JP2014077646A - Water level sensor - Google Patents

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Kimitaka Harada
公隆 原田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water level sensor allowing output characteristics to be easily adjusted, thereby allowing the readjustment for secular variations and the change of a measurement range to be easily performed.SOLUTION: A water level sensor has a sensor body that is arranged in the water. The sensor body includes: a semiconductor pressure sensor element (pressure sensor unit) 44 that outputs an analog signal of voltage according to a water pressure; an A/D conversion unit 61 that converts an analog signal from the sensor element 44 into a digital signal; and an adjustment unit 63 that adjusts the digital signal on the basis of a predetermined output characteristic. The sensor is provided with a writing cable 21c for changing the output characteristic that is connected to the adjustment unit 63 from the outside of the sensor body.

Description

本発明は、水中に配置されて使用される水位センサに関する。   The present invention relates to a water level sensor used by being placed in water.

水位センサとしては、例えば水中に沈めて水位を検出する投げ込み式の水位センサが知られている。この水位センサは、センサ本体の内部に、水圧に応じた電気信号を出力する圧力センサと、この圧力センサからの信号を処理して外部に出力するアナログ回路系とを備えている。そして、水圧の増減に伴って、予め設定された出力特性(圧力ゼロ時の出力値や、単位圧力あたりの出力値など)に基づいた出力値を水位センサから出力することにより水位の計測を可能としている(例えば、特許文献1参照)。なお、水位センサの出力特性は、アナログ回路系に設けられたボリューム等を回して行われ、調整後は水位センサの本体内に収容されるため、外部からは容易に操作できない状態となっている。   As a water level sensor, for example, a throw-in type water level sensor that is submerged in water and detects the water level is known. This water level sensor includes a pressure sensor that outputs an electrical signal corresponding to the water pressure, and an analog circuit system that processes the signal from the pressure sensor and outputs the signal to the outside. The water level can be measured by outputting an output value from the water level sensor based on preset output characteristics (output value at zero pressure, output value per unit pressure, etc.) as the water pressure increases or decreases. (For example, refer to Patent Document 1). Note that the output characteristics of the water level sensor are adjusted by turning a volume or the like provided in the analog circuit system, and after adjustment, the water level sensor is housed in the main body of the water level sensor, so that it cannot be easily operated from the outside. .

特開2012−112924号公報JP 2012-112924 A

しかしながら、この水位センサは、圧力センサやアナログ回路系が時間の経過や温度変化によって劣化もしくは変質し、出力値を変動させる場合がある。このような出力値の変動は、その変動幅が予測できないことから水位センサの再調整が必要となる。この場合、水位センサを一旦水中から取り出し、センサ本体を分解してアナログ回路系のボリュームを回して初期の出力特性となるように手作業で再調整し、再びセンサ本体をシールするといった作業が必要となるため、作業者にとって面倒であり、また時間がかかる作業となっていた。また、測定範囲が水位0〜10mに初期調整された水位センサを水位0〜8mを測定範囲とする水位センサに変更して用いる場合においても、上記と同様にセンサ本体を分解してボリュームを回して調整した後に再度センサ本体をシールする必要があり、作業者にとって手間が掛かるものであった。   However, in this water level sensor, a pressure sensor or an analog circuit system may deteriorate or change in quality due to the passage of time or temperature, and the output value may be changed. Such fluctuations in output value require readjustment of the water level sensor because the fluctuation range cannot be predicted. In this case, it is necessary to take the water level sensor out of the water, disassemble the sensor body, turn the volume of the analog circuit system, readjust it manually to achieve the initial output characteristics, and seal the sensor body again. Therefore, it is troublesome and time consuming for the operator. Also, when the water level sensor whose measurement range is initially adjusted to the water level 0 to 10 m is changed to a water level sensor whose measurement range is the water level 0 to 8 m, the sensor body is disassembled and the volume is turned in the same manner as described above. After the adjustment, the sensor body needs to be sealed again, which is troublesome for the operator.

以上のような事情に鑑み、本発明では、出力特性の調整を簡単に行うことができるようにして、経年変化に対する再調整や、測定範囲の変更を容易に実施できるようにした水位センサを提供することを目的とする。   In view of the circumstances as described above, the present invention provides a water level sensor that can easily adjust the output characteristics and easily perform readjustment with respect to secular change and change of the measurement range. The purpose is to do.

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を採用する。水中に配置されるセンサ本体を有する水位センサであって、センサ本体は、水圧に応じて電圧に関するアナログ信号を出力する圧力センサ部と、圧力センサ部からのアナログ信号をデジタル信号へ変換するA/D変換部と、このデジタル信号を予め設定された出力特性に基づいて調整する調整部と、を備え、センサ本体の外部から調整部に接続され、出力特性を変更するための書き込み用ケーブルが設けられる。   In order to solve the above problems, the present invention employs the following means. A water level sensor having a sensor body disposed in water, the sensor body outputting a pressure sensor unit that outputs an analog signal related to a voltage in accordance with water pressure, and an A / A that converts the analog signal from the pressure sensor unit into a digital signal. A D conversion unit and an adjustment unit that adjusts the digital signal based on preset output characteristics, and is connected to the adjustment unit from the outside of the sensor body, and a writing cable for changing the output characteristics is provided. It is done.

また、センサ本体は、調整部において調整されたデジタル信号をアナログ信号へ変換して出力するD/A変換部を備えてもよい。また、圧力センサ部は、半導体基板に形成されたピエゾ抵抗によりブリッジ回路を構成した半導体圧力センサ素子が用いられてもよい。また、出力特性としては、圧力ゼロ時の出力に関するオフセット及び単位圧力あたりの出力に関するスパンのうち、少なくとも一方であってもよい。また、出力特性としては、圧力と出力との関係が直線性を維持するように補正されたものであってもよい。また、調整部は、圧力センサ部から温度変化に対応したデジタル信号が別途入力され、出力特性は、温度変化に応じて補正されるものであってもよい。また、調整部からセンサ本体の外部に引き出され、調整部からデジタル信号を取り出すための読み出し用ケーブルが設けられてもよい。   The sensor main body may include a D / A conversion unit that converts the digital signal adjusted by the adjustment unit into an analog signal and outputs the analog signal. The pressure sensor unit may be a semiconductor pressure sensor element in which a bridge circuit is configured by a piezoresistor formed on a semiconductor substrate. Further, the output characteristic may be at least one of an offset relating to an output at zero pressure and a span relating to an output per unit pressure. Further, as the output characteristics, the relationship between the pressure and the output may be corrected so as to maintain linearity. Further, the adjustment unit may separately receive a digital signal corresponding to a temperature change from the pressure sensor unit, and the output characteristic may be corrected according to the temperature change. In addition, a readout cable may be provided that is pulled out of the sensor body from the adjustment unit and takes out a digital signal from the adjustment unit.

本発明によれば、水位センサの出力特性の調整を簡単に行うことが可能となるので、長期の使用によって出力特性が変動した場合の再調整や、測定範囲の変更調整が容易となり、作業時間の短縮化を図るとともに、作業者の負担を軽減することができる。   According to the present invention, it becomes possible to easily adjust the output characteristics of the water level sensor. Therefore, readjustment when the output characteristics fluctuate due to long-term use, and change adjustment of the measurement range are facilitated. Can be shortened and the burden on the operator can be reduced.

