JP2021177125A - Capacitance type liquid-level sensor - Google Patents

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Abstract

To provide a capacitance type liquid-level sensor that can be affixed in close contact along on a three-dimensional curved surface of a container even with the curved surface, and can accurately measure the level of a liquid in the container.SOLUTION: A capacitance type liquid-level sensor 10, in which a detection electrode 40 is affixed to an outer wall of a container, measures the level of a liquid accommodated in the container based on the change of capacitance between the detection electrode 40 and a counter electrode. The detection electrode 40 comprises at least one of shaft sections 11 and a plurality of arm sections 12 connected to the shaft section 11. Notch sections 13 are arranged between the adjacent arm sections of the plurality of arm sections 12. With the notch sections 13 suitably arranged along on the three-dimensional curved surface of the container, the detection electrode 40 can be affixed in close contact along on the three-dimensional curved surface of the container.SELECTED DRAWING: Figure 1A

Description

本発明は、例えば液体が入る容器等の外壁に張り付け、容器の内部の液面を検知するための静電容量型液位センサに関する。 The present invention relates to a capacitance type liquid level sensor for detecting the liquid level inside a container, for example, by attaching it to an outer wall of a container or the like containing a liquid.

容器内の液面レベル、つまり液量を測定する液位センサにはフロート方式、静電容量方式、超音波方式などさまざまな方式のものが存在する。
フロート方式の液位センサは中央に貫通されるようにドーナツ形状のフロートが取り付けられ、液面の上下に連動してフロートが上下する。しかし、液体に固形の不純物や堆積物が存在すると、中央のパイプとフロートの間に固形の不純物や堆積物が挟まってフロートが動かなくなってしまうという問題が生じる。
There are various types of liquid level sensors for measuring the liquid level in the container, that is, the amount of liquid, such as a float method, a capacitance method, and an ultrasonic method.
A donut-shaped float is attached to the float-type liquid level sensor so as to penetrate the center, and the float moves up and down in conjunction with the top and bottom of the liquid level. However, if solid impurities or deposits are present in the liquid, there arises a problem that the solid impurities or deposits are caught between the central pipe and the float and the float becomes immobile.

静電容量方式の液位センサはフロート式のような可動部分、摺動部分を持たないため、固着が起こりえないという利点がある。この方式の液位センサは電極部分を容器内の液体に浸す電極浸漬方式のものと、電極部分を容器内の外壁に貼る電極外壁貼付方式のものが存在する。電極外壁貼付方式では電極部分を容器の外壁に貼付するため、電極部分が容器内の液体に触れないので、液体に高い清浄度が求められる超純水、医薬品、半導体製造用薬液などの液量を計測する用途に用いられることが多い。また、電極部分が腐食してしまうような強い酸性、アルカリ性を持つ液体の液量の計測をする用途にも用いられる。このように、電極外壁貼付方式のものは電極部分を液体に浸漬せずに容器内の液量を計測することができるという利点を持つが、一方で、金属などの導電性をもつ材料で作られている容器では使用できない。 Since the capacitance type liquid level sensor does not have a moving part or a sliding part unlike the float type, there is an advantage that sticking cannot occur. There are two types of liquid level sensors of this type: an electrode immersion type in which the electrode portion is immersed in the liquid in the container, and an electrode outer wall attachment type in which the electrode portion is attached to the outer wall inside the container. In the electrode outer wall affixing method, the electrode part is attached to the outer wall of the container, so the electrode part does not come into contact with the liquid inside the container. It is often used for measuring. It is also used for measuring the amount of a liquid having strong acidity and alkalinity that causes the electrode portion to corrode. In this way, the electrode outer wall sticking method has the advantage that the amount of liquid in the container can be measured without immersing the electrode part in the liquid, but on the other hand, it is made of a conductive material such as metal. It cannot be used in the container that is used.

ここで静電容量方式液位センサの動作原理を電極外壁貼付方式のものを例にとって説明する。静電容量方式液位センサは電極の静電容量を計測し、その値から液面レベルを推定している。 Here, the operating principle of the capacitance type liquid level sensor will be described by taking the electrode outer wall sticking type as an example. The capacitance type liquid level sensor measures the capacitance of the electrode and estimates the liquid level from the value.

2枚の電極が平行して対向する平行平板コンデンサを考えた場合、対向する2つの電極の面積をS、両者間の距離をd、両電極間に挟まれる絶縁体の比誘電率をεr、真空の誘電率をε0とすると、その平行平板コンデンサの静電容量CはC=S×εr×ε0/dで表現できる。従って、平行平板コンデンサの両電極間の距離dが一定なら、平行平板コンデンサの静電容量Cは両電極間に挟まれる絶縁体の比誘電率εrに比例する。例えば、平行な平面を対向して持つ液体容器の一方の面に長方形の+側電極を貼り付け、それとは対向した面に前記+側電極と平行して対向した位置に+側電極と同一形状及び同一面積の−側電極を貼り付けると、それらの対向した電極は平行平板コンデンサを形成することになる。
次に、容器全体に水を注ぎ入れると、対向電極は両電極間に水が充填された平行平板コンデンサであるとみなすことができる。空気の比誘電率はほぼ1であり、水の比誘電率はほぼ80であるので、水を全く入れていない場合、つまり、空気で満たされている場合と水で満たされている場合では静電容量が80倍も異なることになる。
Considering a parallel plate capacitor in which two electrodes face each other in parallel, the area of the two electrodes facing each other is S, the distance between the two electrodes is d, and the relative permittivity of the insulator sandwiched between the two electrodes is ε r. Assuming that the permittivity of the vacuum is ε 0 , the capacitance C of the parallel plate capacitor can be expressed by C = S × ε r × ε 0 / d. Therefore, if the distance d between the two electrodes of the parallel plate capacitor is constant, the capacitance C of the parallel plate capacitor is proportional to the relative permittivity εr of the insulator sandwiched between the two electrodes. For example, a rectangular + side electrode is attached to one surface of a liquid container having parallel planes facing each other, and the same shape as the + side electrode is attached to the surface facing the + side electrode at a position parallel to and facing the + side electrode. And when the-side electrodes of the same area are attached, those opposing electrodes form a parallel plate capacitor.
Next, when water is poured into the entire container, the counter electrode can be regarded as a parallel plate capacitor in which water is filled between both electrodes. Since the relative permittivity of air is approximately 1 and the relative permittivity of water is approximately 80, it is static when no water is added, that is, when it is filled with air and when it is filled with water. The capacitance will be 80 times different.

予め、所定の容量閾値、例えば空気で満たされたときの容量の40倍の容量値を閾値として設けておき、静電容量がその容量閾値より小さい場合には水が入っていないと判断し、静電容量が容量閾値より大きい場合には水が入っていると判断することができる。このように対向電極の静電容量がある閾値を超えたか超えないかで液体の有無を0と1で判定することが可能になり、オン・オフ型の静電容量方式液位センサと呼ばれている。 A predetermined capacitance threshold value, for example, a capacitance value 40 times the capacitance when filled with air is set as a threshold value in advance, and when the capacitance is smaller than the capacitance threshold value, it is determined that water is not contained. If the capacitance is larger than the capacitance threshold, it can be determined that water is contained. In this way, the presence or absence of liquid can be determined by 0 and 1 depending on whether the capacitance of the counter electrode exceeds or does not exceed a certain threshold value, and is called an on / off type capacitance type liquid level sensor. ing.

さらに、+電極を複数設けることで複数段階の液面レベルを測定することができる。例えば、容器の側面に+電極を底面から上に向かって1cmごとに3枚貼り付けると仮定する。それぞれの電極は前述のオン・オフ型の電極として振る舞う。水を容器に注ぎ込むと下の電極から順番に容量が閾値を超え、即ちオンになる電極数が増えて行く。全電極がオフの場合、液面のレベルは1cm以下であると判定される。一番下の電極のみオンで、他の2つの電極がオフの場合、液面のレベルは1cm以上、2cm未満であると判定される。同様に全電極がオンの場合、液面のレベルは3cm以上であると判定される。このように+電極数を増やすことで複数のレベルを指示できるようになる。このような方式を多点型と呼ぶ。 Further, by providing a plurality of + electrodes, it is possible to measure the liquid level in a plurality of stages. For example, it is assumed that three + electrodes are attached to the side surface of the container from the bottom surface upward every 1 cm. Each electrode behaves as the on / off type electrode described above. When water is poured into the container, the capacity exceeds the threshold value in order from the lower electrode, that is, the number of electrodes turned on increases. When all electrodes are off, the liquid level is determined to be 1 cm or less. When only the bottom electrode is on and the other two electrodes are off, the liquid level is determined to be 1 cm or more and less than 2 cm. Similarly, when all the electrodes are on, the level of the liquid level is determined to be 3 cm or more. By increasing the number of + electrodes in this way, multiple levels can be specified. Such a method is called a multi-point type.

