JP2022150949A - 液面検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】液槽の中の液体の液面を検出する際のコストを低減する。【解決手段】液面検出回路１０は、液槽の中の液体の液面を検出する。液面検出回路１０は、直流電圧に基づいて交流の方形波又は交流の台形波を生成する方形波ドライバ１２と、液槽に配置されている複数の電極棒のうちのいずれかの電極棒と、方形波ドライバ１２との間に接続されている電流制限回路１３と、方形波ドライバ１２が複数の電極棒に交流の方形波又は交流の台形波を印加した際に流れる電流を検出する検出回路１４と、検出回路１４が検出する電流に基づいて液体の液面の高さを判定する制御部１５と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、液面検出回路に関する。

従来、受水槽のような液槽の中の液体の液面を、液槽に配置された電極棒を用いて検出する液面検出装置がある。

電極棒を用いた液面検出装置は、直流電圧を電極棒に印加し続けると、電子が常に一定方向に流れることによって電気分解が起こり、酸化還元反応によって電極棒に発錆及び腐食が発生するという問題がある。

そこで、電極棒における発錆及び腐食の発生を防ぐため、電極棒に交流電圧を印加する液面検出装置が知られている（例えば、特許文献１）。

実開平３－１０９０２１号公報

電極棒に交流電圧を印加する場合、商用電源によって供給される高圧の交流電圧をそのまま電極棒に印加すると危険であるため、通常、トランスを用いて降圧してから、低電圧の交流電圧を電極棒に印加する。このような構成の場合トランスを用いることが必須であるが、トランスは高価であるため、液面検出装置のコストが高くなる。

また、商用電源の電圧が相違する場合に、交流を作るトランスを使用すると、降圧した電圧も相違するため、それぞれの電圧に合わせた回路定数の制御基板が必要となりコストが高くなる。

また、商用電源の電圧に影響されない直流電源からトランスを使用し必要な交流電圧を作ることも可能だが、トランスを含めた変換回路は複雑でありコストが高くなる。

本開示の目的は、液槽の中の液体の液面を検出する際のコストを低減することができる液面検出回路を提供することである。

本開示に係る液面検出回路は、
液槽の中の液体の液面を検出する液面検出回路であって、
直流電圧に基づいて交流の方形波又は交流の台形波を生成する方形波ドライバと、
前記液槽に配置されている複数の電極棒のうちのいずれかの電極棒と、前記方形波ドライバとの間に接続されている電流制限回路と、
前記方形波ドライバが前記複数の電極棒に前記交流の方形波又は前記交流の台形波を印加した際に流れる電流を検出する検出回路と、
前記検出回路が検出する前記電流に基づいて前記液体の液面の高さを判定する制御部と、
を備える。

本開示に係る液面検出回路において、
前記制御部は、前記交流の方形波又は前記交流の台形波の極性が反転してから所定時間が経過したときの前記電流に基づいて、前記液体の液面の高さを判定してもよい。

本開示に係る液面検出回路において、
前記所定時間は、前記方形波ドライバと前記複数の電極棒とを接続する配線間の浮遊容量の値と、前記電流制限回路とに基づいて決定される時間であってもよい。

本開示に係る液面検出回路において、
前記電流制限回路は制限抵抗であり、
前記所定時間は、前記浮遊容量の値と前記制限抵抗の抵抗値との積によって算出される時定数の０．７倍以上の時間であってもよい。

本開示に係る液面検出回路において、
前記電流制限回路は制限抵抗であり、
前記所定時間は、前記浮遊容量の値と前記制限抵抗の抵抗値との積によって算出される時定数の３倍以上の時間であってもよい。

本開示に係る液面検出回路において、
前記検出回路と前記制御部との間に接続されたローパスフィルタをさらに備えていてもよい。

本開示に係る液面検出回路において、
前記方形波ドライバは、前記交流の方形波又は前記交流の台形波として、電圧が０Ｖの期間を含む交流の方形波又は交流の台形波を生成してもよい。

本開示に係る液面検出回路は、
電源から前記直流電圧を生成する電源回路をさらに備えていてもよい。

本開示に係る液面検出回路において、
前記電源回路は、交流電圧から前記直流電圧を生成してもよい。

本開示によれば、液槽の中の液体の液面を検出する際のコストを低減することができる液面検出回路を提供することができる。

本開示の第１実施形態に係る液面検出回路を備える液面検出装置の構成を示す図である。 交流の方形波の一例を示す図である。 浮遊容量が小さく、且つ、電極棒間が液体に浸っていない場合の電流の一例を示す図である。 浮遊容量が小さく、且つ、電極棒間が液体に浸っている場合の電流の一例を示す図である。 浮遊容量が大きく、且つ、電極棒間が液体に浸っていない場合の電流の一例を示す図である。 浮遊容量が大きく、且つ、電極棒間が液体に浸っている場合の電流の一例を示す図である。 液面の高さを判定するタイミングを示す図である。 方形波ドライバの回路構成の一例を示す図である。 制御部が方形波ドライバに出力する信号の一例を示す図である。 ２分周器の入出力信号の一例を示す図である。 検出回路の回路構成の一例を示す図である。 交流の方形波の他の例を示す図である。 本開示の第２実施形態に係る液面検出回路を備える液面検出装置の構成を示す図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本開示の第１実施形態に係る液面検出回路１０を備える液面検出装置１の構成を示す図である。