本発明に係る水位センサの使用状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the use condition of the water level sensor which concerns on this invention. 本発明に係る水位センサの実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows embodiment of the water level sensor which concerns on this invention. 水位センサに用いられる回路構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the circuit structure used for a water level sensor. 水位センサの出力特性の調整例を示すグラフ図である。It is a graph which shows the example of adjustment of the output characteristic of a water level sensor. 水位センサの出力特性の調整例を示すグラフ図である。It is a graph which shows the example of adjustment of the output characteristic of a water level sensor. 水位センサの出力特性の調整例を示すグラフ図である。It is a graph which shows the example of adjustment of the output characteristic of a water level sensor.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではない。
図1に示すように、水位検出システム100は、水中に沈められた状態で水位を検出する投げ込み式の水位センサ101と、ケーブル20を介して水位センサ101と電気的に接続され、この水位センサ101からの出力を処理して水位を計測、表示する受信装置102とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the contents described below.
As shown in FIG. 1, a water level detection system 100 is electrically connected to a water level sensor 101 through a cable 20 and a throw-in type water level sensor 101 that detects the water level in a state where it is submerged in water. And a receiving device 102 that measures and displays the water level by processing the output from the device 101.

水位センサ101は、図1に示すように、例えば井戸やボーリング孔などに溜まった貯留水103内に吊り下げ状態で配置されている。なお、水位センサ101の配置として図1に示す吊り下げ状態に限定されず、例えば水底に寝かせた状態で配置してもよい。また、井戸等への使用の他に、河川、池、湖の他に、プールや貯水槽、貯水タンクなどへの使用も可能である。また、水位センサ101は、水の流れによって移動しないように、水底に設置したアンカーに固定されてもよく、水位センサ101に設けられた重りによって所定位置に保持されてもよい。   As shown in FIG. 1, the water level sensor 101 is arranged in a suspended state in stored water 103 accumulated in, for example, a well or a borehole. It should be noted that the arrangement of the water level sensor 101 is not limited to the suspended state shown in FIG. In addition to being used for wells, etc., it can also be used for pools, water tanks, water tanks, etc. in addition to rivers, ponds and lakes. Further, the water level sensor 101 may be fixed to an anchor installed at the bottom of the water so as not to move due to the flow of water, or may be held at a predetermined position by a weight provided on the water level sensor 101.

この水位センサ101は、配置された位置から上方の水位を検出するものであり、センサごとに個別の検出範囲を有している。例えば、水位0〜10mスパンに設定された水位センサ101は、水位0m(大気中であって水圧が0の状態)を最小値とし、水位10mに相当する水圧を検知した場合を最大値として、水位0〜10mの検出範囲に設定されている。受信装置102は、水位センサ101の検出結果(アナログ信号)に基づいて水位を計測、表示する。なお、受信装置102は、水位センサ101に対してデジタル信号を送受信する機能を備えてもよい。デジタル信号の送受信には、例えば、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置や、ディスプレイなどの出力装置、キーボードなどの入力装置などが用いられる。   The water level sensor 101 detects an upper water level from the position where it is arranged, and has an individual detection range for each sensor. For example, the water level sensor 101 set to a water level 0 to 10 m span has a water level 0 m (in the atmosphere and the water pressure is 0) as a minimum value, and a case where the water pressure corresponding to the water level 10 m is detected as a maximum value. The detection range is set at a water level of 0 to 10 m. The receiving device 102 measures and displays the water level based on the detection result (analog signal) of the water level sensor 101. The receiving device 102 may have a function of transmitting / receiving a digital signal to / from the water level sensor 101. For transmission / reception of digital signals, for example, an information processing device such as a personal computer, an output device such as a display, an input device such as a keyboard, or the like is used.

図2に示すように、水位センサ101は、水中に配置されるセンサ本体10と、センサ本体10と受信装置102との間を電気的に接続するケーブル20とを備える。
センサ本体10は、水圧を検出する検出機構を収容するケース11を有している。ケース11は、例えばステンレスなどの耐圧性及び耐腐食性の高い材料を用いて円筒状に形成されている。ケース11の外周面には、例えば水位センサ101のシリアル番号などの情報が刻印される。また、ケース11の他端側(ケーブル20側)には、ポリオレフィン等で形成された収縮チューブ17がケーブル20を貫通した状態で取り付けられている。
As shown in FIG. 2, the water level sensor 101 includes a sensor main body 10 disposed in water, and a cable 20 that electrically connects the sensor main body 10 and the receiving device 102.
The sensor body 10 includes a case 11 that houses a detection mechanism that detects water pressure. The case 11 is formed in a cylindrical shape using a material having high pressure resistance and corrosion resistance such as stainless steel. For example, information such as a serial number of the water level sensor 101 is stamped on the outer peripheral surface of the case 11. A shrink tube 17 made of polyolefin or the like is attached to the other end side (cable 20 side) of the case 11 so as to penetrate the cable 20.

ケース11の先端側にはキャップ13が取り付けられている。キャップ13は、例えばステンレスや樹脂などの耐圧性及び耐腐食性が高い材料を用いて中空状に形成されており、先端13aの中央部分から側面へと続くテーパー部13bが形成されている。なお、キャップ13は、ケース11の先端部分にはめ込んだ状態で固定されており、取り外し可能となっている。また、キャップ13の側面には、外部とキャップ13の内部とを連通する連通孔13cが複数設けられている。   A cap 13 is attached to the distal end side of the case 11. The cap 13 is formed in a hollow shape using a material having high pressure resistance and corrosion resistance such as stainless steel and resin, and a tapered portion 13b is formed from the central portion of the tip 13a to the side surface. The cap 13 is fixed in a state where it is fitted to the tip of the case 11 and is removable. A plurality of communication holes 13 c are provided on the side surface of the cap 13 to communicate the outside and the inside of the cap 13.

連通孔13cは、キャップ13側面の一周にわたって、所定の間隔を空けて形成されており、図示のものでは一定間隔で4か所に形成されている。従って、貯留水103(図1参照)は、この連通孔13cを介してキャップ13の内部に入り込んだ状態となっており、キャップ13の内外において圧力(水圧)が等しくなるようにしている。なお、連通孔13cの形状や個数、配置は、図示のものに限定されず、キャップ13の内部に水が入り込むような任意のものを適用することができる。また、連通孔13cには、貯留水103に含まれる固形物等の異物が内部に入らないように、フィルターが設けられてもよい。   The communication holes 13c are formed at predetermined intervals over the circumference of the side surface of the cap 13, and are formed at four locations at regular intervals in the illustrated example. Accordingly, the stored water 103 (see FIG. 1) enters the inside of the cap 13 through the communication hole 13c, so that the pressure (water pressure) is equal inside and outside the cap 13. In addition, the shape, the number, and the arrangement of the communication holes 13 c are not limited to the illustrated ones, and any one that allows water to enter the cap 13 can be applied. Further, the communication hole 13c may be provided with a filter so that foreign matter such as solid matter contained in the stored water 103 does not enter inside.

ケース11の内部には、感圧部14と、感圧部14からの信号を処理するアンプ基板15及びマイコン基板16とが収容されている。感圧部14は、エレメント41と、ダイヤフラム42と、シリコーンオイル43と、圧力センサ部としての半導体圧力センサ素子44とを有している。   Inside the case 11 are housed a pressure sensing unit 14, an amplifier board 15 that processes a signal from the pressure sensing part 14, and a microcomputer board 16. The pressure sensitive part 14 includes an element 41, a diaphragm 42, silicone oil 43, and a semiconductor pressure sensor element 44 as a pressure sensor part.