さらに、液面レベルを細かく検知できる方式としてリニア型と呼ばれる方式がある。容器の略全長の長さを有する長方形の+側電極の長手方向を、容器の上下方向になるように側面に貼り付ける。+側電極の下端は容器の底面に接するようにし、上端は容器の満杯の位置と等しくなるようにしておく。この容器に液体を入れない状態での+側電極の容量値を測定しておき、それをC0として記録しておく。次に電極の上端までちょうど液体が接する位置、即ち満杯の位置まで液体を注入したときの容量をCFとして記録しておく。満杯時と空の時の容量の差はCF−C0となる。底面から満杯までの距離が10cmと仮定すると、液位が1cm上がるごとに容量は1/10×(CF−C0)だけ増えることになる。測定した容量がCだとすると、底面からの液面レベル(C−C0)/(CF−C0)×10で求めることができる。この方式を用いるとリニアに液面レベルを求めることができる。 Further, there is a method called a linear type as a method capable of finely detecting the liquid level. The longitudinal direction of the rectangular + side electrode having a substantially total length of the container is attached to the side surface so as to be the vertical direction of the container. The lower end of the + side electrode should be in contact with the bottom surface of the container, and the upper end should be equal to the full position of the container. The capacity value of the + side electrode when no liquid is put in this container is measured, and it is recorded as C0. Next, the volume when the liquid is injected to the position where the liquid comes into contact with the upper end of the electrode, that is, the position where the liquid is full is recorded as CF. The difference in capacity between full and empty is CF-C0. Assuming that the distance from the bottom to the full is 10 cm, the volume increases by 1/10 × (CF-C0) for every 1 cm increase in the liquid level. Assuming that the measured volume is C, it can be obtained by the liquid level level (C-C0) / (CF-C0) x 10 from the bottom surface. Using this method, the liquid level can be obtained linearly.

現在、市場で流通している容器の外壁に貼り付つけて使用する静電容量液位センサの電極部分は、長方形状のフレキシブル基板を使用し、円筒状や円錐状の容器内の液面レベル検知を可能としている。例えば、非特許文献1には、電極部分をフレキシブルな素材で作成した液位センサが開示されている。この静電容量液位センサでは、電極部分を細い樹脂製のゲージ管などに巻き付けてタンク内の液量を計測できる。 The electrode part of the capacitive liquid level sensor used by attaching it to the outer wall of the container currently on the market uses a rectangular flexible substrate, and the liquid level level inside the cylindrical or conical container. It enables detection. For example, Non-Patent Document 1 discloses a liquid level sensor in which the electrode portion is made of a flexible material. In this capacitive liquid level sensor, the electrode portion can be wound around a thin resin gauge tube or the like to measure the amount of liquid in the tank.

亀岡電子株式会社製の液位センサCLAシリーズ(https://www.kameokadennsi.co.jp/levelsensor)Liquid level sensor CLA series manufactured by Kameoka Electronics Co., Ltd. (https://www.kameokadennsi.co.jp/levelsensor)

静電容量方式で、かつ、電極外壁貼付方式の液位センサでは容器の外壁に電極部分を貼付して容器の内壁に接する液体の静電容量の変化を求める必要があるので、電極部分を容器外壁に密着させることが必要である。しかしこの密着性が悪いと、容器外壁と電極部分の間に空気層が形成され、静電容量方式センサが検知する容量が本来の容量値より減少し、液面レベルを本来の液面レベルより低く判定してしまう。容器が立方体又は直方体のように平面の外壁を持つ場合、電極部分をその平面に沿って容器の略全長に密着させればよいので、電極部分は金属板や、プリント基板のような固い素材で構成でき、また形状も正方形、長方形などでよい。容器外壁に両面粘着テープや接着剤を用いて貼付することで電極部分を容器外壁に密着させることができる。 In the capacitance type and electrode outer wall sticking type liquid level sensor, it is necessary to stick the electrode part on the outer wall of the container and obtain the change in the capacitance of the liquid in contact with the inner wall of the container. It is necessary to make it adhere to the outer wall. However, if this adhesion is poor, an air layer is formed between the outer wall of the container and the electrode portion, the capacitance detected by the capacitance sensor decreases from the original capacitance value, and the liquid level becomes lower than the original liquid level. It will be judged low. When the container has a flat outer wall such as a cube or a rectangular parallelepiped, the electrode part may be brought into close contact with the entire length of the container along the flat surface, so that the electrode part is made of a hard material such as a metal plate or a printed substrate. It can be configured and may have a square or rectangular shape. The electrode portion can be brought into close contact with the outer wall of the container by attaching it to the outer wall of the container using double-sided adhesive tape or an adhesive.

しかし、容器が円筒状であると、電極部分が固い金属板やプリント基板で形成されていると電極部分を容器外壁に密着させることができない。この場合は、電極部分を薄い金属板やフレキシブル基板で形成することで、正方形、長方形状の電極部分を容器外壁に密着させることができる。 However, if the container is cylindrical and the electrode portion is made of a hard metal plate or a printed circuit board, the electrode portion cannot be brought into close contact with the outer wall of the container. In this case, by forming the electrode portion with a thin metal plate or a flexible substrate, the square or rectangular electrode portion can be brought into close contact with the outer wall of the container.

しかしながら、流通している液体容器には様々な形状が存在する。例えば、球状の容器を考えると、その外壁面は縦横及び半径方向に凸状の三次元曲面になるので、電極形状が正方形や長方形であると薄い金属板は勿論、フレキシブル基板であっても密着させることはできず、電極部分の外周は弛みが生じてしまう。また、逆に容器の外壁が馬の鞍のような凹状を有する3次元曲面をもつ場合には、一定長さと幅を有するフレキシブル基板では電極部分の外周部は伸びることができないため、電極部分を密着させることができないという課題がある。 However, there are various shapes of liquid containers in circulation. For example, considering a spherical container, its outer wall surface becomes a three-dimensional curved surface that is convex in the vertical, horizontal, and radial directions. Therefore, if the electrode shape is square or rectangular, it adheres not only to a thin metal plate but also to a flexible substrate. This cannot be done, and the outer periphery of the electrode portion is slackened. On the contrary, when the outer wall of the container has a three-dimensional curved surface having a concave shape like a horse saddle, the outer peripheral portion of the electrode portion cannot be extended with a flexible substrate having a constant length and width, so that the electrode portion is used. There is a problem that they cannot be brought into close contact with each other.

本発明は上記課題に鑑み、様々な三次元の曲面を有している容器であっても、この種々の曲面に沿って密着して貼ることができるとともに剥がれ難く、容器の液位を正確に測定できるようにした、極めて優れた静電容量型液位センサを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention allows a container having various three-dimensional curved surfaces to be closely attached along the various curved surfaces and is not easily peeled off, so that the liquid level of the container can be accurately adjusted. It is an object of the present invention to provide an extremely excellent capacitance type liquid level sensor capable of measuring.

上記目的は、本発明によれば、容器の外壁に検知電極を貼り付けて、検知電極と対向電極との容量変化により、容器内に収容される液位を計測する静電容量型液位センサであって、検知電極は、少なくとも一つの軸部と該軸部に接続される複数の腕部と、を備え、複数の腕部の隣り合う腕部の間には切り込み部が配設され、検知電極は、容器の三次元曲面の表面に、切り込み部を設けることにより容器の外壁の三次元曲面の表面に貼り付けができる、静電容量型液位センサにより達成される。 According to the above object, according to the present invention, a capacitance type liquid level sensor is provided by attaching a detection electrode to the outer wall of a container and measuring the liquid level contained in the container by changing the capacitance between the detection electrode and the counter electrode. The detection electrode includes at least one shaft portion and a plurality of arm portions connected to the shaft portion, and a notch portion is arranged between the adjacent arm portions of the plurality of arm portions. The detection electrode is achieved by a capacitive liquid level sensor that can be attached to the surface of the three-dimensional curved surface of the outer wall of the container by providing a notch on the surface of the three-dimensional curved surface of the container.