液面検出装置１は、液面検出回路１０と、電極棒２０Ａと、電極棒２０Ｂと、ポンプ３０とを備える。以後、電極棒２０Ａ及び電極棒２０Ｂについては、特に区別する必要がない場合、単に電極棒２０と称して説明する場合がある。

液面検出回路１０は、液槽２１の中の液体２２の液面を検出する回路である。

液槽２１は、液体２２を収容可能な容器である。液槽２１は、例えば、建物に設置された受水槽などであってよい。

液体２２は、導電性の液体である。液体２２は、例えば水であってよい。図１においては、液体２２の液面が、液面２３Ａの状態の場合と、液面２３Ｂの状態の場合とを示している。

電極棒２０Ａ及び電極棒２０Ｂは、液槽２１の内側に配置されている。電極棒２０Ａの先端と、電極棒２０Ｂの先端とは異なる高さに配置される。図１に示す例においては、電極棒２０Ａの先端の位置は、電極棒２０Ｂの先端の位置よりも低い。これは一例であって、電極棒２０Ａの先端の位置は、電極棒２０Ｂの先端の位置より高くてもよい。

液体２２の液面が液面２３Ａの状態の場合、電極棒２０Ａ及び電極棒２０Ｂはいずれも液体２２に浸っている。この状態で電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂとの間に電圧が印加された場合、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂとの間に液体２２を介して電流が流れる。なお、電極棒２０が液体２２に浸っているとは、電極棒２０の少なくとも一部が液体２２に浸っていることを意味する。

液体２２の液面が液面２３Ｂの状態の場合、電極棒２０Ａは液体２２に浸っているが、電極棒２０Ｂは液体２２に浸っていない。この状態で電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂとの間に電圧が印加された場合、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂとの間に電流は流れない。

ポンプ３０は、液槽２１に収容されている液体２２の量を調整可能なポンプである。ポンプ３０は、液面検出回路１０によって制御される。例えば、液面検出回路１０は、液槽２１に収容されている液体２２の高さが所定の高さ以下である場合、ポンプ３０をオンして、液槽２１の中の液体２２の量を増やす。また、例えば、液面検出回路１０は、液槽２１に収容されている液体２２の高さが所定の高さより高い場合、ポンプ３０をオフして、液槽２１の中の液体２２の量をそのままの量で維持する。

商用電源４０は、液面検出回路１０に交流電圧を供給する。商用電源４０が供給する交流電圧は、様々な種類の交流電圧であってよい。商用電源４０が供給する交流電圧は、例えば、単相１００Ｖ、単相２００Ｖ、三相２００Ｖなどの交流電圧であってよい。

液面検出回路１０は、電源回路１１と、方形波ドライバ１２と、電流制限回路１３と、検出回路１４と、制御部１５とを備える。

電源回路１１は、商用電源４０によって交流電圧を供給される。電源回路１１は、商用電源４０によって供給される交流電圧から、直流電圧を生成する。電源回路１１は、供給される交流電圧の種類に関わらず、所定の電圧の直流電圧を生成する。電源回路１１は、例えば、単相１００Ｖ、単相２００Ｖ及び三相２００Ｖのいずれの交流電圧が供給されたかに関わらず、所定の電圧の直流電圧を生成する。電源回路１１は、例えば、スイッチング電源であってよい。

電源回路１１は、所定の電圧として大きさの異なる２つの直流電圧を生成してよい。図１においては、電源回路１１が、ＶＤＤとＶＰＰという２つの直流電圧を生成している例を示している。

電源回路１１が生成するＶＤＤは、制御部１５などの動作用に供給される直流電圧であってよい。ＶＤＤは、例えば、５Ｖの直流電圧であってよい。図１に示す例においては、ＶＤＤは、制御部１５にのみ供給されているが、ＶＤＤは、液面検出回路１０の他の構成要素にも供給されてよい。

電源回路１１が生成するＶＰＰは、方形波ドライバ１２に供給される。電源回路１１が生成するＶＰＰは、電極棒２０に印加される電圧の基となる直流電圧であってよい。ＶＰＰは、例えば、１５Ｖの直流電圧であってよい。