エレメント41は、ステンレスなどの耐腐食性の高い材料によって円盤状に形成されており、その外周面がケース11の内周面11aに接した状態で固定される。エレメント41の外周面とケース11の内周面11aとの間にはOリング47が配置され、両者間をシールしている。このエレメント41によって、ケース11の内部空間を先端側とケーブル20側とに遮断している。また、エレメント41は、先端側に突出した環状の突出部41aと、半導体圧力センサ素子44が設置される凹部41bと、凹部41bの位置でエレメント41を貫通する大気解放孔41cと、リードピン46が貫通した状態で配置される貫通孔41dとを有する。なお、貫通孔41dとリードピン46との隙間にはシール材が充填されている。   The element 41 is formed in a disk shape from a highly corrosion-resistant material such as stainless steel, and is fixed in a state where its outer peripheral surface is in contact with the inner peripheral surface 11 a of the case 11. An O-ring 47 is disposed between the outer peripheral surface of the element 41 and the inner peripheral surface 11a of the case 11, and seals between the two. The element 41 blocks the internal space of the case 11 from the tip side and the cable 20 side. The element 41 includes an annular projecting portion 41a projecting toward the tip, a recess 41b in which the semiconductor pressure sensor element 44 is installed, an air release hole 41c penetrating the element 41 at the position of the recess 41b, and a lead pin 46. And a through hole 41d arranged in a penetrating state. A gap between the through hole 41d and the lead pin 46 is filled with a sealing material.

ダイヤフラム42は、例えばステンレスなどの変形可能な金属材料によって円盤状に形成されている。ダイヤフラム42の先端側の縁部は、一周にわたってリング9が溶接されている。これらリング9及びダイヤフラム42の縁部は、ケース11の内周面11aから内方へ突出した環状突起11bと、エレメント41から先端側へ突出した環状の突出部41aとで挟み込まれており、これによりダイヤフラム42は保持される。このダイヤフラム42及びエレメント41によって、ケース11の内部空間は、ダイヤフラム42よりも先端側(キャップ13側)の第一空間K1と、ダイヤフラム42とエレメント41との間の第二空間K2と、エレメント41のケーブル20側の第三空間K3とに仕切られている。   The diaphragm 42 is formed in a disk shape from a deformable metal material such as stainless steel. The ring 9 is welded to the edge on the front end side of the diaphragm 42 over the entire circumference. The edges of the ring 9 and the diaphragm 42 are sandwiched between an annular protrusion 11b that protrudes inward from the inner peripheral surface 11a of the case 11 and an annular protrusion 41a that protrudes from the element 41 toward the distal end. Thus, the diaphragm 42 is held. Due to the diaphragm 42 and the element 41, the internal space of the case 11 is a first space K 1 on the tip side (cap 13 side) of the diaphragm 42, a second space K 2 between the diaphragm 42 and the element 41, and an element 41. And the third space K3 on the cable 20 side.

第一空間K1は、キャップ13の連通孔13cを介して水が入り込む空間である。従って、ダイヤフラム42は、第一空間K1に入り込んだ水の圧力に応じて第二空間K2側へたわむように変形する。すなわち、第一空間K1と第二空間K2との圧力差に応じた量だけ変形する。   The first space K1 is a space into which water enters through the communication hole 13c of the cap 13. Accordingly, the diaphragm 42 is deformed so as to bend toward the second space K2 according to the pressure of the water that has entered the first space K1. That is, the deformation is made by an amount corresponding to the pressure difference between the first space K1 and the second space K2.

第二空間K2(ダイヤフラム42とエレメント41との間)には、シリコーンオイル43が封入されている。このシリコーンオイル43は、非圧縮性の液体であり、ダイヤフラム42の変形による圧力変化をそのまま他の部分に伝達する。なお、エレメント41の貫通口41dはリードピン46との隙間がシール材で塞がれており、また、大気解放孔41cは後述する半導体圧力センサ素子44によって閉塞されている。従って、シリコーンオイル43は第三空間K3へ漏出することはない。なお、このシリコーンオイル43は、半導体圧力センサ素子44を被覆して保護している。   Silicone oil 43 is sealed in the second space K2 (between the diaphragm 42 and the element 41). The silicone oil 43 is an incompressible liquid, and transmits a pressure change caused by the deformation of the diaphragm 42 to other parts as it is. The through hole 41d of the element 41 has a gap between the lead pin 46 sealed with a sealing material, and the air release hole 41c is closed with a semiconductor pressure sensor element 44 described later. Accordingly, the silicone oil 43 does not leak into the third space K3. The silicone oil 43 covers and protects the semiconductor pressure sensor element 44.

半導体圧力センサ素子44は、シリコンなどの半導体基板に形成されたピエゾ抵抗(ゲージ抵抗)によってブリッジ回路48(図3参照)を構成している。ピエゾ抵抗は、半導体基板に対して拡散法やイオン打ち込み法などによって形成され、これに応力が加えられると、当該応力によって結晶格子に歪みが生じて電気抵抗率が変化するものである。なお、この半導体圧力センサ素子44は、以下の説明でセンサ素子44と簡略して呼ぶ。   The semiconductor pressure sensor element 44 forms a bridge circuit 48 (see FIG. 3) by a piezoresistor (gauge resistor) formed on a semiconductor substrate such as silicon. Piezoresistors are formed on a semiconductor substrate by a diffusion method, an ion implantation method, or the like. When a stress is applied to the piezoresistors, the crystal lattice is distorted by the stress and the electrical resistivity is changed. The semiconductor pressure sensor element 44 is simply referred to as the sensor element 44 in the following description.

センサ素子44は、エレメント41の凹部41bに固着されている。センサ素子44は、その裏面側(固着面側)の中央部分がエッチング等によってされて薄くなったダイヤフラム構造を有している。なお、このダイヤフラム構造部分に上記したブリッジ回路48が形成されている。また、センサ素子44の裏面空間(凹み部分内)は、大気解放孔41cを介して第三空間K3と連通している。なお、第三空間K3は、後述する大気解放パイプ23によって大気圧となっている。   The sensor element 44 is fixed to the recess 41 b of the element 41. The sensor element 44 has a diaphragm structure in which the central portion on the back surface side (fixed surface side) is thinned by etching or the like. The bridge circuit 48 described above is formed in this diaphragm structure portion. In addition, the back surface space (in the recessed portion) of the sensor element 44 communicates with the third space K3 through the air release hole 41c. The third space K3 is at atmospheric pressure by an atmospheric release pipe 23 described later.

従って、ダイヤフラム42が例えば第二空間K2へ膨らむように変形すると、シリコーンオイル43によってセンサ素子44のダイヤフラム構造も圧力を受け、第三空間K3へ向けて変形する。センサ素子44には、変形量に応じた応力が発生しており、この応力に比例してピエゾ抵抗の電気抵抗率が変化する。また、センサ素子44は、ボンディングワイヤー45を介してリードピン46に電気的に接続されている。   Accordingly, when the diaphragm 42 is deformed so as to swell into the second space K2, for example, the diaphragm structure of the sensor element 44 is also subjected to pressure by the silicone oil 43 and deforms toward the third space K3. A stress corresponding to the amount of deformation is generated in the sensor element 44, and the electrical resistivity of the piezoresistor changes in proportion to the stress. The sensor element 44 is electrically connected to the lead pin 46 through the bonding wire 45.