上記目的は、本発明によれば、第1のフレキシブル層と、第1のフレキシブル層の表面側に形成された検知電極及びグラウンド電極と、検知電極及びグラウンド電極の表面に形成された第2のフレキシブル層と、を備え、検知電極は、少なくとも一つの軸部と該軸部に接続される複数の腕部と、を備え、複数の腕部の隣り合った腕部の間には切り込み部が配設され、検知電極は、容器の外壁の三次元曲面の表面に、切り込み部を配設することにより容器の三次元曲面の表面に貼り付けができる、静電容量型液位センサにより達成される。
上記目的は、本発明によれば、第1のフレキシブル層と、第1のフレキシブル層の表面側に形成された検知電極及びグラウンド電極と、検知電極及びグラウンド電極の表面に形成された第2のフレキシブル層と、第2のフレキシブル層の上部に形成される第3のフレキシブル層と、第3のフレキシブル層の表面側に形成されたシールド電極とシールド電極の上部に形成された第4のフレキシブル層と、を備え、検知電極は、少なくとも一つの軸部と該軸部に対して角度を付けて接続された複数の腕部と、を備え、複数の腕部の隣り合った腕部の間には切り込み部が設けられ、検知電極は、容器の三次元曲面の表面に切り込み部を配置することにより容器の三次元曲面の表面に貼り付けができる、静電容量型液位センサより達成される。
According to the present invention, the above object is the first flexible layer, the detection electrode and the ground electrode formed on the surface side of the first flexible layer, and the second one formed on the surface of the detection electrode and the ground electrode. A flexible layer is provided, the detection electrode is provided with at least one shaft portion and a plurality of arms connected to the shaft portion, and a notch is provided between the adjacent arms of the plurality of arms. The detection electrode is provided by a capacitive liquid level sensor that can be attached to the surface of the three-dimensional curved surface of the container by disposing a notch on the surface of the three-dimensional curved surface of the outer wall of the container. NS.
According to the present invention, the above object is the first flexible layer, the detection electrode and the ground electrode formed on the surface side of the first flexible layer, and the second one formed on the surface of the detection electrode and the ground electrode. A flexible layer, a third flexible layer formed on the upper part of the second flexible layer, a shield electrode formed on the surface side of the third flexible layer, and a fourth flexible layer formed on the upper part of the shield electrode. And, the detection electrode comprises at least one shaft and a plurality of arms connected at an angle to the shaft, and between the adjacent arms of the plurality of arms. Is provided with a notch, and the detection electrode is achieved by a capacitive liquid level sensor that can be attached to the surface of the three-dimensional curved surface of the container by arranging the notch on the surface of the three-dimensional curved surface of the container. ..

上記構成において、検知電極は、好ましくは、フレキシブル基板上に配設される。好ましくは、検知電極、グラウンド電極及びシールド電極は、金属板又は金属箔からなり、これらは導電性フィルム上に配設される。
検知電極は、好ましくは、不織布上に配設された金属層からなる。静電容量型液位センサは、好ましくは、検知電極に生じる容量値によって液面レベルに換算されるリニア型センサである。検知電極は、好ましくは、切り込み部を複数備えており、容器の液位の変化を該検知電極の容量変化により判定する。
In the above configuration, the detection electrode is preferably arranged on a flexible substrate. Preferably, the detection electrode, the ground electrode and the shield electrode are made of a metal plate or a metal foil, which are arranged on a conductive film.
The detection electrode preferably consists of a metal layer disposed on the non-woven fabric. The capacitance type liquid level sensor is preferably a linear type sensor that is converted into a liquid level by the capacitance value generated in the detection electrode. The detection electrode preferably includes a plurality of notches, and a change in the liquid level of the container is determined by a change in the capacity of the detection electrode.

本発明によれば、様々な三次元の曲面を有している容器であっても、この曲面に沿って密着して貼付することができ、容器の液位を正確に測定できるようにした、極めて優れた静電容量型液位センサを提供することができる。 According to the present invention, even a container having various three-dimensional curved surfaces can be closely attached along the curved surface, and the liquid level of the container can be accurately measured. It is possible to provide an extremely excellent capacitance type liquid level sensor.

本発明の静電容量型液位センサの第一実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st Embodiment of the capacitance type liquid level sensor of this invention. 図1AのI―I線に沿う断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1A. 第一実施形態において第1の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st modification in 1st Embodiment. 図2Aの拡大図である。It is an enlarged view of FIG. 2A. 第一実施形態において第2の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd modification in 1st Embodiment. 図3Aの拡大図である。It is an enlarged view of FIG. 3A. 第一実施形態において第3の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 3rd modification in 1st Embodiment. 第一実施形態において第4の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 4th modification in 1st Embodiment. 第一実施形態において第5の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 5th modification in 1st Embodiment. 図6Aの拡大図である。It is an enlarged view of FIG. 6A. 第一実施形態において第6の変形例の検知電極を示す平面図である。It is a top view which shows the detection electrode of the 6th modification in 1st Embodiment. 本発明による静電容量型液位センサの第二の実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd Embodiment of the capacitance type liquid level sensor by this invention. 図8Aの拡大図である。It is an enlarged view of FIG. 8A. 図8AのII―II線に沿う断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 8A. 本発明による静電容量型液位センサの第三の実施形態を示す、容器側に配設される検知電極及びグラウンド電極の平面図である。It is a top view of the detection electrode and the ground electrode arranged on the container side which show the 3rd Embodiment of the capacitance type liquid level sensor by this invention. 第三の実施形態を示すシールド電極の平面図である。It is a top view of the shield electrode which shows the 3rd Embodiment. 図9AのIII―III線に沿う断面図である。9 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 9A. 本発明の静電容量型液位センサの検知電極を、例示のために3次元曲面を有しているグラスに貼りつけた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which attached the detection electrode of the capacitance type liquid level sensor of this invention to the glass which has a three-dimensional curved surface for example. 静電容量型液位センサの容量測定を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the capacitance measurement of a capacitance type liquid level sensor. 図11Aに示す回路を用いて容量測定した電極波形を示す図である。It is a figure which shows the electrode waveform of the capacitance measurement using the circuit shown in FIG. 11A. 静電容量型液位センサを図10のグラスに貼り付け、水を注いだときのカウンタのカウント値と液位との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the count value of the counter and the liquid level when the capacitance type liquid level sensor is attached to the glass of FIG. 10 and water is poured.

以下、図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について詳細に説明する。
図1A及び図1Bは、本発明による静電容量型液位センサの第一の実施形態を示し、図1Aは平面図、図1Bは図1AのI―I線に沿う断面である。本実施形態による静電容量型液位センサ10の検知電極40は、軸部11と腕部12と凹状の切込み部13とからなる。静電容量型液位センサ10は、例えば、第1のフレキシブル層21と、第1のフレキシブル層21の表面側に形成された検知電極40と、検知電極40の表面に形成される第2のフレキシブル層22と、から構成されている。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1A and 1B show the first embodiment of the capacitive liquid level sensor according to the present invention, FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross section taken along the line I-I of FIG. 1A. The detection electrode 40 of the capacitance type liquid level sensor 10 according to the present embodiment includes a shaft portion 11, an arm portion 12, and a concave notch portion 13. The capacitance type liquid level sensor 10 includes, for example, a first flexible layer 21, a detection electrode 40 formed on the surface side of the first flexible layer 21, and a second detection electrode 40 formed on the surface of the detection electrode 40. It is composed of a flexible layer 22 and.

検知電極40は導電性材料からなり、薄い金属板、金属箔、ポリイミド樹脂等からなるフレキシブル基板、導電性フィルム、導電性の糸で編んだ布、金属をメッキした不織布等の何れかでなり、ある程度の柔軟性を持った導電性素材を使用することができる。導電性材料は、例えば銅を使用することができる。検知電極40は、例えば第1のフレキシブル層21に電気メッキ等で形成した銅箔をレジストを用いてエッチングによりパターニングすることで、サブトラクティブ法を用いて製造することができる。検知電極40の厚さは、例えば10μmから100μmとすることができる。 The detection electrode 40 is made of a conductive material, and is made of a thin metal plate, a metal foil, a flexible substrate made of a polyimide resin or the like, a conductive film, a cloth knitted with a conductive thread, a non-woven metal plated, or the like. A conductive material having a certain degree of flexibility can be used. As the conductive material, for example, copper can be used. The detection electrode 40 can be manufactured by a subtractive method, for example, by patterning a copper foil formed on the first flexible layer 21 by electroplating or the like by etching with a resist. The thickness of the detection electrode 40 can be, for example, 10 μm to 100 μm.

第1のフレキシブル層21と、第2のフレキシブル層22は、所謂フレキシブルフィルムであり、ポリイミド等の樹脂からなる層である。第1及び第2のフレキシブル層21,22は、静電容量型液位センサ10の用途に応じて適宜に選定でき、例えば、10μmから100μmの厚さを有することが好ましい。 The first flexible layer 21 and the second flexible layer 22 are so-called flexible films, which are layers made of a resin such as polyimide. The first and second flexible layers 21 and 22 can be appropriately selected according to the application of the capacitance type liquid level sensor 10, and preferably have a thickness of, for example, 10 μm to 100 μm.