方形波ドライバ１２は、電源回路１１から供給される直流電圧に基づいて、交流の方形波を生成する。ここで、「交流の方形波」とは、正極性と負極性とを有する方形波である。また、「交流の方形波」において、正極性を有するときの直流電圧の絶対値と、負極性を有するときの直流電圧の絶対値とは等しい。

図２に、方形波ドライバ１２が出力する、交流の方形波の一例を示す。図２に示す波形は、図１に示す方形波ドライバ１２の出力ノード２０１Ａの電圧から、方形波ドライバ１２の出力ノード２０１Ｂの電圧を引いた電圧の波形である。すなわち、図２に示す波形は、方形波ドライバ１２の差動出力の電圧を示す波形である。

図２に示すように、方形波ドライバ１２が出力する交流の方形波は、正極性の直流電圧と負極性の直流電圧とが、交互に切り替わる電圧波形である。図２に示す例においては、交流の方形波は、正極性のときは電圧がＶ１の直流電圧であり、負極性のときは電圧が－Ｖ１の直流電圧である。また、図２に示す例においては、交流の方形波は、時間ｔｐが経過するごとに正極性の直流電圧と負極性の直流電圧とが切り替わる。

方形波ドライバ１２は、制御部１５から供給される信号に基づいて、出力ノード２０１Ａ及び出力ノード２０１Ｂから出力する直流電圧の値を切り替えることにより、交流の方形波を出力してよい。

電流制限回路１３は、電極棒２０Ｂと方形波ドライバ１２との間に、検出回路１４と直列に接続されている。なお、図１においては、電流制限回路１３は、電極棒２０Ｂと方形波ドライバ１２との間に接続されているが、電流制限回路１３は、電極棒２０Ａと方形波ドライバ１２との間に接続されていてもよい。

電流制限回路１３は、例えば電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂとがショートした場合などに、方形波ドライバ１２、検出回路１４、電極棒２０などに流れる電流を制限するための回路である。電流制限回路１３は、例えば、抵抗、定電流ダイオード、定電流回路などを含む。図１においては、電流制限回路１３を抵抗の記号で表し、電流制限回路１３が制限抵抗である場合を示している。電流制限回路１３が制限抵抗であるとは、電流制限回路１３が単体の抵抗であることを意味する。

検出回路１４は、方形波ドライバ１２が電極棒２０Ａ及び電極棒２０Ｂに交流の方形波を印加した際に、方形波ドライバ１２と電極棒２０Ｂとの間に流れる電流を検出する回路である。検出回路１４は、電極棒２０Ｂと方形波ドライバ１２との間に、電流制限回路１３と直列に接続されている。検出回路１４は、電流を検出可能な任意の回路であってよい。

検出回路１４は、検出した電流に対応する電圧を制御部１５に出力する。

制御部１５は、少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つの専用回路、又はこれらの組み合わせを含む。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＣＵ（Micro Controller Unit）などの汎用プロセッサ、又は特定の処理に特化した専用プロセッサである。専用回路は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）である。制御部１５は、液面検出回路１０の各部を制御しながら、液面検出回路１０の動作に関わる処理を実行する。

制御部１５は、方形波ドライバ１２を制御して、方形波ドライバ１２に交流の方形波を出力させる。制御部１５は、検出回路１４が検出した電流に対応する電圧を、検出回路１４から取得する。制御部１５は、検出回路１４が検出した電流に基づいて、液槽２１の中の液体２２の高さを判定する。制御部１５は、液槽２１の中の液体２２の高さに応じて、ポンプ３０のオン／オフを制御する。

続いて、液面検出回路１０が、液槽２１の中の液体２２の高さを判定する動作について詳細に説明する。

方形波ドライバ１２は、検出回路１４及び電流制限回路１３を介して、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂとの間に交流の方形波を印加する。

このように、方形波ドライバ１２は、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂとの間に交流の方形波を印加しているため、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂとの間に流れる電流は周期的に切り替わる。したがって、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂとの間に一定方向の電流が流れ続けることを防ぐことができ、電極棒２０に発錆及び腐食が発生することを抑制することができる。

検出回路１４は、方形波ドライバ１２と電極棒２０Ｂとの間に流れる電流を検出する。検出回路１４は、検出した電流に対応する電圧を制御部１５に出力する。

制御部１５は、検出回路１４が検出した電流に基づいて、液槽２１の中の液体２２の高さを判定する。制御部１５は、実際には、検出回路１４が検出した電流に対応する電圧に基づいて、液槽２１の中の液体２２の高さを判定してよい。