アンプ基板15は、エレメント41から突出したリードピン46に保持された状態で第三空間K3内に配置されている。また、アンプ基板15は、リードピン46及びボンディングワイヤー45を介してセンサ素子44と電気的に接続される。アンプ基板15は、センサ素子44から出力される微弱な信号を増幅して出力する。また、第三空間K3内には、マイコン基板16が配置されており、複数の配線を介してアンプ基板15と電気的に接続されている。なお、アンプ基板15とマイコン基板16の間をケーブル等の配線で接続することに代えて、ソケット等の差し込み形式で両者間を接続してもよい。   The amplifier board 15 is disposed in the third space K3 while being held by the lead pins 46 protruding from the element 41. The amplifier board 15 is electrically connected to the sensor element 44 via the lead pin 46 and the bonding wire 45. The amplifier board 15 amplifies and outputs a weak signal output from the sensor element 44. A microcomputer board 16 is disposed in the third space K3 and is electrically connected to the amplifier board 15 through a plurality of wires. Instead of connecting the amplifier board 15 and the microcomputer board 16 by wiring such as a cable, the two may be connected by a plug-in type such as a socket.

マイコン基板16は、マイクロコンピュータの機能を有しており、センサ素子44からの信号がアンプ基板15により増幅された状態で入力され、所定の処理を行う。また、マイコン基板16は、ケーブル20と接続されており、処理結果をケーブル20へ出力する。なお、ケーブル20は、ケース11の内周面11aに固定された縮径部12と、ケース11の端部に取り付けられた収縮チューブ17とを貫通して配置されている。このケーブル20は、マイコン基板16に電気的に接続された複数の配線21(21a〜21d)と、ケース11内の第三空間K3とケース11の外部とを連通する大気解放パイプ23とを有しており、これらをケーブルカバー22によって被覆している。なお、ケーブルカバー22と縮径部12との間は、シール材18によって封止されている。   The microcomputer board 16 has a microcomputer function, and a signal from the sensor element 44 is input in a state amplified by the amplifier board 15 and performs predetermined processing. Further, the microcomputer board 16 is connected to the cable 20 and outputs the processing result to the cable 20. The cable 20 is disposed through the reduced diameter portion 12 fixed to the inner peripheral surface 11 a of the case 11 and the shrinkable tube 17 attached to the end portion of the case 11. The cable 20 includes a plurality of wires 21 (21a to 21d) electrically connected to the microcomputer board 16, and an air release pipe 23 that communicates the third space K3 in the case 11 and the outside of the case 11. These are covered with a cable cover 22. The cable cover 22 and the reduced diameter portion 12 are sealed with a sealing material 18.

図3に示すように、センサ素子44に設けられるピエゾ抵抗によってブリッジ回路48が構成されている。ブリッジ回路48は、それぞれ電圧源VCCと接地点GNDとに接続されている。この構成では、ブリッジ回路48が定電圧で駆動され、ピエゾ抵抗の電気抵抗率の変化がブリッジ回路48の点Pと点Qとの間の電圧の変化としてアナログ信号で出力される。ブリッジ回路48から出力されたアナログ信号は、図2に示すように、ボンディングワイヤー45及びリードピン46を介してアンプ基板15に伝送される。   As shown in FIG. 3, a bridge circuit 48 is configured by a piezoresistor provided in the sensor element 44. The bridge circuits 48 are connected to the voltage source VCC and the ground point GND, respectively. In this configuration, the bridge circuit 48 is driven at a constant voltage, and a change in electrical resistivity of the piezoresistor is output as an analog signal as a change in voltage between the points P and Q of the bridge circuit 48. The analog signal output from the bridge circuit 48 is transmitted to the amplifier board 15 via the bonding wire 45 and the lead pin 46 as shown in FIG.

アンプ基板15は、図3に示すように、アナログ信号を増幅する増幅回路等のアンプ51を有するとともに、センサ素子44のブリッジ回路48において生じた差電圧(P点−Q点)を、アンプ51によって所定の増幅率で増幅した後にマイコン基板16へ出力する。なお、この差電圧は、電圧に関するアナログ信号である。   As shown in FIG. 3, the amplifier board 15 includes an amplifier 51 such as an amplifier circuit that amplifies an analog signal, and the difference voltage (P point−Q point) generated in the bridge circuit 48 of the sensor element 44 is supplied to the amplifier 51. After being amplified at a predetermined amplification factor, the signal is output to the microcomputer board 16. This difference voltage is an analog signal related to the voltage.

マイコン基板16は、図3に示すように、アンプ基板15から出力されたアナログ信号をデジタル信号へ変換するA/D変換部61と、変換されたデジタル信号を予め設定された出力特性に基づいて調整する調整部63と、調整部63において調整されたデジタル信号をアナログ信号へ変換するD/A変換部64と、変換されたアナログ信号を電流値に変換して出力する電流変換回路65と、マイコン基板16の各回路やアンプ51、ブリッジ回路48へ所定の電圧を供給する電源回路66とを有している。電流変換回路65は、電源用ケーブル21aを介して接続端子31が表示装置102等に備える電源部に接続されるとともに、出力用ケーブル21bを介して出力端子32が表示装置102のデータ入力部に接続されている。   As shown in FIG. 3, the microcomputer board 16 is based on an A / D conversion unit 61 that converts an analog signal output from the amplifier board 15 into a digital signal, and the converted digital signal based on preset output characteristics. An adjustment unit 63 that adjusts; a D / A conversion unit 64 that converts the digital signal adjusted by the adjustment unit 63 into an analog signal; a current conversion circuit 65 that converts the converted analog signal into a current value and outputs the current value; Each circuit of the microcomputer board 16, the amplifier 51, and a power supply circuit 66 that supplies a predetermined voltage to the bridge circuit 48 are provided. The current conversion circuit 65 is connected to the power supply unit provided in the display device 102 or the like with the connection terminal 31 via the power supply cable 21a, and the output terminal 32 is connected to the data input unit of the display device 102 via the output cable 21b. It is connected.

投げ込み式の水位センサ101の場合、センサ本体10が水中に配置されるためケーブル20の長さが数m〜数百m程度になる場合がある。従って、センサ本体10からの出力として電圧信号を用いると、ケーブル20の長さに起因する電圧降下やノイズによって不都合が生じるため、電流変換回路65によってセンサ本体10からの出力信号を電流値としている。ただし、これに限定されるものではなく、センサ本体10からの出力信号として電圧値を用いてもよい。この場合、電流変換回路65は不要となる。また、電流変換回路65から出力される電流値の範囲は、一般に4mA〜20mAに設定されており、受信装置102の多くの機種で対応可能な範囲である。   In the case of the throw-in type water level sensor 101, the length of the cable 20 may be several meters to several hundred meters because the sensor body 10 is disposed in water. Accordingly, when a voltage signal is used as an output from the sensor main body 10, inconvenience occurs due to a voltage drop or noise caused by the length of the cable 20, and therefore the output signal from the sensor main body 10 is set to a current value by the current conversion circuit 65. . However, the present invention is not limited to this, and a voltage value may be used as an output signal from the sensor body 10. In this case, the current conversion circuit 65 is unnecessary. In addition, the range of the current value output from the current conversion circuit 65 is generally set to 4 mA to 20 mA, and is a range that can be supported by many models of the receiving apparatus 102.