検知電極40は、任意の間隔で切り込み部13が形成された、片状、帯状、細長の薄い層状の電極から形成されている。図1Aに示す検知電極40の全体形状は、図上、縦方向の1本の軸部11とこの軸部11の上下に間隔を置いて左右横方向に並列した複数の腕部12とで所謂魚骨状を呈している。換言すれば、この検知電極40は一定の長さと幅をもった縦長長方形に沿って、左右から一定間隔で中心部に向かって切り込み部13を形成して、中心に垂直に軸部11を形成し、この軸部11から、角度をつけて複数の腕部12を設けて、全体が縦方向又は横方向にフレキシブルに曲折できるよう形成されている。ここで、角度をつけるとは、軸部11に対して、直交していても、又は直角に方向に屈曲されていても、或いは、所定の角度で接続されていることを意味し、例えば軸部に対して10〜170度程度の範囲で角度が付けられていてよい。 The detection electrode 40 is formed of a flake-shaped, strip-shaped, elongated thin layered electrode in which cut portions 13 are formed at arbitrary intervals. In the figure, the overall shape of the detection electrode 40 shown in FIG. 1A is a so-called one shaft portion 11 in the vertical direction and a plurality of arm portions 12 arranged in parallel in the left-right and horizontal directions at intervals above and below the shaft portion 11. It has a fish-bone shape. In other words, the detection electrode 40 forms a cut portion 13 from the left and right toward the center portion at regular intervals along a vertically long rectangle having a constant length and width, and forms a shaft portion 11 perpendicular to the center. A plurality of arm portions 12 are provided from the shaft portion 11 at an angle so that the entire arm portion 12 can be flexibly bent in the vertical direction or the horizontal direction. Here, to give an angle means that the shaft portion 11 is orthogonal to the shaft portion 11, is bent in a direction at a right angle, or is connected at a predetermined angle, for example, a shaft. The portion may be angled in the range of about 10 to 170 degrees.

(検知電極の第1の変形例)
図2A及び図2Bは、第一実施形態において第1の変形例10Aを示す。第1の変形例10Aの検知電極40Aは軸部11と軸部11から左方向に突出した複数本の腕部12aと各腕部12aの間に形成された凹状の切込み部13とからなる、所謂櫛歯状の電極であり、図2Bに示すように、基本構成は、第一の腕部12a1と第二の腕部12a2が軸部11を介して接続され、第一の腕部12a1と軸部11と第二の腕部12a2から凹部、即ち切り込み部13が形成されている。
(First modification of the detection electrode)
2A and 2B show the first modification 10A in the first embodiment. The detection electrode 40A of the first modification 10A is composed of a shaft portion 11, a plurality of arm portions 12a protruding to the left from the shaft portion 11, and a concave cut portion 13 formed between each arm portion 12a. It is a so-called comb-shaped electrode, and as shown in FIG. 2B, in the basic configuration, the first arm portion 12a1 and the second arm portion 12a2 are connected via the shaft portion 11, and the first arm portion 12a1 and the shaft portion are connected. A recess, that is, a notch portion 13, is formed from the 11 and the second arm portion 12a2.

(検知電極の第2の変形例)
図3A及び図3Bは、静電容量型液位センサの第2の変形例10Bを示す。この検知電極40Bは軸部11bと腕部12bと凹状の切込み部13bとが所謂ジグザグ状に形成され、図3Bに示すように、基本構成は、第一の腕部12b1と第二の腕部12b2が第1の軸部13b1を介して接続されて、第一の腕部12b1と第1の軸部11b1と第二の腕部12b2から、図において第1の凹部、即ち第1の切り込み部13b1が左側に形成されている。
さらに、第二の腕部12b2と第2の軸部11b2と第三の腕部12b3から第2の凹部、即ち第2の切り込み部13b2が図において右側に形成されている。この検知電極40Bは、第1の変形例の検知電極40Aの凹字型電極を互い違いに2つ並べてアラビア数字の略2のような形状になっている。凹字型電極は2個に限定されるものではなく、図3Aのように複数並べて蛇状に形成し得る。
(Second modification of the detection electrode)
3A and 3B show a second modification 10B of the capacitive liquid level sensor. The detection electrode 40B has a shaft portion 11b, an arm portion 12b, and a concave cut portion 13b formed in a so-called zigzag shape. Connected via the first shaft portion 13b1, from the first arm portion 12b1, the first shaft portion 11b1 and the second arm portion 12b2, the first recess, that is, the first notch portion 13b1 is on the left side in the drawing. It is formed.
Further, the second arm portion 12b2, the second shaft portion 11b2, and the third arm portion 12b3 to the second recess, that is, the second notch portion 13b2 are formed on the right side in the drawing. The detection electrode 40B has a shape like approximately 2 Arabic numerals by arranging two concave electrodes of the detection electrode 40A of the first modification alternately. The number of concave electrodes is not limited to two, and a plurality of concave electrodes may be arranged side by side to form a serpentine shape as shown in FIG. 3A.

(検知電極の第3の変形例)
図4は、静電容量型液位センサの第3の変形例10Cの検知電極40Cを示す。この検知電極40Cは、第1の変形例10Aの櫛歯電極を対向して梯子状に並べた構成を有しており、左右両側の軸部に挟まれて腕部が掛け渡された形状でなり、検知電極40Cにはこれらの空隙により切り込み部13eが形成されている。
(Third modification of the detection electrode)
FIG. 4 shows the detection electrode 40C of the third modification 10C of the capacitance type liquid level sensor. The detection electrode 40C has a configuration in which the comb tooth electrodes of the first modification 10A are arranged in a ladder shape so as to face each other, and has a shape in which the arm portion is hung between the shaft portions on both the left and right sides. Therefore, a notch portion 13e is formed in the detection electrode 40C by these voids.

(検知電極の第4の変形例)
図5は、静電容量型液位センサの変形例10Dの検知電極40Dを示す。この検知電極40Dは、図2Aに示す第1の変形例10Aの2つの検知電極40Aの櫛歯電極を背合わせに並べた構成を有している。
(Fourth modification of the detection electrode)
FIG. 5 shows the detection electrode 40D of the modified example 10D of the capacitance type liquid level sensor. The detection electrode 40D has a configuration in which the comb tooth electrodes of the two detection electrodes 40A of the first modification 10A shown in FIG. 2A are arranged back to back.

(検知電極の第5の変形例)
図6A及び図6Bは、静電容量型液位センサの第5の変形例10Eを示す。この検知電極40Eは、図2Bに示す第1の変形例10Aの検知電極40Aの第1及び第2の腕部12a1,12a1,の先端を、それぞれ円形及び五角形12e1,12e2に膨出させた構成でなる。第1及び第2の腕部12e1,12e2の先端形状は、これに限らずどのような形状でもよく、第1及び第2の腕部の間に凹部、即ち切り込み部が形成される。このように、第1及び第2の腕部12e1,12e2の先端間隔が広がったり狭まったりして電極全体を三次元曲面に沿わせることができる。
(Fifth modification of the detection electrode)
6A and 6B show a fifth modification 10E of the capacitive liquid level sensor. The detection electrode 40E has a configuration in which the tips of the first and second arm portions 12a1, 12a1 of the detection electrode 40A of the first modification 10A shown in FIG. 2B are bulged into circular and pentagonal shapes 12e1, 12e2, respectively. It consists of. The tip shapes of the first and second arm portions 12e1 and 12e2 are not limited to this, and any shape may be used, and a recess, that is, a notch portion is formed between the first and second arm portions. In this way, the distance between the tips of the first and second arms 12e1 and 12e2 can be widened or narrowed so that the entire electrode can be aligned with the three-dimensional curved surface.

(検知電極の第6の変形例)
図7は、静電容量型液位センサの第6の変形例10Fの検知電極40Fを示す。この検知電極40Fは、第1の変形例10Aの検知電極40Aを背合わせに2つ並べ、さらにその背合わせした対称形状において、中央の腕部からさらに細長の腕部が軸方向に連結した形状を有している。検知電極40Fは、木の太い枝からさらに細い枝が伸びるような所謂フラクタル構造を有している。本変形例ではフラクタル構造を2階層として説明しているが、何階層で形成されてもよい。
ここで、静電容量型液位センサ10は、容器が金属性の基台上に置かれているときは、検知電極40Fを容器に貼り付け、金属性基台に電極を接続して対向電極とすればよい。これにより、検知電極40Fと対向電極との間に容量が生じ、容器に注入される液体の液位によりこの容量が変化する。対向電極の電位は所定の電位であればよく、また、0V(接地電位)としてもよい。静電容量型液位センサ10で生じる容量の測定回路が、例えば、金属ケースや測定回路のグラウンドに接地されている場合には、金属ケース又はグラウンドを対向電極としてもよい。
(Sixth modification of the detection electrode)
FIG. 7 shows the detection electrode 40F of the sixth modification 10F of the capacitance type liquid level sensor. The detection electrode 40F has two detection electrodes 40A of the first modification 10A arranged back to back, and in a symmetrical shape with the detection electrodes 40A back to back, a shape in which an elongated arm portion is connected in the axial direction from the central arm portion. have. The detection electrode 40F has a so-called fractal structure in which thinner branches extend from thick branches of a tree. In this modification, the fractal structure is described as two layers, but it may be formed in any number of layers.
Here, in the capacitance type liquid level sensor 10, when the container is placed on a metallic base, the detection electrode 40F is attached to the container, and the electrode is connected to the metallic base to connect the counter electrode. And it is sufficient. As a result, a volume is generated between the detection electrode 40F and the counter electrode, and this volume changes depending on the liquid level of the liquid injected into the container. The potential of the counter electrode may be a predetermined potential, or may be 0 V (ground potential). When the capacitance measuring circuit generated by the capacitance type liquid level sensor 10 is grounded to, for example, a metal case or the ground of the measuring circuit, the metal case or the ground may be used as a counter electrode.

