JP2708219B2 - 水位センサ - Google Patents

水位センサ

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JP2708219B2 JP1071853A JP7185389A JP2708219B2 JP 2708219 B2 JP2708219 B2 JP 2708219B2 JP 1071853 A JP1071853 A JP 1071853A JP 7185389 A JP7185389 A JP 7185389A JP 2708219 B2 JP2708219 B2 JP 2708219B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、例えばポット等のような容器内の水位を検
出するために使用される水位センサに関する。
(従来の技術) この種の水位センサは、ポット内に入っているお湯の
水位に応じて所定量の湯を出すために使用されている。
従来の水位センサの1つとして、ポット内の貯水槽の底
部を介して貯水槽と連通し、貯水槽の底部から最上部に
向かって延出したガラスパイプ等からなる耐水性管体の
外周面に一対の導電膜を対向させて取り付け、この管体
内にポット内の液体がその水位まで進入した場合、この
水位に応じて一対の導電膜間の静電容量が変化すること
を利用した静電容量式水位センサがある。
このような静電容量式水位センサにおいて、前記導電
膜の絶縁性管体の外周面への取り付けは、絶縁性管体の
外周面に沿うように加工した金属膜を貼り付けたり、ま
たは押し付けるとか、蒸着法で形成する等しておこなっ
ている。そして、導電膜を外周面に取り付けた絶縁性管
体を、貯水槽と連通して鉛直方向に取り付けて水位セン
サとしている。
(発明が解決しようとする課題) 従来の水位センサにおいて、前記導電膜の絶縁性管体
の外周面への取り付けは、上述したように、金属膜を貼
り付けたり、または押し付けるとか、蒸着法で形成する
等しておこなっているが、前者は構造および工程が複雑
であり、後者は費用が割高で、かつ導電膜の形状精度が
良くないので、水位の検出精度が良くないという問題が
ある。さらに検出の直線性が良くなく、感度が十分に出
せないという問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、安価でかつ簡便で、高精度で水位を検出
することができる水位センサを提供することである。さ
らに他の目的は、高感度で直線性の良い水位センサを提
供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明の水位センサは、貯
水槽内の液体の水位を検出する水位センサであって、前
記貯水槽の底部を介して該貯水槽と連通し、貯水槽の底
部から最上部とほぼ同じ高さまで延出する絶縁性管体
と、該絶縁性管体内に貯水槽から進入する液体の水位に
応じて電気的特性を変化するように前記絶縁性管体の外
周面に設けられる導電膜と、該導電膜を封止し、この封
止した導電膜を前記絶縁性管体の外周面に巻き付けるた
めのシート状耐水フィルムとを有することを要旨とす
る。
また、本発明の水位センサは、貯水槽内の液体の水位
を検出する水位センサであって、前記貯水槽の底部を介
して該貯水槽と連通し、貯水槽の底部から最上部とほぼ
同じ高さまで鉛直方向に対して傾斜して延出する絶縁性
管体と、該絶縁性管体内に貯水槽から進入する液体の水
位に応じて電気的特性を変化するように前記絶縁性管体
に外周面に設けられる導電膜とを有することを要旨とす
る。
(作用) 本発明の水位センサでは、導電膜をシート状耐水フィ
ルムで封止して管体の外周面に巻き付けている。
また、本発明の水位センサでは、導電膜を巻き付けた
絶縁性管体を鉛直方向に対して傾斜して延出している。
(実施例) 以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。
第1図は本発明の一実施例に係わる水位センサを適用
したポットの要部の内部構造を示す断面図である。同図
に示すポットは、内部にお湯等の液体を貯蔵する貯水槽
1を有し、この貯水槽1の下方には保温用ヒータ3およ
び沸騰加熱用ヒータ5が設けられている。
第1図に示すポットは、お湯を出すために、上部等に
設けられている操作部を操作すると、貯水槽1に貯蔵さ
れている液体の水位に応じて一定量の液体を出すもので
あり、この水位を検出するために、絶縁性管体であるパ
イプ7が設けられている。このパイプ7は、貯水槽1の
底部から貯水槽1に連通するとともに、貯水槽1の底部
から最上部に向かって延出している。この結果、該パイ
プ7内には貯水槽1内の液体が該貯水槽1の底部から貯
水槽1内の水位と同じ高さまで進入することになる。
このパイプ7は、第2図(a)に一部を拡大して示し
ているが、このパイプ7の外周面上に耐水フィルム9に
よって封止された一対の導電膜11が巻き付けられて固定
されている。この一対の導電膜11は、第2図(b)に示