また、マイコン基板16には、調整部63に対してデジタル信号の入出力を行う送受信回路67を有している。送受信回路67は、書き込み用ケーブル21cを介してデータ入力端子33がパーソナルコンピュータ(表示装置102)等の出力端子に接続されるとともに、読み出し用ケーブル21dを介してデータ出力端子34がパーソナルコンピュータ(表示装置102)等の入力端子に接続されている。   Further, the microcomputer board 16 has a transmission / reception circuit 67 for inputting / outputting digital signals to / from the adjustment unit 63. In the transmission / reception circuit 67, the data input terminal 33 is connected to an output terminal of a personal computer (display device 102) or the like via a write cable 21c, and the data output terminal 34 is connected to a personal computer (display) via a read cable 21d. Device 102) and the like.

調整部63は、統括的な情報処理を行うCPU等の制御装置63aや、各種プログラムやデータを記憶するフラッシュメモリ、EEPROM、及びRAM等の記憶装置63bの他に、発振回路などを備えている。記憶装置63bには、A/D変換部61から送られたデジタル信号を所定の値に調整するための出力特性に関するデータが記憶されている。従って、A/D変換部61から送られたデジタル信号は、制御装置62aによって、予め記憶装置63bに格納された出力特性となるように調整され、その調整値がD/A変換部64へ出力される。   The adjustment unit 63 includes a control device 63a such as a CPU that performs comprehensive information processing, a flash memory that stores various programs and data, an EEPROM, a storage device 63b such as a RAM, and an oscillation circuit. . The storage device 63b stores data relating to output characteristics for adjusting the digital signal sent from the A / D converter 61 to a predetermined value. Therefore, the digital signal sent from the A / D conversion unit 61 is adjusted by the control device 62 a so as to have the output characteristics stored in the storage device 63 b in advance, and the adjustment value is output to the D / A conversion unit 64. Is done.

なお、この水位センサ101は、出荷前にそれぞれ出力特性がチェックされ、正確な値が出力されるように出力特性に関する初期のデータが記憶装置63bに格納されている。そのチェック工程を説明すると、先ず、予め圧力が規定された圧力室内に水位センサ101を配置させ、その時に出力用ケーブル21bを介して出力された信号を受信装置102でモニタする。そして、規定圧力となるようにパソコン等から書き込み用ケーブル21cを介して調整部63による調整量を変化させ、規定圧力が出力された時の調整量を記憶装置63bに書き込む。   The water level sensor 101 has its output characteristics checked before shipping, and initial data relating to the output characteristics is stored in the storage device 63b so that an accurate value is output. The check process will be described. First, the water level sensor 101 is arranged in a pressure chamber in which the pressure is defined in advance, and a signal output via the output cable 21b at that time is monitored by the receiving device 102. Then, the adjustment amount by the adjustment unit 63 is changed from the personal computer or the like via the writing cable 21c so as to be the specified pressure, and the adjustment amount when the specified pressure is output is written in the storage device 63b.

この作業を複数の圧力で行うことにより、調整部63bはこれらのデータを線形に補間した出力特性を作成して記憶装置63bに格納する。なお、水位センサ101を水位10mスパンのタイプとして調整する場合、規定圧力としては、例えば大気圧(圧力0)と水位10mに相当する圧力の2つの圧力について検証作業を行う。また、読み出し用ケーブル21dからは、書き込み用ケーブル21cから書き込まれた内容や調整後のデジタル信号等が入力端子34へ出力される。従って、書き込み用ケーブル21cから書き込んだ内容やその結果等をパソコン等で確認することが可能である。   By performing this operation with a plurality of pressures, the adjusting unit 63b creates output characteristics obtained by linearly interpolating these data and stores them in the storage device 63b. When the water level sensor 101 is adjusted as a type having a water level of 10 m span, verification work is performed for two pressures, for example, an atmospheric pressure (pressure 0) and a pressure corresponding to the water level 10 m. In addition, the contents written from the writing cable 21c, the adjusted digital signal, and the like are output from the reading cable 21d to the input terminal 34. Therefore, it is possible to confirm the contents written from the writing cable 21c, the result thereof, etc. with a personal computer or the like.

ところで、センサ素子(半導体圧力センサ素子)44に形成されたピエゾ抵抗は、温度変化によって抵抗率が大きく変化するため、水位センサ101が温度変化する使用環境下で用いられる場合は温度補償する必要がある。この温度補償を行うための構成について説明する。図3に示すように、電圧源VCCとブリッジ回路48との間には、温度依存性がセンサ素子44に比べてほぼ無視できる電気抵抗49が設けられている。すなわち、センサ素子44の周囲の温度によってピエゾ抵抗の電気抵抗率が変化する場合であっても、電気抵抗49の電気抵抗率は変化しない。   By the way, since the resistivity of the piezoresistor formed in the sensor element (semiconductor pressure sensor element) 44 changes greatly due to a temperature change, it is necessary to compensate for the temperature when the water level sensor 101 is used in a usage environment where the temperature changes. is there. A configuration for performing this temperature compensation will be described. As shown in FIG. 3, an electrical resistance 49 is provided between the voltage source VCC and the bridge circuit 48 so that the temperature dependency can be almost ignored as compared with the sensor element 44. That is, even if the electrical resistivity of the piezoresistor changes depending on the temperature around the sensor element 44, the electrical resistivity of the electrical resistor 49 does not change.

この電気抵抗49とブリッジ回路48との間の点Rは、配線52を介してマイコン基板16に設けられたA/D変換部62に接続されている。従って、点Rの電圧値(アナログ信号)はA/D変換部62によってデジタル信号に変換されて調整部63に入力される。なお、配線52は、具体的には図2に示すようなボンディングワイヤー及びリードピン、アンプ基板15を介してマイコン基板16に接続されている。なお、A/D変換部62の前にアナログ信号を増幅するためのアンプが別途設けられてもよい。   A point R between the electric resistance 49 and the bridge circuit 48 is connected to an A / D converter 62 provided on the microcomputer board 16 via a wiring 52. Accordingly, the voltage value (analog signal) at the point R is converted into a digital signal by the A / D conversion unit 62 and input to the adjustment unit 63. The wiring 52 is specifically connected to the microcomputer board 16 via bonding wires and lead pins as shown in FIG. Note that an amplifier for amplifying an analog signal may be separately provided before the A / D conversion unit 62.

調整部63の記憶装置63bには、温度補償のための補償データが格納されており、制御装置63aは、A/D変換部62から送られた信号(温度変化に対応したデジタル信号)に基づいて、記憶装置63bの補償データから補償する内容を確定する。そして、制御装置63aは、A/D変換部61から入力された信号を所定の出力特性に調整する際、この出力特性を補償内容に基づいて補正したうえで調整する。これにより、水位センサ101から出力される信号(電流変換回路65から出力されるアナログ信号)は温度補償された状態となる。なお、補償データは、予め実験等により計測されて記憶装置63bに記憶されている。ただし、以上のような温度補償を行うか否かは任意である。   Compensation data for temperature compensation is stored in the storage device 63b of the adjustment unit 63, and the control device 63a is based on a signal (digital signal corresponding to a temperature change) sent from the A / D conversion unit 62. The content to be compensated is determined from the compensation data in the storage device 63b. Then, when adjusting the signal input from the A / D conversion unit 61 to a predetermined output characteristic, the control device 63a adjusts the output characteristic after correcting the output characteristic based on the compensation content. As a result, the signal output from the water level sensor 101 (analog signal output from the current conversion circuit 65) is temperature compensated. The compensation data is measured in advance by experiments or the like and stored in the storage device 63b. However, whether or not to perform temperature compensation as described above is arbitrary.