(静電容量型液位センサの第二の実施形態)
図8A及び図8Bは、本発明による静電容量型液位センサの第二の実施形態を示す。この静電容量型液位センサ30は、第1のフレキシブル層21と、第1のフレキシブル層21の表面側に形成された外側の検知電極40Gと、検知電極40Gとは空隙45を開けて配設されるグラウンド電極50と、検知電極40G及びグラウンド電極50の上部に被覆される第2のフレキシブル層22と、から構成されている。静電容量型液位センサ30は、第一の実施形態に係る静電容量型液位センサ10と同様に、軸部41と腕部42と凹状の切込み部43とからなる。静電容量型液位センサ30は、市販のフレキシブルプリント基板(Flexible Printed Circuits, FCBとも呼ぶ)により作製することができる。この場合、グラウンド電極50も検知電極40Gと同様に銅箔等をパターニングして同時に形成できる。また、第2のフレキシブル層22は、第1のフレキシブル層21と同じ厚さの層としてもよい。
(Second Embodiment of Capacitive Liquid Level Sensor)
8A and 8B show a second embodiment of the capacitive liquid level sensor according to the present invention. In this capacitance type liquid level sensor 30, the first flexible layer 21, the outer detection electrode 40G formed on the surface side of the first flexible layer 21, and the detection electrode 40G are arranged with a gap 45 open. It is composed of a ground electrode 50 to be provided, a detection electrode 40G, and a second flexible layer 22 coated on the ground electrode 50. The capacitance type liquid level sensor 30 includes a shaft portion 41, an arm portion 42, and a concave notch portion 43, similarly to the capacitance type liquid level sensor 10 according to the first embodiment. The capacitance type liquid level sensor 30 can be manufactured by using a commercially available flexible printed circuit board (also referred to as Flexible Printed Circuits, FCB). In this case, the ground electrode 50 can also be formed at the same time by patterning a copper foil or the like in the same manner as the detection electrode 40G. Further, the second flexible layer 22 may be a layer having the same thickness as the first flexible layer 21.

図8A〜図8Cに示すように、検知電極40Gは外側に配置される魚骨状の電極であり、グラウンド電極50は、検知電極40Gの内側に配置される電極であり、検知電極40Gとグラウンド電極50は所定の間隔の空隙45、つまり絶縁領域で絶縁されている。検知電極40Gは、幅W1で、長さL1の寸法を有している。なお、検知電極40Gを内側にし、検知電極40Gの外側にグラウンド電極50を配設してもよい。 As shown in FIGS. 8A to 8C, the detection electrode 40G is a fish-bone-shaped electrode arranged on the outside, the ground electrode 50 is an electrode arranged inside the detection electrode 40G, and the detection electrode 40G and the ground are arranged. The electrodes 50 are insulated by gaps 45 at predetermined intervals, that is, insulating regions. The detection electrode 40G has a width W1 and a length L1. The ground electrode 50 may be arranged on the inside of the detection electrode 40G and on the outside of the detection electrode 40G.

静電容量型液位センサ30が、静電容量型液位センサ10及び変形例と異なるのは、さらに、グラウンド電極50を有する点である。静電容量型液位センサ10及び変形例では容器の周囲にある金属板やアースを対向電極として使用するが、静電容量型液位センサ30は、検知電極40Gと共にグラウンド電極50を備えているので、容器への実装が容易に実施でき、検知電極40Gとグラウンド電極50に生じる静電容量が安定するという利点が生じる。 The capacitance type liquid level sensor 30 is different from the capacitance type liquid level sensor 10 and the modified example in that it further has a ground electrode 50. In the capacitance type liquid level sensor 10 and the modified example, a metal plate or ground around the container is used as a counter electrode, but the capacitance type liquid level sensor 30 includes a ground electrode 50 together with a detection electrode 40G. Therefore, it can be easily mounted on the container, and there is an advantage that the capacitance generated in the detection electrode 40G and the ground electrode 50 is stable.

(静電容量型液位センサの第三の実施形態)
図9A〜図9Cは、本発明の第三の実施形態に係る静電容量型液位センサ80を示し、図9Aは容器側に配設される検知電極40G及びグラウンド電極50の平面図、図9Bはシールド電極60の平面図、図9Cは図9AのIII―III線に沿う断面図である。この静電容量型液位センサ80は、第1のフレキシブル層21と、第1のフレキシブル層21の表面側に形成された検知電極40G及びグラウンド電極50と、検知電極40G及びグラウンド電極50の表面に形成された第2のフレキシブル層22と、第2のフレキシブル層22の上部に形成される第3のフレキシブル層23と、第3のフレキシブル層23の表面側に形成されたシールド電極60と、シールド電極60の上部に形成された第4のフレキシブル層24と、を備えている。
(Third Embodiment of Capacitive Liquid Level Sensor)
9A-9C show the capacitance type liquid level sensor 80 according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 9A is a plan view and a view of the detection electrode 40G and the ground electrode 50 arranged on the container side. 9B is a plan view of the shield electrode 60, and FIG. 9C is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 9A. The capacitance type liquid level sensor 80 includes a first flexible layer 21, a detection electrode 40G and a ground electrode 50 formed on the surface side of the first flexible layer 21, and a surface of the detection electrode 40G and the ground electrode 50. A second flexible layer 22 formed on the surface of the second flexible layer 22, a third flexible layer 23 formed on the upper portion of the second flexible layer 22, and a shield electrode 60 formed on the surface side of the third flexible layer 23. A fourth flexible layer 24 formed on the upper part of the shield electrode 60 is provided.

第三の実施形態の静電容量型液位センサ80は、第二の実施形態の静電容量型液位センサ30に、さらに、シールド電極60を設けた構成である。シールド電極60は、第3のフレキシブル層23と、第4のフレキシブル層24の間に配設されている。図示の場合、容器側に貼られる検知電極40G及びグラウンド電極50と、検知電極40G及びグラウンド電極50に対抗した位置に配置されたシールド電極60とが、接着剤70により接合されている。第三の実施形態に係る静電容量型液位センサ80は、市販の二層フレキシブルプリント基板により作製することができる。
図9Bに示すように、シールド電極60は魚骨状を呈して複数の切り込み部を有し、検知電極40G、シールド電極50及び空隙45を覆うように同様の面積を有していて、銅箔等をパターニングすることにより形成できる。また、第3及び第4のフレキシブル層23,24は、第1のフレキシブル層21と同じ材料としてもよい。
The capacitance type liquid level sensor 80 of the third embodiment has a configuration in which a shield electrode 60 is further provided on the capacitance type liquid level sensor 30 of the second embodiment. The shield electrode 60 is arranged between the third flexible layer 23 and the fourth flexible layer 24. In the case of the figure, the detection electrode 40G and the ground electrode 50 attached to the container side and the shield electrode 60 arranged at a position opposite to the detection electrode 40G and the ground electrode 50 are bonded by the adhesive 70. The capacitance type liquid level sensor 80 according to the third embodiment can be manufactured by using a commercially available two-layer flexible printed substrate.
As shown in FIG. 9B, the shield electrode 60 has a fish-bone shape and has a plurality of notches, and has a similar area so as to cover the detection electrode 40G, the shield electrode 50, and the void 45, and is made of copper foil. Etc. can be formed by patterning. Further, the third and fourth flexible layers 23 and 24 may be made of the same material as the first flexible layer 21.

検知電極40Gは、図8に示す検知電極40Gと同様に軸部41と該軸部41に接続される複数の腕部42と、を備え、複数の腕部42の隣り合う腕部42の間には切り込み部43が形成される。検知電極40Gは、容器の三次元曲面の表面に、切り込み部43を配置するようにして貼り付けられる。 Similar to the detection electrode 40G shown in FIG. 8, the detection electrode 40G includes a shaft portion 41 and a plurality of arm portions 42 connected to the shaft portion 41, and is between adjacent arm portions 42 of the plurality of arm portions 42. A notch 43 is formed in the. The detection electrode 40G is attached to the surface of the three-dimensional curved surface of the container so as to arrange the notch 43.

ここで、第1のフレキシブル層21には、検知電極40G及びグラウンド電極50を導線で接続するために貫通孔(図示省略)が配設され、貫通孔を介して検知電極40G及びグラウンド電極50と接続するための導線が半田付け等により接続されてもよい。さらに、第4のフレキシブル層24にも、シールド電極60を導線で接続するために貫通孔(図示省略)が配設され、貫通孔を介してシールド電極60と接続するための導線が半田付け等により接続されてもよい。 Here, the first flexible layer 21 is provided with a through hole (not shown) for connecting the detection electrode 40G and the ground electrode 50 with a conducting wire, and the detection electrode 40G and the ground electrode 50 are connected to the first flexible layer 21 through the through hole. The conducting wire for connection may be connected by soldering or the like. Further, the fourth flexible layer 24 is also provided with a through hole (not shown) for connecting the shield electrode 60 with a conducting wire, and the conducting wire for connecting to the shield electrode 60 via the through hole is soldered or the like. May be connected by.