制御部１５は、検出回路１４が検出した電流の大きさが、所定の閾値以上であるか否かに基づいて、液槽２１の中の液体２２の高さを判定する。ここで、「電流の大きさ」とは、「電流の絶対値」を意味する。所定の閾値は、液体２２の導電率などに基づいて予め定められた値であってよい。

所定の閾値をＩｔとすると、制御部１５は、方形波ドライバ１２が正極性の直流電圧を印加しているときに、検出回路１４が検出した電流がＩｔ以上である場合、液体２２の高さが少なくとも電極棒２０Ｂの先端の高さ以上であると判定する。また、制御部１５は、方形波ドライバ１２が負極性の直流電圧を印加しているときに、検出回路１４が検出した電流が－Ｉｔ以下である場合、すなわち、検出回路１４が検出した電流の大きさがＩｔ以上である場合、液体２２の高さが少なくとも電極棒２０Ｂの先端の高さ以上であると判定する。

また、制御部１５は、方形波ドライバ１２が正極性の直流電圧を印加しているときに、検出回路１４が検出した電流がＩｔより小さい場合、液体２２の高さが電極棒２０Ｂの先端の高さより低いと判定する。また、制御部１５は、方形波ドライバ１２が負極性の直流電圧を印加しているときに、検出回路１４が検出した電流が－Ｉｔより大きい場合、すなわち、検出回路１４が検出した電流の大きさがＩｔより小さい場合、液体２２の高さが電極棒２０Ｂの先端の高さより低いと判定する。

すなわち、制御部１５は、検出回路１４が検出した電流の大きさに基づいて、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂが液体２２に浸っているか否かを判定することができる。

このように、液面検出回路１０は、従来技術のように電極棒２０に正弦波の交流電圧を印加するのではなく、電極棒２０に交流の方形波を印加する。そのため、液面検出回路１０は、商用電源４０から供給される交流電圧を降圧して低電圧の交流電圧を生成する必要がないため、トランスを備えていない。したがって、液面検出回路１０は、高価なトランスを備えていないことにより、液槽２１の中の液体２２の液面を検出する際のコストを低減することができる。また、液面検出回路１０は、トランスを備えていないことにより、トランスを設置するためのスペースを低減することができる。また、液面検出回路１０は、トランスを備えていないことにより、トランス分の質量を低減することができる。

＜浮遊容量＞
続いて、方形波ドライバ１２と電極棒２０Ａとを接続する配線と、方形波ドライバ１２と電極棒２０Ｂとを接続する配線との間の浮遊容量の影響について説明する。以下、方形波ドライバ１２と電極棒２０Ａとを接続する配線と、方形波ドライバ１２と電極棒２０Ｂとを接続する配線との間の浮遊容量について、単に「浮遊容量」と称して説明する。方形波ドライバ１２と電極棒２０Ａとを接続する配線、及び、方形波ドライバ１２と電極棒２０Ｂとを接続する配線の長さが長くなると、浮遊容量が増加し、浮遊容量の影響が大きくなる。

浮遊容量があると、方形波ドライバ１２が電極棒２０に印加する交流の方形波の極性が反転した際に、浮遊容量に電流が流れる。したがって、検出回路１４は、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂとの間に流れる電流に加えて、浮遊容量に流れる電流も検出する。すなわち、検出回路１４は、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂとの間に流れる電流と、浮遊容量に流れる電流とを合成した電流を検出する。

図３Ａ及び図３Ｂに、浮遊容量が小さい場合に、検出回路１４が検出する電流の一例を示す。図３Ａは、浮遊容量が小さく、且つ、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂが液体２２に浸っていない場合の電流の一例を示す図である。図３Ｂは、浮遊容量が小さく、且つ、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂが液体２２に浸っている場合の電流の一例を示す図である。図３Ａ及び図３Ｂに示す例においては、検出回路１４が検出する電流は、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂとの間に流れる電流のみであり、浮遊容量に流れる電流は含まない。

図３Ａに示す例では、検出回路１４が検出する電流の大きさは、所定の閾値であるＩｔより小さい。したがって、制御部１５は、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂが液体２２に浸っていないと判定する。

図３Ｂに示す例では、検出回路１４が検出する電流の大きさは、所定の閾値であるＩｔ以上である。したがって、制御部１５は、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂが液体２２に浸っていると判定する。

図４Ａ及び図４Ｂに、浮遊容量が大きい場合に、検出回路１４が検出する電流の一例を示す。図４Ａは、浮遊容量が大きく、且つ、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂが液体２２に浸っていない場合の電流の一例を示す図である。図４Ｂは、浮遊容量が大きく、且つ、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂが液体２２に浸っている場合の電流の一例を示す図である。図４Ａ及び図４Ｂに示す例においては、検出回路１４が検出する電流は、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂとの間に流れる電流と、浮遊容量に流れる電流とを合成した電流である。