図4は、記憶装置63bに記憶されている出力特性の一例を示すグラフ図である。図4において、横軸は水位(単位m)を示しており、縦軸は電流変換回路65から出力される電流値(単位mA)を示している。   FIG. 4 is a graph showing an example of output characteristics stored in the storage device 63b. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the water level (unit m), and the vertical axis indicates the current value (unit mA) output from the current conversion circuit 65.

図4の実線で示すように、水位が0m(大気圧)の場合には4mAの電流が出力され、水位が10mの場合には最大の20mAの電流値が出力される。すなわち、この水位センサ101は、測定範囲が水位0m〜10mとして用いられる。また、水位が0mから10mの間においては、水位の増加に伴って一定の増加率で電流が増加していく。つまり、単位圧力(単位水位)あたりの出力値が一定値(1.6mA/m)である。このような水位0mでの電流値(圧力0値)や単位圧力あたりの電流値(スパン)が出力特性として記憶装置63bに記憶されている。   As shown by the solid line in FIG. 4, when the water level is 0 m (atmospheric pressure), a current of 4 mA is output, and when the water level is 10 m, a maximum current value of 20 mA is output. That is, this water level sensor 101 is used with a measurement range of water levels 0 m to 10 m. Further, when the water level is between 0 m and 10 m, the current increases at a constant rate as the water level increases. That is, the output value per unit pressure (unit water level) is a constant value (1.6 mA / m). Such a current value at a water level of 0 m (pressure 0 value) and a current value per unit pressure (span) are stored in the storage device 63b as output characteristics.

一方、水位センサ101内の感圧部14は、各構成部材が時間の経過によって変質することにより、この水位センサ101から出力される電流値が変化する場合がある。例えば、図4の破線(1)で示すように圧力0値が4mAに対してオフセットした場合や、破線(2)で示すようにスパンが所定値(1.6mA/m)に対して変化した場合などがある。   On the other hand, the pressure sensor 14 in the water level sensor 101 may change the current value output from the water level sensor 101 as each component member changes in quality over time. For example, when the pressure 0 value is offset with respect to 4 mA as indicated by the broken line (1) in FIG. 4, or the span has changed with respect to the predetermined value (1.6 mA / m) as indicated by the broken line (2). There are cases.

破線(1)は、圧力0値が4mAに対して大きくなる方向にオフセットした場合であり、スパンに変化はない。なお、オフセットは、4mAに対してプラス方向だけでなく、4mAに対してマイナス方向にも生じることもある。破線(2)は、スパンが初期の値より小さくなった場合であり、圧力0値に変化はない。なお、スパン変化は、初期の値より小さくなるだけでなく、大きくなる場合もある。破線(3)は、圧力0値がオフセットし、さらにスパンが変化した場合もある。このように、オフセットが生じた場合やスパンが変化した場合には、その電流値から正確な水位が計測できないため、出力特性を調整する必要がある。   A broken line (1) is a case where the pressure 0 value is offset in a direction in which it increases with respect to 4 mA, and the span does not change. The offset may occur not only in the positive direction with respect to 4 mA but also in the negative direction with respect to 4 mA. A broken line (2) is a case where the span becomes smaller than the initial value, and there is no change in the pressure 0 value. Note that the span change is not only smaller than the initial value but also sometimes larger. In the broken line (3), the pressure 0 value is offset, and the span may be changed. As described above, when the offset occurs or the span changes, it is necessary to adjust the output characteristics because the accurate water level cannot be measured from the current value.

出力特性の調整は、外部のパソコン等から書き込み用ケーブル21cを介して調整部63の記憶装置63bに予め記憶されている出力特性に関するデータを補正することにより行う。オフセットを補正する場合には、センサ本体10を水中から取り出して大気中に配置し、圧力0の状態でセンサ本体10から出力される電流値をモニタして、その値が当初の4mAからずれているときはそのオフセット量をキャンセルするように補正してその補正データを記憶装置63bに書き込む。なお、補正データは、読み出し用ケーブル21dから出力されるデジタル信号により確認できる。また、電流値をモニタすることに代えて、読み出し用ケーブル21dから出力されるデジタル信号をモニタしてもよい。   The adjustment of the output characteristics is performed by correcting data relating to the output characteristics stored in advance in the storage device 63b of the adjustment unit 63 via the writing cable 21c from an external personal computer or the like. When correcting the offset, the sensor body 10 is taken out of the water and placed in the atmosphere, and the current value output from the sensor body 10 is monitored at a pressure of 0, and the value deviates from the initial 4 mA. If so, the offset amount is corrected to be canceled and the correction data is written in the storage device 63b. The correction data can be confirmed by a digital signal output from the readout cable 21d. Further, instead of monitoring the current value, a digital signal output from the reading cable 21d may be monitored.

また、スパンを補正する場合、水中から取り出したセンサ本体10を、例えば測定範囲の最大値である圧力(水位10mに相当する圧力)に設定した圧力室内に配置し、その状態でセンサ本体10から出力される電流値をモニタして、その値が当初の20mAからからずれているときは20mAとなるように補正してその補正データを記憶装置63bに書き込む。この20mAの補正データに基づいて、水位0〜10mに対応して電流値4mA〜20mAがそれぞれ出力されるように出力特性が補正される。なお、スパンに関する補正データも、上記と同様に、読み出し用ケーブル21dから出力されるデジタル信号により確認できる。また、電流値をモニタすることに代えて、読み出し用ケーブル21dから出力されるデジタル信号をモニタしてもよい点も同様である。   When the span is corrected, the sensor body 10 taken out from the water is placed in a pressure chamber set at a pressure (pressure corresponding to a water level of 10 m), for example, which is the maximum value of the measurement range. The output current value is monitored, and when the value deviates from the initial 20 mA, the current value is corrected to 20 mA and the correction data is written in the storage device 63b. Based on the correction data of 20 mA, the output characteristics are corrected so that current values of 4 mA to 20 mA are output corresponding to the water levels of 0 to 10 m. Note that the correction data relating to the span can also be confirmed from the digital signal output from the readout cable 21d as described above. Similarly, the digital signal output from the readout cable 21d may be monitored instead of monitoring the current value.

このように出力特性が変更されることにより、水位センサ101として再使用が可能となる。また、このような調整作業をセンサ本体10を分解することなく行うことができるので、作業者にとって容易かつ短時間で行うことができる。また、センサ本体10を分解して再度組み立てるといった作業がなく、再組立て時のシール不足による水漏れ等を回避することができる   By changing the output characteristics in this manner, the water level sensor 101 can be reused. Moreover, since such adjustment work can be performed without disassembling the sensor main body 10, it can be performed easily and in a short time for the operator. Further, there is no work of disassembling and reassembling the sensor body 10, and water leakage due to insufficient sealing during reassembly can be avoided.