静電容量型液位センサ80が静電容量型液位センサ30と異なるのは、さらに、シールド電極60を有している点である。静電容量型液位センサ80は上記実施例より多層であるが、シールド電極60を備えているので、静電容量型液位センサ30よりも周囲の雑音の影響を受けずに静電容量の測定ができる。 The capacitance type liquid level sensor 80 is different from the capacitance type liquid level sensor 30 in that it further has a shield electrode 60. Although the capacitance type liquid level sensor 80 has more layers than the above embodiment, since it is provided with the shield electrode 60, the capacitance type liquid level sensor 80 is less affected by ambient noise than the capacitance type liquid level sensor 30. Can be measured.

図10は、本発明の静電容量型液位センサ80を、3次元曲面を有するグラス90に貼りつけた状態を示す図である。
図10に示すように、検知電極40Gをグラス90の球面に押し付けると、腕部42間に形成された複数の切り込み部43によって、第一の腕部の先端側と第二の腕部の先端側が近づいて電極全体を球面に沿わせることができる。又は、検知電極40Gを馬の鞍状の面に押し付けると、第一の腕部の先端側と第二の腕部の先端側が遠のいて電極全体を球面に沿わせることができる。
FIG. 10 is a diagram showing a state in which the capacitance type liquid level sensor 80 of the present invention is attached to a glass 90 having a three-dimensional curved surface.
As shown in FIG. 10, when the detection electrode 40G is pressed against the spherical surface of the glass 90, the tip side of the first arm and the tip side of the second arm come close to each other by the plurality of notches 43 formed between the arms 42. The entire electrode can be aligned with the spherical surface. Alternatively, when the detection electrode 40G is pressed against the saddle-shaped surface of the horse, the tip end side of the first arm portion and the tip end side of the second arm portion are far apart, and the entire electrode can be aligned with the spherical surface.

本発明の静電容量型液位センサの検知電極40、第1から第6の変形例の検知電極40A〜40Gによれば、切り込み部13,43つまり凹部を備えているので、球面のような凸面にも、鞍状の面のような凹面にも電極を沿わせて密着させることが可能となる。この例では切り込み部13,43を複数設けているが、容器の形状に応じて複数並べて櫛状、ジグザグ状等の任意の形状にすることができる。すなわち、少なくとも一か所の切り込み部13,43を形成することにより、腕部の先端部分の間隔が狭まることで外側に略凸状の三次元曲面、つまり球面状曲面に沿わせることができ、かつ、その切り込み部13に挟まれた2つの腕部の先端部分の間隔が広がることで、容器の内側に略凸状の三次元曲面、例えば、馬の鞍状の曲面が形成されていても、この曲面に沿わせることができる。腕部をフラクタル形状、つまり、樹枝状形状としてもよい。これにより、従来の円形や多角形などの電極形状では、電極を密着させることができなかった三次元曲面に対しても、切り込み部13,43を設けることで検知電極40,40A〜40Gをその三次元曲面に密着させることができる。 According to the detection electrodes 40 of the capacitance type liquid level sensor of the present invention and the detection electrodes 40A to 40G of the first to sixth modified examples, the notches 13, 43, that is, the recesses are provided, so that the surface looks like a spherical surface. It is possible to bring the electrodes into close contact with each other along a convex surface or a concave surface such as a saddle-shaped surface. In this example, a plurality of cut portions 13 and 43 are provided, but a plurality of cut portions 13 and 43 can be arranged in an arbitrary shape such as a comb shape or a zigzag shape according to the shape of the container. That is, by forming at least one notch portions 13, 43, the distance between the tip portions of the arm portions is narrowed, so that the three-dimensional curved surface having a substantially convex shape to the outside, that is, a spherical curved surface can be followed. Moreover, by widening the distance between the tips of the two arms sandwiched between the notches 13, even if a substantially convex three-dimensional curved surface, for example, a saddle-shaped curved surface of a horse is formed inside the container. , You can follow this curved surface. The arm may have a fractal shape, that is, a dendritic shape. As a result, the detection electrodes 40, 40A to 40G can be provided by providing the notches 13, 43 even for a three-dimensional curved surface in which the electrodes cannot be brought into close contact with each other in the conventional electrode shape such as a circle or a polygon. It can be brought into close contact with a three-dimensional curved surface.

(静電容量型液位センサを用いた容量測定)
第一〜第三の実施形態に係る静電容量型液位センサ10,30,80は、非導電性の容器、例えば樹脂、ガラス、セラミック等からなる容器の外側に検知電極40,40A〜F又は検知電極40G及びグラウンド電極50の下層側を容器外壁に貼り付け、容器内の液位に応じて生じる容量の変化を測定し、容量の変化と液位との校正曲線から、容器内の液位を測定することができる。接着には両面接着テープや接着剤を使用することができる。静電容量型液位センサ10,10A〜10F,30,80を用いた容量測定の方法は、ブリッジ回路、CR時定数を測定する方法、コンパレータにより参照容量と比較する方法など種々の方法を用いることができる。
(Capacitance measurement using a capacitance type liquid level sensor)
The capacitance type liquid level sensors 10, 30, 80 according to the first to third embodiments have detection electrodes 40, 40A to F on the outside of a non-conductive container, for example, a container made of resin, glass, ceramic, or the like. Alternatively, the lower layer side of the detection electrode 40G and the ground electrode 50 is attached to the outer wall of the container, the change in volume that occurs according to the liquid level in the container is measured, and the liquid in the container is measured from the calibration curve between the change in volume and the liquid level. The position can be measured. Double-sided adhesive tape or adhesive can be used for adhesion. As a method of measuring the capacitance using the capacitance type liquid level sensors 10, 10A to 10F, 30, 80, various methods such as a bridge circuit, a method of measuring the CR time constant, and a method of comparing with the reference capacitance by a comparator are used. be able to.

図11A及び11Bは、静電容量型液位センサ80の容量測定を説明する図で、図11Aは回路図100、図11Bは電極波形120を示す。
図11Aに示すように、検知電極40Gに接続される第1のスイッチ101及び第2のスイッチ102と、検知電極40G及びシールド電極60にパルスを印加する第1のパルス回路103と、第1のスイッチ101と参照容量104に接続されるコンパレータ105と、第1のスイッチ101に接続される第3のスイッチ106と、第3のスイッチ106に接続される定常電流源107と、コンパレータ105に接続される参照電源(VREF)108と、コンパレータ105の出力に接続される第2のパルス回路及びカウンタ109と、カウンタ109にカウンタリセット信号を発生するタイマー110を、含んで構成されている。シールド電極60と第1のパルス回路103との間には、バッファ115が挿入されてもよい。
11A and 11B are diagrams for explaining the capacitance measurement of the capacitance type liquid level sensor 80, FIG. 11A shows a circuit diagram 100, and FIG. 11B shows an electrode waveform 120.
As shown in FIG. 11A, the first switch 101 and the second switch 102 connected to the detection electrode 40G, the first pulse circuit 103 that applies a pulse to the detection electrode 40G and the shield electrode 60, and the first. The comparator 105 connected to the switch 101 and the reference capacitance 104, the third switch 106 connected to the first switch 101, the steady current source 107 connected to the third switch 106, and the comparator 105 are connected. It includes a reference power supply (V REF ) 108, a second pulse circuit connected to the output of the comparator 105, a counter 109, and a timer 110 that generates a counter reset signal in the counter 109. A buffer 115 may be inserted between the shield electrode 60 and the first pulse circuit 103.

グラウンド電極50は接地電位(0V)に接続されている。検知電極40Gは第1のスイッチ101を介して参照容量104に接続されており、第2のスイッチ102を介して接地電位(0V)に接続されている。第1のパルス発生回路が、第1のスイッチ101及び第2のスイッチ102のオン(ON)とオフ(OFF)とを制御する。
先ず、第2のスイッチ102をオンにして、検知電極40Gを接地電位に接続して、完全に放電する。次に第2のスイッチ102をオフにして検知電極40Gを接地電位から切り離す。そして第1のスイッチ101をオンにして検知電極40Gを参照容量104に接続すると、検知電極40Gは参照容量104から電荷を受け取る。
次いで、第1のスイッチ101をオフにして検知電極40Gを参照容量104から切り離す。ここで、第1のスイッチ101及び第2のスイッチ102は同時にオンすることがないように互いにオーバーラップしない信号で駆動されている。
The ground electrode 50 is connected to the ground potential (0 V). The detection electrode 40G is connected to the reference capacitance 104 via the first switch 101, and is connected to the ground potential (0V) via the second switch 102. The first pulse generation circuit controls the on (ON) and off (OFF) of the first switch 101 and the second switch 102.
First, the second switch 102 is turned on, the detection electrode 40G is connected to the ground potential, and the battery is completely discharged. Next, the second switch 102 is turned off to disconnect the detection electrode 40G from the ground potential. Then, when the first switch 101 is turned on and the detection electrode 40G is connected to the reference capacitance 104, the detection electrode 40G receives an electric charge from the reference capacitance 104.
Next, the first switch 101 is turned off to disconnect the detection electrode 40G from the reference capacitance 104. Here, the first switch 101 and the second switch 102 are driven by signals that do not overlap each other so that they do not turn on at the same time.