図４Ａに示す例では、方形波ドライバ１２が電極棒２０に印加する交流の方形波の極性が反転したタイミングで、検出回路１４は、インパルス状の電流４０１を検出している。このインパルス状の電流４０１は、浮遊容量に流れる電流である。図４Ａに示す例においては、インパルス状の電流４０１は、所定の閾値であるＩｔ以上の大きさの電流である。したがって、制御部１５が、インパルス状の電流４０１がＩｔ以上の大きさで流れているタイミングで、液槽２１の中の液体２２の高さを判定すると、制御部１５は、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂが液体２２に浸っていないにも関わらず、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂが液体２２に浸っていると誤判定してしまう。

図４Ｂに示す例では、方形波ドライバ１２が電極棒２０に印加する交流の方形波の極性が反転したタイミングで、検出回路１４は、インパルス状の電流４０２を検出している。このインパルス状の電流４０２は、浮遊容量に流れる電流である。図４Ｂに示す例においては、検出回路１４は、インパルス状の電流４０２と図３Ｂに示した電流とが足し合わされた電流を検出する。この場合、制御部１５が、インパルス状の電流４０２が流れているタイミングで、液槽２１の中の液体２２の高さを判定すると、制御部１５は、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂが液体２２に浸っていると判定するが、この場合は、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂは液体２２に浸っているので誤判定とはならない。

図４Ａに示したように、浮遊容量が大きく、且つ、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂが液体２２に浸っていない場合、制御部１５が液槽２１の中の液体２２の高さを判定するタイミングによっては、制御部１５は、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂが液体２２に浸っていないにも関わらず、電極棒２０Ａと電極棒２０Ｂが液体２２に浸っていると誤判定してしまう。

このような誤判定を防ぐため、制御部１５は、交流の方形波の極性が反転してから所定時間が経過したときに、検出回路１４が検出した電流に基づいて、液体２２の液面の高さを判定してよい。

図５に、制御部１５が、交流の方形波の極性が反転してから所定時間が経過したときに、液体２２の液面の高さを判定している様子を示す。

図５に示す例においては、制御部１５は、符号５０１で示すタイミングにおいて、液体２２の液面の高さを判定している。符号５０１で示すタイミングは、交流の方形波の極性が反転してから所定時間ｔ１が経過したタイミングである。

所定時間ｔ１は、浮遊容量に流れる電流が十分小さくなる時間として、予め設定された時間であってよい。浮遊容量に流れる電流が十分小さくなるまでにかかる時間は、浮遊容量の値と、電流制限回路１３とに依存する。電流制限回路１３が制限抵抗である場合、浮遊容量に流れる電流が十分小さくなるまでにかかる時間は、浮遊容量の値と、制限抵抗の抵抗値とに依存する。したがって、電流制限回路１３が制限抵抗である場合、所定時間ｔ１は、浮遊容量の値と、制限抵抗の抵抗値とに基づいて決定されていてよい。

以下、電流制限回路１３が制限抵抗である場合を例に挙げて説明する。浮遊容量の値をＣ、制限抵抗の抵抗値をＲとすると、浮遊容量と制限抵抗とによって決定される時定数は、浮遊容量の値と制限抵抗の抵抗値との積によって算出されるＲＣで表される。浮遊容量に流れる電流は、時定数ＲＣの０．７倍の時間が経過すると半減する。また、浮遊容量に流れる電流は、時定数ＲＣの３～４倍程度の時間が経過すると十分小さくなる。したがって、所定時間ｔ１を、例えば、時定数ＲＣの０．７倍以上の時間として設定すると、制御部１５は、浮遊容量が大きいときであっても、液体２２の液面の高さを誤判定せずに判定することができる。また、所定時間ｔ１を、例えば、時定数ＲＣの３倍以上の時間として設定すると、制御部１５は、浮遊容量が大きいときであっても、さらに安定して、液体２２の液面の高さを誤判定せずに判定することができる。

このように、制御部１５が液体２２の液面の高さを判定するタイミングを、交流の方形波の極性が反転してから所定時間が経過したときとすることによって、制御部１５は、浮遊容量が大きいときであっても、液体２２の液面の高さを誤判定せずに判定することができる。

＜方形波ドライバの回路例＞
図６に、方形波ドライバ１２の回路構成の一例を示す。図６に示す方形波ドライバ１２は、フォトカプラ１２１と、２分周器１２２と、ドライバ回路１２３とを備える。図６において、直流電圧ＶＤＤと直流電圧ＶＰＰとを示している。図６の説明においては、ＶＤＤは５Ｖの直流電圧であるとし、ＶＰＰは１５Ｖの直流電圧であるとして説明する。