また、水位の変化に伴う圧力の変化はリニアであるため、センサ本体10から出力される電流値もリニアに変化するような出力特性を必要としている。しかしながら、センサ素子44を含めた感圧部14の特性から、中間部分での変化がリニアではない(スパンが一定値とはならない)場合が生じている。従って、圧力0で4mAを出力し、かつ水位10mで20mAを出力する場合であっても、中間の水位で電流値が初期の出力特性からずれた状態となり、大きな誤差を含んでしまうため、補正する必要がある。   Further, since the change in pressure accompanying the change in water level is linear, an output characteristic is required so that the current value output from the sensor body 10 also changes linearly. However, due to the characteristics of the pressure-sensitive part 14 including the sensor element 44, there is a case where the change in the intermediate part is not linear (the span is not a constant value). Therefore, even when 4 mA is output at a pressure of 0 and 20 mA is output at a water level of 10 m, the current value is shifted from the initial output characteristics at an intermediate water level, and a large error is included. There is a need to.

図5は、センサ本体10から出力される電流値と水位との関係を示すグラフ図である。図4と同様に、図5において、横軸は水位(単位m)を示しており、縦軸は電流値を示している。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the current value output from the sensor body 10 and the water level. As in FIG. 4, in FIG. 5, the horizontal axis indicates the water level (unit m), and the vertical axis indicates the current value.

図5の実線で示すように、直線性を持った所望の出力特性に対して、破線で示すように、出力される電流値が低くなり、下方に凸となった曲線となっている。例えば、水位5mでは12mAを出力すべきところ、これより低いαとなり、このαの値では水位5mより小さい値と計測されるため誤差が大きくなる。従って、このような非直線性の補正は、外部のパソコン等から書き込み用ケーブル21cを介して調整部63の記憶装置63bに直線性補正データを書き込むことにより行う。制御装置63aは、この直線性補正データに基づいて出力特性を補正し、適正な電流値が出力されるようにしている。   As shown by the solid line in FIG. 5, the output current value is lower and has a downwardly convex curve as shown by the broken line with respect to the desired output characteristic having linearity. For example, at a water level of 5 m, 12 mA should be output, but α is lower than this, and since this α value is measured to be a value smaller than the water level of 5 m, the error increases. Therefore, such non-linearity correction is performed by writing the linearity correction data to the storage device 63b of the adjustment unit 63 via the write cable 21c from an external personal computer or the like. The control device 63a corrects the output characteristics based on the linearity correction data so that an appropriate current value is output.

直線性の補正データは、センサ本体10を圧力室内で複数の圧力(例えば2mや5mなど)に変化させ、それぞれの圧力において出力された電流値から所定の曲線を算出し、その曲線を、直線性を持った出力特性まで補正するためのデータとして記憶装置63bに格納される。なお、水位センサ101を長期に使用した後、圧力0値やスパンがずれるとともに出力特性の直線性が損なわれる場合がある。この場合は、オフセット等の調整とともに直線性の補正データも変更する。   The linearity correction data is obtained by changing the sensor body 10 into a plurality of pressures (for example, 2 m, 5 m, etc.) in the pressure chamber, calculating a predetermined curve from the current value output at each pressure, and converting the curve into a straight line. The data is stored in the storage device 63b as data for correcting the output characteristics having characteristics. In addition, after using the water level sensor 101 for a long time, the pressure zero value and the span may be shifted and the linearity of the output characteristics may be impaired. In this case, the linearity correction data is also changed along with the adjustment of the offset or the like.

上記した実施形態では、水位センサ101として計測範囲を水位0m〜10mのセンサとして用いているが、この計測範囲を変更することが可能である。
図6は、センサ本体10の計測範囲を変更した一例を示すグラフ図である。図6において、横軸は水位(単位m)を示しており、縦軸は電流値(単位mA)を示している。図6の点線は、計測範囲が0m〜10mの出力特性に示している。この出力特性に対して、スパンを変更することにより計測範囲を変更することができる。
In the embodiment described above, the measurement range is used as the water level sensor 101 as a sensor having a water level of 0 m to 10 m, but this measurement range can be changed.
FIG. 6 is a graph showing an example in which the measurement range of the sensor body 10 is changed. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the water level (unit m), and the vertical axis indicates the current value (unit mA). The dotted line in FIG. 6 shows the output characteristics with a measurement range of 0 m to 10 m. For this output characteristic, the measurement range can be changed by changing the span.

図6の実線(A)は、水位センサ101の計測範囲を0m〜10mから0m〜8mと計測範囲を縮めるように変更している。この変更は、例えば、センサ本体10を水位8mに相当する圧力内に配置させ、この圧力で20mAが出力されるように出力特性のスパンを調整することにより行う。この調整された出力特性は、書き込み用ケーブル21cを介して調整部63の記憶装置63bに格納される。従って、制御装置62aは、調整された出力特性によって計測範囲を0m〜8mとした状態で所定の電流値を出力する。   The solid line (A) in FIG. 6 is changed so that the measurement range of the water level sensor 101 is shortened from 0 m to 10 m to 0 m to 8 m. This change is performed, for example, by placing the sensor body 10 within a pressure corresponding to a water level of 8 m and adjusting the span of the output characteristics so that 20 mA is output at this pressure. The adjusted output characteristics are stored in the storage device 63b of the adjustment unit 63 via the writing cable 21c. Therefore, the control device 62a outputs a predetermined current value in a state where the measurement range is set to 0 m to 8 m according to the adjusted output characteristics.

また、図6の実線(B)では、水位センサ101の計測範囲を0m〜10mから0m〜16mと計測範囲を拡げるように変更している。なお変更の作業等は実線(A)の場合と同様である。このように、出力特性を調整するだけで計測範囲を容易に変更することができ、計測範囲が異なる複数タイプの水位センサを用意する必要がない。なお、計測範囲が0m〜10mを基準とする水位センサ101においては、その計測範囲を50%〜200%の範囲で調整可能である。すなわち、最大計測水位5mの水位センサから、最大計測水位20mの範囲で任意に調整することができる。   Moreover, in the continuous line (B) of FIG. 6, it has changed so that the measurement range of the water level sensor 101 may be expanded from 0 m to 10 m to 0 m to 16 m. The change operation is the same as in the case of the solid line (A). As described above, the measurement range can be easily changed only by adjusting the output characteristics, and it is not necessary to prepare a plurality of types of water level sensors having different measurement ranges. In addition, in the water level sensor 101 with a measurement range of 0 m to 10 m as a reference, the measurement range can be adjusted within a range of 50% to 200%. That is, it can be arbitrarily adjusted in the range of the maximum measured water level 20 m from the water level sensor of the maximum measured water level 5 m.

なお、上記した水位センサ101では、センサ本体10からの出力信号として電流値等のアナログ信号を用い、受信装置102(図1参照)で処理しているが、これに限定されず、センサ本体10から出力されるデジタル信号を用いることも可能である。図3では、調整部63から出力されたデジタル信号をD/A変換部64でアナログ信号に変換した後に、このアナログ信号を電流変換回路65で電流値に変換して出力しているが、調整部63からのデジタル信号を送受信回路67を介して読み出し用ケーブル21dから出力させ、このデジタル信号を用いてもよい。出力されたデジタル信号は、受信装置102に入力されて、水位等を表示させるために所定の処理が行われる。このように調整部63からのデジタル信号を用いる場合、図3においてD/A変換部64及び電流変換回路65は不要となる。   In the water level sensor 101 described above, an analog signal such as a current value is used as an output signal from the sensor body 10 and is processed by the receiving device 102 (see FIG. 1). It is also possible to use a digital signal output from. In FIG. 3, the digital signal output from the adjustment unit 63 is converted into an analog signal by the D / A conversion unit 64, and then this analog signal is converted into a current value by the current conversion circuit 65 and output. The digital signal from the unit 63 may be output from the readout cable 21d via the transmission / reception circuit 67, and this digital signal may be used. The output digital signal is input to the receiving apparatus 102, and a predetermined process is performed to display the water level and the like. When the digital signal from the adjustment unit 63 is used as described above, the D / A conversion unit 64 and the current conversion circuit 65 are not required in FIG.