す断面図からわかるように対向して設けられ、パイプ7
内に貯水槽1内の液体が進入した場合、この対向する一
対の導電膜11の間には、耐水フィルム9と絶縁性パイプ
7の他に空気または進入した液体が存在することになる
が、空気と液体、具体的には水とでは誘電率が異なるた
め、パイプ7に液体が入って一対の導電膜11間の水位が
変化すると、この対向する一対の導電膜11の間の静電容
量が変化するようになっている。そして、この静電容量
の変化を例えば電圧または周波数に変換し、これにより
水位を検出するようになっている。前記一対の導電膜11
を封止した耐水フィルム9は、第3図(a)および
(b)に展開図および断面図をそれぞれ示すように構成
され、導電膜11は耐水フィルム9内に完全に封止され
て、これにより適確な精度が出せるとともに、パイプ7
の外周面への取り付けを容易にしている。ここで封止と
は、シート状耐水フィルム内部に導電膜をサンドイッチ
状に挟み、導電膜の電極部のみが露出している状態をい
う。
第4図は、耐水フィルム90によって前記一対の導電膜
11以外にシールド用導電膜13を一緒に封止したものであ
る。シールド用導電膜13は、同図(c)からよくわかる
ように、パイプ7の外周面に取り付けた場合、導電膜11
の両方または少なくとも一方を覆うように巻き付けら
れ、これによりシールド効果を達成している。
第5図は、貯水槽1内の液体が前記パイプ7内に進入
した結果、パイプ7の該周面に取り付けられている一対
の導電膜11間で変化する静電容量に応じた周波数の信号
を発生する信号処理回路を示している。第5図の信号処
理回路においては、前述した第4図で示したように導電
膜11およびシールド用導電膜13を封止した耐水フィルム
90が巻き付けられたパイプ7が使用され、シールド用導
電膜13は回路の最低電位の例えばアースに接続され、導
電膜11の一方は直列接続されたインバータ15,17を介し
て出力端子21に接続され、導電膜11の他方はインバータ
17の出力、すなわちち出力端子21に接続され、これによ
り発信ループが形成されている。また、インバータ15に
は並列に抵抗19が接続され、他方の出力端子23はアース
に接続されている。このように構成された信号処理回路
においては、水位によって変化する一対の導電膜11間の
静電容量に応じた周波数の信号が出力端子21,23から出
力され、この出力周波数を検出することにより貯水槽1
内の液体の水位を検出することができる。第6図は、こ
のような水位と周波数との関係を示すグラフであり、同
図に示すように水位が低い場合には、周波数は高く、水
位が高い場合には、周波数は低くなっている。
第7図は、周波数の代わりにレベルが変化する電圧を
出力する第5図と類似の信号処理回路を示している。第
7図に示す信号処理回路においても、シールド用導電膜
13は最低電位のアースに接続され、導電膜11の一方は演
算増幅器25の一方の入力と容量Coの基準コンデンサ27の
一端との接続点に接続され、導電膜11の他方はアースに
接続されている。また、演算増幅器25の他方の入力は出
力に接続され、基準コンデンサ27の他端は電圧信号源29
を介して直流電圧源31に接続されている。このように構
成されたものにおいては、電圧信号源29からの電圧は、
貯水槽1内の水位によって変化する一対の導電膜11間の
静電容量と基準コンデンサ27の容量Coとによって分圧さ
れ、この分圧された電圧が演算増幅器25を介して出力端
子33,35が出力される。この出力電圧は貯水槽1内の水
位によって変化する一対の導電膜11間の容量によって変
化するので、この電圧を検出することにより貯水槽1内
の水位を検出することができる。なお、この分圧電圧V
は、導電膜11間の静電容量をCsとし、電圧信号源の電圧
をvとすると、V=Co・v/(Co+Cs)となる。
第8図は、このような水位と出力電圧との関係を示す
グラフであり、同図に示すように水位が低い場合には、
出力電圧は高く、水位が高い場合には、出力電圧は低く
なっている。
第9図は本発明の他の実施例の内部構造を示す断面図
である。
同図に示す水位センサは、前述した第1図の水位セン
サにおいて垂直にまっすぐ延出していたパイプ7の代わ
りに図示のように傾斜したパイプ70を使用した点が異な
るのみである。第1図に示すように、パイプ7を垂直に
まっすぐに延出した場合には、パイプ7の長さは貯水槽
1の長さによって限定されるため、水位に対するパイプ
7の長さを十分大きくとることができず、このため水位
に対する出力周波数または出力電圧の直線性が得られ難
いとともに、十分な感度も得られ難く、水位対出力周波
数または出力電圧は第6図または第8図に示すような特
性であるが、本実施例はこのような直線性および感度を
更に向上するためにパイプ70を図示のように傾斜させて
いるものである。
パイプ70を傾斜させることにより、水位に対するパイ
プ70の長さを長くすることができ、これにより直線性お
よび感度を向上することができるのである。第10図を参
照して、更に詳しく説明すると、ほぼ鉛直方向に延出し