制御部１５は、フォトカプラ１２１にパルスを出力する。図７に、制御部１５がフォトカプラ１２１に出力するパルスの波形の一例を示す。図７に示すように、制御部１５が出力するパルスは、ハイレベルが５Ｖで、ローレベルが０Ｖのパルスである。制御部１５が出力するパルスの周波数は、例えば１００Ｈｚであってよい。

フォトカプラ１２１は、制御部１５が出力するパルスを入力すると、１５Ｖのパルスを出力する。この際、フォトカプラ１２１は、ＶＤＤとＶＰＰとが絶縁された状態で１５Ｖのパルスを出力する。フォトカプラ１２１が出力するパルスは、２分周器１２２のＣＬＫ端子に入力される。フォトカプラ１２１が出力するパルスは、ハイレベルが１５Ｖで、ローレベルが０Ｖのパルスである。フォトカプラ１２１が出力するパルスの周波数は、制御部１５が出力するパルスの周波数が１００Ｈｚである場合、１００Ｈｚである。

２分周器１２２は、ＣＬＫ端子の立ち上がりで、Ｄ端子の状態をＱ端子に出力する。また、２分周器１２２は、Ｑ端子の反転信号をＱＢ端子に出力させる。その結果、２分周器１２２は、フォトカプラ１２１が出力するパルスをＣＬＫ信号として入力すると、ＣＬＫ信号の周波数を２分周したパルスを出力する。

図８に、２分周器１２２の入出力信号の一例を示す。図８は、２分周器１２２のＣＬＫ端子に入力される信号と、２分周器１２２のＱ端子から出力される信号と、２分周器１２２のＱＢ端子から出力される信号とを示す。

２分周器１２２のＣＬＫ端子に入力される信号は、フォトカプラ１２１から入力される信号であり、ハイレベルが１５Ｖで、ローレベルが０Ｖのパルスである。また、２分周器１２２のＣＬＫ端子に入力されるパルスの周波数は、１００Ｈｚである。

２分周器１２２のＱ端子が出力する信号は、ＣＬＫ端子の信号を２分周した信号であり、ハイレベルが１５Ｖで、ローレベルが０Ｖのパルスである。また、２分周器１２２のＱ端子が出力するパルスの周波数は、５０Ｈｚである。

２分周器１２２のＱＢ端子が出力する信号は、Ｑ端子の信号を反転させた信号であり、ハイレベルが１５Ｖで、ローレベルが０Ｖのパルスである。また、２分周器１２２のＱＢ端子が出力するパルスの周波数は、５０Ｈｚである。２分周器１２２は、高い精度で、ＱＢ端子から出力する信号を、Ｑ端子の信号を反転させた信号とすることができる。

図７及び図８においては、制御部１５が出力するパルスのデューティ比が５０：５０の場合、すなわち、２分周器１２２のＣＬＫ端子に入力されるパルスのデューティ比が５０：５０の場合を示しているが、２分周器１２２のＣＬＫ端子に入力されるパルスのデューティ比は、５０：５０でなくてもよい。２分周器１２２は、ＣＬＫ端子に入力されるパルスのデューティ比が５０：５０でなくても、Ｑ端子及びＱＢ端子から、デューティ比が５０：５０のパルスを出力する。

ドライバ回路１２３は、２分周器１２２のＱ端子から供給されるパルスを大電流が流せるように増幅して、検出回路１４に出力する。また、ドライバ回路１２３は、２分周器１２２のＱＢ端子から供給されるパルスを大電流が流せるように増幅して、電極棒２０Ａに出力する。ドライバ回路１２３は、エミッタフォロアにより構成されていてよい。

ドライバ回路１２３が検出回路１４に出力するパルスの電圧が０Ｖのとき、ドライバ回路１２３が電極棒２０Ａに出力するパルスの電圧は１５Ｖである。また、ドライバ回路１２３が検出回路１４に出力するパルスの電圧が１５Ｖのとき、ドライバ回路１２３が電極棒２０Ａに出力するパルスの電圧は０Ｖである。このように、ドライバ回路１２３は、周期的に極性が反転する交流の方形波を出力することができる。

＜検出回路の回路例＞
図９に、検出回路１４の回路構成の一例を示す。図９に示す検出回路１４は、フォトカプラ１４１を備える。

フォトカプラ１４１は、方形波ドライバ１２と電流制限回路１３との間に流れる電流を検出する。この際、フォトカプラ１４１は、検出した電流に対応する電圧を制御部１５に出力する。

フォトカプラ１４１は、方形波ドライバ１２の１５Ｖ系の電圧と、５Ｖ系の電圧とを絶縁した状態で、検出した電流に対応する電圧を制御部１５に出力する。したがって、フォトカプラ１４１は、ノイズを低減することができる。