なお、デジタル信号の送受信には、例えば、通信規格としてRS−232C、RS−485等のシリアル通信が用いられる。水位センサ101と受信装置102との間が比較的長い場合はRS−485が用いられる。また、図3に示す送受信回路67において、上記したシリアル通信を行う機能を備えるか否かは任意である。送受信回路67とは別に入出力回路等を設けてRS−232C等のシリアル通信を行うようにしてもよい。   For digital signal transmission / reception, for example, serial communication such as RS-232C or RS-485 is used as a communication standard. RS-485 is used when the distance between the water level sensor 101 and the receiving device 102 is relatively long. Further, whether or not the transmission / reception circuit 67 shown in FIG. 3 has the function of performing the serial communication described above is arbitrary. In addition to the transmission / reception circuit 67, an input / output circuit or the like may be provided to perform serial communication such as RS-232C.

以上、実施形態について説明したが、図示の形状等に限定するものではなく、各構成部材の機能や用途などを逸脱しない範囲で形状等の変更は可能である。例えば、圧力センサ部として半導体圧力センサ素子44を用いたが、これに代えてブリッジ回路を有するひずみゲージ等を用いてもよい。また、送受信回路67と外部のパソコン等との間の接続に有線の書き込み用ケーブル21cや読み出し用ケーブル21dを用いているが、これに限定されず、例えば書き込み用ケーブル21cや読み出し用ケーブル21dの途中から無線通信等を用いてパソコン等と接続してもよい。また、書き込み用ケーブル21cや読み出し用ケーブル21dは、常時地上へ引き出されてパソコン等と接続させる必要はなく、水中内へ放置してもよい。この場合、書き込みケーブル21c等を短く切断してもよい。   Although the embodiment has been described above, the present invention is not limited to the illustrated shape and the like, and the shape and the like can be changed without departing from the functions and applications of the constituent members. For example, although the semiconductor pressure sensor element 44 is used as the pressure sensor unit, a strain gauge having a bridge circuit or the like may be used instead. In addition, although the wired writing cable 21c and the reading cable 21d are used for the connection between the transmission / reception circuit 67 and an external personal computer or the like, the present invention is not limited to this. For example, the writing cable 21c or the reading cable 21d You may connect with a personal computer etc. using wireless communication etc. from the middle. Further, the writing cable 21c and the reading cable 21d need not always be drawn to the ground and connected to a personal computer or the like, and may be left in the water. In this case, the writing cable 21c and the like may be cut short.

10…センサ本体
14…感圧部
15…アンプ基板
16…マイコン基板
20…ケーブル
21…配線
21a…電源用ケーブル
21b…出力用ケーブル
21c…書き込み用ケーブル
21d…読み取り用ケーブル
22…ケーブルカバー
44…半導体圧力センサ素子(圧力センサ部)
48…ブリッジ回路
49…電気抵抗
51…アンプ
52…配線
61,62…A/D変換部
63…調整部
63a…制御装置
63b…記憶装置
64…D/A変換部
65…電流変換回路
66…電源回路
67…送受信回路
100…水位検出システム
101…水位センサ
102…表示装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sensor main body 14 ... Pressure sensing part 15 ... Amplifier board 16 ... Microcomputer board 20 ... Cable 21 ... Wiring 21a ... Power supply cable 21b ... Output cable 21c ... Write cable 21d ... Read cable 22 ... Cable cover 44 ... Semiconductor Pressure sensor element (pressure sensor part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 48 ... Bridge circuit 49 ... Electric resistance 51 ... Amplifier 52 ... Wiring 61,62 ... A / D conversion part 63 ... Adjustment part 63a ... Control apparatus 63b ... Memory | storage device 64 ... D / A conversion part 65 ... Current conversion circuit 66 ... Power supply Circuit 67 ... Transmission / reception circuit 100 ... Water level detection system 101 ... Water level sensor 102 ... Display device

Claims (7)

水中に配置されるセンサ本体を有する水位センサであって、
前記センサ本体は、水圧に応じて電圧に関するアナログ信号を出力する圧力センサ部と、前記圧力センサ部からのアナログ信号をデジタル信号へ変換するA/D変換部と、前記デジタル信号を予め設定された出力特性に基づいて調整する調整部と、を備え、
前記センサ本体の外部から前記調整部に接続され、前記出力特性を変更するための書き込み用ケーブルが設けられることを特徴とする水位センサ。
A water level sensor having a sensor body disposed in water,
The sensor body includes a pressure sensor unit that outputs an analog signal related to a voltage according to water pressure, an A / D conversion unit that converts an analog signal from the pressure sensor unit into a digital signal, and the digital signal is preset. An adjustment unit that adjusts based on output characteristics,
A water level sensor connected to the adjustment unit from the outside of the sensor body and provided with a writing cable for changing the output characteristics.
前記センサ本体は、前記調整部において調整されたデジタル信号をアナログ信号へ変換して出力するD/A変換部を備えることを特徴とする請求項1記載の水位センサ。   The water level sensor according to claim 1, wherein the sensor body includes a D / A conversion unit that converts the digital signal adjusted by the adjustment unit into an analog signal and outputs the analog signal. 前記圧力センサ部は、半導体基板に形成されたピエゾ抵抗によりブリッジ回路を構成した半導体圧力センサ素子が用いられることを特徴とする請求項1または請求項2記載の圧力センサ。   3. The pressure sensor according to claim 1, wherein a semiconductor pressure sensor element in which a bridge circuit is configured by a piezoresistor formed on a semiconductor substrate is used for the pressure sensor unit. 前記出力特性としては、圧力ゼロ時の出力に関するオフセット及び単位圧力あたりの出力に関するスパンのうち、少なくとも一方であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の水位センサ。   The water level sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the output characteristic is at least one of an offset relating to an output at zero pressure and a span relating to an output per unit pressure. . 前記出力特性としては、圧力と出力との関係が直線性を維持するように補正されたものである請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の水位センサ。   The water level sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein, as the output characteristic, a relationship between pressure and output is corrected so as to maintain linearity. 前記調整部は、前記圧力センサ部から温度変化に対応したデジタル信号が別途入力され、前記出力特性は、温度変化に応じて補正されることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の水位センサ。   6. The adjustment unit according to claim 1, wherein a digital signal corresponding to a temperature change is separately input from the pressure sensor unit, and the output characteristic is corrected according to the temperature change. The water level sensor according to one item. 前記調整部から前記センサ本体の外部に引き出され、前記調整部からデジタル信号を取り出すための読み出し用ケーブルが設けられることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の水位センサ。   The water level according to any one of claims 1 to 6, wherein a reading cable is provided from the adjusting unit to the outside of the sensor body and for taking out a digital signal from the adjusting unit. Sensor.
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