JP2509870Y2 - 放熱式レベルセンサ― - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ （産業上の利用分野） この考案は、例えば車両用燃料タンク内の燃料のレベ
ルを検出するためのレベル検出方式において、特に短時
間で精度よく液面レベルを測定できる構造のセンサーに
関する。

（従来の技術） 放熱式レベルセンサーは、従来のフロートアーム式レ
ベルセンサーに替わり開発されたセンサーである。

このものは、定電流を流して加熱した抵抗体であるセ
ンサーが液体の浸漬深さによって抵抗が変化することを
利用して、該センサーの液面に応じた抵抗変化を電圧に
変換して液体レベルを検出する方式のセンサーである。

そして、このセンサーはフロートアーム式に比べて可
動部分がないことから、コンパクト化でき、例えば従来
個別に燃料タンク内に設けられていた燃料ポンプ，リタ
ーンパイプ，エアパイプなどとともに一つのケーシング
内に組み込んでユニット化することができる利点があ
る。

ところで、このセンサーの出力電圧は浸漬深さだけで
なく、周囲の温度によっても影響をうける欠点がある。

そこで、先に本出願人が開発した例えば特開昭63−31
1927号公報に示すように、前記センサーと同様な構造の
液体の温度補償用の抵抗体を並設し、センサーの液面レ
ベルに応じた抵抗値変化が温度補償用抵抗体との接続点
における電圧変化として現れることを利用して温度補償
を行うようにしていた。

つまり、前記温度補償用抵抗体はセンサーとともに液
体内に浸漬されるものであるが、自己加熱されていない
ので、抵抗値は液面のレベル変化には追随せず、周囲温
度変化によってのみ抵抗値が変化し、これによって温度
補償が自動的に行われることになる。

この種の温度補償を精度良く行うためには、センサー
および温度補償用抵抗体の抵抗の温度係数を一定に揃え
る必要がある。

また、これらセンサーおよび温度補償用抵抗体の実際
構造は、中実ロッド状の支持体の外周にNi線をスパイラ
ル状に巻いたものであるため、熱容量が相当大きく、安
定した出力が得られるまでに数分を要し、特にタンク容
量が空に近くなり浸漬深さが少なくなると、出力が安定
するまでに長い時間がかかっていた。

このため、使用者側が不安定時期にメータを読取った
場合などには液面レベルに間違いを生じ、実用上問題と
なる。

さらには、前記抵抗体は実際にはセンサーよりも高い
抵抗値が必要であるため抵抗線が長くなり熱容量が異な
る。このため周囲温度が変化した場合、その変化の間は
両者に温度差が生じ、一時的に温度補償誤差が生ずる欠
点があった。

そこで本出願人は先に、温度補償用抵抗体をなくし、
該抵抗体を並設することによる前述の問題を解決し、温
度補償精度の向上および短時間での測定ができるように
した放熱式レベルセンサーの液体のレベル測定方式を開
発した。

第５図ないし第７図はその開発された測定方式を示す
ものである。

図において、１は燃料タンク、FLはタンク１内に浸漬
した抵抗体となるレベルセンサーである。

このレベルセンサーFLの両端にはパルス回路２を通じ
て定電流Ｉが流される。

この電流Ｉを流すことによりレベルセンサーFLの両端
に生じた出力電圧VpはAD変換部３を通じてCPU4に取り込
まれる。

パルス回路２から発生する電流Ｉは第６図（ｂ）に示
すようにt0〜tFまでの周期を有する大周期が冷却時間を
おいて繰り返す態様となっており、その全体の周期は３
秒程度に設定されている。但し回路の立上がりから定電
流Ｉになるのにt0′が必要である。

したがって電圧Vpは、第６図（ａ）に示すようにその
周期ごとに初期状態から液面のレベル（レベルが低いと
勾配が大きく、高いと勾配が小さい）に応じた勾配が上
昇するサイクルを繰り返し、順次CPU4に取り込まれその
時刻データとともに、順次CPU4内の記憶部に記憶される
（図の拡大部分）。

ここで、初期電圧、すなわちt1での出力電圧V1は、電
流ＩによってはセンサーFLが加熱されていない状態の出
力電圧と見做すことができる。

つまり、従来の温度補償用抵抗と同様の抵抗値に基づ
く出力電圧と見做すことができ、CPU4はこの初期出力電
圧を記憶し、続けて入力される電圧Vt2〜VtFの値をこの
初期電圧V1で割り算を行うことで、温度補償データを得
られ、このデータに基づき表示部５に温度補償したレベ
ル出力を表示させる。

なお、センサーFLの熱容量は大きいのでVt0〜VtFまで
のサンプリング電圧では定常的な電圧レベルに至るまで
は至らない。

他方、例えばt1〜tnまでの期間、例えば５秒間で10ms
ecのサンプリング間隔であると500ケのサンプリング電
圧を得られる。

したがってCPU4には第７図に示すようにその上昇勾配
から定常状態となる時間tcにおける近似的な電圧Vtcを
演算するプログラムが内蔵され、この値を表示部５に表
示させることにより、大きな出力電圧で表示を行うこと
ができる。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、この構成にあっては一回の測定時間t1
〜tnが数秒間あるため、車両の走行中の測定時間内に燃
料タンク１が揺れ、液面レベルが変化することが考えら
れ、この場合時刻t1〜tn間のセンサーFLの電圧の立ち上
がりが静止状態と比べて不安定になり、データのバラツ
キを生じ近似直線を求め液体レベル量を算出した場合の
誤差を生ずる結果となっていた。