＜交流の方形波の他の例＞
図１０に、方形波ドライバ１２が出力する交流の方形波の他の例を示す。

図１０に示すように、方形波ドライバ１２は、交流の方形波として、電圧が０Ｖの期間を含む交流の方形波を生成してもよい。方形波ドライバ１２は、このような交流の方形波を出力することで、液面検出回路１０が液体２２の液面を検出する際の消費電力を低減することができる。

方形波ドライバ１２は、例えば、正極性の直流電圧を１０ｍｓの間出力した後、０Ｖを４９０ｍｓ出力し、その後、負極性の直流電圧を１０ｍｓの間出力した後、また、０Ｖを４９０ｍｓ出力するというようなサイクルで、交流の方形波を出力してもよい。これにより、方形波ドライバ１２は、電極棒２０に流れる電流を１／５０程度に低減することができる。

上述のように、本実施形態に係る液面検出回路１０において、方形波ドライバ１２は、直流電圧に基づいて交流の方形波を生成し、検出回路１４は、方形波ドライバ１２が電極棒２０Ａ及び電極棒２０Ｂに交流の方形波を印加した際に流れる電流を検出する。そして、制御部１５は、検出回路１４が検出する電流に基づいて液体２２の液面の高さを判定する。これにより、本実施形態に係る液面検出回路１０は、高価なトランスを用いることなく、電極棒２０Ａ及び電極棒２０Ｂに交流の方形波を印加し、液体２２の液面の高さを判定することができる。したがって、本実施形態に係る液面検出回路１０は、液槽２１の中の液体２２の液面を検出する際のコストを低減することができる。

また、本実施形態に係る液面検出回路１０において、制御部１５は、交流の方形波の極性が反転してから所定時間が経過したときの電流に基づいて、液体２２の液面の高さを判定してよい。これにより、本実施形態に係る液面検出回路１０は、浮遊容量が大きいときであっても、液体２２の液面の高さを誤判定することを抑制することができる。

（第２実施形態）
図１１は、本開示の第２実施形態に係る液面検出回路１０Ａを備える液面検出装置１Ａの構成を示す図である。

液面検出装置１Ａは、液面検出回路１０Ａと、電極棒２０Ａと、電極棒２０Ｂと、ポンプ３０とを備える。

液面検出回路１０Ａは、電源回路１１と、方形波ドライバ１２と、電流制限回路１３と、検出回路１４と、制御部１５と、ローパスフィルタ１６とを備える。

第２実施形態に係る液面検出回路１０Ａは、ローパスフィルタ１６を備えるという点で、第１実施形態に係る液面検出回路１０と相違する。第２実施形態に係る液面検出回路１０Ａの説明においては、第１実施形態に係る液面検出回路１０と相違する点について主に説明し、第１実施形態に係る液面検出回路１０と共通及び類似する点については適宜説明を省略する。

ローパスフィルタ１６は、検出回路１４と制御部１５との間に接続されている。ローパスフィルタ１６は、所定のカットオフ周波数を有するローパスフィルタであってよい。

図４Ａ及び図４Ｂに示したように、浮遊容量が大きい場合、方形波ドライバ１２が電極棒２０に印加する交流の方形波の極性が反転したタイミングで、検出回路１４は、インパルス状の電流を検出する。

第２実施形態に係る液面検出回路１０Ａは、検出回路１４の後段にローパスフィルタ１６が接続されているため、検出回路１４がインパルス状の電流を検出した時に、後段に出力する短時間のＯＮ信号をローパスフィルタ１６が取り除く。

そのため、制御部１５は、交流の方形波の極性が反転した直後に液体２２の液面の高さを判定しても、浮遊容量に起因するインパルス状の信号の影響を受けずに液体２２の液面の高さを判定することができる。すなわち、制御部１５は、交流の方形波の極性が反転した後、任意のタイミングで液体２２の液面の高さを判定しても、浮遊容量に起因するインパルス状の信号の影響を受けずに、液体２２の液面の高さを誤判定せずに判定することができる。

本開示は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、ブロック図に記載の複数のブロックを統合してもよいし、又は１つのブロックを分割してもよい。その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。

例えば、上述した実施形態において、液面検出回路１０は、電極棒２０に交流の方形波を印加するものとして説明したが、液面検出回路１０が電極棒２０に印加する波形は、交流の台形波であってもよい。交流の台形波は、交流の方形波が瞬時に極性が反転するのに対し、波形の立ち上がり及び立ち下がりにおいて傾きを有する波形である。

