｋを形成した３層プリント基板で構成されているので、電極４ａ〜４ｈで検出された静電容量（電圧）は配線５ａ〜５ｉを通して端子４ｊに出力することができ、これらの配線は設置電極で挟まれるため、液位の変化による配線容量の変化を防止することができる。

なお、上述した実施形態では、最下位のセンサの値と下位のセンサの値から順次比較して液位を検出していたが、逆に最下位のセンサの値と上位のセンサの値を順次比較して液位を検出してもよい。例えば図７や図８の場合、センサ８から順にセンサ１の値と比較し、センサ１と同じ値のセンサが検出された場合（センサ２）は、その１つ上位のセンサ（センサ３）に液位があると判断して液位検出を行うようにすればよい。

また、上述した実施形態では、センサ電極部２のセンサ電極４ａ〜４ｈは二等辺三角形状に形成されていたがそれに限らず、矩形や扇形など他の形状でもよい。但し、各センサ電極４ａ〜４ｈは同形状（同面積）であって、対向する接地電極である電極４ｉとは一定の間隔を空けて配置する必要がある。また、センサ電極４ａ〜４ｈと電極４ｉとは対向している長さが長いほど液位の変化に対して静電容量の変化が大きくなるので、図示したような斜面を含む三角形や曲線を含む扇形などの方が好ましい。

なお、上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、実施の形態に限定されるものではない。すなわち、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。

１液体レベル検出装置
２センサ電極部（複数のセンサ）
３センサ計測部（検出手段、露出特定手段、補正手段）
３ａ〜３ｈセンサ電極
３ｉ接地電極（一つの接地電極）
４基板（第１の基板）
４ｋ接地電極（第２接地電極）
５基板（第２の基板）

Claims

容器内に配置されて電極間の静電容量を計測するセンサと、前記センサが計測した静電容量の変化に基づいて前記容器内の液面レベルを検出する検出手段と、を備えた液面レベル検出装置において、
複数の前記センサが前記容器の鉛直方向に並べて配置されているとともに、
前記検出手段が、複数の前記センサそれぞれに対して静電容量を計測させ、最下端に配置されている前記センサの静電容量を基準として、他の前記センサが計測した静電容量に基づいて前記容器内の液面レベルを検出する
ことを特徴とする液面レベル検出装置。
前記検出手段が、最下端に配置されている前記センサの静電容量と一致するか否かに応じて液面が位置する前記センサを特定し、特定された前記センサの静電容量と最下端に配置されている前記センサの静電容量との比に基づいて当該特定された前記センサにおける液面レベルを検出することを特徴とする請求項１に記載の液面レベル検出装置。
前記検出手段が、
前記複数のセンサそれぞれに対して静電容量を計測させた結果に基づいて液面から露出している前記センサを特定する露出特定手段と、
前記露出特定手段により特定された前記センサの静電容量と、前記検出手段により液面が位置すると特定された前記センサの静電容量と、最下端に配置されている前記センサの静電容量と、に基づいて結露による静電容量を補正して前記液面レベルを検出する補正手段と、
を備えていることを特徴とする請求項２に記載の液面レベル検出装置。
前記複数のセンサは、同一基板上に、複数のセンサ電極と、一つの接地電極と、が設けられて構成されており、
前記基板上には、前記複数のセンサ電極が直線状に並べて配置されているとともに、前記複数のセンサ電極と前記一つの接地電極とは互いに一定の間隔を空けて配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の液面レベル検出装置。
前記複数のセンサは、表面に前記複数のセンサ電極および前記一つの接地電極が設けられている第１の基板と、前記第１の基板に重ねられているとともに、前記第１の基板と重ならない側の面の全面に前記一つの接地電極とは異なる第２接地電極が設けられている第２の基板と、を備え、前記第１の基板と前記第２の基板に挟まれるように前記複数のセンサ電極、前記一つの接地電極および前記第２接地電極各々を外部と接続するための端子と電気的に接続する配線層が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の液面レベル検出装置。