参照容量104は常にVREF=1.2Vに保たれているので、検知電極40Gの波形は図11Bに示す検知電極40Gの波形のように0VとVREF=1.2Vを交互に繰り返すような波形になる。 Since the reference capacitance 104 is always maintained at V REF = 1.2V, the waveform of the detection electrode 40G is such that 0V and V REF = 1.2V are alternately repeated as in the waveform of the detection electrode 40G shown in FIG. 11B. It becomes a waveform.

この波形の周波数をf(Hz)とし、検知電極40Gの容量をC(F)とすると、検知電極40Gはf×C×VREFの電流を参照容量104から引き出すことになる。このままだと、参照容量104から電荷がどんどん引き抜かれてしまい、参照容量104の電圧は1.2Vから低下して0Vに近づいてしまう。 Assuming that the frequency of this waveform is f (Hz) and the capacitance of the detection electrode 40G is C (F), the detection electrode 40G draws the current of f × C × V REF from the reference capacitance 104. If this is left as it is, the electric charge is steadily extracted from the reference capacitance 104, and the voltage of the reference capacitance 104 drops from 1.2V and approaches 0V.

コンパレータ105の一方の端子は参照容量104に、他方の端子は定常電圧源VREF=1.2Vに接続されている。コンパレータ105は参照容量104の電圧とVREF=1.2Vの電圧を常に比較し、参照容量104の電圧がVREF=1.2Vより低くなると第2のパルス発生回路に指令を送り、第2のパルス発生回路はある決まったパルス幅のパルスを発生して第3のスイッチ106をオンにし、カウンタ109のカウント値が一つ増大する。 One terminal of the comparator 105 is connected to the reference capacitance 104, and the other terminal is connected to the steady-state voltage source V REF = 1.2V. The comparator 105 constantly compares the voltage of the reference capacitance 104 with the voltage of V REF = 1.2V, and when the voltage of the reference capacitance 104 becomes lower than V REF = 1.2V, sends a command to the second pulse generation circuit to send a command to the second pulse generation circuit. The pulse generation circuit of the above generates a pulse having a certain pulse width to turn on the third switch 106, and the count value of the counter 109 is incremented by one.

カウンタ109は、タイマー110からのカウントリセット信号を受けるとカウント値が0にリセットされる。参照容量104には第3のスイッチ106を介して定常電流源107が接続されており、第3のスイッチ106がオンになるとあらかじめ決められた定常電流が参照容量104に供給される。
ここで、コンパレータ105と第2のパルス発生回路と第3のスイッチ106と定常電流源107は、フィードバックループを形成しており、このフィードバックループにより参照容量104の電圧は常にVREF=1.2Vと等しい1.2Vに保たれる。
When the counter 109 receives the count reset signal from the timer 110, the count value is reset to 0. A steady-state current source 107 is connected to the reference capacitance 104 via a third switch 106, and when the third switch 106 is turned on, a predetermined steady-state current is supplied to the reference capacitance 104.
Here, the comparator 105, the second pulse generation circuit, the third switch 106, and the steady current source 107 form a feedback loop, and the voltage of the reference capacitance 104 is always V REF = 1.2V due to this feedback loop. It is kept at 1.2V, which is equal to.

検知電極40Gの容量が小さい場合、参照容量104から引き抜かれる電流は小さくなるので、参照容量104を1.2Vに保つために必要な第3のスイッチ106をオンにするパルスのカウント値は小さくなる。
逆に、検知電極40Gの容量が大きい場合、参照容量104から引き抜かれる電流は大きくなるので、参照容量104を1.2Vに保つために必要な第3のスイッチ106をオンにするパルスのカウント値は大きくなる。
つまり上述のような構成により、カウンタ109のカウント値は検知電極40Gの容量に比例した値となる。カウンタ109のカウント値を読めば検知電極40Gの容量を推定できる。
なお、上述の容量測定は、第2の実施形態の静電容量型液位センサ30にも適用できる。また、第1の実施形態の静電容量型液位センサ10の場合には、グラウンド電極がないので、代わりに上述の対向電極を使用し、検知電極40,40A〜40Fと対向電極との間に生じる容量を測定すればよい。
When the capacitance of the detection electrode 40G is small, the current drawn from the reference capacitance 104 is small, so that the count value of the pulse for turning on the third switch 106 required to keep the reference capacitance 104 at 1.2V is small. ..
On the contrary, when the capacitance of the detection electrode 40G is large, the current drawn from the reference capacitance 104 becomes large, so the count value of the pulse for turning on the third switch 106 required to keep the reference capacitance 104 at 1.2V. Becomes larger.
That is, with the above configuration, the count value of the counter 109 is a value proportional to the capacity of the detection electrode 40G. The capacity of the detection electrode 40G can be estimated by reading the count value of the counter 109.
The above-mentioned capacitance measurement can also be applied to the capacitance type liquid level sensor 30 of the second embodiment. Further, in the case of the capacitance type liquid level sensor 10 of the first embodiment, since there is no ground electrode, the above-mentioned counter electrode is used instead, and between the detection electrodes 40, 40A to 40F and the counter electrode. It is sufficient to measure the capacity generated in.

(シールド電極の使用方法)
シールド電極60は、バッファ115を介して第1のパルス発生回路103からの信号で駆動されている。図11Bに示すように、第1のパルス発生回路103からシールド電極60に印加される信号は、検知電極40Gの波形と常に等しくなるような信号となっている。
このように、検知電極40Gとシールド電極60は常に同じ電圧となるので、検知電極40Gとシールド電極60間には容量が生じない。シールド電極60があることで、外部からのノイズが検知電極40Gに伝搬し難くなり、検知電極40Gの容量検知精度を向上することができる。以下、本発明の静電容量型液位センサ80の実施例を、さらに詳細に説明する。
(How to use the shield electrode)
The shield electrode 60 is driven by a signal from the first pulse generation circuit 103 via the buffer 115. As shown in FIG. 11B, the signal applied from the first pulse generation circuit 103 to the shield electrode 60 is a signal that is always equal to the waveform of the detection electrode 40G.
In this way, since the detection electrode 40G and the shield electrode 60 always have the same voltage, no capacitance is generated between the detection electrode 40G and the shield electrode 60. The presence of the shield electrode 60 makes it difficult for noise from the outside to propagate to the detection electrode 40G, and the capacitance detection accuracy of the detection electrode 40G can be improved. Hereinafter, examples of the capacitive liquid level sensor 80 of the present invention will be described in more detail.

図9A〜図9Cに示す静電容量型液位センサ80を製造した。具体的には、図9Aの検知電極40G及びグラウンド電極50と図9Bのシールド電極60を、市販の2層フレキシブルプリント基板により作製した。銅箔の厚さは約12μm、第1〜第4のポリイミド層の厚さは大凡12.5μm〜25μm程度である。2層フレキシブルプリント基板の厚さは、約104μmであった。検知電極40Gは左右に7つの腕部42を有しており、幅(W)が約2cm、長さ(L)が約8cmである。製造した静電容量型液位センサ80を、三次曲面を有しているグラス90に接着剤を用いて貼り付け、液として水を用いた場合の容量と水位の関係を、図11A及び11Bに示す容量測定回路により測定した。 The capacitance type liquid level sensor 80 shown in FIGS. 9A to 9C was manufactured. Specifically, the detection electrode 40G and the ground electrode 50 of FIG. 9A and the shield electrode 60 of FIG. 9B were manufactured from a commercially available two-layer flexible printed substrate. The thickness of the copper foil is about 12 μm, and the thickness of the first to fourth polyimide layers is about 12.5 μm to 25 μm. The thickness of the two-layer flexible printed circuit board was about 104 μm. The detection electrode 40G has seven arm portions 42 on the left and right, and has a width (W) of about 2 cm and a length (L) of about 8 cm. The manufactured capacitance type liquid level sensor 80 is attached to a glass 90 having a cubic curved surface using an adhesive, and the relationship between the capacity and the water level when water is used as the liquid is shown in FIGS. 11A and 11B. It was measured by the capacitance measurement circuit shown.