例えば、図６において、方形波ドライバ１２の回路構成の一例として、２分周器１２２を備える構成を示したが、方形波ドライバ１２は、２分周器１２２を備えない構成であってもよい。２分周器１２２を備えない構成とする場合、例えば、２分周器１２２は、ドライバ回路１２３の一方に極性を反転させた信号を生成するインバータの構成であってもよい。この際、インバータは、例えば、シュミットトリガ機能が付加されたものや、ＡＮＤ機能やＯＲ機能が付加されたものであってよい。

例えば、上述した実施形態において、電極棒２０Ａ及び電極棒２０Ｂの２本の電極棒２０が液槽２１の内側に配置されている例を説明したが、液槽２１の内側には、３本以上の電極棒２０が配置されていてもよい。電極棒２０の数を増やすと、液面検出回路１０は、液槽２１の中の液体２２の高さを、より詳細に検出することができる。

例えば、上述した実施形態において、ＶＤＤが５Ｖの直流電圧の場合を説明したが、ＶＤＤは５Ｖ以外の直流電圧であってもよい。また、例えば、上述した実施形態において、ＶＰＰが１５Ｖの直流電圧の場合を説明したが、ＶＰＰは例えば８Ｖのような１５Ｖよりも小さい直流電圧であってもよい。ＶＰＰを小さい直流電圧とすると、液面検出回路１０の消費電力を低減することができる。

例えば、上述した実施形態において、電源回路１１が交流電圧から所定の直流電圧を生成するものとして説明したが、電源回路１１は、直流電圧から所定の直流電圧を生成してもよい。すなわち、電源回路１１は、交流電圧又は直流電圧のいずれかの電源から、所定の直流電圧を生成してよい。

例えば、液面検出回路１０は、電源回路１１を備えていなくてもよい。この場合、他の装置が備えている電源回路が出力する直流電圧が、液面検出回路１０に供給されてもよい。

本開示の液面検出回路は、液槽の中の液体の液面を検出する用途に好適なものである。

１、１Ａ 液面検出装置
１０、１０Ａ 液面検出回路
１１ 電源回路
１２ 方形波ドライバ
１３ 電流制限回路
１４ 検出回路
１５ 制御部
１６ ローパスフィルタ
２０、２０Ａ、２０Ｂ 電極棒
２１ 液槽
２２ 液体
２３Ａ、２３Ｂ 液面
３０ ポンプ
４０ 商用電源
１２１ フォトカプラ
１２２ ２分周器
１２３ ドライバ回路
１４１ フォトカプラ

Claims (9)

1. 液槽の中の液体の液面を検出する液面検出回路であって、
   直流電圧に基づいて交流の方形波又は交流の台形波を生成する方形波ドライバと、
   前記液槽に配置されている複数の電極棒のうちのいずれかの電極棒と、前記方形波ドライバとの間に接続されている電流制限回路と、
   前記方形波ドライバが前記複数の電極棒に前記交流の方形波又は前記交流の台形波を印加した際に流れる電流を検出する検出回路と、
   前記検出回路が検出する前記電流に基づいて前記液体の液面の高さを判定する制御部と、
   を備える、液面検出回路。
2. 請求項１に記載の液面検出回路において、
   前記制御部は、前記交流の方形波又は前記交流の台形波の極性が反転してから所定時間が経過したときの前記電流に基づいて、前記液体の液面の高さを判定する、液面検出回路。
3. 請求項２に記載の液面検出回路において、
   前記所定時間は、前記方形波ドライバと前記複数の電極棒とを接続する配線間の浮遊容量の値と、前記電流制限回路とに基づいて決定される時間である、液面検出回路。
4. 請求項３に記載の液面検出回路において、
   前記電流制限回路は制限抵抗であり、
   前記所定時間は、前記浮遊容量の値と前記制限抵抗の抵抗値との積によって算出される時定数の０．７倍以上の時間である、液面検出回路。
5. 請求項３に記載の液面検出回路において、
   前記電流制限回路は制限抵抗であり、
   前記所定時間は、前記浮遊容量の値と前記制限抵抗の抵抗値との積によって算出される時定数の３倍以上の時間である、液面検出回路。
6. 請求項１に記載の液面検出回路において、
   前記検出回路と前記制御部との間に接続されたローパスフィルタをさらに備える、液面検出回路。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の液面検出回路において、
   前記方形波ドライバは、前記交流の方形波又は前記交流の台形波として、電圧が０Ｖの期間を含む交流の方形波又は交流の台形波を生成する、液面検出回路。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の液面検出回路において、
   電源から前記直流電圧を生成する電源回路をさらに備える、液面検出回路。
9. 請求項８に記載の液面検出回路において、
   前記電源回路は、交流電圧から前記直流電圧を生成する、液面検出回路。

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