ているパイプ7に取り付けられている導電膜11aの場合
には、水位差Hにおける導電膜11aの面積S1は、幅Wと
すると、S1=WHであり、角度θ傾斜させたパイプ70に取
り付けられている導電膜11bの面積S2は、S2=W(H/cos
θ+Wtan θ)となる。すなわち、傾斜角度θを大きく
する程、水位差Hにより得られる静電容量が大きくな
る。従って、前述した第5図および第7図に示すような
信号処理回路の伝達特性等の要素に併せて傾斜角度θを
設定すれば水位検出出力の直線性が改善され、感度も高
くなる。第11図は第7図に示すような信号処理回路にお
いて検出した水位に対する出力電圧を示すグラフであ
る。同図から水位に対する出力電圧の直線性が非常に良
くなっていることがわかる。
また、第9図に示す実施例では、パイプ70をほぼ一定
の傾斜角度で傾斜させているが、この傾斜角度を貯水槽
1とパイプ70の鉛直方向による位置関係で漸次変化され
るようにすれば、更に直線性および感度を改善すること
ができる。
なお、第1図に示すポットにおいて、51は前記信号処
理回路、53は圧縮空気形成用ポンプ、55は該ポンプに連
結され、貯水槽1の上部の空気層に圧縮空気を送り出
し、これにより貯水槽1内のお湯を出す動作を行わせる
ためのものである。
本発明の水位センサは、ポット内の貯水槽1内に入っ
ているお湯等の液体の水位を検出し、この検出した水位
に応じた所定の水量の液体を出すものであるが、第12図
に示すようなフローに従って動作する。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、導電膜をシー
ト状耐水フィルムで封止して管体の外周面に巻き付けて
いるので、導電膜は高い精度で比較的簡単に絶縁性管体
の外周面に巻き付けることができ、経済的で高精度な水
位センサを提供することができる。さらに製作時に、導
電膜がシート状耐水フィルムに封止された状態で巻き付
け作業を行えるので、導電膜の剥がれなどが無く、作業
性が良いため、安定した品質の製品を安価に提供でき
る。また、導電膜を巻き付けた絶縁性管体を鉛直方向に
対して傾斜して延出しているので、感度が高く、直線性
が良い水位センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わる水位センサを適用し
たポットの内部構造を示す断面図、第2図は第1図の水
位センサに使用されるパイプ、耐水フィルムおよび導電
膜の構造を示す図、第3図は第2図の耐水フィルムおよ
び導電膜の構造を示す図、第4図は別の耐水フィルムお
よび導電膜の構造を示す図、第5図は第1図の水位セン
サに使用される信号処理回路の一例を示す回路図、第6
図は第5図の信号処理回路における水位と発振周波数と
の関係を示すグラフ、第7図は信号処理回路の他の例を
示す回路図、第8図は第7図の信号処理回路における水
位と電圧出力との関係を示すグラフ、第9図は本発明の
他の実施例の断面図、第10図は第9図の実施例の説明
図、第11図は第9図の実施例における水位と電圧出力と
の関係を示すグラフ、第12図は本発明の水位センサを使
用したポットの作用を示すフローチャートである。 1…貯水槽、7…パイプ、9…耐水フィルム、11…導電
膜、13…シールド用導電膜、70…パイプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 典介 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8 株式 会社東芝横浜事業所家電技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−75917(JP,A) 実開 昭64−27623(JP,U) 実開 昭63−139839(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】貯水槽内の液体の水位を検出する水位セン
    サであって、前記貯水槽の底部を介して該貯水槽と連通
    し、貯水槽の底部から最上部とほぼ同じ高さまで延出す
    る絶縁性管体と、該絶縁性管体内に貯水槽から進入する
    液体の水位に応じて電気的特性を変化するように前記絶
    縁性管体の外周面に設けられる導電膜と、該導電膜を封
    止し、この封止した導電膜を前記絶縁性管体の外周面に
    巻き付けるためのシート状耐水フィルムとを有すること
    を特徴とする水位センサ。
  2. 【請求項2】貯水槽内の液体の水位を検出する水位セン
    サであって、前記貯水槽の底部を介して該貯水槽と連通
    し、貯水槽の底部から最上部とほぼ同じ高さまで鉛直方
    向に対して傾斜して延出する絶縁性管体と、該絶縁性管
    体内に貯水槽から進入する液体の水位に応じて電気的特
    性を変化するように前記絶縁性管体に外周面に設けられ
    る導電膜とを有することを特徴とする水位センサ。
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