図12は、静電容量型液位センサ80を図10のグラス90に貼り付け、水を注いだときのカウンタ109のカウント値と液位との関係を示すグラフである。図12の横軸がグラス90の底からの水位であり、縦軸が容量値に相当するカウント値である。
図12に示すように、検知電極40Gの下端に水位が到達したとき(横軸の1の水位)から、検知電極40Gの上端に水位が到達したとき(横軸の9の水位)まで、水位が上昇するにつれてカウント値が上昇することが分かり、水位を測定でき水位、つまり液位センサとして動作し、かつ、三次曲面を有しているグラス90の液位を正確に測定できることが判明した。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the count value of the counter 109 and the liquid level when the capacitance type liquid level sensor 80 is attached to the glass 90 of FIG. 10 and water is poured. The horizontal axis of FIG. 12 is the water level from the bottom of the glass 90, and the vertical axis is the count value corresponding to the capacity value.
As shown in FIG. 12, the water level ranges from when the water level reaches the lower end of the detection electrode 40G (water level of 1 on the horizontal axis) to when the water level reaches the upper end of the detection electrode 40G (water level of 9 on the horizontal axis). It was found that the count value increased as the water level increased, and it was found that the water level could be measured, that is, the water level, that is, the liquid level of the glass 90 operating as a liquid level sensor and having a cubic curved surface could be accurately measured.

本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。
例えば、上述した実施形態においては、図10に示すように、容器の液位方向(Z方向)に沿って軸部41が上下方向を向くように検知電極40Gを貼り付けたが、容器の上部側にXY方向、つまり、液位方向に直交する方向に検知電極40Gを貼り付けてもよい。この構成によれば、液位が検知できると共に、容器の上部に液位が達したことも検知できる。
The present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 10, the detection electrode 40G is attached so that the shaft portion 41 faces up and down along the liquid level direction (Z direction) of the container, but the upper part of the container is attached. The detection electrode 40G may be attached to the side in the XY direction, that is, in the direction orthogonal to the liquid level direction. According to this configuration, not only the liquid level can be detected, but also that the liquid level has reached the upper part of the container can be detected.

上述した実施形態では、検知電極40Gの容量を、参照容量104から引き出される電荷量と参照容量104に注入する電荷量を等しくするために必要なパルスカウント数を求める方法を用いたが、検知電極40Gの容量さえ測定できれば他の方法であってもよいことは勿論である。 In the above-described embodiment, the method of determining the number of pulse counts required to equalize the amount of charge drawn from the reference capacitance 104 and the amount of charge injected into the reference capacitance 104 is used for the capacitance of the detection electrode 40G. Of course, other methods may be used as long as the capacity of 40 G can be measured.

10,10A〜10E,30,80 静電容量型液位センサ
40,40A〜40G 検知電極
11,41 軸部
12,42 腕部
13,43 切込み部
21 第1のフレキシブル層
22 第2のフレキシブル層
23 第3のフレキシブル層
24 第4のフレキシブル層
50 グラウンド電極
60 シールド電極
90 グラス
100 容量測定の回路図
101 第1のスイッチ
102 第2のスイッチ
103 第1のパルス回路
104 参照容量
105 コンパレータ
106 第3のスイッチ
107 定常電流源
108 参照電源(VREF
109 第2のパルス回路及びカウンタ
110 タイマー
115 バッファ
120 電極波形
10,10A-10E,30,80 Capacitive liquid level sensor 40,40A-40G Detection electrode 11,41 Shaft 12,42 Arm 13,43 Notch 21 First flexible layer 22 Second flexible layer 23 Third flexible layer 24 Fourth flexible layer 50 Ground electrode 60 Shield electrode 90 Glass 100 Capacitance measurement circuit diagram 101 First switch 102 Second switch 103 First pulse circuit 104 Reference capacitance 105 Comparator 106 Third Switch 107 Steady current source 108 Reference power supply (V REF )
109 Second pulse circuit and counter 110 Timer 115 Buffer 120 Electrode waveform

Claims (9)

容器の外壁に検知電極を貼り付けて、前記検知電極と対向電極との容量変化により、前記容器内に収容される液位を計測する静電容量型液位センサであって、
前記検知電極は、少なくとも一つの軸部と該軸部に接続される複数の腕部とを、備え、
前記複数の腕部の隣り合った腕部の間には切り込み部が形成され、
前記検知電極を、前記容器の三次元曲面の表面に前記切り込み部を配置することにより前記容器の三次元曲面の表面に貼り付けができる、静電容量型液位センサ。
A capacitance type liquid level sensor in which a detection electrode is attached to the outer wall of a container and the liquid level contained in the container is measured by the capacitance change between the detection electrode and the counter electrode.
The detection electrode includes at least one shaft portion and a plurality of arm portions connected to the shaft portion.
A notch is formed between the adjacent arms of the plurality of arms.
A capacitance type liquid level sensor capable of attaching the detection electrode to the surface of the three-dimensional curved surface of the container by arranging the notch on the surface of the three-dimensional curved surface of the container.
第1のフレキシブル層と、
前記第1のフレキシブル層に形成された検知電極及びグラウンド電極と、
前記検知電極及びグラウンド電極に重ねた第2のフレキシブル層と、
を備え、
前記検知電極は、少なくとも一つの軸部と該軸部に接続される複数の腕部と、を有し、
前記複数の腕部の隣り合った腕部の間には切り込み部が形成され、
前記検知電極は、前記容器の三次元曲面の表面に、前記切り込み部を配置することにより前記容器の三次元曲面の表面に貼り付けができる、静電容量型液位センサ。
The first flexible layer and
The detection electrode and the ground electrode formed on the first flexible layer,
A second flexible layer overlaid on the detection electrode and the ground electrode,
With
The detection electrode has at least one shaft portion and a plurality of arm portions connected to the shaft portion.
A notch is formed between the adjacent arms of the plurality of arms.
The detection electrode is a capacitance type liquid level sensor that can be attached to the surface of the three-dimensional curved surface of the container by arranging the notch on the surface of the three-dimensional curved surface of the container.
第1のフレキシブル層と、
前記第1のフレキシブル層の表面側に形成された検知電極及びグラウンド電極と、
前記検知電極及びグラウンド電極の表面に重ねた第2のフレキシブル層と、
前記第2のフレキシブル層の上部に重ねた第3のフレキシブル層と、
前記第3のフレキシブル層の表面側に形成されたシールド電極と、
前記シールド電極の上部に重ねた第4のフレキシブル層と、
を備え、
前記検知電極は、少なくとも一つの軸部と該軸部に対して角度を付けて接続された複数の腕部と、
を、備え、
前記複数の腕部の隣り合った腕部の間には切り込み部が配設され、
前記検知電極は、前記容器の三次元曲面の表面に、前記切り込み部を設けることにより前記容器の三次元曲面の表面に貼り付けができる、静電容量型液位センサ。
The first flexible layer and
A detection electrode and a ground electrode formed on the surface side of the first flexible layer,
A second flexible layer overlaid on the surfaces of the detection electrode and the ground electrode,
A third flexible layer overlaid on top of the second flexible layer,
A shield electrode formed on the surface side of the third flexible layer and
A fourth flexible layer overlaid on the shield electrode and
With
The detection electrode includes at least one shaft portion and a plurality of arm portions connected at an angle to the shaft portion.
To prepare
A notch is provided between the adjacent arms of the plurality of arms.
The detection electrode is a capacitance type liquid level sensor that can be attached to the surface of the three-dimensional curved surface of the container by providing the notch on the surface of the three-dimensional curved surface of the container.
前記検知電極は、フレキシブル基板上に配設される、請求項1に記載の静電容量型液位センサ。 The capacitance type liquid level sensor according to claim 1, wherein the detection electrode is arranged on a flexible substrate. 前記検知電極、前記グラウンド電極及び前記シールド電極は、金属板又は金属箔からなる、請求項3に記載の静電容量型液位センサ。 The capacitance type liquid level sensor according to claim 3, wherein the detection electrode, the ground electrode, and the shield electrode are made of a metal plate or a metal foil. 前記第1〜第4のフレキシブル層がそれぞれ導電性フィルムからなり、前記検知電極、前記グラウンド電極及び前記シールド電極は、各導電性フィルム上に配設される、請求項3に記載の静電容量型液位センサ。 The capacitance according to claim 3, wherein the first to fourth flexible layers are each made of a conductive film, and the detection electrode, the ground electrode, and the shield electrode are arranged on each conductive film. Mold level sensor. 前記検知電極は、不織布上に配設された金属層からなる、請求項1から3の何れかに記載の静電容量型液位センサ。 The capacitance type liquid level sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the detection electrode is made of a metal layer arranged on a non-woven fabric. 前記静電容量型液位センサは、前記検知電極に生じる容量値によって液面レベルに換算されるリニア型センサである、請求項1から3の何れかに記載の静電容量型液位センサ。 The capacitance type liquid level sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the capacitance type liquid level sensor is a linear type sensor that is converted into a liquid level by a capacitance value generated in the detection electrode. 前記検知電極は、前記切り込み部を複数備え、前記容器の液位の変化を該検知電極の容量変化により液位を判定する、請求項1から3の何れかに記載の静電容量型液位センサ。 The capacitance type liquid level according to any one of claims 1 to 3, wherein the detection electrode is provided with a plurality of cut portions, and a change in the liquid level of the container is determined by a change in the volume of the detection electrode. Sensor.
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