また、前記センサーの構造も、前述のように支持体の
熱容量が相当大きなものが使用されているため、これに
よる温度補償誤差も相変わらず未解決のままであるほ
か、タンクの空の時と満タン時の出力電圧差が小さいた
め、測定感度，精度ともその熱容量に左右され、さらに
感度および精度を上げる場合の障害となっていた。

この考案は、以上の問題を解決するものであって、セ
ンサー自体の熱容量が小さく、熱的な応答遅れによる測
定誤差を解消できるようにした放熱式レベルセンサーの
液体のレベル測定方式を提供するものである ［考案の構成］ （課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため、この考案は、抵抗体である
センサーに定電流を流す定電流回路と、該センサーから
出力される初期電圧を記憶する記憶手段と、初期状態か
ら所定時間経過までの出力電圧を前記初期電圧で割り算
する第一の演算手段と、この第一の演算手段から得られ
た出力の時間に対する上昇勾配から定常状態となる電圧
を予測する手段を備え、この演算結果により液体のレベ
ル測定出力を得られるようにした放熱式レベルセンサー
において、前記センサーは、パイプ状の支持体に抵抗線
を巻き付けたものであることを特徴とする。

（作用） 以上の構成によれば、支持体の熱容量が低減し、温度
変化に敏感に反応して定常状態になるため、測定感度及
び精度を向上できる。

（実施例） 以下、この考案の実施例を図面に用いて詳細に説明す
る。

なお、以下の実施例において、従来の第５図ないし第
７図と同一部分には同一符号を援用し、要部のみについ
て説明する。

第１図，第２図において、センサーFLは、アルミパイ
プ等の熱容量の小さな金属パイプ状の支持体10の外周に
Ni線などの抵抗線11をスパイラル状に巻回し、その外周
をコーティング剤12で固めたものである。

したがって、センサーFLの燃料中に浸漬される部分及
び気体中に露出される部分は前記支持体10の内外周とな
り、放熱面積が従来のロッド状の支持体に比べて大きく
なり、熱は矢印のごとく支持体10の内外周から放散され
る。また、特に支持体10の内周側はコーティング剤12に
よって被覆されない部分であるため、放熱されやすい箇
所となる。

したがって、前述のことや支持体10の熱容量は従来に
比べて小さくできるので、電流を通電した後センサー温
度を周囲温度に早く一致でき、これによって温度補償誤
差を小さくできる。

特に液面レベルが０に近い場合に出力電圧の上昇が大
きくなり、液面レベル０と満タン時におけるが差が大き
くなる利点がある。

また、前記支持体10は内部中空であるため、これを他
のタンク取付け部品とともにユニット化した場合にリタ
ーンパイプを兼用できる。

第３図はその一例を示すもので、燃料タンク１内に
は、燃料ポンプ16,エアパイプ18,および前記センサーFL
を一つの穴空き円筒状ケーシング20内に収装したユニッ
ト22が垂設されており、前記燃料ポンプ16およびセンサ
ーFLの下端はケーシングの下部開口に伸び、燃料中に常
時浸漬された状態である一方、エアパイプ18の下部開口
端はケーシング20の上部側に位置している。

前記センサーFLの支持体10は中空パイプであり、かつ
燃料中に浸漬されているので、この支持体10をリターン
パイプに兼用することで、部品数の削減を図っている。
なお、このリターンパイプ中を環流される燃料は走行中
は絶えず環流されるため、測定値に与える影響は無視で
きる。

次に、第４図はこの考案の第二実施例を示すもので、
支持体10にはこれの内外周を貫通する貫通孔10aが多数
箇所開口されている。

この実施例では、さらに熱容量が小さくなり、以上述
べた効果をさらに高いものにすることができる。

（考案の効果） 以上各実施例によって詳細に説明したように、この考
案による放熱式レベルセンサーにあっては、センサーを
構成する支持体の熱容量を低減でき、センサー構造自体
により応答性を向上させ、測定感度及び精度の向上を図
ることができるほか、その中空部を利用してリターンパ
イプの機能も兼用化でき、部品数削減を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案によるセンサーの支持体の構造を示す
斜視説明図、第２図は同要部拡大断面図、第３図は同セ
ンサーを他のタンク取付け部品とともにユニット化した
場合を示す断面説明図、第４図はこの考案の第二実施例
を示す説明図、 第５図ないし第７図は本考案の基礎となる液体レベルの
測定方式を示すもので、第５図はシステム構成を示すブ
ロック図、第６図（ａ），（ｂ）はパルス回路から発生
する電流の周期とセンサーからの出力電圧との関係を示
すグラフ、第７図は定常状態になるまでの電圧変化を示
すグラフである。 １…燃料タンク FL…レベルセンサー ２…パルス回路 ３…AD変換部 ４…CPU（演算手段） ５…表示部（表示手段） ８…メモリ 10…支持体 11…抵抗線

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】抵抗体であるセンサーに定電流を流す定電
   流回路と、該センサーから出力される初期電圧を記憶す
   る記憶手段と、初期状態から所定時間経過までの出力電
   圧を前記初期電圧で割り算する第一の演算手段と、この
   第一の演算手段から得られた出力の時間に対する上昇勾
   配から定常状態となる電圧を予測する手段を備え、この
   演算結果により液体のレベル測定出力を得られるように
   した放熱式レベルセンサーにおいて： 前記センサーは、パイプ状の支持体に抵抗線を巻き付け
   たものであることを特徴とする放熱式レベルセンサー。